Los investigadores del MIT han diseñado un esquema de control de congestión para redes inalámbricas que podría ayudar a reducir los tiempos de espera y aumentar la calidad en la transmisión de video. chat de video, juegos móviles, y otros servicios web.

Para que los servicios web funcionen sin problemas, Los esquemas de control de congestión infieren información sobre la capacidad de ancho de banda de una red y la congestión en función de la retroalimentación de los enrutadores de la red. que está codificado en paquetes de datos. Esa información determina qué tan rápido se envían los paquetes de datos a través de la red.

Decidir una buena tasa de envío puede ser un acto de equilibrio difícil. Los remitentes no quieren ser demasiado conservadores:si la capacidad de una red varía constantemente de, decir, de dos megabytes por segundo a 500 kilobytes por segundo, el remitente siempre puede enviar tráfico a la tasa más baja. Pero luego tu video de Netflix, por ejemplo, será innecesariamente de baja calidad. Por otra parte, si el remitente mantiene constantemente una tasa alta, incluso cuando la capacidad de la red cae, podría abrumar la red, creando una cola masiva de paquetes de datos esperando ser entregados. Los paquetes en cola pueden aumentar el retraso de la red, causando decir, su llamada de Skype para congelar.

Las cosas se complican aún más en las redes inalámbricas, que tienen "enlaces que varían en el tiempo, "con rápido, cambios de capacidad impredecibles. Dependiendo de varios factores, como el número de usuarios de la red, ubicaciones de torres de telefonía móvil, e incluso edificios circundantes, las capacidades pueden duplicarse o reducirse a cero en fracciones de segundo. En un artículo en el Simposio de USENIX sobre diseño e implementación de sistemas en red, los investigadores presentaron "Accel-Brake Control" (ABC), un esquema simple que logra aproximadamente un 50 por ciento más de rendimiento, y aproximadamente la mitad de la red se retrasa, en enlaces que varían en el tiempo.

El esquema se basa en un algoritmo novedoso que permite a los enrutadores comunicar explícitamente cuántos paquetes de datos deben fluir a través de una red para evitar la congestión pero utilizar completamente la red. Proporciona esa información detallada de los cuellos de botella, como los paquetes en cola entre las torres de telefonía celular y los remitentes, al reutilizar un solo bit que ya está disponible en los paquetes de Internet. Los investigadores ya están en conversaciones con operadores de redes móviles para probar el esquema.

"En las redes celulares, su fracción de capacidad de datos cambia rápidamente, provocando retrasos en su servicio. Los esquemas tradicionales son demasiado lentos para adaptarse a esos cambios, "dice el primer autor Prateesh Goyal, estudiante de posgrado en CSAIL. "ABC proporciona comentarios detallados sobre esos cambios, si ha subido o bajado, utilizando un solo bit de datos ".

Junto a Goyal en el papel están Anup Agarwal, ahora estudiante de posgrado en Carnegie Melon University; Ravi Netravali, ahora es profesor asistente de ciencias de la computación en la Universidad de California en Los Ángeles; Mohammad Alizadeh, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica (EECS) y CSAIL del MIT; y Hari Balakrishnan, el profesor Fujitsu en EECS. Todos los autores han sido miembros del grupo de Redes y Sistemas Móviles de CSAIL.

Lograr un control explícito

Los esquemas tradicionales de control de la congestión se basan en pérdidas de paquetes o en información de un solo bit de "congestión" en los paquetes de Internet para inferir la congestión y la ralentización. Un enrutador, como una estación base, marcará el bit para alertar a un remitente, digamos, un servidor de video:que sus paquetes de datos enviados están en una cola larga, señalización de congestión. En respuesta, el remitente reducirá su tasa enviando menos paquetes. El remitente también reduce su velocidad si detecta un patrón de paquetes descartados antes de llegar al receptor.

En un intento de proporcionar mayor información sobre enlaces con cuello de botella en una ruta de red, los investigadores han propuesto esquemas "explícitos" que incluyen múltiples bits en paquetes que especifican las tasas actuales. Pero este enfoque significaría cambiar por completo la forma en que Internet envía datos, y ha resultado imposible de implementar.

"Es una tarea ardua, "Dice Alizadeh." Tendría que realizar cambios invasivos en el Protocolo de Internet (IP) estándar para enviar paquetes de datos. Tendrías que convencer a todas las partes de Internet, operadores de redes móviles, ISP, y torres de telefonía móvil para cambiar la forma en que envían y reciben paquetes de datos. Eso no va a suceder."

Con ABC, los investigadores todavía usan el bit único disponible en cada paquete de datos, pero lo hacen de tal manera que los bits, agregados a través de múltiples paquetes de datos, puede proporcionar la información de tarifas en tiempo real necesaria a los remitentes. El esquema rastrea cada paquete de datos en un ciclo de ida y vuelta, del remitente a la estación base al receptor. La estación base marca el bit en cada paquete con "acelerar" o "frenar, "según el ancho de banda actual de la red. Cuando se recibe el paquete, el bit marcado le dice al remitente que aumente o disminuya los paquetes "en curso" (paquetes enviados pero no recibidos) que pueden estar en la red.

Si recibe un comando de aceleración, significa que el paquete llegó bien y la red tiene capacidad de reserva. Luego, el remitente envía dos paquetes:uno para reemplazar el paquete que se recibió y otro para utilizar la capacidad de reserva. Cuando se le dice que frene, el remitente reduce sus paquetes en vuelo en uno, lo que significa que no reemplaza el paquete que se recibió.

Usado en todos los paquetes de la red, que un bit de información se convierte en una poderosa herramienta de retroalimentación que les dice a los remitentes sus tasas de envío con alta precisión. Dentro de un par de cientos de milisegundos, puede variar la tasa de un remitente entre cero y el doble. "Uno pensaría que un bit no llevaría suficiente información, "Dice Alizadeh." Pero, agregando retroalimentación de un solo bit a través de un flujo de paquetes, podemos obtener el mismo efecto que el de una señal multibit ".

Mantenerse un paso por delante

En el núcleo de ABC hay un algoritmo que predice la tasa agregada de los remitentes un viaje de ida y vuelta por delante para calcular mejor la retroalimentación de aceleración / frenado.

La idea es que una estación base equipada con ABC sepa cómo se comportarán los remitentes, manteniendo, creciente, o disminuyendo sus paquetes en vuelo, según cómo marcó el paquete que envió a un receptor. En el momento en que la estación base envía un paquete, sabe cuántos paquetes recibirá del remitente en exactamente un tiempo de ida y vuelta en el futuro. Utiliza esa información para marcar los paquetes para hacer coincidir con mayor precisión la velocidad del remitente con la capacidad actual de la red.

En simulaciones de redes celulares, en comparación con los esquemas tradicionales de control de la congestión, ABC logra entre un 30 y un 40 por ciento más de rendimiento con aproximadamente los mismos retrasos. Alternativamente, puede reducir las demoras entre un 200 y un 400 por ciento manteniendo el mismo rendimiento que los esquemas tradicionales. En comparación con los esquemas explícitos existentes que no fueron diseñados para enlaces que varían en el tiempo, ABC reduce los retrasos a la mitad para el mismo rendimiento. "Básicamente, Los esquemas existentes obtienen un rendimiento bajo y retrasos reducidos. o alto rendimiento y grandes retrasos, mientras que ABC logra un alto rendimiento con bajos retrasos, "Dice Goyal.

Próximo, los investigadores están tratando de ver si las aplicaciones y los servicios web pueden usar ABC para controlar mejor la calidad del contenido. Por ejemplo, "un proveedor de contenido de video podría usar la información de ABC sobre la congestión y las tasas de datos para elegir la resolución de la transmisión de video de manera más inteligente, "Dice Alizadeh." Si no tiene suficiente capacidad, el servidor de video podría reducir la resolución temporalmente, por lo que el video continuará reproduciéndose con la mejor calidad posible sin congelarse ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.