KR19980053026A - Atm망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, ATM망에서 연결별 프레임을 이용하여 각 노드에서 지터를 조절하고, 각 셀에 대해 마감시간을 부여한 후 마감시간에 가까운 순서대로 셀을 선택하여 서비스를 수행하는 동적우선순위 큐 서비스장치에 있어서, 상기 연결별 가상채널(VC1∼VCn)로부터 실시간 셀 데이터가 입력됨과 더불어 앰프티 플래그신호()를 출력하는 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐(10∼n)와; 이 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐(10∼n)로부터의 앰프티 플래그신호()와 카운터의 값()을 기초로 마감시간()을 출력하는 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단(30∼n);이 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단(30∼n)으로부터의 마감시간(

Description

ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치

본 발명은 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치에 관한 것으로, 특히 논리적 연결 단위로 구분된 2 개의 FIFO큐를 사용하여 프레임 단위로 선택적으로 서비스함으로써 지터 조절기의 기능을 수행하고, 각 연결의 프레임 카운터의 값이 매번 비교됨으로써 가장 높은 우선순위의 셀이 자동적으로 선택되도록 된 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치에 관한 것이다.

일반적으로, B-ISDN(broadband integrated service digital network)은 광대역 전송 및 교환기술을 기초로 집중 또는 이산되어 있는 가입자 및 서비스 제공자를 연결하여 폭넓은 대역 분포를 갖는 연속성의 실시간 서비스와 군집성의 데이터 서비스 등의 각종 서비스를 종합적으로 제공하는 디지탈 통신망이다.

이와 같이, 다양한 서비스가 효과적으로 처리되도록 하기 위하여 ITU-T 에서는 BISDN의 통신방식으로 비동기 전송모드 통신방식(ATM; asynchronous transfer mode)을 채택하고 있다. 상기 비동기 전송모드 통신방식은 비동기식 시분할 다중화 방식에 의한 패킷형 전달방식이고, 기존의 회선 교환방식과 패킷 교환방식의 장점에 의해 다양한 서비스를 일률적으로 처리할 수가 있다.

장래의 ATM망에서는 현재로서는 예측이 불가능할 정도로 많은 서비스가 등장할 것이고, 이는 질적으로나 양적으로나 매우 상이한 트래픽 특성을 가질 것이다. 일반적으로 상기 서비스는 수율, 지연, 지터, 손실률 등에 대해 다양한 서비스 품질 요구사항을 가지고, 또한 망에서는 상기 서비스 품질 요구사항이 보장될 수 있어야 한다. 특히, 영상, 음성 등의 실시간 서비스가 광대역 통신망의 주된 서비스로 자리잡아감에 따라 지연과 지터에 대한 요구조건이 매우 엄격해지고 있다.

실시간 서비스에서는 정보가 제한시간 이내에 전달되지 않게 되면, 손실된 것과 같은 효과를 가지게 되어 지연과 지터에 대해 요구되는 조건을 효과적으로 만족시키는 것이 상당히 중요해지고 있다. 한편, ATM망에서는 서로 다른 연결로부터 온 셀이 스위치에서 상호 작용함에 따라 상기 셀을 적절히 제어하여 사용자에게 서비스의 품질을 보장해야 한다.

도 1은 일반적인 ATM망에 있어서 노드를 통한 호(call) 연결 상태를 나타낸 도면이다. 여기서, 상기 도면중 참조부호 i-1 내지 i+n은 ATM 통신망 노드를 나타내고, A 내지 F는 가입자를 나타내고 있다.

상기 ATM 통신망은 상호 연결된 노드의 모임으로 구성되고, 노드의 네트워크를 통해 근원지에서 목적지로 데이터가 전송되게 된다. 상기 도면은 데이터 전송의 개념을 나타낸 것으로, 노드는 전송로(transmission path)에 연결되어 있다. 한편, 데이터가 소정 가입자로부터 네트워크로 입력되게 되면, 데이터는 소정 노드를 통해 교환되면서 소정 목적지에 도달하게 된다.

예컨대, 데이터가 가입자(A)로부터 가입자(D)로 전송되는 경우, 먼저 노드(i-1)로 보내진 후 노드(i)와 노드(i+1) 또는 노드(i+2)를 통해 가입자(D)로 전송되게 된다.

일반적으로 큐서비스 방식은 큐에 저장되어 있는 셀간의 관계를 고려하여 셀의 전송순서를 결정하게 된다. 상기 큐서비스 방식은 망의 세가지 자원, 즉 대역폭과 지연한계 및 버퍼공간을 관리하고, 이 세가지 자원은 사용자가 요구하는 서비스의 성능 파라미터인 수율 및, 지연 손실률과 직접적인 관계에 있다. 따라서, 상기 큐서비스 방식이 효율적으로 사용되어 상기 세 자원이 유연하게 사용되게 되면, 사용자의 서비스 품질이 보장될 수 있게 된다.

또한, 상기 큐서비스 방식은 크게 작업 보존방식(work-conserving)과 비작업 보존방식(nonwork-conserving)으로 구분되는데, 상기 작업 보존방식에서는 큐에 셀이 존재하는 경우에는 서버가 결코 쉬지 않고, 상기 비작업 보존방식에서는 큐에 셀이 존재하는 경우에도 서비스하지 않을 수 있게 된다.

한편, 과거의 데이터 통신망에서는 평균지연과 평균수율이 성능의 주요 파라미터인 바, 이러한 파라미터에 대한 작업 보존방식의 연구가 대부분이었지만, 미래의 종합 통신망에서는 연속성 실시간 서비스의 성능 보장이 중요한 문제로 대두되게 되어 지연과 지터에 대한 한계값이 상당히 중요한 의미를 갖게 된다.

상기 작업 보존방식의 사용에 있어서, 커다란 문제는 트래픽이 망을 통과함에 따라 점진적으로 군집성이 발생함으로써 망 자원의 낭비가 되어 트래픽의 지터 특성이 상당히 저하되게 된다. 이와 반대로, 비작업 보존방식에서는 쉬고 있는 서버를 제대로 활용하지 못하게 되어 서버의 이용율이 감소되지만, 트래픽의 특성이 거의 대부분 유지되는 상태로 망을 통과하게 되어 작은 양의 자원에 의해 충분히 지원함으로써 종단간 지터 특성이 향상되게 된다. 따라서, 연속성의 실시간 서비스를 지원하는데 있어서 비작업 보존방식이 더욱 적합하게 된다.

최근 몇년 동안 실시간 서비스를 효과적으로 지원하기 위한 비작업 보존방식의 스케줄링 알고리듬이 많이 제안되고 있지만, 이러한 알고리듬은 실제로 ATM망에서는 지원될 수 없는 패킷 헤더를 사용하거나 프레임 구조를 채택함으로써 상당히 비효율적이게 된다. 상기 알고리듬으로는 계층적 순번(HRR; Hierarchical Round Robin) 알고리듬, 스톱-앤-고우(Stop-and-Go) 알고리듬, 지터 EDD(Earliest-Due-Date) 알고리듬, RCSP(Rate-Controlled Static Priority) 알고리듬 등이 있다.

상기 계층적 순번 알고리듬과 스톱-앤-고우 알고리듬은 모두 프레임 기법을 사용하고 있는 바, 이러한 기법의 계층적 순번 알고리듬에서는 각 연결에 대해 한 프레임 주기동안 서비스가 수행될 수 있는 셀의 수를 제한하여 셀율 지터를 보장하게 된다. 그러나, 상기 알고리듬에서 사용하는 프레임은 이웃하는 노드와 상호작용 없이 독립적으로 정의되어 셀이 노드를 통과할 때 발생하는 지연이 셀마다 변화됨으로써 종단간 지연 지터가 보장되지 않게 된다.

상기 스톱-앤-고우 알고리듬에서는 교환 노드에서 입력링크의 프레임과 출력링크의 프레임간에 일대일 대응관계가 되어 셀이 전송되게 된다. 상기와 같은 연결에 속하는 모든 셀에 거의 동일한 지연이 발생하고, 또한 종단간 지연 지터가 프레임내에서의 위치 변환에 의해서만 발생하여 상당히 작은 양에 의해 보장되게 된다.

도 2a는 종래의 스톱-앤-고우 큐 서비스방식에 있어서 입력링크(l', l'')와 연결된 출력링크(l)를 갖춘 스위칭 노드(i)를 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 2a에 나타낸 각 링크에서의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.

상기 두 알고리듬 모두 프레임 기법의 채택에 의해 발생하는 고유의 문제, 예컨대 지연 한계와 대역 할당 단위간의 결합(coupling) 문제가 발생하고, 이에 대한 해결책으로 두 알고리듬 모두 계층화된 프레임 구조를 채택하고 있지만, 그 구조는 조금 다르게 되어 있다.

상기 계층적 순번 알고리듬에서는 상위 준위(level)의 시간 슬롯 일부를 물려 줌으로써 하위 준위의 프레임이 정의되고, 따라서 하나의 시간 슬롯이 특정 준위의 프레임에만 속하게 되어 서비스될 셀이 선택되는 과정이 단순하게 된다. 그러나, 각 준위에서 할당할 수 있는 타임 슬롯의 수가 제한되어 여분의 대역폭이 존재하더라도 새로운 연결을 수락하지 못하는 경우가 발생할 수가 있게 된다.

그리고, 상기 스톱-앤-고우 알고리듬에서는 상위 준위의 프레임이 여러개 합산되어 하위 준위의 프레임이 구성되게 된다. 따라서, 하나의 시간 슬롯이 여러 준위의 프레임에 동시에 포함되게 되어 서비스될 셀이 선택되는 과정에서 준위단위의 정적우선순위(static priority)의 사용에 의해 준위의 수가 증가함으로써 구현의 복잡도가 증가하지만, 각각의 준위에서 여분의 대역폭이 충분히 활용되게 되어 순번 알고리듬에서 발생하는 대역폭 사용효율의 저하가 방지될 수 있게 된다.

상기 두 알고리듬 모두 계층화된 프레임 구조가 도입되어 결합 문제가 어느 정도 해결되지만, 각 준위에서의 결합 문제는 여전히 존재하게 된다.

도 3는 일반적인 패킷 통신망에서의 지연지터 제어방법을 설명하기 위한 개념도이다. 한편, EDD 알고리듬과 RCSP 알고리듬에서는 지연 지터를 보장하기 위해 스케쥴링 관련 정보가 패킷의 헤더에 실려 출력되고, 이후 그 다음 노드에서는 마감시간에 비해 어느 정도 빨리 전송되었는가에 대한 시간정보에 의해 그 시간 만큼 패킷이 지연되게 된다. 이와 갈이, 실질적으로 모든 셀이 매 노드에서 최대 지연을 겪고 출력되게 되어 종단간 지연 지터가 보장되게 된다.

현재까지의 비작업 보존 알고리듬에서는 프레임 구조를 이용하여 스케쥴링함으로써 지터를 조절하거나 패킷 헤더를 이용하여 지터 정보를 전송함으로써 각 노드에서의 지터가 조절되도록 하고 있다.

상기 계층적 순번 알고리듬과 스톱-앤-고 알고리듬에서는 프레임 기법이 채택되어 구현이 간단하지만, 결합 문제가 발생하여 대역폭 할당과 지연한계 할당 특성이 양호하지 않게 된다. 그리고, 지터 EDD 알고리듬과 RCSP 알고리듬에서는 대역폭과 지연한계의 할당을 분리할 수 있는 이점이 있지만, 매 패킷마다 스케쥴링 관련 정보를 보내 주게 되어 오버헤드가 발생하게 된다. 이는 패킷의 크기가 작은 망에서는 커다란 문제가 되게 된다.

한편, ATM망은 모든 정보를 셀(cell)이라는 제한된 크기의 정보단위로 된 패킷(packet)으로 만들어 통계적 다중화(statistcal multiplexing)하여 전송하기 때문에 여러 가지 다른 특성의 서비스를 유연하게 수용하면서 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

따라서, ATM망에서는 접속이 허락된 호에 대해 필요한 만큼의 대역폭(bandwidth)을 할당하지만, 최고 비트율(peak bit rate)의 대역폭을 제공하지 않는 한 연결된 호의 트래픽은 예측 블가능한 특성으로 인해 이미 할당된 대역폭을 일시적으로 초과할 수 있게 된다.

이로 인해 망이 폭주에 빠질 우려가 있는데, 특히 동화상이나 고속데이터와 같은 버스트성이 큰 트래픽이 폭주에 많은 영향을 미친다. 따라서, 이러한 ATM망의 단점을 제거하기 위해 여러 가지 예비적(preventive), 반응적(reactive) 차원의 망 제어기술이 필요한 바, 이 중의 하나가 우선순위 제어(priority control)이고, 이 제어기술은 일정 기간마다 망에 들어오는 셀의 저장방식(buffering) 및 전송 우선순위를 망상태와 각 클래스의 서비스 품질(QoS; quality of service)에 따라 변화시킴으로써 모든 클래스의 서비스 품질을 공정하게 보장하면서 망 이용 효율을 높이도록 하는 것이다.

한편, 도착하는 셀을 큐에 저장 및 관리하는 하는 방법과 저장되어 있는 셀의 전송 순서를 결정하는 스케쥴링 방법을 통칭하여 큐 서비스방식이라 하고, 이는 서비스의 품질을 사용자가 요구한 수준으로 유지하면서 망의 자원을 효율적으로 사용하기 위한 트래픽 제어방법이다. 이는 데이터 통신망을 중심으로 발전해 온 큐 서비스방식은 ATM망에는 적합하지 않게 된다.

먼저, ATM망에는 예측하지도 못할 만큼 많은 서비스가 등장할 것이고, 이는 질적으로나 양적으로 상당히 상이한 트래픽 특성을 가질 것이며, 이는 유사한 특성의 데이터 트랙픽만이 있는 데이터 통신망의 경우와는 상당히 다른 큐 서비스방식을 요구하는 중요한 요인이 되게 된다.

또한, ATM망의 서비스는 다양한 서비스 품질을 요구하기 때문에 셀손실에 민감한 서비스 또는 지연에 민감한 서비스의 여부에 따라 다른 방법으로 처리해야 하고, 이는 기존의 데이터 통신망에서는 손실율이 주요한 서비스 품질 파라미터이었으나 ATM망에 음성이나 화상 서비스 등의 실시간 서비스가 포함되게 되어 지연과 관련된 서비스 품질이 중요하게 된다.

따라서, 데이터 서비스의 경우 평균지연시간 정도가 지연에 관한 조건이고, 실시간 서비스의 경우 지연에 대한 조건이 상당히 엄격하여 제한시간 이내에 전송하지 못하게 되면 손실된 것과 같은 효과를 나타내게 된다. 이와 같이, 다양한 서비스 품질과 엄격한 지연에 대한 조건이 새로운 큐 서비스방식을 요구하는 또 다른 요인이 되게 된다.

이에, 큐 서비스방식에서는 지연요구 사항에 의해 서비스 순서를 결정함으로써 각각의 셀이 지연한계내에 서비스가 수행되도록 하는 기능을 하고, 스케쥴링 방법은 크게 선입선출(FCFS) 방식과 고정우선순위(Static Priority) 방식 및 동적우선순위(Dynamic Priority) 방식으로 분류되게 된다. 상기 선입선출 방식은 가장 구현이 용이하지만 트랙픽의 종류에 관계없이 하나의 지연한계만을 게공할 수 있기 때문에 트래픽의 특성이 다양한 망에서는 사용하기 어렵게 되고, 고정우선순위 방식은 트랙픽을 여러 등급으로 분리한 후 고정된 우선순위로 서비스를 수행함으로써 각 등급에 대한 지연한계를 제공할 수 있게 된다.

이와 같은 경우, 망의 상태에 관계없이 항상 고정된 우선순위를 사용하기 때문에 효율성이 조금 떨어지는 문제점이 발생하게 된다. 그리고, 동적우선순위 방식에서는 셀단위로 우선순위를 부여한 다음 가장 높은 우선순위로부터 서비스를 제공하는 바, 이러한 방법은 가장 효율이 양호하지만 가장 높은 우선순위의 셀을 선택하기 위해서 모든 셀을 분류해야 하는 문제점이 발생하게 된다.

한편, 비작업보존 큐 서비스방식, 예컨대 셀률조절 서비스방식 또는 지터조절 서비스방식에서는 서버를 개념적으로 두가지 구성요소, 예컨대 지터 조절기와 스케쥴러로 분리하는데, 상기 지터 조절기에서는 망내에서 발생한 트래픽의 왜곡을 보상하고, 상기 스케쥴러에서는 왜곡 보상된 셀 사이에서 서비스 순서를 결정하게 된다. 이러한 기능상의 분리를 통해 지연 한계가 대역폭에 관계없이 유연하게 할당될 수 있고, 종단간 지터 특성이 크게 개선될 수 있게 된다.

그리고, 트래픽의 왜곡이 보상될 수 있도록 매 노드에서 트래픽이 부분적으로 또는 전체적으로 재구성되게 되면, 원래의 트래픽 특성이 크게 왜곡되지 않은 상태로 망을 통과하게 된다. 따라서, 소요 버퍼공간이 줄어들게 되어 망의 자원을 절약할 수 있고, 또한 전송되는 트래픽의 지터 특성이 양호하게 되어 수신측에서 지터 보상 처리의 부담이 감소하게 된다.

그리고, 트래픽의 특성을 재구성하는 경우 도착되는 셀에 대해 그 셀에 대해 그 셀의 가상 도착시간 또는 예상 도착시간을 계산하여 그 시간이 될 때까지 도착 셀을 지터 조절기에 임시 저장한 후 가상 도착시간이 되는 순간에 스케쥴러로 출력하게 된다. 즉, 셀이 도착하자 마자 스케쥴되는 것이 아니라 그 셀의 가상 도착시간까지는 마치 셀이 도착되지 않은 것처럼 간주하는 것이다.

상기 지터 조절기는 가상 도착시간을 계산하는 방법에 따라 셀률 지터 조절기와 지연 지터 조절기로 분리되는데, 상기 셀률 지터 조절기는 이전 셀로부터의 간격을 토대로 가상 도착시간을 정의하지만, 상기 지연 지터 조절기는 이전 노드에서의 마감시간을 기초로 가상 도착시간을 계산하여 트래픽을 완전히 재구성하게 된다.

한편, 스케쥴러에서는 지연 요구사항에 의해 서비스 순서가 결정되어 각각의 셀이 지연한계내에서 서비스를 수행되도록 하고, 스케쥴링 방법으로는 크게 선입선출(FCFS) 방식과 고정우선순위(static priority) 방식 및 동적우선순위(dynamic priority) 방식으로 분류되게 된다.

상기 선입선출 방식은 가장 구현이 간단하지만, 트래픽의 종류에 관계없이 하나의 지연한계만이 제공되게 되어 트래픽의 특성이 다양한 망에서는 사용하기 어렵고, 고정우선순위 방식은 트래픽을 여러 등급으로 나눈 후 고정된 우선순위로 서비스하여 각 등급에 대한 지연한계를 제공하게 된다. 그러나, 망의 상태에 관계없이 항상 고정된 우선순위가 사용되게 되어 얻을 수 있는 효율에는 한계가 있게 된다.

그리고, 상기 동적우선순위 방식에서는 셀단위로 우선순위를 부여한 다음 가장 높은 우선순위부터 서비스를 제공하게 된다. 이러한 방법은 가장 효율이 양호하지만, 가장 높은 우선순위의 셀이 선택되기 위해 큐에 있는 모든 셀을 분류(sorting)해야 하는 번거러움이 발생하게 된다.

통상 비작업 보존방식 알고리듬은 모두 지터 조절 서비스 방식에 의해 해석될 수 있고, 기존의 비작업 보존방식 알고리듬에서 채택하고 있는 지터 조절기와 스케쥴러를 열거하면 다음 표 1에 나타낸 것과 같다.

큐 서비스 방식	지터 조절기	스케쥴러
HRR	프레임 기법(셀율지터)	순번(RR)
스톱-앤-고우	프레임 기법(지연지터)	선입선출(FCFS)
지터 EDD	패킷 헤더사용(지연지터)	마감시간 우선순위(EDD)
RCSP	패킷 헤더사용(지연지터)	고정우선순위(SP)

일반적으로, 기존의 지터조절 서비스 방식은 지터를 조절하는 방법에 의해 크게 두가지로 구분되는 바, 이중 하나는 패킷 헤더의 한 구간을 사용하여 스케쥴링에 관련된 정보를 다음 노드로 전달함으로써 지터를 조절하는 방식이고, 다른 하나는 프레임 기법에 의해 셀이 프레임 단위로 전송 및 교환됨으로써 지터가 조절되는 방식이다.

한편, ATM셀 헤더에는 스케쥴링 관련 정보를 실어 전송할 여분의 구간이 없기 때문에 첫번째 방식은 ATM망에 적용시킬 수가 없고, 두번째 방식은 ATM망에서 사용할 수는 있으나 여러 문제점이 있다. 더욱이, 프레임 기법의 채택에 의해 수반되는 고유 문제인 지연한계와 대역폭 할당 단위간의 결합(coupling) 특성에 의해 효율성이 저하되고, 계층화된 프레임 기법이 사용되게 되면 상기 문제가 어느 정도 완화될 수 있지만 여전히 해결이 어려운 문제이다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 논리적 연결 단위로 구분된 2 개의 FIFO큐를 사용하여 프레임 단위로 선택적으로 서비스함으로써 지터 조절기의 기능을 수행하고, 각 연결의 프레임 카운터의 값이 매번 비교됨으로써 가장 높은 우선순위의 셀이 자동적으로 선택되도록 된 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치에 관한 것이다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, ATM망에서 연결별 프레임을 이용하여 각 노드에서 지터를 조절하고, 각 연결의 프레임에 대해 마감시간을 부여한 후 프레임의 서비스할 셀을 선택하여 서비스를 수행하는 동적우선순위 큐 서비스장치에 있어서, 상기 연결별 가상채널로부터 실시간 셀 데이터가 입력됨과 더불어 앰프티 플래그신호를 출력하는 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐와; 이 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐로부터의 앰프티 플래그신호와 카운터의 값을 기초로 마감시간을 출력하는 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단; 이 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단으로부터의 마감시간을 비교하여 최소 시간을 순차적으로 출력하는 비교수단 및; 이 비교수단으로부터의 가상채널신호)에 의해 상기 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐로부터의 연결 식별자를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명은, 논리적 연결 단위로 구분된 2 개의 FIFO큐를 사용하여 프레임 단위로 선택적으로 서비스함으로써 지터 조절기의 기능을 수행하고, 각 연결의 프레임 카운터의 값이 매번 비교됨으로써 가장 높은 우선순위의 셀이 자동적으로 선택되게 된다.

도 1은 일반적인 ATM망에 있어서 노드를 통한 호(call) 연결 상태를 나타낸 도면,

도 2a는 종래의 스톱-앤-고우 큐 서비스방식에 있어서 입력링크(l', l'')와 연결된 출력링크(l)를 갖춘 스위칭 노드(i)를 나타낸 도면,

도 2b는 도 2a에 나타낸 각 링크에서의 프레임 구조를 나타낸 도면,

도 3은 일반적인 패킷 통신망에서의 지연지터 제어방법을 설명하기 위한 개념도,

도 4는 ATM망에서의 카운터 연동에 의한 지터정보 전달방법의 일례를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치에 있어서 연결별(j, j', j'') 프레임의 크기()를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치의 1 실시예를 나타낸 블록도,

도 7은 도 6에 도시된 동적우선순위 서비스큐의 1 실시예를 나타낸 도면,

도 8는 도 6에 도시된 동적우선순위 서비스큐로부터의 플래그신호()의 값과 카운터()의 값으로 구성된 마감시간()을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

4: 프레임 카운터, 5,6: 제 1 및 제 2 FIFO큐,

10∼n: 제 1 내지 제 N 고정우선순위 서비스큐,

20: 멀티플렉서, 30∼n: 마감시간 발생기,

40: 비교기, 40: 데이터 트래픽 FIFO큐,

50: 서버.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, ATM망에서의 카운터 연동에 의해 지터정보 전달방법을 설명한 후 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 고정우선순위 큐 서비스장치 및 그 서비스방법을 설명하도록 한다. ATM망에서의 카운터 연동에 의해 지터정보 전달방법은 각 연결마다 카운터가 사용되면서 개별의 프레임이 정의되어 사용됨으로써 프레임 기법 고유의 단점이 극복되고, 이와 함께 연결 수락시에 이웃하는 노드간에 각 프레임의 경계가 상호 일치하도록 되어 스케쥴링 관련 정보를 자체적으로 인지할 수 있게 한다.

따라서, 카운터 연동에 의한 지터정보 전달방법에 의해 지터가 조절되도록 하기 위해서는 망내의 노드(i)에서는 이웃하는 셀간의 관계에 상관없이 이전 노드(i-1)와의 상호작용을 통해 셀의 적격시간이 정의되게 된다. 즉, 셀이 이전 노드(i-1)에서 허용 가능한 최대 지연, 예컨대 프레임의 크기를 겪은 것처럼 적격 시간을 정의하는 것이다. 그리고, 소스 노드 이후의 노드에 대해 연결 j에 있는 셀(k)의 적격 시간()은 다음의 수학식 1에 정의되어 있다(여기서, i = 1, 2, …, N).

여기서, τ_i는 이전 노드(i-1)와 노드(i) 사이의 전송지연(propagation delay)을 나타내고,는 연결 j의 프레임 크기를 나타낸다. 상기 수학식 1은 노드(i)에 k 번째로 도착하는 셀의 적격 시간이 그 셀의 이전 노드(i-1)에 의해 결정됨을 나타내고 있다. 이는 이전 노드(i-1)가 k 번째 셀의 적격 시간정보를 노드(i)로 출력해야 함을 의미하고, 기존의 방법에서는 상기 정보를 k 번째 셀의 헤더에 실어 출력하도록 되어 있다.

그러나, 상기 카운터 연동에 의해 지터정보 전달방법은 상기 정보를 매번 보낼 필요없이 셀이 노드에 도착하는 순간 자체적으로 알 수 있도록 되어 있다. 즉, 연결 j에 대해의 관계가 성립되도록 연결별(per-session) 카운터(C_i,j)를 동작시켜 셀이 도착하는 순간()에 카운터의 값이 독출되어 바로 알 수 있도록 되어 있다. 따라서, 연결당 하나의 카운터만이 이용되어 해당 연결의 모든 셀에 대한 가상 도착시간을 알 수 있게 됨으로써 효과적으로 지연 지터가 조절될 수 있게 된다.

따라서, 각 노드에는 연결별(per-session)로 하나의 카운터가 있고, 각 카운터는 슬롯 단위로 카운트하여 개별 프레임을 정의하게 된다. 상기 카운터는 매 슬롯마다 카운터 값을 1 씩 감소시키고, 카운터의 값이 0 이 되는 순간 다시 프레임의 크기값에 의해 초기화되게 된다. 그리고, 상기 카운터는 이웃하는 노드간의 전송 지연을 정확하게 반영하여 연동시키게 된다. 즉, 이전 노드(i-1)에서 카운터의 값이 c일 때 출발한 셀이 노드(i)에 도착하게 되면, 순간 노드(i)의 카운터의 값도 c가 되도록 연동되는데, 이는 연결 수락시에 이웃하는 노드에 있는 카운터의 동작을 동기시킴으로써 가능하게 된다.

상기 카운터의 값은 두가지 의미를 갖는데, 먼저 스케쥴러에 있는 셀에 대해서는 마감시간까지 남아 있는 시간을 의미하고, 지터 조절기에 있는 셀에 대해서는 적격 시간까지 남아 있는 시간을 의미하게 된다. 이후, 상기 카운터의 값이 0 이 되는 시점이 바로 스케쥴러에 있는 셀의 서비스 마감시간이 됨에 따라 스케쥴러에 있는 셀은 카운터가 0 이 되기 이전에 서비스가 수행되어야 한다.

예컨대, 카운터의 값이 3 일 때 서비스가 수행된 경우 그 셀은 마감시간 3 슬롯 이전에 서비스를 받은 것이 되고, 그 셀이 그 다음 노드에 도착하게 되면 그 때의 카운터의 값이 3 으로 되어 셀은 3 슬롯 동안 지터 조절기에 저장되게 된다. 상기 지터 조절기에서 3 슬롯 동안 저장된 후 스케쥴러로 출력되게 되면, 이전 노드에서 마감시간에 서비스를 받고 이번 노드의 스케쥴러에 도달한 것과 동일하게 된다.

도 4는 ATM망에서의 카운터 연동에 의한 지터정보 전달방법의 일례를 나타낸 도면으로, 여기서 전송되는 프레임의 크기는 10 인 경우를 예로서 나타내고 있다. 그리고, 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 소정 셀이 이전 노드에서 언제 서비스를 받았는지에 상관없이 그 다음 노드의 스케쥴러로 입력되는 시점이 항상 일정하게 되어 모든 셀이 노드에서 최대 지연을 겪은 후 서비스가 수행됨으로써 지연 지터가 완전히 제거되게 된다.

한편, 상기 카운터 연동에 의해 지터정보 전달방법에서는 ATM망과 같이 패킷의 크기가 작고, 스케쥴링과 관련된 정보의 전송을 지원하지 않는 고속 통신망에서 지터를 조절하는데 효과적으로 적용될 수가 있지만, 연결 수락시에 한번 연동시킨 카운터의 동작에 전적으로 의존되게 되어 전송지연이 일정한 동기망에서만 사용 가능하게 된다.

상기한 바와 같이, ATM망에서의 카운터 연동에 의한 지터정보 전달방법에서는 연결별 프레임을 사용하여 셀을 서비스하고, 모든 연결의 연결별 프레임을 정의하기 위해 연결마다 별도의 프레임 카운터를 동작시켜야 한다. 따라서, 각 노드에서는 연결별 프레임을 위해 연결별로 카운터가 1 개씩 존재하고, 각각의 카운터는 슬롯단위로 카운트하여 개별 프레임을 정의하게 된다.

상기 카운터는 매 슬롯마다 카운터의 값을 1 씩 감소시킨 후 카운터의 값이 0이 되는 순간 다시 프레임의 크기값으로 초기화시키게 된다. 그리고, 상기 카운터의 동작은 이웃하는 노드간의 전송지연을 정확하게 반영하여 연동시키게 되는데, 이러한 연동작용으로는 상기 프레임 카운터의 노드(i-1)에서의 카운터 값이 c 일때 출발한 셀이 노드(i)에 도착한 순간의 카운터 값도 c 가 되도록 연동시키게 된다. 이는 연결 수락시에 프레임 카운터에 관한 정보를 이웃하는 노드로 보내주어 프레임 카운터의 동작을 동기시킴으로써 가능하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치에 있어서 연결별(j, j', j'') 프레임의 크기()를 나타낸 도면이다. 여기서, 각 연결별(j, j', j'') 프레임의 크기()는 각각의 정의에 의해 다르게 된다.

먼저, ATM셀의 지연은 일정한 크기의 지연과 불규칙한 지연의 두가지 성분으로 분리할 수 있고, 이 중 전자의 경우는 AAL 계층의 셀 분해 및 조립과정에서 발생하는 지연이 주요한 원인인 바, 이 지연은 ATM망과 기존의 PSTN망을 연동할 때 반향(echo) 문제를 야기하고, 후자는 ATM 계층에서의 다중화나 교환과정에서 발생하는 대기지연, 물리계층의 OAM(operation, administration and maintenance)셀의 전송으로 인한 지연 등이 그 원인이 된다.

그리고, 다양한 서비스 품질과 트래픽 특성을 가지는 트래픽이 ATM망에서 다중화되어 전송되고, 최고 비트율 이하로 대역폭을 할당받은 가변 비트율의 트래픽은 협상된 대역폭을 초과할 가능성이 있으며, 이는 폭주의 원인이 된다. 따라서, 우선순위 제어는 선택적 셀 저장과 폐기 및 전송량 조절을 통해 셀손실 분산과 셀전송 순서제어를 통한 시간지연에 민감한 클래스의 서비스 품질보장을 수행하게 된다.

또한, 우선순위 제어는 서로 다른 트래픽 클래스를 사이의 서비스 품질에 따른 우선순위를 제어하는 경우와 MPEG 영상과 같은 동일 트래픽내에서 셀헤드(head)의 우선순위 비트(bit)가 표시하는 낮은 우선순위와 높은 우선순위 셀의 저장과 전송을 제어하는 경우로 나눌 수 있게 된다.

그리고, 큐 서비스방식(queue service discipline)은 도착하는 셀을 큐에 저장관리하는 방법과 저장되어 있는 셀의 전송순서를 결정하는 방식을 의미하고, 이는 사용자의 서비스 품질을 보장하면서 망의 이용효율을 극대화하기 위한 트래픽 제어방법이다. 상기 큐 서비스방식은 망입구의 B-NT(BISND-Network Termination)나 망전체에 걸친 ATM 교환기 등 큐가 있는 곳에는 어디에나 필요한 방식이고, 특히 B-NT에 도착하는 트래픽은 망내의 트래픽에 비해 불규칙함으로 B-NT에서의 큐 서비스방식은 망의 효율이나 서비스 품질에 대단히 중요한 영향을 미치게 된다.

또한, 큐 서비스방식은 주로 기존의 데이터 통신망을 기반으로 발전해 왔고, 전송지연 변이 등은 관심사가 아니며, 길이가 짧은 패킷을 먼저 서비스함으로써 평균 전송지연을 줄이려는 시도가 있었다. 그리고, 먼저 도착한 패킷을 먼저 서비스해 주는 FCFS(first come first serve), 채널별로 별도의 버퍼를 두어 공평한 서비스를 하는 RR(round robin), 엄격한 우선순위에 따라 서비스하는 헤드오브라인(HOL; head of line) 등이 기존 데이터망의 대표적인 큐 서비스방식이라 할 수 있다.

그러나, 서비스가 통합되면서 고속화하는 BISDN환경에서 다양한 특성의 서비스를 효율적으로 수용하려면 전혀 다른 큐 서비스방식에 대한 연구가 필요하게 된다. 따라서, 실시간 서비스의 통합으로 셀지연변이(CDV; cell delay variation)의 고려가 필수적이고, 각 서비스마다 다른 품질을 보장해 주여야 하며, 과도한 트래픽을 발생하는 연결이 있는 경우에도 다른 서비스의 품질은 유지시킬 수 있어야 한다.

도 6은 본 발명에 따른 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치의 1 실시예를 나타낸 블록도이다. 도시된 바와 같이, 상기 큐 서비스장치는 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐(10∼n), 데이터 트래픽 FIFO큐(19), 멀티플렉서(20), 제 1 내지 제 n 마감시간 발생기(30∼n) 및, 비교기(40)로 구성되어 있다.

먼저, 각각의 가상채널(VC: virtual channel)로부터 도착하는 셀 데이터가 독립적으로 서비스 받을 수 있도록 하기 위해 연결마다 정해진 큐, 예컨대 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐(10∼n)에 실시간 트래픽이 저장되고, 데이터 트래픽 FIFO큐(19)에 데이터 트래픽이 저장된 후 멀티플렉서(20)에 의해 선택적으로 선택되어 출력되게 된다. 이후, 상기 멀티플렉서(20)는 해당 큐에 저장된 셀 데이터에 대한 연결식별자(CID: connection identifier)를 출력하게 된다.

그리고, 마감시간 발생기(30∼n)는 상기 가상채널(VC)로부터 실시간 데이터 트래픽이 상기 큐(10∼n)로 입력되게 되면, 상기 큐(10∼n)로부터의 앰프티 플래그신호(; empty-flag)와 프레임 카운터의 값()을 기초로 마감시간(deadline), 즉 셀이 마감시간까지 남아있는 시간(; remaining time)을 출력하게 된다.

이후, 비교기(40)가 상기 마감시간 발생기(30∼n)로부터의 마감시간(∼)을 비교하여 가상채널신호(VC_sel)를 멀티플렉서(20)로 출력함으로써 상기 멀리플렉서(20)는 해당 큐(10∼n)의 연결식별자(CID)를 출력하게 된다.

그리고, 상기 마감시간()은 각 노드에서의 지연한계가 프레임의 크기와 다른 경우 프레임 카운터(4)의 값()에서의 프레임 크기()와 지연한계()의 차이()에 의해 설정되게 된다.

도 7은 도 6에 도시된 동적우선순위 서비스큐의 1 실시예를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 서비스큐는 프레임 카운터(4:)와, 제 1 및 제 2 FIFO큐(5, 6)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 동적우선순위 서비스큐(10∼n)에서의 프레임 카운터(4)는 소정 연결별 프레임에 카운트를 수행하면서 소정 FIFO큐(5, 6)의 실시간 셀 데이터를 선택적으로 출력시키고, 상기 제 1 및 제 2 FIFO큐(5, 6)는 상기 프레임 카운터(4)의 동작에 의해 상기 소정 연결별 가상채널(VC1∼VCn)로부터의 프레임의 셀 데이터가 선택됨으로써 지터 조절 기능이 수행되게 된다.

상기 제 1 및 제 2 FIFO큐(10, 11)는 논리적으로 분리되고, 각 FIFO큐에는 큐가 비어 있는지를 나타내기 위한 플래그신호()가 1 개씩 존재하게 된다. 상기 플래그신호()는 큐에 셀이 존재하면, 0, 존재하지 않으면, 1 을 나타내게 된다. 상기 플래그신호()에 의해 현재 도착한 프레임의 셀은 다음 프레임에서 서비스되고, 또한 프레임 단위로 상기 2 개의 FIFO큐는 선택적으로 서비스하게 된다.

한편, 각 연결의 프레임 카운터의 값이 바로 셀의 마감시간이 되어 매 슬롯마다 플래그가 0 인 연결의 프레임 카운터 값을 비교하여 가장 작은 값을 갖는 연결을 선택하게 된다. 이후, 선택된 연결의 셀이 바로 현재 슬롯에서 서비스를 받고, 이때 플래그가 0으로 되어 있는 연결이 1 개도 없는 경우에는 데이터 트래픽의 셀이 서비스를 받게 된다.

그리고, 플래그가 0으로 되어 있는 연결중에서 프레임 카운터의 값이 가장 작은 값을 갖는 연결을 선택하는 과정은 플래그를 프레임 카운터의 최상위비트(MSB)로 간주하여 비교하게 된다. 이때, 비교기로부터 출력된 값의 최상위 비트가 1 이면, 이는 곧 서비스를 받을 상태에 있는 셀이 1 개도 없다는 것을 의미하게 되어 이 경우 데이터 트래픽의 셀을 서비스하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 1 개의 슬롯내의 모든 연결의 마감시간을 비교하는 비교기에 의해 ATM 스위치에서의 셀 순서를 정렬하기 위해 사용되는 분산 해결(distributed resolution) 방식을 사용하거나 간단히 비교기를 다단계로 연결하여 구현할 수 있게 된다. 상기 비교기를 다단계로 구현하는 경우 연결의 총 수를 M 이라 할 때단계의 비교연산이 필요하게 된다.

그러나, 노드에 있는 총 셀의 수에 관계하는 복잡도를 갖는 다른 구현 알고리듬과 달리 비교연산의 복잡도가 총 연결 수에 관계하게 되어 커다란 문제는 되지 않게 된다.

도 8는 도 6에 도시된 동적우선순위 서비스큐로부터의 플래그신호()의 값과 카운터()의 값으로 구성된 마감시간()을 나타낸 도면이다.

상기 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단(30∼n)으로부터의 마감시간()은 최상위비트가 상기 서비스큐(10∼n)로부터의 앰프티 플래그신호()이고, 나머지 비트는 프레임 카운터(4)로부터의 값()로 설정되게 된다.

한편, 본원 청구범위의 각 구성요건에 병기된 도면참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정할 의도에서 병기한 것은 아니다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 논리적 연결 단위로 구분된 2 개의 FIFO큐를 사용하여 프레임 단위로 선택적으로 서비스함으로써 지터 조절기의 기능을 수행하고, 각 연결의 프레임 카운터의 값이 매번 비교됨으로써 가장 높은 우선순위의 셀이 자동적으로 선택되게 된다. 또한, 논리적 연결 단위로 구분된 2 개의 FIFO큐를 사용하여 프레임 단위로 선택적으로 서비스함으로써 지터 조절기의 기능을 수행하고, 비교기에서 각 연결의 프레임 카운터 값들이 비교되어 가장 높은 우선순위의 셀이 선택되게 된다. 그리고, 본 발명의 연결별 프레임에 있어서는 지터와 관련된 정보를 자체적으로 얻을 수 있기 때문에 이전 노드와 별도의 정보교환 없이도 각 노드에서 자체적으로 지터를 조절할 수 있게 된다. 따라서, ATM망과 같이 패킷의 크기가 작고, 스케쥴링과 관련된 정보의 전송을 지원하지 않는 고속 통신망에서 지연과 지터를 조절하는데 아주 효과적으로 된다.

Claims (4)

1. ATM망에서 연결별 프레임을 이용하여 각 노드에서 지터를 조절하고, 각 연결의 프레임에 대해 마감시간을 부여한 후 프레임의 서비스할 셀을 선택하여 서비스를 수행하는 동적우선순위 큐 서비스장치에 있어서,

   상기 연결별 가상채널(VC1∼VCn)로부터 실시간 셀 데이터가 입력됨과 더불어 앰프티 플래그신호()를 출력하는 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐(10∼n)와;

   이 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐(10∼n)로부터의 앰프티 플래그신호()와 카운터의 값()을 기초로 마감시간()을 출력하는 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단(30∼n);

   이 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단(30∼n)으로부터의 마감시간()을 비교하여 최소 시간을 순차적으로 출력하는 비교수단(40) 및;

   이 비교수단(40)으로부터의 가상채널신호(VC_sel)에 의해 상기 제 1 내지 제 n 동적우선순위 서비스큐(10∼n)로부터의 셀을 선택적으로 출력하는 멀티플렉서(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 동적우선순위 서비스큐(10∼n)는 소정 연결별 프레임에 카운트를 수행하면서 소정 FIFO큐(5, 6)의 실시간 셀 데이터를 선택적으로 출력시키는 프레임 카운터(4)와;

   이 프레임 카운터(12)의 동작에 의해 상기 소정 연결별 가상채널(VC1∼VCn)로부터의 프레임의 셀 데이터가 선택됨으로써 지터 조절 기능이 수행되는 제 1 및 제 2 FIFO큐(5, 6)로 구성된 것을 특징으로 하는 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 n 마감시간 발생수단(30∼n)으로부터의 마감시간()은 최상위비트가 상기 서비스큐(10∼n)로부터의 앰프티 플래그신호()이고, 나머지 비트는 프레임 카운터(4)로부터의 값()로 설정되는 것을 특징으로 하는 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 마감시간()은 각 노드에서의 지연한계가 프레임의 크기와 다른 경우 프레임 카운터(4)의 값()에서의 프레임 크기()와 지연한계()의 차이()에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 ATM망에서의 카운터 연동에 의해 정의되는 연결별 프레임을 이용한 동적우선순위 큐 서비스장치.