Untersuchung und Weiterentwicklung von Mehrpfade-Mechanismen mit Schwerpunkt auf der OSI-Transportschicht

Die Verbindung von Endsystemen und Netzkomponenten über mehrere Netzpfade (Multi-Homing) ist ein klassischer Ansatz zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Konnektivität. Aus Aufwandsgründen wurde Multi-Homing in klassischen Netzen nur für besonders schützenswerte Verbindungen eingesetzt, z.B. im Kernnetz zwischen großen Vermittlungsstellen oder zur redundanten Anbindung wichtiger Kunden im Zugangsnetz. Mit der durchgängigen Verfügbarkeit mehrerer Netzzugänge in modernen Endgeräten (z.B. WLAN, UMTS, Festnetz) und der Standardisierung und Einführung von Transportprotokollen mit Unterstützung für Multi-Homing (insbesondere SCTP) wurde allerdings in den letzten Jahren die Basis für eine unkomplizierte Anwendung von Multi-Homing durch einzelne, auch mobile, Nutzer geschaffen. In der Folge wurde auch die Fragestellung immer aktueller, ob - über die reine Redundanz für den Fehlerfall hinaus - eine gleichzeitige Nutzung mehrerer Pfade für die Erhöhung des Datendurchsatzes möglich ist. Dieser oft als "Concurrent Multipath Transfer" (CMT) bezeichnete Ansatz erfordert einerseits Anpassungen bei wichtigen Protokollfunktionen, z.B. der Überlaststeuerung, und hat andererseits bisher nicht aufgetretene Einflüsse auf die Nutzung und Zuteilung der Ressourcen im Netz, die noch nicht vollständig verstanden sind. Durch die aktuelle Standardisierung von CMT-Unterstützung auf der Transportschicht, z.B. bei Multipath-TCP (MP-TCP) oder CMT-SCTP, werden Internetnutzer in absehbarer Zeit in der Lage sein, diese Funktionalität autonom, d.h. ohne Unterstützung oder Steuerung durch das Netz, zu nutzen. In vielen für das Netz und seine Steuerung relevanten Bereichen wird heute entweder explizit oder implizit vorausgesetzt, dass eine Verbindung über genau einen Netzpfad verläuft. Ein Beispiel ist hier die Fairness-Definition für die Ressourcenteilung von (TCP-)Verbindungen. Der durch die flächendeckende Nutzbarkeit von CMT mögliche Paradigmenwechsel hat deshalb das Potenzial, sehr schnell weitreichende Konsequenzen für die Netze nach sich zu ziehen, die systematisch untersucht werden müssen.

Die bisherige Konzentration beim Ende-zu-Ende Protokolldesign auf ein Zugangsmedium - und damit auf genau einen Netzpfad - ist in einem solchen Umfeld nicht mehr ausreichend. Die gleichzeitige Nutzung verschiedener Zugangsmedien und deren Kombination eröffnen eine neue Dimension der Nutzung und neue Freiheitsgrade zur Erreichung einer angemessenen Dienstgüte. Zur Sicherstellung dieser Dienstgüte müssen bei einer Ende-zu-Ende-Kommunikation Nutzer-anforderungen wie Übertragungsgeschwindigkeit, Verfügbarkeit und unterbrechungs¬freie Mobilität erfüllt werden, die die Netze vor erhebliche Herausforderungen stellen.

Erste Vorschläge zur Umsetzung liegen den Standardisierungsgremien bereits vor. Allerdings lag bei der Erarbeitung dieser Vorschläge der Fokus zunächst auf der Etablierung der grundlegenden Funktionalität und nicht auf deren optimaler Nutzung. Dies hatte zur Folge, dass man zunächst auf bekannte Mechanismen zurückgegriffen hat, die aber auf eine optimale Übertragung auf einem Pfad ausgerichtet sind. Auch wenn diese Lösungen bereits einen wesentlichen Mehrwert bieten, sind bisher wesentliche Herausforderungen und Auswirkungen ihres Einsatzes nicht umfassend untersucht und erfasst. Dies beinhaltet sowohl die Auswahl geeigneter Mechanismen für die optimale Übertragung auf mehr als einem Pfad, als auch geeignete Erweiterungen oder ggf. Neudefinitionen solcher Mechanismen.

Ein wesentliches Ziel dieses Projektes ist es unter anderem neue, intelligente Algorithmen, z.B. für die Pfadauswahl und die Aufteilung der Datenströme auf diese, notwendig, um die vorhandenen Ressourcen im Sinne der Anforderungen der Anwendung optimal nutzen zu können. Außerdem müssen grundlegende Definitionen, z.B. bezüglich des fairen Anteils an Übertragungsressourcen, angepasst oder neu gestaltet werden. Diese zunächst protokollübergreifend gültigen Erkenntnisse haben erhebliche Einflüsse auf das Design bzw. die Weiterentwicklung der CMT-fähigen Transportprotokolle.

Neues

  • 5. Oktober 2015
    MONAMI 2015 Paper hinzugefügt.
  • 6. Juli 2015
    ConTEL 2015 Paper hinzugefügt.
  • 29. August 2014
    NNUW2 Vortrag hinzugefügt.
  • 16. Mai 2014
    PAMS 2014 Paper hinzugefügt.

Forschung

  • Amanpreet Singh, Andreas Könsgen, Hakim Adhari, Carmelita Görg and Erwin P. Rathgeb, 
    Algorithms for Theoretical Investigation of Fairness in Multipath Transport
    Proceedings of the 7th EAI International Conference on Mobile Networks and Management (MONAMI 2015)
    Santander, Spanien, September 2015.
    Paper 
  • Hakim Adhari, Erwin P. Rathgeb, Amanpreet Singh, Andreas Könsgen and Carmelita Görg, 
    Transport Layer Fairness Revisited
    Proceedings of the 13th IEEE International Conference on Telecommunications (ConTEL 2015)
    Graz, Österreich, Juli 2015.
    Paper 
  • Hakim Adhari, Sebastian Werner, Thomas Dreibholz and Erwin P. Rathgeb,
    LEDBAT-MP – On the Application of Lower-than-Best-Effort for Concurrent Multipath Transfer
    Proceedings of the 4th International Workshop on Protocols and Applications with Multi-Homing Support (PAMS)
    Victoria, British Columbia/Canada, May 2014.
    Paper