KR100453825B1

KR100453825B1 - Ｉｐ망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법

Info

Publication number: KR100453825B1
Application number: KR10-2002-0079181A
Authority: KR
Inventors: 최길영; 박재우; 이규호; 하리리살림; 오승찬
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-10-20
Also published as: KR20040051281A

Abstract

본 발명은 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법에 관한 것으로 특히 IP(Internet Protocol) 망에서 자원 관리 및 제어를 위하여 eGSMP(enhanced General Switch Management Protocol)를 이용하여 프로그래머블한 큐오에스(Quality of Service, QoS)를 제공할 수 있는 자원 관리 방법에 관한 것이다.

본 발명은 IP 기반 개방형 네트워크의 운용의 효율성에 대한 요구에 부응하기 위해 창안된 것으로 IP 라우터들로 구성되는 기존 IP 망에서 트래픽에 대한 프로그래머블 QoS를 제공할 수 있는 큐오에스 확보를 위한 자원 관리 방법을 제공한다.

Description

ＩＰ망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법{Method for managing resources in guaranteeing QoS in IP network}

본 발명은 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법에 관한 것으로 특히 IP(Internet Protocol) 망에서 자원 관리 및 제어를 위하여 e-GSMP(enhanced-General Switch Management Protocol)를 이용하여 프로그래머블한 큐오에스(Quality of Service, QoS)를 제공할 수 있는 자원 관리 방법에 관한 것이다.

IP(Internet Protocol)는 가장 지배적인 데이터 통신 프로토콜로서 등장한 이래로 인터넷의 엄청난 성공을 몰고 왔다. 이러한 이유로 IP은 HDTV(High Definition TV)와 같은 멀티미디어 실시간 애플리케이션을 지원하는 곳에 사용되어 왔다. IP을 통한 이러한 지원에 있어서는 확실한(deterministic) 엔드 투 엔드 QoS(end to end QoS)의 확보, 즉, 데이터 전송의 신뢰성 확보가 필수적이다.

IP 망을 이용한 데이터 전송의 최적의 QoS의 제공을 위해 여러 프로토콜이 제안되고 있으며 그 예로는 Differentiated Services(Diffserv), IntegratedServices(Intserv) 및 Reservation Protocol(RSVP) 등이 있다.

최근에는 광범위의 데이터 트래픽의 원활한 흐름을 위한 QoS의 제공에 있어서 다재다능한(versatile) 개방형 네트워크에 대해 관심이 집중되고 있다. IEEE, MSF, Parlay등의 표준화 기구를 중심으로 개방형 네트워크 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.

개방형 네트워크 기술은 저비용 고효율로 기존 네트워크 기술을 수용하고 계속적으로 진화되고 있는 네트워크 기술을 쉽게 수용할 수 있게 하고 네트워크의 구성에 관계없이 사용자들에게 투명한 인터페이스를 제공하는데 목표를 두고 있다. 또한 서비스 응용의 활성화 관점에서도 새로운 서비스의 신속한 확산이 가능하다는 장점이 있고 네트워크에서의 QoS 제공도 용이하게 된다.

개방형 네트워크 구조를 기반으로 한 프로그래머블 QoS 제공에 대한 연구도 진행되고 있지만 IP 망에서는 아직 이에 대한 연구가 그다지 활발하지 못한 있는 실정이다. 프로그래머블 네트워크와 관련하여 연구되고 있는 기술로는 액티브 네트워크(Active Networks), IEEE P1520, ForCES (Forwarding and Control Element Services), GSMP(General Switch Management Protocol) 등이 있다.

액티브 네트워크(Active Networks)는 사용자가 네트워크로 고객(customized) 프로그램을 받아들여 수행하는 능력을 제공한다. 네트워크 노드는 이 프로그램을 해석하고 데이터의 흐름상에서 원하는 동작을 수행한다. 액티브 네트워킹의 목표는 노드 엔진 속으로 프로그램을 동적으로 배치하고 실행하는 능력이 있는 프로그래머블하고 개방적인 노드를 갖는 것이다. 액티브 네트워킹 방법은 프로그래머블 제어인터페이스를 사용하지 않고 패킷 전달 레벨에서 네트워크 서비스의 커스터마이제이션(customization)을 허용하는 것이다. 그러나, 액티브 네트워크는 프로그래밍 모델에서 매우 복잡성을 더하고 시스템의 실시간 성능에 영향을 줄 수도 있어 당장 실용화되지 못하고 있으며 표준화가 아직은 미성숙단계에 있다.

IEEE P1520 기준 모델은 라우터를 기능별로 몇 개의 계층으로 나누어 개방형 구조를 제공하고자 하는 모든 기능요소를 객체로 정의하여야 하고 정의된 객체들을 필요한 기능구현을 위해 적절히 묶는 방식으로 수행하므로 구현 및 실시간 처리에 어려움이 있다.

ForCES(Forwarding and Control Element Services)는 논리적으로 분리된 제어 평면(control plane)간에 정보 교환을 표준화하기 위한 프레임 워크와 관련된 메카니즘을 정의하는 것이다.

GSMP(General Switch Management Protocol)는 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 스위치를 제어하기 위한 범용 프로토콜로 스위치를 통한 연결을 설정하거나 해제하는 것을 허용한다. 추가(add), 삭제(delete), point-to-multi point 연결에서 탈퇴, 스위치 포트 관리, 구성정보 요구, 통계정보 요구 기능 등을 수행한다. GSMP은 상기한 방식들보다 여러 측면에 있어서 개방형 네트워크에 기반을 둔 프로그래머블 네트워크의 실현에 제일 적합한 방식으로 알려져 있으나 실질적으로 ATM 망에서만 적용되고 있으며 단지 셀 스케쥴링(cell scheduling)을 위한 우선순위 레벨의 스펙(specificaton)만 제공하고 QoS 측면을 고려하지 못하는 프로토콜이라는데 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 IP 기반 개방형 네트워크의 운용의 효율성에 대한 요구에 부응하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 IP 라우터들로 구성되는 기존 IP 망에서 트래픽에 대한 프로그래머블 QoS를 제공할 수 있도록 IP망에서 큐오에스 확보를 위한 자원 관리 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 흐름도이다.

도 2a은 QoS 기준 모델을 제시한 도면이다.

도 2b은 QoS 제어를 위한 자원 관리 모델을 제시한 도면이다.

도 3a은 QoS 제어 슬레이브의 QoS 자원 요소를 도시한 것이다.

도 3b은 도 3b은 도 3a의 분류자의 구조도이다.

도 3c은 도 3a의 버퍼의 구조도이다.

도 3d은 도 3a의 스케쥴러의 구조도이다.

도 4a은 QoS 제어 마스터 스케쥴링 알고리즘을 정의하는 흐름도이다.

도 4b는 QoS 제어 슬레이브 스케쥴링 알고리즘을 정의하는 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 따른 QoS 제어 분류 설정 메시지 포맷을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 QoS 제어 프로토콜 분류자의 필터 삭제 메시지 포맷을 나타낸 도면이다.

도 7은 QoS 제어 프로토콜 버퍼 관리 메시지 포맷을 나타낸 도면이다.

도 8은 QoS 제어 스케쥴러 설정 메시지 포맷을 나타낸 도면이다.

도 9는 QoS 클래스 설정 메시지 포맷을 나타낸 도면이다.

도 10은 도 9의 QoS 클래스 프로파일 포맷을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

S10 : QoS 기준 모델과 자원 관리 모델을 정의하는 단계

S11 : QoS 자원 관리 알고리즘을 정의하는 단계

S12 : QoS 제어 프로토콜을 정의하는 단계

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명이 제공하는 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법은 IP망에서 QoS 제어 마스터로 기능하는 서버와 QoS 제어 슬레이브로 기능하는 클라이언트간의 큐오에스 제공을 위하며 QoS 제공을 위한 프로그래머블한 네트워크 인터페이스를 제공할 수 있는 QoS 기준 모델과 자원 관리 모델을 정의하는 단계; 상기 기준 모델과 관리 모델에 따른 QoS 자원 관리 알고리즘을 정의하는 단계; 및 상기 기준 모델과 자원 관리 모델에 따라 상기 자원 관리 알고리즘이 상기 IP망에서 구현되도록 하여 상기 QoS 제공이 수행될 수 있도록 QoS 제어 프로토콜을 정의하는 단계를 포함함을 그 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성, 작용 및 최적의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 흐름도이다.

QoS 제공을 위한 프로그래머블한 네트워크 인터페이스를 제공할 수 있는 QoS 기준 모델을 정의하는 단계(S10)는 클라이언트가 요구하는 QoS를 보장할 수 있도록 기준 모델을 설정하는 단계로서 도 2a에 그 모델이 제시되어 있다.

제시된 모델은 크게 IP 망을 구성하는 여러 기능 요소를, QoS를 제공하는 자원 관리를 수행하기 위한 관점에서 크게 서비스 응용 기능 레벨, 제어 기능 레벨, 전달 기능 레벨의 세 개의 논리적인 기능 레벨로 분리하였다.

서비스 응용 기능 레벨은 라우팅 에이전트(201), 통합 서비스(IntServ,202), 차별화 서비스(DiffServ,203), 정책 제어(Policy control,204), 망관리 에이전트(205)를 포함하고 있다.

전달 기능 레벨은 라우터의 스위칭 플랫폼을 말하며 라인카드와 스위칭 패브릭(fabric)으로 구성된다. 제어 대상의 자원은 주로 패킷 분류기능을 수행하는 분류자(213,216)와 패킷을 출력포트로 출력할 때의 제어 기능을 수행하는 스케쥴러(214,218) 등으로 구성되는 라인카드이다. 라인카드는 라인카드가 지원하는 데이터 패킷의 형태에 따라서 폴리서(Policyer,215)와 레귤레이터(217)를 더 포함할 수 있다. 그리고 지원하는 패킷 형태로 IP 이외에 ATM, MPLS 등과 같은 다른 포맷의 패킷들도 고려될 수 있다.

제어 기능 레벨은 서비스 응용 기능 레벨과 전달 기능 레벨 사이에서 네트워크 차원의 QoS 제공을 위한 자원관리 제어 기능을 제공하는데 서버(210,자원관리 eGSMP 마스터)와 클라이언트(211,자원관리 eGSMP 슬레이브) 구조를 갖는다(210,211). 이 때 서버(210)와 클라이언트(211)간 자원관리 제어는 eGSMP 프로토콜에 의한 메시지(212)의 송/수신에 의해 이루어진다. 여기서 'e'은 '강화된(enhanced)'의 의미로서 종전의 GSMP 프로토콜은 셀 스케쥴링 기능만을 제공하였으나 eGSMP 프로토콜은 이 기능에 2 가지 기능 즉, 슬레이브(211)에 포함된 분류자와 버퍼의 설정/제어의 기능을 추가시켜 QoS의 확보를 꾀할 수 있는 강화된 GSMP 프로토콜을 제공한다.

네트워크의 자원을 관리하기 위한 트래픽 제어 데이터베이스(209)가 제어 기능 요소에 포함되고 또한 라우팅 DB(208), 수락 제어(Admission 제어,207)도 제어 기능 레벨에 포함한다.

도 2b에 QoS 제어를 위한 자원 관리 모델이 제시되어 있다.

스위치드 라우터(304,312)에서 QoS 자원은 대부분이 분류 기능과 스케쥴러 기능을 수행하는 라인 카드에 있으며 본 발명에서는 인터페이스 포트 기반으로 자원을 구분하는데 라인 카드의 자원을 크게 분류자(classifier,310,318), 버퍼, 스케쥴러(311,319)의 세 부분으로 구분하여 관리한다. 일반적으로 하나의 라우터(304,312)는 하나의 패킷 분류자(310,318)와 하나의 스케쥴러(311,319)가 존재한다.

자원관리 eGSMP 마스터(210, 이하 QoS 제어 마스터)는 각 스위치드 라우터에 해당하는 QoS 제어 슬레이브(304,312)로부터 QoS 자원 관리에 필요한 통계정보를 수집하여 보관하는 모니터링부(303)와 모니터링 된 통계 정보를 이용하여 네트워크 QoS 제공을 위한 네트워크 차원의 평균 대역폭과 평균시간을 계산하는 등의 자원관리 기능을 수행하는 자원관리 제어부(302)로 구성된다.

QoS 제어 마스터(210)는 엔드 유저(end user,321)에 사용자 인터페이스(320)를 제공하여 엔드 유저(321)도 QoS 요청을 수행할 수 있도록 한다(322). 그리고 QoS 제어 마스터(210)와 QoS 제어 슬레이브(304,312)간에는 eGSMP 메시지를 상호 교환하여 QoS 제어 프로토콜을 수행하는데 QoS 자원 요청 메시지(305,313), 수락 제어 메시지(306,314), 분류설정 메시지(307,316), 스케쥴러 설정 메시지(308,315)를 사용하여 네트워크의 QoS 자원을 관리하도록 한다.

QoS 자원 요청 메시지(305,313)와 수락제어 메시지(306,314)는 QoS 제어 슬레이브(304,312)의 수락 제어(309,317)를 수행하기 위해 사용되며 분류 설정 메시지(307,316)는 QoS 제어 슬레이브(304,312)의 분류자(310,318)와 상호 작용하여 QoS 제어 마스터(210)로부터의 입력 패킷에 대한 분류 조건 설정을 수행하는데 사용된다. 스케쥴러 설정 메시지(308,315)는 스케쥴러(311,318)와 상호 작용하여 QoS 제어 마스터(210)로부터의 스케쥴링 원칙을 설정하는 데 사용된다.

도 3a는 본 발명에 따른 QoS 제어 기반 개방형 스위치/라우터 포트의 즉, QoS 제어 슬레이브의 QoS 자원 요소를 도시한 것이다.

QoS 자원 요소(40)는 분류자(401), 버퍼(402), 스케쥴러(403) 세 부분으로 나누어지며 일반적으로 라우터는 포트 하나 당 하나의 분류자, 하나의 스캐듈러 및 다수의 버퍼를 포함한다. 각 구성요소는 모두 eGSMP 제어 메시지에 의해 제어/관리된다.

도 3b은 도 3a의 분류자의 구조도이다.

분류자(401)는 입력 포트나 출력 포트에 존재하고 스케쥴러(403)는 라우터의출력 포트에 위치한다. 모든 기능은 eGSMP 제어 메시지에 의한 QoS 제어 프로토콜로 액세스되고 제어된다. 차별화 서비스(DiffServ)에서 분류자(401)는 라우터의 노드 형태에 따라 여러 종류를 갖는다. 인그레스(ingress) 노드 라우터에서는 패킷을 분류하기 위해 패킷 헤더 필드 정보를 기반으로 다중 필드(Multi-field: MF) 분류자를 사용하고 코어(core)나 이그레스(egress) 노드에서는 패킷의 DSCP(DiffServ Code Point)필드에 의해 패킷을 분류하는 BA(Behavior Aggregate) 분류자를 사용한다.

이 때 다른 분류 태스크를 수행하기 위해서 필터(401a,401b,401c)를 사용한다. 필터(401a,401b,401c)는 특정 조건을 만족하는 패킷을 선별한다. 분류자(401)는 다른 패킷을 구분하기 위해 몇 개의 필터를 포함하는데 각 필터(401a,401b,401c)마다 패킷 선택에 대한 우선순위가 지정되어 있다. 낮은 우선순위 필터는 높은 우선순위에 의해 선택되지 않은 패킷들에 대해 필터링 기능을 수행한다. 인그레스 노드 라우터에서 패킷은 마커(Marker, 401d,401e,401f)와 셰이퍼(Shaper, 401g,401h,401i)에 의해 각각 마킹(marking)과 세이핑(shaping)되고 나서 버퍼로 전송되며 코어나 이그레스 노드 라우터에서는 패킷은 분류된 후 마킹(marking)과 세이핑(shaping) 과정 없이 바로 버퍼로 보내진다. 마커(401d,401e,401f)와 셰이퍼(401g,401h,401i)가 분류자(401)에 포함됨으로써 슬레이브(304,312)의 셋업 과정이 용이해지고 QoS 제어 프로토콜이 한가지 특정한 설정 메시지만을 사용하여 필터기반으로 분류자(401)의 브랜치(branch)를 하나 설정할 수 있다.

도 3c은 도 3a의 버퍼의 구조도이다.

QoS 제어 프로토콜에서 버퍼(402)와 셰이퍼(403)는 eGSMP에 의한 QoS 제어 프로토콜 버퍼 관리 메시지에 의해 관리되는데 QoS 제어 프로토콜 메시지에 의한 관리를 관장하는 버퍼 관리 에이전트(402a)가 있으며 수신된 패킷은 분류 요구 제어에 따라서 에이전트(402a)에 의해 서로 다른 버퍼로 저장되어진다. 이 때 서로 다른 버퍼의 구분을 위해 버퍼 구분자(버퍼 1, 버퍼 2, ···, 버퍼 3)를 사용한다. 각 버퍼의 다음에는 패킷 트래픽 조절 요소(conditioning element)인 셰이퍼가 붙어있는데 이는 패킷의 오버플로우를 피하기 위해 폐기(dropping) 기능을 가지며 데이터 스트림으로부터 평균속도, 버스트 속도, 트래픽 파라미터를 조정하는 기능을 가진다.

도 3d은 도 3a의 스케쥴러의 구조도이다.

스케쥴러(403)는 QoS 제어 슬레이브(304,312)가 스케쥴러와 관련된 제어 메시지를 수신하는 경우 스케쥴러 에이전트(403a)에 의해서 스케쥴링 규칙이 관리되며 스케쥴링 메카니즘(403b)에 따라서 버퍼로부터의 패킷을 적절한 출력 링크 포트로 할당하는 기능을 수행한다. 이 때 스케쥴링 메커니즘은 후술할 슬레이브 스케쥴링 알고리즘에 의한다.

본 발명은 위에서 제시된 QoS 기준 모델과 자원 관리 모델을 기반으로 빠르고 효율적인 QoS 스케쥴링 알고리즘을 제시한다(S11,S12). 제시된 QoS 스케쥴링 알고리즘은 각각의 트래픽 클래스에 대해 실시간 스케쥴링할 수 있는 영역을 결정하는데 그 기반을 두고 있다. 스케쥴링은 특히 광범위의 트래픽 클래스에 대한 수락제어(207)를 위한 효과적인 방법이다. 수락 제어(207)는 패킷이 라우터나 포워딩 엔진으로의 전달 허용 여부를 결정하는 기능을 하며 통합 서비스(202)에 사용된다. 차별화 서비스(203)는 수락 제어를 사용하지 않고 대신에 마킹(marking)/재마킹(remarking) 제어 알고리즘을 사용한다.

QoS 제어 프로토콜은 차별화 서비스 QoS 프로토콜을 사용하는 IP망에서 원하는 QoS 요구를 유지하기 위해 스케쥴링 영역을 결정하는 알고리즘을 제시한다. 이를 위해 QoS 제어 프로토콜은 일정한 시간 간격으로 망의 상태에 대한 통계를 측정한다. 자원관리 eGSMP 슬레이브(이하 QoS 제어 슬레이브,211)는 지연(delay) 시간과 각 서비스 클래스에 대한 대역폭(bandwidth)을 연속적으로 감시해서 자원관리 eGSMP 마스터(이하 QoS 제어 마스터,210)로 전달한다.

마스터(210)는 슬레이브 라우터 전체의 대역폭과 지연을 측정하여 각 슬레이브 라우터에서의 각 서비스 클래스에 대한 평균값을 계산하는데 전체 대역폭과 지연 파라미터를 각각 대역폭과 지연으로 정의한다. 정책 제어(204)는 패킷이 도착하면 슬레이브(211)에 의해 요구된 대역폭과 지연을 계산한 후 전체 파라미터와 비교하여 기준이 만족되면 패킷을 분류하고 마킹한다. 전역 파라미터의 계산은 각 노드에서 트래픽의 폭주을 완화시키는데 도움을 줄 수 있다.

기준 모델에 따른 QoS 자원 관리 알고리즘을 정의하는 단계(S11)는 QoS 제어 마스터(210)와 QoS 제어 슬레이브(304,312)의 QoS 스케쥴링 알고리즘을 정의하는 단계이다.

QoS 제어 마스터(210)는 QoS 제어 슬레이브(304,312)들을 구성(configuration)하기 위한 이벤트 리스트를 초기화하여 QoS 구성 메시지를 생성한 후(S30) QoS 구성 메시지를 QoS 제어 슬레이브(304,312)로 전송한다(S31).

QoS 제어 마스터(210)는 일정 시간 주기로 QoS 제어 슬레이브(304,312)의 자원관리를 위한 통계 정보인 평균 대역폭과 평균 지연시간 값을 QoS 제어 슬레이브(304,312)로부터 수신한다(S32). QoS 제어 마스터(210)는 수신된 값에 근거하여 QoS 제어 슬레이브(304,312)의 평균 대역폭과 평균 지연을 계산하는데 바람직하게는 각 항목 별로 더하고 전체 패킷 수로 나누어 네트워크 전체의 평균 대역폭과 평균 지연 시간을 계산하여 네트워크 통계 정보를 생성한 후(S33) 계산된 네트워크 통계 정보를 QoS 제어 슬레이브(304,312)로 전송(S34)하고 다시 S32로 회귀함으로써 마스터 스케쥴링 알고리즘이 완성된다.

QoS 제어 슬레이브(304,312)는 마스터(210)로부터 초기화 메시지(QoS 구성 메시지)를 수신하고(S40) 클래스와 큐잉 방식(queueing discipline)을 구성(configuration)한 후(S41) 자신의 정상적인 동작 상태의 각 서비스 클래스에 대해 일정 시간 t 주기로 평균 대역폭과 평균 지연 시간을 계산한다(S42).

QoS 제어 슬레이브(304,312)는 계산된 대역폭과 지연 시간을 QoS 제어 마스터(210)로 전송하는데(S43) S42와 S43은 실시간으로 이루어진다. 따라서 S43 단계와 S42 단계는 상호 반복 구조를 이룬다. S42와 S43이 실시간으로 이루어짐과 동시에 QoS 제어 마스터(210)는 QoS 제어 슬레이브(304,312)로부터 패킷의 수신여부를실시간으로 판별한다(S44). 패킷이 수신되면 해당 패킷 플로우에 대한 프로파일 중에서 슬레이브(304,312)로부터의 QoS 요구사항이 현재 QoS 자원으로 제공 가능 가능한 범위에 있는 지 판단한다(S45). QoS 요구사항이 범위 이내이면 스케쥴링 가능으로 판단해서 스케쥴러(311,318)로 패킷을 포워딩하고(S46) 범위가 아니면 SLA(Service Level Agreement)의 스케쥴링 정책에 따르도록 즉, 서비스 공급업체와 고객간에 체결된 계약에 따라 QoS를 제공(S47)함으로써 QoS 제어 슬레이브 스케쥴링 알고리즘이 완성된다. S44~S47도 실시간으로 반복적으로 이루어진다.

QoS 제어 프로토콜을 정의하는 단계(S12)는 기준 모델, 자원 관리 모델에 따라 자원 관리 알고리즘이 IP망에서 구현되도록(QoS 제공이 수행될 수 있도록) 하는 프로토콜을 정의하는 단계로서 QoS 제어 프로토콜은 도메인내의 코어 라우터 또는 에지 라우터를 제어하기 위한 마스터(210)와 슬레이브(304,312)간 제어 메시지 교환 프로토콜이다.

교환되는 메시지는 상기한 바와 같이 eGSMP 메시지이고 QoS 자원 요청 메시지(305,313), 수락 제어 메시지(306,314), 분류 설정 메시지(307,316), 스케쥴러 설정 메시지(308,315) 등을 포함하는 다수의 메시지이다. 이들 메시지가 상호 교환되어 네트워크의 QoS 자원이 관리된다.

교환되는 메시지들은 소정의 포맷을 가지며 이하 중요 메시지의 포맷에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 QoS 제어 분류 설정 메시지 포맷을 나타낸 것이다.

분류 설정 메시지(307,315)의 메시지 타입 값은 131이다. 이것은요구(request)-응답(response) 형식의 메시지이고 응답 메시지는 요구가 성공인지 실패인지를 나타낸다. 분류자(401)는 위에서 언급한 바와 같이 몇 개의 상호 연결된 필터로 구성되며 분류 설정 메시지(307,315)는 특히 분류자(401)에 필터 브랜치를 추가하는 데에 사용된다. 분류자(401)의 수정/변경은 필터 브랜치를 추가하거나 삭제함에 의해 이루어진다.

FilterID(502)는 1바이트의 크기로 필터의 구분자를 지정하며 Priority(503)는 필터의 우선순위 레벨로 0은 가장 높은 우선순위를 표시한다. BufferID(504)는 분류 후에 패킷이 저장될 버퍼의 구분자를 나타내며 필터를 위한 플래그 F(505)는 필터가 속하는 분류자 타입을 표시하는데 F=0은 일반 Multi-Field(MF) 분류자를, F=1은 분류를 위해 DSCP만을 사용하는 Behavior Aggregate(BA) 분류자를 나타낸다. 플래그 M(506)은 DSCP 마커가 필터 다음에 있는 지를 지시하는데 M=0은 마커가 없음을 나타내고 M=1은 DSCP 마커가 있음을 나타낸다. 플래그 S(507)는 셰이퍼가 필터 다음에 있는 지를 지시하는데 S=0은 없음을 나타내고 S=1은 있음을 나타낸다. x는 추후 확장 사용을 위한 것이다.

MaskLength/DSCPMask(508)는 분류자의 타입이 MF 분류자(F=0)일 때에는 MaskLength 필터가 사용하는 마스크 길이를 나타내고, 분류자의 타입이 BA classifier(F=1)일 때에는 DSCP 필드에서만 사용되는 마스크를 나타낸다. MaskOffset(509)은 분류자의 타입이 MF 분류자이면 IP 헤더 위치로부터 바이트 단위의 시작점을 표시하고, BA 분류자일 경우에는 사용되지 않는다. FilterMask(510,511)는 패킷과 매칭되는 마스크 필터를 지정하며 분류자의 타입이BA 분류자이면 사용되지 않는다. DSCPMarker(512)는 DSCP 필드를 지정하며 마커가 선택되지 않으면 사용되지 않는다.

ShaperType(513)은 패킷의 셰이핑을 위한 셰이퍼의 타입을 지정하는데 사용되는데 ShaperType=0x01은 일반적인 토큰 버킷(token bucket) 셰이퍼를, ShaperType=0x02는 2개 파라미터 토큰 버킷(token bucket) 셰이퍼를, ShaperType=others는 추후 사용될 토큰 버킷(token bucket) 셰이퍼를 위한 예약을 표시하며 ShaperProfileLength(514), ShaperProfile(515)은 셰이퍼의 프로파일을 정의하는데 사용된다.

토근 버킷 셰이퍼는 다음의 서브필드들을 갖는데 TokenBucketSize은 바이트 단위의 버킷의 크기로 토큰이 가용할 수 있는 최대 바이트 수이고 Rate는 허용되는 버킷 속도를 나타낸다. WaitingRoomSize는 토큰을 기다리기 위해 대기 가능한 바이트 수이고 MinimumPacketUnits는 최소 토큰 사용을 결정하는 최소 패킷 유닛을 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 QoS 제어 프로토콜 분류자의 필터 삭제 메시지 포맷을 나타낸 것이다.

필터 삭제 메시지는 분류자(401)로부터 필터 브랜치를 삭제하는 메시지로서 메시지 타입 값은 132이다. 이 메시지도 요구(request)-응답(response)메시지이고 응답 메시지는 요구가 성공인지 실패인지를 나타낸다. 필터가 분류자(401)로부터 삭제되면 마커와 셰이퍼와 같은 관련된 모든 요소가 자동으로 삭제된다.

FilterID(602)는 삭제될 필터의 구분자를 표시하고 Priority(603)는 필터의우선순위 레벨로 0은 가장 높은 우선순위을 표시한다. BufferID(604)는 분류 후에 패킷이 저장될 버퍼의 구분자를 나타낸다. 필터를 위한 플래그 F(605)는 필터가 속하는 분류자 타입을 표시하는데 F=0 은 일반 Multi-Field(MF) 분류자, F=1은 분류를 위해 DSCP만을 사용하는 Behavior Agregate(BA) 분류자를 나타낸다. 플래그 M(606)은 DSCP 마커가 필터 다음에 있는 지를 나타내는데 M=0은 마커가 없는 경우이고 M=1은 DSCP 마커가 있는 경우이다. 플래그 S(607)는 셰이퍼가 있는 지를 나타내는데 S=0은 세이퍼가 없는 경우이고 S=1은 셰이퍼가 있는 경우를 나타낸다. 플래그 x(608)는 추후 사용될 셰이퍼를 위해 예약된 것이다.

도 7은 QoS 제어 프로토콜 버퍼 관리 메시지 포맷을 나타낸다.

QoS 제어 프로토콜 버퍼 관리 메시지는 타입 값 133이다. 이 메시지도 요구(request)-응답(response) 형식의 메시지이고 응답 메시지는 요구가 성공인지 실패인지를 나타낸다.

BufferID(702)는 1바이트 크기로 버퍼 구분자이다. 플래그 S(703)는 셰이퍼 요소가 버퍼의 끝에 존재하는 지를 나타내는데 S=0 이면 존재하지 않음을 S=1 이면 존재함을 나타내며 x는 예약을 나타낸다. Policy(704)는 버퍼 관리 정책을 표시하는데 Policy=0x00 이면 일반적으로 분리된 버퍼 공간, Policy=0x01 이면 하나의 포트에 공유된 버퍼공간, Policy=0x02 이면 하나의 라우터에 공유된 버퍼공간, Policy=others 이면 추후 사용을 위한 예약(705)을 나타낸다.

Buffersize(706)는 바이트 단위의 요구된 버퍼의 크기를 나타낸다. 라우터가 요구된 크기에 대해 허용되지 않으면 성공 응답 메시지로 실제 버퍼 크기로 할당되어 응답될 수 있다. QoS 제어 마스터(210)는 실제 버퍼 사이즈를 검사하는 것이 필요하다. 수신된 버퍼 사이즈가 제한된 크기를 넘으면 자동으로 폐기된다. DiscardThreshold(707)은 폐기될 패킷의 바이트 단위의 임계(threshold) 버퍼 사이즈를 지정하며 순간적인 버퍼 공간의 부족이나 버퍼공간의 부족이 예상될 때에 패킷이 폐기되도록 하는데 이것은 특별히 공유 버퍼 할당 정책에서 사용된다.

ShaperType(708)은 패킷의 셰이핑을 위한 셰이퍼의 타입을 지정하는데 사용된다. ShaperType=0x01은 일반적인 토큰 버킷(token bucket) 셰이퍼를, ShaperType=0x02는 2개 파라미터 토큰 버킷(token bucket) 셰이퍼를, ShaperType=others은 추후 사용을 위한 예약을 표시하며 ShaperProfileLength(709), ShaperProfile(710)은 셰이퍼의 프로파일을 정의하는데 사용된다.

도 8은 QoS 제어 스케쥴러 설정 메시지 포맷을 나타낸 것이다.

QoS 제어 스케쥴러 설정 메시지(308,315) 타입 값은 135이다. 이 메시지도 위에서 언급한 메시지와 같이 요구(request)-응답(response) 형태의 메시지이고 응답 메시지는 설정 과정 후 요구가 성공인지 실패인지를 나타낸다. SchedulingDiscipline(802)은 지원되는 스케쥴링 방법의 비트 마스크(bit mask)을 지정하고 2바이트의 크기를 가지며 다음과 같은 포맷을 가진다.

Bit 0 First-in First-out(FIFO)

Bit 1 Weighted Fair Queuing(WFQ)

Bit 2 Strict Priority Scheduling

Bit 3 Class Based Queuing

Other Bits Reserved

플래그 W(803)은 선택된 스케쥴링 방법이 work-conserving 인지 아닌지를 나타낸다. W=0은 work-conserving을 W=1은 Non-work-conserving을 나타낸다. 플래그 R(804)은 프로파일에서 데이터 속도를 지정하며 R=0 이면 bit/s , R=1 이면 kbit/s 을 나타낸다. X는 현재 사용하지 않고 추후 사용을 위한 예약된 플래그(reserved flag)이다. BufferID1, BufferID2, ... BufferIDn(806)는 버퍼 구분자로 스케쥴러의 입력 브랜치에 대응되도록 연결되어 있다. Priority(807)는 대응되는 입력단에 설정되는 것으로 Strict Priority Scheduling 이나 CBQ와 같은 스케쥴링 방법에 의해서 사용될 수 있으며 level zero는 가장 높은 우선순위를 갖는다.

Weight/Rate(808)는 weight와 제한된 전송 속도 파라미터로서 스케쥴링 방법으로 WFQ, CBQ가 사용되고 그에 대응되는 입력단에 설정된다. 이 파라미터는 파라미터의 비(ratio)가 스케쥴링 방법에 의해서 사용될 수 있기 때문에 임의의 단위(arbitrary unit)를 가질 수 있다. OutputLinkCapacity(809)은 출력링크(output link) 처리 용량(capacity)을 지정하는 것으로 용량의 단위는 플래그 R(804)에 정의된 단위로 결정되는데 R=0 인 경우 약 1bit/s ~ 16M bits/s 이고 R=1 인 경우는 약 1kbit/s ~16G bit/s 이다.

도 9는 QoS 클래스 설정 메시지 포맷을 나타낸다.

QoS 클래스 설정 메시지 타입 값은 137이다(1201). 이 메시지도 요구(request)-응답(response) 형태의 메시지이고 응답 메시지는 설정 과정 후 요구가 성공인지 실패인지를 나타낸다.

QoSClassID(902)는 1바이트로 QoS 클래스 구분자(Class identifier)를 나타내고 대부분 DCSP가 QoSClassID로 사용된다. ProfileType(903)은 QoS 클래스 프로파일의 타입을 지정한다. QoSClassProfileLength(904)는 QoS Class profile의 길이(바이트 수)를, QoSClassProfile(905)은 QoS 설명자로 구성되는 QoS Class 정의 프로파일을 나타낸다. 이것들은 ProfileType을 사용함에 따라 확장이 쉽게 구성되었다. 도 10에 프로파일 포맷의 일례를 보인다.

도 10은 도 9의 QoS 클래스 프로파일 포맷을 나타낸다.

R(1001)은 프로파일에서 데이터 속도를 표시하는 단위로 R=0은 bit/s를, R=1은 kbit/s 을 나타낸다. D(1002)는 프로파일에서 지연(delay) 시간을 표시하는 단위로 D=0은 us를, D=1은 ms를 나타낸다. ReservedforFlags(1003)은 추후 사용될 플래그를 위해 예약된 것이다. PeakRate(1004)는 QoS 클래스에 제한된 최대 전달 속도를 나타내고, AverageRate(1005)는 QoS 클래스에 대한 평균 전달 속도를 나타낸다. MaximumDelay(1006)는 최대 허용 지연 시간을 나타내고 AverageDelay(1007)는 평균 지연 시간을, DelayJitter(1008)는 QoS 클래스에 대한 허용 지연치를, LossRate(1009)는 QoS 클래스 팩에 대한 손실 전송 속도을 나타낸다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.

본 발명을 이용하면 다음과 같은 이점이 있다.

본 발명은 라우터들로 구성되는 기존 IP네트워크에서 IP 트래픽에 대한 QoS를 제공하기 위한 자원관리 구조와 방법을 제시하고 있는데 이를 위해 서버-클라이언트 방식으로 네트워크에 QoS 자원을 동적으로 제어할 수 있는 프로토콜을 제공함으로써 프로그래머블한 네트워크 자원관리를 가능하게 하여 고객이 요구하는 QoS를 보장함에 있어서 보다 유연한 방법을 제공할 수 있는 이점이 있다.

Claims

IP망에서 QoS 제어 마스터로 기능하는 서버와 QoS 제어 슬레이브로 기능하는 클라이언트간의 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법에 있어서:

(a)QoS 제공을 위한 프로그래머블한 네트워크 인터페이스를 제공할 수 있는 QoS 기준 모델과 자원 관리 모델을 정의하는 단계;

(b)상기 기준 모델과 관리 모델에 따른 QoS 자원 관리 알고리즘을 정의하는 단계; 및

(c)상기 기준 모델과 자원 관리 모델에 따라 상기 자원 관리 알고리즘이 상기 IP망에서 구현되도록 하여 상기 QoS 제공이 수행될 수 있도록 QoS 제어 프로토콜을 정의하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 QoS 기준 모델은

서비스 응용 기능 레벨, 라인카드와 스위칭 패브릭(fabric)으로 구성되는 전달 기능 레벨, 상기 서비스 응용 기능 레벨과 상기 전달 기능 레벨 사이에서 네트워크 차원의 QoS 제공을 위한 자원관리 제어 기능을 제공하는 제어 기능 레벨의 세 논리 레벨로 정의됨을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 자원 관리 모델은

상기 슬레이브에 포함되는 분류자, 버퍼, 스케쥴러의 세 부분으로 구분되어 정의됨을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 (b)단계는

상기 마스터의 스케쥴링 알고리즘과 상기 슬레이브의 스케쥴링 알고리즘을 정의함을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 마스터의 스케쥴링 알고리즘은

상기 마스터가 상기 슬레이브를 구성(configuration)하기 위한 이벤트 리스트를 초기화하여 QoS 구성 메시지를 생성하는 단계;

상기 QoS 구성 메시지를 상기 슬레이브로 전송하는 단계;

상기 마스터가 일정 시간 주기로 상기 슬레이브의 평균 대역폭과 평균 지연시간 값을 상기 슬레이브로부터 수신하는 단계;

상기 마스터가 상기 수신 값에 근거하여 상기 슬레이브를 포함하는 네트워크 전체의 평균 대역폭과 평균 지연 시간을 계산하여 네트워크 통계 정보를 생성하는 단계; 및

상기 네트워크 통계 정보를 상기 슬레이브로 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 슬레이브의 스케쥴링 알고리즘은

상기 슬레이브가 상기 마스터로부터 초기화 메시지를 수신하는 단계;

상기 슬레이브가 클래스와 큐잉 방식을 구성하는 단계;

상기 슬레이브가 자신의 정상적인 동작 상태의 각 서비스 클래스에 대해 일정 시간 주기로 평균 대역폭과 평균 지연 시간을 계산하는 단계;

상기 슬레이브가 상기 대역폭과 지연 시간을 상기 마스터로 전송하는 단계;

상기 마스터가 상기 슬레이브로부터 상기 대역폭과 지연 시간 정보를 포함한 패킷을 수신하면 해당 패킷 플로우에 대한 프로파일 중에서 상기 슬레이브로부터의 QoS 요구사항이 현재 QoS 자원으로 제공 가능 가능한 범위에 있는 지 판단하는 단계;

상기 QoS 요구사항이 상기 범위 이내이면 스케쥴링 가능으로 판단해서 상기 슬레이브로 패킷을 포워딩하는 단계; 및

상기 QoS 요구사항이 상기 범위가 아니면 SLA의 스케쥴링 정책에 따른 QoS를 제공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 QoS 제어 프로토콜은

상기 마스터와 슬레이브간에 eGSMP 메시지 교환으로 정의됨을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.
제 3 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 eGSMP 메시지는

상기 슬레이브가 상기 마스터로부터 전송된 입력 패킷에 대한 분류 조건을 수행하여 상기 분류자를 설정하는 분류 설정 메시지;

상기 슬레이브가 상기 마스터로부터 전송된 입력 패킷에 대한 버퍼링 조건을 수행하여 상기 버퍼를 설정하는 버퍼 설정 메시지;

상기 슬레이브가 상기 마스터로부터 전송된 입력 패킷에 대한 스케쥴링 조건을 수행하여 상기 스케쥴러를 설정하는 스케쥴러 설정 메시지를 포함함을 특징으로 하는 IP망에서 큐오에스 제공을 위한 자원 관리 방법.