공정한 MAC프로토콜을 위한 순환 서비스 시스템을 적용한 평형 DQDB = Balanced DQDB on the Cyclic Service Systems for the Fair MAC Protocol

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 표준 DQDB에서 문제가 되고 있는 불공정성 문제를 개선할 새로운 MAC 프로토콜을 제안하고 분석하였다. DQDB MAC프로토콜은 처리율, 메시지 지연 등에서 불공정한 면이 있으며, 대역폭은 슬롯 재사용 혹은 화일의 긴 전송 동안 더욱 불균등하게 배분될 수 있다. 본 연구에서 제안된 새로운 프로토콜을 평형(balanced) DQDB 프로토콜이라 부르기로 하며, 이 새로운 엑세스 프로토콜은 이중 버스 네트워크 프로토콜의 한 비트를 이용하여 대역폭 분할에 공정성 보장 및 DQDB의 모든 특징을 유지한다.
제안한 평형 DQDB와 기존의 DQDB에 차이점은 각 노드의 CD 계수기가 0 보다 크거나 같을 때도 그 노드를 지나는 빈 슬롯에 세그먼트를 전송할 수 있으며, 세그먼트 전송을 마친 노드에서는 CD 계수기의 값을 RQ 계수기에 더한 수 유휴 상태로 전이하고, 다음에 도착하는 빈 슬롯의 P 비트를 0에서 1로 변환시킨다.
또한, 슬롯의 순차적 균등 배분을 해석하기 위하여 RP(Round Robin) 방식과 Wen Jing 들이 제시한 DQDB 분석 모델을 고려하였다. 즉, 마코프 체인을 사용하여 버스상에서 각 노드에 비지 비트의 발생 확률을 알기 위하여 VRQ CTR(Virtual Request CounTeR)값의 확률로서 그 노드에서의 빈 슬롯 사용 확률을 나타내었다. 여기서 VRQ_CTR값은 스테이션이 동작 상태일 때는 CD 계수기의 값을 갖지만, 유휴 상태일 때는 RQ 계수기의 값을 갖는다. 각 노드를 지나는 슬롯이 비지일 확률 αi가 선형적으로 증가하는 경우와 지수적으로 증가하는 경우를 가정하여 VRQ_CTR 값의 확률 분포를 추론하였고, 이 VRQ_CTR 값의 확률 분포를 통하여 비지 비트가 각 노드에서 일정하게 분포될 때 각 노드에서 빈 슬롯의 사용 기회가 균등하게 배분되어 전체 시스템이 평형을 이루는 결과를 확인하였다.
그리고, 시뮬레이션을 통하여 각 노드에서 RQ나 CD 계수기가 동적으로 변화하는 상태에서 제안한 평형 DQDB와 표준 DQDB, BWB 구조를 비교하였다. 여기서, 세그먼트의 우선 순위를 고려하지 않았으며, 리퀘스트 발생 노드의 순서는 불규칙하게 정한 후, 정상상태와 과부하상태에 대하여 노드 수, 과부하 정도 등의 변화에 따른 각 노드의 슬롯 사용율, 처리율 및 평균지연시간 등을 나타내었다. 그 결과, 평형 DQDB가 다른 DQDB 보다 상위 노드에서 처리율이 감소하지만, 노드 수 100개 및 과부하 10%이하인 상태에서 전체 노드 수의 약 70 - 80% 정도가 처리율 0.9 이상으로 각 노드에서의 빈 슬롯이 사용된 수가 표준 DQDB나 BWB 구조의 사용된 수 보다 높으며, 이러한 특징들은 수식적 분석 모델과 유사한 결과를 나타냄을 확인하였다.
따라서, 제안된 평형 DQDB 방법은 네트워크가 정상상태나 10% 이하의 과부하상태에서 DQDB로서 사용이 가능할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A new MAC protocol has been proposed and analysed to relieve the unfairness problems exhibited by the basic version of the DQDB standard. DQDB MAC protocol has the unfairness problems in throughputs, message delay and so on. And when the slots are reused or the file transmissions taken long, the unfairness problems in the system become worse. The new access protocol proposed here, which is called the Balanced DQDB, guarantees a fair bandwidth distribution by using one bit of the dual bus network protocol and keeps up all characteristics of DQDB.
There appears to be the differences between the proposed Balanced DQDB and the conventional DQDB. Although the value of the CD counter of each node were greater than or zero equal to, the segments could be transmitted through the node to empty slots passing. On the transmitted segments, the node adds the value of the CD counter to that of the RQ counter and transfers to an idle state. And then the node take the P bit of the following empty slot changed from 0 to 1.
Also, the RR(Round Robin) method and the DQDB analysis model introduced by Wen Jing, et al, were considered to analyse a sequential balance distribution of slots. And the probabilities of the empty slots in operation mode were represented as the functions of VRQ_CTR(Virtual ReQuest CounTeR), which have the values of the CD counter with active station and that of the RQ counter with idle station to determine the probabilities for busy bits to generate on each node of the bus using the Markov chain. It is confirmed that when busy bits have constant distribution on each node through the probability distribution of VCR_CTR values, the equal chance to use empty slots on each node results in the balance of system.
Through the simulation, the performances of the proposed Balanced DQDB and that of the standard DQDB or the BWB mechanism were compared at the state that the values of the RQ or CD counter on each node varied dynamically. The simulations were not considered priorities of segments but the generation of the request orders were randomly selected. The rate of used slots, throughputs and average delay time on each node were represented for the steady states and the overload states. As the results, it is shown that the Balanced DQDB has the decrement of throughputs in upstream, but if the network had hundred nodes and overloads 10%, the numbers of the used empty slots at each node of the Balanced DQDB had more than that of the others because the Balanced DQDB has over 0.9 throughputs in the 70 - 80% nodes of total node and it has constant throughputs at each node. And there results were analogous to that of the analytical model.
Therefore, the proposed Balanced DQDB protocol would be utilized for the networks of the steady states and overloads 10% states.

목차 (Table of Contents)

• 차례 = vi
• 국문요약
• 영문요약
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 DQDB(IEEE 802.6) 프로토콜 = 6
• 2.1 IEEE 802.5 토큰링의 문제점 = 7
• 2.2 DQDB 프로토콜 = 9
• 2.3 기본적인 DQDB 알고리즘 = 12
• 제3장 기존의 DQDB 공정을 위한 방법 = 20
• 3.1 BWB 구조 = 20
• 3.2 FQDB = 23
• 제4장 제안된 평형 DQDB 프로토콜 = 28
• 4.1 기존 방법의 문제점 = 28
• 4.2 평형 DQDB 프로토콜 = 30
• 4.3 평형 DQDB 알고리즘 = 31
• 제5장 평형 DQDB의 수식적 해석 = 37
• 5.1 Round Robin 방식 = 37
• 5.2 단일 노드 분석 모델 = 39
• 5.3 VRQ_CTR의 기대값 계산 = 40
• 5.4 VRQ_CTR의 정상상태 평균값 분포 = 43
• 제6장 시뮬레이션 및 결과 분석 = 49
• 6.1 모델링 = 49
• 6.2 흐름도 = 53
• 6.3 시뮬레이션 결과 = 58
• 6.4 결과 분석 = 86
• 6.5 고찰 = 93
• 제7장 결론 = 95
• 참고문헌 = 97
• 부록 = 107