KR20020079904A - 차등 서비스 네트워크에서 프레임 스케쥴링 및 버퍼관리를 위한 통합 알고리즘 - Google Patents

차등 서비스 네트워크에서 프레임 스케쥴링 및 버퍼관리를 위한 통합 알고리즘 Download PDF

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크레이그 바락
링-샤오 왕
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잘링크 세미콘덕터 브이.엔. 아이엔씨.
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Abstract

차등 서비스(Differentiated Service) 네트워크 환경에서 프레임 전송 및 폐기 아키텍처(100)가 제공된다. 그 아키텍처(100)는 폐기 알고리즘에 따라 네트워크 환경의 수신되는 프레임 스트림(104)으로부터 한 프레임을 폐기하는 폐기 로직(discard logic)(102)을 포함하고, 그 프레임은 네트워크 환경에서 소정의 폭주 레벨에 도달하고 그 프레임과 연관된 대기열(queue)의 소정의 백로그(backlog) 한계치에 도달하면 폐기된다. 또한, 네트워크 환경의 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 스케쥴링하는 스케쥴링 로직(scheduling logic)(118)이 제공된다.

Description

차등 서비스 네트워크에서 프레임 스케쥴링 및 버퍼 관리를 위한 통합 알고리즘{UNIFIED ALGORITHM FOR FRAME SCHEDULING AND BUFFER MANAGEMENT IN DIFFERENTIATED SERVICES NETWORKS}
서비스 질에 대한 "유연한(soft)" 접근법으로 생각되는 차등 서비스(Differentiated Service)는 인터넷 사회에서 비교적 새로운 개념이다. 차등 서비스는 인터넷 및 다른 IP-기반의 네트워크 서비스 제공자가 추가 요금에 따라 차등 레벨의 서비스를 개개의 고객에게 그에 대한 정보 스트림(stream)을 제공하도록 허용하는 IETF(Internet Engineering Task Force)에 의해 제안된 일군의 기술이다. 이 구조하에서, 네트워크 라우터(router)로 들어가는 각 프레임의 헤더(header)는 네트워크 라우터가 전송하는 동안 이러한 프레임에 적용하는 서비스 레벨을 나타내는 마커(marker)를 포함한다. 네트워크 라우터는 다양한 포트에들어가는 다양한 프레임에 대응하는 차등된 등급의 서비스를 적용한다. 차등 서비스 접근법으로, 서비스 제공자는 프레임 헤더에 포함되는 적절한 프레임 마커에 따라 모든 프레임 트래픽(traffic)에서 우선의 등급의 서비스를 특정 고객에게 (엄격하고 신속한 보증 없이) 제시하여 제공하게 된다. 보다 우선한 등급의 서비스는 더 낮은 프레임 잠재기(latency)(즉, 프레임 지연)를 제공한다. 프레임 폭주(congestion) 시간 동안에도 우선적으로 표시된 프레임들은 우선의 서비스를 수신하게 된다.
기존의 차등 서비스 전송 메카니즘은 프레임 지연 및 대역폭 분리가 최악의 경우에서 시스템 자원을 엄격하게 충분히 이용하지 못하고 동시에 보장될 수 없으므로 불충분하다. 동시에 잠재기 및 대역폭 보장을 제공하는데 필요한 것은 버퍼 관리와 전송 스케쥴링(scheduling)을 모두 조합시킨 프레임 전송 구조이다.
<발명의 요약>
여기서 설명되고 청구되는 본 발명은, 한 양태에서, 차등 서비스 (Differentiated Service) 네트워크 환경에서의 프레임 스케쥴링(scheduling) 및 폐기(discard) 아키텍처를 포함한다. 그 아키텍처는 폐기 알고리즘에 따라 네트워크 환경에서 수신되는 프레임의 스트림으로부터 프레임을 없애는 폐기 로직을 포함하고, 프레임은 네트워크 환경에서 소정의 폭주 레벨에 도달하고 프레임과 연관된 대기열(queue)의 소정의 백로그(backlog) 한계치에 도달하면 폐기된다. 또한, 네트워크 환경에서 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 스케쥴링하는 스케쥴링 로직이 제공된다.
본 출원은 "차등 서비스 네트워크에서 프레임 스케쥴링 및 버퍼 관리를 위한 통합 알고리즘"명으로 2000년 2월 24일 출원된 미국 조건 특허 출원 일련 No. 60/184,557로부터 35 U.S.C. 119(e) 하에서 우선권을 주장한다.
본 발명은 네트워크 스위치(network switch)에 관한 것으로, 보다 특정하게 그에 사용되는 프레임 전송 기술에 관한 것이다.
도 1은 설명되는 실시예에 따른 프레임 전송 시스템의 일반적인 블록도.
도 2는 도 1의 시스템에 의해 정의된 폭주 평면의 그래프.
도 3은 표 1에 따른 샘플 프레임 전송 시스템의 블록도.
도 4는 WRED 실시의 서브-폭주 평면의 그래프.
설명되는 새로운 구조는 바람직하게 차등 서비스(Differentialted Service) 환경에서의 프레임 전송을 위한 통합 접근법에서 버퍼 관리 뿐만 아니라, 지연 및 대역폭과 같이 측정가능한 서비스질(Quality of Service, QoS) 기준을 모두 조합시킨다.
QoS는 다른 사람들이 다른 해석을 갖는 모든 것을 포함하는 용어이다. 일반적으로, 여기서 설명되는 QoS에 대한 접근법은 몇가지 가정을 근거로 한다: 제시되는 트래픽(traffic) 패턴이 알려지지 않고, 수신되는 트래픽이 단속되거나 정형화되지 않고 (그러나, 수신되는 트래픽이 단속되거나 정형화되면, 스위치 성능에 대한 추가 보장이 이루어질 수 있다), 또한 네트워크 관리자가 음성, 파일 전달, 또는 웹 브라우징(web browsing), 및 상대적인 중요성과 같은 네트워크에서 사용되는 응용 (또는 트래픽 종류)을 알고 있다. "정형화(shaped or shaping)"란 말은 다운스트림(downstream) 디바이스의 입력 대역폭 기능을 보다 근접하게 정합시키는 것으로 트래픽 흐름을 제한시킴으로써 다운스트림 디바이스의 오버플로우(overflow)를 방지하도록 트래픽 흐름을 제어하는 (또는 보조를 맞추는) 처리로 정의된다.단속 처리(policing)는 정형화와 유사하지만, 구성 비율을 초과하는 트래픽이 버퍼 처리되는 대신에 일반적으로 폐기된다. 이러한 응용의 인지로, 네트워크 관리자는 응용을 여러 등급으로 분할하고, 각각에 맞추어 서비스-레벨을 정할 수 있다. 예를 들어, 서비스-레벨 협약은 등급 당 대역폭 또는 잠재기(latency)의 보장으로 구성될 수 있다.
등급은 계약된 대역폭을 초과하는 트래픽을 제공할 수 있다. 양호하게 작동되는 등급은 동의된 비율 보다 높지 않은 비율로 트래픽을 제공한다. 대조적으로, 잘못 동작되는 등급은 동의된 비율을 초과하는 트래픽을 제공한다. 잘못 동작되는 등급은 잘못 동작되는 마이크로플로우의 집합으로부터 형성된다. 높은 링크 대역폭 사용을 이루도록, 잘못 동작되는 등급은 아이들(idle) 대역폭을 사용하도록 허용된다. 그러나, 이러한 허용은 양호하게 동작되는 등급에 의해 수신되는 QoS를 저하시키지 말아야 한다.
다음의 표 1은 6가지 트래픽 종류의 샘플 그리드(grid)를 설명하고, 여기서 각 종류는 명확한 자체 특성 및 응용을 갖는다.
표 1. 6가지 트래픽 종류의 샘플 그리드
등급 Cn 목표 보장된 총 대역폭 저-드롭 확률(Low Drop) 고-드롭 확률(High Drop)
최고 전송 우선순위-C3 40Mbps Apps: 전화 호출(VoIP), 회로 에뮬레이션(emulation)Latency: < 1msDrop: C3가 과도신청되지 않은 경우, 드롭이 없음. Apps: 트레이닝 비디오Latency: < 1msDrop: C3가 과도신청되지 않은 경우, 드롭이 없고, 그렇지 않은 경우에는 먼저 드롭됨.
중간 전송 우선순위-C2 35Mbps Apps: 상호작용 응용, 웹 사업Latency: < 4msDrop: C2가 과도신청되지 않은 경우, 드롭이 없음. Apps: 긴급하지 않은 상호작용 응용Latency: < 4msDrop: C2가 과도신청되지 않은 경우, 드롭이 없고, 그렇지 않은 경우에는 먼저 드롭됨.
낮은 전송 우선순위-C1 25Mbps Apps: e-메일, 파일 백업Latency: < 16ms, 요구에 따라Drop: C1이 과도신청되지 않은 경우, 드롭이 없음. Apps: 평이한 웹 브라우징Latency: < 16msDrop: C1이 과도신청되지 않은 경우, 드롭이 없고, 그렇지 않은 경우에는 먼저 드롭됨
총합 100Mbps
표 1에 설명된 바와 같이, 트래픽 종류 (즉, 전화 호출, 회로 에뮬레이션, 트레이닝 비디오, 긴급 및 비긴급 상호작용 응용, 웹 사업, e-메일, 파일 백업, 및 평이한 웹 브라우징)는 3가지 등급(C1, C2, 및 C3)으로 구성되고, 각각은 대역폭 보장 및 잠재기 경계를 수신한다. 최고 우선순위의 전송 등급인 등급 C3는 모든 프레임이 1ms 이하로 전송되도록 요구하고, 그 포트에서 100Mbps 대역폭 중 40Mbps (40%)를 수신한다. 중간 전송 우선순위 등급인 등급 C2는 그 포트에서 100Mbps 총대역폭 중 35Mbps (35%)를 수신하고, 모든 프레임이 4ms 이하로 전송되도록 요구한다. 마지막으로, 최저 전송 우선순위 등급인 등급 C1은 그 포트에서 100Mbps 총대역폭 중 25Mbps (25%)를 수신하고, 드롭이 일어나기 이전에 프레임이 16ms 이하로 전송되도록 요구한다.
부가하여, 각 전송 등급(C1, C2, 및 C3)은 2개의 서브등급을 갖는다; 고-드롭(high-drop) 및 저-드롭(low-drop). 양호하게 작동되는 사용자는 프레임을 거의상실하지 말아야 한다. 그러나, 열약하게 작동되는 사용자는 (즉, 너무 높은 비율로 프레임을 전달하는 사용자는) 드롭되는 프레임을 갖게 되고, 먼저 폐기되는 것은 고-드롭 기준을 만족시키는 프레임이 된다. 이것이 폭주를 해결하는데 불충분하면, 저-드롭 기준을 만족시키는 일부 프레임이 드롭되고, 최악의 경우에는 모든 프레임이 드롭된다.
표 1은 등급 응용, 각 우선순위, 및 지연과 드롭 기준이 원하는 방식으로 구성될 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 평이한 웹 브라우징은 고-드롭, 고-잠재기-허용 트래픽의 카테고리에 드는 반면, VoIP 전화 호출은 저-드롭, 저-잠재기 트래픽의 카테고리에 든다.
상기에 기술된 3가지 등급(C1, C2, 및 C3)에 부가하여, 다른 지연 경계 및 최소 대역폭 보장을 갖춘 더 많은 전송 등급을 실시하는 것이 가능하다. 더욱이, 또 다른 변형에서는 다른 등급이 트래픽을 전혀 갖지 않을 때에만 최선의 노력을 다하는 트래픽이 대역폭을 수신하는 최저 등급을 형성할 수 있다. 또한, 다른 3가지 (또는 그 이상) 보다 엄격한 우선순위를 갖는 더 높은 전송 우선순위 등급을 부가하는 것이 가능하다: 즉, 이 등급이 전송 프레임을 하나라도 가지면, 이것이 먼저 전송된다. 그러나, 이 특정 실시예에서는 각 10/100Mbps 포트가 총 3개의 등급(C1, C2, 및 C3)을 지원함을 주목한다.
1Gbps의 실시에서는 더 높은 와이어 속도로 요구될 수 있는 더 큰 QoS 입도(granularity) 때문에 각 포트가 8개 등급(C8-C1)을 지지한다. 예를 들면, 디폴트(default) 구성이 6개의 지연-경계 대기열(Q8-Q3) (각각 등급 C8-C3에 대응하는) 및 2개의 최선-노력 대기열(Q2, Q1) (각각 등급 C2및 C1에 대한)을 가질 수 있다. 1Gbps 포트에 대한 지연 경계는 예를 들어 C8및 C7에 대해 0.16ms, C6에 대해 0.32ms, C5에 대해 0.64ms, C4에 대해 1.28ms, 또한 C3에 대해 2.56ms가 될 수 있다. 최선-노력의 트래픽은 서비스가 공급될 지연-경계 트래픽이 없을 때에만 서비스가 제공된다. 2개의 최선-노력 대기열이 있는 1Gbps 포트에서는 더 높은 등급의 대기열이 더 높은 우선순위를 갖는다 (즉, C2가 C1보다 엄밀한 우선순위를 갖는다). 다시, 이는 단지 한 예이다. 설명되는 아키텍처는 IETF(Internet Engineering Task Force)에 의해 제안된 IETF 등급과 호환가능함을 주목한다.
수신되는 트래픽의 혼합을 알지 못하는 불확실성에 대처하기 위하여, 지연 보장 알고리즘은 대기열 HOL 프레임의 만기일 및 대기열 점유도에 의해 유도되는 스케쥴링 및 드롭 기준을 동적으로 조정한다. 그 결과로, 시스템에 널리 폭주가 존재할 때에도 높은 확실도로 허용된 모든 프레임에 잠재기 경계가 보장된다. 지연 보장 알고리즘은 잘못 작동되는 등급을 식별하고 양호하게 작동되는 등급에 손해가 없을 때 판별력있게 프레임을 폐기한다. 알고리즘은 또한 가중화 랜덤 초기 검출(weighted random early detection, WRED) 접근법으로 고-드롭 및 저-드롭 트래픽 사이를 구별한다. 이 접근법은 문제가 되기 이전에 인터네트워크에서 프레임 혼합을 방지하도록 설계된다. 랜덤 초기 검출 알고리즘은 네트워크를 따라 선택된지점에서 트래픽 로드를 모니터하고, 폭주가 증가되기 시작할 때 프레임을 무작위로 폐기한다. 폐기되는 프레임을 검출하는 상단층에 응답하여, 프레임 전송은 느려진다.
이제 도 1을 참고로, 설명되는 실시예의 고레벨 도면을 제공하는 블록도가 설명된다. 설명되는 새로운 전송 메카니즘은 2개의 상호유사 부분을 포함한다: 수신되는 알고리즘의 허용 또는 폐기를 결정하도록 폐기 알고리즘에 따라 동작하는 버퍼 관리; 및 프레임 도착 시퀀스를 결정하는 전송 스케쥴링. 이러한 상호유사함의 중요성은 다음과 같이 요약될 수 있다: 대역폭, 지연, 및 버퍼링은 수학적으로 수신된 대역폭 ∝ 대기열 크기/경험된 지연 에 의해 관련된다. 통합 구조는 스케쥴링 및 버퍼 관리를 통해 경험된 지연 및 대기열 크기를 제어한다. 상기의 수학적 관계 및 이러한 사실의 결과로, 통합된 구조는 또한 등급 당 수신된 대역폭을 변조시킨다.
다시 도 1을 참고로, 프레임 전송 시스템(100)은 수신되는 비트 스트림(104)을 모니터하는 폐기 알고리즘에 따라 동작가능한 폐기 로직(discard logic)(102)을 포함한다. 폐기 로직(102)의 출력(106)은 각각 트래픽 등급 C1, C2, ..., Cn에 대응하는 하나 이상의 대기열(108, 110, 112) (또한, 대기열 Q1, Q2, ..., Qn로 표시되는)에 전해진다. 대기열(108, 110, 112)은 각각이 지정된 프레임 트래픽의 등급에 따라 프레임을 일시적으로 저장하고, 각 프레임은 K Mbps의 총 대역폭 용량을 갖는 출력 대기열(116)에서 최종적으로 출력되도록 멀티플렉서 로직(114)에 출력된다.예를 들어, 최하위 전송 우선순위 등급인 C1등급은 지연 경계 매개변수(δ1) 및 대역폭 매개변수(r2)에 의해 정의되는 서비스 레벨 협약(S1)과 연관된다. 대기열(108) (또한 Q1으로 나타내지는)에 대기중인 프레임수가 지연 매개변수(δ1)에 의해 표시되는 시간내에 전송될 수 없으면, 그 등급과 연관된 프레임이 폭주를 방지하기 위해 드롭될 필요가 있을 확률이 있다. 유사하게, 다음으로 높은 전송 우선순위 등급인 C2등급은 지연 경계 매개변수(δ2) 및 대역폭 매개변수(r2)에 의해 정의되는 서비스-레벨 협약(S2)과 연관되는 것으로 설명된다. 대기열(110) (또한 Q2로 나타내지는)에 대기중인 프레임수가 지연 매개변수(δ2)에 의해 표시되는 시간내에 전송될 수 없으면, 그 등급과 연관된 프레임이 폭주를 방지하기 위해 드롭될 필요가 있을 확률이 있다.
설명되는 실시예가 다수의 등급을 갖는 경우, 최고 전송 우선순위 등급 Cn은 경계 지연 매개변수(δn) 및 대역폭 매개변수(rn)에 의해 정의되는 서비스-레벨 협약(Sn)과 연관된다. 대기열(112) (또한 Qn으로 나타내지는)에 대기중인 프레임수가 지연 매개변수(δn)에 의해 표시되는 시간내에 전송될 수 없으면, 그 등급과 연관된 프레임이 폭주를 방지하기 위해 드롭될 필요가 있을 확률이 있다. 출력 대기열(116)은 다양한 등급 대기열(108, 110, 112)로부터 수신된 프레임을 일시적으로 저장하고, 다양한 등급 C1, C2, ..., Cn의 플레임을 포트 P(도시되지 않은)에출력한다. 멀티플렉서(114)는 다양한 등급 대기열(108, 110, 112)로부터 도착하는 프레임 시퀀스를 결정하는 스케쥴링 로직(scheduling logic)(118)에 의해 제어된다.
새로운 시스템의 보다 일반적인 설명이 이어진다. 포트 P는 C1, C2, ..., Cn으로 칭하여지는 n개의 트래픽 서비스 등급을 위해 동작된다고 가정한다. 각 서비스 등급 Ci에 대해, 서비스 제공자는 Si= (δi, ri)인 서비스-레벨 협약(Si)을 협의하고, 여기서 δi는 등급 Ci로부터 허용된 프레임에 의해 겪게 되는 최대 보장 지연이고, ri는 시간에 걸쳐 등급 Ci에 할당된 최소 보장 대역폭이다. 등급은 등급 C1의 최대 보장 지연(δ1)이 등급 C2의 최대 보장 지연(δ2) 보다 크거나 갖고, 등급 C2의 최대 보장 지연(δ2)이 등급 C3의 최대 보장 지연(δ3) 보다 크거나 같도록 (즉, δ1≥δ2≥...≥δn) 정의된다. 설명되는 구조는 유리하게 제시되는 트래픽 패턴에 관계없이 모든 i에 대해 서비스-레벨 협약(Si)의 지연 및 대역폭 한계치를 모두 동시에 만족시킨다.
이제는 3개의 지연-경계 등급(C3, C2, C1)을 갖는 10/100Mbps 포트의 내용에서 지연 경계 스케쥴링이 논의된다. 그러나, 보다 많은 등급을 갖는 다른 실시가 유사하게 구성될 수 있다. 표 1의 10/100Mbps 포트의 경우 경계 지연에 대해 스케쥴링될 때, 3개의 전송 스케쥴링 대기열 Q1-Q3(등급 C1, C2, 및 C3의)에 대기되는각 프레임은 도착 시간 스탬프(stamp)를 제한한다. 스케쥴링 결정은 프레임이 대기열의 헤드(head-of-line, HOL) 위치에 도달할 때 각 대기열의 HOL 프레임의 시간 스탬프에 따라 이루어진다. 이후 제공되는 샘플 규칙에서는 지연이 작업 (또는 프레임)의 스탬프 도착 시간과 현재 시간 사이의 차이가 되도록 정의된다. 명확하게, 특정한 등급에 전송을 대기하는 프레임이 없으면, 그 등급은 선택될 수 없다.
이제 도 2를 참고로, 설명되는 실시예에 따라 유클리드 공간(Euclidean space)에서 폭주 평면(200)의 개념이 설명된다. Qi는 전송을 대기하는 각 서비스 등급 Ci에서 출력 포트(P)에 대한 대기열 백로그(backlog) (총 바이트로 측정되는)라 놓는다. λi= δ1/δi라 놓고, D = K*δ1(바이트로 측정되는)라 놓는다. 폭주 하이퍼 평면(hyperplane)(200)은 벡터의 세트 {Q1, Q2, Q3, ..., Qn}에 의해 영향을 받고 수학식 1로 정의된다;
버퍼 관리자(102)는 다음과 같은 경우에만, 포트(P)로 주어지고 등급 Ci에 속하는 수신되는 프레임을 폐기한다.
제1 조건 (식(2))은 시스템(100)이 폭주함, 즉 시스템(100)이 폭주 평면(200)을 뛰어넘었음을 나타낸다. 제2 조건 (식(3))은 등급 Ci가 큰 백로그를 이미 축적하였음을 나타낸다. 허용되는 경우라도, 등급 Ci에 속하는 프레임은 기존 백로그와 다른 등급에 대한 최소 대역폭 보장의 결과로, 지연 한계치를 만족할 기회를 거의 갖지 못한다. 그러므로, 수신되는 등급 i 프레임은 폐기된다.
설명되는 버퍼 관리 알고리즘은 그 이점이 문헌에서 이미 설명된 WRED를 포함하도록 수정될 수 있다. WRED 기술은 시스템이 충분히 폭주하여 하나 이상의 프레임을 드롭시키도록 고려하는 때를 결정하는데 가중화된 대기열 길이를 사용한다. 드롭 방법은 대기열 길이를 폭주 평면(200) 아래로 유지하기에 충분하게 프레임을 드롭시켜야 한다; 그렇지 않은 경우 혼합을 방지하기 위해 100%의 프레임이 드롭된다. 목적은 고-드롭 트래픽과 저-드롭 트래픽 사이를 구별하는 것이므로, 시스템(100)은 드롭 우선권에 관계없이 모든 프레임이 드롭되는 경우 폭주 평면(200)에 닿도록 허용될 수 없다. 그러므로, 이 특정 실시예에서는 2개의 서브-폭주 평면이 정의되고, 이들은 더 엄격한 조건이 만족되는 경우 프레임이 100% 이하로 드롭될 수 있도록 폭주 방지를 미리 이루도록 설계된다.
이제 도 3을 참고로, 표 1에 따른 샘플 프레임 전송 시스템의 블록도가 도시된다. 프레임 전송 시스템(300) (시스템(100)과 유사한)은 100Mbps 대역폭을 갖고, 여기서 설명되는 폐기 알고리즘에 따라 동작하는 폐기 로직(102)을 사용한다. 폐기 로직(102)은 수신되는 비트 스트림(302)을 모니터하고, 소정의 기준을 근거로, 비트 스트림(302) 중 선택된 프레임(304)을 폐기통(306) (논의를 목적으로만 도시된)에 폐기한다. 이때, 허용된 프레임(307, 309, 311)은 입력 순차의 각 등급(308, 310, 312)으로 대기된다. 예를 들어, 입력 대기열(308)은 모든 프레임(307)이 16ms 이내에 전송되도록 요구하는 지연 경계를 갖는 등급 C1대기열(최저 전송 우선순위 등급)이고, 등급 C1이 협약된 25Mbps의 비율을 초과하는 트래픽을 제시함으로서 잘못 작동되는 등급이 되는 경우, 폭주를 방지하도록 수신되는 등급 C1프레임 중 일부가 드롭될 확률이 있다. 입력 대기열(310)은 모든 프레임(309)이 4ms 이내에 전송되도록 요구하는 지연 경계를 갖는 등급 C2대기열(중간 전송 우선순위 등급)이고, 등급 C2가 협약된 35Mbps의 비율을 초과하는 트래픽을 제시함으로서 잘못 작동되는 등급이 되는 경우, 폭주를 방지하도록 수신되는 등급 C2프레임 중 일부가 드롭될 확률이 있다. 마지막으로, 입력 대기열(312)은 모든 프레임(311)이 1ms 이내에 전송되도록 요구하는 지연 경계를 갖는 등급 C3대기열(최고 전송 우선순위 등급)이고, 등급 C3가 협약된 40Mbps의 비율을 초과하는 트래픽을 제시함으로서 잘못 작동되는 등급이 되는 경우, 폭주를 방지하도록 수신되는 등급 C3프레임 중 일부가 드롭될 확률이 있다.
각 대기열(308, 310, 312)로부터 대기되는 프레임(307, 309, 311)은 시스템(300)의 출력 포트 속도인 100Mbps를 넘지 않는 비율로 멀티플렉서 로직(314) (멀티플렉서 로직(114)과 유사한)에서 출력 비트 스트림(316)으로 다중화된다. 그러나, 각 등급 대기열(308, 310, 312)로부터의 등급 프레임(307, 309, 311) 전송을 스케쥴 조절하도록 스케쥴링 로직(318)이 멀티플렉서(314)에 연결된다. 상기에 기술된 바와 같이, 각 대기된 프레임(307, 309, 311)은 각 대기열(308, 309, 312)에 도착하면 시간 스탬프 처리된다. 스케쥴링 결정은 등급 프레임(307, 309, 311)이 각 대기열(308, 310, 312)의 HOL 위치(313, 315, 317)에 도달할 때 각 대기열의 HOL 프레임의 도착 시간 스탬프에 따라 이루어진다.
이제 도 4를 참고로 폭주 및 서브-폭주 평면의 그래프가 설명된다. 임의의 적은 수의 서브-폭주 평면이 정의될 수 있음을 주목한다. 레벨 1 및 레벨 2 서브-폭주 평면(각각 400 및 402)은 저-드롭 프레임을 계속하여 많이 유지하면서 고-드롭 프레임의 퍼센트를 무작위로 드롭시킴으로서 폭주를 방지한다. 이는 고-드롭 프레임이 저-드롭 프레임에 대한 희생 대상으로 먼저 폐기되도록 허용한다. 예를 들어, 총 이용가능한 대기열 백로그 N의 범위가 120 내지 200KB이고, 등급 대기열(Q1-Q3) 중 임의의 하나가 A, B, 또는 C의 각 대기열 한계치(kbyte로)에 도달하거나 그를 초과하는 버퍼 프레임의 백로그를 가질 때 프레임을 드롭시킬 확률이 있다. 레벨 1 서브-폭주 평면(400)에서 16Q3+4Q2+Q1≥ 120KB이고 대기열(Q1-Q3) 중 하나 이상이 백로그 한계치(각각 A, B, 및 C)를 초과하는 경우, 저-드롭 대 고-드롭의 범위는 각각 0에서 X%로 변한다. 유사하게, 레벨 2 서브-폭주 평면(402)에서 16Q3+4Q2+Q1≥ 160KB이고 대기열(Q1-Q3) 중 하나 이상이 백로그 한계치(각각 A, B, 및 C)를 초과하는 경우, 저-드롭 대 고-드롭의 범위는 각각 Y%에서 Z%로 변한다. 마지막으로, 레벨 3 폭주 평면(200)에서 폭주 평면(200)이 16Q3+4Q2+Q1≥ 200KB으로 정의되는 경우, 저-드롭 및 고-드롭 규칙은 모두 프레임의 100% 드롭을 규정한다.
표 2는 WRED와 사용되는 드롭 규칙을 요약하고, 여기서는 다양한 서브-폭주 평면이 최대 총 대기열 백로그 N을 갖는 100Mbps 포트에 대해 정의되거나, 특정한 본 예에서 N = 200KB이다.
표 2. 3개의 지연-경계 등급을 갖는 10/100Mbps 포트에서 QoS를 강화시키는 드롭 규칙
C3 C2 C1 저-드롭 고-드롭
레벨 1 N=120 Q3≥C KB Q2≥B KB Q1≥A KB 0% X%
레벨 2 N=160 Y% Z%
레벨 3 N=200 100% 100%
표 1의 지연 경계를 갖는 특정한 본 실시예에서는 16Q3+4Q2+Q1≥ N KB일 때만 프레임을 폐기 (또는 드롭)시키는 규칙이 적용됨을 주목하고, 이는 이후에 더 상세히 논의된다.
표 3은 상기에 기술된 폐기 구조와 WRED를 조합시킨 예를 제공한다.
표 3. WRED와 조합할 때의 샘플 폐기 방법
C3 C2 C1 저-드롭 고-드롭
레벨 1 N=120 Q3≥5KB Q2≥17.5KB Q1≥50KB 0% 50%
레벨 2 N=160 25% 75%
레벨 3 N=200 100% 100%
표 3의 레벨 3은 도 1의 경계 지연 한계치가 주어질 때 상기에 설명된 규칙을 따른다. 예를 들면, 수식에 따라, 등급 2 프레임은 16Q3+4Q2+Q1≥ 200KB이고 대기열 Q2가 소정의 백로그 한계치를 초과하는, 즉 Q2≥ 17.5KB인 경우에만 드롭된다. 레벨 1 및 레벨 2는 상기에 논의되었던 서브-폭주 평면(각각 400 및 402)을 정의한다. 예를 들어, 120KB ≤ 16Q3+4Q2+Q1< 200KB이고 Q2≥ 17.5KB이면, 드롭은 일부 확률로 계속 일어난다. 프레임은 고-드롭 또는 저-드롭으로 식별되어 각 WRED 레벨상의 각 카테고리내에서 다른 드롭 확률로 지정될 수 있음을 주목한다.
도 2에 나타내진 바와 같이, 등급 C1, C2, 및 C3를 갖는 본 특정 실시예에서는 대응하는 대기열 길이(Q1, Q2, Q3)가 그 값에서 정상 상태를 유지하면 모든 잠재기 경계가 만족될 수 있다는 점에서 폭주 평면(200)상의 모든 점이 유지될 수 있는 3개의 대기열 길이(Q1, Q2, Q3)를 정의한다. 예를 들어, 유지가능한 정상 상태 대기열 길이 세트는 KB로 (50, 17.5, 5)이다. 이러한 값들은 여기서 유도된다: Q3= (r3)(δ3) = (40Mbps)(1ms) = 5 KB; Q2= (r2)(δ2) = (35Mbps)(4ms) = 17.5 KB; 또한 Q1= (r1)(δ1) = (25Mbps)(16ms) = 50 KB.
전송 스케쥴링에 대해, Δ(F)는 프레임 F의 현재 대기 시간인 것으로 정의된다. 이때, 등급(i)의 프레임 F는 Ψi(F) = δi- Δ(F)인 이완성 Ψi(F)을 갖는 것으로 정의된다. 전송 스케쥴링 방법은 유리하게 간단하다: 이완성 (또는 이완 시간)이 작으면 작을수록, 전송 우선순위가 더 높아진다. 2개 이상의 대기열 등급 사이에서 계산된 이완 시간이 똑같은 경우, 더 높은 우선순위 등급과 연관된 (즉, 더 엄격한 지연 한계치와 연관된) 대기열에 먼저 스케쥴링이 제공된다.
비록 바람직한 실시예가 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 의도 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변화, 대치, 및 변경이 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (28)

  1. 차등 서비스(Differentiated Service) 네트워크 환경에서의 프레임 스케쥴링(scheduling) 및 폐기(discard) 방법에 있어서,
    폐기 알고리즘에 따라 동작되는 폐기 로직을 이용하여 수신되는 프레임 스트림 중 한 프레임을 폐기하는 단계; 및
    스케쥴링 로직을 이용하여 상기 네트워크 환경의 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 스케쥴링하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  2. 차등 서비스 네트워크 환경에서의 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법에 있어서,
    상기 네트워크 환경에서 소정의 폭주 레벨에 도달하고, 한 프레임과 연관된 대기열(queue)의 소정의 백로그(backlog) 한계치에 도달하면, 폐기 알고리즘에 따라 동작되는 폐기 로직을 이용하여 수신되는 프레임 스트림 중 상기 한 프레임을 폐기하는 단계; 및
    스케쥴링 로직을 이용하여 상기 네트워크 환경의 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 스케쥴링하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폐기하는 단계에서의 상기 프레임은 고유의 프레임 등급과 연관되고, 상기 고유의 프레임 등급은 상기 네트워크 환경의 상기 대기열과 더 연관되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 폐기하는 단계에서의 상기 대기열은 최대 지연 한계치 및 최소 대역폭 한계치에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 네트워크 환경은 각 대기열 등급들에 따라 분류되는 다수의 대기열을 포함하고, 상기 다수의 대기열 등급은 최저 전송 우선순위(priority) 등급에서 최고 전송 우선순위 등급까지의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최저 전송 우선순위 등급은 상기 최고 전송 우선순위 등급의 상기 최대 지연값 보다 큰 최대 지연값을 갖는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 스케쥴링 단계는 상기 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 결정하기 위해 이완 시간(slackness time)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    보다 작은 상기 이완 시간은 보다 높은 전송 우선순위에 대응하는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 대기된 프레임 각각은 시간 스탬프(time stamp)와 연관되고, 상기 하나 이상의 대기된 프레임 중 선택된 프레임의 상기 이완 시간은 상기 하나 이상의 대기된 프레임 중 상기 선택된 프레임이 대기되는 시간과 상기 각 대기열과 연관된 최대 지연 시간의 차이로 정의되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    보다 낮은 우선순위 대기열의 제1 이완 시간이 보다 높은 우선순위 대기열의 제2 이완 시간과 동일하면, 먼저 전송을 위해 상기 스케쥴링 단계에서 상기 보다 높은 우선순위 대기열의 프레임이 스케쥴링되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 대기된 프레임 중 선택된 프레임은 상기 선택 프레임이 각 대기열에서 헤드(head-of-line) 위치에 도달할 때 상기 스케쥴 단계에서 전송을 위해 스케쥴링되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 프레임은 다수의 소정의 폭주 레벨에 따라 상기 폐기 단계에서 폐기되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 소정의 폭주 레벨 중 최고 폭주 레벨에 도달할 때, 상기 소정의 백로그 한계치에 도달한 상기 대기열과 연관되는 모든 프레임이 폐기되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소정의 폭주 레벨에 도달하고, 상기 소정의 폭주 레벨이 상기 최고 폭주 레벨 보다 낮을 때, 상기 소정의 백로그 한계치에 도달한 상기 대기열과 연관되는 프레임들 중 일부가 폐기되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 방법.
  15. 차등 서비스 네트워크 환경에서의 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처에 있어서,
    폐기 알고리즘에 따라 상기 네트워크 환경의 수신되는 프레임 스트림 중 선택된 프레임들을 폐기하는 폐기 로직; 및
    상기 네트워크 환경의 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 스케쥴링하는 스케쥴링 로직
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  16. 차등 서비스 네트워크 환경에서의 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처에 있어서,
    폐기 알고리즘에 따라 수신되는 프레임 스트림으로부터 한 프레임을 폐기하기 위한 것으로, 상기 네트워크 환경에서 소정의 폭주 레벨에 도달하고, 상기 프레임과 연관된 대기열의 소정의 백로그 한계치에 도달하면, 상기 프레임이 폐기되는 폐기 로직; 및
    상기 네트워크 환경의 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 스케쥴링하는 스케쥴링 로직
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프레임은 고유의 프레임 등급과 연관되고, 상기 고유의 프레임 등급은 상기 네트워크 환경의 상기 대기열과 더 연관되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 대기열은 최대 지연 한계치 및 최소 대역폭 한계치에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 네트워크 환경은 각 대기열 등급들에 따라 분류되는 다수의 대기열을 포함하고, 상기 다수의 대기열 등급은 최저 전송 우선순위 등급에서 최고 전송 우선순위 등급까지의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 최저 전송 우선순위 등급은 상기 최고 전송 우선순위 등급의 상기 최대 지연값 보다 큰 최대 지연값을 갖는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 대기된 프레임을 전송하는 순서를 결정하기 위해 이완 시간이 계산되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  22. 제21항에 있어서,
    보다 작은 상기 이완 시간은 보다 높은 전송 우선순위에 대응하는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 대기된 프레임 각각은 시간 스탬프와 연관되고, 상기 하나 이상의 대기된 프레임 중 선택된 프레임의 상기 이완 시간은 상기 하나 이상의 대기된 프레임 중 상기 선택된 프레임이 대기되는 시간과 상기 각 대기열과 연관된 최대 지연 시간의 차이로 정의되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  24. 제21항에 있어서,
    보다 낮은 우선순위 대기열의 제1 이완 시간이 보다 높은 우선순위 대기열의 제2 이완 시간과 동일하면, 먼저 전송을 위해 상기 더 높은 우선순위 대기열의 프레임이 스케쥴링되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 대기된 프레임 중 선택된 프레임은 상기 선택 프레임이 각 대기열에서 헤드(head-of-line) 위치에 도달할 때 전송을 위해 스케쥴링되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  26. 제16항에 있어서,
    상기 프레임은 다수의 소정의 폭주 레벨에 따라 폐기되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 다수의 소정의 폭주 레벨 중 최고 폭주 레벨에 도달할 때, 상기 소정의 백로그 한계치에 도달한 상기 대기열과 연관되는 모든 프레임이 폐기되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 소정의 폭주 레벨에 도달하고, 상기 소정의 폭주 레벨이 상기 최고 폭주 레벨 보다 낮을 때, 상기 소정의 백로그 한계치에 도달한 상기 대기열과 연관되는 프레임들 중 일부가 폐기되는 것을 특징으로 하는 프레임 스케쥴링 및 폐기 아키텍처.
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