A novel analytical modeling framework and its application to transport layer performance evaluation

Abstract

Diese Dissertation stellt ein neuartiges Konzept zur automatisierten Handhabung von analytischen Modellen vor. Es wird das objektorientierte Design eines Frameworks präsentiert, das den vorgeschlagenen Ansatz umsetzt. Durch die Minimierung von manuell durchzuführenden Tätigkeiten ist eine sehr effiziente Berechnung von Ergebnissen möglich. Sowohl im Bereich Forschung als auch im professionellen Einsatz kann dadurch der Schwerpunkt auf die Erstellung von Modellen und die Interpretation von Ergebnissen gelegt werden. Um den vollen Funktionsumfang und die Vorzüge des Ansatzes unter Beweis zu stellen, wurden mehrere Varianten von TCP, dem am häufigsten eingesetzten Transport Layer Protokoll, mit Hilfe einer Prototyp-Implementierung des Frameworks modelliert. Konzeptuell wurde der 'reciprocal model tuning approach', wie von Casetti and Meo vorgestellt, angewandt. Probleme, wie etwa instabile Regelkreise, die in derartig komplexen Umgebungen häufig vorkommen, werden untersucht, und es wird gezeigt, wie das vorgestellte Framework diese löst bzw. Benutzer bei der Lösungsfindung unterstützt. Verschiedene TCP Szenarien werden modelliert und untersucht. Die Richtigkeit der Ergebnisse wird anhand von ereignisbasierter Simulation und Vergleichen mit Referenzergebnissen aus Publikationen überprüft. Verbesserungen und potentielle Erweiterungen des Ansatzes und der Prototyp-Implementierung werden abschließend vorgestellt.<br />

This thesis presents a novel approach of handling analytical models in a computer aided way. The object-oriented design of a support framework that implements the suggested methodology is presented and it is shown how manual efforts needed to calculate results from analytical models can be reduced to a minimum. Users can therefore focus on defining models and interpreting results more than ever.<br />The proof of concept is performed by utilizing a prototype implementation of the suggested framework to model TCP, today's most important transport layer protocol, analytically. The 'reciprocal model tuning approach' as presented by Casetti and Meo is applied. Various problems such as unstable control loops that rise in such complex environments are investigated in detail and it is shown how the framework addresses and solves such issues for users.<br />TCP scenarios of different topologies that involve various source and link types are investigated. The correctness of the results is verified by event-based simulation and by comparing them with reference results from literature.<br />An outlook to further framework improvements and extensions is given in conclusion.