In this paper, we are interested in the TCP fairness problem in EPON due to the interaction between the bandwidth allocation scheme and TCP behavior. We have shown that conventional bandwidth allocation schemes cannot guarantee the fairness between TCP connections in the different ONUs, in which there are different number of TCPs through simple analysis and simulations. From our observation that it is hard to solve this problem using only the bandwidth allocation scheme, we proposed a novel control-theoretic explicit window adaptation algorithm using the cycle time. The proposed algorithm explicitly controls an window to maintain a target cycle time and modifies receiver`s advertised window in acknowledgment packets. We select an optimal target cycle time value to maximize utilization on condition that the mean packet delay in EPON is smaller than whatever we decide. Therefore, each TCP connection achieves the fairness in MAX-MIN sense, and moreover, the mean packet delay is bounded to the value we want. Through simulations under various scenarios, we verify that proposed algorithm gives significant improvements in not only the fairness but also delay, jitter and packet loss compared to the conventional schemes.
본 논문에서는 차세대 광 가입자 망으로서 주목 받고 있는 이더넷폰(Ethernet PON, EPON)에서 대역할당 방식과 TCP 동작의 상호 작용 때문에 발생하는 TCP간 공평성 문제를 다루었다. 간단한 분석과 시뮬레이션을 통하여, ONU가 서로 다른 수의 TCP수를 가지는 경우에 기존의 대역할당 방식으로는 TCP간 공평성이 보장되지 않으며, 이러한 문제는 대역할당 방식만으로는 해결하기 힘들다는 것을 알았다. 따라서 본 연구에서는 제어 이론에 바탕으로 하여 사이클 시간을 이용하는 명시적 윈도우 조절 기법을 새롭게 제안하였다.
제안하는 기법은 목표 사이클 시간(target cycle time)을 유지하게 하기 위해서 윈도우 값을 계산하고, 그 값으로 TCP 수신단이 보내는 ACK의 공지(advertised) 윈도우를 수정한다. 여기서 목표 사이클 시간은 이더넷폰 구간에서 겪는 평균 지연시간이 우리가 원하는 값보다 작게 유지하면서 대역이용률을 최대화 시킬 수 있도록 최적의 값으로 선택하였다. 따라서 제안하는 기법은 모든 TCP의 최대-최소 공평성을 만족시킬 뿐만 아니라, 대역이용률-평균 지연시간 간의 타협을 통해서 우리가 원하는 대로 평균 지연시간을 제한할 수 있는 장점을 가진다.다양한 환경에서의 시뮬레이션을 통하여 이러한 장점을 확인할 수 있었고, 이뿐만 아니라 평균 지연시간, 지터(jitter) 및 패킷 손실면에서도 기존의 방식들과 비교했을 때 현저한 성능향상을 보이는 것을 확인할 수가 있었다. 또한 제안하는 기법은 연결별(per-connection) 정보를 전혀 사용하지 않으며 오직 사이클 시간 정보만 이용하여 동작하기 때문에, 구현하기에 매우 간단하며 확장적(scalable)인 특징을 가진다.
