1

به نام خدا

بر روی شبکه های سیار موردی با TCPبهبود عملکرد استفاده از روش بین الیه ای

ارائه دهنده : امیر فرمانبر

استاد راهنما: دکتر مهدی دهقان85بهمن

2

رئوس مطالب

مقدمه چالشهایTCPدر شبکه های موردی روشهای بهبود عملکردTCPدر شبکه های موردی روش پيشنهادیارزيابی روش پيشنهادینتيجه گيری و کارهای آتی

3

مقدمه

بی سیم پویا بدون نیاز به زیر ساخت از پیش آماده مجموعه ای از گره های

شبکه موردی

یک سیستم خود مختار با گره های آزاد)مسیریاب( و لینکهای بی سیم

انواع آن

سیستم توزیع شده با گره های پویا، آزاد و خود سازمانده با فرم موقت

شبکه ایستا موردی

شبکه سیار موردی

کاربرد آن

میادین جنگامداد و نجات

4

پروتکل کنترل انتقال

ویژگی هایTCP

اتصال گرا بودندو طرفه کاملمطمئن بودنمکانیزم کنترل جریان مکانیزم کنترل ازدحام

شروع آهسته

اجتناب از ازدحام

انتقال مجدد سریع

)دو پنجره: پنجره اعالنی )گیرنده پنجره ازدحام)فرستنده(

5

TCP

انواع خطا تایید دو نسخه ای سه گانه انقضای مهلت مقرر

6

در شبکه های TCPچالشهای موردی

کانالهای پرخطا تضعیف سیگنال:کاهش انرژی گیرنده

محوشدگی کانال

ایستگاه های آشکار و پنهان

ایستگاه آشکار: نزدیک بودن دو ایستگاه به يکدیگرراه حل : مکانیزم کاهش استفاده از کانال

RTS/CTS

ایستگاه از 2: دور بودن ایستگاه پنهان یکدیگر تصادم

7

در شبکه های TCPچالشهای موردی

مسیر نامتقارن پهنای باند نامتقارن: نرخ انتقال متفاوت شبکه ماهواره ای :نرخ خطای نا متقارن مسیر نامتقارن: عدم یکسان بودن مسیر داده و مسیر تایید آن

تقسیم بندی شبکه

عدم اطالع از زمان صحیح اتصال مجدد موجب طوالنی بودن زمانبیکاری می شود

استفاده از مکانیسم عقب گرد توانی

8

در شبکه های TCPچالشهای موردی

. شکست مسیر عامل اصلی آن: تحرکموجب خطاهای انتقال تکراری می شود مداخله الیه لینک

محدودیتهای انرژی

کنترل انرژی: تنظیم انتقال انرژی روی گره های سیار

ذخیره سازی انرژی: کاهش مصرف انرژی

9

روی شبکه های TCPروشهای بهبود عملکرد موردی

معماریشکستن سیستم به درون مولفه های ماژوالر+ مشخص کردن تعامالت این مولفه های ماژوالرماژول بندی: دادن انتزاع به طراحان سیستم برای فهم بهتر و تسریع در طراحی و پیاده سازی

ویژگیها: تکثیر و ازدیاد + طول عمر مستلزم دید طوالنی مدت از سیستم

عملکرد مستلزم دید کوتاه مدت از سیستم

10

روی شبکه های TCPروشهای بهبود عملکرد موردی

معماری الیه ای

طراحی مناسب خطا از یک الیه خاص نشات می گیرد مناسب برای شبکه های سیمی

بین الیه ایعملکرد مناسب خطا از چند الیه نشات می گیردمناسب برای شبکه های بی سیم و سیار

نحوه ارتباط بین الیه ها: شدید و محکم

نحوه ارتباط بین الیه ها: منعطف و پیچیده

11

روی شبکه های TCPروشهای بهبود عملکرد موردی

مشکالت شبکه های موردی(مشکالت شبکه های ایستای موردیSANETs)

(مشکالت شبکه های سیار موردیMANETs)

تداخل روی کانال بی سیم ناعدالتیTCP

عدم توانائیTCP در تمایزبین علل گم شدن بسته

کاهش عملکردTCP در اثر عوامل ذاتی MANETs

12

روی شبکه های TCPروشهای بهبود عملکرد موردی

در شبکه TCP پيشنهادات بهبودعملکرد هاي موردي

پيشنهادات بين اليه ای

اليه ای پيشنهادات

شبکه وTCP

و لينک TCP

فيزيکي و TCP

شبکه و فيزيکي

TCP اليه شبکه اليه لينک

13

روی شبکه های TCPروشهای بهبود عملکرد موردی

TCP و شبکه TCP-FELFNATCPTCP-BuS

TCPFixed RTOTCP-DOOR

14

TCP-Fروش بین الیه ای

شکستهای مسیر به منظور اداره کردن بازخورمبتنی بر

فرستندهTCP امکان تشخیص بین گمشدن های بسته در اثر ازدحام و :شکست مسیر

سناریوی کلی و ساده و غیر قابل اتکا

15

ELFNروش بین الیه ای

شبیهTCP-F تعامل واقعی بین پروتکل مسیریابی و + TCP

ELFN شبیه Host Unreachable ICMP

ELFN در برگیرنده پورتها و آدرسهای فرستنده و گیرنده

1کشف شکست -

2 ارسال پيام.ELFN

3از کار انداختن تايمرها .4. کاوش شبکه

16

ATCP

( قرار گرفتن الیه ای نازکATCP بین )TCP وIP استفاده از ICMP وECN

استفاده از باز خور الیه شبکه

تشخیص تکه تکه شدن شبکه و ازدحام

17

ATCP)...ادامه(

ترکیبی ازDestination Unreachable ICMP+ECN 3دریافتdupackنشانه وجود کانال پرخطا ورود به وضعیت اصرار

ECN نشانه یک ازدحام معمولی

تست بر روی شبکه اترنت

فرضECNفرستنده همیشه در دسترس :

18

TCP-BuS

مبتنی بر باز خور قابلیت بافر کردن در گره های سیار

استفاده از چند مکانیزم برای کشف شکست مسیر

اعالن سریع

بسطRTO

اعالن صریح قطع اتصال مسیر اعالن صریح موفقیت مسیر

بافر کردن بسته ها در طی فاز ایجاد دوباره مسیر

19

در بهبود عملکرد روی شبکه TCPروشهای الیه های موردی

Fixed TCP

مبتنی بر فرستندهعدم تکیه بر باز خور شبکهروش ابتکاری برای تشخیص بین شکست مسیر و ازدحام

TCPاستاندارد عدم دریافت تایید بسته

راه اندازی الگوریتم عقبگرد نمایی

تاخیر زیاد و غیر ضروری

20

روی شبکه TCPروشهای الیه ای در بهبود عملکرد های موردی

TCP-DOOR رهیافتی انتها به انتها عدم نیاز به همکاری گره های میانی

تحویل داده خارج از نوبت : نشانه شکست مسیر مبتنی بر فرستنده

مبتنی بر گیرنده

استفاده از خصوصیت غیر کاهشی شماره تایید استفاده از یک بایت اختیاریADSN

عدم نیاز به اخطارهای فرستنده به گیرنده

استفاده از دو بایت اختیاریTPSN

21

روی شبکه های TCPروشهای بهبود عملکرد موردی

کاهش عملکردTCP در اثر عوامل ذاتی MANETs روش بین الیه ای بینTCPو الیه شبکه

روشهای بین الیه ای بین الیه فیزیکی و الیه شبکه

روش الیه ای در الیه شبکه

روشSplit TCP

روش مسیر یابی انحصاریروش مدیریت لینک مبتنی بر قدرت سیگنال

روش مسیریابی مسیر پشتیبان

22

Split TCPروش

تحرک: دلیل اصلی شکست مسیرافزایش تعداد گامه = افزایش شکست مسیر تقسیم یک اتصالTCPبه سگمنت های کوچکتر گره پروکسی: گره واسط بین دو سگمنت محلی وظیفه پروکسی: گرفتن بسته + بافر کردن آنها + ارسال تایید محلی به

فرستنده یا پروکسی قبلی پروکسی 5 تا 3عملکرد مناسب: وجود

23

روش مسیر یابی انحصاری

کشف شکست مسیر مبتنی بر انرژی

کشف مسیر به صورت پیش فعال

24

روش مدیریت لینک مبتنی بر قدرت سیگنال

نگهداری یک رکورد از قدرت سیگنال دریافتیاز گره های همسایه تک گامه در هر گره

ثانیه پیش از شکست مسیر 0.1پیشگویی شکست مسیر توسط پروتکل مسیریابی

کشف مسیر به صورت پیش فعال

25

پشتیبان مسیر مسیریابی روش

نگهداری چند مسیر از مبدا به مقصداستفاده از یک مسیر در هر لحظهجایگزینی مسیر پشتیبان بعد از شکست مسیر بهبود موجود بودن مسیر در اتصالTCP با استفاده از مسیریابی

چند مسیره

26

روش پیشنهادی

روش بین الیه ای تشخیص علت گم شدن بسته بهبود عملکردTCPدر شبکه های موردی استفاده از سه الیه به صورت بین الیه ایایجاد یک الیه جدید موازی با پشته پروتکل الیهObserver محل مشترک به اشتراک گذاری داده + مدیریت :

اطالعات عدم نیاز به پشتیبانی ایستگاه های پایه و زیر ساخت شبکه پیاده سازی آسان

27

روش پیشنهادی )ادامه...(

تمایز گمشدن بسته در اثر ازدحام با گمشدن بسته در اثر عوامل ذاتی شبکههای موردی

های همسايه، وجود و تعداد عوامل ذاتی: تضعیف سیگنال ، نرخ تحرک گرهشکستهای مسير

بهبود عملکردTCPروی شبکه های موردی

28

Observerتعامالت الیه فیزیکی و

یکی از فاکتورهای کاهش عملکردTCP تضعیف 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 شمارندهFCounter) برای مدیریت بهتر نوسانات قدرت سیگنال دریافتی استفاده از دو سطح آستانه سیگنال دریافتی درObserver برای اداره کردن

نوسانات سیگنال دریافتی تعامل الیه فیزیکی با الیه شبکه از طریقObserver 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

29

تعامالت الیه فیزیکی )ادامه...(

Fcounter=1جستجوی یک مسیر رزرو به الیه شبکه توسط ارسال یک پیامObserver

Fcounter=2 تعویض مسیر رزرو به الیه شبکه توسط ارسال یک پیامObserver

30

Observerتعامالت الیه شبکه و

تحرک: رخدادی همیشگی در شبکه های سیار موردی تحرک: موجب قطع اتصاالت و شکستهای مسیر متوالی الیهObserver دارای یک شمارنده :Dcounter و 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 ثانیه 2زمان جستجو برابر با

31

تعامالت الیه شبکه )ادامه...(

افزایش شمارنده وارسال یک پیام چک کردن وضعیت از سوی الیه جدید بعد از هر بارپیام قطع اتصال

32

Observer و TCPتعامالت

ارسال یک پیام بعد از هر گم شدن بسته ازTCP به الیه جدید

وظیفه:Observer شناسایی علت گم شدن بسته و تصمیمگیری در مورداتخاذ تصمیم مناسب دربرابر گم شدن بسته

کنترل ازدحام معمولی: عدم وجود اطالعات درObserver

ورود به مرحلهFreeze وجود اطالعات در :Observer

خروج از مرحلهFreeze در صورت :Reset شدن شمارنده ها وTimer

33

تعامالت TCP((...ادامه

تصمیم گیریObserver در مقابل گم شدن بسته با استفاده ازاطالعات الیه های دیگر

34

ارزيابی روش پيشنهادی

استفاده از شبيه ساز شبکهOPNET Modeler10.0 فرض: سیار بودن فرستنده و گیرندهتوپولوژی زنجیری :پروتکلهای مسیریابی Mobile IP وAODV فاکتورهای ارزیابی: زمان انتقال فایل و گذردهی

گذردهی با در نظرگرفتن تحرک گره ها و قطع اتصال

35

ارزيابی روش پيشنهادی )ادامه...(

36

آزمایش اول: تحرک با سرعتهای مختلف

:32% تا 27درصد بهبودی%

37

آزمایش دوم: وجود و تعداد قطع اتصاالت

:29% تا 21درصد بهبودی%

38

آزمایش سوم: تاثیرات اندازه بسته بر روی گذردهی

:30%تا 19درصد بهبودی%

39

مقایسه یک: تحرک با سرعتهای مختلف

:7% تا5اختالف درصد بهبودی%

40

مقایسه دوم: وجود و تعداد قطع اتصاالت

10اختالف درصد بهبودی:حداکثر%

41

تاثیرات اندازه بسته بر روی مقایسه سوم: گذردهی

:1اختالف درصد بهبودی%

42

نتیجه گیری

تفاوت درصد بهبودی از یک سناریو به سناریو دیگر مسیریابیپروتکلوجود تاثیر عدم نیاز به پشتیبانی ایستگاههای پایهتغییرات اندک در پشته پروتکل شبکهامکان تشخیص علت گم شدن بسته بهبود عملکردTCPدر شبکه های سیار موردی

43

کارهای آینده

بررسی تاثیر اطالعات الیه کاربرداستفاده عملی روش پیشنهادی استقرار و بررسی امنیت و مدیریت انرژی در کنار بهبود

TCPعملکرد

44

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.

45

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.

46

تشکر از حضور و توجه شما

آماده پاسخگویی به سئواالت

47

ایستگاه های آشکار و پنهان

ایستگاه آشکار ایستگاه پنهان

48

و TCPمقایسه روشهای بین الیه ای شبکه

شباهت: امکان تشخیص شکستهای مسیر از ازدحام تفاوت: چگونگی کشف مسیرهای دوباره ایجاد شده

TCP-BuS وTCP-F

ELFN وATCP

اعالن صریح از الیه شبکه

استفاده از مکانیزم جستجو

مزیت: پیاده سازی آسانتر

چالش ها: بار زیاد و مقدار بهینه فواصل زمانی جستجو

49

Fixed RTO)...ادامه(

Fixed RTOعدم دریافت تایید بسته عدم راه اندازی الگوریتم عقبگرد نمایی

ارسال دوباره بسته

عدم افزایش نمایی

ثابت نگه داشتنRTO

50

)ELFN ادامه…(

مزایای روش بین الیه ایELFNتوقف ارسال بسته تا زمان محاسبه یک مسیر جدید

کاهش تعداد دفعاتRTO

پنهان سازی تاخیر محاسبه دوباره مسیر

51

TCP-DOOR و Fixed RTOمقایسه

:شباهت

:تفاوت

عدم نیاز به همکاری گره های میانی عدم نیاز به اعالن صریح از سوی الیه مسیریابی

Fixed RTO دو بار : RTOنشانه شکست مسیر

TCP-DOOR تحویل خارج از نوبت درفرستنده یا : Sinkنشانه شکست مسیر

:مقایسهTCP-DOORعملکرد بهتر+تغییرات بیشتر :

52

Split TCP )...ادامه(

مزایا

اشکاالت

عدم تغییرTCPدر میزبانهای ثابت کوتاه شدنRTT در لینکهای بی سیم

وجود سربارهای اضافی

بازیابی سریعتر

نیازمند به بافری بزرگتر

نقض مفهوم انتها به انتهانامطمئن بودن

دارا بودن وضعيت سخت در ايستگاه پايه

53

مقایسه کلی روشهای گذشته