PROGRAMMA PRIN 2022 - BANDO PRIN2022 D.D. N.104 DEL 2 FEBBRAIO 2022

TITOLO DEL PROGETTO: LOREN - LOw-delay congestion control for REal-time applications over the iNternet

CODICE CUP D53D23000960006

Budget: € 135.200

P.I. o Responsabile U.R.: Prof. Ing. Saverio Mascolo

Altre Unità di Ricerca o eventuali Sub Unità: La Sapienza, Roma

Breve descrizione del progetto

Il controllo della congestione nelle reti a pacchetto è stato storicamente finalizzato per evitare il sovraccarico garantendo al tempo stesso una alta utilizzazione della rete, ed è stato realizzato con il controllo di congestione nel TCP. 

Oggi, la crescente diffusione di applicazioni real-time - quali videoconferenza,  realtà virtuale, controllo remoto anche da satelliti LEO -  richiede anche un controllo della latenza. In questo contesto, il progetto mira a sviluppare un algoritmo capace di controllare sia la congestione sia i ritardi di trasmissione.

L’approccio proposto si basa sulla teoria del controllo per progettare soluzioni con proprietà di stabilità ed efficienza formalmente dimostrabili. L’algoritmo è applicabile sia a reti cablate sia a scenari 5G caratterizzati da elevata variabilità e connettività intermittente, dove i protocolli TCP tradizionali risultano meno efficaci. Pur rispettando il principio end-to-end, si considerano anche funzionalità avanzate di rete come SDN, ottimizzazioni cross-layer e telemetria in-band.  

Finalità

La finalità del progetto è quella di superare i limiti del TCP tradizionale, utilizzando la teoria del controllo per un nuovo protocollo low-delay. Il progetto mira inoltre a integrare il controllo a diversi livelli dello stack di rete, dal trasporto fino al livello applicativo, affrontando problematiche quali la sincronizzazione nei sistemi distribuiti, l’adattamento dinamico delle risorse e il controllo di congestione nelle comunicazioni veicolari.

Risultati attesi

I risultati attesi comprendono lo sviluppo di un quadro teorico rigoroso per la modellazione e l’analisi dei sistemi di controllo della congestione e della latenza per traffico real-time. Le simulazioni avanzate e i test su reti reali, incluse reti di produzione e testbed 5G, dovranno mostrare performance superiori in termini di congestione, utilizzo del canale e latenza.

Dal punto di vista applicativo, il progetto punta a migliorare significativamente qualità e affidabilità delle comunicazioni per applicazioni time-sensitive, con rilevanti ricadute scientifiche, tecnologiche e socio-economiche.

Risultati raggiunti  

È stato progettato e implementato l’algoritmo QUIC-DC (QUIC delay control), capace di sfruttare la variazione del ritardo one-way per anticipare l’evento di congestione consentendo di controllare il queuing delay. Le valutazioni sperimentali, in ambienti controllati e reali (incluse reti satellitari LEO), mostrano una significativa riduzione di latenza e perdite, mantenendo efficienza e fairness.

Sono stati inoltre ottenuti risultati rilevanti nello streaming: una strategia di sincronizzazione distribuita del playback basata su consenso e controllo event-triggered, con ridotto carico di comunicazione, e un algoritmo di Adaptive Bitrate basato su Model Predictive Control a bassa complessità, con miglioramenti della Quality of Experience. Nel contesto 5G NR-V2X, sono stati sviluppati modelli e algoritmi per il controllo della congestione orientati all’Age of Information, migliorando freschezza e affidabilità dei dati.