Systemy i Sieci Telekomunikacyjne TI

Transkrypt

1 Systemy i Sieci Telekomunikacyjne TI Zarządzanie ruchem w ATM Krzysztof Wajda Katedra Telekomunikacji AGH marzec, 2017

2 Zakres wykładu Zadania TM (TE) Klasy usług Kategorie ruchowe Parametry dla klas usług Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe Kontrakt ruchowy CAC Koncepcja pasma wirtualnego

3 Podstawy TM w ATM (i nie tylko)

4 Inżynieria ruchu (dokumenty podstawowe) D. Awduche, J. Malcolm, J. Agogbua, M. O Dell, J. McManus, "Requirements for Traffic Engineering Over MPLS." RFC 2702, 1999 D. Awduche, A. Chiu, A. Elwalid, I. Widjaja, X. Xiao, "Overview and principles of Internet traffic engineering. RFC 3272, 2002 J. Babiarz, H. C. Kwok, F. Baker. Configuration Guidelines for DiffServ Service Classes, RFC 4594, 2006

5 Zarządzanie ruchem - zadania zapewnianie istniejącym połączeniom uzgodnionej jakości (QoS) monitorowanie przepływów ruchu wewnątrz sieci rozpoznawanie i reagowanie na problemy obsługę nowych zgłoszeń

6 Modele realizacji parametrów QoS niejawne (implicit) IP, IntServ, DiffServ, jawne (explicit) ISDN, ATM, mieszane MPLS

7 Zarządzanie ruchem funkcje (mechanizmy) Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (Connection Admission Control - CAC), Usage Parameter Control (UPC), Sterowanie priorytetem komórki (Cell Loss Priority Control), Kształtowanie strumieni ruchu (Traffic shaping), Sterowanie przepływem dla kategorii ABR (ABR Flow Control), Selektywne usuwanie komórek (Early Packet Discard),

8 Klasy usług Klasa A Klasa B Klasa C Klasa D Synchroniza cja między terminalami Szybko ść sta ła bitowa Tryb po łączenia wymagana po łączeniowy Nie wymagana zmienna bezpo łącze niowy Typ AAL 1 2 3/4 i 5 typ 5

9 Zarządzanie ruchem - kategorie ruchowe CBR (Constant bit rate) -ścisłe gwarancje pasma i opóźnień rt-vbr (Real-time Variable Bit Rate) - wideokonferencje nrt-vbr (Non-real time Variable Bit Rate) - transakcje bankowe, dostęp do sieci Frame-Relay. ABR (Available Bit Rate) - możliwa negocjacja pasma UBR (Unspecified Bit Rate) - brak wymagań co do transmisji GFR (Guaranteed Frame Rate) gwarancje na poziomie komórki i ramki dyskusja nad UBR+

10 Deskryptory ruchu Peak Cell Rate (PCR): maksymalna liczba komórek, jaką źródło transmituje w określonym przedziale czasu. Sustainable Cell Rate (SCR): maksymalna średnia szybkość transmisji dla źródła ruchu typu burst. Maximum Burst Size (MBS): maksymalna liczba komórek, jaka może zostać wysłana równocześnie z wartością Peak Cell Rate. Minimum Cell Rate (MCR): minimalna liczba komórek, jaką źródło transmituje w określonym przedziale czasu. parametry połączenia: wszystkie powyższe + CDVT (Cell Delay Variation Tolerance)

11 Interpretacja parametrów

12 Interpretacja PCR 1 komórka/szybkość medium 1komórka PCR

13 Interpretacja SCR i MBS 1 komórka/scr MBS/SCR czas 1 komórka/szybkość medium. 1 komórka/pcr

14 Parametry jakości obsługi Maximum Cell Transfer Delay (Max CTD) Mean Cell Transfer Delay (Mean CTD) Cell Delay Variation (CDV) Cell Loss Ratio (CLR) Cell Error Ratio (CER) Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR) Cell Misinsertion Rate (CMR)

15 CLR CellLossRatio Straty komórek mogą wystąpić w przypadku: przepełnienia buforów, awarii, braku urządzeń redundantnych, zbyt długiej reakcji na awarię, po przekroczeniu dopuszczalnego opóźnienia. CLR liczba _ komórek _ straconych = liczba _ komórek _ wytransmistowanych wszystkie komórki wytransmitowane to komórki które zostały wysłane w pewnym ustalonym czasie (standardy nie określają tego czasu, generalnie przyjmuje się, że jest to czas trwania połączenia).

16 Rozkład gęstości prawdopodobieństwa dla opóźnienia komórki gęstość prawd. f(t) Prawd.(opóź.>Max-CTD)<α P2P-CDV opóźnienie Min-CTD Max-CTD przy określaniu P2P-CDV nie uwzględnia się stałych opóźnień występujących w transmisji, MaxCTD jest parametrem ustalanym przez użytkownika i określa on wielkość tail rozkładu gęstości

17 Ilustracja CDV

18 Wartości CLR and MaxCDVdla wybranych usług CL LR głos dane interaktywne 10-8 obrazy interaktywne wideo transfer plików 0,001 0,01 0, MaxCDV [s]

19 Parametry opóźnieniowe Max-CTD (Maximum Cell Transfer Delay) - maksymalne opóźnienie komórek P2P-CDV (Peak-to-Peak Cell Delay Variation) - międzyszczytowa zmienność opóźnienia komórek gęstość prawd. f(t) Prawd.(opóź.>Max-CTD)<α Min-CTD P2P-CDV Max-CTD opóźnienie delay istotna (re)negocjacja między użytkownikiem a operatorem

20 Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe (1) Atrybut CBR rt-vbr nrt-vbr UBR ABR PCR i CDVT tak tak tak SCR, MBS, CDVT n/a tak n/a n/a MCR n/a n/a tak Parametry QoS Może CDVT nie podlegać jest parametrem nie działaniu przekazywanym procedur przez sygnalizację, CAC może i UPC mieć lokalne znaczenie (per link) p2pcdv tak nie maxctd tak nie CLR tak nie zależne od Dodatkowe ustalenia CLR powinno mieć małą wartość dla źródeł stosujących się do reguł sterowania ABR kontraktu (sieci) Sprzężenie zwrotne nie tak Kategorie ruchowe i parametry zgodne z TM4.0 (1996)

21 Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe (2) CBR rt-vbr nrt_vbr ABR UBR PCR tak tak tak tak tak SCR n/a tak tak n/a n/a MBS n/a tak tak n/a n/a MCR nie nie nie tak nie CDVT (PCR) tak tak tak tak tak CDVT (SCR) n/a tak tak n/a n/a

22 Kontrakt ruchowy w ATM

23 Kontrakt ruchowy Ustawienie zasad realizacji połączenia: Kategoria ruchowa Wymagania QoS, Deskryptory ruchu, Definicja zgodności (poprawności) komórki conformance definition), Definicja poprawności połączenia (compliant connection).

24 Elementy kontraktu ruchowego Kontrakt ruchowy Deskryptor połączenia Definicja zgodności połączenia Jakość obsługi połączenia QoS Deskryptor źródła Tolerancja zmienności opóźnienia CDV t Definicja zgodności komórek (GCRA) Stopa traconych komórek CLR Max. szybkość generowania komórek PCR Max opóźnienie przesyłania komórek Max-CTD Średnia szybkość generowania komórek SCR Maksymalny rozmiar paczki komórek MBS Minimum Cell Ratę (MCR) Zmienność opóźnienia przesyłania komórek P2P-CDV

25 CAC

26 Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (CAC) -(1) Kiedy nowe zgłoszenie pojawia się w węźle ATM, użytkownik deklaruje zbiór parametrów ruchowych i wymagany poziom jakości obsługi QoS - zwykle określony jednoznacznie przez podanie rodzaju usługi, do którego należy zgłoszenie. Korzystając z tej informacji oraz znając stan elementów sieci, jednostka realizująca CAC decyduje o zaakceptowaniu lub odrzuceniu Co jest nowo alternatywą dla przybywającego zgloszenia skomplikowanego CAC? PRZYGOTOWANIE PROCEDURY BLOKOWANIA PRZENOSZONEGO RUCHU!

27 Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (CAC) -(2) Decydującym kryterium musi być rezultat predykcji spełnienia wymogów jakościowych transmisji (QoS) w warstwie pakietowej po akceptacji nowego zgłoszenia. Decyzja o akceptacji lub odrzuceniu nowego zgłoszenia jest jedną z najważniejszych azarazem najtrudniejszych w sieci ATM. QoS = QoS( C, n, R i, Ai ) Parametry (zestaw): C,n,R,A, są zależne od modelu ruchowego

28 Cechy charakterystyczne CAC (SPZ) Algorytm CAC powinien być: prosty - tzn. ze względnie niską złożonością obliczeniową, Problem złożoności obliczeniowej: liczba VP x liczba VC oparty na ograniczonej liczbie parametrów opisujących zgłoszenie, zachowawczy (pesymistyczny), tzn. raczej przesadnie oceniać stan natłoku w sieci, elastyczny, tzn. pozwalający na zmiany w zależności od warunków ruchowych a także umożliwiający łatwą adaptację w przypadku wprowadzenia nowych usług.

29 Algorytmy CAC - klasyfikacja 1 Skala czasu, na której działają algorytmy CAC: algorytmy czasu rzeczywistego (on-line), spodziewane naruszenie parametrów jakościowych dla istniejących połączeń po zaakceptowaniu nowo przychodzącego zgłoszenia musi być realizowane w czasie rzeczywistym, Np. kilkaset procesów/sek. algorytmy off-line, gdy odpowiednie modele są wstępnie rozwiązywane a wyniki umieszczane w specjalnych tablicach (look-up tables) zapisanych w pamięci jednostek sterujących pracą węzła ATM. Możliwość uwzględnienia tylko przypadków szczególnych

30 Algorytmy CAC - klasyfikacja 1 Na podstawie teoretycznych metod użytych do rozwiązania modeli ruchowych, możemy podzielić algorytmy CAC na nastepujące trzy grupy: metody oparte na teorii masowej obsługi, metody oparte na symulacji, metody analityczne (uproszczone).

31 Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (podstawowe relacje) Sterowanie przyjęciem zgłoszenia Rate Sharing (koncepcja dla dużych buforów) X zajętość bufora CLP x X P e x X P x C g > > } { } { ) ( Rate Envelope Multiplexing (REM) i C R k k n i i k i i i A n R A R A k n C R k CLR i = > 1 ) ( i A i R burstiness = _ β CLP x X P > } {

32 1 Sterowanie przyjęciem zgłoszenia przykład wykorzystania REM (na podstawie REM zależność CLR(Ri)) Switch with buffer 200B - uni 0,1 0,01 Switch with buffer 200B - exp Switch with buffer 10kBexp Model ON - OFF 0,001 0,0001

33 Wzajemne relacje pomiędzy parametrami jakościowymi i procedurami TM w ATM Sieć ATM Model ruchowy Źródło ruchu Kontrola parametrów użytkownika (UPC) Sterowanie przyjęciem zgłoszenia CAC Grade of Service Estymacja QoS QoS dla warstwy pakietowej Quality of Service Zarządzanie zasobami w sieci ATM należy rozumieć jako działanie umowne: od przyjętych założeń i modelu ruchowego zależy wynik działania procedur TM,

34 Koncepcja pasma wirtualnego Efektywna metoda dla połączeń klasy VBR, Połączenie reprezentowane przez 1 parametr, pomysł polega na znalezieniu (dowolną metodą) maksymalnej liczby połączeń przy zachowaniu wymaganych parametrów jakościowych. C VP - pasmo przydzielone ścieżce wirtualnej n max - maksymalna liczba zestawionych kanałów, ACR - Average Cell Rate, PCR - Peak Cell Rate. ω = C ACR VP / n ω max PCR

35 Aspekty doboru trasy w ATM Dobór trasy w sieci ATM jest skomplikowany. Projektując algorytm doboru trasy należy rozważyć wpływ: struktury fizycznej sieci, struktury logicznej sieci opartej na koncepcjiścieżek wirtualnych, przydziału pasma dla scieżek i ich separacji, multipleksacji statystycznej, typu modelu ruchowego poziomu sieci, wymagań jakościowych na transmisję QoS w odniesieniu do zastosowanej separacji usług.

36 Źródła opóźnień w sieci ATM Terminal źródłowy Terminal docelowy TD1 komutator ATM TD2 komutator ATM TDn PD FSD1+QD1 FSDn+QDn DD PD - opóźnienie pakietyzacji (packetization delay) TD - opóźnienie transmisji (transmission delay) FSD - opóźnienie komutacji (fixed switching delay) QD - opóźnienie kolejkowania (queueing delay) DD - opóźnienie depakietyzacji (depacketization delay)

37 Podsumowanie Skomplikowane TM Realizacja QoS Skomplikowany ale skuteczny CAC Wszechstronne wsparcie dla usług multimedialnych

38 Literatura Rekomendacje ITU Dokumenty IETF (RFC i drafty) Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum D. Ginsburg, ATM. Solutions for enterprise networking, Addison-Wesley, 1999 Materiały wykładowe: Artykuły z IEEE Communications Magazine

39 Dziękuję za uwagę!