Titelaufnahme

Titel
Queueing models for multi-service networks / von Gerald Franzl
VerfasserFranzl, Gerald
Begutachter / BegutachterinVan As, Harmen R.
Erschienen2015
UmfangV, 328 S. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (EN)Queueing systems / Markov chain models / Performance analysis / Scheduler performance / Quality of service provisioning / Network performance / Traffic engineering
Schlagwörter (GND)Telekommunikationsnetz / Bedienungssystem / Markov-Kette / Leistungsbewertung / Dienstgüte
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-85642 Persistent Identifier (URN)
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Queueing models for multi-service networks [4.75 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Doktorarbeit beginnt in Kapitel 1 mit grundlegenden Beobachtungen und einer Zusammenfassung der statistischen Methoden die üblicherweise zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines Kommunikationsnetzes Verwendung finden. Vielfachprotokollmarkierungsumschaltung (MPLS) wird vorgestellt und im weiteren als Beispiel für die Effizienzbewertung von Netzkomponenten unter Berücksichtigung mehrerer Datenflüsse verwendet. In Kapitel 2 werden erst grundlegende Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen vorgestellt welche zur Modellierung der Zwischenankunftszeiten und Bedienzeiten Verwendung finden. Im weiteren werden Methoden zur Modellierung komplexerer Prozesse durch die Verknüpfung einzelner negaitv exponentieller Phasen zu mathematisch handhabbaren Markovketten gezeigt. Darauf basierend werden in Kapitel 3 grundlegende Warteschlangensysteme vorgestellt, wie sie auch in den meisten Lehrbüchern zu finden sind, wohl aber kaum in einer identischen Zusammenstellung. Beginnend mit unendlichen Warteschlangensystemen mit mehreren Verarbeitungsinstanzen werden im weiteren praxisgerechte endliche und warteschlangenlose Systems behandelt. In diesem Zusammenhang lernen wir verschiedene Möglichkeiten kennen wie derartige Systeme mithilfe von Markovketten analysiert werden können, also auch andere Methoden für Systeme die sich mittels Markovketten nicht modellieren lassen. Schließlich, in Kapitel 4, werden die vorgestellten Konzepte und Methoden dazu verwendet die primären Mechanismen von Kommunikationsnetzknoten mit Dienstklassendifferenzierung zu untersuchen. Angefangen bei der gemeinsamen Nutzung der zur Verfügung stehenden Transportkapazitäten und der Flusspriorisierung kommen wir im weiteren zur Datenstauabarbeitung und schließlich zu verketteten und vernetzten Warteschlangensystemen. Zu guter letzt, in Kapitel 4.4, wird eine subjektive Vision zukünftiger Netzverwaltungskonzepte umrissen, basierend auf der Beobachtung, dass Überlast der Hauptgrund für eine Dienstverschlechterung darstellt sowie der intuitiven Erkenntnis, dass dieses Hindernis nicht ohne eine gute Netzverwaltung ausgemerzt werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass das grundlegende Problem der zeitnahen Bereitstellung von Datenverbindungen mittels vor-konfektionierter Verbindungsstücke und der Anpreisung der damit bereitstellbaren Ende-zu-Ende Dienstqualitäten gelöst werden kann. Das Lastausbalanzierungsproblem wird hier nicht bis ins Detail gelöst da eine seriöse Darstellung des Wegefindungsproblemes, wie es nötig ist um Lastgleichverteilung zu erreichen, zumindest ein weiteres umfangreiches Kapitel bedürfen würde. Basierend auf früheren Arbeiten wird davon ausgegangen, dass die Einführung einer virtuellen Netzebene das Skalierungsproblem löst, und dass die Verwendung fähiger Algorithmen, wie zum Beispiel dem Verbleibende Netz- und Link-Kapazität basierten Algorithmus (RNLC), innerhalb der begrenzten Netzbereiche mit vertretbarem Rechenaufwand möglich ist. Kapitel 5 beschließt die Dissertation und wirft einen Blick zurück auf die Vorbereitung sowie die identifizierten Erkenntnisse und Hindernisse. In den Ergänzungen finden sich Beispiele der Octave Programme die im Verlauf der Arbeit entstanden und Verwendung fanden zur Berechnung der vielen Systemqualitätskurven. Insbesondere sind das die ereignisgesteuerte Simulation und ein Beispiel für den Matrizen basierten Entwurf von mehrdimensionalen Zustandsübergangsdiagrammen.

Zusammenfassung (Englisch)

The thesis starts in chapter 1 with basic observations and a survey of statistical methods commonly used to express the performance of communication network components and other systems based on stochastic processes. Multi Protocol Label Switching (MPLS) is introduced and further on used as example toward a modern multi-flow based network performance assessment. In chapter 2 we first introduce some basic distributions to model the inter-arrival and holding time distributions, and second, we present methods to construct or approximate more complex processes by mathematically tractable Markov chains. Based thereon we then exemplify basic queueing models in chapter 3, as they can be found in most text-books on queueing theory, though hardly in a similar synopsis. Starting with infinite multi-server systems we continue to the more practical finite and queue-less systems, and learn about different approaches to analyse these systems based on the Markov chains that result from the state transition diagrams representing these systems in a comprehensible manner, besides other methods applied where Markov chains are not an option. Finally, in chapter 4 we use the introduced concepts and methods to evaluate the principal mechanisms of multi-service communication network components. Form resource sharing and flow prioritisation we proceed to congestion mitigation and finally chains and networks of queueing systems. In the end, in section 4.4, we outline a subjective vision of future network management concepts based on the observation that the main cause for service degradation is overload, and the intuitive conclusion that this obstacle cannot be mitigated without proper network management. The basic instantaneous connectivity demand problem is assumed to be solved by connection advertisement based on pre-configured intra section paths and pre-calculated expectable service quality for the advertised end-to-end paths. The load balancing issue is not solved in detail because a reasonable discussion of the routing topic, required to achieve load balancing, would add at least one more lengthy chapter. Instead, based on previous work, it is assumed that the introduction of a common virtual network level in the management hierarchy solves the scalability problem and that per autonomous network section capable algorithms alike the Residual Network and Link Capacity algorithm can be applied with reasonable computation effort. Chapter 5 concludes the thesis, reflecting on the course of preparing the thesis and the findings and obstacles identified. The addenda provide examples of the Octave programs used to calculate the many figures on system performance metrics, in particular the event based system simulation routine and an example on the matrix oriented design of multidimensional state transition diagrams.