پروتکل کنترل نقل و انتقالات با پیمایش تطبیقی گذرگاه برای شبکه های بی سیم چند گره ای با ارتباط اینترنتی TCP with gateway adaptive pacing for multihop wireless networks with Internet connectivity

مقدمه

در سال های اخیر، ظهور سریع شبکه های بی سیم با اتصال اینترنتی همانند شبکه های در هم بافته شده بی سیم، اهمیت زیادی را در تحقیقات علمی و صنایع کسب کرده اند. کاربردهای اینترنتی معمول همانند جستجوی شبکه، ایمیل و انتقال فایل در ارتباط با چنین شبکه های بیسیمی و کابلی نیازمند TCP به عنوان یک پروتکل اصلی برای انتقال داده های موثق می باشد. یکی از مشکلات کلیدی بر روی شبکه ها بی سیم و کابلی هیبریدی در ارتباط با خصوصیات متفاوت شبکه های بی سیم چند گرهی و اینترنت کابلی می باشد. در شبکه های بی سیم چند گرهی اکثر تجارب ناموفق توسط TCP به دلیل افت بسته ها در IEEE 802.11 باعث پیوند گره های میانی می گردد. ترمینال مخفی و تاثیر ترمینال آشکار به عنوان دلیلی برای افت این بسته ها در شبکه های چند گره ای می باشد.

در نقطه مقابل، در اینترنت تقریبا تمام اتلاف بسته ها به دلیل سرریز شدن حافظه میانجی در روترها می باشد.

یکی از راه حل ها در ارتباط با این مشکل در ارتباط با تفکیک ارتباط TCP در گره ای می باشد که باعث پیوند بخش های بیسیم و کابلی شبکه می گردد، که به نام گذرگاه اینترنتی می باشد. در چنین روش مرتبط به جداسازی ارتباط، پروتکل انتقال خاص همانند ATP در بخش های بی سیم به اجرا در آمده در حالی که بخش های کابلی از TCP استاندارد همانند TCP NewReno، استفاده می کند. به هر حال روش ارتباطی مجزای مستقیم به حفظ بخش های به هم پیوسته TCP نپرداخته و نیازمند روش های انتقالی پیچیده از نقطه نظر پویایی می باشد. راه حل دیگر در بکارگیری TCP NewReno در شبکه های بی سیمی کابلی و هیبریدی و به اجرا در آوردن تغییرات در تمام ابزارهای شبکه بی سیم بر روی لایه پیوندی همانند لایه پیوندی RED و یا بر روی لایه شبکه همانند RED مجاور می پردازد. این رویکردها معناشناسی به هم پیوسته TCP را حفظ می کنند، اگرچه چنین رویکردی نمی تواند به طور فزاینده مورد استفاده قرار گیرد زیرا نیازمند تغییر تمام تجهیزات بی سیم می باشد. در ارتباط با آشکار شدن کاربردهای تجاری در شبکه های هیبریدی بی سیم و کابلی، روش های پیشرفته تری مورد نیاز می باشد که ابزارهایی را برای حفظ خصوصیات به هم پیوسته TCP ایجاد کرده و نیازمند هیچ تغییری در لایه شبکه و لایه پیوندی تجهیزات سیار نمی باشد. در این مقاله ما به معرفی طرح کنترل تراکم برای TCP بر روی شبکه های کابلی و بیسیم متشکل از شبکه های چند گره ای IEEE 802.11 و اینترنت کابلی می پردازیم. دسته های مهمی از چنین شبکه هایی شبکه های به هم بافته شده بی سیم را ایجاد کرده که متشکل از کلاینت های شبکه ای و روترهای شبکه مرتبط به اینترنت و همچنین تجهیزات سیار شبکه های تک کاره بر مبنای توسعه فرصت طلبانه در اینترنت می باشد. در ارتباط با عملیات کارآمد TCP بر روی چنین شبکه های هیبریدی ما به شرح مسیر جریان TCP می پردازیم، ما طرح تطبیقی را در گذرگاه اینترنتی ایجاد می کنیم. در ارتباط با جریانات بی سیم و کابلی، طرح تطبیقی را در ارتباط با فرستنده TCP مد نظر قرار می دهیم. علاوه بر این ما به تجزیه و تحلیل دلایل مرتبط به نامناسب بودن جریانات TCP آینده در شبکه های بی سیم چند گره ای می پردازیم که در ان جریانات کابلی به بی سیم و همچنین بی سیمی به کابلی از گذرگاه اینترنتی عبور می کند. چنین عدم تناسبی قبلا در بخش 17.19 مد نظر قرار گرفته است. متعاقبا، ما نشان می دهیم که چگونه می توان جریانات TCP کابلی به بی سیم را در مسیر اینترنتی برای دسترسی به تناسب بهینه برای چنین سناریوهایی متوقف کنیم. بنابراین ما به معرفی طرح کنترل تراکم بر اساس TCP به همراه مسیر منطبق با دریچه (TCP-GAP) می پردازیم. در مقایسه با فعالیت های قبلی، (TCP-GAP) باعث تحمیل ترافیک کنترل بالاسری برای دستیابی به تناسب در میان جریان های فعال TCP نمی شود. علاوه بر این (TCP-GAP) به طور فزاینده به کار گرفته می شود، از این رو نیازمند تغییر TCP در بخش های کابلی شبکه نمی گردد. (TCP-GAP) همچنین متناسب با TCP بوده و باعث حفظ پیوند TCP می گردد زیرا (TCP-GAP) این امکان را برای بسته های بیشتر ایجاد نمی کند تا نسبت به اندازه TCP کنونی انتقال یابند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2. فعالیت های مرتبط

توسعه چندین TCP و پروتکل انتقالی جدید همانند ATP برای شبکه های بی سیم چند گره ای مد نظر قرار می گیرد. به هر حال فعالیت های کمی تمرکزش را تا به حال بر روی بهبود انطباق و عملکرد TCP بر روی شبکه های کابلی و بی سیم متشکل از شبکه های بی سیم چندگره ای IEEE 802.11b/g و اینترنت قرار داده است.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

همانند بخش 8، ما طرح انطباقی مشخصی را در ارتباط با فرستنده TCP مد نظر قرار می دهیم. بر خلاف بخش 8، ما شبکه های بی سیم و کابلی هیبریدی را به همراه خصوصیات مختلف نسبت به شبکه های بی سیم چندگره ای مد نظر قرار داده و نیازمند رویکرد جدیدی برای بهبود عملکرد TCP می باشیم. علاوه بر این ما راه حل موثری را در ارتباط با مشکلات عدم تناسب بین جریان TCP آینده که محدوده های کابلی و بی سیم را مد نظر قرار می دهد، مطرح می کنیم.

یانگ و همکارانش طرحی را در لایه IP برای بهبود تناسب TCP در شبکه های کایلی و بی سیم بیان می کنند. آن ها به این نسبت از طریق تاخیر انتقال حداقلی که برای این گره ها مد نظر می باشد و همچنین تاخیر تصادفی می رسند. طرح آن ها جلوی جریانات TCP را گرفته و از فرستنده های TCP از انتقال شدید در برابر جریانات مخالف جلوگیری می کنند. به هر حال اشتقاق این نسبت در بخش 19 به صورت ثابت بوده و نمی تواند منطبق با شرایط شبکه متغیر باشد؛ یعنی، باعث متوقف شدن جریان TCP غیرضروری می گردد. علاوه براین، چنین رویکردی تفکیکی را بین جریانات TCP متفاوت با گذر از گره های بی سیم مشابه ایجاد نمی کند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

گامبیروزا و همکارانش به بررسی عملکرد TCP و تناسب آن در شبکه های بی سیم چند گره ای متشکل از گره های تاخیر بی سیم بیشمار و همچنین ارتباط با اینترنت کابلی پرداخته اند. آن ها به معرفی تناسب TAP برای مشخص کردن بازده ایده آل و اهداف مورد نظر برای چنین شبکه هایی پرداخته و یک الگوریتم لایه ای توزیع شده درتناسب حداقل و حداکثر برای کسب تناسب TAP در میان جریانات TCP فعال مد نظر قرار داده اند. بی طرفی TAP در ارتباط با شبکه های به هم تنیده شده بوده و متفاوت از و بی طرفی نسبی می باشد. الگوریتم لایه پیوندی توزیع شده برای دستیابی به بی طرفی TAP نیازمند گسترش دوره ای ظرفیت های ارائه شده و ظرفیت های پیوندی در میان تمام TAP ها بوده که منجر به مقدار قابل توجهی از ترافیک کنترل شده می گردد.

TCP-GAP تغییراتی را در لایه انتقالی نسبت به تغییرات در لایه پیوندی ایجاد می کند. TCP-GAP طرح تطبیقی را در فرستنده های TCP بی سیم ایجاد کرده و مسیر های اینترنتی از تخمین های موثر تاخیر انتشار چهار گره و رقابت در مسیر شبکه نسبت به ظرفیت های مورد نظر اندازه گیری شده استفاده کرده و به تخمین ظرفیت های پیوندی در هر گره بی سیم می پردازد. در مقایسه با بخش 12، TCP-GAP نیازمند ترافیک کنترل برای دستیابی به تناسب در میان جریانات TCP نمی باشد. علاوه بر این ما تناسب حداقل و حداکثر جریانات TCP را نسبت به تناسب TAP مد نظر قرار می دهیم.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

3. طبقات شبکه مورد نظر

ما شبکه های بی سیم چندگره ای IEEE 802.11 را مد نظر قرار می دهیم که از طریق یک یا چند گره مسیر ثابت به اینترنت کابلی پیوند خورده اند. این گره های گذرگاه بر مبنای مسیر اینترنتی تعریف می گردند. شبکه های فرعی بی سیم بر مبنای شبکه های مستقل مد نظر قرار می گیرند که به اجرای AODV یا پروتکل های مسیریابی دیگر با تطبیق ETX یا ETT بر مبنای پروتکل مسیریابی می پردازند. شکل 1 به توضیح دسته های مورد نظر شبکه های کابلی و بی سیم می پردازند. توجه داشته باشید که طرح شبکه در شکل 1 توضیح داده شده است که می تواند بر مبنای گسترش فرصت طلبی در اینترنت به همراه انتقال غیرقابل تصور و همچنین شبکه های بی سیم تک شعاعی و غیر قابل برنامه نویسی شده بوده، که بر اساس آن بعضی از روتر های در هم بافته شده دارای ارتباطات اینترنتی می باشند.

به منظور ساده سازی تجزیه و تحلیل تاثیر ترمینال مخفی و آشکار شده، معمولا توپولوژی شبکه منظم را مد نظر قرار می دهیم، که در /ان فاصله بین گره های بی سیم برابر با 200m می باشد. در واقع مشکلات مرتبط به ترمینال پایانی می تواند برای محدوده های بالاتری با قرار دادن گره های بی نظم روی دهد. این موارد به این دلیل می باشد که موارد ایده ال به همراه فواصل بین گره ای 200m تقریبا تعداد گره های لازم را برای فواصل فضایی داده شده در مسیر اینترنتی به حداقل می رساند. با قرار دادن گره های بی قاعده، تعداد گره ها در مسیر اینترنتی احتمالا بزرگتر می باشند که منتهی به ترمینال های مخفی بیشتری می گردند. با این وجود ، ما همچنین توپولوژی های تصادفی را با قرار دادن گره های بی نظم به منظور تایید کاربردی بودن رویکردمان در چنین محیطی مد نظر قرار می دهیم.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

با این وجود، چون انتخاب مسیر دیگر از مبدا به مقصد نمی تواند به طور کامل مانع ترمینال های مخفی در شبکه های بی سیم چند گره ای شود، این پروتکل های مسیریابی خاص برای بهبود TCP کامل می باشند. بنابراین چنین پروتکل های مسیریابی که برای شبکه های بی سیم بد هم بافته شده ایجاد می گردند، در ترکیب با (نیاز به دانلود ترجمه) بهبود TCP همانند TCP-GAP قرار می گیرند.

4. طرح حرکت مسیر انطباقی

4.1 مد نظر قرار دادن معایب IEEE 802.11

به منظور بهبود تناسب و بازده ارتباطات TCP در سرتاسر IEEE 802.11 چند گره ای و شبکه های کابلی، برنامه ریزی بسته بندی شده ای را در ارتباط با تراکم TCP در محدوده بی سیم بکار می گیریم و در عین حال به حفظ متغیرهای TCP سنتی در اینترنت کابلی می پردازیم. بنابراین چنین رویکردی به تفکیک بخش های بی سیم شبکه هیبریدی از بخش های کابلی پرداخته در حالی که به حفظ شرایط پیوسته TCP می پردازد. ما این تفکیک شفاف را از طریق اضافه کردن لایه انتقالی به لایه IP در مسیر اینترنتی بایگانی می کنیم.

در مقایسه با مسیر TCP، رویکرد حرکت تطبیقی به تنظیم نسبت انتقال بر مبنای محدودیت های کاربردی فضایی شبکه های IEEE 802.11 چند گره ای و رقابت در مسیر شبکه ارتباطی می پردازیم، که این موارد در بررسی های قبلی همانند 11 با مد نظر قرار دادن زنجیره ثابت توپولوژی در شکل 2 گزارش شده، که در ان فاصله بین گره 200m می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

محدودیت کاربرد مجدد فضایی با مد نظر قرار گرفتن تاخیر پخش چهار گره بسته های TCP مشخص می گردد. FHD به شرح زمان سپری شده بین انتقال بسته TCP پرداخته و بسته ها را در گره هایی دریافت می کند که چهار گره را جدا از گره مبدا از مسیر به سمت مقصد قرار می دهند. این اندازه گیری از طریق اندازه گیری زمان رفت و برگشت بسته های TCP و همچنین تعداد گره های مسیر شبکه انجام می شود. رقابت در مسیر شبکه TCP از طریق اندازه گیری تغییرات نمونه های RTT اخیر و با استفاده از ضریب تغییرات تخمین زده می شود. در مجموع، نسبت انتقال تطبیقی R توسط فرستنده TCP محاسبه می شود که به صورت زیر می باشد.

که به همراه فاکتور هموارسازی می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1. منبع TCP به عنوان یک ابزار بی سیم بوده و مقصد TCP در اینترنت کابلی قرار داشته، که به مشخص کردن حریانات بی سیم به سمت کابلی می پردازد.

2. مبدا TCP در اینترنت کابلی قرار داشته و مقصد TCP به عنوان یک ابزار بی سیم بوده که بر مینای جریانات کابلی به بی سیمی تعریف می گردد.

در مورد 1، ما مسیر تطبیقی را در منبع TCP بکار می گیریم، در حالی که در مورد 2، ما این مسیر تطبیقی را در لایه IP در مسیر اینترنتی بکار می بریم. در زیر بخش های زیر، ما به بحث طرح مسیر تطبیقی به جزییات در مورد 1 و 2 می پردازیم.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

ما مواردی را مد نظر قرار می دهیم که ک گره بی سیم باعث ایجاد منبع TCP شده و میزبان در دامین کابلی بر مبنای مقصد TCP می باشد. شکل 3 چنین سناریویی را توضیح می دهد به صورتی که جریان FTP از گره بی سیم A در گره های متوسط چندگانه از طریق مسیر اینترنتی IG به میزبان کابلی B به اجرا در می آید. در سرتاسر این مقاله، گره های تقویت شده بی سیمی توسط RLi معرفی می شوند در حالی که روترهای کابلی توسط RTi تعریف می گردد.

برای بهبود عملکرد TCPف در بخش های بی سیم، ما مسیر تطبیقی را در TCP بی سیمی با مبدا A بکار می بریم. توجه داشته باشید که مقادیر RTT اندازه گیری شده متعارف به شرح کامل زمان مسیر رفت و برگشت بسته ها با عبور از بخش های کابلی و بی سیمی شبکه می پردازد. به هر حال، به منظور تخمین مناسب برای FHD و ، ما تنها نیازمند بسته RTT در بخش های بیسیمی می باشیم یعنی زمان مورد نیاز برای بسته TCP که از A به IG به پیش رفته و زمان مورد نیاز برای بسته TCP ACK که از IG به A کشیده می شود. زمان رفت و برگشت در بخش های بی سیمی ، که ما به صورت می شناسیم، به صورت زیر محاسبه می شود: با ارزیابی لایه انتقالی TCP، مسیر اینترنتی IG به حفظ تعداد توالی هر جریان TCP پرداخته که در بخش های بی سیمی و کابلی به اجرا در می آید. زمانی که بسته داده TCP به همراه تعداد توالی اختیاری X توسط Aانتقال می یابد و به IG می رسد، این بسته ها به سمت مقصد کابلی کشیده شده و زمان ارسال بسته ها در متغیر T1 در IG ثبت می شود. زمانی که بسته به TCP مقصد B می رسد، این موارد تایید شده و TCP ACK مشابه به IG می رسد. زمان ورود بسته TCP ACK در T2. ثبت می گردد.

اختلاف زمانی بین T1 و T2 محاسبه شده و در متغیر (نیاز به دانلود ترجمه) ذخیره می گردد، که به شرح بسته RTT در محدوده کابلی می پردازد. متعاقبا، IG، (نیاز به دانلود ترجمه) را در بخش گزینه بسته TCP ACK می نویسد، که بعد از سرانداز TCP با 20 بایت اصلی آغاز شده و آن را به A ارسال می کند. به صورت هزارم ثانیه ثبت می گردد، که تنها نیازمند 16 بیت از فضا در بخش گزینه برای بیان مقادیر بیش از 65,535 ms می باشد. زمانی که A بسته TCP ACK را دریافت می کند، (نیاز به دانلود ترجمه) را از سرانداز خوانده و و مقادیر ان را از مقادیر معمول RTT کسر می کند و (نیاز به دانلود ترجمه) را بر اساس نتایج نهایی بدست می آورد. سپس، فرستنده TCP از (نیاز به دانلود ترجمه) استفاده می کند تا FHD و (نیاز به دانلود ترجمه) را با توجه به دامین بی سیم محاسبه کند. برای ساده سازی بحث در (3)–(5)، فرض ما این است که تمام ابزارهای بی سیمی دارای پهنای باند مشابه B باشند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

داریم

جدول 1 به خلاصه پارامترهای مربوط به طرح مسیر تطبیقی و معانی مرتبط به ان می پردازد. توجه داشته باشید که X در معادله 3 و 4 نشان دهنده تعداد گره های بین A و 1G می باشد. که از پروتکل مسیر در 1G بدست می آید. بعد از محاسبه FHD و (نیاز به دانلود ترجمه) ، نسبت انتقال تطبیقی بر اساس معادله 1 بدست می آید.

اگر تجهیزات بی سیم دارای پهنای باند متفاوتی باشند، ، پهنای باند مجزا از ابزارهای میانجی در مسیر کنونی مورد نیاز می باشد. چنین اطلاعاتی در راس بسته های TCP برای جلوگیری از موارد بالاسری کنترل مازاد مد نظر می باشد. متعاقبا، FHD از طریق مد نظر قرار دادن پهنای باند از پیوندهای مجزا نسبت به پهنای باند کل b و مجموع تناسب مشخص می گردد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

به طور مشخص مسیر اینترنتی به سادگی بسته های TCP را به دامین های کابلی بدون تحت تاثیر قرار دادن TCP استاندارد منتقل می کند.

4.3 جریانات کابلی به بی سیم

از انجایی که هدف طراحی اصلی رویکرد ما جلوگیری از تغییرات TCP در دامین کابلی می باشد، ما حرکت انطباقی را در مسیر اینترنتی انتخاب می کنیم، و کل مراحل را نسبت به مبدا TCP در دامین کابلی مخفی نگه می داریم. از آنجایی که مسیر اینترنتی ضرورتا بر مبنای روتر شبکه می باشد، طرح مسیر انطباقی در لایه IP به اجرا در می آید. به هر حال روش ما مستقل از پروتکل مسیریابی بکار گرفته شده در توسعه تک کاره اینترنت بی سیم یا شبکه های بی سیم در هم تنیده شده می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

انتقال بسته بر مبنای چنین نسبتی دارای مزیت محاسبه ایرادات IEEE 802.11 بوده، و باعث بهبود عملکرد کلی جریانات TCP که از دامین کابلی و بی سیم عبور می کند می گردد. بر طبق به تعداد گره های بی سیم همچنین رقابت های موجود در دامین بی سیم، نسبت انتقال برای هر یک از جریانات به صورت مجزا انطباق می یابد تا نشان دهنده تاثیر خاص محیط های متفاوت توسط هر یک از جریانات مجزا باشد. این موارد از طریق حفظ ساختار داده های جریان خاص در مسیر اینترنتی بدست می آید که به حفظ متغیرهای خاص برای هر جریان به صورت جداگانه، برای مثال تعداد توالی بسته، ، h، FHD و همچنین نسبت انتقال جریانR می پردازد. چنین جریانات خاصی که به تعیین اجرای هر جریان TCP می پردازد از طریق مسیر اینترنتی به اجرای نسبت انتقالی خاص ، مرتبط به بررسی های انجام شده توسط این جریانات می پردازد. در بخش 5، نشان می دهیم که چنین رویکردی باعث بهبود عملیاتی قابل توجهی در ارتباط با بازده TCP و بی طرفی آن می گردد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.