102 research outputs found

    Concurrent Multipath Transfer: Scheduling, Modelling, and Congestion Window Management

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    Known as smartphones, multihomed devices like the iPhone and BlackBerry can simultaneously connect to Wi-Fi and 4G LTE networks. Unfortunately, due to the architectural constraints of standard transport layer protocols like the transmission control protocol (TCP), an Internet application (e.g., a file transfer) can use only one access network at a time. Due to recent developments, however, concurrent multipath transfer (CMT) using the stream control transmission protocol (SCTP) can enable multihomed devices to exploit additional network resources for transport layer communications. In this thesis we explore a variety of techniques aimed at CMT and multihomed devices, such as: packet scheduling, transport layer modelling, and resource management. Some of our accomplishments include, but are not limited to: enhanced performance of CMT under delay-based disparity, a tractable framework for modelling the throughput of CMT, a comparison of modelling techniques for SCTP, a new congestion window update policy for CMT, and efficient use of system resources through optimization. Since the demand for a better communications system is always on the horizon, it is our goal to further the research and inspire others to embrace CMT as a viable network architecture; in hopes that someday CMT will become a standard part of smartphone technology

    Temporary Redundant Transmission Mechanism for SCTP Multihomed Hosts

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    In SCTP’s Concurrent Multipath Transfer, if data is sent to the destined IP(s) without knowledge of the paths condition, packets may be lost or delayed. This is because of the bursty nature of IP traffic and physical damage to the network. To offset these problems, network path status is examined using our new mechanism Multipath State Aware Concurrent Multipath Transfer using redundant transmission (MSACMT-RTv2). Here the status of multiple paths is analyzed, initially and periodically thereafter transmitted. After examination, paths priority is assigned before transmission. One path is temporarily employed as redundant path for the failure-expected path (FEP); this redundant path is used for transmitting redundant data. At the end of predefined period, reliability of the FEP is confirmed. If FEP is ensured to be reliable, temporary path is transformed into normal CMT path. MSACMT-RTv2 algorithm is simulated using the Delaware University ns-2 SCTP/CMT module (ns-2; V2.29). We present and discuss MSACMT-RTv2 performance in asymmetric path delay and with finite receiver buffer (rbuf) size. We extended our experiment to test robustness of this algorithm and inferred exhaustive result. It is inferred that our algorithm outperforms better in terms of increasing the throughput and reducing the latency than existing system

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

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    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

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

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    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

    Background Traffic-Based Retransmission Algorithm for Multimedia Streaming Transfer over Concurrent Multipaths

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    The content-rich multimedia streaming will be the most attractive services in the next-generation networks. With function of distribute data across multipath end-to-end paths based on SCTP's multihoming feature, concurrent multipath transfer SCTP (CMT-SCTP) has been regarded as the most promising technology for the efficient multimedia streaming transmission. However, the current researches on CMT-SCTP mainly focus on the algorithms related to the data delivery performance while they seldom consider the background traffic factors. Actually, background traffic of realistic network environments has an important impact on the performance of CMT-SCTP. In this paper, we firstly investigate the effect of background traffic on the performance of CMT-SCTP based on a close realistic simulation topology with reasonable background traffic in NS2, and then based on the localness nature of background flow, a further improved retransmission algorithm, named RTX_CSI, is proposed to reach more benefits in terms of average throughput and achieve high users' experience of quality for multimedia streaming services

    Performance Evaluation of TCP Multihoming for IPV6 Anycast Networks and Proxy Placement

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    In this thesis, the impact of multihomed clients and multihomed proxy servers on the performance of modern networks is investigated. The network model used in our investigation integrates three main components: the new one-to-any Anycast communication paradigm that facilitates server replication, the next generation Internet Protocol Version 6 (IPv6) that offers larger address space for packet switched networks, and the emerging multihoming trend of connecting devices and smart phones to more than one Internet service provider thereby acquiring more than one IP address. The design of a previously proposed Proxy IP Anycast service is modified to integrate user device multihoming and Ipv6 routing. The impact of user device multihoming (single-homed, dual-homed, and triple-homed) on network performance is extensively analyzed using realistic network topologies and different traffic scenarios of client-server TCP flows. Network throughput, packet latency delay and packet loss rate are the three performance metrics used in our analysis. Performance comparisons between the Anycast Proxy service and the native IP Anycast protocol are presented. The number of Anycast proxy servers and their placement are studied. Five placement methods have been implemented and evaluated including random placement, highest traffic placement, highest number of active interface placements, K-DS placement and a new hybrid placement method. The work presented in this thesis provides new insight into the performance of some new emerging communication paradigms and how to improve their design. Although the work has been limited to investigating Anycast proxy servers, the results can be beneficial and applicable to other types of overlay proxy services such as multicast proxies

    A framework for integrating Mobile Hosts within the Internet

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    Host mobility and wireless access are two emerging design considerations that pose challenging problems at all layers of the networking protocol stack. This dissertation investigates their impact on the design of link, network, and transport layer protocols. At the network layer, we have designed and implemented a new routing architecture that allows the current set of Internet standards to support routing to mobile hosts. At the link and transport layers, we have designed mechanisms to improve throughput over error-prone wireless channels. At the network layer, the most crucial problem is that of routing. The existing Internet routing mechanisms cannot route packets to hosts whose points of attachment to the network change over time. Exploiting IP's Loose Source Route option, we have designed and implemented a routing scheme which provides location independent network access to TCP/IP compliant mobile hosts. It also allows mobile hosts equipped with multiple network interfaces to dynamically migrate active network sessions from one network interface to another. The proposed scheme only requires the addition of two new entity types, Mobile Routers and Mobile Access Stations. These entities perform all required mobility-aware functions, such as address translation, user tracking and location management. No modifications to existing host or router software are required. Although MobileIP provides continuous network connectivity to mobile hosts, the effects of host movement and wireless medium characteristics are often visible at the transport layer. We consider the effect of wireless medium characteristics on the performance of Transmission Control Protocol (TCP) sessions. Unlike wired networks, packets transmitted on wireless channels are often subject to burst errors which cause back to back packet losses. We show that TCP's error-recovery mechanisms perform poorly when packets from a TCP session are subject to burst errors. Unlike other approaches which require modification to TCP, our solution requires enhancements only at the wireless link layer, thus making it applicable to other transport protocols as well. We use a Channel State Dependent Packet (CSDP) scheduler which takes wireless channel characteristics into consideration in making packet dispatching decisions. Our results show that the CSDP technique provides improved throughput, better channel utilization, and fairness among multiple TCP streams. (Also cross-referenced as UMIACS-TR-95-124

    System Support for Bandwidth Management and Content Adaptation in Internet Applications

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    This paper describes the implementation and evaluation of an operating system module, the Congestion Manager (CM), which provides integrated network flow management and exports a convenient programming interface that allows applications to be notified of, and adapt to, changing network conditions. We describe the API by which applications interface with the CM, and the architectural considerations that factored into the design. To evaluate the architecture and API, we describe our implementations of TCP; a streaming layered audio/video application; and an interactive audio application using the CM, and show that they achieve adaptive behavior without incurring much end-system overhead. All flows including TCP benefit from the sharing of congestion information, and applications are able to incorporate new functionality such as congestion control and adaptive behavior.Comment: 14 pages, appeared in OSDI 200
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