دانلود رایگان ترجمه مقاله انتخاب سرعت لینک لایه برای انتقال چند رسانه ای در شبکه مش بی سیم – الزویر 2011

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده
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 11 .802 در برخی سناریوها بیش از 600% 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 11. 802 مصرف می کند.
1 . 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 {1}. 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 11 .802 چند سرعتی ، دستگاه ها با استفاده از طرح های مدولاسیون مختلف قادر به انتقال بسته های کوچک هستند و سرعت های بیتی از 1Mbps تا 54Mbps 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 11 .802 ، 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 1 MBPS در یک شبکه 11. 802b/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 1Mbps 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 11 . 802، 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 11 .802 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 11 .802 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 60% افزایش در حداکثر بازده پایان پایان برای برخی سناریوها را بدست بیاوریم. MARS مانند 11. 802 معمولی عملکرد بازده مشابهی را فراهم می کند ولی فقط نیازمند 20% 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 2 اثر مرتبط را بررسی می کند. ما در بخش 3 پوسته را برای انطباق سرعت تحریک می کنیم. جزئیات دقیق طراحی و اجرای MARS به ترتیب در بخش های 4 و 5 ارائه شده اند. عملکرد الگوریتم را در بخش 6 ارزیابی می کنیم. بخش 7 نتیجه گیری مقاله است.
به خاطر داریم که در کل مقاله عبارت bit-rate به مدولاسیون فیزیکی اشاره دارد که فریم های 11. 802را کدگذاری می کند، frameبه هویت لایه MAC اشاره دارد، و packet به هویت شبکه / برنامه-لایه اشاره دارد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

abstract

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.

1. Introduction

Wireless mesh networks (WMNs) are touted to provide the next generation of ubiquitous network connectivity. IEEE 802.11-based WMNs enable service providers to extend connectivity to a wide geographical region with minimal cost by avoiding installation of cables and expensive base-stations. Numerous towns and cities around the world have deployed or plan to deploy IEEE 802.11-based WMNs to blanket the region with WiFi access. A parallel trend in network usage is the increased popularity of multimedia applications such as voice and video. The explosive growth in the usage of websites such as youtube.com is a testament to this trend. As the usage of these applications increases, it becomes necessary to support these applications on WMNs as well. A key characteristic of several multimedia streaming applications is their use of multicast transmissions for transportation of content. Multicast streams are particularly important when several clients wish to receive the same audio/video stream, e.g., a live stream of a football match, IP-based radio station, IPTV, webcast of a live TV (SkyPlayer from Sky Networks, UK). The ITU focus group for IPTV standardization recommends the use of IP multicast for the live video mode of operation of IPTV [1]. Multicast streams are also supported by popular multimedia streaming servers such as Windows Media Services, SHOUTCast and VLC. These multicast streams are characterized by their requirement of high bandwidth and low latency. In addition, these streams cannot tolerate high packet loss rates. In this context, we examine the ability of 802.11 WMNs to support high bandwidth, low latency, low loss multicast streams. In a multi-rate 802.11 network, devices are capable of transmitting packets using different modulation schemes and bit-rates varying from 1 Mbps to 54 Mbps. These devices dynamically select an appropriate transmission bit-rate using a rate adaptation algorithm to obtain high bandwidth. However, as per the 802.11 standard, the use of rate adaptation algorithms is currently restricted to unicast frames only. Multicast and broadcast transmissions are forced to use a fixed lower modulation bit-rate, usually the lowest bit-rate of 1 Mbps in a 802.11b/g network.1 This restriction has two effects related to multicast streams. First, it inherently limits the capacity available for a multicast stream, and thereby the maximum achievable bandwidth. Second, a stream that uses a bit-rate of 1 Mbps consumes a disproportionate fraction of airtime for transmission of its packets, and therefore may adversely impact other existing flows in the network, possibly even causing network congestion. Further, 802.11 multicast frames, unlike unicast frames, are transmitted without requiring an acknowledgement (ACK frame) from the receiver(s). This absence of feedback from the receiver inhibits the automatic error recovery through link-level retransmissions, and directly impacts the reliability of the multicast application streams. For these reasons, multicast-based streaming applications have generally been considered unsuitable for 802.11-based WMNs. Therefore, in order to support high throughput multicast streams, there is a need for a method to transmit multicast frames with low cost to the network. In addition, it is desirable to increase the degree of link-level reliability for multicast packets, similar to that provided by retransmissions for unicast frames. To this end, we propose Multicast Auto Rate Selection (MARS), wherein multicast transmissions in a wireless mesh network utilize higher modulation rates in order to increase the throughput of multicast flows. Our motivation for this approach is driven by the insight that mesh routers in most networks are deployed with careful planning, and in such networks, links among neighboring mesh routers are frequently of high quality to support higher modulation rates. Further, the mesh backhaul nodes are stationary, and link quality among neighbors can be measured quite accurately. MARS is a measurement driven scheme that actively tracks the quality of the links between a mesh router and its neighbors. Using this measurement, MARS selects the best transmission rate for each multicast group based on link quality to the members of that group. We equip MARS with the ability to retransmit multicast frames to increase link-level redundancy and thereby improve reliability. This flavor of the protocol is called MARS-R. The transmitter node selects one of the receiver nodes to respond with an ACK on successful packet reception. These schemes address the challenge of maximizing end-end throughput using a distributed solution, given the diverse set of link qualities throughout the network. Our contributions in this work are as follows: We motivate the case for rate adaptation of multicast frame transmissions in 802.11-based WMNs, via an analysis of link qualities in real networks. We propose MARS, a distributed measurement-driven rate adaptation approach for multicast transmissions. Further, the MARS-R enhancement enables retransmissions for such frames. We provide a practical implementation of MARS. Performance evaluation on a testbed shows that we are able to obtain about 600% increase in maximum endend throughput for some scenarios. MARS provides the same throughput performance as traditional 802.11 but requires only 20% of the transmission time. We find that the use of retransmissions and ACKs in MARS-R significantly increases the packet delivery ratio, and the associated additional overhead does not adversely affect performance. The remainder of the paper is organized as follows. Section 2 surveys related work. We motivate the case for multicast rate adaptation in Section 3. The details of the design and implementation of MARS are presented in Sections 4 and 5, respectively. We evaluate the performance of the algorithm in Section 6. Section 7 concludes the paper. We note that throughout the paper the term bit-rate refers to the physical modulation rate used to encode the 802.11 frames, frame refers to a MAC layer entity, and packet refers to a network/application-layer entity. 2.