تکنیکی برای افزایش ده برابری سرعت اینترنت?

محققان در دانشگاه Aalborg, MIT و Caltech یک روش ریاضی جدید ابداع کرده اند که می تواند سرعت داده های اینترنت را تا 10 برابر تقویت کند، بدین وسیله که گره های شبکه را هوشمندتر و قابل انطباق تر نمایند. این پیشرفت امنیت انتقال داده ها را به شکل گسترده تقویت می کند، و راهی برای شبکه های 5G موبایل، ارتباطات ماهواره ای و اینترنت فراهم می کند.
افزایش سرعت اینترنت
مشکل TCP/IP
داده ها در اینترنت از طریق «بسته هایی» یا قطعات کوچک دیجیتالی ارسال می شود. فرمت دقیق بسته ها و پروسه ی تحویل آن ها به مقصد را با چند پروتکل به نام TCP/IP توضیح می دهیم که در دهه ی 70 میلادی طراحی شده است.

در آن زمان پروتکل اینترنت یک پرش بزرگ به سمت جلو بود که درالگوی انتقال داده های دیجیتال انقلابی ایجاد کرد. پس از 40 سال هنوز هم ستون اینترنت است.علی رغم برتری های آن بر خی می گویند که کارآمد، امن و قابل انعطاف است.

برای مثال جهت انتقال موفق داده های TCP دریافت کننده باید بسته ها را به همان ترتیبی جمع آوری کند که فرستاده شده است. حتی اگر یک بسته به هر دلیلی از بین رود، پروتکل آن را به عنوان علامتی تعبیر می کند که شبکه آن را گرفته است- سرعت انتقال بلافاصله نصف می شود، و از آنجا تلاش می کند تا دوباره خیلی آرام زیاد شود. در برخی از شرایط ایده آل و در شرایط دیگر ناکارآمد است. مسأله این است که پروتکل اطلاعات لازم برای انجام کار صحیح را ندارد.

random-linear-network-coding-1

اگرچه بسته ها می توانند تعداد نامحدودی مسیر جهت حرکت بین نقطه ی A و B در یک شبکه داشته باشند مشخص می شود که داده های اتصال TCP همیشه در طول یک مسیر است- که استراق سمع جاسوس را روی ارتباط شما آسان می کند.

آیا کدگذاری شبکه راه حل است؟

یک پیشنهاد جالب که می تواند راه حلی جهت این مشکلات باشد به اصطلاح کدگذاری شبکه است، که هدف آن این است که هر گره در شبکه هوشمندتر از حالت فعلی شود. در TCP/IP گره های شبکه سوئیچ های ساده ای هستند که می توانند فقط بسته های داده را ذخیره کرده و آن ها را به گره بعدی در طول مسیر از پیش تعیین شده بفرستند، در عوض کدگذاری هر گره می تواند در صورت نیاز ماهرانه صورت گیرد، برای مثال از طریق ایجاد مسیر دوباره یا کدگذاری مجدد.

random-linear-network-coding-2

افزایش اطلاعات در سطح گره می تواند تغییر در هم گسیخته ای باشد، چون اجازه ی انعطاف پذیری غیرموازی را می دهد به طریقی که داده ها اداره شوند. برای مثال، می تواند از چند TCP (به کار رفته روی iOS 7 ) استفاده کند و در بالای آن مکانسیم کدگذاری را اضافه نموده و امنیت و سرعت را بالاتر ببرد یا حتی ذخیره ی داده را مستقیماً در گره ها ی شبکه ای فعال کند.

در یک تحقیق جدید تیمی از محققان دانشگاه Alborg (دانمارک)، MIT و Caltech پروتکلی را ایجاد کرده اند که موجب افزایش سرعت می شود. در یک تست، یک ویدیوی موبایل چهار دقیقه ای پنج برابر سریعتر از حالت تکنولوژی فنی بود و بدون هیچ گونه قطعی ارسال شد.

پروفسور فرانک فیتزک که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، می گوید:« در آزمایشاتی که روی کدگذاری شبکه و ترافیک اینترنت انجام دادیم، تولید کنندگان تجهیزات سرعت هایی را پنج تا ده برابر سرعت معمولی تجربه کردند. این تکنولوژی می تواند در ارتباط ماهواره ای، تلفن همراه و ارتباطات معمول از طریق کامپیوتر استفاده شود».

random-linear-network-coding-3

این روش چگونه کار می کند

چه محتویات این بسته بخشی از ویدیوی یوتیوب باشند، چه متن یا موسیقی با روش صفر و یک کدگذاری می شوند، که می توانند به عنوان عددی در قالب دوتایی دیده شوند.

در گره های TCP/IP یک شبکه بسته های داده ای به طور منفرد و ساده محتویات خود را ذخیره نموده و به گره دیگر متصل می شوند. اما در پروتکلی که توسط فیتزک و همکارانش ایجاد شد، محتویات بسته به عنوان یک عدد واقعی دیده می شود و بسته ها قطعه قطعه پردازش می شوند. هر گره مجموعه ای از معادلات خطی است که از اعداد محتویات درون بسته ها و مجموعه ی ضرایب انتخاب شده به شکل توافقی استفاده می کند.

هر معادله ی خطی از «بسته ی کدگذاری شده» که ضرایب آن در سرصفحه ی بسته کدگذاری شده و متغیرهای نامشخص محتویات واقعی بسته ها هستند که به عنوان یک عدد با آن ها رفتار می شود. به عبارت دیگر، هر بسته ی کدگذاری شده حاوی اطلاعات ناقص بر چند بسته ی «استاندارد» در آن واحد است، اما ضربدر چندین ضریب می شود.

ممکن است از ریاضیات دوره ی دبیرستان به یاد بیاورید که معادله ی خطی N برای حل متغیرهای نامعلوم N نیاز است. چون هر بسته ی کدگذاری شده حاوی یک معادله است، و به این معناست که گیرنده به بسته های N نیاز دارد (با ضرایب مختلف) پیش از اینکه داده ها را رمزگشایی کند.

اما چرا با پیچیده کردن چیزها مشکل ایجاد می شود؟ پاسخ این است که هم اکنون، برخلاف TCP/IP گیرنده نیاز به دریافت بسته ها به ترتیب ندارد. در واقع ترتیبی که در آن بسته ها دریافت می شوند کاملاً نامربوط می شوند. مسأله این است که دریافت کننده بسته های N کدگذاری شده را با ضرایب مختلف بدست می آورند، بنابراین می تواند معادلاتی را حل نموده و داده های اصلی را بدست آورد.

این انعطاف پذیری به ترتیب یعنی اینکه کل سیستم کارآمدتر است، چون همه ی بسته ها قابل جایگزینی هستند. یک بسته ی از دست رفته دیگر موجب تأخیر در انتقال شدید به عنوان TCP/IP نمی شود.

و چونکه ترتیب اهمیت ندارد، داده ها هم اکنون می توانند در طول مسیرهای مختلف شبکه حرکت کنند. همچنین امنیت را بالا می برد چون تقریباً برای همه قطع ارتباط با قرار دادن روی یک خط امکان پذیر نیست.

بعد چه می شود؟

فناوری ارتباط از راه دور را می توان در وسایل 5G Internet of Things و شبکه های مشخص نرم افزاری مشاهده کرد. علاوه براین، اطلاعات شبکه نیز احتمال ذخیره ی گسترده را در شبکه فراهم می کند.

فیتزک می گوید:« فکر می کنم که تکنولوژی در اکثر محصولات یکپارچه خواهد شد چون عملکردهای حیاتی و ضوری دارد. تنها چیزی که می تواند رشد آن را متوقف کند حق امتیاز است. قبلاٌ شرکت های انحصاری حق امتیاز کدگذاری را داشتند اما روش ما راحت تر و در دسترس نمودن آن است.»