KR100909536B1 - 지능형 인터넷 프로토콜 패킷 릴레이 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패킷망에 대한 무선 통신 인터페이스들에 관한 것으로, 특히 패킷망 노드와의 무선 통신을 위하여 패킷 사이즈를 최적화하는 것에 관한 것이다. 본 발명에서는, 중간 노드들에서 패킷 조합 및 분할 기능이 부족한 패킷망에 대한 무선링크를 포함하는 통신 경로에 사용되며, 최적의 경로 최대 전송 단위 사이즈의 산정수치로부터 상기 무선 링크를 제외하고, 무선 통신 시스템과 상기 패킷망간의 모든 트래픽을 포착하여 포착점과 최종 착신지 사이의 최적의 최대 전송 단위 사이즈에 따라서 상기 포착된 트래픽을 재구성하는 패킷망과 무선 통신 시스템간의 인터페이스에서의 프럭시를 제공한다. 이에 의해, 상기 무선 통신 시스템으로부터의 패킷들은 더 큰 최대 전송 단위 사이즈로 조합되며, 상기 패킷망으로부터의 패킷들은 더 작은 최대 전송 단위 사이즈로 분할될 수 있다. 또, 상기 패킷망내의 중간 노드들에서의 정체현상을 감소시키면서, 상기 최종 착신지에서의 종단간(end-to-end) 대역폭 효율성 및 대기시간이 개선된다.
Figure R1020020039489
인터넷 프로토콜 패킷망, 연동기능(IWF)모듈, 최대 전송 단위 (MTU)

Description

지능형 인터넷 프로토콜 패킷 릴레이 장치 및 방법{INTELLIGENT IP RELAY APPARATUS AND METHOD THEREOF}
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 패킷 통신 시스템 구성도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선링크와 패킷망 간의 패킷 처리 과정을 나타낸 도면.
본 발명은 일반적으로 패킷망에 대한 무선 통신 인터페이스들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패킷망 노드와의 무선 통신시 패킷 사이즈를 최적화하는 IP릴레이 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 환경내에서 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol:전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜)네트워크 표준에 관한 실행은 상기 전송 제어 프로토콜 부분과 관련된 타임아웃, 윈도우 사이즈, 윈도우 스케일과 같은 형태의 변수에 따라 달라진다. 그러나, 이런 전송 제어 프로토콜 변수들의 최적화는 RTP(Real-Time Transport Protocol:실시간 전송 프로토콜) 등의 인터넷 프로토콜 층의 최상부에서 실행하는 다른 프로토콜들에게는 거의 도움이 되지 않는다.
게다가, 무선링크는 흔히 유선(hard-wired) 또는 지상 통신선 네트워크 접속용으로 사용되는 것보다 더 작은 최대 전송 단위를 사용하는데, 이는 무선 주파수 전송시에 변조와 드롭아웃이 발생하기가 더욱 쉬어서 손실이 많아지기 때문이다. 예들 들어, 지상 통신선(이더넷) 네트워크는 약 1,500 byte의 평균 최대 전송 단위 사이즈를 사용하는데 반해, 무선링크는 대체로 약 128 byte와 300 byte 사이의 최대 전송 단위 사이즈를 사용함으로써 8 KB까지의 최대 전송 단위 사이즈를 사용할 수 있다. 그러나, 일반적으로 무선링크를 포함하여 패킷의 최대 전송 단위 사이즈는 전체통신경로를 통하여 더 작은 사이즈로 설정된다.
상기와 같이 전송 가능한 최대 전송 단위 사이즈 보다 작게 설정된 최대 전송 단위 또는 패킷 사이즈는 데이터 스트림에 대한 더 낮은 유효 종단간(end-to-end) 대역폭 효율성을 의미한다. 상기 사이즈의 패킷들은 또한 네트워크 호스트들과 모든 중간 라우터들을 정체시키는 경향이 있으며, 착신지 호스트가 많은 수의 인터넷 프로토콜 패킷들을 처리할 수 있도록 고도의 프로세서 효율성을 필요로 한다.
현재 점차로 전개되고 있는 인터넷 프로토콜 버전 6 (IPv6) 네트워크 표준의 구현이 보편적이 되는 경우, 네트워크에서 중간 노드들은 큰 패킷들을 보다 작은 패킷들로 분할하거나 또는 작은 패킷들을 큰 패킷들로 재조합하는 것을 수행하지 않는다. 그러므로, 이런 IPv6 네트워크에 접속된 모든 호스트들에 대하여, 원하는 데이터 스트림 경로를 유지할 수 있는 최대 전송 단위 사이즈를 확인하고 사용하는 "경로 최대 전송 단위 결정법"을 실시하는 것이 요구되고 있다. 무선링크를 갖는 시스템에 대하여 이러한 요구는, 상술한 바와 같은 유효 대역폭 효율성 저하 및 다른 문제점들을 야기한다.
그러므로, 무선링크를 포함하여 데이터 스트림용의 지능형 인터넷 프로토콜 패킷 릴레이 시스템을 위한 기술이 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 유효 대역폭 효율성을 향상시키는 IP 릴레이 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 패킷의 조합 및 분할 기능이 부족한 중간 노드를 구비한 패킷망에 연결된 통신 시스템에 구비되는 대역폭 효율성을 개선하는 패킷 릴레이 장치에 있어서, 무선 링크와 접속하는 무선링크 접속부와, 패킷망과 접속하는 패킷망 접속부와, 상기 무선링크와 상기 패킷망간의 트래픽을 포착하고, 상기 포착된 트래픽 중 상기 패킷망으로 전송할 트래픽은 제1의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하고, 상기 포착된 트래픽중 상기 무선링크로 전송할 트래픽은 제2의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 패킷 릴레이 제어부를 포함하여 구비하는 것을 특징으로 한다.
전술한 사항들은 후술하는 본 발명의 상세한 설명들을 당업계의 업자들이 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징들 및 이점들을 다소 광범위하게 개설한 것이다. 이하, 본 발명의 청구항의 요지를 형성하는 부가적인 특징들 및 이점들을 설명한다. 당업계의 업자들은 본 발명과 동일한 목적들을 수행하기 위해 다른 구성들을 설계하거나 또는 변경하는 기초로서, 본 발명에 개시되어 있는 특정 실시예 및 개념을 이들이 용이하게 사용할 수 있다라는 것을 인정할 것이다. 당업계의 업자들은 또한 이런 동등한 구성들이 가장 넓은 범위에서 볼 때 본 발명의 요지 및 범위를 벗어나지 않는다는 것을 파악할 것이다.
하술하는 바와 같이, 본 명세서에서 본 발명의 원리를 설명하기 위해서 사용되는 도1과 도2 및 다양한 실시예들은 단지 실시 예로서 예시된 것이며, 어느 방법으로든지 본 발명의 범위를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 당업계의 업자들은 본 발명의 원리가 어느 적절하게 배치된 장치에서 실시될 수 있다라는 것으로 이해할 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 패킷 통신 시스템 구성도 이다. 무선 패킷 통신 시스템(100)은 본 발명의 실시예에서 내부 캐리어 인터넷 프로토콜 패킷망인 패킷망(103)에 대하여 무선 링크(102)를 통해 연결되는 이동국(101)(예를 들어, 이동전화, 무선의 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 등)을 포함한다. 무선 링크(102)는 이동국(101)으로부터 기지국(105)까지의 무선통신채널(104) 및 상기 기지국(105)으로부터 이동 전화 교환국 등을 통해서 패킷망(103)까지의 지상 통신선 접속부(106)를 포함함으로써 코드분할다중접속(CDMA) 방식과 같은 패킷망과 통 신할 수 있는 적절한 무선 통신 표준을 사용할 수 있다.
본 실시예의 패킷망(103)은 무선 통신 기업의 내부 캐리어 통신망이며, 인터넷망(107)과의 접속한다. 이동국(101)과 하향스트림 데이터 트래픽을 위한 착신지와 발신지 사이의 통신경로는 무선링크(102)를 포함하고 상기 착신지에서 종료하며, 상기 착신지는 대체로 상기 인터넷망(107)이 될 것이며, 패킷망(103)이 될 수도 있다.
본 발명에서, 이동국(101)과 상기 착신지간의 통신경로는 상기 무선링크(102)와 상기 통신경로의 나머지 부분과의 사이에 있는 패킷 릴레이 장치(108)를 포함한다. 상기 착신지는 패킷망(103) 범위이내가 되거나 또는 패킷망(103)을 통과한 곳이 될 수 있다. 본 실시예에서 인터넷 프로토콜 패킷 릴레이 장치인 패킷 릴레이 장치(108)는 바람직하게는 상기 이동국(101)과 상기 패킷망(103) 사이에 있는 모든 무선 인터넷 프로토콜 트래픽을 포착하는 인터넷 프로토콜 레벨 프럭시로 구성되는 것이 좋다. 그리고 본 발명의 실시예에 따라 패킷 릴레이 장치(108)는 무선 링크(102)와 접속하는 무선링크 접속부와 패킷망(103)과 접속하는 패킷망 접속부와 본 발명에 따라 패킷을 처리 과정을 담당하는 패킷 릴레이 제어부로 구성된다.
패킷 릴레이 장치(108)는 상기 무선링크(102)와 상기 패킷망(103) 간의 트래픽을 포착하여, 포착된 트래픽을 각 통신망에 적합한 크기의 전송 단위 사이즈로 재구성하여 전송한다. 다시 말해, 패킷 릴레이 장치(108)는 무선 링크(102) 전송에 적합한 크기의 최대 전송 단위 사이즈로 구성되며, 무선링크(102)를 통해 수신된 제1패킷(109)을 수신하고, 수신한 상기 제1패킷(109)을 보다 큰 최대전송단위 사이즈를 갖는 제2패킷(110)들로 조합한다. 상기 최적의 최대전송단위 사이즈는 패킷 릴레이 장치(108)와 최종 착신지간의 경로 최대 전송 단위 결정에 의해 확정된다. 마찬가지로, 패킷 릴레이 장치(108)는 최적의 최대 전송 단위 사이즈를 갖는 패킷망(103)으로부터 수신된 제2패킷(110)들을 무선링크(102)로 전송하기 이전에 무선링크(102)에 적합한 보다 작은 최대전송단위 사이즈를 갖는 작은 제1패킷(109)들로 분할한다.
어떤 의미에서는, 상기 패킷 릴레이 장치(108)는 상기 무선 링크(102)라는 제1도약 이후에, 경로 최대 전송 단위를 재산정함으로써 기지국(105)으로부터의 모든 인터넷 프로토콜 플로우를 단순히 조합하는 것으로 볼 수 있다. 조합 또는 분할을 위해서 트래픽을 포착함으로써, 패킷 릴레이 장치(108)는 이동국(101)에 대한 종단간 대역폭 효율성을 향상시키고 또 필요한 처리과정을 감소함으로써 착신지 서버에서의 대기시간을 감소시키는 한편 내부 전송 패킷망(103)과 인터넷망(107) 내의 중간 노드들에서의 정체현상을 감소시킨다.
패킷 릴레이 장치(108)는 캐리어의 무선망을 위하여 기지국(base transmitter station) 또는 기지국 교환기(base switching center)에 구비되거나, 또는 반송파의 무선망 이내의 연동기능(IWF;inter-working function) 모듈(패킷망에 의해 음성과 데이터가 결합되어 전송될 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어)내에 구비될 수 있다. 상기 모듈은 대개 캐리어의 무선망과 패킷망(103)과의 인터페이스에 있다. 상기 연동기능 범위내에의 프럭시 레벨 패킷 릴레이 제어기를 갖는 것이 서비스 제공자를 위하여 바람직한 것이 될 것이며, 이는 이런 경우에는 운용되는 물리적인 장치가 더 적게 요구되기 때문이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따라 무선링크(102)와 패킷망(103) 간의 트래픽을 조정하는 과정을 나타낸 순서도이다. 201단계에서 릴레이 장치(108)는 패킷망(103)에 의한 무선링크로부터 개시된 통신, 예를 들어, 데이터 스트림이 검출되면 202단계로 진행한다. 202단계에서 릴레이 장치(108)는 포착점(바람직하게는, 무선링크에 근접하여 있으며 상기 패킷망에 대하여 지상 통신선 접속요소를 갖는 통신 경로내의 점)과 패킷망(103)내 최종 착신지의 경로에 대해 최대 전송 단위를 결정하고 203단계로 진행한다. 203단계에서 릴레이 장치(108)는 무선링크(102)와 패킷망(103)간의 모든 트래픽을 포착한다.
이후, 204단계에서 릴레이 장치(108)는 상기 포착된 트래픽 중 상기 무선링크(102)로 송신할 모든 트래픽이 상기 무선링크(102)에 적합한 상기 최대 전송 단위 사이즈를 사용하도록 재구성하고, 상기 포착된 트래픽 중 상기 무선링크(102)로부터 수신된 모든 트래픽은 상기 포착점과 상기 최종 착신지간의 통신경로의 일부분을 위한 최대 전송 단위 사이즈를 사용하도록 재구성하고 205단계로 진행한다. 205단계에서 상기 릴레이 장치(108)는 상기 데이터 스트림의 종료를 확인하여 상기 데이터 스트림이 종료되지 않았으면 상기 203단계로 진행하여 트래픽의 포착 및 재구성을 반복하고, 상기 데이터 스트림이 종료되었으면 206단계로 진행한다. 206단계에서 릴레이 장치(108)는 무선링크(102)와 패킷망(103)과의 사이에 또 하나의 데이터 스트림이 개시될 때까지 상기 과정은 유휴 상태를 유지한다.
이상, 충분히 기능적인 네트워크 장치를 배경으로 하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 메커니즘은 갖가지 형태의 명령어로 이루어진 컴퓨터 사용 매체 형태로도 실시되며 또 배포될 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 배포를 수행하는데 있어서 특별한 유형의 신호 베어링 매체와는 무관하게, 동등하게 적용될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 예로서는, 예를 들어, 소거 또는 읽기전용 메모리(read only memories (ROMs) or erasable), 전기적 프로그램 가능 읽기전용 메모리(electrically programmable read only memories (EEPROMs))와 같은 비휘발성, 하드 코딩방식(hard-coded) 또는 프로그램 가능한 유형의 매체와; 예를 들어, 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브 및 읽기/쓰기 (R/W) 콤팩트 디스크형 읽기용 기억장치 (CD-ROMs) 또는 디지털 비디오 디스크 (DVDs)와 같은 기록형 매체; 및 예를 들어, 디지털 및 아날로그 통신 링크와 같은 송신형 매체를 들 수 있겠지만 그러나 이들에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명을 상세하게 설명하였지만 본 발명의 요지와 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 무선링크와 패킷망 서버간의 통신에 있어서, 각 통신망의 패킷 전송 능력 및 대역폭에 적합하도록 패킷의 크기를 조절하여 전송함으로써, 중간 노드들의 정체 현상을 감소시키고, 최종 착신지에서의 종단간 대역폭 효율성 및 대기 시간이 개선된다.

Claims (22)

  1. 패킷의 조합 및 분할 기능이 부족한 중간 노드를 구비한 패킷망에 연결된 통신 시스템에 구비되는 대역폭 효율성을 개선하는 패킷 릴레이 장치에 있어서,
    무선 링크와 접속하는 무선링크 접속부와,
    패킷망과 접속하는 패킷망 접속부와,
    상기 무선링크와 상기 패킷망간의 트래픽을 포착하고, 상기 포착된 트래픽 중 상기 패킷망으로 전송할 트래픽은 제1의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하고, 상기 포착된 트래픽중 상기 무선링크로 전송할 트래픽은 제2의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 패킷 릴레이 제어부를 포함하여 구비하는 것을 특징으로 하는 패킷 릴레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 최대 전송 단위 사이즈는 상기 제2의 최대 전송 단위 사이즈보다 더 큰 것을 특징으로 하는 패킷 릴레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 최대 전송 단위 사이즈는 상기 패킷 릴레이 제어부와 상기 패킷망내의 최종 착신지간의 패킷 통신을 위한 최적의 경로에서 최대 전송 단위 사이즈임을 특징으로 하는 패킷 릴레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2의 최대 전송 단위 사이즈는 무선 통신시 전송 가능한, 트래픽의 최대 전송 단위 사이즈임을 특징으로 하는 패킷 릴레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패킷 릴레이 제어부는 상기 패킷망으로 전송하기 위하여 상기 무선링크로부터 포착된 트래픽내에 패킷들을 조합하는 것을 특징으로 하는 패킷 릴레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 패킷 릴레이 제어부는 상기 무선링크로 전송하기 위하여 상기 패킷망으로부터 포착된 트래픽내에 패킷들을 분할하는 것을 특징으로 하는 패킷 릴레이 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 패킷 릴레이 제어부는 무선 통신 시스템을 운용하는 기업용의 상기 무선 통신 시스템과 내부 패킷망간의 인터페이스에서의 인터넷 프로토콜 레벨 프럭시임을 특징으로 하는 패킷 릴레이 장치.
  8. 통신시스템에 있어서,
    무선링크를 사용하는 무선 통신 장치와,
    패킷망과,
    상기 무선 통신 장치와 상기 패킷망내의 최종 착신지간의 통신에 있어서 대역폭 효율성을 개선하는 패킷 릴레이 장치를 포함하며, 상기 패킷 릴레이 장치는
    상기 무선링크에 대한 접속부와,
    상기 패킷망에 대한 접속부와,
    상기 무선링크와 상기 패킷망 간의 트래픽을 포착하고, 상기 포착된 트래픽 중 상기 패킷망으로 전송할 트래픽은 제1의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하고, 상기 포착된 트래픽중 상기 무선링크로 전송할 트래픽은 제2의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 패킷 릴레이 제어부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 통신시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2의 최대 전송 단위 사이즈는 상기 제1의 최대 전송 단위 사이즈보다 더 작은 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1의 최대 전송 단위 사이즈는 상기 패킷 릴레이 장치와 상기 패킷망내의 최종 착신지간의 패킷 통신을 위한 최적의 경로에 대한 최대 전송 단위 사이즈임을 특징으로 하는 통신 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2의 최대 전송 단위 사이즈는 무선 통신시 전송 가능한 트래픽의 최대 전송 단위 사이즈임을 특징으로 하는 통신 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 패킷 릴레이 장치는 상기 패킷망으로 전송하기 위하여 상기 무선링크로부터 포착된 트래픽내에 패킷들을 조합하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 패킷 릴레이 장치는 상기 무선링크로 전송하기 위하여 상기 패킷망으로부터 포착된 트래픽내에 패킷들을 분할하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 패킷 릴레이 장치는 무선 통신 시스템을 운용하는 기업을 위한 상기 무선 통신 시스템과 내부 패킷망간의 인터페이스에서의 인터넷 프로토콜 레벨 프럭시임을 특징으로 하는 통신 시스템.
  15. 패킷의 조합 및 분할 기능이 부족한 중간 노드를 구비한 패킷망에 연결된 패킷 릴레이 장치의 패킷 릴레이 방법에 있어서,
    무선링크로부터 패킷망까지의 트래픽을 포착하는 단계와,
    상기 포착된 트래픽을 상기 패킷망에서 전송 가능한 제1의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 단계와,
    상기 패킷망으로 상기 재구성된 트래픽을 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제1의 최대 전송 단위 사이즈는 상기 무선링크에서의 전송 가능한, 트래픽의 최대 전송 단위 사이즈인 제2의 최대 전송 단위 사이즈 보다 큰 것을 특징으로 하는 패킷 릴레이 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 포착된 트래픽을 제1의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 단계는, 상기 포착된 트래픽을 포착점과 상기 패킷망내의 최종 착신지간의 패킷 통신을 위한 최적의 경로 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 단계임을 특징으로 하는 패킷 릴레이 방법.
  18. 삭제
  19. 제15항에 있어서, 상기 포착된 트래픽을 제1의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 단계는 상기 패킷망으로 전송하기 위하여 상기 무선링크로부터 포착된 트래픽내에 패킷들을 조합하는 단계임을 특징으로 하는 패킷 릴레이 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 패킷망으로부터 상기 무선링크까지의 트래픽을 포착하는 단계와,
    상기 패킷망으로부터 상기 무선링크까지의 상기 포착된 트래픽을 상기 제2의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 단계와,
    상기 제2의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성된 상기 포착된 트래픽을 상기 무선링크로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 릴레이 방법.
  21. 트래픽에 대한 최대 전송 단위 사이즈가 서로 다른 제1네트워크와 제2네트워크에 연결된 패킷 릴레이 장치의 패킷 릴레이 방법에 있어서,
    상기 제1네트워크와 상기 제2네트워크 간의 트래픽을 포착하는 단계와,
    상기 포착된 트래픽 중 상기 제1네트워크로 전송할 트래픽은 상기 제1네트워크의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하고, 상기 포착된 트래픽중 상기 제2네트워크로 전송할 트래픽은 상기 제2네트워크의 최대 전송 단위 사이즈로 재구성하는 단계와,
    상기 재구성된 트래픽을 해당 네트워크로 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 패킷 릴레이 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1네트워크는 패킷망이고, 상기 제2네트워크는 무선망이며, 상기 패킷망의 최대 전송 단위 사이즈는 상기 무선망의 최대 전송 단위 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는 패킷 릴레이 방법.
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