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

Shivkumar Kalyanaraman, Bobby Vandalore+5 more|ArXiv.org|Sep 23, 1998

Network Traffic and Congestion Control被引用 6

一句话总结

本论文研究了在长程依赖（LRD）可变比特率（VBR）视频源流量（通过分数布朗噪声建模）下，ATM的可用比特率（ABR）服务中TCP的性能表现。采用ERICA+作为交换机算法，研究结果表明，尽管ABR容量高度可变，仍能实现高吞吐量和低延迟，仿真结果证实了在地面和卫星ATM网络中的鲁棒性。

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.

研究动机与目标

• 评估在多路复用长程依赖（LRD）VBR视频流量时，TCP在ABR服务上的性能表现。
• 建立能够体现自相似性和分段恒定比特率行为的现实压缩视频流量模型。
• 评估由LRD VBR源引起的ABR容量可变性对TCP吞吐量和延迟的影响。
• 评估ERICA+拥塞控制算法在该类流量下稳定ABR容量的有效性。
• 在相同流量模型下，比较地面和卫星ATM网络配置下的性能表现。

提出的方法

• 使用快速傅里叶变换（FFT）生成的分数布朗噪声（FGN）对LRD VBR视频流量进行建模。
• 通过模拟多路MPEG-2类视频源，生成具有长程依赖特性的分段恒定比特率（CBR）流量。
• 在ATM交换机中实现ERICA+算法，根据反馈信息和队列行为动态调整ABR容量。
• 在具有不同流量负载的地面和卫星ATM网络拓扑中进行仿真。
• 测量关键性能指标：在不同LRD VBR背景流量水平下的吞吐量、延迟和队列稳定性。
• 采用能够模拟真实压缩视频流统计特性（如自相似性和突发性）的现实流量模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自压缩视频源的长程依赖VBR流量如何影响ATM网络中ABR容量和TCP性能？
• RQ2 ABR容量的可变性在地面和卫星ATM网络中在多大程度上降低TCP吞吐量并增加延迟？
• RQ3 ERICA+拥塞控制算法能否在LRD VBR流量下有效稳定ABR容量并维持高TCP吞吐量？
• RQ4 在相同LRD VBR背景流量下，地面和卫星ATM网络配置的性能指标有何差异？
• RQ5 流量突发性和自相似性对基于ABR的ATM网络中端到端延迟和队列稳定性有何影响？

主要发现

• 来自压缩视频源的LRD VBR流量导致ABR容量高度可变，从而引发带宽分配不稳定。
• 尽管ABR容量显著波动，ERICA+算法仍能维持高TCP吞吐量和低端到端延迟。
• 仿真结果表明，ERICA+能有效跟踪并适应变化的ABR容量，最大限度减少队列积压并降低延迟抖动。
• 性能在地面和卫星ATM网络中均表现稳健，尽管卫星链路的往返延迟更高。
• 该模型准确捕捉了真实MPEG-2传输流流量的自相似性和突发性特征，验证了其在性能评估中的适用性。
• 研究结果证实，传统ABR机制在LRD流量下会失效，而ERICA+为实现稳定、高吞吐量运行提供了可行解决方案。