Performance evaluation of TCP, UDP and DCCP for video traffics over 4G network

Fourth Generation (4G) system has been used more widely than the older generations 3G and 2G. Among the reasons are that the 4G’s transfer rate is higher and it supports all multimedia functions. Besides, its’ supports for wide geographical locus makes wireless technology gets more advanced. The essential goal of 4G is to enable voice-based communication being implemented endlessly. To achieve the goal, this study tries to answer the following research questions: (1), are the old protocols suit with this new technology; (2), which one has the best performance and, (3) which one has the greatest effect on throughput, delay, packet delivery ratio and packet loss. The aforementioned questions are crucial in the performance evaluation of the most famous protocols (particularly User Datagram Protocol (UDP), Transmission Control Protocol (TCP), and Datagram Congestion Control Protocol (DCCP)) within the 4G environment. Through the Network Simulator-3 (NS-3), the performance of transporting MPEG-4 video stream including throughput, delay, packet loss, and packet delivery ratio are analyzed at the base station through UDP, TCP, and DCCP protocols over 4G’s Long Term Evolution (LTE) technology. The results show that DCCP has better throughput, and lesser delay, but at the same time it has more packet loss than UDP and TCP. Based on the results, DCCP is recommended as a transport protocol for real time vide

Mobility management in 5G heterogeneous networks

In recent years, mobile data traffic has increased exponentially as a result of widespread popularity and uptake of portable devices, such as smartphones, tablets and laptops. This growth has placed enormous stress on network service providers who are committed to offering the best quality of service to consumer groups. Consequently, telecommunication engineers are investigating innovative solutions to accommodate the additional load offered by growing numbers of mobile users. The fifth generation (5G) of wireless communication standard is expected to provide numerous innovative solutions to meet the growing demand of consumer groups. Accordingly the ultimate goal is to achieve several key technological milestones including up to 1000 times higher wireless area capacity and a significant cut in power consumption. Massive deployment of small cells is likely to be a key innovation in 5G, which enables frequent frequency reuse and higher data rates. Small cells, however, present a major challenge for nodes moving at vehicular speeds. This is because the smaller coverage areas of small cells result in frequent handover, which leads to lower throughput and longer delay. In this thesis, a new mobility management technique is introduced that reduces the number of handovers in a 5G heterogeneous network. This research also investigates techniques to accommodate low latency applications in nodes moving at vehicular speeds

次世代移動通信ネットワークにおけるTCP通信の高速化に関する研究

インターネットの発展に伴って，無線ネットワークにおけるデータ通信への要求が増加している．また，現在スマートフォンブームにより，モバイル端末からインターネットに接続するユーザ数が急激に増加している．そのため，無線ネットワークにおけるデータ通信を高速化する必要性が高まっている．これらのデータ通信では，情報の欠落のない配信を目的としてTCPが使用されている．TCPは有線ネットワーク向けに設計されており，セグメントの損失を検出すると，輻輳が発生していると解釈され，輻輳制御を行う．しかし，無線ネットワークでは，有線ネットワークと異なり雑音や干渉などの影響を受けやすく，伝送誤りによるセグメント損失も発生する．また，移動通信ネットワークにおいてはハンドオフによるパスの切り替えの影響により，バースト的なセグメント損失も発生する．これらがTCPのパフォーマンスを低下させる．すなわち，このような無線ネットワーク上でのセグメント損失は，ネットワークの輻輳状態とは無関係に発生するため，輻輳制御を行う必要はない．しかしながら，TCPはセグメント損失の原因を区別することができず，不必要に輻輳ウィンドウcwnd (Congestion Window)を減少してしまうため，スループットが非常に低下するという問題が発生する．この問題に対して，現在いくつかのTCP輻輳制御アルゴリズムが提案さている．しかし，現在提案されている輻輳制御アルゴリズムは，移動通信ネットワーク環境において，十分な有効性の評価がなされていないと考えられる．そこで本研究では，現在提案されている複数の輻輳制御アルゴリズムを持つTCPを，次世代の移動通信ネットワークである LTE ネットワーク上で分析した．本研究では特にハンドオフが生じた場合の性能に着目し，次の3つの項目を実施した．まず，ハンドオフによる遅延がどの程度かRTTの測定を行った．測定結果から，LTEネットワークにおけるハンドオフを模擬した遅延エミュレータを作成し，各TCP輻輳制御アルゴリズムの評価を行った．さらに，エミュレータにおける評価結果の検証と実際のハンドオフ時の状況を評価するため，LTEネットワークを利用し，JR山手線の車内でiPhone5を用いてFTP通信のダウンロードの実験を行った．その結果，エミュレータによる実験では，CUBIC，illinoisが高いデータ伝送量を示した．実ネットワーク環境では，CUBICが高いスループットを示した．これらから，ハンドオフ時のLTE網でのTCP高速化のためには，積極的なcwndの増加を行う方式が有効であると考えられる．電気通信大学201