KR100647124B1 - 브이오아이피 네트워크의 성능분석 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 VoIP 네트워크의 성능을 분석하고, 네트워크 장비의 부분적인 교체 및 확장시 활용도를 높일 수 있는 VoIP 네트워크 시뮬레이터에 관한 것이다.

본 발명에 의한 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터는 VoIP 네트워크 설계에 사용되는 항목과 파라미터를 지정하고, 상기 설계된 VoIP 네트워크 정보를 유지하는 설계모듈; 상기 설계된 VoIP 네트워크 토폴로지와 장비의 설정정보들을 이용하여 필요한 정보들을 생성하거나 수집하기 위한 전처리작업을 수행하고, 호스트가 생성한 패킷 트래픽 또는 장비가 생성한 라우팅정보 트래픽을 실제 경로를 통해 전송하면서 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션모듈; 상기 시뮬레이션되는 과정을 실제 패킷의 흐름으로 가시화 하는 역할을 수행하는 애니매이션 모듈; 상기 시뮬레이션 도중에 기록된 로그파일을 이용하여 VoIP 네트워크와 각 장비를 분석하는 분석모듈을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 효율적인 VoIP 네트워크의 설계, 분석 및 진단, 향후 확장시의 최적의 방안을 제시할 수 있어 네트워크시설 및 관리비용의 최소화를 유도할 수 있다.

Description

브이오아이피 네트워크의 성능분석 시뮬레이터{A simulator for performance analysis based on VoIP network}

도 1은 본 발명에 의한 VoIP 네트워크의 성능분석 시뮬레이터의 구성을 도시한 것이다.

도 2a는 라우터나 스위치와 같은 중간노드에 남기는 로그 정보를 나타낸 것이다.

도 2b는 패킷을 처음으로 생성하여 전송을 시작하는 호스트와 같은 장비에서의 로그 정보를 나타낸 것이다.

도 2c는 패킷의 최종적인 목적지가 되는 노드에서 해당하는 패킷에 대하여 남기는 로그정보를 나타낸 것이다.

본 발명은 VoIP 네트워크에 관한 것으로, 특히 VoIP 네트워크의 성능을 분석하는 시뮬레이터에 관한 것이다.

인터넷 사용의 폭발적인 증가와 기업전산화의 확산으로 인하여 VoIP 네트워크의 규모와 사용량은 급속도로 증가하고 있다. 따라서 이를 위한 네트워크 관리비 용 또한 증가하고 있는 것이 현실이다. 이와 같은 비용의 증가는 관리의 미흡으로 인하여 발생하는 경우가 있으나, 효율적이지 못한 VoIP 네트워크의 설계가 원인인 경우가 상당부분을 차지하는 것이 현실이다.

따라서, VoIP 네트워크의 성능을 분석하고, 네트워크 장비의 부분적인 교체 및 확장시 활용도를 높일 수 있는 VoIP 네트워크 시뮬레이터가 필요하다. 뿐만 아니라, 현재 국산 VoIP 네트워크 시뮬레이터가 전무하여 실무 적응형 기술개발이 필수적이다. 그러므로 꼭 필요한 기능들을 위주로 하여 복잡하지 않아 배우기 쉽고 VoIP 네트워크 설계를 지원하는 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터의 개발은 필수적이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 VoIP 네트워크의 성능을 분석하고, 네트워크 장비의 부분적인 교체 및 확장시 활용도를 높일 수 있는 VoIP 네트워크 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터는 VoIP 네트워크 설계에 사용되는 항목과 파라미터를 지정하고, 상기 설계된 VoIP 네트워크 정보를 유지하는 설계모듈; 상기 설계된 VoIP 네트워크 토폴로지와 장비의 설정정보들을 이용하여 필요한 정보들을 생성하거나 수집하기 위한 전처리작업을 수행하고, 호스트가 생성한 패킷 트래픽 또는 장비가 생성한 라우팅정보 트래픽을 실제 경로를 통해 전송하면서 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션모 듈; 상기 시뮬레이션되는 과정을 실제 패킷의 흐름으로 가시화 하는 역할을 수행하는 애니매이션 모듈; 상기 시뮬레이션 도중에 기록된 로그파일을 이용하여 VoIP 네트워크와 각 장비를 분석하는 분석모듈을 포함함을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터의 구성을 도시한 블록도이다.

설계모듈(110)은 VoIP 네트워크를 설계하고 설계한 VoIP 네트워크 정보를 유지하기 사용되는 클래스이다. VoIP 네트워크를 설계하기 위해서는 실제 VoIP 네트워크에서 사용되고 있는 장치들을 추가, 삭제, 선택 및 변경할 수 있어야 한다.

시뮬레이션모듈(120)은 상기 설계된 VoIP 네트워크 토폴로지와 장비의 설정정보들을 이용하여 필요한 정보들을 생성하거나 수집하기 위한 전처리작업을 수행하고, 호스트가 생성한 패킷 트래픽 또는 장비가 생성한 라우팅정보 트래픽을 실제 경로를 통해 전송하면서 시뮬레이션을 수행한다.

애니매이션 모듈(130)은 상기 시뮬레이션되는 과정을 실제 패킷의 흐름으로 가시화 하는 역할을 수행한다.

분석모듈(140)은 상기 시뮬레이션 도중에 기록된 로그파일을 이용하여 VoIP 네트워크와 각 장비를 분석한다.

상술한 바와 같이 상기 본 발명을 구성을 하는 각 모듈에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.

상기 설계모듈(110)은 설계시 사용되는 항목과 파라미터의 지정, 설계된 VoIP 네트워크의 저장 및 자동구성기의 구동을 통해 VoIP 네트워크를 설계하는 것이다.

첫째, 상기 VoIP 네트워크 설계 시 사용되는 항목과 파라미터의 지정은 다음과 같이 설명된다.

네트워크를 설계하기 위해 선택할 수 있는 항목으로는 라우터(router), 게이트웨이(GW), 게이트 키퍼(GK), MCU(Multiple Control Unit), 3계층 스위치(Layer 3 Switch), 2계층 스위치(Layer 2 Switch), 허브(Hub), 호스트(Host), 호스트그룹(Host Group), 링크(Link), 서브넷(Subnet), 왠(WAN), 타이틀(Title)이 있다.

상기 각 장비들은 그 기능과 역할에 따라 다양한 특성을 가진다. 이는 시뮬레이션이나 분석에 대한 파라미터로 입력된다. 각 장비의 모델별로 기본적인 값들이 정의되어 있으며 시뮬레이터를 사용하여 네트워크를 설계할 때 이 값은 사용자가 임의로 변경할 수 있다.

각 장비의 모델에 따른 파라미터는 텍스트 형식의 파일로 저장되어 있다. 이 파일의 변경이나 추가를 통하여 기존 장비의 성능에 대한 기본 값을 바꿀 수도 있고 새로운 장비를 추가할 수 도 있다.

둘째, 설계된 VoIP 네트워크의 저장에 대한 설명은 다음과 같다.

설계된 VoIP 네트워크는 시뮬레이션이나 분석을 재수행하기 위해 혹은 설계된 VoIP 네트워크의 토폴로지나 파라미터를 변경하여 수행해봄으로써 그 이전의 분석결과와 서로 비교해 보기 위해 저장될 필요가 있다. 이를 위하여 설계모듈은 VoIP 네트워크의 토폴로지와 각 장비에 대한 여러 가지 설정값들을 특정파일로 저장하거나 저장된 정보를 불러오는 기능을 포함한다. 저장하는 방식은 환경설정값과 함께 설계에 사용된 여러 가지 객체를 그대로 파일에 기록하는 형식이다.

VoIP 네트워크를 저장하기 위해서는 우선적으로 장치 저장소로부터 모든 장치정보드를 읽어와야 하고 이들 각각에 대하여 설정되었던 속성값들을 수집하여야 한다. 설계모듈(110)에 위해 설정 및 유지되는 정보들은 몇 가지 전처리과정을 거친 후 파일로 저장된다. 파일로부터 설계된 VoIP 네트워크 정보를 불러오기 위해서는 현재작업 중이던 환경과 내용을 모두 초기화시키는 작업을 우선적으로 행해야 한다.

초기화가 이루어지면 저장된 파일로 환경을 설정하기 위한 부분들을 하나씩 읽어들여 현재 시뮬레이터의 환경을 저장된 파일의 환경과 같도록 설정한다. 환경설정이 끝나면 저장된 파일에 존재하는 장치들을 모두 읽어 들인다. 읽어들인 장치들을 장치 저장소에 위치시키면 불러오기 작업이 모두 끝나고 시뮬레이션 가능한 상태로 전환된다.

셋째, 자동구성기의 구동에 대한 설명은 다음과 같다.

설계된 VoIP 네트워크가 시뮬레이션되기 위해서는 몇 가지 환경이 갖추어져야하고 이와 더불어 논리적 오류 검사가 선행되어야 한다.

상기 자동구성기는 VoIP 네트워크의 설계가 끝나면 시뮬레이션을 수행하기 전에 올바른 IP 주소를 할당, 올바른 물리주소를 할당, 장치에 대한 유일한 ID를 할당, 각 인터페이스를 구별하는 유일한 ID를 할당, 할당된 주소에 대한 논리적 오 류 검사 및 링크와 같은 논리적 설계오류 검사를 자동으로 수행한다.

따라서, 상기 VoIP 네트워크 설계가 끝나면 설계모듈(110)은 시뮬레이션을 가동시키게 되고 이때부터 제어는 시뮬레이션 모듈(120)로 넘어간다.

상기 시뮬레이션 모듈(120)은 토폴로지와 장비의 설정정보들을 이용하여 필요한 정보들을 생성하거나 수집하기 위한 전처리작업을 수행한다. 전처리작업의 결과를 이용하여 실질적인 시뮬레이션이 수행되고 별도의 로그 파일로 저장된다.

첫째, 시뮬레이션 모듈(120)의 전처리 작업은 다음과 같다.

1. 호스트 및 호스트 그룹들의 IP 주소 수집

패킷 트래픽을 발생시키고도 하고 패킷 전송의 최종목적지가 되기도 하는 노드들에 대한 목록을 수집한다.

2. 각 노드에 맞는 MAC 테이블 생성

실제 패킷의 전달은 물리주소에 의하여 수행되므로 각 장비에 대한 개별적인 MAC 주소를 수집하고 테이블을 생성한다.

3. 실행순서를 나타내는 노드들의 목록 생성

시뮬레이션은 시간 단위를 이용하여 각 노드별로 실행을 반복함으로써 가능하다. 따라서 시뮬레이션 모듈은 각각의 노드에 대한 실행순서를 결정해야 한다.

4. 생성된 링크들과 노드들의 초기화

노드와 링크는 설계모듈(110)에 의해 생성된 정보들을 이용하여 실제 시뮬레이션에 필요한 데이터 구조와 정보를 생성한다.

5. 애니매이션 모듈의 시작

애니매이션은 시뮬레이션이 시작된 후 실제 패킷의 흐름상태를 보여 주는 것이다. 애니매이션 모듈은 패킷의 위치를 나타내기 위하여 주기적으로 화면을 갱신하고, 이는 시뮬레이션의 시작과 함께 동작하게 된다.

6. 시뮬레이터의 생성과 시작

시뮬레이터는 시뮬레이션 모듈(120)에 의해 생성되고 시작된다. 시뮬레이션 모듈(120)은 전체 시뮬레이션 환경을 유지하고 실제 장치들의 동작은 시뮬레이터에 의해 수행된다.

둘째, 시뮬레이션의 수행은 다음과 같이 설명된다.

본 발명에 의한 시뮬레이터는 호스트가 생성한 패킷 트래픽 또는 장비가 생성한 라우팅 정보 트래픽을 실제 경로를 통해 전송하면서 시뮬레이션을 수행하게 된다. 이 과정에서 VoIP 네트워크 중간 노드를 구성하는 라우터나 스위치와 같은 장비는 패킷에 대한 처리를 수행한 후 다음 노드로 전달한다. 이러한 중간 노드는 각 모듈과 시뮬레이터에 의하여 자신의 순서가 결정되고 각 장비의 성능에 따라 처리 작업을 반복한다.

각 노드에서 패킷을 처리하고 전달하는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

(a)자신의 큐에서 패킷을 선택하여 꺼낸다. 처리될 패킷은 큐 스케쥴링 방식(FIOF, Weighted Fair Queuing, Priority Queuing)에 의존하여 선택된다. 그리고 한번에 처리되는 패킷의 양은 PPS와 같은 장비의 성능에 의하여 결정된다.

(b)선택된 패킷이 전달되어야 할 다음 노드를 결정한다. 이 일은 장비의 종 류에 따라 해당하는 테이블을 참조하여 라우팅 또는 스위칭방식으로 수행된다.

(c)패킷헤더의 MAC주소를 변경한다.

(d)전달될 다음 노드의 큐에 처리된 패킷을 넣는다.

(e)각 노드는 상기 (a)-(d)과정을 반복하여 패킷을 처리하고 다음노드로 전달한다.

셋째, 로그의 기록에 대하여 설명하기로 한다.

VoIP 네트워크를 구성하는 모든 노드는 시뮬레이션이 수행되는 도중에 모든 패킷을 대상으로 로그를 남긴다. 각각의 노드가 남기는 로그정보는 도 2a 내지 도 2c에 의해 도시된다.

도 2a는 라우터나 스위치와 같은 중간노드에 남기는 로그 정보를 나타낸 것이다. 도 2b는 패킷을 처음으로 생성하여 전송을 시작하는 호스트와 같은 장비에서의 로그 정보를 도시한 것이다. 도 2c는 패킷의 최종적인 목적지가 되는 노드에서 해당하는 패킷에 대하여 남기는 로그정보를 도시한 것이다.

상기 로그 정보들은 모두 바이트 배열 형태로 저장되며 각 노드에 대한 개별적인 파일로 지정된다. 호스트와 같은 종단 노드는 트래픽의 발생지가 되기도 하고 트래픽 전송의 최종목적지가 되기도 하기 때문에 도 2b와 도 2c에 해당하는 두 가지 로그 정보를 모두 남기게 된다.

애니매이션 모듈(130)은 상기 시뮬레이션 모듈(120)과 함께 동작하면서 시뮬레이션되는 과정을 실제 패킷의 흐름으로 가시화 하는 역할을 수행한다.

분석모듈(140)은 시뮬레이션이 종료되면 시뮬레이션 도중에 기록된 로그파일 을 이용하여 VoIP 네트워크와 각 장비를 분석한다. 성능분서결과는 모두 HTML(Hyper Text Markup Language)파일로 저장된다.

성능분석결과와는 별도로 설계된 VoIP 네트워크 토폴로지 정보도 함께 저장되어 웹 브라우저를 통해 확인할 수 있다. 최종적으로 사용자가 얻을 수 있는 분석정보는 모두 최소값, 최대값, 평균값을 나타내는 수치정보와 함께 그래프로 표현된다.

상기 분석모듈(140)은 노드 성능 분석, 링크 성능 분석 단대단 성능 분석을 통해 VoIP 네트워크 시뮬레이터의 성능을 분석한다.

상기 노드 성능 분석은 패킷 처리율, 노드에서의 지연시간, 메모리 사용률, 패킷 폐기 개수를 통해 노드의 성능을 분석한다.

여기서, 패킷처리율(Throughput)은 VoIP 네트워크 중간 노드인 라우터나 스위치와 같은 장비가 어느 정도의 성능으로 패킷을 처리했는가를 분석할 수 있게 될 것이다. 이는 초당 처리개수(PPS: Packet per second)에 대한 값으로 표현된다. 메모리 사용율(Utilization)은 메모리를 얼마나 사용하였는가를 나타내며, 전체 메모리 용량에 대한 비율로 표현된다. 지연시간(Delay)은 패킷의 전달을 위해 스위칭 또는 라우팅과 같은 처리를 하는데 중간 노드에서 어느 정도의 지연이 발생했는지를 나타내는 값이다. 패킷 폐기 개수(Drop)는 패킷전달도중 VoIP 네트워크 중간 조등에서 폐기가 얼마나 일어났는가를 나타낸다. 이 값은 PPS와 같은 노드의 성능과 더불어 버퍼 메모리 용량에 따라 그 분석 결과가 제공된다.

상기 링크 성능 분석은 VoIP를 구성하는 각 장비는 링크로 연결되어 있으며, 상기 링크들은 고유한 대역폭과 지연값을 가지고 있다. 시뮬레이션을 통하여 각 링크의 최대 대역폭에 대하여 어느 정도의 대역폭을 사용하였는지를 분석한다.

상기 단대단 성능 분석은 VoIP 네트워크의 종단을 이루는 호스트간의 패킷 전달 지연이 얼마나 발생하는지를 분석한다. 즉, 패킷 트래픽의 생성지와 목적지가되는 서버 컴퓨터나 일반 호스트 컴퓨터들 사이에 패킷전달지연시간이 분석되어 그 결과가 제공된다.

이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 효율적인 VoIP 네트워크의 설계, 분석 및 진단, 향후 확장시의 최적의 방안을 제시할 수 있어 네트워크시설 및 관리비용의 최소화를 유도할 수 있다.

Claims (9)

1. VoIP 네트워크 설계에 사용되는 각 장비와 각 장비에 따른 파라미터를 지정하고, 상기 파라미터는 텍스트 파일 형식으로 저장되어 파일의 변경이나 추가를 통하여 상기 각 장비의 성능에 대한 기본 값을 바꿀 수 있으며, 상기 각 장비에 대한 설정 값을 특정파일로 저장하거나 저장된 정보를 불러오는 기능을 포함하는 설계모듈;

   상기 설계된 VoIP 네트워크 토폴로지와 장비의 설정정보들을 이용하여 필요한 정보들을 생성하거나 수집하기 위한 전처리작업을 수행하고, 호스트가 생성한 패킷 트래픽 또는 장비가 생성한 라우팅정보 트래픽을 실제 경로를 통해 전송하면서 시뮬레이션을 수행하고, 상기 시뮬레이션이 수행되는 도중에 모든 패킷을 대상으로 로그를 남기는 시뮬레이션모듈;

   상기 시뮬레이션되는 과정을 실제 패킷의 흐름으로 가시화하는 역할을 수행하는 애니매이션 모듈; 및

   상기 시뮬레이션 도중에 기록된 로그파일을 이용하여 VoIP 네트워크와 각 장비의 성능을 분석하는 분석모듈을 포함하고,

   상기 시뮬레이션 모듈에서 시뮬레이션 수행은

   호스트가 생성한 패킷 트래픽 또는 장비가 생성한 라우팅 정보 트래픽을 실제 경로를 통해 전송하면서 시뮬레이션을 수행하게 되며, 이 과정에서 VoIP 네트워크 중간 노드를 구성하는 라우터나 스위치와 같은 장비는 패킷에 대한 처리를 수행한 후 다음 노드로 전달하는 것을 특징으로 하고,

   (a)상기 시뮬레이션 모듈의 전처리 작업은

   (a1)패킷 트래픽을 발생시키고도 하고 패킷 전송의 최종목적지가 되기도 하는 노드들에 대한 목록을 수집하는 호스트 및 호스트 그룹들의 IP 주소 수집, (a2)실제 패킷의 전달은 물리주소에 의하여 수행되므로 각 장비에 대한 개별적인 MAC 주소를 수집하고 테이블을 생성, (a3)시뮬레이션은 시간 단위를 이용하여 각각의 노드에 대한 실행순서를 결정한 후 각 노드별로 실행을 반복 및 (a4)노드와 링크는 상기 설계모듈에 의해 생성된 정보들을 이용하여 실제 시뮬레이션에 필요한 데이터 구조와 정보를 생성하는 작업을 수행하고,

   (b)상기 각 노드에서 패킷을 처리하고 전달하는 과정은

   (b1)자신의 큐에서 패킷을 선택하여 꺼내고, 처리될 패킷은 큐 스케쥴링 방식(FIOF, Weighted Fair Queuing, Priority Queuing)에 의존하여 선택되며, 한번에 처리되는 패킷의 양은 PPS와 같은 장비의 성능에 의하여 결정되는 과정; (b2)선택된 패킷이 전달되어야 할 다음 노드를 결정하는 과정; (b3)패킷헤더의 MAC주소를 변경하는 과정; (b4)전달될 다음 노드의 큐에 처리된 패킷을 넣는 과정; 및 (b5)각 노드는 상기 (b1)-(b4)과정을 반복하여 패킷을 처리하고 다음노드로 전달하는 과정;을 수행함을 특징으로 하는 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 시뮬레이션 모듈은

   VoIP 네트워크를 구성하는 모든 노드는 시뮬레이션이 수행되는 도중에 모든 패킷을 대상으로 로그를 남기는 것을 특징으로 하는 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터.
3. 제2항에 있어서, 상기 로그는

   (a)라우터나 스위치와 같은 중간노드에 남기는 로그 정보, (b)패킷을 처음으로 생성하여 전송을 시작하는 호스트와 같은 장비에서의 로그 정보 및 (c)패킷의 최종적인 목적지가 되는 노드에서 해당하는 패킷에 대하여 남기는 로그정보를 포함하고,

   상기 로그 정보들은

   모두 바이트 배열 형태로 저장되며 각 노드에 대한 개별적인 파일로 지정되며, 호스트와 같은 종단 노드는 트래픽의 발생지가 되기도 하고 트래픽 전송의 최종목적지가 되기도 하기 때문에 상기 (b)와 (c)의 로그 정보를 모두 남기게 됨을 특징으로 하는 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터.
4. 제3항에 있어서, 상기 (a)로그정보는

   들어온 시간, 나간 시간, 링크 ID, 패킷사이즈, 현재 메모리 사용량 및 드롭개수 정보를 나타냄을 특징으로 하는 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터.
5. 제3항에 있어서, 상기 (b)로그정보는

   생성된 시간, 도착 시간 및 생성된 노드 ID 정보를 나타냄을 특징으로 하는 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터.
6. 제3항에 있어서, 상기 (c)로그정보는

   나간 시간, 링크 ID 및 패킷사이즈 정보를 나타냄을 특징으로 하는 VoIP 네트워크 성능분석 시뮬레이터.
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