KR100195058B1 - Atm 교환기에 있어서 연결수락 제어방법 - Google Patents

Atm 교환기에 있어서 연결수락 제어방법 Download PDF

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ATM교환기에 있어서 연결 수락 제어방법
제1도는 본 발명이 적용되는 ATM교환기의 예를 도시한 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 연결 수락 제어 방법을 도시한 순서도.
제3도는 (a)내지 (c)는 일반적인 ATM 셀의 포맷도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1-0∼1-7 : 가입자 교환 서브시스템(ALS)
2 : 중앙 교환 서브시스템(ACS) 3 : ISNM
4: NSCM
10-0∼10-6 : 중저속 가입자 정합모듈(MSIM)
11-0∼11-8 : 저속 가입자 정합보드(LUIA)
12 : 중저속 가입자정합 제어보드(MDAA) 20 : 가입자 스위칭모듈(ASNM)
21,23 : 링크 인터페이스 블록 22 : 가입자 스위칭 블록
211,212,231,232 : 로칼 링크 정합보드(LLIA)
221 : 스위칭 메모리보드(SMEA) 222 : 스위칭 제어보드(SCTA)
ALS : ATM Local Switching subsystem
ACS : ATM Central Switching Subsystem
ISNM : Interconnection Switching Network Module
NSCM : Network Synchronization Control Module
LUIA : Low speed User Interface board Assembly
ASNM : Acess Switch Network Module
LLIA : Local Link Interface board Assembly
SMEA : Switch Memory board Assembly
SPTA : Switch Processor and Timing board Assembly
SCP : Subscriber Call Processor
본 발명은 ATM교환기에 있어서 가입자의 트래픽 특성 및 망의 상태에 따라 가입자가 요구한 호를 연결할 것인지를 결정하는 연결 수락 제어 방법에 관한 것이다.
최근들어, 멀티미디어분야의 비약적인 성장과 더불어 영상신호와 같이 광대역의 신호를 디지털 방식으로 전송하기 휘안 통신망이 요구되면서 B-ISDN(Broadband Integrated Services Digital Network)이 등장하게 되었다. 이러한 광대역 ISDN의 등장으로 사용자의 다양한 서비스 요구를 충족시킬 수 있게 되었으며 특히, 동화상전송이 가능하게 되어 미래 정보화 사회의 꿈을 실현할 수 있는 기반이 되었다.
이러한 B-ISDN은 ATM 교환기술을 필요로 하는데, ATM은 셀(cell)이라는 고정길이(53바이트)의 정보 블록을 ATDM(Asynchronous Time Division Multiplexing)방식을 이용하여 정보를 전달하는 것이다. 여기서 ATM셀은 제3도에 도시된 바와 같이, 5바이트의 해더(Header)구간과 48바이트의 사용자 정보구간으로 구분되고, 5바이트의 헤더는 사용자망접면(UNI:User Network Interface)에서의 헤더 구조와 망노드접면(NNI:Network Node Interface)에서의 헤더구조로 구분되며, 사용자망접면(UNI)에서의 헤더구조는 제1바이트가 4비트의 일반흐름제어(GFC:Generic Flow Control)와 4비트의 가상 경로 식별번호(VPI:Virtual Path Identifier)로 이루어지고, 제2바이트가 4비트의 가상경로 식별번호(VPI)와 4비트의 가상채널 식별번호(VCI:Virtual Channel Identifier)로 이루어지며, 제3바이트는 8비트의 가상채널 식별번호(VCI)로 이루어지고, 제4바이트는 4비트의 가상채널 식별번호(VCI)와 3비트의 유료부하형태(PT:Payload Type)와 1비트의 셀포기순위(CLP:Cell Loss Priority)로 이루어지며, 제5바이트는 8비트의 헤더오류제어(HEC:Header Error Control)로 이루어진다.
또한, 망노드접면(NNI)에서의 헤더구조를 살펴보면, 앞서 설명한 사용자망접면(UNI)의 첫 번째 바이트에 있는 일반흐름제어(GFC)가 가상경로 식별번호(VPI)로 사용되는 것을 제외하고는 사용자망접면(UNI)의 헤더구조와 동일한 것을 알 수 있다.
한편, ATM 기술에 있어서, ATM의 장점인 효율성 증대 및 다양한 서비스 제공을 동시에 지원하기 위해서는 트래픽 제어 및 자원의 관리가 필수적으로 요구된다.
이와 같이 트래픽 제어 및 자원관리를 위하여 연결 수락 제어(CAC), 사용자 변수 제어(UPC), 우선 순위 제어(Priority Control), 폭주 제어 등이 요구되는데, 이를 이해하기 쉽게 하기 위하여 ATM에서의 호 설정 절차를 간략히 설명한다.
먼저 가입자가 호설정을 요구하면서 신호원의 통계적 특성을 나타내는 트랙픽 변수(traffic parameters)를 망에 전달함으로써 연결을 신청한다. 이어서 망내에 있는 연결 수락 제어(CAC:Connection Admission Control)부는 망의 현재 상태 및 호 설정을 요구하는 신호원의 특성을 토대로, 기 설정된 호의 서비스 품질을 보장하면서 새로운 호를 연결할 수 있는지를 판단하여 연결을 수락한다. 새로운 호가 설정되면 신호원과 망간에는 연결의 트래픽 특성을 정하는 호설정 계약이 이루어지고, 망 운용자는 신호원이 제시한 통계적 특성에 바탕을 둔 호설정 계약이 지켜지고 있는지를 감시하기 위하여 사용자 변수 제어(UPC:User Parameter Control)를 수행한다. 여기서, 트래픽 변수는 평균 비트율, 최대 비트율, 비트율의 분산, 버스트 길이 등과 같이 트래픽의 통계적 특성을 나타내는 트래픽 묘사자로서 사용자 변수 제어에 의해 감시된다.
그런데 종래의 연결 수락 제어방법에서는 가변 트래픽에 대해서 최대의 대역폭을 고정 할당하므로써 망의 효율성을 충분히 살리지 못하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 ATM교환기에 있어서 현재의 망의 상태와 망의 서비스 등급에 따라 현재 수용 가능한 가입자의 연결 개수를 신속하고 정확하게 산출해 줌으로써 트래픽 제어를 효율적으로 처리할 수 있는 연결 수락 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 가입자가 소정의 트래픽 파라메터로서 호 설정을 요구하면 망의 현재 상태를 고려하여 연결을 수락 혹은 거절하는 ATM교환기의 연결 수락 제어방법에 있어서, 트래픽의 특성값과 가상경로의 용량을 입력받는 단계, 망에서 현재 연결 가능한 기본 접속의 수를 산출하는 단계, 상기 산출된 기본 접속의 수를 1증가시키고 총 접속의 피크 비트율과 평균 비트율의 합을 증가시키는 단계, 체르노프 근사법을 이용하여 해당 접속수에 대한 가상 셀 손실율의 근사치를 산출하는 단계, 산출된 셀 손실율의 근사치가 호 설정시의 요구 손실율보다 작으면 상기 접속의 수를 증가시키는 단계부터 반복하고, 요구 손실율보다 크면 산출된 접속 수를 최대 수용가능 접속 수로서 출력하는 단계로 구성되어, 상기 산출된 최대 수용가능 접속수에 따라 연결을 수락 혹은 거절하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명이 적용되는 ATM교환기의 구성 예를 도시한 블록도로서, 상기 구성은 가입자를 접속하여 일차 셀들을 교환해 주는 가입자 교환 서브 시스템(ALS:1-0∼1-7)과, ALS간의 상호접속 기능을 수행하여 대용량 시스템을 위한 분배장치로서 동작하는 중앙 교환 서브시스템(ACS:2)으로 크게 구분된다.
또한 상기 가입자 교환 서브시스템(ALS:1-0)은 자기 라우팅(self routing) 스위치모듈(ASNM:20)을 내장하고 있으며, 중저속 가입자를 정합하기 위한 다수의 중저속 가입자 정합모듈(MSIM0∼MSIM6:10-0∼10-6)로 구성되고, 가입자측 링크수를 n 스위치측 링크수를 m이라 할 때 n:m의 집선기능을 갖는다. 여기서 셀프 라이팅이란 각 셀이 스위치 망에 입력되기 전에 라우팅 헤더가 부착되고, 스위치 망 내부에서는 이 헤드를 이용하여 하드웨어 로직에 의해 해당 포트로 출력하게 하는 것이다.
중앙 교환 서브시스템(ACS:2)은 ALS들간의 정보를 교환하는 호처리 과정이 없는 순수한 인터켄낵터로서 인터커낵션 스위치 네트웍 모듈(ISNM:3)과, 망동기를 위한 네트웍 동기 제어모듈(NSCM:4) 및 운용 및 유지보수 제어모듈(Operation and Maintenance Control Module:미도시)로 이루어진다.
그리고 상기 가입자 교환 서브시스템의 중저속 가입자 정합모듈(MSIM0:10-0)은 저속 가입자를 접속하기 위한 다수의 저속 가입자 정합보드(LUIA0∼LUIA8:11-0∼11-8)들 혹은 하나의 중속 가입자 정합 보드(MUIA:Medium speed User Interface board Assembly)와, 중저속 가입자의 정합을 제어하는 중저속 가입자 정합 제어보드(MDAA:12)로 구성되고, 상기 가입자 스위칭 모듈(20)은 가입자측을 접속하기 위한 국부링크블럭(21)과 중앙 교환 서브시스템측으로 접속하기 위한 국부링크블럭(23) 및 스위칭블럭(22)으로 구성된다. 여기서 스위칭 블록(22)은 스위칭 메모리 보드(SMEA:Switch Memory board Assemby, 221)와 SCP의 명령에 따라 상기 스위칭 메모리 보드(221)를 제어하는 스위칭 메모리 제어보드(SPTA:Switch Processor and Timing board Assembly, 222)로 구성된다.
이상과 같이 구성되는 ALS는 가입자로부터 호 요구가 발생될 때 이를 감지하여 호 서비스를 수행하고, 발신 ALS의 주관 아래 착신 가입자 번호를 이용하여 해당 착신 ALS를 번역한 후, 해당 착신 ALS로 번호 번역을 요구한다. 착신 ALS는 번호 번역과 동시에 최적의 경로를 선택하여 발신 ALS에 통보하고, 발신 ALS는 이에 따라 통화로를 설정한다.
발신 ALS는 통화중 전달되는 셀을 계수하고 통화완료 후 사용자 요구서비스 종류와 함께 ACS로 과금자료를 송부하며, 발착신 ALS는 호 데이터를 휴지상태로 복구시킨다.
또한, 도면에는 구분되어 도시되지 않았으나 가입자 정합 모듈(10)에 있어서, 가입자 모듈 ATM계층의 수신부에서는 물리층으로부터 전달되는 셀들로부터 사용자용 데이터 셀, 사용자 신호용 셀, 메타신호용 셀 및 OAM 셀을 분류하여 사용자 데이터 셀과 사용자 신호용 셀은 사용자변수제어부(UPC:Usage Parameter Control)로 전달하여 UPC를 수행하게 하고, UPC부로부터 출력된 셀을 받아 설정된 통화로를 통해 셀이 목적지까지 전달될 수 있도록 VPI/VCI 변환을 수행하여 스위치망으로 전달하고, 메타 신호용 셀은 정합 제어부(12)에서 인식하여 내부 메시지(IPC)셀로 만들어 신호처리용 통화로를 관리하는 블록으로 전달하기 위해 스위치망으로 입력하며, OAM 셀은 정합 제어부(12)에서 처리한다. 이때 IPC용 메시지는 AAL5형태의 PDU로 형성된다.
또한 가입자 송신부에서는 스위치망으로부터 전달되는 셀들로부터 내부 메시지(IPC) 셀과 사용자 데이터 셀 및 사용자 신호용 셀을 구분하여 사용자 데이터 셀과 사용자 신호용 셀은 가입자에게 전달되도록 물리계층으로 전달하며, 방송용 셀인 경우에는 VPI/VCI 변환을 수행하여 물리계층으로 전달한다. 내부 메시지(IPC) 셀은 가입자 정합 제어부(12)로 전달되어 각종 테이블의 변경 등과 같은 정합제어기능을 수행하게 된다. 즉, 가입자 정합 제어부(12)에서는 상위의 제어계(SCP)와 통신을 하기 위한 내부 메시지 셀을 생성하거나 수신하여 처리하고, 물리계층에서 전달되는 OAM 셀을 처리하며, 가입자와의 가상경로 OAM을 위한 OAM 셀을 생성하여 물리계층으로 전달한다.
물리계층 수신부는 물리계층으로부터 ATM셀이 있음을 통보 받으면 물리계층이 있는 FIFO로부터 시스템 클럭으로 읽어들여 VPI/VCI를 확인하고, OAM 셀과 메타신호 처리용 셀은 OAM처리부로 전달하고, 사용자 셀과 사용자 신호용 셀은 UPC블록으로 전달한다.
가입자 호처리 프로세서(SCP:30)는 프로세서와 OS를 바탕으로 그위에 호처리를 포함하는 응용 소프트웨어가 실장되어 시스템차원의 서비스를 제공하는데, 신호처리부(SHP:Signaling Handler Part), 호처리부(CPP:Call Process Part), 번호번역부(NTP:Number Translation Part)로 구성된다. 신호처리부(SHP)는 AAL 및 레이어2 기능을 수행하고 UNI를 위한 Q.2931과 NNI를 위한 B-ISUP신호를 CPP에 통보하고, 호처리부(CPP)는 Q.2931과 B-ISUP에 관한 신호처리를 수행하고 시스템 자원을 조사하여 새로운 호를 받아들일 것인가(연결 수락제어)를 결정한다. 그리고 번호번역부(NTP)는 착신가입자번호에 해당하는 물리적 출력포트를 찾아내는 기능을 수행하는데, 물리적 출력포트 번호는 ALS번호와 출력링크번호로 이루어져 있으며 착신 ALS번호는 발신 ALS가, 착신 링크번호는 착신 ALS가 번역하게 되어 있다.
한편, ATM교환기의 스위치 구조는 제한적 공유메모리 구조로서 다른 스위치 구조와 비교하여 입력 트래픽 변동에 유연한 대처가 가능하고, 방송기능 실현이 용이하며 출력단에서의 충돌 해결이 용이한 메모리 공유형이다.
가입자 스위치 모듈에서, 스위치 메모리보드(SMEA:221)는 국부링크보드(LLIA:Local Link Interface board Assembly)를 통해 입력을 수신하여 다중화한 후 메모리에 저장하고, 수신되는 입력셀의 헤드부를 번역하여 라우팅을 수행하여 저장된 메모리의 데이터가 원하는 출력 포트로 전송되도록 하는 기능을 수행한다.
이때 교환되는 링크간에 전달되는 데이터의 구조는 64 옥텟의 크기를 갖는 인터 모듈 인터페이스(IMI : Inter-Module Interface)로서, 이 IMI는 53 옥텟의 ATM셀과 3옥텟의 라우팅 헤드, 링크 유지 보수용 8옥텟의 데이터로 구성된다.
또한, 스위칭 메모리 제어보드(SPTA:222)는 마이크로 프로세서, SRAM, DPRAM 등으로 구현되어 단위 스위치에 대한 제어기능을 수행하는데, 먼저 방송 제어 프로세서로부터 방송 경로정보를 수신하여 방송호 수신시 방송 서비스가 가능하도록 하고, SMEA(221)에 실장되는 FIFO 및 메모리, 입출력 포트에 대한 상태를 관리하며, SMEA에서 검출한 입력셀의 에러정보를 읽어와 유지보수 프로세서에 보고하는 기능을 수행한다. 그리고 우선순위 제어기능을 관리하여 입력셀이 임계치를 초과/복구하는 경우, 초과/복구 정보도 유지보수 프로세서에 보고한다.
본 발명은 ATM의 다양한 서비스에 따른 다양한 트랙픽 특성과 서비스 품질 요구사항(QoS)을 지원하기 위한 것으로서, 트래픽의 특성에 따른 접속의 개수를 빠르게 산출하여 연결 수락 제어를 간단히 실행할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 각 서비스 트래픽을 트래픽 파라메터 특성과 요구 품질(QoS)에 따라 분리하여 자원을 할당하는데, 서비스의 분류상에 같은 등급에 해당하는 접속에 대해 같은 가상 경로(VP)를 제공하여 이들을 통계적 다중화한다. 연결 수락 제어는 VP내에서의 VC의 다중화 형태를 결정하는데, 가상 트렁크방법(virtual trunk method)은 각 연결의 트래픽 파라메터와 QoS의 셀 손실율을 만족하는 동시에 연결될 수 있는 최대 VC접속 수를 구하는 것이다.
이때 셀 손실율은 최대 셀 전송율과 평균 셀 전송율을 이용하여 구하는데, 링크 대역폭을 초과하는 군집 대역폭을 총전송량으로 나눈 것을 의미한다. 이러한 셀 손실율은 계산 복잡도를 고려하여 체르노프 근사식을 이용하여 근사치를 구한다.
ATM 네트윅에서 부하의 증가는 셀 지연보다는 셀 손실에 더 민감하다. 즉, 부하가 증가함에 따라 셀 지연은 얼마 증가하지 않으나 셀 손실은 많이 발생하는 것을 의미한다. 따라서 연결 수락 제어는 셀 지연보다는 셀 손실율에 민감하므로, 본 발명에서는 셀 손실율을 사용하여 최대 접속 수(N)를 구한다. 이와 같이 최대 접속 수를 구한 후, 현재 가상 채널 접속의 수가 최대 수용 가능한 접속 수보다 적을 때만 연결요청을 수락한다.
제2도는 본 발명에 따른 연결 수락 제어방법을 도시한 흐름도로서, 본 발명의 각 단계를 설명한다.
먼저, 트래픽의 특성값과 가상경로의 용량을 입력받는 단계(100)를 진행한다. 즉, 피크 비트율과 평균 비트율, 가상경로에 할당된 대역폭, 요구 셀 손실율을 입력받는다(100).
이 값들은 사용자에 의하여 입력된다.
그리고, 망에서 현재 연결 가능한 기본 접속의 수(N)를 산출하는 단계(101)를 진행한다. 즉, 해당 가상경로에 할당된 용량(Capacity:대역폭)을 피크 비트율로 나누어 기본적으로 수용 가능한 호의 수(N)를 산출하는 것이다.
이제, 상기 산출된 기본 접속의 수 (N)를 1증가시키고, 총 접속의 피크 비트율과 평균 비트율의 합을 증가시키는 단계(102)를 진행한다. 이때, 기본 접속의 수(N)를 1만큼 증가 시켜주는 이유는 소정의 셀 손실율의 범위내에서 현재의 기본 접속의 수(N)보다 많은 접속이 이루어질 수 있는가를 판단하기 위한 것으로서, 가정적으로 N을 1만큼 증가시켜 보는 것이다. 그러므로, 증가시켜 보는 접속에 따른 피크 비트율과 평균 비트율을 현재의 총 피크 비트율과 평균 비트율에 추가시키는 것이다.
그리고, 체르노프 근사법을 이용하여 해당 접속 수(N)에 대한 가상셀 손실율의 근사치를 산출하는 단계(103)를 진행한다. 역기서, 체르노프 근사법의 유도식을 정리하면 다음과 같다.
AVG를 평균 비트율, MAX를 피크 비트율, A를 트래픽 부하량, R을 호의 셀 전송율이라 하면, 확율분포에 관한 식은 다음의 제1식과 같다.
여기서 A=E[r]=N×AVG이며, R=A×MAX이다.
용량(C)을 초과하는 트래픽의 양(OF)은
이다.
이 때, 가상 셀 손실율(PV)은이다.
한편, 개별호들의 최대 셀율의 합(T)은 T=N×MAX이다.
호의 셀 전송율(R)에 대한 분포를 적분하면,
이고, 체르노프 바운드(Chernoff bound)를 적용하면,
이다.
위의 OF 함수(제2식)를 적분하고, T를 무한대로 대체하면,
이다.
이 때, OF의 상한값(upper bound) f(s)는
이다.
또한,이고, 미분하면
이다.
여기서, 최적은 s*는 보간법을 사용하여 구한다.
한편, R의 정의를 적용하면
이므로, 제4식을 제3식에 대입하면,이 된다.
일반적인 수식은,이므로
가 된다.
PV의 근사식은
이고,
개별호에 대한 근사식은
이다.
그러면, 각 호에 대한 셀율에 대한 로그 모멘트 발생함수(log moment generation function),이다.
이제, 산출된 셀 손실율의 근사치가 요구 손실율보다 작으면 상기 수용 가능한 호의 수를 증가시키는 단계(102)부터 반복하고(단계 104), 산출된 셀 손실율의 근사치가 요구 손실율보다 크면 이때 N-1을 최대 수용 가능 접속 수로 정한다(단계 105).
즉, 위에서 구한 μ(s)를 F에 추가한 후, 만일 F-logA가 요구되는 셀 손실율이 -Z보다 작다면, 허용되는 셀 손실율의 범위 내에 있다는 것을 의미하므로, 다시 단계 102로 진행하게 되는 것이며, 그렇지 않으면 셀 손실율이 허용치를 벋어나 있는 것이므로, 1만큼 증가되기전의 N값을 최대 수용 가능 연결 수로 보게 되는 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 가입자가 호 설정을 요구하면 본 발명에 따라 연결 가능한 최대 접속 수를 구하여 현재 접속 수가 최대 접속수보다 작을 경우에만 연결을 수락하르모써 트래픽을 간단히 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 가입자가 소정의 트래픽 파라메터로서 호 설정을 요구하면 망의 현재 상태를 고려하여 연결을 수락 혹은 거절하는 ATM교환기의 연결 수락 제어방법에 있어서, 트래픽의 특성값과 가상경로의 용량을 입력받는 단계, 망에서 현재 연결 가능한 기본 접속의 수를 산출하는 단계, 상기 산출된 기본 접속의 수를 1증가시키고 총 접속의 피크 비트율과 평균 비트율의 합을 증가시키는 단계, 체르노프 근사법을 이용하여 해당 접속수에 대한 가상 셀 손실율의 근사치를 산출하는 단계, 산출된 셀 손실율의 근사치가 호 설정시의 요구 손실율보다 작으면 상기 접속의 수를 증가시키는 단계부터 반복하고, 요구 손실율보다 크면 산출된 접속 수를 최대 수용가능 접속 수로서 출력하는 단계로 구성되어, 상기 산출된 최대 수용가능 접속수에 따라 연결을 수락 혹은 거절하는 것을 특징으로 하는 ATM교환기에 있어서 연결 수락 제어방법.
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