KR102420481B1 - 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치 - Google Patents

적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치 Download PDF

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Abstract

패킷 경로에 따라 동적이고 더욱 효과적인 저지연 루트를 제공함으로써 향상된 클라우드 서비스를 구현할 수 있도록 한 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치에 관한 것으로서, 입력 패킷의 경로에 따라 적응적으로 DPA를 선택하고, 선택된 DPA를 이용하여 입력 패킷을 처리한 후, 처리된 패킷의 처리 성능을 검증하여 패킷 처리가 적정하면 처리 패킷을 출력하고, 패킷 처리가 적정하지 않으면 DPA 선택을 다시 하도록 하여 패킷 처리의 지연특성을 개선한다.

Description

적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치{The Apparatus of Providing Low Latency Cloud Service using Adaptive Data Plane Acceleration}
본 발명은 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치에 관한 것으로, 특히 패킷 경로에 따라 동적이고 더욱 효과적인 저지연 루트를 제공함으로써 향상된 클라우드 서비스를 구현할 수 있도록 한 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치에 관한 것이다.
이동 통신 트래픽량이 해마다 급속하게 증가함에 따라 기지국의 처리 용량이 증가하고, 셀의 소형화에 따라 필요한 기지국의 수도 증가하고 있다. 최근에는 무선 백홀 기술이 등장하고 있지만, 현재는 대용량 트래픽의 전송을 위해서 광케이블 기반의 전송 기술이 주로 활용되고 있다.
광케이블 기반 백홀 망에 가격 경쟁력이 높은 수동형 광가입자망(PON: passive optical network) 기술을 적용하려는 시도가 있다. PON 기술에는 파장분할다중(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 방식과 시간분할다중
(TDM: Time Division Multiplexing) 방식이 있다. TDM 방식은 가격 경쟁력이 높다는 장점이 있지만, 백홀 망에 적용할 경우 기지국과 무선집중국간 상향 패킷 전송시 지연 시간(latency)이 길어지는 문제가 있다. 반면, WDM 방식은 1:1 연결방식이므로 지연 시간이 짧고 고정 대역을 보장하는 장점이 있으나, 상대적으로 고가라는 점에서 문제가 있다.
한편, 차세대 이동통신 서비스는 실감형 서비스 등을 제공하기 위하여 저지연 서비스가 가능한 네트워크를 요구하고 있다. 가격 경쟁력을 바탕으로 TDM-PON 기술을 백본망에 적용할 수 있지만, TDM-PON 기술은 지연 시간이 길다는 단점이 있기 때문에 이를 통해 차세대 실감형 서비스 등을 제공하기 위해서는 지연 시간 단축 기술이 필요하다.
네트워크 기능 가상화(NFV) 기술은 소프트웨어 정의, 네트워킹(SDN: Software Defined Networking) 기술과 함께 기존 하드웨어 중심의 네트워크 인프라를 소프트웨어 중심으로 진화시킬 수 있는 새로운 네트워크 기술로 각광받고 있다. 이미 상용화 초기 단계에 접어든 소프트웨어 정의 네트워킹 기술과는 달리 네트워크 기능 가상화(NFV) 기술은 ETSI NFV를 중심으로 한 기술 논의와 상위 문서작업에 많은 노력을 기울여 왔지만, NFV 기술이 상용화되기 위해서는 데이터 플레인 가속화 기술과의 융합이 필수적이라 볼 수 있다.
패킷처리에 있어 개선된 저지연 특성을 제공하기 위한 기술인 DPA(Data Plane Acceleration) 기술로는 OVS(Open vSwitch) DPDK, SR-IOV(Singla Root/ I/O Virtualization), TOE(TCP offload engine) 등이 있으나, 저지연 특성을 제공하기에는 한계가 있다.
즉, 패킷 처리시 커널 계층을 디폴트로 사용함으로써 패킷 처리 지연 문제가 발생하고 있으며, East-West 또는 North-South 경로에 따라서 패킷처리 방법에 대한 보완책이 필요하다는 단점이 있다.
한편, 저지연 패킷 전송을 위해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 기지국이 관리하는 단말의 대역 할당 정보를 ONU가 미리 파악하여 PON 대역을 미리 할당받음으로써 상향 전송 지연 시간을 최소화할 수 있는 TDM-PON에서의 저지연 패킷 전송을 위한 ONU, 그의 동작 방법 및 ONU 제어 장치를 제공한다.
그러나 이러한 종래기술도 저지연 패킷 전송을 위한 하나의 대안은 되나, 패킷 흐름에 따라 동적이고 더욱 효과적인 저지연 루트를 제공하는 데에는 한계가 있다.
대한민국 등록특허 10-2032363(2019.10.08. 등록)(TDM-PON에서의 저지연 패킷 전송을 위한 ONU, 그의 동작 방법 및 ONU 제어장치)
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 패킷 저지연 특성 제공을 위한 DPA기술의 한계 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 패킷 경로에 따라 동적이고 더욱 효과적인 저지연 루트를 제공함으로써 향상된 클라우드 서비스를 구현할 수 있도록 한 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치"는,
입력 패킷의 경로에 따라 적응적으로 DPA를 선택하는 적응형 DPA 선택부; 상기 적응형 DPA 선택부에 의해 선택된 DPA를 이용하여 입력 패킷을 처리하는 적응형 DPA 처리부; 상기 적응형 DPA 처리부에서 처리된 패킷의 처리 성능을 검증하는 적응형 DPA 검증부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 적응형 DPA 선택부는 입력 패킷의 경로가 East-West 이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK를 선택하고, 입력 패킷의 경로가 North-South이면 DPA 방식으로 SR-IOV를 선택하고, 입력 패킷의 경로가 East-West와 North-South 혼재 상태이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK + SR-IOV를 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 적응형 DPA 검증부는 패킷 처리 성능이 적정한지를 검증하여, 패킷 처리 성능이 적정하면 처리된 패킷을 출력하고, 상기 패킷 처리 성능이 적정하지 않으면 상기 적응형 DPA 선택부에 DPA의 재선택을 요청하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 입력 패킷의 경로에 따라 최적화된 저지연 패킷처리 방식을 차등적으로 적용함으로써, 더욱 개선된 패킷 처리 방법을 제공할 수 있으며, 대용량 벌키 트래픽이 급증하는 시대에 효과적으로 대응처리할 수 있는 클라우드 서비스를 제공해주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치의 구성도,
도 2는 본 발명에서 패킷 경로가 East-west일 경우 OVS-DPDK를 DPA로 선택하는 예시도,
도 3은 본 발명에서 패킷 경로가 NORTH-SOUTH일 경우 SR-IOV를 DPA로 선택하는 예시도,
도 4는 본 발명에서 패킷 경로가 East-west와 NORTH-SOUTH가 혼재된 경우, DPDK+ SR-IOV를 DPA로 선택하는 예시 도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치의 구성도로서, 적응형 DPA 선택부(10), 적응형 DPA 처리부(20) 및 적응형 DPA 검증부(30)를 포함한다.
적응형 DPA 선택부(10)는 입력 패킷의 경로에 따라 적응적으로 DPA를 선택하는 역할을 한다.
이러한 적응형 DPA 선택부(10)는 입력 패킷의 경로가 East-West이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK를 선택하고, 입력 패킷의 경로가 North-South이면 DPA 방식으로 SR-IOV를 선택하고, 입력 패킷의 경로가 East-West와 North-South 혼재 상태이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK + SR-IOV를 선택한다.
적응형 DPA 처리부(20)는 상기 적응형 DPA 선택부(10)에 의해 선택된 DPA를 이용하여 입력 패킷을 처리하는 역할을 한다.
적응형 DPA 검증부(30)는 상기 적응형 DPA 처리부(20)에서 처리된 패킷의 처리 성능을 검증하는 역할을 한다.
이러한 적응형 DPA 검증부(30)는 패킷 처리 성능이 적정한지를 검증하여, 패킷 처리 성능이 적정하면 처리된 패킷을 출력하고, 상기 패킷 처리 성능이 적정하지 않으면 상기 적응형 DPA 선택부(10)에 DPA의 재선택을 요청한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 적응형 DPA 선택부(10)는 입력 패킷의 경로에 따라 적응적으로 DPA를 선택한다.
예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 입력 패킷의 경로가 East-West이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK를 선택한다.
트래픽이 서버 내에서 라우팅/전환되고 NIC로 이동하지 않는 경우 SR-IOV를 가져오는 이점은 없다. 오히려 SR-IOV는 병목 상태가 되어(트래픽 경로가 길어질 수 있고 NIC 리소스가 활용될 수 있음), DPDK를 사용하여 서너 배에서 트래픽을 라우팅하는 것이 저지연 특성을 개선할 수 있다.
다음으로, 입력 패킷의 경로가 North-South이면 DPA방식으로 SR-IOV를 선택한다.
예컨대, 도 3에 도시한 바와 같이, 트래픽이 NIC를 통과해야 하므로 DPDK 기반 OVS를 포함하고 병목 현상을 더 발생시킬 이유는 없다. SR-IOV는 여기서 훨씬 더 나은 방법이므로, 입력 패킷의 경로가 North-South이면 DPA방식으로 SR-IOV를 선택한다.
또한, 입력 패킷의 경로가 East-West와 North-South 혼재 상태이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK + SR-IOV를 선택한다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 이 경우에는 VNF의 일부로 DPDK와 더 결합할 수 있으므로 DPDK와 SR-IOV를 결합하여 활용하는 경우 더 좋은 성능을 발휘할 수 있게 된다.
따라서 입력 패킷의 경로가 East-West와 North-South 혼재 상태이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK + SR-IOV를 선택한다.
다음으로, 적응형 DPA 처리부(20)는 상기 적응형 DPA 선택부(10)에 의해 선택된 DPA를 이용하여 입력 패킷을 처리한다.
입력 패킷의 처리가 이루어지면, 적응형 DPA 검증부(30)는 상기 적응형 DPA 처리부(20)에서 처리된 패킷의 처리 성능을 검증한다.
즉, 처리되는 패킷의 특성과 스루풋/지연시간/지터를 실시간으로 체크하고, 지정된 임계(THRESHOLD)값과 비교하여 임계값 이하인 경우, 패킷을 다시 적응형 DPA 선택부(10)로 피드백하여 DPA 선택 과정을 다시 수행하도록 한다.
이와는 달리 패킷 처리 특성인 스루풋, 지연시간, 지터와 같은 3가지의 특성을 확인하여, 지정된 임계값보다 클 경우 패킷 처리 성능이 적정하다고 판단을 하고, 처리된 패킷을 출력한다.
여기서 임계값 설정은 적용 응용을 고려하여 운용자가 사전에 절절하게 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10: 적응형 DPA 선택부
20: 적응형 DPA 처리부
30: 적응형 DPA 검증부

Claims (4)

  1. 입력 패킷의 경로에 따라 적응적으로 DPA(Data Plane Acceleration)를 선택하는 적응형 DPA 선택부;
    상기 적응형 DPA 선택부에 의해 선택된 DPA를 이용하여 입력 패킷을 처리하는 적응형 DPA 처리부; 및
    상기 적응형 DPA 처리부에서 처리된 패킷의 처리 성능을 검증하는 적응형 DPA 검증부를 포함하고,
    상기 적응형 DPA 선택부는 입력 패킷의 경로가 East-West 이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK를 선택하고, 입력 패킷의 경로가 North-South이면 DPA 방식으로 SR-IOV를 선택하고, 입력 패킷의 경로가 East-West와 North-South 혼재 상태이면 DPA 방식으로 OVS-DPDK + SR-IOV를 선택하는 것을 특징으로 하는 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에서, 상기 적응형 DPA 검증부는 패킷 처리 성능이 적정한지를 검증하여, 패킷 처리 성능이 적정하면 처리된 패킷을 출력하고, 상기 패킷 처리 성능이 적정하지 않으면 상기 적응형 DPA 선택부에 DPA의 재선택을 요청하는 것을 특징으로 하는 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에서, 상기 적응형 DPA 검증부는 처리되는 패킷의 스루풋/지연시간/지터를 실시간으로 체크하고, 체크한 값과 패킷 특성별로 지정된 임계(THERSHOLD)값과 비교하여 임계값 이하인 경우, 패킷을 다시 적응형 DPA 선택부로 피드백하여 DPA 선택 과정을 다시 수행하도록 하고, 상기 패킷 처리 특성인 스루풋, 지연시간, 지터의 실시간 체크 값이 상기 패킷 특성별로 지정된 임계값보다 클 경우 패킷 처리 성능이 적정하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 적응형 데이터 계측 가속화 기술을 이용한 저지연 클라우드 서비스제공장치.


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