Un algoritmo de control de flujo para redes de computadoras de alta velocidad

A flow control algorithm for high-speed computer networks

Desarrollar un algoritmo de control de flujo eficaz para evitar la congestión es un tema candente en la sociedad de redes de computadoras. Este artículo ofrece en principio un modelo matemático para una red general y luego se propone la teoría de control discreto como la herramienta clave para el diseño de un nuevo algoritmo de control de flujo para evitar la congestión en una red de alta velocidad; el algoritmo propuesto asegura la estabilidad del sistema de red. Los resultados de simulación muestran que el método propuesto puede ajustar la tasa de envío y el nivel de la cola en buffer de forma rápida y efectiva. El método es fácil de implementar y aplicar en una red de computadoras de alta velocidad.

INTRODUCCIÓN

Las redes de computadoras de alta velocidad son generalmente redes troncales de almacenamiento y retransmisión que conmutan nodos y enlaces de comunicación sobre una determinada topología, donde todos los nodos y enlaces se caracterizan por tener sus propias capacidades para almacenar y transmitir paquetes, respectivamente. Un nodo que sobrepasa su capacidad de almacenamiento, debido a la saturación de sus procesadores o a la de uno o más de sus enlaces salientes, se le llama congestionado. Así, algunos de los paquetes que llegan a un nodo congestionado pueden no ser aceptados y deberán de ser retransmitidos en una instancia posterior, hecho que irremediablemente conduce al deterioro del rendimiento de la red y, en el peor escenario, al colapso de la misma. Por lo tanto el control de congestión es un problema importante que surge de la gestión de las redes; un esquema de control de flujo puede ajustar la tasa de envío de paquetes en el nodo de origen para evitar la congestión; por ello un esquema de control de flujo adecuado constituye una forma directa de actuar sobre su rendimiento.

Muchos sistemas complejos, como es el caso de las redes de computadoras de alta velocidad, son factibles de ser analizados por la teoría clásica de control. Por esto, una cantidad más creciente de investigaciones se dedican a fusionar la teoría de control con la de control de flujos. Así, la primera aplicación de la teoría de control, al control de flujos apareció en las redes ATM. En 1-4, entre 1992 y 2000, se propone el uso del control de tráfico basado en ABR. En estos esquemas si la longitud de cola en un conmutador es mayor que un umbral de aceptación, se establece un dígito binario en la célula de control de admisión. Sin embargo, todos ellos sufren serios problemas de estabilidad al exhibir una dinámica oscilatoria y requerir una gran cantidad de búfer para evitar la pérdida de células. De esta forma los algoritmos de tasa explícita son ampliamente considerados e investigados; 5 expone un valioso compendio al respecto. La mayoría de los esquemas de tasa explícita son carentes en el diseño del control retroalimentado de: 1) El análisis de la dinámica de la red en lazo cerrado, y 2) La interacción con el tráfico VBR. En 4 se propone un algoritmo de tasa explícita que calcula las tasas de entrada dividiendo el ancho de banda disponible por las conexiones activas. En 6 el problema de diseño del control se plantea como un problema estándar de rechazo de perturbaciones, donde el ancho de banda disponible actúa como perturbación para el sistema.