KR101668426B1 - Sdn 상에서 최적 경로 계산 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

최적 경로 계산 시스템이 소프트웨어 정의 네트워크 상에서 네트워크의 경로를 계산하기 위하여, 외부 단말로부터 경로 생성 요청 신호를 수신하면, 경로 생성 요청 신호에 포함된 출발지 노드와 목적지 노드를 토대로 제1 네트워크에 포함된 복수의 제2 네트워크 레이어를 추출한다. 추출한 복수의 제2 네트워크 레이어별로 경로를 계산하고, 계산한 경로를 토대로 외부 단말이 요청한 경로를 설정한다.

Description

SDN 상에서 최적 경로 계산 시스템 및 방법{System and method for optimal path computation on software defined networking}

본 발명은 SDN 상에서 최적 경로 계산 시스템 및 방법에 관한 것이다.

SDN(Software Defined Networking)은 하드웨어와 소프트웨어가 합쳐진 상태로 사용되던 스위치나 라우터 등과 같은 네트워크 장비들을, 하드웨어인 제어 평면과 소프트웨어인 데이터 평면을 물리적으로 분리하여, 새로운 네트워크 아키텍처로 전환하여 구성하는 것을 의미한다. 즉, SDN에서 네트워크 장비는 스스로 제어할 수 있는 제어부가 없는 더미(dummy) 형태로 사용자에게 제공되고, 사용자는 전체 네트워크와 네트워크 장비를 제어하는 제어 컨트롤러를 이용하여, 네트워크 장비를 제어하는 구조로 구현된다.

이러한 SDN은 네트워크 사업자로 하여금, 종래에 사람이 처리하는 업무 방식과 제조사가 제한적으로 공급하던 제어 기능만을 이용하여 네트워크 장비를 제어하던 방식에서 탈피하여, 사용자 스스로 제어 소프트웨어를 개발하여 네트워크에 적용할 수 있는 기반을 제공함과 동시에, 제3의 응용 솔루션(3rd party application solution)을 적절하게 채택하여, 네트워크 보안과 성능 향상에 이용할 수 있다.

이러한 SDN 네트워크 제어 체계에서 가장 중요한 기능 중 하나가, 물리적인 네트워크상의 논리적인 경로를 가상으로 만들어주는 것이다. 경로를 가상으로 구성하는 간단한 예로는 스위치에서 특정 포트 그룹을 묶어 동일한 VLAN(Virtual Local Area Network)으로 만들어주는 것이다. VLAN으로 묶인 포트끼리는 동일한 네트워크로 묶이고, 외부에 대해 독립적인 네트워크로 동작하게 된다.

그러나 종래에는 E2E(end to end) 경로를 계산할 때 구간 단위로 해당 구간의 운용자 판단에 의해 회선이 구성되기 때문에, 운용자 자신이 관리하는 구간에 대한 제한된 운영 최적화로, E2E 최적화 개념과 상당한 차이를 나타내는 문제점이 발생한다.

한국공개특허공보 제10-2014-0077280호 (공개일: 2014.06.24.) 한국공개특허공보 제10-2014-0076955호 (공개일: 2014.06.23.)

따라서, 본 발명은 SDN 제어 체계에서 E2E 경로 계산 동작의 한계를 해결하고, 효율적인 SDN 체계를 구성할 수 있는 SDN 상에서 최적 경로 계산 시스템 및 방법을 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 소프트웨어 정의 네트워크 상에서 최적 경로를 계산하는 시스템은,

외부 단말과 연동하여, 사용자에 의해 경로 연결/변경/삭제를 요청하는 요청 신호를 상기 외부 단말로부터 수신하는 제1 인터페이스부; 템플릿을 통해 상기 제1 인터페이스부가 수신한 요청 신호로부터 사용자에 의해 요청된 서비스 내역을 해석하고, 제1 네트워크상에서 출발지 노드와 목적지 노드를 판단하며, 상기 제1 네트워크에 포함된 제2 네트워크 레이어를 추출하는 인터프리터; 외부로부터 수신한 복수의 네트워크 구성 정보 및 장비 정보를 추상화(abstraction)하고, NAL(Network Abstrac Layer) 유닛; 상기 NAL 유닛으로부터 수신한 추상화된 네트워크 구성 정보 및 장비 정보를 토대로, 상기 사용자에 의해 요청된 경로를 계산하고 생성하는 경로 계산부; 및 상기 경로 생성부가 생성한 경로에 따라 상기 NAL 유닛이 추상화한 네트워크 토폴로지 테이블을 수신하여 상기 외부 단말로 제공하는 네트워크 토폴로지 관리부를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 최적 경로 계산 시스템이 소프트웨어 정의 네트워크상에서 네트워크의 경로를 계산하는 방법은,

외부 단말로부터 경로 생성 요청 신호를 수신하면, 상기 경로 생성 요청 신호에 포함된 출발지 노드와 목적지 노드를 토대로 제1 네트워크에 포함된 복수의 제2 네트워크 레이어를 추출하는 단계; 상기 추출한 복수의 제2 네트워크 레이어별로 경로를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 경로를 토대로 상기 외부 단말이 요청한 경로를 설정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 레이어별로 최적화된 네트워크 경로를 설정할 수 있으며, 멀티 홉에 의한 계산 오류를 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 경로 계산 방법에 대한 예시도이다.
도 2는 일반적인 경로 설정 방법에 대한 흐름도이다.
도 3은 일반적인 경로 설정 시 발생하는 오류의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 최적 경로 계산 시스템에 대한 구조도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 경로 계산 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 NAL 유닛의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 경로 선택에 대한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 경로 계산 단계에 대한 예시도이다.

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 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 SDN 상에서 최적 경로를 계산하는 시스템 및 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기 앞서, 일반적인 경로 계산 방법에 대해 먼저 설명한다.

도 1은 일반적인 경로 계산 방법에 대한 예시도이다.

도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 데이터를 노드 A에서 노드 D로 전송하기 위한 경로는 "A-B-D"와 "A-C-D" 두 가지 경우가 있다. 이때, 노드 B와 노드 C는 노드 A의 운용자가 관리하는 관리 범위에 해당하지 않는다. 따라서 노드 A의 운용자가 경로를 설정하기 위해 노드를 선택함에 있어, 관리 범위에 해당하지 않는 노드들에 대한 상태는 고려하지 않는다. 그리고 회선 구성시 노드 A의 운용자가 "A-B-D"라는 경로를 미리 결정하면, 노드 A 운용자는 노드 B를 관리하는 운용자에게 사용할 수 있는 회선의 유무를 문의하여 연결하는 방식을 이용한다.

이러한 방식을 이용할 경우, 노드 A의 운용자는 자신이 관리하는 A의 상태를 고려하여 경로를 설정하기 때문에 운용 부하는 줄일 수 있으나, 노드 B나 노드 D에 대한 상태를 파악할 수 없기 때문에 전체 네트워크의 부하를 최적화하지는 못한다. 그리고 노드 B의 입장에서는, 노드 A에서 노드 D로 전달되는 데이터의 경유 역할만 수행하기 때문에, 비어 있는 회선을 제공할 뿐 경로 결정에 어떠한 영향도 주지 못한다.

그리고 도 1의 (b)는, 노드 A와 노드 B가 연결되어 있고, 노드 B와 노드 D 사이에 트래픽 부하가 노드 C와 노드 D 사이의 트래픽 부하보다 많은 상태를 화살표 굵기(1)로 도시하였다. 이러한 상황에 추가로 논리적인 회선이 구성된다면, 노드 B와 노드 D 사이의 부하는 더욱 증가하게 된다.

그리고 도 1의 (c) 역시 노드 A가 노드 B를 통해 노드 D로 연결되어 있는 것을 도시한 것이다. 그러나 노드 B와 노드 D 사이의 가용 네트워크의 자원 즉, 대역폭(2)이 노드 C와 노드 D 사이의 가용 네트워크 대역폭보다 크기 때문에, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같은 동일한 트래픽이 흐른다고 가정하여도, 문제가 되지 않는다.

이와 같이 SDN은 전체 구간에 대한 E2E 관리와 회선 구성을 통해 전체 네트워크의 효율성을 높이고자 하는 것이다. 따라서, 일반적인 SDN 제어 체계에서는 E2E 경로 계산을 위해 다음 도 2에 도시한 흐름도와 같은 프로세스를 통해 경로를 계산한다.

도 2는 일반적인 경로 설정 방법에 대한 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 외부로부터 임의의 노드에 대한 경로 설정을 요청받으면, 일반적인 경로 설정 방법에서는 최적의 경로로 1개로 결정한다(S10). 이때, 사용되는 QoS 속성은 크게 두 가지로, 하나는 대역폭(Bandwidth)이고 하나는 지연 시간(Latency)이다. 네트워크 상태와 자원 확인을 통해 QoS 속성을 확인한다(S20).

여기서 요구 조건에 맞는 대역폭을 계산하기 위해서는 경로마다 링크 비용을 산출하여 여러 후보 경로를 결정한다(S30, S40). 그리고 결정된 후보 경로들 중에서 지연 시간 조건을 만족하는 경로를 최우선 경로로 설정하는데(S50, S60), 여기서 S50 단계는 대역폭 제약 조건을 만족하고 지연 시간 조건을 만족할 때까지 반복하여 수행한다.

이때, 링크 비용은 다음 수학식 1을 통해 계산한다.

이와 같이 링크 비용을 계산하게 되면, 구간별로 가용 대역폭의 편차가 큰 경우, 비용 합산에 오류가 발생하는 문제가 있다. 이에 대해 도 3을 참조로 설명한다.

도 3은 일반적인 경로 설정 시 발생하는 오류의 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 노드 A에서 노드 F로 가기 위해 2개의 후보 경로가 있다. 노드 A의 입장에서는 노드 B나 노드 C 중에서 더 적은 비용의 링크 비용은 확인할 수 있다. 그러나 만약 노드 B를 선택하면 반드시 노드 D를 거쳐야 하고, 노드 C를 선택하면 노드 E를 반드시 거쳐야 하기 때문에, 최적 경로를 쉽게 계산하기는 어렵다.

만약 운용자가 노드 A에서 노드 C로 연결되는 경로를 선택하였다고 가정하면, 노드 C와 노드 E 사이의 경로 비용(1/0.007)이 노드 B와 노드 D 사이의 경로 비용(1/0.0075)에 비해 매우 높음에도 불구하고, A-C-E-F라는 경로가 결정된다.

또한, 경로 "A-B-D-F"와 경로 "A-C-E-F"는 동일한 홉(hop) 카운트를 가지며 지연 시간 또한 차이가 나지 않는다고 하더라도, 기존 경로 계산 방법에 의해 A-C-E-F가 선택되면 노드 C와 노드 E의 사용률이 높아지게 된다. 따라서 새로운 운용자가 노드 C에서 노드 E로 가는 경로를 더이상 사용할 수 없다는 문제점도 발생한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 SDN 제어 체계에서 장비들을 이용한 가상 네트워크 경로를 생성하기 위하여 경로 계산의 문제점을 개선하여, 효율적인 SDN 제어 체계를 구성하고자 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 최적 경로 계산 시스템에 대한 구조도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 경로 계산 시스템(100)은 제1 인터페이스부(110-1), 제2 인터페이스부(110-2), 인터프리터(120), 템플릿 저장부(130), 경로 계산부(140), 네트워크 토폴로지 관리부(150), NAL(Network Abstract Layer) 유닛(160), 네트워크 프로비저닝 엔진(170), 토폴로지 저장부(180) 및 네트워크 정보 분석부(190)를 포함한다.

제1 인터페이스부(110-1)는 경로 연결을 요청하거나 변경 또는 삭제를 요청하는 외부 단말(도면 미도시)과 연동하여, 외부 단말로부터 네트워크 서비스에 대한 경로의 생성, 변경, 삭제 요청 내역이 포함되어 있는 요청 신호를 수신한다. 외부 단말은 경로 연결/변경/삭제를 요청하는 요청 신호를 생성하여 최적 경로 계산 시스템(100)으로 전달하기 위하여 NaaS(Network-as-a-Service) 서비스를 제공할 수 있거나 또는 애플리케이션이 설치되어 있는 것을 예로 하여 설명하며, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 여기서 요청 신호에는 네트워크 연결을 원하는 출발 지점 정보, 도착 지점 정보, 사용자가 요청하는 대역폭 정보 등을 포함한다.

제2 인터페이스부(110-2)는 실제 복수의 장비와 연동하며, 경로 계산부(140)에서 생성된 경로에 따라 장비들이 연동하여 경로를 생성하거나 장비들을 제어하도록 한다. 여기서 장비에 포함되어 있는 정보 송수신부(도면 미도시)와 제2 인터페이스부(110-2)가 연동하여, 경로 연결에 필요한 정보를 주기적으로 제2 인터페이스부(110-2)가 수신하여 네트워크 정보 분석부(190)로 전달한다.

또한, 연동하고 있는 여러 장비에 실패(Fault)나 오류, 그 외에 다양한 상황에 대한 이벤트가 발생하는 경우, 제2 인터페이스부(110-2)는 이벤트가 발생한 장비들로부터 이벤트 정보를 수신하여 네트워크 정보 분석부(190)로 내용을 전달한다. 이 외에도 제2 인터페이스부(110-2)는 여러 장비가 미리 설정된 주기 또는 임의의 시점에 전송하는 통계 정보와, 임의의 시점에 발생한 이벤트 정보를 수신하여 네트워크 정보 분석부(190)로 전달한다.

네트워크 정보 분석부(190)는 정보 추출부(191), 이벤트 처리부(192), 오류 처리부(193) 및 통계 처리부(194)를 포함한다.

정보 추출부(191)는 제2 인터페이스부(110-2)로부터 수신한 정보를 분석하고, 다양한 정보를 추출하여 토폴로지 저장부(180)로 전달한다. 여기서 다양한 정보에는 장비에 대한 기본 정보(예를 들어, 장비 식별자, 장비 타입, 장비 OS 버전 등), 장비와 연결된 포트 정보(예를 들어, 포트 식별 정보, 포트별 최대 대역폭, 현재 포트 상태, 가상 네트워크 정보, 장비 CPU 정보 등) 등을 포함한다. 네트워크 정보 분석부(190)가 수신한 정보로부터 다양한 정보를 추출하는 방법은 여러 방법을 통해 수행될 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 예로 한정하여 설명하지 않는다. 이러한

이벤트 처리부(192)는 경로 계산 시스템(100) 내부 또는 여러 장비에서 발생하는 이벤트 중 오류 이벤트와 통계 이벤트를 제외한 모든 이벤트들을 제2 인터페이스부(110-2)를 통해 수신하여 처리한다. 여기서 오류 이벤트와 통계 이벤트를 제외한 다른 이벤트들의 종류는 어느 하나로 한정하여 설명하지 않으며, 이벤트 처리 방법 역시 이벤트에 따라 달리 설정될 수 있으며 이에 대한 사항은 이미 알려진 것으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

오류 처리부(192)는 제2 인터페이스부(110-2)를 통해 수신한 복수의 이벤트들 중 오류에 대한 이벤트만을 전달받아 오류 처리를 수행한다. 오류 처리 방법은 여러 방법을 통해 수행될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.

통계 처리부(193)는 제2 인터페이스부(110-2)를 통해 수신한 정보들 중 복수의 장비들로부터 전송되는 통계 정보만을 수신하여 토폴로지 저장부(180)로 전달한다. 여기서 통계 정보는 각각의 장비들이 미리 설정된 주기 또는 임의의 시점에 경로 계산 시스템(100)으로 전달한 네트워크 트래픽에 대한 정보 또는 각 장비의 프로세스 부하율 등의 정보를 포함하며, 통계 정보는 어느 하나로 한정하여 설명하지 않는다.

네트워크 정보 분석부(190)로부터 전달되는 정보를 수신하여 저장하는 토폴로지 저장부(180)는 제1 저장부(181)와 제2 저장부(182)를 포함한다.

제1 저장부(181)는 네트워크 정보 분석부(190)에서 전달되는 정보 중 이벤트 정보와 오류 정보 및 해당 정보들에 대한 처리 정보를 저장한다.

제2 저장부(182)는 네트워크 토폴로지 정보만을 저장하여, 빠른 경로 계산이 이루어질 수 있도록 한다. 이때, 토폴로지 저장부(180)와 NAL 유닛(160) 사이의 점선, 경로 계산부(140)와 NAL 유닛(160) 사이의 점선 및 네트워크 정보 분석부(190)와 토폴로지 저장부(180) 사이의 점선은 NaaS나 애플리케이션에 의한 경로 계산 요청 시, 경로 계산부(140)가 NAL 유닛(160)을 통해 현재 네트워크 토폴로지 상태를 네트워크 저장부(180)에 요청하는 것을 나타낸 것이다.

즉, 네트워크 정보 분석부(190)를 통해 실시간으로 네트워크 토폴로지 상태 정보를 포함하는 다양한 정보들을 수신하여 갱신하고 있는 제1 저장부(181)는 경로 계산에 필요한 네트워크 토폴로지 정보만을 제2 저장부(182)로 전달하여 빠른 경로 연산을 수행할 수 있도록 한다. 따라서, 토폴로지 저장부(180)이 내부에 인메모리 형태의 제2 저장부(182)를 통해 경로 연산을 수행하여 경로 계산을 빠르게 처리할 수 있다.

네트워크 운용을 위한 클라이언트는 네트워크 정보 분석부(190)와 연동하여 실시간으로 토폴로지 상의 이벤트나 오류, 통계 등을 확인할 수 있다.

인터프리터(120)는 제1 인터페이스부(110-1)를 통해 전달된 네트워크 서비스에 대한 요청 신호에 포함되어 있는 서비스 내역을 해석한다. 그리고 사용자에 의해 경로 생성 요청이 발생하면, 인터프리터(120)는 요청 신호에 포함되어 있는 정보를 토대로 물리적인 네트워크에서 출발지 노드와 목적지 노드인 E2E를 판단한다. 그리고 인터프리터(120)는 E2E를 판단한 뒤에, 물리적인 네트워크 내에 포함된 추상화된 네트워크 레이어를 추출한다.

인터프리터(120)가 요청 신호 내에 포함되어 있는 서비스 내역을 해석하는 방법이나 물리적인 네트워크에서 E2E를 판단하는 것, 그리고 추상화된 네트워크 레이어를 추출하는 방법은 여러 방법으로 수행할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

템플릿 저장부(130)는 인터프리터(120)가 요청 신호 내에 포함되어 있는 서비스 내역을 해석하기 위한 템플릿이 저장되어 있다. 여기서 템플릿은 신호를 해석하기 위한 다양한 형태의 속성 등으로 구성될 수 있으며, 어느 하나로 한정하지 않는다.

경로 계산부(140)는 인터프리터(120)에서 해석한 내용을 토대로, 사용자에 의해 요청된 네트워크 서비스를 제공하기 위한 경로를 계산한다. 여기서 경로 계산부(140)가 경로를 계산할 때, NAL 유닛(160)으로부터 경로 계산을 위해 필요한 네트워크 구성 정보와 장비 정보를 수신하고, 수신한 정보를 토대로 경로를 계산한다. 그리고 멀티 홉 계산 오류를 방지하여 경로를 계산하며, 이에 대해서는 이후 상세히 설명한다.

네트워크 토폴로지 관리부(150)는 경로 계산부(140)에 의해 계산되어 설정된 경로 정보를 사용자에게 제공한다. 이때, 네트워크 토폴로지 관리부(150)는 경로가 설정된 토폴로지 테이블을 NAL 유닛(160)으로부터 수신하여 사용자에게 제공한다.

NAL 유닛(160)은 경로 계산부(140)가 네트워크 경로를 계산할 때 필요한 네트워크 구성 정보와 장비 정보를 토폴로지 저장부(180)로부터 전달받아 추상화한 후 경로 계산부(140)로 전달한다. 여기서 네트워크 구성 정보에는 포트 정보, 포트의 물리적인 최대 대역폭, 현재 최대 대역폭 설정 값, 입력되는 패킷 양, 출력되는 패킷 양, 지연 시간 등을 포함하며, 장비 정보에는 장비 식별자 정보와 장비 타입 정보 등을 포함한다. 여기서 정보를 추상화한다는 것은 각 장비의 제조사나 종류에 상관없이 각 장비를 구성 요소로 인지하는 것을 의미한다.

그리고 NAL 유닛(160)은 네트워크 토폴로지 관리부(150)가 관리하는 네트워크 토폴로지 테이블과, 주기적으로 갱신되는 트래픽 현황에 대한 테이블을 이용하여 네트워크를 추상화한다. 이때, 네트워크 타입이 레이어를 결정하는데, 예를 들어 네트워크 타입이 L2 스위치(L2 switch)이면 이더넷 레이어로 결정하고, DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)이면 광 레이어(optic layer)로 결정한다. 그리고 경로 계산부(140)에서 계산되어 설정된 네트워크 경로를 사용자들이 확인할 수 있도록 네트워크 토폴로지 관리부(150)로 제공한다.

본 발명의 실시예에서는 NAL 유닛(160)이 물리적인 구성 요소로 구현되는 것을 예로 하여 설명하나, 일반적인 소프트웨어로 구현된 레이어로 구현될 수도 있다. 이러한 NAL 유닛의 예에 대해 도 6을 참조로 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 NAL 유닛의 예시도이다.

도 6의 (a)는 물리적인 네트워크 장비들의 연결 정보를 이용한 토폴로지이고, 도 6의 (b)는 사용자의 요청에 의해 생성된 경로를 나타낸 예시도이다. 도 6의 (b)를 참고하면, 전체 물리적인 네트워크 토폴로지(b-1) 위에 PTN(Packet Transport Network)이라는 별도의 레이어(b-2)가 존재하는 것을 알 수 있다. 그리고 최상단에 사용자 입장에서의 이더넷 서비스를 위한 경로가 별도의 레이어(b-3)로 제공된다.

이처럼, NAL 유닛(160)은 네트워크 레이어를 구분하여 네트워크 레이어(b-1 ∼ b-3) 별로 정보를 제공한다. 그리고 종래와 같이 링크 비용을 계산하여 합산한 후 경로별로 비교하는 방법이 아닌, 레이어(b-1 ∼ b-3) 별로 링크 경로를 계산하여 각각 산출한 뒤 각 레이어(b-1 ∼ b-3)의 링크 비용을 합치는 방식을 이용한다. 이에 대해서는 이후 상세히 설명한다.

한편, 도 4의 네트워크 프로비저닝 엔진(170)은 경로 계산부(140)가 계산한 경로 정보를 수신하여, 네트워크 연결에 필요한 정보로 경로를 설정하고 해당 경로 상에 위치한 각 장비를 연결하기 위한 절차를 수행한다. 네트워크 프로비저닝을 수행하기 위해 네트워크 프로비저닝 엔진(170)은 경로 확인(validation), 사전 활성화(pre-activation) 등의 절차로 네트워크 프로비저닝을 수행한다. 즉, 네트워크 프로비저닝 엔진(170)의 기능은 SDN에서 미리 준비된 프로세스를 사용하여 네트워크를 프로비저닝하는 방법으로 수행되며, 수행 방법은 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이 구성된 경로 계산 시스템(100)을 통해 최적화된 경로를 계산하는 방법에 대해 도 5를 참조로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 경로 계산 방법에 대한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 인터페이스부(110-1)가 외부 단말로부터 전송되는 경로 설정에 대한 요청 신호를 수신하면(S100), 인터프리터(120)는 요청 신호를 해석하여 요청 신호 내부에 포함된 경로 설정에 대한 정보를 추출한다.

그리고, 인터프리터(120)는 NAL 유닛(160)으로부터 전달되는 정보를 토대로, 먼저 물리적인 레이어(b-1)에서 출발지 노드와 목적지 노드인 E2E를 판단한다(S110). 경로 계산부(140)가 NAL 유닛(160)으로부터 정보를 수신하는 이유는, 경로 계산부(140)가 경로를 계산하기 위해 필요한 여러 정보가 모두 NAL 유닛(160)이 추상화하여 가지고 있는 정보 내에 포함되어 있기 때문이다. 이에 대해 도 7을 참조로 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 경로 선택에 대한 예시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 경로 계산부(140)는 NAL 유닛(160)으로부터 3개 레이어((a), (b), (c))에 대한 ②-①-③으로 구성된 경로를 제공받는다. 도 7에는 1개의 경로만 도시되어 있지만, 출발 지점부터 도착 지점까지 가능한 경로를 경로 계산부(140)로 모두 제공하고, 경로 계산부(140)는 각 구간별로 계산하여 합한 값으로 최적의 경로를 선택하게 된다.

한편, 도 5의 S110 단계에 따라 E2E를 판단한 후, 인터프리터(120)는 물리적인 네트워크 내에 포함된 추상화된 네트워크 레이어를 추출한다(S120). S120 단계에서 경로 계산부(140)가 네트워크 레이어를 추출하면, 레이어별로 경로를 계산한다(S130). 그리고 복수의 레이어에 대한 경로 계산이 완료되면, 가장 최적화된 경로를 설정한다(S140).

E2E와 추상화된 네트워크의 실시예 그리고 레이어별 경로를 계산하는 예에 대해 도 7을 참조로 설명한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 가장 하단의 (a) 부분이 물리적인 네트워크에서의 E2E이고, (b)와 (c)로 나타낸 부분이 추상화된 네트워크 레이어를 나타낸 것이다.

경로 계산부(140)는 (a)에 나타낸 가장 하위 레이어부터 경로를 계산하고, 계산 결과로 나오는 종단 장비와 포트를 다음 레이어에 전달한다. 도 7에서는 PTN 레이어에서 계산한 결과 ① 경로가 확정되면, 해당 경로는 PTN 레이어에서는 [양재_TF0007] 장비와 [북부산_TF0013] 장비의 연결, 즉, 장비 명과 포트를 결정한다.

그리고 다시 다른 계층으로 넘어가서 경로를 계산하는데, 예를 들어 [양재_TF0007]의 포트 3이 결정되면, 사용자 이더넷 네트워크 장비부터 포드 3까지 새로 경로를 설정하여, ②로 나타낸 경로를 계산한다. ② 경로를 계산하는 과정을 ③으로 나타낸 경로 계산에도 반영하여 [L2_농협서울]부터 [L2_농협부산]까지의 E2E 경로가 생성된다. 만약 ①에서 경로가 결정되지 않아 장비와 포트가 결정되지 않는다면, ②와 ③에서는 어떤 장비와 연결해야 하는지 파악하지 못하게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에서는 부분 최적화를 먼저 수행하고, 그것을 연결하는 방식으로 경로 설정을 수행한다.

한편, 경로 계산부(140)가 S130 단계에서 경로를 계산할 때, 종래에는 멀티 홉에 의한 계산 오류가 발생할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 후보 경로에 대한 홉 카운트를 계산하여 구간 가중치를 적용하고, 초기 링크 비용은 "가용 대역폭 - 요구 대역폭"을 분모로 계산하여 멀티 홉에 의한 계산 오류가 발생하지 않도록 한다.

여기서 멀티 홉이라 함은, E2E 후보 경로들에 대한 각 구간의 합산 비용만 이용할 때, 구간별 링크 비용이 변동이 심한 경우라면 일정한 가용 대역폭을 확보한 경로보다 더 낮은 비용으로 계산되어 선택되는 경우를 지칭한다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 용어로 "멀티 홉"이라 지칭하여 사용하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

S130 단계의 경로 계산 단계에 대해 도 8을 참조로 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 경로 계산 단계에 대한 예시도이다.

만약 사용자가 노드 A에서 노드 F까지 100M 경로를 생성해 달라고 요청하였다고 가정한다. 여기서 각 구간의 최대 대역폭은 1000MHz로 동일하다고 가정한다.

그러면 경로 계산부(140)가 경로를 계산할 때 도 8에 도시된 바와 같이, 노드 A에서 노드 F로 가기 위한 후보 경로로 제1 경로인 A-B-C-D-E-F와 제2 경로인 A-G-H-I-F 두 개의 경로가 존재한다. 도 8에는 각 경로에서의 현재 가용 대역폭을 표시하였다.

이 경우 각 경로에 대해 경로 계산부(140)가 계산한 비용은 다음 표 1과 표 2와 같다. 표 1은 제1 경로에 대한 비용을 나타낸 것이고, 표 2는 제2 경로에 대한 비용을 나타낸 것이다.

경로
A-B-C-D-E-F	①	②	③	④	⑤
가용 대역폭	300/1000	300/1000	300/1000	300/1000	300/1000
링크 비용	1/300	1/300	1/300	1/300	1/300	기존 링크 비용
	0.003333	0.003333	0.003333	0.003333	0.003333	0.01666667
[가용-요구]대역폭	200	200	200	200	200
예상 가용비율	200/1000	200/1000	200/1000	200/1000	200/1000
	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
구간 가중치	1	1.2	1.5	1.2	1
부하 가중치	1	1	1	1	1
링크 비용	0.2	0.24	0.3	0.24	0.2
						새 링크비용
						1.18

경로
A-G-H-I-F	⑥	⑦	⑧	⑨
가용 대역폭	1000/100	1000/100	1000/100	1000/100
링크 비용	1/1000	1/1000	1/200	1/1000	기존 링크 비용
	0.001	0.001	0.001	0.001	0.004
[가용-요구]대역폭	900	900	100	900
예상 가용비율	900/1000	900/1000	100/1000	900/1000
	0.9	0.9	0.1	0.9
구간 가중치	1	1.2	1.2	1
부하 가중치	1	1	1.5	1
링크 비용	0.9	1.08	0.18	0.9
					새 링크비용
					3.06

일반적인 방식을 이용하여 경로를 계산하는 경우에는, 가용 대역폭을 1로 나눈 값을 링크 비용을 산출하여 모든 구간을 더하여 계산한다. 그렇게 되면 [표 2]의 제2 경로가 채택되게 된다(0.016666>0.004).

하지만, 실제 물리적 경로를 보면 ⑧이 과부하 구간으로 현재 사용률이 80%이고 여유 대역폭이 200Mhz밖에 되지 않는다. 즉 ⑧ 구간은 증설을 하거나 재배치하지 않는 이상, 더 이상 추가로 논리적인 회선을 생성하면 안 되는 상태이지만, 기존 계산에서는 고려되지 않는 요소이다.

본 발명의 실시예에서는 각 표의 구간 가중치를 부여할 때, 양쪽 끝 단(Edge)에서 멀어질수록, 즉, 중앙에 가까울수록 공용 구간임을 감안하여 가중치를 높게 설정하여 비용을 높게 만든다. 즉 비용이 높으면 사용 빈도가 줄어드는 효과가 있고, 그 비용 이상의 비용이 발생하는 다른 구간이 나타나면 그 때에만 이 공용 구간을 사용하도록 한다. 본 발명의 실시예에서는 공용 구간인 중앙에 가까울수록 가중치를 1.5, 1.2, 1로 설정하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

각 표에 설정되어 있는 부하 가중치란, 해당 구간의 예상 가용 대역폭 비율이 너무 작아질 경우 부하를 고려하여, 일정 대역폭 이상을 보장하기 위하여 적용된다. 가령 [표 2]에서 ⑧ 구간은 적용 후 예상 대역폭 비율이 10%(0.1)밖에 남지 않게 된다. 그러므로 부하가중치를 이용하여 기본값 '1' 대신 '1.5'를 곱하게 된다. 이는 ⑧ 구간이 포함된 후보 경로의 링크 비용을 증가시켜, 그 이상의 비용이 발생하는 다른 구간이 나타나기 전에는 사용을 못하도록 하는 효과가 있다.

여기서 사용한 값 '1.5'는 운용자가 별도의 테이블로 SDN 제어부에 입력하여 사용하는 것을 예로 한다. 즉 예상 가용 대역폭의 비율이 적을수록 높은 값을 입력하여 비용을 증가시키는 것이다.

새로운 계산법으로 계산한 결과는 [표 1]의 경로로 채택되고, 이러한 경로 계산 방법은 다음 수학식 2를 통해 계산한다.

여기서, H_k는 경로상의 홉 수, R은 사용자에 의해 요청된 대역폭, A는 가용 대역폭, M은 최대 대역폭, W_S는 해당 섹션에서의 가중치, W_L은 부하에 대한 가중치를 의미한다.

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.

Claims (11)

1. 소프트웨어 정의 네트워크 상에서 최소 링크 비용 경로를 계산하는 시스템에 있어서,
   외부 단말과 연동하여, 사용자에 의해 경로 연결/변경/삭제를 요청하는 요청 신호를 상기 외부 단말로부터 수신하는 제1 인터페이스부;
   템플릿을 통해 상기 제1 인터페이스부가 수신한 요청 신호로부터 사용자에 의해 요청된 서비스 내역을 해석하고, 제1 네트워크상에서 출발지 노드와 목적지 노드를 판단하며, 상기 제1 네트워크에 포함된 제2 네트워크 레이어를 추출하는 인터프리터;
   외부로부터 수신한 복수의 네트워크 구성 정보 및 장비 정보를 추상화(abstraction)하는 NAL(Network Abstrac Layer) 유닛;
   상기 NAL 유닛으로부터 수신한 추상화된 네트워크 구성 정보 및 장비 정보를 토대로, 상기 사용자에 의해 요청된 경로를 계산하고 생성하는 경로 계산부; 및
   상기 경로 생성부가 생성한 경로에 따라 상기 NAL 유닛이 추상화한 네트워크 토폴로지 테이블을 수신하여 상기 외부 단말로 제공하는 네트워크 토폴로지 관리부
   를 포함하는 경로 계산 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 경로 계산부는,
   

   

   
   여기서 H_k는 경로상의 홉 수, R은 상기 사용자에 의해 요청된 대역폭, A는 가용 대역폭, M은 최대 대역폭, W_S는 해당 섹션에서의 가중치, W_L은 부하에 대한 가중치를 의미함
   을 통해 경로를 계산하는 경로 계산 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   복수의 장비와 연동하며, 각각의 장비들에 설치되어 있는 정보 송수신부로부터 전송되는 장비 구성 정보 및 네트워크 구성 정보와 복수의 이벤트 정보를 수신하고, 상기 경로 계산부에서 계산한 경로에 따라 장비들의 네트워크 경로가 생성되도록 제어 신호를 전송하는 제2 인터페이스부;
   상기 복수의 이벤트 정보와 이벤트 처리 결과, 그리고 네트워크 정보 및 장비 구성 정보를 저장하는 토폴로지 저장부; 및
   상기 제2 인터페이스부가 수신한 네트워크 구성 정보 및 장비 구성 정보, 복수의 이벤트 정보를 분석하고, 분석 결과를 상기 토폴로지 저장부로 전달하는 네트워크 정보 분석부
   를 포함하는 경로 계산 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 토폴로지 저장부는,
   상기 네트워크 정보 분석부로부터 전달되는 복수의 이벤트 정보와 오류 정보및 이벤트 처리 결과를 저장하는 제1 저장부; 및
   상기 네트워크 정보 분석부에서 분석한 네트워크 구성 정보를 저장하는 제2 저장부
   를 포함하는 경로 계산 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 네트워크 정보 분석부는,
   상기 제2 인터페이스부로부터 수신한 네트워크 구성 정보 및 장비 구성 정보를 분석하고 상기 토폴로지 저장부의 제2 저장부로 상기 네트워크 구성 정보를 전달하는 정보 추출부;
   상기 복수의 이벤트 정보 중 오류 이벤트와 통계 이벤트를 제외한 이벤트 정보를 처리하고, 처리 결과를 상기 제1 저장부로 전달하는 이벤트 처리부;
   복수의 장비들에 대한 상기 오류 이벤트를 처리하고, 처리한 결과를 오류 이벤트와 함께 상기 제1 저장부로 전달하는 오류 처리부; 및
   상기 복수의 장비들로부터 전달된 상기 통계 이벤트를 처리하고, 처리한 결과를 통계 이벤트와 함께 상기 제1 저장부로 전달하는 통계 처리부
   를 포함하는 경로 계산 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 경로 계산부가 계산한 경로 정보를 수신하고, 네트워크 연결에 필요한 정보로 경로를 설정하고 해당 경로상에 위치한 각 장비를 연결하기 위한 사전 절차를 수행하며, 각 장비의 연결을 위한 제어 신호를 상기 장비들로 전송하기 위해 상기 제2 인터페이스부로 전달하는 네트워크 프로비저닝 엔진; 및
   상기 인터프리터가 상기 요청 신호 내에 포함되어 있는 서비스 내역을 해석하기 위한 기준 정보인 상기 템플릿이 저장되어 있는 템플릿 저장부
   를 더 포함하는 경로 계산 시스템.
7. 경로 계산 시스템이 소프트웨어 정의 네트워크 상에서 네트워크의 최소 링크 비용 경로를 계산하는 방법에 있어서,
   외부 단말로부터 경로 생성 요청 신호를 수신하면, 상기 경로 생성 요청 신호에 포함된 출발지 노드와 목적지 노드를 토대로 제1 네트워크에 포함된 복수의 제2 네트워크 레이어를 추출하는 단계;
   경로 계산 시스템에 포함되어 있는 NAL 유닛이 저장한 네트워크 구성 정보와 장비 정보를 토대로 상기 추출한 복수의 제2 네트워크 레이어별로 경로를 계산하는 단계; 및
   상기 계산한 경로를 토대로 상기 외부 단말이 요청한 경로를 설정하는 단계
   를 포함하는 경로 계산 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 네트워크 레이어를 추출하는 단계는,
   상기 출발지 노드와 목적지 노드를 토대로 상기 제1 네트워크에서 E2E(End-to-End)를 판단하는 단계
   를 포함하는 경로 계산 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 네트워크의 레이어는 물리적 네트워크이고, 상기 제2 네트워크의 레이어는 추상화된 네트워크인 경로 계산 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 경로를 계산하는 단계는,
    

    

    
    여기서 H_k는 경로상의 홉 수, R은 사용자에 의해 요청된 대역폭, A는 가용 대역폭, M은 최대 대역폭, W_S는 해당 섹션에서의 가중치, W_L은 부하에 대한 가중치를 의미함
    을 통해 경로를 계산하는 경로 계산 방법.
    
11. 삭제

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