[論文レビュー] Analysis and Simulation of Delay and Buffer Requirements of satellite-ATM Networks for TCP/IP Traffic

Rohit Goyal, Sastri Kota+4 more|ArXiv.org|Sep 23, 1998

Network Traffic and Congestion Control参考文献 12被引用数 19

ひとこと要約

本稿は、TCP/IPトラフィックのための衛星-ATMネットワークにおけるエンドツーエンド遅延およびバッファ要件を分析・シミュレートし、GEOおよびLEOコンstellationにおける伝搬遅延およびバッファリング遅延に焦点を当てる。LEOルーティングを最適パスでモデル化し、ATMのABRおよびUBRサービスカテゴリにおけるバッファリング遅延を評価した結果、LEOシステムではバッファリング遅延が支配的であり、TCPパフォーマンスに顕著な影響を与えることが示された。

ABSTRACT

In this paper we present a model to study the end-to-end delay performance of a satellite-ATM netowrk. We describe a satellite-ATM network architecture. The architecture presents a trade-off between the on-board switching/processing features and the complexity of the satellite communication systems. The end-to-end delay of a connection passing through a satellite constellation consists of the transmission delay, the uplink and downlink ground terminal-satellite propagation delay, the inter-satellite link delays, the on-board switching, processing and buffering delays. In a broadband satellite network, the propagation and the buffering delays have the most impact on the overall delay. We present an analysis of the propagation and buffering delay components for GEO and LEO systems. We model LEO constellations as satellites evenly spaced in circular orbits around the earth. A simple routing algorithm for LEO systems calculates locally optimal paths for the end-to-end connection. This is used to calculate the end-to-end propagation delays for LEO networks. We present a simulation model to calculate the buffering delay for TCP/IP traffic over ATM ABR and UBR service categories. We apply this model to calculate total end-to-end delays for TCP/IP over satellite-ATM networks.

研究の動機と目的

• TCP/IPトラフィックのための衛星-ATMネットワークにおけるエンドツーエンド遅延パフォーマンスを分析すること。
• GEOおよびLEO衛星コンステラションにおける伝搬遅延およびバッファリング遅延の影響を評価すること。
• LEOシステムにおけるローカルに最適なパスを計算するルーティングアルゴリズムをモデル化すること。
• ATM ABRおよびUBRサービスカテゴリを介したTCP/IPトラフィックにおけるバッファリング遅延をシミュレートすること。
• エンドツーエンド遅延を定量的に評価し、衛星-ATMネットワークにおける支配的遅延要因を特定すること。

提案手法

• LEOコンステラションを、地球の周囲を等間隔に配置された衛星としてモデル化する。
• LEOネットワークにおけるローカルに最適なエンドツーエンドパスを計算する簡単なルーティングアルゴリズムを開発する。
• GEOおよびLEOシステムの両方における衛星の幾何学的配置および軌道パrameterに基づき、伝搬遅延を分析する。
• ATMのABRおよびUBRサービスカテゴリを用いて、TCP/IPトラフィックのバッファリング遅延をモデル化する。
• 伝搬遅延、スイッチング/処理遅延、およびバッファリング遅延を組み合わせることでエンドツーエンド遅延をシミュレートする。
• シミュレーションモデルを用いて総エンドツーエンド遅延を計算し、特にバッファリング遅延の寄与を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GEOおよびLEO衛星-ATMネットワークにおける伝搬遅延は、エンドツーエンド遅延にどの程度寄与しているか？
• RQ2 ATMのABRおよびUBRサービスカテゴリにおけるバッファリング遅延は、TCP/IPトラフィックパフォーマンスにどのように影響するか？
• RQ3 衛星コンステラションの幾何学的配置は、LEOシステムにおけるエンドツーエンド遅延にどのような影響を与えるか？
• RQ4 LEO衛星-ATMネットワークにおけるTCP/IPトラフィックの文脈で、伝搬遅延とバッファリング遅延のどちらが支配的か？
• RQ5 ルーティングアルゴリズムの選択は、LEOコンステラションにおけるエンドツーエンド遅延にどのように影響するか？

主な発見

• TCP/IPトラフィックのためのLEO衛星-ATMネットワークにおいて、バッファリング遅延がエンドツーエンド遅延の主な寄与要因である。
• 伝搬遅延はGEOおよびLEOシステムの両方で顕著であるが、LEOシステムは低い軌道高度のため、全体の伝搬遅延が低い。
• シミュレーション結果から、ABRサービスカテゴリはUBRよりもより予測可能なバッファリング遅延を示すことが判明した。UBRはトラフィック負荷に対してより感受性が強い。
• LEOネットワークにおけるエンドツーエンド遅延は、主にホップ数および各衛星におけるバッファリング動作によって決定される。
• 提案されたルーティングアルゴリズムは、エンドツーエンドパス長を効果的に最小化し、結果としてLEOコンステラションにおける伝搬遅延を低減する。
• LEOシステムにおける総エンドツーエンド遅延は、蓄積されたバッファリング遅延および伝搬遅延のため、地上ネットワークよりも顕著に高い。