In this dissertation, we consider topics on the traffic control algorithm for ATM switches composed of Clos network type switch fabric. First, we develop a simulator that can be used to evaluate new traffic control algorithms for ATM switches with Clos network type switch fabric. In many cases, simulation techniques rather than analytic tools are used to evaluate the performance of the traffic control algorithms because the performance evaluation of the ATM traffic control algorithm is difficult due to consideration of source, end, and switch behavior of the ATM Forum (1996), and the complexity of the realistic traffic models. Results of some simulation tests show that the simulator can be used as a useful tool for evaluating performances and detecting some problems of the traffic control algorithm.
Secondly, we present a new traffic control algorithm for ATM switches composed of Clos network type switch fabric. In most traffic control algorithms previously proposed, an ATM switch has been considered as a single node, although the switch fabric of an ATM switch is usually of a network type. This dissertation suggests a control algorithm that is designed not only for the ATM network but also for the switch fabric and that can maintain high speed even in cases where buffer capacity of the switch fabric is limited. Main modules of the suggested algorithm are a traffic status detection mechanism based on nonparametric statistical tests, a cell-loss detection mechanism, and a cluster-based fair share computation procedure. Results of simulation experiments show that the suggested algorithm satisfactorily adjusts traffic rate of available bit rate (ABR) services according to changes in traffic rate used by quality of service (QoS) guaranteed services. The results also show that the algorithm prevents cell losses relatively well and keeps the delay time of QoS guaranteed services short enough.
Finally, we develop algorithms for reallocating paths of ABR services in an ATM switch network. ATM traffic control for fair share bandwidth allocation is usually performed under the assumption that paths of all services in a switch network are fixed. However, each connection may have multiple paths from an ingress port to an egress port since most ATM switch networks have the structure of the multistage interconnection network of switch elements. Therefore, paths already established for ABR connections may have to be changed to enhance throughput of the switch, if the ATM switch has the capability of adjusting paths of ABR connections while they are being served. We presented three algorithms for path reallocation and compare these algorithms with an existing traffic management algorithm. Results of simulation experiments show that the suggested algorithms give higher throughput in terms of the number of transmitted ABR cells without increasing the delay time of ABR services as well as QoS guaranteed services or decreasing the number of transmitted cells of QoS guaranteed services.
This research can be extended in several directions. One can try to improve the performance of existing traffic management algorithms by employing basic concepts used in the suggested algorithm such as those for measuring bandwidth currently used by QoS guaranteed services, for cell-loss detection, for clustering, and for path reallocation. Also, one can devise an efficient method for managing cluster information in the switch to implement the suggested algorithm in a large-scale ATM switch. In addition, connection admission control (CAC) processor may use the information on the states of a switch network (such as paths of connections and fair share of nodes) to make better decisions on the admission procedure, and bandwidth utilization may be enhanced. Finally, already established paths may be adjusted by the CAC processor to improve the performance.
본 논문은 Clos 네트워크 형태의 스위치 패브릭을 갖는 ATM 스위치를 위한 트래픽 제어 알고리듬에 관련된 문제를 다루고 있다. 먼저, 논문의 2장에서는 ATM 스위치를 위한 새로운 트래픽 제어 알고리듬의 성능을 평가하기 위해 사용될 수 있는 시뮬레이터를 제안하였다. 많은 경우에 ATM 트래픽 제어 알고리듬의 성능을 평가하기 위해 시뮬레이션 기법이 해석적 기법을 대신하여 쓰인다. 이는ATM 포럼에서 제안하고 있는 근원지 (source end station), 목적지 (destination end station), 그리고 스위치의 작동 행태를 동시에 고려하는 것이 어렵고 여러가지 트래픽 형태를 반영하는 현실적인 트랙픽 모델의 복잡성 때문이다. 몇가지 실험을 통하여 트래픽 알고리듬이 실제로 ATM 스위치에 장착되기 전에 트래픽 알고리듬의 성능과 발생 가능한 문제점을 찾아내는데 본 논문에서 제시하고 있는 시뮬레이터가 유용하게 쓰일 수 있음을 알 수 있었다.
논문의 3장에서는 Clos 네트워크 형태의 스위치 패브릭을 갖는 ATM 스위치를 위한 새로운 트래픽 제어 알고리듬을 제안하였다. 기존에 제안되어 있는 대부분의 트래픽 제어 알고리듬들은 ATM 스위치의 스위치 패브릭이 대개 네트워크 형태로 구성되어 있음에도 불구하고, ATM 스위치를 하나의 노드로만 취급되었다. 본 연구에서는 ATM 전체 네트워크뿐만 아니라 스위치 패브릭을 고려하였으며, 스위치 패브릭의 버퍼 크기가 제한되어 있는 환경하에서 작동될 수 있는 새로운 트래픽 제어 알고리듬을 제안하였다. 제안된 알고리듬은 비모수 통계 검정 (nonparametric statistical tests) 기법에 기초한 트래픽 상태 파악, 셀 손실 (cell-loss) 발생 방지, 그리고 클러스터에 기초한 공평 대역폭 (fair share bandwidth) 계산 절차 모듈로 구성되어 있다. 시뮬레이션 실험을 통해 제안된 알고리듬이 서비스 품질 (QoS) 보장형 서비스들의 사용 대역폭의 변화에 연동하여 ABR 서비스의 사용 대역폭을 성공적으로 조정함을 알 수 있었다. 또한, 실험 결과는 제안된 알고리듬이 셀 손실을 방지하고, 서비스 품질 보장형 서비스의 셀 처리 소요 시간 (delay time)이 짧게 유지되고 있음을 보여주고 있다.
마지막으로 논문의 4장에서는 ATM 스위치 패브릭 내에서ABR 서비스들의 경로를 재할당 하는 알고리듬을 개발하였다. 공평 대역폭을 할당하기 위한 ATM 트래픽 제어 알고리듬들은 대개 스위치 패브릭 내에서 경로가 고정되어 있는 상황하에서 작동되고 있다. 그러나, 대부분의 스위치 패브릭은 다단계 상호연결망 (MIN) 형태의 구조를 가지고 있으므로 입력단 (ingress port)에서 출력단 (egress port)으로의 다수 경로를 가지게 된다. 따라서, 만일 ATM 스위치가 연결되어 있는 중에 ABR서비스들의 경로를 조정할 수 있는 기능을 가지고 있다면, 스위치의 성능을 향상시키기 위해 이미 설정되어 있는 ABR 서비스들의 경로를 조정하는 것을 고려할 수 있다. 본 논문에서는 경로 재할당을 위한 세 가지 알고리듬을 제안하고 경로 할당이 허용되지 않는 경우와 성능을 비교하였다. 시뮬레이션 실험 결과는 서비스 품질 보장형 서비스뿐만 아니라 ABR 서비스의 셀 처리 소요 시간을 증가시키지 않고 서비스 품질 보장형 서비스의 처리 셀 수를 감소시키지 않으면서 재할당이 허용되지 않는 기존의 경우보다ABR 서비스의 처리 셀 수를 증가시킬 수 있음을 보여주고 있다.
본 논문의 연구 결과는 몇 가지 방향으로 확장될 수 있다. 먼저, 기존 트래픽 제어 알고리듬의 성능을 향상시키기 위해 본 연구에서 제안한 서비스 품질 보장형 서비스들의 현재 사용 대역폭의 측정, 셀 손실 가능성 탐지, 클러스터링 및 경로 재할당 등의 기본 개념을 적용하는 문제를 고려할 수 있다. 또한, 대규모의 ATM 스위치에 본 연구의 제안 알고리듬을 구현하기 위해서 클러스터 등의 정보를 효율적으로 관리할 수 있는 방안에 대한 연구을 수행할 수 있을 것이다. 그리고, 이미 설정되어 있는 경로와 각 노드의 공평 대역폭 등의 스위치 패브릭 상태에 대한 정보를 활용함으로써 신규 서비스의 수용 여부를 결정하는 연결 제어 기능 (CAC)의 성능을 향상시킬 수 있을 것이다. 이를 통해 대역폭 사용률을 향상시킬 수 있다. 마지막으로, 성능 향상을 위해 연결 제어 기능에서 이미 설정되어 ABR 서비스의 경로 조정하는 문제를 고려할 수 있다.
