KR101003103B1 - 네트워크에서 파일을 분배하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송신 노드와 수신 노드 사이의 링크 비용을 참조하여 최적의 트리 집합을 형성하고, 이를 통해 청크 파일을 분배함으로써 파일 전송 시, 송신 노드와 수신 노드는 적절한 밸런스를 이루며, P2P 환경에서 대용량 파일을 전송하는데 소요되는 시간을 최소화하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법을 개시한다. 이를 위해 본 발명은 송신 노드와 수신 노드들 사이에 복수의 스패닝 트리를 형성하며, 각 스패닝 트리를 구성하는 링크들의 링크 비용의 합을 통해 최소비용 트리그룹을 형성하는 단계, 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리의 링크 비용에 따라 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리의 전송률을 조정하는 단계, 및 전송률이 조정된 스패닝 트리를 통해 청크 파일을 전송하는 단계를 포함한다.
스패닝 트리, 링크 비용, 청크 파일, 최소 비용 트리 그룹

Description

네트워크에서 파일을 분배하는 방법{File distribution method in network}
본 발명은 네트워크에서 파일을 분배하는 방법에 관한 것으로, 특히 송신 노드와 수신 노드 사이에 위치하는 각 링크의 링크 비용을 통해 최소 스패닝 트리 그룹을 찾아내고, 이를 이용하여 파일 전송에 소요되는 시간과 네트워크 부하를 저감하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT 신 성장 동력 핵심 기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제 관리번호 : 2006-S-068-03, 과제명 : peer tp peer 기반 가상홈 플랫폼 기술 개발 사업].
네트워크를 통해 파일을 전송하기 위해서 송신 노드와 수신 노드 사이에 위치하는 트리(tree)를 이용하여 파일에 대한 청크 파일(chunk file)을 전송하는 방식이 널리 이용되고 있다. 대표적인 파일 전송방식으로 fastreplica, Bullet, Chunkcast, splitstream 방식이 널리 이용되고 있다.
fastreplica 방식은 하나의 서버 노드에 있는 파일을 여러 조각으로 나누고, 각각의 파일 조각을 복수의 클라이언트 노드로 분배하는 방식이다. fastreplica 방식은 각 파일 조각을 클라이언트 노드로 직접 분배하므로 분배 경로가 간단하며, 클라이언트 노드의 수가 적을 때는 효율적인 반면, 클라이언트 노드의 수가 임계치를 넘을 경우, 각 클라이언트 그룹을 어떻게 선택할 지에 대한 대책이 마땅치 않다.
Bullet 방식은 하부의 P2P 오버레이 트리 구조 및 추가의 mesh 구조를 함께 이용하여 파일 조각을 분배하는 방법을 제시하였다. Bullet 방식은 추가의 mesh 구조를 이용하여 중간 단계의 서버 peer들이 전체 파일에 대해 서로 다른 청크 파일 조각을 갖도록 하나, 성능에 대한 검증이 어렵다.
SplitStream은 각 파일 조각마다 전달되는 경로 트리를 구성할 때, 각각의 peer 노드들이 오직 하나의 파일 조각에 대해서만 어떤 한 트리에서의 내부 노드로 사용되도록 하여, 각 노드 간의 부하가 균형되도록 하는 방식을 제안하였다. 하지만, 이러한 트리를 관리하는 방식이 매우 복잡하여, 동적인 P2P 네트워크 환경에서 사용하기에 부적합하다.
ChunkCast는 ranking 함수를 이용하여 어떤 클라이언트가 필요로 하는 파일 조각을 가장 많이 가진 가까운 서버 peer를 찾기 위한 로켈리티 기반 인덱싱 기법이다. peer 노드 선택 또는 파일 조각 선택 시에 로켈리티를 이용하는 아이디어는 좋으나, ranking 함수를 어떻게 구현할 지에 대한 구체적인 방안이 제시되어 있지 않다.
종래의 P2P 파일 전송 방법은, 병목지점을 액세스 링크로 정해놓고 파일을 전송하고자 하였다. 따라서, 기존의 파일 전송 방법은 네트워크 병목지점 하에서 좋은 성능을 제공하기가 어려웠다.
종래의 P2P 파일 전송 방법은 파일을 어떻게 분배할 것인가에 주안점을 두었으며, 적절한 피어(peer)의 선택, 분산 트리 선택, 및 대역폭 설정등을 모두 고려하지 않았다. 이에 본 출원인은 피어 선택, 청크 선택, 분산 트리 선택, 대역폭 할당 문제를 동시에 해결하기 위한 네트워크에서 파일을 분배하는 방법을 제안하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 대용량 파일을 효과적으로 분배하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 피어 선택, 청크 파일의 크기 선택, 대역폭 할당, 및 분산 트리 선택을 종합적으로 고려하여 파일을 분산 처리하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 네트워크의 부하를 가중시키거나 전송 성능을 저하하지 않는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적은 본 발명에 따라, 송신 노드와 수신 노드들 사이에 복수의 스패닝 트리를 형성하며, 각 스패닝 트리를 구성하는 링크들의 링크 비용의 합을 통해 최소비용 트리그룹을 형성하는 단계, 상기 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리의 링크 비용에 따라 상기 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리의 전송률을 조정하는 단계, 및 상기 전송률이 조정된 스패닝 트리를 통해 청크 파일을 전송하는 단계를 포함하며, 상기 청크 파일을 전송하는 단계는, 상기 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리로 전송할 상기 청크 파일의 크기, 상기 청크 파일이 지나갈 링크의 경로를 나타내는 청크-트리 정보를 전송하는 단계를 더 포함하여 달성된다.
따라서, 본 발명은 P2P 환경에서 대용량 파일을 전송하는데 소요되는 시간을 최소화한다.
또한, 본 발명은 송신 노드와 수신 노드 사이의 링크 비용을 참조하여 최적 의 트리 집합을 형성하고, 이를 통해 청크 파일을 분배하므로 파일 전송 시, 송신 노드와 수신 노드 사이에 위치하는 각 전송 트리들 간에 적절한 밸런스를 이룰 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1과 도 2는 본 발명에서 최소비용 트리 그룹을 형성하는 방법을 개념적으로 나타낸다.
도면을 참조하면, 참조부호 10은 송신 노드를 나타내고 참조부호 11, 12, 13은 송신 노드(10)로부터 청크 파일을 수신하는 수신 노드를 나타낸다.
도면에는 3개의 스패닝 트리가 도시된다. A1, A2, 및 A3의 링크로 구성되는 스패닝 트리, B1, B2, 및 B3로 구성되는 스패닝 트리, 및 C1, C2, 및 C3로 구성되는 스패닝 트리가 도시된다. 하나의 송신 노드(10)와 세 개의 수신 노드(11, 12, 13)는 모두 16개의 스패닝 트리를 형성할 수 있다.
도 2는 그 중 6개를 예시한 것으로 송신 노드(10)와 수신 노드(11, 12, 13)가 다양한 패스를 통해 스패닝 (tree 1 ~ tree 6)를 구성하는 방식을 나타낸다.
스패닝 트리는 순환 링크에 의해 발생하는 루핑(looping)의 방지를 위해 형성한다. 따라서, 스패닝 트리는 송신 노드(10)에서 출발하여 각 수신 노드(11, 12, 13)를 지나가며 트리(tree) 구조를 형성하되, 트리 구조의 종단이 송신 노드(10)로 되돌아오지 않도록 한다.
도 1에 예시된 세 개의 스패닝 트리(A1, A2, 및 A3의 링크로 형성되는 제1스 패닝 트리, B1, B2, 및 B3의 링크로 형성되는 제2스패닝 트리, 및 C1, C2, 및 C3의 링크로 형성되는 제3스패닝 트리)는 각각 세 개의 링크로 구성된다. 각 스패닝 트리(제1스패닝 트리 ~ 제3스패닝 트리)는 복수의 링크로 구성되고, 각 링크에서는 링크 비용이 산출된다. 링크 비용은 해당 링크의 혼잡도(congestion)를 나타낸다. 링크 비용이 높다는 것은 해당 링크가 혼잡하다는 것이고, 반대의 경우 해당 링크는 혼잡하지 않다는 것을 의미한다.
도 1의 조건(송신 노드 하나와 수신 노드 셋인 조건)에서 각 스패닝 트리(제1스패닝 트리 ~ 제3스패닝 트리를 포함하는 총 16개의 스패닝 트리)를 구성하는 링크의 링크 비용을 통해 링크 비용의 합이 최저인 스패닝 트리를 선택할 수 있다. 링크 비용의 합이 최저인 스패닝 트리를 최소 스패닝 트리라 한다. 링크 비용의 합이 최저인 최소 스패닝 트리 하나만으로는 송신 노드(10)에서 각 수신 노드(11, 12, 13)로의 최적의 전송 속도를 낼 수 없으므로 본 발명에서는 둘 이상의 최소 스패닝 트리를 찾고 이를 그룹화한다.
도 3은 본 발명에 따른 네트워크에서 파일을 분배하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
먼저, 송신 노드(10)는 송신 노드(10)와 수신 노드(12) 사이에 위치하는 링크를 조합하여 임의의 스패닝 트리를 복수 개 형성하고, 각 스패닝 트리에 목표 전송률을 할당한다.
다음으로, 송신 노드(10)는 스패닝 트리를 구성하는 각 링크에 대해 목표 전송률에 해당하는 전송률을 할당하며, 각 링크를 지나는 스패닝 트리에 대한 전송률 의 합을 해당 링크를 담당하는 수신 노드(12)로 제공한다.
수신 노드(12)는 각 링크에 대한 링크 비용을 산출하고, 산출된 링크 비용을 송신 노드(10)로 리턴한다. 송신 노드(10)는 수신 노드(12)에서 리턴한 링크 비용을 참조하여 임의로 형성한 스패닝 트리들 중 링크 비용의 합이 가장 적은 스패닝 트리를 선택하고, 이를 최소비용 트리그룹에 포함한다
이때, 송신 노드(10)와 수신 노드(12)는 트리 그룹에 해당하는 스패닝 트리(이하, 액티브 트리라 한다.)들 중 링크 비용이 최저인 액티브 트리를 최소비용 스패닝 트리로 설정하고, 최소비용 스패닝 트리를 기준으로 타 액티브 트리들과의 링크 비용에 대한 비율을 구하며, 구해진 비율에 따라 각 액티브 트리에 서로 상이한 전송률을 할당한다. 만일 최소비용 스패닝 트리와 액티브 트리의 링크 비용의 차가 있다면, 해당 액티브 트리에 할당되는 전송률이 적어지며, 비용의 차가 심할수록 전송률의 감소량을 증가한다. 여기서, 각 액티브 트리에 할당되는 전송률은 링크 비용이 많은 액티브 트리에서 링크 비용이 적은 액티브 트리로 부담하는 형식으로 할당한다.
통상, 네트워크에서 어느 한쪽 액티브 트리에 대한 부담이 감소하면, 주변의 타 액티브 트리에 대한 부담은 증가하므로 액티브 트리에 대한 전송률이 변경될 때, 주변 액티브 트리의 전송률이 변경된다. 따라서, 송신 노드(10)는 최소비용 스패닝 트리와의 비교에 의해 전송률이 가변된 상태를 기준으로 각 액티브 트리에 대한 전송률 정보를 수신 노드(11, 12, 13)로 재차 전송하고, 수신 노드(11, 12, 13)로부터 각 액티브 트리에 대한 링크 비용을 재차 수신한다.
이를 통해 송신 노드(10)는 송신 노드(10)와 수신 노드(11, 12, 13) 사이에 형성되는 스패닝 트리들에 대해 최소비용 트리그룹을 재 산출할 수 있으며, 재 산출된 최소비용 트리그룹에 속하는 각 액티브 트리의 전송률이 유사해 질 때까지 최소비용 트리그룹을 재 산출한다. 각 액티브 트리의 전송률이 유사해진다는 것은 송신 노드(10)와 수신 노드(11, 1, 13) 사이의 전송 트리들 간의 로드 밸런스(load balance)가 일정하게 유지된다는 것을 의미하며, 송신 노드(10)에서 수신 노드(12)로 전송되는 파일들의 전송 속도가 최적임을 의미한다.
다음으로, 송신 노드(10)는 최소비용 트리그룹에 해당하는 각 액티브 트리에 대한 트리 비용을 산출한다. 트리 비용은 액티브 트리를 구성하는 각 링크의 링크 비용에 대한 합과 같다. 송신 노드(10)는 산출된 트리 비용에 따라 각 액티브 트리에 대한 트리 비용을 갱신한다.
다음으로, 송신 노드(10)는 각 액티브 트리에 대한 전송률을 최적화하고, 수신 노드(12)로 청크 파일을 전송한다. 여기서, 최적화는 최소비용 스패닝 트리와 액티브 트리의 트리 비용의 비율에 따라 액티브 트리에 할당된 전송률을 최소비용 스패닝 트리에 부담시킨 후, 로드 밸런스를 수행하는 것이다. 이때, 각 액티브 트리에 대한 전송률의 최적화는 아래의 수학식 1에 의해 수행될 수 있다.
Figure 112008067890541-pat00001
링크 비용 = ,
링크 스케일 인자 =
Figure 112008067890541-pat00002
,
여기서, q는 2 이상의 양의 정수이고,
Figure 112008067890541-pat00003
는 링크 용량이며,
Figure 112008067890541-pat00004
는 링크 전송률의 합.
수학식 1을 링크비용에 적용 시, 링크 비용의 반복 계산에 소요되는 시간을 감소시킨다. 만일,
q=3,
c=100Mbit/sec, 및
x=30Mbit/sec인 경우,
링크비용 = 3 * 100^(-3) * 30^(-4) = 3.7037E-12이고,
링크 스케일 인자 = 3 * 2 * 100^(-3) * 30^(-5) = 2.46914E-13가 된다.
여기서, q 값(2 이상)을 얼마로 세팅하느냐에 따라서 링크 비용과 링크 스케일 인자는 다른 값을 가질 수가 있다. 즉, 수학식 1에 의해 산출된 값 자체가 특정한 물리량을 정확히 나타내지는 않는다. 그러나, 여러 액티브 트리에 대해 수학식 1을 적용하면 각 액티브 트리에 대해 상대적인 값을 얻을 수 있으며, 어느 액티브 트리가 더 혼잡한 상태인지는 명확히 판단할 수 있다.
링크 스케일 인자는 링크에 전송률
Figure 112008067890541-pat00005
의 값을 1만큼 올렸을 때 링크 비용이 증가하는 속도를 나타낸다. 이 또한, 숫자 자체가 절대값을 가지지는 않으나, 타 링크와의 비교 시, 정확한 상대값을 나타내며, 각 액티브 트리에 대한 트리 비 용의 증가 속도를 나타내는 지표로서 이용된다. 여기서, 트리 비용의 증가 속도는, 액티브 트리의 전송률을 1만큼 높일 때 해당 트리의 트리 비용이 얼마만큼 증가하는 지를 나타내는 수치이다.
링크 스케일 인자를 이용하는 이유는, 송신 노드(10)와 수신 노드(120) 사이에 위치하는 액티브 트리의 전송률을 1만큼 조정했을 때 타 액티브 트리의 링크 스케일 인자값이 균등하게 되도록 함으로써 모든 액티브 트리가 로드 밸런싱을 유지하도록 하는데 그 목적이 있다.
도 4는 송신 노드에서 수신 노드로 제공되는 트리 전송률 정보 메시지를 나타낸다.
도시된 트리 전송률 정보 메시지는 송신 노드(10)의 식별자, 링크 식별자, 및 트리 전송률의 합계에 대한 정보가 포함된다.
도 5는 수신 노드에서 송신 노드로 제공되는 링크 비용 정보에 대한 메시지를 나타낸다.
도시된 링크 비용 메시지는 링크 식별자, 링크 비용, 및 링크 스케일링 인자를 포함한다. 링크 스케일링 인자는 수학식 1을 통해 산출된 것으로, 송신 노드(10)가 수신 노드(12)에 제공한 링크별 트리 전송률 합과 링크 용량을 가지고 수신 노드(12)가 계산하여 송신 노드(10)로 리턴한 것을 나타낸다.
도 6은 송신 노드에서 수신 노드로 제공하는 청크-트리 정보를 나타낸다.
청크-트리 정보는 송신 노드(10)에서 수신 노드(12)로 전송할 청크의 전달 경로, 청크 전송률, 및 청크 데이터를 포함한다.
도 1과 도 2는 본 발명에서 최소비용 트리 그룹을 형성하는 방법을 개념적으로 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 네트워크에서 파일을 분배하는 방법의 흐름도,
도 4는 송신 노드에서 수신 노드로 제공되는 트리 전송률 정보 메시지를 나타내는 도면,
도 5는 수신 노드에서 송신 노드로 제공되는 링크 비용 정보에 대한 메시지를 나타내는 도면, 그리고
도 6은 송신 노드에서 수신 노드로 제공하는 청크-트리 정보를 나타낸다.

Claims (6)

  1. 송신 노드와 수신 노드들 사이에 복수의 스패닝 트리를 형성하며, 각 스패닝 트리를 구성하는 링크들의 링크 비용의 합을 통해 최소비용 트리그룹을 형성하는 단계;
    상기 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리의 링크 비용에 따라 상기 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리의 전송률을 조정하는 단계; 및
    상기 전송률이 조정된 스패닝 트리를 통해 청크 파일을 전송하는 단계;를 포함하며,
    상기 청크 파일을 전송하는 단계는,
    상기 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리로 전송할 상기 청크 파일의 크기, 상기 청크 파일이 지나갈 링크의 경로를 나타내는 청크-트리 정보를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최소비용 트리그룹을 형성하는 단계는,
    상기 송신 노드와 상기 수신 노드들 사이에 임의의 스패닝 트리들을 형성하는 단계;
    상기 각 스패닝 트리에 목표 전송률을 할당하는 단계;
    상기 링크를 형성하는 각 수신 노드를 통해 상기 링크에 대한 링크 비용을 수신하는 단계;
    상기 송신 노드가 상기 각 수신 노드로부터 제공되는 링크 비용을 참조하여 링크 비용의 합이 적은 스패닝 트리를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 스패닝 트리의 전송률을 조정하는 단계는,
    상기 최소비용 트리그룹에 속하는 각 스패닝 트리에 목표 전송률을 분배하는 단계;
    상기 최소비용 스패닝 트리와 타 스패닝 트리와의 링크 비용 차이에 따라 상기 타 스패닝 트리에 할당되는 상기 목표 전송률을 차감하는 단계;
    상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이의 각 링크에 대한 링크 비용을 재 산출하는 단계; 및
    상기 재 산출된 링크 비용에 따라 상기 최소 스패닝 트리집합을 다시 구하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 청크-트리 정보는,
    청크 전송률, 및 청크 데이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 링크 비용은,
    Figure 112008067890541-pat00006
    에 의해 산출되며,
    여기서, q는 2 이상의 양의 정수이고,
    Figure 112008067890541-pat00007
    는 링크 용량이며,
    Figure 112008067890541-pat00008
    는 링크 전송률의 합인 것을 특징으로 하는 네트워크에서 파일을 분배하는 방법.
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