ELEKTRO INDONESIA -

Nomor 34, Tahun VI, November 2000

TELEKOMUNIKASI

Perkembangan Mekanisme Flow Control pada Layanan Available Bit Rate

Energi
Elektronika
Instrumentasi
Tutorial

Jaringan ATM menyediakan sejumlah kelas layanan antara lain Cosntant Bit Rate (CBR), Variable Bit Rate (VBR) dan Available Bit Rate (ABR). CBR dan VBR merupakan layanan yang mempunyai prioritas tinggi dan memperoleh jaminan sejumlah bandwidth yang dapat digunakan. Sedangkan ABR menggunakan bandwidth yang tersisa setelah digunakan oleh CBR dan VBR.

Meskipun ABR menggunakan bandwidth yang tersisa, namun ABR tetap mensyaratkan adanya jaminan layanan yang dinyatakan dalam MCR (Minimum Cell Rate) dan PCR (Peak Cell Rate). Pada setiap saat sumber ABR dijamin dapat mengirimkan cell dengan batas rate di dalam rentang kedua nilai ini. Selain itu disyaratkan juga adanya penggunaan bandwidth yang adil (fair) diantara seluruh layanan ABR dalam jaringan.

Untuk menyelenggarakan layanan di atas diperlukan sebuah mekanisme flow control yang bertujuan untuk (1) mengendalikan agar ABR dapat menggunakan bandwidth yang tersedia secara fair (2) mencegah terjadinya kongesti yang terjadi bila jumlah cell yang ditransmisikan ke dalam jaringan lebih banyak daripada yang dapat dilayani.

Mekanisme flow control mengalami tahap pengembangan dan penyempurnaan yang cukup panjang sebelum akhirnya distandarkan oleh ATM Forum dalam Traffic Mangement Spesification 4.0 tahun 1996.

Pada awalnya ada dua pendekatan flow control yaitu "rate based" dan "credit based". Pada rate based, jaringan ATM mengirimkan informasi feedback ke source besarnya kecepatan/ bit rate yang diijinkan untuk sumber. Sedangkan pada credit based, di antara elemen-elemen jaringan (switch dan end station) dilakukan pertukaran informasi mengenai ketersediaan buffer pada tiap link di jaringan, dengan demikian sumber dapat menyesuaikan rate pengirimannya dengan buffer yang tersedia. Selanjutnya pada makalah ini hanya akan dibahas perkembangan dalam mekanisme flow control dengan pendekatan rate based.

Ide pengendalian aliran berbasis rate pertama-tama meniru standar ANSI Frame Relay. Pada header dari paket Frame Relay terdapat dua bit yang digunakan oleh jaringan untuk memberi indikasi kongesti, namun informasi ini tidak secara langsung digunakan untuk mengubah kecepatan aliran. Algoritma Ramakrishnan-Jain yang digunakan pada protokol DECnet menggunakan bit ini untuk melakukan
pengubahan ukuran window.

Model Newman

Metode pengendalian aliran berbasis rate untuk ATM pertama kali diperkenalkan oleh Newman (dari Network Equipment Technologies). Pada model Newman ini, titik yang mengalami kongesti di jaringan secara periodik membangkitkan pesan kongesti dalam arah balik (backward) dalam bentuk Resource Management cell. Jika sumber trafik menerima pesan kongesti ini, maka sumber akan menurunkan rate pengiriman dengan besaran yang proporsional dengan rate saat itu. Jika sumber tidak menerima apapun maka sumber diijinkan untuk meningkatkan rate pengiriman juga secara proporsional dengan rate saat itu. Model ini sederhana karena membangkitkan RM cell hanya bila terjadi kongesti.

Gambar 1. format RM Cell

Model dirancang untuk digunakan pada LAN dan tidak dicoba lebih lanjut untuk digunakan pada WAN.

Model EFCI

Metode berbasis rate kedua yang diusulkan dalam ATM Forum disampaikan oleh Hluchyc dan Yin (dari Motorola). Pada metode ini digunakan Explicit Forward Congestion Indication (EFCI) sebuah kode pada header dari data cell. EFCI berupa indikator berukuran 1 bit yang menunjukkan terjadinya kongesti, dan arahnya bergerak maju dalam hubungan tersebut. Terminal tujuan secara rutin akan memeriksa apakah ada indikasi EFCI dalam cell data yang diterima. Jika ada indikasi EFCI maka tujuan akan mengembalikan RM cell ke sumber, menginformasikan bahwa terjadi kongesti dan sumber diminta untuk menurunkan kecepatan pengiriman dengan angka peningkatan yang besarnya tetap (secara linear).

Bila dalam jangka waktu yang sama, sumber tidak menerima RM cell maka sumber otomatis boleh menaikkan kecepatan pengirimannya, proporsional terhadap rate pada saat itu. Dengan demikian digunakan negative feedback yaitu secara default sumber akan menaikkan rate pengiriman kecuali jika sumber menerima feedback yang memerintahkan untuk menurunkan rate pengiriman. Metode ini dirancang untuk dapat dipakai baik di LAN maupun WAN.

Kelemahan dari metode ini adalah adanya penggunaan bandwith yang cukup besar untuk pengiriman feedback, karena BRM cell dibangkitkan terus menerus selama terjadinya kongesti. Selain itu pada tiap port switch seluruh koneksi diperlakukan secara sama tidak memperhatikan kecepatan pengiriman dari masing-masing hubungan, akibatnya menyimpang dari max-min fairness.

Model Proportional Rate Control Algorithm (PRCA)

Barnhart (dari Hughes Network Systems) memperkenalkan Proportional Rate Control Algorithm (PRCA) yang pada dasarnya sama dengan model EFCI namun mempunyai dua perbedaan, yaitu:
1. Menggunakan positive feedback, artinya bila tidak menerima RM cell maka sumber secara otomatis menurunkan kecepatan pengiriman sedangkan bila menerima RM cell maka sumber akan menaikkan rate pengiriman.
2. Membatasi alokasi bandwidth yang digunakan untuk pengiriman feedback ke sumber sehingga proporsional dengan rate sumber. Dengan demikian trafik tambahan yang muncul karena adanya RM cell dapat dihitung sebagai perbandingan yang tetap terhadap total trafik.
Karena secar default rate sumber diturunkan, maka bila terjadi kongesti (EFCI=1) tujuan tidak perlu mengirimkan feedback. Feedback akan dikirimkan setiap tujuan telah menerima data cell yang ke -Nrm dan hanya bila cell ini tidak membawa indikasi kongesti artinya EFCI=0. Bila terjadi kongesti (EFCI=1) maka tujuan tidak akan membangkitkan BRM cell.

Metode PRCA mengandung sejumlah masalah:
1. Adalah tidak konsisten dengan metode EFCI yang asli karena seluruh cell dibangkitkan dengan EFCI = 0.
2. Peningkatan rate sumber tidak linier, tapi eksponensial. Misal sumber menerima BRM cell secara periodik, maka rate setiap kali menerima RM cell rate dinaikkan. Karena cell rate naik, dan Nrm tetap, maka periode penerimaan BRM cell yg berikut selalu lebih singkat daripada periode yg saat ini. Akibatnya peningkatan rate dilakukan makin lama makin sering.
3. Koneksi dengan jarak yang lebih pendek menyebabkan delay feedback lebih singkat sehingga lebih cepat memperoleh peningkatan rate.

PRCA menggunakan algoritma use-it or-lose-it dimana rate yang diijinkan untuk sumber akan diturunkan jika tidak dipakai. PRCA menggunakan konsep ICR (Initial Cell Rate) yaitu rate yang digunakan oleh sumber pada saat awal hubungan.

Model Explicit Rate

Model ini dikembangkan oleh Adams (British Telecom Lab.), Charny dan Jain (Digital Equipment Corp. & OSU), Lyles (Xerox) dan Roberts (ATM Systems).

Jaringan secara eksplisit memberitahu sumber rate pengiriman yang diijinkan. Dalam kondisi tertentu metode ini memungkinkan sumber untuk beradaptasi lebih cepat dan mengurangi terjadinya osilasi. Di lain sisi, jaringan melakukan traffic policing, karena harus menghitung secara eksplisit berapa kecepatan yang diberikan untuk satu hubungan. Implementasi metode ini dilakukan dengan:
a. Sumber secara teratur membangkitkan RM cell, yang field ER nya diisi dengan PCR yang diinginkan.
b. Setiap switch yang dilalui akan menurunkan ER, bila nilainya lebih tinggi daripada yang dapat didukung oleh switch tersebut.
c. Terminal tujuan akan mengirimkan RM cell ini kembali ke sumber.

Model Enhanced Proportional Rate Control Algorithm (EPRCA)

Fedorkow (Light Stream) dan A. Jain (Bell Atlantic) mencoba mengkombinasikan metode PRCA dengan Explicit Rate yang kemudian menjadi Enhanced Proportional Rate Control Algorithm (EPRCA).
a) Seluruh data cell dikirimkan dengan EFCI=0, yang dapat diubah oleh switch bila terjadi kongesti menjadi EFCI=1.
b) Sumber membangkitkan satu RM cell setiap kali telah mengirimkan sejumlah Nrm cell data, dengan CI=0 (tidak ada kongesti).
c) Jika tujuan menerima data cell dengan EFCI=1 maka RM cell yang diterima akan dikembalikan dengan CI=1 (terjadi kongesti).
d) Dalam perjalanan kembali ke sumber, switch (bila mampu) dapat saja mengubah CI=0 menjadi Ci=1 jika terjadi kongesti.
e) Sumber secara default akan menurunkan rate pengiriman dan dapat menaikkan rate pengiriman hanya jika menerima RM cell dengan CI=0.

Intelligent Marking

Pada metode EFCI, titik yang mengalami kongesti akan mengaktifkan indikasi EFCI untuk seluruh hubungan, tanpa memperhatikan ratenya pada saat itu, hal ini tidaklah fair. Untuk mengendalikan hubungan secara lebih fair dan selektif, setiap node dapat juga menggunakan informasi mengenai rate saat ini dari setiap koneksi. Ide awal dari field ACR, dalam pendekatan intelligent marking adalah untuk memungkinkan setiap node untuk membuat perkiraan rate yang tepat untuk setiap hubungan tanpa per-VC accounting. Sebuah node dapat menggunakan sebuah parameter yaitu Modified ACR (MACR) yang merupakan perkiraan dari fair share dari bandwidth yang tersedia untuk setiap koneksi. Nilai ini dihitung sebagai nilai ACR rata-rata untuk seluruh hubungan ABR. Pada saat sebuah node menerima RM cell, node akan mengupdate perkiraan MACR dengan nilai ACR yang baru. Sumber dengan ACR lebih besar daripada MACR secara selektif menurunkan ratenya.

Fair share dari bandwidth dihitung secara terpisah menggunakan metode OSU (Ohio State University). Node akan menghitung fair share dari bandwidth perkoneksi dengan cara membagi target rate dengan jumlah koneksi. Node juga menghitung rata-rata total input rate selama interval waktu (dinormalisasi dengan target rate) untuk menghitung load factor z. Sumber dengan rate lebih besar daripada fair share, ratenya diturunkan dengan sebuah multiplikatif faktor yang nilainya bergantung pada load factor z. Sedangkan sumber dengan rate lebihkecil daripada fair share akan menaikkan ratenya dengan faktor muliplikatif lainnya yang bergantung pada z.

Spesifikasi yang distandarkan

Spesifikasi yang distandarkan oleh ATM Forum dalam Traffic Management Ver 4.0 dan dipakai saat ini secara umum didasarkan pada metode EPRCA dengan sejumlah perubahan.

Dalam spesifikasi ini telah didefinisikan seluruh fungsi flow control termasuk berbagai parameter yang digunakan secara lengkap. Demikian pula perilaku dari source end system, destination end system dan switch telah dijabarkan secara rinci.

Tabel di atas memperlihatkan parameter-parameter yang digunakan untuk prosedur pengendalian trafik dalam koneksi ABR. Sejumlah parameter dinegosiasikan dalam proses pembentukan hubungan seperti FRTT, ICR, MCR, Mrm, PCR, RDF, RIF dan TBE. Parameter ADTF, CDF, Nrm dan Trm dapat dinegosiasikan (optional) dan parameter Crm dihitung dari TBE/Nrm.

Perilaku source end system mencakup tiga fungsi yaitu:
1. penyesuaian rate pengiriman
2. pembangkitan FRM cell
3. pembalikan FRM menjadi BRM cell
Perbedaan utama dengan EPRCA adalah bahwa sumber tidak secara kontinyu menurunkan ACR diantara BRM cell. Sebaliknya sumber mempertahankan ratenya diantara BRM cell dan sebuah mekanisme ditambahkan untuk mem-back off sumber ketika terjadi kongesti yang menyebabkan hilangnya RM cell. Jika sumber telah mengirimkan sejumlah Crm FRM cell tanpa menerima BRM cell, sumber menurunkan ACR dengan faktor CDF. Jika waktu diantara FRM cell berlebih, rate sumber diturunkan ke ICR.

Fungsi utama dari destination end system adalah mengembalikan setiap FRM cell kembali ke sumber sebagai BRM cell. Dimungkinkan juga untuk membangkitkan BRM cell meskipun tidak menerima FRM cell (misalnya jika FRM cell hilang). Pada hubungan dua arah setiap node berperan baik sebagai source maupun destination end system.

Switch dapat bekerja pada mode EFCI atau ER (sama dengan pada EPRCA). Sebagai tambahan dimungkinkan untuk membangkitkan BRM cell dalam bentuk BECN untuk menghasilkan respons yang cepat.

Penutup

Perkembangan dan penyempurnaan mekanisme flow control pada layanan ABR pada akhirnya telah menghasilkan metode yang (untuk sementara) dianggap terbaik dan distandarkan. Meski demikian tidak tertutup kemungkinan bahwa masih akan dikembangkan metode-metode lain untuk lebih memperbaiki lagi apa yang sudah ada.

Ada beberapa permasalahan yang terbuka untuk menjadi bahan studi lebih lanjut, di antaranya adalah:
1. Masalah policing dan hubungannya dengan mekanisme feedback yang digunakan pada flow control.
2. Kompleksitas mekanisme UPC dalam hubungannya dengan mekanisme feedback yang dipakai.
3. Mekanisme feedback pada hubungan point-to-multipoint
4. Performansi khususnya yang berhubungan dengan fairness.

Daftar Pustaka

ATM Forum, "Traffic Management Specification ver. 4.0", May 1996.
F. Bonomi & K.W. Fendick, "The Rate Based Flow Control Framework for the Available Bit Rate ATM Service", IEEE Network, March-April 1995.
K.K Ramakrishnan & Peter Newman, "ATM Flow Control: Inside the Great Debate", Data Communications, January 1995.
T.M. Chen, S.S. Liu & V. Samalam, "The ABR Service for Data in ATM Networks", IEEE Communications Magazine, May 1996.

oleh: B. Harjo Baskoro