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Congestion Management für Paket-basierte Kommunikationsnetze

01.04.2017 bis 31.03.2020

In diesem Projekt werden neue Congestion Management Konzepte in Paket-basierten Kommunikationsnetze, insbesondere für IPTechnologie, erarbeitet und untersucht. Congestion Management erkennt Verkehrsstau in einem Netz und löst ihn auf. Herausforderungen dabei sind Verzögerungen durch Stau gering zu halten, trotzdem eine gute Auslastung des Netzes zu gewährleisten und die Bandbreite im Fall von Stau möglichst fair aufzuteilen. Aktuell werden in der Internet-Standardisierung zwei grundlegend verschiedene Protokolle entwickelt, welche Stau aus einem IP-Netz melden und effizientes Congestion Management ermöglichen sollen.
In diesem Kontext wird die Idee des Congestion Policing (CP) propagiert. Pakete eines Verkehrsaggregates sollen verworfen werden, wenn dieses mehr Stau verursacht als ein Kontingent, das ihm vorher zugeordnet wurde. Allerdings ist die Definition von Stau für diese Zwecke noch unklar und CP wurde bisher nur qualitativ diskutiert. Es gibt nur vage Ansätze für Algorithmen, von denen noch keiner untersucht wurde. Darum soll in diesem Projekt vor allem CP als neuer Kontrollansatz für Zwecke des Congestion Management entwickelt und untersucht werden. Methodisch soll dafür Ereignisbasierte Simulation sowie mathematische Modellierung und Analyse eingesetzt werden. Weil es ich um ein schwieriges Problem handelt, wird in drei Entwicklungsschritten vorgegangen wie im Folgenden erklärt. Active Queue Management (AQM) Mechanismen reduzieren Verzögerung im Internet, weil sie dauernd gefüllte Warteschlangen auf einem ausgehenden Interface verhindern. Aktuell werden in der IETF neue AQM Algorithmen diskutiert. In diesem Projekt soll CP als neuer AQM-Mechanismus entwickelt, untersucht und mit den bestehenden Algorithmen verglichen werden. In einem zweiten Schritt soll dieser CP-AQM so erweitert werden, dass die Bandbreite eines ausgehenden Interfaces fair aufgeteilt werden kann, z.B. auf Verkehrsaggregate mehrerer Nutzer, wie es von Scheduling-Algorithmen bereits geleistet wird. Während diese Ansätze nur die Stauinformatoin einer lokalen Warteschlange nutzen, soll in einem dritten Schritt diese Information durch Staurückmeldung aus einem Netz ersetzt werden. Ziel ist es Stau im Netz durch Congestion Policer an dessen Rand zu erkennen und so zu kontrollieren, dass die Bandbreite der von Stau betroffenen Übertragungsleitungen im Netz annähernd fair aufgeteilt wird. Dieser neue Congestion Management Ansatz ist skalierbar, weil er das Kernnetz - im Gegensatz zu Scheduling-Algorithmen - zustandslos belässt. Er wird in erster Linie für vertrauenswürdige Netze wie Datacenters oder Transportnetze des Mobilfunks konzipiert und soll in diesem Kontext evaluiert und mit anderen Ansätzen verglichen werden. Die Ergebnisse des Projektes werden in die Standardisierung eingebracht, um die Entwicklung geeigneter Definitionen von Stau, geigneter Protokolle für Staurückmeldung und effizientes Congestion Management zu unterstützen.