Statistische Leistungsschranken für Computernetzwerke und Kommunikationssysteme
Final Report Abstract
Die Weiterentwicklung des Internets wird entscheidend durch das Verständnis aktueller und zukünftiger Technologien geprägt. Während wichtige Einsichten lange Zeit durch die klassische Warteschlangentheorie erzielt wurden, ist seit einigen Jahren bekannt, dass die von dieser Theorie verwendeten Poisson-Prozesse kein genaues Modell des Internetdatenverkehrs liefern. Zur Behebung dieses Missstands wurden verschiedene Ansätze, wie die Theorie der effektiven Bandbreiten und das deterministische Netzwerkkalkül, verfolgt. Diese Verfahren weisen individuelle Stärken in der Modellierung statistischer Multiplexgewinne bzw. in der Analyse von Netzwerken auf, können jedoch nicht beides miteinander kombinieren. Ziel dieses Projekts war es, zur Entwicklung eines stochastischen Netzwerkkalküls, welches eine wirksame Nutzung des statistischen Multplexgewinns unabhängiger Datenströme in einem Rahmenwerk zur effzienten Ende-zu-Ende-Analyse von Netzwerken erreicht, beizutragen. Es galt, die Basis für eine umfassende, leistungsfähige und modulare Theorie zu schaffen, die grundlegende Anwendungen in der Leistungsbewertung von drahtgebundenen und drahtlosen Paketnetzwerken ermöglicht. Wesentliche Beiträge dieses Projekts sind Lösungen zur Berechnung von Ende-zu-Ende Leistungsschranken, die auf dem Konzept von stochastischen Netzwerkdienstkurven beruhen. So konnte für Verkehr mit exponentiell abklingender Burst-haftigkeit in geschlossener Form gezeigt werden, dass Leistungsschranken für Netzwerke aus n statistisch unabhängigen Systemen in Reihe linear mit n also in O (n) wachsen. Kann statistische Unabhängigkeit nicht angenommen werden, gilt das aus verwandten Arbeiten bekannte Resultat O (n log n). Für typischen Internetdatenverkehr, der selbstähnlich und langfristig korreliert ist mit Hurst Parameter H > 0:5, wurde dagegen ein Wachstum in O (n(log n)^1/(2 2H)) gezeigt. Weitere besondere Herausforderungen entstehen in drahtlosen Netzen aufgrund der zeitlich variablen, zufälligen Übertragungskapazität. Wesentliche Einflussfaktoren sind Rauschen, Fading und Interferenz, aber auch zufallsgesteuerter Medienzugriff. Im Projekt wurden Dienstkurven für drahtlose Fading Kanäle, MIMO Systeme und die Medienzugriffskontrolle in Wi-Netzen hergeleitet. Ausgewählte analytische Resultate wurden in Simulationen und Messungen realer Systeme veriziert.
Publications
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