ATM şebekelerde trafik ve yığılma kontrol problemi ve çözüm yaklaşımları

Traffic control and congestion control in ATM networks and proposed solution approaches

Tez No: 46288
Yazar: NİL IŞIL
Danışmanlar: PROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 1995
Dil: Türkçe
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: 88

Özet

ÖZET Genişbandlı Tümleşik Hizmetler Sayısal Şebekesi (B-ISDN) ses, veri, görüntü gibi her tür hizmeti aynı şebeke üzerinde sağlamayı amaçlamaktadır. Asenkron Transfer Modu, (ATM) bu amaca erişilebilmesi için bir iletim, çoğullama ve bağlaşma tekniği olarak önerilmiştir. 1988 yılından bu yana uluslararası standart organizasyonlarının B-ISDNin inşa edileceği yapı üzerindeki yoğun çalışmalarına rağmen, halen bazı noktalar tümüyle çözüme ulaştırılmış değildir. Birbirinden çok farklı hizmet kalitesi ihtiyacına sahip çeşitli hizmetleri aynı şebeke üzerinden sağlayabilmek için gerekli optimum trafik yönetim yapısı halen tartışılmakta ve çözümler aranmaktadır. Bu tezin amacı ATM şebekelerde trafik kontrol ve yığılma kontrol problemini tanımlayıp analiz etmek; çözüm yaklaşımlarını ve önerilen teknikleri araştırmak ve değerlendirmektir. Bu amaçla yapılan araştırmalar üç ana bölümde toplanmıştır. Birinci bölümde, problemin tanımlandığı ortam hakkında genel bilgi olması açısından Genişbandlı Tümleşik Hizmetler Sayısal Şebekesi (B-ISDN) kavramı ve bu şebekenin temelini oluşturan Asenkron Transfer Modu'nun (ATM) nitelikleri kısaca ve problemde tanınması gereken yönleriyle açıklanmıştır. ATMnin temel prensipleri şu şekilde özetlenebilir: ATM paket temelli bir transfer modudur; paketler 53 byte sabit uzunluktadır ve 'hücre' diye adlandırılırlar. Her hücre, bir başlıktan ve bilgi alanından oluşur. Başlıkta taşman bilgi, görünürde kanalın saptanmasında ve uygun yöneltmenin yapılmasında kullanılır. Hücrelerin şebekede iletim sırası daima korunur; yani herhangi bir bağlantıya ait bir hücre, hiçbir zaman, kendisinden daha önce gönderilmiş olan bir hücrenin önüne geçemez. ATM için belirlenen protokol modeli incelendiğinde, üç temel katman ön plana çıkmaktadır. Fiziksel katman, hücrelerin taşınması ile ilgilidir, fiziksel arabirimleri belirler; taşıma işlemi hücre temelli ve SDH temelli olmak üzere iki şekilde olabilir. ATM katmanı hizmetten bağımsızdır ve hücre iletim, yöneltme, çoğullama gibi işlevleri gerçekleştirir. Çok çeşitli hizmetler sınırlı sayıda sınıflara ayrılmış, bu sınıflara karşı ATM uyum tipleri belirlenmiştir. ATM uyum katmanı, hizmet ile ATM katmanı arasındakiadaptasyonu sağlar. Burada amaç protokol işleme yoğunluğunu şebeke içlerinden mümkün olduğunca uç birimlere kaydırarak, hedeflenen yüksek hızlı esnek iletimi gerçekleştirebilmektir. ATM, bağlantı temelli bir tekniktir; diğer bir deyişle, görüşme başlamadan önce yol kurulur. Yol kurulması, hem bir Görünürde Kanal Tanımlayıcısı ve/veya bir Görünürde Yol Tanımlayıcısı hem de erişiminde ve şebeke içinde gereken kaynakların tahsisini gerektirir. Bağlantı isteğinde bulunan bir kullanıcı, öncelikle şebekeye göndereceği trafiğin karakteristiğini şebekeye bildirecektir. Üzerinde anlaşılmış olan bu değerler, bir denetim mekanizması ile sürekli olarak gözlenecektir. İkinci bölüm, ATM şebekelerde trafik ve yığılma kontrol probleminin araştırılmasında ilk aşamayı oluşturmaktadır. Bu bölümde, ATM trafiğini oluşturan kaynakların karakteristiklerini ve hizmet kalitesi gereksinimlerini belirleyen parametreler ile öne sürülen matematiksel modeller incelenmiştir. Bir kaynak, trafik karakteristikleri ve hizmet kalitesi gereksinimleri ile karakterize edilebilir. Trafiği oluşturan kaynaklar, iki ayrı grupta ele alınmıştır: sabit bit hızında trafik üreten kaynaklar ve değişken bit hızında trafik üreten kaynaklar. Sabit bit hızlı kaynaklar, bağlantı süresi boyunca hep aynı hızda iletildikleri için sadece tepe bit hızları ile karakterize edilebilirler. Bunun yanısıra, değişken bit hızlı kaynaklar, iletim sırasında bir aktif (hücrelerin tepe bit hızında üretildikleri), bir sessiz (hiçbir hücrenin üretilmediği) durumdadırlar, ya da sürekli fakat değişken hızlarda hücre üretirler. Dolayısıyla, değişken hızlı kaynaklan karekterize etmek için tepe bit hızından daha başka parametrelere ihtiyaç vardır. Bunlar içinde, ortalama aktif periyot süresi, tepe bit hızının ortalama bit hızına oranı (burstiness), ortalama hücre hızı, aktif periyottaki ortalama hücre sayısı, bir aktif periyot başlangıcından diğer bir aktif periyot başlangıcına dek geçen ortalama süre sıklıkla kullanılan parametrelerdir. ATM şebekeleri birer bağlantı yönelimli paket bağlaşma şebekesi olarak ele alındıklarında, hizmet kalitesi gereksinimleri de bağlantı kontrol parametreleri ve enformasyon iletim parametreleri biçiminde iki başlık altında incelenebilir. Halen kullanılmakta olan şebekelerde bağlantı kurma ve çözme gecikmeleri, blokaj olasılığı gibi parametrelerin yanısıra,hücre kayıp oranı, hücre iletim gecikmesi, hücre gecikme varyansı gibi, ATM ile ilişkili performans parametreleri de gözönüne alınmalıdır. ATM şebekelerin performansını belirleyen parametrelere ait değerlerin henüz kesin olarak belirlenmediği de gözlenmiştir. Şebekeye sunulacak olan trafiğin karakteristiği, bağlantı kurulması aşamasında şebekeye bildirilir. Trafik tanımlayıcısına bir örnek olarak, {ortalama hücre hıza, tepe hücre hızı, ortalama öbek uzunluğu} parametreleri verilebilir. Bu parametreler teker teker kaynak trafiğininin bazı yönlerini tanımlarken, tüm küme, kaynağın trafik karakteristiklerini bütünüyle vermeyi amaçlar. Trafik viiiparametreleri, öncelikle kullanıcı tarafından anlaşılabilir ve şebekenin trafik kontrol fonksiyonlarında kullanılabilir nitelikte olmalıdır. ATM şebekelerinde kaynakların büyük çoğunluğunun değişken bit hızlı olması beklenmektedir. Değişken bit hızlı ses, veri ve görüntü hizmetlerinin analitik olarak izlenebilir modellerle tanımlanması, ATM şebekelerinde performans değerlendirilmesi açısından önemlidir. Bu amaçla önerilen modeller arasında var- yok kaynak modeli (on-off source model), kesintili Poisson süreci (interrupted Poisson process), kesintili Bernoulli süreci (interrupted Bernoulli process), Markov modülasyonlu Poisson süreci (Markov-modulated Poisson process), Markov modülasyonlu Bernoulli süreci (Markov-modulated Bernoulli process) sayılabilir. Üçüncü bölüm, ATM şebekelerde trafik ve yığılma kontrol yapısının nasıl olması gerektiğine yanıtlar aramaktadır. Bunun için, Uluslararası Telekomünikasyon Birliği'nin (ITU) 1.371 sayılı rekomandasyonunda B-ISDNMe trafik ve yığılma kontrol için belirlenmeye çalışılan yapı gözönüne alınmıştır. Bu yapı dahilinde ve dışında kalan kontrol fonksiyonları açıklanmış, bu fonksiyonları gerçekleştirmek üzere öne sürülen teknikler biraraya getirilmeye çalışılmıştır. Bu tekniklerin performans açısından değerlendirilmeleri incelenmiş ve ATM şebekelerinde varlığını kabul ettirebilecek olanlar belirlenmeye çalışılmıştır. ATM şebekelerde trafik ve yığılma kontrolü ile ilgili araştırmalardan elde edilen sonuçlar şu şekilde özetlenebilir. ATM temelli genişbandlı şebekelerin, potansiyel kullanıcılar ve işleticiler tarafından benimsenmeleri için, belli performans gereksinimlerini karşılamaları gereklidir. ATM şebekesinde beklenen şebeke performansının sağlanabilmesi, etkili bir trafik ve yığılma kontrolünün varlığı ile mümkün olabilir. Bir kullanıcı, bir çağırmada, çağırma kurulmadan önce, aktaracak olduğu trafiğin karakteristiğim belirleyen parametreleri şebekeye bildirir. Şebeke, kullanıcıdan almış olduğu trafik bilgileri doğrultusunda, bu çağırma isteğini, halen yürümekte olan diğer çağırmalara sağlanmış bulunan hizmet kalitesini bozmadan karşılayıp karşılayamayacağını belirler. Çağırma isteğine beklenen hizmet kalitesinin sağlanabilmesi halinde, kullanıcı ile taşınacak olan trafik üzerinde bir anlaşmaya varılır. Buna 'kullanıcı-şebeke kontratı' adı verilir. Trafik kontrol konusunda, halen mevcut olan düşük hızlı paket iletişim şebekeleri üzerinde geniş incelemeler yapılmış olmasına karşın, B-ISDN hizmetlerinin yüksek servis kalitesi oranlan, sunulacak hizmetlerin çeşitliliği, ve hizmetin ulaştırılacağı alanın büyüklüğü gözönüne alınmamıştır. B-ISDNde iletim hızının yüksek olmasına karşılık, optik iletişimde ışığın hızı sabittir; bu nedenle, herhangi bir anda şebeke üzerinde iletilen hücre sayısı çok büyük olduğundan, yığılma olması halinde bu durumdan etkilenecek bağlantı sayısı da çok büyük olacaktır. Dolayısıyla, günümüzde paket bağlaşmalı şebekelerde kullanılan yığılma kontrol mekanizmaları, B-ISDN'de geçerliliğini yitirmektedir. Bir diğer temel nokta da, B- ISDNde yığılma kontrolünün, yığılma olduktan sonra değil, yığılmayı önleyecek biçimde yapılması gerektiğidir. ıxBir ATM şebekesindeki kaynakların büyük çoğunluğu patlamalı (bursty) tiptedir. Patlamalı bir kaynak, çok kısa bir süre için yoğun trafik ürettikten sonra uzun süre hücre üretmeden sessiz durumda kalabilir. Patlamalı trafik yapısı için, maksimum bandgenişliğinin sürekli olarak tahsis edilmesi gerekli değildir. İstatistiksel çoğullama yöntemleri kullanılarak daha fazla sayıda kaynağın paylaşımı ile bandgenişliğinin etkin biçimde kullanılması sağlanır. Bunun gerçekleştirilmesi ise, kaynak trafiğine ilişkin yeterli istatistiksel bilginin bilinmesine bağlıdır. Kısacası, ATM şebekelerdeki önemli bir diğer nokta, hücre geliş sürecinin istatistiksel davranışının doğru biçimde modellenmesi gerekliliğidir. Performans analizinin doğru olarak yapılabilmesi için kaynak trafiğinin detaylı bir modeli çıkarılmalıdır. Aşağıdaki işlevler, ATM şebekelerde trafik ve yığılma yönetimi ve kontrolü için gerekli yapıyı oluşturacaktır: şebeke kaynak yönetimi (network resource management), bağlantı kabul kontrolü (connection admission control), trafik denetleme (traffic policing), öncelik kontrolü (priority control), trafik biçimlendirme (traffic shaping), hızlı kaynak yönetimi (fast resource management), seçerek hücre eleme (selective cell discarding) ve yığılma kontrol fonksiyonları. Kullanıcı bir çağırma yapmak istediğinde, ilk olarak kaynağın istatistiksel yapısını belirleyen trafik parametreleri şebekeye aktarılır. Ardından, şebeke bağlantı kabul kontrol birimi, çağırmanın, yürümekte olan diğer çağırmaların hizmet kalitesini etkilemeden kabul edilip edilemeyeceğine karar verir. Yeni gelen çağırma kabul edilirse, kaynakla bir trafik anlaşması yapılır. Bir sonraki aşamada şebeke, çağırmanın varış noktasına hangi yoldan gönderileceğini belirler. Çağırma bağlaştınldığında, kaynak şebekeye trafik anlaşmasında belirlenen hızda hücre yollamaya başlar. Kaynaktan doğan trafik şebeke tarafından bir trafik denetleme algoritması ile izlenir ve kaynağın trafik anlaşması kurallarına uyup uymadığı gözlenir. ATM şebekelerinde trafik kontrol ve yığılma kontrol standartları henüz kesin olarak belirlenmemiştir. Genel yaklaşımın, algoritmaları tümüyle standartlaştırmak yerine temel gereksinimlerini tanımlamak biçiminde olduğu gözlenmektedir. Literatürde farklı trafik denetleme mekanizmaları önerilmiştir; bunların arasında delik kova (leaky bucket), kayan pencere (moving window), atlayan pencere (jumping window) ve üstel ağırlıklı kayan ortalamalı (exponentially weighed moving average) gibi modeller sayılabilir. Bu mekanizmaların karşılaştırılması sonucunda, üstel ağırlıklı kayan ortalamalı model ile delik kova modelinin, esneklik ve kurma karmaşıklığı açısından en avantajlı modeller olduğu görülmektedir. Delik kova yöntemi tepe hızını kolaylıkla kontrol edebilir; fakat ortalama bit hızının kontrolü, uzun süreye gereksinim olduğundan daha karmaşıktır. Sonuç olarak, ATM şebekelerinde tek ve etkin bir trafik kontrol ve yığılma kontrol düzeninin kurulmasının oldukça zor olduğu görülmektedir. Amaçlanan, uygulanabilir bir model yardımıyla, yüksek şebeke verimi elde etmek ve bunu,kullanıcıların hizmet kalitesi gereksinimlerini karşılayarak başarmaktır. Trafik kontrol algoritmalarının seçimi, şebekenin kaynak tahsisi stratejisini de doğrudan belirler. Kabul ve denetim için sadece çağırmanın tepe bit hızı gözönüne alınırsa, bağlantı süresince çağırmaya bu bit hızının tahsis edilmesi gerekir. Çağırmanın ortalama bit hızı düşükse, şebeke verimi düşecektir. Yine de, böylesi basit yöntemler, ATM şebekelerin hızla yaygınlaşmasına yardımcı olabilirler. XX

Özet (Çeviri)

SUMMARY Broadband Integrated Services Digital Network (B-ISDN) is envisioned to support all kinds of services such as voice, data, video on the same network in an integrated manner. To achieve this goal, Asynchronous Transfer Mode (ATM) was selected as the most promising transfer mode solution for the B-ISDN. International standardization bodies are working on providing a basic framework upon which B-ISDN can be built. A number of issues still remains open such as, optimal traffic management framework to support various kinds of services with differing quality of service (QOS) requirements in the same network and to achieve high network utilization at the same time. Throughout this study, traffic control and congestion control problem in ATM networks is investigated and a framework is tried to be conveyed. Various solution approaches, proposed techniques for different functions of traffic control and congestion control are surveyed. Standardization status of these functions are examined according to International Telecommunication Union (ITU-T) Recommendation 1.371. The functions given in this Recommendation to construct a framework for managing and controlling traffic and congestion in ATM networks may be listed as: network resource management, connection admission control, traffic policing, priority control, traffic shaping, fast resource management, selective cell discarding, explicit forward congestion control. In the B-ISDN the large propagation delays and high data rate of various sevices may render reactive control methods ineffective. Because of this factor, preventive control mechanisms are expected to be the main method used in ATM networks rather than reactive control mechanisms. It has been shown in recent studies that if only preventive methods such as connection admission control and traffic policing are used, network performance will not be satisfactory. So the possibilities of using reactive mechanisms have also been actively studied. As a result in 1.371 the use of EFCN was recommended. VI

Benzer Tezler

Tez No
128488
ATM şebekelerinde veri trafiği yönetimi ve yığılma kontrolü
Traffic management and congestion control in ATM networks
İBRAHİM KOÇYİĞİT
Doktora
Türkçe
2002
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Uludağ Üniversitesi
Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ OKTAY
Tez No
154658
ATM (asenkron transfer modu) şebekelerde trafik kontrolü
Trafic control in ATM (asynchronous transfer mode) networks
GAZİ KARAKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
Tez No
75555
ATM şebekelerde trafik analizi ve güvenlik
Başlık çevirisi yok
HALİL AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNSEL DURUSOY
Tez No
100849
Çerçeve aktarma şebekeleri
Frame relay networks
DEVRİM SİPAHİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
PROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
Tez No
152210
MPLS teknolojisi
MPLS technology
EKREM TIĞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNSEL DURUSOY

Geri Dön