به نام خدا بهبود عملکرد TCP بر روی شبکه های سیار موردی با استفاده از روش بین الیه ای ارائه دهنده : امیر.
Download
Report
Transcript به نام خدا بهبود عملکرد TCP بر روی شبکه های سیار موردی با استفاده از روش بین الیه ای ارائه دهنده : امیر.
به نام خدا
بهبود عملکرد TCPبر روی شبکه های سیار موردی با استفاده از روش بین الیه ای
ارائه دهنده :امیر فرمانبر
استاد راهنما :دک تر مهدی دهقان
بهمن 85
1
روئس مطالب
2
مقدمه
چالشهای TCPدر شبکه های موردی
روشهای بهبود عملکرد TCPدر شبکه های موردی
روش پيشنهادی
ارزيابی روش پيشنهادی
نتيجه گيری و کارهای اتی
مقدمه
شبکه موردی
مجموعه ای از گره های بی سیم پویا بدون نیاز به زیر ساخت از پیش اماده
یک سیستم خود مختار با گره های ازاد(مسیریاب) و لینکهای بی سیم
سیستم توزیع شده با گره های پویا ،ازاد و خود سازمانده با فرم موقت
انواع ان
3
کاربرد ان
شبکه ایستا موردی
میادین جنگ
شبکه سیار موردی
امداد و نجات
پروتکل کنترل انتقال
ویژگی های TCP
دو پنجره :پنجره اعالنی (گیرنده)
پنجره ازدحام(فرستنده)
4
اتصال گرا بودن
دو طرفه کامل
مطمئن بودن
مکانیزم کنترل جریان
مکانیزم کنترل ازدحام
شروع اهسته
اجتناب از ازدحام
انتقال مجدد سریع
TCP
انواع خطا
تایید دو نسخه ای سه گانه
انقضای مهلت مقرر
5
چالشهای TCPدر شبکه های موردی
کانالهای پرخطا
ایستگاه های اشکار و پنهان
ایستگاه پنهان :دور بودن 2ایستگاه از یکدیگر تصادم
ایستگاه اشکار :نزدیک بودن دو ایستگاه به يکدیگر کاهش استفاده از کانال
راه حل :مکانیزم RTS/CTS
6
تضعیف سیگنال:کاهش انرژی گیرنده
محوشدگی کانال
چالشهای TCPدر شبکه های موردی
مسیر نامتقارن
پهنای باند نامتقارن :نرخ انتقال متفاوت
نرخ خطای نا متقارن:
مسیر نامتقارن :عدم یکسان بودن مسیر داده و مسیر تایید ان
شبکه ماهواره ای
تقسیم بندی شبکه
7
استفاده از مکانیسم عقب گرد توانی
عدم اطالع از زمان صحیح اتصال مجدد موجب طوالنی بودن زمان بیکاری می شود
چالشهای TCPدر شبکه های موردی
. شکست مسیر
عامل اصلی ان :تحرک
موجب خطاهای انتقال تکراری می شود
مداخله الیه لینک
محدودیتهای انرژی
8
ذخیره سازی انرژی :کاهش مصرف انرژی
کنترل انرژی :تنظیم انتقال انرژی روی گره های سیار
روشهای بهبود عملکرد TCPروی شبکه های موردی
معماری
شکستن سیستم به درون مولفه های ماژوالر +مشخص کردن تعامالت این مولفه های ماژوالر
ماژول بندی :دادن انتزاع به طراحان سیستم برای فهم بهتر و تسریع در طراحی و پیاده سازی
ویژگیها :تک ثیر و ازدیاد +طول عمر
مستلزم دید طوالنی مدت از سیستم
عملکرد
مستلزم دید کوتاه مدت از سیستم
9
روشهای بهبود عملکرد TCPروی شبکه های موردی
معماری
الیه ای
طراحی مناسب
خطا از یک الیه خاص نشات می گیرد
مناسب برای شبکه های سیمی
نحوه ارتباط بین الیه ها :شدید و محکم
بین الیه ای
عملکرد مناسب
خطا از چند الیه نشات می گیرد
مناسب برای شبکه های بی سیم و سیار
نحوه ارتباط بین الیه ها :منعطف و پیچیده
10
روشهای بهبود عملکرد TCPروی شبکه های موردی
مشکالت شبکه های موردی
مشکالت شبکه های ایستای موردی()SANETs
تداخل روی کانال بی سیم
ناعدالتی TCP
مشکالت شبکه های سیار موردی()MANETs
11
عدم توانائی TCPدر تمایزبین علل گم شدن بسته
کاهش عملکرد TCPدر اثر عوامل ذاتی MANETs
روشهای بهبود عملکرد TCPروی شبکه های موردی
پيشنهادات بهبودعملکرد TCPدر شبکه هاي موردي
پيشنهادات اليه ای
اليه لينک
12
اليه شبکه
پيشنهادات بين اليه ای
TCP
شبکه و فيزيکي
TCPفيزيکي و
TCPو لينک
شبکه و TCP
روی شبکه های موردیTCP روشهای بهبود عملکرد
TCP-F
ELFN
ATCP
TCP-BuS
و شبکهTCP
TCP
Fixed RTO
TCP-DOOR
13
روش بین الیه ای TCP-F
مبتنی بر بازخور به منظور اداره کردن شکستهای مسیر
فرستنده :TCPامکان تشخیص بین گمشدن های بسته در اثر ازدحام و شکست مسیر
سناریوی کلی و ساده و غیر قابل اتکا
14
روش بین الیه ای ELFN
شبیه + TCP-Fتعامل واقعی بین پروتکل مسیریابی و TCP
ELFNشبیه Host Unreachable ICMP
ELFNدر برگیرنده پورتها و ادرسهای فرستنده و گیرنده
15
-1کشف شکست
.2ارسال پيام ELFN
.3از کار انداختن تايمرها
.4کاوش شبکه
ATCP
قرار گرفتن الیه ای نازک ( )ATCPبین TCPو IP
16
استفاده از ICMPو ECN
استفاده از باز خور الیه شبکه
تشخیص تکه تکه شدن شبکه و ازدحام
( ATCPادامه)...
ترکیبی از Destination Unreachable ICMP+ECN
دریافت 3dupackنشانه وجود کانال پرخطا ورود به وضعیت اصرار
ECN نشانه یک ازدحام معمولی
تست بر روی شبکه اترنت
فرض :ECNفرستنده همیشه در دسترس
17
TCP-BuS
مبتنی بر باز خور
قابلیت بافر کردن در گره های سیار
استفاده از چند مکانیزم برای کشف شکست مسیر
اعالن سریع
اعالن صریح قطع اتصال مسیر
اعالن صریح موفقیت مسیر
بسط RTO
بافر کردن بسته ها در طی فاز ایجاد دوباره مسیر
18
روشهای الیه TCPدر بهبود عملکرد روی شبکه های موردی
Fixed TCP
مبتنی بر فرستنده
عدم تکیه بر باز خور شبکه
روش ابتکاری برای تشخیص بین شکست مسیر و ازدحام
TCP استاندارد
19
عدم دریافت تایید بسته
راه اندازی الگوریتم عقبگرد نمای ی
تاخیر زیاد و غیر ضروری
روشهای الیه ای در بهبود عملکرد TCPروی شبکه های موردی
TCP-DOOR
رهیافتی انتها به انتها
عدم نیاز به همکاری گره های میانی
تحویل داده خارج از نوبت :نشانه شکست مسیر
20
مبتنی بر فرستنده
استفاده از خصوصیت غیر کاهشی شماره تایید
استفاده از یک بایت اختیاری ADSN
عدم نیاز به اخطارهای فرستنده به گیرنده
مبتنی بر گیرنده
استفاده از دو بایت اختیاری TPSN
روشهای بهبود عملکرد TCPروی شبکه های موردی
کاهش عملکرد TCPدر اثر عوامل ذاتی MANETs
روش بین الیه ای بین TCPو الیه شبکه
روش Split TCP
روشهای بین الیه ای بین الیه فیزیکی و الیه شبکه
روش مسیر یابی انحصاری
روش مدیریت لینک مبتنی بر قدرت سیگنال
روش الیه ای در الیه شبکه
روش مسیریابی مسیر پشتیبان
21
روش Split TCP
22
تحرک :دلیل اصلی شکست مسیر
افزایش تعداد گامه = افزایش شکست مسیر
تقسیم یک اتصال TCPبه سگمنت های کوچک تر
گره پروکسی :گره واسط بین دو سگمنت محلی
وظیفه پروکسی :گرفتن بسته +بافر کردن انها +ارسال تایید محلی به فرستنده یا پروکسی قبلی
عملکرد مناسب :وجود 3تا 5پروکسی
روش مسیر یابی انحصاری
کشف شکست مسیر مبتنی بر انرژی
23
کشف مسیر به صورت پیش فعال
روش مدیریت لینک مبتنی بر قدرت سیگنال
نگهداری یک رکورد از قدرت سیگنال دریافتی
از گره های همسایه تک گامه در هر گره
پیشگوی ی شکست مسیر 0.1ثانیه پیش از شکست مسیر
توسط پروتکل مسیریابی
کشف مسیر به صورت پیش فعال
24
روش مسیریابی مسیر پشتیبان
25
نگهداری چند مسیر از مبدا به مقصد
استفاده از یک مسیر در هر لحظه
جایگزینی مسیر پشتیبان بعد از شکست مسیر
بهبود موجود بودن مسیر در اتصال TCPبا استفاده از مسیریابی چند مسیره
روش پیشنهادی
26
روش بین الیه ای
تشخیص علت گم شدن بسته
بهبود عملکرد TCPدر شبکه های موردی
استفاده از سه الیه به صورت بین الیه ای
ایجاد یک الیه جدید موازی با پشته پروتکل
الیه :Observerمحل مشترک به اشتراک گذاری داده +مدیریت اطالعات
عدم نیاز به پشتیبانی ایستگاه های پایه و زیر ساخت شبکه
پیاده سازی اسان
روش پیشنهادی (ادامه)...
تمایز گمشدن بسته در اثر ازدحام با گمشدن بسته در اثر عوامل ذاتی شبکه های موردی
عوامل ذاتی :تضعیف سیگنال ،نرخ تحرک گره های همسايه ،وجود و تعداد شکستهای مسير
بهبود عملکرد TCPروی شبکه های موردی
27
تعامالت الیه فیزیکی و Observer
یکی از فاک تورهای کاهش عملکرد :TCPتضعیف ونوسانات سیگنال دریافتی
عوامل تضعیف ونوسانات سیگنال دریافتی :تحرک گره ها و شرایط کانال
تمایز گم شدن بسته در اثر تضعیف ونوسانات سیگنال دریافتی از گم شدن بسته در اثر ازدحام
وجود یک شمارنده( )FCounterبرای مدیریت بهتر نوسانات قدرت سیگنال دریافتی
استفاده از دو سطح استانه سیگنال دریافتی در Observerبرای اداره کردن نوسانات سیگنال دریافتی
تعامل الیه فیزیکی با الیه شبکه از طریق Observer
چک کردن سطح انرژی سیگنال دریافتی در الیه فیزیکی
قدرت سیگنال دریافتی کمتر از نصف سیگنال اولیه ارسال یک پیام به الیه مدیریت
قدرت سیگنال دریافتی کمتر از ربع سیگنال افزایش یافته ارسال یک پیام به الیه مدیریت
28
تعامالت الیه فیزیکی (ادامه)...
Fcounter=1
Fcounter=2
29
ارسال یک پیام جستجوی یک مسیر رزرو به الیه شبکه توسط Observer
ارسال یک پیام تعویض مسیر رزرو به الیه شبکه توسط Observer
تعامالت الیه شبکه و Observer
تحرک :رخدادی همیشگی در شبکه های سیار موردی
تحرک :موجب قطع اتصاالت و شکستهای مسیر متوالی
الیه :Observerدارای یک شمارنده Dcounterو یک DTimer
وظیفه الیه شبکه :چک کردن وضعیت اتصال بندی
در زمان قطع اتصال ارسال یک پیام از الیه شبکه به الیه جدید
4 بار امکان ارسال پیام قطع اتصال از فرستنده به الیه جدید
زمان جستجو برابر با 2ثانیه
30
تعامالت الیه شبکه (ادامه)...
افزایش شمارنده وارسال یک پیام چک کردن وضعیت از سوی الیه جدید بعد از هر بار پیام قطع اتصال
31
تعامالت TCPو Observer
ارسال یک پیام بعد از هر گم شدن بسته از TCPبه الیه جدید
وظیفه :Observerشناسای ی علت گم شدن بسته و تصمیم گیری در مورداتخاذ تصمیم مناسب
دربرابر گم شدن بسته
32
کنترل ازدحام معمولی :عدم وجود اطالعات در Observer
ورود به مرحله :Freezeوجود اطالعات در Observer
خروج از مرحله :Freezeدر صورت Resetشدن شمارنده ها و Timer
تعامالت)TCPادامه)...
33
تصمیم گیری Observerدر مقابل گم شدن بسته با استفاده ازاطالعات الیه های دیگر
ارزيابی روش پيشنهادی
استفاده از شبيه ساز شبکهOPNET Modeler10.0
فرض :سیار بودن فرستنده و گیرنده
توپولوژی زنجیری
پروتکلهای مسیریابی Mobile IP :و AODV
فاک تورهای ارزیابی :زمان انتقال فایل و گذردهی
34
گذردهی با در نظرگرفتن تحرک گره ها و قطع اتصال
ارزيابی روش پيشنهادی (ادامه)...
35
ازمایش اول :تحرک با سرعتهای مختلف
درصد بهبودی %27 :تا %32
36
ازمایش دوم :وجود و تعداد قطع اتصاالت
درصد بهبودی %21 :تا %29
37
ازمایش سوم :تاثیرات اندازه بسته بر روی گذردهی
درصد بهبودی%19 :تا %30
38
مقایسه یک :تحرک با سرعتهای مختلف
اختالف درصد بهبودی %5:تا%7
39
مقایسه دوم :وجود و تعداد قطع اتصاالت
اختالف درصد بهبودی:حداک ثر %10
40
مقایسه سوم :تاثیرات اندازه بسته بر روی گذردهی
اختالف درصد بهبودی%1:
41
نتیجه گیری
42
تفاوت درصد بهبودی از یک سناریو به سناریو دیگر
وجود تاثیر پروتکل مسیریابی
عدم نیاز به پشتیبانی ایستگاههای پایه
تغییرات اندک در پشته پروتکل شبکه
امکان تشخیص علت گم شدن بسته
بهبود عملکرد TCPدر شبکه های سیار موردی
کارهای اینده
بررسی تاثیر اطالعات الیه کاربرد
استقرار و استفاده عملی روش پیشنهادی
بررسی امنیت و مدیریت انرژی در کنار بهبود عملکرد TCP
43
مراجع
[1] M. Hassan, R.Jain, “high-performance TCP/IP NETWORKING concepts, issues and solutions,”
Pearson prentice Hall, Inc. NY, USA, 2004.
[2] V. Jacobson, “Congestion avoidance and control”, in Proc. of ACM SIGCOMM, Vancouver, Canada,
Aug. 1998.
[3] K. Chin, J. Judge, A. Williams, and R. Kermode, “Implementation experience with MANET routing
protocols,” ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 32, no. 5, pp. 49–59, Nov. 2002.
[4] C. Perkins and T. Watson, “Highly dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector routing (DSDV)
for mobile computers,” in Proc.of ACM SIGCOMM, London, UK, 1994.
[5] C. Perkins, E. Belding-Royer, and S. Das, “Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing,”
RFC 3561, Category: Experimental, Jul. 2003.
[6] K. Xu, M.Gerla, and S. Bae, “Effectiveness of RTS/CTS handshake in IEEE 802.11 based ad hoc
Networks,” Ad Hoc Networks Journal,Elsevier, vol. 1, no. 1, pp. 107–123, Jul. 2003.
[7] V. Paxson and M. Altman, “Computing TCP’s retransmission timer,” RFC 2988, Category: Standard
Track, Nov. 2000.
[8] C. Jones, K. Sivalingam, P. Agarwal, and J. Chen, “A survey of energy efficient network protocols for
wireless and mobile networks,” ACM Wireless Networks, vol. 7, no. 4, pp. 343–358, 2001.
[9] F. Klemm, S. Krishnamurthy, and S. Tripathi, “Alleviating effects of mobility on tcp performance in ad
hoc networks using signalstrength based link management,” in Proc. of the Personal Wireless
Communications, Venice, Italy, Sep. 2003, pp. 611–624.
[10] M. Chiang, “Balancing transport and physical layers in wireless ad hoc networks: jointly optimal
TCP congestion control and power control,” IEEE JSAC, vol. 23, no. 1, pp. 104–116, Jan 2005.
44
)...مراجع(ادامه
[11] V. Kawadia and P. Kumar, “A cautionary perspective on cross layer design,” IEEE Wireless
Communication Magazine, vol. 12, no. 1,pp. 3–11, Feb. 2005.
[12] K. Tang and M. Gerla, “Fair sharing of MAC under TCP in wireless Ad Hoc networks,” in Proc. of
IEEE Multiclass Mobility and Teletraffic for Wireless Communications Workshop, Venice, Italy, Oct. 1999.
[13] K. Xu, M. Gerla, L. Qi, and Y. Shu, “Enhancing TCP fairness in ad hoc wireless networks using
neighborhood red,” in Proc. of ACMMOBICOM, San Diego, CA, USA, Sep. 2003, pp. 16–28.
[14] V.Anantharaman, S.-J. Park, K. Sundaresan, and R. Sivakumar, “TCP performance over mobile ad
hoc networks: A quantitative study,” Journal of Wireless Communications and Mobile Computing, vol. 4,
no. 2, pp. 203–222, Mar. 2004.
[15] M. Gerla, K. Tang, and R. Bagrodia, “TCP performance in wireless multi-hop networks,” in Proc. of
the IEEE WMCSA, New Orleans, USA, 1999.
[16] K. Chandran, S. Raghunathan, S. Venkatesan, and R. Prakash, “A feedback based scheme for
improving TCP performance in Ad-Hoc wireless networks,” in Proc. of the International Conference on
Distributed Computing Systems (ICDCS’98), Amsterdam, Netherlands, May 1998.
[17] G. Holland and N. Vaidya, “Analysis of TCP performance over mobile ad hoc networks,” ACM
Wireless Networks, vol. 8, no. 2, pp.275–288, Mar. 2002.
[18] J. Liu and S. Singh, “ATCP: TCP for mobile ad hoc networks,” IEEE JSAC, vol. 19, no. 7, pp. 1300–
1315, Jul. 2001.
[19] D. Kim, C. Toh, and Y. Choi, “TCP-BuS: Improving TCP performance in wireless ad hoc networks,”
Journal of Communications and Networks, vol. 3, no. 2, pp. 175–186, Jun. 2001.
45
تشکر از حضور و توجه شما
اماده پاسخگوی ی به سئواالت
46
ایستگاه های اشکار و پنهان
ایستگاه پنهان
47
ایستگاه اشکار
مقایسه روشهای بین الیه ای TCPو شبکه
شباهت :امکان تشخیص شکستهای مسیر از ازدحام
تفاوت :چگونگی کشف مسیرهای دوباره ایجاد شده
TCP-BuSو TCP-F
اعالن صریح از الیه شبکه
ELFNو ATCP
استفاده از مکانیزم جستجو
48
مزیت :پیاده سازی اسانتر
چالش ها :بار زیاد و مقدار بهینه فواصل زمانی جستجو
( Fixed RTOادامه)...
Fixed RTO
عدم دریافت تایید بسته
عدم راه اندازی الگوریتم عقبگرد نمای ی
ارسال دوباره بسته
عدم افزایش نمای ی
ثابت نگه داشتن RTO
49
) ELFNادامه…(
مزایای روش بین الیه ای ELFN
50
توقف ارسال بسته تا زمان محاسبه یک مسیر جدید
کاهش تعداد دفعات RTO
پنهان سازی تاخیر محاسبه دوباره مسیر
مقایسه Fixed RTOو TCP-DOOR
شباهت:
عدم نیاز به همکاری گره های میانی
عدم نیاز به اعالن صریح از سوی الیه مسیریابی
تفاوت:
: Fixed RTOدو بار RTOنشانه شکست مسیر
: TCP-DOORتحویل خارج از نوبت درفرستنده یا Sinkنشانه شکست مسیر
مقایسه:
51
: TCP-DOORعملکرد بهتر+تغییرات بیشتر
( Split TCPادامه)...
مزایا
عدم تغییر TCPدر میزبانهای ثابت
کوتاه شدن RTTدر لینکهای بی سیم
اشکاالت
52
بازیابی سریعتر
وجود سربارهای اضافی
نیازمند به بافری بزرگ تر
نامطمئن بودن
نقض مفهوم انتها به انتها
دارا بودن وضعيت سخت در ايستگاه پايه
مقایسه کلی روشهای گذشته
53