Πρωτόκολλα μετάδοσης δεδομένων για δίκτυα ανεκτικά στην καθυστέρηση

Abstract

The primary aim of the present doctoral thesis is the reliable and efficient data transfer over Delay Tolerant Networks. Our research follows two parallel and interdependent directions: (a) development of adaptive protocols that adjust their operation based on network dynamics and (b) interaction between mechanisms and protocols which lie at different network layers. In the first part of our work that pertains to the terrestrial Internet we show that an adaptive data transmission rate of transport protocols which relies on network contention level prevents extensive network congestion, improves efficiency of data transfer, increases utilization of network resources, reduces size of data retransmissions, ensures fair sharing of network resources for all network users. Also, we evaluate the effectiveness of network congestion control and avoidance under the scope of interaction among protocols and mechanisms in the transport and network layers. In the second part of our work that pertains to Delay Tolerant Networks we focus on space networks and identify functional deficiencies in internetworking protocols for space. We design and implement Delay Tolerant Transport Protocol (DTTP) that supports reliable and efficient data transfer in Delay Tolerant Networks. We evaluate DTTP performance in deep space network scenarios and show that dynamic routing in space is feasible and that DTTP protocol, ensures better distribution and use of network storage resources, more quickly frees up storage resources in spacecraft, increases data production and substantially reduces file delivery time. Also, we develop a dynamic mechanism for collaborative configuration of the protocol stack in Delay Tolerant Networks which considerably reduces data storage requirements, decreases extra transmission effort expended by the sender and improves efficiency of space communications. We also developed the Simulation Platform DTns2 and integrated it into the Network Simulator ns 2. The DTns2 platform enables Network Simulator to simulate Delay Tolerant Networks.

Ο βασικός στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η αξιόπιστη και αποδοτική μεταφορά δεδομένων σε Δίκτυα Ανεκτικά στην Καθυστέρηση (Delay Tolerant Networks). Κινηθήκαμε ερευνητικά σε δύο παράλληλες και αλληλένδετες κατευθύνσεις: (α) ανάπτυξη προσαρμοστικών πρωτοκόλλων που ρυθμίζουν τη λειτουργία τους με βάση τη δυναμική του δικτύου και (β) αλληλεπίδραση μηχανισμών και πρωτοκόλλων που βρίσκονται σε διαφορετικά δικτυακά στρώματα. Στο πρώτο τμήμα της εργασίας μας που αφορά το επίγειο Διαδίκτυο δείχνουμε ότι ο προσαρμοστικός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων σε πρωτόκολλα μεταφοράς που βασίζεται στο βαθμό ανταγωνισμού στο δίκτυο αποτρέπει την εκτεταμένη συμφόρηση στο δίκτυο, βελτιώνει την απόδοση στις μεταφορές δεδομένων, προάγει την καλύτερη αξιοποίηση των δικτυακών πόρων, μειώνει το μέγεθος των επαναμεταδόσεων δεδομένων, εξασφαλίζει το δίκαιο διαμοιρασμό των δικτυακών πόρων ανάμεσα στους χρήστες του δικτύου. Επίσης αξιολογούμε την αποτελεσματικότητα του ελέγχου και της αποφυγής συμφόρησης στο δίκτυο υπό το πρίσμα της αλληλεπίδρασης πρωτοκόλλων και μηχανισμών που βρίσκονται στα στρώματα μεταφοράς και δικτύου. Στο δεύτερο τμήμα της εργασίας μας που σχετίζεται με Δίκτυα Ανεκτικά στην Καθυστέρηση εστιάζουμε σε διαστημικά δίκτυα και εντοπίζουμε τα λειτουργικά κενά στα διαδικτυακά πρωτόκολλα για το Διάστημα. Σχεδιάζουμε και υλοποιούμε το πρωτόκολλο Delay Tolerant Transport Protocol (DTTP) που υποστηρίζει αξιόπιστες και αποδοτικές μεταφορές δεδομένων σε Δίκτυα Ανεκτικά στην Καθυστέρηση. Αξιολογούμε την απόδοση του DTTP στο απομακρυσμένο Διάστημα και δείχνουμε ότι η δυναμική δρομολόγηση στο Διάστημα είναι εφαρμόσιμη καθώς και ότι το πρωτόκολλο DTTP εξασφαλίζει καλύτερη κατανομή και χρήση των αποθηκευτικών πόρων του δικτύου, αποδεσμεύει γρηγορότερα αποθηκευτικούς πόρους στα διαστημόπλοια, αυξάνει το ρυθμό παράγωγης δεδομένων και μειώνει σημαντικά το χρόνο παράδοσης αρχείων. Επίσης αναπτύσσουμε ένα δυναμικό μηχανισμό συνεργατικής ρύθμισης της στοίβας πρωτοκόλλων σε Δίκτυα Ανεκτικά στην Καθυστέρηση ο οποίος μειώνει σημαντικά τις απαιτήσεις σε αποθήκευση δεδομένων, ελαττώνει την επιπλέον προσπάθεια μετάδοσης δεδομένων που καταβάλλει ο αποστολέας και αυξάνει την πραγματική απόδοση των διαστημικών επικοινωνιών. Τέλος, αναπτύξαμε την Πλατφόρμα Προσομοιώσεων DTns2 και την ενσωματώσαμε στον προσομοιωτή δικτύων Network Simulator ns 2. Η πλατφόρμα DTns2 καθιστά τον προσομοιωτή Network Simulator ικανό να προσομοιώνει Δίκτυα Ανεκτικά στην Καθυστέρηση.