Μελέτη πρωτοκόλλων μεταφοράς σε δορυφορικά περιβάλλοντα - (:unkn) unknown (My University, 2021)
Τα τελευταία χρόνια, τα δορυφορικά περιβάλλοντα έχουν γνωρίσει σημαντική άνθηση, λόγω των πλεονεκτημάτων που προσφέρουν σε πολλές περιπτώσεις, ιδιαίτερα όπου η επικοινωνία με άλλα μέσα δεν είναι εύκολα εφικτή λόγω απουσίας των απαραίτητων υποδομών. Τα δορυφορικά δίκτυα παρέχουν αρκετά ευρεία κάλυψη, σε σημείο που μπορούν να παρέχουν πρόσβαση στο Διαδίκτυο για μία ολόκληρη ήπειρο ή ακόμη και το μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη. Τα δίκτυα αυτά παρουσιάζουν διάφορες ιδιαιτερότητες, οι οποίες οφείλονται στο φυ- σικό κανάλι μετάδοσης των δεδομένων, λόγω των μεγάλων αποστάσεων που υπάρχουν μεταξύ της Γης και των δορυφόρων, ενώ υπάρχει αυξημένη πιθανότητα σφάλματος κα- τά τη μετάδοση. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, η επικοινωνία σε αυτά τα δίκτυα χαρακτηρίζεται από υψηλές καθυστερήσεις αλλά παρέχεται υψηλό bandwidth-delay product. Για τους λόγους αυτούς, τα πρωτόκολλα μεταφοράς διαδραματίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο για την απόδοση και την ευρύτερη επιτυχία των δορυφορικών δικτύων. ΄Ετσι, στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής, επιλέγονται και υλοποιούνται τρία διαφορετικά πρωτόκολλα μεταφοράς που ανήκουν στην κατηγορία Transmission Control Protocol (TCP): New Reno, Westwood και Hybla. Τα πρωτόκολλα αυτά συγκρί- νονται πειραματικά υπό διαφορετικές συνθήκες, ώστε να φανεί κατά πόσο η συμπερι- φορά τους ταιριάζει με τη θεωρητική και αυτή που συναντάται στη βιβλιογραφία. Για τη σύγκριση αυτή, χρησιμοποιείται ένα σχετικά ρεαλιστικό περιβάλλον που βασίζεται στον προσομοιωτή OMNeT++ και την επέκτασή του, το INET. Η αξιολόγηση των τριών πρωτοκόλλων μεταφοράς εστιάζει σε διάφορες μετρικές και συγκεκριμένα στο throughput, το πλήθος των ACKs που λαμβάνονται σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα, κ.ά. Ο πειραματισμός γίνεται για διαφορετικές παραμέτρους που αφορούν τα χαρακτηριστικά των κόμβων, του όγκου της πληροφορίας προς μετάδοση και των ζεύξεων μεταξύ των κόμβων. Στα αποτελέσματα που προκύπτουν από τον πειραματισμό επιβεβαιώνεται η θεωρητική, όπως προκύπτει από τη βιβλιογραφία. Συγκεκριμένα, το Hybla επιτυγχάνει υψηλότερο throughput, λόγω της πιο απότομης αύξησης του congestion window που ενδείκνυται για δορυφορικά περιβάλλοντα για την αξιοποίηση του υψηλού bandwidthdelay product. Το Westwood έχει καλύτερα αποτελέσματα από το New Reno, λόγω του ότι προσαρμόζεται καλύτερα στο περιβάλλον χάρει στο μηχανισμό εκτίμησης του bandwidth. Λόγω των περιορισμών του περιβάλλοντος προσομοίωσης, προκύπτουν διάφορες ιδέες για μελλοντικές βελτιώσεις για την ακόμη πιο εκτεταμένη πειραματική αξιολόγη- ση των πρωτοκόλλων υπό διάφορες συνθήκες. ΄Ενα αρκετά υποσχόμενο framework που εστιάζει σε δορυφορικά περιβάλλοντα είναι το ESTNeT, το οποίο θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για ακόμη πιο ρεαλιστικές συνθήκες. Επιπλέον, θα μπορούσαν να αξιολο- γηθούν ακόμη περισσότερα πρωτόκολλα τύπου CoAP και MQTT.

Satellite communications have had an enormous rise in the last century. This can be mainly attributed to their ability to cover large areas of ground where communication cannot be otherwise achieved, due to the lack of alternative infrastructures. Satellite networks can provide a large enough ground coverage and therefore allow continents, or even the majority of the planet to connect to the Internet. These networks present various intricate properties, which can be attributed to the physical channel for data transmission, the magnitute of the distances between the Earth and its satellites, and consequently the high probability of errors during transimissions. All of the described properties lengthen the transmission times and cause high bandwith-delay product. For all these reasons, transport protocols play a critical role in the performance and success of the satellite networks. This thesis studies and implements three different Transmission Control Protocols (TCP): New Reno, Westwood and Hybla, and their behaviour is compared to the underlying theoretic modelling and the findings of the litarature. To make this experimental comparison possible, a highly realistic environment is used, that is based on the OMNeT++ network simulator and the INET framework. The evaluation of these three TCP protocols focuses on metrics such as throughput, the number of acknowledgements (ACKs) received in a given time interval, etc. The experimentation takes place under different parameters, such as different number of nodes, volume of information to be transmitted and nodes’ links. The acquired results are generally in agreement with the theoretical findings of the litarature. In more detail, Hybla protocol achieves the highest throughput, which can be attributed to the more abrupt increase of the congestion window, a fact that also makes it suitable for satellite environments, where the high bandwidth-delay product can be exploited. At the same time, Westwood protocol performs better than New Reno, due to its ability to adapt to the environmental changes using its bandwidth estimation mechanism. Due to the restrictions of the simulation environment, different ideas for future improvements are discussed that focus on further extending the experimental evaluation of the protocols under more diverse conditions. A highly promising framework that focuses on satellite environments is ESTNeT, which could be used to achieve more realistic conditions, while other protocols like CoAP and MQTT could also be taken into account.
Study of transport protocols in satellite environments
Keywords: Πρωτόκολλα μεταφοράς, Δορυφορικά δίκτυα, Δίκτυα υπολογιστών, Δορυφόροι; satellite networks, satellite , networks , transport protocols , TCP , UDP, FTP