MARS: انتخاب سرعت لینک–لایه برای انتقال چندرسانه ای درشبکه های بی سیم مش MARS: Link-layer rate selection for multicast transmissions in wireless mesh networks
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2011
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، شبکه های کامپیوتری، سامانه های شبکه ای و سیستم های چند رسانه ای
دستگاه های IEEE 802 برای انتقال فریم به صورت پویا از بین طرح های مختلف مدولاسیون و سرعت بیتی انتخاب می شوند. هرچند، این تطبیق سرعت تنها برای فریم های تک رسانه ای محدود شده است. فریم های چند رسانه ای (و پخش) به استفاده از یک مدولاسیون با سرعت بیتی کم ثابت محدود شده اند، که باعث عملکرد ضعیف برای جریانات چند رسانه ای می شود. در دسترس بودن پهنای باند زیاد و استفاده مؤثر از وسیله برای حمایت از برنامه های پشتیبان گیری چندرسانه ای چند پخشی مانند IPTV مخصوصاً در شبکه های مش چند منظوره ضروری است. برای بررسی این مسئله، ما یک الگوریتم انطباق سرعت برای انتقال چند رسانه ای در این شبکه ها نیاز داریم. الگوریتم پیشنهادی ، MARS ، همه جا بصورت طبیعی توزیع شده ، و برای انتخاب انتقال سرعت بیتی و مکانیزم های لینک – لایه مانند تصدیق و انتقال مجدد برای افزایش قابلیت اطمینان برای گروه چند رسانه ای مفروض به ارزیابی شبکه محلی وابسته است. بر اساس اجرا و ارزیابی روی یک میز آزمایش ، الگوریتم نسبت به شبکه های ۱۱ .۸۰۲ در برخی سناریوها بیش از ۶۰۰% بهره در عملکرد را فراهم می کند. بعلاوه، الگوریتم می تواند جریانات چند رسانه ای را حمایت کند در حالی که بخش کمتری از منابع را در مقایسه با عملیات ۱۱٫ ۸۰۲ مصرف می کند. ۱ . مقدمه شبکه های بی سیم مش (WMNs) برای تهیه نسل بعدی ارتباط شبکه موجود مشتری جذب کرده اند. WMN های IEEE 802.11 محور خدمات رسان ها را قادر می سازند تا ارتباط را تا منطقه جغرافیایی وسیعی با حداقل هزینه با اجتناب از نصب کابل و ایستگاههای پایه گسترش دهند. شهرها و شهرک های زیادی در سراسر دنیا WMNهای IEEE 802.11 محور را برای پوشش دادن منطقه با دسترسی به WiFi گسترش داده اند یا برای گسترش آن برنامه ریزی می کنند. یک روند همسو در استفاده از شبکه محبوبیت برنامه های چند رسانه ای مانند صدا و تصویر را افزایش داده است. رشد ناگهانی در استفاده از وب سایتهایی مانند Youtube.com پیمانی برای این روش است. همان طور که استفاده از این برنامه ها افزایش می یابد، حمایت از این برنامه ها روی WMNها هم ضروری می شود. یکی از ویژگی های مهم چند تا از برنامه های جاری سازی چند رسانه ای استفاده آنها از انتقال های چند رسانه ای برای انتقال محتوا می باشد. جریانات چند رسانه ای مخصوصاً وقتی مهم هستند که چند مشتری بخواهند یک جریان مشابه مثل جریان زنده مسابقه فوتبال ، ایستگاه رادیویی IPمحور، شبکه پخش یک تلویزیون زنده (SkyPlayer از Sky Networks، انگلستان) را دریافت کنند. گروه تمرکز ITU برای استانداردسازی IPTV استفاده از چند رسانه ای IP برای حالت تصویری زنده عملیات IPTV را پیشنهاد می کند {۱}. جریانات چند رسانه ای هم با سرورهای جاری سازی چند رسانه ای مشهور مانند Windows Media Services، SHOUTCast و VLC حمایت می شوند. این جریانات چند رسانه ای با نیازشان به پهنای باند زیاد و تأخیر کم مشخص می شوند. به علاوه ، این جریانات نمی توانند سرعت بالای اتلاف بسته های کوچک را تحمل کنند. در این زمینه، ما برای حمایت از پهنای باند زیاد، تأخیر کم، جریانات چند رسانه ای اتلاف کم توانایی WMNs 802.11 را بررسی می کنیم. در یک شبکه ۱۱ .۸۰۲ چند سرعتی ، دستگاه ها با استفاده از طرح های مدولاسیون مختلف قادر به انتقال بسته های کوچک هستند و سرعت های بیتی از ۱Mbps تا ۵۴Mbps فرق دارند. این دستگاهها با استفاده از الگوریتم انطباق سرعت برای بدست آوردن پهنای باند بالا انتقال سرعت بیتی مناسبی را انتخاب می کنند. هر چند، طبق استاندارد ۱۱ .۸۰۲ ، استفاده از الگوریتم انطباق سرعت اخیراً تنها به فریم های تک رسانه ای محدود می شود. انتقال چند رسانه ای و پخش می بایست از سرعت بیتی پایین تر مدولاسیون ثابت استفاده کند، معمولاً پایین ترین سرعت بیتی ۱ MBPS در یک شبکه ۱۱٫ ۸۰۲b/g . این محدودیت درباره جریان های چند رسانه ای دو اثر دارد. ابتدا، آن بصورت ذاتی دسترس پذیری ظرفیت برای جریان چند رسانه ای را کم می کند ، و در نتیجه دسترسی به پهنای باند به حداکثر می رسد. دوم ، جریانی که از سرعت بیتی ۱Mbps استفاده می کند بخش نامتناسبی از زمان پخش برای انتقال بسته های خود را مصرف می کند، و در نتیجه ممکن است به صورت عکس بر سایر جریانات موجود در شبکه اثر بگذارد ،حتی ممکن است باعث تراکم در شبکه شود. بعلاوه، فریم های چند رسانه ای ۱۱ . ۸۰۲، برعکس فریم های تک رسانه ای ، بدون نیاز به تأیید (فریم ACK) گیرنده ها منتقل می شود. این عدم وجود بازخورد از سوی گیرنده مانع بازیافت اتوماتیک خطا از طریق ارسال مجدد لینک – سطح می شود ، و مستقیماً بر قابلیت اطمینان جریانات برنامه های چند رسانه ای اثر می گذارد. به همین دلایل، برنامه های جاری سازی چند رسانه ای محور معمولاً برای WMN های ۱۱ .۸۰۲ محور مناسب به نظر نمی رسند. بنابراین، برای حمایت از جریانات چند رسانه ای با بازده بالا ، روشی لازم است تا فریم های چند رسانه ای با هزینه کم را به شبکه انتقال دهد. به علاوه، بهتر است که سطح قابلیت اطمینان بسته های کوچک چند رسانه ای افزایش یابد مانند همان که با ارسال مجدد برای فریم های تک رسانه ای معین شده بود. برای این منظور، ما انتخاب سرعت اتوماتیک چند رسانه ای (MARS)را پیشنهاد می کنیم، که در آن انتقال چند رسانه ای در یک شبکه بی سیم مش برای افزایش بازده جریانات چند رسانه ای از سرعت های بالای مدولاسیون استفاده می کند. انگیزه ما از این روش با این بینش برانگیخته شده که مسیریاب های مش (روترها) با برنامه ریزی دقیق توسعه داده شده اند، و در این شبکه ها، ارتباط بین مسیریاب های مش مجاور اغلب دارای کیفیت بالایی برای حمایت از سرعت بالاتر مدولاسیون می باشند. به علاوه، گره های بار برگشت مش ثابت هستند، و ارتباط کیفی بین همسایه ها را می توان کاملاً درست اندازه گیری کرد. MARS یک طرح اندازه گیری محرک است بصورت فعال کیفیت ارتباط بین یک مسیریاب شبکه ای و همسایه هایش را پیدا می کند. با استفاده از این اندازه گیری، MARSبهترین سرعت انتقال برای هر گروه چند رسانه ای را بر اساس ارتباط کیفیت با اعضای آن گروه انتخاب می کند. ما MARS را با توانایی انتقال مجدد فریم های چند رسانه ای برای افزایش تکرار سطح لینک مجهز می کنیم و در نتیجه قابلیت اطیمنان افزایش می یابد. این نوع قرارداد MARS-R نام دارد. گره فرستنده یکی از گره های گیرنده را برای پاسخگویی با یک ACK به دریافت موفق بسته انتخاب می کند. این طرح ها چالش افزایش بازده پایان – پایان را با استفاده از راه حل پخش شده بررسی می کنند، و باعث تنوع مجموعه ای از کیفیت ارتباطات در سراسر شبکه می شوند. نقش ما در این کار به شرح ذیل است: • ما پوسته را برای انطباق سرعت انتقال فریم های چند رسانه ای در WMNهای ۱۱ .۸۰۲ محور از طریق تحلیل کیفیت ارتباط در شبکه های واقعی تحریک می کنیم. • ما MARS، یک روش انطباق سرعت محرک ارزیابی پخش شده را برای انتقال های چند رسانه ای پیشنهاد می کنیم. بعلاوه، افزایش MARS-R انتقال مجدد این فریم ها را ممکن می سازد. • اجرای عملی MARS را ممکن کرده ایم. ارزیابی عملکرد روی یک میز آزمایش نشان می دهد که ما می توانیم حدود ۶۰% افزایش در حداکثر بازده پایان پایان برای برخی سناریوها را بدست بیاوریم. MARS مانند ۱۱٫ ۸۰۲ معمولی عملکرد بازده مشابهی را فراهم می کند ولی فقط نیازمند ۲۰% زمان انتقال است. • متوجه شدیم که استفاده از انتقال مجدد و ACKها در MARS-R بصورت چشمگیری میزان انتقال بسته را افزایش می دهد، و مقدار پردازش معین اضافی مرتبط بصورت برعکس بر عملکرد اثر ندارد. بقیه مقاله بصورت زیر سازماندهی شده است. بخش ۲ اثر مرتبط را بررسی می کند. ما در بخش ۳ پوسته را برای انطباق سرعت تحریک می کنیم. جزئیات دقیق طراحی و اجرای MARS به ترتیب در بخش های ۴ و ۵ ارائه شده اند. عملکرد الگوریتم را در بخش ۶ ارزیابی می کنیم. بخش ۷ نتیجه گیری مقاله است. به خاطر داریم که در کل مقاله عبارت bit-rate به مدولاسیون فیزیکی اشاره دارد که فریم های ۱۱٫ ۸۰۲را کدگذاری می کند، frameبه هویت لایه MAC اشاره دارد، و packet به هویت شبکه / برنامه-لایه اشاره دارد.
دستگاه های IEEE 802 برای انتقال فریم به صورت پویا از بین طرح های مختلف مدولاسیون و سرعت بیتی انتخاب می شوند. هرچند، این تطبیق سرعت تنها برای فریم های تک رسانه ای محدود شده است. فریم های چند رسانه ای (و پخش) به استفاده از یک مدولاسیون با سرعت بیتی کم ثابت محدود شده اند، که باعث عملکرد ضعیف برای جریانات چند رسانه ای می شود. در دسترس بودن پهنای باند زیاد و استفاده مؤثر از وسیله برای حمایت از برنامه های پشتیبان گیری چندرسانه ای چند پخشی مانند IPTV مخصوصاً در شبکه های مش چند منظوره ضروری است. برای بررسی این مسئله، ما یک الگوریتم انطباق سرعت برای انتقال چند رسانه ای در این شبکه ها نیاز داریم. الگوریتم پیشنهادی ، MARS ، همه جا بصورت طبیعی توزیع شده ، و برای انتخاب انتقال سرعت بیتی و مکانیزم های لینک – لایه مانند تصدیق و انتقال مجدد برای افزایش قابلیت اطمینان برای گروه چند رسانه ای مفروض به ارزیابی شبکه محلی وابسته است. بر اساس اجرا و ارزیابی روی یک میز آزمایش ، الگوریتم نسبت به شبکه های ۱۱ .۸۰۲ در برخی سناریوها بیش از ۶۰۰% بهره در عملکرد را فراهم می کند. بعلاوه، الگوریتم می تواند جریانات چند رسانه ای را حمایت کند در حالی که بخش کمتری از منابع را در مقایسه با عملیات ۱۱٫ ۸۰۲ مصرف می کند. ۱ . مقدمه شبکه های بی سیم مش (WMNs) برای تهیه نسل بعدی ارتباط شبکه موجود مشتری جذب کرده اند. WMN های IEEE 802.11 محور خدمات رسان ها را قادر می سازند تا ارتباط را تا منطقه جغرافیایی وسیعی با حداقل هزینه با اجتناب از نصب کابل و ایستگاههای پایه گسترش دهند. شهرها و شهرک های زیادی در سراسر دنیا WMNهای IEEE 802.11 محور را برای پوشش دادن منطقه با دسترسی به WiFi گسترش داده اند یا برای گسترش آن برنامه ریزی می کنند. یک روند همسو در استفاده از شبکه محبوبیت برنامه های چند رسانه ای مانند صدا و تصویر را افزایش داده است. رشد ناگهانی در استفاده از وب سایتهایی مانند Youtube.com پیمانی برای این روش است. همان طور که استفاده از این برنامه ها افزایش می یابد، حمایت از این برنامه ها روی WMNها هم ضروری می شود. یکی از ویژگی های مهم چند تا از برنامه های جاری سازی چند رسانه ای استفاده آنها از انتقال های چند رسانه ای برای انتقال محتوا می باشد. جریانات چند رسانه ای مخصوصاً وقتی مهم هستند که چند مشتری بخواهند یک جریان مشابه مثل جریان زنده مسابقه فوتبال ، ایستگاه رادیویی IPمحور، شبکه پخش یک تلویزیون زنده (SkyPlayer از Sky Networks، انگلستان) را دریافت کنند. گروه تمرکز ITU برای استانداردسازی IPTV استفاده از چند رسانه ای IP برای حالت تصویری زنده عملیات IPTV را پیشنهاد می کند {۱}. جریانات چند رسانه ای هم با سرورهای جاری سازی چند رسانه ای مشهور مانند Windows Media Services، SHOUTCast و VLC حمایت می شوند. این جریانات چند رسانه ای با نیازشان به پهنای باند زیاد و تأخیر کم مشخص می شوند. به علاوه ، این جریانات نمی توانند سرعت بالای اتلاف بسته های کوچک را تحمل کنند. در این زمینه، ما برای حمایت از پهنای باند زیاد، تأخیر کم، جریانات چند رسانه ای اتلاف کم توانایی WMNs 802.11 را بررسی می کنیم. در یک شبکه ۱۱ .۸۰۲ چند سرعتی ، دستگاه ها با استفاده از طرح های مدولاسیون مختلف قادر به انتقال بسته های کوچک هستند و سرعت های بیتی از ۱Mbps تا ۵۴Mbps فرق دارند. این دستگاهها با استفاده از الگوریتم انطباق سرعت برای بدست آوردن پهنای باند بالا انتقال سرعت بیتی مناسبی را انتخاب می کنند. هر چند، طبق استاندارد ۱۱ .۸۰۲ ، استفاده از الگوریتم انطباق سرعت اخیراً تنها به فریم های تک رسانه ای محدود می شود. انتقال چند رسانه ای و پخش می بایست از سرعت بیتی پایین تر مدولاسیون ثابت استفاده کند، معمولاً پایین ترین سرعت بیتی ۱ MBPS در یک شبکه ۱۱٫ ۸۰۲b/g . این محدودیت درباره جریان های چند رسانه ای دو اثر دارد. ابتدا، آن بصورت ذاتی دسترس پذیری ظرفیت برای جریان چند رسانه ای را کم می کند ، و در نتیجه دسترسی به پهنای باند به حداکثر می رسد. دوم ، جریانی که از سرعت بیتی ۱Mbps استفاده می کند بخش نامتناسبی از زمان پخش برای انتقال بسته های خود را مصرف می کند، و در نتیجه ممکن است به صورت عکس بر سایر جریانات موجود در شبکه اثر بگذارد ،حتی ممکن است باعث تراکم در شبکه شود. بعلاوه، فریم های چند رسانه ای ۱۱ . ۸۰۲، برعکس فریم های تک رسانه ای ، بدون نیاز به تأیید (فریم ACK) گیرنده ها منتقل می شود. این عدم وجود بازخورد از سوی گیرنده مانع بازیافت اتوماتیک خطا از طریق ارسال مجدد لینک – سطح می شود ، و مستقیماً بر قابلیت اطمینان جریانات برنامه های چند رسانه ای اثر می گذارد. به همین دلایل، برنامه های جاری سازی چند رسانه ای محور معمولاً برای WMN های ۱۱ .۸۰۲ محور مناسب به نظر نمی رسند. بنابراین، برای حمایت از جریانات چند رسانه ای با بازده بالا ، روشی لازم است تا فریم های چند رسانه ای با هزینه کم را به شبکه انتقال دهد. به علاوه، بهتر است که سطح قابلیت اطمینان بسته های کوچک چند رسانه ای افزایش یابد مانند همان که با ارسال مجدد برای فریم های تک رسانه ای معین شده بود. برای این منظور، ما انتخاب سرعت اتوماتیک چند رسانه ای (MARS)را پیشنهاد می کنیم، که در آن انتقال چند رسانه ای در یک شبکه بی سیم مش برای افزایش بازده جریانات چند رسانه ای از سرعت های بالای مدولاسیون استفاده می کند. انگیزه ما از این روش با این بینش برانگیخته شده که مسیریاب های مش (روترها) با برنامه ریزی دقیق توسعه داده شده اند، و در این شبکه ها، ارتباط بین مسیریاب های مش مجاور اغلب دارای کیفیت بالایی برای حمایت از سرعت بالاتر مدولاسیون می باشند. به علاوه، گره های بار برگشت مش ثابت هستند، و ارتباط کیفی بین همسایه ها را می توان کاملاً درست اندازه گیری کرد. MARS یک طرح اندازه گیری محرک است بصورت فعال کیفیت ارتباط بین یک مسیریاب شبکه ای و همسایه هایش را پیدا می کند. با استفاده از این اندازه گیری، MARSبهترین سرعت انتقال برای هر گروه چند رسانه ای را بر اساس ارتباط کیفیت با اعضای آن گروه انتخاب می کند. ما MARS را با توانایی انتقال مجدد فریم های چند رسانه ای برای افزایش تکرار سطح لینک مجهز می کنیم و در نتیجه قابلیت اطیمنان افزایش می یابد. این نوع قرارداد MARS-R نام دارد. گره فرستنده یکی از گره های گیرنده را برای پاسخگویی با یک ACK به دریافت موفق بسته انتخاب می کند. این طرح ها چالش افزایش بازده پایان – پایان را با استفاده از راه حل پخش شده بررسی می کنند، و باعث تنوع مجموعه ای از کیفیت ارتباطات در سراسر شبکه می شوند. نقش ما در این کار به شرح ذیل است: • ما پوسته را برای انطباق سرعت انتقال فریم های چند رسانه ای در WMNهای ۱۱ .۸۰۲ محور از طریق تحلیل کیفیت ارتباط در شبکه های واقعی تحریک می کنیم. • ما MARS، یک روش انطباق سرعت محرک ارزیابی پخش شده را برای انتقال های چند رسانه ای پیشنهاد می کنیم. بعلاوه، افزایش MARS-R انتقال مجدد این فریم ها را ممکن می سازد. • اجرای عملی MARS را ممکن کرده ایم. ارزیابی عملکرد روی یک میز آزمایش نشان می دهد که ما می توانیم حدود ۶۰% افزایش در حداکثر بازده پایان پایان برای برخی سناریوها را بدست بیاوریم. MARS مانند ۱۱٫ ۸۰۲ معمولی عملکرد بازده مشابهی را فراهم می کند ولی فقط نیازمند ۲۰% زمان انتقال است. • متوجه شدیم که استفاده از انتقال مجدد و ACKها در MARS-R بصورت چشمگیری میزان انتقال بسته را افزایش می دهد، و مقدار پردازش معین اضافی مرتبط بصورت برعکس بر عملکرد اثر ندارد. بقیه مقاله بصورت زیر سازماندهی شده است. بخش ۲ اثر مرتبط را بررسی می کند. ما در بخش ۳ پوسته را برای انطباق سرعت تحریک می کنیم. جزئیات دقیق طراحی و اجرای MARS به ترتیب در بخش های ۴ و ۵ ارائه شده اند. عملکرد الگوریتم را در بخش ۶ ارزیابی می کنیم. بخش ۷ نتیجه گیری مقاله است. به خاطر داریم که در کل مقاله عبارت bit-rate به مدولاسیون فیزیکی اشاره دارد که فریم های ۱۱٫ ۸۰۲را کدگذاری می کند، frameبه هویت لایه MAC اشاره دارد، و packet به هویت شبکه / برنامه-لایه اشاره دارد.
Description
IEEE 802.11 devices dynamically choose among different modulation schemes and bitrates for frame transmissions. This rate adaptation, however, is restricted only to unicast frames. Multicast (and broadcast) frames are constrained to use a fixed low bit-rate modulation, resulting in low throughput for multicast streams. Availability of high bandwidth and efficient use of the medium is crucial to support multimedia multicast streaming applications such as IPTV, especially in multihop mesh networks. To address this problem, we propose a rate adaptation algorithm for multicast transmissions in these networks. The proposed algorithm, MARS, is distributed in nature, and relies on local network measurements to select a transmission bit-rate for a given multicast group. The algorithm also facilitates the joint use of bit-rate selection and link-layer mechanisms such as acknowledgements and retransmissions to improve reliability of high throughput multicast streams. Based on implementation and evaluation on a testbed, the algorithm provides up to 600% gain in throughput compared to traditional 802.11 networks in some scenarios. Additionally, the algorithm can support multicast streams while consuming a small fraction (20%) of the resources compared to the basic 802.11 operation.
