Quality-of-Service in rekonfigurierbaren, teilweise drahtlosen Rechensystemen: Definition und Bewertung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Katinka Wolter
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5408696

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Inhalt des Forschungsvorhabens war das Dienstgütemanagement in drahtlosen Rechnernetzen unter Verwendung des Standards IEEE 802.11e. In Simulationsstudien mit dem Netzwerksimulator ns-2 wurde das Potential durch eine geeignetere Parameterwahl des zentralisierten Modus studiert. Die Erkenntnis, daß man in der Protokollentwicklung keinen Einfluss mehr ausüben kann führte zu dem Schluß, daß auf der Anwendungsebene ein geschicktes Management der zur Verfügung stehenden Prioritätsklassen die meiste Aussicht bietet Dienstgüte im Netz zu optimieren. Es wurde ein Management-Framework entwickelt, das aus der Beobachtung der aktuellen Netzauslastung und der gebotenen Dienstgüte besteht (dem Monitoring) und aus einem Modell, das zur Manipulation der Prioritätsklassen herangezogen wird und eingesetzt werden soll, um einerseits die u Dienstgüte, die ein drahtloses Netz bieten kann zu optimieren und um andererseits Kunden, oder Anwendungen, mit hoher Priorität auch die nötige und zugesagte Dienstgüte bieten zu können. Die Monitoring-Komponente des Frameworks wurde unter Verwendung von frei verfügbarer Software auf Routern, die den IEEE 802.11g Standard mit WMM (wireless multimedia) verwenden im Labor umgesetzt und getestet. Prioritätsklassen können auch manuell manipuliert werden, eine Schließung des automatischen Steuerungskreislaufs steht noch aus. Der positive Effekt der Prioritätenmanipulation konnte sowohl mit Simulationsstudien als auch mit einem Petri-Netz-Modell nachgewiesen werden. Allerdings lassen sich auch mit diesem Ansatz inhärente Probleme drahtloser Netze nicht lösen: bei schlechten Bedingungen der Umgebung ist die Dienstgüte beeinträchtigt. Zusätzlich gibt es Einflußfaktoren, wie die Anzahl vorhandener Stationen in jeder Prioritätsklasse, die in bestimmten Konstellationen einen negativen Effekt auf die gebotene Dienstgüte haben können. Insbesondere reduziert die Anwesenheit vieler Verkehrsströme in der höchsten Prioritätsklasse die durch diese Priorität erhoffte Dienstgüte, da es zu vielen Kollisionen und hohem Paketverlust kommen kann. Eine große Anzahl gleich priorisierter Ströme kann in einer niedrigen Prioritätsklasse zu einer besseren Dienstgüte gelangen, als in der höchsten Prioritätsklasse. Das Prioritätsmanagement versagt allerdings bei extrem schlechten äußeren Bedingungen, die zu hoher Paketverlustrate führen. Dies sind die Situationen, in denen das Restart-Verfahren eingesetzt werden sollte.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A Measurement Study of the Interplay between Application Level Restart and Transport Protocol. In Proc. International Service Availability Symposium (ISAS), LNCS 3335, Munich, Germany, May, 2004. Springer
  P. Reinecke, A. van Moorsel, and K. Wolter
  
• Analysis of the QBSS Load Element Parameters of 802.11e for a priori Estimation of Service Quality. In Proc. UK Performance Engineering Workshop (UKPEW 2005), Newcastle, UK, July, 2005. Selected for a special issue of Simulation: Systems, Science & Technology
  B. Simsek, K. Wolter, and H. Coskun
  
• Self-Star Properties in Complex Information Systems, volume 3460 of Lecture Notes in Computer Science, chapter Self-Management of Systems through Automatic Restart, pp. 189–203. Springer, 2005
  K. Wolter
  
• Analysis of the QBSS Load Element of IEEE 802.11e for a priori Estimation of Service Quality. Simulation: Systems, Science & Technology, 7(1):42– 56, January, 2006
  B. Simsek, K. Wolter, and H. Coskun
  
• Experimental Analysis of the Correlation of HTTP GET Invocations. In M. Telek and A. Horvath, editors, Proc. 3rd European Performance Engineering Workshop, volume 4054 of LNCS. Springer, 2006
  P. Reinecke, A. P. A. van Moorsel, and K. Wolter
  
• Improving the Performance of IEEE 802.11e with an Advanced Scheduling Heuristic. In A. Horvath and M. Telek, editors, Proc. 3rd European Performance Engineering Workshop, LNCS 4054, pp. 181–195, Budapest, Hungary, June, 2006. Springer
  B. Simsek and K. Wolter
  
• Increasing Performance of the 802.11e Protocol through Adaptive Shifting of Priorities. In Proc. 14th GI/ITG Conference on Measuring, Modelling and Evaluation of Computer and Communication Systems (MMB 08), pp. 195–204, Dortmund, Germany, March, 2008
  J. Zapotoczky and K. Wolter
  
• Performance Analysis of Dynamic Priority Shifting. In N. Thomas and C. Juiz, editors, Proc. 5th European Performance Engineering Workshop (EPEW), LNCS 5261, pp. 181–196, Palma, Mallorca, Spain, September, 2008. Springer
  P. Reinecke, K. Wolter, and J. Zapotoczky
  
• On-line Monitoring for Model-based QoS Management in IEEE 802.11 Wireless Networks. In Proc. 17th Annual Meeting of the IEEE/ACM International Symposium on Modelling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS ’09), Imperial College London, UK, September 21-23, 2009. IEEE
  J. Semmler, K. Wolter, and P. Reinecke