Transcript Ilmailuverkon liikenteen mittaukset, mallinnus ja siirtokyvyn analysointi

Ilmailuverkon liikenteen mittaukset,
mallinnus ja siirtokyvyn analysointi
Andrei Laurén
Diplomityöseminaari 10.4.2007
Valvoja prof.Jorma Virtamo
Ohjaajat TkT Mika Ilvesmäki ja Eeva Björklund
Sisällysluettelo
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2
Taustaa
Työn tavoite
Työn haasteet
Palvelunlaatu
Mittausympäristö
Algoritmi
Algoritmista saadut tulokset
Analysointi
Analysointituloksia 1-2
Liikennemalliin johtavat tulokset
Simuloinnista saatu tulos
Mitoitus 1-4
Loppupäätelmät
24.7.2016
TAUSTAA
Mitkä seikat johtivat työhön ryhtymiseen
• ”Riittääkö kapasiteetti!”, ”Miksi ohjelmat takkuavat!”, ”WANkapasiteettia hankittava lisää!”
Näkökulmia
• Miten palvelulaatumekanismit vaikuttavat kapasiteetteihin?
Miten ne oikeasti toimivat? Vastaus riippuu siitä, keneltä
kysyy!
• Pystymmekö toteamaan koneiden lisäyksistä johtuvaa
ruuhkautumista, vai johtuvatko ne edes lisäyksistä
• Kapasiteettien hallinta on tärkeää verkon toimivuuden
kannalta
3
24.7.2016
TYÖN TAVOITE
Työn tavoitteena oli
• Selvittää käytössä olevaa palvelulaatumekanismia
• Toteuttaa mitatun aineiston TCP-voista malli, josta
johdetaan tilastollinen liikennemalli
• Liikennemalli, jolla myöhemmin voidaan arvioida
kapasiteetteja
 Liikennemalli päätöksenteon apuna
 Liikennemallia voidaan tarkastella olemassa olevalla
palvelutasolla
4
24.7.2016
TYÖN HAASTEET
Haasteet liikennemallin saamiseksi
• Mittaukset ilmailuverkon osasta
 Ennen mittauksia selviteltiin koneiden rooli verkossa
• Mittausaineistosta saatujen tulosten käsittely kehitetyn
algoritmin avulla
• Algoritmista saaduista tuloksista johdetaan tilastollinen
liikennemalli
• ITguru-verkkosimulointiohjelman käyttö johdetulla
liikennemallilla
5
24.7.2016
PALVELUNLAATU
Paljon käytetty arkkitehtuuri
• Differentiated services
• Yleisesti käytetty palvelunlaatumekanismi, jossa AF-luokat
määrittelevät prioriteettitason ja joita nimitetään kulta-, hopea-,
pronssi -ja best effort -luokiksi
 Perustuu IP-liikenteen jakamisen etuoikeuksiin best effort -verkossa
 AF-luokille määritellään minimikaista, joka on taattu kaista
ruuhkatilanteissa
 Mekanismissa varataan resursseja reserviluokasta, jota käytetään
ruuhkatilanteissa. Reserviluokka on yleensä best effort -luokka
 Liikenneluokittelu suoritetaan reunareitittimessä ennalta määrätyin
liikennesäännöin. Runkoverkossa tehdään vastaavasti liikenteen
erottelua
• EF yhden luokan rakenne, joka on etuoikeutetuin luokka
 EF-luokalle määritellään maksimikaista
6
24.7.2016
Päätoimipisteen
palvelinkoneet
MITTAUSYMPÄRISTÖ
Kahden toimipisteen välisen ilmailuverkon
ominaisuuksia:
•
•
•
•
•
•
•
Verkko ei ole perinteinen ”toimistoverkko”
Kytk.
Toimipisteet on yhdistetty kahdella 1 Mbps linkillä
Liitäntäpiste
Sisältää 10 asiakaskonetta ja 12 palvelinkonetta
Asiakas- ja palvelinkoneet muodostavat laitepari
R
-yhteyksiä, jotka käyttävät hopealuokkaa (256 kbps)
OP1
24 h ajalta aineistojen keruu suoritettiin reunareitittimien
jälkeisessä kytkimessä (ks.”liitäntäpiste”)
OP1
R
Aineistojen keruun jälkeen kerättiin TCP-vuot
käytetyllä algoritmilla
Kytk.
Liikenteen rooli on enimmäkseen
Liitäntäpiste R
automaatioliikennettä
.. .
Maakuntatoimipisteen
asiakaskoneet
7
...
24.7.2016
R
ALGORITMI
Algoritmit
• Mittausaineistosta kerätään algoritmin avulla TCP-vuot
• TCP-voiden tunnistamiseksi käytettiin
 Lähde ja kohde IP-osoitteita, joilla eroteltiin laitepariyhteyksiä
 Lähde -ja kohdeportteja, joilla eroteltiin yhteydet ja sovellukset
 Arvoa 60 s tilanteissa, jossa porttinumerot eivät vaihtuneet
• Lopputulokseksi saatiin TCP-vuot, joista kerättiin IAT- (Inter
Arrival Time) arvot ja vuon koot erilliseen tiedostoon
laiteparikohtaisesti
• Laiteparikohtaisista tiedostoista analysoitiin Matlab-ohjelmalla
tilastollisia liikennemalleja
8
24.7.2016
ALGORITMISTA SAADUT TULOKSET
Esimerkki erään laiteparin
asiakas-ja palvelinkoneen yhteydestä
TCP- voiden
aloitusaikojen
erotus (IAT),
Vuon koko muodostuu
IP-pakettien kumulatiivisesta tavukoosta
9
24.7.2016
ANALYSOINTI
Tulosten analysointi liikennemalliksi Matlab-ohjelmalla
• IAT-ajoista ja TCP-voiden koista tehtiin analysointityö
laiteparikohtaisesti
• Analysoitiin toimipisteiden välillä olevia asiakas/palvelin
-laitepariyhteyksiä yksi pari kerrallaan liikennemalliksi
• Laitepariyhteyksiä yhteensä 72 kappaletta
• Jokainen analysointi ja hyväksytty tulos on testattu
Wilcoxonin- rankisummatestillä
10
24.7.2016
ANALYSOINTITULOKSIA 1/2
Gammajakauma voiden koista
250
200
100
50
0
24.7.2016
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Vuon koko [B]
2000
Normaalijakauma IAT-ajoista
20
18
16
E[X]=1.52
V[X]=0.03
14
12
10
8
6
4
2
0
11
E[X]=300.60
V[X]=53448
α  1.69, β  177.40
150
Määrä
• Aineistoista ei saatu yhtenäistä
laiteparikohtaista jakaumaa. Aineistoja
jouduttiin usein osioimaan, kuitenkin
maksimissaan 4 osaan
• Osioissa esiintyi myös tuloksia, joista ei
pystytty luomaan jakaumaa. Tällöin
käytettiin keskiarvoja
• Analysointityössä pääasiallisesti käytettyjä
jakaumia olivat gamma-, eksponentti,normaali- ja tasajakaumat
Määrä
Havainnot laiteparien analysointityössä
Esimerkki: Eräästä laiteparista saadut
osioidut tulokset
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
Aika [s]
1.9
2
ANALYSOINTITULOKSIA 2/2
Analysointityössä havaitut ongelmat
• Keskiarvo aiheutti ongelmia ITguru- verkkosimulointi
-ohjelmassa
• Keskiarvo ongelmaa pyrittiin ratkaisemaan osioiduista
laitepareista saaduilla painoarvoilla
• Painoarvojen käyttö olisi vaatinut ohjelmointirajapinnan, jota
käytössä olevalla simulaattorilla ei ollut
• Lisäksi ei ollut mahdollista saada voiden portti ja IPosoitekohtaisia tuloksia ITguru-simulaattoriohjelmasta
• Em. ongelmat johtivat vaihtoehtoiseen Poisson –prosessiin
perustuvaan periaatteeseen
12
24.7.2016
LIIKENNEMALLIIN JOHTAVAT TULOKSET
Poisson- prosessin tulokset
Tunnin resoluutiotulokset (maakunnan liitäntäpiste)
Poisson-prosessi
Aika 1h:n resoluutiolla
Keskiarvo
Määrä
Aika [h] (klo)
Sekunti [s]
N
09.00-10.00
6.10
587
10.00-11.00
5.30
678
11.00-12.00
5.30
680
12.00-13.00
5.70
628
13.00-14.00
7.10
507
14.00-15.00
7.40
487
15.00-16.00
5.70
632
16.00-17.00
5.40
667
17.00-18.00
8.00
450
18.00-19.00
7.20
499
19.00-20.00
6.90
520
20.00-21.00
6.10
595
21.00-22.00
7.00
515
22.00-23.00
6.10
592
23.00-24.00
6.30
575
24.00-01.00
5.90
611
01.00-02.00
5.80
623
02.00-03.00
5.90
613
03.00-04.00
6.20
580
04.00-05.00
5.50
660
05.00-06.00
5.70
631
06.00-07.00
5.90
609
07.00-08.00
5.30
684
08.00-09.00
6.70
539
Minimi aika
Sekuntti [s]
0.0030
0.0032
0.000737
0.0022
0.0102
0.0109
0.000725
0.0022
0.0015
0.0107
0.0095
0.0021
0.0117
0.0102
0.0022
0.0088
0.0044
0.0041
0.0024
0.0015
0.0024
0.0024
0.0126
0.0022
Maksimi aika
Sekuntti [s]
3605.80
3605.20
3620.80
30495
5194.70
3610.30
14429
6174.10
3614.90
3606.90
9282.40
3606.30
3604.90
3605.80
1737.70
4442.20
3604.90
3606.30
3604.90
3606.80
4186
4191.40
3604.90
3605
Voiden kokojen keskiarvot
Keskiarvo
Määrä
Minimi koko Maksimi koko
Tavu [B]
N'
Tavu [B]
Tavu [B]
14769
589
64
1950796
2295.60
680
64
11238
3300.50
681
64
126909
2595.30
630
64
42360
2320.10
509
64
16814
2343.80
488
64
10978
2678.70
634
64
62200
2466.50
668
64
64647
2432.70
454
64
10460
2527.80
500
64
57560
2851
522
64
60491
3972.90
594
64
591911
2237.10
519
64
17039
1332.10
593
64
7896
1363.70
576
64
14843
1328.90
616
64
9087
1262.40
624
64
7896
1391.40
614
64
9087
1370.90
581
64
14261
2460.20
664
64
281984
1397.30
633
64
10467
1245.40
610
64
8127
1272.50
683
64
10113
1878
541
64
10318
Tunnin resoluutiotulokset (päätoimipiste)
Poisson-prosessi
Aika 1h:n resoluutiolla
Keskiarvo
Aika [h] (klo)
Sekunti [s]
09.00-10.00
6.10
10.00-11.00
5.30
11.00-12.00
5.35
12.00-13.00
5.80
13.00-14.00
7.00
14.00-15.00
7.40
15.00-16.00
7.40
16.00-17.00
5.35
17.00-18.00
8.00
18.00-19.00
7.15
19.00-20.00
6.90
20.00-21.00
6.00
21.00-22.00
7.00
22.00-23.00
6.10
23.00-24.00
6.30
24.00-01.00
5.80
01.00-02.00
5.80
02.00-03.00
5.80
03.00-04.00
6.20
04.00-05.00
5.40
05.00-06.00
6.70
06.00-07.00
5.80
07.00-08.00
5.20
08.00-09.00
6.70
Määrä
N
591
683
674
620
512
485
638
674
452
504
523
598
518
589
572
621
619
620
578
665
637
616
694
535
Minimi aika
Sekuntti [s]
0.001
0.000947
0.0012
0.0015
0.0102
0.0085
0.0015
0.0014
0.0015
0.0017
0.0097
0.0014
0.0043
0.0015
0.0014
0.0012
0.0012
0.000077
0.0015
0.0012
0.0012
0.0014
0.000428
0.0015
Maksimi aika
Sekuntti [s]
3605.80
3605.40
3620.90
30496
5194.80
3610.40
14430
6174.30
3615
3690
9282.80
3606.40
3607
3607
1737.50
4442.30
3604.40
3606.40
3605
3606.90
4186.20
4191.60
3605
15265
Voiden kokojen keskiarvot
Keskiarvo
Määrä
Tavu [B]
N'
9522.50
596
2276.40
686
2273.20
675
2388.90
621
2469.30
512
2574.10
486
2099.20
640
2026.70
676
2408.40
453
2322.50
504
2346.40
523
2111.60
600
2444.10
519
2100.70
591
2284.20
573
2260.10
622
2298.80
621
2683.20
621
2957.70
581
2532.20
667
2549.10
639
2190.20
617
2205
696
2219.10
539
Minimi koko
Tavu [B]
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
Maksimi koko
Tavu [B]
1949291
30957
30432
31125
30480
31125
22764
30957
22089
30957
30957
22764
30957
22089
38244
26190
30957
31377
321368
45413
31953
30965
31533
30957
Tunnin resoluutiotulokset (maakunnan liitäntäpiste)
Poisson-prosessi
Aika 24h:n resoluutiolla
Keskiarvo
Määrä
Aika [h] (klo)
Sekunti [s]
N
09.00-09.00
6.10
14162
Minimi aika Maksimi aika
Sekuntti [s] Sekuntti [s]
0.000725
30495
Voiden kokojen keskiarvot
Keskiarvo
Määrä
Minimi koko Maksimi koko
Tavu [B]
N'
Tavu [B]
Tavu [B]
2635.40
14203
64
1950796
Tunnin resoluutiotulokset (päätoimipiste)
Poisson-prosessi
Aika 24h:n resoluutiolla
Keskiarvo
Aika [h] (klo)
Sekunti [s]
09.00-09.00
6.10
Määrä
N
14218
Minimi aika
Sekuntti [s]
0.000077
Maksimi aika
Sekuntti [s]
14430
Voiden kokojen keskiarvot
Keskiarvo
Määrä
Minimi koko
Tavu [B]
N'
Tavu [B]
2676.70
14258
64
Maksimi koko
Tavu [B]
1949291
Vuomääristä saadaan lasketuksi esimerkiksi vuorokauden ajalta [vuota/s].
(24 h*3600 s)/14162 (vuota) = 6.10s, 1/6.10 s = 0.164 vuota/s
Liikennemalliin, joka sijoitettiin simulaattoriin, otettiin IAT-keskiarvoajaksi 6.10 s ja vuon keskikooksi
2635.40 B
13
24.7.2016
SIMULOINNISTA SAATU TULOS
ITgurusta saatu tulos
•
•
•
•
Läpäisy (kbps) lähdelaitteiden määrän funktiona
Simulaatio aloitettiin10 asiakaskoneesta
Asiakaskoneita lisättiin simulaattorissa 10-200 kappaleeseen
Lopputuloksen antaminen vaatii mitoituksessa luokittelun ja muun
liikenteen huomioimisen
Hopealuokan läpäisy lähdelaitteiden funktiona
Turun liitäntäpiste
Maakuntapiste
Lin. (Turun liitäntäpiste)
1200
Kilobittiä/sekunti [kbps]
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
Lähdelaitteiden m äärä
14
24.7.2016
140
150
160
170
180
190
200
210
MITOITUS 1/4
•
•
•
•
15
Lasketaan ensin hopealuokassa
keskiarvoliikenne ja määritellään
varmuusmarginaalin raja
Keskiarvoliikenne
(78*8 kbps)/60 s=10.40 kbps
Varmuusmarginaalitaso
(220*8 kbps)/60 s=30.00 kbps
Varmuusmarginaalilla tarkoitetaan sitä
marginaalia, jossa perusliikenteelle
annetaan takuut ruuhkapiikkien
kattamiseksi
24.7.2016
Maakuntatoimipisteen liikenne mittauspäivänä [KB/min]
TURUN LIITÄNTÄPISTEEN LIIKENNE SIS.HYÖTYLIIKENTEEN/KOHINAN
700
600
500
Kilotavua per minuutti [KB/min]
Konservatiivinen mitoitusperiaate
400
300
30 kbps
200
100
10.40 kbps
0
09:00
12:00
15:00
18:00
21:00
24:00
03:00
24h mittausjakso [t]
06:00 09:00
MITOITUS 2/4
Konservatiivinen mitoitusperiaate
Lasketaan tulos prosenteissa
varmuusmarginaalille ja
hopealuokan todellinen
varmuusmarginaalikapasiteetti
TURUN LIITÄNTÄPISTEEN LIIKENNE SIS.HYÖTYLIIKENTEEN/KOHINAN
700
600
500
Kilotavua per minuutti [KB/min]
•
Maakuntatoimipisteen liikenne mittauspäivänä
[(30 kbps-10. 40 kbps)/30 kbps]*100=65 %
0.65*256 kbps (hopealuokka)=166 kbps
•
Lasketaan hopealuokan
keskiliikenteen kapasiteetti
400
300
200
65 %
100
256 kbps-166 kbps=90 kbps
10.40 kbps
0
09:00
256 kbps
Kulta
256 kbps
Hopea
90 kbps
16
24.7.2016
256 kbps
Pronssi
166 kbps
30 kbps
256 kbps
b.effort
90 kbps
166 kbps
12:00
15:00
18:00
21:00
24:00
03:00
24h mittausjakso [t]
06:00 09:00
MITOITUS 3/4
Konservatiivinen mitoitusperiaate
• Hopealuokan varmuusmarginaalin ja keskiliikenteen
arvioimisen jälkeen varataan resurssit best effort -luokasta
hopealuokan käyttöön
• Lisäksi arvioitiin pronssiluokan (perinteinen toimistoverkko)
liikennemäärä 8 viikon ajalta eri viikon päiviltä.
 Liikennemäärä sijoittui kahdella linkillä välille 50 kbps-505 kbps
• Liikenne 505 kbps mahtuu pronssiluokkaan, joten koko best
effort-luokan kapasiteetti varataan hopealuokan käyttöön
256 kbps
17
256 kbps
Toimistoverkon
liikenne (252.50 kbps) B.effort
Hopea
90 kbps
256 kbps
166 kbps
24.7.2016
90 kbps
166 kbps
MITOITUS 4/4
Lopputulos
•
•
Lasketaan lopullinen vaadittu kaista asiakaskoneille
2*90 kbps(hopealuokka)+2*90(best effort) kbps=360 kbps
Tulokseksi saadaan 60 asiakaskonetta. Huomioidaan vielä
rajatapaus, joten lopulliseksi tulokseksi tulee 360 kbps:n kaistalla
maksimimääräksi 55 asiakaskonetta
Hopealuokan läpäisy lähdelaitteiden funktiona
Turun liitäntäpiste
Maakuntapiste
Lin. (Turun liitäntäpiste)
1200
Kilobittiä/sekunti [kbps]
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
Lähdelaitteiden m äärä
18
24.7.2016
140
150
160
170
180
190
200
210
LOPPUPÄÄTELMÄT
Päätelmät
• Simulaattorista saatuja tuloksia voidaan soveltaa muihin
paikkakuntiin, joissa on samanlainen verkkorakenne ja
laitekanta
• Kapasiteetin arvioinnissa tulee huomioida luokitukset ja muu
taustaliikenne
• Soveltuu myös yhden linkin tapauksiin ja lopputuloksia voidaan
käyttää muihin kapasiteetteihin, kuin 1 Mbps
• Työn kuluessa kävi selväksi, että tulokset tulevat olemaan
ilmeisiä
 Koska ITguru-ohjelmasta ei saatu erillisiä voiden määrän kehitystä
kuvaavaa tulosta
 Lisäksi laiteparikohtaisia tuloksia ei voitu hyödyntää keskiarvo
ongelman vuoksi
19
24.7.2016
KYSYMYKSIÄ…
20
24.7.2016