Net Neutral Quality of Service Differentiation in Flow-Aware Networks

mgr inż. Robert Wójcik

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrzej Jajszczyk – Akademia Górniczo-Hutnicza
Dyscyplina: Telekomunikacja

Tematem rozprawy jest architektura sieci zorientowanych na przepływy FAN (Flow-Aware Networks) ze szczególnym uwzględnieniem jej możliwości różnicowania oraz gwarantowania jakości obsługi. Na wstępie przedstawiona jest debata dotycząca neutralności sieci. Przedstawione są różne wizje związane z neutralnością oraz jest pokazane jak ewentualny wynik dyskusji może wpłynąć na architektury gwarantowania jakości obsługi. Wykazano również, że sieci FAN, jak również wszystkie zaproponowane w tej rozprawie mechanizmy, są zgodne z zaleceniami neutralności sieci.

Następnie przedstawiona jest architektura sieci FAN i porównana z innymi architekturami zapewniania jakości usług w sieciach opartych na protokole IP, które, podobnie jak FAN, za jednostkę różnicowania jakości przyjmują przepływ (ang. flow). Pokazane jest, że wszystkie rozwiązania posiadają swoje mocne i słabe strony. Jednakże, w przypadku sieci FAN, zestaw plusów wyraźnie dominuje nad minusami. Sieci FAN są nie tylko zgodne ze standardami neutralności sieci, ale również stanowią propozycję o dobrej wydajności i skalowalności.

Głównym celem rozprawy jest zaproponowanie i ocena nowych mechanizmów, które rozszerzą możliwości różnicowania jakości obsługi oraz poprawią gwarantowanie jakości w sieciach FAN. Efekt oczekiwania na transmisję jako wynik pracy bloku sterowania dostępem jest dokładnie opisany. Następnie, zaproponowano mechanizmy zróżnicowanego blokowania oraz kolejkowania. Mechanizmy te wprowadzają nowe możliwości różnicowania jakości usług w sieciach FAN. Dodatkowo, zaproponowano podejście statycznej konfiguracji usług w ruterach FAN, jako wydajnego i wystarczającego rozwiązania do implementacji nowych mechanizmów. Na koniec, wprowadzono klasę usług na żądanie (Class of Service on Demand), jako skuteczną metodę różnicowania jakości bez naruszania zasad neutralności sieci.

Mimo że sieci FAN oferują protekcję aktywnych przepływów, gwarantując im pewną minimalną jakość obsługi, oryginalnie zaproponowana realizacja tej funkcjonalności jest mało wydajna. Prowadzi to często do obniżenia przepływności sprawiedliwej (ang. fair rate) do poziomu znacznie niższego niż poziom gwarantowany. Ta wada jest udokumentowana i dokładnie zbadana. Następnie zaproponowano szereg usprawnień wspomnianej funkcjonalności, w tym mechanizm statycznego ograniczania liczby przepływów. Pokazano, że stosowanie tego mechanizmu znacząco przyczynia się do poprawienia skalowalności architektury sieci FAN, jednocześnie wprowadzając znaczącą poprawę wydajności. Mechanizm statyczny może być rozszerzony do dynamicznego mechanizmu ograniczeń, który daje lepsze wyniki, jednakże tylko wtedy, gdy jest bardzo precyzyjnie skonfigurowany, co nie jest zadaniem łatwym. By ominąć tę niedogodność, zaproponowano również mechanizm automatycznego, inteligentnego doboru ograniczenia, który potrafi dostosować się do panujących warunków w sieci. W tym podejściu nie jest konieczna konfiguracja ograniczeń przez operatora, co znacząco ułatwia poprawne zainstalowanie mechanizmu.

Zaproponowane jest również podejście predykcyjne. Ten mechanizm zmienia działanie bloku sterowania dostępem w sieciach FAN. W normalnych warunkach blok ten podejmuje odpowiednie działania dopiero w chwili stwierdzenia przeciążenia na łączu wyjściowym. Zaproponowane podejście zmienia działanie bloku na aktywne, tj., takie, w którym działania są podejmowane nie na podstawie aktualnego wyniku pomiaru obciążenia łącza, ale na podstawie analizy trendu i wyznaczenia najbliższej wartości oczekiwanej. Pozwala to zareagować ruterowi jeszcze zanim nastąpi przeciążenie. Wyniki symulacji pokazują, że najlepsze rezultaty można osiągnąć gdy podejście predykcyjne jest połączone z mechanizmami ograniczania liczby przepływów.

Pełna wersja autoreferatu autoreferat-wojcik.pdf.

1. R. Wojcik, A. Jajszczyk.: Flow oriented approaches to QoS assurance. ACM Computing Surveys (przyjęte do druku), 2011. Lista filadelfijska.
2. A. Jajszczyk, R. Wojcik.: Emergency Calls in Flow-Aware Networks. Communications Letters, IEEE, 11:753–755, September 2007. Lista filadelfijska.
3. A. Jajszczyk, R. Wójcik, The enumeration method for selecting optimum switching network structures, IEEE Communications Letters, vol. 9, no. 1, January 2005, pp. 64-65. Lista filadelfijska.
4. P. M. S. del Rio, …, R. Wójcik, et al., A reliability analysis of Double‐Ring topologies with Dual Attachment using p‐cycles for optical metro networks, Computer Networks, vol. 54, no. 8, June 2010, pp. 1328-1341. Lista filadelfijska.

1. A. Díaz Zayas, …, R. Wójcik, et al., „Programming for Symbian OS”, 2010, ISBN: 978-83-88309-72-4

1. R. Wojcik, J. Domzal, A. Jajszczyk. Fair Rate Degradation in Flow-Aware Networks. In Proc. IEEE International Conference on Communications ICC 2010, pages 1 –5, May 2010
2. J. Domzal, R. Wojcik, A. Jajszczyk. QoS-Aware Net Neutrality. In Proc. The First International Conference on Evolving Internet, INTERNET 2009,, pages 147 –152, Cannes, France, August 2009
3. J. Domzal, R. Wojcik, A. Jajszczyk. Reliable Transmission in Flow-Aware Networks. In Proc. IEEE Global Communications Conference GLOBECOM 2009, pages 1 –6, Honolulu, USA, December 2009
4. J. Domzal, R. Wojcik, K. Wajda, A. Jajszczyk, V. Lopez, J.A. Hernandez, J. Aracil, C. Cardenas, M. Gagnaire. A multi-layer recovery strategy in FAN over WDM architectures. In Proc. 7th International Workshop on Design of Reliable Communication Networks, DRCN 2009, pages 160 –167, Washington, USA, October 2009
5. J. Domzal, R. Wojcik, A. Jajszczyk. The Impact of Congestion Control Mechanisms on Network Performance after Failure in Flow-Aware Networks. In Proc. International Workshop on Traffic Management and Traffic Engineering for the Future Internet, FITraMEn 2008, Book: Traffic Management and Traffic Engineering for the Future Internet, Lecture Notes on Computer Science 2009, Porto, Portugal, December 2008
6. J. Domzal, R.Wojcik, A. Jajszczyk, V. López, J.A. Hernandez, J. Aracil. Admission control policies in Flow-Aware Networks. In Proc. 11th International Conference on Transparent Optical Networks, ICTON 2009, pages 1 –4, Azores, Portugal, July 2009.
7. P. Chołda, J. Domżał, R. Wójcik, R. Stankiewicz, F. Lehrieder, T. Hoßfeld, S. Oechsner, V. Singeorzan, Performance Evaluation of P2P Caches: Flash-Crowd Case, Australasian Telecommunication Networks and Applications Conference 2010, Auckland, New Zealand, 31.10 – 3.11 2010