Parallel processing is a well-known approach to enhance the performance of communication subsystems. Several forms of parallelism embedded in communication protocols have been applied to the Open Systems Interconnection (OSI) protocol stack. However, the OSI protocol stack involves sequential processing due to the layered architecture. Thus, all the layers have been prevented from performing immediate processing as data arrives from the network. This becomes a limiting factor of performance.
The most time-consuming part of the OSI protocol stack is the encoding and decoding functions of Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) performed in the presentation layer. The conventional Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) decoding scheme runs on a whole Presentation Protocol Data Unit (PPDU) that has been completely reassembled through the session layer and below. The delay between receiving the beginning of the Presentation Protocol Data Unit and starting the Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) decoding is a crutial factor in the performance of the OSI protocol stack.
This thesis proposes a new Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) decoding scheme called Partial Decoding. The Partial Decoding scheme allows us to immediately start Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) decoding on a Session Protocol Data Unit (SPDU), a Transport Protocol Data Unit (TPDU), or a Network Protocol Data Unit (NPDU) before a whole Presentation Protocol Data Unit has been received. This enables the presentation layer and one or more lower layers to be executed simultaneously on the same data unit. Therefore, the Partial Decoding scheme meets both the parallel processing and the immediate protocol processing. We explore two parallel approaches to OSI processing for the network layer through the presentation layer: pipelining and Multiple Instruction Single Data (MISD) organizations. In the pipeline organization, three models are experimented on a Session Protocol Data Unit, a Transport Protocol Data Unit, and a Network Protocol Data Unit, respectively. In the Multiple Instruction Single Data organization, Partial Decoding on a Network Protocol Data Unit is experimented. The conventional approach adopts for the pipeline organization that all the layers are assigned to different pipeline stages, according to the layered architecture. Experiments have been carried out to compare the conventional approach in the pipeline organization with our approach in the pipeline and the Multiple Instruction Single Data organizations. The results show that our approach is faster than the conventional one. The Partial Decoding on a Network Protocol Data Unit in the Multiple Instruction Single Data organization obtains performance improvement as high as about 36%, 28%, and 24% in comparison with the Partial Decoding on a Session Protocol Data Unit, a Transport Protocol Data Unit, and a Network Protocol Data Unit in the pipeline organization, respectively. In particular, it obtains performance improvement as about 60% compared with the conventional approach.
병렬처리를 이용한 프로토콜의 구현은 성능을 향상시키는 잘 알려진 방법이다. 통신 프로토콜에 내재되어 있는 다양한 병렬 처리 모델이 Open Systems Interconnection (OSI) 프로토콜 스택에 적용되어 왔다. 그러나, 계층 구조를 갖는 Open Systems Interconnection (OSI) 프로토콜 스택은 순서상의 제약으로 인한 성능 저하를 초래하였다. 즉, 망으로 부터 데이터가 도착하여도 모든 프로토콜이 그 데이터를 이용할 수 없기 때문에 병렬 처리를 이용한 프로토콜 구현시에 성능 향상을 제약 하였다.
OSI 프로토콜 스택에서 가장 심각한 과부하 부분이 표현계층에서 수행하는 Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) 인코딩과 디코딩 과정이다. 기존의Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) 디코딩 방법은 세션계층을 포함한 하위계층에서 완전한 Presentation Protocol Data Unit (PPDU)를 전달할 때 까지 기다려야만 하였다. 그 하위계층에서 완전한 Presentation Protocol Data Unit (PPDU)를 받고 재결합 할때 까지 기다리는 시간은 성능 향상을 제약하는 요소이다.
본 논문에서는 병렬처리와 Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/ Basic Encoding Rules (BER) 디코딩을 동시에 해결할 수 있는 새로운 Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) 디코딩 스킴을 제안한다. 우리는 그 스킴을 "부분 디코딩" 스킴이라 부른다. 부분 디코딩 스킴은 표현계층이 하위계층으로 부터 완전한 Presentation Protocol Data Unit (PPDU)를 전달할때 까지 기다리지 않고 하위계층에 도착한 Network Protocol Data Unit (NPDU), Transport Protocol Data Unit (TPDU), Session Protocol Data Unit (SPDU)에서 추출한 Presentation Protocol Data Unit (PPDU)의 일부를 이용하여 Abstract Syntax Notation One (ASN.1)/Basic Encoding Rules (BER) 디코딩을 수행하는 방법이다. 하위계층에서 부분 Presentation Protocol Data Unit (PPDU)를 표현계층에게 전달하기 위해서는 그 계층들 또한 표현계층과 동시에 수행되어야 하며, 그 결과 자연스럽게 병렬처리를 지원할 수 있다.
부분 디코딩 스킴은 병렬처리 모델로서 파이프라인 구조와 Multiple Instruction Single Data (MISD) 구조에 적용되었다. 파이프라인 구조에서의 부분 디코딩은 Network Protocol Data Unit (NPDU), Transport Protocol Data Unit (TPDU), Session Protocol Data Unit (SPDU)를 이용하는 3가지 모델에 적용하였고, Multiple Instruction Single Data (MISD) 구조에서는 Network Protocol Data Unit (NPDU)를 이용한 부분 디코딩이 수행되었다. 기존의 방법은 각 계층이 다른 파이프라인 상에서 수행하는 자연스러운 파이프라인 구조에 구현되었다. 성능 측정은 기존의 구현 방법과 부분 디코딩 방법을 비교하고, 파이프라인과 Multiple Instruction Single Data (MISD) 방법을 비교하기 위해서 수행되었다. 그 결과 부분 디코딩이 기존 방법보다 높은 성능 향상을 보였고, Multiple Instruction Single Data (MISD) 구조에서의 부분 디코딩이 파이프라인 보다 빨랐으며, Network Protocol Data Unit (NPDU) 상에서 수행된 부분 디코딩이 가장 높은 성능을 보였다.
