Μηχανισμοί διαλειτουργικότητας σε πολυ-υπηρεσιακά δίκτυα επόμενης γενιάς

Abstract

This thesis has as main objective the proposal of specific mechanisms to improve quality ofservice in multi-service next generation networks. Proven need to support multiple classes of telecommunications traffic over next generation networks, in order to provide guaranteed and quantified quality of service, and, moreover, the recognition of the critical problem of vertical interoperability between networks with different capacities, were the main considerations of the research work. Specifically, the proposed solution defines a comprehensive framework to identify diverse classes, based on the quality of service for flows of packets and implements strict priority scheduling. Recognizing the delay variation (jitter) as a critical performance metric for high-quality multimedia applications, it is selected as the dominant differentiator of the proposed classes of service. The qualitative relationship with the maximum end to end delay variation and the end to end delay is presented and analytical relations for the nodes of congestion are exported, the validity of which is examined using a network simulation tool. Then, deterministic relations that give the maximum allowable flows per service class are extracted, while simultaneously the corresponding statistical analysis is presented. Lastly, a performance evaluation of a bottleneck node regarding the systemic weighted average blocking probability and throughput takes place. Targeting to optimize the performance in relation to blocking probability and throughput, an advanced connection admission control mechanism is presented. It is based on delay variation and it is intended to be applied locally within the nodes of congestion. Towards this direction a complex optimization problem is formulated. Then, the primary set of admission policies is limited to coordinate convex policies and a simplified method for connection admission control is presented, based on upper limits per class of service. The latter is examined in terms of effectiveness. Finally, the main conclusions of the study and discussion of interesting implications are presented.

Η παρούσα διατριβή έχει ως βασικό στόχο την πρόταση συγκεκριμένων μηχανισμών για τηβελτίωση της προσφερόμενης ποιότητας υπηρεσίας σε πολυ-υπηρεσιακά δίκτυα επόμενης γενιάς. Η αποδεδειγμένη ανάγκη υποστήριξης πολλαπλών κλάσεων τηλεπικοινωνιακής κίνησης στα δίκτυα επόμενης γενιάς για την παροχή εγγυημένης και ποσοτικοποιημένης ποιότητας υπηρεσίας, καθώς και η αναγνώριση του κρίσιμου προβλήματος της κάθετης διαλειτουργικότητας μεταξύ δικτύων διαφορετικής χωρητικότητας, αποτέλεσαν τις βασικές θεωρήσεις της ερευνητικής εργασίας. Ειδικότερα, η προτεινόμενη λύση καθορίζει ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο, το οποίο προσδιορίζει διαφοροποιημένες κλάσεις με βάση την ποιότητα υπηρεσίας για τις ροές των πακέτων και εφαρμόζει χρονοπρογραμματισμό αυστηρής προτεραιότητας. Αναγνωρίζοντας τη μεταβολή καθυστέρησης ως μέτρο επίδοσης κρίσιμης σημασίας για πολυμεσικές εφαρμογές υψηλής ποιότητας, επιλέγεται αυτή η μετρική ως κυρίαρχος διαφοριστής των προτεινόμενων κλάσεων υπηρεσίας. Αναλύεται η ποιοτική σχέση της με την μέγιστη διατερματική μεταβολή καθυστέρησης, καθώς και με την διατερματική καθυστέρηση και εξάγονται οι αναλυτικές σχέσεις υπολογισμού της στους κόμβους συμφόρησης, η εγκυρότητα των οποίων εξετάζεται με χρήση εργαλείου δικτυακής προσομοίωσης. Στη συνέχεια, λαμβάνονται οι ντετερμινιστικές σχέσεις που δίνουν τον μέγιστο αριθμό επιτρεπτών ροών ανά κλάση υπηρεσίας, ενώ, ταυτόχρονα, παρουσιάζεται και η αντίστοιχη στατιστική μελέτη. Τέλος, πραγματοποιείται αποτίμηση της επίδοσης ενός κόμβου συμφόρησης ως προς την μεσοσταθμική συστημική πιθανότητα φραγής και την διεκπεραιωτικότητα. Με απώτερο σκοπό τη βελτιστοποίηση της επίδοσης σε σχέση με την πιθανότητα φραγής και τη διεκπεραιωτικότητα, προτείνεται στη συνέχεια ένας προηγμένος μηχανισμός ελέγχου πρόσβασης, βασισμένος στην μεταβολή καθυστέρησης, ο οποίος προορίζεται να εφαρμοστεί τοπικά στους κόμβους συμφόρησης. Προς αυτή την κατεύθυνση, διατυπώνεται ένα σύνθετο πρόβλημα βελτιστοποίησης. Στη συνέχεια, ο αρχικός χώρος των πολιτικών πρόσβασης περιορίζεται στις πολιτικές κυρτών συντεταγμένων και προτείνεται μια απλοποιημένη μέθοδος ελέγχου πρόσβασης, βασισμένη σε Ανώτατα Όρια ανά κλάση υπηρεσίας, η οποία εξετάζεται ως προς την αποτελεσματικότητά της. Τέλος παρατίθενται τα βασικά συμπεράσματα της μελέτης και συζητούνται ενδιαφέρουσες προεκτάσεις.