7/29/2019 QoS Basics Paper

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Q u a l i t y - o f - S e r v i c e i n P a c k e t N e t w o r k s

B a s i c M e c h a n i s m s a n d D i r e c t i o n s

R . G u e r i n a n d V . P e r i s

A b s t r a c t | I n t h i s p a p e r , w e r e v i e w t h e b a s i c m e c h a n i s m s

u s e d i n p a c k e t n e t w o r k s t o s u p p o r t Q u a l i t y - o f - S e r v i c e ( Q o S )

g u a r a n t e e s . W e o u t l i n e t h e v a r i o u s a p p r o a c h e s t h a t h a v e

b e e n p r o p o s e d , a n d d i s c u s s s o m e o f t h e t r a d e - o s t h e y i n -

v o l v e . S p e c i c a l l y , t h e p a p e r s t a r t s b y i n t r o d u c i n g t h e d i f -

f e r e n t s c h e d u l i n g a n d b u e r m a n a g e m e n t m e c h a n i s m s t h a t

c a n b e u s e d t o p r o v i d e s e r v i c e d i e r e n t i a t i o n i n p a c k e t n e t -

w o r k s . T h e a i m i s n o t t o p r o v i d e a n e x h a u s t i v e r e v i e w

o f e x i s t i n g m e c h a n i s m s , b u t i n s t e a d t o g i v e t h e r e a d e r a

p e r s p e c t i v e o n t h e r a n g e o f o p t i o n s a v a i l a b l e a n d t h e a s -

s o c i a t e d t r a d e - o b e t w e e n p e r f o r m a n c e , f u n c t i o n a l i t y , a n d

c o m p l e x i t y . T h i s i s t h e n f o l l o w e d b y a d i s c u s s i o n o n t h e u s e

o f s u c h m e c h a n i s m s t o p r o v i d e s p e c i c e n d - t o - e n d p e r f o r -

m a n c e g u a r a n t e e s . T h e e m p h a s i s o f t h i s s e c o n d p a r t i s o n

t h e n e e d f o r a d a p t i n g m e c h a n i s m s t o t h e d i e r e n t e n v i r o n -

m e n t s w h e r e t h e y a r e t o b e d e p l o y e d . I n p a r t i c u l a r , n e

g r a i n b u e r m a n a g e m e n t a n d s c h e d u l i n g m e c h a n i s m s m a y

b e n e i t h e r n e c e s s a r y n o r c o s t e e c t i v e i n h i g h s p e e d b a c k -

b o n e s , w h e r e \ a g g r e g a t e " s o l u t i o n s a r e m o r e a p p r o p r i a t e .

T h e p a p e r d i s c u s s e s i s s u e s a n d p o s s i b l e a p p r o a c h e s t o a l l o w

c o e x i s t e n c e o f d i e r e n t m e c h a n i s m s i n d e l i v e r i n g e n d - t o - e n d

g u a r a n t e e s .

K e y w o r d s | Q o S M e c h a n i s m s , R e a l - t i m e T r a c , S c h e d u l -

i n g , B u e r M a n a g e m e n t , A g g r e g a t i o n

1 I n t r o d u c t i o n

T h e I n t e r n e t i s a c o n t i n u o u s l y a n d r a p i d l y e v o l v i n g e n t i t y ,

t h a t i s b e i n g u s e d b y a n i n c r e a s i n g l y l a r g e n u m b e r o f a p -

p l i c a t i o n s w i t h d i v e r s e r e q u i r e m e n t s . I P t e l e p h o n y i s o n e

o f m a n y n e w a p p l i c a t i o n s d r i v i n g t h e n e e d f o r s u b s t a n t i a l

c h a n g e s i n t h e c u r r e n t I n t e r n e t i n f r a s t r u c t u r e . S p e c i c a l l y ,

t h e e m e r g e n c e o f a p p l i c a t i o n s w i t h v e r y d i e r e n t t h r o u g h -

p u t , l o s s , o r d e l a y r e q u i r e m e n t s i s c a l l i n g f o r a n e t w o r k c a -

p a b l e o f s u p p o r t i n g d i e r e n t l e v e l s o f s e r v i c e s , a s o p p o s e d

t o a s i n g l e , b e s t - e o r t l e v e l o f s e r v i c e w h i c h i s t h e r u l e i n

t o d a y ' s I n t e r n e t .

P r o v i d i n g d i e r e n t l e v e l s o f s e r v i c e i n t h e n e t w o r k , h o w -

e v e r , i n t r o d u c e s a n u m b e r o f n e w r e q u i r e m e n t s , t h a t c a n

b e c l a s s i e d a l o n g t w o m a j o r a x e s : c o n t r o l p a t h a n d d a t a

p a t h . N e w d a t a p a t h m e c h a n i s m s a r e t h e m e a n s t h r o u g h

w h i c h d i e r e n t s e r v i c e s w i l l b e e n f o r c e d . T h e y a r e r e s p o n -

s i b l e f o r c l a s s i f y i n g a n d m a p p i n g u s e r p a c k e t s t o t h e i r i n -

t e n d e d s e r v i c e c l a s s , a n d c o n t r o l l i n g t h e a m o u n t o f n e t w o r k

r e s o u r c e s t h a t e a c h s e r v i c e c l a s s c a n c o n s u m e . N e w c o n -

t r o l p a t h m e c h a n i s m s a r e n e e d e d t o a l l o w t h e u s e r s a n d

t h e n e t w o r k t o a g r e e o n s e r v i c e d e n i t i o n s , i d e n t i f y w h i c h

u s e r s a r e e n t i t l e d t o a g i v e n s e r v i c e , a n d l e t t h e n e t w o r k

a p p r o p r i a t e l y a l l o c a t e r e s o u r c e s t o e a c h s e r v i c e .

D a t a p a t h m e c h a n i s m s a r e t h e b a s i c b u i l d i n g b l o c k s o n

R . G u e r i n a n d V . P e r i s a r e w i t h I B M , T . J . W a t s o n R e s e a r c h C e n t e r ,

P . O . B o x 7 0 4 , Y o r k t o w n H e i g h t s , N Y 1 0 5 9 8 , U S A .

w h i c h n e t w o r k Q o S i s b u i l t . T h e y i m p l e m e n t t h e a c t i o n s

t h a t t h e n e t w o r k n e e d s t o b e a b l e t o t a k e o n u s e r p a c k e t s ,

i n o r d e r t o e n f o r c e d i e r e n t l e v e l s o f s e r v i c e . A s a r e s u l t ,

t h e p a p e r ' s r s t g o a l i s t o p r o v i d e a b r o a d o v e r v i e w o f t h e

g e n e r i c d a t a p a t h a p p r o a c h e s t h a t h a v e b e e n d e v e l o p e d t o

c o n t r o l a c c e s s t o r e s o u r c e s i n p a c k e t n e t w o r k s .

R e s o u r c e s t h a t n e t w o r k s n e e d t o m a n a g e i n o r d e r t o s u p -

p o r t s e r v i c e d i e r e n t i a t i o n p r i m a r i l y i n c l u d e b u e r s a n d

b a n d w i d t h . T h e c o r r e s p o n d i n g m e c h a n i s m s c o n s i s t o f b u e r

m a n a g e m e n t s c h e m e s a n d s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s , r e s p e c -

t i v e l y . B u e r m a n a g e m e n t s c h e m e s d e c i d e w h i c h p a c k e t s

c a n b e s t o r e d a s t h e y w a i t f o r t r a n s m i s s i o n , w h i l e s c h e d u l -

i n g m e c h a n i s m s c o n t r o l t h e a c t u a l t r a n s m i s s i o n s o f p a c k -

e t s . T h e t w o a r e o b v i o u s l y r e l a t e d , e . g . , s c h e d u l i n g f r e q u e n t

p a c k e t t r a n s m i s s i o n s f o r a g i v e n o w , i . e . , a l l o c a t i n g i t m o r e

b a n d w i d t h , c a n h e l p r e d u c e i t s n e e d f o r b u e r s , a n d c o n -

v e r s e l y l i m i t i n g t h e a m o u n t o f b u e r s p a c e a o w c a n u s e

i m p a c t s t h e a m o u n t o f b a n d w i d t h i t i s a b l e t o c o n s u m e .

T h i s p a p e r d o e s n o t a t t e m p t a n e x h a u s t i v e r e v i e w o f a l l

p o s s i b l e s c h e d u l i n g a n d b u e r m a n a g e m e n t s c h e m e s . I n -

s t e a d , i t s a i m i s t o i d e n t i f y t h e b a s i c a p p r o a c h e s t h a t h a v e

b e e n p r o p o s e d a n d c l a s s i f y t h e m a c c o r d i n g t o t h e d e s i g n

t r a d e - o t h e y r e p r e s e n t . I n p a r t i c u l a r , i t i s i m p o r t a n t t o

u n d e r s t a n d h o w d i e r e n t s c h e m e s f a r e i n t e r m s o f f a i r n e s s

( a c c e s s t o e x c e s s c a p a c i t y ) , i s o l a t i o n ( p r o t e c t i o n f r o m e x -

c e s s t r a c f r o m o t h e r u s e r s ) , e c i e n c y ( n u m b e r o f o w s

t h a t c a n b e a c c o m m o d a t e d f o r a g i v e n l e v e l o f s e r v i c e ) ,

a n d c o m p l e x i t y ( b o t h i n t e r m s o f i m p l e m e n t a t i o n a n d c o n -

t r o l o v e r h e a d ) .

F o r e x a m p l e , c e r t a i n b u e r m a n a g e m e n t s c h e m e s m a i n -

t a i n p e r o w b u e r c o u n t s a n d u s e t h a t i n f o r m a t i o n t o

d e t e r m i n e i f a n e w p a c k e t s h o u l d b e a c c o m m o d a t e d . A l t e r -

n a t i v e l y , o t h e r s c h e m e s b a s e s u c h d e c i s i o n s o n m o r e g l o b a l

i n f o r m a t i o n s u c h a s b u e r c o n t e n t t h r e s h o l d s a n d s e r v i c e

t y p e i n d i c a t o r s i n p a c k e t h e a d e r s . T h e n e r g r a n u l a r i t y

o f p e r o w i n f o r m a t i o n h a s b e n e t s i n t e r m s o f f a i r n e s s

a n d e c i e n c y , b u t c o m e s a t t h e c o s t o f g r e a t e r c o m p l e x i t y .

S c h e d u l i n g a l g o r i t h m s f a c e s i m i l a r t r a d e - o s . F o r e x a m p l e ,

s c h e d u l e r s b a s e d o n t h e w e i g h t e d f a i r q u e u e i n g a l g o r i t h m

1 4 , 4 7 ] c a n b e u s e d t o g i v e r a t e a n d d e l a y g u a r a n t e e s t o

i n d i v i d u a l o w s , w h i l e c l a s s b a s e d m e c h a n i s m s , e . g . , C B Q

1 9 ] , p r o v i d e a g g r e g a t e d s e r v i c e g u a r a n t e e s t o t h e s e t o f

o w s m a p p e d i n t o t h e s a m e c l a s s . H e r e , t h e t r a d e - o i s

a g a i n b e t w e e n f a i r n e s s a n d e c i e n c y , a n d c o m p l e x i t y .

I n S e c t i o n s 2 a n d 3 , w e i l l u s t r a t e t h r o u g h a s e l e c t e d s e t

o f s c h e d u l i n g a n d b u e r m a n a g e m e n t s c h e m e s , t h e m a n y

a l t e r n a t i v e s a v a i l a b l e t o n e t w o r k d e s i g n e r s t o c o n t r o l h o w

1

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u s e r p a c k e t s a c c e s s n e t w o r k r e s o u r c e s . A s m e n t i o n e d a b o v e ,

t h e e m p h a s i s i s j u s t a s m u c h o n r e v i e w i n g t h e b a s i c m e t h -

o d s t h a t h a v e b e e n d e v e l o p e d a s o n h i g h l i g h t i n g t r a d e - o s .

T r a d e - o s a r e n o t t h e p r e r o g a t i v e o f d a t a p a t h m e c h a -

n i s m s , a n d v e r y s i m i l a r i s s u e s e x i s t o n t h e c o n t r o l p a t h .

T h i s a p p l i e s t o b o t h t h e t y p e o f s e r v i c e s a v a i l a b l e a n d

h o w t h e y c a n b e r e q u e s t e d . F o r e x a m p l e , s e r v i c e s c a n

v a r y g r e a t l y i n t h e t y p e o f g u a r a n t e e s t h e y p r o v i d e . S e r -

v i c e g u a r a n t e e s c a n b e q u a n t i t a t i v e a n d r a n g e f r o m s i m -

p l e t h r o u g h p u t g u a r a n t e e s t o h a r d b o u n d s o n e n d - t o - e n d

d e l a y a n d l o s s l e s s t r a n s m i s s i o n s . A l t e r n a t i v e l y , s o m e p r o -

p o s e d s e r v i c e g u a r a n t e e s a r e q u a l i t a t i v e i n n a t u r e , a n d o n l y

s t i p u l a t e \ b e t t e r " t r e a t m e n t f o r s o m e p a c k e t s , e . g . , t h e y ' l l

g o t h r o u g h a h i g h e r p r i o r i t y q u e u e a n d , t h e r e f o r e , e x p e r i -

e n c e l o w e r d e l a y , o r w i l l b e g i v e n a l o w e r d i s c a r d t h r e s h -

o l d i n c a s e o f c o n g e s t i o n . S i m i l a r l y , r e q u e s t s f o r s e r v i c e

c a n b e d y n a m i c a n d e x t e n d a l l t h e w a y t o a p p l i c a t i o n s ,

e . g . , u s i n g t h e R S V P p r o t o c o l 6 ] , o r m a y b e h a n d l e d o n l y

t h r o u g h s t a t i c c o n g u r a t i o n i n f o r m a t i o n t h a t d e n e s b a n d -

w i d t h p r o v i s i o n i n g b e t w e e n s p e c i c s u b n e t s .

I n g e n e r a l , c o n t r o l p a t h t r a d e - o s a r e a l o n g t w o d i m e n -

s i o n s : t h e p r o c e s s i n g r e q u i r e d t o s u p p o r t t h e s e r v i c e , a n d

t h e a m o u n t o f i n f o r m a t i o n t h a t n e e d s t o b e m a i n t a i n e d .

F o r e x a m p l e , t h e c o m p l e x i t y o f a c a l l a d m i s s i o n d e c i s i o n t o

d e t e r m i n e i f a n e w r e q u e s t c a n b e a c c o m m o d a t e d , d e p e n d s

o n b o t h t h e s e r v i c e d e n i t i o n i t s e l f a n d h o w i t m a p s o n t o

t h e u n d e r l y i n g s c h e d u l i n g a n d b u e r m a n a g e m e n t m e c h a -

n i s m s . S i m i l a r l y , a s e r v i c e s u c h a s t h e G u a r a n t e e d S e r v i c e

5 4 ] i n v o l v e s a n u m b e r o f p a r a m e t e r s u s e d t o c o m p u t e t h e

e n d - t o - e n d d e l a y b o u n d a n d b u e r s i z e t h a t t h e s e r v i c e

m a n d a t e s . E x a m p l e s i l l u s t r a t i n g s o m e o f t h e s e i s s u e s a n d

t h e a s s o c i a t e d t r a d e - o a r e b r i e y r e v i e w e d i n S e c t i o n 4 ,

t h a t a l s o d e s c r i b e s a n d c o n t r a s t s t h e t w o s e r v i c e s c u r r e n t l y

b e i n g s t a n d a r d i z e d 5 4 , 6 0 ] t o p r o v i d e Q o S i n I P n e t w o r k s .

I n g e n e r a l , w h i c h t r a d e - o i s d e s i r a b l e o r e v e n f e a s i b l e i s

a f u n c t i o n o f t h e s c a l a b i l i t y r e q u i r e m e n t s o f e a c h e n v i r o n -

m e n t , i . e . , t h e t o t a l a m o u n t o f i n f o r m a t i o n a n d p r o c e s s -

i n g t h a t c a n b e a c c o m m o d a t e d . T h i s i s a d e c i s i o n t h a t

i n v o l v e s b o t h t h e d a t a p a t h a n d t h e c o n t r o l p a t h . F o r e x -

a m p l e , p e r o w s c h e d u l i n g , b u e r m a n a g e m e n t , a n d s t a t e

m a i n t e n a n c e a n d p r o c e s s i n g m a y b e a p p r o p r i a t e i n a l o -

c a l c a m p u s , b u t c a n c r e a t e s c a l a b i l i t y p r o b l e m s i n t h e c o r e

o f a b a c k b o n e w h e r e t h e n u m b e r o f i n d i v i d u a l o w s w i l l

b e o r d e r s o f m a g n i t u d e l a r g e r . I n s u c h a n e n v i r o n m e n t ,

s c a l a b i l i t y i s o f p r i m e c o n c e r n a n d w h i l e p e r o w s e r v i c e

m e c h a n i s m s r e m a i n d e s i r a b l e , a p p r o a c h e s t h a t r e l y o n s e r -

v i c e a g g r e g a t i o n m a y b e n e e d e d . W e r e v i e w s u c h i s s u e s i n

S e c t i o n 5 , w h e r e w e h i g h l i g h t s o m e o f t h e a p p r o a c h e s t h a t

h a v e b e e n p r o p o s e d s o f a r a n d p o i n t t o s o m e o f t h e c h a l -

l e n g e s b e i n g f a c e d . I n p a r t i c u l a r , w e d i s c u s s t h e n e e d f o r

i n t e r o p e r a b i l i t y b e t w e e n n e g r a i n a n d c o a r s e g r a i n s o l u -

t i o n s , a n d o u t l i n e p o s s i b l e s o l u t i o n s .

2 S c h e d u l i n g M e c h a n i s m s

T h e n a t u r e o f t h e s c h e d u l i n g m e c h a n i s m e m p l o y e d o n n e t -

w o r k l i n k s g r e a t l y i m p a c t s t h e Q o S g u a r a n t e e s t h a t c a n b e

p r o v i d e d b y t h e n e t w o r k . T h e b a s i c f u n c t i o n o f t h e s c h e d -

u l e r i s t o a r b i t r a t e b e t w e e n t h e p a c k e t s t h a t a r e r e a d y f o r

t r a n s m i s s i o n o n t h e l i n k . B a s e d o n t h e a l g o r i t h m u s e d

f o r s c h e d u l i n g p a c k e t s , a s w e l l a s t h e t r a c c h a r a c t e r i s t i c s

o f t h e o w s m u l t i p l e x e d o n t h e l i n k , c e r t a i n p e r f o r m a n c e

m e a s u r e s c a n b e c o m p u t e d . T h e s e c a n t h e n b e u s e d b y t h e

n e t w o r k t o p r o v i d e e n d - t o - e n d Q o S g u a r a n t e e s . F i r s t , w e

d e s c r i b e h o w t h e u s e r t r a c i s c h a r a c t e r i z e d a t t h e i n g r e s s

i n t o t h e n e t w o r k .

2 . 1 T r a c S p e c i c a t i o n

B o t h A T M a n d I P n e t w o r k s a r e s i m i l a r i n t h e i r c h a r a c -

t e r i z a t i o n o f u s e r t r a c . R a t h e r t h a n d e s c r i b e b o t h w e

c o n c e n t r a t e o n I P n e t w o r k s , w h e r e t h e s p e c i c a t i o n o f u s e r

t r a c i s c u r r e n t l y d o n e t h r o u g h a T S p e c 5 5 ] , w h i c h c o n -

s i s t s o f t h e f o l l o w i n g p a r a m e t e r s

1

: a t o k e n b u c k e t p l u s a

p e a k r a t e ( p ) , a m i n i m u m p o l i c e d u n i t ( m ) , a n d a m a x i -

m u m d a t a g r a m s i z e ( M ) . T h e t o k e n b u c k e t h a s a b u c k e t

d e p t h , b , a n d a b u c k e t r a t e , r . T h e t o k e n b u c k e t , t h e p e a k

r a t e , a n d t h e m a x i m u m d a t a g r a m s i z e , t o g e t h e r d e n e t h e

c o n f o r m a n c e t e s t t h a t i d e n t i e s t h e u s e r p a c k e t s e l i g i b l e

f o r s e r v i c e g u a r a n t e e s . T h e c o n f o r m a n c e t e s t d e n e s t h e

m a x i m u m a m o u n t o f t r a c t h a t t h e u s e r c a n i n j e c t i n t h e

n e t w o r k , a n d f o r w h i c h i t c a n e x p e c t t o r e c e i v e t h e s e r v i c e

g u a r a n t e e s i t h a s c o n t r a c t e d . T h i s m a x i m u m a m o u n t o f

t r a c i s e x p r e s s e d i n t e r m s o f a t r a c e n v e l o p e A ( t ) , t h a t

s p e c i e s a n u p p e r b o u n d o n t h e a m o u n t o f t r a c g e n e r a t e d

i n a n y t i m e i n t e r v a l o f d u r a t i o n t :

A ( t ) m i n ( M + p t b + r t ) ( 1 )

E q u a t i o n ( 1 ) s i m p l y s t a t e s t h a t t h e u s e r c a n s e n d u p t o b

b y t e s o f d a t a a t i t s f u l l p e a k r a t e o f p , b u t m u s t t h e n l o w e r

i t s r a t e d o w n t o r . T h e p r e s e n c e o f t h e f a c t o r M i n t h e

r s t t e r m i s b e c a u s e o f t h e p a c k e t n a t u r e o f t r a n s m i s s i o n s ,

w h e r e u p t o o n e m a x i m u m s i z e p a c k e t w o r t h o f d a t a c a n b e

s e n t a t l i n k s p e e d . T h e a b o v e m o d e l i s e s s e n t i a l l y t h a t o f

a t r a d i t i o n a l \ l e a k y b u c k e t " , t h a t l e t s u s e r s s p e c i f y a l o n g

t e r m t r a n s m i s s i o n r a t e ( r ) w h i l e p r e s e r v i n g t h e i r a b i l i t y t o

b u r s t a t a h i g h e r s p e e d ( p ) f o r l i m i t e d p e r i o d s o f t i m e ( u p

t o b = ( p ; r ) ) . T h e f u l l T S p e c f u r t h e r i n c l u d e s a m i n i m u m

p o l i c e d u n i t m , w h i c h c o u n t s a n y p a c k e t o f s i z e l e s s t h a n m

a s b e i n g o f s i z e m . T h i s a l l o w s f o r a c c o u n t i n g o f p e r p a c k e t

p r o c e s s i n g o r t r a n s m i s s i o n o v e r h e a d , e . g . , t i m e n e e d e d t o

s c h e d u l e p a c k e t t r a n s m i s s i o n s .

2 . 2 S c h e d u l i n g p o l i c i e s

W e n o w t u r n o u r a t t e n t i o n t o t h e d i e r e n t s c h e d u l i n g p o l i -

c i e s t h a t c a n b e u s e d t o s e l e c t p a c k e t s f o r t r a n s m i s s i o n o n

a l i n k . T h e r e a r e s e v e r a l a s p e c t s t h a t a r e t o b e c o n s i d e r e d

w h e n c h o o s i n g a s c h e d u l i n g a l g o r i t h m . S o m e o f t h e m a i n

o n e s a r e

T h e n a t u r e o f t h e p e r f o r m a n c e m e a s u r e s g u a r a n t e e d

b y t h e s c h e d u l i n g a l g o r i t h m . F o r i n s t a n c e , d o e s i t e n -

a b l e t h e n e t w o r k t o p r o v i d e a p e r - o w r a t e g u a r a n t e e ,

1

R a t e s a r e i n u n i t s o f b y t e s / s e c , w h i l e p a c k e t s i z e s a n d b u c k e t d e p t h

a r e i n b y t e s .

2

7/29/2019 QoS Basics Paper

3/16

o r d o e s i t p r o v i d e a s i m p l e p r i o r i t y s t r u c t u r e s o t h a t

o n e c l a s s o f t r a c r e c e i v e s p r i o r i t y o v e r a n o t h e r c l a s s ?

T h e e c i e n c y o f t h e a l g o r i t h m i n e n f o r c i n g s e r v i c e

g u a r a n t e e s . B a s i c a l l y , h o w m a n y c a l l s w i t h g i v e n c h a r -

a c t e r i s t i c s c a n b e p a c k e d o n t h e l i n k . T h i s i s o f t e n

m e a s u r e d i n t e r m s o f c a l l a d m i s s i o n o r s c h e d u l a b i l i t y

r e g i o n o f t h e a l g o r i t h m .

T h e c o m p l e x i t y o f t h e a l g o r i t h m . G i v e n t h e h i g h l i n k

s p e e d s t h a t a r e i n u s e t o d a y a n d t h e e v e n h i g h e r o n e s

w a i t i n g i n t h e w i n g s , t h e a m o u n t o f t i m e a v a i l a b l e t o

s c h e d u l e a s i n g l e p a c k e t i s c o n t i n u o u s l y d e c r e a s i n g .

T h e r e f o r e , i t i s v e r y i m p o r t a n t f o r t h e a l g o r i t h m t o

r e q u i r e a s m a l l n u m b e r o f o p e r a t i o n s p e r p a c k e t .

T h e b a s i c m e c h a n i s m a n d p a r a m e t e r s u s e d b y t h e a l -

g o r i t h m t o m a k e s c h e d u l i n g d e c i s i o n s . O f s p e c i c i n -

t e r e s t i s w h e t h e r t h e a l g o r i t h m s u p p o r t s s e p a r a t e d e -

l a y a n d r a t e g u a r a n t e e s , e . g . , 1 1 , 2 4 , 6 2 ] , o r c o m b i n e s

t h e t w o e . g . , 2 9 , 4 6 , 5 8 ] . S e p a r a t e r a t e a n d d e l a y

g u a r a n t e e s a l l o w g r e a t e r e x i b i l i t y .

T h e e x i b i l i t y o f t h e a l g o r i t h m i n h a n d l i n g t r a c i n

e x c e s s o f t h e a m o u n t f o r w h i c h t h e s e r v i c e g u a r a n t e e s

h a v e b e e n r e q u e s t e d . S o m e a l g o r i t h m s e a s i l y h a n d l e

e x c e s s t r a c w h i l e o t h e r s r e q u i r e a d d i t i o n a l m e c h a -

n i s m s . T h e e x i b i l i t y o f a n a l g o r i t h m i n h a n d l i n g e x -

c e s s t r a c i s o f t e n d e s c r i b e d i n t e r m s o f a f a i r n e s s

i n d e x , t h a t a t t e m p t s t o m e a s u r e h o w e q u a l l y t h e a l g o -

r i t h m r e d i s t r i b u t e a v a i l a b l e r e s o u r c e s a c r o s s o w s ( s e e

3 , 4 , 2 8 ] f o r d i s c u s s i o n s o n t h i s i s s u e ) .

W e t r y t o c o v e r e a c h o f t h e s e a s p e c t s a s w e r e v i e w d i f -

f e r e n t s c h e d u l i n g p o l i c i e s .

2 . 3 F i r s t C o m e F i r s t S e r v e d

T h i s i s o n e o f t h e s i m p l e s t s c h e d u l i n g p o l i c i e s w h o s e o p -

e r a t i o n i s a s i t s n a m e s u g g e s t s , i . e . , p a c k e t s a r e s e r v e d i n

t h e o r d e r i n w h i c h t h e y a r e r e c e i v e d . W h i l e t h i s m a y s e e m

l i k e a f a i r l y p o o r w a y o f p r o v i d i n g d i e r e n t i a t e d s e r v i c e , i t

i s q u i t e s i m p l e t o i m p l e m e n t . I n p a r t i c u l a r , i n s e r t i o n a n d

d e l e t i o n f r o m t h e q u e u e o f w a i t i n g p a c k e t s i s a c o n s t a n t

t i m e o p e r a t i o n a n d d o e s n o t r e q u i r e a n y p e r - o w s t a t e t o b e

m a i n t a i n e d . N o t s u r p r i s i n g l y , t h e F i r s t C o m e F i r s t S e r v e d

( F C F S ) p o l i c y i s o n e o f t h e m o s t c o m m o n l y i m p l e m e n t e d

s c h e d u l i n g p o l i c i e s .

T h e F C F S p o l i c y d o e s n o t l e n d i t s e l f r e a d i l y t o p r o v i d -

i n g d e l a y o r r a t e g u a r a n t e e s . O n e w a y t o p r o v i d e a d e l a y

b o u n d i s t o l i m i t t h e s i z e o f t h e q u e u e o f w a i t i n g p a c k e t s .

T h a t w a y , o n c e a p a c k e t i s q u e u e d u p f o r t r a n s m i s s i o n i t i s

g u a r a n t e e d t o b e s e n t o u t i n t h e t i m e i t t a k e s t o s e r v e a f u l l

q u e u e o f p a c k e t s . H o w e v e r , p a c k e t s t h a t a r r i v e w h e n t h e

q u e u e i s f u l l h a v e t o b e d r o p p e d . T o e n s u r e t h a t t h e d r o p

p r o b a b i l i t y i s b e l o w a c e r t a i n t h r e s h o l d o n l y a l i m i t e d n u m -

b e r o f o w s s h o u l d b e a c c e p t e d . A s i m p l e m e c h a n i s m f o r

p e r f o r m i n g t h i s d e c i s i o n i s t o c o m p u t e a n e e c t i v e b a n d -

w i d t h t h a t q u a n t i e s t h e a m o u n t o f l i n k c a p a c i t y t h a t i s

r e q u i r e d f o r e a c h o w 2 5 , 3 1 , 4 0 ] .

G i v e n t h a t t h e F C F S p o l i c y i s o n e o f t h e l e a s t s o p h i s -

t i c a t e d i n i t s o p e r a t i o n , i t d o e s n o t e x p l i c i t l y p r o v i d e a n y

m e c h a n i s m f o r f a i r s h a r i n g o f l i n k r e s o u r c e s . H o w e v e r , w i t h

t h e h e l p o f s o m e b u e r m a n a g e m e n t m e c h a n i s m s i t i s p o s -

s i b l e t o c o n t r o l t h e s h a r i n g o f b a n d w i d t h a n d w e d e s c r i b e

s o m e o f t h e s e m e c h a n i s m s i n S e c t i o n 3 .

2 . 4 F i x e d P r i o r i t y S c h e d u l e r

T h i s p o l i c y o e r s s o m e a b i l i t y t o p r o v i d e d i e r e n t g r a d e s o f

s e r v i c e w i t h a r a t h e r c o a r s e g r a n u l a r i t y . T r a c i s c l a s s i e d

a s b e l o n g i n g t o o n e o f a x e d n u m b e r o f s t a t i c p r i o r i t i e s .

T h e l i n k m u l t i p l e x e r m a i n t a i n s a s e p a r a t e q u e u e f o r e a c h

p r i o r i t y a n d s e r v e s a p a c k e t i n a l o w e r p r i o r i t y q u e u e o n l y

i f a l l t h e h i g h e r p r i o r i t y q u e u e s a r e e m p t y . E a c h q u e u e i s

s e r v e d i n a F C F S m a n n e r a n d s o t h i s s c h e d u l i n g m e c h a n i s m

i s a l m o s t a s s i m p l e a s t h e F C F S p o l i c y w i t h t h e a d d e d

c o m p l e x i t y o f h a v i n g t o m a i n t a i n a f e w q u e u e s . S e l e c t i n g a

p a c k e t f o r t r a n s m i s s i o n i s a x e d c o s t o p e r a t i o n t h a t o n l y

d e p e n d s o n t h e n u m b e r o f p r i o r i t y l e v e l s a n d i s i n d e p e n d e n t

o f t h e n u m b e r o f o w s t h a t a r e b e i n g m u l t i p l e x e d .

W h i l e t h e p r i o r i t y s c h e d u l e r d o e s o e r a c e r t a i n a m o u n t

o f s e r v i c e d i e r e n t i a t i o n c a p a b i l i t y , i t s t i l l d o e s n o t r e a d i l y

a l l o w e n d - t o - e n d p e r f o r m a n c e g u a r a n t e e s t o b e p r o v i d e d o n

a p e r - o w b a s i s . R a t h e r , i t o n l y p r o v i d e s f o r o n e c l a s s o f

t r a c t o r e c e i v e b e t t e r s e r v i c e t h a n a n o t h e r c l a s s o f t r a c

a t a s i n g l e l i n k . A s w i t h F C F S , t h e p r o v i s i o n o f e n d - t o -

e n d d e l a y g u a r a n t e e s w i t h a x e d p r i o r i t y s c h e d u l e r c a n

a c h i e v e d b y l i m i t i n g b u e r s i z e s . H o w e v e r , o n e i m p o r t a n t

d i e r e n c e , t h a t h a s t o b e a c c o u n t e d f o r , i s t h e f a c t t h a t

a l o w e r p r i o r i t y p a c k e t w i l l b e s e r v e d o n l y a f t e r a l l t h e

p a c k e t s f r o m t h e h i g h e r p r i o r i t y q u e u e s a r e t r a n s m i t t e d .

T h i s i s b o u n d t o a e c t t h e v a r i a b i l i t y i n t h e d e l a y t h a t i s

o b s e r v e d b y t h e l o w e r p r i o r i t y p a c k e t s . I n g e n e r a l b o t h t h e

F C F S a n d x e d p r i o r i t y s c h e d u l e r s a r e n o t i d e a l c a n d i d a t e s

w h e n i t c o m e s t o p r o v i d i n g g u a r a n t e e d e n d - t o - e n d d e l a y

b o u n d s .

A n o t h e r p r o b l e m w i t h t h e p r i o r i t y s c h e d u l e r i s t h a t d i f -

f e r e n t s w i t c h e s m a y h a v e d i e r e n t l e v e l s o f p r i o r i t y a n d

m a t c h i n g t h e s e l e v e l s f r o m a n e n d - t o - e n d p e r s p e c t i v e i s n o

e a s y f e a t . I n S e c t i o n 5 w e t o u c h u p o n s o m e a s p e c t s o f p r i -

o r i t y l e v e l s i n t h e c o n t e x t o f t h e T y p e o f S e r v i c e ( T O S )

b i t s e m a n t i c s , w h i c h a r e c u r r e n t l y b e i n g d i s c u s s e d a t t h e

I E T F .

2 . 5 F a i r Q u e u e i n g s c h e d u l e r s

T h e W e i g h t e d F a i r Q u e u e i n g ( W F Q ) s e r v i c e d i s c i p l i n e a n d

i t s m a n y v a r i a n t s h a v e b e e n v e r y p o p u l a r i n t h e c u r r e n t

d e c a d e . P a r t o f i t s p o p u l a r i t y s t e m s f r o m t h e f a c t t h a t i t

o v e r c o m e s s o m e o f t h e l i m i t a t i o n s o f t h e F C F S a n d p r i o r -

i t y s c h e d u l e r s b y a l l o w i n g f o r a n e g r a i n c o n t r o l o v e r t h e

s e r v i c e r e c e i v e d b y i n d i v i d u a l o w s . T h i s a l l o w s t h e n e t -

w o r k t o p r o v i d e e n d - t o - e n d d e l a y g u a r a n t e e s o n a p e r - o w

b a s i s . I n a d d i t i o n , W F Q s e r v e s e x c e s s t r a c i n a f a i r m a n -

n e r , w h e r e f a i r n e s s i s m e a s u r e d r e l a t i v e t o t h e a m o u n t o f

r e s o u r c e s t h a t a r e r e s e r v e d f o r e a c h o w 2 6 ] .

M o s t v a r i a n t s o f t h e W F Q d i s c i p l i n e a r e c o m p a r e d t o t h e

G e n e r a l i z e d P r o c e s s o r S h a r i n g ( G P S ) s c h e d u l e r w h i c h i s a

t h e o r e t i c a l c o n s t r u c t b a s e d o n a f o r m o f p r o c e s s o r s h a r i n g

4 7 ] . T h e o p e r a t i o n o f a G P S s c h e d u l e r c a n b e e l e g a n t l y

3

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4/16

d e n e d f o r a u i d m o d e l o f t r a c a n d t i g h t e n d - t o - e n d d e -

l a y b o u n d s c a n b e c o m p u t e d f o r a o w t h a t t r a v e r s e s m u l -

t i p l e l i n k s w h i c h a r e a l l s e r v e d b y G P S s c h e d u l e r s . T h e

b a s i c i d e a b e h i n d G P S i s a s f o l l o w s : a w e i g h t

i

i s a s s o -

c i a t e d w i t h o w i i = 1 : : : N , a n d t h e l i n k c a p a c i t y i s

s h a r e d a m o n g t h e a c t i v e o w s i n d i r e c t p r o p o r t i o n t o t h e i r

w e i g h t s . I n o t h e r w o r d s , i f w e r e t o d e n o t e t h e l i n k s p e e d ,

t h e n o w i i s g u a r a n t e e d t o o b t a i n a m i n i m u m s e r v i c e r a t e

o f

i

P

N

j = 1

j

i = 1 : : : N . H o w e v e r , a t a n y g i v e n t i m e i t i s

q u i t e l i k e l y t h a t s o m e o w s d o n o t h a v e a b a c k l o g o f t r a c

w a i t i n g t o b e t r a n s m i t t e d o n t h e l i n k . T h i s w i l l t r a n s -

l a t e i n t o s o m e u n u t i l i z e d l i n k c a p a c i t y t h a t c a n b e s h a r e d

a m o n g t h e b a c k - l o g g e d ( a c t i v e ) o w s . T h e G P S s c h e d u l e r

s h a r e s t h i s e x c e s s c a p a c i t y a m o n g t h e b a c k - l o g g e d o w s i n

p r o p o r t i o n t o t h e i r r e s p e c t i v e w e i g h t s . I f B ( t ) d e n o t e s t h e

s e t o f o w s t h a t a r e b a c k - l o g g e d a t t i m e t 0 , t h e n o w

i i s g u a r a n t e e d t o r e c e i v e a m i n i m u m s e r v i c e r a t e o f r

i

( t )

g i v e n b y

r

i

( t ) =

(

i

P

j 2 B ( t )

j

i 2 B ( t )

0 o t h e r w i s e :

I n r e a l i t y w e d o n ' t h a v e u i d o w s , s o t h e m a i n u s e o f

G P S i s a s a r e f e r e n c e m o d e l . B y s i m u l a t i n g t h i s r e f e r e n c e

m o d e l i t i s p o s s i b l e t o d e n e s e r v i c e d i s c i p l i n e s t h a t c l o s e l y

f o l l o w t h e G P S p o l i c y . T h i s i s p r e c i s e l y t h e w a y i n w h i c h

t h e P a c k e t i z e d G e n e r a l i z e d P r o c e s s o r S h a r i n g ( P G P S ) 4 7 ]

{ a l s o r e f e r r e d t o a s W e i g h t e d F a i r Q u e u e i n g ( W F Q ) 1 4 ]

{ i s d e n e d . A p a c k e t a r r i v a l i n t h e r e a l s y s t e m i s m o d e l e d

a s t h e a r r i v a l o f a c e r t a i n v o l u m e o f u i d i n t h e r e f e r e n c e

s y s t e m . A p a c k e t i s c o n s i d e r e d t o b e t r a n s m i t t e d i n t h e

r e f e r e n c e s y s t e m w h e n t h e u i d v o l u m e c o r r e s p o n d i n g t o

t h a t p a c k e t h a s b e e n c o m p l e t e l y s e r v e d b y t h e r e f e r e n c e

G P S s c h e d u l e r . T h e P G P S p o l i c y s i m u l a t e s t h e r e f e r e n c e

G P S s c h e d u l e r u s i n g t h e u i d a r r i v a l p r o c e s s a s d e s c r i b e d

a b o v e a n d c o m p u t e s t h e d e p a r t u r e t i m e s o f t h e p a c k e t s i n

t h e r e f e r e n c e s y s t e m . T h e P G P S s c h e d u l e r t h e n s e l e c t s

f o r t r a n s m i s s i o n , t h e p a c k e t t h a t w o u l d h a v e d e p a r t e d t h e

e a r l i e s t i n t h e r e f e r e n c e G P S s y s t e m .

O n e o f t h e r e a s o n s f o r t h e p o p u l a r i t y o f t h e G P S p o l i c y

i s i t s f a i r h a n d l i n g o f e x c e s s t r a c . I f t w o o w s a r e b a c k -

l o g g e d d u r i n g a n y i n t e r v a l o f t i m e t h e y r e c e i v e s e r v i c e i n

d i r e c t p r o p o r t i o n t o t h e i r w e i g h t s r e g a r d l e s s o f t h e a m o u n t

o f e x c e s s t r a c t h a t a n y o f t h e m m a y b e g e n e r a t i n g . L e t

W

i

( t

1

t

2

) d e n o t e t h e a m o u n t o f o w i t r a c s e r v e d i n t h e

i n t e r v a l ( t

1

t

2

) , i = 1 : : : N . T h e G P S p o l i c y e n s u r e s

t h a t f o r a n y t w o o w s i j b a c k - l o g g e d d u r i n g t h e i n t e r v a l

( t

1

t

2

) , t h e f o l l o w i n g r e l a t i o n h o l d s :

W

i

( t

1

t

2

)

i

=

W

j

( t

1

t

2

)

j

I n d e e d , i t i s t h i s v e r y r e l a t i o n t h a t i s o n e o f t h e m e a s u r e s

u s e d t o q u a n t i f y f a i r n e s s a m o n g t h e m a n y a p p r o x i m a t i o n s

o f G P S . A b o u n d o n j

W

i

( t

1

t

2

)

i

;

W

j

( t

1

t

2

)

j

j f o r a n y t w o o w s

t h a t a r e b a c k - l o g g e d i n t h e i n t e r v a l ( t

1

t

2

) c a n b e u s e d t o

c o m p a r e t h e r e l a t i v e f a i r n e s s o f d i e r e n t s c h e d u l i n g p o l i c i e s

2 6 ] . T h e G P S s c h e d u l e r h a s a f a i r n e s s m e a s u r e o f 0 .

M o s t s c h e d u l e r s t h a t a r e b a s e d o n G P S c a n b e i m p l e -

m e n t e d u s i n g t h e n o t i o n o f a v i r t u a l t i m e f u n c t i o n . T h e

v i r t u a l t i m e i s r e l e v a n t o n l y d u r i n g a b u s y p e r i o d w h i c h

i s d e n e d a s a m a x i m a l i n t e r v a l o f t i m e d u r i n g w h i c h t h e

s e r v e r i s n o t i d l e . F o r G P S t h e v i r t u a l t i m e , V ( t ) , a t t h e

s t a r t o f a b u s y p e r i o d i s d e n e d t o b e 0 . D u r i n g a n y b u s y

p e r i o d V ( t ) a d v a n c e s a t t h e r a t e o f

@ V

@ t

=

P

i 2 B ( t )

i

:

B a s e d o n t h i s v i r t u a l t i m e , o n e c a n d e n e f o r e a c h p a c k e t

o f a o w , s a y , t h e k t h p a c k e t o f o w i , i t s v i r t u a l s t a r t t i m e ,

s

k

i

, a n d v i r t u a l n i s h t i m e , f

k

i

, t h a t c o r r e s p o n d t o i t s s t a r t

a n d n i s h t i m e s , r e s p e c t i v e l y , i n t h e G P S r e f e r e n c e s y s t e m .

I f w e f u r t h e r d e n o t e i t s a r r i v a l t i m e b y a

k

i

, a n d i t s l e n g t h

b y l

k

i

, w e t h e n h a v e t h e f o l l o w i n g r e l a t i o n s ,

f

0

i

= 0

s

k

i

= m a x

V ( a

k

i

) f

k ; 1

i

k = 1 : : :

f

k

i

= s

k

i

+

l

k

i

i

k = 1 : : :

T h e p r e v i o u s l y m e n t i o n e d s i m u l a t i o n o f G P S o n w h i c h

P G P S r e l i e s , i s b a s e d o n t h i s n o t i o n o f v i r t u a l t i m e . I t

i s i m p l e m e n t e d a s f o l l o w s : t h e s c h e d u l e r a l w a y s p i c k s t h e

p a c k e t w i t h t h e s m a l l e s t v i r t u a l n i s h t i m e f o r t r a n s m i s -

s i o n o n t h e l i n k ( t i e s c a n b e a r b i t r a r i l y b r o k e n ) . T h i s c a n

b e e c i e n t l y p e r f o r m e d u s i n g a p r i o r i t y q u e u e b a s e d o n t h e

n i s h t i m e s o f t h e p a c k e t s . T h e c o m p l e x i t y o f t h e i n s e r t i o n

a n d d e l e t i o n o p e r a t i o n s f r o m t h i s q u e u e i s O ( l o g N ) . N o t e

h o w e v e r , t h a t t h e r e i s a d d i t i o n a l c o m p l e x i t y i n c o m p u t i n g

t h e a d v a n c e m e n t o f v i r t u a l t i m e s i n c e B ( t ) i s n o t l i k e l y

t o r e m a i n t h e s a m e d u r i n g t h e e n t i r e b u s y p e r i o d . I n t h e

w o r s t c a s e t h e v i r t u a l t i m e c o m p u t a t i o n c a n b e O ( N ) a s

s h o w n i n 2 6 ] .

A n o t h e r a d v a n t a g e o f t h e P G P S p o l i c y i s t h a t a n e n d -

t o - e n d d e l a y b o u n d c a n b e c o m p u t e d b a s e d o n t h e w e i g h t

a s s i g n e d t o t h e o w . L e t

h

h = 1 : : : H d e n o t e t h e s p e e d

o f t h e l i n k s t r a v e r s e d b y o w i . F o r s i m p l i c i t y , a s s u m e t h a t

t h e t r a c e n v e l o p e f o r o w i i s g i v e n b y A

i

( t ) = b

i

+ r

i

t t

0 , a n d l e t R

i

b e t h e m i n i m u m r a t e g u a r a n t e e d t o o w i

b y e a c h o f t h e l i n k s t h a t i t t r a v e r s e s . A s s u m i n g t h a t t h e

s t a b i l i t y c o n d i t i o n , R

i

r

i

, h o l d s , t h e e n d - t o - e n d d e l a y

g u a r a n t e e f o r o w i i s g i v e n b y :

D

i

=

b

i

R

i

+

( H ; 1 ) M

i

R

i

+

H

X

h = 1

L

h

m a x

h

( 2 )

w h e r e M

i

d e n o t e s t h e m a x i m u m p a c k e t l e n g t h f o r o w i ,

a n d L

h

m a x

d e n o t e s t h e m a x i m u m p a c k e t l e n g t h a t l i n k h .

N o t i c e h o w t h e

b

i

R

i

t e r m a p p e a r s o n l y o n c e r e g a r d l e s s o f t h e

n u m b e r o f h o p s t h a t a r e t r a v e r s e d . T h e r e a s o n f o r t h i s ,

i s t h a t o n c e a b o t t l e n e c k l i n k i s e n c o u n t e r e d , t h e P G P S

s c h e d u l e r e e c t i v e l y s m o o t h s o u t t h e b u r s t i n t h e o w , s o

t h a t t h e b u r s t d e l a y (

b

i

R

i

) i s n o l o n g e r e n c o u n t e r e d d o w n -

s t r e a m . A l s o n o t i c e h o w t h e e n d - t o - e n d d e l a y b o u n d i s

i n d e p e n d e n t o f t h e n u m b e r o f o t h e r c o n n e c t i o n s t h a t a r e

4

7/29/2019 QoS Basics Paper

5/16

m u l t i p l e x e d a t e a c h o f t h e l i n k s t r a v e r s e d b y o w i . T h i s

p r o p e r t y m a k e s t h e P G P S p o l i c y o n e o f t h e b e s t i n t e r m s

o f p r o v i d i n g t i g h t e n d - t o - e n d d e l a y g u a r a n t e e s .

2 . 6 V a r i a n t s o f F a i r Q u e u e i n g

O n e o f t h e m a i n d r a w b a c k s o f P G P S i s t h e c o m p l e x i t y i n -

v o l v e d i n c o m p u t i n g t h e v i r t u a l t i m e f u n c t i o n . R e c e n t l y ,

s e v e r a l s c h e d u l i n g p o l i c i e s w i t h s i m p l e r c o m p u t a t i o n s o f

v i r t u a l t i m e h a v e b e e n p r o p o s e d . T h e s e p o l i c i e s c a n g u a r -

a n t e e e n d - t o - e n d d e l a y b o u n d s t h a t h a v e a f o r m s i m i l a r t o

t h a t o f e q u a t i o n ( 2 ) , a n d w e b r i e y h i g h l i g h t s o m e o f t h e m

n e x t .

S e l f C l o c k e d F a i r Q u e u e i n g ( S C F Q ) w a s p r o p o s e d i n 2 6 ]

a s a s i m p l e r a l t e r n a t i v e t o P G P S . R a t h e r t h a n u s e t h e G P S

r e f e r e n c e m o d e l f o r a c o m p u t a t i o n o f t h e v i r t u a l t i m e , i t

b a s e d t h e e v o l u t i o n o f V ( t ) o n t h e v i r t u a l s t a r t t i m e o f

t h e p a c k e t c u r r e n t l y i n s e r v i c e . T h i s g r e a t l y r e d u c e d t h e

a m o u n t o f c o m p u t a t i o n n e e d e d t o k e e p t r a c k o f t h e v i r t u a l

t i m e . T h i s r e d u c t i o n i n c o m p l e x i t y r e s u l t s i n a l a r g e r e n d -

t o - e n d d e l a y b o u n d t h a n P G P S . R o u g h l y , i t a d d s a d e l a y

t e r m o f t h e f o r m

P

N

i = 1

M

i

h

a t e a c h o f t h e l i n k s t h a t a r e

t r a v e r s e d 2 7 ] . T h e f a c t t h a t t h e e n d - t o - e n d d e l a y n o w

d e p e n d s o n t h e n u m b e r o f o w s t h a t a r e m u l t i p l e x e d o n

t h e l i n k i s t h e m a i n d r a w b a c k o f t h i s p o l i c y .

S t a r t - t i m e F a i r Q u e u e i n g ( S F Q ) w a s p r o p o s e d i n 2 8 ] a s

a n o t h e r F a i r Q u e u e i n g p o l i c y . I t i s v e r y s i m i l a r t o S C F Q

w i t h t h e m a i n d i e r e n c e b e i n g t h a t t h e S F Q s c h e d u l e r p i c k s

t h a t p a c k e t w i t h t h e s m a l l e s t v i r t u a l s t a r t t i m e ( a s o p p o s e d

t o t h e s m a l l e s t v i r t u a l n i s h t i m e ) f o r t r a n s m i s s i o n o n t h e

l i n k . T h e e n d - t o - e n d d e l a y o f S F Q i s v e r y c l o s e t o S C F Q ,

b u t i s s l i g h t l y s m a l l e r .

W h i l e P G P S t r a c k s t h e G P S p o l i c y i t o n l y u s e s t h e n -

i s h t i m e s o f t h e p a c k e t s i n t h e r e f e r e n c e s y s t e m t o s e l e c t

t h e n e x t p a c k e t f o r t r a n s m i s s i o n . T h u s p a c k e t s w h i c h h a v e

n o t y e t s t a r t e d s e r v i c e i n t h e r e f e r e n c e s y s t e m m a y b e s e -

l e c t e d f o r s e r v i c e s i m p l y b e c a u s e t h e i r n i s h t i m e s a r e e a r -

l i e r t h a n a l l t h e o t h e r p a c k e t s w a i t i n g t o b e t r a n s m i t t e d .

T h i s c a n r e s u l t i n a s i g n i c a n t d i e r e n c e b e t w e e n p a c k e t

d e p a r t u r e s i n t h e P G P S a n d t h e r e f e r e n c e s y s t e m , w i t h

p a c k e t s d e p a r t i n g m u c h e a r l i e r i n P G P S t h a n i n t h e r e f e r -

e n c e s y s t e m . T h i s d i s c r e p a n c y c a n b e m e a s u r e d u s i n g t h e

w o r s t - c a s e f a i r n e s s i n d e x a s d e n e d i n 4 ] . T h e W o r s t - c a s e

F a i r W e i g h t e d F a i r Q u e u e i n g ( W F

2

Q ) s c h e d u l e r p r o p o s e d

i n 4 ] u s e s b o t h t h e s t a r t a n d n i s h t i m e s o f p a c k e t s i n t h e

r e f e r e n c e G P S s y s t e m t o a c h i e v e a m o r e a c c u r a t e e m u l a -

t i o n o f G P S . T h e W F

2

Q p o l i c y s e l e c t s t h e p a c k e t w i t h t h e

s m a l l e s t v i r t u a l n i s h t i m e i n t h e r e f e r e n c e s y s t e m p r o -

v i d e d t h a t i t s v i r t u a l s t a r t t i m e i s l e s s t h a n t h e c u r r e n t

t i m e . T h i s p r e v e n t s i t f r o m r u n n i n g t o o f a r a h e a d o f t h e

r e f e r e n c e s y s t e m . T h e e n d - t o - e n d d e l a y b o u n d f o r a W F

2

Q

s c h e d u l e r i s i d e n t i c a l t o t h a t o f P G P S .

T h e r e a r e a f e w m o r e s c h e d u l i n g p o l i c i e s t h a t a l s o s e e k t o

e m u l a t e F a i r Q u e u e i n g . T h e i n t e r e s t e d r e a d e r i s r e f e r r e d t o

5 6 ] f o r a d e s c r i p t i o n o f D e c i t R o u n d R o b i n , w h i c h e x t e n d s

W e i g h t e d R o u n d R o b i n 3 9 ] b y t a k i n g i n t o a c c o u n t v a r i a b l e

s i z e d p a c k e t s . F r a m e - b a s e d F a i r Q u e u e i n g 5 7 ] i s a n o t h e r

s c h e d u l i n g p o l i c y t h a t p r o v i d e s t h e s a m e e n d - t o - e n d d e l a y

g u a r a n t e e s a s P G P S b u t i s s i m p l e r t o i m p l e m e n t .

2 . 7 E a r l i e s t D e a d l i n e F i r s t

T h e E a r l i e s t D e a d l i n e F i r s t ( E D F ) s c h e d u l e r i s a f o r m o f

a d y n a m i c p r i o r i t y s c h e d u l e r w h e r e t h e p r i o r i t i e s f o r e a c h

p a c k e t a r e a s s i g n e d a s i t a r r i v e s . S p e c i c a l l y , a d e a d l i n e i s

a s s i g n e d t o e a c h p a c k e t w h i c h i s g i v e n b y t h e s u m o f i t s

a r r i v a l t i m e a n d t h e d e l a y g u a r a n t e e a s s o c i a t e d w i t h t h e

o w t h a t t h e p a c k e t b e l o n g s t o . T h e E D F s c h e d u l e r s e l e c t s

t h e p a c k e t w i t h t h e s m a l l e s t d e a d l i n e f o r t r a n s m i s s i o n o n

t h e l i n k a n d h e n c e t h e n a m e . T h e d y n a m i c n a t u r e o f t h e

p r i o r i t y i n t h e E D F s c h e d u l e r i s e v i d e n t f r o m t h e f a c t t h a t

t h e p r i o r i t y o f t h e p a c k e t i n c r e a s e s w i t h t h e a m o u n t o f

t i m e i t s p e n d s i n t h e s y s t e m . T h i s e n s u r e s t h a t p a c k e t s

w i t h l o o s e d e l a y r e q u i r e m e n t s o b t a i n b e t t e r s e r v i c e t h a n

t h e y w o u l d i n a s t a t i c p r i o r i t y s c h e d u l e r , w i t h o u t s a c r i c i n g

t h e t i g h t d e l a y g u a r a n t e e s t h a t m a y b e p r o v i d e d t o o t h e r

o w s . I t i s w e l l k n o w n t h a t f o r a n y p a c k e t a r r i v a l p r o c e s s

w h e r e a d e a d l i n e c a n b e a s s o c i a t e d w i t h e a c h p a c k e t , t h e

E D F p o l i c y i s o p t i m a l i n t e r m s o f m i n i m i z i n g t h e m a x i m u m

l a t e n e s s o f p a c k e t s 2 2 ] . H e r e , l a t e n e s s i s d e n e d a s t h e

d i e r e n c e b e t w e e n t h e d e a d l i n e o f a p a c k e t a n d t h e t i m e i t

i s a c t u a l l y t r a n s m i t t e d o n t h e l i n k .

A s m e n t i o n e d e a r l i e r , t h e G P S p o l i c y g u a r a n t e e s a d e -

l a y b o u n d o n a p e r - o w b a s i s b a s e d o n t h e w e i g h t t h a t i s

a s s i g n e d t o t h e o w . T h e s e w e i g h t s a r e c l o s e l y c o u p l e d t o

a r e s e r v e d r a t e , a n d f o r a o w t o r e c e i v e a s m a l l e n d - t o -

e n d d e l a y g u a r a n t e e i t i s n e c e s s a r y t h a t i t b e a l l o c a t e d a

r e l a t i v e l y l a r g e r a t e . T h i s c a n l e a d t o a n i n e c i e n t u s e

o f r e s o u r c e s , p a r t i c u l a r l y i f a l o w b a n d w i d t h o w r e q u i r e s

t i g h t e n d - t o - e n d d e l a y g u a r a n t e e s . O n e o f t h e m a i n a t t r a c -

t i o n s o f t h e E D F p o l i c y i s t h a t i t a l l o w s f o r t h e s e p a r a t i o n

o f d e l a y a n d t h r o u g h p u t g u a r a n t e e s f o r a o w .

I n t e r m s o f i m p l e m e n t a t i o n t h e E D F p o l i c y i s m o r e c o m -

p l e x t h a n t h e F C F S o r t h e s t a t i c p r i o r i t y s c h e d u l e r . T h e

c o m p l e x i t y a r i s e s b e c a u s e t h e s c h e d u l e r h a s t o p i c k t h e

p a c k e t w i t h t h e s m a l l e s t d e a d l i n e f o r t r a n s m i s s i o n o n t h e

l i n k . T h i s i n v o l v e s k e e p i n g a p r i o r i t y l i s t o f d e a d l i n e s a n d

s o t h e i n s e r t i o n o r d e l e t i o n f r o m t h i s l i s t h a s a c o m p l e x i t y o f

O ( l o g K ) o p e r a t i o n s , w h e r e K c o r r e s p o n d s t o t h e n u m b e r

o f p a c k e t s a w a i t i n g t r a n s m i s s i o n . A n o b v i o u s o p t i m i z a t i o n

i s t o o n l y k e e p a s i n g l e p a c k e t f r o m e a c h o f t h e o w s i n

t h e p r i o r i t y l i s t o f d e a d l i n e s , s i n c e p a c k e t s b e l o n g i n g t o t h e

s a m e o w m u s t l e a v e i n t h e o r d e r i n w h i c h t h e y a r r i v e . A s

a r e s u l t , t h e c o m p l e x i t y i s r e d u c e d t o O ( l o g N ) , w h e r e N

i s t h e n u m b e r o f o w s m u l t i p l e x e d o n t o t h e l i n k . A s s u m -

i n g t h a t e a c h o f t h e s e o w s a r e c h a r a c t e r i z e d b y a t r a c

e n v e l o p e d e n o t e d b y A

i

( t ) i = 1 : : : N , i t i s k n o w n 2 2 ]

t h a t t h e E D F s c h e d u l e r c a n p r o v i d e a d e l a y g u a r a n t e e o f

D

i

t o o w i , i = 1 : : : N , p r o v i d e d t h e f o l l o w i n g f e a s i b i l i t y

c o n d i t i o n i s s a t i s e d :

N

X

i = 1

A

i

( ; D

i

) + L

m a x

0 ( 3 )

w h e r e A

i

( t ) : = 0 f o r t

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2 . 7 . 1 R a t e C o n t r o l l e d S e r v i c e d i s c i p l i n e

T h e E D F p o l i c y b y i t s e l f c a n n o t b e u s e d t o p r o v i d e e c i e n t

e n d - t o - e n d d e l a y g u a r a n t e e s 2 4 ] . T h i s i s b e c a u s e e q u a t i o n

( 3 ) o n l y p r o v i d e s a f e a s i b i l i t y c h e c k f o r t h e d e l a y g u a r -

a n t e e s a t a s i n g l e l i n k . T o c o m p u t e t h e f e a s i b i l i t y c h e c k

a t a l i n k t h a t i s d o w n s t r e a m w e n e e d t o k n o w t h e t r a c

c h a r a c t e r i z a t i o n a t t h a t l i n k . T h e v e r y a c t o f s c h e d u l i n g

p e r t u r b s t h e o w a n d s o t h e t r a c c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e

o w i s n o t l i k e l y t o r e m a i n t h e s a m e a s i t t r a v e r s e s t h e

n e t w o r k . I t i s p o s s i b l e t o c o m p u t e a b o u n d o n t h e t r a c

c h a r a c t e r i z a t i o n o f a o w a t t h e l i n k o u t p u t a n d u s e t h a t

t o c o m p u t e a f e a s i b l e d e l a y g u a r a n t e e f o r t h e o w a t t h e

d o w n s t r e a m l i n k . H o w e v e r t h i s a p p r o a c h d o e s n o t r e s u l t

i n e c i e n t e n d - t o - e n d d e l a y g u a r a n t e e s s i n c e t h e b o u n d o n

t h e t r a c c h a r a c t e r i z a t i o n a t t h e o u t p u t l i n k c a n b e r a t h e r

p e s s i m i s t i c 2 4 ] . A l t e r n a t i v e l y , o n e c o u l d r e s h a p e t h e t r a f -

c a t e a c h n o d e t o a p r e - s p e c i e d e n v e l o p e b e f o r e i t i s

m a d e e l i g i b l e f o r s c h e d u l i n g . C o u p l e d w i t h t r a c s h a p e r s

t h e E D F p o l i c y c a n b e u s e d t o p r o v i d e e c i e n t e n d - t o -

e n d d e l a y g u a r a n t e e s o n a p e r - o w b a s i s . W e r e f e r t o t h i s

c o m b i n a t i o n a s a R a t e - C o n t r o l l e d S e r v i c e ( R C S ) d i s c i p l i n e

2 4 , 6 2 ] a n d b r i e y d i s c u s s s o m e o f t h e i m p l i c a t i o n s o f t h e

R C S d i s c i p l i n e .

T h e b a s i c i d e a o f t h e R C S d i s c i p l i n e i s t o r e s h a p e t r a f -

c f r o m a o w a t e v e r y l i n k t h a t i t t r a v e r s e s . T h e o w

n e e d n o t b e r e s h a p e d t o i t s o r i g i n a l s p e c i c a t i o n , i n f a c t

t h i s t u r n s o u t t o b e a p a r t i c u l a r l y b a d i d e a 2 4 ] . W i t h t h e

a p p r o p r i a t e c h o i c e o f r e s h a p e r s i t c a n b e s h o w n t h a t t h e

R C S d i s c i p l i n e i s t h e m o s t e c i e n t i n t e r m s o f g u a r a n t e e -

i n g e n d - t o - e n d d e l a y s o f a l l t h e s c h e d u l i n g p o l i c i e s t h a t a r e

k n o w n t o d a y . I n 2 4 ] , i t i s s h o w n t h a t w i t h a n a p p r o p r i a t e

c h o i c e o f s h a p e r e n v e l o p e s t h e R C S d i s c i p l i n e c a n p r o v i d e

t h e s a m e d e l a y g u a r a n t e e s a s P G P S a n d i n a d d i t i o n a c -

c e p t s o m e m o r e o w s . A s m e n t i o n e d a t t h e b e g i n n i n g o f

t h i s s e c t i o n , t h e e c i e n c y o f s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s c a n b e

m e a s u r e d i n t e r m s o f t h e n u m b e r o f o w s t h e y c a n s u p -

p o r t w i t h g i v e n d e l a y g u a r a n t e e s . T h i s c o r r e s p o n d s t o t h e

n o t i o n o f a s c h e d u l a b l e r e g i o n , a n d i t c a n b e s h o w n 2 4 ]

t h a t t h e R C S d i s c i p l i n e h a s t h e l a r g e s t s c h e d u l a b l e r e g i o n

a m o n g a l l s c h e d u l i n g p o l i c i e s k n o w n t o d a y . A n e x a m p l e

i l l u s t r a t i n g t h e s c h e d u l a b l e r e g i o n o f d i e r e n t s c h e d u l i n g

p o l i c i e s c a n b e f o u n d i n 4 8 , s e c t i o n 4 . 3 . 5 ] .

2 . 8 H i e r a r c h i c a l L i n k S h a r i n g

A s d i s c u s s e d i n S e c t i o n 4 , a n e t w o r k m a y o e r s e v e r a l

d i e r e n t s e r v i c e s o v e r a s i n g l e l i n k . T h e l i n k w i l l , t h e r e -

f o r e , h a v e t o b e p a r t i t i o n e d t o s u p p o r t t h e d i e r e n t s e r -

v i c e c l a s s e s . A l t e r n a t i v e l y , a s i n g l e l i n k i n t h e n e t w o r k

m a y b e s h a r e d b y s e v e r a l d i e r e n t o r g a n i z a t i o n s o r d e p a r t -

m e n t s w i t h i n a n o r g a n i z a t i o n . E a c h o f t h e s e m a y w a n t t o

r e c e i v e a g u a r a n t e e d p o r t i o n o f t h e l i n k c a p a c i t y b u t a r e

w i l l i n g t o a l l o w o t h e r d e p a r t m e n t s o r o r g a n i z a t i o n s t o b o r -

r o w u n u t i l i z e d l i n k r e s o u r c e s . T h e h i e r a r c h i c a l s t r u c t u r e

o f o r g a n i z a t i o n s s u g g e s t s a h i e r a r c h i c a l p a r t i t i o n i n g o f t h e

l i n k r e s o u r c e s . A h i e r a r c h i c a l l i n k s h a r i n g s t r u c t u r e c o n -

s i s t i n g o f c l a s s e s t h a t c o r r e s p o n d t o s o m e a g g r e g a t i o n o f

t r a c i s s u g g e s t e d i n 1 9 ] a n d i s o f t e n r e f e r r e d t o a s C l a s s

B a s e d Q u e u e i n g ( C B Q ) . E a c h c l a s s i s a s s o c i a t e d w i t h a

l i n k - s h a r i n g b a n d w i d t h a n d o n e o f t h e g o a l s o f C B Q i s t o

r o u g h l y g u a r a n t e e t h i s b a n d w i d t h t o t h e t r a c b e l o n g i n g

t o t h e c l a s s . E x c e s s b a n d w i d t h s h o u l d b e s h a r e d i n a f a i r

m a n n e r a m o n g t h e o t h e r c l a s s e s . T h e r e i s n o r e q u i r e m e n t

t o u s e t h e s a m e s c h e d u l i n g p o l i c y a t a l l l e v e l s o f a l i n k

s h a r i n g h i e r a r c h y , a n d i t i s c o n c e i v a b l e t h a t c l a s s e s c a r r y -

i n g i n t e r a c t i v e t r a c m a y b e n e t f r o m a s i m p l e p r i o r i t y

s c h e d u l i n g p o l i c y a s o p p o s e d t o r a t e - b a s e d s c h e d u l e r s ( s e e

1 9 ] f o r d e t a i l s ) .

T h i s b e i n g s a i d , t h e G P S p o l i c y c a n b e u s e d i n a h i e r a r -

c h i c a l m a n n e r t o p r o v i d e b o t h l i n k s h a r i n g a n d i n d i v i d u a l

Q o S g u a r a n t e e s t o o w s . A t t h e t o p - l e v e l o f t h e h i e r a r -

c h y , t h e w e i g h t s r e e c t t h e l i n k s h a r i n g r e q u i r e m e n t s , w h i l e

t h e l o w e r l e v e l w e i g h t s a r e u s e d t o p r o v i d e i n d i v i d u a l Q o S

g u a r a n t e e s . W h e n e v e r a n i n t e r i o r n o d e r e c e i v e s s e r v i c e i t

i s d i s t r i b u t e d a m o n g i t s c h i l d n o d e s i n d i r e c t p r o p o r t i o n t o

t h e i r w e i g h t s . N o t e t h a t t h e r e m a y b e m o r e t h a n t w o l e v e l s

i n t h e h i e r a r c h y . E x c e p t f o r l e a f n o d e s , o t h e r n o d e s o n l y

r e c e i v e a l o g i c a l s e r v i c e . T h e i n t e r e s t e d r e a d e r i s r e f e r r e d

t o 3 ] f o r a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f h i e r a r c h i c a l p a c k e t f a i r

q u e u e i n g a l g o r i t h m s .

3 B u e r M a n a g e m e n t

W h i l e t h e s c h e d u l i n g p o l i c y d o e s p l a y a b i g r o l e i n t h e

Q o S p r o v i d e d b y t h e n e t w o r k , i t i s o n l y e e c t i v e i f t h e r e

a r e s u c i e n t b u e r s t o h o l d i n c o m i n g p a c k e t s . S i n c e l i n k

s p e e d s a r e c u r r e n t l y i n t h e o r d e r o f G i g a b i t s p e r s e c o n d ,

t h e a m o u n t o f m e m o r y r e q u i r e d t o b u e r t r a c d u r i n g

t r a n s i e n t p e r i o d s o f c o n g e s t i o n c a n b e l a r g e a n d e x c e e d t h e

a m o u n t o f m e m o r y t h a t m o s t r o u t e r s a n d s w i t c h e s h a v e .

P a c k e t s t h a t a r r i v e d u r i n g t h e s e t r a n s i e n t p e r i o d s w i l l h a v e

t o b e d r o p p e d . I f t h e e n d - t o - e n d t r a n s p o r t p r o t o c o l i s a

r e l i a b l e o n e l i k e T C P , t h e n a l o s t p a c k e t c a u s e s a r e t r a n s -

m i s s i o n a s w e l l a s a r e d u c t i o n i n t h e s i z e o f t h e c o n g e s t i o n

w i n d o w . T h e n e t r e s u l t w i l l b e a l o w e r e n d - t o - e n d Q o S f o r

t h e o w c o n c e r n e d .

I n o r d e r t o a v o i d a h a p h a z a r d b e h a v i o r w h e n a l i n k e x -

p e r i e n c e s c o n g e s t i o n , s e v e r a l d i e r e n t b u e r m a n a g e m e n t

s c h e m e s h a v e b e e n p r o p o s e d . T h e s e c a n b e r o u g h l y c l a s s i -

e d a l o n g t h e f o l l o w i n g t w o d i m e n s i o n s :

1 . W h e n a r e p a c k e t d i s c a r d d e c i s i o n s m a d e ? T y p i c a l l y ,

p a c k e t d i s c a r d d e c i s i o n s a r e m a d e e i t h e r u p o n t h e a r -

r i v a l o f a n e w p a c k e t , o r a t t h e o n s e t o f c o n g e s t i o n

w h e r e c u r r e n t l y s t o r e d p a c k e t s m a y t h e n b e d i s c a r d e d

t o a c c o m m o d a t e a n e w , h i g h e r p r i o r i t y p a c k e t .

2 . W h a t i n f o r m a t i o n i s u s e d t o m a k e p a c k e t d i s c a r d d e -

c i s i o n s ? T h e m a i n a s p e c t i s t h e g r a n u l a r i t y o f t h e

i n f o r m a t i o n , i . e . , i s p e r o w b u e r a c c o u n t i n g d o n e

a n d u s e d t o d i s c a r d p a c k e t s f r o m i n d i v i d u a l o w s , o r

i s o n l y g l o b a l , p e r c l a s s , i n f o r m a t i o n k e p t a n d u s e d .

D i e r e n t d e s i g n s c o r r e s p o n d t o d i e r e n t t r a d e - o s b e t w e e n

p e r f o r m a n c e a n d c o m p l e x i t y a l o n g t h e s e t w o d i m e n s i o n s ,

w h e r e t h e p e r f o r m a n c e o f a b u e r m a n a g e m e n t s c h e m e i s

m e a s u r e d i n t e r m s o f i t s a b i l i t y t o c o n t r o l t r a c f a i r l y a n d

e c i e n t l y d u r i n g p e r i o d s o f c o n g e s t i o n . E c i e n t t r e a t -

6

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m e n t m e a n s t h a t t h e b u e r m a n a g e m e n t m e c h a n i s m s h o u l d

a v o i d v i o l a t i o n o f a s e r v i c e a g r e e m e n t b y l o s i n g m a n y \ h i g h

p r i o r i t y " ( c o n f o r m a n t ) p a c k e t s d u r i n g p e r i o d s o f c o n g e s -

t i o n . F o r e x a m p l e , t h i s c a n h a p p e n i f t o o m a n y l o w p r i -

o r i t y p a c k e t s a r e a l l o w e d i n , a n d a s a r e s u l t s o m e p a c k e t s

f r o m a n a r r i v i n g h i g h p r i o r i t y b u r s t a r e l o s t . O n e s o l u t i o n

i s t o a l l o w t h e h i g h p r i o r i t y p a c k e t s t o \ p u s h - o u t " 4 2 ] t h e

l o w p r i o r i t y o n e s , b u t t h i s c a p a b i l i t y a d d s t o t h e i m p l e m e n -

t a t i o n c o m p l e x i t y o f t h e s c h e m e . I n a d d i t i o n , i t m a y n o t

a l w a y s b e s u c i e n t ( s e e 7 ] f o r a d i s c u s s i o n o f t h i s i s s u e )

a n d a d d i t i o n a l m e c h a n i s m s m a y b e n e e d e d t o t r y t o a v o i d

c o n g e s t i o n . I n t h i s s e c t i o n , w e d e s c r i b e a f e w s u c h b u e r

m a n a g e m e n t m e c h a n i s m s l i k e E a r l y P a c k e t D i s c a r d ( E P D )

5 1 , 5 9 ] a n d R a n d o m E a r l y D i s c a r d ( R E D ) 1 8 ] , w h e r e , a s a

p r e v e n t i v e m e a s u r e , p a c k e t s a r e d i s c a r d e d b e f o r e t h e o n s e t

o f c o n g e s t i o n .

D e t e c t i n g t h e o n s e t o f c o n g e s t i o n a n d t h e a s s o c i a t e d p r e -

v e n t i v e m e a s u r e s v a r y w i t h t h e l i n k t e c h n o l o g y b e i n g u s e d .

F o r e x a m p l e , o n A T M l i n k s a n I P p a c k e t m a y b e s e g m e n t e d

i n t o s m a l l e r u n i t s , e . g . 5 3 b y t e c e l l s . I n t h i s c a s e , c o n g e s -

t i o n i s m e a s u r e d w i t h r e s p e c t t o t h e b u e r ' s a b i l i t y t o s t o r e

c e l l s . A s i n g l e c e l l l o s s w i l l r e s u l t i n a n e n t i r e p a c k e t b e i n g

r e n d e r e d u s e l e s s , s o t h a t i t i s a d v a n t a g e o u s t o d i s c a r d a n

e n t i r e p a c k e t ' s w o r t h o f c e l l s a t a t i m e . O n e o b v i o u s a p -

p r o a c h i s t o d r o p a l l s u b s e q u e n t c e l l s f r o m a p a c k e t i f t h e r e

i s n o r o o m i n t h e b u e r f o r a n a r r i v i n g c e l l . T h i s i s t e r m e d

P a c k e t T a i l D i s c a r d i n g i n 5 9 ] o r P a r t i a l P a c k e t D i s c a r d

( P P D ) i n 5 1 ] . W h i l e s u c h a t e c h n i q u e h e l p s a v o i d u n n e c -

e s s a r y b u e r w a s t e , s u b s t a n t i a l p a c k e t t h r o u g h p u t d e g r a -

d a t i o n s t i l l o c c u r s d u r i n g p e r i o d s o f v e r y h i g h c o n g e s t i o n ,

e . g . , o e r e d t r a c a b o v e t w i c e t h e l i n k c a p a c i t y . T h i s i s

b e c a u s e i n s u c h c a s e s , a l m o s t e v e r y p a c k e t w i l l l o s e a t l e a s t

o n e c e l l , a n d o w s w i t h l a r g e p a c k e t s w i l l b e e v e n f u r t h e r

p e n a l i z e d .

A p o s s i b l e a p p r o a c h t o r e m e d y t h i s l a s t p r o b l e m , i s t o

p r e d i c t t h e o n s e t o f c o n g e s t i o n a n d d i s c a r d a l l c e l l s o f p a c k -

e t s t h a t a r e e x p e c t e d t o e x p e r i e n c e a c e l l l o s s . F o r e x a m p l e ,

t h i s c a n b e a c h i e v e d u s i n g a s i m p l e t h r e s h o l d o n t h e b u e r

o c c u p a n c y t o d e c i d e w h e t h e r t o a c c e p t o r d r o p a p a c k e t

a t t h e t i m e i t s r s t c e l l i s r e c e i v e d . T h i s i s r e f e r r e d t o a s

E a r l y P a c k e t D i s c a r d ( E P D ) 5 1 ] a n d h a s t h e b e n e t t h a t

l i n k c a p a c i t y i s n o t w a s t e d i n t h e t r a n s m i s s i o n o f p a r t i a l

p a c k e t s . E P D p e r f o r m s b e t t e r t h a n P P D a n d r e s u l t s i n

a n e e c t i v e t h r o u g h p u t o f c l o s e t o t h e l i n k c a p a c i t y w i t h

r e l a t i v e l y f e w e r b u e r s 5 1 , 5 9 ] .

H o w e v e r , i t t u r n s o u t t h a t E P D c a n b e u n f a i r t o l o w

b a n d w i d t h o w s . I n p a r t i c u l a r , i f t h e b u e r o c c u p a n c y i s

h o v e r i n g a r o u n d t h e t h r e s h o l d v a l u e , t h e n h i g h r a t e o w s

a r e l i k e l y t o h a v e m o r e o p p o r t u n i t i e s a t g e t t i n g t h e i r p a c k e t

a c c e p t e d ( a s s u m i n g i d e n t i c a l p a c k e t s i z e s ) . O n c e a p a c k e t

i s a c c e p t e d i t p u s h e s t h e b u e r o c c u p a n c y a b o v e t h e t h r e s h -

o l d a n d a s u b s e q u e n t p a c k e t f r o m a l o w b a n d w i d t h o w i s

t h e n l i k e l y t o b e d r o p p e d . S o m e o f t h e s e i s s u e s a r e d i s -

c u s s e d i n 5 9 ] , w h i c h p r e s e n t s a n u m b e r o f e n h a n c e m e n t s t o

t h e b a s i c E P D s c h e m e a i m e d a t i m p r o v i n g n o t o n l y g o o d -

p u t , i . e . , t h e n u m b e r o f c o m p l e t e p a c k e t s t r a n s m i t t e d , b u t

a l s o f a i r n e s s i n s e l e c t i n g o w s t h a t c a n s t a r t b u e r i n g a

n e w p a c k e t .

I n g e n e r a l , i t i s d e s i r a b l e t o d e v i s e b u e r m a n a g e m e n t

s c h e m e s , t h a t p r e s e r v e t h e g o o d p u t b e n e t s o f E P D w h i l e

a l s o e n s u r i n g f a i r n e s s i n h o w t h i s g o o d p u t i s d i s t r i b u t e d

a c r o s s o w s . T h e f a i r n e s s o f a b u e r m a n a g e m e n t s c h e m e i s

a f u n c t i o n o f h o w i t p e n a l i z e s p a c k e t s f r o m n o n - c o n f o r m a n t

o w s , i . e . , o w s s e n d i n g a t a h i g h e r r a t e t h a n t h e y a r e e n -

t i t l e d t o . I d e a l l y , t h e s c h e m e s h o u l d e n s u r e t h a t n o s i n -

g l e o w c a n g r a b a d i s p r o p o r t i o n a t e a m o u n t o f t h e b u e r

s p a c e , t h e r e b y a e c t i n g t h e p e r f o r m a n c e l e v e l o f o t h e r o w s .

I f p e r o w b u e r a c c o u n t i n g i s p e r f o r m e d , i t i s r e l a t i v e l y

e a s y t o i d e n t i f y m i s b e h a v i n g o w s a n d t a k e a p p r o p r i a t e a c -

t i o n s t o e n s u r e a f a i r a l l o c a t i o n o f t h e b u e r s p a c e . H o w -

e v e r , t h e r e i s a c o s t a s s o c i a t e d w i t h p e r o w b u e r a c -

c o u n t i n g , a n d i n s o m e e n v i r o n m e n t s w h e r e s c a l a b i l i t y i s

a c o n c e r n , b u e r m a n a g e m e n t m a y n e e d t o b e d o n e a t a

c o a r s e r l e v e l . T h e p e n a l t y i s t h a t i t i s h a r d e r t o e n s u r e

f a i r n e s s w h e n m a n y o w s s h a r e a c o m m o n b u e r . I n s o m e

i n s t a n c e s , i . e . , w i t h a d a p t i v e a p p l i c a t i o n s s u c h a s T C P , i t

i s , h o w e v e r , p o s s i b l e t o e n s u r e s o m e l e v e l o f p e r o w f a i r -

n e s s w i t h o u t m a i n t a i n i n g p e r o w s t a t e . T h i s w a s o n e o f

t h e g o a l s o f t h e R a n d o m E a r l y D r o p ( R E D ) 1 8 ] m e c h a -

n i s m , w h i c h r e l i e s o n r a n d o m d r o p p i n g d e c i s i o n s w h e n t h e

b u e r c o n t e n t e x c e e d s a g i v e n t h r e s h o l d , s o t h a t h e a v y

o w s e x p e r i e n c e a l a r g e r n u m b e r o f d r o p p e d p a c k e t s i n

c a s e o f c o n g e s t i o n . H e n c e R E D a i m s a t p e n a l i z i n g o w s

i n p r o p o r t i o n t o t h e a m o u n t o f t r a c t h e y c o n t r i b u t e , a n d

t h e r e f o r e p r e v e n t i n g a n y o f t h e m f r o m g r a b b i n g a d i s p r o -

p o r t i o n a t e a m o u n t o f r e s o u r c e s .

S p e c i c a l l y , a s s u m i n g t h a t o w s u s e T C P a s t h e i r t r a n s -

p o r t p r o t o c o l , R E D p r o v i d e s a f e e d b a c k m e c h a n i s m s o t h a t

s o u r c e s c a n b e n o t i e d o f c o n g e s t i o n i n t h e r o u t e r a n d a c -

c o r d i n g l y r e d u c e t h e a m o u n t o f t r a c t h a t t h e y i n j e c t i n t o

t h e n e t w o r k . F i r s t t h e a v e r a g e q u e u e s i z e i s c o m p u t e d u s -

i n g a l o w - p a s s l t e r w i t h a n e x p o n e n t i a l l y w e i g h t e d m o v -

i n g a v e r a g e , s o t h a t t h e r o u t e r d o e s n o t r e a c t t o o q u i c k l y

t o t r a n s i e n t p h e n o m e n a . N e x t , t h i s q u e u e s i z e i s c o m -

p a r e d t o a m a x i m u m a n d m i n i m u m t h r e s h o l d , o f t e n d e -

n o t e d b y m a x

t h

a n d m i n

t h

. I f t h e a v e r a g e q u e u e s i z e i s

b e l o w m i n

t h

o r a b o v e m a x

t h

, a l l p a c k e t s a r e a c c e p t e d o r

d r o p p e d r e s p e c t i v e l y

2

. W h e n t h e a v e r a g e q u e u e s i z e i s b e -

t w e e n m a x

t h

a n d m i n

t h

, a n a r r i v i n g p a c k e t i s d r o p p e d w i t h

a p r o b a b i l i t y t h a t d e p e n d s o n t h e a v e r a g e q u e u e s i z e .

T h e p r o b a b i l i t y t h a t a p a c k e t f r o m a p a r t i c u l a r o w i s

d r o p p e d i s r o u g h l y p r o p o r t i o n a l t o t h e o w ' s s h a r e o f t h e

l i n k b a n d w i d t h . T h u s a o w t h a t i s u t i l i z i n g a l a r g e r s h a r e

o f t h e l i n k b a n d w i d t h i s f o r c e d t o r e d u c e i t s r a t e r a t h e r

q u i c k l y . O n e o f t h e m a i n a d v a n t a g e s o f R E D i s t h a t i t d o e s

n o t r e q u i r e p e r o w s t a t e t o b e m a i n t a i n e d i n t h e r o u t e r .

A s a r e s u l t , R E D i s r e l a t i v e l y s i m p l e t o i m p l e m e n t a n d c a n

b e u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e s i m p l e F C F S s c h e d u l e r

d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 t o r e d u c e c o n g e s t i o n i n t h e n e t w o r k .

T h i s c a n b e o f s i g n i c a n c e i n t h e I n t e r n e t b a c k b o n e , w h e r e

t h e r e m a y b e h u n d r e d s o f t h o u s a n d s o f o w s o n a g i v e n

l i n k .

W h i l e R E D d o e s n o t d i s c r i m i n a t e a g a i n s t p a r t i c u l a r t y p e s

o f o w s , i t s h o u l d b e n o t e d t h a t i t d o e s n o t a l w a y s e n s u r e

2

P a c k e t s c a n b e a l t e r n a t i v e l y m a r k e d , i n s t e a d o f d r o p p i n g t h e m , i f

p a c k e t m a r k i n g i s s u p p o r t e d b y t h e n e t w o r k a n d t h e e n d - s t a t i o n s

7

7/29/2019 QoS Basics Paper

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a l l o w s a f a i r s h a r e o f b a n d w i d t h . I n f a c t , i t t u r n s o u t t h a t

R E D i s u n f a i r t o l o w s p e e d T C P o w s . T h i s i s b e c a u s e

R E D r a n d o m l y d r o p s p a c k e t s w h e n t h e m a x i m u m t h r e s h -

o l d i s c r o s s e d a n d i t i s p o s s i b l e t h a t o n e o f t h e s e p a c k e t s

b e l o n g s t o a o w t h a t i s c u r r e n t l y u s i n g l e s s t h a n i t s f a i r

s h a r e o f b a n d w i d t h . S i n c e T C P r e a c t s r a t h e r s t r o n g l y t o

p a c k e t l o s s , t h e l o s t p a c k e t w i l l f o r c e f u r t h e r r e d u c t i o n i n

t h e c o n g e s t i o n w i n d o w r e s u l t i n g i n a n e v e n l o w e r r a t e . T h e

F a i r R a n d o m E a r l y D r o p ( F R E D ) m e c h a n i s m i s p r e s e n t e d

i n 4 4 ] a s a m o d i c a t i o n t o R E D i n o r d e r t o r e d u c e s o m e o f

i t s u n f a i r n e s s . I n a d d i t i o n t o t h e R E D t h r e s h o l d s , F R E D

m a i n t a i n s t h r e s h o l d s f o r i n d i v i d u a l o w s a s w e l l a s t h e c u r -

r e n t b u e r o c c u p a n c i e s f o r e a c h o f t h e a c t i v e o w s . T h i s

i s u s e d t o d e c i d e w h i c h o w s a r e u s i n g a l a r g e r a m o u n t o f

b a n d w i d t h t h a n t h e y a r e e n t i t l e d t o , s o t h a t a s e l e c t i v e d i s -

c a r d m e c h a n i s m c a n b e e e c t e d . T h i s p e r - o w s t a t e a l s o

a l l o w s F R E D t o d e t e c t m i s b e h a v i n g o w s , a n d i t c a n u s e

t h i s i n f o r m a t i o n t o p r e v e n t t h e m f r o m c o n s i s t e n t l y m o n o p -

o l i z i n g t h e b u e r s .

I n s o m e e n v i r o n m e n t s , n o t a b l y A T M , i t i s q u i t e n a t u r a l

t o m a i n t a i n s t a t e i n f o r m a t i o n f o r e a c h o w o r v i r t u a l c i r -

c u i t . A l s o , t h e x e d c e l l s i z e f o r A T M f a c i l i t a t e s h a r d w a r e

i m p l e m e n t a t i o n o f c o m p l e x s c h e d u l i n g a n d b u e r m a n a g e -

m e n t a l g o r i t h m s . F o r A T M , t h e r e a r e m a n y s i n g l e c h i p

s o l u t i o n s t h a t p e r f o r m p e r - o w s c h e d u l i n g a n d b u e r m a n -

a g e m e n t , e . g . , I B M ' s C H A R M c h i p 1 3 ] . H e r e e a c h v i r t u a l

c i r c u i t c a n b e g u a r a n t e e d t o r e c e i v e a c e r t a i n r a t e r e g a r d -

l e s s o f t h e o t h e r o w s t h a t a r e m u l t i p l e x e d o n t h e l i n k .

H o w e v e r , a s m e n t i o n e d e a r l i e r , t h i s r a t e g u a r a n t e e i s g o o d

o n l y i f t h e r e i s s u c i e n t m e m o r y t o b u e r i n c o m i n g c e l l s .

O n e m i g h t a r g u e f o r t h e b u e r s t o b e s t r i c t l y p a r t i t i o n e d

a m o n g e a c h o f t h e v i r t u a l c i r c u i t s b u t t h i s i s n o t n e c e s -

s a r i l y a g o o d s t r a t e g y . I n 3 8 ] i t i s s h o w n t h a t a c o m p l e t e

p a r t i t i o n i n g o f t h e b u e r s r e s u l t s i n a h i g h e r p a c k e t l o s s

p r o b a b i l i t y t h a n w h e n t h e b u e r s a r e s h a r e d a m o n g a l l

t h e o w s . O f c o u r s e , c o m p l e t e s h a r i n g c o m e s w i t h i t s o w n

p r o b l e m s , p a r t i c u l a r l y w h e n a d i v e r s e s e t o f o w s a r e t o b e

m u l t i p l e x e d o n t h e l i n k . A g o o d c o m p r o m i s e i s t o g u a r a n -

t e e a f e w b u e r s t o e a c h i n d i v i d u a l o w , w h i l e r e t a i n i n g a

c e r t a i n f r a c t i o n o f t h e t o t a l b u e r s p a c e f o r s h a r i n g a c r o s s

t h e d i e r e n t o w s 3 8 ] . A s a m a t t e r o f f a c t , t h e r e l a t i o n s h i p

b e t w e e n b u e r a l l o c a t i o n a n d r a t e g u a r a n t e e c a n b e m a d e

p r e c i s e . I n 3 3 ] , i t i s s h o w n t h a t e v e n w i t h a n F C F S s c h e d -

u l e r , r a t e g u a r a n t e e s c a n b e p r o v i d e d b y a p p r o p r i a t e l y a l -

l o c a t i n g b u e r s t o o w s . I n p a r t i c u l a r , 3 3 ] e s t a b l i s h e s t h e

i n t u i t i v e r e s u l t t h a t r a t e g u a r a n t e e s a r e i n p r o p o r t i o n t o

b u e r a l l o c a t i o n .

O v e r a l l , t h e b u e r m a n a g e m e n t s c h e m e s c u r r e n t l y b e -

i n g d e p l o y e d s h o u l d e n s u r e t h a t s e r v i c e g u a r a n t e e s o f a p -

p l i c a t i o n s a r e m e t , i . e . , p a c k e t s t h a t c o n f o r m t o a s e r v i c e

c o n t r a c t w i l l r a r e l y b e d r o p p e d . H o w e v e r , s u b s t a n t i a l d i f -

f e r e n c e s m a y e x i s t i n h o w e x c e s s t r a c i s b e i n g s u p p o r t e d .

I n p a r t i c u l a r , n e t w o r k s t h a t d o n o t d i e r e n t i a t e b e t w e e n

a d a p t i v e a n d n o n - a d a p t i v e a p p l i c a t i o n s a n d d o n o t s u p -

p o r t p e r o w b u e r a c c o u n t i n g , a r e l i k e l y t o p r o v i d e o n l y

r e l a t i v e l y p o o r ( u n f a i r ) p e r f o r m a n c e t o e x c e s s t r a c .

4 S e r v i c e D e n i t i o n s a n d A s s o c i -

a t e d R e q u i r e m e n t s

I n t h i s s e c t i o n , w e r e v i e w t h e t w o s e r v i c e s t h a t h a v e b e e n

s t a n d a r d i z e d b y t h e I E T F I n t e g r a t e d S e r v i c e W o r k i n g G r o u p ,

t h e C o n t r o l l e d L o a d ( C L ) s e r v i c e 6 0 ] a n d t h e G u a r a n t e e d

S e r v i c e ( G S ) 5 4 ] . W e a l s o d i s c u s s b r i e y a r e c e n t I E T F

e o r t t o i n t r o d u c e l e s s r i g o r o u s s e r v i c e s p e c i c a t i o n s t h a n

t h o s e o f C L a n d G S , t o f a c i l i t a t e s u p p o r t f o r s e r v i c e a g -

g r e g a t i o n . W e e x p a n d f u r t h e r o n t h i s l a s t i s s u e i n S e c t i o n

5 .

4 . 1 C o n t r o l l e d L o a d S e r v i c e

T h e d e n i t i o n o f t h e C o n t r o l l e d L o a d s e r v i c e i s q u a l i t a -

t i v e i n n a t u r e . I t a i m s a t a p p r o x i m a t i n g t h e s e r v i c e a

u s e r w o u l d e x p e r i e n c e f r o m a n u n l o a d e d n e t w o r k , w h e r e

u n l o a d e d i s n o t m e a n t t o i n d i c a t e t h e a b s e n c e o f a n y o t h e r

t r a c , b u t i n s t e a d t h e a v o i d a n c e o f c o n d i t i o n s o f h e a v y

l o a d o r c o n g e s t i o n . O f s i g n i c a n c e i s t h e f a c t t h a t w h i l e

t h e C o n t r o l l e d L o a d s e r v i c e s p e c i c a t i o n i s q u a l i t a t i v e i n

n a t u r e , i t d o e s r e q u i r e a q u a n t i t a t i v e u s e r t r a c s p e c i -

c a t i o n i n t h e f o r m o f t h e T S p e c o f S e c t i o n 2 . 1 . T h i s i s o f

i m p o r t a n c e a s t h i s r e p r e s e n t s a k e y i n p u t t o t h e c a l l a d m i s -

s i o n p r o c e s s , t h a t i s r e q u i r e d t o l i m i t t h e n u m b e r o f o w s

t h e n e t w o r k i s w i l l i n g t o a c c e p t a n d , t h e r e f o r e , e n s u r e t h e

d e s i r e d \ u n l o a d e d " n e t w o r k b e h a v i o r .

T h e g u a r a n t e e s t h a t t h e C o n t r o l l e d L o a d s e r v i c e p r o -

v i d e s a r e e s s e n t i a l l y a g u a r a n t e e d s u s t a i n e d t r a n s m i s s i o n

r a t e e q u a l t o t h e t o k e n b u c k e t r a t e r , a n d t h e p o s s i b i l -

i t y t o s e n d o c c a s i o n a l b u r s t s ( o f s i z e l i m i t e d b y t h e t o k e n

b u c k e t d e p t h b ) a t i t s p e a k r a t e p . T h e r e a r e n o e x p l i c i t d e -

l a y o r e v e n l o s s g u a r a n t e e s a s s o c i a t e d w i t h t h e s e r v i c e , a n d

t h i s a l l o w s f o r s o m e e x i b i l i t y i n t h e c a l l a d m i s s i o n p r o -

c e s s a n d t h e a s s o c i a t e d s c h e d u l i n g a n d b u e r m a n a g e m e n t

m e c h a n i s m s .

F o r e x a m p l e , C o n t r o l l e d L o a d o w s o n a g i v e n n e t w o r k

l i n k c a n b e s u p p o r t e d t h r o u g h a b a s i c F C F S s c h e d u l e r

w h o s e l o a d i s c o n t r o l l e d u s i n g a n e e c t i v e b a n d w i d t h b a s e d

c a l l a d m i s s i o n c o n t r o l , e . g . , 2 5 , 3 1 , 4 0 ] , t o g e t h e r w i t h a

s i m p l e t h r e s h o l d b a s e d b u e r m a n a g e m e n t s c h e m e . T h e

b e n e t s o f s u c h a n a p p r o a c h a r e i t s s i m p l i c i t y i n t e r m s o f

b o t h d a t a p a t h a n d c o n t r o l p a t h . N e i t h e r t h e s c h e d u l i n g

n o r t h e b u e r m a n a g e m e n t r e q u i r e a w a r e n e s s o f i n d i v i d u a l

o w s , a n d t h e c a l l a d m i s s i o n p r o c e s s o n l y i n v o l v e s a d d i -

t i o n s a n d s u b t r a c t i o n s a s o w s c o m e a n d g o . F u r t h e r e f -

c i e n c y i n t h e c a l l a d m i s s i o n c o n t r o l c a n b e a c h i e v e d , a t

t h e c o s t o f s o m e a d d e d c o m p l e x i t y , b y u s i n g b e t t e r m o d e l s

f o r c o m p u t i n g t h e e e c t i v e b a n d w i d t h o f a o w b a s e d o n

i t s T S p e c a s s u g g e s t e d i n 3 4 , 3 5 ] , o r b y u s i n g m e a s u r e -

m e n t b a s e d c a l l a d m i s s i o n c o n t r o l t e c h n i q u e s a s d e s c r i b e d

i n 3 0 , 3 7 ] .

I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e a p p r o a c h j u s t o u t l i n e d a s -

s u m e s t h a t e x c e s s t r a c f r o m i n d i v i d u a l o w s c a n b e r e a d -

i l y i d e n t i e d , e . g . , u s i n g e x p l i c i t m a r k i n g a s s u g g e s t e d i n

9 ] . I f i t i s n o t p o s s i b l e t o e x p l i c i t l y m a r k a n d , t h e r e f o r e ,

e a s i l y i d e n t i f y e x c e s s t r a c f r o m i n d i v i d u a l o w s , m o r e

c o m p l e x d a t a p a t h m e c h a n i s m s m a y b e r e q u i r e d t o p r o p -

8

7/29/2019 QoS Basics Paper

9/16

e r l y s u p p o r t t h e C o n t r o l l e d L o a d s e r v i c e . T h i s i s r e q u i r e d

t o e n s u r e t h a t e x c e s s t r a c f r o m o n e o w d o e s n o t i m p a c t

t h e s e r v i c e g u a r a n t e e s o f o t h e r o w s . O n e p o s s i b l e a l t e r n a -

t i v e i s t o r e l y o n p e r o w b u e r a c c o u n t i n g m e c h a n i s m s a s

d e s c r i b e d i n S e c t i o n 3 . T h e t i g h t e r c o n t r o l o f t h e a m o u n t

o f b u e r s p a c e e a c h o w c a n o c c u p y p r o v i d e s t h e n e c e s s a r y

p r o t e c t i o n a g a i n s t e x c e s s t r a c , b u t c o m e s a t t h e c o s t o f

m a i n t a i n i n g p e r o w b u e r s t a t e .

A f u r t h e r r e n e m e n t t o p e r o w b u e r s t a t e i s t o r e p l a c e

t h e F C F S s c h e d u l e r b y o n e o f t h e s c h e d u l e r s o f S e c t i o n

2 , t h a t i s c a p a b l e o f p r o v i d i n g r a t e g u a r a n t e e s t o i n d i v i d -

u a l o w s . T h i s c a n b e a W e i g h t e d F a i r Q u e u e i n g ( W F Q )

s c h e d u l e r 1 4 , 4 5 , 4 6 , 4 7 ] , o r e v e n a S e l f C l o c k e d F a i r Q u e u e -

i n g s c h e d u l e r ( S C F Q ) 2 6 , 2 7 ] s i n c e s t r i c t d e l a y g u a r a n t e e s

a r e n o t c r i t i c a l f o r C o n t r o l l e d L o a d o w s . T h i s i n c r e a s e s

t h e a m o u n t o f p e r o w s t a t e b y a d d i n g t r a n s m i s s i o n s t a t e

t o b u e r s t a t e , b u t o e r s a n u m b e r o f a d d i t i o n a l b e n e t s .

I t i m p r o v e s t h e a c c u r a c y o f t h e b u e r m a n a g e m e n t m e c h -

a n i s m b y e n s u r i n g t h a t p a c k e t s f r o m e a c h o w g e t r e g u l a r l y

t r a n s m i t t e d , s o t h a t a n y i n c r e a s e i n a o w ' s b u e r o c c u -

p a n c y c a n b e r e a d i l y a s s o c i a t e d w i t h a t r a c i n c r e a s e f o r

t h e o w . I n c o n t r a s t , a F C F S s c h e d u l e r p r o v i d e s a m u c h

l e s s r e g u l a r s e r v i c e t o i n d i v i d u a l o w s , e . g . , a o w w h o s e

p a c k e t s a r e a l l a t t h e b a c k o f t h e q u e u e m u s t w a i t u n t i l a l l

p a c k e t s a h e a d o f t h e m h a v e b e e n s e n t . A s a r e s u l t , i t i s

m o r e d i c u l t t o d e t e r m i n e i f v a r i a t i o n s i n t h e b u e r o c c u -

p a n c y o f a o w a r e c a u s e d b y a n i n c r e a s e i n t r a c o r a r e

d u e t o s e r v i c e u c t u a t i o n s .

I n g e n e r a l , t h e r e l a t i v e l y l o o s e d e n i t i o n o f t h e g u a r -

a n t e e s p r o v i d e d b y t h e C o n t r o l l e d L o a d s e r v i c e a l l o w s a

r e l a t i v e l y w i d e r a n g e o f i m p l e m e n t a t i o n t r a d e - o s . I n p a r -

t i c u l a r , m o s t o f t h e m e c h a n i s m s d e s c r i b e d i n S e c t i o n s 2 a n d

3 c a n b e u s e d t o b u i l d a s y s t e m t h a t a b i d e s b y t h e C o n -

t r o l l e d L o a d s p e c i c a t i o n s 6 0 , S e c t i o n 1 0 ] . A s w e s h a l l

s e e i n t h e n e x t s e c t i o n , t h i s i s l e s s s o f o r t h e G u a r a n t e e d

S e r v i c e b e c a u s e o f i t s s t r i c t e r s e r v i c e d e n i t i o n .

4 . 2 G u a r a n t e e d S e r v i c e

T h e G u a r a n t e e d S e r v i c e s h a r e s w i t h t h e C o n t r o l l e d L o a d

s e r v i c e t h e u s e o f a T S p e c t o s p e c i f y t h e u s e r t r a c t o

w h i c h t h e s e r v i c e g u a r a n t e e s a p p l y , b u t t h i s i s w h e r e a n y

r e s e m b l a n c e s t o p s . W h i l e t h e C o n t r o l l e d L o a d s e r v i c e o f -

f e r s q u a l i t a t i v e s e r v i c e g u a r a n t e e s , t h e G u a r a n t e e d S e r v i c e

g i v e s n o t o n l y