In this thesis, we propose new traffic control mechanisms or algorithms suitable to operate as elements of a global traffic control mechanism. A new Peak Rate Spacer (PRS) is proposed, which can guarantee the negotiated peak cell rate almost perfectly even when contention of cells in the output link of the spacer occurs. We also propose a state-dependent Mean cell Rate Policer-Spacer (MRPS) which can manage the violation detection capability properly by controlling the buffer read rate according to not only the buffer state but the bandwidth utilization state of the network. As the MRPS has a cell buffer, it can perform a traffic shaping function as well as a policing function efficiently with a reasonable amount of hardware.
As a new link management strategy, a Reserved Bandwidth Sharing (RBS) scheme is proposed. Our scheme has a dedicated bandwidth for each representative traffic type and also has a reserved common pool to be shared with all traffic types. The RBS can guarantee the adequate connection blocking probability (CBP) performance under heavy traffic condition and can effectively cater for unexpected traffic load changes.
We finally propose a global traffic control (GTC) mechanism which is based on harmonious cooperation of proposed traffic control mechanisms. The GTC mechanism measures real bandwidth utilization to compensate inaccuracy of the declared mean cell rate and it also monitors cell losses to manage input traffic load when a network approaches congestion state. For congestion control, we define 3 network states according to the utilization state of the output link, these are normal state, quasi-critical state and critical state. In normal state, our mechanism permits a user to transmit cells over the declared mean cell rate for flexible utilization of network resources. In quasi-critical state, tight policing on the mean cell rate is performed for a user who generates excessive cells and in this case our mechanism sends an Explicit Backward Congestion Notification (EBCN) cell to the user to regulate the transmission speed. In critical state, a new connection request is rejected and actions to relieve congestion are performed.
Through this harmonious coordination of proposed traffic control functions, it is shown that a better resource utilization and a reliable congestion control can be made.
본 논문에서는 망 전체 차원에서의 대역 사용 효율을 높이고, 망 폭주 상태에 효과적으로 대처할 수 있는 새로운 UPC방식과 대역 관리 방식 및 통합 트래픽 제어 방식을 제안하였다.
이를 위해 먼저 새로운 UPC방식을 제안하였다. UPC에 있어서는 최대 셀 속도 감시 기능 실현시 필수 기능인 셀 스페이싱 기능을 수행하는 PRS와, 평균 셀 속도를 효과적으로 감시, 스페이싱할 수 있는 MRPS를 제안하였다. linked list구조를 갖는 이 PRS는 입출력 계수 및 임시 큐를 이용하여 PRS출력 링크에서의 셀 충돌 현상을 효과적으로 제어함으로써 입력된 셀들의 99.9% 이상이 최대 셀 속도를 완벽하게 준수할 수 있는 방식임이 확인되었다. 이 방식을 사용하면 CAC에서의 대역 할당 기능을 완벽하게 지원 가능하다. MRPS는 threshold를 갖는 버퍼로 구성되어 버퍼 상태가 threshold를 넘지 않을 때는 협상된 속도로 읽어내고 그 값을 넘을 때는 협상된 평균 속도보다 조금 빨리 읽음으로써 상대적으로 적은 버퍼 크기로 평균 셀 속도를 감시할 수 있고 다양한 평균 셀 속도에 효과적으로 대처할 수 있다. MRPS는 버퍼를 가지므로 근본적으로 셀 스페이싱 기능을 가지며 폭주 제어 기능과의 연동을 통해 사용자-망 정합부에서의 대역 사용효율을 높일 수 있다. 기존의 leaky bucket 방식과 비교하면 입력이 협상 속도를 준수하는 경우 최대 1.4 배까지 대역 사용 효율을 향상시킬 수 있음을 보였다.
대역 관리 방식에 있어서는 기존에 제안된 complete sharing 및 complete partitioning방식의 단점을 보완할 수 있는 RBS방식을 제안하였다. RBS방식은 트래픽 class별로 전용 대역을 가지면서 모든 트래픽class가 공용으로 사용할 수 있는 공용 대역을 가짐으로써 기존의 두 방식이 갖는 단점을 보완하였다. RBS방식은 전용 대역을 가지므로 입력 트래픽 부하가 증가하더라도 최소한의 호 손실율 성능은 보장할 수 있으며 공용 대역을 가지므로 트래픽 class별로 부하가 불균등해지더라도 대역 사용 효율 향상을 어느 정도 기대할 수 있다.
망의 대역 사용 효율을 높이기 위한 통합 트래픽 제어 방식(GTC)은 위의 ATM 트래픽 제어 기능들의 조화있는 연동과 망의 사용 상태 측정 및 적응형 CAC기능 등으로 구성된다. 망의 상태를 출력 링크의 사용 상태에 따라 정상 상태, 준폭주 상태 및 폭주 상태로 구분하고, 평균 셀 속도의 경우도 망이 서비스 품질을 만족시켜주는 평균 셀 속도($m_g$)와 망이 서비스 품질은 만족시켜주지 않으나 서비스는 해주는 평균 셀 속도($m_m$)를 정의한다. 정상상태에서는 사용자는 $m_m$까지 셀전송이 허락되며 $m_m$을 감시할 수 있도록 UPC파라메터가 조정된다. 링크 사용양은 폭주제어(CC)블럭에서 항상 측정되며 CAC블럭에서는 이 데이터를 이용하여 실제 사용하고 있는 평균 셀 속도를 예측하여 CAC를 수행한다. CC블럭에서는 UPC블럭에서의 셀 손실을 감시하며 과도한 셀 손실이 발생되는 경우 사용자에게 이 사실을 알려 셀 전송 속도를 조절토록 한다. CC블럭이 준폭주 상태를 검출하면 엄격한 UPC가 수행되도록 UPC파라메터를 조정한다. 이때 $m_g$를 초과하여 셀을 전송하던 사용자는 심한 셀 손실을 겪게 되며 이 상태는 UPC블럭에서 쉽게 검출할 수 있다. 이 경우 망은 EBCN셀을 사용자에게 보내어 셀 전송 속도를 조정하게 한다. 폭주 상태에서는 새로운 호 설정 요구는 거부되고 폭주에서 벗어나기 위한 일들이 수행된다. 적응형 CAC와 dynamic UPC를 근간으로 하는 GTC방식은 사용자에게는 유연한 대역 사용을 가능케 함으로써 망 차원에서의 대역 사용 효율을 높일 수 있고, 항상 링크 사용양을 감시하기 때문에 협상 트래픽 파라메터가 정확하지 않아도 되어 사용자는 편리하고 융통성있게 망 서비스를 제공 받을 수 있다. 또한 준폭주 상태를 정의함으로써 신속한 폭주 상태의 검출 및 대처를 기대할 수 있다.
