모바일 IP 패킷 버퍼링 방식에서 TCP 성능향상을 위한 패킷 포워딩 우선권 보장 방안

허경,노영섭,엄두섭,차균현,Hur, Kyeong,Roh, Young-Sup,Eom, Doo-Seop,Tchah, Kyun-Hyon 한국통신학회 2003 韓國通信學會論文誌 Vol.28 No.8B

To prevent performance degradation of TCP due to packet losses in the smooth handoff by the route optimization extension of Mobile IP protocol, a buffering of packets at a base station is needed. A buffering of packets at a base station recovers those packets dropped during handoff by forwarding buffered packets at the old base station to the mobile user. But, when the mobile user moves to a congested base station in a new foreign subnetwork, those buffered packets forwarded by the old base station are dropped and TCP transmission performance of a mobile user in the congested base station degrades due to increased congestion by those forwarded burst packets. In this paper, considering the general case that a mobile user moves to a congested base station, we propose a Priority Packet Forwarding to improve TCP performance in mobile networks. In the proposed scheme, without modification to Mobile IP protocol, the old base station marks a buffered packet as a priority packet during handoff. And priority queue at the new congested base station schedules the priority packet firstly. Simulation results show that proposed Priority Packet Forwarding can improve TCP transmission performance more than Implicit Priority Packet Forwarding and RED (Random Early Detection) schemes. 모바일 IP 프로토콜에서 핸드오프 동안에 발생하는 패킷 손실 때문에 초래되는 TCP 성능 저하를 방지하기 위해서는 모바일 IP 경로최적화확장의 스무스 핸드오프 방식에서 이전 기지국이 핸드오프 동안 손실되는 패킷들을 버퍼에 저장하고 저장된 패킷들이 이동한 단말에게 전달되어야 한다. 그러나 무선링크가 병목인 일반적인 경우에서 이동단말이 새로운 서브 네트워크의 혼잡한 기지국으로 이동한 경우에는, 이전 기지국이 포워딩하는 패킷들은 손실되고 또한 이전 기지국이 포워딩하는 패킷들의 버스트한 도착 특성으로 인해 심화된 혼잡으로 기지국 내 이동단말 플로들의 TCP 전송 성능이 저하되게 된다. 본 논문에서는 기지국 패킷버퍼링방식이 결합된 스무스 핸드오프 방식으로 이동단말이 새로운 서브네트워크의 혼잡한 기지국으로 이동한 경우, 이동단말 플로들의 TCP 성능을 향상시키기 위해 이전 기지국에서 버퍼링된 패킷들에 대한 포워딩 트래픽 관리 방안으로서 패킷포워딩 우선권보장 방안을 제안하였다. 제안하는 패킷포워딩 우선권보장 방안에서는 모바일 IP 프로토콜의 수정 없이 이전 기지국이 핸드오프 동안 저장한 패킷들을 Priority 패킷으로 표기하고, 혼잡한 새로운 기지국에서는 Priority 패킷들을 Priority 큐로서 우선적으로 스케쥴링한다. 시뮬레이션 결과는 제안하는 패킷 포워딩 우선권 보장 방안이 RED 방식 및 암시적인 패킷 포워딩 우선권 보장 방안보다 이동단말들의 TCP 전송성능을 향상시킬 수 있음을 보인다.

TCP Performance Enhancement by Implicit Priority Forwarding (IPF) Packet Buffering Scheme for Mobile IP Based Networks

노영섭,허경,엄두섭,이연우,K. H. Tchah 한국통신학회 2005 Journal of communications and networks Vol.7 No.3

The smooth handoff supported by the route optimization extension to the mobile IP standard protocol should support a packet buffering mechanism at the base station (BS), in order to reduce the degradation in TCP performance caused by packet losses within mobile network environments. The purpose of packet buffering at the BS is to recover the packets dropped during inter-subnetwork handoff by forwarding the packets buffered at the previous BS to the new BS. However, when the mobile host moves to a congested BS within a new foreign subnetwork, the buffered packets forwarded by the previous BS are likely to be dropped. This subsequently causes global synchronization to occur, resulting in the degradation of the wireless link in the congested BS, due to the increased congestion caused by the forwarded burst packets. Thus, in this paper, we propose an implicit priority forwarding (IPF) packet buffering scheme as a solution to this problem within mobile IP based networks. In the proposed IPF method, the previous BS implicitly marks the priority packets being used for inter-subnetwork handoff. Moreover, the proposed modified random early detection (M-RED) buffer at the new congested BS guarantees some degree of reliability to the priority packets. The simulation results show that the proposed IPF packet buffering scheme increases the wireless link utilization and, thus, it enhances the TCP throughput performance in the context of various inter-subnetwork handoff cases.

TCP Performance Enhancement by Implicit Priority Forwarding (IPF) Packet Buffering Scheme for Mobile IP Based Networks

Roh, Young-Sup,Hur, Kye-Ong,Eom, Doo-Seop,Lee, Yeon-Woo,Tchah, Kyun-Hyon The Korea Institute of Information and Commucation 2005 Journal of communications and networks Vol.7 No.3

The smooth handoff supported by the route optimization extension to the mobile IP standard protocol should support a packet buffering mechanism at the base station (BS), in order to reduce the degradation in TCP performance caused by packet losses within mobile network environments. The purpose of packet buffering at the BS is to recover the packets dropped during intersubnetwork handoff by forwarding the packets buffered at the previous BS to the new BS. However, when the mobile host moves to a congested BS within a new foreign subnetwork, the buffered packets forwarded by the previous BS are likely to be dropped. This subsequently causes global synchronization to occur, resulting in the degradation of the wireless link in the congested BS, due to the increased congestion caused by the forwarded burst packets. Thus, in this paper, we propose an implicit priority forwarding (IPF) packet buffering scheme as a solution to this problem within mobile IP based networks. In the proposed IPF method, the previous BS implicitly marks the priority packets being used for inter-subnetwork handoff. Moreover, the proposed modified random early detection (M-RED) buffer at the new congested BS guarantees some degree of reliability to the priority packets. The simulation results show that the proposed IPF packet buffering scheme increases the wireless link utilization and, thus, it enhances the TCP throughput performance in the context of various intersubnetwork handoff cases.

A Packet Buffer Management for Increasing Performance in WiMedia WLP-based Networks

Seung Beom Lee,Seong Ro Lee 한국정보통신학회 2014 2016 INTERNATIONAL CONFERENCE Vol.6 No.1

Performance of TCP can be severely degraded in WiMedia WLP-based network. Packet loss not related to network congestion occurs frequently during inter-subnetwork handoff by user mobility. To solve this problem, packet buffering method recovers those packets dropped during handoff by forwarding buffered packets at old BS (Bridge Station or Base Station) to mobile nodes. But, when a mobile node moves to a congested BS, those buffered packets are dropped and TCP transmission performance of the mobile node degrades severely. In this paper, we propose a Modified BLUE(MBLUE) buffer to increase TCP throughput. MBLUE buffer mitigates global synchronization problem caused by burst packet drops without additional buffer. Simulation results show that MBLUE buffer increases TCP throughput than a conventional buffer management.

제한된 수의 튜닝 가능한 파장변환기와 내부파장을 갖는 하이브리드 버퍼 구조의 광 패킷 스위치

임헌국 ( Huhnkuk Lim ) 한국인터넷정보학회 2009 인터넷정보학회논문지 Vol.10 No.2

광 패킷 스위칭 기술은 대용량 인터넷 트래픽을 패킷레벨에서 보다 유동적인 대역폭으로 전송해 줄 수 있으며, WDM 계층과 I P 계층을 유연하게 통합 해 줄 수 있기 때문에 차세대 광 인터넷을 위한 가장 강력한 스위칭 기술 중 하나이다. 광 패킷 스위칭 기술의 연구는 동기식 망 안에서의 연구와 비동기식 망 안에서의 연구로 나뉘며 본 논문에서는 인터넷 트래픽과 같은 비동기 가변길이 패킷들을 위한 광 패킷 스위치 내부에 경합해결 이슈에 초점이 맞추어져 있다. 하이브리드 버퍼는 광 지연 선로 버퍼와 전자 버퍼로 구성 되어 비동기 가변길이 패킷들의 경합 해결을 위한 하나의 대체 버퍼로서 패킷손실 확률을 감소시키기 위해 소개된바 있다. 그런데 스위치 내부의 자원 중 튜닝 가능한 파장 변환기의 개수와 내부 파장개수를 고려한 광 패킷 스위치의 디자인은 스위치 비용과 자원 이용 효율을 결정짓는 매우 중대한 이슈이다. 따라서 본 논문에서는 한정된 수의 튜닝 가능한 파장 변환기와 내부 파장 개수를 고려한 하이브리드 버퍼 구조형 광 패킷 스위치를 설계하고 그것의 스케쥴링 알고리즘을 소개하고자 한다. 제안한 스케쥴링 알고리즘은 광 지연 선로 버퍼만을 갖는 기존의 LAUC-VF알고리즘과 비교하여 더 나은 패킷 손실 확률을 제공해 줄 수 있었다. Optical packet switching (OPS) is a strong candidate for the next-generation internet, since it has a fine switching granularity at the packet level for providing flexible bandwidth, and provides seamless integration between WDM layer and IP layer. Optical packet switching have been studied in two categories: OPS in synchronous and OPS in asynchronous networks. In this article we are focused on contention resolution of OPS in asynchronous networks. The hybrid buffer have been addressed, to reduce packet loss further as one of the alternative buffer structures for contention resolution of asynchronous and variable length packets, which consists of the FDL buffer and the electronic buffer. The OPS design issue for the limited number of TWCs and internal wavelengths is important in the aspect of switch cost and resource efficiency. Therefore, an hybrid buffer structured optical packet switch and its scheduling algorithm is presented for considering the limited number of TWCs and internal wavelengths, for contention resolution of asynchronous and variable length packets. The proposed algorithm could lead to the packet loss improvement compared to the legacy LAUC-VF algorithm with only the FDL buffer.

Modified BLUE Packet Buffer for Base-Stations in Mobile IP-based Networks

Hur, Kyeong The Korea Institute of Information and Commucation 2011 Journal of information and communication convergen Vol.9 No.5

Performance of TCP can be severely degraded in Mobile IP-based wireless networks where packet losses not related to network congestion occur frequently during inter-subnetwork handoffs by user mobility. To solve such a problem in the networks using Mobile IP, the packet buffering method at a base station(BS) recovers those packets dropped during handoff by forwarding the buffered packets at the old BS to the mobile users. But, when the mobile user moves to a congested BS in a new foreign subnetwork, those buffered packets forwarded by the old BS are dropped and TCP transmission performance of a mobile user degrades severely. In this paper, we propose a Modified BLUE(MBLUE) buffer required at a BS to increase TCP throughput in Mobile IP-based networks. When a queue length exceed a threshold and congestion grows, MBLUE increases its packet drop probability. But, when a TCP connection is added at new BS by a handoff, the old BS marks the buffered packets. And new BS receives the marked packets without dropping. Simulation results show that MBLUE buffer reduces congestion during handoffs and increases TCP throughputs.

Deduction of TWCs and Internal Wavelengths Needed for a Design of Asynchronous OPS System with Shared or Output FDL Buffer

Huhnkuk Lim(임헌국) 한국통신학회 2014 韓國通信學會論文誌 Vol.39 No.2(네트워크)

광 패킷 스위칭은 미래 광 인터넷을 위한 스위칭 기술로 고려되고 있다. 광 패킷 스위칭 내부의 경합 해결을 위해 파장 변환 기법이 광 지연 선로 버퍼와 함께 일반적으로 사용되어 진다. 본 논문에서는 공유형 혹은 아웃풋 광 지연 선로 버퍼를 갖는 비동기 광 패킷 스위칭 시스템의 비용 효율적인 설계를 위해 가변 파장 변환기를 공유함으로써 필요한 파장변환기 개수의 감소를 도출한다. 비동기 가변길이 패킷들을 비용 효율적 설계를 위해 고려하였고, 그러한 광 패킷 스위칭 시스템 내부에 필요한 가변 파장 변환기 개수를 도출하기 위해 출력 단의 채널뿐아니라 유용 가능한 가변 파장 변환기와 내부 파장 또한 찾아 주는 스케쥴링 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘을 공유형 혹은 아웃풋 광 지연 선로 버퍼를 갖는 비동기 광 패킷 스위칭 시스템에 적용하여 비용 효율적 설계를 위해 필요한 가변 파장 변환기 및 내부 파장 개수를 도출하였다. Optical packet switching (OPS) is being considered as one of the switching technologies for a future optical internet. For contention resolution in an optical packet switching (OPS) system, the wavelength dimension is generally used in combination with a fiber delay line (FDL) buffer. In this article, we propose a method to reduce the number of tunable wavelength converters (TWCs) by sharing TWCs for a cost-effective design of an asynchronous OPS system with a shared or an output FDL buffer. Asynchronous and variable-length packets are considered in the OPS system design. To investigate the number of TWCs needed for the OPS system, an algorithm is proposed, which searches for an available TWC and an unused internal wavelength, as well as an outgoing channel. This algorithm is applied to an OPS system with a shared or an output FDL buffer. Also, the number of internal wavelengths (i.e., the conversion range of the TWC) needed for an asynchronous OPS system is presented for cost reduction of the OPS system.

신뢰성 있는 단방향 데이터 전송 시스템 설계

김동욱(Dongwook Kim),민병길(Byunggil Min) 한국정보보호학회 2016 정보보호학회논문지 Vol.26 No.6

단방향 전송 기술에서 해결해야 할 이슈들 중에 한 가지는 TCP 기반의 데이터 전송에서 발생하는 패킷 손실을 줄이는 것이다. 잘 알려진 에러 수정 기법들을 활용해서 패킷 손실을 줄일 수 있다. 하지만, 기존의 여러 기법들을 활용한다고 하더라도, 링크 에러와 버퍼 오버플로우에 의한 패킷 손실은 여전히 발생할 수 있다. 본 논문에서는 신뢰성 있는 단방향 데이터 전송 시스템(RED, REliable Data diode)을 제안한다. RED는 기존의 단방향 전송 기술과 마찬가지로 TCP 기반의 데이터 전송을 지원하기 위해 TCP 프록시 기법을 활용한다. RED 송신시스템은 TCP 패킷의 지연 전송을 활용하여 버퍼 오버플로우에 의한 패킷 손실을 줄일수 있다. 또한, RED 송신시스템은 패킷의 중요도 및 여유 자원을 고려하여, RED 수신시스템에게 다수의 동일한 패킷을 복제 및 전송함으로써, 단방향 전송 링크에서의 링크 에러에 의한 패킷 손실을 줄일 수 있다. One of the issues, which is dealed with in undirectional data transmission technology, is reducing the packet loss in TCP based data transfer. We can decrease the packet loss by using several well known error correction approaches. Although we utilize those previous approaches, the packet loss by both link errror and buffer overflow could be occurred. In this paper, we propose the RED(REliable Data diode). RED also uses the TCP proxy approach for supporting the TCP based data transfer which is similar with the existing unidirectional data transmission technologies. The RED transmission system could alleviate the packet loss caused by buffer overflow by exploiting the delaying transmission of TCP packets. Furthermore, in order to reduce the packett loss caused by link error in the unidirectional transmission link, the RED transmission system transmits one or more duplicated packets to the RED reception system by considering both the remaining resources and packet importance.

Design and Analysis of a Parallel Hybrid Memory Architecture for Per-Flow Buffering in High-Speed Switches and Routers

Ling Zheng,Zhiliang Qiu,Shiyong Sun,Weitao Pan,Ya Gao,Zhiyi Zhang 한국통신학회 2018 Journal of communications and networks Vol.20 No.6

The network switches and routers require both highspeedand large-capacity packet buffers. However, existing packetbuffer architectures have the problems of speed scaling and flownumber scaling limitations. To address the two problems simultaneously,this paper proposes a parallel hybrid SRAM/DRAMarchitecture for per-flow buffering in high-speed switches androuters. Tail SRAM and head SRAM are used to apply per-flowbuffering for packet aggregation, so that the middle DRAM is accessedin a larger granularity and the DRAM’s bandwidth utilizationis improved. To mitigate the flow number scaling limitation,a dynamic memory allocation with hard timeout (DMA-HT) memorymanagement algorithm is designed. The key idea of DMA-HTis that the memory space is dynamically allocated for the newly arrivedflows, and a hard timeout is assigned for each queue. Aftera specific period of time, the memory space is freed, so that theSRAM space is efficiently utilized by the most recently active flows. A queuing system is used to model the proposed method, and theoreticalanalysis is performed to optimize the timeout value. Withthe derived formulas, multiple performance parameters are quantitativelyanalyzed, and the optimal timeout can be obtained. Bothnumerical results and simulations show that the proposed architecturecan and reduce packet loss rate and average delay significantlycompared with previous solutions with the same SRAM capacity.

공유형 광 지연 선로 버퍼를 갖는 광 패킷 스위치에서 튜닝 가능한 파장 변환기와 내부 파장 개수의 최적화에 의한 스위치 비용 감소

황일선 ( Il-sun Hwang ),임헌국 ( Huhn-kuk Lim ),유기성 ( Ki-sung Yu ),정진욱 ( Jin-wook Chung ) 한국인터넷정보학회 2006 인터넷정보학회논문지 Vol.7 No.6

스위치 비용을 감소시킬 연구의 일환으로 공유형 광 지연 선로 버퍼를 갖는 광 패킷 스위치에서 인터넷 트래픽과 같은 비동기 가변길이 패킷들의 경합 해결을 위해 요구 되어지는 최적화된 튜닝 가능한 파장 변환기의 개수와 내부 파장 개수가 도출 되어 진다. 광 패킷 스위치 디자인 비용에 관련된 튜닝 가능한 파장 변환기의 개수와 내부 파장 개수를 도출하기 위해 스위치 내부에 한정된 수의 파장 변환기와 내부 파장을 고려해 주는 새로운 형태의 스케쥴링 알고리즘을 제안하였다. 세 가지 튜닝 가능한 파장 변환기 구조들에 대해서 최소의 패킷 로스를 보장해 주는 최적화된 파장 변환기의 개수와 내부의 파장 개수가 자원 낭비를 예방해 주기 위해 평가 되어졌다. 하나의 주어진 로드 하에서 파장 변환기 개수와 내부의 파장 개수가 의미 신장하게 감소되어 질 수 있었으며 또한 파장 변환기의 수와 내부 파장의 수를 완전히 갖는 광 패킷 스위치의 성능과 같은 패킷 손실 확률을 보장해 주었다. To reduce switch cost, the optimum numbers of tunable wavelength converters (TWCs) and internal wavelengths required for contention resolution of asynchronous and variable length packets like internet traffics, is presented in the optical packet switch (OPS) with the shared fiber delay line (FDL) buffer. To optimize TWCs and internal wavelengths related to an OPS design cost, we proposed a scheduling algorithm for the limited TWCs and internal wavelengths. For three TWC alternatives (not shared, partially shared, and fully shared cases), the optimum numbers of TWCs and internal wavelengths to guarantee minimum packet loss are evaluated to prevent resource waste. Under a given load, TWCs and internal wavelengths could be significantly reduced, guaranteeing the same packet loss probability as the performance of an OPS with full TWCs and internal wavelengths.