Automatización del proceso de simulación para el análisis de rendimiento del protocolo TCP en redes inalámbricas

Simulation process automation for TCP performance analysis in wireless networks

Franco Alejandro Trinidad, Claudia Gonzalez, Carlos Talay, Diego Rodríguez Herlein

Código

ICT-UNPA-186-2018

Resumen


Al trabajar con distintas herramientas de simulación de redes, uno de los inconvenientes más notables es la necesidad de llevar a cabo la generación de un modelo, la ejecución de pruebas y la obtención de resultados para cada caso de estudio. Este proceso insume mucho tiempo debido a los desafíos técnicos involucrados y sólo una vez finalizado, es posible realizar un análisis valorativo de los datos obtenidos. Para detectar casos cuyos resultados pudieran ser de interés, el proceso deberá repetirse varias veces, lo que incrementa el tiempo entre la concepción de un problema y el análisis de los resultados.

El objetivo principal de este trabajo fue reducir el tiempo requerido para implementar y probar un modelo. Esto se logró al establecer una base de simulación con parámetros relevantes en el estudio de rendimiento de TCP, para poder automatizar de forma eficiente la generación de pruebas, el procesamiento y presentación de datos. Gracias a esto se pueden obtener los resultados en menos tiempo, dando paso a la etapa de evaluación.

Como se optó por NS-2, la base de simulación está implementada en el lenguaje OTcl. El procesamiento de datos se hizo mediante scripts de awk, perl y python. Para la presentación visual se utilizó gnuplot. Finalmente, se usó bash para unir todas las partes del proceso, coordinando su ejecución, ordenando los datos y ofreciendo información relevante en cada paso.

Como resultado se logró optimizar el flujo de trabajo para el análisis de rendimiento del protocolo TCP sobre diferentes topologías, reconociendo más rápidamente aquellos escenarios con resultados prometedores. A partir de los datos obtenidos, se exploraron hipótesis que sirvieron de base para la escritura de publicaciones científicas.


Palabras clave


TCP; Simulación; Rendimiento; Automatización


Abstract


Whilst working with different network simulation tools, the necessity to generate a model, execute tests and obtain results for each case study, becomes an inconvenient. Due to the technical challenges involved, this process takes up too much time and only after it’s done, it’s possible to analyze the data. In order to detect cases whose results might be interesting, this process must be repeated several times, which increases the amount of time between the conception of a problem and the analysis of the results.

The main goal is to reduce the time required to implement and test a model. This was achieved establishing a simulation base with parameters which are relevant for the study of TCP performance, and through the automation of test generation, data processing and presentation.

NS-2 was used and the model implemented in Otcl. Scripts in awk, perl and python were used in data processing. Gnuplot allowed a visual presentation. Finally, bash programs merged everything together, coordinating the execution, sorting the data and offering relevant information during the process.

As a result, work flow was optimized for performance analysis of TCP in different topologies, allowing promising scenarios to be easily recognized. Some of the hypothesis derived from these cases turned into scientific publications.



Keywords


TCP; Simulation; Performance; Automation


Área


Ingeniería y Tecnología

Resolución


1453/18-R-UNPA

Fecha de Aprobación


2018-11-14

Texto completo:

PDF

Referencias


ALLMAN, M., FALK, A. (1999). On the effective evaluation of TCP. ACM Computer Communication Review. Recuperado el 26 de marzo de 2017, de https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20000059208.pdf https://doi.org/10.1145/505696.505703

BONASTRE, O., SALVADOR, C. (2005). Introducción a la programación de protocolos de comunicaciones con Network Simulator 2. Editorial Club Universitario. ISBN: 978–84–9948–485–3.

BONAVENTURE, O., (2001). Computer Networking. Principles, Protocols and Practice. The Saylor Foundation. Recuperado el 26 de marzo de 2017, de http://www.saylor.org/courses/cs402/

CHANDRAN, K., RAGHUNATHAN, S., VENKATESAN S., PRAKASH, R., (1998). A feedback Based Scheme for improving TCP performance in ad-hoc wireles Networks. University of Texas, Dallas. Procedente de “18th International Conference on Distributed Computing Systems”. Recuperado el 8 de junio de 2016, de https://www.researchgate.net/publication/3751440_A_Feedback_Based_Scheme_for_Improving_TCP_Performance_in_Ad-Hoc_Wireless_Networks

DALAL, P., KOTHARI, N., DASGUPTA, K., (2001). Improving TCP Performance over Wireless Networks with frequent disconnections. International Journal of Computer Networks & Communications (IJCNC) Vol.3, No.6, November 2011.

DARPA Internet Program (1981). RFC 793: Transmission Control Protocol. Formation Sciences Institute, University of Southern California. Recuperado el 18 de mayo de 2017, de https://tools.ietf.org/html/rfc793

ELAARAG, H. 2002. Improving TCP Performance over Mobile Networks. Revista ACM Computing Surveys, Vol. 34, No. 3, September 2002, pp. 357–374. https://doi.org/10.1145/568522.568524

FOROUZAN B. A., FEGAN, S. (2007). Transmisión de datos y redes de computadoras (4ta. Edición). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-296775-3

GOSWAMI, B., ASADOLLAHI, S., ASARE, I, (2016). Performance evaluation of widely implemented congestion control algorithms over diversified networking situations. Procedente de “International Conference on Computer Science Networks and Information Technology” realizada 23 y 24 Febrero 2016, en Pattaya, ISBN: 9788193137338

HERNANDEZ BENET, C., VIZCAINO, F., (2014). Study of TCP Available Bandwidth using NS2 and its forecasting based on Genetic Algorithm. Tesis de maestría de la Universidad de Karlstad, Suecia.

Internet Engineering Task Force. (2015). RFC 7414: A roadmap for Transmission Control Protocol Specification Documents. Recuperado el 18 de mayo de 2017, de https://tools.ietf.org/html/rfc7414

ISSARIYAKUL, T., HOSSAIN, E. (2012). Introduction to Network Simulartor NS2 (2nd edition). New York: Springer. 978-1-4614-1405-6. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-1406-3

LORENTE, O., DE CERIO, D. (2005). Implementación de un modelo de canal inalámbrico para redes 802.11 bajo el simulador ns-2. Escuela Politécnica Superior de Catalunya.

MARRONE, L., BARBIERI, A., ROBLES, M., (2013). TCP Performance Cubic, Vegas & Reno. Revista JCS&T Vol. 13 No. 1. April, 2013

Network Working Group. (2004). RFC 3819: Advice for Internet Subnetwork Designers. Recuperado el 18 de mayo de 2017, de https://tools.ietf.org/html/rfc3819

Network Working Group. (2007). RFC 5033: Specifying New Congestion Control Algorithms. Recuperado el 18 de mayo de 2017, de https://tools.ietf.org/html/rfc5033

PANDEY, S., TYAGI, V., (2013). Performance Analysis of Wired and Wireless Networks using NS2 Simulator. International Journal of Computer Applications. Volume72– No.21, June 2013.

PARZIALE, L., BRITT, D., DAVIS, C., FORRESTER J., LIU, W., MATTHEWS, C., ROSSELOT N., (2006). TCP/IP Tutorial and Technical Overview. International Technical Support Organization, IBM. Sitio Web: ibm.com/redbooks

PENTIKOUSIS, K. (2001). TCP in wired-cum-wireless environments. State University of New York. Publicado en IEEE Communications Surveys & Tutorials. Recuperado el 26 de marzo de 2017, de https://www.researchgate.net/publication/2356074_TCP_in_Wired-cum-Wireless_Environments

Proyecto NS-3. (2016). ns-3 tutorial 3-27. Recuperado 26 de marzo de 2017, de https://www.nsnam.org/ns-3-27/documentation/

RODRIGUEZ HERLEIN, D., TALAY, C., (2016). Explorando posibles mejoras de protocolo TCP en redes móviles. Presentado en WICC 2016. URL de descarga: http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/52801

RODRIGUEZ HERLEIN, D., TALAY, C., GONZALES, C., TRINIDAD, F., MARRONE, L., (2017). Un caso práctico del simulador ns-2 en el análisis del comportamiento de variantes del protocolo TCP con fines de investigación y enseñanza. XII Congreso de Tecnología en Educación y Educación en Tecnología. Universidad Nacional de la Matanza, Buenos Aires. URL de descarga: http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/63370

RODRIGUEZ HERLEIN, D., TALAY, C., GONZALES, C., TRINIDAD, F., MARRONE, L., (2017). Consideraciones sobre el comportamiento del protocolo TCP en sus variantes Vegas, Reno, Cubic y Westwood ante errores en ráfaga en una topología híbrida.URL de descarga: http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/63846

RODRIGUEZ HERLEIN, D., TALAY, C., GONZALES, C., TRINIDAD, F., MARRONE, L., (2017). Desempeño de TCP Vegas según parámetros alfa y beta en escenarios híbridos con errores en ráfagas. Presentado en INCISCOS.

STALLINGS W. (2000). Comunicaciones y Redes de Computadoras (6ta edición). Prentice-Hall. ISBN: 84-205-2986-9

SHARMA, J., SAINI, H., ARORA, D., (2012). Analysis of Reno: A TCP Variant. Presentado en International Journal of Electronics and Communication Engineering. ISSN 0974-2166 Volume 5, Number 3 (2012), pp. 267-277

TORKEY, H., ATTIYA, G., Z. MORSIi., (2008). Performance Evaluation of End-to-End Congestion Control Protocols. Presentado en “18th nternational Symposium on the Mathematical Theory of Networks and Systems”. Recuperado el 26 de marzo de 2017, de http://scholar.lib.vt.edu/MTNS/Papers/047.pdf

TSAOUSSIDIS, V., MATTA, I., (2001). Open Issues on TCP for Mobile Computing. Boston University and Northeastern University. Recuperado el 26 de marzo de 2017, de http://www.cs.bu.edu/techreports/pdf/2001-013-open-issues-tcp-wireless.pdf

UC Berkeley, LBL, USC/ISI, Xerox PARC. (2011). The NS Manual, (formerly ns Notes and Documentation) ns-2.35. Editores: Kevin Fall y Kannan Varadhan. Recuperado el 13 de mayo de 2016, de https://isi.edu/nsnam/ns/doc/ns_doc.pdf

VALISKA J., HRUSOVSKY, B., MARCHEVSKY, S., PILLAR, S., (2012). Error Models Simulations in transmission channels using Network Simulatior environment. Revista Acta Electrotechnica et Informatica (Department of Electronic and Multimedia Communications, Faculty of Electrical Engineering and Informatics, Technical University), Vol. 12, No. 2, 2012, 51–58, DOI: 10.2478/v10198-012-0019-1. https://doi.org/10.2478/v10198-012-0019-1

WEI, D., CAO, P. 2006. NS-2 TCP-Linux: An NS-2 TCP implementation with Congestion Control Algorithms from Linux. Stanfords University. Recuperado el 20 de noviembre de 2017, de http://netlab.caltech.edu/publications/ns2linux06.pdf

XYLOMENOS G., MÄHÖNEN P., SAARANEN, M., (2001). TCP performance issues over Wireless link. Recuperado el 8 de junio de 2017, de https://cseweb.ucsd.edu/groups/csl/pubs/journal/commag01.pdf. S/R.




DOI: http://dx.doi.org/10.22305/ict-unpa.v10i3.284

Enlaces refback

  • No hay ningún enlace refback.




_______________________________________________________________________________

Revista de Informes Científicos y Técnicos de la Universidad Nacional de la Patagonia Austral. © 2009 Todos los Derechos Reservados.
Licencia Creative CommonsEsta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivar 4.0 Internacional.