Proposta de um modelo para análise de desempenho do escalonador WFQ alimentado com tráfego LRD

• Main Author: Nabas, Kleber Kendy Horikawa
• Other Authors: Godoy Júnior, Walter
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2010
• Subjects: Teoria das filas; TCP/IP (Protocolo de rede de computação); Sistemas de telecomunicação; Telecomunicações - Tráfego; Algorítmos; Engenharia elétrica; Queuing Theory; TCP/IP (Computer network protocol); Telecommunication systems; Telecommunication - Traffic; Algorithms; Electric engineering
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/123

Técnicas de gerenciamento de filas e descarte de pacotes são empregadas pelos escalonadores de pacotes presentes nos roteadores internos de uma rede de telecomunicações. Devido às características auto-similares do tráfego presente nas redes, o desenvolvimento de modelos para análise de desempenho de protocolos e de elementos de rede é enormemente dificultado. Tais características auto-similares são oriundas da ação dos protocolos predominantes nas redes em questão, e dos mecanismos fim-a-fim de controle de congestionamento existentes, determinantes no comportamento do fluxo de informações entre diferentes camadas na hierarquia de protocolos TCP/IP. Esta tese tem como objetivo principal propor modelos analíticos de baixo esforço computacional que permitam fazer uma análise de desempenho de um nó de rede (podendo este nó ser do tipo: DiffServ, IntServ, IP, Multi Protocol Label Switching, entre outros) com o escalonador WFQ. O tráfego considerado é do tipo TCP, devido ao fato que este protocolo é o mais utilizado na Internet atualmente, apresentando, portanto, características auto-similares. Foram desenvolvidos modelos para o escalonador WFQ quando o mesmo é alimentado com tráfego Poissoniano e tráfego do tipo auto-similar. O primeiro modelo está baseado em uma cadeia de Markov bidimensional para representar o comportamento do escalonador WFQ alimentado por dois fluxos de prioridades diferentes. O segundo modelo faz uso de duas filas separadas com taxas de serviço ajustadas de modo a simular o comportamento do escalonador WFQ. As filas são do tipo M[X]/M/1/B para levar em conta o comportamento auto-similar do tráfego. Como resultado, mostra-se que o segundo modelo é capaz de estimar as métricas de desempenho, com erro aceitável, dentro de uma faixa adequada de valores dos parâmetros do sistema, conforme demonstra a validação de resultados conduzido com uso do software NS-2. === Internal routers of telecommunication networks employ a variety of queue management and packet discarding techniques. The development of models for analyzing performance of different protocols and devices is made difficult by the self-similar nature of network traffic. Traffic self-similarity stems from the action of predominant protocols and end-to-end congestion control systems, which are key factors in determining the behavior of data flow between layers of the TCP/IP protocol stack. This thesis proposes analytical models that allow for the evaluation of a (DiffServ, IntServ, IP, Multi Protocol Label Switching etc.) network node's performance at a low computational cost. Only TCP traffic is considered, since it accounts for most of current Internet traffic and therefore exhibits self-similar characteristics. Models were developed for the WFQ scheduler with Poisson and self-similar traffic inputs. The former is based on a bi-dimensional Markov chain representing the behavior of the WFQ scheduler with two input flows with different priorities. The latter consists in two separate queues whose service rates are tuned so as to simulate the behavior of a WFQ scheduler. M[X]/M/1/B queues are used to account for the self-similar nature of traffic. As a result, it is shown that the second model accurately estimates performance metrics for certain ranges of parameter values, as confirmed by NS-2 simulations.