무선 링크에서의 수신자 정보를 이용한 TCP성능 향상 방안

Abstract

The significant increase in recent activity in the area of wireless networks indicates that mobile hosts along with their wireless links will be an integral part of future networks. Communication over such networks shows quite different characteristics compared to traditional wired networks. Wireless links show much higher error rates and packet losses which are caused due to handoffs as users move from cell to cell. Reliable transport protocols such as TCP are tuned to perform well in traditional networks where packet losses occur mostly because of congestion. However, networks with wireless links and mobile hosts suffer from significant losses due to bit errors and handoffs. TCP responds to all losses by invoking congestion control and avoidance algorithms, resulting in degraded end-to-end performance in that system. In this paper, we compare several design alternatives and related work to improve the performance of TCP in such networks. To solve this problem, we proposed a model which is suitable for the wireless environment as well as a high performance wired WAN environment. This model uses TCP selective acknowledgement option between TCP ends, and also uses caching method at the base station. The base station can selectively resend the data which are lost in the wireless link using the SACK blocks which contain the receiver s information. This method prevents from retransmitting data packets that the mobile station received or will acknowledge soon at the base station, thus saving the wireless bandwidth. Differently from the SMART protocol, when we use SACK option, we can react effectively when the packet reordering occurs, because TCP SACK mechanism doesn t retransmit data before receiving 3 duplicate ACKs. We experimented the effective throughput and unnecessary packet retransmission rate of various mechanisms over computer simulation. Through this experiment, we conclude that using TCP SACK option with base station caching significantly reduces unnecessary duplicate retransmissions and recovers burst packet losses effectively, and can improve TCP s effective throughput. ; 사용자에게 이동성을 제공하는 이동 통신은 차세대 통신망 발전의 두드러진 경향으로 이동 통신에서 사용하는 무선 링크는 유선 링크보다 높은 에러율과 핸드오프에 의한 통신 중단이나 패킷 손실을 야기한다. 따라서 이러한 무선 링크의 특성에 따르는 성능 하락을 막는 새로운 방법이 필요하게 된다. 이를 지원하기 위한 메커니즘은 링크 계층, 망 계층, 수송 계층 등에서 구현될 수 있다. 그 중 수송 계층에서는 무선 링크에서의 높은 에러율에 따른 TCP (Transmission Control Protocol)의 성능 하락을 막는 메커니즘들에 대한 연구가 계속 되고 있다. 현재 가장 널리 쓰이는 수송계층 프로토콜인 TCP는 망의 패킷 에러율이 낮다는 가정 하에 종단간 신뢰성 있는 패킷 전송을 수행한다. 따라서 무선 링크에서의 높은 에러율은 TCP의 오동작을 가져오게 되고 종단간 성능을 하락시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 I-TCP (indirect TCP)나 Snoop 프로토콜 등이 제시되고 있다. 또 무선 상황에서 사용하기 위해 만들어진 방법은 아니지만 무선 링크에서 사용할 경우 좋은 성능을 보이는 것으로 알려진 TCP SACK (Selective Acknowledgement) 옵션의 사용이나 SMART (Simple Method to Aid Retransmissions) 프로토콜 등을 들 수 있다. 본 논문에서는 지연과 대역폭이 큰 WAN 환경과 패킷 유실이 잦은 무선 환경에 적합한 TCP SACK 옵션을 종단에서 지원하여 수신자가 받은 데이터에 대한 정보를 이용하여 선택적 재전송을 수행하며 무선의 특성에 의한 패킷 유실과 높은 에러율을 무선 환경에서 지역적으로 처리하기 위해서 기지국에서의 캐쉬 기법과 함께 SACK 옵션에 의한 정보를 사용하는 방안을 제시하고자 한다. 이는 기존의 SACK을 지원하지 않고 캐쉬만을 사용한 경우에 발생할 수 있는 이동 호스트로의 중복되는 재전송을 막을 수 있으며 망 내에서 패킷들의 순서가 뒤바뀌어 도착하는 경우에 대해서도 융통성 있게 대처할 수 있는 방안이다. 시뮬레이션을 통하여 제안한 방법의 유효 처리율이 타 방식에 비해 향상되었고 무선 링크로의 중복된 재전송의 비율이 줄었음을 알 수 있었다.