Garantir la qualité de service temps réel: ordonnancement et gestion de files dattente YeQiong SONG, LORIA – INPL – Nancy Université

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song2 Plan 1.Mécanismes de gestion de la QdS 2.Gestion de files dattente 3.Ordonnancement de messages 4.Remarques sur des méthodes dévaluation des bornes de temps de réponse

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song3 1 - Gestion de la QdS dans un nœud de réseaux à commutation de paquets - Borner les flux darrivée: Leaky bucket - Gérer la saturation de buffers: RED - Ordonnancer les paquets: WFQ Contrôle dadmission pour la garantie

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song4 2 - Mécanismes de gestion de files dattente TD (Tail Drop) RED (Random Early Detection) DLB (Double Leaks Bucket)

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song5 TD Rejet quand file pleine Simulation TD avec flux darrivée Poissonnien =1, taille file = 9, C = 0,

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song6 RED (rejet avec probabilité) 1 Max p minmax Longueur moyenne de file Ne rien rejeter Rejet avec Proba P Rejeter tout P

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song7 RED Lg_moy = (1-Wq)*Lg_moy + Wq*lg_inst Longueur de file Temps Lg_moy Lg_inst

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song8 Simulation RED avec flux darrivée Poissonnien =1, taille file = 9, C = 0,8, w q = 0,2, max_p = 0,34, min th = 3, max th = RED Simulation TD DLBREDTD Taille moyenne de file Délai moyen (ms) Taux de perte22% 20% Pertes consécutives max.144 Pertes consécutives moy

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song9 Observations Considérons un exemple de transmission de paquets de voix pour une session de téléphonie IP Congestion rejet de paquets dégradation de QdS Problème: seul taux de pertes ne permet pas de mesurer la dégradation. Pour un même taux, une longue séquence de pertes consécutives impacte plus la QdS Nouveaux modèles pour mieux spécifier la tolérance à la dégradation de QdS? Nouveaux mécanismes pour éviter de longues séquences de pertes? Modèle (m,k)-firm Double Leaks Bucket

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song10 Modèle (m,k)-firm Temps réel dur: non respect dune échéance entraîne des conséquences catastrophiques Temps réel souple: non respect des échéances entraîne une diminution de performances (QdS dégradée) –Temps réel « firm »: temps réel souple mais avec le non traitement des paquets ne pouvant pas respecter leur échéances (paquets rejetés) –(m,k)-firm: respect des échéances dau moins m parmi k paquets consécutifs quelconques [Hamdaoui95]

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song11 (m,k)-firm et états du system Exemple de (2,3)-firm k-séquence

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song12 k-séquence et expression de contraintes (3,5)-firm - k-séquence fixe = k-pattern k-séquence dynamique

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song13 Exemple dune application acceptant la contrainte (m,k)-firm Flux vidéo MPEG I BB B P B B P BB P B I BB B P B B P BB P B GOP (Groupe Of Pictures)

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song14 Maquette de tests VideoLan : générateur de trafic MPEG

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song15 Test sur maquette Vidéo initiale:

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song16 Test 1: rejet de tous les paquets de type I Image fixe Test sur maquette

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song17 Test 2: rejet de tous les paquets de type P Test sur maquette

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song18 Test 3: rejet de tous les paquets de type B Test sur maquette

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song19 Modèle R-(m,k)-firm R-(m,k)-firm est une relaxation du modèle (m,k)-firm afin daugmenter le taux dutilisation du serveur – un problème bien connu de lordonnancement est non préemptif [Thèse J. Li 07] Facteur (m,k) : pour un groupe quelconque de k paquets consécutifs, au moins m sont transmis avant un facteur de délai Facteur délai : à linstant t, k paquets sont émis par la source. Alors, m parmi eux doivent être transmis à la destination avant t+. une échéance par groupe de paquets au lieu dune par paquet.

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song20 DLB (Double Leaks Bucket) Un simple lavabo avec une évacuation de trop plein

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song21 DLB Simulation DLB (q 1 =3, q 2 = 6, taille de file = 9, C 1 = 0,8, C 2 = 0,4) DLBREDTD Taille moyenne de file Délai moyen (ms) Taux de perte22% 20% Pertes consécutives max.144 Pertes consécutives moy Propriété 1: non pertes consécutives

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song22 DLB Property 2: Garantie déterministe R-(m,k)-firm pour flux (, )-borné Theorem: Pour un flux (, )-borné, si DLB est configuré selon les conditions suivantes, la contrainte R-(m,k)-firm sera respectée de façon déterministe Condition (1) : C1+C2> ; Condition (2): si >q2, alors sinon

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song Ordonnancement de message

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song24 WFQ P21 P22 P23 P24 P25 WFQ P11 P12 P13 P14 P15 P16 Flux 1 : 3 Mbit/s Flux 2 : 1 Mbit/s P11 P12 P13 P21 P14 P15 P16 P22 P17 P18 P19 P23 P24 P25 D2 D1 Temps Virtuel de Départ

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song25 WFQ et temps de réponse borné WFQ garantit à chaque source de flux i – une portion de bande passante g i proportionnelle à son coefficient de partage i – un délai maximal ssi le trafic du flux est borné par une courbe darrivée ( i, i )-borné et avec i g i :

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song26 Problème de WFQ pour temps réel WFQ est initialement conçue pour garantir la bande passante mais pas le délai ! Pour un flux donné, plus le coefficient de partage est petit, plus le délai est grand – Problème : flux temps-réel de faible besoin en bande passante, mais nécessitant un délai étroit (Voix sur IP avec Débit=64Kb/s) Sous-utilisation de ressources pour garantir le délai – Borne sur le délai = f(Bande passante réservée, Rafale)

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song27 (m,k)-WFQ [thèse A. Koubâa 04] Objectifs de (m,k)-WFQ: –Prise en compte de (m,k)-firm –Utilisation plus efficace de la bande passante pour réduire D max Principe de (m,k)-WFQ: –Marquage des paquets par la source selon - pattern (introduction de deux priorités) –Estampillage des paquets selon le temps virtuel de départ de WFQ

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song28 Algorithme (m,k)-WFQ Paquet Critique Paquet Optionnel Echéance RatéeEchéance Respectée Envoyer le paquetRejet du paquet Sélection min(F i k ) parmi les paquets critiques Sinon parmi les paquets optionnel

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song29 Un exemple

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song30 Performances de (m,k)-WFQ Taille de paquet constante = 1 Ko (m,k)-WFQWFQ(m,k)-FIFOFIFO Voix9, ,8320,52948,031 Vidéo3,99941,08421,08649,031 FTP3,83718,04821,44249,083 Temps de réponse maximal simulé : Taux de rejet (m,k)-WFQ: Voix: 6,8% Vidéo:5,5%

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song31 Garantie de temps de réponse de (m,k)-WFQ S t bits ( )-Shaper (m, k)-Filtre Flux Critique (k-m,k)-Filtre (b, )-Shaper (b, )-Shaper k-m k Flux Optionnel MUX Le nombre maximum de paquets optionnels transmis par le serveur est lensemble des paquets ayant un délai inférieur à léchéance désirée D op :b = D op (supposons que la bande passante du serveur g = )

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song32 Borne de temps de réponse de (m,k)- WFQ Les deux systèmes suivants sont équivalents servi par un serveur WFQ servi par un serveur (m,k)-WFQ Borne sur le délai dun flux ( )-borné servi par (m,k)-WFQ

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song33 Borne de temps de réponse de (m,k)- WFQ Si aucun paquet optionnel nest servi: Pour garantir un temps de réponse entre D* min et D* max, on peut ajuster D op qui détermine b = D op

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song34 Délai Garanti par (m,k)-WFQ WFQ Le flux est ( )-borné (m,k)-WFQ Le flux est ( )-borné

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song35 4 – Remarques sur méthodes dévaluation de bornes des temps de réponse Flux périodique et son enveloppe majorante (, )

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song36 Lanalyse de la trajectoire du « pire cas » vs. lanalyse de lenveloppe majorante (, ) Exemple de priorité fixe (si R i < T i ) avec

ETR2007, Nantes, 7 sept. 2007Y.Q. Song37 Questions?