Kablosuz ağlarda gecikmeleri azaltma

MIT araştırmacıları, kablosuz ağlar için gecikme sürelerini azaltmaya ve video akışı, görüntülü sohbet, mobil oyun ve diğer web hizmetlerinde kaliteyi artırmaya yardımcı olabilecek bir tıkanıklık kontrol şeması tasarladı.

Web hizmetlerinin sorunsuz bir şekilde çalışmasını sağlamak için tıkanıklık denetimi şemaları, ağın bant genişliği kapasitesi ve veri paketlerinde kodlanan ağ yönlendiricilerinden gelen geri bildirimlere dayalı olarak tıkanıklık hakkında bilgi çıkarır. Bu bilgiler, veri paketlerinin ağ üzerinden ne kadar hızlı gönderileceğini belirler.

İyi bir gönderme oranına karar vermek zor bir dengeleme eylemi olabilir. Gönderenler aşırı derecede muhafazakâr olmak istemiyorlar: Bir ağın kapasitesi sürekli olarak, örneğin saniyede iki megabayt ile saniyede 500 kilobayt arasında değişirse, gönderen her zaman en düşük hızda trafik gönderebilir. Ancak, örneğin Netflix videonuz gereksiz yere düşük kaliteli olacaktır. Öte yandan, gönderen sürekli olarak yüksek bir hızda kalırsa, ağ kapasitesi düşse bile, ağı aşabilir ve teslim edilmeyi bekleyen büyük bir veri paketi kuyruğu oluşturabilir. Kuyruktaki paketler ağın gecikmesini artırabilir, örneğin Skype çağrınızın donmasına neden olabilir.

Hızlı, öngörülemeyen kapasite değişiklikleri ile “zamanla değişen bağlantılar” olan kablosuz ağlarda işler daha da karmaşıklaşıyor . Ağ kullanıcılarının sayısı, baz istasyonu konumları ve hatta çevre binalar gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak, kapasiteler saniyenin kesirleri içinde ikiye katlanabilir veya sıfıra düşebilir. USENIX Ağa Bağlı Sistemler Tasarım ve Uygulaması Sempozyumu’ndaki bir makalede, araştırmacılar, zamanla değişen bağlantılarda yaklaşık yüzde 50 daha yüksek verim ve yaklaşık yarım ağ gecikmesi sağlayan basit bir şema olan “Hızlanma Freni Kontrolü” (ABC) sundular. .

Şema, yönlendiricilerin tıkanıklığı önlemek, ancak ağı tam olarak kullanmak için kaç veri paketinin bir ağ üzerinden akması gerektiğini açıkça bildirmesini sağlayan yeni bir algoritmaya dayanmaktadır. İnternet paketlerinde zaten mevcut olan tek bir biti yeniden koyarak, darboğazlardan (hücre kuleleri ve gönderenler arasında kuyruğa alınan paketler gibi) ayrıntılı bilgi sağlar. Araştırmacılar zaten programı test etmek için mobil şebeke operatörleri ile görüşüyorlar.

CSAIL’de lisansüstü öğrencisi olan ilk yazar Prateesh Goyal, “Hücresel ağlarda, veri kapasitesi kısmınız hızla değişerek hizmetinizde gecikmelere neden oluyor. Geleneksel planlar bu vardiyalara uyum için çok yavaş” diyor. “ABC, tek bir veri biti kullanarak yukarı veya aşağı gitmiş olsun, bu vardiyalar hakkında ayrıntılı geri bildirim sağlar.”

Kağıt üzerinde Goyal’a katılmak şu anda Carnegie Melon Üniversitesi’nde lisansüstü öğrencisi olan Anup Agarwal; Los Angeles’taki California Üniversitesi’nde bilgisayar bilimleri doçenti olan Ravi Netravali; MIT Elektrik Mühendisliği Bölümü (EECS) ve CSAIL’de doçent olan Mohammad Alizadeh; ve EECS’deki Fujitsu Profesörü Hari Balakrishnan. Yazarların tümü CSAIL’deki Ağlar ve Mobil Sistemler grubunun üyeleridir.

Açık kontrol elde etme

Geleneksel tıkanıklık kontrol şemaları, paket kayıplarına veya tıkanıklığı azaltmak ve yavaşlamak için internet paketlerindeki tek bir “tıkanıklık” bitinden gelen bilgilere dayanır. Baz istasyonu gibi bir yönlendirici, göndereni (örneğin bir video sunucusunu) gönderilen veri paketlerinin tıkanıklık sinyalini veren uzun bir kuyrukta olduğunu uyarmak için biraz işaretler. Yanıt olarak, gönderen daha az paket göndererek ücretini düşürecektir. Gönderen, alıcıya ulaşmadan önce bırakılan bir paket paterni tespit ederse de hızını azaltır.

Bir ağ yolundaki darboğazlı bağlantılar hakkında daha fazla bilgi sağlama girişimlerinde, araştırmacılar mevcut oranları belirten paketlerde birden çok bit içeren “açık” şemalar önermişlerdir. Ancak bu yaklaşım, internetin veri gönderme şeklini tamamen değiştirmek anlamına gelir ve konuşlandırılması imkansızdır.

“Bu uzun bir görev,” diyor Alizadeh. “Veri paketleri göndermek için standart İnternet Protokolü’nde (IP) istilacı değişiklikler yapmanız gerekir. Tüm İnternet partilerini, mobil şebeke operatörlerini, İSS’leri ve baz istasyonlarını veri gönderme ve alma yöntemlerini değiştirmeye ikna etmelisiniz. paketler. Bu olmayacak. “

ABC ile, araştırmacılar hala her veri paketinde mevcut tek biti kullanıyorlar, ancak bunu birden çok veri paketi arasında toplanan bitler gönderenlere gerekli gerçek zamanlı hız bilgilerini sağlayabilecek şekilde yapıyorlar . Şema, her veri paketini göndericiden baz istasyonuna alıcıya bir gidiş-dönüş döngüsü içinde izler. Baz istasyonu, mevcut ağ bant genişliğine bağlı olarak her paketteki biti “hızlandır” veya “fren” ile işaretler. Paket alındığında, işaretli bit, gönderene ağda olabilecek “uçuşta” paketleri (gönderilen ancak alınmayan paketler) artırmasını veya azaltmasını söyler.

Bir hızlandırma komutu alırsa, paketin iyi zaman aldığı ve ağın yedek kapasitesi olduğu anlamına gelir. Gönderen daha sonra iki paket gönderir: biri alınan paketi değiştirmek için ve diğeri yedek kapasiteyi kullanmak için. Fren yapması söylendiğinde, gönderen uçuş paketlerini bir azaltır – yani alınan paketin yerini almaz.

Ağdaki tüm paketlerde kullanılan bu bir bit bilgi, gönderenlere gönderme hızlarını yüksek hassasiyetle bildiren güçlü bir geri bildirim aracı haline gelir. Birkaç yüz milisaniye içinde, gönderenin oranı sıfır ile çift arasında değişebilir. “Bir bitin yeterli bilgi taşımayacağını düşünürdünüz,” diyor Alizadeh. “Ancak, bir paket akışı boyunca tek bitli geri bildirimler toplayarak, çok baytlı bir sinyalle aynı etkiyi elde edebiliriz.”

Bir adım önde olmak

ABC’nin merkezinde, hızlanma / fren geri bildirimini daha iyi hesaplamak için gönderenlerin toplam hızını bir gidiş-dönüş tahmin eden bir algoritma bulunur.

Fikir şu ki, ABC donanımlı bir baz istasyonu, bir alıcıya gönderdiği paketi nasıl işaretlediğine bağlı olarak göndericilerin uçuş sırasında paketlerini nasıl koruyacağını, arttıracağını veya azaltacağını biliyor. An baz istasyonu bir paket gönderir, bunun gelecekte tam olarak Tek bir turda zamanında gönderenden alacak kaç paket bilir. Bu bilgileri, gönderenin ücretini mevcut ağ kapasitesiyle daha doğru bir şekilde eşleştirmek için paketleri işaretlemek için kullanır .

Hücresel ağların simülasyonlarında, geleneksel tıkanıklık kontrol şemalarına kıyasla, ABC yaklaşık kabaca aynı gecikmeler için yaklaşık yüzde 30 ila 40 daha fazla verim elde eder. Alternatif olarak, geleneksel şemalarla aynı verimi koruyarak gecikmeleri yüzde 200-400 oranında azaltabilir. ABC, zamanla değişen bağlantılar için tasarlanmamış olan mevcut şemalarla karşılaştırıldığında, aynı iş hacmi için gecikmeleri yarı yarıya azaltır. Goyal, “Temel olarak, mevcut şemalar düşük verim ve düşük gecikmeler ya da yüksek verim ve yüksek gecikmeler alırken, ABC düşük gecikmelerle yüksek verim elde ediyor.”

Ardından, araştırmacılar, uygulamaların ve web hizmetlerinin içerik kalitesini daha iyi kontrol etmek için ABC’yi kullanıp kullanamayacağını görmeye çalışıyorlar. Örneğin, “bir video içerik sağlayıcısı, akışlı videonun çözünürlüğünü daha akıllıca seçmek için ABC’nin tıkanıklık ve veri hızlarıyla ilgili bilgilerini kullanabilir.” “Yeterli kapasiteye sahip değilse, video sunucusu çözünürlüğü geçici olarak düşürebilir, böylece video donmadan mümkün olan en yüksek kalitede oynatılmaya devam eder.”