KR20130116393A - 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이더넷 네트워크에 다양한 서비스가 혼재할 때 이더넷 트래픽의 전송을 우선순위에 따라 제어한다. 이를 위하여 이더넷 트래픽의 각 서비스 데이터에 대한 우선순위를 분석하고, 분석된 우선순위에 따라 각 서비스 데이터를 구분 저장하며, 구분 저장된 각 서비스 데이터를 그 우선순위에 따라 통신주기의 각 구간에서 전송한다. 통신 주기는 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간으로 나누어지는데, 우선순위가 가장 높은 서비스 데이터는 중요 서비스 구간 모두에서 전송하고, 그 이외의 서비스 데이터는 일반 서비스 구간에서 분배하여 전송한다. 이에 따라 최우선 서비스 이외의 서비스 데이터에 대한 손실 발생이나 서비스 품질 저하를 방지하면서도 최우선 순위의 서비스에 대한 품질을 보장할 수 있고, 이더넷 트래픽을 현재 상황에 가장 알맞게 조절할 수 있게 된다.

Description

이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법{ Scheduling Method for Improving Quality of Ethernet Service }
본 발명은 제어 데이터의 전송을 보장하기 위하여 주기적인 통신을 수행하는 이더넷 네트워크에서 중요 서비스 데이터를 우선적으로 처리하면서도 그 이외의 서비스에 대한 서비스 품질도 최대한 확보할 수 있도록 한다.
이더넷 네트워크에는 한 가지의 서비스만 존재하는 것이 아니라 여러 종류의 서비스가 함께 존재할 수 있으며, 각 서비스는 그 중요도가 다르다.
예들 들자면, IPTV와 같은 스트리밍 서비스, VoIP와 같은 실시간성 서비스, 제어용 데이터를 전달하는 경우 등을 들 수 있다.
이더넷을 사용할 때, 중요 데이터와 일반 데이터가 혼재하는 경우 중요 데이터의 서비스 품질(QoS: Quality of Service)를 보장하기 위해 다양한 기법이 사용된다. 서비스의 품질(QoS)를 보장하기 위해 가장 널리 쓰이는 방법은 서비스의 주체 또는 데이터의 종류에 따라 우선순위를 부여하고 높은 우선순위를 갖는 데이터를 먼저 처리하는 형태이다.
즉, 종래에는 VLAN ID의 TAG 정보 또는 서비스 유형(Type of Service) 정보 등을 이용하여 서비스를 구분하고, 우선순위가 높은 서비스를 먼저 전송하는 방식으로 서비스의 품질을 유지하였다.
그러나 이러한 종래의 방식은 중요 서비스로 지정된 서비스에 대해서만 서비스 품질을 보장하고 그 이외의 데이터에 대해서는 서비스 품질을 보장할 수 없는 단점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이더넷 네트워크에 다양한 서비스가 혼재할 때, 중요 서비스의 데이터를 우선적으로 처리하면서도 그 이외의 서비스에 대한 서비스 품질도 최대한 확보할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법은, 네트워크 인터페이스 장치가 이더넷 트래픽의 각 서비스 데이터에 대한 우선순위를 분석하는 단계; 분석된 우선순위에 따라 각 서비스 데이터를 구분 저장하는 단계; 및 상기 구분 저장된 각 서비스 데이터를 반복되는 통신 주기의 각 구간에서 우선순위에 따라 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 네트워크 인터페이스 장치는, 우선순위에 따른 각 서비스 데이터가 일시 저장되는 저장부; 및 각 서비스 데이터에 대한 우선순위를 분석하여 우선순위에 따라 각 서비스 데이터를 상기 저장부에 구분 저장하고, 상기 저장부에 저장되어 있는 각 서비스 데이터가 반복되는 통신 주기의 각 구간에서 우선순위에 따라 전송되도록 처리하는 스케줄링 처리부를 포함하여 이루어진다.
상기 통신 주기는 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간으로 구분되며, 우선순위가 가장 높은 서비스 데이터는 상기 중요 서비스 구간 모두에서 전송되고, 그 이외의 서비스 데이터는 상기 일반 서비스 구간에서 분배되어 전송된다.
상기 각 서비스 데이터에 대한 우선순위는 그 발생 빈도를 기초로 결정될 수 있다.
상기 일반 서비스 구간은 우선순위가 높은 서비스 데이터가 그 보다 낮은 우선순위의 서비스 데이터에 비해 더 많이 전송되도록 분배될 수 있다.
상기 우선순위가 가장 높은 서비스 데이터의 발생 빈도가 일정 값 이하로 떨어지면, 상기 중요 서비스 구간의 일부를 상기 일반 서비스 구간에서 전송되던 서비스 데이터 중 가장 우선순위가 높은 서비스 데이터의 전송에 사용할 수 있다.
상기 중요 서비스 구간에서 가장 높은 우선순위가 아닌 서비스 데이터를 전송하는 것은 해당 통신 주기에서만 이루어지도록 처리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 주기적인 데이터 통신에서 중요 서비스를 위한 시간 영역을 할당하여 최우선 데이터의 안정적인 전송을 보장하고, 일반 서비스를 위한 시간 영역도 할당하여 최우선이 아닌 데이터의 전송도 보장한다.
각 서비스들 사이의 우선순위는 각 서비스 데이터의 발생 빈도에 따라 변동하고, 그에 따라 데이터의 전송 빈도 또한 변동하기 때문에, 데이터의 전송은 현재 상황에 가장 알맞게 조절된다.
최우선 서비스 이외의 서비스 데이터에 대한 손실 발생이나 서비스 품질 저하를 방지하면서도 최우선 순위의 서비스 품질을 보장할 수 있으며, 모든 우선순위의 서비스에 대한 품질을 최대한 확보할 수 있게 된다.
도 1은 이더넷 네트워크의 예,
도 2는 본 발명에 따른 네트워크 인터페이스 장치의 일 실시예,
도 3은 통신 주기의 구성을 보인 예,
도 4는 각 서비스 데이터가 그 우선순위에 따라 통신 주기의 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간에서 전송되는 구체적 사례,
도 5는 본 발명에 따른 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법의 일 실시예,
도 6은 중요 서비스 구간을 이용하는 또 다는 방법을 설명하는 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 각 호스트 디바이스가 이더넷 통신 링크를 통해 서로 연결되어 있는 상태를 보인 것으로서, 각 호스트 디바이스(11)는 이더넷 트래픽을 처리하는 네트워크 인터페이스 장치(12)를 통해 서로 연결된다.
호스트 디바이스(11)란 데스크 탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 워크 스테이션, 이동통신단말 등 네트워크 인터페이스 장치(12)를 통해 네트워크에 연결되어 통신할 수 있는 일체의 기기를 말한다.
네트워크 인터페이스 장치(12)는 호스트 디바이스(11)에 내장되는 형태일 수도 있지만, 외장형으로 별도 구성될 수도 있다. 또한 네트워크 인터페이스 장치(12)는 필요에 따라 호스트 디바이스(11)와 연결되지 않고 독자적으로 네트워크 장비로서의 역할을 수행할 수도 있다.
본 발명과 관련하여 네트워크 인터페이스 장치(12)란 네트워크에 연결되어 이더넷 트래픽을 처리하는 일체의 장치를 말하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따라 이더넷의 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 네트워크 인터페이스 장치(12)의 블록도이다.
호스트 디바이스(11)에서 실행되는 어플리케이션(Application)의 서비스 데이터는 호스트 인터페이스(21)를 통해 수신되고, 스케줄링 처리부(24)의 우선순위 제어에 따라 매체 접근 제어기(MAC: Media Access Control,23)와 물리계층 인터페이스(25)를 통해 네트워크(15)로 전송된다.
도 2는 본 발명에 따라 이더넷 트래픽을 처리하는 네트워크 인터페이스 장치를 설명하기 위한 예일 뿐이며, 네트워크 인터페이스 장치(12)는 IEEE 802.3에서 기술하는 이더넷 표준을 따르는 한 얼마든지 다양하게 구성될 수 있으며, 일반적으로 사용되는 여러 관련 기술이 채용될 수 있다.
저장부(22)는 우선순위에 따른 각 서비스 데이터가 일시 저장되는 구성요소로서, 각 서비스 데이터는 우선순위에 따라 구분되어 저장된다. 서비스 데이터의 구분 저장을 위하여 저장부(22)는 물리적으로 나누어질 수도 있고, 주소 공간의 형태로 나누어질 수도 있다.
저장부(22)의 크기는 가장 낮은 우선순위의 서비스 데이터를 모두 전송하기에 충분한 용량을 가지는 것이 바람직하다.
스케줄링 처리부(24)는 각 서비스 데이터에 대한 우선순위를 분석하고, 각 서비스 데이터를 우선순위에 따라 저장부(22)에 구분 저장하며, 저장부(22)에 구분 저장되어 있는 각 서비스 데이터를 매체 접근 제어기(23)로 전달하는 등 우선순위 전송과 관련된 다양한 역할을 수행한다.
이러한 스케줄링 처리부(24)는 매체 접근 제어기(23)에 의해 실행되는 소프트웨어나 펌웨어로 구현될 수도 있고, 사용자 주문형 집적회로(ASIC: Application- Specific Integrated Circuit) 등 별도의 장치로 구현될 수도 있다.
< 스케줄링 처리부의 우선순위 분석 >
스케줄링 처리부(24)가 각 서비스 데이터에 대한 우선순위를 분석하는 방법은 다양하게 구성될 수 있다.
하나의 단순한 예로서 스케줄링 처리부(24)는 서비스 주체나 데이터의 종류 등 서지적 정보를 기초로 우선순위를 판단할 수 있다.
그러나 이더넷 서비스의 품질 향상을 위해서는 현재 이루어지고 있는 트래픽 상황을 적절하게 반영하는 것이 필요하다.
현재 이루어지고 있는 트래픽 상황을 적절하게 반영할 수 있는 하나의 방법으로서, 각 서비스 데이터의 발생 빈도를 기초로 우선순위를 결정할 수 있다. 예컨대, 스케줄링 처리부(24)는 일정 개수의 통신 주기 동안 각 서비스 데이터가 나타나는 횟수를 파악할 수 있으며, 발생 빈도가 높을수록 우선순위를 높이거나 또는 필요에 따라 낮출 수 있다.
각 서비스 데이터의 발생 빈도뿐 아니라 발생 빈도의 증가율이나 감소율 등도 우선순위 판단의 기초가 될 수 있다.
< 스케줄링 처리부의 서비스 데이터 전송 처리 >
스케줄링 처리부(24)는 저장부(22)에 구분 저장되어 있는 각 서비스 데이터를 통신 주기의 각 구간에서 우선순위에 따라 전송되도록 처리한다.
도 3을 참조하자면, 통신주기는 일정한 시간 간격으로 반복되고, 각 통신 주기는 다시 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간으로 구분된다.
통신 주기는 디폴트 값으로 설정될 수도 있고, 사용자가 설정할 수 있도록 구성될 수도 있다. 또한, 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간의 비율도 디폴트 값으로 설정될 수도 있고, 사용자가 설정할 수 있도록 구성될 수도 있다.
스케줄링 처리부(24)는 우선순위가 가장 높은 서비스 데이터(이하, 중요 서비스 데이터라 한다)는 중요 서비스 구간 모두에서 전송되도록 처리하고, 중요 서비스 데이터 이외의 서비스 데이터(이하, 일반 서비스 데이터라 한다)는 일반 서비스 구간에서 분배되어 전송되도록 처리한다.
즉, 중요 서비스 데이터는 매 통신 주기마다 중요 서비스 구간에서 항상 전송되지만, 일반 서비스 데이터는 타 일반 서비스 데이터와 일반 서비스 구간을 함께 공유해야 한다. 그러므로, 일반 서비스 데이터의 경우에는 어떤 통신 주기에서는 전송되지 못할 수도 있다.
일반 서비스 구간에 대한 분배는 다양한 방법으로 이루어질 수 있는 것으로서, 특히 우선순위에 따라 차등적으로 이루어지도록 구성할 수 있다. 예컨대, 일반 서비스 데이터 A가 B 보다 우선순위가 높다면, 일반 서비스 구간에서 A가 B보다 자주 전송될 수 있다.
한편, 중요 서비스 데이터도 상황에 따라서는 중요 서비스 구간을 모두 사용하지 않아도 될 경우가 있는데, 중요 서비스 데이터의 발생 빈도가 낮아졌는데도 불구하고 유휴 시간을 그대로 두는 것은 낭비가 될 수 있다.
이때 스케줄링 처리부(24)는 중요 서비스 데이터의 발생 빈도가 일정 값 이하로 떨어지면, 중요 서비스 구간의 일부에서 타 서비스 데이터가 전송되도록 처리할 수 있다. 여기서 타 서비스 데이터란 일반 서비스 데이터 중 가장 우선순위가 높은 서비스 데이터를 말한다.
이와 같이 중요 서비스 구간을 일반 서비스 데이터에 대해 할당하는 조정은 해당 통신 주기에서만 이루어지는 것이 바람직하며, 중요 서비스 데이터의 발생 빈도가 다시 높아져 유휴 상태가 해소되면 중요 서비스 구간은 모두 중요 서비스 데이터의 전송에만 사용한다.
도 4a는 이더넷 네트워크(15)를 통해 연결된 개별적인 장치에서 다양한 종류의 서비스가 수행되는 것을 보인 예이다.
호스트 디바이스 #1에서는 Service A, Service C 및 Service D가 수행되고 있고, 호스트 디바이스 #2에서는 Service C, Service B 및 Service A가 수행되고 있으며, 호스트 디바이스 #3에서는 Service D, Service A 및 Service B가 수행되고 있다. 이와 같이 개별적인 네트워크 장치들은 각각 다양한 서비스의 조합을 수행할 수 있다.
도 4b는 스케줄링 처리부(24)에서의 우선순위 제어에 따라 각 서비스 데이터가 전송되는 구체적인 사례를 보인 것으로서, Service #1이 중요 서비스이고, Service #2 내지 #4가 일반 서비스이며, 일반 서비스들 중에서는 Service #2 내지 #4가 그 순서대로 우선순위가 높다고 가정한다.
가장 높은 우선순위를 갖는 Service #1의 데이터는 중요 서비스 구간에서 항상 전송 기회를 갖고 있다.
일반 서비스들 중 가장 발생 빈도가 높은 Service #2의 데이터는 일반 서비스 구간에서 매 통신 주기마다 전송 기회를 갖고 있지만, Service #3과 Service #4는 상대적으로 데이터 발생 빈도가 낮아서 한 주기 또는 두 주기마다 전송 기회를 갖고 있다.
5번째 주기(P4와 P5사이)에서는 중요 서비스 구간에 휴지 시간이 발생하여 차선의 우선순위를 갖는 Service #2가 중요 서비스 구간의 일부에서 전송되기 시작하였고, 이에 따라 일반 서비스 구간에도 여유 시간이 생겨 타 서비스 데이터들도 더 많은 전송 기회를 얻게 된다.
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법의 일 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 네트워크 인터페이스 장치는 이더넷 트래픽의 각 서비스 데이터에 대한 우선순위를 분석한다(S211).
단계 S211에서 우선순위를 분석하는 방법은 다양하게 구성될 수 있다.
단순한 예로서 서비스 주체나 데이터의 종류 등과 같은 서지적 사항을 기초로 우선순위를 판단할 수 있지만, 이더넷 서비스의 품질 향상을 위해서는 현재 이루어지고 있는 트래픽 상황을 적절하게 반영하는 것이 필요하다.
현재 이루어지고 있는 트래픽 상황을 적절하게 반영할 수 있는 하나의 방법으로서, 각 서비스 데이터의 발생 빈도를 기초로 우선순위를 결정할 수 있다.
예컨대, 단계 S211에서 네트워크 인터페이스 장치는 일정 개수의 통신 주기 동안 각 서비스 데이터가 나타나는 횟수를 계수하여 발생 빈도를 파악하고, 발생 빈도가 높을수록 우선순위를 높일 수 있다.
이때 각 서비스 데이터의 발생 빈도뿐 아니라 발생 빈도의 증가율이나 감소율 등도 우선순위판단의 기초가 될 수 있다.
네트워크 인터페이스 장치는 분석된 우선순위에 따라 각 서비스 데이터를 버퍼와 같은 저장매체에 구분 저장한다(S212).
즉, 각 서비스 데이터는 우선순위에 따라 구분되어 저장되는데, 서비스 데이터를 구분 저장하는 저장공간은 물리적으로 구분될 수도 있고 주소 공간의 형태로 구분될 수도 있다.
저장매체의 크기는 가장 낮은 우선순위의 서비스 데이터를 모두 전송하기에 충분한 용량을 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 네트워크 인터페이스 장치는 단계 S212에서 저장매체에 구분 저장된 각 서비스 데이터를 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간으로 구분되는 통신 주기의 각 구간에서 그 우선순위에 따라 전송한다(S213).
이때 중요 서비스 데이터는 중요 서비스 구간 모두에서 전송하고, 일반 서비스 데이터는 일반 서비스 구간에서 분배하여 전송한다.
중요 서비스 데이터는 매 통신 주기마다 중요 서비스 구간에서 항상 전송 기회를 얻지만, 일반 서비스 데이터는 타 일반 서비스 데이터와 일반 서비스 구간을 나누어 전송되어야 한다.
단계 S213에서 일반 서비스 데이터에 대해 일반 서비스 구간을 분배하는 방법은 다양하게 구성할 수 있는 것으로서, 특히 우선순위에 따라 차등적으로 이루어지도록 구성할 수 있다.
예컨대, 일반 서비스 데이터 A가 B 보다 우선순위가 높다면, 일반 서비스 구간에서 A가 B보다 자주 전송될 수 있다.
한편, 중요 서비스 데이터도 상황에 따라서는 중요 서비스 구간을 모두 사용하지 않아도 될 경우가 있는데, 중요 서비스 데이터의 발생 빈도가 낮아 졌는데도 불구하고 유휴 시간을 그대로 두는 것은 낭비가 될 수 있다.
도 6을 참조하자면, 네트워크 인터페이스 장치는 중요 서비스 데이터의 발생 빈도가 일정 값 이하로 떨어져 유휴 시간이 발생하면(S231), 중요 서비스 구간의 일부에서 타 서비스 데이터를 전송할 수 있다(S232).
여기서 타 서비스 데이터란 일반 서비스 데이터 중 가장 우선순위가 높은 서비스 데이터를 말한다.
중요 서비스 구간을 일반 서비스 데이터의 전송을 위해 사용하는 조정은 해당 통신 주기에서만 이루어지는 것이 바람직하며, 중요 서비스 데이터의 발생 빈도가 다시 높아져 유휴 상태가 해소되면 중요 서비스 구간은 모두 중요 서비스 데이터의 전송에만 사용한다.
상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.
11: 호스트 디바이스 12: 네트워크 인터페이스 장치
15: 네트워크 21: 호스트 인터페이스
22: 저장부 23: 매체 접근 제어기
24: 스케줄링 처리부 25: 물리계층 인터페이스

Claims (7)

  1. 네트워크 인터페이스 장치가 이더넷 트래픽의 각 서비스 데이터에 대한 우선순위를 분석하는 단계;
    분석된 우선순위에 따라 각 서비스 데이터를 구분 저장하는 단계; 및
    상기 구분 저장된 각 서비스 데이터를 반복되는 통신 주기 -상기 통신 주기는 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간으로 이루어짐-의 각 구간에서 우선순위에 따라 전송하는 단계를 포함하며,
    우선순위가 가장 높은 서비스 데이터는 상기 중요 서비스 구간 모두에서 전송하고, 그 이외의 서비스 데이터는 상기 일반 서비스 구간에서 분배하여 전송하는 것을 특징으로 하는 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 서비스 데이터에 대한 우선순위는 그 발생 빈도를 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반 서비스 구간은 우선순위가 높은 서비스 데이터가 그 보다 낮은 우선순위의 서비스 데이터에 비해 더 많이 전송되도록 분배되는 것을 특징으로 하는 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 우선순위가 가장 높은 서비스 데이터의 발생 빈도가 일정 값 이하로 떨어지면, 상기 중요 서비스 구간의 일부를 상기 일반 서비스 구간에서 전송되던 서비스 데이터 중 가장 우선순위가 높은 서비스 데이터의 전송에 사용하는 것을 특징으로 하는 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중요 서비스 구간에서 가장 높은 우선순위가 아닌 서비스 데이터를 전송하는 것은 해당 통신 주기에서만 이루어지는 것을 특징으로 하는 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 주기는 디폴트 값이거나, 또는 사용자가 설정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중요 서비스 구간과 일반 서비스 구간의 비율은 디폴트 값이거나, 또는 사용자가 설정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이더넷의 서비스 품질 향상을 위한 스케줄링 방법.
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