Ενίσχυση της ποιότητας παροχής υπηρεσιών σε ετερογενή διαδίκτυα μέσω της ομαλής μετάδοσης δεδομένων

Abstract

In this thesis, we deal with the problem of Quality of service in packet switched networks from the perspective of system smoothness. Based on numerous experiments and observations, along with careful study of the related work, we propose a new approach to control congestion, where system converges fast to fairness and each flow with smooth window adjustments operates close to its fair-share. As flows reach their actual fair-share, network resources are exploited more efficiently, while a smoother window adjustment is possible. Fast convergence to fairness requires a system-wide, synchronous and responsive behavior, which, by and large, is feasible only when notification is global and responses are homogeneous. We prove that system-wide response allows for smoother window adjustment at the sender and permits controlled system operations between the knee and the cliff. Thus, the proposed scheme improves both system and flow performance. An important contribution of the thesis is that the proposed solution favors significantly short-lived flows. Fast system convergence to fairness, allows new flows to reach their fair-share in a short period of time and this becomes clear benefit for short-lived flows. We note that although the implementation of the proposed scheme requires the contribution of both the transport and network layers, minor modifications are needed, which, moreover, do not require header extensions. The ECN bit, which is used for the network congestion feedback, already exists in the IP header, while flow performance enhancement is achieved without any application/flow classification.

Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετάται το πρόβλημα της Παροχής Υπηρεσιών στα δίκτυα μεταγωγής πακέτων, από την άποψη της ομαλότητας του δικτύου. Μέσα από μια αλληλουχία πειραμάτων και παρατηρήσεων και έπειτα από τη μελέτη της σχετικής βιβλιογραφίας, προτείνεται ένα νέο πλαίσιο για την επίλυση του προβλήματος όπου το σύστημά (δηλαδή οι ροές των εφαρμογών) προσεγγίζει γρήγορα την δικαιοσύνη και οι ροές με μικρές διαβαθμίσεις του παραθύρου τους λειτουργούν κοντά στην δίκαιη κατανομή τους. Σε ένα τέτοιο σύστημά η ενημέρωση για την αποφυγή της συμφόρησής είναι συγχρονισμένη και καθολική, ενώ οι ροές προσαρμόζουν τον ρυθμό αποστολής δεδομένων τους με κατάλληλους μηχανισμούς. Μια τέτοια κατάσταση ενισχύει τόσο την απόδοσή του συστήματος όσο και της κάθε ροής. Καθώς οι ροές προσεγγίζουν το δικτυακό μερίδιό των πόρων που τους αναλογεί, επιτυγχάνεται η αποδοτικότερη αξιοποίηση των δικτυακών πόρων. Επιπλέον, ενισχύεται η απόδοσή της κάθε ροής καθώς αυτή πλησιάζει την βέλτιστη τιμή της, ενώ οι μικρές διακυμάνσεις των παραθύρων των ροών διασφαλίζουν σε κάθε ροή έναν σταθερό ρυθμό λήψης. Σημαντική συνεισφορά της παρούσας διατριβής είναι ότι η λύση που προτείνεται ευνοεί ιδιαίτερα τις ροές που έχουν μικρή διάρκεια ζωής. Η γρήγορη ανταπόκρισή του συστήματος στις νέες δικτυακές συνθήκες δίνει την δυνατότητα στις νέες ροές να καταλάβουν τους πόρους του δικτύου που τις αναλογούν σε μικρό χρονικό διάστημα. Αξιοσημείωτο είναι ότι οι λύσεις που προτείνονται δεν απαιτούν ριζικές αλλαγές στην αρχιτεκτονική του δικτύου. Παρόλο που οι προτεινόμενοι μηχανισμοί ανήκουν σε δύο επίπεδα, το επίπεδο Μεταφοράς και Δικτύου, η υλοποίησή τους δεν απαιτεί αλλαγές στις επικεφαλίδες των πακέτων και δεν επιβαρύνουν τους χρήστες/δρομολογητές με σύνθετες διεργασίες. Το ECN bit που χρησιμοποιείται στους προτεινόμενους αλγόριθμους είναι ήδη υλοποιημένο στην IP επικεφαλίδα, ενώ η βελτίωση της απόδοσής της κάθε ροής πραγματοποιείται χωρίς την κατηγοριοποίηση των εφαρμογών/ροών στους δρομολογητές.