Введение

Меры или метрики справедливости используются в сетевой инженерии для определения того, получают ли пользователи или приложения справедливую долю системных ресурсов. Существует несколько математических и концептуальных определений справедливости.

Справедливость Протокола контроля передачи

Механизмы контроля перегрузки для новых сетевых протоколов передачи или приложений типа "один к одному" должны хорошо взаимодействовать с протоколом управления передачей (TCP). Справедливость TCP требует, чтобы новый протокол получал не большую долю сетевых ресурсов, чем сопоставимый поток TCP. Это важно, поскольку TCP является доминирующим транспортным протоколом в Интернете, и если новые протоколы захватывают несправедливую долю пропускной способности, это может привести к таким проблемам, как коллапс сети. Так было и с первыми версиями протокола потокового вещания RealMedia: он был основан на UDP и широко блокировался на организационных брандмауэрах, пока не была разработана версия на основе TCP. Несправедливость пропускной способности TCP в сетях WiFi – критическая проблема, требующая дальнейшего изучения.

Максимально-минимально справедливый

Максимальная справедливость достигается при распределении, если и только если это распределение осуществимо, и любая попытка увеличить выделение для какого-либо потока неизбежно приводит к уменьшению выделения для другого потока с равным или меньшим выделением. Максимально-минимальное справедливое распределение достигается, когда полоса пропускания распределяется равномерно и бесконечно малыми порциями между всеми потоками, пока один из них не будет полностью удовлетворен, затем среди оставшихся потоков, и так далее, пока все потоки не будут удовлетворены или полоса пропускания не будет исчерпана.

Справедливое распределение эффективности использования спектра

В беспроводных сетях с пакетной передачей, эффективность справедливого распределения спектра (FSSE) может использоваться как комбинированная мера справедливости и спектральной эффективности системы. Спектральная эффективность системы – это общая пропускная способность сети, деленная на используемую полосу радиочастот в герцах. FSSE представляет собой часть спектральной эффективности системы, которая распределяется поровну между всеми активными пользователями (имеющими хотя бы один пакет данных в очереди или находящимися в процессе передачи). В случае возникновения "голодания" при планировании, FSSE будет равна нулю в определенные промежутки времени. При равномерном распределении ресурсов FSSE будет равна спектральной эффективности системы. Для достижения максимальной минимальной справедливости, FSSE следует максимизировать. FSSE особенно полезна при анализе продвинутых схем управления радиоресурсами (RRM), например, адаптивного планирования каналов, для сотовых сетей с пакетной передачей данных с наилучшим обслуживанием. В такой системе может возникнуть соблазн оптимизировать спектральную эффективность (т.е. пропускную способность). Однако это может привести к "голоданию" "дорогих" пользователей, находящихся на большом расстоянии от точки доступа, когда другой активный пользователь находится ближе к той же или соседней точке доступа. В результате пользователи будут испытывать нестабильное качество обслуживания, что может привести к уменьшению числа довольных клиентов. Оптимизация FSSE представляет собой компромисс между справедливостью (особенно предотвращением "голодания" при планировании) и достижением высокой спектральной эффективности. Если известна стоимость каждого пользователя, выраженная в потребляемых ресурсах на переданный бит информации, метрика FSSE может быть переопределена для отражения пропорциональной справедливости. В пропорционально справедливой системе максимизируется эта "пропорционально справедливая эффективность совместного использования спектра" (или "справедливо распределенная стоимость радиоресурсов"). Эта политика менее справедлива, поскольку "дорогим" пользователям предоставляется меньшая пропускная способность, чем другим, но при этом предотвращается "голодание" при планировании.

Справедливость QoE

Идея справедливости QoE заключается в количественной оценке справедливости между пользователями, учитывая качество опыта (QoE), воспринимаемое конечным пользователем. Это особенно важно в управлении сетью, где операторы стремятся обеспечить достаточную удовлетворенность своих пользователей (т.е. высокий QoE) справедливым образом, см. управление QoE. Предложено несколько подходов для обеспечения справедливости QoE во всей сети, особенно для адаптивной потоковой передачи видео. В отличие от сетевых показателей, таких как пропускная способность, QoE обычно не измеряется по шкале отношений. Следовательно, такие показатели справедливости, как индекс справедливости Джейна, неприменимы, поскольку шкала измерения должна быть шкалой отношений с четко определенной нулевой точкой (см. примеры некорректного использования коэффициентов вариации). QoE может измеряться по интервальным шкалам. Типичным примером является 5-балльная шкала среднего мнения (MOS), где 1 указывает на наименьшее качество, а 5 – на наивысшее качество. В то время как коэффициент вариации не имеет смысла, стандартное отклонение предоставляет меру разброса QoE между пользователями. Hossfeld и др. предложили индекс QoE Fairness, который учитывает нижнюю и верхнюю границы шкалы оценки. Индекс справедливости QoE обладает некоторыми желаемыми свойствами, такими как независимость от масштаба и метрики. Единицы измерения не имеют значения. Любое линейное преобразование значений QoE не изменяет значение индекса справедливости. Индекс справедливости ограничен интервалом от 0 до 1, где 1 указывает на идеальную справедливость QoE – все пользователи испытывают одинаковое качество. 0 указывает на полную несправедливость, например, 50% пользователей испытывают наивысшее QoE, а 50% – наименьшее QoE.

Индекс справедливости Боссера

В то время как индекс справедливости G увеличивает значения дробей, близких к 1, индекс справедливости Боссара увеличивает значения дробей, близких к 0. Функция преобразования Боссара n-го порядка дает индекс справедливости: Линейные индексы справедливости, основанные на произведении, являются частным случаем индекса Боссара, где n = 1.

Причинная справедливость

Причинная справедливость оценивает, насколько часто два почти идентичных пользователя или приложения, различающиеся только по набору характеристик, по которым распределение ресурсов должно быть справедливым, получают одинаковое отношение к себе.

Другие показатели

Было определено несколько других метрик, таких как справедливость в наихудшем случае.