數 路 2003 Symposium on Digital Life and Internet Technologies UMTS 料流類 路 行 Behavior Study of UMTS QoS Classes on DiffServ Networks 李 瑩 李 連 立 北 路 64 s8842, s8839, lien@cs.nccu.edu.tw UMTSUniversal Mobile Telecommunication System 料流 類 串流 類 都 DiffServ 不 料流 不 理 QoS NS-2 DiffServ UMTS 料流 DiffServ 不 料流 類 Best-Effort DiffServ 兩 QoS DiffServ 不 類 料流 度 DiffServ 度 度 路, 路 Abstract UMTS defines four different types of traffic classes: conversational, streaming, interactive and background, each of them has specific characteristics. DiffServ can give packets various forwarding treatments according to different traffic classes to achieve the QoS goals. This study uses NS-2 simulator to study the behavior of all classes of traffic on DiffServ domain. Experiment 1 compares the performance of four traffic classes in the traditional Best-Efforts network and in the DiffServ network. Experiment 2 inspects the impact to the in DiffServ network when different type of traffic classes gradually overloads. As a result, DiffServ indeed improves the network QoS level by depressing lower priority services to enhance higher priority services. Key words: QoS, DiffServ 1. 來 烈 路 刺 量 路 流 了 路 數 路 All-IP 路 circuit switching 路 IP All-IP 路 了 Alll-IP 路 路 (QoS) All-IP 路 [1, 2] 不 路 不 不 e-mailftp 路 (interactive) VoIP 了 路 All-IP 路 路 IETF 類 路 Differentiated Service, DiffServ[3] 料 數 NS-2 路 [4, 5] 不 行兩 不 路 料流 (traffic) DiffServ Best-Efforts QoS NSC 91-2219-E-004-002
DiffServ BE QoS 不 料流 DiffServ assured forward service class DiffServ 料流 度 1.1 1.1.1 UMTS 料流 類 All-IP 路 (delay time)(jitter) ()DiffServ 不 料流類 不 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 路 行 略 類 [6](conversational class) 串流 (streaming class)(interactive class)(background class) (FTP) 1.1 類 度 1.1.2 DiffServ 了 料流 不 IEFT 了 Differentiated Services, DiffServQoS 路 路 便 類 類 (DSCP, DiffServ Code Point) 路 路 類 行 諾 1.2 DiffServ Source DiffServ Destination DiffServ Ingress 便 行 類 路 便 類 Egress 1.1 料流 度 來 類 類 300ms 例 路 串流 度 料 料 (data communication) 兩 類 度更 (telnet) 料 1.2DiffServ IETF 了 1. EF, Expedited Forwarding[7] 類 (delay time) 來 例 路 類 Guaranteed Service 2. AF, Assured Forwarding[8] EF BE AF 不 若 路 塞 3. 力 BE, Best-Effort Forwarding[9]
IP 路 BE 律 不 BE IP Precedence 留 1.1.3 NS-2 NS-2Network Simulator Version 2[4,5] 來 路 路 路 路 路 路 2. 2.1 Traffic Workload Modeling 料流 路 來 voice over IP 串流 video on demand telnet FTP 了 料流 路 料流 料流 類 VoIP: on/off Markov process 來 1/β 1/α 數 數 數 X 度 數 f X ax ae x > 0; a > 0 ( x) = where 0 otherwise E[X]=1/a and var[x]=1/ a 2 on state 率 α α + β ITU-T Recommendation P. 59[10] 1/β 1/α 1.004 1.587 on state ( ) 率 R 料 off state ( ) 不 料 裡 VoIP codec ITU-T G.729 CS-ACELP[11] R 8 Kbps voice data 20 bytes VOD: CBR (constant bit rate) VOD 率 384 Kbps 210 bytes Telnet: NS-2 telnet traffic generator[4] 流量 1000 byte 率 15.52 Kbps FTP: NS-2 FTP traffic generator[4] 流量 1000 byte 率 3434.77 Kbps 流量 來 流量 來 了 路 traffic NS-2 [4] Pareto on/off 來 Pareto 度 數 f ab x a ( x) = a + 1 for x b a shape parameter 裡 1.5 b scale parameter 5 ms 2.2 DiffServ vs. Best-Effort 料 流量 UMTS 料流 路 1-11-21-3 1-4 流量 流量 DiffServ BE 兩 QoS 理 料流 路 2.1 路 agent src0src1 n0 10 Mbps, 2 ms 連 (duplex link)n0 n1 n1 dst 連
5 Mbps, 10 ms 連 src0 流量 agent 料 dst null agent 裡 null agent 料 不 流量 src1 料流 var 不 料流 var 料 dst sink agentsink agent 料流 類 若 TCP ACK 若 UDP 不 路拓 BE DiffServDiffServ QoS QoS 路 2-9Mb 路 流量 var 2.1 路拓 Null sink 令兩 路 路 流量 2 9Mbpsvar 不 流量 量 料流 路 var DiffServ Best-Effort 兩 QoS 行 流量 兩 QoS var 來 DiffServ src0 dst src1 dst 量 n0 列 來 TCP 量 2.3 DiffServ vs. 料流 立 路 料流量 DiffServ 立 路 類 都 QoS 若 類 料 流量 2.1 2.1 流量 2-1 VoIP 2-2 VOD 2-3 Telnet 2-4 FTP 路 2.2e1coree2 DiffServ e1 e2 路 core 路 s1 s2s3 s4 料 dest 料 DiffServ 連 10Mbps DiffServ core e2 7Mbpse1 core 1.5Mbps Weight Round Robin s1s2 s3s4 數 例 440.11.9 e1 core e1 core EXP UDP CBR UDP TELN TCP FTP TCP s1 s2 10Mb,2ms 10Mb,2ms s3 s4 10Mb,2ms 10Mb,2ms null null 1.5Mb,50ms 7Mb,50ms 10Mb,5ms e1 core e2 dest 6Mb,50ms 6Mb,50ms sink sink Core network 2.2 路 VoIP s1 流 VOD s2 流 telnet s3 流 兩 FTP s4 流 e1 core 路 率 料流 流量 率 不 e1 列 n1 列 來
率 3. 3.1 DiffServ vs. Best-Effort 3.1 流量 流量 5Mbps BE 路 DiffServ 不 流量 流量 5Mbps 便 路流量 DiffServ BE 路 3.2 量 DiffServ 量 BE 路 路 流量 delay time 路 流量 (Mbps) 3-1 流量 路 流量 路 流量 (Mbps) 3-2 流量 量 1-1DiffServ VoIP 料流 率 8 Kbps 流量 5Mbps 惡 3.3 流量 5Mbps DiffServ BE 路 3.4 流量 量 DiffServ BE 路 不 3.5 VoIP 料流 兩 QoS 5 Mbps VoIP BE 路 DiffServ 3.6 VoIP 料流 量 路 路 流量 Delay (with VoIP) delay time 路 流量 (Mbps) 3.3 1-1 流量 路 流量 (with VoIP) 路 路 流量 (Mbps) 3-4 1-1 流量 量 VoIP Delay 路 路 流量 3-5 1-1 VoIP
VoIP 路 路 流量 (Mbps) 3-6 1-1 VoIP 量 DiffServ 流量 VoIP 1-2DiffServ 串流 3.7 流量 4 Mbps 流量 兩 路 4 Mbps 流量 DiffServ BE 路 度 3-8 流量 兩 QoS 量 流量 量 DiffServ BE 路 路 流量 Delay (with VOD) average delay(s) 路 路 流量 (Mbps) 3-7 1-2 流量 路 流量 路 路 流量 (Mbps) 3-8 1-2 流量 量 3-9 VOD 流量 4Mbps VOD 量 4Mbps VOD DiffServ 量 不 BE 路 3-10 VOD 量 DiffServ VOD BE 路 DiffServ 流量 VOD average delay(s) VOD Delay 路 路 流量 (Mbps) 3.9 1-2 VOD VOD 路 路 流量 (Mbps) 3.10 1-2 VOD 1-3DiffServ 流量 5 Mbps 3.11 兩 QoS 都 5 Mbps 7 Mbps 兩 都 異不 7 Mbps DiffServ 流量 3.12 列 了 量 流量 量 DiffServ BE 不 3.13 流量 5 Mbps
BE telnet 料流 DiffServ telnet 不 兩 QoS telnet 路 流量 average delay(s) 路 路 流量 (Mbps) 3.11 1-3 流量 路 流量 average delay(s) 路 路 流量 (Mbps) 3.12 1-3 流量 量 Telnet Delay 路 流量 (Mbps) 3.13 1-3 telnet 路 1-4DiffServ 3.14 流量 5Mbps DiffServ BE 3.15 兩 流量 量 不 路 流量 delay time(s) 路 流量 (Mbps) 3.14 1-4 流量 路 流量 FTP Delay 路 流量 (Mbps) 3.15 1-4 流量 量 Best-Effort DiffServ 路 流量 (Mbps) 3.16 1-4 FTP 路 3.16 BE FTP 料流 流量 不 不 0.04 DiffServ DiffServ 度 理 FTP 不 量 FTP 不 3.17 BE DiffServ 裡 FTP throughput 流量 率 3.18
流量 throughput BE DiffServ 裡 throughput 率 理 DiffServ FTP 不 throughput thoughput(kbyte/s) FTP Throughput 路 路 流量 (Mbps) 3.17 1-4 FTP Throughput 路 流量 路 路 流量 (Mbps) 3.18 1-4 流量 Throughput 3.2 DiffServ vs. 料流 3.19 料流都 3.21 VoIP VoIP 率 VoIP 率 VoIPFTP 率 零 VOD telnet 不 VoIP 率 料流 delay time(sec.) rate VoIP 料流 數量 3.20 VoIP 料流 loss rate VoIP 料流 數量 3.21 VoIP 率 3.19 2-1DiffServ 度 2-1 率 3.20 delay time(sec.) 料流 delay time VOD 料流 數量 3.22 VOD
2-2DiffServ 串流 度 2-2 率 3.22 3.23VOD 率 VOD 0.14 率 80%FTP 率 料流 VOD telnet 率 零 料流 delay time delay time(sec.) 料流 loss rate rate telnet 料流 數量 3.24 telnet VOD 料流 數量 3.23 VOD 率 2-3DiffServ 度 2-3 率 零 3.24FTP VODtelnet FTP 不 3.25 VoIPVOD telnet telnet telnet VoIP VOD 都 料流 delay time delay time(sec.) telnet 料流 數量 3.25 telnet 2-4DiffServ 度 2-4 率 3.26 3.27FTP 率 8 FTP 率 0.3% 1 VoIPVOD telnet 3.28 FTP VoIP VOD telnet 料流 delay time FTP 料流 數量 3.26 FTP 料流 loss rate FTP 料流 數量 3.27 FTP 率
料 delay time(sec.) FTP 料流 數量 3.28 FTP 4. 論 來 4.1 論 DiffServ 路 QoS 流量 流量 降 DiffServ 度 度 度 度 論 類 料流 類 料流 類 料流 FTP 都 FTP 了 FTP 料流 不 不 料流類 率 不 FTP telnet VoIP VOD 兩 流量 不 VoIP VOD 流量 4.2 來 路拓 不 路 若 拓 度 更 料流不 料流都 數 model 路 QoS DiffServ 參 料 [1] Xiao, X., L. -M. Ni, Internet QoS: A Big Picture, IEEE Network, 13(2):8-18, March-April 1999. [2] Miras, D., Network QoS Needs of Advanced Internet Applications, Internet2 - QoS Working Group, November 2002. [3] Blake, S, D. Black, M. Carlson, E. Davies, Z. Wang, W. Weiss, An Architecture for Differentiated Services, RFC 2475, December 1998. [4] Fall, K., K. Varadhan, The ns Manual, http://www.isi.edu/nsnam/ns/, April 2002. [5] Pieda, P., J. Ethridge, M. Baines, F. Shallwani, A Network Simulator Differentiated Services Implementation, Open IP, Nortel Networks, 2000. [6],, QoS Challenges in Third Generation Mobile Networks, in: Proceedings of 2001 National Computer Syposium, December 2001. [7] Jacobson, V., K. Nichols, K. Poduri, An Expedited Forwarding PHB, RFC 2598, June 1999. [8] Heinanen, J., F. Baker, W. Weiss, and J. Wroclawski, Assured Forwarding PHB Group, RFC 2597, June 1999. [9] Clark, D., W. Fang, Explicit Allocation of Best Effort packet Delivery Service, IEEE/ACM Transactions on Networking, 6(4):364-373, August 1998. [10] International Telecommunication Union,
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