کیفیت سرویس مدیریت منابع IP نسل بعد

کیفیت سرویس مدیریت منابع IP نسل بعد – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

www.irantarjomeh.com

مدیریت پویای منابع برای فراهم آوردن کیفیت سرویس (Qos) در شبکه های بیسیم مبتنی برـ IP نسل بعد

چکیده

یکی از مسائل قابل توجه در زمینه تحقیقات کنونی فرمولاسیون ضروریات و هزینه‌های طراحی ابتدایی معماری شبکه بی سیم نسل بعد می‌باشد. سیستمهای بی‌سیم نسل بعدی قابلیت پشتیبانی از مجموعه متنوعی از تکنولوژی های دسترسی و ادوات سیار را خواهند داشت و همچنین توانایی فرمولاسیون یک محیط گسترده ناهمگن با توجه به ضروریات فزاینده در زمینه  عملیات پشتیبانی از شبکه را خواهند داشت. با توجه به تقاضای روزافزون برنامه‌های چند رسانه‌ای این امر انتظار می‌رود که نیاز بیشتری در زمینه بهره‌گیری از پشتیبانی کیفیت سرویس، در خلال مسیر انتها به انتها، وجود داشته باشد. این مقاله در ابتدا یک دیدگاه آموزشی در مبحث معماری شبکه بیسیم نسل بعد را ارائه خواهد نمود و نگاه دقیق‌تری به رویه های تدارک QoS انتها به انتها خواهد داشت. بر این مبنا، عقیده داریم که بواسطه افزایش ناهمگنی محیط جدید، مدیریت دینامیکی یا پویای منبع در یک شبکه هسته الزامی‌می‌باشد. متعاقب این مضمون، نسبت به ارائه پیشنهاد خود با توجه به طرح مدیریت پویای منابع که بر مبنای مفهوم استخرهای منبع می‌باشد اقدام خواهیم نمود. مفهوم استخر منبع به صورت عمقی در این مبحث مورد آنالیز قرار گرفته و بدینسان نتایج شبیه‌سازی انجام شده اثبات کننده صحت و تناسب چنین مفهومی‌می‌باشد.

کلمات کلیدی: شبکه‌های بیسیم نسل بعد، کیفیت سرویس، مدیریت پویای منبع، سرویس های شبکه

کیفیت سرویس مدیریت منابع IP نسل بعد

۱- مقدمه

شبکه های بی سیم نسل بعد به صورت اصولی از طریق ارتقا و همگرایی سیستمهای ارتباطاتی سیار کنونی و تکنولوژی IP تشکیل گردیده اند. معماری پیش بینی شده معرف حفظ ساختار دو سطحی کاملا شناخته شده می‌باشد، که شامل یک حالت شبکه هسته (CN) چند حوزه‌ای  یا چند دامنه‌ای می‌باشد که عرضه کننده اتصال و سرویس هایIP می‌باشد و همچنین در بردارنده مجموعه ای از شبکه های دسترسی (AN) با سیم و بی سیم است که ارائه دهنده سرویس های اتصال فرسنگ آخر برای کاربرهای سیار می‌باشد. مفهوم همگرایی در طی چندین سال اخیر در مضامین تحقیقاتی، صنعتی و جامعه استاندارد اهمیت قابل توجهی یافته است، که خود منجر به بروز تعدادی از رویه ها و پیشنهاد های مرتبط با همگرایی، نظیر آنچه در بخش مرجع [۱–۳] ذکر شده است، گردیده است. ویژگی اصلی شبکه های نسل بعد ناهمگنی می‌باشد. این ساختار ناهمگن یا غیر متجانس نتیجه عملیات و قابلیت مختلف شبکه های دسترسی همگرای متعدد، پیکربندی مجدد و پذیرش قابلیت های ابزارها و برنامه های کاربردی کاربران نهایی و همچنین مدل تعامل بینابینی است که نشأت گرفته از مشارکت سناریوهای متفاوت و وجود ارائه دهندگان خدمات مختلف می‌باشد.

 معماری شبکه های بی سیم نسل بعد بر این مبنا می‌بایست قابلیت تعاملات غیر متجانس یا ناهمگن را داشته باشد. چنین مضمونی تحمیل کننده ضروریات اکیدی می‌باشد که می‌بایست جهت فراهم آوردن یک سرویس یکنواخت و بدون عیب این ضروریات را مرتفع ساخت. چنین ملزوماتی بر روی عملیات اصلی شبکه هسته، شامل مدیریت تحرک، منبع شبکه و مدیریت کیفیت سرویس (QoS)، همراه با مجموع کنترل های عملیاتی AAA و موارد مختلف دیگر تأثیر خواهد گذاشت. این مقاله تمرکز خود را معطوف به مدیریت منابع شبکه، برای تدارک QoS در یک محیط شبکه بیسیم نسل بعدی ناهمگن، خواهد نمود. انگیزه اصلی تحقیقات ما بر این مبنا استوار است که طبیعت و ذات ناهمگن چنین محیطی باعث بروز الزاماتی در زمینه وجود یک لایه مدیریت پویای منابع در شبکه مرکزی این ساختار، همانگونه که به صورت موجز تشریح خواهد شد، شده است.

در سیستمهای نسل سوم (۳G) یا سیستمهای قبلی، CN به عنوان یک گلوگاه کل شبکه بشمار نمی‌آید. در چنین شبکه‌هایی این خصیصه غالباً بخش صرفا بدون سیم AN را تشکیل می‌دهد که به اپراتورها اجازه خواهد داد تا قابلیت بعددهی مناسب به باقیمانده شبکه را داشته باشند (بخش دارای سیم AN و CN)، بگونه‌ای که باعث بروز تراکم حداقلی در آنها شود. امر مشخص نمودن ابعاد در اینجا الزاماً به معنای اعمال رویه‌های بیش از حد تدارکاتی، همانگونه که برخی از افراد اینگونه اذعان داشته اند، نخواهد بود، بلکه در مقابل یک مدیریت استاتیک کم و بیش منابع CN، بر مبنای الگوهای ترافیک پیش بینی شده و مبتنی بر قابلیتهای استاندارد QoS وابسته به CN، مد نظر می‌باشد. چنین امری در نهایت برای هر گونه شبکه بی سیم همگن می‌تواند صحت داشته باشد که ارائه دهنده فرصت لازم جهت مطالعه الگوهای ترافیکی و پیش‌بینی نیازهای ترافیکی می‌باشد و در نهایت ابعاد مناسب شبکه را در اختیار مدیر شبکه قرار خواهد داد.

…

ادامه این مقاله بشرح ذیل سازماندهی شده است. بخش ۲ ارائه دهنده یک دیدگاه آموزشی فی‌الذاته  برای معماری شبکه بی سیم نسل بعدی خواهد بود، که مشخص کننده اجزای اصلی شبکه و عملیات مربوط بدان می‌باشد و همچنین نیازهای لایه کنترلی برای تدارک QoS و مسایل مربوط به فراهم آوردن سرویسهای شبکه را مورد بحث قرار می‌دهد و دست آخر خط مشی های موجود و وضعیت های نوین در QoS انتها به انتها را خلاصه می‌نماید. بخش ۳ مکانیزم مدیریت پویای منابع را تشریح می‌نماید، بخش ۴ نیز نسبت به ارائه نتایج شبیه سازی که اثبات کننده تناسب چنین سیستمی‌می‌باشد اقدام خواهد نمود. در نهایت، بخش ۵ نتیجه گیری ها و تحقیقات آتی را ذکر خواهد کرد.

کیفیت سرویس مدیریت منابع IP نسل بعد

۲ معماری شبکه بی سیم نسل بعد

یک اجماع کلی در خصوص بلوکهای ایجاد کننده اصلی معماری شبکه بی سیم نسل بعد وجود دارد. یک شبکه هسته مبتنی بر IP بزرگ باعث خواهد شد تا امکان اتصال IP اصلی برای ادوات سیار فراهم شود و این شبکه همچنین تنها از پروتکل های IP اصلی (مبتنی بر- IETF) برای هر یک از عملیات خود استفاده می‌نماید: تخصیص آدرس شبکه، مدیریت شبکه، مدیریت تحرک، کیفیت سرویس، AAA و غیره. شبکه هسته قابلیت عملکرد همانند شبکه هسته نسل سوم را بخوبی حفظ کرده است، اما چنین شبکه‌ای را می‌توان به عنوان یک رویه ارتقا یافته از شبکه نسل ۳ مد نظر قرار داد، چرا که مقصود جدا نمودن تکنولوژیهای دسترسی بیسیم از شبکه هسته‌ای می‌باشد که بدانها سرویس می‌دهد. بخشهای دسترسی مختلف از طریق یک رابط کلی (مشابه با Iu در اصطلاحات نسل سوم) بدین هسته یکپارچه شده می‌پیوندد و بر این مبنا نسبت به برقراری ارتباط با مسیریابهای خاصی اقدام می‌کند که قابلیت اجرای توابع پذیرش، مورد نیاز برای تکنولوژیهای دسترسی زیرین، را دارا می‌باشند. ما باید این نکته را مورد توجه قرار دهیم که شبکه هسته نه تنها قابلیت سرویس دهی به بخشهای دسترسی بیسیم را خواهد داشت بلکه می‌تواند به بخشهای دارای سیم نیز سرویس دهد. شکل ۱ معرف معماری محیط بیسیم نسل بعد می‌باشد.

۱ـ۲٫ تدارک سرویس شبکه

به منظور فراهم آوردن QoS انتها به انتها، برخی از انواع کنترل ترافیک و مدیریت منبع می‌بایست در کلیه حوزه‌های مدیریتی که بوجود آورنده مسیر انتها به انتها می‌باشند وجود داشته باشند. هر حوزه نسبت به بکارگیری مکانیزم های خاص خود اقدام نموده و بر این مبنا پارامتر های خاص خود برای کنترل ترافیک و مدیریت منبع را تعریف می‌نماید. این نکته به صورت شایع مطرح می‌باشد که مدل QoS بر مبنای ایده سرویس شبکه (یا کلاس ترافیک ) بنا شده است. بر حسب مرجع [۷] ، یک سرویس شبکه به صورت «تعریف مفاهیم و پارامترهای یک نوع خاص از QoS می‌باشد». بر این مبنا، تجسم فراهم ساختن QoS در یک حوزه خود مبتنی بر دسته بندی ترافیک به مجموعه‌ای از سرویس های شبکه خواهد بود.

۲ـ۲٫خط مشی جاری در QoS انتها به انتها در محیط های بی سیم ناهمگن

به منظور دستیابی به هدف فراهم آوردن خدمات دارای کیفیت بالا در شبکه های بی‌سیم نسل بعد، اجرای تکنیک های جدید که قابلیت تضمین کیفیت سرویس را اشته باشند الزامی‌خواهد بود، آن هم به هنگامی‌که محدودیتهای تحمیلی بوسیله کاربران ـ انتهایی و شبکه را مد نظر داشته باشیم. بر این مبنا دیدگاه های تحقیقاتی زیادی وجود دارند [۱۴–۲۱] که سعی در فراهم آوردن تضمین های QoS انتها به انتها در شبکه های ناهمگن دارند. در اینجا این دیدگاهها بصورت مختصر مورد بحث قرار خواهند گرفت. در مرجع [۱۴]، چالشهای اصلی QoS برای پشتیبانی یکپارچه از دسته بندی های مختلف مربوط به هایپر هنداور یا تعویض کانال بصورت ترکیبی خلاصه شده اند. این مقاله ارائه دهنده یک چارچوب QoS می‌باشد که شامل یک زیر ساختار شبکه سه سطحی و یک سیستم مدیریت خط مشی سلسله مراتبی مبتنی بر ترمینال می‌باشد. 

کیفیت سرویس مدیریت منابع IP نسل بعد

۳- مدیریت منبع

۱ـ۳ سطح مدیریت منبع

در فاز تدارکات اولیه، اپراتور شبکه هسته حداکثر مقدار پهنای  باندی که می‌توان آن را برای هر لینک در هر کلاس ترافیک تخصیص داد مشخص می‌نماید. چنین مسئولیتی به عهده مکانیزم کنترل پذیرش (AC) می‌باشد تا آنکه این اطمینان حاصل شود که ترافیک اعمال شده در شبکه بوسیله هر شبکه دسترسی، فراتر از محدودیت‌های نرمال شبکه نشود. ما این نکته را درنظر می‌گیریم که هر ER دارای یک عامل کنترل پذیرش مرتبط (ACA) می‌باشد که نسبت به  اعمال درخواست های AC اقدام می‌کند. هر گونه ضروریات کاربردی QoS را می‌توان به یک درخواست رزرواسیون، برای مجموعه‌ای از پارامترهای کلاس ترافیک، نگاشت نمود. ACA مسئول محاسبه یک پارامتر واحد است، که در حقیقت همان پهنای باند از پارامترهای کلاس ترافیک، بر مبنای الگوریتم کنترل پذیرش [۲۹] می‌باشد که برای هر کلاس ترافیک اعمال می‌شود. بنابراین، استخرهای منبع تنها از پهنای باند بعنوان پارامتر ترافیک آگاه می‌باشند، در حالیکه AC قابلیت کار با کل مجموعه پارامترها که به وسیله درخواست رزرواسیون مشخص شده است را خواهد داشت.

با این وجود، فاز تدارک اولیه قادر نیست تا به صورت دینامیکی نوسانات و انحراف‌های ترافیک عرضه شده حقیقی را از نوع مورد انتظار آن مشخص نماید. به منظور حاصل آوردن یک رفتار دینامیکی بیشتر، داشتن یک رویه به اشتراک گذاری منابع به صورت دینامیکی بین شبکه های دسترسی مختلف مطلوب خواهد بود و حتی چنین موردی تا میزانی برای ERهای مختلف قابل توجه می‌باشد. این موضوع در بردارنده آن است که مجموعه اولیه هر ER با یک مجموعه از محدودیت‌های کنترل پذیرش (ACLها)، که وابسته به توزیع ترافیک ارائه شده می‌باشد، را باید بصورت دینامیکی با بار عرضه شده حقیقی منطبق نمود. استخرهای منبع شامل یک مکانیزم اصلی هستند که به وسیله مرجع [۶] جهت رویارویی با نوسانات محلی در ترافیک عرضه شده ارائه گردیده اند، که فراهم آورنده منبع کوتاه مدت توزیع مجدد در یک مقیاس زمانی چند ثانیه‌ای تا چند دقیقه‌ای می‌باشد.

۲-۳٫ الگوریتم RP برای شبکه های ناهمگن

این بخش نسبت به ارائه الگوریتم مدیریت منبع (RMA) که در RP جهت تبادل منابع بین ریشه و برگها، RPLها،  استفاده شده است اقدام می‌نماید. RMA که در اینجا ارائه شده است بر مبنای معیارهای مرتبط با مقدار استفاده شده محلی منابع (پهنای باند) می‌باشد: RPLها از یک معیار بالا و پایین جهت تبادل منابع با RP خود بهره می‌جوید. به هنگامی که مقدار کل منبع تقاضا و برآورد شده پنجره منبع قرار گرفته بین دو ناحیه معیار مشخص شده را ترک می‌کند، عملکردهای پذیرش مشارکتی منابع اعمال خواهند شد. به هنگامی که مجموعه کل تقاضای منبع فراتر از نقطه شاخص شود، یک RPL اقدام به ارسال درخواست منبع به RP خود می‌نماید. علاوه بر این،  به هنگامی که کل منبع تقاضا شده کمتر از مقدار شاخص شود، RPL منابع استفاده نشده را بازگشت خواهد داد.

۳-۳٫ الگوریتم RP توسعه یافته برای پشتیبانی از تحرک

تشریح فوق در زمینه اگوریتم RMA باعث ایجاد این تمایز نخواهد شد که آیا درخواستهای اولیه بواسطه رسیدن مکالمه‌های تازه هستند و یا آنکه ناشی از درخواستهای تعویض کانال می‌باشند. یک نگارش‌های تعمیم یافته RMA، بنام RMA-HF، رویه‌های تمایز بین موارد تعویض کانال و درخواستهای جدید را محقق می‌سازد. در صورتی که یک درخواست تعویض کانال را نتوان بوسیله RPL یا RP اجابت نمود، RP نسبت به صدور یک درخواست انتشار فوری اقدام می‌نماید و به صورت صریح از کلیه RPL های دیگر خود خواهد خواست تا منابع آزاد خود را نیز انتشار دهند. والد RP نسبت به اجابت درخواست RPL اقدام نموده و مقداری از منابع خود را جهت اجابت درخواست تعویض کانال در اختیار می‌گذارد، اما در عین حال مقداری از منابع را نزد خود همچنان باقی نگه می‌دارد تا آنکه بتواند آنها را بصورت مجدد بین ولدهای خود توزیع کند. این طرح در مقابل اعمال یک درخواست جدید می‌باشد که در آن در صورتی که هیچگونه منابع آزادی در هر دو مورد منطبق RPL و RP موجود نباشد، چنین درخواستی رد خواهد شد.

کیفیت سرویس مدیریت منابع IP نسل بعد

۴- عملکرد استخرهای منبع

عملکرد استخرهای منابع (RPها) با استفاده از یک روش شبیه سازی که بوسیله Java توسعه یافت مورد بررسی قرار گرفت. بر این مبنا دو رویه بررسی عملکرد ارائه شده است. در ابتدا عملکرد RMA به صورت یک مطالعه سیستماتیک با تعداد زیادی از شبیه سازی ها انجام شد که در بردارنده تقریباً‌ کلیه فضاهای پارامتری می‌باشد. این نکته نشان داده شد که RP قابلیت پذیرش اشتراک منبع را داشته و بصورتی موثر و کارا توان ایجاد تراز بار نوسانی را نیز خواهد داشت. در بخش ثانویه شبیه‌سازیها، یک مطالعه مقایسه‌ای بین دو الگوریتم مختلف RMA و RMA-HF ارائه شده است. علاوه بر این، به منظور آنکه بطور آشکار ارزش افزوده مکانیزم RP را بازگو نمائیم، عملکرد یک سناریوی تدارک استاتیک منبع تحت شرایط ترافیکی یکسان عرضه شده است.

برای ارائه یک بررسی عملکرد سیستماتیک که در بردارنده کل فضای پارامتری دو RPL باشد که یک استخر مشترک را بصورت مشارکتی مورد استفاده قرار داده اند می‌توانید به شکل ۴ رجوع کنید. یک تولید کننده ترافیک به هر یک از RPL ها متصل شده است که اقدام به ایجاد درخواستهای اولیه با توجه به زمانهای بین ـ رسیدن توزیع نمایی و زمانهای وقفه توزیعی نمائی نموده است. این درخواستها تا زمانی که نیاز به منابع بیشتری نباشد، که ممکن است در آن زمان در منبع اشتراکی RPL درخواستی وجود داشته باشد، مورد پذیرش قرار خواهند گرفت. جهت سادگی، ما در نظر می‌گیریم که هر درخواست رزرواسیون نسبت به درخواست یک واحد از پهنای باند اقدام خواهد نمود. بار نوسانی با میانگین ۸۰ و ۴۰ برای RPL₁ و RPL₂ به ترتیب ارائه شد (شکل ۵). RPL ها اقدام به اجرای RMA نموده تا آنکه بتواند نسبت به انطباق سهم آنها از منبع با نیاز واقعی اقدام نماید.

کیفیت سرویس مدیریت منابع IP نسل بعد

۵- نتیجه گیری و تحقیقات آتی

این مقاله بصورت خلاصه فرایند فراهم آوردن QoS انتها به انتها در محیط شبکه بی‌سیم نسل بعد ناهمگن را مورد بحث قرار داده است. این مبحث معماری شبکه نسل بعدی نوظهور را ارائه نموده و برخی از مسائل مهم در ارتباط با تدارک کیفیت سرویس در محدوده این معماری را خاطر نشان ساخته است. رویه اصلی این مبحث در ارتباط با سیستم مدیریت پویای منابع برای شبکه هسته معماری شبکه بیسیم نسل بعد می‌باشد. این مقاله توجیهاتی در خصوص نیاز برای چنین سیستمی ‌را عرضه نموده و سپس به صورت تحلیلی عملیات و پارامترهای عملکرد اصلی آن را به نمایش گذاشته است. یک مدل شبیه سازی توسعه یافته و نتایج آن به منظور اثبات تناسب و صحت این سیستم عرضه شده است. این سیستم پشتیبان توزیع مجدد بر حسب تقاضای منابع به منظور مراقبت از موقعیت های دارای اولویت، همانند موردی که در طی تعویض کانال رخ می‌دهد خواهد بود.

شبیه سازی ها معرف آن می‌باشند که استخرهای منبع (RP) قابلیت حاصل آوردن اهداف احتمال بلوکینگ با منابع منطقی توزیع منابع به روشی منصفانه را خواهند داشت. میزان دستاورد RP تقریباً ۹۰ درصد بر حسب نرخ فعالیت پذیرش می‌باشد، بدان معنا که تنها ۱۰ درصد از درخواستهای رزرواسیون منبع اولیه شروع یک عمل پذیرش را درخواست خواهند نمود.

یکی از تعمیم های احتمالی طرح مدیریت پویای منابع پیشنهادی فراهم آوردن اقدامات پیشگیرانه در مورد تعویض کانال می‌باشد. بطور کلی این طرح قبلاً‌ پشتیبانی کننده فراوری های دارای الویت مرتبط با نیازهای منبع تعویض کانال بوده است، که بر این مبنا یک رویه احتمالی ارتقاء را باید در ارتباط با پیش‌بینی حرکت کاربر، بر مبنای ایده سرویسهای شبکه موبایل و همچنین الگوریتمهای پیش بینی تحرک مناسب در نظر گرفت. چنین موردی سبب تخصیص پیشینه یک بخش خاصی از منابع به RP ها می‌شود که با احتمال بالا بدانها در آینده نزدیک نیاز خواهیم داشت. این چنین موردی از تخصیص اولیه منابع باعث خواهد شد تا ترافیک سیگنالینگ کمتری در طی تعویض کانال، در مقایسه با موقعیت کنونی، وجود داشته باشد، که مؤکد آن خواهد بود که رویه تعویض کانال ممکن است سبب تخصیص مجدد بر حسب تقاضای منابع شود. با این وجود، ما باید رویه های تبادلی بین دستاورد یا بده فعالیت و بهره گیری احتمالی کلی موارد تشدید شونده بواسطه پیش تخصیص منابع در یک استخر منبع را در نظر بگیریم.

یکی دیگر از مسائل مهم برای تحقیقات آتی تعمیم کاربرد مفهوم استخر منبع (RP) در حوزه شبکه دسترسی می‌باشد به عبارت دیگر، می‌توان نسبت به تعمیم برگ استخر منبع در بطور مثال سطح سلول اقدام کرد. بدین روش،‌ با توجه به وجود تعامل بینابینی با مکانیزمهای مدیریت منبع رادیویی، می‌توان یک مدیریت ممتاز کلی را در زمینه منابع شبکه انتظار داشت. با این وجود، با آنکه ما ممکن است یک پیچیدگی فزاینده در باب طرح مدیریت منابع را انتظار داشته باشیم، این تعمیم می‌تواند باعث تسکین مکانیزم های RRM شایع شود که به احتمال قوی در معماریهای شبکه بی سیم نسل بعد بکار گرفته خواهند شد.