Broadband integrated services digital networks (B-ISDN) will provide various multimedia services generating multi-class traffic and multicast traffic, and asynchronous transfer mode (ATM) switches are the fundamental element of the B-ISDN. For this reason, the design of ATM switches supporting such traffic is very important. Meanwhile, the windowing algorithm is a valuable method to enhance the performance of input queueing switches. In this dissertation work, we studied distributed control schemes for the windowing algorithm of an ATM switch.
First, we have proposed a new distributed scheduling scheme based on distributed queue for input queueing ATM switches. We call the new proposed scheme as the distributed queue windowing (DQW) scheme. The DQW scheme has riginated from the distributed queue dual bus (DQDB) protocol and has windowing effect like the look-ahead contention resolution algorithm. Nevertheless, the DQW scheme does not need multiple phases of contention resolution unlike the look-ahead contention resolution algorithm. This feature makes the DQW switch with large window be implementable. Simulation results have proven that the proposed scheme has good throughput performance in case of large window size.
Second, we proposed two multi-priority DQW schemes for multi-class service: Multi-Turn Reservation (MTR) scheme and Single-Turn Reservation (STR) scheme. These schemes are two modifications from the original DQW scheme. The multi-priority DQW schemes have global priority characteristic; the higher-priority cells are not influenced by lower-priority cells in the entire system. Hence, real-time services can be provided stably by using the high-priority level.
Non-realtime services which are insensitive to delay can be provided efficiently by using the low-priority level and large window. Moreover, the single-turn reservation scheme can be implemented with no restriction on the switch dimension. We have shown the performance of each priority level for the two schemes by simulation.
Finally, we studied the multicast operation of the DQW scheme. The proposed scheme makes use of destination list for multicast operations and the copy operations of multicast switches are performed within input port controllers. Hence, our scheme do not need copy network for multicast. For this reason, the proposed DQW scheme is a cost-effective multicast solution. In case of large window size, the simulation results show that the DQW scheme has better throughput performance in comparison with other multicast schemes of input queueing switches.
광대역 종합 정보 통신망은 미래의 모든 멀티미디어서비스를 제공할 수 있는 유연한 통신망이어야 하며 그러한 망의 핵심요소라 할 수 있는 ATM 스위치는 이들 서비스가 갖게 될 다양한 특성의 트래픽을 처리할 수 있어야 한다. 따라서 성능 좋고 유연성있는 ATM 스위치의 개발은 광대역 종합 정보 통신망의 구축에 있어서 선결과제라 할 수 있다. 한편, 입력큐잉 ATM 스위치의 성능을 크게 향상시켜줄 수 있는 윈도우 알고리즘이 널리 알려져 있으나 지금까지는 중앙집중적 처리방식에 의해 구현상의 제약을 피할 수 없었다. 따라서 본 논문에서는 윈도우 알고리즘의 고속처리를 위한 분산처리방식에 관하여 연구하고자 한다.
먼저, 윈도우 알고리즘의 효과를 갖는 새로운 분산큐윈도우방식을 제안하였다. 기존의 윈도우 알고리즘은 중앙집중적 충돌제어기의 순차적인 해법에 의한 것으로 스위치 규모가 커지게 되면 실제적인 구현에 제한을 받게 된다. 따라서 윈도우 알고리즘의 분산처리방식이 요구되었다. 새로 제안한 방식은 DQDB 프로토콜의 분산 큐 알고리즘에 의해 출력을 중재하며, 분산 큐를 위한 제어는 각각의 입력포트제어기에서 분산처리되어 진다. 또한 윈도우 알고리즘의 효과는 각각의 입력포트제어기 내부만의 동작에 의해서 얻어지므로, 실제적 구현에 있어서 윈도우크기에 영향을 받지 않게 된다. 이 점이 제안한 방식의 장점이라 할 수 있으며 시뮬레이션을 통해 제안한 방식의 성능이 우수함을 보였다.
둘째로, 다양한 특성의 트래픽을 처리하기 위하여 분산큐윈도우방식의 우선순위지원 방안을 제시하였다. 제시한 방안은 시스템 전체에 걸쳐 우선순위를 지원하므로 상위 우선순위의 써비스가 하위 우선순위 써비스에 전혀 영향을 전혀 받지 않는다. 따라서 상위 우선순위를 사용하여 실시간써비스를 안정적으로 제공하는 것이 가능하다. 한편, 하위 우선순위의 윈도우를 크게 하여 처리율을 높임으로써 지연에 민감하지 않는 비실시간써비스를 효율적으로 제공할 수 있다. 또한 우선순위의 지원이 시스템 규모에 전혀 영향을 주지 않도록 구현하는 것이 가능하다. 시뮬레이션을 통해 각 우선순위의 성능을 검증하였다.
마지막으로 분산큐윈도우방식의 멀티케스트지원방안을 제시하였다. 기 제안한 유니케스트방식에 목적지목록을 첨가하여 멀티케스트를 지원하였다. 복사기능을 자체적으로 처리하게 함으로써 복사망이 필요하지 않으므로 멀티케스트지원을 위한 추가비용을 최소화하였다. 시뮬레이션을 통해 다른 방식과 성능을 비교하였으며, 윈도우를 크게함으로써 다른 방식보다 월등히 높은 처리율을 가질 수 있다는 것을 입증하였다.
결론적으로 분산큐윈도우방식은 다양한 트레픽을 효율적으로 처리할 수 있고 큰 윈도우크기에도 적용이 가능한 새로운 분산제어방식이라 할 수 있다.z
