• search hit 50 of 73
Back to Result List

Performance Evaluation of Efficient Resource Management Concepts for Next Generation IP Networks

Effiziente Konzepte und Leistungsbewertung zum Ressourcen Management in zukünftigen IP Netzen

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-23332
  • Next generation networks (NGNs) must integrate the services of current circuit-switched telephone networks and packet-switched data networks. This convergence towards a unified communication infrastructure necessitates from the high capital expenditures (CAPEX) and operational expenditures (OPEX) due to the coexistence of separate networks for voice and data. In the end, NGNs must offer the same services as these legacy networks and, therefore, they must provide a low-cost packet-switched solution with real-time transport capabilities forNext generation networks (NGNs) must integrate the services of current circuit-switched telephone networks and packet-switched data networks. This convergence towards a unified communication infrastructure necessitates from the high capital expenditures (CAPEX) and operational expenditures (OPEX) due to the coexistence of separate networks for voice and data. In the end, NGNs must offer the same services as these legacy networks and, therefore, they must provide a low-cost packet-switched solution with real-time transport capabilities for telephony and multimedia applications. In addition, NGNs must be fault-tolerant to guarantee user satisfaction and to support business-critical processes also in case of network failures. A key technology for the operation of NGNs is the Internet Protocol (IP) which evolved to a common and well accepted standard for networking in the Internet during the last 25 years. There are two basically different approaches to achieve QoS in IP networks. With capacity overprovisioning (CO), an IP network is equipped with sufficient bandwidth such that network congestion becomes very unlikely and QoS is maintained most of the time. The second option to achieve QoS in IP networks is admission control (AC). AC represents a network-inherent intelligence that admits real-time traffic flows to a single link or an entire network only if enough resources are available such that the requirements on packet loss and delay can be met. Otherwise, the request of a new flow is blocked. This work focuses on resource management and control mechanisms for NGNs, in particular on AC and associated bandwidth allocation methods. The first contribution consists of a new link-oriented AC method called experience-based admission control (EBAC) which is a hybrid approach dealing with the problems inherent to conventional AC mechanisms like parameter-based or measurement-based AC (PBAC/MBAC). PBAC provides good QoS but suffers from poor resource utilization and, vice versa, MBAC uses resources efficiently but is susceptible to QoS violations. Hence, EBAC aims at increasing the resource efficiency while maintaining the QoS which increases the revenues of ISPs and postpones their CAPEX for infrastructure upgrades. To show the advantages of EBAC, we first review today’s AC approaches and then develop the concept of EBAC. EBAC is a simple mechanism that safely overbooks the capacity of a single link to increase its resource utilization. We evaluate the performance of EBAC by its simulation under various traffic conditions. The second contribution concerns dynamic resource allocation in transport networks which implement a specific network admission control (NAC) architecture. In general, the performance of different NAC systems may be evaluated by conventional methods such as call blocking analysis which has often been applied in the context of multi-service asynchronous transfer mode (ATM) networks. However, to yield more practical results than abstract blocking probabilities, we propose a new method to compare different AC approaches by their respective bandwidth requirements. To present our new method for comparing different AC systems, we first give an overview of network resource management (NRM) in general. Then we present the concept of adaptive bandwidth allocation (ABA) in capacity tunnels and illustrate the analytical performance evaluation framework to compare different AC systems by their capacity requirements. Different network characteristics influence the performance of ABA. Therefore, the impact of various traffic demand models and tunnel implementations, and the influence of resilience requirements is investigated. In conclusion, the resources in NGNs must be exclusively dedicated to admitted traffic to guarantee QoS. For that purpose, robust and efficient concepts for NRM are required to control the requested bandwidth with regard to the available transmission capacity. Sophisticated AC will be a key function for NRM in NGNs and, therefore, efficient resource management concepts like experience-based admission control and adaptive bandwidth allocation for admission-controlled capacity tunnels, as presented in this work are appealing for NGN solutions.show moreshow less
  • In meiner Dissertation zum Thema “Performance Evaluation of Efficient Resource Management Concepts for Next Generation IP Networks” werden im Wesentlichen zwei miteinander verwobene Konzepte zur effizienten Nutzung von Übertragungsressourcen in zukünftigen IP Netzen untersucht. Das Management solcher Ressourcen ist zur Unterstützung qualitativ hochwertiger Netzdiensten (z.B. IP Telephonie, IP TV, etc.) in Zukunft unabdingbar. Gegenwärtig werden diese Dienste durch den Einsatz hoher Übertragungskapazitäten (engl. capacity overprovisioning) inIn meiner Dissertation zum Thema “Performance Evaluation of Efficient Resource Management Concepts for Next Generation IP Networks” werden im Wesentlichen zwei miteinander verwobene Konzepte zur effizienten Nutzung von Übertragungsressourcen in zukünftigen IP Netzen untersucht. Das Management solcher Ressourcen ist zur Unterstützung qualitativ hochwertiger Netzdiensten (z.B. IP Telephonie, IP TV, etc.) in Zukunft unabdingbar. Gegenwärtig werden diese Dienste durch den Einsatz hoher Übertragungskapazitäten (engl. capacity overprovisioning) in den IP Breitbandnetzen ermöglicht. Um in Spitzenlastzeiten die Qualität der Dienste aufrecht zu erhalten, sind die Bandbreiten derart hoch angesetzt, dass unter normalen Umständen die Ressourcen nur sehr schwach ausgelastet sind (im Bereich zwischen 10 und 30 Prozent). Diese Überdimensionierungslösung ist einfach zu realisieren aber auch sehr kostenintensiv, ineffizient und vor allem nicht (zukunfts-)sicher, da bei ständig steigendem Bandbreitenbedarf, die Netzkapazitäten häufig angepasst werden müssen. Eine Effizienzsteigerung bei der Ressourcennutzung in heutigen Kommunikationsnetzen ist daher ein wichtiges Kriterium für die Wirtschaftlichkeit zukünftiger IP Netze. Erreicht werden kann dies mit den Mitteln der Netzzugangskontrolle (engl. admission control, kurz AC), welche bereits in verschiedenen Formen entwickelt, untersucht und teilweise auch in heutigen IP Netzen realisiert ist. Die AC stellt eine vergleichsweise komplexe Lösung zur Aufrechterhaltung der Dienstgüte in IP Netzen dar. Daher sind einfache und effiziente Mechanismen/Automatismen zur Durchführung der AC gefordert, um deren Einsatz an Stelle der Überdimensionierung zu rechtfertigen. Den zuvor genannten Forderungen nach effizienter Ressourcennutzung entsprechend stellt der erste Hauptbeitrag der Dissertation einen neuen Ansatz zur AC dar, die so genannte erfahrungsbasierte Netzzugangskontrolle (engl. experience-based admission control, kurz EBAC). Gegenüber den existierenden alternativen, d.h. parameter- oder mess-basierten Verfahren der AC zeichnet sich die EBAC durch effiziente Ressourcennutzung und begünstigt gleichzeitig die Aufrechterhaltung der Dienstgüte. Die genaue Funktionsweise der EBAC und die simulative Leistungsuntersuchung sind in der Dissertation nachzulesen. Der zweite Themenschwerpunkt der Dissertation greift eine tunnel-basierte Netzarchitektur auf und präsentiert mit deren Hilfe eine neue Methode zur Bewertung verschiedener Bandbreitenallokationsstrategien in Kombination mit AC. Die neue Bewertungsmethode wird zwar anhand einer speziellen tunnel-basierten AC untersucht, lässt sich aber auf alle Arten so genannter budget-basierter AC anwenden. Bei der konventionellen Leistungsbewertung verschiedener AC-Systeme dienen abstrakte Blockierungswahrscheinlichkeiten als Leistungsmaß. Im Gegensatz hierzu, bewertet die neue Methode die Leistung eines AC-Systems anhand des zugehörigen Bandbreitenbedarfs in Abhängigkeit verschiedener Einflussfaktoren, z.B. der avisierten Blockierwahrscheinlichkeit des AC-Systems, der Verkehrszusammensetzung, des Verkehrsvolumens, der Verkehrsdynamik und vor allem der angewandten Bandbreitenallokationsstrategie. In zukünftigen IP Netzen müssen die Ressourcen zur Datenübertragung besser verwaltet und kontrolliert werden. Zugelassener Verkehr mit hohen Dienstgüteanforderungen muss exklusiv Bandbreite zugewiesen werden, um die geforderte Dienstgüte garantieren zu können. Um dieses Ziel zu erreichen werden robuste und effiziente Konzepte zum Management von Netzressourcen benötigt. Intelligenter Netzzugangskontrolle wird eine Schlüsselfunktion in zukünftigen IP Netzen zukommen. Die in dieser Dissertation vorgestellten, effizienten Ressourcenmanagementkonzepte „erfahrungsbasierte Netzzugangskontrolle“ und „adaptive Bandbreitenallokation in zugangskontrollierten Kapazitätstunnel“ tragen zum Erreichen dieses Ziels bei.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar Statistics
Metadaten
Author: Jens Milbrandt
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-23332
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Mathematik und Informatik
Faculties:Fakultät für Mathematik und Informatik / Institut für Informatik
Date of final exam:2007/05/04
Language:English
Year of Completion:2007
Series (Serial Number):Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme (01/07)
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-1991
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
GND Keyword:Ressourcenmanagement; Leistungsbewertung; Rechnernetz; IP
Tag:Leistungsbewertung; Ressourcen Management; zukünftige Kommunikationsnetze
Next Generation Networks; Performance Analysis; Resource Management
CCS-Classification:C. Computer Systems Organization / C.0 GENERAL
C. Computer Systems Organization / C.2 COMPUTER-COMMUNICATION NETWORKS
C. Computer Systems Organization / C.4 PERFORMANCE OF SYSTEMS
C. Computer Systems Organization / C.2 COMPUTER-COMMUNICATION NETWORKS / C.2.1 Network Architecture and Design
C. Computer Systems Organization / C.2 COMPUTER-COMMUNICATION NETWORKS / C.2.3 Network Operations
Release Date:2007/07/04
Advisor:Prof. Dr.-Ing. P. Tran-Gia