KR100818303B1 - Method for predicting traffic characteristics and traffic estimation devices for the wired and wireless networks - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전달망에서 혼잡 링크가 발생하는 예를 설명하기 위한 도면, 1 is a view for explaining an example in which a congestion link occurs in a transmission network to which the present invention can be applied;
도 2는 도 1의 전달망에서 나타나는 단대 단(end-to-end) 트래픽 또는 같은 클래스 트래픽들로 혼합된 트래픽 특성을 정의하기 위하여 적용되는 모델을 설명하기 위한 도면, FIG. 2 is a diagram illustrating a model applied to define an end-to-end traffic or a traffic characteristic mixed with same class traffics in the transport network of FIG. 1; FIG.
도 3은 도 1의 전달망의 브릿지(136)에서 세 개의 링크로부터 유입된 프레임 스트림이 특정 링크로 출력될 때 자원 할당 방법을 나타낸 도면, 3 is a diagram illustrating a resource allocation method when a frame stream introduced from three links in a
도 4는 제한된 트래픽 스트림 데이터로부터 구성된 히스토그램에 근사한 연속 함수로부터 트래픽 특성을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면, 4 is a diagram for explaining a method of estimating traffic characteristics from a continuous function approximating a histogram constructed from restricted traffic stream data;
도 5는 제한된 트래픽 스트림 데이터로부터 구성된 히스토그램에서 확률밀도함수를 수치 해석적 방법으로 찾아내는 과정을 설명하기 위한 도면, 5 is a view for explaining a process of finding a probability density function in a histogram constructed from limited traffic stream data by a numerical method;
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 도 2로 표시되는 트래픽의 특성 값인 Ton 과 Toff의 특성을 추정하는 방법을 도시한 흐름도, 그리고 6 is a flowchart illustrating a method of estimating characteristics of Ton and Toff, which are characteristic values of the traffic shown in FIG. 2, according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 2로 표시되는 트래픽의 특성값인 Ton 과 Toff의 특성을 추정하기 위한 이더넷 스위치의 트래픽 추정 장치를 도시한 기능 블록도이다. FIG. 7 is a functional block diagram illustrating an apparatus for estimating traffic of an Ethernet switch for estimating characteristics of Ton and Toff, which are characteristic values of traffic shown in FIG. 2, according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 유선 네트워크 및 무선 네트워크의 링크 또는 플로우의 트래픽 특성을 예측하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 변동 대역 트래픽의 확률적 특성 및 추정에 의한 유무선 네트워크의 트래픽 모델 및 추정을 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for estimating traffic characteristics of a link or a flow of a wired network and a wireless network, and more particularly, to an apparatus for estimating and estimating a traffic model of a wired or wireless network based on probabilistic characteristics and estimation of variable band traffic. And to a method thereof.
종래의 네트워크의 트래픽 특성을 추정하는 기술은 모든 프레임에 대하여 실시간으로 데이터를 수집하고, 이를 처리하기 위한 장치와 알고리즘으로 이루어져있다. 이에 따라, 고속 링크나 대형 네트워크의 트래픽 분석을 위해서는 대용량 데이터베이스와 고성능 트래픽 분석 프로세서가 요구되었다. A technique for estimating traffic characteristics of a conventional network consists of an apparatus and an algorithm for collecting data in real time for every frame and processing the same. As a result, a large database and a high performance traffic analysis processor were required for traffic analysis of a high-speed link or a large network.
뿐만 아니라, 대규모의 네트워크의 트래픽 특성을 추정하는 기술은 데이터베이스와 프로세서에 대한 규모의 제한으로 트래픽 특성 분석에는 한계가 있었다. In addition, the technique of estimating the traffic characteristics of a large network has limitations in traffic characterization due to the limitation of the size of the database and the processor.
특히, 네트워크에서 가변적인 변동 대역폭 특성을 갖는 트래픽의 경우, 트래픽의 특성을 예측할 수 있는 모델과 알고리즘 개발이 어려운 문제점을 안고 있다. In particular, in the case of traffic having variable bandwidth characteristics in a network, it is difficult to develop models and algorithms that can predict the characteristics of traffic.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은, 변동 대역 트래픽의 확률적 특성 및 추정에 의한 유무선 네트워크의 트래픽 모델 및 예측을 위한 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다. A first object of the present invention for solving the above problems is to provide an apparatus and method for traffic model and prediction of a wired / wireless network based on stochastic characteristics and estimation of variable band traffic.
본 발명의 제2 목적은, 제한된 데이터만으로 변동 대역을 갖는 트래픽의 특성을 확률적으로 추정하고, 이를 기반으로 유무선 통합망의 QoS 제어에 적용할 수 있는 트래픽 모델 및 예측을 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide an apparatus and method for a traffic model and prediction that can be applied to QoS control of wired / wireless converged networks based on stochastic estimation of traffic characteristics having fluctuating bands with limited data only. To provide.
본 발명의 제3 목적은, 제한된 데이터만으로 변동 대역 트래픽의 확률적 특성 및 추정을 통해 네트워크 수용량 계획(capacity planning), 자원 할당, 및 연결 수락 제어에 적용할 수 있는 트래픽 모델 및 예측을 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.A third object of the present invention is an apparatus for traffic model and prediction that can be applied to network capacity planning, resource allocation, and connection admission control through probabilistic characteristics and estimation of variable band traffic with limited data only; To provide that method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유무선 네트워크의 트래픽 예측 방법은, 제한 시간 내에 플로우의 프레임을 샘플링하고, 연속된 프레임 지속 기간과 연속된 프레임 출현 주기 데이터를 수집하며, 수집된 데이터로부터 연속된 프레임 지속 기간과 연속된 프레임 출현 주기의 히스토그램을 구성하며, 히스토그램에 근사한 연속 함수를 계산하고, 이 연속 함수로부터 확률 분포 함수를 계산하는 제1단계와, 주기적으로 샘플링 데이터 베이스를 확장하고, 확장 데이터 베이스에 의해 연속된 프레임 지속 기간과 연속된 프레임 출현 주기의 확률 분포 함수를 수정하며, 상기 수정한 확률 분포 함수를 기반으로 트래픽을 추정하는 제2단계를 포함한다. In order to achieve the above object, a traffic prediction method of a wired or wireless network according to an embodiment of the present invention includes sampling a frame of a flow within a time limit, collecting a continuous frame duration and a continuous frame appearance period data, and collecting the collected data. Construct a histogram of successive frame durations and successive frame emergence cycles, calculate a continuous function approximating the histogram, calculate a probability distribution function from the continuous function, and periodically extend the sampling database, And a second step of modifying the probability distribution function of the successive frame duration and the successive frame appearance period by the extension database, and estimating traffic based on the modified probability distribution function.
본 발명의 실시예에 따라 상기 제 1단계는, 프레임 샘플링을 통해 프레임 도착시간 데이터를 추출하는 단계; 프레임 도착시간 데이터베이스로부터 새로 도착한 프레임이 연속된 프레임인지 프레임 휴지기간 이후 처음 도착한 프레임인지를 구분하는 단계; 그 결정에 따라 프레임 도착 시간 간격 데이터베이스를 수정하고 계속 프레임 샘플링을 수행하여야 하는지를 결정하는 단계; 플로우 특성 추출 주기에 도달한 경우 연속된 프레임 지속 기간과 프레임 휴지기간 데이터로부터 연속된 프레임 지속기간의 히스토그램과 프레임 출현 주기의 히스토그램을 구성하는 단계; 및 연속된 프레임 지속기간의 확률 분포 함수를 근사화하고, 프레임 출현 주기의 확률 분포 함수를 근사화하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the first step includes: extracting frame arrival time data through frame sampling; Distinguishing whether a newly arrived frame from the frame arrival time database is a continuous frame or a frame first arrived after a frame rest period; According to the determination, modifying the frame arrival time interval database and determining whether to continue frame sampling; Constructing a histogram of successive frame durations and a histogram of frame appearance periods from successive frame duration and frame idle duration data when the flow characteristic extraction period is reached; And approximating a probability distribution function of successive frame durations, and approximating a probability distribution function of frame appearance periods.
또한, 상기 제 2단계는, 트래픽 추정 링크와 플로우를 결정하고, 프레임 샘플링을 제어하는 단계; 트래픽 특성 추정 및 예측이 종료될 때까지 프레임 샘플링을 통한 프레임 도착시간 데이터와 주기적으로 계산되는 트래픽 특성 데이터로 구성된 데이터베이스를 관리하는 단계; 및 트래픽 추정 데이터로부터 링크 또는 플로우의 트래픽을 예측하는 단계를 포함한다. The second step also includes determining traffic estimation links and flows, and controlling frame sampling; Managing a database consisting of frame arrival time data through frame sampling and traffic characteristic data periodically calculated until the traffic characteristic estimation and prediction is completed; And predicting traffic of the link or flow from the traffic estimation data.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전달망 구성을 위한 장치는, 유무선 네트워크에서 네트워크 인터페이스를 통해 변동 대역 트래픽으로 수신되는 해당 프레임의 도착 시간 정보를 추출하여 트래픽 특성 기본 데이터인 프레임 지속기간(Ton)과 프레임 휴지기간(Toff) 데이터를 생성하는 프레임 샘플러; 네트워크 관리 모듈 또는 연결 신호 프로토콜에 의해 링크 또는 플로우의 트래픽 특성 추정을 시작하고 종료하며, 주기적으로 상기 트래픽에 대한 특성을 계산하는 플로우 특성 추출부; 및 상기 트래픽 특성 정보로부터 프레임 스위치에 의해 다중화될 링크 또는 플로우의 트래픽 특성을 예측하는 플로우 추정부를 포함한다. On the other hand, the apparatus for the construction of the transmission network according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the traffic characteristic basic data by extracting the arrival time information of the corresponding frame received as variable band traffic through the network interface in the wired or wireless network A frame sampler for generating in frame duration Ton and frame pause time Toff data; A flow characteristic extraction unit which starts and ends traffic characteristic estimation of a link or a flow by a network management module or a connection signaling protocol, and periodically calculates characteristics of the traffic; And a flow estimator for predicting a traffic characteristic of a link or flow to be multiplexed by the frame switch from the traffic characteristic information.
본 실시예에서 상기 프레임 샘플러는, 상기 네트워크 인터페이스를 통해 일정기간 동안 수신되는 프레임 도착 시간 정보를 추출하고, 이전 프레임 도착 시간을 기준으로 상기 트래픽 특성 기본 데이터인 상기 Toff의 시작 시간을 결정하며, 이들 정보를 플로우 통계 데이터베이스에 저장한다. In the present embodiment, the frame sampler extracts frame arrival time information received for a predetermined period of time through the network interface, and determines a start time of the Toff, the traffic characteristic basic data, based on a previous frame arrival time. Store information in the flow statistics database.
상기 플로우 특성 추출부는, Ton과 Toff 데이터로부터 구성한 Ton과 프레임 출현 주기(Tcycle)의 히스토그램 데이터를 바탕으로 상기 Ton과 Tcycle의 분산 함수를 연속함수로 표현하는 계산을 수행하여 플로우 통계 데이터베이스에 저장하고, 프레임 샘플링 주기를 리셋(reset) 시킨다. The flow characteristic extraction unit performs calculations representing a dispersion function of the tons and tcycles as a continuous function based on the histogram data of tons and frame appearance cycles configured from the tons and toff data and stores them in a flow statistics database. Reset the frame sampling period.
상기 플로우 추정부는, 플로우의 다중화 또는 새로운 플로우의 자원 할당 요청시, 프레임 스위칭 정보와 플로우 통계 데이터베이스의 Ton과 Toff 특성 데이터를 바탕으로 출력 링크상 통합 플로우의 특성을 추정한다. The flow estimator estimates the characteristics of the integrated flow on the output link based on the frame switching information and the Ton and Toff characteristic data of the flow statistics database when requesting for multiplexing of flows or resource allocation of a new flow.
본 발명의 실시예에 따른 전달망 구성을 위한 장치는, 상기 플로우 추정부에서 추정한 플로우 특성 정보에 기초하여, 연결 수락 제어 또는 출력 큐 스케쥴러를 제어하여 자원할당 제어하는 신호품질(QoS) 제어부를 더 포함한다. The apparatus for configuring a transmission network according to an embodiment of the present invention further includes a signal quality (QoS) control unit for controlling resource allocation by controlling a connection admission control or an output queue scheduler based on the flow characteristic information estimated by the flow estimating unit. Include.
본 발명에 따르면, 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 모델링할 수 있으며, 제한된 샘플링 데이터로부터 트래픽의 확률적 특성을 추출하는 방법을 제공하여, 특정 플로우나 특정 링크로 유입되는 트래픽이 네트워크 내에 서비스 중인 다른 플로우 또는 링크의 서비스 품질에 어떠한 영향을 줄 것인가를 확률적으로 예측할 수 있음에 따라, 가변 비트율 트래픽을 수용하는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크의 수용량 계획(capacity planning), 자원 할당, 연결 수락 제어, 신호 품질(QoS) 제어 등에 적용 가능하며, 기존 전달망에서 제공할 수 없었던 서비스 품질의 확률적 보장이 가능하다. According to the present invention, it is possible to model the characteristics of dynamically changing traffic, and to provide a method of extracting the stochastic characteristics of traffic from limited sampling data, so that the traffic flowing into a specific flow or a specific link is in service in the network. Capacity planning, resource allocation, connection admission control, and signal quality of wired or wireless networks that accommodate variable bit rate traffic can be predicted with a probabilistic estimate of how it will affect the quality of service of the flow or link. Applicable to (QoS) control, etc., it is possible to guarantee the quality of service that could not be provided in the existing transport network.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following merely illustrates the principles of the invention. Therefore, those skilled in the art, although not explicitly described or illustrated herein, can embody the principles of the present invention and invent various devices that fall within the spirit and scope of the present invention. Furthermore, all conditional terms and embodiments listed herein are in principle clearly intended for the purpose of understanding the concept of the invention and are not to be limited to the specifically listed embodiments and states. Should be.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하 는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발된 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In addition, it is to be understood that all detailed descriptions, including the principles, aspects, and embodiments of the present invention, as well as listing specific embodiments, are intended to include structural and functional equivalents of these matters. In addition, these equivalents should be understood to include not only the equivalents currently known but also the equivalents developed in the future, that is, all devices invented to perform the same function regardless of the structure.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전달망에서 혼잡 링크가 발생하는 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 망 구성은 브릿지 근거리 통신 네트워크(Bridged LAN)의 구성을 나타낸 것이다. 1 is a view for explaining an example in which a congestion link occurs in a transmission network to which the present invention can be applied. 1 illustrates a configuration of a bridged local area network (Bridged LAN).
도시된 바와 같이, 브릿지 근거리 통신 네트워크는 종단(End station)(102,104,106)을 수용하는 전달망이 이더넷 스위치(Ethernet switch) 브릿지들(114,116,132,134,136), 및 확장 근거리 통신 네트워크들(122,124,126,142)로 구성될 수 있다. As shown, the bridged local area network may be comprised of Ethernet
이와 같이, 브릿지 근거리 통신 네트워크는 종단(End station)1(102)을 수용하는 싱글 근거리 통신 네트워크(single LAN)(122)를 매체접근제어 브릿지(Media Access Control bridge)(132)에 의하여 서로 연결(interconnect)시켜 분리된 브릿지들 간 데이터 프레임을 릴레이(relay)시키거나 필터링(filtering)함으로써, 확장된 근거리 통신 네트워크의 설계가 가능하게 한다. As such, the bridge local area network connects a single
여기서 브릿지들(114,116,132,134,136)은 브릿지 근거리 통신 네트워크의 구성 사용자와 아닌 사용자를 구분하여 트래픽을 분리하며, 트래픽 클래스(class)에 따라 프레임을 큐잉(queing)하거나, 큐잉된 프레임 중 선택하여 출력 전송한다. Here, the
도면에서, 종단1(102)과 종단3(106)이 제1 경로(101)를 통해 통신을 수행하 는 동시에, 종단2(104)와 종단3(106)이 제2 경로(103)를 통해 통신 하려 할 때, 제1 경로(101)와 제2 경로(103)가 중복되는 경로에 위치하는 이더넷 스위치인 브릿지(116,136)를 동시에 사용하게 된다. In the figure,
브릿지1(116)은 종단 구분에 따라 트래픽을 분리하여 클래스에 따라 프레임을 큐잉하거나, 같은 클래스인 경우 동일 큐에 혼합하여 다음 브릿지로 전송한다. 브릿지2(136)는 종단(102)에서 발생된 트래픽과 종단(104)에서 발생된 트래픽을 받아 클래스에 따라 큐잉한 후 링크(126)로 전송한다.
한편, 브릿지(116,136)에 동시 다발적으로 많은 프레임이 전달되어야 할 때, 혼잡이 생겨 오버플로우(overflow)된 프레임은 삭제되는 현상이 발생할 수 있다. 이 현상은 평균 네트워크 사용율(utilization)이 낮다 하더라도 발생할 가능성이 있다. On the other hand, when a large number of frames are to be delivered to the
이를 제어하기 위하여 브릿지(116,136)는 각각의 종단 별로 또는 혼합된 같은 클래스별로 트래픽을 구분하여 링크(101,103)를 사용하는 시간을 제어함으로써, 자원을 할당하게 된다. 이와 같이, 클래스별 큐를 서비스하는 시작 시점과 서비스 기간을 정하는 스케쥴링 방법이나 신규 트래픽의 네트워크내 유입을 수락하는 방법으로 서비스 요구 품질을 유지하게 된다. In order to control this, the
도 2는 도 1의 전달망에서 나타나는 단대 단(end-to-end) 트래픽 또는 같은 클래스 트래픽들로 혼합된 트래픽 특성을 정의하기 위하여 적용되는 모델을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a diagram for explaining a model applied to define a traffic characteristic mixed with end-to-end traffic or same class traffics shown in the transport network of FIG. 1.
도면을 참조하면, 사용자의 행동 특성이나 서비스의 특성에 따라 응용 서비스에서 발생하는 데이터를 표현하거나 모아진(aggregate) 트래픽을 표현하는 방법으로 주기적으로(Tcycle)(200) 전달할 데이터를 발생시키는 기간, 즉 프레임 지속 기간(Ton)(201)과 사용자가 데이터를 흡수(absorbing)하거나 서비스 특성에 따라 데이터가 일정 시간 발생하지 않는 기간, 즉 프레임 휴지 기간(Toff)(202)이 반복되는 형태로 구성할 수 있다. Referring to the drawings, a period of generating data to be delivered periodically (Tcycle) 200 is expressed by expressing data generated from an application service or aggregated traffic according to a behavior characteristic of a user or a characteristic of a service. The frame duration (Ton) 201 and a period in which the user absorbs data or the data does not occur for a certain time according to a service characteristic, that is, the frame pause period (Toff) 202 is repeated. have.
발생한 데이터는 네트워크의 용량에 따라 일정 길이의 프레임으로 나누어 지며, 데이터를 전달하기 위해 링크를 점유하는 시간을 불연속적 데이터로 표현하기 위해 임의의 단위 시간을 정하고 이를 슬롯으로 정의한다(203). The generated data is divided into frames of a certain length according to the capacity of the network, and a random unit time is defined to represent the time occupied by the link to transmit the data as discrete data and is defined as a slot (203).
전달할 데이터를 발생시키는 프레임 지속 기간(201)과 데이터가 발생하지 않는 프레임 휴지 기간(202)의 크기는 응용 서비스나 흡수된 트래픽별로 다르며, 일반적으로 트래픽 특성은 데이터가 발생 되는 프레임 지속 기간(201)과 발생 되지 않는 프레임 휴지 기간(202)의 확률 분포로 표현이 가능하다. 이 모델은 브릿지에 입력된 트래픽이나 큐잉되어 링크상에 출력되는 트래픽의 특성을 표현하는데 같은 방식으로 적용 가능하다. The size of the
도 3은 도 1의 전달망의 브릿지(136)에서 세 개의 링크로부터 유입된 프레임 스트림이 특정 링크로 출력될 때 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating a resource allocation method when a frame stream introduced from three links in a
도면을 참조하면, 세 개의 입력 링크를 통해 들어온 프레임 스트림은 각각 입력 큐(301,302,303)에 저장된 후, 큐 스케쥴러(300)의 제어에 따라 특정 링크로 전송되기 위하여 출력 큐(304)로 포워딩(forwarding)된다. 입력되는 프레임 스트림은 도 2의 프레임 스트림 특성 정의 모델에 따라 Ton의 확률적 분포와 Toff의 확률적 분포로 표현될 수 있다. Referring to the drawings, the frame streams received through the three input links are stored in the
입력 큐(301)로 입력된 스트림의 Ton 길이에 따른 히스토그램(311)은 입력 스트림의 특성을 표현하며, 큐 스케쥴러(300)에 의해 출력 링크를 점유할 때 같은 특성을 유지한다. The
출력 링크의 프레임 스트림 특성은 입력 스트림의 Ton 뿐만 아니라 Toff 특성과 스케쥴링 제어 방식에 따라 변경된다. The frame stream characteristics of the output link are changed according to the Toff characteristic and the scheduling control scheme as well as the Ton of the input stream.
세 개의 입력 링크에서 Ton의 히스토그램 특성(311, 312, 313) 과 Toff의 히스토그램 특성을 갖는 스트림이 입력 큐 스케쥴러(300)를 거쳐 포워딩된 후 출력 큐(304)를 통해 전송되는 통합 프레임 스트림은 Ton의 히스토그램(314)과 Toff의 히스토그램(315)으로 특성이 변화한다. 이 특성에 따라 링크 자원이 점유된다. In the three input links, a stream having the
따라서, 최적의 자원 할당을 위한 제어 방식은 입력 링크의 스트림과 큐 스케쥴링에 의해 형성되는 출력 링크의 스트림 특성 예측에 바탕을 두어야 한다. Therefore, the control scheme for optimal resource allocation should be based on the prediction of the stream characteristics of the output link formed by the stream and queue scheduling of the input link.
도 4는 제한된 트래픽 스트림 데이터로부터 구성된 히스토그램에 근사한 연속 함수로부터 트래픽 특성을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining a method of estimating traffic characteristics from a continuous function approximating a histogram constructed from restricted traffic stream data.
도면을 참조하면, 도 3의 자원 할당을 위하여 트래픽의 특성 예측이 요구된다. 트래픽의 특성은 프레임의 길이나 도착 시간으로 이 값은 임의 확률분포를 갖게 되며, 프레임 길이에 대한 확률 분포를 알고 있다면 앞으로 입력될 트래픽의 특성을 확률적으로 추정하는 것이 가능하다. Referring to the figure, it is required to predict the characteristics of the traffic for the resource allocation of FIG. The characteristics of the traffic are the length of the frame or the arrival time. This value has a random probability distribution. If the probability distribution over the frame length is known, it is possible to estimate the characteristics of the traffic to be input in the future.
트래픽 추정을 위한 확률밀도 함수는 실제로 관측된 트래픽 데이터로부터 근사한 값으로 표현할 수 있다. 제한된 시간 동안 수집된 트래픽 스트림의 프레임 길이 또는 도착 간격(inter-arrival) 시간 데이터로 히스토그램을 얻은 후(401), 이 히스토그램에 근사하는 연속함수 f(x)를 얻게 되면(402), 확률밀도함수 F(x)는 수학식 'f(x)/f(x)dx'를 통해 구할 수 있다. The probability density function for traffic estimation can be expressed as an approximation from the actually observed traffic data. After a histogram is obtained from the frame length or inter-arrival time data of the traffic stream collected for a limited time (401), a continuous function f (x) approximating the histogram is obtained (402). F (x) can be obtained through the equation 'f (x) / f (x) dx'.
여기서, 확률밀도함수 F(x)로부터 트래픽의 특성을 확률적으로 추정할 수 있다. 트래픽 스트림 데이터로부터 구성된 히스토그램에서 근사한 연속함수 f(x)는 최소값(403)과 최대값(404) 사이를 n개의 일정 간격(405)으로 나누어 각 구간의 히스토그램에 근사한 함수들을 구해 그 합으로 표시할 수 있다. Here, the traffic characteristics can be estimated stochastically from the probability density function F (x). The continuous function f (x) approximated from the histogram constructed from the traffic stream data is divided into n
도 5는 제한된 트래픽 스트림 데이터로부터 구성된 히스토그램에서 확률밀도함수를 수치 해석적 방법으로 찾아내는 과정을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5 is a diagram for explaining a process of finding a probability density function by a numerical method in a histogram constructed from limited traffic stream data.
본 실시예에서 히스토그램에 근사한 연속함수를 선정하는 방법은 일반 수치 해석적 방법을 적용할 수 있다. In the present embodiment, a method of selecting a continuous function approximating a histogram may apply a general numerical analysis method.
도 5에서와 같이, 표시되는 히스토그램(500)에 근사한 연속함수를 선정하기 위해 주요한 변곡점인 4개의 위치(501, 502, 503, 504)에서 근접한 함수를 선정하여 그 조합으로 표현할 수 있다. 이러한 함수 조합을 찾아내는 방법으로 각 구간에서 근사한 함수로 아래 수학식 1이 적용된다. As shown in FIG. 5, in order to select a continuous function approximating the displayed
이와 같은 함수가 연속되는 조건은 아래 수학식 2와 같다. The condition that such a function is continuous is shown in
이를 위해 ai, bi, ci, di를 구하면, 각 구간의 연속 함수를 결정할 수 있 다. 이에 따라, 각 구간에서 결정된 함수들(506, 507, 508, 509)의 조합으로 히스토그램에 근사한 연속함수를 얻을 수 있다. If we find a i , b i , c i , and d i , we can determine the continuous function for each interval. Accordingly, a combination of the
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 도 2로 표시되는 트래픽의 특성값인 Ton 과 Toff의 특성을 추정하는 방법을 도시한 흐름도이다. 6 is a flowchart illustrating a method of estimating characteristics of Ton and Toff, which are characteristic values of the traffic shown in FIG. 2, according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 이더넷 스위치인 브릿지(136)는 트래픽 특성 추정 대상 플로우나 대상 링크를 선정한 후, 데이터 추출 주기를 세팅한다(S601). 브릿지(136)는 입력 링크로부터 해당 프레임 발견시 프레임 샘플링 Ton(i) 시간을 추출한다(S602). As shown, the
브릿지(136)는 현재 도착 프레임의 프레임 샘플링 Ton(i) 시간에서 이전 도착 프레임의 샘플링 Ton(i-1) 시간을 뺀 간격이, 전송 가능한 최대 프레임 길이의 전송 시간보다 길며, 확률적 트래픽 특성 예측 데이터베이스에서 Toff 의 3rd quartile 값 보다 큰지를 비교한다(S603). The
브릿지(136)는 Ton(i-1) 과 Ton(i) 간 간격이, 최대 프레임 길이의 전송 시간 보다 길고 Toff 의 3rd quartile 값 보다 크면, Ton(0)를 데이터 스트림의 시점으로 Ton 데이터베이스에 저장하고 Ton(i) 를 데이터 스트림의 종료 시점으로 Toff 데이터베이스에 저장하며(604), 동시에 Ton(i)를 새로운 데이터의 발생 시작 기점으로 Ton(0) 에 저장하고 i 값을 1로 하여 초기화한다(S605). 브릿지(136)는 Ton(i-1) 과 Ton(i) 간 간격이, 최대 프레임 길이의 전송 시간 보다 짧거나 Toff 의 3rd quartile 값 보다 작으면, Toff 값의 저장 없이 Ton(i) 정보를 저장하고 i 를 증가시킨다(S606). The
브릿지(136)는 플로우의 데이터 추출 주기 종료(timeout) 여부를 판별한다(S607). 플로우 데이터 추출 주기가 종료(timeout)되지 않았으면, 브릿지(136)는 계속 입력 링크를 모니터링하여 S602 내지 S607 단계를 수행한다. The
플로우 데이터 추출 주기가 종료된 것으로 판단되면, 브릿지(136)는 저장된 Ton 데이터베이스와 Toff 데이터베이스로부터 Ton 히스토그램과 Tcycle 히스토그램을 구성한다(S608). Ton과 Tcycle 히스토그램 데이터로부터 최대값과 최소값을 기준으로 임의의 일정 구간으로 나누고, 도 5의 방법에 따라 연속함수를 계산하며, 이를 probability density function 으로 변환한다(S609). If it is determined that the flow data extraction cycle has ended, the
이에 따라, 브릿지(136)는 플로우 추출 데이터를 구비된 기존 데이터베이스(DB)에 추가하며, 플로우별 또는 링크별로 트래픽의 확률적 특성을 재계산하여 특성 예측 데이터베이스를 확장하고(S610) 다음 주기의 플로우 특성 추정(S601 내지 S610 단계)을 반복 수행한다. Accordingly, the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 2로 표시되는 트래픽의 특성값인 Ton 과 Toff의 특성을 추정하기 위한 이더넷 스위치의 트래픽 추정 장치를 도시한 기능 블록도이다. FIG. 7 is a functional block diagram illustrating an apparatus for estimating traffic of an Ethernet switch for estimating characteristics of Ton and Toff, which are characteristic values of traffic shown in FIG. 2, according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 트래픽 추정 장치에서 프레임 샘플러(Frame Sampler)(702)는 이더넷 네트워크 측의 네트워크 하위 인터페이스(Network Port Receive)(701)를 통해 수신되는 프레임을 통해 플로우의 특성을 추정하기 위해 일정기간 동안 프레임 도착 시간 정보를 추출한다. 프레임 샘플러(702)는 이전 프레임 도착 시간을 기준으로 Toff의 시작 시간을 결정하며, 이들 정보를 플로우 통계 데이터베이스(Flow Statistics DB)(703)에 저장한다. As shown, in the traffic estimating apparatus, the
플로우 특성 추출부(Flow Infor Extractor)(704)는 프레임 샘플러(702)의 제어와 플로우 통계 데이터베이스(703)를 관리한다. 또한, 플로우 특성 추출부(704)는 Ton과 Toff 데이터를 바탕으로 Ton과 Tcycle의 히스토그램을 구성하여 Ton과 Tcycle의 분산 함수를 연속함수로 표현하는 계산을 수행하여 플로우 통계 데이터베이스(703)에 저장하고, 프레임 샘플링 주기를 리셋 시킨다. The
플로우 추정부(Flow Estimator)(705)는 플로우의 다중화 또는 새로운 플로우의 자원 할당 요청시, 프레임 스위칭 정보와 플로우 통계 데이터베이스(703)의 Ton과 Toff 특성 데이터를 바탕으로 출력 링크상 통합 플로우의 특성을 추정한다. 플로우 추정부(705)는 이렇게 추정된 정보를 신호품질(QoS) 제어부(Controller)(706)에 제공한다. The
신호품질 제어부(706)는 플로우 추정부(705)로부터 제공된 정보에 기초하여, 연결 수락 제어 또는 출력 큐 스케쥴러를 제어하여 자원할당 제어를 수행한다. The signal
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. In the above, specific preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications and other equivalents without departing from the gist of the present invention attached to the claims. Implementation will be possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.
본 발명에 따르면, 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 모델링할 수 있으며, 제한된 샘플링 데이터로부터 트래픽의 확률적 특성을 추출하는 방법을 제공하여, 특정 플로우나 특정 링크로 유입되는 트래픽이 네트워크 내에 서비스 중인 다른 플로우 또는 링크의 서비스 품질에 어떠한 영향을 줄 것인가를 확률적으로 예측할 수 있음에 따라, 가변 비트율 트래픽을 수용하는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크의 수용량 계획(capacity planning), 자원 할당, 연결 수락 제어, 신호 품질(QoS) 제어 등에 적용 가능하며, 기존 전달망에서 제공할 수 없었던 서비스 품질의 확률적 보장이 가능하다. According to the present invention, it is possible to model the characteristics of dynamically changing traffic, and to provide a method of extracting the stochastic characteristics of traffic from limited sampling data, so that the traffic flowing into a specific flow or a specific link is in service in the network. Capacity planning, resource allocation, connection admission control, and signal quality of wired or wireless networks that accommodate variable bit rate traffic can be predicted with a probabilistic estimate of how it will affect the quality of service of the flow or link. Applicable to (QoS) control, etc., it is possible to guarantee the quality of service that could not be provided in the existing transport network.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060096575A KR100818303B1 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Method for predicting traffic characteristics and traffic estimation devices for the wired and wireless networks |
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