TCP Vegas Performance with Streamin

TCP Vegas Performance with Streaming Media
Sean Boyden Anirban Mahanti Carey Williamson
Department of Computer Science, University of Calgary
2500 University Drive NW, Calgary, AB, Canada T2N 1N4
fboyden, mahanti, [e-mail]
Abstract
In this paper we study the use of TCP Vegas as a transport
protocol for streaming media. We also consider TCP
NewReno as a transport protocol for streaming media. We
find that: 1) TCP is able to transport streaming media with
good performance in a wide variety of scenarios; 2) TCP
Vegas performs better than TCP NewReno in many cases;
and 3) for viable media streams, both TCP variants need
to achieve mean throughputs that are at least 1.5 times the
encoding rate of the media objects being carried.
1. Introduction
With the increase in “last-mile” and core capacity in the
Internet, the use of streaming media has increased dramatically
in recent years. The wide availability of software,
including RealNetworks' RealPlayer, Microsoft's Media
Player, Apple's QuickTime Player, and Flash has also contributed
to the increase.
Streaming media places unique demands on the Internet.
Encoded media les consist of a series of temporally-related
data fragments, which must be received in-order within the
bounds of the temporal relationship. If portions of the media
object are not received by the client before the preceding
portion is decoded, then the decoding of the media object
will be interrupted. While streaming media is timesensitive,
it is loss-tolerant to some extent, depending on the
nature of the encoding protocol used. The client decoder
can recover lost data through interpolation, within reason,
without a noticeable loss in quality.
Streaming media can be delivered across the Internet using
either the User Datagram Protocol (UDP) or the Transmission
Control Protocol (TCP). UDP has been generally
regarded as the transport protocol of choice for streaming
media due to its simplicity. The ow control, congestion
control, and retransmission mechanisms in TCP
have been regarded as detrimental to media ows as they
can introduce extra delay and rate uctuation in the delivery
of media data. The control mechanisms in TCP, however,
are considered necessary for the stability of the Internet
[9]. These contrasting demands have resulted in much
research into developing application-layer control protocols
over UDP [10, 13, 26, 30]. Many application-layer
rate control protocols are, in fact, similar in behaviour to
TCP [13, 26, 30]. This poses the question: why not simply
use TCP for streaming media?
Several different variants of TCP exist. These variants
are typically distinguished by the particular congestion control
and packet loss recovery mechanisms incorporated into
the protocol. Some of the important variants are TCP Tahoe
[15], Reno [15], NewReno [11], SACK [7], and Vegas [5].
The most widely deployed of these is TCP NewReno [22].
TCP NewReno has a characteristic “sawtooth” pattern of
throughput caused by its congestion avoidance and control
mechanisms. This throughput pattern is often cited as one
of the problems TCP has for streaming media. The sawtooth
is a byproduct of TCP's linear increase in throughput during
periods of no packet loss followed by a multiplicative decrease
in throughput upon packet loss. This causes unstable
throughput for the stream, which is considered undesirable.
TCP Vegas, being delay-based, rather than loss-based, does
not create this sawtooth pattern.
With TCP being used for streaming on a large scale [17,
28], it is important to investigate whether or not TCP Vegas
is a more suitable alternative. Intuitively, this would seem
to be the case because Vegas touts steadier throughput.
In this paper we carry out a comprehensive simulationbased
study of TCP Vegas with respect to the unique needs
of streaming media. Through progressively more complex
simulations, we describe the behaviour of TCP Vegas under
varying network, application, and load parameters. We also
run TCP NewReno through the same simulations to provide
an opportunity to compare the performance of both variants
when delivering streaming media.
Our results demonstrate that TCP Vegas is indeed a suitable
transport-layer protocol for streaming media in many
cases. Furthermore, we demonstrate that TCP NewReno
also performs well in this role. Both variants perform sim-
1
ilarly in many cases. Vegas shows advantages when the
media stream is subjected to high random loss, and when
there is much competing background trafc. We nd that to
achieve a viable media stream, both variants need to achieve
a mean throughput of approximately 1.5 times the media encoding
rate in the majority of cases examined. These results
show that media streaming via TCP is viable, and, in some
cases, using TCP Vegas would be preferable to NewReno.
The rest of this paper is organized as follows: Section
2 presents relevant background information for this
work. Section 3 discusses some related work. Section 4
discusses

Kết quả (Việt) 1:

TCP Vegas hiệu suất với Streaming MediaSean Boyden Anirban Mahanti Carey WilliamsonVùng máy tính khoa học, đại học Calgary2500 university Drive NW, Calgary, AB, Canada T2N 1N4fboyden, mahanti, [e-mail]óm tắtTrong bài báo này chúng tôi đã nghiên cứu việc sử dụng TCP Vegas vận tảigiao thức cho streaming media. Chúng tôi cũng xem xét các TCPNewReno như là một giao thức giao thông vận tải cho streaming media. Chúng tôithấy rằng: 1) TCP có thể vận chuyển trực tuyến phương tiện truyền thông vớiCác hoạt động tốt trong nhiều tình huống; 2) TCPVegas thực hiện tốt hơn so với TCP NewReno trong nhiều trường hợp;và 3) đối với các dòng phương tiện truyền thông khả thi, cả hai biến thể TCP cầnđể đạt được throughputs có nghĩa là có ít nhất là 1,5 lần cácmã hóa tỷ lệ của các đối tượng phương tiện truyền thông đang được tiến hành.1. giới thiệuVới sự gia tăng trong khả năng cuối cùng-mile và cốt lõi trong cácInternet, việc sử dụng các phương tiện truyền thông streaming đã tăng lên đáng kểnhững năm gần đây. Sẵn sàng rộng của phần mềm,bao gồm cả RealNetworks' RealPlayer, phương tiện truyền thông của MicrosoftPlayer, QuickTime Player của Apple, và đèn Flash cũng đã đóng gópvới sự gia tăng.Streaming media nơi nhu cầu duy nhất trên Internet.Phương tiện truyền thông mã hóa les bao gồm một loạt các liên quan đến tạmphân đoạn dữ liệu, phải nhận được trong, để trong vòng cácgiới hạn của các mối quan hệ thời gian. Nếu một phần của các phương tiện truyền thôngđối tượng không được nhận bởi các khách hàng trước các ngay trướcphần giải mã, sau đó các giải mã đối tượng phương tiện truyền thôngsẽ bị gián đoạn. Trong khi dòng phương tiện truyền thông là timesensitive,đó là chịu mất một số mức độ, tùy thuộc vào cácbản chất của các giao thức mã hóa được sử dụng. Giải mã khách hàngcó thể phục hồi dữ liệu bị mất thông qua một vài từ, trong lý do,Nếu không có một mất mát đáng chú ý trong chất lượng.Dòng phương tiện truyền thông có thể được gửi qua Internet bằng cách sử dụnggiao thức Datagram người dùng (UDP) hoặc truyềnControl Protocol (TCP). UDP đã nói chungcoi như là giao thức vận chuyển của sự lựa chọn cho streamingphương tiện truyền thông do đơn giản của nó. Các ow kiểm soát, tắc nghẽnđiều khiển, và cơ chế retransmission trong giao thức TCPcó thể được coi là bất lợi cho phương tiện truyền thông ows khi họcó thể giới thiệu thêm sự chậm trễ và tỷ lệ uctuation trong việc cung cấpphương tiện truyền thông dữ liệu. Các cơ chế điều khiển trong giao thức TCP, Tuy nhiên,được coi là cần thiết cho sự ổn định của mạng Internet[9]. những tương phản nhu cầu đã dẫn đến nhiềunghiên cứu phát triển các giao thức tầng ứng dụng kiểm soátqua UDP [10, 13, 26, 30]. Nhiều tầng ứng dụnggiao thức kiểm soát tỷ lệ là, trong thực tế, tương tự như hành viTCP [13, 26, 30]. Điều này đặt ra câu hỏi: tại sao không chỉ đơn giảnsử dụng TCP cho streaming media?Một vài phiên bản khác nhau của TCP tồn tại. Các biến thểthông thường được phân biệt bởi sự kiểm soát đặc biệt ùn tắcvà cơ chế phục hồi tổn thất gói dữ liệu tích hợp vàogiao thức. Một số các biến thể quan trọng là TCP Tahoe[15], Reno [15], NewReno [11], BAO [7] và Vegas [5].Triển khai rộng rãi nhất trong các là TCP NewReno [22].TCP NewReno có một mô hình răng cưa đặc trưng củathông lượng gây ra bởi tránh tắc nghẽn và điều khiểncơ chế. Mô hình này thông thường được trích dẫn như là mộtCác vấn đề TCP có cho streaming media. Các răng cưalà một sản phẩm phụ của tăng băng thông trong thời gian tuyến tính của TCPthời gian không có tổn thất gói theo kiểu giảmtrong băng thông khi tổn thất gói. Điều này gây ra không ổn địnhbăng thông cho các dòng, được coi là không mong muốn.TCP Vegas, được dựa trên sự chậm trễ, chứ không phải là dựa trên thiệt hại, hiệnkhông tạo ra mô hình răng cưa này.Với TCP được sử dụng cho streaming trên một quy mô lớn [17,28], nó là quan trọng để điều tra hay không TCP Vegaslà một lựa chọn phù hợp hơn. Bằng trực giác, điều này có vẻ nhưđể là các trường hợp vì Vegas phe vé thông lượng ổn.Trong bài này chúng tôi thực hiện một simulationbased toàn diệnnghiên cứu của TCP Vegas đối với nhu cầu độc đáotrực tuyến phương tiện truyền thông. Qua phức tạp dần dần hơnMô phỏng, chúng tôi mô tả các hành vi của TCP Vegas dướimạng khác nhau, ứng dụng và tải các thông số. Chúng tôi cũngchạy TCP NewReno thông qua các mô phỏng tương tự để cung cấpmột cơ hội để so sánh hiệu suất của cả hai phiên bảnkhi cung cấp phương tiện truyền thông streaming.Kết quả chúng tôi chứng minh rằng TCP Vegas thực sự là một phù hợpgiao thức tầng giao vận cho streaming media trong nhiềutrường hợp. Hơn nữa, chúng tôi chứng minh rằng TCP NewRenocũng thực hiện tốt trong vai trò này. Thực hiện các phiên bản hai sim-1ilarly trong nhiều trường hợp. Vegas truyền hình thuận lợi khi cácphương tiện truyền thông dòng phải chịu tổn thất cao ngẫu nhiên, và khiđó là nhiều nền traf c cạnh tranh. Chúng ta nd đểđạt được một dòng phương tiện truyền thông khả thi, cả hai biến thể cần để đạt đượcmột băng thông có nghĩa là khoảng 1,5 lần các phương tiện truyền thông mã hóatỷ lệ trong phần lớn các trường hợp kiểm tra. Những kết quảHiển thị rằng phương tiện truyền thông streaming TCP là khả thi, và trong một sốtrường hợp này, bằng cách sử dụng TCP Vegas sẽ thích hợp hơn để NewReno.Phần còn lại của bài báo này được tổ chức như sau: phần2 trình bày thông tin cơ bản có liên quan cho việc nàylàm việc. Phần 3 thảo luận về một số công việc có liên quan. Phần 4thảo luận về

Kết quả (Việt) 2:

Hiệu suất với Streaming Media TCP Vegas
Sean Boyden Anirban Mahanti Carey Williamson
Sở Khoa học máy tính, Đại học Calgary
2500 Đại học Ổ NW, Calgary, AB, Canada T2N 1N4
fboyden, mahanti, [e-mail]
Tóm tắt
Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu sử dụng giao thức TCP Vegas như một vận tải
giao thức cho streaming phương tiện truyền thông. Chúng tôi cũng xem xét TCP
NewReno như một giao thức vận chuyển cho phương tiện truyền thông. Chúng tôi
thấy rằng: 1) TCP là có thể vận chuyển phương tiện truyền thông với
hiệu suất tốt trong một loạt các tình huống; 2) TCP
Vegas thực hiện tốt hơn so với TCP NewReno trong nhiều trường hợp,
và 3) cho dòng phương tiện truyền thông hữu hiệu, cả hai biến thể TCP cần
để đạt được thông lượng trung bình có ít nhất 1,5 lần so với
tốc độ mã hóa của các đối tượng media đang được tiến hành.
1. Giới thiệu
Với sự gia tăng tại ?? cuối dặm ?? và năng lực cốt lõi trong
Internet, việc sử dụng các phương tiện truyền thông đã tăng lên đáng kể
trong những năm gần đây. Sự sẵn có rộng của phần mềm,
bao gồm cả RealNetworks RealPlayer, của Microsoft Media
Player, Apple QuickTime Player, và Flash cũng đã góp phần
vào sự gia tăng.
Streaming media đặt nhu cầu duy nhất trên Internet.
Phương tiện truyền thông mã hóa? Les bao gồm một loạt các mặt thời gian liên quan đến
dữ liệu mảnh vỡ, mà phải được nhận trong trật tự trong
giới hạn của thời gian nào. Nếu một phần của các phương tiện truyền thông
đối tượng không được nhận bởi các khách hàng trước khi trước
phần được giải mã, sau đó giải mã các đối tượng truyền thông
sẽ bị gián đoạn. Trong khi phương tiện truyền thông là timesensitive,
nó là lỗ khoan dung đến một mức độ nào, tùy thuộc vào
bản chất của các giao thức mã hóa được sử dụng. Các bộ giải mã khách hàng
có thể phục hồi dữ liệu bị mất thông qua nội suy, trong vòng lý do,
mà không có một mất mát đáng kể về chất lượng.
Streaming media có thể được gửi qua Internet sử dụng
một trong hai User Datagram Protocol (UDP) hoặc Transmission
Control Protocol (TCP). UDP nhìn chung đã được
coi là giao thức vận chuyển của sự lựa chọn cho dòng
phương tiện truyền thông do đơn giản của nó. Các? Soát ow, tắc nghẽn
kiểm soát, và các cơ chế truyền lại trong TCP
đã được coi là bất lợi cho phương tiện truyền thông? OWS như họ
có thể giới thiệu thêm chậm trễ và tỷ lệ? Uctuation trong việc cung cấp
các dữ liệu truyền thông. Các cơ chế kiểm soát trong giao thức TCP, tuy nhiên,
được coi là cần thiết cho sự ổn định của Internet
[9]. Những yêu cầu này tương phản đã dẫn đến nhiều cuộc
nghiên cứu phát triển các giao thức điều khiển lớp ứng
trên UDP [10, 13, 26, 30]. Nhiều ứng dụng lớp
giao thức kiểm soát tốc độ, trên thực tế, tương tự như trong hành vi với
TCP [13, 26, 30]. Điều này đặt ra câu hỏi: tại sao không chỉ đơn giản là
sử dụng giao thức TCP cho streaming phương tiện truyền thông?
Một số biến thể khác nhau của TCP tồn tại. Những biến thể
thường được phân biệt bởi sự kiểm soát tắc nghẽn đặc biệt
các cơ chế phục hồi và mất gói tích hợp vào
giao thức. Một số các biến thể quan trọng là TCP Tahoe
[15], Reno [15], NewReno [11], SACK [7], và Vegas [5].
Các triển khai rộng rãi nhất trong số này là TCP NewReno [22].
TCP NewReno có đặc ?? răng cưa ?? mô hình của
thông gây ra bởi sự tắc nghẽn tránh và kiểm soát của
cơ chế. Mô hình thông này thường được trích dẫn là một
trong những vấn đề TCP có cho streaming phương tiện truyền thông. Các răng cưa
là một sản phẩm phụ của sự gia tăng tuyến tính TCP trong thông trong
thời kỳ không có mất gói tin tiếp theo giảm chất nhân
trong thông khi mất gói tin. Điều này gây ra không ổn định
thông lượng cho các dòng, được coi là không mong muốn.
TCP Vegas, bị chậm trễ trên, chứ không phải là mất mát dựa trên, không
phải tạo ra mô hình răng cưa này.
Với TCP được sử dụng cho các tuyến trên một quy mô lớn [17,
28], điều quan trọng là để điều tra hay không TCP Vegas
là một lựa chọn phù hợp hơn. Bằng trực giác, điều này có vẻ như
là trường hợp vì Vegas chào hàng thông ổn định hơn.
Trong bài báo này chúng tôi thực hiện một simulationbased toàn diện
nghiên cứu của TCP Vegas đối với các nhu cầu đặc biệt với
các phương tiện truyền thông. Thông qua dần dần phức tạp hơn
mô phỏng, chúng tôi mô tả hành vi của TCP Vegas dưới
khác nhau thông số mạng, ứng dụng, và tải. Chúng tôi cũng
chạy TCP NewReno thông qua các mô phỏng tương tự để cung cấp
một cơ hội để so sánh hiệu suất của cả hai biến thể
khi cung cấp phương tiện truyền thông.
Kết quả của chúng tôi chứng minh rằng TCP Vegas thực sự là một phù hợp
giao thức vận chuyển lớp cho streaming phương tiện truyền thông trong nhiều
trường hợp. Hơn nữa, chúng tôi chứng minh rằng TCP NewReno
cũng thực hiện tốt trong vai trò này. Cả hai biến thể thực hiện giản
1
ilarly trong nhiều trường hợp. Vegas cho thấy lợi thế khi các
dòng phương tiện truyền thông là phải chịu thiệt hại ngẫu nhiên cao, và khi
có nhiều cạnh tranh traf nền? C. Chúng tôi? Nd rằng để
đạt được một dòng phương tiện truyền thông hữu hiệu, cả hai biến thể cần phải đạt được
một thông lượng trung bình khoảng 1,5 lần so với mã hóa truyền thông
tốc độ trong phần lớn các trường hợp kiểm tra. Những kết quả này
cho thấy rằng phương tiện truyền thông trực tuyến qua giao thức TCP là khả thi, và trong một số
trường hợp, sử dụng giao thức TCP Vegas sẽ là thích hợp hơn để NewReno.
Phần còn lại của bài viết này được tổ chức như sau: Phần
2 trình bày thông tin cơ bản liên quan này
làm việc. Phần 3 thảo luận một số công việc liên quan. Phần 4
thảo luận