KR100920117B1 - Method for Dimensioning Link Capacity and verificating Service Qulity for IP Network with Bursty Traffic - Google Patents
Method for Dimensioning Link Capacity and verificating Service Qulity for IP Network with Bursty TrafficInfo
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Abstract
본 발명은 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법에 관한 것으로서, 상기 링크에서 처리된 트래픽의 트래픽 데이터에 대하여 통계적 특성을 분석하는 제1 단계, 상기 분석된 통계적 특성에 기초하여 상기 링크에 부과된 버스티 요소를 결정하는 제2 단계, 및 상기 버스티 요소를 이용하여 상기 링크에 부과되는 설계 용량을 결정하는 제3 단계를 포함한다.The present invention relates to a link capacity design method of an IP network including a plurality of links, the first step of analyzing statistical characteristics of the traffic data of traffic processed in the link, the link based on the analyzed statistical characteristics And a second step of determining a bursty element imposed on, and a third step of determining a design capacity imposed on the link using the bursty element.
본 발명에 의하여 특정 링크에 대해서 소정의 예상 패킷 손실률, 및 장래에 링크에서 처리할 데이터량의 예측치가 주어지는 경우 장래의 상기 링크 용량을 용이하게 설계할 수 있다.According to the present invention, given a predetermined expected packet loss rate for a specific link and an estimate of the amount of data to be processed in the link in the future, the link capacity in the future can be easily designed.
Description
본 발명은 IP 망 설계 기술에 관한 것으로서, 특히 최선형(Best-Effort) 서비스를 제공하는 IP망 구성 링크에 부과되는 트래픽에 대해 일정한 정도의 손실율(α)을 고려하고 서비스를 제공하는 경우 장래에 필요할 것으로 예측되는 링크 용량을 설계하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an IP network design technology. In particular, the present invention requires a certain loss rate (α) for traffic imposed on an IP network configuration link providing a best-effort service and is required in the future when providing a service. A method of designing link capacity that is predicted to be.
또한 본 발명은 과거의 트래픽 데이터를 기반으로 병목 현상을 일으키는 링크를 검출하고 상기 링크가 소정의 서비스 품질(Quality of Service, 이하 QoS) 수준을 만족시키기 위하여 필요한 적정 용량을 산출하는 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method for detecting a link causing a bottleneck based on past traffic data and calculating an appropriate capacity required for the link to satisfy a predetermined Quality of Service (QoS) level.
통신망을 구성하는 링크를 설계하기 위해서는 설계 목표시점에 그 링크에 부과되는 트래픽 양을 알아야 한다. 목표 시점에서 특정 링크에 부과되는 트래픽은 일반적으로 부과 트래픽 예측치의 평균값이 사용되는데, 평균값을 기준으로 한 링크 설계는 버스티한 데이터 트래픽에 대해 적절한 품질을 보장하지 못하는 문제점이 있다. In order to design a link constituting a communication network, it is necessary to know the amount of traffic charged to the link at the time of the design goal. The traffic charged to a specific link at the target time point is generally used as the average value of the estimated traffic estimate. The link design based on the average value does not guarantee proper quality for bursty data traffic.
왜냐하면 IP 망에서 평균적인 링크 트래픽이 링크의 최대 대역폭을 초과하지 않더라도 트래픽의 변동 폭이 큰 경우에는 손실율이 목표 수준을 초과하게 되어 소정의 QoS 수준을 만족시킬 수 없기 때문이다.This is because, even if the average link traffic in the IP network does not exceed the maximum bandwidth of the link, if the fluctuation of the traffic is large, the loss rate exceeds the target level and thus cannot satisfy a predetermined QoS level.
따라서 어느 정도의 리던던시를 반영하는 형태로 링크를 설계하는 것이 일반적이다.Therefore, it is common to design links in a way that reflects some degree of redundancy.
종래에도 이러한 특성을 고려하여 망의 안정성을 확보하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나 구체적으로 링크 용량을 산출하는 구체적인 방법은 아직 제시되지 않고 있다.Conventionally, various studies have been conducted to secure the stability of the network in consideration of such characteristics, but a specific method of calculating the link capacity has not yet been proposed.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 최선형 서비스를 제공하는 IP 망에서 처리되는 트래픽에 대해서 소정의 패킷 손실율을 만족하도록 링크 용량을 산출하기 위한 링크 부과 트래픽의 통계적 특성 분석 방법을 제시한다.In order to solve this problem, the present invention proposes a method for analyzing statistical characteristics of link-imposed traffic for calculating a link capacity to satisfy a predetermined packet loss rate for traffic processed in an IP network providing a best-in-class service.
본 발명은 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법에 관한 것으로서, 상기 링크에서 처리된 트래픽의 트래픽 데이터에 대하여 통계적 특성을 분석하는 제1 단계, 상기 분석된 통계적 특성에 기초하여 상기 링크에 부과된 버스티 요소를 결정하는 제2 단계, 및 상기 버스티 요소를 이용하여 상기 링크에 부과되는 설계 용량을 결정하는 제3 단계를 포함한다.The present invention relates to a link capacity design method of an IP network including a plurality of links, the first step of analyzing statistical characteristics of the traffic data of traffic processed in the link, the link based on the analyzed statistical characteristics And a second step of determining a bursty element imposed on, and a third step of determining a design capacity imposed on the link using the bursty element.
본 발명은 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법에 관한 것으로서, 소정의 링크에서 망 운용자가 지정한 링크의 유효용량을 상기 링크의 물리적인 최대 용량으로 나눈 값인 링크 운용률, 트래픽 데이터, 및 α(트래픽의 패킷 손실률)를 입력자료로 하여 상기 트래픽 데이터의 통계적 특성을 분석하는 제1 단계, 링크의 폭주 여부를 검증하는 제2 단계, 및 상기 제2 단계에서 폭주하는 것으로 검증된 링크의 적정 용량을 결정하는 제3 단계를 포함한다.The present invention relates to a link capacity design method of an IP network including a plurality of links, wherein link utilization rate, traffic data, which is a value obtained by dividing the effective capacity of a link designated by a network operator in a predetermined link by the physical maximum capacity of the link, And a first step of analyzing statistical characteristics of the traffic data using α (packet loss rate of traffic) as an input data, a second step of verifying whether the link is congested, and a link verified as being congested in the second step. A third step of determining the appropriate dose.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명이 적용되는 일반적인 IP 망을 나타낸다. 1 shows a general IP network to which the present invention is applied.
가입자는 접속회선(11)을 통하여 가입자 수용 라우터(12)에 연결된다. IP 망에는 백본망 라우터(13), 서비스 PoP용 라우터(14) 등과 같은 다양한 용량의 라우터가 존재한다.The subscriber is connected to the subscriber receiving router 12 through the connection line 11. In the IP network, there are routers having various capacities, such as a backbone network router 13 and a service PoP router 14.
이들 라우터는 링크(15, 16, 17)를 통하여 서로 연결되며 본 발명은 이들 링크의 용량을 설계하는 방법 및 링크의 서비스 품질을 검증하는 방법에 관한 것이다.These routers are connected to each other via links 15, 16 and 17 and the present invention relates to a method of designing the capacity of these links and a method of verifying the quality of service of the links.
도 2는 본 발명에 의한 IP 망의 링크 용량 설계 방법을 나타낸다.2 shows a link capacity design method of an IP network according to the present invention.
본 방법에서는 과거에 추출한 데이터를 이용해서 소정의 패킷 손실률(이하, α) 이하로 폭주가 일어나는 신뢰구간을 설정하여 이를 소정의 통계적인 방법으로 수치화한 버스티 요소를 결정하고, 버스티 요소를 향후 링크에 부과될 데이터량의 예측값과 곱하여 링크 용량을 설계한다.In this method, using the data extracted in the past, a confidence interval in which congestion occurs below a predetermined packet loss rate (hereinafter, referred to as α) is set, and a burst factor that is numerically quantified by a predetermined statistical method is determined. The link capacity is designed by multiplying the estimated value of the amount of data to be charged to the link.
각 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.Each step will be described in detail as follows.
우선 과거 일정 기간 동안의 트래픽 데이터를 추출한다(S100). 본 실시예에서는 최근 몇 달 동안 링크에 부과된 일별 최번시 데이터량을 입력자료로 한다. First, traffic data for a predetermined period of time is extracted (S100). In this embodiment, the daily busy hour data amount charged to the link in recent months is taken as input data.
일별 최번시 데이터량이란 링크에서 하루중 시간대별로 조사한 상향 및 하향 데이터량 중에서 가장 큰 값을 말한다. 본 실시예에서 사용한 트래픽 데이터는 표1과 같다. The busiest hourly data volume is the largest value among the upward and downward data volumes surveyed by the time of day in the link. Traffic data used in this embodiment is shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
이와 같은 데이터는 SNMP(simple network management protocol)를 이용하여 각 라우터에서 측정할 수 있다. 특정일의 트래픽 자료는 해당일의 상향 최번시 데이터량과 하향 최번시 데이터량을 각각 나타내며, 상향 최번시와 하향 최번시는 서로 다를 수 있다. 최대치는 상향 최번시 데이터량과 하향 최번시 데이터량 중에서 큰 값을 나타낸다.Such data can be measured at each router using a simple network management protocol (SNMP). The traffic data of a specific day represents the data amount of the up-peak time and the down-peak time respectively, and the up-peak time and the down-peak time may be different. The maximum value represents a larger value between the uptime data amount and the downtime data amount.
트래픽 데이터를 분석하는 단계(S200)에서는 트래픽 데이터를 참조하여 한 달 동안의 일별 최번시 데이터량의 평균, 표준 편차, 및 중간값을 산출한다.In the analyzing of the traffic data (S200), the average, standard deviation, and median of the daily busy hour data amount for one month are calculated with reference to the traffic data.
다음 단계에는 일별 데이터량들로부터 신뢰구간의 상한값을 구하고 이를 이용하여 버스티 요소를 결정한다. In the next step, the upper limit of the confidence interval is obtained from the daily data amounts and the burst factor is determined using the upper limit value.
패킷 손실률이 α이므로 신뢰구간은 (100-α)%의 확률을 갖는 영역이 된다. 신뢰구간의 상한값은 트래픽 데이터의 분포에 따라 달리 결정한다(S300). 참고로, 패킷 손실률을 나타내는 α의 단위는 % 이고, 범위는 0≤α≤100 이다.Since the packet loss rate is α, the confidence interval is an area with a probability of (100-α)%. The upper limit of the confidence interval is determined differently according to the distribution of traffic data (S300). For reference, the unit of α representing the packet loss rate is%, and the range is 0 ≦ α ≦ 100.
상기 트래픽 데이터의 분포가 정규분포에 근사한 경우(S310)에는 신뢰구간의 상한값은 표준 정규 분포에서 P(Z > zα/2) = α/2를 만족시키는 zα/2를 이용하여 결정한다.If the distribution of the traffic data is close to the normal distribution (S310), the upper limit of the confidence interval is determined using z α / 2 satisfying P (Z> z α / 2 ) = α / 2 in the standard normal distribution.
이 값을 실제 정규분포에서의 값으로 환산한 값이 신뢰구간의 상한값으로서 그 값은 { 평균+ zα/2 ×(표준편차)}가 된다. 신뢰구간의 상한값을 S200 단계에서 산출된 한달 동안의 일별 최번시 데이터량의 평균으로 나눈 값이 버스티 요소로 결정된다(S400).The value converted from the actual normal distribution is the upper limit of the confidence interval, and the value becomes {mean + z α / 2 × (standard deviation)}. A value obtained by dividing the upper limit of the confidence interval by the average of the daily busy hour data amounts during the month calculated in step S200 is determined as a burst factor (S400).
상기 트래픽 데이터의 분포가 정규분포에 가깝지 않은 경우에는 비모수 방법(Nonparametric Procedure)에 의해 (100-α)신뢰 구간을 결정한다(S320).If the distribution of the traffic data is not close to the normal distribution, the (100-α) confidence interval is determined by a nonparametric procedure (S320).
이 경우 버스티 요소는 위 신뢰 구간의 상한값을 S200 단계에서 산출된 트래픽 데이터의 중간값으로 나눈 값이 된다(S500).In this case, the bursty factor is a value obtained by dividing the upper limit of the confidence interval by the median value of the traffic data calculated in step S200 (S500).
참고로 비모수 방법이란 모수(parameter)에 대한 어떠한 가정(주로 모집단의 분포에 대한 가정)도 하지 않고 가설 검증을 수행하는 통계적인 방법의 하나이다. For reference, the nonparametric method is one of the statistical methods of hypothesis testing without making any assumptions about the parameters (mainly about the distribution of the population).
비모수 방법에서 가설 검증을 위해 사용되는 통계량은 순서(rank)통계량이고, 가장 많이 사용되는 통계치는 중간값이다. 모집단의 중앙값에 대한 가설 검증을 하고 아울러 신뢰구간을 구할 수 있는 데, 가장 많이 이용되는 방법으로는 Sign Test(또는 Ranked sign test)가 있다. In nonparametric methods, the statistics used for hypothesis testing are rank statistics, and the most commonly used statistics are median. The hypothesis testing of the median of the population and the confidence intervals can be obtained. The most commonly used method is the Sign Test (or Ranked sign test).
비모수 방법은 일반적으로 사용되는 통계학적인 방법으로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The nonparametric method is a commonly used statistical method, and a detailed description thereof will be omitted.
도 3은 표 1에 나타난 데이터량의 분포를 나타낸 그래프이다. 본 데이터는 정확히 정규분포와 일치하지는 않으나 정규분포에 근사한 분포를 나타내고 있음을 알 수 있다. 전술한 방법으로 버스티 요소를 구한 결과는 아래의 표2와 같다. 3 is a graph showing the distribution of the data amounts shown in Table 1. FIG. This data does not exactly match the normal distribution, but it shows that the distribution is close to the normal distribution. The results of obtaining the bursty elements by the above-described method are shown in Table 2 below.
[표 2]TABLE 2
제3 단계에서는 버스티 요소를 이용하여 링크의 설계 용량을 결정한다. 본 실시예에서는 버스티 요소와 링크에 부과될 데이터량의 예측치를 곱하여 링크의 설계 용량을 결정한다(S600).In the third step, the design capacity of the link is determined using bursty elements. In the present embodiment, the design capacity of the link is determined by multiplying the bursty factor with an estimate of the amount of data to be applied to the link (S600).
링크에 부과될 데이터량의 예측치란 장래의 서비스 수요를 예측하여 설정한 데이터량을 의미한다.The predicted amount of data to be charged to the link means the amount of data set by predicting future service demand.
도 4는 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법을 나타내는 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a service quality verification method of an IP link according to the present invention.
제1 단계에서는 일정한 기간동안 측정한 트래픽 데이터, 패킷 손실률, 망 운용자가 정하는 링크 운용률을 입력받고, 트래픽 데이터를 분석한다(S10). 링크 운용률이란 망 운용자가 지정한 링크의 유효용량을 상기 링크의 물리적인 최대 용량으로 나눈 값이다.In the first step, the traffic data measured for a certain period, the packet loss rate, and the link operation rate determined by the network operator are input, and the traffic data is analyzed (S10). The link utilization rate is a value obtained by dividing the effective capacity of a link designated by a network operator by the physical maximum capacity of the link.
제2 단계에서는 상기 분석 결과를 이용하여 링크에서 처리하는 데이터량을 통계적인 방법으로 처리하여 각 링크가 서비스 품질 수준을 만족시키는지 검증을 수행한다(S20).In the second step, the amount of data processed by the link is processed using the analysis result in a statistical manner to verify whether each link satisfies the service quality level (S20).
제3 단계에서는 상기 서비스 품질 수준을 만족시키지 못하는 링크에 대하여 상기 링크가 소정의 서비스 품질 수준과 링크의 운용률을 동시에 만족시키기 위한 적정 데이터량을 산출한다(S30).In the third step, for the link that does not satisfy the service quality level, the link calculates an appropriate amount of data for simultaneously satisfying a predetermined service quality level and a link operation rate (S30).
도 5는 트래픽 데이터의 통계적 특성을 분석하는 과정을 나타낸다.5 shows a process of analyzing statistical characteristics of traffic data.
본 과정에서는 망 운용자가 정한 링크 운용률을 기준으로 링크의 유효용량(E)을 산출한다(S11). 링크의 유효용량은 E = (최대 링크 용량) × (링크 운용률)로 결정된다. 이 값이 개별 링크에 있어서 실질적인 최대 용량이 된다. In this process, the effective capacity (E) of the link is calculated based on the link operation rate determined by the network operator (S11). The effective capacity of the link is determined by E = (maximum link capacity) × (link utilization). This value is the actual maximum capacity for the individual link.
링크 운용률이란 전술한 바와 같이 링크의 최대 용량(대역폭)내에서 망 운용자가 정하는 실제 링크의 유효용량의 비율인데 링크 운용률이 100%이면 물리적인 링크의 용량을 모두 사용하는 경우이다.As described above, the link utilization rate is a ratio of the effective capacity of the actual link determined by the network operator within the maximum capacity (bandwidth) of the link. If the link operation rate is 100%, the capacity of the physical link is used.
본 실시예에서의 통계적 특성 분석은 트래픽 데이터의 평균과 표준편차를 분석하는 과정이다(S12, S13). n을 트래픽 측정일수, xi를 일별 최번시 트래픽이라고 하는 경우 평균(B)과 표준편차(D)는 다음 수식으로 표현된다.Statistical characterization in this embodiment is a process of analyzing the mean and standard deviation of the traffic data (S12, S13). If n is the traffic measurement days and x i is the daily busy hour traffic, the average (B) and standard deviation (D) are expressed by the following equation.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
도 6은 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법에서 링크의 서비스 품질을 검증하는 단계와 링크의 소요 용량을 결정하는 과정을 나타낸 순서도를 나타낸다.6 is a flowchart illustrating a process of verifying a quality of service of a link and a process of determining a required capacity of the link in the service quality verification method of an IP link according to the present invention.
단계 S21에서는 서비스 품질 목표 수준인 패킷 손실률이내의 구간에 대하여 가우시안 근사식을 이용하여 한계계수(X)를 산출한다. X = {(1-패킷 손실률)의 신뢰구간의 상한값 - B} / D 로 결정된다.In step S21, the limit coefficient X is calculated using a Gaussian approximation for a section within a packet loss rate that is a service quality target level. The upper limit of the confidence interval of X = {(1-packet loss rate)-B} / D is determined.
단계 S22는 링크의 폭주확률을 검증하는 단계로서 링크의 유효용량(E)이 조건식 E > B + XD를 만족하는지 여부를 판단한다. 조건식을 만족한다면 그 링크는 서비스 품질 목표 수준을 만족하는 링크이다.Step S22 is a step of verifying the congestion probability of the link, and determines whether the effective capacity E of the link satisfies the conditional expression E> B + XD. If the condition is met, the link is a link that satisfies the quality of service target.
조건식을 만족하지 않는 경우는 해당 링크가 QoS를 만족하지 못하는 병목링크이다. If the conditional expression is not satisfied, the link is a bottleneck link that does not satisfy the QoS.
병목 링크에 대해서는 서비스 품질 수준을 만족시키기 위한 필요 링크 용량(Y)을 산출한다(S31). For the bottleneck link, the necessary link capacity Y for calculating the service quality level is calculated (S31).
필요한 링크 용량은 Y = (B + XD)/(링크 운용률)로 주어지고 이는 소정의 서비스 품질 수준을 만족시키기 위한 최소 대역폭이 된다. The required link capacity is given by Y = (B + XD) / (link utilization), which is the minimum bandwidth to meet a given quality of service level.
본 발명에 의하여 특정 링크에 대해서 소정의 예상 패킷 손실률, 및 장래에 링크에서 처리할 데이터량의 예측치를 결정하는 경우 용이하게 장래의 링크 용량을 설계할 수 있다.According to the present invention, it is possible to easily design future link capacity when determining a predetermined expected packet loss rate for a specific link and an estimate of the amount of data to be processed in the link in the future.
또한, 본 발명에 의하여 소정의 서비스 품질을 기준으로 하여 운용중인 링크의 폭주여부를 검증할 수 있으며, 폭주되는 링크에 대해서는 상기 서비스 품질을 만족시키기 위해 필요한 링크 용량을 용이하게 산출할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to verify whether or not a runaway link is congested based on a predetermined quality of service, and the link capacity required to satisfy the quality of service can be easily calculated for the runaway link.
본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로서 당업자는 특허청구범위의 기술적 사상을 통해 실시예의 다양한 수정 및 변경이 가능하며, 이러한 수정 및 변경은 특허청구범위에 속하는 것이다.The embodiments of the present invention are for the purpose of illustration and those skilled in the art can make various modifications and changes of the embodiments through the technical spirit of the claims, and such modifications and changes are within the scope of the claims.
도 1은 본 발명에 의한 링크 용량 설계를 위해 사용되는 IP 망의 구성도.1 is a block diagram of an IP network used for the link capacity design according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 IP 망 링크 용량 설계 방법을 나타내는 순서도.2 is a flowchart illustrating a method for designing an IP network link capacity according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 실시예에서 사용한 트래픽 데이터 그래프.3 is a traffic data graph used in the embodiment according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법을 나타내는 순서도.4 is a flowchart illustrating a method of verifying a quality of service of an IP link according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법에서 트래픽 데이터를 분석하는 과정을 나타낸 순서도.5 is a flowchart illustrating a process of analyzing traffic data in a method for verifying a quality of service of an IP link according to the present invention.
도 6은 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법에서 링크의 서비스 품질을 검증하는 단계와 링크의 소요 용량을 결정하는 과정을 나타낸 순서도.6 is a flowchart illustrating a process of verifying a quality of service of a link and a process of determining a required capacity of the link in the service quality verification method of an IP link according to the present invention.
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2002
- 2002-09-30 KR KR1020020059574A patent/KR100920117B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1996.12.30, 한남대학교, 김세열, ATM교환시스템에서의 구현성을 고려한 접속제어 알고리즘 개발. 1부. * |
| 1996.12.30, 한남대학교, 김세열, ATM교환시스템에서의 구현성을 고려한 접속제어 알고리즘 개발. 1부.* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20040028404A (en) | 2004-04-03 |
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