Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme - Universität ...

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Verfahren zur relativen
Dienstgütedifferenzierung in IP-Netzknoten
Kurzfassung
Die herausragende Bedeutung des Internet und seiner Dienste und Anwendungen für die Entwicklung
der Kommunikationstechnik in den letzten Jahren ist unbestritten. Eine zentrale
Rolle kommt dabei dem Internet Protocol (IP) zu, das sich immer mehr als gemeinsamer Nenner
für die Konvergenz von Netzen darstellt. Ein Problem in IP-basierten Netzen besteht allerdings
darin, dass dort zunächst nur der so genannte Best Effort-Dienst bekannt ist, bei dem alle
Verkehrsströme gleich behandelt werden. Falls nicht eine meist teure Überdimensionierung
von Netzressourcen vorgenommen wird, können daher die unterschiedlichen Anforderungen
der verschiedenen Anwendungen oft nicht gleichzeitig erfüllt werden.
Eine Lösung dieses Problems bringt die Einführung eines Verkehrsmanagements, das eine differenzierte
Behandlung von Verkehrsströmen vornimmt. Im Rahmen dieser Arbeit wird dazu
nach einer Aufarbeitung der Grundlagen von IP-Netzen sowie einer Klassifikation der verschiedenen
Verkehrsmanagement-Funktionen ein Verfahren vorgeschlagen, das Pakete innerhalb
eines IP-Netzknotens entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu einer Dienstgüteklasse differenziert
behandelt. Das Verfahren, das als Weighted Earliest Due Date (WEDD) bezeichnet
wird, basiert auf einer Abarbeitung nach kürzester Fristen. Diese ergeben sich aus der so
genannten Maximalverzögerung, für die in den einzelnen Klassen unterschiedliche Werte festgelegt
werden können. Gleichzeitig arbeitet WEDD nach dem Grundsatz der relativen Differenzierung,
indem ein weiterer klassenspezifischer Differenzierungsparameter eingeführt wird,
der eine Gewichtung der Überschreitungswahrscheinlichkeiten der jeweiligen Maximalverzögerung
in den unterschiedlichen Klassen ermöglicht. Durch die darüber hinaus mögliche Verwerfung
von Paketen, die ihre Maximalverzögerung überschritten haben, kann somit eine
gleichzeitige Verzögerungs- und Verlustdifferenzierung vorgenommen werden.
Ein Schwerpunkt der Arbeit stellt die Leistungsuntersuchung des entwickelten Verfahrens dar.
Dabei liegt die Schwierigkeit unter anderem in der Modellierung von IP-Verkehr, der durch ein
burstartiges Verhalten und Effekte wie Langzeitabhängigkeit und Selbstähnlichkeit charakterisiert
ist. Es werden verschiedene Modelle für echtzeitkritischen sowie für elastischen IP-Verkehr
verwendet sowie entsprechende aussagekräftige Leistungsmetriken definiert. Auf dieser
Grundlage werden in umfangreichen Simulationsstudien – teilweise unter Verwendung analytisch
abgeleiteter Bezugsgrößen – der Nachweis für die Funktionsfähigkeit des entwickelten
Verfahrens und insbesondere seine Robustheit in Bezug auf den ankommenden Verkehr
erbracht, die Auswirkungen verschiedener Systemparameter gezeigt sowie Vergleiche mit
anderen Verfahren vorgenommen. Darüber hinaus werden systematisch einige grundlegende
Effekte herausgearbeitet, die – über das entwickelte Verfahren hinaus – einen tieferen Einblick
in das Verkehrsverhalten in IP-Netzen geben.