Contribution to TCP congestion control algorithms and active queue management in PEP-based geosynchronous satellite networks
(English) The optimization of Transmission Control Protocol (TCP) congestion control algorithms in geosynchronous satellite networks remains a significant research challenge due to high propagation delays, limited bandwidth and dynamic link conditions in such environments. This thesis presents a comprehensive analysis of various TCP congestion control mechanisms and Active Queue Management (AQM) policies in Performance Enhancing Proxy (PEP) geosynchronous satellite environments. The study evaluates three primary TCP variants CUBIC, YeAH and BBRv1 under different AQM configurations, including TBF, CoDel, FQ-CoDel and FQ-PIE. Using a TCP-Splitting Satellite Emulation Framework (TSEF), we analyze the interaction between these TCP congestion control algorithms and AQM techniques to identify optimal strategies for balancing throughput, latency and fairness. Results indicate that while TCP CUBIC remains a robust option in geosynchronous satellite networks, its effectiveness is enhanced with appropriate AQM policies such as FQ-PIE and FQ-CoDel, specially with ECN enabled. These AQMs demonstrate superior latency management and fair bandwidth allocation among different TCP flows. This research contributes to the ongoing development of satellite communication protocols by offering empirical insights into TCP behavior in satellite environments and providing recommendations for optimizing congestion control and queue management strategies. The findings form the basis for improving real-world satellite internet performance, particularly in applications demanding low-latency and high-throughput connectivity. (Català) L’optimització dels algorismes de control de congestió del Transmission Control Protocol (TCP) en xarxes satel·litàries geoestacionàries continua sent un repte de recerca significatiu a causa dels elevats retards de propagació, l’amplada de banda limitada i les condicions dinàmiques dels enllaços. Aquesta tesi presenta una anàlisi exhaustiva de diversos mecanismes de control de congestió TCP i polítiques de Active Queue Management (AQM) en entorns satel·litaris geoestacionaris basats en Performance Enhancing Proxy (PEP). L’estudi avalua tres variants principals de TCP, CUBIC, YeAH i BBRv1 sota diferents configuracions d’AQM, incloent-hi CoDel, FQ-CoDel i FQ-PIE. Mitjançant la nostra plataforma d’emulació, el TCP-Splitting Satellite Emulation Framework (TSEF), s’analitza la interacció entre aquests algorismes de control de congestió i tècniques d’AQM per identificar estratègies òptimes per equilibrar l’utilització, la latència i l’equitat en l’ús de l’amplada de banda. Els resultats indiquen que, tot i que TCP CUBIC continua tenint un rendiment sòlid en xarxes satel·litàries geoestacionàries, la seva efectivitat es veu millorada amb l’aplicació de polítiques AQM adequades, com FQ-PIE i FQ-CoDel, especialment amb ECN activat. Aquests mecanismes d’AQM demostren una millor gestió de la latència i una distribució equitativa de l’amplada de banda entre els diferents fluxos TCP. Aquesta recerca contribueix al desenvolupament continu dels protocols de comunicació per satèl·lit, oferint informació empírica sobre el comportament del TCP en entorns satel·litaris i proporcionant recomanacions per a l’optimització del control de congestió i la gestió de cues. Els resultats serveixen de base per millorar el rendiment real d’Internet per satèl·lit, especialment en aplicacions que requereixen una baixa latència i una alta velocitat de transmissió de dades. (Español) La optimización de los algoritmos de control de congestión del Transmission Control Protocol (TCP) en redes satelitales geoestacionarias continúa representando un desafío relevante en el ámbito de la investigación, debido a los elevados retardos de propagación, el ancho de banda limitado y las condiciones dinámicas del enlace. Esta tesis ofrece un análisis exhaustivo de diversos mecanismos de control de congestión de Transmission Control Protocol (TCP), así como de políticas de Active Queue Management (AQM), en entornos satelitales geoestacionarias que emplean Performance Enhancing Proxy (PEP). El estudio compara tres variantes principales del protocolo TCP: CUBIC, YeAH y BBRv1, bajo distintas configuraciones de AQM, incluyendo CoDel, FQ-CoDel y FQ-PIE. Mediante nuestra plataforma de emulación, el TCP-Splitting Satellite Emulation Framework (TSEF), se analiza la interacción entre estos algoritmos de control de congestión y las técnicas de AQM, con el objetivo de identificar estrategias óptimas que logren un equilibrio entre rendimiento, latencia y equidad. Los resultados evidencian que, aunque TCP CUBIC continúa siendo una opción robusta para redes satelitales geoestacionarias, su eficacia se ve significativamente mejorada cuando se emplean políticas de AQM adecuadas, como FQ-PIE y FQ-CoDel, especialmente con ECN activado. Estas últimas destacan por su capacidad para gestionar eficientemente la latencia y distribuir de manera justa el ancho de banda. Esta investigación contribuye al avance de los protocolos de comunicación satelital, proporcionando evidencia empírica sobre el comportamiento del TCP en dichos entornos y formulando recomendaciones para optimizar tanto las estrategias de control de congestión como las de gestión de colas. Los hallazgos obtenidos constituyen una base sólida para la mejora del rendimiento en redes satelitales reales, en particular en aquellas aplicaciones que requieren baja latencia y alta capacidad de transmisión.