Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-886
Main Title: Advance Reservations of Bandwidth in Computer Networks
Author(s): Burchard, Lars-Olof
Advisor(s): Heiß, Hans-Ulrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In dieser Arbeit wurden die unterschiedlichen Aspekte untersucht, die die Leistungsfähigkeit eines Systems zur Vorausreservierung in Computer-Netzwerken bestimmen. Basierend auf einer Architektur, welche den Basisdienst für Vorausreservierungen mittels Multiprotocol Label Switching (MPLS) zur Verfügung stellt, wurden innerhalb eines Netzwerkmanagementsystems unterschiedliche Dienste implementiert und simulativ auf ihre Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Netzwerks in Bezug auf Anzahl zugelassener Datenströme sowie transportierte Datenmenge untersucht. Diese Dienste erweitern in entscheidendem Maße auch die Breite des Dienstangebots in Netzwerken im Vergleich zu bisherigen Implementierungen. So ist es möglich bei Angabe einer festen Datenmenge vom Netzwerkmanagement geeignete Übertragungszeiten und raten bestimmen zu lassen. Diese Parameter werden dann, zum Beispiel in Form von Service Level Agreements (SLA), vom Netzwerkmanagement garantiert und sind insbesondere in Umgebungen wichtig, in denen die Übertragung sehr großer Datenmengen notwendig ist, beispielsweise in Grid-Computing- Systemen. Die erweiterten Dienste dienen jedoch nicht nur den Nutzern, sondern sind auch für Betreiber interessant, da sie es ermöglichen die Leistungsfähigkeit des Netzwerkes zu erhöhen. Dies ist insbesondere zusammen mit weiteren Verfahren möglich, die die zusätzlich zur Verfügung stehenden Informationen über zeitliche Aspekte, wie die Dauer von Übertragungen, nutzen. Im Vergleich zu den heute hauptsächlich betrachteten Systemen zur sog. unmittelbaren Reservierung, kann bei geschicktem Einsatz der hier implementierten Dienste und Verfahren eine deutliche Verbesserung der Leistung erzielt werden. Hinzu kommen bei Vorausreservierungen die erheblichen Vorteile für die Nutzer eines Netzwerkes, wie z.B. der oben beschriebene Datentransfer. Die Leistung eines Netzwerkes bemisst sich jedoch nicht nur an der transportierten Datenmenge, sondern auch am Verhalten im Fehlerfall und der Geschwindigkeit des Managementsystems. Dazu wurden im Rahmen dieser Arbeit mögliche Strategien zur Reaktion von Vorausreservierungssystemen im Fall von Link-Ausfällen entwickelt und untersucht. Auch hier kommt dem zeitlichen Aspekt eine wichtige Bedeutung zu. Es erwies sich als erfolgreich, nicht nur unmittelbar betroffene Datenströme sondern auch solche, die zwar bereits bekannt, jedoch noch nicht aktiv waren, in die Fehlerbehandlungsstrategie mit einzubeziehen. Datenstrukturen, die von der Zugangskontrolle des Managementsystems benötigt werden und dort die Geschwindigkeit maßgeblich bestimmen, wurden unter den Aspekten der Zugriffsgeschwindigkeit und des Speicherverbrauchs untersucht. Hierbei wurde gezeigt, dass Arrays erhebliche Vorteile im Hinblick auf beide Aspekte haben und in den meisten Fällen einer Baumstruktur, die speziell für die Aufgabe innerhalb der Zugangskontrolle entwickelt wurde, überlegen sind. Die Nutzung von Vorausreservierungen in Computer-Netzwerken ist damit eine nützliche und wichtige Erweiterung der Funktionalität eines Netzwerkes sowohl in Bezug auf das zur Verfügung stehende Angebot an Diensten, als auch im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit des Netzwerkes.
In this thesis, the impact of using advance reservations of bandwidth in a computer network on the performance for both clients and operators of the network is examined. Based on an architecture that uses multi-protocol label switching (MPLS) controlled by bandwidth brokers, a number of services that - compared to todays best-effort or immediate reservation networks - provide an enhanced functionality for clients were developed. These services allow clients to specify requests in a less stringent way than currently necessary, for example, it is possible to define only the amount of data to be transmitted between two network endpoints and the management system then determines suitable transmission parameters such as start and stop time and transmission rate. This functionality provides reliable feedback to clients and can serve as a foundation for providing service-level agreements, e.g., guaranteeing deadlines for the transmission of a certain amount of data. The additional services can also be used by network operators to improve the overall utilization of the network. In addition, the various opportunities of using the additional temporal dimension of the advance reservation service are suitable to improve the network performance. It can be shown that the amount of blocked requests and bandwidth can be considerably decreased making use of both services and the additional information available in the given environment. Besides the achievable throughout and amount of admitted requests, the term performance in the context of advance reservation systems also covers other aspects such as failure recovery strategies and the processing time required by the network management system. In the thesis, several strategies to be applied in case of link failures are outlined and examined with respect to their applicability and achievable performance. For example, it can be shown that it is worthwhile to consider not only flows which are active at the time a failure occurs but also to take inactive but already admitted flows into account in order to achieve the best possible performance. In addition to failure recovery, also the processing speed of the management system is of importance. For that purpose, in particular the data structures used to store the current and future network status need to be examined since they dominate the processing time of the management system. Two data structures, arrays and a tree which was especially designed for this purpose were examined, showing that arrays are superior with respect to processing speed and memory consumption in almost any environment.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-7870
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1183
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-886
Exam Date: 14-Jul-2004
Issue Date: 5-Aug-2004
Date Available: 5-Aug-2004
DDC Class: 004 Datenverarbeitung; Informatik
Subject(s): Computer-Netzwerke
Dienstgüte
Vorausreservierungen
Advance Reservations
Computer Networks
Quality-of-Service
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Publications

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