Ανάλυση επίδοσης των πρωτοκόλλων QUIC και TCP σε δίκτυο LTE

Κυρατζής, Απόστολος

dc.contributor.author	Κυρατζής, Απόστολος	el
dc.date.accessioned	2020-11-19T06:32:32Z
dc.date.available	2020-11-19T06:32:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51949
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19647
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πρωτόκολλο μεταφοράς	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	TCP	en
dc.subject	QUIC	en
dc.subject	LTE	en
dc.subject	Mobile acceleration	en
dc.subject	TCP optimization	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Ns-3	en
dc.title	Ανάλυση επίδοσης των πρωτοκόλλων QUIC και TCP σε δίκτυο LTE	el
dc.contributor.department	Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Wireless Networks	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-09-08
heal.abstract	The deployment of wireless networks and the widespread use of smart mobile devices have led to a rapid increase in data traffic from Web Browsing and Video Streaming applications in the recent years. This trend is expected to magnify with the emergence of new technologies, such as the Internet of Things (IoT) and the 5th generation of wireless networks (5G). However, the protocol stack on which the Internet’s functionality is based and specifically the Transmission Control Protocol (TCP), despite the development of some improvements, has not changed in its core from when it was originally designed for wired networks. Today, TCP experiences certain well know issues, such as the lack of multiplexing capability in the transport layer, which causes the problem identified as Head of Line Blocking (HOL Blocking). Therefore, scientific interest was focused on the design of a new transport protocol. For this reason, the QUIC (Quick UDP Internet Connections) protocol was proposed by Google in 2013, which is implemented on top of the existing UDP (User Datagram Protocol). QUIC’s design builds on that of TCP for secure and reliable data transmission, but the two also present significant differences. This diploma thesis evaluates the performance of QUIC compared to TCP when operating over 4G networks (Long Term Evolution - LTE). The main goal is to examine different use cases and scenarios, in order to investigate the possible performance improvements of QUIC for modern wireless networks. The first chapter presents an overview of today’s Internet traffic in numbers and gives a brief introduction to the TCP/IP protocol stack. The second chapter presents the TCP protocol. The core functionalities that TCP offers are described, along with header formats and operational mechanisms. The third chapter is an extensive reference to QUIC protocol, with emphasis on the differences with TCP. The new transport streams, frame and packet formats, as well as flow and congestion control mechanisms are analyzed. The fourth chapter describes the LTE systems. Firstly, the Radio Access and Core Network architecture is presented and afterwards the design of the protocol stack and the operation of the physical layer. The fifth chapter focuses on the existing techniques for Mobile Acceleration, which is the optimization of TCP connections inside a wireless network and its possible applications on future QUIC connections. The sixth chapter studies the performance of QUIC and TCP over an LTE network, based on simulations of different use case scenarios.	en
heal.abstract	Η ανάπτυξη των ασύρματων δικτύων επικοινωνιών και η εξάπλωση της χρήσης των έξυπνων κινητών συσκευών επέφερε τα τελευταία χρόνια ραγδαία αύξηση στην κίνηση από Web Browsing και Video Streaming εφαρμογές. Η τάση αυτή αναμένεται να ενταθεί περισσότερο, καθώς βρισκόμαστε στην αυγή νέων τεχνολογιών όπως το Διαδίκτυο των Πραμάτων (Internet of Things) και τα ασύρματα δίκτυα 5ης γενιάς (5G). Ωστόσο, η στοίβα πρωτοκόλλων στην οποία βασίζεται η λειτουργία του Διαδικτύου και συγκεκριμένα το Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης (Transmission Control Protocol - TCP), παρά την ανάπτυξη ορισμένων βελτιώσεων, δεν έχει αλλάξει στον πυρήνα της από όταν σχεδιάστηκε για τα πρώτα ενσύρματα δίκτυα. Το TCP παρουσιάζει σήμερα ορισμένα γνωστά προβλήματα όπως την έλλειψη πολυπλεξίας στο επίπεδο μεταφοράς, προκαλώντας το επονομαζόμενο Head of Line Blocking(HOL Blocking). Επομένως, το ενδιαφέρον στράφηκε στην ανάπτυξη ενός νέου πρωτοκόλλου μεταφοράς. Το 2013 προτάθηκε από τη Google το πρωτόκολλο QUIC (Quick UDP Internet Connections), το οποίο λειτουργεί πάνω από το υπάρχον πρωτόκολλο UDP (User Datagram Protocol). Το QUIC βασίζεται στις αρχές λειτουργίας του TCP σχετικά με ασφαλή και αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων, αλλά παρουσιάζει κα ουσιώδεις διαφορές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η επίδοση του πρωτοκόλλου QUIC συγκριτικά με το TCP σε ασύρματα δίκτυα 4ης γενιάς (Long Term Evolution - LTE). Στόχος είναι να εξεταστούν διάφορα σενάρια χρήσης, προκειμένου να διερευνηθούν τα αναμενόμενα οφέλη του QUIC στα σύγχρονα ασύρματα δίκτυα. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στη στοίβα πρωτοκόλλων TCP/IP και παρουσιάζονται στατιστικά στοιχεία για το επίπεδο της δικτυακής κίνησης στο Internet. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρωτόκολλο TCP. Περιγράφονται οι βασικές υπηρεσίες που προσφέρει το TCP, η δομή της επικεφαλίδας και οι μηχανισμοί λειτουργίας του. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά στο πρωτόκολλο QUIC, με έμφαση στις διαφορές με το TCP. Αναλύονται οι νέοι τύποι ροών (streams), πλαισίων και πακέτων, καθώς και οι μηχανισμοί για τον έλεγχο ροής και συμφόρησης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συστήματα LTE. Αρχικά περιγράφεται το δίκτυο πρόσβασης και κορμού και στη συνέχεια η στοίβα πρωτοκόλλων και οι λειτουργίες του φυσικού στρώματος. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι υπάρχουσες τεχνικές Mobile Acceleration, δηλαδή της βελτιστοποίησης των TCP συνδέσεων ενός ασύρματου δικτύου, και η πιθανότητα εφαρμογής τους στο QUIC. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται η μελέτη της επίδοσης των πρωτοκόλλων TCP και QUIC σε LTE δίκτυο με χρήση προσομοιώσεων για διάφορα σενάρια εφαρμογών.	el
heal.advisorName	Κωττής, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Καψάλης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Φικιώρης, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	147 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false