Sobre-reserva em redes com controlo centralizado e distribuído

Abstract

As redes de futura geração são esperadas vir a suportar novas funcionalidades (escalonamento, qualidade de serviço, muticast) sobre tecnologias de transporte heterogéneas, com suporte para muitos utilizadores simultaneamente e a um custo razoável. Neste sentido, esforços de investigação recentes afirmam que o uso de mecanismos de sobre-reserva em redes com classes de serviço é promissor, pois permite a optimização do desempenho global da rede, uma vez que possibilita tratar agregados de fluxos simultaneamente. No entanto, as propostas existentes enfrentam vários problemas de eficiência, onde existe desperdício de largura de banda e, portanto, o aumento desnecessário da probabilidade de bloqueio da sessão. Por outro lado, a crescente utilização da Internet, faz com que mecanismos centralizados fiquem sobrecarregados, ocorrendo cada vez mais falhas. Embora os mecanismos centralizados possam ser mais fáceis de gerir, deixam muito a desejar em comparação com sistemas distribuídos. A descentralização permite a execução simultânea de operações em entidades diferentes através de uma rede, conseguindo um melhor desempenho. No entanto, exige a sincronização de informações de controlo para evitar decisões erradas e incompatíveis. Esta dissertação implementa e testa uma plataforma que usa mecanismos de sobre-reserva de recursos dinamicamente (COR, A-COR), que permitem gerir agregados de fluxos assegurando requisitos de qualidade de serviço, tanto num cenário de controlo centralizado como distribuído, e suporte para multicast e balanceamento de carga. Particularmente, estes mecanismos levam em consideração a partilha de interfaces pelos diversos caminhos da rede, melhorando a distribuição de recursos disponíveis pelas diversas classes. Mais importante, tudo é feito de forma dinâmica e apenas quando necessário para cada interface na rede, melhorando a prestação global do serviço. Self- Organization of Multiple Edge Nodes (SOMEN) opera de uma forma distribuída permitindo que pontos chave na rede (CDP) operem em conjunto para controlar os recursos da rede mantendo um nível baixo de mensagens e processamento. Os resultados obtidos por simulação demonstram que sobre-reserva de recursos pode prevenir a violação dos requisitos de qualidade de serviço enquanto minimiza significativamente a probabilidade de bloqueio da sessão. Demonstram também que a distribuição do controlo da rede é escalável para redes futuras, mantendo baixos níveis de mensagens de sincronização.

Future Networks are expected to support new features and capabilities (scalability, Quality of Service (QoS), multicast) in order to provide support for value added sessions (e.g. multimedia, personalized, haptics, etc.) over heterogeneous transport technologies to many users simultaneously, and at reasonable cost. Hence, recent research efforts claim that class-based network resource over-provisioning is promising, since it allows minimizing undesired QoS control states, processing and signaling overheads to improve system overall performance. However, existing proposals mostly waste bandwidth and therefore increase session blocking probability unnecessarily while incurring QoS violation. Besides, the increasing dependence on IT technologies is making central controllers more and more bottlenecked while the network infrastructures are subject to frequent failures. As an alternative, decentralization allows simultaneous operations at distributed entities throughout a network, achieving better performance. Nevertheless, it must be correctly designed to assure a cost-effective synchronization of the distributed decision points to prevent wrong and incompatible decisions. Keeping this in mind, this dissertation implements and provides a platform to assess new mechanisms for dynamic aggregate QoS overreservations in both centralized and decentralized architectures with support for multicasting and load balance. In particular, the mechanisms improve the control of aggregated resources by taking communication paths correlation patterns and sessions requests into account and efficiently distribute the shared surplus of reservations among existing Classes of Service (CoSs). More importantly, this is performed in a dynamic manner for every outgoing interface inside a network upon need, in a way that effectively allows system overall performance optimization. Moreover, a decentralization control approach, assuring an efficient Self-Organization of Multiple Edge Nodes (SOMEN) has also been evaluated. Hence, multiple distributed network Control Decision Points (CDPs) are enabled to cooperate and self-manage keeping low control signaling, states and processing load. The simulation results prove that efficient bandwidth over-reservation can effectively prevent QoS violation while significantly minimizing the waste of bandwidth and the unnecessary increase of session blocking probability. Further, they show a cost-effective decentralization of the control in current and future networks with low synchronization signaling loads.