Μουρατίδου Αικατερίνθ, Φαντίδθσ Ιάκωβοσ

Transcript

1 Α.Σ.Ε.Ι. Καβάλασ χολι Σεχνολογικϊν Εφαρμογϊν Βιομθχανικι Πλθροφορικι Μουρατίδου Αικατερίνθ, Φαντίδθσ Ιάκωβοσ Επιβλζποντες καθηγητζς Κωνςταντίνοσ Σςίκνασ (Α Επιβλζπων) Παπαδάκθσ τυλιανόσ (Β Επιβλζπων) πουδαστζς Μουρατίδου Αικατερίνθ, Α.Ε.Μ Φαντίδθσ Ιάκωβοσ, Α.Ε.Μ Καβάλα, Νοζμβριοσ 2010

2 ΘΕΜΑ: Εθηίκεζε ηνπ πξσηνθόιινπ κεηαθνξάο TCP ζηα Αζύξκαηα Δίθηπα Επξείαο Κιίκαθαο ηύπνπ. Επιβλζποντεσ κακθγθτζσ Κωνςταντίνοσ Σςίκνασ (Α Επιβλζπων) Παπαδάκθσ τυλιανόσ (Β Επιβλζπων) πουδαςτζσ Μουρατίδου Αικατερίνθ, Α.Ε.Μ Φαντίδθσ Ιάκωβοσ, Α.Ε.Μ Καβάλα, Νοζμβριοσ

3 ύλνςε Ο ζθνπφο ηεο παξνχζαο πηπρηαθήο εξγαζίαο είλαη ε κειέηε ηνπ πξσηνθφιινπ ηεο ΙΔΔΔ, ηνπ , γλσζηφηεξν θαη σο. Σν πξσηφθνιιν απηφ έρεη σο αληηθείκελφ ηνπ ηα αζχξκαηα κεηξνπνιηηηθά δίθηπα επηθνηλσληψλ θαη κεηαθνξάο δεδνκέλσλ Πην ζπγθεθξηκέλα, ζθνπφο ηεο εξγαζίαο είλαη ε κειέηε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ κέζνπ κεηάδνζεο ζηα αζχξκαηα ηνπηθά δίθηπα πνπ κπνξνχλ λα επεξεάζνπλ ηελ απφδνζε ελφο πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο. Δπίζεο ζα κειεηεζνχλ νξηζκέλεο παξαιιαγέο ηνπ TCP θαη ζα πξαγκαηνπνηεζεί ε ζπγθξηηηθή ηνπο αμηνιφγεζε ζηα δίθηπα απηά. Επραξηζηίεο ην ζεκείν απηφ ζα ζέιακε λα επραξηζηήζνπκε ζεξκά ηνλ επφπηε θαζεγεηή καο θ. Κσλζηαληίλν Σζίθλα γηα ηελ πιήξε ππνζηήξημή ηνπ, εθπαηδεπηηθά θαη ςπρνινγηθά, θαη φπνην πξφβιεκα αληηκεησπίδακε ήηαλ πάληα πξφζπκνο θαη δηαζέζηκνο λα καο βνεζήζεη. Δπίζεο επραξηζηνχκε πνιχ ηηο νηθνγέλεηέο καο θαη ηνπο θίινπο καο γηα ηελ έλζεξκε ζπκπαξάζηαζή ηνπο. 2

4 ΠΙΝΑΚΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Ειςαγωγι... ςελ. 6 Περίλθψθ... ςελ. 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Σο πρότυπο Ιςτορικι Αναδρομι... ςελ Ειςαγωγι ςτο (Worldwide Interoperability for Microwave Access)... ςελ Ανάλυςθ του wimax... ςελ Σεχνικά χαρακτθριςτικά φυςικοφ επιπζδου... ςελ Πολφπλεξθ OFDM (Orthogonal FDM)... ςελ Προςαρμοςτικι Διαμόρφωςθ (Adaptive Modulation Coding)... ςελ Time Division Duplex (TDD), Frequency Division Duplex (FDD)... ςελ Προςαρμοςτικζσ κεραίεσ (Adaptive Antennas)... ςελ Ζλεγχοσ ιςχφοσ (Power Control)... ςελ Πλεονεκτιματα του Wimax... ςελ Περιοριςμοί... ςελ φγκριςθ με το ςελ υμπεράςματα... ςελ. 19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Λάκθ ςτα αςφρματα δίκτυα 2.1 Παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν απόδοςθ των αςφρματων δικτφων... ςελ Προβλιματα του TCP ςτα αςφρματα δίκτυα... ςελ Σα λάκθ μετάδοςθσ ςτο αςφρματο κανάλι... ςελ Η διαχείριςθ ενζργειασ των αςφρματων ςυςκευϊν... ςελ Αςυμμετρία των αςφρματων καναλιϊν μεταξφ uplink και downlink... ςελ Κακυςτζρθςθ (delay)... ςελ Λιψθ πακζτων εκτόσ ςειράσ (packet reordering)... ςελ Κατθγοριοποίθςθ των προτεινόμενων λφςεων... ςελ Διαχωριςμόσ των TCP ςυνδζςεων (split mode approach)... ςελ. 29 3

5 2.3.2 Λφςθ ςτο επίπεδο διαςφνδεςθσ δεδομζνων (link layer approach)... ςελ FEC (Forward Error Correction)... ςελ ARQ (Automatic Repeat Query)... ςελ ELN (Explicit Loss Notification)... ςελ SNOOP... ςελ Προςζγγιςθ από άκρθ ςε άκρθ (end to end)... ςελ Σο μοντζλο κίνθςθσ pareto... ςελ Άλλεσ παράμετροι που κα πρζπει να λθφκοφν υπόψθ ςτθν εκτίμθςθ μιασ TCP υλοποίθςθσ... ςελ. 32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Παραλλαγζσ του πρωτοκόλλου TCP/IP 3.1 Σο πρωτόκολλο TCP Reno... ςελ Παραλλαγζσ του TCP... ςελ TCP Westwood... ςελ Εκτίμθςθ τθσ χωρθτικότθτασ του καναλιοφ Bandwidth Estimator (BWE)ςελ Αξιολόγθςθ του TCP Westwood... ςελ TCP Vegas... ςελ Μθχανιςμόσ Επαναμεταφοράσ... ςελ Μθχανιςμόσ Ελζγχου υμφόρθςθσ... ςελ Φάςθ Αργισ Εκκίνθςθσ... ςελ Αξιολόγθςθ του TCP Vegas ςε ςχζςθ με το Reno... ςελ Προβλιματα του TCP Vegas... ςελ TCP Veno... ςελ Προςκετικι αφξθςθ: Νζοσ μθχανιςμόσ αποφυγισ ςυμφόρθςθσ... ςελ Πολλαπλαςιαςτικι μείωςθ: Διαχωριςμόσ congestive non congestive κατάςταςθσ... ςελ TCP Bic (Binary Increase Congestion control)... ςελ. 50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Πειραματικό μζροσ υγκριτικι μελζτθ 4.1 Ειςαγωγι ςτον ns-2... ςελ. 53 4

6 4.2 Tcp linux... ςελ Η δυνατότθτα ελζγχου ςυμφόρθςθσ ςτο TCP Linux... ςελ Η υλοποίθςθ του πρωτοκόλλου TCP LINUX... ςελ Μοντζλο φαλμάτων ςτο Αςφρματο Κανάλι... ςελ Εξομοίωςθ του Gilbert Elliot ςτον ns-2... ςελ. 57 Κεφάλαιο 5 - Σοπολογίεσ 5.1 ενάριο 1: TCP ςφνδεςθ ςε αςφρματο δίκτυο τφπου wimax... ςελ ενάριο 2: TCP ςφνδεςθ ςε αςφρματο δίκτυο τφπου wimax... ςελ ενάριο 3: TCP ςφνδεςθ ςε αςφρματο δίκτυο τφπου wimax... ςελ. 69 Κεφάλαιο 6 Γενικά υμπεράςματα... ςελ. 74 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ 1 (scripts)... ςελ. 77 Αναφορζσ... ςελ. 98 5

7 Εηζαγσγή Σν TCP έρεη επηθξαηήζεη σο ην βαζηθφ πξσηφθνιιν κεηαθνξάο ηνπ Γηαδηθηχνπ. Ο θιαζζηθφο κεραληζκφο ειέγρνπ ζπκθφξεζεο πνπ δηαζέηεη (TCP Reno / New Reno), ζηεξίδεηαη ζηελ ζηαδηαθή αχμεζε ηεο ξνήο ησλ δεδνκέλσλ πξνθεηκέλνπ λα γίλεηαη πιήξεο αμηνπνίεζε ησλ δηαζέζηκσλ δηαδηθηπαθψλ πφξσλ (bandwidth), θαη ζηελ απφηνκε κείσζε ηεο, φηαλ παξαηεξεζεί ζπκθφξεζε ζην δίθηπν. Ο παξαπάλσ κεραληζκφο αλ θαη ρξεζηκνπνηείηαη ζήκεξα επξέσο κε επηηπρία ζηα ελζχξκαηα δίθηπα, θξίλεηαη εμαηξεηηθά αλεπαξθήο φηαλ πξφθεηηαη λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ κεηαθνξά δεδνκέλσλ κέζα απφ ηα αζχξκαηα ηνπηθά δίθηπα, θαζψο νη δηάθνξεο απψιεηεο πνπ ζπκβαίλνπλ ζε απηφ κεηαθξάδνληαη ιαλζαζκέλα ζαλ έλδεημε ζπκθφξεζεο απφ ην πξσηφθνιιν κεηαθνξάο θαη νδεγνχλ ζε ζεκαληηθή κείσζε ηεο ξνήο δεδνκέλσλ θαη θαηά ζπλέπεηα ηεο απφδνζεο (throughput). Πεξίιεςε Η παξνχζα πηπρηαθή εξγαζία είλαη δηαξζξσκέλε ζε 6 θεθάιαηα. ην πξψην θεθάιαην εμεηάδεηαη ην πξφηππν ΙΔΔΔ (wimax) πνπ ζήκεξα απνηειεί θαη ην πην δηαδεδνκέλν πξφηππν αζχξκαηνπ δηθηχνπ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ πξάμε, κε ηαρχηεηεο πνπ θζάλνπλ έσο θαη ζηα 70 Mbps. Αξρηθά γίλεηαη κία ηζηνξηθή αλαδξνκή ελψ ζηελ ζπλέρεηα παξαζέηνληαη πιεξνθνξίεο ηφζν ζεσξεηηθέο φζν θαη ηερληθέο ζρεηηθά κε ην πξφηππν. Σέινο γίλεηαη κία ζχγθξηζε κε ην πξφηππν ΙΔΔΔ (wifi) ην νπνίν είλαη πξνγελέζηεξν ηνπ ην δεχηεξν θεθάιαην γίλεηαη κία κειέηε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ αζχξκαηνπ θαλαιηνχ κεηάδνζεο, θαζψο θαη ηνπ ηξφπνπ κε ηνλ νπνίν απηά επεξεάδνπλ ηα πξσηφθνιια κεηαθνξάο. Γίλεηαη κία γεληθή πεξηγξαθή ηνπ βαζηθνχ πξσηνθφιινπ tcp ελψ ζηελ ζπλέρεηα πεξηγξάθνληαη θάπνηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ επξείαο θιίκαθαο ηα νπνία ελδέρεηαη λα έρνπλ αξλεηηθέο ζπλέπεηεο ζηελ απφδνζε ηνπ πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο, φπσο νη αζπκκεηξίεο, νη δηαθπκάλζεηο θαζπζηέξεζεο πνπ πξνθαινχλ νη επαλακεηαδφζεηο ζην επίπεδν δηαζχλδεζεο δεδνκέλσλ θαη νη δηαθπκάλζεηο ρσξεηηθφηεηαο ιφγσ ηεο εμππεξέηεζεο δηαθνξεηηθψλ Quality of Service ξνψλ ζηα δίθηπα απηά. ην ηξίην θεθάιαην γίλεηαη αλαζθφπεζε ηνπ πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο TCP Reno, θαζψο θαη ησλ δηαθφξσλ πξνζεγγίζεσλ πνπ έρνπλ πινπνηεζεί γηα ηε βειηίσζε ηεο απφδνζεο ηνπ TCP. Σέηνηα κεηαμχ άιισλ είλαη: νη TCP Veno, TCP Westwood, TCP Vegas θαη TCP BIC. ην ηέηαξην θεθάιαην γίλεηαη ζπγθξηηηθή κειέηε ησλ πξνζεγγίζεσλ ζηνλ εμνκνησηή δηθηχνπ Network Simulator (ns-2). πγθεθξηκέλα κνληεινπνηήζεθαλ ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ επξείαο θιίκαθαο πνπ ζχκθσλα κε ηε ζεσξεηηθή κειέηε πνπ πξνεγήζεθε επεξεάδνπλ πεξηζζφηεξν ηελ απφδνζε ησλ πξσηνθφιισλ κεηαθνξάο. 6

8 ην πέκπην θεθάιαην πινπνηήζεθαλ ηνπνινγίεο γηα ηελ φζν ην δπλαηφλ πιεξέζηεξε θαη αμηφπηζηε ζπγθξηηηθή αμηνιφγεζε ησλ δηαθφξσλ πξνζεγγίζεσλ πνπ κειεηήζεθαλ. Η πινπνίεζε ησλ κνληέισλ θαη ησλ ηνπνινγηψλ έγηλε κε ηελ ρξήζε ηεο γιψζζαο πξνγξακκαηηζκνχ TCL/Tk, ελψ γηα επεμεξγαζία ησλ απνηειεζκάησλ πνπ πξνέθπςαλ απφ ηνλ εμνκνησηή, γξάθηεθαλ θαηάιιεια scripts ζε γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ PERL. ηφρνο ησλ εμνκνηψζεσλ είλαη λα εμεπξεζεί ε βέιηηζηε ιχζε γηα ηα δίθηπα απηά, ιακβάλνληαο ππφςε παξακέηξνπο φπσο ε απφδνζε (goodput) θαη ε δηθαηνζχλε (fairness) ησλ ππφ εμέηαζε ιχζεσλ. ην έθην θαη ηειεπηαίν θεθάιαην παξνπζηάδνληαη ηα γεληθά ζπκπεξάζκαηα ηεο εξγαζίαο. 7

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 - Σν πξόηππν () απηφ ην θεθάιαην εμεηάδεηαη ην πξφηππν ΙΔΔΔ (wimax) πνπ ζήκεξα απνηειεί θαη ην πην δηαδεδνκέλν πξφηππν αζχξκαηνπ δηθηχνπ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ πξάμε, κε ηαρχηεηεο πνπ θζάλνπλ έσο θαη ζηα 70 Mbps. Αξρηθά γίλεηαη κία ηζηνξηθή αλαδξνκή ελψ ζηελ ζπλέρεηα παξαζέηνληαη πιεξνθνξίεο ηφζν ζεσξεηηθέο φζν θαη ηερληθέο ζρεηηθά κε ην πξφηππν. Σέινο γίλεηαη κία ζχγθξηζε κε ην πξφηππν ΙΔΔΔ (wifi) ην νπνίν είλαη πξνγελέζηεξν ηνπ Ιζηνξηθή Αλαδξνκή Σελ ηειεπηαία δεθαεηία ε δηάδνζε θαη ε ρξήζε ηνπ δηαδηθηχνπ νδήγεζε ζηελ εθξεθηηθή αλάπηπμή ηνπ. Η αλάπηπμε απηή, εθηφο απφ ηελ δπλαηφηεηα πξφζβαζεο απφ φινπο, δεκηνχξγεζε θαη απαηηήζεηο. Απαηηήζεηο πνπ νθείινληαη αξρηθά ζηε δπλαηφηεηα πξφζβαζεο απφ νπνπδήπνηε θαη απφ νπνηνλδήπνηε κε εχθνιν θαη γξήγνξν ηξφπν, αιιά θαη κεηέπεηηα κε πςειέο ηαρχηεηεο κε παξάιιειε αχμεζε ηεο επρξεζηίαο. ε φιε απηή ηελ εμέιημε νη εηαηξίεο παξνρήο ππεξεζηψλ δηαδηθηχνπ (Internet Service Providers ISPs) πξνζπάζεζαλ λα θαιχςνπλ ηηο αλάγθεο ησλ πειαηψλ ηνπο. Έηζη ελψ ε βαζηθή επηθνηλσληαθή ππνδνκή ήηαλ ην ηειεθσληθφ ζχζηεκα (public switched telephone network - PSTN) δεκηνχξγεζαλ έλα λέν ςεθηαθφ ζχζηεκα, ην ςεθηαθφ δίθηπν νινθιεξσκέλσλ ππεξεζηψλ, ην ISDN (Integrated Services Digital Network). Καη απηφ κε ηε ζεηξά ηνπ θξίζεθε αλεπαξθέο θαη νδεγήζεθαλ ζηελ ελζχξκαηε ηερλνινγία, ζην DSL (Digital Subscriber Line). Σν DSL, αλ θαη εκθαλίζηεθε σο πξσηνπνξηαθή ιχζε, ζπλνδεπφηαλ απφ πεξηνξηζκνχο ζηελ απφδνζε, αθνχ αλαπηχρζεθε επάλσ ζηηο ήδε ππάξρνπζεο ηειεθσληθέο γξακκέο, αιιά θαη ζηελ θάιπςε νξηζκέλσλ πεξηνρψλ φπνπ ν αξηζκφο ππνςεθίσλ πειαηψλ ζα δηθαηνινγνχζε ηε δαπάλε αλάπηπμήο ηνπ. Η ιχζε ηεο θάιπςεο ησλ αλαγθψλ ησλ ρξεζηψλ κε αληηθαηάζηαζε ησλ ππαξρνπζψλ ηειεθσληθψλ γξακκψλ κε νπηηθέο ίλεο, ζα πξφζθεξε κελ πςειφηεξεο ηαρχηεηεο, αιιά ζα αλέβαδε ην θφζηνο ηεο επέλδπζεο θαη ην ρξφλν πινπνίεζεο ιφγσ ησλ απαξαίηεησλ εξγαζηψλ (ζθάςηκν, άπισκα ησλ ηλψλ θιπ). Έηζη νη εηαηξίεο παξνρήο ππεξεζηψλ δηαδηθηχνπ άξρηζαλ ηελ αλαδήηεζε ελαιιαθηηθήο πξφηαζεο. Η ιχζε πνπ πξνέθπςε κέζα απφ ηελ αλαδήηεζε ήηαλ ην αζχξκαην δίθηπν (Wireless Network) πνπ αθνχεη ζην φλνκα αζχξκαηε επξπδσληθή πξφζβαζε (Broadband Wireless Access BWA). Σν αζχξκαην δίθηπν είλαη έλα επηθνηλσληαθφ ζχζηεκα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη σο επέθηαζε ή ελαιιαθηηθή ιχζε ελφο θνηλνχ ελζχξκαηνπ δηθηχνπ (Ethernet) θαη επηηξέπεη ζηνλ θηλεηφ ρξήζηε ηελ αζχξκαηε κεηάδνζε θαη ιήςε δεδνκέλσλ. Σα αζχξκαηα δίθηπα ρξεζηκνπνηνχλ κηθξνθχκαηα θαη αθνινπζνχλ ηηο αξρέο ζρεδίαζεο ησλ δηθηχσλ ππνινγηζηψλ. Αξρηθά ηα αζχξκαηα δίθηπα, ιφγσ ηνπ έληνλνπ αληαγσληζκνχ θαη ησλ αζπληφληζησλ πξνζπαζεηψλ ησλ εκπιεθφκελσλ θνξέσλ εηαηξεηψλ, είηε ήηαλ κε ζπκβαηά, είηε ήηαλ νηθνλνκηθά αζχκθνξα, είηε ήηαλ κε ηερλνινγηθά εμειίμηκα (αξγά, δχζρξεζηα θιπ). Με ηελ σξίκαλζε φκσο ησλ βηνκεραληθψλ πξνηχπσλ, ηελ εμέιημε ηεο ηερλνινγίαο, ηε ζπκκεηνρή θνξέσλ (δεκφζησλ, επηζηεκνληθψλ κε 8

10 θεξδνζθνπηθψλ φπσο ε ΙΔΔΔ, ην WIMAX Forum) θαη ησλ ηδίσλ εηαηξεηψλ μεθίλεζε ν ζπληνληζκφο ησλ πξνζπαζεηψλ κε θνηλφ ζηφρν. Έηζη πξνέθπςαλ ηα πξφηππα, πνπ πηνζεηήζεθαλ απφ φινπο, κε απνηέιεζκα ηελ πινπνίεζε ηνπ αζχξκαηνπ δηθηχνπ. 1.2 Εηζαγσγή ζην (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Ο φξνο (Worldwide Interoperability for Microwave Access) είλαη ζπλψλπκνο κε ην πξφηππν ΙΔΔΔ γηα αζχξκαηα κεηξνπνιηηηθά δίθηπα (WirelessMAN). Γηα ηελ αθξίβεηα, είλαη έλα ζχλνιν πξνθίι βαζηζκέλσλ ζην πξφηππν ΙΔΔΔ Πξννξηζκφο ηνπ είλαη λα γίλεη κία παγθνζκίσο δηαζέζηκε ηερλνινγία.σν πξφηππν απηφ ζρεδηάζηεθε ψζηε λα ιεηηνπξγεί ζε κηα επξεία πεξηνρή ζπρλνηήησλ ε νπνία εθηείλεηαη απφ 2 σο 66 GHz. Τπνζηεξίδεη ηαρχηεηεο κεηάδνζεο έσο θαη 72 Mbps ζηνλ αέξα ελψ ε πξαγκαηηθή ηαρχηεηα ζην Ethernet ππνινγίδεηαη ζηα Mbps. Οη απνζηάζεηο πνπ κπνξεί λα θαιπθζνχλ μεπεξλνχλ ζεσξεηηθά ηα 50 Km ζε ζπλζήθεο νπηηθήο επαθήο. Μηα ζεκαληηθή δηαθνξά ηνπ πξνηχπνπ ΙΔΔΔ ζε ζρέζε κε ην ΙΔΔΔ (δειαδή ην πξφηππν γηα αζχξκαηα ηνπηθά δίθηπα) είλαη φηη ην πξψην κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη ζε ζπλζήθεο κε νπηηθήο επαθήο ζε κεγάιεο απνζηάζεηο (1-2 km), θπζηθά κε ξπζκνχο κεηάδνζεο πνιχ ρακειφηεξνπο ησλ 50 Mbps. Σν WiMΑΥ ζρεδηάζηεθε θαηά βάζε ψζηε λα θαιχπηεη θπξίσο Point-to- Multipoint (PMP) ζπλδέζεηο ρσξίο σζηφζν λα απνθιείεηαη θαη ε ρξήζε ηνπ γηα point to point ζπλδέζεηο. ην ζρήκα παξνπζηάδεηαη έλα Αζχξκαην Μεηξνπνιηηηθφ Γίθηπν (WLAN ) φπνπ επηηπγράλεηαη θάιπςε κεγαιχηεξεο θιίκαθαο κε επξεία ρξήζε επαλαιεπηψλ θαη ζηαζκψλ βάζεο. 9

11 Σσήμα Αζύπμαηο Μηηποπολιηικό Γίκηςο (WLAN ) Κάλςτη μεγάληρ κλίμακαρ με εςπεία σπήζη επαναληπηών και ζηαθμών βάζηρ [39] Σν, ζε αληίζεζε κε άιια αζχξκαηα δίθηπα, επηηξέπεη ηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ κε πνιιαπιά, επξχ θάζκαηα ζπρλφηεηαο, ελψ ηα άιια επηηξέπνπλ κεηαδφζεηο κφλν κε έλα θάζκα. Η χπαξμε πνιιψλ θαζκάησλ βνεζάεη πνιχ, δηφηη κεγηζηνπνηεί ηε δπλαηφηεηα κεηάδνζεο πέξα απφ ηηο ζπρλφηεηεο ησλ άιισλ αζχξκαησλ εθαξκνγψλ. Σν επίζεο αλακέλεηαη λα επηηξέςεη αιεζηλέο επξπδσληθέο ηαρχηεηεο κε ηέηνην θφζηνο πνπ ζα θαηαζηήζεη ελεξγή ηελ πηνζέηεζε καδηθήο αγνξάο αθφκα θαη ζε ζεκεία φπνπ πξηλ δελ ππήξρε πξνζβαζηκφηεηα. 1.3 Αλάιπζε ηνπ Γηα λα κπνξέζνπκε λα κειεηήζνπκε ην θαη ηα αδχλαηα ζεκεία ηνπ, ζα πξέπεη πξψηα λα θαηαλνήζνπκε ηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπ, θάλνληαο ηελ παξαιιειία κε ην κνληέιν αλαθνξάο δηαζχλδεζεο αλνηθηψλ ζπζηεκάησλ (OSI Open System Interconnection) πνπ αλαπηχρζεθε απφ ηνλ δηεζλή νξγαληζκφ ηππνπνίεζεο (ISO International Standards Organization). Tν WIMAX (πξφηππν ) επηθεληξψλεηαη ζηα δχν ρακειφηεξα ζηξψκαηα ηνπ κνληέινπ δηαζηξσκάησζεο OSI, δειαδή ζην θπζηθφ επίπεδν (Physical Layer PHY ) θαη ζην επίπεδν ζπλδέζκνπ κεηάδνζεο δεδνκέλσλ (MAC Medium Access Control). Η ζηνίβα πξσηνθφιισλ ηνπ παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα πνπ αθνινπζεί. Αλάκεζα ζηα ππφ-επίπεδα ππάξρνπλ ηα ζεκεία δηαζχλδεζήο ηνπο (service access points SAP) πνπ νξίδνληαη απφ ην πξφηππν. Οη πιεξνθνξίεο κεηαθέξνληαη κε ηελ κνξθή PDU (Protocol Data Units Μνλάδεο Sεδνκέλσλ Πξσηνθφιινπ) 10

12 Σσήμα Η ζηοίβα ππυηοκόλλυν ηος [2] Ξεθηλψληαο ηελ αλάιπζε απφ θάησ πξνο ηα πάλσ παξαηεξνχκε φηη ην ρακειφηεξν επίπεδν, πνπ απνηειείηαη απφ δχν ππφ-επίπεδα, είλαη ην θπζηθφ επίπεδν ην νπνίν αζρνιείηαη κε πξνζαξκνγή ηνπ ζήκαηνο ζην θπζηθφ κέζν (αηκφζθαηξα) θαη ηε κεηάδνζε. Δθεί ρξεζηκνπνηείηαη ε παξαδνζηαθή κεηάδνζε ξαδηνθπκάησλ ζηελήο δψλεο κε ζπκβαηηθέο κεζφδνπο δηακφξθσζεο. Πην πάλσ είλαη ην MAC επίπεδν. Σν νπνίν παξαηεξνχκε φηη απνηειείηαη απφ ηξία ππφ-επίπεδα. Σν πξψην απφ απηά είλαη ην ππφ-επίπεδν ζχγθιηζεο εμαξηψκελν απφ ηελ ππεξεζία (Convergence Sublayer - CS) θαη απνηειεί ηε δηαζχλδεζε ησλ εθαξκνγψλ κε ην. Σν επίπεδν πνπ αθνινπζεί είλαη ην MAC ππφ- επίπεδν θνηλνχ ηκήκαηνο (Common Part Sublayer - CPS). Δδψ βξίζθνληαη ηα βαζηθά πξσηφθνιια (φπσο ε δηαρείξηζε ησλ θαλαιηψλ). Σν ηειεπηαίν είλαη ην ππφ-επίπεδν κπζηηθφηεηαο (Privacy Sublayer - PS), ην νπνίν πξνζθέξεη απζεληηθνπνίεζε, αληαιιαγή θιεηδηνχ αζθαιείαο θαη θξππηνγξάθεζε [2] Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά θπζηθνύ επηπέδνπ Σν wimax ρξεζηκνπνηεί έλαλ ζπλδπαζκφ δηαθφξσλ ηερλνινγηψλ ζην θπζηθφ επίπεδν γηα ηελ επίηεπμε κεγαιχηεξεο εκβέιεηαο θαζψο επίζεο θαη πςειψλ ηαρπηήησλ. Οη ζεκαληηθφηεξεο απφ απηέο είλαη ε Πνιχπιεμε OFDM (Orthogonal FDM), ε Πξνζαξκνζηηθή Γηακφξθσζε (Adaptive Modulation Coding), ε Time Division Duplex (TDD) θαη Frequency Division Duplex (FDD), νη πξνζαξκνζηηθέο θεξαίεο (Adaptive Antennas) θαη ν έιεγρνο ηζρχνο (Power Control) Πνιύπιεμε OFDM (Orthogonal FDM) H OFDM ρξεζηκνπνηεί ηηο αξρέο ηεο FDM (Frequency Division Multiplexing Πνιχπιεμε κε δηαίξεζε ζπρλφηεηαο). ηελ FDM ηα 11

13 κεηαδηδφκελα ζήκαηα κεηαδίδνληαη ζε δηαθνξεηηθέο ζπρλφηεηεο θαη ππάξρνπλ κεγάια δηαζηήκαηα αζθαιείαο κεηαμχ ησλ θαλαιηψλ κεηάδνζεο γηα λα απνηξέπεηαη ε παξεκβνιή, θάηη πνπ κεηψλεη ηε ζπλνιηθή θαζκαηηθή απφδνζε (ζρήκα a). Αληίζεηα ζηελ OFDM, ηα ζήκαηα απφ ηνπο δηάθνξνπο ζηαζκνχο πνπ πεξηέρνπλ ηελ πιεξνθνξία ζπλδπάδνληαη θαη πξνθχπηεη έηζη κηα πνιππιεγκέλε αθνινπζία δεδνκέλσλ. Σα δεδνκέλα απηά κεηαδίδνληαη θαηφπηλ φια καδί δηακνξθψλνληαο έλα ζχλνιν απφ θέξνπζεο. Οη θέξνπζεο είλαη θαηά ρξφλν θαη ζπρλφηεηα ζπγρξνληζκέλεο κεηαμχ ηνπο (νξζνγψληεο). Έηζη, παξφιν πνπ ην θάζκα ησλ θεξνπζψλ παξνπζηάδεη επηθάιπςε (ζρήκα b), είλαη εθηθηφο ν δηαρσξηζκφο ηνπο ζην δέθηε ρσξίο λα πξνθαινχληαη παξεκβνιέο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν επηηπγράλεηαη δξαζηηθή κείσζε ηνπ κήθνπο ησλ δηαζηεκάησλ αζθαιείαο θαη βειηίσζε ηεο θαζκαηηθήο απφδνζεο. Σσήμα (a) Γιαμόπθυζη FDM (b) Γιαμόπθυζη OFDM Πξνζαξκνζηηθή Δηακόξθσζε (Adaptive Modulation Coding) Αθφκε έλα ραξαθηεξηζηηθφ είλαη ην AMC (adaptive modulation and coding). Σν AMC είλαη πξνζαξκνζηηθή δηακφξθσζε θαη θσδηθνπνίεζε, έηζη ψζηε ζε ζπλζήθεο πνιχ θαινχ ζήκαηνο λα ρξεζηκνπνηείηαη κηα ηδηαίηεξα απνδνηηθή κέζνδνο δηακφξθσζεο, φπσο γηα παξάδεηγκα ε 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), ελψ ζε ζπλζήθεο πςεινχ ζνξχβνπ ή πνιχ εμαζζελεκέλνπ ζήκαηνο λα ρξεζηκνπνηείηαη κία πην αλζεθηηθή ζηελ παξακφξθσζε, φπσο γηα παξάδεηγκα ε BPSK (Binary Phase Shift Keying) ε νπνία είλαη κελ πνιχ πην αλζεθηηθή ζηελ παξακφξθσζε, αιιά δελ είλαη απνδνηηθή ζηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ. ε ελδηάκεζεο θαηαζηάζεηο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζνχλ νη 16 QAM ή ε QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) [1] Time Division Duplex (TDD), Frequency Division Duplex (FDD) Όζνλ αθνξά ηηο ηερλνινγίεο FDD θαη TDD ζπκβαίλνπλ ηα εμήο: Η FDD απαηηεί δχν θαλάιηα, έλα γηα uplink θαη έλα γηα downlink κεηάδνζε. Έρεη ίδηα δνκή πιαηζίσλ ζηελ uplink - downlink θαηεχζπλζε θαη απαηηείηαη δηαρσξηζκφο (50 έσο 100 ΜΗz) γηα ηελ απνθπγή παξεκβνιψλ. ε έλα δίθηπν TDD ε 12

14 θπθινθνξία θαηαιακβάλεη έλα εληαίν θαλάιη, κε ηελ uplink θαη downlink θπθινθνξία λα αλαηίζεληαη ζε δηαθνξεηηθέο ρξνλνζρηζκέο γηα εθπνκπή θαη ιήςε Πξνζαξκνζηηθέο θεξαίεο (Adaptive Antennas) Οη Πξνζαξκνζηηθέο θεξαίεο πξνζαξκφδνπλ ηε γσλία θαη ην πιάηνο ηνπ δηαγξάκκαηνο αθηηλνβνιίαο ηεο θεξαίαο ηνπ ζηαζκνχ βάζεο ζε κηα νξηζκέλε θαηεχζπλζε φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα Όηαλ ζπλδπάδνληαη πνιιέο ηέηνηεο θεξαίεο ζην ζηαζκφ βάζεο, ηφηε κπνξνχλ λα εμππεξεηνχλ πνιιαπινχο ρξήζηεο εμαζθαιίδνληαο θαιχηεξε απφδνζε (ζρήκα ). ε απηέο ηηο πεξηπηψζεηο ρξεζηκνπνηείηαη πνιχπιεμε ζην Υψξν (Space Division Multiple Access, SDMA). Σσήμα Πποζαπμοζηική κεπαία ζε οπιζμένη καηεύθςνζη Σσήμα Σςνδςαζμόρ κεπαιών ζηον ζηαθμό βάζηρ (base station) Έιεγρνο ηζρύνο (Power Control) Ο ζηαζκφο βάζεο (BS) ζηέιλεη πιεξνθνξίεο ζηνπο ζπλδξνκεηηθνχο ζηαζκνχο (Subscriber Stations) ζρεηηθά κε ηελ ζηάζκε ηνπ ιακβαλφκελνπ ζήκαηνο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν νη ζπλδξνκεηηθνί ζηαζκνί (SS) εθπέκπνπλ φζε ηζρχ ρξεηάδεηαη γηα ηελ νξζή ιήςε ηνπ ζήκαηνο. ε ζπλζήθεο νπηηθήο επαθήο (LOS) ε εθπεκπφκελε ηζρχο είλαη αλάινγε ηεο απφζηαζεο απφ ην ζηαζκφ 13

15 βάζεο, ελψ ζε ζπλζήθεο κε νπηηθήο επαθήο (ΝLOS) εμαξηάηαη ζεκαληηθά απφ ηα δηάθνξα εκπφδηα πνπ παξεκβάιινληαη. 1.4 Πιενλεθηήκαηα ηνπ Σν έιαβε ηφζν κεγάιν ελδηαθέξνλ απφ ηηο κεγαιχηεξεο εηαηξείεο ηνπ θφζκνπ θπξίσο εμαηηίαο ηεο πιεζψξαο ησλ εθαξκνγψλ ηνπ, πνπ φπσο δηαθεκίδεηαη ζα ιχζνπλ πνιιά πξνβιήκαηα (απφζηαζεο θπξίσο) θαη ζα πξνζθέξνπλ θαηλνηφκεο ππεξεζίεο ζηνπο ρξήζηεο. Απαιιαγκέλν απφ ηα κεηνλεθηήκαηα ησλ ζεκεξηλψλ ηερλνινγηψλ αζχξκαηεο πξφζβαζεο ζην δηαδίθηπν θαη δηαηεξψληαο ή αλαβαζκίδνληαο ηα πιενλεθηήκαηά ηνπο, ην είλαη ε ιχζε πνπ φπσο φια δείρλνπλ ζα επηθξαηήζεη ζην πνιχ θνληηλφ κέιινλ, αληηθαζηζηψληαο αθφκε θαη ηηο νηθηαθέο ADSL ζπλδέζεηο. Σν πξνζθέξεη αθελφο κελ πςειφηεξεο ηαρχηεηεο πξφζβαζεο ζε ζρέζε κε ην Wi-Fi, αθεηέξνπ δε ζεκαληηθά πςειφηεξε εκβέιεηα, πνπ ππνινγίδεηαη φηη ζα κπνξεί λα θαιχςεη ζε θάζε ηεο ζεκείν αθφκε θαη κηα κεγαινχπνιε. [3] Με ηνλ ηξφπν πνπ ηα θηλεηά ηειέθσλα ζήκεξα έρνπλ επηθξαηήζεη γηα ηηο αλάγθεο ηηο επηθνηλσλίαο καο έλαληη ηνπ ελζχξκαηνπ ηειεθσληθνχ δηθηχνπ, κε ηνλ ίδην ηξφπν εθηηκάηαη απφ ηνπο εηδηθνχο φηη πνιχ ζχληνκα ην ζα θαιχπηεη πνιχ κεγαιχηεξν πνζνζηφ ζπλδξνκεηψλ, ζε ζρέζε κε απηνχο πνπ ζπλδένληαη ζην δηαδίθηπν κέζσ ελζχξκαηεο γξακκήο ADSL, ISDN ή PSTN. Σν Internet πξέπεη λα απνηειεί έλα κέζν ελεκέξσζεο θαη επηθνηλσλίαο πξνζβάζηκν αλά πάζα ζηηγκή απφ παληνχ, κε ηελ ίδηα ινγηθή πνπ ζήκεξα έλα θηλεηφ ηειέθσλν κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζρεδφλ απφ νπνηνδήπνηε ζεκείν, ρσξίο πνιχπινθεο δηαδηθαζίεο. Κάπσο έηζη εθηηκάηαη φηη κειινληηθά ν ρξήζηεο ελφο θνξεηνχ ππνινγηζηή ζα ελεξγνπνηεί ηε ζπζθεπή ηνπ ζε νπνηνδήπνηε ζεκείν κηαο πφιεο ή θαη νιφθιεξεο ηεο ρψξαο ηνπ θαη ζα είλαη ακέζσο έηνηκνο λα πινεγεζεί ζην Internet κε ηαρχηεηεο αξθεηψλ Mbps. Όζν θη αλ απηφ θαίλεηαη δχζθνιν, ην ππφζρεηαη λα ην θάλεη πξαγκαηηθφηεηα θαη νη πξψηεο δνθηκέο πνπ έρνπλ γίλεη ζε ρψξεο ηνπ εμσηεξηθνχ, δείρλνπλ φηη ζα ην θαηνξζψζεη. Σα ζηνηρεία πνπ θάλνπλ ην ηφζν μερσξηζηφ σο ηερλνινγία είλαη ηα εμήο: Επέιηθηε αξρηηεθηνληθή: Η ηερλνινγία ππνζηεξίδεη πνιιαπιέο αξρηηεθηνληθέο ζπζηεκάησλ, φπσο Point-to-Point, Point-to-Multipoint θαη επξεία θάιπςε. Σν MAC ηνπ ππνζηεξίδεη Point-to-Point θαη επξείαο θάιπςεο ππεξεζία κε ηνλ πξνγξακκαηηζκφ κηαο ρξνλνζπξίδαο (timeslot) γηα θάζε ζηαζκφ ππεξεζίαο. Αλ ππάξρεη κφλν έλαο ζηαζκφο ππεξεζίαο ζην δίθηπν, ν ζηαζκφο βάζεο ηνπ ζα επηθνηλσλεί κε ην ζηαζκφ ππεξεζίαο κε κία βάζε Point-to-Point. Έλαο ζηαζκφο βάζεο ζε ξπζκίζεηο Point-to-Point κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεί θεξαία ζηελφηεξεο δέζκεο ψζηε λα θαιχςεη κεγαιχηεξεο απνζηάζεηο. Τςειή αζθάιεηα: Η ηερλνινγία ππνζηεξίδεη ην AES (Advanced Encryption Standard) θαη ην 3DES (Triple DES, φπνπ DES είλαη ην Data Encryption Standard). Με ηελ θξππηνγξάθεζε ησλ ζπλδέζεσλ κεηαμχ ηνπ ζηαζκνχ βάζεο θαη ηνπ ζηαζκνχ ππεξεζίαο, ην παξέρεη ζηνπο 14

16 ρξήζηεο ηδησηηθφηεηα θαη αζθάιεηα (ελάληηα ζηνπο θξπθαθνχνληεο) θαη αζθάιεηα ζην αζχξκαην επξπδσληθφ κέζν αιιειεπίδξαζεο (interface). Η αζθάιεηα επίζεο παξέρεη ζηνπο ππεχζπλνπο πςειή πξνζηαζία ελαληίνλ ηεο θινπήο ππεξεζηψλ. Σν επίζεο έρεη ελζσκαησκέλε ππνζηήξημε VLAN (virtual Lan Δηθνληθφ δίθηπν), ε νπνία παξέρεη ππνζηήξημε γηα δεδνκέλα πνπ εθπέκπνληαη απφ δηαθνξεηηθνχο ρξήζηεο ζηνλ ίδην ζηαζκφ βάζεο. Ο ηξφπνο κε ηνλ νπνίν κεηαθέξεηαη ην QoS γεληθά βαζίδεηαη ζην Service Level Agreement (SLA) κεηαμχ ηεο ππεξεζίαο παξνρήο θαη ηνπ ηειηθνχ ρξήζηε. Δπίζεο, έλαο πάξνρνο ππεξεζίαο κπνξεί λα πξνζθέξεη δηαθνξεηηθά SLAs ζε δηαθνξεηηθνχο εγγεγξακκέλνπο ρξήζηεο ή αθφκα ζε δηαθνξεηηθνχο ρξήζηεο ζηνλ ίδην ζηαζκφ ππεξεζίαο. Παξνρή δηαθνξεηηθώλ πνιηηηθώλ πνηόηεηαο ππεξεζίαο (QoS): Σέζζεξηο ηχπνπ ππεξεζίαο ππνζηεξίδνληαη: [4] 1) Σύπνο Τπεξεζίαο Πεξηγξαθή Unsolicited Grant Service (UGS): Σν UGS ζρεδηάζηεθε γηα λα ππνζηεξίδεη ξνέο δεδνκέλσλ πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ πνπ απνηεινχληαη απφ παθέηα δεδνκέλσλ ζηαζεξνχ κήθνπο πνπ ζηέιλνληαη αλά πεξηνδηθά δηαζηήκαηα, φπσο T1/E1 θαη Voice over IP. 2) Real-Time Polling Service (rtps). Σν rtps ζρεδηάζηεθε γηα λα ππνζηεξίδεη ξνέο δεδνκέλσλ πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ πνπ απνηεινχληαη απφ παθέηα δεδνκέλσλ κε κεηαβιεηφ κήθνο πνπ ζηέιλνληαη αλά πεξηνδηθά δηαζηήκαηα, φπσο MPEG video. 3) Non-Real-Time Polling Service (nrtps). Σν nrtps ζρεδηάζηεθε γηα λα ππνζηεξίδεη ξνέο δεδνκέλσλ πνπ επηδέρνληαη θαζπζηέξεζε θαη απνηεινχληαη απφ παθέηα δεδνκέλσλ κεηαβιεηνχ κεγέζνπο γηα ηα νπνία απαηηείηαη έλαο ειάρηζηνο ξπζκφο δεδνκέλσλ, φπσο FTP. 4) Best Effort (BE). Η BE ππεξεζία ζρεδηάζηεθε γηα λα ππνζηεξίδεη ξνέο δεδνκέλσλ γηα ηηο νπνίεο δελ απαηηείηαη θαλέλα ειάρηζην επίπεδν ππεξεζίαο θαη κπνξνχλ λα εμππεξεηεζνχλ ζε κηα βάζε δηαζέζηκνπ ρψξνπ. Γξήγνξε εγθαηάζηαζε-αλάπηπμε: πγθξηλφκελν κε ηελ εγθαηάζηαζε ησλ θαισδησκέλσλ ιχζεσλ, ην απαηηεί κηθξή ή θαζφινπ θαηαζθεπή ή αλακφξθσζε ήδε ππαξρφλησλ εγθαηαζηάζεσλ. Γηα παξάδεηγκα, δελ απαηηείηαη εθζθαθή γηα ηελ ππνζηήξημε ησλ ππαξρφλησλ θαισδίσλ. Οη ρεηξηζηέο πνπ έρνπλ απνθηήζεη άδεηεο λα ρξεζηκνπνηνχλ αδεηνδνηνχκελεο δψλεο, ή ζθνπεχνπλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ κία απφ ηηο κε αδεηνδνηεκέλεο δψλεο δε ρξεηάδνληαη λα ινγνδνηνχλ θάζε θνξά ζηελ θπβέξλεζε. Άπαμ θαη ε θεξαία θαη ν αλαγθαίνο εμνπιηζκφο έρνπλ εγθαηαζηαζεί, ην είλαη έηνηκν λα παξέρεη ηελ ππεξεζία. ηηο πεξηζζφηεξεο ησλ πεξηπηψζεσλ, ε εγθαηάζηαζε ηνπ ζπζηήκαηνο κπνξεί λα νινθιεξσζεί ζε ιίγεο ψξεο, ζπγθξηλφκελν κε ηνπο κήλεο πνπ ρξεηάδνληαη γηα άιιεο ιχζεηο. Δηαιεηηνπξγηθόηεηα: Σν βαζίδεηαη ζε παγθφζκηα πξφηππα θαη πξσηφθνιια, εθηφο εηαηξηθψλ παξεκβάζεσλ, ηα νπνία δηεπθνιχλνπλ ηνπο ηειηθνχο ρξήζηεο λα ηαμηδεχνπλ θαη λα ρξεζηκνπνηνχλ ηνπο ζηαζκνχο ππεξεζίαο ηνπο ζε δηαθνξεηηθέο ηνπνζεζίεο ή κε δηαθνξεηηθνχο παξφρνπο 15

17 ππεξεζηψλ. Η δηαιεηηνπξγηθφηεηα πξνζηαηεχεη ηελ πξφσξε επέλδπζε ελφο ρεηξηζηή θαζψο κπνξεί λα επηιέμεη εμνπιηζκφ απφ δηαθνξεηηθέο εηαηξείεο θαη ζα ζπλερίζεη λα κεηψλεη ην θφζηνο ηνπ εμνπιηζκνχ ζαλ απνηέιεζκα ηεο καδηθήο απνδνρήο. Φνξεηόηεηα: Όπσο θαη κε ηα ηξέρνληα θπςεισηά ζπζηήκαηα, κφιηο ν ζηαζκφο ππεξεζίαο ηνπ αξρίδεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ, ηαπηνηεηνπνηείηαη, θαζνξίδεη ηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο ζχλδεζεο κε ην ζηαζκφ βάζεο, φζν ν ζηαζκφο ππεξεζίαο είλαη εγγεγξακκέλνο ζηε βάζε δεδνκέλσλ ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ηφηε δηαπξαγκαηεχεηαη ηα ραξαθηεξηζηηθά εθπνκπήο ηνπ, αληίζηνηρα. Κηλεηόηεηα: Η ηξνπνπνίεζε ΙΔΔΔ e έρεη πξνζζέζεη ραξαθηεξηζηηθά - θιεηδηά γηα ηελ ππνζηήξημε ηεο θηλεηφηεηαο ηνπ πξσηνθφιινπ. Βειηηψζεηο έρνπλ γίλεη ζηα θπζηθά ζηξψκαηα ησλ OFDM θαη OFDMA, ψζηε λα ππνζηεξίδνπλ ζπζθεπέο θαη ππεξεζίεο ζε έλα θηλεηφ πεξηβάιινλ. Απηέο νη βειηηψζεηο, πνπ πεξηιακβάλνπλ Scaleable OFDMA, MIMO θαη ππνζηήξημε γηα idle/sleep mode θαη hand-off, ζα επηηξέπνπλ πιήξε θηλεηφηεηα ζε ηαρχηεηεο σο θαη 160 ρηιηφκεηξα ηελ ψξα. Σν ππνζηεξηδφκελν απφ ην Forum πξσηφθνιιν έρεη θιεξνλνκήζεη ηε κνλαδηθή NLOS επίδνζε θαη ηελ αλζεθηηθή ζε πνιιαπιή δηαδξνκή ιεηηνπξγία ηνπ OFDM, θαζηζηψληαο ην θαηάιιειν γηα ην θηλεηφ πεξηβάιινλ. Δπεξεάδεη ην θφζηνο: Σν είλαη βαζηζκέλν ζε έλα αλνηρηφ, παγθφζκην πξσηφθνιιν. Η καδηθή απνδνρή ηνπ θαη ε ρξήζε chipsets ρακεινχ θφζηνπο καδηθήο παξαγσγήο ζα νδεγήζεη ζε δξακαηηθή κείσζε ηνπ θφζηνπο θαη ην απνηέιεζκα ηνπ αληαγσληζκνχ ζηηο ηηκέο ζα παξέρεη ζεκαληηθέο νηθνλνκίεο γηα ηνπο παξφρνπο ππεξεζηψλ θαη ηνπο ηειηθνχο ρξήζηεο. Πην επξεία θάιπςε: Σν δπλακηθά ππνζηεξίδεη πνιιαπιά επίπεδα δηακφξθσζεο, φπσο BPSK, QPSK, 16-QAM θαη 64-QAM. Σα ζπζηήκαηα, φηαλ εμνπιίδνληαη κε έλαλ εληζρπηή πςειήο ηζρχνο θαη ιεηηνπξγνχλ κε κηα ρακεινχ επηπέδνπ δηακφξθσζε (BPSK ή QPSK, γηα παξάδεηγκα) είλαη ηθαλά λα θαιχςνπλ κηα αξθεηά κεγάιε γεσγξαθηθή πεξηνρή φηαλ ε δηαδξνκή αλάκεζα ζην ζηαζκφ βάζεο θαη ην ζηαζκφ ππεξεζίαο δε δηαθφπηεηαη απφ θάπνην εκπφδην. Λεηηνπξγία Με-Οπηηθήο-Επαθήο: Ο φξνο NLOS ζπλήζσο αλαθέξεηαη ζε κία ξαδηνδηαδξνκή κε ηελ πξψηε ηεο δψλε Fresnel πιήξσο κπινθαξηζκέλε. Σν βαζίδεηαη ζηελ ηερλνινγία OFDM, ε νπνία έρεη ηε δπλαηφηεηα λα κεηαρεηξίδεηαη NLOS πεξηβάιινληα. Η δπλαηφηεηα απηή βνεζάεη ηα πξντφληα λα κεηαθέξνπλ πνιχ κεγάιν εχξνο δψλεο ζε έλα NLOS πεξηβάιινλ, θάηη ην νπνίν άιια αζχξκαηα πξντφληα δελ κπνξνχλ λα θάλνπλ. Τςειή ρσξεηηθόηεηα: Υξεζηκνπνηψληαο πςειφηεξε δηακφξθσζε (64- QAM) θαη εχξνο δψλεο θαλαιηνχ (ηξέρνπζα ηηκή 7 MHz, κε ζρεδηαζκέλε αλάπηπμε πξνο ην πιήξεο εχξνο δψλεο φπσο δηεπθξηλίδεηαη ζηα αληίζηνηρα πξφηππα ηεο ΙΔΔΔ θαη ηεο ETSI), ηα ζπζηήκαηα κπνξνχλ λα παξέρνπλ ζεκαληηθφ εχξνο δψλεο ζηνπο ηειηθνχο ρξήζηεο. 16

18 1.5 Πεξηνξηζκνί Γεληθά ηζρχεη φηη ην ζα παξέρεη 70 Mb/s, γηα πάλσ απφ 112km ελψ ν πειάηεο θηλείηαη. Κάζε έλα απφ απηά ηζρχεη κεκνλσκέλα, δεδνκέλσλ ηδαληθψλ πξνυπνζέζεσλ, αιιά δελ ηζρχνπλ ηαπηνρξφλσο. ηελ πξάμε απηφ ζεκαίλεη φηη ζε line-of-sight(los) πεξηβάιινληα ζα κπνξνχζαλ λα επηηεπρζνχλ ζπκκεηξηθέο ηαρχηεηεο ησλ 10 Mbps ζηα 10km, αιιά ζε αζηηθά πεξηβάιινληα είλαη πην πηζαλφ ην 30% ησλ εγθαηαζηάζεσλ λα κελ είλαη lineof-sight(los) θαη επνκέλσο ν ρξήζηεο λα κπνξεί λα επηηχρεη κφλν 10Mbps ζηα 2km θαη αλ βξίζθεηαη ελ θηλήζεη, ε ηαρχηεηα κεηψλεηαη δξακαηηθά. Σν παξνπζηάδεη κεξηθέο νκνηφηεηεο κε ην DSL ζε απηφλ ηνλ ηνκέα, θαζψο θάπνηνο κπνξεί λα έρεη είηε κεγάιν εχξνο δψλεο, είηε πξφζβαζε ζε κεγάιεο απνζηάζεηο, αιιά φρη θαη ηα δπν ηαπηφρξνλα. Έλα άιιν ζεκείν πνπ πξέπεη λα ηνληζηεί γηα ην είλαη ην φηη ην δηαζέζηκν εχξνο δψλεο κνηξάδεηαη ζηνπο ρξήζηεο ζε κηα πεξηνρή, νπφηε αλ ππάξρνπλ πνιινί ελεξγνί ρξήζηεο ζπλδεδεκέλνη, ν θαζέλαο ζα επηηπγράλεη ρακειφ εχξνο δψλεο. Παξφια απηά, αληίζεηα κε ην ΑDSL φπνπ ην παξαπάλσ θαηλφκελν είλαη πνιχ έληνλν, κε ην δελ είλαη ηφζν έληνλν. ηελ πξάμε, πνιινί ρξήζηεο ζα έρνπλ έλα εχξνο 2-,4-,6-,8- ή 10Mbps ππεξεζηψλ θαη ην εχξνο δψλεο κπνξεί λα κνηξάδεηαη. Αλ ην δίθηπν γίλεη απαζρνιεκέλν ην κνληέιν πιεζηάδεη πεξηζζφηεξν απηφ ηνπ GSM ή ηνπ UMTS παξά ηνπ DSL. 1.6 ύγθξηζε κε ην αλ γεληθή παξαηήξεζε, βιέπνπκε λα γίλεηαη ζπρλά ζχγθξηζε αλάκεζα ζην Wi-Fi θαη ην. Απηφ νθείιεηαη ζην φηη θαη ηα δπν αξρίδνπλ κε ηα ίδα γξάκκαηα, βαζίδνληαη ζε IEEE πξσηφθνιια κε λνχκεξα πνπ αξρίδνπλ απφ 802 θαη ζηνρεχνπλ θαη ηα δχν λα παξέρνπλ αζχξκαηε επηθνηλσλία θαη Internet. Πέξα απν απηά, ηα δπν πξσηφθνιια ζηνρεχνπλ ζε δηαθνξεηηθέο εθαξκνγέο. Σν είλαη έλα ζχζηεκα κεγάιεο εκβέιεηαο (πνιιψλ ρηιηνκέηξσλ) πνπ ρξεζηκνπνηεί αδεηνδνηεκέλν εχξνο ζπρλνηήησλ ψζηε λα παξέρεη pointto-point ζχλδεζε ζην Internet απφ έλαλ ISP ζηνλ ηειηθφ ρξήζηε. Γηαθνξεηηθά είδε πξφηππσλ παξέρνπλ δηαθνξεηηθνχ ηχπνπ πξφζβαζε, απφ θηλεηή (αλάινγε ηεο πξφζβαζεο κέζσ θηλεηνχ ηειεθψλνπ) εσο ζηαζεξή (κηα ελαιιαθηηθή ιχζε ηεο ελζχξκαηεο πξφζβαζεο, φπνπ ην ζεεκείν αζχξκαηνπ ηεξκαηηζκνχ ηνπ ηειηθνχ ρξήζηε είλαη ζηαζεξφ ζε έλα ζεκείν) Σν Wi-Fi είλαη έλα ζχζηεκα κηθξφηεξεο εκβέιεηαο (ε εκβέιεηα ηππηθά κεηξάηαη ζε εθαηνληάδεο κέηξα) πνπ ρξεζηκνπνηεί κε αδεηνδνηεκέλν εχξνο ζπρλνηήησλ γηα λα παξέρεη πξφζβαζε ζε έλα δίθηπν, πνπ ζπλήζσο θαιχπηεη ηελ ηδηνθηεζία ηνπ ίδηνπ ηνπ operator ηνπ δηθηχνπ. Σππηθά ην Wi-Fi ρξεζηκνπνηείηαη απφ έλαλ ηειηθφ ρξήζηε γηα λα έρεη πξφζβαζε ζην δηθφ ηνπ δίθηπν, ην νπνίν κπνξεί λα βξίζθεηαη ή θαη λα κελ βξίζθεηαη ζπλδεδεκέλν ζην Internet. Δαλ ην παξέρεη ππεξεζίεο αλάινγεο ηνπ θηλεηνχ ηειεθψλνπ, ην Wi-Fi είλαη κάιινλ αλάινγν ηνπ αζχξκαηνπ ηειεθψλνπ. 17

19 Μηα ζεκαληηθή δηαθνξά ηνπ πξνηχπνπ ΙΔΔΔ ζε ζρέζε κε ην ΙΔΔΔ είλαη φηη ην πξψην κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη ζε ζπλζήθεο κε νπηηθήο επαθήο θπζηθά κε ξπζκνχο κεηάδνζεο πνιχ ρακειφηεξνπο ησλ 50 Mbps. Σν πξφηππν ΙΔΔΔ παξέρεη πςεινχ επηπέδνπ πνηόηεηα ππεξεζίαο. Σν επίπεδν MAC ηνπ πξνηχπνπ είλαη ζρεδηαζκέλν θαηά ηέηνην ηξφπν ψζηε λα παξέρεη ζηνπο ρξήζηεο, φηαλ νη ίδηνη ην επηζπκνχλ, εγγπεκέλν ξπζκφ κεηάδνζεο θαη ηαπηφρξνλα θίλεζε best effort ζε ρξήζηεο πνπ θαιχπηνληαη απφ ην ίδην base station θάηη πνπ ην πξφηππν ΙΔΔΔ δελ κπνξνχζε λα εμαζθαιίζεη. Γειαδή, αλ ππνζέζνπκε φηη δχν ρξήζηεο θαιχπηνληαη απφ ην ίδην base station, είλαη δπλαηφ ν έλαο ρξήζηεο λα έρεη εγγπεκέλε πνηφηεηα ππεξεζίαο θαη ν δεχηεξνο λα δέρεηαη θαη λα ζηέιλεη απιή IP θίλεζε best effort θάηη πνπ κε ην πξφηππν δελ ήηαλ δπλαηφ. Γειαδή ρξήζηεο πνπ βξηζθφηαλ ζηελ θάιπςε ελφο ηαζκνχ Βάζεο είραλ ηελ ίδηα πνηφηεηα ππεξεζίαο. Η πην ζεκειηψδεο δηαθνξά είλαη φηη ην WiFi είλαη κηα ηερλνινγία γηα ηνπηθή δηθηχσζε θαη ζρεδηάζηεθε γηα λα δψζεη κηα θηλεηηθφηεηα ζε ηδησηηθά ελζχξκαηα LAN ελψ ην ζρεδηάζηεθε γηα λα παξέρεη BWA (Αζχξκαηε Δπξπδσληθή Πξφζβαζε) ππεξεζίεο. Η ηδέα πίζσ απφ ηηο BWA ππεξεζίεο είλαη ε αζχξκαηε πξφζβαζε ζην internet ρσξίο θαιψδηα θαη DSL ηερλνινγίεο. Έηζη ινηπφλ ελψ ην WiFi ππνζηεξίδεη εχξνο κεηάδνζεο κεξηθψλ εθαηνληάδσλ κέηξσλ, ηα ζπζηήκαηα κπνξνχλ λα ππνζηεξίμνπλ ππεξεζίεο κεγαιχηεξεο ησλ 30 κηιίσλ. Σν παξαπάλσ επηρείξεκα κπνξεί κάιηζηα λα δηθαηνινγήζεη γηαηί δελ γίλεηαη ηφζν κεγάινο ιφγνο ζηελ αγνξά γηα ην φζν γηα ην WiFi, αθνχ ην WiFi ζηνρεχεη ζην ρξήζηε ελψ ην ρξεζηκνπνηείηαη ζαλ ε θχξηα αξηεξία κεηαθνξάο δεδνκέλσλ ζε καθξηλέο απνζηάζεηο. Μηα άιιε δηαθνξά έγθεηηαη ζην γεγνλφο φηη ην WiMax παξέρεη ζπκκεηξηθφ εχξνο δψλεο γηα πνιιά ρηιηφκεηξα θαη ζεηξά κε ηελ ηζρπξφηεξε θξππηνγξάθεζε (3DES or AES) θαη ζπγθεθξηκέλα κε ηε ιηγφηεξε παξέκβαζε. Αληίζεηα ην πξφηππν ΙΔΔΔ έρεη ηελ θξππηνγξάθεζε WEP ή WPA θαη δελ κπνξεί λα ππάξρεη κεγάιε παξέκβαζε ζε πεξηνρέο φπσο απηέο φπνπ ππάξρνπλ πνιινί ζπλδεδεκέλνη ρξήζηεο. Δπίζεο νη δπλακηθέο δψλεο ηνπ πξνηχπνπ ΙΔΔΔ είλαη backhauled ζην ADSL, επνκέλσο ε πξφζβαζε WiFi είλαη ηππηθά ππνζηεξηδφκελε θαη έρεη πνιχ κηθξέο upload ηαρχηεηεο κεηαμχ ηνπ δξνκνινγεηή θαη ηνπ Γηαδηθηχνπ. Δθηφο απφ απηέο ηηο δηαθνξέο ζρεηηθά κε ην εχξνο κεηάδνζεο ησλ δχν πξνηχπσλ, ππάξρνπλ αξθεηέο δηαθνξέο ζηε ξαδηνηερλνινγία πνπ δηαθξίλνπλ ηα δχν πξφηππα. Απφ ηε κηα πιεπξά ην WiMax απνηειείηαη απφ έλα πνιχ κεγάιν εχξνο πηζαλψλ πινπνηήζεσλ γηα λα κπνξεί λα παίμεη ην ξφιν ηνπ κεηαθνξέα ζήκαηνο ζε νιφθιεξν ηνλ θφζκν θαη απφ ηελ άιιε ην WiFi πεξηγξάθεη 4 σλ ηχπσλ ξαδηνζπλδέζεηο νη νπνίεο δνπιεχνπλ ζηηο ζπρλφηεηεο 2.4 ή 5 GHz ζηε κε λφκηκε πεξηνρή. Καη απηφ πνπ είλαη αμηφινγν λα ζεκεησζεί εδψ, είλαη φηη ελψ φιεο νη πινπνηήζεηο ηνπ WiFi ρξεζηκνπνηνχλ κε 18

20 λφκηκεο ζπρλνηηθέο κπάληεο, ην δνπιεχεη ζε λφκηκεο θαη κε, ζπρλνηηθέο κπάληεο. Σέινο έρνπλ θαη κία ζεκαληηθή δηαθνξά ζην εχξνο δψλεο ησλ θαλαιηψλ. Σν WiFi θαζνξίδεη έλα ζηαζεξφ εχξνο δψλεο θαλαιηνχ πνπ είλαη 25MHz γηα ην b θαη 20MHz γηα ηα a θαη g.Αληίζεηα ζην, ην εχξνο δψλεο ηνπ θαλαιηνχ είλαη πξνζαξκνζηηθφ θαη θπκαίλεηαη απφ ην 1.25MHz κέρξη ηα 20MHz. 1.7 πκπεξάζκαηα Η κφληκε θαη αζχξκαηε ζχλδεζε ζην δηαδίθηπν επηηξέπεη αθφκε θαη ζηνλ πην απιφ ξήζηε λα αμηνπνηήζεη έλα κεγάιν πιήζνο λέσλ εθαξκνγψλ, πνπ κέρξη ζηηγκήο δελ ήηαλ δηαζέζηκεο, είηε ιφγσ ρακεινχ bandwidth, είηε ιφγσ ησλ πεξηνξηζκψλ πνπ δηαζέηεη ε ρξήζε θαισδίσλ. Η ηειεθσλία Voice over IP, πνπ επηηξέπεη ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηειεθσληθψλ θιήζεσλ κέζσ Internet, κέρξη ηψξα κπνξνχζε λα ρξεζηκνπνηεζεί κφλν ζε νηθηαθνχο ή εηαηξηθνχο ρψξνπο πνπ δηέζεηαλ ζχλδεζε ζην δηαδίθηπν πςειψλ ηαρπηήησλ. Με ην, ην γξήγνξν Internet είλαη δηαζέζηκν ζε θάζε ζεκείν κηαο κεγάιεο πφιεο θαη ζηα πεξηζζφηεξα ηκήκαηα ηεο ρψξαο. Μπνξείηε λα θαληαζηείηε ηνλ εαπηφ ζαο λα κεηαθηλείηαη κε έλα κέζν καδηθήο κεηαθνξάο ή κε ην απηνθίλεηφ ηνπ, ζπλνκηιψληαο ηειεθσληθά κε άηνκα πνπ βξίζθνληαη ζηελ άιιε άθξε ηνπ θφζκνπ, κε πνιχ ρακειή ή θαη κεδεληθή ρξέσζε. Μάιηζηα νη ηαρχηεηεο πνπ ππφζρεηαη ην είλαη ηφζν πςειέο, πνπ εθηφο απφ ηε κεηάδνζε θσλήο, ην πηζαλφηεξν είλαη φηη ζα θαηαζηεί εθηθηή θαη ε βηληενηειεθσλία κέζσ δηαδηθηχνπ. Δθαξκνγέο φπσο ηνskype, ην ICQ ή ν MSN Messenger πνπ ήδε επηηξέπνπλ ηελ πξαγκαηνπνίεζε ζπλνκηιίαο κε ήρν ή θαη εηθφλα, ζα εκπνξνχλ άκεζα λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε θνξεηνχο ππνινγηζηέο θαη PDA ελ θηλήζεη, θαζηζηψληαο απιή ππφζεζε ηελ αδηάιεηπηε θαη νηθνλνκηθή επηθνηλσλία. Όκσο νη δηεπθνιχλζεηο πνπ αλακέλεηα λα θέξεη ην ζηνλ θαζεκεξηλφ ηξφπν δσήο δελ ζηακαηνχλ εδψ. Η παξαθνινχζεζε video on demand θαη online ηειενπηηθψλ ή ξαδηνθσληθψλ κεηαδφζεσλ πξνγξακκάησλ ζα επηηξέπεη ζε θάπνην θίιαζιν λα παξαθνινπζεί ην καηο ηεο αγαπεκέλεο ηνπ νκάδαο ελ θηλήζεη, κέζσ Internet, ζηνλ επαγγεικαηία λα ελεκεξψλεηαη γηα ηηο ηηκέο ησλ κεηνρψλ θαηά ηε δηαδξνκή απφ ην ζπίηη πξνο ηελ εξγαζία ηνπ, αιιά θαη ζηνλ κνπζηθφθηιν ρξήζηε λα γεκίδεη ηηο ψξεο ελφο πνιχσξνπ πιεθηηθνχ ηαμηδηνχ αγνξάδνληαο ηξαγνχδηα mp3 θαη video clips απφ online θαηαζηήκαηα. Η απνζηνιή ελφο e- mail κε κεγάια ζπλεκκέλα αξρεία, ελψ βξίζθεζηε θαζ νδφλ, ζήκεξα είλαη πξαθηηθά αλέθηθηε, εθηφο θπζηθά αλ ρξεζηκνπνηήζεηε ην φρη θαη ηφζν νηθνλνκηθφ- 3G. Σν κε πνιιαπιάζηεο ηαρχηεηεο ζα θνζηίδεη ζεκαληηθά ιηγφηεξν, επηηξέπνληαο ηε δηεθπεξαίσζε θάζε online εξγαζίαο κέζα ζε ειάρηζηα ιεπηά, ρσξίο λα βάιεηε βαζηά ην ρέξη ζηελ ηζέπε. Σα Wireless Metropolitan Networks, φπσο απηά πνπ έρνπλ ήδε αλαπηπρζεί ζε πφιεηο ηεο Διιάδαο θαη ηνπ εμσηεξηθνχ, απηή ηε ζηηγκή αληηκεησπίδνπλ σο ζεκαληηθφ πξφβιεκα ηε κεησκέλε εκβέιεηα ηεο 19

21 ηερλνινγίαο Wi-Fi, παξνπζηάδνληαο κεγάια θελά ζηηο πεξηνρέο θάιπςήο ηνπο. Ωο εθ ηνχηνπ, ηα κέιε ησλ ζπιιφγσλ πνπ ηα δηαρεηξίδνληαη αλαγθάδνληαη λα ηνπνζεηνχλ θεξαίεο ζε πνιχ θνληηλέο απνζηάζεηο, ψζηε λα επηηεπρζεί πιεξέζηεξε θάιπςε. Σν ζα επηηξέςεη ηε δεκηνπξγία αζχξκαησλ κεηξνπνιηηηθψλ δηθηχσλ πνπ ζα θαιχπηνπλ αμηφπηζηα κεγάιεο πεξηνρέο. Υξήζηεο πνπ βξίζθνληαη ζηελ ίδηα κεγαινχπνιε, αιιά ζε απφζηαζε πνιιψλ ρηιηνκέηξσλ κεηαμχ ηνπο, ζα κπνξνχλ λα αληαιιάδνπλ αξρεία δεκηνπξγψληαο κεηαμχ ηνπο έλα πξνζηαηεπκέλν ηδησηηθφ δίθηπν, ζην νπνίν δελ ζα έρνπλ πξφζβαζε ηξίηα άηνκα, παξά κφλν αλ γλσξίδνπλ ην κπζηηθφ θιεηδί θξππηνγξάθεζεο. αλ λέα ηερλνινγία, ην είλαη ινγηθφ θαη αλακελφκελν λα δηαζέηεη ζε παγθφζκηα θιίκαθα, αξθεηά ρακειή ζπλδξνκεηηθή βάζε ελ ζπγθξίζεη κε ηηο άιιεο ηερλνινγίεο πξφζβαζεο ζην Internet, φπσο νη ζπλδέζεηο ADSL, Cable, ISDN ή κηζζσκέλσλ θπθισκάησλ. Απηφ είλαη θάηη ην δηθαηνινγεκέλν, αλ αλαινγηζηεί θαλείο φηη ηα δίθηπα δελ έρνπλ αθφκε αλαπηπρζεί ηδηαίηεξα. Καηά ην έηνο ηνπ 2005 νη ζπλδξνκεηέο δελ μεπεξλνχλ ηα 2 εθαηνκκχξηα ζπλνιηθά ζε Δπξψπε, Ακεξηθή θαη Αζία, αιιά θαηά ην 2006 εθηηκάηαη φηη ζα ππάξμεη ππεξδηπιαζηαζκφο ηνπο, θζάλνληαο ή θαη μεπεξλψληαο ηα 5 εθαηνκκχξηα. ηηο ρξνληέο πνπ αθνινπζνχλ κάιηζηα ε αχμεζε αλακέλεηαη λα ζπλερηζηεί κε αλάινγνπο ξπζκνχο, θζάλνληαο ή θαη μεπεξλψληαο ηα 100 εθαηνκκχξηα. ηνπο πςεινχο ξπζκνχο αλάπηπμήο ηνπ ζα ζπκβάιιεη θπζηθά ε επθνιία εγθαηάζηαζεο ελφο δηθηχνπ, αιιά θαη ε εχθνιε εγγξαθή θαη ρξήζε ηνπ απφ ηνπο ζπλδξνκεηέο. Δίλαη ραξαθηεξηζηηθφ ην γεγνλφο φηη κεηά ηνλ πξφζθαην ηπθψλα πνπ έπιεμε ηε Νέα Οξιεάλε ησλ Ηλσκέλσλ Πνιηηεηψλ θαη ηηο θαηαζηξνθέο πνπ επέθεξε ζην ελζχξκαην δίθηπν ηειεπηθνηλσληψλ, ηα ζσζηηθά ζπλεξγεία πξνρψξεζαλ ζηελ άκεζε δεκηνπξγία δηθηχνπ γηα ηελ θάιπςε ησλ αλαγθψλ επηθνηλσλίαο ζηελ πεξηνρή. Πξφζθαηα δηαηέζεθαλ απφ ηελ Δζληθή Δπηηξνπή Σειεπηθνηλσληψλ θαη Σαρπδξνκίσλ (ΔΔΣΣ) νη πξψηεο άδεηεο γηα εγθαηάζηαζε θαη δνθηκαζηηθή ιεηηνπξγία δηθηχσλ ζηελ Διιάδα. Πηινηηθή ιεηηνπξγία έρεη επίζεο μεθηλήζεη θαη ζηνλ Γηεζλή Αεξνιηκέλα Αζελψλ "Διεπζέξηνο Βεληδέινο". 20

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Λάζε ζηα αζύξκαηα δίθηπα απηφ ην θεθάιαην γίλεηαη κία κειέηε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ αζχξκαηνπ θαλαιηνχ κεηάδνζεο, θαζψο θαη ηνπ ηξφπνπ κε ηνλ νπνίν απηά επεξεάδνπλ ηα πξσηφθνιια κεηαθνξάο. Γίλεηαη κία γεληθή πεξηγξαθή ηνπ βαζηθνχ πξσηνθφιινπ tcp ελψ ζηελ ζπλέρεηα πεξηγξάθνληαη θάπνηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ επξείαο θιίκαθαο ηα νπνία ελδέρεηαη λα έρνπλ αξλεηηθέο ζπλέπεηεο ζηελ απφδνζε ηνπ πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο, φπσο νη αζπκκεηξίεο, νη δηαθπκάλζεηο θαζπζηέξεζεο πνπ πξνθαινχλ νη επαλακεηαδφζεηο ζην επίπεδν δηαζχλδεζεο δεδνκέλσλ θαη νη δηαθπκάλζεηο ρσξεηηθφηεηαο ιφγσ ηεο εμππεξέηεζεο δηαθνξεηηθψλ Quality of Service ξνψλ ζηα δίθηπα απηά. 2.1 Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηελ απόδνζε ησλ αζύξκαησλ δηθηύσλ. Σα αζχξκαηα δίθηπα είλαη δίθηπα πνπ ραξαθηεξίδνληαη απφ ηπραίεο απψιεηεο πςεινχ ξπζκνχ. Σα ηειεπηαία ρξφληα ε αγνξά ησλ αζχξκαησλ ηειεπηθνηλσληψλ απνιακβάλεη κηα ηεξάζηηα αλάπηπμε. Η αζχξκαηε ηερλνινγία είλαη ζε ζέζε ζηελ επνρή καο λα θηάζεη ζε θάζε γσληά ηεο γεο. Δθαηνκκχξηα άλζξσπνη αληαιιάζζνπλ πιεξνθνξίεο θάζε κέξα ρξεζηκνπνηψληαο θηλεηά ηειέθσλα θαη άιια πξντφληα αζχξκαηεο ηειεπηθνηλσλίαο. Με ηελ ηεξάζηηα επηηπρία ηεο θηλεηήο ηειεθσλίαο θαη ησλ ππεξεζηψλ κελπκάησλ, δελ απνηειεί έθπιεμε πνπ νη αζχξκαηεο ηειεπηθνηλσλίεο αξρίδνπλ λα εθαξκφδνληαη θαη ζηνπο ππνινγηζηέο. Υσξίο ηνπο πεξηνξηζκνχο ησλ ελζχξκαησλ δηθηχσλ, νη άλζξσπνη ζα κπνξνχλ λα επηθνηλσλνχλ θαη λα αληαιιάζζνπλ πιεξνθνξίεο ζε παγθφζκηα θιίκαθα ζρεδφλ νπνπδήπνηε ην επηρεηξήζνπλ. ήκεξα ηα αζχξκαηα δίθηπα (wireless LANs ) είλαη ζε ζέζε λα παξέρνπλ ηθαλφ εχξνο δψλεο γηα εθαξκνγέο γξαθείνπ αιιά κε ζρεηηθά πεξηνξηζκέλε θηλεηηθφηεηα: ραξαθηεξηζηηθά ν ρξήζηεο κπνξεί λα θηλείηε ζε έλα θηίξην ή κηα παλεπηζηεκηνχπνιε. Σα αζχξκαηα δίθηπα δελ έρνπλ αληηθαηαζηήζεη αθφκα ηα ελζχξκαηα, αλ θαη ρξεζηκνπνηνχληαη ζαλ επέθηαζε ζηα ηειεπηαία. Πξνζθέξνπλ φκσο κηα κεγάιε ππεξεζία ζε έλαλ αξηζκφ παξάιιεισλ αγνξψλ φπσο ζε καγαδηά, απνζήθεο θαη θαηαζθεπαζηηθά εξγνζηάζηα. Σα αζχξκαηα δίθηπα φκσο έρνπλ θαη θάπνηα ραξαθηεξηζηηθά πνπ επεξεάδνπλ ηελ απφδνζε ηνπο. Η θαζπζηέξεζε παξάδνζεο ελφο ηκήκαηνο δεδνκέλσλ είλαη νπζηαζηηθά ν ρξφλνο απφ ηε ζηηγκή πνπ ζα ζηείινπκε ην πξψην bit δεδνκέλσλ ζηνλ απνζηνιέα κέρξη λα ιεθζεί θαη ην ηειεπηαίν ζηνλ απνζηνιέα. Απνηειείηαη απφ ηελ θαζπζηέξεζε κεηάδνζεο, πνπ δίλεηαη απφ ηε δηαίξεζε ηνπ κεγέζνπο ησλ ζηνηρείσλ θαη απφ ηελ ηαρχηεηα κεηάδνζεο ηεο ζχλδεζεο, ζπλ κηα ζηαζεξά θαζπζηέξεζεο ηεο δηάδνζεο, ε νπνία είλαη ν ρξφλνο πνπ έλα ζήκα θάλεη γηα λα δηαζρίζεη ηε ζχλδεζε, κηα πνζφηεηα πνπ θαζνξίδεηαη απφ ηηο θπζηθέο πηπρέο ηεο ζχλδεζεο φπσο ε απφζηαζε κεηαμχ απνζηνιέα θαη δέθηε. Οη αζχξκαηεο ζπλδέζεηο ζηα ζπζηήκαηα WLAN θαη CT έρνπλ παξφκνηεο θαζπζηεξήζεηο δηάδνζεο κε απηέο ησλ ελζχξκαησλ ζπλδέζεσλ. Καηά ζπλέπεηα, ζηα ζπζηήκαηα WLAN θαη CT ε θαζπζηέξεζε 21

23 κεηάδνζεο εμνπζηάδεη ζπλήζσο ηελ θαζπζηέξεζε παξάδνζεο. Απηφ πνπ θάλεη ηηο αζχξκαηεο ζπλδέζεηο δηαθνξεηηθέο απφ ηηο ελζχξκαηεο είλαη ηα πνιιά θαη ηπραία ιάζε πνπ εκθαλίδνληαη ζε απηέο: ε παξέκβαζε πνπ πξνθαιείηαη απφ ηηο εμσηεξηθέο πεγέο απμάλεη ηα πνζνζηά ιάζνπο ηνπο ηα νπνία είλαη ζεκαληηθά θαη θάλεη απξφβιεπηε ηελ απφδνζή ηνπο. Η θαηαπνιέκεζε ηεο παξέκβαζεο απηήο απφ ην εμσηεξηθφ πεξηβάιινλ είλαη έλα αξθεηά πεξηιεθζέλ ζέκα. Η ζπκπεξηθνξά ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ ζηα ιάζε πνηθίινη αλάινγα κε ην ζχζηεκα. Σα δίθηπα θηλεηψλ επηθνηλσληψλ επεξεάδνληαη ηδηαίηεξα απφ ηηο αηκνζθαηξηθέο ζπλζήθεο, αιιά αληηκεησπίδνπλ θαη πξνβιήκαηα ιφγσ εμαζζέλεζεο πνιιαπιψλ δηαδξνκψλ πνπ νθείιεηαη ζηα επίγεηα εκπφδηα πνπ ζπλαληά ην ζήκα. ηηο εζσηεξηθέο αζχξκαηεο ζπλδέζεηο ην ίδην πξφβιεκα δεκηνπξγείηαη ιφγσ ηεο παξνπζίαο ησλ αλζξψπσλ θαη ησλ επίπισλ. Η θηλεηηθφηεηα αιιάδεη ζπλερψο ηελ εμαζζέλεζε θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά πνπ επεξεάδνπλ ηελ απφδνζε ηεο ζχλδεζεο. Γηα φια ηα παξαπάλσ ζηα αζχξκαηα δίθηπα ε ζπκπεξηθνξά ζηα ιάζε πνηθίιεη θαη είλαη ζε πνιιέο πεξηπηψζεηο πεξηζζφηεξν απξφβιεπηε απφ φηη π.ρ. ζηα δνξπθνξηθά. Σα πνιιαπιά θαη ηπραία ιάζε είλαη δχζθνιν λα αληηκεησπηζηνχλ κε θσδηθνπνίεζε θαη παξεκβνιή, εηδηθά φηαλ νη ζπλζήθεο ζην θπζηθφ επίπεδν αιιάδνπλ ζπλερψο. Απηνχ ηνπ είδνπο ε ζπκπεξηθνξά κπνξεί λα αληηκεησπηζηεί θαιχηεξα κε κεραληζκνχο δηφξζσζεο ησλ ιαζψλ πνπ αληηδξνχλ αξθεηά γξήγνξα ζηηο πεξηβαιινληηθέο αιιαγέο. Σα αζχξκαηα δίθηπα αθνινχζεζαλ ηελ εμέιημε ησλ ελζχξκαησλ θαη ζηεξίρηεθαλ ζηα πξσηφθνιια πνπ είραλ ζρεδηαζηεί γηα ελζχξκαηα, απηφ απνηειεί πνιιέο θνξέο ζεκαληηθφ πξφβιεκα ζηελ απφδνζε ηνπ δηθηχνπ εηδηθά ζε αζχξκαηα θαη ελζχξκαηα δίθηπα πνπ είλαη απαξαίηεην λα επηθνηλσλνχλ κεηαμχ ηνπο. Έλαο απφ ηνπο βαζηθνχο ζρεδηαζηηθνχο ζηφρνπο ησλ πξσηνθφιισλ TCP/IP ήηαλ ε δπλαηφηεηα δηαζχλδεζεο δηθηχσλ ππνινγηζηψλ βαζηζκέλσλ ζε δηαθνξεηηθέο ηερλνινγίεο. Βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ πξσηνθφιινπ IP είλαη ε επηθνηλσλία ρσξίο ζχλδεζε θαη ε παξνρή ππεξεζίαο βέιηηζηεο πξνζπάζεηαο (best effort) ρσξίο εγγπήζεηο πνηφηεηαο ππεξεζίαο. ην επίπεδν κεηαθνξάο παξέρνληαη 2 πξσηφθνιια. Σν UDP πνπ δελ παξέρεη θακία εγγχεζε γηα ηε ζσζηή παξαιαβή ησλ δεδνκέλσλ απφ ην δέθηε ή γηα ην ρξφλν κεηάδνζεο. Σν TCP απφ ηελ άιιε πιεπξά εγγπάηαη ηε ζσζηή παξαιαβή ησλ δεδνκέλσλ αιιά δελ δίλεη θακία εγγχεζε γηα ηε δηάξθεηα θαη ην ξπζκφ ηεο κεηάδνζεο. Δπηπιένλ ην TCP ρξεζηκνπνηεί κεραληζκνχο ειέγρνπ ξνήο θαη ζπκθφξεζεο πνπ επηβάινπλ πεξηνξηζκνχο ζην ξπζκφ πνπ κεηαδίδεη ν απνζηνιέαο κε ζθνπφ ηελ απνθπγή θαηαζηάζεσλ ζπκθφξεζεο ζην δίθηπν. 2.2 Πξνβιήκαηα ηνπ TCP ζηα αζύξκαηα δίθηπα Ο ζρεδηαζκφο ηνπ TCP ζηα αζχξκαηα δίθηπα ζα πξέπεη λα ιάβεη ππφςε ηνπ επηπιένλ παξακέηξνπο ζε ζρέζε κε ηα ελζχξκαηα δίθηπα, πνπ πξνθχπηνπλ θπξίσο ιφγσ ηνπ αζχξκαηνπ κέζνπ κεηαθνξάο ηεο πιεξνθνξίαο θαη ιφγσ ηεο θνξεηφηεηαο (mobility) ησλ ζπζθεπψλ. 22

24 Βαζηθά ζέκαηα πνπ πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε είλαη ηα ιάζε κεηάδνζεο ζην αζχξκαην θαλάιη, ε δηαρείξηζε ελέξγεηαο ησλ αζχξκαησλ ζπζθεπψλ, ε αζπκκεηξία ησλ αζχξκαησλ θαλαιηψλ κεηαμχ uplink θαη downlink,ε θαζπζηέξεζε (delay) θαη ε ιήςε παθέησλ εθηφο ζεηξάο (packet reordering) Σα ιάζε κεηάδνζεο ζην αζύξκαην θαλάιη Αληίζεηα απφ ηα ελζχξκαηα δίθηπα, ζηα αζχξκαηα δίθηπα ε απψιεηα παθέησλ είλαη ιηγφηεξν πηζαλφ λα νθείιεηαη ζηε ζπκθφξεζε ηνπ δηθηχνπ. Σα ιάζε πνπ εκθαλίδνληαη ζην αζχξκαην θαλάιη είλαη είηε «ηπραία ιάζε» (random losses) δειαδή αιινησκέλα bits πιεξνθνξίαο ιφγσ ζπνξαδηθψλ παξεκβνιψλ ζην αζχξκαην θαλάιη κεηάδνζεο, είηε «ιάζε απνζύλδεζεο» (disconnection losses), δειαδή ρακέλα παθέηα πιεξνθνξίαο, ιφγσ ηνπ φηη ν θηλνχκελνο δέθηεο βξίζθεηαη πνιχ καθξηά απφ ηελ πεξηνρή θάιπςεο ηνπ Access Point (AP) ή ιφγσ ηνπ φηη θηλείηαη κεηαμχ δχν γεηηνληθψλ αζχξκαησλ ΑPs (handover). ηελ ηειεπηαία πεξίπησζε (handover) φια ηα παθέηα πνπ εθπέκπνληαη απφ ην έλα δίθηπν ζα ράλνληαη κέρξηο φηνπ ν θηλνχκελνο ρξήζηεο επαλαζπλδεζεί ζην γεηηνληθφ δίθηπν. Δίλαη πξνθαλέο φηη ηέηνηα ιάζε δε ζπκβαίλνπλ ζηα ελζχξκαηα δίθηπα. Σν ΣCP New Reno (θαη αζθαιψο φιεο νη πξνγελέζηεξεο εθδφζεηο ηνπ) δε δηαζέηνπλ κεραληζκνχο αλίρλεπζεο ηεο πξνέιεπζεο ηνπ ιάζνπο θαη κεηαθξάδεη ιαλζαζκέλα θάζε ρακέλν παθέην σο έλδεημε ζπκθφξεζεο ζην δίθηπν. Έηζη εάλ π.ρ. θάπνην παθέην ραζεί ή απνξξηθζεί ζην δέθηε ιφγσ ηπραίσλ ιαζψλ (random losses) ζην αζχξκαην θαλάιη κεηάδνζεο, ηφηε ν απνζηνιέαο εζθαικέλα ζεσξεί (κε ηελ παξαιαβή 3 DACK απφ ην δέθηε) φηη ζπληξέρνπλ ζπλζήθεο πεξηνξηζκέλεο ζπκθφξεζεο, νπφηε ελεξγνπνηεί ηνπο κεραληζκνχο γξήγνξε αλάθακςε (fast recovery) θαη απνθπγή ζπκθφξεζεο (congestion avoidance), πεξηνξίδνληαο έηζη ηειηθά ηε ξνή ησλ δεδνκέλσλ πνπ ζηέιλεη ζην κηζφ ηεο πξνεγνχκελεο ηηκήο ηεο. Δάλ πάιη ζπκβνχλ ιάζε απνζχλδεζεο, δειαδή δε δηαθηλνχληαη παθέηα κέζα απφ ην αζχξκαην θαλάιη γηα θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα, ηφηε κε ηε ιήμε ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ (RTO) ν απνζηνιέαο ζεσξεί (επίζεο εζθαικέλα) φηη ζπληξέρνπλ ζπλζήθεο θαηαζηξνθηθήο ζπκθφξεζεο θαη εθαξκφδεη ην κεραληζκφ αξγή εθθίλεζε (slow start), φπνηε θαη κεηψλεη δξαζηηθά ηε ξνή δεδνκέλσλ πνπ απνζηέιιεη (ζέηεη ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο ίζν κε 1). Καη ζηηο δχν πεξηπηψζεηο ην απνηέιεζκα ηεο TCP Reno είλαη ε άζθνπε κείσζε ηεο ξνήο ησλ δεδνκέλσλ πνπ απνζηέιινληαη θαη άξα ηεο απφδνζεο, θαζψο κε ηελ απνθαηάζηαζε ηεο ζχλδεζεο κεηά ην ιάζνο (ή κηαο λέαο ζχλδεζεο κε ην handover) ε πνηφηεηα ηεο επηθνηλσλίαο απνθαζίζηαηαη θαη είλαη έηζη δπλαηή ε κεηαθνξά παθέησλ ζε πςεινχο ξπζκνχο. ε απηέο ηηο πεξηπηψζεηο είλαη επνκέλσο ζεκηηή ε έγθαηξε αλίρλεπζε ηεο θχζεο ησλ ιαζψλ (ηπραία ιάζε, ιάζε απνζχλδεζεο) θαη ε εθαξκνγή ηεο θαηάιιειεο ζηξαηεγηθήο, δειαδή λα ζηακαηήζεη ε κεηαθνξά γηα φζν ρξνληθφ δηάζηεκα δελ ππάξρεη ζχλδεζε θαη λα ζπλερηζηεί φηαλ απηή απνθαηαζηαζεί ρσξίο λα κεησζεί ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο. 23

25 ηα δίθηπα πνπ ζπλδπάδνπλ αζχξκαηε θαη ελζχξκαηε κεηαθνξά φπνπ είλαη πηζαλή ε χπαξμε ιαζψλ ιφγσ ζπκθφξεζεο (congestion loss) ζην ελζχξκαην κέζν θαη ιαζψλ κεηάδνζεο ζην αζχξκαην θαλάιη (wireless loss), ζα πξέπεη ην πξσηφθνιιν κεηαθνξάο λα δηαρσξίδεη ηηο δχν απηέο πεξηπηψζεηο θαη λα ηηο ρεηξίδεηαη δηαθνξεηηθά [40]. Κάηη ηέηνην φκσο δελ είλαη πάληα επηηπρέο. Υξεηάδεηαη ηδηαίηεξε πξνζνρή ζηνλ ηξφπν δηαρσξηζκνχ, θαζψο ε ιαλζαζκέλε εθηίκεζε απφ ην πξσηφθνιιν κεηαθνξάο ελφο congestion loss σο wireless loss, κπνξεί λα νδεγήζεη ην δίθηπν ζε θαηάξξεπζε, ιφγσ ηεο κε κείσζεο ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο ελψ ην αληίζεην δελ ηζρχεη θαζψο ε εθηίκεζε ελφο wireless loss σο congestion loss, νδεγεί κελ ζε άζθνπε κείσζε ηνπ παξαζχξνπ θαη επνκέλσο ζε κείσζε ηεο απφδνζεο, αιιά φρη ζε θαηάξξεπζε ην δίθηπν Η δηαρείξηζε ελέξγεηαο ησλ αζύξκαησλ ζπζθεπώλ Οη θηλεηέο ζπζθεπέο έρνπλ ζεκαληηθνχο πεξηνξηζκνχο ελέξγεηαο. Γηα ην ιφγν απηφ φιεο νη ιεηηνπξγίεο απηψλ ησλ ζπζθεπψλ πξέπεη λα ζηνρεχνπλ ζηελ ειαρηζηνπνίεζε ηεο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο. Έρνπλ γίλεη δηάθνξεο κειέηεο γηα ηε κνληεινπνίεζε ηνπ TCP απφ ελεξγεηαθήο απφςεσο. ηε [41] αλαιχνληαη νη βαζηθέο ιεηηνπξγίεο ηνπ TCP θαη ππνινγίδεηαη ε ζπλνιηθή ελέξγεηα πνπ θαηαλαιψλεηαη απφ ην πξσηφθνιιν ζαλ ην άζξνηζκα ησλ επηκέξνπο ιεηηνπξγηψλ απηψλ: Estimated Energy(D,MTU) = user-to-kernel Copy for D Bytes + n * Normal TCP Processing Cost +(n + CTD + CTO) * Kernel NIC Copy for MTU+CTD TD Cost + CTO * TO Cost+Num ACKs*ACK Cost όπος: D: O απιθμόρ ηυν bytes πος αποζηέλλονηαι user-to-kernel Copy for D Bytes: Το ενεπγειακό κόζηορ ηηρ ανηιγπαθήρ ζηον kernel D bytes πληποθοπίαρ n: O απιθμόρ ηυν πακέηυν πος αποζηέλλονηαι (δε ζςμπεπιλαμβάνονηαι οι επαναμεηαθοπέρ - retransmissions) Normal TCP Processing Cost: Το ενεπγειακό κόζηορ ηηρ επεξεπγαζίαρ ενόρ TCP πακέηος CTO: Το πλήθορ ηυν σπονικών πεπιθυπίυν (timeouts) πος έσοςν ζςμβεί ΤΟ Cost: Το ενεπγειακό κόζηορ για ηην εξςπηπέηηζη ενόρ timeout (κόζηορ επεξεπγαζίαρ και επαναποζηολήρ ηος πακέηος) CTD: Το πλήθορ ηυν 3 Duplicate ACKs πος λαμβάνονηαι ηα οποία ενεπγοποιούν ηη διαδικαζία ηηρ επαναμεηαθοπάρ για ένα απλό πακέηο TD Cost: Το ενεπγειακό κόζηορ για ηην εξςπηπέηηζη ηυν 3 DACK (κόζηορ επεξεπγαζίαρ και γπήγοπηρ επαναμεηαθοπάρ ενόρ πακέηος) 24

26 Num ACKs: Ο ζπλνιηθφο αξηζκφο ησλ Δπηβεβαηψζεσλ (normal ACKs, Duplicate ACKs - εθηφο απφ ηα 3 DACK πνπ ελεξγνπνηνχλ ηελ επαλακεηαθνξά). ACK Cost: Σν ελεξγεηαθφ θφζηνο ηεο επεμεξγαζίαο κηαο ιακβαλφκελεο επηβεβαίσζεο Kernel NIC Copy for MTU: To ενεπγειακό κόζηορ ηηρ ανηιγπαθήρ ενόρ πακέηος από ηον kernel ζηην NIC για αποζηολή. ηε [41] έρνπλ κεηξεζεί ηα δηάθνξα ελεξγεηαθά θφζηε πνπ πξναλαθέξζεθαλ γηα παθέηα κεγέζνπο 1500 θαη 552 bytes θαη γηα ηα πνην δηαδεδνκέλα ιεηηνπξγηθά ζπζηήκαηα (FreeBSD 4.0, FreeBSD 5.0 θαη ipaq) θαη είλαη έηζη εθηθηή ε πξνζεγγηζηηθή ελεξγεηαθή απνηίκεζε κηαο κεηαθνξάο κέζσ TCP, ρξεζηκνπνηψληαο ην παξαπάλσ κνληέιν, κε ηε κέηξεζε ηνπ αξηζκνχ ησλ παθέησλ πνπ απνζηέιινληαη, ηνπ πιήζνπο ησλ ACKs, ησλ Σimeouts θαη ησλ DACKs πνπ παξαιακβάλνληαη. Δίλαη πξνθαλέο φηη ζχκθσλα κε ην παξαπάλσ κνληέιν φηη φζν πην απνδνηηθά ιεηηνπξγεί ην πξσηφθνιιν κεηαθνξάο πεξηνξίδνληαο ηηο ιαλζαζκέλεο επαλακεηαδφζεηο, ηφζν κεγαιχηεξε είλαη ε εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο πνπ επηηπράλεηαη. Η παξαπάλσ εθηίκεζε εληζρχεηαη απφ ην πξνζεγγηζηηθφ κνληέιν πνπ παξνπζηάδεηαη ζηελ [42], φπνπ θαη ζπλνςίδεη φηη ε θαηαλάισζε ελέξγεηαο είλαη αληηζηξφθσο ηεο απφδνζεο ηνπ πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο. ( ) ( ) ( ) ( ) Όπνπ η: απφδνζε (bytes/ sec, r: ηαρχηεηα κεηαθνξάο (bytes/sec) Β: ηα δεδνκέλα πνπ κεηαθέξνληαη (bytes), Δ idle : ε ελέξγεηα πνπ θαηαλαιψλεη ε ζπζθεπή ζε θαηάζηαζε φπνπ δε ιακβάλεη ή ζηέιλεη, Δ tx : ε ελέξγεηα πνπ θαηαλαιψλεη ε ζπζθεπή φηαλ ζηέιλεη Αζπκκεηξία ησλ αζύξκαησλ θαλαιηώλ κεηαμύ uplink θαη downlink Έλα δίθηπν είλαη αζχκκεηξν ζε φηη αθνξά ην TCP εάλ ε απφδνζε πνπ επηηπγράλεη δελ είλαη απφξηα κφλν ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηεο γξακκήο θαη ηεο θίλεζεο ζηελ θαηεχζπλζε κεηάδνζεο ησλ παθέησλ (forward direction), αιιά εμαξηάηαη επίζεο θαη απφ ηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο γξακκήο θαη ηεο θίλεζεο ζηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε (backward direction) [10]. Ο ιφγνο είλαη φηη o ξπζκφο αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ ζην TCP εμαξηάηαη απφ ην ξπζκφ άθημεο ησλ επηβεβαηψζεσλ (ACKs). Δάλ ην θαλάιη ζηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε είλαη αξγφ ιφγσ πεξηνξηζκέλεο ρσξεηηθφηεηαο ή ιφγσ απμεκέλεο θίλεζεο ζηελ αληίζηξνθε θαηεχζπλζε, ηφηε ν ξπζκφο άθημεο ησλ επηβεβαηψζεσλ είλαη αξγφο, νπφηε αληίζηνηρα αξγή λα είλαη θαη ε αχμεζε ηεο ξνήο ησλ δεδνκέλσλ ζηελ θαηεχζπλζε κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο, αθφκε θαη εάλ εθεί ππάξρνπλ δηαζέζηκνη πφξνη. 25

27 ηα wifi δίθηπα ε αζπκκεηξία πξνθχπηεη ιφγσ αληαγσληζκνχ κεηαμχ ησλ ρξεζηψλ γηα ηελ πξφζβαζε ζην κέζν. Έηζη ελψ ζηελ downlink θαηεχζπλζε ην θαλάιη δηαηίζεηαη κφλν ζην ΑP γηα κεηάδνζε, ζηελ uplink θαηεχζπλζε ην θαλάιη κνηξάδεηαη κεηαμχ ησλ n ρξεζηψλ πνπ επηζπκνχλ λα ζηείινπλ. Τπνζέηνληαο δίθαηε θαηαλνκή ηνπ ρξφλνπ κεηαμχ ησλ ρξεζηψλ, ε πηζαλφηεηα λα ζηείιεη ηα δεδνκέλα ηνπ φηαλ ππάξρνπλ ζπλζήθεο αληαγσληζκνχ κεηαμχ ηνπο είλαη 1/n (ή δηαθνξεηηθά, ζα έρεη πξφζβαζε ζην θαλάιη 1/n ηνπ ζπλνιηθνχ ρξφλνπ). Καζψο νη επηβεβαηψζεηο (ACKs) είλαη απηέο πνπ ζπλήζσο ζηέιλνληαη ζηελ uplink θαηεχζπλζε, είλαη πξνθαλέο φηη πξφβιεκα αζπκκεηξίαο ππάξρεη θαη γίλεηαη φιν θαη πην ζεκαληηθφ θαζψο απμάλεη ην πιήζνο ησλ ρξεζηψλ πνπ επηζπκνχλ ηαπηφρξνλε πξφζβαζε ζην κέζν. χκθσλα κε ηελ [43] ζπλζήθεο αληαγσληζκνχ έζησ θαη ηξηψλ ζηαζκψλ είλαη αξθεηέο γηα λα δεκηνπξγήζνπλ ζνβαξφ πξφβιεκα αζπκκεηξίαο. Αλάινγν πξφβιεκα παξνπζηάδεηαη θαη ζηα wimax δίθηπα γηα εθείλεο ηηο QoS θιάζεηο πνπ δελ εμαζθαιίδνπλ εγγπεκέλν θαλάιη (π.ρ. Best Effort Delivery). Γηάθνξεο ιχζεηο ζην πξφβιεκα είλαη ε ρξήζε ελφο κεραληζκνχ ζπκπίεζεο ηεο θεθαιίδαο (π.ρ. ν αιγφξηζκνο SLIP [45]), ελψ ζηελ [44] πξνηείλεηαη ε ηερληθή Selective Packet Marking with ACK Filtering (SPM-AF), φπνπ ν θηλεηφο ρξήζηεο ζα πξέπεη «καξθάξεη» ηα TCP ACKs σο παθέηα πςειήο πξνηεξαηφηεηαο ζε ζρέζε κε ηα ππφινηπα TCP παθέηα (SPM), ελψ ζην ΑP ηα ιακβαλφκελα παθέηα ζα ηαμηλνκνχληαη έηζη ψζηε ηα TCP ACKs ζα εμππεξεηνχληαη θαηά πξνηεξαηφηεηα έλαληη ησλ άιισλ ΣCP παθέησλ, ελψ ηα πιενλάδνληα Duplicated ACKs πνπ αθνξνχλ ζηελ ίδηα ζχλδεζε ζα απνξξίπηνληαη (ACK filtering) γηα ηελ απνζπκθφξεζε ηεο νπξάο ηνπ θαηαρσξεηή ηνπ AP. Σέηνηεο φκσο πξνηάζεηο πξνυπνζέηνπλ επεμεξγαζία ηνπ TCP θαη απφ ην ΑP εηζάγνληαο πξφζζεηε πνιππινθφηεηα θαη θαηαξγψληαο ηνλ end-to-end ραξαθηήξα ησλ TCP Καζπζηέξεζε (delay) Η ζπλνιηθή θαζπζηέξεζε ζε κία γξακκή κεηαθνξάο είλαη ην άζξνηζκα ησλ επηκέξνπο θαζπζηεξήζεσλ πνπ κπνξεί λα ζπκβνχλ ζε απηή: Total Delay = Propagation_Delay + Transmission_delay +Proccessing_and_Queuing_Delay Όπνπ: Propagation_Delay (L): ν ρξφλνο πνπ ρξεηάδεηαη ην παθέην γηα λα θηάζεη ζηνλ πξννξηζκφ ηνπ Transmission_delay (T): ν ρξφλνο πνπ απαηηείηαη γηα λα εηζέιζεη ην παθέην ζηε γξακκή κεηαθνξάο Proccessing and Queuing Delay Delay (P): ν ρξφλνο πνπ ρξεηάδνληαη νη ελδηάκεζνη θφκβνη (ΑP, routers) γηα λα επεμεξγαζηνχλ ηελ θεθαιίδα ελφο παθέηνπ θαζψο θαη απηφο πνπ μνδεχεη ην παθέην κέζα ζηνπο θαηαρσξεηέο ησλ Routers Mηα ζρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ησλ επηκέξνπο θαζπζηεξήζεσλ δίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα ( ) 26

28 Σσήμα Αναπαπάζηαζη επιμέποςρ καθςζηεπήζευν Οη ζεκαληηθφηεξεο πεγέο θαζπζηεξήζεσλ ζην αζχξκαην θαλάιη κπνξνχκε λα πνχκε πσο κε ιίγα ιφγηα είλαη νη εμήο: - Ο αληαγσληζκφο κε άιιεο ξνέο ζηε θαηεχζπλζε κεηάδνζεο ηεο πιεξνθνξίαο ν νπνίνο πξνθαιεί πξφζζεηεο transmission delays + queuing delays. - Η αζπκεηξία ηνπ θαλαιηνχ κεηαθνξάο ζηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε ε νπνία πξνθαιεί πξφζζεηα transmission delays + queuing delays - Οη επαλακεηαδφζεηο ζην επίπεδν δηαζχλδεζεο δεδνκέλσλ (Link Layer) γηα ηε δηφξζσζε ιαζψλ νη νπνίεο πξνθαινχλ πξφζζεηα propagation delays + transmission delays + processing delays - Κπξίσο ζηα wimax έρνπκε ην Ηandover ην νπνίν έρεη ηηο ίδηεο επηπηψζεηο κε απηέο ησλ επαλακεηαδφζεσλ. - Οη δηαθνξεηηθέο απνζηάζεηο κεηαμχ ρξεζηψλ πνπ θαιχπηνληαη απφ ην ίδην AP (θπξίσο ζηα wimax) πνπ πξνθαινχλ δηαθχκαλζε ηνπ propagation delay. πλέπεηα φισλ απηψλ ησλ θαζπζηεξήζεσλ ζην ΣCP είλαη ε αχμεζε ηνπ RTT. Όπσο αλαθέξζεθε ζηελ πεξίπησζε ηεο αζπκκεηξίαο, ε αχμεζε ηεο θαζπζηέξεζεο νδεγεί ζε κείσζε ηεο απφδνζεο ιφγσ ηνπ αξγνχ ξπζκνχ αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ. Δαλ ε θαζπζηέξεζε είλαη πνιχ κεγάιε ηφηε ελδέρεηαη ην RTT λα ππεξβεί ην ρξνληθφ πεξηζψξην (RTO) πνπ έρεη ηεζεί ζηνλ απνζηνιέα, νπφηε ην ΣCP Reno εξκελεχεη ιαλζαζκέλα ηελ θαζπζηέξεζε απηή σο απψιεηα παθέηνπ ιφγσ ζπκθφξεζεο, νπφηε θαη ην μαλά κεηαδίδεη, ξίρλνληαο δξαζηηθά θαη ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο ζην 1 (slow start) 27

29 Οη παξαπάλσ πεγέο θαζπζηεξήζεσλ, εηδηθά ηα handovers, νη επαλακεηαδφζεηο ζην επίπεδν δηαζχλδεζεο δεδνκέλσλ ιφγσ ιαζψλ θαη νη δηαθνξεηηθέο απνζηάζεηο κεηαμχ ησλ ρξεζηψλ δεκηνπξγνχλ επίζεο κεγάιεο δηαθπκάλζεηο ηνπ RTT. Καζψο φκσο κεγάιεο κεηαβνιέο ηεο δηαθχκαλζεο νδεγνχλ θαη ζε αλάινγε αχμεζε ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ (RTO), ηειηθά ην TCP θηάλεη λα αληαπνθξίλεηαη πην αξγά ζηηο απψιεηεο παθέησλ [46]. Σέινο ζηα wimax δίθηπα νη ρξήζηεο πνπ θηλνχληαη ζε κεγάιεο απνζηάζεηο απφ ηα AP, έρνπλ ιφγσ κεγαιχηεξνπ propagation delay αληίζηνηρα κεγαιχηεξα Round Trip Times ζε ζρέζε κε ηνπο ρξήζηεο πνπ βξίζθνληαη θνληά ζην ΑP, κε απνηέιεζκα νη ξνέο ηνπο λα απμάλνληαη κε πην αξγνχο ξπζκνχο. Η αξγνπνξία απηή νδεγεί, ζε κεησκέλε απφδνζε ηνπ πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο, θαη ζε άληζε θαηαλνκή ησλ δηαζέζηκσλ πφξσλ κεηαμχ ρξεζηψλ Λήςε παθέησλ εθηόο ζεηξάο (packet reordering) Η ιήςε παθέησλ εθηφο ζεηξάο κπνξεί λα παξαηεξεζεί ηφζν ζηα ελζχξκαηα φζν θαη ζηα αζχξκαηα. Μπνξεί λα έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηελ άζθνπε επαλαπνζηνιή παθέησλ (fast retransmit). Απηή ζπλήζσο ζπκβαίλεη κε ηελ παξαιαβή 3 DACK θαη φηαλ δελ νθείιεηαη ζε πξαγκαηηθή απψιεηα παθέηνπ, νδεγεί ζε δηθηπαθψλ πφξσλ. Δπηπιένλ, ιφγσ ηεο δηαδηθαζίαο ηεο γξήγνξεο αλάθακςεο πνπ αθνινπζείηαη νδεγεί ζε κείσζε ηεο απφδνζεο (ζην κηζφ ηνπ παξαζχξνπ). Έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί δηάθνξεο κειέηεο γηα ηελ επίιπζε ηνπ πξνβιήκαηνο. Η πην απιή ιχζε ζην πξφβιεκα δίλεηαη ζηελ [7], φπνπ ν απνζηνιέαο κε ηελ παξαιαβή ελφο DACK πεξηκέλεη γηα ρξνληθφ δηάζηεκα πεξίπνπ ελφο RTT (ν ρξφλνο απηφο νλνκάδεηαη ρξφλνο παχζεο pause time), πξνθεηκέλνπ λα δνζεί ν απαξαίηεηνο ρξφλνο γηα ηελ άθημε θαη επαλαηαμηλφκεζε ησλ παθέησλ ζην δέθηε. Σν πξφβιεκα παξαηεξείηαη εληνλφηεξα ζηα δίθηπα πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηερληθέο High-speed δξνκνιφγεζεο [47] ή ηερληθέο παξάιιειεο πξνψζεζεο παθέησλ [6]. Σα αζχξκαηα δίθηπα δε ρξεζηκνπνηνχλ ηέηνηνπο δξνκνινγεηέο, ην πξφβιεκα ιήςεο παθέησλ εθηφο ζεηξάο είλαη πεξηνξηζκέλεο έθηαζεο. Δμαίξεζε απνηεινχλ ηα ad-hocs αζχξκαηα δίθηπα φπνπ εθεί ιφγσ ησλ θηλνχκελσλ ηεξκαηηθψλ πνπ ιεηηνπξγνχλ θαη ζαλ δξνκνινγεηέο, ηα παθέηα κπνξνχλ λα αθνινπζνχλ δηαθνξεηηθέο δηαδξνκέο πξνο ηνλ ηειηθφ πξννξηζκφ, νπφηε πηζαλφηαηα ιακβάλνληαη παθέηα εθηφο ζεηξάο. Μηα πην νινθιεξσκέλε ιχζε ηνπ πξνβιήκαηνο πξνηείλεηαη ζηηο [48, 49]. ηε [48] ην πξσηφθνιιν SACK επεθηείλεηαη κε ηε Duplicate-SACK (D-SACK) επηινγή, πξνθεηκέλνπ ην SACK λα ελεκεξψλεη ην ρξήζηε θαη γηα ηε ιήςε παθέησλ εθηφο ζεηξάο, ελψ ζηε [49] πξνηείλεηαη βάζεη ηνπ πιήζνπο ησλ D- SACK παθέησλ πνπ παξαιακβάλνληαη, ε δηαηήξεζε θαη ε δηαξθήο πξνζαξκνγή ηνπ πεξηζσξίνπ DUPTHRESH ζηνλ απνζηνιέα, πξνθεηκέλνπ λα απνθεχγνληαη κφλνλ νη άζθνπεο επαλακεηαδφζεηο, εθείλεο δειαδή πνπ νθείινληαη ζηε ιήςε παθέησλ εθηφο ζεηξάο. Σν πξφβιεκα ηεο ιήςεο παθέησλ εθηφο ζεηξάο παξαηεξείηαη εληνλφηεξα ζηα δίθηπα πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηερληθέο High-speed δξνκνιφγεζεο [6] ή ηερληθέο παξάιιειεο πξνψζεζεο παθέησλ [7]. Σα αζχξκαηα wifi-wimax 28

30 δίθηπα δε ρξεζηκνπνηνχλ ηέηνηνπο δξνκνινγεηέο, ην πξφβιεκα είλαη πνιχ πεξηνξηζκέλεο έθηαζεο (Δμαίξεζε απνηεινχλ ηα ad-hocs αζχξκαηα δίθηπα φπνπ εθεί ιφγσ ησλ θηλνχκελσλ ηεξκαηηθψλ πνπ ιεηηνπξγνχλ θαη ζαλ δξνκνινγεηέο, ηα παθέηα κπνξνχλ λα αθνινπζνχλ δηαθνξεηηθέο δηαδξνκέο πξνο ηνλ ηειηθφ πξννξηζκφ, νπφηε πηζαλφηαηα ιακβάλνληαη παθέηα εθηφο ζεηξάο, αιιά δελ απνηεινχλ αληηθείκελν ηεο παξνχζαο κειέηεο), επνκέλσο ε πηνζέηεζε παξφκνησλ ηερληθψλ απφ ηα ζπζηήκαηα απηά πηζαλφηαηα λα απμήζνπλ ηελ πνιππινθφηεηα ηεο πινπνίεζεο ρσξίο νπζηαζηηθά νθέιε. 2.3 Καηεγνξηνπνίεζε ησλ πξνηεηλόκελσλ ιύζεσλ Οη δηάθνξεο πξνζεγγίζεηο γηα ηελ επίιπζε ηνπ πξνβιήκαηνο ηεο ρακειήο απφδνζεο ηνπ πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο κέζα απφ αζχξκαηα δίθηπα, κπνξνχλ λα ηαμηλνκεζνχλ ζε ηξεηο βαζηθέο θαηεγνξίεο: 1) Γηαρσξηζκφο (split) ησλ TCP ζπλδέζεσλ 2) Σξνπνπνίεζε ζην επίπεδν δηαζχλδεζεο δεδνκέλσλ θαη 3) Απφ άθξε ζε άθξε (end-to-end) πξνζέγγηζε Δηαρσξηζκόο ησλ TCP ζπλδέζεσλ (split mode approach) Σν πξφβιεκα ησλ ηπραίσλ απσιεηψλ θαζψο θαη ησλ δηαθνπψλ ζπλδέζεσλ ζην αζχξκαην θαλάιη αξρηθά επηρεηξήζεθε λα ιπζεί κε ηελ εηζαγσγή ελφο επηπιένλ κεραληζκνχ ξνήο ζε έλαλ ελδηάκεζν θφκβν (ζπλήζσο ζην ζηαζκφ βάζεο), πνπ ζα δεκηνπξγεί δχν TCP ζπλδέζεηο, κία κεηαμχ ηνπ ζηαζεξνχ ρξήζηε θαη ηνπ ζηαζκνχ βάζεο θαη κία κεηαμχ ηνπ ζηαζκνχ βάζεο θαη ηνπ θηλεηνχ ρξήζηε. Ο ελδηάκεζνο θφκβνο ζα αλακεηαδίδεη ζηνπο απνκαθξπζκέλνπο παξαιήπηεο φια εθείλα ηα παθέηα πνπ ράζεθαλ γηα ιφγνπο πνπ δελ νθείινληαη ζηε ζπκθφξεζε, ελψ νη ηειεπηαίνη ζα εμαθνινπζνχλ λα ιεηηνπξγνχλ κε ηνλ θιαζζηθφ TCP Reno πξσηφθνιιν κεηαθνξάο. Σέηνηεο πξνζεγγίζεηο (π.ρ. νη Ι-TCP[11], M-TCP[12], WTCP[13]) απνδείρηεθαλ κε απνδνηηθέο θαη πνιχπινθεο ζε πξαγκαηηθφ πεξηβάιινλ, θαζψο εηζάγνπλ ζεκαληηθή πνιππινθφηεηα ζηνπο ελδηάκεζνπο ζηαζκνχο βάζεο, απαηηνχλ κεγάινπο θαηαρσξεηέο (buffers) θαη ζηηο πεξηζζφηεξεο πεξηπηψζεηο παξαβηάδνπλ ηελ αξρή ηεο απφ άθξε εηο άθξνπ (end-to-end) κεηαθνξάο Λύζε ζην επίπεδν δηαζύλδεζεο δεδνκέλσλ (link layer approach) χκθσλα κε απηήλ ηελ πξνζέγγηζε ηα ιάζε κεηάδνζεο πνπ νθείινληαη ζην αζχξκαην θαλάιη δηνξζψλνληαη ζην επίπεδν δηαζχλδεζεο δεδνκέλσλ. Σερληθέο φπσο ε Forward Error Correction (FEC), ARQ [14,15, 16], Explicit Loss Notification (ELN) [17], θαη Snoop [18] αλήθνπλ ζε απηήλ ηελ θαηεγνξία. 29

31 Παξφια απηά, ηέηνηεο ιχζεηο απαηηνχλ πξσηφθνιια δηαθνξεηηθψλ επηπέδσλ λα αιιειεπηδξνχλ κεηαμχ ηνπο, πξάγκα πνπ απμάλεη ηελ πνιππινθφηεηα κηαο ηέηνηαο πινπνίεζεο. Καιέο ζπγθξηηηθέο κειέηε ησλ δηαθφξσλ παξαιιαγψλ είλαη νη [19], [20] FEC (Forward Error Correction) Σν FEC είλαη έλα ζχζηεκα ή αιιηψο ε δηαρείξηζε ζθαικάησλ θαηά ηελ κεηάδνζε δεδνκέλσλ κέζσ ηνπ νπνίνπ ν απνζηνιέαο πξνζζέηεη πιενλάδνληα δεδνκέλα ζηα κελχκαηα ηνπ, επίζεο γλσζηφ θαη ζαλ Error- Correction Code. Απηφ ην ζχζηεκα επηηξέπεη ζηνλ παξαιήπηε λα εληνπίδεη θαη λα δηνξζψλεη ζθάικαηα (κέζα ζε θάπνηα φξηα) ρσξίο λα ρξεηάδεηαη λα δεηεζνχλ απφ ηνλ απνζηνιέα πεξηζζφηεξα δεδνκέλα. Σα πιενλεθηήκαηα ηνπ FEC είλαη φηη δελ είλαη απαξαίηεηνο θάπνηνο δίαπινο επηθνηλσλίαο (backchannel) θαη ε επαλακεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ κπνξεί πνιχ ζπρλά λα απνθεπρζεί. Σν FEC θαηά ζπλέπεηα εθαξκφδεηαη ζε θαηαζηάζεηο φπνπ ε επαλακεηάδνζε είλαη ζρεηηθά δαπαλεξή ή αδχλαηε. Δηδηθφηεξα νη πιεξνθνξίεο ηνπ FEC ζπλήζσο πξνζηίζεληαη ζηηο πεξηζζφηεξεο ζπζθεπέο καδηθήο απνζήθεπζεο γηα λα πξνζηαηεπζνχλ ηα απνζεθεπκέλα δεδνκέλα απφ δηάθνξεο θζνξέο ARQ(Automatic Repeat Query) Δίλαη κηα κέζνδνο δηαρείξηζεο ζθαικάησλ θαηά ηελ κεηάδνζε δεδνκέλσλ ε νπνία ρξεζηκνπνηεί επηβεβαηψζεηο (acknowledgements) θαη time out έηζη ψζηε λα επηηεπρζεί κηα αμηφπηζηε κεηάδνζε δεδνκέλσλ δηακέζνπ κηαο αλαμηφπηζηεο ππεξεζίαο. Η επηβεβαίσζε είλαη έλα κήλπκα πνπ ζηέιλεηαη απφ ηνλ δέθηε ζηνλ πνκπφ γηα λα ηνπ απνδείμεη φηη έρεη παξαιάβεη ζσζηά ην παθέην. Σν time out είλαη έλα θαζνξηζκέλν ζεκείν ηνπ ρξφλνπ ην νπνίν μεθηλά λα κεηξά απφ ηελ ζηηγκή πνπ ν απνζηνιέαο ζα ζηέιλεη ην παθέην. Δάλ ν απνζηνιέαο δελ ιάβεη ηελ επηβεβαίσζε πξηλ ηελ ιήμε ηνπ time out, ζπλήζσο γίλεηαη επαλαπνζηνιή ηνπ παθέηνπ κέρξη λα ιεθζεί ε επηβεβαίσζε ή κέρξη λα ιήμεη ν πξνθαζνξηζκέλνο αξηζκφο απνζηνιψλ. Δθηφο απφ ην ARQ ππάξρεη θαη ην HARQ (Hybrid ARQ) ην νπνίν απνηειεί ζπλδπαζκφ ηνπ ARQ (Automatic Repeat request) θαη ηνπ FEC (Forward Error Correction). ηα δεδνκέλα πνπ κεηαδίδνληαη κε ηελ ARQ πξνζηίζεηαη επίζεο θαη Forward Error Correction (FEC) bits γηα θαιχηεξε απφδνζε ζε ζπλζήθεο ρακειήο ζηάζκεο ζήκαηνο ή πςεινχ ζνξχβνπ. Σν ππνζηεξίδεη N-Channel Stop and wait ΑRQ ζπλδπαζκέλε κε κηα πνηθηιία απφ δηαζέζηκνπο θσδηθνχο FEC ELN(Explicit Loss Notification) To ELN είλαη έλαο κεραληζκφο δηακέζνπ ηνπ νπνίνπ ε αηηία ηεο απψιεηαο ησλ παθέησλ κπνξεί λα έξζεη ζε επηθνηλσλία κε ηνλ TCP απνζηνιέα. Δηδηθφηεξα παξέρεη έλαλ ηξφπν θαηά ηνλ νπνίν ν απνζηνιέαο κπνξεί λα ελεκεξσζεί φηη ζπλέβε θάπνηα απψιεηα γηα ιφγνπο πνπ δελ έρεη ζρέζε κε ηελ ζπκθφξεζε δηθηχνπ(π.ρ ιφγσ ηεο απψιεηαο θάπνησλ bit) έηζη 30

32 ψζηε νη επαλακεηαδφζεηο ηνπ απνζηνιέα λα κπνξνχλ λα απνδεπθηνχλ απφ ηνλ έιεγρν ζπκθφξεζεο. Δάλ ν παξαιήπηεο γλσξίδεη κε βεβαηφηεηα φηη ε απψιεηα δελ ήηαλ εμαηηίαο ηεο ζπκθφξεζεο, ζέηεη έλα ELNbit ζηελ θεθαιίδα ηνπ TCP θαη ην κεηαδίδεη ζηελ πεγή SNOOP Σν πξσηφθνιιν Snoop είλαη ζρεδηαζκέλν έηζη ψζηε λα βειηηψζεη ηελ απφδνζε ηνπ TCP ζηα ελζχξκαηα θαη αζχξκαηα δίθηπα. Σν Snoop ιεηηνπξγεί αλαπηχζζνληαο έλα Snoop agent ζηνλ base station θαη πξαγκαηνπνηεί επαλαπνζηνιέο ησλ ρακέλσλ παθέησλ βαζηζκέλν ζηηο δηπιφηππεο επηβεβαηψζεηο (dack). Ο agent επίζεο ππνβηβάδεη ηηο δηπιφηππεο επηβεβαηψζεηο αληίζηνηρεο ζηηο αζχξκαηεο απψιεηεο απφ ηνλ TCP απνζηνιέα. Έηζη εκπνδίδεηαη ε επίθιεζε ηνπ ειέγρνπ ζπκθφξεζεο πνπ δελ είλαη αλαγθαίν ζηνλ απνζηνιέα. Απηφο ν ζπλδπαζκφο ησλ ηνπηθψλ επαλαπνζηνιψλ πνπ βαζίδεηαη θπξίσο ζηηο επηβεβαηψζεηο ηνπ TCP θαη ζηελ θαηαζηνιή ησλ δηπιφηππσλ TCP επηβεβαηψζεσλ, είλαη ν ιφγνο γηα ηελ θαηεγνξηνπνίεζε ζνπ Snoop σο έλα transport-aware αμηφπηζηνπ πξσηνθφιινπ Πξνζέγγηζε από άθξε ζε άθξε (end to end) Σα πξνβιήκαηα πνπ πξνέθπςαλ κε ηηο πξνεγνχκελεο ιχζεηο νδήγεζαλ ηνπο εξεπλεηέο ζην λα ζηξέςνπλ ην ελδηαθέξνλ πξνο ηελ αλαδήηεζε end to end ιχζεσλ, δειαδή ζε παξεκβάζεηο ζην ίδην ην TCP πξσηφθνιιν κεηαθνξάο, πξνθεηκέλνπ απηφ λα πξνζαξκνζηεί θαη λα ιεηηνπξγεί απνδνηηθφηεξα ζην αζχξκαην θαλάιη κεηαθνξάο. Σν πιενλέθηεκα ηεο πξνζέγγηζεο απηήο είλαη φηη είλαη εχθνια εθαξκφζηκεο θαζψο δε απαηηνχλ θάπνηα ηξνπνπνίεζε ζηνπο ελδηάκεζνπο θφκβνπο ηνπ δηθηχνπ, ελψ ε ηξνπνπνηήζεηο πνπ απαηηνχληαη ζηνπο ηειηθνχο ρξήζηεο είλαη κηθξέο. ην θεθάιαην 3 εμεηάδνληαη νη βαζηθφηεξεο TCP πινπνηήζεηο πνπ ζηεξίδνληαη ζε απηήλ ηελ πξνζέγγηζε. 2.4 Σν κνληέιν θίλεζεο pareto Πξνθεηκέλνπ λα παξάγνπκε ηελ θίλεζε ζηηο ηνπνινγίεο πνπ θηηάμακε, ρξεζηκνπνηνχκε κηα γελλήηξηα θίλεζεο (traffic generator) κε ελεξγέο θαη αλελεξγέο πεξηφδνπο. Καηά ηελ δηάξθεηα ησλ ελεξγψλ πεξηφδσλ ν ξπζκφο κεηάδνζεο ηεο γελλήηξηαο θίλεζεο αθνινπζεί κηα θαηαλνκή Pareto. Η ζπγθεθξηκέλε θαηαλνκή (POO_Traffic: Pareto On/Off Traffic) είλαη κηα γελλήηξηα θίλεζεο (κία εθαξκνγή) ε νπνία είλαη ελζσκαησκέλε ζηελ θιάζε Application/Traffic/Pareto ηεο OTcl θαη δεκηνπξγεί θίλεζε ζχκθσλα κε ηελ θαηαλνκή Pareto. Καηά ηελ δηάξθεηα ησλ ελεξγψλ πεξηφδσλ ζηέιλνληαη παθέηα κε έλαλ ζπγθεθξηκέλν ξπζκφ, ελψ θαηά ηελ δηάξθεηα ησλ αλελεξγψλ πεξηφδσλ δελ ζηέιλεηαη θαλέλα. Καη ηηο δχν πεξηφδνπο (On/Off) ηηο παίξλνπκε απφ ηελ θαηαλνκή Pareto κε ζηαζεξφ κέγεζνο παθέηνπ. 31

33 2.5 Άιιεο παξάκεηξνη πνπ ζα πξέπεη λα ιεθζνύλ ππόςε ζηελ εθηίκεζε κηαο TCP πινπνίεζεο Δίλαη πξνθαλέο φηη εθηφο απφ ηηο παξαπάλσ ηδηαηηεξφηεηεο πνπ αθνξνχλ ζην αζχξκαην θαλάιη, ην ζα πξέπεη επηπιένλ λα ιεθζνχλ ππφςε θάπνηεο γεληθέο αξρέο πνπ δηέπνπλ κηα ΣCP πινπνίεζε γηα λα είλαη εθαξκφζηκε: Δηαηήξεζε ηνπ end-to-end ραξαθηήξα ηνπ πξσηνθόιινπ κεηαθνξάο. Γειαδή ν έιεγρνο ηεο επηθνηλσλίαο κεηαμχ δχν εθαξκνγψλ λα γίλεηαη κφλν απφ απηέο θαη φρη απφ ηνπο ελδηάκεζνπο θφκβνπο (Γξνκνινγεηέο, Αccess Points θιπ) πνπ ηε ζπλδένπλ. Η δηαηήξεζε ηνπ endto-end ραξαθηήξα είλαη ζεκαληηθή γηα ηνπο παξαθάησ ιφγνπο [9] - Μεησκέλε πνιππινθφηεηα ζην δίθηπν - Μηα λέα εθαξκνγή δε ζα απαηηεί αιιαγέο ζηελ ππάξρνπζα ππνδνκή ηνπ δηθηχνπ - Απμεκέλε αμηνπηζηία ησλ εθαξκνγψλ πνπ δελ εμαξηψληαη απφ ηε ιεηηνπξγία (ζε επίπεδν εθαξκνγήο) ησλ ελδηάκεζσλ θφκβσλ ηνπ δηθηχνπ - Απμεκέλε αζθάιεηα θαζψο κπνξνχλ λα κεηαθέξνληαη θσδηθνπνηεκέλα (π.x. SSL/TLS, VPN) θαη δελ ρξεηάδεηαη απνθσδηθνπνίεζε απφ ηνπο ελδηάκεζνπο θφκβνπο Ιθαλνπνηεηηθή ιεηηνπξγία ζε ζπλδπαζκό αζύξκαηνπ - ελζύξκαηνπ» δηθηύνπ. Μία απνδεθηή ιχζε ζε έλα αζχξκαην δίθηπν, πηζαλφηαηα λα κελ ιεηηνπξγεί ηθαλνπνηεηηθά ζην ελζχξκαην δίθηπν. Γηα ην ιφγν απηφ ζα πξέπεη ε ιχζε πνπ ζα πξνθξηζεί λα ιεηηνπξγεί ηθαλνπνηεηηθά θαη ζηνπο δχν ηχπνπο δηθηχνπ θαη ζε ζπλδπαζκφ ηνπο. Δηθαηνζύλε (fairness). Έλα πξσηφθνιιν ζεσξείηαη δίθαην φηαλ είλαη ζε ζέζε λα κνηξάδεηαη εμίζνπ κε ηηο άιιεο TCP ξνέο πνπ ηξέρνπλ παξάιιεια. Δίλαη κηα ζεκαληηθή κεηξηθή γηα ηελ αμηνιφγεζε ηνπ θαηά πφζνλ φιεο νη TCP ζπλδέζεηο ρξεζηκνπνηνχλ δίθαηα ηνπο δηαζέζηκνπο δηθηπαθνχο πφξνπο ( ) ( ) Όπνπ Ν ην πιήζνο ησλ ζπλδέζεσλ, S n ε απφδνζε (throughput) ηεο ζχλδεζεο n. H δηθαηνζχλε θπκαίλεηαη κεηαμχ 1 θαη 1/Ν, φπνπ Fairness = 1 ζεκαίλεη απφιπηε δηθαηνζχλε Φηιηθόηεηα (friendliness) Έλα πξσηφθνιιν ζεσξείηαη θηιηθφ φηαλ κπνξεί λα ζπλππάξμεη κε ηα άιια πξσηφθνιια. Υξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ αμηνιφγεζε ηεο ζπλνιηθήο δηθαηνζχλεο κεηαμχ δηαθνξεηηθψλ TCP παξαιιαγψλ: 32

34 ( ) ( ) Οπνπ είλαη ε απφδνζε (throughput) ηεο ζχλδεζεο n πνπ ρξεζηκνπνηεί ηχπνπ k κεραληζκνχ ειέγρνπ ζπκθφξεζεο (πξνθαλψο ηζρχεη 1<=k<=K, ;φπνπ K o ζπλνιηθφο αξηζκφο ησλ δηαθνξεηηθψλ κεραληζκψλ ζπκθφξεζεο). 33

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Παξαιιαγέο ηνπ πξσηνθόιινπ TCP/IP. απηφ ην θεθάιαην γίλεηαη αλαζθφπεζε ηνπ πξσηνθφιινπ κεηαθνξάο TCP Reno, θαζψο θαη ησλ δηαθφξσλ πξνζεγγίζεσλ πνπ έρνπλ πινπνηεζεί γηα ηε βειηίσζε ηεο απφδνζεο ηνπ TCP. Σέηνηα κεηαμχ άιισλ είλαη: νη TCP Veno, TCP Westwood, TCP Vegas θαη TCP BIC. 3.1 Tν πξσηόθνιιν TCP Reno Σν Transmission Control Protocol (TCP), ζχκθσλα κε ην ζχζηεκα δηαζηξσκάησζεο OSI, είλαη ην πξσηφθνιιν επηπέδνπ κεηαθνξάο (transport layer) ζην Internet πνπ παξέρεη αμηφπηζηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ. Η αμηνπηζηία εμαζθαιίδεηαη ράξε ζε θάπνηα ραξαθηεξηζηηθά πνπ ην δηαθνξνπνηνχλ απφ ην UDP πνπ δελ παξέρεη εγγπήζεηο γηα ηελ αμηφπηζηε κεηαθνξά ησλ δεδνκέλσλ. Σα ραξαθηεξηζηηθά απηά είλαη: Σα δεδνκέλα πξνο κεηαθνξά αληηκεησπίδνληαη σο έλα byte stream. Η δηεξγαζία παξαιήπηεο ιακβάλεη ηα δεδνκέλα κε ηελ ίδηα ζεηξά πνπ ηα κεηαδίδεη ε δηεξγαζία απνζηνιέαο. Σν TCP αξηζκεί ηα δεδνκέλα πνπ κεηαδίδνληαη ρξεζηκνπνηψληαο ην πεδίν Sequence Number ηνπ TCP header. Η παξάδνζε ησλ δεδνκέλσλ ζηε δηεξγαζία παξαιήπηε γίλεηαη θαηά αχμνληα Sequence Number αθφκα θαη αλ ηα δεδνκέλα δελ κεηαθέξνληαη ζην δίθηπν κε απηή ηε ζεηξά. Υξήζε επηβεβαηψζεσλ (acknowledgements) γηα ηα δεδνκέλα πνπ κεηαδίδνληαη. Ο απνδέθηεο ησλ δεδνκέλσλ ζηέιλεη ζηνλ απνζηνιέα παθέηα (segments) πνπ επηβεβαηψλνπλ ηελ νξζή ιήςε ησλ δεδνκέλσλ. Γεδνκέλα γηα ηα νπνία δελ έρεη ιεθζεί απφ ηνλ απνζηνιέα επηβεβαίσζε αλακεηαδίδνληαη. Έηζη ην TCP εγγπάηαη ηελ νξζή κεηαθνξά ησλ δεδνκέλσλ. Έιεγρνο Ρνήο. Με ηε ρξήζε ησλ επηβεβαηψζεσλ θαη ελφο κεραληζκνχ θπιηφκελνπ παξαζχξνπ ν παξαιήπηεο ησλ δεδνκέλσλ είλαη ζε ζέζε λα ειέγμεη ην ξνή ησλ δεδνκέλσλ. πγθεθξηκέλα ν παξαιήπηεο νξίδεη ην κέγεζνο ηνπ παξαζχξνπ (ζε bytes) ην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη απφ ηνλ απνζηνιέα σο άλσ φξην γηα ηα δεδνκέλα πνπ κπνξεί λα ζηείιεη ρσξίο λα ιάβεη επηβεβαίσζε. Καηά ηνλ ηξφπν απηφ εμαζθαιίδεηαη φηη ν απνζηνιέαο δελ ζηέιλεη δεδνκέλα ηαρχηεξα απφ φζν κπνξεί λα ηα «απνξξνθήζεη» ν παξαιήπηεο θαη φηη δελ ζα εμαληιεζεί ν απνζεθεπηηθφο ρψξνο (buffer) ηνπ. Μεηαθνξά δεδνκέλσλ κε ζύλδεζε. Πξηλ μεθηλήζεη ε κεηαθνξά ησλ δεδνκέλσλ, ν απνζηνιέαο θαη ν παξαιήπηεο εγθαζηζηνχλ κηα ζχλδεζε (TCP connection) ε νπνία θαηαξγείηαη κε ηελ νινθιήξσζε ηεο κεηαθνξάο (ή αλ ε επηθνηλσλία θαζίζηαηαη αδχλαηε). Η εγθαηάζηαζε ηεο ζχλδεζεο απνηειεί πξνυπφζεζε γηα ηελ πινπνίεζε ησλ παξαπάλσ κεραληζκψλ. Ο Έιεγρνο πκθόξεζεο (Congestion Control) είλαη έλλνηα παξεκθεξήο κε ηνλ Έιεγρν Ρνήο θαη ζηεξίδεηαη ζηνλ ίδην κεραληζκφ θπιηφκελνπ παξαζχξνπ. Τπάξρεη σζηφζν κηα ζεκειηψδεο δηαθνξά: Ο έιεγρνο 34

36 ξνήο απνζθνπεί ζηελ πξνζαξκνγή ηεο ξνήο ησλ δεδνκέλσλ ζην ξπζκφ πνπ απηά κπνξνχλ λα «απνξξνθεζνχλ» απφ ηε δηεξγαζία παξαιήπηε. Ο έιεγρνο ζπκθφξεζεο απφ ηελ άιιε πιεπξά απνβιέπεη ζηελ νκαιή ξνή ησλ δεδνκέλσλ ζην δίθηπν θαη ηελ απνθπγή θαηαζηάζεσλ ζπκθφξεζεο ηνπ δηθηχνπ. Αξρηθά ζα πξέπεη λα νξίζνπκε θάπνηεο έλλνηεο ζρεηηθά κε ην κεραληζκφ ηνπ Κπιηφκελνπ Παξαζχξνπ απαξαίηεηεο γηα ηελ θαηαλφεζε ησλ παξαθάησ [3]. Segment: Οπνηνδήπνηε IP παθέην κεηαθέξεη TCP δεδνκέλα ή / θαη επηβεβαηψζεηο. Sender Maximum Segment Size (SMSS): Μέγηζην κήθνο ελφο segment (ζε bytes, ρσξίο λα πεξηιακβάλεη ηνπο TCP/IP headers) πνπ κπνξεί λα κεηαδψζεη ν απνζηνιέαο. πλήζσο βαζίδεηαη ζην MTU ηνπ δηθηχνπ ζην νπνίν ζπλδέεηαη ν απνζηνιέαο. Receiver Maximum Segment Size (RMSS): Μέγηζην κήθνο ελφο segment πνπ ν παξαιήπηεο κπνξεί λα δερηεί. Σν ζηέιλεη ν παξαιήπηεο κέζσ ηνπ MSS TCP option θαηά ηελ εγθαηάζηαζε ηεο TCP ζχλδεζεο. Αλ δε ζηαιεί ηηκή MSS ρξεζηκνπνηείηαη ε default ηηκή ησλ 536 bytes. Η ηηκή ηνπ RMSS ρξεζηκνπνηείηαη σο άλσ θξάγκα γηα ην SMSS. Full-sized Segment: Έλα segment κήθνπο SMSS bytes. Receiver Window (rwnd): Σν πην πξφζθαην κήθνο παξαζχξνπ πνπ αλαθνίλσζε ν παξαιήπηεο ζηνλ απνζηνιέα. Congestion Window (cwnd): Σν κήθνο ηνπ παξαζχξνπ πνπ ρξεζηκνπνηεί ν απνζηνιέαο γηα ηε κεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ. Πξέπεη πάληα cwnd <= rwnd. ην ζρήκα πεξηγξάθεηαη ν κεραληζκφο ηνπ Κπιηφκελνπ Παξαζχξνπ (Congestion Window - cwnd) ζην TCP. Ο απνζηνιέαο κεηαδίδεη segments θαη παξάιιεια πεξηκέλεη επηβεβαηψζεηο γηα ηα segments πνπ έρεη ήδε κεηαδψζεη. Σν κήθνο ηνπ παξαζχξνπ νξίδεηαη σο ην πιήζνο ησλ bytes πνπ επηηξέπεηαη λα κεηαδψζεη ν απνζηνιέαο κεηά ην ηειεπηαίν byte γηα ην νπνίν έιαβε επηβεβαίσζε. Sender Data Stream cwnd bytes Δεδομζνα που ιδθ ςτάλκθκαν επιβεβαιϊκθκαν Δεδομζνα που ιδθ ςτάλκθκαν αλλά δεν επιβεβαιϊκθκαν Επιτρεπόμενα δεδομζνα προσ αποςτολι Μθ επιτρεπόμενα δεδομζνα προσ αποςτολι Σχήμα 3.1.1: Το παπάθςπο ζςμθόπηζηρ TCP (Congestion Window) 35

37 Σν «αξηζηεξφ» φξην ηνπ παξαζχξνπ είλαη ν αξηζκφο (Sequence Number) ηνπ ηειεπηαίνπ byte γηα ην νπνίν έρεη ιεθζεί επηβεβαίσζε ελψ ην «δεμί» φξην ηνπ παξαζχξνπ νξίδεη ην κέγηζην Sequence Number πνπ κπνξεί λα κεηαδψζεη ν απνζηνιέαο πξηλ ιάβεη λέα επηβεβαίσζε. Λακβάλνληαο κηα επηβεβαίσζε ηα φξηα ηνπ παξαζχξνπ κεηαηνπίδνληαη «δεμηά» θαηά ην πιήζνο ησλ bytes πνπ επηβεβαηψζεθαλ. Δπηπιένλ θάζε επηβεβαίσζε πνπ ιακβάλεηαη (φπσο ζα πεξηγξαθεί αλαιπηηθά παξαθάησ) πξνθαιεί αχμεζε ηνπ κήθνπο ηνπ παξαζχξνπ. Σν παξάζπξν ζπξξηθλψλεηαη φηαλ ην δεηήζεη ν παξαιήπηεο (ζέηνληαο ην rwnd ζε θάπνηα κηθξή ηηκή, κηθξφηεξε απφ ην ηξέρνλ cwnd, π.ρ. ζην 0) ή φηαλ ν απνζηνιέαο αληηιεθζεί απψιεηα παθέησλ. Ο απνζηνιέαο δηθαηνχηαη λα κεηαδψζεη έλα segment αλ ην Sequence Number ηνπ είλαη κηθξφηεξν απφ ην «δεμί» άθξν ηνπ cwnd. Αλ ην SN ηνπ επφκελνπ πξνο κεηάδνζε segment έρεη θηάζεη ζην φξην ηνπ παξαζχξνπ, ν απνζηνιέαο ζα πξέπεη λα πεξηκέλεη κέρξη λα ιάβεη λέα επηβεβαίσζε γηα λα ην κεηαδψζεη. ηελ παξαθάησ ελφηεηα παξνπζηάδνληαη αλαιπηηθά νη κεραληζκνί πνπ νθείινπλ νη πινπνηήζεηο ηνπ TCP λα ρξεζηκνπνηνχλ γηα ηνλ έιεγρν ζπκθφξεζεο [3]. Αλαθέξακε παξαπάλσ ηε ζεκειηψδε δηαθνξά ειέγρνπ ξνήο θαη ειέγρνπ ζπκθφξεζεο ζην TCP. Υσξίο ηνλ έιεγρν ζπκθφξεζεο ν απνζηνιέαο ζα κπνξνχζε λα κεηαδίδεη θξαηψληαο ζπλερψο ην cwnd ίζν κε ην rwnd. Μηα ηέηνηα ζπκπεξηθνξά είλαη δπλαηφ λα πξνθαιέζεη ζπκθφξεζε ζην δίθηπν θαζψο ιακβάλεη ππφςε κφλν ην buffer space ηνπ παξαιήπηε. Γηα ην ιφγν απηφ ε ηηκή ηνπ rwnd ρξεζηκνπνηείηαη σο άλσ θξάγκα γηα ην cwnd θαη ε αθξηβήο ηηκή ηνπ cwnd θαζνξίδεηαη απφ ηνπο κεραληζκνχο ειέγρνπ ζπκθφξεζεο. Η γεληθή αξρή πνπ αθνινπζείηαη είλαη γλσζηή σο Additive Increase Multiplicative Decrease(AIMD). Σν cwnd απμάλεηαη θάζε θνξά πνπ ν απνζηνιέαο ιακβάλεη κηα επηβεβαίσζε πξνζζέηνληαο ζηελ ηξέρνπζα ηηκή ηνπ κηα ζηαζεξή πνζφηεηα. Όηαλ ν απνζηνιέαο αληηιεθζεί απψιεηα παθέησλ κεηψλεη ην cwnd ζην κηζφ ηεο ηξέρνπζαο ηηκήο ηνπ. ην RFC 2581 [3] πεξηγξάθνληαη 4 αιγφξηζκνη ειέγρνπ ζπκθφξεζεο πνπ εμεηδηθεχνπλ ηε γεληθή αξρή ηνπ AIMD: Αξγή Εθθίλεζε (Slow Start): Δάλ ν απνζηνιέαο έζηειλε πνιιαπιά παθέηα απφ ηελ αξρή ηεο επηθνηλσλίαο είλαη πνιχ πηζαλφλ φηη απηφ ζα νδεγνχζε πνιχ γξήγνξα ηνπο θαηαρσξεηέο ησλ δξνκνινγεηψλ ζε ππεξρείιηζε θαη ην δίθηπν ζε ζπκθφξεζε. Ο κεραληζκφο slow start πξνζζέηεη έλα αθφκε παξάζπξν ζηνλ απνζηνιέα: ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο (congestion window). Γηα ηελ απνθπγή ηεο ζπκθφξεζεο ζηελ αξρή ηεο επηθνηλσλίαο ν απνζηνιέαο μεθηλάεη ζηέιλνληαο έλα παθέην (cwnd=1), θαη γηα θάζε ACK πνπ παξαιακβάλεηαη απμάλεη ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο θαηά 1 παθέην (cwnd = 2). Όηαλ παξαιεθζνχλ 2 ΑCK, ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο απμάλεηαη ζε 4, θνθ, δειαδή ην cwnd δηπιαζηάδεηαη θάζε θνξά πνπ ιακβάλνληαη φιεο νη επηβεβαίσζεο γηα ηα παθέηα ηνπ πξνεγνχκελνπ cwnd. Με ηνλ ηξφπν ε ξνή ησλ δεδνκέλσλ πνπ ζηέιλεηαη ζην δίθηπν απμάλεηαη εθζεηηθά, κε ξπζκφ πνπ 36

38 θαζνξίδεηαη απφ ην ξπζκφ παξαιαβήο ησλ ACK, γηα ηε γξήγνξε αλίρλεπζε ηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ. Απνθπγή πκθόξεζεο (Congestion Avoidance): Λφγσ ηεο εθζεηηθήο αχμεζεο ηεο ξνήο ησλ δεδνκέλσλ κε ηελ «αξγή εθθίλεζε», είλαη βέβαην φηη θάπνηα ζηηγκή νη θαηαρσξεηέο ησλ ελδηάκεζσλ δξνκνινγεηψλ ζα αξρίζνπλ λα ράλνπλ παθέηα θαη έηζη ζα πξνθιεζεί ζπκθφξεζε ζην δίθηπν. Γηα ηελ απνθπγή ηεο ζπκθφξεζεο ηνπ δηθηχνπ θξίλεηαη αλαγθαίν λα κεησζεί ν ξπζκφο αχμεζεο ησλ δεδνκέλσλ απφ έλα νξηαθφ ζεκείν θαη κεηά. Σν ζεκείν απηφ νλνκάδεηαη φξην αξγνχ μεθηλήκαηνο (slow start threshodssthresh) θαη ε ππέξβαζή ηνπ ζεκαηνδνηεί ηε κεηάβαζε απφ ηελ εθζεηηθή αχμεζε ηεο ξνήο ησλ δεδνκέλσλ ζηελ πξνζζεηηθή. Αλαιπηηθά ν αιγφξηζκνο ιεηηνπξγεί σο εμήο [55]: Αξρηθά ηίζεηαη ην cwnd ζε 1 θαη ην ssthreshζε θαη εθαξκφδεηαη ε αξγή εθθίλεζε (slow start), δειαδή ν ξπζκφο αχμεζεο ησλ δεδνκέλσλ είλαη εθζεηηθφο - γηα θάζε επηβεβαίσζε πνπ ιακβάλεηαη ην cwnd απμάλεηαη θαηά 1 Όηαλ ζπκβεί ζπκθφξεζε πνπ επηζεκαίλεηαη κε ηε ιήμε ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ -RTO, ηφηε ην φξην αξγνχ μεθηλήκαηνο ηίζεηαη ίζν κε ην κηζφ ηνπ ηξέρνληνο κεγέζνπο ηνπ παξαζχξνπ (ssthresh = cwnd /2) θαη ην cwnd ίζν κε 1 ηε ζπλέρεηα γηα θάζε ιακβαλφκελε επηβεβαίσζε ην cwnd απμάλεηαη εθζεηηθά (slow start) γηα φζν δηάζηεκα είλαη κηθξφηεξν ή ίζν κε ην sshthresh. Όηαλ ην cwnd γίλεη κεγαιχηεξν ηνπ ssthresh, ηφηε εθαξκφδεηαη πξνζζεηηθή αχμεζε, δειαδή ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο απμάλεηαη θαηά 1/cwnd γηα θάζε ACK πνπ ιακβάλεηαη. Με απηφλ ηνλ ηξφπν ηειηθά ην cwnd απμάλεηαη θαηά 1 ζε θάζε Round-trip time ζε αληίζεζε κε ηελ αξγή εθθίλεζε φπνπ απμάλεηαη ζχκθσλα κε ησλ αξηζκφ ησλ ACKs πνπ ιακβάλνληαη ζε θάζε RTT. Γξήγνξε Επαλακεηαθνξά (Fast Retransmit): To ΣCP ζηέιλεη έλα ελδηάκεζν ACK (douplicate ACK- DACK), φηαλ ιεθζεί έλα παθέην εθηφο ζεηξάο, πξνθεηκέλνπ λα εηδνπνηήζεη ηνλ απνζηνιέα κε ηνλ αξηζκφ αθνινπζίαο πνπ αλακέλεηαη. Δθηφο ζεηξάο παθέηα ιακβάλνληαη είηε επεηδή πξνέξρνληαη απφ δηαθνξεηηθέο δηαδξνκέο, είηε επεηδή θάπνην ελδηάκεζν παθέην ράζεθε ιφγσ ζπκθφξεζεο ζην δίθηπν. Όηαλ ν απνζηνιέαο παξαιάβεη 1 ή 2 DACKs ζεσξεί φηη νθείινληαη ζε παθέηα πνπ παξαιήθζεθαλ κε δηαθνξεηηθή ζεηξά θαη ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε δελ θάλεη ηίπνηα (ν παξαιήπηεο ζηε ζπλέρεηα ηα ζέηεη ζηε ζσζηή ζεηξά κε βάζε ηνλ αξηζκφ αθνινπζίαο ηνπο). Με ηελ παξαιαβή 3 DACKs ζεσξεί φηη ηα παθέην ράζεθε ιφγσ ζπκθφξεζεο. Γεδνκέλνπ φκσο φηη ην δίθηπν δε βξίζθεηαη ζε ζπλζήθεο θαηαζηξνθηθήο 37

39 ζπκθφξεζεο (ν απνζηνιέαο εμαθνινπζεί λα ιακβάλεη DACK παθέηα), ην μαλαζηέιλεη ακέζσο, δειαδή πξηλ ηε ιήμε ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ). Γξήγνξε Αλάθακςε (Fast Recovery): Η ιήςε ελδηάκεζσλ επηβεβαηψζεσλ (Duplicate ACKs), είλαη κηα έλδεημε πεξηνξηζκέλεο ζπκθφξεζεο ζην δίθηπν, εθφζνλ παθέηα εμαθνινπζνχλ λα δηαθηλνχληαη. Δπνκέλσο θξίλεηαη ππεξβνιηθή κηα ηφζν κεγάιε κείσζε ηεο ξνήο ησλ δεδνκέλσλ φπσο ζπκβαίλεη ζην κεραληζκφ fast start, φπνπ ηίζεηαη ην cwnd = 1. Αληηζέησο θξίλεηαη αξθεηφ λα κεησζεί ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο ζην κηζφ ηεο πξνεγνχκελεο ηηκήο θαη λα ζπλερίζνπλ λα ζηέιλνληαη παθέηα φζν ιακβάλνληαη DACKs. Αλαιπηηθά ν αιγφξηζκνο ιεηηνπξγεί σο εμήο [55]: 1. Όηαλ ιακβάλεηαη 3 ν DACK ην SSTHRESH ηίζεηαη ζην κηζφ ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο (cwnd), ελψ ην λέν παξάζπξν ζπκθφξεζεο ηίζεηαη ίζν κε: Cwnd = SSTHRESH +3 x Packet_Size θαη ην ρακέλν παθέην μαλαζηέιλεηαη (fast retransmit). 2. Κάζε θνξά πνπ παξαιακβάλεηαη έλα DACK ην cwnd απμάλεηαη θαηά 1 θαη απνζηέιιεηαη έλα παθέην, εάλ απηφ επηηξέπεηαη απφ ηε λέα ηηκή ηνπ cwnd 3. Όηαλ παξαιεθζεί επηβεβαίσζε (ΑCK) γηα λέν παθέην, ηφηε ην cwnd παίξλεη ηελ ηηκή ηνπ SSTHRESH πνπ ππνινγίζηεθε ζην βήκα 1 θαη εμέξρεηαη απφ ηε Γξήγνξε Αλάθακςε 4. Γηα θάζε λέν ΑCK πνπ ιακβάλεη, ν αιγφξηζκνο ζπλερίδεη κε πξνζζεηηθή αχμεζε (απνθπγή ζπκθφξεζεο) Ο αιγφξηζκνο γξήγνξε αλάθακςε (fast recovery), εθαξκφδεηαη ακέζσο κεηά ην fast retransmit ζην TCP Reno ην TCP Reno ν απνζηνιέαο αλακεηαδίδεη έλα παθέην κφλν αλ ζπκβεί Retransmission Timeout, ή φηαλ ιάβεη 3 φκνηα ACK segments νπφηε ελεξγνπνηείηαη ν αιγφξηζκνο Fast Retransmit. Έλα, κνλαδηθφ, Retransmission Timeout ζα έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηελ αλακεηάδνζε αξθεηψλ παθέησλ δεδνκέλσλ, αιιά θάζε θνξά πνπ θαινχκε ηνλ αιγφξηζκν Fast Retransmit ζα έρνπκε αλακεηάδνζε ελφο κφλν παθέηνπ. Όηαλ ν απνζηνιέαο ιάβεη 3 φκνηα ACK segments αλακεηαδίδεη κφλν απηφ ην παθέην. Μεηά απφ απηφ ν απνζηνιέαο κπνξεί λα ιάβεη επηπιένλ φκνηα ACK segments πνπ αθνξνχλ άιια παθέηα δεδνκέλσλ, ηα νπνία είραλ κεηαδνζεί αιιά δελ είραλ επηβεβαησζεί φηαλ μεθίλεζε ν αιγφξηζκνο Fast Retransmit. ηελ πεξίπησζε πνπ έρνπκε πνιιαπιέο απψιεηεο παθέησλ απφ έλα παξάζπξν δεδνκέλσλ, ε πξψηε πιεξνθνξία πνπ ιακβάλεη ν απνζηνιέαο είλαη ε ACK γηα ην παθέην πνπ αλακεηαδφζεθε (φηαλ μεθίλεζε ν αιγφξηζκνο Fast Retransmit ). Αλ έρεη ραζεί κφλν έλα παθέην ηφηε ε επηβεβαίσζε γηα απηφ 38

40 ην παθέην, επηβεβαηψλεη φηη ειήθζεζαλ θαη φια ηα πξνεγνχκελα. Αλ έρνπκε φκσο πνιιαπιέο απψιεηεο παθέησλ, ηφηε ην αλακεηαδηδφκελν παθέην ζα επηβεβαηψζεη κφλν θάπνηα απφ ηα παθέηα πνπ έρνπλ κεηαδνζεί πξηλ κπνχκε ζηνλ αιγφξηζκν Fast Retransmit. Καινχκε απηφ ην παθέην partial ACK. 3.2 Παξαιιαγέο ηνπ TCP Όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ ην πξσηφθνιιν TCP ζρεδηάζηεθε γηα ελζχξκαηα δίθηπα, ζα πξέπεη λα πξνζαξκνζηεί γηα λα βειηηψζεη ηελ απφδνζε ηνπ ζηα δίθηπα κε ιάζε. Η εξεπλεηηθή θνηλφηεηα έρεη πξνηείλεη δηάθνξεο ηξνπνπνηήζεηο γηα λα εμαιείςεη ηα απνηειέζκαηα ησλ κε νθεηιφκελσλ ζε ζπκθφξεζε απσιεηψλ ζηελ απφδνζε ηνπ TCP. Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη θάπνηα απφ ηα πξσηφθνιια θαη ζπλδπαζκνχο απηψλ πνπ ζα εμεηάζνπκε θαη πεηξακαηηθά θαηά πφζν βειηηψλνπλ ηελ απφδνζε ηνπ TCP TCP Westwood Η βαζηθή ηδέα ηνπ ΣCPW ζηεξίδεηαη ζηε κέηξεζε ηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ κεηάδνζεο κε βάζε ην ξπζκφ παξαιαβήο ησλ επηβεβαηψζεσλ, θαη ζηελ αληίζηνηρε κείσζε ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο φηαλ ράλνληαη παθέηα. Ο ζηφρνο ηνπ TCPW είλαη ε βειηίσζε ηεο απφδνζεο κε ηελ απνθπγή ηεο «ηπθιήο» πνιιαπιαζηαζηηθήο κείσζεο (θαηά 1/2 ηεο πξνεγνχκελεο ηηκήο ηνπ) πνπ εθαξκφδεη ην TCP Reno έπεηηα απφ θάπνηα απψιεηα, ράξε ζηελ θαηάιιειε πξνζαξκνγή ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο ζε ηέηνηα ηηκή πνπ ζα βξίζθεηαη πνιχ θνληά ζηελ πξαγκαηηθέο ζπλζήθεο πνπ επηθξαηνχλ ζην κέζν κεηάδνζεο. Σα κεγαιχηεξα νθέιε ζηελ απφδνζε πξνθχπηνπλ ζηα αζχξκαηα δίθηπα, θαζψο ην TCP Reno ζεσξεί φηη ηα κεκνλσκέλα ιάζε (random losses) πνπ ζπκβαίλνπλ ζηα δίθηπα απηά νθείινληαη ζε ζπκθφξεζε, νπφηε πξνρσξεί ζε δξαζηηθή κείσζε ηνπ παξαζχξνπ, ελψ ζην ΣCPW ε κείσζε ηνπ παξαζχξνπ αλακέλεηαη λα είλαη πνιχ κηθξφηεξε, αληίζηνηρε ηεο ρσξεηηθφηεηαο πνπ είρε ην θαλάιη κεηάδνζεο ηε ζηηγκή ηεο απψιεηαο Εθηίκεζε ηεο ρσξεηηθόηεηαο ηνπ θαλαιηνύ Bandwidth Estimator (BWE) Κάζε επηβεβαίσζε κεηαθέξεη πιεξνθνξία γηα ην κέγεζνο ησλ δεδνκέλσλ πνπ έρνπλ παξαιεθζεί (πεδίν sequence number ζηελ θεθαιίδα ηνπ TCP). ην TCPW o απνζηνιέαο αμηνπνηεί ηελ πιεξνθνξία απηή γηα ηε κέηξεζε ηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ, ππνινγίδνληαο ηελ πνζφηεηα δεδνκέλσλ πνπ έρνπλ παξαιεθζεί ζε θάζε Round Trip Time. Έηζη ππνινγίδεη δείγκαηα ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ αλά RTT κε βάζε ηελ παξαθάησ ζρέζε: b k = d k / Γ k 39

41 φπνπ d k είλαη ην πνζφ ησλ δεδνκέλσλ γηα ηα νπνία έρνπλ παξαιεθζεί επηβεβαηψζεηο εληφο ηνπ RTT, ελψ ην Γ k είλαη ην RTT πνπ κεηξήζεθε γηα ην ζπγθεθξηκέλν δείγκα. Δθηφο απφ ηηο θαλνληθέο επηβεβαηψζεηο, ιακβάλνληαη ππφςε θαη νη δηπινεπηβεβαηψζεηο (Duplicate ACK), ζηνλ ππνινγηζκφ ηνπ δείγκαηνο. Η ζπλνιηθή ρσξεηηθφηεηα (BWE) ππνινγίδεηαη κε βάζε ην ζεψξεκα δεηγκαηνιεςίαο ηνπ Nyquist, πξνθεηκέλνπ λα επαιεηθζνχλ απφ ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ρσξεηηθφηεηαο ησλ παθέησλ νη επηβεβαηψζεηο εθείλεο πνπ έρνπλ θηάζεη θαζπζηεξεκέλα, κε βάζε ηνλ παξαθάησ ςεπδνθψδηθα [56]: if (ACK is received) sample_bwe[k] = (acked*pkt_size*8)/(now-lastacktime); BWE[k] = (19/21)*BWE[k-1]+(1/21)*(sample_BWE[k]+sample_BWE[k-1]); endif φπνπ acked είλαη ν αξηζκφο ησλ παθέησλ πνπ επηβεβαηψζεθαλ απφ ηελ ηειεπηαία επηβεβαίσζε (ACK) πνπ έρεη παξαιεθζεί, pkt_size είλαη ην κέγεζνο ηνπ παθέηνπ ζε bytes, now είλαη ν ρξφλνο πνπ κεηξήζεθε φηαλ παξαιήθζεθε ε ηειεπηαία επηβεβαίσζε, lastacktime ν ρξφλνο πνπ παξαιήθζεθε ε πξνεγνχκελε επηβεβαίσζε, k and (k-1) δείρλνπλ ηελ ηξέρνπζα θαη ηελ πξνεγνχκελε ηηκή ηεο BWE. To TCP Westwood εθαξκφδεη ηηο ίδηεο αξρέο κε ην TCP Reno ζε φηη αθνξά ζηελ εθζεηηθή αχμεζε θαηά ηε θάζε ηεο αξγήο εθθίλεζεο (slow start) θαη ζηελ πξνζζεηηθή αχμεζε θαηά ηε θάζε ηεο απνθπγήο ζπκθφξεζεο (congestion avoidance). H βαζηθή δηαθνξά ηνπ έλαληη ηνπ Reno ζπλίζηαηαη ζηνλ βαζκφ κείσζεο ηνπ παξαζχξνπ έπεηηα απφ ηε ιήςε 3 DACK ή έπεηηα απφ ηε ιήμε ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ (RTO). Δάλ θαηά ηε ζηηγκή ηεο παξαιαβήο ησλ 3 DUPACK βξηζθφκαζηαλ ζηε θάζε ηεο εθζεηηθήο αχμεζεο (δειαδή cwnd < ssthresh), ηφηε ην TCPW ζέηεη σο λέν θαηψθιη ssthresh ην εμήο: ssthresh = (BWE*RTTmin)/(pkt_size*8*a ) ελψ δηαηεξεί ηελ πξνεγνχκελε ηηκή ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο. To RTTmin είλαη ην κηθξφηεξν RTT πνπ έρεη κεηξεζεί, ελψ ην pkt_size είλαη ην κέγεζνο ηνπ παθέηνπ ζε bytes. Σέινο ν ζπληειεζηήο κείσζεο a ιακβάλεη αξρηθή ηηκή 1 θαη απμάλεηαη θαηά 0.25 θάζε θνξά πνπ παξαιακβάλνληαη 3 δηαδνρηθά DUPACK. Δάλ θαηά ηε ζηηγκή ηεο παξαιαβήο ησλ 3 DUPACK βξηζθφκαζηαλ ζηε θάζε ηεο πξνζζεηηθήο αχμεζεο (δειαδή cwnd > ssthresh), ηφηε to λέν θαηψθιη ssthresh θαη ην λέν παξάζπξν ζπκθφξεζεο cwnd ηίζεληαη ζηηο παξαθάησ ηηκέο : ssthresh = (BWE*RTTmin)/(pkt_size*8 ) 40

42 cwnd = ssthresh δειαδή ην ΣCPW θαηεβάδεη ηηκή ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο ζηελ ηηκή ηνπ θαησθιηνχ. Αλαιπηηθά ν αιγφξηζκνο έρεη σο εμήο [56]: if (3 DUPACKs έσοςν παπαληθθεί) { if (cwin < ssthresh) { /* απγή εκκίνηζη: Ο ζςνηελεζηή μείωζηρ α αςξάνεηαι καηά 0.25 ένανηι ηηρ πποηγούμενηρ ηιμήρ ηος */ a = a ; if (a > 4) { a = 4; } } if (cwin > ssthresh) { a = 1;/* πποζθεηική αύξηζη: ο ζςνηελεζηήρ μείωζηρ a ηίθεηαι ίζορ με 1*/ } ssthresh = (BWE*RTTmin)/(pkt_size*8*a); if (cwin > ssthresh){ /* εαν βπιζκόμαζηε ζηη θάζη ηηρ πποζθεηικήρ αύξηζηρ, ηο παπάθςπο ηίθεηαι ζηην ηιμή ηος καηωθλιού, διαθοπεηικά (δηλαδή ζηην απγή εκκίνηζη) θα διαηηπήζει ηην πποηγούμενη ηιμή ηος*/ cwin = ssthresh; } } Αλγόπιθμορ (1): Λήτη 3 DACK (πεπιοπιζμένη ζςμθόπηζη ή μεμονυμένα λάθη ζηο αζύπμαηο κανάλι) Ο ζπληειεζηήο κείσζεο a εηζέξρεηαη κφλν θαηά ηε θάζε ηεο εθζεηηθήο αχμεζεο πξνθεηκέλνπ λα αληηζηαζκίζεη πηζαλέο ππεξεθηηκήζεηο ηνπ δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο πνπ ζπκβαίλνπλ ζπλήζσο ζε παξαηεηακέλεο θαηαζηάζεηο ζπκθφξεζεο. Έηζη φηαλ παξαιακβάλνληαη ζπρλά 3 DUPACK ελφζσ βξηζθφκαζηε ζηε αξγή εθθίλεζε, απηφ απνηειεί ηζρπξή έλδεημε φηη ε ρσξεηηθφηεηα πνπ έρεη εθηηκεζεί (δειαδή ην BWE), είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ πξαγκαηηθή. Η ππεξεθηίκεζε απηή ζα νδεγήζεη ην δίθηπν ζε παξαηεηακέλε ζπκθφξεζε, εάλ δε κεησζεί πξννδεπηηθά ε ηηκή ηνπ παξαζχξνπ, νχησο ψζηε λα πξνζεγγίζεη ηελ πξαγκαηηθή ρσξεηηθφηεηα ηνπ θαλαιηνχ. Αληίζεηα, ε ιήςε 3 DUPACK ζηε θάζε ηεο πξνζζεηηθήο αχμεζεο ζεκαίλεη φηη πξνζεγγίδεη ηελ πξαγκαηηθή δηαζέζηκε ρσξεηηθφηεηα ηνπ θαλαιηνχ, δειαδή ε εθηηκψκελε ρσξεηηθφηεηα κπνξεί λα ζεσξεζεί αμηφπηζηε, νπφηε δελ απαηηείηαη θάπνηα θαηάιιειε πξνζαξκνγή απηήο ηεο ηηκήο ζηελ πεξίπησζε απηή. To γηλφκελν BWE * RTTmin απνηειεί κηα ζπληεξεηηθή εθηίκεζε ηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ, αθνχ ε εθηηκψκελε ρσξεηηθφηεηα (BWE) πνιιαπιαζηάδεηαη κε ην κηθξφηεξν Round Trip Time, απφ φζα έρνπλ κεηξεζεί. Απηφ γίλεηαη πξνθεηκέλνπ λα εληζρπζεί ε δηθαηνζχλε έλαληη ησλ ππνινίπσλ ξνψλ. Με ην λα κελ θαηαιακβάλεη φιε ηε δηαζέζηκε ρσξεηηθφηεηα, ην TCPW αθήλεη ρψξν θαη γηα άιιεο ΣCP ξνέο. 41

43 Δάλ θαηά ηε ζηηγκή ηεο εμάληιεζεο ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ (RTO) ην TCPW βξίζθεηαη ζηε θάζε ηεο εθζεηηθήο αχμεζεο (δειαδή cwnd < ssthresh), ηφηε ζέηεη σο λέν θαηψθιη ssthresh θαη λέν παξάζπξν ζπκθφξεζεο cwnd ηα παξαθάησ: ssthresh = (BWE*RTTmin)/(pkt_size*8*a ) cwnd = 1 φπνπ ν ζπληειεζηήο κείσζεο a ιακβάλεη αξρηθή ηηκή 1 θαη απμάλεηαη θαηά 1 θάζε θνξά πνπ ζεκεηψλνληαη δηαδνρηθέο ιήμεηο ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ κε φξην ην 4. Απηφ γίλεηαη φπσο θαη πξνεγνπκέλσο γηα λα αληηζηαζκηζηνχλ νη ππεξεθηηκήζεηο ηεο ρσξεηηθφηεηαο πνπ ζα πξνθαινχζαλ πςειέο ηηκέο θαησθιηνχ θαη ιήμεηο ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ. Σν βήκα ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε είλαη απμεκέλν (1 αληί 0.25 ζηελ πεξίπησζε ησλ 3 DUPACK), ιφγσ ηνπ φηη νη ζπλέπεηεο ησλ δηαδνρηθψλ θαηαζηξνθηθψλ ζπκθνξήζεσλ είλαη πνιχ ρεηξφηεξεο ζε φηη αθνξά ηελ απφδνζε ζε ζρέζε κε ηελ πεξηνξηζκέλε ζπκθφξεζε (ην παξάζπξν ηίζεηαη ζηελ ηηκή 1), θαη επνκέλσο είλαη επηζπκεηή ε ηαρχηεξε ζχγθιηζε ηνπ πξσηνθφιινπ ζηελ επηζπκεηή ηηκή ηνπ θαησθιηνχ. Δάλ θαηά ηε ζηηγκή ηεο εμάληιεζεο ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ (RTO) ην TCPW βξίζθεηαη ζηε θάζε ηεο πξνζζεηηθήο αχμεζεο (δειαδή cwnd > ssthresh), ηφηε ζέηεη a =1 θαη έηζη νη ηηκή ηνπ θαησθιηνχ ssthresh θαη ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο είλαη: ssthresh = (BWE*RTTmin)/(pkt_size*8 ) cwnd = 1 Αλαιπηηθά ν αιγφξηζκνο έρεη σο εμήο: if (λήξη ηος RTO) { if (cwin < ssthresh) { /* απγή εκκίνηζη: Ο ζςνηελεζηή μείυζηρ α αςξάνεηαι καηά 1 ένανηι ηηρ πποηγούμενηρ ηιμήρ ηος */ a = a + 1; if (a > 4) { a = 4; } } if (cwin > ssthresh) { a = 1; /* πποζθεηική αύξηζη: ο ζςνηελεζηήρ μείυζηρ a ηίθεηαι ίζορ με 1*/ } ssthresh = (BWE*RTTmin)/(pkt_size*8*a); if (ssthresh < 2){ ssthresh = 2 } cwin = 1; /* ηο παπάθςπο ζςμθόπηζηρ ηίθεηαι ίζο με 1*/ } Αλγόπιθμορ (2): Λήξη σπονικού πεπιθυπίος (καηαζηποθική ζςμθόπηζη ή παπαηεηαμένα ζθάλμαηα ζηο αζύπμαηο κανάλι) 42

44 Αμηνιόγεζε ηνπ TCP Westwood [11] Πεηξακαηηθέο κεηξήζεηο πνπ έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί [53, 57], απνδεηθλχνπλ φηη ην TCPW έρεη ζεκαληηθά βειηησκέλε απφδνζε (έσο θαη 550%) ζε ζρέζε κε ην TCP Reno ζε ζπλδπαζκφ ελζχξκαηνπ-αζχξκαηνπ δηθηχνπ ζε ζπλζήθεο ζπνξαδηθψλ ιαζψλ (Random losses). Ο βαζηθφηεξνο ιφγνο ηεο βειηησκέλεο απφδνζεο ηνπ TCPW έγθεηηαη ζηελ θαηάιιειε πξνζαξκνγή ηνπ παξαζχξνπ έπεηηα απφ έλα επεηζφδην ζπκθφξεζεο. ε φηη αθνξά ζηελ επίδξαζε ηεο θαζπζηέξεζε κεηάδνζεο (propagation delay) ζην αζχξκαην θαλάιη ζηελ απφδνζε ηνπ πξσηνθφιινπ, νη κεηξήζεηο πνπ έρνπλ γίλεη ζηε [53] απνδεηθλχνπλ φηη ην TCPW εμαζθαιίδεη ηε βέιηηζηε απφδνζε έλαληη ηνπ TCP Reno γηα propagation delays έσο 100 msec. ε κεγαιχηεξεο θαζπζηεξήζεηο ε απφδνζε ηνπ TCPW πέθηεη δξαζηηθά θαζψο νη αξγνπνξεκέλεο αθίμεηο ησλ επηβεβαηψζεσλ δελ δίλνπλ κηα αθξηβή εθηίκεζε ηεο πξαγκαηηθήο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ. To TCPW έρεη επίζεο αμηνινγεζεί ζε ζρέζε κε ην TCP Reno ζηε [53] θαη ζε ζπλζήθεο ιαζψλ θαηά ξππάο (burst errors: fading, blackouts) θαη έρεη βξεζεί φηη ζε ζπλζήθεο fading παξνπζηάδεη βειηησκέλε απφδνζε θαηά 150% έλαληη ηνπ TCP Reno γηα ξπζκνχο ιαζψλ έσο 5%, ελψ ζε blackouts ε βέιηηζηε απφδνζε είλαη έσο 167% γηα κέζε δηάξθεηα ηνπ blackout ίζε κε 0.1 sec. Βξέζεθε επίζεο ζηηο [53, 57] φηη ην TCPW εμαζθαιίδεη δηθαηνζχλε θαη είλαη θηιηθφ κε ην TCP Reno. Σν ΣCPW έρεη αμηνινγεζεί ζηε [53] θαη ζε ζρέζε κε ηα TCP Vegas θαη δηαπηζηψζεθε φηη εμαζθαιίδεη αηζζεηά βειηησκέλε απφδνζε, ιφγσ ηεο αθξηβέζηεξεο εθηίκεζεο ηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο πνπ πξαγκαηνπνηεί, ηδηαίηεξα ζε θαηαζηάζεηο αζπκκεηξίαο. Καζψο ην ΣCPW πξαγκαηνπνηεί ηελ εθηίκεζε ηνπ BWE κεηά απφ θάζε RTT θαη φρη ζε θάζε ACK πνπ παξαιακβάλεηαη φπσο ζπκβαίλεη κε ην TCP Vegas, είλαη ηειηθά ιηγφηεξν επαίζζεην ζηηο ρξνληθέο δηαθπκάλζεηο ησλ επηκέξνπο επηβεβαηψζεσλ πνπ παξαιακβάλνληαη ιφγσ αζπκκεηξίαο. Η βειηησκέλε ηνπ απφδνζε ηνπ TCPW έλαληη ηνπ TCP Vegas ζρεηίδεηαη επίζεο θαη κε ηελ αθξηβέζηεξε εθηίκεζε ηεο πξαγκαηηθήο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ πνπ επηηπγράλεη ην ΣCPW, θαζψο ζην TCP Vegas ν πξαγκαηηθφο ξπζκφο (actual rate) ππνινγίδεηαη κε βάζε ην πιήζνο ησλ bytes πνπ απνζηέιινληαη (cwnd) θαη φρη κε βάζε ηνλ αξηζκφ bytes πνπ παξαιακβάλνληαη (dk) φπσο ζπκβαίλεη ζην TCPW. Δπίζεο ζην γεγνλφο φηη ην TCPW αληηζηαζκίδεη πηζαλέο ππεξεθηηκήζεηο ηεο ρσξεηηθφηεηαο, απνθεχγνληαο θαηαζηάζεηο παξαηεηακέλεο ζπκθφξεζεο. Κάπνην αλάινγν κεραληζκφ δε δηαζέηεη ην TCP Vegas, φπνπ φπσο 43

45 δηαπηζηψζεθε φηαλ ζπκβαίλεη ππεξεθηίκεζε ηνπ RTTmin ηφηε πξνθαιεί παξαηεηακέλε ζπκθφξεζε ζην δίθηπν. πκπεξαζκαηηθά, ην TCPW επηθέξεη κηα ζεκαληηθή βειηίσζε ζηελ απφδνζε ηνπ TCP ζηα αζχξκαηα δίθηπα. ε αληηδηαζηνιή κε ην TCP Veno πνπ εθαξκφδεη δηαθνξεηηθέο πνιηηηθέο κείσζεο ηνπ παξαζχξνπ αλάινγα κε ην αλ ην ιάζνο νθείιεηαη ζε ζπκθφξεζε ή ζε κεκνλσκέλν ζθάικα, ην ΣCPW πξνζαξκφδεη ην παξάζπξν ζηελ πξαγκαηηθή ρσξεηηθφηεηα ηνπ θαλαιηνχ, αλεμάξηεηα απφ ηελ πξνέιεπζε ηνπ ιάζνπο, κε βάζε έλαλ αμηφπηζην κεραληζκφ κέηξεζεο πνπ δηαζέηεη. Σν TCPW εμαζθαιίδεη επίζεο δηθαηνζχλε θαζψο ηα νθέιε ζηελ απφδνζή ηνπ πξνθχπηνπλ απφ ηελ βέιηηζηε ρξήζε ηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο θαη φρη ζε βάξνο ησλ ππνινίπσλ ξνψλ TCP Vegas Σν TCP Reno επαλεηιεκκέλα απμάλεη ην θνξηίν ζην δίθηπν πξνθεηκέλνπ λα βξεη ζε πνην ζεκείν εκθαλίδεηαη ζπκθφξεζε θαη έπεηηα κεηψλεη δξαζηηθά ην παξάζπξν. Με άιια ιφγηα ην TCP πξνθαιεί απψιεηεο πξνθεηκέλνπ λα αλαθαιχςεη ην δηαζέζηκν εχξνο ηεο ζχλδεζεο. Αληίζεηα ην TCP Vegas εθαξκφδεη έλα ηειείσο δηαθνξεηηθφ έιεγρν ζπκθφξεζεο απφ ην TCP Reno. Η βαζηθή ηδέα ζην TCP Vegas είλαη 1) λα κπνξέζεη λα αληρλεχζεη ζε πξψηκν ζηάδην ηε ζπκθφξεζε ζηνπο δξνκνινγεηέο αλάκεζα ζηελ πεγή θαη ηνλ δέθηε ππιν ραζεί θάπνην παθέην. Απηή ε αξρηθή ζπκθφξεζε πξνβιέπεηαη ζπγθξίλνληαο ηελ αλακελφκελε ξπζκναπφδνζε κε ηελ πξαγκαηηθή θαη 2) επηπξφζζεηα λα κεηψζεη ην ξπζκφ απνζηνιήο φηαλ δηαπηζηψζεη ηελ αξρηθή ζπκθφξεζε, δηαθνξεηηθά λα απμήζεη ην ξπζκφ απνζηνιήο φζν δελ αληρλεχεη ζπκθφξεζε ζην αξρηθφ ηεο ζηάδην, ή λα ηελ θξαηήζεη ζηαζεξή. Σν παξάζπξν ζην TCP Vegas κεγαιψλεη (ή κηθξαίλεη ) πνιχ πην νκαιά ζε ζρέζε κε ην παξάζπξν ζην TCP Reno Μεραληζκόο Επαλακεηαθνξάο [26] Σν ΣCP Vegas δηαηεξεί έλα ρξνλνκεηξεηή πνιχ κεγάιεο αθξίβεηαο, πξνθεηκέλνπ γηα θάζε ACK πνπ παξαιακβάλεη λα ππνινγίδεη ην RTT κε αθξίβεηα millisecond. To ρξνληθφ πεξηζψξην (RTO) ππνινγίδεηαη κε ηνλ ίδην αθξηβψο ηξφπν φπσο θαη ζην Reno (δειαδή RTO = Αverage RTT +4 * Variance). H δηαθνξά ηνπ απφ ην Reno, είλαη φηη ελψ ζην δεχηεξν ε επαλακεηαθνξά πξαγκαηνπνηείηαη κε ηε ιήςε 3 DACK, ζην TCP Vegas επαλακεηαθνξά ελδερνκέλσο ζπκβαίλεη κε ηελ παξαιαβή ελφο κφλν DACK. Οηαλ παξαιεθζεί έλα DACK, ηφηε ην RTT ηνπ παθέηνπ ζην νπνίν αλαθέξεηαη ην DACK ππνινγίδεηαη θαη ζπγθξίλεηαη κε ην RTO. Aλ RTT > RTO, ηφηε ην 44

46 παθέην μαλαζηέιλεηαη, θαζψο ην απμεκέλν Round Trip Time είλαη ελδεηθηηθφ ηνπ φηη ην παθέην έρεη ραζεί ιφγσ ζπκθφξεζεο, θαη φρη φηη έρεη παξαιεθζεί εθηφο ζεηξάο. Ακέζσο κεηά ηελ επαλακεηαθνξά ε ηηκή ηνπ παξαζχξνπ πέθηεη ζηα 3/4 ηεο πξνεγνχκελεο ηηκήο ηνπ θαη φρη ζην κηζφ, φπσο ζπκβαίλεη ζην Reno. Δπαλακεηαθνξέο κπνξνχλ λα επαλαιεθζνχλ θαη γηα άιια αλεπηβεβαίσηα παθέηα (αλ εμαθνινπζνχλ λα ππάξρνπλ), κε ηελ παξαιαβή ηεο πξψηεο ή ηεο δεχηεξεο θαλνληθήο επηβεβαίσζεο (ACK). Με ηνλ ηξφπν απηφ κπνξνχλ λα επαλαπνζηαιινχλ κέρξη θαη 3 ρακέλα παθέηα αλά RTT. Σν TCP Vegas εμαθνπζεί λα δηαηεξεί ην κεραληζκφ ηνπ RTO ηνπ Reno θαη ηνλ αληίζηνηρν ρξνλνκεηξεηή (φρη πνιχ κεγάιεο αθξίβεηαο), πνπ εμαζθαιίδεη επαλακεηαθνξά ηνπ παθέηνπ εάλ δελ παξαιεθζεί θαλέλα DACK ιφγσ θαηαζηξνθηθήο ζπκθφξεζεο Μεραληζκόο ειέγρνπ ζπκθόξεζεο [27] Σν ΣCP Vegas βαζίδεηαη ζε δπλακηθέο εθηηκήζεηο ηνπ δηαζέζηκνπ εχξνπο δψλεο, γηα ηελ απνθπγή θαηαζηάζεσλ ζπκθφξεζεο, κεηξψληαο ζε θάζε ACK πνπ ιακβάλεη ηε δηαθνξά κεηαμχ ηνπ πξαγκαηηθνχ ξπζκνχ κεηαθνξάο (ActualRate) απφ ηνλ αλακελφκελν (ExpectedRate) ξπζκφ πνπ είλαη θαη ν βέιηηζηνο: Diff = (Expected Actual) BaseRTT Ο αλακελφκελνο ξπζκφο είλαη ExpectedRate = CWND/ BaseRTT, φπνπ BaseRTT είλαη ν κηθξφηεξνο Round Trip Time απφ φια ηα RTT πνπ έρνπλ κεηξεζεί, ελψ ν πξαγκαηηθφο ξπζκφο είλαη ActualRate = CWND/ currentrtt, φπνπ currentrtt είλαη ν Round Trip Time πνπ έρεη κεηξεζεί. Οηαλ ε δηαθνξά κεηαμχ ExpectedRate θαη ΑctualRate είλαη κηθξφηεξε απφ έλα θαηψθιη α, βξηζθφκαζηε δειαδή θνληά ζην βέιηηζην ξπζκφ κεηαθνξάο ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο απμάλεηαη γξακκηθά (θαηά 1 αλά RTT). Αληίζεηα φηαλ ε δηαθνξά είλαη κεγαιχηεξε απφ έλα θαηψθιη β, απηφ απνηειεί έλδεημε φηη ππάξρεη θίλδπλνο ζπκθφξεζεο, θαη ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο κεηψλεηαη γξακκηθά (θαηά 1 αλά RTT). Σέινο αλ ε δηαθνξά είλαη κεηαμχ α θαη β, ηφηε ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο παξακέλεη ην ίδην. πκπεξαζκαηηθά: { Ο ζηφρνο δειαδή ηνπ TCP Vegas είλαη λα θξαηήζεη ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο κεηαμχ ησλ νξίσλ w+a θαη w+b, (w είλαη ην παξάζπξν 45

47 ζπκθφξεζεο πνπ αληηζηνηρεί ζην βέιηηζην ξπζκφ ξνήο (ExpectedRate)) (δεο ζρήκα 2, πεγή [27]). Δαλ window <w+a, ηφηε απμάλεη ην παξάζπξν θαηά 1, ελψ αλ window >w+β ηφηε κεηψλεη ην παξάζπξν θαηά 1. Αλ ην παξάζπξν είλαη κεηαμχ ησλ w+a, w+b ηφηε ε ηηκή ηνπ παξαζχξνπ λα παξακείλεη ακεηάβιεηε. Με άιια ιφγηα ην TCP Vegas πξνζζέηεη ηνπιάρηζηνλ α παθέηα ζηηο νπξέο ησλ ελδηάκεζσλ θαηαρσξεηψλ δηαηεξψληαο ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο ιίγν πην πάλσ απφ ηελ βέιηηζηε ηηκή (w), πξνθεηκέλνπ λα γίλεηαη ε βέιηηζηε αμηνπνίεζε ησλ δηθηπαθψλ πφξσλ πνπ ηπρφλ δηαηίζεληαη δπλακηθά (π.ρ. απφ ηνλ ηεξκαηηζκφ άιισλ ζπλδέζεσλ). Φξνληίδεη επίζεο λα κελ πξνθαιείηαη ζπκθφξεζε ζην δίθηπν κεηψλνληαο ην παξάζπξν φηαλ πεξηζζφηεξα απφ β παθέηα ζπζζσξεπηνχλ ζηηο νπξέο ησλ δξνκνινγεηψλ. Ρυκμοαπόδοςθ Αναμενόμενθ Ρυκμοαπόδοςθ Πραγματικι Ρυκμοαπόδος θ Γραμμικι Αφξθςθ Γραμμικι Μείωςθ Μζγεκοσ Παρακφρου Σσήμα Παπάθςπο ελέγσος ηος TCP Vegas Φάζε Αξγήο Εθθίλεζεο To TCP Vegas πνζεηεί ην κεραληζκφ αξγήο εθθίλεζεο (slow start) ηνπ TCP Reno. Πξνηείλεη σζηφζν κηα αιιαγή ζην κεραληζκφ απηφ γηα ηελ απνθπγή ηεο ζπκθφξεζεο πνπ αλαπφθεπθηα πξνθαιεί ην αξγφ μεθίλεκα ζην TCP Reno ηελ πξψηε θνξά, ιφγσ ηνπ φηη ην θαηψθιη (ssthresh) αξρηθά ηίζεηαη ζε πςειή ηηκή (64 ΚΒ). Σo TCP Vegas δε ρξεζηκνπνηεί ην sshthresh γηα ηελ αιιαγή πνιηηηθήο απφ slow-start ζε congestion avoidance, αιιά ζηεξίδεηαη θαη πάιη ζηηο κεηξήζεηο ηνπ ExpectedRate θαη ηνπ ActualRate θαη εθαξκφδεη εθζεηηθή αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ γηα φζν ρξνληθφ δηάζηεκα ηζρχεη ActualRate <= ExpectedRate. 46

48 Οηαλ ε ηηκή ηνπ ActualRate ππεξβεί ην ExpectedRate, ηφηε ην TCP Vegas εγθαηαιείπεη ηε θάζε ηεο εθζεηηθήο αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ θαη κπαίλεη ζηε θάζε ηεο γξακκηθήο αχμεζεο κείσζεο ηνπ παξαζχξνπ. Με απηφλ ηνλ ηξφπν απνθεχγεηαη ε ζπκθφξεζε θαη ε επαλακεηνθνξά θαη κείσζε ηνπ παξαζχξνπ πνπ ζα ζπλέβαηλε ζην TCP Reno. To ηίκεκα είλαη λα απμάλεηαη ην παξάζπξν κε πην αξγνχο ξπζκνχο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο αξγήο εθθίλεζεο: Αληί λα δηπιαζηάδεηαη ην παξάζπξν αλά RTT, ζην Vegas δηπιαζηάδεηαη αλά δεχηεξν RTT. Απηφ ζπκβαίλεη πξνθεηκέλνπ λα γίλνληαη νη κεηξήζεηο ηνπ Actual Rate, θαη ηνπ expected Rate γηα ην ίδην cwnd Aμηνιόγεζε ηνπ TCP Vegas ζε ζρέζε κε ην Reno[16, 20] TCP Vegas φπσο θαη ην Reno είλαη έλαο κεραληζκφο πξνζζεηηθήο αχμεζεο θαη πνιιαπιαζηαζηηθήο κείσζεο (Αdditive Ιncrease Μulticative Decrease). Η βαζηθή ηνπ δηαθνξά απφ ην Reno είλαη φηη ζην Vegas ην βήκα δελ είλαη ζηαζεξφ θαηά ηε δηαδηθαζία ηεο πξνζζεηηθήο αχμεζεο, αιιά απμνκεηψλεηαη δηαξθψο δπλακηθά αλάινγα κε ηηο ζπλζήθεο πνπ επηθξαηνχλ ζην δίθηπν γηα ηελ απνθπγή ζπκθφξεζεο, ελψ ην TCP Reno απμάλεη δηαξθψο ην παξαζχξν ηνπ πξνθαιψληαο ζπκθφξεζε. Σα κεγαιχηεξα νθέιε ζηελ απφδνζε ηνπ ΣCP Vegas πξνθχπηνπλ αθξηβψο ιφγσ ηνπ φηη ν κεραληζκφο ειέγρνπ ζπκθφξεζεο πνπ δηαζέηεη απνθεχγεη ηελ ζπκθφξεζε θαη ηηο επαλακεηαδφζεηο κε δξαζηηθά κεησκέλν παξαζχξν πνπ απηή ζπλεπάγεηαη. Η [26] ππνινγίδεη κία αχμεζε ηεο απφδνζεο ηνπ ΣCP Vegas κεηαμχ 37 θαη 71% ζε ζρέζε κε ην ΣCP Reno Eπίζεο ν κεραληζκφο επαλαθνξάο ηνπ TCP Vegas πεξηνξίδεη φιεο εθείλεο ηηο επαλακεηαδφζεηο πνπ ζα ζπλέβαηλαλ ζην Reno ιφγσ ιήμεο ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ (RTO) ζηηο πεξηπηψζεηο φπνπ ν απνζηνιέαο παξαιακβάλεη 1 ή 2 DACK θαη φρη 3, φπσο ην Reno νξίδεη. Απνθεχγεη ηελ θαηαζηξνθηθή ζπκθφξεζε θαηά ηελ θάζε ηεο αξγήο εθθίλεζεο. Δμαζθαιίδεη δηθαηνζχλε (fairness) ράξε ζην ζπληεξεηηθφ κεραληζκφ απνθπγήο ζπκθφξεζεο πνπ δηαζέηεη, ν νπνίνο κεηψλεη ην ξπζκφ ξνήο φηαλ δηαπηζηψζεη απμεκέλε θίλεζε ζην δίθηπν, αθήλνληαο έηζη πεξηζψξηα θαη ζηηο άιιεο ξνέο (γηα ηεθκεξίσζε δεο ζηα [15, 16]). Δπηπιένλ ζηε [27] απνδεηθλχεηαη φηη ην TCP Vegas βειηηψλεη ηε δηθαηνζχλε φηαλ ζπλππάξρνπλ ξνέο πνπ έρνπλ δηαθνξεηηθά propagation delays ιφγσ π.ρ. δηαθνξεηηθήο απφζηαζεο απφ ην AP, εμαζθαιίδνληαο δηθαηφηεξε θαηαλνκή ησλ δηαζέζηκσλ πφξσλ ζηηο ξνέο κε κεγαιχηεξν propagation delay Πξνβιήκαηα ηνπ TCP Vegas Αζπκβαηφηεηα κε ην ΣCP Reno: Η απφδνζε ηνπ ΣCP Vegas πέθηεη δξαζηηθά φηαλ ζπλππάξρεη κε ην TCP Reno. Απηφ νθείιεηαη θπξίσο ζην δηαθνξεηηθφ κεραληζκφ απνθπγήο ζπκθφξεζεο πνπ δηαζέηνπλ. Σν TCP Reno απμάλεη δηαξθψο ην παξαζχξφ ηνπ θαη νπζηαζηηθά «θιέβεη» ηνπο δηαζέζηκνπο 47

49 πφξνπο απφ ην TCP Vegas θαζψο απηφ κεηψλεη ην παξάζπξφ ηνπ ζε ζπλζήθεο αληαγσληζκνχ γηα ηελ απνθπγή ζπκθφξεζεο. Η κε θηιηθφηεηα ηνπ Reno έλαληη ηνπ TCP Vegas έρεη κειεηεζεί ζηελ [27], φπνπ θαη δηαπηζηψλεηαη φηη ην πξφβιεκα παξνπζηάδεηαη εληνλφηεξα φηαλ νη θαηαρσξεηέο ησλ drop-tail νπξψλ ησλ ελδίακεζσλ δξνκνινγεηψλ είλαη κεγάινη, ελψ πεξηνξίδεηαη κε ηε ρξήζε RED (Random Early Detection) Gateways αληί Drop-Tail νπξψλ Δπεηδή ην ActualRate θαη ην ExpectedRate βαζίδνληαη ζηε κέηξεζε ηνπ Round Trip Time (Rate = cwnd / RTT), ζπλζήθεο αζπκκεηξίαο ζην αζχξκαην θαλάιη κεηαθνξάο ή δηαθνξεηηθέο δξνκνιφγεζεηο ησλ ελδηάκεζσλ παθέησλ (rerouting) νδεγνχλ ζε ιαλζαζκέλεο εθηηκήζεηο ηνπ RTT θαη ζε αληίζηνηρε κείσζε ηεο απφδνζεο ηνπ πξσηνθφιινπ [16, 21]. Σν ζεκαληηθφηεξν πξφβιεκα ηνπ ΣCP Vegas είλαη φηη ε ζηαζεξφηεηα ηνπ κεραληζκνχ απνθπγήο ζπκθφξεζεο βαζίδεηαη ζηελ αθξηβή κέηξεζε ηνπ BaseRTT. Καζψο ην BaseRTT είλαη ην κηθξφηεξν Round Trip Time πνπ κεηξηέηαη, ε κέηξεζή ηνπ δε ζα είλαη αθξηβήο φηαλ κηα ΣCP Vegas ζχλδεζε μεθηλήζεη ζε έλα δίθηπν ζην νπνίν ππάξρεη ήδε ζπκθφξεζε (ή είλαη ζηα φξηα ηεο ζπκθφξεζεο) απφ άιιεο ξνέο. ε απηήλ ηελ πεξίπησζε ην BaseRTT πνπ κεηξηέηαη είλαη πνιχ πςειφ. Μηα ηέηνηα θαθή εθηίκεζε ηνπ BaseRTT είλαη πνιχ πηζαλφ λα δεκηνπξγήζεη παξαηεηακέλε θαηάξξεπζε ηνπ δηθηχνπ, θαζψο ην TCP Vegas ζα δηαηεξεί πςειή ηελ ηηκή ηνπ παξαζχξνπ ηνπ γηα φζν δηάζηεκα βξίζθεηαη ζηελ θαηάζηαζε απηή [27].Γελ βειηηψλεη ηελ απφδνζε ηνπ Reno ζηα αζχξκαηα δίθηπα, θαζψο δελ ππάξρεη δηαρσξηζκφο ηεο πξνέιεπζεο ηνπ ιάζνπο (ιφγσ ζπκθφξεζεο ή ιφγσ ιαζψλ ζην αζχξκαην κέζν κεηάδνζεο), πξνθαιψληαο αλεπηζχκεηε κείσζε ηνπ παξαζχξνπ φηαλ ε απψιεηα νθείιεηαη ζην αζχξκαην θαλάιη [22] TCP Veno To TCP Veno είλαη ζπλδηαζκφο δχν πξσηνθφιισλ, ηνπ TCP Vegas θαη ηνπ TCP Reno Bειηίσλεη ηελ απφδνζε ηνπ TCP ζηα αζχξκαηα δίθηπα, επηρεηξψληαο κέζσ κεηξήζεσλ λα έρεη κία έλδεημε ηεο πξνέιεπζεο ηνπ ιάζνπο γηα λα εθαξκφζεη θαη ηελ αλάινγε πνιηηηθή. Υξεζηκνπνηεί ηνλ ίδην κεραληζκφ αξγήο εθθίλεζεο (slow start) φπσο αθξηβψο ην TCP Reno, πξνηείλεη φκσο ηξνπνπνηήζεηο ζην κεραληζκό απνθπγήο ζπκθόξεζεο (congestion avoidance) θαζψο θαη ζην κεραληζκφ γξήγνξεο επαλακεηαθνξάο βάζε ησλ κεηξήζσλ πνπ πξαγκαηνπνηεί Πξνζζεηηθή αύμεζε: Νένο κεραληζκόο απνθπγήο ζπκθόξεζεο ην ΣCP Reno φηαλ cwnd > ssthesh, ηφηε ελεξγνπνηείηαη ν κεραληζκφο απνθπγήο ζπκθφξεζεο θαη εθαξκφδεηαη αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ θαηά 1 /cwnd, γηα θάζε επηβεβαίσζε πνπ παξαιακβάλεηαη. 48

50 Σν ΣCP Veno, ζε θάζε ιακβαλφκελε επηβεβαίσζε ειέγρεη ηελ ηηκή ηνπ Diff = (Expected Actual) BaseRTT (δειαδή εθαξκφδεη ηνλ ίδην κεραληζκφ κέηξεζεο κε απηφλ ηνπ TCP Vegas) θαη εάλ δηαπηζηψζεη φηη ε δηαθνξά απηή είλαη κηθξφηεξε απφ έλα θαηψθιη β, ηφηε ζπκπεξαίλεη φηη ππάξρεη αξθεηή αθφκε δηαζέζηκε ρσξεηηθφηεηα ζην θαλάιη κεηάδνζεο θαη ζέηεη ην ξπζκφ αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ ίζν κε 1/cwnd γηα θάζε ACK πνπ παξαιακβάλεηαη (φπσο θαη ζην Reno) Eαλ φκσο ε ηηκή ηνπ Diff μεπεξάζεη ην θαηψθιη β, ηφηε απηφ ζεκαίλεη φηη πιεζηάδνπκε ζηα φξηα ηνπ δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο θαη επνκέλσο ν ξπζκφο αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ ζα πξέπεη λα κεησζεί ζε 1/cwnd γηα θάζε δεύηεξν ACK πνπ παξαιακβάλεηαη, πξνθεηκέλνπ λα παξακείλεη γηα πεξηζζφηεξν ρξνληθφ δηάζηεκα ζε απηφ πξνηνχ πξνθιεζεί ζπκθφξεζε. πλνπηηθά ν αιγφξηζκνο έρεη σο εμήο: If (Diff < β) //μακπςά από ηο όπιο ηηρ διαθέζιμηρ συπηηικόηηηαρ cwnd + 1/cwnd //για κάθε λαμβανόμενο ACK else if (Diff >= β) //κονηά ζηο όπιο ηηρ διαθέζιμηρ συπηηικόηηηαρ cwnd cwnd + 1/cwnd //για κάθε δεύηεπο λαμβανόμενο ACK εκεηψλεηαη φηη θαη εδψ είλαη αλαπφθεπθηε ε ζπκθφξεζε, (δειαδή ην TCP Veno δελ πξνζπαζεί λα απνθχγεη ηε ζπκθφξεζε φπσο ην TCP Vegas, αιιά ηελ πξνθαιεί φπσο θαη ην TCP Reno. Η δηαθνξά ηνπ φκσο απφ ην TCP Reno είλαη φηη ην ΣCP Veno απμάλνληαο κε πην αξγφ ξπζκφ ηελ ηηκή ηνπ παξαζχξνπ φηαλ βξίζθεηαη ζηα φξηα ηεο κέγηζηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ ηειηθά παξακέλεη ζε πςεινχο ξπζκνχο κεηαθνξάο γηα πεξηζζφηεξν ρξνληθφ δηάζηεκα ζε ζρέζε κε ην TCP Reno, αμηνπνηψληαο θαιχηεξα ηνπο δηαζέζηκνπο πφξνπο θαη πξνθαιψληαο ιηγφηεξν ζπρλά ζπκθφξεζε ζην δίθηπν Πνιιαπιαζηαζηηθή κείσζε: Δηαρσξηζκόο congestive, noncongestive θαηάζηαζεο ην ΣCP Reno ππάξρνπλ δχν πεξηπηψζεηο πνιιαπιαζηαζηηθήο κείσζεο: Με ηε ιήμε ηνπ ρξνληθνχ πεξηζσξίνπ (RTO) θαη κε ηελ παξαιαβή 3 δηπινεπηβεβαηψζεσλ DACK. Η πξψηε πεξίπησζε, πνπ ζεσξείηαη φηη πξνθαιείηαη ιφγσ θαηαζηξνθηθήο ζπκθφξεζεο, νδεγεί ζε ζεκαληηθή κείσζε ηνπ παξαζχξνπ (cwnd =1). To TCP Veno αθνινπζεί αθξηβψο ηελ ίδην αιγφξηζκν κε ην TCP Reno ζε φηη αθνξά ζε απηήλ ηε ιεηηνπξγία, γηα ηελ απνζπκθφξεζε ηνπ δηθηχνπ. Με ηελ παξαιαβή 3 δηπινεπηβεβαηψζεσλ, ην TCP Reno πξαγκαηνπνηεί γξήγνξε επαλακεηαθνξά (fast retransmit) θαη ζηε ζπλέρεηα γξήγνξε αλάθακςε (fast recovery). Σν ΣCP Veno αθνινπζεί επίζεο απηνχο ηνπο κεραληζκνχο, κε ηε δηαθνξά φηη ρξεζηκνπνηεί ηηο κεηξήζεηο ηνπ Diff γηα λα εθηηκήζεη ηελ πξνέιεπζε ηνπ ιάζνπο. Δαλ εθηηκήζεη φηη ην θαλάιη δελ βξηζθφηαλ ζε θαηάζηαζε ζπκθφξεζεο (δειαδή εαλ ζπκβεί Diff < β, φπνπ β θάπνην θαηψθιη ζπλήζσο 3), ηφηε εθηηκά φηη ε αηηία ηεο απψιεηαο ηνπ παθέηνπ είλαη θάπνην ιάζνο ζην αζχξκαην 49

51 θαλάιη κεηάδνζεο, νπφηε θαη δελ πξνρσξάεη ζε δξαζηηθή κείσζε ηνπ παξαζχξνπ. Γηαθνξεηηθά, εάλ δειαδή βξηζθφκαζηε ζε θαηαζηάζεηο ζπκθφξεζεο (Diff >= β), ηφηε εθαξκφδεη κεγαιχηεξε κείσζε ηνπ παξαζχξνπ, πξνθεηκέλνπ λα ζπκβάιιεη ζηελ απνζπκθφξεζε ηνπ δηθηχνπ. πκπεξαζκαηηθά, ν αιγφξηζκνο ιεηηνπξγεί σο εμήο: If (Diff < β) //Πιθανόηεπη αιηία ζθάλμαηορ είναι ηο ηςσαίο λάθορ sshthresh cwnd * (4/5) //θέζε ηο νέο παπάθςπο ζηα 4/5 ηηρ πποηγούμενηρ ηιμήρ else if (Diff >= β) //Η πιθανόηεπη αιηία ζθάλμαηορ είναι η ζςμθόπηρ sshthresh cwnd / 2 //θέζε ηο νέο παπάθςπο ζηο μιζό ηηρ πποηγούμενηρ ηιμήρ (ίδιο με Reno) TCP Bic (Binary Increase Congestion control) Σν ΣCP BIC ζηνρεχεη ζηελ επίιπζε ηνπ πξνβιήκαηνο ηεο ρακειήο απφδνζεο ηνπ TCP Reno ζε δίθηπα κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο, πνπ παξνπζηάδνπλ επίζεο πςειφ Round Trip Time. Όπσο πξναλαθέξζεθε ην ΣCP Reno ζηα δίθηπα απηά θαζπζηεξεί ζεκαληηθά λα αμηνπνηήζεη ην δηαζέζηκν εχξνο δψλεο, ελψ ε θαζπζηέξεζε απηή είλαη αθφκε κεγαιχηεξε θαζψο ην RTT απμάλεη.to ΣCP BIC ζηεξίδεηαη ζε κία πην «επηζεηηθή» αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ ζηελ αξρή, κέρξη απηφ λα πιεζηάζεη ζηα φξηα ηεο κέγηζηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ, ελψ ζηε ζπλέρεηα ν ξπζκφο αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ κεηψλεηαη πξνθεηκέλνπ λα παξακέλεη γηα κεγαιχηεξν ρξνληθφ δηάζηεκα ζε απηή. Ο κεραληζκφο αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ νλνκάδεηαη δπαδηθή Αλαδήηεζε (Binary Increase) θαη είλαη ζπλδπαζκφο δχν ηερληθψλ: Η πξψηε ηερληθή νλνκάδεηαη δπαδηθή αλαδήηεζε θαη αύμεζε (Binary Search Increase) θαη ζηεξίδεηαη ζηελ αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ ζην κέζν δχν ηηκψλ: κηαο ειάρηζηεο ηηκήο ηνπ παξαζχξνπ (Wmin) θαη κηαο κέγηζηεο (Wmax). Ωο ειάρηζηε ηηκή παξαζχξνπ ζεσξείηαη εθείλε γηα ηελ νπνία δε ζπκβαίλνπλ απψιεηεο παθέηνπ, ελψ σο κέγηζηε είλαη εθείλε γηα ηελ νπνία παξαηεξνχληαη απψιεηεο. Σν λέν παξάζπξν ζπκθφξεζεο ηίζεηαη ζην κέζν κεηαμχ ησλ δχν κεηαβιεηψλ, δειαδή target_win = (Wmin + Wmax)/2. Δάλ δελ παξνπζηαζηνχλ απψιεηεο παθέηνπ, ηφηε ην target_win ηίζεηαη σο ε λέα ειάρηζηε ηηκή (Wmin) θαη ε δπαδηθή αλαδήηεζε ζπλερίδεηαη κε ηελ εχξεζε ηνπ λένπ target_win. Η δηαδηθαζία απηή επαλαιακβάλεηαη κέρξηο φηνπ ε δηαθνξά κεηαμχ ησλ Wmin θαη Wmax γίλεη κηθξφηεξε απφ κηα πξνθαζνξηζκέλε ηηκή (Smin). Δίλαη πξνθαλέο φηη θαζψο ην παξάζπξν πιεζηάδεη ην Wmax, κεηψλεηαη θαη ν ξπζκφο αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ (ινγαξηζκηθή αχμεζε) Η δεχηεξε ηερληθή νλνκάδεηαη πξνζζεηηθή αύμεζε (Additive increase) θαη εθαξκφδεηαη ζηηο πεξηπηψζεηο εθείλεο φπνπ ε απφζηαζε ηνπ target_win απφ ην ειάρηζην (Wmin) είλαη πνιχ κεγάιε. Καζψο κηα πνιχ απφηνκε αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ ελδερνκέλσο λα πξνθαιέζεη ζπκθφξεζε ζηνπο ελδηάκεζνπο δξνκνινγεηέο ηνπ δηθηχνπ, ηίζεηαη θάπνην αλψηεξν επηηξεπηφ φξην, έηζη εάλ ε 50

52 αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ μεπεξάζεη θάπνηα πξνθαζνξηζκέλε ηηκή (Smax), (δειαδή target_win Wmin >Smax), ηφηε ε αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ γίλεηαη ίζε κε Smax. Σσήμα Παπάθςπο Σςμθόπηζηρ ζε ζςνάπηηζη με ηον σπόνο (RTT) Σν ΣCP-BIC ρξεζηκνπνηεί ηηο παξαθάησ κεηαβιεηέο: Wmin: Αληηπξνζσπεχεη κηα ειάρηζηε επηηξεπηή ηηκή ηνπ παξαζχξνπ γηα ηελ νπνία δελ αλακέλεηαη λα ζπκβαίλνπλ απψιεηεο παθέησλ (δειαδή θαηαζηξνθηθή ή πεξηνξηζκέλε ζπκθφξεζε) Wmax: Μηα κέγηζηε επηηξεπηή ηηκή ηνπ παξαζχξνπ γηα ηελ νπνία έρνπλ δηαπηζησζεί απψιεηεο παθέησλ Target_win: To κέζν ζεκείν κεηαμχ Wmin θαη Wmax, δειαδή: Target_win = (Wmin+Wmax)/2. Δπίζεο ηηο παξαθάησ ζηαζεξέο: β: ζπληειεζηήο πνιιαπιαζηαζηηθήο κείσζεο ηνπ παξαζχξνπ(= 0.125). Smin: Διάρηζηε δπλαηή αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ (= 0.01 ) Smax: Μέγηζηε δπλαηή αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ (= 32 ) Ο αιγφξηζκνο ιεηηνπξγεί σο εμήο: 1. Αξρηθά ηίζεηαη Wmin =Wmax =1 θαη εθαξκφδεηαη αξγή εθθίλεζε (δηπιαζηαζκφο ηνπ παξαζχξνπ), κέρξηο φηνπ ην παξάζπξν ππεξβεί ηελ Smax, θαη ζηε ζπλέρεηα (εάλ cwnd>=smax) πξνζζεηηθή αχμεζε κε ξπζκφ αχμεζεο Smax/cwnd αλά RTT, κέρξηο φηνπ ηειηθά ζπκβεί απψιεηα παθέησλ 2. Όηαλ ζπκβεί ζπκθφξεζε (timeout, 3 DUPACKS), ηφηε ην Wmax ηίζεηαη ζηελ ηηκή είρε ην παξάζπξν ζηε ζηηγκή ηεο απψιεηαο, ελψ ην Wmin ηίζεηαη ίζν 51

53 κε ηελ ηηκή ηνπ παξαζχξνπ πνιιαπιαζηαζηηθά κεησκέλε θαηά β (δειαδή, Wmin = cwnd*(1-β) ) 3. ηε ζπλέρεηα ππνινγίδεηαη ην Target_win σο εμήο: Target_win =(Wmin+Wmax)/2. Αλάινγα κε ηελ ηηκή ηνπ Target_win ηίζεηαη θαη ην λέν cwnd. πγθεθξηκέλα αλ ην Target_win μεπεξλάεη ηε κέγηζηε επηηξεπηή πξνθαζνξηζκέλε ηηκή Smax, ηφηε σο λέν παξάζπξν ηίζεηαη cwnd = Smax. Αληίζηνηρα εάλ ην Target_win είλαη κηθξφηεξν απφ ηελ ειάρηζηε πξνθαζνξηζκέλε ηηκή Smin, ηφηε σο λέν παξάζπξν ηίζεηαη ην cwnd = Smin. Σέινο εάλ ε Smin < Target_win < Smax, ηφηε ην παξάζπξν ηίζεηαη ζην Target_win, δειαδή cwnd = Target_win, δειαδή ζην κέζν ησλ Wmin, Wmax 4. Καηφπηλ ιακβάλεη ρψξα απνζηνιή. Δάλ δελ δηαπηζησζεί ζπκθφξεζε, ηφηε σο λέν Wmin ηίζεηαη ε ηηκή ηνπ παξαζχξνπ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ηειεπηαία θαη ν αιγφξηζκνο ζπλερίδεη κε ην βήκα 3 γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ λένπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο, δηαθνξεηηθά (πεξίπησζε ζπκθφξεζεο) ζπλερίδεη κε ην βήκα 2. Σν ηειηθφ απνηέιεζκα είλαη φπσο ζην ζρήκα Σσήμα Παπάθςπο Σςμθόπηζηρ ζε ζςνάπηηζη με ηον σπόνο (RTT) 52

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Πεηξακαηηθό κέξνο πγθξηηηθή κειέηε ην θεθάιαην απηφ γίλεηαη ζπγθξηηηθή κειέηε ησλ πξνζεγγίζεσλ ζηνλ εμνκνησηή δηθηχνπ Network Simulator (ns-2). πγθεθξηκέλα κνληεινπνηήζεθαλ ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ επξείαο θιίκαθαο πνπ ζχκθσλα κε ηε ζεσξεηηθή κειέηε πνπ πξνεγήζεθε επεξεάδνπλ πεξηζζφηεξν ηελ απφδνζε ησλ πξσηνθφιισλ κεηαθνξάο θαη πινπνηήζεθαλ ηνπνινγίεο γηα ηελ φζν ην δπλαηφλ πιεξέζηεξε θαη αμηφπηζηε ζπγθξηηηθή αμηνιφγεζε ησλ δηαθφξσλ πξνζεγγίζεσλ πνπ κειεηήζεθαλ. Η πινπνίεζε ησλ κνληέισλ θαη ησλ ηνπνινγηψλ έγηλε κε ηελ ρξήζε ηεο γιψζζαο πξνγξακκαηηζκνχ TCL/Tk, ελψ γηα επεμεξγαζία ησλ απνηειεζκάησλ πνπ πξνέθπςαλ απφ ηνλ εμνκνησηή, γξάθηεθαλ θαηάιιεια scripts ζε γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ PERL. ηφρνο ησλ εμνκνηψζεσλ είλαη λα εμεπξεζεί ε βέιηηζηε ιχζε γηα ηα δίθηπα απηά, ιακβάλνληαο ππφςε παξακέηξνπο φπσο ε απφδνζε (goodput) θαη ε δηθαηνζχλε (fairness) ησλ ππφ εμέηαζε ιχζεσλ. 4.1 Εηζαγσγή ζηνλ ns-2 Σν πξφγξακκα πνπ ρξεζηκνπνηήζακε γηα ηελ εμνκνίσζε είλαη ν NS-2 θαη ζπγθεθξηκέλα ε έθδνζε Η εγθαηάζηαζή ηνπ έγηλε ζε πεξηβάιινλ UBUNTU, αθνχ δελ ππνζηεξίδεηε απφ windows. Δπηπιένλ ρξεηάζηεθε λα ελζσκαηψζνπκε ην πξφηππν ηεο NIST (National Institute of Standards and Technology) αθνχ ε έθδνζε απφ κφλε ηεο δελ ππνζηήξηδε ηελ πξνζνκνίσζε WIMAX. Ο Network Simulator -2 (NS-2) είλαη έλαο αληηθεηκελνζηξαθήο πξνζνκνίσζεο δηθηχσλ, γξακκέλνο ζε C++ θαη OTcl (αληηθεηκελνζηξαθήο έθδνζε ηεο γιψζζαο TCL ). ηνλ NS-2 είλαη ελζσκαησκέλα ηα γλσζηφηεξα δηθηπαθά πξσηφθνιια, φπσο π.ρ ηα πξσηφθνιια TCP θαη UDP, πξσηφθνιια εθαξκνγήο (FTP, Telnet, Web, CBR), πξνζνκνηψζεηο δηαρείξηζεο νπξψλ δξνκνινγεηψλ (DropTail, RED), δξνκνιφγεζεο θηι. Οη πξνγξακκαηηζηέο ηνπ NS-2 πξνθεηκέλνπ λα ηζνξξνπήζνπλ αλάκεζα ζηελ πςεινχ επηπέδνπ πινπνίεζε θαη ζηελ επθνιία πξνγξακκαηηζκνχ ρψξηζαλ ηνλ πξνζνκνησηή ζε δχν ηκήκαηα. Σν έλα ηκήκα (θπξίσο γηα ηελ δηαζχλδεζε κε ηνλ ρξήζηε ) είλαη γξακκέλν ζηελ γιψζζα OTcl ψζηε λα κελ ρξεηάδεηαη ν απιφο ρξήζηεο λα γλσξίδεη ηελ δπζθνιφηεξε αιιά παλίζρπξε C++ πξνθεηκέλνπ λα ηνλ ρξεζηκνπνηήζεη. Ο ππφινηπνο θψδηθαο ηνπ NS- 2 είλαη γξακκέλνο ζε γιψζζα C++ ψζηε ην απνηέιεζκα λα είλαη πςεινχ επηπέδνπ θαη λα είλαη απνδνηηθφο ζε ζρέζε κε ηε ηαρχηεηα. Γειαδή, έλα δηθηπαθφ πξφβιεκα κπνξεί λα εθθξαζηεί κφλν κε ηελ OTcl, κφλν κε ηελ C++ ή θαη κε ζπλδπαζκφ ησλ δχν. πλήζσο ε παξακεηξνπνίεζε ηνπ πξνβιήκαηνο γίλεηαη κε ηελ OTcl γηα κεγαιχηεξε ηαρχηεηα θαη επθνιία, ελψ ην ππφινηπν πξφβιεκα ρξεζηκνπνηεί θψδηθα C++. Σα αληηθείκελα ηεο C++ έρνπλ αλαπαξαζηαζεί θαη ζαλ αληηθείκελα ηεο OTcl έηζη ψζηε λα κπνξεί λα εθθξάζεη θάπνηνο έλα πξφβιεκα θαη κε ηνπο δχν ηξφπνπο. 53

55 4.2 Tcp linux ην ζπγθεθξηκέλν ππνθεθάιαην παξνπζηάδεηαη κε ιίγα ιφγηα ην ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα Linux ζην νπνίν βαζίζηεθε ε κειέηε θαη ην νπνίν ρξεζηκνπνηήζεθε θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο πεηξακαηηθήο δηαδηθαζίαο, εζηηάδνληαο ζηηο πινπνηήζεηο πνπ ζρεηίδνληαη κε ην TCP πξσηφθνιιν. Έλαο απφ ηνπο ιφγνπο πνπ επηιέμακε ην Linux ζαλ ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα γηα ηελ δηεμαγσγή ηεο εξγαζίαο είλαη γηαηί ζέινπκε λα έρνπκε πξφζβαζε ζηηο κεηαβιεηέο ηνπ tcp ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν Η δπλαηόηεηα ειέγρνπ ζπκθόξεζεο ζην TCP Linux Γηα ηελ κειέηε ησλ TCP παξαιιαγψλ ρξεζηκνπνηήζεθε ε πινπνίεζε TCP Linux πνπ ελζσκαηψζεθε ζηνλ NS-2 απφ ηελ έθδνζε 2.33 Σν TCP Linux απφ ηελ έθδνζε θαη κεηά παξέρεη ηελ δπλαηφηεηα ελαιιαγήο κεηαμχ πνιιψλ δηαθνξεηηθψλ tcp αιγνξίζκσλ ζπκθφξεζεο ππφ κνξθή module [50]. Ο ρξήζηεο έρεη ζηελ δηάζεζή ηνπ αξθεηνχο δηαζέζηκνπο αιγφξηζκνο κε δηαθνξεηηθά ραξαθηεξηζηηθά ν θαζέλαο θαη αιιάδνληαο ηελ παξάκεηξν ελφο αξρείν proc κπνξεί λα επηιέμεη απηφλ πνπ επηζπκεί. Οη δηαζέζηκνη αιγφξηζκνη γηα ηελ έθδνζε πνπ ρξεζηκνπνηνχκε είλαη νη BIC, Reno, Scalable, High Speed, Hamilton, Hybla, Vegas, Westwood. Απφ απηνχο ρξεζηκνπνηήζεθαλ κφλν νη New Reno, Veno, Vegas, Westwood θαη BIC Η πινπνίεζε ηνπ πξσηνθόιινπ TCP LINUX Η πινπνίεζε ηεο νληφηεηαο ηνπ πξσηνθφιινπ TCP είλαη έλα απφ ηα πην πνιχπινθα θνκκάηηα ηνπ θψδηθα ηνπ Linux. Σν πξσηφθνιιν ρξεζηκνπνηεί έλαλ κεγάιν αξηζκφ απφ αιγνξίζκνπο θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ απαηηνχλ πνιχπινθνπο κεραληζκνχο ψζηε λα πινπνηεζνχλ. ηελ εηθφλα πνπ αθνινπζεί ππάξρεη έλα ζρεδηάγξακκα ησλ πην ζεκαληηθψλ ζπλαξηήζεσλ ηνπ ππξήλα πνπ έρνπλ ξφιν ζηελ επεμεξγαζία ησλ εηζεξρφκελσλ θαη εμεξρφκελσλ tcp παθέησλ. 54

56 Σσήμα μεπική παποςζίαζη ηηρ επεξεπγαζίαρ ηυν πακέηυν από ηο ππυηόκολλο TCP Σα βέιε δείρλνπλ ηελ πνξεία ηνπ παθέηνπ θαηά ηελ επεμεξγαζία ηνπ απφ ηηο ζπλαξηήζεηο ηνπ ππξήλα. ην αξηζηεξφ κέξνο είλαη ε αθνινπζία ησλ εηζεξρνκέλσλ παθέησλ θαη ζην δεμί ε αθνινπζία ησλ εμεξρνκέλσλ παθέησλ. Οη δχν ζπλαξηήζεηο ip_local_deliver() θαη ip_queue_xmit() πνπ ππάξρνπλ ζηα άθξα ηνπ θάησ κέξνπο ηεο εηθφλαο είλαη κέξνο ηεο πινπνίεζεο ηνπ ip πξσηνθφιινπ ν ξφινο ηνπ νπνίνπ είλαη λα ιακβάλεη ηα tcp παθέηα θαη αθνχ ηνπο πξνζζέζεη ηελ επηθεθαιίδα ip λα ηα δξνκνινγεί ζην δίθηπν. Η πνξεία ησλ δεδνκέλσλ απφ πάλσ πξνο ηα θάησ αληηπξνζσπεχεη ηελ πνξεία ζηελ ζηνίβα πξσηνθφιισλ απφ ην επίπεδν εθαξκνγήο κεηά ζην επίπεδν κεηαθνξάο θαη ηέινο ζην επίπεδν δηθηχνπ. 4.3 Μνληέιν θαικάησλ ζην Αζύξκαην θαλάιη. Γηα ηελ πξνζνκνίσζε ησλ ζθαικάησλ πνπ ζπκβαίλνπλ ζην αζχξκαην θαλάιη κεηάδνζεο ρξεζηκνπνηήζεθε ην κνληέιν Gilbert Elliot ή δηαθνξεηηθά κνληέιν Markov δχν θαηαζηάζεσλ. To κνληέιν απηφ [51][52], πξνζθέξεη κηα αξθεηά ηθαλνπνηεηηθή πξνζέγγηζε ησλ θαηλνκέλσλ απηψλ πνπ ζπκβαίλνπλ ζην αζχξκαην θαλάιη κεηάδνζεο θαη ρξεζηκνπνηείηαη απφ ηελ εξεπλεηηθή θνηλφηεηα γηα ηελ εμνκνίσζε αζχξκαησλ δηθηχσλ [53][54]. χκθσλα κε ην κνληέιν απηφ, δχν είλαη νη δπλαηέο θαηαζηάζεηο πνπ ζπκβαίλνπλ ζην αζχξκαην θαλάιη κεηάδνζεο: Η Καλή θαηάζηαζε πνπ αληηπξνζσπεχεη ηελ θαλνληθή ιεηηνπξγία 55

57 ηνπ αζχξκαηνπ θαλαιηνχ ρσξίο απψιεηεο, θαη ε Κακή πνπ αληηπξνζσπεχεη ηελ ζπκπεξηθνξά ηνπ αζχξκαηνπ θαλαιηνχ θάησ απφ θαηλφκελα παξεκβνιψλ, ζθίαζεο θιπ. (δεο ζρήκα 4.3.1) PGB 1-PGΒ Καλή Κακή 1-PBG PBG Σσήμα Markov μονηέλο 2 καηαζηάζευν Κάζε κία απφ απηέο ηηο θαηαζηάζεηο ζρεηίδεηαη κε έλα ξπζκφ ζθαικάησλ παθέησλ. ηελ Καλή θαηάζηαζε ν ξπζκφο ζθαικάησλ είλαη πνιχ κηθξφο (πξαθηηθά ακειεηένο), ελψ ζηελ κακή θαηάζηαζε ν ξπζκφο ζθαικάησλ είλαη πςειφο. Δάλ νη πηζαλφηεηεο κεηάβαζεο ηνπ θαλαιηνχ απφ ηελ Καλή θαηάζηαζε ζηελ Κακή θαη αληίζηξνθα, είλαη P GB θαη P BG αληίζηνηρα, ηφηε ν Ρπζκφο θαικάησλ Παθέησλ (Packet Δrror Rate- PER) ηνπ κνληέινπ πξνθχπηεη σο ε κέζε ηηκή ηεο πηζαλφηεηαο κεηάβαζεο απφ ηελ Καλή ζηελ Κακή θαηάζηαζε Δ[P GB ] θαη πεξηγξάθεηαη απφ ηε ζρέζε : PER = Δ[P GB ]= (1) Η ζρέζε (1) κπνξεί λα εθθξαζηεί θαη ζαλ ζπλάξηεζε ησλ κέζσλ ρξφλσλ παξακνλήο ζηηο δχν θαηαζηάζεηο: Ο κέζνο ρξφλνο παξακνλήο ζηελ Καλή θαηάζηαζε Δ[Σ G ] κπνξεί κε ηθαλνπνηεηηθή πξνζέγγηζε λα ζεσξεζεί ίζνο κε ην αληίζηξνθν ηεο πηζαλφηεηαο κεηάβαζεο ζηελ Κακή καηάζηαζη P GB, δειαδή: Δ[Σ G ] = 1 /P GB (2) Αληίζηνηρα, ν κέζνο ρξφλνο παξακνλήο ζηελ Καθή θαηάζηαζε Δ[Σ Β ] κπνξεί λα ζεσξεζεί ίζνο κε ην αληίζηξνθν ηεο πηζαλφηεηαο κεηάβαζεο ζηελ Καλή καηάζηαζη, δειαδή: Δ[Σ Β ] = 1 /P BG (3) Με απιή αληηθαηάζηαζε ησλ (2), (3) ζηελ (1) πξνθχπηεη φηη (48): PER = (4) 56

58 4.3.1 Εμνκνίσζε ηνπ Gilbert-Elliot ζηνλ ns-2 Σν Gilbert-Elliot κνληέιν πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ζηηο εμνκνηψζεηο είλαη ελζσκαησκέλν ζηνλ ns-2 έθδνζε χκθσλα κε ην κνληέιν απηφ ζηελ Καιή θαηάζηαζε δελ ζπκβαίλνπλ απψιεηεο παθέησλ, ελψ ζηελ Καθή θαηάζηαζε νη απψιεηεο είλαη 100%. Η επίηεπμε ελφο ζπγθεθξηκέλνπ Ρπζκνχ θαικάησλ (Packet Error Rate) απφ ην κνληέιν, γίλεηαη κε θαηάιιειε ξχζκηζε ησλ κέζσλ ρξφλσλ παξακνλήο ζηελ Καλή θαη Κακή θαηάζηαζε Δ[Σ G ] θαη Δ[Σ Β ] αληίζηνηρα. Έηζη εάλ ν ζπλνιηθφο ρξφλνο πνπ δηαξθεί ε εμνκνίσζε είλαη Sim_time, ηφηε ηζρχεη κε ηθαλνπνηεηηθή πξνζέγγηζε φηη Δ[Σ G ] + Δ[ Τ Β ] = sim_time (νη ρξφλνη κεηάβαζεο κεηαμχ ησλ δχν θαηαζηάζεσλ ζεσξνχληαη ακειεηένη θαη δε ιακβάλνληαη ππφςελ). Δπνκέλσο ιφγσ ηεο (4) πξνθχπηεη φηη: Δ[Τ Β ] = PER sim_time Δ[Τ G ] = sim_time (1 PER). H δηαδηθαζία MarkovErrorProc {} πνπ γξάθηεθε ζε TCL γηα ηελ πινπνίεζε ηνπ Gilbert Elliot κνληέινπ είλαη ε παξαθάησ: proc MarkovErrorProc {} { } set rvgood [new RandomVariable/Exponential] set rvbad [new RandomVariable/Exponential] $rvgood set avg_ [expr $sim_time(1-$per)] $rvbad set avg_ [expr $sim_time $PER)] set err [new ErrorModel/TwoState $rvgood $rvbad pkt] return $err εκεηψλεηαη φηη νη ρξφλνη Σ G θαη Σ Β παξηζηάλνληαη ζην κνληέιν κε ηηο κεηαβιεηέο rvgood, rvbad θαη αθνινπζνχλ εθζεηηθή θαηαλνκή, ελψ νη avg_ εθθξάδνπλ ην κέζν ρξφλν (ζε δεπηεξφιεπηα) παξακνλήο ηνπ παθέηνπ ζηελ αληίζηνηρε θαηάζηαζε. Δπίζεο, νη απψιεηεο ζην κνληέιν πξαγκαηνπνηνχληαη αλά παθέην ιφγσ ηεο παξακέηξνπ pkt πνπ έρεη δνζεί. ηελ εμνκνίσζε πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ε PER ιακβάλεη δηάθνξεο δηαθξηηέο ηηκέο, πξνθεηκέλνπ λα εθηηκεζεί ε απφδνζε ησλ πξσηνθφιισλ κεηαθνξάο θάησ απφ δηαθνξεηηθέο θαηαζηάζεηο ζθαικάησλ, απφ κηθξέο παξεκβνιέο πνπ πξνθαινχλ απψιεηεο ηεο ηάμεσο ησλ 0.001%, κέρξη πνιχ κεγαιχηεξα (π.ρ. ζθάικαηα απνζχλδεζεο), πνπ πξνθαινχλ απψιεηεο έσο 10%. Η δηαδηθαζία MarkovErrorProc {} ελζσκαηψζεθε ζηα κνληέια CMU / NIST κνληέια, κε ηελ εληνιή: 57

59 $ns node-config -IncomingErrProc MarkovErrorProc; Λφγσ ηεο παξακέηξνπ IncomingErrProc ην Gilbert-Elliot κνληέιν εθαξκφδεηαη θαηά ηελ έμνδν ησλ παθέησλ απφ ην Φπζηθφ Δπίπεδν, ελψ ιφγσ ηεο δηαδξνκήο πνπ αθνινπζνχλ ηα παθέηα νη απψιεηεο εθαξκφδνληαη ηφζν ζηελ downlink θαηεχζπλζε ηεο θίλεζεο (ΒS πξνο SS), φζν θαη ζηελ uplink (SS πξνο BS). 58

60 Κεθάιαην 5 - Σνπνινγίεο ην θεθάιαην απηφ θαίλνληαη ζρεκαηηθά νη ηνπνινγίεο θαζψο επίζεο θαη νη κεηξήζεηο πνπ πήξακε κεηά ηελ πξνζνκνίσζεηο. Σα απνηειέζκαηα ησλ κεηξήζεσλ παξνπζηάδνληαη αλαιπηηθά ζε γξαθηθέο παξαζηάζεηο. 5.1 ελάξην 1: TCP ζύλδεζε ζε αζύξκαην δίθηπν ηύπνπ wimax Σσήμα Τοπολογία 1 ην ζρήκα βιέπνπκε ηελ πξψηε καο ηνπνινγία. Η ηνπνινγία απηή απνηειείηαη απφ ηνλ ζηαζκφ βάζεο (base station) πάλσ ζην νπνίν έρνπκε ζπλδεδεκέλν ελζχξκαηα έλαλ θφκβν (wired node) κε ραξαθηεξηζηηθά γξακκήο: εχξνο δψλεο 100Mbps θαη delay: 45ms. Απφ ηελ άιιε έρνπκε ζπλδεδεκέλν έλαλ θηλεηφ θφκβν (mobile node) αζχξκαην. ηνλ παξαθάησ πίλαθα 1 ζα δνχκε ηα απνηειέζκαηα goodput πνπ πήξακε φηαλ πινπνηήζακε θαη ηξέμακε ην αλάινγν script ζηνλ ns. θνπφο ηεο ζπγθεθξηκέλεο ηνπνινγίαο είλαη λα εμεηάζνπκε ηελ ζπκπεξηθνξά ησλ πξσηνθφιισλ κεηαθνξάο ζε ζπλζήθεο ζθαικάησλ ζην αζχξκαην θαλάιη κεηαθνξάο. Η δηάξθεηα ηεο πξνζνκνίσζεο έρεη νξηζηεί ζηα 3 ιεπηά ελψ ην κέγεζνο ηνπ TCP παθέηνπ έρεη νξηζηεί ζε 1040bytes θαη ην κέγεζνο ηεο θεθαιίδαο ζηα 40bytes. ην ζρήκα πνπ αθνινπζεί βιέπνπκε ηελ γξαθηθή παξάζηαζε ε νπνία καο πεξηγξάθεη ηελ απφδνζε (goodput) ηνπ θάζε πξσηνθφιινπ ζε ζρέζε κε ηνλ ξπζκφ ιάζνπο θαη αλαθέξεηαη ζηελ πξψηε ηνπνινγία πνπ πινπνηήζακε. Υξεζηκνπνηήζακε πέληε πνζνζηά wireless packet error rate έηζη ψζηε λα θαλεί ε ζπκπεξηθνξά ησλ πξσηνθφιισλ απφ ρακειφηεξνπο πξνο πςειφηεξνπο ξπζκνχο ιαζψλ. ηνλ παξψλ θεθάιαην παξαζέηνληαη νη πίλαθεο ησλ απνηειεζκάησλ πνπ πξνέθπςαλ θαζψο επίζεο θαη ηηο αληίζηνηρεο γξαθηθέο παξαζηάζεηο πνπ 59

61 πξνέθπςαλ. ην Παξάξηεκα 1 παξαζέηνληαη θαη ηα scripts κε ηνλ θψδηθα πνπ πινπνηήζεθαλ. Error Rates 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Reno 5151, ,98 696,84 460,18 Vegas 981,60 802,13 665,29 465, Veno ,38 933,78 573,87 396,44 Westwood 5650, , ,18 698,71 483,16 BIC 11149, , ,91 995,38 387,07 Πίνακαρ 1: Αποηελέζμαηα goodput ζηην αναλογία 3:1 Goodput Reno Vegas Veno Westwood BIC ,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Wireless packet error rate Σσήμα goodput 3:1 ηα scripts καο ρξεζηκνπνηήζακε 2 αλαινγίεο ηνπ δηαζέζηκνπ εχξνπο δψλεο κε ζθνπφ λα δνχκε πσο ζπκπεξηθέξνληαη ηα πξσηφθνιια ζε δηαθνξεηηθέο θαηαζηάζεηο. Η ζπγθεθξηκέλε γξαθηθή παξάζηαζε αλαθέξεηαη ζηελ αλαινγία 3:1 (75% downlink 25% uplink). Παξαηεξνχκε φηη ην BIC έρεη ηελ θαιχηεξε απφδνζε θαη απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ην BIC ζηεξίδεηαη ζε κία πην επηζεηηθή αχμεζε ηνπ παξαζχξνπ ζηελ αξρή κέρξη απηφ λα πιεζηάζεη ζηα φξηα ηηο κέγηζηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ (ζε απηή ηελ πεξίπησζε ε αλαινγία ηνπ εχξνπο είλαη 3:1, δειαδή δηαζέηνπκε 75% ηνπ εχξνπο γηα downlink θαη 25% γηα 60

62 uplink), ελψ ζηελ ζπλέρεηα ν ξπζκφο αχμεζεο ηνπ παξαζχξνπ κεηψλεηαη πξνθεηκέλνπ λα παξακείλεη γηα κεγαιχηεξν ρξνληθφ δηάζηεκα ζηελ δηαζέζηκε ρσξεηηθφηεηα. ηελ γξαθηθή ηνπ ζρήκαηνο πνπ αθνινπζεί παξακέλνπκε ζηελ πξψηε ηνπνινγία αιιά εμεηάδνπκε ηελ αλαινγία 1:1 (δειαδή δηαζέηνπκε εμίζνπ γηα downlink θαη uplink απφ 50% ηνπ δηαζέζηκνπ εχξνπο δψλεο). Δδψ βιέπνπκε φηη ελψ μεθηλάεη ην bic λα είλαη ην πξσηφθνιιν κε ηελ θαιχηεξε απφδνζε κεηά πέθηεη αξθεηά θαη θεξδίδεη ην westwood. Απηφ πξνθαλψο νθείιεηαη ζην φηη ειαηηψζακε ην downlink θαη απμήζακε ην uplink αθνχ ε βαζηθή ηδέα ηνπ westwood ζηεξίδεηαη ζηε κέηξεζε ηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ κεηάδνζεο κε βάζε ην ξπζκφ παξαιαβήο ησλ επηβεβαηψζεσλ, θαη ζηελ αληίζηνηρε κείσζε ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο φηαλ ράλνληαη παθέηα. ηφρνο ηνπ westwood είλαη ε βειηίσζε ηεο απφδνζεο κε ηελ απνθπγή ηεο «ηπθιήο» πνιιαπιαζηαζηηθήο κείσζεο (θαηά 1/2 ηεο πξνεγνχκελεο ηηκήο ηνπ), ράξε ζηελ θαηάιιειε πξνζαξκνγή ηνπ παξαζχξνπ ζπκθφξεζεο ζε ηέηνηα ηηκή πνπ ζα βξίζθεηαη πνιχ θνληά ζηελ πξαγκαηηθέο ζπλζήθεο πνπ επηθξαηνχλ ζην κέζν κεηάδνζεο. ε ζρέζε κε ην Reno ην Westwood έρεη ζεκαληηθά βειηησκέλε απφδνζε θαη απηφ νθείιεηαη ζηελ θαηάιιειε πξνζαξκνγή ηνπ παξαζχξνπ ηνπ έπεηηα απφ έλα επεηζφδην ζπκθφξεζεο. Σν westwood ζε ζρέζε κε ηo Vegas εμαζθαιίδεη αηζζεηά βειηησκέλε απφδνζε, ιφγσ ηεο αθξηβέζηεξεο εθηίκεζεο ηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο πνπ πξαγκαηνπνηεί, ηδηαίηεξα ζε θαηαζηάζεηο αζπκκεηξίαο. Καζψο ην ΣCPW πξαγκαηνπνηεί ηελ εθηίκεζε ηνπ BWE κεηά απφ θάζε RTT θαη φρη ζε θάζε ACK πνπ παξαιακβάλεηαη φπσο ζπκβαίλεη κε ην TCP Vegas, είλαη ηειηθά ιηγφηεξν επαίζζεην ζηηο ρξνληθέο δηαθπκάλζεηο ησλ επηκέξνπο επηβεβαηψζεσλ πνπ παξαιακβάλνληαη ιφγσ αζπκκεηξίαο. Error Rates 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Reno 2378, , ,93 765,56 451,06 Vegas 1449, ,4 885, ,22 Veno 1991, , ,67 572,36 430,8 Westwood 2645, , , ,36 464,13 BIC 2833, , ,27 732,18 431,38 Πίνακαρ 2: Αποηελέζμαηα goodput ζηην αναλογία 1:1 61

63 goodput Reno Vegas Veno Westwood BIC ,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Wireless packet error rate Σσήμα goodput 1:1 Σσήμα 5.1.4: Γπαθική Παπάζηαζη ηος παπαθύπος ζςμθόπηζηρ ζε ζςνάπηηζη με ηον σπόνο ην ζρήκα παξαπάλσ θαίλεηαη ε γξαθηθή παξάζηαζε πνπ απεηθνλίδεη ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο ζε ζπλάξηεζε κε ηνλ ρξφλν, ησλ δχν πην απνδνηηθψλ πξσηνθφιισλ ηεο ηνπνινγίαο απηήο. Με ην θφθθηλν ρξψκα 62

64 είλαη ηνπ bic ελψ κε ην πξάζηλν ηνπ westwood. Η ζπγθεθξηκέλε γξαθηθή παξάζηαζε νλνκάδεηαη X - GRAPH θαη ηελ πήξακε ηξέρνληαο θαηάιιειν script ζηνλ ns ελάξην 2: TCP ζύλδεζε ζε αζύξκαην δίθηπν ηύπνπ wimax Σσήμα Τοπολογία 2 ην ζρήκα πνπ θαίλεηαη παξαπάλσ παξνπζηάδεηαη ε δεχηεξε ηνπνινγία καο. Πην ζχλζεηε εδψ αθνχ έρνπκε εηζάγεη θάπνηεο ξνέο. ην ελζχξκαην θνκκάηη ηεο ηνπνινγίαο έρνπκε 5 θφκβνπο ζπλδεδεκέλνπο πάλσ ζε έλαλ έθην (ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ γξακκψλ θαίλνληαη αλαιπηηθά ζην ζρήκα). Σν κέγεζνο παθέηνπ νξίζηεθε ζηα 984bytes θαη ην κέγεζνο ηεο θεθαιίδαο ζηα 40. Η δηάξθεηα ηεο πξνζνκνίσζεο είλαη 3 ιεπηά. O wired node 0 ζπλδέεηαη κε ην base station θαη αληίζηνηρα ζην base station ζπλδένληαη αζχξκαηα νη 5 θηλεηνί θφκβνη. θνπφο ηεο παξνχζαο ηνπνινγίαο είλαη λα εμεηάζνπκε ηελ ζπκπεξηθνξά ησλ πξσηνθφιισλ κεηαθνξάο ζε ζπλζήθεο ζθαικάησλ ζην αζχξκαην θαλάιη κεηαθνξάο. Απφ ηελ ζηηγκή πνπ ππάξρνπλ παξαπάλσ απφ έλαο θφκβνο ζέινπκε λα εμεηάζνπκε ην πψο δηαηίζεηαη ην δηαζέζηκν εχξνο δψλεο θαηά ηελ απνζηνιή θαη ιήςε δεδνκέλσλ ηαπηφρξνλα απφ δχν ή πεξηζζφηεξνπο ρξήζηεο. απηφ ην ζπκπέξαζκα ζα καο βνεζήζεη λα θαηαιήμνπκε θαη ε δηθαηνζχλε (fairness) ηεο νπνίαο ηηο κεηξήζεηο πήξακε θαη παξαζέηνπκε παξαθάησ. Η πινπνίεζε ηνπ script παξαηείζεηαη ζην Παξάξηεκα 1. ηελ γξαθηθή παξάζηαζε ηνπ ζρήκαηνο βιέπνπκε φηη ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε ηελ θαιχηεξε απφδνζε ηελ έρεη ην westwood θαη ηελ δηαηεξεί. Tν bic ράλεη ηελ θαιχηεξή ηνπ απφδνζε πην νκαιά ελψ ην westwood πην απφηνκα θαη θαηαιήγεη λα είλαη απηφ πνπ ηειηθά επηθξαηεί, αθνχ ην westwood πξνζαξκφδεη ην παξάζπξν ζηελ πξαγκαηηθή ρσξεηηθφηεηα ηνπ θαλαιηνχ, 63

65 αλεμάξηεηα απφ ηελ πξνέιεπζε ηνπ ιάζνπο, κε βάζε έλαλ αμηφπηζην κεραληζκφ κέηξεζεο πνπ δηαζέηεη. Η βειηησκέλε ηνπ απφδνζε ηνπ TCPW έλαληη ηνπ TCP Vegas ζρεηίδεηαη επίζεο θαη κε ηελ αθξηβέζηεξε εθηίκεζε ηεο πξαγκαηηθήο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ πνπ επηηπγράλεη ην ΣCPW, θαζψο ζην TCP Vegas ν πξαγκαηηθφο ξπζκφο (actual rate) ππνινγίδεηαη κε βάζε ην πιήζνο ησλ bytes πνπ απνζηέιινληαη (cwnd) θαη φρη κε βάζε ηνλ αξηζκφ bytes πνπ παξαιακβάλνληαη (dk) φπσο ζπκβαίλεη ζην TCPW. Η απφδνζε ηνπ ΣCP Vegas πέθηεη δξαζηηθά φηαλ ζπλππάξρεη κε ην TCP Reno. Απηφ νθείιεηαη θπξίσο ζην δηαθνξεηηθφ κεραληζκφ απνθπγήο ζπκθφξεζεο πνπ δηαζέηνπλ. Σν TCP Reno απμάλεη δηαξθψο ην παξαζχξφ ηνπ θαη νπζηαζηηθά «θιέβεη» ηνπο δηαζέζηκνπο πφξνπο απφ ην TCP Vegas θαζψο απηφ κεηψλεη ην παξάζπξφ ηνπ ζε ζπλζήθεο αληαγσληζκνχ γηα ηελ απνθπγή ζπκθφξεζεο. Error Rates 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 0,05 0,1 Reno Vegas Veno Westwood BIC 600,45 575,37 566,42 484,14 566,42 164,13 9,26 328,52 340,44 328,71 310,90 329,81 111,43 43,92 378,63 382,07 363,87 335,35 383,30 127,45 29,97 826,69 834,76 794,24 748,72 742,70 161,9 23,6 646,54 653,23 581,04 557,04 446,42 129,85 21,32 Πίνακαρ 3: Αποηελέζμαηα goodput ζηην αναλογία 3: Reno Vegas Veno Westwood BIC ,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 0,05 0,1 Σσήμα goodput 3:1 64

66 Όπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ ζηελ δεχηεξε ηνπνινγία εθηφο απφ ηελ απφδνζε (goodput), εηζάγνπκε θαη εμεηάδνπκε θαη ηελ έλλνηα ηεο δηθαηνζχλεο (fairness) ηελ έλλνηα ηεο νπνίαο πεξηγξάςακε ζε πξνεγνχκελν θεθάιαην. θνπφο ησλ κεηξήζεσλ απηψλ είλαη λα δνχκε πνην πξσηφθνιιν ζπκπεξηθέξεηαη πην δίθαηα, ζπγθεθξηκέλα ην πψο κνηξάδεη ην δηαζέζηκν εχξνο δψλεο ζηνπο θφκβνπο. Οη έλλνηεο ηεο απφδνζεο θαη ηεο δηθαηνζχλεο δελ ζα πξέπεη λα ζπγρένληαη. Έλα πξσηφθνιιν κπνξεί λα έρεη θαιχηεξε απφδνζε απφ θάπνην άιιν απηφ φκσο δελ ζεκαίλεη απαξαίηεηα φηη ζα είλαη θαη ην πην δίθαην. Error Rates 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Reno 0,9894 0,9970 0,9991 0,9959 0,9991 Vegas 0,9991 0,9969 0,9989 0,9987 0,9110 Veno 0,9992 0,9966 0,9945 0,9992 0,8228 Westwood 0,9901 0,9951 0,9431 0,9528 0,8760 BIC 0,9869 0,9857 0,9823 0,9617 0,9475 Πίνακαρ 4: Αποηελέζμαηα fairness ζηην αναλογία 3:1 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Reno Vegas Veno Westwood BIC 0 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Σσήμα Fairness 3:1 ην ζρήκα βιέπνπκε ηελ γξαθηθή παξάζηαζε ησλ απνηειεζκάησλ ηεο δηθαηνζχλε(fairness) ηνπ θάζε πξσηνθφιινπ (ζηελ αλαινγία 3:1). Παξαηεξνχκε φηη ζηνπο ρακειφηεξνπο ξπζκνχο ιαζψλ ηα πξσηφθνιια ζπκπεξηθέξνληαη παξφκνηα. ηνλ ξπζκφ 0,0001 πην δίθαηα θαίλνληαη λα είλαη ην vegas θαη ην veno ελψ ζηνλ ακέζσο επφκελν ξπζκφ έρνπκε ζρεδφλ ίζε δηθαηνζχλε απφ φια ηα πξσηφθνιια αγγίδνληαο ην 1. ηνπο κεγαιχηεξνπο ξπζκνχο ιάζνπο αξρίδνπλ λα δηαθνξνπνηνχληαη ηα πξάγκαηα. Γηα 0,005 ράλνπλ ην westwood θαη ην bic ελψ ηα άιια 3 δηαηεξνχληαη ζηελ θνξπθή θαη ηέινο ζηνλ κεγαιχηεξν ξπζκφ ιάζνπο πνπ εμεηάδνπκε, δηθαηφηεξν φισλ είλαη 65

67 ην reno αγγίδνληαο ην 1 θαη αθνινπζνχλ κε ηελ ζεηξά bic, westwood, vegas, veno. Γηα ηελ αλαινγία 1:1 (γξαθηθή παξάζηαζε ζρήκαηνο 5.2.4) πξνζζέζακε θαη δχν αθφκα πςειφηεξνπο ξπζκνχο ιαζψλ (0,05 θαη 0,1) αθνχ ρσξίο απηνχο δελ θαηλφηαλ μεθάζαξα ε απφδνζε ησλ πξσηνθφιισλ θαηά ηελ αχμεζε ηνπ error rate. Όπσο παξαηεξνχκε ζην ζρήκα έρνπκε θαη πάιη ηo westwood κε ηελ θαιχηεξε απφδνζε λα μεθηλάεη θαη λα δηαηεξείηαη φπσο θαη ζηελ πξνεγνχκελε αλαινγία. Απφ ηελ άιιε βιέπνπκε ην vegas λα είλαη απηφ κε ηελ ρεηξφηεξε απφδνζε πξάγκα αλακελφκελν αθνχ ην vegas πξνζπαζεί λα αληρλεχζεη ζε πξψηκν ζηάδην ηελ ζπκθφξεζε ζηνπο δξνκνινγεηέο αλάκεζα ζηελ πεγή θαη ηνλ δέθηε πξηλ ραζεί θάπνην παθέην. Δπηπξφζζεηα πξνζπαζεί λα κεηψζεη ηνλ ξπζκφ απνζηνιήο φηαλ δηαπηζηψζεη ηελ αξρηθή ζπκθφξεζε, δηαθνξεηηθά απμάλεη ηνλ ξπζκφ απνζηνιήο φζν δελ αληρλεχεη ζπκθφξεζε ζην αξρηθφ ηεο ζηάδην ή ηελ θξαηάεη ζηαζεξή. Η δηαθνξά ηνπ TCP Reno ζε ζρέζε κε ην ΣCP Veno είλαη φηη ην δεχηεξν απμάλνληαο κε πην αξγφ ξπζκφ ηελ ηηκή ηνπ παξαζχξνπ φηαλ βξίζθεηαη ζηα φξηα ηεο κέγηζηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ θαλαιηνχ ηειηθά παξακέλεη ζε πςεινχο ξπζκνχο κεηαθνξάο γηα πεξηζζφηεξν ρξνληθφ δηάζηεκα ζε ζρέζε κε ην TCP Reno, αμηνπνηψληαο θαιχηεξα ηνπο δηαζέζηκνπο πφξνπο θαη πξνθαιψληαο ιηγφηεξν ζπρλά ζπκθφξεζε ζην δίθηπν. Error Rates 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 0,05 0,1 Reno Vegas Veno Westwood BIC 609,04 579,39 568,87 539,33 537,66 196,68 11,07 470,99 480,46 454,75 425,13 429,14 171,55 8,49 501,62 492,16 491,82 464,36 474,05 190,02 35,1 690,11 667,49 698,99 657,64 830,95 185,42 54,87 621,58 570,61 625,28 501,27 473,06 125,62 14,25 Πίνακαρ 5: Αποηελέζμαηα average goodput ζηην αναλογία 1:1 66

68 Reno Vegas Veno Westwood BIC ,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 0,05 0,1 Σσήμα goodput 1:1 ε ζρέζε κε ην fairness ζηελ ζπγθεθξηκέλε αλαινγία έρνπκε λα παξαηεξήζνπκε φηη φια ηα πξσηφθνιια ζπκπεξηθέξνληαη κε παξφκνην θαη αξθεηά θαιφ ηξφπν. ην 0,0001 θαίλεηαη λα ράλεη ειάρηζηα ην westwood ελψ ζηελ 0,0005 ην bic. ηνλ ακέζσο επφκελν ξπζκφ βιέπνπκε ίδηα αληίδξαζε ζηα πξσηφθνιια κε ηελ δηθαηνζχλε λα αγγίδεη ην 1. Αληίζεηα ζηνλ κεγαιχηεξν ξπζκφ ιάζνπο, δειαδή 0,01, βιέπνπκε δηαθπκάλζεηο κε δηθαηφηεξν πξσηφθνιιν ην bic ελψ αθνινπζνχλ κε ηελ ζεηξά vegas, reno, veno θαη ηειεπηαίν κε ζεκαληηθή πηψζε ην westwood. Error Rates 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Reno 0,998 0,9997 0,9989 0,9993 0,9666 Vegas 0,9988 0,9978 0,9979 0,9989 0,981 Veno 0,9988 0,9986 0,998 0,9975 0,9521 Westwood 0,9915 0,9995 0,9987 0,9969 0,6721 BIC 0,9968 0,9901 0,9891 0,997 0,9741 Πίνακαρ 6: Αποηελέζμαηα fairness ζηην αναλογία 1:1 67

69 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Reno Vegas Veno Westwood BIC 0 0,0001 0,0005 0,001 0,005 0,01 Σσήμα fairness 1:1 Σσήμα 5.2.6: Γπαθική Παπάζηαζη ηος παπαθύπος ζςμθόπηζηρ ζε ζςνάπηηζη με ηον σπόνο ην ζρήκα παξαπάλσ θαίλεηαη ε γξαθηθή παξάζηαζε πνπ απεηθνλίδεη ην παξάζπξν ζπκθφξεζεο ζε ζπλάξηεζε κε ηνλ ρξφλν, ησλ δχν πην απνδνηηθψλ πξσηνθφιισλ ηεο ηνπνινγίαο απηήο. Με ην θφθθηλν ρξψκα είλαη ηνπ bic ελψ κε ην πξάζηλν ηνπ westwood. Η ζπγθεθξηκέλε γξαθηθή παξάζηαζε νλνκάδεηαη X - GRAPH θαη ηελ πήξακε ηξέρνληαο θαηάιιειν script ζηνλ ns-2. 68