Kuyruk Yönetim Algoritmalarının Ağ Trafiğinin Özbenzeşimliliği Üzerindeki Etkileri

Abstract

Ağ trafiğinin özbenzeşimli ve uzun süreli bağımlı olduğu bilinmektedir. Uzun süreli bağımlı süreçler, kısa süreli bağımlı süreçlere göre daha farklı kuyruklama performansına sahiptir. Uzun süreli bağımlı süreçler daha büyük gecikmelere, daha fazla paket kaybına ve etkisi uzun süren ağ tıkanıklığına maruz kalırlar. Bu konuda yapılan çalışmalar temel olarak özbenzeşimliliğin derecesi olan Hurst parametresini doğru kestirme üzerine veya bu özbenzeşimliliğin kaynağını bulmaya odaklanmıştır. Özbenzeşimliliğin sebepleri olarak ağ üzerinden transfer edilen dosya boyutları, kullanıcı tepki zamanları ve ağın ulaştırma katmanı gösterilmiştir. İlk iki sebep ortan kaldırılması daha zor sebeplerdir fakat Ulaştırma Katmanı’nın (Transport Control Protocol -TCP’nin) kuyruk yönetim mekanizmalarıyla etkileşerek ortaya çıkardığı özbenzeşimliliğin derecesinin değiştirilmesi fazlaca çalışılmamış bir konudur. Kuyruk yönetim mekanizmaları zaten şu anda aktif bir çalışma konusudur. Literatürde bu iki mekanizmanın etkileşimi üzerine yakın zamanda yapılmış 1 adet çalışma var olmakla birlikte bu çalışma hem bulunan sonuçların nedenini tam olarak açıklamakta eksik kalmakta hem de en çok kullanılan aktif kuyruk mekanizmalarının karşılaştırmasını içermemektedir. Bizim çalışmamız ağ mekanizmaları ve sinyal işleme konularını birleştirerek tam bir kavrayış sağlamayı amaçlamaktadır. Literatürde başka bir çok açıdan en sık karşılaştırlan aktif kuyruk yönetim mekanizmaları RED ve BLUE , gerçek ağlarda en çok kullanılan droptail ile kıyaslanmış ve trafiğin özbenzeşimliliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmamız TCP protokolüne veya aktif kuyruk yönetim mekanizmalarına eklentiler yapılması için bir kaynak olmayı hedeflemektedir.

It is already known that aggregate network traffic is long range dependent and self-similar. Long-range dependent processes unlike short-range dependent processes affect the queuing performance of network drastically. They cause larger queuing delays, higher drop rates and extended periods of congestion. Previous works has focused either on estimating the degree of self-similarity, the value of Hurst parameter, more accurately or on investigating the causes of self-similarity. File sizes, human think time and the transport protocol had been found as the main causes of self-similarity. The first two are hard to overcome but the latter can be modified to introduce less self-similarity. TCP is the dominant transport protocol and the adaptive nature of TCP’s congestion control mechanism’s has been put forward as a possible self-similarity generating element. Moreover, the interaction between TCP’s congestion control mechanism and buffer management policies has been left as an open issue, there hasn’t been much effort on this subject. Buffer management or active queue management techniques are themselves hot research topics. Although there is one recent work in literature to investigate two of the buffer management policies’, droptail and RED’s effects on self-similarity, this work is inadequate in explaining some of the peculiarities observed. Our work, provides a thorough understanding by providing signal processing perspective and networking perspective in a combined fashion. We compared the effects of passive and active queue management mechanisms, namely droptail, RED and BLUE over the self-similarity of network traffic and derived conclusions on TCP’s congestion control mechanisms. These findings can lead to adjustments in TCP protocol stack and also lead to development of new active queue management techniques.