KR100728275B1 - ＱｏＳ 보장형 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절장치 및 방법 - Google Patents

ＱｏＳ 보장형 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 QoS(Quality of Service) 보장을 위한 차등 서비스 제공이 적용되는 이동통신 시스템에서의 적응형 서비스 대역폭 조절 장치 및 방법에 관한 것으로, 네트워크의 자원에 여유가 있을 때는 허용된 기준치보다 더 큰 대역폭을 사용하고 과부하상태에서도 등급에 따라 가중치를 두어 서비스를 제공함으로써 패킷의 전송이 효율적으로 이루어지도록 하고, 사용자가 최상의 서비스를 제공받을 수 있도록 한다.
QoS(Quality of Service), 적응형 서비스 대역폭 조절, 서비스 대역폭 가변, 대역폭 조절기(shaper)

Description

ＱｏＳ 보장형 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VARYING THE BANDWIDTH OF SERVICE ON QoS NETWORK}
도 1은 QoS(Quality of Service) 보장형 네트워크의 일 예인 Diff-Serv 네트워크의 일반적인 구성도.
도 2는 Diff-Serv 네트워크의 경계 라우터에서의 Diff-Serv 제공 장치의 구성도.
도 3a는 shaping을 통한 대역폭 조절을 도시하는 도면.
도 3b는 policing을 통한 대역폭 조절을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명이 적용되는 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 GGSN(Gateway GPRS Support Node)의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 SGSN(Serving GPRS Support Node)의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 대역폭 조절기의 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절의 결과를 도시하는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 적응형 서비스 대역폭 조절 기능의 활성화에 따른 순서흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 적응형 서비스 대역폭 조절 장치의 동작에 따른 순서흐름도.
본 발명은 차등적인 서비스 등급의 제공을 통해 QoS(Quality of Service)를 보장하는 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 네트워크는 최선형(best-effort) 네트워크였기 때문에 차등적인 서비스 등급의 제공이 요구되지 않았다. 그러나 네트워크 상에서 인코딩된 서로 수준이 다른 다양한 컨텐츠들이 혼재하게 되고, 우선 전송, 대역폭(bandwidth) 보장 등의 QoS(Quality of Service) 보장을 요구하는 서비스가 증가함에 따라 차등적인 서비스 등급의 제공이 요구되게 되었다. 그 서비스의 제공을 위해 일정 기준 값 이상의 대역폭이 요구되는 컨텐츠의 예로, 실시간 컨텐츠 및 스트리밍 컨텐츠가 있다. 실시간 컨텐츠란 비디오 폰, 비디오 컨퍼런스와 같이 실시간으로 이루어지는 서비스를 의미하며, 스트리밍 컨텐츠란 VOD(Video On Demand)와 같이 한 방향으로 제공되는 서비스를 의미한다. 이들 컨텐츠들은 서비스가 이루어지고 있는 동안에 지연이나 끊김이 없어야 하므로, 그 서비스의 제공에 있어서 일정 수준 이상의 대역폭 보장을 요구한다. 현재 네트워크의 QoS 보장을 위한 여러 가지 방법이 논의되고 있는데, 그 중 대표적인 방법으로 Diff-serv(Differentiated-Services)가 있 다.
도 1은 일반적인 Diff-Serv 네트워크의 구성도이다.
일반적인 Diff-Serv 네트워크는 다른 네트워크와의 경계에 위치하는 경계 라우터와 해당 Diff-serv 네트워크의 코어에 위치하는 코어 라우터를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성을 가지는 Diff-serv 네트워크에서, 각각의 라우터들은 미리 설정된 기준에 따라, 수신되는 컨텐츠가 요구하는 QoS 등급에 따른 서비스를 제공하게 된다.
하기에서는 첨부한 도면을 참조하여 Diff-serv를 네트워크에 적용하기 위한 QoS 처리부에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 Diff-Serv 네트워크의 구성요소 중 하나인 경계 라우터에서의 QoS 처리부의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, QoS 처리부(200)는 등급 분류기(classifier)(202), 설정기(marker)(204), 측정기(meter)(206), 차단기(dropper)(208), 대역폭 조절기(shaper)(210) 및 스케쥴러(scheduler)(212)를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 등급분류기(202)는 수신된 패킷의 헤더를 참조하여 해당 패킷의 QoS 클래스를 확인하는 기능을 수행한다. 등급 분류기(202)는 Diff-serv 네트워크 내에서의 위치에 따라 MF(Multi field) 등급 분류기와 BA(Behavior Aggregate) 등급분류기로 나뉠 수 있다.
MF 등급분류기는 Diff-serv 네트워크에 진입하는 패킷에 대해 그 헤더의 여 러 필드들을 참조하여 QoS 클래스를 확인한다. 또한 MF 등급분류기는, 자신이 속한 Diff-serv 네트워크와 그 분류가 다른 Diff-serv 등급을 가지는 Diff-serv 네트워크로부터 유입되는 패킷에 대해서도 QoS 클래스를 확인한다. MF 등급분류기는 Diff-serv 네트워크의 경계 라우터에 위치함이 일반적이다. 참고로, 그 분류 등급이 서로 다른 Diff-serv 등급을 가지는 Diff-serv 네트워크가 연결되는 예로는 Diff-serv를 지원하는 이동통신 네트워크와 Diff-serv를 지원하는 인터넷이 연결되는 경우를 들 수 있다. 이하 경계 라우터를 통해 연결되는, Diff-serv를 지원하지 않는 네트워크 또는 다른 QoS 분류 등급을 가지는, 다른 도메인의 Diff-serv 네트워크를 외부 네트워크라 칭하기로 한다.
BA 등급분류기는 Diff-serv 네트워크 내에서 전달되는 패킷의 DSCP(Diff-serv Code Point)를 참조하여 해당 패킷에 매핑된 QoS 클래스를 찾아낸다. BA 등급분류기는 Diff-serv 네트워크의 코어 라우터에 위치하여 PHB(Per Hop Behavior)를 지원함이 일반적이다.
설정기(204)는 Diff-serv 네트워크의 경계 라우터에서는 등급 분류기(202)에 의해 분류된 QoS 클래스를 해당 IP 패킷의 TOS 필드, 즉 DSCP 필드에 설정하는 기능을 주로 수행하고, Diff-serv 네트워크의 코어 라우터에서는 차단기(208)가 soft policing을 선택하였을 경우, non-conforming 패킷의 drop precedence level을 재설정하는 기능을 수행함이 일반적이다.
측정기(206)는 Diff-serv 네트워크에 유입되는 IP 패킷의 양을 측정하여 해당 QoS 클래스의 프로파일(profile)과 비교한 결과를 차단기(208)나 설정부(204)에 전달한다. 여기서 측정기(206)는 어떤 패킷에 대한 비교 결과 값이 QoS 프로파일에 적합할 경우 해당 패킷을 Conforming으로 설정하고, 적합하지 않은 경우 해당 패킷을 Non-conforming으로 설정한다. 측정기(206)가 사용하는 기법의 예로 Token bucket이 있다.
차단기(208)는 측정기(206)의 결과 값을 참조하여 다음의 두 가지 방법으로 패킷을 처리한다. 첫 째, 차단기(208)가 Hard Policing을 선택한다면 conforming 패킷은 통과시키고, non-conforming 패킷은 폐기한다. 둘 째, 차단기(208)가 Soft Policing을 선택한다면 conforming 패킷은 통과시키고, non-conforming 패킷은 설정부(204)에서 drop precedence level을 조절하여 통과시킨다.
대역폭 조절기(210)는 스케쥴러(212)로 패킷을 보내기 전 단계에서 출력단의 대역폭을 조절하는 역할을 한다. 즉, 대역폭 조절기(210)는 각 클래스에 부여된 큐의 상태를 관리하면서 RED(Random Early Detection)나 WRED(Weighted Random Early Detection)를 사용하여 패킷을 부하에 따라 선택적으로 폐기한다. 다음 단계에서 대역폭 조절기(210)는 스케쥴러(212)에 일정한 속도로 패킷을 전달하는 역할을 수행한다. 대역폭 조절기(210)는 패킷을 버퍼링한다.
스케쥴러(212)는 각 클래스 큐로부터 정해진 규칙에 따라 실제 출력포트로 패킷을 전달하는 역할을 수행한다. 스케쥴링(scheduling) 알고리즘으로는 RR(Round Robin), WRR(Weighted Round Robin), DWRR(Deficit Weighted Round Robin), PQ(Priority Queuing), WFQ(Weighed Fair Queuing) 등이 사용될 수 있다. 현재 인터넷 환경에서는 DWRR이 주로 채택되는데, 그 이유는 DWRR이 가변 길이 패 킷의 처리에 용이한 특성을 가지고 있기 때문이다.
앞서 기술한 구성을 가지는 QoS 처리부(200)는 일반적으로 경계 라우터에서 사용되며, 코어 라우터에서 사용되는 QoS 처리부(200)는 측정기와 차단기를 포함하지 않음이 일반적이다.
도 3a 및 도 3b는 QoS 처리부에서의 대역폭 조절의 예들인 shaping과 policing을 각각 도시하는 도면이다.
도 3a는 Shaping을 통한 대역폭 조절을 도시하고 있는데, shaping은 대역폭 조절기(210)가 오버플로우되는 패킷을 버퍼링(buffering)하였다가 전송하는 것이다. Shaping 기능을 수행하는 경우 대역폭 조절기(210)는, 대역폭을 조절하기 위해 설정한 기준 값인 Target Traffic Rate를 초과하는 트래픽에 대해서는 버퍼링을 통해 트래픽의 정보를 보존한다. 이 경우, 트래픽의 손실은 감소시킬 수 있으나 전송 지연이 발생하게 된다. 그러므로, shaping은 실시간 트래픽의 전송에 적합하지 않다.
도 3b는 policing을 통한 대역폭 조절을 도시하고 있는데, policing은 차단기(208)가 drop precedence level을 초과하는 패킷을 폐기하는 것이다. Policing은 패킷의 버퍼링으로 인한 지연이 없다는 장점을 가지나, 패킷의 유실로 정상적인 정보가 전달되지 못한다는 단점을 가진다.
즉, 이와 같은 대역폭 조절은 특히 실시간 컨텐츠 및 스트리밍 컨텐츠의 전송에 바람직하지 못하게 된다.
한편, 서비스 제공을 위해 사용되는 네트워크의 자원은 언제나 일정한 것이 아니며, 여유가 많은 경우도 있다. 예를 들어, 네트워크를 통해 384 kbps의 guarantied QoS 서비스를 받고 있는 사용자가 500 kbps의 컨텐츠를 제공받고자 하는 경우, 네트워크의 자원에 여유가 있다면 사용자에게 500kbps의 대역폭을 제공함으로써 사용자에게 좋은 품질의 서비스를 제공함이 바람직할 것이다. 그러나, 종래기술에서는 네트워크의 자원에 여유가 있는 경우에도 사용자가 요청하는 500kbps의 컨텐츠 중 정해진 대역폭인 384kpbs의 초과분인 116kbps를 잃게 된다. 즉, 종래기술에서의 대역폭 조절은 미리 정해진 기준에 따라 동작하게 되며, 네트워크의 상태를 반영할 수 없다.
따라서 본 발명의 목적은, QoS(Quality of Service) 보장형 네트워크를 통해 서비스를 제공받는 경우, 네트워크의 상태에 따라 가변적인 서비스 대역폭을 제공할 수 있는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 실시간 컨텐츠 또는 스트리밍 컨텐츠의 전송에 적합한 적응형 서비스 대역폭 조절 장치 및 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은; QoS 보장형 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절 장치에 있어서, 네트워크에 유입되는 패킷의 양을 측정하는 패킷량 측정부와, 상기 패킷량 측정부로부터 측정된 패킷량 데이터를 입력받고, 상기 패킷량 데이터를 참고하여 대역폭 조절을 위한 버퍼링의 기준 값을 변경하고, 상기 변경된 기준 값에 따라 입력되는 패킷에 대한 버퍼링을 수행하는 대역폭 조절 부와, 상기 패킷량 측정부로부터 측정된 패킷량 데이터를 입력받고, 상기 패킷량 데이터를 참고하여 대역폭 조절을 위한 기준 값을 변경하고, 상기 변경된 기준 값을 초과하는 패킷이 입력되는 경우, 그 기준 값을 초과하는 패킷을 폐기하는 차단부를 포함함을 특징으로 하는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치를 제안한다.
또 본 발명은; QoS 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절 방법에 있어서, 상기 네트워크의 사용 가능한 자원의 양을 측정하는 제 1 과정과, 상기 측정된 사용 가능한 자원의 양이 미리 설정된 소정의 기준 값과 비교하여 상기 네트워크의 자원 상태를 판단하는 제 2 과정과, 상기 판단된 네트워크의 상태에 따라 상기 네트워크를 통해 제공될 서비스에 할당된 대역폭을 변경하는 제 3 과정을 포함함을 특징으로 하는 적응형 서비스 대역폭 조절 방법을 제안한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 기술하는 본 발명은, 네트워크의 자원에 여유가 있는 경우에는 서비스를 위해 제공하는 대역폭을 증가시킴으로써 사용자가 더 나은 서비스를 제공받을 수 있도록 한다. 물론, 필요에 따라서 본 발명은 네트워크의 과부하 상태에서는 서비스 대역폭을 감소시키도록 확장 적용될 수 있을 것이다.
이하 본 발명의 설명을 위해 사용되는 몇몇 용어들에 대해 설명하면 다음과 같다. 외부 네트워크는 경계 라우터를 통해 연결되는, Diff-serv를 지원하지 않는 네트워크 또는 다른 QoS 분류 등급을 가지는 Diff-serv 네트워크 등의, 다른 도메인의 네트워크를 의미한다. QoS 보장형 네트워크는 Diff-serv 등의 수단을 통해 QoS를 보장하는 네트워크를 의미한다.
하기에서는 특히, 인터넷이 외부 네트워크로서 연결되며, QoS 보장을 위해 Diff-serv를 지원하는 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 네트워크(이하 UMTS 네트워크라 칭하기로 한다)에 본 발명을 적용한 실시예를 들어 본 발명을 설명하도록 한다. 하기에서 사용되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이로 인해 한정되지 않음을 밝혀 둔다.
도 4는 본 발명에 따른 UMTS 네트워크 구성도이다.
UMTS 네트워크는 단말(Mobile Station; MS)(400), UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)(410), SGSN(Serving GPRS Support Node)(420), GGSN(Gateway GPRS Support Node)(430) 등을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 5의 UTRAN(410) 또는 GGSN(430)이 경계 라우터에 해당할 수 있으며, SGSN(420)은 코어 라우터에 해당할 수 있다. 본 발명에 따른 적응형 서비스 대역폭 조절 장치는 UMTS 네트워크의 UTRAN(410), SGSN(420) 및 GGSN(430)에 위치할 수 있다.
한편, QoS 보장형 네트워크는 제공되는 서비스의 품질에 따라 QoS 등급을 나누고 해당 QoS 등급에 따른 서비스 품질의 서비스를 제공하도록 구현됨이 일반적이며, 본 발명 역시 각각의 QoS 등급에 따라 차등적으로 그 적용 여부를 결정함이 바 람직하다. 그러므로, 본 발명에 따른 적응형 서비스 대역폭 조절 장치의 설명에 앞서서 UMTS 네트워크에서 적용될 수 있는 QoS 등급에 대해 설명하기로 한다.
UMTS 네트워크의 QoS 등급은 다양하게 설정될 수 있으나, 하기에서는 UMTS 네트워크가 Conversational 클래스, Streaming 클래스, Interactive 클래스 및 Background 클래스의 4가지 QoS 등급을 가지는 경우를 실시예로 들어 본 발명을 설명하기로 한다. 한편, UMTS 네트워크의 QoS 등급에 대한, 하기의 설명보다 더 상세한 내용은 TS23.107를 참조하도록 한다.
Conversational 등급은 비디오 컨퍼런스 등의, 실시간 패킷 전송이 요구되는 서비스를 위해 제공된다. conversational 등급은 시간에 대한 왜곡을 허용하지 않으며, 지연을 최소화한다. conversational 등급은 UMTS 네트워크에서 제공하는 QoS의 최상위 등급으로, 주어진 대역폭을 보장하며 시스템 과부하 상태에서 가장 최후에 패킷 폐기가 발생하는 등급이다.
Streaming 등급은 VOD와 같은 스트리밍 서비스를 위한 트래픽에 사용된다. streaming 등급은 시간에 대해서 왜곡을 허용하지 않는다는 점에서는 conversational 등급과 유사하다. 그러나 streaming 등급은, conversational 등급과 달리 어느 정도의 지연은 허용한다. streaming 등급은 UMTS에서 제공하는 QoS의 두 번째 등급으로, 주어진 대역폭을 보장하며 시스템 과부하 상태에서 선택적인 패킷 폐기가 발생하는 등급이다.
Interactive 등급은 웹 브라우징 등의 서비스를 위해 제공되는 등급으로, 요구/응답 형식을 가짐이 일반적이다. Interactive 등급은 패킷의 유실에 큰 영향을 받지 않는 서비스를 위해 사용됨이 바람직하다. 예를 들어, interactive 등급은 비정상적 로딩시 재접속이 가능한 웹 페이지 서비스를 위해 등급이 사용될 수 있다. interactive 등급은 시스템 과부하 상태에서 많은 패킷의 폐기가 발생하는 등급이다.
Background 등급은 UMTS의 QoS 등급 중에서 가장 낮은 우선 순위를 갖는다. background 등급의 가장 대표적인 서비스로 e-mail 서비스를 꼽을 수 있다. Background 등급의 특징은 사용자가 해당 정보를 언제 받는가를 크게 중요시하지 않는다는 것이다. 즉, background 등급은 정보의 전달 시간과 지연에 무감한 서비스를 위해 사용될 수 있다. background 등급의 서비스는 중간에 패킷이 유실되어도 상관없으므로, 시스템 과부하 상태에서는 background 등급의 대부분의 패킷이 폐기된다.
이들 QoS 등급들 중 상위의 두 등급, 즉 conversational 등급 및 streaming 등급이 일반적으로 QoS 보장형(guarantied QoS) 등급으로 분류되는데, 본 발명은 이들 QoS 보장형 등급의 사용자를 대상으로 적용됨이 바람직하다. 그 이유는 QoS 보장형 등급의 사용자가 해당 대역폭을 정해진 만큼 보장받기 위해 다른 사용자들보다 높은 이용료를 부담하기 때문이다. 통상적으로, 이러한 QoS 보장형 등급의 서비스에 대해서 주어진 네트워크 자원(예를 들어, 대역폭)에 대해서는 다른 사용자의 자원이 침해하지 못하며, QoS 보장형 등급의 서비스는 시스템에 과부하가 발생하는 경우 다른 일반 등급(예를 들어, interactive 등급, background 등급)의 서비스보다 패킷의 폐기가 적도록 설정된다. 물론, 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절을 QoS 보장형 등급에만 적용하는 것은 본 발명에 따른 바람직한 실시예일 뿐이며, 이러한 실시예로 인해 본 발명이 한정되지는 않는다.
다음으로, 본 발명이 적용될 수 있는 GGSN(430) 및 SGSN(410)의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 GGSN의 블록구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, GGSN(430)은 라인 카드(line card)(500), 스위치(510), 네트워크 상태 측정부(520), 패킷 처리부(packet processing module)(530) 및 QoS 처리부(QoS module)(200)를 포함하도록 구성될 수 있다. GGSN(430)은 UMTS 네트워크에서 경계 라우터로 동작할 수 있다.
여기서, 라인 카드(500)는 SGSN(420) 또는 인터넷과 물리적 포트로 연결되며, 그 물리적 포트를 통해 패킷을 송수신한다. 이때 송수신되는 패킷은 IP 패킷이 된다. 한편, 라인 카드(500)는 SGSN(420)과는 Gn 인터페이스를 통해 연결되고, 인터넷과는 Gi 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.
스위치(510)는, 특히 IP 스위치에 해당하는데, 라인 카드(500)와 패킷 처리부(530) 사이에서 패킷이 올바른 목적지로 전송될 수 있도록 스위칭한다. 인터넷 또는 SGSN(420)으로부터 라인 카드(500)를 통해 수신된 패킷은 스위치(510)를 통해 패킷 처리부(530)에 전송되며, 패킷 처리부(530)에서 처리된 패킷은 다시 스위치(510)를 거쳐 수신된 라인 카드(500)와 반대 방향의 라인 카드(500)를 통해 SSGSN(420) 또는 인터넷에 송신된다.
패킷 처리부(530)는 인터넷으로부터 수신된 패킷과 SGSN(420)으로부터 수신 된 패킷을 서로 다르게 처리한다. 인터넷으로부터 수신된 패킷에 대해서 패킷 처리부(530)는, 수신된 패킷이 UMTS 네트워크를 이용할 수 있도록 해당 패킷에 IP, UDP(User Datagram Protocol), GTP(GPRS Tunneling Protocol) 헤더를 추가한다. SGSN(420)으로부터 수신된 패킷에 대해 패킷 처리부(530)는, 수신된 패킷에 포함되어 있는 IP, UDP, GTP헤더를 제거한다.
한편, 본 발명에서는 스위치(510)로부터 출력된 패킷은 QoS 처리부(200)를 거쳐서 패킷 처리부(530)에 전달된다. 그 이유는 설정된 QoS 등급에 따라 패킷 처리를 수행하기 위함이다. QoS 처리부(200)에 대해서는 첨부한 도 2를 참조하여 설명한 바 있는데, 그 내용은 다음과 같다.
QoS 처리부(200)는 등급 분류기(202), 설정기(204), 측정기(206), 차단기(208), 대역폭 조절기(210) 및 스케쥴러(212)를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 등급 분류기(202)는 외부 네트워크(예를 들어, 인터넷)로부터 Diff-serv 네트워크에 유입되는 패킷의 헤더를 참조하여 해당 패킷의 QoS 클래스를 확인하는 기능을 수행한다. 설정기(204)는 등급 분류기(202)에 의해 분류된 QoS 클래스를 해당 패킷의 TOS 필드, 즉 DSCP 필드에 설정하는 기능을 주로 수행한다. 측정기(206)는 Diff-serv 네트워크에 유입되는 패킷량을 측정하여 해당 QoS 클래스의 프로파일과 비교한 결과를 차단기(208)나 대역폭 조절기(204)에 출력한다. 차단기(208)는 측정기(206)의 결과 값을 참조하여 패킷을 차단하거나 전송한다. 대역폭 조절기(210)는 스케쥴러(212)로 패킷을 보내기 전 단계에서 출력단의 대역폭을 조절하는 역할을 한다. 스케쥴러(212)는 각 클래스 큐로부터 정해진 규칙에 따라 실 제 출력포트로 패킷을 전달하는 역할을 수행한다.
본 발명의 적응형 서비스 대역폭 조절을 위해서는 대역폭 조절기(210) 및 차단기(208)가 사용될 수 있는데, 그 중에서도 특히 경계 라우터 및 코어 라우터에서 모두 사용되는 대역폭 조절기(210)가 중요하다. 하기에서는 대역폭 조절기(210)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 대역폭 조절기(210)는, 고정된 기준값에 따라 대역폭 조절을 수행하는 것이 아니라 네트워크의 상태에 따라 가변될 수 있는 기준 값에 따라 대역폭 조절을 수행한다. 즉, 본 발명에서는 특히 대역폭 조절기(210)가 대역폭 조절을 위해 사용하는 기준 값의 변경 및 그 기준 값의 변경을 위해 사용할 데이터 등이 중요하다.
먼저, 대역폭 조절기(210)가 대역폭 조절을 위해 사용하는 기준 값의 변경을 위해 사용할 네트워크 상태 데이터에 대해 설명한다. 네트워크 상태 데이터는, 네트워크를 통한 패킷의 전송 시에 고려되어야 할 자원(예를 들어 사용 가능한 대역폭)의 현황을 나타내는 데이터이다. 네트워크 상태 데이터의 수집을 위해서는 두 가지 방법이 사용될 수 있는데, 첫 번째 방법은 QoS 처리부(200)의 측정기(206)를 사용하는 것이고, 두 번째 방법은 네트워크 상태 측정부(520)를 사용하는 것이다.
먼저, 측정기(206)를 사용하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 측정기(206)는 네트워크에 유입되는 패킷의 양을 측정할 수 있다. 네트워크가 지원할 수 있는 패킷의 양은 미리 설정되어 있으므로, 유입되는 패킷의 양과 네트워크가 지원할 수 있는 패킷의 양에 대한 비교를 통해 현재 네트워크의 상태가 파악될 수 있다. 즉, 네트워크에 유입되는 패킷량이 적으면 현재 네트워크는 자원의 여유가 있는 상태이고, 네트워크에 유입되는 패킷량이 많으면 현재 네트워크는 과부하 상태라고 판단될 수 있다. 대역폭 조절기(210)는 네트워크가 자원의 여유가 있는 상태라면, 대역폭 조절을 위한 기준 값을 증가를 통해 제공되는 서비스 대역폭을 증가시킨다. 이를 통해 패킷의 지연 또는 손실이 발생하지 않게 된다. 한편, 측정기(206)는 유입되는 패킷량의 최고치를 측정하여 대역폭 조절기(210)에 출력할 수 있는데, 대역폭 조절기(210)가 기준 값을 상기 패킷량의 최고치로 설정하는 경우, 패킷의 지연 또는 손실은 완전히 방지될 수 있다. 그러므로, 네트워크에 사용 가능한 자원이 많은 경우, 대역폭 조절을 위한 기준 값은 패킷량의 최고치로 설정됨이 효율적인 패킷의 전송을 위해 바람직할 것이다.
다음으로 네트워크 상태 측정부(520)를 사용하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 네트워크 상태 측정부(520) 또한 네트워크 상태 데이터의 수집을 위해 사용되는데, 측정기(206)가 단순히 유입되는 패킷량의 측정만을 수행하는데 비해 네트워크 상태 측정부(520)는 설정되어 있는 세션의 수, 시스템의 처리 능력 등의 더 많은 요소들을 분석하여 네트워크 상태 데이터를 수집할 수 있다. 그 결과 네트워크 상태 측정부(520)는 상기 측정 결과를 소정의 기준 값과 비교함으로써 현재 네트워크가 자원의 여유가 있는 상태인지, 과부하 상태인지 등의 네트워크 상태를 판단할 수 있게 되며, 그 비교 결과 값을 대역폭 조절기(210)에 출력한다. 대역폭 조절기(210)에서의 대역폭 조절을 위한 기준 값 설정 및 대역폭 조절은 앞서 기술한 바와 동일하다. 물론 이때도 대역폭 조절을 위한 기준 값의 설정에는 측정기(206)로부 터 입력받을 수 있는 패킷량의 최고치가 고려될 수 있다.
한편, 차단기(208) 또한 대역폭 조절기(210)와 유사한 방법으로 적응형 대역폭 조절을 수행할 수 있다. 즉, 차단기(208) 또한 측정기(206) 또는 네트워크 상태 측정부(520)로부터 네트워크 상태 데이터를 입력받고, 그 값을 이용하여 패킷 차단의 기준값인 drop precedence level 값을 조절할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절 장치는 측정기(206) 및 대역폭 조절기(210) 또는 측정기(206) 및 차단기(208)를 필수 구성요소로 한다.
한편, 대역폭 조절기(210) 및 차단기(208)는 함께 적응형 대역폭 조절을 수행하도록 설정될 수도 있고, 두 구성 요소 중 어느 하나만이 적응형 대역폭 조절을 수행하도록 설정될 수도 있을 것이다. 이러한 변형된 실시예들은 모두 본 발명의 적용 범위에 포함될 수 있을 것이다.
하기에서는 UMTS 네트워크에서 코어 라우터로 동작하는 SGSN(420)의 구성에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 SGSN의 블록구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, SGSN(420)은 라인 카드(500), 스위치(510), 네트워크 상태 측정부(520), 패킷 처리부(530) 및 QoS 처리부(200)를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서 라인 카드(500)는 UTRAN(410) 또는 GGSN(430)과 물리적 포트로 연결되며, 그 물리적 포트를 통해 패킷을 송수신한다. 라인 카드(500)는 Iu 인터페이스를 통해 UTRAN(410)과 연결될 수 있으며, Gn 인터페이스를 통해 GGSN(430)과 연 결될 수 있다. SGSN는 경계 라우터가 아닌 코어 라우터이므로, SGSN의 패킷 처리부(530)는 수신한 패킷의 IP 헤더와 GTP 헤더의 source, destination IP 주소와 TEID(Tunnel Endpoint IDentifier) 값을 수정하여 해당 인터페이스로 전달하는 기능을 수행한다. 스위치(510)의 역할은 SGSN(420)에서도 GGSN(430)에서와 동일하다.
SGSN(420)의 QoS 처리부(200)는 측정기(206) 및 차단기(208)가 생략되는 경우가 일반적이다. 그 이유는, 코어 라우터인 SGSN(420)은 PHB(Per Hop Behavior)의 기능을 수행하면 되기 때문이다. 그 외의 구성 요소들에 대해서는 SGSN(420)의 QoS 처리부와 GGSN(430)의 QoS 처리부가 유사하다.
한편, 도 4의 UTRAN(410) 역시 GGSN(430) 및 SGSN(420)과 같이 본 발명의 적용을 위한 구성을 가진다. UTRAN(410)은 GGSN(430)과 마찬가지로 경례 라우터로서 동작하게 되며, GGSN(430)이 가지는 QoS 처리부와 유사한 구성의 QoS 처리부를 가지게 된다. 그러므로 여기서는 UTRAN(410)의 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다. 한편, UTRAN(410), SGSN(420) 및 GGSN(430)의, 본 발명과 관련된 기능이 아닌 통신 기능 등은 본 발명과 직접적인 관련이 없으므로 그에 대한 설명 역시 생략하였음을 밝혀둔다.
도 7은 본 발명에 따른 대역폭 조절기의 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 대역폭 조절기(210)는 각각의 서비스 등급 별로 큐를 구비한다. QoS 처리부(200)에 입력된 패킷은 등급 분류기(202)에서 분류되고 각각의 등급에 따라 해당되는 큐에 출력된다. 대역폭 조절기(210)는, 도 7에 도시 된 바와 같이, QoS 보장형 등급인 conversational 등급과 streaming 등급의 패킷에 대해서만 네트워크 상태에 따라 shaping 기준 값을 가변시키는 적응형 대역폭 조절을 적용할 수 있다. 도 7은, 특히 대역폭 조절기(210)가 conversational 등급 및 streaming 등급의 패킷에 대해서, 네트워크의 상태에 따라 3단계의 기준값을 적용하여 shaping을 수행하는 실시예를 도시하고 있다. 물론, 기준 값의 변경 단계는, 도 7에 도시된 3단계 외에 2단계, 4단계 등, 시스템의 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절의 결과를 도시하는 그래프이다.
도 8은 특히, 대역폭 조절을 위한 기준 값이 3단계로 설정된 실시예에 따른 그래프이다. 도 8의 ①은 기존의 기준 값인 Target Traffic Rate 또는 drop precedence level을 의미한다. ③은 잠정적으로 수용하는 Modified Target Traffic Rate가 된다. ③의 값은 측정기(206)가 측정한 패킷량의 최고치 이상의 값으로 설정됨이 바람직하다. 이 값은 트래픽의 유입량에 따라 변동되는 값이다. ②는 과부하 상태에서 어느 정도 패킷의 버퍼링을 최소화하기 위해서 설정한 값이다. 그러나, 과부하 상태에서는 기존의 QoS 설정을 따르도록 함이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절은 interactive, background 클래스의 유무와 네트워크의 과부하 등급 등에 따라 적용의 여부가 결정됨이 바람직하다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절의 과정들에 대해서 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절 기능의 활성화 과정에 따른 순서흐름도이다.
일반적으로, 적응형 대역폭 조절 기능은 네트워크 운영자의 CLI(Command Line Interface) 조작을 통해 켜지거나 꺼질 수 있다. 도 9에 도시된 각 단계들에 대한 설명은 다음과 같다. 도 9에 도시된 것은 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예에 불과하며, 본 발명은 이로 인해 한정되지 않는다.
적응형 대역폭 조절 기능의 활성화 과정이 시작되고, 제 900단계에서 CLI 명령을 통해 Set_adaptive_shaper(On) 메시지가 호출된다. 상기 메시지는 제 902단계에서 QoS 처리부(200)에 전송된다. 제 904단계에서는 네트워크에 이미 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절 기능이 활성화되어 있는지의 여부가 판단된다. 이 판단은 Shaper.adapt 변수의 값을 확인함으로써 이루어진다. 적응형 대역폭 조절 기능이 활성화되어 있지 않으면 제 906단계에서 적응형 대역폭 조절 기능을 활성화한다.
다음으로 본 발명에 따른 적응형 대역폭 조절 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명에 따른 적응형 서비스 대역폭 조절 장치의 동작에 따른 순서흐름도이다.
도 10에 도시된 것은 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예에 불과하며, 본 발명은 이로 인해 한정되지 않는다.
제 1000단계에서 본 발명의 적응형 대역폭 조절 장치는, QoS 기능을 사용하기 위해 QoS 프로파일(profile)을 설정한다. 통상적으로, QoS 프로파일의 설정 시 점은 시스템 초기 구동 시점이 되는데, 그 이유는 시스템 운용 중에 QoS 프로파일을 설정하는 경우는 극히 드물 것이기 때문이다.
제 1002단계에서는 수신된 패킷이 사용하는 채널의 QoS 등급을 확인하여 해당 채널의 QoS 등급이 QoS 보장형 등급, 즉 conversation 등급 또는 streaming 등급인지의 여부를 확인한다. 수신된 패킷이 QoS 보장형 등급이면 제 1004 단계가 수행되고, 수신된 패킷이 QoS 보장형 등급이 아니면 적응형 대역폭 조절 기능을 수행하지 않는다. 제 1004단계에서는 현재 시점에서의 네트워크 상태를 확인한다. 네트워크가 과부하 상태가 아니라고 판단되면 제 1006단계가 수행되고, 네트워크가 과부하 상태라고 판단되면 제 1020단계가 수행된다.
제 1006단계에서는 설정되어 있는 대역폭 조절의 기준 값을 확인하고, 제 1008단계에서는 수신되는 패킷량의 최고치를 대역폭 조절을 위한 새로운 기준 값으로 설정한다. 제 1010단계에서는 제 1008단계에서 새로이 설정된 기준 값을 사용하여 shaping 또는 policing 등의 대역폭 조절을 수행한다.
제 1020단계에서는 네트워크의 과부하 상태가 어느 정도인지를 판단한다. 네트워크의 과부하 상태가 미리 설정된 소정의 기준 값을 만족한다고 판단되는 경우에는, 상기 네트워크의 상태에 대응하는 대역폭 조절을 위한 기준 값의 변경이 이루어지게 된다. 그 과정이 제 1022단계 내지 제 1026단계에 해당한다. 이들 과정에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 적응형 서비스 대역폭 조절 기능을 수행하여 대역폭 조절기에서 대역폭 초과분을 허용하는데, 이러한 기능은 과금 정책과 맞 물려야 고려되어야 할 것이며, 이 기능을 원하는 사용자에 한해 서비스되어야 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명을 적용함으로써 네트워크의 상태에 따른 서비스 대역폭의 조절이 가능해지며, 그 결과 패킷의 전송 시에 발생할 수 있는 전송 지연 또는 패킷의 폐기가 감소된다. 전송지연 또는 패킷 폐기의 감소를 통해 실시간 컨텐츠 및 스트리밍 컨텐츠를 효율적으로 전송할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. QoS(Quality of Service) 보장형 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절 장치에 있어서,
    네트워크에 유입되는 패킷의 양을 측정하는 패킷량 측정부;
    네트워크의 자원 사용 상태 데이터를 수집하여 상기 대역폭 조절부에 출력하는 네트워크 상태 측정부; 및
    상기 네트워크에 소정의 양 이상의 사용 가능한 자원이 있는 경우, 상기 패킷량 측정부로부터 입력받은 패킷량 데이터 중에서 패킷량 최고치를 새로운 기준값으로 설정하는 대역폭 조절부를 포함하는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대역폭 조절부는,
    상기 패킷량 측정부로부터 측정된 패킷량 데이터를 입력받고, 상기 패킷량 데이터를 참고하여 대역폭 조절을 위한 버퍼링의 기준값을 변경하고, 상기 변경된 기준값에 따라 입력되는 패킷에 대한 버퍼링을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대역폭 조절부는,
    QoS 보장형 등급의 패킷에 대해서만 상기 기준 값 변경을 수행하는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 대역폭 조절부는, 상기 네트워크에서 지원되는 서비스 등급에 따른 큐(queue)를 각각 구비하고, 상기 큐 중 QoS 보장형 등급의 패킷을 위한 큐에 대해서만 상기 기준 값 변경을 수행하는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 QoS 보장형 네트워크는 Diff-serv가 지원되는 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 네트워크인 적응형 서비스 대역폭 조절 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패킷량 측정부로부터 측정된 패킷량 데이터를 입력받고, 상기 패킷량 데이터를 참고하여 대역폭 조절을 위한 기준 값을 변경하고, 상기 변경된 기준 값을 초과하는 패킷이 입력되는 경우, 그 기준 값을 초과하는 패킷을 폐기하는 차단부를 더 포함하는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 네트워크 자원 사용 상태 데이터가 상기 네트워크에 소정의 양 이상의 사용 가능한 자원이 있음을 나타내는 경우, 이전의 기준 값보다 높은 값이 새로운 기준 값으로 설정되도록 기준 값 변경을 수행하는 적응형 서비스 대역폭 조절 장치.
  9. 삭제
  10. QoS 네트워크에서의 적응형 서비스 대역폭 조절 방법에 있어서,
    상기 네트워크에 유입되는 패킷의 양과 상기 네트워크의 사용 가능한 자원의 양을 측정하는 제 1 과정과,
    상기 측정된 사용 가능한 자원의 양을 미리 설정된 소정의 기준 값과 비교하여 상기 네트워크의 자원 상태를 판단하는 제 2 과정과,
    상기 네트워크에 소정의 양 이상의 사용 가능한 자원이 있는 경우, 상기 패킷량 측정부로부터 입력받은 패킷량 데이터 중에서 패킷량 최고치를 새로운 기준값으로 설정하는 제 3 과정을 포함하는 적응형 서비스 대역폭 조절 방법.
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