Currently, many kinds of new network technologies are suggested and these networks have been converging. They have different characteristics respectively, which cause new congestion situations that are not occurred in traditional networks. In this dissertation, we propose two kinds of novel techniques to solve network congestion in these challenged networks.
In the current Internet, sudden bandwidth changes may occur due to vertical handovers between heterogeneous access networks or routing path changes. The current implementation of TCP is designed and optimized for stable networks, and does not adapt well upon sudden bandwidth changes. Consequently, it might suffer from packet losses in burst upon sudden decrements of bandwidth and under-utilization upon sudden increments of bandwidth. To resolve this problem, we propose to modify the current TCP algorithm to include a new phase, called Fast Adaptation (FA). The FA phase is triggered upon detecting sudden bandwidth changes, and a TCP sender in the FA phase attempts to recover lost packets quickly to avoid timeout upon sudden decrement of bandwidth. Upon sudden increment of bandwidth, it increases its window size drastically to realize full-utilization. Through extensive simulations, experiments, and analysis, it is shown that the proposed scheme can effectively deal with sudden bandwidth changes.
We also propose the rate control algorithm in Intermittently Connected Networks (ICNs) which is one kind of Delay/Disruption Tolerant Networks (DTNs). ICNs have quite different characteristics from traditional TCP/IP networks. To overcome these, many researches have been studied in last several years. These researches help to achieve a smooth communication between nodes, but they have some weak points. If nodes input a lot of messages, these schemes do not work well. To resolve this problem, the proposed algorithm controls sending rate in an AIMD-style. To detect network congestion, we measures receiving rate, one-way delay, and the number of copies. When measured receiving rate is increased, a congestion window (cwnd) is increased. Otherwise, cwnd is decreased. Through some simulations, we show that the proposed algorithm can adjust nodes` sending rate which does not cause network congestion, and nodes fairly use a network.
현재 여러가지 새로운 네트워크 기술들이 제안 혹은 사용되고 있으며, 이런 네트워크들이 만나 지금까지와는 다른 새로운 네트워크를 형성하고 있다. 이런 새로운 네트워크는 기존의 네트워크와는 상이한 특징들을 갖으며, 이는 기존의 네트워크에서는 생각할 수 없는 종류의 네트워크 병목현상을 일으킨다. 본 논문에서는 이런 새로운 네트워크 중 두 가지의 새로운 네트워크에서 일어날 수 있는 네트워크 병목현상을 해결하기 위한 두 가지 새로운 방법을 제시한다.
첫 번째로, 여러가지 네트워크 기술들이 융합되어 새로운 네트워크를 형성하였을 때, 사용자가 이종간의 네트워크를 이동하면서 생길 수 있는 급격한 대역폭의 변화를 빠르게 해결하는 방법을 제시한다. 이런 급격한 대역폭의 변화는 이종 네트워크간의 이동 뿐 아니라, 라우팅 패스의 변화, 무선 네트워크에서 채널 변화나 사용자 수에 따른 대역폭의 변화 때문에도 일어날 수 있다. 기존 TCP는 안정적인 유선 네트워크상에서 잘 동작하도록 설계되어 있어 이런 급격한 대역폭의 변화에 잘 적응하지 못한다. 이런 급격한 대역폭의 변화는 두 가지로 나뉠 수 있는데, 한 가지는 급격한 대역폭의 감소, 다른 한 가지는 급격한 대역폭의 증가이다. 급격한 대역폭의 감소시에는 패킷들이 동시에 집중적으로 드랍되는 문제가 발생하며, 급격한 대역폭의 증가시에는 TCP가 전송 속도를 천천히 증가시키기 때문에 일정 시간 동안 네트워크를 충분히 사용하지 못하는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 TCP에 새로운 단계를 하나 추가한다. 이 단계를 {\it 빠른 적응}단계라 칭한다. 급격한 대역폭 변화가 감지되면 TCP는 빠른 적응 단계로 들어가게 된다. 급격한 대역폭의 감소시에는 패킷 드랍이 감지되면 드랍된 패킷 부터 그 뒤에 패킷들이 전부 드랍되었다고 예상하고 드랍된 패킷부터 이후 보낸 패킷들을 빠르게 재전송한다. 급격한 대역폭의 증가시에는 혼잡 윈도우의 크기를 빠르게 증가시켜 네트워크 사용률을 빠르게 증가시킨다. NS-2를 이용한 시뮬레이션과 실제 인터넷을 이용한 실험, 그리고 수학적인 분석을 통해 제안하는 방법이 급격한 대역폭의 변화에 따른 문제를 빠르게 해결함을 알 수 있다. 제안하는 방법은 여러 가지 TCP 종류에 한 단계를 추가함으로써 쉽게 급격한 대역폭의 변화에 대응할 수 있다. 또한 급격한 대역폭의 변화가 감지되지 않는 경우에는 빠른 적응 단계가 작동되지 않으므로 다른 TCP와 같이 사용될 수 있다.
다음으로, 지연 허용 네트워크(DTN)의 한 가지인 간헐적으로 연결되는 네트워크(ICN)에서의 종단간 전송 속도 조절 방법을 제안한다. ICN은 기존 네트워크와는 확연히 다른 특징을 갖는다. 그 예로 네트워크의 분할에 의한 종단간 패스의 상실, 길고 가변적인 딜레이, 비대칭 전송 속도, 그리고 메시지의 높은 손실율등이 있다. 현재 ICN에서의 병목현상을 해결하기 위해서 버퍼 관리를 기반으로 하는 방법들이 제시되고 있지만, 전송량이 많아지면 많아 질수록 전송율이 떨어지는 점을 해결하지 못한다. 본 논문에서는 종단간 전송량을 조절하는 알고리즘을 제안함으로써 이를 해결하고자 한다. 종단간 전송량을 조절하기 위해 본 논문에서는 수신 속도, 단방향 딜레이, 그리고 복사본의 평균양을 모니터링한다. 전송량의 조절은 AIMD (Additive Increase/Multiplicative Decrease) 방식을 이용한다. AIMD 방식은 최대 전송량을 모르며, 노드들간의 공정한 전송을 하기 위해 쓰이는 방식이다. 본 논문에서 제안하는 전송 속도 조절 방법은 다음과 같다. 수신 속도가 증가할 때에는 네트워크의 사용량이 최대화 되지 않았다고 판단하고 전송 속도를 늘린다. 반대로 수신 속도가 감소할 때에는 네트워크가 병목현상을 일으켰다고 판단하고 전송 속도를 낮춘다. 단방향 딜레이 만큼의 시간안에 정해진 양을 보내어 한꺼번에 메시지를 보내어 보낸 메시지가 동시에 손실되는 것을 막는다. 제안하는 방식이 효율적임을 보이기 위해 본 논문에서는 이벤트 기반의 새로운 네트워크 시뮬레이터를 개발하였다. 이를 이용한 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제안하는 종단간 전송 속도 조절 방법이 높은 전송률을 유지하면서 네트워크를 충분히 사용하고, 각 노드들이 공평하게 네트워크를 사용함을 알 수 있다.
