[论文解读] Satellite ATM Network Architectural Considerations and TCP/IP Performance

Sastri Kota, Rohit Goyal+1 more|ArXiv.org|Sep 23, 1998

Satellite Communication Systems被引用 15

一句话总结

本文研究了卫星ATM网络中高效传输TCP/IP流量的机制，提出了一种基于选择性确认的每虚电路（per-VC）缓冲区管理策略，以应对高往返时延。研究发现，在无限TCP流量下，0.5至1倍RTT的缓冲区大小可实现超过98%的吞吐量，且在大量源流量下仍保持高公平性，且与源数量无关。

ABSTRACT

In this paper, we have provided a summary of the design options in Satellite-ATM technology. A satellite ATM network consists of a space segment of satellites connected by inter-satellite crosslinks, and a ground segment of the various ATM networks. A satellite-ATM interface module connects the satellite network to the ATM networks and performs various call and control functions. A network control center performs various network management and resource allocation functions. Several issues such as the ATM service model, media access protocols, and traffic management issues must be considered when designing a satellite ATM network to effectively transport Internet traffic. We have presented the buffer requirements for TCP/IP traffic over ATM-UBR for satellite latencies. Our results are based on TCP with selective acknowledgments and a per-VC buffer management policy at the switches. A buffer size of about 0.5 * RTT to 1 * RTT is sufficient to provide over 98% throughput to infinite TCP traffic for long latency networks and a large number of sources. This buffer requirement is independent of the number of sources. The fairness is high for a large numbers of sources because of the per-VC buffer management performed at the switches and the nature of TCP traffic.

研究动机与目标

• 分析支持互联网流量的卫星ATM网络的架构选项。
• 评估在高时延卫星网络中，通过ATM-UBR传输TCP/IP的性能表现。
• 确定在长RTT条件下，维持高吞吐量和公平性的最优缓冲区尺寸。
• 评估每-VC缓冲区管理策略及TCP SACK对性能的影响。
• 为处理多样化TCP流量的卫星ATM网络提供设计指导。

提出的方法

• 在交换机上采用每-VC缓冲区管理策略，对ATM-UBR上的TCP流量进行建模。
• 在典型卫星链路的长往返时延条件下，仿真缓冲区需求。
• 使用带有选择性确认（SACK）的TCP，以提升丢包恢复能力和吞吐量。
• 在不同缓冲区尺寸下，分析多个源流量的吞吐量与公平性。
• 采用基于RTT的缓冲区尺寸策略，以最小化缓冲区过度配置。
• 应用网络控制中心进行资源分配与网络管理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在长RTT的卫星ATM网络中，为实现TCP/IP流量的高吞吐量，需要多大的缓冲区尺寸？
• RQ2 在高时延卫星ATM网络中，每-VC缓冲区管理如何影响公平性与吞吐量？
• RQ3 TCP结合选择性确认在卫星ATM环境中能在多大程度上提升性能？
• RQ4 TCP源的数量如何影响卫星ATM网络中的缓冲区需求与公平性？
• RQ5 哪些架构设计选择能最大化卫星ATM网络中TCP/IP的性能？

主要发现

• 在长时延卫星网络中，0.5至1倍RTT的缓冲区大小足以实现无限TCP流量超过98%的吞吐量。
• 所需缓冲区大小与TCP源数量无关，简化了可扩展性规划。
• 由于每-VC缓冲区管理与TCP拥塞控制机制的协同作用，可在大量源流量下实现高公平性。
• TCP结合选择性确认显著提升了性能，通过减少重传超时来实现。
• 所提出的缓冲区尺寸策略在重载条件下仍能保持高效率，且无过度配置。
• 结果验证了每-VC缓冲区管理在最小化缓冲区需求的同时最大化吞吐量的有效性。