Moving toward the intra-protocol de-ossification of TCP in mobile networks: Start-up and mobility

182 p.El uso de las redes móviles de banda ancha ha aumentado significativamente los últimos años y se espera un crecimiento aún mayor con la inclusión de las futuras capacidades 5G. 5G proporcionará unas velocidades de transmisión y reducidos retardos nunca antes vistos. Sin embargo, la posibilidad de alcanzar las mencionadas cuotas está limitada por la gestión y rendimiento de los protocolos de transporte. A este respecto, TCP sigue siendo el protocolo de transporte imperante y sus diferentes algoritmos de control de congestión (CCA) los responsables finales del rendimiento obtenido. Mientras que originalmente los distintos CCAs han sido implementados para hacer frente a diferentes casos de uso en redes fijas, ninguno de los CCAs ha sido diseñado para poder gestionar la variabilidad de throughput y retardos de diferentes condiciones de red redes móviles de una manera fácilmente implantable. Dado que el análisis de TCP sobre redes móviles es complejo debido a los múltiples factores de impacto, nuestro trabajo se centra en dos casos de uso generalizados que resultan significativos en cuanto a afección del rendimiento: movimiento de los usuarios como representación de la característica principal de las redes móviles frente a las redes fijas y el rendimiento de la fase de Start-up de TCP debido a la presencia mayoritaria de flujos cortos en Internet. Diferentes trabajos han sugerido la importancia de una mayor flexibilidad en la capa de transporte, creando servicios de transporte sobre TCP o UDP. Sin embargo, estas propuestas han encontrado limitaciones relativas a las dependencias arquitecturales de los protocolos utilizados como sustrato (p.ej. imposibilidad de cambiar la configuración de la capa de transporte una vez la transmisión a comenzado), experimentando una capa de transporte "osificada". Esta tesis surge como respuesta a fin de abordar la citada limitación y demostrando que existen posibilidades de mejora dentro de la familia de TCP (intra-protocolar), proponiendo un marco para solventar parcialmente la restricción a través de la selección dinámica del CCA más apropiado. Para ello, se evalúan y seleccionan los mayores puntos de impacto en el rendimiento de los casos de uso seleccionados en despliegues de red 4G y en despliegues de baja latencia que emulan las potenciales latencias en las futuras capacidades 5G. Estos puntos de impacto sirven como heurísticas para decidir el CCA más apropiado en el propuesto marco. Por último, se valida la propuesta en entornos de movilidad con dos posibilidades de selección: al comienzo de la transmisión (limitada flexibilidad de la capa de transporte) y dinámicamente durante la transmisión (con una capa de transporte flexible). Se concluye que la propuesta puede acarrear importantes mejoras de rendimiento al seleccionar el CCA más apropiado teniendo en cuenta la situación de red y los requerimientos de la capa de aplicación

Misio kritikorako MCPTT zerbitzuaren integrazioa 5G-NFV ertzeko konexio-sare batean

5G teknologiaren helburu handienetako bat da egungo komunikazio-ekosistema hobetzea. Helburu hori lortzeko, etorkizun handiko irtenbidea da ertzeko konexio-sareen erabilpena, batez ere misio kritikoko zerbitzuak erabiltzen direnean, ertzeko konexio-sareek konputazio-mailan eta komunikazio-trukeari dagokion abiaduran ekartzen dituzten garapenak baliatu ahal izatean. Testu hau MCPTT zerbitzuan ardaztuko da; hau da, gaur egungo larrialdi-talde koordinatuei ahots-komunikazio klasikoa eskaintzen dion horretan. MCPTT zerbitzua 5G ekosisteman integratzearen erronka nagusiak zerikusia du horren funtzionamenduaren orkestrazioarekin, hain zuzen ere MCPTT zerbitzuak sareko azpiegitura beste hainbat zerbitzu eta sareko operadorerekin partekatu behar baitu. Artikulu honetan, software bidez definitutako sare-funtzioak eta sare-funtzioak birtualizatzeko estandar teknologikoak konbinatzen dituen arkitektura bat proposatzen da, 5G estandarrarekin bat datorrena. Ertzeko cluster batean, slicing sareko arkitekturaren birtualizazio-mekanismoa erabiliz, MCPTT zerbitzua nola hedatu den ere azaltzen da. Zehazki, MCPTT sareko funtzio birtuala osatzen duten unitateak deskribatzen dira. Bestalde, sistema osoaren orkestrazioa alertak arintzeko modulu batekin batera lan egiten duen monitorizazio-sistema batean oinarritzen da. Monitorizazio-sistemak zerbitzuaren eragiketarekin, baliabideen erabilerarekin edota irrati bidezko sarbidearen operazioarekin zerikusia duten hainbat parametro jaso eta biltzen ditu denbora errealean, eta, irakurritako balioen arabera, bi alerta mota eman ditzake: batetik, baliabide birtualei dagozkienak bereizten dira, eta, bestetik, irrati-baliabideei eragiten dietenak. Azkenik, MCPTT zerbitzua hedatu ondoren lortutako emaitzak ere aurkezten dira. Horretarako, lehenik eta behin, zerbitzuaren funtzionamendua dinamikoki doitzeko erabili diren monitorizazio-metrikak deskribatzen dira, eta, jarraian, sistemaren probak gauzatzeko zehaztutako agertokiak aurkezten dira. Emaitzen arabera, sistemak agertokietako eskaerei espero bezala erantzuten diela eta bere funtzionamendua dinamikoki ondo egokitzen duela frogatu da.; One of the major objectives of 5G technology is to improve the current communication ecosystem. The use of edge networking is a promising solution to this goal, especially when critical mission services are used. This text will focus on MCPTT, a service that provides a coordinated emergency team with classic voice communication. The main challenge in integrating the MCPTT service into the 5G ecosystem relates to the orchestration of its operation, as the MCPTT service has to share the network infrastructure with many other services and network operators. This paper presents an architecture that is in accordance with the 5G standard and at the same time combines software-defined networking and network functions virtualization. It also shows how MCPTT service has been deployed in a data center located at the edge, by using the slicing network architecture virtualization mechanism. Specifically, the units that constitute the MCPTT virtual network function are described. The orchestration of the entire system is based on a monitor system that works in conjunction with an alert module. The monitoring system receives in real time and gathers a number of parameters related to service operation, use of resources, and operation of radio access, and may provide two types of alert according to the values read: on the one hand, those related to virtual resources, and, on the other, those alerts affecting radio resources. Results obtained after deploying the MCPTT service are also presented. For this purpose, first, the monitoring metrics used to dynamically adjust the operation of the service are described, and then the defined testing scenarios are presented. Results show that the system responds as expected to the different demands of the scenarios, and also that it dynamically adjusts its functioning properly

Moving toward the intra-protocol de-ossification of TCP in mobile networks: Start-up and mobility

182 p.El uso de las redes móviles de banda ancha ha aumentado significativamente los últimos años y se espera un crecimiento aún mayor con la inclusión de las futuras capacidades 5G. 5G proporcionará unas velocidades de transmisión y reducidos retardos nunca antes vistos. Sin embargo, la posibilidad de alcanzar las mencionadas cuotas está limitada por la gestión y rendimiento de los protocolos de transporte. A este respecto, TCP sigue siendo el protocolo de transporte imperante y sus diferentes algoritmos de control de congestión (CCA) los responsables finales del rendimiento obtenido. Mientras que originalmente los distintos CCAs han sido implementados para hacer frente a diferentes casos de uso en redes fijas, ninguno de los CCAs ha sido diseñado para poder gestionar la variabilidad de throughput y retardos de diferentes condiciones de red redes móviles de una manera fácilmente implantable. Dado que el análisis de TCP sobre redes móviles es complejo debido a los múltiples factores de impacto, nuestro trabajo se centra en dos casos de uso generalizados que resultan significativos en cuanto a afección del rendimiento: movimiento de los usuarios como representación de la característica principal de las redes móviles frente a las redes fijas y el rendimiento de la fase de Start-up de TCP debido a la presencia mayoritaria de flujos cortos en Internet. Diferentes trabajos han sugerido la importancia de una mayor flexibilidad en la capa de transporte, creando servicios de transporte sobre TCP o UDP. Sin embargo, estas propuestas han encontrado limitaciones relativas a las dependencias arquitecturales de los protocolos utilizados como sustrato (p.ej. imposibilidad de cambiar la configuración de la capa de transporte una vez la transmisión a comenzado), experimentando una capa de transporte "osificada". Esta tesis surge como respuesta a fin de abordar la citada limitación y demostrando que existen posibilidades de mejora dentro de la familia de TCP (intra-protocolar), proponiendo un marco para solventar parcialmente la restricción a través de la selección dinámica del CCA más apropiado. Para ello, se evalúan y seleccionan los mayores puntos de impacto en el rendimiento de los casos de uso seleccionados en despliegues de red 4G y en despliegues de baja latencia que emulan las potenciales latencias en las futuras capacidades 5G. Estos puntos de impacto sirven como heurísticas para decidir el CCA más apropiado en el propuesto marco. Por último, se valida la propuesta en entornos de movilidad con dos posibilidades de selección: al comienzo de la transmisión (limitada flexibilidad de la capa de transporte) y dinámicamente durante la transmisión (con una capa de transporte flexible). Se concluye que la propuesta puede acarrear importantes mejoras de rendimiento al seleccionar el CCA más apropiado teniendo en cuenta la situación de red y los requerimientos de la capa de aplicación