Faculté informatique et communications IC, Section de systèmes de communication, Institut de systèmes de communication ISC (Laboratoire pour les communications informatiques et leurs applications 2 LCA2)

Renegotiable VBR service

Giordano Cremonese, Silvia ; Le Boudec, Jean Yves (Dir.)

Thèse sciences techniques Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1999 ; no 1948.

Ajouter à la liste personnelle
    Summary
    In this work we address the problem of supporting the QoS requirements for applications while efficiently allocating the network resources. We analyse this problem at the source node where the traffic profile is negotiated with the network and the traffic is shaped according to the contract. We advocate VBR renegotiation as an efficient mechanism to accommodate traffic fluctuations over the burst time-scale. This is in line with the Integrated Service of the IETF with the Resource reSerVation Protocol (RSVP), where the negotiated contract may be modified periodically. In this thesis, we analyse the fundamental elements needed for solving the VBR renegotiation. A source periodically estimates the needs based on: (1) its future traffic, (2) cost objective, (3) information from the past. The issues of this estimation are twofold: future traffic prediction given a prediction, the optimal change. In the case of a CBR specification the optimisation problem is trivial. But with a VBR specification this problem is complex because of the multidimensionality of the VBR traffic descriptor and the non zero condition of the system at the times where the parameter set is changed. We, therefore, focus on the problem of finding the optimal change for sources with pre-recorded or classified traffic. The prediction of the future traffic is out of the scope of this thesis. Traditional existing models are not suitable for modelling this dynamic situation because they do not take into account the non-zero conditions at the transient moments. To address the shortfalls of the traditional approaches, a new class of shapers, the time varying leaky bucket shaper class, has been introduced and characterised by network calculus. To our knowledge, this is the first model that takes into account non-zero conditions at the transient time. This innovative result forms the basis of Renegotiable VBR Service (RVBR). The application of our RVBR mathematical model to the initial problem of supporting the applications' QoS requirements while efficiently allocating the network resources results in simple, efficient algorithms. Through simulation, we first compare RVBR service versus VBR service and versus renegotiable CBR service. We show that RVBR service provides significant advantages in terms of resource costs and resource utilisation. Then, we illustrate that when the service assumes zero conditions at the transient time, the source could potentially experience losses in the case of policing because of the mismatch between the assumed bucket and buffer level and the policed bucket and buffer level. As an example of RVBR service usage, we describe the simulation of RVBR service in a scenario where a sender transmits a MPEG2 video over a network using RSVP reservation protocol with Controlled-Load service. We also describe the implementation design of a Video on Demand application, which is the first example of an RVBR-enabled application. The simulation and experimentation results lead us to believe that RVBR service provides an adequate service (in terms of QoS guaranteed and of efficient resource allocation) to sources with pre-recorded or classified traffic.
    Riassunto
    Riassunto In questa tesi affrontiamo il problema del supporto della qualità del servizio richiesta dalle applicazioni a fronte di un'efficiente allocazione delle risorse di rete. Questo probleme viene analizzato al nodo sorgente, dove il profilo del traffico (traffic profile) viene negoziato con la rete ed il traffico viene reso conforme al contratto. Sosteniamo che la rinegoziazione VBR è un meccanismo efficiente per la gestione delle fluttuazioni del traffico a livello burst. Questa visione è in linea con le specifiche di Integrated Service di IETF con Resource reSerVation Protocol (RSVP), in cui il contratto negoziato può essere periodicamente modificato. In questa tesi analizziamo gli elementi fondamentali necessari alla risoluzione della rinegoziazione VBR. Un nodo sorgente stima le risorse di cui ha bisogno basandosi su: (1) il proprio traffico futuro, (2) i costi, (3) le informazioni sul passato. Questa stima presenta due problemi: la predizione del traffico futuro data una predizione, trovare il nuovo valore ottimo da negoziare. Il problema dell'ottimizzazione è banale nel caso di specifica CBR, ma risulta complesso nel caso di specifica VBR a causa della multidimensionalità del descrittore del traffico VBR e delle condizioni iniziali non nulle al momento di una transizione. Per questo motivo ci concentriamo sul problema di trovare il nuovo profilo ottimo di traffico per sorgenti che lavorano con traffico pre-recorded o classificato. La predizione del traffico futuro non fa parte degli obiettivi di questa tesi. I modelli tradizionali non sono adatti alla modellizazione di questa situazione dinamica, perché non considerano il fatto che, al momento della transizione, le condizioni del sistema possono essere diverse da zero. Per colmare la lacuna degli approcci tradizionali, introduciamo una nuova classe di shapers che caratteriziamo con network calculus: la classe dei time varying leaky bucket shapers. Per quanto ci è dato sapere, questo è il primo modello che tiene conto di condizioni iniziali non nulle al momento di una transizione. Questo risultato innovativo è alla base del Renegotiable VBR Service (RVBR). L'applicare il modello matematico del servizio RVBR al problema del supporto della qualità del servizio richiesta dalle applicazioni nel rispetto dell'allocazione efficiente le risorse di rete porta, come risultato, ad algoritmi semplici ed efficienti. Per mezzo di simulazioni, paragoniamo innanzitutto il servizio RVBR con il servizio VBR e con il servizio renegotiable CBR, dimostrando che il servizio RVBR fornisce vantaggi significativi in termini di costi e di utilizzazione delle risorse. In seguito, facciamo vedere che, qualora un servizio si basi sulla supposizione che le condizioni del sistema siano uguali a zero al momento della transizione, il nodo sorgente può subire delle perdite di traffico a causa del policing, in quanto, in questo caso, il nodo sorgente presuppone livelli di buffer e buckets disponibili che non collimano con i livelli che viengono controllati. Come esempio di utilizzo del servizio RVBR, presentiamo la simulazione del servizio RVBR in uno scenario dove un sorgente trasmette un flusso MPEG2 su di una rete che utilizza il protocollo di riservazione RSVP con il servizio Controlled-Load. In seguito descriviamo il primo esempio di applicazione di Video on Demand, che supporta il servizio RVBR. I risultati della simulazione e della sperimentazione ci portano ad asserire che il servizio RVBR offre un servizio adeguato (in termini di qualità del servizio e di allocazione efficiente delle risorse) a sorgenti che lavorano con traffico pre-recorded o classificato.