Analytical models of selected DiiffServ network elements supporting assured forwarding

Abstract

Analytical models of selected DiffServ network elements supporting Assured Forwarding (AF) service in a Differentiated Services (DiffServ) network are proposed in the dissertation. Simple analytical models for main network elements: meter/markers and droppers are provided. Models of the following meter/markers were proposed: Single Rate Three Color Marker (srTCM), Two Rate Three Color Marker (trTCM) and Time Sliding Window Three Color Marker (TSW3CM). Models for the following commonly used types of Multi-RED queues are developed: Weighted RED (WRED) and RED with In/Out and Coupled virtual queues (RIO-C). Both types of queues are scrutinized under two types of configuration of dropping thresholds: staggered and overlapped. Several mathematical methods, including the queuing theory and the probability theory, were used. Models of meter/markers are based the M/M/l/K and D/M/l/K queuing systems. Models of droppers are developed with the use of M(n)/M/1/K and M(n)/D/1/K queuing systems (systems with impatient customers). Since the models for DiffServ elements are independent of each other, they can be combined to model a more complex system. An example of such a model, supplemented by the model for a TCP throughput by the other author, is presented in the dissertation. Accuracy of the models is verified by simulations of a DiffServ network. Simulations were performed with ns-2 simulator. W rozprawie zaprezentowano modele analityczne wybranych elementów architektury usług zróżnicowanych DiffServ (ang. Differentiated Services) używanych do realizacji klasy usług zagwarantowanych AF (ang. Assured Forwarding). Elementami tymi są: jednostka pomiarowa i oznaczająca pakiety (ang. meter/marker) oraz jednostka odrzucająca pakiety (ang. dropper). Zaproponowano modele następujących jednostek pomiarowych i oznaczających pakiety: srTCM (ang. Single Rate Three Color Marker), trTCM (ang. Two Rate Three Color Marker) oraz TSW3CM (ang. Time Sliding Window Three Color Marker). W pracy zaproponowano modele analityczne najbardziej popularnych realizacji kolejki typu Multi-RED: WRED (ang. Weighted Random Early Detection) oraz RIO-C (ang. RED with In/Out and Coupled virtual queues). Rozważano dwa sposoby konfiguracji wartości progowych dla odrzucania pakietów należących do różnych klas: z pokrywającymi się wartościami progowymi (ang. overlapped) oraz rozłącznymi (ang. staggered). W zaproponowanych modelach zastosowano między innymi elementy teorii kolejek oraz teorii prawdopodobieństwa. Użyte systemy kolejkowe to M/M/l/K i D/M/l/K w przypadku jednostek pomiarowych i oznaczających pakiety oraz M(n)/M/1/K i M(n)/D/1/K (z niecierpliwymi klientami) dla jednostek odrzucających pakiety. Możliwe stworzenie bardziej złożonego modelu sieci DiffServ. Przykład takiego modułowego modelu, uzupełnionego o model źródła TCP (innego autora) zaprezentowano w pracy.Poprawność modeli analitycznych zweryfikowano za pomocą symulacji sieci DiffServ. Posłużono się symulatorem ns-2.