مقاله تحلیل توان عملیاتی انواع TCPدر شبکه های بیسیم سیار

بخشی از مقاله

تحلیل توان عملیاتی انواع TCPدر شبکه های بیسیم سیار

چکیده-در شبکههای بیسیم بر خلاف شبکههای سیمی گم شدن تصادفی بستهها به دلیل خطاهای ایجاد شده قابل صرف نظر کردن نیست.به علاوه معمولاً این شبکه ها متحرک نیز میباشند این مهمترین عامل در افت کار آیی TCP است.انواع متفاوتی از

TCPوجود دارد که برخی از آنها هیچ مکانیزمی برای تشخیص گم شدن بستهها ندارند و آن را تنها ناشی از ازدحام شبکه میدانند.تحلیل عملکردTCPهای مختلف طی فرآیند گم شدن بستهها بسیار مهم است.همچنین انتخاب یک نوع ازTCPدر شبکهها که نرخ گم شدن تصادفی بستهها در آن معمولتر است نیز امر مهمی است که باید به آن توجه کرد.

در این مقاله مبنای شبیه ساز NS-2 را برای تحلیل و آنالیز عملکرد TCPدر شبکههای بیسیم بیان می کنیم.مطالعات تجربی نشان میدهد که توان عملیاتی TCP-New Jersey در نرخ بالای گم شدن تصادفی بستهها (RPLRs)بسیار بهتر از سایر TCPهاست.نتایج نشان میدهد که سربار اضافه شده به پروتکل TCP -New JerseyوTCP -Vegas کمتر از سایر TCP هاست و تحلیل اثرات انواع TCP بر عملکرد پروتکل مسیر یابی MANETمهم است زیرا باعث بهتر شدن عملکرد شبکههای بیسیم سیار می شود.در این مقاله عملکرد TCP -New JerseyوTCP –Vegas را توسط پروتکل هایDSR،AODVوDSDV بررسی خواهیم کرد.شبیه سازی نشان میدهد که پروتکلهای مسیر یابی MANETزمانی که از TCP -New JerseyوTCP – Vegasاستفاده کنند عملکرد بهتری خواهد داشت.
کلید واژه:انواع TCP ،توان عملیاتی نرمالیزه، گم شدن تصادفی بسته ها ،. Goodput

-1 مقدمه

پروتکل لایهی انتقال((TCP ویژگیهای مهمی مانند کنترل جریان،قابلیت اطمینان،کنترل ازدحام و مدیریت ارتباطات را دارا میباشد.TCPبه طور گسترده برای شبکه های سیمی طراحی شده است اما مضاف براین عملکرد نسبتاً خوبی در شبکههای بیسیم نیز دارد.محیط بیسیم بسیار بیشتر در معرض خطاهای انتقال و هم چنین تغییر ناگهانی توپولوژی شبکه است.گم شدن ناگهانی بستهها در شبکه به دلیل خطا در لینکها و از دست رفتن مسیرها به مقصد و ازدحام رخ میدهد.TCPگم شدن تصادفی همهی بستهها در شبکه را به دلیل ازدحام می داند و به همین دلیل پنجره ی ازدحام (CWND)خود را کاهش میدهد در حالی که اگر دلیل گم

شدن بسته ،ازدحام شبکه نباشد کاهش پنجره ی ارسال سبب کاهش کار آیی شبکه می شود و این یک مشکل جدی در شبکههای سیار است چون گم شدن بستهها علاوه بر ازدحام به علت خطای انتقال و جابجایی گرههای سیار نیز رخ میدهد و این باعث کاهش کارآیی شبکه وحتی تفکیک می شود.-TCP Reno،TCP-NewReno،TCP-NewJersey،-TCP Westwood،TCP-Veno،TCP-SACK،TCP-Tahoeو WestwoodNR TCP-از مهمترین انواع TCPهستند که با توجه به مطالب ذکر شده باید مناسبترین نوع انتخاب شود.بنابراین باید رفتار TCPهای مختلف را در لینکهای بیسیم با توجه به RPLR بررسی کنیم.اکثر مطالعات تأثیر شرایط مختلف بر عملکرد انواع TCPرا مورد بررسی قرار دادهاند اما تعداد کمی جزئیات آنها را با توجه به RPLRs

ارزیابی کردند.اکثر مطالعات جدید بر روی اصلاحاتی برای بهبود عملکرد انواع TCPهای مختلف انجام شده است.اما هیچ یک عملکردی از آن ها را تخمین نزدهاند و به جای آن به دنبال پیدا کردن مناسب ترینTCPبرای MANETبوده اند و در نهایت بهترین کاری که انجام شده عملکرد TCPرا فقط بر روی یکی از پروتکلهای مسیر یابی DSRیاDSDVویا AODVبررسی کردهاند.دربرخی موارد تنها بر روی TCPVegasو TCP-Renoاز انواعTCP بررسیهایی انجام شده است و دیگر TCPهای مهم مانندTCP-NewJersey را نادیده گرفتهاند.حال ما برای بهبود عملکرد TCPدر MANET ترکیب مناسبی از انواع TCP -Vegas) TCPو TCP - New (Jerseyو پروتکلهای مسیریابی DSR)وDSDVو (AODVرا بیان می کنیم.در این مقاله از شبیه ساز NS-2جهت تحلیل و مقایسه عملکرد TCPباRPLRs استفاده می کنیم.همین طور تأثیر تحرک پذیری را با ترکیب دو نوع از TCP-) TCP VegasوTCP- New Jersey )و پروتکلهای مسیر یابی DSR،DSDV و AODVتحلیل خواهیم نمود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عملکرد TCP- New Jersey تحت افزایش RPLRs بهتر است هم چنین نشان می دهد که سربار اضافه شده بهTCP-Vegas وTCP-NewJersey درحالیکه %50RPLRsاست،%55درصد کمتر از سایر TCPهاست.نتایج دیگر

حاکی از آن است که پروتکلهای مسیر یاب هنگام ترکیب با TCP-VegasوTCP- New Jersey عملکرد بهتری دارند.در ادامهی مقاله مطالب زیر را دنبال میکنیم.در قسمت((2

انواع TCPهای موجود را توضیح داده و با هم مقایسه میکنیم.در قسمت((3 نتایج حاصل از مقایسهی انواع TCPها توسط شبیه ساز را داریم و در (4)نتایج حاصل از شبیه سازی پروتکلهای مسیر یابیDSR وDSDV و AODV با ترکیب دو نوع مهم از TCPها ،TCP-Vegasو TCP - New Jerseyخواهیم داشت و در نهایت پیشنهاداتی برای کار های آینده خواهیم داد.

-2انواعTCP
TCP -Reno -1-2

پرکاربردترین نوع TCP در شبکه است و از الگوریتمهای کنترل ازدحام متفاوتی استفاده میکند.این الگوریتمها شامل مکانیزم اجتناب از ازدحام،ترمیم سریع((FR،انتقال دوباره ی سریع و شروع آهسته((Slow Startمیشوند.TCP-Reno از گم شدن بستهها در شبکه برای تخمین پهنای باند موجود استفاده میکندوبعد از اتمام زمان ارتباطات ،جهت شروع مجدد آن از فرایند Slow Start استفاده می کند .در طول این پردازش ابتدا CWND به صورت نمایی افزایش مییابد و بعد از سپری شدن آستانهی Slow Start به طور خطی با مکانیزم اجتناب از ازدحام افزایش مییابد.مکانیزمهای انتقال دوباره ی سریع و ترمیم سریع یا بعد از رسیدن سه پیام ACK و یا بعد از اتمام زمان مربوطه((Time out شروع به کار میکنند

.خاتمهی Time out نشان دهندهی وقوع ازدحام در شبکه است که توسط دو مکانیزم ذکر شده کنترل می شود.[1] TCP-New Reno-2-2

نوع بهبود یافته ی TCP-Reno است که در واقع الگوریتم FR در آن برای حل مشکل time out، زمانی که چند بسته از یک پنجره یکسان گم می شوند، اصلاح شده است.

اجزا کنترل ازدحام در هر دو TCP-NewRenoوTCP-Reno یکسان است TCP-New Reno.پیام تصدیق کامل با((FA را از پیام تصدیق ناقص((PA توسط اصلاح عملکرد FA در TCP-Renoبا عدم دریافت ACK تکراری تشخیص میدهد. TCP-NewReno بر خلاف TCP-Reno با ارسال مجدد یک قسمت از بستههای گم شده ی مربوط به یک پنجرهی خاص در یکRTT میتواند چند قسمت گم شده را بازسازی کند.

TCP-Vegas- 3-2

برای تخمین پهنای باند بهترین نوع است .پهنای باند توسط اختلافی که بین نرخ جریان مورد انتظار و نرخ جریان واقعی است تخمین زده میشود .در واقع مدل توسعهی یافتهی TCP-Reno است که اصلاحاتی در مکانیزم اجتناب از ازدحام به همراه اجتناب از گم شدن

بسته توسط کاهش CWND به محض مشاهده ازدحام در شبکه ،استفاده میکند هم چنین مکانیزم ارسال مجددی که در TCP-Vegas استفاده می شود در مقایسه با TCP-Reno کارآمدتر است زیرا در TCP-Reno بستهها به محض دریافت

دومین ACK دوباره فرستاده میشوند و منتظر سومین ACK نمی شوند.TCP-Vegas درمقایسه با TCP-Reno خیلی دقیقتر است و CWND آن در مواقع غیر ضروری کاهش پیدا نمیکند.[2]

TCP -SACK -4-2
در(Selective Acknowledgement ) TCP-SACK

همانند Reno همچنان مشکل گم شدن بستهها را داریم .پیام تصدیق در TCP-SACK فقط برای برخی بخشهای انتخابی که با موفقیت به مقصد میرسند ارسال میشود بنابراین فقط در صورتی که پیامهای تصدیق بخشهای انتخابی نرسد عمل ارسال مجدد انجام میشود و این باعث کاهش ارسال مجدد شبکه می شود .هر پیام تصدیق شامل اطلاعات فرستنده با بیش از سه گره ی غیر مجاور است .روش FR در این TCPهمانند TCP-Reno است و الگوریتم اجتناب از ازدحام حتی برای یک بستهی گم شده هم فعال می شود. TCP-SACK زمانی که چندین بسته گم شود و یا سایز پنجره کوچک شود عملکرد خوبی نخواهد داشت.

TCP-Tahoe-5-2

همانند TCP های دیگر، مکانیزمهای مختلفی چون Slow Start، اجتناب از ازدحام و FR را دارد و فرق آن با دیگر TCP ها در این است که از یک ارزیاب RTT اصلاح شده استفاده میشود .

TCP-Tahoe مقدارCWNDرا به یک، نرمالیزه کرده و نیمی از آن را به آستانهی(ssthresh)Slow Start اختصاص میدهد بعد از اینکه مبداء، پیام تصدیق با ارسال مجدد را دریافت کرد وارد مرحله یslow Start میشود .اگر سایز CWND کمتر از ssthresh جدید بود،سایزCWND به صورت نمایی افزایش پیدا میکند.

TCP -Veno -6-2

ویژگیهای TCP-Vegas و TCP-Reno را داراست .[3] TCP-Venoعملکرد بهتری نسبت بهTCP-Reno به دلیل استفاده از تخمین پهنای باند دارد و این با عملکرد تهاجمی دیگر TCPها جهت به دست آوردن پهنای باند، متفاوت است. TCP-Venoپروتکل سمت فرستنده را اصلاح کرده و ارتباط آن با اینترنت را آسانتر میکند.[4]تخمین موقعیت ارتباطی آن همانند TCP-Vegas است و بین ازدحام و گم شدن بستههای

تصادفی تفاوت قائل می شود اما هیچ مکانیزی برای جلوگیری ازآنها ندارد.

TCP-New Jersy-7-2
بهبودیافتهی TCP-Jersey است و مانند آن عملکرد خوبی در شبکههای سیمی و بیسیم دارد.بین گم شدن بستههای تصادفی

æ ازدحام تفاوت قائل شده و در مقابل آن عکسالعمل نشان میدهد.هر دو پروتکل TCP-Jersy و TCP-New Jersy از دو الگوریتم تخمین پهنای باند و اعلام ازدحام استفاده می کنند

.این دو به فرستنده کمک میکنند که دلایل حذف بستهها را در مسیریابهای میانی شناسایی کنند.در TCP-New Jersy، TCP فرستنده ،پهنای باند موجود را توسط بستههایی که در زمان مشخص به گیرنده میرسند تخمین زده و از اطلاعات ترافیکی پیشین برای کنترل کردن لینک معکوس استفاده میکند .در TCP-New Jersy با اینکه توان عملیاتی به دلیل ترافیک در لینک مستقیم کاهش مییابد ولی همچنان به تخمین زدن پهنای باند میپردازد و توانایی افزایش نرخ ارسال بستهها برای بستههای گم شده در شبکه را که به دلیل ازدحام
æ یا خطا در لینک رخ داده،ندارد.
(TCPW) TCP-Westwood-8-2

پشتهی پروتکل، TCPمبدأ را اصلاح کرده وبا این کار به مبدأ کمک می کند که پهنای باند موجود برای ارتباطات خود را تخمین بزند و این کار را توسط محاسبه ی نرخ دادهی تحویلی به مقصد انجام میدهد.نرخ تحویل توسط اطلاعات و نرخ پیام تصدیقهایی که دریافت شده است ،محاسبه می شود سپس از پهنای باند تخمینی جهت ترمیم بستههای گم شده استفاده کرده که در نهایت منجر به افزایش توان عملیاتی می شود. برخلافTCP-Reno که بعد از گم شدن بسته ،سایزCWND را به صورت مهاجمی به دو نیم تقسیم میکند ،TCPW سعی دارد که یک ssthresh وسایزCWND مناسب که موجب یک نرخ ارتباط کارآمد در طول ازدحام میشود را انتخاب کند.[5]در این صورت گم شدن بستهها را با استفاده از اطلاعاتی مانند سایز CWND و ssthresh کنترل می کند. TCP -Westwood NR -9-2