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Contrôle de congestion et gestion du trafic dans les réseaux atm

UMTS

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Contrôle de congestion et gestion du trafic dans les réseaux ATM:
Progrès récents et une enquête
(Soumission invité aux réseaux informatiques et systèmes RNIS, Vol 28 (1996), 1723-1738)

Raj Jain
Département d'informatique et d'information
The Ohio State University
Columbus, OH 43210
Email: Jain@ACM.Org


Abstrait




Mécanismes de contrôle de congestion pour les réseaux ATM tels que sélectionnés par le
groupe de gestion du trafic ATM Forum sont décrits. Les raisons qui expliquent ces choix
sont expliquées. En particulier, le critère de sélection pour le choix entre l'approche fondée
sur les taux et de crédit à base et les points clés du débat entre ces deux approches sont
présentées. L'approche qui a été finalement retenue et plusieurs autres régimes qui ont été
considérés sont décrits.




-------------------------------------------------- ------------------------------

Table des matières des
1.Introduction
2.Quality de service (QoS) et les attributs de la circulation
Catégories 3.Service
Méthodes de contrôle 4.Congestion
Critères 5.Selection
Schémas 6.Congestion
7.Credit approche fondée sur les
8.Rate approche fondée sur les
Débat 9.Credit Taux vs
10.Summary
11.RECONNAISSANCE
12.References

-------------------------------------------------- ------------------------------

1 Introduction
Les futurs réseaux à haut débit sont tenus d'utiliser le mode de transfert asynchrone (ATM)
dans lequel l'information est transmise à l'aide de courtes cellules de taille fixe composé de
48 octets de charge utile et 5 octets d'en-tête. La taille fixe des cellules réduit la variance de
retard faisant les réseaux apte au trafic intégré constitué de la voix, de vidéo et de données.
Fournir la qualité de service souhaitée pour ces différents types de trafic est beaucoup plus
complexe que les réseaux informatiques d'aujourd'hui. Gestion du trafic adéquate permet
d'assurer un fonctionnement efficace et équitable des réseaux, en dépit de la demande varie
constamment. Ceci est particulièrement important pour le trafic de données qui a très peu de
prévisibilité et, par conséquent, ne peut pas réserver des ressources à l'avance comme dans
le cas des réseaux de télécommunications vocales.
La gestion du trafic vise à assurer que les utilisateurs obtiennent leur qualité de service
souhaitée. Le problème est particulièrement difficile pendant les périodes de forte charge en
particulier si les demandes de trafic ne peuvent pas être prédits à l'avance. C'est pourquoi le
contrôle de congestion, même si une partie seulement des questions de gestion du trafic,
l'aspect le plus essentiel de la gestion du trafic. Contrôle de congestion est critique à la fois
ATM et non les réseaux ATM. Lorsque éclate deux arrivent en même temps à un noeud, les
longueurs de file d'attente peut devenir grande très vite traduit par buffer overflow. En outre,
la gamme des vitesses de liaison est en pleine croissance que des liens plus rapides sont en
cours d'introduction dans les réseaux plus lents du passé. Au niveau des points où la vitesse
d'entrée totale est plus grande que la capacité de liaison de sortie, l'encombrement devient
un problème. Les protocoles pour les réseaux ATM ont commencé à être conçu en 1984
lorsque le Comité consultatif sur les télécommunications internationales et Telegraph
(CCITT) - une organisation des Nations Unies responsable des normes de
télécommunications - ATM sélectionné en tant que paradigme pour son service de réseaux à
large bande intégré numérique (RNIS-LB). Comme la plupart des normes de
télécommunications autres, les normes ATM spécifier l'interface entre les divers composants
réseau. Un principal objectif de ces normes est l'interface utilisateur-réseau (UNI), qui
spécifie comment un système informatique (qui est détenue par un utilisateur) doit
communiquer avec un commutateur (qui est détenue par le fournisseur de services réseau).

Les réseaux ATM sont orienté connexion dans le sens avant que deux systèmes du réseau
puissent communiquer, ils doivent informer tous les commutateurs intermédiaires sur leurs
exigences de service et les paramètres de trafic. Ceci est similaire aux réseaux
téléphoniques où un circuit est l'installation de l'appelant à l'appelé. Dans les réseaux ATM,
ces circuits sont appelés circuits virtuels (VC). Les connexions permettent le réseau pour
garantir la qualité de service en limitant le nombre de VCs. Typiquement, un utilisateur
déclare exigences de service clés au moment de la connexion établie, déclare les
paramètres de trafic et peut convenir pour contrôler ces paramètres de façon dynamique tel
que requis par le réseau.

Ce papier est organisé comme suit. Section 2defines la qualité des différents attributs de
service. Ces attributs permettent de définir différentes classes de service dans la section 3.
Nous proposons ensuite un aperçu général des mécanismes de contrôle de congestion dans
4et section décrit l'algorithme cellulaire généralisée dans la section 4.1. Section 5describes
les critères qui ont été mis en place pour la sélection de l'approche finale. Un certain nombre
de régimes de congestion sont décrits brièvement dans la section 6with les approches
reposant sur des crédits et le taux de base décrits plus en détail dans les sections 7et 8. Le
débat qui a conduit à la sélection éventuelle de l'approche basée sur le taux est présentée à
la section 9. La description présentée ici n'est pas destiné à être une description précise de
la norme. Afin de rendre le concept facile à comprendre, nous avons parfois simplifiées de la
description. Les personnes intéressées par les détails précis devraient consulter les
documents sur les normes, qui sont encore en cours d'élaboration de cette écriture en
Janvier 1995



2 Qualité de Service (QoS) et les attributs de la circulation
Alors que la mise en place d'une connexion sur des réseaux ATM, les utilisateurs peuvent
spécifier les paramètres suivants relatifs aux caractéristiques du trafic d'entrée et de la
qualité de service souhaité. Cell Rate 1.Peak (PCR): Le taux instantané maximal au cours de
laquelle l'utilisateur va transmettre.
Cell Rate 2.Sustained (RCS): Il s'agit du taux moyen mesuré sur un intervalle de temps.
Ratio des pertes 3.Cell (CLR): Le pourcentage de cellules qui sont perdus dans le réseau en
raison d'une erreur et la congestion et ne sont pas livrés à la destination.
Ratio Cell Loss = (cellules perdues) / (cellules transmises)
Chaque cellule ATM a une priorité `` perte de cellules (CLP) "Un peu dans l'en-tête. Pendant
la congestion, le réseau premières gouttes cellules qui ont le bit CLP. Depuis la perte de
cellules CLP = 0 est plus dommageable pour le fonctionnement de l'application , CLR
peuvent être spécifiés séparément pour les cellules avec CLP = 1 et pour ceux qui ont CLP =
0.
4.Cell Transfert Delay (CTD): Le retard enregistré par une cellule entre l'entrée et à la sortie
du réseau est appelé délai de transfert des cellules. Il comprend les retards de propagation,
les délais de files d'attente à différents commutateurs intermédiaires et les temps de service
à queue points.
Delay Variation 5.Cell (CDV): Il s'agit d'une mesure de la variance de la CTD. Variation
élevée implique plus grande mémoire tampon pour le trafic sensible au retard comme la voix
et la vidéo. Il ya plusieurs façons de mesurer CDV. Une mesure appelée `` crête-à-crête''
CDV consiste à calculer la différence entre la somme de (1 -  alpha) $ percentile et le
minimum du retard de transfert de cellule pour une petite valeur de $  alpha $.
Tolérance 6.Cell Delay Variation (CDVT) et Burst Tolerance (BT): Pour les sources émettant
à une fréquence donnée, une légère variation dans le temps inter-cellules est autorisé. Par
exemple, une source avec une PCR de 10.000 cellules par seconde devrait théoriquement
transmet toutes les cellules 100 ~ $  mu $ s. Un algorithme de type seau percé appelé ``
algorithme généralisé Cell Rate (GCRA)'' est utilisée pour déterminer si la variation dans le
temps inter-cellulaires est acceptable. Cet algorithme a deux paramètres. Le premier
paramètre est la consigne de temps entre cellules (inverse de la vitesse) et le deuxième
paramètre est la variation permise dans le temps inter-cellulaire. Ainsi, un GCRA (100 $  mu
$ s, 10 $  mu $ s), va permettre aux cellules d'arriver au plus 10 ~ $  mu $ s plus tôt que
l'heure prévue nominale. Le second paramètre de la GCRA utilisé pour appliquer la PCR est
appelé tolérance Variation cellule de retard (CDVT) et de celle utilisée pour appliquer RCS
est appelé Tolérance de rupture (BT).


Burst Size 7.Maximum (MBS): Le nombre maximum de back-to-back cellules qui peuvent
être envoyés au débit cellulaire crête, mais sans violer le débit cellulaire soutenu est appelé
taille de rafale maximum (MBS). Elle est liée à la PCR, SCR et BT comme suit:
Depuis MBS est plus intuitif que BT, les messages de signalisation d'utiliser MBS. Cela
signifie que lors de la configuration de connexion, une source est nécessaire de préciser
MBS. BT peut être facilement calculée à partir de MBR, RCS, et la PCR. Notez que la PCR,
SCR, CDVT, BT, et MBS sont les caractéristiques du trafic d'entrée et sont appliquées par le
réseau à l'entrée du réseau. CLR, CTD et CDV sont des qualités de service fourni par le
réseau et sont mesurés au point de sortie du réseau.

Cell Rate 8.Minimum (MCR): La est la vitesse minimale souhaitée par un utilisateur.
Seuls les six premiers de ces paramètres ont été spécifiés dans la norme UNI version 3.0.
MCR a été ajouté récemment et apparaîtra dans la prochaine version du document de
gestion du trafic.
3 catégories de service
Il existe cinq catégories de services. Les paramètres de qualité de service pour ces
catégories sont résumées dans le Tableau 1 et sont expliqués ci-dessous [46]:

Tableau 1: Catégories de service de la couche ATM




Attribut

CBR

rt-VBR

nrt-VBR

UBR

ABR




PCR et CDVT $ ^ 5 $

Spécifié

Spécifié

Spécifié

Spécifiée $ ^ 3 $

Spécifiée $ ^ 4 $
SCR, MBS, CDVT $ ^ {5,6} $

n/a

Spécifié

Spécifié

n/a

n/a




MCR $ ^ 5 $

n/a

n/a

n/a

n/a

Spécifié




Crête-à-crête CDV

Spécifié

Spécifié

Indéterminé

Indéterminé

Indéterminé




Moyenne CTD

Indéterminé
Indéterminé

Spécifié

Indéterminé

Indéterminé




Maximum CTD

Spécifié

Spécifié

Indéterminé

Indéterminé

Indéterminé




CLR $ ^ {1,5} $

Spécifié

Spécifié

Spécifié

Indéterminé

$ Spécifiés ^ 2 $




Réaction

Indéterminé

Indéterminé

Indéterminé

Indéterminé

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Contrôle de congestion et gestion du trafic dans les réseaux atm

  • 1. Contrôle de congestion et gestion du trafic dans les réseaux ATM: Progrès récents et une enquête (Soumission invité aux réseaux informatiques et systèmes RNIS, Vol 28 (1996), 1723-1738) Raj Jain Département d'informatique et d'information The Ohio State University Columbus, OH 43210 Email: Jain@ACM.Org Abstrait Mécanismes de contrôle de congestion pour les réseaux ATM tels que sélectionnés par le groupe de gestion du trafic ATM Forum sont décrits. Les raisons qui expliquent ces choix sont expliquées. En particulier, le critère de sélection pour le choix entre l'approche fondée sur les taux et de crédit à base et les points clés du débat entre ces deux approches sont présentées. L'approche qui a été finalement retenue et plusieurs autres régimes qui ont été considérés sont décrits. -------------------------------------------------- ------------------------------ Table des matières des 1.Introduction 2.Quality de service (QoS) et les attributs de la circulation Catégories 3.Service Méthodes de contrôle 4.Congestion Critères 5.Selection Schémas 6.Congestion 7.Credit approche fondée sur les 8.Rate approche fondée sur les Débat 9.Credit Taux vs 10.Summary 11.RECONNAISSANCE 12.References -------------------------------------------------- ------------------------------ 1 Introduction Les futurs réseaux à haut débit sont tenus d'utiliser le mode de transfert asynchrone (ATM) dans lequel l'information est transmise à l'aide de courtes cellules de taille fixe composé de 48 octets de charge utile et 5 octets d'en-tête. La taille fixe des cellules réduit la variance de
  • 2. retard faisant les réseaux apte au trafic intégré constitué de la voix, de vidéo et de données. Fournir la qualité de service souhaitée pour ces différents types de trafic est beaucoup plus complexe que les réseaux informatiques d'aujourd'hui. Gestion du trafic adéquate permet d'assurer un fonctionnement efficace et équitable des réseaux, en dépit de la demande varie constamment. Ceci est particulièrement important pour le trafic de données qui a très peu de prévisibilité et, par conséquent, ne peut pas réserver des ressources à l'avance comme dans le cas des réseaux de télécommunications vocales. La gestion du trafic vise à assurer que les utilisateurs obtiennent leur qualité de service souhaitée. Le problème est particulièrement difficile pendant les périodes de forte charge en particulier si les demandes de trafic ne peuvent pas être prédits à l'avance. C'est pourquoi le contrôle de congestion, même si une partie seulement des questions de gestion du trafic, l'aspect le plus essentiel de la gestion du trafic. Contrôle de congestion est critique à la fois ATM et non les réseaux ATM. Lorsque éclate deux arrivent en même temps à un noeud, les longueurs de file d'attente peut devenir grande très vite traduit par buffer overflow. En outre, la gamme des vitesses de liaison est en pleine croissance que des liens plus rapides sont en cours d'introduction dans les réseaux plus lents du passé. Au niveau des points où la vitesse d'entrée totale est plus grande que la capacité de liaison de sortie, l'encombrement devient un problème. Les protocoles pour les réseaux ATM ont commencé à être conçu en 1984 lorsque le Comité consultatif sur les télécommunications internationales et Telegraph (CCITT) - une organisation des Nations Unies responsable des normes de télécommunications - ATM sélectionné en tant que paradigme pour son service de réseaux à large bande intégré numérique (RNIS-LB). Comme la plupart des normes de télécommunications autres, les normes ATM spécifier l'interface entre les divers composants réseau. Un principal objectif de ces normes est l'interface utilisateur-réseau (UNI), qui spécifie comment un système informatique (qui est détenue par un utilisateur) doit communiquer avec un commutateur (qui est détenue par le fournisseur de services réseau). Les réseaux ATM sont orienté connexion dans le sens avant que deux systèmes du réseau puissent communiquer, ils doivent informer tous les commutateurs intermédiaires sur leurs exigences de service et les paramètres de trafic. Ceci est similaire aux réseaux téléphoniques où un circuit est l'installation de l'appelant à l'appelé. Dans les réseaux ATM, ces circuits sont appelés circuits virtuels (VC). Les connexions permettent le réseau pour garantir la qualité de service en limitant le nombre de VCs. Typiquement, un utilisateur déclare exigences de service clés au moment de la connexion établie, déclare les paramètres de trafic et peut convenir pour contrôler ces paramètres de façon dynamique tel que requis par le réseau. Ce papier est organisé comme suit. Section 2defines la qualité des différents attributs de service. Ces attributs permettent de définir différentes classes de service dans la section 3. Nous proposons ensuite un aperçu général des mécanismes de contrôle de congestion dans 4et section décrit l'algorithme cellulaire généralisée dans la section 4.1. Section 5describes les critères qui ont été mis en place pour la sélection de l'approche finale. Un certain nombre de régimes de congestion sont décrits brièvement dans la section 6with les approches reposant sur des crédits et le taux de base décrits plus en détail dans les sections 7et 8. Le débat qui a conduit à la sélection éventuelle de l'approche basée sur le taux est présentée à la section 9. La description présentée ici n'est pas destiné à être une description précise de la norme. Afin de rendre le concept facile à comprendre, nous avons parfois simplifiées de la description. Les personnes intéressées par les détails précis devraient consulter les
  • 3. documents sur les normes, qui sont encore en cours d'élaboration de cette écriture en Janvier 1995 2 Qualité de Service (QoS) et les attributs de la circulation Alors que la mise en place d'une connexion sur des réseaux ATM, les utilisateurs peuvent spécifier les paramètres suivants relatifs aux caractéristiques du trafic d'entrée et de la qualité de service souhaité. Cell Rate 1.Peak (PCR): Le taux instantané maximal au cours de laquelle l'utilisateur va transmettre. Cell Rate 2.Sustained (RCS): Il s'agit du taux moyen mesuré sur un intervalle de temps. Ratio des pertes 3.Cell (CLR): Le pourcentage de cellules qui sont perdus dans le réseau en raison d'une erreur et la congestion et ne sont pas livrés à la destination. Ratio Cell Loss = (cellules perdues) / (cellules transmises) Chaque cellule ATM a une priorité `` perte de cellules (CLP) "Un peu dans l'en-tête. Pendant la congestion, le réseau premières gouttes cellules qui ont le bit CLP. Depuis la perte de cellules CLP = 0 est plus dommageable pour le fonctionnement de l'application , CLR peuvent être spécifiés séparément pour les cellules avec CLP = 1 et pour ceux qui ont CLP = 0. 4.Cell Transfert Delay (CTD): Le retard enregistré par une cellule entre l'entrée et à la sortie du réseau est appelé délai de transfert des cellules. Il comprend les retards de propagation, les délais de files d'attente à différents commutateurs intermédiaires et les temps de service à queue points. Delay Variation 5.Cell (CDV): Il s'agit d'une mesure de la variance de la CTD. Variation élevée implique plus grande mémoire tampon pour le trafic sensible au retard comme la voix et la vidéo. Il ya plusieurs façons de mesurer CDV. Une mesure appelée `` crête-à-crête'' CDV consiste à calculer la différence entre la somme de (1 - alpha) $ percentile et le minimum du retard de transfert de cellule pour une petite valeur de $ alpha $. Tolérance 6.Cell Delay Variation (CDVT) et Burst Tolerance (BT): Pour les sources émettant à une fréquence donnée, une légère variation dans le temps inter-cellules est autorisé. Par exemple, une source avec une PCR de 10.000 cellules par seconde devrait théoriquement transmet toutes les cellules 100 ~ $ mu $ s. Un algorithme de type seau percé appelé `` algorithme généralisé Cell Rate (GCRA)'' est utilisée pour déterminer si la variation dans le temps inter-cellulaires est acceptable. Cet algorithme a deux paramètres. Le premier paramètre est la consigne de temps entre cellules (inverse de la vitesse) et le deuxième paramètre est la variation permise dans le temps inter-cellulaire. Ainsi, un GCRA (100 $ mu $ s, 10 $ mu $ s), va permettre aux cellules d'arriver au plus 10 ~ $ mu $ s plus tôt que l'heure prévue nominale. Le second paramètre de la GCRA utilisé pour appliquer la PCR est appelé tolérance Variation cellule de retard (CDVT) et de celle utilisée pour appliquer RCS est appelé Tolérance de rupture (BT). Burst Size 7.Maximum (MBS): Le nombre maximum de back-to-back cellules qui peuvent être envoyés au débit cellulaire crête, mais sans violer le débit cellulaire soutenu est appelé taille de rafale maximum (MBS). Elle est liée à la PCR, SCR et BT comme suit:
  • 4. Depuis MBS est plus intuitif que BT, les messages de signalisation d'utiliser MBS. Cela signifie que lors de la configuration de connexion, une source est nécessaire de préciser MBS. BT peut être facilement calculée à partir de MBR, RCS, et la PCR. Notez que la PCR, SCR, CDVT, BT, et MBS sont les caractéristiques du trafic d'entrée et sont appliquées par le réseau à l'entrée du réseau. CLR, CTD et CDV sont des qualités de service fourni par le réseau et sont mesurés au point de sortie du réseau. Cell Rate 8.Minimum (MCR): La est la vitesse minimale souhaitée par un utilisateur. Seuls les six premiers de ces paramètres ont été spécifiés dans la norme UNI version 3.0. MCR a été ajouté récemment et apparaîtra dans la prochaine version du document de gestion du trafic. 3 catégories de service Il existe cinq catégories de services. Les paramètres de qualité de service pour ces catégories sont résumées dans le Tableau 1 et sont expliqués ci-dessous [46]: Tableau 1: Catégories de service de la couche ATM Attribut CBR rt-VBR nrt-VBR UBR ABR PCR et CDVT $ ^ 5 $ Spécifié Spécifié Spécifié Spécifiée $ ^ 3 $ Spécifiée $ ^ 4 $
  • 5. SCR, MBS, CDVT $ ^ {5,6} $ n/a Spécifié Spécifié n/a n/a MCR $ ^ 5 $ n/a n/a n/a n/a Spécifié Crête-à-crête CDV Spécifié Spécifié Indéterminé Indéterminé Indéterminé Moyenne CTD Indéterminé
  • 6. Indéterminé Spécifié Indéterminé Indéterminé Maximum CTD Spécifié Spécifié Indéterminé Indéterminé Indéterminé CLR $ ^ {1,5} $ Spécifié Spécifié Spécifié Indéterminé $ Spécifiés ^ 2 $ Réaction Indéterminé Indéterminé Indéterminé Indéterminé
  • 7. Spécifié Notes: 1.Pour toutes les catégories de services, le taux de perte de cellules peut être spécifiée pour CLP = 1. 2.Minimized pour ajuster le débit des sources que cellule en réponse aux informations de commande. 3.May pas être soumis à un contrôle d'admission de connexion et les procédures d'utilisation des paramètres de contrôle. 4.Represents la vitesse maximale à laquelle la source peut envoyer comme commandé par les informations de commande. 5.These paramètres sont explicitement ou implicitement spécifié. Valeurs 6.Different de CDVT peut spécifiée pour la SCR et la PCR. Bit Rate 1.Constant (CBR): Cette catégorie est utilisée pour émuler commutation de circuits. Le débit de cellule est constante. Taux de perte de cellules est indiquée pour CLP = 0 cellules et peut ou peut ne pas être spécifié pour CLP = cellules 1. Des exemples d'applications qui peuvent utiliser CBR sont le téléphone, la vidéoconférence et la télévision (vidéo de divertissement). Bit Rate 2.Variable (VBR): Cette catégorie permet aux utilisateurs d'envoyer à taux variable. Le multiplexage statistique est utilisée et si il peut y avoir une petite perte non nul aléatoire. Selon si oui ou non la demande est sensible aux variations de la cellule de retard, cette catégorie se subdivise en deux catégories: temps réel et non réel VBR VBR temps. Pour le temps non réel VBR, ne signifie pas de retard est spécifié, tandis que pour VBR en temps réel, et de retard maximal de crête à crête sont exprimées CDV. Un exemple de VBR en temps réel est interactif vidéo compressée tandis que celle des non réel VBR est temps de courrier multimédia. Bit Rate 3.Available (ABR): Cette catégorie est conçue pour le trafic de données normal tel que le transfert de fichiers et le courrier électronique. Bien que la norme n'exige pas que le délai de transfert des cellules et le taux de perte de cellules doit être garanti ou minimisé, il est souhaitable que les commutateurs afin de minimiser le retard et la perte autant que possible. En fonction de l'état de congestion du réseau, la source est nécessaire de contrôler sa vitesse. Les utilisateurs sont autorisés à déclarer un taux minimum de cellules, qui est garanti pour le VC par le réseau. La plupart des VCs vont demander une MCR de zéro. Les personnes plus MCR peut être refusée si la bande passante suffisante connexion n'est pas disponible. Bit Rate 4.Unspecified (UBR): Cette catégorie est conçu pour les applications de données qui veulent utiliser toute la capacité de gauche encore et ne sont pas sensibles à la perte de cellules ou de retard. Ces connexions ne sont pas rejetées sur la base de la pénurie de bande passante (pas de contrôle d'admission de connexion) et non surveillées pour leur comportement d'utilisation. Au cours de la congestion, les cellules sont perdues, mais les sources ne devraient pas réduire leur taux de cellules. A la place, ces applications peuvent avoir leur propre niveau supérieur reprise de perte de cellules et les mécanismes de retransmission. Des exemples d'applications qui peuvent utiliser ce service sont courriel, transfert de fichiers, flux de nouvelles, etc Bien sûr, ces mêmes applications peuvent utiliser le service ABR, si désiré. Noter que le trafic ABR ne répond à retour de congestion du réseau. Le reste de ce document est consacrée à cette catégorie de trafic