KR20130104192A - 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법 및 장치 - Google Patents

다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 통신 보장을 위한 다중 경로 통신 프로토콜에 관한 것으로, 본 발명에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법은 N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정 단계; 및 상기 측정된 실패 확률에 따라 상기 N개의 경로에 경로를 추가 또는 삭제하여 데이터의 통신 경로를 결정하는 경로 결정 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 유동적이지 않은 트래픽에서만 실시간 통신을 보장해 주는 기존의 기술과는 달리 유동적인 트래픽에서도 데이터 왕복시간(RTT: Round Trip Time) 데이터를 기반으로 통신성능을 보장해주는 최소한의 다중 경로 세트를 선택해 줌으로써 플랜트 제어에 요구되는 통신성능을 확률적으로 보장할 수 있다.

Description

다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법 및 장치{Method and apparatus for deciding number of path in multi-path network}
본 발명은 실시간 통신 보장을 위한 다중 경로 통신 프로토콜에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가변적인 통신환경에서 플랜트를 안정적으로 원격 제어하기 위해서 플랜트가 요구하는 데이터 전송 성능을 보장해 줄 수 있는 통신 및 네트워크 프로토콜 에 관한 것이다.
NCS(Networked Control System)은 원격지의 플랜트를 네트워크를 통한 실시간 피드백을 구성하여 자동 제어하는 시스템이다. NCS는 크게 플랜트와 제어기， 그리고 네트워크로 구성된다. 플랜트와 제어기를 연결하는 네트워크는 플랜트 제어의 안정성을 확보하기 위해서 데이터 전송 지연 및 패킷 손실에 대한 제약조건을 만족시켜야 한다. 그러나 NCS 의 여러 구성요소들이 제한적인 대역폭을 가진 네트워크를 공유하여 불규칙적으로 통신지연이 발생하거나 데이터가 유실 될 수 있기 때문에， 플랜트 제어에 요구되는 통신성능을 보장하기 어려워진다. 이렇게 가변적인 통신환경에서 플랜트를 안정적으로 원격 제어하기 위해서는， 플랜트가 요구하는 데이터 전송 성능을 보장해 줄 수 있는 통신 및 네트워크 프로토콜 개발이 필요하다.
이러한 실시간 통신이 요구되는 어플리케이션을 위하여 여러 통신 프로토콜이 제안되었으나, 대부분의 기술들은 기존 네트워크 시스템에 추가적인 수정이 요구되는 우선순위 스케쥴링(priority scheduling) 기법을 이용하였다. 또한 다중경로를 이용한 방법도 많이 제시되었으나 이는 NCS에서 요구하는 보다 작은 응답속도(low latency)를 얻기 위함이 아닌 load balancing을 통하여 end-to-end throughput 성능을 올리는데 사용되었다. 또한 유동적이지 않은 트래픽에 대해서 최적화 문제를 공식화 하여 실시간 통신을 보장시키는 기술을 개발하였으나，통신 트래픽이 유동적으로 발생하는 경우에 대해서는 통신성능을 보장해주지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가변적인 통신환경에서 실시간 통신이 요구되는 NCS를 제어할 수 있는 다중경로 통신 프로토콜을 제안하며, 충분한 경로의 개수가 주어져있는 임의의 네트워크 토폴로지에서 플랜트 제어에 필요한 적절한 경로의 세트(set) 및 개수를 선정함으로써， 다중경로를 통한 중복 전송으로 인한 통신 오버헤드는 줄이는 반면에 플랜제어에 요구되는 통신 제약조건을 만족시키는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법은 N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정 단계; 및 상기 측정된 실패 확률에 따라 상기 N개의 경로에 경로를 추가 또는 삭제하여 데이터의 통신 경로를 결정하는 경로 결정 단계를 포함한다.
상기 데이터 통신에서의 경로 설정 방법은, 상기 결정된 통신 경로를 통하여 상기 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 실패 확률 측정 단계는, 상기 왕복시간을 상기 통신 제약조건을 정의하는 제약변수와 비교하여 상기 통신 제약조건의 만족 여부를 확인하는 제약조건 확인 단계; 및 상기 확인된 통신 제약조건의 만족 여부 결과에 따른 상기 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정 단계는 상기 실패확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수를 초과하는 경우 경로를 추가하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정 단계는 경로 추가하는 경우, 상기 N개의 경로 중 적어도 하나의 경로를 이용하여 생성된 가상의 경로를 추가하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정 단계는 상기 실패 확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수 미만인 경우 경로를 삭제하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정 단계는 경로 삭제하는 경우 상기 N개의 경로 중 상기 제약조건을 가장 불만족 시키는 경로(Poorest path)를 삭제하는 것이 바람직하다.
상기 실패 확률 측정 단계는 상기 추가 또는 삭제되는 경로에 대한 실패 확률을 측정하고, 상기 경로 결정 단계는 상기 추가 또는 삭제된 경로에 대하여 측정된 실패 확률에 따라 반복하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 실패 확률 측정 단계는 상기 데이터 전송 단계에서 전송된 데이터의 왕복 시간을 이용하여 상기 왕복시간을 갱신하고, 상기 갱신된 왕복시간에 따른 상기 실패 확률을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치는 N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정부; 및 상기 측정된 실패 확률에 따라 상기 N개의 경로에 경로를 추가 또는 삭제하여 데이터의 통신 경로를 결정하는 경로 결정부를 포함한다.
상기 데이터 통신에서의 경로 설정 장치는, 상기 결정된 통신 경로를 통하여 상기 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 실패 확률 측정부는, 상기 왕복시간을 상기 통신 제약조건을 정의하는 제약변수와 비교하여 상기 통신 제약조건의 만족 여부를 확인하는 제약조건 확인부; 및 상기 확인된 통신 제약조건의 만족 여부 결과에 따른 상기 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정부는 상기 실패확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수를 초과하는 경우 경로를 추가하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정부는 경로 추가하는 경우, 상기 N개의 경로 중 적어도 하나의 경로를 이용하여 생성된 가상의 경로를 추가하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정부는 상기 실패 확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수 미만인 경우 경로를 삭제하는 것이 바람직하다.
상기 경로 결정부는 경로 삭제하는 경우 상기 N개의 경로 중 상기 제약조건을 가장 불만족 시키는 경로(Poorest path)를 삭제하는 것이 바람직하다.
상기 실패 확률 측정부는 상기 추가 또는 삭제되는 경로에 대한 실패 확률을 측정하고, 상기 경로 결정부는 상기 추가 또는 삭제된 경로에 대하여 측정된 실패 확률에 따라 반복하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 실패 확률 측정부는 상기 데이터 전송부에서 전송된 데이터의 왕복 시간을 이용하여 상기 왕복시간을 갱신하고, 상기 갱신된 왕복시간에 따른 상기 실패 확률을 측정하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법이 컴퓨터상에서 수행될 수 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체는, N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정 단계; 및 상기 측정된 실패 확률에 따라 상기 N개의 경로에 경로를 추가 또는 삭제하여 상기 데이터의 통신 경로를 결정하는 경로 결정 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 유동적이지 않은 트래픽에서만 실시간 통신을 보장해 주는 기존의 기술과는 달리 유동적인 트래픽에서도 데이터 왕복시간(RTT: Round Trip Time) 데이터를 기반으로 통신성능을 보장해주는 최소한의 다중 경로 세트를 선택해 줌으로써 플랜트 제어에 요구되는 통신성능을 확률적으로 보장할 수 있다. 또한 경로 개수를 결정함에 있어 추가적인 측정 없이 기존의 측정값을 이용하여 경로 개수를 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실패 확률 측정 단계를 나타내는 세부 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 경로 결정 단계를 나타내는 세부 흐름도이다.
도 4a, 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 경로 결정 단계에서 경로를 추가하는 예를 나타내는 예시도이다.
도 5a, 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 경로 결정 단계에서 경로를 삭제하는 예를 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치를 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 여기의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소에 바로 연결될 수도 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있음을 의미한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일 또는 유사한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일 또는 유사한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 경로 설정 방법은 실패 확률 측정 단계(S100), 경로 결정 단계(S200), 데이터 전송 단계(S300)를 포함한다.
실패 확률 측정 단계(S100)는 N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정한다. 보다 상세하게는 통신 제약조건을 정의하는 미리 결정된 제약변수를 이용하여, N개의 경로를 통하여 측정된 M개의 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른 상기 데이터 통신의 실패 확률을 측정한다. 본 실시예에서 실패 확률은 실시간 통신이 요구되는 상황에서 이를 위해 다중 경로를 통하여 복수의 데이터를 전송하는 경우 전송한 데이터 수 대비 전송에 실패한 데이터의 수를 의미한다. 실패 확률 측정 단계(S100)는 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실패 확률 측정 단계(S100)를 나타내는 세부 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 실패 확률 측정 단계(S100)는 왕복시간 데이터 입력 단계(S110), 제약조건 확인 단계(S120), 통신 실패 확인 단계, 실패 확률 측정 단계(S140)를 포함한다.
왕복시간 데이터 입력 단계(S110)는 초기 다중 경로 선정을 위한 왕복시간 데이터를 수집하기 위하여, N개의 후보 경로에 M개의 실험 패킷(probing packet)을 전송한다. 본 실시예에서 왕복시간(RTT: Round Trip Time)은 원격제어를 요하는 플랜트가 특정 경로에 대하여 센싱 데이터 패킷(sensing data packet)을 전송하고 이에 대한 컨트롤 패킷(control packet)을 받을 때까지 걸리는 시간을 의미한다. 따라서 왕복시간 데이터 입력 단계(S110)는 N개의 경로를 통하여 전송된 M개의 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)의 측정 데이터를 통신 제약조건 만족의 확인을 위해 입력 받는다. 이하 제약조건 확인 단계(S120)에 대해 설명한다.
제약조건 확인 단계(S120)는 입력 받은 왕복시간 데이터에 대하여 제약변수를 이용하여 통신 제약조건의 만족 여부를 확인한다. 본 실시예에서 제약변수는 플랜트의 안정적 제어를 위한 왕복시간을 제약하는 제약조건을 정의하는 것으로 제약변수 값보다 왕복시간이 적어야만 플랜트의 안정적 제어가 가능하다. 제약조건 만족 여부 확인 단계는 N개의 경로에 대한 M개의 데이터 각각에 대해 제약조건의 만족 여부를 확인하게 되며 그 결과는 이진 변수를 통하여 0 또는 1을 통해 표현하는 것이 바람직하다. 경로에 대한 색인을 i(1<i≤N), 데이터 패킷에 대한 색인을 j((1<j≤M)이라 할 때 제약조건 만족 여부 결과 dij는 수학식 1을 통해 표현된다.
Figure pat00001
RTT ij 는 i번째 경로의 j번째 왕복시간을 의미하고, τc는 미리 결정된 제약변수를 의미한다. 제약조건 만족 여부 결과 dij는 RTT ij 가 τc보다 크면 1이고, 아니면 0이다. 즉, 해당 경로에서 통신 제약조건이 만족되면 dij가 0이고, 불만족 되는 경우 1이다.
도 4a는 3개의 경로에 대하 전송된 5개의 데이터 패킷의 제약조건 만족 여부 결과를 나타낸다. 도 4a를 참조하면 경로 2의 경우 첫번째와 두번째 데이터 패킷의 경우 d21, d22가 0이므로 제약조건을 만족하였으나 세번째, 네번째 및 다섯번째 데이터 패킷은 d23, d24, d25는 1이므로 제약조건을 불만족하는 것으로 나타난다.
실패 여부 확인 단계(S130)는 각 데이터 패킷에 대하여 데이터 전송의 실패 여부를 확인하는 것으로, 본 실시예에서 통신의 실패는 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 것을 의미하며, 데이터 패킷을 전송한 경로에 있어서 적어도 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족하는 경우 데이터 패킷의 통신은 성공한 것으로 판단한다. 따라서 데이터 패킷 마다 통신의 실패 여부가 확인되며, 통신의 실패 여부를 나타내는 이진 변수 Fj N은 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure pat00002
여기서 S는 선택된 경로들의 집합을 의미한다. Fj N이 0인 경우는 통신 성공을 의미하며, 1인 경우는 통신 실패를 나타난다. 따라서 통신의 실패여부의 확인은 사용되는 전체 경로 중 적어도 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족하는 경우는 성공한 것으로 확인되며 전체 경로에 대하여 통신 제약조건을 불만족한 경우 실패한 것으로 확인된다. 본 실시예에 따른 3개의 경로에 대하 전송된 5개의 데이터 패킷에 대한 실패여부의 확인 결과 Fj 3은 도 4a와 같이 나타난다. 도 4a를 참조하면 4번째 데이터 패킷에 대하여 경로 1, 2, 3 모두에 대하여 제약조건을 불만족하여 통신에 실패한 것으로 확인되며 따라서 F4 3은 1을 갖는다.
실패 확률 측정 단계(S140)는 확인된 통신 제약조건의 만족 여부 결과를 이용하여 상기 M개의 데이터 에 따른 실패 확률을 측정한다. 본 실시예에서 실패 확률은 전체 데이터 대비 통신 제약조건의 위반 확률을 의미하며, 보다 상세하게는 N개의 경로를 통하여 전송된 M개의 데이터 중 데이터 통신에 실패한 데이터의 비율을 의미한다. 따라서 실패 확률은 수학식 2에서 정의된 이진 변수 Fj N을 이용하여 수학식 3으로 정의되며, 실패 확률 측정 단계(S140)는 수학식 3을 통해 측정된다.
Figure pat00003
도 4a를 참조하면 P3은 (F1 3+ F2 3+ F3 3+ F4 3+ F5 3)/5이며, 따라서 3개의 경로를 통해 전송된 5개의 데이터 통신의 실패 확률은 0.2로 구해진다. 이하 측정된 실패 확률을 이용하여 데이터 통신 경로를 결정하는 단게에 대해 설명한다.
경로 결정 단계(S200)는 실패 확률 측정 단계(S140)에서 측정된 실패 확률을 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수와 비교하여 상기 N개의 경로에 대한 경로의 추가 또는 삭제 여부를 결정한다. 본 실시예에서 통신 실패 조건은 네트워크의 안정성을 보장하기 위한 통신실패확률의 한계로서, 설계변수는 ε로 정의되며, 실패 확률이 설계변수보다 작은 경우 원격지이 플랜트를 안정적으로 제어가능 한 것으로 본다. 따라서 경로 결정 단계(S200)는 실패 확률과 설계변수를 비교하여 데이터 통신을 위한 경로의 수를 결정하며 이는 도 3을 통해 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 경로 결정 단계(S200)를 나타내는 세부 흐름도이다. 도 3을 참조하면 본 실시예에 따른 경로 결정 단계(S200)는 설계변수 비교 단계, 경로 추가 단계, 경로 삭제 단계를 포함한다.
설계변수 비교 단계는 측정된 실패 확률과 미리 결정된 실패 확률을 비교하여 네트워크의 안정성을 검증하는 단계이다. 본 실시예에서 경로 결정 단계(S200)는 설계변수 비교 단계에서 실패 확률이 상기 설계변수를 초과하는 것으로 판단된 경우 경로의 추가를 결정하는 것이 바람직하며, 실패 확률이 상기 설계변수 미만인 경우 경로의 삭제를 결정하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 경로 추가 단계(S220)는 현재 N개의 경로를 통하여 데이터 전송시 실패 확률이 미리 결정된 설계변수보다 높아 안정성에 위반되는 것으로 판단하여 N개의 경로 중 적어도 하나의 경로를 이용하여 미리 결정된 알고리즘에 따라 생성된 가상의 경로를 추가하는 단계이다. 본 실시예에서 추가되는 경로는 부가적인 데이터 왕복시간의 측정 없이 미리 결정된 알고리즘에 따라 생성되는 것으로, 추가되는 경로 dN + 1를 통한 M개 데이터의 왕복시간 RTTN + 1는 수학식 4를 통해 생성된다.
Figure pat00004
RTTL은 N개의경로 중 통신 제약조건의 위반이 가장 많은 경로 dL의 왕복시간들을 의미하며 L은 수학식 5로 정의된다.
Figure pat00005
수학식 4의 randperm()은 경로 dL의 왕복시간을 무작위로 섞는 함수를 의미한다. 도 4a를 참조하면 경로 결정 단계(S200)는 실패 확률 측정 단계(S140)에서 측정된 실패 확률은 0.2로 본 실시예에서 결정된 설계변수 ε=0.1을 초과하므로 경로의 추가를 결정한다. 도 4b를 참조하면 본 실시예에서 추가되는 경로 d4 -는 통신 제약조건을 가장 불만족 시키는 경로 d2의 RTT2를 데이터의 순서에 상관 없이 섞은 RTT4에 따른 왕복시간을 갖는다. 경로의 추가에 따라 재측정된 실패확률은 0이되고, 경로 결정 단계는 경로 수를 4개로 결정한다. 본 실시예에 따른 경로 설정 방법은 플랜트 제어에 요구되는 통신성능을 확률적으로 보장하기 위한 것으로 따라서 경로 개수 추정에 있어 추가적인 경로가 필요하더라도 추가적인 왕복시간의 측정 없이 기존의 측정값을 이용하여 추가되는 경로의 왕복시간을 결정할 수 있으며, 이용되는 기존의 측정값으로 가장 제약조건의 위반이 많은 경로의 왕복시간 측정값을 이용함에 따라 확률적으로 최소한의 안정성을 보장할 수 있다.
본 실시예에서 경로 삭제 단계(S230)는 통신 안정성을 만족시키는 범위 내에서 최소한의 경로 설정을 통하여 네트워크의 부하를 감소 시키기 위하여 통신 경로를 삭제하여 경로의 수를 감소시키는 단계이다. 본 실시예서 삭제되는 경로는 N개의 경로 중 제약조건을 가장 불만족 시키는 경로(Poorest path)인 것이 바람직하다. 도 5a를 참조하면 본 실시예에서 4개의 경로를 통해 전송된 5개 데이터의 실패 확률은 0으로서 미리 결정된 설계변수 보다 적으며 따라서 제약조건의 위반이 가장 많은 경로 d4를 삭제한다. d4를 삭제하는 것은 제약조건의 위반이 가장 많은 경로를 삭제하여 경로의 삭제에 따른 실패 확률의 증가를 최소화 하는 것으로 이를 통해 본 실시예에 따른 경로 설정 방법은 네트워크 안정을 보장하는 최소한의 경로 수를 설정할 수 있다. 도 5b를 참조하면 경로 4의 삭제에 따라 결정된 3개의 경로의 실패확률은 0.2이며 이는 설계변수 0.3미만이므로 본 실시예에 따른 통신 제약조건을 만족하며, 이에 하나의 경로를 삭제한 2개의 경로의 실패확률은 0.4로 설계변수를 초과하므로 경로 결정 단계(S200)는 경로 수를 3개로 결정한다.
본 실시예에서 경로의 추가 또는 삭제가 결정 된 경우 실패 확률 측정 단계(S140)는 상기 추가 또는 삭제 결정된 경로에 대한 실패 확률을 측정하고, 경로 결정 단계(S200)는 추가 또는 삭제된 경로에 대하여 측정된 실패 확률에 따라 반복하여 수행되는 것이 바람직하다. 경로 결정 단계(S200)가 반복하여 수행된다는 것은 데이터 통신에 있어 N개와 N-l 개의 경로를 이용하였을 때 실패 확률이 설계변수 미만인 경우, 경로 하나를 제거하고 다시 경로 하나가 제거된 경로 수 N 개와 이에 대한 N-l 개의 경로를 이용하였을 때 실패 확률이 설계변수 미만인지 여부를 확인한다. 결과적으로 현재 사용하는 경로의 개수가 N개일 때 제약조건을 만족시키고, N-l 개일 때 제약조건을 만족시키지 못하면, N개의 경로를 이용하여 데이터를 전송하는 것으로 이 때 경로 수 N을 결정할 때까지 경로 결정 단계(S200)는 반복하여 수행된다.
도 3을 참조하면 설계 변수 비교 단계는 경로 수 N개에 대한 실패 확률 PN을 설계변수 ε와 비교하여(S212) 실패 확률이 설계변수를 초과하는 경우는 경로를 추가한다(S220). 경로가 추가된 경우 추가된 경로에 대한 실패 확률을 재 측정(S130, S140)하고, 재 측정된 실패 확률 PN =N+1을 설계변수와 비교한다(S212). 비교 결과 실패 확률이 설계변수 미만인 경우 하나의 경로가 삭제된 N-1 개의 경로에 따른 실패 확률과 설계변수를 비교한다(S214). 비교 결과 실패 확률 PN -1이 설계변수 ε를 초과하는 경우 경로 결정 단계(S200)는 경로 수를 N-1로 결정한다. 설계변수 ε미만인 경우 가장 제약조건을 불만족 시키는 경로를 삭제하고 삭제된 경로에 따른 실패 확률을 재 측정하며(S130, S140), 이때 경로 수는 N-1이 된다. 설계 변수 비교 단계는 재 측정된 실패 확률 PN =N-1을 설계 변수와 비교하게 된다(S212). 본 실시예에서 설계변수는 데이터 전송에 따라 미리 결정된 값으로 재설정 될 수 있다.
데이터 전송 단계(S300)는 경로 결정 단계(S200)에서 결정된 경로를 통하여 데이터를 전송한다. 본 실시예에서 결정되는 경로는 상술한 경로 결정 방법에 따라 경로 결정 단계(S200)를 반복 수행하여 최종 결정된 경로를 통하여 데이터를 전송하는 것이 바람직하다. 도 4a를 참조하면 경로 결정 단계(S200)는 하나의 경로가 추가된 4개의 경로를 최종 경로로 결정하고 이를 통해 데이터를 전송하게 되며, 도 5의 경우 경로 결정 단계(S200)는 하나의 경로가 삭제된 3개의 경로를 최종 경로로 결정하고 이를 통해 데이터를 전송하게 된다.
본 실시예에서 실패 확률 측정 단계(S140)는 데이터 전송 단계(S300)에서 전송된 데이터의 왕복 시간을 입력 받아(S110) 왕복시간을 갱신하고, 갱신된 왕복시간에 따른 실패확률을 측정하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명된 본 실시예에 따른 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법은 유동적인 트래픽 환경에서도 왕복시간(RTT)데이터를 기반으로 통신 성능을 보장해주는 최소한의 다중 경로 세트를 선택해 줌으로써, 플랜트 제어에 요구되는 통신성능을 확률적으로 보장할 수 있으며, 경로 개수의 결정에 있어 추가적인 왕복시간의 측정이 불필요하므로 경로 결정에 따른 알고리즘의 오버헤드를 줄일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 경로 를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법을 수행하는 경로 설정 장치를 설명한다. 도 6을 참조하면 본 실시예에 따른 경로 설정 장치(1)는 실패 확률 측정부(100), 경로 결정부(200), 데이터 전송부(300)를 포함한다.
실패 확률 측정부(100)는 미리 결정된 제약변수를 이용하여, N개의 경로를 통하여 측정된 M개의 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른 상기 데이터 통신의 실패 확률을 측정하며(S100), 이를 위해 세부적으로 왕복시간 데이터 입력부(110), 제약조건 확인부(120), 통신 실패 확인부(130), 실패 확률 측정부(140)를 포함한다. 왕복시간 데이터 입력부(110)는 N개의 경로를 통하여 전송된 M개의 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)의 측정 데이터를 통신 제약조건 만족의 확인을 위해 입력 받는다(S110). 제약조건 확인부(120)는 입력 받은 왕복시간 데이터에 대하여 제약변수를 이용하여 통신 제약조건의 만족 여부를 확인한다(S120). 이에 대한 상세한 설명은 상술된 바와 같으므로 중복된 설명은 생략한다.
또한 통신 실패 확인부(130)는 각 데이터 패킷에 대하여 데이터 통신의 실패 여부를 확인(S130)하며, 실패 확률 측정부(140)는 확인된 통신 제약조건의 만족 여부 결과를 이용하여 상기 M개의 데이터 에 따른 실패 확률을 측정한다(S130).
경로 결정부(200)는 상술된 경로 결정 단계를 수행하며, 실패 확률 측정 단계에서 측정된 실패 확률을 미리 결정된 설계변수와 비교하여 상기 N개의 경로에 대한 경로의 추가 또는 삭제 여부를 결정한다(S200). 경로 결정부는 실패 확률과 설계변수를 비교(S210)하는 설계변수 비교부(210)와 결정에 따라 경로를 추가(S220)하는 경로 추가부(220) 및 경로를 삭제(S230)하는 경로 삭제부(230)를 포함한다. 구체적인 경로의 결정 방법은 상술한 바와 같으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
데이터 전송부(300)는 경로 결정 단계에서 결정된 경로를 통하여 데이터를 전송한다(S300). 본 실시예에서 결정되는 경로는 상술한 경로 결정 방법에 따라 경로 결정 단계를 반복 수행하여 최종 결정된 경로를 통하여 데이터를 전송하는 것이 바람직하다(S300).
한편 본 발명의 경로 설정 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트 들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정 단계; 및
    상기 측정된 실패 확률에 따라 상기 N개의 경로에 경로를 추가 또는 삭제하여 데이터의 통신 경로를 결정하는 경로 결정 단계를 포함하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  2. 제 1 항에 있어서 상기 데이터 통신에서의 경로 설정 방법은,
    상기 결정된 통신 경로를 통하여 상기 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  3. 제 1 항에 있어서 상기 실패 확률 측정 단계는,
    상기 왕복시간을 상기 통신 제약조건을 정의하는 제약변수와 비교하여 상기 통신 제약조건의 만족 여부를 확인하는 제약조건 확인 단계; 및
    상기 확인된 통신 제약조건의 만족 여부 결과에 따른 상기 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 경로 결정 단계는 상기 실패확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수를 초과하는 경우 경로를 추가하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경로 결정 단계는 경로 추가하는 경우, 상기 N개의 경로 중 적어도 하나의 경로를 이용하여 생성된 가상의 경로를 추가하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 경로 결정 단계는 상기 실패 확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수 미만인 경우 경로를 삭제하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 경로 결정 단계는 경로 삭제하는 경우 상기 N개의 경로 중 상기 통신 제약조건을 가장 불만족 시키는 경로(Poorest path)를 삭제하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 실패 확률 측정 단계는 상기 추가 또는 삭제되는 경로에 대한 실패 확률을 측정하고, 상기 경로 결정 단계는 상기 추가 또는 삭제된 경로에 대하여 측정된 실패 확률에 따라 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 실패 확률 측정 단계는 상기 데이터 전송 단계에서 전송된 데이터의 왕복 시간을 이용하여 상기 왕복시간을 갱신하고, 상기 갱신된 왕복시간에 따른 상기 실패 확률을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 방법
  10. N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정부; 및
    상기 측정된 실패 확률에 따라 상기 N개의 경로에 경로를 추가 또는 삭제하여 데이터의 통신 경로를 결정하는 경로 결정부를 포함하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  11. 제 10 항에 있어서 상기 데이터 통신에서의 경로 설정 장치는,
    상기 결정된 통신 경로를 통하여 상기 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  12. 제 10 항에 있어서 상기 실패 확률 측정부는,
    상기 왕복시간을 상기 통신 제약조건을 정의하는 제약변수와 비교하여 상기 통신 제약조건의 만족 여부를 확인하는 제약조건 확인부; 및
    상기 확인된 통신 제약조건의 만족 여부 결과에 따른 상기 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 경로 결정부는 상기 실패확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수를 초과하는 경우 경로를 추가하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 경로 결정부는 경로 추가하는 경우, 상기 N개의 경로 중 적어도 하나의 경로를 이용하여 생성된 가상의 경로를 추가하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 경로 결정부는 상기 실패 확률이 통신 실패 조건을 정의하는 설계변수 미만인 경우 경로를 삭제하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 경로 결정부는 경로 삭제하는 경우 상기 N개의 경로 중 상기 통신 제약조건을 가장 불만족 시키는 경로(Poorest path)를 삭제하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 실패 확률 측정부는 상기 추가 또는 삭제되는 경로에 대한 실패 확률을 측정하고, 상기 경로 결정부는 상기 추가 또는 삭제된 경로에 대하여 측정된 실패 확률에 따라 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 실패 확률 측정부는 상기 데이터 전송부에서 전송된 데이터의 왕복 시간을 이용하여 상기 왕복시간을 갱신하고, 상기 갱신된 왕복시간에 따른 상기 실패 확률을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 경로를 통한 데이터 통신에서의 경로 설정 장치
  19. N개의 경로를 통하여 측정된 데이터의 왕복시간(RTT: Round Trip Time)에 따른, 상기 경로 중 적어도 어느 하나의 경로에서 통신 제약조건을 만족시키지 못하는 데이터 통신의 실패 확률을 측정하는 실패 확률 측정 단계; 및
    상기 측정된 실패 확률에 따라 상기 N개의 경로에 경로를 추가 또는 삭제하여 상기 데이터의 통신 경로를 결정하는 경로 결정 단계를 컴퓨터 상에서 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체











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