Evaluation of Active Queue Management (AQM) Models in Low Latency Networks

Abstract

Abstract: Low latency networks require the modification of the actual queuing management in order to avoid large queuing delay. Nowadays, TCP’s congestion control maximizes the throughput of the link providing benefits to large flow packets. However, nodes’ buffers may get fully filled, which would produce large time delays and packet dropping situations, named as bufferbloat problem. For actual time-sensitive applications demand, such as VoIP, online gaming or financial trading, these queueing times cause bad quality of service being directly noticed in user’s utilization. This work studies the different alternatives for active queue management (AQM) in the nodes links, optimizing the latency of the small flow packets and, therefore, providing better quality for low latency networks in congestion scenarios. AQM models are simulated in a dumbbell topology with ns3 software, which shows the diverse latency values (measured in RTT) according to network situations and the algorithm that has been installed. In detail, RED, CoDel, PIE, and FQ_CoDel algorithms are studied, plus the modification of the TCP sender’s congestion control with Alternative Backoff with ECN (ABE) algorithm. The simulations will display the best queueing times for the implementation that mixes FQ_CoDel with ABE, the one which maximizes the throughput reducing the latency of the packets. Thus, the modification of queueing management with FQ_CoDel and the implementation of ABE in the sender will solve the bufferbloat problem offering the required quality for low latency networks.

Resumen Las redes de baja latencia requieren la modificación de la actual gestión de las colas con el fin de eludir los extensos tiempos de retardo. Hoy en d´ıa, el control de congestión de TCP maximiza el rendimiento (throughput) del enlace otorgando beneficio a los grandes flujos de datos, sin embargo, los buffers son plenamente cargados generando altos tiempos de retardo y fases de retirada de paquetes, llamada a esta situación el problema de Bufferbloat. Par las aplicaciones contempor´aneas como las llamadas VoIP, los juegos on-line o los intercambios financieros; estos tiempos de cola generan una mala calidad de servicio detectada directamente por los usuarios finales. Este trabajo estudia las diferentes alternativas de la gestión activa de colas (AQM), optimizando la latencia de los peque˜nos flujos y, por lo tanto, brindando una mejor calidad para las redes de baja latencia en situaciones de congestión. Los modelos AQM han sido evaluados en una topolog´ıa ’dumbbell’ mediante el simulador ns3, entregando resultados de latencia (medidos en RTT) de acuerdo con la situación del enlace y el algoritmo instalado en la cola. Concretamente, los algoritmos estudiados han sido RED, CoDel, PIE y FQ_CoDel; adem´as de la modificación del control de congestión TCP del emisor denominada ABE (Alternative Backoff with ECN). Las simulaciones que mejor resultados ofrecen son las que implementan combinación de FQ_CoDel con el algoritmo ABE, maximizando el rendimiento y reduciendo la latencia de los paquetes. Por lo tanto, la modificación con FQ_CoDel en las colas y la de ABE en el emisor ofrecen una solución al problema del Bufferbloat altamente solicitada por las redes de baja latencia.