Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Проблемы передачи данных в сетях мобильной связи

О. И. Лагутенко

Лавинообразный рост ресурсов глобальной сети Интернет, тенденция к повышению мобильности абонентов, конвергенция технологий передачи разных видов трафика, а также появление мобильных пользовательских приложений вызывают немалый интерес к вопросу обеспечения эффективной передачи разнородного трафика через беспроводные сети связи. Возможности мобильного доступа пользователей к Интернет в настоящее время ассоциируются в основном с двумя технологиями — это сотовые сети связи и беспроводные ЛВС. Многие Интернет-приложения в качестве транспортного протокола используют протокол TCP. Стек протоколов TCP/IP в свое время был разработан для проводных сетей связи, и его применение в беспроводных сетях часто приводит к значительному ухудшению характеристик связи. В данной статье рассмотрены особенности сетей мобильной связи, их влияние на работу протокола TCP и основные направления преодоления существующих трудностей передачи пользовательского трафика.

Особенности передачи данных в сетях мобильной связи

Основные особенности передачи трафика в сотовых сетях и беспроводных ЛВС мы рассмотрим с учетом специфики стека TCP/IP применительно к канальному и транспортному уровням эталонной модели взаимодействия открытых систем (OSI). Можно выделить как общие, так и специфические характеристики названных сетей, влияющие на эффективность передачи трафика.

Общие характеристики

На параметры передачи данных по сотовым сетям и беспроводным ЛВС существенное влияние оказывают задержки и канальные ошибки. Задержку доставки кадра канального уровня можно разложить на следующие основные составляющие:

1. Время пребывания кадра в очереди передающего буфера перед моментом его передачи.

2. Время ожидания момента первоначального доступа к каналу с множественным доступом. Определенную задержку перед передачей первого или очередного кадра вносят ряд протоколов (например, механизм RTS/CTS в беспроводных ЛВС стандарта IEEE 802.11).

3. Задержки повторной передачи в системах со случайным множественным доступом. В беспроводных ЛВС механизмы MAC-уровня могут значительно увеличивать задержку повторной передачи кадров, чтобы стабилизировать работу сети. Многие MAC-протоколы увеличивают задержку при росте числа неудачных передач.

4. Собственно задержка передачи кадра, равная частному от деления размера кадра на скорость передачи.

5. Задержка распространения сигнала в физическом канале, значение которой для сотовых сетей и беспроводных ЛВС существенно не отличается от таковой для проводных каналов связи.

6. Время обработки отдельного кадра, включающей в себя помехоустойчивое кодирование, перемежение, диспетчеризацию потоков с разным качеством обслуживания (Quality of Service — QoS), шифрование и др.

7. Задержка, обусловленная процессом сборки пакета на приемной стороне.

В отличие от проводных линий связи сетям мобильной связи свойственен высокий уровень канальных ошибок. Основной причиной их возникновения в беспроводных ЛВС является замирание сигнала, вызванное его многолучевым распространением.

В сотовых сетях к высокому уровню ошибок приводят также атмосферные явления в виде дождя, грозы и др. В условиях постоянного перемещения абонентов параметры потока ошибок постоянно меняются и плохо поддаются прогнозированию.

Для передачи TCP/IP-трафика канальный уровень должен инкапсулировать IP-дейтаграммы (пакеты сетевого уровня) в свои кадры, таким образом изолируя более высокие уровни от специфики реализации нижележащих (канального и физического) уровней. Однако обычных возможностей канального уровня часто может оказаться недостаточно для успешного обмена данными. С учетом того, что большинство Интернет-приложений весьма чувствительны к возникающим ошибкам, актуальным является требование обеспечения дополнительной защиты от них.

Логикой построения стека TCP/IP предусмотрено выполнение таких функций, как управление потоком данных и исправление ошибок высокоуровневым транспортным протоколом. Если уровень канальных ошибок высок, такой подход приводит к резкому ухудшению параметров передачи пользовательских данных. В беспроводных сетях реализация дополнительных функций борьбы с ошибками на канальном уровне оказывается более эффективной. Для чувствительных к ошибкам приложений в сотовых сетях предусмотрен так называемый непрозрачный (nontransparent) режим передачи, который в отличие от прозрачного (transparent) режима предусматривает дополнительные процедуры борьбы с ошибками на канальном уровне. Непрозрачный режим, однако, не является панацеей в борьбе с ошибками и потерями кадров, поскольку каждому приложению может потребоваться различный уровень безошибочности передачи данных. Более того, транспортный протокол со своим механизмом защиты от ошибок временами неблагоприятно взаимодействует с аналогичными механизмами канального уровня, осуществляя повторную передачу задержанных или утерянных пакетов наряду с их повторной передачей канальным протоколом. Это приводит к непроизводительным тратам пропускной способности радиолинии.

Основные случаи и причины потери кадров канального уровня при их передаче по радиолиниям следующие:

· Возникновение канальных ошибок. Последние могут быть и результатом ухудшения ряда системных параметров мобильной связи, например энергетики радиолинии.

· Воздействие непреднамеренных помех, которые являются случайными, структурированными и иногда периодическими.

· Разрыв физической линии связи. Такое событие достаточно типично для сотовых сетей во время процедуры хэндовера (handover) — перехода мобильного терминала из одной соты в другую.

Существуют и другие случаи потери кадров, непосредственно не являющиеся следствием условий радиосвязи. Это:

· Потеря переданных кадров из-за коллизий в сетях на основе МАС-протокола состязательного типа. Такая ситуация типична для беспроводных ЛВС стандарта IEEE 802.11.

· Вызывающее потерю кадров действие механизмов предотвращения перегрузки (управления потоком) — например, сброс пакетов в результате переполнения буфера приемника.

· Кадры теряются и в результате так называемых ошибок выполнения, к которым относятся аппаратные ошибки и ошибки программного обеспечения. На приемной стороне они воспринимаются как потеря пакетов либо кадров.

Борьба с ошибками на канальном уровне осуществляется средствами механизма автоматического запроса повторения (Automatic Repeat Request — ARQ), реализованного в рамках соответствующего протокола. Работа этого механизма основана на том или ином способе определения факта потери или искажения переданного кадра и его повторной передаче. Факт искажения кадра определяется путем его предварительного кодирования помехоустойчивым (как правило, циклическим) кодом и дальнейшего декодирования на приемной стороне в режиме обнаружения ошибок.

Применяется целый ряд вариантов механизма ARQ. Каждый правильно принятый кадр подтверждается отдельным специальным кадром, или признак подтверждения вставляется в управляющее поле информационных кадров, передаваемых в обратном направлении. В последнем случае также используются специальные кадры подтверждения, поскольку в нужный момент информационного кадра может не оказаться. Существуют два типа подтверждения о приеме — положительное и отрицательное. Передающая сторона, не получившая положительного подтверждения в течение заданного промежутка времени после передачи (тайм-аута), вторично посылает соответствующий кадр. Чтобы выполнять повторную передачу, передающая сторона сохраняет кадры в накопителе до получения подтверждения правильности передачи.

Существуют три основных метода контроля и обеспечения доставки кадров:

· Так называемый стартстопный метод, или передача с остановкой и ожиданием (Stop And Wait — SAW), часто его называют блочным. В этом случае без подтверждения может быть передан только один кадр. После передачи каждого кадра передающая сторона ждет подтверждения. Если поступает отрицательное подтверждение или происходит превышение тайм-аута, кадр передается повторно. Он сбрасывается (стирается) из буфера передатчика лишь после получения положительного подтверждения. Этот метод удобно использовать при полудуплексной связи, когда стороны передают данные поочередно. Однако он неэффективен в случае организации дуплексной связи, особенно если время распространения сигнала по каналу значительно превосходит время передачи кадра, что типично для высокоскоростных радиоканалов. Однако при небольшой протяженности канала либо по причине низкой скорости передачи метод SAW не приводит к заметному снижению производительности радиоканала.

· Потоковый метод передачи, или метод с возвращением на N кадров (Go Back N — GBN). Метод GBN часто называют ARQ типа REJ — по названию служебных кадров Reject, переносящих подтверждение от приемника к передатчику. В случае применения метода GBN кадры передаются непрерывно без ожидания подтверждения приема каждого из них. При получении отрицательного подтверждения или по истечении установленного времени ожидания неподтвержденный кадр и все последующие кадры передаются повторно.

· Метод выборочного, или селективного, повтора (Selective Repeat — SR). Его еще именуют SREJ — так называются служебные кадры Selective Reject, переносящие подтверждения о селективном неприеме от приемника к передатчику. Согласно этому методу, повторно передается только тот кадр, на который поступило отрицательное подтверждение (либо истекло время ожидания подтверждения). По сравнению с методами SAW и GBN метод SR существенно повышает эффективность работы канала. Но для передачи и приема кадров не по порядку их номеров на приемной стороне должен находиться буферный накопитель с произвольным доступом. С увеличением задержки распространения сигнала в канале связи необходимо увеличивать буферную память. Реализация метода SR является более сложной и дорогостоящей. Поэтому он долго не мог найти широкого применения.

Кроме перечисленных методов, в сетях мобильной связи могут найти широкое применение так называемые гибридные методы ARQ (Hybrid ARQ). Их особенностью является использование помехоустойчивого кода в режиме исправления ошибок. Исправление искаженных кадров на приемной стороне может существенно сократить число повторных передач на канальном уровне. Примером реализации гибридного ARQ могут служить схемы кодирования CS-1, CS-2, CS-3 и CS-4 в радиоинтерфейсе GPRS сетей GSM, предусматривающие кодирование сверточным кодом со скоростями 1/2, 2/3, 3/4 и 1 соответственно.

Конкретный вариант реализации метода повторной пересылки кадров оказывает существенное влияние на значение задержки их передачи. В любом случае применение ARQ приводит к тому, что перечисленные выше составляющие 2, 3, 4, 5 и 6 итоговой задержки могут быть повторены несколько раз.

Особенности сетей сотовой связи

Современные цифровые сети сотовой связи второго поколения характеризуются относительно невысокими значениями скорости передачи данных, малыми размерами кадров и преобладанием режима коммутации каналов. В них реализован временной TDMA (GSM и D-AMPS) или кодовый множественный доступ CDMA (IS-95). Кадры протокола канального уровня этих технологий переносят или кодированную речь, или данные высокоуровневых приложений. В результате ограниченной энергетики радиоканала и замирания сигнала, затенения от естественных и искусственных преград уровень потери кадров (Frame Error Rate — FER) достигает 1—2%. Для речевого трафика такой уровень считается допустимым, поскольку при этом не происходит существенного ухудшения качества речевой связи, но он неприемлем в случае передачи трафика данных.

Сотовые сети подключаются к другим сетям посредством так называемой межсетевой службы IWF (Interworking Function), которая обеспечивает цифроаналоговое преобразование при соединении с ТфОП или выполняет функции адаптации скорости передачи и преобразования формата кадров при подключении к цифровым сетям (например, ISDN или Интернет). Поддержка совместной работы с пакетными сетями передачи данных в службе IWF обеспечивается при помощи протокола RLP (Radio Link Protocol), который используется для связи с мобильными станциями. Этот протокол поддерживает возможность сегментации и сборки IP-дейтаграмм, обеспечивая прозрачную связь с Интернет, и исправление ошибок в радиоканале, исключая таким образом их влияние на Интернет-трафик.

Сети GSM предоставляют абонентам возможность передавать данные со скоростью до 9,6 кбит/с. Протокол RLP, работая в непрозрачном режиме, использует кадры длиной 240 бит и реализует метод SR. В результате вероятность искажения бита понижается с 10–3 до 10–8, но это происходит за счет внесения дополнительной задержки передачи и увеличения ее дисперсии.

В сетях D-AMPS (IS-136) максимальная скорость передачи данных тоже равна 9,6 кбит/с. В них протокол RLP реализует метод GBN и работает с кадрами длиной 256 бит в непрозрачном режиме. Каждый передаваемый кадр может подтверждать получение множества последовательных кадров.

В CDMA-сетях (IS-95) обеспечивается скорость передачи данных до 8,6 кбит/с, а протокол RLP работает в непрозрачном режиме с кадрами длиной 172 бит.

При передаче Интернет-трафика пакеты сетевого уровня (IP-пакеты) сначала инкапсулируются в кадры переменной длины протокола PPP (Point-to-Point Protocol), а затем сегментируются в RLP-кадры фиксированного размера. Такая комбинация преобразований удобна для обеспечения передачи IP-пакетов переменной длины и эффективной защиты от ошибок на основе использования RLP-кадров фиксированного размера. С целью уменьшения служебного заголовка кадров RLP реализована передача только отрицательных подтверждений. Кадры, не принятые после нескольких повторных попыток передачи, отбрасываются. Таким образом, происходит некоторое снижение надежности передачи во имя ограничения дисперсии задержки. Результирующая вероятность потери кадра обеспечивается на уровне 10–4.

Особенности беспроводных ЛВС

В настоящее время в области беспроводных ЛВС наибольшее распространение получили сети стандартов 802.11 и 802.11b. Первый из них был разработан для диапазона 2,4 ГГц. В нем предусматривались максимальные скорости передачи данных, равные 1 и 2 Мбит/с, и расширение спектра сигналов по методу прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum — DSSS) или путем псевдослучайной перестройки частоты. Позднее были созданы стандарты 802.11a и 802.11b. Стандарт 802.11a обеспечивает передачу данных на скоростях до 54 Мбит/с в диапазоне частот 5 ГГц с применением на физическом уровне метода модуляции OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplex). Стандарт 802.11b ориентирован на увеличение скорости передачи при работе в том же самом (что и в стандарте 802.11) диапазоне частот 2,4 ГГц путем использования метода модуляции CCK (Complementary Code Keying) совместно с DSSS. Оборудование стандарта 802.11b поддерживает максимальные скорости передачи, равные 5,5 и 11 Мбит/с. В настоящее время разрабатывается технология HiperLAN/2 и ряд других технологий беспроводных ЛВС.

Характерная для протоколов беспроводных ЛВС информационная и процедурная избыточность существенно ограничивает скорость передачи пользовательского трафика даже в случае применения высокоскоростных технологий. В таблице представлены результаты измерения скорости передачи на IP-уровне для сети стандарта 802.11b при длине максимального блока передачи (Maximum Transfer Unit — MTU), равной 1500 байт. Приведенные значения могут считаться верхней оценкой достижимой скорости передачи IP-трафика, так как получены в условиях отсутствия канальных ошибок. Влияние канальных ошибок и некоторых особенностей функционирования транспортных протоколов приводят к еще большему ухудшению скоростных и других качественных показателей доставки пользовательского трафика.

Характеристики передачи ТСР-трафика по сотовым сетям связи

Протокол ТСР является самым популярным транспортным протоколом Интернет. Он гарантирует безошибочную доставку данных от одного хоста к другому. Кроме того, ТСР выполняет прозрачную сегментацию и сборку пользовательских данных, а также управление потоком и предотвращение перегрузки. Протокол ТСР “рассматривает” все имеющие место потери как результат перегрузок в сети. Однако это в корне не верно в отношении беспроводных сетей, в которых преобладающую роль играют канальные ошибки.

Характеристики ТСР-трафика несколько различаются при прозрачной и непрозрачной передаче на канальном уровне сотовой сети. В прозрачном режиме работы допустимый уровень потерь кадров приводит к следующему результату. Для передачи по полноскоростному каналу в сети CDMA (IS-95) 1400-байт IP-дейтаграмма сегментируется на 68 кадров. Если исходить из того, что искажение кадров имеет независимый характер, вероятность успешной передачи пакета составит всего лишь 50,49% при FER, равном 1%. Уменьшением размера IP-дейтаграмм можно добиться снижения вероятности их искажения, однако при этом из-за неизменности размера их заголовков растет относительная доля служебной информации (overhead). Уменьшить размер IP-заголовков до 3—5 байт вполне реально, используя известные алгоритмы их компрессии. Однако это несовместимо с процедурами шифрования сетевого уровня и может привести к новым ошибкам (которые обнаруживает протокол ТСР) и переустановлению TCP-соединения с потерей переданных в скользящем окне данных. С одной стороны, кодирование данных и перемежение битов в сотовых сетях позволяют уменьшить уровень ошибок и эффект их группирования, но, с другой — увеличивают задержку обработки (на время выполнения этих операций).

В непрозрачном режиме основные ошибки устраняются протоколом RLP еще до момента превышения значения таймеров задержек. Измерения, проводимые в типовой GSM-сети крупного города показали, что 95% значений времени обращения TCP-сегмента (Round Trip Time — RTT) находятся в районе 600 мс с дисперсией около 20 мс. Однако иногда значение RTT может быть значительно больше и достигать 6—12 с. Такие случаи редки и происходят в основном из-за того, что протокол RLP не всегда обеспечивает абсолютно надежную передачу данных. После нескольких неудачных попыток повторной передачи (по умолчанию их число равно шести) протокол RLP отказывается от дальнейших передач искаженного кадра, после чего передатчик и приемник переустанавливают свои счетчики последовательных номеров и очищают буферы приема и передачи. Для уменьшения числа переустановок параметров на этапе установления соединения можно увеличить максимальное число повторных передач протокола RLP. Увеличением размера MTU можно добиться относительного сокращения накладных расходов на служебные заголовки, но при этом увеличится и время ответа. На рис. 1 показана типичная зависимость пропускной способности TCP-соединения от размера MTU, измеренная для случая передачи трафика через GSM-сеть.

Пропускная способность соединения увеличивается также путем оптимизации размера кадров RLP. Хотя малые размеры кадров упрощают работу протокола RLP и делают его более надежным при работе на плохих каналах, выбор оптимального размера кадра для конкретных условий способен привести к заметному увеличению скорости передачи.

Если соединение включает в себя несколько беспроводных участков, происходит аккумуляция потерь, способствующая еще более значительному уменьшению эффективности передачи. Это также приводит к непроизводительному использованию беспроводных линий сотовой сети в режиме коммутации каналов. В случае искажения ТСР-пакета после прохождения ряда беспроводных участков он повторно передается из своей начальной точки по всем участкам TCP-соединения, при этом результирующая пропускная способность соединения сильно снижается. Потери имеют более серьезные последствия в случае значительных межконцевых задержек передачи, требующих от протокола ТСР установления большого размера окна подтверждения. В протяженных соединениях протокол ТСР устанавливает большие значения тайм-аутов ожидания подтверждений со стороны приемника. Кроме того, сотовые сети сами разрывают соединение в процессе процедуры хэндовера, внося, таким образом, дополнительные случайные задержки. Другая проблема состоит в переупорядочении пакетов в процессе их передачи по сотовым сетям с протоколом RLP.

Пути повышения эффективности передачи данных в мобильных сетях

К настоящему моменту разработано и исследуется большое число методов улучшения характеристик передачи пользовательского трафика в сетях мобильной связи. Все их в основном можно разделить на две большие группы решений — транспортного или канального уровня.

Решения транспортного уровня

Ухудшение эффективности работы протокола ТСР в сетях мобильной связи является в основном следствием того, что, как уже отмечалось, протокол ошибочно “считает” все потери обусловленными перегрузкой сети. Большинство предложенных способов улучшения протокола ТСР направлены как раз на борьбу с этим его “заблуждением”.

Введение и использование признаков мобильности. Во время хэндовера передаваемые пакеты могут задержаться или даже потеряться. Процесс их восстановления должен начинаться сразу после окончания процедуры хэндовера, до того момента, когда начнут срабатывать большие таймеры ТСР. Протокол ТСР может “узнать” о факте хэндовера путем получения специальных сигналов от нижележащих уровней. Роль таких сигналов выполняют так называемые признаки (hints) мобильности, которые используются для определения факта потери данных в результате хэндовера. Для борьбы с такими потерями на уровне ТСР также можно уменьшать порог медленного старта, сокращая таким образом временныўе потери в течение фазы борьбы с перегрузкой. Другой вариант использования дополнительной информации, полученной на основе введенных признаков, пригоден для конечных точек беспроводных каналов и состоит в инициировании остановки передачи ТСР-трафика путем прозрачного закрытия установленного окна приема. В этом случае передатчик “замораживает” все таймеры и начинает периодическую апробацию окна приема. Сокращение размера установленного окна, однако, нарушает концептуальные принципы, на которых построен протокол ТСР.

Разделение TCP-соединения на несколько составных частей. После процедуры хэндовера механизм борьбы с перегрузкой пытается снова определить пропускную способность нового канала. Так как повторная передача между конечными точками транспортного соединения является слишком медленной, TCP-соединение можно разделить на несколько последовательных соединений. При этом в качестве точек разделения должны использоваться маршрутизаторы, находящиеся на стыке проводных и беспроводных сегментов сети. В результате исходное TCP-соединение декомпозируется на отдельные проводные и беспроводные соединения. Схема разделения исходного соединения нарушает семантику TCP-протокола, так как в этом случае подтверждения могут достичь передатчик еще до момента получения соответствующей порции данных приемником. Для сохранения исходной семантики требуется ввести дополнительную задержку для подтверждений, что, в свою очередь, снизит скорость соединения. Введение точек разделения приведет к существенному увеличению избыточности как по причине дополнительной обработки передаваемых пакетов на уровне TCP-протокола, так и из-за необходимости введения добавочной служебной информации для организации нестандартного транспортного соединения.

Использование временныўх меток. Модификация Эйфеля позволяет избавиться от случайных тайм-аутов и быстрых повторных передач TCP-протокола при хэндовере и задержках, инициированных повторной передачей на канальном уровне. Поскольку эти проблемы явились следствием неспособности протокола TCP различать подтверждения, обусловленные исходной передачей пакетов и повторными передачами, в рамках модификации протокола предложено добавлять временныўе метки в отсылаемые TCP-пакеты. Временныўе метки повторяются в пакетах-подтверждениях, позволяя, таким образом, легко находить причину случайных тайм-аутов без нарушения семантики TCP.

Варианты модернизации протокола TCP могут быть привлекательными лишь в том случае, если потребуют модификации только конечных узлов транспортного соединения. На практике часто нужны дополнительные изменения, такие, как обеспечение сигнализации о фактах хэндовера от протоколов нижних уровней, инсталляция дополнительного программного обеспечения в точках разделения, разработка альтернативных TCP-совместимых прикладных протоколов.

Решения канального уровня

Вместо модификации собственно протокола TCP решения канального уровня ориентированы на то, чтобы скрыть от него потери, происходящие на нижележащих уровнях.

Использование непрозрачного режима RLP-протокола сотовых сетей. Применение протокола RLP в сотовых сетях позволяет избежать нарушения уровневой логики работы системы связи, характерной для некоторых других способов повышения эффективности передачи, но в то же время может привести к повторным пересылкам данных и на канальном и на транспортном уровне. Такие ситуации возникают редко, однако совсем их не учитывать нельзя.

Локальное исправление ошибок на IP-уровне. Такой способ, известный под названием Snoop TCP, является скорее решением канально-сетевого уровня, чем строго канального. Snoop-агент устанавливается в точке разделения TCP-соединения и отслеживает проходящие через него TCP-данные и подтверждения. Он также кэширует неподтвержденные TCP-пакеты, обнаруживает их потерю путем анализа повторно передаваемых подтверждений и состояния локальных таймеров. На основе полученной таким образом информации агент организует прозрачную повторную передачу потерянных данных. Реализация такого подхода скрывает повторные передачи подтверждений, индицирующие потери данных в беспроводном сегменте TCP-соединения, предотвращая таким образом излишние попытки восстановления данных на транспортном уровне. Snoop-агент использует имеющуюся в

TCP-пакетах информацию для того, чтобы избежать введения дополнительной избыточности в заголовки кадров канального уровня. Данное решение представляет собой схему с разделением исходного TCP-соединения но без нарушения его семантики и позволяет также избежать конфликта повторных передач на канальном и транспортном уровнях путем подавления повторных TCP-подтверждений.

При использовании описанного способа требуется, чтобы TCP-приемник находился сразу за точкой разделения. Если беспроводной хост передает данные удаленному приемнику, то подтверждения протокола TCP могут поступить от него слишком поздно для осуществления эффективной борьбы с потерями, и в этом случае не исключен рост потерь, обусловленных перегрузкой. Для идентификации потерь, возникающих из-за перегрузок сети и канальных ошибок, предложено явно уведомлять о потерях (Explicit Loss Notification -- ELN). Если snoop-агент определяет потери, не обусловленные перегрузками, он устанавливает бит ELN в заголовке TCP-пакета и отправляет его далее, к приемнику. TCP-приемник возвращает установленный бит обратно передатчику. Snoop-агент может также использовать информацию о размерах очередей для разграничения причин имеющихся потерь данных. При получении ELN-уведомления TCP-передатчик повторно передает потерянный пакет, не задействуя при этом свои механизмы борьбы с перегрузками. Хотя применение ELN-уведомлений возможно для большинства сетей, такой подход требует изменения алгоритма работы маршрутизаторов. Нужно также учитывать, что повторную передачу нельзя осуществить раньше истечения RTT, так как для этого нужно получить подтверждение с установленным битом ELN.

Решения, о которых идет речь, функционально ограничены уровнем реализации, но характеризуются низким значением круговой задержки, что позволяет осуществлять значительно более быстрое восстановление данных в отличие от вариантов с модификацией протокола TCP. Ограниченность решений канального уровня состоит в том, что они пытаются восстанавливать потерянные данные в рамках одного-двух уровней, "не зная" о требованиях к передаче конкретных данных, что может оказаться неприемлемым при работе со многими высокоуровневыми протоколами и приложениями.

Введение промежуточного уровня адаптации. Для повышения эффективности работы транспортных протоколов путем скрытия от них особенностей конкретной реализации беспроводной сети в уровневую архитектуру беспроводного хоста (между IP-протоколом и нижележащими протоколами беспроводной сетевой инфраструктуры) можно ввести промежуточный уровень адаптации беспроводной связи (Wireless Adaptation Layer - WAL). Внутренняя структура WAL-уровня показана а рис. 2. Входящий в состав WAL-уровня координатор организует взаимосвязанную работу всех модулей уровня, осуществляет классификацию обрабатываемых потоков данных, генерирует WAL-заголовок нового пакета и отдает его транслятору (Logical Link Control Translator -- LLCT) для дальнейшей передачи на канальный уровень беспроводной сети.

Гибкость WAL-уровня обусловлена возможностью включения в его состав большого числа разнообразных целевых модулей. Примерами задач, выполняемых отдельными модулями, могут быть:

* кодирование с исправлением ошибок (Forward Error Correction -- FEC),

* автоматический запрос повторения (ARQ),

* сегментация и сборка пакетов,

* управление трафиком с целью обеспечения необходимого уровня QoS,

* сжатие заголовков и собственно данных.

Модули могут выполнять и другие функции.

Рассмотрим пример использования FEC-модуля на WAL-уровне оборудования беспроводной ЛВС. Выбор конкретного помехоустойчивого кода и его начальных параметров может осуществляться на этапе установления связи между мобильной станцией и точкой доступа и в дальнейшем корректироваться в зависимости от изменяющихся условий связи. На рис. 3 представлена последовательность обработки IP-пакета на WAL-уровне с помощью FEC-модуля, который добавляет к исходной IP-дейтаграмме свой заголовок, WAL-координатор -- свой, а драйвер беспроводной сети окончательно формирует передаваемый пакет.

Реализация FEC-модуля возможна также и на физическом уровне в составе протокола радиоинтерфейса, уже поддерживающего применение помехоустойчивого кодирования в режиме с исправлением ошибок. Введение такой схемы адаптации кодирования в радиоинтерфейс GPRS (CS-1, CS-2, CS-3 и CS-4) может повысить его эффективность от 10 до 80% для различного уровня ошибок в канале (BER).

Современные реализации уровневой архитектуры беспроводных хостов далеко не всегда обеспечивают эффективную передачу данных в условиях мобильной связи. В статье проанализированы причины снижения эффективности работы протокола TCP при передаче данных через сотовые и локальные радиосети, а также рассмотрены основные решения транспортного и канального уровней, позволяющие в значительной степени справляться с возникающими проблемами.

Об авторе

Лагутенко Олег Иванович,
докторант Военного инженерно-космического университета им. А. Ф. Можайского
Телефон: (812)-235-8716.
e-mail: laguten@chat.ru





  
5 '2002
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• Управление проектами как новая философия бизнеса

• Информационные услуги - новое направление развития "Электросвязи"

локальные сети

• Коаксиальный кабель: что скрывается за видеосигналом?

• Внешняя коммуникационная кабельная инфраструктура предприятия и ее заземление

• Эволюция технологий расширения компьютеров и соединения их компонентов

• Переключатели KVM - центральные пункты управления

корпоративные сети

• Серверы дискуссий открывают возможности сотрудничества в Web

• Технология ESI снижает расходы и повышает производительность

системы учрежденческой связи

• DECT и Закон

услуги сетей связи

• Технология PLC - телекоммуникации по сетям электропитания

• Тестируем инструменты мониторинга производительности сети

• Оптические иллюзии и реалии

• Проблемы передачи данных в сетях мобильной связи

защита данных

• ИБП от мала до велика

• FireProof защитит от DoS-атак

новые продукты

• DCS "входит" в Интернет; OptiX 155/622H - мал, да удал; Новые "дети" Allied Telesyn; Новая серия ИБП NeuHaus; Система беспроводного доступа от INTRACOM S.A.; IP-видеотелефон BVP 8770 - привлекателен и доступен

только на сервере

• Volkswagen развивает собственную виртуальную биржу

• Поддержка протокола SNMP в JAVA-приложениях


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх