Multimedia applications constitute a significant future market, introduce new complex demands and concepts to communications, and will have a strong impact on network technology. To satisfy the diversity and dynamics of multimedia communication, flexibility at several levels is required. Multimedia communication faces the challenge of networking multimedia computing, storage systems, and presentation terminals in order to provide the necessary connectivity, interactivity, and quality on demand while flexibly and economically adapting to a changing environment.
In this dissertation, we address the multicasting and real-time traffic scheduling for the multimedia communication in ATM-LAN Environment. We identify a typical ATM-LAN environment where ATM-LANs and the existing base of installed LANs, bridges, routers, and protocols are interconnected. We also present the requirements for the multimedia communications. We indicate that multicasting for ATM switch and real-time scheduling for Medium Access Network are maily needed to support the multimedia communication in ATM-LAN environment. Therefore we concentrate on the development of a efficient multicasting ATM switch and real-time scheduling algorithm for handling multimedia data with variable bit rates.
We propose and analyze a new parallel multicast packet switch which easily approaches a maximum throughput of 100% as the number of fanout and multicast rate are increased. The proposed multicast switch consists of a simple ring network and a point-to-point switch network. The ring network provided in the proposed switch overcomes the problems of clock synchronization and fairness of the slotted ring by synchronizing the ring to the time slot as used in the point-to-point switch and providing small amount of speed-up. Moreover, the significant drawbacks of the basic cascaded multicast fabric design are removed by separating the unicast and multicast packets before entering the switch fabric. This switch with the small size of input/output buffers achieves good performance in delay and throughput and the packet loss probability less than $10^{-9}$.
We introduce our dynamic algorithm which is more stable than EDF with both CBR and VBR as a nonpreemptive scheduling algorithm. The results of simulation with the constant bit rates show that the nonpreemptive EDF algorithm can schedule less sets of requests than the dynamic scheduling algorithm in all cases. The results of a simulation for the continuous streams with variable bit rates were also shown. The dynamic algorithm with variable bit rates shows the similar schedulability compared to one with constant bit rates and the schedulability is quite better than that of EDF. This tells us that the dynamic algorithm is efficient to handle the requests with variable bit rates as well as fixed bit rates.
We propose the Relaxed-Rate Monotonic Algorithms as preemptive scheduling algorithms with fixed priority which are modified from RM. The Relaxed RM I and RM II are formed to try to overcome the problem of RM and enhance the schedulability and evaluated through simulation. The comparison of the performance between the RM and the Relaxed RMs shows that the RM is still better than Relaxed RMs in schedulability in all cases. We conclude that the RM is still outstanding in handling VBR.
본 논문에서는 ATM-LAN 환경에서의 멀티미디어 통신을 위하여 필요한 요구사항 중 가장 중요한 ATM 스위치에서의 멀티 캐스팅과 LAN에서 필요한 실시간 트래픽 스케쥴링에 대하여 고찰하여, 새로운 멀티캐스팅 패킷 스위치와 변동 비트율을 갖는 멀티미디어 데이타를 잘 스케쥴할 수 있는 실시간 스케쥴링 알고리즘을 제안한다.
제안된 멀티캐스터 패킷 스위치는 멀티 캐스팅 기능을 갖는 단순한 링 스위치 유니 캐스팅을 위한 일대일 스위치가 병렬로 연결되어 있는 구조이다. 이 멀티캐스팅 스위치에서 링 스위치를 일대일 스위치에서 사용되는 타임 슬롯에 아주 작은 링 스피드 배속을 통하여 동기화시킴으로서 스롯링의 클럭동기와 접근 공정성 문제를 해결하였다. 또한, 멀티캐스트 패킷과 유니캐스트 패킷을 스위치에 진입하기전에 분리함으로써 직렬연결구조를 갖는 멀티캐스트 스위치의 심각한 단점들을 제거하였다.
제안된 스위치의 성능평가를 위하여 분석 및 시뮬레이션을 하였다. 그 결과 최대 처리율이 멀티캐스팅 팬 아웃과 멀티캐스팅 율이 증가함에 따라 100%에 쉽게 접근하고, 작은 수의 입출력 버퍼만으로도 쉽게 $10^{-9}$의 패킷 상실률을 달성함을 보이고 있다.
실시간 트래픽 스케쥴링 알고리즘으로는 비선점 및 선점 알고리즘을 모두 고찰하였다.
비선점 알고리즘으로 제안한 다이나믹 알고리즘은 시뮬레이션을 통하여 고정 비트율과 변동 비트율의 두 경우 모두 비선점 EDF보다 성능이 우수함을 보였다.
선점 알고리즘으로는 고정 우선권을 갖는 RM 알고리즘의 변동 비트율을 다룰 때 나타나는 일부 문제점을 해결하기 위하여 수정을 한 Relaxed RM을 제안하고 시뮬레이션을 통하여 성능비교를 하였다. 그 결과 RM이 고정 비트율과 변동 비트율에서 모두 우수한 성능을 보임으로써 고정 우선권을 사용하는 선점 알고리즘으로는 RM이 현재까지는 우수함을 알 수 있으며, 성능 향상을 위해서는 보다 근본적인 수정이 요구된다.