UMEÅ UNIVERSITET
F ¨ ORSENING: DIN DATA KOMMER ALLDELES STRAX
F ¨ ordr ¨ ojning och p ˚averkan p ˚a Go-Back-N
Noradin Hagi Shire
Kandidatuppsats, 15 hp
Abstract
In todays society, the internet is all around us and use it in our everyday life.
From checking the schedule to signing on to your bank. This has made it so that data is traveling all around us, from our walls filled with cables to the air in wireless form. But data takes time to travel from computer to computer, and it has the problem that data is not saved just on its own. It can be lost or it can be corrupted. This means that we need safeguards in place for the data. Go-Back-N is a protocol that makes it so that data always gets to the recipient by resending data that has been lost. But it takes time. Also, the sender can’t send as much data as it wants. There needs to be a window where a certain amount of data can be sent and accepted before the sender can send out more. But what is the relation between the delay and window size? In this thesis, we look at the relationship between them and how it effect the protocol if the delay is turned down, or the window size is increased.
Inneh˚allsf¨ orteckning
1 Introduktion 1
1.1 Bakgrund 1
1.2 Syfte och fr˚agest¨allningar 1
1.2.1 Hypotes 2
1.3 Omf˚ang och avgr¨ansningar 2
2 Relaterat arbete 5
3 Teoretisk bakgrund 7
3.1 Automatic Repeat ReQuest 7
3.2 Go-Back-N 8
3.3 Teoretiska ¨overf¨oringseffektivitet formler 9
3.3.1 Modell utan brus 9
3.3.2 Modell med brus 10
3.4 F¨ordr¨ojningar 11
3.4.1 F¨or¨okningsf¨ordr¨ojning 11
3.4.2 ¨Overf¨oringsf¨ordr¨ojning 11
3.4.3 F¨orsenad bandbreddsprodukt(Delay bandwidth product) 11
4 Metod 13
4.1 Metodval 13
4.1.1 GBN Emulatorer 13
4.2 Datainsamling 14
4.2.1 ¨Okning p˚a paket antal 14
4.2.2 ¨Okning p˚a f¨ordr¨ojningen 14
4.3 Dataanalys 15
5 Resultat och analys 17
5.1 Resultat 17
5.1.1 Experimenten resultat 17
5.1.2 Teori resultat 17
5.2 Analys 18
5.2.1 Experiment 1: 10 Paket 18
5.2.2 Experiment 2: 100 Paket 18
5.2.3 Teori och praktik j¨amf¨orelse 18
6 Diskussion 23
6.1 Tolkning av resultat 23
6.1.1 Teori mot praktiken 24
6.2 Begr¨ansningar 24
6.2.1 Slutsats 25
6.2.2 Vidare arbete 25
7 K¨allf¨orteckning 27
1 Introduktion
1.1 Bakgrund
P˚alitlighet inom data¨overf¨oring ¨ar en aspekt som ¨ar mycket viktig inom datakommunikation.
Det ¨ar en av de st¨orsta anledningen till att man kan kommunicera med och n˚a ut till vem som helst i v¨arlden. Det var tack vare tv˚a ingenj¨orer Vint Cerf och Robert E. Kahn som designade vad som skulle bli ¨overf¨orings kontroll protokoll[Transmission Control Protocol] och ¨ar ett protokoll som anv¨ands mest i v¨arlden idag.[9][10] N¨ar tv˚a datorer kommunicerar med varan- dra s˚a kan det h¨anda att p˚a v¨agen dit genom n¨atverket s˚a kan potentiella riskerna uppst˚a med datan som kan st¨alla till det t.ex f¨orlust och korruption. Vilket kan g¨ora att datorerna inte kan prata med varandra p˚a ett effektivt s¨att.
F¨or att ˚atg¨arda dessa potentiella riskerna s˚a har man implementerad s¨arskilda protokoll som heter Automatic Repeat-Reqest (ARQ) protocols[1].Dessa protokoll ¨ar gjorda f¨or att hantera dessa potentiella risker p˚a olika s¨att f¨or att kunna garantera att all data fr˚an punkt A till punkt B kommer fram och de problemen som kan uppst˚a ˚atg¨ardas genom ˚aters¨andning.
Ett av dessa protokoll som arbetet ¨ar syftat mot kallas Go-Back-N (GBN). Men den g˚ar ocks˚a under ett annat namn, n¨amligen sliding window protokoll. Sliding window jobbar s˚a att punkt A kan skicka ett x antal datam¨angd ˚at g˚angen utan att punkt B beh¨over bekr¨afta (Acknowledg- ment eller Ack) att den har tagits emot datan till punkt A. Andra protokoll som ing˚ar i ARQ ¨ar Stop-and-Wait och Selective Repeat.[17] Alla dessa protokoll kommer med sina f¨ordelar och nackdelar, d¨arf¨or n¨ar man implementerar en av dessa protokoll i ett n¨atverk s˚a m˚aste man ta h¨ansyn till deras styrkor och svagheter f¨or att kunna f˚a ett mer p˚alitlig data¨overf¨oring[reliable data transfer or RDT].
N¨ar man studerar Go-Back-N finns det olika parametrar som t.ex f¨ordr¨ojning[Delay], F¨onsterstorlek[Window size]. F¨ordr¨ojning ¨ar tiden det tar att skicka information fr˚an A tills att det kommer fram till B. F¨onsterstolek ¨ar hur m˚anga paket A kan skicka till B innan den m˚aste bekr¨afta att f¨orsta paket har tagits emot.
1.2 Syfte och fr˚agest¨allningar
Fr˚agest¨allning:
• Hur p˚averkar ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning[Transmisson delay] och f¨onsterstorlek varandra.
Syftet med denna rapport ¨ar att testa och analysera GBN f¨or att kunna se hur f¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek p˚averkar varandra och hur deras relation p˚averkar GBN i helhet genom att kolla p˚a GBN genomstr¨omningeffektivitet[throughput]. Detta ska g¨oras genom att samla in data fr˚an en GBN emulator d¨ar man kan justera parametrar som f¨orlust, f¨ordr¨ojning ,f¨onsterstorlek.
Datan som samlas in fr˚an emulatorn analyseras genom helheten av
genomstr¨omningseffektiviteten [Throughput efficiency] av GBN. Sedan kommer resultatet att j¨amf¨oras och valideras av tv˚a olika teoretiska modeller f¨or ber¨akning av genomstr¨omnings- effektiviteten.
Varf¨or denna rapport studerar relationen mellan ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek
¨ar f¨or att det g˚ar inte att hitta artiklar som studerar dessa tv˚a parametrar i detalj och om de har en stor p˚averkan p˚a GBN effektivitet varken i praktik eller i teori. Det finns artiklar som unders¨oker f¨ordr¨ojning enskilt eller i relation med en annan parameter.[2][18]. Men inte re- lationen mellan ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek. Dessa tv˚a parametrar har en del p˚averkan p˚a hur mycket data man kan skicka innan det blir ineffektivt.
1.2.1 Hypotes
Hypotesen ¨ar att relationen mellan ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek, ju l¨agre
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning man har p˚a GBN desto st¨orre f¨onsterstorlek m˚aste man ha f¨or att GBN ska vara effektivare. Denna hypotes ¨ar delvis baserad p˚a en artikeln ”Delay and Throughput Analysis of Cognitive Go-Back-N HARQ in the Face of Imperfect Sensing”[2] som kom fram till att n¨ar kanaler ju mer en kanal ¨ar op˚alitlig d˚a sjunker effektiviteten vilket resulterar i en
¨okning p˚a f¨ordr¨ojningen. Denna hypotes fungerar bara inom vissa intervaller f¨or emulatorn, detta ¨ar f¨or att emulatorn har en del begr¨ansningar som till˚ater den att bara fungera inom de intervallen som finns i datainsamling(se avsnitt 4.2)
1.3 Omf˚ang och avgr¨ansningar
F¨or denna experiment s˚a g¨ors n˚agra antagande. F¨or varje paket s˚a ¨ar storleken 1024 bytes(8192 bits) p˚a en 1,5 Mbit/s med brus p˚a 0.056. Dessa antaganden g¨ors p˚a grund av att efterlikna en f¨oreg˚aende forskning som analyseras i boken Communication Networks[3]. Det kommer att vara tv˚a tabeller med olika antal paketstorlekar och i dem kommer det finnas tv˚a olika linj¨arer som visar olika ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojningar.
Dessa v¨arden ¨ar inte p˚a standarden som anv¨ands idag inom datakommunikation, men f¨or att kunna efterlikna resultaten och ekvationer fr˚an boken Communication Networks: Funda- mental Conceptsand Key Architectures[12] s˚a m˚aste dessa v¨arden anv¨andas.
Anledningen till att ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojningen ¨ar fokuset och inte f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning [Prop- agation delay] eller b˚ada ¨ar p˚a grund av det blir f¨or m˚anga parametrar som m˚aste bli ¨andrade och f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning kan inte bli h¨ogre ¨an ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojningen f¨or att d˚a kommer
¨overf¨oringseffektivitet att bli l¨agre f¨or GBN och att det tar l¨angre tid f¨or v¨anta p˚a svar.[6]
Avgr¨ansningar:
• ˚Aters¨andnings sluttid [Retransmission timeout]: Emulatorn jobbar med statiska v¨arden.
Bland dessa v¨arden finns det en parameter som hanterar tiden f¨or hur l¨ange det f˚ar ta en paket att komma fram, om tiden g˚ar av s˚a betyder det att den ¨ar borta och m˚aste skickas om. F¨or GBN emulatorn ¨ar den fixerad. Detta g¨or att det tar f¨or l˚angt tid att kunna testa ut olika varianter av ˚aters¨andning. Om man skulle g¨ora det s˚a kan detta leda till att jobba med ytterligare en parameter. Vilket inte ¨ar av intresse i denna rapport.
• Paket till f¨onster skala: F¨onsterstorleken kan inte g˚a ¨over en viss gr¨ans i relation till den totala antal paket som skickas tills emulatorn ¨ar klar. Detta kan leda till tider och ber¨akningar av genomstr¨omningen som inte har ¨ar konsekventa.
• F¨or¨okningsf¨ordr¨ojning och ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojningen m˚aste ha en specifika relationer till datahastigheten och kan inte vara s˚a h¨og, detta ¨ar p˚a grund av att emulatorn inte
¨ar bygg f¨or att kunna hantera det. Dessutom s˚a kan inte datahastigheten vara hur h¨og som helst i relation med f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning och ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojningen.
Denna rapport ¨ar inom omr˚aden d¨ar f¨orlust ska vara s˚a minimala som m¨ojligt,f¨or att kunna f˚a s˚a h¨og kvalitativa videos och r¨ost i samtal.
2 Relaterat arbete
Det finns m˚anga olika vetenskapliga artiklar som har unders¨okt p˚alitlighet inom data¨overf¨oring och f¨ordr¨ojning[2]. ¨Aven i rymden s˚a ¨ar p˚alitlig data¨overf¨oring och f¨ordr¨ojning en aspekt som rymdforskare jobbar med f¨or att ha en bra kommunikation mellan satelliter i rymden till jorden. I en vetenskaplig artikeln som heter ”Reliable transmission of consultative committee for space data systems file delivery protocol in deep space communication”[8] handlar det om p˚alitlighet inom fil¨overf¨oring av CFDP protokoll f¨or kommunikation i yttre rymden. Metoden i rapporten ¨ar testa ut 4 CFDP modeller f¨or att f¨ors¨oka hitta vilka som ska anv¨andas i olika uppl¨ankar och/eller nerl¨ankar.
Modellerna som unders¨oks ¨ar deferred negative acknowledge (ACK) model (DNM), imme- diate negative acknowledge model (INM), prompted negative acknowledge model(PNM) och asynchronous negative acknowledge model (ANM). Metoden som anv¨ands ¨ar en simulator d¨ar man kan ¨andra parametrarna som unders¨oks. Dessa parametrar ¨ar f¨orv¨antad tid av fillever- anser f¨or olika ¨overf¨oringshastigheter, antalet och storleken av paket enheter, BER(Bit Error rate) och hur ofta externa event h¨ander. De r¨aknar ut dock bara tv˚a av modellerna och inte alla. Detta ¨ar f¨or att en annan studie.
I diskussionen s˚a diskuteras resultaten fr˚an dessa 4 CFDP och om vilka modeller som ¨ar mest optimal under olika uppl¨ankar och/eller nerl¨ankar med parametrarna man har analyserat. I deras resultat s˚a har de olika grafer som visar olika situationer som kan uppst˚a i yttre rymdup- pdrag och att man m˚aste anpassa sig. Ist¨allet f¨or att bara skriva vilken som ¨ar mest optimal i diskussionen, radar man upp alla 4 protokoll. Detta visar vilka som ¨ar b¨asta alternativet fr˚an mest optimalt till icke-optimalt. Det ¨ar f¨or att ett problem kan uppst˚a med att man inte kan anv¨anda sig av den mest optimala s˚a ist¨allet s˚a kan man anv¨anda sig av den n¨ast protokoll som ¨ar n¨ast b¨ast optimerad. T.ex n¨ar uppl¨ankning och nerl¨ankning ¨ar anv¨andbar s˚a ¨ar pro- tokollen radade upp p˚a detta s¨att:
INM>DNM>ANM>PNM
Denna artikel[8] ¨ar v¨aldigt anv¨andbar inom omr˚adet p˚alitlig data¨overf¨oring och f¨ordr¨ojning f¨or datakommunikation. ¨Aven i rymden s˚a ¨ar datakommunikation en viktig del f¨or rymd- forskare och f¨ordr¨ojning och p˚alitlighet en aspekt som alltid f¨ors¨oks att optimeras. F¨or att det
¨ar n˚agonting som kommer alltid vara med inom datakommunikation och m˚aste jobbas runt f¨or att kunna effektiviseras ¨overf¨oringar vid l¨angre str¨ackor under kortare tid.
3 Teoretisk bakgrund
3.1 Automatic Repeat ReQuest
ARQ:s syfte ¨ar att ge p˚alitlighet inom data¨overf¨oring. Det man str¨avar efter ¨ar att f˚ar en p˚alitlig kanal som data kan ˚aka fram och tillbaka fr˚an tv˚a olika punkter utan att data g˚ar f¨orlorad. I verkligheten s˚a ¨ar det inte s˚a enkelt, d¨arf¨or existerar det inte en kanal som ¨ar p˚alitlig av sig sj¨alv. D¨ar paketf¨orlust eller korruption inte uppst˚ar. Ist¨allet har man s¨arskilda mekanismer och protokoll implementerade. Dessa implementationer g¨ora en op˚alitlig kanal ska kunna hantera korruption och paketf¨orlust. Vilket leder till att en kanal blir p˚alitlig. Ett exempel av p˚alitlig data¨overf¨orings protokoll ¨ar TCP. Detta protokoll ¨ar implementerat i en op˚alitlig end- to-end n¨atverkslager[1].
Traditionella applikationen av ARQ-protokoll var att s¨akerst¨alla p˚alitlighet i brus kanaler, vilket gjorde att man kunde f¨orst¨arka p˚alitligheten i en ¨overf¨oringshopp. Men nu har kanaler blivit mer p˚alitliga ¨an f¨or och d¨armed inneh˚aller mindre brus. Vilket ledde till att ARQ- protokoll ¨ar f¨or det mesta implementerade vid slutpunkter f¨or att s¨akra p˚alitligheten ¨over flera hopp inom ett n¨atverk och flera kanaler[12].
F¨or att kunna hanterar data korruption t.ex bitfel, finns det 3 fundamentala f¨orm˚agor som
¨ar obligatoriska f¨or ARQ-protokoll att inneh˚alla[1]. Dessa ¨ar Felavk¨anning[Error Detection], Mottagnings ˚aterkoppling[Receiver feedback] och ˚aters¨andning[Retransmission].
Felavk¨anning ¨ar en mekanism som till˚ater mottagaren att uppt¨acka n¨ar bitfel uppst˚ar.[1]
N˚agra av dessa tekniker n¨amns i boken Computer Networking A Top-Down Approach[13].
De ¨ar Cyclic Redundancy Checks (CRC), Checksumming methods och Parity Checks.
Ett s¨att som mottagaren kan ge ˚aterkoppling till s¨andaren ¨ar igenom bekr¨aftelse. Det kan vara antingen med positivt bekr¨aftelse(ACK). Detta s¨ager till s¨andaren att datan som har
¨overf¨orst till mottagaren har kommit igenom utan n˚agra problem. Ett annat alternativ ¨ar att ge ett negativt bekr¨aftelse (NACK), indikerar att datan som har skickats till mottagaren inneh˚aller errors/error. Metoden f¨or att kunna kommunicera tillbaka till s¨andaren ¨ar mot- tagnings ˚aterkoppling. Mottagaren kan meddela s¨andaren vad som h¨ander fr˚an mottagarens sida. Meddela om alla paket har kommit fram eller inte och om n˚agra paket har n˚agra bitfel.
N¨ar korruption uppst˚ar eller paket g˚ar f¨orlorad s˚a beh¨over s¨andaren skicka om paketet till mottagaren kallas f¨or ˚aters¨andning. Denna f¨orm˚aga g¨or s˚a att minsta lilla problem som up- pst˚ar s˚a kan mottagaren fr˚aga efter ett nytt paket. Vilket g¨or att ¨aven om paket blir f¨orlorad eller fel uppst˚ar s˚a kan s¨andaren alltid skicka om paketet p˚a nytt.
3.2 Go-Back-N
Go-back-N (GBN) ¨ar ett specifikt typ av ARQ-protokoll och dess syftet som de andra ARQ- protokollen ¨ar att ge en tj¨anst som tilll˚ater p˚alitlig kommunikation mellan s¨andaren och mot- tagaren.
Namnet GBN refererar till hur den fungerar n¨ar ett fel uppst˚ar.[14] Denna protokoll till˚ater s¨andaren att kunna ¨overf¨ora flera paket innan den f˚ar bekr¨aftelse av mottagaren. Begr¨ansningen
¨ar det kan endast finns ett maximalt antal av paket N, detta kallas f¨or f¨onsterstorlek. F¨or att f¨orst˚a GBN beh¨ovs n˚agra koncept f¨ortydligas[1].
I figur 1 s˚a ser man Basen[Base], det ¨ar den ¨aldsta paketet som har ¨overf¨orts till mottagare utan att den har blivit bekr¨aftad. N¨asta sekvenssumma [Nextseqsum] best¨ammer vilka paket som ska skickas h¨arn¨ast. Det ¨ar f¨or att kunna h˚alla ordningen p˚a alla paket s˚a att mottagaren f˚ar alla i r¨att ordning. Basen, N¨asta sekvenssumma och f¨onsterstorlek kan anv¨andas till att skapa dessa fyra olika intervaller i figur 1. [0,base-1] betyder att paketet har skickats och bekr¨aftats.
[base, nextseqsum-1] betyder att den har ocks˚a skickats men har inte bekr¨aftade. [nextseqsum, base+N-1] ¨ar paket som till˚atits att skickas, vilket betyder att den ¨ar inom f¨onsterstorleken och beh¨ovs inte bekr¨aftas innan hela f¨onsterstorleken har skickats. Sista intervallet ¨ar paket kan bara skickas i ordning inom f¨onsterstorleken efter den har bekr¨aftats.[1] Detta beskrivs i figur 1.
Figur 1:Hur det ser ut fr˚an s¨andarens perspektiv.[1]
Det finns en del essentiella h¨andelser som s¨andaren m˚aste svara p˚a n¨ar den kommunicerar med mottagaren. Om s¨andaren vill skicka ett ny paket, s˚a m˚aste man f¨orst unders¨oka om f¨onsterstorleken har n˚att sitt N antal eller inte. Vilket betyder att det finns nuvarande N ej bekr¨aftade. Om N inte har n˚att sin maximala antal s˚a skapas paketet och sedan skickas den iv¨ag. Det finnas en chans att f¨onstren ¨ar fylld och i detta fall s˚a kommer s¨andaren att ˚aterl¨amna den till ¨ovre lagret och paketet kommer att skickas senare eller n¨ar den har blivit buffrad.[15]
Sedan finns det h¨andelser som ¨ar bekr¨aftelser. N¨ar en s¨andare tar emot en bekr¨aftelse f¨or ett paket med ett sekvensnumret kallas det f¨or kumulativ bekr¨aftelse [cumulative acknowledg- ment]. Vilket betyder mottagaren har tagit emot alla sekvensnummer innan sekvens numret n. N¨ar mottagaren har tagit emot r¨att paket n och paketet ¨ar i r¨att ordning betyder det sista paketet som har levererats till ¨ovre lagret ¨ar sekvens numret n-1, d˚a ¨ar datan levererad till mot- tagarens ¨ovre lager. I b¨orjan s˚a n¨amndes det att namnet GBN refererar till hur den beter sig vid s¨arskilda fel. Om paket skickas s˚a s¨atts en tid p˚a den, om den f¨orloras eller f¨orsenad medans
Figur 2:Representation hur Go-Back-N fungerar.[5]
¨overf¨oringen kan det leda till ˚Aters¨andning sluttid[Retransmission timeout]. Detta kan man se i figur 2. Vilket leder till alla paket som har skickats till mottagaren inom f¨onsterstorleken N m˚aste s¨andaren skicka om, dvs ”g˚a tillbaka till N” [go-back-N]. Figur 2 visar en visuellt rep- resentation ¨over hur den GBN fungerar. I figuren s˚a blir paket 2 f¨orlorad och mottagaren tar emot alla andra paket och skickar bekr¨aftelser p˚a alla paket som den har tagit emot. N¨ar tiden g˚ar ut f¨or paket 2 som ¨ar nuvarande bas, d˚a kommer paketet 2 och alla andra paket efter den att skickas om. Det som kan h¨anda ¨ar att om en bekr¨aftelse f¨or paket x blir mottagen av s¨andaren och andra paketet i f¨onsterstorleken N har inte blivit bekr¨aftade ¨an d˚a kommer basen att up- pdateras till x+1 vilket betyder att f¨onstret kommer att skifta fram˚at och tidtagaren kommer att s¨attas om och processen kommer att f¨orts¨atta. Om inga paket har blivit bekr¨aftade, dvs inga paket ¨ar nuvarande i ¨overf¨oringen d˚a kommer tidtagaren att stoppas[15].
3.3 Teoretiska ¨overf¨oringseffektivitet formler 3.3.1 Modell utan brus
I boken High-Performance Communication Networks s˚a g˚ar man igenom teorin bakom hur man r¨aknar ut effektiviteten f¨or GBN[5]. Ekvationen har sitt fokus p˚a hur Go-back-N:s effek- tiviteten blir utan f¨orlust och korruption. I figur 3 s˚a kan man se ekvationen och alla variabler.
I denna del kommer ekvationen att f¨orklaras i djupare detalj.
F¨onsterstorleken(Window size) representeras som N och betyder hur m˚anga paket som kan
¨overf¨oras fr˚an s¨andaren innan mottagaren m˚aste s¨anda en bekr¨aftelse. F¨or¨okningsf¨ordr¨ojning (se avsnitt 3.4.1) representeras som PROP och ¨ar f¨ordr¨ojningen som uppst˚ar vid ¨overf¨oring av data fr˚an punkt A till punkt B. Ekvationen inneh˚aller 2PROP, detta ¨ar f¨or att f¨ordr¨ojningen uppst˚ar tv˚a g˚anger. F¨orsta g˚angen n¨ar s¨andaren skickar data till mottagaren, andra g˚angen
¨ar n¨ar mottagaren skickar tillbaka en bekr¨aftelse p˚a paketet. Sedan har man ACK vilket ¨ar bekr¨aftelse. N¨ar mottagaren har tagit emot paket s˚a m˚aste den ge ˚aterkoppling till s¨andaren och skickar bekr¨aftelse(ACK). Slutligen har man ¨overf¨oringshastigheten(transmisson time) som ¨ar hur mycket data som kan skickas under en viss hastighet och representeras som TRANS.
Figur 3:Teoretisk modell som man kan r¨akna ut effektivitet f¨or GBN.[5]
3.3.2 Modell med brus
Figur 4: ¨Ovre ekvationer ¨ar hur man r¨aknar ut effektivitets tiden och den undre ¨ar hur man r¨aknar ut ¨overf¨oringseffektivitete.[4]
I figur 4 inneh˚aller det tv˚a ekvationer som kommer ifr˚an boken skriven av Garcia and Widjaja [16]. Dessa formler ¨ar gjorda f¨or att kunna r¨akna ut effektiviteten av GBN.
Hur man r¨aknar ut b˚ade ¨overf¨oringeffektivitet och effektiv ¨overf¨oringstid f¨or GBN ¨ar pre- senterad i figur 4. Det finns en del essentiella saker som beh¨ovs f¨orklaras f¨or att kunna ha ett fullt f¨orst˚aelse f¨or ekvationerna. 𝑛𝑓 − 𝑛0representerar datan inuti en ram[frame]. Det betyder att rubrik[header] och CRC bitar exkluderas(𝑛0). 𝐸[𝑡𝑡 𝑜𝑡 𝑎𝑙] ¨ar genomsnittliga total tid f¨or att leverara en ram, det menas att (𝑛𝑓 − 𝑛0)/ 𝐸[𝑡𝑡 𝑜𝑡 𝑎𝑙] ¨ar den effektiva ¨overf¨oringstiden. Det blir d˚a att ¨overf¨oringeffektiviteten ¨ar den effektiv ¨overf¨oring av en ram delat p˚a den maximala bithastigheten(R).
GBN ¨ar en sliding window protokoll och ¨overf¨oringf¨onstern en viktig komponent i
¨overf¨oringseffektivitet. Detta ¨ar representerad genom variabeln 𝑊𝑠.F¨or ram-/paketf¨orluster representeras de som variablerna 𝑝𝑓 och kalkyleras genom 1 − (1 − 𝑃)𝑛𝑓 d¨ar 𝑛𝑓 ¨ar storleken p˚a en ramen och p ¨ar BER[16].
Ett problem med denna ekvationen ¨ar att det finns ingen f¨ordr¨ojning. Det kan st¨alla till problem sedan f¨or vid datainsamlingen unders¨oks p˚a olika f¨ordr¨ojningshastigheter i denna unders¨okning d¨ar fokuset ¨ar p˚a f¨onsterstorlek och ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning. Men g˚ar det att ut¨oka formlen med hj¨alp av f¨onsterstorleken och kan uttrycka relationen mellan F¨orsenad bandbreddsprodukt(se avsnitt 3.4.3) och ram-/paketstorleken. I figur 5 kan man se en ut¨okad ekvation som uttrycker effektivitet f¨or GBN.
Figur 5:Ut¨okad uttryck fr˚an figur 4 d¨ar W ¨ar ut¨okad.[4]
3.4 F¨ordr¨ojningar
3.4.1 F¨or¨okningsf¨ordr¨ojning
F¨or¨okningsf¨ordr¨ojning ¨ar tiden det tar f¨or alla bitar att komma fr˚an punkt A till punkt B.
N¨ar man har skicka bitarna ner till l¨anklagret s˚a beh¨over man skicka dem vidare till deras destination. F¨or att kunna r¨akna ut det s˚a tar man hur m˚anga meter det ¨ar mellan punkt A och B dividerad p˚a f¨or¨okningshastigheten [propagation speed] vilket ¨ar kabeln man anv¨ander vid sin uppkoppling(d/s).[11] Om man k¨or tr˚adl¨ost s˚a blir hastigheten automatiskt ljusets hastighet.
3.4.2 Overf¨¨ oringsf¨ordr¨ojning
¨Overf¨oringsf¨ordr¨ojning ¨ar tiden det tar f¨or att alla bitar att ta sig till l¨anklagret. Detta r¨aknas ut genom att tar hur m˚anga bitar det finns i en paket dividerad p˚a ¨overf¨oringshastigheten (L/R). Tiden ¨ar oftast i milli- eller microsekunder.[11]
3.4.3 F¨orsenad bandbreddsprodukt(Delay bandwidth product)
N¨ar man vill best¨amma maximala gr¨ansen av data som kan ¨overf¨oras vid vilken given tid som helst s˚a det ganska bra att anv¨anda sig av f¨orsenad bandbreddsprodukt. Det r¨aknar ut de genom att multiplicera datahastigheten och f¨or¨oknings f¨ordr¨ojning. 2(𝑡𝑝𝑟 𝑜 𝑝+𝑡𝑝𝑟 𝑜𝑐). Man multiplicerar med 2 ¨ar f¨or att man skickar data och sedan f¨or bekr¨aftelsen. 𝑡𝑝𝑟 𝑜𝑐 ¨ar process f¨ordr¨ojning. Det ¨ar d˚a att den unders¨oker paketets rubrik [Packet header] f¨or att senare efter unders¨oka att paketet inte har bitfel[11].
4 Metod
I denna avsnitt unders¨oks metodvalen f¨or denna unders¨okning, hur data fr˚an metoden kom- mer att samlas in och hur dataanalysen ska genomf¨oras.
4.1 Metodval
F¨or att kunna unders¨oka och analyser GBN s˚a beh¨ovs en milj¨o d¨ar man kan testar ut funktion- aliteten av GBN. D¨ar det finns risker som f¨orlust av paket eller paketkorruption. Man m˚aste kunna garantera att kanlen har brus, men kontrollerad brus. F¨or att kunna g¨ora det skulle ta allt f¨or l˚ang tid i ett riktigt n¨atverk f¨or denna unders¨okning. Dessutom i ett n¨atverk s˚a finns det andra faktorer som kan ha en stor p˚averkan p˚a slutresultaten. Ist¨allet f¨or att anv¨anda sig av ett riktig n¨atverk kan man anv¨anda en emulator som kan simulerar en milj¨o d¨ar man kan ha tv˚a punkter. Ena punkten skickar till den andra punkten och kan simulera p˚alitlig data¨overf¨oring.
En milj¨o som det kan man k¨ora tester d¨ar man ¨andrar nyckelparametrar och analyserar deras effektivitet p˚a GBN. I GBN emulatorn s˚a kan man sitta och justera parametrarna och simulera f¨orluster och korruption av paket som om det vore ett riktig n¨atverk. Man kan garantera att brus uppst˚ar i emulatorn eller inte. Dessutom s˚a finns inte samma faktorer som kan p˚averka simuleringen som ett riktig n¨atverk. Man har mer kontroll ¨over vad som sker i GBN emu- latorn. Vilket g¨or att man kan analysera GBN p˚a en djupare niv˚a. GBN emulatorn kommer anv¨andas att kolla p˚a hur f¨onsterstorleken och ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning p˚averkar varandra. F¨or att kunna g¨ora experimenten s˚a beh¨over man justera om parametrarna som ska unders¨okas.
Alla andra som inte unders¨oks ¨ar statiska. Efter det s˚a best¨ammer man dem olika intervall f¨or nyckelparametrarna. K¨or varje intervall ett antal g˚anger f¨or att f˚a ut en tid som ¨ar konsekvent.
Slutligen samla in tiderna f¨or effektiviteten p˚a GBN.
4.1.1 GBN Emulatorer
GBN Emulatorn kommer att anv¨andas f¨or att kunna besvara p˚a fr˚agest¨allningen f¨or denna unders¨okning genom att utf¨ora tester och samla in tider fr˚an GBN emulatorn. Kontrollen av emulatorn ¨ar genom att justera parametrar som t.ex hur m˚anga paket kan skickas till motta- garen innan s¨andaren m˚aste f˚a en bekr¨aftelse p˚a baspaketet. Man har m¨ojligheten att st¨alla antalet paket inom en f¨onsterstorleken till st¨orre eller mindre och analysera tiden p˚a GBN.
Parametrarna som existerar i emulatorerna ¨ar som f¨oljande:
• F¨onsterstorlek: Antalet paket som kan skickas innan s¨andaren m˚aste f˚a ett bekr¨aftelse.
• Antalet paket som skickas innan emulatorn avslutas: Det betyder att om man har t.ex 10 paket och s¨andaren har skickad 10 paketen till mottagaren, s˚a avslutas emulatorn.
• Sannolikheten att paketf¨orlust uppst˚ar: Om man s¨atter denna parameter till 0.1 s˚a be- tyder det att en av 10 paket kan komma att f¨orloras.
• Sannolikheten att korruption av paket uppst˚ar: Om man s¨atter denna parameter till 0.2 s˚a betyder det att av 5 paket s˚a kan en av de vara bli korrupta (detta ¨ar f¨or paket som inte har blivit f¨orlorade) .
• Datahastighet: Ankomsthastighet f¨or meddelanden fr˚an applikationslagret.
• F¨or¨okningsf¨ordr¨ojning(Propagation delay): Tiden f¨or ett paket att ¨overf¨oras mellan tv˚a punkter.(Avsnitt 3.5.1)
• ¨Overf¨oringf¨ordr¨ojning(Transmission delay): Tiden mellan ¨overf¨oringar av tv˚a lager.(Avsnitt 3.5.2)
Emulatorn som anv¨ands i denna unders¨okningen kommer ifr˚an en uppgift i boken Computer Networking[3].
4.2 Datainsamling
Data kommer att samlas in genom serier av experiment med hj¨alp av GBN emulatorn. I emula- torn s˚a finns det tv˚a olika f¨ordr¨ojnings parametrar. F¨or denna rapport s˚a kommer parametern
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning att unders¨okas. De andra parametrarna f¨orutom f¨onsterstorlek kom- mer att vara statiska.
F¨or varje paketstorleken 1024 bytes(8192 bits) p˚a en 1,5 Mbit/s med brus p˚a 0.056. Antagandet g¨ors f¨or att efterlikna ett f¨oreg˚aende unders¨okning som analyserat effektiviteten av GBN i boken Communication Networks[3].
Datahastighet f¨oljer en formel och ¨ar att ta paketstorleken delat p˚a ¨overf¨oringshastigheten vilket blir ungef¨ar 0.0055s. Experimenten kommer vara uppdelade i tv˚a delar:
4.2.1 Okning p˚a paket antal¨
Emulatorn kommer k¨ora tv˚a olika antal paket som skicka under en k¨orning. Ena ¨ar 10 paket och andra kommer vara 100 paket. F¨onsterstorleken kommer ¨okas med x-led. Detta ¨ar f¨or att se hur effektiviteten kommer att p˚averkas vid mer antal paket och st¨orre f¨onsterstorlek.
4.2.2 Okning p˚a f¨¨ ordr¨ojningen
F¨ordr¨ojningen kommer att vara v˚ara tv˚a linjer i graferna d¨ar ena f¨ordr¨ojningen ¨ar 0.0055s och andra ¨ar 0.01. Emulatorn kan inte klara av h¨og niv˚a av f¨ordr¨ojning(se avsnitt 1.2). Men dessa v¨arden ¨ar tillr¨ackligt att kunna se och unders¨oka skillnaden i tidseffektiviteten p˚a GBN i helhet.
N¨ar alla parametrar ¨ar satta f¨or att kunna simulera ett n¨atverk s˚a kommer tiderna att samlas in. Det g¨ors genom att k¨ora emulatorn 100 g˚anger per f¨ordr¨ojning med hj¨alp av ett script. Den l¨agger ihop alla tider och dividerar den 100, vilket ger genomsnittliga tiden. Hundra g˚anger
¨ar en relativt h¨ogt antal g˚anger. Detta g¨ors f¨or att f¨orlusten ¨ar s˚a pass l˚ag att det kan h¨anda att den aldrig h¨ander och att n¨ar det kommer till f¨orlust och korruption s˚a handlar det om sannolikhet f¨or att i verkligheten kan det finns flera orsaker till f¨orlust och korruption i ett n¨atverk. Vilket betyder att v¨ardena vid ett mindre antal k¨orningar kan leda till tider inte blir
konsekventa.
Medans dessa intervall unders¨oks s˚a kommer genomstr¨omningeneffektivitet fr˚an tv˚a olika teoretiska modeller att utr¨aknas och plottas ut i en graf f¨or att se vilken effekt f¨onsterstorlek, f¨ordr¨ojning har p˚a GBN.
4.3 Dataanalys
H¨ar kommer all data som har samlats in och utr¨akningarna fr˚an teoretiska modellerna[4][5]
(Avsnitt 3.4) att analysera.
Datan kommer att anv¨andas f¨or att f˚a en utr¨akning p˚a genomstr¨omningseffektivitet av GBN.
Detta anv¨ands f¨or att kunna se vilken p˚averkan f¨onsterstorlek och f¨ordr¨ojning har p˚a GBN.
F¨or att kunna g¨ora det s˚a beh¨over man f¨orst r¨akna ut ¨overf¨oringshastigheten(𝑅𝑒 𝑓 𝑓). I figur 6 s˚a dividerar man den totala antalet data som har ¨overf¨oras(𝑑𝑡 𝑜𝑡 𝑎𝑙) med totala ¨overf¨oringstiden (𝑡𝑡 𝑜𝑡 𝑎𝑙). Ekvationen anv¨ands f¨or att kunna veta hur mycket data som man ¨overf¨oras vid vilken tidpunkt som helst inom en given milj¨o. Genomstr¨omningseffektivitet ¨ar f¨orh˚allande mel- lan bandbred och maximala bandbreddprodukten. Figur 7 visar ekvationen hur man f˚ar ut genomstr¨omningseffektivitet ( ¨Overf¨oringshastigheten dividerad p˚a maximala bandbreddpro- dukten).
Sedan efter det s˚a kommer dessa v¨arden att j¨amf¨oras mot teoretiska modellerna f¨or att kunna validera resultaten och best¨amma noggrannheten av emulatorn.
Figur 6:Denna formeln beskriver hur man f˚ar fram ¨overf¨oringshastigheten. Totala antal data som ¨overf¨ors delat p˚a totala ¨overf¨oringstid.
Figur 7:Denna formeln beskriver hur man f˚ar genomstr¨omningseffektivitet.
¨Overf¨oringshastigheten dividerad p˚a maximala bandbreddprodukten.
5 Resultat och analys
I denna avsnitt s˚a ska resultaten presenteras fr˚an datainsamlingen fr˚an GBN emulatorn och teoretiska modellerna. Resultaten kommer att beskrivas och sedan analyseras. Efter det kom- mer en analys att g¨oras p˚a teoretiska modellernas noggrannhet mot GBN emulatorn.
5.1 Resultat
Figur 8 och 9 ¨ar resultatet fr˚an GBN emulatorn med utr¨akningar av
genomstr¨omningseffektivitet genom att ¨oka f¨onsterstorleken och anv¨anda olika
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojningar. Skillnaden mellan dessa tv˚a grafer ¨ar dem olika antal paket som skickas och f¨onsterstorleket. Det ¨ar f¨or att kunna se hur ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning p˚averkar f¨onsterstorleken vi h¨ogre paket antal och hur genomstr¨omningseffektivitet p˚averkas vid h¨oga eller l˚aga f¨ordr¨ojningar.
5.1.1 Experimenten resultat
I figur 8 s˚a ¨ar paketstorleken 10 och f¨onsterstorleken antal ¨okas med 3 d¨ar f¨onsterstorlek b¨orjar med 2. Detta ¨ar f¨or att se genomstr¨omningenseffektiviteten vid varje hopp som f¨onsterstorleken g¨or. Linjerna som ¨ar i grafen har tv˚a olika f¨ordr¨ojningar. Ena har 0.0055s och andra har 0.01s.
Samma sak med figur 9 bara med 100 paket som skickas under GBN emulatorns k¨orning.
F¨onsterstorleken ¨okar med 30 och b¨orjar p˚a 20. Alla andra parametrar ¨ar statiska (se Avsnitt 4.3). Detta ¨ar f¨or att inte p˚averka resultatet, f¨or att kunna se hur linjerna beter sig n¨ar man
¨andrar p˚a nyckelparametrarna. Det ¨ar ocks˚a f¨or att f¨orst˚a hur relationen mellan f¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek p˚averkas genom att ha olika f¨ordr¨ojningar med ¨okande f¨onsterstorlek.
Figur 10 visar en graf p˚a genomstr¨omningseffektivitet med ¨okande brusniv˚aer. Detta ¨ar f¨or att kunna replikera grafen ifr˚an boken ”Communication Networks”[7]. F¨or att kunna se om teoretiska modellen (se Avsnitt 3.4.1) kan validera emulatorns noggrannhet. F¨or denna graf s˚a har alla v¨arden fr˚an boken anv¨ands[7].
5.1.2 Teori resultat
Figur 11 ¨ar en graf fr˚an boken ”Communication Networks” som tittar p˚a tre olika Arq pro- tokoll och deras ¨overf¨oringseffektivitet n¨ar man s¨atter alla v¨arden f¨orutom brus som statiska v¨arden. Detta ¨ar f¨or att se hur ¨overf¨oringseffektiviteten ¨okar med s¨ankningen av bruset. I denna graf kommer fokuset ligga p˚a Go-back-N linjen.
Sedan har vi figur 12 som representerar en teoretisk modell som inte har n˚agot brus
¨overhuvudtaget. Grafen visar vad som h¨ander om man tar bort brus och vad som h¨ander med f¨onsterstorleken under ett visst f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning.
I figur 13 s˚a kan man se en tabell som visar en punkt fr˚an figur 11 men visar
genomstr¨omningseffektivitet ifr˚an GBN emulatorn testk¨orningar. Meningen med figur 13 ¨ar om man j¨amf¨or med boken[4] s˚a ¨ar det 6.5% skillnad. Vilket ¨ar en ganska stor procent skillnad mellan teori och emulatorn.
5.2 Analys
5.2.1 Experiment 1: 10 Paket
I figur 8 s˚a har den en l˚ag paket antal som skickas och ena linjerna har olika
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning. Man kan se en tydlig minskning av effektiviteten n¨ar f¨onsterstorleken
¨okas. Mellan 2 och 5 i f¨onsterstorleken f¨or den bl˚aa linjen s˚a kan man se att
genomstr¨omningseffektiviteten minskar med 1,1% och fr˚an 5 till 8 s˚a blir det en 0,5%, vilket
¨ar n¨astan h¨alften av effektivitets minskningen fr˚an 2 och 5. R¨oda linjen ¨ar det ganska mycket lik den andra, att effektivitetens procent minskningen ¨ar h¨ogre vid 2 och 5 ¨an i 5 och 8. Man kan ocks˚a se en tydlig ¨okning av effektiviteten n¨ar ena har en h¨ogre ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och den andra som har en l˚ag ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning. En sak att p˚apeka ¨ar att vid dessa sm˚a paket antal s˚a ¨ar f¨orlusten 5,6% vilket betyder att av 10 paket s˚a blir chanserna f¨or ett paket g˚ar f¨orlorad ¨ar v¨aldigt lite. Skillnaden i ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning mellan dessa tv˚a linjer i grafen
¨ar 0,055s. V¨ardena som har anv¨ants f¨or parametrarna i GBN emulatorn f¨or figur 8 ¨ar:
Paket antal= 10, f¨orlust=0,brus=0,056(5,6%), datahastighet = 0,0055s, f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning = 0,005s.
5.2.2 Experiment 2: 100 Paket
I figur 9 s˚a har den samma v¨arden f¨or parametrarna i GBN emulatorn som i figur 8. Skill- naden mellan dessa tv˚a grafer ¨ar paket antalet och f¨onsterstorleken. H¨ar har det multiplicer- ats med 10 f¨or paket antalet och f¨onsterstorleken. Figuren visar samma trend som figur 8.
En tydlig genomstr¨omningseffektivitet minskning vid ¨okas f¨onsterstorlek, mindre procent minskning i effektivitet mellan st¨orre f¨onsterstorlek och ¨okad effektivitet vid minskning av
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning. H¨ar ¨ar det dock att paket antalet ¨ar 10 g˚anger st¨orre(100) vilket bety- der att bruset som sitter p˚a 0,056 kommer d˚a att leda till att i genomsnitt 5 paket kommer att bli korrupta och d˚a beh¨over de skickas om. I figuren s˚a ¨ar visar linjerna olika
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning. V¨ardena som har anv¨ants f¨or parametrarna i GBN emulatorn f¨or figur 8 ¨ar:
Paket antal= 100, f¨orlust=0, brus=0,056(5,6%), datahastighet = 0,0055s, f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning = 0,005s.
5.2.3 Teori och praktik j¨amf¨orelse
Figur 10 s˚a ¨ar det en graf p˚a hur effektiviteten blir vid minskning av brus. V¨ardena som har anv¨ants ¨ar:
Paket=100, f¨onsterstorleken=4, datahastighet=0,0055,f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning=0,0055,
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning = 0,0055.
Man kan se en tydlig trend h¨ar d¨ar desto l¨agre bruset blir, desto b¨attre effektivitet f˚ar GBN vid
¨overf¨oring av paket. Men den ¨ar d¨ar f¨or att kunna j¨amf¨oras mot figur 11. De ¨ar lika varandra men det finns visa punkter d˚a de har en ganska stor skillnad i procentuell effektivitet. Dessu- tom s˚a har dessa tv˚a olika f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning. Skillnaden ¨ar 0,0005s vilket ¨ar inte en stor skillnad. Man kan se att formen i figur 10 av grafen inte ¨ar dessamma som 11.
Man ser i figur 12 att utan bruset s˚a ¨oka genomstr¨omningseffektiviteten linj¨art. Detta beror p˚a att utan f¨orlust och korruption s˚a kommer allt som s¨andaren skickat att komma fram till mottagaren och f˚a alltid tillbaka en bekr¨aftelse.
Figur 8:Denna graf visar genomstr¨omningseffektiviteten fr˚an emulatorn med paket antal 10. Linje bl˚a representerar h¨og f¨ordr¨ojning medans linje r¨od representerar en l˚ag f¨ordr¨ojning. Visar hur genomstr¨omningseffektvitet med f¨onsterstorlek ¨okning.
Figur 9:Denna graf visar genomstr¨omningseffektiviteten fr˚an emulatorn med paket antal 100. Linje bl˚a representerar h¨og f¨ordr¨ojning medans linje r¨od representerar en l˚ag f¨ordr¨ojning. Visar hur genomstr¨omningseffektvitet med f¨onsterstorlek ¨okning.
Figur 10:Denna graf visar en ¨overf¨oringseffektivitet med att brusen ¨okas. Detta ¨ar f¨or att kunna replikera figur 11 f¨or att kunna j¨amf¨ora ekvationen med brus mot emulatorn.
Figur 11: ¨Overf¨oringseffektivitet p˚a olika ARQ protokoll.
Figur 12:Denna graf visar ekvationen utan brus med parametrarna: TRANS=2000,ACK=80 och PROP=46,500. Detta visar hur det ser ut med f¨onsterstorleken n¨ar brus inte existerar.
Figur 13:Denna tabell visar en punkt som figur 11 med effektiviteten skillnaden mellan em- ulatorn och teorin.
6 Diskussion
I detta avsnitt s˚a ska resultaten och analysen att diskuteras. Dessutom s˚a kommer de teoretiska modellerna att diskuteras och j¨amf¨oras mot emulatorns resultat. Begr¨ansningar av emulatorn och teoretiska modellerna kommer att diskuteras. Slutligen s˚a kommer en slutsats att dras, en snabb sammanfattning ¨over hela unders¨okningen och rapporten och hur man kan jobba vidare med hj¨alp av denna rapport.
6.1 Tolkning av resultat
I analysen (se Avsnitt 5.1.1) s˚a g˚ar man igenom vad som h¨ander i figur 8 och 9. Man kan se att n¨ar ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning ¨okar s˚a f˚ar man ett s¨amre genomstr¨omningseffektivitet.
Detta ¨ar f¨or att det tar l¨angre tid f¨or alla bitar att komma fram till l¨ankenlagret. Vilket be- tyder att mottagaren f˚ar v¨anta en l¨angre tid f¨or att paket ska komma fram. Dessutom med l¨agre ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning s˚a ser att man f˚ar ett b¨attre genomstr¨omningseffektivitet ifr˚an GBN emulatorn. D˚a beh¨over inte mottagare v¨anta lika l¨ange f¨or att f˚a datan, f¨or att bitarna tar kortare tid att komma fram till l¨ankenlagret. Det man kommer fram till ¨ar att relationen mellan ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek ¨ar att vid ¨okande f¨onsterstorlek, med en statiskt f¨ordr¨ojning s˚a blir genomstr¨omningeneffektiviteten av GBN f¨ors¨amrad. N¨ar en h¨og
¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och en l˚ag ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning med ¨okande f¨onsterstorlek s˚a har den med l¨agre ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning b¨attre genomstr¨omningseffektivitet p˚a GBN.
Man kan ocks˚a se att i b˚ade figur 8 och 9 att med olika ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning s˚a blir genom- str¨omningseffektiviteten s¨amre vid ¨okningen av f¨onsterstorlek. Det ¨ar f¨or att om brus ex- isterar i en kanal s˚a kommer genomstr¨omningseffektiviteten att minska vid ¨okningen av f¨onsterstorlek. Detta ¨ar f¨or att om brus existerar s˚a kommer ¨okande f¨onsterstorleken att f¨orlora paket, vilket leder till att de m˚aste skicka om paket. N¨ar f¨onsterstorleken ¨okar s˚a
¨okar antalet paket som kan skickas utan att dem bekr¨aftas. D˚a om ett paket f¨orloras n¨ar f¨onsterstorleken ¨ar h¨og, s˚a kommer man beh¨ova skicka om alla paket inom f¨onsterstorleken
¨aven ifall om bara ett paket g˚ar f¨orlorat. Vilket kan leda till l¨angre tid och f¨ors¨amrad genom- str¨omningseffektivitet. I figur 12 s˚a kan man se vad som h¨ander d˚a brus inte existerar. Vid
¨okningen av f¨onsterstorlek s˚a kommer genomstr¨omningseffektiviten att ¨oka desto mer f¨onsterstorleken ¨okar. Dessutom ju l¨agre f¨ordr¨ojning man har desto b¨attre blir
genomstr¨omningseffektiviten p˚a GBN.
Om man ˚aterg˚ar till ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek s˚a kan man se att i figur 8 och 9, n¨ar det ¨ar l¨agre ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning vid samma f¨onsterstorlek leder det till att effek- tiviteten ¨okas f¨or GBN. Om man ist¨allet l˚ater ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning vara densamma och ¨okar med f¨onsterstorleken, s˚a kommer effektiviteten att minska. D˚a betyder det att relationen mel- lan ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek med brus ¨ar, desto l¨agre ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning med en statisk f¨onsterstorlek desto b¨attre genomstr¨omningseffektivitet kommer GBN att ha.
Men med en statisk ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning med ¨okande f¨onsterstorlek leder till s¨amre genom-
str¨omningseffektivitet p˚a GBN. Dessa experiment st¨odjer min hypotes som tar delvis st¨od fr˚an en existerande artikel[2](se avsnitt 1.2). Om har mer brus i en kanal s˚a minskar effektiviteten p˚a GBN och det g¨or att f¨ordr¨ojningen blir ¨okad. H¨ar ¨okar man ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och med en h¨ogre f¨ordr¨ojning kan det leda till mer f¨orluster, korruption och slutligen f¨ors¨amre effektivitet.
6.1.1 Teori mot praktiken
En sak att betona med denna unders¨okning ¨ar att resultaten inte har j¨amf¨orts med en teoretisk modell. Antagandet f¨or relationen mellan ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek ¨ar bara baserad p˚a resultaten ifr˚an GBN emulatorn. Detta ¨ar p˚a grund av att det finns saker i ekvation- erna som definieras, men som inte GBN emulatorn definierar. Vilket gjorde att konflikter och problem uppstod. F¨or exempel i figur 13 effektiviteten ¨ar ifr˚an GBN emulatorn n¨ar den k¨orde parametrarna fr˚an boken Communication Networks: Fundamental Conceptsand Key Archi- tectures[4]. Resultatet blev 7,5% medans i boken ¨ar det ungef¨ar 14% vilket ¨ar en stor avvikelse mellan teori och praktik. Man kan ¨aven se en skillnad mellan figur 11 och 10. H¨ar har de exakt samma parametrar, de ser n¨asta likadana ut, men man se att genomstr¨omningseffektivitet p˚a dessa tv˚a ¨ar inte densamma. Fr˚agan ¨ar varf¨or problemet uppst˚ar, om de k¨or under samma parametrar. Hur kan det finnas n˚agon skillnad mellan dessa tv˚a som ¨ar mer ¨an 6% skillnad mellan teorin och emulatorn? Svaret ¨ar att teoretiska modellerna och GBN emulatorn inte ¨ar j¨amf¨orbara. Detta ¨ar f¨or att det fanns m˚anga variabler i teorin som emulatorn inte tog h¨ansyn till och variabler som emulatorn tog i ˚atanke vilket inte gjordes i teorin.
Detta betyder inte att ekvationerna eller emulatorn ¨ar felaktiga. De fungerar under olika situ- ationer. D¨arf¨or n¨ar man unders¨oker experimentets noggrannhet med hj¨alp av dessa tv˚a ekva- tioner ¨ar inte m¨ojligt. F¨or att man f˚ar olika v¨arden, vilket g¨or att man undrar om emulatorn inte fungerar eller att ekvationerna inneh˚aller felaktigheter. Tiden f¨or ¨overf¨oringen i ekvationen med brus och i emulatorn blir exempelvis mindre n¨ar man minskar p˚a ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning.
Detta indikera att ¨aven om de inte fungerar med varandra, b˚ada minskar eller ¨okar n¨ar nyck- elvariabler ¨andras. Vilket betyder att b˚ada fungerar p˚a r¨att s¨att under olika situationer.
F¨or ekvationen utan brus fungerar den inte alls med emulatorn, dels f¨or begr¨ansningar (se avsnitt 6.2) och att relationen mellan ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek ¨ar mer kom- plicerad med brus. Utan brus kommer den bara ¨oka linj¨art. Detta ¨ar inte direkt realistisk f¨or att med f¨ordr¨ojning kommer det n¨astan alltid uppst˚a korruption och f¨orluster.
6.2 Begr¨ansningar
GBN emulatorn har inte varit den enklaste att samla in data med. Det ¨ar f¨or att den har m˚anga parametrar att uppdatera som att kunna k¨ora under olika intervall d¨ar alla parame- trar inte bryter mot varandras formler. Vid h¨oga paket antal s˚a kan emulatorn till och med sluta fungera. Sen ¨ar det att ˚aters¨andningen inte fungerar riktigt som t¨ankt, d¨ar man m˚aste sj¨alv unders¨oka hur mycket den ¨ar satt till och utifr˚an det subtrahera den fr˚an den totala
¨overf¨oringstiden. Ett annat problem har varit att man inte har andra ekvation f¨or att kolla mot teoretiska modellen med brus. F¨onsterstorleken i emulatorn har varit den st¨orsta begr¨ansningen.
Detta ¨ar f¨or att vid n˚agra tider under emulatorn k¨orning s˚a fick man v¨arden som inte var kon- sekventa. Den kunde g˚a upp och ner och inte vara konsekventa med tiderna som redan hade samlats in.
Dessutom fanns det n˚agra fall d¨ar teorin och emulatorn tog lite frihet med n˚agra av parame- trarna. Om man k¨orde de parametrarna med slumpm¨assiga v¨arden, s˚a stred dem emot andra parametrarnas och variablernas fundamental ekvationer. Exempelvis:
1 Emulatorn tar inte h¨ansyn till bekr¨aftelse. Den antar att den f˚ar tillbaka en bekr¨aftelse under k¨orningen, men utan att ha i ˚atanke att bekr¨aftelsen ¨ar data som m˚aste hanteras och r¨aknas in i ¨overf¨oringseffektiviteten. Detta ¨ar en ganska stor sak som inte g˚ar att ignoreras. Modellen utan brus tar det i ˚atanke att data kommer fl¨oda ˚at b˚ada h˚allen, genom att anv¨anda sig av bekr¨aftelse i sin ekvation. Det g¨or inte modellen med brus.
2 B˚ade teoretiska modellerna och emulatorn g˚ar det l¨agga in slumpm¨assiga tal i
f¨or¨okningsf¨ordr¨ojningen. Detta g¨or att den bryter mot formeln f¨or f¨or¨okningsf¨ordr¨ojningen som den ¨ar byggd p˚a. Formeln d/s ¨ar f¨or¨okningsf¨ordr¨ojning och desto h¨ogre f¨ordr¨ojningen s˚a kommer antingen distansen p˚a datorn som kommunicerar med beh¨over ¨okas eller kommer f¨or¨okningshastigheten att sjunka. Detta ¨ar inte n˚agonting man kan ¨andra p˚a s˚a enkelt i verkligheten om man inte pratar om tr˚adl¨os kommunikation.
6.2.1 Slutsats
I denna rapport s˚a har det pratas om GBN. GBN emulatorn och teoretiska modellerna har testats och analyserats. Fr˚agest¨allningen som st¨alldes i b¨orjan av unders¨okningen var som f¨oljande:
• Hur p˚averkar f¨ordr¨ojning och f¨onsterstorlek varandra.
Detta unders¨oktes genom serier av experiment med hj¨alp av en GBN emulator. Sedan har data samlats in och analyseras genom att r¨akna ut ¨overf¨oringstiden och sedan
genomstr¨omningseffektivitet. Efter j¨amf¨oras emulatorn mot tv˚a olika teoretiska ekvationer.
Slutsatsen efter analysen ¨ar att ju l¨agre f¨ordr¨ojning med samma f¨onsterstorlek, desto b¨attre effektivitet f¨or GBN. Med samma ¨overf¨oringsf¨ordr¨ojning och med ¨okande f¨onsterstorlek leder det till s¨amre genomstr¨omningseffektivitet. Denna slutsats ¨ar bara f¨or GBN emulatorn. Detta
¨ar f¨or att teorin och praktiken inte ¨ar direkt j¨amf¨orbara. Detta ¨ar p˚a grund av att de fungerar i olika kontexter och kan inte anv¨andas f¨or att j¨amf¨ora GBN emulatorn med teorin.
6.2.2 Vidare arbete
Fr˚an denna rapport s˚a skulle vidare arbetet kunna bli att f˚a teorin som anv¨ands i denna rap- port och GBN emulatorn att vara j¨amf¨orbara. Det skulle kunna g¨ora att man kan med mer noggrannare unders¨oka andra relationer inom GBN. Man skulle kunna g¨ora det genom att f¨orst hitta eller skapa en ekvation f¨or hur data ¨overf¨ors och implementera det i emulatorn som anv¨andes in denna rapport. Det skulle leda till att b˚ade teorin och praktiken ¨ar mer n¨arliggande. F¨or att kunna noggrannare se hur mycket genomstr¨omningseffektiviteten ¨ar f¨or GBN, med mindre procentuell skillnad mellan den teoretiska modellen med brus och GBN emulatorn. Eller f¨ors¨oka integrera ekvationen i GBN emulatorn.
Ekvationen utan brus ¨ar n˚agonting som inte riktig kan j¨amf¨oras mot verkligheten idag. Men det f˚ar en att t¨anka p˚a framtiden och hur det kan se ut om vi n˚agonsin eliminerat brus, s˚a att f¨orlust och korruption inte kan ske. D˚a kan ekvationen utan brus anv¨andas f¨or att r¨akna ut hur mycket data som kan skickas. F¨ore det, blir det att f¨orb¨attra ekvationen, s˚a att det finns
f¨arre variabler den m˚aste ta h¨ansyn till. Sedan att implementera ekvationen i emulatorn och testa den f¨or att kunna se hur genomstr¨omningseffektiviteten blir utan brus.
7 K¨allf¨ orteckning
1
James F. Kurose and Keith W. Ross. Computer Networking A Top-Down Approach. Pearson Education Limited, 2016. Chap. 3.
2
A. Rehman, L-L. Yang, and L. Hanzo. “Delay and throughput Analysis of Cognitive Go-Back-N HARQ in the Face of Imperfect Sensing”.(2017).
3
James F. Kurose and Keith W. Ross. Computer Networking A Top-Down Approach. Pearson Education Limited, 2016, p. 329.
4
Alberto. Leon-Garcia and Indra. Widjaja. Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures. McGraw-Hill Education, 2004, p. 289–296.
5
Jean Walrand, Pravin Varaiya, in High-Performance Communication Networks (Second Edi- tion), 2000 (https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/go-back-n)
6
International Teletraffic Congress Juan-les-Pins, F., 2013. The Fundamental Role Of Teletraffic In The Evolution Of Telecommunications Networks. 1st ed. Elsevier, p.1502.
7
Alberto. Leon-Garcia and Indra. Widjaja. Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures. McGraw-Hill Education, 2004, p.293.
8
H. Li, H. Luo, F. Yu and Z. Lu, Reliable transmission of consultative committee for spacedata systems file delivery protocol in deep space communication,”in Journal of SystemsEngineer- ing and Electronics, vol. 21, no. 3, pp. 349-354, June 2010
9
V. Cerf and R. Kahn. “A Protocol for Packet Network Intercommunication”.(1974).
10
V. Cerf, D. Yogen, and C. Sunshine. SPECIFICATION OF INTERNET TRANSMISSION CON- TROL PROGRAM.://tools.ietf.org/html/rfc675.
11
James F.Kurose and KeithW.Ross. Computer Networking A Top-Down Approach. Pearson Education Limited, 2016. Chap. 1.
12
Alberto. Leon-Garcia and Indra. Widjaja. Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures. McGraw-Hill Education, 2004, pp. 272–273.
13
James F. Kurose and Keith W. Ross. Computer Networking A Top-Down Approach. Pearson Education Limited, 2016, pp. 472–479.
14
Alberto. Leon-Garcia and Indra. Widjaja. Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures. McGraw-Hill Education, 2004, p. 279.
15
James F. Kurose and Keith W. Ross. Computer Networking A Top-Down Approach. Pearson Education Limited, 2012. Chap. 3.
16
Alberto. Leon-Garcia and Indra. Widjaja. Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures. McGraw-Hill Education, 2004, pp. 289–296.
17
James F. Kurose and Keith W. Ross. Computer Networking A Top-Down Approach. Pearson Education Limited, 2016. Chap. 5.
18
Koen De Turck and Sabine Wittevrongel. Delay analysis of Go-Back-N ARQ for correlated error channels, 2009
