Bandbreite verzehnfachen

Mit einer neuen Internet-Protokoll-Software wollen Computerwissenschaftler Datenübertragungen in überlasteten Netzwerken deutlich beschleunigen.

Weil immer mehr Nutzer drahtlos ins Internet gehen, wird die Verbindung für den Einzelnen mitunter quälend langsam. Muriel Medard, Professorin am Massachusetts Institute of Technology, koordiniert ein internationales Forschungsprojekt, das Abhilfe schaffen könnte: Es soll das betagte Internet-Protokoll TCP optimieren und so bis zu zehnmal mehr Daten über bestehende Frequenzen schicken. Neue Geräte müssten nicht angeschafft werden, es handelt sich um eine Software-Lösung.

Das Verfahren entstand in einem internationalen Prozess: Es basiert auf Arbeiten, die am MIT, an der Universität Porto, an der Harvard University, am California Institute of Technology und an der TU München entstanden. Medard und ihr Team haben die Technik, die auf den Namen "Coded TCP" hört, mittlerweile an das von MIT und Caltech gegründete Start-up Code-On Technologies lizenziert, wo sie kommerzialisiert werden soll.

Das herkömmliche TCP zerlegt Dateien in kleine Pakete und verschickt diese voneinander unabhängig durch das Netz. Bei durchwachsener Verbindung können durchaus zwei bis fünf Prozent der Pakete verloren gehen und müssen erneut gesendet werden, was das Netz zusätzlich belastet. Coded TCP verschickt dagegen algebraische Gleichungen, die den Inhalt gleich mehrerer Pakete kodieren. Sollten Daten fehlen, lassen sie sich vom Empfangsgerät berechnen, ohne dass sie erneut angefordert werden müssten. Die Gleichungen sind einfach und linear, sodass sie auch von Handys, Netzwerk-Routern oder WLAN-Basisstationen gelöst werden können, ohne dass es besonders leistungsfähige Chips braucht.

Lohnenswert ist der Ansatz besonders dann, wenn die Verbindung sowieso schon schlecht ist oder eine Überlastung des Netzes vorliegt. Ein Wundermittel ist sie laut Medard aber nicht. Zudem muss noch bewiesen werden, dass die Erfolge unter Laborbedingungen auch in großen Serverinstallationen nachvollziehbar sind. Dazu gibt es erste Pilotprojekte.

So konnten die Forscher Proxy-Server in Amazons Cloud-Rechenzentren aufsetzen, die die Kodierung übernahmen, anschließend wurden die Daten von einem Smartphone wieder dekodiert. In einem Versuchsaufbau ließen sich so in einem Netz, in dem man aufgrund von Paketverlusten nur noch 1 Megabit Bandbreite hatte, bis zu 16 Megabit erzielen. Gehen gar keine Pakete verloren, hilft Coded TCP auch nicht viel – doch in den heutigen Infrastrukturen kommt das selbst im Festnetz kaum noch vor.

Im gut ausgelasteten Stadtnetz von Boston kommen so beispielsweise an einem typischen Tag bis zu drei Prozent Paketverlust vor. Dadurch kommt es zu einem Zusatzdatenverkehr, der eigentlich völlig unnötig wäre. Neue Paketanforderungen werden ausgebremst, weil die alten wiederholt werden müssen.

Eine besonders eindrucksvolle Demonstration gelang den Forschern im US-Schnellzug Acela. Bei einer Fahrt von New York nach Boston, die unter Pendlern mobilfunktechnisch als notorisch schlecht ausgebaut gilt, konnten plötzlich unterbrechungsfrei YouTube-Videos angesehen werden, während andere Nutzer mit normalem Internet-Zugang starke Schwierigkeiten hatten. "Die Leute fragten uns dann immer, wie wir das angestellt haben", grinst Medard.

Die Technik kommt zur richtigen Zeit. Laut einer Untersuchung des Netzwerk-HArdware-Herstellers Cisco Systems soll sich der mobile Datenverkehr bis 2016 verachtzehnfachen, die Bell Labs rechnen gar mit einer Verzwanzigfachung. Durch neue Funktechniken wie LTE, die das vorhandene Spektrum besser ausnutzen, lässt sich das allein wohl nicht auffangen. Coded TCP könnte hier eine mögliche Lösung sein. Damit das klappt, müssten aber erst möglichst viele Hardware-Hersteller die notwendige Software auf ihre Geräte packen – vom PC über das Smartphone bis zum Router oder Server. (bsc)