KR20040019560A - 다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에서 종단간 성능 향상을위한 홉 단위 우선순위 증가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 버스트 교환망 (OBS : Optical Burst Switching Networks)에서 종단간 버스트 전송 성능 향상을 위한 스위치의 홉단위 우선 순위 증가 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은, 종래의 광 지연선 기반의 광 버스트 교환기의 입력단에 버스트의 우선 순위 증가를 위한 광 지연선을 부가적으로 사용한다. 즉, 기존 광 지연선 기반의 광 버스트 교환기에서 입력단의 광 지연선은 제어 패킷의 처리 시간을 보상하기 위하여 사용되는데, 본 발명에서는 추가적인 광 지연선을 이용하여 데이터 버스트를 추가적으로 지연시킴으로써 데이터 버스트와 제어 패킷 사이의 옵셋 시간을 홉을 거칠 때마다 증가시켜 버스트가 다중 홉을 거치면서 우선 순위를 증가하도록 하여 자원 낭비를 감소시킴으로써 종단간 버스트 전송 성능을 향상시킨다.

Description

다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에서 종단간 성능 향상을 위한 홉 단위 우선순위 증가 방법 {Hop-by-hop Priority Increasing Method For Improving End-to-end Throughput In The Multiple-hop Optical Burst Switching Networks}

본 발명은 광 인터넷을 위한 교환 방식 중의 하나인 광 버스트 교환(OBS) 방식에서 다중 홉 환경의 종단간 성능 향상을 위한 홉 단위 우선 순위 증가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각 교환기의 입력단에서 광 지연선을 이용하여 데이터 버스트를 지연시킴으로써 제어 패킷과 데이터 버스트 사이의 옵셋 시간을 증가시켜 제어 패킷이 데이터 버스트를 위한 자원 예약시에 우선 순위를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

WDM (Wavelength Division Multiplexing) 기반의 광 인터넷을 위한 교환 방식 중의 하나인 광 버스트 교환 방식은, 발신지와 착신지의 정보를 가지고 있는 헤더와 데이타를 묶어 전송하는 패킷 전송 방식에 비하여 설계가 복잡하지 않고, 헤더를 읽는 동안 데이타를 저장할 버퍼공간이 필요하지 않으며, 패킷마다 정보를 읽어 처리해야 하는 오버헤드가 적은 장점이 있다.

여기서, 광 버스트는 헤더에 해당되는 제어 패킷과 데이타에 해당되는 데이타 버스트로 구성되어 있고, 이 둘은 각각 다른 파장 또는 채널을 통하여 전송되는데, 제어 패킷이 데이타 버스트에 비해 먼저 전송된다.

다시 말해, 광 버스트 교환 방식은 광 버스트 교환망의 경계 노드에서 다수의 IP 패킷을 모아서 하나의 데이터 버스트를 구성하여 전송하고, 광 버스트 교환망 내에서는 데이터 버스트는 완전 광으로 전송된다. 이때 데이터 버스트의 전송을 위한 제어 정보는 제어 패킷을 생성하여 데이터 전송을 위한 채널과는 분리된 제어 채널을 이용하여 전송되게 된다. 제어 패킷은 데이터 버스트에 비해 우선적으로 전송되어 각 중간 교환기에서 전기적인 변환을 거쳐 라우팅 정보를 검색하고 데이터 버스트가 사용하게 될 채널을 미리 예약하고 스위칭 소자를 설정한다.

이와 같이, 광 버스트 교환 방식에서 제어 패킷은 교환기에서 전기적인 변환 과정을 거쳐 처리되지만, 데이터 버스트는 이러한 전기적인 변환 과정을 거칠 필요없이 광으로만 전송되기 때문에 제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자의 설정에 걸리는 시간을 보상하기 위한 방법을 필요로 한다.

기존에 제안된 제어 패킷 처리 시간 보상 방법은 광 지연선 기반 방식과 옵셋 시간 기반 방식으로 구분할 수 있다. 그리고, 기존의 옵셋 시간 기반 방식 및 광 지연선 기반 방식에서 제어 패킷과 데이터 버스트 사이에 추가적인 옵셋 시간을 할당하여 데이터 버스트간에 서비스 차별화를 제공할 수 있다. 즉, 보다 큰 옵셋 시간을 가진 데이터 버스트의 경우 옵셋 시간이 작은 데이터 버스트에 비해서 제어 패킷이 미리 채널을 예약할 수 있기 때문에 버스트 블록킹 확률을 낮출 수 있다.

종래의 옵셋 시간 기반 방식은 발신지에서 착신지까지 데이터 버스트가 전송되는 경로의 제어 패킷 처리 시간 및 스위칭 소자 설정 시간의 합을 발신지에서 알아내어 이를 미리 제어 패킷과 데이터 버스트 사이의 옵셋 시간을 할당하여 데이터 버스트를 발신지에서 지연시켜 전송하는 방식이다. 이러한 옵셋 시간 기반 방식에서는 교환기의 구현시에 광 지연선을 필요로 하지 않기 때문에 구현의 복잡성을 줄일 수 있다. 그러나, 발신지에서 옵셋 시간 설정을 위해서 착신지까지의 경로 정보를 알아야 하기 때문에 운용 상의 복잡성은 증가한다. 또한, 데이터 버스트가 여러 홉을 거쳐 착신지로 전송되면서 옵셋 시간이 줄어들어 데이터 버스트는 착신지에 가까워질수록 데이터 버스트의 우선 순위가 감소하는 현상이 발생한다. 따라서, 다중 홉 환경에서 하단 교환기에서의 데이터 버스트의 블록킹 확률이 증가하여 전단 교환기에서 이미 사용된 채널 자원이 낭비될 확률이 커지게 된다.

종래의 광 지연선 기반 방식은 도 3a에서 보는 바와 같이, 각 교환기의 입력단에서 광 지연선을 사용하여 데이터 버스트를 지연시킴으로써 제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자의 설정시간을 보상하는 방식이다.

도 3a에서 S는 발신지를, D는 수신지를, 숫자 1, 2, 3은 각 교환기를, δ는 제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자의 설정시간을 보상하기 위한 버스트 지연 시간을 나타내고, 이 기호는 도 3b에도 그대로 적용된다.

이러한 광 지연선 기반 방식은 각 교환기의 구현시에 입력단에 광 지연선을 구현하여야 하므로 옵셋 시간 기반 방식에 비해 그 구현이 복잡하다. 그러나, 광 지연선 기반 방식에서는 각 교환기에서 데이터 버스트를 지연시키기 때문에 제어패킷과 데이터 버스트 간의 옵셋 시간은 전송 중에 일정하게 유지되어 전송 중 거친 홉 수에 관계없는 버스트 블록킹 확률을 가지게 된다. 따라서, 다중 홉 환경에서 옵셋 시간 기반 방식에 비해서 하단 교환기에서 버스트가 블록킹되어 전단 교환기의 자원을 낭비할 확률이 줄어들어 종단간 버스트 전송 성능을 향상시킬 수 있다.

그러나, 다중 홉 환경에서 보다 많은 홉을 거친 데이터 버스트는 보다 많은 망 자원을 사용한 버스트이므로 보다 우선 순위를 증가시켜 버스트 블록킹 확률을 낮춰 주는 것이 전체적인 망 자원 효율 및 종단간 버스트 전송 성능 향상을 위해 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 창안된 것으로서, 전단 교환기에서 사용된 자원의 낭비를 줄임으로써 전체적인 망 자원 효율 및 종단간 버스트 전송 성능 향상을 위해, 보다 많은 홉을 거친 데이터 버스트의 경우 우선 순위를 높게 하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 광 버스트 교환기 시스템의 블록 구성도,

도 2는 본 발명이 적용되는 다중 홉 환경을 나타내기 위한 광 버스트 교환망의 예를 보여주는 구조도,

도 3a는 종래의 다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에서 제어 패킷과 데이터 버스트 사이의 관계를 보여주는 관계도,

도 3b은 본 발명이 적용되는 다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에서 제어 패킷과 데이터 버스트 사이의 관계를 보여주는 관계도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제어 패킷이 교환기로 유입되어 처리되는 과정을 보여주는 흐름도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 데이터 버스트가 교환기로 유입되어 처리되는 과정을 보여주는 흐름도,

도 6은 종래의 광 지연선 기반 방식 및 본 발명의 추가적 광 지연선 기반 방식에 대한 버스트 블록킹 확률 그래프이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

11: 역다중화기 12: 스위치 제어부 13: 입력단 광 지연선

14: 광 스위칭 소자 15: 다중화기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예는 다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에 있어서의 홉 단위 우선 순위 증가 방법에 관한 것으로서, 제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자 설정 시간을 보상하여 데이터 버스트와 제어 패킷 사이의 옵셋 시간을 유지시키기 위한 교환기 내 광 지연선을 준비하는 제1 단계; 및 데이터 채널을 통과하는 데이터 버스트의 전송을 소정의 시간 동안 지연시켜 제어 패킷과 데이터 버스트 간의 옵셋 시간을 증가시키기 위한 교환기 내 추가적인 광 지연선을 준비하는 제2 단계;를 포함하고, 이로 인해, 데이터 버스트가 교환기를 거칠 때마다 제어 패킷과 데이터 버스트 간의 옵셋 시간이 증가하게 되고, 채널 예약시 많은 홉을 거친 데이터 버스트가 높은 우선 순위로 예약되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석 되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 도 1은 본 발명이 적용되는 광 버스트 교환기 시스템의 블록 구성도이다.

본 발명에서의 광 버스트 교환기 시스템은 WDM 방식으로 다중화되어 전송되는 외부 링크가 연결되어 채널을 분리하는 역다중화기(11)와 역다중화기(11)를 통해 분리된 제어 채널을 통해 연결되는 스위치 제어부(12), 역다중화기(11)를 통해 분리된 데이터 채널에서 구현된 입력단 광 지연선(13), 스위치 제어부(12)에서 제어 패킷의 처리를 통해 설정되어 입력 데이터 채널을 출력 데이터 채널로 스위칭하는 광 스위칭 소자(14), 그리고 출력단 단위로 데이터 채널 및 제어 채널을 WDM 방식으로 다중화하여 외부 링크로 연결되는 다중화기(15)로 구성된다.

여기서 교환기라는 것은 통상 말하는 교환기(switch)뿐만 아니라, 크로스 코넥트(cross-connect), 라우터(router), 멀티플렉서(add-drop-multiplexer) 등까지도 포함하는 용어로 사용한다.

본 발명은 종래의 광 지연선 기반 방식의 교환기의 입력단에 홉 단위 우선 순위 증가를 위한 광 지연선을 추가적으로 구성하고, 데이터 버스트가 입력될 때 추가적인 광 지연선을 통해서 스위칭 소자에 입력시킴으로써 각 홉을 거칠 때마다 제어 패킷과 데이터 버스트 간에 옵셋 시간이 증가하도록 한다. 즉, 제어 채널을 통해 입력된 제어 패킷은 스위치 제어부에서 광전 변환을 거쳐 전기적으로 처리되어 라우팅 정보를 이용하여 데이터 버스트를 위한 출력단의 채널을 예약하고 스위칭 소자를 설정한 뒤에 전광 변환을 거쳐 광으로 다음 단으로 전송된다. 그리고, 데이터 채널을 통해 입력된 데이터 버스트는 제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자 설정 시간을 보상하기 위한 광 지연선을 통과하여 지연된다. 그리고 연이어, 본 발명에서 안출된 우선 순위 증가를 위한 광 지연선을 통과하여 지연된 뒤에 제어 패킷의 처리를 통하여 미리 설정된 스위칭 소자를 통해 해당 출력단으로 전송된다.이 과정에서 데이터 버스트는 전기적으로 변환되지 않고 완전히 광으로만 처리되고 전송된다.

즉, 본 발명은 기존의 광 지연선 기반 방식과 같이 입력단에서 광 지연선을 이용하여 제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자의 처리 시간을 보상하는 것을 포함하고 있으나 기존 광 지연선 기반 방식과는 달리, 추가적인 광 지연선을 입력단에 부가하여 데이타 패킷의 전송을 지연시킴으로써 제어 패킷과 데이터 버스트 사이의 옵셋 시간을 증가시킨다. 따라서, 많은 홉을 거친 버스트일수록 옵셋 시간이 커져서 데이터 버스트가 도착하기 전에 미리 제어 패킷이 채널을 예약할 수 있는 시간이 커지게 되어 채널 예약의 우선 순위가 증가한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 다중 홉 환경을 나타내기 위한 광 버스트 교환망의 예를 도시한 구조도이다. 같은 착신지로 전송되어야 하는 IP 패킷을 모아서 데이터 버스트 및 제어 패킷을 발생시키는 발신지(21)와, 본 발명이 구현되는 교환기 시스템(22)과 데이터 버스트가 도착하는 착신지(23) 그리고, 발신지(21)와 교환기 시스템 사이, 교환기 시스템들 사이와 교환기와 착신지 사이를 연결하는 링크(24)로 구성된다.

발신지(21)는 동일한 착신지로 향하는 IP 패킷을 수집하여 데이터 버스트를 구성하고 데이터 버스트를 위한 제어 패킷을 생성하여 전송하고, 착신지는 수신된 데이터 버스트를 IP 패킷으로 분해하여 광 버스트 교환망 외부로 전송한다. 교환기 시스템에서는 우선 전송된 제어 패킷을 광전 변환을 통해 전기적 신호로 변환, 처리하여 해당 버스트를 위한 출력 링크의 채널을 예약하고 스위칭 소자를 설정하며,이후 해당 버스트는 입력단의 데이터 채널 상에 구성된 입력단 광 지연선에서 제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자 설정 시간 보상과 추가적인 우선 순위 증가를 위해 지연된 후 교환되어 출력 링크로 전달된다.

도 3b는 본 발명이 적용되는 다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에서 제어 패킷과 데이터 버스트 사이의 관계를 보여주는 관계도이다. 발신지에서 전송된 제어 패킷은 각 교환기에서 광전 변환을 통해서 처리되는 시간인 δ 만큼의 시간씩 지연되면서 다음 단으로 전달된다. 데이터 버스트는 각 교환기에서 제어 패킷 처리 시간을 보상하기 위해 입력단 광 지연선에서 δ만큼 지연되고, 부가적으로 우선 순위 증가를 위해 ΔT 만큼의 시간이 지연된다. 즉, 각 교환기의 입력단 광 지연선에서 데이터 버스트는 δ+ ΔT 시간만큼 지연되게 되며, 교환기를 거치면서 우선 순위 증가를 위해 지연된 ΔT 시간은 누적되어 제어 패킷과 데이터 버스트와의 옵셋 시간은 많은 홉을 거칠수록 커진다.

예를 들어, 3개의 교환기 시스템을 경유한 경우에, 교환기1에서 데이타 버스트는 δ+ ΔT 시간만큼, 교환기2에서는 δ+ 2ΔT 시간만큼, 교환기3에서는 δ+ 3ΔT 시간만큼 지연되어 전송되므로, 결국 착신지에서 데이터 버스트는 제어 패킷보다 3ΔT 가 늦은 시간에 도달하게 된다.

채널 예약의 우선 순위는 옵셋 시간과 비례하므로, 홉을 많이 거친 데이타 버스트는 그만큼 우선 순위가 높아지게 되고, 홉을 거치면서 망자원을 상대적으로 많이 쓴 데이타 버스트의 버스트 블록킹 확률을 낮출 수 있어 전체적인 망 자원 효율 및 종단간 버스트 전송 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제어 패킷이 교환기로 유입되어 처리되는 과정을 보여주는 흐름도이다.

이 흐름은 교환기의 스위치 제어부에서 구현된다.

제어 채널을 통해서 제어 패킷이 유입되면(S41), 제어 패킷 내부의 옵셋 필드를 확인하여 데이터 버스트의 도착 시간 및 채널 점유 시간을 결정한다(S42). 다음으로, 이미 결정된 데이터 버스트의 채널 점유 시간을 바탕으로 출력 링크에 전송 가능한 데이터 채널이 존재하는지를 검사한다(S43). 만약, 사용가능한 데이터 채널이 존재할 경우에는 해당 채널을 예약하고 스위칭 소자를 설정하며(S44), 교환기에서 변화될 옵셋 시간을 옵셋 필드에 설정한 후에(S45), 출력 링크의 제어 채널을 통해서 전송한다(S46). 만약 사용가능한 데이터 채널이 존재하지 않는 경우에는 제어 패킷을 폐기한다(S47).

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 데이터 버스트가 교환기로 유입되어 처리되는 과정을 보여주는 흐름도이다.

데이터 채널을 통해서 데이터 버스트가 유입되면(S51), 제어 패킷 처리 시간 동안 데이터 버스트는 입력단의 광 지연선을 통과하게 되고(S52), 우선 순위 증가를 위한 옵셋 시간을 증가시키기 위해 추가적으로 부가되어 있는 광 지연선을 통과하게 된다.(S53). 이후에 미리 처리된 제어 패킷을 통해서 스위칭 소자가 설정되어 있는지를 확인하여(S54), 성공적으로 출력 링크의 채널이 예약되어 스위칭 소자가 설정되었다면 설정된 스위칭 소자를 통해서 출력 링크로 전달된다(S55). 그러나, 제어 패킷이 사용가능한 출력 링크의 채널을 예약하지 못하여 스위칭 소자를 설정하지 못하였다면 데이터 버스트는 폐기된다(S56).

다시 말하면, 옵셋 시간이 증가하면 그만큼 채널 예약의 우선 순위가 높아지므로, 특히 많은 홉을 거쳐온 데이타 버스트의 경우에는 데이터 버스트가 폐기되는 확률이 낮아질 것이다.

도 6은 종래의 광 지연선 기반 방식 및 본 발명의 추가적 광 지연선 기반 방식에 대한 버스트 블록킹 확률 그래프이다.

이 그래프는 평균 버스트 길이 = 100 Kbits, δ= 10 μsec, ΔT = 5 μsec 로 설정하고, x축은 버스트가 거친 교환기의 수인 홉을 나타내고, y축은 버스트 블록킹 확률을 나타낸다.

회색 막대 그래프는 종래의 광 지연선 기반 방식을, 검은 막대 그래프는 본 발명의 추가적 광 지연선 기반 방식의 값을 나타내고 있다.

본 그래프를 참조하면, 종래의 광 지연선 기반 방식의 경우에는 전송 중 거친 홉 수에 관계없는 버스트 블록킹 확률을 나타내고 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 추가적 광 지연선 기반 방식의 경우에는 거쳐온 교환기의 수, 즉 홉 수가 많을수록 버스트 블록킹 확률은 낮아지고 있음도 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구 범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면, 데이터 버스트는 다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에서 홉을 거쳐가면서 제어 패킷과의 옵셋 시간이 증가하게 된다. 따라서, 많은 홉을 거친 데이터 버스트일수록 더 큰 옵셋 시간을 가져 채널 예약시에 높은 우선 순위를 가지게 되고, 하단 교환기에서 버스트의 블록킹 확률의 감소로 인하여 전단 교환기에서 사용된 자원이 하단 교환기에서 낭비될 확률을 감소시켜 전체적인 망 자원 효율 및 종단간 버스트 전송 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 다중 홉 환경의 광 버스트 교환망에 있어서,

   제어 패킷의 처리 시간 및 스위칭 소자 설정 시간을 보상하여 데이터 버스트와 제어 패킷 사이의 옵셋 시간을 유지시키기 위한 교환기 내 광 지연선을 준비하는 제1 단계; 및

   데이터 채널을 통과하는 데이터 버스트의 전송을 소정의 시간 동안 지연시켜 제어 패킷과 데이터 버스트 간의 옵셋 시간을 증가시키기 위한 교환기 내 추가적인 광 지연선을 준비하는 제2 단계;

   를 포함하고,

   이로 인해, 데이터 버스트가 교환기를 거칠 때마다 제어 패킷과 데이터 버스트 간의 옵셋 시간이 증가하게 되고, 채널 예약시 많은 홉을 거친 데이터 버스트가 높은 우선 순위로 예약되는 것을 특징으로 하는 홉 단위 우선 순위 증가 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   소정의 시간은 5 μsec인 것을 특징으로 하는 홉 단위 우선 순위 증가 방법.
3. 외부 링크가 연결되어 채널을 분리하는 역다중화기;

   상기 역다중화기를 통해 분리된 제어 채널과 연결되는 스위치 제어부;

   상기 역다중화기를 통해 분리된 데이터 채널과 연결된 입력단 광 지연선;

   상기 스위치 제어부에서의 제어 패킷의 처리를 통해 설정되는 바에 따라 입력 데이터 채널을 출력 데이터 채널로 스위칭하는 광 스위칭 소자, 및

   상기 출력 데이터 채널 및 제어 채널을 다중화하여 외부 링크로 연결되는 다중화기;를 포함하는 광 버스트 교환기에 있어서,

   데이터 채널을 통과하는 데이터 버스트의 전송을 소정의 시간 동안 지연시켜 제어 패킷과 데이터 버스트 간의 옵셋 시간을 증가시키기 위한 추가적인 광 지연선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 버스트 교환기.