Analysis of QUIC performance in satellite communications

RESUMEN: Hoy en día, se buscan tecnologías de comunicación que posean, entre otras propiedades, alta cobertura, velocidades (tasa binaria) elevadas y baja latencia. No obstante, parece que conseguir estas características a la vez es un auténtico reto. Si se desea cobertura, las Redes No-Terrestres destacan (sobre todo utilizando satélites geoestacionarios), pero al encontrarse tan alejados de la Tierra sus retardos son muy elevados. Si se desea alta velocidad (o, en otras palabras, baja latencia), las nuevas generaciones de redes móviles parecen las ganadoras –como el famoso 5G o incluso Beyond 5G. En cambio, su cobertura puede estar limitada en ciertas zonas, requiriendo un gran despliegue de estructuras (e implicando grandes costes). Es por ello por lo que en este trabajo se centra en la unión de ambas tecnologías, valiéndose de satélites de órbita baja (LEO) usados como elementos de la red de acceso radio. Sin embargo, los enlaces utilizados en dichos escenarios se caracterizan por ser inestables, lo que puede tener efectos negativos en los protocolos usados por los servicios, especialmente en los de transporte. Este trabajo analiza el rendimiento del protocolo QUIC para reducir el impacto de estas inestabilidades en la conexión, resultando en mejoras respecto al protocolo por defecto, TCP. Por ende, este proyecto tiene como objetivo no solo estudiar cuál es el comportamiento de diferentes protocolos de transporte sobre redes de satélites realistas (simuladas), sino también analizar en profundidad cómo funciona el protocolo QUIC y cuál es su rendimiento en entornos inestables. Asimismo, y para finalizar, se han implementado modificaciones en la gestión de flujos a fin de mejorar su rendimiento, los cuales se analizan y comparan con la solución aplicada por defecto en la implementación de QUIC adoptada.ABSTRACT: Nowadays, communication technologies with high coverage, high bit rate and low latency, among other properties, are sought after. But achieving these characteristics at the same time seems to be a major challenge. When coverage is sought, Non-Terrestrial Networks are the preferred solution (especially the use of geostationary satellites). However, because they are so far away from the Earth, the delays introduced are way too significant. On the other hand, if high speed and low latency are desired, the new generations of mobile networks seem to be the best option –5G or even Beyond 5G. Nevertheless, their coverage may be limited in certain areas, resulting in the need for a large deployment of structures (and entailing high costs). Therefore, this work focuses on the linking of both technologies, using low Earth orbit (LEO) satellites as elements of the radio access network. However, the links used in such scenarios are characterized by instability, which can have negative effects on the protocols used by the services, especially transport ones. This work analyses the performance of the QUIC protocol to reduce the impact of these instabilities on the connection, resulting in improvements over the default protocol, TCP. Hence, this project aims not only to study the behavior of different transport protocols over realistic (simulated) satellite networks, but also to analyze in depth how the QUIC protocol works and performs in unstable environments. To conclude, modifications have been implemented in the flow management of QUIC in order to improve its performance, which are analyzed and compared with the one applied by default in the adopted QUIC implementation.Máster en Ingeniería de Telecomunicació