KR20070011181A - Ｉｐ 상호작용 애플리케이션의 버스트 비트 레이트 계산방법 및 시스템 - Google Patents

Ｉｐ 상호작용 애플리케이션의 버스트 비트 레이트 계산방법 및 시스템 Download PDF

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KR20070011181A
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리산 린
마이클 레이만
마크 첸
찰스 무어
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텍트로닉스 인코포레이티드
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Abstract

네트워크의 전송 계층(transport layer)에서의 데이터에 대한 버스트 비트 레이트(burst bit rate)를 결정하는 방법 및 장치를 기술한다. 버스트 비트 레이트는 네트워트 내의 지점을 거쳐 전송될 총 바이트 수에 대한 시간을 측정함으로써 결정된다. 그 후 전송된 총 바이트 수를, 전송 시간에 추정된 네트워크 지연 시간을 더한 값으로 나누어 그 전송에 대한 버스트 비트 레이트를 계산한다.
네트워크, 버스트, 비트 레이트, BBR, 계산, 방법, 시스템, GPRS

Description

ＩＰ 상호작용 애플리케이션의 버스트 비트 레이트 계산 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR CALCULATING BURST BIT RATE FOR IP INTERACTIVE APPLICATIONS}
도 1은 GPRS(General Packet Radio Service) 시스템(100)의 블록도이다.
도 2는 GPRS 시스템(100)을 거쳐 이동국(MS)(101)과 서버(109) 사이에 교환되는 메시지를 나타낸 도면이다.
도 3은 이동국(101)에서 서버(109)로의 데이터 전송의 일례인 "Get" 트랜잭션을 나타낸 도면이다.
도 4는 HTTP "Post" 데이터 전송을 나타낸 도면이다.
도 5는 WSP "Get" 데이터 전송의 메시지 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 WSP "Post" 데이터 전송의 메시지 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 서버(109)에서 이동국S(101)으로의 "Retrieve" 데이터 전송을 나타낸 도면이다.
도 8은 이동국(101)에서 서버(109)로의 "Store" 데이터 전송을 나타낸 도면이다.
도 9는 POP3 이메일 전송 프로토콜(email post office protocol)의 메시지 흐름과 버스트 비트 레이트 시간 기준(burst bit rate time references)을 나타낸 도면이다.
도 10은 SMTP 데이터 전송의 메시지 흐름과 버스트 비트 레이트 시간 기준(burst bit rate time references)을 나타낸 도면이다.
도 11은 MMS "mms-retrieve" 데이터 전송 트랜잭션을 나타낸 도면이다.
도 12는 MMS "mms-send" 데이터 전송 트랜잭션을 나타낸 도면이다.
본 발명은 패킷 기반 데이터 네트워크(packet-based data network)에서의 버스트 비트 레이트를 계산하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
서비스 수준 약정(service-level agreement)은 서비스 제공 회사가 고객에게 제공하게 될 기술지원 또는 업무 파라미터를 규정한 계약이다. 이 약정은 일반적으로 성과와 실패 결과에 대한 측정을 자세하게 기술한다. 패킷 기반 데이터 네트워크와 관련하여, 서비스 수준 약정은 최저 데이터율 및 버스트 비트 레이트와 같은, 연결성(connectivity) 및 이용 가능성(availability) 파라미터를 규정할 수 있다. 이러한 서비스 수준 약정 파라미터는 측정하기가 곤란하거나, 또는 어떤 경우에는 기존의 기술을 사용하여 측정할 수 없다.
본 발명은 패킷 기반 데이터 네트워크에서의 버스트 비트 레이트를 계산하는 방법 및 시스템을 제공한다.
네트워크에서 버스트 비트 레이트를 계산하는 방법을 기술하며, 이 방법은 네트워크 내의 지점을 통과하는 다수의 바이트에 대한 시간을 결정하고 추정된 네트워크 지연시간을 더함으로써 총 지연시간을 결정하는 단계를 포함한다. 총 바이트 수를 총 지연시간으로 나누어 버스트 비트 레이트를 계산한다. 추정된 네트워크 지연시간은 왕복 송신자 지연(round trip sender delay)과 왕복 수신자 지연(round trip receiver delay)을 추정하고,이 지연들을 가산한 다음 2로 나누어 결정된다. 계산된 버스트 비트 레이트는 대역외 전송(out-of-band transfer)이거나, 내장형 대역내 전송(imbedded in-band transfer) 또는 비내장형 대역내 전송(imbedded or non-imbedded in-band transfer)의 버스트 비트 레이트일 수 있다.
다른 실시예에서, 네트워크의 전송 계층에서 버스트 비트 레이트를 계산하는 방법을 기술한다. 이 방법은 송신자로부터 전송된 첫 번째 패킷의 개시 시각을 모니터링하는 단계, 및 상기 송신자로부터 전송된 최종 패킷의 종료 시각을 모니터링 하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 상기 송신자로부터 수신자로 전송된 총 바이트 수를 결정하는 단계를 포함한다. 그 후 상기 전송된 총 바이트 수를, 상기 종료 시각과 상기 개시 시각의 차에 상기 추정된 네트워크 지연을 더한 값으로 나누어 버스트 비트 레이트를 계산한다.
버스트 비트 레이트를 결정하는 시스템을 또한 기술한다. 이 시스템은 네트워크에 연결되며, 송신자로부터 수신자에게 전송된 바이트 수를 결정하고, 상기 송신자에 의해 전송된 최초 패킷과 최종 패킷 사이의 시간을 결정하며, 추정된 (estimated) 네트워크 지연을 결정하도록 동작 가능한 컴퓨팅 플랫폼(computing platform)을 포함한다. 게다가 컴퓨팅 플랫폼은 상기 바이트의 수를, 상기 최초 패킷과 최종 패킷 사이의 시간에 추정된 네트워크 지연을 더한 값을 나누어 버스트 비트 레이트를 계산하도록 동작 가능하다. 컴퓨팅 플랫폼은 GPRSGSN(General Packet Radio Service Gateway Support Node), 네트워크 모니터(감시자)(network monitor)의 일부분이거나, 또는 네트워크 내의 장치의 어떤 다른 일부분이거나 네트워크 연결된 어떤 다른 부분일 수 있다.
위의 설명은 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 상당히 넓게 개설한 것이며, 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 이하의 설명으로 더욱 잘 이해할 수 있다. 본 발명의 추가적 특징 및 이점은 이하에 발명의 청구대상의 형태로 설명할 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는, 본 발명의 동일한 목적을 달성하기 위한 변형 또는 다른 구성의 설계에 있어 기초로 용이하게 활용될 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 그러한 등가적인 구성이 첨부한 특허청구범위에 기술한 바와 같은 본 발명으로부터 벗어나지 범위 내라는 것을 또한 알아야 한다. 본 발명의 특징(characteristic)이라고 생각되는 새로운 특징들(features), 그 구성 및 동작 방법 양자 모두에 대해서는, 추가적인 목적 및 이점들과 함께 첨부 도면과 함께 참작하면 다음의 설명으로부터 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다. 하지만, 도면 각각은 단지 예시와 설명의 목적으로만 제공된 것이고, 본 발명을 한정하는 규정으로서 의도된 것은 아니라는 것을 명백히 알 수 있을 것이다.
본 발명의 더욱 완전한 이해를 위해, 첨부도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은 GPRS(General Packet Radio Service) 시스템(100)의 블록도이다. GPRS 시스템(100)은 이동국(mobile station)과 무선 기기(wireless device) 사이에 데이터 패킷(data packet)을 전달하는데 사용된다. 도 1에서, 이동국(Mobile Station, MS)(101)은 기지 송수신국(Base Transceiver Station, BTS)(102)과 무선으로 통신한다. 기지 송수신국(102, 103)은 기지국 제어기(Base Station Controller, BSC)(104)에 의해 제어된다. 기지 송수신국(102, 103)과 기지국 제어기(104)는 함께 기지국 서브시스템(Base Station Subsystem, BSS)을 구성한다.
기지국 제어기(104)는 인터페이스 Gb를 통해 SGSN(Serving GPRS Support Node)(105)에 연결된다. SGSN(105)은 패킷 라우팅 및 전송, 이동성 관리, 로컬 링크 곤리, 인증 및 과금 기능을 책임지고 있다. SGSN(105)은 GGSN(Gateway GPRS Support Node)(106, 107)에 연결되어 있으며, GPRS 네트워크와 외부의 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Networks, PDN) 사이의 인터페이스로서 작용한다. GGSN(106, 107)은 SGSN으로부터의 GPRS 패킷을 적절한 패킷 데이터 프로토콜 포맷으로 변환하여 대응하는 패킷 데이터 네트워크로 전송한다. 다른 방향에서, GGSN(106, 107)은 들어오는 데이터 패킷의 패킷 데이터 프로토콜 어드레스를, GSM(Global System for Mobile) 어드레스일 수 있는 목적지 사용자의 어드레스로 변환한다.
GGSN(107)은 다른 공공 육상 이동 네트워크(Public Land Mobile Network, PLMN)의 일부이며, 인터페이스(Gp)를 통해 SGSN(105)에 연결되어 있다. GGSN(106)은 SGSN(105)과 동일한 PLMN의 일부이며, GGSN(106)과 SGSN(105)은 인터페이스 Gn 을 통해 연결되어 있다. Gi 인터페이스는 GGSN(106)을 인터넷이나 통합 인트라넷(corporate intranet)과 같은 공공 네트워크 또는 사설 네트워크일 수 있는 외부의 패킷 데이터 네트워크(PDN)(108)에 연결한다. 외부의 패킷 데이터 네트워크(108)는 다수의 서버, 컴퓨터, 게이트웨이 및 예를 들면, 서버(109)와 같은 다른 기기에 연결되어 있다. 서버(109)는 이동국(101)에서 사용자가 원하는 서비스를 제공할 수 있다. GPRS 시스템(100)은 이동국(101)과 서버(109) 사이에 단대단 패킷 교환 데이터 전송(end-to-end packet switched data transfer)을 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 다수의 모니터링 유닛, 즉 모니터(mornitor)(111-115)가 GPRS 시스템(100)에 연결되어 있다. 모니터(111-115)는 이동국(MS)(101)으로부터의 모든 IP 데이터와 서버(109)로부터의 확인응답(acknowledgement) 또는 관련 응답을 수동적으로 감시한다. 이동국(101)과 서버(109) 사이에 미시지가 교환될 때, 모니터(111-115)는 GPRS 시스템(100)의 상이한 지점들에서 GPRS 네트워크과 서버(109)에 의해 유발되는 지연을 결정(측정)하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 서비스 제공자 및/또는 사용자가 GPRS 시스템(100)의 각 구성요소와 연관된 특정한 지연을 확인할 수 있도록 해준다.
도 2는 도 1에 도시한 GPRS 시스템(100) 통해 이동국(101)과 서버(109) 사이에 교환되는 메시지를 나타낸 도면이다. 이동국(101)은 파일 요청과 같은 요청(201)을 서버(109)로 전송한다. 요청(201)은 시각 T1에 전송되어, GGSN(106)을 통과하여, 시각 T3에 서버(109)에 도착한다. 요청(201)을 수신하면, 서버(109)는 전송 확인응답(ACK) 메시지(202)로 응답한다. 전송 확인응답 메시지(202)는 메시 지(201)로 요구된 파일을 반드시 포함할 필요는 없지만, 기기, 즉 이동국(101)에 요청(201)을 수신하였음을 단지 알리기 위해 송신된다. 전송 응답확인 메시지(202)는 시각 T3에 즉시 필수적으로 전송되어, GGSN(106)을 통과하여, 시각 T5에 이동국(101)에 도착한다. 지연이 있다면, 시각 T3에서는 작은 편이며(minor), 아주 적은 대기시간(latency)을 갖는 프로토콜 지연에 기인할 것이다.
서버(109)는 요청받은 정보 또는 파일을 취득하여, 이동국(101)에 응답(203)으로서 전송한다. 지연이 존재하고, 서버(109)는 요청받은 정보를 취득한다. 응답(203)은 시각 T6에 서버(109)에 의해 전송되며, 시각 T8에 이동국(101)에 도착한다. 이동국(101)은 시각 T8에 전송되어, 시각 T9에 GGSN(106)을 통과하여, 시각 T10에 서버(109)에 도착하는 전송 확인응답 메시지(204)로 응답(203)의 수신을 확인응답한다.
이동국(101)에서 사용자는 시각 T1에 서버(109)로부터의 정보를 요청하지만, 시각 T8이 될 때까지는 요청한 정보를 수신하지 않는다. T1에서 T8까지의 지연은 사용자가 지각하는 사용자 지각(user-perceived) 네트워크 지연이다. 사용자 지각 지연은 많은 요인에 기인하는데, 그 요인에는 (1) 요청(201)의 송신 시간인 T1에서 T3까지의 지연, (2) 서버(109)의 처리 시간인 T3에서 T6까지의 지연, (3) 응답(203)의 송신 시간인 T6에서 T8까지의 지연을 포함한다.
실제 서비스 지연은 서버가 요청을 수신하고 서버가 그 요청에 응답할 때까지의 T3과 T6 사이의 시간이다. 하지만, 사용자 지각 지연은 T3에서 T6까지의 시간보다 훨씬 더 긴 T1에서 T8까지이다. 지연 중 많은 양은 무선 네트워크의 밖에 서 발생하며, 서비스 제공자는 이 지연에 대한 제어를 가진다고 있다고 해도 거의 없다. 예를 들면, T2에서 T3까지의 지연과 T6과 T7까지의 지연은 패킷 데이터 네트워크/인터넷(108)(도 1)을 통한 GGSN(106)과 서버(109) 사이의 송신 지연에 의해 유발된다. 또한, T3에서 T6까지의 지연은 요청(210)의 수신 및 처리, 요청받은 정보의 취득, 및 응답(203)의 생성과 같은 서버(109)에서의 처리에 기인한다. 무선 서비스 제공자는 사용자 지각 지연을 모니터링하고 싶어하지만, 단대단 지연을 직접 모니터링할 수는 없다. GGSN(106)와 같이, 관찰점(observation point)에서 요청 메시지, 응답 메시지 및 확인응답 메시지를 관찰함으로써, 예를 들면 서비스 제공자는 사용자 지각 지연을 추정할 수 있다.
GGSN(106)에서와 같이, 관찰점에서 총 왕복 지연은 무선 네트워크 지연(즉, 네트워크 다운링크 지연)과 서비측 지연(즉, 네트워크 업링크 지연)을 가산함으로써 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 요청(201)은 전송 확인응답 메시지(204)와 동일한 송신 시간을 가지는 것으로 가정되며, 그 응답(203)은 요청 전송 메시지(202)와 동일한 송신 시간을 가진다. 네크워크 다운링크 지연("D2")은 GGSN(105)에서 T7에서 T9까지의 총 시간으로서 측정될 수 있다. 업링크 네트워크 지연("D3")은 GGSN(106)에서 T2에서 T4까지의 총 시간으로서 측정될 수 있다. 업링크 왕복 사용자 지각 지연("D1")은 T2에서 T7까지의 총 시간이다. 이것은 GGSN(106)에서 관찰될 때 초기 응답(203)의 시간에서, 초기 질의, 즉 요청(201)의 시간을 감산한 것에 대응한다.
단대단 네트워크 지연(ND)과 단대단 사용자 지각 지연(UPD)은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112006051627551-PAT00001
지연 D1을 계산하기 위해, GGSN(106)은 타입스탬프를 기록하고(timestamp), 애플리케이션 계층에서의 메시지를 사용자 지각에 기초하여 트랜잭션과 관련짓는다. 예를 들면, HTTP 트랜잭션 대기시간(latency)은 "GET" 메시지와 "STATUS" 메시지 사이의 지연일 수 있다. D1 지연은 네트워크 관찰점에서의 초기 응답의 시각과 초기 질의 시각 사이의 차이다. 이것은 T7 - T2에 대응하며, 네트워크 업링크 지연을 포함한다.
TCP 시퀀스 번호 확인응답 메커니즘(TCP sequence number acknowledgement mechanism)은 지연 D2를 계산하는데 사용될 수 있다. 전송 지연은 TCP 패킷(애플리케이션 메시지 아님)에 타임 스탬프를 기록하고, TCP 수신자 ACK(확인응답) 시퀀스 번호를 송신자 시퀀스 번호와 관련지음으로써 계산될 수 있다. D2 지연은 시퀀스 X에 대한 ACK 시간과 시퀀스 X의 시간 사이의 차이다. 이것은 시간 T9 - T7에 대응한다.
D1과 D2를 가산함으로써, 추정된 UPD가 T2에서 T9까지의 대기시간에 대해 취득된다. 진짜 UPD는 T1에서 T까지이므로, D1+D2의 값은 에러값 "Err"을 갖는 추정치이다. 상기 에러는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112006051627551-PAT00002
Err은 애플리케이션 질의와 관계없이 임의로 분배된다. 그러므로, 상이한 쿼리 전역에서 추정된 UPD를 누산하는 경우,
Figure 112006051627551-PAT00003
이다.
추정된 UPD를 평탄화하기 위해, TCP 왕복 지연시간에 사용된 것과 같은 적응성(순환적인) 가중 함수(weighting function)가 알고리즘을 추정하였다. 가장 최근의 사용자 경험(즉, 최종 질의)을 강조하기 위해, 현재의 샘플에 대한 가중 계수(weighting factor)는 TCP 추천보다 더 클 수 있다. 예를 들면, 현재의 샘플에 대한 가중 계수는 추천된 0.5 대신에 0.9로 설정될 수 있다. 평탄화된(smoothed) 추정된 D2' 지연은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112006051627551-PAT00004
위 식에서, α는 가중 계수이고, 예를 들면 0.9이다.
평탄화된 총 UPD는
Figure 112006051627551-PAT00005
이다.
한편 D2는 모니터링 기준점에서의 다운링크 네트워크 지연(즉, GGSN(106)에서 이동국(101)을 거쳐 GGSN(106)까지)을 나타내며, 업링크 네트워크 지연(즉, GGSN(106)에서 서버(109)를 거쳐 GGSN(106)까지)은 위의 평탄화 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다. 지연 D3은 T2에서 T4까지의 시간상 차이다.
단대단 네트워크 지연시간 "ND"는 식 1에 나타나 있으며, 서버 처리 지연 "D"는
Figure 112006051627551-PAT00006
다른 실시예는 트래픽 경로 여기저기에 다수의 모니터링 기준점의 사용을 제공한다. 그러므로 기준점들 사이의 네트워크 지연 델타는 경로 세그멘트마다 네트워크 지연을 초래한다. 이 정보는 문제해결(troubleshooting)을 위해 사용될 수 있다. 또한 서버 처리 지연은 서버 성능에 대한 중요한 측정(값)을 제공한다.
네트워크 구성요소(서버 주소, GGSN, SGSN, BSC, RAI, CELL) 및 핸드셋 프로파일과 같은 사용자 데이터로부터 중요 정보를 추출함으로써, 실시간으로 구성요소를 적절한 조합에 의한 총 ND 또는 UPD는 네트워크 성능, 서버 성능 및 핸드셋 성능에 관한 정보를 제공한다.
여기서는 TCP 연결에 초점을 맞춰 대표적인 실시예를 기술하고 설명하지만, 본 발명이 연결 지향 절차를 지원하는 모든 비TCP 전송 프로토콜에도 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 본 발명은 그 클래스 2 트랜잭션을 추적(tracking)함으로써 무선 전송 프로토콜(Wireless Transport Protocol, WTP))과 함께 사용될 수 있다.
전술한 모니터링은 GGSN(106)(도 1)에서 달성될 수 있다. GGSN(106)은 통과하는 메시지를 추적하고 관련짓거나, 또는 모니터(113, 114)와 같은 GGSN(106)를 통과하는 메시지를 추적하는데 사용될 수 있는 모니터링 기기를 분리하는 애플리케이션 소프트웨어를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서는, GGSN(106)가 메시지를 모니터링하는데 사용되지 않아도 되는 것은 물론이다. 대신에, 모니터링은 네트워크의 다른 지점에서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 메시지는 임의의 서버, 라우터 또는 메시지나 확인응답의 신호 경로상의 임의의 구성요소에서 모니터링될 수 있다.
본 발명은 각각의 개별 모바일 기기에 위치될 모니터링 장치를 필요로 하지 않기 때문에, 서비스 제공자가 다수의 클라이언트 기기나 모바일 핸드셋을 모니터링할 수 있도록 해준다. 클라이언트 기기는, 예를 들면 임의의 고정 또는 무선 데이터 서비스 가능 클라이언트(fixed or wireless data-service-enabled client)를 구비 가능한 랩톱 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant), 또는 이동전화를 포함할 수 있다. 본 발명은 특정 기기와 연관된 애플리케이션 요청, 응답과 전송 확인응답 메시지 사이에 낮은 수준의 상호 관련을 짓고, 각각의 트랜잭션에 대해 사용자 지각 지연을 계산한다. 사용자 지각 지연은 무선 기기마다 또는 세션마다 결정될 수 있어서, 서비스 공급자가 고객에게 제공하고 있는 서비스의 수준을 결정할 수 있도록 해준다.
본 발명을 사용하면, 서비스 제공자는 또한 어떤 기기, 서비스, 네트워크 구성요소, 또는 지리적 범위(또는 셀)이 최고 또는 최소 지연을 유발시켰는지를 확인할 수 있다. 예를 들면, 핸드셋 및 관련 핸드셋 타입마다 분석함으로써, 서비스 제공자는 어떤 모델의 핸드셋 또는 어떤 브라우저가 가장 긴 지연을 갖는지를 확인할 수 있다. 다르게는, 웹사이트마다 또는 서비스(service basis)마다 지연 데이터를 분석하고 관련지음으로써, 서비스 제공자는 어떤 제3자 애플리케이션 또는 서버가 최고 또는 최소 지연을 유발하였는지를 확인할 수 있다. 이것은 서비스 제공자가 사용자에 의해 액세스되는 서버나 애플리케이션의 이용 가능성 또는 반응 성(responsiveness)을 평가할 수 있도록 해준다.
HTTP, WTP, MMS, POP, SMTP, FTP와 같은, 레벨 2 또는 IP 상호작용형 애플리케이션(interactive application)의 경우, 세션(session)은 보통 다수의 트랜잭션(transaction)으로 구성된다. 각 트랜잭션은 보통 데이터를 한 방향으로 전송한다. 트랜잭션들 사이에는 임의의 길이의 시간 동안 일시중지(pause)가 있을 수 있다. 이들 애플리케이션의 상호작용 특성으로 인해, 트랜잭션들 사이의 일시중지가 평균 비트 레이트의 저하를 유발하기 때문에, 평균 비트 레이트가 항상 의미있는 성능 측정치(measurement)를 제공하지는 않는다. 정확한 비트 레이트 측정을 위해, 전송 시간 동안에만 비트 레이트를 측정하고 일시중지 시간을 배제할 필요가 있다. 이 비트 레이트가 버스트 비트 레이트(Burst Bit Rate, BBR)이다.
레벨 2 애플리케이션에서 두 가지 데이터 전송의 기본 측정이 있는데, 대역외(out-of-band) 데이터 전송과 대역내(in-band) 데이터 전송이 그것이다. 대역외 데이터 전송은 제어 경로와는 상이한 데이터 경로를 통해 일어난다. 파일 전송 프로토콜(File Transfer Protocol, FTP)이 역외 데이터 전송 레벨 2 애플리케이션의 일례이다. 대역내 데이터 전송은 제어 채널과 동일한 데이터 경로를 통해 일어난다. 두 가지 타입의 대역내 전송, 내장형 또는 비내장형이 있다. 내장형 데이터 전송은 데이터를 질의나 그 트랜잭션의 응답 메시지 내에 포함시킨다. 순수하게 데이터 전송을 목적으로 하는 개별 트랜잭션은 존재하지 않는다. HTTP, WTP 및 POP3는 내장형 데이터 전송 프로토콜의 예이다. 비내장형 데이터 전송 프로토콜은 수순하게 데이터을 목적으로 하는 트랜잭션을 갖는다. 보통 제어 트랜잭션은 데이 터 전송 트랜잭션에 앞서 발생한다. STMP는 비내장형 데이터 전송 애플리케이션 프로토콜의 일례이다.
광범위한 송신 기술을 구비한 일반 무선 네트워크에서, 데이터의 버스트는 BSC와 같은, 송신 병목(bottleneck)이 발생하는 네트워크 노드에서 보통 버퍼링된다. 이것은 전개되는 업스트림의 병목이라는 문제를 모니터링 시스템에 발생시킨다. 네트워크 병목에서의 버퍼링에 의해 유발되는 지연을 고려하지 않으면, 시스템은 부정확한 버스트 비트 레이트 측정치를 산출할 것이다. 단대단 전송 시간을 계산함으로써, 모니터링 시스템은 모니터링 기준점이 어디에 위치하는지에 관계없이 신뢰성있고 일관된 측정치를 산출할 수 있다.
버스트 비트 레이트는 다음과 같이 정의된다:
Figure 112006051627551-PAT00007
위 식에서, V는 종점 A에서 종점 B로 전송된 총 바이트 수이고; T1은 A에서의 전송 개시 시각이며; T2는 G에서의 최종 바이트의 도착 시각이다.
위 식에 기초하면, 전송 계층에서 측정될 때, 네트워크 버스트 비트 레이트(nBBR)는 다음과 같이 정의되고:
Figure 112006051627551-PAT00008
애플리케이션 계층에 의해 측정될 때, 사용자 버스트 비트 레이트는 다음과 같이 정되며:
Figure 112006051627551-PAT00009
위 식에서, 각각의 데이터 전송에 대해,
S는 송신자로부터 전송된 최초 패킷의 모니터링 시각이고;
E는 송신자로부터 전송된 최종 패킷을 모니터링 시각이며;
N은 전송 계층에서 송신자로부터 전송된 총 바이트 수이고;
U는 애플리케이션 계층에서 송신자로부터 전송된 총 바이트 수이며;
ND는 식 1로부터 추정된 네트워크 지연이다.
모니터 기준점에서 포착된 트랜잭션 각각에 대해, 파라미터 S, E, N 및 U가 취득되고, 지연 ND는 위에서 설명한 바와 같이 계산된다.
도 3 내지 도 12는 다양한 프로토콜의 데이터 전송 트랜잭션을 나타낸 것이다. 도 3 내지 도 12에 나타낸 예에서, T2 - T1이 실제 데이터 전송 시간이다. 추정된 데이터 전송 시간은:
Figure 112006051627551-PAT00010
ND는 전송 계층 밑에 있는 계층의 모니터링으로 얻어지는 것으로 가정한다.
도 3 및 도 4는 어느 한 방향으로 발생할 수 있는 HTTP 데이터 전송 트래잭션을 나타낸 것이다. 도 3은 서버(109)에서 MS(101)로의 데이터 전송의 일례인 "Get" 트랜잭션을 나타낸 것이다.
"Get" 데이터 전송은 데이터 전송이 응답 메시지 내에 내장되는 것의 이례이다. 사용자 바이트의 수는 서버(109)로부터의 "Data" 메시지 내의 시퀀스 번호(sequence number)로부터 결정될 수 있다. 예를 들면, "Get" 메시지(301)에 응답하여, 서버(109)는 시퀀스 번호 301000와 함께 "OK" 응답 메시지(302)를 보낸다. 응답 메시지(302) 다음에 서버(109)로부터 메시지(303, 304)와 같은 일련의 "Data" 메시지가 뒤따른다. 요청받은 정보의 전송을 위해 필요할 때, 임의의 수의 "Data" 메시지가 존재할 수 있다. 각 "Data" 메시지는 메시지(303) 내에 "Seq = 302460"과 "len = 1460"과 같은 시퀀스 번호와 길이 번호를 갖는다. TCP 확인응답 메시지일 수 있는 전송 확인응답 메시지(305-307)는 대응하는 "Data" 메시지에서 전송된 최종 바이트를 나타낸다. 예를 들면, 메시지(307) 내의 파라미터 "Ack = 315900"은, 설명한 데이터 전송에서 전송한 최종 바이트가 바이트 315900이었음을 나타낸다.도 3의 예에서 전송한 사용자 바이트의 총 수는 315900 - 301000 = 14,900 바이트이다(최종 "Data" 메시지(307) 내의 "Ack" 번호 - "Get" 메시지 (301) 내의 "Ack" 번호).
T1은 서버(109)가 데이터를 전송하기 시작할 때의 시각이다. 이 초기 데이터는 시각 S에서 GGSN(106)에 의해 검출된다. T2는 이동국(101)이 최종 데이터 메시지를 수신할 때의 시각이다. 이 최종 메시지는 시각 E에 GGSN(106)에서 검출된다. 도면에서 명백히 알 수 있는 바와 같이 실제 데이터 전송 시간 T2 - T1은, GGSN(106)에서 검출된 데이터 전송 시간(E - S)보다 약간 크다. 서버(109)는 GPRS 네트워크 외부에 있고 직접 모니터링하지 않는다. 하지만, GPRS 네트워크 모니터링 시스템에서 검출한 파라미터를 사용하여, 도 3의 실제 데이터 전송 시간은 위의 식 11을 사용하여 추정될 수 있다.
HTTP 데이터 전송에 있어, 시퀀스 내의 최종 메시지는 명확하게 식별되지 않는다. 그 결과, 모니터링 유닛은 연속적인 전송되는 총 바이트를 유지하여야 하고 그 총 바이트를 매 새로운 메시지로 갱신하여야 한다. 모니터링 유닛은 또한 그것이 최종 메시지인 경우에, 중간 "Data" 메시지(303)에 대한 시각 "E"와 같은, 각 메시지의 시각을 추적해야한다. 모니터링 유닛은, 예를 들어 새로운 트랜잭션이 시작되거나 "Data" 메시지 중 하나를 수신하고 난 후에 소정의 시간(period of time)이 지나면, 특정 트랜잭션에 있어 최종 메시지로서 가장 최근에 수신한 메시지를 확인할 수 있다. 다른 방법도 또한 "최종" 메시지를 결정하기 위해 제한없이 본 발명에 사용될 수 있다. 마지막 메시지가 명확하게 확인되지 않는 다른 프로토콜을 사용하는 트랜잭션의 "최종"메시지를 유사한 방식으로 확인할 수 있다.
도 4는 HTTP "Post" 데이터 전송을 나타낸 것이다. "Post" 데이터 전송에서, 데이터 전송은 질의 메시지에 포함된다. 도 4에 도시한 이 메시지 흐름은 GGSN(106)에서 검출된 때의 최초 데이터 패킷 및 최종 데이터 패킷의 시각 기준점 S와 E를 설명한다. 사용자 바이트의 총 수는 또 시퀀스 번호 및/또는 확인응답 번호로부터 얻을 수 있다. 도 4의 "Post" 데이터 전송에서, 전송된 사용자 바이트의 수는 115650 - 100150 = 15500이다(최종 메시지의 "SEQ" 번호 - "POST" 메시지의 "SEQ" 번호).
도 5는 WSP "Get" 데이터 전송의 미시지 흐름을 나타낸 것이다. WSP는 TCP 대신에 기초 전송 계층(underlying transport layer)으로서 WTP를 사용한다. WSP에서의 데이터 전송은 HTTP처럼 질의나 응답 메시지 포함된다. 도 5에 도시된 메시지 흐름의 예는, WSP "Get" 데이터 전송에서 버스트 비트 레이트 시간 기준, S와 E이 검출된 곳을 나타낸다. 도 6은 WSP "Post" 데이터 전송의 메시지 흐름과, 그 러한 전송에서 버스 비트 레이트 시간 기준이 검출된 곳을 나타낸 것이다. WSP 데이터 전송에 있어, 최종 메시지(501)(도 5) 또는 최종 메시지(601)(도 6)는 항상 확인되므로, 모니터링 유닛은 "last"로 레이블이 붙여진(labeled) 메시지를 검출함으로써 시각 E를 확인할 수 있다.
도 7 및 도 8은 FTP 데이터 전송의 메시지 흐름과 버스트 비트 레이트 시간 기준을 나타낸 것이다. FTP는 데이터 전송에 대한 개별 연결을 설정한다. 새로운 TCP 연결이 제어 연결에 더해 데이터 전송을 위해 설정된다. 도 7 및 도 8 또한 3방향(3-way) TCP 연결 설정과 데이터 전송 연결에서의 분해(teardown) 메시지 흐름을 나타낸 것이다. 데이터 전송은 어느 한 방향으로 될 수 있다. 모니터링 시스템은, 이들 개별 TCP 연결이 FTP 제어 연결 및 관련 데이터 전송 연결과 관련되고, 서로 관련이 있어야 한다는 것을 인식하여야 한다. 도 7은 서버(109)에서 MS(101)로의 "Retrieve" 데이터 전송을 나타낸 것이다. 도 8은 MS(101)에서 서버(109)로의 "Store" 데이터 전송을 나타낸 것이다.
도 9는 POP3 이메일 전송 프로토콜의 메시지 흐름 및 버스트 비트 레이트 시간 기준을 나타낸 것이다. POP3 데이터 전송은 대역내 전송이고 보통 서버(109)에서 이동국(101)으로의 단방향(one direction) 전송이다. POP3 데이터 전송은 응답 메시지에 포함된다.
도 10은 SMTP 데이터 전송의 메시지 흐름과 버스트 비트 레이트 시간 기준을 나타낸 것이다. SMTP는 메일을 목적지 서버(destination server)로 전송하는데 사용된다. 따라서, 데이터 전송은 일반적으로 이동국(101)에서 서버(109)로의 단방 향 전송이다. SMTP 데이터 전송은 대역내 전송이지만, 질의 메시지에 포함되지는 않는다. 실제 데이터 전송은 "Data" 요청에 대한 응답을 수신할 때까지는 시작하지 않는다. "Mail" 및 "Rcpt" 트랜잭션은 SMTP로 데이터를 전송하기 이전에 발생한다.
도 11 및 도 12는 MMS 데이터 전송의 메시지 흐름과 버스트 비트 레이트 시간 기준을 나타낸 것이다. MMS는 WSP에 의해 캡슐화되며, WSP 트랜잭션과 MMS 트랜잭션 사이에는 밀접한 매핑(close mapping)이 존재한다. 도 11은 MMS "mms-retrieve" 데이터 전송 트랜잭션을 나타낸 것이고, 도 12는 MMS "mms-send" 트랜잭션을 나타낸 것이다.
본 발명과 그 이점을 상세히 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 규정된 본 발명을 벗어나지 않으면서 다양한 변형, 대체 및 개조가 가능함은 물론이다. 본 발명의 애플리케이션의 범위를, 명세서에 기술된 프로세스, (기계)장치, 제품(manufacture), 물질의 구성(composition of matter), 수단, 방법 및 단계에 대한 특정 실시예로 한정하고자 하는 의도는 없다. 개시내용, 프로세스, (기계)장치, 제품, 물질의 구성, 수단, 방법 또는 단계로부터 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 여기에 기술한 대응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현존하거나 나중에 개발될 것도 활용될 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 이러한 프로세스, (기계)장치, 제품, 물질의 구성, 수단, 방법 또는 단계를 그 범위 내에 포함하고자 한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 패킷 기반 데이터 네트워크에서의 버스트 비트 레이트를 계산하는 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (25)

  1. 네트워크 내의 버스트 비트 레이트(burst bit rate)를 계산하는 방법으로서,
    다수의 바이트가 네트워크 내의 일 지점을 통과하는 시간을 결정하고, 추정된 네트워크 지연 시간을 가산함으로써 총 지연시간을 결정하는 단계; 및
    상기 바이트의 수를 상기 총 지연시간으로 나누어 상기 버스트 비트 레이트를 계산하는 단계
    를 포함하는 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이트의 수는 요청에 응답하여 송신자가 수신자에게 전송한 총 바이트 수인, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 네트워크 지연 시간은, 상기 송신자와 상기 네트워크의 상기 지점 사이의 왕복(round trip) 송신자 지연 시간을 추정하고, 상기 수신자와 상기 네트워크의 상기 지점 사이의 왕복 수신자 지연 시간을 추정하여, 상기 송신자 지연 시간과 상기 수신자 지연 시간을 가산한 다음, 2로 나누어 결정되는, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 내의 상기 지점이 GGSN(General Packet Radio Service Gateway Support Node)에 있는, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스트 비트 레이트는 대역외 전송(out-of-band transfer)에 대한 것인, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 버스트 비트 레이트는 대역내 전송(in-band transfer)에 대한 것인, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대역내 전송은 내장형(imbedded)인, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  8. 상기 대역내 전송은 비내장형(non-imbedded)인, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 버스트 비트 레이트는 사용자 버스트 비트 레이트인, 버스트 비트 레이 트 계산 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 버스트 비트 레이트는 네트워크 버스트 비트 레이트인, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 바이트가 상기 네트워크 내의 상기 지점을 통과하는 상기 시간은, 상기 송신자로부터의 최초 패킷의 개시 시각을 확인하고, 상기 송신자로부터의 최종 패킷의 종료 시각을 확인함으로써 결정되는, 버스트 비트 레이트 계산 방법.
  12. 네트워크 내의 버스트 비트 레이트를 결정하는 방법으로서,
    송신자에서 수신자로 전송된 다수의 바이트를 네트워크 내의 일 지점에서 모니터링하는 단계;
    상기 송신자에 의해 전송된 최초 패킷과 최종 패킷 사이의 송신 시간을 측정하는 단계; 및
    상기 바이트의 수를 상기 송신 시간으로 나누어 버스트 비트 레이트를 추정하는 단계
    를 포함하는 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 네트워크 내의 상기 지점이 상기 네트워크의 전송 계층 내에 있는, 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 네트워크 내의 상기 지점이 GGSN(General Packet Radio Service Gateway Support Node)에 있는, 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 추정된 네트워크 지연 시간은, 상기 송신자와 상기 네트워크 내의 상기 지점 사이의 왕복 송신자 지연 시간을 추정하고, 상기 수신자와 상기 네트워크 내의 상기 지점 사이의 왕복 수신자 지연 시간을 추정하여, 상기 송신자 지연 시간과 상기 수신자 지연 시간을 가산한 다음, 2로 나누어 측정되는, 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 버스트 비트 레이트는 대역외 전송에 대한 것인, 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 버스트 비트 레이트는 대역내 전송에 대한 것인, 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 송신 시간은, 상기 송신자로부터의 최초 패킷의 개시 시각을 확인하고, 상기 송신자로부터의 최종 패킷의 종료 시각을 확인함으로써 결정되는, 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 네트워크 내의 상기 지점은 다른 네트워크 장치로부터 떨어져 있는 수동 모니터(passive monitor)인, 버스트 비트 레이트 결정 방법.
  20. 네트워크의 전송 계층 내의 버스트 비트 레이트를 결정하는 시스템으로서,
    상기 네트워크에 연결되는 컴퓨팅 플랫폼(computing platform)을 포함하고,
    상기 컴퓨팅 플랫폼은,
    송신자로부터 수신자로 전송된 바이트 수를 결정하고,
    상기 송신자에 의해 전송된 최초 패킷과 최종 패킷 사이의 시간을 결정하며,
    네트워크 지연 시간을 추정하고,
    상기 바이트 수를, 상기 최초 패킷과 최종 패킷 사이의 시간에 상기 추정한 네트워크 지연 시간을 더한 값으로 나누어 상기 버스트 비트 레이트를 계산하도록 동작 가능한, 컴퓨팅 버스트 비트 레이트 결정 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 플랫폼은 GGSN(General Packet Radio Service Gateway Support Node)의 일부분인, 버스트 비트 레이트 결정 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 네트워크 지연 시간은,
    상기 송신자와 상기 네트워크 내의 상기 지점 사이의 왕복 송신자 지연 시간을 추정하고, 상기 수신자와 상기 네트워크 내의 상기 지점 사이의 왕복 수신자 지연 시간을 추정하여, 상기 송신자 지연 시간과 상기 수신자 지연 시간을 가산한 다음 2로 나누어 결정되는, 버스트 비트 레이트 결정 시스템.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 다수의 바이트가 상기 네트워크 내의 상기 지점을 통과하는 시간은. 상기 송신자로부터의 최초 패킷의 개시 시각을 확인하고, 상기 송신자로부터의 최종 패킷의 종료 시각을 확인함으로써 측정되는, 버스트 비트 레이트 결정 시스템.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 시스템이 상기 네트워크에 연결되어 있는 모니터에 위치되어 있는, 버 스트 비트 레이트 결정 시스템.
  25. 네트워크의 전송 계층 내의 버스트 비트 레이트를 계산하는 방법으로서,
    송신자로부터 전송된 최초 패킷의 제1 시각을 모니터링하는 단계;
    상기 송신자로부터 전송된 최종 패킷의 제2 시각을 모니터링하는 단계;
    전송된 총 바이트 수를 결정하는 단계;
    네트워크 지연 시간을 추정하는 단계; 및
    전송된 총 바이트 수를, 상기 제2 시각과 상기 제1 시각의 차에 상기 추정한 네트워크 지연 시간을 더한 값으로 나누어 상기 버스트 비트 레이트를 계산하는 단계
    를 포함하는 방법.
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