Dimensioning IP access links carrying data traffic

Abstract

This paper proposes simple dimensioning rules for high speedip access links carrying data traffic. Assuming a finite source population and fair bandwidth sharing among user flows, we derive formulas relating capacity, demand and performance. These formulas allow link dimensioning for a target quality of service expressed in terms of useful per-flow throughput. They constitute a data traffic model equivalent of the Engset model for telephone access networks. Performance is shown to be largely independent of detailed traffic characteristics such as the statistical distributions of flow size and think time. Simple approximations are derived for two distinct performance regimes corresponding to transparency and saturation, respectively. Extensions to the basic model account for a heterogeneous user demand, unfair bandwidth sharing or different access rate classes. In any case, the key parameter for dimensioning is the offered traffic, defined as the average data rate a user would generate in the absence of congestion.

Résumé

Cet article propose des règles de dimensionnement simples applicables à des liaisons d’accèsip haut débit transportant du trafic de données. Considérant une population source de taille finie et sous l’hypothèse d’un partage équitable de la bande passante par les flots des utilisateurs, on obtient les formules reliant la capacité, la demande et la performance. Ces formules permettent le dimensionnement des liaisons en fonction d’un objectif de qualité de service s’exprimant en termes de débit utile de transfert par flot. Elles constituent un modèle de trafic de données équivalent au modèle d’Engset utilisé pour les réseaux d’accès téléphoniques. On montre que la performance est dans une large mesure indépendante des caractéristiques détaillées du trafic, telles que les lois statistiques de la taille des flots ou de la durée des périodes de silence. Des approximations simples de la performance sont obtenues pour deux régimes de fonctionnement opposés, les régimes transparent et saturé. Des extensions du modèle de base sont proposées, prenant en compte les possibilités d’une demande hétérogène des utilisateurs, d’un partage inéquitable de la bande passante, ou d’une segmentation en classes de débits d’accès différents. Le paramètre clé pour le dimensionnement est dans tous les cas le trafic offert, défini comme le débit moyen de transfert qu’un utilisateur engendrerait en l’absence de congestion.