KR101968259B1 - 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서비스 플로우들을 서비스별로 분류하여 순차적으로 포그 서버를 배치하여 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 한 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 포그 매니저가 모든 포그 디바이스들과 연결되어 컴퓨팅 자원 정보를 전송받아 유지되도록 하는 컴퓨팅 자원 관리부;서비스들을 링크 사용량으로 내림차순 정렬하여 링크 사용량이 큰 서비스부터 배치를 하는 서비스 배치 관리부;서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하고, 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 링크 사용량 및 경로 관리부;상기 링크 사용량 및 경로 관리부에서 구해진 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스들에 포그 서버를 배치하는 포그 서버 배치 결정부;모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 포그 서버에서 서비스를 처리할 수 있도록 SDN 컨트롤러에서의 포그 디바이스들의 플로우테이블 수정을 하는 플로우테이블 수정부;를 포함하는 것이다.

Description

로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법{System and Method for Deploymenting Fog Server by using Path with Minimum Link Usage in Local Area Networks}
본 발명은 로컬 네트워크 제어에 관한 것으로, 구체적으로 서비스 플로우들을 서비스별로 분류하여 순차적으로 포그 서버를 배치하여 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 한 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 클라우드 컴퓨팅은 다양한 클라우드 서버의 제공자에 의해 구축되며 다양한 종류의 응용 애플리케이션이 제공되기 때문에 개방성과 다양성에서는 우수하지만, 사물 인터넷과 연결되어 방대한 양의 정보를 송신하거나 방대한 양의 데이터를 클라우드 컴퓨팅의 응용 애플리케이션에서 모두 처리하는 경우 처리 시간 지연 등의 문제점을 가진다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 포그(fog) 컴퓨팅이 제안되었는데, 포그 컴퓨팅이란 클라우드 컴퓨팅 및 서비스를 네트워크 엣지단으로 확장하는 패러다임을 의미한다.
데이터, 컴퓨팅, 스토리지 및 응용 애플리케이션 서비스를 엔드유저에게 제공한다는 개념 자체는 클라우드 컴퓨팅과 비슷하지만, 포그 컴퓨팅은 엔드유저와의 근접성, 고밀도의 지리적 분포도, 모빌리티 지원 등에서 클라우드 컴퓨팅과는 큰 차별점을 보인다.
이와 같은 포그 컴퓨팅은 IoT와 클라우드가 결합하여 발생하는 엄청난 데이터들로 인한 문제를 해결하기 위해 제안된 새로운 컴퓨팅 모델이다.
포그 컴퓨팅의 중요한 개념은 클라우드의 서비스들 중 일부를 네트워크 엣지에 존재하는 네트워크 디바이스(라우터, 스위치, 허브, 와이파이 공유기 등)에서 처리하는 것이다.
클라우드 컴퓨팅에서는 모든 서비스들을 멀리 떨어진 데이터센터에서 처리되어 응답 시간이 길지만 포그 컴퓨팅에서는 서비스의 일부를 로컬에서 처리하기 때문에 사용자들에게 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다.
그리고 실시간에 가까운 서비스 처리속도 때문에 실시간 처리를 요구하는 IoT서비스들을 지원할 수 있다. 또한 클라우드로 모든 데이터를 전달하지 않고 네트워크 일부 서비스는 네트워크 엣지에서 처리하기 때문에 네트워크 전체의 트래픽 또한 획기적으로 줄일 수 있다.
하지만, 포그 컴퓨팅을 활용하기 위해 고려해야 할 문제점이 존재한다.
많은 IoT 디바이스가 네트워크에 연결되어 수많은 데이터를 포그 디바이스(서비스를 처리하기 위한 네트워크 디바이스)에서 실행되는 포그 서버(포그 디바이스에서 실제로 서비스를 처리하는 컨테이너 형태의 서버 인스턴스)로 전달한다면 네트워크 트래픽에 큰 영향을 미칠 수 있다.
실제로 네트워크 대역폭을 IoT서비스 하나만 사용하는 것이 아니라 기존에 존재하는 백그라운드 트래픽, 다른 서비스들이 사용하는 트래픽도 존재한다.
네트워크 내에 많은 포그 디바이스들이 존재하는데 어떤 디바이스에 포그 서버를 배치하느냐에 따라 네트워크 트래픽의 분포가 달라질 수 있다.
따라서, 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 포그 서버를 배치하기 위한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1574026호 대한민국 공개특허 제10-2015-0120555호 대한민국 공개특허 제10-2017-0069586호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 포그 컴퓨팅의 문제를 해결하기 위한 것으로, 서비스 플로우들을 서비스별로 분류하여 순차적으로 포그 서버를 배치하여 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 한 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 지속적으로 포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스를 모니터링하여 포그 서버를 배치 가능한 포그 디바이스들을 대상으로 포그 서버를 배치하여 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 한 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 네트워크에서 특정 경로에 트래픽이 집중되어 혼잡이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 현재 네트워크의 링크 사용량을 고려한 가장 빠른 경로를 찾아 사용자들에게 더 빠른 서비스 응답시간을 제공할 수 있도록 한 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치는 포그 매니저가 모든 포그 디바이스들과 연결되어 컴퓨팅 자원 정보를 전송받아 유지되도록 하는 컴퓨팅 자원 관리부;서비스들을 링크 사용량으로 내림차순 정렬하여 링크 사용량이 큰 서비스부터 배치를 하는 서비스 배치 관리부;서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하고, 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 링크 사용량 및 경로 관리부;상기 링크 사용량 및 경로 관리부에서 구해진 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스들에 포그 서버를 배치하는 포그 서버 배치 결정부;모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 포그 서버에서 서비스를 처리할 수 있도록 SDN 컨트롤러에서의 포그 디바이스들의 플로우테이블 수정을 하는 플로우테이블 수정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 링크 사용량 및 경로 관리부는, 포그 서버를 하나부터 서비스 플로우 개수까지 배치할 때를 고려하여 서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하고, 각각의 경우의 수 마다 Dijkstra 알고리즘을 활용하여 클라이언트, 데이터소스들로 부터 배치 가능한 포그 디바이스들 까지의 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 것을 특징으로 한다.
그리고 네트워크 상에서 클라이언트들이 동일한 데이터소스에 있는 데이터가 필요한 서비스를 요청했을 때 클라이언트들과 데이터소스 사이에 하나의 서비스 플로우가 형성되고, 서비스 플로우가 형성되면 클라이언트들은 포그 서버에 서비스를 요청하고 해당하는 데이터가 있는 데이터소스에서 데이터를 가져와 정보를 가공 처리 하거나 그대로 서비스를 요청한 클라이언트들에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
그리고 서비스 배치 관리부는, 동일한 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 하나의 포그 서버에서 모두 처리 가능하고, 다른 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 다른 포그 서버에서 처리되어야 하는 것을 고려하여, 서비스 플로우들을 서비스 타입별로 그룹화하고, 그룹화 된 서비스들을 해당 서비스에 해당하는 서비스 플로우들의 링크 사용량을 기준으로 내림차순 정렬하는 것을 특징으로 한다.
그리고 링크 사용량 및 경로 관리부는 얻어진 각각의 경우의 수에 대해 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 포그 서버 위치를 찾고, 포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 통해 포그 서버를 배치할 수 있는 포그 디바이스 셋을 얻고, 현재 고려하고 있는 서비스 플로우들에 해당하는 클라이언트/데이터소스에서 포그 디바이스들까지의 경로상의 링크 사용량의 합을 계산하는 것을 특징으로 한다.
그리고 링크 사용량의 합과 배치할 포그 디바이스들이 얻어지면 우선순위 큐에 저장하고, 우선순위 큐 안에는 링크 사용량의 합, 포그 서버를 배치할 디바이스들 쌍이 링크사용량에 대해 오름차순으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 포그 서버 배치 결정부는, 서비스 플로우 개수만큼 배치할 때까지 계산이 완료되면 우선순위 큐를 pop해서 가장 링크 사용량이 적은 포그 디바이스에 포그 서버를 배치하고, 하나의 서비스에 대해 포그서버 배치가 수행되고 나면 우선순위 큐를 비우고 다음 서비스에 대해 동일한 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 플로우테이블 수정부는, 모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 구해진 경로를 통해 패킷이 이동할 수 있도록 포그 디바이스들의 플로우 룰을 수정하여, 데이터가 이동하는 경로의 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스를 선택하여 먼저 배치하고 그 경로를 통해 서비스를 처리하도록 하고, 링크 사용량이 많은 링크를 제일 마지막에 사용하여 전체 네트워크의 링크 사용량을 균등하게 하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법은 포그 매니저가 모든 포그 디바이스들과 연결되어 컴퓨팅 자원 정보를 전송받아 유지되도록 하는 컴퓨팅 자원 관리 단계;서비스들을 링크 사용량으로 내림차순 정렬하여 링크 사용량이 큰 서비스부터 배치를 하는 서비스 배치 관리 단계;서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하고, 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 링크 사용량 및 경로 관리 단계;상기 링크 사용량 및 경로 관리 단계에서 구해진 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스들에 포그 서버를 배치하는 포그 서버 배치 결정 단계;모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 포그 서버에서 서비스를 처리할 수 있도록 SDN 컨트롤러에서의 포그 디바이스들의 플로우테이블 수정을 하는 플로우테이블 수정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 서비스 배치 관리 단계는, 동일한 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 하나의 포그 서버에서 모두 처리 가능하고, 다른 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 다른 포그 서버에서 처리되어야 하는 것을 고려하여, 서비스 플로우들을 서비스 타입별로 그룹화하고, 그룹화 된 서비스들을 해당 서비스에 해당하는 서비스 플로우들의 링크 사용량을 기준으로 내림차순 정렬하는 것을 특징으로 한다.
그리고 링크 사용량 및 경로 관리 단계에서, 얻어진 각각의 경우의 수에 대해 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 포그 서버 위치를 찾고, 포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 통해 포그 서버를 배치할 수 있는 포그 디바이스 셋을 얻고, 현재 고려하고 있는 서비스 플로우들에 해당하는 클라이언트/데이터소스에서 포그 디바이스들까지의 경로상의 링크 사용량의 합을 계산하는 것을 특징으로 한다.
그리고 링크 사용량의 합과 배치할 포그 디바이스들이 얻어지면 우선순위 큐에 저장하고, 우선순위 큐 안에는 링크 사용량의 합, 포그 서버를 배치할 디바이스들 쌍이 링크사용량에 대해 오름차순으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 포그 서버 배치 결정 단계에서, 서비스 플로우 개수만큼 배치할 때까지 계산이 완료되면 우선순위 큐를 pop해서 가장 링크 사용량이 적은 포그 디바이스에 포그 서버를 배치하고, 하나의 서비스에 대해 포그서버 배치가 수행되고 나면 우선순위 큐를 비우고 다음 서비스에 대해 동일한 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 플로우테이블 수정 단계에서, 모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 구해진 경로를 통해 패킷이 이동할 수 있도록 포그 디바이스들의 플로우 룰을 수정하여, 데이터가 이동하는 경로의 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스를 선택하여 먼저 배치하고 그 경로를 통해 서비스를 처리하도록 하고, 링크 사용량이 많은 링크를 제일 마지막에 사용하여 전체 네트워크의 링크 사용량을 균등하게 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 서비스 플로우들을 서비스별로 분류하여 순차적으로 포그 서버를 배치하여 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 한다.
둘째, 지속적으로 포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스를 모니터링하여 포그 서버를 배치 가능한 포그 디바이스들을 대상으로 링크 사용량이 최소인 경로를 고려하여 포그 서버를 배치할 수 있다.
셋째, 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 하여 네트워크에서 특정 경로에 트래픽이 집중되어 혼잡이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
넷째, 현재 네트워크의 링크 사용량을 고려한 가장 빠른 경로를 찾아 사용자들에게 더 빠른 서비스 응답시간을 제공할 수 있도록 한다.
도 1은 포그 컴퓨팅에서의 서비스 플로우를 나타낸 구성도
도 2는 LAN 토폴로지를 나타낸 구성도
도 3은 서비스 타입 A에 대한 포그 서버를 배치 한 후의 LAN 토폴로지를 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치를 나타낸 구성도
도 5는 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 포그 컴퓨팅에서의 서비스 플로우를 나타낸 구성도이고, 도 2는 LAN 토폴로지를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법은 링크 사용량이 최소인 경로를 통해 서비스를 처리하게 함으로써 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여, 다양한 서비스를 고려하기 위해 서비스 플로우들을 서비스별로 분류하여 순차적으로 포그 서버를 배치하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 지속적으로 포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스를 모니터링하여 포그 서버를 배치 가능한 포그 디바이스들을 대상으로 포그 서버를 배치하여 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 하는 구성을 포함할 수 있다.
먼저, 서비스 플로우에 관하여 설명하면 다음과 같다.
네트워크 상에서 클라이언트들이 동일한 데이터소스에 있는 데이터가 필요한 서비스를 요청했을 때 클라이언트들과 데이터소스 사이에 하나의 서비스 플로우가 형성된다.
도 1에서와 같이, 클라이언트 1, 2, 4가 데이터소스 4에 있는 데이터가 필요한 서비스를 요청했다고 했을 때 클라이언트 1, 2, 4와 데이터소스 4 사이에 하나의 서비스플로우가 형성된다.
이렇게 서비스 플로우가 형성되면 클라이언트들은 포그 서버에 서비스를 요청하고 해당하는 데이터가 있는 데이터소스에서 데이터를 가져와 정보를 가공/처리 하거나 그대로 서비스를 요청한 클라이언트들에게 제공한다.
본 발명은 네트워크 트래픽에 기반한 포그 서버 배치에 관한 것으로, LAN에 존재하는 여러 서비스 플로우들을 기반으로 포그 서버를 배치하여 네트워크 전체의 링크 사용량을 균등하게 사용할 수 있도록 하는 것이다.
도 2에서 c는 클라이언트, s는 데이터소스이다.
LAN상에 8개의 클라이언트와 8개의 데이터소스, 7개의 포그 디바이스가 있다.
포그 디바이스에 포그 서버를 배치하여 클라이언트의 요청을 받아 원하는 데이터소스에서 데이터를 가져와 클라이언트의 서비스 요청을 처리한 후 클라이언트로 결과를 보내준다.
포그 디바이스 사이의 링크에는 현재 링크 사용량이 나타나있다.
클라이언트, 데이터소스들로부터 인접한 포그 디바이스까지의 링크 사용량은 0으로 가정한다.
모든 포그 디바이스들은 포그매니저, SDN Controller와 연결되어 있다.
포그 매니저는 주기적으로 포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스를 보고받아 포그 서버를 어디에 배치할지 판단한다.
또한, 모든 포그 디바이스들은 SDN 컨트롤러와 연결되어 있다.
SDN(Software Defined Networking)아키텍처를 사용함으로써 중앙의 SDN Controller에서 네트워크의 상태를 관리하고 네트워크 디바이스의 플로우 룰(flow rule)을 설정해서 패킷을 원하는 경로로 바꿀 수 있다.
SDN Controller는 포그 서버 배치가 되면 서비스 처리를 위한 데이터가 배치된 포그 서버로 전달되도록 포그 디바이스들의 플로우 룰(flow rule)을 수정한다.
또한, 네트워크 토폴로지 정보를 포그 매니저로 전달한다. 포그 매니저는 그 토폴로지를 바탕으로 포그 서버 배치를 어디에 배치할지 판단한다.
본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치는 도 4에서와 같다.
도 4는 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4에서와 같이, 포그 매니저가 모든 포그 디바이스들과 연결되어 컴퓨팅 자원 정보를 전송받아 유지되도록 하는 컴퓨팅 자원 관리부(40)와, 서비스들을 링크 사용량으로 내림차순 정렬하여 링크 사용량이 큰 서비스부터 배치를 하는 서비스 배치 관리부(41)와, 포그 서버를 하나부터 서비스 플로우 개수까지 배치할 때를 고려하고, 서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하여 각각의 경우의 수 마다 Dijkstra 알고리즘을 활용하여 클라이언트, 데이터소스들로 부터 배치 가능한 포그 디바이스들 까지의 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 링크 사용량 및 경로 관리부(42)와, 링크 사용량 및 경로 관리부(42)에서 구해진 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스들에 포그 서버를 배치하는 포그 서버 배치 결정부(43)와, 모든 서비스에 대해 포그 서버 배치가 완료 되었는지 판단하여 포그 서버 배치 완료 후 포그 서버에서 서비스를 처리할 수 있도록 SDN 컨트롤러에서의 포그 디바이스들의 FlowTable 수정을 하는 플로우테이블 수정부(44)를 포함한다.
본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법은 도 5에서와 같다.
도 5는 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
먼저, 포그 매니저가 모든 포그 디바이스들과 연결되어 컴퓨팅 자원 정보를 전송받아 유지되도록 하는 컴퓨팅 자원 관리 단계(S501)와, 서비스들을 링크 사용량으로 내림차순 정렬하여 링크 사용량이 큰 서비스부터 배치를 하는 서비스 배치 관리 단계(S502)와, 포그 서버를 하나부터 서비스 플로우 개수까지 배치할 때를 고려하고(S503), 서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하여(S504) 각각의 경우의 수 마다 Dijkstra 알고리즘을 활용하여 클라이언트, 데이터소스들로 부터 배치 가능한 포그 디바이스들 까지의 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 링크 사용량 및 경로 관리 단계(S505)와, 링크 사용량 및 경로 관리 단계에서 구해진 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스들에 포그 서버를 배치하는 포그 서버 배치 결정 단계(S506)와, 모든 서비스에 대해 포그 서버 배치가 완료 되었는지 판단하고(S507) 포그 서버 배치 완료 후 포그 서버에서 서비스를 처리할 수 있도록 SDN 컨트롤러에서의 포그 디바이스들의 FlowTable 수정을 하는 플로우테이블 수정 단계(S508)를 포함한다.
본 발명에 따른 포그 서버 배치에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
표 1은 링크 사용량을 균일하게 하는 포그 서버 배치 알고리즘을 나타낸다.
Figure 112018019806478-pat00001
본 발명에 따른 포그 서버 배치는 하나의 서비스뿐만 아니라 다양한 서비스를 대상으로 포그 서버 배치를 고려한다.
동일한 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 하나의 포그 서버에서 모두 처리 가능하다.
하지만, 다른 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 다른 포그 서버에서 처리되어야 한다.
그렇기 때문에 Line 1에서 서비스 플로우들을 서비스 타입별로 그룹화 한다.
그룹화 된 서비스들을 해당 서비스에 해당하는 서비스 플로우들의 링크 사용량을 기준으로 내림차순 정렬한다.
표 2에와 같이 A, B 두 가지 서비스에 대한 서비스 플로우들이 네트워크에 존재한다고 한다.
해당 서비스 플로우들을 정렬하면 표 3에서와 같이 A, B로 나눠진다.
Figure 112018019806478-pat00002
Figure 112018019806478-pat00003
서비스 A의 서비스 플로우들이 사용하는 링크 사용량 (10)이 서비스 B의 서비스 플로우들이 사용하는 링크 사용량 (7)보다 크므로 A 서비스를 대상으로 먼저 포그 서버 배치를 고려하게 된다.
사용하는 링크 사용량이 큰 서비스를 먼저 배치하면 전체 네트워크 링크 대역폭을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있다.
서비스 플로우들을 순서에 맞게 정렬하고 나면 Line 2에서 서비스 타입 1부터 n까지 순서대로 포그 서버 배치를 수행한다.
Line 3부터는 해당 서비스에 대해서 포그 서버를 1개부터 서비스 플로우의 개수만큼 배치했을 때를 고려한다.
하나의 서비스에 대해 전체 서비스 플로우를 하나의 포그 서버에서 처리할 수도 있고 각각의 서비스 플로우를 각각의 포그 서버에서 처리할 수도 있다.
하지만, 서비스 플로우의 수보다 많은 포그 서버를 배치한다면 아무일도 하지 않는 포그서버가 생기기 때문에 고려할 필요가 없다.
Line 4에서는 서비스 플로우들을 포그 서버를 배치할 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 구한다.
만약 서비스 B를 2개의 포그 서버에서(
Figure 112018019806478-pat00004
처리한다고 하면 (
Figure 112018019806478-pat00005
, (
Figure 112018019806478-pat00006
, (
Figure 112018019806478-pat00007
3개의 경우의 수들을 얻을 수 있다.
여기서, (
Figure 112018019806478-pat00008
는
Figure 112018019806478-pat00009
의 서비스를 하나의 포그 서버에서 처리하고
Figure 112018019806478-pat00010
의 서비스를 다른 하나의 포그 서버에서 처리한다는 것을 의미한다.
Line 5부터는 Line 4에서 얻어진 각각의 경우의 수에 대해 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 포그 서버 위치를 찾는다.
Line 6에서는 포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 통해 포그 서버를 배치할 수 있는 포그 디바이스 셋을 얻는다.
Line 7에서는 현재 고려하고 있는 서비스 플로우들에 해당하는 클라이언트/데이터소스에서 Line 6에서 얻은 포그 디바이스들까지의 경로상의 링크 사용량의 합을 계산한다.
Line 7에서 링크 사용량의 합과 배치할 포그 디바이스들이 얻어지면 Line 8에서 Q에 저장한다.
Q는 포그 서버를 배치했을 때의 링크사용량의 합과 포그 서버를 배치 할 포그 디바이스쌍들을 저장하고 있는 우선순위 큐이다.
우선순위 큐 안에는 (링크 사용량의 합, 포그 서버를 배치할 디바이스들) 쌍이 링크사용량에 대해 오름차순으로 정렬되어있다.
서비스 플로우 개수만큼 배치할 때까지 계산이 완료되면 큐를 pop해서 가장 링크 사용량이 적은 포그 디바이스에 포그 서버를 배치한다.
하나의 서비스에 대해 포그서버 배치가 수행되고 나면 Q를 비우고 다음 서비스에 대해 똑같은 작업을 수행한다.
1개의 서비스 타입에 대한 포그 서버 배치에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 2의 LAN 토폴로지에서 간단한 서비스 플로우를 통해 하나의 서비스에 대해 포그 서버를 배치하는 방법을 설명한다.
이와 같은 간단한 서비스 플로우들은 표 4에서와 같다.
Figure 112018019806478-pat00011
두 서비스 플로우 모두 서비스 A에 해당한다.
Figure 112018019806478-pat00012
은
Figure 112018019806478-pat00013
가
Figure 112018019806478-pat00014
의 데이터를 필요로 하는 서비스를 요청하고
Figure 112018019806478-pat00015
는
Figure 112018019806478-pat00016
가
Figure 112018019806478-pat00017
의 데이터를 필요로 하는 서비스를 요청한다.
서비스 플로우의 개수가 2개이므로 1개의 포그 디바이스에서 처리할 때부터 2개의 포그 디바이스에서 처리할 때 까지를 고려한다.
한 개의 포그 디바이스에 배치하면 두 서비스 플로우 모두 하나의 포그 디바이스에서 처리된다.
Figure 112018019806478-pat00018
표 5에서와 같이,
Figure 112018019806478-pat00019
과
Figure 112018019806478-pat00020
에 해당하는 클라이언트/데이터소스들로부터 각 포그 디바이스들 까지의 경로에 해당하는 링크 사용량의 합을 구한다.
이때 Dijkstra 알고리즘을 사용하여 해당 디바이스까지의 경로들 중에서 링크 사용량의 합이 최소가 되는 경로를 구하고 그때의 트래픽 사용량의 합을 구한다.
원래 Dijkstra 알고리즘은 한 노드에서 다른 노드로 가는 경로의 비용(거리)가 최소가 되는 경로를 찾는 알고리즘이다.
본 발명에서는 비용(경로) 대신에 링크 사용량을 통해 계산하여 두 노드 사이의 링크 사용량이 최소가 되는 경로와 그때의 링크 사용량의 합을 구한다.
표 5에 각 클라이언트/데이터소스들로부터 각 포그 디바이스 까지의 최소 링크 사용량의 합이 나와 있다.
만약, A에 포그 서버를 배치하면 현재 트래픽 사용량의 합이 280인 경로를 통해 서비스가 처리될 것이고 B에 배치하면 180인 경로를 통해 서비스가 처리될 것이다.
여기서 트래픽 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스를 선택하면 상대적으로 트래픽 사용량이 적은 경로를 통해 서비스를 처리할 수 있다.
따라서 1개의 포그 디바이스에 배치할 때 D(트래픽의 합이 160)에 배치가 된다.
하지만, 2개의 포그 디바이스에 배치를 한다고 생각하면 각각의 서비스 플로우가 서로 다른 포그 디바이스에서 처리가 될 것이다.
그 때의 각 클라이언트/데이터소스에서 포그 디바이스들 까지 경로의 트래픽사용량의 합은 표 6에서와 같다.
Figure 112018019806478-pat00021
Figure 112018019806478-pat00022
을 A에서 처리하고
Figure 112018019806478-pat00023
를 D에서 처리한다면 사용하는 경로의 링크 사용량의 합은 140이다.
이는 포그서버를 하나에 배치했을 때(160) 보다 서비스를 처리하는데 사용되는 path의 링크 사용량이 더 작다는 것을 의미한다.
따라서 포그 서버는 최종적으로 A(90), D(50)에 배치되고 SDN 컨트롤러는 Dijkstra 알고리즘을 통해 구해진 경로를 통해 패킷이 이동할 수 있도록 포그 디바이스들의 Flow rule을 수정한다.
이와 같이 데이터가 이동하는 경로의 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스를 선택하여 먼저 배치하고 그 경로를 통해 서비스를 처리하도록 함으로써 상대적으로 여유로운 링크를 먼저 사용하도록 한다.
링크 사용량이 많은 링크를 제일 마지막에 사용함으로써 전체 네트워크의 링크 사용량을 균등하게 하는 효과를 구현할 수 있도록 한다.
2개의 서비스 타입에 대한 포그 서버 배치에 관하여 설명하면 다음과 같다.
포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스를 고려하여 2개의 서비스 타입을 처리할 포그 디바이스를 선택한다. 마찬가지로 도 2의 LAN 환경에서 배치를 수행한다.
표 7은 두 가지 서비스 타입에 대한 서비스 플로우들을 나타낸 것이다.
Figure 112018019806478-pat00024
서비스타입/링크사용량으로 표 7을 정렬하면 표 8에서와 같다.
Figure 112018019806478-pat00025
서비스타입 A에 대해 먼저 배치는 1개의 서비스 타입에 대한 포그 서버 배치와 동일하다.
표 6에 의해 서비스타입 A를 처리할 포그 서버는 포그 디바이스 A, D에 배치가 된다.
하지만 배치 후 도 2의 LAN의 링크 사용량이 달라진다.
Dijkstra 알고리즘에 의해
Figure 112018019806478-pat00026
을 처리하기 위해 (
Figure 112018019806478-pat00027
)의 경로를 사용하고
Figure 112018019806478-pat00028
을 처리하기 위해 (
Figure 112018019806478-pat00029
)경로를 사용한다.
따라서, 표 8의 서비스타입별 링크 사용량에 따라 서비스타입 A에 대한 포그 서버를 배치한 후 도 2의 링크 사용량은 도 3으로 바뀌게 된다.
이와 같이 바뀐 링크 사용량을 고려하여 서비스 B에 대한 포그 서버를 배치하면 표 9 및 표 10에서와 같다.
Figure 112018019806478-pat00030
Figure 112018019806478-pat00031
이 경우에는 하나의 포그 디바이스에 배치했을 때(230)와 두 개의 포그 디바이스에 배치했을 때(130 + 100) 링크 사용량의 합이 같다.
하지만 포그 서버를 두 개를 사용하면 그만큼 포그 디바이스의 컴퓨팅 리소스를 더 사용하게 되므로 하나에 배치하는 것이 효율적이다.
실제로 알고리즘에서도 하나의 포그 디바이스에 배치하는 것부터 고려하고 링크 사용량의 합이 작을 때에만 배치할 포그 디바이스를 바꾸기 때문에 결과적으로 서비스 B에 대한 포그 서버는 포그디바이스 G에 배치된다.
모든 배치가 끝나면 서비스 플로우
Figure 112018019806478-pat00032
,
Figure 112018019806478-pat00033
, (
Figure 112018019806478-pat00034
) 는 각각 포그디바이스 A, D, G 에서 처리된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치 및 방법은 링크 사용량이 최소인 경로를 통해 서비스를 처리하게 함으로써 네트워크 트래픽을 균일하게 사용할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
40. 컴퓨팅 자원 관리부 41. 서비스 배치 관리부
42. 링크 사용량 및 경로 관리부 43. 포그 서버 배치 결정부
44. 플로우테이블 수정부

Claims (14)

  1. 포그 매니저가 모든 포그 디바이스들과 연결되어 컴퓨팅 자원 정보를 전송받아 유지되도록 하는 컴퓨팅 자원 관리부;
    서비스들을 링크 사용량으로 내림차순 정렬하여 링크 사용량이 큰 서비스부터 배치를 하는 서비스 배치 관리부;
    서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하고, 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 링크 사용량 및 경로 관리부;
    상기 링크 사용량 및 경로 관리부에서 구해진 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스들에 포그 서버를 배치하는 포그 서버 배치 결정부;
    모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 포그 서버에서 서비스를 처리할 수 있도록 SDN 컨트롤러에서의 포그 디바이스들의 플로우테이블 수정을 하는 플로우테이블 수정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 링크 사용량 및 경로 관리부는,
    포그 서버를 하나부터 서비스 플로우 개수까지 배치할 때를 고려하여 서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하고,
    각각의 경우의 수 마다 Dijkstra 알고리즘을 활용하여 클라이언트, 데이터소스들로 부터 배치 가능한 포그 디바이스들 까지의 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 네트워크 상에서 클라이언트들이 동일한 데이터소스에 있는 데이터가 필요한 서비스를 요청했을 때 클라이언트들과 데이터소스 사이에 하나의 서비스 플로우가 형성되고,
    서비스 플로우가 형성되면 클라이언트들은 포그 서버에 서비스를 요청하고 해당하는 데이터가 있는 데이터소스에서 데이터를 가져와 정보를 가공 처리 하거나 그대로 서비스를 요청한 클라이언트들에게 제공하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 서비스 배치 관리부는,
    동일한 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 하나의 포그 서버에서 모두 처리 가능하고, 다른 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 다른 포그 서버에서 처리되어야 하는 것을 고려하여,
    서비스 플로우들을 서비스 타입별로 그룹화하고, 그룹화 된 서비스들을 해당 서비스에 해당하는 서비스 플로우들의 링크 사용량을 기준으로 내림차순 정렬하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 링크 사용량 및 경로 관리부는 얻어진 각각의 경우의 수에 대해 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 포그 서버 위치를 찾고,
    포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 통해 포그 서버를 배치할 수 있는 포그 디바이스 셋을 얻고, 현재 고려하고 있는 서비스 플로우들에 해당하는 클라이언트/데이터소스에서 포그 디바이스들까지의 경로상의 링크 사용량의 합을 계산하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 링크 사용량의 합과 배치할 포그 디바이스들이 얻어지면 우선순위 큐에 저장하고,
    우선순위 큐 안에는 링크 사용량의 합, 포그 서버를 배치할 디바이스들 쌍이 링크사용량에 대해 오름차순으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 포그 서버 배치 결정부는,
    서비스 플로우 개수만큼 배치할 때까지 계산이 완료되면 우선순위 큐를 pop해서 가장 링크 사용량이 적은 포그 디바이스에 포그 서버를 배치하고,
    하나의 서비스에 대해 포그서버 배치가 수행되고 나면 우선순위 큐를 비우고 다음 서비스에 대해 동일한 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 플로우테이블 수정부는,
    모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 구해진 경로를 통해 패킷이 이동할 수 있도록 포그 디바이스들의 플로우 룰을 수정하여,
    데이터가 이동하는 경로의 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스를 선택하여 먼저 배치하고 그 경로를 통해 서비스를 처리하도록 하고,
    링크 사용량이 많은 링크를 제일 마지막에 사용하여 전체 네트워크의 링크 사용량을 균등하게 하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 장치.
  9. 포그 매니저가 모든 포그 디바이스들과 연결되어 컴퓨팅 자원 정보를 전송받아 유지되도록 하는 컴퓨팅 자원 관리 단계;
    서비스들을 링크 사용량으로 내림차순 정렬하여 링크 사용량이 큰 서비스부터 배치를 하는 서비스 배치 관리 단계;
    서비스 플로우들을 포그 서버 배치 개수로 나눌 수 있는 경우의 수를 산출하고, 링크 사용량이 최소가 되는 경로 및 링크 사용량의 합을 구하는 링크 사용량 및 경로 관리 단계;
    상기 링크 사용량 및 경로 관리 단계에서 구해진 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스들에 포그 서버를 배치하는 포그 서버 배치 결정 단계;
    모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 포그 서버에서 서비스를 처리할 수 있도록 SDN 컨트롤러에서의 포그 디바이스들의 플로우테이블 수정을 하는 플로우테이블 수정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 서비스 배치 관리 단계는,
    동일한 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 하나의 포그 서버에서 모두 처리 가능하고, 다른 서비스에 해당하는 서비스 플로우들은 다른 포그 서버에서 처리되어야 하는 것을 고려하여,
    서비스 플로우들을 서비스 타입별로 그룹화하고, 그룹화 된 서비스들을 해당 서비스에 해당하는 서비스 플로우들의 링크 사용량을 기준으로 내림차순 정렬하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 링크 사용량 및 경로 관리 단계에서,
    얻어진 각각의 경우의 수에 대해 경로상의 링크 사용량이 최소가 되는 포그 서버 위치를 찾고,
    포그 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 통해 포그 서버를 배치할 수 있는 포그 디바이스 셋을 얻고, 현재 고려하고 있는 서비스 플로우들에 해당하는 클라이언트/데이터소스에서 포그 디바이스들까지의 경로상의 링크 사용량의 합을 계산하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 링크 사용량의 합과 배치할 포그 디바이스들이 얻어지면 우선순위 큐에 저장하고,
    우선순위 큐 안에는 링크 사용량의 합, 포그 서버를 배치할 디바이스들 쌍이 링크사용량에 대해 오름차순으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 포그 서버 배치 결정 단계에서,
    서비스 플로우 개수만큼 배치할 때까지 계산이 완료되면 우선순위 큐를 pop해서 가장 링크 사용량이 적은 포그 디바이스에 포그 서버를 배치하고,
    하나의 서비스에 대해 포그서버 배치가 수행되고 나면 우선순위 큐를 비우고 다음 서비스에 대해 동일한 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 플로우테이블 수정 단계에서,
    모든 서비스에 대해 포그 서버 배치를 하고 구해진 경로를 통해 패킷이 이동할 수 있도록 포그 디바이스들의 플로우 룰을 수정하여,
    데이터가 이동하는 경로의 링크 사용량의 합이 최소가 되는 포그 디바이스를 선택하여 먼저 배치하고 그 경로를 통해 서비스를 처리하도록 하고,
    링크 사용량이 많은 링크를 제일 마지막에 사용하여 전체 네트워크의 링크 사용량을 균등하게 하는 것을 특징으로 하는 로컬 네트워크 환경에서 링크 사용량이 최소인 경로를 고려한 포그 서버 배치를 위한 방법.

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