Mengurangi keterlambatan dalam jaringan nirkabel
Tele

Mengurangi keterlambatan dalam jaringan nirkabel


Untuk mengurangi waktu jeda dan meningkatkan kualitas streaming video, game seluler, dan layanan web lainnya, para peneliti di Laboratorium Ilmu Komputer dan Kecerdasan Buatan MIT telah merancang skema kontrol kemacetan untuk tautan nirkabel yang bervariasi waktu, seperti jaringan seluler. Kredit: José-Luis Olivares, MIT

Peneliti MIT telah merancang skema kontrol kemacetan untuk jaringan nirkabel yang dapat membantu mengurangi waktu jeda dan meningkatkan kualitas dalam streaming video, obrolan video, permainan seluler, dan layanan web lainnya.

Agar layanan web tetap berjalan lancar, skema kontrol-kemacetan menyimpulkan informasi tentang kapasitas bandwidth jaringan dan kemacetan berdasarkan umpan balik dari router jaringan, yang dikodekan dalam paket data. Informasi tersebut menentukan seberapa cepat paket data dikirim melalui jaringan.

Memutuskan tingkat pengiriman yang baik bisa menjadi tindakan penyeimbangan yang sulit. Pengirim tidak ingin terlalu konservatif: Jika kapasitas jaringan terus-menerus bervariasi dari, katakanlah, dua megabyte per detik hingga 500 kilobyte per detik, pengirim selalu dapat mengirimkan lalu lintas dengan tarif terendah. Tapi kemudian video Netflix Anda, misalnya, akan memiliki kualitas rendah yang tidak perlu. Di sisi lain, jika pengirim terus-menerus mempertahankan kecepatan tinggi, bahkan ketika kapasitas jaringan menurun, hal itu dapat membanjiri jaringan, menciptakan antrian besar paket data yang menunggu untuk dikirim. Paket yang diantrekan dapat meningkatkan penundaan jaringan, menyebabkan, katakanlah, panggilan Skype Anda terhenti.

Hal-hal menjadi lebih rumit dalam jaringan nirkabel, yang memiliki “tautan yang berubah-ubah waktu,” dengan pergeseran kapasitas yang cepat dan tidak dapat diprediksi. Bergantung pada berbagai faktor, seperti jumlah pengguna jaringan, lokasi menara seluler, dan bahkan bangunan di sekitarnya, kapasitas dapat berlipat ganda atau turun menjadi nol dalam sepersekian detik. Dalam makalah di Simposium USENIX tentang Desain dan Implementasi Sistem Jaringan, para peneliti mempresentasikan “Accel-Brake Control” (ABC), skema sederhana yang mencapai sekitar 50 persen lebih tinggi, dan sekitar setengah dari penundaan jaringan, pada tautan yang bervariasi waktu .

Skema ini bergantung pada algoritma baru yang memungkinkan router untuk secara eksplisit mengkomunikasikan berapa banyak paket data yang harus mengalir melalui jaringan untuk menghindari kemacetan tetapi memanfaatkan jaringan sepenuhnya. Ini memberikan informasi rinci dari kemacetan — seperti paket yang diantrekan antara menara seluler dan pengirim — dengan menggunakan kembali satu bit yang sudah tersedia dalam paket internet. Para peneliti sudah dalam pembicaraan dengan operator jaringan seluler untuk menguji skema tersebut.

“Di jaringan seluler, sebagian kecil kapasitas data Anda berubah dengan cepat, menyebabkan kelambatan dalam layanan Anda. Skema tradisional terlalu lambat untuk beradaptasi dengan perubahan tersebut,” kata penulis pertama Prateesh Goyal, seorang mahasiswa pascasarjana di CSAIL. “ABC memberikan umpan balik terperinci tentang perubahan tersebut, apakah itu naik atau turun, menggunakan satu bit data.”

Bergabung dengan Goyal di atas kertas adalah Anup Agarwal, sekarang menjadi mahasiswa pascasarjana di Carnegie Melon University; Ravi Netravali, sekarang asisten profesor ilmu komputer di University of California di Los Angeles; Mohammad Alizadeh, seorang profesor di Departemen Teknik Elektro (EECS) MIT dan CSAIL; dan Hari Balakrishnan, Profesor Fujitsu di EECS. Semua penulis telah menjadi anggota grup Jaringan dan Sistem Seluler di CSAIL.

Mencapai kendali eksplisit

Skema kontrol-kemacetan tradisional bergantung pada kehilangan paket atau informasi dari satu bit “kemacetan” dalam paket internet untuk menyimpulkan kemacetan dan memperlambat. Sebuah router, seperti base station, akan menandai bit untuk memperingatkan pengirim — katakanlah, server video — bahwa paket data yang dikirim berada dalam antrian panjang, menandakan kemacetan. Sebagai tanggapan, pengirim akan mengurangi tarifnya dengan mengirimkan lebih sedikit paket. Pengirim juga mengurangi tarifnya jika mendeteksi pola paket yang dijatuhkan sebelum mencapai penerima.

Dalam upaya untuk memberikan informasi yang lebih besar tentang tautan yang terhambat di jalur jaringan, para peneliti telah mengusulkan skema “eksplisit” yang mencakup beberapa bit dalam paket yang menentukan tarif saat ini. Tetapi pendekatan ini berarti benar-benar mengubah cara internet mengirim data, dan hal itu terbukti mustahil untuk diterapkan.

“Ini tugas yang berat,” kata Alizadeh. “Anda harus melakukan perubahan invasif pada Protokol Internet (IP) standar untuk mengirim paket data. Anda harus meyakinkan semua pihak Internet, operator jaringan seluler, ISP, dan menara seluler untuk mengubah cara mereka mengirim dan menerima data paket. Itu tidak akan terjadi. “

Dengan ABC, para peneliti masih menggunakan bit tunggal yang tersedia di setiap paket data, tetapi mereka melakukannya sedemikian rupa sehingga bit, yang dikumpulkan di beberapa paket data, dapat memberikan informasi kecepatan waktu nyata yang diperlukan kepada pengirim. Skema ini melacak setiap paket data dalam putaran perjalanan pulang pergi, dari pengirim ke stasiun pangkalan ke penerima. Stasiun pangkalan menandai bit di setiap paket dengan “akselerasi” atau “rem,” berdasarkan bandwidth jaringan saat ini. Ketika paket diterima, bit yang ditandai memberi tahu pengirim untuk menambah atau mengurangi paket “dalam penerbangan” —paket terkirim tetapi tidak diterima — yang dapat berada di jaringan.

Jika menerima perintah akselerasi, itu berarti paket membuat waktu yang baik dan jaringan memiliki kapasitas cadangan. Pengirim kemudian mengirimkan dua paket: satu untuk mengganti paket yang diterima dan satu lagi untuk memanfaatkan kapasitas cadangan. Saat disuruh mengerem, pengirim mengurangi satu paket dalam penerbangan — artinya tidak menggantikan paket yang diterima.

Digunakan di semua paket di jaringan, satu bit informasi itu menjadi alat umpan balik yang kuat yang memberi tahu pengirim kecepatan pengiriman mereka dengan presisi tinggi. Dalam beberapa ratus milidetik, ini dapat memvariasikan kecepatan pengirim antara nol dan dua kali lipat. “Anda akan berpikir sedikit pun tidak akan membawa informasi yang cukup,” kata Alizadeh. “Tapi, dengan menggabungkan umpan balik bit tunggal di seluruh aliran paket, kita bisa mendapatkan efek yang sama seperti sinyal multibit.”

Tetap selangkah lebih maju

Inti dari ABC adalah algoritma yang memprediksi tingkat agregat pengirim satu putaran ke depan untuk menghitung umpan balik percepatan / rem dengan lebih baik.

Idenya adalah bahwa stasiun pangkalan yang dilengkapi ABC tahu bagaimana pengirim akan berperilaku — memelihara, menambah, atau mengurangi paket dalam penerbangan mereka — berdasarkan bagaimana itu menandai paket yang dikirim ke penerima. Saat stasiun pangkalan mengirim paket, ia tahu berapa banyak paket yang akan diterima dari pengirim dalam satu waktu perjalanan pulang pergi di masa depan. Ia menggunakan informasi itu untuk menandai paket agar lebih akurat menyesuaikan kecepatan pengirim dengan kapasitas jaringan saat ini.

Dalam simulasi jaringan seluler, dibandingkan dengan skema kontrol kemacetan tradisional, ABC mencapai sekitar 30 hingga 40 persen throughput yang lebih besar untuk penundaan yang kurang lebih sama. Alternatifnya, ini dapat mengurangi penundaan sekitar 200 hingga 400 persen dengan mempertahankan hasil yang sama seperti skema tradisional. Dibandingkan dengan skema eksplisit yang ada yang tidak dirancang untuk link dengan variasi waktu, ABC mengurangi setengah penundaan untuk throughput yang sama. “Pada dasarnya, skema yang ada mendapatkan throughput rendah dan penundaan rendah, atau throughput tinggi dan penundaan tinggi, sedangkan ABC mencapai throughput tinggi dengan penundaan rendah,” kata Goyal.

Selanjutnya, para peneliti mencoba untuk melihat apakah aplikasi dan layanan web dapat menggunakan ABC untuk lebih mengontrol kualitas konten. Misalnya, “penyedia konten video dapat menggunakan informasi ABC tentang kemacetan dan kecepatan data untuk memilih resolusi streaming video dengan lebih cerdas,” kata Alizadeh. “Jika tidak memiliki kapasitas yang cukup, server video dapat menurunkan resolusi untuk sementara, sehingga video akan terus diputar dengan kualitas setinggi mungkin tanpa berhenti.”


Pendekatan baru mempercepat pengujian solusi manajemen lalu lintas untuk jaringan pusat data


Informasi lebih lanjut:
ABC: Pengontrol Kongesti Eksplisit Sederhana untuk Jaringan Nirkabel: arXiv: 1905.03429 [cs.NI] arxiv.org/abs/1905.03429

Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Kisah ini diterbitkan ulang atas izin MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), situs populer yang meliput berita tentang penelitian, inovasi, dan pengajaran MIT.

Kutipan: Mengurangi penundaan dalam jaringan nirkabel (2020, 10 April) diambil 28 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-04-wireless-networks.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SDY