KR102391804B1 - Optimization method of FQ-CoDel parameter for network congestion control - Google Patents

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KR102391804B1
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codel
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김재현
정소이
박형원
이충희
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

The present invention is to provide a method for optimizing a parameter of an FQ-CoDel algorithm capable of adaptively optimizing an FQ-CoDel parameter to ensure QoS of a service and control a network congestion in a military tactical environment wherein various application services exist. In the method for optimizing the parameter of the FQ-CoDel algorithm, the present invention comprises: a first step of designing, by the FQ-CoDel algorithm, a level priority of x number, a service class of y number, and a dynamic flow of z number, calculating a target delay, in units of service class, to determine an in-queue deletion policy of the FQ-CoDel algorithm and to optimize three parameters of a target delay for which is an allowable waiting delay time, an interval rate that determines a frequency for which the policy is updated, and a quantum that determines a weight per flow, and calculating an interval rate in flow unit; and a second step of calculating the quantum in flow unit with different purposes for each priority.

Description

FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법{Optimization method of FQ-CoDel parameter for network congestion control}FQ-CoDel algorithm parameter optimization method {Optimization method of FQ-CoDel parameter for network congestion control}

본 발명은 군 운용 통신 네트워크에서 서비스 별 품질을 보장하면서 네트워크 성능을 향상시키기 위한 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개별 응용 서비스의 QoS(Quality of Service)를 보장하고 네트워크 혼잡 제어를 관리하기 위하여 큐 관리 및 스케줄러 기법이 결합된 FQ-CoDel(Flow Queue-Controlled Delay) 매개변수를 적응적으로 최적화할 수 있는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method for improving network performance while ensuring quality for each service in a military-operated communication network, and more particularly, to ensure Quality of Service (QoS) of individual application services and to manage network congestion control It relates to a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm capable of adaptively optimizing FQ-CoDel (Flow Queue-Controlled Delay) parameters that combine queue management and scheduler techniques.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

군 운용 환경에서 사용되는 전술 통신망은 작전 운용상 정보의 중요도에 따라 군사 우선 순위를 달성하기 위한 목적으로 응용 서비스마다 플로우를 분류할 필요가 있다. 플로우 기반의 서비스는 트래픽의 속성에 따라 네트워크 혼잡 상황이 달라지고 상이한 큐잉 지연과 패킷 손실을 초래한다.The tactical communication network used in the military operation environment needs to classify the flow for each application service for the purpose of achieving military priority according to the importance of information in operational operation. In the flow-based service, network congestion varies according to traffic properties and causes different queuing delays and packet loss.

실시간 멀티미디어 데이터는 손실에 민감하며 네트워크 상황에 따라 서비스 품질이 결정된다. 현재 네트워크 시스템은 사용자의 트래픽이 증가함에 따라 혼잡 상황이 빈번하게 발생한다. 네트워크 혼잡 상황은 큐잉 지연과 패킷 손실을 초래하고, 제한된 시간 내에 서비스를 전송하지 못하게 되면서 사용자의 QoS(Quality of Service) 보장에 영향을 준다.Real-time multimedia data is sensitive to loss, and service quality is determined according to network conditions. In the current network system, congestion occurs frequently as user traffic increases. Network congestion causes queuing delay and packet loss, and as a service cannot be transmitted within a limited time, it affects the user's QoS (Quality of Service) guarantee.

현재 라우터로 유입되는 패킷들은 전통적으로 종단 탈락(tail drop) 방식으로 처리된다. 종단 탈락 방식은 큐에 저장 공간이 남아있을 때까지 가능한 한 많은 패킷을 저장하고, 큐에 저장 공간이 없을 때 나중에 도착하는 패킷을 무조건 탈락시킨다. 큐가 가득 차는 상황이 자주 발생하면 네트워크 혼잡도가 증가하고, 모든 TCP 접속이 동시에 느려지게 된다. 또한 트래픽 흐름 속에서 버퍼 공간을 불공정하게 배분하고, 네트워크 이용 효율 측면에서 성능이 저하된다. Currently, packets entering the router are traditionally handled in a tail drop manner. The drop-off method stores as many packets as possible until there is storage space left in the queue, and when there is no storage space in the queue, packets arriving later are dropped unconditionally. If the queue fills up frequently, network congestion increases and all TCP connections are slowed down at the same time. In addition, the buffer space is unfairly allocated in the traffic flow, and performance is degraded in terms of network utilization efficiency.

한국등록특허공보 제10-2011184호는 캐스케이드 구조 기반의 큐 관리 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 큐 관리장치는 패킷 폐기 확률을 고려하여 현재 윈도우 크기를 조정하는 내부 루프 제어부, 내부 루프 제어부에 의해 조정된 윈도우 크기와 입력 트래픽의 용량을 기반으로 상기 현재 큐 길이를 재산출한 후, 상기 재산출된 큐 길이와 목표 큐 길이를 기반으로 상기 패킷 폐기 확률을 재산출하여 상기 내부 루프 제어부에 제공하는 외부 루프 제어부의 구성으로 이루어지고 있다.Korea Patent Publication No. 10-2011184 relates to a cascade structure-based queue management apparatus and method. The queue management apparatus recalculates the current queue length based on the inner loop control unit that adjusts the current window size in consideration of the packet discard probability, the window size adjusted by the inner loop control unit, and the capacity of the input traffic, and then the recalculation It consists of an outer loop control unit that recalculates the packet discard probability based on the determined queue length and the target queue length and provides it to the inner loop control unit.

또한, 한국등록특허공보 제10-1831082호는 실시간 트래픽 비디오 흐름을 관리하기 위한 시스템의 구성에 관한 것이다. 상기 특허에서 노드는 제1 실시간 비디오 트래픽 흐름을 수신하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상태 변수가 노드에서 제1 실시간 비디오 트래픽 흐름과 연관될 수 있고, 상태 변수가 노드에서 제2 실시간 비디오 트래픽 흐름과 연관될 수 있도록 구성된다. 상기 제1 실시간 비디오 트래픽 흐름은 복수의 패킷을 포함할 수 있고, 각각의 패킷은 손실 패킷 표시자를 포함할 수 있다. 노드는 상기 제1 실시간 비디오 트래픽 흐름 내의 제1 패킷을 드롭하도록 상기 드롭된 패킷을 표시하기 위해 노드에서 상기 제1 실시간 비디오 트래픽 흐름과 연관된 상태 변수를 업데이트하도록 상기 상태 변수를 기초로 하여 상기 제1 실시간 비디오 트래픽 흐름 내의 제2 패킷에 대해 상기 손실 패킷 표시자를 업데이트하도록 구성한다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-1831082 relates to the configuration of a system for managing real-time traffic video flow. In the patent, a node comprises a processor configured to receive a first real-time video traffic flow, wherein a state variable may be associated with a first real-time video traffic flow at the node, and wherein the state variable is associated with a second real-time video traffic flow at the node. configured to be The first real-time video traffic flow may include a plurality of packets, and each packet may include a lost packet indicator. A node is configured to update a state variable associated with the first real-time video traffic flow in the node to indicate the dropped packet to drop a first packet in the first real-time video traffic flow, based on the state variable. and update the lost packet indicator for a second packet in the real-time video traffic flow.

그러나 상기 특허들은 실제 서비스 품질과 무관한 큐 크기를 기반으로 큐 관리를 진행하거나 별도의 피드백 정보를 바탕으로 서비스 품질을 보장하는 큐 관리 기법을 사용하고 있다.However, the above patents use a queue management technique that performs queue management based on a queue size independent of actual service quality or guarantees service quality based on separate feedback information.

한국등록특허공보 제10-2011184호(발명의 명칭 : 캐스케이드 구조 기반의 큐 관리 장치 및 방법)Korea Patent Publication No. 10-2011184 (Title of the invention: cascade structure-based queue management apparatus and method) 한국등록특허공보 제10-1831082호(발명의 명칭 : 실시간 비디오 애플리케이션용 라우터를 위한 체감 품질 기반 큐 관리)Korean Patent Publication No. 10-1831082 (Title of the invention: Quality of experience-based queue management for routers for real-time video applications)

따라서 본 발명의 목적은 다양한 응용 서비스가 존재하는 군 전술 환경에서 서비스의 QoS 보장하고 네트워크 혼잡 제어를 위하여 FQ-CoDel 매개변수를 적응적으로 최적화할 수 있는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법을 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that can adaptively optimize the FQ-CoDel parameters to ensure QoS of services and control network congestion in a military tactical environment in which various application services exist. is in

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법은 큐(Queue) 관리를 위한 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법에 있어서, In order to solve the above technical problem, the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm for queue management,

FQ-CoDel 알고리즘은 x개의 우선 순위(level priority), y개의 서비스 클래스(service class), z개의 플로우(dynamic flow)로 설계하고, The FQ-CoDel algorithm is designed with x priorities (level priority), y service classes (service class), and z flows (dynamic flow),

FQ-CoDel 알고리즘의 큐 내부 삭제 정책을 결정하기 위하여 허용 대기 지연시간인 타켓 딜레이(target delay), 정책이 업데이트되는 빈도를 결정하는 인터벌 레이트(interval rate), 플로우 별 가중치를 결정하는 퀀텀(quantum)의 세가지 매개변수를 최적화 하기 위하여, To determine the dequeue policy of the FQ-CoDel algorithm, the target delay, which is the allowable waiting delay, the interval rate, which determines the frequency at which the policy is updated, and the quantum that determines the weight for each flow To optimize the three parameters of

타켓 딜레이를 서비스 클래스 단위로 계산하고, 인터벌 레이트는 플로우 단위로 계산하는 1단계; 우선 순위마다 목적을 다르게 하여 플로우 단위로 퀀텀을 계산하는 2단계를 포함한다.Step 1 of calculating the target delay in units of service classes and calculating the interval rate in units of flows; A second step of calculating the quantum in units of flows by different purposes for each priority is included.

바람직하게는 FQ-CoDel 알고리즘은 2개의 우선 순위(level priority), 5개의 서비스 클래스(service class), 64개의 플로우(dynamic flow)로 설계한다.Preferably, the FQ-CoDel algorithm is designed with two priorities (level priority), five service classes (service class), and 64 flows (dynamic flow).

바람직하게는 각 전술 우선 순위의 차등 처리를 위해 1 순위는 보장형 응용 서비스(Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing)를 최우선 처리한다.Preferably, for the differential processing of each tactical priority, the first priority processes the guaranteed application service (Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing) as the top priority.

바람직하게는 우선 순위의 2 순위는 3가지 응용 서비스(Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video)를 나중 처리한다.Preferably, in the second priority, three application services (Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video) are processed later.

바람직하게는 FQ-CoDel 알고리즘은 서비스 플로우마다 논리적인 큐를 생성하고, 큐를 개별적으로 처리하기 위하여 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 동작한다.Preferably, the FQ-CoDel algorithm creates a logical queue for each service flow and operates in a Deficit Weighted Round Robin (DWRR) method to individually process the queues.

바람직하게는 각 응용 서비스에 해당하는 플로우는 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 동작하고, 최종단에서 PQ(Priority Queuing) 방식으로 제어한다.Preferably, the flow corresponding to each application service operates in a Deficit Weighted Round Robin (DWRR) method, and is controlled by a PQ (Priority Queuing) method in the final stage.

바람직하게는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법의 단계별 성능 검증을 위하여 첫번째 단계에서는 총 패킷 폐기량, 큐 안정화 시점, outdated 패킷의 양을 분석한다.Preferably, for step-by-step performance verification of the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm, the total amount of packet discards, the time of queue stabilization, and the amount of outdated packets are analyzed in the first step.

바람직하게는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법의 단계별 성능 검증을 위하여 두번째 단계에서는 라운드 시간을 비교한다.Preferably, round times are compared in the second step to verify the performance of each step of the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법은 큐(Queue) 관리를 위한 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법에 있어서, FQ-CoDel 알고리즘은 x개의 우선 순위(level priority), y개의 서비스 클래스(service class), z개의 플로우(dynamic flow)로 설계하고, FQ-CoDel 알고리즘의 큐 내부 삭제 정책을 결정하기 위한 허용 대기 지연시간인 타켓 딜레이(target delay)를 최적화 하기 위하여, In order to solve the above technical problem, the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm for queue management, the FQ-CoDel algorithm is designed with x level priorities, y service classes, and z dynamic flows, and the target delay, which is the allowable waiting delay time for determining the dequeue policy of the FQ-CoDel algorithm. To optimize (target delay),

패킷이 큐에 인입되는 시점의 시간 스탬프를 기록하고, 해당 패킷이 머무는 지연시간을 추적하여 목표 지연시간인 타켓 딜레이 값과 비교하는 1단계; 병목구간의 대역폭의 크기 C와 목표 지연시간을 이용하여 목표 지연시간을 넘지 않기 위한 허용 가능한 큐의 길이를 계산하는 2단계; 하나의 큐에 다수의 플로우가 인입되는 FQ-CoDel 프로토콜에서 네트워크 환경에 따라 최적의 타켓 딜레이 값을 결정하기 위하여 수학식(2)를 적용하되, 동일 서비스 클래스에 속한 모든 플로우는 동일한 타겟 딜레이 값을 사용하고, 타겟 딜레이 값은 서비스 클래스 단위로 계산한다.Step 1 of recording a time stamp when a packet is entered into a queue, tracking the delay time at which the packet stays, and comparing it with a target delay value, which is a target delay time; a second step of calculating an allowable queue length not to exceed the target delay time using the size C of the bandwidth of the bottleneck and the target delay time; Equation (2) is applied to determine the optimal target delay value according to the network environment in the FQ-CoDel protocol in which multiple flows enter one queue, but all flows belonging to the same service class receive the same target delay value. used, and the target delay value is calculated in units of service classes.

수학식(2)Equation (2)

Figure 112020125689096-pat00001
Figure 112020125689096-pat00001

(병목구간 대역폭 C, 플로우의 수 Ns, 전파 지연시간 Tp, 최소 허용 큐 길이 βmin를 초과하는 최초 패킷 도착률 λ0 )(Bottleneck bandwidth C, number of flows N s , propagation delay time T p , first packet arrival rate λ 0 exceeding the minimum allowable queue length β min )

바람직하게는 최적의 타켓 딜레이는 수학식(4)로 산출된다.Preferably, the optimal target delay is calculated by Equation (4).

수학식(4)Equation (4)

Figure 112020125689096-pat00002
Figure 112020125689096-pat00002

여기서 ts는 동일 서비스 클래스 내 모든 플로우의 타겟 딜레이의 합이고, tmin는 타켓 딜레이 최솟값, Ns는 서비스 클래스 s에서 플로우 수를 나타낸다.Here, t s is the sum of the target delays of all flows in the same service class, t min is the minimum target delay, and N s is the number of flows in the service class s.

바람직하게는 최적의 타켓 딜레이는 개별 플로우의 최적 타켓 딜레이를 나타낸다.Preferably, the optimal target delay represents the optimal target delay of an individual flow.

바람직하게는 동일 서비스 클래스 내 모든 플로우의 타겟 딜레이의 합은, 수학식(3)으로 산출된다.Preferably, the sum of target delays of all flows within the same service class is calculated by Equation (3).

수학식(3)Equation (3)

Figure 112020125689096-pat00003
Figure 112020125689096-pat00003

여기서 tstable,s는 네트워크 환경에 따라 타켓 딜레이의 안정 범위의 최댓값이고, tmin는 타켓 딜레이 최솟값, tmax,s는 각 서비스 클래스에서 타켓 딜레이 최댓값을 나타낸다.Here, t stable,s is the maximum value of the stable range of the target delay according to the network environment, t min is the minimum target delay value, and t max,s is the maximum target delay value in each service class.

바람직하게는 서비스 클래스 s에 따라 가변하는 파라미터는 Ns 와, tmax,s 이다.Preferably, the parameters variable according to the service class s are N s and t max,s .

바람직하게는 FQ-CoDel 알고리즘에서 정책이 업데이트되는 빈도를 결정하는 인터벌 레이트(interval rate)를 최적화 하기 위하여, 최적의 인터벌 레이트는 수학식(8)로 산출되는 단계를 포함한다.Preferably, in order to optimize an interval rate that determines the frequency at which a policy is updated in the FQ-CoDel algorithm, the optimal interval rate is calculated by Equation (8).

수학식(8)Equation (8)

Figure 112020125689096-pat00004
Figure 112020125689096-pat00004

여기서 αj는 플로우 j에서 예측되는 라운드(rj)를 적절한 비율로 매핑한 최적의 인터벌 레이트 지수를 나타낸다.Here, α j denotes an optimal interval rate index obtained by mapping the round (r j ) predicted in the flow j at an appropriate ratio.

바람직하게는 최적의 인터벌 레이트 지수(αj)는 수학식(7)로 산출된다.Preferably, the optimal interval rate exponent (α j ) is calculated by Equation (7).

수학식(7)Equation (7)

Figure 112020125689096-pat00005
Figure 112020125689096-pat00005

바람직하게는 플로우 j에서 예측되는 라운드(rj)는 수학식(6)으로 산출된다.Preferably, the round r j predicted in the flow j is calculated by Equation (6).

수학식(6)Equation (6)

Figure 112020125689096-pat00006
Figure 112020125689096-pat00006

여기서, p100,j 는 플로우 j에서 최초 패킷 폐기 시점인 100 ms에 폐기된 패킷의 수를 나타낸다. βopt 는 최적의 타켓 딜레이를 이용하여 허용 가능한 큐의 길이다. Here, p 100,j denotes the number of packets discarded at 100 ms, which is the first packet discard time in flow j. β opt is the allowable queue length using the optimal target delay.

바람직하게는 플로우 j에서 예측되는 라운드(rj)는 p100,j 에서 βopt 대비 상대적인 패킷 손실 비율을 나타낸다.Preferably, the predicted round (r j ) in the flow j represents a relative packet loss ratio compared to β opt in p 100,j .

바람직하게는 플로우에서 모든 패킷을 처리하는데 필요한 총 지연시간은 수학식(9)로 정의된다.Preferably, the total delay time required to process all packets in the flow is defined by Equation (9).

수학식(9)Equation (9)

Figure 112020125689096-pat00007
Figure 112020125689096-pat00007

여기서 qj는 quantum 값, pavg,j 는 평균 패킷의 크기, nj은 패킷의 개수이다. Here, q j is the quantum value, p avg,j is the average packet size, and n j is the number of packets.

바람직하게는 FQ-CoDel 알고리즘에서 플로우 별 가중치를 결정하는 최적의 퀀텀(quantum)은 수학식(10)으로 산출되는 단계를 포함한다.Preferably, in the FQ-CoDel algorithm, an optimal quantum for determining a weight for each flow includes calculating by Equation (10).

수학식(10)Equation (10)

Figure 112020125689096-pat00008
Figure 112020125689096-pat00008

여기서 qj 는 플로우 j에서 사용되는 디폴트 퀀텀값,

Figure 112020125689096-pat00009
는 플로우 j에서 사용되는 최적 퀀텀값, nj는 플로우 j에서 처리해야 되는 패킷 개수, pavg,j 는 플로우 j에서 평균 패킷 크기, rj은 플로우 j에서 예측되는 라운드, k는 우선 순위 k에서 플로우 수를 나타낸다.where q j is the default quantum value used in flow j,
Figure 112020125689096-pat00009
is the optimal quantum value used in flow j, n j is the number of packets to be processed in flow j, p avg,j is the average packet size in flow j, r j is the predicted round in flow j, k is in priority k Indicates the number of flows.

바람직하게는 목적함수

Figure 112020125689096-pat00010
은 주어진 제약조건에 맞는 최적의 퀀텀
Figure 112020125689096-pat00011
를 이용하여 모든 패킷을 처리하는데 필요한 라운드이다.Preferably the objective function
Figure 112020125689096-pat00010
is the optimal quantum for a given constraint
Figure 112020125689096-pat00011
This is the round required to process all packets using

바람직하게는 모든 플로우에서 최종적으로 마지막 패킷이 처리 완료되는 지연시간을 최소화하는 최적화된 퀀텀은 수학식(11)로 정의된다.Preferably, the optimized quantum that minimizes the delay time at which the last packet is finally processed in all flows is defined by Equation (11).

수학식(11)Equation (11)

Figure 112020125689096-pat00012
Figure 112020125689096-pat00012

여기서 qj 는 플로우 j에서 사용되는 디폴트 퀀텀값,

Figure 112020125689096-pat00013
는 플로우 j에서 사용되는 최적 퀀텀값, nj는 플로우 j에서 처리해야 되는 패킷 개수, pavg,j 는 플로우 j에서 평균 패킷 크기, rj은 플로우 j에서 예측되는 라운드를 나타낸다.where q j is the default quantum value used in flow j,
Figure 112020125689096-pat00013
is the optimal quantum value used in the flow j, n j is the number of packets to be processed in the flow j, p avg,j is the average packet size in the flow j, and r j is the predicted round in the flow j.

바람직하게는 목적함수는 모든 플로우에서 생성될 수 있는 L1 놈(norm)을 나타내고, 모든

Figure 112020125689096-pat00014
은 디폴트 퀀텀 값을 이용하여 예측한 라운드 보다 작아야 하고, 라운드 간 편차를 최소화하는 최적의 퀀텀 값을 찾는다.Preferably, the objective function represents an L1 norm that can be generated in all flows, and
Figure 112020125689096-pat00014
must be smaller than the round predicted using the default quantum value, and find the optimal quantum value that minimizes the deviation between rounds.

본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법은 큐 혼잡 상황 발생 시, 적절한 시점에서 패킷을 폐기함에 따라 최대한 많은 양의 패킷을 목표 지연시간 이내에 도달하게 하며, 큐 안정화 시점을 앞당겨 주고, 패킷 별 대기시간을 감소시켜서 네트워크가 안정화되는 효과가 있다. 특히, 본 발명은 음성, 비디오, 메시지 등 응용 서비스의 큐잉 지연 요구사항을 만족하기 위해 개별 큐를 동적으로 관리하는데 이점이 있다. The parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention allows the maximum amount of packets to arrive within a target delay time as the packet is discarded at an appropriate time when a queue congestion situation occurs, and the queue stabilization time is determined. It has the effect of speeding up the network and stabilizing the network by reducing the waiting time for each packet. In particular, the present invention has an advantage in dynamically managing individual queues to satisfy queuing delay requirements of application services such as voice, video, and message.

또한, 본 발명은 작전 운용상 정보 중요도 및 군사 우선 순위를 분류하여 우선 처리하기 위해 개별 플로우의 가중치를 변경하거나 지연시간 감소를 위해 전체 플로우의 가중치를 조정할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of changing the weight of individual flows in order to classify information importance and military priorities for operational operation and prioritize processing, or adjust the weights of all flows to reduce delay time.

도 1a는 CoDel 프로토콜의 기본 개념도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 네트워크 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타켓 딜레이 최적화에 사용되는 매개변수 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀 최적화에 사용되는 매개변수 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 알고리즘의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법의 성능 분석을 위한 FQ-CoDel 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법의 성능 분석을 위한 환경 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법의 타켓 딜레이와 인터벌 레이트 최적화 성능분석의 결과도이다.
도 8은 본 발명과 기존의 방법을 비교한 큐 내부 패킷의 양을 나타내는 특성도이다.
도 9는 본 발명과 기존의 방법을 비교한 패킷 별 대기시간을 나타내는 특성도이다.
도 10은 본 발명에서 1 순위 서비스 퀀텀 최적화 성능분석 결과 예시도이다.
도 11은 본 발명에서 2순위 서비스 퀀텀 최적화 성능분석 결과 예시도이다.
1A is a basic conceptual diagram of a CoDel protocol.
1B is an FQ-CoDel network structure diagram according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram of parameters used for target delay optimization according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating parameters used for quantum optimization according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram of an FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention.
5 is a structural diagram of FQ-CoDel for performance analysis of a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary environment diagram for performance analysis of the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing the results of the target delay and interval rate optimization performance analysis of the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention.
8 is a characteristic diagram showing the amount of packets inside a queue compared to the present invention and the conventional method.
9 is a characteristic diagram showing the waiting time for each packet compared to the present invention and the conventional method.
10 is an exemplary diagram of a first-order service quantum optimization performance analysis result in the present invention.
11 is an exemplary diagram of a second-order service quantum optimization performance analysis result in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "part" and "group", "module" and "part", "unit" and "part", "device" and "system", "terminal" and "node" for components used in the description below. and "digital walkie-talkie" are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.

CoDel(Controlled Delay) 알고리즘은 지연시간을 기반으로 동작하기 때문에 허용 대기 지연시간인 target delay 값을 이용하여 큐 내부 삭제 정책을 결정하고, interval 값을 이용하여 정책이 업데이트되는 빈도를 결정한다.Since the CoDel (Controlled Delay) algorithm operates based on the delay time, the queue internal deletion policy is determined using the target delay value, which is the allowable waiting delay time, and the policy update frequency is determined using the interval value.

CoDel 프로토콜은 도 1a에 도시하고 있는 바와 같이 큐에 패킷이 인입되는 시점에 타임 스탬프를 기록하여 지연시간을 추적한다. 큐의 헤드에 저장되어 있는 큐에서 가장 오래된 패킷이 가장 지연 시간이 길기 때문에, 이 패킷의 지연시간을 확인하고, 목표 지연 시간 이상의 시간이 지난 경우, 이를 폐기한다.[T. Hoeiland- Joergensen, P. McKenney, D.Taht, J. Gettys, and E. Dumazet, “The flow The CoDel protocol tracks the delay time by recording a time stamp at the point in time when a packet is received in the queue as shown in FIG. 1A. Since the oldest packet in the queue stored at the head of the queue has the longest delay time, the delay time of this packet is checked, and if more than the target delay time has passed, it is discarded. [T. Hoeiland- Joergensen, P. McKenney, D. Taht, J. Gettys, and E. Dumazet, “ The flow

queue CoDel packet scheduler and active queue management algorithm,” RFC 8290,Jan. 2018.] queue CoDel packet scheduler and active queue management algorithm ,” RFC 8290, Jan. 2018.]

FQ-CoDel 프로토콜은 다수의 CoDel 큐를 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 스케줄링 하는 방법이다. 서비스 플로우 별로 논리적인 큐를 생성하고, 이들을 DWRR 방식으로 스케줄링 한다.[E. Grigorescu, C. Kulatunga, and G. Fairhurst,“Evaluation of Priority Scheduling and Flow Starvation for Thin Streams with FQ-CoDel,”in Proc. EuCNC, Jun. 2015.]The FQ-CoDel protocol is a method of scheduling multiple CoDel queues in a Deficit Weighted Round Robin (DWRR) method. Create logical queues for each service flow and schedule them in the DWRR method. [E. Grigorescu, C. Kulatunga, and G. Fairhurst, “Evaluation of Priority Scheduling and Flow Starvation for Thin Streams with FQ-CoDel,” in Proc . EuCNC , Jun. 2015.]

FQ-CoDel 알고리즘에서는 매 라운드 상이한 플로우에서 처리되는 패킷의 양인 quantum 값을 이용하여 플로우 별 가중치를 결정한다. In the FQ-CoDel algorithm, the weight for each flow is determined using the quantum value, which is the amount of packets processed in different flows every round.

한편, CoDel과 FQ-CoDel 알고리즘에서는 일반적인 네크워크 상황을 가정하고 tatget delay, interval, quantum의 기준이 되는 값을 다음과 같이 설정한다.On the other hand, CoDel and FQ-CoDel algorithms assume a general network situation and set the standard values of target delay, interval, and quantum as follows.

- target delay : 5 ms- target delay : 5 ms

- interval : 초기값 100 ms, 다음 폐기 타이밍은 패킷 폐기 횟수의 제곱근에 반비례하여 차례로 감소 - interval: Initial value 100 ms, the next discard timing decreases sequentially in inverse proportion to the square root of the number of packet discards

- quantum : 고정값 1,514 bytes, 이더넷 MTU(1,500 bytes) + 헤더(14 bytes) 크기로 설정- quantum : fixed value 1514 bytes, Ethernet MTU (1,500 bytes) + header (14 bytes) size

그러나 실제 네트워크 환경에서는 발생하는 트래픽의 양, 병목구간의 링크 용량, 왕복 지연시간 등을 고려하여 적절한 target delay 와 interval 값을 설정할 필요가 있다. 이와 관련된 연구는 특정 네트워크 환경에서 매개 변수를 변화시키면서 필요한 요구사항에 맞게 튜닝하는 Kulatunga의 연구[C. Kulatunga, N. Kuhn, G. Fairhurst, and D.Ros, “Tackling bufferbloat in capacity-limited networks,” in Proc. EuCNC, Jun. 2015.] 와 최적화된 매개변수 값을 도출하고 네트워크 환경에 맞추어 적응적으로 변화하는 Ye의 연구[J. Ye, K.-C. Leung, and Victor O.K. Li, "Optimal delay control for combating bufferbloat in the internet,” in Proc. IEEE ICCS, Dec. 2016.]로 구분된다. However, in an actual network environment, it is necessary to set the appropriate target delay and interval values in consideration of the amount of traffic generated, the link capacity in the bottleneck section, and the round-trip delay time. A related study is the study of Kulatunga [C. Kulatunga, N. Kuhn, G. Fairhurst, and D. Ros, “Tackling bufferbloat in capacity-limited networks,” in Proc . EuCNC , Jun. 2015.] and a study of Ye [J. Ye, K.-C. Leung, and Victor OK Li, “Optimal delay control for combating bufferbloat in the internet,” in Proc . IEEE ICCS , Dec. 2016.].

Kulatunga의 연구는 고정된 네트워크 환경에서 병목구간의 사용률을 높이고, 큐 지연시간을 제한하기 위한 target delay와 interval의 조합을 찾는 것이다. Kulatunga의 연구는 네트워크 환경이 변하는 상황마다 매개변수 조합을 새롭게 찾아야하기 때문에 실제 활용도가 낮다는 단점이 있다. Kulatunga's study is to find a combination of target delay and interval to increase the usage rate of bottleneck section and limit queue delay time in a fixed network environment. Kulatunga's study has a disadvantage in that it has low practical utility because it has to find a new parameter combination for each situation in which the network environment changes.

Ye의 연구는 TCP 유체 모델을 이용하여 왕복 지연시간, 병목구간 대역폭, TCP 플로우 수 기반의 피드백 제어기를 디자인한다. 네트워크 상황에 따라 TCP goodput을 최대화하며 CoDel 시스템의 안정한 범위 내에서 지연 요구사항을 만족하는 target delay를 최적화하여 도출한다. Ye의 연구는 매개변수 중 target delay 하나만 고려하고 있으며, TCP 세션을 플로우 별로 구분하고 처리한다는 제약이 있다.Ye's research designs a feedback controller based on round-trip latency, bottleneck bandwidth, and TCP flow count using the TCP fluid model. It maximizes TCP goodput according to network conditions and optimizes and derives the target delay that satisfies the delay requirements within the stable range of the CoDel system. Ye's study considers only one target delay among parameters, and there is a limitation in classifying and processing TCP sessions for each flow.

따라서 본 발명에서는 전술 트래픽에 따라 네트워크 혼잡 및 서비스 성능에 영향을 미치는 FQ-CoDel의 세가지 매개변수를 적응적으로 최적화 하는 설계 방법을 단계적으로 수행한다.Therefore, in the present invention, a design method for adaptively optimizing three parameters of FQ-CoDel that affects network congestion and service performance according to tactical traffic is performed in stages.

특히, 본 발명에서 적용하고자 하는 분야인 전술 통신망은 군 운용체계에 따라 보장형/비보장형, 음성/비디오, 파일/단문메시지 전송 등 다양한 응용 서비스가 제공되고 있다. 또한 작전 운용상 정보의 중요도에 따라 군사 우선 순위를 달성하기 위한 목적으로 응용 서비스마다 플로우를 분류할 필요가 있다. 또한, 일반적으로 응용 서비스마다 발생하는 트래픽의 속성이 다르기 때문에 데이터 속도, 지연, 신뢰성 등 상이한 네트워크 요구사항을 충족하기 위해서는 개별 큐를 동적으로 관리할 필요성이 있다.In particular, in the tactical communication network, which is a field to be applied in the present invention, various application services such as guaranteed/non-guaranteed type, voice/video, and file/short message transmission are provided according to the military operating system. In addition, it is necessary to classify flows for each application service for the purpose of achieving military priority according to the importance of information in operational operation. In addition, in general, since the properties of traffic generated by each application service are different, it is necessary to dynamically manage individual queues in order to meet different network requirements such as data rate, delay, and reliability.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 FQ-CoDel의 네트워크 구조도를 도시하고 있다.1B shows a network structure diagram of FQ-CoDel according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 FQ-CoDel 알고리즘은 x개의 우선 순위(level priority), y개의 서비스 클래스(service class), z개의 플로우(dynamic flow)로 설계한다. 실시예에서는 2개의 우선 순위(level priority), 5개의 서비스 클래스(service class), 64개의 플로우(dynamic flow)로 설계한다.The FQ-CoDel algorithm of the present invention is designed with x level priorities, y service classes, and z flows (dynamic flows). In the embodiment, two priorities (level priority), five service classes (service class), and 64 flows (dynamic flow) are designed.

본 발명에서 각 전술 우선 순위의 차등 처리를 위해 1순위(Highest priority)는 보장형 응용 서비스(Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing)를 최우선 처리한다. 2순위(Lowest priority)는 3가지 응용 서비스(Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video)를 나중 처리한다. 설계한 구조를 바탕으로 서비스 플로우 별로 논리적인 큐를 생성하고, 각 큐마다 도 4의 알고리즘을 통해 얻어낸 파라미터를 적용한 FQ-CoDel 프로토콜을 구현한다. 각 응용 서비스에 해당하는 플로우는 공지된 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 동작하고 마지막에는 공지된 PQ(Priority Queuing) 방식이 결합한 복합 스케줄러 기술을 적용한다.In the present invention, for the differential processing of each tactical priority, the first priority (Highest priority) processes the assured application service (Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing) with the highest priority. The second priority (lowest priority) processes three application services (Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video) later. Based on the designed structure, a logical queue is created for each service flow, and the FQ-CoDel protocol to which parameters obtained through the algorithm of FIG. 4 are applied to each queue is implemented. A flow corresponding to each application service operates in a known Deficit Weighted Round Robin (DWRR) method, and finally, a complex scheduler technology combined with a known Priority Queuing (PQ) method is applied.

이때, 본 발명은 FQ-CoDel 알고리즘의 큐 내부 삭제 정책을 결정하기 위하여 허용 대기 지연시간인 타켓 딜레이(target delay), 정책이 업데이트되는 빈도를 결정하는 인터벌 레이트(interval rate), 플로우 별 가중치를 결정하는 퀀텀(quantum)의 세가지 매개변수를 최적화 하기 위하여, 첫번째는 타켓 딜레이를 서비스 클래스 단위로 계산하고, 인터벌 레이트는 플로우 단위로 계산한다. 두번째는 우선 순위마다 목적을 다르게 하여 플로우 단위로 퀀텀을 계산한다.At this time, the present invention determines a target delay that is an allowable waiting delay time, an interval rate that determines the frequency at which the policy is updated, and a weight for each flow in order to determine the queue internal deletion policy of the FQ-CoDel algorithm. In order to optimize the three parameters of the quantum, the first calculates the target delay in units of service classes and the interval rate in units of flows. Second, the quantum is calculated in units of flows with different purposes for each priority.

본 발명은 target delay(타켓 딜레이)를 최적화한다. FQ-CoDel 알고리즘은 패킷이 큐에 인입되는 시점의 시간 스탬프를 기록하고, 해당 패킷이 머무는 지연시간을 추적하여 목표 지연시간인 target delay 값과 비교한다. 본 발명에서는 전술 통신망에서 병목구간 대역폭 크기를 알고 있다고 가정한다. 병목구간의 대역폭 크기 C와 목표 지연시간 ttarget 을 이용하여 목표 지연시간을 넘지 않기 위한 시간당 허용 가능한 큐의 길이 βtarget 을 수학식(1)과 같이 계산할 수 있다.The present invention optimizes target delay. The FQ-CoDel algorithm records the time stamp when the packet is entered into the queue, tracks the delay time that the corresponding packet stays, and compares it with the target delay value, which is the target delay time. In the present invention, it is assumed that the bandwidth size of the bottleneck in the tactical communication network is known. Using the bandwidth size C of the bottleneck section and the target delay time t target , the allowable queue length β target per time for not exceeding the target delay time can be calculated as in Equation (1).

수학식(1)Equation (1)

βtarget = C(1 + ttarget)β target = C(1 + t target )

βtarget 은 큐에서 처리 가능한 패킷의 양과 허용 지연시간을 고려하여 향후 처리 가능하다고 예상되는 패킷의 양의 합으로 계산된다. 하나의 큐에 다수의 플로우가 인입되는 FQ-CoDel 프로토콜에서 네트워크 환경에 따라 최적의 target delay 값을 결정하는 방법은 Ye 의 연구에서 수학식(2)와 같이 제안하고 있다.β target is calculated as the sum of the number of packets that can be processed in the future considering the amount of packets that can be processed in the queue and the allowable delay time. In the FQ-CoDel protocol in which multiple flows are entered into one queue, a method for determining the optimal target delay value according to the network environment is proposed as in Equation (2) in Ye's study.

수학식(2)Equation (2)

Figure 112020125689096-pat00015
Figure 112020125689096-pat00015

수학식(2)는 네트워크 환경에 따라 target delay의 안정 범위의 최댓값을 나타낸다. 여기서 고려하는 네트워크 환경은 병목구간 대역폭 C, 플로우의 수 Ns, 전파 지연시간 Tp, 최소 허용 큐 길이 βmin를 초과하는 최초 패킷 도착률 λ0 가 있다.Equation (2) represents the maximum value of the stable range of the target delay according to the network environment. The network environment considered here includes the bottleneck bandwidth C, the number of flows N s , the propagation delay time T p , and the initial packet arrival rate λ 0 exceeding the minimum allowable queue length β min .

본 발명은 수학식(2)를 FQ-CoDel 프로토콜에 적용하기 위해서 동일 서비스 클래스에 속한 모든 플로우는 동일한 target delay 값을 사용함을 가정하고, target delay 값은 서비스 클래스 단위로 하기 수학식(3), 수학식(4)와 같이 계산한다.In the present invention, in order to apply Equation (2) to the FQ-CoDel protocol, it is assumed that all flows belonging to the same service class use the same target delay value, and the target delay value is the following Equation (3), It is calculated as in Equation (4).

수학식(3)Equation (3)

Figure 112020125689096-pat00016
Figure 112020125689096-pat00016

수학식(4)Equation (4)

Figure 112020125689096-pat00017
Figure 112020125689096-pat00017

수학식(3)은 동일 서비스 클래스 내 모든 플로우의 target delay의 합을 나타낸다. 수학식(4)는 개별 플로우의 optimal target delay를 나타낸다. 수학식에서 사용하는 파라미터는 도 2과 같이 나타나고, 서비스 클래스 s 에 따라 가변하는 파라미터는 Ns 과 tmax,s 이다.Equation (3) represents the sum of target delays of all flows within the same service class. Equation (4) represents the optimal target delay of an individual flow. The parameters used in the equation are shown as shown in FIG. 2, and parameters that vary according to the service class s are N s and t max,s .

tmax,s 는 플로우 수와 EI-CER(End Instrument-Customer Edge Router)지연시간의 곱으로 계산된다. 개별 플로우에 적용되는 최적의 target delay는 하한값과 비교하여 최종값을 결정한다.t max,s is calculated as the product of the number of flows and the EI-CER (End Instrument-Customer Edge Router) delay time. The optimal target delay applied to each flow is compared with the lower limit to determine the final value.

다음, 본 발명은 interval rate(인터벌 레이트)를 최적화 한다. FQ-CoDel 알고리즘은 패킷 폐기 시점이 도래하면 허용 가능한 큐 길이가 넘는 모든 패킷을 폐기한다. 패킷을 폐기하는 간격에 따라 패킷이 폐기되는 총량과 패킷 손실률에 영향을 준다. 또한 패킷을 폐기하는 시점에 따라 큐의 혼잡도 및 안정화 시점에 영향을 준다.Next, the present invention optimizes the interval rate. The FQ-CoDel algorithm discards all packets that exceed the allowable queue length when the packet discard time arrives. The packet discard interval affects the total amount of packets discarded and the packet loss rate. Also, depending on the time when packets are discarded, the congestion level of the queue and the time of stabilization are affected.

수학식(5)Equation (5)

Figure 112020125689096-pat00018
Figure 112020125689096-pat00018

수학식(5)는 기존 CoDel 알고리즘에서 패킷이 폐기되는 시점이다. 여기서 n은 패킷 폐기 횟수를 나타내고, I(n)은 패킷 폐기 횟수에 따른 패킷 폐기 interval을 나타낸다. 최초 패킷 폐기 시점은 100 ms 이며, 다음 패킷 폐기 시점은 패킷 폐기 횟수의 제곱근에 반비례하여 차례로 감소한다.Equation (5) is the point at which a packet is discarded in the existing CoDel algorithm. Here, n denotes the number of packet discards, and I(n) denotes a packet discard interval according to the number of packet discards. The first packet discard time is 100 ms, and the next packet discard time sequentially decreases in inverse proportion to the square root of the number of packet discards.

일반적으로 CoDel 알고리즘은 병목구간에서 과도한 패킷이 한꺼번에 발생하여 예상 처리시간이 비 이상적으로 증가하는 현상을 예방하기 위해 사용된다. 따라서 패킷 폐기 시점이 도래하더라도 폐기할 패킷이 없다면 차례를 넘기게 되고, 반대로 과도한 트래픽이 발생하여 네트워크가 매우 혼잡한 상황이더라도 패킷 폐기 시점까지 기다렸다가 패킷을 폐기해야 한다. 대역폭이 작은 병목구간일수록 기하급수적으로 패킷이 큐에 쌓이고 대기시간을 증가시키는 성능 저하를 야기한다.In general, the CoDel algorithm is used to prevent an abnormal increase in expected processing time due to excessive packets occurring at once in the bottleneck section. Therefore, even when the packet discard time arrives, if there is no packet to be discarded, the turn is skipped. Conversely, even if the network is very congested due to excessive traffic, the packet must be discarded after waiting until the packet discard time. In the bottleneck section with a small bandwidth, packets are accumulated in the queue exponentially, causing performance degradation that increases latency.

따라서 인입되는 패킷의 양과 네트워크 환경에 따라 신속한 큐 안정화를 위해 적절한 시점에서 패킷을 폐기하는 알고리즘이 필요하다. 본 발명에서는 최초 패킷 폐기 시점에서 손실되는 패킷을 양을 확인하고, 향후 트래픽을 예측하여 다음 패킷 폐기 시점을 결정한다.Therefore, according to the amount of incoming packets and the network environment, an algorithm that discards packets at an appropriate point in time for rapid queue stabilization is required. In the present invention, the amount of packets lost at the initial packet discard time is checked, and future traffic is predicted to determine the next packet discard time point.

수학식(6)Equation (6)

Figure 112020125689096-pat00019
Figure 112020125689096-pat00019

p100,j 는 플로우 j에서 최초 패킷 폐기 시점인 100 ms에 폐기된 패킷의 수를 나타낸다. βopt 는 수학식(4)에서 도출한 optimal target delay를 수학식(1)에 대입하여 계산된 허용 가능한 큐의 길이다. 수학식(6)은 p100,j 에서 βopt 대비 상대적인 패킷 손실 비율을 나타낸다.p 100,j represents the number of discarded packets at 100 ms, which is the first packet discard time in flow j. β opt is the allowable queue length calculated by substituting the optimal target delay derived from Equation (4) into Equation (1). Equation (6) represents a relative packet loss ratio compared to β opt in p 100,j .

수학식(7)Equation (7)

Figure 112020125689096-pat00020
Figure 112020125689096-pat00020

수학식(8)Equation (8)

Figure 112020125689096-pat00021
Figure 112020125689096-pat00021

수학식(7)은 패킷 손실 비율(

Figure 112022038214095-pat00054
)을 적절한 비율로 매핑한 optimal interval rate 지수이다. 수학식(8)은 패킷 손실 비율(
Figure 112022038214095-pat00055
)을 적용한 새로운 optimal interval rate 이다.Equation (7) is the packet loss ratio (
Figure 112022038214095-pat00054
) is the optimal interval rate index mapped to an appropriate ratio. Equation (8) is the packet loss ratio (
Figure 112022038214095-pat00055
) is the new optimal interval rate applied.

다음, 본 발명은 quantum(퀀텀)을 최적화한다. FQ-CoDel 알고리즘은 서비스 플로우마다 논리적인 큐를 생성하고 큐를 개별적으로 처리하기 위해 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 스케줄링 방식을 사용하고 있다. 전술 통신망에서 응용 서비스마다 상이한 QoS 요구사항을 보장하기 위해서는 플로우 별 가중치인 quantum 값을 적절하게 분배해야 한다. FQ-CoDel 프로토콜에서 quantum과 지연시간의 관계를 수식으로 정의하면 하기 수학식(9)와 같다.Next, the present invention optimizes quantum. The FQ-CoDel algorithm uses a Deficit Weighted Round Robin (DWRR) scheduling method to create a logical queue for each service flow and process the queues individually. In order to guarantee different QoS requirements for each application service in the tactical communication network, quantum values, which are weights for each flow, should be appropriately distributed. If the relationship between quantum and delay time in the FQ-CoDel protocol is defined as an equation, it is as shown in Equation (9) below.

수학식(9)Equation (9)

Figure 112020125689096-pat00022
Figure 112020125689096-pat00022

수학식(9)는 플로우 j에서 모든 패킷을 처리하는데 필요한 총 지연시간을 예측한 값이다. qj는 quantum 값, pavg,j 는 평균 패킷의 크기, nj은 패킷의 개수이다. 모든 플로우가 RR(Round Robin) 스케줄링 방식으로 1회 처리되는 것을 round로 정의하고, 지연시간의 단위는 round로 한다. quantum 최적화에서 사용하는 파라미터는 도 3와 같이 정리하였다. 본 발명에서는 수학식(9)를 이용하여 목적에 따라 두가지 quantum 최적화 방법을 제시한다.Equation (9) is a value predicted by the total delay time required to process all packets in the flow j. q j is the quantum value, p avg,j is the average packet size, and n j is the number of packets. When all flows are processed once by the RR (Round Robin) scheduling method, round is defined, and the unit of delay time is round. The parameters used in quantum optimization are summarized as shown in FIG. 3 . In the present invention, two quantum optimization methods are proposed according to the purpose using Equation (9).

수학식(10)Equation (10)

Figure 112020125689096-pat00023
Figure 112020125689096-pat00023

수학식(10)은 특정 플로우 j를 최우선 처리하는 최적화 수식이다. 목적함수

Figure 112020125689096-pat00024
은 주어진 제약조건에 맞는 optimal quantum
Figure 112020125689096-pat00025
를 이용하여 모든 패킷을 처리하는데 필요한 round 이다. 한 번의 round 에서 처리되는 quantum 합은 유지하면서 특정 플로우의 지연시간을 단축시킨다.Equation (10) is an optimization equation that prioritizes a specific flow j. objective function
Figure 112020125689096-pat00024
is the optimal quantum for a given constraint
Figure 112020125689096-pat00025
It is a round required to process all packets using . It reduces the delay time of a specific flow while maintaining the quantum sum processed in one round.

수학식(11)Equation (11)

Figure 112020125689096-pat00026
Figure 112020125689096-pat00026

수학식(11)은 모든 플로우에서 최종적으로 마지막 패킷이 처리 완료되는 지연시간을 최소화하는 최적화 수식이다. 목적함수는 모든 플로우에서 생성될 수 있는 L1 norm을 나타낸다. 모든

Figure 112020125689096-pat00027
은 default quantum 값을 이용하여 예측한 round 보다 작아야 하고, round 간 편차를 최소화하는 optimal quantum 값을 찾는다.Equation (11) is an optimization equation that minimizes the delay time at which the last packet is finally processed in all flows. The objective function represents the L1 norm that can be generated in all flows. every
Figure 112020125689096-pat00027
must be smaller than the predicted round using the default quantum value, and find the optimal quantum value that minimizes the deviation between rounds.

기존의 FQ-CoDel은 응용 서비스 및 네트워크 환경과 무관하게 고정된 파라미터를 사용한다. 그러나 본 발명은 응용 서비스마다 상이한 큐잉 지연 요구사항을 수용하기 위해 개별 서비스마다 논리적인 큐를 생성하여 파라미터를 개별적으로 적용한다.Existing FQ-CoDel uses fixed parameters regardless of application service and network environment. However, in the present invention, a logical queue is created for each service to accommodate different queuing delay requirements for each application service, and parameters are applied individually.

도 4은 target delay, interval rate, quantum 매개변수 최적화를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 FQ-CoDel 알고리즘의 설계 절차이다. 4 is a design procedure of the entire FQ-CoDel algorithm according to an embodiment of the present invention using target delay, interval rate, and quantum parameter optimization.

본 발명의 알고리즘은 크게 두 단계로 구분된다. 첫 번째 단계에서는 target delay를 서비스 클래스 단위로 계산하고, interval rate는 플로우 단위로 계산한다. 두 번째 단계에서는 우선 순위마다 목적을 다르게 하여 플로우 단위로 quantum 을 계산한다. 도 4에 도시되고 있는 알고리즘에서 k는 우선 순위, s는 서비스 클래스, j는 플로우의 개수를 나타낸다.The algorithm of the present invention is largely divided into two steps. In the first step, the target delay is calculated for each service class, and the interval rate is calculated for each flow. In the second step, the purpose is different for each priority, and quantum is calculated in units of flow. In the algorithm shown in Fig. 4, k denotes a priority, s denotes a service class, and j denotes the number of flows.

본 발명에서 단계별 성능 검증을 위해 첫 번째 단계에서는 총 패킷 폐기량, 큐 안정화 시점, outdated 패킷의 양을 분석하고, 두 번째 단계에서는 round 시간을 비교한다.In the present invention, for step-by-step performance verification, in the first step, the total packet discard amount, the queue stabilization time, and the amount of outdated packets are analyzed, and in the second step, round times are compared.

본 발명에서 FQ-CoDel 알고리즘의 성능 분석을 위하여 도 1b와 같이 시스템 구조를 구성한다. FQ-CoDel 알고리즘은 x개의 우선 순위(level priority), y개의 서비스 클래스(service class), z개의 플로우(dynamic flow)로 설계한다.In the present invention, for performance analysis of the FQ-CoDel algorithm, a system structure is configured as shown in FIG. 1B. The FQ-CoDel algorithm is designed with x level priorities, y service classes, and z flows (dynamic flows).

그리고 도 5와 같이 2개의 우선 순위(level priority), 5개의 서비스 클래스(service class), 64개의 플로우(dynamic flow)로 설계한다. And, as shown in FIG. 5, it is designed with two priorities (level priority), five service classes (service class), and 64 flows (dynamic flow).

각 전술 우선 순위의 차등 처리를 위해 1순위(Highest priority)는 보장형 응용 서비스(Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing)를 최우선 처리한다. 2순위(Lowest priority)는 3가지 응용 서비스(Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video)를 나중 처리한다. 설계한 구조를 바탕으로 서비스 플로우 별로 논리적인 큐를 생성하고, 각 큐마다 도 4의 알고리즘을 통해 얻어낸 파라미터를 적용한 FQ-CoDel 프로토콜을 구현한다. For differential processing of each tactical priority, first priority (Highest priority) prioritizes assured application services (Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing). The second priority (lowest priority) processes three application services (Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video) later. Based on the designed structure, a logical queue is created for each service flow, and the FQ-CoDel protocol to which parameters obtained through the algorithm of FIG. 4 are applied to each queue is implemented.

시뮬레이션은 MARLAB으로 수행하고, 최적화는 CVX 툴을 이용한다. 각 응용 서비스에 해당하는 플로우는 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 동작하고 마지막에는 PQ(Priority Queuing) 방식이 결합한 복합 스케줄러 기술을 적용한다.Simulation is performed with MARLAB, and optimization is performed using the CVX tool. The flow corresponding to each application service operates in a Deficit Weighted Round Robin (DWRR) method, and finally, a composite scheduler technology combined with a Priority Queuing (PQ) method is applied.

성능분석을 위한 추가 파라미터는 도 6과 같다. 각 응용 서비스에서는 병목구간 대비 1.3 ~ 1.8 배인 포아송 분포로 트래픽이 발생함을 가정한다. 병목구간에 인입되는 패킷의 평균 크기는 1000 bytes로 가정하였다. 플로우마다 총 인입되는 패킷의 수는 5,000 개로 제한하였다. 트래픽의 양은 패킷 단위로 확인하고, 패킷이 인입되고 처리되는 시간 ms 단위로 확인한다. EI-CER 지연시간은 각 서비스에서 하나의 플로우에 대한 값을 나타낸다.Additional parameters for performance analysis are shown in FIG. 6 . In each application service, it is assumed that traffic occurs with a Poisson distribution that is 1.3 to 1.8 times that of the bottleneck section. It is assumed that the average size of packets arriving at the bottleneck is 1000 bytes. The total number of incoming packets per flow is limited to 5,000. The amount of traffic is checked in units of packets, and the time that packets are received and processed is in ms. The EI-CER delay time represents a value for one flow in each service.

도 7은 본 발명의 알고리즘에서 첫 번째 단계를 완료한 결과이다. 기존방식은 target delay와 interval rate 지수가 각각 5 ms 와 0 으로 고정된 값을 사용하였고, 본 발명에서 응용 서비스 및 네트워크 환경에 따라 optimal target delay와 optimal interval rate 지수를 적용하였다. 세가지 성능지표의 정의는 다음과 같다.7 is a result of completing the first step in the algorithm of the present invention. The existing method used fixed values of the target delay and interval rate indices of 5 ms and 0, respectively, and in the present invention, the optimal target delay and optimal interval rate indices were applied according to the application service and network environment. The definitions of the three performance indicators are as follows.

- 폐기된 패킷 수 : 개별 큐에 인입된 5,000 개의 패킷 중 마지막 패킷이 큐를 벗어나기까지 손실되는 패킷의 총 개수- Number of discarded packets: The total number of packets that are lost until the last packet leaves the queue among 5,000 packets that have entered each queue.

- 큐 안정화 시점 : 향후 모든 패킷이 목표 지연시간 이내 도달하는 시점을 안정화 시점으로 판단하며 목표 지연시간을 초과하게 되는 마지막 패킷의 인덱스 - Queue stabilization time: The time when all future packets arrive within the target delay time is judged as the stabilization time, and the index of the last packet that exceeds the target delay time

-outdated 패킷 수 : 목표 지연시간 이후 수신 단에 도착하여 서비스 요구사항을 만족시키지 못한 패킷의 총 개수-Outdated number of packets: Total number of packets that arrived at the receiving end after the target delay time and did not satisfy the service requirements.

기존방식과 비교하여 본 발명은 두 가지 특징이 있다.Compared with the conventional method, the present invention has two characteristics.

첫째, 본 발명의 target delay는 다소 증가하여 허용 가능한 큐의 길이 First, the target delay of the present invention is slightly increased, so the allowable queue length is

βtarget 를 증가시킨다. 둘째, 본 발명은 interval 간격을 적절하게 앞당기게 되어 더 잦은 시간마다 큐를 체크한다. 따라서 본 발명은 빈번한 시간마다 패킷을 폐기하지만, 적절한 βtarget 를 기준으로 패킷을 폐기한다. Increase the β target . Second, in the present invention, the interval is appropriately advanced so that the queue is checked at more frequent times. Therefore, the present invention discards the packet at frequent intervals, but discards the packet based on the appropriate β target .

따라서 전체 폐기되는 패킷의 양은 다소 증가하나, 큐 안정화 시점을 매우 앞당겨 주고 outdated 패킷의 수를 감소시키는 장점이 있다. 즉, 본 발명은 큐 혼잡으로 인해 βtarget 를 초과하여 필수적으로 손실이 필요한 패킷만 폐기한다. 이러한 결과는 다섯 가지 응용 서비스 모두 공통으로 나타나고 있다.Accordingly, although the total amount of discarded packets slightly increases, the queue stabilization time is greatly advanced and the number of outdated packets is reduced. That is, according to the present invention, only packets that inevitably require loss because of queue congestion exceed β target are discarded. These results are common to all five application services.

도 8과 도 9는 다섯 가지 응용 서비스 중 Non-Assured Voice 서비스의 기존 방식과 본 발명의 방법을 비교한 결과이다. 8 and 9 are results of comparing the existing method of the Non-Assured Voice service among the five application services and the method of the present invention.

도 8은 시간에 따른 큐 내부 패킷의 양을 나타낸다. 도 8에서 파란 막대는 패킷이 폐기되는 양을 나타내고, 빨간 실선은 패킷이 처리되거나 폐기되기 이전, 검정 실선은 이후 패킷의 양을 나타낸다. 8 shows the amount of packets inside the queue according to time. In FIG. 8 , a blue bar indicates the amount of packets discarded, a solid red line indicates the amount of packets before processing or discarding, and a solid black line indicates the amount of packets afterward.

기존은 그래프의 fluctuation이 심해 큐 길이가 안정되지 못하지만, 본 발명은 약 300 ms 이후 어느 정도 saturation 상태임을 알 수 있다. 총 패킷 폐기량은 본 발명의 경우 종래보다 약 200개 정도 증가한다.Conventionally, the length of the cue is not stable due to severe fluctuations in the graph, but it can be seen that the present invention is in a state of saturation to some extent after about 300 ms. In the case of the present invention, the total amount of discarded packets is increased by about 200 compared to the conventional one.

도 9는 패킷 별 대기시간을 나타낸다. 대기시간은 패킷이 큐에 인입되는 시점과 처리되어 나가는 시점의 시간 차이를 의미한다. 종래는 패킷을 적절한 시점에 폐기하지 못해 약 37%의 패킷이 목표한 대기시간에 도달하지 못한다. 그러나 본 발명은 약 1,000번째 패킷 이후 모든 패킷이 안정적인 대기시간에 도달한다.9 shows the waiting time for each packet. The latency refers to the time difference between when a packet enters the queue and when it is processed and out. Conventionally, about 37% of packets do not reach the target waiting time because packets cannot be discarded at an appropriate time. However, according to the present invention, all packets reach a stable waiting time after the 1,000th packet.

도 10과 도 11은 본 발명의 알고리즘 에서 두 번째 단계를 완료한 결과이다. 종래는 quantum이 1,514 bytes로 고정된 값을 사용하였고, 본 발명은 optimal quantum을 사용한다. 10 and 11 are results of completing the second step in the algorithm of the present invention. Conventionally, a value fixed to 1,514 bytes is used for quantum, and the present invention uses optimal quantum.

도 10은 1순위에서 Assured Multimedia Conferencing 응용 서비스의 첫 번째 플로우를 최우선 처리하기 위해 최적화 수학식(10)을 적용하였다. 모든 플로우에서 필요한 quantum의 합은 유지하면서 첫 번째 플로우의 지연시간은 1/3 수준으로 감소시킨다. In FIG. 10, optimization equation (10) is applied to prioritize the first flow of the Assured Multimedia Conferencing application service in the first priority. While maintaining the sum of quantum required in all flows, the delay time of the first flow is reduced to 1/3 level.

도 11은 2순위에서 전체 응용 서비스의 처리 지연시간을 감소시키기 위해 최적화 수학식(11)을 적용하였다. 50 개의 플로우에서 마지막 패킷이 처리되기까지 필요한 지연시간을 감소시키고 응용 서비스 간 지연시간의 차이를 최소화하여 표준편차가 크게 감소한다.In FIG. 11, the optimization equation (11) is applied to reduce the processing delay time of the entire application service in the second priority. The standard deviation is greatly reduced by reducing the delay time required until the last packet is processed in 50 flows and minimizing the difference in delay time between application services.

이상과 같이 본 발명에서는 큐 관리 및 스케줄러 기법이 결합된 FQ-CoDel 프로토콜을 다계층 통합 전술 백본망에 적용할 수 있는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법을 제안하였다. 본 발명은 다양한 응용 서비스에서 전술 효용성을 얻기 위하여 개별 응용 서비스의 QoS를 보장하고, 네트워크 혼잡 제어를 관리하기 위하여 FQ-CoDel 매개변수를 적응적으로 최적화하는 알고리즘을 설계하였다. 본 발명의 큐 관리 방식은 큐 혼잡 상황 발생시, 적절한 시점에서 패킷을 폐기함에 따라 최대한 많은 양의 패킷을 목표 지연시간 이내에 도달하게 하며, 큐 안정화 시점을 앞당겨 준다. 특히, 본 발명은 음성, 비디오, 메시지 등 응용 서비스의 큐잉 지연 요구사항을 만족하기 위해 개별 큐를 동작으로 관리하는데 이점이 있다. 또한, 본 발명의 스케줄링 방식은 작전 운용 상 정보 중요도 및 군사 우선 순위를 분류하여 우선 처리하기 위해 개별 플로우의 가중치를 변경하거나 지연시간 감소를 위해 전체 플로우의 가중치를 조정할 수 있는 장점이 있다.As described above, in the present invention, a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that can be applied to the multi-layer integrated tactical backbone network using the FQ-CoDel protocol in which the queue management and scheduler techniques are combined is proposed. The present invention designed an algorithm for adaptively optimizing FQ-CoDel parameters in order to guarantee QoS of individual application services and manage network congestion control in order to obtain tactical utility in various application services. The queue management method of the present invention allows the maximum amount of packets to arrive within a target delay time by discarding packets at an appropriate time when a queue congestion occurs, and advances the queue stabilization time. In particular, the present invention is advantageous in managing individual queues as operations to satisfy the queuing delay requirements of application services such as voice, video, and message. In addition, the scheduling method of the present invention has the advantage of being able to change the weights of individual flows in order to classify information importance and military priorities in operational operation and process them first, or adjust the weights of all flows to reduce delay time.

이상에서 설명된 본 발명은 컴퓨팅 디바이스를 포함하는 컴퓨팅 환경에서 구현된다. 컴퓨팅 디바이스는 다른 단말과 신호를 송수신하는 모든 형태의 컴퓨팅 디바이스일 수 있다.The present invention described above is implemented in a computing environment including a computing device. The computing device may be any type of computing device that transmits/receives signals to and from other terminals.

컴퓨팅 디바이스는 적어도 하나의 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장매체 및 통신버스를 포함한다. 프로세서는 컴퓨팅 디바이스로 하여금 앞서 언급된 실시예에 따라 동작하도록 제어할 수 있다. 프로세서는 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능한 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.The computing device includes at least one processor, a computer-readable storage medium, and a communication bus. The processor may control the computing device to operate according to the aforementioned embodiments. The processor may execute one or more programs stored in a computer-readable storage medium. The one or more programs may include one or more computer-executable instructions, which, when executed by a processor, may be configured to cause a computing device to perform operations in accordance with an exemplary embodiment.

컴퓨터 판독 가능 저장매체는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램은 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독한 가능 저장 매체는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 디바이스에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.The computer-readable storage medium is configured to store computer-executable instructions or computer-executable instructions to program code, program data and/or other suitable form of information. A program stored in a computer-readable storage medium includes a set of instructions executable by a processor. In one embodiment, the computer-readable storage medium includes memory (volatile memory, such as random access memory, non-volatile memory, or a suitable combination thereof), one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash memory device , other types of storage media that can be accessed by the computing device and can store desired information, or a suitable combination thereof.

통신 버스는 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하여 컴퓨팅 장치의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다. A communication bus interconnects various other components of the computing device, including processors and computer-readable storage media.

컴퓨팅 디바이스는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스 및 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스 및 통신 인터페이스는 통신 버스에 연결된다. 입출력 장치(미도시)는 입출력 인터페이스를 통해 컴퓨팅 디바이스의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 컴퓨 디바이스를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 디바이스의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 디바이스와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 디바이스와 연결될 수도 있다. The computing device may also include one or more input/output interfaces and one or more communication interfaces that provide interfaces for one or more input/output devices. The input/output interface and the communication interface are coupled to the communication bus. An input/output device (not shown) may be connected to other components of the computing device through an input/output interface. Exemplary input/output devices include input devices such as pointing devices (such as a mouse or trackpad), keyboards, touch input devices (such as touchpads or touchscreens), voice or sound input devices, various types of sensor devices and/or imaging devices; and/or output devices such as display devices, printers, speakers and/or network cards. The exemplary input/output device may be included in the computing device as a component constituting the computing device, or may be connected to the computing device as a separate device distinct from the computing device.

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be performed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. Computer-readable media refers to any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. A computer program may be distributed over a networked computer system so that computer readable code is stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily inferred by programmers in the art to which this embodiment belongs.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (22)

군 운용 통신 네트워크의 큐 관리를 위한 프로세서에서 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘은 x개의 우선 순위(level priority), y개의 서비스 클래스(service class), z개의 플로우(dynamic flow)로 설계하고,
FQ-CoDel 알고리즘의 큐 내부 삭제 정책을 결정하기 위하여 허용 대기 지연시간인 타켓 딜레이(target delay), 정책이 업데이트되는 빈도를 결정하는 인터벌 레이트(interval rate), 플로우 별 가중치를 결정하는 퀀텀(quantum)의 세가지 매개변수를 최적화 하기 위하여,
타켓 딜레이를 서비스 클래스 단위로 계산하고, 인터벌 레이트는 플로우 단위로 계산하는 1단계;
우선 순위마다 목적을 다르게 하여 플로우 단위로 퀀텀을 계산하는 2단계를 포함하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
A method for optimizing parameters of the FQ-CoDel algorithm in a processor for queue management of a military-operated communication network, the method comprising:
The FQ-CoDel algorithm is designed with x priorities (level priority), y service classes (service class), and z flows (dynamic flow),
To determine the dequeue policy of the FQ-CoDel algorithm, the target delay, which is the allowable waiting delay, the interval rate, which determines the frequency at which the policy is updated, and the quantum that determines the weight for each flow To optimize the three parameters of
Step 1 of calculating the target delay in units of service classes and calculating the interval rate in units of flows;
A method for optimizing parameters of the FQ-CoDel algorithm, which includes two steps of calculating the quantum in units of flow with different objectives for each priority.
청구항 1에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘은 2개의 우선 순위(level priority), 5개의 서비스 클래스(service class), 64개의 플로우(dynamic flow)로 설계하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
The method according to claim 1,
The FQ-CoDel algorithm is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that is designed with 2 level priorities, 5 service classes, and 64 flows (dynamic flow).
청구항 2에 있어서,
각 전술 우선 순위의 차등 처리를 위해 1 순위는 보장형 응용 서비스(Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing)를 최우선 처리하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
3. The method according to claim 2,
For differential processing of each tactical priority, the first priority is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that prioritizes assured application services (Assured Voice, Assured Multimedia Conferencing).
청구항 3에 있어서,
우선 순위의 2 순위는 3가지 응용 서비스(Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video)를 나중 처리하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
4. The method according to claim 3,
The second priority is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that processes three application services (Short Message, Non-Assured Voice, Broadcast Video) later.
청구항 4에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘은 서비스 플로우마다 논리적인 큐를 생성하고, 큐를 개별적으로 처리하기 위하여 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 동작하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
5. The method according to claim 4,
The FQ-CoDel algorithm is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that creates a logical queue for each service flow and operates in a Deficit Weighted Round Robin (DWRR) method to process queues individually.
청구항 5에 있어서,
각 응용 서비스에 해당하는 플로우는 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 동작하고, 최종단에서 PQ(Priority Queuing) 방식으로 제어하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
6. The method of claim 5,
A parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm in which the flow corresponding to each application service operates in the Deficit Weighted Round Robin (DWRR) method and is controlled by the PQ (Priority Queuing) method at the final stage.
청구항 6에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법의 단계별 성능 검증을 위하여 첫번째 단계에서는 총 패킷 폐기량, 큐 안정화 시점, outdated 패킷의 양을 분석하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
7. The method of claim 6,
For step-by-step performance verification of the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm, in the first step, the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm analyzes the total packet discard amount, queue stabilization time, and the amount of outdated packets.
청구항 7에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법의 단계별 성능 검증을 위하여 두번째 단계에서는 라운드 시간을 비교하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
8. The method of claim 7,
The parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm is to compare round times in the second step to verify the step-by-step performance of the parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm.
군 운용 통신 네트워크의 큐 관리를 위한 프로세서에서 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘은 x개의 우선 순위(level priority), y개의 서비스 클래스(service class), z개의 플로우(dynamic flow)로 설계하고,
FQ-CoDel 알고리즘의 큐 내부 삭제 정책을 결정하기 위한 허용 대기 지연시간인 타켓 딜레이(target delay)를 최적화 하기 위하여,
패킷이 큐에 인입되는 시점의 시간 스탬프를 기록하고, 해당 패킷이 머무는 지연시간을 추적하여 목표 지연시간인 타켓 딜레이 값과 비교하는 1단계;
병목구간의 대역폭의 크기와 목표 지연시간을 이용하여 목표 지연시간을 넘지 않기 위한 허용 가능한 큐의 길이를 계산하는 2단계; 및
하나의 큐에 다수의 플로우가 인입되는 FQ-CoDel 프로토콜에서 네트워크 환경에 따라 최적의 타켓 딜레이 값을 수학식(2)에 의해서 결정하는 3단계를 포함하고,
3단계는 수학식(2)를 FQ-CoDel 프로토콜에 적용하기 위해서 동일 서비스 클래스에 속한 모든 플로우는 동일한 타켓 딜레이 값을 사용하고, 타켓 딜레이 값은 서비스 클래스 단위로 계산하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(2)
Figure 112022038214095-pat00028

(병목구간 대역폭 C, 플로우의 수 Ns, 최초 interval Ⅰ0, 전파 지연시간 Tp, 최소 허용 큐 길이 βmin를 초과하는 최초 패킷 도착률 λ0 )
A method for optimizing parameters of the FQ-CoDel algorithm in a processor for queue management of a military-operated communication network, the method comprising:
The FQ-CoDel algorithm is designed with x priorities (level priority), y service classes (service class), and z flows (dynamic flow),
In order to optimize the target delay, which is the allowable waiting delay time for determining the dequeue policy of the FQ-CoDel algorithm,
Step 1 of recording a time stamp when a packet is entered into a queue, tracking the delay time at which the packet stays, and comparing it with a target delay value, which is a target delay time;
Step 2 of calculating an allowable queue length not to exceed the target delay time using the size of the bandwidth of the bottleneck and the target delay time; and
In the FQ-CoDel protocol in which a plurality of flows are introduced into one queue, it includes the third step of determining an optimal target delay value according to the network environment by Equation (2),
In step 3, in order to apply Equation (2) to the FQ-CoDel protocol, all flows belonging to the same service class use the same target delay value, and the parameter of the FQ-CoDel algorithm that calculates the target delay value in units of service classes Optimization method.
Equation (2)
Figure 112022038214095-pat00028

(Bottleneck bandwidth C, number of flows N s , initial interval I 0 , propagation delay time T p , first packet arrival rate λ 0 exceeding the minimum allowable queue length β min )
청구항 9에 있어서,
최적의 타켓 딜레이는 수학식(4)로 산출되는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(4)
Figure 112022038214095-pat00029

여기서 ts는 동일 서비스 클래스 내 모든 플로우의 타겟 딜레이의 합이고, tmin는 타켓 딜레이 최솟값, Ns는 서비스 클래스 s에서 플로우 수를 나타낸다.
10. The method of claim 9,
The optimal target delay is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm calculated by Equation (4).
Equation (4)
Figure 112022038214095-pat00029

Here, t s is the sum of the target delays of all flows in the same service class, t min is the minimum target delay, and N s is the number of flows in the service class s.
청구항 10에 있어서,
최적의 타켓 딜레이는 개별 플로우의 최적 타켓 딜레이를 나타내는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
11. The method of claim 10,
Optimal target delay is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that represents the optimal target delay of an individual flow.
청구항 11에 있어서,
동일 서비스 클래스 내 모든 플로우의 타겟 딜레이의 합은, 수학식(3)으로 산출되는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(3)
Figure 112020125689096-pat00030

여기서 tstable,s는 네트워크 환경에 따라 타켓 딜레이의 안정 범위의 최댓값이고, tmin는 타켓 딜레이 최솟값, tmax,s는 각 서비스 클래스에서 타켓 딜레이 최댓값을 나타낸다.
12. The method of claim 11,
The parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm in which the sum of target delays of all flows within the same service class is calculated by Equation (3).
Equation (3)
Figure 112020125689096-pat00030

Here, t stable,s is the maximum value of the stable range of the target delay according to the network environment, t min is the minimum target delay value, and t max,s is the maximum target delay value in each service class.
청구항 12에 있어서,
서비스 클래스 s에 따라 가변하는 파라미터는 Ns 와, tmax,s 인 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
13. The method of claim 12,
The parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm where the parameters that vary according to the service class s are N s and t max,s .
청구항 9에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘에서 정책이 업데이트되는 빈도를 결정하는 인터벌 레이트(interval rate)를 최적화 하기 위하여, 최적의 인터벌 레이트는 수학식(8)로 산출되는 단계를 포함하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(8)
Figure 112022038214095-pat00031

여기서 αj는 최적의 인터벌 레이트 지수, n은 패킷 폐기 횟수를 나타낸다.
10. The method of claim 9,
In order to optimize an interval rate that determines the frequency at which a policy is updated in the FQ-CoDel algorithm, the optimal interval rate is calculated by Equation (8) .
Equation (8)
Figure 112022038214095-pat00031

Here, α j denotes an optimal interval rate index, and n denotes the number of packet discards.
청구항 14에 있어서,
최적의 인터벌 레이트 지수(αj)는 수학식(7)로 산출되는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(7)
Figure 112022038214095-pat00032

여기서
Figure 112022038214095-pat00056
는 패킷 손실 비율을 나타낸다.
15. The method of claim 14,
The optimal interval rate index (α j ) is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm calculated by Equation (7).
Equation (7)
Figure 112022038214095-pat00032

here
Figure 112022038214095-pat00056
represents the packet loss rate.
청구항 15에 있어서,
패킷 손실 비율(
Figure 112022038214095-pat00057
)는 수학식(6)으로 산출되는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(6)
Figure 112022038214095-pat00033

여기서, p100,j 는 플로우 j에서 최초 패킷 폐기 시점인 100 ms에 폐기된 패킷의 수를 나타낸다. βopt 는 최적의 타켓 딜레이를 이용하여 허용 가능한 큐의 길이를 나타낸다.
16. The method of claim 15,
Packet loss rate (
Figure 112022038214095-pat00057
) is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm calculated by Equation (6).
Equation (6)
Figure 112022038214095-pat00033

Here, p 100,j denotes the number of packets discarded at 100 ms, which is the first packet discard time in flow j. β opt represents the allowable queue length using the optimal target delay.
청구항 16에 있어서,
패킷 손실 비율(
Figure 112022038214095-pat00058
)는 p100,j 에서 βopt 대비 상대적인 패킷 손실 비율을 나타내는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
17. The method of claim 16,
Packet loss rate (
Figure 112022038214095-pat00058
) is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm representing the relative packet loss ratio compared to β opt at p 100,j .
청구항 17에 있어서,
플로우 j에서 모든 패킷을 처리하는데 필요한 총 지연시간은 수학식(9)로 정의되는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(9)
Figure 112022038214095-pat00034

여기서 qj는 quantum 값, pavg,j 는 평균 패킷의 크기, nj은 패킷의 개수이다.
18. The method of claim 17,
The total delay time required to process all packets in flow j is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm defined by Equation (9).
Equation (9)
Figure 112022038214095-pat00034

Here, q j is the quantum value, p avg,j is the average packet size, and n j is the number of packets.
청구항 18에 있어서,
FQ-CoDel 알고리즘에서 플로우 별 가중치를 결정하는 최적의 퀀텀(quantum)은 수학식(10)으로 산출되는 단계를 포함하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(10)
Figure 112022038214095-pat00035

여기서 qj 는 플로우 j에서 사용되는 디폴트 퀀텀값,
Figure 112022038214095-pat00036
는 플로우 j에서 사용되는 최적 퀀텀값, rj은 플로우 j에서 예측되는 라운드, k는 우선 순위 k에서 플로우 수,
Figure 112022038214095-pat00059
는 주어진 제약조건에 맞는 최적의 퀀텀
Figure 112022038214095-pat00060
를 이용하여 모든 패킷을 처리하는데 필요한 라운드를 나타낸다.
19. The method of claim 18,
A method for optimizing parameters of the FQ-CoDel algorithm, comprising calculating an optimal quantum for determining a weight for each flow in the FQ-CoDel algorithm by Equation (10).
Equation (10)
Figure 112022038214095-pat00035

where q j is the default quantum value used in flow j,
Figure 112022038214095-pat00036
is the optimal quantum value used in flow j, r j is the predicted round in flow j, k is the number of flows in priority k,
Figure 112022038214095-pat00059
is the optimal quantum for a given constraint
Figure 112022038214095-pat00060
is used to indicate the round required to process all packets.
청구항 19에 있어서,
모든 플로우에서 최종적으로 마지막 패킷이 처리 완료되는 지연시간을 최소화하는 최적화된 퀀텀은 수학식(11)로 정의되는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
수학식(11)
Figure 112022038214095-pat00039

여기서
Figure 112022038214095-pat00040
는 플로우 j에서 사용되는 최적 퀀텀값, nj는 플로우 j에서 처리해야 되는 패킷 개수, pavg,j 는 플로우 j에서 평균 패킷 크기, rj은 플로우 j에서 예측되는 라운드,
Figure 112022038214095-pat00061
은 주어진 제약조건에 맞는 최적의 퀀텀
Figure 112022038214095-pat00062
를 이용하여 모든 패킷을 처리하는데 필요한 라운드를 나타낸다.
20. The method of claim 19,
The optimized quantum that minimizes the delay time at which the last packet is finally processed in all flows is a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm defined by Equation (11).
Equation (11)
Figure 112022038214095-pat00039

here
Figure 112022038214095-pat00040
is the optimal quantum value used in flow j, n j is the number of packets to be processed in flow j, p avg,j is the average packet size in flow j, r j is the predicted round in flow j,
Figure 112022038214095-pat00061
is the optimal quantum for a given constraint
Figure 112022038214095-pat00062
is used to indicate the round required to process all packets.
청구항 20에 있어서,
모든
Figure 112022038214095-pat00041
은 디폴트 퀀텀 값을 이용하여 예측한 라운드 보다 작아야 하고, 라운드 간 편차를 최소화하는 최적의 퀀텀 값을 찾는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법.
21. The method of claim 20,
every
Figure 112022038214095-pat00041
must be smaller than the round predicted using the default quantum value, and a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm that finds the optimal quantum value that minimizes the deviation between rounds.
컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 실행되면,
x개의 우선 순위(level priority), y개의 서비스 클래스(service class), z개의 플로우(dynamic flow)로 FQ-CoDel 알고리즘을 설계하고,
FQ-CoDel 알고리즘의 큐 내부 삭제 정책을 결정하기 위하여 허용 대기 지연시간인 타켓 딜레이(target delay), 정책이 업데이트되는 빈도를 결정하는 인터벌 레이트(interval rate), 플로우 별 가중치를 결정하는 퀀텀(quantum)의 세가지 매개변수를 최적화 하기 위하여,
타켓 딜레이를 서비스 클래스 단위로 계산하고, 인터벌 레이트는 플로우 단위로 계산하는 1단계;
우선 순위마다 목적을 다르게 하여 플로우 단위로 퀀텀을 계산하는 2단계를 포함하는 FQ-CoDel 알고리즘의 매개변수 최적화 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
As a computer program stored in a computer-readable recording medium,
When a computer program is executed by a processor,
Design the FQ-CoDel algorithm with x level priorities, y service classes, and z flows (dynamic flows),
To determine the dequeue policy of the FQ-CoDel algorithm, the target delay, which is the allowable waiting delay, the interval rate, which determines the frequency at which the policy is updated, and the quantum that determines the weight for each flow To optimize the three parameters of
Step 1 of calculating the target delay in units of service classes and calculating the interval rate in units of flows;
A computer program including instructions for causing a processor to perform a parameter optimization method of the FQ-CoDel algorithm, which includes the second step of calculating the quantum for each flow with different objectives for each priority.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101831082B1 (en) 2013-09-06 2018-02-21 브이아이디 스케일, 인크. Quality of experience based queue management for routers for real-time video applications
KR102011184B1 (en) 2016-12-09 2019-08-14 인제대학교 산학협력단 Apparatus and method for managing queue based on cascade structure

Patent Citations (2)

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