As the underlying network technologies and popular applications have been evolved, Transmission Control Protocol (TCP) shows unexpected and degraded performance because TCP cannot adapt itself to the new environment. This network environment change forces TCP to evolve. For example, new networks such as wireless networks makes TCP modify congestion control to accommodate the different characteristic of wireless networks. For another instance, a few applications requiring real time and reliable control such as networking game and remote desktop require TCP to faster respond. Even though many researchers already pay attention to this problem. their proposals are limited only on modifying congestion control and their proposals shows undesirable results under the high packet loss rate environment. Moreover, even though accompanying the ideal congestion control, TCP does not achieve the good performance with random packet loss.
In this dissertation, we point out the enhanced congestion controls for wireless TCP are not enough. Under high packet loss rate, the enhanced congestions control for wireless TCP become unstable and do not work well as proposed. We shows this phenomenon comes from TCP's complex dynamics during loss recovery. In details, the loss recovery ability of TCP varies with packet loss rate and TCP finally fails to detect multiple packet losses. Only RTO expiry can break this failure and start sending packets again. We found the packet transmission order is helpful to detect multiple packet losses, which can alleviate this limitation. Under high packet loss rate, TCP should frequently retransmit lost packets. The order of packet transmission is eventually not matched with the order of packet's sequence number. At the same time, the packet transmission order becomes very important in that a packet is assumed to be lost if later-sent packets arrive before this packet. Therefore, TCP can detect lost packets only if TCP remembers the packet transmission order. Upon this observation, we propose a novel loss recovery strategy based on packet transmission order. Through the simulation and experiment, we shows our idea is resilient to packet loss rate. In other words, our loss recovery algorithm shows consistent loss recovery ability regardless of packet loss rate. This characteristic leads to that our idea is superior to others in terms of throughput and fast response.
본 논문는 패킷 손실율이 높은 무선 네크워크 환경에서 TCP의 성능을 증대시키는 방법을 제안한다. 전통적인 TCP는 유선 네트워크를 기반으로 설계되어 패킷 손실을 네트워크 혼잡으로 인식한다. 그러나 무선 네트워크에서는 무선 링크의 전송률 에러로 패킷 손실이 발생한다. TCP는 이런 패킷 손실을 네트워크 혼잡으로 오인하여 전송률을 감소시키기 때문에 무선네트워크의 대역폭을 충분히 사용하지 못하는 문제를 가지게 된다.
기존의 연구들은 무선에러에 의한 패킷 손실과 네트워크 혼잡의 패킷손실을 다르게 취급함으로써, 전송률의 저하를 방지하고 성능의 증대를 꾀하였다. 그러나, 무선네트워크의 빈번한 패킷 손실을 TCP의 혼잡제어, 전송률 조정에만 영향을 미치는 것이 아니라, TCP의 손실회복에도 영향을 미치게 된다.
기존의 패킷 손실 회복 알고리즘들은 복수개의 패킷 손실이 생겼을 경우, 이 손실들을 인지하지 못하고 재전송 타임아웃을 겪게 되고 전송률을 최소로 떨어뜨린 다음, 성공적으로 전송된 패킷 이후부터 다시 전송을 하게 된다. 이것은 다수의 패킷 손실을 심각한 네트워크 혼잡으로 취급하고, 패킷의 전송을 잠시 멈추는 효과를 통해 네트워크 혼잡을 해결하려는 목적을 가지고 있다. 그러나 무선네트워크에서는 빈번하게 발생하는 패킷 손실이 하나의 전송 윈도우내에서 복수개의 패킷손실을 유발하게 된다. 이런 조건에서 복수개의 패킷 손실을 심각한 네트워크 혼잡으로 취급하는 것은 TCP의 성능을 저하시키는 심각한 요인이 된다.
본 논문은 TCP의 패킷 손실회복 알고리즘이 무선네트워크에서 이러한 문제가 있음을 최초로 지적하고, 기존의 패킷 손실알고리즘이 패킷이 손실율에 따라 패킷 손실 회복 능력이 변화함을 시뮬레이션을 통해 보여 주었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 패킷의 전송 순서를 이용함으로써, 패킷의 손실율에 상관없이 일정한 패킷 손실 회복 능력을 보여주는 새로운 TCP의 손실회복 알고리즘을 제시하였다. 시뮬레이션의 결과, 기존의 무선네트워크를 위한 TCP 전송률을 패킷 손실율이 높은 상황에서도 향상시킬 수 있음을 보여 주었다. 또, 리눅스에 본 논문의 아이디어를 구현하여, 실제 실험을 통해, 기존 TCP의 성능을 증대할 수 있음을 보여주었다.
