In this paper, a design of processor IP for TCP/IP protocol stack is described. The processor consists of input and output buffer memory with dual bank structure, 32-bit RISC microprocessor core, DMA unit with on-the-fly checksum capability. To handle the various modes of TCP/IP protocol, hardware and software co-design approach is used rather than the conventional state machine based design. To eliminate delay time due to the data transfer and checksum operation, DAM module which can execute the checksum operation on-the-fly along with data transfer operation is adopted. By programming the on-chip code ROM of RISC processor differently. the designed stack processor can support the packet format conversion operations required in the various TCP/IP protocols.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제3권1호
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pp.122-129
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2005
We describe the MiniWeb[7] TCP/IP stack (mIP), which is an extremely small implementation of the TCP/IP protocol suite running 8 or 32-bit micro controllers intended for embedded control systems, and satisfying the subset of RFC1122 requirements needed for hostto-host interoperability over different platforms. Our TCP/IP implementation does sacrifice some of TCP's mechanisms such as fragmentation, urgent data, retransmission, or congestion control. Our implementation is applicable to web based controllers. The network protocols are tested in operational networks using CommView and Dummynet where the various operational parameters such as bandwidth, delay, and queue sizes can be set and controlled.
TCP (Transmission Control Protocol)는 IP (Internet Protocol)와 더불어 인터넷 핵심 프로토콜 중 하나로써, 현재 Web, e-mail, FTP 등 대다수의 애플리케이션에서 사용되고 있는 연결 지향적이고 신뢰성 전송을 보장하는 전송 계층 프로토콜이다. 유/무선 네트워크가 진화함에 따라 TCP 역시 보다 나은 서비스를 제공하기 위해 많은 연구가 이루어졌고, 이를 통해 최근에는 스트리밍과 같이 지연이 중요한 애플리케이션에서도 많이 사용되고 있다. 본 논문은 모바일 데이터가 폭증함에 따라 무선 네트워크에서의 TCP 성능이 큰 관심을 받고 있는 현 시점에서 최근에 이슈가 되고 있는 무선 네트워크에서 bufferbloat문제의 심각성과 이를 해결하기 위한 방안에 대해 다룬다.
지금까지 TCP (transmission control protocol)의 성능을 분석하고 예측하기 위한 많은 모델들이 제시되어 왔다. TCP의 처리율을 모델링을 통해 정확하게 분석하기 위해서는 보다 정확한 TCP의 종단간 전송 지연(latency)을 모델링하는 것이 필요한데, 이를 위해서는 손실 복구 과정에서 발생하는 지연이 필수적으로 고려되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 재전송에 의해 복구되는 패킷 손실의 개수를 고려한 손실 복구 확률을 기초로 손실 복구과정에서 발생하는 지연(loss recovery latency)을 모델링을 통해 분석한다. 수학적인 분석과 시뮬레이션을 통해 선택 승인(selective acknowledgement) 옵션을 사용하는 TCP의 성능이 TCP NewReno보다 손실 복구 지연 차원에서 우월하다는 것을 보인다.
Modbus는 각종 자동화 장비 감시 및 제어에 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 자발적 산업표준 통신 프로토콜이다. 그러므로 선박, 빌딩, 기차, 비행기 등 Modbus를 이용하는 모든 장비들과 연결이 가능하여 환경변수의 측정 및 원격제어가 가능하게 된다. 기존의 Modbus는 Serial 통신을 기반으로 사용되어 왔으며, Modbus TCP는 오늘날 인터넷 프로토콜로 가장 많이 쓰이는 TCP/IP를 기반인 Ethernet 통신을 이용하므로 Serial 통신에 비해 빠르고 사물인터넷(Internet of Things) 환경에 연결이 가능하다. 본 논문에서는 Modbus TCP 통신 프로토콜을 이용하여 무선 Wi-Fi 환경에서 LED 조명을 제어하기 위한 알고리즘을 설계하고, 선박의 통합관리 시스템에서 외부 환경요인 확인 및 원격제어가 가능한 LED 제어기 회로를 설계 및 구현 하였다. 외부 환경요소인 온도, 습도, 전류, 조도 값들은 센서를 통해 제어기로 받아들이며 이 값들은 Modbus 프로토콜을 통해 선박의 통합관리 시스템에 알리게 된다. Modbus는 TCP 통신으로 Master 기기와 연결 되어 온도, 습도, 전류, 조도 상태 모니터링 및 LED 출력 값 확인이 가능하고 또한 사용자가 원격으로 RGB 값을 변경할 수 있기 때문에 원하는 색으로 변경이 가능하게 된다. 제작한 제어기의 구현 확인을 위해 모의 선박 관리 시스템을 만들어 온도, 습도, 전류, 조도 상태를 모니터링 하고, 원격으로 RGB 값을 변경 하여 제어기의 LED 조명색상이 변화 되는 것을 확인 하였다.
무선 네트워크의 특징들 중에 노드들은 이동성을 가지며, 제한된 대역폭과 대역폭의 변화, 높은 지연시간과 지연시간의 변화, 무선랜덤오류를 가지며 경로의 연결이 자주 단절된다. 이러한 무선 네트워크의 특징들이 무선 네트워크에서 유선 네트워크용 TCP를 사용 할 때에 성능을 떨어뜨리게 된다. 현재 무선 네트워크에 적절한 전송 프로토콜은 계속 연구 중이며, 기존에 연구된 연구 결과들은 성능이 우수하지 못하며, 특정한 환경에서만 좋은 성능을 보이기 때문에 일반적인 무선 네트워크 환경에는 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 무선 네트워크에 알맞은 전송프로토콜을 연구하고 제안하기 위해 기존의 TCP 프로토콜과 이미 제안된 무선 전달계층용 프로토콜들을 분석한 뒤 성능이 더욱 우수한 무선 전달계층용 프로토콜을 제안하고자 한다. 또 다중경로를 사용하여 기존 연구가 경로의 연결이 끊기고 연결이 재설정될 때까지 전송을 할 수 없는 문제점도 해결한다. 이를 위해 TCP를 무선 환경에 적합하게 수정한 ATP(A reliable Transmission Protocol)와 TCP를 다중경로를 통해 통신을 할 수 있는 TCP-M 방식을 기반으로 ATP-M을 제안하였다. 성능이 더욱 개선되고 다중경로를 지원하는 ATP-M 프로토콜이 기존의 TCP, TCP-M, ATP보다 처리량이 우수함을 NS-2 시뮬레이션을 통해 보인다. 또한 다중경로 ATP-M에서 다중경로 개수에 따른 성능평가를 통하여 적절한 다중경로 개수를 찾는다.
인터넷 네트워크를 통한 상호연결망에서 전체시스템의 성능향상을 위해서는 메시지 전송 지연시간을 줄이는 방법으로 수행된 연구는 정보와 데이터 유통경로로서 통신망이 네트워크로 구축된 접속 장치들로 중계기, 브리지, 라우터, 게이트웨이, TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)프로토콜에 이르게 되었다. 여기서 TCP/IP 프로토콜 제 3계층인 사용자 데이터 프로그램 프로토콜(UDP)과 전송 제어 프로토콜(TCP)의 전송제어 계층에서 버퍼 캐시를 사용하지 않으므로 통신 속도를 줄일 수 있는 무 복사(zero-copy)로부터 소프트웨어 통신 지연시간을 다루어 통신 성능을 개선하려는 것이다.
무선 메쉬 네트워크는 무선 인프라 환경에서 고정이나 이동 중에 모든 노드가 통신을 할 수 있는 다중 경로를 가지는 새로운 네트워크이다. 하지만 무선 메쉬 네트워크는 유선망과 달리 무선 매체를 사용하기 때문에 경로손실, 간섭, 핸드오프 등으로 높은 패킷 손실률을 보이고 TCP(Transport Control Protocol) 알고리즘은 무선 메쉬 네트워크의 패킷손실 원인을 네트워크 내의 혼잡으로 인식하기 때문에 TCP 혼잡제어 알고리즘(Congestion Control Algorithm)을 실행하게 된다. 따라서 본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크 환경에 적응력을 가지도록 기존의 TCP 혼잡제어 알고리즘의 혼잡 윈도우 값을 노드의 이동에 따라 유연하게 조절하는 새로운 TCP 혼잡제어 알고리즘을 제안한다.
최근 SCTP(Stream Control Transmission Protocol)는 TCP/UDP 이후의 연결 지향적이며 신뢰성 있는 데이터 전송을 위한 차세대 전송 계층 프로토콜로 주목받고 있다. SCTP는 기존의 TCP에 기반을 두고 개발되었으며, TCP와 다른 특징으로는 멀티스트리밍과 멀티호밍 의 기능을 갖고 있다. 본 논문에서는 SCTP가 TCP와 다른 특징들 중 멀티호밍이라는 특성 을 이용하여 통신성능에 미치는 영향을 연구하였다. 또한 MIPV6 환경에서 SCTP기반 응용서비스에 따른 성능을 비교 분석하고, SCTP와 TCP 프로토콜을 이용하여 패킷 지연시간을 평가하고 분석하였다. 성능분석 결과 SCTP가 TCP보다 패킷 전송률과 지연시간에 대해 성능이 우수함을 확인하였다.
A plethora of transmission control protocol (TCP) congestion control algorithms have been devoted to achieving the ultimate goal of high link utilization and fair bandwidth sharing in high bandwidth-delay product (HBDP) networks. We present a new insight into the TCP congestion control problem; in particular an end-to-end delay-based approach for an HBDP network. Our main focus is to design an end-to-end mechanism that can achieve the goal without the assistance of any network feedback. Without a router's aid in notifying the network load factor of a bottleneck link, we utilize goodput and throughput values in order to estimate the load factor. The obtained load factor affects the congestion window adjustment. The new protocol, which is called TCP-goodput and throughput (GT), adopts the carefully designed inversely-proportional increase multiplicative decrease window control policy. Our protocol is stable and efficient regardless of the link capacity, the number of flows, and the round-trip delay. Simulation results show that TCP-GT achieves high utilization, good fairness, small standing queue size, and no packet loss in an HBDP environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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