KR100573278B1 - Ｉｐ 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법 - Google Patents

Ｉｐ 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인터넷 전송망을 효율적으로 활용하기 위한 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법에 관한 것이다.
멀티캐스트 그룹에 가입하려는 노드가 주 송신원(Document Source) 측으로 최단 경로를 통해 그룹 멤버를 요청하면, 중간의 병합 노드에서는 지연 요구사항을 만족함과 동시에, 전체 경비를 최소화하는 노드를 찾아서 통보한다. 멀티캐스트 그룹에 가입하려는 노드는 통보 받은 노드에 가입 요청하며, 가입 요청 신호를 받은 새로운 병합 노드의 가입 확인, 새로운 병합 노드의 멤버 보고 및 첫 번째 병합 노드에서의 병합 노드 멤버 확인 과정을 수행한다.
이로 인해, 서비스 이용자가 동적으로 그룹에 가입하고 탈퇴하는 경우에 있어서도, 전체 경로의 재 배정 없이 종단간 지연을 만족하면서도 트리 전체 경비를 절약할 수 있다.
IP 멀티캐스트 전송망, 지역적 경로 배정.

Description

ＩＰ 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법 {Method for Localized Multicast Routing of IP Multicast Networks}
도 1은 IP 멀티캐스트 전송망에서의 노드 상태 천이도이고,
도 2a 내지 도 2c는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 트리 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법 시 이용되는 새로운 노드 가입을 위한 신호 절차도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법을 도시한 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
110 : 리프(leaf) 노드
120 : 오프 트리(off tree) 노드
130 : 중계(relay) 노드
140 : 병합(merging) 노드
본 발명은 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 새로운 이용자의 가입 시에도 경로를 재 설정하지 않는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 IP 멀티캐스트 전송망에서의 경로 배정 방법은 크게 경로를 재 설정하는 방법과 재 설정하지 않는 방법이 있다. 이 중, 경로를 재 설정하는 방법은 재 설정 시, 데이터 손실이나 데이터 중복 등의 동기 문제가 발생한다. 한편, 경로를 재 설정하지 않는 방법은 트래픽이 많을 것으로 추정되는 곳에 코어(core)를 위치시키고 코어를 기준으로 해당 이용자를 최단 경로로 가입시키는 방법, 모든 송신원을 기준으로 항상 최단 경로로 가입시키는 방법, 전체 트리 경비를 최소화할 수 있도록 경로를 배정하는 방법 등이 있다.
이 중, 코어를 이용하여 경로 배정을 하는 방법은 코어로 트래픽이 집중된다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 코어를 선정하고 관리해야 한다는 단점이 있다. 또한, 항상 최단 경로로 이용자를 가입시키는 경로 배정 방법은 트리의 전체 경비가 증대된다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 전체 트리 경비를 최소화할 수 있도록 경로를 배정하는 방법은 중앙에서 모든 이용자에 대한 정보를 관리하고 경로를 배정해야 하므로, 시간 복잡도(time complexity)가 크다는 문제점과 종단간 지연을 전혀 고려하지 못한다는 단점이 있다. 여기서의 종단간 지연은 증가성 트리 조건(additive tree constraint)에 따라, 새롭게 이미 형성된 트리에 이용자를 가입시키는 경우, 기존의 트리를 변경하지 않으면서, 지연 요구 사항을 만족시킬 수 없다.
삭제
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 IP 멀티캐스트 전송망에서의 상대적 지연 여유도를 지정함으로서, 이용자의 가입과 탈퇴가 빈번한 대규모의 동적 IP 멀티캐스트 전송망이 경로의 재 배정 없이 종단 지연을 만족하면서 전체 트리 경비를 절약할 수 있는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 멤버의 가입에 따른 리프 노드와 중계 노드(Relay Node), 병합 노드(Merging Node) 및 오프트리 노드(Off Tree Node)로 구성된 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법에 있어서, 상기 리프 노드가 상기 IP 멀티캐스트 전송망에 가입하려는 멤버를 발견한 후, 주 송신원에 대해 최단 경로로 그룹 멤버를 요청하는 제 1 단계; 상기 병합 노드가 상기 그룹 멤버 요청에 대해 전체 경비를 최소화하는 노드를 상기 리프 노드에 통보하는 제 2 단계; 상기 리프 노드가 상기 병합 노드로부터 통보된 노드에 가입하면, 영역이 변경된 새로운 병합 노드를 상기 병합 노드에 보고하는 제 3 단계; 및 상기 병합 노드는 상기 새로운 병합 노드의 보고에 따라 자신의 영역에서 변경된 멤버를 삭제하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법이 제공된다.
이하에서는 IP 멀티캐스트 전송망의 트리에 가입하지 않은 노드를 오프트리 (off tree) 노드라 칭하기로 하고, 오프트리 노드에 이용자가 가입하게 되면 리프 (leaf)노드라 칭하기로 하며, 오프트리 노드에 하나의 다른 노드가 가입하게 되면 중계(relay) 노드라 칭하기로 하고, 리프 노드 혹은 중계 노드에 다른 노드가 가입하게 되면 병합 (merging) 노드라 칭하기로 하며, 오프트리 노드 내지 병합 노드에 가입하는 노드 및 이용자를 멤버라 칭하기로 한다.
삭제
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법을 보다 자세하게 설명하기로 한다. 도 1은 IP 멀티캐스트 전송망에서의 노드 상태 천이도이다.
도시된 바와 같이, 도 1은 리프 노드(110)와 오프트리 노드(120), 중계 노드(130),병합 노드(140) 각각의 상태 천이도이다. IP 멀티캐스트 전송망의 트리에 가입하지 않으면 오프트리(off tree) 노드(120)가 되고, 오프트리 노드(120)에 이용자가 가입하게 되면 리프(leaf) 노드(110), 오프트리 노드(120)에 하나의 노드가 가입하면 중계(relay) 노드(130), 리프(leaf) 노드(110)에 다른 노드가 가입하게 되면 리프 노드(110)는 병합(merging) 노드(140)로 상태가 변환된다.
이 때, 리프 노드(110)에서 이용자가 추가로 가입하거나 탈퇴하더라도 하나 이상의 이용자만이라도 있다면, 리프 노드 상태를 유지할 수 있다.
하나 이상의 리프 노드(110)와 하나 이상의 이용자를 갖는 노드 혹은 두 개 이상의 자식 노드를 가진 노드를 병합 노드(140)라고 한다. 리프 노드(110)와 병합 노드(140) 사이의 노드를 중계 노드(130)라고 하며, 중계 노드(130)는 하나의 부모 노드와 하나의 자식 노드를 가진다. 중계 노드(130)에 다른 노드가 가입하거나 멤버가 가입하게 되면 병합 노드(140)가 된다. 반면, 병합 노드(140)에 가입된 리프 노드(110)들이 그룹에서 탈퇴하여 멤버 없이 하나의 리프 노드(110)만 남게 되면 중계 노드(130)로 되며, 모든 리프 노드(110)들이 탈퇴하고 멤버만 남게 되면 리프 노드가 된다. 중계 노드(130)에서 마지막 리프 노드(110)가 탈퇴하거나 리프 노드(110)에서 모든 멤버가 탈퇴하면 오프 트리 노드(120)가 된다.
이처럼 각각의 노드의 상태가 변화할 때 트리의 상태가 변화되긴 하지만, 리프 노드에 다수의 멤버가 가입하더라도 트리의 상태는 변화되지 않는다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 IP 멀티캐스트 전송망에서의 경로 배정 방법에 따른 트리 구성도이다.
본 발명에서는, 주 송신원(Dominant Source , 이하에서는 DS 라 함)과 상대적 경비 여유도 (Normalized Cost Margin , 이하에서는 NCM 이라 함)를 지정하여, (DS, NCM) 과 같이 표기한다. DS 는 트래픽을 가장 많이 발생시키는 송신원 혹은 QoS(서비스 품질) 측면에서 가장 중요한 송신원(혹은 노드)을 나타내며, NCM 은 최단 경로의 경비에 대한 실제 트리 경비의 비를 나타낸다.
도 2a는 노드 LN5(234)가 가입할 때의 프로토콜 예시도이다. 도면에서, MN1~2(221, 231)은 병합 노드를, LN1~5(231, 222, 223, 233, 234)는 멤버를 가진 리프 노드, DS(211)는 주 송신원, RN1(232)은 중계 노드를 나타낸다.
도 1과 같이, 트리에 가입하지 않은 노드를 오프트리 노드라 하는데, 오프 트리 노드에 하나 이상의 멤버가 가입하게 되면 리프 노드로 변화된다. 이 때, 새로 생성되는 리프 노드(234)는 DS(211) 측으로 최단 경로를 통하여 멤버 확인을 요청한다. 이 신호가 거쳐가는 요청 경로상의 첫 번째 병합 노드(232)는 자신의 영역의 트리에 가입된 노드 중 해당 리프 노드와 가장 가까운 노드(233)를 찾아서 통보한다. 이 신호를 받은 리프 노드(234)는 그 노드(233)로 가입을 요청하며, 그 노드(233)는 해당 리프 노드(234) 및 경로를 트리에 가입시키고 가입 확인 신호를 전달한다. 이 때, 가장 가까운 노드(233)는 다시 자신과 새로 가입하는 노드로 구성되는 새로운 영역(Region 3)을 형성한다. 또한, 새로운 영역의 멤버가 기존 트리의 멤버 목록에서 제외될 수 있도록 새로운 병합 노드(233)는 부모 병합 노드(231)에 자신의 멤버 정보를 보고한다. 이 보고를 받은 부모 병합 노드(231)는 자신의 멤버 목록에서 자식 노드의 멤버를 삭제한다.
도 2b는 모든 링크의 경비가 1이라고 가정하고 상대적 경비 여유도가 1.5 미만인 경우 형성되는 트리를 나타낸 도면으로서, 새로 추가되는 노드 LN5(234)는 MN2(231)에 최단 경로로 연결되며 이때 중간 노드는 중계 노드 RN2(235)가 된다. 새로 트리에 포함되는 링크는 두 개이며, MN2(231)와 LN5(234)의 종단간 경비는 2가 된다.
다음, 도 2c는 상대적 경비 여유도가 1.5 이상인 경우 형성되는 트리를 나타 낸 도면으로서, 새로 추가되는 노드 LN5(234)는 가장 가까운 노드인 LN4(233)에 연결되어 전체 트리 경비는 1 로 증가되며, MN2(231)와 LN5(234)의 종단간 경비는 3이 된다. 이 때, LN4(233)는 새로운 병합 노드가 되어 영역을 형성한다. 이와 같이 NCM에 따라 종단간 경비를 절약하거나 전체 트리 경비를 용이하게 조정할 수 있다.
한편, 멤버가 트리에서 탈퇴하는 경우, 리프 노드의 마지막 멤버가 탈퇴하여 멤버가 하나도 없으면 그 리프 노드는 오프 트리 노드로 변환되며 부모 노드에 그룹 탈퇴 요청을 한다. 이 신호를 받은 부모 노드는 해당 경로 및 경로상의 노드를 트리에서 삭제하고 탈퇴 확인 신호를 전달한다. 이 때, 병합 노드에 남은 노드 수가 하나이고 멤버가 없는 경우에는 중계 노드로 변환된다. 예를 들면, 도 2b 혹은 2c 에서 LN5(234)가 그룹에서 탈퇴하는 경우, 해당 노드 및 링크가 삭제되어 도 2a와 같이 된다.
도 3은 IP 멀티캐스트 전송망에서 세 개의 영역으로 구성된 트리의 새로운 리프 노드를 가입시키기 위한 동작 절차도이다.
그룹에 가입하려는 멤버를 발견한 리프 노드는 DS 에 대하여 최단 경로로 멤버 확인을 요청한다(member-query, S310). 요청 신호를 받은 경로 상의 부모 병합 노드는 이 신호를 종단시키고 자신의 트리 영역에 가입된 노드에서 NCM 을 만족하는 노드 중, 최소 경비를 갖는 노드를 찾은(S320) 후, 자신의 노드에 통보한다(member-reply, S330).
예를 들어, 그 노드가 R4 라고 가정하자. 확인 신호를 받은 리프 노드 R5 는 가장 가까운 노드 R4 를 새로운 부모 노드로 선정하여 가입 요청을 한다(join-request, S340). 새로운 부모 노드 R4 가 이 신호를 받으면 그 노드 및 해당 경로를 트리에 가입시키고 가입되었음을 R5 에 통보한다(join-acknowledgement, S350). 해당 리프 노드 R5 는 이 신호를 받음으로써 가입이 완료된다.
이 때, 새로운 병합 노드 R4 를 중심으로 하는 새로운 영역 형성되며 이 영역을 기존 영역에서 삭제하도록 하여 새로운 영역이 생성되었음을 통보한다(mn-report). 이와 같이, 상위 병합 노드가 영역 변경을 완료하게 되면, 새로운 병합 노드에 확인 신호를 전달하여 영역 변경이 완료된다(mm-acknowledgement, S360). 반면, 멤버가 탈퇴하는 경우, 리프 노드의 마지막 멤버가 탈퇴하면 그 노드는 오프 트리 노드로 되며 자신의 부모 병합 노드에 중지 요청을 한다(quit-request). 이 신호를 받은 병합 노드는 이 노드와 그 경로를 트리에서 삭제하고 확인 신호를 전달한다(quit-acknowledgement, S370). 만약, 상위 병합 노드에 하나의 리프 노드가 남으면 중계 노드로 변환되며, 리프 노드는 없고 멤버만 있는 경우에는 리프 노드로 상태가 변환된다.
도 4는 본 발명에 따른 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법 중, 멤버 요청 신호를 수신한 병합 노드가 가장 가까운 노드를 찾는 과정을 도시한 흐름도이다.
먼저, 부모 병합 노드는 리프 노드로부터 멤버 요청 신호를 수신(S401)한 후, 수신된 신호를 종단시키고 새로운 리프 노드와 가장 가까운 노드를 찾아서 그 노드에 수신된 신호를 전달한다(S502).
이 때, 멤버 요청 신호를 수신한 부모 병합 노드는 자신의 영역 내의 노드 (Nlocal)와 링크(Llocal)로 구성된 현재의 지역적 트리(Tlocal)에서 노드의 집합을 C 로, 병합 노드(m)와 리프 노드(v) 까지의 최소 경비 C*(m,v)를 tmp, 리프 노드 (v)와 가장 가까운 트리상의 노드인 CST_node 를 자신의 노드로 설정한다.
이후, 현재 지역 트리 내의 노드에서 임의의 노드를 q로 선정한(S402)후, 노드 집합 C 가 공집합인지를 확인한다(S404). 확인 결과, 노드 집합 C 가 공집합이면, 바로 종료하는 반면, 확인 결과, 노드 집합 C 가 공집합이 아니면, 노드 집합 C 에서 임의의 노드 q 를 삭제(S405)한 후, 노드 v와 노드 q간의 경비, C*(v,q)가 최소 경비 tmp 보다 작은지 확인한다(S406). 확인 결과, 작지 않으면 새로운 노드 q 에 대하여 다시 반복(S403)하는 반면, 확인 결과, 작으면 노드 q 가 NCM 을 만족하는지 판단한다(S407). 판단 결과, NCM 을 만족하지 못하면, 새로운 노드 q 에 대하여 반복(S403)하는 반면, 판단 결과, NCM 을 만족하면 노드 v 와 q 간의 최단 경로상의 노드를 CL 로 설정한다(S408). 그 후, 최단 경로 상의 노드 CL 중의 한 노드를 r 로 지정하며, 최단 경로 상의 노드 CL 이 공집합인지를 확인한다(S410). 확인 결과, 최단 경로 상의 노드 CL 이 공집합이면, 노드 v 와 노드 q 간의 최단 경로 경비를 tmp로 하고, CST_Node 를 q로 갱신(S411)한 후, 새로운 노드 q 에 대하여 반복하는 반면, 확인 결과, 최단 경로 상의 노드 CL 이 공집합이 아니면, 노드 r 이 NCM 을 만족하는지 확인한다(S412). 확인 결과, 만족하면 최단 경로 상의 노 드 CL에서 노드 r 을 삭제(S413)하고 새로운 노드 r 에 대하여 다시 반복(S409)하는 반면, 확인 결과, 만족하지 못하면 새로운 노드 q 에 대하여 다시 시작한다(S403).
이와 같이 본 발명에 따른 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법 중, 멤버 요청 신호를 수신한 병합 노드가 가장 가까운 노드를 찾는 방법은, 새로운 리프 노드 v 가 그룹에 가입하고자 할 때 최단 경로상의 첫번째 병합 노드에서 자신의 지역적 트리에서 새로운 리프 노드와 가장 가까운 노드를 찾는 과정을 나타낸다.
이 때, 새로 추가될 경로상의 노드 q 가 NCM 을 만족하는지는 식 1과 같이 상대적 경비가 아래의 식 1을 만족하는 것으로, 노드 q 를 경유하여 병합 노드 m 까지의 경비와 최단 경로의 경비에 대한 상대적 경비가 요구되는 NCM 보다 작은 경우이다. 또한, 노드 r이 NCM을 만족한다 함은 CT(m, r) = CT(m, q) + C*(q, r) = C*(m, r)NCM 를 만족하는 것으로 판단한다. 이렇게 형성된 트리는 멤버가 가입하고 탈퇴하여도 임의의 두 노드u, v간 종단간 지연은 CT(u, v) ≤C*(u, v)NCM 를 만족하는 효과가 있다.
CT(m, v) = CT(m, q) + C*(q, v) ≤C*(m, v)NCM
삭제
삭제
CT(u, v) ≤C*(u, v)NCM
삭제
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, IP 멀티캐스트 전송망에서의 멤버의 가입 및 탈퇴에 있어서도, 경로를 재 설정하기 않고 동적 멀티캐스트의 종단간 지연을 제한할 뿐만 아니라, IP 멀티캐스트 전송망의 전체 트리의 경비를 축소함으로서, 전송망 자원을 효율적으로 사용할 뿐만 아니라, 지연에 민감한 서비스의 서비스 품질(QoS)을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 멤버의 가입에 따른 리프 노드(Leaf Node)와 중계 노드(Relay Node), 병합 노드(Merging Node) 및 오프트리 노드(Off Tree Node)로 구성된 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법에 있어서,
    상기 리프 노드가 상기 IP 멀티캐스트 전송망에 가입하려는 멤버를 발견한 후, 주 송신원에 대해 최단 경로로 그룹 멤버를 요청하는 제 1 단계;
    상기 병합 노드가 상기 그룹 멤버 요청에 대해 전체 경비를 최소화하는 노드를 상기 리프 노드에 통보하는 제 2 단계;
    상기 리프 노드가 상기 병합 노드로부터 통보된 노드에 가입하면, 영역이 변경된 새로운 병합 노드를 상기 병합 노드에 보고하는 제 3 단계; 및
    상기 병합 노드는 상기 새로운 병합 노드의 보고에 따라 자신의 영역에서 변경된 멤버를 삭제하는 제 4 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 병합 노드는 상기 리프 노드의 마지막 멤버가 탈퇴하여 상기 리프 노드로부터 중지 요청을 수신하면, 상기 리프 노드 및 경로를 상기 병합 노드의 영역에서 삭제 한 후, 확인 신호를 전달하는 제 5 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    수신된 최소 경비를 소요하는 노드는 NCM(상대적 경비 여유도, Normalized Cost Margin)을 만족하는 노드인 것을 특징으로 하는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 NCM 은 최단 경로의 경비에 대한 실제 트리 경비의 비인 것을 특징으로 하는 IP 멀티캐스트 전송망에서의 지역적 경로 배정 방법.
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