Net neutral quality of service differentiation in flow-aware networks

Abstract

Flow-Aware Networking (FAN) architecture is evaluated in this dissertation with regard to its service differentiation and quality of service (QoS) assurance capabilities. The network neutrality debate is presented first, and it is shown that the potential resolutions will have a strong impact on QoS architectures. Secondly, the detailed concept of FAN is presented and compared with other flow-based QoS architectures designed for IP networks. It is argued that all the solutions have their advantages and disadvantages, however, in FAN, the pros outnumber the cons in comparison with other architectures. The main goal of the dissertation is to propose and evaluate new mechanisms to enhance service differentiation capabilities of FAN architecture. The waiting times phenomenon as a result of admission control functionality is documented. Next, differentiated blocking and differentiated queuing mechanisms are proposed. Finally, Class of Service on Demand is shown as the ultimate method of providing rich service differentiation without violating the network neutrality principle. The static limitation and automatic intelligent limitation mechanisms are proposed as a simple, yet efficient way of improving service assurance. It is shown that limitation mechanisms significantly contributes to FAN's scalability and yields great performance benefits. Finally, the predictive approach is presented, which changes the functioning of the admission control block in FAN. Instead of waiting for congestion to appear and only then blocking new connections, the mechanism takes a pro-active approach and starts to act on the basis of the predicted values of the congestion indicators.

Tematem rozprawy jest architektura sieci zorientowanych na przepływy FAN (Flow-Aware Networks) ze szczególnym uwzględnieniem jej możliwości różnicowania oraz gwarantowania jakości obsługi. Na wstępie przedstawiona jest debata dotycząca neutralności sieci. Następnie przedstawiona jest architektura sieci FAN i porównana z innymi architekturami zapewniania jakości usług w sieciach opartych na protokole IP. Głównym celem rozprawy jest zaproponowanie i ocena nowych mechanizmów, które rozszerzą możliwości różnicowania jakości obsługi oraz poprawią gwarantowanie jakości w sieciach FAN. Efekt oczekiwania na transmisję jako wynik pracy bloku sterowania dostępem jest dokładnie opisany. Następnie, zaproponowano mechanizmy zróżnicowanego blokowania oraz kolejkowania. Dodatkowo, zaproponowano podejście statycznej konfiguracji usług w ruterach FAN, jako wydajnego i wystarczającego rozwiązania do implementacji nowych mechanizmów. Na koniec, wprowadzono klasę usług na żądanie, jako skuteczną metodę różnicowania jakości bez naruszania zasad neutralności sieci. Zaproponowano mechanizmy statycznego ograniczania liczby przepływów oraz mechanizm automatycznego doboru limitu. Pokazano, że stosowanie tych mechanizmów znacząco przyczynia się do poprawienia skalowalności architektury sieci FAN, jednocześnie wprowadzając znaczącą poprawę wydajności. Zaproponowane jest również podejście predykcyjne Podejście to zmienia działanie bloku sterowania dostępem na aktywne, tj., takie, w którym działania są podejmowane nie na podstawie aktualnego wyniku pomiaru obciążenia łącza, ale na podstawie analizy trendu i wyznaczenia najbliższej wartości oczekiwanej.