[論文レビュー] Impact of Random Loss on TCP Performance in Mobile Ad hoc Networks (IEEE 802.11), A Simulation-Based Analysis

Shamimul Qamar, Kumar Manoj|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2010

Network Traffic and Congestion Control参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

このシミュレーションベースの研究では、ns-2 を用いて、無線リンクノイズによるランダムなパケット損失の下で、モバイルアドホックネットワーク（MANET）におけるTCP TahoeとRenoの性能を評価している。結果として、1%の低で孤立した損失の下ではRenoがTahoeを上回るが、30%の高い誤り率による複数セグメントの損失が生じる場合には、TahoeがRenoを著しく上回り、回復時間を64.28%短縮することが判明した。これは、Tahoeが非常に信頼性の低い無線環境において優れた性能を示すことを示している。

ABSTRACT

Initially TCP was designed with the notion in mind that wired networks are generally reliable and any segment loss in a transmission is due to congestion in the network rather than an unreliable medium (The assumptions is that the packet loss caused by damage is much less than 1 percent) . This notion doesnt hold in wireless parts of the network. Wireless links are highly unreliable and they lose segments all the time due to a number of factors. Very few papers are available which uses TCP for MANET. In this paper, an attempt have been made to justify the use of TCP variants (Tahoe and Reno) for loss of packet due to random noise introduces in the MANET. For the present analysis the simulation has been carried out for TCP variants (Tahoe and Reno) by introduces 0, 10, 20 and 30 percent noise. The comparison of TCP variants is made by running simulation for 0, 10, 20 and 30 percent of data packet loss due to noise in the transmission link and the effect of throughput and congestion window has been examined. During the simulation we have observed that throughput has been decreased when a drop of multiple segments happens, further we have observed in the case of TCP variant (Reno) throughput is better at 1 percent (Figure 5) which implies a network with short burst of error and low BER, causing only one segment to be lost. When multiple segments are lost due to error prone nature of link, Tahoe perform better than Reno (Figure 13), that gives a significant saving of time (64.28 percent) in comparison with Reno (Table 4). Several simulations have been run with ns 2 simulator in order to acquire a better understanding of these TCP variants and the way they perform their function. We conclude with a discussion of whether these TCP versions can be used in Mobile Ad hoc Network.

研究の動機と目的

• 変動するランダムなパケット損失の下でのモバイルアドホックネットワーク（MANET）におけるTCP TahoeとRenoの性能を評価すること。
• IEEE 802.11ベースの無線リンクにおけるランダムなノイズが、TCPスルーブラットおよびコグネッションウィンドウ動作に与える影響を分析すること。
• 異なる損失条件下でのMANETに適したTCPバリアント（TahoeまたはReno）を特定すること。
• モバイルで無線のネットワークにおけるバースト損失の影響について、実証的証拠を提供すること。

提案手法

• MANET環境をモデル化するため、ns-2ネットワークシミュレータを用いてシミュレーションを実施した。
• 無線リンクの信頼性の低下を模倣するため、0%、10%、20%、30%の損失率を設定した。
• TCP TahoeおよびTCP Renoバリアント間でのスルーブラットおよびコグネッションウィンドウダイナミクスを測定・比較した。
• 単一セグメント損失と複数セグメント損失の両方のシナリオにおける性能に焦点を当てた。
• 主な性能指標には、エンドツーエンドスルーブラットおよび損失イベントからの回復時間があった。
• 結果の統計的信頼性を確保するため、複数回のシミュレーションを繰り返した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 無線リンクノイズによるランダムなパケット損失は、MANETにおけるTCPスルーブラットにどのように影響するか？
• RQ2 TCP TahoeとTCP Renoは、単一セグメント損失と複数セグメント損失の両方に対して、どのように反応するか？
• RQ3 高誤り率下で、TCP TahoeとTCP Renoのどちらがより高いスルーブラットとより速い回復を達成するか？
• RQ4 バースト損失パターンは、MANETにおけるコグネッションウィンドウ動作にどのような影響を与えるか？
• RQ5 従来のTCPバリアントは、信頼性の低い無線リンクを持つモバイルアドホックネットワークで効果的に使用可能か？

主な発見

• 無線リンクの高誤り率による複数セグメント損失が生じると、スルーブラットが著しく低下した。
• 低損失条件（1%損失）下では、TCP RenoがTCP Tahoeを上回り、より高いスルーブラットとより速い回復を達成した。
• 高損失条件（30%損失）下では、TCP TahoeはTCP Renoに比べて回復時間を64.28%短縮し、バースト損失環境下での優れた性能を示した。
• 複数セグメント損失時に、TCP Tahoeのコグネッションウィンドウは、その攻撃的な再送戦略のおかげで、TCP Renoよりも効率的に回復した。
• 結果から、頻繁なバーストエラーを伴う非常に信頼性の低い無線ネットワークにおいて、TCP TahoeはTCP Renoよりも耐障害性に優れていることが示唆された。
• 本研究は、MANETでは損失が主に物理層エラーに起因するため、従来のTCPの損失はコグネッションに起因するという仮定が成り立たないことを確認した。