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luglio 03, 2014

Protocollo RLNC, come aumentare la velocità di Internet con la matematica.

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Un pool di scienziati statunitensi e danesi ha ideato un nuovo protocollo di codifica capace di mettere il turbo a Internet. Ecco come.

Teoricamente, una connessione LTE/4G può raggiungere una velocità di trasmissione dati 1 gigabit al secondo. Secondo altri, modificando opportunamente alcuni protocolli, l'ultima generazione di connessione cellulare potrebbe anche superare la soglia del gigabit.

Alcuni ricercatori del MIT (Massachusetts Institue of Technology, in collaborazione con i colleghi della Caltech (California Institute of Technology) e dell'Università di Aalborg (Danimarca) hanno realizzato una nuova soluzione, mediante una codifica matematica dei pacchetti dati, che ha permesso di raggiungere picchi di velocità sino a 4 volte superiore a quelliraggiungibili con le tecnologie odierne. Il tutto con una semplice funzione algebrica.

Il nuovo protocollo si chiama Random Linear Network Coding (abbreviato in RLNC) e permette di velocizzare l'invio dei pacchetti di dati. Ogni pacchetto è assemblato utilizzando le informazioni contenute nel pacchetto dati precedente, le nuove informazioni da trasmettere e alcuni bit casuali generati utilizzando un'espressione algebrica lineare. I pacchetti così codificati vengono quindi trasmessi lungo una normale linea di comunicazione (sia essa Ethernet o Wi-Fi).

Protocollo RLNC

Nel caso in cui uno o più pacchetti arrivino a destinazione danneggiati o non arrivino affatto (caso non raro nel mondo delle telecomunicazioni), il protocollo di trasmissione non “perde tempo” nella ritrasmissione dei dati, come invece avviene attualmente. I dati mancanti, infatti, possono essere recuperati direttamente analizzando i pacchetti successivi, decifrandone la codifica tramite l’algoritmo algebrico oggetto dello studio, e quindi aggregandone il risultato per ricostruire il messaggio originario.

Il segreto di RLNC sta nella capacità di “accorciare la filiera” della trasmissione dei pacchetti dati, aumentando di conseguenza la velocità della connessione tra i due nodi della rete. Le reti di comunicazione odierne possono far registrare problemi anche gravi di latenza dovuti a cosiddetti “tempi tecnici di attesa”. Il nodo che invia i dati, infatti, è obbligato ad attendere risposta, ovvero una sorta di ricevuta di ritorno, dal nodo ricevente: nel caso in cui la trasmissione di un certo pacchetto dati non sia andata a buon fine, e quindi il nodo ricevente non abbia mandato indietro la sua ricevuta, il nodo trasmittente sarà obbligato ad inviare nuovamente il pacchetto disperso.

Protocollo RLNC1

Il protocollo sperimentale del MIT, del Caltech e dell'Università di Aalborg permette di eliminare questo passaggio, inviando pacchetti leggermente più grandi rispetto ai pacchetti usuali. In questo modo il flusso dei dati tra server e client o tra client e client (nel caso di reti peer-to-peer) non si interromperà mai, permettendo di aumentare la velocità di trasmissione della connessione. In questo scenario l'errore nella trasmissione dei pacchetti, vista l’impossibilità tecnica sostanziale di eliminarlo, viene semplicemente ignorato e aggirato.

Il gruppo di lavoro ha messo alla prova questo protocollo all'interno di una SAN (storage area network, rete ad alta velocità di trasmissione costituita solamente da dispositivi di archiviazione di massa) e paragonandone le prestazioni con quelle ottenute dalle migliori tecnologie oggi disponibili. Nei test condotti in laboratorio, il protocollo RLNC ha mostrato risultati sorprendenti, facendo segnare prestazioni da primatista. I dati codificati matematicamente viaggiano, mediamente, tra il 13% e il 465% più veloci rispetto ai dati non codificati, permettendo di risparmiare tempo tanto nella scrittura quanto nella lettura dei dati.

Protocollo RLNC2

L'applicazione al campo delle telecomunicazioni.

Questa soluzione può essere applicata, senza troppi grattacapi, anche nel campo delle telecomunicazioni web. La codifica RLNC, infatti, può essere applicata anche ai pacchetti creati con protocollo TCP/IP, permettendo di conseguenza di aumentare la velocità di scambio dati sulla rete Internet. Anche in questo caso sono stati condotti dei test e i risultati sono in linea con quelli ottenuti nell'esperimento precedente.

Codificando i pacchetti dati di un normale video e trasmettendoli lungo una connessione Wi-FI, è stato possibile raggiungere una velocità cinque volte superiore al normale ottenendo, in tal modo, un bitrate e una qualità del video notevolmente superiori rispetto a un video trasmesso senza la codifica dei pacchetti.

Protocollo RLNC3

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