ESTUDIO Y EVALUACIÓN DEL MECANISMODE COMPRESIÓN DECABECERASROHCSOBRE REDES INALÁMBRICAS

Abstract

[ES] En los últimos años se han desarrollado muchos servicios y aplicaciones móviles. Sin embargo, el despliegue de muchos de los nuevos servicios y aplicaciones, en particular la Voz sobre IP y la Internet de los objetos, ha hecho necesario el desarrollo de técnicas que reduzcan la sobrecarga introducida por las cabeceras de los protocolos de Internet. Entre las soluciones propuestas, la compresión de cabeceras es actualmente objeto de múltiples trabajos desarrollados por operadores y centros de investigación. Estas propuestas basan sus principios de diseño teniendo en cuenta el tráfico y los diferentes patrones de los distintos campos de las cabeceras, las características de los canales inalámbricos y la necesidad de reducir la sobrecarga necesaria para la transmisión de los paquetes. Este proyecto comenzará con la revisión del funcionamiento de la pila de protocolos de Internet. También revisará los principios y propuestas más relevantes en el área de los mecanismos de compresión de las cabeceras IP aplicados a las comunicaciones de redes inalámbricas. A continuación, se ofrecerá una descripción detallada del Mecanismo Robusto de Compresión de Cabeceras (ROHC: por sus siglas en inglés) descrita en el estándar IETF RFC 3095 y su evolución. Esta descripción también incluirá una sección dedicada al último estándar TCP ROHC de la IETF. Posteriormente, se diseñará un sistema experimental. La plataforma de hardware consistirá en una Rasberry Pi 3 que funcionará bajo el sistema operativo Raspbian el cual incluye una interfaz WiFi. Se utilizará una implementación de ROHC de código abierto como base para llevar a cabo la evaluación experimental del mecanismo de compresión. Se utilizarán dos herramientas de ROHC para recopilar estadísticas utilizando diferentes aplicaciones: streaming de vídeo, streaming de audio, transferencia de videos almacenados, VoIP. En cuanto al mecanismo de ROHC, se utilizarán varios ajustes: perfiles, número y tamaño de los contextos. Los experimentos consistirán en una primera fase en la que se capturarán y comprimirán varias trazas de paquetes mediante la monitorización de la interfaz WiFi de RaspBerry utilizando las estadísticas de ROHC y las herramientas de rastreo. Para analizar mejor el rendimiento del protocolo ROHC, en una segunda fase también se procesarán numerosos paquetes IP disponibles en Internet. De esta manera, el trabajo cubrirá un gran número de perfiles ROHC correspondientes a diferentes configuraciones de la pila de protocolos IP, por ejemplo, RTP/UDP/IP, UDP/IP y TCP/IP. Los resultados incluirán las relaciones de compresión de cabecera y de paquetes, la compresión lograda por tipos de paquetes ROCH y los modos de funcionamiento ROHC. Los resultados permitirán mostrar los beneficios de utilizar el mecanismo ROHC, particularmente en términos de reducción de la sobrecarga introducida por los protocolos IP en aplicaciones caracterizadas por cargas útiles cortas, como la Voz sobre IP.

[EN] During the past few years, many services and mobile applications have been developed. However, the deployment of many of the new services and applications, particularly Voice over IP and Internet of Things, has made necessary the development of techniques reducing the overhead introduced by the Internet protocol headers. Among the proposed solutions, the compression of headers is currently the subject of multiple works developed by operators and research centers. These proposals base their design principles taking into account the traffic and different patterns of the various fields of the headers, the characteristics of wireless channels and the need to reduce the overhead required for the transmission of the packets. This project will start by reviewing the operation of the Internet protocol stack. It will also review the most relevant principles and proposals in the area of IP-header compression mechanisms applied to wireless network communications. It will then provide an in depth description of the IETF RFC 3095 Robust Header Compression Mechanism (ROHC) and its evolution. This description will also include a section dedicated to the latest IETF ROHC TCP Standard. Subsequently, an experimental setup will be designed. The hardware platform will consist of a Rasberry Pi 3 running under the Raspbian operating system and equipped with a WiFi interface. An open-source ROHC implementation will be used as a basis to carry the experimental evaluation of the compression mechanism. Two ROHC tools will be used to collect statistics using different applications: video streaming, audio streaming, video retrieval, VoIP. As for the ROHC mechanism, various settings will be used: profiles, number and size of contexts. The experiments will consist of a first phase where various packet traces will be captured and compressed by monitoring the RaspBerry WiFi interface using the ROHC stats and sniffer tools. In order to better analyze the performance of the ROHC protocol, in a second phase numerous IP packets available in the Internet will also be processed. In this way, the work will cover a large number of ROHC profiles corresponding to different IP protocol stack configurations, e.g., RTP/UDP/IP, UDP/IP and TCP/IP. The results will include the header and packet compression ratios, compression achieved per ROCH-packet types, ROHC operating modes. The results should show the benefits of using th ROHC mechanism particularly in terms of reducing the overhead introduced by the IP protocols in applications characterized by short payloads, such as, Voice over IP.