Equation-Based Congestion Control for Unicast and Multicast Data Streams

Widmer, Jörg

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URL:	https://ub-madoc.bib.uni-mannheim.de/76
URN:	urn:nbn:de:bsz:180-madoc-763
Dokumenttyp:	Dissertation
Erscheinungsjahr:	2003
Titel einer Zeitschrift oder einer Reihe:	None
Ort der Veröffentlichung:	Mannheim
Hochschule:	Universität Mannheim
Gutachter:	Effelsberg, Wolfgang
Datum der mündl. Prüfung:	15 Mai 2003
Sprache der Veröffentlichung:	Englisch
Einrichtung:	Fakultät für Wirtschaftsinformatik und Wirtschaftsmathematik > Praktische Informatik IV (Effelsberg 1989-2017)
Fachgebiet:	004 Informatik
Fachklassifikation:	CCS: C.2.6 Inte C.2.2 Netw ,
Normierte Schlagwörter (SWD):	Überlastkontrolle , Rückkopplung , Multicastingverfahren , TCP/IP , Fairness <Informatik> , Skalierbarkeit
Freie Schlagwörter (Deutsch):	TCP Kompatibilität , Feedback Unterdrückung
Freie Schlagwörter (Englisch):	congestion control , TCP-IP , fairness , TCP-friendliness , single-rate congestion control , multicast feedback , feedback suppression , scalability
Abstract:	We believe that the emergence of congestion control mechanisms for relatively-smooth congestion control for unicast and multicast traffic can play a key role in preventing the degradation of end-to-end congestion control in the public Internet, by providing a viable alternative for multimedia flows that would otherwise be tempted to avoid end-to-end congestion control altogether. The design of good congestion control mechanisms is a hard problem, even more so for multicast environments where scalability issues are much more of a concern than for unicast. In this dissertation, equation-based congestion control is presented as an alternative form of congestion control to the well-known TCP protocol. We focus on areas of equation-based congestion control which were not yet well understood and for which no adequate solutions existed. Starting from a unicast congestion control mechanism which in contrast to TCP provides smooth rate changes, we extend equation-based congestion control in several ways. We investigate how it can work together with applications which can only operate in a very limited region of available bandwidth and whose rate can thus not be adapted to the network conditions in the usual way. Such a congestion control mechanism can also complement conventional equation-based congestion control in regimes where available bandwidth is too low for further rate reduction. When extending unicast congestion control to multicast, it is of paramount importance to ensure that changes in the network conditions anywhere in the multicast tree are reported back to the sender as quickly as possible to allow the sender to adjust the rate accordingly. A scalable feedback mechanism that allows timely congestion feedback in the face of potentially very large receiver sets is one of the contributions of this dissertation. But also other components of a congestion control protocol, such as the rate increase/decrease policy or the slow-start mechanism, need to be adjusted to be able to use them in a multicast environment. Our resulting multicast congestion control protocol was implemented in a simulation environment for extensive protocol testing and turned into a library for the use in real-world applications. In addition, a simple video transmission tool was built for test purposes that uses this congestion control library.
Übersetzter Titel:	Gleichungsbasierte Überlastkontrolle für Unicast und Multicast Datenströme (Deutsch)
Übersetzung des Abstracts:	Es steht zu erwarten, dass Überlastkontrollmechanismen, die eine allmähliche Anpassung der Datenrate für Unicast und Multicast Datenverkehr ermöglichen, eine Schlüsselrolle bei der Vermeidung der Degeneration von Ende-zu-Ende Überlastkontrolle im Internet spielen werden. Diese Verfahren stellen eine sinnvolle Alternative für Multimediadatenströme dar, die andernfalls keinerlei Überlastkontrollmechanismen einsetzen können. Das Design guter Überlastkontrollmechanismen ist insbesondere für die Multicastkommunikation, bei der Skalierbarkeit eine große Rolle spielt, ein schwieriges Problem. In dieser Dissertation wird die gleichungsbasierte Überlastkontrolle als Alternative zu der wohlbekannten TCP-Überlastkontrolle vorgestellt. Wir konzentrieren uns hierbei auf Aspekte gleichungsbasierter Überlastkontrolle, die noch nicht ausreichend gut verstanden sind und für die bisher keine angemessenen Lösungen existieren. Ausgehend von einem Überlastkontrollmechanismus für Unicast Datenströme, der im Gegensatz zu TCP eine allmählichere Anpassung der Datenrate erlaubt, wird gleichungsbasierte Überlastkontrolle in verschiedener Hinsicht erweitert. Wir untersuchen, wie sie im Zusammenhang mit Anwendungen funktionieren kann, die nur in einem sehr eingeschränkten Bandbreitenbereich operieren können, und schlagen entsprechende Erweiterungen vor. Zusätzlich können die resultierenden Mechanismen ergänzend zu konventioneller gleichungsbasierter Überlastkontrolle eingesetzt werden, falls deren Datenrate für die Anwendung zu niedrig für eine weitere Anpassung nach unten ist. Für eine Erweiterung von Unicast Überlastkontrolle für Multicast ist es von größter Wichtigkeit, sicherzustellen, dass Veränderungen der Netzwerkbedingungen im Multicastverteilbaum so schnell wie möglich dem Sender mitgeteilt werden, damit dieser die Senderate entsprechend anpassen kann. Ein wichtiger Beitrag dieser Dissertation ist ein skalierbarer Feedbackkontrollmechanismus, der es ermöglicht, dass auch bei einer sehr großen Anzahl von Empfängern dem Sender rechtzeitig Überlastfeedback gegeben wird. Aber auch andere Komponenten eines Überlastkontrollprotokolls, wie zum Beispiel die Ratenanpassungsstrategie oder der Slowstartmechanismus, müssen für die Verwendung in Multicastumgebungen angepasst werden. Das resultierende Überlastkontrollprotokoll wurde für umfangreiche Protokolltests sowohl in einer Simulationsumgebung als auch als Protokollbibliothek für den Einsatz in realen Netzwerkanwendungen implementiert. Zusätzlich wurde zu Testzwecken basierend auf der Protokollbibliothek ein einfaches Videoübertragungstool entwickelt. (Deutsch)
Zusätzliche Informationen: