KR100975000B1 - 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을이용한 네트워크 자원 할당 방법 - Google Patents

파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을이용한 네트워크 자원 할당 방법

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Abstract

본 발명은 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법을 개시한다
본 발명의 네트워크 자원 할당 방법은 특정 소스노드와 도착노드에 대한 채널 요구 발생시 작업용 경로와 복구용 경로 선택을 위한 최단 경로 집합을 각각 생성하는 제 1 단계; 상기 최단 경로 집합에서 작업용 경로와 복구용 경로를 하나씩 선택하여 최단 경로 쌍들을 생성하는 제 2 단계; 상기 최단 경로 쌍들에 대한 파장 예약을 위한 비용을 산출하여 상기 최단 경로 쌍들 중에서 최저 비용을 갖는 최단 경로 쌍을 최선 경로 쌍으로 선택하는 제 3 단계; 및 상기 최선 경로 쌍에 대한 실제 자원할당 가능성을 확인하여 자원을 할당하는 제 4 단계를 통해 네트워크 자원을 할당함으로써 최소 자원 할당을 통해 네트워크 자원의 활용율을 향상시킬 수 있다.

Description

파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법{Network-resource allocation method using the novel heuristic mechanism for highly utilizable survivability in WDM}
도 1은 본 발명에 따른 최소 자원 사용률을 이용한 네트워크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 비용을 계산하는 비용 함수에 대한 상세 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 네트워크 자원 할당 방법과 종래의 다른 방법들간의 성능 평가 실험을 위해 사용한 New Jersey Lata 지역의 실제 네트워크 모형을 나타내는 도면.
도 4는 성능 평가 기준 중 복구용 경로 공유율을 기준으로 한 성능 분석 그래프.
도 5는 본 발명에서 제안하는 DAC-selection 방법과 비교하여 R-selection 및 CMC-selection 방법에서 추가적으로 사용되는 파장의 개수를 나타내는 성능 분석 그래프.
도 6은 거절된 채널 요구의 개수를 나타내는 성능 분석 그래프.
본 발명은 네트워크 자원을 할당하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보호복구가 필요한 파장분할다중방식(WDM:Wavelength Division Multiplex)의 네트워크에서 휴리스틱(Heuristic) 방법을 이용하여 네트워크 자원을 효율적으로 할당하는 방법에 관한 것이다.
파장분할다중방식에서는 임의의 노드 또는 링크에서의 장애 발생으로 인한 문제 발생시 네트워크에서의 신속한 장애 해결 및 100% 네트워크 복구 보장이 중요하다.
이를 위해서, 작업용 경로와는 별도로 작업용 경로와 중첩되는 구간이 없는 보호복구용 경로를 선택하여, 작업용 경로에 장애 발생시 보호복구용 경로를 이용해서 작업용 경로를 통해 전송하고자 하는 데이터를 계속적으로 전송하게 된다. 이러한 방법에서는 보호복구용 경로를 장애 이전에 결정하여 필요한 자원을 미리 예약해 둠으로써 신속한 복구가 가능하도록 하고 있다.
하지만, 이러한 경우 보호복구를 위해 미리 예약해 놓은 경로는 장애 발생 이외의 상황에서는 사용되지 않기 때문에, 전체 네트워크의 이용율을 고려해 볼 때 네트워크 자원이 비 효율적으로 사용되는 문제점이 발생되고 있다.
이러한 문제를 해결하고 네트워크 자원의 활용율을 높이기 위해, 종래에는 링크를 공유하지 않는 다수의 작업 경로들이 하나의 복구용 경로를 공유하는 방법이 사용되고 있다.
이러한 방법을 통해, 보호복구용 경로는 다수의 작업용 경로의 복구용 경로 로서 공유 사용이 가능하게 되어 작업용 경로들 중 어느 한 경로에서 장애가 발생했을 때 공유되었던 보호복구용 경로가 장애가 발생한 작업용 경로를 대신하여 데이터를 전송하게 된다.
또한, 작업용 경로와 복구용 경로를 선택하는데 있어서, 기존의 고정된 경로선택방법 또는 랜덤 선택방법을 사용하는 경우, 네트워크의 자원을 효율적으로 사용하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 동일한 네트워크 자원을 갖고 있는 같은 네트워크 모형에서도 고정된 경로선택방법 또는 랜덤 선택방법을 사용하는 경우, 작업용 경로와 복구용 경로 설정 및 예약을 요구하는 채널 요구 개수를 적게 수용할 뿐 아니라 네트워크 자원도 더 많이 사용하는 문제점을 안고 있다.
최근에 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 CMC-selection(Combined Min-cost Selection) 방법이 제기되었다. 이 방법은 작업용 경로와 복구용 경로를 선택할 때 링크 자원 경계점과 복구용 경로에 대한 자원의 공유율을 이용한다. 하지만, 링크자원 경계점을 이용함으로써 그 복잡성이 가중되며, 복구용 자원 공유율만을 고려할 경우 복구용 경로의 영향만을 지배적으로 받게 되어 작업용 경로의 영향이 배제되는 결과를 초래하게 된다.
따라서, 상술된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 작업용 경로와 복구용 경로 설정시 최소 자원 사용률을 가진 경로를 선택함으로써 최대한의 채널 요구를 수용하면서도 최소의 네트워크 자원을 할당하여 네트워크 자원의 활용률을 향상시키는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법은, 특정 소스노드와 도착노드에 대한 채널 요구 발생시 작업용 경로와 복구용 경로 선택을 위한 최단 경로 집합을 각각 생성하는 제 1 단계; 상기 최단 경로 집합에서 작업용 경로와 복구용 경로를 하나씩 선택하여 최단 경로 쌍들을 생성하는 제 2 단계; 상기 최단 경로 쌍들에 대한 파장 예약을 위한 비용을 산출하여 상기 최단 경로 쌍들 중에서 최저 비용을 갖는 최단 경로 쌍을 최선 경로 쌍으로 선택하는 제 3 단계; 및 상기 최선 경로 쌍에 대한 실제 자원할당 가능성을 확인하여 자원을 할당하는 제 4 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
우선, 임의의 소스노드에서 도착노드까지의 작업용 경로와 복구용 경로 생성에 대한 요구, 즉 채널 요구를 기다린다(단계 101).
채널 요구가 인가되면, 정책에 따른 홉 제한을 넘지 않는 범위내에서 소스노드와 도착노드 사이의 최단 경로들을 찾아 집합(이하, 제 1 최단 경로 집합 이라 함)을 생성한다. 다음에, 제 1 최단 경로 집합을 구성하는 각 경로들에 대해 해당 경로들과 겹치지 않는 또 다른 최단 경로들을 찾아 집합(이하, 제 2 최단 경로 집 합 이라 함)을 생성한다(단계 102).
즉, 하나의 제 1 최단 경로 집합과 제 1 최단 경로 집합을 구성하는 각 경로들에 일대일 대응되는 복수개의 제 2 최단 경로 집합들이 생성된다. 이때, 제 1 최단 경로 집합은 작업용 경로를 위한 최단 경로들의 집합이 되며, 제 2 최단 경로 집합들은 제 1 최단 경로 집합의 각 경로들에 대한 복구용 경로들의 집합이 된다.
이렇게 생성된 제 1 최단 경로 집합과 제 2 최단 경로 집합들에서 하나씩의 최단 경로를 선택하여 작업용 경로와 복구용 경로 쌍(이하, 최단 경로 쌍)들을 생성한다(단계 103).
다음에, 각 최단 경로 쌍들에 대한 비용을 산출하여 해당 최단 경로 쌍에 할당한다(단계 104).
각 최단 경로 쌍들에 대한 비용(cost)은 각 최단 경로 쌍에 속해있는 작업용 경로와 복구용 경로에 대해 각각의 경로가 경유하는 각 링크들이 파장을 할당하기에 충분한 용량을 가지고 있는지, 작업용 경로와 복구용 경로를 예약하기 위해 필요한 자원은 얼마나 되는지, 그리고 경유 링크들의 평균 자원 할당율은 얼마나 되는지가 고려되어 계산된다.
즉, 각 최단 경로 쌍에 대해 도 2에서와 같이 평균 자원 할당율에 대한 비용(cost1), 경로 예약을 위해 필요한 파장 개수에 대한 비용(cost2) 및 할당 가능 용량에 대한 비용(cost3)을 각각 산출한 후 이들을 더하여 각 최단 경로 쌍들에 대한 전체 비용(cost)을 산출한다.
이때, 평균 자원 할당율에 대한 비용(cost1)은 해당 최단 경로 쌍을 이루는 작업용 경로와 복구용 경로가 경유하는 링크들의 평균 자원 할당율(Wallocate_wave)에 가중치(W1)을 곱한 값이다. 평균 자원 할당율(Wallocate_wave)은 최단 경로 쌍이 지나가는 링크가 기 할당한 파장 수를 처음에 주어진 전체 파장수로 나눈 값을 각 링크마다 모두 더한 후 평균값을 구한 값이다.
경로 예약을 위해 필요한 파장 개수에 대한 비용(cost2)은 해당 최단 경로 쌍을 이루는 작업용 경로와 복구용 경로를 예약하는데, 복구용 경로에서 공유될 수 있는 파장을 제외한 실제적으로 요구되는 파장의 개수(Wnecessary)에 가중치(W2)를 곱한 값이다. 즉, 요구되는 파장의 개수(Wnecessary)는 작업용 경로와 복구용 경로를 위해 추가적으로 할당되어야만 하는 실제적인 파장 수를 의미한다. 따라서, 경우에 따라서는 최단 경로보다 노드를 더 지나가는 경로가 오히려 더 적은 수의 파장을 요구하게 되어 최적의 경로 쌍으로 선택되어질 수 있다.
할당 용량에 대한 비용(cost3)은 해당 최단 경로 쌍을 이루는 작업용 경로와 복구용 경로가 경유하는 각 링크들이 경로 예약을 위해 필요한 파장 개수를 가지고 있는지 여부에 따라 가중치(W3)를 갖는다. 즉, 충분한 용량을 가지면 비용(cost3)으로서 가중치(W3)가 부여되고, 그렇지 않은 경우에는 비용(cost3)는 "0"이 된다.
여기에서, 가중치(W1, W2, W3)는 W1 ≪ W2 ≪ W 3 로 표현될 수 있으며, 가중치(W1)는 가중치(W2)에 비해 상당히 적은 값이며, 가중치(W2)는 가중치(W 3)에 비해 상당히 적은 값이다. 이는 비용 산출을 위한 각 조건의 중요도를 의미한다.
이렇게 각 최단 경로 쌍들에 대한 비용이 산출되면, 이들 중 가장 작은 비용을 갖는 최단 경로 쌍을 최선 쌍으로 결정하여 최선 쌍을 이루는 경로를 작업용 경로와 복구용 경로로 선택한다(단계 105).
최소의 비용을 갖는 경로들 즉 현재의 네트워크 상태에서 최소의 자원을 할당하여 형성할 수 있는 작업용 경로와 복구용 경로가 선택되면, 선택된 작업용 경로와 복구용 경로를 위한 네트워크 자원이 실제 충분한지 여부를 체크한다(단계 106).
즉, 계산에 따라 최선의 작업용 경로와 복구용 경로가 선택되었지만, 실제적으로는 네트워크의 사정에 따라 선택된 경로에 파장을 할당할 수 없는 상황이 발생할 수 있기 때문이다.
자원 할당 가능 여부에 대한 체크 결과(단계 107), 해당 링크들에 충분한 자원이 있는 경우에는 단계 105에서 선택된 경로들에 자원을 할당한다(단계 108).
그러나, 해당 링크들에 충분한 자원이 없을 경우에는 단계 105에서 선택된 경로들에 실제로 자원을 할당해 줄 수 없으므로 단계 101의 채널 요구를 거절한다(단계 109).
도 3은 본 발명에 따른 네트워크 자원 할당 방법{DAC-selection(Dynamic-network Adapted Cost selection)}과 종래의 다른 방법들간의 성능 평가 실험을 위 해 사용한 New Jersey Lata 지역의 실제 네트워크 모형을 나타내는 도면이다.
여기에서, 각 링크의 용량은 100 으로 제한되고, 각 노드는 파장 변환기를 가지고 있지 않은 것으로 가정했다.
그리고, 도 4 내지 도 6은 도 3의 네트워크 모형에서 본 발명에 따른 DAC-selection 방법과 종래의 다른 방법들 R-selection(Random selection), CMC-selection의 시뮬레이션 결과를 비교하여 나타낸 도면이다. 각 실험 결과는 시뮬레이션을 50회 수행하고 그 평균치를 취했다.
성능 평가 기준은 복구용 경로 공유율, 사용된 파장 개수와 거절된 채널 요구 개수이다.
도 4는 성능 평가 기준 중 복구용 경로 공유율을 기준으로 한 성능 분석 그래프를 나타낸다.
복구용 경로 공유율은 수학식 1과 같이 복구용 경로를 위해 요구된 전체 파장의 개수에서 파장을 공유할 수 없어서 실제로 추가 할당된 파장 개수를 감한 값을 복구용 경로를 위해 요구된 전체 파장 개수로 나눈 값이다.
[수학식 1]
Figure 112004002436531-pat00001
여기에서, 링크 'i'는 복구용 경로(BP:Backup Path)로 쓰이는 링크집합의 원소이며, RTotali는 링크집합의 원소 'i'에 속해있는 링크에서 복구용 경로 예약을 위 해 필요로 하는 파장의 개수이며, RUsedi는 링크집합의 원소 'i'에 속해있는 링크에서 복구용 경로 예약을 위해 공유될 수 있는 파장을 제외한 실제적으로 필요한 파장의 개수를 나타낸다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 DAC-selection 방법과 비교하여 R-selection 및 CMC-selection 방법에서 추가적으로 사용되는 파장의 개수를 나타내는 성능 분석 그래프이다.
여기서, 동그라미로 둘러 쌓인 점까지가 채널 요구에 대한 거절이 일어나기 전까지의 DAC-selection 방법에서 필요한 파장개수보다 추가적으로 요구되는 파장 개수를 의미하며, 동그라미로 둘러 쌓인 점 이후부터는 채널 요구에 대한 거절이 일어날 때의 DAC-selection 방법보다 추가적으로 요구되는 파장 개수를 의미한다.
본 발명에 따른 DAC-selection 방법보다 추가적으로 필요한 파장의 개수는 채널 요구에 대한 거절이 일어나기 전까지가 성능 평가에 있어서 큰 의미가 있으며, 이미 채널 요구에 대한 거절이 발생되면, 그 때부터는 거절된 채널 요구의 개수가 더 큰 의미를 가진다.
도 6은 거절된 채널 요구의 개수를 나타내는 성능 분석 그래프이다.
상술된 성능 평가 그래프들을 통해 본 발명에서 제안하는 DAC-selection 방법이 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 네트워크 자원 할당 방법은 작업용 경로와 복 구용 경로로 이용될 링크들의 최소 평균적 자원 할당율과 최소 추가 파장 할당 요구를 가진 경로를 선택함으로써, 작업용 경로와 복구용 경로에 대한 채널 요구에 대한 거절 없이 최대한의 채널 요구를 수용하면서도 최소의 네트워크 자원을 할당하여 네트워크 자원의 활용률을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 파장 분할 다중화(WDM) 네트워크에서의 네트워크 자원 할당 방법에 있어서,
    특정 소스노드와 도착노드에 대한 채널 요구 발생시 작업용 경로와 복구용 경로 선택을 위한 최단 경로 집합을 각각 생성하는 제 1 단계;
    상기 최단 경로 집합에서 작업용 경로와 복구용 경로를 하나씩 선택하여 최단 경로 쌍들을 생성하는 제 2 단계;
    상기 최단 경로 쌍들에 대한 파장 예약을 위한 비용을 산출하여 상기 최단 경로 쌍들 중에서 최저 비용을 갖는 최단 경로 쌍을 최선 경로 쌍으로 선택하는 제 3 단계; 및
    상기 최선 경로 쌍에 대한 실제 자원할당 가능성을 확인하여 자원을 할당하는 제 4 단계를 포함하는 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 단계는
    상기 채널 요구 발생시, 상기 특정 소스노드와 도착노드에 대해 홉 제한을 넘지 않는 최단 경로들을 찾아 제 1 최단 경로 집합을 생성하고, 상기 제 1 최단 경로 집합을 구성하는 각 경로들에 대해 해당 경로들과 겹치지 않는 또 다른 최단 경로들을 찾아 제 2 최단 경로 집합들을 생성하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 3 단계는
    상기 최단 경로 쌍들이 경유하는 각 링크에 대해 평균 자원 할당율에 대한 비용, 경로 예약을 위해 필요한 파장 개수에 대한 비용 및 할당 가능 용량에 대한 비용을 각각 산출한 후 이들을 더하여 각 최단 경로 쌍들에 대한 전체 비용을 산출하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 평균 자원 할당율에 대한 비용은
    해당 최단 경로 쌍을 이루는 작업용 경로와 복구용 경로가 경유하는 링크들의 평균 자원 할당율에 제 1 가중치을 곱한 값인 것을 특징으로 하는 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 평균 자원 할당율은
    상기 최단 경로 쌍들이 경유하는 링크가 기 할당한 파장 수를 처음에 주어진 전체 파장수로 나눈 값을 각 링크마다 더한 후 그 평균을 구한 값인 것을 특징으로 하는 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 경로 예약을 위해 필요한 파장 개수에 대한 비용은
    상기 최단 경로 쌍의 복구용 경로에서, 공유될 수 있는 파장을 제외한 실제적으로 작업용 경로와 복구용 경로를 위해 추가적으로 할당되어야만 하는 파장 수에 제 2 가중치를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법.
  7. 제 3항에 있어서, 할당 가능 용량에 대한 비용은
    상기 최단 경로 쌍을 이루는 작업용 경로와 복구용 경로가 경유하는 각 링크들이 경로 예약을 위해 필요한 파장 개수를 가지고 있는지 여부에 따라 제 3 가중치값을 갖는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화방식의 광전달망에서 휴리스틱 방법을 이용한 네트워크 자원 할당 방법.
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