KR100932557B1 - 대역폭 산정 모델 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 트래픽 특성 및 패킷 지연에 대한 요구사항이 반영된 대역폭 산정 모델 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 대역폭 산정 방법은, (a) 통신회선에 의해 송수신되는 모든 통신의 양을 의미하는 트래픽의 측정을 기초로, 통계적 트래픽 특성을 도출하고, 도출된 트래픽 특성이 가우시안 분포를 따르는지 여부를 검증하는 단계; 및 (b) 상기 도출된 트래픽 특성과 패킷 지연에 대한 사용자의 요구사항을 반영한 대역폭을 산출하는 단계를 포함한다.

대역폭, 전자정부통신망, 트래픽 특성

Description

대역폭 산정 모델 및 그 방법{A BANDWIDTH ESTIMATION MODEL AND METHOD THEREOF}

본 발명은, 트래픽 특성 및 패킷 지연에 대한 요구사항이 반영된 대역폭 산정 모델 및 그 방법에 관한 것이다.

IP 망에서 대역폭을 산정하기 위해서는 서비스별 최대 요구 대역폭과 사용자수의 곱을 구한 후 서비스당 요구 대역폭의 합으로 구하는 방법이 있다. 이와 같은 방법은, 서비스의 종류가 적고, 사용자의 서비스 지속 시간이 긴 경우에 적용 가능한 방법이다.

하지만, 현재 IP 망의 90%가 TCP를 사용하고, TCP의 다양한 특성상 많은 종류의 서비스가 존재하며, 서비스 지속 시간 또한 다양하며 전자정부통신망 또한 유사한 트래픽 특성을 가짐으로써 이와 같은 방법을 적용하기에 무리가 있다.

IP 망의 대역폭 산정을 위한 다른 방법으로, 사용량의 50~60% 오버프로비저닝을 하는 방안이 일반적으로 널리 사용된다. 이와 같은 경우, 사용자의 요구사항을 반영하지 않았을 뿐만 아니라 자원의 낭비를 초래하여 망운용 비용을 증가시키고, 자원 활용의 효율성을 저하시키게 되는 문제점을 가진다.

KT의 경우, 트래픽 모델이 가우시안 분포라는 가정 하에 패킷 손실 요구사항을 고려한 대역폭 산정 방안을 사용하고 있다. 이와 같이, 패킷 손실을 고려한 대역폭 산정 방안은 존재하지만, 패킷 지연에 대한 요구사항을 반영한 대역폭 산정 방안은 거의 없는 실정이다.

따라서, 상기 방안들은 전자정부통신망의 대역폭 산정에 트래픽 특성을 반영하고, 패킷 지연에 대한 요구사항을 반영하기에 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 트래픽 특성 및 패킷 지연에 대한 요구사항이 반영된 대역폭 산정 모델 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 의하면, 대역폭 산정 방법에 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 방법은, (a) 트래픽 측정을 기초로, 통계적 트래픽 특성을 도출하고, 도출된 트래픽 특성이 가우시안 분포를 따르는지 여부를 검증하는 단계; 및 (b) 상기 도출된 트래픽 특성과 패킷 지연에 대한 사용자의 요구사항을 반영한 대역폭을 산출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 대역폭 산정 모델이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 모델은, 트래픽 측정을 기초로, 통계적 트래픽 특성을 도출하고, 도출된 트래픽 특성이 가우시안 분포를 따르는지 여부를 검증하는 검증부; 및 상기 트래픽 특성, 사용자의 요구 사항인 최대 큐잉 지연 요구 값, 버퍼 크기 및 신뢰도를 고려하여 요구 대역폭을 산출하는 처리부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 트래픽 특성 및 패킷 지연에 대한 요구사항이 반영된 대역폭 산정 모델 및 그 방법을 제공할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 명세서 전체에서, "트래픽"이란, 통신회선에 의해 송/수신되는 모든 통신의 양을 의미한다.

이제, 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 모델 및 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 모델의 구성도이다.

도 1에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 모델은, 입력부(100), 검증부(200), 처리부(300), 출력부(400) 및 제어부(500)를 포함한다. 이때, 각 구성에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

입력부(100)는 트래픽 측정을 위한 데이터를 입력 받아, 검증부(200)로 전달 한다.

검증부(200)는 실측 기반의 트래픽 모델을 검증하고, 트래픽 특성을 도출한다. 검증부(200)는 특성 도출부(210), 적합성 판단부(220) 및 허스트 변수 도출부(230)를 포함한다.

특성 도출부(210)는 수집된 데이터에 대한 통계적인 트래픽 특성을 계산한다. 이때, 통계적인 트래픽 특성은 평균과 분산, 표준편차를 의미한다.

적합성 판단부(220)는 실제 트래픽 분포가 가우시안 분포을 따르는지 여부를 판단한다.

허스트 변수 도출부(230)는 실제 트래픽 분포가 가우시안 가정(Gaussian approximation)을 따르는 경우, 허스트 변수(Hurst Parameter)를 측정한다. 이때, 허스트 변수는 통계적인 지속 현상의 척도이며, 확률과정의 장기간 종속에 대한 척도로 트래픽의 특성을 판가름 할 수 있는 지표로 사용되는 변수이다.

처리부(300)는 산출된 트래픽 특성과 사용자의 요구 사항인 최대 큐잉 지연 요구 값, 버퍼 크기 및 신뢰도를 고려하여 업무망 서비스의 요구 대역폭을 산출한다. 처리부(300)는 공식 유도부(310) 및 대역폭 계산부(320)를 포함한다.

공식 유도부(310)는 최대 큐잉 지연 요구 값에 기반한 대역폭 산정 공식을 유도한다.

대역폭 계산부(320)는 신뢰도 설정에 따른 요구 대역폭을 계산한다.

출력부(400)는 처리부(300)로부터 요구 대역폭을 받아, 출력 한다.

제어부(500)는 입력부(100), 검증부(200), 처리부(300) 및 출력부(400)의 동 작을 제어한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 모델을 검증하고 트래픽 특성을 도출하는 단계(S100)의 구체적인 흐름도이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 모델은, 통신 회선에 대한 이용률이 가장 많은 시간인 트래픽이 가장 빈번한 시간 동안의 트래픽 데이터를 수집하고, 1초당 링크에 도착한 트래픽 량을 계산한다(S101).

이후, 대역폭 산정 모델은 데이터의 신뢰도를 설정한다(S102). 처음 설정되어 있는 데이터의 신뢰도는 99% 일 수 있다.

이후, 대역폭 산정 모델은, 설정된 신뢰도를 기초로 초당 트래픽 량에 대한 통계적인 트래픽 특성을 계산한다(S103). 이때, 통계적인 트래픽 특성은 평균과 분산, 표준편차를 의미한다.

이후, 대역폭 산정 모델은, 동일한 평균과 표준편차를 가지는 가우시안(Gaussian) 분포에 따른 초당 트래픽 량을 계산한다(S104).

이후, 대역폭 산정 모델은, 실제 트래픽 분포가 가우시안 분포을 따르는지 여부(이하, "실제 트래픽 분포가 가우시안 분포를 따르는지 여부"는 "적합성 여부"라 함)를 판단한다(S105).

본 명세서에서는 적합성을 R 값이 0.99보다 큰지 여부(조건 1) 및 실제 트래픽이 N-Q plot의 대각선을 따르는지 여부(조건 2)의 두 가지 조건을 기초로 판단한다.

N-Q plot(Normal-Quantile plot)은, 가우시안 분포와 실제 트래픽의 분포를 상대 비교하는 방법으로, 아래와 같은 절차로 이루어져 있다. 먼저 가우시안 분포를 따르는 트래픽은 수학식 1과 같이 정의된다.

수학식 1에서,

는 샘플 시간 간격을 의미하는데 T=1초로 두고 그래프를 그려서 판단한다.

는 T간격을 가진 i번 째 시간 동안 부과된 트래픽의 양을 나타낸다. 실제 트래픽 속도의 평균값(=

)과 분산값(=

)은 수학식 2와 같이 정의된다.

수학식 2에서, n은 샘플 개수를 나타낸다.

N-Q plot에서는 수학식 3과 같은 점들의 집합이 나타난다.

수학식 3에서,

은 평균값(=

)과 분산값(=

)을 가진 역 가우 시안 분포 값이고,

는 샘플의 개수 값이다. 이 점들의 분포가 대각선을 따르게 된다면 가우시안 분포라고 볼 수 있다. 즉, N-Q plot은 두 트래픽에 대한 적합성을 그래프로 나타낸 것으로 두 트래픽 분포가 동일 할 경우 대각선을 따른다.

이제, R 값을 구하는 방법에 대해 살펴본다. R 값은 선형 상관관계 계수 값으로, 수학식 ４과 같이 정의된다.

수학식 4에서,

는 샘플의 개수 값,

는 실제 트래픽 속도의 평균값,

는 실제 트래픽 속도의 분산값,

는 Norm(

)의 분포,

는 평균값을 나타낸다. R 값은 트래픽의 적합성을 나타내는 척도로, 실제 트래픽과 가우시안 트래픽이 유사한 경우 1에 가까운 값을 가진다.

대역폭 산정 모델은, R값이 0.99보다 크고 N-Q plot이 대각선을 따르는 경우에 실제 트래픽 분포가 가우시안 분포를 따른다(적합)고 판단한다.

만약 둘 중 하나의 조건이라도 아닐 경우, 데이터 신뢰도를 재설정하여 조건 이 만족 할 때까지 상기 과정을 반복한다. 이때, 데이터 신뢰의 값이 95%보다 큰 값으로 설정하도록 한다.

실제 트래픽 분포가 가우시안 분포를 따르는 경우(실제 트래픽 분포가 적합한 경우), 대역폭 산정 모델은 허스트 파라미터(Hurst Parameter)값을 도출한다(S106). 도출된 허스트 파라미터는 트래픽 특성을 나타내는 중요한 요소로써 값이 0.5~1인 경우 자기유사성인 특성을 가진다.

이때, 허스트 파라미터 값은 다양한 방법에 의해 도출될 수 있으며, 본 명세서에서는 R/S 분석과 Wavelet 방식을 통하여 허스트 파라미터 값을 도출한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대역폭을 산출하는 단계(S200)의 구체적인 흐름도이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 모델은, 사용자에 의한 서비스 품질에 대한 요구사항인 단대단 지연에서 최대 큐잉 지연 값을 도출한다(S201).

도 5는 단대단 지연의 구성 요소를 나타낸 도면이다. 도 5에 의하면, 단대단 지연(De2e)은 사용자단(users)과 서버단(Servers)사이의 지연을 말하며, 액세스 망의 지연(Daccess), 집선 망의 전달지연(Dagg_phy), 큐잉 지연(Dagg_queue) 및 백본 망의 지연(Dbackbone)으로 이루어진다. 최대 큐잉 지연 값은 수학식 ５에 의해 결정된다.

Dagg_queue = De2e - Daccess - Dbackbone - Dagg_phy

수학식 5에서, "Dagg_queue"는 큐잉 지연, "De2e"는 단대단 지연, "Daccess"는 액세스 망의 지연, "Dbackbone"는 백본 망의 지연, "Dagg_phy"는 집선 망의 전달지연을 나타낸다.

따라서, 사용자의 요구사항인 단대단 지연에서, 액세스 망의 지연, 백본 망의 지연 그리고 집선 망의 전달지연의 합을 뺀 값으로, 최대 지연 요구 값(Dreq)을 구할 수 있다.

이후, 대역폭 산정 모델은, 최대 큐잉 지연을 신뢰도 범위 내에서 보장하는 확률 분포 식을 구한다(S202). 확률 분포 식은 수학식 ６와 같다.

P(Dagg_queue > Dreq) = E

수학식 6에서, "Dagg_queue"는 큐잉 지연, "Dreq"는 최대 지연 요구 값, "E"는 신뢰도를 나타낸다.

이후, 대역폭 산정 모델은, 라우터 버퍼의 크기를 링크 대역폭으로 나눈 큐잉 지연(Dagg_queue)을 수학식 6에 대입한다(S203). 이때, 수학식 6에 대입되는 큐잉 지연(Dagg_queue)은 수학식 7과 같다.

Dagg_queue = x/ C

수학식 7에서, "Dagg_queue"는 큐잉 지연, "x"는 라우터의 버퍼 크기, "C"는 요구 대역폭을 나타낸다.

이후, 대역폭 산정 모델은, 수학식 6이 대입된 수학식 7를 라우터 버퍼 크기에 관련된 식으로 정리한다(S204). 이때, 정리된 식은 수학식 ８와 같다.

P(x > Dreq * C) = E

이후, 대역폭 산정 모델은 수학식 8를 정리하여 트래픽 특성인 평균 값(m), 분산 값(a), Hurst Parameter 값(H), 최대 지연 요구 값(Dreq) 및 신뢰도(E = ε)를 대입하여 요구 대역폭을 산출한다(S205). 산출된 요구 대역폭은 수학식 ９와 같다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 방법을 실제 망에 적용한 일례를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 방법을 실제 망에 적용한 실측모델의 적합성을 나타낸 도면이다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 대역폭 산정 방법에 의하면, N-Q plot이 대각선을 따르는 것을 볼 수 있다. 즉, 실제 트래픽 분포가 가우시안 가정(Gaussian approximation)이 성립한다고 판단할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 방법을 실제 망에 적용한 요구 대역폭을 나타낸 도면이다.

도 7에 의하면, 신뢰도가 99% 이고, 최대 큐잉 지연 값이 약 110ms 일 때, 요구 대역폭이 45Mbps 임을 알 수 있다. 또한, 신뢰도가 99.9% 이고 최대 큐잉 지연 값이 약 270ms 인 경우, 요구 대역폭은 45Mbps 임을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 전자정부통신망 사업자가 트래픽 특성을 바탕으로 사용자의 요구사항을 반영하여 망의 용량을 결정할 때 활용할 수 있도록 하는 효과를 제공 할 뿐만 아니라 IP망에서 TCP기반의 Web 서비스를 위한 대역폭 산정에도 활용 가능하다.　

또한, 본 발명의 실시예에 의한 대역폭 산정 모델은, 기존은 산술 방식이 아닌 실측된 트래픽 모델 기반의 사용자 요구사항을 반영한 대역폭 산정 모델로서, 대역폭 산정 시 객관적인 기준으로 활용 가능하며, 사용자의 서비스 만족도 수준을 높일 수 있다. 또한, 서비스 품질을 반영한 대역폭을 링크 용량에 적용함으로써 통신비용 절감 및 망 운영의 효율성을 증대 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 모델의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 방법의 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 모델을 검증하고 트래픽 특성을 도출하는 단계(S100)의 구체적인 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대역폭을 산출하는 단계(S300)의 구체적인 흐름도이다.

도 5는 단대단 지연의 구성 요소를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 방법을 실제 망에 적용한 실측모델의 적합성을 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대역폭 산정 방법을 실제 망에 적용한 요구 대역폭을 나타낸 도면이다.

Claims (7)

1. (a) 통신회선에 의해 송수신되는 모든 통신의 양을 의미하는 트래픽의 측정을 기초로, 통계적 트래픽 특성을 도출하고, 도출된 트래픽 특성이 가우시안 분포를 따르는지 여부를 검증하는 단계; 및

   (b) 상기 도출된 트래픽 특성과 패킷 지연에 대한 사용자의 요구사항을 반영한 대역폭을 산출하는 단계를 포함하고,

   상기 (b) 단계가,

   단대단 지연에서, 액세스 망의 지연, 백본 망의 지연 그리고 집선 망의 전달지연의 합을 뺀 값인 최대 큐잉 지연 값을 도출하는 단계;

   상기 최대 큐잉 지연을 신뢰도 범위 내에서 보장하는 확률 분포 식을 구하는 단계;

   상기 확률 분포 식을 라우터 버퍼 크기에 관련된 식으로 정리하는 단계; 및

   상기 정리된 식에서 요구 대역폭을 산출하는 단계

   를 포함하는 대역폭 산정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (a) 단계는,

   트래픽 측정을 통해 데이터를 수집하는 단계;

   상기 데이터에서 평균, 분산, 트래픽 분포 등 통계적 트래픽 특성을 도출하는 단계;

   상기 트래픽 특성이 가우시안 분포를 따르는지 여부를 검증하는 단계; 및

   상기 트래픽 특성이 가우시안 분포를 따르는 경우, 허스트 파라미터를 도출하는 단계를 포함하는

   대역폭 산정 방법.
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