Asynchronous Transfer Mode(ATM) has evolved into a networking technology which is suitable for both public and private networks to support broadband network, and recently, the Guaranteed Frame Rate(GFR) service was proposed as a new service category to support non-realtime data applications such as TCP/IP and provide minimum rate guarantee.
In this thesis, we have studied different buffer management and scheduling algorithms for GFR service, and compared their efficiency and fairness when TCP/IP traffic is carried over GFR.
We show the results of performance evaluation and compare the performance of existing FIFO buffer management and per-VC queueing algorithms by simulation. From the simulation results, it is clear that per-VC queueing can guarantee the minimum rate of each VC which is negotiated at connection setup and shows better efficiency and fairness than FIFO based algorithms. However, the per-VC queueing greatly complicates the switching system to design and implement. Thus, this may be undesirable for such a simple service as GFR.
On the other hand, FIFO based algorithms can’t guarantee the minimum throughput of TCP source with large MCR(Minimum Cell Rate) and give low fairness index.
To keep simplicity of GFR as much as possible and overcome defects of FIFO based algorithms, we propose a new FIFO based algorithm, which is an extension of the Differential Fair Buffer Allocation(DFBA)[18] algorithm with the aim to improve fairness and provide minimum rate guarantee for a wider range of MCR.
The key idea of proposed algorithm is controlling the number of CLP1 cells which belong to VCs that are occupying more buffer space than their fair share in order to protect TCP source with small MCR from picking up bandwidth of TCP source with large MCR, by keeping track of the number of CLP1 cells in buffer.
Performance of the proposed algorithm was investigated by simulations and compared with other existing FIFO based algorithms. The simulation results show that the performance of proposed algorithm gives higher fairness since measured throughput of each TCP in proposed algorithm is closer to ideally fair throughput and can guarantee wider range of MCR than other FIFO based algorithms.
ATM은 광대역 통신 서비스를 위한 표준으로 공중망 및 사설망 모두에 적합하도록 설계된 네트워크 기술이다. ATM 계층 서비스 중 하나로 최근 TCP/IP로 대표되는 비실시간 데이터 트래픽을 대상으로 사용자에게 최소 전송률을 보장하고 잉여 대역폭을 공평하게 나누어 제공함을 목적으로 하는 GFR(Guaranteed Frame Rate) 서비스가 제안되었다.
본 논문에서는 ATM GFR 서비스 구현을 위해 지금까지 제시된 구현방식들을 하나의 버퍼에 모든 가상채널을 수용하고 임계치에 의해 제공되는 전송율을 차별화하는 FIFO 방식과 각각의 가상채널별로 다른 버퍼를 가지고 스케쥴링에 의해 최소 전송률을 보장하는 회선당 큐잉(per-VC queueing) 방식으로 구분하여 시뮬레이션을 통해 TCP 트래픽 전송시 효율성과 공정성 측면에서 성능을 평가하였다.
성능 평가결과 가상채널별로 버퍼를 두고 스케줄링하는 방식이 버퍼를 공유하고 가상채널이 점유하는 버퍼양 제어에 의존하는 FIFO 방식보다 우수한 성능을 보였다. 특히, FIFO 방식에서는 높은 최소 전송율을 설정한 TCP 송신원들에 대해 요구한 대역폭을 보장하지 못하고 낮은 최소 전송율을 설정한 TCP 송신원들에 과다한 대역폭을 제공하여 공정성이 저하되는 문제점을 보였다. 그러나, 가상채널별로 버퍼를 두고 스케줄링하는 방식은 구현시 높은 복잡성을 가지므로 GFR 서비스가 목표로 추구하는 단순성을 고려할 때 적합치 않다.
본 논문에서는 기존의 DFBA(Differential Fair Buffer Allocation)[18] 방식을 개선하여 구현이 용이한 FIFO 방식에서의 장점을 살리면서 더 넓은 범위의 최소 전송율을 보장하고 공정성 지수를 개선하는 GFR 서비스를 위한 FIFO 기반 버퍼 관리기법을 제안하였다.
기존의 방식에서는 버퍼의 큐 길이가 하위 임계치 미만일 때 도착하는 모든 프레임을 받아들임으로 인해 공정성이 저하되는 점에 착안하여, 제안된 방식에서는 셀손실 우선순위(Cell Loss Priority)가 높은 셀의 개수가 가상채널의 연결 시 협상된 최소 전송율에 비례한 할당양보다 많을 때 큐 길이를 매개변수로 한 확률에 의해 선택적으로 폐기하였다.
시뮬레이션을 통해 제안한 방식의 성능을 평가한 결과, 제안된 방식이 기존의 FIFO 방식들에 비해 목표로 하는 이상적인 공정한 전송률에 더 가까운 처리율을 보임으로써 개선된 공정성 지수를 보였고, 상대적으로 큰 최소 전송율을 요구한 TCP 송신원에 대해 기존의 FIFO 방식들은 협상된 최소 전송율을 보장하지 못한 반면 제안된 방식만이 최소 전송율을 보장함으로써 향상된 성능을 보였다.
