JP2003511906A - Method for fair flow control in packet-switched networks - Google Patents

Method for fair flow control in packet-switched networks

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JP2003511906A
JP2003511906A JP2001529147A JP2001529147A JP2003511906A JP 2003511906 A JP2003511906 A JP 2003511906A JP 2001529147 A JP2001529147 A JP 2001529147A JP 2001529147 A JP2001529147 A JP 2001529147A JP 2003511906 A JP2003511906 A JP 2003511906A
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queue length
cell
equation
explicit rate
rate
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ソン・チョン
スン−ホ・カン
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    • H04L2012/5631Resource management and allocation
    • H04L2012/5632Bandwidth allocation
    • H04L2012/5635Backpressure, e.g. for ABR

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パケット交換ネットワークにおける公平なフロー制御方法を提供する。 【解決手段】 パケット交換ネットワークは、複数のノードを含み、各ノードはデータを伝送/受信する複数のソースに連結される。また、パケット交換ネットワークは、現在のキューの長さ及び目標のキューの長さに関連し、ソースから伝送されたデータを貯蔵するデータキューを含む。公平なフロー制御方法において、各ノードは、ER及び該当ソースの保障されるベキのMCRを利用して、ローカルボトルネックVCの個数を推定する。ノードは、現在のキューの長さと目標のキューの長さとの差、現在のキューの長さの微分値、及び推定されたローカルボトルネックVCの個数を基にして、ERを各ソースに割り当て、フィードバック信号を通して各ソースにERを伝達する。 (57) [Problem] To provide a fair flow control method in a packet switching network. A packet switching network includes a plurality of nodes, each node coupled to a plurality of sources for transmitting / receiving data. In addition, the packet switching network includes a data queue for storing data transmitted from a source in relation to a current queue length and a target queue length. In the fair flow control method, each node estimates the number of local bottleneck VCs using the ER and the guaranteed MCR of the corresponding source. The node assigns an ER to each source based on the difference between the current queue length and the target queue length, the derivative of the current queue length, and the estimated number of local bottleneck VCs; The ER is transmitted to each source through a feedback signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、パケット交換ネットワークに関し、特に、公平なフロー制御方法に
関する。
The present invention relates to packet switched networks, and more particularly to a fair flow control method.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

パケット交換ネットワークには、非同期伝送モード(Asynchronous Transfer M
ode: 以下、ATMと称する)ネットワーク及びインターネットなどが含まれる。
公平なフロー制御は、パケット交換ネットワークにおける情報伝送に重要な影響
を及ぼす。特に、ATMネットワークの公平なフロー制御は、可用ビットレート
(Available Bit Rate: 以下、ABRと称する)サービスと関連する。
Asynchronous Transfer Mode (Asynchronous Transfer Mode)
ode: hereinafter referred to as ATM) network and the Internet.
Fair flow control has a significant impact on information transmission in packet switched networks. In particular, fair flow control in ATM networks is based on the available bit rate.
(Available Bit Rate: hereinafter referred to as ABR) Related to services.

【0003】 前記ATMは、CBR(Constant Bit Rate)、VBR(Variable Bit Rate)、U
BR(Unspecified Bit Rate)、及びABRの4つのサービス方式を提供する。前
記ABRサービスにおいて、前記ソースは、データが伝送される時、変化するネ
ットワーク状況を適用する前記ネットワークから、前記可用帯域幅内で自分のビ
ットレートを動的に変化させる。前記ABRサービスは、VBRのような帯域幅
保障サービスによっては効率的に支援されなかったデータアプリケーションを支
援するために、ATMネットワークに導入された。より具体的には、S. Sathaye
, “ATM forum Traffic Management Specification, Version 4.0”, Feb. 1996
と、F. Bonomi and K. W. Fendick, “The Rate-Based Flow Control Framework
for the Available Bit Rate ATM Service”, IEEE Network, vol. 9, no. 2,
pp. 25-39, 1995と、R. Jain, “Congestion Control and Traffic Management
in ATM Networks: Recent Advances and Survey”, Computer Networks and ISD
N Systems, vol.28, no.13, pp1723-1738, 1996と、を参照する。
The ATM includes CBR (Constant Bit Rate), VBR (Variable Bit Rate), and U.
It provides four service methods: BR (Unspecified Bit Rate) and ABR. In the ABR service, the source dynamically changes its bit rate within the available bandwidth from the network to adapt to changing network conditions when data is transmitted. The ABR service has been introduced into ATM networks to support data applications that were not efficiently supported by bandwidth guarantee services such as VBR. More specifically, S. Sathaye
, “ATM forum Traffic 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, vol. 9, no. 2,
pp. 25-39, 1995 and R. Jain, “Congestion Control and Traffic Management
in ATM Networks: Recent Advances and Survey ”, Computer Networks and ISD
N Systems, vol.28, no.13, pp1723-1738, 1996.

【0004】 大部分のデータアプリケーションは、非常に不規則で、データトラヒックを予
測しにくい。データ伝送の成功のために、前記ネットワークは、予め定義された
セル損失要求、時間変化要求、及びセル遅延を満足する所定の状況に応じて動作
すべきである。前記のような特性のため、前記ネットワークは、自分の負荷状況
によって、データ伝送率を変更すべきである。従って、前記ネットワークからの
可用帯域幅を基にして前記データ伝送率を調整する弾性トラヒックサービスの概
念が導入された。その代表的な例が、ATMネットワークにおけるABRサービ
スである。
Most data applications are highly irregular and difficult to predict data traffic. For successful data transmission, the network should operate according to predetermined conditions that satisfy the predefined cell loss requirements, time varying requirements, and cell delays. Due to the above characteristics, the network should change the data transmission rate according to its load condition. Therefore, the concept of elastic traffic service has been introduced which adjusts the data transmission rate based on the available bandwidth from the network. A typical example is the ABR service in the ATM network.

【0005】 原則的に、前記ABRサービスは、それぞれソース及びスイッチにおいて、複
雑なトラヒック特性及び呼許可制御を要求しない。前記のような単純さによって
、前記ABRサービスにおける具現及び開発が、帯域幅保障サービス(つまり、
CBRまたはVBRサービス)よりずっと容易であると予想された。しかしなが
ら、実際に、ABR支援スイッチの具現は、最初の予想よりずっと難しかった。
最も難しい点は、単純で、拡張性があって、また安定したABRフローアルゴリ
ズム、特に、非同期及び分散化したネットワーク環境においての明示率(Explici
t Rate: 以下、ERと称する)割り当てアルゴリズムを設計することである。
In principle, the ABR service does not require complex traffic characteristics and call admission control at the source and the switch, respectively. Due to the above-mentioned simplicity, the implementation and development of the ABR service is not limited to the bandwidth guarantee service (that is,
It was expected to be much easier than CBR or VBR services). However, in practice, implementing an ABR-assisted switch was much more difficult than initially anticipated.
The hardest part is the simple, scalable, and stable ABR flow algorithm, especially in explicit and decentralized network environments.
t Rate: hereinafter referred to as ER) is to design an allocation algorithm.

【0006】 ATMフォーラムでは、ABRフロー制御のために、閉ループ伝送率基準フロ
ー制御方式(close-loop rate-based approach)を採択した。前記閉ループ伝送率
基準フロー制御は、その名称からも分かるように、各ソースが前記ネットワーク
に多数のセルを伝送することのできる伝送率を制御するために、前記ネットワー
クからのフィードバック情報を使用する。前記フィードバック情報は、資源管理
(Resource Management: 以下、RMと称する)セルという特定制御セルによって
前記ソースに伝達される。RMセル上に混雑状態を書き込むスイッチの3つのメ
カニズムは、EFCI(Explicit Forward Congestion Indication)マーキング、
RR(Relative Rate)マーキング、及びER(Explicit Rate)マーキングであり、
前記伝送率基準フロー制御のために、前記3つのメカニズムから少なくとも1つ
がスイッチ上で具現されるべきである。
The ATM Forum has adopted a close-loop rate-based approach for ABR flow control. The closed-loop rate-based flow control, as its name implies, uses feedback information from the network to control the rate at which each source can transmit multiple cells to the network. The feedback information is resource management.
It is transmitted to the source by a specific control cell called cell (Resource Management: RM). The three mechanisms of the switch for writing the congestion state on the RM cell are EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) marking,
RR (Relative Rate) marking and ER (Explicit Rate) marking,
At least one of the three mechanisms should be implemented on the switch for the rate-based flow control.

【0007】 一方、閉ループに含まれている長くて多様な往復時間遅延(round-trip delay)
と、ABR VC(Virtual Circuit)の分散されたボトルネックの地点は、高性能
ER割り当てアルゴリズムの設計を難しくする。ABRソースの伝送率が相違す
る時点のネットワーク状態情報によって決定される時、前記ネットワーク内のA
BRキューは安定化しにくい。特に、2進フィードバックメカニズム(EFCI
マーキングまたはRRマーキング、または、EFCIマーキング及びRRマーキ
ング)のみを使用する場合、定常状態(steady state)におけるABRキューは必
ず持続的な振動(persistent oscillation)を見せ、その振幅は遅延と帯域幅との
積によって増加する。具体的には、Hernandez-Valencia, et al., “Rate Contr
ol Algorithms for the ATM ABR Service”, European Transactions on Teleco
mmunications, vol. 8, no. 1, pp. 7-20, 1997と、 F. Bonnomi, D. Mitra, an
d J. B. Serry, “Adaptive Algorithms for Feedback-Based Flow Control in
High-Speed, Wide-Area ATM Networks”, IEEE J. Select. Areas on Communica
tions, vol. 13, no. 7, pp. 1267-1283, 1995と、K. K. Ratmarkrishnan and J
ain, “A Binary Feedback Scheme for Congestion Avoidance in Computer Net
works with a Connectionless Network Layer”, Proc. ACM SIGCOMM'88, pp. 3
03-313, 1988と、を参照する。
On the other hand, long and various round-trip delays included in the closed loop.
And the distributed bottleneck points of ABR VC (Virtual Circuit) make the design of high performance ER allocation algorithm difficult. A in the network when the transmission rate of the ABR source is determined by the network state information at different times.
BR cues are difficult to stabilize. In particular, the binary feedback mechanism (EFCI
Marking or RR marking, or EFCI marking and RR marking only), the ABR cue in the steady state always shows a persistent oscillation, whose amplitude is between delay and bandwidth. It increases with the product. Specifically, Hernandez-Valencia, et al., “Rate Contr
ol Algorithms for the ATM ABR Service ”, European Transactions on Teleco
mmunications, vol. 8, no. 1, pp. 7-20, 1997, and F. Bonnomi, D. Mitra, an
d JB Serry, “Adaptive Algorithms for Feedback-Based Flow Control in
High-Speed, Wide-Area ATM Networks ”, IEEE J. Select. Areas on Communica
tions, vol. 13, no. 7, pp. 1267-1283, 1995 and KK Ratmarkrishnan and J
ain, “A Binary Feedback Scheme for Congestion Avoidance in Computer Net
works with a Connectionless Network Layer ”, Proc. ACM SIGCOMM'88, pp. 3
See 03-313, 1988.

【0008】 前記のようなABRキューの振動は、周期的なバッファオーバーフロー及びア
ンダーフローのため、セル損失の可能性及びリンクの低い利用度の可能性を増加
させる。前記ABRキューの漸近的な安定性を実現するために、ERマーキング
を使用するABRフロー制御方式を導入することによって、2進フィードバック
メカニズムの短所を克服する。しかしながら、漸近的に安定化したER割り当て
アルゴリズムを単純な形態に設計することは、依然として難しいことである。前
記のような問題点は、遅延を有するフィードバック制御の問題である。
ABR queue oscillations as described above increase the likelihood of cell loss and the potential for low utilization of the link due to periodic buffer overflows and underflows. In order to achieve the asymptotic stability of the ABR queue, we overcome the shortcomings of the binary feedback mechanism by introducing an ABR flow control scheme using ER marking. However, it is still difficult to design an asymptotically stable ER allocation algorithm in a simple form. The above-mentioned problem is a problem of feedback control having a delay.

【0009】 L. BenmohanmedとS .M. Meerkovは、伝送率基準フロー
制御の問題を、遅延を有する離散時間フィードバック制御の問題として公式化し
て、漸近的な安定性を達成し、閉ループ性能の任意の制御を許可するER割り当
てアルゴリズムを提案した。前記内容は、“Feedback Control of Congestion i
n Packet Switching Networks: The Case of Single Congested Node”, IEEE/A
CM Trans. On Networking, vol. 1, no. 6, pp. 693-708, 1993と、“Feedback
Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Multipl
e Congested Nodes”, International Journal of Communication Systems, vol
. 10, no. 5, pp. 227-246, 1997と、に開示されている。前記ER割り当てアル
ゴリズムは、<式1>のように形成される。
L. Benhanhaned and S. M. Meerkov formulate the problem of rate-based flow control as a problem of discrete-time feedback control with delay to achieve asymptotic stability and arbitrary closed-loop performance. We proposed an ER allocation algorithm that allows the control of ER. The contents are “Feedback Control of Congestion i
n Packet Switching Networks: The Case of Single Congested Node ”, IEEE / A
CM Trans. On Networking, vol. 1, no. 6, pp. 693-708, 1993 and “Feedback
Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of Multipl
e Congested Nodes ”, International Journal of Communication Systems, vol
. 10, no. 5, pp. 227-246, 1997. The ER allocation algorithm is formed as in <Formula 1>.

【0010】[0010]

【数1】 ここで、r[k]は、離散時間kで前記スイッチによって計算されたERであり、
q[k]は、時間kにおけるクラス別のABRキューの長さであり、qTは、目標
のキューの長さであり、αi及びβjは、制御器利得であり、τmaxは、ABR V
Cの最大往復時間遅延であり、Iは、0より大きい任意の常数である
[Equation 1] Where r [k] is the ER calculated by the switch at discrete time k,
q [k] is the length of the ABR queue by class at time k, q T is the target queue length, α i and β j are the controller gains, and τ max is ABR V
Is the maximum round trip time delay of C and I is any constant greater than 0

【0011】 前記のような理論的な根拠にもかかわらず、具現の複雑性が非常に高くて、前
記アルゴリズム(1)を実際使用するには限界がある。前記アルゴリズムの短所及
び限界は、A. KolarovとG. Ramamurthyの“A Control Theo
retic Approach to the Design of Close Loop Rate Based Flow Control for H
igh Speed ATM Networks”, Proc., IEEE INFOCOM’97, vol. 1, pp. 293-301,
1997に説明されている。前記ER割り当てアルゴリズムにおいて、現在も以前に
も、前記ER項がタイムラグ(time lags)τmaxまで維持されるべきであり、離散
時間スロット毎に多数の浮動小数点(floating point)の掛け算が遂行されるべき
である。
Despite the above-mentioned theoretical grounds, the implementation complexity is so high that there is a limit to the practical use of the algorithm (1). The disadvantages and limitations of the algorithm are described by A. Kolarov and G. Ramamurty in "A Control Theo".
retic Approach to the Design of Close Loop Rate Based Flow Control for H
igh Speed ATM Networks ”, Proc., IEEE INFOCOM'97, vol. 1, pp. 293-301,
Explained in 1997. In the ER allocation algorithm, the ER term should be maintained up to the time lags τ max , and multiple floating point multiplications are performed every discrete time slot. Should be.

【0012】 同時に、S. Chongは、“Second-Order Rate-Based Flow Control with
Dynamic Queue Threshold for High-Speed Wide-Area ATM Networks”, preprin
t 1997で、より簡単な制御理論のER割り当てアルゴリズムを提案した。A.E
lwalidは、“Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for
High-Speed Wide-Area Networks”, Proc. IEEE ICC'95, pp. 1948-1953, 1995
で、<式2>による連続時間ER割り当てアルゴリズムを提案した。
At the same time, S. Chong said “Second-Order Rate-Based Flow Control with
Dynamic Queue Threshold for High-Speed Wide-Area ATM Networks ”, preprin
In 1997, a simpler control theory ER assignment algorithm was proposed. AE
Iwalid is the “Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for
High-Speed Wide-Area Networks ”, Proc. IEEE ICC'95, pp. 1948-1953, 1995
Then, we proposed a continuous-time ER allocation algorithm according to <Equation 2>.

【数2】 <式2>によって、全てのVCの往復時間遅延が同一である時、閉ループシステ
ムの漸近的な安定化のための必要十分条件を得られる。Chongは、アルゴリ
ズムの安定性の解析を、任意の往復時間遅延を有する一般的なケースまで拡張し
た。
[Equation 2] <Equation 2> provides a necessary and sufficient condition for asymptotic stabilization of a closed-loop system when the round-trip time delays of all VCs are the same. Chong extended the stability analysis of the algorithm to the general case with arbitrary round trip time delays.

【0013】 一方、S. Chong、R. Nagarajan、及びY. T. Wangが、
“Designing Stable ABR Flow Control with Rate Feedback and Open-Loop Con
trol: First-Order Control Case”, Performance Evaluation, vol. 34, no. 4
で提案した、より単純なER割り当てアルゴリズムは、漸近的に安定化したシス
テムを容易に達成することができ、<式3>によって表現される。
On the other hand, S. Chong, R. Nagarajan, and Y. T. Wang,
“Designing Stable ABR Flow Control with Rate Feedback and Open-Loop Con
trol: First-Order Control Case ”, Performance Evaluation, vol. 34, no. 4
The simpler ER allocation algorithm proposed in [3] can easily achieve an asymptotically stable system and is expressed by <Equation 3>.

【数3】 ここで、[X]+=max[x, 0]は、xと0のうち、大きい方が選択されるべき
であることを意味する。
[Equation 3] [X] + = max [x, 0] means that the larger one of x and 0 should be selected.

【0014】 前記ER割り当てアルゴリズム(3)は、1999年1月26日付けのアメリカ
特許登録番号第5,864,538号の“First-Order Rate-Based Flow Control
with Adaptive Queue Threshold for ATM Networks”に開示されている。 前記アルゴリズム(2)において、2つの相違する安定化条件が引き出された。
そのうちの1つは、異種の往復時間遅延を有する一般のケースに対する十分条件
であり、残りの1つは、同種の往復時間遅延を有する特別なケースに対する必要
十分条件である。
The ER allocation algorithm (3) is described in “First-Order Rate-Based Flow Control of US Pat. No. 5,864,538 dated January 26, 1999.
with Adaptive Queue Threshold for ATM Networks. In the algorithm (2), two different stabilizing conditions were derived.
One of them is a sufficient condition for the general case with different round trip time delays, and the other one is a necessary and sufficient condition for the special case with similar round trip time delays.

【0015】 アルゴリズム(1)と比較して、前記アルゴリズム(2)及び(3)の共通的な短所
は、ABRトラヒックに対して使用できる帯域幅及び遠隔ボトルネックVCによ
って利用された可用帯域幅の一部(fraction)における瞬間的な認識によって、前
記制御器利得及び前記キューの長さ臨界値が適切に選択されない場合、前記リン
クが平衡点で十分に利用できないので、前記ABRキューの長さが0に収斂され
る可能性があり、それは望ましくない。 前記VCの伝送率が自分のPCR(Peak Cell Rate)によって制限されない場合
は、他のリンクでボトルネック現状が発生するので、前記遠隔ボトルネックVC
は前記リンクを公平に分配することができない。逆に、前記アルゴリズム(1)が
適用される場合は、前記のような望ましくない平衡点は存在しない。
The common disadvantage of said algorithms (2) and (3) compared to algorithm (1) is that of the available bandwidth for ABR traffic and the available bandwidth utilized by the remote bottleneck VC. If the controller gain and the queue length critical value are not properly selected due to the momentary recognition in the fraction, the length of the ABR queue will be insufficient because the link is not fully utilized at the equilibrium point. It can converge to 0, which is undesirable. If the transmission rate of the VC is not limited by its own PCR (Peak Cell Rate), a bottleneck situation will occur on another link, so the remote bottleneck VC
Cannot distribute the links fairly. On the contrary, when the above algorithm (1) is applied, there are no such undesirable equilibrium points.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

本発明の目的は、ABRループの往復時間遅延と関係なく、最大のリンク利用
度及び最小のセル損失を保障する方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、ABRキューの漸近的な安定性を保障することによって
、前記ABRキューのサイズの要求を最小化する方法を提供することにある。 本発明のまた他の目的は、各ABRサービス使用者への可用帯域幅の公平な分
配を保障することによって、前記ATMフォーラム標準案を基にした最大−最小
公平性(MAX-MIN fairness)を保障する方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method that guarantees maximum link utilization and minimum cell loss regardless of the round trip time delay of the ABR loop. Another object of the present invention is to provide a method for minimizing the size requirement of the ABR queue by ensuring asymptotic stability of the ABR queue. Still another object of the present invention is to ensure the fair distribution of available bandwidth to each ABR service user, thereby maximizing the MAX-MIN fairness based on the ATM Forum standard draft. It is to provide a way to guarantee.

【0017】 本発明のまた他の目的は、ABRサービス使用者の数の変化及びABR帯域幅
の変化のような通信ネットワーク環境の変化に対する応答性及び過渡制御性能を
増加させる方法を提供することにある。 本発明のまた他の目的は、ATMフォーラムトラヒック管理標準案で指定され
たEFCIマーキング、RRマーキング、及びERマーキングを含む全ての機能
を提供する方法を提供することにある。 本発明のまた他の目的は、漸近的な安定化の動作点が存在することによって、
高い利用性、低いセル損失、及び最大−最小公平率(MAX-MIN fair rate)割り当
てを達成する方法を提供することにある。
Yet another object of the present invention is to provide a method for increasing responsiveness and transient control performance to changes in the communication network environment such as changes in the number of ABR service users and changes in ABR bandwidth. is there. Another object of the present invention is to provide a method for providing all functions including EFCI marking, RR marking, and ER marking specified in the ATM Forum Traffic Management Standard Draft. Yet another object of the present invention is that by the existence of an asymptotic stabilizing operating point,
It is to provide a method of achieving high availability, low cell loss, and MAX-MIN fair rate allocation.

【0018】 本発明のまた他の目的は、多数の時間スケールの時、つまり、VBR及びAB
R VCのセルレベル率変更の時及び、VBR及びABR VCのセルレベル到着
及び出発の時に、ネットワーク負荷変更に対する応答性を増加させる方法を提供
することにある。 本発明のまた他の目的は、ABRサービスアルゴリズムの計算のために必要な
動作の数を最小化し、VC別のキューイング、VC別の計算、及びVC別のテー
ブルアクセスを含むVC別の動作を実際除去することによって、具現の複雑性の
低減及び拡張性を達成する方法を提供することにある。
Yet another object of the present invention is the time on multiple time scales, namely VBR and AB.
It is an object of the present invention to provide a method of increasing responsiveness to a network load change at the time of changing the cell level rate of the RVC and at the arrival and departure of the cell level of the VBR and ABR VCs. Yet another object of the present invention is to minimize the number of operations required for the calculation of the ABR service algorithm and to perform VC-specific operations including VC-specific queuing, VC-specific calculation, and VC-specific table access. The object is to provide a method of achieving the reduction of the implementation complexity and the extensibility by actually removing it.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

前記の目的を解決するための本発明は、パケット交換ネットワークにおける公
平なフロー制御方法を提供する。前記パケット交換ネットワークは、複数のノー
ドを含み、各ノードはデータを伝送/受信する複数のソースに連結される。また
、前記パケット交換ネットワークは、現在のキューの長さ及び目標のキューの長
さに関連して、前記ソースから伝送されたデータを貯蔵するデータキューを含む
。前記公平なフロー制御方法において、各ノードは、前記ER及び該当ソースの
保障されるベキMCR(Minimum Cell Rate)を利用して、ローカルボトルネック
VCの個数を推定する。前記ノードは、前記現在のキューの長さと目標のキュー
の長さとの差、前記現在のキューの長さの微分値、及び前記推定されたローカル
ボトルネックVCの個数を基にして、ERを各ソースに割り当て、フィードバッ
ク信号を通して各ソースに前記ERを伝達する。
The present invention for solving the above object provides a fair flow control method in a packet switching network. The packet switching network includes a plurality of nodes, and each node is connected to a plurality of sources for transmitting / receiving data. The packet switching network also includes a data queue that stores data transmitted from the source in relation to a current queue length and a target queue length. In the fair flow control method, each node estimates the number of local bottlenecks VC using the power MCR (Minimum Cell Rate) guaranteed by the ER and the corresponding source. The node determines the ER based on the difference between the current queue length and the target queue length, a derivative of the current queue length, and the estimated number of local bottlenecks VC. The ER is transmitted to each source and transmitted to each source through a feedback signal.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

以下、本発明による好適な一実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する
。下記説明において、本発明の要旨を明確にするために関連した公知機能または
構成に対する具体的な説明は省略する。 図1は、前記ABRサービスを具現するためのネットワーク構成図である。図
1を参照すると、前記ABRサービスを提供するためのネットワーク2は、複数
のノード4、6、8、及び10を含む。前記ノードはスイッチを概念的に表現し
、以下、ノードをスイッチと称する。各スイッチは、複数のソースに連結される
。図1で、前記スイッチ4は、ソースA12及びソースC14に連結される、前
記スイッチ8は、ソースB16及びソースD18に連結される。各ソースは、前
記ソースに連結されたスイッチ4または8を通してデータを伝送/受信する。前
記ソースから伝送されたデータは、複数のノードを有するVC経路と称する経路
を通して目的地に到達する。例えば、前記ソースA12からのデータは、前記ス
イッチ4、6、及び8を有するVC経路を通して目的地であるソースB16に到
達する。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may obscure the subject matter of the present invention. FIG. 1 is a network configuration diagram for implementing the ABR service. Referring to FIG. 1, the network 2 for providing the ABR service includes a plurality of nodes 4, 6, 8 and 10. The node conceptually represents a switch, and the node is hereinafter referred to as a switch. Each switch is connected to a plurality of sources. In FIG. 1, the switch 4 is connected to a source A12 and a source C14, and the switch 8 is connected to a source B16 and a source D18. Each source transmits / receives data through a switch 4 or 8 connected to the source. Data transmitted from the source reaches a destination through a route called a VC route having a plurality of nodes. For example, the data from the source A12 reaches the destination source B16 through the VC path having the switches 4, 6, and 8.

【0021】 前記ABRサービスにおいて、前記ネットワークの帯域幅の可用性は、RMセ
ルと称する特別なセルを通して前記ソースに伝達される。図1において、RMセ
ルはRMcと表記する。RMセルは、前記ソース12、14、16、及び18、
または、スイッチ4、6、8、及び10で発生され、以下、ソースで発生された
RMセルに限定して説明する。 ソースで発生されたRMセルは、VC経路を経由して前記スイッチ4、6、及
び8を通して目的地に伝送される。前記のようなセルの伝送方向が正方向(forwa
rd)である。前記正方向RMセルを受信すると、前記目的地は、前記セルをソー
スに返す(逆方向(backward))。図1において、参照番号12及び14はソースを
示し、参照番号16及び18は目的地を示す。前記ソース及び目的地に関連して
、正方向及び逆方向は図示した通りに定義される。前記スイッチ8、6、及び4
は、自分に許容できる帯域幅情報を逆方向RMセルに書き込む。前記ソース12
または14は、前記受信された帯域幅情報を基にして、ネットワーク状況の変更
に応じて、自分の伝送率を適応させる。
In the ABR service, the bandwidth availability of the network is conveyed to the source through a special cell called an RM cell. In FIG. 1, the RM cell is expressed as RMc. The RM cell comprises the sources 12, 14, 16, and 18,
Alternatively, the RM cells generated in the switches 4, 6, 8, and 10 and described below are limited to the RM cells generated in the source. The RM cells generated at the source are transmitted to the destination through the switches 4, 6 and 8 via the VC path. The transmission direction of the cell as described above is forward (forwa
rd). Upon receiving the forward RM cell, the destination returns the cell to the source (backward). In FIG. 1, reference numerals 12 and 14 indicate sources, and reference numerals 16 and 18 indicate destinations. In relation to the source and destination, forward and reverse directions are defined as shown. The switches 8, 6, and 4
Writes the permissible bandwidth information to the reverse RM cell. The sauce 12
Alternatively, 14 adapts its own transmission rate according to the change of the network condition based on the received bandwidth information.

【0022】 RMセルは、図2に示すCCR(Current Cell Rate)、MCR、ER、NI(No
Increase)、及びCI(Congestion Indication)フィールドを有する情報を含む
。図2において、S−R(source-receive)フィールドは、ソース及び目的地に関
連する情報を提供する。前記CCRフィールドは、前記ソースがRMセルを発生
する時、前記ソースによって現在のACR(Allowed Cell Rate)として設定され
る。前記MCRフィールドは、前記ソースがRMセルを発生する時、各VCに割
り当てられる最小帯域幅を示す。ERは、前記RMセルがスイッチを通過する時
、前記スイッチのABRサービスエンジンによって、ソースから生成された逆方
向RMセルに書き込まれる可用帯域幅である。計算された前記ABRサービスエ
ンジンの可用帯域幅が、前記既存の可用帯域幅より小さい時のみに、前者の値が
前記ERフィールドに書き込まれる。従って、前記VC経路の最小可用帯域幅は
、前記ソースに伝達される。このために、前記ソースは、RMセルを発生する時
、ERフィールドに自分のPCR(peak cell rate)を書き込む。CI及びNIは
、RRを制御するために使用されるフィールドである。CIは、前記ネットワー
クがあまりに混雑であるため、前記ソースの帯域幅を低減すべきであることを前
記ソースに知らせ、NIは、前記ソースのACRが増加することを防ぐために使
用される。
The RM cell is a CCR (Current Cell Rate), MCR, ER, NI (No) shown in FIG.
Increase) and information having a CI (Congestion Indication) field. In FIG. 2, the SR (source-receive) field provides information related to the source and the destination. The CCR field is set by the source as the current ACR (Allowed Cell Rate) when the source generates an RM cell. The MCR field indicates a minimum bandwidth allocated to each VC when the source generates an RM cell. ER is the available bandwidth written by the switch's ABR service engine to the reverse RM cells generated from the source as it passes through the switch. The former value is written to the ER field only when the calculated available bandwidth of the ABR service engine is less than the existing available bandwidth. Therefore, the minimum available bandwidth of the VC path is communicated to the source. Therefore, the source writes its own PCR (peak cell rate) in the ER field when generating an RM cell. CI and NI are fields used to control the RR. The CI informs the source that the network is too congested and the bandwidth of the source should be reduced, and the NI is used to prevent the ACR of the source from increasing.

【0023】 スイッチは、スイッチアルゴリズムを使用して、前記ABRサービスのための
可用帯域幅を計算し、前記可用帯域幅情報を逆方向RMセルに書き込む。前記ス
イッチアルゴリズムから求めようとすることは、前記スイッチによって該当VC
に許容される帯域幅である。前記可用帯域幅が前記ソースに伝達されるので、前
記ソースは、伝送率を変更して信頼できるものとして前記ABRサービスに提供
する。
The switch uses a switch algorithm to calculate the available bandwidth for the ABR service and writes the available bandwidth information in the reverse RM cell. What is to be obtained from the switch algorithm is
Is the bandwidth allowed for. Since the available bandwidth is transferred to the source, the source modifies the transmission rate and provides it to the ABR service as reliable.

【0024】 図1の各スイッチにおいて、図3のスイッチファブリック20は、入出力ポー
トカードにそれぞれ連結された入出力ポートを有する。各入出力ポートカード2
2は、図4に示すように、入出力バッファ管理部30、ABRサービスエンジン
32、及び出力インターフェース34を含む。前記入出力バッファ管理部30は
、前記スイッチファブリック20に連結され、入出力キューイングを担当する。
前記入出力バッファ管理部30は、ABRキュー36を含む。本発明の実施形態
によって、前記ABRサービスエンジン32は、RMセルが前記ABRサービス
エンジン32を通過する間、前記ABRサービスに対するABRアルゴリズム及
び関連機能を具現する。前記出力インターフェース34は、ATM階層の使用者
ネットワークインターフェース機能を遂行する。
In each switch of FIG. 1, the switch fabric 20 of FIG. 3 has an input / output port connected to an input / output port card. Each I / O port card 2
2 includes an input / output buffer management unit 30, an ABR service engine 32, and an output interface 34, as shown in FIG. The input / output buffer management unit 30 is connected to the switch fabric 20 and is in charge of input / output queuing.
The input / output buffer management unit 30 includes an ABR queue 36. According to an embodiment of the present invention, the ABR service engine 32 implements an ABR algorithm and related functions for the ABR service while an RM cell passes through the ABR service engine 32. The output interface 34 performs a user network interface function of the ATM layer.

【0025】 図5は、図4に示すABRサービスエンジン32のブロック図である。図5を
参照すると、前記ABRサービスエンジンは、EFCIマーキング部40、│Q
│推定部42、ER計算部44、平均キュー計算部46、及び逆方向RMセル書
込み部48と、から構成される。 EFCI混雑の時、前記EFCIマーキング部40は、入力正方向データセル
にEFCI混雑を示すEFCIビットを表示する。キュー読み出し信号は、キュ
ーからセルを取り去る時に生成され、キュー書込み信号は、キューに新しいセル
を入力する時に生成される。前記平均キュー計算部46は、前記キュー書込み信
号を受信すると、キュー瞬間変数を1つ増加させ、前記キュー読み出し信号を受
信すると、前記キュー瞬間変数を1つ減少させて、前記ER計算に対する所定の
周期の間の平均のキューの長さを計算する。前記平均キュー計算部46は、前記
平均のキューの長さ
FIG. 5 is a block diagram of the ABR service engine 32 shown in FIG. Referring to FIG. 5, the ABR service engine includes an EFCI marking unit 40, | Q
| Estimation unit 42, ER calculation unit 44, average queue calculation unit 46, and backward RM cell writing unit 48. When the EFCI congestion occurs, the EFCI marking unit 40 displays an EFCI bit indicating the EFCI congestion in the input forward data cell. The cue read signal is generated when removing a cell from the queue and the cue write signal is generated when a new cell is input to the cue. The average queue calculator 46 increments the queue instant variable by 1 when receiving the queue write signal, and decrements the queue instant variable by 1 when receiving the queue read signal, to determine a predetermined value for the ER calculation. Calculate the average queue length during the cycle. The average queue calculation unit 46 calculates the average queue length.

【数4】 を前記ER計算部44に出力する。前記平均キュー計算部46は、前記キュー読
み出し信号及び前記キュー書込み信号を利用して、EFCI混雑が発生するか否
かを判断し、前記EFCI混雑が発生する場合、前記EFCIマーキング部40
にEFCI混雑信号EFCI_CGを出力する。本発明の実施形態によって、前
記平均キュー計算部46は、また、“混雑”である状態を示す信号CG(congest
ed)及び“非常に混雑”である状態を示すVCG(very congested)を、前記逆方
向RMセル書込み部48に出力する。前記混雑な状態及び非常に混雑な状態は、
ABRキューに対する所定の最小キューの長さ臨界値qLT及び所定の最大キュー
の長さ臨界値qHTによって決定される。前記信号CG及びVCGは、本発明の実
施形態によってRRを制御するために使用される。
[Equation 4] Is output to the ER calculation unit 44. The average queue calculator 46 uses the queue read signal and the queue write signal to determine whether EFCI congestion occurs, and when the EFCI congestion occurs, the EFCI marking unit 40.
To the EFCI congestion signal EFCI_CG. According to an exemplary embodiment of the present invention, the average queue calculator 46 may also generate a signal CG (congest
ed) and VCG (very congested) indicating "very congested" are output to the reverse RM cell writing unit 48. The crowded and very crowded states are
It is determined by a predetermined minimum queue length threshold q LT and a predetermined maximum queue length threshold q HT for the ABR queue. The signals CG and VCG are used to control the RR according to an embodiment of the present invention.

【0026】 前記│Q│推定部42は、RMセルからCCR及びMCRを読み出し、CCR
−MCRを周期的に計算されるER値r(t)と比較して、ローカルボトルネック
VCの個数を推定する。前記推定値
The | Q | estimation unit 42 reads the CCR and MCR from the RM cell, and
Estimate the number of local bottleneck VCs by comparing MCR with the periodically calculated ER value r (t). The estimated value

【数5】 を計算する間隔Wは、下記の“(5)離散時間ERアルゴリズム及び│Q│推定” で詳細に説明する。前記[Equation 5] The interval W for calculating is described in detail in "(5) Discrete-time ER algorithm and | Q | estimation" below. The above

【数6】 は、前記ER計算部44に提供される。[Equation 6] Is provided to the ER calculator 44.

【0027】 前記ER計算部44は、周期的にERを計算して更新し、逆方向RMセルが到
着すると、逆方向RMセル書き込み部48に最近更新されたER値r(t)を出力
する。 前記逆方向RMセル書込み部48は、前記逆方向RMセルのERフィールドに
r(t)を書き込む。より具体的に、前記逆方向RMセル書込み部48は、前記受
信されたRMセルのERと、r(t)+前記RMセルのMCR(r(t)+mi)と、
を比較し、前記r(t)+miが前記RMセルのERより小さい時のみに、前記r
(t)+miを前記ERフィールドに書き込む。前記逆方向RMセル書込み部48
は、RRを制御するために、前記平均キュー計算部46から受信された信号CG
及びVCGによって、前記RMセルのNIフィールド及びCIフィールドに2進
論理状態ビットを書き込む。
The ER calculator 44 periodically calculates and updates the ER, and when the backward RM cell arrives, outputs the recently updated ER value r (t) to the backward RM cell write unit 48. . The reverse RM cell writing unit 48 writes r (t) in the ER field of the reverse RM cell. More specifically, the reverse RM cell writing unit 48 receives the ER of the received RM cell, r (t) + MCR (r (t) + mi) of the RM cell,
And r (t) + mi is smaller than the ER of the RM cell, the r
Write (t) + mi in the ER field. The reverse RM cell writing unit 48
Is a signal CG received from the average queue calculator 46 for controlling RR.
And VCG write binary logic state bits in the NI and CI fields of the RM cell.

【0028】 図16は、前記ABRサービスエンジンのER割り当て制御動作を示すフロー
チャートである。 図5及び図16を参照すると、前記│Q│推定部42は、100段階で、Qを
推定し、前記ERエンジン44は、102段階で、周期的な計算によってERを
更新する。104段階で、前記逆方向RMセル書込み部46にRMセルが到着す
ると、前記ABRサービスエンジン32は106段階に進行し、RMセルが到着
しないと、100段階に戻る。106段階で、前記逆方向RMセル書込み部46
は、前記ERエンジン44から最近更新されたER値r(t)を読み出し、前記受
信されたRMセルからMCR値miを読み出す。108段階で、前記逆方向RM
セル書込み部46は、r(t)+miによってVCi(i番目のVC)に対するER
割り当て値ri(t)を計算し、110段階で、前記逆方向RMセルのERフィー
ルドにri(t)を書き込む。
FIG. 16 is a flowchart showing the ER allocation control operation of the ABR service engine. Referring to FIGS. 5 and 16, the | Q | estimation unit 42 estimates Q in step 100, and the ER engine 44 updates ER by periodic calculation in step 102. When an RM cell arrives at the backward RM cell writing unit 46 in step 104, the ABR service engine 32 proceeds to step 106, and when no RM cell arrives, returns to step 100. In step 106, the reverse direction RM cell writing unit 46.
Reads the recently updated ER value r (t) from the ER engine 44 and the MCR value mi from the received RM cell. In step 108, the reverse RM
The cell writing unit 46 outputs the ER for VCi (i-th VC) by r (t) + mi.
The assigned value ri (t) is calculated, and in step 110, ri (t) is written in the ER field of the backward RM cell.

【0029】 本発明によって提案されるスイッチアルゴリズムの目的は、前記ABRキュー
36を目標のキューの長さqTに収斂し、定常状態におけるキューの長さを前記
目標のキューの長さqTに維持することである。キューの長さが維持されること
は、前記ABRキュー36の入力トラヒックが出力トラヒックと同一であること
を意味する。過渡期間は、前記目標のキューの長さqTを達成する過程に発生す
る。前記入力トラヒックが出力トラヒックに比べて瞬間的に大きくなる場合、前
記ABRキュー36は過負荷になり、予想外のセル損失が発生する。従って、本
発明の実施形態において、スイッチアルゴリズムは、ABRキュー36のバッフ
ァ容量及びキューの長さの変化を考慮して具現される。
The purpose of the switching algorithm proposed by the present invention is to converge the ABR queue 36 to the target queue length q T and to set the steady state queue length to the target queue length q T. It is to maintain. Maintaining the queue length means that the input traffic of the ABR queue 36 is the same as the output traffic. The transient period occurs in the process of achieving the target queue length q T. If the input traffic is momentarily larger than the output traffic, the ABR queue 36 will be overloaded, resulting in unexpected cell loss. Therefore, in the embodiment of the present invention, the switch algorithm is implemented in consideration of the changes in the buffer capacity and the queue length of the ABR queue 36.

【0030】 本発明の実施形態は、望ましくない不平衡点を、できるだけ簡単で、また、同
時に除去できる制御器を備えるために、連続時間ER割り当てアルゴリズムを提
案する。
Embodiments of the present invention propose a continuous-time ER allocation algorithm in order to provide a controller that can remove undesired imbalance points as simply as possible and at the same time.

【数7】 ここで、r(t)は、前記ERエンジンによって計算されたERであり、[Equation 7] Where r (t) is the ER calculated by the ER engine,

【数8】 は、r(t)の微分値である。Qは、ローカルボトルネックVCの集合であり、│
Q│は、Qの元素個数(cardinality)であり、q(t)は、時間tにおける前記A
BRキュー36の長さであり、A及びBは、本発明の実施形態において、漸近的
な安定性のために、前記ABRキュー36の長さによって変化される制御器利得
である。
[Equation 8] Is a differential value of r (t). Q is a set of local bottleneck VCs,
Q | is the number of elements (cardinality) of Q, and q (t) is the above A at time t.
The length of the BR queue 36, where A and B are controller gains that are varied by the length of the ABR queue 36 for asymptotic stability in embodiments of the invention.

【0031】 前記ER割り当てアルゴリズム(4)は、前記アルゴリズム(2)と比較して、ダ
ンピング項(右側の第1項)にr(t)の代わりにq(t)を使用する。
The ER allocation algorithm (4) uses q (t) instead of r (t) for the damping term (first term on the right side) compared to the algorithm (2).

【数9】 は、q(t)の微分値であり、<式21>及び<式23>に関連して説明する。[Equation 9] Is a differential value of q (t) and will be described with reference to <Expression 21> and <Expression 23>.

【0032】 前記のような変更によって、閉ループシステムで前記望ましくない不平衡点が
実際除去され、その結果として、前記ABRキュー36は、可用帯域幅及び遠隔
ボトルネックVC(remotely bottlenecked VCs)によって使用された一部の可用
帯域幅に関係なく、常に目標のキューの長さqTに収斂される。これは、定常状
態において、可用帯域幅の完全な利用が常に保障されることを意味する。 前記提案されたアルゴリズムの他の重要特徴は、ローカルボトルネックVCの
個数│Q│による制御器利得A及びBの正規化である。前記正規化は、閉ループ
システムの漸近的な減衰率が、│Q│とは関係ないようにする。
Such a modification effectively eliminates the undesired unbalanced points in a closed loop system, so that the ABR queue 36 is used by available bandwidth and remotely bottlenecked VCs. Irrespective of some available bandwidth, it always converges to the target queue length q T. This means that in steady state, full utilization of available bandwidth is always guaranteed. Another important feature of the proposed algorithm is the normalization of the controller gains A and B by the number of local bottleneck VCs | Q |. The normalization makes the asymptotic damping factor of the closed-loop system independent of | Q |.

【0033】 │Q│の推定は、伝送率基準ABRフロー制御研究において、重要な研究主題
になってきた。関連論文としては、M. K. Wong and F. Bonomi,“A Novel Expli
cit Rate Congestion Control Algorithm”, it Proc. IEEE GLOBECOM'98, vol.
4, pp. 2432-2439, 1998と、L. Kalampoukas, A. Varma and K. K. Ramakrishn
an,“An Efficient Rate Allocation Algorithm for ATM Networks Providing M
AX-MIN Fairness”, Technical Report UCSC-CRL-95-29, Computer Engineering
Dept., University of California, Santa Cruz, June 1995と、A. Charny, K.
K. Ramakrishnam and A. Lauck, “Time Scale Analysis and Scalability Iss
ue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks”, IEEE/ACM Trans. On Ne
tworking, vol. 4, pp. 569-581, 1996と、R. Jain et al., “ERICA Switch Al
gorithm: A Complete Description”, ATM Forum/96-1172, 1996と、がある。
The estimation of | Q | has become an important research subject in rate-based ABR flow control research. Related papers include MK Wong and F. Bonomi, “A Novel Expli
cit Rate Congestion Control Algorithm ”, it Proc. IEEE GLOBECOM'98, vol.
4, pp. 2432-2439, 1998 and L. Kalampoukas, A. Varma and KK Ramakrishn.
an, “An Efficient Rate Allocation Algorithm for ATM Networks Providing M
AX-MIN Fairness ”, Technical Report UCSC-CRL-95-29, Computer Engineering
Dept., University of California, Santa Cruz, June 1995 and A. Charny, K.
K. Ramakrishnam and A. Lauck, “Time Scale Analysis and Scalability Iss
ue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks ”, IEEE / ACM Trans. On Ne
tworking, vol. 4, pp. 569-581, 1996 and R. Jain et al., “ERICA Switch Al
gorithm: A Complete Description ”, ATM Forum / 96-1172, 1996.

【0034】 前記│Q│推定における難しさは、│Q│推定プロセスの動的特性が、ER割
り当てプロセスの動的特性、つまり、前記閉ループシステムが定常状態に至るま
では、ER更新が│Q│更新に影響を及ぼすか、または、│Q│更新がER更新
に影響を及ぼす動的特性に結合されるので、│Q│推定アルゴリズムの不適合な
設計は閉ループシステムを不安定にする可能性があるということである。前記内
容を考慮して、本発明の実施形態によるER割り当てアルゴリズムに関連して、
安定で拡張性のある│Q│推定アルゴリズムを提案する。
The difficulty in the | Q | estimation is that the dynamic characteristic of the | Q | estimation process is the dynamic characteristic of the ER allocation process, that is, the ER update is | Q until the closed loop system reaches a steady state. │Q│ A non-conforming design of the estimation algorithm can destabilize the closed-loop system, either because it affects the update, or because the | Q | update is coupled to the dynamic properties that affect the ER update. That is. In view of the above, in connection with the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention,
We propose a stable and scalable | Q | estimation algorithm.

【0035】 本発明の制御理論ER割り当てアルゴリズム(4)は、下記のような原理によっ
て最大−最小公平率割り当てを達成する。<式4>によって、全てのVCには同
一のER(共通ER)が割り当てられ、同一のリンクを共有する。従って、前記経
路の最小割り当てERは、RMセルを通してソースに伝送され、前記ソースは、
前記最小ERでデータを伝送する。相違する位置の他のVCがボトルネックにな
り、前記ソースがスイッチによって割り当てられた共通ERより低い伝送率でデ
ータを伝送すると、前記ABRキュー36は時間遅延を有し、前記遅延は減衰さ
れる。前記ABRキュー36が目標のキューの長さqTの以下になる場合、前記
スイッチは前記アルゴリズム(4)によって、前記ABRキュー36が前記目標の
キューの長さqTに至るまで前記共通ERを増加させる。従って、各ローカルボ
トルネックVCは、遠隔ボトルネックVCによって使用されない帯域幅の公平な
共有ができるようにする。
The control theory ER allocation algorithm (4) of the present invention achieves maximum-minimum fairness allocation according to the following principle. According to <Equation 4>, the same ER (common ER) is assigned to all VCs and shares the same link. Therefore, the minimum allocation ER of the path is transmitted to the source through the RM cell, and the source is
Data is transmitted with the minimum ER. When another VC in a different location becomes a bottleneck and the source transmits data at a rate lower than the common ER assigned by the switch, the ABR queue 36 has a time delay and the delay is attenuated. . When the ABR queue 36 is less than or equal to the target queue length q T , the switch uses the algorithm (4) to set the common ER until the ABR queue 36 reaches the target queue length q T. increase. Thus, each local bottleneck VC allows for fair sharing of bandwidth not used by remote bottleneck VCs.

【0036】 前記アルゴリズム(4)は、実際の適用の時、下記離散時間アルゴリズムのよう
になる。
The above algorithm (4) becomes like the following discrete time algorithm in actual application.

【数10】 ここで、Tは、離散時間スロットの持続時間(duration)である。アルゴリズム(
5)は、アルゴリズム(1)の特別ケースである。つまり、
[Equation 10] Here, T is the duration of the discrete time slot. algorithm(
5) is a special case of algorithm (1). That is,

【数11】 にすると、アルゴリズム(1)はアルゴリズム(5)に換算される。アルゴリズム(
1)の反対に、前記換算されたアルゴリズムは、閉ループ動的特性の任意の制御
をそれ以上は許さない。しかしながら、本発明の発明者は、任意の制御能力を備
えるのは、具現における費用が非常に高く、ABRフロー制御設計のためには必
要なことでないと主張する。前記主張を支援するために、前記換算されたアルゴ
リズムは、実際前記閉ループ性能に対する制御の許容レベルを考慮する。
[Equation 11] If set to, algorithm (1) is converted to algorithm (5). algorithm(
Contrary to 1), the scaled algorithm does not allow any further control of closed-loop dynamics. However, the inventor of the present invention argues that providing arbitrary control capability is very expensive to implement and is not necessary for ABR flow control design. To support the assertion, the scaled algorithm actually considers an acceptable level of control over the closed loop performance.

【0037】 前記制御理論ER割り当てアルゴリズム(4)及び(5)において、前記キューの
長さ制御は主要関心事であり、前記公平率割り当てはキューの長さ制御の副次的
な結果である。他の形態のERアルゴリズム(14)乃至(18)は、公平性割り当
てが主要関心事であり、キューの長さ制御が副次的である。前記他の形態のアル
ゴリズムにおいて、各スイッチは、可用帯域幅、自分のボトルネックリンクにお
ける遠隔ローカルボトルネックVCの公平な共有、及びローカル遠隔ボトルネッ
クVCの個数を追跡する必要がある。前記スイッチは、前記のような情報に基づ
いて、最大−最小公平率割り当て及び目標リンク利用を漸近的に達成する方法に
よって、VC別のER割り当てを更新すべきである。
In the control theory ER allocation algorithms (4) and (5), the queue length control is the main concern, and the fairness allocation is a secondary result of the queue length control. In other forms of ER algorithms (14)-(18), fairness allocation is a major concern and queue length control is secondary. In another form of the algorithm, each switch needs to keep track of available bandwidth, fair sharing of remote local bottleneck VCs on its bottleneck link, and number of local remote bottleneck VCs. Based on the above information, the switch should update the ER allocation per VC by a method that asymptotically achieves the maximum-minimum fairness allocation and the target link utilization.

【0038】 (1)ER伝送率フロー制御 本発明のER割り当てアルゴリズムが数学的にモデリングされることによって
、前記ER割り当てアルゴリズムが、各ソースによって要求されるMCRを保障
し、同時に最大−最小公平性を満足させることを説明する。 図6は、興味のあるノードを有するネットワークモデルを示す図である。図6
において、複数のVCは該当する複数のソースに対応され、VCi54はソース
i50に、VCj56はソースj52に対応される。参照番号36は前記ABR
キューを示し、qTは前記目標のキューの長さを示し、μは複数のVCによって
共有されるリンクの可用帯域幅である。τi f及びτi bは、それぞれVCi54に
おける正方向経路遅延及び逆方向経路遅延を示し、τi f及びτi bの和は、VCi
54の往復時間遅延τiである。τj f及びτj bは、それぞれVCj56における
正方向経路遅延及び逆方向経路遅延示し、τj f及びτj bの和は、VCj56の往
復時間遅延τjである。
(1) ER Rate Flow Control By mathematically modeling the ER allocation algorithm of the present invention, the ER allocation algorithm ensures the MCR required by each source, and at the same time the maximum-minimum fairness. To satisfy. FIG. 6 is a diagram showing a network model having nodes of interest. Figure 6
In, the plurality of VCs correspond to the corresponding plurality of sources, the VCi 54 corresponds to the source i50, and the VCj56 corresponds to the source j52. Reference numeral 36 is the ABR
Denotes the queue, q T is the target queue length, and μ is the available bandwidth of the link shared by multiple VCs. τ i f and τ i b represent the forward path delay and the backward path delay in VCi 54, respectively, and the sum of τ i f and τ i b is VCi 54.
54 round trip time delay τ i . τ j f and τ j b denote the forward path delay and the backward path delay at VCj 56, respectively, and the sum of τ j f and τ j b is the round trip time delay τ j of VCj 56.

【0039】 前記ネットワークモデルは、下記仮定によって分析される。 仮定1.トラヒックは、決定論的流動フローとみなし、前記ネットワークキュ
ーイングプロセス及び前記フロー制御メカニズムは、時間上で連続するとみなす
。前記仮定は、相違する方程式によってモデリングされる閉ループシステムの具
現ができるようにする。
The network model is analyzed according to the following assumptions. Assumption 1. Traffic is considered a deterministic flow, and the network queuing process and the flow control mechanism are considered continuous in time. The above assumptions allow for the implementation of closed loop systems modeled by different equations.

【0040】 仮定2.VCi54の往復時間遅延τiは、伝播(propagation)、キューイング
、伝送、及び処理時間を含む正方向経路遅延τi fと逆方向経路遅延τi bとの和で
ある。ここで、前記往復時間遅延は一定であると仮定する。 仮定3.前記ソースは、前記システムが定常状態に至るまでは持続的な特性を
有する。ここで、“持続的”の意味は、前記ソースが常に前記割り当てられた伝
送率で伝送する十分なデータを有するということである。
Assumption 2. Round trip time delay τ i of VCi 54 is the sum of forward path delay τ i f and reverse path delay τ i b including propagation, queuing, transmission, and processing time. . Here, it is assumed that the round trip time delay is constant. Assumption 3. The source has persistent properties until the system reaches steady state. Here, “persistent” means that the source always has sufficient data to transmit at the assigned transmission rate.

【0041】 仮定4.前記システムが定常状態に至るまでは、VCの到着及び出発がない。 仮定5. 前記システムが定常状態に至るまでは、前記リンクにおける可用帯域
幅μは一定である。また、前記リンクにおけるバッファのサイズが無限であると
仮定する。
Assumption 4. There is no VC arrival or departure until the system reaches steady state. Assumption 5. The available bandwidth μ on the link is constant until the system reaches a steady state. Also assume that the size of the buffer in the link is infinite.

【0042】 αi(t)は、ソースi50がソース時点tでデータを伝送する時の伝送率を示
し、ri(t)は、ノード時点tで興味のあるノードによって計算されたVCiの
ERを示す。また、βi(t)は、前記興味のあるノードによって割り当てられた
ERを除いて、前記VCiの経路に沿って前記ノードによってVCiに割り当て
られたERの最近の最小値を示し、pi(t)は、VCiのPCR拘束を示す。 2進フィードバックを基にした線形的な増加及び指数的な減少を無視すると、
前記ソースの動作は、<式6>のようにモデリングされる。
Α i (t) indicates the transmission rate when the source i 50 transmits data at the source time t, and r i (t) is the ER of VCi calculated by the node of interest at the node time t. Indicates. Also, β i (t) indicates the latest minimum value of ER assigned to VCi by the node along the path of VCi, excluding the ER assigned by the node of interest, and p i (t) t) indicates PCR restriction of VCi. Neglecting linear increase and exponential decrease based on binary feedback,
The operation of the source is modeled as in <Equation 6>.

【数12】 ここで、Nは、ルート(route)が興味のあるノードを含む全てのVCの集合であ
る。このモデルは、ソースi54が、前記逆方向経路遅延τi bの前に興味のある
ノードによって割り当てられたER値であるri(t−τi b)、前記興味のあるノ
ードの以外のルート上の最小ER値であるbi(t)、及び前記VCのPCR値で
あるpiのうち、最小の伝送率でデータを伝送することを意味する。
[Equation 12] Here, N is a set of all VCs including a node whose route is interested. The model is such that the source i54 is r i (t−τ i b ), which is the ER value assigned by the node of interest before the backward path delay τ i b , the route other than the node of interest. It means that data is transmitted at the minimum transmission rate of the above minimum ER value b i (t) and the above PCR value pi of VC.

【0043】 前記興味のあるクラス別のABRキュー36の動作特性は、<式7>によって
求められる。
The operation characteristic of the ABR queue 36 for each class of interest is obtained by <Expression 7>.

【数13】 本発明の実施形態による前記ER割り当てアルゴリズムは、前記キューの長さ
q(t)、前記キューの長さの微分値
[Equation 13] The ER allocation algorithm according to the exemplary embodiment of the present invention is configured such that the queue length q (t) and a derivative value of the queue length.

【数14】 、及び前記ローカルボトルネックVCの個数の推定値[Equation 14] And an estimated value of the number of the local bottleneck VCs

【数15】 を含む現在のネットワーク状態を基にして、各スイッチにおいて遂行するアルゴ
リズムであり、<式8>及び<式9>によって求められる。
[Equation 15] This is an algorithm executed in each switch based on the current network state including the following, and is obtained by <Expression 8> and <Expression 9>.

【0044】[0044]

【数16】 ここで、A, B>0であり、miは、前記VCiが生きている間、保障を要求す
るノードにおけるMCRである。ここで、
[Equation 16] Here, A and B> 0, and mi is the MCR in the node requesting security while the VCi is alive. here,

【数17】 であると仮定し、下記条件を保障する呼許可制御が存在する。[Equation 17] , There is a call admission control that guarantees the following conditions.

【数18】 [Equation 18]

【0045】 ここで、r(t)はVC別のER割り当て値ri(t)の共通部分Here, r (t) is a common part of ER allocation values r i (t) for each VC

【数19】 であり、前記アルゴリズムの計算の大部分に必要である。本発明の実施形態によ
って、要求されるVC別の計算は、ただ前記共通ERであるr(t)にmiを加え
ることである。その理由は、前記アルゴリズムがVCの個数の増加を有する計算
の複雑性を低減し、拡張性を持つようにするからである。VCi54の各RMセ
ルは、ラウンドトリップで前記値miを伝達する。
[Formula 19] And is needed for most of the calculations of the algorithm. According to an embodiment of the present invention, the VC-specific calculation required is just to add mi to the common ER, r (t). The reason is that the algorithm reduces the computational complexity with increasing number of VCs and makes it scalable. Each RM cell of VCi 54 conveys said value mi on a round trip.

【0046】 本発明の実施形態において、前記ノードはバックグラウンド計算で前記共通E
Rを更新することを特徴とする。“バックグラウンド”計算とは、RMセルの受
信に関係なく、周期的に共通ERを計算することである。前記バックグラウンド
計算の利点は、該当ノードにRMセルが到着すると、最近更新された共通ER、
つまり、r(t)がすぐに提供できることである。 バックグラウンド計算を通して、<式9>によって共通ER値r(t)を更新す
るノードは、RMセルを通過するVCi54のMCRフィールドからmi読み出
し、<式8>でmiを最近の共通ER値r(t)に加算することによって、VCi
54に割り当てるER値ri(t)を計算し、ri(t)を前記RMセルのERフィー
ルドに書き込む。
In an embodiment of the present invention, the node uses the common E in the background calculation.
It is characterized in that R is updated. The "background" calculation is to calculate the common ER periodically, regardless of the reception of RM cells. The advantage of the background calculation is that when the RM cell arrives at the corresponding node, the recently updated common ER,
That is, r (t) can be provided immediately. Through the background calculation, the node that updates the common ER value r (t) by <Equation 9> reads mi from the MCR field of the VCi 54 that passes through the RM cell, and in <Equation 8>, sets mi to the latest common ER value r ( VCi by adding to
The ER value r i (t) assigned to 54 is calculated, and r i (t) is written in the ER field of the RM cell.

【0047】 本発明の実施形態によるER割り当てアルゴリズムの重要特徴は、ローカルボ
トルネックVCの個数の推定値
An important feature of the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention is an estimated value of the number of local bottlenecks VCs.

【数20】 による制御器利得A及びBの正規化である。前記正規化は任意の選択事項で、絶
対的に必要なことでなく、勧告事項であり、下記“(4)主要根及び漸近的な減衰
率”で説明される。前記正規化は、閉ループシステムの漸近的な減衰率をローカ
ルVCの個数と関係ないようにする。
[Equation 20] Is the normalization of the controller gains A and B according to The normalization is an optional choice, not an absolute requirement, but a recommendation, as described below in "(4) Principal roots and asymptotic decay rate". The normalization makes the asymptotic decay rate of the closed loop system independent of the number of local VCs.

【0048】 遠隔ボトルネックVC及びローカルボトルネックVCは、所定のネットワーク
負荷に対する定常状態で定義される。所定のリンクにおける遠隔ボトルネックV
Cは、PCRによって制限される伝送率、または、前記経路の他の幾つかのリン
クにおけるボトルネック現状のため、前記所定のリンクにおける公平な共有が達
成できないVCとして定義される。同様に、リンクにおけるローカルボトルネッ
クVCは、前記所定のリンクにおける公平な共有を達成するVCとして定義され
る。
The remote bottleneck VC and the local bottleneck VC are defined in a steady state for a given network load. Remote bottleneck V on a given link
C is defined as the VC that cannot achieve fair sharing on the given link because of the transmission rate limited by the PCR or the bottleneck situation on some other links of the path. Similarly, a local bottleneck VC on a link is defined as a VC that achieves fair sharing on the given link.

【0049】 ローカルボトルネックVC及び遠隔ボトルネックVCを数学的に定義するため
に、
To mathematically define the local bottleneck VC and the remote bottleneck VC,

【数21】 にしておく。ここで、ais、ris、及びbisは、それぞれ前記定常状態における
i(t)、ri(t)、及びbi(t)を示す。前記全てのローカルボトルネックVC
の集合Qは、<式11>によって求められる。
[Equation 21] Leave. Here, a is , r is , and b is represent a i (t), r i (t), and b i (t) in the steady state, respectively. All of the above local bottleneck VCs
The set Q of is obtained by <Equation 11>.

【数22】 全ての遠隔ボトルネックVCの集合N−Qは、<式12>によって求められる
[Equation 22] The set NQ of all remote bottlenecks VC is obtained by <Equation 12>.

【数23】 [Equation 23]

【0050】 “(5)離散時間ERアルゴリズム及び|Q|推定”において、|Q|推定アルゴリ
ズムは、
In “(5) Discrete-time ER algorithm and | Q | estimation”, the | Q | estimation algorithm is

【数24】 が迅速に|Q|に収斂されることは効率的ではないが、過渡期間の間に、[Equation 24] Is not efficient to converge to | Q | quickly, but during the transition period,

【数25】 は|Q|より大きくなる傾向が強いことを示す。前記のようなローバスト性(robus
tness)は、前記閉ループ制御の安定性のために必要である。
[Equation 25] Indicates that there is a strong tendency to become larger than | Q |. Robustness as described above
tness) is necessary for the stability of the closed loop control.

【0051】 (2)定常状態と公平性 以下、本発明の実施形態によるER割り当てアルゴリズムが適用される時、前
記閉ループ動的特性の定常状態の特性を説明する。つまり、本発明の実施形態に
よる分析結果に対して説明する。前記閉ループ動的特性は、前記システム変数の
微分値が0、つまり、
(2) Steady State and Fairness Hereinafter, the steady state characteristic of the closed loop dynamic characteristic when the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention is applied will be described. That is, the analysis result according to the embodiment of the present invention will be described. The closed-loop dynamic characteristic has a differential value of the system variable of 0, that is,

【数26】 になる平衡点を有すると仮定し、<式6>、<式8>、及び<式9>によって求
められる。
[Equation 26] Assuming that there is an equilibrium point that becomes, the following equations are obtained.

【数27】 [Equation 27]

【数28】 [Equation 28]

【0052】 ここで、[0052] here,

【数29】 であり、他の表記は予め定義された。qs=qT>0であるので、<式17>は<
式16>を意味する。
[Equation 29] And other notations are predefined. Since q s = q T > 0, <Expression 17> is <
Expression 16> is meant.

【数30】 <式13>、<式14>、及び<式16>と<式11>及び<式12>の定義
とを組み合わせることによって、<式17>が得られる。
[Equation 30] <Expression 17> is obtained by combining <Expression 13>, <Expression 14>, and <Expression 16> with the definitions of <Expression 11> and <Expression 12>.

【数31】 <式17>は、<式18>を意味する。[Equation 31] <Expression 17> means <Expression 18>.

【数32】 [Equation 32]

【0053】 前記のように、本発明の実施形態は下記のような特徴を有し、その結果、<式
19>が得られる。
As described above, the embodiment of the present invention has the following features, and as a result, <Formula 19> is obtained.

【数33】 に対して、(i)キューの長さが目標のキューの長さと同一であり(qs=qT)、(ii
)リンクにおける可用帯域幅は完全に使用され
[Expression 33] , (I) the queue length is the same as the target queue length (q s = q T ), and (ii
) The available bandwidth on the link is fully used

【数34】 、(iii)個々のMCRは前記リンク上で保障され、MCRの和を引いた帯域幅[Equation 34] , (Iii) the individual MCR is guaranteed on the link, the bandwidth minus the sum of the MCRs

【数35】 は最大−最小公平性の側面で公平に共有される、唯一の定常状態解(平衡点)が存
在する。つまり、
[Equation 35] Is the only steady-state solution (equilibrium point) that is fairly shared in terms of maximum-minimum fairness. That is,

【数36】 [Equation 36]

【0054】 前記のような特徴は、本発明の実施形態によるERアルゴリズムが適用される
時、前記ABR閉ループシステムがMCR保障及び最大−最小公平性を達成する
唯一の振動のない動作点を有することを意味し、ネットワークの負荷に関係なく
、前記キューの長さは目標値qTと同一であることを意味する。つまり、平衡点
は、前記ABRトラヒックに対する可用帯域幅及びPCR拘束VCを含む遠隔ボ
トルネックVCによって使用される可用帯域幅の一部とは関係ない。
The above-mentioned feature is that, when the ER algorithm according to the embodiment of the present invention is applied, the ABR closed-loop system has the only oscillation-free operating point that achieves MCR guarantee and maximum-minimum fairness. It means that the queue length is the same as the target value q T , regardless of the load on the network. That is, the equilibrium point is independent of the available bandwidth for the ABR traffic and a portion of the available bandwidth used by the remote bottleneck VC, including the PCR bound VC.

【0055】 本発明の実施形態に関して注目する点は、前記ERアルゴリズムにおいて、前
記唯一の平衡点を発生させながらも、その計算は非常に単純であるということで
ある。前記ERアルゴリズムは、q(t)及び
A point to be noted regarding the embodiment of the present invention is that in the ER algorithm, the calculation is very simple while generating the only equilibrium point. The ER algorithm uses q (t) and

【数37】 のみを必要とし、他の測定または監視結果は必要としない。制御器利得A及びB
を正規化するために使用される前記推定値
[Equation 37] Only the other measurement or monitoring result is required. Controller gain A and B
Said estimate used to normalize

【数38】 は、前記キューの長さが前記目標のキューの長さに収斂されることを促進させる
ために導入され、平衡点とは関係ない。<式1>のベンモハメッドアルゴリズム
(Benmohamed's algorithm)も、本発明のER割り当てアルゴリズムのような特性
を持つ唯一のシステム平衡点を発生させるが、具現上の複雑性が高い。逆に、<
式2>及び<式3>のアルゴリズムを適用すると、前記閉ループシステムは、可
用帯域幅及び遠隔ボトルネックVCによって使用される可用帯域幅の一部によっ
て変化される平衡点を有し、最悪の場合は、キューの長さが0に収斂される。具
体的には、S. Chong, R. Nagarijan, and Y. T. Wang, “Design Stable ABR Fl
ow Control with Rate Feedback and Open-Loop Control: First-Order Control
Case”, Performance Evaluation vol. 34, no. 4, pp. 189-206, 1998と、S.
Chong, “Second-Order Rate-Based Flow Control with Dynamic Queue Thresho
ld for High-Speed Wide-Area ATM Networks”, preprint 1997と、A. Elwalid,
“Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for High-Speed Wid
e-Area Networks”, Proc. IEEE ICC'95, pp. 1948-1953, 1995と、に開示され
ている。
[Equation 38] Is introduced to help the cue length converge to the target cue length and is independent of the equilibrium point. Benmohamed algorithm of <Equation 1>
The (Benmohamed's algorithm) also generates a unique system equilibrium point having the characteristics of the ER allocation algorithm of the present invention, but has a high implementation complexity. Conversely, <
Applying the algorithms of Equation 2> and <Equation 3>, the closed loop system has a balancing point that varies with the available bandwidth and a portion of the available bandwidth used by the remote bottleneck VC, and in the worst case Has a queue length of zero. Specifically, S. Chong, R. Nagarijan, and YT Wang, “Design Stable ABR Fl
ow Control with Rate Feedback and Open-Loop Control: First-Order Control
Case ”, Performance Evaluation vol. 34, no. 4, pp. 189-206, 1998 and S.
Chong, “Second-Order Rate-Based Flow Control with Dynamic Queue Thresho
ld for High-Speed Wide-Area ATM Networks ”, preprint 1997 and A. Elwalid,
“Analysis of Adaptive Rate-Based Congestion Control for High-Speed Wid
e-Area Networks ”, Proc. IEEE ICC'95, pp. 1948-1953, 1995.

【0056】 (3)漸近的な安定性 ここでは、本発明の実施形態によるER割り当てアルゴリズムの安定性に関し
て説明する。一般的に、多重ノードの場合において、<式19>によって与えら
れた平衡点の安定特性を調査することができる。しかしながら、前記ノード間に
結合された動的特性の複雑性のため、分析があまりに複雑になる可能性があるの
で、本発明の実施形態では前記結合された多重ノードの設定における全体の安定
性問題を解決すための試みはしない。“(6)シミュレーションの結果”における
シミュレーションのみによって調査する。一方、Benmohamed及びMe
erkovは、特定サービス体系下でノード対ノード(node-to-node)の動的特性
が分離される平衡点の隣接点が存在することを示す(“Feedback Control of Con
gestion in Packet Switching Networks: The Case of Multiple Congested Nod
es”, international Journal of Communication Systems, vol. 10, no. 5, pp
. 227-246, 1997)。さらに、隣接点から引き出されたローカル安定性条件は、F
CFSサービス体系に対しても可用であることをシミュレーションによって見せ
る。前記のような結果によって、前記のような特性を有する隣接点Rが、本発明
の実施形態において存在すると仮定する。前記隣接点Rの部分集合を考慮し、下
記を満足させる。
(3) Asymptotic Stability Here, stability of the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention will be described. Generally, in the case of multiple nodes, the stability property of the equilibrium point given by <equation 19> can be investigated. However, due to the complexity of the dynamic properties coupled between the nodes, the analysis may be too complicated, and thus embodiments of the present invention may have an overall stability problem in the configuration of the coupled multi-nodes. No attempt is made to solve. Only the simulation in “(6) Results of simulation” will be investigated. On the other hand, Benhamhamed and Me
erkov indicates that there is an adjoining point of the equilibrium point where the dynamic characteristics of node-to-node are separated under a specific service system (“Feedback Control of Cons.
gestion in Packet Switching Networks: The Case of Multiple Congested Nod
es ”, international Journal of Communication Systems, vol. 10, no. 5, pp
.227-246, 1997). Furthermore, the local stability condition derived from the adjacent points is F
We will show by simulation that it is also applicable to the CFS service system. According to the above results, it is assumed that the neighbor point R having the above properties exists in the embodiment of the present invention. Considering the subset of the adjacent points R, the following is satisfied.

【0057】 a)[0057]   a)

【数39】 、つまり、残りのノードの動的特性は定常状態にある。 b)[Formula 39] , That is, the dynamic characteristics of the remaining nodes are in a steady state. b)

【数40】 であり、[Formula 40] And

【数41】 、つまり、前記ローカルボトルネックVCはri(t−ri b)でデータを伝送し、
前記遠隔ボトルネックVCはmim[bis, pi]でデータを伝送する。
[Formula 41] , That is, the local bottleneck VC transmits data at r i (t−r i b ),
The remote bottleneck VC transmits data on mim [b is , p i ].

【0058】 c)<式7>及び<式8>における飽和非線形値は活性化されない。つまり、
q(t)及びr(t)は正の値である。 d)前記|Q|推定過程は、定常状態にある。つまり、
C) The saturated nonlinear values in <Equation 7> and <Equation 8> are not activated. That is,
q (t) and r (t) are positive values. d) The | Q | estimation process is in a steady state. That is,

【数42】 は常数である。 前記のような平衡点の隣接点において、前記動的特性方程式<式6>、<式7
>、及び<式8>は、<式20>、<式21>、及び<式22>のように単純化
することができる。
[Equation 42] Is a constant. At the points adjacent to the equilibrium point as described above, the dynamic characteristic equations <equation 6>, <equation 7>
> And <Equation 8> can be simplified as <Equation 20>, <Equation 21>, and <Equation 22>.

【0059】[0059]

【数43】 <式20>及び<式21>を組み合わせることによって<式23>が求められ
る。
[Equation 43] <Expression 23> is obtained by combining <Expression 20> and <Expression 21>.

【数44】 [Equation 44]

【0060】 誤差関数をe(t)=q(t)−qTと定義する。<式22>、<式23>の微分
、及び<式8>の微分を組み合わせることによって、<式24>のような閉ルー
プ方程式が得られる。
The error function is defined as e (t) = q (t) −q T. By combining the differentials of <Expression 22>, <Expression 23>, and the differential of <Expression 8>, a closed-loop equation like <Expression 24> is obtained.

【数45】 <式24>は、2次遅延微分方程式である。前記閉ループ方程式の特性方程式(c
haracteristic equation)は、<式25>のように与えられる。
[Equation 45] <Expression 24> is a second-order delay differential equation. The characteristic equation (c
The haracteristic equation) is given as <Equation 25>.

【0061】[0061]

【数46】 <式25>は、無限数の根を持つ。閉ループ方程式<式24>の漸近的な安定性
に対して、特性方程式<式25>の全ての根は、負の実数部を有するべきである
(R. Bellman and K. L. Cooke, “Differential-Difference Equations”, Acad
emic Press, New York, 1963と、G. Stepan, “Retarded Dynamical Systems: S
tability and Characteristic Functions”, Longman Scientific & Technical,
1998と、を参照)。 D(s)=0に対する必要十分条件を探すために、有理比(rational ratio)の離
散遅延を仮定して、ポントリャーギン基準(Pontryagin's criterion)から求める
ことができる(R. Bellman and K. L. Cooke,“Differential-Difference Equati
ons”, Academic Press, New York, 1963と、S. J. Bhatt and C. S. Hsu, “St
ability Criteria for Second-Order Dynamical Systems with Time Lag”, Jou
rnal of Applied Mechanics, pp. 113-118, 1996と、を参照)。無理比の連続遅
延または離散遅延に関する一般的な場合に対して、ステパン基準(Stepan's crit
erion)は、その必要十分条件を構成する方法を提供する(“Retarded Dynamical
Systems: Stability and Characteristic Functions”, Longman Scientific &
Technical, 1989を参照)。しかしながら、前記のような条件を陽の形態(explici
t form)で構成することは、多数の異種の往復時間遅延を有する場合に対して、
非常に複雑である。
[Equation 46] <Expression 25> has an infinite number of roots. For the asymptotic stability of the closed-loop equation <Equation 24>, all roots of the characteristic equation <Equation 25> should have a negative real part.
(R. Bellman and KL Cooke, “Differential-Difference Equations”, Acad
emic Press, New York, 1963 and G. Stepan, “Retarded Dynamical Systems: S
tability and Characteristic Functions ”, Longman Scientific & Technical,
1998, see). In order to find a necessary and sufficient condition for D (s) = 0, it can be obtained from Pontryagin's criterion by assuming a discrete delay with a rational ratio (R. Bellman and KL Cooke, “Differential -Difference Equati
ons ”, Academic Press, New York, 1963 and SJ Bhatt and CS Hsu,“ St
ability Criteria for Second-Order Dynamical Systems with Time Lag ”, Jou
rnal of Applied Mechanics, pp. 113-118, 1996,). For the general case of irrational continuous or discrete delays, the Stepan's crit
erion) provides a way to configure its necessary and sufficient conditions (“Retarded Dynamical
Systems: Stability and Characteristic Functions ”, Longman Scientific &
See Technical, 1989). However, if the above conditions are used in the explicit form (explici
t form), for cases with many different round trip time delays,
Very complicated.

【0062】 代わりに、全ての往復時間遅延が同一である場合、漸近的な安定性に対する必
要十分条件が引き出される。
Alternatively, if all round trip time delays are the same, then the necessary and sufficient conditions for asymptotic stability are derived.

【数47】 にすると、閉ループ方程式<式24>は<式26>になる。[Equation 47] Then, the closed loop equation <Expression 24> becomes <Expression 26>.

【数48】 前記新しい方程式は、時間遅延τが1になるように正規化することができる。
t=τξとし、前記新しい変数ξによって<式26>は<式27>になる。
[Equation 48] The new equation can be normalized such that the time delay τ is one.
With t = τξ, the new variable ξ turns <Expression 26> into <Expression 27>.

【数49】 [Equation 49]

【0063】 ここで、[0063] here,

【数50】 である。<式27>の特性方程式は<式28>である。[Equation 50] Is. The characteristic equation of <Expression 27> is <Expression 28>.

【数51】 H(z)=0の全ての根が負の実数部を持つ必要十分条件を探すために、前記ポ
ントリャーギン基準を利用することができる。
[Equation 51] The Pontryagin criterion can be used to search for necessary and sufficient conditions in which all roots of H (z) = 0 have a negative real part.

【0064】 前記理論は、下記のような結果を導き出す。[0064]   The theory leads to the following results.

【数52】 にすると、閉ループ方程式<式26>は、<式29>のような時のみに漸近的な
安定性を有する。
[Equation 52] Then, the closed loop equation <equation 26> has asymptotic stability only when <equation 29>.

【数53】 ここで、ω1は、間隔(0,π/2)におけるU=ωsinωの唯一の解である。<
式29>から前記制御器利得A及びBを設定することができる。図7は、本発明
の実施形態によるU及びVに関する安定領域を示す。
[Equation 53] Here, ω 1 is the only solution of U = ω sin ω in the interval (0, π / 2). <
The controller gains A and B can be set from Equation 29>. FIG. 7 illustrates stable regions for U and V according to embodiments of the invention.

【0065】 (4)主要根及び漸近的な減衰率 ここで、安定した閉ループシステムが定常状態に接近する比率の決定に対して
説明する。正規化された閉ループ方程式<式27>の解は、<式30>のような
級数によって表現されることができる。
(4) Principal Roots and Asymptotic Decay Rate Now, the determination of the rate at which a stable closed-loop system approaches steady state will be described. The solution of the normalized closed loop equation <Equation 27> can be expressed by a series such as <Equation 30>.

【数54】 ここで、pn(ξ)は適した多項式であり、[Equation 54] Where p n (ξ) is a suitable polynomial

【数55】 は対応する特性方程式<式28>の根である。最大実数部を有する根として、z * で表示される主要根を考慮する。z*=−α±jβ、α>0、β>0にすると、
<式30>から<式31>が引き出される。
[Equation 55] Is the root of the corresponding characteristic equation <Equation 28>. As the root with the largest real part, z * Consider the major roots displayed in. z*= -Α ± jβ, α> 0, β> 0,
<Expression 31> is derived from <Expression 30>.

【0066】[0066]

【数56】 ここで、Cは<式27>の初期条件に依存する常数であり、x(ξ)≒y(ξ)は、[Equation 56] Here, C is a constant that depends on the initial condition of <Equation 27>, and x (ξ) ≈y (ξ) is

【数57】 が漸近的に1に接近することを示す。また、<式30>から<式32>を導き出
す。
[Equation 57] Indicates asymptotically approaching 1. Also, <Expression 32> is derived from <Expression 30>.

【数58】 [Equation 58]

【0067】 ここで、[0067] here,

【数59】 は、ユークリッドの標準(Euclidean norm)を示し、cは<式27>の初期条件に
依存する常数である。原形変数t(=rξ)を置き換えると、<式32>は<式3
3>のように書き直すことができる。
[Equation 59] Indicates the Euclidean norm, and c is a constant that depends on the initial condition of <Equation 27>. If the original variable t (= rξ) is replaced, <Expression 32> becomes <Expression 3>
It can be rewritten as 3>.

【数60】 [Equation 60]

【0068】 ここで、α/τは、本来のシステムが平衡点に進む漸近的な減衰率であること
に注意する。前記漸近的な減衰率の逆のα/τは、本来の閉ループシステムの時
間常数であり、前記時間は、前記平衡点の周囲の小さい摂動が、e-1の因子によ
って減少されるのにかかる時間である。同様に、αは漸近的な減衰率であり、α -1 は正規化されたシステムの時間常数である。 図8は、関数U及びVにおける漸近的な減衰率αを示す。図8を参照すると、
漸近的な減衰率αは、(U, V)=(0, 6, 0, 1)において、最大値が約0.3
であるU及びVに関する凹関数である。前記安定領域の境界に対応するαにおけ
る等高線は、図7のようである。いったん、所定の(U, V)の対に対してαが決
定されると、特性方程式<式28>でz=−α+jβを置き換え、実数部及び虚
数部を計算することによって、容易にβを決定することができる。
[0068]   Here, α / τ is the asymptotic decay rate at which the original system advances to the equilibrium point.
Be careful. The inverse α / τ of the asymptotic damping factor is
Is a constant, and the time is such that a small perturbation around the equilibrium point is-1Due to
It is the time it takes to be reduced. Similarly, α is the asymptotic decay rate and α -1 Is the time constant of the normalized system.   FIG. 8 shows the asymptotic decay rate α for the functions U and V. Referring to FIG.
The asymptotic attenuation rate α has a maximum value of about 0.3 at (U, V) = (0, 6, 0, 1).
Is a concave function with respect to U and V that is. At α corresponding to the boundary of the stable region
The contour lines are as shown in FIG. Once α is determined for a given (U, V) pair
Then, z = −α + jβ is replaced by the characteristic equation <Equation 28>, and the real part and the imaginary part are replaced.
Β can be easily determined by calculating several parts.

【0069】 (5)離散時間ERアルゴリズム及び|Q|推定 今まで、最大−最小フロー制御問題の連続時間モデルに関して説明した。しか
しながら、実際に、フィードバック情報はRMセルを通して中継されるので、連
続時間においてより、見本となった形態のほうが有用である。さらに、前記RM
セル自体が往復時間経路に沿ってリンク帯域幅を完成しなければならないので、
前記フィードバック情報が周期的でないため、前記フィードバック情報RMセル
の到着時間間隔は可変的である。
(5) Discrete-Time ER Algorithm and | Q | Estimation Up to now, a continuous-time model of the maximum-minimum flow control problem has been described. However, in practice, the feedback information is relayed through the RM cell, so the sampled form is more useful than continuous time. Further, the RM
Since the cell itself has to complete the link bandwidth along the round trip time path,
Since the feedback information is not periodic, the arrival time interval of the feedback information RM cell is variable.

【0070】 <式8>及び<式9>で表現される前記ER割り当てアルゴリズムは、下記の
ように、離散時間でスイッチにおいて具現される。前記共通ERは、<式34>
によって周期Tで周期的に更新される。
The ER allocation algorithm expressed by <Equation 8> and <Equation 9> is implemented in a switch in discrete time as follows. The common ER is <equation 34>
Is updated periodically with a cycle T.

【数61】 ここで、[Equation 61] here,

【数62】 は、低域通過フィルタリングされたキューの長さ、つまり、平均のキューの長さ
を示す。特に、本発明の実施形態では、
[Equation 62] Indicates the length of the low-pass filtered queue, that is, the average queue length. In particular, in embodiments of the invention,

【数63】 を求めるために、周期的平均フィルタを使用するので、[Equation 63] Since we use a periodic averaging filter to find

【数64】 になる。[Equation 64] become.

【0071】 ER更新方程式<式34>は、T→∞の時、<式9>に対応されることに注意
する。前記共通ER値r(t)の周期的計算r[k+1]とは対照的に、VC当たり
のER割り当ては、正方向または逆方向のどちらかに対応するRMセルが到着す
る時に周期的に遂行される。つまり、時間tにVCiのRMセルが到着すると、
前記スイッチは<式35>を計算する。
Note that the ER update equation <Expression 34> corresponds to <Expression 9> when T → ∞. In contrast to the periodic calculation r [k + 1] of the common ER value r (t), the ER allocation per VC is performed periodically when RM cells corresponding to either the forward direction or the backward direction arrive. To be done. That is, when a VCi RM cell arrives at time t,
The switch calculates <Equation 35>.

【数65】 そして、その結果をRMセルに書き込む。<式35>において、r(t)は共通E
R値r[k]の最近値r[k+1]を示し、本発明の実施形態によって、周期的なバ
ックグラウンド計算によって更新される。miの値は、到着されたRMセルから
、または、スイッチに維持されるVC当たりのMCRテーブルから使用すること
ができ、RMセルの到着または出発の時に更新される。もし、到着されたRMセ
ルからmi値を取ろうと決定される場合、VC当たりのMCRテーブルとそれに
対するアクセスは、それ以上必要としない。従って、本発明のER割り当てアル
ゴリズムで要求されるVC当たりの動作は、<式32>のような加算のみである
[Equation 65] Then, the result is written in the RM cell. In <Formula 35>, r (t) is a common E
The most recent value r [k + 1] of the R value r [k] is shown and updated by the periodic background calculation according to an embodiment of the present invention. The value of mi can be used from the RM cells that have arrived or from the MCR table per VC maintained in the switch and updated at the arrival or departure of the RM cells. If it is decided to take the mi value from the arrived RM cell, the MCR table per VC and access to it is not needed anymore. Therefore, the operation per VC required by the ER allocation algorithm of the present invention is only addition as in <Expression 32>.

【0072】 一方、多くの理論体系がローカルボトルネックVCの数の推定または追跡のた
めに提案されてきた。前記のような理論体系の例としては、M. K. Wong and F.
Bonomi, “A Novel Explicit Rate Congestion Control Algorithm”, it Proc.
IEEE GLOBELCOM'98 vol. 4, pp. 2432-2439, 1998と、L. Kalampoukas, A. Var
ma and K. K. Ramakrishnan, “An Efficient Allocation Algorithm for ATM N
etworks Providing Max-Min Fairness”, Technical Report UCSC-CRL-95-29, C
omputer Engineering Dept., University of California, Santa Cruz, June 19
95と、A. Charny, K. K. Ramakrishnan and A. Lauck, “Time Scale Analysis
and Scalability Issue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks”, IE
EE/ACM Trans. On Networking, vol. 4, pp. 569-581, 1996と、R. Jain et al.
, “ERICA Switch Algorithm: A Complete Description”, ATM Forum/96-1172,
1996と、がある。前記それぞれの理論体系は、具現上の複雑度が相違する。1
つのリンク共有する“ON”ソースの個数を推定するという前記Suなどのアル
ゴリズムの基本概念(C. F, Su, G. de Veciana and J. Warlrand, “Explicit R
ate Flow Control for ABR Services in ATM Networks, preprint, 1997に開示
されている)は、VC当たりの計算を必要としないので魅力的である。
On the other hand, many theoretical systems have been proposed for estimating or tracking the number of local bottleneck VCs. As an example of the above theoretical system, MK Wong and F.
Bonomi, “A Novel Explicit Rate Congestion Control Algorithm”, it Proc.
IEEE GLOBELCOM'98 vol. 4, pp. 2432-2439, 1998 and L. Kalampoukas, A. Var
ma and KK Ramakrishnan, “An Efficient Allocation Algorithm for ATM N
etworks Providing Max-Min Fairness ”, Technical Report UCSC-CRL-95-29, C
omputer Engineering Dept., University of California, Santa Cruz, June 19
95, A. Charny, KK Ramakrishnan and A. Lauck, “Time Scale Analysis
and Scalability Issue for Explicit Rate Allocation in ATM Networks ”, IE
EE / ACM Trans. On Networking, vol. 4, pp. 569-581, 1996 and R. Jain et al.
, “ERICA Switch Algorithm: A Complete Description”, ATM Forum / 96-1172,
There is 1996. The respective theoretical systems have different implementation complexity. 1
The basic concept of the algorithms such as Su, which estimates the number of “ON” sources shared by two links (C. F, Su, G. de Veciana and J. Warlrand, “Explicit R
ATE Flow Control for ABR Services in ATM Networks, preprint, 1997) is attractive because it does not require per-VC calculations.

【0073】 本発明の実施形態において、VC当たりの計算は遂行せずにローカルボトルネ
ックVCの数を推定するために、前記アルゴリズムを変形する。 スイッチ時間tjにj番目のRMセルがスイッチに到着すると仮定する。前記
ABR規定によって、j番目のRMセルがVCiのRMセルであると、前記j番
目のRMセルは、CCRフィールドのai(tj−τi f)値及びMCRフィールドの
mi値を伝達する。前記スイッチは、W秒の固定長さ間隔にわたって、同期式で
RMセルの到着を監視する。1番目の間隔に対して、ローカルボトルネックのV
C数は<式36>によって概算される。
In an embodiment of the present invention, the algorithm is modified to estimate the number of local bottleneck VCs without performing per VC calculations. Suppose the jth RM cell arrives at the switch at switch time t j . According to the ABR specification, if the j-th RM cell is a VCi RM cell, the j-th RM cell transmits the a i (t j −τ i f ) value of the CCR field and the mi value of the MCR field. . The switch synchronously monitors the arrival of RM cells over a fixed length interval of W seconds. V for local bottleneck for the first interval
The C number is estimated by <Equation 36>.

【0074】[0074]

【数66】 ここで、1{・}はインジケータ関数であり、CCR(tj)はCCRフィールドに
おける値であり、MCR(tj)はMCRフィールドにおける値であり、r(tj)は
時間tjにおける共通ERの最近値である。j番目のRMセルが到着する瞬間、
もし、MCRを引いたCCRが、スイッチにおける共通ER値の最近値より大き
いか同じである場合、前記j番目のRMセルの属するVCは、ローカルボトルネ
ックVCとして算出される。そうでない場合は、遠隔ボトルネックVCとして取
り扱う。δは、特に定常状態に近いローカルボトルネックVCの個数の過小評価
を防ぐための限界値である。前記システムが定常状態に接近する時、前記ローカ
ルボトルネックVCのCCRは、前記MCRと前記共通ERとの和の近くに留ま
るので、前記限界値δがない場合は、前記CCRにおける小さい摂動のため、遠
隔ボトルネックVCとして間違って算出される可能性もある。しかしながら、前
記限界値を有することによって、前記過小評価を効果的に防ぐことができる。シ
ミュレーションを通して、勧告選択であるδ=0.9が検出される。また、W秒
内のVCのRMセル到着の期待数、つまり、
[Equation 66] Where 1 {·} is an indicator function, CCR (t j ) is the value in the CCR field, MCR (t j ) is the value in the MCR field, and r (t j ) is the common at time t j . It is the latest value of ER. the moment the jth RM cell arrives,
If the CCR minus MCR is greater than or equal to the closest common ER value in the switch, the VC to which the j-th RM cell belongs is calculated as the local bottleneck VC. If not, it is treated as a remote bottleneck VC. δ is a limit value for preventing an underestimation of the number of local bottlenecks VC that are particularly close to a steady state. When the system approaches steady state, the CCR of the local bottleneck VC stays close to the sum of the MCR and the common ER, so in the absence of the limit δ, due to a small perturbation in the CCR. , The remote bottleneck VC may be erroneously calculated. However, by having the limit value, the underestimation can be effectively prevented. Through the simulation, the recommendation choice δ = 0.9 is detected. Also, the expected number of VC RM cell arrivals within W seconds, that is,

【数67】 によって、インジケータ関数の値が正規化されるので、W秒の時間間隔にわたる
前記値の和は、ローカルボトルネックVCの数の正確な推定値を提供することに
注意する。各時間間隔に対する前記のような推定値に基づいて、繰り返し推定は
、全ての時間間隔の最後で<式37>及び<式38>によって計算される。
[Equation 67] Note that by summing the values of the indicator functions by, the sum of said values over the W second time interval provides an accurate estimate of the number of local bottleneck VCs. Based on the estimates as above for each time interval, the iterative estimate is calculated by <Equation 37> and <Equation 38> at the end of every time interval.

【0075】[0075]

【数68】 <式37>において、λは平均因子であり、int[a]はa以上の最低の正の整
数を示し、飽和関数sata[b]は<式39>のように定義される。
[Equation 68] In <Expression 37>, λ is an average factor, int [a] represents the lowest positive integer equal to or larger than a , and the saturation function sat a [b] is defined as in <Expression 39>.

【数69】 全てのtに対して、[Equation 69] For all t,

【数70】 であることに注意する。ローカルボトルネックVCの実際個数は、あるネット
ワーク負荷に対して0になることができるが、0に近い値で割ることを避けるた
めに、意図して推定値の下限を置く。
[Equation 70] Note that The actual number of local bottleneck VCs can be zero for some network loads, but intentionally put a lower bound on the estimate to avoid dividing by a value close to zero.

【0076】 今後の問題は、間隔W及び平均因子λを選択する方法にある。1つのリンクを
共有するVCの個数が増加するか、または、可用帯域幅が所定の間隔Wに対して
減少するにつれて、VCのRMセルの到着待機時間が増加するので、前記スイッ
チは大きく変動しはじめる。前記のような問題を解決するために、前記リンクを
共有するVCの個数及び可用帯域幅の変化によってWを調節することができるが
、その具現は容易でない。代わりに、<式37>における周期的な平均化動作が
効果的に|Q|Iの可変性を濾過することを期待しながら、1に近い大きいλを選
択することができる。シミュレーションを通して、広い領域の1つのリンクを共
有するVCの個数及び可用帯域幅に対して、Wの選択に関係なく、安定的で効果
的である|Q|の推定値が、λ=0.98であることが分かる。
A future problem is how to choose the interval W and the mean factor λ. As the number of VCs sharing one link increases, or as the available bandwidth decreases for a given interval W, the arrival latency of VC's RM cells increases, causing the switches to vary widely. Get started. To solve the above problem, W can be adjusted by changing the number of VCs sharing the link and the available bandwidth, but it is not easy to implement. Alternatively, one can choose a large λ close to 1, while expecting the periodic averaging operation in <Equation 37> to effectively filter the | Q | I variability. Through the simulation, for a number of VCs sharing one link in a wide area and an available bandwidth, a stable and effective | Q | estimate is λ = 0.98 regardless of the selection of W. It turns out that

【0077】 本発明の発明者は、安定性の向上のために、|Q|推定アルゴリズムをさらに改
善させる。まず、<式40>のように制御器利得A及び8が選択されたと仮定す
る。
The inventors of the present invention further improve the | Q | estimation algorithm for improved stability. First, it is assumed that the controller gains A and 8 are selected as in <Equation 40>.

【数71】 [Equation 71]

【0078】 そして、(U, V)の対は、図7に示す安定領域の内に存在する。|Q|推定は十
分に正確であるので、全ての時間に対して
The (U, V) pair exists within the stable region shown in FIG. The | Q | estimate is accurate enough so that for all times

【数72】 が成立するように、前記選択が行われる。しかしながら、一般的に、[Equation 72] The selection is made so that However, in general,

【数73】 であるので、正規化された閉ループ方程式<式27>を管理するU及びVの実際
値または有効値であるU’及びV’は、<式26>から<式40>に置き換える
ことによって、<式41>のように与えられる。
[Equation 73] Therefore, U ′ and V ′, which are the actual values or effective values of U and V that manage the normalized closed-loop equation <Equation 27>, are replaced by replacing <Equation 26> with <Equation 40>. Equation 41> is given.

【0079】[0079]

【数74】 [Equation 74]

【数75】 が1より小さい場合、点(U’, V’)は、点(U, V)と原点(0, 0)とを連結す
る直線上のどこかに存在するので、安定領域の内に存在する。反対に、
[Equation 75] If is smaller than 1, the point (U ', V') exists somewhere on the straight line connecting the point (U, V) and the origin (0, 0), and therefore exists within the stable region. . Conversely,

【数76】 が1を超過する時、点(U’, V’)は、原点(0, 0)と点(U, V)とを含む直線
に沿って上方に移動し、結果的に、安定領域から外れる。簡単に言って、|Q|の
過大評価は、前記システムの安定性に影響を及ぼさなく、ただ漸近的な減衰率の
みを変化させるので許容できるが、|Q|の過小評価は、前記システムを不安定に
するので避けるべきである。これは、<式36>に限界値δが必要であるからで
ある。しかしながら、δが全ての状況を解決することでなく、特に、新しいVC
が小さい初期セル率(Initial Cell Rate: ICR)に参与する状況ではもっと解
決できない。新しいVCが小さい初期セル率に参与する場合、前記VCは、限界
値δが十分に小さいため、<式36>においてCCR(tj)−MCR(tj)がδ・
r(tj)より小さくなる可能性が非常に大きいので、過渡期間の間に遠隔ボト
ルネックVCとして計算される可能性は非常に大きい。前記のような状況で、前
記新しいVCが実際に遠隔ボトルネックVCであると、これは問題にならないが
、前記新しいVCが実際にローカルボトルネックVCある場合、|Q|の初期過小
評価は、前記システムが発散されるようにする可能性がある。前記のような問題
を解決するために、本発明の実施形態において、|Q|推定アルゴリズムを下記の
ように向上させる。
[Equation 76] When exceeds 1, the point (U ', V') moves upward along a straight line including the origin (0, 0) and the point (U, V), and consequently moves out of the stable region. . Simply put, an overestimation of | Q | does not affect the stability of the system and is acceptable because it only changes the asymptotic damping factor, but an underestimation of | Q | It destabilizes and should be avoided. This is because the limit value δ is required for <Expression 36>. However, δ does not solve all situations, especially the new VC
However, it is not possible to solve the problem more in the situation where the participant participates in a small initial cell rate (ICR). When the new VC participates in a small initial cell rate, the VC has a sufficiently small limit value δ, and therefore CCR (t j ) −MCR (t j ) is δ · in <Equation 36>.
It is very likely that it will be smaller than r (t j ), so it is very likely to be calculated as the remote bottleneck VC during the transient period. In such a situation, this does not matter if the new VC is actually a remote bottleneck VC, but if the new VC is actually a local bottleneck VC, the initial underestimation of | Q | It is possible that the system will be divergent. In order to solve the above problem, in the embodiment of the present invention, the | Q | estimation algorithm is improved as follows.

【0080】 時間tに新しいVCが到着するとたん、前記推定は、意図して、まるで前記V
Cがローカルボトルネックであるのように、<式42>及び<式43>によって
更新される。
As soon as a new VC arrives at time t, the estimate is intentionally as if the V
It is updated by <equation 42> and <equation 43> as if C is a local bottleneck.

【数77】 [Equation 77]

【0081】 前記のようにすることによって、|Q|の初期過小評価を避けることができるので
By doing the above, it is possible to avoid initial underestimation of | Q |

【数78】 は<式42>及び<式43>から|Q|に収斂する。これは、前述したように、前
記システム安定性に対する非常に望ましい特性である。本発明の実施形態による
ER割り当てアルゴリズムに関連して提案される|Q|推定の遂行は、シミュレー
ションを通して“(6)シミュレーションの結果”で証明される。 次に、前記ERマーキングに関連してRRマーキングが適用される場合を考慮
する。前記ERマーキングは、漸近的安定において、MCR保障とともに最大−
最小公平性を達成するに主要な役割をするのに対して、前記RRマーキングは、
キューの長さの過渡オーバーシュートを制限するに補足的な役割をし、従って、
過渡セル損失を最小化する。
[Equation 78] Converges to | Q | from <Expression 42> and <Expression 43>. This is a highly desirable property for system stability, as mentioned above. The performance of the | Q | estimation proposed in connection with the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention is proved by “(6) Simulation result” throughout the simulation. Next, consider the case where RR marking is applied in relation to the ER marking. The ER marking is asymptotically stable, and is maximum with MCR guarantee.
Whereas the RR marking plays a major role in achieving minimum fairness,
Plays a complementary role in limiting transient overshoot of queue length, and therefore
Minimize transient cell loss.

【0082】 図9は、前記RR及びERマーキングに対するキューの長さ臨界値が提案され
た設計を示す。図9において、qTは目標のキューの長さであり、qLTは前記A
BRキューに対する最低キューの長さ臨界値であり、qHTは前記ABRキューに
対する最高キューの長さ臨界値である。qTはERマーキングに関連し、qLT
びqHTはRRマーキングに関連する。qLTは、NIフィールドのNIビットを設
定するための臨界値であり、qHTは、CIフィールドのCIビットを設定するた
めの臨界値である。前記キューの長さがqHTより大きい場合、前記スイッチは、
キューの長さの混雑を指示するために、逆方向RMセルのCIビットを1に設定
する。前記キューの長さがqLTとqHTとの間に存在すると、前記スイッチは、前
記ソースが帯域幅を増加させることを防ぐために、前記逆方向RMセルのNIビ
ットを1に設定する。しかしながら、qTをqLTよりずっと小さく設定すること
によって、前記ネットワーク負荷における突然の変化によるキューの急増が発生
しない場合、前記キューの長さは前記ERマーキングの制御によってqTの近く
に留まるので、前記RRマーキングはほとんど活性化されない。線形的増加及び
指数的減衰モードは、負荷変化によってキューの長さがqHTを超過する時に開始
され、前記ERマーキングが前記キューの長さの制御を再び遂行するまで活性化
される。
FIG. 9 shows a proposed design of queue length critical values for the RR and ER markings. In FIG. 9, q T is the target queue length, and q LT is the A
The minimum queue length threshold for the BR queue and q HT is the maximum queue length threshold for the ABR queue. q T is associated with ER marking and q LT and q HT are associated with RR marking. q LT is a critical value for setting the NI bit of the NI field, and q HT is a critical value for setting the CI bit of the CI field. If the queue length is greater than q HT , the switch
The CI bit of the reverse RM cell is set to 1 to indicate queue length congestion. When the queue length is between q LT and q HT , the switch sets the NI bit of the reverse RM cell to 1 to prevent the source from increasing bandwidth. However, by setting q T much smaller than q LT , the queue length stays close to q T due to the control of the ER marking, unless a queue spike due to sudden changes in the network load occurs. However, the RR marking is hardly activated. The linear increasing and exponential decay modes are initiated when the queue length exceeds q HT due to load changes and are activated until the ER marking regains control of the queue length.

【0083】 “(6)シミュレーションの結果”において、前記RRマーキングが過渡期間に
おける最悪のキューの長さを効果的に制限し、前記ERマーキングが実際制御を
再び遂行することによって、キューの長さを振動モードから漸近的な安定モード
に取り戻すことを、シミュレーションを通して示す。
In “(6) Results of simulation”, the RR marking effectively limits the worst queue length in the transient period, and the ER marking re-executes the actual control to obtain the queue length. It is shown through simulation that we recover from the vibration mode to the asymptotically stable mode.

【0084】 (6)シミュレーションの結果 ここで、シミュレーションの結果は、前述した分析を確認し、本発明の実施形
態によるER割り当てアルゴリズムの優秀な性能を実験するために提示される。
前記使用されたシミュレーションモデルは、NIST ATMシミュレータプラ
ットホームで開発された。 2つの相違するネットワークトポロジーは、公平な標準であるピアツーピア(p
eer-to-peer)構成及びパーキングロット(parking lot)構成を考慮した。<表1
>において、本発明によって提案されたスイッチアルゴリズムの設計変数のため
の勧告値が要約され、下記シミュレーション研究において使用される。
(6) Simulation Results Here, the simulation results are presented to confirm the above analysis and to experiment the excellent performance of the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention.
The simulation model used was developed on the NIST ATM simulator platform. The two different network topologies are peer-to-peer (p
The eer-to-peer structure and the parking lot structure are considered. <Table 1
>, The recommended values for the design variables of the switching algorithm proposed by the present invention are summarized and used in the following simulation study.

【0085】[0085]

【表1】 図10において、まず、前記ピアツーピア構成を考慮すると、20個のABR
VCは同一の経路を有し、前記全てのリンクの容量は600Mbpsで同一に
設定される。WAN環境を具現するために、前記経路において、それぞれのソー
スs1乃至s20と第1スイッチSW1との間の距離を1,000kmと設定す
る。信号伝播速度(signal propagation speed)を2.5×105Km/secと
仮定し、前記キューイング時間を無視すると仮定すると、τmaxは、おおよそ
10msecsである。前記シミュレーション構成に使用されるVCモデルは、
<表2>に示されており、前記全てのソースは持続的であると仮定する。PCR
、MCR、ICR、到着時間、及び時間の測定単位はMbpsである。
[Table 1] In FIG. 10, first, considering the peer-to-peer configuration, 20 ABRs are considered.
The VCs have the same route, and the capacity of all the links is set to 600 Mbps and the same. In order to implement a WAN environment, the distance between each of the sources s1 to s20 and the first switch SW1 is set to 1,000 km in the path. Assuming a signal propagation speed of 2.5 × 10 5 Km / sec and ignoring the queuing time, τmax is approximately 10 msecs. The VC model used in the simulation configuration is
As shown in Table 2 all sources are assumed to be persistent. PCR
, MCR, ICR, arrival time, and time are measured in Mbps.

【0086】[0086]

【表2】 [Table 2]

【0087】 PCR制限ソースの影響、MCRとICRとの差、及びネットワーク遂行上の
呼活動性を調査するために、PCR値、MCR値、ICR値、及びVCの到着及
び出発時間を変化させることに注意する。比較の目的のために、MCR保障とと
もに最大−最小公平性を満足させる理論的な公平率を計算し、その結果を<表2
>に記入する。<表2>及び図10を参照すると、他のVCの到着及び出発によ
って、各VCの公平率が該当時間で変化することが観察される。前記ソースs1
乃至s10はスイッチSW1でボトルネックになり、前記ソースs11乃至s2
0は自分のPCR制限によって前記アクセスでボトルネックになることが分かる
。例えば、前記ABRソースs1乃至s4は、最大−最小公平性のために、0〜
1秒では36.1Mbpsで、1〜2秒では33.3Mbpsで、2〜3秒では3
0Mbpsで、3〜∞では32.5Mbpsでデータを伝送すべきである。本発
明によって、2つの近隣の正方向RMセル間に32個のデータセルが生成される
。つまり、NRM=32である。
Changing PCR values, MCR values, ICR values, and VC arrival and departure times in order to investigate the effects of PCR restricted sources, the difference between MCR and ICR, and call activity in network performance. Be careful. For the purpose of comparison, the theoretical fairness ratio that satisfies the MCR guarantee and the maximum-minimum fairness is calculated, and the result is shown in Table 2.
Fill in>. Referring to Table 2 and FIG. 10, it is observed that the fairness of each VC changes with time due to arrival and departure of other VCs. The source s1
The switches s11 to s2 are bottlenecks due to the switch SW1.
It can be seen that 0 becomes a bottleneck in the access due to its own PCR restriction. For example, the ABR sources s1 to s4 may be 0 to 0 for maximum-minimum fairness.
1 second is 36.1 Mbps, 1-2 seconds is 33.3 Mbps, 2-3 seconds is 3
At 0 Mbps, data should be transmitted at 32.5 Mbps from 3 to ∞. The present invention creates 32 data cells between two neighboring forward RM cells. That is, NRM = 32.

【0088】 図11A乃至図11Dは、ERマーキングのみを有し、VBRバックグラウン
ドトラヒックは有しないピアツーピア構成におけるシミュレーション結果を示す
。図12A乃至図12Dは、ERマーキング及びVBRバックグラウンドトラヒ
ックを有するピアツーピア構成におけるシミュレーション結果を示す。 図11A及び図11Bは、それぞれPCRが150MbpsであるVCのソー
ス伝送率ai(t)と、PCRが25MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)と
、を示す。図11A及び図11Bから、実際ソース伝送率が<表2>の理論的公
平率と完全に一致することが分かる。前記ソースs1乃至s4及びs10の伝送
率は、そのMCRが0Mbpsであるので、前記スイッチSW1によって計算さ
れた共通ER値r(t)と同一であり、前記ソースs5乃至s9の伝送率は、その
MCRが10Mbpsであるので、共通ER値r(t)より大きく、前記ソースs
11及びs20は、そのMCRに関係なく、そのPCRによって制限される。前
記初期過渡動作特性は、スイッチSW1及びSW2の両方において、r(0)=0
である初期条件に起因する。つまり、共通ER値が動作点まで飛び上がるに時間
が必要であるが、通常の動作過程ではほとんど発生しない現状である。図11C
は、ボトルネックノードSW1におけるキューの長さを示す。1秒における前記
ソースs20及び2秒における前記ソースs20の合流は、前記キューの長さの
急伸長を招く、3秒における前記ソースs20の残留は、前記キューの長さの突
然の急短縮を招く。しかしながら、本発明の実施形態において提案されたアルゴ
リズムは、qT=250セルで迅速に再安定化する。図11Dは、前記スイッチ
SW1におけるローカルボトルネックVCの個数推定値である|Q|avg(t)を
示す。前記推定値より大きいか、または、同一である最小の正の整数の推定値を
<式38>によって計算することによって、整数推定値|Q|を下記のように得る
ことができる。ここで、シンボル“[x”は
11A-11D show simulation results in a peer-to-peer configuration with only ER marking and no VBR background traffic. 12A-12D show simulation results in a peer-to-peer configuration with ER marking and VBR background traffic. 11A and 11B illustrate a source rate a i of VC PCR respectively is 150Mbps (t), and PCR is 25 Mbps VC source transmission rate a i of (t), the. It can be seen from FIGS. 11A and 11B that the actual source transmission rate exactly matches the theoretical fairness rate of Table 2. The transmission rates of the sources s1 to s4 and s10 are the same as the common ER value r (t) calculated by the switch SW1 because the MCR is 0 Mbps, and the transmission rates of the sources s5 to s9 are the same. Since the MCR is 10 Mbps, the source s is larger than the common ER value r (t).
11 and s20 are limited by their PCR regardless of their MCR. The initial transient operating characteristic is r (0) = 0 in both the switches SW1 and SW2.
Due to the initial condition In other words, although it takes time for the common ER value to jump to the operating point, it hardly occurs in the normal operating process. FIG. 11C
Indicates the queue length in the bottleneck node SW1. The merging of the source s20 at 1 second and the source s20 at 2 seconds leads to a sudden increase in the length of the queue, and the retention of the source s20 at 3 seconds leads to a sudden sudden decrease in the length of the queue. . However, the algorithm proposed in the embodiment of the present invention quickly re-stabilizes with q T = 250 cells. FIG. 11D shows | Q | avg (t) which is the estimated number of local bottlenecks VC in the switch SW1. By computing the smallest positive integer estimate that is greater than or equal to the estimate according to <Equation 38>, the integer estimate | Q | can be obtained as follows. Where the symbol “[x” is

【数79】 を示し、シンボル“y]”は“y>”を示す。前記整数推定値は、図11Dのよ
うに、[0, 1]秒において18、[1, 2]秒において9、[2, ∞]秒において1
8である。ここで、初期時間区間[0, 1]秒を除いて、前記整数推定値は、<表
2>において、[0, 2]秒における9及び[2, ∞]秒における10で示される|
Q|の真の値と完全に一致する。時間区間[0, 1]秒における差は、<式42>
のように、新しいVCの到着の度に1ずつ推定値|Q|avg(t)を意図的に増加
させることに起因する。所定のシミュレーションシナリオにおいて、0秒では1
8VCが到着するが、これは、前記推定値|Q|avg(t)が初期に約18の値を
有するためである。
[Equation 79] The symbol “y]” indicates “y>”. As shown in FIG. 11D, the integer estimated value is 18 at [0, 1] seconds, 9 at [1, 2] seconds, and 1 at [2, ∞] seconds.
8 Here, except for the initial time interval [0, 1] seconds, the integer estimates are shown in Table 2 as 9 at [0, 2] seconds and 10 at [2, ∞] seconds |
It exactly matches the true value of Q |. The difference in the time interval [0, 1] seconds is
, The estimated value | Q | avg (t) is increased by one each time a new VC arrives. 1 for 0 seconds in a given simulation scenario
8VC arrives because the estimate | Q | avg (t) initially has a value of about 18.

【0089】 VBRバックグラウンドトラヒックに対して、その結果は、図12A乃至図1
2Dのように、垂直には変わらない。つまり、巨視的(時間平均的)動作特性は、
非VBRトラヒック混乱(disturbance)を有するケースと同一である。前記VB
Rバックグラウンドトラヒックは、ピークレート(peak rate)、オン周期の長さ
、及びオフ周期の長さが、それぞれ10Mbps、20τmax秒、及び20τ
max秒である、決定されたオン/オフソースによって生成される。図12A及
び図12Bから、前記ソースの伝送率(PCR制限ソースは除外)は、ほぼ完全に
前記VBRバックグラウンドトラヒックのオン/オフパターンを従う。前記VB
Rバックグラウンドトラヒックのオン/オフ動作特性は、前記ABRキューの長
さの反復的な伸長及び短縮を招く。しかしながら、本発明の実施形態によるER
割り当てアルゴリズムは、図12Cに示すように、キューの長さが目標値に迅速
に回復される。
For VBR background traffic, the results are shown in FIGS.
Like 2D, it does not change vertically. In other words, the macroscopic (time-averaged) motion characteristics are
Identical to the case with non-VBR traffic disturbance. VB
The R background traffic has a peak rate, an on-cycle length, and an off-cycle length of 10 Mbps, 20τmax seconds, and 20τ, respectively.
Produced by the determined on / off source, which is max seconds. From FIGS. 12A and 12B, the transmission rate of the source (excluding PCR limited sources) almost completely follows the on / off pattern of the VBR background traffic. VB
The on / off behavior of R background traffic results in iterative expansion and contraction of the length of the ABR queue. However, ER according to embodiments of the present invention
The allocation algorithm quickly recovers the queue length to the target value, as shown in FIG. 12C.

【0090】 次に、図13に示すパーキングロット構成を考慮して、多数のボトルネックノ
ード及び相違する往復時間遅延を有するVCのケースを研究する。相違するソー
ス位置を有する16ABRVCが含まれ、前記リンクの性能は、スイッチSW3
とSW4との間のリンク及びスイッチSW4とSW5との間のリンクが300M
bpsであることを除いて、600Mbpsで同等に設定される。前記シミュレ
ーション構成に使用されたVCモデルは<表3>に要約され、全てのソースは持
続的であると仮定する。
Now consider the case of a VC with multiple bottleneck nodes and different round trip time delays, considering the parking lot configuration shown in FIG. A 16ABRVC with different source positions is included, the performance of the link is based on the switch SW3.
The link between SW4 and SW4 and the switch SW4 and SW5 are 300M
It is set equally at 600 Mbps, except for bps. The VC model used for the simulation setup is summarized in Table 3 and assumes that all sources are persistent.

【0091】[0091]

【表3】 比較の目的のために、所定のシナリオに対してMCRを保障する最大−最小公
平性を満足する理論的公平率を計算し、その結果が<表3>に含まれている。前
記シナリオをより明確にするために、各VCの理論的ボトルネック位置を<表3
>に含めた。前記ボトルネック位置は、それぞれの個々の公平共有が判断される
位置である。図14A乃至図14Fは、ERマーキングのみを有し、VBRバッ
クグラウンドトラヒックは有しない時のシミュレーション結果を示す。図14A
及び図14Bは、それぞれPCRが150MbpsであるVCのソース伝送率a i (t)と、PCRが25MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)と、を示す。
図14Cは、スイッチSW3におけるキューの長さを、図14Dは、スイッチS
W4におけるキューの長さを、図14Eは、スイッチSW3におけるローカルボ
トルネックVCの個数の推定値|Q|avg(t)を、図14Fは、スイッチSW4
におけるローカルボトルネックVCの個数の推定値|Q|avg(t)を示す。図1
4A及び図14Bから、定常状態における実際ソース伝送率は、自分の往復時間
遅延及びボトルネック位置に関係なく、<表3>の所定の理論的公平率完全に一
致することが分かる。初期過渡動作特性は、全てのスイッチにおけるr(0)=0
の初期条件に起因するが、これは、通常の動作中にはほとんど発生しない現状で
ある。所定のシミュレーションシナリオにおいて、2つの混雑ノードSW3及び
SW4が存在する。予想通りに、前記混雑ノードにおけるキューの長さは、図1
4C及び図14Dに示すように、目標値250セルに収斂する。ここで、定常状
態において、スイッチSW3及びSW4における推定値はおよそ9及び2に留ま
ることが分かる。これは、<表3>におけるデータと一致する。
[Table 3]   For comparison purposes, the maximum-minimum publicity that guarantees MCR for a given scenario.
The theoretical fairness that satisfies flatness was calculated, and the results are included in Table 3. Previous
In order to make the scenario more clear, the theoretical bottleneck position of each VC is shown in <Table 3
> Included. The bottleneck position is determined by each individual fair share.
The position. 14A to 14F have only the ER marking and the VBR back
The simulation result when no ground traffic is shown is shown. FIG. 14A
14B and FIG. 14B respectively show the source transmission rate a of the VC whose PCR is 150 Mbps. i (t) and the source transmission rate a of the VC whose PCR is 25 Mbpsi(t) is shown.
FIG. 14C shows the queue length in the switch SW3, and FIG. 14D shows the switch S.
The queue length in W4 is shown in FIG.
The estimated value of the number of Torneck VCs | Q | avg (t) is shown in FIG.
The estimated value | Q | avg (t) of the number of local bottleneck VCs in FIG. Figure 1
From 4A and FIG. 14B, the actual source transmission rate in the steady state is the own round trip time.
Regardless of delay and bottleneck position, the prescribed theoretical fairness in Table
I know that it will match. The initial transient operation characteristic is r (0) = 0 in all switches.
This is due to the initial conditions of, but this does not occur during normal operation.
is there. In a given simulation scenario, two congestion nodes SW3 and
SW4 exists. As expected, the queue length at the congested node is shown in FIG.
As shown in 4C and FIG. 14D, the target value converges to 250 cells. Where the steady state
In the state, the estimated values at the switches SW3 and SW4 remain at about 9 and 2.
I understand that. This is consistent with the data in Table 3.

【0092】 最後に、ERマーキングとともにRRマーキングを適用するケースに関して説
明する。前記RRマーキングのためのキューの長さ臨界値は、qT=250セル
、qLT=750セル、及びqHT=1000セルで設定する。前記キューの長さ臨
界値の選択は、正常動作条件において、ERマーキングは、漸近的定常最大−最
小フロー制御を保障するための主要な役割をするが、RRマーキングは、キュー
の長さの過渡オーバーシューティングを制限するための付加的な役割をする、と
いうことを予想して行われることである。本発明の実施形態において、VBRバ
ックグラウンドトラヒックを有する同一のパーキングロット構成シナリオが使用
される。前記VBRバックグラウンドトラヒックは、ピークレート、オン周期の
長さ、及びオフ周期の長さが、それぞれ10Mbps、20τmax秒、及び2
0τmax秒である、決定されたオン/オフソースによって生成される。その結
果は、図15A乃至図15Fに示されている。図15A乃至図15Fは、ERマ
ーキング及びVBRバックグラウンドトラヒックを有するパーキングロット構成
におけるシミュレーション結果を示す。図15A及び図15Bは、それぞれPC
Rが150MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)と、PCRが25Mbp
sであるVCのソース伝送率ai(t)と、を示す。図15Cは、スイッチSW3
におけるキューの長さを、図15Dは、スイッチSW4におけるキューの長さを
、図15Eは、スイッチSW3におけるローカルボトルネックVCの個数の推定
値|Q|avg(t)を、図15Fは、スイッチSW4におけるローカルボトルネッ
クVCの個数の推定値|Q|avg(t)を示す。以前の図14A乃至図14Fのケ
ースと比較すると、スイッチSW3におけるABRキューの長さの過渡オーバー
シュートは、6000セルから3200セルへの最大減少で実際に低減した。確
かに、前記利得は、図15A、図15B、及び図15Cから分かるように、 キ
ューの長さ及びソース伝送率の一時的な振動を犠牲にする。また、本発明の実施
形態によるER割り当てアルゴリズムが効果的に制御されることによって、キュ
ーの長さ動作特性が振動モードから漸近モードに回復されることが分かる。
Finally, a case where RR marking is applied together with ER marking will be described. The queue length critical value for the RR marking is set at q T = 250 cells, q LT = 750 cells, and q HT = 1000 cells. The choice of the queue length critical value is such that, under normal operating conditions, the ER marking plays a major role in ensuring asymptotic steady state maximum-minimum flow control, while the RR marking shows the queue length transient. It is expected to play an additional role in limiting overshooting. In an embodiment of the invention, the same parking lot configuration scenario with VBR background traffic is used. The VBR background traffic has a peak rate, an ON period length, and an OFF period length of 10 Mbps, 20τmax seconds, and 2 respectively.
Generated by the determined on / off source, which is 0τ max seconds. The results are shown in FIGS. 15A to 15F. 15A-15F show simulation results for a parking lot configuration with ER marking and VBR background traffic. 15A and 15B respectively show a PC.
The source transmission rate a i (t) of VC with R of 150 Mbps and PCR of 25 Mbps
The source transmission rate a i (t) of the VC, which is s, is shown. FIG. 15C shows the switch SW3.
15D shows the queue length in the switch SW4, FIG. 15E shows the estimated value of the number of local bottlenecks VC in the switch SW3 | Q | avg (t), and FIG. An estimated value | Q | avg (t) of the number of local bottleneck VCs in SW4 is shown. Compared to the previous case of FIGS. 14A-14F, the transient overshoot of ABR queue length in switch SW3 was actually reduced with a maximum reduction from 6000 cells to 3200 cells. Indeed, the gain comes at the cost of temporary oscillations in queue length and source transmission, as can be seen in Figures 15A, 15B, and 15C. Also, it can be seen that the effective control of the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention restores the queue length behavior characteristic from the vibration mode to the asymptotic mode.

【0093】 一方、前記本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に挙げて説明してきたが
、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは勿論である。従って、
本発明の範囲は前記実施形態によって限られてはいけなく、特許請求の範囲とそ
れに均等なものによって定められるべきである。
On the other hand, in the detailed description of the present invention, the specific embodiments have been described, but it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the present invention. Therefore,
The scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.

【0094】[0094]

【発明の効果】【The invention's effect】

前述してきたように、本発明の実施形態によるER割り当てアルゴリズムは、
(1)ABR閉ループの往復時間遅延と関係なく、最大リンク利用度及び最小セル
損失を保障し、(2)ABRキューの漸近的な安定性を保障することによって、A
BRキューのサイズ要求を最小化し、(3)各使用者に可用帯域幅の公平な共有を
保障することによって、ATMフォーラム標準案に基づいた最大−最小公平性を
保障し、(4)ABR使用者の数の変化及びABR帯域幅の変化のような通信ネッ
トワーク環境の変化に迅速に反応し、(5)EFCIマーキング、RRマーキング
、及びERマーキングを含む全ての機能をATMフォーラムトラヒック管理標準
案で指定する通りに提供し、(6)漸近的な安定化動作点が存在することによって
、高い利用性、低いセル損失、及び最大−最小公平率割り当てを達成し、(7)多
数時間スケールの時、つまり、VBR及びABR VCのセルレベル率の変更の
時及びVBR及びABR VCのセルレベル到着及び出発の時に、ネットワーク
負荷変更に対して高い応答性及び過渡制御性能を達成し、(8)前記アルゴリズム
を計算するために必要な動作の数を最小化し、(9)VC別のキューイング、VC
別の計算、及びVC別のテーブルアクセスを含むVC別の動作を実際除去するこ
とによって、具現の複雑度の低減及び拡張性を達成するという長所がある。
As described above, the ER allocation algorithm according to the embodiment of the present invention is
By (1) ensuring maximum link utilization and minimum cell loss, regardless of ABR closed-loop round-trip time delay, and (2) ensuring asymptotic stability of the ABR queue,
(3) Maximum-minimum fairness based on the ATM Forum standard proposal is guaranteed by minimizing the size requirement of the BR queue and (3) ensuring fair sharing of available bandwidth among users, and (4) using ABR. Respond quickly to changes in the communication network environment, such as changes in the number of people and changes in ABR bandwidth, and (5) All functions including EFCI marking, RR marking, and ER marking are proposed by the ATM Forum traffic management standard proposal. Provide as specified, (6) achieve high availability, low cell loss, and maximum-minimum fair share allocation due to the presence of asymptotic stabilizing operating points, and (7) on multiple timescales. , That is, high response to changes in network load at VBR and ABR VC cell level rate changes and at VBR and ABR VC cell level arrivals and departures And to achieve transient control performance, (8) to minimize the number of operations required to compute the algorithm, (9) VC different queuing, VC
There is the advantage of achieving a reduction in implementation complexity and scalability by actually eliminating VC-specific operations, including separate calculations and VC-specific table accesses.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 ABRサービスを提供するネットワーク構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a network configuration for providing an ABR service.

【図2】 RMセル内のフィールドを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing fields in an RM cell.

【図3】 入出力カードに連結された入出力ポートを有するABRサービス
のためのスイッチファブリックを示す構成図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a switch fabric for an ABR service having an input / output port connected to an input / output card.

【図4】 図3の入出力カードの詳細ブロック図である。FIG. 4 is a detailed block diagram of the input / output card of FIG.

【図5】 本発明の実施形態によるABRサービスエンジンのブロック図で
ある。
FIG. 5 is a block diagram of an ABR service engine according to an embodiment of the present invention.

【図6】 興味のあるノードを有するネットワークモデルを示す図である。FIG. 6 shows a network model with nodes of interest.

【図7】 本発明の実施形態によるU及びVに関する安定領域を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a graph showing stable regions for U and V according to an embodiment of the present invention.

【図8】 関数U及びVにおける漸近的な減衰率αを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing asymptotic attenuation rates α in functions U and V.

【図9】 ERマーキング及びRRマーキングに対するキューの長さ臨界値
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing queue length critical values for ER marking and RR marking.

【図10】 ピアツーピア構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a peer-to-peer configuration.

【図11】 ERマーキングのみを有し、VBRバックグラウンドトラヒッ
クは有しないピアツーピア構成におけるシミュレーション結果を示し、図11A
は、PCRが150MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)を、図11Bは
、PCRが25MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)を、図11Cは、ス
イッチSW1におけるキューの長さを、図11Dは、スイッチSW1におけるロ
ーカルボトルネックVCの個数推定値である|Q|avg(t)を示す。
11 shows simulation results in a peer-to-peer configuration with only ER marking and no VBR background traffic, FIG.
Shows the source transmission rate a i (t) of a VC with a PCR of 150 Mbps, FIG. 11B shows the source transmission rate a i (t) of a VC with a PCR of 25 Mbps, and FIG. 11C shows the queue length in the switch SW1. 11D shows | Q | avg (t) which is the estimated number of local bottlenecks VC in the switch SW1.

【図12】 ERマーキング及びVBRバックグラウンドトラヒックを有す
るピアツーピア構成におけるシミュレーション結果を示し、図12Aは、PCR
が150MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)を、図12Bは、PCRが
25MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)を、図12Cは、スイッチSW
1におけるキューの長さを、図12Dは、スイッチSW1におけるローカルボト
ルネックVCの個数推定値である|Q|avg(t)を示す。
FIG. 12 shows simulation results in a peer-to-peer configuration with ER marking and VBR background traffic, and FIG. 12A shows PCR.
VC source transmission rate a i (t) of but a 150Mbps, FIG. 12B, the source rate of a VC PCR is 25 Mbps a i a (t), FIG. 12C, the switch SW
12D shows the queue length for the switch SW1, and | Q | avg (t), which is the estimated number of local bottlenecks VC in the switch SW1.

【図13】 パーキングロット構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a parking lot.

【図14】 ERマーキングのみを有し、VBRバックグラウンドトラヒッ
クは有しないパーキングロット構成におけるシミュレーション結果を示し、図1
4Aは、PCRが150MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)を、図14
Bは、PCRが25MbpsであるVCのソース 伝送率ai(t)を、図14Cは
、スイッチSW3におけるキューの長さを、図14Dは、スイッチSW4におけ
るキューの長さを、図14Eは、スイッチSW3におけるローカルボトルネック
VCの個数の推定値|Q|avg(t)を、図14Fは、スイッチSW4におけるロ
ーカルボトルネックVCの個数の推定値|Q|avg(t)を示す。
FIG. 14 shows simulation results for a parking lot configuration with only ER marking and no VBR background traffic, and FIG.
4A shows the source transmission rate a i (t) of a VC whose PCR is 150 Mbps as shown in FIG.
B is the source transmission rate a i (t) of the VC whose PCR is 25 Mbps, FIG. 14C is the queue length of the switch SW3, FIG. 14D is the queue length of the switch SW4, and FIG. FIG. 14F shows an estimated value | Q | avg (t) of the number of local bottlenecks VC in the switch SW3, and FIG. 14F shows an estimated value | Q | avg (t) of the number of local bottlenecks VC in the switch SW4.

【図15】 ERマーキング及びVBRバックグラウンドトラヒックを有す
るパーキングロット構成におけるシミュレーション結果を示し、図15Aは、P
CRが150MbpsであるVCのソース伝送率ai(t)を、図15Bは、PC
Rが25MbpsであるVCのソース 伝送率ai(t)を、図15Cは、スイッチ
SW3におけるキューの長さを、図15Dは、スイッチSW4におけるキューの
長さを、図15Eは、スイッチSW3におけるローカルボトルネックVCの個数
の推定値|Q|avg(t)を、図15Fは、スイッチSW4におけるローカルボト
ルネックVCの個数の推定値|Q|avg(t)を示す。
FIG. 15 shows simulation results for a parking lot configuration with ER marking and VBR background traffic, FIG.
The source transmission rate a i (t) of a VC whose CR is 150 Mbps is shown in FIG.
The source transmission rate a i (t) of a VC whose R is 25 Mbps, FIG. 15C shows the queue length in the switch SW3, FIG. 15D shows the queue length in the switch SW4, and FIG. 15E shows the queue length in the switch SW3. FIG. 15F shows the estimated value | Q | avg (t) of the number of local bottleneck VCs, and FIG. 15F shows the estimated value | Q | avg (t) of the number of local bottleneck VCs in the switch SW4.

【図16】 本発明の実施形態によるABRサービスエンジンにおけるER
割り当て制御動作を示すフローチャートである。
FIG. 16 is an ER in an ABR service engine according to an embodiment of the present invention.
It is a flowchart which shows allocation control operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ネットワーク 4、6、8、10 ノード(または、スイッチ) 12 ソースA 14 ソースC 16 ソースB 18 ソースD 20 スイッチファブリック 22 入出力ポートカード 30 入出力バッファ管理部 32 ABRサービスエンジン 34 出力インターフェース 36 ABRキュー 40 EFCIマーキング部 42 │Q│推定部 44 ER計算部 46 平均キュー計算部 48 逆方向RMセル書込み部 50 ソースi 52 ソースj 54 VCi 56 VCj   2 network   4, 6, 8, 10 nodes (or switches)   12 Source A   14 Source C   16 Source B   18 Source D   20 switch fabric   22 I / O port card   30 I / O buffer management unit   32 ABR Service Engine   34 Output interface   36 ABR queue   40 EFCI marking section   42 | Q | Estimator   44 ER calculator   46 Average queue calculator   48 Reverse direction RM cell writing unit   50 Source i   52 Source j   54 VCi   56 VCj

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれデータを伝送/受信する複数のソースに連結される
複数のノードと、明示率エンジンと、現在のキューの長さ及び目標のキューの長
さに関連して、前記ソースから受信されたデータを貯蔵するデータキューと、を
有するパケット交換ネットワークにおける公平なフロー制御方法において、 第1信号及び第2信号を生成する過程と、 前記ソースの1つにおける前記第1信号に応答して、前記明示率エンジンによ
って明示率を周期的に更新する過程と、 前記ソースの1つに正方向セルが到着すると、前記明示率エンジンから前記更
新された明示率を基にしてローカルボトルネック仮想回線の個数(|Q|)を推定す
る過程と、 前記第2信号に応答して、前記ノードの現在のキューの長さと目標のキューの
長さとの差と、前記推定されたローカルボトルネック仮想回線の個数(|Q|)と、
前記現在のキューの長さの微分値と、を基にして新しい明示率を決定する過程と
、 前記ソースの1つで逆方向セルの到着が検出されると、前記検出された逆方向
セルの明示率フィールド内に新しい明示率を書き込む過程と、 からなることを特徴とする方法。
1. A plurality of nodes each coupled to a plurality of sources for transmitting / receiving data, an explicit rate engine, and a source and a queue in relation to a current queue length and a target queue length. A fair flow control method in a packet switched network having a data queue for storing received data, the method comprising: generating a first signal and a second signal; and responding to the first signal at one of the sources. And periodically updating the explicit rate by the explicit rate engine, and when a forward direction cell arrives at one of the sources, a local bottleneck virtual based on the updated explicit rate from the explicit rate engine. Estimating the number of lines (| Q |); and, in response to the second signal, a difference between a current queue length of the node and a target queue length, and the estimation Has been the local bottleneck the number of virtual circuits and, (| | Q)
Determining a new explicit rate based on the current derivative of the queue length; and when a reverse cell arrival is detected at one of the sources, the detected reverse cell Writing a new explicit rate in the explicit rate field, and comprising :.
【請求項2】 前記ソースの1つで逆方向セルの到着が検出されると、前記
逆方向セルからMCR(Minimum Cell Rate)を検索する過程をさらに備えること
を特徴とする請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, further comprising the step of retrieving an MCR (Minimum Cell Rate) from the reverse cell when the arrival of the reverse cell is detected at one of the sources. Method.
【請求項3】 前記逆方向セルの明示率フィールドに前記新しい明示率を書
き込む過程において、 前記逆方向セルの明示率と、前記新しく決定された明示率と前記逆方向セルの
MCRとの和と、を比較する過程と、 前記和が前記逆方向セルから検索された明示率より小さい場合は、前記逆方向
セルの明示率フィールドに前記新しい明示率を書き込む過程と、を備えることを
特徴とする請求項1記載の方法。
3. In the process of writing the new explicit rate in the explicit rate field of the reverse cell, the explicit rate of the reverse cell and the sum of the newly determined explicit rate and the MCR of the reverse cell. , And writing the new explicit rate in the explicit rate field of the backward cell if the sum is less than the explicit rate retrieved from the backward cell. The method of claim 1.
【請求項4】 前記ローカルボトルネックVC(Virtual Circuit)の個数は
、CCRと前記逆方向セルのMCR(Minimum Cell Rate)との差と、前記明示率
エンジンから受信された更新明示率と、を比較することによって推定されること
を特徴とする請求項1記載の方法。
4. The number of local bottleneck VCs (Virtual Circuits) is defined by a difference between CCR and MCR (Minimum Cell Rate) of the reverse cell and an update explicit rate received from the explicit rate engine. The method of claim 1, wherein the method is estimated by comparing.
【請求項5】 前記CCRとMCRとの差が前記更新された明示率より大き
いか同一である場合、前記ローカルボトルネックVCの個数が推定されることを
特徴とする請求項4記載の方法。
5. The method of claim 4, wherein the number of local bottleneck VCs is estimated if the difference between the CCR and MCR is greater than or equal to the updated explicit rate.
【請求項6】 前記正方向セル及び逆方向セルは、資源管理セルから構成さ
れることを特徴とする請求項1記載の方法。
6. The method of claim 1, wherein the forward and reverse cells comprise resource management cells.
【請求項7】 前記明示率エンジンによって更新された明示率は、所定の時
間間隔で決定されることを特徴とする請求項1記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the explicit rate updated by the explicit rate engine is determined at predetermined time intervals.
【請求項8】 データセルが検出されると、前記ソースの1つに混雑が発生
するか否かを判断する過程と、 前記混雑が検出されると、第1混雑信号または第2混雑信号を伝送する過程と
、をさらに備え、前記第2混雑信号は実際により混雑した状態を示すことを特徴
とする請求項1記載の方法。
8. A process of determining whether congestion occurs in one of the sources when a data cell is detected, and a first congestion signal or a second congestion signal when the congestion is detected. The method of claim 1, further comprising the step of transmitting, the second congestion signal indicating a more congested condition.
【請求項9】 前記逆方向セルのRR(Relative Rate)を制御する過程をさ
らに備え、前記RRは前記第1信号及び第2信号によって定義されることを特徴
とする請求項8記載の方法。
9. The method of claim 8, further comprising controlling an RR (Relative Rate) of the reverse cell, wherein the RR is defined by the first signal and the second signal.
【請求項10】 前記ノードの現在のキューの長さと目標のキューの長さと
の差が低い所定の臨界値を超過すると、前記第1信号が伝送され、前記ノードの
現在のキューの長さと目標のキューの長さとの差が高い所定の臨界値を超過する
と、前記第2信号が伝送されることを特徴とする請求項8記載の方法。
10. The first signal is transmitted when the difference between the current queue length of the node and the target queue length exceeds a low predetermined threshold value, and the current queue length and target of the node are transmitted. 9. The method according to claim 8, characterized in that the second signal is transmitted when the difference between the queue length and the queue length exceeds a predetermined threshold value.
【請求項11】 CCRと前記逆方向セルから検出されたMCRとの差が前
記明示率エンジンから伝送された前記更新された明示率より小さい場合、前記ボ
トルネック仮想回線の個数(|Q|)が決定されることを特徴とする請求項1記載の
方法。
11. The number of bottleneck virtual circuits (| Q |) if the difference between the CCR and the MCR detected from the reverse cell is less than the updated explicit rate transmitted from the explicit rate engine. The method of claim 1, wherein is determined.
【請求項12】 前記新しい明示率は、前記第2信号に応答して、以前明示
率から、(((平均のキューの長さ−以前平均のキューの長さ)×第1利得)÷推定
値|Q|)+((平均のキューの長さ−目標のキューの長さ)×((第2利得×第2信号
区間)÷計算値|Q|))を引くことによって計算されることを特徴とする請求項3
記載の方法。
12. The new explicit rate is estimated from (((average queue length−previous average queue length) × first gain) ÷ (estimated) from the previous explicit rate in response to the second signal. Value | Q |) + ((average queue length-target queue length) x ((second gain x second signal section) / calculated value | Q |)) 4. The method according to claim 3,
The method described.
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