Naslov
Optimalni algoritmi kontrole toka u heterogenim mrežama
(Optimal Flow Control Alghorithms in Heterogeneus Packet Networks)

Autori
Ožegović, Julije

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split

Mjesto
Split

Datum
27.02

Godina
1998

Stranica
156

Mentor
Rožić, Nikola

Ključne riječi
prijenos podataka; zagušenje; kontrola toka
(data communications; congestion; flow control)

Sažetak
Uvođenje širokopojasnih mreža integriranih usluga najvjerojatnije će se ostvariti kroz izgradnju globalne javne ATM mreže, na koju će biti priključene lokalne mreže s Ethernet karakteristikama. U takvim heterogenim mrežama potrebno je ostvariti uvjete rasta prometa na području prijenosa podataka, gdje algoritmi kontrole toka postaju centralni problem integracije. Kontrola toka ATM mreža kroz ABR (s povratnom vezom i garancijama kakvoće) i UBR (bez kontrole toka i bez garancija kakvoće) usluge ostvaruje se na homogenom dijelu mreže. Kada su parametri kontrole toka poznati na rubu ATM mreže (ABR), oni su postojećim protokolima ne prenose do krajnjih stanica, te je usklađenje brzine emitiranja otežano. Rješenja tržimo u modificiranoj arhitekturi kontrole toka u tri varijante: bez dojave parametara, ali s oblikovanjem prometa na rubu ATM mreže, s dojavom parametara i usklađenjem kriterija kontrole toka na heterogenoj mreži, te zatvaranjem lokalnih petlji kontrole toka na homogenim dijelovima mreže. Prednost dajemo prvoj arhitekturi, koja osim jednostavnosti ima i svojstvo neovisnosti o vrsti mreže, te je jedina pogodna za korištenje UBR usluge. Kriteriji optimalne kontrole toka su zadovoljavajuće iskorištenje mreže i minimalno kašnjenje korisnikovih podataka (paketa). S obzirom na stohastički karakter procesa generiranja prometa u korisničkom području, kao i procesa posluživanja u mreži, vjerojatnost gubitaka paketa zbog popunjenosti redova čekanja u čvorištima mreže raste s njenim opterećenjem. Korištenjem G/G/1 modela posluživanja, te aproksimacijom generalnih razdioba determiniranima (uz očuvanu zadanu varijancu i srednje vrijednosti), dobiveni su numerički rezultati za krivulje kašnjenja s relativnom varijancom kao parametrom. Izvedene su dvije strategije upravljanja prometom u mreži, strategija maksimuma snage mreže i strategija konstantne kakvoće. Na budućim mrežama treba težiti za takvim uobličivanjem korisnikovog prometa, da varijanca dolazaka i posluživanja bude dovoljno niska da bi omogućila visoko iskorištenje kapaciteta mreže. U idealnom slučaju, mreža se tada može modelirati D/D/1 sustavom posluživanja. Na osnovi gornjih zaključaka, mreža je modelirana idealnim D/D/1 sustavom posluživanja. Pri tome je odabran pristup mreži kao crnoj kutiji, kao univerzalan s obzirom na model heterogene mreže. D/D/1 sustav je proširen ograničenjem broja paketa na mreži (D/D/1/W), što je omogućilo uvođenje WT (prozor - kašnjenje) prostora, a krivulje kašnjenja D/D/1 sustava posluživanja prevedene su iz rT (opterećenje - kašnjenje) prostora u WT prostor. Izvedeni su analitički izrazi za D/D/1/W model u WT prostoru. Pretpostavljeno je da će korisniku na raspolaganju biti samo dio ukupnog kapaciteta mreže. Izveden je analitički model odziva mreže za kapacitet manji od maksimalnog, te dobivena familija krivulja u ovisnosti o raspoloživom kapacitetu staze. Pokazano da mjerenjem točke u WT prostoru, a na osnovu poznavanja ukupnog kapaciteta mreže, predajnik može jednoznačno odrediti optimalnu brzinu emitiranja paketa i veličinu prozora, te tako optimalno iskoristiti raspoloživi kapacitet mreže. Izvedeni su analitički izrazi za procjenu optimalne brzine i prozora u uvjetima preopterećenja i podopterećenja mreže. Točnost izračunavanja raspoloživog kapaciteta ovisi o točnosti poznavanja ukupnog kapaciteta mreže (staze). Predložena su tri algoritma korekcije ukupnog kapaciteta mreže, te analizirana njihova stabilnost. Na osnovu dobivenih rezultata predložen je optimalni algoritam kontrole toka za D/D/1/W model mreže. Osim neposredne primjene temeljnih znanstvenih doprinosa, predloženi su dodatni originalni algoritmi početnog slanja paketa i filtriranja brzine predaje. Time je omogućeno formalno specificiranje konzistentnog algoritma kontrole toka u pseudo programskom jeziku. Predloženi optimalni algoritam kontrole toka ugrađen je u simulator mreža s komutacijom paketa NS1.1 Lawrence Berkeley Laboratory, CA, USA. Izvedena su sistematska simulacijska ispitivanja na četiri elementarne topologije s 1, 2 i 3 korisničke veze, te u području brzine 15 kb/s do 15 Mb/s i kašnjenja 10 ms do 1000 ms. Analiza simulacijskih mjerenja je pokazala da predloženi algoritam kontrole toka efikasno i optimalno koristi raspoloživi kapacitet mreže, kako na konvencionalnim, tako i na dinamički promjenljivim (ATM) kanalima. Pri tome na mrežu šalje upravo optimalni prozor paketa tako da je čekanje u redovima čvorišta minimalno. Kod aktiviranja druge i treće veze, te raskida treće, svi korisnici su detektirali promjenu raspoloživog kapaciteta i efikasno prilagodili svoju brzinu i prozor. Znanstveni doprinos u ovoj disertaciji iskazan je kroz analizu postojećih modela i metoda kontrole toka u informacijskim mrežama, na osnovu koje su definirani kriteriji izbora optimalnih algoritama kontrole toka. Oni trebaju osigurati rad predajnika komunicirajućeg procesa s što manjom varijancom perioda slanja podataka. U toku istraživanja, ostvaren je osnovni znanstveni doprinos kroz definiranje modela mreže u uvjetima zagušenja u WT prostoru, procjene pripadnog kapaciteta mreže, postizanja optimalne brzine emitiranja i procjene ukupnog kapaciteta mreže (staze). Predložen je optimalni algoritam kontrole toka na osnovu teoretskog modela, koji uključuje i originalne mehanizme početnog slanja, korekcije prozora i filtriranja izlaznih podataka. Obavljena je analiza rezultata simulacijske provjere predloženog algoritma, te izvedeni zaključci o njegovoj funkcionalnosti. Analiza rezultata eksperimenata ukazala je na buduće pravce istraživanja, te postavila zahtjeve na kvalitetu simulacijskih modela heterogenih mreža, gdje u simulatore paketnih mreža treba ugraditi egzaktne modele ATM kanala.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Elektrotehnika

POVEZANOST RADA