[논문 리뷰] 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)|2010. 02. 11.

Network Traffic and Congestion Control참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 시뮬레이션 기반 연구는 무선 링크 노이즈로 인한 무작위 패킷 손실 상황에서 ns-2를 사용하여 모바일 애드혹 네트워크(MANETs)에서 TCP Tahoe와 Reno의 성능을 평가한다. 결과적으로, 낮고 고립된 손실(1%) 조건에서는 Reno가 Tahoe를 능가하지만, 높은 오류율(30%)으로 인해 다수의 세그먼트가 손실될 경우 Tahoe가 복구 시간을 64.28% 감소시켜 Reno보다 뛰어난 성능을 보이며, 이는 매우 신뢰성 없는 무선 환경에서 Tahoe의 우수성을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 무작위 패킷 손실의 다양한 수준에서 모바일 애드혹 네트워크(MANETs) 내 TCP Tahoe와 Reno의 성능을 평가하기 위해.
• IEEE 802.11 기반 무선 링크의 무작위 노이즈가 TCP의 전송률과 혼잡도 창 동작에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 다양한 손실 조건 하에서 MANETs에 적합한 TCP 버전—Tahoe 또는 Reno—를 결정하기 위해.
• 모바일 및 무선 네트워크에서 버스트 패킷 손실이 TCP 성능에 미치는 영향에 대한 경험적 증거를 제공하기 위해.

제안 방법

• MANET 환경을 모델링하기 위해 ns-2 네트워크 시뮬레이터를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다.
• 무선 링크의 신뢰성 저하 정도를 반영하기 위해 무작위 손실을 0%, 10%, 20%, 30% 수준으로 도입하였다.
• TCP Tahoe 및 TCP Reno 버전 간의 전송률과 혼잡도 창 동역학을 측정하고 비교하였다.
• 단일 세그먼트 손실 및 다중 세그먼트 손실 시나리오에서의 성능에 초점을 맞춘 분석을 수행하였다.
• 주요 성능 지표로는 엔드 투 엔드 전송률과 손실 이벤트 복구 시간을 포함하였다.
• 결과의 통계적 신뢰성을 확보하기 위해 시뮬레이션을 다수의 런에 걸쳐 반복하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무선 링크 노이즈로 인한 무작위 패킷 손실은 MANETs 내 TCP 전송률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 TCP Tahoe와 TCP Reno는 단일 세그먼트 손실와 다중 세그먼트 손실에 대해 어떻게 다른 반응을 보이는가?
• RQ3 고오류율 조건에서 어느 TCP 버전—Tahoe 또는 Reno—가 더 높은 전송률과 더 빠른 복구를 달성하는가?
• RQ4 버스트 손실 패턴은 MANETs 내 혼잡도 창 동작에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 신뢰성 없는 무선 링크를 가진 모바일 애드혹 네트워크에서 기존의 TCP 버전을 효과적으로 사용할 수 있는가?

주요 결과

• 무선 링크의 고오류율으로 인해 다수의 세그먼트가 손실될 경우 전송률이 크게 감소하였다.
• 낮은 손실 조건(1% 손실)에서는 TCP Reno가 더 높은 전송률과 더 빠른 복구를 달성하여 TCP Tahoe를 능가하였다.
• 고오류 조건(30% 손실)에서는 TCP Tahoe가 복구 시간을 TCP Reno 대비 64.28% 감소시켜 버스트 손실 환경에서 뛰어난 성능을 보였다.
• 다수의 세그먼트가 손실된 경우, TCP Tahoe의 혼잡도 창은 그 강력한 재전송 전략 덕분에 TCP Reno보다 더 효율적으로 복구되었다.
• 결과적으로, 빈번한 버스트 오류가 발생하는 매우 불안정한 무선 네트워크에서 TCP Tahoe는 TCP Reno보다 더 견고한 성능을 보였다.
• 이 연구는 기존 TCP가 손실이 혼잡으로 인한 것이라고 가정하는 전통적인 가정이 MANETs에서는 성립하지 않음을 확인하였으며, 손실의 대부분은 물리 계층 오류로 인한 것임을 시사한다.