이질적 무선망 사이의 수직적 핸드오프에서의 TCP 성능 분석

TCP Performance Study in Vertical Handoff across Heterogeneous Wireless Networks

  • 백상헌 (서울대학교 전기컴퓨터공학부) ;
  • 최양희 (서울대학교 전기컴퓨터공학부)
  • 발행 : 2005.02.01

초록

TCP는 웹브라우징, 이메일, 파일 전송 등에서 사용되는 가장 중요한 인터넷 프로토콜 중의 하나이다. 하지만 TCP는 링크 에러율이 극히 적은 유선망에 적합하도록 설계되었기 때문에 무선망에 적용되었을 경우 성능 저하 현상을 가져오게 된다. 이러한 문제의 해결을 위해서 많은 연구가 진행되었다. 하지만 기존 연구의 경우 단일 링크 특성을 가지는 무선망(즉, 동질적 무선망)에서의 이동성만을 고려하여 TCP의 성능을 분석하였다. 하지만 차세대 무선/이동 통신망의 경우 여러 다양한 무선망이 혼합된 이질적 무선망이 될 것이다. 따라서 이러한 이질적 무선망에서의 TCP의 성능을 분석하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 이질적 무선망에서의 단말기의 이동성에 따른 TCP 성능을 분석한다. 그 결과 기존의 연구 결과에서는 볼 수 없던 다른 형태의 TCP 성능 저하 현상을 경험할 수 있었는데 이는 이질적 무선망 사이의 수직적 핸드오프로 인한 패킷 손실과 링크 특성(대역폭과 링크 지연 시간)의 급격한 변화로 인해 TCP의 재전송 타이머 등이 새로운 링크 특성에 맞지 않게 설정되기 때문에 발생하는 것이다. 다양한 시뮬레이션 분석 결과 기존의 다양한 TCP 개선 기법으로는 이러한 문제를 완전히 해결할 수 없고 새로운 접근 기법이 필요하다는 것을 알 수 있었다.

TCP(Transmission Control Protocol) is one of the most important Internet protocols, which is widely used in wireless networks as well as wired networks. However, when TCP is deployed for wireless networks, it takes severe performance degradation because TCP was designed for wired network. To overcome this drawback, a number of TCP variants have been proposed in the literature. However, most previous schemes did not consider TCP enhancement over heterogeneous networks. In heterogeneous networks, an mobile node (MN) may move from one access network to another(i.e., vertical handover). In the case of vertical handover, an MN experiences a TCP performance degradation caused by the packet loss and the sudden change of link characteristics between two different access networks. In this work, we investigate the TCP performance degradation occurred in vortical handover across heterogeneous networks. First, we have conducted the measurement study over GPRS-WLAN testbed. In the measurement study. we observed the TCP performance degradation in the case of handover from WLAN to GPRS. In order to study more different TCP behaviors during vertical handover, we performed comprehensive simulations using a network simulator 2(ns-2). Based on measurement and simulation results, we investigated how to improve TCP performance in vertical handover and we concluded that the existing mechanisms cannot be perfect solutions and new mechanisms are strongly required.

키워드

참고문헌

  1. H. Balakrishnan, V. Padmanabhan, S. Seshan, R. H. Katz, 'A Comparison of Mechanisms for Improving TCP Performance over Wireless Links,' IEEE/ACM Trans. on Networking, Vol. 5, No.6, Dec. 1997 https://doi.org/10.1109/90.650137
  2. A. V. Bakre, B. R. Badrinath, 'Implementation and Performance Evaluation of Indirect TCP,' IEEE Trans. on Computers, Vol. 46, No.3, March 1997 https://doi.org/10.1109/12.580423
  3. K. Brown and S. Singh, 'M-TCP: TCP for mobile cellular networks,' ACM Computer Communication Review, Vol. 27, No.5, Oct. 1997 https://doi.org/10.1145/269790.269794
  4. H. Balakrishnan, S. Seshan, R. H. Katz, 'Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks,' ACM Wireless Network, Vol. I, No.4, Dec. 1995 https://doi.org/10.1007/BF01985757
  5. W. Hansmann, M. Frank, and M. Wolf, 'Performance Analysis of TCP Handover in a Wireless/Mobile Multi-Radio Environment,' in Proc. of IEEE LCN 2002, Nov. 2002
  6. R. Chakravorty, P. Vidales, K. Subramanian, I. Pratt, and J, Crowcroft, 'Practical Experiences with Wireless Integration using Mobile IPv6,' ACM Mobile Computing and Communication Review, 7(4), October 2003 https://doi.org/10.1145/965732.965741
  7. B. Ghribi and I. Logrippo, 'Understanding GPRS: the GSM packet radio service.' Computer Network, Vol. 34, No.5, Nov. 2000 https://doi.org/10.1016/S1389-1286(00)00127-4
  8. B.P. Crow, I. Widjaja, J,G. Kim, and P.T. Sakai, 'IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks,' IEEE Communication Magazine, Sep. 1997 https://doi.org/10.1109/35.620533
  9. W.R. Stevens, 'TCP/IP Illustrated,' Vol. 1, Addison- Wesley, 1996
  10. R. Ludwig and R. H. Katz, 'The Eifel Algorithm: Making TCP Robust Against Spurious Retransmissions,' ACM Computer Communication Review, 30(1), January 2000 https://doi.org/10.1145/505688.505692
  11. Fraunhofer FOKUS: http://www.fokus.gmd.de/fokus/
  12. HUT Mobile IP: http://www.cs.hut.fi/Research/ Dynamics/
  13. UCB/LBNLNINT Network Simulator - ns, http://www.isi.edu/nsnam/ns/
  14. R. Chakravorty, J, Cartwright, and I. Pratt, 'Practical Experience with TCP over GPRS,' in Proc. of Globecom 2002, Dec. 2002 https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2002.1188483
  15. V. Paxson and M. Allmanrfc, 'Computing TCP's Retransmission Timer,' IETF RFC 1988, Nov. 2000
  16. A. Gurtov and R. Ludwig, 'Responding to Spurious Timeouts in TCP,' in Proc. INFOCOM 2003, June 2003 https://doi.org/10.1109/INFCOM.2003.1209251
  17. T. Goff, J, Moronski, D. S. Phatak, and V. Gupta, 'Freeze-TCP: A True End-to-End TCP Enhancement Mechanism for Mobile Environments,' in Proc. of INFOCOM 2000, June 2000 https://doi.org/10.1109/INFCOM.2000.832552
  18. G. Carneiro, J, Ruela, and M. Ricardo, 'Cross- Layer Desgin in 4G Wireless Terminals,' IEEE Wireless Communications, Vol. 11, no. 2, April 2004 https://doi.org/10.1109/MWC.2004.1295732