KR101163750B1 - 다수 플로우의 쓰루풋 공평성을 관리하는 플로우 제어 노드, 송신 노드, 플로우 제어 방법 및 전송률 제어 방법 - Google Patents

다수 플로우의 쓰루풋 공평성을 관리하는 플로우 제어 노드, 송신 노드, 플로우 제어 방법 및 전송률 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 멀티홉 네트워크 시스템은 송신 노드, 수신 노드, 라우터 노드 및 멀티홉 네트워크 내의 모든 노드와 연결되는 플로우 제어 노드를 포함한다. 여기서, 플로우 제어 노드는 하나 이상의 송신 노드로부터 주기적으로 플로우 모니터링 정보를 수신하여 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가한다. 이때, 비공평성이 검출되는 경우, 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보로서 큐 길이 임계치를 설정하여 하나 이상의 송신 노드에게 전송한다. 그러면, 하나 이상의 송신 노드는 큐 길이 임계치를 전송률 조절의 기준점으로 설정하여 패킷 또는/및 링크 스케줄링을 수행한다.

Description

다수 플로우의 쓰루풋 공평성을 관리하는 플로우 제어 노드, 송신 노드, 플로우 제어 방법 및 전송률 제어 방법{FLOW CONTROL NODE FOR MANAGING THROUGHPUT FAIRNESS OF A PLURALITY OF FLOW, TRANSMISSION NODE, FLOW CONTROL METHOD AND TRANSMISSION RATE CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 다수 플로우의 쓰루풋 공평성을 관리하는 플로우 제어 노드, 송신 노드, 플로우 제어 방법 및 전송률 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: NN05260, 과제명: 반복적 성능 평가 실험이 가능한 가상화된 프로그래머블 무선 네트워크 테스트베드].
ITEF에서는 IEEE 802.16의 전송 거리 및 송수신 효율을 높이기 위하여 멀티 홉 릴레이를 도입한 IEEE 802.16j에 대해서 표준화를 진행하고 있다.
멀티 홉 릴레이를 통해 기지국의 영역 밖에서도 중계국(RS)을 통한 신호 전달이 가능해지는 한편, 기지국 영역 내에 있는 단말에 대해서는 중계국을 통한 높은 수준의 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation and Coding)방식을 가지는 고품질의 경로를 설정할 수 있도록 함으로써 동일한 무선 자원으로 시스템 용량의 향상을 가져올 수 있게 된다.
그런데 이러한 멀티홉 상황은 데이터를 전송하는 무선 채널의 공유에 의해 주변 라우팅 노드 간의 연결 종속성을 가지므로, 이로 인해 일부 플로우들의 쓰루풋이 매우 낮아지는 쓰루풋 기아 현상이 발생한다.
더욱이, 무선 채널 상태에 따라 수시로 변화하는 네트워크에서는 혼잡 발생 확률이 높다. 따라서, 종래 자신의 플로우 상태만 모니터링하여 전송률을 조절하는 방법으로는 유연한 공평성 조절 및 향상이 불가능하다.
예컨대 종래에 쓰루풋의 기아 현상을 방지하기 위해 분산된 종단간 전송률 제어를 위한 분산 스케쥴링 기법이 제안되어 있다.
이러한 분산 스케쥴링 기법은 종단의 노드가 자신의 전송률을 제어하기 위해 네트워크 전체 정보가 아닌 자신의 플로우가 지나가는 네트워크 경로의 상태를 직접 혹은 간접적으로 모니터링하여 모니터링된 정보를 바탕으로 전송률을 결정한다. 특히, 낮은 쓰루풋을 갖는 플로우는 지속적으로 자신의 전송률을 높혀가며, 더 높은 쓰루풋을 얻고자 노력하여 공평성을 높히려고 한다.
따라서, 분산 스케쥴링 기법은 네트워크를 구성하는 노드에서 주변 노드와의 통신 순서를 결정하는 문제이다.
이때, 노드들은 지역적으로 가까운 노드들의 상태를 모니터링하여 이를 바탕으로 낮은 쓰루풋을 얻는 플로우에게 더 높은 통신 순서를 주는 형식으로 쓰루풋 기아를 해결하여 공평성을 높히려고 한다.
하지만 이러한 방법은 네트워크 전체 정보를 바탕으로 작동하지 않는다. 따라서, 제한된 정보량에 의해 잘못된 결정을 보이는 경우가 많아 높은 공평성을 보이지는 못한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 멀티홉 네트워크 환경에서 다수 플로우의 쓰루풋 공평성 조절 및 향상을 가능케 하는 다수 플로우의 쓰루풋 공평성을 관리하는 플로우 제어 노드, 송신 노드, 플로우 제어 방법 및 전송률 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면 플로우 제어 노드가 제공된다. 이 노드는, 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되는 플로우 제어 노드에 있어서, 상기 네트워크에 포함되는 하나 이상의 송신 노드로부터 플로우 모니터링 정보를 수신하는 플로우 상태 수집부; 상기 플로우 모니터링 정보를 토대로 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가하는 공평성 평가부; 및 비공평성으로 평가되는 경우, 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 상기 하나 이상의 송신 노드에게 전송하는 전송률 조절부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면 송신 노드가 제공된다. 이 노드는, 플로우 제어 노드-여기서 플로우 제어 노드는 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되고, 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가함-로부터 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 수신하는 전송률 제어부; 및 상기 전송률 제어 정보를 기준으로 주변 노드와의 패킷 또는/및 링크 스케줄링을 수행하는 백프레셔 스케줄러부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면 플로우 제어 방법이 제공된다. 이 방법은, 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되는 플로우 제어 노드가 상기 네트워크에 포함되는 하나 이상의 송신 노드로부터 플로우 모니터링 정보를 수신하는 단계; 상기 플로우 모니터링 정보를 토대로 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가하는 단계; 및 비공평성이 발견되는 경우, 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 결정하여 상기 하나 이상의 송신 노드에게 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면 전송률 제어 방법이 제공된다. 이 방법은, 네트워크 상에 존재하는 송신 노드가 전송률을 제어하는 방법에 있어서, 상기 송신 노드가 플로우 제어 노드-여기서 플로우 제어 노드는 상기 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되고, 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태의 공평성을 평가함-로부터 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 수신하는 단계; 및 상기 전송률 제어 정보를 기준으로 백프레셔 스케줄링 방법에 따라 주변 노드와의 패킷 또는/및 링크 스케줄링을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플로우 모니터링을 통해 얻어진 네트워크 상태 정보를 중앙에 위치한 플로우 제어 노드가 수집하여 이 정보를 바탕으로 송신 노드의 전송률을 조절한다. 따라서, 송신 노드와 수신 노드 사이에 적어도 하나의 라우팅 노드가 위치하는 멀티홉 네트워크, 혼잡 발생이 많거나 무선 채널 상태에 따라 수시 변화하는 네트워크 등 다양한 네트워크 환경에서 다수 플로우간의 높은 쓰루풋 공평성을 얻을 수 있다.
또한, 하나의 플로우의 쓰루풋 최적화를 가능케 하는 백프레셔 스케쥴러를 하부 계층에 두어 패킷 큐 손실과 같은 네트워크 대역폭 손실을 막으며, 송신 노드는 플로우의 전송률을 조절하여 네트워크의 대역폭 자원을 공평하게 공유할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 멀티홉(multihop) 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신 노드 및 플로우 제어 노드의 세부 구성 간의 연결 관계를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플로우 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플로우 모니터링 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전송률 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 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 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다수 플로우의 쓰루풋 공평성을 관리하는 플로우 제어 노드, 송신 노드, 플로우 제어 방법 및 전송률 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 멀티홉(multihop) 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선 멀티홉(multihop) 네트워크 시스템은 송신 노드 (100', 100"), 수신 노드(200', 200") 및 플로우 제어 노드(300)를 포함한다.
이때, 송신 노드(100', 100")와 수신 노드(200', 200") 사이에는 릴레이(relay) 기능을 하는 라우터 노드(400)가 다수 개 위치한다.
또한, 무선 멀티홉 네트워크는 콘트롤 플레인 네트워크와 데이터 플레인 네트워크로 구분된다.
여기서, 무선 멀티홉 네트워크를 구성하는 모든 모드 즉 송신 노드(100', 100"), 수신 노드(200', 200"), 라우터 노드(400)는 플로우 제어 노드(300)와 콘트롤 플레인 네트워크로 연결되어 있다.
예컨대, 송신 노드 A(100')는 플로우 제어 노드(300)와 직접 콘트롤 플레이 네트워크로 연결되어 있다. 그리고 송신 노드 B(100")의 콘트롤 플레이 네트워크는 라우터 노드(400)를 통해 송신 노드 A(100')와 연결되고, 송신 노드 A(100')를 통해 플로우 제어 노드(300)와 연결되어 있다.
이러한 콘트롤 플레인 네트워크는 송신 노드(100', 100")와 플로우 제어 노드(300) 사이에 플로우 모니터링 정보 및 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 송수신 하는데 사용된다.
그리고 데이터 플레인 네트워크는 송신 노드(100', 100")와 수신 노드(200', 200") 간에 트래픽 및 시그널링 패킷을 송수신하는데 사용된다.
플로우 제어 노드(300)는 콘트롤 플레인 네트워크를 통해 하나 이상의 송신 노드(100', 100")로부터 각 송신 노드(100', 100")의 플로우 모니터링 정보를 수신한다. 그리고 이러한 플로우 모니터링 정보를 토대로 각 플로우가 공평하게 네트워크 대역폭을 공유하고 있는지를 확인한다.
플로우 제어 노드(300)는 네트워크 대역폭이 공평하게 분배되지 않은 경우로 판단되면, 상대적으로 많은 양의 쓰루풋을 얻고 있는 플로우의 전송률을 줄여 불공평한 대역폭의 분배를 공평하게 조절한다.
여기서, 쓰루풋(throughput)은 네트워크 상의 임의의 노드로부터 다른 노드로 전달되는 단위 시간당 디지털 데이터 전송으로 처리하는 양을 말한다.
이때, 전송률 조절은 송신 노드(100', 100")의 큐 길이 임계치(Que Length threshold) 조절을 통해 이루어진다.
그러면, 다수 플로우의 쓰루풋 제어와 관련된 주요 구성 요소인 송신 노드(100', 100")와 플로우 제어 노드(300)의 구성에 대하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신 노드 및 플로우 제어 노드의 세부 구성 간의 연결 관계를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 송신 노드(100', 100")는 플로우 모니터링부(110), 전송률 제어부(130) 및 백프레셔 스케줄러부(150)를 포함한다.
플로우 모니터링부(110)는 주기적으로 자신의 하나 이상의 플로우를 모니터링하고, 플로우 모니터링 정보를 플로우 제어 노드(300)에게 송신한다.
여기서, 플로우 모니터링 정보는 하나 이상의 플로우 상태 정보 및 하나 이상의 플로우의 현재 쓰루풋을 포함한다.
이때, 플로우 상태 정보는 플로우 제어 노드(300)의 공평성 평가 지표에서 요구하는 정보로서, 공평성 평가 지표에 따라 다른 정보가 사용된다.
예를 들어, 네트워크 경로의 상태 대비 쓰루풋의 공유 상황을 평가하는'Proportional 공평성 지표'에서는 플로우 상태 정보로 링크 품질을 이용한다. 또한, 절대적 공평성을 평가하는'Jain's 공평성 지표'에서는 네트워크 대역폭을 플로우 상태 정보로 이용한다.
전송률 제어부(130)는 플로우 제어 노드(300)로부터 전송률 제어 정보를 수신한다. 여기서, 전송률 제어 정보는 플로우 제어 노드(300)에 의해 모든 송신 노드(100', 100")의 플로우 모니터링 정보를 토대로 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가한 결과에 따라 결정된다. 그리고 이러한 전송률 제어 정보로 큐 길이 임계치가 사용된다.
전송률 제어부(130)는 플로우 제어 노드(300)로부터 큐 길이 임계치를 수신하여 자신의 송신 큐 길이 임계치를 수신한 큐 길이 임계치로 변경한다. 그리고 변경한 큐 길이 임계치를 백프레셔 스케줄러부(150)에게 전달한다.
백프레셔 스케줄러부(150)는 전송률 제어 정보 즉 큐 길이 임계치를 기준으로 주변 노드와의 패킷 또는/및 링크 스케줄링을 수행한다.
백프레셔 스케줄러부(150)는 다수의 플로우가 하나의 노드를 통과할 때 발생하는 패킷 스케쥴링과 링크 스케쥴링 문제를 해결하는 컴포넌트(component)이다. 다수의 플로우가 하나의 노드를 통과할 때 플로우별 큐를 각 노드에서 보유하며, 이때, 어떤 플로우별 큐를 먼저 서비스해야 하는지를 결정하는 문제가 패킷 스케쥴링 문제이다. 그리고 링크 스케쥴링 문제는 무선 네트워크의 채널은 주변 노드와 공유되므로, 한 순간에 하나의 링크로만 패킷의 전송이 가능하다. 이때, 어떤 링크를 먼저 활성화시켜 패킷을 전송하는지를 결정하는 문제가 링크 스케쥴링이다.
백프레셔 스케줄러부(150)는 1홉간 플로우 큐 길이의 차이를 계산하여 백프레셔 값으로 정의를 한 후, 각 플로우별 큐에서 백프레셔 값이 가장 높은 큐부터 서비스한다. 링크 스케쥴링 또한 유사하게 가장 높은 백프레셔 값을 갖는 링크를 먼저 스케쥴링 한다.
여기서, 백프레셔 스케줄러부(150)는 자신의 플로우의 큐 길이를 전송률 제어부(130)로부터 전달받은 큐 길이 임계치를 기준으로 설정한다. 이러한 큐 길이 임계치는 플로우 제어 노드(300)에 의해 결정되는 변수이므로, 이러한 큐 길이 임계치의 조절을 통해 최적화된 쓰루풋을 얻을 수 있는 전송률이 되도록 전송률을 조절한다.
즉 현재 플로우의 큐 길이와 큐 길이 임계치를 비교하여 현재 플로우의 큐 길이가 큐 길이 임계치를 만족하도록 전송률을 조절한다. 왜냐하면, 백프레셔 스케줄러부(150)는 자신의 큐 길이를 큐 길이 임계치만큼 유지해야 한다. 따라서, 플로우 별 큐의 길이를 일정 주기로 모니터링 하여 그 길이가 큐 길이 한계점보다 낮을 경우 부족한 양의 패킷 개수만큼을 보내는 것으로 전송률을 조절한다.
한편, 플로우 제어 노드(300)는 플로우 상태 수집부(310), 공평성 평가부(330) 및 전송률 조절부(350)를 포함한다.
플로우 상태 수집부(310)는 주기적으로 송신 노드(100', 100")의 플로우 모니터링부(110)로부터 플로우 모니터링 정보를 수신한다.
공평성 평가부(330)는 플로우 상태 수집부(310)가 수신한 플로우 모니터링 정보를 토대로 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가한다. 이때, 플로우 모니터링 정보는 플로우 별로 플로우 상태 정보 및 플로우 쓰루풋을 포함한다.
따라서, 공평성 평가부(330)는 플로우 상태 정보를 토대로 기 정의된 공평성 지표에 따라 계산된 공평성 평가 기준값과 플로우 쓰루풋을 비교하여 현재 플로우들이 쓰루풋을 얼마만큼 공평하게 사용하고 있는지에 공평성을 평가한다.
여기서, 공평성 평가부(330)는 기 정의된 공평성 지표에 따라 플로우 상태 정보로부터 해당하는 플로우가 도달해야 하는 쓰루풋 목표치를 계산하여 공평성 평가 기준값을 설정한다. 이러한 공평성 평가 기준값은 단일 수치로 계산되며 공평성 평가 기준값을 도출하기 위한 기준 함수는 컨벡스(Convex) 해야 한다.
이때, 공평성 평가 지표는 다양한 지표가 사용될 수 있으며, 예컨대 Jain's 공평성 지표, Proportional 공평성 지표, Max-min 공평성 지표를 포함할 수 있으나 상기에 국한되는 것은 아니며 다양한 공평성 지표 중에서 선택될 수 있다.
공평성 평가 기준값은 네트워크 대역폭의 분배가 공평하게 이루어졌는지를 평가하기 위한 기준이 되는 값으로서, 공평성 지표 별로 서로 다른 방식으로 계산되며, Proportional 공평성 지표와 Jain's 공평성 지표 각각의 두 가지 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.
먼저, Proportional 공평성 지표를 사용하는 실시예에 따르면, 플로우 상태 수집부(310)가 수신한 플로우 상태 정보는 링크 품질을 포함한다.
공평성 평가부(330)는 플로우 상태 수집부(310)가 수신한 링크 품질 정보로부터 플로우가 도달해야 하는 쓰루풋 목표치를 계산하며, 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112010068136852-pat00001
여기서,
Figure 112010068136852-pat00002
은 플로우 r의 경로에 존재하는 모든 노드의 집합을 의미한다.
Figure 112010068136852-pat00003
는 노드 j에 존재하는 플로우 r 이외의 플로우들의 쓰루풋이다. 그리고
Figure 112010068136852-pat00004
은 플로우 r이 노드 j를 지날 때의 링크 품질을 의미하며, 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure 112010068136852-pat00005
여기서,
Figure 112010068136852-pat00006
과
Figure 112010068136852-pat00007
은 노드 j에서 플로우 r의 입출력 링크 각각의 커패시티를 의미한다.
그리고 공평성 평가부(330)는 수학식 1을 통해 계산된 각 플로우의 쓰루풋 목표치들을 취합하여 공평성 평가 기준값을 산출하는데, 다음 수학식 3과 같다.
Figure 112010068136852-pat00008
여기서,
Figure 112010068136852-pat00009
는 수학식 1의
Figure 112010068136852-pat00010
의 벡터로서 플로우 r의 대역폭을 의미한다.
다음, Jain's 공평성 지표를 사용하는 실시예에 따르면, 플로우 상태 수집부(310)가 수신한 플로우 상태 정보는 네트워크 대역폭을 포함한다.
이때, 공평성 평가부(330)는 네트워크 대역폭을 각 플로우에 공평하게 분배하여 각 플로우의 쓰루풋 목표치를 산출하고, 이러한 각 플로우의 쓰루풋 목표치를 취합하여 공평성 평가 기준값으로 산출한다.
한편, 전송률 조절부(350)는 공평성 평가부(330)의 평가 결과가 비공평성으로 평가되는 경우, 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보 즉 큐 길이 임계치를 결정하여 송신 노드(100', 100")의 전송률 제어부(130)에게 전송한다.
이때, 전송률 조절부(350)는 공평성 평가 기준값보다 큰 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 감소시키고, 작은 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 증가시킨다.
구체적으로, 전송률 조절부(350)는 플로우 상태 수집부(310)가 수신한 현재 플로우 쓰루풋과 공평성 평가부(330)에서 계산된 쓰루풋 목표치 간의 차이만큼 큐 길이 임계치를 증가 또는 감소시킨다.
즉 공평성 평가 기준값보다 큰 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 현재 플로우 쓰루풋과 해당하는 플로우의 쓰루풋 목표치 간의 차이만큼 감소시킨다. 또한, 공평성 평가 기준값보다 작은 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 현재 플로우 쓰루풋과 해당하는 플로우의 쓰루풋 목표치 간의 차이만큼 증가시킨다.
그러면, 이러한 멀티홉 네트워크에서 플로우 제어 및 전송률 제어를 수행하는 일련의 과정에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 도 1 및 도 2와 동일한 구성 요소에 대한 설명에서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플로우 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 하나 이상의 송신 노드(100', 100") 각각의 플로우 모니터링부(110)는 자신의 플로우 상태를 모니터링(101, 103)한다. 그리고 기 정의된 주기가 도래(105, 107)하면, 플로우 모니터링 정보를 플로우 제어 노드(300)의 플로우 상태 수집부(310)에게 전송한다(S109, 111).
그러면, 플로우 제어 노드(300)의 공평성 평가부(330)는 S109 단계 및/또는 S111 단계에서 수신한 플로우 모니터링 정보 중 플로우 상태 정보로부터 기 정의된 공평성 지표에 따른 공평성 평가 기준값을 계산한다(S113).
이때, 공평성 평가 기준값은 공평성 평가 지표에 따라 서로 다른 방식으로 계산된다.
여기서, Proportional 공평성 지표를 사용하는 실시예에 따르면, 플로우 상태 정보를 링크 품질을 포함한다. 따라서, 공평성 평가부(330)는 임의의 플로우의 네트워크 경로에 존재하는 모든 노드의 쓰루풋 및 각각의 노드에 존재하는 임의의 플로우 이외의 주변 플로우의 쓰루풋을 이용하여 플로우 상태 수집부(310)가 수집한 모든 플로우에 대한 각각의 쓰루풋 목표치를 계산한다. 그리고 이러한 각각의 쓰루풋 목표치들을 취합하여 공평성 평가 기준값으로 산출한다.
또한, Jain's 공평성 지표를 사용하는 다른 실시예에 따르면, 플로우 상태 정보는 네트워크 대역폭을 포함한다.
따라서, 공평성 평가부(330)는 네트워크 대역폭을 기준으로 플로우 상태 수집부(310)가 수집한 모든 플로우에 대한 각각의 쓰루풋 목표치를 계산한다. 그리고 이러한 각각의 쓰루풋 목표치를 취합하여 공평성 평가 기준값으로 산출한다.
그리고 플로우 제어 노드(300)의 공평성 평가부(330)는 S109 단계 및/또는 S111 단계에서 수신한 플로우 모니터링 정보 중 플로우 쓰루풋과 S113 단계에서 계산된 공평성 평가 기준값을 비교(S115)하여 플로우 쓰루풋의 공평성 평가 기준값 충족 여부를 판단한다(S117).
이때, 비공평성이 검출(S119)되는 경우, 플로우 제어 노드(300)의 전송률 조절부(350)는 S109 단계 및/또는 S111 단계에서 수신한 플로우 쓰루풋이 S113 단계에서 계산된 공평성 평가 기준값보다 큰 지를 판단한다(S121).
S121 단계에서 큰 경우로 판단되면, 플로우 제어 노드(300)의 전송률 조절부(350)는 해당 플로우의 큐 길이 임계치를 감소시킨다(S123).
또한, S121 단계에서 작은 경우로 판단되면, 플로우 제어 노드(300)의 전송률 조절부(350)는 해당 플로우의 큐 길이 임계치를 증가시킨다(S125).
그리고 플로우 제어 노드(300)의 전송률 조절부(350)는 S123 단계 또는 S125 단계에서 증가 또는 감소된 큐 길이 임계치를 해당하는 송신 노드(100',100")에게 전송한다(S127, S129).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플로우 모니터링 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 송신 노드(100',100")의 플로우 모니터링부(110)는 기 정의된 주기가 도래(S201)하면, 라우터 노드(400)에게 시그널링 패킷을 전송한다(S203).
그러면, 라우터 노드(400)는 자신의 링크 상태를 시그널링 패킷에 기록(S205)한 후, 수신 노드(200)에게 전송한다(S207).
수신 노드(200)는 현재 플로우 쓰루풋을 시그널링 패킷에 기록(S209)하여 라우터 노드(400)에게 전송(S211)하고, 라우터 노드(400)는 수신 노드(200)로부터 전달받은 시그널링 패킷을 송신 노드(100',100")에게 전송한다(S213).
이와 같이, 송신 노드(100',100")의 플로우 모니터링부(110)는 주기적으로 자신의 플로우 경로에 존재하는 플로우 상태 정보 및 플로우 쓰루풋을 수집한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전송률 제어 방법을 나타낸 순서도로서, 송신 노드(100',100")의 동작을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 송신 노드(100',100")의 전송률 제어부(130)는 플로우 제어 노드(300)로부터 큐 길이 임계치를 수신(S301)하여 전송률 조절의 기준점으로 설정한다(S303).
백프레셔 스케쥴러부(150)는 플로우별 큐의 길이를 주기적으로 모니터링한다(S305). 그리고 전송률 제어부(130)로부터 전달받은 큐 길이 임계치와 해당하는 플로우의 큐 길이를 비교(S307)하여 현재 플로우의 큐 길이가 큐 길이 임계치보다 작은지를 판단한다(S309).
이때, 백프레셔 스케쥴러부(150)는 현재 플로우의 큐 길이가 큐 길이 임계치와 같으면, S305 단계부터 다시 시작한다.
그러나 현재 플로우의 큐 길이가 큐 길이 임계치보다 작으면, 백프레셔 스케쥴러부(150)는 큐 길이 임계치를 만족하도록 전송률을 조절한다(S311).
백프레셔 스케쥴러부(150)는 1홉간 큐 길이 차이를 백프레셔값으로 결정(S313)하여 백프레셔 값이 높은 큐를 우선하는 패킷/링크 스케줄링을 수행한다(S315).
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.
100': 송신 노드A 100": 송신 노드B
110: 플로우 모니터링부 130: 전송률 제어부
150: 백프레셔 스케쥴러부 200': 수신 노드A
200": 수신 노드B 300: 플로우 제어 노드
310: 플로우 상태 수집부 330: 공평성 평가부
350: 전송률 조절부 400: 라우터 노드

Claims (23)

  1. 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되는 플로우 제어 노드에 있어서,
    상기 네트워크에 포함되는 하나 이상의 송신 노드로부터 플로우 상태 정보 및 플로우 쓰루풋을 포함하는 플로우 모니터링 정보를 수신하는 플로우 상태 수집부;
    상기 플로우 모니터링 정보를 토대로 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가하는 공평성 평가부; 및
    비공평성으로 평가되는 경우, 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 상기 하나 이상의 송신 노드에게 전송하는 전송률 조절부를 포함하고,
    상기 플로우 상태 정보는 네트워크 대역폭을 포함하며,
    상기 공평성 평가부는,
    상기 네트워크 대역폭을 기준으로 플로우가 도달해야 하는 쓰루풋 목표치를 계산하고, 상기 플로우 상태 수집부가 수집한 모든 플로우에 대한 각각의 쓰루풋 목표치를 취합하여 상기 공평성 평가 기준값으로 산출하여 상기 플로우 쓰루풋과 비교하여 네트워크의 대역폭 분배 상태의 공평성을 평가하는 플로우 제어 노드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송률 제어 정보는,
    상기 송신 노드의 큐 길이 임계치인 것을 특징으로 하는 플로우 제어 노드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플로우 상태 정보는 상기 플로우의 링크 품질을 포함하고,
    상기 공평성 평가부는,
    상기 링크 품질로부터 상기 플로우의 네트워크 경로에 존재하는 모든 노드의 쓰루풋 및 각각의 노드에 존재하는 상기 플로우 이외의 플로우의 쓰루풋을 이용하여 상기 플로우 상태 수집부가 수집한 모든 플로우에 대한 각각의 상기 쓰루풋 목표치를 계산하여 취합하고, 취합된 값을 상기 공평성 평가 기준값으로 산출하는 플로우 제어 노드.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플로우 모니터링 정보는, 플로우 상태 정보 및 플로우 쓰루풋을 포함하고,
    상기 전송률 조절부는,
    상기 공평성 평가 기준값보다 큰 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 감소시키고, 작은 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 증가시켜 해당하는 송신 노드로 전송하는 플로우 제어 노드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공평성 평가부는,
    상기 플로우 상태 정보로부터 플로우가 도달해야 하는 쓰루풋 목표치를 상기 플로우 상태 수집부가 수신한 모든 플로우에 대해 계산하고, 각각의 쓰루풋 목표치를 취합하여 상기 공평성 평가 기준값으로 설정하고,
    상기 전송률 조절부는,
    상기 공평성 평가 기준값보다 큰 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 현재 플로우 쓰루풋과 해당하는 플로우의 쓰루풋 목표치 간의 차이만큼 감소시키고, 작은 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 상기 현재 플로우 쓰루풋과 해당하는 플로우의 쓰루풋 목표치 간의 차이만큼 증가시키는 플로우 제어 노드.
  9. 플로우 제어 노드-여기서 플로우 제어 노드는 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되고, 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가함-로부터 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 수신하는 전송률 제어부;
    상기 전송률 제어 정보를 기준으로 주변 노드와의 패킷 또는/및 링크 스케줄링을 수행하는 백프레셔 스케줄러부; 및
    주기적으로 자신의 하나 이상의 플로우 상태를 모니터링하여 플로우 상태 정보 및 플로우 쓰루풋을 포함하는 플로우 모니터링 정보를 상기 플로우 제어 노드에게 전송하는 플로우 모니터링부를 포함하고,
    상기 전송률 제어부는,
    상기 플로우 상태 정보에 포함된 네트워크 대역폭을 기준으로 모든 플로우에 대해 각 플로우가 도달해야 하는 쓰루풋 목표치를 계산 및 취합하여 산출된 공평성 평가 기준값과 상기 플로우 쓰루풋을 비교하여 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가한 결과에 따라 결정된 전송률 제어 정보를 수신하는 송신 노드.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 플로우 모니터링부는,
    기 정의된 주기가 도래하면 시그널링 패킷을 송신하여 수신 노드로부터 쓰루풋 및 링크 정보가 포함된 시그널링 패킷을 수신하며,
    상기 쓰루풋은 상기 수신 노드에 의해 기록되고, 상기 링크 정보는 상기 송신 노드와 상기 수신 노드의 경로 상에 존재하는 라우터 노드에 의해 기록되는 송신 노드.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 전송률 제어 정보는 상기 송신 노드의 큐 길이 임계치를 포함하고,
    상기 전송률 제어부는,
    상기 플로우 제어 노드로부터 수신되는 큐 길이 임계치를 전송률 조절의 기준점으로 설정하는 송신 노드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 백프레셔 스케줄러부는,
    현재 플로우의 큐 길이와 상기 큐 길이 임계치를 비교하여 상기 현재 플로우의 큐 길이가 상기 큐 길이 임계치를 만족하도록 전송률을 조절하는 송신 노드.
  14. 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되는 플로우 제어 노드가 상기 네트워크에 포함되는 하나 이상의 송신 노드로부터 플로우 상태 정보 및 플로우 쓰루풋을 포함하는 플로우 모니터링 정보를 수신하는 단계;
    상기 플로우 모니터링 정보를 토대로 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가하는 단계; 및
    비공평성이 발견되는 경우, 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 결정하여 상기 하나 이상의 송신 노드에게 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 플로우 상태 정보는 네트워크 대역폭을 포함하며,
    상기 평가하는 단계는,
    상기 네트워크 대역폭을 기준으로 상기 플로우가 도달해야 하는 상기 플로우의 쓰루풋 목표치를 계산하는 단계;
    상기 플로우의 네트워크 경로에 존재하는 모든 노드 각각에 대한 상기 쓰루풋 목표치를 계산하는 단계;
    상기 모든 노드 각각에 대한 쓰루풋 목표치를 취합하여 상기 공평성 평가 기준값으로 산출하는 단계; 및
    상기 공평성 평가 기준값과 상기 플로우 쓰루풋을 비교하여 상기 대역폭 분배 상태의 공평성을 평가하는 단계
    를 포함하는 플로우 제어 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 플로우 상태 정보는 상기 플로우의 링크 품질을 포함하고,
    상기 평가하는 단계는,
    상기 링크 품질로부터 상기 플로우의 네트워크 경로에 존재하는 모든 노드의 쓰루풋을 계산하는 단계;
    상기 모든 노드 별로 상기 플로우 이외의 플로우의 쓰루풋을 계산하는 단계;
    상기 모든 노드의 쓰루풋 및 상기 플로우 이외의 플로우의 쓰루풋을 이용하여 상기 플로우가 도달해야 하는 상기 플로우의 쓰루풋 목표치를 계산하는 단계; 및
    상기 플로우의 쓰루풋 목표치를 상기 플로우 상태 수집부가 수집한 모든 플로우에 대한 계산하여 취합한 값을 상기 공평성 평가 기준값으로 산출하는 단계
    를 포함하는 플로우 제어 방법.
  17. 삭제
  18. 제14항 또는 제16항에 있어서,
    상기 플로우들의 쓰루풋이 상기 공평성 기준값을 만족하지 않는 경우, 상기 공평성 평가 기준값보다 큰 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 감소시키는 단계;
    상기 공평성 평가 기준값보다 작은 값의 플로우 쓰루풋을 가지는 플로우에 대한 큐 길이 임계치는 증가시키는 단계; 및
    감소 또는 증가된 상기 큐 길이 임계치를 해당하는 송신 노드로 전송하는 단계
    를 포함하는 플로우 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 감소시키는 단계는,
    상기 큐 길이 임계치를 현재 플로우 쓰루풋과 해당하는 플로우의 쓰루풋 목표치 간의 차이만큼 감소시키고,
    상기 증가시키는 단계는,
    상기 큐 길이 임계치를 상기 현재 플로우 쓰루풋과 해당하는 플로우의 쓰루풋 목표치 간의 차이만큼 증가시키는 플로우 제어 방법.
  20. 네트워크 상에 존재하는 송신 노드가 전송률을 제어하는 방법에 있어서,
    주기적으로 자신의 하나 이상의 플로우 상태를 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링을 통해 획득한 플로우 상태 정보 및 플로우 쓰루풋을 포함하는 플로우 모니터링 정보를 상기 플로우 제어 노드에게 전송하는 단계;
    상기 송신 노드가 플로우 제어 노드-여기서 플로우 제어 노드는 상기 네트워크를 구성하는 모든 노드와 연결되고, 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태의 공평성을 평가함-로부터 상기 네트워크의 대역폭을 공평하게 분배하기 위한 전송률 제어 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 전송률 제어 정보를 기준으로 백프레셔 스케줄링 방법에 따라 주변 노드와의 패킷 또는/및 링크 스케줄링을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 수신하는 단계는,
    상기 플로우 상태 정보에 포함된 네트워크 대역폭을 기준으로 모든 플로우에 대해 각 플로우가 도달해야 하는 쓰루풋 목표치를 계산 및 취합하여 산출된 공평성 평가 기준값과 상기 플로우 쓰루풋을 비교하여 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가한 결과에 따라 결정된 전송률 제어 정보를 수신하는 전송률 제어 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는,
    상기 네트워크에 존재하는 모든 송신 노드의 플로우 모니터링 정보를 토대로 상기 네트워크의 대역폭 분배 상태가 공평한지 평가한 결과에 따라 결정된 큐 길이 임계치를 수신하고,
    상기 수행하는 단계는,
    큐 길이 임계치를 전송률 조절의 기준점으로 설정하여 스케줄링을 수행하는 전송률 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 수행하는 단계는,
    현재 플로우의 큐 길이와 상기 큐 길이 임계치를 비교하여 상기 현재 플로우의 큐 길이가 상기 큐 길이 임계치를 만족하도록 전송률을 조절하는 전송률 제어 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 모니터링하는 단계는,
    기 정의된 주기가 도래하면 시그널링 패킷을 송신하여 수신 노드로부터 쓰루풋 및 링크 정보가 포함된 시그널링 패킷을 수신하며,
    상기 쓰루풋은 상기 수신 노드에 의해 기록되고, 상기 링크 정보는 상기 송신 노드와 상기 수신 노드의 경로 상에 존재하는 라우팅 노드에 의해 기록되는 전송률 제어 방법.
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