[논문 리뷰] Performance of TCP over ABR with Long-Range Dependent VBR Background Traffic over Terrestrial and Satellite ATM networks

Shivkumar Kalyanaraman, Bobby Vandalore외 5명|ArXiv.org|1998. 09. 23.

Network Traffic and Congestion Control인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 압축된 비디오 소스에서 유도된 장거리 의존성(LRD) VBR 트래픽을 통해 ATM의 가용 비트 레이트(ABR) 서비스에서 TCP 성능을 조사한다. 이 트래픽은 분수적 가우시안 노이즈로 모델링된다. ERICA+를 스위치 알고리즘으로 사용하여, 높은 대역폭과 낮은 지연을 유지함을 입증하였으며, 지상 및 위성 ATM 네트워크에서의 시뮬레이션을 통해 높은 강인성을 확인하였다.

ABSTRACT

Compressed video is well known to be self-similar in nature. We model VBR carrying Long-Range Dependent (LRD), multiplexed MPEG-2 video sources. The actual traffic for the model is generated using fast-fourier transform of generate the fractional gaussian noise (FGN) sequence. Our model of compressed video sources bears similarity to an MPEG-2 Transport Stream carrying video, i.e., it is long-range dependent and generates traffic in a piecewise-CBR fashion. We study the effect of such VBR traffic on ABR carrying TCP traffic. The effect of such VBR traffic is that the ABR capacity is highly variant. We find that a switch algorithm like ERICA+ can tolerate this variance in ABR capacity while maintaining high throughput and low delay. We present simulation results for terrestrial and satellite configurations.

연구 동기 및 목표

• 다양한 장거리 의존성(LRD) VBR 비디오 트래픽과 병행할 때 ABR 서비스에서 TCP 성능을 평가하는 것.
• 자기유사성과 조각별 일정 비트 레이트 행동을 보이는 실제적인 압축 비디오 트래픽을 모델링하는 것.
• LRD VBR 소스로 인한 변동성이 큰 ABR 대역폭이 TCP 대역폭과 지연에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 이러한 트래픽 하에서 ERICA+ 혼잡 제어 알고리즘이 ABR 대역폭을 안정화시키는 데 효과적인지 평가하는 것.
• 동일한 트래픽 모델 하에서 지상 및 위성 ATM 네트워크 구성 간의 성능을 비교하는 것.

제안 방법

• 빠른 푸리에 변환(FFT)을 통해 생성된 분수적 가우시안 노이즈(FGN)를 사용하여 LRD VBR 비디오 트래픽을 모델링하는 것.
• MPEG-2 유사 비디오 소스를 병행하여 장거리 의존성을 갖는 조각별 일정 비트 레이트(CBR) 트래픽을 생성하는 것.
• 스위치에서 ERICA+ 알고리즘을 구현하여 피드백과 큐 행동에 기반해 ABR 대역폭을 동적으로 조정하는 것.
• 다양한 트래픽 부하를 갖는 지상 및 위성 ATM 네트워크 토폴로지에서 시뮬레이션을 수행하는 것.
• 다양한 수준의 LRD VBR 배경 트래픽 하에서 주요 성능 지표인 대역폭, 지연, 큐 안정성 측정.
• 실제 압축 비디오 스트림의 통계적 특성인 자기유사성과 버스트성과 유사한 현실적인 트래픽 모델 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압축된 비디오 소스에서 유도된 장거리 의존성(VBR) 트래픽은 ATM 네트워크에서 ABR 대역폭과 TCP 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 지상 및 위성 ATM 네트워크에서 ABR 대역폭의 변동성이 TCP 대역폭을 얼마나 떨어뜨리고 지연을 얼마나 증가시키는가?
• RQ3 ERICA+ 혼잡 제어 알고리즘이 LRD VBR 트래픽 하에서 ABR 대역폭을 효과적으로 안정화시키고 고성능 TCP 대역폭을 유지할 수 있는가?
• RQ4 동일한 LRD VBR 배경 트래픽 하에서 지상 및 위성 ATM 네트워크 구성 간 성능 지표는 어떻게 다름?
• RQ5 트래픽 버스트성과 자기유사성은 ABR 기반 ATM 네트워크에서 종단 간 지연과 큐 안정성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 압축된 비디오 소스에서 유도된 LRD VBR 트래픽은 매우 변동성이 큰 ABR 대역폭을 초래하여 대역폭 할당이 불안정해진다.
• 매우 큰 ABR 대역폭 변동성에도 불구하고 ERICA+ 알고리즘이 높은 TCP 대역폭과 낮은 종단 간 지연을 유지한다.
• 시뮬레이션 결과 ERICA+는 변화하는 ABR 대역폭을 효과적으로 추적하고 적응하여 큐 축적을 최소화하고 지연 제플러를 감소시킴을 보여준다.
• 성능은 지상 및 위성 ATM 네트워크 모두에서 강인하나, 위성 링크는 더 높은 왕복 지연를 나타낸다.
• 모델은 실제 MPEG-2 트랜스포트 스트림 트래픽의 자기유사성과 버스트성 특성을 정확히 반영하여 성능 평가에 적합함을 검증한다.
• 기존 ABR 메커니즘은 LRD 트래픽 하에서 실패함을 확인하였고, ERICA+는 안정적이고 고성능 운영을 위한 실용적인 해결책을 제공한다.