之前，我们已经研究了新的信息存储技术。 除了数据存储的重要性外，您还必须能够传输它们。 技术的发展已允许创建许多信息传输方法。 而且，似乎已经有了您需要的一切，您可以简单地对其进行改进。 但是，如果科学家们不尝试发明新事物，他们将不是真正的科学家。 因此，我们有了VLC技术（可见光通信）-通过可见光进行数据传输。 这种方法既有令人印象深刻的优点，也有令人失望的缺点。 中国科学技术大学的科学家借助他们开发的新TCP协议设法改进了VLC系统。 新系统如何工作，其优缺点是什么，还有未来吗？ 我们将尝试找到这些和其他问题的答案。 走吧
简要地说：什么是VLC？
VLC（可见光通信）是一种可见光传输技术，是OWC（光学无线通信）的一部分。 这听起来令人印象深刻，充满未来感，甚至有些不切实际。 所有房屋都有照亮房间的灯。 该技术允许将该光用作数据传输通道。 为此，使用一定范围的可见光-从400到800 THz。 根据灯的类型，数据传输速度也会改变：荧光灯-10 kbit / s，LED-最高500 Mbit / s。 为了接收数据，该设备必须具有一个能拾取光信号的光电二极管。 在某些情况下，智能手机相机可能已足够。
VLC是一项非常有前途的技术。 它最明显的应用是日常生活。 使用该技术的设备可以在私人住宅，公寓，公共场所等中。 但是，存在某些缺点，减慢了VLC技术的普及过程。 有一项艰巨的任务-“强制” VLC系统提供良好的上行链路（Uplink）。 为什么很难？ 首先，移动设备的能耗受到限制，并且无法配备耗能大的光源。 其次，对于VLC系统的操作，需要“清晰”定向的光束。 因此，我们一直移动和旋转的移动设备无法完全使用VLC技术。
日常生活中VLC系统的大概图形表示当然，近年来，各种研究小组已提出使用射频，红外和反射式收发器来解决物理层面的VLC上行链路问题。 但是，由于在使用上述方法的VLC系统的构造中使用了非对称模型，因此出现了新的问题，这次是与上层协议的兼容性。
为了消除所有这些缺点和问题，研究人员不得不创建一种混合VLC / Wi-Fi系统：VLC下行链路（下行链路）和Wi-Fi上行链路。 这允许使用标准TCP协议。 一切都按预期工作，但仍然存在问题-方便和简单，或者根本就没有。 这样的混合系统需要额外的设备，复杂的路由，更不用说特殊的套接字重新编程了。 当然，所有这些都会排斥想要使用有效但易于使用的系统的用户。
Detc研究人员决定寻找传输层协议中所有问题的解决方案。 根据科学家的说法，在混合VLC系统中使用标准TCP协议效率不高。 他们建议使用DETCP（解耦共享TCP），它共享双向TCP传输。 也就是说，一个TCP流可以同时使用两个连接：主连接作为下行链路，附加连接作为上行链路。 因此，DETCP将允许用户将VLC与其他一些通信线路一起使用以形成混合双向系统，而无需考虑其不对称性。 套接字的附加编程和困难的布线将被遗忘。
如今，大多数终端都具有多个接口。 为了解决多播问题，Internet工程任务组（IETF / Internet工程委员会）提出了对TCP协议
MPCP的修改-多路径TCP（multipath TCP）。 它允许单个连接同时在多个路径上传输数据包。 VLC技术的研究人员已决定将此修改应用于他们的协议。 结果就是
MP-DETCP协议 。
DETCP协议概念基础最常见的传输层协议就是TCP，因为它可以实现稳定可靠的数据传输。 但是，存在局限性-仅在物理连接允许完全使用双向数据传输的情况下，TCP的所有优点才能完全实现。 在VLC的情况下，系统只能提供通向单向网络接口的下行链路。 因此，TCP无法充分利用所有数据传输功能。
DETCP协议是专门为解决此问题而创建的，即在包含两个独立连接（无论是单向，双向还是混合）的混合系统上实现数据传输。
根据研究人员的说法，DETCP协议的最重要目标是：
- 在两个独立的物理连接上并根据用户设置，将双向TCP传输分为两个单向传输；
- 使该协议适用，而不必更改使用标准TCP协议的现有应用程序。
连接架构标准TCP协议使用该套接字为每个主机标识一对端点。 因此，该连接被绑定到由插座指示的特定物理连接。 但是，在诸如VLC的单向系统中，由于单向连接无法形成电路数据的交换/传输，因此现有的TCP连接结构无法在主机之间的每个方向上提供数据传输。
为了解决此问题，DETCP协议使用与TCP不同的连接体系结构。 此系统中有两个物理连接负责TCP，并共同负责传输。
DETCP体系结构（右）和TCP（左）：- SIP （源IP地址）-源IP地址；
- OSIP （原始源IP地址）-主源IP地址；
- CSIP （补充源IP地址）-附加源IP地址；
- DIP （目标IP地址）-目标IP地址；
- ODIP （原始目标IP地址）-主要目标IP地址；
- CDIP （补充目标IP地址）-另一个目标IP地址。
在连接级别，数据传输仍然是双向的，但是在通道级别，有两个指向不同方向的单独传输。
连接识别在标准TCP协议中，每个连接由一个4元组（源地址，源端口，目标地址和目标端口）标识。 此控制机制的实质是在一个连接上创建TCP连接。 并且由于DETCP是两个连接的组合，因此需要一个6维元组（主源地址，附加源地址，源端口，主目标地址，附加目标地址和目标端口）。
为了使系统与研究人员自己设定的第二个任务相对应，插座的结构保持不变。 因此，有必要找到另一种在协议栈上包括附加地址的方法。 因此，决定使用内核配置文件。 用户可以在其中指定其他地址，这实现了带有主要标准套接字对和附加地址的6维元组。 这样，DETCP确保了与应用程序层协议的兼容性。
开始打开和关闭连接启动DETCP和TCP连接的打开和关闭的过程非常相似。 使用了“握手”机制，因为它是最有效的。 但是，引入了两个重要的更改来区分DETCP和TCP：
- 由于在建立连接之前远程主机未知本地辅助地址，并且对于每个主机都需要完整的地址信息才能执行拆分传输，因此在连接启动过程中添加了TCP参数以将其他地址通知远程主机。
- 在打开连接的阶段和关闭连接的阶段都显示分离特性。 下图显示了由6维元组协调的三向握手过程。
在开始打开连接的阶段，由6维元组协调的三向握手资料传输为了确保分离过程在数据传输过程中是正确的，当准备发送下一个数据包时，应更改当前的连接方向。 如果此方向是从远程主机到本地主机，则将通过其他连接进行发送。
在获取数据的过程中，存在需要解决的问题。 如果内核直接在解复用的传入数据包上使用从IP头解析得到的地址，则它们可能绑定到错误的DETCP连接。
例如，服务器通过下行链路将数据包发送到客户端，而客户端通过上行链路发送响应。 在这种情况下，从响应接收的地址是上行链路地址，对于服务器，连接连接到下行链路地址。 这种不匹配会导致数据包错误。 为了避免此类问题，研究人员添加了TCP选项。
DETCP协议操作首先，您需要配置接口。 DETCP协议允许用户通过配置文件为特定接口（“ Out”，“ In”，“ Two-Way”）分配方向。 将与套接字关联的接口设置为单向接口时，用户需要将另一个接口指定为附加接口。 所有四个接口的组合决定了整个连接过程。
DETCP状态图（使用左侧的附加连接发送数据包，右侧-用于发送数据包的主要连接）在上一段的结尾，我们讨论使用特定的TCP选项。 此选项是CPT_ADDR，专门用于确保正确的数据传输过程而创建。
每个传输的数据包包括：
- SYN （客户端到服务器）-客户端的其他IP地址；
- SYN / ACK （服务器到客户端）-服务器的附加IP地址。
分离原理适用于数据传输的所有阶段（打开连接的开始，数据传输和关闭连接的开始）。
开始建立连接：- SYN （客户端到服务器）-主连接；
- SYN / ACK（服务器到客户端）-附加连接；
- ACK （客户端到服务器）是主要连接。
数据传输：- 从客户端到服务器的数据包-主要连接；
- 从服务器到客户端的数据包-附加连接。
连接关闭：- FIN （客户端到服务器）-主连接；
- ACK （服务器到客户端）-附加连接；
- FIN （服务器到客户端）-附加连接；
- ACK （客户端到服务器）是主要连接。
实验测试和结果评估
实施混合动力系统的外观对于DETCP和MP-DETCP协议测试，它们是在Linux内核中实现的。 混合系统由VLC（下行为20 m）和以太网连接（上行为100 m）组成。 连接到路由器和VLC系统的所有通道的带宽设置为100 Mbps。
DETCP网络拓扑：顶部是附加的上行链路，底部是VLC下行链路。
MP-DETCP网络拓扑：- 化合物A和D-下行VLC；
- 化合物B和E是另外的化合物；
- 连接C和F是以太网子流。
可用性测试首先，必须检查DETCP是否可以在混合系统环境中有效使用可用频段。 为了测试DETCP稳定性以防止其他连接的性能下降，对客户端上行链路进行了配置，以使某些数据包丢失。 这是一种压力测试。
上图显示了混合系统中DETCP的高性能和高效率。 信道容量使用率为95％，而未检测到数据包丢失。 当数据包丢失的百分比从0.5到2.0时，通道的利用率降低到92％。 但是，DETCP仍然保持稳定和高效。 只有将丢包率提高到5，DETCP性能才开始急剧下降。
该测试的结论是，在混合系统中使用DETCP是有效的，并且其他连接虽然会影响整体性能，但它们却微不足道。 随着系统的进一步改进，可以将这些负面影响降至最低。
绩效因素要测试系统和DETCP，首先必须确定哪些因素会影响其性能。 使用这些因素，您可以看到生产率将如何变化。
因子1：丢包配置接口后，将随机丢失0％至4％的数据包。
从上图可以看出，吞吐量随着丢包百分比的增加而线性下降。 还显示出，在大的分组丢失率的情况下，重复测量的读数的差异程度增加，并且平均传输速率变得不稳定。
因素2：数据传输延迟为了检查此因素的影响，将延迟设置为0到100 ms。
上图显示了带宽与数据传输延迟之间的关系。 当后者小于20 ms时，带宽稳定并且带宽被充分利用。 如果延迟达到50毫秒，则平均吞吐量将大大降低。 延迟100毫秒，吞吐量下降多达35％，并且数据包传输变得不稳定。
因素3：数据包重新排序最终的验证因素是数据包的重新排序：某些数据包将被延迟，而有些数据包则被及时地延迟。
上图显示了带宽与数据包重新排序之间的明确关系。 所有测试均显示吞吐量显着降低。 但是，随着延迟的增加，减少不是线性发生的。 因此，在10毫秒的延迟下，重新排序的数据包的百分比为5％，吞吐量的降低逐渐并没有明显地发生。 但是，指标仅以10％或20％崩溃了。
延迟为10 ms的重新排序数据包的5％时的吞吐量大约与10％的指示符，5 ms或20％的延迟以及2 ms的延迟相对应。
综上所述，为了使系统稳定高效地运行，需要控制重排数据包的数量和延迟时间。
如果在将上行链路表示为双向连接（例如批发或Wi-Fi）的系统中，VLC下行链路性能恶化，则值得考虑恢复使用在上行链路上运行的标准单向TCP的可能性。 当下行链路VLC性能大大降低时，这可能是提高系统可靠性的有效方法。
性能比较多线程的主要任务之一是提高吞吐量。 此测试在相同的连接条件下测试MP-DETCP和DETCP。 当数据丢失率在0％到4％之间变化时，记录结果。
上图显示，尽管VLC性能不如DETCP，但MP-DETCP仍显示出较高的频带利用率。 在无丢包的情况下传输数据时，可以达到115 Mbps的速率，这证实了MP-DETCP提供高效连接的能力。
随着丢包率的增加，VLC吞吐量将大大降低。这时，同一以太网连接也略有下降。但是，总体吞吐量保持在相当高的水平。这意味着，如果VLC连接损坏并被阻塞，则将在另一个连接上完成数据传输。研究人员的发现为了解决VLC系统中的数据传输问题，研究人员提出使用DETCP协议来分隔双向传输。基于此，可以说使用MP-DETCP将改善混合VLC系统的性能。 DETCP和MP-DETCP协议已成功通过性能和可靠性测试，证明了连接分离的有效性。新协议的实施将作为进一步研究网络技术的基础。包括各种物理化合物杂交领域的研究，以获得具有高性能和高通量的系统。您可以借助此链接上的报告来熟悉研究细节。结束语任何技术都需要“抛光”后才能被称为有效。对于新协议DETCP和MP-DETCP，工作仍然很多。但是，实验结果已经可以令人印象深刻。现在，VLC系统在研究人员中非常受欢迎，但在用户中并不流行。这种情况的顺序在未来几年可能会改变。然后，灯泡烧毁不仅意味着缺少照明，而且还意味着互联网。感谢您与我们在一起。 你喜欢我们的文章吗？ 想看更多有趣的资料吗？ 通过下订单或将其推荐给您的朋友来支持我们，为我们为您开发
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