KR20170111246A - 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법과 자원 스케줄링 방법 및 그 네트워크 기능 가상화 시스템 - Google Patents

네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법과 자원 스케줄링 방법 및 그 네트워크 기능 가상화 시스템 Download PDF

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전선심
김종환
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한국전자통신연구원
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Abstract

네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법과 자원 스케줄링 방법 및 그 네트워크 기능 가상화 시스템이 개시된다. 일 실시 예에 따른 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법은, 가상화 네트워크 기능 관리장치가 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항을 획득하는 단계와, 네트워크 서비스 제공을 위한 제한사항을 획득하거나 결정하는 단계와, 요청사항 및 제한사항에 따라 스케줄링된 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법과 자원 스케줄링 방법 및 그 네트워크 기능 가상화 시스템 {Resource controlling and scheduling method and system for network function virtualization to provide agile network service}
본 발명은 가상화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 네트워크 기능 가상화 기술에 관한 것이다.
클라우드 컴퓨팅(cloud computing)은 CPU, 메모리, 네트워크 등과 같은 컴퓨팅 자원들을 인터넷 기반으로 제공하는 기술을 의미한다. 예를 들어, 인터넷 상에서 서버의 메모리에 데이터와 소프트웨어 프로그램을 두고, 각 사용자가 필요한 시점에 접속한 컴퓨터나 휴대폰을 통해 웹 기반 서비스를 제공한다. 다른 예로, 인터넷 상의 서버에서 소프트웨어 개발을 할 수 있는 환경을 사용자에게 제공한다. 즉, 공공시설을 사용하는 것과 같이 컴퓨팅 자원을 모든 사용자들이 공유하는 개념이다.
클라우드 컴퓨팅 기술이 컴퓨팅 자원을 서비스로 제공했다면, 소프트웨어 정의 네트워크(Software Defined Network: SDN, 이하 SDN이라 칭함)와 네트워크 기능 가상화(Network Function Virtualization: NFV, 이하 NFV라 칭함) 기술은 클라우드 컴퓨팅 기술이 발전한 형태로서, 네트워크 인프라(컴퓨팅과 네트워크 포함)와 네트워크 기능을 동시에 서비스 사업자들에게 제공하는 기술이다.
SDN은 네트워크 전용장비를 제어 부분과 데이터 부분(네트워크 전용 HW 장비로 구성됨)으로 분리하여, 제어 부분이 데이터 부분을 제어할 수 있게 SW 중심으로 네트워크 인프라 구조를 재정의한 구조이다. NFV와 SDN의 가장 큰 차이점은, NFV는 네트워크 전용장비가 아닌 범용 CPU, 스토리지(storage), 스위치(switch) 등으로 네트워크 인프라를 구성하고, 네트워크 기능과 서비스는 장비에 종속되지 않게 SW화한다. 즉, NFV는 서비스형 인프라(Infrastructure as a Service: IaaS)와 서비스형 네트워크(Network as a Service: NaaS)에 해당하는 네트워크 기능 가상화 인프라스트럭처(NFV Infrastructure: NFVI) 기능을 제공하여 특정 네트워크 장비의 종속성을 배제한다.
일 실시 예에 따라, 네트워크 기능 가상화 환경에서 독립적이고 신속한 제어가 가능한 자원 제어방법과 자원 스케줄링 방법 및 그 네트워크 기능 가상화 시스템을 제안한다.
일 실시 예에 따른 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법은, 가상화 네트워크 기능 관리장치가 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항을 획득하는 단계와, 네트워크 서비스 제공을 위한 제한사항을 획득하거나 결정하는 단계와, 요청사항 및 제한사항에 따라 스케줄링된 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 제어하는 단계를 포함한다.
요청사항을 획득하는 단계에서, 가상화 네트워크 기능 관리장치는 네트워크 서비스 디스크립터로부터 요청사항을 수신할 수 있다. 요청사항은 가상화 네트워크 기능 관리장치가 적어도 하나의 가상 네트워크 기능으로 구성된 네트워크 서비스를 제공하기 위하여 각 네트워크 기능 별로 네트워크 서비스 디스크립터에 기술될 수 있다.
제한사항을 획득하거나 결정하는 단계에서, 가상화 네트워크 기능 관리장치는 사용 가능한 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 식별자 정보를 포함하는 제한사항을 획득할 수 있다.
제한사항을 획득하거나 결정하는 단계에서, 가상화 네트워크 기능 관리장치는 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치에서 최대 할당 가능한 계산 노드의 개수와 최대 네트워크 지연시간을 결정할 수 있다.
자원 할당을 제어하는 단계에서, 가상화 네트워크 기능 관리장치가 가상 네트워크 기능 인스턴스 생성, 증가, 제거 및 형상 정보 수정 중 적어도 하나를 직접 제어할 수 있다.
자원 할당을 제어하는 단계는, 가상화 네트워크 기능 관리장치가 계산 노드에서 네트워크 서비스를 실행하기 위하여 가상 스위치 위에 가상 포트들로 구성된 서브 넷 구성을 위한 자원 할당을 제어하는 단계와, 가상 링크로 구성된 서브 넷 구성을 위한 자원 할당을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
자원 할당을 제어하는 단계에서, 가상화 네트워크 기능 관리장치는 가상화된 인프라스트럭쳐 관리장치에 가상 네트워크 기능 생성을 요청할 수 있다. 자원 할당 정보는 요청사항과 제한사항을 따르는 적어도 하나의 자원 할당 후보 정보일 수 있다. 자원 할당 후보 정보는 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 후보 정보와 적어도 하나의 계산 노드 후보 정보를 포함할 수 있다.
자원 제어방법은, 가상화 네트워크 기능 관리장치가 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항과 제한사항을 포함한 자원 할당 요청을 스케줄러에 전송하는 단계와, 요청사항 및 제한사항을 기초로 하여 스케줄러부터 생성된 자원 할당 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 스케줄러는, 네트워크 기능 가상화 관리 및 전달 시스템과는 분리되어 독립적으로 위치할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법은, 스케줄러가 가상화 네트워크 기능 관리장치로부터 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항과 제한사항을 수신하는 단계와, 수신된 요청사항 및 제한사항을 기초로 하여 자원 할당을 스케줄링하는 단계와, 자원 할당 스케줄링에 따라 생성된 자원 할당 정보를 가상화 네트워크 기능 관리장치에 전송하는 단계를 포함한다.
스케줄러는, 네트워크 기능 가상화 관리 및 전달 시스템과는 분리되어 독립적으로 위치할 수 있다.
자원 할당을 스케줄링하는 단계에서, 스케줄러는 요청사항과 제한사항을 따르는 적어도 하나 이상의 자원 할당 후보 정보를 생성하며, 자원 할당 후보 정보는 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 후보 정보와 적어도 하나의 계산 노드 후보 정보를 포함할 수 있다.
자원 할당을 스케줄링하는 단계는, 스케줄러가 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항을 통해 요청된 가상머신 개수를 제공할 수 있는 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치와 적어도 하나의 계산 노드를 선택하는 단계와, 선택된 적어도 하나의 계산 노드에 어떻게 적어도 하나의 가상머신을 위치시킬 것인가를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
자원 스케줄링 방법은, 스케줄러가 네트워크 컨트롤러로부터 네트워크 위상정보와 계산된 네트워크 비용, 계산 노드 위상정보와 비용정보를 수신하는 단계와, 네트워크 컨트롤러로부터 수신된 정보를 이용하여 자원 할당 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
자원 스케줄링 방법은, 스케줄러가 계산 컨트롤러로부터 각 계산 노드로부터 계산된 자원 효율성 정보를 수신하는 단계와, 계산 컨트롤러로부터 수신된 정보를 이용하여 자원 할당 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템은, 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항과 제한사항을 획득 또는 결정하고 요청사항 및 제한사항에 따라 스케줄링된 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 제어하는 가상화 네트워크 기능 관리장치를 포함한다.
네트워크 기능 가상화 시스템은 가상화 네트워크 기능 관리장치로부터 요청사항과 제한사항을 수신하고 수신된 요청사항 및 제한사항에 따라 자원 할당을 스케줄링하며 자원 할당 스케줄링에 따라 생성된 자원 할당 정보를 가상화 네트워크 기능 관리장치에 전송하는 스케줄러를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 네트워크 기능 가상화 시스템에서 가상 네트워크 기능 관리장치가 자원을 할당하는 주체가 됨에 따라, 새로운 가상 네트워크 기능 인스턴스 생성, 증가, 제거 및 형상 정보 수정 등에 필요한 신속한 서비스 제공이 가능하다. 동시에 모든 가상 자원들을 관리하는 주체는 가상 네트워크 기능 관리장치이기 때문에 각 기능 블록들의 부하를 분산할 수 있다. 독립적인 실행 환경에 익숙한 서비스 제공 사업자는 네트워크 기능 가상화 시스템에서도 사업의 특성을 반영한 전용 제어 구조와 실행 환경을 구성할 수 있다.
네트워크 서비스 특성에 기반한 구체적인 제한 사항을 만족하는 스케줄링 기능은 스케줄러의 복잡도를 줄일 수 있다. 네트워크 기능 가상화 관리 및 전달 시스템과는 독립적인 스케줄러 구조는 스케줄링을 수행할 때 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 간의 스케줄링과 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 내부의 스케줄링을 동시에 수행할 수 있다.
도 1은 가상화된 인프라스트럭처 관리장치가 중심이 되어 자원을 할당하는 네트워크 기능 가상화 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 네트워크 기능 관리장치가 중심이 되어 자원을 할당하는 네트워크 기능 가상화 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 네트워크 기능 관리장치의 자원 제어방법을 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템에서 신속한 네트워크 서비스 제어를 위한 구성요소 간 신호 전송을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 서비스 디스크립터의 자원 요청사항의 예를 설명하기 위한 참조도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 개의 계산 노드에 대한 가상 네트워크 기능 관리장치의 자원 할당 예를 설명하기 위한 참조도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수 개의 계산 노드에 대한 가상 네트워크 기능 관리장치 자원 할당 예를 설명하기 위한 참조도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 가상화된 인프라스트럭처 관리장치(virtualized infrastructure manager: VIM, 이하 VIM이라 칭함)가 중심이 되어 자원을 할당하는 네트워크 기능 가상화(network function virtualization: NFV, 이하 NFV라 칭함) 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, ETSI(European Telecommunications Standards Institute)에서 제안하여, 네트워크 서비스(Network service: NS, 이하 NS라 칭함) 제공을 위해 자원을 할당하는 NFV 시스템은 가상 네트워크 기능(virtual network function: VNF, 이하 VNF라 칭함)(1), NFV 관리 및 전달(management and orchestration: MANO, 이하 NFV MANO라 칭함) 시스템(2) 및 NFV 인프라스트럭처(NFV infrastructure; NFVI, 이하 NFVI라 칭함)(3)를 포함한다.
VNF(1)는 비 가상화 네트워크 장치를 다수의 네트워크 기능으로 나누어 비 가상화 네트워크 장치를 가상화하는 기술이다. VNF(1)는 다수 개일 수 있다. VNF(1)는 적어도 하나의 가상 네트워크 기능 요소(Virtual Network Function Component: VNFC, 이하 VNFC라 칭함)로 구성될 수 있다. NFVI(3)는 컴퓨팅, 저장소, 네트워크 기능을 지원하는 물리적 하드웨어 자원, 가상화 지원 기능 및 VNF(1) 실행을 지원하는 기능을 제공한다.
일 실시 예에 따른 NFV MANO(2)는 오케스트레이터(Orchestrator)(20), 적어도 하나의 VNF 관리장치(VNF manager: VNFM, 이하 VNFM이라 칭함)(22), 적어도 하나의 VIM(24)을 포함한다.
오케스트레이터(20)와 VIM(24)은 추상화된 NS를 분해하여 소프트웨어 자원과 가상화된 하드웨어 자원으로 할당 및 통합한다. VNFM(22)은 각 VNF(1)의 초기화(instantiation), 스케일링(scaling), 종료(termination) 및 업데이트(update) 등의 수행에 필요한 관리를 담당하지만, 할당된 가상 자원들에 대한 직접적인 제어(가상자원 할당)를 수행하지 않았다.
ETSI에서는 NS를 위한 자원 할당에 필요한 제어 절차의 표준화를 진행 중에 있다. 예를 들어, 오케스트레이터(20)가 직접 각 VNF(1)에게 필요한 가상 자원들을 VIM(24)에게 요청하면, VIM(24)이 직접 모든 가상 자원들을 할당한다. 다른 예로, VNFM(22)이 각 VNF(1)에 필요한 가상 자원들을 대상으로 오케스트레이터(20)의 허락(grant)을 구한 후에 VIM(24)에게 가상 자원들을 요청하면, VIM(24)이 직접 모든 가상 자원들을 할당한다. 두 가지 방법 모두 VIM(24)과 VNFM(22)이 다수일 때, 오케스트레이터(20)에 심각한 부하를 가중시킨다. 또한, 각 VIM(24)과 오케스트레이터(20)의 물리적인 네트워크 상황에 따라 할당 지연이 발생할 수 있다. 예를 들어, 새로운 VNF 인스턴스(instance)를 추가할 때, VNF(1)의 관리 주체인 VNFM(22) 대신에, 오케스트레이터(20)와 VIM(24)이 직접 필요한 자원들을 추가 또는 삭제하기 때문에 추가적인 지연이 발생한다. 두 방법 모두 VIM(24)이 모든 가상 자원을 할당하는 구조이기 때문에, 서비스 사업자가 원하는 신속한 자원 할당을 방해한다.
도 1을 참조하여 예를 들면, VNF(1)에서 생성된 VNFC가 추가적인 VNFC 생성을 VNFM(22)에 요청한다. VNFM(22)은 오케스트레이터(20)의 허락 아래서 VIM(24)이 결정한 가상 및 물리 자원을 제공받는다. 즉, VNF(1)는 VNFM(22)에 VNFC 추가 생성을 요청하고 VNFM(22)은 오케스트레이터(20)에 허락을 요청하고, 오케스트레이터(20)는 VIM(24)에게 자원 예약을 수행하며, VNFM(22)은 VIM(24)에 자원 할당을 요청하는 복잡한 제어 구조를 가진다. 오케스트레이터(20)의 허락 아래서 VIM(24)이 결정한 가상 및 물리 자원을 제공받는 구조는 VNFM(22)이 할당된 자원에 대한 정보를 정확하게 알지 못하기 때문에 추가적인 VNFC 생성을 신속하게 수행하지 못하게 된다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해, VIM(24)이 제공 가능한 인프라 구성에 기반하여 서비스 사업자가 원하는 신속한 자원 할당을 수행하도록, 본 발명은 VNFM(22)가 중심이 된 자원할당을 포함한 자원제어 기술을 제안한다. 이하, 후술되는 도면들을 참조로 하여, VNFM(22)이 중심이 되는 자원제어 기술에 대해 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 VNFM이 중심이 되어 자원을 할당하는 NFV 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, NFV 시스템은 VNF(1), NFV MANO 시스템, NFVI(3), 네트워크 서비스 디스크립터(Network Service Descriptor: NSD, 이하 NSD라 칭함)(4), 자원 DB(5), 네트워크 컨트롤러(network controller)(6), 계산 컨트롤러(Compute controller)(7) 및 스케줄러(scheduler)(8)를 포함한다. NFV MANO 시스템은 오케스트레이터(20), VNFM(22) 및 VIM(24)을 포함한다.
일 실시 예에 따른 VNFM(22)은 오케스트레이터(20) 허락 아래서 VIM(24)이 결정한 가상 및 물리 자원을 제공받는 대신에, VNFM(22)이, 서비스 제공 사업자가 직접 선택한 가상 및 물리 자원을 할당하고 동시에 자원할당 요청에 필요한 정보를 획득한다.
NFV 기반 NS 제공을 위해, 서비스 제공 사업자는 미리 VNFs/VNFCs 구성과 연결 설정에 필요한 요청사항(requirement) 정보를 NSD(4)로 작성하여 오케스트레이터(20)에 허락을 받는 등록 절차를 수행한다. 예를 들어, VNFM(22)이 가상 자원을 할당하는 경우에, 후술되는 도 5에 도시된 바와 같이 NSD(4)에 기재된 내용을 이용하여 2개의 NSD 연결 지점(connection points: CP, 이하 CP라 칭함)(514, 524), 2개의 가상 링크(Virtual Links: VL, 이하 VL이라 칭함)(516, 526), 4개의 VNFC 생성을 위하여 후술되는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 자원 할당을 수행한다.
오케스트레이터(20)는 복수 개의 VIM(24)을 관리하므로 VNFM(22)은 서로 다른 VIM(24) 간에 자원 할당을 요청할 수 있다. VIM(24) 내부에 VIM(24)이 관리하는 가상 자원 및 물리 자원을 할당하기 위한 스케줄링 기능이 있는 것이 아니라, 스케줄링 기능을 담당하는 스케줄러(8)를 NFV MANO(2)와는 독립적으로 분리시킨다. 이러한 스케줄러(8)의 독립적인 구조는 제어의 복잡도를 줄이게 한다.
VNFM(22)은 가상 자원 할당 절차를 수행하기 이전에, 스케줄러(8)에 NSD(4)에 기술된 요청사항과 제한사항에 대한 정보를 제공하면서 자원할당을 요청한다. VNFM(22)은 NS를 제공할 때 필요한 제한사항을 스케줄러(8)에 제공한다. 스케줄러(8)는 수신한 제한사항을 따르는 자원 할당을 수행한다. 제한사항은 예를 들어, VIM(24)에서 최대로 할당 가능한 계산 노드(Compute Node: CN, 이하 CN이라 칭함)의 개수와 최대 허용 가능한 네트워크 지연시간 등이다. 제한사항은 요청사항에 기술되지 않은 스케줄링에 필요한 추가적인 정보이고, VNFM(22)이 이미 결정한 정보도 포함할 수 있다. 예를 들어, 제한사항은 선택한 VIM 식별자(id), 후보 CN 집합 등이다. 제한사항은 스케줄러(8)의 선택의 복잡도를 줄일 수 있게 한다.
가상 및 물리 네트워크의 연결 설정에 대한 기능을 수행하는 네트워크 컨트롤러(6)는 스케줄러(8)에 네트워크 위상정보와 계산된 네트워크 비용, CN 위상정보와 비용정보를 직접 제공한다. CN을 제어하는 역할을 수행하는 계산 컨트롤러(7)는 각 CN의 자원 효율성 정보를 계산하여 스케줄러(8)에 제공한다.
스케줄러(8)는 자원 DB(5)가 제공하는 사용 가능한 가상 및 물리 자원 정보를 스케줄링에 사용하고, 추가적으로 필요한 네트워크 비용과 자원의 효율성 정보를 네트워크 컨트롤러(6)와 계산 컨트롤러(7)에 각각 요청한다. 이에 따라, 스케줄러(8)는 VNFM(22), 네트워크 컨트롤러(6) 및 계산 컨트롤러(7)가 제공하는 정보를 이용하여 스케줄링을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따른 스케줄러(8)는 NSD(4)에서 요청한 VM의 개수를 제공할 수 있는 VIM을 선택하고, CN을 선택하며, 각 선택된 VIM에서 선택된 CN들에게 어떻게 VM들을 위치시킬 것인가를 결정한다. 스케줄러(8)는 VNFM(22)이 제공한 요청사항과 제한사항을 만족하는 하나 이상의 자원 할당 정보를 VNFM(22)에 제공한다. 이때, 자원 할당 정보는 스케줄러(8)를 통해 선택된 VIM 후보 정보와 CN 후보 정보를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 VNFM(22)은 스케줄러(8)로부터 수신한 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 수행하여 VNF/VNFC 생성을 VIM(24)에게 요청한다. VIM(24)은 VNFM(22)이 제시한 파라미터 정보를 이용하여 VNF/VNFC 생성 요청을 계산 컨트롤러(7)에 전송하고, 전달경로(forwarding path)를 위한 가상 포트, 가상/물리 스위치 설정 요청을 네트워크 컨트롤러(6)에 전송한다. NFVI(3)는 계산 컨트롤러(7)와 네트워크 컨트롤러(6)의 명령에 따라 VNF/VNFC 인스턴스를 생성하고 가상/물리 네트워크를 연결한다. 이때, VIM(24)은 VNF/VNFC 인스턴스 생성을 완료한 후에 오케스트레이터(20)에 생성 완료 사실을 통보한다.
전술한 구조에서 VNFM(22)이 추가로 VNF/VNFC를 생성하고자 할 때, VNFM(22)은 이미 자원 추가에 필요한 CN 정보, 서브 넷 정보 및 가상 포트 정보를 정확하게 알고 있기 때문에, 오케스트레이터(20)와 VIM(24)의 도움 없이도 서브 넷 정보, 가상 포트들을 신속하게 추가할 수 있다. 즉, VNFM(22)은 자원을 할당하는 주체가 되고, VIM(24)은 VNFM(22)의 명령에 따라서 필요한 인스턴스를 생성하는 역할을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 VNFM의 자원 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, VNFM(22)은 NS 제공을 위한 요청사항과 제한사항을 획득 또는 결정한다(300). 예를 들어, VNFM(22)은 NSD(4)로부터 요청사항을 수신할 수 있다. 이때, 요청사항은 VNFM(22)이 적어도 하나의 VNF로 구성된 NS를 제공하기 위하여 각 네트워크 기능 별로 NSD(4)에 기술된 것일 수 있다. 다른 예로, 오케스트레이터(20)로부터 사용 가능한 적어도 하나의 VIM 식별자 정보를 포함한 제한사항을 획득할 수 있다. 또 다른 예로 VNFM(22)은 적어도 하나의 VIM에서 최대 할당 가능한 CN의 개수와 최대 네트워크 지연시간을 결정할 수 있다.
이어서, VNFM(22)은 요청사항 및 제한사항에 따라 스케줄링된 자원 할당 정보를 획득(310)하고, 획득된 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 제어한다(320).
자원 할당 정보를 획득(310)을 위해, VNFM(22)은 요청사항과 제한사항을 포함한 자원 할당 요청을 스케줄러(8)에 전송하고, 요청사항 및 제한사항을 기초로 하여 스케줄러(8)부터 생성된 자원 할당 정보를 수신할 수 있다. 이때, 스케줄러(8)는 NFV MANO 시스템과는 분리되어 독립적으로 위치할 수 있다.
자원 할당 제어 단계(320)에서, VNFM(22)은 VNF 인스턴스 생성, 증가, 제거 및 형상 정보 수정 중 적어도 하나를 직접 제어할 수 있다. 자원 할당 제어 단계(320)에서, VNFM(22)은 CN에서 NS를 실행하기 위하여 가상 스위치 위에 가상 포트들로 구성된 서브 넷 구성을 위한 자원 할당을 제어하고, 가상 링크로 구성된 서브 넷 구성을 위한 자원 할당을 제어할 수 있다. 자원 할당 정보는 요청사항과 제한사항을 따르는 적어도 하나의 자원 할당 후보 정보일 수 있다. 이때, 자원 할당 후보 정보는 적어도 하나의 VIM 후보 정보와 적어도 하나의 CN 후보 정보를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 NFV 시스템에서 신속한 NS 제어를 위한 구성요소 간 신호 전송을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, VNFM(22)은 NSD(4)로부터 NS 제공을 위한 요청사항을 수신(400)하고, 제한사항을 획득하거나 결정한다(402). 예를 들어, VNFM(22)은 오케스트레이터로부터 사용 가능한 적어도 하나의 VIM 식별자 정보를 포함한 제한사항을 획득할 수 있다. 또 다른 예로 VNFM(22)은 적어도 하나의 VIM에서 최대 할당 가능한 CN의 개수와 최대 네트워크 지연시간을 결정할 수 있다.
이어서, VNFM(22)은 스케줄러(8)에 요청사항과 제한사항에 대한 정보를 제공하면서 자원할당을 요청한다(404). 스케줄러(8)는 VNFM(22)으로부터 요청사항과 제한사항 정보를 수신(404)하고, 네트워크 컨트롤러(6)로부터 네트워크 위상정보와 계산된 네트워크 비용, CN 위상정보와 비용정보를 수신(406)하며, 계산 컨트롤러(7)로부터 계산된 각 CN의 자원 효율성 정보를 수신할 수 있다(408).
스케줄러(8)는 수신한 정보들을 이용하여 자원 할당을 스케줄링한다(410). 자원 할당 스케줄링 단계(410)에서, 스케줄러(8)는 요청사항과 제한사항을 따르는 적어도 하나 이상의 자원 할당 후보 정보를 생성할 수 있다. 자원 할당 후보 정보는 적어도 하나의 VIM 후보 정보와 적어도 하나의 CN 후보 정보를 포함할 수 있다.
자원 할당 스케줄링 단계(410)에서, 스케줄러(8)는 NS 제공을 위한 요청사항을 통해 요청된 가상머신 개수를 제공할 수 있는 적어도 하나의 VIM과 적어도 하나의 CN을 선택하고, 선택된 적어도 하나의 CN에 어떻게 적어도 하나의 가상머신을 위치시킬 것인가를 결정할 수 있다.
이어서, 스케줄러(8)는 스케줄링된 자원 할당 정보를 VNFM(22)에 응답한다(412). VNFM(22)은 스케줄러(8)로부터 수신한 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 수행하는데, 자원 할당 정보를 VIM(24)에 전송하여 VNF/VNFC 생성을 요청한다(414). VIM(24)은 VNFM(22)으로부터 수신한 자원 할당 정보를 이용하여 전달경로(forwarding path)를 위한 가상 포트, 가상/물리 스위치 설정 요청을 네트워크 컨트롤러(6)에 전송(416)하고, VNF/VNFC 생성 요청을 계산 컨트롤러(7)에 전송한다(418). 이어서, 네트워크 컨트롤러(6)는 NFVI(3)에 전달경로 설정을 요청(420)하고, 계산 컨트롤러(7)는 NFVI(3)에 VNF/VNFC 생성을 요청한다(422). NFVI(3)는 계산 컨트롤러(7)와 네트워크 컨트롤러(6)의 명령에 따라 VNF/VNFC 인스턴스를 생성(424)하며 가상/물리 네트워크를 연결한다. VIM(24)은 VNF/VNFC 인스턴스 생성을 완료한 후에 오케스트레이터(20)에 생성 완료 사실을 통보한다(426).
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 NSD의 자원 요청사항의 예를 설명하기 위한 참조도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, VNFM(22)은 NSD(4)에 기재된 내용을 이용하여 2개의 NSD 연결 지점(connection points: CP, 이하 CP라 칭함) (514, 524)과, 2개의 가상 링크(Virtual Links: VL, 이하 VL이라 칭함)(516, 526)와, 4개의 VNFC(VNFC11, VNFC 21, VNFC 22, VNFC 23) 생성을 위해 자원 할당을 수행한다고 가정한다. NSD에는 VNF 별로 각 데이터 트래픽의 전달경로를 제공하는 네트워크 기능 전달 그래프(Network function forwarding graph: NFFG, 이하 NFFG라 칭함)(512, 522)가 기술되어 있다.
VNFM(22)이 2개의 VNF(510, 520)로 구성된 NS를 제공하고자 할 때, 먼저 VNFM(22)은 NF1에 대해 NSD에 기술된 요청사항 중의 하나인 컴퓨터 타입에 대한 요청사항을 스케줄러(8)에 전송하면서 자원 할당을 요청한다. 예를 들어 요청사항은 다음과 같다.
- CPU 구조(Architecture): X86-64
- CPU Instruction Set Extension: SSE
- CPU Min Clock Speed: 5GHz
- CPU core 개수: 4
마찬가지로, VNFM(22)은 다른 네트워크 기능들(NF2, NF3, NF4)에 대한 NSD 요청사항도 스케줄러(8)에 제공한다. 나아가, VNFM(22)은 최대 네트워크 지연 시간과 최대 할당 가능한 CN의 개수를 포함한 제한사항을 스케줄러(8)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 최대 네트워크 지연 시간을 5ms, 최대 할당 가능한 CN의 개수를 2개로 하는 제한사항을 스케줄러(8)에 제공할 수 있다.
자원 할당 요청에 대한 응답으로 스케줄러(8)는 자원 할당 정보를 VNFM(22)에 제공한다. 자원 할당 정보는 선택된 VIM 후보 정보와 CN 후보 정보일 수 있다. 예를 들어 자원 할당 정보는 다음과 같다.
- 선택된 VIM 후보 정보: 3번
- 선택된 CN 후보 정보: {4}, {7,9}
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 개의 CN에 대한 VNFM의 자원 할당 예를 설명하기 위한 참조도이다.
도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, VNFM(22)은 하나의 CN에 NS를 제공할 수 있다. VNFM(22)은 NSD에 기술된 도 5의 NFFG(512, 522)를 선택한 CN 4(선택한 VIM id에 존재)(600) 상에서 NS를 실행하기 위하여, 도 5의 NFFG(512, 522)를 도 6의 NFFG(640, 610, 612, 616, 614, 618)처럼 수정한다. VNFM(22)은 도 5의 CP1(514), CP2(524)를 위하여 각각 가상 스위치 위에 가상 포트들로 구성된 서브 넷(620, 622)을 구성하기 위한 자원 할당을 수행하고, 도 5의 가상 링크 VL1(516)과 VL2(526)를 위하여 각각 도 6의 서브 넷(630,632)과 서브 넷(634, 636)으로 표기된 서브 넷 구성을 위한 자원 할당을 수행한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수 개의 CN에 대한 VNFM의 자원 할당 예를 설명하기 위한 참조도이다.
도 2, 도 5 및 도 7을 참조하면, VNFM(22)는 두 개의 CN에 NS를 제공할 수 있다. VNFM(22)은 NSD에 기술된 도 5의 NFFG(512, 522)를 선택한 CN 4 및 CN 5(선택한 VIM id 에 존재)(600, 650) 상에서 NS를 실행하기 위하여, 도 5의 NFFG(512, 522)를 도 7의 NFFG(670, 611, 612, 613, 664, 660, 662)처럼 수정한다. VNFM(22)은 도 5의 가상 링크 VL1(516)과 가상 링크 VL2(526)를 위하여, 각각 가상 자원 요청((631,633,680), (682,670))을 도 7에 도시된 바와 같이 수행한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: VNF 2: NFV MANO
3: NFVI 4: NSD
5: 자원 DB 6: 네트워크 컨트롤러
7: 계산 컨트롤러 8: 스케줄러
20: 오케스트레이터 22: VNFM
24: VIM

Claims (20)

  1. 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법에 있어서, 가상화 네트워크 기능 관리장치가:
    네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항을 획득하는 단계;
    네트워크 서비스 제공을 위한 제한사항을 획득하거나 결정하는 단계; 및
    요청사항 및 제한사항에 따라 스케줄링된 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 요청사항을 획득하는 단계는,
    네트워크 서비스 디스크립터로부터 요청사항을 수신하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 요청사항은 상기 가상화 네트워크 기능 관리장치가 적어도 하나의 가상 네트워크 기능으로 구성된 네트워크 서비스를 제공하기 위하여 각 네트워크 기능 별로 네트워크 서비스 디스크립터에 기술되는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제한사항을 획득하거나 결정하는 단계는
    사용 가능한 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 식별자 정보를 포함하는 제한사항을 획득하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제한사항을 획득하거나 결정하는 단계는,
    적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치에서 최대 할당 가능한 계산 노드의 개수와 최대 네트워크 지연시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자원 할당을 제어하는 단계는,
    가상화 네트워크 기능 관리장치가 가상 네트워크 기능 인스턴스 생성, 증가, 제거 및 형상 정보 수정 중 적어도 하나를 직접 제어하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자원 할당을 제어하는 단계는,
    계산 노드에서 네트워크 서비스를 실행하기 위하여 가상 스위치 위에 가상 포트들로 구성된 서브 넷 구성을 위한 자원 할당을 제어하는 단계; 및
    가상 링크로 구성된 서브 넷 구성을 위한 자원 할당을 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자원 할당을 제어하는 단계는
    가상화된 인프라스트럭쳐 관리장치에 가상 네트워크 기능 생성을 요청하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 자원 할당 정보는 요청사항과 제한사항을 따르는 적어도 하나의 자원 할당 후보 정보인 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자원 할당 후보 정보는 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 후보 정보와 적어도 하나의 계산 노드 후보 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 자원 제어방법은
    네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항과 제한사항을 포함한 자원 할당 요청을 스케줄러에 전송하는 단계; 및
    요청사항 및 제한사항을 기초로 하여 스케줄러부터 생성된 자원 할당 정보를 수신하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 스케줄러는,
    네트워크 기능 가상화 관리 및 전달 시스템과는 분리되어 독립적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 제어방법.
  13. 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법에 있어서, 스케줄러가:
    가상화 네트워크 기능 관리장치로부터 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항과 제한사항을 수신하는 단계;
    수신된 요청사항 및 제한사항을 기초로 하여 자원 할당을 스케줄링하는 단계; 및
    자원 할당 스케줄링에 따라 생성된 자원 할당 정보를 상기 가상화 네트워크 기능 관리장치에 전송하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 스케줄러는,
    네트워크 기능 가상화 관리 및 전달 시스템과는 분리되어 독립적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 할당을 스케줄링하는 단계는
    요청사항과 제한사항을 따르는 적어도 하나 이상의 자원 할당 후보 정보를 생성하며,
    상기 자원 할당 후보 정보는 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치 후보 정보와 적어도 하나의 계산 노드 후보 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 할당을 스케줄링하는 단계는,
    상기 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항을 통해 요청된 가상머신 개수를 제공할 수 있는 적어도 하나의 가상화된 인프라스트럭처 관리장치와 적어도 하나의 계산 노드를 선택하는 단계; 및
    선택된 적어도 하나의 계산 노드에 어떻게 적어도 하나의 가상머신을 위치시킬 것인가를 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 스케줄링 방법은,
    네트워크 컨트롤러로부터 네트워크 위상정보와 계산된 네트워크 비용, 계산 노드 위상정보와 비용정보를 수신하는 단계; 및
    네트워크 컨트롤러로부터 수신된 정보를 이용하여 자원 할당 정보를 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 스케줄링 방법은,
    계산 컨트롤러로부터 각 계산 노드로부터 계산된 자원 효율성 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 계산 컨트롤러로부터 수신된 정보를 이용하여 자원 할당 정보를 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화를 위한 자원 스케줄링 방법.
  19. 네트워크 서비스 제공을 위한 요청사항과 제한사항을 획득 또는 결정하고, 요청사항 및 제한사항에 따라 스케줄링된 자원 할당 정보를 이용하여 자원 할당을 제어하는 가상화 네트워크 기능 관리장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 네트워크 기능 가상화 시스템은
    상기 가상화 네트워크 기능 관리장치로부터 요청사항과 제한사항을 수신하고 수신된 요청사항 및 제한사항에 따라 자원 할당을 스케줄링하며 자원 할당 스케줄링에 따라 생성된 자원 할당 정보를 상기 가상화 네트워크 기능 관리장치에 전송하는 스케줄러;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.
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