The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

Novel Bandwidth Scheduling Algorithm for DOCSIS 3.0 Based Multiple Upstream Channels

DOCSIS 3.0 기반의 다중 상향 채널 환경에서 새로운 대역 스케줄링 알고리즘 제안

  • 정준영 (한국전자통신연구원(ETRI) 방송통신융합연구부문 방송시스템연구부) ;
  • 안재민 (충남대학교 전기정보통신공학부 정보통신공학과)
  • Published : 2009.11.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, we propose an novel bandwidth scheduling algorithm for the MAC protocol employed by the Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) 3.0 compliant cable networks. The proposed algorithm statistically improves the chances of request piggybacking to minimize the access delay. It utilizes the piggyback request feature of the segment packets that has been newly specified in DCOSIS 3.0. In DOCSIS 3.0, a bandwidth request can be granted to several upstream channels within an upstream bonding group. The grant on each individual channel is treated as a segment packet. We find the optimal segment placement to minimize the access delay in the proposed algorithm. We also use a self-similar traffic model for simulation and analysis to evaluate the performance of the proposed algorithm.

본 논문은 DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications) 3.0 기반의 다중 상향 채널 케이블 네트워크에서 효과적인 채널 자원 운용을 위한 새로운 대역 할당 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 상향 데이터 프레임의 평균 접근 지연 시간(Access Delay)을 줄이기 위해 피기백 대역 요청 기회를 통계적으로 향상시킨다. 이는 DOCSIS 3.0 규격에서 새롭게 규정된 다중 채널로 전송되는 세그먼트 프레임들의 피기백 대역 요청 특성을 이용한다. DOCSIS 3.0 규격에서는 하나의 대역 요청에 대해 다수개의 상향 채널로 대역이 분산되어 할당될 수 있다. 각각의 채널로 분산되어 할당된 대역은 전송 시 하나의 세그먼트 프레임으로 다루어진다. 제안된 알고리즘은 다중 채널로 전송되는 세그먼트 프레임의 배치를 최적화하여 피기백 대역 요청 확률을 높이고 접근 지연 시간을 최소화한다. 제안된 알고리즘의 성능 평가는 Self-similar 트래픽 모델을 적용하여 이론적 분석 및 모의시험을 통해 이루어진다.

Keywords

References

  1. CM-SP-MULPIv3.0-I08-090121, 'DOCSIS 3.0 MAC and Upper Layer Protocols Interface Specification,' Cable Television Laboratories, Inc., Jan. 21, 2009
  2. Wanjiun Liao, Huei-Jiun Ju, 'Adaptive slot allocation in DOCSIS-based CATV networks,' Multimedia, IEEE Transactions on Vol. 6, Issue 3, June 2004 Page(s):479 - 488 https://doi.org/10.1109/TMM.2004.827498
  3. Hawa M., Petr, D.W., 'Quality of Service Scheduling in Cable and Broadband Wireless Access System,' Quality of Sevice, 2002. 19-th IEEE International Workshop on, May 2002, Page(s):247 - 255 https://doi.org/10.1109/IWQoS.2002.1006593
  4. Wen-Kuang Kuo, Kumar, S., Kuo, C.-C.J., 'Dynamic collision resolution and traffic scheduling for DOCSIS systems with QoS support,' GLOBECOM '03. IEEE, Vol. 7, 1-5 Dec. 2003 Page(s):3894 - 3898 vol.7 https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2003.1258960
  5. CM-SP-PHYv3.0-I08-090121, 'DOCSIS 3.0 Physical Layer Specification,' Cable Television Laboratories, Inc., Jan. 21, 2009
  6. Al-Khatib, W., Rajeswari, A., Gunavathi, K., 'Bandwidth Allocation Algorithm for DOCSIS Based HFC Broadband Networks,' Signal Processing, Communications and Networking, 2007. ICSCN '07. International Conference on 22-24 Feb. 2007, Page(s):452 - 458 https://doi.org/10.1109/ICSCN.2007.350780
  7. Bushmitch, D., Mukherjee, S., Narayanan, S., Ratty, M., Qun Shi, 'Supporting MPEG video transport on DOCSIS-compliant cable networks,' Selected Areas in Communications, IEEE Journal on Vol. 18, Issue 9, Sept. 2000, Page(s):1581 - 1596 https://doi.org/10.1109/49.872948
  8. W. Willinger, M. S. Taqqu, R. Sherman, D. V. Wilson, 'Self-similarity through high variability: Statistical analysis of ethernet LAN traffic at the source level,' IEEE/ACM Transactions, Networking, Vol. 5, Feb. 1997, Page(s): 71 - 86 https://doi.org/10.1109/90.554723
  9. V. Paxson, S. Floyd, 'Wide area traffic: The failure of Poisson modeling,' IEEE/ACM Transactions, Networking, Vol. 3, Jun. 1995, Page(s): 216-224 https://doi.org/10.1109/90.392383
  10. J. Limb, 'Performance evaluation process for MAC protocols,' IEEE 802.14 Working Group Meet., May 1996, contract IEEE802.14-96/083R2