KR102121124B1 - 모바일 엣지 컴퓨팅기반의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법 - Google Patents

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KR102121124B1
KR102121124B1 KR1020180155261A KR20180155261A KR102121124B1 KR 102121124 B1 KR102121124 B1 KR 102121124B1 KR 1020180155261 A KR1020180155261 A KR 1020180155261A KR 20180155261 A KR20180155261 A KR 20180155261A KR 102121124 B1 KR102121124 B1 KR 102121124B1
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김석훈
김은경
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순천향대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 효율적인 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법을 위하여 단말 노드와 단말 노드간의 데이터전송을 위한 제 1 동기화 부; 상기 단말 노드와 클라우드 네트워크들간의 데이터 전송을 위한 제 2 동기화부; 상기 단말 노드와 인터넷 노드간의 데이터 전송을 위한 제 3 동기화 부; 상기 단말 노드와 코어 노드 간의 데이터 전송을 위한 제 4 동기화 부를 포함한 소프웨어 정의형 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

Description

모바일 엣지 컴퓨팅기반의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법{A method of Software Defined Data Transmission based on Mobile Edge Computing}
본 발명은 다양한 유형의 서비스와 디바이스를 지원해야 하는 거대 IoT 환경에서 모바일 에지 컴퓨팅을 기본으로 하는 효율적인 데이터 전송 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 단말노드와 단말노드, 단말노드와 클라우드 네트워크, 단말노드와 인터넷 노드 및 코어노드간의 서로 다른 동기화부를 포함하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
지난 몇 년 동안 무선 전송 및 네트워킹 기술 (예 : IEEE 802.11 및 IEEE 802.15 무선 네트워킹 표준 제품군)을 포함한 모바일 전송 및 네트워킹 기술이 크게 향상되었고, 성능 면에서도 모바일 기술은 더 이상 다양한 유선 기술보다 뒤처지지 않고, 또한, 5G 모바일 기술은 이러한 현상을 가속화 한다. 제4차 산업 혁명은 모바일 기술을 비롯한 다양한 ICT 발전으로 인해 발생하며, 대부분의 비즈니스 분야에 영향을 미치고 있다.
연결된 모든 것들이 자동적으로 그리고 인공지능으로 작업을 조작해야하기 때문에 인공 지능과 로봇 기술의 중요성이 제4차 산업 혁명 시대에 증가하고, 여기서 가장 중요한 기술은 알고리즘과 데이터이다. 모든 것이 알고리즘과 데이터에 의해 처리되는 결과에 의해 운영 될 것이고 이러한 현상은 이미 세계의 다양한 비즈니스 분야에서 발생하고 있다. 따라서 데이터를 수집하는 방법과 자체 알고리즘으로 데이터를 활용하는 방법이 핵심 기술이 될 것이다. 또한 5G 기술을 포함한 ICT 및 관련 지식 기술은 데이터를 집계하고 데이터를 처리하는 새로운 방법론이 필요하고 관련분야의 가장 중요한 기초기술이 될 것이다. 또한, SDN (Software Defined Network) 및 NFV (Network Functional Virtualization), MEC (Mobile Edge Computing), 자체 적응 컴퓨팅, 기계 학습 및 효율적인 임베디드 소프트웨어와 같은 다양한 기술의 컨버전스가 필요하다.
최근 들어, 대두되고 있는 소프트웨어 정의 네트워크 (SDN, Software Defined Network)는 SDDC(Software Defined Data Center)에서 서버 가상화 실현에 문제가 되어 왔던 네트워크의 문제를 해결하고 구조적 유연성을 제공하고 있다. 소프트웨어 정의 네트워크 기술은 복잡한 컨트롤 플레인(control plane)의 기능을 데이터 플레인(data plane)과 분리하여, 컨트롤 플레인의 복잡한 기능을 소프트웨어로 처리하고, 데이터 플레인은 네트워크 패킷의 전달, 무시, 변경 등 컨트롤 플레인이 지시하는 단순한 기능만을 수행하도록 한다. 이런 변화로, 복잡한 하드웨어의 제약 없이 소프트웨어로 새로운 네트워크 기능을 개발할 수 있으며, 동시에 이전 네트워크 구조에서 불가능했던 다양한 시도를 할 수 있게 되었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허청에 등록특허공보 10-1646149가 2015. 12. 30. 자로 개시되어 있다.
따라서, 본 발명은 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC)와 같은 분산 컴퓨팅 환경에서 리소스들간에 파라미터 공유 시 발생하는 전송 오버헤드를 감소시키기 위한 것으로, 본 발명이 이루고하자 하는 기술적 과제는 소프트웨어정의 네트워크(SDN)와 네트워크 기능 가상화(NFV)기술을 이용하여 노드들간의 동기화를 기반으로 효율적인 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 엣지 컴퓨팅기반의 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법은 단말 노드와 단말 노드간의 데이터전송을 위한 제 1 동기화 부; 상기 단말 노드와 클라우드 네트워크들 간의 데이터 전송을 위한 제 2 동기화부; 상기 단말 노드와 인터넷 노드간의 데이터 전송을 위한 제 3 동기화 부; 상기 단말 노드와 코어 노드 간의 데이터 전송을 위한 제 4 동기화 부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법에 대한 것이다.
본 발명의 일 실시 예 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법에서 디바이스들은 대역폭에 따라 LEG(Low-End Group), MEG(Medium-End Group), HEG(High-End Group)으로 나뉘어 져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른, 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법은 메시지 컨트롤 오버헤드를 감소시키고, 데이터의 처리량도 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 데이터 전송 방법은 대역폭에 따른 우선순위 및 소모 자원을 고려하여, 중요한 작업을 우선적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법에서의 기능적 참조 모델을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법에서의 기능적 참조 모델의 동기화부와 동기화 범위를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실 시예에 따른 대역폭에 따른 디바이스 그룹을 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현 될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 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 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법의 도 1에 도시된 것처럼, 디바이스(100), 엑세스 네트워크(110), 코어네트워크(120), 인터넷(130)으로 구성되어 있다. 디바이스(100)는 스마트폰과 같은 모바일 디바이스를 포함하고, 엑세스 네트워크(110)는 마크로셀네트워크 노드(MCN), 스몰셀 네트워크 노드(SCN) 그리고 스몰셀 네트워크 노드는 파일 전송프로토콜의 일종인 X2x를 이용하여 마크로 베이스 스테이션(MBS)과 스몰 셀 노드 게이트웨이(SCN GW)과 서로 연결되어 있다. 코어 네트워크(120)는 다수의 마크로 베이스 스테이션이 포함되어 있는데 이것은 외부의 인터넷망(130)과 연결되어 있다.
본 발명의 일 실시에에 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법은 동기화 부를 총 4개로 나뉘어 져있고, 동기화 부는 서비스나 디바이스 특히, MEC 클라우드와 SDN 컨트롤러의 위치에 따라 동적으로 조정되는데 이것은 본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법이 MEC를 타켓으로 하고 있기 때문이고, 여기서 SDN 컨트롤러는 동기화와 리소스 예약을 관리한다. 자세한 사항은 도2 에 도시되어 있다.
도 2는 본 발명 일실시예에 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법의 4가지 동기화 부에 대한 것을 도식화 한 것이다. 제 1 동기화부(200)는 단말 노드와 단말 노드간의 데이터전송을 위한 것으로 일반적으로 5G환경에서의 디바이스간의 통신에 대한 것뿐만 아니라 5G와 와이파이(Wi-Fi)간의 이질(heterogeneous) 네트워크 통신을 포함하고 있다. 제 2 동기화부(210)는 단말 노드와 클라우드 네트워크들 간의 데이터 전송을 위한 것으로 MEC 클라우드와 5G 네트워크상의 센트럴 클라우드에서 사용하는 것으로 MEC 클라우드와 5G 네트워크의 위치에 종속되어 있고, 제 1 동기화부(200) 내지 제 3 동기화부(220) 중 하나를 선택하여 동작하는 것을 특징으로 한다. 제 3 동기화부(220)는 단말 노드와 인터넷 노드간의 데이터 전송을 위한 것으로 외부 인터넷 망(130)으로 데이터를 전송하는 것으로 외부 데이터를 조작할 때 사용하고, 제 1 동기부화부(200) 내지 제 3 동기화부(220)를 포함하는 모든 동기화부 중 하나를 선택하여 동작하는 것을 특징으로 한다. 마지막으로 제 4 동기화부(230)는 단말 노드와 코어 노드 간의 데이터 전송을 위한 것으로 엣지 클라우드와 센트럴 클라우드간의 데이터 전송을 담당하고 끊김 없는 상호동작을 위해서 클라우드 간의 리소스와 정보를 공유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법에서 모든 다바이스들은 미리 정의된 시간에 데이터를 전송하기 때문에 동기화 과정이 매우 중요하다. 미리 정의된 시간에 다음 노드가 전송된 데이터를 수신하지 못하면 다음 노드는 어떠한 추가적인 프로세싱 없이 목적지에 수신된 데이터를 전송한다. 이렇게 함으로써, 본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법은 전송 지연 및 지속 지연(constant latency)시간을 관리 할 수 있다.
본 발명의 동기화 과정의 환경설정을 위한 파라미터는 다음과 같다.
e1, e2, ... en은 전기적 지연을 의미하는 것으로 디바이스의 회로(circuit)을 통과하는 시간으로 대부분의 경우 이 값은 0으로 수렴된다.
p1, p2, ..., pn은 처리 지연을 의미하는 것으로 수신 노드에서 수신된 데이터를 처리하는 시간으로 처리 지연은 단말간의 지연 값의 합이기 때문에 전체 지연 시간을 결정하는 주요 속성이다.
s1, s2, ..., sn은 직렬화(serialization)지연을 의미하는 것으로 전송 매체간 비트 스트림으로 변환되는 시간으로 전기적 지연과 마찬가지로 0으로 수렴된다.
t1, t2, ..., tn은 전송 지연을 의미하는 것으로 광속(light speed)과 동일하기 때문에 전기적 지연 및 직렬화 지연과 마찬가지로 0으로 수렴된다.
상기의 파라미터를 이용하면 산술적으로 n개의 홉내의 소스에서 목적지까지의 지연은 수학식(1)과 같이 표현 될 수 있다.
Figure 112018121904763-pat00001
(1)
여기서, StD_Dall은 소스에서 목적지까지의 지연에 대한 것으로 e는 전기적 지연, p는 처리 지연, s는 직렬화 지연, t는 전송지연을 의미한다.
상기 수학식 (1)에서 소스에서 목적지까지의 지연(StD_Dall)은 다른 파라미터(en, sn, tn)가 상수이기 때문에, pn값에 의해서 결정된다. 즉, 전송 시간동안 값을 꾸준히 제어할 수 있는 경우 각 흐름에 일정한 지연시간을 제공할 수 있음을 의미한다. 상기 수학식(1)을 이용하여, 홉 i 에서의 값(StD_Dhop)은 수학식 (2)와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018121904763-pat00002
(2)
여기서, StD_Dhop은 임의의 홉 i에서 소스에서 목적지까지의 지연에 대한 것으로 StD_Di-hop은 임의의 홉 i 에서의 소스에서 목적지까지의 대략적인 지연의 의미하고 수학식 (3)과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018121904763-pat00003
(3)
여기서, StD_Dapprox-all은 대략적인 소스에서 목적지까지의 지연을 나타낸다.
pi와 pn값을 계산하기 위해서, 본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법은 동기화 계산 메시지(SCM)를 제1 동기화 부(200)내지 제4 동기화부(230)에 위치하는 목적지에 수회 반복하여 전송하고, 이렇게 함으로써 본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법은 평균치의 라운드 트립(round-trip) 시간 값을 얻을 수 있고, 상기 시간 값은 이후에 동기화 개시 메시지(SIM: synchronization initiation message)에서 사용된다.
제1 동기화 부(200) 내지 제4 동기화부(230)에서 동기화 협상 프로세스를 위한 소스에서 목적지까지의 동기화 계산 지연은 다음의 수학식 (4)와 같이 표현되고, 임의의 홉 i 에서의 소스에서 목적지까지의 동기화 계산 지연은 수학식 (5)와 같이 표현된다.
Figure 112018121904763-pat00004
(4)
Figure 112018121904763-pat00005
(5)
여기서, Ktry는 반복횟수를 의미하고 StD_Dapprox-all은 상기 소스에서 상기 목적지까지의 대략적인 지연을 의미한다.
본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법에서 동기화 협상 처리는 동기화 개시 메시지(SIM)를 사용하고, 상기 동기화 개시 메시지의 세팅 값은 아래의 수학식(6)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법.
Figure 112018121904763-pat00006
(6)
여기서, SCMi-hop은 임의의 i번째 홉에서의 소스에서 목적지의 지연을 나타내고, 이는 i 번째 홉에서의 에러 허용을 의미한다. 본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법은 동기화 개시 메시지에 의해서 동기화 프로세스가 수행되고 이러한 프로시저는 SDN 컨트롤러에 의해 처리된다.
기본적으로 본 발명의 소프트웨어 정의 데이터 전송 방법의 모든 디바이스들은 대역폭에 따라 LEG(Low-End Group)(300), MEG(Medium-End Group)(310), HEG(High-End Group)(320)의 3개의 그룹으로 나눠지고 도 3에 개시되어 있다. MEG(310)와 HEG(320)는 중간 또는 낮은 대역폭을 필요로 하는 텔래메틱스, 홈 오토메이션 디바이스, 센서노드 및 디바이스를 위한 것이고, LEG(300)는 CCTV, HD, UHD 감시 카메라와 같은 높은 대역폭의 디바이스를 위한 것이다. 기존의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 기법은 MEG(310)와 HEG(320) 에 속해있는 디바이스에는 손쉽게 적용가능 하였으나, 초저 대역폭의 서비스 측면을 고려하지 않았기 때문에 LEG(300)에 적용할 수 없었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법은 LEG(300) 디바이스 버퍼에 있는 데이터의 양 뿐만 아니라 SIMSET 값에 따라 LEG(300) 노드가 가지는 데이터의 양을 결정하는 동작을 포함한다. 이러한 동작은 LEG(300) 노드의 데이터가 버퍼 임계보다 작고, 핸들링 노드에서 SIMSET 메시지를 수신하지 않는 제1 방법, LEG 노드의 데이터가 버퍼 임계보다 작고, 핸들링 노드에서 SIMSET 메시지를 수신하는 제2 방법, LEG(300)노드의 데이터가 버퍼 임계보다 같거나 크고, 핸들링 노드에서 SIMSET 메시지를 수신하지 않는 제3 방법, LEG(300) 노드의 데이터가 버퍼 임계보다 같거나 크고, 핸들링 노드에서 SIMSET 메시지를 수신하는 제4 방법으로 나누어져있다.
대부분의 경우, LEG(300) 노드는 에너지 소비를 줄이기 위해 활성 시간을 가지고 있기 때문에 본 발명의 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법은 LEG(300) 노드가 활성화 되어 있을 때 동기화 협상을 시작하고 협상된 SIMSET 값은 활성화 시간 내에 설정된다. LEG(300) 노드의 SIMSET 값의 범위는 수학식(7)과 같다.
0 < SIMSET < Tavg_active_timei-node (7)
여기서 Tavg_active_timei-node 는 노드 i에서의 평균 활성 시간을 의미한다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 디바이스 110: 엑세스 네트워크
120: 코어 네트워크 200: 제 1 동기화부
210: 제 2 동기화부 220: 제 3 동기화부
230: 제 4 동기화부 300: Low-End Group
310: Medium-End Group 320: High-End Group

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 모바일 엣지 컴퓨팅기반의 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법에 있어서,
    단말 노드와 단말 노드간의 데이터전송을 위한 제 1 동기화 부;
    상기 단말 노드와 클라우드 네트워크들간의 데이터 전송을 위한 제 2 동기화부;
    상기 단말 노드와 인터넷 노드간의 데이터 전송을 위한 제 3 동기화 부;
    상기 단말 노드와 코어 노드 간의 데이터 전송을 위한 제 4 동기화 부;를 포함하고,
    상기 제2동기화부에서의 데이터 전송은 제 1 동기화부 내지 제 3 동기화부를 선택하여 동작하고,
    상기 제 3동기화부는 상기 제 1 동기화부 내지 상기 제 4 동기화부를 선택하여 동작하며,
    상기 동기화부를 선택하는 상기 동작은 아래의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법.
    Figure 112020013656939-pat00007

    여기서, StD_Dall은 소스에서 목적지까지의 지연에 대한 것으로 e는 전기적 지연, p는 처리 지연, s는 직렬화 지연, t는 전송지연, n은 홉내의 소스에서 목적지까지의 지연 개수를 의미함.
  5. 청구항 제4항에 있어서,
    상기 방법에서 상기 처리 지연 p를 계산하기 위해서 상기 제 1내지 제 4동기화 부에 위치하는 상기 목적지에 동기화 계산 메시지(SCM)를 반복 전송하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법.
  6. 청구항 제5항에 있어서,
    상기 제 1내지 제 4동기화 부에 위치하는 상기 목적지에 동기화 계산 메시지(SCM)의 지연은 아래의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법.
    Figure 112018121904763-pat00008

    여기서, Ktry는 반복횟수를 의미하고 StD_Dapprox-all은 상기 소스에서 상기 목적지까의 대략적인 지연을 의미함.
  7. 청구항 제6항에 있어서,
    상기 방법에서 동기화 협상 처리는 동기화 개시 메시지(SIM)를 사용하고, 상기 동기화 개시 메시지의 셋팅 값은 아래의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법.
    Figure 112020013656939-pat00009

    여기서, SCMi-hop은 임의의 i번째 홉에서의 상기 소스에서 상기 목적지의 지연을 나타내고, ETi-hop는 i 번째 홉에서의 에러 허용을 의미함.
  8. 청구항 제7항에 있어서,
    상기 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법의 디바이스들은 대역폭에 따라 LEG(Low-End Group), MEG(Medium-End Group), HEG(High-End Group)으로 나뉘어 져있는 것으로 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송방법.
  9. 청구항 제8항에 있어서,
    상기 방법은 상기 LEG 디바이스 버퍼에 있는 데이터의 양과 상기 SIMSET 값에 따라 상기 LEG 노드가 가지는 데이터의 양을 결정하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법.
  10. 청구항 제9항에 있어서,
    상기 데이터의 양을 결정하는 동작은 상기 LEG 노드의 데이터가 버퍼 임계보다 작고, 핸드링 노드에서 상기 SIMSET 메시지를 수신하지 않는 제1 방법, 상기 LEG 노드의 데이터가 버퍼 임계보다 작고, 핸드링 노드에서 상기 SIMSET 메시지를 수신하는 제2 방법, 상기 LEG 노드의 데이터가 버퍼 임계보다 같거나 크고, 핸드링 노드에서 상기 SIMSET 메시지를 수신하지 않는 제3 방법, 상기 LEG 노드의 데이터가 버퍼 임계보다 같거나 크고, 핸드링 노드에서 상기 SIMSET 메시지를 수신하는 제4 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 정의형 데이터 전송 방법.
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