KR20110003114A - 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가상 네트워크를 임베딩(embedding)하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세히는 무선 테스트베드(Test Bed)의 네트워크를 가상화(virtualization)하는데 있어, 효율적인 임베딩 방법을 제공하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법은 주파수 대여폭과 시간으로 구성된 이차원 스트립에 패킹포인트를 생성하여, 상기 패킹포인트에 따른 최적의 가상 네트워크 슬라이스를 배치하되,
상기 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 단계는, 스트립 상의 패킹포인트를 수집하는 단계; 각 패킹포인트에 따른 네트워크 슬라이스의 적정여부를 판단하는 단계; 네트워크 슬라이스의 좌측하점이 적정 패킹포인트에 일치하도록 네트워크 슬라이스를 배치하는 단계를 포함하여, 가상 테스트베드 네트워크의 시분할 다중화(TDM)에 따른 슈퍼프레임 길이를 최소화할 수 있는 가상 네트워크 임베딩 방법을 제공하는데 있다.
테스트베드, 가상화, 임베딩, 패킹, 스트립

Description

무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법{Virtual Network embedding method in wireless test bed networks}
본 발명은 가상 네트워크를 임베딩(embedding)하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세히는 무선 테스트베드(Test Bed)의 네트워크를 가상화(virtualization)하는데 있어, 효율적인 임베딩 방법을 제공하는 기술에 관한 것이다.
테스트베드(Test Bed)는 대형 개발 프로젝트의 성능 시험을 위한 플랫폼(platform)으로, 과학적 이론, 컴퓨터 툴(computational tools) 및 신기술의 정밀하고, 명백하고, 반복이 가능한 테스트를 허용한다.
최근 테스트베드 네트워크에 관한 기술이 연구되고, 실제 플래닛랩(PlanetLab) 및 플래닛랩의 확장판 비니(VINI)와 같은 가상 테스트베드 설비가 구축되었다.
하지만 테스트베드 네트워크의 가상화에 따른 효율적인 네트워크 임베딩 방법은 현재까지 미비한 상태이다.
상기 무선 테스트베드 네트워크는 시분할 및 주파수 분할의 통합된 방법에 의해 가상화 될 수 있고, 가용 주파수와 시간의 이차원 공간으로 형성된 스트 립(strip) 안에 주파수와 시간의 변수로 형성된 네트워크 슬라이스(Slice)를 배열할 수 있다.
[도 1] 내지 [도 3]은 종래 가상 네트워크의 임베딩 방법에 따른 기본적인 스트립 패킹 알고리즘(Strip Packing Algorithm)에 관한 것이다.(편의상 종래 기술 1 내지 3으로 기술)
종래 기술1은 [도 1]에 도시된 바와 같이, 네트워크 슬라이스를 순차적으로 배치하고, 주파수의 대역이 맞지 않을 경우, 이미 배치된 네트워크 슬라이스의 타임 슬롯(시간) 영역이 이외의 영역에 순차적으로 배열하게 된다.
즉, 스트립(100) 상에 제1슬라이스(10)와 제2슬라이스(20)의 배치 후, 제3슬라이스(30)의 주파수 영역이 적합하지 않자, 타임 슬롯 영역을 옮겨 제3슬라이스(30) 및 제4슬라이스(40)를 배치하고, 제5슬라이스(50)및 제6슬라이스(60) 또한 타임 슬롯 영역을 옮겨 배치하였다.
종래 기술2는 [도 2]에 도시된 바와 같이, 네트워크 슬라이스를 순차적으로 배열하되, 주파수 영역에 따라 타임 슬롯(time slot) 영역을 선택하여 배치가 가능하다.
즉, 스트립(100) 상에 제1슬라이스(10)와 제2슬라이스(20) 배치 후, 제3슬라이스의 주파수 영역이 적합하지 않아, 타임 슬롯 영역을 변경하여 배치하지만, 주파수 영역이 작은 제4슬라이스(40) 및 제6슬라이스(60)는 이전 타임슬롯에 배치하게 되는 것이다.
종래 기술3은 [도 3]에 도시된 바와 같이, 상기 종래 기술2와 같이, 주파수 영역에 따라 타임 슬롯을 선택가능하며, 각 타임슬롯 영역별 주파수 영역의 공간적 배열이 개선된 형태이다.
하지만 상기 종래기술1 내지 종래기술3은 기준 타임 슬롯에 의해 네트워크 슬라이스가 배열되므로, 각 네트워크 슬라이스의 타임슬롯 차에 의한 스트립 공간의 낭비가 크게 발생한다.
[도 4]는 상기 종래기술1 내지 종래기술3의 스트립 공간의 낭비를 개선하는 종래기술 4는 스트립상(100)에 타임 슬롯의 바닥기준(101) 및 천장기준(102)을 중심으로 네트워크 슬라이스를 배치하는 방법이다.
하지만 종래기술4에도 타임 스롯의 바닥기준(101)에 배치된 슬라이스(1, 2, 3, 4, 7)및 천장기준(102)에 배치된 슬라이스(5, 6, 8) 간의 스트립의 빈공간이 발생, 낭비됨으로써, 효율적인 가상 네트워크 임베딩으로 볼 수 없는 것이다.
또한 상기 종래기술은 최대 슬라이스 제약(MSC: maximum slicing constraints)이 고려되지 않으므로, 무선 가상 네트워크 임베딩 기술로 사용하기에 부적합한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로,
본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법의 목적은 주파수 대여폭과 시간으로 구성된 이차원 스트립 상의 효율적 슬라이스 배치를 통해 시분할 다중화(TDM)의 슈퍼프레임 길이를 최소화할 수 있는 가상 네트워크 임베 딩 방법을 제공하는 데 있다.
다른 목적은, 스트립에 생성된 패킹 포인트에 따른 최적의 네트워크 슬라이스를 배치할 수 있는 알고리즘을 제공하는데 있다.
또 다른 목적은, 가용포인트의 좌표점 및 가용포인트의 최소 좌표점의 집합으로 구성된 패킹포인트를 생성하여, 패킹포인트 중 가장 적합한 패킹포인트를 차후 배치되는 슬라이스의 연결점으로 이용하는데 있다.
또 다른 목적은, 사각형으로 형성된 네트워크 슬라이스의 좌측상부 좌표점과 우측하부 좌표점을 가용포인트로 제공하여, 상기 가용포인트를 패킹포인트로 이용하는데 있다.
또 다른 목적은, 스트립의 원점(0,0)을 최초 배치되는 슬라이스의 패킹포인트로 이용하여, 스트립 상의 공간적 낭비를 줄이는데 있다.
또 다른 목적은, 스트립의 공간적 제약과 네트워크 인터페이스 제약의 만족여부에 따른 네트워크 슬라이스의 배치에 관한 적합성을 판단하는데 있다.
본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법은 주파수 대여폭과 시간으로 구성된 이차원 스트립에 패킹포인트를 생성하여, 상기 패킹포인트에 따른 최적의 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 단계는, 스트립 상의 패킹포인트를 수집하는 단계; 각 패킹포인트에 따른 네트워크 슬라이스의 적정여부를 판단하는 단계; 네트워크 슬라이스의 좌측하점이 적정 패킹포인트에 일치하도록 네트 워크 슬라이스를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법은 주파수 대여폭과 시간으로 구성된 스트립상의 효율적 슬라이스 배치를 통해 시분할 다중화(TDM)의 슈퍼프레임 길이를 최소화할 수 있는 가상 네트워크 임베딩 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 스트립에 생성된 패킹 포인트에 따른 최적의 네트워크 슬라이스를 배치할 수 있는 알고리즘을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 가용포인트의 좌표점 및 가용포인트의 최소 좌표점의 집합으로 구성된 패킹포인트를 생성하여, 패킹포인트 중 가장 적합한 패킹포인트를 차후 배치되는 슬라이스의 연결점으로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사각형으로 형성된 네트워크 슬라이스의 좌측상부 좌표점과 우측하부 좌표점을 가용포인트로 제공하여, 상기 가용포인트를 패킹포인트로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스트립의 원점(0,0)을 최초 배치되는 슬라이스의 패킹포인트로 이용하여, 스트립 상의 공간적 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 스트립의 공간적 제약과 네트워크 인터페이스 제약의 만족여부에 따른 네트워크 슬라이스의 배치에 관한 적정성 여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법은 주파수 대여폭과 시간으로 구성된 이차원 스트립에 패킹포인트(Packing Point)를 생성하여, 상기 패킹포인트에 따른 최적의 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서 상기 이차원 스트립은 주파수 대역(F)과 시간(T, 타임슬롯)의 이차원의 공간으로 형성되며, 횡방향축은 주파수 대역(F)으로 종방향의 축은 시간(T)으로 구성된다.
상기 주파수 대역(F)은 한정되며, 시간(T)은 변동이 가능하다.
즉, 고정된 밑변인 주파수 대역(F)과 변동이 가능한 높이인 시간(T)으로 구성된 가상의 사각형 세트인 스트립(Strip) 내에 주파수와 시간 변수로 형성된 가상의 사각형 네트워크 슬라이스(slice)를 효율적으로 배열하면, 시분할 다중화(TDM) 슈퍼프레임(super frame)의 길이를 줄일 수 있게 된다.
이와 같이, 스트립(100)내에 최적의 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 방법의 흐름도는 [도 6]에 도시된 바와 같고, 상기 흐름도에 따른 스트립(100)내의 네트워크 슬라이스 배치의 실시예는 [도 5]에 도시된 바와 같다.
먼저 스트립(100)내에 최초 슬라이스인 제1슬라이스(10)를 스트립의 원점(0, 0)에 배치하는 단계를 수행한다.(S11)
본 발명에 따른 슬라이스를 배치하는 방법은 슬라이스의 좌측하부 좌표점을 패킹포인트에 일치시키며, 상기 스트립의 원점(0, 0)은 제1슬라이스의 최초의 가용포인트(available point)이며, 패킹포인트(packing point)가 된다.
상기 스트립(100)내에 배열할 네트워크 슬라이스가 두 개 이상의 복수 개가 존재할 경우, 제1슬라이스는 슬라이스의 너비인 주파수대역(f)이 큰 슬라이스가 우선이 된다.
다음으로, 배치된 제1슬라이스(10)의 가용포인트를 생성하는 단계를 수행한다.(S13)
상기 가용포인트(available point)는 네트워크 슬라이스의 좌측상부의 좌표점인 제1가용포인트 및 우측하부의 좌표점인 제2가용포인트로 구성된다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 제1슬라이스(10)의 가용포인트는 제1가용포인트(11) 및 제2가용포인트(15)로 구성된다.
다음으로, 패킹포인트를 생성하는 단계를 수행한다.(S15)
상기 패킹포인트는 다음과 같은 조건에 따라 구성된다.
첫째, 패킹된 슬라이스의 좌측 상단의 가용포인트에서 수평방향의 최소 포인트 즉, 스트립의 시간영역 벽에 부딪히는 점과 기존 패킹된 슬라이스 벽에 부딪히는 점이 포함된다.
둘째, 패킹된 슬라이스의 우측 하단 가용포인트에서 수직 방향의 최소 포인트 즉, 스트립의 주파수대역 하단에 부딪히는 점과 기존 패킹된 슬라이스 벽에 부 딪히는 점이 포함된다.
셋째, 패킹된 슬라이스의 우측하단 가용포인트 자체도 포함된다.
즉, 패킹포인트는 스트립(100) 내에 배치되는 슬라이스의 가용포인트에 의해 동적으로 재생성되는 것이다.
상기 복수 개로 존재하는 패킹포인트 중에 적합한 패킹 포인트를 선택하기 위해서는 시간(T) 차원의 가장 낮은 패킹포인트(최저 패킹포인트)에서 높은 패킹포인트 순으로 우선 순위가 결정된다.
이는 고정된 주파수(F) 영역과 변동 가능한 시간(T)로 구성된 스트립(100)내의 네트워크 슬라이스의 효율적인 배치를 위함이며, 궁극적으로 시분할 다중화(TDM)의 슈퍼프레임의 길이를 줄이기 위해서이다.
본 발명의 실시예에서 우선되어야 할 패킹포인트는 제1슬라이스(10)의 제2가용포인트(15)가 최저 패킹포인트가 될 수 있다.
다음으로 상기 패킹포인트에 따른 미배치 네트워크 슬라이스들의 적합성을 판단하는 단계를 수행한다.(S17)
상기 네트워크 슬라이스의 적합성을 판단하는 기준은 기존 스트립내에 존재하는 슬라이스와의 중첩여부 및 네트워크 인터페이스에 따른 최대 슬라이스 제약 기준을 만족하는지 여부이다.
즉, 본 발명의 실시예에서의 두 번째 배치될 제2슬라이스가, 패킹포인트( 15)에 배치 시, 이미 스트립(100)에 배치된 제1슬라이스(10)와 중첩이 되는지 여부 를 확인해야한다.
제1슬라이스(10)와 중첩되지 않는다면 제2슬라이스의 배치가 적합하다고 판하는 것이다.
또한 제2슬라이스(20)가 패킹포인트(15)에 배치 시, 네트워크 인터페이스에 따른 최대 슬라이스 제약(MSC: maximum slicing constraints)을 만족해야한다.
즉, 스트립(100)의 주파수 차원(F)의 슬라이스의 개수는 단일 시간(T)에서 배열 가능한 슬라이스의 개수가 네트워크 인터페이스의 개수와 같거나 더 적어야 하기 때문이다.
이와 같은 네트워크 인터페이스에 따른 최대 슬라이스 제약(MSC)을 만족하게 되면 제2슬라이스의 배치가 가능한 것이다.
이러한 네트워크 슬라이스의 적합성의 판단은 미배치된 모든 네트워크 슬라이스를 대상으로 이루어지기 때문에 마지막 슬라이스 인지 확인하는 단계를 수행한다.(S19)
슬라이스 배치의 적합성을 판단하지 않은 네트워크 슬라이스가 존재한다면, 다음 슬라이스를 선택하는 단계를 수행한다.(S21)
만일 적합한 슬라이스가 두개이상 존재할 경우, 주파수대역(너비)이 큰 슬라이스가 우선이 된다.
다음으로, 본 발명의 실시예에서는 상기 17단계 내지 21단계를 통해, 상기 패킹포인트(15)에 제2슬라이스(20)의 배치가 적합하다 판단되었으며, 제2슬라이스(20)의 좌측하부 좌표점을 최저 패킹포인트(15)에 일치하도록 배치한다.(S23)
다음으로, 스트립 내에 모든 슬라이스의 배치가 완료되었는지 판단하는 단계를 수행한다.(S25)
만일 상기 S25단계에서 모든 슬라이스가 배치되었다면 종료되며, 그렇지 않을 경우, 상기 S13으로 돌아가게 된다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 모든 슬라이스가 적정한 위치에 배치될 때까지 패킹포인트를 반복적으로 선택하는 그리디(greedy) 방식을 기반으로 한다.
상기 그리디 방식은 최적의 해를 구하기 위해서 결정해야할 때마다 그 순간에 최적이라고 생각되는 것을 선택해 나가는 방식으로 최종적으로 해답에 도달해 나가는 방식을 말한다.
본 발명에 실시예에서는 상기 방법에 따라 제1슬라이스 내지 제5슬라이스까지 배치되었으며, 제6슬라이스가 배치되어야 할 경우, 가용포인트의 집합은 {21, 25, 41, 45, 51, 55}가 되며, 패킹포인트의 집합은 {21, 25, 45, 51, 55, 71, 75}가 된다.
상기 패킹포인트(71, 75)는 제4슬라이스(40)의 제1가용포인트(41) 및 제2가용포인트(45)의 최소 좌표점으로 변환된 것이다.
즉, 제4슬라이스(40)의 제1가용포인트(41)의 동일 시간(t)의 최소 주파수(F)에 해당하는 좌표점이 패킹포인트(71)가 되며, 제4슬라이스(40)의 제2가용포인 트(45)의 동일 주파수(F)의 최소 시간(T)에 해당하는 좌표점이 패킹포인트(75)가 되는 것이다.
또한 상기 패킹포인트(45)는 제4슬라이스(40)의 우측하부 포인트 자체로 패킹포인트에 포함된다.
[도 7]]은 본 발명에 따른 스트립(100)내에 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 방법에 관한 알고리즘을 표현한 도면이다.
상기 알고리즘 상의 S는 슬라이스를, N은 주어진 슬라이스의 개수를, T는 이미 스트립에 배치된 슬라이스의 집합을 나타낸다.
또한 PP 는 패킹포인트를, Pa 는 가용포인트를 나타내며, R 및 Pt 는 패킹포인트 중의 최저 패킹포인트 및 최적의 슬라이스를 찾는 과정에서 슬라이스와 대응 패킹포인트를 기억하는 일시적인 변수를 말한다.
본 발명에 따른 스트립(100)내에 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 방법에 관한 알고리즘은 한정된 시간 내에 현실적으로 만족할 만한 수준의 결과를 도출할 수 있는 휴리스틱 알고리즘(heuristic)에 해당된다.
본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법을 통해 스트립내의 슬라이스의 효율적인 배열로 스트립의 높이(h)를 줄임으로써, 종래의 무선 테스트베드 네트워크의 시분할 다중화(TDM)의 슈퍼프레임의 길이를 줄일 수 있 는 효과가 있는 것이다.
이상 본 발명의 실험예들 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법으로 구현할 수 있다.
도 1 내지 도4는 종래 가상 네트워크 임베딩 방식에 의한 스트립 구조.
도 5는 본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법에 의한 스트립 구조.
도 6은 본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법의 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법에 따른 알고리즘.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 스트립 S : 슬라이스
PP : 패킹포인트 집합 Pa : 가용포인트 집합
n : 슬라이스 개수 T : 이미 배치된 슬라이스 집합

Claims (6)

  1. 주파수 대여폭과 시간으로 구성된 이차원 스트립에 패킹포인트를 생성하여, 상기 패킹포인트에 따른 최적의 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 것을 특징으로 하는 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가상 네트워크 슬라이스를 배치하는 것은,
    스트립 상의 패킹포인트를 수집하는 단계;
    각 패킹포인트에 따른 네트워크 슬라이스의 적정여부를 판단하는 단계;
    네트워크 슬라이스의 좌측하점이 적정 패킹포인트에 일치하도록 네트워크 슬라이스를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패킹포인트는,
    네트워크 슬라이스의 가용포인트 및 가용포인트의 최소 좌표점의 집합인 것을 특징으로 하는 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가용포인트는,
    직사각형 네트워크 슬라이스의 좌측상부 좌표점인 제1가용포인트와 우측하부 좌표점인 제2가용포인트로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    스트립 상에 최초 배치되는 네트워크 슬라이스는,
    스트립의 원점(0,0)을 적정 패킹포인트로 배치하는 것을 특징으로 하는 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 각 패킹포인트에 따른 네트워크 슬라이스의 적정여부를 판단하는 단계는,
    이미 스트립 내에 존재하는 네트워크 슬라이스와의 중첩여부 및 네트워크 인터페이스에 따른 최대 슬라이스 제약 만족 여부로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 테스트베드 상의 가상 네트워크 임베딩 방법.
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