UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
               FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
               DEPARTAME...
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP




         Alberti, Antônio Marcos
A...
Em momentos de dificuldade, somente a imaginação é mais importante do que o conhecimento.
                                ...
Agradecimentos
       Aos meus pais, Luiz e Leda, pelo apoio, otimismo, carinho e dedicação.
       À minha esposa, Luzine...
Resumo
       Este trabalho propõe o desenvolvimento de um conjunto de modelos de simulação capaz de
avaliar com precisão,...
Índice

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO ...............................................................................................
CAPÍTULO 3 AMBIENTE DE SIMULAÇÃO.............................................................................................
4.6.5 - Camadas de Adaptação ATM.............................................................................................
4.7.4.1.1 – Amostragens Estatísticas ........................................................................................
5.5.1 - Escolha da Categoria de Serviço .....................................................................................
CAPACIDADE DE 500 CÉLULAS (B=1)..............................................................................................
7.1 - SUMÁRIO DAS ATIVIDADES E CONCLUSÕES ...................................................................................
Índice de Figuras
FIGURA 2.1 – ESQUEMA DE ARMAZENAMENTO E EXECUÇÃO DE EVENTOS. ..............................................
FIGURA 4.16 – PADRÃO DE TRÁFEGO GERADO PELA CAMADA FONTE DE TRÁFEGO POISSONIANO PARA DUAS
                  SITUAÇÕES: A) ...
FIGURA 4.37 – ALGORITMO IMPLEMENTADO PARA O POLICIADOR C (VBR.2). ...........................................................
FIGURA 5.14 – OCUPAÇÃO DO BUFFER VIRTUAL DURANTE AS ÚLTIMAS 3 ITERAÇÕES DO ALGORITMO DE ESTIMAÇÃO
                   DO PC...
FIGURA 6.17 – TOPOLOGIA DA UTILIZADA PARA AVALIAR A QOS DE SVCS ATM..........................................................
FIGURA 6.36 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES
            (U)(2)(1)(Z)............
FIGURA 6.52 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES
                 (U)(2)(1)(Z).........
FIGURA A.2 – FLUXOGRAMAS DE FUNCIONAMENTO DO KERNEL..........................................................................
Índice de Tabelas
TABELA 2.1 – CARACTERÍSTICAS DE ALGUMAS FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO DE REDES ATM. ............................
Capítulo 1

                                                                              Introdução

1.1 - Motivação

1.1...
Na década de 1990, o ATM passou por diversos desenvolvimentos, guiados pelo ITU-T [5] e
ATM Fórum [6], que culminaram na i...
1.1.2 - Funções de Gerenciamento de Tráfego ATM

       Formalmente, a especificação TM 4.0 do ATM Forum define as seguint...
selecionar a ordem apropriada de serviço das células, a fim de garantir os objetivos de QoS
          negociados.

       ...
1.1.3 - Complexidade e Interdependência entre Funções

       Segundo Giroux et. al [9], a complexidade das funções de ger...
falta de recursos nas estruturas de filas ou ao atraso excessivo sofrido por essas células na
           rede.

          ...
1.2 - Objetivos do Trabalho

       Este trabalho propõe o desenvolvimento de um conjunto de modelos de simulação capaz de...
obtidas durante o desenvolvimento do trabalho. Também serão apresentadas algumas sugestões para
trabalhos futuros.

1.4 - ...
[9]    GIROUX, N., GANTI, S., “Quality of Service in ATM Networks: State-of-Art Traffic
       Management”, Prentice Hall,...
Página deixada em branco intencionalmente.




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Desenvolvimento de Modelos de Simulação para a Análise de Qualidade de Serviço em Redes ATM
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Desenvolvimento de Modelos de Simulação para a Análise de Qualidade de Serviço em Redes ATM

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Este trabalho propõe o desenvolvimento de um conjunto de modelos de simulação capaz de avaliar com precisão, eficiência e robustez a qualidade de serviço fim-a-fim oferecida para conexões ATM diante de diferentes cenários de tráfego, de congestionamento e de recursos na rede. Para tanto, o conjunto de modelos desenvolvido deve englobar não apenas as funções de gerenciamento de tráfego ATM e sua complexa interdependência, mas também todas as demais funcionalidades das redes ATM, tais como: o processamento, a comutação e o transporte de células ATM; a negociação do contrato de tráfego; o roteamento e o gerenciamento de conexões virtuais chaveadas. Os resultados obtidos demonstraram que o conjunto de modelos desenvolvido permite avaliar adequadamente a qualidade de serviço fim-a-fim oferecida para conexões ATM diante de diversas situações de tráfego, de congestionamento e de recursos na rede.

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Desenvolvimento de Modelos de Simulação para a Análise de Qualidade de Serviço em Redes ATM

  1. 1. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO DEPARTAMENTO DE COMUNICAÇÕES Desenvolvimento de Modelos de Simulação para a Análise de Qualidade de Serviço em Redes ATM TESE SUBMETIDA À FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS, DEPARTAMENTO DE COMUNICAÇÕES, COMO PARTE DOS PRÉ-REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE DOUTOR EM ENGENHARIA ELÉTRICA. POR ANTÔNIO MARCOS ALBERTI Engenheiro Eletricista pela UFSM em 1996. Mestre em Engenharia Elétrica pela UNICAMP em 1998. ORIENTADOR PROF. DR. LEONARDO DE SOUZA MENDES – DECOM/FEEC/UNICAMP BANCA EXAMINADORA PROF. DR. ANILTON SALLES GARCIA – PPGEE/UFES PROF. DR. DALTON SOARES ARANTES – DECOM/FEEC/UNICAMP PROF. DR. JÔNATAS MANZOLLI – NICS/UNICAMP PROF. DR. MAURÍCIO FERREIRA MAGALHÃES – DCA/FEEC/UNICAMP PROF. DR. NELSON LUIS SALDANHA DA FONSECA – IC/UNICAMP Campinas, 24 de Abril de 2003. Caixa Postal 6101, CEP 13081-970 – Campinas – SP. Telefone: (0xx19) 3788 3703. Fax: (0xx19) 3788 1395.
  2. 2. FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP Alberti, Antônio Marcos AL17d Desenvolvimento de modelos de simulação para a análise de qualidade se serviço em redes ATM / Antônio Marcos Alberti. --Campinas, SP: [s.n.], 2003. Orientador: Leonardo de Souza Mendes. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação. 1. Simulação (Computadores digitais). 2. Telecomunicações. 3. Sistemas de comunicação em banda larga. 4. Modo de transferência assíncrono. I. Mendes, Leonardo de Souza. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação. III. Título. ii
  3. 3. Em momentos de dificuldade, somente a imaginação é mais importante do que o conhecimento. Albert Einstein iii
  4. 4. Agradecimentos Aos meus pais, Luiz e Leda, pelo apoio, otimismo, carinho e dedicação. À minha esposa, Luzinete, pela compreensão e incentivo. Aos meus irmãos Fernando e Ricardo, pela amizade, compreensão e inspiração. Ao meu orientador, Leonardo de Souza Mendes, pela confiança e amizade. A todos os amigos do LaRCom, DECOM, DT, DMO, DCA, Optiwave, UEL, CT e Incamp, pelos bons momentos de convivência e amizade. A todos que de alguma forma contribuíram com a realização deste trabalho e que me ajudaram a crescer como ser humano. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, FAPESP, pelo suporte financeiro que permitiu a realização deste trabalho. iv
  5. 5. Resumo Este trabalho propõe o desenvolvimento de um conjunto de modelos de simulação capaz de avaliar com precisão, eficiência e robustez a qualidade de serviço fim-a-fim oferecida para conexões ATM diante de diferentes cenários de tráfego, de congestionamento e de recursos na rede. Para tanto, o conjunto de modelos desenvolvido deve englobar não apenas as funções de gerenciamento de tráfego ATM e sua complexa interdependência, mas também todas as demais funcionalidades das redes ATM, tais como: o processamento, a comutação e o transporte de células ATM; a negociação do contrato de tráfego; o roteamento e o gerenciamento de conexões virtuais chaveadas. Os resultados obtidos demonstraram que o conjunto de modelos desenvolvido permite avaliar adequadamente a qualidade de serviço fim-a-fim oferecida para conexões ATM diante de diversas situações de tráfego, de congestionamento e de recursos na rede. Abstract This work proposes the development of simulation models capable to evaluate with precision, efficiency and robustness the quality of service offered to ATM connections subject to different traffic, congestion and resource scenarios. Therefore, the models developed enclose not only the ATM traffic management functions and their complex interdependence, but also all the other ATM network functionalities, such as the ATM cell processing, switching and transport; the traffic contract negotiation; the routing and management of switched virtual connections. The obtained results had shown that the developed models allow evaluating adequately the end-to-end quality of service for ATM connections subject to several traffic, congestion and resource situations. v
  6. 6. Índice CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................1 1.1 - MOTIVAÇÃO ..........................................................................................................................................................1 1.1.1 - ATM: Qualidade de Serviço Fim-a-Fim......................................................................................................1 1.1.2 - Funções de Gerenciamento de Tráfego ATM..............................................................................................3 1.1.3 - Complexidade e Interdependência entre Funções........................................................................................5 1.2 - OBJETIVOS DO TRABALHO................................................................................................................................7 1.3 - ORGANIZAÇÃO DA TESE....................................................................................................................................7 1.4 - PRINCIPAIS CONTRIBUIÇÕES............................................................................................................................8 1.5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................................................................8 CAPÍTULO 2 SIMULAÇÃO DE REDES ATM..........................................................................................................11 2.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................................11 2.2 - SIMULAÇÃO DE SISTEMAS DE COMUNICAÇÕES .......................................................................................11 2.2.1 - Classificação das Ferramentas ...................................................................................................................12 2.2.2 - Principais Características...........................................................................................................................13 2.2.2.1 - Modelamento ...................................................................................................................................................... 13 2.2.2.2 - Gerência de Simulação........................................................................................................................................ 13 2.2.2.3 - Técnicas de Simulação ........................................................................................................................................ 13 2.2.2.3.1 - Simulação Orientada pelo Tempo (Time-Driven Simulation)...................................................................... 14 2.2.2.3.2 - Simulação Orientada por Dados (Data-Driven Simulation) ......................................................................... 14 2.2.2.3.3 - Simulação Orientada por Eventos (Event-Driven Simulation) ..................................................................... 14 2.2.2.4 - Biblioteca de Modelos......................................................................................................................................... 16 2.3 - SIMULAÇÃO DE REDES ATM ...........................................................................................................................16 2.3.1 - Desafios de Desenvolvimento ...................................................................................................................17 2.3.2 - Características Desejáveis .........................................................................................................................18 2.3.3 - Técnicas de Simulação ..............................................................................................................................19 2.3.4 - Estratégias de Modelamento......................................................................................................................20 2.3.4.1 - Modelamento no Nível de Células ...................................................................................................................... 21 2.3.4.2 - Modelamento no Nível de Chamadas.................................................................................................................. 23 2.3.4.3 - Modelamento Fluído ........................................................................................................................................... 23 2.3.4.4 - Modelamento Utilizando Técnicas de Amostragem por Importância ................................................................. 24 2.3.5 - Simulação Paralela ou Distribuída.............................................................................................................26 2.3.6 - Ferramentas de Simulação de Redes ATM................................................................................................27 2.3.6.1 - Comparação entre as Ferramentas....................................................................................................................... 29 2.4 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................................................................30 vi
  7. 7. CAPÍTULO 3 AMBIENTE DE SIMULAÇÃO............................................................................................................35 3.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................................35 3.2 - ESTRUTURA.........................................................................................................................................................36 3.2.1 - Programa Executável .................................................................................................................................37 3.2.2 - Biblioteca de Modelos ...............................................................................................................................38 3.3 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................................................................40 CAPÍTULO 4 CONJUNTO DE MODELOS NO NÍVEL DE CÉLULAS (CMNC).................................................43 4.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................................43 4.2 - ESTRUTURA.........................................................................................................................................................44 4.3 - MENSAGENS ........................................................................................................................................................46 4.3.1 - Pacote ........................................................................................................................................................47 4.3.2 - Célula ATM...............................................................................................................................................49 4.3.3 - Contrato de Tráfego...................................................................................................................................50 4.3.4 - Ficha ..........................................................................................................................................................51 4.3.5 - Mensagem de Gerenciamento de Tráfego .................................................................................................52 4.3.6 - Mensagem de Roteamento.........................................................................................................................53 4.4 - ESTRUTURAS DE DADOS AUXILIARES.........................................................................................................54 4.4.1 - Variável Estatística Simples ......................................................................................................................54 4.4.2 - Variável Estatística Média.........................................................................................................................54 4.4.3 - Arquivo......................................................................................................................................................55 4.5 - OBJETOS AUXILIARES ......................................................................................................................................55 4.5.1 - Gerente de Entrada e Saída........................................................................................................................55 4.5.1.1 - Gerenciamento de Arquivos................................................................................................................................ 56 4.5.1.2 - Gerenciamento de Amostragens Estatísticas ....................................................................................................... 57 4.5.2 - Gerente de Alocação Dinâmica .................................................................................................................59 4.6 - CAMADAS ............................................................................................................................................................59 4.6.1 - Camadas Requerentes e Removedoras de Conexões.................................................................................60 4.6.1.1 - Amostragens Estatísticas..................................................................................................................................... 62 4.6.2 - Camadas Finalizadoras de Conexões.........................................................................................................62 4.6.2.1 - Amostragens Estatísticas..................................................................................................................................... 62 4.6.3 - Camadas Fontes de Tráfego.......................................................................................................................62 4.6.3.1 - Amostragens Estatísticas..................................................................................................................................... 63 4.6.3.2 - Camada Fonte de Tráfego Determinístico........................................................................................................... 63 4.6.3.3 - Camada Fonte de Tráfego Poissoniano ............................................................................................................... 64 4.6.3.4 - Camada Fonte de Tráfego Externo...................................................................................................................... 64 4.6.4 - Camadas Receptoras de Tráfego ...............................................................................................................65 4.6.4.1 - Amostragens Estatísticas..................................................................................................................................... 65 vii
  8. 8. 4.6.5 - Camadas de Adaptação ATM....................................................................................................................65 4.6.5.1 - Camada de Adaptação ATM Tipo 5.................................................................................................................... 65 4.6.5.1.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 65 4.6.6 - Camadas ATM...........................................................................................................................................66 4.6.6.1 - Camada ATM do BTE ........................................................................................................................................ 66 4.6.6.1.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 66 4.6.6.2 - Camada ATM do Comutador.............................................................................................................................. 66 4.6.6.2.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 69 4.6.7 - Camadas Físicas ........................................................................................................................................69 4.6.7.1 - Camada Física de Entrada ................................................................................................................................... 70 4.6.7.1.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 71 4.6.7.2 - Camada Física de Saída....................................................................................................................................... 71 4.6.7.2.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 73 4.7 - GERENCIADORES DE TRÁFEGO......................................................................................................................73 4.7.1 - Estruturas de Filas (Queueing Structures) .................................................................................................74 4.7.1.1 - Estrutura de Filas Default.................................................................................................................................... 74 4.7.1.1.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 75 4.7.1.2 - Estrutura de Filas com Fila por Conexão ............................................................................................................ 75 4.7.1.2.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 76 4.7.2 - Escalonadores (Schedulers) .......................................................................................................................76 4.7.2.1 - Escalonador Default ............................................................................................................................................ 78 4.7.2.1.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 78 4.7.2.2 - Escalonador de Pacotes com Compartilhamento de Processador Generalizado.................................................. 78 4.7.2.2.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 79 4.7.2.3 - Escalonador Regulador de Tráfego Virtual Scheduling ...................................................................................... 80 4.7.2.3.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 84 4.7.2.4 - Escalonador WF2Q ............................................................................................................................................. 85 ALGORITMO DE ARMAZENAMENTO DE CÉLULAS ATM .............................................................................................................................. 87 ALGORITMO DE SERVIÇO DE CÉLULAS ATM ................................................................................................................................................. 89 4.7.2.4.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 91 4.7.2.5 - Escalonador LFVC.............................................................................................................................................. 92 4.7.2.5.1 - Amostragens Estatísticas.................................................................................................................................. 97 4.7.3 - Algoritmos de Controle de Admissão de Conexões ..................................................................................98 4.7.3.1 - Algoritmo de Controle de Admissão de Conexões Default................................................................................. 98 4.7.3.1.1 - Amostragens Estatísticas .............................................................................................................................. 99 4.7.3.2 - Algoritmo de Controle de Admissão de Conexões Elwalid Mitra....................................................................... 99 4.7.3.2.1 - Amostragens Estatísticas ............................................................................................................................ 103 4.7.4 - Algoritmos de Gerenciamento de Estrutura de Filas ...............................................................................104 4.7.4.1 - Algoritmo de Gerenciamento de Estrutura de Filas Default.............................................................................. 105 viii
  9. 9. 4.7.4.1.1 – Amostragens Estatísticas ........................................................................................................................... 105 4.7.4.2 - Algoritmo de Gerenciamento de Estrutura de Filas com Particionamento Dinâmico ....................................... 105 4.7.4.2.1 - Amostragens Estatísticas ............................................................................................................................ 107 4.7.5 - Algoritmos de Descarte Seletivo de Células............................................................................................107 4.7.5.1 - Algoritmo de Descarte Seletivo de Células Default .......................................................................................... 108 4.7.5.1.1 - Amostragens Estatísticas ............................................................................................................................ 108 4.7.5.2 - Algoritmo de Descarte Seletivo de Células Baseado no CLP ........................................................................... 108 4.7.5.2.1 - Amostragens Estatísticas ............................................................................................................................ 109 4.7.5.3 - Algoritmo de Descarte Seletivo de Células Baseado no CLR ........................................................................... 109 4.7.5.3.1 - Amostragens Estatísticas ............................................................................................................................ 109 4.7.6 - Algoritmos de Policiamento de Tráfego ..................................................................................................109 4.7.6.1 - Policiador Leaky Bucket ................................................................................................................................... 110 4.7.6.1.1 - Amostragens Estatísticas ............................................................................................................................ 115 4.8 - BLOCOS...............................................................................................................................................................115 4.8.1 - Aplicativos...............................................................................................................................................116 4.8.1.1 - Aplicativo Determinístico ................................................................................................................................. 116 4.8.1.2 - Aplicativo Poissoniano...................................................................................................................................... 116 4.8.1.3 - Aplicativo Externo ............................................................................................................................................ 117 4.8.1.4 - Aplicativo Receptor .......................................................................................................................................... 117 4.8.2 - Equipamentos ..........................................................................................................................................117 4.8.2.1 - Terminal Faixa Larga ........................................................................................................................................ 118 4.8.2.2 - Comutador......................................................................................................................................................... 118 4.8.3 - Gerente ....................................................................................................................................................119 4.8.3.1 - Gerente.............................................................................................................................................................. 119 4.9 - FUNCIONAMENTO............................................................................................................................................120 4.10 - ALOCAÇÃO DINÂMICA DE MODELOS INTERNOS..................................................................................124 4.11 - NOMENCLATURA DOS MODELOS..............................................................................................................126 4.12 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................................127 CAPÍTULO 5 ESPECIFICAÇÃO DE SIMULAÇÕES ............................................................................................129 5.1 - INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................................129 5.2 - IDENTIFICAÇÃO DE CENÁRIOS ....................................................................................................................129 5.2.1 - MPEG sobre ATM...................................................................................................................................129 5.2.2 - Internet sobre ATM .................................................................................................................................131 5.2.3 - Multimídia em Tempo Real sobre ATM .................................................................................................132 5.3 - OBTENÇÃO DE SEQÜÊNCIAS DE TRÁFEGO ...............................................................................................133 5.4 - ADAPTAÇÃO DE SEQÜÊNCIAS DE TRÁFEGO ............................................................................................133 5.4.1 - Adaptação de Seqüências de Tamanho de Frame MPEG para Seqüências de Fluxo de Transporte MPEG134 5.5 - CONFIGURAÇÃO DE CONTRATOS DE TRÁFEGO ......................................................................................140 ix
  10. 10. 5.5.1 - Escolha da Categoria de Serviço .............................................................................................................143 5.5.2 - Definição dos Parâmetros de QoS ...........................................................................................................143 5.5.3 - Definição dos Descritores de Tráfego .....................................................................................................143 5.5.3.1 - Estimação de Descritores para Tráfego VBR: Técnica do Buffer Virtual......................................................... 144 5.5.3.1.1 - Implementação do VB................................................................................................................................ 146 5.5.3.1.2 - Estimativa de um Par (PCR, CDVT) .......................................................................................................... 147 5.5.3.1.3 - Estimativa de um Conjunto de Pares (SCR, MBS)..................................................................................... 149 5.5.3.1.4 - Resultados .................................................................................................................................................. 151 5.5.4 - Escolha da Definição de Conformidade ..................................................................................................156 5.6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................................................156 CAPÍTULO 6 SIMULAÇÕES.....................................................................................................................................159 6.1 - INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................................159 6.2 - SIMULAÇÃO 1: VALIDAÇÃO DO ESCALONADOR WF2Q.........................................................................159 6.2.1 - Configuração da Rede no Simulador .......................................................................................................159 6.2.2 - Definição das Simulações........................................................................................................................160 6.2.3 - Configuração dos Modelos ......................................................................................................................161 6.2.4 - Resultados................................................................................................................................................163 6.2.5 - Validação do Modelo WF2Q_Scheduler .................................................................................................163 6.2.6 - Amostragem por Eventos ........................................................................................................................165 6.2.7 - Amostragem por Tempo ..........................................................................................................................177 6.3 - SIMULAÇÃO 2: ANÁLISE DA QOS EM SVCS ATM .....................................................................................182 6.3.1 - Configuração da Rede no Simulador .......................................................................................................183 6.3.2 - Definição das Simulações........................................................................................................................184 6.3.3 - Configuração dos Modelos ......................................................................................................................184 6.3.4 - Resultados................................................................................................................................................185 6.4 - SIMULAÇÃO 3: CENÁRIO NVOD MPEG-4 SOBRE ATM.............................................................................188 6.4.1 - Configuração do Cenário no Simulador ..................................................................................................188 6.4.2 - Definição das Simulações........................................................................................................................191 6.4.3 - Configuração dos Modelos ......................................................................................................................193 6.4.3.1 - Aplicativos ........................................................................................................................................................ 193 6.4.3.2 - Terminais Faixa Larga ...................................................................................................................................... 194 6.4.3.3 - Chaveador ......................................................................................................................................................... 195 6.4.4 - Resultados................................................................................................................................................195 6.4.4.1 - Ocupação Média por Conexão .......................................................................................................................... 197 CAPACIDADE DE 1000 CÉLULAS (B=0)............................................................................................................................................................ 198 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................198 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................199 x
  11. 11. CAPACIDADE DE 500 CÉLULAS (B=1).............................................................................................................................................................. 202 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................202 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................204 CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS (B=2).............................................................................................................................................................. 206 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................206 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................208 CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS (B=3)................................................................................................................................................................ 210 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................210 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................212 6.4.4.2 - Atraso Médio por Conexão ............................................................................................................................... 214 CAPACIDADE DE 1000 CÉLULAS (B=0)............................................................................................................................................................ 215 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................215 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................217 CAPACIDADE DE 500 CÉLULAS (B=1).............................................................................................................................................................. 219 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................219 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................221 CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS (B=2).............................................................................................................................................................. 223 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................223 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................225 CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS (B=3)................................................................................................................................................................ 227 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................227 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................229 6.4.4.3 - CLR Médio por Conexão .................................................................................................................................. 231 CAPACIDADE DE 1000 CÉLULAS (B=0)............................................................................................................................................................ 233 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................233 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................235 CAPACIDADE DE 500 CÉLULAS (B=1).............................................................................................................................................................. 237 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................237 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................239 CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS (B=2).............................................................................................................................................................. 241 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................241 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................243 CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS (B=3)................................................................................................................................................................ 245 Modelo de CAC, BM e SD Default (V=0) ..............................................................................................................................245 Modelo de CAC Elwalid, de BM com Particionamento Dinâmico e de SD baseado no CLR (V=1) .....................................247 6.5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................................................249 CAPÍTULO 7 CONCLUSÃO ......................................................................................................................................251 xi
  12. 12. 7.1 - SUMÁRIO DAS ATIVIDADES E CONCLUSÕES ...........................................................................................251 7.2 - PRINCIPAIS CONTRIBUIÇÕES........................................................................................................................258 7.3 - SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS......................................................................................................260 7.4 - PUBLICAÇÕES ...................................................................................................................................................260 7.5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................................................262 APÊNDICE A DESCRIÇÃO DETALHADA DO AMBIENTE DE SIMULAÇÃO ...............................................263 A.1 - PROGRAMA EXECUTÁVEL............................................................................................................................263 A.1.1 - Kernel .....................................................................................................................................................263 A.1.2 - Conexões ................................................................................................................................................275 A.1.3 - Parâmetros ..............................................................................................................................................277 A.1.4 - Tabela de Dados .....................................................................................................................................278 A.1.5 - Eventos ...................................................................................................................................................278 A.1.6 - Mensagens ..............................................................................................................................................279 A.2 - BIBLIOTECA DE MODELOS ...........................................................................................................................280 A.2.1 - Blocos .....................................................................................................................................................280 A.2.2 - Camadas..................................................................................................................................................287 A.2.3 - Gerenciadores de Tráfego.......................................................................................................................290 A.3 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................................................291 xii
  13. 13. Índice de Figuras FIGURA 2.1 – ESQUEMA DE ARMAZENAMENTO E EXECUÇÃO DE EVENTOS. .....................................................................15 FIGURA 3.1 – ESTRUTURA DO HYDRAGYRUM. ................................................................................................................37 FIGURA 3.2 – PROGRAMA EXECUTÁVEL COM INTERFACE EM MODO CARACTERE. ...........................................................37 FIGURA 3.3 – PROGRAMA EXECUTÁVEL COM INTERFACE GRÁFICA. ................................................................................38 FIGURA 3.4 – ESTRUTURA HIERÁRQUICA DE MODELOS NO HYDRAGYRUM......................................................................39 FIGURA 4.1 – ESTRUTURA DO CONJUNTO DE MODELOS NO NÍVEL DE CÉLULAS. ..............................................................45 FIGURA 4.2 – HIERARQUIA DE OBJETOS UTILIZADA PARA MODELAR A FASE DE TRANSMISSÃO DE DADOS NA REDE ATM........................................................................................................................................................47 FIGURA 4.3 – ESTRUTURA DO PACOTE.............................................................................................................................48 FIGURA 4.4 – ESTRUTURA DA CÉLULA ATM. ..................................................................................................................49 FIGURA 4.5 – ESTRUTURA DO CONTRATO DE TRÁFEGO. ..................................................................................................51 FIGURA 4.6 – ESTRUTURA DAS FICHAS. ...........................................................................................................................51 FIGURA 4.7 – ESTRUTURA DAS MENSAGENS DE GERENCIAMENTO DE TRÁFEGO. .............................................................52 FIGURA 4.8 – ESTRUTURA DAS MENSAGENS DE ROTEAMENTO. .......................................................................................53 FIGURA 4.9 – ESTRUTURA DAS VARIÁVEIS ESTATÍSTICA SIMPLES. ..................................................................................54 FIGURA 4.10 – ESTRUTURA DAS VARIÁVEIS ESTATÍSTICA MÉDIAS. .................................................................................55 FIGURA 4.11 – ESTRUTURA DOS ARQUIVOS. ....................................................................................................................55 FIGURA 4.12 – EXEMPLO DE ARQUIVO DE SAÍDA. ............................................................................................................57 FIGURA 4.13 – EXEMPLO DE UM PARÂMETRO MATRICIAL PARA A SELEÇÃO DAS VARIÁVEIS ESTATÍSTICAS QUE FARÃO PARTE DE UMA AMOSTRAGEM..................................................................................................................58 FIGURA 4.14 – PERÍODOS ATIVOS E INATIVOS DAS CONEXÕES CRIADAS PELAS CAMADAS REQUERENTES E REMOVEDORAS DE CONEXÕES..................................................................................................................61 FIGURA 4.15 – PADRÃO DE TRÁFEGO GERADO PELA CAMADA FONTE DE TRÁFEGO DETERMINÍSTICO PARA DUAS SITUAÇÕES: A) CONEXÕES COM DURAÇÕES DETERMINÍSTICAS. B) CONEXÕES COM DURAÇÕES EXPONENCIAIS NEGATIVAS.......................................................................................................................64 xiii
  14. 14. FIGURA 4.16 – PADRÃO DE TRÁFEGO GERADO PELA CAMADA FONTE DE TRÁFEGO POISSONIANO PARA DUAS SITUAÇÕES: A) CONEXÕES COM DURAÇÕES DETERMINÍSTICAS. B) CONEXÕES COM DURAÇÕES EXPONENCIAIS NEGATIVAS.......................................................................................................................64 FIGURA 4.17 – ESTRUTURA DA SWITCH FABRIC MODELADA NO CONJUNTO DE MODELOS NO NÍVEL DE CÉLULAS............67 FIGURA 4.18 – ITERAÇÃO ENTRE A CAMADA SW_ATM E OS DEMAIS GERENCIADORES DE TRÁFEGO DO BLOCO COMUTADOR. ...........................................................................................................................................68 FIGURA 4.19 – ITERAÇÃO ENTRE A CAMADA PHY_IN E OS DEMAIS GERENCIADORES DE TRÁFEGO DO BLOCO COMUTADOR. ...........................................................................................................................................71 FIGURA 4.20 – ITERAÇÃO ENTRE A CAMADA PHY_OUT E OS DEMAIS GERENCIADORES DE TRÁFEGO DOS BLOCOS COMUTADOR E BTE. ................................................................................................................................72 FIGURA 4.21 – ESTRUTURA DO GERENCIADOR DE TRÁFEGO DEFAULT_QUEUEING_STRUCTURE. ...................................75 FIGURA 4.22 – ESTRUTURA DO GERENCIADOR DE TRÁFEGO PER_VC_QUEUEING_STRUCTURE. ....................................76 FIGURA 4.23 – ESTRUTURA DO ESCALONADOR VS_TS_SCHEDULER. .............................................................................80 FIGURA 4.24 – ALGORITMOS IMPLEMENTADOS PARA OS ESPAÇADORES: A) A (CBR.1, ABR.1 E UBR.1) E B) B (VBR.1)...................................................................................................................................................82 FIGURA 4.25 – ALGORITMOS IMPLEMENTADOS PARA OS ESPAÇADORES: A) C (VBR.2) E B) D (VBR.3)........................84 FIGURA 4.26 – ESTRUTURA DO MODELO DO ESCALONADOR WF2Q. ...............................................................................87 FIGURA 4.27 – ALGORITMO DE ARMAZENAMENTO DE CÉLULAS ATM. ...........................................................................89 FIGURA 4.28 – ALGORITMO DE SERVIÇO DE CÉLULAS ATM............................................................................................91 FIGURA 4.29 – ESTRUTURA DO LFVC_SCHEDULER........................................................................................................92 FIGURA 4.30 – ALGORITMO IMPLEMENTADO PARA O ARMAZENAMENTO DE CÉLULAS NO LFVC_SCHEDULER...............95 FIGURA 4.31 – ALGORITMO IMPLEMENTADO PARA A TRANSMISSÃO DE CÉLULAS NO LFVC_SCHEDULER......................96 FIGURA 4.32 – ALGORITMO DE SERVIÇO DA CÉLULA DA CABECEIRA DA FILA H..............................................................97 FIGURA 4.33 – FLUXOGRAMA DO CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO DE CONEXÕES DO ELWALID_MITRA_CAC. ......................101 FIGURA 4.34 – DINÂMICA DO LIMIAR DE ACEITAÇÃO DE CÉLULAS PARA: A) CLASSE COM MULTIPLEXAÇÃO SEM PERDAS E B) CLASSE COM MULTIPLEXAÇÃO ESTATÍSTICA. .....................................................................106 FIGURA 4.35 – ESTRUTURA DO LEAKY_BUCKET_TP. ...................................................................................................111 FIGURA 4.36 – ALGORITMOS IMPLEMENTADOS PARA OS POLICIADORES: A) A (CBR.1, ABR.1 E UBR.1) E B) B (VBR.1).................................................................................................................................................112 xiv
  15. 15. FIGURA 4.37 – ALGORITMO IMPLEMENTADO PARA O POLICIADOR C (VBR.2). .............................................................114 FIGURA 4.38 – ALGORITMO IMPLEMENTADO PARA O POLICIADOR D (VBR.3)..............................................................115 FIGURA 4.39 – ESTRUTURA DO APLICATIVO DETERMINÍSTICO.......................................................................................116 FIGURA 4.40 – ESTRUTURA DO APLICATIVO POISSONIANO. ...........................................................................................116 FIGURA 4.41 – ESTRUTURA DO APLICATIVO EXTERNO. .................................................................................................117 FIGURA 4.42 – ESTRUTURA DO APLICATIVO RECEPTOR. ................................................................................................117 FIGURA 4.43 – ESTRUTURA DO BTE..............................................................................................................................118 FIGURA 4.44 – ESTRUTURA DO COMUTADOR.................................................................................................................119 FIGURA 4.45 – EXEMPLO DE UMA REDE ATM SIMPLES. ................................................................................................123 FIGURA 4.46 – ESTRUTURA INTERNA DOS BLOCOS DA REDE ATM SIMPLES. .................................................................124 FIGURA 4.47 – ALOCAÇÃO DINÂMICA DE CAMADAS E DE GERENCIADORES DE TRÁFEGO NO CMNC. ...........................125 FIGURA 4.48 – NOMENCLATURA DOS MODELOS INTERNOS DO BLOCO COMUTADOR. ....................................................126 FIGURA 5.1 – CENÁRIO NVOD MPEG SOBRE ATM NATIVO........................................................................................130 FIGURA 5.2 – CENÁRIOS INTERNET SOBRE ATM...........................................................................................................131 FIGURA 5.3 –CENÁRIO MULTIMÍDIA EM TEMPO REAL SOBRE ATM..............................................................................132 FIGURA 5.4 – SEGMENTAÇÃO DE FRAMES MPEG EM CÉLULAS ATM: A) SOLUÇÃO COMUMENTE UTILIZADA E B) SOLUÇÃO ADOTADA PELO PROGRAMA DE ADAPTAÇÃO. .........................................................................136 FIGURA 5.5 – ALGORITMO PARA A ADAPTAÇÃO DAS SEQÜÊNCIAS DE FRAMES MPEG EM PACOTES TS MPEG............138 FIGURA 5.6 – SEQÜÊNCIA DE TAMANHO DE FRAME MPEG. ..........................................................................................140 FIGURA 5.7 – SEQÜÊNCIA DE FLUXO DE TRANSPORTE MPEG DE SAÍDA........................................................................140 FIGURA 5.8 – EQUIVALÊNCIA ENTRE: A) BUFFER VIRTUAL E B) POLICIADOR. ..............................................................145 FIGURA 5.9 – ESTIMATIVA DE UM PAR (PCR, CDVT) – PARTE I. .................................................................................150 FIGURA 5.10 – ESTIMATIVA DE UM PAR (PCR, CDVT) – PARTE II. ..............................................................................151 FIGURA 5.11 – SEQÜÊNCIA DE FRAMES MPEG DE ENTRADA. .......................................................................................152 FIGURA 5.12 – SEQÜÊNCIA DE AAL-SDUS RESULTANTE DA ADAPTAÇÃO DOS FRAMES MPEG....................................152 FIGURA 5.13 – OCUPAÇÃO DO BUFFER VIRTUAL DURANTE AS VARIAS ITERAÇÕES DO ALGORITMO DE ESTIMAÇÃO DO PCR E DO CDVT. ..................................................................................................................................153 xv
  16. 16. FIGURA 5.14 – OCUPAÇÃO DO BUFFER VIRTUAL DURANTE AS ÚLTIMAS 3 ITERAÇÕES DO ALGORITMO DE ESTIMAÇÃO DO PCR E DO CDVT..............................................................................................................................154 FIGURA 5.15 – CONVERGÊNCIA DO ALGORITMO DE ESTIMAÇÃO DO PCR E DO CDVT..................................................154 FIGURA 5.16 – SCR VERSUS MBS E BT........................................................................................................................156 FIGURA 6.1 – TOPOLOGIA DA REDE UTILIZADA PARA VALIDAR O MODELO WF2Q_SCHEDULER...................................160 FIGURA 6.2 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 PARA O MODELO DE ESCALONADOR WF2Q. ................164 FIGURA 6.3 – OCUPAÇÃO DAS FILAS DE CADA CONEXÃO NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 SUJEITA A CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES.........................................................166 FIGURA 6.4 – OCUPAÇÃO DAS FILAS DE CADA CONEXÃO NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 SUJEITA A CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES...........................................................167 FIGURA 6.5 –ATRASO INSTANTÂNEO DAS CÉLULAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES.....................................................................169 FIGURA 6.6 – ATRASO INSTANTÂNEO DAS CÉLULAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES.....................................................................170 FIGURA 6.7 – ATRASO MÉDIO DAS CÉLULAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES....................................................................................171 FIGURA 6.8 – ATRASO MÉDIO DAS CÉLULAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES....................................................................................172 FIGURA 6.9 – NÚMERO DE CÉLULAS PERDIDAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES.....................................................................174 FIGURA 6.10 – NÚMERO DE CÉLULAS PERDIDAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES.....................................................................175 FIGURA 6.11 – CLR NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 100 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES. .............................................................................................................176 FIGURA 6.12 – CLR NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 COM CAPACIDADE DE 50 CÉLULAS PARA AMBOS OS MODELOS DE ESCALONADORES. .............................................................................................................177 FIGURA 6.13 – OCUPAÇÃO MÉDIA NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 PARA OS DOIS MODELOS DE ESCALONADORES.178 FIGURA 6.14 – ATRASO MÉDIO NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 PARA OS DOIS MODELOS DE ESCALONADORES. ....179 FIGURA 6.15 – CLR MÉDIO NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0 PARA OS DOIS MODELOS DE ESCALONADORES. .........181 FIGURA 6.16 – UTILIZAÇÃO MÉDIA DOS ESCALONADORES. ...........................................................................................182 xvi
  17. 17. FIGURA 6.17 – TOPOLOGIA DA UTILIZADA PARA AVALIAR A QOS DE SVCS ATM........................................................183 FIGURA 6.18 – OCUPAÇÃO MÉDIA DA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0. .......................................................................186 FIGURA 6.19 – ATRASO MÉDIO DAS CÉLULAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0.......................................................187 FIGURA 6.20 – TAXA MÉDIA DE PERDA DE CÉLULAS NA ESTRUTURA DE FILAS DO BTE_0. ...........................................187 FIGURA 6.21 – ATRASO MÉDIO FIM-A-FIM DAS CÉLULAS NA REDE. ...............................................................................187 FIGURA 6.22 – CENÁRIO VÍDEO SOBRE DEMANDA MPEG-4 SOBRE ATM NATIVO. .......................................................188 FIGURA 6.23 – CENÁRIO NVOD MPEG-4 SOBRE ATM UTILIZANDO O CONJUNTO DE MODELOS NO NÍVEL DE CÉLULAS................................................................................................................................................189 FIGURA 6.24 – VISÃO DETALHADA DO CENÁRIO NVOD MPEG-4 SOBRE ATM UTILIZANDO O CMNC........................189 FIGURA 6.25 – EXEMPLO DE FIGURA DE RESULTADOS PARA A CONFIGURAÇÃO DE SIMULAÇÃO (U)(3)(1)(Z). ..............196 FIGURA 6.26 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(0)(Z)...........................................................................................................................................198 FIGURA 6.27 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(0)(Z)...........................................................................................................................................199 FIGURA 6.28 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(1)(Z)...........................................................................................................................................200 FIGURA 6.29 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(1)(Z)...........................................................................................................................................201 FIGURA 6.30 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(0)(Z)...........................................................................................................................................202 FIGURA 6.31 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(0)(Z)...........................................................................................................................................203 FIGURA 6.32 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(1)(Z)...........................................................................................................................................204 FIGURA 6.33 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(1)(Z)...........................................................................................................................................205 FIGURA 6.34 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(0)(Z)...........................................................................................................................................206 FIGURA 6.35 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(0)(Z)...........................................................................................................................................207 xvii
  18. 18. FIGURA 6.36 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(1)(Z)...........................................................................................................................................208 FIGURA 6.37 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(1)(Z)...........................................................................................................................................209 FIGURA 6.38 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(0)(Z)...........................................................................................................................................210 FIGURA 6.39 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(0)(Z)...........................................................................................................................................211 FIGURA 6.40 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(1)(Z)...........................................................................................................................................212 FIGURA 6.41 – OCUPAÇÃO DA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(1)(Z)...........................................................................................................................................213 FIGURA 6.42 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(0)(Z)...........................................................................................................................................215 FIGURA 6.43 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(0)(Z)...........................................................................................................................................216 FIGURA 6.44 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(1)(Z)...........................................................................................................................................217 FIGURA 6.45 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(1)(Z)...........................................................................................................................................218 FIGURA 6.46 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(0)(Z)...........................................................................................................................................219 FIGURA 6.47 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(0)(Z)...........................................................................................................................................220 FIGURA 6.48 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(1)(Z)...........................................................................................................................................221 FIGURA 6.49 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(1)(Z)...........................................................................................................................................222 FIGURA 6.50 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(0)(Z)...........................................................................................................................................223 FIGURA 6.51 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(0)(Z)...........................................................................................................................................224 xviii
  19. 19. FIGURA 6.52 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(1)(Z)...........................................................................................................................................225 FIGURA 6.53 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(1)(Z)...........................................................................................................................................226 FIGURA 6.54 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(0)(Z)...........................................................................................................................................227 FIGURA 6.55 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(0)(Z)...........................................................................................................................................228 FIGURA 6.56 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(1)(Z)...........................................................................................................................................229 FIGURA 6.57 – ATRASO NA ESTRUTURA DE FILAS PHY_OUT_QS_0 DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(1)(Z)...........................................................................................................................................230 FIGURA 6.58 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(0)(Z)........................233 FIGURA 6.59 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(0)(Z)........................234 FIGURA 6.60 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(1)(Z)........................235 FIGURA 6.61 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(0)(1)(Z)........................236 FIGURA 6.62 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(0)(Z)........................237 FIGURA 6.63 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(0)(Z)........................238 FIGURA 6.64 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(1)(Z)........................239 FIGURA 6.65 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(1)(1)(Z)........................240 FIGURA 6.66 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(0)(Z)........................241 FIGURA 6.67 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(0)(Z)........................242 FIGURA 6.68 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(1)(Z)........................243 FIGURA 6.69 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(2)(1)(Z)........................244 FIGURA 6.70 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(0)(Z)........................245 FIGURA 6.71 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(0)(Z)........................246 FIGURA 6.72 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(1)(Z)........................247 FIGURA 6.73 – CLR NA CAMADA FÍSICA DE SAÍDA DO BTE_0 PARA AS CONFIGURAÇÕES (U)(3)(1)(Z)........................248 FIGURA A.1 – ESTRUTURA DO KERNEL DO HYDRAGYRUM............................................................................................264 xix
  20. 20. FIGURA A.2 – FLUXOGRAMAS DE FUNCIONAMENTO DO KERNEL...................................................................................266 FIGURA A.3 – RELAÇÃO ENTRE AS FUNÇÕES DE INTERFACEAMENTO DO KERNEL E AS FUNÇÕES DE COMPORTAMENTO DOS MODELOS. .......................................................................................................................................268 FIGURA A.4 – FLUXOGRAMA DA FUNÇÃO DE EXECUÇÃO DA SIMULAÇÃO (RUN). ..........................................................270 FIGURA A.5 – FASES NECESSÁRIAS PARA A SIMULAÇÃO DE UMA REDE NO HYDRAGYRUM. ..........................................273 FIGURA A.6 – ESTRUTURA DE CLASSES DO KERNEL DO HYDRAGYRUM [3]. ..................................................................274 FIGURA A.7 – ESTRUTURA HIERÁRQUICA DE CONEXÕES DO HYDRAGYRUM. ................................................................276 FIGURA A.8 – REMOÇÃO DE CONEXÕES NO HYDRAGYRUM...........................................................................................276 FIGURA A.9 – EXEMPLO DE TOPOLOGIA PARA REDES ATM. .........................................................................................277 FIGURA A.10 – ESTRUTURA DOS PARÂMETROS DO HYDRAGYRUM. ..............................................................................278 FIGURA A.11 – ESTRUTURA DOS EVENTOS DO HYDRAGYRUM. .....................................................................................279 FIGURA A.12 – ESTRUTURA DE UM BLOCO DO HYDRAGYRUM. .....................................................................................280 FIGURA A.13 – CONSTRUÇÃO DE NOVOS BLOCOS NO HYDRAGYRUM............................................................................285 FIGURA A.14 – PASSOS NECESSÁRIOS PARA DESENVOLVER UM NOVO BLOCO PARA O HYDRAGYRUM. .........................286 FIGURA A.15 – ESTRUTURA DE UMA CAMADA DO HYDRAGYRUM. ...............................................................................287 FIGURA A.16 – CONSTRUÇÃO DE NOVAS CAMADAS NO HYDRAGYRUM. .......................................................................290 FIGURA A.17 – ESTRUTURA DE UM GERENCIADOR DE TRÁFEGO DO HYDRAGYRUM......................................................291 xx
  21. 21. Índice de Tabelas TABELA 2.1 – CARACTERÍSTICAS DE ALGUMAS FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO DE REDES ATM. ...................................30 TABELA 4.1 – MAPEAMENTO DOS DESCRITORES DE TRÁFEGO ORIGINAIS PARA OS DESCRITORES A SEREM UTILIZADOS NO CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO DO CAC. .....................................................................................................99 TABELA 4.2 – MAPEAMENTO DOS DESCRITORES DE TRÁFEGO ORIGINAIS PARA OS DESCRITORES A SEREM UTILIZADOS NO CÁLCULO DA LARGURA DE FAIXA EFETIVA E DO ESPAÇO EM GERENCIADOR DE TRÁFEGO EFETIVO. .101 TABELA 5.1 – PARÂMETROS DE QOS E DESCRITORES DE TRÁFEGO PARA AS CATEGORIAS DE SERVIÇO ATM. FONTE [7]..........................................................................................................................................................142 TABELA 5.2 – DEFINIÇÕES DE CONFORMIDADE PARA AS CATEGORIAS DE SERVIÇO ATM. FONTE [7]. ..........................142 TABELA 5.3 – CONJUNTOS DE PARES (SCR, MBS) OU (SCR, BT). ...............................................................................155 TABELA 6.1 – DESCRITORES DE TRÁFEGO ATM UTILIZADOS........................................................................................161 TABELA 6.2 – PESOS E CLR PARA CADA CONEXÃO. ......................................................................................................163 TABELA 6.3 – EVOLUÇÃO DAS VARIÁVEIS DO WF2Q_SCHEDULER DURANTE A EXECUÇÃO DO ALGORITMO DE ARMAZENAMENTO DE CÉLULAS ATM....................................................................................................165 TABELA 6.4 – DESCRITORES DE TRÁFEGO ATM UTILIZADOS........................................................................................184 TABELA 6.5 – PESOS E CLR PARA CADA CONEXÃO. ......................................................................................................185 TABELA 6.6 – DESCRITORES DE TRÁFEGO ATM UTILIZADOS........................................................................................193 TABELA 6.7 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS CONEXÕES ESTABELECIDAS A PARTIR DE CADA APLICATIVO DA REDE. .....................................................................................................................................................197 xxi
  22. 22. Capítulo 1 Introdução 1.1 - Motivação 1.1.1 - ATM: Qualidade de Serviço Fim-a-Fim Estimuladas pelo vertiginoso crescimento da Internet e pela demanda crescente por serviços que integram dados, voz, vídeo e imagens, as operadoras de telecomunicações têm realizado, nas últimas décadas, grandes investimentos na ampliação de suas infra-estruturas de transmissão. Estas novas infra- estruturas, ao contrário das antigas redes telefônicas, não dependem mais de uma única tecnologia. Redes ópticas, telefônicas, via satélite e sem fio têm se integrado cada vez mais, oferecendo aos usuários uma gama maior de serviços disponíveis, a qualquer tempo e em qualquer lugar. Além disso, uma grande variedade de protocolos, funções e algoritmos são usados desde a camada física até a camada de aplicação da rede. Neste cenário, o uso de ferramentas computacionais tem se demonstrado imprescindível não apenas para reduzir custos, mas também para acelerar o projeto, a análise e a implantação dessas redes. Uma das tecnologias mais utilizadas nessa ampliação de infra-estrutura é a tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) [1][2][3][4]. O ATM é fundamentado na transmissão, multiplexação e chaveamento de pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados de células, que permitem a integração e o transporte de voz, vídeo, imagens e dados sobre uma mesma rede de alta velocidade. O ATM oferece vantagens em potencial tanto em termos de vazão agregada de comutação quanto no suporte à qualidade de serviço (QoS – Quality of Service). E mais, o ATM pode ser usado em todas as porções de uma rede, desde a rede local até a rede de longa distância, reduzindo assim os custos de operação, administração e manutenção. Com todas estas vantagens em mãos, o ATM foi escolhido em 1988 pelo ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization Sector) como o Modo de Transferência da Rede Digital de Serviços Integrados Faixa Larga (B-ISDN – Broadband Integrated Services Digital Network) [1]. 1
  23. 23. Na década de 1990, o ATM passou por diversos desenvolvimentos, guiados pelo ITU-T [5] e ATM Fórum [6], que culminaram na implantação de redes mundo afora. Atualmente, o ATM está sendo utilizado principalmente para: prover acesso e interligar redes corporativas que necessitam de muita largura de faixa e que sejam distribuídas geograficamente; construir backbones de longa cobertura e metropolitanos, visando a agregação de tráfego de redes de acesso; interconectar redes de diferentes tecnologias; e oferecer soluções de distribuição de vídeo. Devido as suas características, o ATM têm sido considerado uma das tecnologias mais favoráveis para oferecer QoS fim-a-fim para um grande número de aplicações, tais como telefonia, videoconferência, vídeo sobre demanda, educação à distância e web browsing. Entretanto, o suporte à qualidade de serviço em redes ATM requer um conjunto bastante sofisticado de funções de gerenciamento de tráfego (TM – Traffic Management). Dentre as principais razões que levaram a essa sofisticação podemos destacar a multiplexação estatística de células ATM e a ausência de um mecanismo de controle de fluxo no nível de células. Para suportar a multiplexação estatística, ou seja, o compartilhamento temporal dos enlaces por várias conexões, as redes ATM aceitam muito mais tráfego do que a capacidade de transmissão existente. A idéia é aumentar a eficiência da rede partindo da suposição que o período de surto de tráfego de uma determinada conexão não coincide com o período de surto das demais conexões. Por outro lado, o fato das redes ATM não possuírem um controle de fluxo no nível de células, permite que conexões mal comportadas transmitam um número maior de células do que o negociado. Para evitar que esse tráfego indesejado comprometa a QoS de conexões bem comportadas, as funções de gerenciamento de tráfego devem marcar ou descartar células desse tráfego a fim de evitar o congestionamento. Portanto, os objetivos principais das funções de gerenciamento de tráfego são a prevenção e a reação ao congestionamento na rede. Quando ocorre um congestionamento em uma rede ATM, as funções de gerenciamento de tráfego reagem de forma a manter os objetivos de QoS negociados e ao mesmo tempo maximizar o uso dos recursos disponíveis. Portanto, somente através de um gerenciamento de tráfego adequado é possível manter um nível satisfatório de QoS na rede sem reduzir a sua eficiência. As funções de gerenciamento de tráfego foram definidas pelo ATM Forum [6] na especificação Traffic Management Specification 4.0 [7], e pelo ITU-T [5] na recomendação I.371 Traffic Contract and Congestion Control in B-ISDN Standard [8]. Embora hajam algumas diferenças entre estes documentos, ambos abrangem de forma equivalente o gerenciamento de tráfego nas redes ATM. 2
  24. 24. 1.1.2 - Funções de Gerenciamento de Tráfego ATM Formalmente, a especificação TM 4.0 do ATM Forum define as seguintes funções de gerenciamento de tráfego ATM: Controle de Admissão de Conexões (CAC – Connection Admission Control). Controle de Utilização de Parâmetros (UPC – Usage Parameter Control). Descarte Seletivo de Células (Selective Cell Discarding). Formatação de Tráfego (Traffic Shaping). Controle Explícito de Congestionamento na Direção de Transmissão (Explicit Forward Congestion Control). Gerenciamento de Recursos usando Caminhos Virtuais (Resource Management using Virtual Paths). Descarte de Frames (Frame Discard). Controle de Fluxo Genérico (Generic Flow Control). Controle de Fluxo ABR (ABR Flow Control). Na prática, porém, essas funções são implementadas como algoritmos bem definidos, que em alguns casos agrupam mais de uma função de gerenciamento de tráfego. Um exemplo é o algoritmo de descarte seletivo de células que agrupa as funções de descarte seletivo de células e de descarte de frames. Embora a maioria das funções de gerenciamento de tráfego estejam sendo utilizadas em equipamentos comerciais, algumas delas praticamente não saíram do estágio de pesquisa acadêmica. São exemplos as funções de gerenciamento de recursos usando caminhos virtuais e de controle de fluxo genérico. Por outro lado, muitos algoritmos de gerenciamento de tráfego foram desenvolvidos por empresas para aplicação prática sem ter sido formalmente definidos pelo ITU-T ou pelo ATM Forum. São exemplos os algoritmos de escalonamento de células e de gerenciamento de estruturas de filas. Neste trabalho, consideramos os seguintes algoritmos de gerenciamento de tráfego ATM (veja o Capítulo 4): Algoritmos de Escalonamento (Scheduling Algorithms) – São implementados em cada ponto de armazenamento de células da rede (estrutura de filas – queueing structure) para 3
  25. 25. selecionar a ordem apropriada de serviço das células, a fim de garantir os objetivos de QoS negociados. Algoritmos de Controle de Admissão de Conexões (CAC Algorithms – Connection Admission Control Algorithms) – Determinam se uma nova conexão ATM pode ou não ser estabelecida na rede, reservando espaço físico nas estruturas de filas da rede e largura de faixa nos algoritmos de escalonamento. Este algoritmo implementa a função de controle de admissão de conexões especificada pelo ATM Forum. Algoritmos de Gerenciamento de Estruturas de Filas (Buffer Manangement Algorithms) – São implementados junto as estruturas de filas da rede a fim de julgar se uma célula recebida pode ou não ser armazenada. Algoritmos de Descarte Seletivo de Células (Selective Cell Discard Algorithms) – Em uma situação de congestionamento, células ATM eventualmente terão que ser descartadas. Nesta situação, algoritmos de descarte seletivo de células são necessários, pois células de menor prioridade devem ser descartadas em benefício de células mais prioritárias. Este algoritmo implementa as funções de descarte seletivo de células e de frames especificadas pelo ATM Forum. Algoritmos de Formatação de Tráfego (Traffic Shaping Algorithms) – Formatam o tráfego das conexões ATM para que esse esteja de acordo com o contrato de tráfego negociado. Este algoritmo implementa a função de formatação de tráfego especificada pelo ATM Forum. Algoritmos de Policiamento de Tráfego (Traffic Policing Algorithms) – Atuam marcando e descartando células ATM a fim de que o tráfego mal comportado de uma determinada conexão satisfaça os descritores de tráfego negociados. Este algoritmo implementa a função de controle de utilização de parâmetros especificada pelo ATM Forum. As funções de controle explícito de congestionamento na direção de transmissão, gerenciamento de recursos usando caminhos virtuais, controle de fluxo genérico e de controle de fluxo ABR não foram consideradas neste trabalho. 4
  26. 26. 1.1.3 - Complexidade e Interdependência entre Funções Segundo Giroux et. al [9], a complexidade das funções de gerenciamento de tráfego não é intrínseca das redes ATM, mas sim necessária para qualquer tecnologia que aspire carregar tráfego multimídia de forma eficiente e ao mesmo tempo atender garantias de QoS fim-a-fim. Além disso, na nossa opinião, a complexidade do gerenciamento de tráfego ATM é agravado por outro importante fator: a forte interdependência existente entre essas funções. Por exemplo, consideremos o caso de uma conexão ATM cujo contrato de tráfego negociado assegura um valor máximo de taxa de perda de células (CLR – Cell Loss Ratio) da ordem de 10-6. O CLR obtido para essa conexão dependerá: Da estrutura de armazenamento de células utilizada – Uma estrutura de filas com filas individuais por conexão (per-VC queueing) permite um melhor isolamento de tráfego entre conexões do que uma estrutura de filas com uma única fila FIFO (first-in first-out queuing) [10]. Esse isolamento de tráfego evita que um surto de tráfego mal comportado de uma determinada conexão possa interferir nas células de outras conexões, ocasionando assim um possível congestionamento e a perda de células nessas conexões. Tipicamente, o tráfego de várias conexões é isolado entre si através de divisões físicas ou lógicas da estrutura de filas. Do algoritmo de gerenciamento de estruturas de filas utilizado – Alguns esquemas de particionamento de estruturas de filas oferecem isolamento naturalmente, através da reserva de recursos fixos para cada conexão, como por exemplo o particionamento completo (complete partitioning), enquanto outros precisam ser acoplados a um algoritmo de descarte seletivo de células para oferecer esse isolamento e ao mesmo tempo maximizar o ganho estatístico obtido [9], como por exemplo o particionamento dinâmico (dynamic partitioning) [10]. Uma alocação de espaço em buffer inferior do que a necessária para uma determinada conexão pode ocasionar a perda de células durante uma situação de congestionamento. Do algoritmo de escalonamento adotado – Vários algoritmos de escalonamento podem ser implementados para oferecer diferentes níveis de isolamento, atraso e vazão [11]. A utilização de um algoritmo de escalonamento inadequado pode ocasionar o aumento excessivo da ocupação das estruturas de filas da rede, bem como do tempo de permanência das células nessas estruturas. Neste caso, células ATM poderão ser descartadas devido a 5
  27. 27. falta de recursos nas estruturas de filas ou ao atraso excessivo sofrido por essas células na rede. Do algoritmo de controle de admissão de conexões utilizado – Um algoritmo de CAC eficiente produz um alto ganho estatístico sem violar as garantias de QoS negociadas. Na prática, as alocações de largura de faixa e de espaço em buffer feitas pelos algoritmos de CAC são utilizadas para gerenciar os recursos disponíveis nas estruturas de filas e nos algoritmos de escalonamento [12]. Portanto, é de fundamental importância que estas alocações sejam feitas de forma precisa e em acordo com os demais algoritmos de gerenciamento de tráfego implementados na rede. Do algoritmo de descarte de células utilizado – O CLR obtido para a conexão dependerá em grande parte desse algoritmo, uma vez que é ele que decide qual célula ou quais células serão descartadas. Alguns algoritmos de descarte permitem descartar células de conexões menos prioritárias em prol de células de conexões mais prioritárias, aumentando assim o isolamento de tráfego entre as conexões. Do algoritmo de policiamento de tráfego utilizado – Em determinadas circunstâncias, os algoritmos de policiamento de tráfego podem descartar células ATM consideradas não conformes com o contrato de tráfego acordado na fase de estabelecimento da conexão. Portanto, esses algoritmos podem contribuir significativamente para o CLR obtido. Do algoritmo de formatação de tráfego utilizado – Alguns algoritmos de formatação de tráfego funcionam de forma integrada com algoritmos de escalonamento. Portanto, é possível que células de um tráfego mal comportado sejam descartadas devido a falta de recursos nas estruturas de filas que armazenam essas células. Assim sendo, uma boa estimativa do nível de qualidade de serviço obtido para uma determinada conexão deve considerar todas as componentes geradas por esses algoritmos de gerenciamento de tráfego e a sua complexa interdependência. Somente com esse nível de detalhamento é possível estimar com precisão a qualidade de serviço oferecida para uma determinada conexão em termos de CLR, atraso e vazão. 6
  28. 28. 1.2 - Objetivos do Trabalho Este trabalho propõe o desenvolvimento de um conjunto de modelos de simulação capaz de avaliar com precisão, eficiência e robustez a qualidade de serviço fim-a-fim oferecida para conexões ATM diante de diferentes cenários de tráfego, de congestionamento e de recursos na rede. Para tanto, o conjunto de modelos desenvolvido deverá englobar não apenas as funções de gerenciamento de tráfego ATM e sua complexa interdependência, mas também todas as demais funcionalidades das redes ATM, tais como: o processamento, a comutação e o transporte de células ATM; a negociação do contrato de tráfego; o roteamento e o gerenciamento de conexões virtuais chaveadas. 1.3 - Organização da Tese A tese está organizada em sete capítulos. O segundo capítulo apresenta uma discussão sobre a simulação de sistemas de comunicação, e em especial de redes ATM. Neste capítulo são abordados os principais aspectos envolvidos na simulação computacional de redes ATM, destacando as várias direções que poderiam ser tomadas na realização deste trabalho. O terceiro capítulo apresenta o ambiente de simulação Hydragyrum 1.0, que foi o software escolhido para o desenvolvimento do conjunto de modelos de simulação. Neste capítulo é mostrada uma visão geral do ambiente de simulação Hydragyrum, abordando a estrutura e as principais características deste ambiente. O quarto capítulo apresenta o conjunto de modelos desenvolvido para a análise da qualidade de serviço em redes ATM, ou seja, o conjunto de modelos no nível de células. Este é o capítulo principal da tese, onde são mostradas as maiores contribuições do trabalho. O quinto capítulo apresenta uma discussão sobre os possíveis cenários de redes que poderiam ser simulados no Hydragyrum utilizando o conjunto de modelos no nível de células. Este capítulo também é importante, pois mostra como especificar simulações baseadas nos modelos desenvolvidos. O sexto capítulo apresenta três simulações realizadas utilizando-se o conjunto de modelos no nível de células e o ambiente de simulação Hydragyrum. Neste capítulo são apresentados os resultados de simulação do trabalho. Estes resultados demonstraram que o conjunto de modelos desenvolvido permite avaliar com precisão, eficiência e robustez a qualidade de serviço fim-a-fim oferecida para conexões ATM diante de diferentes cenários de tráfego, de congestionamento e de recursos na rede. Finalmente, no sétimo capítulo será apresentado um sumário das atividades desenvolvidas, relatando as principais decisões tomadas, soluções adotadas e conclusões 7
  29. 29. obtidas durante o desenvolvimento do trabalho. Também serão apresentadas algumas sugestões para trabalhos futuros. 1.4 - Principais Contribuições A principal contribuição do trabalho é o desenvolvimento de uma ferramenta única para a análise da qualidade de serviço em redes ATM. Esta ferramenta permite a análise sofisticada da QoS em redes ATM, uma vez que ela possui um amplo e expansível conjunto de modelos (veja o Capítulo 4), capaz de avaliar a qualidade de serviço oferecida para conexões ATM considerando não apenas as funções de gerenciamento de tráfego e sua complexa interdependência, mas também todas as demais funcionalidades das redes ATM. No Capítulo 6 são mostrados resultados que permitem comparar a qualidade de serviço oferecida para cada conexão de uma rede ATM diante de diferentes cenários de tráfego, de congestionamento e de recursos na rede. Além da ferramenta para a simulação de redes ATM, este trabalho contribuiu ainda com dois outros softwares inéditos (veja o Capítulo 5): um para a adaptação de seqüências de tráfego MPEG e outro para a estimação de descritores de tráfego ATM. 1.5 - Referências Bibliográficas [1] BLACK, UYLESS, “ATM: Foundation for Broadband Networks”, Prentice-Hall, 1995. [2] MINOLLI, D., ALLES, A., “LAN, ATM, and LAN Emulation Technologies”, Artech House, 1996. [3] SACKET, G.C., METZ, C., “ATM and Multiprotocol Networking”, McGraw Hill, January 1997. [4] ALLES, A., “ATM Internetworking”, White Paper, Cisco Systems, Inc., May 1995. [5] http://www.itu.ch [6] http://www.atmforum.com [7] ATM FORUM, “Traffic Management 4.0”, 1996. [8] ITU-T, “Traffic Control and Congestion Control in B-ISDN”, 2000. 8
  30. 30. [9] GIROUX, N., GANTI, S., “Quality of Service in ATM Networks: State-of-Art Traffic Management”, Prentice Hall, 1998. [10] KRISHNAN, S., CHOUDHURY, A., CHIUSSI, F., “Dynamic Partitioning: A Mechanism for Shared Memory Management”, IEEE INFOCOM’99, 1999. [11] BENNETT, J.C.R., ZHANG, H., “WF2Q: Worst-case Fair Weighted Fair Queuing'”, INFOCOM'96, March 1996. [12] ELWALID, A., WENTWORTH, R., “A New Approach for Allocating Buffers and Bandwidth to Heterogeneous, Regulated Traffic in an ATM Node”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 13(6), 1995. 9
  31. 31. Página deixada em branco intencionalmente. 10

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