Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

NexGen D-TCP: Next Generation Dynamic TCP Congestion Control Algorithm

Creators

  • 1. Samsung (India)
  • 2. Samsung (South Korea)
  • 3. Bahria University
  • 4. Cornell University
  • 5. San Jose State University

Description

With the advancement of wireless access networks and mmWave New Radio (NR), new applications emerged, which requires a high data rate. The random packet loss due to mobility and channel conditions in a wireless network is not negligible, which degrades the significant performance of the Transmission Control Protocol (TCP). The TCP has been extensively deployed for congestion control in the communication network during the last two decades. Different variants are proposed to improve the performance of TCP in various scenarios, specifically in lossy and high bandwidth-delay product (high-BDP) networks. Implementing a new TCP congestion control algorithm whose performance is applicable over a broad range of network conditions is still a challenge. In this article, we introduce and analyze a Dynamic TCP (D-TCP) congestion control algorithm over mmWave NR and LTE-A networks. The proposed D-TCP algorithm copes up with the mmWave channel fluctuations by estimating the available channel bandwidth. The estimated bandwidth is used to derive the congestion control factor N. The congestion window is increased/decreased adaptively based on the calculated congestion control factor. We evaluated the performance of D-TCP in terms of congestion window growth, goodput, fairness and compared it with legacy and existing TCP algorithms. We performed simulations of mmWave NR during LOS <;-> NLOS transitions and showed that D-TCP curtails the impact of under-utilization during mobility. The simulation results and live air experiment points out that D-TCP achieves 32.9% gain in goodput as compared to TCP-Reno and attains 118.9% gain in throughput as compared to TCP-Cubic.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

مع تقدم شبكات الوصول اللاسلكية وراديو الموجة المليمترية الجديدة (NR)، ظهرت تطبيقات جديدة، الأمر الذي يتطلب معدل بيانات مرتفعًا. لا يمكن إهمال فقدان الحزمة العشوائي بسبب ظروف التنقل والقناة في الشبكة اللاسلكية، مما يقلل من الأداء الكبير لبروتوكول التحكم في الإرسال (TCP). تم نشر TCP على نطاق واسع للسيطرة على الازدحام في شبكة الاتصالات خلال العقدين الماضيين. يتم اقتراح متغيرات مختلفة لتحسين أداء TCP في سيناريوهات مختلفة، وتحديداً في شبكات المنتج عالية الفقد وعالية تأخير النطاق الترددي (BDP). لا يزال تنفيذ خوارزمية التحكم في الازدحام TCP الجديدة التي يمكن تطبيق أدائها على مجموعة واسعة من ظروف الشبكة يمثل تحديًا. في هذه المقالة، نقدم ونحلل خوارزمية التحكم في الازدحام الديناميكي TCP (D - TCP) عبر شبكات mmWave NR و LTE - A. تتوافق خوارزمية D - TCP المقترحة مع تقلبات قناة mmWave من خلال تقدير النطاق الترددي للقناة المتاح. يتم استخدام عرض النطاق الترددي المقدر لاشتقاق عامل التحكم في الازدحام N. يتم زيادة/تقليل نافذة الازدحام بشكل تكيفي بناءً على عامل التحكم في الازدحام المحسوب. قمنا بتقييم أداء D - TCP من حيث نمو نافذة الازدحام، والإنتاج الجيد، والإنصاف ومقارنته مع خوارزميات TCP القديمة والحالية. أجرينا عمليات محاكاة لـ mmWave NR أثناء تحولات LOS <;-> NLOS وأظهرنا أن D - TCP يقلل من تأثير الاستخدام الناقص أثناء التنقل. تشير نتائج المحاكاة وتجربة الهواء المباشر إلى أن D - TCP يحقق مكاسب بنسبة 32.9 ٪ في الإنتاجية الجيدة مقارنة بـ TCP - Reno ويحقق مكاسب بنسبة 118.9 ٪ في الإنتاجية مقارنة بـ TCP - Cubic.

Translated Description (French)

Avec l'avancement des réseaux d'accès sans fil et de la nouvelle radio (NR) mmWave, de nouvelles applications sont apparues, qui nécessitent un débit de données élevé. La perte aléatoire de paquets due à la mobilité et aux conditions de canal dans un réseau sans fil n'est pas négligeable, ce qui dégrade les performances significatives du protocole de contrôle de transmission (TCP). Le TCP a été largement déployé pour le contrôle de la congestion dans le réseau de communication au cours des deux dernières décennies. Différentes variantes sont proposées pour améliorer les performances du TCP dans divers scénarios, en particulier dans les réseaux de produits à perte et à retard de bande passante élevé (BDP élevé). La mise en œuvre d'un nouvel algorithme de contrôle de congestion TCP dont les performances sont applicables à un large éventail de conditions de réseau reste un défi. Dans cet article, nous présentons et analysons un algorithme de contrôle de congestion TCP dynamique (D-TCP) sur les réseaux mmWave NR et LTE-A. L'algorithme D-TCP proposé gère les fluctuations du canal mmWave en estimant la bande passante du canal disponible. La bande passante estimée est utilisée pour dériver le facteur de contrôle d'encombrement N. La fenêtre d'encombrement est augmentée/diminuée de manière adaptative sur la base du facteur de contrôle d'encombrement calculé. Nous avons évalué les performances de D-TCP en termes de croissance de la fenêtre de congestion, de bon rendement, d'équité et les avons comparées aux algorithmes TCP existants et existants. Nous avons effectué des simulations de mmWave NR pendant les transitions LOS < ;-> NLOS et montré que D-TCP réduit l'impact de la sous-utilisation pendant la mobilité. Les résultats de la simulation et l'expérience live air soulignent que D-TCP réalise un gain de 32,9% en bon rendement par rapport à TCP-Reno et un gain de 118,9% en débit par rapport à TCP-Cubic.

Translated Description (Spanish)

Con el avance de las redes de acceso inalámbrico y mmWave New Radio (NR), surgieron nuevas aplicaciones que requieren una alta velocidad de datos. La pérdida aleatoria de paquetes debido a la movilidad y las condiciones del canal en una red inalámbrica no es insignificante, lo que degrada el rendimiento significativo del Protocolo de Control de Transmisión (TCP). El TCP se ha implementado ampliamente para el control de la congestión en la red de comunicación durante las últimas dos décadas. Se proponen diferentes variantes para mejorar el rendimiento de TCP en diversos escenarios, específicamente en redes de productos con pérdida y alto retardo de ancho de banda (high-BDP). La implementación de un nuevo algoritmo de control de congestión TCP cuyo rendimiento sea aplicable a una amplia gama de condiciones de red sigue siendo un desafío. En este artículo, presentamos y analizamos un algoritmo de control de congestión TCP dinámico (D-TCP) en redes mmWave NR y LTE-A. El algoritmo D-TCP propuesto hace frente a las fluctuaciones del canal mmWave estimando el ancho de banda del canal disponible. El ancho de banda estimado se utiliza para derivar el factor de control de congestión N. La ventana de congestión aumenta/disminuye de forma adaptativa en función del factor de control de congestión calculado. Evaluamos el rendimiento de D-TCP en términos de crecimiento de la ventana de congestión, buen rendimiento, equidad y lo comparamos con los algoritmos TCP heredados y existentes. Realizamos simulaciones de mmWave NR durante las transiciones LOS <;-> nLos y demostramos que D-TCP reduce el impacto de la subutilización durante la movilidad. Los resultados de la simulación y el experimento de aire en vivo señalan que D-TCP logra una ganancia del 32.9% en el buen rendimiento en comparación con TCP-Reno y alcanza una ganancia del 118.9% en el rendimiento en comparación con TCP-Cubic.

Files

09187252.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dbcf7543ab83354b089cb7ce5d2bc744
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
NexGen D - TCP: خوارزمية التحكم في الازدحام الديناميكي TCP من الجيل التالي
Translated title (French)
NexGen D-TCP : Algorithme dynamique de contrôle de congestion TCP de nouvelle génération
Translated title (Spanish)
NexGen D-TCP: Algoritmo de control de congestión TCP dinámico de próxima generación

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3084049402
DOI
10.1109/access.2020.3022284

Is supplement to
https://openalex.org/W2980908434 (Other)
https://openalex.org/W2795569039 (Other)
https://openalex.org/W2523395259 (Other)
https://openalex.org/W2361374223 (Other)
https://openalex.org/W2141669981 (Other)
https://openalex.org/W2096570563 (Other)
https://openalex.org/W2096477134 (Other)
https://openalex.org/W2048721293 (Other)
https://openalex.org/W1979210040 (Other)
https://openalex.org/W112986431 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1492262740
  • https://openalex.org/W1617150393
  • https://openalex.org/W1803303943
  • https://openalex.org/W1867902620
  • https://openalex.org/W2007035892
  • https://openalex.org/W2012400181
  • https://openalex.org/W2022844530
  • https://openalex.org/W2049773561
  • https://openalex.org/W2071314114
  • https://openalex.org/W2081787917
  • https://openalex.org/W2085190159
  • https://openalex.org/W2085761737
  • https://openalex.org/W2089118315
  • https://openalex.org/W2100166367
  • https://openalex.org/W2101182788
  • https://openalex.org/W2103563517
  • https://openalex.org/W2104074482
  • https://openalex.org/W2108672684
  • https://openalex.org/W2118760020
  • https://openalex.org/W2148087962
  • https://openalex.org/W2149012276
  • https://openalex.org/W2149654037
  • https://openalex.org/W2151469723
  • https://openalex.org/W2163038493
  • https://openalex.org/W2172200121
  • https://openalex.org/W2323336644
  • https://openalex.org/W2330266420
  • https://openalex.org/W2343448572
  • https://openalex.org/W2555688581
  • https://openalex.org/W2561547375
  • https://openalex.org/W2754048726
  • https://openalex.org/W2777250313
  • https://openalex.org/W2782781452
  • https://openalex.org/W2790615648
  • https://openalex.org/W2913415886
  • https://openalex.org/W2921413619
  • https://openalex.org/W2950187076
  • https://openalex.org/W2962680514
  • https://openalex.org/W2981665798
  • https://openalex.org/W3001942212
  • https://openalex.org/W3033682206
  • https://openalex.org/W3102524717
  • https://openalex.org/W3106302305
  • https://openalex.org/W3138562521
  • https://openalex.org/W4238203219
  • https://openalex.org/W4238579824
  • https://openalex.org/W4241645694
  • https://openalex.org/W4248409180
  • https://openalex.org/W4288418236