무선 에지의 링크 오류율을 이용한 개선된 TCP 혼잡제어

오준석,박탄세,박창윤,정충일 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.7

본 연구에서는 대부분의 무선 링크는 네트워크 에지에서 사용되고, NIC 드라이버가 무선 링크 오류율을 관찰하고 있다는 가정 하에, 기존 TCP의 혼잡제어를 수정한 TCP-L(TCP Link Aware)을 제안한다. TCP-L은 무선 링크 오류율을 이용해 유선 링크의 혼잡 손실률을 예측하여 무선 링크에서 세그먼트 손실이 발생했을 경우에 나타나는 성능 저하를 회피할 수 있다. 또한 실험을 통해 무선 링크 오류율이 높은 환경에서 다른 무선 TCP 보다 높은 처리율을 보이면서도 다른 유선 TCP 소스와의 형평성을 유지하는 것을 검증하였다. 본 연구의 접근 방법은 세그먼트 손실이 많거나 전송 지연이 산발적으로 발생하는 새로운 무선 환경, 즉 802.11 ACK-less와 인지 라디오(Cognitive Radio)와 같은 무선 링크에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 예상된다. Assuming that a wireless link is mostly used at the network edge and the wireless NIC driver keeps monitoring the error rate of its link, this paper proposes an enhanced TCP congestion control, TCP-L (TCP Link-Aware). TCP-L predicts true congestion losses occurred inside the wired link area by utilizing the wireless link error rate. As a result, it mitigates performance degradation caused from TCP congestion control actions when segments losses occur in a wireless link. Experimental results show that TCP-L provides better performance and fairness in lossy wireless links than existing TCP congestion control schemes. Our approach utilizing the characteristic of the link at TCP could be well adapted to new wireless environments such as Cognitive Radio and ACK-less IEEE 802.11, where a frame may be delivered with a very long delay or lost in the link.

유무선 복합망에서 Acknowledgement 패킷의 분할을 통한 프로토콜의 성능향상 기법

진교홍 ( Kyo Hong Jin ) 한국정보처리학회 2002 정보처리학회논문지 Vol.9 No.1

본 논문은 최근 급속히 증가되고 있는 무선 인터넷에서 발생되는 짧은 TCP 트래픽 응용 서비스의 성능을 향상시키기 위하여, TCP 프로토콜의 폭주제어 알고리즘을 보완하는 응답패킷 분할 기법(SPACK)을 제안하였다. 유선통신 환경과는 달리 무선통신 환경에서는 높은 비트 오류율로 인하여 TCP 프로토콜의 폭주제어 알고리즘이 오동작을 일으키게 된다. 이로 인하여 TCP 프로토콜의 성능은 급격히 저하되어 전체적인 인터넷 서비스의 성능이 떨어지게 된다. 본 논문에서는 무선통신환경에서 TCP 프로토콜의 성능을 개선시키기 위해 기지국에서 응답패킷을 분할하여 전달하는 SPACK 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 성능을 분석하였으며, 그 결과 기존의 TCP 프로토콜에 비하여 SPACK을 이용하는 경우 더 높은 성능이 발휘됨을 확인하였다. In this paper, in order to improve the performance of TCP short traffic application services in wireless Internet environments, the Split-ACKs (SPACK) scheme is proposed. In wireless networks, unlike wired networks, packet losses will occur more often due to high bit error rates. Therefore, each packet loss over wireless lints results in congestion control procedure of TCP being invoked at the source. This causes severe end-to-end Performance degradation of TCP. In this paper, to alleviate the TCP Performance, the SPACK method, split acknowledgement Packets in the base station, is proposed. Using computer simulation, the performance of TCP using SPACK is analysed and shows better performance than traditional TCP Protocol.

버스트 에러에 강인한 TCP 알고리즘

박종훈,배세인,유명식 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.6B

무선 이동 통신 기술의 발전으로 인하여 기존 인터넷에서 제공받던 고품질의 서비스를 무선 인터넷을 통하여 이동 환경에서도 제공 받고자하는 욕구가 늘고 있다. 하지만 무선 이동 환경에서는 유선 구간과 달리 무선 구간의 특성상 전파에 대한 간섭과 노이즈 현상이 심하여 성능이 떨어지게 된다. 현재 인터넷에서 별리 사용되고 있는 TCP는 유선 환경에 최적화되어 만들어진 프로토콜이기 때문에 전송 오류나 전파 간섭 등의 영향으로 비트 에러가 상대적으로 많은 무선 환경에서 성능 저하를 가져온다. 특히 전파 환경이 열악한 지하나 지하철 이동시 그 성능은 더 떨어진다. 본 논문에서는 무선 링크에서 빈번히 발생되는 전송 오류로 인한 TCP 성능 저하를 최소화하기 위하여 Robust TCP 알고리즘을 제안한다. Robust TCP는 무선 환경에서 TCP성능 저하의 주요 원인인 버스트 에러 상황에서 우수한 성능을 보임을 성능정가를 통하여 검증하였다. Due to the recent advance in wireless communication technology, it is now more demanding to enjoy the high quality of service in the wireless Internal. TCP, which many Internet applications depend on for the end-to-end transport service, is optimized for the wired environment. Consequently, TCP suffers from severe performance degradation in the wireless environment where the bit error rate is relatively high and the burst errors frequently take place. In this paper, we propose a Robust TCP algorithm, which can effectively react against the burst error and significantly improve the TCP performance in wireless Internet. It is shown through the simulations that the Robust TCP performs well in the wireless environment, especially under the burst error condition.

무선 환경에서 대역폭 추정 기반의 머신러닝을 통한 TCP 혼잡제어 알고리즘 설계 및 성능 평가

황안규(An Kyu Hwang),이재용(Jae Yong Lee),김병철(Byung Chul Kim) 대한전자공학회 2018 전자공학회논문지 Vol.55 No.9

Gateway Strategies for VoIP Traffic over Wireless Multihop Networks

( Kyungtae Kim ),( Dragos Niculescu ),( Sangjin Hong ) 한국인터넷정보학회 2011 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.5 No.1

When supporting both voice and TCP in a wireless multihop network, there are two conflicting goals: to protect the VoIP traffic, and to completely utilize the remaining capacity for TCP. We investigate the interaction between these two popular categories of traffic and find that conventional solution approaches, such as enhanced TCP variants, priority queues, bandwidth limitation, and traffic shaping do not always achieve the goals. TCP and VoIP traffic do not easily coexist because of TCP aggressiveness and data burstiness, and the (self-) interference nature of multihop traffic. We found that enhanced TCP variants fail to coexist with VoIP in the wireless multihop scenarios. Surprisingly, even priority schemes, including those built into the MAC such as RTS/CTS or 802.11e generally cannot protect voice, as they do not account for the interference outside communication range. We present VAGP (Voice Adaptive Gateway Pacer) - an adaptive bandwidth control algorithm at the access gateway that dynamically paces wired-to-wireless TCP data flows based on VoIP traffic status. VAGP continuously monitors the quality of VoIP flows at the gateway and controls the bandwidth used by TCP flows before entering the wireless multihop. To also maintain utilization and TCP performance, VAGP employs TCP specific mechanisms that suppress certain retransmissions across the wireless multihop. Compared to previous proposals for improving TCP over wireless multihop, we show that VAGP retains the end-to-end semantics of TCP, does not require modifications of endpoints, and works in a variety of conditions: different TCP variants, multiple flows, and internet delays, different patterns of interference, different multihop topologies, and different traffic patterns.

TCP 송수신자간의 큐사용률 추정을 이용한 송신자 기반의 패킷손실 구별기법

박미영(Mi-Young Park),정상화(Sang-Hwa Chung),이윤성(Yun-Sung Lee) 한국컴퓨터정보학회 2011 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.16 No.1

멀티홉 무선 네트워크에서 TCP가 동작하는 경우, 유선 네트워크와 무선 네트워크의 서로 다른 특성으로 인하여 TCP의 심각한 성능저하가 초래된다. 이것은 TCP가 무선오류로 인해 발생되는 패킷손실을 혼잡으로 인해 발생한 패킷손실로 간주하여 데이터 전송률을 불필요하게 감소시키기 때문이다. 이러한 성능저하를 피하기 위해서 혼잡손실과 무선손실을 구별하는 많은 기법들이 연구되어 왔으나, 이들 기법들은 무선손실에 대한 탐지정확도가 기대만큼 높지 않거나, 무선손실에 대한 탐지정확도가 높으면 혼잡손실에 대한 정확도가 낮아지는 경향을 보인다. 본 논문은 혼잡손실에 대한 탐지정확도의 희생을 최소화하면서, 무선손실에 대한 탐지정확도를 높이는 송신자 기반의 패킷손실 구별기법을 제안한다. 본 기법은 네트워크 혼잡과 상호 관련성이 높은TCP 송 수신자간의 큐 사용률을 추정하고, 추정된 큐 사용률과 특정 임계값을 비교하여 혼잡손실과 무선손실을 구별한다. 네트워크 시뮬레이터인 QualNet을 이용한 실험에서는 기존 기법과 제시된 기법간의 혼잡손실에 대한 탐지정확도와 무선손실에 대한 탐지정확도를 구분하여 비교평가하고, 홉 수 증가에 따른 성능향상을 비교평가 한다. 실험 결과는 멀티홉 무선 네트워크상에서 본 기법이 가장 높은 탐지정확도를 가질 뿐만 아니라 TCP의 성능을 가장 높게 향상시킴을 보인다. When TCP operates in multi-hop wireless networks, it suffers from severe performance degradation due to the different characteristics of wireless networks and wired networks. This is because TCP reacts to wireless packet losses by unnecessarily decreasing its sending rate assuming the losses as congestion losses. Although several loss differentiation algorithms (LDAs) have been proposed to avoid such performance degradation, their detection accuracies are not high as much as we expect. In addition the schemes have a tendency to sacrifice the detection accuracy of congestion losses while they improve the detection accuracy of wireless losses. In this paper, we suggest a new sender-based loss differentiation scheme which enhances the detection accuracy of wireless losses while minimizing the sacrifice of the detection accuracy of congestion losses. Our scheme estimates the rate of queue usage which is highly correlated with the congestion in the network path between a TCP sender and a receiver, and it distinguishes congestion losses from wireless losses by comparing the estimated queue usage with a certain threshold. In the extensive experiments based on a network simulator, QualNet, we measure and compare each detection accuracy of wireless losses and congestion losses, and evaluate the performance enhancement in each scheme. The results show that our scheme has the highest accuracy among the LDAs and it improves the most highly TCP performance in multi-hop wireless networks.

유무선 혼합망에서 TCP와 Snoop 프로토콜 비교에 관한 연구

김창희 (사)디지털산업정보학회 2009 디지털산업정보학회논문지 Vol.5 No.2

As the TCP is the protocol designed for the wired network that packet loss probability is very low, because TCP transmitter takes it for granted that the packet loss by the wireless network characteristics is occurred by the network congestion and lowers the transmitter’s transmission rate, the performance is degraded. The Snoop Protocol was designed for the wired network by putting the Snoop agent module on the BS(Base Station) that connect the wire network to the wireless network to complement the TCP problem. The Snoop agent cash the packets being transferred to the wireless terminal and recover the loss by resending locally for the error occurred in the wireless link. The Snoop agent blocks the unnecessary congestion control by preventing the dupack (duplicate acknowledgement)for the retransmitted packet from sending to the sender and hiding the loss in the wireless link from the sender. We evaluated the performance in the wired/wireless network and in various TCP versions using the TCP designed for the wired network and the Snoop designed for the wireless network and evaluated the performance of the wired/wireless hybrid network in the wireless link environment that the continuous packet loss occur.

무선환경에서 짧은 TCP 트래픽의 성능향상을 위한 응답패킷 분할 전송 기법

진교홍 한국정보통신학회 2001 한국정보통신학회논문지 Vol.5 No.5

본 논문은 최근 급속히 증가되고 있는 무선 인터넷에서 발생되는 Short Traffic 서비스의 성능을 향상시키기 위하여, TCP 프로토콜의 폭주제어 알고리즘을 보완하는 응답패킷 분할 기법(SPACK)을 제안하였다. 유선통신 환경과는 달리 무선통신 환경에서는 높은 비트 오류율로 인하여 TCP 프로토콜의 폭주제어 알고리즘이 오동작을 일으키게 된다. 이로 인하여 TCP 프로토콜의 성능은 급격히 저하되어 전체적인 인터넷 서비스의 성능이 떨어지게 된다. 본 논문에서는 이러한 TCP 프로토콜을 성능을 개선시키기 위해 기지국에서 응답패킷을 분할하여 전달하는 SPACK 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 성능을 분석하였으며, 그 결과 기존의 TCP 프로토콜에 비하여 SPACK을 이용하는 경우 더 높은 성능이 발휘됨을 확인하였다. In this paper, in order to improve the performance of TCP short traffic services in wireless Internet environments, the Split-ACKs(SPACK) scheme is proposed. In wireless networks, unlike wired networks, packet losses will occur more often due to high bit error rates. Therefore, each packet loss over wireless links results in congestion control procedure of TCP being invoked at the source. This causes severe end-to-end performance degradation of TCP. In this paper, to alleviate the TCP performance, the SPACK method, split acknowledgement packets in the base station, is proposed. Using computer simulation, the performance of TCP using SPACK is analyzed and shows better performance than traditional TCP protocol.

상대전송지연시간을 이용한 TCP 세그먼트의 혼잡 손실과 무선 손실 구분 알고리즘

신광식,이보람,김기원,장문석,윤완오,최상방,Shin, Kwang-Sik,Lee, Bo-Ram,Kim, Ki-Won,Jang, Mun-Suck,Yoon, Wan-Oh,Choi, Sang-Bang 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.8a

기존의 유선 네트워크 환경에서 쓰이던 TCP 프로토콜을 무선 네트워크에 사용할 경우에, 무선 손실이 발생할 경우 혼잡 제어 알고리즘을 실행하여 성능 저하 현상이 발생한다. 본 논문에서는 네트워크 상태변화를 민감하게 반영하는 손실 구분 알고리즘을 제안한다. TCP는 패킷의 이동 경로를 설정하지 않기 때문에 수신자와 송신자 사이의 병목링크(라우터)의 수를 알 수 없고, 고정된 패킷의 양을 기준으로 패킷의 손실 원인을 구분할 경우 정확성이 떨어진다. 따라서 패킷의 상대적인 전송지연시간인 ROTT(Relative One-way Trip Time)을 이용하여 네트워크 상태변화를 민감하게 반영하는 손실 구분 알고리즘을 수식적으로 전개하였다. 본 논문에서는 NS2를 이용하여 기존의 TCP Veno, Spike 알고리즘과 성능을 비교, 분석하였다. 실험 결과를 통해 제안된 알고리즘이 기존의 알고리즘에 비해 패킷의 손실 구분 오류율을 최고 45% 낮춘다는 것을 알 수 있었다. 그리고 낮은 패킷의 손실 구분 오류율로 인해 공평성(fairness)을 해치지 않으면서 패킷의 전송량이 증가한다는 것을 증명하였다. TCP is popular protocol for reliable data delivery in the Internet. In recent years, wireless environments with transmission errors are becoming more common. Therefore, there is significant interest in using TCP over wireless links. Previous works have shown that, unless the protocol is modified, TCP may perform poorly on paths that include a wireless link subject to transmission errors. The reason for this is the implicit assumption in TCP that all packet losses are due to congestion which causes unnecessary reduction of transmission rate when the cause of packet losses are wireless transmission errors. In this paper, we propose a new LDA that monitors the network congestion level using ROTT. And we evaluate the performance of our scheme and compare with TCP Veno, Spike scheme with NS2(Network Simulator 2). In the result of our experiment, our scheme reduces the packet loss misclassification to maximum 55% of other schemes. And the results of another simulation show that our scheme raise its transmission rate with the fairness preserved.

무선 환경에서 802.11 MAC의 MIB 정보를 이용한 TCP 성능 개선 방법

신광식(Kwang-Sik Shin),김기원(Ki-Won Kim),윤준철(Jun-Chul Yoon),김경섭(Kyung-Sub Kim),장문석(Mun-Suck Jang),최상방(Sang-Bang Choi) 한국통신학회 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.7B

TCP에서의 혼잡제어는 패킷 손실이 발생하면 이를 네트워크의 혼잡상황으로 판단해서 전송률을 줄인다. 무선 네트워크에서는 채널 에러로 인해 패킷 손실이 발생하는데, 기존의 유선환경에서의 TCP는 이를 혼잡으로 인한 손실로 착각하여 성능을 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 그러므로 유ㆍ무선 통합네트워크에서의 TCP 성능 저하를 막기 위해 혼잡손실과 무선손실을 구별하는 연구가 진행되고 있다. 기존의 무선 TCP에 대한 연구는 주로 패킷이 전달되는 시간의 변화를 통해 네트워크의 혼잡상황을 유추해서 패킷 손실 시 혼잡손실과 무선손실을 예측하지만, 패킷의 전송시간은 여러 가지 다른 요인에 영향을 받기 때문에 정확한 손실구분은 불가능하다. 그러므로 본 논문에서는 IEEE 802.11 MAC에서 정의하고 있는 MIB(Management Information Base)의 무선손실 정보를 이용하여 유선손실과 무선손실을 구별하는 알고리즘을 제안한다. MAC 계층의 MIB를 수집하여 사용하는 제안된 알고리즘과 패킷의 지연 시간을 이용하는 기존의 알고리즘을 시뮬레이션을 통하여 비교하고 분석한 결과 무선 채널에서의 에러율이 10%인 경우에, Spike 알고리즘에 비해 12%, mBiaz 알고리즘에 비해 32%의 성능 향상을 보였다. Congestion control of the TCP reduces transmission rate when it detects packet loss because packet loss origines from congestion in the wired network. In the wireless network, packet loss comes from channel errors. Wired TCP degrades performance when there are wireless losses because it does not classify type of loss. These day, there are many researches which classify type of loss between congestion loss and wireless loss for wired-wireless hybrid network. For wireless TCP, many of existing algorithms are based on the estimated bandwidth or variations of packet arrival time. In this paper, we propose a new TCP scheme to distinguish the wireless packet losses from the congestion packet losses using MIB of the IEEE 802.11 MAC. We perform excessive simulations using the NS-2 network simulator and analyze the simulation results to compare the performance of the proposed algorithm to other well-known algorithms. From simulation results, we know that proposed algorithm improves performance about 12% and 32% compared with Spike algorithm and mBiaz algorithm, respectively.