DiffServ-basierte Ende-zu-Ende Reservierung für den Zugriff auf Internet-weit verteilte Medien-Server

In diesem Projekt wurden Verfahren zur Reservierung von Ende-zu-Ende-Dienstgüte für den Zugriff auf Internet-weit verteilte Medien-Server entworfen. Die Reservierung dieser Dienstgüte sollte zum einen in klassischen IP-Netzen ermöglicht werden. Weiterhin sollte der Fall berücksichtigt werden, dass sich die Endgeräte in Mobilfunknetzen befinden. Im Projekt wurden die folgenden vier Arbeitspakete umfassend behandelt:

1. Spezifikation der Anwendung
2. Design von Server-basierten Reservierungstechniken
3. Design eines Reservierungssystems für Internet-weit verteilte Media-Server
4. Ausweitung auf Vernetzungsstrukturen für Mobilkommunikation

Im ersten Arbeitspaket wurde das zu Grunde liegende Anwendungsszenario spezifiziert, in dem die in den weiteren Arbeitspaketen entwickelten Mechanismen eingesetzt werden sollten: Clients greifen auf verteilte Medien-Server zu, die sich entweder innerhalb einer DiffServ-Domäne, oder aber beliebig im Internet verteilt befinden. Für diese Szenarien wurden zunächst Konzepte entwickelt, mit denen Abhängigkeiten zwischen Anwendungsströmen beschrieben werden können. Diese QoS-Beschreibungen enthalten wiederum alle relevanten Stromparameter für das QoS-Management und das Reservierungssystem. Um die Medienskalierung des QoS-Managements mittels Skalierungskommandos umsetzen zu können, wurden abschließend Skalierungsmechanismen für die Anwendung konzipiert.

In Arbeitspaket 2 wurde das erste Anwendungsszenario vorausgesetzt, bei dem alle Medien-Server innerhalb einer DiffServ-Domäne liegen. Hierfür wurden stromübergreifende Mechanismen zur Reservierung, zum Congestion-Management und zum QoS-Management entwickelt. Dabei wurden für das Congestion-Management verschiedene Verfahren entworfen, die auf TCP-Emulation basieren und für eine Glättung der Senderaten und TCP-freundliches Verhalten gegenüber normalen TCP-Strömen sorgen. Das QoS-Management verwendet dynamische SLAs, die mit einer neuen Bandwidth-Brokering-Strategie umgesetzt werden. Diese Konzepte wurden implementiert und ausführlich mittels Simulation, in Teilen auch durch Messungen in einem realen Netzwerk, getestet und bewertet.

In Arbeitspaket 3 wurden die entwickelten Konzepte so erweitert, dass auch das zweite Anwendungsszenario unterstützt wird, d.h. die Medien-Server können sich auf verschiedene IP-Netze verteilen. Insbesondere können die einzelnen Ströme zusammengefasster Medien-Objekte auf verschiedene Server ausgelagert werden. Für dieses Szenario wurde ein Main Server eingeführt, der eine Menge von Datenservern dynamisch verwaltet. Clients richten ihre Anfragen an den Main Server, der sie in der Folge so effizient wie möglich bearbeitet. Weiterhin wurde der Bandwidth-Broker erweitert, so dass ein mögliches Overprovisioning an Hand der auftretenden Lastschwankungen dynamisch angepasst wird. Dadurch wird verhindert, dass Netzressourcen durch zu hohes Overprovisioning ungenutzt bleiben. Die Konzepte wurden simulativ bewertet, mit dem Ergebnis, dass dynamisches Overprovisioning sowie die Flexibilität des Main Servers deutliche Vorteile mit sich bringen.

Schließlich wurden in Arbeitspaket 4 neue Konzepte entworfen, um die Reservierung und Durchsetzung von Ende-zu-Ende-Dienstgüte auch dann zu ermöglichen, wenn sich die Endgeräte in Mobilfunknetzen befinden. Dazu wurden so genannte Mobile Bandwidth-Broker eingeführt, die über Reservierungen entscheiden, indem sie Daten über die aktuelle Netzsituation sammeln und auswerten. Bei den Mechanismen zur Durchsetzung von Reservierungen wurde besonderes Gewicht auf die Garantie einer unterbrechungsfreien Dienstgüte bei einer gleichzeitigen Minimierung des Signalisierungsaufwandes gelegt. Die Konzepte wurden am Beispiel von UMTS-Netzen und WLAN-Hotspot-Szenarien umgesetzt. Einen Schwerpunkt dieses Arbeitspakets stellte die Anpassung des Congestion-Managements von TCP an die Anforderungen in Mobilfunknetzen dar. Hier wurden neue, wirkungsvolle Erweiterungen von TCP in Hinsicht auf mögliche Paketverluste durch Bitfehler als auch für Handover-Situationen entworfen. Insbesondere wurden dabei Mechanismen für Handover in heterogenen Multi-Radio-Netzen realisiert. Eine abschließende Bewertung dieser Konzepte ergab, dass die Reservierung und Durchsetzung von Ende-zu-Ende-Dienstgüte auch in Mobilfunkszenarien möglich ist und die entworfenen TCP-Mechanismen eine wirkungsvolle Überlastkontrolle darstellen.