Ruuhkan- ja jononhallinta tiedonsiirron alkuvaiheessa

Transmission Control Protocol (TCP) has served as the workhorse to transmit Internet traffic for several decades already. Its built-in congestion control mechanism has proved reliable to ensure the stability of the Internet, and congestion control algorithms borrowed from TCP are being applied largely also by other transport protocols. TCP congestion control has two main phases for increasing sending rate. Slow Start is responsible for starting up a flow by seeking the sending rate the flow should use. Congestion Avoidance then takes over to manage the sending rate for flows that last long enough. In addition, the flow is booted up by sending the Initial Window of packets prior to Slow Start. There is a large difference in the magnitude of sending rate increase during Slow Start and Congestion Avoidance. Slow Start increases the sending rate exponentially, whereas with Congestion Avoidance the increase is linear. If congestion is detected, a standard TCP sender reduces the sending rate heavily. It is well known that most of the Internet flows are short. It implies that flow startup is a rather frequent phenomenon.  Also, many traffic types exhibit an ON-OFF pattern with senders remaining idle for varying periods of time. As the flow startup under Slow Start causes exponential sending rate increase, the link load is often subject to exponential load transients that escalate in a few round trips into overload, if not controlled properly. It is true especially near the network edge where traffic aggregation is limited to a few users. Traditionally much of the congestion control research has focused on behavior during Congestion Avoidance and uses large aggregates during testing. To control router load, Active Queue Management (AQM) is recommended. The state-of-the-art AQM algorithms, however, are designed with little attention to Slow Start. This thesis focuses on congestion control and AQM during the flow startup. We explore what effect the Initial Window has to competing latency-sensitive traffic during a flow startup consisting of multiple parallel flows typical to Web traffic and investigate the impact of increasing Initial Window from three to ten TCP segments. We also highlight what the shortcomings are in the state-of-the-art AQM algorithms and formulate the challenges AQM algorithms must address to properly handle flow startup and exponential load transients. These challenges include the horizon problem, RTT (round-trip time) uncertainty and rapidly changing load. None of the existing AQM algorithms are prepared to handle these challenges. Therefore we explore whether an existing AQM algorithm called Random Early Detection (RED) can be altered to control exponential load transients effectively and propose necessary changes to RED. We also propose an entirely new AQM algorithm called Predict. It is the first AQM algorithm designed primarily for handling exponential load transients. Our evaluation shows that because of shortcomings in handling exponential load transients, the state-of-the-art AQM algorithms often respond too slowly or too fast depending on the actual RTT of the traffic. In contrast, the Predict AQM algorithm performs timely congestion indication without compromising throughput or latency unnecessarily, yielding low latency over a large range of RTTs. In addition, the load estimation in Predict is designed to be fully compatible with pacing and the timely congestion indication allows relaxing the large sending rate reduction on congestion detection.Ruuhkanhallinta on yksi keskeisimpiä Internetin sujuvan dataliikenteen turvaavia toimintoja. Ilman toimivaa ruuhkanhallintaa Internet ylikuormittuisi ja tulisi käyttökelvottomaksi. TCP-protokollaa (Transmission Control Protocol) on käytetty siirtämään tietoa Internetissä jo vuosia. Sen sisäänrakennettu ruuhkanhallinta on osoittautunut tehokkaaksi estämään pitkäkestoista verkon ylikuormittumista. TCP:n keskeiset ruuhkanhallinta-algoritmit ovat hidas aloitus (Slow Start) ja ruuhkan välttely (Congestion Avoidance). Hidasta aloitusta käytetään vallitsevan verkkotilanteen salliman lähetysnopeuden selvittämiseen. Kun sopiva lähetysnopeus on saavutettu, TCP siirtyy käyttämään ruuhkan välttely -algoritmia. Hitaan aloituksen ja ruuhkan välttelyn käyttämät algoritmit eroavat merkittävästi toisistaan. Hidas aloitus kasvattaa lähetysnopeutta eksponentiaalisesti, kun taas ruuhkan välttelyn aikana lähetysnopeus kasvaa lineaarisesti. Koska Internetissä yhden tiedonsiirtoyhteyden yli siirrettävä tietomäärä on tyypillisesti vähäinen ja uusien yhteyksien tiheä avaaminen sekä lähetystauot ovat erittäin yleisiä, aiheutuu hitaan aloituksen käyttämisestä usein toistuvia kuormapiikkejä, joiden aikana kuorman kasvu verkossa on eksponentiaalista. Verkon reuna-alueella lähellä käyttäjän laitetta verkon kuorma koostuu tyypillisesti vain yhden tai muutaman käyttäjän liikenteestä, jolloin kuormatason vaihtelu on suurta ja siirtyminen matalasta kuormasta ylikuormaan tapahtuu hitaan aloituksen käyttämisen takia erittäin nopeasti. Standardinmukaisen TCP:n hidas aloitus -algoritmi edellyttää ruuhkasignaalia joltakin verkkopolun liikennettä välittävältä reitittimeltä ennen kuin hidas aloitus lopetetaan ja siirrytään ruuhkan välttely -algoritmin käyttöön. Valtaosa aiemmasta ruuhkanhallintaan kohdistuvasta tietoliikennetutkimuksesta on sivuuttanut hitaan aloituksen ja on keskittynyt huomioimaan pelkästään ruuhkan välttely -algoritmille ominaisen toiminnan. Tämä väitöstyö sen sijaan keskittyy ongelmiin, joita aiheutuu uusien yhteyksien avaamisesta ja hitaan aloituksen käyttämisestä. Tämä väitöstyö osoittaa etteivät reitittimissä toimivat jononhallinta-algoritmit (Active Queue Management), jotka säätelevät ruuhkasignaaleja, yleensä reagoi riittävän nopeasti hitaaseen aloitukseen. Siksi hidas aloitus pääsee kiihdyttämään lähetysnopeutta huomattavasti yli verkkotilanteen mukaisesti määrittyvän sopivan lähetysnopeuden. Tämä ylitys siirtyy yleensä suoraan siirtoviiveeseen kasvattaen sitä, mikä myös osoitetaan tapahtuvan hitaan aloituksen aikana nykyaikaisia jononhallinta-algoritmeja käytettäessä. Toisaalta samat algoritmit voivat reagoida myös liian nopeasti, jos kiertoviive on pitkä, koska monet algoritmit perustuvat oletettuun maksimikiertoviiveeseen (yleensä 100 millisekunttia). Tämä väitöstyö valottaa kuinka jononhallinta-algoritmin on haasteellista selvittää todellinen kuormataso tutkimalla reitittimellä olevaa jonoa. Kyse on eräänlaisesta "horisontista", joka estää näkemästä kuormaa aiheuttavia tietoliikennepaketteja muilta verkkopolun osilta. Myös pidempikestoinen kuormamittaus on haasteellista, koska reitittimellä ei yleensä ole tietoa kuinka pitkää ajanjaksoa tulisi käyttää mittauksessa. Lisäksi hitaan aloituksen aikana nopeasti muuttuva kuormataso johtaa kuormamittaustulosten vanhenemiseen ennenaikaisesti. Jotta ruuhkasignaali voitaisiin lähettää ajoissa, täytyy jononhallinta-algoritmin huomioida kaikki kolme yllämainittua haastetta. Tämän väitöstyön osana suunniteltiin Predict-niminen jononhallinta-algoritmi, joka osaa havaita hitaan aloituksen ja reagoi siihen oikeaan aikaan estäen tehokkaasti hitaasta aloituksesta johtuvan ylikuormituksen ja siitä johtuvat suuret viivepiikit. Näin ollen Predict välttää muille algoritmeille ongelmalliset reagointinopeuden sudenkuopat. Lisäksi työssä selvitettiin kuinka uusien yhteyksien avaamista tulisi hallita, jotta samanaikaisesti mahdollisesti käynnissä olevalle interaktiiviselle tiedonsiirrolle ei aiheuteta ongelmia

FASOR Retransmission Timeout and Congestion Control Mechanism for CoAP

The Constrained Application Protocol (CoAP) has been designed to be used on constrained devices such as Internet of Things (IoT) devices. The existing congestion control algorithms for CoAP have known shortcomings in addressing congestion and retaining a good level of performance when link errors occur. In this paper, we propose Fast-Slow RTO (FASOR) mechanism that takes into account special needs in wireless environments while still properly addressing congestion. We run a series of experiments to confirm that FASOR is able to successfully cope with challenging network conditions such as bufferbloat, high level of congestion, and high link-error rates unlike the default and CoCoA congestion control that have severe problems with bufferbloated congestion.Peer reviewe

Is CoAP Congestion Safe?

A huge number of Internet of Things (IoT) devices are expected to be connected to the Internet in the near future. The Constrained Application Protocol (CoAP) has been increasingly deployed for wide-area IoT communication. It is crucial to understand how the specified CoAP congestion control algorithms perform. We seek an answer to this question by performing an extensive evaluation of the existing IETF CoAP Congestion Control proposals. We find that they fail to address congestion properly, particularly in the presence of a bufferbloated bottleneck buffer. We also fix the problem with a few simple modifications and demonstrate their effectiveness.Peer reviewe

Performance Evaluation of Constrained Application Protocol over TCP

The Constrained Application Protocol (CoAP) is specifically designed for constrained IoT devices and is being rapidly deployed for the communication needs of the IoT devices. CoAP has been specified with its own congestion control algorithms because it runs on top of UDP that does not include any congestion control measures. These algorithms aim at taking into account the specific needs of the IoT communication. The need of running CoAP also over TCP has arised recently and is expected to be increasingly deployed alongside with CoAP over UDP. To understand the benefits and shortcomings of both CoAP over TCP and CoAP over UDP, we run an extensive set of experiments in different network settings and compare the performance of CoAP over TCP to the existing congestion control algorithms for CoAP over UDP. Our results reveal that even though CoAP over TCP has its known limitations it scales well and performs even better than expected in certain wireless settings that CoAP over UDP algorithms are specifically designed for, often even outperforming CoAP over UDP.Peer reviewe

Association of Lipidome Remodeling in the Adipocyte Membrane with Acquired Obesity in Humans

The authors describe a new approach to studying cellular lipid profiles and propose a compensatory mechanism that may help maintain the normal membrane function of adipocytes in the context of obesity

Työntekijöiden näkemyksiä onnistumisesta lastensuojelussa

Opinnäytetyössä tarkasteltiin onnistumista lastensuojelun sosiaalityössä työntekijän näkökulmasta. Opinnäytetyö oli osa Tampere Praksis -hanketta. Hankkeessa on mukana kaikki Tampereen kaupungin lapsiperheiden sosiaaliasemat sekä aikuissosiaalityön asema. Tarkoituksena oli tuottaa tietoa onnistumisista Tampereen kaupungin Eteläiselle lapsiperheiden sosiaaliasemalle, jossa käynnistyi Onnistumisen tarinat -kehittämisteema keväällä 2012. Tutkimustehtävänä oli selvittää, mikä mahdollistaa onnistumisen ja mikä tekee sen näkyväksi lastensuojelun sosiaalityössä työntekijän näkökulmasta. Lisäksi opinnäytetyössä selvitettiin, mitkä tekijät painottuivat kunkin ammattiryhmän kohdalla onnistumista tarkastellessa sekä millaisia yhteisiä ja eriäviä merkityksiä eri ammattiryhmät onnistumiselle antoivat. Tulosten avulla voidaan kehittää käytännön työtä tuomalla esiin työntekijöiden kokemusten kautta saatua tietoa. Aineisto kerättiin järjestämällä vapaamuotoiset ryhmäkeskustelut Eteläisen lapsiperheiden sosiaaliaseman sosiaali-, avo- ja perhetyöntekijöille. Ryhmäkeskustelut litteroitiin ja analysoitiin aineistolähtöistä sisällönanalyysia käyttäen. Opinnäytetyön tuloksista kävi ilmi kaikkien ammattiryhmien kohdalla, että onnistumisen lastensuojelun sosiaalityössä mahdollistaa erityisesti asiakaslähtöisyys, onnistunut vuorovaikutussuhde sekä aikaan liittyvät tekijät. Vuorovaikutussuhteessa erityisesti luottamuksella koettiin olevan keskeinen rooli onnistumisen kannalta. Asiakkaalta saatu palaute, asiakkaassa tapahtunut muutos sekä yhdessä asiakkaan kanssa asetettujen tavoitteiden saavuttaminen tekevät onnistumisen näkyväksi. Sosiaalityöntekijöiden ryhmäkeskusteluissa painottuivat muita ammattiryhmiä enemmän onnistumisen suhde aikaan ja resursseihin. Avotyöntekijät keskustelivat erityisesti arvoihin ja asiakkaan kohtaamiseen liittyvistä teemoista. Perhetyöntekijät korostivat arjen tukemisen merkitystä onnistumisen tarkastelussa. Kaikki ammattiryhmät tarkastelivat onnistumista konkreettisten asiakastapauksien kautta sekä sitä, mitä onnistuneeseen lastensuojelutyöhön vaaditaan. Tarkastelussa nostettiin esille myös onnistumista estäviä tekijöitä. Tarkastellessa työntekijän onnistumista asiakas–työntekijä–organisaatio-viitekehyksen mukaan asiakas tuntuu olevan organisaatiota suuremmassa roolissa työntekijän onnistumisen kannalta. Työntekijän onnistumiseen vaikuttaa vahvasti asiakkaan kokemus lastensuojeluprosessista. Aineiston pohjalta voidaan sanoa, että onnistuminen on suhteellista ja se on sidoksissa myös aikaan ja resursseihin. Resurssien lisäämisellä on suora vaikutus lastensuojelun onnistumisien lisäämiseen.This Bachelor’s thesis deals with the success of child welfare from employees’ perspective. The study was part of the Tampere Praksis –initiative. All three social welfare of-fices for families with children and the social welfare office for adults of Tampere are involved with the initiative. The objective was to produce information concerning the success of child welfare to the southern social welfare office for families with children, in which The Stories of Success –pilot was started in May 2012. The objective of the study was to investigate what makes the success of child welfare possible and what makes it visible from employees’ perspective. The research data was collected by arranging informal group discussions to the social workers, open care workers and family workers of the southern social welfare office for families with children. The aim was to find out differences between these occupational groups in their emphasis on factors contributing to success and the meanings that they gave to success. The group discussions were transcribed and analyzed by using qualitative content analysis. The findings indicate that, in case of all the occupational groups, the success of child welfare is made possible by customer orientation, successful customer-employee interaction and time-related factors. Customers’ feedback, visible change in customers, and the attainment of together-made objectives make the success of child welfare visible. In social workers’ group discussion the meaning of time and resources with relation to success were emphasized. Open care workers discussed particularly the themes related to values and the encounters with customers. Family workers emphasized the meaning of supporting customers’ everyday lives in the inspection of the success of child welfare. All occupational groups examined the success of child welfare through concrete customer-cases and reflected on the factors that are essential in successful child welfare. Customers’ views of the child welfare process influences strongly the employees’ experience of success. The success of child welfare is relative and it is also bound to time and resources. Adding of resources has a clear positive effect on the success of child welfare. The results of the study can be used in developing practical work by highlighting employees’ empirical knowledge

Vanhemman pientalon teknisen turvallisuuden päivitys

Insinöörityössä valittiin ja asennettiin vuonna 1975 rakennettuun omakotitaloon murtohälytysjärjestelmä. Tavoitteena oli uusia vanha murtohälytysjärjestelmä nykyaikaisemmalla ja lisätä samalla talon turvallisuutta sekä käytettävyyttä nykyaikaisilla teknisillä ratkaisuilla. Samalla tarkasteltiin myös haja-asutusalueella sijaitsevan kiinteistön piha-alueen lisävalaistuksen tarvetta ja valaistuksen energiankulutuksen pienentämistä. Insinöörityö toteutettiin vertailemalla eri valmistajien murtohälytysjärjestelmiä sekä niihin liittyviä kiinteistönvalvonnan ja talotekniikan oheislaitteita, joita tällaisiin järjestelmiin oli saatavilla. Työssä selvitettiin myös kameravalvontaa ja siihen liittyvää lainsäädäntöä omakotiasukkaan näkökulmasta. Insinöörityön lopputuloksena kohteeseen valittiin uusi talotekninen järjestelmä, joka oli kohtuullisen helppo asentaa vanhaan omakotitaloon. Kun eri järjestelmiä vertailtiin, saatiin hyvä käsitys halutusta kokoonpanosta, joka sisälsi murtohälytysjärjestelmään liitetyn palohälytysjärjestelmän lisäksi kameravalvonnan ja sormenjäljillä toimivan älylukon. Koska järjestelmä hankittiin yhdeltä ja samalta valmistajalta, voitiin olla varmoja, että kaikki laitteet olivat yhteensopivia toistensa kanssa. Lopuksi tämä järjestelmä asennettiin kohteeseen. Taloteknisiin järjestelmiin perehtyminen osoitti, että nykyään saatavilla on useita hyviä teknisiä ratkaisuja, joilla pientalon turvallisuutta voidaan kohtuuhinnalla lisätä. Murtohälytysjärjestelmät eivät enää ole pelkästään murtojen ehkäisyä varten, vaan niihin on lisätty myös kiinteistönvalvontaan liittyviä elementtejä. Työ osoitti myös, kuinka kehittyneitä nykyiset LED-valaisimet ja -lamput ovat. Valotehoa saadaan runsaasti pienellä energiankulutuksella. Tämä insinöörityö ei suinkaan ole kattava selvitys tämänhetkisistä turvajärjestelmistä, vaan tarkoituksena on kuvailla järjestelmien mahdollisuuksia vanhemmissa pientaloissa.The goal of this bachelor’s thesis was to choose new burglar alarm and video surveillance systems for a single-family house, which was built in 1975. The purpose was also to add more building services technology in the house and add some garden lightning in the yard. To choose an alarm system for the single-family house, some of the numerous burglar alarm systems in the market were compared to establish their suitability for the house. It was also important that the alarm systems could be integrated with some building services systems, such as intelligent locking systems and fire detectors. The result of this bachelor’s thesis was that the house now has a new burglar alarm system with fire detectors and intelligent locking system. A video surveillance system and new efficient garden lights have also been installed. Now the old single-family house is safer and protected against the burglars. The added LED lights in the garden with motion sensors make it easier to move outside the house in the dark and save energy

Analysis of Heterogeneous IP Traffic in Wireless Environment

Wireless access is expected to play a crucial role in the future of the Internet. The demands of the wireless environment are not always compatible with the assumptions that were made on the era of the wired links. At the same time, new services that take advantage of the advances in many areas of technology are invented. These services include delivery of mass media like television and radio, Internet phone calls, and video conferencing. The network must be able to deliver these services with acceptable performance and quality to the end user. This thesis presents an experimental study to measure the performance of bulk data TCP transfers, streaming audio flows, and HTTP transfers which compete the limited bandwidth of the GPRS/UMTS-like wireless link. The wireless link characteristics are modeled with a wireless network emulator. We analyze how different competing workload types behave with regular TPC and how the active queue management, the Differentiated services (DiffServ), and a combination of TCP enhancements affect the performance and the quality of service. We test on four link types including an error-free link and the links with different Automatic Repeat reQuest (ARQ) persistency. The analysis consists of comparing the resulting performance in different configurations based on defined metrics. We observed that DiffServ and Random Early Detection (RED) with Explicit Congestion Notification (ECN) are useful, and in some conditions necessary, for quality of service and fairness because a long queuing delay and congestion related packet losses cause problems without DiffServ and RED. However, we observed situations, where there is still room for significant improvements if the link-level is aware of the quality of service. Only very error-prone link diminishes the benefits to nil. The combination of TCP enhancements improves performance. These include initial window of four, Control Block Interdependence (CBI) and Forward RTO recovery (F-RTO). The initial window of four helps a later starting TCP flow to start faster but generates congestion under some conditions. CBI prevents slow-start overshoot and balances slow start in the presence of error drops, and F-RTO reduces unnecessary retransmissions successfully

Näkyykö luokka ruokakorissa? : kulttuurisen ja taloudellisen pääoman yhteys elintarvikekulutukseen

Tässä pro gradu -tutkielmassa tutkin kulttuurisen ja taloudellisen pääoman yhteyttä kotitalouksien elintarvikekulutukseen. Pääomat indikoivat kotitalouden yhteiskuntaluokkaa, jonka katson vaikuttavan kulttuurielementtejä kantavaan elintarvikekulutukseen. Tutkielman viitekehyksenä on sosiologi Pierre Bourdieun luoman tutkimusohjelman käsitys kulttuurisen maun homologisuudesta yhteiskuntaluokkien hierarkiarakenteen kanssa, jonka mukaan kulttuurinen maku on luokkahierarkian mukaisesti jäsentyvä järjestelmä ja siten myös hierarkkinen. Teorian valossa kulttuurinen maku sisältää rakenteellisia piirteitä, jotka palautuvat yhteiskuntaluokkajärjestelmään. Tutkielmani oletuksena on, että ne kotitaloudet, joilla on hallussaan paljon kulttuurista ja taloudellista pääomaa, arvostavat keskimääräistä enemmän autenttisuutta elintarvikekulutuksessaan. Tutkielman aineistona on Tilastokeskuksen Kulutustutkimus 2016 -aineisto, joka on kyseisen aineistosarjan tuorein saatavilla oleva aineisto. Aineiston koko on 3673 kotitaloutta. Analyysimenetelmänä on useampisuuntainen varianssianalyysi, jossa pääomien yhteyksiä tarkastellaan erikseen autenttisten ja ei-autenttisten elintarvikkeiden kokonaiskulutukseen. Kulttuurista pääomaa on operationalisoitu kotitaloudessa esiintyvällä korkeimmalla koulutusasteella, taloudellista pääomaa on operationalisoitu kotitalouden käytettävissä olevilla tuloilla, jotka on jaettu kotitalouden kulutusyksikkösuureella (OECD:n muunnetun asteikon mukaisesti). Analyysin vakioitavina tekijöinä ovat kotitalouden sosioekonominen status ja kotitaloustyyppi. Elintarvikkeiden autenttisuutta on mitattu prosessointiasteen avulla. Analyysini tulokset ovat teorian valossa ristiriitaiset – kulttuurisella pääomalla on positiivinen yhteys autenttisuuden painottamisen kanssa elintarvikekulutuksessa, mutta samanaikaisesti negatiivisesta yhteydestä ei-autenttisten elintarvikkeiden kulutuksen kanssa ei ole näyttöä. Taloudellisella pääomalla puolestaan on positiivinen yhteys sekä autenttisten että ei-autenttisten elintarvikkeiden kulutuksen kanssa. Tutkielman keskeisenä johtopäätöksenä on, että tulokset kertovat ennemmin pääomien positiivisesta yhteydestä elintarvikekulutuksen hajontaan kuin bourdieulaisen homologiateesin pitävyydestä suomalaisten elintarvikekulutuksessa. Näin ollen myös homologiateesin haastava paradigma ”kulttuurisesta kaikkiruokaisuudesta” näyttäytyy homologiateesiä uskottavampana. Lisäksi elintarviketutkimus näyttäytyy ruoan kulutuksen erityisenä muotona sen yksityisyyden vuoksi ja tämän keskeisen piirteen huomioiminen aihetta käsittelevissä sosiaalitieteellisissä jatkotutkimuksissa osoittautuu oleelliseksi