Βελτίωση της απόδοσης του πρωτοκόλλου TCP σε ασύρματα δίκτυα 802.11 με εκρήξεις λαθών

This item is provided by the institution :
University of Crete   

Repository :
E-Locus Institutional Repository   

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*



Improving TCP performance in 802.11 WLANs with packet error bursts
Βελτίωση της απόδοσης του πρωτοκόλλου TCP σε ασύρματα δίκτυα 802.11 με εκρήξεις λαθών

Φωτιάδης, Γεώργιος (EL)
Fotiadis, George (EN)

text
Τύπος Εργασίας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

2005-12-01
2006-01-23


Τα τελευταία χρόνια, η χρήση ασύρματων δικτύων που βασίζονται στο πρωτόκολλο 802.11 εμφανίζει σημαντική εξάπλωση. Η επιτυχία αυτή οφείλεται, κυρίως, στην ευρύτερη ανάγκη για πρόσβαση στο διαδίκτυο καθώς και στη δυνατότητα που παρέχεται στο χρήστη για ελεύθερη μετακίνηση. Μία από τις προκλήσεις στα ασύρματα δίκτυα είναι να ενσωματωθούν στην υποδομή του διαδικτύου. Παρ’όλα αυτά, το ασύρματο μέσο δεν παρέχει αξιοπιστία κατά τη μετάδοση, εισάγωντας μεγάλο ρυθμό λαθών και μεγάλη μεταβλητότητα στην καθυστέρηση. Έτσι η αλληλεπίδραση υπαρχόντων πρωτοκόλλων δικτύων τα οποία έχουν σχεδιαστεί για ενσύρματα δίκτυα, όπως το TCP, με πρωτόκολλα ασύρματων δικτύων, όπως το 802.11, αποτελεί μεγάλη πρόκληση. Όμως, το πρωτόκολλο TCP παρουσιάζει μειωμένη απόδοση σε ασύρματα περιβάλλοντα, κυρίως λόγω της παρερμηνείας της απώλειας πακέτων στο ασύρματο μέσο ως σήματα συμφόρησης. Οι μη αναγκαίες κλήσεις των μηχανισμών αποφυγής συμφόρησης οδηγούν σε μείωση του ρυθμού μετάδοσης του TCP αποστολέα και, τελικά, σε μειωμένη απόδοση του πρωτοκόλλου. Επιπλέον, οι τοπικές επαναμεταδόσεις, η κινητικότητα του χρήστη και οι μεταπομπές (handoffs) εισάγουν μεγάλη μεταβλητότητα στην καθυστέρηση των πακέτων. Αυτή η μεγάλη μεταβλητότητα στην καθυστέρηση έχει ως αποτέλεσμα την μη αναγκαία λήξη (timeout) του μετρητή επαναμετάδοσης του αποστολέα, τα οποία θα μπορούσαν να είχαν αποφεχθεί αν η τιμή του μετρητή (RTO) αυτού ήταν μεγαλύτερη. Η λήξη του μετρητή επαναμετάδοσης μειώνει σημαντικά την απόδοση του TCP, αφού χωρίς να υπάρχει λόγος το παράθυρο συμφόρησης (congestion window) μειώνεται στο ένα. Επιπλέον, οδηγούν σε αχρείαστες επαναμεταδόσεις πακέτων, οι οποίες καταναλώνουν άσκοπα την ενέργεια των ασύρματων κόμβων. Σε αυτή την εργασία, παρουσιάζουμε μία μέθοδο η οποία στοχεύει στην αύξηση της απόδοσης του πρωτοκόλλου TCP σε ασύρματα δίκτυα υποδομής και πολλαπλών αλμάτων. Η προτεινόμενη μέθοδος, πρωτίστως, εξαλείφει τα λάθη στο ασύρματο μονοπάτι προσαρμόζοντας έναν ισχυρό μηχανισμό τοπικής επαναμετάδοσης. Επιπλέον, αντιμετωπίζουμε το πρόβλημα της μεγάλης μεταβλητότητας στην καθυστέρηση, η οποία εισάγεται από τις τοπικές επαναμεταδόσεις σε περιβάλλοντα με εκρήξεις λαθών, προσθέτωντας τεχνητή καθυστέρηση σε πακέτα επιβεβαιώσεων στο σημείο πρόσβασης (access point). Επιπλέον, η προτεινόμενη μέθοδος προσαρμόζεται σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του δικτύου, όπως ο ρυθμός λαθών, η καθυστέρηση διάδοσης και ο αριθμός των ασύρματων κόμβων. Τα πειράματα που έγιναν στον προσομειωτή δικτύου Network Simulator 2, δείχνουν ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος πετυχαίνει βελτίωση στην απόδοση του TCP και μειώνει τον αριθμό των μη αναγκαίων επαναμεταδόσεων, αποφεύγοντας την άσκοπη κατανάλωση ενέργειας στον ασύρματο κόμβο. (EL)
During the past few years, wireless local area networks (WLANs) based on the IEEE 802.11 protocol have experienced a tremendous growth. This success is primarily driven by the need for universal access to the Internet and by the ability offered to users to move freely without the need of cables. One of the challenges in wireless networks is to integrate to the existing Internet infrastructure. However, the wireless path can not guarantee reliable data transfer, introducing high packet error rates and delay variability. Hence, the interaction of existing transport protocols initially designed for wireline paths, such as TCP, with wireless protocols, such as 802.11, appears to be highly challenging. TCP performs poorly in wireless environments, mainly because packet losses are misinterpreted as congestion signals by the TCP sender. Unnecessary congestion avoidance invocations lead to transmission rate throttling by the TCP sender and, hence, reduced throughput. Moreover, local retransmissions, user mobility, and handoffs, often introduce high delay variability to the packets being transmitted. High delay variability can result in spurious timeouts, i.e. timeouts that could have been avoided if the sender's retransmission timeout (RTO) was larger. Spurious timeouts significantly degrade TCP throughput, since the congestion window is unnecessarily reduced to one segment. Moreover, they result in unnecessary segment retransmissions by the TCP sender, which consume battery power if the sending node is the mobile user. In this work, we present an approach that improves TCP performance in both infrastructure and multihop wireless networks. Firstly, our approach focuses on eliminating wireless losses by applying a robust data-link layer retransmission mechanism. Secondly, we address the negative effects of high delay variability, which is caused by local retransmissions in bursty loss environments, by injecting artificial delay to TCP acknowledgements at the access point so as to indirectly influence the sender's RTO value. The proposed algorithm is implemented solely at the access point, without requiring changes at the sending and receiving nodes. Moreover, the algorithm can adapt its behaviour to network characteristics such as packet error rate, propagation delay and number of participating mobile nodes. Experiments with the NS-2 simulation tool show that the proposed adaptive delay injection method achieves significant throughput improvements and reduces unnecessary TCP retransmissions, hence reduces a mobile TCP sender’s battery consumption. (EN)






*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)