ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΣΧΕΤΙΚΗ ΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ. 4.1 Εισαγωγή

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΣΧΕΤΙΚΗ ΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ 4.1 Εισαγωγή Η βασική ιδέα της σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών (Relatve DffServ) είναι ότι η κίνηση στα δίκτυα οµαδοποιείται σε κλάσεις υπηρεσίας, οι οποίες διατάσσονται µε βάση την ποιότητα προώθησης των πακέτων τους: Η κλάση είναι καλύτερη (ή τουλάχιστον όχι χειρότερη) από την κλάση ( 1) για 1, από την άποψη τοπικών (ανά-κόµβο) χαρακτηριστικών απόδοσης όπως οι καθυστερήσεις αναµονής και οι απώλειες πακέτων. Η διευκρίνιση "όχι χειρότερη" απαιτείται δεδοµένου ότι σε καταστάσεις χαµηλού-φορτίου στο δίκτυο, όλες οι κλάσεις θα δοκιµάσουν ίδια επίπεδα ΠοιΥπ. Η οµάδα εργασίας Internet Engneerng Task Force (IETF) έχει τυποποιήσει οκτώ τέτοιες κλάσεις, που τις αποκαλεί: διαβιβαστικές συµπεριφορές ανά κόµβο (PHBs), χρησιµοποιώντας τα bt προτεραιότητας της επικεφαλίδας των IPv4 πακέτων [1]. Ανάλογα µε το σενάριο υλοποίησης, η ταξινόµηση των πακέτων στις διαφορετικές κλάσεις µπορεί να γίνει είτε από την ίδια την εφαρµογή που χρησιµοποιεί ο χρήστης, είτε από τον ακραίο δροµολογητή εισόδου του δικτύου. Παραδείγµατος χάριν, µια εφαρµογή τηλεφωνίας IP µπορεί δυναµικά να προσαρµόσει την κατηγοριοποίηση των πακέτων της µε βάση τις καθυστερήσεις και τις απώλειες που υφίστανται κατά την τρέχουσα κλήση. Σε ένα οργανισµό, η ταξινόµηση των πακέτων µπορεί να βασιστεί σε κανόνες πολιτικής, όπως για παράδειγµα ότι οι χρήσεις του τµήµατος διοίκησης χρησιµοποιούν την υψηλότερη κλάση, ενώ το τµήµα µηχανικών χρησιµοποιεί µια χαµηλότερη κλάση. Πρόσφατες ερευνητικές µελέτες πρότειναν µια ποιοτική σχετική διαφοροποίηση υπηρεσιών που ονοµάστηκε αναλογική διαφοροποίηση (Proportonal DffServ) [2][3], σύµφωνα µε την οποία ελέγχονται οι αναλογίες των καθυστερήσεων ή των ρυθµών απώλειας πακέτων µεταξύ κλάσεων διαδοχικής προτεραιότητας έτσι ώστε να διατηρούνται σταθερές. Αυτό το µοντέλο, λαµβάνοντας υπόψη δύο διαδοχικής προτεραιότητας κλάσεις, εγγυάται ότι η καθυστέρηση πακέτων ή ο ρυθµός απώλειας πακέτων για την κατηγορία της πιο υψηλής προτεραιότητας θα είναι ένα προ- 91

2 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP διευκρινισµένο ποσοστό των καθυστερήσεων πακέτων ή του ρυθµού απώλειας της χαµηλότερης προτεραιότητας κλάσης. Στο πρότυπο της αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης (Proportonal Delay Dfferentaton PDD), οι αναλογίες καθυστέρησης των πακέτων µεταξύ κλάσεων διαδοχικής προτεραιότητας είναι σταθερές και ίσες µε την αναλογία των αντίστοιχων παραµέτρων διαφοροποίησης καθυστέρησης (Delay Dfferentaton Parameters - DDPs). Ερευνητικές εργασίες που υλοποιούν αναλογική διαφοροποίηση καθυστέρησης χρησιµοποιούν χρονοπρογραµµατιστές προτεραιότητας (prorty based schedulers) ή χρονοπρογραµµατιστές καταµερισµού σύνδεσης (lnk sharng schedulers). Η προσοχή µας επικεντρώθηκε στον χρονοπρογραµµατιστή D-WFQ, που είναι επέκταση του χρονοπρογραµµατιστή WFQ [4], στον οποίο τα βάρη κάθε κλάσης αναπροσαρµόζονται δυναµικά έτσι ώστε να διατηρούνται οι προκαθορισµένες διαφορές καθυστέρησης µεταξύ των κλάσεων. Σε αυτό το κεφάλαιο, παρουσιάζουµε µια παρόµοια προσπάθεια µε το [4] για παροχή αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης χρησιµοποιώντας τον Class Based Queue (CBQ) χρονοπρογραµµατιστή καταµερισµού σύνδεσης [8] και αναπροσαρµόζοντας δυναµικά το εύρος ζώνης που ανατίθεται σε κάθε µια από τις κλάσεις υπηρεσίας που έχουν οριστεί. Οι τιµές προσαρµογής του εύρους ζώνης υπολογίζονται µε βάση τον ρυθµό άφιξης πακέτων και το φορτίο της ουράς αναµονής κάθε κλάσης. Καλούµε αυτό το πρότυπο Dynamc Bandwdth Adaptaton Class Based Queue (DB - CBQ) [6][7]. Αυτό το κεφάλαιο οργανώνεται ως εξής: Αρχικά παρουσιάζεται η σχετική θεωρία των σχετικών διαφοροποιηµένων υπηρεσιών, και περιγράφονται υπάρχοντα σχήµατα σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών, και τα επιθυµητά χαρακτηριστικά τους. Το πρότυπο της αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης πακέτων και οι όροι εφικτότητας του συστήµατος αναλύονται, ενώ γίνεται ο υπολογισµός της περιοχής εφικτών παραµέτρων αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης για τρεις κλάσεις υπηρεσίας. Ακολούθως υπάρχοντες αλγόριθµοι χρονοπρογραµµατισµού, που υποστηρίζουν την αναλογική διαφοροποίηση καθυστέρησης, παρουσιάζονται. Ο χρονοπρογραµµατιστής CBQ, η αρχιτεκτονική του προτεινόµενου προτύπου DB-CBQ και η µέθοδος που χρησιµοποιείται για να υπολογίσει το εύρος ζώνης που ανατίθεται σε κάθε κλάση υπηρεσίας για να επιτευχθεί η αναλογική διαφοροποίηση καθυστέρησης περιγράφονται. Επιπρόσθετα δίνεται µια µέθοδος υπολογισµού του καταµερισµού εύρους ζώνης που καλύπτει παράλληλα αναλογικούς και απόλυτους περιορισµούς καθυστέρησης. Ακολούθως, παραθέτονται αποτελέσµατα από πειράµατα που διεξήχθησαν χρησιµοποιώντας τον προσοµοιωτή δικτύων S 92

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 για επιλεγµένα σενάρια κίνησης. Τέλος, γίνονται τελικές παρατηρήσεις και µελλοντικά σχέδια για περαιτέρω ανάπτυξη ή βελτίωση συζητούνται. 4.2 Το Σχετικό και το Απόλυτο µοντέλο υπηρεσίας Στο µοντέλο της απόλυτης διαφοροποίησης, ένας χρήστης που έχει γίνει αποδεκτός είναι βέβαιος για το επίπεδο ΠοιΥπ που θα του παρέχει το δίκτυο. Το µειονέκτηµα, είναι ότι η αίτηση του χρήστη για αποδοχή θα απορριφθεί στην περίπτωση που οι απαραίτητοι πόροι δεν είναι διαθέσιµοι και το δίκτυο δεν µπορεί να παρέχει τη ζητούµενη ΠοιΥπ. Παραδείγµατος χάριν, υποθέστε ότι µια εφαρµογή τηλεφωνίας IP ζητά εύρος ζώνης 32 kbps και η από άκρο σε άκρο καθυστέρηση για τα πακέτα της εφαρµογής να µην ξεπερνά τα 200 msec. Εάν το αίτηµα του χρήστη γίνει αποδεκτό, η ποιότητα της κλήσης της εφαρµογής είναι εξασφαλισµένη. Εντούτοις, εάν το δίκτυο είναι ανίκανο να παρέχει το ζητούµενο εύρος ζώνης ή / και την ζητούµενη από άκρο σε άκρο καθυστέρηση, ο χρήστης θα λάβει κατά την κλήση του σήµα ότι η γραµµή είναι κατειληµµένη. Αφ' ετέρου στο µοντέλο της σχετικής διαφοροποίησης, η µόνη διαβεβαίωση από το δίκτυο είναι ότι µια υψηλότερη προτεραιότητας κλάση θα λάβει καλύτερη υπηρεσία από µια χαµηλότερη κλάση. Το ποσό εξυπηρέτησης που λαµβάνει µια κλάση και η προκύπτουσα ΠοιΥπ που γίνεται αντιληπτή από την εφαρµογή του χρήστη εξαρτώνται από το τρέχον φορτίο του δικτύου σε κάθε κλάση. Οι χρήστες / εφαρµογές, σε αυτό το πλαίσιο, είτε πρέπει να προσαρµόσουν τις ανάγκες τους µε βάση το παρατηρηθέν επίπεδο ΠοιΥπ της κλάσης τους, είτε να µεταπηδήσουν σε κλάση µε καλύτερη ΠοιΥπ εφόσον οι περιορισµοί των δαπανών τους επιτρέπουν αυτήν την µετάβαση. Παραδείγµατος χάριν, µια προσαρµοστική εφαρµογή τηλεφωνίας IP µπορεί να χρησιµοποιήσει µια σειρά τεχνικών κωδικοποίησης και προσαρµοστικών µηχανισµών αναπαραγωγή ήχου για να προσφέρει λογικής ποιότητας (αν και µερικές φορές υποβιβασµένης) ήχο, όταν το διαθέσιµο εύρος ζώνης είναι µεταξύ 6 έως 32 kbps και οι από άκρο σε άκρο καθυστερήσεις είναι µέχρι και 300msec. Εάν οι καθυστερήσεις στην τρέχουσα κλάση παρατηρούνται να είναι µεγαλύτερες από 300msec, η εφαρµογή µπορεί δυναµικά να µεταπηδήσει σε υψηλότερης προτεραιότητας κλάσεις, έως ότου βρει τη χαµηλότερη κλάση στην οποία µπορεί να λειτουργήσει επαρκώς. Εάν δεν υπάρχει καµία τέτοια κατηγορία, ή ο χρήστης έχει διευκρινίσει κάποιους µέγιστους περιορισµούς δαπανών που δεν επιτρέπουν τη µεταπήδηση σε υψηλότερη κλάση, ο χρήστης θα λάβει ήχο υποβιβασµένης ποιότητας, δεδοµένου ότι το συγκεκριµένο µονοπάτι της ροής του δεν διαµορφώθηκε ή / και δεν διατιµήθηκε έτσι ώστε να αποκτήσει τον κατάλληλο συνδυασµό ποιοτικών απαιτήσεων και δαπανών. 93

4 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP 4.3 Σχήµατα Σχετικής ιαφοροποίησης Υπηρεσιών Υπάρχουν διάφοροι τρόποι υλοποίησης της σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών. Τρία υπάρχοντα σχήµατα παρουσιάζονται εδώ, ενώ στην ενότητα 4.5 το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης περιγράφεται που αντιµετωπίζει µερικά από τα προβλήµατα των παρακάτω σχηµάτων. Απόλυτη προτεραιότητα Σε αυτήν την προσέγγιση, η υψηλότερης προτεραιότητας κλάση που είναι σε κατάσταση αναµονής (backlogged) εξυπηρετείται πρώτη και όταν ένα πακέτο πρέπει να απορριφθεί, επιλέγεται από τις χαµηλότερες σε προτεραιότητα κλάσεις. Λέµε ότι µια κλάση είναι σε κατάσταση αναµονής όταν υπάρχει τουλάχιστον ένα πακέτο της στην ουρά αναµονής της. Αν και ένα τέτοιο σχήµα εξυπηρέτησης διατηρεί την επιθυµητή διαβάθµιση ΠοιΥπ µεταξύ των κλάσεων (δηλ., οι υψηλότερες κλάσεις είναι πάντα καλύτερες), έχει σηµαντικά µειονεκτήµατα. Κατ' αρχάς, εάν οι υψηλότερες κλάσεις είναι διαρκώς σε κατάσταση αναµονής, οδηγεί σε µεγάλες περιόδους παύσης εξυπηρέτησης (starvaton) των χαµηλότερων κλάσεων. Επιπλέον, το σχήµα απόλυτων προτεραιοτήτων δεν είναι ελέγξιµο, δηλαδή δεν παρέχει τρόπους ρύθµισης των διαστηµάτων ΠοιΥπ µεταξύ των κλάσεων. Άντ αυτού, ο τρόπος εξυπηρέτησης των πακέτων εξαρτάται µόνο από το πως κατανέµεται η κίνηση µεταξύ των κλάσεων. ιαφοροποίηση µε βάση την τιµή Μια απλή περίπτωση της σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών είναι το σχήµα τιµολόγησης Pars Metro Prcng (PMP) [9]. Το PMP είναι βασισµένο στην τιµολόγηση, αντί των ειδικών µηχανισµών προώθησης, για την παροχή σχετικής διαφοροποίησης µεταξύ των κλάσεων. Θεωρεί ότι οι υψηλότερες τιµές θα οδηγήσουν σε χαµηλότερα φορτία στις υψηλότερες κλάσεις, και έτσι σε καλύτερη ποιότητα εξυπηρέτησης των πακέτων τους. Εντούτοις, οι µηχανισµοί τιµολόγησης, µπορούν να είναι αποτελεσµατικοί, µόνο για σχετικά µακρά χρονικά διαστήµατα, κατά τα οποία οι τιµές δεν διαφοροποιούνται. Ωστόσο αν οι υψηλότερες κλάσεις υπερφορτωθούν (π.χ., επειδή πολλοί "πλούσιοι" χρήστες γίνονται ενεργοί συγχρόνως), θα προωθούν τα πακέτα τους χειρότερα από τις χαµηλότερες κλάσεις. Αυτό θα ήταν µια περίπτωση ασύµβατης (nconsstent) ή απρόβλεπτης (unpredctable) διαφοροποίησης µεταξύ των κλάσεων. 94

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Στατική διαφοροποίηση ικανότητας Σε αυτό το σχήµα προκειµένου να παρασχεθεί η σχετική διαφοροποίηση των υπηρεσιών ο διαχειριστής του δικτύου διαθέτει µεγαλύτερα ποσά των πόρων για την προώθηση των πακέτων (εύρος ζώνης ή διάστηµα ουράς αναµονής) στις υψηλότερες κλάσης, σε σχέση µε το αναµενόµενο φορτίο σε κάθε κλάση. Στη διαφοροποίηση καθυστέρησης, ένας χρονοπρογραµµατιστής καταµερισµού σύνδεσης µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να κατανείµει το εύρος ζώνης της σύνδεσης µεταξύ των κλάσεων, έτσι ώστε η αναλογία του ρυθµού εξυπηρέτησης προς το ρυθµό άφιξης είναι µεγαλύτερη για τις κλάσης υψηλής προτεραιότητας. Για παράδειγµα, θεωρούµε ότι µια κλάση έχει ένα µέσο ρυθµό άφιξης l. Ένας Weghted Far Queueng (WFQ) χρονοπρογραµµατιστής [4] πού έχει βάρος w για την κλάση υπηρεσίας µπορεί να διαµορφωθεί ώστε να παρέχει στις υψηλότερες κλάσεις ένα µεγαλύτερο µερίδιο του εύρους ζώνης: w l w >, l > Αυτή η προσέγγιση συζητείται στο [10], ως πιθανή υλοποίηση του προτύπου της Oλυµπιακής Υπηρεσίας (Olympc Servce), που αποτελείται από τις τρεις κλάσεις: (Gold), Αργυρή (Slver) και Χάλκινη (Bronze), µε φθίνουσα ποιότητα. Εντούτοις, η προσέγγιση της στατικής διαφοροποίησης ικανότητας, έχει ένα σηµαντικό µειονέκτηµα, το οποίο γίνεται πιο εµφανές σε µικρά χρονικά διαστήµατα. Συγκεκριµένα, οι υψηλότερες κλάσεις µπορεί συχνά να παρέχουν τη χειρότερη ΠοιΥπ από τις χαµηλότερες κλάσεις, ακυρώνοντας την κύρια προϋπόθεση της σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών. Ο λόγος για αυτήν την συµπεριφορά είναι ότι η ΠοιΥπ σε κάθε κλάση εξαρτάται από τη βραχυπρόθεσµη σχέση µεταξύ του ρυθµού εξυπηρέτησης σε µια κλάση και του ρυθµού άφιξης στην ίδια κλάση. Τα βραχυπρόθεσµα φορτία άφιξης µιας κλάσης, µπορούν εντούτοις, να παρεκκλίνουν από τα µακροπρόθεσµα φορτία της κλάσης σε σηµαντικά µεγάλα χρονικά διαστήµατα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για την κυκλοφορία του ιαδικτύου, η οποία έχει αποδειχθεί ότι είναι εξαιρετικά ριπογόνα - ριπική (burstly) σε ένα ευρύ φάσµα χρονικών διαστηµάτων [11]. εδοµένου ότι πολλές εφαρµογές ιαδικτύου είναι σύντοµης διάρκειας (π.χ., µια Web σύνοδος), είναι σηµαντικό η διάταξη των κλάσεων ως προς την ΠοιΥπ που παρέχουν, να παραµένει συνεπής και για σύντοµα χρονικά διαστήµατα. Επιπλέον, είναι σηµαντικό να δοθεί στους χρήστες η διαβεβαίωση ότι, ανεξαρτήτως του πότε θα ελέγχουν τη διαφοροποίηση µεταξύ δύο κλάσεων, πάντα θα διαπιστώνουν ότι οι υψηλότερες κλάσεις είναι καλύτερες. Αυτό µπορεί να επιτευχθεί εάν η διαφοροποίηση είναι προβλέψιµη και σε µικρά χρονικά διαστήµατα. Όταν µια υψηλή κλάση υπερφορτώνεται ο ρυθµός εξυπηρέτησης που λαµβάνουν τα πακέτα της, απαιτείται 95

6 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP να προσαρµοστεί δυναµικά, έτσι ώστε η ΠοιΥπ που θα παρέχει να εξακολουθεί να παραµένει καλύτερη από αυτή που παρέχουν οι χαµηλότερες κλάσεις. Προσθετική διαφοροποίηση Σε αυτό το πρότυπο τα επίπεδα εξυπηρέτησης των κλάσεων, χωρίζονται µε βάση δικτυακές παραµέτρους διαφοροποίησης, χρησιµοποιώντας προσθετικούς περιορισµούς. Στην περίπτωση της µέσης τιµής µακροπρόθεσµων καθυστερήσεων αναµονής, το προσθετικό πρότυπο δηλώνει ότι όταν υπάρχει µεγάλη κίνηση στο δίκτυο, η διαφορά των µέσων τιµών των καθυστερήσεων αναµονής των κλάσεων είναι ίση µε µια καθορισµένη σταθερά, δηλ. d d = D, > 0 ( > ) Όπου το D, > 0 είναι η παράµετρος διαφοροποίησης καθυστέρησης για το ζευγάρι των κλάσεων (, ). Θεωρούµε έναν χρονοπρογραµµατιστή προτεραιότητας (prorty scheduler) στον οποίο η προτεραιότητα ενός πακέτου της κλάσης τη χρονική στιγµή t είναι Το (t) w και τα p ( t) = w ( t) + s., είναι ο χρόνος αναµονής του πακέτου τη χρονική στιγµή t στο χρονοπρογραµµατιστή s < s 0 < 1 2 < < s είναι οι παράµετροι διαφοροποίησης που έχουν οριστεί στον χρονοπρογραµµατισή. Αποτελέσµατα προσοµοίωσης δείχνουν ότι αυτός ο χρονοπρογραµµατιστής ακολουθεί το µοντέλο της προσθετικής διαφοροποίηση καθυστέρησης όταν υπάρχουν µεγάλα φορτία κίνησης στο δίκτυο, µε D, = s s [12]. Η προσθετική διαφοροποίηση είναι µια ενδιαφέρουσα περίπτωση του σχετικού προτύπου διαφοροποίησης που αξίζει περαιτέρω έρευνα. 4.4 Επιθυµητά χαρακτηριστικά γνωρίσµατα των σχηµάτων σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών Οι περιορισµοί των ανωτέρω προτύπων σχετικής διαφοροποίησης επισήµαναν δύο χαρακτηριστικά γνωρίσµατα, τα οποία είναι ουσιαστικά ώστε µια αρχιτεκτονική σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών να είναι αποτελεσµατική τόσο για τους χρήστες, όσο και για τους διαχειριστές δικτύων: Ελεγξιµότητα: Οι διαχειριστές δικτύων πρέπει να έχουν την ευελιξία να ρυθµίζουν τα διαστήµατα ΠοιΥπ µεταξύ των κλάσεων, βασισµένοι σε κριτήρια που επιλέγουν. Αυτή η απαίτηση αναφέρεται ως ελεγξιµότητα ενός σχήµατος σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών. 96

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Προβλεψιµότητα: Οι χρήστες ή οι εφαρµογές του δικτύου θέλουν µια διαβεβαίωση ότι πληρώνοντας ένα υψηλότερο κόστος, ώστε οι ροές που θα παράγουν να ανήκουν σε µια υψηλή κλάση, θα λαµβάνουν καλύτερη ΠοιΥπ από ότι στην περίπτωση που είχαν επιλέξει µια χαµηλότερη κλάση. Από την άποψη των χρηστών, η σχετική διάταξη µεταξύ των κλάσεων ως προς την ΠοιΥπ που παρέχεται σε αυτές, πρέπει να ισχύει πάντα, ανεξάρτητα από τα χαρακτηριστικά ροής, όπως η διάρκεια, ο ρυθµός εισόδου, ή ριπαιότητα (burstness) της ροής. Επιπλέον, αυτή η διαβεβαίωση της σχετικής διάταξης της ΠοιΥπ πρέπει να ισχύει τόσο στο δίκτυο πρόσβασης (στους ακραίους δροµολογητές), όπου η συνολική κίνηση σε κάθε κλάση αποτελείται από λίγες ροές, όσο και στο δίκτυο πυρήνα (στους δροµολογητές πυρήνα), όπου υπάρχουν εκατοµµύρια ταυτόχρονων ροών σε κάθε κλάση. Επιπρόσθετα, η σχετική διάταξη των κλάσεων πρέπει να είναι ανεξάρτητη από τα χρονικά διαστήµατα κατά τα οποία υπολογίζεται και ελέγχεται η ΠοιΥπ που παρέχουν οι κλάσεις. Παραδείγµατος χάριν, η σχετική διάταξη πρέπει να ισχύσει για τις ροές µεγάλης διάρκειας όπως µια εφαρµογή τηλεδιάσκεψης καθώς επίσης και για τις σύντοµης διάρκειας ροές όπως αυτές που εµφανίζονται κατά την πρόσβαση σε ιστοσελίδες WEB. Αυτή η απαίτηση αναφέρεται ως προβλεψιµότητα της σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών, που σηµαίνει ότι οι υψηλότερες κατηγορίες πρέπει να είναι καλύτερες από τις χαµηλότερες κατηγορίες ανεξάρτητα από τα χαρακτηριστικά των ροών τους και τα χρονικά διαστήµατα της διαδικασίας του ποιοτικού ελέγχου ανά κλάση. 4.5 Το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης Το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης είναι µια ειδική περίπτωση των σχετικών διαφοροποιηµένων υπηρεσιών στην οποία οι απαιτήσεις της ελεγξιµότητας και της προβλεψιµότητας καλύπτονται εξ ορισµού. Συγκεκριµένα δηλώνει ότι οι τοπικές (ανά κόµβο) µετρήσεις ορισµένων παραµέτρων απόδοσης κάθε κλάσης πρέπει να είναι ανάλογες προς τις παραµέτρους διαφοροποίησης που ο διαχειριστής του δικτύου επιλέγει. Αν και δεν υπάρχει καµία ευρεία συναίνεση ως προς το ποια είναι τα πιο κατάλληλα µέτρα απόδοσης για την προώθηση πακέτων, γενικά έχει συµφωνηθεί ότι καλύτερη ΠοιΥπ σε ένα δίκτυο σηµαίνει χαµηλότερες καθυστερήσεις αναµονής των πακέτων και χαµηλότερη πιθανότητα απωλειών πακέτων. Συνεπώς, εστιάζουµε σε δύο µέτρα απόδοσης, τις βραχυπρόθεσµες καθυστερήσεις αναµονής σε κάθε κλάση, και τα βραχυπρόθεσµα ποσοστά απωλειών πακέτων. Η γενική περιγραφή του αναλογικού προτύπου διαφοροποίησης ακολουθεί: Θεωρούµε ότι το q ( t, t + τ) είναι ένα µέτρο απόδοσης για την κλάση κατά το χρονικό διάστηµα (t, t+τ), όπου το τ > 0 είναι το χρονικό 97

8 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP διάστηµα του ποιοτικού ελέγχου. εδοµένου ότι ενδιαφερόµαστε για τη διαφοροποίηση σε µικρά χρονικά διαστήµατα, το τ πρέπει να είναι σχετικά µικρό. Το ανάλογικό πρότυπο διαφοροποίησης επιβάλλει τους περιορισµούς της ακόλουθης µορφής για όλα τα ζευγάρια των κλάσεων, και για όλα τα χρονικά διαστήµατα (t, t + τ) για τα οποία ορίζονται τα q ( t, t + τ) και q ( t, t + τ) : q ( t, t + τ) q ( t, t + τ) c = c Όπου τα c < c < < 1 2 c είναι οι γενικές παράµετροι ποιοτικής διαφοροποίησης (qualty dfferentaton parameters - QDPs). Η βασική ιδέα είναι ότι, ακόµα κι αν το πραγµατικό ποιοτικό επίπεδο κάθε κλάσης ποικίλει αναλόγως του φορτίου κίνησης της κλάσης, η ποιοτική αναλογία µεταξύ των κλάσεων θα παραµείνει σταθερή και ελέγξιµη από το διαχειριστή του δικτύου, και θα είναι ανεξάρτητη του φορτίου της κίνησης σε κάθε κλάση. Επιπλέον, επειδή η διαφοροποίηση κάθε κλάσης ισχύει για µικρά χρονικά διαστήµατα, η σχετική διάταξη µεταξύ των κλάσεων είναι συνεπής και προβλέψιµη από την προοπτική του χρήστη. Το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης, µπορεί να εφαρµοστεί στο πλαίσιο των καθυστερήσεων αναµονής θέτοντας q ( t, t + τ) = d ( t, t + τ), όπου το d ( t, t + τ) είναι η µέση καθυστέρηση αναµονής των πακέτων της κλάσης που αναχώρησαν κατά το χρονικό διάστηµα (t, t + τ). Εάν δεν υπάρχει κανένα τέτοιο πακέτο, το d ( t, t + τ) δεν ορίζεται. Το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης καθυστέρησης (proportonal delay dfferentaton model - PDD) δηλώνει ότι για όλα τα ζευγάρια των κλάσεων και για όλα τα χρονικά διαστήµατα (t, t + τ) στα οποία τα d ( t, t + τ) και d ( t, t + τ) ορίζονται ισχύει, d ( t, t + τ) d ( t, t + τ) δ = δ (1) όπου οι παράµετροι δ } είναι οι παράµετροι διαφοροποίησης καθυστέρησης (Delay { Dfferentaton Parametrs - DDPs), οι οποίες διατάσσονται ως εξής: δ > δ > > δ Ν

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Στην περίπτωση της διαφοροποίησης του ρυθµού απωλειών πακέτων, θέτουµε q 1 ( t + τ) =, όπου l ( t, t + τ) είναι το ποσοστό των πακέτων της κλάσης που ήταν l ( t + τ) σε κατάσταση αναµονής τη χρονική στιγµή t ή έφθασαν το χρονικό διάστηµα (t, t + τ), και απορρίφθηκαν µέσα στο ίδιο χρονικό διάστηµα. Σε αυτήν την περίπτωση, η αναλογική διαφοροποίηση του ρυθµού απωλειών πακέτων (Loss Rate Dfferentaton model - LRD) έχει τη µορφή: l ( t, t + τ) l ( t, t + τ) σ = σ (2) όπου οι παράµετροι { σ } είναι οι παράµετροι διαφοροποίησης του ρυθµού απωλειών πακέτων (Loss Rate Dfferentaton Parameters - LDPs), οι οποίες διατάσσονται ως εξής: σ1 > σ 2 > > σ Ν. Το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης είναι ελέγξιµο από την προοπτική του διαχειριστή του δικτύου, αφού χρησιµοποιεί τους QDPs. Είναι επίσης προβλέψιµο αφού, εάν η τιµή τ είναι αρκετά µικρή, οι υψηλότερες κλάσεις είναι καλύτερες από χαµηλότερες κλάσεις ακόµη και για µικρά χρονικά διαστήµατα. Πρέπει να σηµειωθεί, εν τούτοις, ότι το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης δεν είναι πάντα εφικτό χρησιµοποιώντας εργασιακά συντηρητικούς (work conservng) µηχανισµούς προώθησης (ένας εργασιακά συντηρητικός χρονοπρογραµµατιστής δεν παύει να εξυπηρετεί πακέτα εφόσον περιέχει στο εσωτερικό του πακέτα σε κατάσταση αναµονής τα οποία περιµένουν να εξυπηρετηθούν). Ανάλογα µε το φορτίο της κίνησης σε κάθε κλάση, τις τιµές των QDPs παραµέτρων, και το χρονικό διάστηµα ελέγχου τ, υπάρχουν περιπτώσεις κατά τις οποίες η αναλογική διαφοροποίηση που καθορίζεται από τις QDPs δεν µπορεί να επιτευχθεί µέσω ενός εργασιακά συντηρητικού χρονοπρογραµµατιστή. Αυτό µπορεί να ισχύσει, για παράδειγµα, όταν η υψηλότερη κλάση έχει πολύ περισσότερο φορτίο κίνησης από τις χαµηλότερες κλάσεις, αλλά ο διαχειριστής του δικτύου έχει ορίσει πολύ υψηλό QDP για αυτή την κλάση. Πιο συγκεκριµένα, ακόµα κι αν δοθεί στην υψηλότερη κλάση αυστηρά µεγαλύτερη προτεραιότητα σε σχέση µε τις υπόλοιπες κλάσεις, υπάρχει κάποιο όριο στο πόσο χαµηλή µπορεί να είναι η καθυστέρηση των πακέτων της πράγµα που οφείλεται στο φορτίο της κίνησης. Ο έλεγχος εφικτότητας για την περίπτωση των µακροπρόθεσµων µέσων καθυστερήσεων παρουσιάζεται µέσα στο [13], και βασίζεται σε συµπεράσµατα του [14]. Θα αναφερθούµε στον έλεγχο εφικτότητας πιο λεπτοµερώς στις επόµενες παραγράφους. 99

10 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP 4.6 Μηχανισµοί προώθησης για την αναλογική διαφοροποίηση Ένα σηµαντικό ερώτηµα είναι εάν υπάρχουν µηχανισµοί προώθησης πακέτων που µπορούν να επιτύχουν ή να προσεγγίσουν το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης. Σε αυτό το τµήµα συνοψίζουµε εν συντοµία µερικά πρώτα αποτελέσµατα προς αυτήν την κατεύθυνση. Το µοντέλο ενός µηχανισµού προώθησης πακέτων που υλοποιεί το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης παρουσιάζεται στο σχήµα 1. Οι ουρές αναµονής για κάθε γραµµή εξόδου ενός δροµολογητή είναι το πλήθος Ν, µια για κάθε κλάση υπηρεσίας. Οι Ν ουρές αναµονής µοιράζονται το εύρος ζώνης της γραµµής εξόδου χρησιµοποιώντας έναν χρονοπρογραµµατιστή πακέτων. Σε αυτό το πρότυπο, ένας ανάλογικός χρονοπρογραµµατιστής καθυστέρησης (proportonal delay scheduler) κατανέµει δυναµικά το εύρος ζώνης της σύνδεσης στις κλάσεις Ν, προσπαθώντας να διατηρήσει τους αναλογικούς περιορισµούς καθυστέρησης της εξίσωσης.(1). Packet buffers P 1 r 1 Input P 2 r 2 Output P 3 r 3 P r Proportonal loss rate dropper Proportonal delay scheduler Σχήµα 1: Τα βασικά τµήµατα ενός µηχανισµού προώθησης πακέτων που ακολουθεί το αναλογικό µοντέλο διαφοροποίησης Η προσέγγιση αυτή διαφέρει κατά πολύ από αυτή που ακολουθούν οι χρονοπρογραµµατιστές WFQ [4], CBQ [8], H-PFQ [15], ή ο H-FSQ [16], στους οποίους για κάθε κλάση έχει οριστεί ένα εγγυηµένο ελάχιστο εύρος ζώνης. Αυτοί οι χρονοπρογραµµατιστές έχουν σχεδιαστεί µε βάση τον καταµερισµό της σύνδεσης, σύµφωνα µε το οποίο σε διαφορετικές οµάδες ή σε µεµονωµένους χρήστες έχει ανατεθεί ένα εγγυηµένο ποσοστό του εύρους ζώνης της σύνδεσης και οποιοδήποτε επιπλέον διαθέσιµο εύρος ζώνης µοιράζεται δυναµικά µεταξύ τους. εδοµένου ότι αυτού του είδους οι χρονοπρογραµµατιστές δεν ρυθµίζουν δυναµικά και άµεσα τα ποσοστά εύρους ζώνης της σύνδεσης που αναθέτονται σε κάθε κλάση, προκειµένου να καταστήσουν τις βραχυπρόθεσµες καθυστερήσεις αναµονής στις υψηλότερες κλάσεις χαµηλότερες από εκείνες στις χαµηλότερες κλάσεις, δεν είναι ιδανικοί για να παρέχουν σχετική διαφοροποίηση υπηρεσιών. Επιπλέον στο µηχανισµό του σχήµατος 1 υπάρχει και ένας αναλογικός απορρίπτης (proportonal loss rate 100

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 dropper) ο οποίος αποφασίζει τα πακέτα ποιας κατηγορίας να απορρίψει όποτε υπάρχει ανάγκη έτσι ώστε να διατηρούνται οι αναλογικοί περιορισµοί ποσοστού απωλειών πακέτων της εξίσωσης 2. Επισηµαίνεται στο σηµείο αυτό, ότι η απόφαση να απορριφθεί ένα πακέτο είναι ανεξάρτητη από την επιλογή της κλάσης από την οποία το πακέτο θα απορριφθεί. Παραδείγµατος χάριν, οι απόρριψη πακέτων µπορεί να εµφανιστεί όποτε υπάρχει µια έλλειψη συνολικού χώρου προσωρινής αποθήκευσης πακέτων. Για παράδειγµα, ένα δυναµικό σχήµα απόρριψης, όπως το random ealry dscard (RED) [17], µπορεί να χρησιµοποιηθεί και να αποφασίσει πότε ένα πακέτο πρέπει να απορριφθεί. Σε αυτή την περίπτωση, το RED σχήµα θα έλεγχε το συνολικό φορτίο αναµονής στις ουρές των κλάσεων και µε βάση κάποιον κανόνα «ποσοστό απωλειών ως προς το συνολικό φορτίο», θα αποφάσιζε για την απόρριψη µερικών πακέτων. Η επιλογή όµως της κλάσης από την οποία τα πακέτα θα απορριφθούν θα γίνεται από τον αναλογικό απορρίπτη. 4.7 Μέσες καθυστερήσεις ανά κλάση στο PDD πρότυπο Θεωρούµε ότι υπάρχουν κλάσεις υπηρεσίας και η µέση καθυστέρηση αναµονής των πακέτων της κλάσης - είναι d. Όπως αναφέρθηκε ήδη, το PDD πρότυπο [2] στοχεύει να ελέγξει την αναλογία καθυστέρησης των πακέτων των διαφορετικών κλάσεων µε βάση τις DDPs παραµέτρους τους. Συγκεκριµένα, η αναλογία των µέσων καθυστερήσεων µεταξύ δύο κλάσεων, ορίζεται να είναι ίση µε την αναλογία των αντιστοίχων DDPs { δ, 1,... } παραµέτρων. Κατά συνέπεια, η εξίσωση (1) λαµβάνει την ακόλουθη µορφή: = d d δ = 1, (3) δ Ο τύπος (3) ισχύει για όλες τις καταστάσεις φορτίου του δικτύου κατά τις οποίες η αναλογική διαφοροποίηση καθυστέρησης µε βάση τις DDPs παραµέτρους είναι εφικτή. Ο διαχειριστής του δικτύου µπορεί παραδείγµατος χάριν να διευκρινίσει ότι η µέση καθυστέρηση των πακέτων της κλάσης- είναι διπλάσια της µέσης καθυστέρησης των πακέτων που ανήκουν στην κλάση- + 1, ανεξάρτητα από εάν οι καθυστερήσεις είναι της τάξεως των µερικών ή των εκατοντάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου. 101

12 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP Στο υπόλοιπο του κεφαλαίου, θεωρούµε όπως και στο [2] ότι οι υψηλότερες κλάσεις παρέχουν τις χαµηλότερες καθυστερήσεις εποµένως δ δ >... > δ 0) και επίσης η κλάση - 1 καθορίζεται ( 1 > 2 > να είναι η κλάση αναφοράς µε δ 1 = 1. Οι ακόλουθες εξισώσεις πρέπει εποµένως να ισχύουν: d = δ d1 = 2, (4) Στην εργασία [2] αποδεικνύεται ότι για έναν εργασιακά συντηρητικό χρονοπρογραµµατιστή [12] ο οποίος µπορεί να επιβάλει την εξίσωση (4) στις κλάσεις υπηρεσίας που υποστηρίζει, η µέση καθυστέρηση των πακέτων της κλάσης- είναι ίση µε: d δ q ag = = 1,, n= 1 δ n λ n L n (5) Όπου το λ είναι ο µέσος ρυθµός άφιξης (πακέτα ανά δευτερόλεπτο) και n Ln είναι το µέσο µέγεθος πακέτων της κλάσης-n. Το q ag είναι το µέσο πλήθος των bt που βρίσκονται σε κατάσταση αναµονής (ή όπως λέγεται το µήκος της ουράς) σε έναν χρονοπρογραµµατιστή FCFS [18] µε την ίδια ικανότητα εξυπηρέτησης που έχει την ίδια κίνηση εισόδου. Η απόδειξη του (5) ακολουθεί: Για οποιονδήποτε εργασιακά συντηρητικό χρονοπρογραµµατιστή ο νόµος συντήρησης [18][12] ορίζει ότι ισχύει: λ L d = λ L d ag = q =1 ag (6) όπου λ = λ είναι ο µέσος ρυθµός της συνολικής κυκλοφορίας εισόδου, L = = 1 = 1 ( λ L ) είναι το µέσο µέγεθος µεταξύ όλων των πακέτων και λ είναι η µέση καθυστέρηση των πακέτων στο χρονοπρογραµµατιστή FCFS. Ο νόµος συντήρησης υπονοεί ότι ακόµα κι αν ένας χρονοπρογραµµατιστής µπορεί να επηρεάσει το σχετικό µέγεθος των καθυστερήσεων στις κλάσεις, το να καταστήσει την καθυστέρηση σε µια κλάση χαµηλότερη από d ag 102

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 την καθυστέρηση µιας άλλης κλάσης, είναι ένα παιχνίδι εξισορρόπησης, διότι το άθροισµα των βαρών της (6) πρέπει να είναι ίσο µε το µήκος της ουράς q ag της συνολικής κυκλοφορίας. Το µήκος της ουράς q ag είναι µια σηµαντική σταθερά σε αυτήν την ισορροπία, δεδοµένου ότι δεν εξαρτάται από το είδος του χρονοπρογραµµατιστή, αλλά µόνο από τη συνολική κίνηση εισόδου και το εύρος ζώνης C της σύνδεσης εξόδου του χρονοπρογραµµατιστή. Εάν ο χρονοπρογραµµατιστής ικανοποιεί το PDD πρότυπο της εξίσωσης (3), η εξίσωση (6) γίνεται: d d = 1 δ δd λ L δ = = = 1 δ = 1 q q ag ag λ L δ = q λ L δ ag = 1,, Συνεπώς, ακόµα κι αν το PDD πρότυπο αποτελείται από τους 1σχετικούς περιορισµούς, η µέση καθυστέρηση σε κάθε κλάση καθορίζεται µε απόλυτο τρόπο όταν το PDD πρότυπο εφαρµόζεται σε µια καθορισµένη κίνηση µε φορτία κίνησης ανά κλάση{ πακέτων{ L }, και µέσο µήκος ουράς q. ag λ }, µέσα µεγέθη Από την εξίσωση (7) µπορούµε να πιστοποιήσουµε τα εξής σχετικά µε τη «δυναµική» του αναλογικού προτύπου διαφοροποίησης καθυστέρησης: Αν αυξηθεί ο ρυθµός της κίνησης εισόδου µιας κλάσης, τότε αυξάνεται η µέση καθυστέρηση όλων των κλάσεων. Αυτή η ιδιότητα δείχνει ότι δεν υπάρχει καµία αποµόνωση µεταξύ των κλάσεων στο PDD πρότυπο, δηλ. όταν αυξάνει η καθυστέρηση µιας κλάσης, λόγω επιπρόσθετου φορτίου σε αυτή την κλάση, θα αυξηθούν οι καθυστερήσεις όλων των κλάσεων. η αύξηση του ρυθµού εισόδου µιας κλάσης υψηλότερης προτεραιότητας προκαλεί µεγαλύτερη αύξηση στη µέση καθυστέρηση κάθε κλάσης από την αύξησης του ρυθµού εισόδου µιας χαµηλότερης προτεραιότητας κλάση. 103

14 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP εάν η παράµετρος διαφοροποίησης καθυστέρησης µιας κλάσης αυξηθεί, τότε η µέση καθυστέρηση εκείνης της κλάσης αυξάνεται, ενώ η µέση καθυστέρηση όλων των άλλων κλάσεων µειώνεται. Έστω ότι οι ρυθµοί εισόδου των κλάσεων αλλάζουν από { λ n } σε { λ ' n } µε λ' = λ ε, λ' = λ + ε ( ε > 0), και κάθε κλάσης αυξάνεται, και µειώνεται εάν >. 4.8 Μελέτη εφικτότητας του PDD προτύπου λ' = λ για όλα k,. Τότε εάν < η µέση καθυστέρηση k k Μέχρι τώρα έχουµε υποθέσει ότι το PDD πρότυπο είναι εφικτό. Εντούτοις, δεν µπορεί να υπάρξει χρονοπρογραµµατιστής που µπορεί να θέσει τη µέση καθυστέρηση κάθε κλάσης έτσι ώστε να ισχύει η (3) για οποιεσδήποτε DDPs τιµές. Αυτό είναι αρκετά προφανές, δεδοµένου ότι κάθε κλάση έχει µια ελάχιστη µέση καθυστέρηση, η οποία µπορεί να υπολογιστεί εάν σε εκείνη την κλάση δοθεί απόλυτη προτεραιότητα σε σχέση µε την υπόλοιπη κίνηση. Έτσι το να είναι λιγότερο από αυτή την ελάχιστη µέση τιµή καθυστέρησης. d, δεν µπορεί Στην εργασία [2] αποδεικνύεται ότι το PDD πρότυπο είναι εφικτό, εάν οι ακόλουθες 1ανισότητες ισχύουν. Σηµειώνουµε ότι το µέγεθος των πακέτων θεωρείται ότι είναι το ίδιο για όλες τις κλάσεις: S λ δ λ d k = 2,, q = k ag = k (7) Όπου το d είναι η µέση καθυστέρηση της κλάσης - σε έναν χρονοπρογραµµατιστή απόλυτης προτεραιότητας (strct prorty scheduler - SP) [18] που εξυπηρετεί την κλάση m µε ψηλότερη προτεραιότητα από την κλάση n για m > n, το λ είναι ο ρυθµός εισόδου της κλάσης -, S = = 1 λ δ και q ag = = 1 λ d. Η απόδειξη της (7) δίνεται παρακάτω: Οι Coffman και Mtran αποδεικνύουν στο [14] ότι ένα σύνολο µέσων καθυστερήσεων κλάσεων { d, = 1,, } οι οποίες έχουν ρυθµούς εισόδου { λ } και µέσα µεγέθη πακέτων { L }είναι εφικτές αν και µόνο αν οι ακόλουθες 2 2 ανισότητες ισχύουν: 104

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 λ d L d φ λ L = qφ for all φ Φ (8) φ φ όπου Φ είναι το σύνολο των 2 2 µη κενών υποσυνόλων του συνόλου{ 1,2,, } και τα q φ και d φ είναι το µήκος της ουράς και η µέση καθυστέρηση, αντίστοιχα, της κίνησης στο συγκεκριµένο υποσύνολο φ, εάν στο φ δοθεί απόλυτη προτεραιότητα σε σχέση µε όλες τις υπόλοιπες κλάσεις. Οι ανισότητες Coffman-Mtran δηλώνουν ότι οποιοιδήποτε σύνολο κλάσεων φ έχει ένα κάτω όριο του µήκους της ουράς αναµονής του όταν η κίνηση του φ εξυπηρετείται µε την υψηλότερη προτεραιότητα σε έναν χρονοπρογραµµατιστή SP. Ο Regner [19] επέκτεινε τα αποτελέσµατα των Coffman-Mtran υποθέτοντας ότι το µέσο µέγεθος πακέτων L = L = 1 και απέδειξε ότι οι αναγκαίοι και ικανοί όροι εφικτότητας της σχέσης (9) µπορούν να µειωθούν από 2 2 στις ακόλουθες 1ανισότητες: = k k = k λ d d, λ = q k = 2,, (9) κ, q k, d k, όπου τα και είναι το µέσο µήκος της ουράς και η µέση καθυστέρηση d φ αντίστοιχα, για{ k,, }. Οι ανισότητες του Regner επιβάλλουν έναν χαµηλότερο όριο του µήκους της ουράς των 1υποσυνόλων των k υψηλότερων σε προτεραιότητα κλάσεων (k=1, Ν-1}. q φ Θεωρούµε d να είναι η µέση καθυστέρηση της κλάσης- στον SP χρονοπρογραµµατιστή που εξυπηρετεί την κλάση m µε υψηλότερη προτεραιότητα από την κλάση n ν για m > n (δηλ., στην κλάση- δίνεται η υψηλότερη προτεραιότητα και σε κλάση-1 δίνεται χαµηλότερη προτεραιότητα). Με βάση τον τελευταίο συµβολισµό, έχουµε ότι: d λ = λ d και έτσι αντικαθιστώντας τις ανισότητες του Regner παίρνουµε: k, = k = k 105

16 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP = k λ d = k λ d (5) = k λ δ = k λ δ q ag = k λ d που είναι η (7). Για δύο κλάσεις το [2] παρουσιάζει τις απαραίτητες συνθήκες για την εφικτότητα του PDD προτύπου και υπολογίζει ένα σύνολο εφικτών δ 2 τιµών για διαφορετικά φορτία κίνησης. Στη συνέχεια δίνουµε τις συνθήκες εφικτότητας και υπολογίζουµε εφικτές δ 2,δ3 τιµές για =3. Για τρεις κλάσεις υπηρεσίας οι ανισότητες (7) δίνουν: A δ Γ (10) δ3 B 2 2 δ3 + Εδ Ζ (11) όπου A = λ1d1 + λ 2d 2, B = λ 2 d 3, Γ = λ 1 d 3, = λ 3 d 1 και Ε = λ 2 d 1 Η περιοχή εφικτών δ2, δ3 τιµών µπορεί να υπολογιστεί κάνοντας τις γραφικές παραστάσεις των ανισοτήτων (10), (11) και βρίσκοντας την κοινή περιοχή που ικανοποιεί και τις δύο (Σχήµα 2). δ 2 Z/E Γ/Α Z/ δ 3 -Γ/Β Σχήµα 2: Περιοχή εφικτών δ2, δ3 τιµών Για λ1 = λ2 = λ3 και για συνολικό φορτίο κίνησης εισόδου στο δίκτυο (total nput load) από 94% έως 99% η προσοµοίωση ενός χρονοπρογραµµατιστή απόλυτης προτεραιότητας µας έδωσε τις ακόλουθες τιµές για τα Γ /Β, Γ /Α, Ζ /Ε και Ζ / : 106

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Total Input Load % Γ/Β Γ/Α Ζ/Ε Ζ/ Πίνακας 1: Σηµεία τοµής των γραφικών παραστάσεων µε τους άξονες δ2, δ3 Εξετάζοντας τις τιµές του παραπάνω πίνακα και το σχήµα 2, οι DDPs τιµές 1/δ2 = 2, 1/δ3 = 4 καθώς επίσης και οι 1/δ2 = 1.5, 1/δ3 = 3 είναι εφικτές για φορτία κίνησης στο δίκτυο επάνω από 94%. Αυτές οι DDPs τιµές θα χρησιµοποιηθούν και στα πειράµατά µας. 4.9 Χρονοπρογραµµατιστές για το PDD πρότυπο Σε αυτό το τµήµα, υπάρχοντες χρονοπρογραµµατιστές που µπορούν να υιοθετηθούν για την παροχή αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης περιγράφονται εν συντοµία. Ο στόχος µας είναι κυρίως να τους αναφέρουµε εν συντοµία και να µην δώσουµε µια λεπτοµερή εικόνα των χαρακτηριστικών τους. Ωστόσο δίνουµε αναφορές εργασιών που τους περιγράφουν πλήρως Υπάρχουσες ερευνητικές εργασίες που υλοποιούν την αναλογική διαφοροποίηση καθυστέρησης χρησιµοποιούν χρονοπρογραµµατιστές προτεραιότητας ή χρονοπρογραµµατιστές καταµερισµού σύνδεσης. Στην πρώτη κατηγορία, ο χρονοπρογραµµατιστής Wat Tme Prorty (WTP)[2][20], ορίζει το κάθε πακέτο να έχει προτεραιότητα ίση µε τον χρόνο αναµονής του επί τον συντελεστή DDP της κλάσης στην οποία ανήκει. Ο Proportonal Average Delay (PAD) [2] χρονοπρογραµµατιστής, επιλέγει για µετάδοση το πακέτο από την κλάση µε τη µέγιστη κανονικοποιηµένη µέση καθυστέρηση, η οποία είναι στην ουσία η µέση καθυστέρηση της κλάσης διαιρεµένη από την DDP τιµή της. Ο Hybrd Proportonal Delay (HPD) [2] χρονοπρογραµµατιστής, επιλέγει να διαβιβάσει το πακέτο από την κλάση µε τη µέγιστη υβριδική 107

18 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP καθυστέρηση, που είναι ένας συνδυασµό των PAD και WTP τιµών. Ο Mean Delay Proportonal ( MDP) [21] χρονοπρογραµµατιστής, είναι παρόµοιος µε το WTP εκτός από το γεγονός ότι προκειµένου να οριστούν οι προτεραιότητες των πακέτων χρησιµοποιεί µια εκτίµηση της µέσης καθυστέρησης των κλάσεών τους αντί του πραγµατικού χρόνου αναµονής του κάθε πακέτου. Στους χρονοπρογραµµατιστές καταµερισµού σύνδεσης, ο Proportonal Queue Control Mechansm (PQCM)[22], ο Backlog-Proportonal Rate (BPR)[12], ο Jont Buffer management and Schedulng (JoBS)[23] και τέλος ο Dynamc Weghted Far Queueng (D-WFQ)[4] είναι όλοι παραλλαγές του αλγορίθµου GPS [24]. Σε έναν χρονοπρογραµµατιστή WFQ οι κλάσεις εξυπηρετούνται σύµφωνα µε τα βάρη τους, ενώ στον D-WFQ τα βάρη κάθε κλάσης αναπροσαρµόζονται δυναµικά έτσι ώστε οι προκαθορισµένες διαφορές καθυστέρησης µεταξύ των κλάσεων να µπορούν να επιτευχθούν. Η σηµασία του D-WFQ ότι για να πετύχει τη σχετική διαφοροποίηση καθυστέρησης, χρησιµοποιεί ένα γενικό χρονοπρογραµµατιστή, που εφαρµόζεται ευρέως σε δροµολογητές παροχής ΠοιΥπ. Όλοι οι προαναφερθέντες αλγόριθµοι προσαρµόζουν τους ρυθµούς εξυπηρέτησης των κλάσεων ώστε να καλύψουν τις απαιτήσεις ΠοιΥπ για σχετική καθυστέρηση. Η υψηλή σηµασία τους είναι ότι λόγω της φύσης τους, µπορούν επίσης να προσφέρουν και υπηρεσίες απόλυτης διαφοροποίησης σε µια κλάση όπως για παράδειγµα εγγυηµένο ρυθµό εξυπηρέτησης ή απόλυτο περιορισµό καθυστέρησης. Οι χρονοπρογραµµατιστές προτεραιότητας δεν µπορούν να παρέχουν τέτοιες εγγυήσεις. Ο χρονοπρογραµµατιστής CBQ, που υιοθετείται στη µελέτη µας για παροχή ΠοιΥπ αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης, είναι βασισµένος σε διάφορους µηχανισµούς που συγχωνεύουν τις προτεραιότητες των ουρών αναµονής (Prorty Queueng - PQ) και τη δίκαια εξυπηρέτηση. Αν και οι εσωτερικοί µηχανισµοί του CBQ είναι αρκετά σύνθετοι, η χρήση του είναι αρκετά απλή. Ο διαχειριστής του δικτύου πρέπει να καθορίσει την ιεραρχία καταµερισµού της σύνδεσης και να εκχωρήσει το κατάλληλο ποσό εύρους ζώνης και προτεραιότητας σε κάθε κλάση. Λόγω των πλεονεκτηµάτων του, ο CBQ χρονοπρογραµµατιστής θεωρείται ως ένας από τους πλέον κατάλληλους για την υποστήριξη DffServ ΠοιΥπ. Στις παραγράφους που ακολουθούν θα παράσχουµε ενδεικτικά στοιχεία της αποδοτικότητα του πρότυπου χρονοπρογραµµατιστή DB- CBQ που προτείνουµε και είναι µια επέκταση του CBQ. Συγκεκριµένα, θα δείξουµε ότι προσαρµόζοντας κατάλληλα το εύρος ζώνης των κλάσεων σε έναν χρονοπρογραµµατιστή CBQ, µπορούµε να λάβουµε το σχετικό διάστηµα καθυστέρησης που απαιτείται να υπάρχει µεταξύ των κλάσεων, υπό τον όρο ότι οι τιµές των DDP παραµέτρων που θέτουµε είναι εφικτές. 108

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ο δυναµικός CBQ χρονοπρογραµµατιστής (DB -CBQ) Ο CBQ χρονοπρογραµµατιστής αποτελείται από έναν βασικό χρονοπρογραµµατιστή (general scheduler) που είναι συνήθως Weghted Round Robn (WRR) [18] και ο οποίος ελέγχεται από έναν χρονοπρογραµµατιστή καταµερισµού σύνδεσης (lnk sharng scheduler). Η εισερχόµενη κίνηση κατηγοριοποιείται στην κατάλληλη ουρά αναµονής σύµφωνα µε ένα σύνολο από κανόνες φιλτραρίσµατος. Ο βασικός χρονοπρογραµµατιστής επιλέγει να εξυπηρετήσει τα πακέτα που στέλνονται στις ουρές αναµονής, µε τέτοιο τρόπο ώστε να εγγυάται ότι κάθε κλάση λαµβάνει τουλάχιστον το µέρος του εύρους ζώνης της σύνδεσης εξόδου που τις έχει εκχωρηθεί. Ένας εκτιµητής (estmator) µετρά το χρόνο αναχώρησης µεταξύ των διαδοχικών πακέτων κάθε κλάσης και χαρακτηρίζει κάθε κλάση ως πάνω από το όριο (over lmt), κάτω από το όριο (under lmt) ή στο όριο (at lmt). Μια κλάση χαρακτηρίζεται ως πάνω από το όριο εάν έχει πρόσφατα χρησιµοποιήσει περισσότερο από το εύρος ζώνης που της έχει εκχωρηθεί, κάτω από το όριο εάν έχει χρησιµοποιήσει λιγότερο από το εύρος ζώνης που της έχει εκχωρηθεί και στο όριο σε κάθε άλλη περίπτωση. Ο χρονοπρογραµµατιστής καταµερισµού σύνδεσης κατανέµει το εύρος ζώνης που δεν χρησιµοποιείται σύµφωνα µε τη δοµή µε την οποία µοιράζεται η σύνδεση εξόδου στις κλάσεις και επιπλέον καθιστά τις πάνω από το όριο κλάσεις ανενεργές έτσι ώστε ο WRR να µην τις εξυπηρετεί µέχρι να τελειώσει η περίοδος αναστολής τους. Επίσης, ο χρονοπρογραµµατιστής καταµερισµού σύνδεσης παρέχει προτεραιότητες στις ουρές αναµονής µην επιτρέποντας σε οποιαδήποτε κλάση να µονοπωλεί τη σύνδεση. Στο πρότυπο DB-CBQ (Σχήµα 3) που προτείνουµε, ένας επιτηρητής των ουρών αναµονής (backlog montor) συµπεριλαµβάνεται στον CBQ χρονοπρογραµµατιστή και µετρά το ρυθµό άφιξης πακέτων σε κάθε κλάση, καθώς και το µήκος των ουρών αναµονής. Ο διαχειριστής εύρους ζώνης (Bandwdth Manager) ρυθµίζει περιοδικά το µέρος του εύρους ζώνης της γραµµής εξόδου που ανατίθεται σε κάθε κλάση (δηλαδή το ρυθµό εξυπηρέτησης των πακέτων ανά κλάση) µε βάση τις τιµές που παρατηρούνται από το επιτηρητή των ουρών έτσι ώστε να ικανοποιούνται οι σχετικοί περιορισµοί καθυστέρησης που ορίζει η (3). 109

20 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP CBQ Lnk-Sharng Scheduler Estmator Input lnk Classfer Output lnk Bandwdth Manager General Scheduler (Weghted Round Robn) Backlog Montor DB-CBQ Σχήµα 3: Τα δοµικά στοιχεία του DB-CBQ χρονοπρογραµµατιστή Προκειµένου να υπολογιστούν οι τιµές εύρους ζώνης που εκχωρούνται περιοδικά σε κάθε κλάση, πειραµατιστήκαµε µε τις εκτιµήσεις των ρυθµών εξυπηρέτησης που χρησιµοποιούν οι χρονοπρογραµµατιστές BPR [13] και D-WFQ [4]. Και οι δύο χρονοπρογραµµατιστές ρυθµίζουν περιοδικά το ρυθµό εξυπηρέτησης κάθε κλάσης έτσι ώστε το διάστηµα καθυστέρησης µεταξύ των κλάσεων να ελέγχεται κατάλληλα έτσι ώστε να ικανοποιείται η (3). Για να το πετύχουν αυτό υπολογίζουν τη µέση καθυστέρηση πακέτων κάθε κατηγορίας τη χρονική στιγµή t. Συµβολίζουµε αυτήν την καθυστέρηση µε (t). d Συγκεκριµένα, θεωρώντας ότι ένα πακέτο που εισέρχεται τη χρονική στιγµή t σε µια ουρά αναµονής εξυπηρετείται αφότου έχει εξυπηρετηθεί το τρέχον φορτίο q (t) της ουράς αναµονής, ο BPR προσεγγίζει την καθυστέρηση (t) ίση µε q ( t), όπου r είναι ο ρυθµός εξυπηρέτησης που εκχωρείται στην κλάση - τη χρονική (t) r ( t) στιγµή περιορισµό: t. Εφαρµόζοντας αυτήν την προσέγγιση του (t) d στην (3) παίρνουµε τον ακόλουθο d r ( t) r ( t) δ q ( t) = (12) δ q ( t) Επιπλέον, ισχύει ότι το άθροισµα των ρυθµών εξυπηρέτησης όλων των κλάσεων πρέπει να είναι ίσο µε το εύρος ζώνης της σύνδεσης εξόδου, που συµβολίζουµε µε C. Κατά συνέπεια η ακόλουθη εξίσωση πρέπει επίσης να ισχύει: 110

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 r ( t) = C (13) =1 Στο D-WFQ πρότυπο γίνεται µια προσπάθεια για ακριβέστερη προσέγγιση του. Οι d (t) συγγραφείς του κάνουν την εξής θεώρηση. Έστω ότι η ουρά αναµονής της κλάσης- είναι κατειληµµένη από q (t) bt τη χρονική στιγµή t U και p πακέτα φθάνουν σε αυτή κατά το χρονικό διάστηµα ( t U, t). Αν d (t) είναι καθυστέρηση του - πακέτου (κάποιο από τα p πακέτα) και (t) λ είναι µια προσέγγιση, κινούµενου µέσου (movng average), του ρυθµού των εισερχόµενων πακέτων για την κλάση - τη χρονική στιγµή καθυστέρησης των p πακέτων µπορεί να υπολογιστεί από τον ακόλουθο τύπο: t, τότε ο µέσος χρόνος d ( t) = p = 1 d ( t) q ( t) ( q ( t) + λ ( t) U ) + + r ( t) r ( t) = p p 1 q ( t) + λ ( t) U 2 r ( t) Εφαρµόζοντας την παραπάνω εκτίµηση του d στη σχέση (3) παίρνουµε την (14): (t) r ( t) r ( t) δ ( q ( t) λ ( t) U ) = (14) δ ( q ( t) λ ( t) U ) Στο δικό µας χρονοπρογραµµατιστή, είδαµε µέσω πειραµάτων προσοµοίωσης ότι το πρότυπο PDD προσεγγίζεται καλύτερα, εάν οι ρυθµοί εξυπηρέτησης του CBQ προσαρµόζονται περιοδικά,σύµφωνα µε τις (t) r τιµές που προκύπτουν από την επίλυση των εξισώσεων (12) και (13). Στον τύπο (12) χρησιµοποιούµε αντί για τις τιµές των στιγµιαίων φορτίων (t) q των ουρών αναµονής, τους µέσους όρους τους, βασιζόµενοι στην ιστορία του φορτίου κάθε ουράς. Με άλλα λόγια το q (t) στη (12) αντικαθίσταται από την παράµετρο ave _ q ( t), που δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση: 111

22 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP q ( k) k = ave _ q ( t) = 1 n t η όποια δίνει το µέσο όρο των Bytes που υπάρχουν στην ουρά αναµονής - µέχρι τη χρόνική στιγµή t. Το φορτίο της κίνησης εισόδου ανά κλάση, για τον υπολογισµό ρυθµών εξυπηρέτησης κάθε κλάσης, δεν δείχνει να βελτιώνει την προσέγγιση του χρονοπρογραµατιστή µας ως προς το PDD πρότυπο. Μια σηµαντική παράµετρος που πρέπει εδώ να αναφερθεί είναι ο χρόνος µεταξύ δύο διαδοχικών ρυθµίσεων των ρυθµών εξυπηρέτησης των κλάσεων στον χρονοπρογραµµατιστή CBQ. Ο χρόνος αυτός ορίζεται ως U. Είναι προφανές ότι µικρές τιµές U θα αύξαναν το φόρτο επεξεργασίας στο CBQ χρονοπρογραµµατιστή. Αντίθετα ένα µεγάλο U θα οδηγούσε σε αναλογίες καθυστέρησης µεταξύ των κλάσεων που δεν θα προσεγγίζουν την (3). Παρόµοια µε την εργασία του χρονοπρογραµµατιστή PQCM [22], διαπιστώσαµε ότι για τιµές 0.001sec < U < 0.1sec η συµπεριφορά του DB-CBQ σχήµατος είναι καλή ως προς το PDD πρότυπο και η επιρροή αυτής της παραµέτρου όσον αφορά την επιπλέον επεξεργασία στον CBQ χρονοπρογραµµατιστή είναι χαµηλή Ικανοποίηση απόλυτων περιορισµών στον DB-CBQ Σε αυτό το τµήµα παρουσιάζουµε τη δυνατότητα του χρονοπρογραµµατιστή DB-CBQ να παρέχει ταυτόχρονα απόλυτη και σχετική διαφοροποίηση καθυστέρησης. Αυτή η ιδέα προέκυψε από την έµφυτη φύση του CBQ χρονοπρογραµµατιστή να παρέχει εγγυήσεις εύρους ζώνης στις κλάσεις του. Υποθέτουµε ότι εκτός από τους σχετικούς περιορισµούς καθυστέρησης (Relatve Delay Constrants - RDCs) (3), απαιτούνται επίσης και απόλυτοι περιορισµοί καθυστέρησης (Absolute Delay Constrants - ADCs) του τύπου d k msec για ένα σύνολο κλάσεων 1. Ένα παράδειγµα σχετικών και απόλυτων περιορισµών για τρεις κλάσεις θα µπορούσε να είναι: d d 1 d1 = = και d 3 δ d δ k ms Οι δυο πρώτοι είναι περιορισµοί RDCs και ο τελευταίος ADC. 112

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Σε αυτή την περίπτωση ο αλγόριθµος κατανοµής ρυθµού εξυπηρέτησης (χρησιµοποιώντας την προσέγγιση d (t) = ave _ q ( t) όπως και στην προηγούµενη παράγραφο) πρέπει να υπολογίσει r ( t) (t) r µορφής: τιµές, οι οποίες ικανοποιούν τις (12) και (13) καθώς επίσης και ένα σύνολο ανισοτήτων της ave _ q ( t) k r ( t) για κάθε κλάση για την οποία υπάρχει και ADC περιορισµός. ms (15) Do after perod U Estmate class delays d (t) ADCs volated Yes Ignore RDCs Fnd r (t) subect to ADCs o RDCs volated Yes Fnd r (t) subect to RDCs Relax RDCs of ADC volated classes Fnd r (t) of ADC volated classes Fnd r (t) subect to RDCs o Done Σχήµα 4: Αλγόριθµος υπολογισµού ρυθµών εξυπηρέτησης που ικανοποιεί απόλυτους και σχετικούς περιορισµούς Είναι προφανές ότι κάποιοι απόλυτοι περιορισµοί µπορούν να οδηγήσουν σε ένα µη εφικτό σύστηµα περιορισµών. Σε αυτή την περίπτωση ακολουθούµε την "wth ADC RDCs removed προσέγγιση που ορίζεται στο [23]. Μια επισκόπηση του αλγορίθµου κατανοµής ρυθµών εξυπηρέτησης που χρησιµοποιείται για να ικανοποιήσει και τους απόλυτους και τους σχετικούς περιορισµούς παρουσιάζεται στο σχήµα 4. Αρχικά γίνεται µια εκτίµηση της καθυστέρησης ανά κλάση d ( t) = ave _ q ( t) r ( t) χρησιµοποιώντας τον τρέχον ρυθµό εξυπηρέτησης κάθε κλάσης και κατόπιν εκτελούνται δύο έλεγχοι. Ο πρώτος έλεγχος εξετάζει εάν οι ADCs ικανοποιούνται. Ο δεύτερος έλεγχος εάν οι RDCs ικανοποιούνται. Ο δεύτερος έλεγχος πραγµατοποιείται µόνο εάν ο πρώτος ήταν επιτυχής, 113

24 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP δηλ. καµία παραβίαση των ADCs δεν υπάρχει. Ανάλογα µε την έκβαση των δύο ελέγχων ο ευρετικός αλγόριθµος διακρίνει τις ακόλουθες περιπτώσεις: δεν εκτιµάται καµία παραβίαση. Σε αυτήν την περίπτωση, οι ρυθµοί εξυπηρέτησης παραµένουν αµετάβλητοι. υπάρχει ADC παραβίαση. Ο αλγόριθµος αγνοεί τους RDCs περιορισµούς και προσπαθεί µόνο να ικανοποιήσει τους ADCs περιορισµούς. Για να ικανοποιήσει τους ADCs περιορισµούς εφαρµόζεται ο αλγόριθµος που περιγράφεται στο [25]. Αυτός ο αλγόριθµος µειώνει τους ρυθµούς εξυπηρέτησης των χαµηλότερων σε προτεραιότητα κλάσεων οι οποίες καλύπτουν τους ADCs περιορισµούς τους και αυξάνει αναλόγως το ρυθµό εξυπηρέτησης των κλάσεων που παραβιάζουν τους ADCs περιορισµούς τους. Η διαδικασία επαναλαµβάνεται έως ότου η ανακατανοµή των ρυθµών εξυπηρέτησης εκπληρωθεί. Εάν µετά από την ανακατανοµή των ρυθµών εξυπηρέτησης υπάρχουν ακόµα κλάσεις που παραβιάζουν τους ADCs περιορισµούς τους η εκτεταµένη έκδοση του αλγορίθµου µπορεί να αυξήσει επιπλέον τους ρυθµούς εξυπηρέτησης αυτών των κλάσεων µειώνοντας τους ρυθµούς εξυπηρέτησης χαµηλότερων κλάσεων µέχρι ένα ελάχιστο ρυθµό εξυπηρέτησης παρόλο που οι ADCs περιορισµοί των τελευταίων µπορεί πλέον να παραβιάζονται. υπάρχει RDC παραβίαση. Εάν εκτιµάται ότι υπάρχει παραβίαση κάποιου RDC (αλλά κανένας ADC περιορισµός δεν παραβιάζεται), τότε νέες τιµές ρυθµών εξυπηρέτησης υπολογίζονται µε βάση τις (13) και (14). Εάν η λύση παραβιάζει τον ADC περιορισµό κάποιας κλάσης, ο αντίστοιχος RDC περιορισµός αυτής διαγράφεται, και η νέα τιµή του ρυθµού εξυπηρέτησης για αυτήν την κλάση υπολογίζεται χρησιµοποιώντας τον (15). Οι ρυθµοί εξυπηρέτησης των υπολοίπων κλάσεων υπολογίζονται εκ νέου µε βάση τις (13) και (14) µε το C µειωµένο κατά την τιµή του ρυθµού εξυπηρέτησης που έχει ήδη διατεθεί στην κλάση που παρουσίασε την ADC παραβίαση Αποτελέσµατα Σε αυτό το τµήµα, παρουσιάζονται ενδεικτικά αποτελέσµατα που αξιολογούν το προτεινόµενο πλαίσιο, το οποίο επιτρέπει την παροχή υπηρεσιών αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης επεκτείνοντας τον CBQ χρονοπρογραµµατιστή. Συγκεκριµένα, τα αποτελέσµατα που επιτυγχάνονται δείχνουν την αποδοτικότητα και την αποτελεσµατικότητα του DB CBQ προτύπου. Προκειµένου να αξιολογηθεί η απόδοση του προτεινόµενου προτύπου χρησιµοποιήσαµε τον S2 προσοµοιωτή δικτύων [26]. Τα αποτελέσµατα χωρίζονται σε τρεις υποενότητες. Στην πρώτη, 114

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 παρουσιάζονται προσοµοιώσεις που εκτελούνται για την εξέταση της σχετικής διαφοροποίηση καθυστέρησης, στη δεύτερη παρουσιάζονται αποτελέσµατα στην περίπτωση που απαιτείται να ικανοποιηθούν ταυτόχρονα σχετικοί και απόλυτοι περιορισµοί και στην τελευταία δίνονται µετρήσεις των από άκρη σε άκρη καθυστερήσεων κατά µήκος ενός µονοπατιού που αποτελείται από DB-CBQ δροµολογητές. Το µήκος πακέτων της εισερχόµενης κίνησης είναι 1Kbytes για όλες τις κλάσεις και οι ρυθµοί εξυπηρέτησης των DB-CBQ δροµολογητών ρυθµίζονται κάθε 0.1 sec προκειµένου να καλυφθούν οι RDC περιορισµοί καθώς και όποτε χρειάζεται οι περιορισµοί RDC. H χρονική διάρκεια κάθε πειράµατος προσοµοίωσης είναι 200 sec Σχετική ιαφοροποίηση S1 D1 S2 D2 S3 D3 Σχήµα 5: Τοπολογία προσοµοίωσης Στο σχήµα 5 παρουσιάζεται η τοπολογία που χρησιµοποιείται στις προσοµοιώσεις αυτής της ενότητας. Τρεις πηγές s, s παράγουν κίνηση προς τους αντίστοιχους προορισµούς d, d d. 1 s2, 3 1 2, 3 Τα εισερχόµενα πακέτα είναι ταξινοµηµένα σε τρεις κλάσεις µε την κλάση - 1 να έχει τη χαµηλότερη προτεραιότητα και την κλάση - 3 την υψηλότερη. Τα πακέτα από το s 1 στο d 1 ταξινοµούνται ως πακέτα της κλάσης-1, από το στο ως πακέτα της κλάσης- 3. d 3 στο d ως πακέτα της κλάσης-2 και από το s2 2 s 3 Όλα τα πακέτα περνούν από τις πηγές στους προορισµούς τους µέσω ενός χρονοπρογραµµατιστή DB -CBQ µε εύρος ζώνης της σύνδεσης εξόδου του ίση µε 10Mbps. Οι πηγές παράγουν κίνηση σταθερού ρυθµού (Constant Bt Rate - CBR). Στο πρώτο πείραµά µας, οι DDPs παράµετροι είναι 1/ δ = 2 2, 1/ δ = 4 και η ρυθµοί της κίνησης εισόδου σε κάθε κλάση ήταν ίσοι 3 λ = λ = ). Ο ( 1 2 λ3 πίνακας 2 παρουσιάζει την µέση καθυστέρηση των πακέτων σε msec κάθε κλάσης υπηρεσίας καθώς επίσης και των αναλογίες καθυστέρησης µεταξύ των κλάσεων για συνολικά φορτία κίνησης εισόδου (Total nput load) στο δίκτυο πάνω από 94%. Στον πίνακα 3 παρουσιάζονται όµοια αποτελέσµατα µε τον πίνακα 2 όταν αλλάξουν οι DDPs σε 1/ δ = 2 1.5, 1/ δ = 3. Οι 3 υπόλοιπες παράµετροι που αφορούν την κίνηση εισόδου παραµένουν ίδιες. 115