FI104603B - Puskurinhallinta - Google Patents

Description

104603 PUSKURINHALLINTÄ

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty puskurinhal-lintamenetelmä tietyn minimipuskurin takaamiseksi kul-5 lekin puskurin käyttäjälle jaettua puskurimuistia käyttävissä laitteissa, kuten ATM-kytkentälaitteissa (ATM, Asyncronous Transfer Mode).

Nykyisissä laajakaistaisissa tiedonsiirtoverkoissa eräs "pullonkaula" on puskurointi. Puskurointia 10 käytetään tiedon tallentamiseen tilapäisesti tilanteessa, jossa tietoa vastanottava puoli ei kykene vastaanottamaan tietoa samalla nopeudella kuin sitä on lähetetty. Puskuroitava tieto tallennetaan yleensä ns. puskurimuistiin. Entuudestaan tunnetaan useita pusku-15 rinhallintamenetelmiä käytettävissä olevan puskuroin ti- ja siirtokapasiteetin käytön maksimoimiseksi.

Yleensä puskurin jakaminen liittyy läheisesti päätöksentekoon, jossa päätetään, mikä osa puskurissa olevasta datasta tuhotaan korkeamman prioriteetin 20 omaavan datan tullessa puskuriin tai päästetäänkö da taa ylipäänsä puskuriin.

Periaatteessa tunnetaan kolmenlaisia pusku-rinhallintamenetelmiä: täydellinen osittaminen (complete partitioning), täydellinen jakaminen 25 (complete sharing) ja osittainen jakaminen (partial sharing). Täydellinen osittaminen tarkoittaa, että koko puskurikapasiteetti allokoidaan kilpaileville käyttäjille tai kokonaisuuksille (esim. prioriteettiluo-kille tai jonoille) siten, että allokoitujen segment-30 tien summa ei ylitä puskurikapasiteettia. Täydellinen . jakaminen tarkoittaa, että kaikkien käyttäjien salli- • taan varaavan puskuritilaa, kunnes puskuri täyttyy.

Käyttäjillä voi olla yksilölliset ylärajat, millä es-tetään se, että yksi käyttäjä ei varaa koko puskuriti-35 laa. Ylärajojen summan lähestyessä puskurin kokonais kapasiteettia täydellinen jakaminen lähenee täydellistä osittamista. Usein täydellinen jakaminen toteute- 104603 2 taan käsittäen ns. pushout-ominaisuuden, jolloin puskuriin saapuva korkeamman prioriteetin omaava data tai solu tuhoaa tieltään alemman prioriteetin omaavan solun tai datan, jos puskuri on täynnä. Osittaisessa ja-5 kamisessa (jota kutsutaan myös kynnysmenetelmäksi) ni- ,, metään tietty kynnys kunkin prioriteetin häviölle.

Tällöin tiettyyn luokkaan kuuluva data hyväksytään puskuriin, jos puskurissa kyseiseen luokkaan kuuluvan datan määrä on pienempi kuin luokalle nimetty kynnys.

10 Pushout-mekanismi tai kynnysmenetelmä edellyttää, että datalle on määritetty eri prioriteetteja.

Kynnysmenetelmän ongelmana on, että ei voida samanaikaisesti taata minimipuskuria ja käyttää puskuria tehokkaasti. Pushout-menetelmän ongelmana on sen 15 vaikea toteutus tunnetuilla laitteilla. Lisäksi on hankalaa päätellä ja tunnistaa data tai solu, joka on tuhottava korkeamman prioriteetin omaavan datan tullessa puskuriin.

Tunnettujen menetelmien ongelmana on myös, 20 että laskimet, joita käytetään datapakettien tai solujen laskemiseen, tietävät pakettien tai solujen todellisen määrän. Kuitenkaan laskimet eivät tiedä, mikä osa soluista on taattu ja mikä osa ei ole.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on 25 poistaa edellä esitetyt ongelmat.

Erityisesti esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudentyyppinen puskurinhanin-tamenetelmä. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin puskurinhanintamenetelmä, jossa huomioidaan mi-30 nimikynnykset ja hylkäyssäännöt siten, että jokaiselle puskurin käyttäjälle voidaan taata minimitila pusku-.* rista ja allokoida jäljelle jäänyt puskuritila dynaa misesti kaikkien käyttäjien kesken.

Esillä olevan keksinnön tunnusomaisten seik-35 kojen osalta viitataan patenttivaatimuksiin.

Keksinnön kohteena on puskurinhallintamene-: telmä puskurin tallennuskapasiteetin F jakamiseksi 104603 3 puskurin käyttäjien, kuten jonojen, tietoliikenneyhteyksien tai vastaavien, jotka tallettavat puskuriin paketteja, kesken. Paketti voi olla ATM-solu, IP-paketti (IP, Internet Protocol) tai vastaava riippuen käyttä-5 jästä ja sovelluksesta. Menetelmässä lasketaan tai määritetään puskuriin tallennettujen pakettien kokonaismäärä ja kunkin käyttäjän tallentama kokonaismäärä. Näiden perusteella ohjataan käyttäjille annettavaa puskurikapasiteettia pakettikohtaisesti eli aina, kun 10 käyttäjä yrittää tallettaa pakettia puskuriin, määritetään, saako käyttäjä tilaa puskurista.

Keksinnön mukaisesti määritetään puskuriin tallennettujen pakettien modifioitu kokonaismäärä T* yhtälöstä:

N

15 T* = ^max{a(;),c(/)}, missä (l)

,=I

N = käyttäjien kokonaismäärä; a(i) = käyttäjälle i puskurista varattu minimika-pasiteetti (a(i)>0) ; ja c(i) = käyttäjän i varaama todellinen puskurikapa-20 siteetti tarkasteluhetkellä.

Kuten yleensä puskurinhaninnassa, myös tässä keksinnössä puskurinhallinta perustuu pakettien hylkäämiseen eli päätöksentekoon siitä, saako paketti tilaa puskurista vai ei. Edelleen keksinnön mukaisesti, 25 jos ehdot T* > F ja c(i) > a(i) toteutuvat, niin käyttäjän i paketti hylätään tallentamatta sitä puskuriin.

On huomattava, että yhtälö (1) on vain looginen esitys laskurille T* eikä esillä oleva keksintö rajoita menetelmiä, joilla T*:n arvo todellisuudessa 30 lasketaan. Sama koskee myös T*:lle myöhemmin esitettä-- ;· viä vaihtoehtoisia määritelmiä.

Esimerkiksi seuraavat menetelmät ovat mahdol-, lisiä laskurin T* arvon määrittämiseksi: 1) Aina paketin saapuessa puskuriin tai pois-35 tuessa puskurista lasketaan T* yhtälön (1) mukaisesti.

104603 4 2) Lasketaan T* yhtälön (1) mukaisesti. Tämän jälkeen toimitaan seuraavasti: Paketin saapuessa puskuriin käyttäjälle i laskurin T* arvoa kasvatetaan, mikäli paketti hyväksytään ja c(i) > a(i) (ennen 5 c(i):n päivitystä). Paketin poistuessa puskurista

Y

käyttäjältä i laskurin Γ* arvoa pienennetään, mikäli cd) > a(i) (ennen cd):n päivitystä).

Keksinnön etuna tunnettuun tekniikkaan verrattuna on, että voidaan luotettavasti taata minimi-10 puskuri kullekin puskurin käyttäjälle.

Keksinnön etuna on myös, että käyttäjille varatun minimikapasiteetin yli jäävä puskurikapasiteetti voidaan joustavasti ja dynaamisesti jakaa sitä tarvitseville käyttäjille. Täten toteutuu minimipuskurin ta-15 kääminen jokaiselle käyttäjälle ja tehokas puskurin-käyttö.

Edellä esitettyä puskurinhallintamenetelmää, modifioidun kokonaismäärän laskentaa ja hylkäämissääntöä voidaan soveltaa monella tavalla. Keksinnön erääs-20 sä edullisessa sovellutuksessa puskurinhallintamenetelmää voidaan käyttää valikoidun käyttäjäjoukon U kesken, jolloin modifioitu kokonaismäärä T* lasketaan yhtälöstä

N

T* - max{a(/),c(/)}, missä (2) i = I iet/ 9 ' 25 N käyttäjien kokonaismäärä; U = valittujen käyttäjien joukko,· a(i) = käyttäjälle i puskurista varattu minimika-pasiteetti (afij^OJ; ja c(i) = käyttäjän i varaama todellinen puskurikapa-30 siteetti tarkasteluhetkellä.

* Tässä sovellutuksessa valikoiduille käyttäjille allokoidaan tietty osa FQ(U)<F puskurin tallennuskapasiteetista, jolloin estetään lisäpakettien tallettaminen käyttäjältä i, jos kokonaismäärä T* > FQ(U) 35 ja c(i) > a(i) . Käyttäjät, jotka eivät kuulu joukkoon s 104603 U, voivat käyttää mitä tahansa menetelmää puskurin loppuosan F-FQ(U) jakamiseen.

Edelleen on mahdollista muodostaa käyttäjistä ryhmiä k = 1,2,..., M. Ryhmän jäsenillä on samansuurui-„ 5 nen minimipuskurikapasiteetti. Jos M = 1, kaikilla käyttäjillä on yhtä suuri minimipuskuri.

Jos menetelmää käytetään ATM:ssä, voidaan sisällyttää UBR-liikenne asettamalla minimipuskuriksi a(i) = 0. VBR-liikenteelle voidaan asettaa minimipus-10 kuriksi yhteyden maksimipurskekoko: a(i) = MBS(i) .

VBR-yhteydellä on tällöin oma, maksimipurskeen kokoinen puskurialueensa, jota muut eivät voi viedä. (Jos lisäksi polisoinnilla karsitaan MBS(i):n ylittävät purskeet, VBR-yhteys ei myöskään itse vie tilaa jae-15 tusta puskurialueesta!) Vastaavalla tavalla voidaan käsitellä CBR (CBR, Constant Bit Rate) -liikennettä.

Keksinnön mukaisen puskurihallinnan eräässä edullisessa sovelluksessa jokaiselle käyttäjälle määritellään edellisen lisäksi myös maksimaalinen pusku-20 rikapasiteetti b(i), jonka käyttäjä kerralla voi vara ta puskurista. Tässä sovellutuksessa lisäpakettien tallentaminen estetään käyttäjältä myös silloin, jos maksimaalinen käyttäjäkohtainen puskurikapasiteetti on saavutettu eli ehto c(i)>b(i) on voimassa. Maksimaa-25 lista puskurikapasiteettia b(i) voidaan myös muuttaa dynaamisesti esimerkiksi puskurissa vapaana olevan kapasiteetin perusteella. Tällöin voidaan taata tietty reiluus käyttäjien kesken jaettaessa modifioidun kokonaismäärän T* ylittävää puskurikapasiteettia.

30 Seuraavassa keksintöä selostetaan edullisten sovellutusesimerkkien avulla.

Esimerkeissä käytetään seuraavia symboleita: F on puskurin koko, i = 1,2,...,N puskurin käyttäjät, » c(i) viittaa käyttäjän i puskuriin tallentamien paket- 35 tien kokonaismäärään, a(i) viittaa käyttäjälle i va rattuun minimipuskuriin, T* viittaa modifioituun pa- e 104603 kettien kokonaismäärään puskurissa ja Fa viittaa käyttäjäryhmille varattuun puskuriin.

Ensimmäisessä esimerkissä oletetaan, että F = 10, N = 4 ja a (i) = 2; i * l,2,3,4. Lisäksi oletetaan, 5 että c(l) = 2, c(2) = 1, c(3) = 0 ja c(4) = 0. Tällöin y modifioitu kokonaismäärä T* = 8. Jos käyttäjä l lisää puskuriin kaksi pakettia (c(l) = 4) , niin modifioitu kokonaismäärä Γ* = 10. Kun käyttäjä 1 yrittää tallentaa puskuriin viidennen paketin, niin c(l) > a(l) ja 10 T* > F toteutuvat. Näin ollen keksinnön mukaisessa puskurinhanintamenetelmässä estetään viidennen paketin lisääminen käyttäjältä 1. Lisäksi esimerkin perusteella huomataan, että puskurista on tässä tilanteessa varattu ainoastaan viisi paikkaa, jolloin muille käyt-15 täjille niiden minimipuskurin vaatimat viisi pakettia voidaan tallentaa puskuriin ja taata täten kullekin käyttäjälle tietty minimiosuus puskurista.

Toisena esimerkkinä on tapaus, jossa osa pus-kurikapasiteetista jaetaan valittujen käyttäjien u 20 kesken. Olkoot F = 20, N = 8, FQ(U) = 12, U = {1,2,3,4,5,6}. Minimipuskurit ovat a(l)=2, a(2)=l, a(3)=2, a(4)=2, a(5)=l, a(6)=l; käyttäjät 7 ja 8 voivat käyttää mitä tahansa menetelmää puskurin loppuosan F-F0(U) jakamiseen. Oletetaan, että c(i) < a(i), kun i 25 = 1,2,...,6. Nyt modifioitu kokonaismäärä T* lasketaan ?' yhtälöstä (2) ja modifioiduksi kokonaismääräksi saa daan 9. Jossain vaiheessa voi olla tilanne, jossa edellisestä poiketen c(2) = 2 ja c(5) = 3. Tällöin modifioitu kokonaismäärä T* = 12, mikä johtaa siihen, 30 että mikään käyttäjistä i ei enää voi lisätä puskuriin paketteja yli käyttäjälle varatun minimikapasiteetin.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaati-35 musten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa .

Claims (5)

7 104603

1. Puskurinhanintamenetelmä puskurin tallennuskapasiteetin F jakamiseksi sen käyttäjien, kuten jonojen, tietoliikenneyhteyksien tai vast., jotka tal-" 5 lentävät puskuriin paketteja, kesken, jossa menetel mässä lasketaan puskuriin tallennettujen pakettien kokonaismäärä ja sen perusteella ohjataan käyttäjien saamaa puskurikapasiteettia, tunnettu siitä, että määritetään puskuriin tallennettujen pakettien mo-10 difioitu kokonaismäärä T* yhtälöstä N r* = £max{a(/),c(/)}, missä (1) i=I N = käyttäjien kokonaismäärä; a(i) = käyttäjälle i puskurista varattu minimika-pasiteetti (a(i)>0) ; ja 15 c(i) = käyttäjän i varaama todellinen puskurikapa- siteetti tarkasteluhetkellä; ja estetään lisäpakettien tallettaminen käyttäjältä i, jos kokonaismäärä T* > F ja c(i) > a(i) .

2. Puskurinhanintamenetelmä puskurin tallen-20 nuskapasiteetin osan FQ(U)<F jakamiseksi sen käyttäjistä, kuten jonoista, tietoliikenneyhteyksistä tai vast., jotka tallentavat puskuriin paketteja, valitun käyttäjäjoukon U kesken, jossa menetelmässä lasketaan puskuriin tallennettujen pakettien kokonaismäärä ja 25 sen perusteella ohjataan käyttäjien saamaa puskurikapasiteettia, tunnettu siitä, että määritetään puskuriin tallennettujen pakettien modifioitu kokonaismäärä T* yhtälöstä N T* = ]Tmax{a(/),c(/')}, missä (2) . 1=1 p /et/ • 4 >

30 N = käyttäjien kokonaismäärä; „ U = valittujen käyttäjien joukko; a(i) = käyttäjälle i puskurista varattu minimika-pasiteetti; ja 104603 8 c(i) = käyttäjän i varaama todellinen puskurikapa-siteetti tarkasteluhetkellä; ja estetään lisäpakettien tallettaminen käyttäjältä i, jos kokonaismäärä T* > FQ(U) ja c(i) £ a(i).

3. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista l ^ 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyttäjät tai osa käyttäjistä jaetaan ryhmiin ja ryhmän jäsenillä on samansuuruinen minimipuskurikapasi-teetti.

4. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista l - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varataan jokaiselle käyttäjälle myös maksimaalinen pus-kurikapasiteetti, jonka käyttäjä kerrallaan voi varata puskurista; ja estetään lisäpakettien tallentaminen 15 käyttäjältä myös silloin, jos maksimaalinen käyttäjäkohtainen puskurikapasiteetti on saavutettu.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muutetaan käyttäjän maksimaalista puskurikapasiteettia dynaamisesti esimerkiksi 20 puskurissa vapaana olevan kapasiteetin perusteella. I i 9 104603