37 research outputs found

    Performance Analysis of RR and FQ Algorithms in Reconfigurable Routers

    Get PDF
    Currently, we are witnessing a trend in network routers to include reconfigurable hardware structures to provide flexibility at improved performance levels when compared to software-only implementations. This permits the run-time reconfiguration of the hardware resources, i.e., to change their functionality (for example, from one scheduling algorithm to another), to adapt to changing network scenarios. In particular, different scheduling algorithms are more efficient in handling a specific mix of incoming packet traffic in terms of various criteria (e.g., delay, jitter, throughput, and packet loss). Therefore, reconfigurable hardware is able to provide improved performance levels and to allow more efficient algorithms to be utilized when different incoming packet traffic patterns are encountered. This project investigates the possibilities to improve upon end-to-end delays, jitter, throughput, and packet loss by exploiting the availability of a flexible hardware structure such as an field-programmable gate array (FPGA). The aim of the project is to provide an overview on adaptive scheduling using reconfigurable hardware. Consequently, we investigate different scheduling algorithms that provide QoS provisioning for traffic streams that are sensitive to packet delay and jitter, e.g., mpeg video traffic. The investigation utilizes the NS-2 simulator for which we generate realistic network scenarios. Our approach is based on understanding which kind of traffic is passing in the network, and subsequently change the scheduling algorithm accordingly in the core router to meet specific performance requirements. The investigated scheduling algorithms are taken from two well-known families, i.e., Round Robin (RR) and Fair Queuing (FQ). Our investigation confirmed the idea on the behavior of the two investigated scheduling algorithm: WFQ outperforms WRR in terms of end-to-end delay, jitter and throughput but it is more expensive than it at a computational level. Nonetheless, it is possible to find a tradeoff between the required area in FPGA and the level of performance desired for a kind of stream

    Performance Management in ATM Networks

    Get PDF
    ATM is representative of the connection-oriented resource provisioning classof protocols. The ATM network is expected to provide end-to-end QoS guaranteesto connections in the form of bounds on delays, errors and/or losses. Performancemanagement involves measurement of QoS parameters, and application of controlmeasures (if required) to improve the QoS provided to connections, or to improvethe resource utilization at switches. QoS provisioning is very important for realtimeconnections in which losses are irrecoverable and delays cause interruptionsin service. QoS of connections on a node is a direct function of the queueing andscheduling on the switch. Most scheduling architectures provide static allocationof resources (scheduling priority, maximum buffer) at connection setup time. Endto-end bounds are obtainable for some schedulers, however these are precluded forheterogeneously composed networks. The resource allocation does not adapt to theQoS provided on connections in real time. In addition, mechanisms to measurethe QoS of a connection in real-time are scarce.In this thesis, a novel framework for performance management is proposed. Itprovides QoS guarantees to real time connections. It comprises of in-service QoSmonitoring mechanisms, a hierarchical scheduling algorithm based on dynamicpriorities that are adaptive to measurements, and methods to tune the schedulers atindividual nodes based on the end-to-end measurements. Also, a novel scheduler isintroduced for scheduling maximum delay sensitive traffic. The worst case analysisfor the leaky bucket constrained traffic arrivals is presented for this scheduler. Thisscheduler is also implemented on a switch and its practical aspects are analyzed.In order to understand the implementability of complex scheduling mechanisms,a comprehensive survey of the state-of-the-art technology used in the industry isperformed. The thesis also introduces a method of measuring the one-way delayand jitter in a connection using in-service monitoring by special cells

    Quality-of-service management in IP networks

    Get PDF
    Quality of Service (QoS) in Internet Protocol (IF) Networks has been the subject of active research over the past two decades. Integrated Services (IntServ) and Differentiated Services (DiffServ) QoS architectures have emerged as proposed standards for resource allocation in IF Networks. These two QoS architectures support the need for multiple traffic queuing systems to allow for resource partitioning for heterogeneous applications making use of the networks. There have been a number of specifications or proposals for the number of traffic queuing classes (Class of Service (CoS)) that will support integrated services in IF Networks, but none has provided verification in the form of analytical or empirical investigation to prove that its specification or proposal will be optimum. Despite the existence of the two standard QoS architectures and the large volume of research work that has been carried out on IF QoS, its deployment still remains elusive in the Internet. This is not unconnected with the complexities associated with some aspects of the standard QoS architectures. [Continues.

    Resource management in cable access networks

    Get PDF
    Een kabelnetwerk is tegenwoordig niet meer alleen een medium waarover analoge TV-signalen vanuit een centraal punt, kopstation genaamd, naar de aangesloten huizen worden gestuurd. Sinds enkele jaren is het mogelijk om thuis data digitaal te versturen en te ontvangen. Deze data gaat via een kabelmodem thuis en het kopstation, dat in verbinding staat met andere netwerken. Op deze wijze zijn kabelnetwerken onderdeel geworden van het wereldwijde Internet en kunnen computers thuis hier mee verbonden worden. Door aan zo’n kopstation een digitaal videosysteem met duizenden films te koppelen, ontstaat er de mogelijkheid een video-op-verzoek dienst aan te bieden: Via de computer of zelfs de TV thuis kunnen films worden besteld en direct bekeken, of worden opgeslagen in de computer. Om dit te bewerkstelligen is meer nodig dan alleen een netwerk: Voor de transmissie van video data dient er zorg voor te worden gedragen dat deze zonder hinderende interrupties kan geschieden, omdat dergelijke gebeurtenissen door de gebruiker direct te zien zijn in de vorm van een stilstaand of zwart beeld. Verder is ook de reactiesnelheid van het systeem van belang voor het ondersteunen van operaties door de gebruiker, zoals het bestellen van een film, maar ook het vooruit- of terugspoelen, pauzeren, enzovoorts. Binnen deze context beschrijven en analyseren we in dit proefschrift zes problemen. Vier daarvan houden verband met de transmissie van data over het kabelnetwerk en de overige twee houden verband met het opslaan van video data op een harde schijf. In twee van de vier problemen uit de eerste categorie analyseren we de vertraging die data ondervindt wanneer die vanuit een modem wordt gestuurd naar het kopstation. Deze vertraging bepaalt met name de reactiesnelheid van het systeem. Karakteristiek voor dataverkeer in deze richting is dat pakketten van verschillende modems tegelijkertijd mogen worden verstuurd en daardoor verloren gaan. Met name de vereiste hertransmissies zorgen voor vertraging. Meer concreet beschouwen we een variant op het bekende ALOHA protocol, waarbij we uitgaan van een kanaalmodel dat afwijkt van het conventionele model. Het afwijkende model is van toepassing wanneer een modem een eerste contact probeert te leggen met het kopstation na te zijn opgestart. Met name na een stroomuitval, wanneer een groot aantal modems tegelijkertijd opnieuw opstart, kunnen de vertragingen aanzienlijk zijn. Daarnaast beschouwen we modems tijdens normale operatie en analyseren wij de verbetering in vertraging wanneer pakketten die vanuit ´e´en modem moeten worden verstuurd, worden verpakt in een groter pakket. In beide studies worden wiskundige resultaten vergeleken met simulaties die re¨ele situaties nabootsen. In de andere twee van de vier problemen richten wij ons op de transmissie van video data in de andere richting, namelijk van het kopstation naar de modems. Hierbij spelen stringente tijdsrestricties een voorname rol, zoals hierboven reeds is beschreven. Meer specifiek presenteren we een planningsalgoritme dat pakketten voor een aantal gebruikers op een kanaal zodanig na elkaar verstuurt dat de variatie in de vertraging die de verschillende pakketten ondervinden, minimaal is. Op deze wijze wordt zo goed mogelijk een continue stroom van data gerealiseerd die van belang is voor het probleemloos kunnen bekijken van een film. Daarnaast analyseren we een bestaand algoritme om een film via een aantal kanalen periodiek naar de aangesloten huizen te versturen. In dit geval ligt de nadruk op de wachttijd die een gebruiker ondervindt na het bestellen van een film. In deze analyse onderbouwen we een in het algoritme gebruikte heuristiek en brengen hierin verdere verbeteringen aan. Daarnaast bewijzen we dat het algoritme asymptotisch optimaal is, iets dat reeds langer werd aangenomen, maar nooit rigoreus bewezen was. Bij de laatste twee problemen, die verband houden met het opslaan van video data op een harde schijf, analyseren we hoe deze data zodanig kan worden opgeslagen dat die er nadien efficient van kan worden teruggelezen. In het ene probleem beschouwen we een bestaand planningsalgoritme om pakketten van verschillende videostromen naar een harde schijf te schrijven en passen dit aan om ervoor te zorgen dat het teruglezen van de stroom met bijvoorbeeld een andere pakketgrootte mogelijk wordt zonder daarbij de schijf onnodig te belasten. In het andere probleem analyseren we hoe we effectief gebruik kunnen maken van het gegeven dat data aan de buitenkant van de schijf sneller gelezen kan worden dan aan de binnenkant. We bewijzen dat het probleem van het zo efficient mogelijk opslaan van een gegeven aantal video files NPlastig is en presenteren een eenvoudige heuristiek die, hoewel voor bijzondere instanties een bewijsbaar slechte prestatie levert, in de praktijk in het algemeen goede prestaties levert. Hierbij maken we met name gebruik van het verschil in populariteit van de verschillende films

    DOWNSTREAM RESOURCE ALLOCATION IN DOCSIS 3.0 CHANNEL BONDED NETWORKS

    Get PDF
    Modern broadband internet access cable systems follow the Data Over Cable System Interface Specification (DOCSIS) for data transfer between the individual cable modem (CM) and the Internet. The newest version of DOCSIS, version 3.0, provides an abstraction referred to as bonding groups to help manage bandwidth and to increase bandwidth to each user beyond that available within a single 6MHz. television channel. Channel bonding allows more than one channel to be used by a CM to provide a virtual channel of much greater bandwidth. This combining of channels into bonding groups, especially when channels overlap between more than one bonding group, complicates the resource allocation problem within these networks. The goal of resource allocation in this research is twofold, to provide for fairness among users while at the same time making maximum possible utilization of the available system bandwidth. The problem of resource allocation in computer networks has been widely studied by the academic community. Past work has studied resource allocation in many network types, however application in a DOCSIS channel bonded network has not been explored. This research begins by first developing a definition of fairness in a channel bonded system. After providing a theoretical definition of fairness we implement simulations of different scheduling disciplines and evaluate their performance against this theoretical ideal. The complexity caused by overlapped channels requires even the simplest scheduling algorithms to be modified to work correctly. We then develop an algorithm to maximize the use of the available system bandwidth. The approach involves using competitive analysis techniques and an online algorithm to dynamically reassign flows among the available channels. Bandwidth usage and demand requests are monitored for bandwidth that is underutilized, and demand that is unsatisfied, and real time changes are made to the flow-to-channel mappings to improve the utilization of the total available bandwidth. The contribution of this research is to provide a working definition of fairness in a channel bonded environment, the implementation of several scheduling disciplines and evaluation of their adherence to that definition, and development of an algorithm to improve overall bandwidth utilization of the system

    Efficient Q. S support for higt-performance interconnects

    Get PDF
    Las redes de interconexión son un componente clave en un gran número de sistemas. Los mecanismos de calidad de servicio (qos) son responsables de asegurar que se alcanza un cierto rendimiento en la red. Las soluciones tradicionales para ofrecer qos en redes de interconexión de altas prestaciones normalmente se basan en arquitecturas complejas. El principal objetivo de esta tesis es investigar si podemos ofrecer mecanismos eficientes de qos. Nuestro propósito es alcanzar un soporte completo de qos con el mínimo de recursos. Para ello, se identifican redundancias en los mecanismos propuestos de qos y son eliminados sin afectar al rendimiento. Esta tesis consta de tres partes. En la primera comenzamos con las propuestas tradicionales de qos a nivel de clase de tráfico. En la segunda parte, proponemos como adaptar los mecanismos de qos basados en deadlines para redes de interconexión de altas prestaciones. Por último, también investigamos la interacción de los mecanismos de qos con el control de congestión

    Packet scheduling in satellite HSDPA networks.

    Get PDF
    Thesis (M.Sc.Eng.)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2010.The continuous growth in wireless networks is not showing any sign of slowing down as new services, new technologies and new mobile users continue to emerge. Satellite networks are expected to complement the terrestrial network and be a valid option to provide broadband communications services to both fixed and mobile users in scenarios where terrestrial networks cannot be used due to technical and economical viability. In the current emerging satellite networks, where different users with varying traffic demands ranging from multimedia, voice to data and with limited capacity, Radio Resource Management (RRM) is considered as one of the most significant and challenging aspect needed to provide acceptable quality of service that will meet the requirements of the different mobile users. This dissertation considers Packet Scheduling in the Satellite High Speed Downlink Packet Access (S-HSDPA) network. The main focus of this dissertation is to propose a new cross-layer designed packet scheduling scheme, which is one of the functions of RRM, called Queue Aware Channel Based (QACB) Scheduler. The proposed scheduler, which, attempts to sustain the quality of service requirements of different traffic requests, improves the system performance compared to the existing schedulers. The performance analysis comparison of the throughput, delay and fairness is determined through simulations. These metrics have been chosen they are three major performance indices used in wireless communications. Due to long propagation delay in HSDPA via GEO satellite, there is misalignment between the instantaneous channel condition of the mobile user and the one reported to the base station (Node B) in S-HSDPA. This affects effectiveness of the channel based packet schedulers and leads to either under utilization of resource or loss of packets. Hence, this dissertation investigates the effect of the introduction of a Signal-to-Noise (SNR) Margin which is used to mitigate the effect of the long propagation delay on performance of S-HSDPA, and the appropriate SNR margin to be used to achieve the best performance is determined. This is determined using both a semi-analytical and a simulation approach. The results show that the SNR margin of 1.5 dB produces the best performance. Finally, the dissertation investigates the effect of the different Radio Link Control (RLC) Transmission modes which are Acknowledged Mode (AM) and Unacknowledged Mode (UM) as it affects different traffic types and schedulers in S-HSDPA. Proportional fair (PF) scheduler and our proposed, QACB, scheduler have been considered as the schedulers for this investigation. The results show that traffic types are sensitive to the transmitting RLC modes and that the QACB scheduler provides better performance compared to PF scheduler in the two RLC modes considered

    Connection admission control and packet scheduling for IEEE 802.16 networks

    Get PDF
    Includes bibliographical references.The IEEE 802.16 standard introduced as one of the Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN) for Broadband Wireless Access (BWA) which is known as Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), provides a solution of broadband connectivity to areas where wired infrastructure is economically and technically infeasible. Apart from the advantage of having high speeds and low costs, IEEE 802.16 has the capability to simultaneously support various service types with required QoS characteristics. ... While IEEE 802.16 standard defines medium access control (MAC) and physical (PHY) layers specification, admission control and packet scheduling mechanisms which are important elements of QoS provisioning are left to vendors to design and implement for service differentiation and QoS support
    corecore