Αλγόριθμοι υποστήριξης ποιότητας υπηρεσίας σε δίκτυα πολυμέσων

Abstract

The main objective of the dissertation is the proposition of new algorithms for the effective and efficient supporting of Quality of Service in multimedia networks. The dissertation initially offers a description of the multimedia delivery environment in the context of which the proposed algorithms/mechanisms were developed. The multimedia delivery environment is ruled by major peculiarities, considering the fact that it is comprised of a number of different underlying networks, while supporting a variety of heterogeneous terminals. Then follows the presentation of the candidate Quality of Service algorithms, which are developed, implemented and simulated in the context of a heterogeneous network. The implementation network, the testbed, the simulation network and the selected parameters for the collection of the results, of the dominant Selection Algorithm are described. The evaluation results of the Selection Algorithm are presented, while the improvements achieved on the most important QoS metrics (packet loss, delay, resources utilization and number of users served) are demonstrated. Next, the dissertation focuses on the broadband access networks and specifically on the passive optical access networks. The multimedia delivery environment is described for the ΑΡΟΝ, EPON and GPON access networks. The fundamental concepts, protocols and mechanisms which govern these networks are presented, in association with their abilities of supporting Quality of Service. Then, a resource reservation algorithm/mechanism for supporting Quality of Service in passive optical networks is proposed and evaluated. The proposed mechanism supports multiple classes of services, dynamic bandwidth allocation for services which present fluctuations of requested bandwidth and guaranties on the QoS parameters for real time services. The dissertation also focuses on the comparison of EPON and GPON network effectiveness and performance, after applying the proposed algorithm to them. The dissertation ends with the presentation of conclusions resulting from the analysis of the proposed algorithms performance results.

Αντικείμενο της διατριβής είναι η εισήγηση νέων αλγόριθμων για την αποτελεσματική και αποδοτική υποστήριξη ποιότητας υπηρεσίας σε δίκτυα πολυμέσων. Αρχικά περιγράφεται το περιβάλλον μετάδοσης στο πλαίσιο του οποίου αναπτύχθηκαν οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι/μηχανισμοί. Το περιβάλλον μετάδοσης διέπεται από σημαντικές ιδιαιτερότητες, δεδομένου ότι περιλαμβάνει έναν αριθμό από ετερογενή δίκτυα και ταυτόχρονα υποστηρίζει την πρόσβαση ετερογενών τερματικών. Στη συνεχεία παρουσιάζονται οι υποψήφιοι αλγόριθμοι ποιότητας υπηρεσίας που αναπτύχθηκαν, υλοποιήθηκαν και προσομοιώθηκαν στo πλαίσιο ενός ετερογενούς δικτύου. Για τον επικρατέστερο Αλγόριθμο Επιλογής περιγράφεται το περιβάλλον υλοποίησης και δοκιμών, το δίκτυο προσομοίωσης και οι παράμετροι που επιλέχθηκαν για τη συλλογή των αποτελεσμάτων αποτίμησής του. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα αποτίμησης της απόδοσης του Αλγόριθμου Επιλογής και εξηγείται η βελτίωση που επιτυγχάνεται στα σημαντικότερα μεγέθη ποιότητας υπηρεσίας (απώλεια πακέτων, καθυστέρηση, χρησιμοποίηση των πόρων και εξυπηρέτηση χρηστών). Στη συνέχεια η διατριβή εστιάζει στα ευρυζωνικά δίκτυα πρόσβασης και συγκεκριμένα στα παθητικά οπτικά δίκτυα πρόσβασης. Περιγράφεται το περιβάλλον μετάδοσης πολυμέσων στις τεχνολογίες οπτικών παθητικών δικτύων πρόσβασης APON, EPON και GPON. Περιγράφονται οι βασικές αρχές, τα πρωτόκολλα και οι μηχανισμοί που διέπουν τα δίκτυα αυτά σε σχέση με τις δυνατότητές τους για υποστήριξη ποιότητας υπηρεσίας. Στη συνέχεια προτείνεται και αποτιμάται ένας αλγόριθμος/μηχανισμός δέσμευσης πόρων για την υποστήριξη ποιότητας υπηρεσίας σε παθητικά οπτικά δίκτυα τεχνολογίας EPON. Ο προτεινόμενος μηχανισμός υποστηρίζει πολλαπλές κατηγορίες υπηρεσιών, δυναμική δέσμευση εύρους ζώνης για τις υπηρεσίες που παρουσιάζουν μεταβολές ζήτησης εύρους ζώνης μέσα στο χρόνο και εγγυήσεις στις παραμέτρους της ποιότητας υπηρεσίας για τις υπηρεσίες πραγματικού χρόνου. Επίσης, η διατριβή επικεντρώνεται στη σύγκριση της αποτελεσματικότητας και της αποδοτικότητας των τεχνολογιών EPON και GPON κατά την εφαρμογή σε αυτά του προτεινόμενου αλγόριθμου. Στο τέλος της διατριβής παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την ανάλυση των αποτελεσμάτων απόδοσης των προτεινόμενων αλγορίθμων.