A Probabilistic Network Calculus Approach to Measurement-based Bandwidth Estimation
Final Report Abstract
Die verfügbare Bandbreite bezeichnet die freie Kapazität eines Netzwerkpfads, die nicht von bestehendem Verkehr genutzt wird. Ihre Abschätzung aus Messungen auf Endsystemen mittels Testverkehr geht zurück auf das Konzept der Paketpaare und die TCP-Staukontrolle. Die Bandbreitenabschätzung spielt eine wichtige Rolle für das Internet mit Anwendungen z.B. in den Bereichen Netzwerküberwachung, Verkehrsleitung, Dienstgüte, Staukontrolle und ratenadaptive Applikationen. Bestehende Messmethoden basieren meist auf einem einfachen Netzwerkmodell, welches sich auf eine einzelne Leitung mit First-In First-Out Scheduling beschränkt und Verkehr als Fluid mit konstanter Rate annimmt. Die grundlegende Neuerung des NetMeter Projekts ist eine Generalisierung des Konzepts der verfügbaren Bandbreite durch effektive Dienstkurven, die den in einem Zeitintervall mit einer definierten Wahrscheinlichkeit verfügbaren Dienst als Funktion der Intervalldauer beschreiben. Im Vergleich zur verfügbaren Bandbreite als einzelne Zahl berücksichtigen Dienstkurven die Variabilität der Bandbreite sowie Verzögerungszeiten und geben eine statistische Garantie für den verfügbaren Dienst. In der ersten Projektphase wurde erfolgreich eine Methode zur Schätzung stochastischer Dienstkurven aus Messungen auf Endsystemen hergeleitet. Durch die allgemeine, System- und wahrscheinlichkeitstheoretische Herangehensweise konnten grundsätzliche, einschränkende Annahmen wie oben vermieden werden. Eine wesentliche Herausforderung der zweiten Projektphase lag in der neuartigen Anwendung der konzipierten Messmethode zur Bewertung und Optimierung komplexer Transportprotokolle wie TCP, deren Analyse bislang nur bedingt möglich ist. Es wurde ein zeitvariantes Modell für die fensterbasierte Fluss- und Staukontrolle entwickelt. Schließlich wurden verschiedene Algorithmen für die TCP-Staukontrolle und das Puffer-Management anhand ihrer aus Messungen gewonnenen Dienstkurven bewertet.
Publications
- A Foundation for Stochastic Bandwidth Estimation of Networks with Random Service. In: Tagungsband IEEE INFOCOM, Seiten 1817-1825, April 2011
Lübben, Ralf, Markus Fidler und Jörg Liebeherr
- System Identification of Computer Networks with Random Service. Doktorarbeit, Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Leibniz Universität Hannover, 2013
Lübben, Ralf
- Stochastic Bandwidth Estimation in Networks With Random Service. IEEE/ACM Trans. Netw., 22(2):484-497, April 2014
Lübben, Ralf, Markus Fidler und Jörg Liebeherr
(See online at https://doi.org/10.1109/TNET.2013.2261914)
