KR100349420B1 - 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적응적으로 트리를 재구성하고 재구성된 트리의 지역 그룹을 생성/소멸시킴으로써 효율적으로 복구가 가능하고 그로 인해 신뢰적 멀티캐스트 세션의 확장성을 증대시킬 수 있는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은 소스 노드 및 상기 각 멤버 노드는 각각의 웨이트(weight) 값을 가지며, 네트워크에서 임의의 멤버 노드가 가입 또는 탈퇴하면, 임의의 멤버 노드와 연관된 부모 노드의 웨이트 값을 갱신하는 제 1 과정과, 부모 노드에 속한 다른 멤버 노드가 존재할 경우에 부모 노드의 웨이트 값을 다른 자식 노드에게 통보하는 제 2 과정을 포함함으로써, 확장성 있는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 트리 기반 네트워크에서 적응적으로 트리를 재구성하고 재구성된 트리의 지역 그룹을 생성/소멸시킴으로써 효율적으로 복구가 가능한 효과가 있으며, 그로 인해 신뢰적 멀티캐스트 세션의 확장성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법{AN ADAPTIVE TREE-BASED RECOVERY METHOD FOR RELIABLE MULTICAST}

본 발명은 신뢰적 멀티캐스트 네트워크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확장성 있는 신뢰적 멀티캐스트를 위해 적응적으로 트리 기반 네트워크를 복구하는 방법에 관한 것이다.

최근, 고속 네트워크의 등장으로 영상회의, 무인자동차 시스템, 원격 진료,원격 강의 등과 같은 새로운 응용 분야가 출현하였고, 이 분야에 기존의 유니캐스트(unicast)기법을 사용할 경우 대역폭의 점유 등과 같은 불필요한 네트워크 자원 낭비가 발생하였다. 멀티캐스트(multicast) 네트워크는 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 소스(source)로부터 동일 경로 데이터를 분산 네트워크 환경의 멀티캐스트 그룹에게 전달한다. 멀티캐스트 그룹은 멀티캐스트 그룹 멤버(member)의 가입과 탈퇴에 따라 그룹 크기가 유동적으로 변한다. 이때, 멀티캐스트 프로토콜(protocol)에서 확장성이 보장되어야 멀티캐스트 그룹의 유동성에 대응할 수 있게 되며, 향후에 멀티캐스트 그룹의 확장에도 성능 저하 없이 전송이 가능하게 된다.

한편, 멀티캐스트 네트워크에서의 경로 설정에는 크게 두 가지, 즉 소스 중심의 트리 기반 네트워크 설정 기법과 공유분배 트리 기법이 있다. 여기서, 소스 중심의 트리 기반 기법은 도 4에 도시된 바와 같이 소스(S)와 서브 루트 노드(R) 사이, 및 서브 루트 노드(R)와 멀티캐스트 그룹 멤버(M)간이 각각 트리 구조로 결합되며, 이 소스 중심의 트리 기반 프로토콜은 트리 구조를 이용하여 용이하게 분산복구와 지역복구의 장점이 있다.

또한, 트리 기반 프로토콜은 처리율 측면에서 가장 확장성이 뛰어난 것으로 알려져 있는데, 이러한 트리 기반 프로토콜에는 TMTP(Tree-based Multicast Transport Protocol)와 RMTP(Reliable Multicast Transport Protocol)가 대표적이다.

TMTP는 논리적 트리를 구성하기 위해 익스팬딩 링 서치(expanding ringsearch)를 이용하며, 새로운 멤버(또는 domain manager)가 멀티캐스트 그룹에 가입할 때 TTL(Time To Live) 값을 가진 제어 패킷을 그 그룹으로 멀티캐스트 한다. 그리고, 기존 멤버로부터의 응답이 없으면 TTL값을 증가시켜 다시 멀티캐스트하고, 응답이 있을 때까지 이 과정을 반복하며 응답을 보낸 멤버가 새로운 노드의 부모 노드가 된다.

RMTP는 멀티캐스트 세션이 있을 때 DR(Designated Receiver)이 정적으로 정해진다고 가정하고, 모든 DR는 똑같은 TTL 값을 가지는 제어 패킷을 주기적으로 멀티캐스트 한다. 새로운 멤버는 이중 가장 큰 값의 TTL을 가지는 DR을 부모 노드로 선택함으로써 논리적 트리를 구성해 간다. 재전송은 유니캐스트와 멀티캐스트의 두 가지 옵션이 있다. 유니캐스트의 경우 피드백이 도착되면 즉시 재전송하지만, 멀티캐스트의 경우는 판단을 위해 재전송을 지연시킨다.

한편, TTL을 이용한 상술한 TMTP의 트리 구성 방법은 TTL의 무방향성(lack-of-direction) 결점 때문에 전위문제(라우팅 트리의 부모-자식 트리 관계가 논리적 트리에 제대로 반영되지 못하는 상황)를 배제할 수 없다. 또한, 논리적 트리가 멤버의 가입/탈퇴 순서에 의해 좌우되는 문제점이 있다. 한정 범위 멀티캐스트(Limited scope multicast)를 이용한 재전송 역시 TTL 기법을 이용하므로 트리의 하부뿐만 아니라 상부로도 재전송될 수 있기 때문에 익스포져(exposure) 문제가 발생할 수 있으며, 한정 범위 멀티캐스트는 중복 회피(duplicate avoidance)를 위해 지연이 불가피하다.

다른 한편, RMTP의 트리 구성 방법은 주기적으로 전파되는 제어 패킷이 서브 트리 멀티캐스팅(sub-tree multicasting)을 이용하여 라우팅 트리의 하부로만 전송되도록 하기 때문에 전위문제는 발생하지 않는다. 하지만, 이는 모든 멀티캐스트 라우터에 서브트리 멀티캐스팅이 채택되어야만 가능하다. 현재 RMTP의 지정 DR은 트레이서(Tracer)라는 도구를 이용하여 송신자까지의 경로를 추적할 수 있다. 그러나, 익스팬딩 링 서치(expanding ring search)를 이용한 주기적인 경로 통고는 그 오버헤드가 크다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 트리를 지역 그룹으로 재구성하고 재구성된 트리의 지역 그룹을 생성/소멸시킴으로써 효율적으로 복구가 가능하고 그로 인해 신뢰적 멀티캐스트 세션의 확장성을 증대시킬 수 있는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 소스 노드와 다수의 자식 노드 및 부모 노드로 구성된 멤버 노드를 포함하는 소스 중심의 트리 기반 네트워크에서 신뢰적 멀티캐스트를 위해 적응적으로 트리 기반을 복구하는 방법에 있어서, 상기 다수의 멤버 노드들은 각각의 비트맵 정보를 가지며, 상기 방법은: 상기 네트워크에 임의의 새로운 멤버가 가입을 요청하면, 상기 새로운 멤버의 비트맵 정보와 각 노드의 비트맵 정보를 비교하는 과정; 상기 비교 결과에 의거하여, 상기 새로운 멤버의 부모 노드를 결정하고, 상기 새로운 멤버를 상기 결정된 부모 노드의 자식 노드로 등록시키는 과정; 상기 네트워크에 가입된 다수의 멤버들 중 임의의 멤버가 탈퇴하면, 상기 탈퇴 멤버를 포함하는 부모 노드가 상기 탈퇴 노드에 속한 자식 노드들을 자신의 자식 노드로 수용한 후 자신의 노드 정보를 변경하는 과정; 및 상기 부모 노드에 현재 수용되어 있는 자식 노드들에게 자신의 정보 변경을 통보하는 과정을 포함하는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법을 제공한다.상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 소스 노드와 다수의 자식 노드 및 부모 노드로 구성된 멤버 노드를 포함하는 소스 중심의 트리 기반 네트워크에서 신뢰적 멀티캐스트를 위해 적응적으로 트리 기반을 복구하는 방법에 있어서, 상기 소스 노드 및 상기 각 멤버 노드는 각각의 웨이트(weight) 값을 가지며, 상기 방법은: 상기 네트워크에서 임의의 멤버 노드가 가입 또는 탈퇴하면, 상기 임의의 멤버 노드와 연관된 부모 노드의 웨이트 값을 갱신하는 제 1 과정; 상기 부모 노드를 포함하는 상위 노드가 존재할 경우에 상기 상위 노드에 상기 부모 노드의 웨이트 값이 갱신되었음을 통보하는 제 2 과정; 상기 부모 노드 또는 상기 상위 노드에 속한 다른 멤버 노드가 존재할 경우에 상기 부모 노드의 웨이트 값 또는 상기 상위 노드의 웨이트 값 갱신 여부를 상기 다른 멤버 노드에게 통보하는 제 3 과정을 포함하는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법을 제공한다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법을 적용하여 논리적인 트리 구성 과정을 도시한 도면,

도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법을 적용하여 논리적인 트리를 재구성하는 과정을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법을 적용하여 웨이트(weight) 값이 할당된 논리적 트리에 대한 예를 예시적으로 도시한 도면,

도 4는 일반적인 소스 중심의 트리 기반 네트워크의 구성을 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 논리적 트리 구성 과정에 대해 설명하면, 멀티캐스트 세션의 각 수신자들은 에러 비트맵 정보를 유지하고 논리적 트리 상의 부모 노드에게 피드백하는데, 여기서 에러 비트맵은 번호(S)와 비트맵으로 되어 있다. 비트맵의 각 비트는 해당 패킷을 수신하였으면 1로, 처음 전송이 실패하였으면 0으로 설정한다. 예를 들어 설명하면, 만일 S=5, 비트맵이 11010이면 수신자가 순서번호 5,6,8의 패킷들을 성공적으로 수신하였음을 나타낸다. 여기서, 어떤 노드가 1이면 라우팅 트리 상의 부모 노드가 1일 가능성이 높게 되는데, 이러한 에러 정보로써 라우팅 트리를 추정할 수 있다.

신뢰적 멀티캐스트 세션에 들어온 새로운 멤버는 소스(source), 즉 송신자에게 자신의 IP주소를 알림으로써 소스의 임시 자식(tentative child) 노드가 된다. 이 새로운 멤버는 멀티캐스트 그룹의 주소와 소스의 IP 주소를 안다고 가정할 수 있다. 소스는 새 멤버의 에러 비트맵 정보를 받으면 그것을 다른 자식 노드들과 비교하여 새 멤버 N이 다른 자식 노드들과 관계를 가지는 지를 검사한다. 이 경우에서는 4가지 경우가 발생 가능한데, 첫째 N이 어떤 자식 노드와도 관계를 가지지 않는다면 소스는 N을 정식 자식(regular child) 노드로 받아들인다. 둘째, N의 에러 비트맵에 있는 모든 비트가 M의 비트와 같거나 작을 경우에 소스는 N을 자신의 자식 노드로 채택하고 C는 N의 자식 노드가 된다. 셋째, N의 에러 비트맵에 있는 모든 비트가 M의 비트와 같거나 클 경우에 소스는 N의 에러 비트맵 정보와 IP 주소를 C에게 알려주는데, 이때 노드 C에서 똑 같은 과정이 반복되는데 이 과정은 적절한 N의 부모 노드를 찾을 때까지 계속된다. 넷째, N과 C가 동일한 비트맵을 가지면 N은 C의 자식 노드가 된다.

한편, 이와는 달리 멤버 탈퇴 알고리즘을 보면, 세션을 탈퇴하려는 멤버는그 사실을 부모 노드에게 알리게 되고, 부모 노드는 탈퇴하려는 멤버에 속한 직속 자식 노드들을 자신의 자식 노드로 받아들이고 그 자식 노드들에게 부모 노드 정보를 자기로 변경하도록 통보한다. 실패(failure)로 인해 미처 알지 못하고 트리에서 이탈하는 경우도 가능한데, 이때 그 자식 노드들은 트리에서 분리된다. 그리고, 자식 노드들이 이 사실을 알게 되면 소스의 임시 자식 노드로 다시 트리에 연결되고, 가입 알고리즘과 동일하게 적절한 부모 노드를 찾아갈 수 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법을 설명하기 위한 네트워크의 구성을 도시한 도면으로서, 특히 네트워크에서의 논리적 트리 구성 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

먼저, 도 1a에서는 새로운 멤버 G가 소스 S의 임의 자식 노드로 트리에 가입된 모습을 나타낸 것으로, 이때 에러 비트맵 정보를 이용하여 G가 적절한 위치, 즉 D의 자식 노드와 F의 부모 노드로서 트리에 정식으로 가입됨을 도 1b에서 도시한다. 그리고, 도 1c는 멤버 D가 그룹에서 탈퇴한 다음의 트리 구조를 도시한 도면이다.

다시 말하면, 소스(S)와 A, B, C, D, E, F로 구성된 트리에 G가 가입하면, G는 비트맵 정보를 이용하여 F의 부모 노드로서 위치한 다음, G의 부모 노드인 D가 탈퇴하게 되면 G의 자식 노드인 E와 G는 B의 자식 노드로서 위치하게 된다.

이와는 달리, 라우팅 트리를 잘못 추정하여 논리적 트리와 라우팅 트리의 괴리가 발생하는 경우는 드물지만 이를 완전히 배제할 수는 없다. 또한, 네트워크 경로가 변하면 그에 따라 두 트리간의 괴리가 생기고 전위 현상으로 인한 피해가 발생하게 된다. 그리고 이 때문에 논리적 트리를 재구성해야 할 필요가 있는데, 이 경우에는 주기적으로 피드백되는 비트맵 정보를 이용한다. 도 2a와 2b를 참조하여 설명하면, 도 2a에서 잘못된 추정 또는 네트워크 경로 변화로 인해 D의 위치가 더 이상 유효하지 않으면, 도 2b에서와 같이 D는 소스 S의 자식 노드로 위치한다.

한편, 지역그룹 조직 알고리즘에 대해 살펴보면, 논리적 트리의 각 노드는 웨이트(weight) 값을 유지한다. 노드 N의 웨이트, W(N)는로 정의된다. 여기서, Nc는 노드 N의 자식 노드 수를, Ci는 각 자식 노드를 의미한다.

도 3a 및 3b는 웨이트 값이 할당된 논리적 트리에 대한 예를 도시한 도면으로서, 멤버가 가입하고 탈퇴함에 따라 영향을 받는 노드들은 웨이트 값을 바꾸고 변경 사실을 부모 노드에게 알린다. 그리고, 그 부모 노드는 다시 자신의 웨이트 값을 바꾸고, 바뀐 값을 재계산한 자식 노드 및 다른 자식 노드에게 알리게 되는데, 동도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3a에 도시된 바와 같이 소스(S)와 각각 웨이트 값을 갖는 멤버(A∼J)가 존재하는 상태에서 새로운 멤버(K)가 가입하게 되면, I는 자신의 웨이트 값을 바꾸고 이를 자신의 부모 노드인 G에 통보한다. 그리고, 다시 G는 이에 의거하여 자신의 웨이트 값을 갱신한 다음 이를 C에게 통보하게 되는데, 이때 G는 자신의 또 다른 자식 노드인 J에게도 이를 통보한다.

계속해서, G로부터 웨이트 값의 갱신을 통보 받은 C도 마찬가지로 자신의 웨이트 값을 갱신한 다음 이를 소스(S)에게 통보하게 된다. 따라서, 소스(S)는 자신의 웨이트 값을 갱신하게 되는데, 이때 소스(S)는 웨이트 값의 갱신과 관련이 없는 자신의 자식 노드, 즉 A, B, D, E에게도 자신의 웨이트 값이 변경되었음을 통보하게 된다.

이 웨이트 값을 이용하여 논리적 트리 상에 지역그룹을 형성하는 과정을 살펴보면, 스프리트(split)된 노드는 새로운 멀티캐스트 주소를 할당받고 그 주소를 직속 자식 노드에게 통보하는데, 이 통보 과정은 트리의 하부 구조로 전달된다. 그리고, 이러한 통보 과정을 통해 스프리트된 노드의 자손들은 새로운 그룹의 멀티캐스트 주소와 스프리트된 노드의 주소 및 웨이트 값을 인식할 수 있게 된다.

다른 한편, 각 노드의 패킷 손실에 따른 재전송 과정을 살펴보면, 멀티캐스트 세션의 각 멤버들은 패킷 손실을 감지하면 논리적 트리 상의 부모 노드로 NAck(Negative Acknowledgment) 신호를 전송한다. 그리고, 이때 타이머를 셋팅하게 되는데, 만일 그 패킷을 재전송받지 못한 채 타이머가 종료되면 동일한 과정을 계속해서 반복한다. NAck를 받은 부모 노드는 자식 노드의 상태 정보를 검색하여 유니캐스트 재전송할 것인지 또는 멀티캐스트 재전송할 것인지를 결정하게 된다. 즉, 그 자식 노드에 대해 멀티캐스트 주소 정보가 존재하면, 그 주소로 멀티캐스트하고 그렇지 않으면 유니캐스트 주소로 유니캐스트 재전송을 수행한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 확장성 있는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 트리 기반 네트워크에서 적응적으로 트리를 재구성하고 재구성된 트리의 지역그룹을 생성/소멸시킴으로써 효율적으로 복구가 가능한 효과가 있으며, 그로 인해 신뢰적 멀티캐스트 세션의 확장성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 소스 노드와 다수의 자식 노드 및 부모 노드로 구성된 멤버 노드를 포함하는 소스 중심의 트리 기반 네트워크에서 신뢰적 멀티캐스트를 위해 적응적으로 트리 기반을 복구하는 방법에 있어서,

   상기 다수의 멤버 노드들은 각각의 비트맵 정보를 가지며,

   상기 방법은:

   상기 네트워크에 임의의 새로운 멤버가 가입을 요청하면, 상기 새로운 멤버의 비트맵 정보와 각 노드의 비트맵 정보를 비교하는 과정;

   상기 비교 결과에 의거하여, 상기 새로운 멤버의 부모 노드를 결정하고, 상기 새로운 멤버를 상기 결정된 부모 노드의 자식 노드로 등록시키는 과정;

   상기 네트워크에 가입된 다수의 멤버들 중 임의의 멤버가 탈퇴하면, 상기 탈퇴 멤버를 포함하는 부모 노드가 상기 탈퇴 노드에 속한 자식 노드들을 자신의 자식 노드로 수용한 후 자신의 노드 정보를 변경하는 과정; 및

   상기 부모 노드에 현재 수용되어 있는 자식 노드들에게 자신의 정보 변경을 통보하는 과정을 포함하는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법.
2. 소스 노드와 다수의 자식 노드 및 부모 노드로 구성된 멤버 노드를 포함하는 소스 중심의 트리 기반 네트워크에서 신뢰적 멀티캐스트를 위해 적응적으로 트리 기반을 복구하는 방법에 있어서,

   상기 소스 노드 및 상기 각 멤버 노드는 각각의 웨이트(weight) 값을 가지며,

   상기 방법은:

   상기 네트워크에서 임의의 멤버 노드가 가입 또는 탈퇴하면, 상기 임의의 멤버 노드와 연관된 부모 노드의 웨이트 값을 갱신하는 제 1 과정;

   상기 부모 노드를 포함하는 상위 노드가 존재할 경우에 상기 상위 노드에 상기 부모 노드의 웨이트 값이 갱신되었음을 통보하는 제 2 과정;

   상기 부모 노드 또는 상기 상위 노드에 속한 다른 멤버 노드가 존재할 경우에 상기 부모 노드의 웨이트 값 또는 상기 상위 노드의 웨이트 값 갱신 여부를 상기 다른 멤버 노드에게 통보하는 제 3 과정을 포함하는 신뢰적 멀티캐스트를 위한 적응적 트리 기반 복구방법.