Budapest Mszak és Gazdaságtudomány Egyetem Távközlés és Méda Infomatka Tanszék Szélessávú hálózatokbel hívások jelzésendszeének teljesítményelemzése, modellezése és optmalzálása Székely Sándo Ph.D. étekezés tézse Tudományos témavezetk: D. Molná Sándo D. Fajka Béla agysebesség Hálózatok Laboatóuma Távközlés és Méda Infomatka Tanszék Budapest Mszak és Gazdaságtudomány Egyetem Budapest 5
. Az étekezés elzménye Az 99-es évek kezdetén új technológák jelentek meg a távközlés hálózatokban, amelyek közül az asznkon átvtel módot, az ATM-t fogadta el az akko távközlés vlág a szélessávú hálózatok átvtel technológájaként. Az ezedfoduló eltt azonban fodulat következett be, az ntenet potokoll IP kntte magát a legdnamkusabban fejld technológaként, amely tulajdonképpen bámely adatátvtel éteg fölött alkalmazható. Ezen két hálózat stuktúa konvegencája az ezedfodulóa vált ealtássá, amelynek temészetes eltejedését azonban a kezdd vlágsznt távközlés pac válság nagy métékben megfékezte, lelassította. A jelenleg szkös pac helyzetben a szolgáltatók a mködés költségek csökkentésée kényszeülnek. Amíg az elmúlt években csak állandó vtuáls áamkööket PV-t építettek k a végfelhasználók felé, napjanka egye nagyobb az édekldés a kapcsolt vtuáls áamköök SV ánt, amely jelzés potokollok használatáa épül, hszen ez utóbb jobb hálózat khasználtságot bztosít, anélkül, hogy ez exta anyag beuházásba keülne a szolgáltatónak. Az ATM hálózatok megnövekedett komplextása és jáulékos szolgáltatása oda vezetnek, hogy a hívások feldolgozása, de különösképpen a jelzés pocedúák egye bonyolultabbá válnak, amely végs soon a jelzés hálózatok teljesítményének omlását déz el. Továbbá, a jelzés üzenetek hossza nem azonos aányban növekszk meg, amnek következtében az SS7-es jelzésendszet leíó modellek, lásd. [Baf93], má nem tudják htelesen jellemezn a szélessávú hálózatok jelzésfeldolgozás folyamatát. Ematt nylvánvalóan új jelzés-modelleke van szükség. Az ATM jelzésendszee alkalmazható alapvet jelzés-métékeket az ATM Foum dolgozta k többszö módosítás után -ben az [ATMF] dokumentumban. Továbbá egy jó összehasonlító tanulmányt találunk négy különböz gyátó ATM jelzés-szoftveének teljesítmény-vzsgálatáól a [Kaus97] és [e97] ckkekben, ahol a beendezéseket különböz hálózat konfguácókban s megvzsgálták. A [Gel97] ckk má koán beazonosítja az ATM hálózatok jelzés teljesítményét, mnt potencáls szk hálózat keesztmetszetet, ennek ellenée nagyon kevés ckk foglalkozk a továbbakban e témaköel étsd., a jelzés üzenetek tolódásával az ATM kapcsolókban. Az ATM kapcsolók hívás-teljesítménye nagy métékben függ attól, ahogyan a kapcsoló bels achtektúájától és pocesszoának kapacításától függen kezeln tudja a jelzés üzeneteket. Dokto tanulmányam soán megvzsgáltam különböz achtektúákat és különféle jelzés potokollok tulajdonságat, és ezzel páhuzamosan áttanulmányoztam az pa és akadéma szféában megjelen publkácókat, amelyek e témát éntették. Megállapítottam, hogy nagyon kevés tudományos kutatás jutott el a szélessávú hálózatok hívás-felépítésével, -elbontásával kapcsolatos gyakolat megfgyelésg, és ezen kevés vzsgálat s felületes, csak néhány globáls paaméte megfgyelésée szoítkozk, ebbl kfolyólag néhány téves következtetést s levonnak lásd. [Pl99], [Mau]. Fent ndíttatásból kndulva dsszetácóm els észében észletes mééseket végeztem ATM kapcsolókon és kell pontossággal, engeteg paaméte fgyelembevételével elemeztem k az eedményeket, valamnt vontam le újabb következtetéseket. Dsszetácóm tágya a szélessávú hálózatok híváskezelésének teljesítményelemzése, modellezése, optmalzálása, valamnt a meglév jelzés potokollok kegészítése új pocedúákkal. Kemelt fgyelmet szenteltem az ATM, a VoDSL, a VoIP és az UMTS hálózatok jelzésének. Tézsfüzetem. fejezete bemutatja a kutatásom célktzéset, majd a 3. fejezetben a kutatás módszetant, lletve néhány fontos defnícót találunk. A 4. fejezet tatalmazza az új tudományos eedményeket, öt különböz tézscsopotba soolva. Az. tézs a híváskezelés teljesítményét mé zolált ATM kapcsolók esetén. A f cél a hívás felépítés és -elbontás dk f komponensenek beazonosítása, és különböz híváspoflok hatásának kvanttatív jellemzése egysze és többszöös pont-pont összeköttetéseke, valamnt pont-többpont kapcsolatoka. Többek között egy új módsze populácós dagam s bemutatása keül, amely segít megtaláln olyan ejtett endsze-hbákat,
melyek hagyományos módszeekkel nem észlelhetek. Felhasználva az. tézs eedményet, egy új híváskezelés modellt fejlesztettem k a. tézsben, majd hálózat sznt vzsgálatokat végeztem vele a 3. tézsben. Az esettanulmányam ktejednek egy csomópontos kaszkáda, egy 4-es hálóa, egy 7, 3, lletve 35 csomópontos tetszleges hálózata. A 4. tézsben bemutatok egy optmalzáló algotmust, amely az UMTS hálózata llesztett. tézsbel modell hívásfelépítés és - elbontás dejét mnmalzálja. Az 5. tézs a hálózatban elveszett szélessávú hívások megsmétlésével és sobanállás analízsével foglalkozk. A tézsfüzet 5. fejezete az új eedményem jelenleg, lletve lehetséges alkalmazásat soolja fel, a 6. fejezetben a felhasznált szakodalmat gyjtöttem össze, míg a saját publkácóm a 7. fejezetben kaptak helyet. Végül tézsfüzetemet a 8. fejezettel, egy köszönetnylvánítással zátam.. Kutatás célktzések A dsszetácóm célja a szélessávú jelzés-hálózatok teljesítményének elemzése, olyan új vzsgálat módszeek és modellek kdolgozása, melyek segítségével pontosabban leíható a szélessávú hívások bonyolult folyamata, továbbá a jelzéspocesszot optmalzáló új algotmusok kdolgozása, valamnt meglév jelzés potokollok kegészítése új funkcók, szolgáltatások betöltésée. Kezdetben kutatásam alapveten az ATM hálózatoka ányultak, de hasonló poblémák meülnek fel a 3G mobl hálózatok UTRA hozzáféés hálózataban, ahol az ATM alapú AAL-es adaptácós megoldás lett az elfogadott szabvány lásd. [Ene99], [-7]. Továbbá az új technológák megjelenése a dgtáls elfzet huokban xdsl, az ntellgens hálózat megoldások I, az IPove-ATM, Voce-ove-ATM és az ntellgens WWW megoldások pld. RSVP mnd-mnd a jelzésalapú kapcsolat-felépítést sgetk a meglév ATM hálózatokban, megalapozva az lyen jelleg valós mééseke ányuló efeszítéseket lásd. [Me]. Ennek édekében az alább kutatásokat végeztem: négy keeskedelm fogalomban található ATM kapcsoló jelzés-pocesszoának teljesítményét métem, és beazonosítottam azon legfontosabb tényezket, amelyek a hívásfelépítés és -elbontás dket lényegesen befolyásolják, mközben megvzsgáltam a jelzésüzenetek komplextását, annak édekében, hogy kszjem az ATM specfkus nfomácós elemeket; kdolgoztam egy új hívás modellt, amely tüköz az összes ATM specfkus tulajdonságokat, majd ezen modellt úgy potásos, mnt potás mentes FIFO sooka megvzsgáltam; összehasonlítottam a kaszkádolt sook híváskezelés teljesítményét tetszleges hálózat topológák teljesítményével, továbbá megvzsgáltam a hívás-tehelés eloszlását ezekben a hálózatokban; kdolgoztam egy szmulácón alapuló optmalzáló algotmust a híváskezelés dk csökkentésée; kegészítettem a jelenleg standad jelzés potokoll állapotgáfját úgy, hogy alkalmas legyen a hálózatban blokkolt szélessávú hívások smételt sobanállításáa, majd analtkus vzsgálatnak vetettem alá. 3. Kutatás módszetan A ménök vlágban széles köben elfogadott tény, hogy egy új jelzés-endszet szgoú teljesítmény-tesztelésnek kell alávetn, meltt alkalmazása keül, s a kválasztott módszetannak nagyon vlágosan meg kell mutatna a jelzés hálózat azon képességét, hogy a két szolgáltatásokat elfogadható késleltetés étékek mellett támogatja. Tekntettel aa, hogy a valós méések nyújtják a legmegbízhatóbb eedményeket, és ugyanakko a pacon hozzáféhet ATM kapcsolók közül több 3
készülék endelkezk jelzés szoftveel kb. lyen smet mákájú kapcsoló létezk szete a vlágon, úgy döntöttem, hogy teljesítmény méésekkel támasztom alá az. tézsben szeepl állításokat. A következ négy típusú ATM kapcsolót vetettük alá vzsgálatanknak: GD APEX DV 995, Foe ASXBX 997, ewbdge MSX367 999 and Seabdge XP4. Mnt látható, ez egy jó epezentatív mnta, lefedve különböz geneácójú temékeket 995 és között. Pont-pont kapcsolatokat vzsgáló méés eedményemet az. tézs mutatja be, és ezek nagyon sok esetben összhangban vannak más kutató csopotok eedményevel lásd. [Kaus97], [e97], [ov99] amelyeket valójában öt másk kapcsolón végeztek. Az elté eedményeke esetenként magyaázatot adtam. Tovább, 3 vagy 4 kaszkádolt kapcsolókon elét eedmények lásd. [Mau], [Fa] s alátámasztják az. tézsben megfogalmazott eedményemet. Az. tézsben a bösztös ékezés jelzés üzenetek hatását vzsgáltam. Megállapítottam, hogy a hívásfelépítése, és -elbontása alkalmazott klasszkus vzsgálat módszeek tt nem bzonyulnak elegendnek, olyko téves következtetések levonásához vezetnek lásd. [Pl99], [Mau], ezét egy új vzsgálat módszet vezettem be, amelynek segítségével a böszt mnden egyes üzenetét ábázoln lehet egyetlen ábán, egy ú.n. populácós dagam -ban, új dmenzókat nytva ezáltal a bösztös események elemzésében. Alapveten ezen új módsze nem csak bösztös ékezések vzsgálatáa alkalmas, hanem bámely típusú tesztsoozata, fként ahol hosszú tesztelés dke és engeteg hívása kell számítanunk. A témában publkált eddg ckkek lényegesen eltének az azonos szakkfejezések megnevezését lleten. Ematt nem volt könny feladat a különböz ckkek között eedmények összehasonlítása, így els lépésként ezen kfejezéseket átültettem az ATM Foum [ATMF] által meghonosított temnológáka. Ezenkívül szükséges volt néhány új paaméte bevezetésée, amely lehetvé tette a jelzésfogalom leíását hálózat sznten lásd.. tézs és 3. tézs. Mközben a szakma vlág egyetét az zolált kapcsolón végzett tesztsoozatok jelentségével, ugyanakko nylvánvaló, hogy egy nagyobb LA lletve WA hálózat konfguácóban végzett mééseknek szntén kemelt szeepet kell szánn. A felmeül pobléma vszont ebben az esetben a kellképpen nagyméet ATM jelzés-hálózatokhoz való hozzáféés. Pusztán tesztelés szempontjából egy epezentatív számú pld. 3 daab ATM kapcsoló beszezése túl költséges és nem elfogadható megoldás. Analtkus teljesítményvzsgálat által pld. folyam-analízs csak a középétékek becslésée kapunk elfogadhatóan jó eedményeket. A jelzés potokoll emulácója által egy mély betekntést nyehetünk a jelzés-potokoll vselkedésébe, de teljesítményvzsgálata kolátokba ütközk, különösen akko, ha egy olyan hálózatot vzsgálunk, ahol több különböz gyátmányú kapcsoló foglal helyet. Ezét én a szmulácós módszet választottam. Ez ugyan egy magasabb sznt, absztaktabb megközelítés, de az általunk kfejlesztett eszköz képes bámely gyátmányú ATM-kapcsoló paaméteet modellezn. A szmulácó végén például az alább eedményeket láthatjuk: hívás felépítés d, hívás elbontás d, a vonalszakaszok sávszélesség foglaltsága, hívás skeesség áta, a csomópont pocesszoának teheltsége a jelzésfolyam által, stb. Vzsgálatam eedményeként egy új jelzés csomópont-modellt állítottam fel, ahol a csomóponton belül a különböz jelzések különböz folyamatokat jának be, majd vzsgálatamat ktejesztettem kaszkádolt, lletve tetszleges topológájú ATM, lletve UMTS hálózatoka lásd.. és 3. tézs. Továbbá összehasonlítottam végtelen és véges sobanállás modelleket, kdolgoztam egy optmalzálás algotmust, valamnt potásos üzenetkezelést s vzsgáltam lásd. 4. tézs. A szmulácós eedményemet valód méés eedményekkel vetettem össze egy -4 csomópontos kaszkád, lletve egy smet topológájú 7 csomópontos TE-55 hálózat esetén [ov99]. A megalkotott új modell bonyolultság foka nem tesz lehetvé a könnyed analtkus vzsgálatot, ezét e célból egy egyszesített modellt s készítettem, mely temészetesen néhány hátányt s A szmulácós tanulmány egy AEPT nev, saját szoftveen alapul, készítette a szez és kollégája, Moldován I., HS Laboatóum, BME-TTT. 4
magában ejteget, ezeket a. tézsben sooltam föl. Ezen modell analtkus megoldásához a sobanálláselmélet smet eedményet használtam föl, egészen pontosan a BMP hálózatok megoldás sémájat [BMP75], temészetesen a szükséges kegészítésekkel. Végül az 5. tézsben bevezettem az UI jelzés potokoll egyszesített állapotdagamját, kegészítve egy új állapottal, amely lehetvé tesz az elveszett hívások smételt sobaállítását az els hálózat kapcsolóban. Végül ezen blokkolt szélessávú hívások sobanállás analízsét úgy szmulácós, mnt analtkus eszközökkel elvégeztem. Az alábbakban néhány fontosabb paaméte defnícóját smetetem a tézsek könnyebb éthetsége kedvéét, tovább defnícók az. ábán és a dsszetácóm [D-]-es fejezetében találhatóak.. A hívás felépítés d az az d, amely alatt egy adott jelzés endsze pld. ATM kapcsolt vtuáls összeköttetést hoz léte különböz hálózat elemek között. T = t S Y t S X, ahol t S. a foásból klép, lletve oda beékez üzenetek dpontja; X=SETUP, ERQ; Y=OET, EF jelzés üzenetek, lásd. [Q93], [UI4], és [AALQ99]. Fent paaméte valójában a legalapvetbb hívássznt teljesítmény mutató.. A hívás elbontás d az az d, amely alatt egy adott jelzés endsze elbontja a kapcsolt összeköttetést egy adott hálózat eleme fölött: T R = t S Y t S X, ahol X=REL, Y= RL jelzés üzenetek, lásd. [Q93], [UI4] és [AALQ99]. 3. A hívás felépítés késleltetés a hívás felépítés d és a hívott félnek a SETUP üzenete adott késleltetés deje között különbség: T = T T DS, 3 ahol T DS a hívott félnek a SETUP üzenete adott késleltetés deje. 4. Egy adott kapcsoló lletve hálózat hívás skeesség átáját R a kapcsolón hálózaton áthaladó skees, lletve összes hívások aánya adja. T Hívó fél somópont SETUP SETUP késleltetés SETUP ALL PRO ALL PRO OET O AK OET OET késleltetés O AK Hívott fél T DS = Hívott fél késleltetés deje egy SETUP-a T R T R REL RL RELEASE késleltetés REL RL T DR =. ába Hívás felépítés és elbontás dk, lletve késleltetések defnícója Hívott fél késleltetés deje egy RELEASE-e 5
4. Új tudományos eedmények Tézsemet öt különböz csopotba sooltam az adott témateületek szent. Mnden egyes csopot két tézst tatalmaz a 3. tézs kvételével, amely mndössze egy tézscsopotból áll. Mnden tézs végén hvatkozások találhatóak a dsszetácó egyes fejezetee a tovább észletek lletve bzonyítások céljából, ezeket [D-n]-nel jelöltem, ahol n =,, a fejezetek soszáma. Az ATM pont-pont összeköttetések jelzés folyamatának sajátos tulajdonsága. tézs Megvzsgálva az ATM kapcsolók bels achtektúától független jelzés tulajdonságat, megállapítottam és kelemeztem a pont-pont kapcsolatoka ányuló jelzésfolyamok sajátos tulajdonságat. Ezenkívül bevezettem egy új elemzés módszet ú.n. populácós dagamot bösztös hívások ssödés helyenek elemzésée. Ebben a tézsben egy keek egységbe tömöítettem egy egész készlete való jelzés tulajdonságot, amelyek kapcsoló-függetlenek, és ezáltal általánosíthatóak tovább ATM kapcsolóka s. Eedményem összhangban vannak tovább publkált méés eedményekkel, lásd. [e97], [ov99], [Fa] és [Mau]. Több különböz, teljesítményelemzése vonatkozó mééssoozatot futtattunk le úgy egyed-, mnt páhuzamos pont-pont kapcsolatoka. Végeztünk mééseket ponttöbbpont kapcsolatoka s, de ezen eedményekbl még nem skeült kellképpen általánosítható eedményeket leszn lásd. [-8], ezét ezek az eedmények nem keültek be a dsszetácómba. A hangsúlyt az OSI 3.-k étegbel jelzéssznt elemzése helyeztük. A leggyakabban vzsgált konfguácó egy zolált kapcsolóhoz csatolt geneátoból és vevbl állt. Mééseket végeztünk a jelzésfolyamatok állandósult- lletve tanzens állapotában, ezen méésekbl számazó eedményeket két különböz tézsben foglaltam össze:. tézs ISD-tl elté, különösen az ATM hálózat pont-pont kapcsolatok jelzés fogalmáa jellemz sajátos tulajdonságokat mutattam k az alább 7 altézsbe tömöítve, állandósult állapotban végzett méések esetén. [-5], [-9], [J-4], [H-3], [D-4]. táblázat Az. tézs áttekntése... A 3.-k sznt jelzésüzenetek feldolgozás dejének domnancája + új métékek defnícója... Lényeges különbségek a jelzés üzenetek feldolgozás dejében..3. A T függsége a fogalományító táblától, sávszélesség kosztástól és él kapcsolatok számától..4. Üzenetek késleltetés dejének függsége a hvás-pofltól..5. A hívás elbontás folyamat közvetett hatása a T de..6. Jelzés túltehelés hatása a T és a T R dke..7. A T d becslése kaszkádolt kapcsolók esetén Megmutattam, hogy a koábban használt, szabványszevezetek által defnált teljesítmény métékek pld. hívás felépítés d, hívás elbontás d nem elegendek a szélessávú jelzés-hálózatok kelégít sznt jellemzéséhez. Kmutattam, hogy az alább paaméteeket sem szabad fgyelmen kívül hagyn: a hívott fél válaszadás deje, az elbontás késleltetés, a kapcsolók hívás-teheltsége, a fogalományító tábla méete, valamnt a hívások pofljának komplextása am a SETUP üzenetek nfomácós mezjének tatalmáa van hatással. Megállapítottam, hogy a T R hívás elbontás d jelen fomájában nem nyújt valód képet az adott hívás elbontásáól egy adott útvonal mentén. Ezét bevezettem két új teljesítmény météket, amelyek hteles mutató az ATM hálózat szakasz lappangás dejének:. defnícó A hívás elbontás késleltetés az az d, amely alatt a RELEASE üzenet eljut a hálózaton át végtl-végg, s amelyet egy RELEASE OMPLETE üzenet követ a célállomásnál: T R = t D RL t S REL, 4 6
ahol t D. a célállomáshoz béekez vagy onnan knduló üzenetek dpontja.. defnícó Az összesített hívás kezelés d a hívás felépítés d és a hívás elbontás késleltetés összege: T H = T + T R. 5 Az alábbakban bemutatott méésenk a hívások állandósult állapotában készültek. Az eedményeket 7 egymástól független altézsbe sooltam...-..7., ezen állítások övd áttekntése az. táblázatban található.... Kndulva a mét eedményekbl és az elvégzett analtkus vzsgálatokból, megállapítottam, hogy a T hívás felépítés d legalább egy nagyságenddel nagyobb késleltetést szenved a 3. sznt OSI étegben, mnt az alacsonyabb étegekben. A 3. sznt üzenet-feldolgozás az UI4. étegben szoftve alapú, míg a. OSI étegben hadveszoftve kombnácón alapszk, végül az. sznten csak hadve alapú. Méés és számítás eedmények, valamnt egy összehasonlító táblázat s található a dsszetácó [D-4] fejezetében. Fent altézs következményeként, a továbbakban csak a 3. sznt üzenet-feldolgozás dket fgyeltem.... Megállapítottam, hogy az alább összefüggés évényes az összes tesztelt ATM kapcsolóa, függetlenül a kapcsoló típusától és teljesítményétl: a OET és RELEASE üzenetek késleltetésének mnmuma mndössze 5...35%-a a SETUP üzenet késleltetés mnmumának...3. Kmutattam, hogy a T hívás felépítés d lneásan függ a fogalományító tábla hosszától, ellenben nem függ a híváshoz hozzáendelt sávszélességtl. Továbbá kmutattam, hogy a kapcsolón keesztül létesített él hívások száma nem befolyásolja az új hívás felépítés dejét. Saját eedményenk kegészítéseként e témaköben tovább méés eedmények találhatóak a [e97] és [Fa] ckkekben, ahol többek között a PI heacha szntektl való függséget s megpóbálták behatáoln. A sávszélességtl való függség mééseko fgyeltünk aa, hogy ne okozzunk sketelen hívást azáltal, hogy a sávszélesség nem elegend valamely lnken...4. Megadtam egy kvanttatív leíást aa vonatkozóan, hogy hogyan függ a különböz hívás-pofloktól az átlagos SETUP-, OET- és RELEASE késleltetés és ezáltal a T hívás felépítés d és T R hívás elbontás késleltetés egy adott ATM csomópontban: Az átlagos SETUP késleltetés aká megkétszeezdése a különböz típusú hívás poflok bonyolultságának köszönhet, hszen a poflok gencsak változatos jelleget mutatnak, ha összehasonlítunk egy egysze beszédhívást egy komplex multméda alapú hívással. Ee néhány példát a [D-4] szolgáltat. Általában, a hívás felépítés d változása a SETUP üzenet bonyolultságának függvényében az alább egyenlettel íható le: P default T s T, ahol < s <. 6 Ellentétben az átlagos SETUP késleltetéssel, úgy találtam, hogy az átlagos OET-, lletve RELEASE késleltetés nem növekszk, ha tovább IE-kel bvítjük a SETUP üzenetet. Továbbá megállapítottam, hogy az egysze és a komplex hívások elbontás késleltetése azonos: P default T T s, < s <. 7 R R Itt csak az elít Infomácós Elemeket IE-ket tatalmazó SETUP üzenet étend, melynek hosszúsága 3 ATM cella. 7
Továbbá kmutattam, hogy az átlagos hívás felépítés d nem függ a hívás típusától, azaz: T VBR T BR T ABR T UBR, 8 ahol T az átlagos dt jelöl. Koább ckkek a szakodalomban azt feltételezték, hogy a VBR típusú hívások felépítés deje nagyobb lesz, mnt a BR típusú hívásoké lásd. [Gel97], [Wu97], de saját méésenk mndennek ellentmondanak. A [Fa] ckk tovább támpontot nyújt a 8-as egyenletünkhöz azáltal, hogy kmutatta: az UBR típusú hívások felépítés deje elhanyagolható métékben csökken a BR típusú hívásokéhoz képest egy 4 csomópontos PI heachában...5. Megvzsgáltam az egysze hívások melyeket alapbeállítású SETUP üzenettel geneálunk felépítés késleltetését T két különböz esetben: amko a hívás felépítést övddel utána egy elbontás követ, lletve ha az elbontás nem következk be, majd az alább megállapításoka jutottam: Ha a hívásokat egy bzonyos d után elbontjuk, az így mét hívás felépítés késleltetések T átlaga 5-%-kal nagyobb, mnt azon hívásoké amelyeket nem bontunk el T. Ez a tulajdonság független a hívások ékezés ntenzításától lásd.. ába. ET.75ET 4 dö [sec] Amennyben a hívásokat egy bzonyos d után elbontjuk, az így nyet küszöbéték, azaz azon hívás-ntenzítás amely mellett a hívás felépítés késleltetések ugásszeen megnövekednek, mndössze 65-7%-a azon küszöbétéknek, ahol a hívásokat nem bontjuk el. Ezen küszöbétékek fölött megjelennek a blokkolt hívások lásd.. ába..67 Kmutattam, hogy a hívások tatás deje nem befolyásolja a hívás felépítés dt, egy kvétellel, amko a hívások dtatama végtelen, azaz az elbontás nem következk be lásd.. ába. GD APEX DV skeesség áta [%] 8 6 hívás felépítés dö, nncs elbontás hívás felépítés dö, setup + el 4 elease késleltetés skeesség áta, nncs elbontás ske e ssé g á ta, se tu p + e l.5 5 7.5 h ívá s é ke zé s á ta [h ívá s/se c] dö [sec]..5 Seabdge XP4 hívás felépítés dö, nncs elbontás hívás felépítés dö, setup + el elease késleltetés skeesség áta, nncs elbontás skeesség áta, setup+el 5 5 hívás ékezés áta [hívás/sec]. ába Hívás felépítés d, hívás elbontás késleltetés és skeesség áta a hívás ntenzítás függvényében a GD APEX DV; b Seabdge XP4 Megjegyzés: Eedményenk tt ellentmondanak a [Kaus97]-féle ckkel, amely megállapítja, hogy a nulla lletve véges dtatamú hívások felépítés deje azonos a végtelen dtatamú hívásokéval...6. Ha egy ATM kapcsolót enyhén túltehelünk beékez hívásokkal azaz a hívásoknak kevesebb, mnt %-a blokkol, akko a hívás felépítés d ugásszeen megnövekszk, ellenben a hívás elbontás késleltetés göbéjének meedeksége ebben a tatományban még nem változk lásd.. ába. Ha tovább növeljük a hívás ntenzítást, akko az elbontás késleltetés s htelen megnövekszk. skeesség áta [%] 8 6 4 8
Fent eset akko következhet be, ha potásos üzenetsookat alkalmazunk, vagy ha a SETUP és RELEASE üzenetek legalább észben különböz folyamatokat jának be a pocesszo bels achtektúájában. Az általunk vzsgált 4 ATM kapcsoló egykében sem alkalmaztak potásos sookat, hanem osztott bels achtektúát. A blokkolt hívások az üzenetsook puffeének túlcsodulása matt következtek be...7. Feltételezve, hogy egyazon poflú hívások daab azonos típusú kaszkádolt kapcsolón haladnak át egy PI heacha csopoton belül, megmutattam, hogy a hívások felépítés késleltetése kelégít az alább egyenltlenséget: T swtch T ' ' swtches,,,..., k. 9 Fent összefüggést általánosíthatjuk a heteogén típusú kaszkáda s egyazon PI heacha csopoton belül maadva: P P type n T T ' ' swtches, n, ahol P a különböz típusú ATM kapcsolók száma, és n pedg az azonos típusú kapcsolók száma. Fent tulajdonság annak tudható be, hogy az üzenetek többé-kevésbé egyenletesen oszlanak el a kaszkádolt soban. A [Mau]-féle ckk méés eedménye alátámasztják a -es egyenltlenséget. A késbbekben. tézsben mégegysze vsszatéek ee az egyenltlensége, és ugyanakko felállítok á egy megközelít egyenletet.. tézs Egy új elemzés módsze bevezetésével skeült kmutatnom a kétpontos ATM kapcsolatok bösztös ékezés hívásanak sajátos tulajdonságat, tanzens állapotban végzett méésekkel lásd.. táblázat. [-5], [-9], [T-], [D-4]. táblázat Az. tézs övd áttekntése... Egy új elemzés módsze a bösztös hívások vzsgálatáa: populácós dagam... Bösztös hívások sajátos tulajdonsága... Az els hvás felépítése hosszabb deg tat mnt az azt közvetlenül követ hívásé... A OET késleltetés göbéjének változása egy adott böszt alatt...3. Megközelít képlet felállítása a T b-e...4. Megközelít képlet felállítása a T R b-e Ha csak az állandó ntenzítással ékez hívások teljesítmény analízsét végezzük el lásd.. tézs, még nem kapunk egy teljes képet az ATM kapcsolók vselkedésél jelzésfolyamok esetén. Ponttöbbpont típusú kapcsolatok felépítése esetén különböz vselkedése számítottam a kapcsolók észél, továbbá abban az esetben ha egy ATM hálózat kapcsoló kesését automatkusan követ az addg ott áthaladó kapcsolatok pllanatsze átteelése a szomszédos kapcsolóka, amely egyételmen bösztös jelzésfolyamokhoz vezet. Sajnos az eddg szakodalomban a bösztös jelzésfolyamok méését lleten nagyon ellentmondó eedményeke bukkantam lásd. például [Mau], [Pl99]. Ezét elhatáoztam, hogy ezeket az eedményeket újaelemzem, kegészítve saját méésenkkel. Hamaosan be kellett látnom, hogy a klasszkus módszeekkel végzett elemzés jelzés-folyamába, hívás felépítés statsztka analízse nem hozott áttöést, így még mndg több kédésem volt a lehetséges, lletve ellentmondásos folyamatoka, mnt válaszom. Anny mndenesete kdeült, hogy bzonyos ejtett endsze-hba matt az eedmények nem konvegálnak. Ennek megfejtésée vszont új módszet kellett kdolgoznom. Eedményemet az. tézsben foglaltam össze, amely valójában két független altézse oszlk: 9
... Bevezettem egy új elemzés módszet, az ú.n. populácós dagam -ot, amely a jelzés üzenetek s folyamát oly módon helyez egy stuktúált dagamba, hogy a bösztös folyamatok észlete láthatóvá válnak. A módsze alapvet lépéset az alábbakban soakoztattam föl egy példát s bemutatok a 3. ábán: helyezzük el az összes lletve csak az édem nfomácót szolgáltató 3. sznt jelzésüzenetet, amely a megfgyelt bösztös hívás soán keletkezett egy, az alábbak szent stuktúált dagamba: a vízszntes síkban több páhuzamos dtengelyt találunk, a függlegesen pedg ezúttal a lnk -eken áthaladó üzeneteket ábázoljuk; ábázoljunk egy adott jelzés üzenetet, amely áthalad két csomópont között ntefészen lnken egy + jellel vagy ponttal, s ne a szokásos két csomópontot összeköt nyíllal; hozzunk léte m daab dtengelyt adott ntefészenként ahol m az ábázolása keül üzenettípusok száma, majd helyezzük el a + jeleket az adott üzenettípusnak megfelel tengelyen, az áthaladás dpontok soendjében; sokszoozzuk meg a függleges mentén a dagamot, azaz ntefészek számát n+-e, ha a vzsgált üzenetek n csomóponton haladnak át; ha a vzsgált hívások ányítottságáa s kváncsak vagyunk, osszuk fel mnd az m tengelyt ntefészenként xm altengelye, a felse helyezzük az egyk ányba haladó üzeneteket, míg az alsóa az ellentétes ányítottságúakat; helyezzük el hasonló logka szent a. sznt jelzés üzeneteket s pld. POLL, STAT, USTAT, ha az elemzés soán ee szükség van. somópont tx OET x tx SETUP x átlagos SETUP üzenetköz = ms 8 Temnál.5.5.5 3 3.5 Idô [s] 4 3. ába Példa egy populácós dagam -a m=, n=, amely 3 kétányú hívás bösztös ékezését mutatja be A szemléltetés kedvéét a 3. ába a végfelhasználó és az ATM kapcsoló között ntefészen áthaladó jelzés üzenetek egy kválasztott észhalmazát a SETUP és OET üzeneteket ábázolja, mnt említettem ékezésük soendjében. agyon fontos, hogy az üzenettípusokat egy meghatáozott soendben helyezzük el egymás fölött, lehetleg elfodulásuk soendjében lásd. [Q93], például, SETUP ALL_PRO OET O_AK STATUS_EQ STATUS REL REL_OMP. Megjegyzés: A fent populácós dagam nem csak bösztös ékezések vzsgálatáa alkalmas, elnye akko s megmutatkozk, ha hosszú óákg tató méés folyamatokat kell kelemeznünk. Ee engeteg példát találunk a dsszetácóm [D-4]-es fejezetében és a [T-]-es szabadalomban. Ezen dagam egy lényegesen jobb álátást bztosít a teljes bösztös folyamata, mnt a klasszkus nylas folyamatába. Amíg az. ábán mndössze egy hívás felépítését ábázoltuk, addg kb. ugyanakkoa felületen a 3. ábán 3 hívás bösztös ékezés folyamatát láthatjuk. És ennél jóval nagyobb sítést s eléhetünk a populácós dagammal.
Egy új meghatáozást adtam a jelzés üzenetek bösztös ékezésének, amely az ékezés csomópontban vzsgálja a jelenséget, nem úgy mnt egy smet koább defnícó, amely a geneáto kszolgálás folyamatát jellemz és dklaszteeket vzsgál. Alább defnícóm egy állapotváltozó megfgyelésén alapszk:.3 defnícó Jelzés üzenetek bösztös ékezésél beszélünk, ha egy adott csomópontban egy OET üzenet ékezés pllanatában több, mnt daab SETUP üzenet található a csomópont puffeében, azaz: n SETUPn nsetupout t ahol =,, a vzsgált csomópont, n[x] az X típusú üzenetek száma az csomópontban, t pedg szabadon választható dntevallum. A továbbakban, a jelzések bösztös ékezése temnológát az.3 defnícó szent étjük. Mután újaelemeztem a bösztös méés eedményenket az új defnícó fgyelembe vételével, az alább következtetéseke jutottam, melyeket az.. tézsben foglaltam össze és a bösztös jelzés stuktúák tulajdonságat emel k:... Jelzés üzenetek bösztös ékezése soán az alább tulajdonságokat fgyelhetjük meg a hívások felépítés, lletve elbontás fázsában:... Az els hívás felépítés deje mndg 8-%-kal hosszabb deg tat, mnt a bösztben közvetlenül utána következ hívásé. Ez a kvételes jelenség azét következk be, met az els hívás eltt egy IP-l ATM-e tötén címfeloldás konvezóa van szükség, esetleg még a jelzés csatonát s k kell építen végponttól végpontg, majd ezen nfomácók táolódnak egy deglenes táolóban, s így a következ hívásnál má ee a lépése nncs szükség. Temészetesen, egy nagyobb bösztnél, a váakozás dk matt, egy újabb gaduáls növekedés fgyelhet meg a hívás felépítés dkben, a 3. hívástól kezdden.... Ellentétben az egyensúly állapottal. tézs, tt a böszt els felében a SETUP késleltetés alacsonyabb mnt a OET késleltetés, de a két göbe gadense tg azonos és növekv mndaddg amíg a -es egyenltlenség fennáll, majd a OET késleltetés göbéje ányt vált és csökkenn kezd a tggadenssel, ahol. Mvel mnden üzenet azonos potással endelkezk, ezét me az els OET üzenet vsszaté a célállomástól, a hálózat csomópont puffee má jócskán feltelk a bösztben elküldött SETUP üzenetekkel, ezáltal éthet, hogy a OET késleltetés hosszabb lesz, mnt a SETUP-é. Késbb, amko a SETUP üzenetek küülnek a kapcsolóból, a OET késleltetés gaduálsan lecsökken....3 Bösztös hívások felépítés deje T mndg hosszabb, mnt a detemnsztkus hívásoké. Továbbá, a T az alábbak szent függ a böszt méetétl: Ha a böszt méete b a jelzés pocesszo max puffe méete BS, akko T b= T ha =, T b= T + - tg b, ha < b BS, különben T b=, ha a hívás blokkolt, vagy T b= T + T 33 + j- tg b, ha a hívás megsmétldött, ahol: = az üzenet pozcója a bösztben, =,,...,b ha =, lásd.... altézst; tg b= a T göbe éntje, amely függ a böszt b méetétl; T 33 = a SETUP üzenet megsmétlés dzítje, standad étéke 4 sec, lásd. [Q93];
T = a böszt. hívásának felépítés deje ez a mnmáls éték; j = az üzenet pozcója az úaküldött bösztben, j =,,,b....4 Hasonlóképpen, a bösztös hívások elbontás késleltetése T R így íható le: Ha a böszt méete b a jelzés pocesszo max puffe méete BS, akko T R b = T R + - tg b, 3 különben T R b =, ahol: = az üzenet pozcója a bösztben, =,,...,b; tg b= a T R göbe éntje, amely függ a böszt b méetétl; A T és T R göbék ént tg tg az alább paaméteektl függenek: böszt méete, üzenet típusa, hívás poflja, pocesszo befogadóképessége. Mndezen függségeket a dsszetácóban táblázatos fomában megtaláljuk lásd. [D-4]. Az. tézs valdácója Az. tézsben bemutatott sajátos tulajdonságok egy nagyon népszetlen kutatás munka gyümölcse, hszen a méés munkálatok elhúzódtak több mnt négy éven keesztül. A kutató csopot tagja s kcseéldtek, mközben 4 különböz geneácós kapcsolót skeült leteszteln, áadásul két különböz tesztel beendezést s használtunk Aglent BSTS 75 és avtel Watch 95, amelyek eedményet össze kellett hangoln, de ugyanakko adott egy plusz bztonságot az eedmények valódságát lleten. Továbbá, mnden egyes méést -sze smételtünk meg, egy adott méés 6- hívást tatalmazott. A mnmum-, maxmum- és átlagétékeket, valamnt a szóásnégyzetet és szóást ezen méések egyesített halmazán számítottuk k. Végül, de nem utolsósoban, tlünk függetlenül 4 másk kutatócsopot s végzett mééseket, melyek eedményet a [e97], [ov99], [Fa] és [Mau] smetetk. Ezen kutatócsopotok többnye más ATM kapcsolókat teszteltek, de eedmények hasonlóak, megesítve állításank általános évényét. Ha egy adott méés jelzés üzenetet elhelyezzük a populácós-dagam -ban lásd... tézs, egy azonnal vzuáls betekntést nyeünk a lejátszódó folyamatok észletebe, am nem más, mnt egy elsfokú valdácója eedményenknek. Továbbá olyan bels összefüggéseket s feltá ez az ábázolásmód, amely nem deülne k ha csak a hívás felépítés és elbontás dket méjük pld. megsmételt üzenetek, egy adott állapotban nem vát üzenetek, adatkapcsolat sznt folyamszabályozás hatása a mét eedményeke, stb.. Eedményenk jelentsége, hogy észletes elemzést nyújt a hívás felépítés és elbontás dk komponensel, és kemel azon összetevket, amelyek a pocesszo achtektúájától és feldolgozás sebességétl függetlenek, azaz az ATM jelzés-fogalom sajátossága. Egy új hívásfeldolgozó modell készítése ATM hálózatoka Egy új ATM hívás-modell kdolgozását UI és PI ntefészeke az tette szükségessé, hogy a távközlés szolgáltatók többnye ATM technológán alapuló xdsl hálózatakban egy új szolgáltatás, az IP telefóna VoIP bevezetését tevezk, vszont az ATM hálózatakban meglév sávszélességek nem teszk lehetvé, hogy mnden hangcsatonának ele lefoglalt sávszélességet bztosítsanak. Egyk lehetséges altenatíva a dnamkus sávszélesség-foglalás bevezetése, amely ATM jelzésendszet feltételez.
. tézs Kdolgoztam két különböz hívás-modellt az ATM jelzésüzenetek feldolgozásának leíásáa, egyet szmulácós vzsgálatoka. tézs és egyet analtkus elemzések eszközéül. tézs. Ez utóbb nylvánvalóan egy leegyszesített modellje az elznek. apjankban sznte lehetetlen hozzáfén UI vagy PI jelzéspotokolt használó ktejedt ATM hálózatokhoz. éhány kezdetleges, jelzéseke ányuló méés eedmény a TE-55 Pán-Euópa ATM hálózaton született [ov99], amelyet temészetesen felhasználtunk szmulácós eedményenk gazolásához. Ez a hálózat hét ATM csomópontot tatalmaz, a leghosszabb útvonal a hálózat átméje négy kapcsolón halad át. Így nem maadt más háta, mnt szmulácóval modellezn ennél jóval nagyobb méet hálózatokat.. tézs Kdolgoztam egy új ATM hívás-modellt lásd. 4. ába, továbbá egy algotmust ezen modell paaméteenek beállításáa. [J-4], [-9], [-], [D-5] A modell achtektúája... Kndulva a [Q93], [UI4], [PI] szabványokból és az. tézsben bemutatott méés eedményekbl, egy új hívásfeldolgozó modellt dolgoztam k, amely álleszthet bámely létez ATM kapcsoló jelzés aktvtásáa. A [Q93], [UI4] és [PI] szabványok nem hatáoznak meg semmféle hívás modellt, csak leíják az de vonatkozó jelzés üzenetek fomátumát, tatalmát és a kommunkácós potokoll lehetséges esetet. Az. tézs vszont elénk tá néhány észletet. Így az..,..4 és..6 pontok alapján kdeül, hogy az átlagos hívás elbontás késleltetés mndg alacsonyabb, mnt az átlagos hívás felépítés késleltetés, továbbá fent két paaméte aánya változk az ékezés ntenztás függvényében. Ematt két különböz mechanzmust s megvzsgáltam az általam javasolt modellben: FIFO, lletve potásos ékezés sookat. Ezen túlmenen, egy adott csomópontban több pocesszo fázst különböztettem meg az elvégzend feladatok bonyolultságának függvényében lásd. 4. ába, például egy alapbeállítású SETUP üzenet öt kölönböz fázst já be, míg egy komplex SETUP üzenet mnd a 6 folyamatot véggjája, ellenben a OET és RELEASE üzenetek mndössze 3-at látogatnak meg. RT BW P komplex SETUP 4. folyamat 5. folyamat 6. folyamat OET SETUP UI PI OET SETUP REL REL. folyamat. folyamat 3. folyamat RL RL UI = Felhasználó -Hálózat Intefész = Hívás Vezélô Központ RT = Fogalományító Tábla BW = Sávszélesség Allokácó PI = Pvát Hálózat-Hálózat Intefész P = Bonyolult Hívás Poflú Központ SETUP OET 4. ába Egy ATM jelzés csomópont új hívás feldolgozás modellje REL RL 3
Ezen elkülönített pocesszo fázsok a következek: az UI folyamat, a bejöv üzenetek dekódolásáa, a folyamat, az egy adott híváshoz tatozó objektumok létehozásáa és fssítésée, 3 a PI folyamat, a kmen üzenetek kódolásáa, 4 a fogalományító RT folyamat, 5 a kmen lnk sávszélesség allokácóját, lletve felszabadítását végz BW folyamat, valamnt 6 a bonyolult híváspoflokat, puffe allokácót és QoS mechanzmusokat feldolgozó P folyamat. A modell ATM-es sajátosságat koább modellektl való eltéését a következk adják meg: különböz sávszélesség endelhet egy adott híváshoz, különböz üzenetek más és más folyamatokat jának be a pocesszoban, valamnt különböz kszolgálás sebességek endelhetek egy adott üzenethez a típusa, útvonala, PI heachája és QoS követelménye alapján. Két hasonló hívás-modell keült kdolgozása a [Wu97] és [Gel97] ckkekben. A [Wu97]-es modell még bonyolultabb, mnt a menk, és áadásul a BR, VBR és UBR fogalm osztályokhoz különböz kszolgálás sebességeket endel am az..4 altézs alapján szükségtelen, továbbá egyk modell sem vesz fgyelembe a hívás elbontást, holott ezen esemény 5-%-kal növel az átlagos hívás felépítés dt lásd...5 altézs. Ráadásul, a [Gel97] csomópont modell egy egysze FIFO soból áll, amely nem tud különbséget tenn a SETUP és RELEASE késleltetések között. A modell paaméteenek beállítása A feladatot a következképpen fogalmazhatjuk meg: Az smet változókat az egyes üzenetek mét késleltetése, a kapcsoló hívás-skeesség átája, a hívás felépítés dk és elbontás késleltetések lásd.. ába; Ismeetlenek az egyes folyamatok kszolgálás sebessége és a puffeek méete BS, valamnt az elveszett üzenetek smétlés késleltetése RDLM 3. Megmutattam, hogy a folyamatok kszolgálás deje a 4-es egyenletendszebl kszámítható. A folyamatok puffe méetét BS és az RDLM paamétet szmulácó útján hatáozzuk meg.... Kdolgoztam az alább négy lépésbl álló algotmust a, BS BS és RDLM változók kszámításáa: 6 I. Hatáozzuk meg a kszolgálás sebességeket a 4-es egyenlet-endsze alapján: 5 6 mn SETUP késleltetés mn ' komplex' SETUP késleltetés 3 mn OET késleltetés / = a/ = /, 4,,3,5 mn RELEASE dõ RELEASE késleltetés 4 ahol a,] a koekcós tényez. Módosítsuk a,]-t addg amíg: T meas sm meas T T. 5 T, mközben =. R R R R meas T. 5 T sm meas és II. Állítsuk be azon szk keesztmetszet folyamat puffe hosszát BS j* -t, ahol j mn{ j {,...,6} k {,...,6}: q j q } úgy, hogy az ékezés ntenzítás küszöbétékee * k 3 RDLM az a késleltetés, amely alatt egy elveszett üzenet egyéb mnt SETUP újageneálódk a kapcsolóban. 4 vagy a mn RELEASE késleltetés 4
T sm meas meas, T, fennálljon az Th Th. 5 összefüggés, ahol mn{ } Th Th, az I I a mét vagy szmulált adatok véges halmaza, és q j a j soban észlelt gények száma. III. IV. Állítsuk be a fennmaadó puffeek hosszát, mközben a hívás skeesség átáa fennáll az meas sm meas.5, összefüggés. R R R Th Hatáozzuk meg az RDLM paaméte étékét úgy, hogy mnmálsa csökkenjen a mét és szmulált eedmények között eltéés a túlcsodulás tatományban. Th A. tézs valdácója Elssoban bebzonyítottam, hogy mnd a négy általunk vzsgált ATM kapcsoló esetén a szmulácós eedmények álleszthetek a mét eedményeke mndháom paaméte T, T R, R együttes fgyelembevétele mellett lásd. 5. ába. A BS puffe méetet és az RDLM paamétet úgy hatáoztuk meg, hogy a szmulált és mét eedmények között eltéés ksebb legyen mnt 5%. dö [sec] 3.5.5.5 GD APEX DV mét hívás felép. késlelt. szm. hívás felép. késlelt. mét hívás elbont. késlelt. szm. hívás elbont. késlelt. mét skeesség áta szm. skeesség áta skeesség áta [%] 8 6 4 dö [sec]..8.6.4. ewbdge MSX367 mét hívás felép. késlelt. szm. hívás felép. késlelt. mét hívás elbont. késlelt. szm. hívás elbont. késlelt. mét skeesség áta szm. skeesség áta skeesség áta [%] 8 6 4.5 5 7.5 hívás ékezés áta [hívás/sec] 6 5 76 6 5 hívás ékezés áta [hívás/sec] 5. ába Az új modell valdácója alapbeállítású SETUP üzenet esetén: a GD APEX DV kapcsolóa; b ewbdge MSX 367 kapcsolóa Ahhoz, hogy a hívott fél késleltetés dejének káos hatását kküszöböljük, az foás; kapcsoló; nyel konfguácó helyett bevezettük a foás; kapcsoló; nyel konfguácót. Szmulácós vzsgálatankban úgy detemnsztkus, mnt Posson ékezést használtunk. Az átlagétékeket mndannyszo egy -es mntából számaztattuk. Az így htelesített modellünket egy konkét valós könyezet ellenében s leteszteltük, ehhez a TE-55 euópa kutató hálózaton mét eedmények szolgáltattak alapot [ov99]. Az ott bemutatott eedmények egy 5-6 alkalommal megsmételt png soozatból számaztatott átlagok. Ezzel szemben m 3 hívásból számoltunk átlagot, hívás/sec ntenzítás mellett. Az összehasonlított eedményeket a dsszetácóm [D-5]-ös fejezetében mutattam be. Az esetek több mnt 8%-ban a szmulált eedmények egybeesnek a mét eedményekkel, a fennálló eltéések a pontatlannak számító png-típusú méésekbl számaznak.. tézs Készítettem egy egyszesített jelzés folyam-modellt analtkus vzsgálatok céljából, továbbá egy heusztkus egyenletet s felállítottam a T és T R étékek meghatáozásáa. [-6], [-9], [D-5] A.. altézsben megmutattam, hogy a. tézsben bemutatott folyam-modell leegyszesíthet oly módon, hogy ezáltal analtkus módszeekkel megoldhatóvá válk. Kndulva abból a ténybl, hogy a kaszkádolt soban a T d mndg hosszabb, mnt bámely más hálózat stuktúában lásd. 3. tézst a késbbekben, ezét tt csak a kaszkádolt soa adtam analtkus megoldást. Az általam 5
választott analtkus megoldás séma egy sajátos esete a má smet BMP modellnek lásd. [BMP75], ahol a csomópont modell egy egysze váakozás soból és egy ekvvalens kszolgáló egységbl áll. A jelzés üzenetek tt megfelelnek a BMP osztályoknak, és a kötelez osztályváltása s so keül a végpontokban: SETUP. osztály átváltozk OET-té. osztály, OET-bl lesz RELEASE 3. osztály, RELEASE-bl RELEASE OMPLETE 4. osztály. Az egyetlen küls foás, amely. osztálybel hívásokat azaz SETUP üzeneteket geneál az els csomópontban feltételezésünk szent paaméte Posson ékezés folyamat.... Megmutattam, hogy egy csomópontos kaszkádolt hálózatban a hívás felépítés d analtkusan közelíthet, ha a csomópontokat egy M/M//K modellel íjuk le és a hívástatás dt egy M/M/ sobanállás endszeel modellezzük. Ebben a sobanállás hálózatban a tehelés eloszlás elemezhet, ha az alább fogalm egyenletendszet megoldjuk: e p q e p q,, j,..., ; u, s,,3,4 5 js, js, js u, js u, js, u,, p, js j, s ahol: p tesz az alább feltételnek:. A fogalományítás valószínség mnden csomópontban eleget p q q. Ezen egyenletendsze mátx alakja egy, js q, js j, s [ smax x smax ] méet fogalományítás mátx. Feltételezzük, hogy: p u, js qu, js, p u, js qu, js. Akko a 5-ös egyenletendszeben mnden tag, amely legalább kettes q szozatot tatalmaz pld. q u, js qkv, lw, elhanyagolható. Továbbá, bevezetjük az alább jelölést: q max {, }. max q, qu, js, j, u, s Akko a legbonyolultabb tag e az összes e közül az alább fomában közelíthet: 4 e p,, max 4 s s p s s q ps, s p s,3 js,4 s s, 3 Fent kfejezésben találnunk kell egy feltételt a elhanyagolhatóvá váljék: q q max max ps, s p s, s s,3 s,4 q max s,4 s, s -a úgy, hogy a negatív eljel tag s,3 p s, s s,4 p s, s Ebbl kfejtve a -t, majd helyettesítve a nevezt annak fels kolátjával, lletve a számlálót annak alsó kolátjával, egy még szgoúbb feltételhez jutunk: q max pmn 4 4 4 36 pmn.99.99 ahol, p mn mn{ pu, js,, j, ; u, s,4}. Példa: q 8, max. 36 Fent példa egy valós esetet tüköz, enyhe túltehelést mutat p mn.99. Ha elfogadjuk ezen feltételt, akko a q max -t tatalmazó kfejezést elhanyagolhatjuk és következésképpen ugyanahhoz a 6-os egyenlethez jutunk, mnt az M/M/-es sobanállás modellt használva M/M//K helyett. 6
éhány tovább lépés után eljutunk az alább egyenlethez, ahol + csomópontban geometa eloszlást találunk, míg a hívás-tatást modellez csomópont posson eloszlású lesz.,,...,, 4 e s s s ; 6 A 7-es egyenlet vszont az alább eltéést mutatja az M/M/-es esethez képest:,! ;,...,, ;,...,, k e K k K k k n P k p k K k 7 ahol az pontban található összes üzenet. A stabltás feltétel: n. Mnt azt az..5 altézsben láthattuk, a véges dtatamú hívások nem befolyásolják a T dt, ezét az =+-es csomópont hatását egyszeen elhanyagolhatjuk. A megoldásunk vszont csak akko egyszesödk le szozat-fomáa, ha,,3,4 s s lásd. a 6-os egyenletendszet, ez a feltétel azonban ebben a fomában nem teljesül. Ezét használjuk fel az.. altézs eedményét és vezessük be az alább empkus kapcsolatot a kszolgálás dk között:,...,, 3 3 4 3, majd jelöljük:, amely nem más mnt a mnmum SETUP késleltetés lásd... altézst. Továbbá, mvel 3 4, ezét kfejthetjük -t a függvényében. Végül az soban található összes gény számának váható étéke kfejthet az smet Lttle-fomula segítségével:,...,, K k p k T E K k K K 8 A stabltás feltétel továbba s. Ebbl a képletbl kfejthetjük az csomópontos kaszkádolt so hívás felépítés dejét és elbontás késleltetését tegyük fel az deáls esetet, azaz hogy mnden hívás skees, és feltételezzük, hogy az összes csomópont azonos típusú.,, 3,4 swtches ', swtches ' ' s R s T E T E T E T E T E T E T E T E 9 ahol T az az d amt egy üzenet egy csomópontban eltölt, ET =ET j =ET,j=,,, malatt a T + a végpontokban eltöltött dt jelöl =+. A K maxmáls puffe méetet úgy kell meghatáozn, hogy a kapott eedmény lehet legjobban megközelítse a mét eedményeket. Az M/M/ végtelen puffe eset megoldását a [-6]-ban ítam le, amely valójában egy sajátos esete a 8-as egyenletnek, azaz ha, akko a másodk tag tat a zéóhoz. A T K e így elét megközelítés pedg elfogadható mndaddg amíg a jelzésfogalm tehelés. /.65 Ha vszont a hálózatunk nem homogén, azaz több különböz gyátó teméke van jelen, vagy különböz komplextású hívásoka keül so, és áadásul nem csak egy PI heacha sznt a hálózat, akko a 9-es egyenlet sajnos csak nagyon köülményesen alkalmazható. Ezét ee az esete egy külön megközelít becslést dolgoztam k amelyet pld. egy hálózat dmenzonálásánál használhatunk fel, ha a T és T R étékek ele smetek: 7
... Kmutattam, hogy a -es egyenltlenség, amely kaszkádolt kapcsolón áthaladó hívás felépítés késleltetése vonatkozk, közelíthet az alább heusztkus képlettel: P P m type s [. log ] exp n T, n, mn,.9.. P E T ' ' P m type s [. log ] n T,.9 exp Hasonlóképpen, a T R becslése az alább módon töténhet: P P type R [.log ] exp n TR, n, R E T R ' ' R P type [.log ] n TR, exp R R mn,.. P R.9 R.9 A log-t tatalmazó kfejezés az üzenetek átfedésébl adódó hatást tüköz, az m a PI heacha szntet jelöl, s a kötelez IE-e alapbeállítású SETUP üzenet, s, P a különböz típusú ATM kapcsolók száma, és n az egy adott típusú kapcsolók száma. A R, páos a kapcsoló ekvvalens kszolgálás ntenztása hívás felépítés és elbontás esetén, R ahol, míg a hívás ntenzítás. Végül,.9 exp.9 exp.9 az ú.n. nomalzáló fakto. Megfgyelhet, hogy a T R független a híváspofl bonyolultságától és a PI heachától egyaánt. A. tézs valdácója A. tézs mndkét fomuláját gazoltuk mét, lletve szmulácós eedmények ellenében 4 kaszkádolt kapcsoló esetén. A.. altézsben bemutatott modellt hálózattevezésnél használhatjuk, és az els megközelít étékek becslésée alkalmas. Hátánya a módszenek, hogy csak az átlagétékeke ad becslést, és az ATM jelzéseke jellemz sajátosságokat elveszt azáltal, hogy egysze FIFO sot használ a csomópont modellezésnél. Azonkívül a modell potásos so kezelésée sem alkalmas, hszen ekko a megoldás elveszít a szozat-fomát. A fogalományító mátx két végbeendezés és két kaszkádolt kapcsoló esetén s má [6x6]-os méet, mnden tovább csomópont esetén a mátx tovább 4 soal és 4 oszloppal bvül, malatt egy foás 8 újabb sot, lletve 8 oszlopot eedményez. Az M/M//K véges puffe modell fels becslést ad a hívás felépítés de kaszkádolt sot esetén, ha /.5, továbbá ez a modell akko s pontatlan, ha a hívás elbontás késleltetést becsüljük vele T T R -t eedményez. Ezzel szemben, a.. altézs -as és -es egyenlete a gyakolatban kelégít becslést nyújtanak. Ezen becsléseket több különböz típusú kaszkádolt kapcsoló esetén valdáltuk a mét, lletve szmulált eedményekkel. 8
Ktejedt ATM hálózatok jelzésfogalmának teljesítmény-analízse 3. tézs Elvégeztem valós méet ATM hálózatok jelzésfogalmának teljesítmény analízsét. [-4], [-], [J-4], [D-6] A. tézsben bemutatott modell eléggé bonyolult, analtkus vzsgálatoka nem alkalmas gazán, különösen ha potásos sooka kellene alkalmazzuk vagy a hálózatunk nagy ktejedés. Ezét ezen modellt a továbbakban szmulácós vzsgálatokban alkalmaztam a hívás felépítés d, az elbontás késleltetés és a csomópontonként jelzés-tehelés becslésée valós méet hálózatokban. Amnt azt az..7.-es altézsben láthattuk, az ATM jelzés csomópontok által okozott üzenetkésleltetés addtív jelleg. Következésképpen, egy hívás késleltetése annál nagyobb mnél több csomóponton haladt át az adott hívás üzenet. Tehát, egy ksszámú kapcsolón mét késleltetés felhasználható hasonló típusú kapcsolókból álló nagyktejedés hálózat teljesítményének becslésée. Ezáltal például meghatáozható az ITU-T ajánlásokban [ITU97] szeepl maxmáls késleltetésnek megfelel fels kolát hálózat átmé,. 3. defnícó Defnáltam a hálózat átmét, úgy mnt a legövdebb utat a hálózat két legtávolabb csomópontja között: max{ L, L, L',,, j {,..., }}, ahol L, az és j csomópontok között útvonal hossza. 3. defnícó Defnáltam az -csomópontos hálózat átlagos felhasználó sségét D : t L D. 3 ahol t a tanzt-pontok száma a hálózatban azaz azon pontok száma, amelyekhez nem csatlakoznak közvetlenül végfelhasználók. A felhasználó sség egy fontos hálózat sznt paaméte, hszen megmutatja a végfelhasználók eloszlását a csomópontok között. Általában D, mnél nagyobb a D, annál sbb a hálózat. Példánkban = 4, 3, 35 ezen étékek D 4. 93, D 59 3., D 35. 45, míg egy zolált kapcsoló esetén D. A 3-as képlet alkalmazhatósága attól s függ, hogy mennye könnyedén skeül az átlagos útvonalhosszat meghatáozn L. A m esetünkben az L -t szmulácó útján hatáoztuk meg. 3.3 defnícó Defnáltam egy hálózat kapcsoló jelzés tehelésének elatív szóását az alábbak szent, ahol az adott kapcsoló jelzés-tehelése: ; max ; Szmulácóval megvzsgáltam = {, 3,, } kaszkádolt ATM kapcsoló hívás felépítés dejét és elbontás késleltetését a jelzés-tehelés függvényében. Ebbl ={, 3, 4} esetén méésekkel valdáltam az eedményeket. Továbbá szmulácóval becslést adtam az alább hálózat topológáka: =4-es teljes háló, =7 csomópontos 4-es gyvel endelkez stuktúa, majd egy ={3, 35} csomópontos ATM hálózatot s megvzsgáltam, amely egy tpkus xdsl topológát tatalmaz, kb. 5 DSLAM-mel lásd. 6. ába. Ez utóbbak magukba foglalják az összes smet alapvet topológát multplexeek a hozzáféés hálózatban, edundáns lnkek, genchálózat gys topológa, stb.. Továbbá ezekben a hálózatokban megtalálunk mnden útvonalhosszat -tl 8 kapcsológ, így össze L L s tudtam hasonlítan az tt becsült T hívás felépítés- és T R hívás elbontás késleltetést a koábban a kaszkádolt kapcsolóka elét eedményekkel ahol L, = = {,,8}. 4 9
3. tézs Kmutattam, hogy egy csomópontos kaszkádolt hálózat alkalmas egy - csomópontos >, = általános topológájú hálózat alább hívás-teljesítmény paaméteenek becslésée: T, T R, R. Elszö egy homogén hálózatot vzsgáltam meg, ahol mnden csomópont azonos típusú. L L Kmutattam, hogy a T és T R paaméteek mnmum étéke bámely L útvonalhossza azonosak úgy a kaszkádolt, mnt az általános topológa esetén. Az átlagétékek, lletve maxmum étékek esetében vszont a kaszkádolt topológáa enyhén magassabb étékeket éünk el, azaz -5%-kal növekednek az átlagétékek, lletve 5-%-kal a maxmáls étékek, amennyben a hálózat max max tehelés, ahol a maxmáls hálózat sznt hívás ékezés ntenztása úgy, hogy max nncs blokkolt hívás a hálózatban =, a csomópontok száma. Sznte egyételm, hogy a R az alábbak szent függ a hálózat topológától: max max max vagys max{, kaszkád, } max{, }. max A a maxmáls ékezés áta egy zolált kapcsoló esetében úgy, hogy nem blokkolnak a hívások a kapcsolóban =. Az átlagos útvonalhosszat az alábbak szent becsülhetjük: L R p, ahol p annak a valószínsége, hogy a hívás kapcsolón halad át. max 3. tézs Megmutattam, hogy a az alább analtkus fomulával közelíthet: max max max t ISP, 5 ISP t s L ps ahol, az ntenet szolgáltatás szeveek száma ISP = Intenet Sevce Povde, ISP m s s az átlagos jelzés-nfomácós ktöltés mutató bonyolult hívás-pofla s =, m m a különböz típusú bonyolult hívás-poflok száma, p s annak a valószínsége, hogy egy adott hívás bonyolult poflú. Másodszo, egy nhomogén hálózatot vzsgáltam meg ahol nem mnden csomópont azonos típusú. A gyakolatban elég sokszo találkozunk két vagy háom különböz típusú ATM kapcsolóval egy szolgáltató hálózatában. Ebben az esetben a 5-ös egyenlet az alább fomában általánosítható: R R max type max j ISP max max type max type.. P max[mn, mn ] P j R 6.... s t ISP D mn p max j ahol type az ISP szevee csatlakozó kapcsoló maxmáls hívás ékezés átája j={,,r}. s A továbbakban megvzsgáltam a T és T R paaméteek változását egy csomópontos hálózatban, amennyben az alapbeállítású SETUP üzenet helyett amely csak a kötelez nfomácós elemeket tatalmazza különböz bonyolultságú pofllal endelkez hívások ékeznek a hálózatba. A komplex híváspofl P az s paaméteel jellemezhet, ahol < s < lásd...4. altézs.
P default 3.3 tézs Kmutattam, hogy ha a T s T összefüggés fennáll egy kapcsolóa lásd...4 altézs, akko az átlagos hívás felépítés d a hálózatban így növekszk: P s default T T, 7 ps mközben az átlagos hívás elbontás késleltetés T R nem változk: P default TR TR. 8 A p S annak a valószínsége, hogy a hálózatba ékez hívások bonyolult pofllal endelkeznek. Ha az összes hívás a hálózatban bonyolult poflú, akko p S, ha vszont az összes hívás egysze poflú, akko p S s. Ezét a 3.3 tézs különös jelentséggel bí a hálózat dmenzonálásako, hszen megóv a kapcsolók jelzés túltehelésétl, s aláhúzza a T és T R dk elté alakulását. Jelöljük az ekvvalens kszolgálás átát egy csomópontban az alábbak szent: R elease felépítése, lletve a hívás elbontása, a kapcsolót pedg jelölje: ; R. eq setup eq a hívás R 3.4 tézs Kmutattam, hogy ha egy hálózat valamely kapcsolóját ;, =,..., helyettesítjük egy új kapcsolóval, melynek kszolgálás átájáa gaz az R R mn ; mn.... összefüggés, akko meghatáozhatóvá válk ezen csomópont jelzés-tehelése. Rende helyettesítve a hálózat összes kapcsolóját, meghatáozhatóvá válk a hálózat legjobban letehelt csomópontja ú.n. szk keesztmetszete. Amennyben nem lehetséges a gyakolatban egy hálózat összes pontját egyenként montozáln és elemezn, akko a fent leít módsze segít a jelzéstehelés meghatáozásában. Mndössze a leít módon helyettesíten kell a csomópontokat, majd a szmulácót úja meg úja lefuttatn alacsony ékezés ntenztás mellett. Az eedmények étékelésénél látn fogjuk, hogy azon hívások, melyek hívás felépítés deje T, mnd-mnd áthaladnak a vzsgált ponton. Ezen hívások számát elosztva az összhívások számával megkapjuk az adott csomópont hívás tehelés valószínségét. Majd nnen kfejezhetjük a csomópont hívás tehelését: p, =,...,, ahol p az a valószínség, hogy egy adott hívás az.-k csomóponton halad át. A hálózat szk keesztmetszeté -nek kválasztásában az alább összefüggés segít: A 3. tézs valdácója max max j,, j,...,. Vzsgálatank soán a hívás ékezés ntenztást Posson típusúnak választottuk, míg a foás-cél páost egyenletes eloszlásúnak tekntettük LA Emulácós kséletenkben, lletve központlag elhelyezett szeveeket feltételeztünk ISP szolgáltatók az ntenet hozzáfééses tesztjenkben lásd. 6. ába. Szmulácót futtattunk le az alább hálózat sznt hívás ntenztásoka:, 5, 33,,, 4, 5 hívás/sec. Mnden esetben hívást dolgoztunk fel. Eedményenket ={, 3, 4} kaszkádolt kapcsoló esetén méés eedményekkel valdáltuk az alább típusok esetén: FORE ASXBX és SEABRIDGE XP4. Inhomogén hálózata végzett szmulácónkat a [Mau] és a [ov99] ckkekben bemutatott méés eedményekkel hasonlítottuk össze. Végül eedményenket összehasonlítottuk a [Gel97] ckk szmulácós eedményevel s, és megmutattam, hogy az általunk készített modellel pontosabb eedmények éhetek el.
a b c 4% 6% % 3% 6% 3% 44% 6% 6% 4% % 5% a b c c 38% % 35% 7% 4% 5% 36% 6% 33% 6. ába Példa jelzés tehelés valószínség p meghatáozásáa egy 35 csomópontos hálózatban a LA Emulácó esetén; b Intenet hozzáféés ISP-vel; c Intenet hozzáféés ISP-n keesztül A 3. tézs jelentségét az adja meg, hogy a hálózat topológától függetlenül a hívás felépítés és elbontás dk mndg ksebbek, mnt az azonos úthosszú kaszkád esetében. A 3. tézsben bevezetett 5-ös és 6-os egyenletek alsó becslést eedményeznek, gazolásuk azáltal tötént, hogy nagyon sok és egymástól elté hálózat topológáa, lletve alkalmazása lefuttattuk a má jól bevált szmulácót. Fent egyenleteket nemcsak ATM, hanem IP hálózatokban s használhatjuk, például a PPP kapcsolatok felépítése és elbontása által okozott tehelés vzsgálatáa. A 3.3 tézsben úja kmutattam a T és T R dk között különbséget, ezúttal komplex hívások esetén egy csomópontos hálózatban. Végül a dsszetácóm [D-6]-os fejezete egy esettanulmányt s bemutat, ahol a fent 6. ábán bemutatott topológában megvzsgáltuk a szomszédos csomópontok tehelésének változását, amennyben egy lnk, lletve egy kapcsoló htelen meghbásodott, és ematt a fogalmat át kellett teeln jelzés üzenetek segítségével a szomszédos útvonalaka. Egy AAL-es kapcsoló hívás feldolgozó pocesszo-achtektúájának optmalzálása UMTS hálózatokban 4. tézs Készítettem egy új modellt AAL-es jelzés csomópontoka és ezen model teljesítmény-analízsét s elvégeztem FIFO, lletve potásos sook esetén. Az [AALI97]-ben defnált -es típusú ATM adaptácós éteget AAL-t választották átvtel technológájaként a szabványosítás ntézetek az UMTS hálózatok ádós hozzáféés észének föld összeköttetésée [Ene99]. Ahhoz, hogy az AAL-t egy olyan hálózata lehessen lleszten, ahol a bázsállomások között hívásátadás funkcó soft-handoff egy nagyon lényeges elem, ahhoz egy újabb kapcsolás éteget kellett az ATM éteg fölé beépíten. Az AAL-es jelzésendsze egy új potokoll, amely dnamkusan kezelend AAL-es kapcsolatok képítésée és elbontásáa szolgál [AALQ99]. Lehetvé tesz övd adatcsomagok továbbítását az ATM nfastuktúa fölött mnmáls késleltetés és gazdaságos sávszélesség khasználtság mellett [Bal97], [Won97]. Ebben a tézsben az AAL-es jelzéspontok bzonyos tevezés elemevel foglalkoztam, és új technkákat javasoltam az AAL-es kapcsolatfelépítés dk mnmalzálásáa. Itt kell megemlítenem, hogy az eedményem megíása és publkálása dpontjában az AAL-es kapcsolók még nem voltak a gyakolatban eltejedve lásd. [-7].