Modificri ale algoritmului RED de combatere a congestiei

Modificări ale algoritmului RED de combatere a congestiei Coordonator ştiinţific: Conf. Dr. Ing. Ştefan Stăncescu Absolvent: Chelu Andreea Gabriela

Agendă Congestia în reţele de comunicaţie u Factori care duc la congestie u Combaterea congestiei u Metode de prevenire a congestiei ( RED ) u Algoritmul RED modificat u Evaluare RED vs RED modificat u Concluzii u

Congestia în reţele de comunicaţie - I Sarcina de a transmite un volum de date mai mare decât capacitatea legăturii pe care se va transmite poate duce la congestie. Congestia este semnalată pe reţele prin detecţia pierderilor de pachete ca rezultat al aşteptării în coada ce depăşeşte o anumită limită.

Congestia în reţele de comunicaţie - II Odată cu congestia apar 3 fenomene: Întârzierea datorată cozilor de aşteptare u Pierderea de pachete u Traficul este dominat de retransmisii care duc la scăderi ale lăţimii de bandă u

Factori care duc la congestie Sosirea de şiruri de pachete pe mai multe linii de intrare, solicitând aceeaşi linie de ieşire u Unitatea centrală a router-ului este lentă u Linii cu lăţime de bandă scăzută u Reţea instabilă ( update-uri necontrolate ) u Politica de confirmare ( confirmarea imediată a pachetelor sosite la destinaţie duce la un trafic suplimentar ) u

Combaterea congestiei - I Motivele pentru care congestia trebuie combătută sunt următoarele: - Întârzieri cât mai mici - Lăţime de bandă cât mai mare - Viteză de transfer a informaţiilor mare - Pierderi minime de pachete

Combaterea congestiei - II Metode de combatere a congestiei: - Introducerea de echipamente mai performante în reţea ( routere cu CPU mai performant, cabluri – de preferat full-duplex ) - Inserarea în pachetul de date a unui bit de congestie - Reducerea încărcării reţelei - Trimiterea de pachete de probă pentru a întreba explicit despre congestie

Metode de prevenire a congestiei ( RED ) Ideea de bază a algoritmului RED ( Random Early Detection ) este de a anunţa sursele de o congestie prin marcarea şi aruncarea unor pachete înainte ca fenomenul de congestie să apară. RED alege aleator pachetele care vor fi aruncate.

RED Algoritmul RED: Pentru fiecare pachet sosit Calculează dimensiunea medie a cozii avg Dacă minth <= avg < maxth Calculează probabilitatea pa Marchează pachetul sosit cu probabilitatea pa Altfel dacă maxth <= avg Aruncă pachetul sosit

Algoritmul RED modificat - I Modificarea propusă este de a încerca o scădere a probabilităţii de aruncare a pachetelor. Am propus o scădere exponenţială a probabilităţii de aruncare a pachetelor în situaţia în care coada medie se află între minth şi 0, 5*maxth. Pentru a obţine această optimizare, se introduce un nou parametru ce contribuie la evaluarea probabilităţii de aruncare a pachetelor. După introducerea acestuia, formula pentru calculul probabilităţii de aruncare a pachetelor devine:

Algoritmul RED modificat - II pentru: avg ≤ minth pb=0 minth< avg≤ 0. 5*maxth pb= maxp unde: avg – coada medie count – nr. de pachete de la ultimul pachet marcat avg - minth pb pa = parametru(maxth – minth) 1 – count * pb 0. 5*maxth< avg ≤ maxth pb= maxp avg - minth maxth - minth pa = pb 1 – count * pb

Platforma de lucru Simulatorul utilizat este Network Simulator 2. 33 care ruleaza in sistemul de operare Linux. Se realizeaza scripturi TCL care genereaza reteaua simulata, traficul din retea si aplicatiile care ruleaza in retea. In urma rularii acestor scripturi se genereaza mai multe fisiere de trace pe baza carora se vor realiza reprezentarile grafice si tabelele pentru observarea imbunatatirilor aduse de program. Graficele sunt realizate cu un program de plot numit GNUPLOT disponibil atat pe Windows cat si pe Linux.

Evaluare RED vs RED modificat - I Topologia 1 utilizată: minth = 5 maxth = 15 wq = 0. 002 window = 15 parametru є { e 0. 25, e 0. 75, …, e 2. 75 }

Evaluare RED vs RED modificat - II Rezultate obţinute: Valoarea cozii medii creşte faţă de RED original. Se obţine o îmbunătăţire de până la 50. 78%.

Evaluare RED vs RED modificat - III Variaţia numărului de pachete aruncate în timp scade. Se obţine o îmbunătăţire de până la 16. 82%.

Evaluare RED vs RED modificat - IV Probabilitatea de aruncare a pachetelor în timp scade. Se obţin îmbunătăţiri de până la 13. 15%. Rata de aruncare a pachetelor în timp pentru RED original Rata de aruncare a pachetelor în timp pentru param = e 1. 25

Evaluare RED vs RED modificat - V Topologia 2 : minth = 5 maxth = 15 wq = 0. 002 window = 30 parametru є { e 0. 25, e 0. 75, …, e 2. 75 }

Evaluare RED vs RED modificat - VI Valoarea cozii medii creşte faţă de RED original. Se obţine o îmbunătăţire de până la 56. 63%.

Evaluare RED vs RED modificat - VII Variaţia numărului de pachete aruncate în timp scade. Se obţine o îmbunătăţire de până la 28. 92 %.

Evaluare RED vs RED modificat - VIII Probabilitatea de aruncare a pachetelor în timp scade. Se obţin îmbunătăţiri de până la 30. 35%. Rata de aruncare a pachetelor în timp pentru RED original Rata de aruncare a pachetelor în timp pentru param = e 1. 25

Evaluare RED vs RED modificat - IX Topologia 3 : minth = 5 maxth = 15 wq = 0. 002 window = 30 parametru є { e 0. 25, e 0. 75, …, e 2. 75 }

Evaluare RED vs RED modificat - X Valoarea cozii medii creşte faţă de RED original. Se obţine o îmbunătăţire de până la 29%.

Evaluare RED vs RED modificat - XI Variaţia numărului de pachete aruncate în timp scade. Se obţine o îmbunătăţire de până la 8. 79 %.

Evaluare RED vs RED modificat - XII Probabilitatea de aruncare a pachetelor în timp scade. Se obţin îmbunătăţiri de până la 7. 796 %. Rata de aruncare a pachetelor în timp pentru RED original Rata de aruncare a pachetelor în timp pentru param = e 0. 5

Concluzii - I În cazul topologiei 2 se obţine o aruncare a pachetelor în timp de 2, 44 ori mai mică decât în cazul topologiei 1. Dar cel mai important lucru este că rata de aruncare a pachetelor pentru RED original în cazul acestei topologii ajunge la 1, 12 % din totalul pachetelor ajunse în coadă, pe când în cazul topologiei stea era de 5, 406 % , iar în cazul topologiei 3 era de 3, 65 % din totalul de pachete ajunse în coadă. Cu RED modificat, pentru topologia 2, rata de drop scade până la 0, 78 % din pachetele sosite în coadă, ceea ce reprezintă o performanţă foarte bună. În cazul topologiei 3 se observă ca aruncarea de pachete începe mult mai târziu decât în cazul celorlalte topologii. În cazul topologiei 3 se obţin rezultate de 2 ori mai bune decât în cazul topologiei 1, dar un pic mai slabe decât în cazul topologiei 2.

Concluzii - II Pentru valori mici ale parametrului param performanţele algoritmului RED modificat sunt mai mari decât în cazul celui standard. Rata de pierdere a pachetelor este mai mică. Îmbunătăţirile medii aduse în urma modificării algoritmului RED pentru cele trei topologii utilizate în cadrul simulărilor sunt următoarele:

Concluzii - III O comparatie intre imbunatatirile obtinute pentru cele 3 topologii in cazul cozii medii si in cazul probabilitatii de aruncare a pachetelor este prezentata in graficele urmatoare:

Vă mulţumesc !