KR20130084605A - 네트워크 가상화를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

현재 이용가능한 네트워크 가상화 솔루션들은 아주 큰 프로세싱 전력 그리고 저장 공간을 갖는 노드들로 구성되는 무선 네트워크들을 특정적으로 맞추어져 있다. 본 발명은 무선 네트워크들에 특정적으로 맞추어진 새로운 가상화 프레임워크에 관련된다. 그러한 프레임워크는 효과적인 가상화 솔루션을 갖는 무선 인터넷 서비스 제공자(WISP)를 제공하며, 네트워크 조각들의 가변적인 숫자를 갖는 이용가능한 네트워크 리소스들의 부분을 공유하기 위한 생산 트래픽을 허용하고 여기서 , 새로운 라우팅 프로토콜들, 서비스들 또는 네트워크 작업 도구들 같은 새로운 솔루션들은 엄격히 제어되는 실제적 환경에서 실험적으로 테스트될 수 있다.

Description

네트워크 가상화를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR NETWORK VIRTUALIZATION}

네트워크 가상화(버츄얼라이제이션)의 분야에 관련된 발명이다.

네트워크 가상화는 현재 오늘날의 네트워크들에서 가능한 혁신에 가장 유망한 접근들 중의 하나로 여겨진다. 일반적으로 말해, 네트워크 가상화는 몇몇 응용(어플리케이션)들을 위한 기본적인 도구로 보여질 수 있다:

- 큰 스케일의 현실적 환경들에서 인터넷 구조 뒤를 필연적으로 순응하지 않고 새로운 것을 평가하며, 그래서 현재 인터넷 경직(ossification)을 극복하는 것을 돕는다;

- 커뮤니케이션/컴퓨팅 리소스들의 공급(provisioning)으로부터 물리적 기반시설(infrastructure)의 공급을 차단함으로써 인터넷 서비스 제공자들의 비지니스 모델과 기능적 역할을 변화시킨다. 그러한 방법으로, 이 섹터의 경쟁을 결국 향상시키고, 서비스 제공자들(Service Providers) 그리고 기반시설 제공자들 그리고 가상 네트워크 제공자들 같은 새로운 플레이어들의 도입을 가능케한다;

- 이미 적용된 어플리케이션들로부터 그것들을 격리하는 수단을 제공하는 것에 의해 작업 네트워크의 새로운 서비스들의 매끄럽고 컨트롤된 도입을 가능케한다.

- 네트워크 성능을 최적화하고 작업 비용을 최소화하기 위해 기반시설을 넘어 노드들과 서비스들의 논리적 인스턴스들(instances)을 이동시킨다. 예를 들어, 사용자(유저, user) 가까이로 서비스들을 이동시키는 것은 물리적 네트워크의 전력 소모를 감소시킬 수 있고, 그래서 네트워크의 탄소 발자국의 제한에 기여한다.

가상 노드들("조각들(slivers)") 그리고 가상 링크들[1,2]로 구성되는 몇개의 논리 네트워크 인스턴스들(일반적으로 "슬라이드들(slices)"이라고 언급됨)로 분리되는 것에 의해, 네트워크 가상화는 일반적인 물리적 네트워크 기반시설을 효과적으로 공유하는 방법들과 테크닉들을 포함한다.

논리 네트워크 인스턴스들 사이의 상호작용은 적절한 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소들에 의해 컨트롤될 수 있다. 벤더들(vendors)에 의해 오늘날 발전된 "논리 라우터들"의 개념과 비교하여, 네트워크 가상화에서 조각들의 가상 노드들은 네트워크 인스턴스의 예시화를 가능하도록 완전히 프로그래밍 가능하고 여기서 (잠재적으로 IP 기반 구조들의 레거시로부터 출발하는) 새로운 구조 또는 서비스들은 생산에 넣어지기 전에 제어된 환경에서 테스트될 수 있다.

현재 제안된 네트워크 가상화 솔루션들은 전형적으로 아주 큰 프로세싱 전력과 저장 공간을 갖는 노드들을 구성하는 유선 네트워크들을 위해 맞추어진다.( PlanetLab [3], VINI [4], G-Lab [5], 등등). 한편으로는, 아주 적은 연구들이 특별한 멀티-홉 무선 네트워크들 그리고 일반적인 리소스-제한 환경들에서 수행되었다. 게다가, 그들은 주로 어떻게 다른 무선 매체 가상화 테크닉들이 고립과 안정성[6, 7]의 관점에서 전체 네트워크 조각들 성능에 영향을 미치는지에 대해 주로 집중했었다. 그러한 솔루션들은 조각들의 다양한 숫자를 갖는 이용가능한 네트워크 리소스들의 공유 부분에 대해 생산 트래픽을 허용하는 것을 원하는 유선 인터넷 서비스 제공자(Wireless Internet Service Provider, WISP)의 이용에 적합하지 않았고, 여기서 혁신 솔루션들은 엄격하게 제어되는 실제 환경에서 테스트될 수 있다. 그러한 시나리오에서, 생산 트래픽은 하나의 특권 조각들에 할당되어야 하고 여기서 네트워크 리소스들은 채널 대역폭과 같고 노드 프로세싱은 실험적 테스트들을 구동하는 다른 조각들의 손상에 보장된다.

무선 네트워크들에서 네트워크 가상화는 두개의 추가 주요 이슈들을 고려하는 것을 필요로 한다.

(i) 그들 중에서 최소 간섭을 확보하는 동일 시간에 공존하는 네트워크 조각들에 속하는 무선 리소스들을 고립시키는 방법, 그리고

(ii) 조각이 또 다른 조각의 자원들을 침해하지 않는 것을 확실하게 하는 무선 리소스 활용을 컨트롤 하는 방법.

이러한 문제들은 청구항 1항의 방법 그리고 청구항 12항의 시스템에 의해 해결된다.

종래 기술의 문제점들은 가상 노드들 중 사용가능한 대역폭을 분배하기 위한 대역폭 분배기(partitioner)를 이용하는 단계 및 가상 인터페이스들의 집합과 함께 각 가상 노드들을 제공하는 탭 프로토콜(tap protocol)을 이용하는 단계를 포함하고, 적합한 가상 노드들에 보내지는 데이타 프레임들과 같은 동일 물리적 기반시설에 공존하는 네트워크 조각들(slices) 중 완전한 라디오 고립을 순응적으로 제공하기 위한 링크 브로커 모듈(link broker module)의 이용을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법에 의해 해결된다.

본 발명은 종래 테크닉들 중 어느것도 제공할 수 없는, 독자적인 방법으로 이용되는, 실현가능성의 레벨을 달성한다. 게다가 본 발명은 실험적 실행들에 헌신되는 것들이 잔존 (아마도 시간-변화) 네트워크 리소드들을 공유할 수 있는 반면 특권 조각(전형적으로 생산 트래픽을 수행하는 것)이 약속된 리소스들을 가질 수 있도록 보장하는 방법들의 제공을 목표로 한다.

여태까지 고안된 네트워크 가상화 구조들 대부분은 [8, 9, 10] 다중 고립 환경들을 제공하는 것에 목표를 두고 여기서 실험들은 실제-세계 네트워크들에 평행하게 구동될 수 있다. 본 발명은, 한편으로는, 종합적인 가상화 솔루션을 갖는 무선 네트워크들 오퍼레이터를 제공하며, 여기서 생산 트래픽(즉, 최종 사용자들에 의해 발생되는 트래픽)은 실험적 조각들의 다양한 숫자를 갖는 이용가능한 네트워크 리소스들의 부분을 공유하며 여기서 새로운 솔루션들은, 예를 들어 라우팅 프로토콜들(routing protocols)은, 테스트된다.

도 1은 네트워크 가상화의 단순화된 배치 시나리오를 나타내는 도면.
도 2는 "네트워크-레벨 구성 : 하나의 생산 조각을 갖는 예 그리고 공통 물리 기질을 공유하는 하나의 실험적 조각"을 나타내는 도면.
도3a는 대역폭 분배기 작업 원리들을 도시하는 흐름도.
도3b는 실제 패킷 전송 절차를 도시하는 흐름도.
도4a부터 4d는 나가고 들어오는 패킷들에 대한 소프트 라우터의 단계들을 도시하는 흐름도.
도4a는 아웃고잉 패킷들에 대한 소프트웨어 라우터(138)의 단계들을 도시하는 흐름도.
도4b는 인커밍 패킷들에 대한 소프트웨어 라우터(138)의 단계들을 도시하는 흐름도.
도4c는 아웃고잉 패킷들에 대한 소프트웨어 라우터(132)의 단계들을 도시하는 흐름도.
도4d는 인커밍 패킷들에 대한 소프트웨어 라우터(132)의 단계들을 도시하는 흐름도.
도 5는 이 발명의 네트워크 가상화 설계를 지지하는 네트워크 노드의 개략적 표현.
도 6은 무선 링크 품질 조건들의 악화 시나리오에서 세 조각들의 성능을 나타내는 도면.

무선 네트워크들에서 네트워크 가상화는 두개의 추가 주요 이슈들을 고려하는 것을 필요로 한다.

(i) 그들 중에서 최소 간섭을 확보하는 동일 시간에 공존하는 네트워크 조각들에 속하는 무선 리소스들을 고립시키는 방법, 그리고

(ii) 조각이 또 다른 조각의 자원들을 침해하지 않는 것을 확실하게 하는 무선 리소스 활용을 컨트롤 하는 방법.

이러한 문제들은 청구항 1항의 방법 그리고 청구항 12항의 시스템에 의해 해결된다.

몇몇 테크닉들이 공존하는 조각들[14] 중 무선 리소스들의 고립을 보장하기 위해 제안되었다.

-SDM(Space Division Multiplexing), 여기서 물리적 무선 노드들은 공간적으로 분할되며, 개별 서브-네트워크들을 형성하며, 그래서 다른 조각들 중 간섭을 최소화한다.

-FDM(Frequency Division Multiplexing), 여기서 다른 조각들은 각 네트워크 노드들에서 다중 무선 간섭들의 이용가능성의 레버리징에 의해 주파수 영역으로 분할된다.

-CDM(Code Division Multiplexing), FDM 에 유사하나, 각 조각에 다른 코드들을 할당한다.

-TDM(Time Division Multiplexing), 여기서 조각들은 그들의 통신 요구들에 대한 특정 타임슬롯을 그것들에 할당하는 것에 의해 시간 영역으로 분할된다.

이 접근들(또는 그들의 결합)의 각각의 실현가능성에 대한 연구들이, 그들의 장단점과 함께 이미 문헌[6, 7]에서 제공되었고, 그들은 네트워크에서 노드 리소스들의 이용 그리고 더 미세한 무선 컨트롤을 통해 멀티-홉 무선 네트워크에서 공존하는 조각들 사이의 효과적인 고립의 문제를 고려하는 데 실패하였다 : 본 발명은 이를 달성하기 위한 구조와 테크닉들을 제공한다.

특히, 본 발명은 이미 언급된 테크닉들 중 어느것도 제공할 수 없는, 독자적인 방법으로 이용되는, 실현가능성의 레벨을 달성한다. 게다가 본 발명은 실험적 실행들에 헌신되는 것들이 잔존 (아마도 시간-변화) 네트워크 리소드들을 공유할 수 있는 반면 특권 조각(전형적으로 생산 트래픽을 수행하는 것)이 약속된 리소스들을 가질 수 있도록 보장하는 방법들의 제공을 목표로 한다.

여태까지 고안된 네트워크 가상화 구조들 대부분은 [8, 9, 10] 다중 고립 환경들을 제공하는 것에 목표를 두고 여기서 실험들은 실제-세계 네트워크들에 평행하게 구동될 수 있다. 본 발명은, 한편으로는, 종합적인 가상화 솔루션을 갖는 무선 네트워크들 오퍼레이터를 제공하며, 여기서 생산 트래픽(즉, 최종 사용자들에 의해 발생되는 트래픽)은 실험적 조각들의 다양한 숫자를 갖는 이용가능한 네트워크 리소스들의 부분을 공유하며 여기서 새로운 솔루션들은, 예를 들어 라우팅 프로토콜들(routing protocols)은, 테스트된다.

도1은 단순화된 설정을 스케치하고 여기서, 스트링 위상기하학에서 조직화된 세 노드들로 구성되는, 네트워크는 세개의 다른 조각들을 구동한다 : 하나의 생산 조각(A), 그리고 두개의 실험 조각들(B 그리고 C)이다. 이 시나리오에서, 링크들은 대칭적이고 그들의 용량은 시간-불변으로 가정된다. 게다가, 메쉬 라우터들은 단일 라디오 인터페이스가 구비되는데, 그러나 본 발명은 멀티-라디오/멀티-채널 설정들의 변동하는 용량을 갖는 비대칭적 링크들에도 대처할 수 있다.

이 단순화된 시나리오에서, 생산 조각 A 는 네트워크 리소스들의 80%가 할당되고, 반면 두 실험 조각들은 나머지 20% 리소스들을 균등하게 공유한다. 본 구조는 5에서 10개의 조각들이 전체 네트워크 리소스들을 공유하는 시나리오를 예상한다. 그러한 제한은 무선 멀티-홉 네트워킹 장치들에서 현재 이용되는 특징을 갖는 제한들을 계산하고 저장하는 것에 의해 주어지지만, 미래에는 확대될 수도 있다.

트래픽 쉐이핑(traffic shaping)은 각 노드에서 각 조각에 의해 이용되는 네트워크 리소스들의 양을 제한하기 위해 수행된다. 이 단순화된 설정에서 각 조각이 이용할 수 있는 자원은 계획 위상 동안 주어지는 상대적 성능 목표로부터 유도되는 고정된 임계치에 의해 상한이 제한된다. 결과적으로, 조각 A는 노드 1과 노드 2사이의 800 Kb/s 양방향 링크를 "보며(sees)", 반면 노드 2와 노드 3 사이의 이용가능한 대역폭은 1600 Kb/s이다. 이 설정에서 몇몇 대역폭은 자발적인 왼쪽 미사용이다. 그러나 조각이 모든 이용가능한 대역폭에 완전한 접근이 가능한 시나리오들 또한 지지된다.

도2는 가능한 이용 사례를 스케치하는데, 여기서 라우팅 프로토콜의 안정한 버젼을 이용하는 생산 조각은 실험 조각과 함께 평행하게 구동되고 여기서 새로운 라우팅 전략이 테스트된다. 이 시나리오에서 링크 브로커(Link Broker)가 두개의 다른 연결 그래프들이 두개의 이용가능한 (생산 그리고 실험) 네트워크 조각들로 노출되도록 이용된다. 반면에, 대역폭 분배기(Bandwidth Partitioner)는 경쟁하는 조각들 중 이용가능한 링크 대역폭을 재분배하기 위해 이용되고, 즉 생산 조각에 대한 전체 네트워크 용량의 80% 그리고 실험 조각에 대한 전체 네트워크 용량의 20%이다. 최소 대역폭, 예를 들어 1Mb/s, 또한 생산 조각에 배당될 수 있다는 것에 주목하라.

노드 레벨 구조(Node Level Architecture)

이후 내용에서 본 발명 노드들의 구조(도5를 보라)는 더 자세히 설명된다.

본 발명은 OpenVZ [12] 처럼, 성능 고립 그리고 리소스 관리를 제공 가능한 가상화 솔루션에 의존한다. 컨테이너-기반 가상화 솔루션은 감소된 오버헤드와 더 나은 성능을 제공하므로 바람직하다. (CPU 사이클들, 메모리 소비, 그리고 저장의 관점에서) 그들은 좋은 성능 고립을 제공하는데, 이는 컨테이너 내에서 구동하는 프로세스들이 호스팅 시스템에서 구동하는 프로세스들과 크게 다르지 않기 때문이다. 컨테이너-기반 가상화 솔루션들의 주요 결점은, 단일 커널(single kernel)이 모든 조각들에 대해 이용되기 때문에, 커널 변조(kernel modifications)들이 허용되지 않는다는 것이다.

나중의 제한 때문에, 본 발명의 하나의 실시예는, 클릭 모듈식 라우터[13](Click modular router [13])와 같은 소프트웨어 라우터를 이용하는, 유저-공간에서의 새로운 무선 네트워크 가상화 스택을 이용한다. 비록 순수한 커널-레벨 실행과 비교하여 더 높은 오버헤드에 의해 특징지어지지만, 클릭 모듈식 라우터와 같은 소프트웨어 라우터에 기반한 솔루션들은 전형적인 컨테이너 기반 솔루션들의 유연성 제한들을 회피하는 것을 허용하는 높은 커스터마이징을 가능하게 하는 이점을 갖는다.

소프트웨어 라우터는 각 조각 내에서 (게스트 소프트웨어 라우터) 그리고 호스트 작업 시스템 레벨(호스트 소프트웨어 라우터) 양쪽에서 이용된다. 더 세부적으로, 조각 내에서 구동하는 소프트웨어 라우트 인스턴스는 리눅스 탭 장치들(Linux TAP devices)처럼 실행되는 가상 인터페이스 집합들(ath0, ath1,..., athN)을 갖는 게스트 환경을 제공한다. 탭 디바이스는 전통적인 ISO/OSI 네트워킹 스택의 레이어 2에서 작동하며 이더넷 디바이스(Ethernet device)를 시뮬레이션한다.

조각 내에서 구동하는, 유저-공간 프로세스는 그들의 라우팅 전략을 시행하기 위한 가상 인터페이스들을 이용할 수 있다. 가상 인터페이스들간의 통신은 두개의 다른 프레임 포맷들을 이용하여 수행될 수 있다:

● 802.3 헤더들(headers) (이더넷, Ethernet). 기준 이더넷 인터페이스를 노출하기 위해 이용된다.

● 802.11 헤더들(headers). 원래의 무선 인터페이스를 노출하기 위해 이요된다. 이 경우 유저-공간 어플리케이션들은 반드시 라디오탭 헤더 포맷을 이용하여 그들의 트래픽을 적당히 압축해야 한다. 라디오탭 헤더 포맷은, 드라이버로부터 유저-공간 어플리케이션들에 대한, 그리고 유저-공간 어플리케이션으로부터 드라이버에 대한 전송을 위한, 802.11 프레임들에 관한 추가 정보를 제공하기 위한 메커니즘이다.

양 상황에서, 아웃고잉(outgoing) 트래픽은 게스트 소프트웨어 라우터 프로세스에 의해 압축되고 가상 컨테이너에 의해 제공되는 가상 인터페이스 eth0 을 통해 호스트 소프트웨어 라우트 프로세스로 보내진다. 유저-공간 어플리케이션이 이미 라디오탭 헤더를 이용하고 있는 경우, 추가적인 압축은 게스트 클릭 프로세스에 의해 수행되지 않고 프레임은 호스트 오퍼레이팅 시스템으로 바뀌지 않고 전달된다. 호스트 소프트웨어 라우터 프로세스는 인커밍(incoming) 프레임 을 수신하고 링크 브로커와 대역폭 분배기에 의해 유지되는 정책들의 집합에 따라 적합한 장치에 이를 디스패치한다.

링크 브로커는 노드들이 물리적으로 분리되어야 한다는 요구 없이(즉 라디오 범위 밖에서) 다양한 조각들에 대한 다른 연결 그래프들을 노출시킬 수 있는 소프트웨어 모듈이다. 연결 그래프들은 조각당 기반으로 정의되며 각 조각에 대한 다른 위상기하학을 정의하는 것을 허용한다. 이는 특히 노드들의 부분집합에서 새로운 라우팅 전략을 테스트하기 위해 유용하다. 게다가, 무선 라우터들은 다중 라디오 인터페이스들이 구비되며, 직교하는 주파수 대역들에서 작동하는 (그 카르디날 숫자(cardinality)가 라디오 인터페이스들의 숫자와 동일한) 다중 조각들을 생성하는 것이 가능하고, 그래서 FDM 무선 네트워크 가상화 솔루션을 실행한다. 조각들의 부분집합만이 직교 주파수들에서 작동하는 하이브리르 솔루션들 또한 지지된다. 비록 네트워크 연결 그래프들이 배치 시간에서 정의되지만, 그들은 네트워크 작업들 동안 다른 작업 조건들(즉, 링크 실패/정지)를 시뮬레이션하는 연결 시나리오들을 생성하기 위해 변화할 수 있다.

링크 용량 측정.(Link capacity Estimation.)

공유된 매체의 이용 때문에, 무선 링크의 용량을 측정하는 것은 사소한 것이 아니다. 외부 소스들로부터 오는 간섭은, 전달 특성들에서 변화하고 또는 다른 경로들을 따라 여행하는 동일 신호로부터의 간섭은 시간에 대해 변동하는 링크들의 총 용량을 만든다. IEEE 802.11 기준들의 기능을 이용하여 우리가 현실화된 통신들에 우리의 주의를 제한함에도 불구하고, 억세스 포인트(Access Point)로부터 일반 스테이션들(generic Stations)로의 링크 용량의 이상적인 측정기는 데이타 프레임 SNR (수신 스테이션에서 측정됨) 그리고 ACK 프레임 SNR(억세스 포인트에서 측정됨)을 모두 고려하여야 한다.

그런 정확성 레벨은 추가 시그널링 및/또는 기준 IEEE 802.11 MAC 작업들의 조정을 도입하지 않고는 달성하기 어렵다. 하나의 실시예에서 본 발명은 현재 IEEE 802.11 장치들에서 이미 사용가능한 전송 레이트 조정-관련 기능들에 기반한 링크들의 총 용량을 평가하는 간접적 방법을 이용한다. 특히 상기 알고리즘은 전송된 모든 패킷들의 통계들을 수집한다.

소프트 성능 고립(Soft performance isolation)

조각들 사이의 소프트-성능 고립은 정확한 트래픽 쉐이핑 정책들을 시행할 수 있는 스케쥴러(Linux kernels 2.6.x [15]에 의해 지지받는 Hierarchical Token Bucket (HTB)같은 것)를 통해 제공된다. HTB는 트래픽 클래스들을 트리 구조(tree structure)로 조직화한다; 각 클래스는 평균 레이트(rate) 그리고 최대 레이트(ceil)로 할당된다. 세개의 클래스 타입들이 존재한다 : 루트(root), 이너(inner) 그리고 리프(leaf). 루트 클래스는 물리적 링크에 대응한다; 그 대역폭은 전송을 위해 현재 이용가능한 하나이다. 계층의 밑에 위치한, 리프 클래스들은 주어진 트래픽 타입에 대응한다.(예를 들어, TCP-controlled 또는 VoIP 등등) 두개의 내부 토큰 버킷들(internal token buckets)은 각 클래스에 대해 유지된다. 그들의 레이트를 초과하지 않은 클래스들은 무조건적으로 전송할 수 있다. 대역폭을 빌리기 위해, 요청(request)은 트리의 위쪽으로 전파된다. 최대 한계(ceil limit)를 초과하는 요청(request)는 종료된다. 허용 레이트를 만족시키는 요청은 수락된다. 허용 레이트 제한을 만족하지 않지만 최대치는 만족시키는 리퀘스트는 절차가 완료될 때까지 위쪽으로 전파된다.

무선 링크들 용량의 확률론적 성질 때문에, HTB 스케쥴러는 무선 네트워크들의 상충되는 트래픽 흐름들 중에서 공평한 성능을 단독으로 전달할 수 없다. 본 발명의 이 문제를 고려하기 위해 대역폭 분배기가 도입된다.

이 대역폭 분배기 구성요소는, 무선 네트워크 인터페이스 카드(Wireless Network Interface Card (WNIC)) 드라이버를 통해 수집된, 로컬 채널 통계들을 이용하여, 현재 이용가능한 링크 대역폭을 측정하고 미리-설정된 정책들의 집합에 기반하여 다른 조각들 중 대역폭을 분할한다. 그런 정보는 HTB 스케쥴러 같은 스케쥴러에 대해 구성 템플릿(configuration template)을 발생시키기 위해 그들을 유저-설정 정책들과 결합하는 리소스 브로커(Resources Broker)에게 보내진다. 리소스 브로커는 실제 채널 용량을 반영하기 위해 스케쥴러 구성을 주기적으로 업데이트하고 각 무선 라우터 내에서 구동하는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태에서 실행될 수 있다.

이후는 본 발명의 대역폭 분할 그리고 레이트 조정의 다양한 실행의 세부사항들이다.

도 3a는 대역폭 분배기 작업의 단계들을 도시하는 흐름도이다.(도 5의 128) 도3a을 언급하자면, 거기에는 (210) 흐름도가 보여진다. 시작 단계 후에, (212)단계에서, 채널 모니터 프로세스는 도5의 무선 NIC 124로부터 무선 채널 통계들을 읽을 수도 있고, 단계(216)에서, 도5의 미리-설정된 정책들에 기반하여 도5의 링크 스케쥴러(122)의 각 클래스에 할당될 대역폭을 업데이트 할 수도 있다. 단계(216) 후에, 흐름도(210)의 프로세스는 종료 단계로 진행할 수 있다. 프로세스(210)은 시간의 모든 고정 또는 변형 기간마다 반복될 수 있다.

도3b는 발명의 실시예에 따른 패킷들의 전송의 단계를 도시하는 흐름도이다. 도3b를 언급하면, 거기에는 흐름도(220)가 보여진다. 시작 단계 후에, 단계(222)에서, 가상 노드로부터 전송 패킷이 전송 큐(queue)로 들어갈 때, 단계(224)에서 그것은 가상 노드로 보내는 것에 연결된 링크 스케쥴러 클래스에 할당될 수 있다. 프로세스(210)에 의해 클레스에 할당되는 대역폭에 기반하여, 단계(226)에서 상기 패킷은 도5의 무선 NIC(124)에 보내질 수 있고 그리고 최종적으로 단계(228)의 네트워크로 보내질 수 있다. 단계(228) 후에, 흐름도(220)의 프로세스는 최종 단계로 진행할 수 있다.

도4a의 흐름도는 아웃고잉 트래픽에 대한 도5의 소프트웨어 라우터(138)의 단계들을 도시한다. 도4a를 언급하면, 거기에는 흐름도(310)이 보여진다. 시작 단계(312) 후에, 소프트웨어 라우터는 네트워크 레이어로부터 도착하는 아웃고잉 데이타 프레임들을 기다린다. 프레임들은 인커밍 인터페이스 athN(140)로부터 읽혀진다. 상기 인터페이스가 로우 모드(raw mode)에서 구성되는 경우, 아웃고잉 프레임들은 이더넷 II 헤더(Ethernet II header, 326)로 압축되고 eth0(140) 인터페이스(328)로 디스패치된다. 상기 인터페이스가 로우 모드(raw mode)에서 구성되지 않는 경우, 소프트웨어 라우터는 전송 레이트 그리고 모듈레이션 설계(316)을 선택하고, 전송 전력(318)을 선택하며, RTS/CTS 절차가 반드시 이용되어야 하는지(320)를 결정하며, 802.11 헤더(324)로 그 후 라디오탭 헤더(Radiotap Header, 326)로 프레임을 압축하고 블록(326)로 결과 프레임(resulting frame)을 전달한다.

도4b는 인커밍 트래픽을 위한 도5의 소프트웨어 라우터(138)의 단계들을 나타내는 흐름도이다. 도4b를 언급하면, 거기에는 흐름도(330)이 나타나있다. 시작 단계(332) 후에, 소프트웨어 라우터는 인터페이스 eth0(332)로부터 도착하는 인커밍 데이타를 기다린다. 상기 라우터는 그 후 이더넷 II 헤더(324)로부터 상기 프레임을 압축해제하고, 상기 프레임이 오류가 생겼는지를 확인한다.(326) 상기 소프트웨어 라우터는 상기 프레임의 목적 어드레스를 읽는다. 이 프레임이 어드레스되는 상기 인터페이스가 로우 모드(raw mode)에서 구성된다면, 상기 프레임은 적합한 athN 인터페이스로 디스패치된다.(348) 반면, 상기 소프트웨어 라우터는 전송 피드백 정보를 처리하고(338), 데이타 프레임들이 아닌 것들을 버리고(340), 라디오 탭 헤더(342) 그리고 802.11 헤더(344)로부터 상기 프레임을 압축해제한다. 결과 프레임은 블록(348)에 디스패치된다.

도4c는 아웃고잉 트래픽에 대한 도5의 소프트웨어 라우터(132)의 단계들을 도시한다. 도3c를 언급하면, 거기에는 흐름도(350)이 보여진다. 시작 단계(352) 후에, 소프트웨어 라우터는 인터페이스 tapN (도5의 136)으로부터 아웃고잉 프레임들을 수신한다. 상기 소프트웨어 라우터는 그 후 이더넷 II 헤더(354)로부터 소스(source, SA)와 목적지(destination, DA)의 주소(addresses)들을 읽고 이더넷 II 헤더(356)으로부터 상기 프레임을 압축해제한다. 소프트웨어 라우터는 링크가 DA로부터 SA로 가는지에 대해 링크 브로커(도1의 134)를 조회한다. 만약 상기 링크가 링크 브로커 캐쉬에서 이용가능하다면, 상기 프레임은 적합한 인터페이스(362)로 디스패치된다; 이와 반대로 링크가 조용히 드랍된다면(silently dropped) 추가 액션(further actions)은 취해지지 않는다.(358)

도4d는 인커밍 트래픽에 대한 소프트웨어 라우터(도5의 132)의 단계들을 나타내는 흐름도이다. 도4d를 언급하면, 거기에 흐름도(370)가 보여진다. 단계(372)후에, 상기 소프트웨어는 인터페이스 athN(144)로부터 인커밍 프레임(372)를 수신한다. 상기 소프트웨어 라우터는 이후 소스(SA)와 목적지의 주소(DA)를 프레임으로부터 읽는다. 소프트웨어 라우터는 링크가 DA로부터 SA로 가는지에 대해 링크 브로커(도1의 134)를 조회한다. 만약 상기 링크가 링크 브로커 캐쉬(link broker cahe)에서 이용가능하다면, 상기 프레임은 이더넷 II 헤더(378)로 압축되고 적합한 인터페이스(380)로 디스패치된다; 이와 반대로 링크가 조용히 드랍된다면(silently dropped) 추가 액션(further actions)은 취해지지 않는다.(376)

시도 조건에서 생산 트래픽을 보존하는데 있어 이 발명의 효과성을 나타내기 위해, 다음 실험적 시나리오들이 설정되었다 : 두개의 무선 노드들, 각각은 세기의 조각들(slivers)를 구동하고, 동일한 무선 링크를 공유한다. 링크 품질의 변화들은 채널 품질 조건들의 악화를 시뮬레이팅하기 위해 두개의 노드들을 계속해서 떨어뜨리는 것에 의해 에뮬레이트되었다.(emulated) 계속적인 UDP 플로우(flow)는 두개의 노드들 중에서 발생되었다; 그 레이트는 무선 링크가 언제나 포화되는 것이다.

두개의 특권 조각들(privileged slices, #1 그리고 #2)가 정의되었다. 양 슬라이드들은 세번째 조각들보다 더 높은 전송 우선순위를 갖고 최소 보장된 발신 대역폭은 5 그리고 3Mb/s로 각각 설정한다. 세번째 조각은 보장되지 않는 대역폭을 갖는다.(이는 생산 트래픽을 위해 조각 #1을, 각각 새로운 비디오-스트리밍 서비스 그리고 네트워크 관리와 모니터링을 위해 잔존 조각 #2 그리고 #3을 갖는 WISP을 시뮬레이트한다) 도6에 도시되는 결과는 이용가능한 무선 링크 용량의 다른 조건들에서 조각당(per-slice) 처리량 수치(throughput figures)을 보여준다. 그에 보여지는대로, 이 발명은 조각 #1 그리고 #2의 산출량들은 오직 조각 #3의 손상에 대한 무선 링크 조건들에 의해 조금만 영향받는 것을 보장하며, 멀티-홉 무선 환경에서 효과적인 가상화의 문제를 이러한 방식으로 해결한다.

Claims (15)

  1. 가상 노드들 중 사용가능한 대역폭을 분배하기 위한 대역폭 분배기(partitioner)를 이용하는 단계; 및
    가상 인터페이스들의 집합과 함께 각 가상 노드들을 제공하는 탭 프로토콜(tap protocol)을 이용하는 단계;를 포함하고,
    적합한 가상 노드들에 디스패치되는 데이타 프레임들과 같은 동일 물리적 기반시설에 공존하는 네트워크 조각들(slices) 중 완전한 라디오 고립을 순응적으로 제공하기 위한 링크 브로커 모듈(link broker module)의 이용을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    데이타 프레임들은 또한 상기 가상 노드들로부터 상기 물리적 기반시설의 적합한 인터페이스로 디스패치(dispatch) 되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 네트워크는 멀티-홉(multi-hop) 네트워크인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    대역폭 분배기는 무선 NIC 로부터 무선 채널 통계들을 획득하고 상기 링크 브로커의 각 클래스에 할당된 대역폭을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    패킷 전송(packet transmission)은 상기 대역폭 분배기에 의해 할당된 대역폭에 기반하여 가상 노드에 연결된 링크 스케쥴러 클래스(link scheduler class)에 할당되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    추가 소프트웨터 라우터(software router)는 전송 레이트, 변조 설계(modulation scheme), 전송 전력 그리고 데이타 프레임을 전달하기 위한 RTS/CTS 절차의 이용을 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 링크 브로커 모듈은 미리-요구된 정책들(pre-required policies)에 기반하여 다른 네트워크 조각들을 위한 다른 연결 그래프들을 추가로 정의하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    다른 네트워크 조각들에 대해 상기 연결 그래프들의 노드들이 물리적으로 분리되지 않는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    가상 노드들 중 이용가능한 대역폭의 분배는 사용자-정의 정책들의 집합과 실제 무선 채널 조건들에 따라 실현되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탭 프로토콜은, 스테이션 또는 마스터 모드(Station or Master mode)에서 작동하고, 하나 또는 그 이상의 게스트 작업 시스템에 노출되는 IEEE 802.11 장치의 기준의 경우 기초 물리적 어댑터를 구동하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항의 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독가능한 명령(instructions)들이 저장된 컴퓨터 기록 매체.
  12. 가상 노드들 중 사용가능한 대역폭을 분배하기 위한 대역폭 분배기(partitioner); 및
    가상 인터페이스들의 집합과 함께 각 가상 노드들을 제공하는 탭 프로토콜(tap protocol)의 구동을 가능하게 하는 장치;을 포함하고,
    데이타 프레임이 적합한 가상 노드들에 디스패치되고 데이타 프레임들이 언급된 가상 노드들로부터 물리적 기반시설의 적합한 인터페이스로도 디스패치되는 것으로, 동일 물리적 기반시설에 공존하는 네트워크 조각들(slices) 중 완전한 라디오 고립을 순응적으로 제공하기 위한 링크 브로커(link broker module)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 네트워크 가상화를 제공하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    대역폭 분배기는 무선 NIC 로부터 무선 채널 통계들을 획득하고 상기 링크 브로커의 각 클래스에 할당된 대역폭을 업데이트하고,
    패킷 전송(packet transmission)은 상기 대역폭 분배기에 의해 할당된 대역폭에 기반하여 가상 노드에 연결된 링크 스케쥴러 클래스(link scheduler class)에 할당되며,
    라우터(router)는 전송 레이트, 변조 설계(modulation scheme), 전송 전력 그리고 데이타 프레임을 전달하기 위한 RTS/CTS 절차의 이용을 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 링크 브로커는 미리-요구되는 정책들에 기반하여 다른 네트워크 조각들에 대한 다른 연결 그래프들을 추가로 정의하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    가상 노드들 중 이용가능한 대역폭의 분배는 사용자-정의 정책들의 집합과 실제 무선 채널 조건들에 따라 실현되며 상기 탭 프로토콜은, 스테이션 또는 마스터 모드(Station or Master mode)에서 작동하고, 하나 또는 그 이상의 게스트 작업 시스템에 노출되는 IEEE 802.11 장치의 기준의 경우 기초 물리적 어댑터를 구동하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 가상화를 제공하는 시스템.
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