Congestion control protocol for connection oriented networks with aperiodic feedback and non-persistent sources

• Autorzy: Ignaciuk P. , Bartoszewicz A.

Warianty tytułu

PL

Protokół kontroli przeciążeń dla połączeniowych sieci teleinformatycznych z aperiodycznym sprzężeniem zwrotnym i nieidealnymi źródłami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the congestion control problem in a connection-oriented communication network is addressed. In the considered mutli-source network the feedback information is provided by means of control units generated by each source once every M data packets. Since the sources adjust the transmission rate only at the control unit arrival, the interval between successive rate modifications is input dependent and varies with time. A new, nonlinear strategy effectively combining the Smith principle with the proportional controller with saturation is proposed. Conditions for data loss elimination and full bottleneck link bandwidth utilization are formulated and strictly proved. The presented strategy allows for full resource usage even though the sources are not persistent. Moreover, since the controller saturation limits are fully adjustable, the algorithm performance may be easily tuned according to the existing system resources.

PL

W artykule rozważano zagadnienie kontroli przeciążeń´ w połączeniowej sieci teleinformatycznej o wielu źródłach. W analizowanej sieci informacja zwrotna o bieżącym stanie układu przekazywana jest do nadajników w jednostkach sterujących generowanych przez każde ze źródeł co M pakietów z danymi. Jednostki steruja˛ce pokonuja˛ te˛ sama˛ trase˛, co pakiety danych, zbierając informacje˛ zwrotna˛ z węzłów pośredniczących. W odbiorniku jednostki sterujące są˛ zawracane i przesyłane z powrotem do źródła, gdzie docierają˛ po okresie pełnego obiegu (ang. round trip time). Ponieważ˙ każde źródło dostosowuje prędkość´ nadawania wyłącznie w momencie odebrania jednostki sterującej, okres dyskretyzacji zależy od poprzednich szybkości emisji danych, a zatem zmienia się w czasie. W artykule zaproponowano nowy, nieliniowy algorytm sterowania prędkością˛ nadawania danych, bezpośrednio uwzględniający zmienny okres próbkowania układu. Zaproponowana strategia wykorzystuje predyktor Smitha oraz regulator proporcjonalny z nasyceniem. Zastosowanie prezentowanego rozwiązania pozwala wyeliminować´ ryzyko gubienia danych, a zarazem w pełni wykorzystać´ dostępne pasmo i uzyskać´ maksymalna˛ wydajność sieci. Pełne wykorzystanie dostępnych zasobów zagwarantowane jest również w sytuacji, gdy źródła, z uwagi na czasowe ograniczenia, nie są˛ w stanie zrealizować sygnału sterującego i nadają˛ dane z prędkością˛ mniejsza˛ od ustalonej przez regulator. Prędkości generowane przez algorytm są˛ zawsze nieujemne i ograniczone, co pozwala zastosować´ proponowana˛ strategie˛ w warunkach działania rzeczywistej sieci telekomunikacyjnej. Co więcej zaprezentowany algorytm ułatwia obsługę˛ administracyjna˛ węzła sieciowego umożliwiając elastyczne dopasowanie poziomów nasycenia regulatora do pojemności łącz przesyłowych. Wymienione właściwości zostały sformułowane w postaci twierdzeń i ściśle udowodnione, a następnie zweryfikowane symulacyjnie.

Słowa kluczowe

EN

congestion control; connection-oriented networks; sampled data systems

• Wydawca: Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Theoretical and Applied Informatics
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 19, No. 3
• Strony: 217--233
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Ignaciuk P.

autor

Bartoszewicz A.

• Ericpol Telecom 9a Targowa St., 90-042 Łódź, Poland,

Bibliografia

• [1] Bartoszewicz A., Molik T.: ABR traffic control over multi-source single-bottleneck ATM networks. Journal of Applied Mathematics and Computer Science, 14(1), pp. 43-51, 2004.
• [2] Bartoszewicz A.: Nonlinear flow control strategies for connection-oriented communication networks. Proceedings of the IEE – Part D Control Theory and Applications, 153(1), pp. 21-28, 2006.
• [3] Chong S., Nagarajan R., Wang Y.T.: First-order rate-based flow control with dynamic queue threshold for high-speed wide-area ATM networks. Computer Networks and ISDN Systems, 29(17-18), pp. 2201-2212, 1998.
• [4] Gómez-Stern F., Fornés J.M., Rubio F.R.: Dead-time compensation for ABR traffic control over ATM networks. Control Engineering Practice, 10(5), pp. 481-491, 2002.
• [5] Imer O.C., Compans S., Basar T., Srikant R.: Available bit rate congestion control in ATM networks. IEEE Control Systems Magazine, 21(1), pp. 38-56, 2001.
• [6] Izmailov R.: Adaptive feedback control algorithms for large data transfers in high-speed networks. IEEE Transactions on Automatic Control, 40(8), pp. 1469-1471, 1995.
• [7] Jagannathan S., Talluri J.: Predictive congestion control of ATM networks: multiple sources/single buffer scenario. Automatica, 38(5), pp. 815-820, 2002.
• [8] Jain R.: Congestion control and traffic management in ATM networks: recent advances and a survey. Computer Networks and ISDN Systems, 28(13), pp. 1723-1738, 1996.
• [9] Laberteaux K.P., Rohrs Ch.E., Antsaklis P.J.: A practical controller for explicit rate congestion control. IEEE Transactions on Automatic Control, 47(6), pp. 960-978, 2002.
• [10] Lengliz I., Kamoun F.: A rate-based flow control method for ABR service in ATM networks. Computer Networks, 34(1), pp. 129-138, 2000.
• [11] Mascolo S.: Congestion control in high-speed communication networks using the Smith principle. Automatica, 35(12), pp. 1921-1935, 1999.
• [12] Mascolo S.: Smith’s principle for congestion control in high-speed data networks. IEEE Transactions on Automatic Control, 45(2), pp. 358-364, 2000.
• [13] Pietrabissa A., Delli Priscoli F., Fiaschetti A., Di Paolo F.: A robust adaptive congestion control for communication networks with time-varying delays. Proceedings of 2006 International Conference on Control Applications, pp. 2093-2098, 2006.
• [14] Quet P.F., Ataslar B., Iftar A., Özbay H., Kalyanaraman S., Kang T.: Rate-based flow controllers for communication networks in the presence of uncertain time-varyingmultiple time-delays. Automatica, 38(6), pp. 917-928, 2002.
• [15] Sichitiu M.L., Bauer P.H.: Asymptotic stability of congestion control systems with multiple sources. IEEE Transactions on Automatic Control, 51(2), pp. 292-298, 2006.
• [16] Smith O.J.: Feedback Control Systems. McGraw-Hill, New York, 1958.