KR100633024B1

KR100633024B1 - Improved csfq queueing method in a high speed network, and edge router using thereof

Info

Publication number: KR100633024B1
Application number: KR1020040063974A
Authority: KR
Inventors: 임승옥; 정광모
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-10-11
Also published as: KR20060015127A

Abstract

본 발명은 고속 네트워크의 에지 라우터에서 개선된 CSFQ　큐잉 방법에 관한 것으로서, 각 플로우별로 유입되는 패킷의 도착률을 미리 지정된 간격(n, n≥2)으로 계산하는 단계와, 상기 도착률 계산 단계에서 계산된 도착률을 상기 간격 동안에 유입되는 패킷에 레이블링하는 단계와, 출력 링크에 대한 공정 점유율을 계산하는 단계와, 상기 유입되는 패킷에 레이블링된 도착률 및 상기 공정 점유율에 기초하여 상기 유입되는 패킷을 확률적으로 폐기하는 단계와, 상기 폐기 단계에서 폐기되지 않은 패킷을 출력 큐에 저장하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 에지 라우터의 CSFQ 계산량을 저감함으로써, 에지 라우터의 패킷 처리량을 증가시키고, 다량의 패킷 유입되더라도 병목 현상을 방지할 수 있다.The present invention relates to an improved CSFQ queuing method in an edge router of a high-speed network, comprising: calculating arrival rates of incoming packets for each flow at a predetermined interval (n, n≥2), and calculating the arrival rate calculation step; Labeling the arrival rate on incoming packets during the interval, calculating a fair share for the output link, and probabilistically discarding the incoming packet based on the arrival rate labeled on the incoming packet and the fair share And storing packets not discarded in the discarding step in an output queue. According to the present invention, by reducing the CSFQ calculation amount of the edge router, it is possible to increase the packet throughput of the edge router, and to prevent bottlenecks even when a large amount of packets are introduced.

CSFQ, WFQ, 큐잉, QUEUEING, 라우터, 에지, 코어, 도착률, per-flowCSFQ, WFQ, Queuing, QUEUEING, Router, Edge, Core, Arrival, Per-flow

Description

IMPROVED CSFQ QUEUEING METHOD IN A HIGH SPEED NETWORK, AND EDGE ROUTER USING THEREOF}

도 1은 일반적인 CSFQ 네트워크 구성의 예시도.1 is an exemplary diagram of a general CSFQ network configuration.

도 2는 종래의 CSFQ의 에지 라우터와 코어 라우터의 구성도.2 is a configuration diagram of an edge router and a core router of a conventional CSFQ.

도 3은 종래의 CSFQ 동작 흐름도.3 is a flowchart of a conventional CSFQ operation.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CR-CSFQ 동작 흐름도.4 is a flowchart illustrating a CR-CSFQ operation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 종래의 패킷 도착률 계산 방법의 예시도.5 is an exemplary diagram of a conventional packet arrival rate calculation method.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 간격(interval)이 2인 경우에 평균적 패킷 도착률 계산 방법의 예시도.6 is an exemplary diagram of a method for calculating an average packet arrival rate when an interval is 2, according to an embodiment of the present invention.

도 7은 평균 도착률 계산 간격 동안 패킷 길이 변화가 심할 경우에 발생하는 오류의 예시도.7 is an illustration of an error that occurs when the packet length change is severe during the average arrival rate calculation interval.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 패킷 길이 변화에 따른 도착률 계산 방법의 예시도.8 is an exemplary view illustrating a method of calculating an arrival rate according to a change in packet length according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 고속 네트워크의 라우터에서 패킷 큐잉 방법에 관한 것으로서, 특히 고속 네트워크에서 개선된 CSFQ　큐잉 방법 및 이를 이용한 에지 라우터에 관한 것이다.The present invention relates to a packet queuing method in a router of a high speed network, and more particularly to an improved CSFQ queuing method in a high speed network and an edge router using the same.

지난 수년간 인터넷 사용자가 기하급수적으로 증가하고 있으며, 그 응용 분야도 스트리밍, 주문형 비디오(VOD; Video-on-Demand), VoIP 등으로 확대되어 대규모의 트래픽 증가를 초래하였다. 이에 따라, 인터넷 망의 대역폭 확대 요구에 더하여, 전송 신뢰성, 실시간성 등과 같은 서비스 품질(QoS; Quality of Service, 이하 "QoS"라 함)의 관리 기술에 대한 요구가 증대하고 있다.Internet users have grown exponentially over the past few years, and their applications have also expanded to streaming, video on demand (VOD), and VoIP, resulting in massive traffic growth. Accordingly, in addition to the bandwidth expansion demand of the Internet network, there is an increasing demand for a management technology of Quality of Service (QoS), such as transmission reliability and real time.

종단 사용자간의 서비스 QoS는 단말, 링크, 스위치, 라우터와 같은 네트워크 장치의 지연 및 처리량(Throughput) 등에 의해 복합적으로 영향을 받게 되므로, 종단간(end-to-end) QoS 보장형 서비스를 지원하기 위해서는 이들 QoS 요소 변수들을 제어할 수 있는 네트워크 서비스 측면의 제어 메커니즘이 필요하다. 예를 들면, 망에서 실시간 서비스를 지원하기 위해서는 요구되는 자원을 미리 예약하거나, 네트워크 내의 트래픽 부하를 반영하여 라우터의 큐잉 기능을 적절히 설정하거나, 혹은 설정된 트래픽 특성이 제대로 운영되는지를 모니터링하는 기능 등이 이에 해당한다. 이와 같이 네트워크 서비스 레벨에서 사용자의 QoS 보장을 위한 기술이 바로 QoS 관리 기술로 정의할 수 있다.Service QoS between end users is complexly affected by delay and throughput of network devices such as terminals, links, switches, and routers. Therefore, to support end-to-end QoS guaranteed services, There is a need for a control mechanism in terms of network services that can control QoS element variables. For example, in order to support real-time services in a network, a function such as reserving required resources in advance, properly setting a router's queuing function to reflect the traffic load in the network, or monitoring whether or not the set traffic characteristics are operating properly This corresponds. As such, a technology for guaranteeing QoS of a user at a network service level may be defined as a QoS management technology.

한편, 큐잉(Queuing)은 QoS 관리의 일종인 패킷 스케줄링을 위한 라우터의 핵심 기능으로서, 프레임들이 입력 프로세스를 거쳐 패킷으로 합쳐지고 무결성을 검사 받은 뒤 포워딩 프로세스에 의해 출력될 인터페이스가 결정되고 출력 프로세 스에 의해 다시 프레임화 되어 후속 라우터로 전달되는 과정을 포함한다. 큐 관리(Queue Management)는 전술한 과정에서 프로세스간의 연결 역할을 한다. Queuing is a core function of a router for packet scheduling, which is a type of QoS management, in which frames to be merged into packets through an input process, checked for integrity, and then an interface to be output by the forwarding process is determined. It is then framed back by the bus and forwarded to subsequent routers. Queue management serves as a connection between processes in the above process.

종래의 가중형 공정 큐잉(WFQ; Weighted Fair Queueing, 이하 "WFQ"라 함) 및 이를 변형한 큐잉 방식은 소량의 트래픽이 대량의 트래픽에 의해서 피해를 보지 않도록 플로우(flow)별로 큐를 두어 트래픽을 조절하는 공정성 측면과 특정 기준에 따라 가중치(Weight)를 정하고 이에 따라 같은 양의 트래픽을 가진 플로우 간에도 차별을 두는 가중치 측면을 복합적으로 적용함으로써, 공정 대역폭 점유(fair bandwidth sharing)를 구현하는 데 상당한 장점을 지닌 메커니즘으로 인식되고 있다. 한편, DRR (Deficit Round Robin)방식은 WFQ 큐일 방식을 효과적으로 구현할 수 있는 대표적인 방법 중의 하나이다.Conventional weighted fair queuing (WFQ) and its modified queuing method regulates traffic by placing a queue on a flow-by-flow basis so that a small amount of traffic is not damaged by a large amount of traffic. By applying a combination of fairness aspects and weights that discriminate between flows with the same amount of traffic according to a certain criterion, a significant advantage in realizing fair bandwidth sharing is achieved. It is recognized as a mechanism. Meanwhile, the DRR (Deficit Round Robin) method is one of the representative methods for effectively implementing the WFQ queue method.

그러나, 전술한 WFQ 방식을 포함한 공정 큐잉(Fair Queueing) 방식은 일반적으로 실제 구현하기에는 너무나 복잡한 방식으로 알려져 있으며, 더욱이 플로우 분류(flow classification)와 플로우별(per-flow, 이하 "per-flow"라 함) 상태 관리가 요구된다. 즉, 모든 입력 패킷은 각각 할당된 큐로 분류되어야 하며, per-flow 상태 예약은 자원예약 프로토콜(RSVP; ReSource reserVation Protocol)과 같은 시그널링 프로토콜을 통하여 수행되어야 하고, 패킷 전송을 위한 스케쥴링 과정에서 사용되어야 한다. However, the fair queuing method including the above-described WFQ method is generally known to be too complicated to be implemented in practice, and furthermore, flow classification and per-flow (“per-flow”) are referred to. State management is required. That is, all input packets should be classified into their assigned queues, and the per-flow status reservation should be performed through a signaling protocol such as Resource reserVation Protocol (RSVP) and used in the scheduling process for packet transmission. .

이를 해결하고자, WFQ와 같은 동작을 per-flow 상태 관리 없이 유사하게 구현할 수 있는 방법의 하나로서, 코어 무상태 공정 큐잉(CSFQ; Core Stateless Fair Queueing, 이하 "CSFQ"라 함)이 제안되어 있다. CSFQ는 에지 라우터에서 per flow 관리를 수행하고 코어 라우터에서는 per flow 관리를 수행하지 않으며, 비록 아주 정확한 공정 대역폭 점유(fair bandwidth sharing)는 아니더라도 간단하고 확장 가능한 접근 방식에 의해 전술한 기능을 제공할 수 있다. To solve this problem, core stateless fair queuing (CSFQ) (hereinafter referred to as "CSFQ") has been proposed as one of methods for similarly implementing an operation such as WFQ without per-flow state management. CSFQ does per flow management on edge routers and does not perform per flow management on core routers, and even though it is not very accurate fair bandwidth sharing, it can provide the functionality described above by a simple and scalable approach. have.

즉, CSFQ는 코어 라우터에서 per-flow 상태를 요구하지 않고 공정 대역폭(fair bandwidth) 할당을 근사화(approximation)할 수 있는 구조이다. CSFQ 방식에 따르면, per-flow 상태의 관리는 에지 라우터에서 담당하고 그 정보를 각 패킷의 헤더에 포함시켜서 코어 라우터로 전달한다. That is, CSFQ is a structure that can approximate fair bandwidth allocation without requiring a per-flow state in the core router. According to the CSFQ method, the per-flow state is managed by the edge router and the information is included in the header of each packet and transmitted to the core router.

도 1은 일반적인 CSFQ의 네트워크 구성을 예시하고 있으며, 예컨대 액세스 네트워크와 코어 네트워크를 연결하는 에지 라우터(또는 에지 노드)(E)와, 코어 네트워크 내의 에지 라우터(E)를 연결하여 네트워크 도메인을 형성하는 코어 라우터(또는 코어 노드)(C)로 구성되어 있다.1 illustrates a network configuration of a general CSFQ. For example, an edge router (or edge node) E connecting an access network and a core network and an edge router E in a core network form a network domain. A core router (or core node) C is comprised.

도 2는 종래의 CSFQ의 에지 라우터 및 코어 라우터의 구성을 예시하고 있으며, 도 3은 도 2의 에지 라우터 및 코어 라우터에서 CSFQ 동작 흐름을 도시한 것이다. Figure 2 illustrates the configuration of the edge router and core router of the conventional CSFQ, Figure 3 illustrates the CSFQ operation flow in the edge router and core router of FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 에지 라우터(E)에 각 입력 인터페이스(도시되지 않음)별로 유입(ingress)되면(S310), 플로우 도착률 계산부(110₁, …, 110_n)가 각 플로우(Flow 1, …, Flow n)의 도착률(r)을 계산하여 레이블로서 패킷에 부착한다(S330). 상기 각 플로우 도착률 계산부(110₁, …, 110_n)로부터 출력되는 패킷은 패킷 처리부(120)로 입력되고, 공정 점유율 계산부(Fair Share Estimation)(130)는 패킷 처리부(120)로부터의 패킷 도착 정보에 따라 출력 링크에 대한 공정 점유율(fair share, 이하 "fair share"라 함)(f)을 계산한다. 만약, 각 플로우별로 패킷의 도착률이 전술한 공정 점유율을 초과하면 패킷 처리부(120)는 전술한 패킷 레이블의 도착률과 공정 점유율에 기초하여 패킷을 확률적으로 폐기한다(S340). 추가로, 패킷 처리부(120)는 FIFO 출력 큐(140)로 포워딩하는 패킷의 레이블(r)을 min(r, f)로 업데이트하여, 코어 라우터의 패킷 처리시에 업데이트된 도착률 정보를 이용할 수 있도록 구성될 수 있다.2 and 3, the in the edge router (E) (not shown), each input interface for each incoming (ingress) when (S310), the flow arrival rate calculating unit _{_{(110 1, ..., 110 n}} ) for each flow ( The arrival rate r of Flow 1, ..., Flow n) is calculated and attached to the packet as a label (S330). The packets output from the flow arrival rate calculators 110 ₁ ,..., 110 _n are input to the packet processor 120, and the fair share estimate 130 is a packet from the packet processor 120. The fair share (hereinafter referred to as "fair share") f for the output link is calculated according to the arrival information. If the arrival rate of the packet for each flow exceeds the aforementioned process occupancy, the packet processor 120 probabilistically discards the packet based on the arrival rate and the process occupancy rate of the packet label described above (S340). In addition, the packet processor 120 updates the label r of the packet forwarded to the FIFO output queue 140 to min (r, f) so that the updated arrival rate information can be used when processing the packet of the core router. Can be configured.

패킷 처리부(120)에서 폐기되지 않고 포워딩되는 패킷은 FIFO 큐(130)에 저장되며, FIFO 큐(140)에 저장된 패킷은 순서대로 출력 인터페이스(도시되지 않음)를 통해 출력된다.Packets forwarded without being discarded by the packet processor 120 are stored in the FIFO queue 130, and the packets stored in the FIFO queue 140 are sequentially output through an output interface (not shown).

코어 라우터(C)는 전술한 플로우 도착률 계산부(110₁, …, 110_n)를 구비하지 않으며, 패킷 처리부(120), 공정 점유 계산부(130), FIFO 큐(140) 등은 에지 라우터와 동일하거나 유사하게 구비하고 있다. 즉, 도 3에서, 유입된 패킷을 처리하는 라우터가 코어 라우터(E)인 경우에는(S320), 각 패킷별 도착률 계산 및 레이블 부착 단계(S330)는 수행되지 않으며, 패킷의 확률적 폐기 단계(S340)는 에지 라우터 및 코어 라우터에서 공통으로 수행된다.The core router C does not include the above-described flow arrival rate calculators 110 ₁ ,..., 110 _n , and the packet processor 120, the process occupancy calculator 130, the FIFO queue 140, and the like, are connected to the edge router. Equally or similarly equipped. That is, in FIG. 3, when the router for processing the incoming packet is the core router E (S320), the arrival rate calculation and labeling step S330 for each packet is not performed, and the stochastic discarding step of the packet ( S340 is performed in common at the edge router and the core router.

한편, 전술한 단계(S330)의 도착률 계산과 관련하여, CSFQ는 지수 평균(exponential averaging)을 이용하여, 입력되는 각 플로우의 도착률(arrival rate)을 측정한다. 예컨대,

와

를 각각 i번째 플로우(flow i)의 k번째 패킷이 도착 하는 시간과 길이라고 가정하면, flow i의 측정된 도착률

는 새로운 패킷이 도착할 때마다 수학식 1에 의하여 새로이 계산된다.On the other hand, in relation to the arrival rate calculation of the above-described step (S330), CSFQ measures the arrival rate (arrival rate) of each input flow using exponential averaging. for example,

Wow

Is the time and length of arrival of the k th packet of the i th flow (flow i), respectively,

Is newly calculated by Equation 1 each time a new packet arrives.

여기서,

이고, K는 상수이다.here,

And K is a constant.

단계(S340)에서 공정 점유율(f)의 계산과 관련하여, FIFO 큐(140)로 포워딩되는 트래픽의 양이 공정 점유율(f)의 단조(monotonic), 비감소(non-decreasing) 함수가 되도록 인터폴레이션 알고리즘에 의하여 계산되며, 공지된 바와 같다. 한편, 패킷 처리부(120)는 예컨대, min(1, f/r)에 의해 계산되는 확률로 각 패킷을 FIFO 큐(130)로 포워딩하며, 이에 따라 패킷의 폐기 확률은 {1-min(1, f/r)}가 된다.Regarding the calculation of the process occupancy f in step S340, interpolation such that the amount of traffic forwarded to the FIFO queue 140 becomes a monotonic, non-decreasing function of the process occupancy f. Calculated by the algorithm, as known. Meanwhile, the packet processing unit 120 forwards each packet to the FIFO queue 130 with a probability calculated by, for example, min (1, f / r), and accordingly, the discard probability of the packet is {1-min (1, f / r)}.

살펴본 바와 같이, CSFQ는 코어 라우터에서의 복잡성은 감소시켰으나, 에지 라우터에서는 여전히 상당한 복잡성을 가지고 있다. 왜냐하면, CSFQ는 에지 라우터에서 각 패킷마다 도착률을 구하기 위해 지수 평균 방법을 사용하고 있는데, 이 방법은 상당한 계산상의 복잡성을 가지고 있는 연산이므로 많은 양의 패킷이 고속으로 유입될 경우 병목현상이 초래될 위험이 있다. As we have seen, CSFQ has reduced the complexity in the core router, but still has considerable complexity in the edge router. Because CSFQ uses the exponential averaging method to find the arrival rate of each packet at the edge router, it is a computational operation with considerable computational complexity, so it is a bottleneck if a large amount of packets are introduced at high speed. There is this.

또한, 상대적으로 복잡한 계산을 에지 라우터로 전가하고 있기 때문에, 코어 라우터의 구성은 상대적으로 간단해졌지만 에지 라우터는 여전히 처리 부담을 지게 된다. 더욱이, 네트워크 속도가 향상됨에 따라 에지 라우터에서도 고속의 패킷 처리가 요구되므로, 에지 라우터의 계산량 축소가 절실히 요구되고 있다. In addition, because of the relatively complex computation being passed to the edge routers, the configuration of the core routers is relatively simple, but the edge routers are still burdened with processing. In addition, as the network speed is improved, high speed packet processing is required in the edge router, and thus, the amount of computation of the edge router is urgently required.

전술한 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명은 CSFQ 방식에서 에지 라우터의 계산량을 저감함으로써, 에지 라우터의 패킷 처리량을 증가시키고, 다량의 패킷 유입되더라도 병목 현상을 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.In order to improve the above-described problem, an object of the present invention is to reduce the throughput of the edge router in the CSFQ scheme, thereby increasing the packet throughput of the edge router, and to prevent bottlenecks even when a large amount of packets are introduced.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 패킷 네트워크의 에지 라우터에서 플로우별로 패킷을 CSFQ 큐잉하는 방법이 제공되며, 각 플로우별로 유입되는 패킷의 도착률을 미리 지정된 간격(n, n≥2)으로 계산하는 단계와, 상기 도착률 계산 단계에서 계산된 도착률을 상기 간격 동안에 유입되는 패킷에 레이블링하는 단계와, 출력 링크에 대한 공정 점유율을 계산하는 단계와, 상기 유입되는 패킷에 레이블링된 도착률 및 상기 공정 점유율에 기초하여 상기 유입되는 패킷을 확률적으로 폐기하는 단계와, 상기 폐기 단계에서 폐기되지 않은 패킷을 출력 큐에 저장하는 단계를 포함한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for CSFQ queuing a packet for each flow in an edge router of a packet network, and calculating the arrival rate of the incoming packet for each flow at a predetermined interval (n, n≥2). Labeling the arrival rate calculated in the arrival rate calculation step with the incoming packet during the interval, calculating the process occupancy rate for the output link, based on the arrival rate labeled with the incoming packet and the process occupancy rate; Probabilistically discarding the incoming packet, and storing packets not discarded in the discarding step in an output queue.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 고속 네트워크의 에지 노드 및 코어 노드에서 패킷을 CSFQ 큐잉하는 방법이 제공된다. 에지 노드는 각 플로우별로 유입되는 패킷의 도착률을 미리 지정된 간격(n, n≥2)으로 계산하는 단계와, 상기 도착률 계산 단계에서 계산된 도착률을 상기 간격 동안에 유입되는 패킷에 레이블링하는 단계를 수행한다. 또한, 에지 노드 및 코어 노드는 출력 링크에 대한 공정 점유율을 계산하는 단계와, 유입되는 패킷에 레이블링된 도착률 및 상기 공정 점유율에 기초하여 상기 유입되는 패킷을 확률적으로 폐기하는 단계와, 상기 폐기 단계에서 폐기되지 않은 패킷을 출력 큐에 저장하여 출력하는 단계를 공통으로 수행한다.According to a second aspect of the present invention, a method is provided for CSFQ queuing a packet at edge nodes and core nodes in a high speed network. The edge node calculates the arrival rate of the incoming packet for each flow at a predetermined interval (n, n≥2) and labels the incoming packet during the interval with the arrival rate calculated in the arrival rate calculation step. . Further, the edge node and the core node calculate a process occupancy rate for the output link, and probabilistically discard the incoming packet based on the arrival rate and the process occupancy labeled on the incoming packet, and the discarding step. In step A, packets not discarded are stored in the output queue and outputted in common.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 고속 패킷 네트워크에서 유입 패킷을 CSFQ 큐잉하는 에지 라우터가 제공되며, 각 플로우별로 유입되는 패킷의 도착률을 미리 지정된 간격으로 계산하고 그 계산된 도착률을 상기 미리 지정된 간격 동안에 유입되는 패킷에 레이블링하는 도착률계산 및 레이블링부와, 출력 링크에 대한 공정 점유율을 계산하는 공정점유율 계산부와, 상기 도착률계산 및 레이블링부로부터 출력되는 패킷을 그 패킷에 레이블링된 도착률 및 상기 공정 점유율에 기초하여 확률적으로 폐기하는 패킷 처리부와, 상기 패킷 처리부에서 폐기되지 않은 패킷을 저장하고, 출력 링크로 출력하는 출력 큐를 포함한다.According to a third aspect of the present invention, there is provided an edge router for CSFQ queuing incoming packets in a high speed packet network, wherein the arrival rates of incoming packets for each flow are calculated at predetermined intervals and the calculated arrival rates during the predetermined intervals. An arrival rate calculation and labeling unit for labeling an incoming packet, a process share calculation unit for calculating a process share for the output link, and a packet outputted from the arrival rate calculation and labeling unit for the arrival rate labeled with the packet and the process share And a packet processing unit for probabilistically discarding based on the packet, and an output queue for storing packets not discarded by the packet processing unit and outputting the packets to the output link.

이 때, 상기 도착률은 상기 미리 지정된 간격 동안의 평균 패킷 도착률일 수 있다. 또한, 상기 도착률계산 및 레이블링부는 미리 지정된 범위를 이탈하는 크기의 패킷이 입력되면 패킷 도착률을 계산하고, 상기 미리 지정된 범위를 이탈하는 크기의 패킷으로부터 상기 미리 지정된 간격을 재계산할 수 있다. In this case, the arrival rate may be an average packet arrival rate during the predetermined interval. The arrival rate calculating and labeling unit may calculate a packet arrival rate when a packet having a size out of a predetermined range is input, and recalculate the predetermined interval from a packet having a size out of the predetermined range.

한편, 본 발명에 따라 개선된 CSFQ 방식을 CR-CSFQ(Complexity Reduced-CSFQ)라 칭하며, CR-CSFQ 방식의 에지 라우터는 평균(normalized) 패킷 도착률 계산부와, 패킷 길이 변화에 따른 도착률 계산 간격(interval) 조정부를 구비할 수 있다.Meanwhile, the improved CSFQ scheme according to the present invention is called a CR-CSFQ (Complexity Reduced-CSFQ), and the edge router of the CR-CSFQ scheme includes a normalized packet arrival rate calculator and an arrival rate calculation interval according to packet length change ( interval) adjustment unit may be provided.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CR-CSFQ 동작 흐름을 도시하고 있다.4 illustrates a CR-CSFQ operation flow according to an embodiment of the present invention.

에지 노드에 패킷이 유입되면(S410, S420), 카운터(cnt)가 1 이하인지를 판단한다(S430). 카운터(cnt)는 초기에 1로 설정되며, 만약 카운터(cnt)가 1 이하이면, 평균 도착률을 계산하여 상기 유입된 패킷에 레이블로서 부착한다(S440). 이어서, 레이블의 값을 이전 레이블(Prev_label)에 저장하고, 설정된 간격(n, n≥2)을 카운터(cnt)의 값으로 설정한다(S450). 이어서, 전술한 방법에 따라 패킷을 확률적으로 폐기한다(S460).When the packet flows into the edge node (S410, S420), it is determined whether the counter cnt is 1 or less (S430). The counter cnt is initially set to 1, and if the counter cnt is 1 or less, the average arrival rate is calculated and affixed to the incoming packet as a label (S440). Subsequently, the value of the label is stored in the previous label (Prev_label), and the set interval (n, n≥2) is set to the value of the counter (cnt) (S450). Subsequently, according to the above-described method, the packet is discarded probabilisticly (S460).

만약, 단계(S430)에서 카운터(cnt) 값이 1이하가 아니면, 패킷 길이 변화에 따른 도착률 계산 간격의 조정 여부를 판단하기 위해, 유입된 패킷의 길이(L_p)가 패킷 길이의 상한(L_high) 및 하한(L_low) 사이에 있는지를 판단한다(S470). 즉, 단계(S470)에서, 유입된 패킷의 길이(L_p)가 미리 설정된 패킷 길이의 상한(L_high)을 초과하거나 하한(L_low)보다 작은 경우에는, 패킷 길이 변화에 따른 도착률 계산 오류를 방지하기 위해 도착률 계산을 포함하여 전술한 단계(S440, S450, S460)를 차례로 수행한다. 만약 그렇지 않은 경우에는, 유입된 패킷의 레이블(label)을 기 저장된 이전 레이블(Prev_label)의 값으로 설정하고 카운터를 1만큼 감소시키며(S480), 후속하여 패킷의 확률적 폐기 단계를 수행한다(S460). 패킷 길이의 상한(L_high) 및 하한(L_low)의 설정에 대해서는 후술하도록 한다. If the counter cnt is not less than 1 in step S430, in order to determine whether to adjust the arrival rate calculation interval according to the packet length change, the length of the incoming packet L_p is the upper limit of the packet length L_high. And it is determined whether the lower limit (L_low) (S470). That is, in step S470, when the length L_p of the introduced packet exceeds the upper limit L_high of the preset packet length or is smaller than the lower limit L_low, in order to prevent an arrival rate calculation error due to the change in the packet length. Steps S440, S450, and S460 described above are sequentially performed, including arrival rate calculation. If not, the label of the incoming packet is set to the value of the previously stored prev label (Prev_label), the counter is decreased by 1 (S480), and then the stochastic discarding step of the packet is performed (S460). ). The setting of the upper limit L_high and the lower limit L_low of the packet length will be described later.

도 4의 이해를 도모하고자, 예컨대, 간격(n)이 2이고, 초기 카운터가 1인 경우를 가정하여 설명한다. For the sake of understanding of FIG. 4, it is assumed that the interval n is 2 and the initial counter is 1, for example.

에지 노드에 제1 패킷이 유입되면(S410, S420), 카운터가 1이므로 단계(S440, S450, S460)가 차례대로 수행되며, 단계(S450)에서 카운터는 2가 된다. 후 속하여 에지 노드에 제2 패킷이 유입되면, 카운터가 2이므로 단계(S470)로 진행된다. 단계(S470)에서 패킷 길이의 변화가 일정 범위 이내이면, 유입된 제2 패킷의 레이블은 이전 패킷의 레이블 값으로 설정되고, 카운터 값이 2에서 1로 감소하며, 평균 도착률 계산은 수행되지 아니한다. 이어서, 제3 패킷이 유입되면, 카운터가 1이므로 단계(S440, S450, S460)를 차례로 수행한다. 단계(S460)가 완료되면, 단계(S410)로 복귀하여 후속 패킷에 대하여 전술한 단계들을 반복한다.When the first packet flows into the edge node (S410, S420), since the counter is 1, steps S440, S450, and S460 are sequentially performed, and in step S450, the counter becomes 2. Subsequently, when the second packet flows into the edge node, the counter proceeds to step S470 because the counter is two. If the change in the packet length is within a certain range in step S470, the label of the incoming second packet is set to the label value of the previous packet, the counter value is decreased from 2 to 1, and the average arrival rate calculation is not performed. Subsequently, when the third packet is introduced, since the counter is 1, steps S440, S450, and S460 are sequentially performed. When step S460 is completed, the process returns to step S410 to repeat the above-described steps for the subsequent packet.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 CR-CSFQ 방식은 에지 노드(에지 라우터)에서 일정한 간격을 두고 패킷 도착률을 계산하며, 이러한 방식을 사용했을 경우 발생할 수 있는 오류를 보상하기 위해 패킷 길이의 변화에 따라 패킷 도착률을 계산하는 간격을 조절할 수 있도록 구성된다.As described above, the CR-CSFQ scheme according to an embodiment of the present invention calculates packet arrival rates at regular intervals at edge nodes (edge routers), and compensates for errors that may occur when such schemes are used. It is configured to adjust the interval for calculating the packet arrival rate according to the change in the length.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평균(normalized) 플로우 도착률 계산 방식은 종래와 같이 지수 평균화 방식을 취하지만, 각 패킷마다 도착률을 계산하지 아니하고, 일정한 간격으로 계산하여 평균적인 도착률을 계산하도록 구성된다. 즉, n을 계산 간격이라 할 때, i번째 플로우(flow i)의 평균적으로 측정된 전송률

는 계산 간격(n)마다 새로이 갱신된다. 예컨대,

와

를 각각 flow i의 k번째 패킷이 도착하는 시간과 길이라고 가정하면, flow i의 평균적으로 측정된 전송률

는 수학식 2 및 수학식 3에 의하여 계산될 수 있다.Meanwhile, the normalized flow arrival rate calculation method according to a preferred embodiment of the present invention takes an exponential averaging method as in the related art, but does not calculate the arrival rate for each packet, but calculates the average arrival rate by calculating at regular intervals. do. That is, when n is the calculation interval, the average measured transfer rate of the i th flow i

Is newly updated every calculation interval n. for example,

Wow

Assuming that k is the time and length of arrival of the kth packet of flow i, respectively, the average measured rate of flow i

May be calculated by the following equations (2) and (3).

여기서,

이고 K는 상수이다.here,

And K is a constant.

도 5는 각 플로우에 대하여 종래의 패킷 도착률 계산 방법을 예시하고 있으며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 예컨대, 계산 간격(n)이 2인 경우에 각 플로우에 대하여 평균적 패킷 도착률 계산 방법을 예시한 것이다. 한편, 도 5 내지 도 6에 있어서, 각 패킷 내에 명시된 숫자는 패킷 사이즈(Byte)를 의미한다.FIG. 5 illustrates a conventional packet arrival rate calculation method for each flow, and FIG. 6 illustrates an average packet arrival rate calculation method for each flow when, for example, the calculation interval n is 2 according to an embodiment of the present invention. It is an example. On the other hand, in Figures 5 to 6, the number specified in each packet means a packet size (Byte).

도 5에 도시된 바와 같이, 예컨대, i번째 플로우(flow i)에 대한 에지 라우터의 플로우 도착률 계산부(110_i)는 k번째 패킷이 도착하는 시간과 길이(

,

, )를 입력 변수로 하여 수학식 1에 따라 각 패킷에 대한 패킷 도착률을 계산하고, 이를 패킷 헤더에 레이블링(labeling)하고 있다. 즉, 1000 바이트 크기의 제1 패킷, 제2 패킷, 제3 패킷이 일정 간격으로 유입됨에 따라 도착률은 8로서 일정하게 계산되고 있으며, 900 바이트의 제4 패킷 및 800 바이트의 제5 패킷에 대해서는 도착률이 각각 7.5, 7로 감소되고 있다.As shown in FIG. 5, for example, the flow arrival rate calculation unit 110 _i of the edge router for the i th flow _i may use the time and length at which the k th packet arrives.

,

,) Is calculated as an input variable, and the packet arrival rate for each packet is calculated according to Equation 1 and labeled in the packet header. That is, as the first packet, the second packet, and the third packet having a size of 1000 bytes are introduced at regular intervals, the arrival rate is constantly calculated as 8, and the arrival rate for the fourth packet of 900 bytes and the fifth packet of 800 bytes These are reduced to 7.5 and 7, respectively.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 예컨대 두 개의 패킷 간격으로 평균적인 도착률을 계산함으로써, 에지 라우터의 계산량을 감소시키고 있다.However, in the preferred embodiment of the present invention, as shown in Fig. 6, for example, by calculating the average arrival rate in two packet intervals, the calculation amount of the edge router is reduced.

보다 구체적으로 살펴보면, 도 6에서 1000 바이트의 제1 패킷에 대하여 평균 도착률이 8로 계산되어 레이블로서 삽입되어 있으며, 이에 따라 제1 패킷에 후속하 는 제2 패킷에 대해서는 평균 도착률을 별도로 계산하지 않고 제1 패킷의 레이블 값인 8을 유지하고 있다. 전술한 바와 동일한 방법으로, 제3 패킷에 대하여 평균 도착률을 계산하고, 전술한 계산 간격 동안에 제3 패킷 및 제4 패킷의 헤더에 레이블링(labeling)하고 있다. 한편, 800 바이트 크기의 제5 패킷에 대해서는, 패킷 크기의 감소로 인하여 평균 도착률이 7로 감소하고 있으며, 제6 패킷은 이전 패킷인 제5 패킷의 레이블 값으로 레이블링되고 있음을 알 수 있다.More specifically, in FIG. 6, the average arrival rate is calculated as 8 and inserted as a label for the first packet of 1000 bytes. Accordingly, the average arrival rate is not calculated separately for the second packet following the first packet. 8, the label value of the first packet, is maintained. In the same manner as described above, the average arrival rate is calculated for the third packet and the headers of the third and fourth packets are labeled during the aforementioned calculation interval. On the other hand, for the fifth packet having a size of 800 bytes, the average arrival rate is reduced to 7 due to the decrease in the packet size, and the sixth packet is labeled with the label value of the fifth packet, which is the previous packet.

도 7은 본 발명의 일 실시예에서 평균 도착률 계산 간격 동안 패킷 길이 변화가 심할 경우에 발생하는 오류를 예시하고 있다. FIG. 7 illustrates an error that occurs when the packet length change is severe during the average arrival rate calculation interval in one embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 두 개의 패킷 간격으로 평균 도착률을 계산할 경우에, 도착률이 계산되는 간격 동안에 심한 패킷 길이의 변화가 발생하면 심각한 도착률 계산 오류가 발생할 수 있다. As shown in FIG. 7, when the average arrival rate is calculated in two packet intervals, a severe arrival rate calculation error may occur if a severe change in the packet length occurs during the interval in which the arrival rate is calculated.

즉, 1000 바이트의 제1 패킷에 대하여 계산된 도착률 8이 제2 패킷에 할당되고, 500 바이트의 제3 패킷에 대해서도 전술한 방법에 따라 평균 도착률을 계산하여 제3 패킷 및 제4 패킷에 대하여 레이블을 4로 설정하고 있다. 이 때, 1000 바이트 크기의 제4 패킷에 대하여 제3 패킷(500 바이트)에 대한 평균 도착률 값이 레이블로서 삽입됨으로 인하여, 제4 패킷의 크기에 부합하지 않는 도착률 계산 오류가 발생한다. 또한, 600 바이트의 제6 패킷에 대해서도, 평균 도착률이 계산되지 않고 제5 패킷에 대한 도착률(8)이 에지 라우터에 일시 저장된 후 레이블링되기 때문에 도착률 계산 오류가 발생하고 있다.That is, the arrival rate 8 calculated for the first packet of 1000 bytes is assigned to the second packet, and the average arrival rate is calculated for the third packet of 500 bytes according to the above-described method, and the third packet and the fourth packet are labeled. Is set to 4. At this time, since the average arrival rate value for the third packet (500 bytes) is inserted as a label for the fourth packet having a size of 1000 bytes, an arrival rate calculation error that does not match the size of the fourth packet occurs. Also, for the sixth packet of 600 bytes, the arrival rate calculation error occurs because the average arrival rate is not calculated and the arrival rate 8 for the fifth packet is temporarily stored in the edge router and then labeled.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 패킷 길이 변화에 따른 오류를 방지하기 위한 도착률 계산 방법을 예시하고 있으며, 도 4의 단계(S470)에 대응한다.FIG. 8 illustrates a method for calculating an arrival rate for preventing an error due to a change in packet length according to a preferred embodiment of the present invention, and corresponds to step S470 of FIG. 4.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 패킷 길이 변화에 대한 범위(L_low, L_high)를 설정하고 그 범위를 벗어나는 패킷 길이를 가진 패킷에 대해서는 미리 설정된 계산 간격과 관계없이 도착률 계산을 수행한다. 즉, 패킷 길이 변화 임계치를

라 하고 현재 패킷의 길이를

라고 가정하면, 패킷 길이 변화에 대한 범위는

가 된다. 즉, 패킷 길이의 하한(L_low)은

가 되고, 패킷 길이의 상한(L_high)은

가 됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, in the preferred embodiment of the present invention, a range (L_low, L_high) for packet length change is set and arrival rate calculation is performed regardless of a preset calculation interval for a packet having a packet length outside of that range. Perform. That is, the packet length change threshold

The length of the current packet

Assume that the range for packet length changes is

Becomes That is, the lower limit of the packet length (L_low) is

The upper limit L_high of the packet length is

It can be seen that.

전술한 평균 패킷 도착률의 계산 간격(n) 및 패킷 길이 변화 임계치(

) 설정과 관련하여, 계산 간격(n) 동안에 입력 패킷의 길이가 패킷 길이 변화 경계를 넘어설 확률을 P라고 하면, CR-CSFQ에 의한 계산량은 CSFQ 계산량의

로 근사될 수 있다. 이 때, 작은 n 값의 설정은 더 좋은 정확성을 주는 반면 계산의 복잡성을 증가시키고, 큰 n 값의 설정은 계산의 복잡성을 감소시킬 수 있으나 정확성을 저하시킨다. 또한,

의 경우, 작은

값은 전술한 P 값을 줄여서 정확도를 증가시키지만 계산량이 증가하며, 큰

의 경우는 P 값이 증가하여 계산량을 감소시키고 정확도는 감소된다. 따라서 n과

를 정하는 것은 계산의 복잡도와 정확성 사이의 트레이드-오프(trade-off)의 성질을 갖는다.The calculation interval n and the packet length change threshold of the aforementioned average packet arrival rate (

With respect to the setting, if P is the probability that the length of the input packet exceeds the packet length change boundary during the calculation interval n, the calculation amount by CR-CSFQ is

Can be approximated as At this time, setting the smaller n value increases the complexity of the calculation while giving better accuracy, and setting the larger n value can reduce the complexity of the calculation but lowers the accuracy. Also,

In case of small

Value increases accuracy by decreasing the value of P mentioned above,

In the case of, the P value is increased to decrease the calculation amount and the accuracy is reduced. So n and

Determining the is the trade-off property between computational complexity and accuracy.

이상 첨부 도면과 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 당업자라면 다양한 변형과 변경을 용이하게 행할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위의 해석에 의하여 정하여져야 한다.Although the configuration of the present invention has been described in detail above with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes may be easily made by those skilled in the art. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined by interpretation of the following claims.

살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 CR-CSFQ는 종래의 CSFQ의 특징인 per-flow 상태의 관리를 에지 라우터에서 담당하고 그 정보를 각 패킷의 헤더에 포함하여 코어 네트워크로 전달하고 코어 라우터에서 per-flow 상태를 요구하지 않고 공정 대역폭 할당(fair bandwidth) 할당을 근사할 수 있는 방식을 수용하면서도, 에지 라우터에서 발생하는 과다한 계산량의 문제를 해결하였다. As described above, the CR-CSFQ according to the present invention is responsible for managing the per-flow state, which is a feature of the conventional CSFQ, in the edge router, and transmits the information to the core network by including the information in the header of each packet. We solved the problem of excessive computation in edge routers while adopting a method that can approximate fair bandwidth allocation without requiring flow status.

즉, 본 발명에 따르면, 고속의 입력 인터페이스를 갖는 에지 라우터에 적합하지 않은 CSFQ 방식을 CR-CSFQ 방식으로 개선함으로써, 고속의 네트워크의 에지 라우터에 적합한 공정 대역폭 할당 방식을 구현할 수 있다. 이에 따라, 에지 라우터의 패킷 처리량을 증가시키고, 다량의 패킷 유입되더라도 병목 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.That is, according to the present invention, by improving the CSFQ scheme, which is not suitable for an edge router having a high speed input interface, to the CR-CSFQ scheme, it is possible to implement a process bandwidth allocation scheme suitable for an edge router of a high speed network. Accordingly, there is an advantage in that the packet throughput of the edge router is increased and a bottleneck can be prevented even when a large amount of packets are introduced.

Claims

A method of CSFQ queuing a packet per flow at an edge router of a packet network,

Specifying arrival rate calculation intervals of two or more natural numbers,

Calculating an arrival rate for one of the packets introduced during the designated calculation interval;

Labeling the arrival rate calculated in the arrival rate calculation step equally on incoming packets during the interval;

Calculating a process share for the output link,

Probabilistically discarding the incoming packet based on the arrival rate and the process occupancy labeled on the incoming packet;

Storing packets not discarded in the discarding step in an output queue

CSFQ queuing method of the edge router comprising a.

The method of claim 1,

And said arrival rate is an average packet arrival rate during said predetermined calculation interval n.

The method according to claim 1 or 2,

Checking the size of an incoming packet,

For a packet having a size that deviates from a predetermined range as a result of the checking, calculating a packet arrival rate and labeling the packet regardless of the calculation interval

CSFQ queuing method of the edge router further comprising.

delete

A method of CSFQ queuing a packet at edge nodes and core nodes in a high speed network, the method comprising:

At the edge node,

Specifying arrival rate calculation intervals of two or more natural numbers,

Calculating an arrival rate for one packet per flow among the packets introduced during the designated calculation interval;

Labeling the arrival rate calculated in the arrival rate calculation step equally in packets of the flows introduced during the interval,

At the edge node and core node,

Calculating a process share for the output link,

Storing the packets not discarded in the discarding step in an output queue and outputting them

CSFQ queuing method of a high-speed network comprising a.

The method of claim 6,

And said arrival rate is an average packet arrival rate during said predetermined interval (n).

The method of claim 6 or 7, wherein at the edge node,

Checking the size of an incoming packet,

CSFQ queuing method of a high-speed network further comprising.

delete

An edge router that CSFQ queues incoming packets per flow in a high-speed packet network.

Specifying a arrival rate calculation interval as a natural number of two or more, calculating arrival rates for one of the packets introduced during the specified calculation interval, and labeling the arrival rate calculated in the arrival rate calculation step equally to the incoming packets during the interval Arrival rate calculation and labeling,

A process share calculator for calculating a process share for the output link;

A packet processing unit for probabilistically discarding the packet output from the arrival rate calculating and labeling unit based on the arrival rate labeled in the packet and the process occupancy rate;

An output queue for storing packets not discarded by the packet processing unit and outputting them to an output link

Edge router comprising a.

The method of claim 11,

The arrival rate calculating and labeling unit checks the size of the incoming packet, and when the packet of a size out of a predetermined range is introduced as a result of the checking, calculates the packet arrival rate irrespective of the calculation interval and labels the packet. In Edge Router.

delete