KR100369937B1 - 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법및 대역폭 결정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지연시간에 민감하고 짧은 길이의 패킷을 다중화기를 사용하여 광대역 전송로에 전송할 경우 전송로의 성능 분석 및 대역폭을 결정하는 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 다중화기와 광대역 전송로의 대기열로 구성되는 통계적 다중화기를 포함한 광대역 전송로의 수학적 모델을 분석하여 공식화하고, 이를 기반으로 통계적 다중화기를 포함한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법을 제시한다. 본 방법은 기존의 대역폭 평가방법이 모의실험 또는 복잡한 계산이 요구되는 반면 간단하게 결과를 유도할 수 있을 뿐만 아니라 통계적 다중화기와 전송로를 각각 독립적으로 평가할 수 있는 방법을 제시한다.
Description
본 발명은 광대역 네트워크의 전송효율을 높이기 위해 고려되는 통계적 다중화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로에서의 버퍼크기, 지연시간, QoS(Quality of Service) 등의 성능을 분석하는 방법과 이를 이용하여 대역폭을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 광대역 전송로는 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 전송로를, 통계적 다중화기는 AAL2(ATM Adaptation Layer 2)를 예로 들어 설명하기로 한다. 다양한 멀티미디어 서비스를 ATM 과 같은 광대역 네트워크에 효율적으로 전송하기 위한 적절한 적응계층이 개발되고 표준화되고 있다. 그러나, 기존의 적응계층, 즉, AAL1, AAL3/4, AAL5 등으로는 대역폭 효율과 낮은 지연특성을 동시에 만족시킬 수 없다. 따라서 통계적 다중화기(AAL2)가 개발되고 표준화되었다.
이러한 통계적 다중화기(AAL2)는 음성 트래픽과 같이 지연시간에 민감하면서 데이터의 양이 상대적으로 적은 특성을 갖는 트래픽을 수용하고자 개발되었으나 성능 평가면에서 볼 때 기존의 적응계층보다 복잡한 다중화과정을 거치기 때문에 해석방법이 복잡하여 모의실험이나 최대 사용자수와 같은 최대 대역폭을 근사하는 수준에서 네트워크 변수들을 설정하였다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 통계적 다중화기와 광대역 전송선로를 독립적으로 분석하여, 평균 입력 트래픽에 따른 요구되는 광대역 전송로의 전송버퍼의 크기, 지연시간, QoS, 및 대역폭 등과 같은 성능을 분석하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 또한, 이를 바탕으로 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로 상에서의 대역폭을 결정하는 방법을 제공하기 위한 것이기도 하다.
도 1은 본 발명에 따른 성능분석 및 대역폭 결정방법을 적용하기 위한 통계적 다중화기를 포함한 광대역 전송로의 모델도,
도 2는 본 발명에 따라 적용된 다중화기에 대한 수학적 모델도,
도 3은 본 발명에 따라 발명된 광대역 전송로의 대역폭 결정방법을 도시한 동작 흐름도이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 실시간의 짧은 패킷을 다중화 버퍼에 임시 저장한 다음, 통계적 다중화기에서 다중화하고, 전송버퍼에 임시 저장하였다가 전송로에 전송하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법은,
상기 전송할 임의의 패킷(i 패킷)에 대해 다중화가 진행될 확률(αi)과 정지될 확률(βi)을 구하는 제 1 단계와;
상기 제 1 단계를 평균 다중화수(r) 만큼의 패킷에 대하여 반복하는 제 2 단계와;
상기 패킷의 트래픽 양을 기본으로 하여 콕시안 분포를 사용하여 상기 패킷의 지연시간과 손실확률을 산출하는 제 3 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면 상술하였던 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 실시간의 짧은 패킷을 다중화 버퍼에 임시 저장한 다음, 통계적 다중화기에서 다중화하고, 전송버퍼에 임시 저장하였다가 전송로에 전송하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법은,
전송 지연조건과 요구 대역폭, 및 요구 패킷 손실확률 등의 전송로 조건이 입력되면, 상기 전송 지연조건을 만족하는 지연 대역폭을 결정하는 제 1 단계와,
상기 지연 대역폭을 만족하는 전송버퍼의 크기를 결정하는 제 2 단계와,
상기 전송버퍼의 크기에 대한 패킷 손실확률을 계산하는 제 3 단계와,
상기 제 3 단계에서 구해진 패킷 손실확률이 상기 요구 패킷 손실확률보다 크지 않으면 상기 지연 대역폭을 상기 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭으로 설정하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면 상술하였던 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 "통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석 및 대역폭 결정방법"을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 통계적 다중화기를 적용한 광대역 네트워크에서의 성능분석방법을 평가하기 위하여 고려된 시스템 모델이다. 다수의 가입자가 광대역 네트워크에 접근할 때, 이들의 데이터 패킷은 다중화되기 위해 다중화 버퍼에 저장되며 다중화기의 통계적 다중화방법에 따라 다중화된다. 이러한 다중화 과정을 거치면서, 데이터 패킷들의 조각들은 광대역 전송로에 맞는 크기로 만들어지고, 이 광대역 패킷들은 광대역 전송버퍼에서 중계선이 사용 가능할 때까지 기다리다 전송된다.
도 2는 통계적 다중화기의 한 종류인 AAL2 다중화과정에 대한 설명 및 분석모델이다. 첫 번째 도착된 패킷은 대역폭을 효율적으로 사용하기 위하여 다음 패킷을 기다리는데 이때 다중화가 종료되는 경우는 첫째 패킷의 대기시간이 미리 지정되어 있는 최대 대기시간(TL)을 초과할 경우와 이전에 다중화된 총 패킷의 길이가 광대역 패킷의 데이터 영역 크기를 초과할 경우이다. 도착되는 패킷이 포아송 분포를 갖는다고 가정할 경우 i 번째 패킷이 도착할 때 다중화가 진행되거나 정지될 확률을 각각 αi와 βi라 하면 이들은 다음의 수학식 1과 같이 평가된다.
이러한 과정은 패킷의 평균 다중화수 r 패킷까지 이루어지며 r 은 수학식 2와 같이 얻어진다.
위의 수학식 2에서 lB는 광대역 패킷의 데이터 영역(payload)의 길이이며, l 은 데이터 패킷의 길이(byte)이다.
도 2에 도시된 바와 같이 AAL 2와 같은 통계적 다중화기의 출력 과정(process)은 콕시안 과정(Coxian process)으로 표현할 수 있다. 따라서, 다중화 버퍼와 광대역 전송로의 전송버퍼는 각각 M/Cm/1/K, Cm/M/1/K 대기모형(queueing model)로 평가할 수 있다. 여기서, K는 버퍼의 크기이며, Cm은 콕시안 과정을 나타낸다. 또한, M/Cm/1/K의 M은 패킷의 평균 도착율이 λ인 포아송 과정, Cm/M/1/K의 M은 패킷의 평균 서비스율이 μ인 포아송 과정을 나타낸다. 위와 같이 대기모형을 Kendall 기호에 따라 A/B/C/D로 표현할 경우, A는 도착 과정(arrival process), B는 서비스 과정(service process), C는 서버(server)의 수, D는 서비스를 받기 위해 기다리는 고객을 위한 대기공간의 크기를 표시한다.
이러한 콕시안 과정에 대한 평형상태 방정식에 대한 해석과 이에 대한 안정상태조건을 고려하면 광대역 전송선로가 폭주하지 않고 안정적으로 운용될 대역폭은 다음의 수학식 3과 같이 근사적으로 평가된다.
수학식 3에서 λmax는 다중화기로 들어오는 최대 트래픽 값이다.
전술한 통계적 분석 모델을 통하여 통계적 다중화기의 성능을 다음과 같이 평가할 수 있다.
다중화를 통하여 광대역 전송로선상에 전송할 때까지 두 가지의 전송 지연이 있는데 첫 번째는 다중화에 소요되는 지연 즉 다중화 지연이고, 둘째는 다중화와광대역 전송로선에서의 전송지연까지 포함된 시스템 지연이다. 다중화 지연은 수학식 4와 같고, 시스템 지연은 수학식 5와 같다.
수학식 5에서이며,이다.
패킷 데이터 전송에 있어 또한 중요하게 고려되는 사항은 패킷의 품질을 나타내는 QoS(Quality of Service)이다. QoS는 전송되는 데이터 패킷의 손실확률(Packet Loss Probability)로 나타내어지며 통계적 다중화기를 적용하였을 경우 광대역 중계선에서의 데이터 패킷 손실확률은 수학식 6과 같이 계산된다.
이와 같은 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석을 통하여 다음과 같은 광대역 전송로의 대역폭할당 방법을 제안한다.
도 3은 전술한 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능평가를 기반으로 하는 광대역 전송로의 대역폭 할당방법이다. 패킷을 적정한 수준의 질(QoS)을 유지하며 전송하기 위해서는 시스템 지연과 QoS 모두를 고려하여 대역폭을 결정하여야 한다. 따라서 이들 두 개의 조건을 만족시키는 대역폭을 할당해 주어야만 한다. 전술한 바와 같이 광대역 전송로의 대역폭을 결정하는 요소는 패킷 손실 확률(PLR), 전송 버퍼 크기(Buffer Size), 시스템 지연(System Delay)과 네트워크에 인가되는 입력 트래픽의 양(Input Traffic Load)으로 결정된다.
먼저, 수학식 7을 이용하여 지연 조건을 만족하는 대역폭을 결정한다(S31). 이는 QoS를 고려한 대역폭을 결정하는데 더 많은 변수들이 필요하기 때문이다.
수학식 7에서 D_t는 패킷 전송시 최대 허용 지연시간이다.
둘째,로 계산하고, 수학식 8을 이용하여 최대 허용 지연시간을 만족하는 광대역 전송로의 전송 버퍼의 크기를 결정한다(S32).
셋째, 수학식 9를 이용하여 최대 지연시간을 고려한 대역폭의 패킷손실확률을 계산한다(S33).
넷째, 위의 수학식 9에서 구해진 패킷손실확률(Pd)과 전송시 요구된 패킷 손실확률(PL)을 비교한다(S34).
만약, PLPd이면 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭은 μd이다(S35). 만약 PdPL이면 적절한 버퍼의 크기를 찾는 과정을 수행한다(S36, S37, S38). 즉, 버퍼의 크기를 하나씩 증가시키면서(S36), 대역폭의 패킷손실확률을 계산하고(S37) 구해진 패킷손실확률(Pd)과 전송시 요구된 패킷 손실확률(PL)을 비교함으로써(S38), QoS 조건을 만족하는 버퍼크기를 찾는다.
다섯 째, 위의 과정에서 찾은 QoS를 만족하는 버퍼크기를 수학식 10을 이용하여, QoS를 만족하는 대역폭을 결정한다. 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 μq이다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 실시간의 짧은 패킷을 통계적 다중화기를 적용하여 광대역 전송로에 전송하는데 있어 주어진 트래픽 상황에 따른 패킷의 손실확률, 전송지연을 이론적으로 평가할 수 있다. 또한 요구되는 패킷의 손실확률, 전송지연이 미리 결정되어 있을 경우에 제안된 대역폭 결정방법에 따라 전송로의대역폭을 평가할 수 있으므로 불필요한 전송대역을 할당하지 않게 되어 광대역 전송로를 효율적으로 운용할 수 있으며 적정한 전송품질을 유지할 수 있는 효과가 있다.
Claims (15)
- 실시간의 짧은 패킷을 다중화 버퍼에 임시 저장한 다음, 통계적 다중화기에서 다중화하고, 전송버퍼에 임시 저장하였다가 전송로에 전송하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법에 있어서,상기 전송할 임의의 패킷(i 패킷)에 대해 다중화가 진행될 확률(αi)과 정지될 확률(βi)을 구하는 제 1 단계와;상기 제 1 단계를 평균 다중화수(r) 만큼의 패킷에 대하여 반복하는 제 2 단계와;상기 패킷의 트래픽 양을 기본으로 하여 콕시안 분포를 사용하여 상기 패킷의 지연시간과 손실확률을 산출하는 제 3 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 단계는,상기 콕시안 분포의 λ/Cm/1/K 모델(K는 버퍼의 크기, λ는 패킷의 평균 도착율)에 적용하여 상기 다중화 버퍼의 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 단계는,상기 콕시안 분포의 Cm/μ/1/K 모델(K는 버퍼의 크기, μ는 패킷의 평균 서비스율)에 적용하여 상기 전송버퍼의 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패킷의 지연시간은 다중화에 소요되는 다중화 지연과 다중화기에서 전송로까지의 전송지연을 포함한 시스템 지연을 포함한 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 다중화 지연은,인 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 시스템 지연은,인 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법.여기서,이며,이다.
- 제 1 항에 있어서,상기 패킷의 손실확률은,인 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법.여기서,이며,이다.
- 컴퓨터에,전송할 임의의 패킷(i 패킷)에 대해 다중화가 진행될 확률(αi)과 정지될 확률(βi)을 구하는 제 1 단계와;상기 제 1 단계를 평균 다중화수(r) 만큼의 패킷에 대하여 반복하는 제 2 단계와;상기 패킷의 트래픽 양을 기본으로 하여 콕시안 분포를 사용하여 상기 패킷의 지연시간과 손실확률을 산출하는 제 3 단계를 포함한 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 성능분석방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
- 실시간의 짧은 패킷을 다중화 버퍼에 임시 저장한 다음, 통계적 다중화기에서 다중화하고, 전송버퍼에 임시 저장하였다가 전송로에 전송하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법에 있어서,전송 지연조건과 요구 대역폭, 및 요구 패킷 손실확률 등의 전송로 조건이 입력되면, 상기 전송 지연조건을 만족하는 지연 대역폭을 결정하는 제 1 단계와,상기 지연 대역폭을 만족하는 전송버퍼의 크기를 결정하는 제 2 단계와,상기 전송버퍼의 크기에 대한 패킷 손실확률을 계산하는 제 3 단계와,상기 제 3 단계에서 구해진 패킷 손실확률이 상기 요구 패킷 손실확률보다 크지 않으면 상기 지연 대역폭을 상기 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭으로 설정하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 3 단계에서 구해진 패킷 손실확률이 상기 요구 패킷 손실확률보다 크면, 상기 패킷 손실확률이 요구 패킷 손실확률보다 큰 조건을 만족하는 전송버퍼의 크기를 구하는 제 5 단계와,상기 제 5 단계에서 구해진 전송버퍼의 크기를 이용하여 상기 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭을 설정하는 제 6 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 제 1 단계에서 지연 대역폭(μD)은,(여기서, Dt는 패킷 전송시 최대 허용 지연시간) 인 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 제 2 단계에서 상기 전송버퍼의 크기(K)는,(여기서,,) 인 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 제 3 단계에서 패킷 손실확률은,(여기서,,) 인 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 6 단계에서 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭은,인 것을 특징으로 하는 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법.
- 컴퓨터에,전송 지연조건과 요구 대역폭, 및 요구 패킷 손실확률 등의 전송로 조건이입력되면, 상기 전송 지연조건을 만족하는 지연 대역폭을 결정하는 제 1 단계와,상기 지연 대역폭을 만족하는 전송버퍼의 크기를 결정하는 제 2 단계와,상기 전송버퍼의 크기에 대한 패킷 손실확률을 계산하는 제 3 단계와,상기 제 3 단계에서 구해진 패킷 손실확률이 상기 요구 패킷 손실확률보다 크지 않으면 상기 지연 대역폭을 상기 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭으로 설정하는 제 4 단계를 포함한 통계적 다중화기를 적용한 광대역 전송로의 대역폭 결정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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