Statistische Leistungsschranken für Computernetzwerke und Kommunikationssysteme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Weiterentwicklung des Internets wird entscheidend durch das Verständnis aktueller und zukünftiger Technologien geprägt. Während wichtige Einsichten lange Zeit durch die klassische Warteschlangentheorie erzielt wurden, ist seit einigen Jahren bekannt, dass die von dieser Theorie verwendeten Poisson-Prozesse kein genaues Modell des Internetdatenverkehrs liefern. Zur Behebung dieses Missstands wurden verschiedene Ansätze, wie die Theorie der effektiven Bandbreiten und das deterministische Netzwerkkalkül, verfolgt. Diese Verfahren weisen individuelle Stärken in der Modellierung statistischer Multiplexgewinne bzw. in der Analyse von Netzwerken auf, können jedoch nicht beides miteinander kombinieren. Ziel dieses Projekts war es, zur Entwicklung eines stochastischen Netzwerkkalküls, welches eine wirksame Nutzung des statistischen Multplexgewinns unabhängiger Datenströme in einem Rahmenwerk zur effzienten Ende-zu-Ende-Analyse von Netzwerken erreicht, beizutragen. Es galt, die Basis für eine umfassende, leistungsfähige und modulare Theorie zu schaffen, die grundlegende Anwendungen in der Leistungsbewertung von drahtgebundenen und drahtlosen Paketnetzwerken ermöglicht. Wesentliche Beiträge dieses Projekts sind Lösungen zur Berechnung von Ende-zu-Ende Leistungsschranken, die auf dem Konzept von stochastischen Netzwerkdienstkurven beruhen. So konnte für Verkehr mit exponentiell abklingender Burst-haftigkeit in geschlossener Form gezeigt werden, dass Leistungsschranken für Netzwerke aus n statistisch unabhängigen Systemen in Reihe linear mit n also in O (n) wachsen. Kann statistische Unabhängigkeit nicht angenommen werden, gilt das aus verwandten Arbeiten bekannte Resultat O (n log n). Für typischen Internetdatenverkehr, der selbstähnlich und langfristig korreliert ist mit Hurst Parameter H > 0:5, wurde dagegen ein Wachstum in O (n(log n)^1/(2 2H)) gezeigt. Weitere besondere Herausforderungen entstehen in drahtlosen Netzen aufgrund der zeitlich variablen, zufälligen Übertragungskapazität. Wesentliche Einflussfaktoren sind Rauschen, Fading und Interferenz, aber auch zufallsgesteuerter Medienzugriff. Im Projekt wurden Dienstkurven für drahtlose Fading Kanäle, MIMO Systeme und die Medienzugriffskontrolle in Wi-Netzen hergeleitet. Ausgewählte analytische Resultate wurden in Simulationen und Messungen realer Systeme veriziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Delay Bounds under Arbitrary Multiplexing: When Network Calculus Leaves You in the Lurch ... In: Proc. of IEEE INFOCOM, Seiten 1669-1677, April 2008
Schmitt, J. B., F. A. Zdarsky und M. Fidler
- On the Identiability of Link Service Curves from End-Host Measurements. In: Proc. of Euro-NF NET-COOP, Seiten 53-61, September 2008
Rizk, A. und M. Fidler
- Understanding Fairness and its Impact on Quality of Service in IEEE 802.11. In: Proc. of IEEE INFOCOM, Seiten 1098-1106, April 2009. Erweitert unter arXiv:0808.3937v1, 2008
Bredel, M. und M. Fidler
- A Survey of Deterministic and Stochastic Service Curve Models in the Network Calculus. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 12(1):59-86, 2010
Fidler, M.
- Analysing Router Performance Using Network Calculus with External Measurements. In: Proc. of IWQoS, Juni 2010
Bredel, M., Z. Bozakov und Y. Jiang
- On the Flow-Level Delay of a Spatial Multiplexing MIMO Wireless Channel. In: Proc. IEEE ICC, Juni 2011
Mahmood, K., A. Rizk und Y. Jiang
- Non-asymptotic End-to-end Performance Bounds for Networks with Long Range Dependent FBM Cross Trac. Computer Networks, 56(1):127-141, Januar 2012. Erweiterte unter arXiv:0909.0633v1, 2009
Rizk, A. und M. Fidler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.comnet.2011.07.027) - Estimating Trac Correlations from Sampling and Active Network Probing. In: Proc. of IFIP Networking, Seiten 205-212, Mai 2013. Erweitert unter arXiv:1208.2870v1, 2012
Rizk, A., Z. Bozakov und M. Fidler
- On Multiplexing Models for Independent Trac Flows in Singleand Multi-Node Networks. IEEE Transactions on Network and Service Management, 10(1):15-28, März 2013
Rizk, A. und M. Fidler
- A Guide to the Stochastic Network Calculus. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 17(1):92-105, 2015
Fidler, M. und A. Rizk
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/COMST.2014.2337060)
