1. به نام خدا
بهبود عملکرد TCP بر روی شبکه های سیار موردی با استفاده از روش بین لایه ای
ارائه دهنده : امیر فرمانبر
استاد راهنما: دکتر مهدی دهقان
بهمن 85

2. رئوس مطالب مقدمه چالشهای TCP در شبکه های موردی
روش پيشنهادی
ارزيابی روش پيشنهادی
نتيجه گيری و کارهای آتی

3. مقدمه شبکه موردی کاربرد آن انواع آن
مجموعه ای از گره های بی سیم پویا بدون نیاز به زیر ساخت از پیش آماده
یک سیستم خود مختار با گره های آزاد(مسیریاب) و لینکهای بی سیم
سیستم توزیع شده با گره های پویا، آزاد و خود سازمانده با فرم موقت
کاربرد آن
انواع آن
میادین جنگ
شبکه ایستا موردی
امداد و نجات
شبکه سیار موردی

4. پروتکل کنترل انتقال ویژگی های TCP دو پنجره: پنجره اعلانی (گیرنده)
پنجره ازدحام(فرستنده)
اتصال گرا بودن
دو طرفه کامل
مطمئن بودن
مکانیزم کنترل جریان
مکانیزم کنترل ازدحام
شروع آهسته
اجتناب از ازدحام
انتقال مجدد سریع

5. TCP
انواع خطا
تایید دو نسخه ای سه گانه
انقضای مهلت مقرر

6. چالشهای TCP در شبکه های موردی
کانالهای پرخطا
تضعیف سیگنال:کاهش انرژی گیرنده
محوشدگی کانال
ایستگاه های آشکار و پنهان
ایستگاه پنهان: دور بودن 2 ایستگاه از یکدیگر تصادم
ایستگاه آشکار: نزدیک بودن دو ایستگاه به يکدیگر کاهش استفاده از کانال
راه حل : مکانیزم RTS/CTS

7. چالشهای TCP در شبکه های موردی
مسیر نامتقارن
پهنای باند نامتقارن: نرخ انتقال متفاوت شبکه ماهواره ای
نرخ خطای نا متقارن:
مسیر نامتقارن: عدم یکسان بودن مسیر داده و مسیر تایید آن
تقسیم بندی شبکه
استفاده از مکانیسم عقب گرد توانی
عدم اطلاع از زمان صحیح اتصال مجدد موجب طولانی بودن زمان بیکاری می شود

8. چالشهای TCP در شبکه های موردی.
شکست مسیر
عامل اصلی آن: تحرک
موجب خطاهای انتقال تکراری می شود مداخله لایه لینک
محدودیتهای انرژی
ذخیره سازی انرژی: کاهش مصرف انرژی
کنترل انرژی: تنظیم انتقال انرژی روی گره های سیار

9. روشهای بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی
معماری
شکستن سیستم به درون مولفه های ماژولار+ مشخص کردن تعاملات این مولفه های ماژولار
ماژول بندی: دادن انتزاع به طراحان سیستم برای فهم بهتر و تسریع در طراحی و پیاده سازی
ویژگیها: تکثیر و ازدیاد + طول عمر
مستلزم دید طولانی مدت از سیستم
عملکرد
مستلزم دید کوتاه مدت از سیستم

10. روشهای بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی
معماری
لایه ای
طراحی مناسب
خطا از یک لایه خاص نشات می گیرد
مناسب برای شبکه های سیمی
نحوه ارتباط بین لایه ها: شدید و محکم
بین لایه ای
عملکرد مناسب
خطا از چند لایه نشات می گیرد
مناسب برای شبکه های بی سیم و سیار
نحوه ارتباط بین لایه ها: منعطف و پیچیده

11. روشهای بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی
مشکلات شبکه های موردی
مشکلات شبکه های ایستای موردی(SANETs)
تداخل روی کانال بی سیم
ناعدالتی TCP
مشکلات شبکه های سیار موردی(MANETs)
عدم توانائی TCP در تمایزبین علل گم شدن بسته
کاهش عملکرد TCP در اثر عوامل ذاتی MANETs

12. روشهای بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی

13. روشهای بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی
TCP-F
ELFN
ATCP
TCP-BuS
TCP
Fixed RTO
TCP-DOOR

14. روش بین لایه ای TCP-F مبتنی بر بازخور به منظور اداره کردن شکستهای مسیر
سناریوی کلی و ساده و غیر قابل اتکا

15. روش بین لایه ای ELFN برقراری اتصال Standby
شبیه TCP-F + تعامل واقعی بین پروتکل مسیریابی و TCP
ELFN شبیه Host Unreachable ICMP
ELFN در برگیرنده پورتها و آدرسهای فرستنده و گیرنده
3. از کار انداختن تايمرها
4. کاوش شبکه
برقراری اتصال
Standby
1- کشف شکست
2.ارسال پيام ELFN

16. ATCP قرار گرفتن لایه ای نازک (ATCP) بین TCPو IP استفاده از ICMPو ECN
استفاده از باز خور لایه شبکه
تشخیص تکه تکه شدن شبکه و ازدحام

17. ATCP (ادامه...) ترکیبی از Destination Unreachable ICMP+ECN
دریافت 3dupack نشانه وجود کانال پرخطا ورود به وضعیت اصرار
ECN نشانه یک ازدحام معمولی
تست بر روی شبکه اترنت
فرض ECN: فرستنده همیشه در دسترس

18. TCP-BuS مبتنی بر باز خور قابلیت بافر کردن در گره های سیار
استفاده از چند مکانیزم برای کشف شکست مسیر
اعلان سریع
اعلان صریح قطع اتصال مسیر
اعلان صریح موفقیت مسیر
بسط RTO
بافر کردن بسته ها در طی فاز ایجاد دوباره مسیر

19. روشهای لایه TCP در بهبود عملکرد روی شبکه های موردی
Fixed TCP
مبتنی بر فرستنده
عدم تکیه بر باز خور شبکه
روش ابتکاری برای تشخیص بین شکست مسیر و ازدحام
TCP استاندارد
عدم دریافت تایید بسته
راه اندازی الگوریتم عقبگرد نمایی
تاخیر زیاد و غیر ضروری

20. روشهای لایه ای در بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی
TCP-DOOR
رهیافتی انتها به انتها
عدم نیاز به همکاری گره های میانی
تحویل داده خارج از نوبت : نشانه شکست مسیر
مبتنی بر فرستنده
استفاده از خصوصیت غیر کاهشی شماره تایید
استفاده از یک بایت اختیاری ADSN
عدم نیاز به اخطارهای فرستنده به گیرنده
مبتنی بر گیرنده
استفاده از دو بایت اختیاریTPSN

21. روشهای بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی
کاهش عملکرد TCP در اثر عوامل ذاتی MANETs
روش بین لایه ای بین TCPو لایه شبکه
روش Split TCP
روشهای بین لایه ای بین لایه فیزیکی و لایه شبکه
روش مسیر یابی انحصاری
روش مدیریت لینک مبتنی بر قدرت سیگنال
روش لایه ای در لایه شبکه
روش مسیریابی مسیر پشتیبان

22. روش Split TCP تحرک: دلیل اصلی شکست مسیر
افزایش تعداد گامه = افزایش شکست مسیر
تقسیم یک اتصال TCP به سگمنت های کوچکتر
گره پروکسی: گره واسط بین دو سگمنت محلی
وظیفه پروکسی: گرفتن بسته + بافر کردن آنها + ارسال تایید محلی به فرستنده یا پروکسی قبلی
عملکرد مناسب: وجود 3 تا 5 پروکسی

23. روش مسیر یابی انحصاری کشف شکست مسیر مبتنی بر انرژی
کشف مسیر به صورت پیش فعال

24. روش مدیریت لینک مبتنی بر قدرت سیگنال
نگهداری یک رکورد از قدرت سیگنال دریافتی
از گره های همسایه تک گامه در هر گره
پیشگویی شکست مسیر 0.1 ثانیه پیش از شکست مسیر
توسط پروتکل مسیریابی
کشف مسیر به صورت پیش فعال

25. روش مسیریابی مسیر پشتیبان
نگهداری چند مسیر از مبدا به مقصد
استفاده از یک مسیر در هر لحظه
جایگزینی مسیر پشتیبان بعد از شکست مسیر
بهبود موجود بودن مسیر در اتصال TCP با استفاده از مسیریابی چند مسیره

26. روش پیشنهادی روش بین لایه ای تشخیص علت گم شدن بسته
بهبود عملکرد TCP در شبکه های موردی
استفاده از سه لایه به صورت بین لایه ای
ایجاد یک لایه جدید موازی با پشته پروتکل
لایه Observer: محل مشترک به اشتراک گذاری داده + مدیریت اطلاعات
عدم نیاز به پشتیبانی ایستگاه های پایه و زیر ساخت شبکه
پیاده سازی آسان

27. روش پیشنهادی (ادامه...)
تمایز گمشدن بسته در اثر ازدحام با گمشدن بسته در اثر عوامل ذاتی شبکه های موردی
عوامل ذاتی: تضعیف سیگنال ، نرخ تحرک گره های همسايه، وجود و تعداد شکستهای مسير
بهبود عملکرد TCP روی شبکه های موردی

28. تعاملات لایه فیزیکی و Observer
یکی از فاکتورهای کاهش عملکرد TCP: تضعیف ونوسانات سیگنال دریافتی
عوامل تضعیف ونوسانات سیگنال دریافتی: تحرک گره ها و شرایط کانال
تمایز گم شدن بسته در اثر تضعیف ونوسانات سیگنال دریافتی از گم شدن بسته در اثر ازدحام
وجود یک شمارنده(FCounter) برای مدیریت بهتر نوسانات قدرت سیگنال دریافتی
استفاده از دو سطح آستانه سیگنال دریافتی در Observer برای اداره کردن نوسانات سیگنال دریافتی
تعامل لایه فیزیکی با لایه شبکه از طریق Observer
چک کردن سطح انرژی سیگنال دریافتی در لایه فیزیکی
قدرت سیگنال دریافتی کمتر از نصف سیگنال اولیه ارسال یک پیام به لایه مدیریت
قدرت سیگنال دریافتی کمتر از ربع سیگنال افزایش یافته ارسال یک پیام به لایه مدیریت

29. تعاملات لایه فیزیکی (ادامه...)
Fcounter= ارسال یک پیام جستجوی یک مسیر رزرو به لایه شبکه توسط Observer
Fcounter= ارسال یک پیام تعویض مسیر رزرو به لایه شبکه توسط Observer

30. تعاملات لایه شبکه و Observer
تحرک: رخدادی همیشگی در شبکه های سیار موردی
تحرک: موجب قطع اتصالات و شکستهای مسیر متوالی
لایه Observer: دارای یک شمارنده Dcounter و یک DTimer
وظیفه لایه شبکه: چک کردن وضعیت اتصال بندی
در زمان قطع اتصال ارسال یک پیام از لایه شبکه به لایه جدید
4 بار امکان ارسال پیام قطع اتصال از فرستنده به لایه جدید
زمان جستجو برابر با 2 ثانیه

31. تعاملات لایه شبکه (ادامه...)
افزایش شمارنده وارسال یک پیام چک کردن وضعیت از سوی لایه جدید بعد از هر بار پیام قطع اتصال

32. تعاملات TCP و Observer
ارسال یک پیام بعد از هر گم شدن بسته از TCP به لایه جدید
وظیفه :Observerشناسایی علت گم شدن بسته و تصمیم گیری در مورداتخاذ تصمیم مناسب دربرابر گم شدن بسته
کنترل ازدحام معمولی: عدم وجود اطلاعات در Observer
ورود به مرحله Freeze: وجود اطلاعات در Observer
خروج از مرحله Freeze: در صورت Reset شدن شمارنده ها و Timer

33. ادامه...))TCP تعاملات
تصمیم گیری Observer در مقابل گم شدن بسته با استفاده ازاطلاعات لایه های دیگر

34. ارزيابی روش پيشنهادی استفاده از شبيه ساز شبکهOPNET Modeler10.0
فرض: سیار بودن فرستنده و گیرنده
توپولوژی زنجیری
پروتکلهای مسیریابی: Mobile IPو AODV
فاکتورهای ارزیابی: زمان انتقال فایل و گذردهی
گذردهی با در نظرگرفتن تحرک گره ها و قطع اتصال

35. ارزيابی روش پيشنهادی (ادامه...)

36. آزمایش اول: تحرک با سرعتهای مختلف
درصد بهبودی: 27% تا 32%

37. آزمایش دوم: وجود و تعداد قطع اتصالات
درصد بهبودی: 21% تا 29%

38. آزمایش سوم: تاثیرات اندازه بسته بر روی گذردهی
درصد بهبودی: 19%تا 30%

39. مقایسه یک: تحرک با سرعتهای مختلف
اختلاف درصد بهبودی:5% تا7%

40. مقایسه دوم: وجود و تعداد قطع اتصالات
اختلاف درصد بهبودی:حداکثر 10%

41. مقایسه سوم: تاثیرات اندازه بسته بر روی گذردهی
اختلاف درصد بهبودی:1%

42. نتیجه گیری تفاوت درصد بهبودی از یک سناریو به سناریو دیگر
وجود تاثیر پروتکل مسیریابی
عدم نیاز به پشتیبانی ایستگاههای پایه
تغییرات اندک در پشته پروتکل شبکه
امکان تشخیص علت گم شدن بسته
بهبود عملکرد TCP در شبکه های سیار موردی

43. کارهای آینده بررسی تاثیر اطلاعات لایه کاربرد
استقرار و استفاده عملی روش پیشنهادی
بررسی امنیت و مدیریت انرژی در کنار بهبود عملکرد TCP

44. مراجع
[1] M. Hassan, R.Jain, “high-performance TCP/IP NETWORKING concepts, issues and solutions,” Pearson prentice Hall, Inc. NY, USA, 2004.
[2] V. Jacobson, “Congestion avoidance and control”, in Proc. of ACM SIGCOMM, Vancouver, Canada, Aug
[3] K. Chin, J. Judge, A. Williams, and R. Kermode, “Implementation experience with MANET routing protocols,” ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 32, no. 5, pp. 49–59, Nov
[4] C. Perkins and T. Watson, “Highly dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector routing (DSDV) for mobile computers,” in Proc.of ACM SIGCOMM, London, UK, 1994.
[5] C. Perkins, E. Belding-Royer, and S. Das, “Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing,” RFC 3561, Category: Experimental, Jul
[6] K. Xu, M.Gerla, and S. Bae, “Effectiveness of RTS/CTS handshake in IEEE based ad hoc Networks,” Ad Hoc Networks Journal,Elsevier, vol. 1, no. 1, pp. 107–123, Jul
[7] V. Paxson and M. Altman, “Computing TCP’s retransmission timer,” RFC 2988, Category: Standard Track, Nov
[8] C. Jones, K. Sivalingam, P. Agarwal, and J. Chen, “A survey of energy efficient network protocols for wireless and mobile networks,” ACM Wireless Networks, vol. 7, no. 4, pp. 343–358, 2001.
[9] F. Klemm, S. Krishnamurthy, and S. Tripathi, “Alleviating effects of mobility on tcp performance in ad hoc networks using signalstrength based link management,” in Proc. of the Personal Wireless Communications, Venice, Italy, Sep. 2003, pp. 611–624.
[10] M. Chiang, “Balancing transport and physical layers in wireless ad hoc networks: jointly optimal TCP congestion control and power control,” IEEE JSAC, vol. 23, no. 1, pp. 104–116, Jan 2005.

45. مراجع(ادامه...)
[11] V. Kawadia and P. Kumar, “A cautionary perspective on cross layer design,” IEEE Wireless Communication Magazine, vol. 12, no. 1,pp. 3–11, Feb
[12] K. Tang and M. Gerla, “Fair sharing of MAC under TCP in wireless Ad Hoc networks,” in Proc. of IEEE Multiclass Mobility and Teletraffic for Wireless Communications Workshop, Venice, Italy, Oct
[13] K. Xu, M. Gerla, L. Qi, and Y. Shu, “Enhancing TCP fairness in ad hoc wireless networks using neighborhood red,” in Proc. of ACMMOBICOM, San Diego, CA, USA, Sep. 2003, pp. 16–28.
[14] V.Anantharaman, S.-J. Park, K. Sundaresan, and R. Sivakumar, “TCP performance over mobile ad hoc networks: A quantitative study,” Journal of Wireless Communications and Mobile Computing, vol. 4, no. 2, pp. 203–222, Mar
[15] M. Gerla, K. Tang, and R. Bagrodia, “TCP performance in wireless multi-hop networks,” in Proc. of the IEEE WMCSA, New Orleans, USA, 1999.
[16] K. Chandran, S. Raghunathan, S. Venkatesan, and R. Prakash, “A feedback based scheme for improving TCP performance in Ad-Hoc wireless networks,” in Proc. of the International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS’98), Amsterdam, Netherlands, May 1998.
[17] G. Holland and N. Vaidya, “Analysis of TCP performance over mobile ad hoc networks,” ACM Wireless Networks, vol. 8, no. 2, pp.275–288, Mar
[18] J. Liu and S. Singh, “ATCP: TCP for mobile ad hoc networks,” IEEE JSAC, vol. 19, no. 7, pp. 1300–1315, Jul
[19] D. Kim, C. Toh, and Y. Choi, “TCP-BuS: Improving TCP performance in wireless ad hoc networks,” Journal of Communications and Networks, vol. 3, no. 2, pp. 175–186, Jun

46. آماده پاسخگویی به سئوالات
تشکر از حضور و توجه شما
آماده پاسخگویی به سئوالات

47. ایستگاه های آشکار و پنهان
ایستگاه آشکار
ایستگاه پنهان

48. مقایسه روشهای بین لایه ای TCPو شبکه
شباهت: امکان تشخیص شکستهای مسیر از ازدحام
تفاوت: چگونگی کشف مسیرهای دوباره ایجاد شده
TCP-BuSو TCP-F
اعلان صریح از لایه شبکه
ELFN و ATCP
استفاده از مکانیزم جستجو
مزیت: پیاده سازی آسانتر
چالش ها: بار زیاد و مقدار بهینه فواصل زمانی جستجو

49. Fixed RTO (ادامه...) Fixed RTO عدم دریافت تایید بسته
عدم راه اندازی الگوریتم عقبگرد نمایی
ارسال دوباره بسته
عدم افزایش نمایی
ثابت نگه داشتن RTO

50. ) ELFN ادامه(… مزایای روش بین لایه ای ELFN
توقف ارسال بسته تا زمان محاسبه یک مسیر جدید
کاهش تعداد دفعات RTO
پنهان سازی تاخیر محاسبه دوباره مسیر

51. مقایسه Fixed RTO و TCP-DOOR
شباهت:
عدم نیاز به همکاری گره های میانی
عدم نیاز به اعلان صریح از سوی لایه مسیریابی
تفاوت:
Fixed RTO : دو بار RTO نشانه شکست مسیر
TCP-DOOR : تحویل خارج از نوبت درفرستنده یا Sink نشانه شکست مسیر
مقایسه:
TCP-DOOR : عملکرد بهتر+تغییرات بیشتر

52. Split TCP (ادامه...) مزایا اشکالات عدم تغییر TCP در میزبانهای ثابت
کوتاه شدن RTT در لینکهای بی سیم
بازیابی سریعتر
اشکالات
وجود سربارهای اضافی
نیازمند به بافری بزرگتر
نامطمئن بودن
نقض مفهوم انتها به انتها
دارا بودن وضعيت سخت در ايستگاه پايه

53. مقایسه کلی روشهای گذشته