KR19980069978A - 명시적 속도 셀 마킹을 사용한 비동기 전송 모드 네트워크의적체 제어 시스템 - Google Patents

명시적 속도 셀 마킹을 사용한 비동기 전송 모드 네트워크의적체 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

최소한 고정 비트 속도(CBR) 트래픽과, 가변 비트 속도(VBR) 트래픽과, 조정 가능 비트 속도(ABR)을 전송하는 ATM 네트워크를 위한 종단간 폐쇄 루프 흐름 제어 알고리즘에 사용하기 위한 명시적 속도 알고리즘이 개시되었다. 상기 알고리즘은 노드로부터의 출력 링크상의 ABR 트래픽에 대하여 활용 가능한 대역폭의 양을 판단하고, ABR 트래픽에 대한 소스로 전송될 수 있는 명시적 속도 변수를 생성한다. 상기 출력 링크상의 모든 접속에 대하여 이미 예비된 최대 및 최소 대역폭을 판단한다. 상기 예비된 최대 및 최소 대역폭의 값에 의하여 정의되는 범위 내에서 하나의 예비된 대역폭의 값을 선택한다. 상기 노드에 대한 ABR 입력 버퍼의 현재 이용도도 판단된다. 명시적 속도 변수는 링크 용량, 예비된 대역폭의 값 및 ABR 입력 버퍼의 현재 이용도의 함수로서 생성된다. 상기 명시적 속도 변수는, 네트워크를 통하여 ABR 트래픽 소스로 전달될 자원 관리 셀 내에 기록된다. 상기 명시적 속도 변수는, ABR 입력 버퍼를 보다 많이 이용할 수 있도록 상기 ABR 소스의 입력 속도를 변경하고자 의도된 것이다.

Description

명시적 속도 셀 마킹을 사용한 비동기 전송 모드 네트워크의 적체 제어 시스템
본 발명은 데이터 통신 네트워크에 관한 것이며, 특히 네트워크 트래픽 소스(network traffic source)의 전송 속도를 일정하게 하기 위하여 명시적 속도 셀 마킹을 사용한 폐쇄 루프 흐름(closed-loop flow) 또는 적체 제어 시스템(congestion control system)을 구비한 데이터 통신 네트워크에 관한 것이다.
초기의 데이터 통신 네트워크들에서는, 데이터 흐름 제어(data flow control) 또는 오류 검출/복구(error detection/recovery)는 전형적으로 소스(source) 시스템과 데스티네이션 시스템(destination system) 사이의 경로상의 각 중간 노드 또는 시스템에서 수행되었다. 상기와 같은 홉 단위(hop-by-hop)의 동작은, 그 당시 사용가능한(then-available) 높은 오류율(error rate)의 데이터 전송 기술 및 미디어 사용의 결과로서 손실되거나 파괴되는 데이터를 처리하기 위하여 필요한 것으로 여겨졌다.
데이터 전송 기술 및 미디어는 시간에 따라 향상되어, 데이터 통신 네트워크들이, 흐름 제어 및 오류 검출/복구가 네트워크 데이터 경로의 엔드포인트들에 위치한 노드들의 주된 책임이 될 수 있는 시스템들로 발전할 수 있게 하였다. 데이터를 소스로부터 데스티네이션으로 이동시키는데 소요되는 시간을 줄이기 위하여, 중간 노드들에서의 패킷 처리 동작(또한 그러한 동작을 수행하는데 소요되는 시간)을 최소화하기 위한 노력, 즉 시스템의 스루풋(throughput)을 증가시키기 위한 노력이 진행중이다.
비동기 전송 모드(Asynchronous Transfer Mode)(이하, ATM이라 함.) 기술은, 흐름 제어와 오류 검출/복구가 전형적으로 데이터 경로상의 엔드 노드들(end nodes)에서만 수행되는 기술로서 그 보급이 확대되는 한 예이다. ATM 시스템에서는, 모든 데이터는 상대적으로 짧은 고정 길이의 셀내에서 이송(transport)된다. 표준 ATM 셀은, 셀 제어 및 루팅 정보를 수반하는 5 바이트의 헤더(header)와, 통상적으로 실제 사용자 데이터를 수반하는 48 바이트의 페이로드(payload)를 포함한다. 고정 길이의 셀들을 사용하는 이점은, 이와 같은 셀들이 ATM 네트워크내의 특수 목적의 하드웨어 스위치에 의하여 초고속으로 스위칭(switching)될 수 있다는 점이다.
ATM 셀 구조는 표준일 수 있으나, 상기 셀들 내에서 이송되는 데이터는 다양한 형태의 정보를 나타낼 수 있으며, 또한 그것은 다양하고 때로는 조화되지 않는(inconsistent) 특성들과 이송 요건들을 가질 수 있다. 이송되는 데이터는 컴퓨터 데이터나 오디오 정보 또는 영상(image) 정보 등을 나타낼 수 있다. 오디오 정보의 예로는 사람의 음성이나 음악 등이 포함된다. 영상 정보의 예로는 실황(live) 비디오나 사진, 또는 그래픽이나 의료 영상(medical images) 등이 포함된다.
이송중인 데이터가 오디오 또는 비디오 정보를 나타내는 경우에는, 전송중의 일정량의 데이터 손실은 일반적으로 재구성된 오디오 또는 비디오 정보의 품질이 눈에 띠게 저하되기 전에는 허용 가능하다. 그러나, 상기 데이터중의 어떤 종류들, 즉, 실황 비디오 신호 또는 음성은, 재구성된 오디오 또는 비디오 정보의 품질에 뚜련한 손실을 유발하지 않으면서, 지나치게 지연되지 않거나, 또는 셀간(cell-to-cell), 종단간(end-to-end)의 통과 시간(transit time)의 변화(즉, 지터(jitter))를 겪지 않을 수는 없다. 이와 달리, 그러한 데이터의 손실이나 파괴는 일반적으로 허용될 수 없지만, 일정한 레벨의 전송 지연 또는 지터는 컴퓨터 데이터에 대하여는 허용 가능하다.
지연 또는 지터에 대한 낮은 허용범위(tolerance)를 가지고 전달되어야 하는 데이터는 실시간(real-time)(이하, RT라 함.) 데이터로서의 특성을 나태낸다. 지연이 허용 가능한(delay-tolerant) 데이터는 비실시간(non-real-time)(이하, NRT라 함.) 데이터로서의 특성을 나타낸다. 반드시 전적인 것은 아니지만, 대부분의 경우, RT 데이터에는 손실이 허용가능(loss-tolerant)하지만, NRT 데이터에는 손실이 허용가능하지 않다(loss-intolerant).
ATM 네트워크를 포함하는 모든 데이터 통신 네트워크는 사용자 데이터의 이송에 사용 가능한 용량(capacity)(대역폭(bandwidth))에 한계(limit)가 있다. 네트워크 설계자 또는 관리자의 목표는 이송되는 서로 다른 종류의 데이터에 대한 손실 및/또는 지연 요건(loss and/or delay requirements)을 계속적으로 만족시키면서 가능한 한 많은 대역폭을 지속적으로 사용하는 것이다. 일반적으로, 손실 및 지연 요건들은 서비스의 품질(Quality of Service)(이하, QOS라 함.) 요건이라 불린다.
ATM 네트워크에서는, 통상적으로 소스 노드(source node)가 그 네트워크내의 데스티네이션 노드(destination node)로 데이터를 송신하고자 할 때마다 접속(connection)이 셋업(set up)된다. 접속의 셋업은 네트워크를 통한 루트(route) 또는 경로(path)의 선택과, 서비스 파라미터들(service parameters)의 설정(establishment)및, 접속 지속기간 동안에 대한 QOS의 보장 등을 포함한다. 서로 다른 소스-데스티네이션 쌍들(source-destination pairs) 사이의 다수의 접속은 네트워크내의 동일한 물리적 링크를 동시에 사용할 수 있다. ATM 네트워크에서의 서로 다른 종류의 트래픽(traffic)에 관한 서로 다른 서비스 요건들을 충족시키기 위하여, 서로 다른 클래스의 ATM 트래픽이 정의되었다. 정의된 클래스들중 여기에서 관심을 가져야 할 것으로는, 고정 비트 속도(Constant Bit Rate)(이하, CBR이라 함.), 가변 비트 속도(Variable Bit Rate)(이하, VBR이라 함.), 사용가능 비트 속도(Available Bit Rate)(이하, ABR이라 함.) 등이 있다.
CBR 트래픽은 특정의 본질적으로 일정한 비트 속도로 전송될 필요가 있는 트래픽이다. CBR 트래픽의 예로는, 실시간 오디오 또는 비디오 트래픽이나, 표준 T1.(1.544 메가비트/초) 라인을 에뮬레이트(emulate)하는 ATM 네트워크 접속이 있다. CBR 트래픽에서는 지연과 지터가 허용가능하지 않다. CBR의 셋업 동안에, 상당한 셀 손실의 위험을 발생시키지 않고 데이터가 이송될 수 있는 최대 속도를 정의하기 위하여 피크 셀 속도(Peak Cell Rate)(이하, PCR이라 함.)를 절충(negotiate)하여야 한다. 다음에, 데이터는 통상적으로 절충된 PCR 속도로 전송된다. 만약 상기 PCR을 초과하는 속도로 트래픽을 전송하려고 시도한다면, 상기 초과 트래픽은 네트워크에 의하여 폐기될 수도 있다.
VBR 트래픽은 VBR 실시간(이하, VBR-RT라 함.)과 VBR 비실시간(이하, VBR-NRT라 함.)이라는 트래픽의 두 개의 서브클래스들(subclasses)을 포함한다. VBR-RT 트래픽은 가변 속도로 생성(즉, 버스트(burst)적으로 생성)될 수 있지만, 여전히 셀 지터(cell jitter)의 수용 가능한 한계에 관하여는 엄격한 한계를 요구하는 트래픽이다. VBR-RT 트래픽의 예로는, 가변 속도 코덱(codec)에 의해 생성되는 비디오 신호들이나, 침묵(silence)을 제거한 집합된 음성 트래픽(aggregated voice traffic) 등이 있다. VBR-NRT 트래픽은 버스트 방식으로 이루어질 수 있으나, VBR-RT 트래픽보다 더 지연이 허용 가능한 트래픽이다. VBR-NRT 트래픽의 예로는, 신용 조회 또는 다른 판매시점(point-of-sale) 조작들과 같은 트랜잭션 처리(transaction processing)로부터 기인하는 트래픽이 포함된다.
각 VBR 접속이 셋업되기 위하여는, 피크 셀 속도와, 지원 셀 속도(Sustained Cell Rate)(이하, SCR이라 함.) 및 지터 허용값 등이 절충되어야 한다. 절충된 SCR은 그 접속을 통하여 허용되는 평균 스루풋을 나타낸다. (초과 속도가 절충된 PCR을 초과하지 않는 한) VBR 소스로부터 짧은 시간 동안 상기 절충된 SCR을 초과하는 속도로 트래픽이 받아들여 질 수도 있지만, 동일한 소스로부터의 트래픽이 계속해서 받아들여지게 되는 속도는 비교적 긴 시간 동안 상기 절충된 SCR을 유지하기 위해 상기 SCR 이하로 충분히 감소되어야 한다. 상기 SCR 파라미터가 상대적으로 긴 시간 동안에 걸쳐 준수(observe)될 수 있도록 보장하기 위해, 접속이 셋업될 때 또 다른 파라미터, 즉 버스트 허용범위(burst tolerance)가 설정되어야 한다. 버스트 허용범위는, 전체 스루풋이 SCR을 초과하지 않도록 유지하기 위하여, 트래픽의 속도가 SCR 이하로 감소되기 전에 VBR 접속이 얼마나 오랫동안 SCR보다 큰 속도의 트래픽을 받아들이도록 허용되는가를 정의한다.
이들 감소된 트래픽 활동(traffic activity)의 기간 동안과, 가능하게는, 네트워크 동작 동안의 어떤 다른 시간에, 상당한 양의 네트워크 대역폭이 사용되지 않거나 유휴상태(idle)로 될 수도 있다. ABR 트래픽 클래스는 유휴상태의 네트워크의 대역폭의 이용도를 촉진하기 위한 노력으로 정의되었다. ABR 트래픽은, 고려되지 않았다면 전송 시도중에 수용불가능한 셀 손실을 유발할 수도 있는 실제적인 또는 초기의 네트워크 적체(congestion)를 감시(monitor)하기 위해 트래픽 관리 기술을 이용하는 동안, 사용되지 않게 될 수도 있는 네트워크의 대역폭을 최적으로 사용하고자 의도된 것이다.
ABR 접속의 셋업은 VBR 접속에 대하여 존재하는 것과 같은 종류의 PCR 파라미터의 절충을 요구한다. PCR 파라미터는 두 가지 종류의 접속에 대하여 동일한 목적으로 작용하는데, 즉 트래픽이 접속을 통한 전송을 위해 수용되게 되는 최대 속도를 한정하기 위한 것이다. ABR 트래픽을 위한 지터 또는 버스트 허용범위(jitter or burst tolerance)를 절충하기 위한 노력은 이루어지지 않는다. 대신에, ABR 소스와 네트워크는, ABR 트래픽 소스에게 언제나 이용 가능하게 될 최소량의 접속 대역폭을 나타내는 최소 셀 속도(Minimum Cell Rate)(이하, MCR이라 함.)를 절충한다. 일반적으로, MCR 파라미터는, ABR 트래픽 소스 또는 애플리케이션(application)이 활성화된 상태, 즉 계속적으로 실행중인 상태인 경우에 이용 가능하게 되어야 하는 최소 전송 속도를 나타낸다.
ATM 네트워크내의 CBR 및 VBR 접속들에 대하여, 네트워크 내로부터 동적으로 적체(네트워크 트래픽 로드)를 제어하기 위한 노력은 이루어지지 않는다. 그러나, 만약 유휴상태인 네트워크의 대역폭을 이용하는 것이 목적이라면, 폐쇄 루프 적체 관리 기술(closed-loop congestion management techniques)의 이용을 통하여 동적으로 적체를 제어하기 위한 시도는 의미가 있다. 이와 같은 기술은 네트워크의 트래픽을 감시하고, 트래픽 소스로 하여금 트래픽이 네트워크에 이용 가능하게 되는 속도를, 기존의 QOS 요건이 계속적으로 준수되도록 보장하는 레벨로 조정할 수 있도록 하기 위해 트래픽 소스에 피드백을 제공한다.
간단한 형태의 종단간 제어 루프(end-to-end control loop)는, 데이터 경로상의 중간 스위치들에 의하여 생성되는 명시적 순방향 적체 인디케이터(Explicit Forward Congestion Indicator)(이하, EFCI라 함.) 메시지를 사용한다. EFCI 동작을 지원할 수 있는 중간 스위치는, 그 중간 스위치에서 네트워크가 적체된다는 것을 표시하기 위하여, 통과중인(in-transit) 정규 데이터 셀의 헤더에 EFCI 인디케이터를 설정할 수 있다. 상기 셀이 접속 데스티네이션에 도달하면, 데스티네이션 노드는 그것이 소스 노드로부터 특정 자원 관리(Resource Management)(이하, RM이라 함.) 셀을 수신할 때까지 그 적체 정보를 저장한다. 데스티네이션 노드는 RM 셀에 적체 정보를 기록하고 그 셀을 소스 노드로 복귀시킨다.
몇몇 중간 스위치들은 명시적으로 EFCI 동작을 지원하지는 않으나, 정규 데이터 셀 헤더의 적체 인디케이터(Congestion Indicator)(이하, CI라 함.) 및 무증가 인디케이터(No_increase Indicator)(이하, NI라 함.)에 적체 정보를 기록할 수 있다. CI/NI 정보는 데스티네이션 노드로 전송되며, 거기에서 RM 셀이 소스 노드로 복귀될 수 있을 때까지 저장된다.
EFCI 또는 CI/NI 동작중에, 소스 노드는 그 전송 속도를 감소시킴으로써 RM 셀의 적체 통지(notification)에 대하여 응답한다. EFCI 또는 CI/NI 제어 루프에서, 상기 중간 스위치들은 적체의 정도에 대한 정량적 표시(quantitative indication)나 이용 가능한 대역폭의 레벨 대신에 단지 이진(binary) 표시(적체 또는 비적체)만을 제공하는 매우 제한된 역할만을 담당한다. 따라서, 소스 노드의 응답이 네트워크내의 실제 적체 조건에 적절한 것이라는 보증이 없다.
명시적 속도 마킹(Explicit Rate Marking)(이하, ERM라 함.)로 알려진 보다 정교한 피드백 메카니즘은 중간 스위치들이 네트워크 적체를 제어하는데 보다 큰 역할을 담당하게 한다. 일반적으로 말하면, ERM 피드백을 구현하는 스위치는, 주어진 시간에 그 스위치에서 이용 가능한 대역폭의 양에 관한 정량적 정보를 제공할 수 있다. 그러한 정보가 RM 셀을 사용하여 소스 스테이션(source station)에 이용 가능하게 되면, 상기 소스 스테이션은 유휴상태인 대역폭의 이용의 향상으로 귀결되는 레벨로 전송 속도를 조정함으로써 응답할 수 있다.
ER 값을 생성하기 위하여 서로 다른 알고리즘들이나 방법들이 사용될 수 있다. 그 중 하나의 제안으로는, 알. 제인(R. Jain)의, A Sample Switch Algorithm (ATM_Forum/95-0178R1, February. 1995) 이 있는데, 이것은 경로상의 각 중간 스위치가 각 송출 링크(outgoing link) 상의 부하(load)를 감시하여, 과부하 계수(overload factor)와 그 링크상의 활성화된 ABR 접속들의 수를 판단하는 것에 관하여 기술하고 있다. 어떤 링크의 과부하 계수는 입력 속도(input rate) N/T와 목표 셀 속도(target cell rate) U*C의 함수인데, 여기서 N은 T시간 동안 수신된 셀들의 수이며, U*는 목표 링크 이용 계수(target link utilization factor) 이고, C는 링크의 용량 또는 대역폭이다. 상기 목표 링크 이용 계수 U*는 언제나 100% 보다 작으며, 어떤 링크의 이론적 용량인 100%는 실제 네트워크에서 이용가능하지 않다는 사실에 비추어 80% - 90% 정도가 바람직하다.
상기 과부하 계수는 목표 셀 속도에 대한 입력 속도의 비율, 즉 N/(TU*C)로서 정의된다. 이러한 접근법하에서, ABR 접속 i에 대한 ERi값은,
이 되며, 여기서 n은 활성화된 ABR 접속의 수이며, CCR은 현재 셀 속도, 즉 셀이 그 접속을 통해 현재 전송되고 있는 속도이다.
상기 알고리즘의 장점의 하나는, 소정의 시간에 이용 가능하게 될 수도 있는 ABR 버퍼 용량을 무시한다는 점이다.
또 다른 제안으로는, 에이. 반하트(A. Barnhart)의 Explicit Rate Performance Evaluation(ATM_Forum/94-0983, October 1994)가 있다. 이에 따르면, 데이터 경로상의 각 중간 스위치는 ABR 접속에 대한 실제 입력 속도와 목표 출력 속도를 판단할 수 있게 해 주는 측정을 수행한다. 접속-명시적 ER 값은 목표 출력 속도에 대한 실제 입력 속도의 비율의 함수로서 설정된다. 실제 입력 속도가 목표 출력 속도보다 작은 접속들은 그들의 전송 속도를 증가시킬 수 있도록 허용된다. 역으로, 실제 입력 속도가 목표 출력 속도를 초과하는 접속들은 그들의 전송 속도를 감소시키도록 요구된다.
상기의 제안은 현재 이용 가능한 대역폭을 판단하는 방법이나, ABR 접속에 대한 목표 출력 속도를 유도하는 방법에 관하여는 정의하지 않는다. 이 두 가지에 관하여는 다음의 본 발명의 상세한 기술적 설명에서 기술된다.
본 발명은 소스 노드와 데스티네이션 노드 사이의 경로상의 링크의 데이터 트래픽에 대한 흐름 제어에 관한 것으로서, 상기 두 노드는 모두 그 노드로 전달되고 있는 트래픽을 임시 저장하기 위한 입력 버퍼를 각각 갖고 있는 하나 또는 그 이상의 중간 노드들을 구비한 데이터 통신 네트워크의 일부가 된다. 이러한 흐름 제어는 주어진 출력 링크에 대한 적어도 하나의 중간 노드에서 구현된다. 흐름 제어 변수는 현재 예비되지 않은 링크 용량과 현재 이용 가능한 입력 버퍼의 용량의 함수로서 생성된다. 이 흐름 제어 변수는 입력 버퍼의 미사용(free) 메모리에 의해 표현되는 대역폭을 포함하여 이용 가능한 대역폭을 보다 양호하게 이용하도록 소스의 트래픽 속도를 변경하는 방법에 관하여 소스 노드에 지시하기 위하여, 상기 데이터 경로를 따라 상기 소스 노드로 전달된다.
도1은 본 발명이 사용될 비동기 전송 모드(ATM) 네트워크의 개념도.
도2는 ATM 네트워크의 노드에 존재할 수 있는 데이터 처리 및/또는 통신 장비의 일종을 도시한 도면.
도3은 표준 ATM 데이터 셀의 전체 구조를 도시한 도면.
도4는 ATM 데이터 셀의 특정 형태인 자원 관리(RM) 셀의 필드들을 도시한 도면.
도5는 RM 셀의 메시지 형태 필드의 비트들의 확대도.
도6은 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있는 데이터 처리/조작 시스템의 상위 레벨의 구성요소의 도면.
도7은 전형적인 ATM 스위치의 입력 큐(input queue) 또는 버퍼 구조를 도시한 도면.
도8은 부분적으로만 사용중인 ABR 접속의 입력 버퍼를 도시한 도면.
도9는 본 발명을 구현하기 위한 프로세스의 고 레벨 흐름도.
도10은 도9에 도시된 프로세스의 보다 상세한 도면.
*도면의 주요 부분의 부호의 설명
12 : 노드 14 : 트래픽 소스
16 : ATM 억세스 스위치 20 : 데스티네이션
22 : 메인 프레임 24 : 터미널
26 : ATM 스위치 28 : 근거리 통신망
42 : 중앙 처리 장치 44 : 메모리
46 : 입력 버퍼 48 : 링크 상태 레지스터
50 : 셀 I/O 처리기
본 발명의 명세서는 본 발명을 특정적으로 지적하여 명백히 청구하는 특허 청구의 범위에 의하여 결론지어지지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여는 첨부된 도면과 함께 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도1에 도시된 바와 같이, ATM 시스템은 일반적으로 클라우드(cloud)(10)를 포함하는 것으로 언급되며, 이 클라우드(10)는 상기 시스템내의 다양한 노드들(통신 시스템들)과 링크들(전송 매체들)을 집합적으로 나타내는 전문 용어이다. 트래픽 소스(14)와 트래픽 데스티네이션(20) 사이에 셋업된 특정의 데이터 경로에 대하여, 노드들은 중간 노드들(12a 내지 12f) 또는 엔드포인트 노드들로서의 특성이 부여될 수 있다. 엔드포인트 노드는, ATM 네트워크의 잔여부분을 억세스하기 위하여 필요한 하드웨어 및 소프트웨어와 결합하여 소스 시스템 또는 데스티네이션 시스템의 어느 하나가 된다. 트래픽 소스(14)와 ATM 억세스 스위치(16)의 조합은 소스 엔드포인트(source endpoint)(15)의 예가 되고, 트래픽 데스티네이션(20)과 ATM 억세스 스위치(18)의 조합은 데스티네이션 엔드포인트(19)의 예가 된다.
어떠한 특정 노드의 역할(및 특성)도 서로 다른 네트워크 접속들에 대하여 변경될 수 있음을 이해할 필요가 있다. 예를 들어, 서로 다른 접속에 대하여, 엔드포인트(19)는 트래픽 소스, 또는 두 개의 다른 노드들 사이의 경로상의 중간 노드중의 어느 하나로서 작용할 수 있다.
다양한 노드들이 링크(11)과 같은 링크에 의해 상호 접속된 것으로 도시되어 있다. 이러한 링크들의 표현은 상기 모든 링크들이 동일하다는 것을 암시하기 위한 것이 아니다. 각 링크는, 구리선, 광섬유, 마이크로파(microwave), 또는 위성 무선 링크들을 포함하여, 고속의 디지털 트래픽을 지원할 수 있는 모든 형태의 이미 알려진 매체가 될수 있다.
도2는 ATM 시스템의 전형적인 노드에서 발견될 수 있는 데이터 처리 장비의 일종의 보다 상세한 도면이다. 상기 노드는, 신용 카드 조회와 같은 트랜잭션 처리 애플리케이션(transaction processing application)을 위한 입력/출력 동작을 지원하기 위하여 사용되는 다수의 직접 접속된 터미널들(24a, 24b 및 24c)을 가진 메인프레임(mainframe)(22)을 포함할 수 있다. 상기 노드는 또한, ATM 네트워크의 잔여부분(도시되지 않음)과, 상기 메인프레임과, 근거리 통신망(28)과, 비디오 회의 애플리케이션(videoconferencing application)과 같은 고 대역폭 애플리케이션에 사용되는 터미널들(30a, 30b)에 접속된 ATM 스위치(26)를 포함한다. 주어진 설비내의 통신 제어기 또는 루터(router)와 같은 추가적인 제어기들 또는 네트워크 요소들이 상기 시스템의 일부가 될 수 있다. 예를 들어, 루터 또는 통신 제어기(모두 도시되지 않음)는 메인프레임(22)과 ATM 억세스 스위치(26)의 사이에 삽입될 수 있다. 유사하게, 상기 터미널(24)은 디스플레이 제어기(도시되지 않음)를 통하여 메인프레임(22)으로 간접적으로 접속될 수 있다.
ATM 억세스 스위치는 전형적인 시스템내에서 다수의 기능들을 수행할 수 있다. 상기 억세스 스위치는 접속된 다양한 구성요소에 의하여 제공되는 데이터를 집합하거나 집중시키는 데에 이바지한다. 또한, 상기 접속된 구성요소들이 원시(native) ATM 셀 포맷 이외의 포맷의 데이터를 생성한다면, 상기 억세스 스위치는 상기 데이터를 그 원래의 포맷으로부터 표준 ATM 셀 포맷으로 변환하기 위하여 필요한 분할 연산/순서화 영산을 수행할 수도 있다.
도3은 표준 ATM 셀의 주요 요소들을 도시한 도면으로서, 5 바이트의 헤더(32)와 48 바이트의 페이로드(34)가 도시되었다. 상기 헤더(32)는 루팅(routing) 및 셀 제어 정보를 포함한다. 두 개의 엔드포인트간에 접속이 설정되었을 때, 네트워크를 통한 경로가 정의되고, 상기 경로는 헤더내의 가상 경로 식별자(Virtual Path Identifier)(이하, VPI라 함.)와, 가상 채널 식별자(Virtual Channel Identifier)(이하, VCI라 함.)의 내용에 의하여 식별된다. 나아가, 상기 헤더는, 특정 형태의 데이터 셀 또는 자원 관리 셀과 같은 제어 셀로서 셀을 식별하는 3 비트의 페이로드 형태 인디케이터(Payload Type Indicator)(이하, PTI라 함.) 필드를 포함한다. 1 비트의 셀 손실 우선 순위(Cell Loss Priority)(이하, CLP라 함.) 필드는 네트워크의 적체가 검출된 경우에 당해 셀을 폐기할 것인지를 판단한다. 마지막으로, 상기 헤더는, 셀 묘사(cell delineation)을 위해 파괴된 헤더를 가진 셀에 사용될 수 있는 헤더 오류 정정(Header Error Correction)(이하, HEC라 함.) 필드를 포함한다.
자원 관리(RM) 셀은 도4에 도시된 셀 구조에 따르는 특별한 ATM 셀로서, 소스에 의하여 매 Nrm-1개의 데이터 셀들마다 생성되며, 여기서 Nrm은 소스의 전송 속도에 무관한 상수이다. 다른 모든 ATM 셀과 같이, RM 셀은 5 바이트의 헤더(36)와 48 바이트의 페이로드(38)를 갖는다. 그러나, 상기 RM 셀은 다수의 필드들로 분할되며, 그 각각의 필드는 네트워크 동작을 관리하는 데에 특정한 기능을 제공한다. 아래의 표1은 RM 셀의 필드들을 기술한 것이다.
명칭 길이 설명
ID 1바이트 RM 셀을 사용하는 서비스를 식별함
메시지형태 1바이트 흐름 제어 기능. 도5를 참조
ER 2바이트 명시적 속도 - 소스 전송 속도의 제어에 사용됨
CCR 2바이트 현재 셀 속도 - 현재의 실제 전송 속도
MCR 2바이트 최소 셀 속도- ABR접속에 대해 이용가능한 최소값
QL 4바이트 큐 길이 - ABR 서비스에 대하여 사용되지 않음
SN 4바이트 시퀀스 번호 - ABR 서비스에 대하여 사용되지 않음
할당(Res.) 30+바이트 예비됨. 현재 사용되지 않음
CRC 1+바이트 순환 중복도 검사 - 에러 정정 특성
상기 예비된 필드와 CRC 필드는, 페이로드의 1 바이트가 6 바이트의 예비된 바이트와 10 비트의 CRC 특성을 정의하는데 사용되는 2 바이트 사이에 할당되기 때문에 각각 30+ 및 1+ 바이트로서 기술된다.
도5는 상기 RM 셀내의 메시지 형태의 서브 필드들(subfields)을 확대한 도면으로서, 각 서브 필드는 1 비트의 길이를 갖는다. DIR 서브 필드의 내용은 RM 셀과 관련된 데이터 흐름의 방향을 표시한다. BN 필드의 내용은, 상기 RM 셀이 데스티네이션 또는 중간 스위치에 의하여 생성된 역방향 명시적 통지 셀(Backward Explicit Notification Cell)(이하, BENC라 함.) 인지를 표시한다. 적체 인디케이터(Congestion Indicator)(이하, CI라 함.) 비트는 네트워크내의 적체를 표시하기 위하여 설정될 수 있으며, 한편 무증가 인디케이터(No_increase Indicator)(이하, NI라 함.) 비트는 소스가 실제 전송 속도를 증가시키는 것을 방지하기 위하여 설정될 수 있다. RA 비트는 ABR 서비스에 대하여는 사용되지 않으며, 예비 비트(Res. bit)들은 물론, 아직 정의되지 않은 기능들을 이후에 구현하기 위하여 예비된 것이다.
본 발명은 ER 셀 마킹를 이용하여 ABR 소스의 전송 속도를 제어하기 위한 특정의 기술에 관한 것이다. 상기 기술은 특정 목적의 하드웨어 구성요소에 구현될 수 있으나, 도6에 도시된 바와 같은 범용 데이터 처리 구성요소를 사용하는 스위치 제어 시스템에 구현되는 것이 가장 적절하다. 전형적인 시스템(40)은, 중앙 처리 장치(42)와, 제어 및 데이터 메모리(44)와, 네트워크의 다른 노드로부터 수신된 셀들을 일시적으로 저장하기 위한 셀 입력 버퍼(46)와, 시스템에 접속된 다양한 링크들의 상태에 관한 정보를 저장하기 위한 링크 상태 레지스터(link state register)(48)와, 필요한 입력/출력 및 스위칭 기능을 수행하기 위한 셀 I/O 처리기(50)를 포함한다. 각 구성요소에서 구현될 수 있는 특정 형태의 기능들은 첨부된 다른 도면들을 참조하여 이하에서 설명한다.
ATM 노드는 상기 ATM 스위치의 입력에 임시 셀 기억장치를 제공하기 위한 셀 전송 큐(cell transmission queue)를 포함한다. 각 큐는 선입선출 방식으로 동작하지만, 서로 다른 클래스의 ATM 트래픽에 대하여 서로 다른 큐가 사용된다. 도7을 참조하면, 세 개의 서로 다른 큐들(52, 54 및 56)이 CBR, VBR 및 ABR 트래픽에 대하여 각각 도시되었는데, 상기 큐들의 출력들은 노드에서의 ATM 스위치(58)에 대하여 하나의 입력 스트림(input stream)을 제공한다. 상기 큐들은 CBR, VBR, ABR의 순서로 처리된다. CBR 서비스에 대한 상기의 정의로부터 예상되는 바와 같이, CBR 큐내의 모든 셀들은 CBR 접속에 대하여 판단된 일정한 비트 속도를 유지하도록 처리될 필요가 있기 때문에, 상기 CBR 큐의 셀들은 최고의 우선 순위를 갖는다. ABR 셀들은, 단지 CBR 또는 VBR 큐들중 어느 하나에도 대기하는 셀이 없는 경우에만 전송된다.
상기한 바와 같이, ABR 트래픽은 CBR 또는 VBR 트래픽에 대하여 사용되지 않는 대역폭이 존재할 때, 그 네트워크의 대역폭의 사용을 허용하기 위하여 정의되었다. 어떤 노드에서 주어진 시간에 활용 가능한 대역폭의 양을 판단하는 데에, 그 노드에 대한 ABR 입력 버퍼에 의하여 표현되는 대역폭이 고려될 수 있다. 도8은 최대 저장량이 b 셀인 ABR 입력 버퍼의 개념도이다. 주어진 시간 t에서, 단지 e(t) 셀 위치들만이 점유되어 있으며, 버퍼 위치의 나머지는 활용 가능하다.
주어진 시간에서 ABR 입력 버퍼의 사용 정도는, ABR 트래픽 자체의 현재 전송 속도뿐만 아니라 보다 상위의 우선 순위 갖는 VBR 트래픽의 현재 전송 속도에 직접 관련된다. 약간 달리 표현한다면, CBR 및 VBR 셀들의 처리가 ABR 셀들의 처리보다 상위의 우선 순위 가지므로, 보다 많은 VBR 트래픽이 존재할 때마다 보다 많은 ABR 입력 버퍼가 사용된다. 이하에서 상세히 설명되는 비와 같이, 현재의 ABR 입력 버퍼의 사용 정도는 현재의 VBR 트래픽의 기준이 되며, 명시적 속도(ER) 값을 생성하는데 사용될 수 있다.
주어진 링크에 대한 ER 값을 생성하기 위한 프로세스는 상대적으로 상위 레벨인 도9에 도시되었다. 상기 링크상의 기존의 접속들을 위하여 예비된 전체 대역폭은, 기존의 CBR, VBR 및 ABR 접속들을 위하여 예비된 대역폭의 양을 합산하는 동작(단계 60)으로 설정된다. 특히, 상기한 바와 같이, 각 CBR 접속은 판단된 PCR 속도의 전송을 지원하기에 충분한 대역폭으로 예비되지만, 반면에 각 ABR 접속은 판단된 MCR 속도의 전송을 지원하기에 충분한 대역폭으로 예비된다. 또한, 각 존재하는 VBR 접속을 위해서도 대역폭이 예비되어야 한다.
VBR 트래픽을 위하여 예비될 적절한 네트워크 대역폭의 양을 계산하기 위한 한 기술이, 본 출원의 출원인의 미국 특허 제 5,289,462 호(1994년 2월 22일 등록되었으며, 본 발명의 양수인에게 양도됨)에 개시되어 있다. 상기 특허는 이미 알려진 메트릭스(metrics)를 가진 VBR 소스를 지원하고 적절한 양의 대역폭을 예비 위하여 필요한 등가 용량(equivalent capacity)을 계산하기 위한 접근 방법을 개시하고 있다. 상기 등가 용량 기술은 상당한 이점을 가진 것으로 생각되지만, VBR 트래픽 예비를 판단하기 위하여는 다른 기술이 사용될 수도 있다.
상기 접속을 위하여 예비된 총 대역폭은 단지 모든 PCR 예비 대역폭과, 모든 VBR 예비 대역폭, 및 기존의 ABR 접속들을 위한 모든 MCR 예비 대역폭의 합이다.
ER 프로세스의 다음 단계(62)는, 주어진 시간에 사용될 것으로 예측되는 링크 대역폭의 하한 또는 하위 경계(lower limit or bound)를 판단하는 것이다. CBR 접속은 그 절충된 PCR 속도로 전송하는 것으로 가정하였으므로, 상기 CBR 접속들을 위하여 필요할 것으로 예측되는 총 최소 대역폭은 CBR 접속들의 지원에 절충된 모든 PCR 값들의 합이다. 유사하게, 각 ABR 접속은 그에 관련된 애플리케이션들이 동작 가능하도록 유지하기 위하여 최소한 절충된 MCR 속도를 사용하여야 하는 것으로 가정하였으므로, 존재하는 ABR 접속들을 지원하는데 필요한 전체 최소 대역폭은 ABR 접속을 위하여 이미 절충된 MCR 속도를 합산함으로써 구할 수 있다. VBR 접속에 대하여는, 주어진 측정 기간에 걸쳐 필요로되는 최소 대역폭은, 상기 접속에 대하여 절충된 유지 셀 속도(Sustained Cell Rate)(이하, SCR이라 함.) 값과 동일하다. 상기한 바와 같이, 상기 VBR 소스는 주어진 기간에 걸쳐 절충된 SCR 속도로 셀 전송을 유지할 것이며, 주어진 시간에서의 실제 VBR 트래픽 속도는 상기 절충된 SCR 속도보다 높거나 낮을 수 있다는 것을 가정하였다.
따라서, 대역폭의 하한은 링크상의 기존의 CBR 접속들에 대한 PCR들과, 존재하는 VBR 접속들에 대한 SCR들과, 기존의 ABR 접속들에 대한 MCR들의 합으로서 계산될 수 있다.
일단 활용 가능한 대역폭상의 상한과 하한이 결정되면, ABR 서비스에 활용 가능하도록 할 수 있는 추가적인 유휴 대역폭의 양이 결정되어야 한다(단계 64). 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 ABR 입력 버퍼에 대한 현재의 점유 레벨 또는 이용도(utilization)는 이러한 결정을 위하여 중요한 계수(factor)이다.
일단 추가적인 활용 가능한 대역폭의 양이 판단되면, 명시적 속도 값을 자원 관리(RM) 셀에 기록할 수 있다(단계 66). 모든 RM 셀들의 내용은 궁극적으로 ABR 트래픽 소스의 사용을 위한 것이지만, 소스를 향하여 역방향으로 또는 데스티네이션를 향하여 순방향으로 송신될 수 있으며, 그리고 나서 상기 셀을 소스로 되돌려 송신할 것이다. 보다 상세한 설명은 이하에 개시된다. 마지막으로, 상기 스위치는 상기 추가적인 여분의 대역폭을 링크상의 기존의 ABR 접속들 사이에 할당한다(단계 67). 이러한 할당에 대하여 가능한 기초는 이후에 기술된다.
명시적 속도 값은 계산을 수행하는 중간 노드로부터 각 출력 링크에 대하여 수행된다. 이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 계산은 이하의 목록에 정의된 다수의 변수들을 사용한다. 즉,
PCRi는 링크상의 CBR 접속 i를 위하여 예비된 대역폭의 양;
SCRi는 링크상의 CBR 접속 j를 위하여 유지가능한 셀 속도;
CT는 전체 링크 용량;
CR은 주어진 링크상에 예비된 전체 대역폭의 양;
CU는 주어진 링크상에서 사용되는 전체 대역폭의 양;
C*는 링크상의 ABR 접속들을 위하여 (MCR에 추가하여) 활용 가능한 추정된 여분의 대역폭;
CABR은 링크상의 ABR 트래픽을 위하여 활용 가능한 대역폭의 추정량;
cj는 VBR 접속 j를 위하여 예비된 대역폭의 양;
b는 ABR 버퍼의 크기;
e(t)는 시간 t에서의 ABR 큐의 버퍼 점유도(occupancy);
T는 사용되는 마킹 기술에 따라 소스로부터 스위치로 또는 소스로부터 데스티네이션으로의 지연 추정치;
α는 주어진 링크에 대한 목표 이용도.
ER 알고리즘의 주목적은, 동일한 링크상에 다중 송신되는 CBR 및 VBR 접속들의 트래픽 동작에 기초하여 시간 t에 주어진 링크상의 ABR 트래픽을 위하여 활용 가능한 대역폭의 추정량인 CABR을 판단하는 것이다.
네트워크가 CBR, VBR 및 ABR 트래픽에 대하여 일정한 셀 속도를 보장하므로, 주어진 링크 CR상에 예비된 전체 대역폭은 다음 식으로 주어진다. 즉,
주어진 링크상의 모든 접속들에 의하여 사용되는 전체 대역폭은 다음 식으로 추될 수 있다. 즉,
상기 수학식 2에서, 각 CBR 접속은 그 판단된 피크 셀 속도(PCR)로 전송하며, VBR 접속은 주어진 측정 기간 동안 그 판단된 유지가능 셀 속도(SCR)를 결코 초과하지 않는다는 것을 가정하였다.
이미 예비된 MCR 대역폭을 제외하고, ABR 접속들을 위하여 활용 가능한 대역폭의 양인 C*에 대한 추정된 하한 또는 하위 경계는 다음 식으로 주어진다. 즉,
C*=CT-CR
한편, C*의 상한 또는 상위 경계는 다음 식으로 주어진다. 즉,
C*=CT-CU
C*의 크기는 동일한 링크 상에서의 VBR 접속들의 버스티니스(burstiness)의 함수로서 나타난다. VBR 접속의 버스티니스가 클수록, 그 접속을 위하여 예비되어야 할 대역폭의 양이 커진다. 그러나, 버스티니스의 VBR 접속은 주어진 어떤 시간에도 예비된 모든 대역폭을 반드시 사용하는 것은 아니기 때문에, 그 예비된 대역폭의 많은 양이 잠재적으로 주어진 어떤 시간에 ABR 접속에 의한 사용을 위하여 활용 가능하다. 이것은, 예비된 VBR 대역폭의 많은 양이 언제나 활용 가능하다는 것을 말하는 것은 아니다. 만약 VBR 소스가 버스트성이라면(정규 데이터 속도에 비교하여 상대적으로 높은 데이터 속도의 트래픽을 생성한다면), 상기 예비된 VBR 대역폭은 명백히 ABR 소스가 아닌 VBR 소스에 활용 가능하여야 한다.
C*값의 범위의 상한 및 하한이 상기 수학식 3과 수학식 4에 의하여 정의되지만, 이후의 연산(computation)을 위해서는 하나의 C*값이 필요로된다. 상기 하나의 값은 상기 상한과 하한의 사이에서 임의로 선택될 수도 있으며, 또는 네트워크 운영자의 재량에 맡길 수도 있다. 잘 동작하는(well-behaved)(최소의 버스티니스를 갖는(minimum burstiness)) 네트워크에 대하여는 상기 네트워크 운영자는 상한에 가까운 값을 선택할 수 있다. 잘 동작하지 않는(poorly-behaved) 네트워크에 대하여는, 하한에 가까운 값이 선택될 수 있다.
도2를 참조하여 상기한 바와 같이, 모든 주어진 시간에서의 ABR 입력 버퍼의 이용도는 보다 높은 우선 순위의 CBR 및 VBR 트래픽에 대한 큐들의 이용도에 의존한다. VBR 트래픽이 버스트성일 때, VBR 입력 버퍼 및 ABR 입력 버퍼 모두가 충분히 사용된다. 주어진 시간에서의 점유된 ABR 큐의 이용도는, ABR 접속에 활용 가능한 것으로 고려되는 여분의 대역폭의 양을 판단하는데 사용된다. 여기서, CABR(t)는 시간 t에서 ABR 트래픽에 의하여 사용될 수 있는 전송 용량을 나타낸다. 즉,
상기 수학식 5에서, 2T 항은 ABR 트래픽 소스에 의하여 RM 셀이 수신되는 데에, 그리고 상기 RM 셀이 생성된 곳의 노드로 다시 전파하기 위하여 상기 소스에 의하여 이루어지는 트래픽 속도의 변경에 요구되는 시간을 나타낸다. 그러므로, 상기 목표 속도는 현재 제공되는 ABR 트래픽의 전송 용량 C*와, 제어가 유효하게 되는데 소요되는 시간 2T 동안 사용되지 않는 ABR 버퍼 용량(b-e(t))을 채우기 위하여 요구되는 대역폭의 합이다.
T가 판단되는 방식은 그 네트워크에 사용되는 명시적 속도 셀 마킹의 형태에 의존한다. 현재, 셀이 생성된 노드로부터 ABR 트래픽 속도가 조정될 소스로 명시적 속도가 마킹된 셀을 통신하는 데에는 세 가지 방법이 알려져 있다. 그 첫 번째는 순방향 마킹(forward marking)인데, 여기에서는 상기 RM 셀은 생성 스위치로부터 트래픽 데스티네이션로 순방향으로 향하고, 트래픽 소스로의 반송을 위하여 상기 데스티네이션에서 되돌아온다. 순방향 마킹이 구현된 곳에서는, 상기 2T 시간은 스위치/데스티네이션/소스/스위치간의 셀 전송 시간의 합이며, 여기서 T는 실제적으로 소스/데스티네이션간의 셀 전송 시간과 같다.
RM 셀을 전달하기 위한 두 번째 방법은, 역방향 마킹(backward marking)으로 언급된다. 역방향 마킹를 구현한 시스템에서는, 스위치가 다른 곳에서 생성되어 이미 소스로 복귀중인 도중의 RM 셀내에 명시적 속도 값을 계산하여 기록한다. RM 셀을 전송하기 위한 세 번째 방법은 비동기식 마킹으로 언급된다. 비동기식 마킹 시스템에서는, 스위치가 그 자신의 RM 셀을 생성하고, 그것을 직접 소스로 송신한다. 역방향 마킹 및 비동기식 마킹 시스템에 있어서, 2T는 스위치/소스/스위치간의 셀 전송 시간의 합이며, T는 단지 스위치/소스간의 셀 전송 시간이다.
모든 ABR 접속들이 하나의 전역(global) ABR 큐내에서 처리되므로, 작은 값의 T를 갖는 접속들은 큰 값의 T를 갖는 접속들에 비하여 높은 속도를 갖게 된다. 이러한 공정성(fairness)의 문제에 대한 해법은 상기 큐를 통과하는 모든 접속들로부터 T의 최대값을 사용하는 것이다.
상기 수학식 5는, 네트워크 트래픽이 언제나 잘 동작하며 결코 절충된 파라미터들을 초과하지 않는다는 것을 가정으로 한다. 상기 가정은 낙관적인 것으로서, 상기 수학식 5에 의하여 정의되는 전송 용량값이 셀 손실 없이 언제나 성취할 수 있는 것으로 가정하는 것은 신중하지 못한 것이다. 보다 보수적인 접근 방법은, ABR 큐에 대한 목표 이용도 값 r(r1)과, 속도의 변화가 얼마나 빠르게 형성되는지를 제한하기 위한 보수 계수(conservatism factor) h를 설정하는 것이다. 상기 수학식 5는 이제 다음과 같다. 즉,
실험적 결과에 근거하면, h에 대한 적절한 값은 0.25 정도가 되며, 한편 적절한 r 계수의 값은 0.9 +/- 0.05가 된다. 이러한 값들을 이용하면, 수학식 6은 다음과 같이 된다.
CABR(t)는 ABR 접속에 활용 가능한 전체 대역폭이며, 이 전송 용량의 일부는 매 Nm-1의 사용자 데이터 셀마다 정규적으로 생성되는 RM 셀들에 의하여 사용되어야 하므로, 사용자 데이터 셀들에 활용 가능한 대역폭은 다음 식에 의하여 제한된다. 즉,
일단 링크상의 ABR 접속에 활용 가능한 전체 대역폭이 계산되고, 각 접속에 대한 MCR 값이 부여되면, 추가적으로 활용 가능한 대역폭은 기존의 ABR 접속들 사이에 분산되어야 한다. 첫 번째 접근 방법은 경합하는 ABR 접속들 사이에 여분의 대역폭을 균등히 분배하는 것이다. 이 접근 방법을 위한 공정 함수(fairness function)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
여기서, ERi는 접속 i에 할당된 (MCR에) 추가적인 명시적 속도이며, CCRj는 접속 j에 대한 현재의 셀 속도이며, n은 ABR 접속들의 총 수효이다. CCR에 대한 값은 RM 셀들 또는 접속 활동(connection activity)을 실제 측정한 결과로부터 구할 수 있다.
기존의 접속들 사이에서 균등하게 여분의 대역폭을 공유하는 것은 간단하지만, 이것은 서로 다른 ABR 접속들이 서로 다른 여분의 대역폭을 필요로 할 가능성이 있다는 점을 고려하지는 않은 것이다.
대역폭 분배를 위한 두 번째 접근 방법은 존재하는 ABR 접속들에 대한 MCR 값에 비례하여 대역폭을 할당하는 것이다. 간단히 말해서, 보다 큰 최소 셀 속도(MCR)를 갖는 ABR 접속은 보다 작은 최소 셀 속도(MCR)를 갖는 ABR 접속보다 더 많은 여분의 대역폭을 갖는다. 예측 수요에 비례하여 여분의 대역폭을 분배하기 위한 공정 함수는 다음 식으로 정의될 수 있다.
도10은 도9를 참조하여 일반적으로 상기한 바와 같은 명시적 속도 프로세스에 대하여 상세히 설명한 도면이다. 처음 동작(단계 68)은, 문제의 링크를 위하여 예비된 전체 대역폭의 양을 판단하는 것이다. 이러한 동작(단계 68)은 기본적으로 상기한 수학식 1을 구현하는 것이며, 상기 링크에 수용된 대역폭의 양의 상한을 나타낸다. 상기 프로세스의 두 번째 동작(단계 70)은 어떤 주어진 시간에 상기 링크에 의하여 필요로될 것으로 예측되는 총 대역폭을 판단하는 것이다. 이 동작의 결과는 상기 링크에 할당된 대역폭의 양의 하한이 된다. 상기 동작(단계 70)은 상기 수학식 2의 구현이다.
일단 대역폭의 상한과 하한이 판단되면, 링크의 용량과, 링크의 목표 이용도와, 예비된 대역폭 등의 함수로서 추가적으로 활용 가능한 대역폭의 하한이 다음 동작(단계 72)에서 판단된다. 상기 동작(단계 72)은 상기 수학식 3의 구현이다. 다음 동작(단계 74)은 상기 수학식 4의 구현으로서, 추가적으로 활용 가능한 대역폭의 상한을 판단하기 위하여 실행된다. 일단 추가적으로 활용 가능한 대역폭의 상한과 하한이 판단되면, 다음 동작(단계 76)에서 그 경계들의 중간의 하나의 값을 선택한다. 상기 하나의 값은 그 범위내의 어떤 값이라도 좋으며, 원한다면 네트워크가 버스트성인지 아닌지를 알고 있는 네트워크 운영자의 재량에 맡길 수 있다.
상기 링크에 대한 전체 전송 용량은, 다음 동작(단계 78)에서, 추가적으로 활용 가능한 대역폭 파라미터와, 상기 링크에 대한 ABR 큐의 크기와, 상기 큐의 현재 이용도 또는 점유도와, (만약 원한다면) 하나의 계산 기간으로부터 다음 계산 기간에 전송 용량이 변화하는 빠르기를 제한하는 변경률(rate-of-change) 또는 지연 파라미터 등의 함수로서 계산된다. 상기 동작(단계 78)은 상기 수학식 5의 구현이 될 수 있으며, 만약 네트워크 파라미터들에 어떤 가정들이 주어진다면 상기 수학식 6 내지 수학식 8의 구현이 될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 기본적 기술 사상은 ABR 입력 버퍼 또는 큐를 잠재적인 네트워크 대역폭의 소스로서 다루는 것이며, 또한 미사용의 버퍼 용량을 사용하도록 소스의 전송 속도를 조정하는 것이다.
다음 동작(단계 80)은 명시적 속도 파라미터를 RM 셀에 기록하고, 다음 동작(단계 82)에서 그것을 (네트워크의 동작 모드에 따라) ABR 트래픽 소스를 향하여 순방향 또는 역방향으로 송신한다. 마지막으로, 다음 동작(단계 84)에서, 균등 분배를 통하거나, 또는 각 존재하는 접속에 대한 최소 셀 속도와 같은 계수에 기초한 요구 기반 분배를 통하여 추가적인 여분의 대역폭을 링크상의 기존의 ABR 접속들 사이에 할당한다.
비록, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기술하였지만, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 일단 본 발명의 기본적 기술 사상을 이해하였다면 그 실시에 있어서 변화와 변경을 가할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위는 상기한 바와 같은 모든 변화와 변경이 본 발명의 진정한 사상과 범위내에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
트래픽 소스의 트래픽 속도를 변경함으로써, 입력 버퍼의 미사용 메모리로서 나타나는 대역폭을 포함하여 활용 가능한 대역폭의 사용이 향상될 수 있다.

Claims (12)

  1. 전송 링크들에 의하여 상호 접속된 다수의 노드들 - 상기 노드들중 최소한 하나는 그 노드로 전달되는 패킷들을 일시적으로 저장하기 위한 최소한 하나의 입력 버퍼를 구비함 - 을 포함하는 패킷 통신 네트워크(packet communication network)에서, 상기 노드로부터의 출력 링크상의 패킷들의 흐름을 제어하기 위한 흐름 제어 시스템(flow control system) - 상기 흐름 제어 시스템은 트래픽 소스(traffic source)에 의하여 상기 노드로 패킷들이 제공되는 속도를 제어하기 위해 사용되는 명시적 속도 신호(explicit rate signal)를 생성함 - 에 있어서,
    상기 흐름 제어 시스템은,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽을 위해 예비된 대역폭을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크로 향하는 패킷들이 일시적으로 저장되는 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크의 용량과, 이미 예비된 링크 대역폭의 양, 및 상기 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량에 의존하는 값을 가진 명시적 속도 파라미터를 생성하기 위한 수단; 및
    상기 트래픽 소스로 하여금, 상기 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량을 보다 완전하게 이용하도록 패킷이 네트워크에 제공되는 속도를 조정할 수 있게 하기 위하여, 상기 명시적 속도 파라미터를 상기 트래픽 소스로 전송하기 위한 수단을 포함하는 흐름 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예비된 대역폭 판단 수단은,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최대 대역폭을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최소 대역폭을 판단하기 위한 수단; 및
    상기 예비된 최대 및 최소 대역폭에 의하여 제한되는 범위내에서 예비된 대역폭의 값을 선택하기 위한 수단을 포함하는 흐름 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 명시적 속도 파라미터를 전송하기 위한 수단은,
    상기 파라미터를 제어 셀에 기록하기 위한 수단; 및
    상기 제어 셀을 상기 트래픽 소스로 전달하기 위하여 상기 네트워크내로 전송하기 위한 수단을 포함하는 흐름 제어 시스템.
  4. 전송 링크들에 의하여 상호 접속된 다수의 노드들 - 상기 노드들중 최소한 하나는 상기 노드로 전달되는 패킷들을 일시적으로 저장하기 위한 최소한 하나의 입력 버퍼를 포함함 - 을 포함하는 패킷 통신 네트워크에 사용하기 위해, 상기 노드로부터의 출력 링크상의 패킷들 - 상기 패킷들은 네트워크내의 패킷 트래픽 소스에서 발생함 - 의 흐름을 제어하기 위한 흐름 제어 방법에 있어서,
    상기 출력 링크상의 가존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 대역폭의 양을 판단하는 단계;
    상기 입력 버퍼의 현재 사용되지 않는 용량을 판단하는 단계;
    상기 출력 링크의 용량과, 상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 이미 예비된 링크 대역폭의 양, 및 상기 입력 버퍼의 현재 사용되지 않는 용량에 의존하는 값을 가진 명시적 속도 파라미터를 생성하는 단계; 및
    상기 트래픽 소스로 하여금, 상기 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량을 보다 완전하게 이용하도록 패킷들이 네트워크로 입력되는 속도를 조정할 수 있게 하기 위하여, 상기 명시적 속도 파라미터를 상기 트래픽 소스로 전송하는 단계를 포함하는 흐름 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 대역폭의 양을 판단하는 단계는,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최대 대역폭을 판단하는 단계;
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최소 대역폭을 판단하는 단계; 및
    상기 최대 및 최소 대역폭에 의하여 제한되는 범위내에서 예비된 대역폭의 값을 선택하는 단계를 더 포함하는 흐름 제어 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 명시적 속도 파라미터를 전송하는 단계는,
    상기 명시적 속도 파라미터를 제어 패킷에 기록하는 단계;
    상기 제어 패킷을 상기 트래픽 소스로 전달하기 위하여 네트워크를 통하여 전송하는 단계를 더 포함하는 흐름 제어 방법.
  7. 다수의 노드들 - 상기 노드들중 최소한 일부의 노드들은 상기 노드로 전달되는 패킷들을 일시적으로 저장하기 위한 입력 버퍼를 구비함 - 과, 상기 노드들을 상호 접속하는 다수의 링크들과, 상기 입력 버퍼를 구비한 상기 노드들중 최소한 하나의 노드상의 패킷들의 흐름을 제어하기 위한 최소한 하나의 흐름 제어 시스템을 포함하는 패킷 통신 네트워크에 있어서,
    상기 흐름 제어 시스템은,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 대역폭을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크로 향하는 패킷들이 일시적으로 저장되는 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크의 용량과, 이미 예비된 상기 링크 대역폭의 양, 및 상기 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량에 의존하는 값을 가진 명시적 속도 파라미터를 생성하기 위한 수단; 및
    상기 트래픽 소스로 하여금, 상기 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량을 보다 완전하게 사용하도록 패킷이 네트워크에 제공되는 속도를 조정할 수 있게 하기 위하여, 상기 명시적 속도 파라미터를 상기 트래픽 소스로 전송하기 위한 수단을 포함하는 패킷 통신 네트워크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 예비된 대역폭 판단 수단은,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최대 대역폭을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크상의 기종의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최소 대역폭을 판단하기 위한 수단; 및
    상기 예비된 최대 및 최소 대역폭에 의하여 제한된 범위내에서 예비된 대역폭의 값을 선택하기 위한 수단을 포함하는 패킷 통신 네트워크.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 명시적 속도 파라미터를 전송하기 위한 수단은,
    상기 파라미터를 제어 셀에 기록하기 위한 수단; 및
    상기 제어 셀을 상기 트래픽 소스로 전달하기 위하여 네트워크내로 전송하기 위한 수단을 포함하는 패킷 통신 네트워크.
  10. 고정 비트 속도(Constant Bit Rate)(CBR), 가변 비트 속도(Variable Bit Rate)(VBR), 사용가능 비트 속도(Available Bit Rate)(ABR) 등을 포함하여 서로 다른 클래스의 ATM 트래픽을 전송하기 위한 네트워크로서, 전송 링크들에 의하여 상호 접속된 다수의 노드들 - 상기 노드들중 최소한 하나는 상기 노드로 전달되는 ATM 패킷들을 일시적으로 저장하기 위한 하나의 입력 버퍼를 구비함 -을 포함하는 ATM 패킷 통신 네트워크에서, 상기 노드로부터의 출력 전송 링크상의 패킷들의 흐름을 제어하기 위한 명시적 속도 흐름 제어 시스템에 있어서,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 대역폭을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크로 향하는 패킷들이 일시적으로 저장되는 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량을 판단하기 위한 수단;
    상기 출력 링크의 용량과, 이미 예비된 상기 링크 대역폭의 양, 및 상기 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량에 의존하는 값을 가진 명시적 속도 파라미터를 생성하기 위한 수단; 및
    상기 트래픽 소스로 하여금, 상기 입력 버퍼의 사용되지 않은 용량을 보다 완전하게 이용하도록 ABR 패킷이 네트워크에 제공되는 속도를 조정할 수 있게 하기 위하여, 상기 명시적 속도 파라미터를 상기 트래픽 소스로 전송하기 위한 수단을 포함하는 명시적 속도 흐름 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 예비된 대역폭 판단 수단은,
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최대 대역폭을 판단 - 상기 예비된 최대 대역폭은 기존의 CBR 트래픽에 대하여 예비된 전체 피크 셀 속도(peak cell rate)와, 기존의 VBR 트래픽에 대하여 예비된 등가 용량, 및 기존의 ABR 트래픽에 대하여 예비된 최소 셀 속도에 의하여 판단됨 - 하기 위한 수단;
    상기 출력 링크상의 기존의 패킷 트래픽에 대하여 예비된 최소 대역폭을 판단 - 상기 예비된 최소 대역폭은 기존의 CBR 트래픽에 대하여 예비된 전체 피크 셀 속도(peak cell rate)와, 기존의 VBR 트래픽에 대하여 예비된 유지 가능 셀 속도(sustainable cell rate), 및 기존의 ABR 트래픽에 대하여 예비된 최소 셀 속도에 의하여 판단됨 - 하기 위한 수단; 및
    상기 예비된 최대 및 최소 대역폭에 의하여 제한된 범위내에서 단일의 예비된 대역폭의 값을 선택하기 위한 수단을 포함하는 흐름 제어 시스템.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 명시적 속도 파라미터를 전송하기 위한 수단은,
    상기 파라미터를 자원 관리 셀에 기록하기 위한 수단; 및
    상기 자원 관리 셀을 상기 트래픽 소스로 전달하기 위하여 네트워크내로 전송하기 위한 수단을 포함하는 흐름 제어 시스템.
KR1019970050223A 1997-01-03 1997-09-30 명시적속도셀마킹을사용한비동기전송모드네트워크의적체제어시스템 KR100292770B1 (ko)

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