KR102025426B1 - Sdn 기반의 통신 노드에서의 트래픽 과적에 따른 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Sdn 기반의 통신 노드에서의 트래픽 과적에 따른 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

SDN(Software Defined Network) 환경에서 트래픽 쏠림 현상으로 인한 특정 노드에 트래픽이 집중되고 해당노드의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법 및 장치가 개시된다. SDN(Software Defined Network) 환경의 SDN 컨트롤러에 의해 수행되는 트래픽 제어 방법은, 네트워크의 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는 단계, 수집된 실시간 트래픽 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계, 트래픽 과적이 검출된 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계 및 지원가능한 네트워크 자원에 따라 상기 적어도 하나의 노드에 대한 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함한다. 본 발명은 전체 네트워크의 트래픽 상황을 분석하여 적응적인 관리를 통해 트래픽이 집중된 노드의 대역폭 허용치를 유연하게 변화시켜 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 효과적으로 해소할 수 있다.

Description

SDN 기반의 통신 노드에서의 트래픽 과적에 따른 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법 및 장치{TRAFFIC CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR SOLVING SERVICE QUALITY DEGRADATION ACCORDING TO TRAFFIC OVERHEAD IN SDN-BASED COMMUNICATION NODE}
본 발명은 SDN(SOFTWARE DEFINED NETWORK) 기반의 통신 노드에서의 트래픽 과적에 따른 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SDN 기반의 통신 노드에서 SLA(Service Level Agreement)에 따른 트래픽 기준을 초과하는 트래픽 과적이 발생한 경우, 전체 네트워크 용량과 타 통신 노드들의 네트워크 품질에는 영향을 주지 않으면서 트래픽 제어 알고리즘으로 트래픽 과적이 발생한 통신 노드의 네트워크 자원을 조정함으로써 서비스 품질 저하를 개선하는 기술에 관한 것이다.
소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network)는 소프트웨어 프로그래밍을 통한 네트워크 경로 설정, 제어 및 운용관리를 편리하게 처리할 수 있는 차세대 네트워킹 기술이다.
소프트웨어 정의 네트워크는 네트워크를 데이터 평면(data plane)과 제어 평면(control plane)으로 분리하고 두 평면 사이에 표준화된 인터페이스를 제공하며, 네트워크 운용자로서는 여러 상황에 따라 제어 평면을 프로그래밍함으로써 데이터 평면에서 이루어지는 통신 기능을 다양한 방법으로 제어할 수 있다.
한편, 전통적인 네트워크 설계에서는 먼저 인가될 트래픽 용량을 예측하고 예상되는 피크 트래픽에 대한 부하를 견딜 수 있는 초과급 방식으로 설계하고 이를 초과하지 않는 범위내에서 각 네트워크 장치를 운용하였다. 네트워크 자원 배분을 위하여 일반적으로 통신 서비스 업체의 계약에 따라 개별 노드의 대역폭을 제한하는 SLA(Service Level Agreement)를 정의한다.
최근 모바일 네트워크에 의한 트래픽 비중이 증가하고 이동성이 자유로운 트래픽 특성으로 인하여 특정 노드에 순간적인 트래픽 쏠림 현상이 발생하고 있다. 트래픽 쏠림은 전체 네트워크의 트래픽양은 변동되지 않으면서 특정지역에 트래픽이 순간적으로 집중되는 현상이다. 이와 같은 트래픽 쏠림 현상은 특정 노드에 트래픽 집중을 일으켜 특정 노드에 인가된 트래픽양이 각 통신 노드에 정의된 SLA 기준을 초과하면 해당 노드의 패킷은 초과 범위만큼 버퍼링된 후 폐기된다. SLA 기준 초과에 따른 트래픽 혼잡은 해당 노드에 접속된 사용자의 서비스 품질이 크게 저하되는 문제가 있다. 따라서, 순간적인 트래픽 쏠림 현상으로 인한 특정 노드의 트래픽 집중으로 트래픽 혼잡이 발생하는 경우, 전체 네트워크의 트래픽 상황을 분석하여 적응적인 네트워크 관리를 통해 집중된 노드의 트래픽 허용치를 유연하게 변화시켜 트래픽 기준을 초과에 의한 서비스 품질 저하를 최소화하며 전체 네트워크의 운용 효율을 증대하는 방안이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, SDN(Software Defined Network) 환경의 SDN 컨트롤러에 의해 수행되는 트래픽 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, SDN(Software Defined Network) 환경에서 트래픽을 제어하는 SDN 컨트롤러(controller)를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, SDN(Software Defined Network) 환경의 SDN 컨트롤러에 의해 수행되는 트래픽 제어 방법을 제공한다.
여기서 SDN(Software Defined Network) 환경의 SDN 컨트롤러에 의해 수행되는 트래픽 제어 방법은, 네트워크의 실시간 트래픽 정보를 수집하는 단계, 수집된 실시간 트래픽 정보를 기초로 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계, 트래픽 과적이 검출된 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계 및 지원가능한 네트워크 자원에 따라 상기 적어도 하나의 노드에 대한 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 수집하는 단계는, 수동 광 네트워크(Passive Optical Network) 기반의 에이전트 단말(Optical Line Terminal)로부터 수집할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는, 상기 실시간 트래픽 정보를 기반으로 네트워크 상태 정보를 획득하는 단계 및 획득된 네트워크 상태 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 네트워크 상태 정보는, 트래픽 처리량, 지연 시간, 지연지터 및 패킷 손실량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 요구되는 트래픽의 특성에 따라 서비스 클래스를 분류하는 단계, 분류된 서비스 클래스에 따라 적응적으로 상기 네트워크 상태 정보의 기준을 설정하는 단계 및 설정된 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계 이후, 상기 네트워크에 포함된 각 노드의 트래픽 처리량을 주기적으로 모니터링하여 네트워크 전체의 자원 용량 부족을 확인하는 단계 및 상기 네트워크 전체의 자원 용량 부족이 확인되면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 변경 직전 상태로 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계에서 상기 적어도 하나의 노드가 복수의 노드이고, 그 중 일부의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는 경우, 상기 복수의 노드 중 트래픽 과적이 큰 노드들을 선정하는 단계 및 선정된 노드들에 한하여 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계는, 변경 횟수에 따라 상기 대역폭 허용량을 미리 설정된 증가량만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계 이후에, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계 및 트래픽 과적이 해소되었으면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 초기 설정값으로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에서의 평균 트래픽 처리량, 평균 패킷 손실, 평균 패킷 지연 시간, 평균 패킷 지연 지터 중 적어도 하나를 기초로 판단할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, SDN(Software Defined Network) 환경에서 트래픽을 제어하는 SDN 컨트롤러(controller)를 제공한다.
여기서 SDN 컨트롤러는, 적어도 하나의 프로세서(processor) 및 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 적어도 하나의 단계는, 네트워크의 실시간 트래픽 정보를 수집하는 단계, 수집된 실시간 트래픽 정보를 기초로 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계, 트래픽 과적이 검출된 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계 및 지원가능한 네트워크 자원에 따라 상기 적어도 하나의 노드에 대한 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 수집하는 단계는, 수동 광 네트워크(Passive Optical Network) 기반의 에이전트 단말(Optical Line Terminal)로부터 수집할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는, 상기 실시간 트래픽 정보를 기반으로 네트워크 상태 정보를 획득하는 단계 및 획득된 네트워크 상태 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 네트워크 상태 정보는, 트래픽 처리량, 지연 시간, 지연지터 및 패킷 손실량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 요구되는 트래픽의 특성에 따라 서비스 클래스를 분류하는 단계, 분류된 서비스 클래스에 따라 적응적으로 상기 네트워크 상태 정보의 기준을 설정하는 단계 및 설정된 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계 이후, 상기 네트워크에 포함된 각 노드의 트래픽 처리량을 주기적으로 모니터링하여 네트워크 전체의 자원 용량 부족을 확인하는 단계 및 상기 네트워크 전체의 자원 용량 부족이 확인되면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 변경 직전 상태로 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계에서 상기 적어도 하나의 노드가 복수의 노드이고, 그 중 일부의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는 경우, 상기 복수의 노드 중 트래픽 과적이 큰 노드들을 선정하는 단계 및 선정된 노드들에 한하여 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계는, 변경 횟수에 따라 상기 대역폭 허용량을 미리 설정된 증가량만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계 이후에, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계 및 트래픽 과적이 해소되었으면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 초기 설정값으로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에서의 평균 트래픽 처리량, 평균 패킷 손실, 평균 패킷 지연 시간, 평균 패킷 지연 지터 중 적어도 하나를 기초로 판단할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 SDN 기반의 통신 노드에서의 트래픽 과적에 따른 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법 및 장치를 이용할 경우 순간적인 트래픽 쏠림 현상에 의한 특정 노드의 트래픽 집중으로 인한 사용자 서비스 품질 저하를 해소할 수 있다.
또한, 전체 네트워크의 트래픽 증가 뿐만 아니라 개별 노드의 트래픽 증가를 개별적으로 파악하고 동적으로 네트워크 설정을 변경함으로써, 서비스 품질 저하를 최소화하고 네트워크 사용 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 순간적인 트래픽 쏠림 현상으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법이 적용될 수 있는 광액세스 네트워크를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 트래픽 쏠림에 의한 특정 노드의 트래픽 과적을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적에 따른 패킷 손실을 나타내기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법에 대한 기초 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적이 해소되었는지 확인하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 중 전체 네트워크 용량이 부족한 경우를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 이후 다른 노드에 트래픽 집중이 발생한 경우에 대한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 복수의 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법에 대한 대표 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법이 적용된 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법에 따른 시뮬레이션 결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 순간적인 트래픽 쏠림 현상으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법이 적용될 수 있는 광액세스 네트워크를 설명하기 위한 개념도이다.
수동 광 네트워크(PON : Passive Optical Network, 또는 광 액세스 네트워크로 지칭)는 점 대 다중점 분배망(P2MP : Point to Multi-Point)을 통해 OLT(Optical Line Terminal)와 다수의 ONU (Optical Network Unit)가 연결되어 고속 데이터 서비스를 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 광액세스 네트워크는 전화국(Central Office)에 위치한 OLT(10)와 통신 가입자(Subscriber)에 위치한 여러 ONU(11)가 1:N(도면에는 1:64로 예를 들어 표시)으로 대응되는 트리구조를 가진다. OLT(10)에서 ONU(11)로 향하는 하향은 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 패킷을 전송하며, ONU(11)에서 OLT(10)로 향하는 상향은 여러 ONU들(11) 간의 충돌을 피하기 위해 시분할다중접속 (TDMA : Time Division Multiple Access) 방식으로 패킷을 전송할 수 있다. 따라서, TDMA 기반의 상향 데이터 전송 프로토콜을 통하여 다수의 ONU(11)가 수동 소자를 거쳐 하나의 광섬유를 통하여 OLT(10)까지 충돌없이 패킷을 전달할 수 있다.
여기서, OLT(10)는 특정 OLU(11)가 전체 대역폭을 점유하는 것을 방지하기 위해 SLA (Service Level Agreement)를 기반으로 상향 스트림 전송에 대한 대역폭 제한을 설정한다. SLA는 통신 서비스 업체의 계약에 따라 설정되며 네트워크 관리자가 직접 그 사용 목적에 따라 ONU(11)의 대역폭을 조정하는 것으로서 설정된 대역폭 기준 이상 데이터가 전송되는 것을 방지하기 위한 방법이다. 보다 구체적으로 설명하면, OLT(10)는 여러 ONU(11)로부터 수신된 Report 정보를 기반으로 SLA 에 의한 대역폭 설정 기준에 따라 각 ONU(11)에게 상향 시간 자원을 할당(Grant)하고, 각 ONU(11)는 할당된 시간 윈도우 동안 버퍼에 저장되어 있는 패킷을 OLT(10)로 전송할 수 있다. OLT(10)가 상향 스트림 전송을 위해 각 ONU(11)의 전송 대역폭을 결정하는데 있어서 만일 하나의 ONU(11)에게 한번의 전송으로 전체 버퍼 내용을 전송할 만한 권한을 부여한다면 데이터 양이 많은 ONU(11)가 전체 대역폭을 점유할 가능성이 있다. 이런 상황을 피하기 위해 OLT(10)는 최대 전송 윈도우의 크기를 제한할 수 있다. 따라서 모든 ONU(11)는 자신이 요청한 만큼 데이터(byte)를 전송하지만 최대 전송 윈도우의 크기를 초과하지 않는 범위에서 전송할 수 있다.
일반적인 SLA 기준은 최대 대역폭과 최소 대역폭이 있을 수 있다. 최대 대역폭은 네트워크 내 다른 노드의 트래픽량이 적을 경우 해당 노드에 허용할 수 있는 최대 범위의 대역폭을 의미한다. 최소 대역폭은 해당 노드에 제공해 주어야 하는 최소한의 보장 대역폭을 의미한다. 여러 ONU(11)가 공유하는 PON(Passive Optical Netwotk)상에서의 상향 스트림 대역폭을 동적으로 관리하는 메커니즘인 DBA (Dynamic Bandwidth Allocation)는 SLA의 최소 대역폭과 최대 대역폭의 범위 내에서 ONU(11)의 버퍼 상태, 현재 전송속도, 우선순위를 바탕으로 할당 대역폭을 동적으로 설정함으로써, 전체 네트워크 상황에 따라 유연하게 트래픽을 관리한다.
한편, 사용자가 체감하는 네트워크 서비스의 품질은 현재 어플리케이션이 필요한 데이터를 전송하는 데 걸리는 전체 시간과 처리율에 연관이 있다. 인터넷과 네트워크의 트래픽은 크게 탄력적 트래픽과 비탄력적 트래픽으로 분류할 수 있다.
여기서 탄력적 트래픽은, 네트워크를 거치면서 지연 시간과 처리율이 크게 변하더라도 어플리케이션의 요구사항을 만족 시키는 트래픽이다. 탄력적 트래픽을 생성하는 어플리케이션은 일반적으로 전송 계층 프로토콜을 기반하는 TCP (Transmission Control Protocol) 또는 UDP (User Datagram Protocol) 패킷이다. 탄력적 트래픽은 네트워크 장애로 인한 혼잡이 원인이 아닐 경우 일반적으로 네트워크 관리 측면에서 지연 시간이 심각한 문제를 야기하지는 않는다.
반면, 비탄력적 트래픽은 네트워크 지연 시간과 처리율의 변동에 따라 크게 성능이 저하될 수 있다. 비탄력적 트래픽의 예로는 음성과 동영상 등 멀티미디어 전송과 양방향 시뮬레이션 어플리케이션 (실시간 게임) 등 대규모 대화형 트래픽이 있다. 실시간으로 처리되어야 하는 비탄력적 트래픽은 처리율과 지연 시간뿐만 아니라 타이밍 문제 또한 심각하게 고려되어야 한다. 대부분의 경우 데이터를 송신 속도와 동일하게 일정한 속도로 전달해야 하는 요구조건이 있다. 예를 들면 RFC 4594에서 음성 애플리케이션은 단방향 지연시간은 150 ms이내, 단방향 최대지터 30 ms 이내, 홉당 최대 지터 10 ms 이내, 패킷 손실 1% 이내의 요구 조건을 제시하고 있다. 비탄력적 트래픽은 네트워크 혼잡으로 인한 네트워크 장애가 발생시 패킷 지연시간의 증가로 인하여 서비스 품질(QoS, Quality of Service)와 사용자의 체감 품질 (QoE, Quality of Experience)가 크게 저하된다. 따라서, 트래픽 중에서도 비탄력적 트래픽이 특정 노드에 집중될 경우 탄력적 트래픽 보다 더 큰 문제를 야기할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 트래픽 쏠림에 의한 특정 노드의 트래픽 과적을 설명하기 위한 예시도이다.
네트워크 상의 트래픽(traffic)은 시간과 장소에 따라 이동하는 특징을 갖는다. 네트워크의 전체 트래픽양은 크게 변화하지 않으면서 트래픽이 시간에 따라 유동적으로 이동하면서 특정장소에 순간적으로 집중되는 트래픽 쏠림 현상으로 인하여, 특정 노드에 트래픽 집중이 발생하고 네트워크 혼잡이 크게 발생할 수 있다.
도 2를 참조하면, 광 네트워크(PON) 상에 하나의 OLT(20)와 연동되는 가정(ONU H, Home, 21), 기업(ONU B, Business, 22), 모바일(ONU M, Mobile, 23) 노드를 포함한 세 종류의 노드가 운용될 수 있다. 어떤 특정 시간에 월드컵 최종 결승과 같은 중요한 경기가 열리게 되어 ONU M(23)노드에 많은 사람들이 집중된다면, ONU M(23)노드에 모바일 네트워크의 데이터가 폭증하게 되고 이로 인한 혼잡으로 인해 많은 사용자들은 네트워크 서비스 품질에 대한 불만족을 경험하게 된다.
특히 이러한 경우에 네트워크에 대한 전체 트래픽의 급격한 증가가 문제되기 보다는, 전체 트래픽 용량 관점에서는 수용할 수 있는 트래픽이지만 특정 노드에 트래픽이 집중되어 해당 노드의 네트워크 혼잡으로 인한 서비스 품질 저하가 발생한다.
종래에는 네트워크 관리자의 수동 입력에 의한 네트워크 설정으로 인해 동적으로 변화하는 네트워크 상황에 대해 일일이 구성 상태를 변경하는 것이 상당히 어려웠다. 그러나, 광액세스망에 SDN 기술이 적용되면, 네트워크의 지능을 SDN 컨트롤러에 집중시키고 서비스의 추상화를 통해 전체 네트워크 상태의 글로벌 뷰를 제공함으로써, 유연하고 효율적인 네트워크 관리가 가능할 수 있다. 예를 들어, SDN 기반의 광액세스망 시스템은 네트워크 상황에 따라 동적으로 새로운 구성 설정을 생성하고, 그에 따라 새로운 정책(Policy)을 네트워크에 반영함으로써 실시간 네트워크 상황에 적합하고, 스마트한 네트워크 운용이 가능할 수 있다.
이하에서는, SDN 기반의 네트워크(특히 광액세스망) 시스템에서, 실시간 네트워크 상황에 따라 지능적 SLA 운용을 통하여 순간적인 트래픽 쏠림에 의한 특정 노드의 트래픽 집중으로 발생하는 서비스 품질 저하 문제를 해결하는 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법은 SDN 컨트롤러(100)에 의해 수행될 수 있다.
여기서 SDN 컨트롤러(100)는 네트워크 상의 에이전트(광 네트워크를 예로 들면, OLT)로부터 실시간 트래픽 정보를 수신하고, 수신된 실시간 트래픽 정보를 처리하여 네트워크 상태 정보를 생성하거나 에이전트로부터 네트워크 상태 정보를 수집하며, 획득된 실시간 트래픽 정보 또는 네트워크 상태 정보를 기반으로 특정 노드에서의 트래픽 과적이 발생하였는지 판단할 수 있다. 이때, SDN 컨트롤러(100)는 특정 노드에서의 트래픽 과적(또는 혼잡)이 발생되었다고 판단되면, 대역폭 제어 알고리즘에 기초하여 새로운 네트워크 구성 설정을 생성하고, 기존에 적용중이던 네트워크 구성 설정(Config 1) 대신에 생성된 네트워크 구성 설정(Config 2)을 적용하도록 에이전트를 제어할 수 있다. 이때, SDN 컨트롤러(100)는 수행기능에 따라 구성요소를 정의할 때, 네트워크 상태 정보를 저장하는 네트워크 상태 정보 저장부(102), 대역폭 제어 알고리즘에 따라 네트워크 구성을 생성 및 변경하고 복원하는 기능부를 트래픽 매니저(106), 네트워크를 제어하는 하드웨어 및 하드웨어에 제공되는 관리 인터페이스를 포함하는 네트워크 서비스를 추상화함으로써 소프트웨어 기반의 네트워크 제어를 수행할 수 있도록 지원하는 서비스 추상화부(104)를 포함할 수 있다.
구체적으로 설명하면, SDN 컨트롤러(100)는 상향 스트림의 트래픽 상태를 분석하기 위한 네트워크 상태 정보로 트래픽 처리량(throughput), 지연시간(delay), 지연지터(jitter), 패킷손실량(drop rate) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 여기서 트래픽 처리량(throughput)은 시간에 따른 평균 트래픽 처리량 전송 속도, 지연시간(delay)은 패킷 송신부터 패킷 수신 시간까지 소요시간, 지연지터 (jitter)는 지연 시간에 대한 표준편차 값, 패킷손실양(drop rate)은 패킷이 전송되지 못하고 버퍼에서 버려진 패킷손실량을 의미할 수 있다. 이때 트래픽 처리량은 해당 노드가 어느 정도 네트워크의 자원을 점유하고 있는지 판별하는 지표가 될 수 있다.
여기서 네트워크 상태 정보를 얻기 위해서는 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 트래픽 처리량은 시간당 전송되는 비트수를 계산하여 일정 시간 동안 평균값을 계산할 수 있다. 지연시간은 패킷 송신시 타임스탬프를 패킷에 기록하고 패킷 수신시에 타임스탬프의 값을 확인하여 해당 패킷 전송에 발생한 지연을 계산할 수 있다. 지연지터는 일정 시간 패킷의 지연 시간의 분석을 통해 계산할 수 있다. 패킷 손실량은 ONU의 상향 스트림 버퍼에서 전송되지 못한 패킷 손실(Drop)이 발생할때 해당 ONU는 이러한 패킷 손실량을 계산하고 이를 OAM (Operation, Administration, Maintenance) 메시지를 통해 OLT에 전달하여 획득할 수 있다. 이와같이 네트워크 상태 정보를 얻기 위한 기초 데이터(Raw data)들인 시간당 전송 비트수, 패킷의 지연 시간, 패킷 손실량등은 개별 노드들로부터 획득하거나, 에이전트가 각 개별 노드로부터 수집된 정보를 이용하여 분석을 통해 획득할 수 있다.
이렇게 수집된 네트워크 상태 정보는 OLT 에이전트에서 SB (South-Bound) 인터페이스를 통해 SDN 컨트롤러(100)에 보고될 수 있다. 보고된 네트워크 상태 정보는 SDN 컨트롤러(100)의 네트워크 상태 정보 저장부(102)에 저장될 수 있다. 이러한 네트워크 상태 정보를 이용하여 SDN 컨트롤러는 특정 노드의 트래픽 전송 상태를 파악할 수 있다. 특정노드의 트래픽 과적 현상은 어느 특정 노드에 급격하게 트래픽이 증가되어 SLA에 따른 트래픽 기준을 초과하는 현상으로 이러한 트래픽 과적 현상의 유무를 판별하기 위해서 각 서비스 클래스에 따른 지연시간, 지연지터 및 패킷손실에 대한 임계치가 설정될 수 있다. 설정된 임계치를 기준으로 비교하여 해당 네트워크 상태 정보가 임계치를 초과할 때 해당 노드의 트래픽 과적 현상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
대역폭 제어 서비스 어플리케이션(108)은 관리자가 네트워크 상태 정보에 대한 임계치 및 서비스 동작을 위한 각종 파라미터를 설정할 수 있도록 지원하는 소프트웨어 모듈로서 과적의 기준이 되는 평균 전송율, 지연시간, 지터, 패킷 손실의 필터 조건을 미리 설정할 수 있다.
SDN 컨트롤러 내의 서비스 추상화부(104)는 각 모듈(네트워크 상태 정보 저장부, 서비스 추상화부, 트래픽 매니저 등)간 전달 메시지들을 라우팅하며 상위 NB(North-Bound) 인터페이스와 SB(South-Bound) 인터페이스를 연동하며 트래픽 제어 서비스를 추상화된 레벨에서 관리할 수 있다. 서비스 추상화부는 네트워크 상태 정보를 분석하여 특정 노드에 대한 트래픽 과적 이벤트를 발생시킬 수 있다. 트래픽 과적 이벤트가 발생하면 서비스 추상화부(104)는 트래픽 과적 이벤트에 대한 알림(Notification) 메시지를 발행할 수 있다. 발행된 알림 메시지가 트래픽 매니저(106)로 전달되면, 트래픽 매니저(106)는 네트워크 구성 설정을 생성하고, 생성된 네트워크 구성 설정으로 네트워크 설정을 변경할 수 있다. 또한, 트래픽 매니저(106)는 트래픽 제어 알고리즘을 기초로 새로게 생성된 네트워크 구성 설정을 저장할 수 있다. 이때, SDN 컨트롤러(100)는 새로운 네트워크 구성 설정이 생성되면 SB 인터페이스를 통해 OLT 에이전트에 전달함으로써, 새로운 네트워크 구성 설정(또는 대역폭 설정)이 적용되도록 네트워크를 제어할 수 있다.
여기서는 도 1 및 2에 따른 광 액세스 네트워크를 기준으로 설명하였으나 이것은 예시적인 것으로 이해되어야 하며, SDN 기반의 네트워크에는 모두 적용될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드로의 트래픽 과적에 따른 패킷 손실을 나타내기 위한 그래프이다.
SLA를 기반으로 특정 노드에 대한 전송 제한을 설정하는 기준으로 최대 대역폭(SLAmax, Maximum Bandwidth)과 최소 대역폭 (SLAmin, Minimum Bandwidth)을 사용할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 도 2의 예시에 따른 ONU H, ONU B, ONU M, 노드를 대상으로 최대 대역폭과 최소 대역폭을 설정하고, 각 노드의 평균 트래픽 처리량(Average Throughput)을 나타낸 그래프를 확인할 수 있다. 이때, 최소 대역폭(SLAmin)은 해당 노드의 보장 대역폭으로서 네트워크의 트래픽이 밀집된 상황에서도 해당 노드(또는 ONU)에 보장해 주어야 할 최소한의 보장 대역을 의미하며 모든 노드의 최소 대역폭의 합은 전체 네트워크(또는 광 네트워크, PON) 시스템의 전체 네트워크 트래픽 수용량(C)보다 작아야 한다. 따라서, 각 노드(각 노드에 대한 인덱스를 i로 정의)의 최소 대역폭과 전체 네트워크 트래픽 수용량(C) 사이의 관계는 다음의 수학식 1과 같이 정의한다.
Figure 112018046426410-pat00001
한편, 최대 대역폭(SLAmax)은 네트워크 내 임의의 노드가 사용할 수 있는 최대 대역폭을 의미하는 것으로서 다른 노드에 네트워크 사용량이 적을 경우 해당 노드(ONU)에게 허용해줄 있는 대역폭의 최대값을 의미한다.
또한, 각 노드의 평균 트래픽 처리량 (Average Throughput)은 실시간 순시 패킷 처리량을 일정 시간 누적하여 평균을 구한 값일 수 있다.
도 4a를 참조하면, H 노드의 경우, 대부분의 시간 동안 평균 트래픽 처리량(또는 평균 전송율)이 최소 대역폭보다 작다가 t2 시점에서 평균 트래픽 처리량이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 4b를 참조하면, B 노드에서는 주어진 전체 시간동안 평균 트래픽 처리량이 최소 대역폭보다 낮은 것을 확인할 수 있다.
도 4c를 참조하면, M 노드는 특정 시점에서 트래픽 급증하여(또는 트래픽이 M 노드에 집중되어), 최대대역폭을 넘어 서는 순간 시점(t1) 부터 패킷 손실이 크게 발생하였으며, 이와 같은 트래픽 혼잡 상황은 일정시간이 지난 이후 해소되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 트래픽 혼잡, 과적에 대한 유무는 패킷 손실만으로 판단하는 것은 아니며, 지연시간, 지연지터, 패킷처리량에 대한 기준으로 파악할 수도 있다. 또한, 판단 기준은 트래픽 특성에 따라 서비스 클래스를 분류하고 이에 따라 서로 다른 기준을 통해 트래픽 과적에 대한 유무를 판별 할 수도 있다.
Figure 112018046426410-pat00002
Figure 112018046426410-pat00003
Figure 112018046426410-pat00004
수학식 2 내지 4를 참조하면, k 번째 노드의 i번째 서비스 클래스의 평균 패킷 손실 (
Figure 112018046426410-pat00005
), 평균 패킷 지연(
Figure 112018046426410-pat00006
), 평균 지연지터 (
Figure 112018046426410-pat00007
)를 도 3의 대역폭 제어 서비스 어플(108)에 의해 설정된 최대 패킷 손실 (
Figure 112018046426410-pat00008
), 최대 패킷 지연 (
Figure 112018046426410-pat00009
), 최대 지연 지터 (
Figure 112018046426410-pat00010
)와 비교하여 트래픽 과적 유무를 판별 할 수 있다.
한편, 탄력적 트래픽을 갖는 서비스 클래스는 비교적 지연 시간과 처리율이 크게 변하더라도 어플리케이션의 요구사항을 만족 시키므로 트래픽 처리량 및 패킷 손실량 측면에서 트래픽 과적의 유무를 판별하며 비탄력적 트래픽을 갖는 서비스 클래스는 네트워크 지연 시간과 지터의 영향을 크게 받으므로 트래픽 처리량 및 패킷 손실 뿐만 아니라 패킷 지연 시간, 지연 지터의 대한 기준을 통해 트래픽 과적의 유무를 판별할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드로의 트래픽 과적을 해소하기 위한 대역폭 제어 방법은 이처럼 특정 노드의 트래픽 과적으로 인한 통신 서비스 품질이 저하되는 네트워크 혼잡 현상을 최소화하기 위한 방법으로서, 시간에 따라 매우 유동적인 트래픽 특성을 갖는 네트워크에서 보다 유연한 트래픽 제어를 통해 네트워크 사용 효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들면, 도 4c에 따른 시점 t1에서 트래픽 과적을 감지하고, 감지된 트래픽 과적에 대한 알림 메시지를 발행하며, 새로운 대역폭 구성 설정을 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법에 대한 기초 흐름도이다.
도 5를 참조하면, SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법은 주기적으로 트래픽 네트워크 상태 정보를 수집하는 단계(S500), 수집된 트래픽 네트워크 상태 정보를 기초로 트래픽 과적 상태를 판단한 후, 특정 노드에 대한 트래픽 과적으로 판단되면, SDN 컨트롤러의 서비스 추상화부에서 특정 노드의 트래픽 과적에 대한 이벤트를 발생시키는 단계(S502), SDN 컨트롤러의 트래픽 매니저가 트래픽 과적이 발생한 노드에 추가적인 대역폭 자원을 지원할 수 있는지 확인하는 단계(S504)를 포함할 수 있다.
여기서, 트래픽 과적이 발생한 노드에 추가적인 대역폭 자원을 지원할 수 있는지 확인하는 단계(S504)는 다음의 수학식 5를 확인함으로써 수행될 수 있다.
Figure 112018046426410-pat00011
상기 수학식 5를 참조하면,
Figure 112018046426410-pat00012
는 i번째 노드의 평균 트래픽 처리량이고, C은 전체 네트워크의 트래픽 수용량이며, v 는 대역폭 변경을 위한 최소 변화량(또는 기준값)을 의미할 수 있다. 따라서, 특정 노드에 대역폭 자원의 지원 가능 여부는 전체 트래픽 수용량(C)에서 각 노드별 실시간 평균 트래픽 처리량의 합을 뺀 결과가 최소 변화량(v)가 보다 큰 경우 네트워크 자원 지원이 가용하다고 판단할 수 있다. 최소 변화량(v)의 결정은 트래픽 과적에 대한 대역 설정을 변화폭의 최소 단위를 의미하는 것으로서 변화량의 크기는 트래픽 과적 이벤트에 대한 네트워크 구성 변경에 의한 반응 속도를 결정한다.
상기 수학식 5에 따른 네트워크 자원 가용여부(S)가 1인 경우, 네트워크 자원을 지원 가능한 것으로 판단하고, 현재의 네트워크 구성 설정 상태를 저장하며, 새로운 네트워크 구성 설정을 생성할 수 있다(S506). 단계 S506은 추후 원래의 설정으로 복원하기 위한 일종의 백업(backup) 과정이 포함될 수 있다.
또한, 트래픽 과적이 발생한 노드에 대하여 앞서 생성된 새로운 네트워크 구성 설정을 적용하는 경우, 해당 노드에 대한 최대 대역폭(
Figure 112018046426410-pat00013
)을 아래의 수학식 6과 같이 변경할 수 있다.
Figure 112018046426410-pat00014
수학식 6을 참조하면, j는 트래픽 과적으로 인한 구성 설정 변경 횟수를 지시하는 인덱스로서, 0부터 구성 설정이 변경될때 마다 증가할 수 있다. 따라서, j가 0일 때의 최대 대역폭은 해당 노드에 대하여 부여된 최초 설정값을 의미할 수 있다. 또한, v는 최대 대역폭을 증가시키는 변화량을 의미할 수 있고, k는 각 노드를 지시하는 인덱스일 수 있다.
한편, 네트워크 자원 가용여부(S)가 0인 경우는 다른 노드에도 역시 트래픽이 커서 지원 가능한 대역폭 자원이 없는 경우이기 때문에 특정 노드의 트래픽 과적에 대한 문제를 해결할 수 없다. 이러한 경우는 트래픽 쏠림 현상에 기인한 상황이 아니며 네트워크 전체의 트래픽이 증가로 나타난 현상이기 때문에 네트워크의 용량 증대가 필요한 상황이라고 말할 수 있다.
트래픽 과적 이벤트에 의해 네트워크 구성상태를 변경하면 변경이후 다음과 같이 다섯가지 상황이 발생할 수 있다.
1. 대역폭 설정을 변경한 후 같은 노드에서 트래픽 과적 이벤트가 다시 발생한 경우
2. 해당 노드의 트래픽 과적이 해소된 경우
3. 전체 네트워크 용량이 부족한 경우
4. 트래픽 과적 이벤트가 발생후 다른 노드에서 과적이 발생하는 경우
5. 복수개의 노드에 대한 트래픽 과적 이벤트가 발생하는 경우
먼저 첫번째 경우는 트래픽 과적 이벤트가 발생한 노드에 대한 구성 설정을 변경(예를 들면 최대 대역폭을 변경)한 후에도 트래픽 과적 문제가 해결되지 않아 트래픽 과적 이벤트가 다음 이벤트 주기에 다시 발생하는 경우이다. 이러한 경우에는 처음 트래픽 과적이 발생한 상황과 같이 네트워크 자원의 가용 여부에 따라 도5과 같은 절차를 수행할 수 있다.
두번째 경우는 이하에서 도 6을 참조하여 설명하고, 세번째 경우는 이하에서 도 7을 참조하여 설명하며, 네번째 경우는 도 8을 참조하여 설명하고, 다섯번째 경우는 도 9를 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적이 해소되었는지 확인하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 5에서의 두 번째 경우는 트래픽 과적이 발생한 노드에서 트래픽 과적이 해소되는 경우이다. 도 6을 참조하면, 트래픽 과적이 발생한 노드에 대한 모니터링을 통해 주기적으로 평균 트래픽 처리량을 계산할 수 있다(S600). 계산된 평균 트래픽 처리량을 통해 해당 노드에 대한 트래픽 과적이 해소되었는지 여부를 확인할 수 있다(S602). 이때, 트래픽 과적이 해소되었는지 여부는 다음의 수학식 7을 이용하여 판단할 수 있다.
Figure 112018046426410-pat00015
상기 수학식 7을 참조하면,
Figure 112018046426410-pat00016
는 트래픽 과적이 발생하여 구성 설정을 변경한 k번째 노드의 평균 트래픽 처리량이다. 현재 평균 트래픽 처리량이 해당 노드에 설정된 최초의 최대 대역폭(
Figure 112018046426410-pat00017
)보다 작아지면 트래픽 과적이 해결된 것으로 판단할 수 있다.
또한 다음 수학식 8 내지 10과 같이 지연시간, 지연지터, 패킷처리량에 대한 기준으로 파악할 수도 있다.
Figure 112018046426410-pat00018
Figure 112018046426410-pat00019
Figure 112018046426410-pat00020
수학식 8 내지 10을 참조하면, k 번째 노드의 i번째 서비스 클래스의 평균 패킷 손실 (
Figure 112018046426410-pat00021
), 평균 패킷 지연(
Figure 112018046426410-pat00022
), 평균 지연지터 (
Figure 112018046426410-pat00023
)를 대역폭 제어 서비스 어플(108)에 의해 설정된 최대 패킷 손실 (
Figure 112018046426410-pat00024
), 최대 패킷 지연 (
Figure 112018046426410-pat00025
), 최대 지연 지터 (
Figure 112018046426410-pat00026
)와 비교하여 트래픽 과적이 해결된 것으로 판단할 수 있다.
k 번째 노드의 평균 트래픽 처리량을 주기적으로 관찰하고 수학식 7 내지 10에 따라 트래픽 과적이 해소되었다고 판단되면, SDN 컨트롤러의 서비스 추상화 모듈에서 트래픽 과적 해소 이벤트를 발생시킬 수 있다(S604). 트래픽 과적 해소 이벤트가 발생하면, SDN 컨트롤러는 해당 노드에 대한 네트워크 구성 설정을 원래 최초의 구성 상태로 복원할 수 있다(S606).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 중 전체 네트워크 용량이 부족한 경우를 나타내는 흐름도이다.
앞선 도 5에서 세번째 경우는 네트워크 자원의 변경에 따라 네트워크 용량이 부족해지는 경우이다. 도 7을 참조하면, 도 5에 따라 특정 노드에 대한 네트워크 구성 설정을 변경한 후, SDN 컨트롤러(또는 서비스 추상화 모듈)는 네트워크 상의 각 노드들의 평균 트래픽 처리량을 주기적으로 계산할 수 있다(S700). 이때, 주기적으로 관측된 각 노드들의 평균 트래픽 처리량을 기초로 전체 네트워크의 용량 부족 여부를 다음의 수학식 11을 통해 확인할 수 있다(S702).
Figure 112018046426410-pat00027
수학식 11을 참조하면, 특정 노드에 대한 트래픽 과적으로 인해 대역폭 구성 설정 변경이 일어난 후 각 노드의 평균 트래픽 처리량을 주기적으로 검사하고, 전체 트래픽 수용용량(C)에서 각 노드(인덱스 i로 지정)의 평균 전송율(
Figure 112018046426410-pat00028
, 또는 평균 트래픽 량)의 합을 뺀 결과가 일정한 보호 대역폭(δ, 또는 임계값)보다 작으면, SDN 컨트롤러(또는 서비스 추상화 모듈)은 네트워크 전체 용량 부족에 대한 이벤트를 발생시킬 수 있다(S704). SDN 컨트롤러(또는 트래픽 매니저)는 용량 부족 이벤트를 수신하면 트래픽 과적에 따라 구성이 변경된 노드의 네트워크 설정을 바로 변경 이전 상태로 복원할 수 있다(S706). 여기서 변경 이전 상태는 해당 노드에 대하여 마지막 네트워크 구성 설정이 변경된 바로 직전의 네트워크 구성 설정을 의미할 수 있다. 이때, 일정한 보호 대역폭(δ)은 특정 노드에 대한 대역폭 설정 변경으로 인해 다른 노드에 대한 대역폭 공급에 문제가 발생하지 않도록 보호하는 역할을 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 이후 다른 노드에 트래픽 과적이 발생한 경우에 대한 흐름도이다.
도 5에서의 네번째 경우는 특정노드로의 트래픽 과적으로 인해 대역폭을 변경한 상태에서 또 다른 노드에 트래픽 과적이 연이어 발생한 경우이다. 이런 경우 네트워크 대역폭 자원이 지원 가능한 경우라면, 두번째 트래픽 과적이 발생한 노드에도 대역폭 변경을 허가해 줄 수 있다. 그러나 만일 네트워크 자원이 지원 가능하지 않다면 트래픽 과적이 뒤늦게 발생한 노드에 대하여 대역폭 변경을 허가해 줄 수 없다. 따라서, 먼저 트래픽 과적이 발생한 노드가 대역폭을 선점하고, 뒤늦게 트래픽 과적이 발생한 노드는 전혀 네트워크 자원을 지원받지 못하는 상황이 발생될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 다른 노드에 트래픽 과적이 연이어 발생한다면, 그 전에 이미 트래픽 과적이 발생한 노드에서도 네트워크 구성 설정을 이전 상태로 복원시키고, 추후 발생되는 트래픽 과적 이벤트에서 네트워크 과적 정도가 더 심한 노드에 대역폭을 추가로 지원할 수 있다.
도 8을 참조하면, A 노드에서 트래픽 과적 이벤트가 발생(S800)함에 따라 A 노드의 네트워크 구성 설정(또는 대역폭 설정)을 변경(S802)한 후 B 노드에 대한 트래픽 과적 이벤트가 발생(S804)한 것을 확인할 수 있다. B 노드에서 트래픽 과적 이벤트가 발생하면, 앞에서 설명한 수학식 2를 이용하여 네트워크 자원의 가용 여부를 확인할 수 있고(S806), 네트워크 자원을 지원할 수 있다면, B 노드에 대한 현재 네트워크 구성 설정(또는 대역폭 구성 설정)을 저장하고, 추가적인 네트워크 자원(예를 들면 최대 대역폭)을 지원하는 새로운 네트워크 구성 설정을 생성할 수 있다(S808). 다음으로, B 노드의 네트워크 구성 설정을 생성된 네트워크 구성 설정으로 변경(S810)할 수 있다.
한편, 단계 S806에서 네트워크 자원을 지원할 수 없으면 B 노드에 대한 네트워크 구성 설정을 변경하지 않는다. 이 경우 A 노드의 트래픽 과적 해소로 인해 B 노드에 대한 트래픽 과적을 해소하지 못하므로, 이전에 발생한 트래픽 과적 이벤트로 인하여 네트워크 구성 설정이 변경된 모든 노드에 대하여 바로 이전(직전) 네트워크 구성 설정값으로 복원하는 것이 공평할 수 있다. 따라서, 이전에 트래픽 과적이 발생했던 A노드의 네트워크 구성 설정을 변경 바로 직전 상태로 복원(S812)하고, 다음 트래픽 과적 이벤트 발생 시점에 트래픽 제어가 시급한 노드에 추가 대역폭을 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 복수의 노드에 대한 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 5에서 다섯번째의 경우는 복수의 노드에 대한 트래픽 과적 이벤트가 발생하는 경우이다. 네번째 경우처럼 복수개의 노드에 트래픽 과적 현상이 발생한 경우에 트래픽 과적 이벤트 발생 시점에 두개의 노드 이상에서 동시에 트래픽 과적 이벤트가 발생할 수 있다.
도 5를 참조하면, SDN 컨트롤러는 네트워크에 대한 트래픽 네트워크 상태 정보를 주기적으로 수집(S900)함으로써, 트래픽 과적 상태를 확인할 수 있다. 이때, 복수의 노드에 대한 트래픽 과적 이벤트가 발생하면(S902), 트래픽 과적이 발생한 복수의 노드에 대해 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 확인할 수 있다(S904).
여기서, 트래픽 과적이 발생한 복수의 노드에 대해 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 확인하는 단계는 다음의 수학식 12를 통해 수행될 수 있다.
Figure 112018046426410-pat00029
수학식 12를 참조하면, n은 트래픽 과적이 발생한 노드의 갯수이며, v는 일정한 보호 대역폭(또는 임계값)이며, C는 전체 네트워크의 대역폭 용량,
Figure 112018046426410-pat00030
는 개별 노드의 평균 트래픽량을 의미할 수 있다. 네트워크 자원(또는 대역폭 자원)의 지원 가능 여부(S)가 1인 경우, 트래픽 과적이 발생한 복수의 노드에 대한 네트워크 구성 설정을 저장하고, 추가적인 네트워크 자원을 지원하는 새로운 네트워크 구성 설정을 생성할 수 있다(S906). 그 후 트래픽 과적이 발생한 복수의 노드의 네트워크 구성 설정을 생성된 네트워크 구성 설정으로 변경할 수 있다(S908).
한편, 단계 S904에서, 네트워크 자원의 지원 가능 여부(S)가 0으로 판단된 경우, 수학식 12의 n을 1씩 감소해 가면서 몇 개의 노드에 추가적인 대역폭 지원이 가능한지를 파악할 수 있다(S910). 트래픽 과적이 발생한 복수의 노드 중에서 단계 S910에서 파악된 노드의 개수만큼의 노드들을 선택할 수 있다(S912). 이때, 트래픽 과적이 발생한 복수의 노드 중에서 일부 노드를 선택하는 기준은 트래픽 과적이 더 높은 노드를 선택할 수 있다. 예를 들면, 패킷 손실율 또는 지연 시간 관점에서 트래픽 과적이 더 높은 노드를 선택할 수 있다. 다음으로, 선택된 노드들의 네트워크 구성 설정을 저장하고, 추가적인 네트워크 자원을 지원하는 새로운 네트워크 구성 설정을 생성할 수 있고(S914), 선택된 노드들에 대한 네트워크 구성 설정을 생성된 새로운 네트워크 구성 설정으로 변경할 수 있다(S916).
즉, 간략히 두개의 노드가 동시에 트래픽 과적이 발생한 상황에 대한 처리 절차를 예로 들면, 먼저 두 노드 모두에 대하여 지원 가능한 대역폭 자원이 존재한다면 두 노드에 대해서 모두 추가 대역폭을 설정 및 변경할 수 있다. 그러나 만일 두 노드 모두에 대해 지원가능한 네트워크 자원이 존재하지 않는다면 먼저 하나의 노드에 대하여 추가 대역폭 지원이 가능한지를 계산할 수 있다. 다음으로, 하나의 노드에 대해 지원 가능한 대역폭 자원이 존재한다면, 두개의 노드 중 트래픽 과적량이 더 높은 노드(예를 들어 패킷 손실율 또는 지연 시간관점에서 과적량이 더 높은 노드)를 선택하여 우선적으로 추가 대역폭을 설정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법에 대한 대표 흐름도이다.
도 10을 참조하면, SDN(Software Defined Network) 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법은, 네트워크의 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는 단계(S100), 수집된 실시간 트래픽 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계(S110), 트래픽 과적이 검출된 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계(S120) 및 지원가능한 네트워크 자원에 따라 상기 적어도 하나의 노드에 대한 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 수집하는 단계(S100)는, 수동 광 네트워크(Passive Optical Network) 기반의 에이전트 단말(Optical Line Terminal)로부터 수집할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계(S110)는, 상기 실시간 트래픽 상태 정보를 기반으로 네트워크 상태 정보를 획득하는 단계 및 획득된 네트워크 상태 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 네트워크 상태 정보는, 트래픽 처리량, 지연 시간, 지연지터 및 패킷 손실량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계(S110)는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 요구되는 트래픽의 특성에 따라 서비스 클래스를 분류하는 단계, 분류된 서비스 클래스에 따라 적응적으로 상기 네트워크 상태 정보의 기준을 설정하는 단계 및 설정된 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계(S130) 이후, 상기 네트워크에 포함된 각 노드의 트래픽 처리량을 주기적으로 모니터링하여 네트워크 전체의 자원 용량 부족을 확인하는 단계 및 상기 네트워크 전체의 자원 용량 부족이 확인되면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 변경 직전 상태로 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계(S130)는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계에서 상기 적어도 하나의 노드가 복수의 노드이고, 그 중 일부의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는 경우, 상기 복수의 노드 중 트래픽 과적이 큰 노드들을 선정하는 단계 및 선정된 노드들에 한하여 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계(S130)는, 변경 횟수에 따라 상기 대역폭 허용량을 미리 설정된 증가량만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계(S130) 이후에, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계 및 트래픽 과적이 해소되었으면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 초기 설정값으로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에서의 평균 트래픽 처리량, 평균 패킷 손실, 평균 패킷 지연 시간, 평균 패킷 지연 지터 중 적어도 하나를 기초로 판단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 11을 참조하면, SDN(Software Defined Network) 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 장치는, 적어도 하나의 프로세서(processor, 110) 및 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory, 120)를 포함할 수 있다.
여기서 SDN(Software Defined Network) 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 장치(100)는 통신 회사에 설치되어 있는 단말(OLT, Optical line Terminal)과 광 네트워크를 통해 통신할 수 있는 통신 모듈(130)을 더 포함할 수 있다.
여기서 SDN(Software Defined Network) 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 장치(100)는 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하여 저장하고, 수집된 실시간 트래픽 상태 정보를 이용하여 도출된 네트워크 상태 정보를 저장하는 저장소(storage, 140)를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 적어도 하나의 단계는, 네트워크의 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는 단계, 수집된 실시간 트래픽 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계, 트래픽 과적이 검출된 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계 및 지원가능한 네트워크 자원에 따라 상기 적어도 하나의 노드에 대한 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 수집하는 단계는, 수동 광 네트워크(Passive Optical Network) 기반의 에이전트 단말(Optical Line Terminal)로부터 수집할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는, 상기 실시간 트래픽 상태 정보를 기반으로 네트워크 상태 정보를 획득하는 단계 및 획득된 네트워크 상태 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 네트워크 상태 정보는, 트래픽 처리량, 지연 시간, 지연지터 및 패킷 손실량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 요구되는 트래픽의 특성에 따라 서비스 클래스를 분류하는 단계, 분류된 서비스 클래스에 따라 적응적으로 상기 네트워크 상태 정보의 기준을 설정하는 단계 및 설정된 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계 이후, 상기 네트워크에 포함된 각 노드의 트래픽 처리량을 주기적으로 모니터링하여 네트워크 전체의 자원 용량 부족을 확인하는 단계 및 상기 네트워크 전체의 자원 용량 부족이 확인되면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 변경 직전 상태로 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계에서 상기 적어도 하나의 노드가 복수의 노드이고, 그 중 일부의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는 경우, 상기 복수의 노드 중 트래픽 과적이 큰 노드들을 선정하는 단계 및 선정된 노드들에 한하여 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계는, 변경 횟수에 따라 상기 대역폭 허용량을 미리 설정된 증가량만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.
여기서 상기 변경하는 단계 이후에, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계 및 트래픽 과적이 해소되었으면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 초기 설정값으로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계는, 상기 적어도 하나의 노드에서의 평균 트래픽 처리량, 평균 패킷 손실, 평균 패킷 지연 시간, 평균 패킷 지연 지터 중 적어도 하나를 기초로 판단할 수 있다.
여기서 SDN(Software Defined Network) 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 장치(100)의 예를 들면, SDN 컨트롤러가 대표적이며, 그 밖에도 통신 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 노트북(notebook), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), 모바일폰(mobile phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB(digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), PDA(Personal Digital Assistant) 등이 있을 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법이 적용된 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도면 12를 참조하면, 도 4c에서 설명했던 M 노드에 대하여 시점 t1이전에 패킷 손실(packet drop)이 발생하기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 시점 t1에서 SDN 컨트롤러는 M 노드에 대한 트래픽 과적 이벤트를 발생시키고, 새로운 대역폭 설정을 M 노드에 적용할 수 있다. 새로운 대역폭 설정에 따라 M 노드의 최대 대역폭(SLAmax)이 시점 t1에서 증가한 것을 확인할 수 있고, 그로 인해 M 노드의 패킷 손실이 경감된 것을 확인할 수 있다.
그 후, t2 시점에 이르러 다른 H노드의 트래픽이 증가하면서 네트워크 용량 부족에 대한 이벤트가 발생함에 따라, M 노드의 대역폭 구성 설정을 이전 구성 설정으로 복원시킨 것을 확인할 수 있다.
또한, t3 시점에서 M 노드에 대한 평균 트래픽 량이 급격히 감소함에 따라 트래픽 과적 해소 이벤트가 발생하여 트래픽 과적 상황이 해소되었음을 알리고 원래 최초의 구성 설정으로 복원될 수 있다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 대역폭 제어 방법에 따른 시뮬레이션 결과이다.
여기서 도 13은 패킷 지연을 설명하기 위한 그래프이다. 도 14는 패킷 처리량을 설명하기 위한 그래프이다.
시뮬레이션에서 여기서 노드(또는 ONU)의 개수(N)가 16 이며 모든 노드(또는 ONU)는 동일한 최대 전송 윈도우를 갖는다고 가정하였다. 스케쥴러의 대역 할당 폴링 주기 (T_max)는 1 ms 이며, 보호간격 (Guard time)은 100 ns, 서비스 클래스 큐(Queue)의 buffer size는 10 Mbyte 이다. 시뮬레이션은 다음과 같은 상황을 가정하였다. 16 ONU 중에 하나의 특정 ONU에 전체 트래픽 부하의 50%가 집중되고 그외 다른 노드들에게 전체 부하(또는 트래픽)의 50% 이하인 트래픽 쏠림이 발생한 상황에서 전체 네트워크의 트래픽 부하를 증가시키면서 각 서비스 클래스 별로 패킷 지연과 패킷 손실 측면에 종래 구조와 발명 구조의 결과를 비교하였다.
도 13는 네트워크의 부하(Offered load)에 따른 트래픽이 집중된 노드의 패킷 전송 지연(Delay)에 대한 시험 결과를 확인할 수 있다. 구체적으로 전체 네트워크 부하(가로축)가 전체 네트워크 수용용량의 0.4(40%)에 이르면 패킷 지연(세로축)이 커지기 시작하여 우선순위가 낮은 패킷 OLD-BE (BE : Best Effort)부터 패킷 지연이 급격히 증가하였다. 네트워크 부하가 0.7(70%)에 이르면 BE 뿐만 아니라 OLD-AF (AF : Assured Forwarding) 패킷 역시 지연이 크게 증가하기 시작하여 서비스 품질이 크게 저하됨을 알 수 있다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법을 적용한 방식(NEW-EF, NEW-AF, NEW-BE)은 지능적인 대역폭 제어를 통해 트래픽 집중에 의한 혼잡 문제를 크게 개선하여 패킷 지연의 영향을 20% 이상 개선함을 알 수 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 패킷 처리량(Throughput)관점에서 네트워크 부하(가로축)가 네트워크 수용용량의 0.5(50%) 이하에서는 그 영향이 크지 않지만 그 이상 네트워크 부하에서 패킷 손실이 크게 발생하여 네트워크 부하(가로축)가 0.9(90%)의 상황에서 OLD-EF (EF : Expedited Forwarding, 우선순위가 가장 높은 패킷) 2%, OLD-AF 36%, OLD-BE 100% 의 패킷 손실이 발생한 것을 확인할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 SDN 환경에서 특정 노드에서의 트래픽 과적으로 인한 서비스 품질 저하를 해소하기 위한 트래픽 제어 방법을 적용한 방식에 따른 패킷 손실율은 네트워크 부하가 0.9(90%)인 상황에서 NEW-EF 0%, NEW-AF 0%, NEW-BE 72% 로서 네트워크 패킷 손실율이 30% 이상 경감한 것으로 확인되었다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. SDN(Software Defined Network) 환경의 SDN 컨트롤러에 의해 수행되는 트래픽 제어 방법으로,
    네트워크의 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는 단계;
    수집된 실시간 트래픽 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계;
    트래픽 과적이 검출된 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계; 및
    지원가능한 네트워크 자원에 따라 상기 적어도 하나의 노드에 대한 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함하여,
    상기 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계는,
    상기 네트워크의 총 트래픽 수용량 및 트래픽 과적이 검출되지 않은 노드들의 트래픽 상태 정보를 고려하여 판단하는 것을 특징으로 하는, 트래픽 제어 방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는 단계는,
    수동 광 네트워크(Passive Optical Network) 기반의 에이전트 단말(Optical Line Terminal)로부터 상기 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는, 트래픽 제어 방법.
  3. 청구항 1에서,
    상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는,
    상기 실시간 트래픽 상태 정보를 기반으로 네트워크 상태 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 네트워크 상태 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함하는, 트래픽 제어 방법.
  4. 청구항 3에서,
    상기 네트워크 상태 정보는,
    트래픽 처리량, 지연 시간, 지연지터 및 패킷 손실량 중 적어도 하나를 포함하는, 트래픽 제어 방법.
  5. 청구항 3에서,
    상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 노드에 대하여 요구되는 트래픽의 특성에 따라 서비스 클래스를 분류하는 단계;
    분류된 서비스 클래스에 따라 적응적으로 상기 네트워크 상태 정보의 기준을 설정하는 단계; 및
    설정된 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함하는, 트래픽 제어 방법.
  6. 청구항 1에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계 이후,
    상기 네트워크에 포함된 각 노드의 트래픽 처리량을 주기적으로 모니터링하여 네트워크 전체의 자원 용량 부족을 확인하는 단계; 및
    상기 네트워크 전체의 자원 용량 부족이 확인되면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 변경 직전 상태로 복원하는 단계를 포함하는, 트래픽 제어 방법.
  7. 청구항 1에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계에서 상기 적어도 하나의 노드가 복수의 노드이고, 그 중 일부의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는 경우,
    상기 복수의 노드 중 트래픽 과적이 큰 노드들을 선정하는 단계; 및
    선정된 노드들에 한하여 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함하는, 트래픽 제어 방법.
  8. 청구항 1에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계는,
    변경 횟수에 따라 상기 대역폭 허용량을 미리 설정된 증가량만큼 단계적으로 증가시키는, 트래픽 제어 방법.
  9. 청구항 1에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계 이후에,
    상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계; 및
    트래픽 과적이 해소되었으면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 초기 설정값으로 변경하는 단계를 포함하는, 트래픽 제어 방법.
  10. 청구항 9에서,
    상기 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 노드에서의 평균 트래픽 처리량, 평균 패킷 손실, 평균 패킷 지연 시간, 평균 패킷 지연 지터 중 적어도 하나를 기초로 판단하는, 트래픽 제어 방법.
  11. SDN(Software Defined Network) 환경에서 트래픽을 제어하는 SDN 컨트롤러
    (controller)로서,
    적어도 하나의 프로세서(processor); 및
    상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 단계는,
    네트워크의 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는 단계;
    수집된 실시간 트래픽 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계;
    트래픽 과적이 검출된 상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계; 및
    지원가능한 네트워크 자원에 따라 상기 적어도 하나의 노드에 대한 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함하여,
    상기 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계는,
    상기 네트워크의 총 트래픽 수용량 및 트래픽 과적이 검출되지 않은 노드들의 트래픽 상태 정보를 고려하여 판단하는 것을 특징으로 하는, SDN 컨트롤러.
  12. 청구항 11에서,
    상기 수집하는 단계는,
    수동 광 네트워크(Passive Optical Network) 기반의 에이전트 단말(Optical Line Terminal)로부터 상기 실시간 트래픽 상태 정보를 수집하는, SDN 컨트롤러.
  13. 청구항 11에서,
    상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는,
    상기 실시간 트래픽 상태 정보를 기반으로 네트워크 상태 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 네트워크 상태 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  14. 청구항 13에서,
    상기 네트워크 상태 정보는,
    트래픽 처리량, 지연 시간, 지연지터 및 패킷 손실량 중 적어도 하나를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  15. 청구항 13에서,
    상기 트래픽 과적을 검출하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 노드에 대하여 요구되는 트래픽의 특성에 따라 서비스 클래스를 분류하는 단계;
    분류된 서비스 클래스에 따라 적응적으로 상기 네트워크 상태 정보의 기준을 설정하는 단계; 및
    설정된 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적을 검출하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  16. 청구항 11에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계 이후,
    상기 네트워크에 포함된 각 노드의 트래픽 처리량을 주기적으로 모니터링하여 네트워크 전체의 자원 용량 부족을 확인하는 단계; 및
    상기 네트워크 전체의 자원 용량 부족이 확인되면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 변경 직전 상태로 복원하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  17. 청구항 11에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는지 판단하는 단계에서 상기 적어도 하나의 노드가 복수의 노드이고, 그 중 일부의 노드에 대하여 네트워크 자원을 지원할 수 있는 경우,
    상기 복수의 노드 중 트래픽 과적이 큰 노드들을 선정하는 단계; 및
    선정된 노드들에 한하여 SLA(Service Level Agreement) 기반의 대역폭 허용량을 변경하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  18. 청구항 11에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계는,
    변경 횟수에 따라 상기 대역폭 허용량을 미리 설정된 증가량만큼 단계적으로 증가시키는, SDN 컨트롤러.
  19. 청구항 11에서,
    상기 대역폭 허용량을 변경하는 단계 이후에,
    상기 적어도 하나의 노드에 대한 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계; 및
    트래픽 과적이 해소되었으면, 상기 적어도 하나의 노드에 대한 대역폭 허용량을 초기 설정값으로 변경하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  20. 청구항 19에서,
    상기 트래픽 과적이 해소되었는지 판단하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 노드에서의 평균 트래픽 처리량, 평균 패킷 손실, 평균 패킷 지연 시간, 평균 패킷 지연 지터 중 적어도 하나를 기초로 판단하는, SDN 컨트롤러.
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