KR20090100868A - 복수의 링크를 포함하는 네트워크 분석 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크를 분석하는 방법에 관한 것으로, 복수의 링크를 포함하는 네트워크를 분석하는 방법은 두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링하는 단계와, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석하는 단계를 포함한다. 또한, 분석결과를 이용하여 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하고, 구해진 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행함으로써, 보다 정확한 시간동기화가 가능하다.

비대칭 네트워크, 복수의 링크, 시간 동기화

Description

복수의 링크를 포함하는 네트워크 분석 방법 및 장치{Method and apparatμs for analyzing network which includes a plurarity of links}

본 발명은 네트워크 분석 방법에 관한 것으로, 특히 복수의 링크를 포함하는 네트워크를 분석하는 방법에 관련된다.

건물 안의 펨토셀(femto cell) 기기국과 건물 밖의 와이브로(Wibro) 기지국이 복수의 링크를 통해 상호 연결되어 네트워크를 형성할 수 있다. 이 경우 펨토셀 기지국과 와이브로 기지국은 서로 시간동기화 되어야 한다. 예를 들어, 펨토셀 기지국을 통해 건물 안에서 통화를 하던 사용자가 건물 밖으로 이동하여 와이브로 기지국으로 핸드오버(handover) 되는 경우, 시간 동기가 맞지 않는다면 통화 품질이 매우 나빠질 수 있다. 따라서, 펨토셀 기지국은 와이브로 기지국과 동기화된 정확한 시간 정보를 가질 필요가 있다.

이를 위해 펨토셀 기지국이 GPS 수신기를 장착할 수 있다. 그러나, 건물 안이기 때문에 GPS 수신이 안되는 경우가 빈번히 발생하고, GPS 수신기를 장착하기 위해 추가 비용이 발생한다.

다른 방법으로서 GPS 수신기를 장착한 다른 기지국, 예를 들면 마스터 노드 로부터 정확한 시간 정보를 가져오는 방법이 있다. 즉, 펨토셀 기지국이 마스터 노드에 패킷을 전송하고, 마스터 노드가 이를 받아서 다시 펨토셀 기지국에 보내주는 데 걸린 시간을 왕복지연시간(round-trip delay)라고 하며, 이 시간을 반으로 나누어 펨토셀 기지국과 마스터 노드 사이에 시간차를 구하는 방식이다. 그러나, 이러한 방법은 ADSL 망과 같이 업로드 속도와 다운로드 속도가 다른 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크의 경우 적용할 수 없다.

본 발명은 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크를 분석하는 방법과 이를 이용하여 효율적으로 시간동기화를 수행할 수 있는 방법을 제안한다.

본 발명의 일 양상에 따른, 복수의 링크를 포함하는 네트워크를 분석하는 방법은, 두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링하는 단계와, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석하는 단계를 포함한다.

이때, 복수의 링크 각각에 대하여 발생할 수 있는 패킷 간격을 미리 계산한 룩업테이블을 이용하여, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 해석하여 네트워크에 포함된 복수의 링크를 찾아낼 수 있으며, 룩업테이블은, 각 링크의 속도에 따라, 연속된 두 개의 패킷에 대하여 계산된 패킷 간격과, 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 저장할 수 있다.

상기 분석하는 단계는, 샘플링된 패킷 간격의 빈도수를 기준으로 샘플링된 패킷 간격의 분포를 파악하는 단계와, 상대적으로 높은 빈도수를 가지는 패킷 간격 의 돌출구간을 적어도 하나 검출하는 단계와, 검출된 적어도 하나의 돌출구간을 이용하여 네트워크에 포함된 각 링크를 찾아내는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 양상에 따른, 복수의 링크를 포함하는 네트워크의 시간 동기화 방법은, 두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링하는 단계와, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석하는 단계와, 분석된 복수의 링크 구성을 기초로 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하는 단계와, 구해진 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 양상에 따른, 복수의 링크를 포함하는 네트워크 분석 장치는, 두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링하는 샘플링부와, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석하는 링크 분석부를 포함한다. 또한, 분석된 복수의 링크 구성을 기초로 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하고, 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행하는 동기화부를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러 므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 링크를 포함하는 네트워크의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 네트워크는 슬래이브 노드(1)와 마스터 노드(2)를 포함한다. 슬래이브 노드(1)는 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크를 분석하고, 이를 이용하여 효율적으로 시간동기화를 수행하는 네트워크 분석장치(10)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 네트워크는 복수의 중간 노드(3)들로 구성되는 복수의 링크를 포함한다. 여기서 각 중간노드(3)들은 스위치 또는 라우터일 수 있으며, 각 링크들은 다양한 링크 속도를 가진다. 특히, ADSL 망과 같이 업로드 속도와 다운로드 속도가 다른 비대칭 네트워크(asymmetric network)가 존재하며, 이런 경우 마스터 노드로 패킷을 전송하는데 걸리는 시간과 마스터 노드로부터 패킷을 수신하는데 걸리는 시간이 서로 다르다.

따라서, 정확한 시간 동기화를 위하여 슬래이브 노드로부터 마스터 노드에 이르는 업링크와, 마스터 노드로부터 슬래이브 노드에 이르는 다운링크 각각을 구성하는 중간 링크들의 링크 속도를 분석할 필요가 있다. 분석결과를 이용하면 왕복지연시간이 업링크와 다운링크 사이에 어떤 비율로 나뉘는지를 알 수 있으며, 이를 이용하여 보다 정확한 시간 동기화가 가능하다.

이하에서는, 본 발명에 따라 패킷 간격의 분포를 이용하여 네트워크를 분석 하는 방법과 이를 이용한 시간 동기화 방법을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 네트워크 분석장치(10)는 패킷간격 샘플링부(101), 링크 분석부(103), 룩업테이블(105)을 포함한다. 또한, 네트워크 분석장치(10)는 시간동기화부(107)를 더 포함할 수 있다.

패킷간격 샘플링부(101)는, 두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 패킷 간의 패킷간격을 샘플링한다.

링크 분석부(103)는, 패킷간격 샘플링부(101)에서 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석한다. 링크 분석부(103)는 복수의 링크 각각에 대하여 발생할 수 있는 패킷 간격을 미리 계산한 룩업테이블을 이용하여, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 해석하여 네트워크에 포함된 복수의 링크를 찾아낸다.

룩업테이블(105)은, 각 링크의 속도에 따라 연속된 두 개의 패킷에 대하여 계산된 패킷 간격과, 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 저장한다.

시간동기화부(107)는, 링크 분석부(103)를 통해 분석된 복수의 링크 구성을 기초로 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하고, 구해진 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 패킷 간격의 분포를 이용하여 네트워크를 분석하기 위하여, 먼저 복수의 링크를 포함하는 네트워크에서 두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 슬래이브 노드(1)에서 수신되는 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링한다(S500).

샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석한다(S510). 이때, 복수의 링크 각각에 대하여 발생할 수 있는 패킷 간격을 미리 계산한 룩업테이블을 이용하여, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 해석하여 네트워크에 포함된 복수의 링크를 찾아낼 수 있으며, 룩업테이블은, 각 링크의 속도에 따라, 연속된 두 개의 패킷에 대하여 계산된 패킷 간격과, 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 저장할 수 있다. 이에 따라, 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크에서 패킷 간격을 이용하여 네트워크를 구성하는 각 링크를 분석할 수 있다.

한편, 비대칭 네트워크의 시간 동기화를 수행하기 위하여, 전술한 네트워크 분석 결과를 이용할 수 있다. 즉, 분석된 복수의 링크 구성을 기초로 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하고(S520), 구해진 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행한다(S530). 이에 따라 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크에서 각 링크 분석결과를 기초로 업링크와 다운링크간 비대칭 비율을 구하고 그 결과를 이용하여 보다 정확한 시간동기화가 가능하다.

한편, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석방법의 상세 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 패킷 간격을 샘플링하는 방법(S500)이 상세히 도시된다. 먼저, 슬래이브 노드(1)가 마스터 노드(2)로 두개의 패킷을 지연없이 연이어 전송한다(S501). 패킷을 수신한 마스터 노드(2)는 수신된 패킷에 도착시간(arrival time)을 기록하고(S502), 도착시간이 기록된 두 개의 패킷을 슬래이브 노드(1)로 연이어 전송한다(S503). 패킷을 수신한 슬래이브 노드(1)는 패킷에 기록된 도착시간을 이용하여 패킷 간격을 샘플링한다(S504). 이러한 샘플링 과정(S501 내지 S504)을 미리 정해진 샘플링 횟수만큼 반복한다(S505).

도 5를 참조하면, 샘플링한 패킷 간격을 이용하여 네트워크를 분석하는 방법(S510)이 상세히 도시된다. 먼저, S500 단계에서 샘플링된 패킷 간격의 빈도수를 기준으로 샘플링된 패킷 간격의 분포를 파악한다(S511). 샘플링된 패킷 간격의 히스토그램을 작성하는 것이 일 예이다. 후술하는 바와 같이 샘플링된 패킷 간격은 상대적으로 주변 패킷 간격보다 높은 빈도수를 가지는 패킷 간격의 돌출구간(spur)을 적어도 하나 이상 가지게 된다. 미리 저장된 룩업테이블을 참조하여 샘플링된 패킷 간격의 분포로부터 각 링크의 특성을 나타내는 패킷 간격의 돌출구간(spur)을 검색한다(S512). 이제 검색된 패킷 간격의 돌출구간의 특성을 이용하여 업링크와 다운링크 각각의 구성을 알아낸다(S513).

이하에서는 샘플링한 패킷 간격을 이용하여 네트워크 구성을 찾아내는 구체적인 알고리즘의 일 실시예를 살펴본다. 본 발명의 일 실시예에서는 복수의 링크를 포함하는 네트워크에서 중간에 어떤 링크들이 존재하는지 있는지 파악하기 위해 두 개의 패킷간의 패킷 간격(packet interval)을 이용한다.

예를 들어 100Mb/s의 속도를 가지는 링크를 통해 64 바이트 패킷을 전송하는데 64μs가 걸린다고 하자. 송신측에서 최대한 두 패킷을 연속하여 전송하여도 두 패킷의 간격은 64μs가 된다. 그러나, 만약 10배 속도가 빠른 1Gb/s 링크를 통해 전송하는 경우라면 6.4μs라는 시간이 걸리게 된다. 즉, 링크 속도와 지연 시간에 관한 이러한 성질을 이용하면, 수신측에서 최소 패킷 간격을 이용해서 링크의 속도를 구분할 수 있게 된다.

한편, 송신측에서 최대한 두 패킷을 연속하여 전송하더라도 복수의 링크를 거치다 보면 중간에 끼어드는 간섭 패킷(interfering packet)들이 발생된다.

본 발명의 일 실시예에서는 링크 속도에 따른 최소 패킷 간격의 차이와, 간섭 패킷들에 의해 발생하는 패킷 간격의 차이들을 복합적으로 고려하여 복수의 링크가 포함된 비대칭 네트워크의 구성을 분석하는 방법을 제안한다.

나아가, 네트워크 분석 결과를 이용하여 업링크와 다운링크의 지연시간을 각각 예측하고, 업링크와 다운링크 간의 지연 비대칭(delay asymmetry) 비율을 파악한 후, 이를 통해 정확한 시간 동기화를 수행하는 시간동기화 방법을 제안한다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석방법을 설명하기 위한 참고도이다.

도 6은 링크 속도에 따라 발생하는 지연시간의 차이를 보여준다.

도 6을 참조하면, 3개의 링크를 거쳐 패킷을 전송하는 예가 도시된다. 링크 A, 링크 B, 및 링크 C가 각각 100Mb/s, 25Mb/s, 100Mb/s의 속도를 가지며, 링크 A에서 링크 C로 패킷을 전송하는 경우를 예로 든다.

먼저, 링크 A에서 링크 B로 패킷을 전달하는 경우를 살펴본다. 링크 A는 링크 B에 비하여 단위시간당 4배 더 많은 패킷을 전송할 수 있다. 링크 A에서 링크 B로 패킷이 전달될 때 스위치나 라우터와 같은 중간노드를 거치게 된다. 중간노드에서는 패킷이 끝까지 들어올 때까지 기다렸다가 다 들어오면 패킷을 링크 B로 전송한다. 이러한 스위치를 저장 전달 교환 방식(store and forward switching) 스위치라고 한다. 이러한 저장 전달 교환 방식의 특성에 따라 링크의 속도에 따라 지연시간에 차이가 발생하게 되는 것이다.

다음으로, 링크 B에서 링크 C로 패킷을 전송하는 경우를 살펴본다. 링크 B는 링크 C에 비하여 단위 패킷을 다 받을 때까지 4배 더 긴 시간이 걸리게 된다. 즉, 지연시간이 4배로 증가한다. 링크 B가 패킷을 다 받기 전에 패킷을 링크 C로 보내면 중간에 패킷이 끊겨 버리는 경우가 발생하므로, 저장 전달 교환 방식으로 패킷을 처리하게 되기 때문이다.

물론 링크 A에서 링크 B로 패킷을 전달하는 경우 저장 전달 교환 방식을 사용하지 않을 수도 있으나, 실질적으로 망에 있는 스위치는 거의 모두가 저장 전달 교환 방식을 사용한다. 이러한 저장 전달 교환 방식의 특성에 따라 링크 속도가 지연시간의 크기에 영향을 주게 된다. 따라서, 링크 속도의 비대칭이 왕복지연시간(round-trip delay)의 비대칭으로 전환되는 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 링크 속도의 비대칭이 왕복지연시간의 비대칭으로 전환되는 성질을 이용하여, 패킷 간격을 샘플링하고 이로부터 네트워크에 포함된 복수의 링크를 찾아낸다.

도 7은 간섭 패킷들에 의해 발생하는 패킷 간격의 차이를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 패킷이 여러 개의 노드를 거쳐가면서 다른 패킷의 영향을 받게 되는 경우가 예시되어 있다. 처음에 두 개의 패킷을 연속하여 전송하는 경우라도 복수의 노드를 거치면서 중간에 끼어드는 패킷, 즉 간섭 패킷이 생기게 된다. 예를 들어 두 대의 차가 연이어 출발한 경우라도 교차로를 몇 개 지나면 두 대의 차 사이에 여러 대의 차들이 끼어들게 되는 경우와 마찬가지 원리이다.

다만, 차의 경우에는 그 길이가 정해져 있지만 패킷은 링크 속도에 따라 그 길이가 달라진다. 100Mb/s에서 64의 길이였던 것이 10Mb/s에서는 그 패킷 길이가 열 배로 늘어나서 640이 된다. 만약 10Mb/s 링크에서 패킷이 끼어들었다면 패킷 간 거리가 640 만큼 늘어나지만, 만약 100Mb/s에서 한 패킷이 끼어들었다면 패킷 간 거리가 64만큼 늘어나게 된다. 이와 같이 패킷은 링크 속도에 따라 그 길이가 달라지며, 중간에 끼어드는 간섭 패킷의 경우도 링크 속도에 따라 그 길이가 달라진다. 이런 현상을 관찰하면 중간에 어떤 링크들을 거쳐 패킷이 전송되었는지 파악할 수 있다.

다시 도 7을 참조하면, Case A는 간섭 패킷이 없는 최소 패킷 간격을 나타낸다. 100Mb/s 링크에서 처음 패킷 간격이 1이며, 25Mb/s 링크에서는 패킷 간격이 4로 늘어나게 된다. 예외상황은 있지만, 한번 늘어난 패킷 간격은 다시 50Mb/s 링크나 100Mb/s 링크로 가더라도 다시 줄어들지 않는다.

Case B는 25Mb/s 링크에서 간섭 패킷이 발생한 경우이다. 간섭 패킷의 길이 4만큼 패킷 간격이 더 늘게 되므로 패킷 간격이 8이 된다. 간섭 패킷의 수가 더 늘어나면 8, 12, 16, ...과 같은 패턴으로 패킷 간격이 늘어나게 된다.

Case C는 50Mb/s 링크에서 간섭 패킷이 발생한 경우이다. 간섭 패킷의 길이 2만큼 패킷 간격이 더 늘게 되어 패킷 간격이 6이 된다. 간섭 패킷의 수가 더 늘어나면 6, 8, 10, 12, ... 와 같은 패턴으로 패킷 간격이 늘어나게 된다.

Case D는 100Mb/s 링크에서 간섭 패킷이 발생한 경우이다. 간섭 패킷의 길이 1만큼 패킷 간격이 더 늘게 되어 패킷 간격이 5가 된다. 간섭 패킷의 수가 더 늘어나면 5,6,7,8, ... 과 같은 패턴으로 패킷 간격이 늘어나게 된다.

보통 패킷이 전송되는 동안 많아야 1개 내지 3개 정도의 간섭 패킷이 끼어들게 되므로, 패킷 간격의 분포를 분석하면 거꾸로 중간에 어떤 링크들이 존재하는지를 분석할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 간섭 패킷이 없는 최소 패킷 간격과, 간섭 패킷이 1, 2, 3,...과 같이 늘게 되는 경우의 패킷 간격을 분석하여, 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크의 링크 구성을 분석한다.

한편, 전술한 예는 설명의 편의를 위하여 전송할 패킷이 한가지 종류인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 실제 네트워크에서는 다양한 크기를 가지는 패킷들이 혼재할 수 있다. 이더넷(Ethernet)의 경우 64 바이트에서 1518 바이트까지 다양한 패킷 크기 사용된다. 이 경우 패킷 간격을 샘플링한 데이터의 분포가 구별 불가능한 형태가 나올 수가 있다. 그러나, 실제 망 환경에서의 패킷 크기에 대한 분포를 연구에 따르면, 패킷 크기가 1518 바이트인 경우가 약 32% 정도이고, 64-128 바이트인 경우가 약 55%정도이며, 나머지는 별로 없다고 알려져 있다. 따라서, 패킷 간격을 샘플링한 데이터의 분포가 구별 불가능한 형태가 된다.

도 8은 실제 이더넷 망에서의 간섭 패킷들에 의해 발생하는 패킷 간격의 차 이를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 100Mb/s 링크, 1Gb/s 링크, 및 100Mb/s링크를 포함하는 네트워크에서의 패킷 간격이 도시된다. 먼저, 패킷 간격 타입 1은 간섭 패킷이 없는 최소 패킷 간격을 나타낸다. 64 바이트 패킷 두 개를 연속하여 전송하는 경우 패킷 간격은 6μs임을 알 수 있다.

패킷 간격 타입 2은 중간에 1518 바이트의 간섭 패킷이 1Gb/s 링크에서 끼어든 경우의 패킷 간격을 나타낸다. 1Gb/s 링크에서 끼어들었기 때문에 간섭 패킷의 길이는 12.2μs가 되며, 패킷 간격도 12.2 μs가 된다.

패킷 간격 타입 3은 1518 바이트의 간섭 패킷 두 개가 1Gb/s 링크에서 끼어든 경우의 패킷 간격을 나타낸다. 도시된 바와 같이 패킷 간격은 24.4 μs가 된다.

여기서, 왜 64 바이트에 의해서는 패킷 간격 타입을 제시하지 않는지 의문이 발생한다. 64 바이트 간섭 패킷은 1Gb/s 링크에서는 0.6 μs의 길이가 된다. 64 바이트 크기의 간섭 패킷이 3개쯤 끼어든다고 해도 그 길이가 1.8 μs정도이다. 그런데 패킷 간격 타입 1을 살펴보면 이미 두 패킷 간에 6μs의 공간이 있음을 알 수 있다. 여기에 64 바이트 중간 패킷이 3개가 끼어든다고 해도 패킷 간격에는 별로 영향을 미치지 못하기 때문이다. 패킷 간격에 대하여는 1518 바이트의 간섭 패킷이 영향을 주는 것이다. 따라서, 1518 바이트의 간섭 패킷을 고려하는 것으로 충분하다.

한편, 도 9는 도 8에서 설명한 예를 시뮬레이션한 결과 얻어진 패킷 간격의 분포를 나타낸다.

도 9에 도시된 바와 같이 샘플링된 패킷 간격의 빈도수를 히스토그램으로 표시하면 몇 개의 특정 패킷 간격 구간에 샘플이 집중된 것을 알 수 있다. 이와 같이, 주변에 비하여 빈도수가 상대적으로 높은 패킷 간격 구간을 돌출구간(spur)라고 한다. 도시된 그림에서 다수의 돌출구간을 관찰할 수 있다.

첫 번째 돌출구간(701)의 경우 패킷 간격이 6μs으로 도 8에 도시된 패킷 간격 타입 1에 대응하며, 두 번째 돌출구간(702)의 경우 패킷 간격이 12 정도로 도 8에 도시된 패킷 간격 타입 2에 대응하고, 세 번째 돌출구간(703)의 경우 패킷 간격이 24-25 정도로 도 8에 도시된 패킷 간격 타입 3에 대응함을 알 수 있다. 네 번째 돌출구간은 1Gb/s 링크에서 1518 바이트 간섭 패킷이 3개 끼어든 경우이다. 이러한 정보를 분석하여 1Gb/s 링크와 100Mb/s 링크의 존재를 찾아낼 수 있다.

이와 같이 패킷 간격의 분포를 분석하여 다음과 같은 사실을 알 수 있다.

첫 번째, 돌출구간이 6-7μs사이에 존재하는 데, 이것은 네트워크에서 가장 느린 링크에 의해서 생긴다는 것이다. 그리고 이것은 64 바이트 패킷을 두 개 연속으로 전송할 때 최소 패킷 간격이 된다. 즉, 64 바이트 패킷이 가장 느린 링크를 지나갈 때 걸리는 시간을 계산하면 이 값이 나온다. 반대로 이 값을 먼저 보고 64 바이트 패킷이 어떤 링크를 지나가는 시간인지 역으로 계산하면 어떤 스피드의 링크를 지나가고 있는지 알 수 있다.

또한, 두 번째 돌출구간부터는 12μs정도의 간격으로 주기적으로 기둥이 생기는 것을 알 수 있다. 이러한 돌출구간들은 1518 바이트의 간섭 패킷이 1Gb/s 링크에 끼어들 때의 패킷 간격을 나타낸다. 반대로 1518 바이트를 12μs라는 패킷 간 격으로 나누어 주면 어떤 링크를 지나간 것인지 알 수 있다.

복수의 링크가 있을 때는 위의 현상들이 복합적으로 나타내게 되며, 샘플링된 패킷 간격의 분포를 분석함으로써 링크의 구성을 알 수 있게 된다.

이하, 보다 구체적인 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석방법 및 시간동기화 방법을 설명한다. 아래 소개하는 방법들은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.

1. 룩업테이블 생성

한편, 전술한 네트워크의 분석을 보다 용이하게 하기 위하여 룩업테이블을 이용할 수 있다. 즉, 룩업테이블(105)은 각 링크의 속도에 따라 연속된 두 개의 패킷에 대하여 계산된 최소 패킷 간격과, 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 미리 계산하여 저장한다. 모든 네트워크는 링크 속도에 있어 이산 값(discrete value)를 가진다. 이더넷의 경우 10Mb/p, 100Mb/s, 1Gb/s, 10Gb/s와 같은 이산 값을 가질 수 있으며, ADSL은 10Mb/s, 50Mb/s와 같은 이산 값을 가진다.

이제 각각의 링크 속도가 만들 수 있는 패킷 간격의 돌출구간(spur)을 계산하여 테이블로 만든다. 일단 64 바이트 패킷을 전송하는 경우를 예로 들어, 발생 가능한 패킷 간격을 바이트 단위로 생각해 볼 수 있다. 페이로드 64 바이트에 프리 엠블(preamble)과 인터패킷갭(inter-packet gap)을 포함한 20 바이트를 합하여 (64+20) 바이트의 패킷 간격이 가능하다. 또한, 1518 바이트의 간섭 패킷이 1개 끼어든 경우에는 (1518+64+20) 바이트의 패킷 간격이 가능하다. 간섭 패킷이 2개 끼어든 경우에는 (1518*2+64+20) 바이트, 3개 끼어든 경우에는 (1518*3+64+20) 바이트의 패킷 간격이 가능하다. 같은 방식으로 간섭 패킷의 수를 늘릴 수 있다.

이제 바이트 단위로 환산된 패킷 간격을 다음 수학식 1을 이용하여 실제 링크 속도에 따른 μs 단위로 계산할 수 있다.

여기서, i는 돌출구간 순서, PRM은 프리엠플, IPG는 인터패킷갭, Lmin은 최소 크기의 패킷 사이즈, Lmax는 최대 크기의 패킷 사이즈, S는 링크 속도를 각각 나타낸다.

예를들어, 100Mb/s 링크에 대한 3번째 돌출구간의 패킷 간격을 수학식 1을 이용하여 계산하면 252.8 μs가 된다. 즉, i = 3, PRM = 8, IPG = 12, Lmax = 1518, Lmin = 64, S=100이므로, 패킷 간격은 ([2 * ( 8 + 12 + 1518 ) + 8 + 12+ 64)] * 8(bits) / 100)로 계산되며, 252.8 라는 값을 갖게 된다.

이와 같은 방식으로 수학식 1을 이용하여 가능한 모든 링크 속도에 대하여 간섭 패킷이 없는 최소 패킷 간격과, 간섭 패킷이 적어도 하나 이상 포함된 경우의 패킷 간격을 계산하여 룩업테이블을 생성할 수 있다. 다음은 표 1은 전술한 룩업테 이블의 일 예이다.

돌출구간순서	링크속도	1	2	3	4	5	...
바이트		84	1602	3120	4638	6156	...
대응하는 돌 축구간의 패 킷간격(μs)	...	...					...
	10Mb/s	67.2	1297.6	2528.0	3974.4	4988.8	...
	50Mb/s	13.44	259.52	505.6	794.88	997.76	...
	100Mb/s	6.72	129.76	252.8	397.44	498.88	...
	1Gb/s	0.672	12.976	25.28	39.74	49.88	...
	...	...

이제, 생성된 룩업테이블을 이용하여 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크를 분석하는 방법의 일 실시예를 살펴본다.

2. 네트워크 분석 알고리즘 - 링크 종류 찾기

1) 업링크와 다운링크 각각에 대하여 두 개의 패킷을 연속으로 전송한 후, 수신되는 두 개의 패킷에 대한 패킷 간격을 샘플링한다. 샘플링된 패킷 간격의 빈도수를 기준으로 히스토그램을 작성한다.

2) 룩업테이블을 참조하여 샘플링된 패킷 간격에 대한 히스토그램에서 돌출구간(spur)을 찾는다.

이때, 룩업테이블에 저장된 각 링크에서의 계산된 패킷 간격 위치에 돌출구간이 있는지 확인할 수 있다. 또는 히스토그램에 나타난 돌출구간들이 룩업테이블의 어느 칸에 해당하는지 확인할 수 있다. 패킷 간격들 중 히스토그램에 가장 자주 나타나는 패킷 간격을 주요 돌출구간(dominant spur)으로 정한다. 주요 돌출구간의 패킷 간격을 이용하여 가장 낮은 링크 속도를 가진 링크을 찾을 수 있다.

3) 룩업테이블을 이용하여 히스토그램에서 돌출구간으로 해석되는 모든 패킷 간격을 체크한다.

4) 일단 돌출구간이 발견되면 해당 링크는 모두 존재하는 것으로 본다.

5) 슬래이브 노드의 첫번째 링크는 패킷 출발 시 새겨진 타임스탬프의 인터벌(interval) 값을 보고 링크 속도를 알 수 있다. 즉, 인터벌 값이 어떤 링크의 제1 돌출구간에 해당하는 확인함으로써, 슬래이브 노드의 첫번째 링크 속도를 알아낼 수 있다.

6) 존재 가능한 링크들에 대하여 다음 조건을 확인하고 해당하는 링크들을 제거해 나간다. 아래에 우선순위가 높은 규칙부터 기술하였으며, 복수의 규칙에 해당하는 경우 우선순위가 높은 규칙을 우선 적용한다.

6-1) 주요 돌출구간은 제1 돌출구간만 있어도 링크가 존재하는 것으로 본다.

6-2) 주요 돌출구간의 왼쪽에 위치하는 돌출구간은 없어도 된다. 예를 들어, 1Gb/s의 제1 돌출구간의 예정 위치가 주요 돌출구간의 왼쪽에 위치하고, 제2 돌출구간은 오른쪽에 위치한다면, 제1 돌출구간은 없어도 되지만, 제2 돌출구간은 반드시 존재해야 한다. 이 조건에 위배되면 해당 링크는 존재하지 않는 것으로 결정한다.

6-3) 나머지 돌출구간들에 대하여는 각 링크 속도에서 제1 및 제2 돌출구간이 반드시 존재해야 한다.

6-4) 해당 링크에서 i 번째 돌출구간이 발견되었다면 (i+1) 번째 돌출구간이 연속적으로 존재해야 한다. (i+1)번째 돌출구간이 없이 (i+2) 번째 돌출구간이 존재한다면 이 링크는 존재하지 않는 것으로 결정한다.

이상에서 설명한 네트워크 분석 알고리즘을 적용한 예를 살펴보자. 도 9에 도시된 샘플링된 패킷 간격의 시뮬레이션 결과를 기초로 전술한 네트워크 분석 알고리즘을 적용해 본다.

<예>

1) 먼저, 슬래이브 노드의 첫번째 링크는 패킷 출발 시 새겨진 타임스탬프의 인터벌 값 6.72μs이다. 전술한 알고리즘의 5)번조항에 따라 슬래이브 노드의 첫번째 링크가 100Mb/s임을 알 수 있다. 이제 나머지 두 개의 미지의 링크를 구하면 된다.

2) 주요 돌출구간은 6-7 μs이고, 각각 12-13μs, 25-26 μs, 36-38 μs에서 제2 내지 제4 돌출구간이 발생하였다. 히스토그램에 나타난 돌출구간들이 룩업테이블의 어느 칸에 해당하는지를 표시하면 다음 표와 같다. 여기서, 1μs의 측정 단위로 올림 값을 취하였다.

	돌출구간순서	1	2	3	4	5	...
대응하는 돌 축구간의 패 킷간격(μs)	100Mb/s	7 O	130 X	253 X	398 X	499 X
	1Gb/s	1 X	13 O	26 O	40 O	50 X

3) 채워진 표2에서 전술한 알고리즘 4)번 조항에 의해, 100Mb/s와 1Gb/s 가 추가적으로 존재하는 것을 발견하였다. 주요 돌출구간은 6-7 μs의 돌출구간이다.

4) 기본알고리즘 6-1)번 조항에 의해 100Mb/s는 존재한다. 다른 조건은 통과하고, 6-3)번 조항에 걸리지만 우선순위가 낮으므로 최종적으로 100Mb/s 링크가 존재한다고 결정한다.

5) 1Gb/s에 대해서는 6-3)번 조항을 위반하지만, 6-2)번 조항을 만족하므로 우선순위가 높은 6-2)번 조항에 의해서 1Gb/s 링크는 존재한다고 결정한다. 다시 말해, 1Gb/s의 0.672 μs에 위치할 예정인 돌출구간은 현재 주요 돌출구간인 6-7 μs보다 왼쪽에 위치하므로 없어도 용인이 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 샘플링된 패킷 간격의 분포를 룩업테이블을 이용하여 분석함으로써 비대칭 네트워크의 링크 구성을 알아낼 수 있다. 결국 <예>의 네트워크는 100Mb/s 링크, 1Gb/s 링크, 100Mb/s 링크를 포함한다는 것을 알 수 있다. 이러한 과정을 업링크와 다운링크 각각에 대하여 수행함으로써, 업링크의 링크 구성과 다운링크의 링크 구성을 분석할 수 있다.

3. 지연 비대칭 비율( Delay asymmetry ratio ) 구하기

이제, 업링크와 다운링크의 링크 구성을 분석한 결과를 기초로 업링크 지연시간과 다운링크 지연시간의 비율을 구해본다. 업링크는 해당 진행방향으로 j개가 있고 다운링크는 해당 진행방향으로 k개가 있다고 가정한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 지연 비대칭 비율을 구하는 방법으로 다음 수학식을 이용할 수 있다.

이때, 각 진행 방향의 맨 마지막 링크, 즉 i번째 링크와 k번째 링크는 빠진다. 맨 마지막 노드와 연결된 링크는 패킷의 첫번째 비트가 도착한 시간을 재기 때문이다. 이와 같은 방법으로 매우 간단하게 지연 비대칭 비율을 구하고 이 비율을 기초로 시간 동기화를 정확하게 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로 보다 정확한 보정을 위해 처리 지연 시간(processing delay)을 고려한 경우는 다음 수학식 3과 같다. 이때, 해당 진행 방향으로 i 번째 처리 지연 시간을 Pi라 하고, 패킷 크기를 Lmin 이라고 가정한다.

여기서, Pi는 미리 저장된 데이터베이스 값을 사용할 수 있으며, 또는 전형적인 값을 사용할 수 있다. 통상적으로 스위치의 최소 처리 지연 시간은 1μs 이하이다.

예를들어, 샘플링한 패킷 간격을 분석하여 링크 구성이 다운링크 방향으로 100Mb/s -> 10Mb/s -> 100Mb/s -> 1Gb/s -> 100Mb/s이고, 업링크 방향으로 100Mb/s -> 1Gb/s -> 100Mb/s -> 50Mb/s인 경우, 수학식 3을 이용하여 지연 비대칭 비율을 구해보자. 이때, 노드당 처리 지연 시간(processing delay)을 1μs로 보면, 4개의 스위치를 거치게 되므로 전체 지연 처리 시간은 4μs가 되며, 실제로 측정한 최소 왕복 지연 시간은 105μs이다..

다운링크의 경우,

이며, 업링크의 경우,

이다. 따라서, 지연 비대칭 비율은 다운링크:업링크= 65.9 : 40.3 이 된다.

만약 최소 왕복 지연 시간 105μs를 종래와 같이 반으로 나누면 52.5μs가 된다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 비대칭 비율을 사용하여 최소 왕복 지연 시간을 나누는 경우와 비교하여 약 12.25μs 만큼의 오차가 발생한다. 최근 펨토셀의 목표 오차가 1μs 임을 감안하며, 이는 매우 큰 오차가 된다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 비대칭 비율을 이용하여 시간동기화를 하는 경우 보다 정확한 시간동기화가 가능함을 알 수 있다.

4. 보정 알고리즘

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석 알고리즘을 검증하기 위하 여 다음 수학식4를 이용할 수 있다.

여기서, RTT는 실제로 측정한 왕복 지연 시간(round-trip delay)을 가리킨다. 만약 분석된 네트워크의 링크 구성이 수학식 4를 만족하지 못한다면, 다음과 같이 링크 구성을 보정할 수 있다.

1) 중복링크의 추가

상기 검증 알고리즘에 의한 계산에서 우변이 큰 경우, 특정 링크가 중복하여 존재하는 것으로 가정하고, 각 링크를 중복하여 상기 수학식 4를 만족하는 링크 구성을 찾는다.

2) 링크의 제거

상기 검증 알고리즘에 의한 계산에서 좌변이 큰 경우, 각 링크를 측정오차가 큰 링크부터 하나씩 제거하여 상기 수학식 4를 만족하는 링크 구성을 찾는다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 링크를 포함하는 비대칭 네트워크에서 패킷 간격의 분포를 이용하여 네트워크를 구성하는 각 링크를 분석할 수 있다. 또한, 분석된 복수의 링크 구성을 기초로 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하고, 구해진 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행 함으로써, 보다 정확한 시간동기화가 가능하다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 링크를 포함하는 네트워크의 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석방법의 흐름도,

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석방법의 상세 흐름도,

도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 분석방법을 설명하기 위한 참고도이다.

Claims (13)

1. 복수의 링크를 포함하는 네트워크를 분석하는 방법에 있어서,

   두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 상기 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링하는 단계; 및

   상기 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 상기 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석하는 단계를 포함하는 네트워크 분석 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분석하는 단계는,

   상기 복수의 링크 각각에 대하여 발생할 수 있는 패킷 간격을 미리 계산한 룩업테이블을 이용하여, 상기 샘플링된 패킷 간격의 분포를 해석하여 상기 네트워크에 포함된 복수의 링크를 찾아내는 네트워크 분석 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 룩업테이블은,

   각 링크의 속도에 따라, 연속된 상기 두 개의 패킷에 대하여 계산된 패킷 간격과, 상기 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 저장하는 네트워크 분석 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 샘플링 단계는,

   마스터 노드로 연속으로 전송한 두 개의 패킷이 수신되면 패킷에 기록된 타 임 스템프를 이용하여 상기 복수의 링크 각각에 대한 패킷 간격을 샘플링하는 네트워크 분석 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 분석 단계는,

   상기 샘플링된 패킷 간격의 빈도수를 기준으로 상기 샘플링된 패킷 간격의 분포를 파악하는 단계;

   상대적으로 높은 빈도수를 가지는 패킷 간격의 돌출구간을 적어도 하나 검출하는 단계; 및

   상기 검출된 적어도 하나의 돌출구간을 이용하여 상기 네트워크에 포함된 각 링크를 찾아내는 단계를 포함하는 네트워크 분석 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 각 링크를 찾아내는 단계는,

   각 링크의 속도에 따라, 연속된 상기 두 개의 패킷에 대하여 계산된 패킷 간격과, 상기 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 저장한 룩업테이블을 참조하여 각 링크를 찾아내는 네트워크 분석 방법.
7. 복수의 링크를 포함하는 네트워크의 시간 동기화 방법에 있어서,

   두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 상기 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링하는 단계;

   상기 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 상기 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석하는 단계;

   상기 분석된 복수의 링크 구성을 기초로 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하는 단계; 및

   상기 구해진 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행하는 단계를 포함하는 네트워크의 시간동기화 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 분석하는 단계는,

   상기 복수의 링크 각각에 대하여 발생할 수 있는 패킷 간격을 미리 계산한 룩업테이블을 이용하여, 상기 샘플링된 패킷 간격의 분포를 해석하여 상기 네트워크에 포함된 복수의 링크를 찾아내는 네트워크의 시간동기화 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 룩업테이블은,

   각 링크의 속도에 따라, 연속된 상기 두 개의 패킷에 대하여 계산된 패킷 간격과, 상기 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 저장하는 네트워크의 시간동기화 방법.
10. 복수의 링크를 포함하는 네트워크 분석 장치에 있어서,

    두 개의 패킷을 연속하여 전송한 후 수신되는 상기 두 개의 패킷 간의 패킷 간격을 샘플링하는 샘플링부; 및

    상기 샘플링된 패킷 간격의 분포를 기초로 상기 네트워크에 포함된 복수의 링크 구성을 분석하는 링크 분석부를 포함하는 네트워크 분석 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 링크 분석부는,

    상기 복수의 링크 각각에 대하여 발생할 수 있는 패킷 간격을 미리 계산한 룩업테이블을 이용하여, 상기 샘플링된 패킷 간격의 분포를 해석하여 상기 네트워크에 포함된 복수의 링크를 찾아내는 네트워크 분석 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 룩업테이블은,

    각 링크의 속도에 따라, 연속된 상기 두 개의 패킷에 대하여 계산된 패킷 간격과, 상기 두 개의 패킷 사이에 끼어드는 적어도 하나의 간섭 패킷들을 각각 고려하여 계산된 패킷 간격들을 저장하는 네트워크 분석 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 네트워크 분석장치는,

    상기 분석된 복수의 링크 구성을 기초로 업링크와 다운링크 간 지연 비대칭 비율을 구하고, 상기 지연 비대칭 비율을 기초로 시간동기화를 수행하는 동기화부를 더 포함하는 네트워크 분석 장치.

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