미래 근거리망, 도시망 및 광역망을 위해 최근에 표준화된 IEEE 802.17 레질런트 패킷링의 공정성 제어 방식은 비대칭 과부하에서 지연지터 특성을 악화시키고 대역폭 손실까지 초래하는 문제점을 갖고 이다. 본 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 방식과 호환성을 유지하는 대역폭 재분배 기반 공정성 제어 방식을 제안한다. 제안된 방식에서 체증노드는 상단노드들의 병목링크 사용을 통제한 결과 얻어지는 병목링크의 가용 대역폭을 측정하고 대역폭이 더 필요한 상단노드의 수를 추정하여 최적 공정속도를 계산하며, 계산된 공정속도를 상단노드로 통보하여 가용 대역폭을 재분배 한다. 성능평가 결과 단 2회의 재분배 시도로 가용 대역폭의 95%를 공평하게 분배하였다.
미래 근거리망, 도시망 및 광역망을 위해 최근에 표준화된 IEEE 802.17 레질런트 패킷링의 공정성 제어 방식은 비대칭 과부하에서 지연지터 특성을 악화시키고 대역폭 손실까지 초래하는 문제점을 갖고 이다. 본 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 방식과 호환성을 유지하는 대역폭 재분배 기반 공정성 제어 방식을 제안한다. 제안된 방식에서 체증노드는 상단노드들의 병목링크 사용을 통제한 결과 얻어지는 병목링크의 가용 대역폭을 측정하고 대역폭이 더 필요한 상단노드의 수를 추정하여 최적 공정속도를 계산하며, 계산된 공정속도를 상단노드로 통보하여 가용 대역폭을 재분배 한다. 성능평가 결과 단 2회의 재분배 시도로 가용 대역폭의 95%를 공평하게 분배하였다.
The IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR) for future Local, Metropolitan, and Wide Area Networks was recently standardized, but it still suffer from delay jitter deterioration and even some bandwidth loss under unbalanced overload. In order to overcome these drawbacks, this paper proposes a bandwi...
The IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR) for future Local, Metropolitan, and Wide Area Networks was recently standardized, but it still suffer from delay jitter deterioration and even some bandwidth loss under unbalanced overload. In order to overcome these drawbacks, this paper proposes a bandwidth redistribution based fairness control method, compatible with the legacy one, in which each congested node measures the amount of available bandwidth of its bottleneck link resulted from regulating upstream nodes' shares of the link bandwidth, calculates optimal fair rate with the number of uptream nodes requiring more bandwidth, and then redistributes the available bandwidth to the upstream nodes by advertising the rate. The performance evaluation results show that the proposed method fairly redistributes 95% of the bottleneck link bandwidth with even only two redistributions.
The IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR) for future Local, Metropolitan, and Wide Area Networks was recently standardized, but it still suffer from delay jitter deterioration and even some bandwidth loss under unbalanced overload. In order to overcome these drawbacks, this paper proposes a bandwidth redistribution based fairness control method, compatible with the legacy one, in which each congested node measures the amount of available bandwidth of its bottleneck link resulted from regulating upstream nodes' shares of the link bandwidth, calculates optimal fair rate with the number of uptream nodes requiring more bandwidth, and then redistributes the available bandwidth to the upstream nodes by advertising the rate. The performance evaluation results show that the proposed method fairly redistributes 95% of the bottleneck link bandwidth with even only two redistributions.
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문제 정의
RPR의 공정성 제어 동작을 살펴보자. 임의 노드 〃 은 fwd_rate[n]와 add_rate[n]의 두 바이트 카운터로 매 관측구간(decay interval) 마다 STQ와 전송 버퍼의의 서비스 속도를 측정하여 다음 조건이 성립하면 체증이 발생한 것으로 판정한다;
[9] 에서 일반 링 네트워크를 대상으로 간헐성 특성을 개선하는 방안을 제 안 하였으나 RPR의 공정성 제어 방식과 호환성이 없다. 본 연구에서는 표준화된 RPR의 공정성 제어 방식과 호환성을 유지하면서 대역폭 손실뿐만 아니라 간헐성 특성 악화 문제까지 해결할 수 있는 대역폭 재분배 기반 공정성 제어 방식을 제안하고, 제안된 방식의 성능 특성을 분석 및 평가한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다; 2장에서 RPR의 공정성 제어 방식과 문제점을 살펴보고, 3장에서 제안된 공정성 제어 방식을 기술한다.
공정 분배 성취 목표치를 달성하는데 소요되는. 시 간, 즉 수렴 시간을 평가해보자. μ = 0.
임의 체증노드 0에서 재분배 사이클。종료 후 재분배되지 않고 남아있는 병목링크의 가용속도 Ae 를 분석 해보자. 정의 에 의해 总 = 妇 3凡 이고 4-1 = 低_\乳 이 며 , A凡 는 唄恥 로 측정 된다.
가설 설정
RPR에서 전파지연 시간 P = 0.5*10"초, 평균 패킷 크기 "1000비트, 링의 속도 J = 109 bps, 100 패킷 전송시간의 A7, 즉。=100, 링 길이 d =200Km로 가정하고, 95%, 99%, 99.9% 및 99.99%의 4가지 공정 분배 성취 목표치를 고려한다. 본 논문에서 공정 분배 성취도를 (Cm4s[0]/C[0])*100%로 정의 하는 더】, (二以虹。]는 RIAS 공정성 원칙에 따라 활성 상단노드에게 분배한 병목 링크, 즉 링크 0의 대역폭이다.
[切에서 사용된 실험 RPR(하나의 상단 노드와 체증 노드로 구성되며 FE 트래픽만 가해짐)에 대해 SMPL(Simulation Model Programming Language) [11] 에 RPR 루틴을 추가하여 모의실험을 수행한다. 상단 노드와 체증 노드의 체증 흐름 전송 요구속도는 각각 lGbps와 200Mbps, 병목 링크의 속도는 lGbps 로 가정한다. 실험 결과는 그림 7과 8에 도시되어 있다.
추론 1: 임의 재분배 사이클(。-1)에서 fc-Y 활성 상단 노드 수가 1, 즉 皿 二1 이면 재분배 사이클 C에서 h 활성 상단 노드 수의 추정치도 1, 즉 =1이다.
먼저 수치해석을 통해 제안된 대역폭 재분배 알고리즘이 RIAS 공정성을 달성하는데 소요되는 재분배 시도 횟수를 평가해보자. 평가환경은 다음과 같다; 평가대상 RPRe N개의 상단 노드와 하나의 체증노 드 (노드 번호 0) 로 구성하고 병목 링크의 전송속도를 1로 정규화하며, FE 트래픽만 가해지는 것으로 가정한다. RPR에서 전파지연 시간 P = 0.
제안 방법
예를 들어 Nc = 此\ -1 이면 典 = 賦-\ - DM, 이므로 A = 44 7} 되고, Nc-i =N? 이 면 보조정 리 2에 의해 4=° 이 된다. 时 의 가능한 모든 경우에 대한 〃 의 분석은 아주 복잡하므로 본 논문에서는 N"N:_q, 여기서 \<j<ct 이고 就 =N-1 인 경우에 대해서만 살펴본다. 4 =이므로 /。는 다음과 같이 계산된다;
IEEE 802.17에서 표준화된 RPR의 공정성 제어 방식이 안고 있는 대역폭 손실과 링트래픽의 간헐성 특성 악화 문제를 해결하기 대역폭 재분배 기반공정 성 제어방식을 제안하였다. 제안 방식에서 공정성을 달성하기 위해 요구되는 재분배 시도 횟수는 상단 노 드의 수N에 대해 (2N-1)을 넘지 않음을 증명하였다.
다음으로 기존방식과 제안방식에 대해 모의실험을 통해서 상단 노드의 체증 흐름 전송속도와 체증노 드의 STQ 에 대기 중인 트래픽을 비교 평가해보자. [切에서 사용된 실험 RPR(하나의 상단 노드와 체증 노드로 구성되며 FE 트래픽만 가해짐)에 대해 SMPL(Simulation Model Programming Language) [11] 에 RPR 루틴을 추가하여 모의실험을 수행한다. 상단 노드와 체증 노드의 체증 흐름 전송 요구속도는 각각 lGbps와 200Mbps, 병목 링크의 속도는 lGbps 로 가정한다.
다음으로 기존방식과 제안방식에 대해 모의실험을 통해서 상단 노드의 체증 흐름 전송속도와 체증노 드의 STQ 에 대기 중인 트래픽을 비교 평가해보자. [切에서 사용된 실험 RPR(하나의 상단 노드와 체증 노드로 구성되며 FE 트래픽만 가해짐)에 대해 SMPL(Simulation Model Programming Language) [11] 에 RPR 루틴을 추가하여 모의실험을 수행한다.
A-유형 과부하이므로 정의에 의해 활성 상단 노드의 수는 [LN] 내 정수 값을 갖는다. 먼 제 UAS 공정성이 달성되지 않는 조건하에서 활성 상단 노드의 수가 동일하게 유지되는 최대 재분배 사이클 수, 즉 K = max{G + l)|Mi-Nc=0} 을 구하자. 공정성 이 달성되지 않기 위한 N?_\ 主 此 * N歸 의 조건을 만족하는 Nc-Z, Nc-\, Nc 및 如+|의 관계는 보조정 리 1로부터 다음과 같이 도출된다;
먼저 수치해석을 통해 제안된 대역폭 재분배 알고리즘이 RIAS 공정성을 달성하는데 소요되는 재분배 시도 횟수를 평가해보자. 평가환경은 다음과 같다; 평가대상 RPRe N개의 상단 노드와 하나의 체증노 드 (노드 번호 0) 로 구성하고 병목 링크의 전송속도를 1로 정규화하며, FE 트래픽만 가해지는 것으로 가정한다.
상단 노드의 수가 N인 RPR에서 제안된 대역폭 재분배 알고리즘이 RIAS 공정성을 달성하는데 소요되는 수렴 시간 특성을 분석한다. RPR 공정성 제어 기능은 A-유형 과부하 하에서만 동작하므로 A-유형 과부하를 전제로 한다.
재분배 사이클이 진행되는 동안 체증이 발생하면 다시 사이클0이 시작되고, X。가 재분배 중단 임계 값 ZsGZq) 이하로 내려가면, 즉 心4如이면 대역폭 재분배에 의한 공정성 달성이 실패한 것으로 판단하고 재분배 과정을 중단한다. 재분배 과정 중단 후 기존 RPR 공정성 제어방식과 마찬가지로 널값의 공정 속도를 상단노드에게 통보하여 상단 노드가 자신의 체증 흐름의 전송 허용속도를 높이도록 하는데, 이때 최근에 계산된 활성 상단 노드의 수의 추정치, 즉 값을 최적 계수 값으로 같이 통보하여 상단 노드가 (2.2) 에 의해 자신의 체증 흐름 전송 허용속도 증가 시 계수 값으로 사용하도록 한다. 최적 계수 값은 그림 4와 같이 표준[1]에서 정의된 유형 1 공정성 패킷 내 13비트의 예약영역 중 하위 8비트를 이용하여 상단 노드에 통보한다.
체증 발생을 검출한 노드(이하 체증 노드)는 공정성 패킷을 사용하여 자신의 전송 버퍼 서비스 속도, 즉 add_rate[n] (이하 최저 공정속도라 함)를 상단노 드에게 통보하고, 상단 노드는 통보받은 최저 공정 속 도로 체증 흐름의 전송 허용속도를 설정한다. 참고로 상단 노드에서 체증 흐름의 서비스 속도, 즉 전송속도 는 그 흐름의 요구 전송속도와 전송 허용속도 중 작은 값이 된다.
성능/효과
제안 방식에서 공정성을 달성하기 위해 요구되는 재분배 시도 횟수는 상단 노 드의 수N에 대해 (2N-1)을 넘지 않음을 증명하였다. 그리고 200Km의 링길이, IGbps의 링 속도 및 2 ~ 64개의 상단 노드를 갖는 RPR 네트워크를 대상으로 실험한 결과 2회의 재분배 시 도로 가 용 대역폭 의 95%를, 5회의 재분배 시 도로 가 용 대역폭의 99.99%를 공정하게 분배하였으며, 이때 소요되는 수렴시간은 각각 2.2ms와 5.5ms까지 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 간단한 RPR을 대상으로 대역폭 재분배 방식을 모의실험해본 결과 대역폭 손실뿐만 아니라 간헐성 특성 악화 문제까지 해결됨을 확인할 수 있었다.
9) 에 의해 淫 Li ms로 계산된다. 따라서 6300회 실험 모두 2회의 재분배 시도로 목표치를 달성하는 95% 성취 목표치의 경우 수렴 시간을 2.2ms까지 줄일 수 있고, 99.99% 성취 목표치의 경우 그림 5에서 5회의 재분배 시도가 요구되므로 수렴 시간을 5.5ms까지 줄 일 수 있다.
5ms까지 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 간단한 RPR을 대상으로 대역폭 재분배 방식을 모의실험해본 결과 대역폭 손실뿐만 아니라 간헐성 특성 악화 문제까지 해결됨을 확인할 수 있었다.
2) 의 속도증가 함수에 의해 전송 허용속도를 높이는 방법을 사용하고 있다. 이 결과 각 상단 노드의 체증 흐름 전송 허용속도는 최저 공정 속도에서 체증 노드가 또다시 체증 상태에 돌입하게 되는 어떤 속도까지 증가하는 과정이 반복된다. 이로 인해 링 트래픽의 간헐성 특성이 나빠져 지 연지 터가 증가한다.
17에서 표준화된 RPR의 공정성 제어 방식이 안고 있는 대역폭 손실과 링트래픽의 간헐성 특성 악화 문제를 해결하기 대역폭 재분배 기반공정 성 제어방식을 제안하였다. 제안 방식에서 공정성을 달성하기 위해 요구되는 재분배 시도 횟수는 상단 노 드의 수N에 대해 (2N-1)을 넘지 않음을 증명하였다. 그리고 200Km의 링길이, IGbps의 링 속도 및 2 ~ 64개의 상단 노드를 갖는 RPR 네트워크를 대상으로 실험한 결과 2회의 재분배 시 도로 가 용 대역폭 의 95%를, 5회의 재분배 시 도로 가 용 대역폭의 99.
후속연구
IEEE 802.17 워킹그룹에 의해 표준화된 RPR (Resilient Packet Ring)[l]은 근거리망에서 널리 사용되고 았는 이더넷 기술과 도시 망에 적합한 링 토 폴 로지를 결합한 것으로 향후 도시 망과 원 거 리망에서 뛰어난 신뢰성과 효율성을 갖는 광 이더넷 서비스를 제공할 수 있게 될 것으로 기대된다. RPRe 링이나 노드의 징■애시 SONET(Synchronous Optical Network)/SDH(Synchronous Digital Hierarchy)0)] 서 정의된 50mS이내의 복구 시간을 보장하는 레질런 시 (resiliency)를 추구하고, 링의 특성인 공간적 대역폭 재사용으로 우수한 트래픽 처리 능력을 제공하며, 우선순위 서비스를 지원함은 물론 링 대역폭 사용에 있어 공평성을 보장하도록 설계되었다[21.
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