Oneerlijk delen in netwerken beter ingeschat

Reading time: 3 minutes

Author:

Netwerken verdelen de beschikbare bandbreedte netjes via processor sharing. Maar spraak- en videoverbindingen kunnen gaan haperen bij een eerlijke verdeling en moderne protocollen geven dit soort data een hoge prioriteit. De theorie rond discriminerende modellen staat echter nog in de kinderschoenen. UT-promovendus Sing Kwong Cheung ontwikkelde methoden om hier meer inzicht in te krijgen.

’Als je bij het postkantoor in de rij staat voor een postzegeltje, maar degene voor je moet tienduizend pakketten versturen, dan sta je een flinke tijd te wachten‘, zo trekt UT-promovendus Sing Kwong Cheung de analogie met telecommunicatienetwerken. Omdat deze situatie natuurlijk niet gewenst is, verdeelt netwerkapparatuur de beschikbare bandbreedte eerlijk over de gebruikers via het processor sharing-mechanisme. Daarmee is de verblijftijd in de wachtrij afhankelijk van de hoeveelheid data die een gebruiker moet versturen en van de beschikbare bandbreedte, maar gebruikers hoeven niet op elkaar te wachten.

Deze zogenaamde egalitarian processor sharing-modellen (EPS) zijn sinds de jaren zestig al uitgebreid onderzocht en in kaart gebracht. De laatste jaren komt er echter steeds vaker de roep om de eerlijke verdeling los te laten en over te stappen op discriminatory processor sharing (DPS). ’Je kunt je voorstellen dat verschillende typen verkeer een verschillende prioriteit hebben‘, zegt Cheung. ’Spraak is bijvoorbeeld delaysensitief, maar vraagt om een lage bandbreedte. Video heeft juist een hoge bandbreedte nodig en een sms‘je mag best wat later aankomen.‘ Daarom is het de trend van de laatste jaren om datastromen voorrang te geven als vertraging onacceptabel is. De 802.11e-WLan-standaard staat dit principe van quality of service bijvoorbeeld toe.

Die verschillende prioriteitsklassen maken het oplossen van het model wel een stuk ingewikkelder. ’Eigenlijk is er nog heel veel onbekend‘, zegt Cheung. Toch wist hij wel licht in de duisternis van DPS-modellen te brengen.

Supermarkt

Cheung begon zijn onderzoek met het verstevigen van de theorie rondom EPS-modellen. ’Ik heb een betere onderbouwing gegeven waarom EPS fair is‘, zegt Cheung. Vervolgens ontwikkelde hij een alternatieve methode om een EPS-model uit te rekenen. Dat was een belangrijke stap op weg naar de modellering van het DPS-gedrag. Op het eerste gezicht lijkt een DPS-model een vrij simpele generalisatie van het EPS-model. De verschillende klassen maken het echter aanzienlijk moeilijker. ’Maar als je de formules niet exact kunt berekenen, kun je ze wel benaderen‘, zegt Cheung. ’Dit decompositieresultaat kunnen we toepassen op het benaderen van discriminerende processor sharing-modellen.‘

Voip- en videotoepassingen vragen om een constante datastroom. Moderne draadloze netwerkapparatuur kan ze daarom prioriteit geven boven standaard verkeer. Deze ongelijkheid maakt het oplossen van modellen lastig op te lossen. UT-promovendus Sing Kwong Cheung wist hier een goede benadering voor te vinden waardoor hij prestatieanalyses kon uitvoeren.

Daarmee kon hij prestatieanalyses uitvoeren van fictief WLan. Deze processen hebben altijd een stochastische aard. In het geval van draadloze verbindingen kunnen er spontaan deelnemers bij komen en vertrekken, bijvoorbeeld als iemand een Voip-gesprek opzet of een bestand downloadt. ’Bij het analyseren van deze netwerken moet je ook de juiste maatstaven kiezen‘, zegt Cheung. ’Als je bij de supermarkt in de rij staat, ben je eigenlijk niet zo geïnteresseerd in de lengte van de rijen maar meer in jouw wachttijd.‘

Ondanks de praktische toepassingen is het onderzoek vooral een theoretische exercitie. Toch wilde Cheung wel een binding met de praktijk. Een puur theoretisch verhaal zag hij niet zo zitten.

Cheung studeerde in 2002 af in Econometrie aan de Vrije Universiteit. Zijn begeleider Henk Tijms verwees hem door naar Twente. ’Nederland is een belangrijke speler op het gebied van processor sharing-theorie. Bij aanvang van mijn promotieonderzoek richtte het zich meer op UMTS, maar dat verschoof naar WLan. Het werk is echter algemeen toepasbaar.‘

Cheung weet nog niet precies wat hij nu gaat doen maar hij zal waarschijnlijk zijn kennis gaan toepassen in het bedrijfsleven, met name kwantitatieve research bij banken. ’Ik vind onderzoek aan de ene kant wel leuk, maar ik ben niet een pur sang wetenschapper‘, zegt Cheung.