Hybrid congestion control for high-speed networks

ABSTRACT

Nowadays, more and more applications require fast transfer of massive data over networks, and the emergence of high-speed networks provides an ideal solution to this challenge. Due to the limitations of the conservative congestion control algorithm, the standard TCP is no longer appropriate for highspeed networks to efficiently utilize the bandwidth resources. Therefore, several high-speed TCP variants have been suggested to conquer the problem. However, although these protocols perform successfully to improve the bandwidth utilization, they still have the weakness on the performance such as RTT-fairness, TCP-friendliness, etc. In this paper, we propose HCC TCP, a hybrid congestion control algorithm using the synergy of delay- based and loss-based approach for the adaptation to high speed and long distance network environment. The algorithm uses queuing delay as the primary congestion indicator, and adjusts the window to stabilize around the size which can achieve the full utilization of available bandwidth. On the other hand, it uses packet loss as the second congestion indicator, and a loss-based congestion control strategy is utilized to maintain high bandwidth utilization in the cases that the delay-based strategy performs inefficiently in the networks. The two approaches in the algorithm are dynamically transferred into each other according to the network status. We finally perform simulations to verify the properties of the proposed HCC TCP. The simulation results demonstrate HCC TCP satisfies the requirements for an ideal TCP variant in high-speed networks, and achieves efficient performance on throughput, fairness, TCP-friendliness, robustness, etc.

INTRODUCTION

The rapid evolution of high-speed networks is significantly supporting the international collaborations with massive data transfer and computing resource sharing, and the networks, e.g. StarLight (2010), UKLight (2010), NetherLight (2010), CERN (2010), etc. integrated with 1–10 Gbps bandwidths have been developed and deployed over numbers of research institutions. In order to efficiently utilize the large bandwidths at the physical layer, researchers have focused on the developments of protocols at transport and network layers. The standard TCP has been remarkably successful in performing congestion avoidance and control to prevent severe congestion in the current low-speed networks. However, it is wellknown that the standard TCP is not appropriate for high-speed networks in terms of the additive increment multiplicative decrement (AIMD) algorithm is too conservative to rapidly achieve full bandwidth utilization while is too drastic to recover from per packet loss event.

چکیده

امروزه برنامه های کاربردی بیشتر و بیشتر نیاز به انتقال سریع داده های عظیم از طریق شبکه ها دارند و ظهور شبکه های با سرعت بالا، راه حل ایده آل برای این چالش را فراهم می کند. با توجه به محدودیت های الگوریتم کنترل احتباس محافظه کارانه، TCP استاندارد دیگر برای شبکه های با سرعت بالا مناسب نیست تا از منابع پهنای باند استفاده کند. بنابراین، چندین نوع TCP با سرعت بالا پیشنهاد شده است تا مشکل را حل کنند. با این وجود، اگر چه این پروتکل ها با موفقیت برای بهبود استفاده از پهنای باند انجام می شوند، اما همچنان ضعف در عملکرد مانند RTT-عادلانه بودن، دوستانه بودن TCP و غیره هستند. در این مقاله، HCC TCP، یک الگوریتم کنترل مخلوط هیبرید با استفاده از همکاری روش مبتنی بر تاخیر و مبتنی بر ضرر برای سازگاری با محیط شبکه های با سرعت بالا و از راه دور است. الگوریتم از تاخیر صفر به عنوان شاخص بارگذاری اولیه استفاده می کند و پنجره را برای تثبیت در اطراف اندازه ای که می تواند استفاده کامل از پهنای باند موجود را تنظیم کند تنظیم می کند. از سوی دیگر، از افت بسته به عنوان شاخص بارگیری دوم استفاده می کند و استراتژی کنترل احتقان مبتنی بر از دست رفته برای حفظ میزان استفاده از پهنای باند در مواردی که استراتژی مبتنی بر تاخیر ناکارایی در شبکه ها انجام می شود استفاده می شود. دو روش در الگوریتم به صورت پویا با توجه به وضعیت شبکه به یکدیگر منتقل می شوند. ما در نهایت شبیه سازی ها را انجام می دهیم تا خواص TCC پیشنهاد HCC را بررسی کنیم. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که HCC TCP مورد نیاز برای نوع ایده آل TCP در شبکه های با سرعت بالا را برآورده می کند و عملکرد کارآیی را در مورد توانایی، انصاف، سهولت TCP، قابلیت اطمینان و غیره به دست می آورد.

مقدمه

تکامل سریع شبکه های با سرعت بالا به طور قابل توجهی از همکاری های بین المللی با انتقال داده های گسترده و به اشتراک گذاری منابع کامپیوتری، و شبکه ها، از جمله StarLight (2010)، UKLight (2010)، NetherLight (2010)، CERN (2010)، و غیره که با پهنای باند 1 تا 10 گیگابایتی ادغام شده اند، بیش از تعدادی از موسسات تحقیقاتی توسعه یافته است. محققان به منظور بهره مندی از پهنای باند وسیع در لایه فیزیکی، بر پیشرفت پروتکل های حمل و نقل و لایه های شبکه متمرکز شده اند. TCP استاندارد در اجتناب از احتقان ها و کنترل برای جلوگیری از احتقان های شدید در شبکه های کم سرعت فعلی بسیار موفق بوده است. با این حال، به خوبی شناخته شده است که TCP استاندارد مناسب برای شبکه های با سرعت بالا از نظر الگوریتم افزایش ضریب افزایش افزایشی (AIMD) بسیار محافظه کار است به سرعت دستیابی به استفاده از پهنای باند کامل در حالی که برای بازیابی از هر رویداد از دست دادن بسته بسیار دشوار است.

Year: 2011

Publisher : ELSEVIER

By : Wenjun Xu , Zude Zhou , D.T. Pham , C. Ji , M. Yang , Quan Liu