KR20010070121A - Method for fair flow control in packet-switched networks - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method is provided to be capable of securing minimum cell loss and maximum link utilization degree regardless of reciprocation time delay of an ABR(Available Bit Rate) loop. CONSTITUTION: A packet switched network includes a plurality of interconnected nodes(4,6,8,10), and each node connects a plurality of sources for transferring and receiving data and a data queue for storing data transferred from the sources. The data queue is related to current queue length and target value. Each node estimates the number of local bottleneck virtual lines using a minimum transfer rate to be secured and a data transfer rate from a corresponding source. The data transfer rate is allotted to each source based on a differential value of the current queue length, a difference between the current queue length and target value, and the estimated number of local bottleneck virtual lines, and the data transfer rate is allotted through a feedback signal transferred to each source.

Description

패킷교환 망에서의 공평한 흐름 제어를 위한 방법{METHOD FOR FAIR FLOW CONTROL IN PACKET-SWITCHED NETWORKS}Method for fair flow control in packet switched network {METHOD FOR FAIR FLOW CONTROL IN PACKET-SWITCHED NETWORKS}

본 발명은 패킷 교환 망에 관한 것으로, 특히 공평한 흐름제어를 위한 방법 에 관한 것이다.The present invention relates to a packet switched network, and more particularly to a method for fair flow control.

패킷 교환 망에는 비동기전송모드(Asynchronous Transfer Mode: 이하 "ATM"이라 칭함) 망 및 인터넷 등이 있으며, 공평한 흐름 제어는 네트워크상의 정보 전달에 있어 매우 중요한 요소이다. 특히 ATM망에서의 공평한 흐름제어는 가용 비트율(Available Bit Rate: "ABR"이라 칭함) 서비스와 연관된다.The packet switched network includes an asynchronous transfer mode (hereinafter referred to as an "ATM") network and the Internet, and fair flow control is a very important factor in transmitting information on a network. In particular, fair flow control in ATM networks is associated with Available Bit Rate ("ABR") services.

통상 ATM은 정보 전달을 위한 네트워크 이용을 다음의 네가지 서비스 방식을 통해서 이룩한다. 즉, 고정된 전송 대역폭의 서비스를 가능케 하는 CBR(Constant Bit Rate) 방식과 일정한 셀 손실율을 보장하면서 가변적인 대역폭의 서비스를 가능케 하는 VBR(Variable Bit Rate) 방식, 전송 대역폭을 정하지 않는 UBR(Unspecified Bit Rate) 방식, 및 ABR 방식이 있다. ABR 방식은 소오스가 보낼 수 있는 전송 대역폭을 네트워크 상황에 따라서 변화시키는 방식이다. 즉 네트워크의 가용한(available) 전송 대역폭에 맞추어 소오스가 데이터를 보낼 수 있게 하는 방식이다.ATM typically achieves network use for information delivery through the following four service schemes. That is, the CBR (Constant Bit Rate) method that enables a fixed transmission bandwidth service, VBR (Variable Bit Rate) method that enables a variable bandwidth service while guaranteeing a constant cell loss rate, UBR (Unspecified Bit that does not determine the transmission bandwidth) Rate) method and ABR method. The ABR method changes the transmission bandwidth that a source can send according to network conditions. That is, the source can send data according to the available transmission bandwidth of the network.

ABR서비스는 VBR과 같은 대역폭 보장 서비스에 의해서는 효율적으로 지원될 수 없던 데이터 애플리케이션들을 지원하기 위해 ATM 네트워크에 도입되었다. 이에 대한 논문 또는 자료의 일 예들은 다음과 같다. S. Sathaye, "ATM Forum Management Specification, Version 4.0", Feb.1996과, F. Bonomi and K. W. Fendick, "The Rate-Based Flow Control Framework for the Available Bit Rate ATM Service", IEEE Network9(2)(1995) p25-39와, R. Jain, "Congestion Control and Traffic Management in ATM Networks: Recent Advances and A Survey", Computer Networks and ISDN Systems 28(13), (1996) p1723-1738 등이 있다.ABR services were introduced in ATM networks to support data applications that could not be efficiently supported by bandwidth guarantee services such as VBR. Examples of thesis or data on this are as follows. S. Sathaye, "ATM Forum Management Specification, Version 4.0", Feb. 1996, and F. Bonomi and KW Fendick, "The Rate-Based Flow Control Framework for the Available Bit Rate ATM Service", IEEE Network 9 (2) (1995). p25-39, and R. Jain, "Congestion Control and Traffic Management in ATM Networks: Recent Advances and A Survey", Computer Networks and ISDN Systems 28 (13), (1996) p1723-1738.

대부분의 데이터 애플리케이션들은 매우 불규칙하며 앞으로의 데이터 트래픽 요구를 예측할 방법이 없는 반면, 정의가 명확한 셀 손실 요구를 가지며 시간 변화 및 예측 불가능한 셀 지연에 대한 허용오차를 가질 수 있다. 보다 중요한 것은 이러한 특성 때문에 대부분의 데이터 애플리케이션들은 네트워크 부하 상황에 따라서 데이터 전송율을 변경할 수 있다는 것이다. 그에 따라 네트워크에서의 가용 대역폭에 맞추어 입력 데이터 전송율(또는 전송 흐름)을 조정하는 탄성 트래픽 서비스의 개념이 도입되었다. 그 대표적인 예가 ATM네트워크에서의 ABR 서비스이다.Most data applications are very irregular and have no way of predicting future data traffic demands, while they have well-defined cell loss requirements and can have tolerances for time changes and unpredictable cell delays. More importantly, because of this feature, most data applications can change the data rate based on network load conditions. Accordingly, the concept of elastic traffic service has been introduced that adjusts the input data rate (or transmission flow) to the available bandwidth in the network. A representative example is ABR service in ATM network.

원칙적으로 ABR서비스는 소오스 및 스위치들 각각에서 복잡한 트래픽 특성 모델링과 호 수락 제어를 요구하지 않는다. 이러한 단순함에 의해, ABR서비스에 대한 구현 및 개발이 대역폭 보장 서비스(CBR 또는 VBR 서비스)보다 훨씬 쉽게 될 것이라 예상되었다. 하지만 ABR 지원 스위치의 설계 및 구현이 원래 예상보다 실제로는 훨씬 많은 어려움이 있는 것으로 판별되어 왔다. 가장 큰 어려움은 확장성 있고 안정하며 공평한 ABR 흐름 제어 알고리즘을 설계하는데 있다. 특히 비동기 및 분산화된 네트워크 환경에서의 명시율(Explicit Rate: 이하 "ER"이라 칭함) 할당 알고리즘의 설계에 있다.In principle, the ABR service does not require complex traffic characterization and call admission control on each of the sources and switches. By this simplicity, it is expected that implementation and development of ABR service will be much easier than bandwidth guarantee service (CBR or VBR service). However, the design and implementation of ABR-enabled switches has been determined to be far more difficult than originally anticipated. The biggest challenge is to design a scalable, stable and fair ABR flow control algorithm. In particular, the design of explicit rate (hereinafter referred to as "ER") allocation algorithm in asynchronous and distributed network environments.

ATM포럼에서는 ABR서비스의 흐름 제어를 위하여 폐루프 전송율 기반 흐름제어방식(close-loop rate-based approach)을 채택하였다. 전송율 기반 흐름제어(rate-based flow control)는 그 이름에 함축된 바와 같이, 각 소오스가 네트워크로 전송할 수 있는 전송율을 제어하기 위해 네트워크로부터 피이드백된 정보를 사용한다. 피이드백 정보는 자원관리(resource management: 이하 "RM"이라 칭함) 셀이라 불리 우는 특정 제어셀에 의해서 전달된다. RM셀 상에 네트워크 혼잡상태를 기록하는 방식으로 세가지 메카니즘, 즉 EFCI(Explicit Forward Congestion Indication)마킹, RR(Relative Rate)마킹 및 ER(Explicit Rate)마킹이 있는데, 전송율 기반 흐름제어를 위해서는 이중 적어도 하나는 스위치상에서 구현되어져야 한다.The ATM Forum adopted a closed-loop rate-based approach for flow control of ABR services. Rate-based flow control, as implied by its name, uses information fed back from the network to control the rate at which each source can transmit to the network. The feedback information is delivered by a specific control cell called a resource management (hereinafter referred to as "RM") cell. There are three mechanisms for recording network congestion on the RM cell: explicit forward congestion indication (EFCI), relative rate (RR) marking, and explicit rate (ER) marking. Must be implemented on the switch.

한편 흐름 제어 폐루프에 포함되어 있는 길고 다양한 왕복시간 지연(round-trip delay)과 ABR VC(Virtual Circuit)간에 서로 달리 위치한 병목지점은 고성능ER 할당 알고리즘의 설계를 어렵게 한다. 네트워크내 ABR큐들은 ABR소오스들의 전송율이 서로 다른 시점의 네트워크 상태 정보에 따라 결정될 때에는 안정화되기가 힘들다. 특히 이진 피이드백 메카니즘(EFCI마킹이나 RR마킹, 또는 EFCI마킹 및 RR마킹)만을 사용하면 ABR큐들은 정상상태에서 지속적인 진동(persistent oscillation)을 가지게 되며, 그 진폭은 왕복시간 지연과 가용 대역폭의 곱에 비례하여 증가하게 된다. 이에 대한 구체적인 설명은 하기와 같은 일 예의 논문들에 상세히 개시되어 있다. E. Hernandez-Valencia et al., "Rate Control Algorithms for the ATM ABR Service", European Transactions on Telecommunications 8(1)(1997) p7-20와, F. Bonnomi, D. Mitra and J. B. Serry, "Adaptive Algorithms for Feedback-Based Flow Control in High-Speed, Wide-Area ATM Networks, IEEE J. Select. Areas on Communications 13(7)(1995) p1267-1283과, K.K. Ratmarkrishnan and Jain, "A Binary Feedback Sheme for Congestion Avoidance in Computer Networks with a Connectionless Network Layer, Proc. ACM SIGCOMM'88(1988) 303-313.On the other hand, the long and varied round-trip delay included in the flow control closed loop and the bottleneck located differently between the ABR VC (Virtual Circuit) make the design of high performance ER allocation algorithm difficult. ABR queues in a network are difficult to stabilize when the transmission rates of ABR sources are determined according to network state information at different points in time. In particular, using only the binary feedback mechanism (EFCI marking or RR marking, or EFCI marking and RR marking), ABR queues have persistent oscillation at steady state, and their amplitude is multiplied by the product of round trip time delay and available bandwidth. It will increase in proportion. A detailed description thereof is disclosed in the following example articles. E. Hernandez-Valencia et al., "Rate Control Algorithms for the ATM ABR Service", European Transactions on Telecommunications 8 (1) (1997) p7-20, and F. Bonnomi, D. Mitra and JB Serry, "Adaptive Algorithms for Feedback-Based Flow Control in High-Speed, Wide-Area ATM Networks, IEEE J. Select.Areas on Communications 13 (7) (1995) p1267-1283, and KK Ratmarkrishnan and Jain, "A Binary Feedback Sheme for Congestion Avoidance in Computer Networks with a Connectionless Network Layer, Proc. ACM SIGCOMM'88 (1988) 303-313.

이러한 ABR큐의 지속적인 진동은 주기적인 버퍼 오퍼 플로우 및 언더 플로우를 발생시킴으로써 셀손실 가능성 및 낮은 링크 이용 가능성을 증가시킨다. ER마킹, 즉 ER흐름제어 도입의 대 전제는 ABR큐의 점근적 안정성을 보장함으로써 이진 피이드백 메카니즘에 의해 발생되는 지속적인 진동을 억제하는 것이다. 하지만 점근적으로 ABR큐를 안정화시키는 ER할당 알고리즘을 단순한 형태로 설계하는 것은 여전히 어려운 문제이다. 이러한 문제는 수학적인 측면에서 볼 때 시간지연을 가지는 피드백 제어 문제로 귀착된다.This continuous vibration of the ABR queue generates periodic buffer offer and underflow, increasing cell loss potential and low link availability. The main premise of ER marking, ie the introduction of ER flow control, is to suppress the continuous vibrations generated by the binary feedback mechanism by ensuring asymptotic stability of the ABR queue. However, it is still difficult to design a simple form of the ER allocation algorithm that gradually stabilizes the ABR queue. This problem results in a feedback control problem with time delay from a mathematical point of view.

Benmohanmed와 Meerkov는 하기와 같은 그들의 최초 연구논문에서 전송율 기준 흐름제어 문제를 이산시간 피이드백 제어문제로서 공식화하여 점근적 안정성을 보장하고 폐루프 성능의 임의적 제어를 가능케 하는 ER할당 알고리즘을 제안하였다. 상기 ER알고리즘이 제안된 Benmohanmed와 Meerkov의 논문들은, L. Benmohamed and S. M. Meerkov, "Feedback Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Single Congested Node", IEEE/ACM Trans. on Networking 1(6)(1993) p693-708과, L. Benmohamed and S. M. Meerkov, "Feedback Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Multiple Congested Nodes", International Journal of Communication Systems, 10(5)(1997) p227-246이다.In their initial paper, Benmohanmed and Meerkov formulated the rate-based flow control problem as a discrete-time feedback control problem, and proposed an ER assignment algorithm that ensures asymptotic stability and enables arbitrary control of closed-loop performance. Benmohanmed and Meerkov's papers for which the ER algorithm is proposed are described in L. Benmohamed and S. M. Meerkov, "Feedback Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Single Congested Node", IEEE / ACM Trans. on Networking 1 (6) (1993) p693-708, and L. Benmohamed and SM Meerkov, "Feedback Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Multiple Congested Nodes", International Journal of Communication Systems, 10 (5) ( 1997) p227-246.

Benmohanmed와 Meerkov에 의해서 제안된 ER할당 알고리즘은 하기 수학식 1과 같다.The ER allocation algorithm proposed by Benmohanmed and Meerkov is shown in Equation 1 below.

여기서, r[k]는 이산시간 k에서 스위치에 의해서 계산된 ER이고, q[k]는 이산 시간 k에서 ABR큐 길이이며, qT는 목표로 하는 큐 길이이다.는 제어기 이득이고,는 ABR VC의 최대 왕복시간 지연이며 I는 "0"보다 큰 임의의 상수이다. 상기의 알고리즘은 상기한 논문에서 기술된 이론적 근거에도 불구하고 그 구현이 매우 복잡하여 실제적 사용에는 한계가 있다. A. Kolarov and G. Ramamurthy, "A Control Theoretic Approach to the Design of close Loop Rate Based Flow Control for High Speed ATM Networks, Proc. IEEE INFOCOM'97 1(1997), p293-301에서는 이러한 어려움을 설명해주고 있다. 수학식 1에서 확인할 수 있듯이 상기 ER할당 알고리즘은 현재부터시간까지(j= 0∼)의 ER 항의 값을 유지하는 것이 요구되며, 매 이산시간 슬롯마다 많은 수의 부동 소수 점(floating point) 곱셈을 필요로 한다.Where r [k] is the ER calculated by the switch at discrete time k, q [k] is the ABR queue length at discrete time k, and q T is the desired queue length. And Is the controller gain, Is the maximum round trip time delay of ABR VC and I is any constant greater than "0". Despite the theoretical basis described in the above paper, the above algorithm is very complex in implementation and has a limited practical use. A. Kolarov and G. Ramamurthy, "A Control Theoretic Approach to the Design of close Loop Rate Based Flow Control for High Speed ATM Networks, Proc. IEEE INFOCOM'97 1 (1997), p293-301, describes this difficulty. As can be seen from Equation 1, the ER allocation algorithm is To time (j = 0 to It is required to maintain the value of the ER term of C) and requires a large number of floating point multiplications for every discrete time slot.

반면 논문 S. Chong, "Second-Order Rate-Based Flow Control with Dynamic Queue Threshold for High-Speed Wide-Area ATM Networks", preprint 1997과, 논문 A. Elwalid, "Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for High-Speed Wide-Area Networks, Proc. IEEE ICC'95(1995) P1948-1953에서는 제어 이론에 기반을 둔 또 다른 ER할당 알고리즘을 하기 수학식 2와 같이, 보다 단순한 형태로 제안하였다.Whereas S. Chong, "Second-Order Rate-Based Flow Control with Dynamic Queue Threshold for High-Speed Wide-Area ATM Networks", preprint 1997, and A. Elwalid, "Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for High" Speed Wide-Area Networks, Proc. IEEE ICC'95 (1995) P1948-1953 proposed another ER allocation algorithm based on control theory in a simpler form, as shown in Equation 2 below.

위 두 논문 첫 번째 논문에서는 상기 수학식 2의 알고리즘이 적용될 경우 폐루프 시스템이 점근적으로 안정화되기 위한 필요 충분조건을 모든 VC들의 왕복시간 지연이 동일한 경우에 대하여 제안한 것으로, 알고리즘의 안정성 해석을 임의 왕복시간 지연을 가지는 일반적인 경우까지 확장하였다.In the first paper, we proposed the necessary and sufficient conditions for the closed-loop system to asymptotically stabilize when the algorithm of Equation 2 is applied. It extends to the general case with round trip time delay.

한편 S. Chong, R. Nagarajan and Y. T. Wang은, 논문 "Designing Stable ABR Flow Control with Rate Feedback and Open-Loop Control: First-Order Control Case", Performance Evaluation 34(4)에서 하기 수학식 3에서와 같이, 훨씬 단순한 형태의 ER 할당 알고리즘을 제안하였다. 하기 수학식 3의 ER할당 알고리즘 관련 내용은 1999년 1월 26일자로 발행된 미합중국 특허번호 제5,864,538호에 "First-order rate-based flow control with adaptive queue threshold for ATM networks"의 발명의 명칭으로 개시되어 있다.On the other hand, S. Chong, R. Nagarajan and YT Wang, in the paper "Designing Stable ABR Flow Control with Rate Feedback and Open-Loop Control: First-Order Control Case", Performance Evaluation 34 (4) We proposed a much simpler ER allocation algorithm. Regarding the ER allocation algorithm of Equation 3, disclosed in US Patent No. 5,864,538 issued January 26, 1999 under the name of the invention of "First-order rate-based flow control with adaptive queue threshold for ATM networks." It is.

r (t) = [-K`(q(t) - qT)]+, K 〉0r (t) = [-K` (q (t)-q T )] + , K> 0

여기서, [x]+= max[x,0]이며 "x"와 "0"중 큰 값을 택하라는 의미이다.Here, [x] + = max [x, 0], which means to select a larger value between "x" and "0".

수학식 2에 관련된 두 논문중 첫 번째 논문에서, 두 개의 다른 안정화 조건은 유도된 것이다. 그들 중 하나는 이종의 왕복시간 지연을 가지는 일반 경우에 대한 충분조건이고, 나머지 하나는 동종 왕복시간 지연을 가지는 특별한 경우에 대한 필요 충분 조건이다.In the first of two papers related to Equation 2, two different stabilization conditions are derived. One of them is sufficient condition for the general case with heterogeneous round trip time delay, and the other is necessary sufficient condition for special case with homogeneous round trip time delay.

수학식 1과 비교해 볼 때 수학식 2 및 수학식 3에 개시된 ER알고리즘의 공통적인 결점은, 만약 제어기 이득과 큐 길이 임계치가 ABR트래픽에 가용한 대역폭 및 원격 병목 VC들에 의해 이용된 가용 대역폭의 일부(fraction)에서의 순시적인 인식에 따라 적절히 선택되지 않으면, 평형점에서 링크가 충분히 이용될 수 없기 때문에 ABR큐 길이는 바람직하게 않게 "0"으로 수렴될 수 있다. 정의에 의해서, 링크에서의 원격 병목 VC들은 그들의 전송율이 그들의 PCR(Peak Cell Rate)에 의해서 제한되거나 아니면 경로내 다른 링크에서 병목현상이 발생하기 때문에 그 링크에서 공평하게 나누어질 수 없는 VC들이다. 반대로, 만약 수학식 1과 같은 알고리즘을 적용하면 위에서 언급된 바람직하지 못한 평형점과 같은 것은 존재하지 않는다.Compared to Equation 1, a common drawback of the ER algorithms disclosed in Equations 2 and 3 is that if the controller gain and queue length thresholds are available for the ABR traffic, then the available bandwidth used by the remote bottleneck VCs. If not properly selected according to instantaneous recognition in fraction, the ABR queue length may undesirably converge to "0" because the link is not sufficiently available at the equilibrium point. By definition, remote bottleneck VCs on a link are VCs that cannot be divided equally on that link because their transmission rate is limited by their PCR (Peak Cell Rate) or because bottlenecks occur on other links in the path. Conversely, if you apply an algorithm like Equation 1, there is no such thing as the undesirable equilibrium point mentioned above.

따라서 본 발명의 목적은 ABR 루우프의 왕복시간 지연과 무관하게 최대 링크 이용도 및 최소 셀 손실을 보장하는 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for guaranteeing maximum link utilization and minimum cell loss irrespective of a round trip time delay of an ABR loop.

본 발명의 다른 목적은 ABR큐의 점근적 안정성을 보장함으로써 ABR큐 크기의 요구를 최소화하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of minimizing the requirement of ABR queue size by ensuring the asymptotic stability of the ABR queue.

본 발명의 또 다른 목적은 ABR사용자간의 대역폭 이용도의 공평성을 보장, 특히 ATM포럼 표준안인 최대-최소 공평성을 보장하는 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for ensuring fairness of bandwidth utilization among ABR users, in particular, maximum-minimum fairness, which is an ATM forum standard.

본 발명의 또 다른 목적은 ABR 사용자수 변화, ABR대역폭 변화 등의 통신망 환경변화에 신속히 적응할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method capable of rapidly adapting to a change in communication network environment, such as a change in the number of ABR users and a change in the ABR bandwidth.

본 발명의 또 다른 목적은 EFCI마킹, RR마킹, ER마킹과 같은 기능을 포함한 ATM포럼 트래픽 관리 표준안에서 제시하는 거의 모든 기능을 수행하기 위한 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for performing almost all functions proposed in the ATM forum traffic management standard including functions such as EFCI marking, RR marking, and ER marking.

본 발명의 또 다른 목적은 점근적 안정화 동작점을 존재시켜서 높은 이용성, 낮은 셀 손실, 최대-최소 공평 율(MAX-MIN fair rate) 할당이 성취되게 하는 방법을 제공하는데 있다.It is yet another object of the present invention to provide a method of having an asymptotic stabilizing operating point to achieve high availability, low cell loss, and MAX-MIN fair rate allocation.

본 발명의 또 다른 목적은 멀티플 시간 스케일 시 즉, VBR 및 ABR VC의 셀 레벨 율 변경과 VBR 및 ABR VC의 셀 레벨 도착 및 출발 시 네트워크 부하 변경에 대해서 응답성 및 제어 과도 성능을 높이기 위한 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for improving responsiveness and control transient performance for multiple time scales, i.e., changing cell level rates of VBR and ABR VC and cell load arrival and departure of VBR and ABR VC. To provide.

본 발명의 또 다른 목적은 알고리즘을 계산하는데 필요한 동작의 수를 최소화하고 VC별 큐잉, VC별 계산, VC별 테이블 액세스들을 포함한 VC별 동작을 제거하는데 대해 구현의 복잡성을 줄이고 확장성 있도록 하는 방법을 제공하는데 있다.It is yet another object of the present invention to provide a method for minimizing the number of operations required to compute an algorithm and reducing the complexity of the implementation and scaling to eliminate VC operations, including VC queuing, VC calculations, and VC table accesses. To provide.

상기한 목적에 따라, 본 발명은, 패킷 교환망이 서로 연결된 다수의 노드를 포함하고 있으며, 각 노드는 데이터를 전송 및 수신하는 복수의 소오스들을 연결하고 있으며 상기 소오스로부터 전송된 데이터를 저장하는 데이터 큐를 가지며, 상기 데이터 큐는 현재 큐 길이 및 목표 값에 관련되어 있는, 상기 패킷교환 망에서의 공평한 흐름제어를 위한 방법에 있어서, 상기 각 노드가 해당 소오스에서의 데이터 전송율 및 보장되어야할 최소 데이터 전송율을 이용하여 로컬 병목 가상회선들의 개수를 추정하는 과정과, 상기 현재 큐 길이와 목표값 간의 차이, 상기 현재 큐 길이의 미분 값 및 상기 추정된 로컬 병목 가상회선 수들의 개수에 근거하여 상기 소오스들 각각에 데이터 전송율을 할당하며, 상기 데이터 전송율이 상기 소오스들 각각으로 전송되는 피드백 신호를 통해 할당되는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.In accordance with the above object, the present invention includes a plurality of nodes connected to the packet switching network, each node is connected to a plurality of sources for transmitting and receiving data, and a data queue for storing the data transmitted from the source And wherein the data queue is related to a current queue length and a target value, the method for fair flow control in the packet-switched network, wherein each node has a data rate in the corresponding source and a minimum data rate to be guaranteed. Estimating the number of local bottleneck virtual circuits using the method; and based on the difference between the current queue length and the target value, the derivative value of the current queue length, and the estimated number of local bottleneck virtual circuit lines, respectively. Assigns a data rate to the data source, wherein the data rate is transmitted to each of the sources. It characterized by constituted by any process that is allocated through a feedback signal.

도 1은 ABR서비스를 설명하기 위한 망 구성도.1 is a network diagram for explaining the ABR service.

도 2는 RM셀에 포함된 각 필드를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining each field included in an RM cell.

도 3은 ABR서비스를 위해 스위치 패브릭의 각 입출력 포트에 연결된 입출력 포트 카드들을 구비하고 있는 구성을 보여주는 도면.3 is a diagram showing a configuration having input and output port cards connected to each input and output port of the switch fabric for the ABR service.

도 4는 도 3의 입출력 포트 카드의 구체 블록 구성도.4 is a detailed block diagram of the input / output port card of FIG. 3;

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 ABR서비스 엔진 블록 구성도.5 is a block diagram of an ABR service engine according to an embodiment of the present invention.

도 6은 관심 있는 노드를 가진 네트워크 모델을 보여주는 도면.6 shows a network model with nodes of interest.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 U 및 V의 관점에서의 안정영역을 보여주는 도면.7 is a view showing a stable region in terms of U and V according to an embodiment of the present invention.

도 8에서는 함수 U,V와 점근적 감쇠율 α와의 관계를 보여주고 있는 도면.8 shows the relationship between the functions U, V and asymptotic damping rate α.

도 9는 RR마킹 및 ER 마킹에 대한 큐 길이 임계값들을 설명하기 위한 도면.9 illustrates queue length thresholds for RR marking and ER marking.

도 10은 피어 투 피어 모델 구성도.10 is a peer to peer model configuration diagram.

도 11a 내지 도 11d는 ER마킹만 있고 VBR 백그라운드 트래픽이 없는 피어 투 피어 모델 구성에서의 실험결과들로서,11A-11D are experimental results in a peer-to-peer model configuration with only ER marking and no VBR background traffic.

도 11a는 PCR이 150Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이고, 도 11b는 PCR이 25Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이며, 도 11c는 스위치 SW1에서의 큐 길이이고, 도 11d는 스위치 SW1에서 로컬병목 VC의 개수 추정치이다.FIG. 11A is a source transfer rate a i (t) of VC with a 150 Mbps PCR, FIG. 11B is a source transfer rate a i (t) of a VC with a PCR of 25 Mbps, FIG. 11C is a queue length at switch SW1, and FIG. Estimated number of local bottlenecks VC on switch SW1 to be.

도 12a 내지 도 12d는 ER마킹과 VBR 백그라운드 트래픽이 있는 피어 투 피어 모델 구성에서의 실험결과들로서, 도 12a는 PCR이 150Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이고, 도 12b는 PCR이 25Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이며, 도 12c는 스위치 SW1에서의 큐 길이이고, 도 12d는 스위치 SW1에서 로컬병목 VC의 개수 추정치이다.12A to 12D are experimental results in a peer-to-peer model configuration with ER marking and VBR background traffic. FIG. 12A is a source transmission rate a i (t) of VC with 150 Mbps of PCR, and FIG. 12B is 25 Mbps with PCR. Source transfer rate a i (t) of VC, FIG. 12C is the queue length at switch SW1, and FIG. 12D is an estimate of the number of local bottlenecks VC at switch SW1. to be.

도 13은 파킹 랏 모델 구성도.13 is a parking lot model configuration diagram.

도 14a 내지 도 14f는 ER마킹만 있고 VBR 백그라운드 트래픽이 없는 파킹 랏 모델 구성에서의 실험결과들로서, 도 14a는 PCR이 150Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이고, 도 14b는 PCR이 25Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이며, 도 14c는 스위치 SW3에서의 큐 길이이고, 도 14d는 스위치 SW4에서의 큐 길이이며, 도 14e는 스위치 SW3에서 로컬병목 VC의 개수 추정치이고, 도 14f는 스위치 SW4에서 로컬병목 VC의 개수 추정치이다.14A to 14F are experimental results in a parking lot model configuration with only ER marking and no VBR background traffic. FIG. 14A is a source transfer rate a i (t) of VC with 150 Mbps of PCR, and FIG. 14B is 25 Mbps with PCR. Source transfer rate a i (t) of VC, FIG. 14C is the queue length at switch SW3, FIG. 14D is the queue length at switch SW4, and FIG. 14E is an estimate of the number of local bottlenecks VC at switch SW3. 14F is an estimate of the number of local bottlenecks VC in switch SW4. to be.

도 15a 내지 도 15f는 ER마킹과 VBR 백그라운드 트래픽이 있는 파킹 랏 모델 구성에서의 실험결과들로서, 도 15a는 PCR이 150Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이고, 도 15b는 PCR이 25Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이며, 도 15c는 스위치 SW3에서의 큐 길이이고, 도 15d는 스위치 SW4에서의 큐 길이이고, 도 15e는 스위치 SW3에서 로컬병목 VC의 개수 추정치이고, 도 15f는 스위치 SW4에서 로컬병목 VC의 개수 추정치이다.15A to 15F are experimental results of a parking lot model configuration with ER marking and VBR background traffic. FIG. 15A is a source transmission rate a i (t) of VC having a 150 Mbps PCR, and FIG. 15B is a VC having a 25 Mbps PCR. Source transfer rate a i (t), FIG. 15C is the queue length at switch SW3, FIG. 15D is the queue length at switch SW4, and FIG. 15E is an estimate of the number of local bottlenecks VC at switch SW3. 15F is an estimate of the number of local bottlenecks VC in switch SW4. to be.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따라 ABR서비스 엔진이 수행하는 ER할당 제어 동작을 정리하여 보여주는 제어 흐름도.16 is a control flowchart showing the ER allocation control operation performed by the ABR service engine according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same elements in the figures are represented by the same numerals wherever possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

도 1은 ABR서비스를 설명하기 위한 망 구성도이다. 도 1을 참조하면, ABR서비스를 위한 네트워크(2)에서는 상호 연결된 복수 개의 노드들(4,6,8,10)을 포함하고 있다. 복수 개의 노드들(4,6,8,10)은 스위치들을 개념적으로 표현한 것이다(하기에서는 노드를 "스위치"라고도 칭함). 복수 개의 스위치들(4,6,8,10) 각각은 다수 개의 소오스들과 연결될 수 있다. 도 1에서는, 스위치(4)에는 소오스A,C(12,14)가 연결되어 있으며, 스위치(8)에는 소오스B,D(16,18)가 연결되어 있다. 각 소오스들(12,14,16,18)은 대응하여 연결된 스위치(4,8)로 데이터를 전송 및 수신한다. 소오스에 의해서 전송된 데이터는 다수의 노드들이 포함된 VC경로로 칭해지는 경로를 통해 목적지에 전달된다. 예컨대, 소오스A(12)에서 전송된 데이터는 스위치(4,6,8)가 존재하는 VC경로를 통해 목적지인 소오스B(16)에 전달된다.1 is a network diagram illustrating an ABR service. Referring to FIG. 1, a network 2 for an ABR service includes a plurality of nodes 4, 6, 8, and 10 connected to each other. The plurality of nodes 4, 6, 8, 10 are conceptual representations of the switches (hereinafter, nodes are also referred to as "switches"). Each of the plurality of switches 4, 6, 8, and 10 may be connected to a plurality of sources. In Fig. 1, sources A and C 12 and 14 are connected to the switch 4, and sources B and D 16 and 18 are connected to the switch 8, respectively. Each source 12, 14, 16, 18 transmits and receives data to the correspondingly connected switch 4,8. The data sent by the source is delivered to the destination via a path called a VC path containing multiple nodes. For example, data sent from source A 12 is delivered to source B 16 as the destination via the VC path where switches 4, 6 and 8 are present.

ABR 서비스에서는 네트워크에 가용한 전송 대역폭을 소오스에게 알려 주기 위해 RM셀(도 1에서는 RMc라 표기)이라는 제어를 위한 특별한 셀을 둔다. ABR서비스에서 RM셀의 발생은 소오스(12,14,16,18) 혹은 스위치(4,6,8,10)에서 이루어지는데, 본 발명에서는 소오스가 발생시킨 RM셀 만을 가정하여 설명될 것이다.In the ABR service, a special cell for a control called an RM cell (denoted as RMc in FIG. 1) is provided to inform the source of available transmission bandwidth to the network. The generation of RM cells in the ABR service occurs at the sources 12, 14, 16 and 18 or the switches 4, 6, 8 and 10. In the present invention, only the RM cells generated by the source will be described.

소오스에서 발생된 RM셀은 목적지까지 VC경로가 경유하는 스위치들(4,6,8)을 통과하게 되는데, 이러한 셀 진행 방향을 정방향(forward)이라고 한다. 그리고 목적지에서는 받은 RM셀을 소오스로 되돌려 보내게 되는데, 소오스로 되돌려지는 RM셀의 진행방향을 역방향(backward)이라고 한다. 도 1에서는 소오스를 12,14로 가정하고, 목적지를 16,18로 가정하여 정방향과 역방향을 표시하고 있다. 이 때 각 스위치들(8,6,4)이 자신에게 허용 가능한 대역폭의 정보를 RM셀에 저장시키게 되며 저장된 정보가 소오스(12,14)에게 전달되게 되어 이 정보를 참조한 소오스(12,14)가 목적지(16,18)로 보내는 정보의 양을 적절히 조절하여 결정하게 된다.The RM cell generated from the source passes through the switches 4, 6, and 8 via the VC path to the destination, and this cell traveling direction is called forward. At the destination, the received RM cell is sent back to the source. The forward direction of the RM cell returned to the source is called backward. In Fig. 1, the source is assumed to be 12,14 and the destination is assumed to be 16,18 to indicate the forward and reverse directions. At this time, each switch (8, 6, 4) stores the information of the allowable bandwidth in the RM cell and the stored information is transmitted to the source (12,14) so that the source (12,14) referring to this information Determines by appropriately adjusting the amount of information sent to destinations 16 and 18.

RM셀은 여러 가지 많은 정보를 포함하고 있는데, 이 중에서 중요한 것은 CCR(Current Cell Rate), MCR(Minimum Cell Rate), ER(Explicit Rate), NI(No Increase), CI(Congestion Indication)필드이다. 도 2에서는 RM셀에 포함된 필드들 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, S-R(source - receive)필드는 소오스 및 목적지 관련 정보를 저장하는 필드이며, CCR 필드는 소오스가 처음에 RM셀을 발생시킬 때 소오스의 전송 대역폭 값을 저장하는 필드이다. MCR 필드는 소오스가 RM셀을 발생시킬 때에 저장하는 값으로 각 VC의 최소 전송율을 의미한다. ER 필드는 소오스가 발생시킨 RM셀이 정방향의 경로를 모두 거치고 난 후 다시 소오스로 되돌아 오는 역방향에서 사용되어지는 필드이다. 역방향 상에서의 각 스위치들은 RM셀에 자신의 가용 대역폭 정보를 쓰게 되는 데, 이 때 해당 정보를 저장하는 곳이 RM셀 내의 ER필드이다. 저장되는 방식은 스위치에 RM셀이 도착했을 때 이미 ER 필드에 저장되어 있는 가용 대역폭과 해당 스위치에서 계산된 가용 대역폭 중에서 작은 값을 ER필드의 새로운 값으로 저장하게 된다. 즉 VC의 경로 중에서 가장 작은 가용 대역폭을 가지는 스위치에서 계산된 ER 값을 소오스가 받게 된다. 이를 위해서 처음에 RM셀을 발생시키는 소오스는 ER필드에 자신이 보낼 수 있는 최대 대역폭인 PCR(peak cell rate)을 쓰게 된다. 또한 NI, CI는 상대적 전송율 제어를 위해서 사용되는 필드으로 NI 필드는 VC가 지나는 경로의 스위치들이 트래픽 혼잡 정도에 따라서 소오스가 보내는 전송 대역폭을 더 이상 증가시키지 말 것을 소오스에게 알리는 필드이며, CI은 혼잡이 심할 경우 소오스의 전송 대역폭을 줄이라는 것을 소오스에게 알리기 위한 필드이다.The RM cell contains a lot of information, among which the most important are the CCR (Current Cell Rate), MCR (Minimum Cell Rate), ER (Explicit Rate), NI (No Increase), and CI (Congestion Indication) fields. 2 illustrates fields included in the RM cell. Referring to FIG. 2, a source-receive (S-R) field is a field for storing source and destination related information, and a CCR field is a field for storing a transmission bandwidth value of a source when the source first generates an RM cell. The MCR field is a value stored when a source generates an RM cell, and indicates a minimum transmission rate of each VC. The ER field is a field used in the reverse direction in which the RM cell generated by the source passes through the forward path and then returns to the source again. Each switch in the reverse direction writes its available bandwidth information to the RM cell, where the information is stored in the ER field in the RM cell. When the RM cell arrives at the switch, the stored method stores the smaller value among the available bandwidth already stored in the ER field and the available bandwidth calculated by the switch as the new value of the ER field. That is, the source receives the ER value calculated at the switch having the smallest available bandwidth among the paths of the VC. To do this, the source that first generates the RM cell will use the peak bandwidth (PCR), the maximum bandwidth it can send to the ER field. In addition, NI and CI are fields used for relative rate control. The NI field is a field for informing the source that switches on the path through the VC do not increase the transmission bandwidth of the source according to the traffic congestion level. This field is used to inform the source that, in the worst case, the source should reduce its transmission bandwidth.

ABR 서비스를 위해서는 각 스위치가 허용 가능한 전송 대역폭의 양을 역방향 RM셀이 지나갈 때 RM셀내의 ER필드에 써 줄 필요가 있다. 이를 위해서 각 스위치는 가용 대역폭을 계산해야 하며 이를 계산하기 위한 스위치 알고리즘이 요구된다. 결국 스위치 알고리즘을 통해서 얻고자 하는 것은 각 VC에게 해당 스위치가 허용할 수 있는 전송 대역폭의 값이다. 이러한 전송 대역폭의 값이 소오스에 알려지게 되며 이 값을 참조하여 소오스가 전송율을 조정함으로써 정상적인 ABR 서비스가 이루어지게 된다.For ABR service, each switch needs to write the amount of transmission bandwidth allowable in the ER field in the RM cell when the reverse RM cell passes. To do this, each switch must calculate the available bandwidth and a switch algorithm is required to calculate it. In the end, what we want to get through the switch algorithm is the value of the transmission bandwidth that the switch can allow for each VC. This value of the transmission bandwidth is known to the source, and the source adjusts the transmission rate with reference to this value, thereby providing a normal ABR service.

ABR서비스를 위해 도 1의 각 스위치(4,6,8,10)들에는 도 3에 도시된 바와 같이 스위치 패브릭(20)의 입출력 포트들 각각에 입출력 포트 카드(22)가 구비되어 있으며, 각 입출력 포트 카드(22)는 도 4에 도시된 바와 같이, 입출력 버퍼관리부(30), ABR서비스 엔진(32), 및 출력 인터페이스(34)를 포함하고 있다. 입출력 버퍼관리부(30)는 스위치 패브릭(20)과 연결되며 입출력 큐잉을 관장한다. 상기 입출력 버퍼 관리부(30)에는 ABR 큐(36)가 포함되어 있다. 출력 인터페이스(34)는 ATM계층의 사용자 네트워크 인터페이스 기능을 수행하며, ABR서비스 엔진(32)은 RM셀이 자신을 통과하는 동안 본 발명의 실시 예에 따른 ABR알고리즘 및 관련 기능을 일괄 처리한다.For the ABR service, each switch 4, 6, 8, and 10 of FIG. 1 is provided with an input / output port card 22 in each of the input / output ports of the switch fabric 20 as shown in FIG. As illustrated in FIG. 4, the input / output port card 22 includes an input / output buffer manager 30, an ABR service engine 32, and an output interface 34. The input / output buffer management unit 30 is connected to the switch fabric 20 and manages the input / output queuing. The input / output buffer management unit 30 includes an ABR queue 36. The output interface 34 performs the user network interface function of the ATM layer, and the ABR service engine 32 processes the ABR algorithm and related functions according to an embodiment of the present invention while the RM cell passes through it.

도 4의 ABR서비스 엔진(32)의 구체 블록 구성의 일 예는 도 5와 같다. 도 5를 참조하면, ABR서비스 엔진(32)은 EFCI마킹부(40), │Q│추정부(42), ER계산부(44), 큐 평균치 계산부(46), 역방향 RM셀 기록부(48)를 포함하고 있다.An example of a concrete block configuration of the ABR service engine 32 of FIG. 4 is shown in FIG. 5. Referring to FIG. 5, the ABR service engine 32 includes an EFCI marking unit 40, an Q estimator 42, an ER calculator 44, a queue average calculator 46, and a reverse RM cell recorder 48. ) Is included.

도 5에서, 상기 EFCI(Explicit Forward Congestion Indication) 마킹부(40)는 EFCI 혼잡이 발생되었을 때 인가되는 정방향 데이터셀에 EFCI혼잡을 알리는 EFCI비트를 마킹한다. 도 5의 큐 평균치 계산부(46)에는 큐 리드신호 및 큐 라이트신호가 입력된다. 상기 큐 리드신호는 큐에서 셀이 빠져 나게 되는 경우 외부로부터 인가되는 신호이고, 상기 큐 라이트신호는 큐에 새로운 셀이 입력되는 경우 외부에서 인가되는 신호이다. 상기 큐 평균치 계산부(46)는 상기 큐 라이트신호가 인가될 시 큐 순간 변수값을 하나 증가시키고, 상기 큐 리드 신호가 인가될 시 상기 큐 순간 변수값을 하나 감소시켜서, ER값 계산에서 사용되는 계산주기동안의 큐 값의 평균치를 계산한다. 그리고 상기 큐 평균치 계산부(46)는 계산된 큐 값의 평균치를 ER계산부(44)로 출력한다. 또한 상기 큐 평균 계산부(46)는 큐 리드신호 및 큐 라이트 신호를 이용하여 EFCI혼잡을 판단하고 EFCI혼잡이 발생되었을 EFCI마킹부(40)로 EFCI혼잡을 알리는 신호 EFCI_CG를 출력한다. 또한 본 발명의 실시 예에 따라 ABR큐에 미리 설정된 낮은 임계값 qLT와 높은 임계값 qHT에 근거한 혼잡 및 매우 혼잡정도에 따른 신호 CG(congested), VCG(very_congested)를 역방향 RM셀 기록부(48)에 출력한다. 상기 혼잡 및 매우 혼잡신호 CG,VCG는 본 발명의 실시 예에 따라 상대적 전송율 제어에 이용될 것이다.In FIG. 5, the explicit forward congestion indication (EFCI) marking unit 40 marks an EFCI bit for notifying the EFCI congestion to the forward data cell applied when the EFCI congestion occurs. A cue read signal and a cue write signal are input to the queue average value calculator 46 of FIG. The cue read signal is a signal applied from the outside when the cell is removed from the queue, and the cue write signal is a signal applied from the outside when a new cell is input to the queue. The queue average value calculator 46 increases the value of the instantaneous variable of the queue when the cue write signal is applied, and decreases the value of the instantaneous variable of the queue when the cue read signal is applied, thereby being used in calculating the ER value. Calculate the average of the cue values during the calculation cycle. The queue average calculator 46 calculates an average of the calculated queue values. Is output to the ER calculator 44. In addition, the queue average calculator 46 determines the EFCI congestion by using the cue read signal and the cue write signal, and outputs a signal EFCI_CG informing the EFCI congestion to the EFCI marking unit 40 where the EFCI congestion has occurred. In addition, according to the embodiment of the present invention, the congestion based on the low threshold q LT and the high threshold q HT preset in the ABR queue and the signal CG (congested) and VCG (very_congested) according to the degree of congestion are reverse RM cell recording unit 48. ) The congestion and very congestion signals CG and VCG will be used for relative rate control according to an embodiment of the present invention.

도 5에서,│Q│추정부(42)는 로컬 병목 VC들의 개수를 추정하기 위한 블록이다. 상기 │Q│추정부(42)는 RM셀내의 CCR 및 MCR값을 읽어 들이고, 주기적으로 계산되는 ER값 r(t)를 비교하여 로컬 병목 VC들의 개수의 추정치를 계산한다. 추정치를 계산하는 간격 W에 대해서는, 하기 "(5) 이산시간 ER알고리즘 및 │Q│추정" 부분에서 상세히 설명될 것이다. 상기 추정치는 ER계산부(44)에 제공된다.In Fig. 5, the | Q | estimator 42 is a block for estimating the number of local bottleneck VCs. The Q estimator 42 reads the CCR and MCR values in the RM cell, compares the periodically calculated ER value r (t), and estimates the number of local bottleneck VCs. Calculate Estimate The interval W for calculating s is described in detail in the following section ((5) Discrete-Time ER Algorithm and Q Estimation). The estimate Is provided to the ER calculator 44.

도 5에서, ER계산부(44)는 주기적으로 ER값을 계산하여 업데이트하며 역방향 RM셀이 도착하였을 때 역방향 RM셀 기록부(48)로 가장 최근에 업데이트된 ER값 r(t)를 출력한다.In FIG. 5, the ER calculator 44 periodically calculates and updates the ER value and outputs the most recently updated ER value r (t) to the reverse RM cell recorder 48 when the reverse RM cell arrives.

도 5에서 역방향 RM셀 기록부(48)는 ER계산부(44)에서 주기적으로 계산된 ER값 r(t)를 RM셀내의 ER필드에 기록한다. 보다 구체적으로 설명하면 역방향 RM셀 기록부(48)는 현재 RM셀내의 ER값과, ER계산부(44)에서 제공하는 ER값 r(t)에 RM셀내의 MCR값을 더한 값(본 발명의 명세서에서는 r(t)+mi로 언급)을 비교하여 상기 r(t)+mi이 더 작은 경우에만 상기 r(t)+mi을 RM셀내 ER필드에 기록한다. 이는 명시적 전송율 제어(explicit transmission rate control)를 수행하는 것이다. 또한 역방향 RM셀 기록부(48)는 큐 평균치 계산부(46)에서 제공하는 상대적 전송율 제어에 관련된 혼잡 및 매우 혼잡신호 CG, VCG에 따라 RM셀내의 NI필드, CI필드에 이진논리 상태의 비트를 기록한다. 이는 상대적 전송율 제어를 수행하는 것이다.In FIG. 5, the reverse RM cell recording unit 48 records the ER value r (t) periodically calculated by the ER calculator 44 in the ER field in the RM cell. More specifically, the reverse RM cell recording unit 48 adds the ER value in the current RM cell and the ER value r (t) provided by the ER calculator 44 plus the MCR value in the RM cell (the specification of the present invention). R (t) + mi), and writes r (t) + mi in the ER field in the RM cell only when r (t) + mi is smaller. This is to perform explicit transmission rate control. In addition, the reverse RM cell recording unit 48 records the binary logic bits in the NI field and the CI field in the RM cell according to the congestion and very congestion signals CG and VCG related to the relative rate control provided by the queue average value calculator 46. do. This is to perform relative rate control.

도 4의 ABR 서비스 엔진(32)이 수행하는 ER할당하는 제어동작을 도 13의 제어 흐름도 및 도 5의 구체 블록 구성을 참조하여 간략히 정리하면 하기와 같다.The ER allocation control operation performed by the ABR service engine 32 of FIG. 4 will be briefly described with reference to the control flowchart of FIG. 13 and the concrete block configuration of FIG. 5.

ABR서비스 엔진(32)은 100단계에서 │Q│추정부(42)에 의해 Q값을 추정하고, 102단계로 진행한다. 102단계에서는 ER계산부(44)에 의해서 주기적인 ER계산 및 계산된 ER값 r(t)를 업데이트한다. 그후 RM셀이 역방향 RM셀 기록부(46)에 도착을 하게 되면(도 7에 104단계) ABR서비스 엔진(32)은 도 7의 106단계로 진행한다. 106단계에서는 역방향 RM셀 기록부(46)에 의해서 가장 최근에 업데이트된 ER값 r(t)를 읽고, 도착된 RM셀에서 MCR값 mi를 읽는다. 그후 108단계에서 역방향 RM셀 기록부(46)에 의해서 VCi의 ER할당값 ri(t) = r(t) + mi를 계산한다. 그후 110단계에서 상기 계산된 ri(t)를 역방향 RM셀의 ER영역에 기록한다.The ABR service engine 32 estimates the Q value by the Q estimator 42 in step 100 and proceeds to step 102. In step 102, the ER calculator 44 updates the periodic ER calculation and the calculated ER value r (t). After that, when the RM cell arrives at the reverse RM cell recorder 46 (step 104 in FIG. 7), the ABR service engine 32 proceeds to step 106 in FIG. 7. In step 106, the most recently updated ER value r (t) is read by the reverse RM cell recorder 46, and the MCR value mi is read from the received RM cell. Thereafter, in step 108, the ER allocation value ri (t) = r (t) + mi of the VCi is calculated by the reverse RM cell recording unit 46. Thereafter, in step 110, the calculated ri (t) is recorded in the ER region of the reverse RM cell.

본 발명의 실시 예에 따라 제안되는 스위치 알고리즘은 ABR큐(36)의 큐 상태를 수렴 값으로 이루게 하는데 목적이 있으며 정상상태(steady state)에서의 큐 길이 값을 목표값 qT로 고정하고자 한다. 큐의 길이가 일정하게 유지된다는 것은 ABR큐(36)에 들어오는 입력 트래픽량과 출력 트래픽량이 같게 된다는 사실을 포함하고 있다. 목표로 하는 큐 길이 값 qT로 도달하기까지는 과도상태가 있게 되는데 예를 들어서 입력 트래픽량이 출력 트래픽량에 비하서 순간적으로 상당히 크게 되면 한번에 ABR큐(36)를 크게 요구될 수 있다. 이런 경우 예기치 않은 셀손실이 야기된다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 ABR큐(36)의 버퍼량과 큐 길이 상태(버퍼상태)의 변화를 고려한 스위치 알고리즘을 구현한다.The proposed switch algorithm according to an embodiment of the present invention aims to achieve a convergence value of the queue state of the ABR queue 36 and to fix the queue length value in a steady state to a target value q T. Keeping the length of the queue constant includes the fact that the amount of input and output traffic entering the ABR queue 36 is equal. If up to a queue length value q T to reach the target there is a transient state so that the lift amount of the example input traffic standing compared to output the traffic volume may momentarily considerably larger at a time can be greatly requires ABR queue 36. This leads to unexpected cell loss. Therefore, the embodiment of the present invention implements a switch algorithm considering the change in the buffer amount of the ABR queue 36 and the queue length state (buffer state).

본 발명의 실시 예에서는 ABR큐(36)에서의 바람직하지 못한 평형점을 가능한 한 간편하고 동시에 제거할 수 있는 제어기의 형태를 가지기 위해 하기 수학식 4와 같은 연속시간 ER할당 알고리즘을 제안한다.The embodiment of the present invention proposes a continuous time ER allocation algorithm as shown in Equation 4 to have a form of a controller capable of removing the undesired equilibrium point in the ABR queue 36 as simply and simultaneously as possible.

여기서, r(t)는 계산된 ER값이고, 상기는 r(t)의 미분값이다. Q는 링크에서의 로컬 병목(locally bottle-necked) VC들의 집합이고, │Q│는 Q의 원소 개수(cardinality)이다. q(t)는 시간 t에서의 ABR큐(36)의 길이이며, q_T는 목표로 하는 ABR큐(36)의 길이(즉 목표 값)이다. A,B는 제어기의 이득으로서 본 발명의 실시 예에서는 ABR큐(36)의 길이에 따라 그 값을 다르게 설정하는데, 이러한 설정은 점근적인 안정성을 갖게 한다.Where r (t) is the calculated ER value, Is the derivative of r (t). Q is a set of locally bottle-necked VCs in the link, and Q is the cardinality of Q. q (t) is the length of the ABR queue 36 at time t, and q_T is the length (ie, the target value) of the target ABR queue 36. A and B are the gains of the controller. In the embodiment of the present invention, the values A and B are set differently according to the length of the ABR queue 36. This setting causes asymptotic stability.

수학식 4로서 제시된 본 발명의 실시 예에 따른 ER할당 알고리즘을 수학식 2에 제시된 알고리즘과 비교해보면, 본 발명의 실시 예에 따라 수학식 4로 제시된 알고리즘은 댐핑 항(우측의 제1항)에 r(t) 대신에를 사용한다는 것을 주목하여야 한다.는 q(t)의 미분 값으로서, 이에 대해서는 후술될 수학식 21 및 수학식 23이 관련되어 구체적으로 설명될 것이다.Comparing the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention represented by Equation 4 with the algorithm shown in Equation 2, the algorithm represented by Equation 4 according to the embodiment of the present invention is applied to the damping term (right side claim 1). instead of r (t) Note that we use. Is a derivative value of q (t), which will be described in detail with reference to Equations 21 and 23, which will be described later.

본 발명의 실시 예에서의 이러한 변경은 폐루프 시스템에서 바람직하게 못한평형점(undesirable equilibrium)을 제거하여 결과적으로는 ABR큐(36)가 가용한 대역폭 및 원격 병목 VC들(remotely bottle-necked VCs)에 의해 사용된 일부 가용한 대역폭에 상관없이 언제나 목표 값 qT로 수렴한다. 이것은 정상상태에서 가용한 대역폭에 대한 완전한 이용이 항상 보장됨을 의미한다.This change in an embodiment of the present invention eliminates undesirable equilibrium in closed loop systems, resulting in bandwidth and remote bottle-necked VCs available to the ABR queue 36. regardless of the portion of available bandwidth is used by the always converge to a target value T q. This means that full use of the available bandwidth at steady state is always guaranteed.

본 발명의 실시 예의 주목할 만한 다른 특징은 로컬 병목 VC들의 개수│Q│에 의해서 제어기 이득 A,B를 정규화 시킨다는 것이다. 이러한 정규화는 폐루프 시스템의 점근적 감쇠율이 로컬 병목 VC들의 개수│Q│에는 무관하게 해준다. 로컬 병목 VC들의 개수│Q│의 추정은 전송율 기반 ABR 흐름제어 연구에서 중요한 주제가 되어 왔다. 이에 대한 논문들로는 M. K. Wong and F. Bonomi, "A Novel Explicit Rate Congestion Control Algorithm", it Proc. IEEE GLOBECOM'98 4(1998) p 2432-2439와, L. Kalampoukas, A. Varma and K. K. Ramakrishnan, "An Efficient Rate Allocation Algorithm for ATM Networks Providing Max-Min Fairness", Technical Report UCSC-CRL-95-29, Computer Engineering Dept., University of California, Santa Cruz, June 1995와, A. Charny, K. K. Ramakrishnam and A. Lauck, "Time Scale Analysis and Scalability Issue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks", IEEE/ACM Trans. on Networking 4(1996) p569-581과, R. Jain et al., "ERICA Switch Algorithm: A Complete Description", ATM Forum/96-1172(1996)가 있다.Another notable feature of an embodiment of the present invention is that the controller gains A and B are normalized by the number of local bottleneck VCs. This normalization allows the asymptotic damping rate of the closed loop system to be independent of the number of local bottleneck VCs. Estimation of the number of local bottleneck VCs | Q│ has been an important topic in the rate-based ABR flow control study. These papers include M. K. Wong and F. Bonomi, "A Novel Explicit Rate Congestion Control Algorithm", it Proc. IEEE GLOBECOM'98 4 (1998) p 2432-2439 and L. Kalampoukas, A. Varma and KK Ramakrishnan, "An Efficient Rate Allocation Algorithm for ATM Networks Providing Max-Min Fairness", Technical Report UCSC-CRL-95-29 , Computer Engineering Dept., University of California, Santa Cruz, June 1995, and A. Charny, KK Ramakrishnam and A. Lauck, "Time Scale Analysis and Scalability Issue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks", IEEE / ACM Trans. on Networking 4 (1996) p569-581 and R. Jain et al., "ERICA Switch Algorithm: A Complete Description", ATM Forum / 96-1172 (1996).

│Q│추정 프로세스의 동적 특성에 놓여 있는 어려움은 ER할당 프로세서의동적특성 즉, 폐루프 시스템이 정상상태에 이르기 전까지는 ER업데이트가 │Q│업데이트에 영향을 끼치거나 그 반대로 영향을 끼치는 특성에 결부되어 있어서, 그에 따른│Q│추정 알고리즘의 부적합 설계가 폐루프 시스템을 불안정하게 만들 수 있다는 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 ER알고리즘에 관련하여 확고하고 안정하며 실측 가능한 추정 알고리즘을 제시한다.The difficulty that lies in the dynamic nature of the estimation process is the dynamic nature of the ER-allocated processor, that is, the ER update affects the QQ update or vice versa until the closed-loop system reaches steady state. As a result, the inadequate design of the | Q | estimation algorithm can result in unstable closed-loop systems. A robust, stable and measurable estimation algorithm is provided in relation to the ER algorithm according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따라 수학식 4로 제시된 제어 이론 ER알고리즘이 소위 최대-최소 공평성(MAX-MIN fair rate allocation)을 보장하는데 그 이유는 하기와 같다. 스위치에서 수학식 4의 계산에 기초된 모든 VC들은 공유한 링크에 항상 동일한 ER(이하 "공통 ER"이라 칭함)을 할당한다. 그러므로 RM셀은 경로를 통하는 최소 할당 ER을 소오스에 전송하고, 소오스는 상기 최소 ER로 데이터를 전송한다. 스위치에서 ABR큐(36)는 만약 VC가 다른 곳에서 병목현상이 발생되어서 그 소오스가 스위치에 의해서 할당된 공통ER보다 낮은 전송율로 데이터를 전송하게 되면 지연을 가지며 그 값은 감쇠하게 될 것이다. 만약 ABR큐(36)가 목표 큐 길이 qT아래로 내려가면, 스위치는 수학식 4에 나타낸 알고리즘에 따라서 상기 목표 큐 길이 qT가 될 수 있게 공통 ER을 증가시킨다. 그래서 로컬 병목 VC들은 결국은 원격 병목 VC들에 의해서 사용되지 않은 대역폭을 동일하게 사용할 것이다.According to an embodiment of the present invention, the control theory ER algorithm represented by Equation 4 ensures the so-called MAX-MIN fair rate allocation, for the following reason. All VCs based on the calculation of Equation 4 at the switch always assign the same ER (hereinafter referred to as "common ER") to the shared link. Therefore, the RM cell transmits the minimum allocated ER through the path to the source, and the source transmits data to the minimum ER. The ABR queue 36 at the switch will have a delay and attenuate if the VC is bottlenecked elsewhere and the source transmits data at a lower rate than the common ER allocated by the switch. If the ABR queue 36 falls below the target queue length q T , the switch increases the common ER to be the target queue length q T according to the algorithm shown in equation (4). So the local bottleneck VCs will eventually use the same unused bandwidth by the remote bottleneck VCs.

실제로 수학식 4와 같은 알고리즘은 네트워크가 동작하는 상황에 적용한다면 이산시간 개념으로 대치되어야 한다. 본 발명의 실시 예에 따라 제시된 수학식 4의 알고리즘은 이산시간 알고리즘으로 표현하면 하기 수학식 5와 같다.Indeed, algorithms such as Equation 4 should be replaced by discrete time concepts if applied to a network operating situation. The algorithm of Equation 4 presented in accordance with an embodiment of the present invention is represented by Equation 5 below.

여기서, T는 이산시간 슬롯의 듀레이션(duration)이다. 수학식 5의 알고리즘은 수학식 1의 알고리즘의 특별한 경우이다. 즉, 수학식 1의 알고리즘에 I=1,,= 0,를 대입해서 환산하면 수학식 5의 알고리즘이 된다. 수학식 1의 알고리즘의 반대로서, 상기 환산된 알고리즘은 폐루프 동적특성의 임의의 제어를 더 이상 허락하지 않는다. 하지만, 본 발명의 발명자는 임의대로 제어능력을 갖추는 것이 논의한 바와 같이 구현 비용의 측면에서 매우 고가이며 ABR흐름 제어 설계에 필요로 하는 것도 아닌 것이라 주장한다. 이러한 주장을 뒷받침하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는 상기 환산된 알고리즘이 폐루프 성능에 대한 제어를 받아들일 수 있음을 설명할 것이다.Where T is the duration of the discrete time slot. The algorithm of equation (5) is a special case of the algorithm of equation (1). That is, I = 1, , And = 0, Substituting and converting the result becomes an algorithm of Equation 5. In contrast to the algorithm of Equation 1, the converted algorithm no longer allows any control of the closed loop dynamics. However, the inventors of the present invention argue that having arbitrary control capability is, as discussed, very expensive in terms of implementation cost and not required for ABR flow control design. To support this assertion, embodiments of the present invention will demonstrate that the converted algorithm can accept control over closed loop performance.

본 발명의 실시 예에 따른 제어이론 ER알고리즘(수학식 4 및 수학식 5)에서 큐 길이 제어는 주 관심 대상이고 공평성(fair rate allocation)은 큐 길이 제어의 부차적 결과이다. 하기에서 설명될 다른 형태의 ER알고리즘 수학식 14 내지 수학식 18에서는 최대-최소 공평성이 주 관심대상이고 큐 길이 제어는 부차적이다. 상기 다른 형태의 ER알고리즘은 ABR트래픽에 가용한 대역폭을 추종하고, VC들의 자기 병목 링크와 로컬 병목 VC들의 개수에서 원격 병목 VC들의 공평한 공유를 각 스위치에게 요구한다. 스위치는, 이러한 정보를 토대로 최대-최소 공평성(MAX-MIN fair rate allocation)과 목표 링크 이용을 점근적으로 달성하는 방법으로 VC별 ER할당을 업데이트시키다.In the control theory ER algorithm (Equation 4 and Equation 5) according to an embodiment of the present invention, queue length control is of primary interest and fair rate allocation is a secondary result of queue length control. In other forms of ER algorithms (14) to (18) described below, maximum-minimum fairness is of primary concern and queue length control is secondary. The other type of ER algorithm tracks the available bandwidth for ABR traffic and requires each switch to share a fair share of remote bottleneck VCs in the number of local bottleneck VCs and its own bottleneck link of VCs. Based on this information, the switch updates per-VC ER allocation in a way that achieves MAX-MIN fair rate allocation and target link utilization incrementally.

(1) ER 전송율 흐름제어(1) ER rate flow control

하기에서는 본 발명의 ER할당 알고리즘을 수학적으로 모델링하고, 그 모델링을 통해 본 발명의 실시 예의 ER할당 알고리즘이 각 소오스에서 요구하는 MCR를 보장하면서 동시에 최대-최소 공평성을 만족시키고 있음이 설명될 것이다.In the following, the ER allocation algorithm of the present invention is mathematically modeled, and through the modeling, it will be explained that the ER allocation algorithm of the embodiment of the present invention satisfies the maximum-minimum fairness while ensuring the MCR required for each source.

도 6은 관심 있는 노드를 가진 네트워크 모델을 보여주는 도면이다. 도 5에서, 복수개의 VC들은 각각 대응된 복수개의 소오스들을 포함하고 있다. 즉 VCi(54)는 소오스i(50)에 대응되어 있으며 VCj(56)는 소오스j(52)에 대응되어 있다. 36은 ABR큐이며, ABR큐(36)상에 표기된 qT는 ABR큐(36)의 목표 값이고, ABR큐(36)에 연결 표시한는 복수의 VC들의 공유한 링크의 가용 대역폭이다. 또한각각은 VCi(54)에서의 정방향 경로 지연과 역방향 경로 지연을 의미하고,의 합은 VCi(54)에서의 왕복시간 지연가 된다.각각은 VCj(56)에서의 정방향 경로 지연과 역방향 경로 지연을 의미하고,의 합은 VCj(56)에서의 왕복시간 지연가 된다.6 shows a network model with nodes of interest. In FIG. 5, each of the plurality of VCs includes a plurality of corresponding sources. That is, the VCi 54 corresponds to the source i 50 and the VCj 56 corresponds to the source j 52. 36 is an ABR queue, q T indicated on the ABR queue 36 is a target value of the ABR queue 36, and is connected to the ABR queue 36. Is the available bandwidth of the shared link of the plurality of VCs. Also And Each means a forward path delay and a reverse path delay in VCi 54, Wow The sum of the delays is the round trip time delay in VCi 54. Becomes And Each means a forward path delay and a reverse path delay in VCj 56, And Sum of round trip time delay in VCj 56 Becomes

먼저 네트워크 모델의 분석을 위해 하기와 같이 가정한다.First, assume the following for the analysis of the network model.

가정1) 트래픽은 결정된 유동 흐름으로 간주하고, 네트워크 큐잉 프로세서및 흐름 제어 메카니즘은 시간상에서 연속하는 것으로 간주한다. 이러한 가정은 모델을 미분방정식에 의해 폐루프 시스템이 되게 한다.Assumption 1) Traffic is considered a determined flow flow, and network queuing processors and flow control mechanisms are considered to be continuous in time. This assumption makes the model a closed loop system by differential equations.

가정 2) VCi의 왕복시간 지연는 전파(propagation), 큐잉, 전송 및 처리 시간을 포함하는 정방향 경로 지연과 역방향 경로 지연의 합이다. 여기서, 왕복시간 지연은 일정하다고 가정한다.Assumption 2) Round-trip delay of VCi Is the forward path delay, including propagation, queuing, transmission, and processing time And reverse path delay Sum of Here, it is assumed that the round trip time delay is constant.

가정 3) 소오스들이 지속적인(persistent) 특성을 가지고 있다. 여기서, 지속적이라는 의미는 소오스가 네트워크에 할당된 전송율로 데이터를 충분히 보낼 수 있다는 것을 의미한다.Assumption 3) Sources have persistent characteristics. Here, continuous means that the source can send enough data at the rate assigned to the network.

가정 4) 시스템이 정상상태에 도달하기 전까지는 VC들의 도착 및 출발이 없다.Assumption 4) There is no arrival and departure of VCs until the system reaches steady state.

가정 5) 링크에서의 가용 대역폭는 시스템이 정상상태에 도달할 때까지 일정하다. 또한 링크에서의 ABR큐(36)의 버퍼 사이즈는 무한대로 가정한다.Assumption 5) Available Bandwidth at the Link Is constant until the system reaches steady state. Also assume that the buffer size of the ABR queue 36 at the link is infinite.

소오스i(50)가 소오스 시점 t에서 데이터를 전송할 때의 전송율을 ai(t)로 표기하고, 노드 시점 t에서 관심 있는 노드가 ER할당 계산을 함에 따라 VCi(54)에 할당되는 ER값을 ri(t)로 표기한다. 또한 상기 노드에 의해 VCi(54)에 할당된 ER값의 가장 최근의 최소 값을 bi(t)로 표기하고, VCi(54)에 구속된 피크 율(peak rate)을 pi(t)로 표기한다. 상기 pi(t)는 ATM ABR에서의 표준용어로는 VCi(54)에서의PCR(Peak Cell rate)이다.The transfer rate when the source i 50 transmits data at source time t is denoted by a i (t), and the ER value allocated to VCi 54 as the node of interest calculates the ER at node time t. We write r i (t). In addition, the most recent minimum value of the ER value assigned to the VCi 54 by the node is denoted by b i (t), and the peak rate constrained by the VCi 54 is p i (t). Mark it. P i (t) is a Peak Cell Rate (PCR) in the VCi 54 as a standard term in ATM ABR.

이진 피이드백을 토태로 한 선형적 증가 및 지수적 감소를 무시하면, 소오스의 동작특성은 하기 수학식 6과 같이 모델링된다.Ignoring the linear increase and exponential decrease based on the binary feedback, the operating characteristics of the source are modeled as in Equation 6 below.

여기서, N은 루트가 관심을 가지는 노드를 포함하는 모든 VC들의 집합이다. 수학식 6과 같은 모델은, 소오스i(54)가 역방향 경로 지연전에 관심 있는 노드에 의해서 할당된 ER값 즉,과, 관심 있는 노드외의 루트상의 최소 ER값 즉, bi(t)와, VC의 PCR 즉, pi중에서 가장 낮은 전송율로 데이터를 전송함을 의미한다.Where N is the set of all VCs including the node of interest to the root. In the model shown in Equation 6, source i 54 is a reverse path delay. The ER value previously assigned by the node of interest This means that data is transmitted at the lowest transmission rate among the minimum ER value, i.e., bi (t) and VC PCR, i.

한편 노드에서 관심 있는 클래스별 ABR큐(36)의 동작 특성은 하기 수학식 7과 같이 주어진다.On the other hand, the operation characteristics of the class-specific ABR queue 36 of interest in the node are given by Equation 7 below.

본 발명의 실시 예에 따른 ER할당 알고리즘은 큐 길이 q(t), 그 큐 길이의 미분값, 로컬 병목 VC들의 개수의 추정값를 포함하는 현 네트워크 상태에 근거하여 각 스위치에서 수행하는 알고리즘이다. 이러한 스위치 알고리즘은 하기 수학식 8 및 수학식 9와 같은 방정식으로 주어진다.An ER allocation algorithm according to an embodiment of the present invention has a queue length q (t) and a derivative of the queue length. , Estimate of the number of local bottleneck VCs Algorithm to perform in each switch based on the current network state, including. This switch algorithm is given by the equations (8) and (9).

수학식 9에서 제어기 이득 A,B는, A,B>0이다. 그리고 수학식 8의 mi는 VCi가 살아있는 기간 동안 소오스i(50)가 보장을 요구하는 노드에서의 최소 데이터 전송율로서, ATM ABR에서의 표준용어로는 MCR(Minimum Cell Rate)이다. 여기서으로 가정하면 수학식 10에서 표현한 것 같이, 호 수락 제어는 보장된다.In Equation 9, the controller gains A and B are A, B > 0. M i in Equation 8 is a minimum data rate at a node for which source i 50 guarantees during the life of VCi, and MCR (Minimum Cell Rate) is a standard term in ATM ABR. here Assume that, as expressed in Equation 10, call admission control is guaranteed.

r(t)는 VC별 ER할당 값의 공통부분(common part) 즉, 공통 ER값이며, 알고리즘 계산에 가장 필요로 하는 것임을 유의해야 한다. 본 발명의 실시 예에 따라 요구되는 VC별 계산에는 단지 공통 ER값 r(t)에 소오스i(50)에서 보장 요구하는 MCR값인 mi를 추가하는 것이다. 이러한 단순한 동작은 본 발명의 실시 예가 VC들의 개수의 증가를 가지는 계산의 복잡성을 줄이고 확장성을 갖도록 한다. 현재 ABR서비스 지원 VCi(54)의 각 RM셀은 라운드 트립에서 MCR값인 mi를 수송하고 있다.r (t) is the ER allocation value per VC It should be noted that the common part of, i.e., common ER value, is the most needed for algorithm calculation. In the calculation for each VC required according to an embodiment of the present invention, only the common ER value r (t) is added to m i, which is an MCR value guaranteed by the source i 50. This simple operation allows the embodiment of the present invention to reduce the complexity of the calculation with an increase in the number of VCs and to have scalability. At present, each RM cell of the ABR service supporting VCi 54 carries an MCR value m i in a round trip.

본 발명의 실시 예에서는 공통 ER값 r(t)를 "백그라운드 계산"에 의해서 업데이트한다는 특징이 있다. "백그라운드 계산"이라 함은 노드가 RM셀 수신에는 상관없이 주기적으로 공통 ER값을 계산한다는 것이다. 상기와 같이 백그라운드 계산을 수행함으로써 얻는 장점은 해당 노드에 RM셀이 도착되면 미리 계산되어 가장 최근에 업데이트된 공통 ER값 r(t)을 바로 제공할 수 있다는 것이다.According to an embodiment of the present invention, the common ER value r (t) is updated by "background calculation". "Background calculation" means that the node calculates the common ER value periodically regardless of the RM cell reception. An advantage of performing the background calculation as described above is that when the RM cell arrives at the corresponding node, it is possible to immediately provide the most recently updated common ER value r (t).

백그라운드 계산을 통해 수학식 9에 의거해 구한 공통 ER값 r(t)를 업데이트해 놓은 노드는 통과하는 VCi(54)의 RM셀의 MCR필드에서 mi를 읽고, 읽은 mi와 가장 최근에 업데이트된 공통 ER값 r(t)을 수학식 8에 대입함으로써 VCi(54)에 할당할 ER값 ri(t)를 구하고 이 값 ri(t)를 RM셀의 ER필드에 기록한다.Node sewn to update a common ER value r (t) obtained in accordance with Equation (9) through the background calculated in MCR field of the RM cell in VCi (54) through reading the m i, updates the read m i and the last By substituting the obtained common ER value r (t) into Equation 8, the ER value r i (t) to be assigned to the VCi 54 is obtained, and the value r i (t) is recorded in the ER field of the RM cell.

본 발명의 실시 예에 따른 알고리즘의 또 다른 주목할만한 특징은 로컬 VC들의 개수의 추정치에 의한 제어기 이득 A,B의 정규화에 있다. 상기 정규화는 절대적으로 필요한 것이 아니며 권고사항이다. 상기 정규화는 페루프 시스템의 점근적 감쇠율이 로컬 VC들의 개수에 무관하게 해준다. 상기 제어기 이득 A,B의 정규화에 대해서는 하기 "(4) 주요 근 및 점근적 감쇠 율"에서 상세히 설명될 것이다.Another notable feature of the algorithm according to the embodiment of the present invention is an estimate of the number of local VCs. This is in the normalization of the controller gains A and B. This normalization is not absolutely necessary and is recommended. The normalization allows the asymptotic decay rate of the Peruvian system to be independent of the number of local VCs. The normalization of the controller gains A and B will be described in detail in the following "(4) Main Root and Asymptotic Attenuation Rate".

원격 병목 VC와 로컬 병목 VC는 미리 설정된 네트워크 부하에 대한 정상상태에서 정의된다. 링크에서 원격 병목 VC들은 PCR에 의해서 제한된 전송율 때문이거나 아니면 경로내 다른 링크에서의 병목현상 때문에 그 링크에서 공평하게 공유될 수 없는 VC들로 정의한다. 링크에서 로컬 병목 VC는 그 링크에서 공평하게 공유될 수 있는 VC들로 정의한다.The remote bottleneck VC and the local bottleneck VC are defined at steady state for a preset network load. Remote bottleneck VCs on a link are defined as VCs that cannot be shared equally on that link either due to limited throughput by PCR or because of bottlenecks on other links in the path. A local bottleneck VC on a link is defined as VCs that can be shared fairly on that link.

로컬 병목 VC들과 원격 병목 VC들을 수학적으로 정의하기 위해서,,,라 놓으면, 모든 로컬 VC들의 집합 Q은 하기 수학식 11과 같이 주어진다. 여기서, ais,ris,bis는 정상상태에서의 ai(t),ri(t), bi(t)를 의미한다.To mathematically define local bottleneck VCs and remote bottleneck VCs, , , In other words, the set Q of all local VCs is given by Equation 11 below. Here, a is, r is, and b is means a i (t) , r i (t), and b i (t) at steady state.

그리고, 모든 원격 VC들의 집합 N-Q는 하기 수학식 12와 같이 주어진다.The set N-Q of all remote VCs is given by Equation 12 below.

하기 "(5) 이산시간 ER알고리즘 및 |Q|추정" 장에서의 |Q| 추정 알고리즘에서는, 추정값가 |Q|로 빠르게 수렴이 되는 것이 효율적이지는 않지만 과도기간 동안는 |Q|보다는 크게 강성특성(robustness)을 가진다는 것이 상세히 설명될 것이다. 상기 강성 특성은 ABR흐름 제어의 안정성에 필요한 것이다.| Q | in the "(5) Discrete-Time ER Algorithms and | Q | Estimate" chapter below In the estimation algorithm, the estimate Fast convergence to | Q | is not efficient, but It will be described in detail that R has a greater robustness than | Q |. The stiffness characteristic is necessary for the stability of the ABR flow control.

(2) 정상 상태와 공평성(2) steady state and impartiality

하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 ER 알고리즘이 적용될 때 ABR 폐루프 동적 특성의 정상 상태 특성들에 대해 설명될 것이다. 즉 본 발명의 실시 예에 따른 분석 결과가 설명될 것이다. 폐루프 동적특성은 시스템 변수들의 미분 값이 모두 "0", 즉,,이 되는 평형점을 가진다고 가정한다. 이러한 가정에 의해서 수학식 6, 수학식 8 및 수학식 9로부터 하기 수학식 13, 수학식 14 및 수학식 15를 얻는다.In the following, steady state characteristics of the ABR closed loop dynamic characteristics will be described when the ER algorithm according to the embodiment of the present invention is applied. That is, the analysis result according to the embodiment of the present invention will be described. Closed-loop dynamic characteristics indicate that all derivatives of system variables are "0" , , Assume that we have an equilibrium point of By these assumptions, the following equations (13), (14) and (15) are obtained from equations (6), (8) and (9).

, ,

ris= rs+ mi, ∀i ∈ N ,r is = r s + m i , ∀i ∈ N,

qs= qT q s = q T

여기서,이다. 이외 다른 표기들은 전기에서 정의되었다. qs= qT> 0이므로, 수학식 7의 버퍼 방정식은 하기 수학식 16과 같은 의미를 갖는다.here, to be. Other notations have been defined in the preceding paragraph. Since q s = q T > 0, the buffer equation of Equation 7 has the same meaning as in Equation 16 below.

수학식 13, 수학식 14, 및 수학식 16의 방정식과 수학식 11, 수학식 12의 정의를 조합하면, 하기 수학식 17을 얻을 수 있다.By combining the equations of equations (13), (14), and (16) with the definitions of equations (11) and (12), the following equation (17) can be obtained.

수학식 17은 하기 수학식 18을 의미한다.Equation 17 means the following Equation 18.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 정상상태에서 하기와 같은 특징을 가지며, 하기 수학식 19와 같은 결과를 도출하게 된다.As described above, in the exemplary embodiment of the present invention, the steady state has the following characteristics, and the result as shown in Equation 19 is obtained.

에 대하여, (i) 큐 길이가 목표 큐 길이와 동일하고(qs= qT), (ii) 링크에서의 가용 대역폭은 최대한 사용되고(), (iii) 개개의 MCR은 각 링크상에서 보장되며, MCR들의 합을 공제한 대역폭은 최대-최소( MAX-MIN)공평성의 측면에서 공평하게 공유되는, 정상상태 유일해(평형점)가 존재한다. 즉, For (i) the queue length is equal to the target queue length (q s = qT), and (ii) the available bandwidth on the link is used as much as possible ( ), (iii) each MCR is guaranteed on each link, and the bandwidth deducted by the sum of the MCRs There is a steady state uniqueness (equilibrium point), which is shared equally in terms of MAX-MIN fairness. In other words,

상기한 바와 같은 특징은 본 발명의 실시 예에 따른 ER알고리즘이 적용될때, ABR 폐루프 시스템이 유일하며 진동이 없는 동작 점을 가진다는 것을 의미하고, 상기 진동이 없는 동작 점에서는 네트워크 부하에 상관없이 MCR 보장 뿐만 아니라 최대 최소(MAX-MIN) 공평성도 실현된다. 그리고 ABR큐(36)의 큐 길이가 목표치 q_T와 같다. 즉, 평형점은 ABR트래픽에 가용한 대역폭 및 PCR-구속 VC들을 포함하는 원격 병목 VC들에 의해 사용되는 가용 대역폭의 일부에는 전혀 무관하다는 것이다.As described above, when the ER algorithm according to the embodiment of the present invention is applied, the ABR closed-loop system has a unique and vibration-free operating point, and regardless of the network load at the operating point without vibration. In addition to MCR guarantees, maximum minimum (MAX-MIN) fairness is achieved. The queue length of the ABR queue 36 is equal to the target value q_T. That is, the equilibrium point is completely independent of the bandwidth available for ABR traffic and some of the available bandwidth used by remote bottleneck VCs, including PCR-bound VCs.

놀라운 점은 이렇게 훌륭한 평형점을 만들어내면서도 본 발명의 실시예의 ER 알고리즘은 단순하다는 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 ER알고리즘은 q(t) 및정보만을 필요로 하고, 그 외에 어떠한 계측 또는 감시 결과도 필요로 하지 않는다. 추정치는 제어기 이득 A,B를 정규화하기 위해 사용되지만, 오직 수렴율을 촉진시키기 위해 도입됐을 뿐 평형점과는 아무런 관계가 없다. 수학식 1에 개시된 벤모하메드 알고리즘(Benmohamed's algorithm)도 본 발명의 실시예의 알고리즘과 같은 특성을 갖는 유일한 시스템 평형점을 도출하지만, 고도의 구현 복잡성이 있다. 대조적으로 수학식 2 및 수학식 3에 개시된 알고리즘이 적용된다면, 폐루프 시스템은 가용한 대역폭 및 원격 병목 VC들에 의해 사용되는 가용한 대역폭의 일부에 의거하여 변화되는 평형점을 가지므로 최악의 경우에는 큐 길이가 "0"으로 수렴될 수 있다. 이에 대한 설명은 S. Chong, R. Nagarijan and Y. T. Wang, "Designing Stable ABR Flow Control with Rate Feedback and Open-Loop Control: First-Order Control Case", Performance Evaluation 34(4) (1998) p189-206과, S. Chong, "Second-Order Rate-Based Flow Control with Dynamic Queue Threshold forHigh-Speed Wide-Area ATM Networks", preprint 1997과, 논문 A. Elwalid, "Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for High-Speed Wide-Area Networks, Proc. IEEE ICC'95(1995) P1948-1953에서 상세히 개시되어 있다.It is surprising that the ER algorithm of the embodiment of the present invention is simple while creating such a good equilibrium point. The ER algorithm according to an embodiment of the present invention is q (t) and Only information is required, no other measurement or monitoring results are required. Estimate Is used to normalize the controller gains A and B, but is introduced only to promote the convergence rate and has nothing to do with the equilibrium point. The Benmohamed's algorithm disclosed in Equation 1 also yields a unique system equilibrium point having the same characteristics as the algorithm of the embodiment of the present invention, but with a high implementation complexity. In contrast, if the algorithms disclosed in equations (2) and (3) are applied, the closed-loop system has an equilibrium point that varies based on the available bandwidth and the available bandwidth used by the remote bottleneck VCs. The queue length may converge to "0". This is described by S. Chong, R. Nagarijan and YT Wang, "Designing Stable ABR Flow Control with Rate Feedback and Open-Loop Control: First-Order Control Case", Performance Evaluation 34 (4) (1998) p189-206. , S. Chong, "Second-Order Rate-Based Flow Control with Dynamic Queue Threshold for High-Speed Wide-Area ATM Networks", preprint 1997, and A. Elwalid, "Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for High-Speed Wide-Area Networks, Proc. IEEE ICC'95 (1995) P1948-1953.

(3) 점근적 안정성(3) asymptotic stability

하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 ER 알고리즘의 안정성에 관하여 설명한다. 일반적으로, 전기한 수학식 19에서 주어진 평형점의 안정 특성들은 다중 노드들의 경우에 있어서 조사될 수가 있다. 그러나, 노드들 사이의 결합 동적 특성의 복잡성 때문에, 분석이 너무 복잡해질 수 있으므로 본 발명의 실시 예에서는 결합된 다중 노드설정에서의 전체 안정성 문제를 해결하기 위한 시도는 하지 않는다. 본 발명의 실시 예에서는 하기 "(6) 시뮬레이션 결과들" 장에서 이것을 시뮬레이션으로만 조사한다. 반면에 논문 L. Benmohamed and S. M. Meerkov, "Feedback Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Multiple Congested Nodes", international Journal of Communication Systems, 10(5) (1997) p227-246에서는, 특정 서비스 체계 하에서 노드 대 노드(node-to-node) 동적 특성이 분리되고, 또한 평형점의 인접 점에서 유도된 로컬 안정성 조건이 FCFS 서비스 체계에 대해서도 마찬가지로 가용하다. 이러한 결과에 의존하여, 특성 R을 가지는 인접 점이 본 발명의 경우에 있어서도 존재한다고 가정한다. 평형점을 포함하는 R의 부분집합을 고려한다. 여기에서 이하의 사항들이 만족된다.Hereinafter, the stability of the ER algorithm according to an embodiment of the present invention will be described. In general, the stability characteristics of the equilibrium point given in Equation 19 above can be investigated in the case of multiple nodes. However, due to the complexity of the coupling dynamic characteristics between the nodes, the analysis may be too complex, so embodiments of the present invention do not attempt to solve the overall stability problem in the combined multi-node configuration. In the embodiment of the present invention, this is investigated only in the simulation in the following "(6) simulation results" chapter. On the other hand, in the paper L. Benmohamed and SM Meerkov, "Feedback Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Multiple Congested Nodes", international Journal of Communication Systems, 10 (5) (1997) p227-246, Node-to-node dynamics are separated, and local stability conditions derived from adjacent points of equilibrium are also available for FCFS service schemes. Depending on these results, it is assumed that adjacent points having the property R also exist in the case of the present invention. Consider a subset of R including equilibrium points. Here, the followings are satisfied.

a), 즉 나머지 노드들의 동적 특성은 정상 상태에 있다.a) That is, the dynamic characteristics of the remaining nodes are in a steady state.

b), 즉 로컬 병목 VC들은로 데이터를 전송하고, 원격 병목 VC들은로 데이터를 전송한다.b) And That is, the local bottleneck VCs To send data to the remote bottleneck VCs, Send data to

c) 수학식 7 및 수학식 8에서의 포화 비선형 값들은 활성화되지 않는다. 즉, q(t) 및 r(t)는 양의 값들이다.c) Saturation nonlinear values in Equations 7 and 8 are not activated. That is, q (t) and r (t) are positive values.

d)-추정 과정은 정상 상태에 있다. 즉,는 상수이다.d) The estimation process is in a steady state. In other words, Is a constant.

이러한 평형점의 인접 점에 있어서, 동적 특성 방정식들 수학식 6,7 및 수학식 9를 하기 수학식 20,21 및 수학식 22로 단순화할 수 있다.In the vicinity of this equilibrium point, the dynamic characteristic equations (6), (7) and (9) can be simplified to the following equations (20), (21) and (22).

수학식 20 및 수학식 21을 조합하면, 하기 수학식 23을 얻을 수 있다.By combining Equations 20 and 21, the following Equation 23 can be obtained.

오차함수를 e(t) = q(t) - qT라고 정의하고, 수학식 22, 수학식 23의 도함수와 수학식 8의 도함수를 조합하면, 하기 수학식 24와 같은 폐루프 방정식을 얻을 수 있다.If the error function is defined as e (t) = q (t)-q T , and the derivatives of Equations 22 and 23 and the derivatives of Equation 8 are combined, a closed loop equation can be obtained. have.

상기 수학식 24는 2차 지연 미분방정식이다. 폐루프 방정식의 특성 방정식은 하기 수학식 25와 같이 주어진다.Equation 24 is the second order delay differential equation. The characteristic equation of the closed loop equation is given by Equation 25 below.

상기 수학식 25는 무한 수의 근들을 가진다. 수학식 24의 폐루프 방정식의 점근적 안정성에 대하여, 수학식 25의 특성 방정식의 모든 근들은 음의 실수부들을 가져야 한다. 이에 대해서는, R. Bellman and K. L. Cooke, "Differential-Difference Equations" (Academic Press, New York, 1963)과, G. Stepan, "Retarded Dynamical Systems: Stability and Characteristic Functions" (LongmanScientific & Technical, 1989)에서 설명하고 있다.Equation 25 has an infinite number of roots. With respect to the asymptotic stability of the closed loop equation of (24), all roots of the characteristic equation of (25) should have negative real parts. This is described in R. Bellman and KL Cooke, "Differential-Difference Equations" (Academic Press, New York, 1963), and G. Stepan, "Retarded Dynamical Systems: Stability and Characteristic Functions" (Longman Scientific & Technical, 1989). Doing.

D(s)=0의 방정식이 안정한 근들을 갖는 필요충분 조건을 찾기 위해, 유리 비(rational ratio)들의 이산 지연들을 가정하면서 폰트리안 기준(Pontryagin's criterion)에 의존할 수 있다. 이에 대해서는 R. Bellman and K. L. Cooke, "Differential-Difference Equations" (Academic Press, New York, 1963)과, S. J. Bhatt and C.S. Hsu, Stability Criteria for Second-Order Dynamical Systems with Time Lag, Journal of Applied Mechanics" (1996) p113-118에서 설명하고 있다. 무리 비들의 연속 지연들 또는 이산 지연들과 관련된 일반적인 경우에, 스테판 기준(stepan's criterion)은 그 필요충분 조건을 도출하는 방법을 제공한다. 이에 대해서는, G. Stepan, "Retarded Dynamical Systems: Stability and Characteristic Functions" (Longman Scientific & Technical, 1989)에서 설명하고 있다. 그러나, 이와 같은 조건을 양수 형태(explicit form)로 구성하는 것은 다양한 왕복시간 지연들의 다수의 커넥션들의 경우에 있어서는 매우 복잡하다.The equation of D (s) = 0 can rely on Fonttryagin's criterion, assuming discrete delays of rational ratios, to find the necessary full condition with stable roots. See R. Bellman and K. L. Cooke, "Differential-Difference Equations" (Academic Press, New York, 1963), and S. J. Bhatt and C.S. Hsu, Stability Criteria for Second-Order Dynamical Systems with Time Lag, Journal of Applied Mechanics "(1996) p113-118. In the general case involving continuous delays or discrete delays of flock ratios, stepan's criterion provides a way to derive the necessary and sufficient conditions, as described in G. Stepan, "Retarded Dynamical Systems: Stability and Characteristic Functions" (Longman Scientific & Technical, 1989). Configuring in a positive form is very complex in the case of multiple connections of various round trip delays.

그 대신에, 본 발명의 실시 예에서는 모든 왕복시간 지연들이 동일한 경우에 있어서의 점근적 안정성에 대한 필요충분 조건을 도출한다. τ_i = τ , ∀_i라 놓으면, 수학식 24의 폐루프 방정식은 하기 수학식 26으로 나타내어진다.Instead, embodiments of the present invention derive the necessary and sufficient conditions for asymptotic stability when all round trip time delays are the same. When τ_i = τ and ∀_i, the closed loop equation of Equation (24) is represented by the following Equation (26).

수학식 26의 방정식은 시간 지연 τ가 1이 되도록 정규화할 수 있다. t = τξ라 놓고, 새로운 상기 변수 ξ로 수학식 26의 방정식을 나타내면 하기 수학식 27과 같이된다.The equation of Equation 26 can be normalized so that the time delay τ is 1. If t = τξ, the equation of Equation 26 is represented by the new variable ξ as shown in Equation 27 below.

상기 수학식 27의 방정식에서,,이다. 상기 수학식 27의 특성 방정식은 하기 수학식 28과 같다.In the equation of Equation 27, , to be. The characteristic equation of Equation 27 is as follows.

H(z)=0의 모든 근들이 음의 실수부를 갖는 필요충분 조건을 찾기 위해서 전기한 바와 있는 폰트리안 기준을 이용할 수 있다.The Fontrian criterion described above can be used to find the necessary sufficient condition that all roots of H (z) = 0 have a negative real part.

상술한 이론은 하기와 같은 결론을 도출한다. 상기한 바와 같이,,로 놓으면,The above theory leads to the following conclusions. As mentioned above , Put it on,

수학식 26의 폐루프 방정식은 하기 수학식 29와 같은 부등식 조건을 만족할 때에만 점진적인 안정성을 가진다.The closed loop equation of Equation 26 has gradual stability only when the following inequality condition is satisfied.

상기 두 부등식들에 있어서, ω_1은 간격에서 U=ωsinω의 유일 해이다. 또한 상기의 부등식들에 의해서 제어기의 이득 A,B가 정해질 수 있다. 도 7에서는 본 발명의 실시 예에 따른 U 및 V의 관점에서의 안정영역을 보여주고 있다.In the two inequalities, ω_1 is the interval Is the only solution for U = ωsinω. In addition, the gains A and B of the controller can be determined by the above inequalities. 7 shows a stable region in terms of U and V according to an embodiment of the present invention.

(4) 주요 근 및 점근적 감쇠 율(4) major root and asymptotic damping rates

하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 안정한 폐루프 시스템이 정상 상태에 접근하는 비율을 결정하는 것에 대하여 설명될 것이다. 수학식 27의 정규화된 폐루프 방정식의 해는 하기 수학식 30과 같은 급수로 나타낼 수가 있다.In the following it will be described to determine the rate at which a stable closed loop system approaches a steady state according to an embodiment of the present invention. The solution of the normalized closed loop equation of Equation 27 can be represented by the same series as Equation 30 below.

여기서, pn(ξ)은 적합한 다항식이고 zn, ∀n은 수학식 28의 대응하는 특성 방정식의 근들이다. 최대 실수부를 갖는 근으로서로 표시되는 주요 근을 고려해보자.놓으면, 수학식 30으로부터 하기 수학식 31이 도출된다.Where p n (ξ) is a suitable polynomial and z n , ∀n are the roots of the corresponding characteristic equation of equation (28). As a root with the largest real part Consider the main root, denoted by. When released, the following equation (31) is derived from the equation (30).

여기서, C는 수학식 27의 초기 조건에 의존하는 상수이고,가 점근적으로 1에 접근하는 것을 나타낸다. 또한 수학식 30으로부터 하기 수학식 32를 도출한다.Here, C is a constant depending on the initial condition of Equation 27, Is Indicates asymptotically approaching 1. In addition, the following equation (32) is derived from the equation (30).

여기에서,는 유클리딘 표준(Euclidean norm)을 나타내고, c는 수학식 27의 초기 조건에 의존하는 상수이다. 수학식 32에 원형 변수 t(=)를 대입하면 하기 수학식 33과 같이 나타낼 수 있다.From here, Represents the Euclidean norm, and c is a constant depending on the initial condition of equation (27). In equation 32, the circular variable t (= ) Can be expressed as in Equation 33 below.

여기서,는 원형 시스템이 평형점으로 가는 점근적 감쇠율이라는 것에 유의를 해야한다. 상기 점근적 감쇠율의 역수는 원형 폐루프 시스템의 시간 상수이고, 상기 시간 상수는 평형점 주위의 작은 섭동이의 인자에 의해서 감소되는데 걸리는 시간을 말한다. 상기에서 α는 점근적 감쇠율이고,은 정규화된 시스템의 시간 상수를 말한다.here, It should be noted that the circular system is the asymptotic damping rate towards the equilibrium point. Inverse of the asymptotic attenuation rate Is the time constant of the circular closed loop system, Has a small perturbation around the equilibrium point It is the time taken to decrease by the factor of. Where α is the asymptotic damping rate, Is the time constant of the normalized system.

도 8에서는 함수 U,V와 점근적 감쇠율 α와의 관계를 보여주고 있는 도면이다. 도 8을 참조하면, 점 (U, V) = (0.6, 0.1) 근처에서 최대값이 약 0.3인 오목 함수이다. α = 0에서의 등고선은 도 7에 보이는 안정 영역의 경계에 대응한다. 한번 주어진 (U, V)쌍에 대해 결정되면, 수학식 28의 특성 방정식에서 z = -α + jβ를 치환하고 실수부 및 허수부를 계산함으로써 쉽게 β를 결정할 수 있다.8 shows the relationship between the functions U and V and the asymptotic damping rate α. Referring to Figure 8, it is a concave function with a maximum of about 0.3 near point (U, V) = (0.6, 0.1). The contour line at α = 0 corresponds to the boundary of the stable region shown in FIG. 7. Once determined for a given (U, V) pair, β can easily be determined by substituting z = -α + jβ in the characteristic equation of Equation 28 and calculating the real and imaginary parts.

(5) 이산-시간 ER 알고리즘 및-추정(5) a discrete-time ER algorithm and -calculation

지금까지는 ABR 흐름 제어 문제의 연속-시간 모델에 대하여 설명을 하였다. 하지만 실제로 피드백 정보는 RM 셀들을 통해서 중계되므로, 연속 시간에서보다는 표본 추출된 형태가 오히려 유용하다. 더욱이, RM셀 자체가 왕복시간 경로를 따라서 링크 대역폭을 얻기 위해 경쟁해야 하므로, 피드백 정보는 주기적이지 못하고 RM셀들의 시간 간격들은 가변적이다(time-varying).So far, we have described the continuous-time model of the ABR flow control problem. However, since the feedback information is actually relayed through the RM cells, the sampled form is more useful than in continuous time. Moreover, since the RM cells themselves must compete to obtain link bandwidth along the round trip time path, the feedback information is not periodic and the time intervals of the RM cells are time-varying.

본 발명의 실시 예에 따라 수학식 8 및 수학식 9에서의 ER 알고리즘이 스위치에 가능하게 이산 시간으로 구현되는 것은 하기 수학식 34와 같다. 공통 ER은 하기 수학식 34의 의해서 T의 주기로 주기적으로 업데이트된다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the ER algorithms in Equations 8 and 9 are implemented in discrete time in the switch as shown in Equation 34 below. The common ER is periodically updated with a period of T by the following equation (34).

, A, B > 0 , A, B> 0

상기 수학식 48에서,는 저역통과 필터링된 큐 길이 즉, 큐 평균치를 의미한다. 본 발명의 실시 예에서는를 구하기 위해서 주기-평균 필터를 사용함으로 그에 따라이 된다.In Equation 48, Denotes the lowpass filtered queue length, that is, the queue average. In the embodiment of the present invention We use the period-average filter to find Becomes

수학식 34의 이산시간 ER 업데이트 방정식은 T →∞일 때 수학식 9에 대응한다는 것에 유의하여야 한다. 공통 ER값 r[k], r[k + 1]의 주기적 계산과는 대조적으로, VC당 ER값 할당은 정방향 또는 역방향으로 대응하는 RM 셀들이 도착하는 순간에 비주기적으로 수행된다. 즉, 시간 t에서VCi의 RM 셀이 도착하면, 스위치는 하기 수학식 35를 계산한다.It should be noted that the discrete time ER update equation of Equation 34 corresponds to Equation 9 when T → ∞. In contrast to the periodic calculation of the common ER values r [k], r [k + 1], ER value allocation per VC is performed aperiodically at the moment when the corresponding RM cells arrive in the forward or reverse direction. That is, when the RM cell of VC i arrives at time t, the switch calculates the following equation (35).

ri(t) = r(t) + mi r i (t) = r (t) + m i

그리고, 수학식 35에 따른 결과를 RM 셀의 ER필드에 기록한다. 상기 수학식 35의 방정식에서, r(t)는 공통 ER값 r[k]의 최근 값 r[k + 1]을 나타내며, 본 발명의 실시 예에서는 주기적으로 계산되어 즉, 백그라운드(background) 계산되어 업데이트된다. mi는 도착된 RM셀로부터 또는 스위치에 유지되는 VC당 MCR 테이블로부터 사용할 수 있으며, 호의 출발 및 도착시 업데이트된다. 만약 본 발명의 실시 예가 도착된 RM셀로부터 mi값을 취하려고 결정한다면, VC당 MCR 테이블과 그에 대한 액세스는 더 이상 필요하지 않다. 그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 알고리즘에서 오직 필요한 VC당 동작은 수학식 35에서와 같은 덧셈만으로 이루어질 수 있다.The result according to Equation 35 is recorded in the ER field of the RM cell. In the equation of Equation 35, r (t) represents the latest value r [k + 1] of the common ER value r [k], and in the embodiment of the present invention, it is calculated periodically, that is, background Is updated. m i is available from the arriving RM cell or from the MCR table per VC maintained in the switch and is updated at the start and arrival of the call. If the embodiment of the present invention decides to take the value of m i from the arrived RM cell, the MCR table per VC and access to it are no longer needed. Then, only necessary operations per VC in the algorithm according to the embodiment of the present invention may be performed by addition as shown in Equation 35.

한편 많은 이론 체계들이 로컬 병목 VC들을 추정 또는 추적하기 위해 제안되어 왔다. 이러한 이론 체계의 일 예로는, M. K. Wong and F. Bonomi, "A NovelExplicit Rate Congestion Control Algorithm", it Proc. IEEE GLOBELCOM'98 4(1998) p2432-2439와, L. Kalampoukas, A. Varma and K. K. Ramakrishnan, "An Efficient Allocation Algorithm for ATM Networks Providing Max-Min Fairness", Technical Report UCSC-CRL-95-29, Computer Engineering Dept., University of California, Santa Cruz, June 1995와, A. Charny, K. K. Ramakrishnan and A. Lauck, "Time Scale Analysis and Scalbility Issue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks, IEEE/ACM Trans. on Networking 4(1996) p569-581과, R. Jain et al., "ERICA Switch Algorithm: A Complete Description", ATM Forum/96-1172(1996)가 있다. 상기 각각의 이론 체계들은 구현 복잡성의 정도가 다르다. 논문 C. F, Su, G. de Veciana and J. Warlrand, "Explicit Rate Flow Control for ABR Services in ATM Networks, preprint, 1997에 제안된 수 등의 알고리즘에 있어서 하나의 링크를 공유하는 "ON" 소오스들의 수를 추정한다는 기본 개념은 VC당 계산을 필요로 하지 않기 때문에 매력적이다.Meanwhile, many theoretical systems have been proposed for estimating or tracking local bottleneck VCs. An example of such a theoretical system is M. K. Wong and F. Bonomi, "A Novel Explicit Rate Congestion Control Algorithm", it Proc. IEEE GLOBELCOM'98 4 (1998) p2432-2439 and L. Kalampoukas, A. Varma and KK Ramakrishnan, "An Efficient Allocation Algorithm for ATM Networks Providing Max-Min Fairness", Technical Report UCSC-CRL-95-29, Computer Engineering Dept., University of California, Santa Cruz, June 1995, and A. Charny, KK Ramakrishnan and A. Lauck, "Time Scale Analysis and Scalbility Issue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks, IEEE / ACM Trans. On Networking 4 ( 1996) p569-581, and R. Jain et al., “ERICA Switch Algorithm: A Complete Description”, ATM Forum / 96-1172 (1996), each of which differs in the degree of implementation complexity. C. F, Su, G. de Veciana and J. Warlrand, "ON" sources that share a link in an algorithm such as "Explicit Rate Flow Control for ABR Services in ATM Networks, preprint, 1997". The basic concept of estimating numbers is attractive because it does not require calculations per VC.

본 발명의 실시 예에서는 VC당 계산을 하지 않고 로컬 병목 VC들의 수를 추정하기 위해 상기 알고리즘을 수정한다.In an embodiment of the present invention, the algorithm is modified to estimate the number of local bottleneck VCs without calculation per VC.

스위치 시간 tj에서 jthRM 셀이 스위치에 도착한다고 가정하자. ABR 규정[1]에 따라, 만약 jthRM 셀이 VCi의 RM 셀이라면, 상기 jthRM 셀은 CCR필드의 ai(tj- τi f)값 및 MCR필드의 m_i값을 전달한다. 스위치는 W초의 고정시간 간격들에 걸쳐동기식으로 RM셀의 도착들을 감시한다. lth간격에 대해, 로컬 병목 VC들의 수는 하기 수학식 36에 의해 근사될 수 있다.Assume that the j th RM cell arrives at the switch at switch time t j . According to ABR rule [1], if j th RM cell is an RM cell of VC i , the j th RM cell carries a i (t ji f ) value of the CCR field and m_i value of the MCR field. . The switch monitors the arrival of the RM cell synchronously over fixed time intervals of W seconds. For the l th interval, the number of local bottlenecks VCs can be approximated by Equation 36 below.

상기 수학식 36에서, 1{·}은 지시자 함수이고, CCR(tj)은 CCR필드에서의 값을 의미하고, MCR(tj)은 MCR필드에서의 값을 의미한다. r(tj)는 시간 tj에서 공통 ER값의 최근 값을 나타낸다. 또한 NRM은 정방향 RM셀을 보내는 셀단위에서의 주기로서, VC 커넥션의 설정시에 협상된다. j^th RM 셀이 도착하는 순간, 만약 MCR을 공제한 현재 셀 율이 스위치에서의 공통 ER값의 최근 값보다 크거나 같다면, jthRM 셀이 속하는 VC는 로컬 병목 VC로서 산출된다. δ는 특히 정상 상태에 가까운 로컬 병목 VC들의 수의 과소평가를 막기 위한 한계 값이다. 시스템이 정상 상태에 접근할 때, 로컬 병목 VC의 현재 셀 비율은 MCR 및 공통 ER값의 합에 수렴함으로 인해, 한계값 δ가 없다면 현재 셀 율에서의 작은 섭동에 때문에 원격 병목 VC로 잘못 산출될 수 있다. 그러나, 상기 한계 값 δ을 가짐으로써, 상기한 과소평가를 효과적으로 회피할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서의 시뮬레이션 결과로서 δ=0.9가 바람직하다. 또한 W초 내에 VC의 RM셀 도착들의 기대 수 즉,에 의해 지시자 함수의 값이 정규화 되므로, 이러한 값들의 W초 시간간격에 걸친 합은 로컬병목 VC들의 수의 정확한 추정치를 준다는 것에 주목하여야 한다. 각 시간 간격에 대한 이러한 추정 치에 근거한 반복 추정은 모든 시간간격에서 하기 수학식 37 및 수학식 38과 같이 계산된다.In Equation 36, 1 {·} is an indicator function, CCR (t j ) means a value in the CCR field, and MCR (t j ) means a value in the MCR field. r (t j ) represents the latest value of the common ER value at time t j . In addition, NRM is a period in a cell unit that sends a forward RM cell and is negotiated at the time of establishing a VC connection. When the j ^ th RM cell arrives, if the current cell rate deducting the MCR is greater than or equal to the latest value of the common ER value at the switch, the VC to which the j th RM cell belongs is calculated as the local bottleneck VC. δ is in particular a limit value to prevent underestimation of the number of local bottleneck VCs near the steady state. When the system approaches steady state, the current cell rate of the local bottleneck VC converges to the sum of the MCR and common ER values, which would be incorrectly calculated as the remote bottleneck VC due to the small perturbation at the current cell rate without a limit δ. Can be. However, by having the above limit value δ, the above underestimation can be effectively avoided. As a simulation result in the embodiment of the present invention, δ = 0.9 is preferable. In addition, the expected number of RM cell arrivals in the VC within W seconds, i.e. Note that since the value of the indicator function is normalized by, the sum over these W second time intervals gives an accurate estimate of the number of local bottleneck VCs. An iterative estimate based on these estimates for each time interval is calculated at the following equations 37 and 38 at all time intervals.

상기 수학식 37에서 λ는 평균 인자이고, int[a]는 a 이상의 최저 양수를 나타내며, 포화 함수 sata[b]는 하기 수학식 39와 같이 정의된다.In Equation 37, λ is an average factor, int [a] represents a minimum positive number of a or more, and a saturation function sat a [b] is defined as in Equation 39 below.

모든 t에 대하여라는 것에 주의해야 한다. 로컬 병목 VC들의 실제 개수는 어떤 네트워킹 부하에 대해 "0"이 될 수 있지만, 본 발명의 실시 예에서는 "0"에 가까운 값으로 나누는 것을 피하기 위하여 의도적으로 추정치의 하한을 둔다.Against all t It should be noted that The actual number of local bottleneck VCs may be "0" for any networking load, but in embodiments of the present invention intentionally estimated to avoid dividing by values close to "0". Leave the lower limit.

이제 문제는 간격 W와 평균 인자 λ를 어떻게 선택할 것인가에 있다. 하나의 링크를 공유하는 VC들의 개수가 증가하거나 가용 대역폭이 주어진 간격 W에 대하여 감소하고 VC의 RM 셀들의 도착 대기시간은 증가함에 따라 스위치는 상기 간격 W에대해서 더 적은 개수의 VC의 RM셀들을 관측하게 되고, 그래서 결국은 |Q|l의 추정치는 크게 변동하기 시작한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 링크들을 공유하는 VC들의 개수 및 가용 대역폭의 변화들에 따라 W를 조절하는 것도 가능하다. 하지만 이것은 구현하기가 쉽지 않다. 대신, 수학식 37에 있어서의 주기적인 평균화 동작이 효과적으로의 가변성을 제거하기를 기대하면서, 1에 가까운 값에서 큰 λ를 선택할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 시뮬레이션을 통해서, 넓은 범위의 하나의 링크를 공유하는 VC들의 개수 및 가용 대역폭에 대해 안정적이고 효과적인의 추정치가 간격 W의 선택에 상관없이 λ=0.98라는 것을 알 수 있었다.Now the question is how to choose the interval W and the mean factor λ. As the number of VCs sharing a link increases or the available bandwidth decreases for a given interval W and the arrival latency of the RM cells of the VC increases, the switch selects fewer RM cells of VC for the interval W. Is observed, and eventually | Q | The estimate of l begins to change significantly. In order to solve this problem, it is also possible to adjust W according to the number of VCs sharing links and changes in available bandwidth. But this is not easy to implement. Instead, the periodic averaging operation in (37) effectively A large lambda can be chosen from a value close to 1, hoping to eliminate the variability of. In the embodiment of the present invention, through the simulation, a stable and effective with respect to the number and available bandwidth of the VCs sharing a wide range of one link The estimated value of was found to be λ = 0.98 regardless of the choice of the interval W.

본 발명의 발명자들은 안정성을 높이기 위해-추정 알고리즘을 더 향상시키고 한다. 먼저 하기 수학식 40과 같이 제어기 이득들 A, B를 선택했다고 가정한다.The inventors of the present invention to increase the stability Improve the estimation algorithm further. First, assume that controller gains A and B are selected as in Equation 40 below.

그리고,(U, V)쌍은 도 8에 도시된 안정 영역안에 존재한다.-추정이 충분히 정확해서, 모든 시간들에 대하여라는 것이 성립되도록 상기 제어기 이득들 A, B의 선택이 이루어진다. 그러나, 일반적으로이므로, 정규화된 폐루프 방정식 즉 수학식 27을 통제하는 U 및 V의 실제(또는 유효)값 U' 및 V'는 수학식 26에서 수학식 40으로 치환함으로써 하기 수학식 41과 같이 주어진다.And (U, V) pairs exist in the stable region shown in FIG. The estimate is accurate enough for all times The selection of the controller gains A, B is made to be true. However, in general Since the normalized closed loop equations, i.e., the actual (or effective) values U 'and V' of U and V that control Equation 27, are given by Equation 41 by substituting Equation 40 in Equation 26.

도 7에 도시된 안정 영역을 고려하자. 만약가 1 보다 작다면, 점 (U' , V')는 점 (U, V)와 원점 (0,0)을 연결하는 직선 상에 존재므로, 안정영역에 존재한다. 반대로,이 1을 초과할 때, 점((U', V')는 원점 (0,0) 및 점 (U,V)를 포함하는 직선을 따라서 위로 이동하고, 결과적으로 안정 영역을 벗어난다. 간단히 말해서,의 과대 평가는 시스템의 안정성에 영향을 끼치지 않고 오직 점근적 감쇠율만을 변화시키기에 허용될 수 있지만,의 과소평가는 시스템을 불안정하게 만들기 때문에 피해야만 한다. 상술한 바는 한계치 δ가 필요하고 상기수학식 36에 도입된 이유이다. 그러나, δ는 모든 상황들을 해결하지 못하고, 특히 새로운 ABR VC가 작은 초기 셀 율(ATM ABR용어로는 ICR(Initial Cell Rate)임)에 참여하는 상황에서는 더욱 그러하다. 만약 새로운 VC가 작은 초기 셀 율에 참여한다면, 과도기간 동안에 원격 병목 VC로 계산될 가능성이 매우 크다. 왜냐하면, 한계 δ가 충분히 작지 않다면, 수학식 36에서 CCR(tj) - MCR(tj) 가 δ·r(tj)보다 작을 가능성이 매우 크기 때문이다. 이러한 상황에서, 만약 새로운 VC가 실제로 원격 병목 VC라면 이것은 계산 착오가 아니지만, 만약 새로운 VC가 실제로 로컬 병목 VC라면의 초기 과소평가는 시스템을 발산하도록 만들 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는-추정 알고리즘을 하기와 같이 향상시킨다:Consider the stable region shown in FIG. if If is less than 1, the points (U ', V') are on a straight line connecting the points (U, V) and the origin (0, 0), so they are in the stable region. Contrary, When this exceeds 1, the point (U ', V') moves up along a straight line containing the origin (0,0) and the point (U, V), and consequently leaves the stable region. The overestimation of can be allowed to change only the asymptotic damping rate without affecting the stability of the system, Underestimation of the system should be avoided because it makes the system unstable. The above is the reason why the limit value δ is necessary and introduced in Equation 36 above. However, δ does not solve all situations, especially in situations where the new ABR VC participates in a small initial cell rate (ICR (Initial Cell Rate) in ATM ABR terminology). If the new VC participates in a small initial cell rate, it is very likely to be counted as a remote bottleneck VC during the transient period. This is because, if the limit δ is not small enough, it is very likely that CCR (t j )-MCR (t j ) is smaller than δ · r (t j ) in (36). In this situation, if the new VC is actually a remote bottleneck VC this is not a miscalculation, but if the new VC is actually a local bottleneck VC The initial underestimation of can make the system diverge. In order to solve this problem, the embodiment of the present invention Improve the estimation algorithm as follows:

시간 t에 새로운 VC가 도착하자마자 고의로 VC가 로컬 병목 VC인 것처럼 하기 수학식 42 및 수학식 43으로서 업데이트한다.As soon as a new VC arrives at time t, it is intentionally updated as Equations 42 and 43 as if VC is a local bottleneck VC.

상기한 바와 같이 함으로써,의 초기 과소평가를 피할 수 있으므로는 상기 수학식 42 및 수학식 43으로부터에 수렴한다. 이것은 전술한 바와 같이 시스템 안정성에 대한 매우 바람직한 특성이다. 후술될 "(6) 시뮬레이션의 결과들" 장에서는, 시뮬레이션들을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 ER 알고리즘에 관련하여 제안된-추정의 수행을 확인한다.By doing as described above, Avoid underestimation of Is from (42) and (43). Converge on. This is a very desirable property for system stability as described above. In the chapter "(6) Results of Simulation", which will be described later, the simulations are proposed in relation to the ER algorithm according to an embodiment of the present invention. -Check the performance of the estimate.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 ER마킹에 관련하여 RR(Relative Rate)마킹이 적용되는 경우를 고려한다. ER마킹이 MCR 보장뿐만 아니라 최대-최소(MAX-MIN) 공평성을 이루는데 중요한 역할을 하는 반면에, RR마킹이 발생 가능한 큐 길이의 과도 오버슈트를 억제하는데 보조적인 역할을 한다(즉, 과도 셀 손실을 최소화한다).Next, an embodiment of the present invention considers a case in which RR (relative rate) marking is applied in relation to ER marking. While ER marking plays an important role in achieving MAX-MIN fairness as well as MCR guarantees, RR marking plays a role in suppressing excessive overshoot of possible queue lengths (i.e., transient cells). Minimize losses).

도 9는 이러한 RR 및 ER 마킹에 대한 큐 길이 임계값들이 설정된 상태를 보여주고 있다. 도 9에서, qT는 목표로 하는 큐 길이이고, qLT는 ABR큐의 낮은 임계값이며, qHT는 ABR큐(36)의 높은 임계값이다. 상기 qT는 ER마킹에 관련되고, 상기 qLT및 qHT는 RR마킹에 관련된다. 상기 임계값 qHT는 도 2의 CI필드내 CI비트를 설정하기 위한 임계값이고, qLT는 도 2의 NI필드내 NI비트를 설정하기 위한 임계값이다. ABR큐(36)의 큐 길이가 임계값 qHT보다 크다면, 스위치는 큐 길이의 과잉을 지시하기 위해 역방향 RM셀내 CI(Congestion Indication)필드의 CI비트를 "1"로 세트한다. ABR큐(36)의 큐 길이가 임계값 qLT와 qHT간에 존재하면 소오스가 전송대역폭을 더 이상 증가시키지 말 것을 지시하기 위해 역방향 RM셀내 NI(No Increase)필드의 NI비트를 "1"로 세트한다. 본 발명의 실시 예에서는 목표로 하는 큐 길이 qT를 낮은 임계값 qLT보다 훨씬 적게 설정함으로써, 네트워크 부하의 돌발적인 변화가 일어나지 않는다면 ER마킹의 제어에 의해 큐 길이가 qT의 근처에서 머물러 있을 것이므로 RR마킹은 거의 활성화되지 않는다. 갑작스런 부하 변화에 의해서 큐 길이가 qHT를 초과하게 되면, 본 발명의 실시 예에서는 선형 증가 및 지수적 감쇠 모드가 개시되고 ER 마킹이 큐 길이의 제어를 다시 수행할 수 있을 때까지 상기 선형 증가 및 지수적 감쇠 모드를 활성화시킨다.9 shows a state where the queue length thresholds for these RR and ER markings are set. In FIG. 9, q T is the desired queue length, q LT is the low threshold of the ABR queue, and q HT is the high threshold of the ABR queue 36. Wherein T q is related to ER marking, the q LT and HT q is related to the RR marking. The threshold q HT is a threshold for setting the CI bit in the CI field of FIG. 2, and q LT is a threshold for setting the NI bit in the NI field of FIG. 2. If the queue length of the ABR queue 36 is greater than the threshold q HT , the switch sets the CI bit of the CI (Congestion Indication) field in the reverse RM cell to "1" to indicate an excess of queue length. If the queue length of the ABR queue 36 is between the thresholds q LT and q HT , the NI bit of the No Increase (NI) field in the reverse RM cell is set to "1" to indicate that the source should no longer increase the transmission bandwidth. Set. In the embodiment of the present invention, by setting the target queue length q T much lower than the low threshold q LT , the queue length may remain near q T under the control of the ER marking unless an unexpected change in network load occurs. RR marking is rarely active. If the cue length exceeds q HT due to a sudden load change, in an embodiment of the present invention, the linear increase and exponential decay modes are initiated and the linear increase and until the ER marking can perform control of the cue length again. Activate exponential decay mode.

하기 "(6) 시뮬레이션 결과들" 장에서는 시뮬레이션들을 통해, RR마킹이 과도기간에서의 최악의 큐 길이를 효과적으로 제한하고, 동시에 ER마킹이 실제 제어를 다시 수행하여 큐 길이 행동특성이 되돌려져 진동 모드에서 점근적 안정 모드로전환하는 것이 보여질 것이다.In the following “(6) Simulation Results” chapter, simulations show that the RR marking effectively limits the worst queue length in the transient period, while at the same time the ER marking re-executes the actual control to return the queue length behavior to the vibration mode. The transition to asymptotic stable mode at will be shown.

(6) 시뮬레이션 결과들(6) Simulation results

하기에서는 상술한 분석들을 확인하고 본 발명의 실시 예에 따른 알고리즘의 뛰어난 성능을 실험하기 위해 시뮬레이션 결과들을 제시한다. 사용된 시뮬레이션 모델은 NIST ATM시뮬레이터 플렛폼에서 개발되었다.In the following, simulation results are presented to confirm the above-described analyzes and to test the superior performance of the algorithm according to the embodiment of the present invention. The simulation model used was developed on the NIST ATM simulator platform.

우리는 공평한 표준인 두 가지의 다른 네트워크 토폴로지(topology) 즉, 피어-투-피어(peer-to-peer) 구성 및 파킹 랏(parking lot) 구성을 고려했다. 하기 표 1에서는 본 발명에 의해 제안된 알고리즘의 설계 변수용 권고 값들을 요약하였으며, 하기 시뮬레이션 연구들에서는 이러한 변수들을 사용한다.We considered two different network topologies, a fair standard: peer-to-peer configuration and parking lot configuration. Table 1 below summarizes the recommended values for the design variables of the algorithm proposed by the present invention, which are used in the following simulation studies.

ER할당 알고리즘A B qTTER Allocation Algorithm AB q T T 추정 알고리즘W δ λ Estimation Algorithm W δ λ 250셀 250 cells 0.9 0.98 0.9 0.98

(= max{,},= 하나의 셀 전송시간)( = max { , }, = Transmission time of one cell)

먼저 우리는 피어 투 피어 구성을 고려한다. 도 10에서는 VBR소오스를 포함한 피어 투 피어(peer-to-peer) 모델 구성도를 보여주고 있다. 도 10에서, s1,..,s20, 및 vbr1은 데이터를 전송하는 소오스이고, d1,..,d20, 및 dvbr1은 전송된 데이터를 수신하는 목적지이다. 소오스들중 vbr1은 VBR소오스이며, 목적지들중 dvbr1은 VBR목적지이다.First we consider a peer-to-peer configuration. 10 shows a peer-to-peer model configuration including a VBR source. In Fig. 10, s1, .., s20, and vbr1 are sources for transmitting data, and d1, .., d20, and dvbr1 are destinations for receiving the transmitted data. Among the sources, vbr1 is the VBR source, and among the destinations, dvbr1 is the VBR destination.

도 10의 피어 투 피어 구성을 참조하면, 20개의 ABR VC들은 동일한 경로를 가지고 있으며, 그 링크들 각각은 용량이 600Mbps로 동일하게 설정되어 있다. 또한 WAN환경을 구현하기 위해, 도 10의 소오스들 s1,..,s20 각각과 제1스위치 SW1간의 거리를 1,000Km로 설정하고 있다. 만약 신호 전파속도(signal propagation speed)를 2.5 ×105Km/sec로 그리고 큐잉시간을 무시하는 것으로 가정하면,는 대략 10msec이다. 도 10의 시뮬레이션 구성에 사용된 VC모델들은 하기 표 2에 요약되어 있으며, 모든 소오스들은 지속적(persistent)이다. 하기 표 2에서, PCR, MCR, ICR, 도착시간, 출발시간에서의 단위는 Mbps이다.Referring to the peer-to-peer configuration of FIG. 10, 20 ABR VCs have the same path, and each of the links has the same capacity as 600 Mbps. In addition, in order to implement a WAN environment, the distance between each of the sources s1, .., s20 of FIG. 10 and the first switch SW1 is set to 1,000 km. If we assume that the signal propagation speed is 2.5 × 10 5 Km / sec and we ignore the queuing time, Is approximately 10 msec. The VC models used in the simulation configuration of FIG. 10 are summarized in Table 2 below and all sources are persistent. In Table 2 below, units of PCR, MCR, ICR, arrival time, and departure time are Mbps.

소오스Source PCR MCR ICR 도착시간 출발시간PCR MCR ICR Arrival Time Departure Time 공 평 율0∼1 1∼2 2∼3 3∼∞Equity Ratio 0 to 1 1 to 2 2 to 3 3 to ∞ s1-s4s1-s4 150 0 10 0 ∞150 0 10 0 ∞ 36.1 33.3 30 32.536.1 33.3 30 32.5 s5-s9s5-s9 150 10 10 0 ∞150 10 10 0 ∞ 46.1 43.3 40 42.546.1 43.3 40 42.5 s10s10 150 0 10 2 ∞150 0 10 2 ∞ 30 32.530 32.5 s11-s14s11-s14 25 0 25 0 ∞25 0 25 0 ∞ 25 25 25 2525 25 25 25 s15-s19s15-s19 25 10 25 0 ∞25 10 25 0 ∞ 25 25 25 2525 25 25 25 s20s20 25 0 25 1 325 0 25 1 3 25 2525 25

PCR-제한 소오스들의 충격, MCR 및 ICR의 차이들, 네트워크 수행상에서의 호 활동성들을 조사하기 위해 PCR값, MCR값, ICR값 및 VC들의 도착 및 출발 시간들을 변화시키고 있다는 것에 주목하여야 한다. 비교할 목적으로, 우리는 MCR 보장뿐만 아니라 최대-최소(MAX-MIN) 공평성을 만족시키는 이론적인 공평 율들을 계산하고 그 결과들을 표 2에 포함한다. 표 2를 참조하면, 다른 VC들의 도착들 및 출발들에 따라서 각 VC의 공평 율이 해당 시간에서 변하고 있는 것을 볼 수 있다. 소오스 s1-s10들은 스위치 SW1에서 병목 되고, 소오스들 s11-s20은 자신의 PCR제한에 의해서 병목된다. 예를 들면, ABR소오스 s1-s4는 최대-최소 공평성을 위해서 0∼1초에서는 36.1Mbps로, 1∼2초에서는 33.3Mbps로, 2∼3초에서는 30Mbps로, 3초∼에서는 32.5Mbps로 데이터를 전송해야한다. 본 발명에서는 두 개 인접한 전방향 RM셀들 간에는 32데이터 셀을 생성한다. 즉 NRM=32이다.It should be noted that the PCR values, MCR values, ICR values, and the arrival and departure times of VCs are examined to investigate the impact of PCR-restricted sources, differences in MCR and ICR, and call activity in network performance. For comparison purposes, we calculate theoretical fairness ratios that meet the MAX-MIN fairness as well as MCR guarantees and include the results in Table 2. Referring to Table 2, it can be seen that the fair rate of each VC is changing at that time according to arrivals and departures of other VCs. Sources s1-s10 are bottlenecked in switch SW1, and sources s11-s20 are bottlenecked by their PCR restrictions. For example, the ABR source s1-s4 is 36.1 Mbps in 0 to 1 seconds, 33.3 Mbps in 1 to 2 seconds, 30 Mbps in 2 to 3 seconds, 3 seconds to 3 seconds for maximum-minimum fairness. Should transmit data at 32.5Mbps. In the present invention, 32 data cells are generated between two adjacent omni RM cells. That is, NRM = 32.

도 11a 내지 도 11d에서는 ER마킹만 있고 VBR 백그라운드 트래픽이 없는 피어 투 피어 모델 구성에서의 실험결과들을 보여주고 있고, 도 12a 내지 도 12d는 ER마킹과 VBR 백그라운드 트래픽이 있는 피어 투 피어 모델 구성에서의 실험결과들을 보여주고 있다.11A-11D show experimental results in a peer-to-peer model configuration with only ER marking and no VBR background traffic, and FIGS. 12A-12D show a peer-to-peer model configuration with ER marking and VBR background traffic. Experimental results are shown.

도 11a는 PCR이 150Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이고, 도 11b는 PCR이 25Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)인데, 상기 도 11a 및 도 11b에 도시된 실제 소오스 전송율이 표 2에 있는 이론적 공평율과 완전히 일치함을 알 수 있다. 소오스 s1-s4,s10의 전송율은 그들의 MCR이 0Mbps이기 때문에 스위치 SW1에서 계산된 공통ER r(t)와 일치하고, 소오스 s5-s9의 전송율은 그들의 MCR이 10Mbps이기 때문에 공통ER보다 1OMbps가 더 크다. 그리고 소오스 s11-s20은 그들의 MCR값에는 무관하며 그들의 PCR에 의해 제한된다. 초기 과도특성은 스위치 SW1 및 SW2 모두에서 ER값 r(0)=0인 초기조건에 기인한다. 즉 공통 ER값이 동작 점까지 뛰어 오르는 데는 시간이 필요한데 하지만 이것은 정상동작 과정에서는 거의 발생하지 않는 현상이다. 도 11c에서는 병목노드 SW1에서의 큐 길이를 보여주고 있다. 1초에서의 소오스 s20과 2초에서의 소오스 s10의 합류(join)는 큐 길이의 서어지(surge)를 초래하고 3초에서의 소오스 20의 잔류(leave)는 큐 길이의 갑작스런 드롭(drop)을 초래한다. 하지만 본 발명의 실시 예에 따라 제안된 알고리즘은 큐 길이 qT= 250셀 지점에서 신속히 재안정 된다. 도 11d에서는 스위치 SW1에서 로컬병목 VC의 개수 추정치 |Q|avg(t) 이다. 추정치 그것과 크거나 같은 가장 적은 양의 정수의 추정치를 계산식 38에 의해 계산함에 의해, 우리는 정수 추정치 |Q|를 다음과 같이 얻을 수 있었다. 하기 "[x"기호는 "x = "를 의미하고, "y)" 는 "y>"를 의미한다. 상기 정수 추정치는 도 11d로부터 알 수 있듯이 [0,1)초에서 18, [1,2)초에서 9, [2,)초에서 18이다. 주목할 것은 초기 시간 구간 [0,1)초를 제외하고는 상기 정수 추정치가 표 2의 [0,2)초에서 9, [2,)초에서 10으로 나타난 |Q| 의 진리 값과 완전하게 일치한다. 시간 구간 [0,1)초에서의 차이는 수학식 42에서와 같이 새로운 VC의 매 도착마다 1씩 추정치 |Q|avg(t)의 의도적으로 증가시킴에 기인한 것이다. 주어진 시뮬레이션 시나리오에서 0초에서는 18 VC들에 도달하고 있는데, 이는 추정치 |Q|avg(t) 가 초기에 18 정도를 가지고 있기 때문이다.FIG. 11A is a source transfer rate a i (t) of VC with a PCR of 150 Mbps, and FIG. 11B is a source transfer rate a i (t) of VC with a PCR of 25 Mbps, and the actual source rates shown in FIGS. 11A and 11B are tables It can be seen that it is in full agreement with the theoretical fairness ratio in 2. The transmission rates of sources s1-s4, s10 correspond to the common ER r (t) calculated at switch SW1 because their MCR is 0Mbps, and the transmission rates of sources s5-s9 are 10Mbps higher than common ER because their MCR is 10Mbps. . And sources s11-s20 are independent of their MCR values and are limited by their PCR. The initial transient characteristic is due to the initial condition of ER value r (0) = 0 in both switches SW1 and SW2. In other words, it takes time for the common ER value to jump to the operating point, but this is rarely occurred during normal operation. In FIG. 11C, the queue length at the bottleneck node SW1 is shown. The joining of source s20 in one second and source s10 in two seconds results in a surge in cue length and a residual of source 20 in three seconds results in a sudden drop in queue length. Brings about. However, according to an embodiment of the present invention, the proposed algorithm is quickly restable at the queue length q T = 250 cells. In FIG. 11D, the estimated number of local bottlenecks VC in switch SW1 | Q | avg (t) Estimation By computing the smallest integer estimate greater than or equal to it by using Equation 38, we obtain the integer estimate | Q | as The symbol "[x""means" x = "and" y) "means"y>". The integer estimates are 18 in [0,1) seconds, 9 in [1,2) seconds, and [2, Is 18 in seconds. Note that except for the initial time interval [0,1) seconds, the integer estimate is 9, [2, 2] at [0,2) seconds in Table 2. | Q |, represented by 10 in seconds It is a perfect match with the truth value. The difference in time interval [0,1) seconds is estimated by 1 for every arrival of a new VC, as shown in equation (42). This is due to the intentional increase of avg (t). In a given simulation scenario, 18 VCs are reached at 0 seconds, which is estimated | Q | This is because avg (t) initially has 18.

VBR 백그라운드 트래픽에 대해서는 그 결과가 도 12a 내지 도 12d에 도시된 바와 같이 수직으로는 변하지 않는다. 즉 거시적(시 평균적) 동작특성은 비 VBR 트래픽 교란(disturbance)을 가지는 경우와 거의 동일하다. VBR 백그라운드 트래픽은 피크율, 온 및 오프 주기의 길이가 각각 10Mbps, 20초 및 20초가 되는 결정된 온/오프 소오스에 의해 생성된다. 도 12a 및 도 12b를 주목해 보면, 소오스들의 전송율(PCR 제한 소오스는 제외)은 거의 완벽하게 VBR백그라운드 트래픽의 온/오프 패턴을 따른다. VBR 백그라운드 트래픽의 온/오프 동작특성은 ABR 큐 길이의 반복적인 서어지 및 드롭을 야기 시킨다. 하지만 본 발명의 실시 예에 따른 ER 할당 알고리즘은 도 12c에 도시된 바와 같이 큐 길이가 목표 값으로 빠르게 회복되게 한다.For VBR background traffic the result does not change vertically as shown in FIGS. 12A-12D. That is, macroscopic (time-average) operating characteristics are almost the same as those with non-VBR traffic disturbances. VBR background traffic has peak rates, on and off cycle lengths of 10 Mbps and 20, respectively. Seconds and 20 Generated by the determined on / off source, which is seconds. 12A and 12B, the transmission rate of the sources (except the PCR limiting source) almost completely follows the on / off pattern of the VBR background traffic. On / off behavior of VBR background traffic causes repeated surge and drop of ABR queue length. However, the ER allocation algorithm according to an embodiment of the present invention allows the queue length to quickly recover to the target value as shown in FIG. 12C.

다음으로 도 13에 도시된 파킹 랏 구성을 고려해 다수개의 병목 노드들과 서로 다른 왕복지연을 가지는 VC들의 경우를 연구해 보면 하기와 같다. 서로 다른 소오스 위치를 가지는 16 ABR VC들이 포함되어 있고, 링크들의 성능은 스위치 SW3과 SW4간 링크 및 SW4와 SW5간 링크가 300Mbps인 것을 제외하고는 600Mbps로 동등하게 설정되어 있다. 이 시뮬레이션 구성에 사용된 VC모델들은 표 3으로 요약될 수 있다. 여기서 모든 소오스들은 지속적(persistence)이라는 가정을 하고 있다.Next, considering the parking lot configuration shown in FIG. 13, the case of VCs having different round trip delays and a plurality of bottleneck nodes is as follows. 16 ABR VCs with different source locations are included, and the performance of the links is set equal to 600 Mbps, except that the link between switches SW3 and SW4 and the link between SW4 and SW5 is 300 Mbps. The VC models used in this simulation setup can be summarized in Table 3. Here all the sources assume the persistence.

소오스Source PCR MCR ICR 도착시간 출발시간PCR MCR ICR Arrival Time Departure Time 공 평 율Equity rate 병 목 위 치Bottle Neck Location s1,s5,s9s1, s5, s9 150 0 10 0 ∞150 0 10 0 ∞ 21.6721.67 SW3SW3 s13s13 150 0 10 0 ∞150 0 10 0 ∞ 120120 SW4SW4 s2,s6,s10s2, s6, s10 150 10 10 0 ∞150 10 10 0 ∞ 31.6731.67 SW3SW3 s14s14 25 0 25 0 ∞25 0 25 0 ∞ 130130 SW4SW4 s3,s7,s11s3, s7, s11 25 10 25 0 ∞25 10 25 0 ∞ 21.6721.67 SW3SW3 s15s15 25 0 25 0 ∞25 0 25 0 ∞ 2525 PCRPCR s4,s8,s12,s16s4, s8, s12, s16 25 10 25 0 ∞25 10 25 0 ∞ 2525 PCRPCR

비교할 목적으로, 본 발명에서는 주어진 시나리오에 대해 MCR 보장하는 최대-최소 공평성 이론적 공평율을 계산하였고 그 결과가 표 3에 포함되어 있다. 그리고 이 시나리오를 보다 명확히 하게 위해 표 3에서의 각 VC의 이론적 병목 위치를 포함시켰다. 상기 병목 위치는 각 개별적 공평 공유가 판단되는 위치에 있다. 도 14a 내지 도 14f에서는 VBR백그라운드 트래픽은 없고 ER마킹만 있을 때의시뮬레이션 결과를 보여주고 있다. 도 14a 내지 도 14f는 ER마킹만 있고 VBR 백그라운드 트래픽이 없는 파킹 랏 모델 구성에서의 실험결과들로서, 도 14a는 PCR이 150Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이고, 도 14b는 PCR이 25Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이며, 도 14c는 스위치 SW3에서의 큐 길이이고, 도 14d는 스위치 SW4에서의 큐 길이이며, 도 14e는 스위치 SW3에서 로컬병목 VC의 개수 추정치 |Q|avg(t)이고, 도 14f는 스위치 SW4에서 로컬병목 VC의 개수 추정치 |Q|avg(t)이다. 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 정상상태에서의 실제 소오스 전송율은 그들의 왕복시간 지연들 및 병목 위치들에 상관없이 표 3에서 주어진 이론적 공평율과 완전히 일치한다. 초기 과도 특성은 모든 스위치들에서의 r(0)=0라는 초기 조건에 기인되는데, 이것은 정상 동작 중에서는 거의 일어날 수 없는 현상이다. 주어진 시나리오에서는 두 개의 혼잡 노드(congested node) SW3 및 SW4가 있다. 이들 혼잡된 노드 SW3 및 SW4에서의 예상 큐 길이는 도 14c 및 도 14d에 도시된 바와 같이 목표값 250셀으로 수렴한다. 도 14e 및 도 14f는 스위치 SW3, SW4 각각에서의 로컬병목 VC의 개수 추정치 |Q|avg(t) 이다. 우리가 관찰한 결과 정상상태에서 SW3 및 SW4 각각에서의 추정치는 각각 9 및 2 근방에 머무른다. 이는 표 3에서의 데이터와 일치한다.For purposes of comparison, the present invention calculated the maximum-minimum fairness theoretical fairness that MCR guarantees for a given scenario and the results are included in Table 3. And to clarify this scenario, we included the theoretical bottleneck locations for each VC in Table 3. The bottleneck position is at a position where each individual fair share is determined. 14A to 14F show simulation results when there is no VBR background traffic and only ER marking. 14A to 14F are experimental results in a parking lot model configuration with only ER marking and no VBR background traffic. FIG. 14A is a source transfer rate a i (t) of VC with 150 Mbps of PCR, and FIG. 14B is 25 Mbps with PCR. Source transfer rate a i (t) of VC, FIG. 14C is the queue length at switch SW3, FIG. 14D is the queue length at switch SW4, and FIG. 14E is an estimate of the number of local bottlenecks VC at switch SW3 | Q | avg (t), and FIG. 14F shows the estimated number of local bottlenecks VC in switch SW4 | Q | avg (t). Referring to Figures 14A and 14B, the actual source rates in steady state are in full agreement with the theoretical fairness given in Table 3, regardless of their round trip delays and bottleneck locations. The initial transient is due to an initial condition of r (0) = 0 in all switches, which rarely occurs during normal operation. In the given scenario, there are two congested nodes SW3 and SW4. The expected queue lengths at these congested nodes SW3 and SW4 converge to the target value 250 cells, as shown in Figs. 14C and 14D. 14E and 14F show the estimated number of local bottlenecks VC in switches SW3 and SW4, respectively. avg (t) Our observations indicate that the estimates for SW3 and SW4 in the steady state remain around 9 and 2, respectively. This is consistent with the data in Table 3.

마지막으로 ER마킹과 함께 RR마킹을 적용하였을 경우 본 발명의 실시 예에 따른 결과를 설명하면 하기와 같다. 우리는 RR마킹을 위한 큐 길이 임계치들을 qT= 250셀, qLT= 750셀, qHT= 1000셀로 설정한다. 큐 길이 임계치들의 이러한 선택은,ER마킹은 점근적인 정상 최대-최소 흐름 제어를 보장하기 위한 중요 역할을 담당하고 그에 반해 RR마킹은 큐 길이의 과도 오버 슈팅을 제한하는 부가 역할을 담당하도록 예상해서 이루어진 것이다. 본 발명의 실시 예에서는 VBR 백그라운드 트래픽을 가지는 동일한 파킹 랏 구성 시나리오를 사용한다. 상기 VBR 백그라운드 트래픽은 피크율, 온 및 오프 주기의 길이가 각각 10Mbps, 20초 및 20초가 되는 결정된 온/오프 소오스에 의해 생성된다. 그 결과가 도 15a 내지도 15f에 도시되어 있다. 도 15a 내지 도 15f는 ER마킹과 VBR 백그라운드 트래픽이 있는 파킹 랏 모델 구성에서의 실험결과들로서, 도 15a는 PCR이 150Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이고, 도 15b는 PCR이 25Mbps인 VC의 소오스 전송율 ai(t)이며, 도 15c는 스위치 SW3에서의 큐 길이이고, 도 15d는 스위치 SW4에서의 큐 길이이고, 도 15e는 스위치 SW3에서 로컬병목 VC의 개수 추정치 |Q|avg(t) 이고, 도 15f는 스위치 SW4에서 로컬병목 VC의 개수 추정치 |Q|avg(t) 이다. 도 14a 내지 도 14f의 경우와 비교해 보면, SW3에서의 ABR큐 길이의 과도 오버슈트는 최대 감소되는 것이 6000셀에서 3200셀로 실제로 떨어졌다. 분명히 이러한 떨어짐은 부가적인 RR마킹의 활성화에 기인된 것이다. 하지만 이러한 이득은 도 15a, 도 15b 및 도 15c에서 볼 수 있듯이 큐 길이 및 소오스 전송율의 일시적인 진동의 대가를 치른다. 우리는 본 발명의 실시 예에 따른 ER할당 알고리즘이 효과적으로 제어될 수 있으며 그 결과 큐 길이 행동특성이 진동(oscillatory)모드에서 점근 모드로의 회복됨을 관찰하였다.Lastly, when RR marking is applied together with ER marking, the results according to the embodiment of the present invention will be described. We set the queue length thresholds for RR marking to q T = 250 cells, q LT = 750 cells, q HT = 1000 cells. This selection of queue length thresholds is made in anticipation that ER marking plays an important role in ensuring asymptotic normal maximum-minimum flow control, whereas RR marking plays an additional role in limiting transient overshooting of queue length. will be. An embodiment of the present invention uses the same parking lot configuration scenario with VBR background traffic. The VBR background traffic has peak rates, lengths of on and off periods of 10 Mbps and 20, respectively. Seconds and 20 Generated by the determined on / off source, which is seconds. The results are shown in FIGS. 15A-15F. 15A to 15F are experimental results of a parking lot model configuration with ER marking and VBR background traffic. FIG. 15A is a source transmission rate a i (t) of VC having a 150 Mbps PCR, and FIG. 15B is a VC having a 25 Mbps PCR. Source transfer rate a i (t), FIG. 15C is the queue length at switch SW3, FIG. 15D is the queue length at switch SW4, and FIG. 15E is the estimated number of local bottlenecks VC at switch SW3 | Q | avg (t), and FIG. 15F shows the estimated number of local bottlenecks VC in switch SW4 | Q | avg (t) As compared with the case of Figs. 14A to 14F, the transient overshoot of the ABR queue length in SW3 actually dropped from 6000 cells to 3200 cells with the maximum reduction. Clearly this drop is due to the activation of additional RR markings. However, this gain pays for the temporary vibration of queue length and source rate, as seen in FIGS. 15A, 15B and 15C. We observed that the ER assignment algorithm according to an embodiment of the present invention can be effectively controlled, and as a result, the queue length behavior is recovered from oscillatory mode to asymptotic mode.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.In the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the equivalent of claims and claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 ABR 루우프의 왕복시간 지연과 무관하게 최대 링크 이용도 및 최소 셀 손실을 보장하고, ABR큐의 점근적 안정성을 보장함으로써 ABR큐 크기의 요구를 최소화한다. 또한 본 발명은, ABR사용자간의 대역폭 이용도의 공평성을 보장, 특히 ATM포럼 표준안인 최대-최소 공평성을 보장하고, ABR 사용자수 변화, ABR대역폭 변화 등의 통신망 환경변화에 신속히 적응할 수 있다. 또한, EFCI마킹, RR마킹, ER마킹과 같은 기능을 포함한 ATM포럼 트래픽 관리 표준안에서 제시하는 거의 모든 기능을 수행하며, 점근적 안정화 동작점을 존재시켜서 높은 이용성, 낮은 셀 손실, 최대-최소 공평 율(MAX-MIN fair rate) 할당이 성취되게 한다. 또한, 본 발명은, 멀티플 시간 스케일 시 즉, VBR 및 ABR VC의 셀 레벨 율 변경과 VBR 및 ABR VC의 셀 레벨 도착 및 출발 시 네트워크 부하 변경에 대해서 응답성 및 제어 과도 성능을 높이고, 알고리즘을 계산하는데 필요한 동작의 수를 최소화하고 VC별 큐잉, VC별 계산, VC별 테이블 액세스들을 포함한 VC별 동작을 제거하는데 대해 구현의 복잡성을 줄이고 확장성 있게 하는 장점이 있다.As described above, the present invention guarantees maximum link utilization and minimum cell loss irrespective of the round trip time delay of the ABR loop, and minimizes the requirement of ABR queue size by ensuring asymptotic stability of the ABR queue. In addition, the present invention ensures fairness of bandwidth utilization among ABR users, and in particular, guarantees maximum and minimum fairness, which is an ATM forum standard, and can quickly adapt to changes in the network environment such as changes in the number of ABR users and changes in ABR bandwidth. In addition, it performs almost all the functions suggested by the ATM Forum traffic management standard, including functions such as EFCI marking, RR marking, and ER marking, and has an asymptotic stabilizing operating point to enable high availability, low cell loss, and maximum-minimum fairness. Allows (MAX-MIN fair rate) allocation to be achieved. In addition, the present invention improves responsiveness and control transient performance and calculates algorithms for multiple time scales, i.e., changes in cell level rates of VBR and ABR VC and cell load arrival and departure of VBR and ABR VC. There is an advantage that the implementation complexity and scalability is minimized to minimize the number of operations required to eliminate and eliminate VC operations including VC queuing, VC calculations, and VC table accesses.

Claims (1)

패킷 교환망이 서로 연결된 다수의 노드를 포함하고 있으며, 각 노드는 데이터를 전송 및 수신하는 복수의 소오스들을 연결하고 있으며 상기 소오스로부터 전송된 데이터를 저장하는 데이터 큐를 가지며, 상기 데이터 큐는 현재 큐 길이 및 목표 값에 관련되어 있는, 상기 패킷교환 망에서의 공평한 흐름제어를 위한 방법에 있어서,The packet switched network includes a plurality of nodes connected to each other, each node is connected to a plurality of sources for transmitting and receiving data, and has a data queue for storing data transmitted from the source, the data queue is the current queue length And a method for fair flow control in the packet switched network, related to a target value, 상기 각 노드가 해당 소오스에서의 데이터 전송율 및 보장되어야할 최소 데이터 전송율을 이용하여 로컬 병목 가상회선들의 개수를 추정하는 과정과,Estimating the number of local bottleneck virtual circuits by each node using the data rate in the corresponding source and the minimum data rate to be guaranteed; 상기 현재 큐 길이와 목표값 간의 차이, 상기 현재 큐 길이의 미분 값 및 상기 추정된 로컬 병목 가상회선 수들의 개수에 근거하여 상기 소오스들 각각에 데이터 전송율을 할당하며, 상기 데이터 전송율이 상기 소오스들 각각으로 전송되는 피드백 신호를 통해 할당되는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 공평한 흐름 제어방법.Assign a data rate to each of the sources based on a difference between the current queue length and a target value, the differential value of the current queue length, and the estimated number of local bottleneck virtual lines, wherein the data rate is each of the sources. Fair flow control method, characterized in that consisting of a process that is assigned through a feedback signal transmitted to.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8089888B2 (en) 2001-12-10 2012-01-03 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for testing traffic and auxiliary channels in a wireless data communication system
GB2405773B (en) * 2003-09-02 2006-11-08 Siemens Ag A method of controlling provision of audio communication on a network
US7839779B2 (en) * 2005-05-16 2010-11-23 Cisco Technology, Inc. Queue aware flow control
CN101383991B (en) * 2007-09-06 2011-09-28 大唐移动通信设备有限公司 Customer scheduling method and device in packet service
US8750114B2 (en) * 2011-05-10 2014-06-10 Qualcomm Incorporated Enhanced flow control
US10567300B2 (en) * 2017-11-22 2020-02-18 Cisco Technology, Inc. Layer 3 fair rate congestion control notification
CN112152936B (en) * 2019-07-25 2023-09-12 北京天德科技有限公司 Intra-network control for explicit rate computation
CN114629847B (en) * 2022-03-08 2023-09-08 西安电子科技大学 Coupled multi-stream TCP congestion control method based on available bandwidth allocation

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0817433B1 (en) * 1996-06-27 2006-09-06 Xerox Corporation Packet switched communication system and traffic shaping process
US5909443A (en) * 1997-01-03 1999-06-01 International Business Machines Corporation ATM network congestion control system using explicit rate cell marking
KR20000035007A (en) * 1998-11-10 2000-06-26 포만 제프리 엘 Method and system in a packet switching network for dynamically adjusting the bandwidth of a continuous bit rate virtual path connection according to the network load

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