Research

Modelling and performance analysis of telecommunication systems

Pagina-navigatie:

Main

Update Research data

Title	Modelling and performance analysis of telecommunication systems
Period	09 / 2000 - 06 / 2005
Status	Completed
URL	http://www.stw.nl/projecten/E/ees5202.html
Research number	OND1287499
Data Supplier	website Stichting Technische Wetenschappen STW

Abstract

This proposal responds to the industrial need for methods and tools for system-level architecture design exploration of complex telecommunication systems. The focus in this project is developing techniques for performance modelling and performance evaluation based on system-level behaviour models. These techniques are necessary to handle both current complexity of system design and network traffic management. Dimensioning of buffers (queues), bandwidth of channels, and the distribution of traffic with the required quality of service over the communication resources and computing resources of telecommunication systems become a key issue (technically and commercially). Although the research is carried out in the area of telecommunication, the resulting techniques are not problem-specific and can be used in different application areas to model, analyse and design complex systems at a high level of abstraction. Examples of systems are telecommunication systems, multimedia systems, industrial control systems, consumer electronics, and distributed embedded systems in general. The need for analysis of system-level performance is a common factor in the design of many of these systems.
The focus in this project is on the development of theories, methods and tools for performance analysis enabling the evaluation and comparison of alternative candidate system and network architectures. To this end the concepts required for system-level modelling and the quantitative properties that play a role in system-level design will be classified. Probabilistic extensions of timed process algebras are required that allow the expression of the concepts and the analysis of the properties. The theory on extended algebras will be built in the industrial-strength modelling language POOSL and the accompanying software tools will be extended accordingly. The language and tools, developed within the TUE, have already been applied successfully for system-level design and qualitative (correctness) property analysis in a number of industrial cases. Once this language is able to capture probabilistic information, quantitative (performance) properties can be deduced as well by interpreting models as Markov chains. Both analytical and empirical techniques for extracting performance figures will be developed in this project.
Five top industrial research laboratories in the telecommunication area (KPN Research, TNO-FEL, Lucent Technologies, Alcatel and IBM Research) have acknowledged the need for this research. They agreed to participate in a utilisation group. They will supply pilot projects, actively participate in these projects and they will provide the infrastructure that is not available within the TUE. They recognise that the proposed interdisciplinary co-operation between experts in telecommunication systems design and experts on formal methods is a prerequisite for the necessary breakthroughs on performance analysis. All partners stressed the need for this analysis and the (financial) risks that emerge from a lack of adequate tools.

Abstract (NL)

Dit voorstel definieert onderzoek naar methodieken en gereedschappen voor het modelleren, analyseren en ontwerpen van complexe telecommunicatiesystemen. Het richt zich op het ontwikkelen van technieken voor prestatie-analyse op basis van gedragsbeschrijvingen op systeemniveau. Dergelijke technieken zijn noodzakelijk om zowel de huidige ontwerpcomplexiteit van systemen als ook het beheer van netwerkverkeer in de hand te houden. Het is van essentieel belang (zowel technisch als commercieel) om buffers (wachtrijen), bandbreedte van kanalen en de distributie van het verkeer over netwerken, rekening houdend met de juiste 'quality-of-service', optimaal te verdelen over communicatiemiddelen en rekenmachines van een telecommunicatiesysteem. Ondanks het feit dat het onderzoek zich richt op telecommunicatie, zijn de onderzoeksresultaten niet probleem-specifiek en kunnen toegepast worden in verschillende applicatiegebieden voor het modelleren, analyseren en ontwerpen van complexe systemen op een hoog niveau van abstractie. Voorbeelden van systemen zijn telecommunicatiesystemen, multimedia systemen, industriële besturingssystemen, consumenten elektronica en andere gedistribueerde ingebedde systemen.
Dit project richt zich met name op de ontwikkeling van theorieën, methoden en gereedschappen voor prestatie-analyse waarmee verschillende kandidaat systeem- en netwerkarchitecturen geëvalueerd en vergeleken kunnen worden. Hiertoe zullen de concepten die nodig zijn voor systeem-niveau modellering en de kwantitatieve eigenschappen die een rol spelen bij systeem-niveau ontwerpen in kaart gebracht worden. Er zullen probabilistische uitbreidingen van proces-algebra met tijd bestudeerd worden die de benodigde concepten kunnen uitdrukken en die prestatie-analyse ondersteunen. Op basis van de resultaten van deze studies zullen de industrieel-toepasbare modelleertaal POOSL en behorende gereedschappen uitgebreid worden. Deze taal en gereedschappen, die ontwikkeld zijn door de TUE, zijn reeds voor verschillende industriële toepassingen gebruikt voor systeem-niveau ontwerp en voor het onderzoeken van kwalitatieve (correctheids-) eigenschappen. Wanneer de taal eenmaal probabilistische informatie kan uitdrukken, kunnen ook kwantitatieve (prestatie-) eigenschappen worden onderzocht door modellen te interpreteren als Markov ketens. Zowel analytische als empirische technieken voor prestatie-analyse zullen in dit project worden ontwikkeld.
De behoefte aan dit onderzoek is bevestigd door vijf vooraanstaande industriële onderzoekslaboratoria op het gebied van telecommunicatie (KPN Research, TNO-FEL, Lucent Technologies, Alcatel en IBM Research). Ze hebben toegezegd om deel te nemen in een gebruikersgroep. Ze stellen case-studies, pilot-projecten en begeleiding beschikbaar en verlenen toegang tot hun infrastructuur. Ze erkennen dat de voorgestelde interdisciplinaire samenwerking tussen experts in het ontwerpen van telecommunicatiesystemen en experts op het gebied van formele methoden een vereiste is voor noodzakelijke doorbraken in prestatie-analyse. Alle deelnemers benadrukken het belang van prestatie-analyse en de risico's die ontstaan door het gebrek aan adequate gereedschappen.

Related organisations

Secretariat	Electronic Systems Group (TU/e)
Financier	Technology Foundation (NWO)

Related people

Project leader	Prof.dr. J.C.M. Baeten
Project leader	Dr. C.J. Bloo
Project leader	Prof.dr.ir. S.C. Borst
Project leader	Prof.ir. F. van den Dool
Project leader	Ir. P.J.F. Peters
Project leader	Dr.ing. P.H.A. van der Putten
Project leader	Prof.ir. J. de Stigter
Project leader	Dr.ir. J.P.M. Voeten

Related research (upper level)

Funding Programme	PROGram for Research on Embedded Systems & Software (PROGRESS)

Classification

A31100	ICT equipment
A90000	Fundamental research
D11600	Probability theory, statistics
D14310	Telecommunication engineering
D16300	Theoretical computer science