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Aumentar la velocidad de la red inalámbrica en un 1000%, reemplazando paquetes con álgebra

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Un equipo de investigadores del MIT, Caltech, Harvard y otras universidades de Europa han ideado una forma de aumentar el rendimiento de las redes inalámbricas hasta 10 veces, sin aumentar la potencia de transmisión, sin agregar más estaciones base o usar más espectro inalámbrico. Se espera que esto tenga enormes repercusiones en el rendimiento de las redes LTE y WiFi.

En esencia, la innovación, llamada TCP codificado, hace que la pérdida de paquetes desaparezca por completo. En las redes cableadas, la pérdida de paquetes es increíblemente rara, pero en las redes inalámbricas es uno de los mayores problemas que afectan el rendimiento. De acuerdo a Revisión de tecnología, Las redes WiFi del MIT generalmente pierden el 2% de los paquetes; mientras que en un tren rápido, la pérdida de paquetes se acerca al 5%.

Un solo paquete descartado provoca un aumento en la latencia: el receptor tiene que comunicarle al remitente que falta el paquete y no puede hacer nada hasta que se reciba un paquete de reemplazo. Si hay una pérdida significativa de paquetes, esto da como resultado mucha latencia, muchos datos reenviados y, en última instancia, una conexión con poco ancho de banda. Esta es la razón por la que los adaptadores inalámbricos (WiFi, LTE, Bluetooth, etc.) negocian la velocidad máxima del enlace, ya que algunos entornos (trenes rápidos, casas con paredes gruesas) simplemente tienen demasiadas pérdidas para mantener un alto rendimiento.

Un gráfico que ilustra los efectos de la pérdida de paquetes en el rendimiento total de un enlace de red.

Un gráfico que ilustra los efectos de la pérdida de paquetes en el rendimiento total de un enlace de red.

La creación de los investigadores, TCP codificada, es una forma novedosa de transmitir datos para que los paquetes perdidos no den como resultado una mayor latencia o reenvío de datos. Si bien el proceso exacto se mantiene en secreto (y ya ha sido autorizado por “varias empresas”), podemos explicar el proceso básico. En un enlace TCP estándar (es decir, su LAN por cable o red WiFi inalámbrica), su adaptador de red transmite un flujo constante de paquetes (bloques de aproximadamente 1.500 bytes). Cada paquete tiene un encabezado que almacena la dirección IP de destino, entre otras cosas. Cuando un paquete pasa a través de un enrutador, el enrutador inspecciona el encabezado y lo reenvía hacia las direcciones IP de destino. En el destino, estos paquetes se vuelven a ensamblar en el archivo original. Si se pierde un solo paquete, el destinatario debe esperar hasta que se pueda reenviar.

Con TCP codificado, los bloques de paquetes se agrupan y luego se transforman en ecuaciones algebraicas que describen los paquetes. Si se pierde parte del mensaje, el receptor puede resolver la ecuación para derivar los datos faltantes. El proceso de resolver las ecuaciones es «simple y lineal», lo que significa que no requiere mucho procesamiento por parte del enrutador / teléfono inteligente / computadora portátil.

Espirales de luzEn las pruebas, el TCP codificado resultó en algunas mejoras dramáticas. El MIT descubrió que el WiFi del campus (pérdida de paquetes del 2%) pasó de 1 Mbps a 16 Mbps. En un tren de rápido movimiento (5% de pérdida de paquetes), la velocidad de conexión saltó de 0,5 Mbps a 13,5 Mbps.

Para ser honesto, estas mejoras no son tan sorprendentes. TCP fue diseñado para redes cableadas, donde los paquetes perdidos son generalmente un signo de congestión. Las redes inalámbricas tienen una necesidad desesperada de corrección de errores de reenvío (FEC), y eso es exactamente lo que proporciona el TCP codificado.

Hay salvedades sobre la mejora de la velocidad, por supuesto. En una red sin pérdidas, TCP codificado no hará nada; esta innovación no va a aumentar repentinamente el rendimiento de las redes 802.11n de 300 Mbps a 3000 Mbps. Sin embargo, las redes inalámbricas sin pérdidas son increíblemente raras, y para las redes celulares, donde instalar más estaciones base es la solución muy costosa para la pérdida de paquetes, el TCP codificado podría ser una gran ayuda.

También vale la pena señalar que los investigadores no han probado una implementación a gran escala de TCP codificado. Si todos en un tren, en un aeropuerto o en una red celular de repente ven un gran aumento en la velocidad de conexión, podría haber daños colaterales imprevistos.

En el futuro, el TCP codificado se está licenciando activamente a los fabricantes de hardware, y presumiblemente podríamos comenzar a verlo en productos comerciales en un plazo bastante corto.

Ahora lea: Los haces de vórtice inalámbricos de capacidad infinita transportan 2.5 terabits por segundo

Trabajo de investigación: Modelado del rendimiento TCP codificado en red: un modelo simple y su validación (no es la técnica exacta discutida aquí, pero está relacionada)