KR20030053006A - 패킷 스위칭 원리에 따른 데이터 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 데이터의 경로 배정을 위해 통신 링크에 의해 상호 접속되어 있는 장치(11, 12, 13, 14)-상기 데이터는 패킷으로 전송되며, 상기 패킷은 헤더를 포함함-를 포함하는 데이터 통신 시스템에 관한 것이다. 제 1 경로 배정 장치(12)의 송신부는 상기 헤더로부터 최소한 1개의 파라미터값을 저장하고 그에 대응하는 코딩된 값을 전송하는데 적합한 제 1 저장 수단(42)과, 코딩되지 않은 값을 재코딩하는데 적합한 제 1 엔트로피 코딩 압축 수단(43)-상기 재코딩된 값은 코딩된 값이 통신 링크(15)를 따라 전송된 후에 코딩된 값 대신에 저장됨-을 포함한다. 통신 링크에 의해서 제 1 경로 배정 장치와 접속되어 있는 두 번째 경로 배정 장치(13)의 수신부는 통신 링크(15)로부터 나온 코딩된 값을 저장하고 그에 대응하는 코딩되지 않은 값을 송신하는데 적합한 제 2 저장 수단과 코딩되지 않은 값을 재코딩하는데 적합한 제 2 엔트로피 코딩 압축 수단-상기 재코딩된 값은 코딩된 값 대신에 저장됨-을 포함한다.

Description

패킷 스위칭 원리에 따른 데이터 통신 시스템{DATA COMMUNICATION SYSTEM ACCORDING TO A PACKET-SWITCHING PRINCIPLE}

기술분야

본 발명은 데이터의 경로 배정(routing)을 위해 통신 링크에 의해서 상호 접속되어 있는 장치를 포함하는 데이터 통신 시스템에 관한 것으로, 상기 데이터는 패킷으로 전송되며, 상기 패킷은 헤더를 포함한다.

또한 본 발명은 이러한 종류의 통신 시스템에서 데이터를 송신하거나 수신하는데 적합한 경로 배정 장치에 관한 것이다.

결국, 본 발명은 통신 링크에 의해서 함께 접속된 송신 장치와 수신 장치 사이에서의 데이터 송신 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 패킷-스위칭 모델로 데이터를 전달하는 통신 네트워크에 적합하다.

종래기술

패킷-스위칭 프로토콜에서, 메시지는 전송되기 전에 패킷으로 분할된다. 그 다음에 각 패킷은 개별적으로 송신되고, 통신 네트워크의 소스 노드(source nod)에서 목적 노드(destination nod)로 서로 다른 경로(route)를 따라 이동할 수 있다. 메시지를 형성하는 모든 패킷이 일단 목적 노드에 도착하면, 원래의 메시지를 형성하기 위해 집합된다. 대부분의 통신 네트워크는 패킷-스위칭 기술(packet-switching technique)에 기초하고 있다. 반면에, 일반적인 전화 서비스는 1개의 선이 네트워크의 두 노드사이에 메시지의 전송용으로 할당되어 있는 회로-스위칭 기술(circuit-switching technique)에 기초하고 있다. 회로-스위칭은 데이터가 빠르게 송신될 필요가 있고, 데이터를 보낼 때와 동일한 순서로 도착되어야 할 필요가 있는 경우에 이상적이다. 패킷-스위칭은 예를 들어, 전자 우편의 메시지 등 전송 지연에 견딜 수 있는 데이타에 더 효율적이고 견실하다.

패킷-스위칭에 기초하는 통신 네트워크 내에서, 패킷은 메시지의 경로 배정 단계 도중에, 통신 링크를 통해 네트워크의 송신 노드로부터 네트워크의 수신 노드로 전송되는 단위 개체를 형성한다. 경로 배정 방법에 따라, 패킷은 네트워크의 각 노드에서 대기열(queue)을 형성하거나 형성하지 않기도 하는데, 상기 대기열은 가능한 한 최소의 길이인 것이 바람직하다. 각 패킷은 헤더와 데이터로 구성되는데, 헤더는 다음을 포함한다:

- 소스 노드의 어드레스,

- 목적 노드의 어드레스,

- 패킷의 크기 또는 제어 워드(control word), 단, 고정 크기의 패킷의 경우에는 없음,

- 메시지 식별자,

- 패킷 식별자.

그러나, 헤더 그 자체는 패킷의 크기에 기여한다. 결과적으로, 패킷으로 분할된 메시지는 원래의 메시지보다 더 많은 공간을 차지하고 이 영향으로 통신 네트워크의 대역폭(bandwidth)이 축소된다.

특허 출원 EP 1081910은 통신 네트워크에서 패킷으로의 데이터 전송 방법에 관해 설명하는데, 상기 방법은 패킷, 그리고 특히, 패킷 헤더의 압축 및 압축 해제 단계를 포함한다. 이 방법에서, 헤더의 압축은 오류 비트 전송(error bit transmission)을 사용하여 이전 패킷과 진행 중인 패킷의 차이를 취해서 실행된다. 그 다음에 수신 노드는 전송에서 임의의 오류를 감지하는 역할을 수행한다. 그 다음에, 수신 노드는 중간 노드(intermediate node)에 임의의 오류에 관해 통지하고, 헤더를 포함한 패킷을 압축할 것인지 압축 해제할 것인지 결정한다.

이 방법은 두 개의 연속하는 패킷 사이의 일시적인 리던던시를 이용하지만 어떤 배열에서는 비효율적이라고 판명될 수 있을 것이다. 게다가, 전송 오류의 처리는 이 방법을 실시하는 것을 복잡하게 만든다.

본 발명의 목적은 더 간단하면서 더 효율적인 데이터 전송 장치와 데이터 수신 장치 사이의 통신 시스템을 제시하는 것이다.

이 목적에서, 본 발명에 따른 통신 시스템은 다음을 특징으로 한다.

- 제 1 경로 배정 장치의 송신부는 상기 헤더로부터 최소한 1개의 파라미터값을 저장하고, 그에 대응하여 코딩된 값을 전송하는데 적합한 제 1 저장 수단과 코딩되지 않은 값을 재코딩하는데 적합한 제 1 엔트로피 코딩 압축 수단-상기 재코딩된 값은 코딩된 값이 통신 링크를 따라 전송된 후에 코딩된 값 대신에 저장됨-을 포함하며,

- 통신 링크에 의해서 제 1 경로 배정 장치에 접속되어 있는 제 2 경로 배정 장치의 수신부는 통신 링크로부터 나온 코딩된 값을 저장하고 그에 대응하여 코딩되지 않은 값을 전송하는데 적합한 제 2 저장 수단과, 코딩되지 않은 값을 재코딩하는데 적합한 제 2 엔트로피 코딩 압축 수단-상기 재코딩된 값은 코딩된 값 대신에 저장-을 포함한다.

본 발명은, 상기 헤더가 통신 링크에 존재할 확률에 적용하는 등의 방식으로 전송 혹은 수신 모드에서 작동하는 통신 시스템의 각 경로 배정 장치에서, 헤더의엔트로피 코딩 압축을 수정할 수 있도록 허용한다. 따라서, 패킷 헤더는 두 장치 사이의 각 통신 링크가 그 자체의 확률을 가지고 있기 때문에, 그의 진행 단계 도중에 여러 번 코딩될 것이다. 이러한 종류의 적응성 코딩은 추가적인 정보의 추가 없이, 데이터가 송신되는 효율을 간단한 방법으로 증가시킬 수 있으며, 그 결과로 통신 네트워크의 대역폭은 축소된다.

도 1은 통신 네트워크를 도시한 도면,

도 2는 당업자들에게 널리 알려진 스위칭 장치의 실시예를 나타내는 통신 네트워크의 노드를 도시한 도면,

도 3은 수신 모드에서 작동하는 본 발명에 따른 스위칭 장치를 도시한 도면,

도 4는 전송 모드에서 작동하는 본 발명에 따른 스위칭 장치를 도시한 도면.

본 발명의 이러한 측면과 그 외의 측면들은 한정적이지 않은 실시예의 방법으로 제시된 하기의 실시예를 참조하여 명확해지고, 상세히 설명될 것이다.

본 발명은 때때로 통신 네트워크로 불리는 통신 시스템에 관한 것으로, 상기 통신 시스템은 패킷-스위칭 원리로 데이터 메시지의 경로를 배정하는 장치를 포함한다. 앞으로의 설명에서 때때로 네트워크의 노드로 불릴 이 경로 배정 장치는 예를 들면, 스위치나 프로세서 등이 있다.

본 발명은 엔트로피 코딩에 의한 패킷 헤더의 코딩 원리에 기초한다. 엔트로피 코딩은 예를 들면, 당업자들에게 친숙한 원리로 구현된 런-렝스 코딩(run-length coding), 호프만 코딩, 또는 산술 코딩(arithmetic coding) 등이 될 수 있다. 이러한 동적 코딩(dynamic coding)은 헤더 내에서 최소한 1개의 파라미터에 작용한다. 동적 코딩은 목적 노드의 어드레스, 소스 노드의 어드레스, 및 패킷의 크기가 고정되지 않았을 때에는 그 크기에 작용하는 것이 바람직하다. 메시지와 패킷 식별자를 압축하는 것은 연역적으로 덜 유익하다. 따라서, 사전결정된(predetermined) 헤더를 가진 패킷이 네트워크의 두 노드 사이에서 통신 링크를 따라 더 빈번하게 통신되면 될수록, 상기 헤더는 엔트로피 코딩 덕분에 작은 수의 비트로 더 많이 코딩된다. 종래의 기술에 비교할 때, 엔트로피 코딩은 본 발명에 따른 통신 시스템의 효율을 향상시키는데, 이는 이전의 패킷에만 한정되지 않는 메모리 효과를 어느 정도 존재할 수 있도록 만들기 때문이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위해서, 통신 네트워크의 단순화된 구조를 도시하는 도 1을 고려해 보자. 상기 통신 네트워크는 어드레스가 @S이고, 어드레스가 @D인 목적 노드(14)로 패킷화된 메시지를 보내는 소스 노드(11)를 포함한다. 메시지 내의 각 패킷은 개별적으로 전송되고, 소스 노드로부터 목적 노드로의 여러 경로를 따라 이동할 수 있으며, 특정한 패킷은 여러 번 중간 통신 링크(15)를 통해 중간 전송 노드(12)로부터 중간 수신 노드(IR)(13)로 이동할 수 있다. 쇄선은 일정한 수의 다른 중간 노드를 경유하는 패킷을 추적하는 경로를 나타낸다. 중간 전송 노드(12)는 중간 통신 링크(15)를 따라 송신된 메시지와, 메시지 내에서 소스 노드의 어드레스가 @S이고, 목적 노드의 어드레스가 @D이며, 크기가 S인 패킷의 비율을 식별하는데 적합하다. 또한 중간 수신 노드(13)는 중간 통신 링크(15)를 따라 수신된 메시지와, 상기에서 설명된 특성을 가지는 패킷의 비율을 아는데 적합하다. 본 목적을 위해서, 중간 전송 및 수신 노드는 동일한 엔트로피 코딩 방법을 사용하므로 전송될 코딩의 변화와 관련된 어떤 정보도 필요하지 않다. 엔트로피 코딩 방법이 네트워크의 각 통신 링크에 적용되기 때문에, 상기에 설명된 특징을 가지고 있는 패킷 헤더는 서로 다른 통신 링크를 따라 이동할 때의 주파수에 의존하여 여러코드들과 함께 압축될 것이다.

표준 통신 네트워크 내에서, 경로 배정 장치는 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같이 아래의 방식으로 구현된다. 경로 배정 장치의 입력 포트(20, 21) 중의 하나에 도착한 패킷은 통신 네트워크의 유형에 따라 레지스터(22)나 대기열에 저장된다. 그 다음에, 패킷의 헤더 내의 다른 관련 파라미터들과 목적 노드 어드레스는 어드레스 디코더(ASD)(23)로 전송된다. 이 어드레스 디코더는 목적 어드레스를 디코딩하고 데이터 패킷의 출력을 목적으로 하는 출력 포트(27, 28)를 제어하는 컨트롤러(CTRL)(26)에 신호를 전송한다. 그 다음에 레지스터(22)를 통해 입력 포트(20, 21)로부터 나온 패킷(24, 25) 내의 데이터 항목은 멀티플렉서(multiplexer)(29)의 입력부로 전달되는데, 각 멀티플렉서는 어떤 입력이 선택되어야 하는지 지시하는 컨트롤러(26)에 의해 제어된다.

또한 필요한 경우에, 어드레스 디코더는 컨트롤러에 해당 사항을 통지하기 위해서, 패킷이 고정 크기가 아닐 때, 패킷의 크기 등 데이터의 다른 항목을 디코딩한다. 컨트롤러는 데이터 전송의 개시 시기 및 상기 전송의 정지 시기를 식별할 필요가 있기 때문에, 패킷이 고정 크기를 가지고 있을 경우에도 패킷의 크기 파라미터를 필요로 한다. 특정 통신 네트워크는 크기는 고정되어 있으나 패킷 내에서의 수는 고정되어 있지 않은 서브-패킷을 사용한다. 이 경우에는, 패킷 헤더는 서브-패킷이 제 1, 제 2, 또는 최종 서브-패킷인지의 여부를 지시하는 제어 워드를 포함한다. 이 제어 워드는 컨트롤러의 충분한 작동을 위해 요구되는 정보를 형성한다.

가령, 소스 노드 어드레스 등의 패킷 헤더 내의 특정한 파라미터는 이 단계에서 반드시 요구되지는 않는다. 그러나, 패킷 헤더 내에서 요구되는 파라미터와 네트워크의 특성에 의존하지 않는 파라미터가 당업자들에게는 명확할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 스위칭 장치를 나타내는데, 상기 장치는 수신 모드에서 작동한다. 본 목적을 위해서, 도 2에 도시된 수신부(201)는 다음과 같이 수정되어 왔다.

경로 배정 장치의 입력 포트에 도착하는 패킷은 레지스터(22)에 저장된다. 자체의 헤더로부터 최소한 1개의 파라미터를 포함하는 패킷 내의 데이터, 예를 들면, 목적 노드 어드레스 등은 설계자에 의해 사전 결정된 엔트로피 코딩 방법에 의해 압축되어 왔다. 이렇게 코딩된 목적 노드 어드레스는 저장 수단으로 전송된다. 바람직한 실시예에서, 저장 수단은 탐색 테이블(look-up table)(LUT)을 구성한다. 이 테이블은 목적 노드 어드레스의 코딩된 값을 첫 번째 행에, 이에 대응하는 목적 노드 어드레스의 전체값(full value), 즉 코딩되지 않은 값을 두 번째 행에 저장하기에 적합하다. 이 어드레스에서 임의의 한 코딩된 값에 대응하는 테이블 내의 목적 코드 어드레스의 전체값은 엔트로피 코딩에서 오직 하나만 존재한다. 그 다음에 어드레스의 전체값은 상기에서 설명된 원리와 동일한 원리로 작동되는 어드레스 디코더(23)로 전송된다. 또한, 이 전체값은 압축 수단(32)에 의해 판독된다. 이 압축 수단은 미리 결정된 엔트로피 코딩 수단에 의해 작동하고 어드레스의 전체값을 재코딩하기에 적합하다. 엔트로피 코딩에 의해 생성된 재코딩된 값이 상기 테이블에 제시된 코딩된 값과 다르다면, 재코딩된 값은 탐색 테이블의 코딩된 값 위치에 저장된다.

도 4는 전송 모드에서 작동하는 본 발명에 따른 스위칭 장치를 나타낸다. 본 목적을 위하여, 도 2에 나타낸 전송부(202)는 다음과 같이 변경되었다.

멀티플렉서(29)는 데이터를 송신하는 것을 선택할 입력부를 지시하는 컨트롤러(CTRL)(26)에 의해 제어된다. 스위칭 장치는 목적 노드의 어드레스의 전체값을 첫 번째 행에, 미리 결정된 엔트로피 코딩 방법에 의해 코딩될 값을 두 번째 행에 저장하기에 적합한 탐색 테이블(LUT)(42)을 포함한다. 또한 전체값을 재코딩하기에 적합한 수단인 엔트로피 코딩 압축 수단(43)을 포함한다. 탐색 테이블은 데이터의 패킷이 자체의 경로를 따라 이동할 때 변경될 목적 어드레스의 코딩을 가능하게 한다. 엔트로피 코딩에 의해서 생성되는 재코딩된 값이 테이블에 존재하는 코딩된 값과 다르면, 상기 재코딩된 값은 코딩된 값이 송신된 후에 코딩된 값의 위치에 저장된다. 본 목적을 위하여 지연 회로(41)는 어드레스의 전체값을 지연되게 하고, 따라서 어드레스의 코딩된 값이 통신 링크를 따라 테이블에 의해 전송되기 전에, 상기 테이블이 변경되지 않도록 허용한다.

도 4 및 도 3이 중간 송신 노드(12)의 송신부 및 수신 노드(13)의 수신부를 각각 도시한다면, 압축 수단은 동일한 엔트로피 코딩 방법을 구현하고 동일한 헤더 파라미터를 수신하기 때문에, 상기 압축 수단에 의해 제어되는 탐색 테이블은 임의의 지정된 순간에 동일한 값을 함유한다.

본 발명은 또한 상기 데이터의 경로 배정을 위한 장치(11, 12, 13, 14)를 포함하는 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 상기 방법은,

- 제 1 경로 배정 장치(12)의 전송부에서, 상기 헤더로부터의 최소한 하나의파라미터 값을 저장하고 그것에 대응하는 코딩된 값을 전송하는 것을 목적으로 하는 저장 단계와, 코딩되지 않은 값을 재코딩하기 위한 엔트로피 코딩 압축 단계-상기 재코딩된 값은 코딩된 값이 통신 링크(15)를 따라 전송된 후에 코딩된 값 대신에 저장됨-와,

- 통신 링크(15)에 의해서 제 1 경로 배정 장치와 접속된 제 2 경로 배정 장치(13)의 수신부에서, 통신 링크(15)로부터 나온 코딩된 값을 저장하고 그에 대응하여 코딩되지 않은 값을 전송하기 위한 저장 단계와, 코딩되지 않은 값을 재코딩하기 위한 엔트로피 코딩 압축 단계-상기 재코딩된 값은 코딩된 값 대신에 저장됨-를 포함한다.

본 내용에서 괄호를 씌운 참조 숫자는 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한 "포함한다"라는 동사와 그의 활용형은 넓은 의미에서 해석되어야 한다. 즉, 상기 동사 뒤에 나열된 것 이외의 항목이나 단계의 존재뿐만 아니라 상기 동사 뒤에 이미 나열되고 단수로 기재된 항목이나 단계의 복수성의 존재를 배제하는 것이 아니다.

이상으로 상술한 바와 같이, 본 발명은 더 간단하면서 더 효율적인 데이터 전송 장치와 데이터 수신 장치 사이의 통신 시스템을 제시한다.

Claims (6)

1. 데이터의 경로 배정을 위한 장치(11, 12, 13, 14)를 포함하는 데이터 통신 시스템에 있어서,

   상기 장치는 통신 링크에 의해 상호 접속되어 있고, 상기 데이터는 패킷으로 송신되며, 패킷은 헤더를 포함하며,

   상기 시스템은

   제 1 경로 배정 장치(12)의 송신부는 상기 헤더로부터 최소한 1개의 파라미터 값을 저장하고 이에 대응하는 코딩된 값을 전송하는데 적합한 제 1 저장 수단(42)과, 코딩되지 않은 값의 재코딩에 적합한 제 1 엔트로피 코딩 압축 수단(43)-상기 재코딩 값은 코딩된 값이 통신 링크(15)를 따라 송신된 후에 코딩된 값 대신에 저장됨-을 포함하며,

   상기 통신 링크에 의해서 상기 제 1 경로 배정 장치에 접속되어 있는 제 2 경로 배정 장치(13)의 수신부는 상기 통신 링크로부터 나온 상기 코딩된 값을 저장하고 그에 대응하는 상기 코딩되지 않은 값을 전송하는데 적합한 제 2 저장 수단(31)과, 상기 코딩되지 않은 값을 재코딩하는데 적합한 제 2 엔트로피 코딩 압축 수단(32)-상기 재코딩된 값은 코딩된 값 대신에 저장됨-을 포함하는 것을 특징으로 하는

   데이터 통신 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 엔트로피 코딩 압축 수단은 상기 대응하는 코딩된 값이 송신되는 것을 기다리는 동안 상기 재코딩된 값을 일시적으로 저장하는데 적합한 지연 회로(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
3. 통신 링크(15)를 따라서 코딩된 데이터를 송신하는데 적합한 경로 배정 장치(12)에 있어서,

   상기 데이터는 패킷으로 전송되며, 패킷은 헤더를 포함하며,

   상기 장치는,

   상기 헤더로부터 최소한 1개의 파라미터값을 저장하고 그에 대응하는 코딩된 값을 전송하는데 적합한 제 1 저장 수단(42)과,

   상기 코딩되지 않은 값을 재코딩하는데 적합한 제 1 엔트로피 코딩 압축 수단(43)-상기 재코딩된 값은 코딩된 값이 상기 통신 링크를 따라 송신된 후에 상기 코딩된 값 대신에 저장됨-을 포함하는 것을 특징으로 하는

   경로 배정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 대응하는 코딩된 값이 송신되기를 기다리는 동안 상기 재코딩된 값을 일시적으로 저장하는데 적합한 지연 회로(41)를 제 2 엔트로피 코딩 수단이 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 배정 장치.
5. 통신 링크(15)를 통해서 코딩된 데이터를 수신하는데 적합한 경로 배정 장치(13)에 있어서,

   상기 데이터는 패킷으로 전송되며, 패킷은 헤더를 포함하고,

   상기 경로 배정 장치는,

   상기 헤더로부터의 최소한 1개의 파라미터를 엔트로피 코딩하는 것에 의해 코딩된 값을 저장하고, 그에 대응하는 코딩되지 않은 값을 전송하는데 적합한 저장 수단(31)과,

   상기 코딩되지 않은 값을 재코딩하는데 적합한 엔트로피 코딩 압축 수단(32)-상기 재코딩된 값은 상기 코딩된 값 대신에 저장됨-을 포함하는 것을 특징으로 하는

   경로 배정 장치.
6. 데이터의 경로 배정을 위한 장치(11, 12, 13, 14)-상기 데이터는 패킷으로 전송되며, 패킷은 헤더를 포함함-를 포함하는 데이터 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법에 있어서,

   제 1 경로 배정 장치(12)의 송신부에서, 상기 헤더로부터 최소한 1개의 파라미터 값을 저장하고 그에 대응하는 코딩된 값을 전송하기 위한 저장 단계와, 상기 코딩되지 않은 값을 재코딩하기 위한 엔트로피 코딩 압축 단계-상기 재코딩 값은 상기 코딩된 값이 상기 통신 링크(15)를 따라 송신된 후에 상기 코딩된 값 대신에 저장됨-와,

   상기 통신 링크에 의해서 상기 제 1 경로 배정 장치에 접속되어 있는 제 2 경로 배정 장치(13)의 수신부에서, 상기 통신 링크로부터 나온 상기 코딩된 값을 저장하고 그에 대응하는 상기 코딩되지 않은 값을 전송하기 위한 저장 단계와, 상기 코딩되지 않은 값을 재코딩하기 위한 엔트로피 코딩 압축 단계-상기 재코딩된 값이 상기 코딩된 값 대신에 저장됨-를 포함하는 것을 특징으로 하는

   데이터 전송 방법.