Desenvolvimento de ferramentas destinadas à avaliação do desempenho de sistemas ATM

Abstract

O trabalho desenvolvido ao longo desta dissertação teve por objectivos identificar, estudar e desenvolver um conjunto de ferramentas analíticas e de simulação que permitam compreender os mecanismos de funcionamento das redes ATM, avaliar o seu desempenho na presença de determinados tipos de tráfego e projectar e desenvolver mecanismos adequados de prevenção e de correcção de situações de congestionamento de tráfego. A tecnologia ATM será, sem dúvida, a solução de comutação e transporte dominante nas futuras redes de Banda Larga. Nesse sentido, é de grande importância possuir um conhecimento profundo das suas características e possíveis implicações na Qualidade de Serviço dos serviços que mais frequentemente serão solicitados a essas infraestruturas. Para além disso, e se por um lado o ATM proporcionará aos utilizadores e operadores de telecomunicações uma ferramenta integrada e extremamente flexível para a operação das redes e para o fornecimento de serviços, por outro lado, requerirá novos e sofisticados procedimentos de controlo de tráfego e gestão dos recursos da rede. Esta dissertação permitiu, cumprindo assim o seu primeiro objectivo fundamental, efectuar um estudo aprofundado da tecnologia ATM, desde a identificação e estudo das diversas funções associadas a cada camada do modelo de referência até à identificação dos principais factores causadores da degradação do desempenho das infraestruturas baseadas nesta tecnologia. Como segundo grande objectivo de pesquisa, propôs-se estudar o algoritmo de compressão e codificação MPEG, procurando identificar e deduzir as relações a que os principais parâmetros devem obedecer para que o tráfego de vídeo codificado e comprimido segundo esta norma possa ser eficazmente suportado pela tecnologia ATM. Seguidamente, procurou-se identificar os principais modelos habitualmente propostos para solucionar o problema da modelação de tráfego de diversos tipos presente em redes ATM. Para além disso, foi deduzido um conjunto de relações matemáticas simples que permitem avaliar de forma mais ou menos aproximada, consoante o grau de complexidade da formulação usada, o tempo médio de espera a que é sujeita cada componente de tráfego num sistema ATM simples, bem como a melhoria de desempenho que é possível obter através da utilização de esquemas adequados de gestão do tráfego. Finalmente, em termos de ordem de sequência que não em termos de importância, foram estudados e analisados de forma comparativa os desempenhos de diversos algoritmos de controlo de tráfego e de situações de congestionamento. Naturalmente que o trabalho desenvolvido ao longo desta dissertação assenta em bases lançadas por algumas das disciplinas frequentadas no 1º ano do curriculum do Mestrado em Electrónica e Telecomunicações.

The work carried on during this M. Sc. Thesis aimed essentially the identification study and development of an appropriate set of analytical and simulation tools that could help us to understand the functional mechanisms of ATM networks to evaluate their performance when they are submitted to certain types of traffic and to project and develop appropriate mechanisms to prevent and recover from traffic congestion situations. ATM technology will undoubtedly be the dominant solution of future Broadband Networks. In this way, it’s extremely important to have a deep knowledge of its characteristics and possible implications in the Quality of Service parameters associated with the services that will more frequently solicited to those infrastructures. Besides, if, on the one hand, ATM provides customers and telecom operators with a highly flexible and integrated tool for service offering and network operation, on the other hand, it requires new and sophisticated procedures for traffic control and network resource management. This thesis allowed, as one of its fundamental objectives, to carry on a deepened study of the ATM technology, from the identification and analysis of the different functions associated with each one of its protocol reference model layers to the identification of the main factors that cause the deterioration of the ATM infrastructures behaviour. As a second research objective, we proposed ourselves to investigate the MPEG compression and coding algorithm, trying to identify and deduct the relationships that must take place among the various traffic parameters in order for MPEG compressed and coded video traffic to be effectively supported by the ATM technology. Next, we tried to identify the most frequently proposed models to solve the traffic modelling problem in ATM networks, considering different traffic types. Besides, we deducted a set of simple mathematical relationships to evaluate in a more or less approximated way, depending on the complexity level of the used formulation, the average waiting time experienced by each traffic component in a simple ATM system, as well as the performance improvement that is possible to obtain through the use of adequate traffic management schemes. Finally, by sequence order but not necessarily by importance order, several traffic and congestion control algorithms were studied and their performances were analysed in a comparative way. Obviously, the work developed during this thesis is based in several notions ministered in the different disciplines frequented in the first year of the Electronics and Telecommunications M. Sc. curriculum.