[논문 리뷰] Analysis and Simulation of Delay and Buffer Requirements of satellite-ATM Networks for TCP/IP Traffic

Rohit Goyal, Sastri Kota외 4명|ArXiv.org|1998. 09. 23.

Network Traffic and Congestion Control참고 문헌 12인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 지구정궤도(GEO) 및 저궤도위성(LEO) 위성-ATM 네트워크에서 TCP/IP 트래픽에 대한 종단간 지연 및 버퍼 요구사항을 분석하고 시뮬레이션한다. 특히, 전파 지연과 버퍼 지연에 초점을 맞춘다. LEO의 경로 설정을 최적화한 모델링과 ATM의 ABR 및 UBR 서비스 유형에서의 버퍼 지연을 평가하여, LEO 시스템에서 버퍼 지연이 지배적임을 보여주며, 이는 TCP 성능에 상당한 영향을 미친다.

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.

연구 동기 및 목표

• 위성-ATM 네트워크에서 TCP/IP 트래픽에 대한 종단간 지연 성능을 분석하기 위해.
• GEO 및 LEO 위성 컨stellation에서 전파 지연과 버퍼 지연의 영향을 평가하기 위해.
• 로컬 최적 경로를 계산하는 LEO 시스템을 위한 라우팅 알고리즘을 모델링하기 위해.
• ATM ABR 및 UBR 서비스 유형을 통해 TCP/IP 트래픽에 대한 버퍼 지연을 시뮬레이션하기 위해.
• 종단간 총 지연을 정량화하고 위성-ATM 네트워크에서 지배적인 지연 성분을 특정하기 위해.

제안 방법

• 지구를 둘러싼 원형 궤도상에 균일하게 분포된 위성으로 LEO 컨스텔레이션을 모델링한다.
• LEO 네트워크에서 로컬 최적 경로를 계산하는 단순한 라우팅 알고리즘을 개발한다.
• GEO 및 LEO 시스템 모두에 대해 위성 기하학과 궤도 파rameter를 기반으로 전파 지연을 분석한다.
• ATM의 ABR 및 UBR 서비스 유형을 사용하여 TCP/IP 트래픽의 버퍼 지연을 모델링한다.
• 전파 지연, 스위칭/처리 지연, 버퍼 지연을 조합하여 종단간 지연을 시뮬레이션한다.
• 총 종단간 지연을 계산하기 위해 시뮬레이션 모델을 사용하며, 주로 버퍼 지연 기여도에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GEO 및 LEO 위성-ATM 네트워크에서 전파 지연이 종단간 지연에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 ATM ABR 및 UBR 서비스 유형에서의 버퍼 지연이 TCP/IP 트래픽 성능에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 위성 컨스텔레이션 기하학이 LEO 시스템의 종단간 지연에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 LEO 위성-ATM 네트워크에서 TCP/IP 트래픽에 대해 전파 지연 또는 버퍼 지연 중 어느 것이 지배적인가?
• RQ5 라우팅 알고리즘의 선택이 LEO 컨스텔레이션의 종단간 지연에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• TCP/IP 트래픽에 대해 LEO 위성-ATM 네트워크에서 버퍼 지연이 종단간 지연의 주요 기여 요소이다.
• 전파 지연은 GEO 및 LEO 시스템 모두에서 중요하지만, LEO 시스템은 궤도 고도가 낮아 전체 전파 지연이 낮다.
• 시뮬레이션 결과에 따르면, ABR 서비스 유형은 UBR에 비해 더 예측 가능한 버퍼 지연을 보이며, 트래픽 부하에 더 민감하지 않다.
• LEO 네트워크의 종단간 지연는 주로 홉 수와 각 위성에서의 버퍼링 행동에 의해 결정된다.
• 제안된 라우팅 알고리즘은 종단간 경로 길이를 효과적으로 최소화하여 LEO 컨스텔레이션에서 전파 지연을 감소시킨다.
• LEO 시스템의 총 종단간 지연는 누적된 버퍼 지연과 전파 지연로 인해 지상 네트워크보다 상당히 높다.