KR100243667B1

KR100243667B1 - 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치

Info

Publication number: KR100243667B1
Application number: KR1019970069723A
Authority: KR
Inventors: 성단근; 이주용; 이경호; 이수종; 김태원
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사; 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR19990050591A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 ATM에서의 셀 손실의 확률을 측정하는 장치에 관한 것임.

2. 발명이 해결하고자하는 기술적 요지

본 발명은 입력 트래픽으로 인해 발생하는 셀 손실확률을 측정하여 가용 대역을 할당하므로써, 입력 트래픽의 통계적 특성이 셀 손실확률에 미치는 영향을 관측을 통해 얻을 수 있는 셀 손실 확률 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결 방법의 요지

본 발명은 입력 셀을 감지하여 전달하는 셀 감지수단; 상기 입력 셀을 소정 수만큼 증가시킨 후, 일시 저장하는 래치 및 카운팅수단; 소정의 시간에 의해 상기 다중화된 입력 셀에 소정 수만큼 증가시키거나, 감소시키는 가상 버퍼 카운팅수단; 및 상기 셀의 손실 확률을 측정하는 셀 손실 확률 측정수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 가용 대역을 할당하여 입력 트래픽의 통계적 특성이 셀 손실확률에 미치는 영향을 관측을 통해 얻는데 이용됨.

Description

비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치

본 발명은 비동기 전달 모드(ATM : Asynchronous Transfer Mode)에서의 셀 손실의 확률을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 특히 입력 트래픽으로 인해 발생하는 셀 손실확률을 측정하여 가용 대역을 할당하여 입력 트래픽의 통계적 특성이 셀 손실확률에 미치는 영향을 관측을 통해 얻을 수 있는 셀 손실 확률 측정 장치에 관한 것이다.

ATM은 다양한 트래픽의 다중화를 통해 망자원을 효율적으로 사용할 수 있게 하는 전송방식이다. 망을 운영하는 입장에서는 다중화된 트래픽의 통계적인 특성이 복잡해지기 때문에 트래픽 제어가 어렵게 된다. 하지만 망 자원의 사용자는 통신품질을 보장받기 위해서 최소한의 통신품질 요구를 한다. 이를 QoS(Quality of Service)라 하며, 셀 손실확률, 셀 전송지연, 셀 지연변동 등이 있다. 셀 지연은 송, 수신 단말간에 거쳐가는 교환기 내부의 버퍼를 고려하여 최대 지연을 어느 정도 예측할 수 있다. 그러나, 셀 손실확률은 다중화되는 트래픽의 특성에 따라 매우 상이한 특성을 나타낸다. 따라서, QoS를 만족시키면서 전송대역을 효율적으로 사용하기 위해서는 각 교환기 내부에서 버퍼로 입력되는 트래픽의 특성을 잘 파악해서 셀 손실확률을 정확히 예측하는 것이 중요하다.

도 1은 가용 대역 용량 개념을 설명하기 위한 일반적인 대기 행렬 시스템의 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 대기 행렬 시스템은, 입력 포트(IP1, IP2)들을 통해 입력되는 다중화된 입력 트래픽과 일정 비트율 트래픽의 전송율을 다중화하여 버퍼링하는 버퍼(110)와, 버퍼(110)의 출력신호를 출력하는 서버(120)를 구비한다.

상기 도 1을 참조하여 다중화된 입력 트래픽이 특정 크기와 대역을 갖는 버퍼로 입력될 때의 가용대역 용량의 개념을 설명하면 다음과 같다.

대기 행렬 시스템(100)은 다중화된 입력 트래픽과 일정 비트율(Constant Bit Rate) 트래픽의 전송율 (BW_CBR)이 다중화부(110)에 의해 다중화된 경우에, 다중화부(110)에서 발생하는 셀 손실확률을 측정하는 구조를 보이고 있다. 여기에서 발생하는 셀 손실확률이 대기행렬 시스템(100)에서 허용가능한 셀 손실확률(CLR_max)이 되는 일정 비트율 트래픽의 전송율(BW_CBR)을 가용 대역 용량(ABW, Available BandWidth)이라 정의한다.

도 2는 종래의 셀 손실 확률 측정 장치의 블록도이다.

도 2에 보인 바와 같이, 종래의 셀 손실 확률 측정 장치는, 대기 행렬 시스템(100)과, 입력 포트(IP)를 통해 입력된 다중화된 트래픽과 입력 포트(IP1 ∼ IPN)들을 통해 입력된 일정 비트율 트래픽의 전송율(CBR pseudo rate1 ∼ CBR pseudo rateN)을 다중화하여 카운트하는 카운팅부(210)와, 상기 카운팅부(210)의 출력신호들을 버퍼링하여 출력 포트(OP1 ∼ OPN)들을 통해 출력하는 서버부(220)를 구비한다.

대기 행렬 시스템은 도 1에서 마찬가지로, 동일한 구성 및 작용을 갖는다.

카운팅부(210)는 입력 포트(IP1 ∼ IPN)들을 통해 입력된 다수의 일정 비트율 트래픽의 전송율(CBR pseudo rate1 ∼ CBR pseudo rateN)을 각각 다중화하는 다수의 계수기(210-1 ∼ 210-N)를 구비한다.

서버부(220)는 다수의 계수기(210-1 ∼ 210-N)의 출력신호들을 각각 서비스하는 다수의 서버(220-1 ∼ 220-N)를 구비한다.

상기 도 2의 종래의 셀 손실 확률 측정 장치는, 현재 다중화된 입력 트래픽에 대해서 가용 대역 용량(ABW)을 얻기 위해, 다수의 계수기(210-1 ∼ 210-N)와 다수의 서버(220-1 ∼ 220-N)를 통해 셀 손실 확률을 측정한다.

상기 도 2를 참조하여 현재 다중화된 입력 트래픽에 대하여 가용 대역 용량을 얻기 위해 다수의 계수기(210-1 ∼ 210-N)를 통해 셀 손실 확률을 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

다수의 계수기(210-1 ∼ 210-N)는 실제 버퍼(110)와 같은 크기의 계수기로서 셀이 입력되면 1이 증가한다.

또한, 실제 버퍼(110)와 같은 대역을 가지고 일정한 시간마다 계수기가 1보다 크면 1을 감소시키고, '0'이면 감소되지 않는다. 계수기가 버퍼 크기보다 클 때 다중화된 트래픽이나 일정 비트율 트래픽이 발생하면 계수기는 증가하지 않고 셀 손실개수가 1 증가한다. 다수의 계수기(210-1 ∼ 210-N)에는 입력 트래픽과 함께 여러 개의 적당한 전송율(pseudo rate, cells/sec)을 갖는 일정 비트율(CBR : Constant Bit Rate) 트래픽이 함께 입력된다. 각 다수의 계수기(210-1 ∼ 210-N)에서는 트래픽을 측정한 시간동안 입력된 셀 개수와 손실된 셀 개수의 비를 통해 셀 손실확률을 얻는다.

기존의 많은 연구는 입력 트래픽의 특성 파악을 통해 대역할당을 하고 이를 이용해서 호 연결 수락 제어에 응용해 왔다. 이를 다음 두 가지로 분류해 볼 수 있다.

첫째, 단일 호원의 트래픽 기술자를 통해 각 호원별 트래픽의 특성을 나타내고, 이를 이용해서 다중화된 트래픽의 대역을 할당하는 방법이다. 등가대역을 이용한 방법은 단일 호원의 평균 전송율, 최대 전송율, 평균 버스트 길이가 주어진 경우 이를 온/오프(ON/OFF) 트래픽 모델에 대응시키고, 버퍼 크기와 허용 가능한 셀 손실확률의 함수로 단일 호원의 등가대역을 구한다. 다중화 시에 각 호원별 등가대역을 모두 더하여 전체 사용 대역을 결정하기 때문에 다중화 이득을 얻을 수 없고 대역의 낭비를 초래하게 된다. 가우시안(gaussian) 근사 방법은 단일 호원의 전송율과 전송율의 분산을 이용하여 호원의 특성을 얻고, 다중화 시에 전체 트래픽의 전송율과 전송율의 분산을 이용하여 등가대역을 구한다. 여기서는 버퍼의 크기를 고려하지 않고 있기 때문에 부정확하며 실제 필요한 대역보다 큰 대역을 요구하게 된다. 사이토(Saito)는 단일 호원의 평균 전송율과 최대 전송율을 이용하여 트래픽의 특성을 얻고, 다중화 시에 발생할 수 있는 셀 손실확률의 상한치를 계산하여 대역할당에 이용한다. 이 경우 역시 다중화된 트래픽의 통계적 특성 추출이 없기 때문에 다중화 이득을 얻지 못하고, 상한치 이용에 따른 대역 낭비가 큰 문제점이 있었다.

둘째, 다중화된 입력 트래픽에서 트래픽의 특성을 집접 추출하고 이를 통해서 대역할당을 하는 방법이다. 이 방법은 다중화된 트래픽의 통계적 특성을 직접 측정한다는 측면에서 다중화 이득을 얻을 수 있는 가능성이 크지만, 트래픽의 특성이 복잡해져서 그 특성을 파악하기가 쉽지 않다. 여기서는 다중화된 트래픽을 수학적인 트래픽 모델에 대응시켜서 모델 변수를 추출하는 방법이 있다. 대표적인 다중화 모델에는 트래픽의 버스트 특성과 상관관계를 표현할 수 있는 MMPP (Markov - Modulated Poisson Process), MAP(Markovial Arrival Process)와 같은 Markovian 모델이 있다. 그러나, 정확한 모델을 세우기에는 수학적으로 복잡해져서 실시간 계산이 어려운 문제가 있고, 자기 친화(self-similar) 트래픽이나 광범위 의존성(long-range dependence)을 갖는 트래픽을 표현할 수 없는 단점이 있었다.

사이토(Saito)는 다중화된 입력 트래픽의 특성으로 일정 시간구간 내에 입력된 셀 개수의 확률분포를 측정을 통해서 얻고, 이를 이용하여 셀 손실확률의 상한치를 계산하여 대역할당에 이용하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 경우도 역시 불완전한 입력 트래픽의 정보를 통해 얻은 셀 손실확률의 상한치를 이용했기 때문에, 대역낭비가 있을 수 있고, 또한 측정의 한계로 인해 155Mbps 대역을 사용하는 경우 짧은 시간(수초이내)동안 낮은 셀 손실확률(10^-9이하)을 예측할 수 없는 단점을 여전히 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 입력 트래픽으로 인해 발생하는 셀 손실확률을 측정하여 가용 대역을 할당하므로써, 입력 트래픽의 통계적 특성이 셀 손실확률에 미치는 영향을 관측을 통해 얻을 수 있고, 또한 가용 대역 용량을 함께 얻을 수 있는 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 가용 대역 용량 개념을 설명하기 위한 일반적인 대기 행렬 시스템의 개략도.

도 2는 종래의 셀 손실 확률 측정 장치의 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치의 일실시예 블록도.

도 4는 도 3의 가상 버퍼 카운팅부에서 측정한 셀 손실확률 값을 통해 가용 대역용량을 얻는 방법을 설명하는 그래프도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

310: 셀 검출부 320: 래치 및 카운팅부

330: 가상 버퍼 카운팅부 340: 손실 셀 검출 및 카운팅부

350: 셀 손실 확률 측정부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치는, 외부로부터 입력되는 다중화된 입력 셀을 감지하여 전달하는 셀 감지수단; 상기 셀 감지수단에 의해 감지된 다중화된 입력 셀을 소정 수만큼 증가시킨 후, 일시 저장하는 래치 및 카운팅수단; 외부로부터 임의로 입력되는 소정의 시간에 의해 상기 셀 감지수단을 통해 감지된 상기 다중화된 입력 셀에 소정 수만큼 증가시키거나, 감소시키는 가상 버퍼 카운팅수단; 상기 가상 버퍼 카운팅수단의 출력신호에서 손실 셀을 검출하여 카운트를 증가시키는 손실 셀 검출 및 카운팅수단; 및 상기 래치 및 카운팅수단의 출력신호와 상기 손실 셀 검출 및 카운팅수단의 출력신호를 이용하여 상기 셀의 손실 확률을 측정하는 셀 손실 확률 측정수단을 포함한다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치의 일실시예 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치는, 외부로부터 입력되는 다중화된 입력 셀을 검출하여 전달하는 셀 감지부(310)와, 셀 감지부(310)에 의해 검출된 다중화된 입력 셀을 '1'만큼 증가시킨 후, 일시 저장하는 래치 및 카운팅부(320)와, 외부로부터 임의로 입력되는 시간(T₀∼ T_N)에 의해 셀 감지부(310)를 통해 검출된 상기 다중화된 입력 셀에 '1'을 증가시키거나, 감소시키는 가상 버퍼 카운팅부(330)와, 가상 버퍼 카운팅부(330)의 출력신호에서 손실 셀을 검출하여 '1'을 증가시키는 손실 셀 검출 및 카운팅부(340)와, 래치 및 카운팅부(320)의 출력신호와 손실 셀 검출 및 카운팅부(340)의 출력신호를 이용하여 상기 셀의 손실 확률을 측정하는 셀 손실 확률 측정부(350)를 구비한다.

또한, 본 발명의 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치는, 대기 행렬 시스템(100)을 더 포함한다.

가상 버퍼 카운팅부(330)는 외부로부터 임의로 입력되는 다수의 시간(T₁∼ T_N)에 의해 셀 감지부(310)를 통해 검출된 상기 다중화된 입력 셀에 '1'을 증가시키거나, 외부로부터 임의로 입력되는 시간(T₀)에 의해 셀 감지부(310)를 통해 검출된 상기 다중화된 입력 셀에 '1'을 감소시키는 다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)를 구비한다.

한편, 실제버퍼(110)의 크기가 B라고 할 때, 다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)의 크기는 0과 B 사이의 정수값을 갖는다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

외부로부터 다중화된 셀이 입력되면, 셀 감지부(310)는 입력된 셀을 감지하여 다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)를 모두 '1'씩 증가 시킨다. 또한, 외부로부터 임의로 입력되는 다수의 시간(T₁, T₂, ∼ , T_N)에 의해, 다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)는 '1'씩 증가시킨다. T_i(i=1,2,.....N)는 pseudo rate(cells/sec)의 역수로 주어지며, i번째 (i=1,2,....,N) 가상 버퍼 계수기는 T_l마다 1씩 증가시킨다. 여기서, 계수기가 B일 때는 다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)를 증가시키지 않고, 셀 손실 계수기(320)를 '1'만큼 증가시킨다.

다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)로 셀의 이력 신호가 들어올 때마다 래치 및 카운팅부(320)를 '1'씩 증가시킨다. 외부로부터 임의로 일정한 시간(T₀)마다 신호가 입력되면, 다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)는 '1'보다 크면 가상 버퍼 계수기를 '1'만큼 감소시키고, '0'이면 감소시키지 않는다. 이때, 시간(T₀)은 실제 버퍼 대역에서 초당 최대로 출력될 수 있는 셀 개수(cells/sec)의 역수로 주어진다.

래치 및 카운팅부(320)는 측정 시간동안 입력되는 총 셀 개수를 감지하고, 손실 셀 검출 및 카운팅부(390)는 트래픽의 측정 시간동안 각 가상 버퍼에서 발생하는 손실 셀 개수를 측정한다. 측정구간이 끝난 후, 셀 손실 확률 측정부(350)는 다수의 가상 버퍼 계수기(330-1 ∼ 330-N)에서 발생한 입력 셀과 손실 셀의 비를 통해서 셀 손실확률 값을 얻는다. 측정 시간이 A 이고, 실제 서버(120)로의 입력 셀 개수가 I, i번째 가상 버퍼 계수기에서의 손실 셀의 개수가 L_i라고 할 때 i번째 가상 버퍼 계수기에서의 셀 손실확률은 하기 [식 1]과 같다.

도 4는 가상 버퍼 카운팅부에서 측정한 셀 손실확률 값을 통해 가용 대역용량을 얻는 방법을 설명하는 그래프도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 가상 버퍼로 입력된 일정 비트율(CBR) 트래픽의 전송율(pseudo rate)과 측정된 셀 손실확률(CLR)은 단조 증가 함수를 이루며, 전송률(pseudo rate)과 log(CLR)(여기서, log는 자연 로그이다.)의 관계 그래프에서 내삽(혹은 외삽)을 이용하여 셀 손실확률(CLR)이 허용가능한 셀 손실확률(CLR_max)이 되는 가용 대역 용량(ABW)을 찾는다.

본 발명을 이용하여 측정된 가용 대역 용량은 호 연결 수락 제어(CAC)에 사용될 수 있다. 즉, 새로운 호가 필요로 하는 대역이 가용 대역 용량보다 크면 호 연결의 수락을 거절하고 작으면 호 연결을 수락한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치는, 입력 트래픽으로 인해 발생하는 셀 손실확률을 측정하여 가용 대역을 얻고, 이렇게 얻어진 가용 대역 용량은 ATM 트래픽 제어에 유용하게 쓰일 수 있으며, 특히 호 연결 수락 제어에 적용시 높은 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

외부로부터 입력되는 다중화된 입력 셀을 감지하여 전달하는 셀 감지수단;

상기 셀 감지수단에 의해 감지된 다중화된 입력 셀을 소정 수만큼 증가시킨 후, 일시 저장하는 래치 및 카운팅수단;

외부로부터 임의로 입력하는 소정의 시간에 의해 상기 셀 감지수단을 통해 감지된 상기 다중화된 입력 셀에 소정 수만큼 증가시키거나, 감소시키는 가상 버퍼 카운팅수단;

상기 가상 버퍼 카운팅수단의 출력신호에서 손실 셀을 검출하여 카운트를 증가시키는 손실 셀 검출 및 카운팅수단; 및

상기 래치 및 카운팅수단의 출력신호와 상기 손실 셀 검출 및 카운팅수단의 출력신호를 이용하여 상기 셀의 손실 확률을 측정하는 셀 손실 확률 측정수단

을 포함하여 이루어진 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가상 버퍼 카운팅수단은,

상기 다수의 시간에 의해 상기 셀 감지수단을 통해 감지된 상기 다중화된 입력 셀에 '1'을 증가시키거나, '1'을 감소시키는 다수의 가상 버퍼 계수기

를 포함하여 이루어진 비동기 전송 모드에서의 셀 손실 확률 측정 장치.