Relatore:Chiar.mo Prof. Ing. Saverio MASCOLO

Correlatore:Dott. Ing. Luca DECICCO

ANNO ACCADEMICO 2004/2005

POLITECNICO DI BARII Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni

Tesi di Laurea

MODELLO FLUIDO DELL’ “EXPLICIT CONTROL PROTOCOL” UTILIZZANDO SIMULINK/STATEFLOW

Laureando:Laureando:

Giuseppe BRUSCELLAGiuseppe BRUSCELLA

Obiettivi:Obiettivi:

Analisi del protocollo XCP (eXplicit Control Analisi del protocollo XCP (eXplicit Control Protocol)Protocol)

Modellazione dell’algoritmo di controllo XCP Modellazione dell’algoritmo di controllo XCP

Osservazione degli andamenti delle variabili Osservazione degli andamenti delle variabili del sistemadel sistema

Verifica di instabilità al crescere del ritardoVerifica di instabilità al crescere del ritardo

Cos’è XCP?Cos’è XCP? E’ un protocollo di controllo di congestione delle reti E’ un protocollo di controllo di congestione delle reti

internet ideato da Dina Katabi nel 2003 internet ideato da Dina Katabi nel 2003

Si basa su un meccanismo di retroazione Si basa su un meccanismo di retroazione

E’ window-based e best effortE’ window-based e best effort

La rete informa esplicitamente lo stato di congestione La rete informa esplicitamente lo stato di congestione al sender il quale modifica proporzionalmente la sua al sender il quale modifica proporzionalmente la sua congestion window (cwnd)congestion window (cwnd)

Ruolo importante assunto dal routerRuolo importante assunto dal router

La strutturaLa struttura Nuovo livello protocollare di 20 bytes tra IP header e TCP Nuovo livello protocollare di 20 bytes tra IP header e TCP

headerheader

Livello del protocollo successivo

Grandezza del pacchetto Versione XCP Formato

Round trip time

cwnd

RTT

Throughput desiderato dal sender

Valore del Delta_Th

ricevuto dal receiver

Congestion header

Separazione tra controllo di efficienza e controllo di fairnessSeparazione tra controllo di efficienza e controllo di fairness

Idea di base:

Utilizzazione elevata; Piccole code;Poche perdite;

Allocazione di banda imparziale

Come avviene la separazione dei Come avviene la separazione dei controlloricontrollori

Controllo di efficienza:Controllo di efficienza:utilizza una politica MIMD in utilizza una politica MIMD in cui si incrementa/decrementa il rate del traffico cui si incrementa/decrementa il rate del traffico proporzionalmente alla banda disponibileproporzionalmente alla banda disponibile

Controllo di fairness:Controllo di fairness:utilizza una politica AIMD in utilizza una politica AIMD in cui si incrementa linearmente e si decrementa in cui si incrementa linearmente e si decrementa in maniera drasticamaniera drastica

Funzionalità di XCPFunzionalità di XCP

Feedback

Round Trip Time

Congestion Window

Congestion Header

Feedback

Round Trip Time

Congestion Window

Feedback = + 0.1 packet

Funzionalità XCPFunzionalità XCP

Feedback = + 0.1 packet

Round Trip Time

Congestion Window

Feedback = - 0.3 packet

FunzionalitàFunzionalità

Congestion Window = Congestion Window + Feedback

I routers calcolano il feedback che verrà distribuito dal controllore di

fairness proporzionalmente al throughput dei vari flussi

I routers calcolano il feedback che verrà distribuito dal controllore di

fairness proporzionalmente al throughput dei vari flussi

XCP completa ECN (Explicit Congestion Notification)

Come avviene il calcolo del feedback Come avviene il calcolo del feedback da parte del router XCPda parte del router XCP

Controllore di EfficienzaControllore di Efficienza Controllore di Controllore di FairnessFairness

Obiettivo: Ripartire Φ su ogni pacchetto per raggiungere la fairnessOsserva lo stato del flusso tramite la Congestion Header Algoritmo:Se Φ > 0 Ripartire Φ in maniera omogenea sui flussiSe Φ < 0 Ripartire Φ proporzionalmente al throughput di ogni flusso

MIMD AIMD

Obiettivo: massimizzare l’utilizzo del link

Si basa solo su traffico aggregato

Algoritmo:L’allocazione del feedback dipende da ΦΦ ~ Banda Disponibile Φ ~ -Livello di Accodamento

ΦΦ = = d davgavg Spare - Spare - Queue Queue

Modellazione dell’algoritmo XCPModellazione dell’algoritmo XCP Per la modellazione è stato utilizzato il software Per la modellazione è stato utilizzato il software

Matlab con gli applicativi Simulik e StateflowMatlab con gli applicativi Simulik e Stateflow

Modelli realizzati:Modelli realizzati:

Singola Singola connessionconnessionee

Doppia Doppia connessionconnessionee

Tripla Tripla connessionconnessionee

Schema a singola connessioneSchema a singola connessione

0

0,min

tqB

tqBtutd

Schema a singola connessioneSchema a singola connessione

tdtuCtqtdtu

tdtuCtqCtqto

0

Doppia e Tripla connessioneDoppia e Tripla connessione

Simulazioni singola connessione(1)Simulazioni singola connessione(1) Banda data costanteBanda data costante

Rtt=200ms Rtt=500ms

Con RTT=500ms si hanno perdite di circa 5400 pacchetti Con RTT=500ms si hanno perdite di circa 5400 pacchetti Andamento a regime dopo più di 60sAndamento a regime dopo più di 60s

Simulzioni singola connessione(2)Simulzioni singola connessione(2) Banda data variabileBanda data variabile

Rtt=200ms

Rtt=500ms

Perdite totali di circa 7400 Perdite totali di circa 7400 pacchettipacchetti

Simulazioni doppia connessioneSimulazioni doppia connessione Banda costanteBanda costante Banda variabileBanda variabile

RTT1=200ms

RTT2=100ms

RTT1=400ms

RTT2=200ms

Perdita di 3300 pacchetti

RTT1=200ms

RTT2=100ms

RTT1=600ms

RTT2=300ms

Oscillazioni più accentuate

Simulazioni tripla connessioneSimulazioni tripla connessione Banda costanteBanda costante Banda variabileBanda variabile

RTT3=300ms

RTT2=200ms

RTT1=100ms

RTT3=600ms

RTT2=400ms

RTT1=200ms

Perdita di 260 pacchetti

RTT3=300ms

RTT2=200ms

RTT1=100ms

RTT3=600ms

RTT2=400ms

RTT1=200ms

Oscillazioni molto accentuate

ConclusioniConclusioni

Sono state effettuate diverse Sono state effettuate diverse simulazioni variando banda e ritardi simulazioni variando banda e ritardi di propagazionedi propagazione

All’aumentare del ritardo crescono le All’aumentare del ritardo crescono le instabilità del sistema instabilità del sistema

Aumentando il numero di flussi il Aumentando il numero di flussi il sistema va a regime più lentamentesistema va a regime più lentamente

L’ instabilità porta a perdite di L’ instabilità porta a perdite di pacchetti più accentuatepacchetti più accentuate