There have been a variety of researches for the metro networks which connect the access and the backbone networks as the Internet traffic increase. Technologies such as SONET and Ethernet have been the basic means for the metro areas, but it is difficult for these technologies to be adapted to the metro networks due to their unique features. On the other hand, recently Resilient Packet Ring is a representative method to adopt the advantages of them with activities for standardization. Even if RPR can be a solution for provisioning QoS in the metro networks, it is not considered in viewpoints of service users. Therefore, we suggest a scheduling algorithm in order to guarantee quality of service in terms of service user. In addition, we take a look at the proposed algorithm's performance by comparing itself with WFQ.
In this thesis, we use delay from a source node to a destination node, namely, end-to-end delay, as a criterion to estimate quality of service. To provide real time service, end-to-end delay is an important factor, which affects quality of service, and thus must be limited to a specific value according to the types of service applications. Therefore, we define delay constraint as the limited value of delay to be required in processing a packet in our proposed scheduling algorithm, and calculate the amount of bandwidth to be allocated to each queue by using this value, which is different according to the kinds of applications. In addition, in our thesis, we also explain a dynamic scheduling method, which makes use of queue length of the previous frame to calculate the amount of bandwidth.
We deal with a simulation in two points of views. First of all, we make an observation of the characteristic of delay to ensure that our algorithm complies with delay constraints. And secondly, we measure loss probability in order to feel sure that our algorithm reduces or increases packet loss by dynamically allocating bandwidth. As a result, the simulation shows that all packets from different sources satisfy the corresponding delay constraints and packets having the smallest delay constraint suffer from system response time closest to its delay constraint. On the other hand, the least delay constrained packets do not experience the better loss probability than WFQ, but the others show the better results. As a result, the proposed algorithm minimizes packet loss and restricts system response time to its corresponding delay constraint.
인터넷 트래픽이 증가함에 따라 액세스 망과 백본 망 간의 트래픽 흐름을 원활히 하기 위해 메트로 망에 대한 연구가 더욱 활발히 이루어지고 있다. 대표적인 예로 SONET과 Ethernet 기술을 활용한 응용 기술들이 연구되고 있으나 메트로 망에 적용함에 있어 이들이 지닌 고유의 특성으로 부적합한 문제점을 보이고 있다. 최근에는 이들의 장점과 단점을 고려한 대표적 메트로 망 기술로서 Resilient Packet Ring 이 표준화 활동을 통해 연구 진행 중에 있다. 그러나, 비록 RPR 기술이 공평성 알고리즘을 바탕으로 메트로 망에서의 서비스 품질 보장을 위한 방안을 제시하고 있으나, 서비스 이용자가 요구하는 서비스 품질 수준에 대한 보장 방안은 고려되지 않고 있다. 즉, 링을 구성하는 노드들 간의 자원이용 공평성에 대한 보장 방안이 주요 연구 대상이다. 따라서, 본 연구에서는 서비스 이용자 측면에서 요구되는 서비스 품질 수준을 만족시키기 위한 방법을 고려하고 있으며 이에 대한 방안으로 동적 자원할당 방식을 이용한 새로운 패킷 스케쥴링 알고리즘을 제안한다. 또한, 기존의 대표적 알고리즘인 Weighted Fair Queueing 알고리즘과의 성능 비교를 통해 제안 알고리즘의 특징을 살펴본다.
본 연구에서는 서비스 품질을 보장하는 방안으로 패킷이 출발지로부터 목적지까지 도달하는데 걸리는 시간, 즉 종단간 전달지연시간 조건을 이용한다. 실시간 서비스의 경우 종단간 전달지연시간은 서비스 품질에 영향을 미치는 매우 중요한 성능 파라미터이며 이는 서비스 애플리케이션 종류에 따라 반드시 일정 시간 이내로 제한되어야 한다. 따라서 제안된 스케쥴링 알고리즘에서는 패킷을 처리함에 있어 소요되는 지연시간의 제한 한계점을 전달지연 제약조건이라 정의하고, 각 서비스 애플리케이션 별로 정의되는 이 값들을 할당 자원량 산출의 주요 성분으로 활용한다. 이와 더불어 제안 알고리즘의 또 다른 특징은 프레임 기반 자원할당 모델에서 이전 시간 프레임에서의 큐 길이를 할당 자원량 계산에 지속적으로 반영하는 이른바 동적 자원 할당 방법을 이용하는 것이다.
본 연구에서는 제안 알고리즘을 이용하여 두 가지 측면에서 성능을 분석하기 위한 시뮬레이션을 진행하였다. 하나는 제안 알고리즘의 패킷 전달지연시간 특성을 분석함으로써 패킷의 전달지연 제약조건 준수 여부를 살펴보는 것이며, 또 다른 하나는 서로 다른 큐들에게 할당되는 자원량이 동적으로 변화함으로써 기존의 방식과 비교하여 패킷 손실이 감소 또는 증가되는 효과를 살펴보는 것이다. 시뮬레이션을 통해 확인한 결과 각기 다른 전달지연 제약조건을 지니는 트래픽 모두 해당 조건을 준수하는 전달지연시간 특성을 보였으며 이때 전달지연 제약조건이 가장 작은 트래픽의 경우 자신의 제약조건에 가장 근접한 결과를 보임으로써 가장 큰 영향을 받음을 알 수 있다. 한편 패킷 손실 측면에서는 비록 가장 작은 전달지연 제약조건을 요구하는 트래픽에 대해서는 기존 방식인 WFQ 보다 절대적 성능 우위를 보이지는 않으나 다른 두 경우에 대해서는 기존 방식보다 향상된 결과를 보인다. 따라서 제안된 알고리즘을 통해 패킷 손실을 최소화하고 전달지연 시간을 제한할 수 있는 효과를 보인다.
