Evaluation of Performance of Background Traffic-based CMT-SCTP with Active Queue Management Algorithms

Abstract Existing researches on performance analysis of SCTP's Concurrent Multipath Transfer (CMT-SCTP) usually use DropTail algorithm as queue management algorithm without considering the impact of the background traffic. However, the background traffic of realistic network environments has an important impact on the QoS of SCTP. Besides, more and more Active Queue Management (AQM) algorithms have been proposed as a router-based mechanism for early congestion detection to keep the stability of the whole network. This paper investigates the effect of background traffic on the performance of CMT-SCTP, and evaluates the performance of CMT-SCTP under two realistic simulation topologies with reasonable background traffic and different AQM algorithms in NS-2. The simulation results show that: 1) the performance of CMT-SCTP depends on characteristic of background traffic; and 2) the different AQM algorithms used as queue management algorithm under same background traffic have the different effects. Finally, this paper summarizes the proposals to satisfy the QoS requirements in terms of throughput, end-to-end packet delay and loss rate. Since CMT-PF2 is recommended by RFC4960 but without taking impact of cross traffic into account. In the second part, we use the most promising topology which meets the developing network and base on result of analysis mentioned in the first part to analyze the performance CMT-PF1/2/3/4 played respectively, in this part, the most common scenario, symmetric CMT-SCTP, is adopted and CMT-PF algorithm is turned on. A conclusion had been nailed down that, CMT-PF3 can get more advantage in terms of average throughput than CMT-PF2 which is recommended by RFC4960. Per reasonable analyzing, we lastly recommend a more reasonable resolution for realistic network in order to reaching more satisfied QoS

A Performance Analysis Model of TCP over Multiple Heterogeneous Paths for 5G Mobile Services

Driven by the primary requirement of emerging 5G mobile services, the demand for concurrent multipath transfer (CMT) is still prominent. Yet, multipath transport protocols are not widely adopted and TCP-based CMT schemes will still be in dominant position in 5G. However, the performance of TCP flow transferred over multiple heterogeneous paths is prone to the link quality asymmetry, the extent of which was revealed to be significant by our field investigation. In this paper, we present a performance analysis model for TCP over multiple heterogeneous paths in 5G scenarios, where both bandwidth and delay asymmetry are taken into consideration. The evaluation adopting parameters from field investigation shows that the proposed model can achieve high accuracy in practical environments. Some interesting inferences can be drawn from the proposed model, such as the dominant factor that affect the performance of TCP over heterogeneous networks, and the criteria of determining the appropriate number of links to be used under different circumstances of path heterogeneity. Thus, the proposed model can provide a guidance to the design of TCP-based CMT solutions for 5G mobile services

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

Seamless Multimedia Delivery Within a Heterogeneous Wireless Networks Environment: Are We There Yet?

The increasing popularity of live video streaming from mobile devices, such as Facebook Live, Instagram Stories, Snapchat, etc. pressurizes the network operators to increase the capacity of their networks. However, a simple increase in system capacity will not be enough without considering the provisioning of quality of experience (QoE) as the basis for network control, customer loyalty, and retention rate and thus increase in network operators revenue. As QoE is gaining strong momentum especially with increasing users' quality expectations, the focus is now on proposing innovative solutions to enable QoE when delivering video content over heterogeneous wireless networks. In this context, this paper presents an overview of multimedia delivery solutions, identifies the problems and provides a comprehensive classification of related state-of-the-art approaches following three key directions: 1) adaptation; 2) energy efficiency; and 3) multipath content delivery. Discussions, challenges, and open issues on the seamless multimedia provisioning faced by the current and next generation of wireless networks are also provided

Seamless multimedia delivery within a heterogeneous wireless networks environment: are we there yet?

The increasing popularity of live video streaming from mobile devices such as Facebook Live, Instagram Stories, Snapchat, etc. pressurises the network operators to increase the capacity of their networks. However, a simple increase in system capacity will not be enough without considering the provisioning of Quality of Experience (QoE) as the basis for network control, customer loyalty and retention rate and thus increase in network operators revenue. As QoE is gaining strong momentum especially with increasing users’ quality expectations, the focus is now on proposing innovative solutions to enable QoE when delivering video content over heterogeneous wireless networks. In this context, this paper presents an overview of multimedia delivery solutions, identifies the problems and provides a comprehensive classification of related state-of-the-art approaches following three key directions: adaptation, energy efficiency and multipath content delivery. Discussions, challenges and open issues on the seamless multimedia provisioning faced by the current and next generation of wireless networks are also provided