KR101093500B1 - 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법 - Google Patents

예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스(예약되었거나 등록된 플로우 또는 일반 플로우)별로 분류한 후에, 예약되지 않았거나 등록되지 않은 플로우(일반 플로우)들의 전송속도를 일괄적으로 제한하여 예약되었거나 등록된 플로우를 보호하여 혼잡 상황을 겪지 않도록 하고, 또한 예약되거나 등록된 플로우의 우선순위 등급이나 전송 특징에 따라 각 패킷에 전송시간을 적시하고 상기 적시된 전송시간을 바탕으로 스케쥴러에서 안정적으로 패킷을 전송함으로써, 패킷 지연과 지터의 발생을 최소화하고 그에 따라 서비스 품질을 향상시키기 위한, 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 실시간 스케쥴링 장치에 있어서, 타이밍 정보를 제공하기 위한 타이밍 제공부; 상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보에 따라 수신 패킷에 시각정보를 마킹하기 위한 타임 스탬프부; 상기 타임 스탬프부로부터의 각 수신 패킷을 플로우 클래스별로 분류하고 예약/등록된 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하기 위한 컨트롤 블록; 상기 컨트롤 블록으로부터의 전송시간과 상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보를 바탕으로 패킷 스케쥴링을 수행하기 위한 스케쥴링부; 및 상기 스케쥴링부에서의 패킷 스케쥴링에 따라 패킷을 출력하기 위한 패킷 출력부를 포함하여 이루어진다.
실시간 스케쥴링, 예약/등록 기반, 플로우 등급별, 대역폭 제한, 우선순위 등급, 전송 특징, 전송시간 연산

Description

예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법{Real Time Scheduling Apparatus and Method by Flow Reservation/Registration}
본 발명은 IP(Internet Protocol) 기반의 실시간 서비스를 위한 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 등록되거나 예약된 플로우의 각 패킷을 필요한 시간(전송최적시간)에 맞추어 전송함으로써 해당 트래픽(패킷)에 대한 지연이나 지터의 발생을 줄이기 위한, 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
그리고 본 발명에서, 플로우란 여러 패킷의 흐름 집합을 의미하며, 컨트롤 블록에서 생성된다.
그리고 본 발명에서, 예약되었거나 등록된 플로우(예약/등록 플로우)는 해당 플로우 내의 패킷에 대하여 전송을 보장해야 하는 플로우를 의미한다.
그리고 본 발명에서, 예약되지 않았거나 등록되지 않은 플로우(일반 플로우)는 해당 플로우 내의 패킷에 대하여 전송을 보장하지 않아도 되는 일반적인 플로우를 의미한다.
일반적으로 IP 스위치 또는 라우터 장비는 패킷의 혼잡 상황에서 중요한 패킷을 안전하고 빠르게 전송하기 위한 다양한 스케쥴링 방법들을 제시하고 있다.
종래의 스케쥴링 방법으로는 SPQ(Strict Priority Queuing), WRR(Weighted Round Robin), DWRR(Deficit Weighted Round Robin), WFQ(Weighted Fair Queuing), 카렌더 스케쥴러 등이 있다.
이러한 종래의 다양한 스케쥴링 방법 중 SPQ 방법은, 우선순위가 높은 패킷의 전송은 보장하나 우선순위가 낮은 패킷(플로우)에 대해서는 전송 불능의 경우가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
그리고 상기 종래의 다양한 스케쥴링 방법 중 WRR, DWRR, 및 WFQ 방법은, 우선순위에 따라 결정된 비율이나 동적인 비율로 패킷 전송이 가능하나 우선순위가 높은 패킷이 정해진 비율을 초과하여 진입할 경우 패킷의 전송보장이 완전하지 않은 문제점이 있다.
그리고 상기 종래의 다양한 스케쥴링 방법 중 카렌다 스케쥴링 방법은, 전송시간을 기준으로 플로우별로 패킷을 관리하는데, 우선순위에 따른 페어 큐잉을 구현하기가 어렵고 복잡한 문제점이 있다.
따라서 현재에는, 등록되거나 예약된 플로우 내의 각 패킷에 대하여 대역 전송을 보장하고, 장치 내에서 발생될 수 있는 패킷 지연이나 지터를 줄여 실시간 서비스의 품질 저하를 줄일 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.
따라서 상기와 같은 종래 기술은 우선순위가 낮은 패킷(플로우)에 대해서 전송이 불가능하거나, 우선순위가 높은 패킷이 정해진 비율을 초과하여 진입할 경우 패킷의 전송보장이 완전하지 않거나, 우선순위에 따른 페어 큐잉을 구현하기가 어렵고 복잡한 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고 상기 요구에 부응하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 수신 패킷을 플로우 클래스(예약되었거나 등록된 플로우 또는 일반 플로우)별로 분류하여 1차적으로 보호하고, 보호된 플로우의 각 패킷에 대하여 서비스별로 등급을 나누어 패킷의 전송시간을 적용함으로써, 해당 패킷에 대한 지연이나 지터의 발생을 줄여 안정적으로 실시간 서비스를 제공하고 그에 따라 서비스 품질을 향상시키기 위한, 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은, 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스(예약되었거나 등록된 플로우 또는 일반 플로우)별로 분류한 후에, 예약되지 않았거나 등록되지 않은 플로우(일반 플로우)들의 전송속도를 일괄적으로 제한하여 예약되었거나 등록된 플로우를 보호하여 혼잡 상황을 겪지 않도록 하고, 또한 예약되거나 등록된 플로우의 우선순위 등급이나 전송 특징에 따라 각 패킷에 전송시간을 적시하고 상기 적시된 전송시간을 바탕으로 스케쥴러에서 안정적으로 패킷을 전송함으로써, 패킷 지연과 지터의 발생을 최소화하고 그에 따라 서비스 품질을 향상시키기 위한, 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 구성 요소 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 실시간 스케쥴링 장치에 있어서, 타이밍 정보를 제공하기 위한 타이밍 제공부; 상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보에 따라 수신 패킷에 시각정보를 마킹하기 위한 타임 스탬프부; 상기 타임 스탬프부로부터의 각 수신 패킷을 플로우 클래스별로 분류하고 예약/등록된 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하기 위한 컨트롤 블록; 상기 컨트롤 블록으로부터의 전송시간과 상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보를 바탕으로 패킷 스케쥴링을 수행하기 위한 스케쥴링부; 및 상기 스케쥴링부에서의 패킷 스케쥴링에 따라 패킷을 출력하기 위한 패킷 출력부를 포함하여 이루어진다.
한편, 본 발명의 방법은, 실시간 스케쥴링 방법에 있어서, 타이밍 정보에 따라 수신 패킷에 시각정보를 마킹하는 단계; 각 수신 패킷을 플로우 클래스별로 분류하고 예약/등록된 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하는 전송시간 연산 단계; 상기 연산된 전송시간과 상기 타이밍 정보를 바탕으로 패킷 스케쥴링을 수행하는 스케쥴링 단계; 및 상기 스케쥴링 단계에서의 패킷 스케쥴링에 따라 패킷을 출력하는 패킷 출력 단계를 포함하여 이루어진다.
상기와 같은 본 발명은, 예약되었거나 등록된 서비스의 품질을 보장하기 위해 수신 패킷을 플로우 클래스(예약되었거나 등록된 플로우 또는 일반 플로우)별로 분류하여 1차적으로 보호하고, 보호된 플로우의 각 패킷에 대하여 서비스별로 등급을 나누어 패킷의 전송시간(전송최적시간)을 적용함으로써, 해당 패킷에 대한 지연이나 지터의 발생을 줄여 안정적으로 실시간 서비스를 제공할 수 있고, 그에 따라 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은, 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스(예약되었거나 등록된 플로우 또는 일반 플로우)별로 분류한 후에, 예약되지 않았거나 등록되지 않은 플로우(일반 플로우)들의 전송속도를 일괄적으로 제한하여 예약되었거나 등록된 플로우를 보호하여 혼잡 상황을 겪지 않도록 하고, 또한 예약되거나 등록된 플로우의 우선순위 등급이나 전송 특징에 따라 각 패킷에 전송시간(전송최적시간)을 적시하고 상기 적시된 전송시간을 바탕으로 스케쥴러에서 안정적으로 패킷을 전송함으로써, 패킷 지연과 지터의 발생을 최소화하고 그에 따라 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치는, 예약/등록된 플로우의 패킷에 대한 지연과 지터 발생을 최소화하여 해당 패킷이 혼잡 상황을 겪지 않도록 하기 위해서, 타이밍 정보(현재시각)를 제공하기 위한 타이머(타이밍 제공부, 10), 상기 타이머(10)로부터의 타이밍 정보에 따라 수신 패킷에 시각정보를 마킹하기 위한 타임 스탬프부(20), 상기 타임 스탬프부(20)로부터의 각 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스별로 분류하고 예약/등록된 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하여 적시하기 위한 컨트롤 블록(30), 상기 컨트롤 블록(30)에서 적시된 전송시간과 상기 타이머(10)로부터의 타이밍 정보(현재시각)를 바탕으로 패킷 스케쥴링을 수행하기 위한 실시간 스케쥴 러(40), 상기 컨트롤 블록(30)으로부터의 패킷을 저장하기 위한 메모리(50), 및 상기 실시간 스케쥴러(40)에서의 패킷 스케쥴링에 따라 상기 메모리(50)에 저장되어 있는 패킷을 출력하기 위한 패킷 출력부(60)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 실시간 스케쥴러(40)와 상기 메모리(50)를 통칭하여 스케쥴링부라 하기로 한다.
다음으로, 상기 각 구성 요소에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 타이머(10)는 글로벌 카운터(Global Counter)로서, 현재시각을 타임 스탬프부(20)와 실시간 스케쥴러(40)로 제공한다.
그리고 상기 타임 스탬프부(20)는 외부 기기로부터 패킷을 수신하면 타이머(10)로부터 전달받은 현재시각에 따라 해당 수신 패킷에 시각정보를 마킹한다. 이때, 타임 스탬프부(20)는 외부 기기로부터 패킷을 수신하면 프레임 헤드의 "SFD(Start Frame Delimeter)" 시점에서 타이머(10)로부터 현재시각을 제공받아 해당 패킷의 수신 시점을 포인터에 기록하여 저장부(도면에 도시되지 않음)에 저장한다.
그리고 상기 컨트롤 블록(Control block, 30)은 타임 스탬프부(20)로부터의 각 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스(예약되었거나 등록된 플로우 또는 일반 플로우)별로 분류한 후에, 상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우의 우선순위 등급이나 전송 특징에 따라 해당 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간(전송최적시간)을 연산하여 해당 패킷의 포인터에 기록한다.
여기서, 상기 컨트롤 블록(30)은 먼저 타임 스탬프부(20)로부터의 각 수신 패킷을 분석하여 각 패킷 헤드의 우선순위 등급을 기반으로 등록된 플로우에 해당 하는지 혹은 예약된 플로우에 해당하는지 아니면 예약되거나 등록되지 않은 일반 플로우인지를 플로우 클래스별로 분류하여 관리한다. 이때, 컨트롤 블록(30)은 상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우의 전송특성을 타임스탬프를 통하여 확인하고 해당 플로우의 전송속도와 패킷 길이, 우선순위 등을 참조하여 해당 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간(출력될 시간)을 연산하여 해당 패킷의 포인터에 적시한 후에, 예약/등록된 플로우들을 실시간 스케쥴러(40)의 가상큐 1(41)을 통하여 TTS 출력부(42)로 전송한다. 한편, 컨트롤 블록(30)은 상기 분류된 플로우 중 등록되거나 예약되지 않은 플로우(일반 플로우)들에 대해서는 플로우별로 관리하지 않고 전송시간(출력시간)의 표시 없이 우선순위에 따라 실시간 스케쥴러(40)의 가상큐 0(43)을 통하여 플로우 쉐이퍼(44)로 전송한다. 이때, 컨트롤 블록(30)이 실시간 스케쥴러(40)로 전송하는 것은 실제 패킷이 아니라 해당 패킷과 연결된 포인트 값만을 생성하여 전송하며, 실제 패킷들은 메모리(50)에 저장된다.
그리고 상기 실시간 스케쥴러(40)는 컨트롤 블록(30)에서 적시된 전송시간과 타이머(10)로부터의 타이밍 정보(현재시각)를 비교하여 패킷 스케쥴링을 수행한다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
그리고 상기 메모리(50)는 컨트롤 블록(30)으로부터의 실제 패킷을 저장하고 있다가 패킷 출력부(60)에서 해당 패킷을 읽어가서 출력할 수 있도록 한다.
그리고 상기 패킷 출력부(60)는 실시간 스케쥴러(40)에서의 패킷 스케쥴링에 따라 메모리(50)에 저장되어 있는 실제 패킷을 읽어 와서 출력한다. 이때, 상기 컨트롤 블록(30)은 상기 패킷 출력부(60)에서 패킷이 출력되고 있는지를 체크한다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 실시간 스케쥴러(40)의 일실시예 상세 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 스케쥴러(40)는, 컨트롤 블록(30)으로부터 전달받은 예약/등록된 플로우(각 패킷과 연결된 포인트 값)를 일시적으로 저장하기 위한 가상큐 1(제 1 저장부, 41), 상기 가상큐 1(41)을 통하여 플로우 클래스별로 인입된 예약/등록된 플로우의 각 패킷을 출력하기 위한 플래그신호를, 타이머(10)로부터의 타이밍 정보(현재시각)를 이용하여 컨트롤 블록(30)에서 적시(규정)한 전송시간(출력시간)에 전달하기 위한 TTS 출력부(42), 컨트롤 블록(30)으로부터 전달받은 일반 플로우(각 패킷과 연결된 포인트 값)를 일시적으로 저장하기 위한 가상큐 0(제 2 저장부, 43), 예약/등록된 플로우를 보호하기 위해 상기 가상큐 0(43)에 저장된 일반 플로우(비예약/비등록 플로우)들의 대역폭을 제한하기 위한 플로우 쉐이퍼(44), 및 상기 TTS 출력부(42)와 플로우 쉐이퍼(44)로부터의 출력신호(플래그신호)에 따라 해당 패킷들이 통상의 SPQ(Strict Priority Queuing)와 같은 패킷 스케쥴링 방식에 따라 출력되도록 큐를 관리하기 위한 큐 관리부(OWSUB, 45)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 각 구성 요소의 동작을 좀 더 상세히 살펴보면, 컨트롤 블록(30)에 의해 분류된 각각의 플로우들 중에서 등록되거나 예약된 플로우와 일반 플로우(각 패킷과 연결된 포인트 값)들은 별도의 가상큐 1(41)과 가상큐 0(43)에 일시적으로 저장된다. 이후, 예약/등록된 플로우를 보호하기 위해, 가상큐 0(43)을 통과하는 일반 플로우 내의 각 패킷들의 대역폭을 플로우 쉐이퍼(44)를 통하여 제한하여 예약/등록된 플로우들이 혼잡 상황을 겪지 않도록 한다. 그리고 TTS 출력부(42)에서는 컨트롤 블록(30)에 의해 분류되어 가상큐 1(43)을 통과하는 예약/등록된 플로우의 패킷이 컨트롤 블록(30)에서 적시한 전송시간(출력시간)에 맞추어 전송되도록 플래그신호를 큐 관리부(45)로 전달한다. 이때, 타이머(10)로부터의 타이밍 정보(현재시각)와 컨트롤 블록(30)에서 적시한 전송시간을 비교하여 해당 패킷을 출력하기 위한 플래그신호를 전달한다. 그러면, 큐 관리부(45)는 TTS 출력부(42)와 플로우 쉐이퍼(44)로부터의 출력신호(플래그신호)에 따라 해당 패킷들이 통상의 SPQ(Strict Priority Queuing)와 같은 패킷 스케쥴링 방식에 따라 출력되도록 함으로써, 예약/등록되거나 우선순위가 높은 플로우 내의 패킷들이 안정적으로 전송되도록 한다.
이때, 가상큐 0(43)에서는 단순 패킷별로 관리하며, 필요 시 패킷의 등급에 따라 다수 개의 우선순위가 다른 가상큐에 해당 패킷과 연결된 포인터를 저장하였다가 쉐이핑 시 우선순위에 의거하여 플로우 쉐이퍼(44)를 통과시킴으로써, 우선순위가 높은 패킷의 손실을 최소화한다. 이처럼, 일반적으로 예약/등록되지 않은 플로우의 경우에도 우선순위가 높은 패킷의 경우에는 최대한 전송이 가능하도록 할 필요가 있다.
그리고 TTS 출력부(42)와 플로우 쉐이퍼(44)를 통해 큐 관리부(45)로 인입된 신호에 해당하는 패킷은, 이미 최대 전송가능한 대역폭 이내로 대역폭이 조정된 상태이므로 즉시 전송이 이루어지도록 한다. 이때, 해당 패킷이 출력되도록 하는 방 식은, TTS 출력부(42)로부터 인입된 신호에 해당하는 패킷이 우선적으로 전송되도록 하는 SPQ(Strict Priority Queuing)의 스케쥴링을 실시하지만, 필요 시 DWRR(Deficit Weighted Round Robin) 방식으로 전송되도록 할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 컨트롤 블록에서의 플로우 생성 구조를 설명하기 위한 도면이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 컨트롤 블록(30)은 타임 스탬프부(20)로부터의 각 수신 패킷을 분석하여 각 패킷 헤드의 우선순위 등급을 기반으로 등록된 플로우에 해당하는지 혹은 예약된 플로우에 해당하는지 아니면 예약되거나 등록되지 않은 일반 플로우에 해당하는지를 플로우 클래스별로 분류하여 예약/등록된 플로우를 생성하여 관리한다. 예약/등록된 플로우는 일차적으로 예약/등록된 플로우 간에만 상호 경쟁에 의해 아주 짧은 시간에 혼잡 상황이 발생할 수 있으나, 해당 패킷의 전송시간(TTS)의 차이에 의해 혼잡 없이 송신된다. 도 3은 수신된 패킷을 컨트롤 블록(30)이 분류하여 플로우로 생성하는 것을 나타내는 도면이다.
한편, 전술한 바와 같이, 컨트롤 블록(30)은 해당 플로우에 대해서 전송속도를 측정하고, 해당 플로우를 구성하는 패킷들 중에서 현재 수신된 패킷과 다음 패킷이 도착하는 시간을 분석하여 해당 패킷의 포인터에 전송시간을 적시한다. 즉, 컨트롤 블록(30)의 동작 방식은 수신된 패킷의 우선순위를 바탕으로 타임 스탬프부(20)에서 기록된 수신 시점과 해당 플로우의 평균패킷도착시간(IAT : Inter- Arrival Time)을 계산하여 해당 패킷이 송신될 시간 값(전송시간)인 TTS(Time to Send/Schedule) 값을 계산하여 해당 패킷의 포인트에 기록한다.
그리고 플로우 내의 각 패킷의 헤드에는 패킷 처리를 위한 우선순위 등급이 있는데, 특히 시그널링 패킷 등과 같이 우선순위가 높은 패킷으로 패킷 헤드에 가장 높은 우선순위를 가졌거나 혹은 예약이나 등록에 의해 가장 높은 우선순위를 가진 플로우의 패킷들은 즉시 전송 처리를 해야 한다. 여기서, 본 발명에서 이용되는 플로우(Flow)별 클래스(Class) 등급을 예를 들어 살펴보면 하기의 [표 1]과 같다.
Figure 112009064668531-pat00001
상기와 같이 우선순위가 가장 높은 플로우와 예약/등록된 플로우, 및 기타 일반 플로우(비예약/비등록된 플로우)를 처리하는 컨트롤 블록(30)의 동작 방식을 예들 들어 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 컨트롤 블록(30)은 최우선 처리 플로우에 대하여 하기의 [수학식 1]과 같이 현재시각을 전송시간으로 하여 해당 패킷의 포인터에 적시한다.
TTS(전송시간) = TNOW(현재시각, 즉시 전송)
즉, 컨트롤 블록(30)은 출력해야 할 시간을 적시하는 TTS 값으로, 현재시각으로 즉시 출력을 요하는 TNOW 값에 해당하는 플래그를 입력하여 TTS 출력부(42)와 큐 관리부(45)에서 해당 플로우의 해당 패킷에 대하여 현재시각으로 즉시 전송 처리를 하도록 한다.
다음으로, 컨트롤 블록(30)은 예약/등록된 플로우에 대하여 하기의 [수학식 2]과 같이 전송시간을 연산하여 해당 패킷의 포인터에 적시한다.
TTS = TPREV + IAT - PT
PT = W x Pri x L / B
여기서, TTS는 전송될 시간(전송시간), TPREV는 이전 패킷의 전송된 시간, IAT는 다음 패킷이 도착하는 평균시간, PT는 장치 내 우선처리시간, W는 가중치, Pri는 해당 플로우 또는 패킷의 우선순위, L은 패킷의 최소길이, B는 해당 포트의 전송대역폭을 나타낸다.
상기 [수학식 2]에서 예약/등록된 패킷의 전송시간 TTS는, 해당 플로우의 이전 최종 패킷이 전송된 시간에 다음 패킷이 주기적으로 도착하는 평균시간 즉 IAT 값을 더하고, 장치 내에서 얼마나 더 빨리 우선적으로 처리해야 하는가에 따라 PT 시간을 뺀 값이 된다.
이때, PT(장치 내 우선처리시간)는 가중치(W)와 우선순위(Pri)의 곱에 최소 길이의 패킷(이더넷의 경우 64바이트)이 해당 포트를 빠져나가는데 걸리는 시간(L/B)의 곱으로 표현한다. 여기서, 가중치(W)는 패킷 길이의 함수로서, 패킷이 짧으면 높은 가중치를 부여한다. 즉, 가장 짧은 패킷은 패킷 길이가 아주 긴 패킷에 비해 그 가중치가 높아 동일한 시간에 패킷이 들어오더라도 PT 값이 달라 더 빨리 내보낼 수 있다. 이는 긴 패킷으로 인하여 짧은 길이의 패킷에 발생할 수 있는 지연을 줄일 수 있다.
한편, TTS 출력부(40)는 현재시각(TNOW)이 전송시간(TTS 시간)에 도달하면 해당 패킷이 즉시 출력되도록 한다. 이를 수식으로 표현하면 하기의 [수학식 3]과 같다. 그러나 이전의 패킷이 전송 중일 경우 출력되지 못하고 현재시각을 지날 경우도 있다.
TTS ≤ TTSnow
도 4는 본 발명에 따른 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 외부의 중앙 제어부(CPU, 도면에 도시되지 않음)가 큐 관리부(45)의 큐의 용량과 최종 패킷 출력을 위한 스케쥴링 방식(SPQ 또는 DWRR)을 설정하고, 플로우 쉐이퍼(44)의 대역폭 제한을 위해 동적으로 대역폭을 설정하며, 이때 패킷 드롭을 위해 버퍼의 크기, 우선순위 등의 선처리 파라미터를 설정한다. 또한, 수신되는 패킷을 분류하기 위해 플로우를 예약, 등록 또는 해지(삭제)를 하고 예약/등록된 플로우에 대한 처리 동작을 설정한다(400).
한편, 타임 스탬프부(20)가 외부 기기로부터 패킷을 수신하면 프레임 헤드의 "SFD(Start Frame Delimeter)" 시점에서 타이머(10)로부터 현재시각을 제공받아 해당 패킷의 수신 시점을 포인터에 기록하여 저장부(도면에 도시되지 않음)에 저장한다(401).
이후, 컨트롤 블록(30)이 수신된 각 패킷을 분석하여 각 패킷 헤드의 우선순위 등급을 기반으로 예약/등록된 플로우에 해당하는 패킷인지 아니면 일반 플로우에 해당하는 패킷인지를 플로우 클래스별로 분류한다(402). 이때, 수신 패킷이 예약/등록된 플로우가 아니라 일반 플로우에 해당하면 "404" 과정으로 진행한다.
한편, 컨트롤 블록(30)은 예약/등록된 플로우에 해당하는 플로우를 생성하고, 해당 플로우에 대해 전송속도와 패킷의 평균도착시간(IAT)을 측정하여 TTS(Time to Send/Schedule) 값(전송시간=출력시간)을 계산하여 해당 패킷에 TTS 값을 적시한다(403).
이후, 실시간 스케쥴러(40)가 예약/등록된 플로우인지를 확인하여(404) 일반 플로우이면 "409" 과정으로 진행한다.
상기 확인 결과(404), 예약/등록된 플로우이면 실시간 스케쥴러(40)의 TTS 출력부(42)가 컨트롤 블록(30)으로 해당 패킷의 플로우 값과 TTS 값을 요청하여 전달받는다(405).
이후, TTS 출력부(42)는 컨트롤 블록(30)으로부터 전달받은 해당 패킷에 대한 플로우 값과 TTS 값을 저장한다(406).
이후, TTS 출력부(42)는 장치의 타이머(10)에서 제공된 현재시각 TTSnow 값과 상기 TTS 값(전송시간)을 비교하여(407) TTS 값이 현재시각 값보다 작거나 같을 시 해당 패킷을 출력하기 위한 플래그신호를 큐 관리부(45)로 전달한다. 그리고 해당 패킷의 TTS 값을 초기화(해제)한다(408). 한편, TTS 값이 현재시각 값보다 크면 아직 해당 패킷의 전송시간이 되지 않았으므로 "405" 과정으로 진행한다.
한편, 예약/등록되지 않은 패킷들을 중앙 제어부(CPU)에 의해 동적으로 설정된 대역폭으로 쉐이핑하고, 중앙 제어부(CPU)에 의해 설정된 패킷 드롭의 파라미터와 패킷의 우선순위를 참조하여 패킷을 드롭한다(409).
그리고 큐 관리부(45)는 전달받은 예약/등록된 플로우를 SPQ에 의해 즉시 출력하거나, 필요 시 설정된 스케쥴링 방식(예 : DWRR 방식)으로 우선순위 처리하여 해당 패킷이 출력되도록 한다(410).
그러면, 패킷 출력부(60)가 실시간 스케쥴러(40)에서의 패킷 스케쥴링에 따라 메모리(50)에 저장되어 있는 실제 패킷을 출력한다(411).
도 5는 본 발명에 따른 TTS 출력부(42)에 입/출력되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 2에서 전술한 바와 같이, 실시간 스케쥴러(40)를 이루는 세부 블록은 크게 TTS 출력부(42)와 큐 관리부(45)를 포함하며, 그 외에도 가상큐 1(41), 가상큐 0(43), 및 플로우 쉐이퍼(44)를 포함한다. 이때, 상기 큐 관리부(45) 등은 통상의 구조로 이루어지므로, 본 발명에서는 TTS 출력부(42)에 입/출력되는 신호에 대하여 도 5를 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 5에 도시된 TTS 출력부(42)는 컨트롤 블록(30)으로부터 입력된 TTS 시각 정보(전송시간)가 타이머의 시각(현재시각)과 동일해질 때까지 필요한 목적지 포트(DV : Destination Vector), 목적지에 대한 베이스포인터(DT : Destination Pointer), 패킷의 메모리포인터(qcell), 우선순위(priority) 등을 저장하다가 큐 관리부(45)로 출력하면서 동작신호(플래그신호)를 출력한다. 그 구현된 신호를 예를 들어 살펴보면 하기의 [표 2]와 같은 신호를 입/출력한다.
Figure 112009064668531-pat00002
전술한 바와 같이, 본 발명은 수신 패킷을 분석하여 해당 수신 패킷이 예약되었거나 등록된 플로우에 해당하는지 아니면 예약되지 않았거나 등록되지 않은 일반 플로우에 해당하는지로 분리하고, 전송이 보장되지 않은 일반 플로우의 대역폭을 제한하여 전송을 보장해야 할 플로우의 패킷들이 혼잡 상황을 겪지 않도록 한다. 이때, 본 발명은 전송을 보장해야 할 예약되었거나 등록된 플로우의 패킷들이 혼잡 상황을 겪지 않도록 장치 내에서 패킷 지연과 지터의 발생을 최소화하기 위해서 패킷의 수신속도에 맞추어 패킷 지연을 최소화하여 패킷을 전송한다.
즉, 본 발명은, 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스(예약되었거나 등록된 플로우 또는 일반 플로우)별로 분류한 후에, 예약되지 않았거나 등록되지 않은 플로우(일반 플로우)들의 전송속도를 일괄적으로 제한하여 예약되었거나 등록된 플로우를 보호하여 혼잡 상황을 겪지 않도록 하고, 또한 예약되거나 등록된 플로우의 우선순위 등급이나 전송 특징에 따라 각 패킷에 전송시간(전송최적시간)을 적시하고 상기 적시된 전송시간을 바탕으로 스케쥴러에서 안정적으로 패킷을 전송함으로써, 패킷 지연과 지터의 발생을 최소화하고 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 IP(Internet Protocol) 기반의 실시간 서비스를 위한 스케쥴링 장치 등에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 장치의 일실시예 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 실시간 스케쥴러의 일실시예 상세 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 컨트롤 블록에서의 플로우 생성 구조를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 예약/등록 기반의 플로우 등급별 실시간 스케쥴링 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 TTS 출력부에 입/출력되는 신호를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 타이머 20 : 타임 스탬프부
30 : 컨트롤 블록 40 : 실시간 스케쥴러
41 : 가상큐 1 42 : TTS 출력부
43 : 가상큐 0 44 : 플로우 쉐이퍼
45 : 큐 관리부 50 : 메모리
60 : 패킷 출력부

Claims (14)

  1. 실시간 스케쥴링 장치에 있어서,
    타이밍 정보를 제공하기 위한 타이밍 제공부;
    상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보에 따라 수신 패킷에 시각정보를 마킹하기 위한 타임 스탬프부;
    상기 타임 스탬프부로부터의 각 수신 패킷을 플로우 클래스별로 분류하고 예약/등록된 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하기 위한 컨트롤 블록;
    상기 컨트롤 블록으로부터의 전송시간과 상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보를 바탕으로 패킷 스케쥴링을 수행하기 위한 스케쥴링부; 및
    상기 스케쥴링부에서의 패킷 스케쥴링에 따라 패킷을 출력하기 위한 패킷 출력부
    를 포함하는 실시간 스케쥴링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 블록은,
    상기 타임 스탬프부로부터의 각 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스별로 분류한 후에, 상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우의 우선순위 등급이나 전송 특징에 따라 해당 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하여 해당 패킷의 포인 터에 기록하는 실시간 스케쥴링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤 블록은,
    상기 타임 스탬프부로부터의 각 수신 패킷을 분석하여 등록된 플로우에 해당하는지 혹은 예약된 플로우에 해당하는지 아니면 예약되거나 등록되지 않은 일반 플로우인지를 플로우 클래스별로 분류한 후에, 상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우의 전송특성을 타임스탬프를 통하여 확인하고 해당 플로우의 전송속도와 패킷 길이, 우선순위를 참조하여 해당 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하여 해당 패킷의 포인터에 적시하는 실시간 스케쥴링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 블록은,
    최우선 처리 플로우에 대하여 하기의 [수학식 1]과 같이 현재시각(TNOW)을 전송시간(TTS)으로 하여 해당 패킷의 포인터에 적시하고,
    상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우에 대하여 하기의 [수학식 2]과 같이 전송시간을 연산하여 해당 패킷의 포인터에 적시하는 실시간 스케쥴링 장치.
    [수학식 1]
    TTS(전송시간) = TNOW(현재시각, 즉시 전송)
    [수학식 2]
    TTS = TPREV + IAT - PT
    PT = W x Pri x L / B
    (여기서, TTS는 전송될 시간(전송시간), TPREV는 이전 패킷의 전송된 시간, IAT는 다음 패킷이 도착하는 평균시간, PT는 장치 내 우선처리시간, W는 가중치, Pri는 해당 플로우 또는 패킷의 우선순위, L은 패킷의 최소길이, B는 해당 포트의 전송대역폭을 나타냄)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤 블록은,
    패킷 길이에 따라 가중치(W)를 부여하는 실시간 스케쥴링 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스케쥴링부는,
    상기 컨트롤 블록으로부터의 전송시간과 상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보(현재시각)를 비교하여 실시간 패킷 스케쥴링을 수행하기 위한 실시간 스케쥴러; 및
    상기 컨트롤 블록으로부터의 패킷을 저장하고 있다가 상기 패킷 출력부에서 해당 패킷을 읽어가서 출력할 수 있도록 하기 위한 메모리
    를 포함하는 실시간 스케쥴링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실시간 스케쥴러는,
    상기 컨트롤 블록으로부터 전달받은 예약/등록된 플로우를 저장하기 위한 제 1 저장부;
    상기 제 1 저장부로부터 인입된 예약/등록된 플로우의 각 패킷을 출력하기 위한 플래그신호를, 상기 타이밍 제공부로부터의 타이밍 정보를 이용하여 상기 컨트롤 블록으로부터의 전송시간에 전달하기 위한 TTS 출력부;
    상기 컨트롤 블록으로부터 전달받은 일반 플로우를 저장하기 위한 제 2 저장부;
    상기 제 2 저장부에 저장된 일반 플로우들의 대역폭을 제한하기 위한 플로우 쉐이퍼; 및
    상기 TTS 출력부와 상기 플로우 쉐이퍼로부터의 출력신호(플래그신호)에 따라 해당 패킷들이 출력되도록 관리하기 위한 큐 관리부
    를 포함하는 실시간 스케쥴링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 TTS 출력부는,
    하기의 [수학식 3]과 같이 현재시각(TNOW)이 전송시간(TTS 시간)에 도달하면 해당 패킷이 즉시 출력되도록 하는 실시간 스케쥴링 장치.
    [수학식 3]
    TTS ≤ TTSnow
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 플로우 쉐이퍼는,
    패킷의 우선순위에 따라 패킷을 드롭시키는 실시간 스케쥴링 장치.
  10. 실시간 스케쥴링 장치에서의 실시간 스케쥴링 방법에 있어서,
    타임 스탬프부가 타이밍 정보에 따라 수신 패킷에 시각정보를 마킹하는 단계;
    컨트롤 블록이 각 수신 패킷을 플로우 클래스별로 분류하고 예약/등록된 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하는 전송시간 연산 단계;
    스케쥴링부가 상기 연산된 전송시간과 상기 타이밍 정보를 바탕으로 패킷 스케쥴링을 수행하는 스케쥴링 단계; 및
    패킷 출력부가 상기 스케쥴링 단계에서의 패킷 스케쥴링에 따라 패킷을 출력하는 패킷 출력 단계
    를 포함하는 실시간 스케쥴링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전송시간 연산 단계는,
    상기 각 수신 패킷을 분석하여 플로우 클래스별로 분류한 후에, 상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우의 우선순위 등급이나 전송 특징에 따라 해당 플로우의 각 패킷에 대한 전송시간을 연산하여 해당 패킷의 포인터에 기록하는 실시간 스케쥴링 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전송시간 연산 단계는,
    최우선 처리 플로우에 대하여 하기의 [수학식 1]과 같이 현재시각(TNOW)을 전 송시간(TTS)으로 하여 해당 패킷의 포인터에 적시하고,
    상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우에 대하여 하기의 [수학식 2]과 같이 전송시간을 연산하여 해당 패킷의 포인터에 적시하는 실시간 스케쥴링 방법.
    [수학식 1]
    TTS(전송시간) = TNOW(현재시각, 즉시 전송)
    [수학식 2]
    TTS = TPREV + IAT - PT
    PT = W x Pri x L / B
    (여기서, TTS는 전송될 시간(전송시간), TPREV는 이전 패킷의 전송된 시간, IAT는 다음 패킷이 도착하는 평균시간, PT는 장치 내 우선처리시간, W는 가중치, Pri는 해당 플로우 또는 패킷의 우선순위, L은 패킷의 최소길이, B는 해당 포트의 전송대역폭을 나타냄)
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스케쥴링 단계는,
    상기 분류된 플로우 중 일반 플로우들의 대역폭을 제한하는 단계; 및
    상기 분류된 플로우 중 예약/등록된 플로우의 각 패킷을, 상기 타이밍 정보를 이용하여 상기 연산된 전송시간에 출력되도록 하는 TTS 출력 단계
    를 포함하는 실시간 스케쥴링 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 TTS 출력 단계는,
    하기의 [수학식 3]과 같이 현재시각(TNOW)이 전송시간(TTS 시간)에 도달하면 해당 패킷이 즉시 출력되도록 하는 실시간 스케쥴링 방법.
    [수학식 3]
    TTS ≤ TTSnow
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