Μοντελοποίηση - Προσομοίωση Δρομολόγησης και Εκτίμηση Απόδοσης Πολυβάθμια Διασυνδεμένων Δικτύων με σκοπό τη Βελτιστοποίηση της Λειτουργίας Κατανεμημένων Εφαρμογών

Abstract

This thesis studies the advanced internet services and the optimization of their communication mechanisms, mainly focusing on the communication infrastructure that should be available to them, so that the required quality of service can be guaranteed to the applications and consequently to the users. It examines the potential of the infrastructure to respond to data flow scaling, and addresses the following subjects: u the classification of multistage interconnection networks, a technology widely used in distributed applications communication infrastructure u the study of their performance with the introduction of an internal priority mechanism u the study of their performance when two priority classes are used and buffers are asymmetrically partitioned among priority classes u the study of their performance when two priority classes are used and under the presence of hotspots u the study of their performance when multiple priorities are used u the study of their performance when multiple layers are used and multiple priorities exist, especially for handling multicasts. The improvement of the aforementioned networks’ performance, the introduction of novel architectures that natively support multiple priorities, the study of their behaviour under hotspot traffic and the use of new multi-layer schemes are essential requirements for their establishment within the next generation networks. Therefore, in the context of this thesis we propose: u Modellings of Multistage Interconnection Networks that extend the existing ones. u Asymmetric allocation of buffers in networks supporting multiple priorities, so that buffer sizes are analogous to data volumes within each priority class. u The introduction of an internal priority mechanism that can improve network performance. u A new metric for evaluating the communication infrastructure that combines the two most important individual performance factors -throughput and delay. The new metric permits the designer to specify the importance of each individual factor in the metric computation. u Finally, extensive simulation-based evaluations are provided, regarding the behaviour and the performance of all the categories of the aforementioned networks. These evaluations can serve as an aid to infrastructure designers, so that they can appropriately scale the required hardware in order to address all needs with the minimum possible cost.

Η παρούσα διατριβή μελετά τις Προηγμένες Υπηρεσίες Διαδικτύου και τη Βελτιστοποίηση των Μηχανισμών Επικοινωνίας τους, εστιαζόμενη κυρίως στο επικοινωνιακό υπόβαθρο που πρέπει αυτές να διαθέτουν ώστε να είναι εφικτή η διασφάλιση και προσφορά κατάλληλης ποιότητας υπηρεσίας στις εφαρμογές και συνακόλουθα στους χρήστες. Εξετάζεται η ικανότητα ανταπόκρισης των υποδομών στην κλιμάκωση της ροής των δεδομένων εστιαζόμενη στα ακόλουθα θέματα: u Στην κατηγοριοποίηση των πολυβάθμια συνδεδεμένων δικτύων, τεχνολογία που ευρύτατα χρησιμοποιείται σε υποδομές υποστήριξης κατανεμημένων εφαρμογών. u Στη μελέτη της απόδοσής τους με την εισαγωγή ενός μηχανισμού εσωτερικής προτεραιότητας. u Στη μελέτη της απόδοσής τους με δύο κλάσεις προτεραιοτήτων και ασύμμετρη κατανομή των ενδιάμεσων μνημών. u Στη μελέτη της απόδοσής τους με δύο κλάσεις προτεραιοτήτων και σημεία έντονου κυκλοφοριακού φόρτου. u Στη μελέτη της απόδοσής τους με πολλαπλές προτεραιότητες. u Στη μελέτη της απόδοσής τους με πολλαπλά επίπεδα και προτεραιότητες, ειδικότερα για τον χειρισμό πολλαπλών εκπομπών. Η βελτίωση της απόδοσης των εν λόγω δικτύων, η εφαρμογή καινοτόμων αρχιτεκτονικών που υποστηρίζουν πρωτογενώς πολλαπλές προτεραιότητες, η μελέτη της συμπεριφοράς τους σε έντονο κυκλοφοριακό φόρτο και πολλαπλές εκπομπές και η χρήση νέων σχημάτων με πολλαπλά επίπεδα αποτελούν τις αναγκαίες προϋποθέσεις για την εδραίωση τους στα δίκτυα επόμενης γενιάς. Έτσι, στα πλαίσια της διατριβής προτείνονται: u Μοντελοποιήσεις των πολυβάθμια συνδεδεμένων δικτύων που επεκτείνουν τις ήδη υπάρχουσες. u Η ασύμμετρη κατανομή των ενδιάμεσων μνημών σε δίκτυα πολλαπλών προτεραιοτήτων έτσι ώστε τα μεγέθη των ενδιάμεσων μνημών να αντιστοιχούν αναλογικά προς τους όγκους διακινούμενων πακέτων σε κάθε κατηγορία προτεραιότητας. u Η χρήση μηχανισμού εσωτερικής προτεραιότητας, ο οποίος μπορεί να βελτιώσει τις επιδόσεις του δικτύου. u Μια νέα μετρική αξιολόγησης της επίδοσης των υποδομών επικοινωνίας που συνδυάζει τους δύο σημαντικότερους παράγοντες επιδόσεων των υποδομών αυτών -τον ρυθμό διεκπεραίωσης και την καθυστέρηση- επιτρέποντας στον σχεδιαστή να καθορίσει τη σπουδαιότητα του κάθε επιμέρους παράγοντα στην ενιαία αυτή μετρική. u Τέλος, παρέχονται εκτεταμένες εκτιμήσεις, βασισμένες σε προσομοίωση, για τη συμπεριφορά και τις επιδόσεις όλων των κατηγοριών των ανωτέρω δικτύων οι οποίες αποτελούν σημαντικό βοήθημα για τους σχεδιαστές των υποδομών ώστε να διαστασιολογούν κατάλληλα το απαραίτητο υλικό προκειμένου για κάλυψη των αναγκών τους με το μικρότερο δυνατό κόστος.