Judul Paper : "An effective approach to alleviating the challenges of transmission control protocol"

Pengarang : GuoDong Wang, Yongmao Ren, dan Jun Li

Published in IET Communications

Received on 28th February 2013

Revised on 26th October 2013

Accepted on 21st November 2013

doi: 10.1049/iet-com.2013.0154

Paper asli dapat didownload di sini

Garis Besar Rancangan Penelitian

Latar Belakang

Permasalahan yang dibahas pada paper yang berjudul “An effective approach to alleviating the challenges of transmission control protocol” adalah mengenai pengontrolan kongesti yang terjadi pada jaringan TCP. Telah banyak solusi yang diusulkan dari berbagai penelitian, namun masih banyak timbul celah kekurangan.

Permasalahan umum algoritma kongestion kontrol TCP tradisional adalah masih memiliki banyak kelemahan dalam efisiensi dan fairness FLDnets (fast long distance networks). Hingga sekarang ini, telah banyak penelitian untuk menangani masalah tersebut, namun masih banyak tantangan dan kelemahan termasuk FLDnets atau jaringan cepat jarak jauh, mekanisme stabilitas, round trip time (RTT)-fairness, TCP-friendliness dan lain-lain.

Maka dari itu harus ada upaya meningkatkan efisiensi untuk menangani masalah kongesti tersebut. Tujuan dari penetian paper ini adalah mengusulkan solusi yang lebih efisien dari pada algoritma lain untuk menangani kongesti yang terjadi pada TCP.

Algoritma kontrol kongesti baru dalam penelitian ini adalah fair TCP (FTCP). FTCP dapat meringankan masalah tersebut dengan cara: Pertama, meningkatkan round trip time (RTT)-fairness dengan mengubah congestion control windows (cwnd) TCP dan menyesuaikan tingkat pertumbuhan cwnd untuk membuat arus FTCP dengan RTT yang berbeda agar mencapai throughput yang sama. Kedua, menyeimbangkan efisiensi transmisi dan TCP-friendliness dengan dinamis menyesuaikan agresivitas FTCP sesuai dengan tingkat kemacetan link.

Kontribusi Paper

Untuk meningkatkan efisiensi transmisi TCP dalam FLDnet, Floyd mengusulkan algoritma high-speed TCP (HSTCP), yang dapat meningkatkan efisiensi FLDnet. Namun HSTCP tidak mempertimbangkan RTT-fairness dan TCP-friendliness pada standar TCP. Dalam penelitian lain, Kelly mengusulkan STCP sebagai alternatif HSTCP untuk memecahkan masalah efisiensi transfer data dalam FLDnet. STCP menggunakan strategi Multiplicative Increase and Multiplicative Decrease (MIMD), bukan Additive Increase and Multiplicative Decrease (AIMD) dalam menyesuaikan cwnd untuk setiap RTT. Skala modifikasi yang diusulkan sudah bagus pada banyak lingkup penerapan. Namun, aliran STCP biasanya menggerakkan jaringan mengalami keadaan kongestion yang hampir konstant, yang umumnya tidak diinginkan pada sebagian besar jaringan.

Sifat jaringan Internet Protocol (IP) adalah berbagi resource, maka efektivitas dalam penerapan algoritma yang telah dijelaskan di atas bukanlah satu-satunya hal penting dari algoritma kontrol kongesti. Algoritma TCP harus berbagi resource dengan cara yang fair (adil). TCP CUBIC menyederhanakan fungsi dan mempercepat penambahan nilai congestion window (cwnd) dari TCP BIC. Perbedaan utama TCP CUBIC dan TCP BIC adalah TCP CUBIC meningkatkan cwnd berdasarkan lama waktu berlalu sejak kongesti terakhir. Penggunaan TCP CUBIC menghasilkan nilai cwnd rata-rata, throughput, dan waktu tempuh lebih besar dibanding TCP BIC. Leith dan Shorten telah menyajikan HTCP untuk mencapai TCP-friendliness yang diinginkan, RTT-fairness dan efektivitas properti. Caini dan Firrincieli mengusulkan Hybla untuk memecahkan masalah RTT-fairness.

Untuk masalah stabilitas, banyak strategi dalam mencapai tujuan ini dengan pre-decreasing cwnd dengan alat bantu untuk mengukur keadaan jaringan. Vegas, CTCP dan Yeah menggabungkan deteksi packet loss dan pengukuran RTT sebagai mekanisme untuk memperkirakan keadaan jaringan. NF-TCP mencapai friendliness yang baik dengan menggunakan pengukuran bandwidth yang tersedia dan pemberitahuan kongesti eksplisit. Tetapi itu menjadi tantangan oleh kebutuhan tambahan dari router dalam penyebarannya. ACP menggunakan estimasi ukuran antrian bottleneck dan rasio fairness untuk mencapai pemanfaatan tinggi untuk berbagi resource yang fair dalam jaringan.

Protokol yang telah dibahas di atas telah menunjukkan kemajuan besar, tapi masih ada ruang untuk perbaikan. Dibandingkan dengan varian TCP yang disebutkan di atas, FTCP menunjukkan hasil yang menjanjikan tidak hanya di throughput, tetapi juga dalam fairness dan stabilitas. Kontribusi utama dari FTCP adalah sebagai langkah awal untuk mengurangi tantangan TCP, terutama dalam efisiensi transmisi, RTT-friendliness dan TCP-friendliness.

Desain Algoritma

Desain Algoritma dalam perancangan FTCP ini adalah dengan mempertimbangkan isu terbuka dari TCP, yaitu:

· Bagaimana untuk memastikan kinerja TCP dalam jaringan IP yang heterogen

· Bagaimana meningkatkan TCP RTT-fairness

· Berapa nilai awal yang sesuai untuk cwnd TCP

· Bagaimana menjaga stabilitas TCP

Dalam paper ini diuraikan kembali dan menghitung ulang hubungan antara parameter TCP, seperti window awal, mekanisme slow start dan congestion avoidance, serta gangguan dari RTT dan throughput. Dengan pengetahuan ini, maka diusulkanlah algoritma FTCP.

algoritma kontrol kongesti TCP tradisional:

evolusi cwnd dalam waktu dapat diberikan oleh

cwnd awal adalah α dan menulis ulang fungsi memperbarui cwnd seperti

Untuk memperjelas evolusi cwnd dalam waktu (3), maka cwnd awal dianggap adalah 4 dan m adalah 3, masing-masing. Pada awal fase slow start, cwnd awal adalah 4. Selama masa pertama RTT, kedatangan paket 1s ACK membuat kenaikan cwnd dari 5 sampai 7 (untuk m = 3, cwnd = 4 + 3 = 7).

evolusi cwnd dalam waktu dapat digeneralisasi sebagai (lihat (4))

Persamaan (11) adalah algoritma kontrol kongesti yang telah diadopsi untuk FTCP. Di sini, ρ dan λ disesuaikan secara dinamis dengan perkiraan jumlah paket dalam antrian Q.

Berdasarkan kontribusi paper yang telah dijelaskan di atas, maka saya menilai bahwa kontribusi dari paper ini sangatlah significant (4). Karena dapat meningkatkan efisiensi transmisi, RTT-friendliness dan TCP-friendliness. Hal ini juga terbukti dari diagram yang telah ditampilkan pada hasil evaluasi

Uji Coba

Ujicoba yang dilakukan dalam paper ini terutama membandingkan FTCP dengan Reno, Hybla, CUBIC, STCP, HTCP dan CTCP. Metrik kinerja meliputi throughput, dynamics, RTT-fairness dan TCP-friendliness, yang umum digunakan dalam evaluasi protokol TCP. Throughput menunjukkan efisiensi transmisi TCP. Intra protocol fairness merupakan tingkat distribusi bandwidth antara dua aliran dari protokol yang sama. Dynamics menunjukkan kemampuan TCP untuk menangani variasi lalu lintas latar belakang. RTT-fairness didefinisikan sebagai 'rasio throughput yang dicapai oleh dua kelompok arus sebagai fungsi dari rasio RTTs mereka. TCP-friendly didefinisikan sebagai salah satu yang jangka panjang tingkat kedatangan 'tidak melebihi bandwidth dari koneksi TCP konformant dalam situasi yang sama.