Autor(es):
Sargento, Susana 
Data: 2003
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/4630
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia electrotécnica - Teses de doutoramento; Redes de computadores; Gestão de redes; Recursos na Internet; Qualidade de serviços; Protocolos de redes
Descrição
Esta Tese aborda a problemática da gestão de recursos em redes ATM
(Asynchronous Transfer Mode) e IP (Internet Protocol) com suporte de QdS
(Qualidade de Serviço). As tecnologias ATM e IP permitem, hoje em dia,
integrar diferentes tipos de serviços numa mesma infra -estrutura de rede. No
entanto, a diversidade dos serviços a suportar e dos seus requisitos, coloca
grandes desafios ao nível da gestão de recursos, a qual se pretende o mais
eficiente possível.
A Tese está dividida em duas partes. A primeira parte da Tese foca a gestão
de recursos em redes de acesso ATM e IP com suporte de QdS. É dada
inicialmente uma perspectiva histórica da evolução das redes de acesso. No
que diz respeito às redes de acesso ATM, são propostas estratégias de gestão
de recursos com base em VPs (Virtual Paths) e são definidas metodologias de
dimensionamento que têm em conta requisitos de QdS tanto ao nível da
chamada como da célula. As estratégias de gestão de recursos consideradas
permitem estabelecer compromissos entre a utilização de recursos e a carga de
sinalização. No que diz respeito às redes de acesso IP, é proposta uma nova
arquitectura de rede, que constitui uma evolução face às redes de acesso
tradicionais ao permitir uma maior partilha de recursos. Esta arquitectura
permite diferenciação de QdS e suporte de aplicações multimédia. Em particular
é proposta uma solução que inclui o suporte integrado de tecnologias
recentemente introduzidas para iniciar e configurar sessões multimédia, gerir as
políticas de QdS incluindo as funcionalidades de AAA (Authentication,
Authorization and Accounting), e reservar recursos.
Na segunda parte da Tese é feita uma abordagem de dois mecanismos para
controle de admissão de fluxos escaláveis: mecanismos de probing e
mecanismos baseados em agregação de reservas individuais. Ambos os
mecanismos permitem que a gestão de recursos seja feita sem necessidade de
manutenção do estado dos fluxos activos em cada elemento de rede. O
mecanismo de probing estima o nível de QdS da rede, através da inserção de
fluxos de teste, por forma a decidir se um novo fluxo pode ou não ser aceite. É
proposto um novo mecanismo de probing, denominado de ?-probing, que
permite minimizar o problema do roubo de recursos que afecta o probing
simples quando este é utilizado em sistemas com múltiplas classes de serviço.
São desenvolvidos modelos analíticos e são efectuados estudos de simulação
para analisar o problema do roubo de recursos e os factores que influenciam a
estimativa do rácio de perdas efectuada pelos fluxos de probing e de ?-probing.
Verificou-se que o mecanismo de ?-probing permite obter simultaneamente uma
utilização elevada dos recursos e a diferenciação dos serviços sem roubo de
recursos. Os resultados obtidos com este mecanismo foram também validados
através do desenvolvimento de um protótipo laboratorial. No mecanismo
baseado em agregação de reservas individuais, os elementos do núcleo da rede
mantêm apenas o estado de agregados de fluxos (e não de fluxos individuais),
sendo a largura de banda dos agregados ajustada de forma dinâmica. São
desenvolvidos modelos analíticos e são efectuados estudos de simulação para
analisar o compromisso entre a carga de sinalização e a utilização de recursos.
Estes estudos mostram que a hierarquização da rede, ou seja, a sua divisão em
áreas mais pequenas, e a configuração de agregados entre os routers fronteira
das áreas, por oposição a agregados extremo-a-extremo entre os routers
fronteira do domínio, permitem atingir uma utilização de recursos próxima da
utilização com sinalização fluxo -a-fluxo, mas com uma carga de sinalização
significativamente inferior. This Thesis addresses the problem of resource management in ATM
(Asynchronous Transfer Mode) and IP (Internet Protocol) networks with QoS
(Quality of Service) support. ATM and IP technologies allow, nowadays, the
integration of different types of services in the same network infrastructure.
However, the variety of services and their requirements, involve big challenges
at the resource management level, which needs to be as efficient as possible.
This Thesis is divided in two parts. The first part of the Thesis addresses the
resource management of ATM and IP access networks with QoS support. It is
presented an historical perspective of the access networks evolution. In terms of
ATM access networks, resource management strategies based on VPs (Virtual
Paths) are proposed, and dimensioning methodologies are defined, which take
into account the QoS requirements at the call and cell level. The considered
resource management strategies allow the establishment of trade-offs between
the resource utilization and the signaling load. In terms of IP access networks, it
is proposed a new network architecture that represents an evolution of the
legacy access networks, allowing a larger resource sharing. This architecture
allows QoS differentiation and support for multimedia applications. More
specifically, it is proposed a solution that includes the integrated support of
recently introduced technologies to establish and configure multimedia sessions,
manage the QoS policies including AAA (Authentication, Authorization and
Accounting) functions, and reserve network resources.
In the second part of the Thesis, two scalable call admission control
mechanisms are addressed: probing mechanisms and mechanisms based on
the aggregation of individual reservations. Both mechanisms allow resource
management without the maintenance of the per-flow state in each network
element. The probing mechanism estimates the network QoS level, through the
insertion of probe flows, to decide if a new flow can be accepted or not. A new
probing mechanism is proposed, denoted by ?-probing, which minimizes the
resource stealing problem that exists in the simple probing mechanism when it is
applied to a system with multiple service classes. Analytical models are
developed and simulation studies are performed to analyze the resource stealing
problem and to determine the influencing factors on the estimation of the loss
ratio performed by the probing and ?-probing flows. The ?-probing mechanism
obtains, simultaneously, a high resource utilization and service differentiation
without resource stealing. The results obtained with this mechanism were also
validated through the development of a probing test-bed. In the mechanism
based on the aggregation of individual reservations, the core network elements
only need to maintain the state of the flows’ aggregate (instead of individual
flows), and the aggregates’ bandwidth is dynamically adjusted. Analytical models
are defined and simulation studies are performed to analyze the trade -off
between signaling load and resource utilization. These studies show that the
hierarquization of the network, that is, its partition in smaller areas, and the
configuration of aggregates between area border routers, as opposed to end-to -
end aggregates between domain border routers, reaches an utilization close to
the one of per-flow signaling with a signaling load significantly smaller. doutoramento: Engenharia Electrotécnica
