KR20200035812A

KR20200035812A - 분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 트래픽 무손실 전달 방법 및 이를 수행하기 위한 장치들

Info

Publication number: KR20200035812A
Application number: KR1020190010452A
Authority: KR
Inventors: 유연철; 류정동; 정태식
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-04-06
Also published as: KR102463075B1

Abstract

분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 트래픽 무손실 전달 방법 및 이를 수행하기 위한 장치들이 개시된다. 일 실시예에 따른 무손실 패킷 전달 방법은 송신 노드와 수신 노드 사이의 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간의 지연 오프셋을 계산하는 단계와, 상기 제1 전달 경로 상에서 전달되는 패킷들을 지연시키기 위해 상기 지연 오프셋만큼 버퍼 자원을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 트래픽 무손실 전달 방법 및 이를 수행하기 위한 장치들{METHODS OF LOSSLESS TRAFFIC FORWARDING USING DISTRIBUTED DELAY OFFSET METCHING, AND APPARATUSES PERFORMING THE SAME}

아래 실시예들은 네트워크 보호 절체 기술(network protection switching technics)의 일종으로, 트래픽의 전달 경로 상에 장애가 발생하거나 복구될 때 끊김없이 트래픽을 전달할 수 있는 무손실 전달 방법에 관한 것이다.

최근 네트워크 기술 분야에서는 일반 관리 트래픽과 실시간 원격 제어 트래픽 등의 시간 민감형 트래픽(time-sensitive traffic)을 단일 네트워크에서 동시에 수용할 수 있는 산업융합 네트워크 기술에 대한 연구개발이 진행 중이다. IEEE 802.1의 TSN(Time-Sensitive Networking)과 IETF의 DetNet(Deterministic Networking) 등이 이에 해당한다.

네트워킹 기술에서 제공하는 주요 기능들 중 하나는 네트워크 상의 트래픽 전달 경로에서 장애가 발생하거나 복구될 때에도 끊김없이 트래픽을 전달할 수 있는 무손실 전달 기능(lossless forwarding function)이다. 이 무손실 전달 기능은 TSN에서는 IEEE Std 802.1CBTM-2017 FRER(Frame Replication and Elimination for Reliability)로 정의되어 있고 DetNet에서는 PREF(Packet Replication and Elimination Function)로 불리운다. 이들의 기본적인 동작 방식은 IEC 62439-3 HSR(High-availability Seamless Redundancy)과 동일하며 다음과 같다.

네트워크로 트래픽이 수신되는(또는 인입되는) 송신 노드와 네트워크 밖으로 트래픽을 출력하는(또는 인출하는) 수신 노드 사이에 2개 이상의 트래픽 전달 경로(traffic transmission path 또는 traffic forwarding path)를 설정한다. 이때 전달 경로들은 서로 분리되도록 함으로써 네트워크에서 단일 장애 발생(single failure occurrence) 시 동시에 단절되지 않도록 한다. 송신 노드는 트래픽의 매 패킷마다 수신되는 순서대로 시퀀스 번호를 패킷 오버헤드에 삽입한 후 복수의 전달 경로로 송신하고, 수신 노드는 복수의 전달 경로로부터 수신한 패킷들의 시퀀스 번호를 확인하여 이전에 수신한 적이 없는 시퀀스 번호가 붙은 패킷들만 네트워크 밖으로 송신하고 이미 수신한 적이 있는 패킷들은 중복 패킷으로 판단하여 삭제한다. 이와 같은 패킷 복제 및 삭제 동작을 통해, 네트워크에서 장애가 발생하더라도 복수의 전달 경로들 중 적어도 하나가 정상이라면 패킷 손실은 발생하지 않는다.

그러나, 상술한 기술은 송신 노드와 수신 노드 사이에 설정된 복수의 전달 경로들의 지연 시간이 서로 다름으로 인해 문제점들을 야기한다.

실시예들은 무손실 전달을 위해 설정한 복수의 전달 경로들의 패킷 전달 지연 시간을 전달 경로 상의 네트워크 노드들의 버퍼 자원을 활용하여 효율적으로 일치시키는 분산형 지연 편파 매칭 기술을 제공할 수 있다.

또한, 실시예들은 분산형 지연 편파 매칭 기술을 SDN(Software-Defined Networking) 기반으로 제어/관리할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따른 무손실 패킷 전달 방법은 송신 노드와 수신 노드 사이의 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간의 지연 오프셋을 계산하는 단계와, 상기 제1 전달 경로 상에서 전달되는 패킷들을 지연시키기 위해 상기 지연 오프셋만큼 버퍼 자원을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 계산하는 단계는 상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하는 단계와, 상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하는 단계와, 상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간 및 상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간에 기초하여 상기 지연 오프셋을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 지연 오프셋은 상기 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이일 수 있다.

상기 버퍼 자원은 상기 제1 전달 경로 상에 위치하는 노드들 중에서 적어도 하나에 위치할 수 있다.

상기 노드들은 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 위치하는 중간 노드들 및 상기 수신 노드를 포함할 수 있다.

상기 제어하는 단계는 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로부터 상기 버퍼 자원의 크기 정보를 수신하는 단계와, 상기 크기 정보에 기초하여 상기 버퍼 자원을 통해 패킷을 지연하는 지연 시간 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제어하는 단계는 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로 상기 지연 시간 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 버퍼 자원의 크기 정보는 상기 버퍼 자원의 가용 가능한 크기 정보일 수 있다.

상기 지연 시간 정보를 생성하는 단계는 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 위치하는 중간 노드인 경우, 트래픽 전송 주기 단위의 값으로 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보를 생성하는 단계와, 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 수신 노드인 경우, 상기 지연 오프셋과 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보의 차이를 상기 수신 노드에 대한 지연 시간 정보로 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 제어 장치는 송신 노드 및 수신 노드와 통신을 수행하는 통신 모듈과, 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이의 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간의 지연 오프셋을 계산하고, 상기 제1 전달 경로 상에서 전달되는 패킷들을 지연시키기 위해 상기 지연 오프셋만큼 버퍼 자원을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하고, 상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하고, 상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간 및 상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간에 기초하여 상기 지연 오프셋을 계산할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 통신 모듈을 통해 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로부터 상기 버퍼 자원의 크기 정보를 수신하고, 상기 크기 정보에 기초하여 상기 버퍼 자원을 통해 패킷을 지연하는 지연 시간 정보를 생성할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로 상기 지연 시간 정보를 전송할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 위치하는 중간 노드인 경우, 트래픽 전송 주기 단위의 값으로 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보를 생성하고, 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 수신 노드인 경우, 상기 지연 오프셋과 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보의 차이를 상기 수신 노드에 대한 지연 시간 정보로 생성할 수 있다.

도 1은 네트워크에서 트래픽 전송을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 트래픽 무손실 전달 방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 네트워크 시스템을 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 네트워크 시스템에서 분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 트래픽 무손실 전달 방법의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 딜레이 매칭 버퍼의 일 구현 예를 나타낸다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 네트워크에서 트래픽 전송을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서는 설명의 편의상 송신 노드와 수신 노드 사이에 2개의 전달 경로를 설정한 것으로 가정한다. 네트워크 상의 단일 장애에 의해 동시에 영향받지 않도록 물리적으로 서로 분리된 2개의 전달 경로를 구성하면 각 전달 경로의 전달 지연 시간은 차이가 날 수 있다.

2개의 전달 경로는 제1 전달 경로 및 제2 전달 경로로 구성된다. 제1 전달 경로는 전달 지연 시간이 짧은 경로일 수 있다. 제2 전달 경로는 전달 지연 시간이 긴 경로일 수 있다.

도 1에서 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간이 10개의 패킷이 전달되는데 걸리는 시간만큼 차이가 있다고 가정하는 경우, 수신 노드에서는 1번부터 11번 패킷을 제1 전달 경로를 통해 먼저 수신하고, 이후에 제2 전달 경로를 통해 1번 패킷을 수신하게 된다. 도 1에서 보인 바와 같이, 수신 노드는 제1 전달 경로를 통해 수신한 1번부터 16번 패킷까지는 유효한 패킷으로 판단하여 받아들이고, 제2 전달 경로를 통해 수신한 1번부터 5번 패킷은 중복 패킷으로 삭제한다. 수신 노드가 제1 전달 경로를 통해 16번 패킷을 수신한 직후에 제1 전달 경로에서 장애가 발생하는 경우, 수신 노드는 제2 전달 경로를 통해 수신한 17번 패킷부터 유효한 패킷으로 판단하여 받아들일 수 있다.

상술한 이러한 동작은 패킷 무손실 전달 기능으로 제1 전달 경로에 장애 시 패킷을 손실없이 전달할 수 있지만, 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이에 해당하는 시간 동안 패킷이 수신 노드로 수신되지 않는다. 특히, 대규모 링 네트워크와 같이 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이가 매우 클 경우, 네트워크에 접속된 두 단말 장치에서 관리하는 세션이 만료되어 단말 장치간 연결성이 일시적으로 끊어지는 문제를 일으킬 수 있다.

또한, 제1 전달 경로의 장애가 복구될 때 더욱 심각한 문제가 야기될 수 있다. 도 1과 같이 제2 전달 경로로부터 21번 패킷까지 수신한 직후 제1 전달 경로의 장애가 복구되는 경우, 수신 노드는 제1 전달 경로로부터 32번 이후의 패킷들과 제2 전달 경로로부터 22번 이후의 패킷들을 동시에 수신하게 된다. 이때, 수신 노드는 일정 시간 동안, 즉 제2 전달 경로로부터 32번 패킷을 수신하여 중복 패킷 삭제 기능이 동작할 때까지 양쪽 경로(예를 들어, 제1 전달 경로와 제2 전달 경로)에서 수신하는 패킷들을 모두 유효한 패킷으로 받아들인다.

즉, 제1 전달 경로의 장애 복구 시, 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이에 해당하는 시간 동안에는 수신 노드에서 네트워크 밖으로 출력하는(또는 인출하는, 전달하는) 패킷의 순서가 뒤섞이는 미스-오더링(mis-ordering) 문제가 발생한다. 이 문제는 수신 노드에 접속된 단말 장치가 충분한 데이터 처리 성능을 가지고 있다면 단말 장치의 응용 단에서 순서 오류를 정정함으로써 해결할 수는 있으나 산업용 IoT에서 사용되는 저가형 센서나 액츄에이터 등은 순서 오류를 정정할 수 있는 수준의 프로세서 성능을 가지지 못한다.

또한, 제1 전달 경로의 장애 복구시 일정 시간 동안 양쪽 경로에서 동시에 패킷을 수신하는 상황은 TSN이나 DetNet 등과 같은 시간-확정형(Time-Deterministic) 패킷 네트워크에서 더욱 심각한 문제를 야기한다. 패킷의 최대 전달 지연 시간을 지정한 값 이하로 보장하는 시간-확정형 패킷 전달 기능은 네트워크 노드로 입력되는 트래픽이 미리 정해진 규약을 따를 때에만 정상적인 동작이 가능하다. 그러나, 수신 노드가 양쪽 경로에서 수신한 패킷들을 모두 받아들여서 네트워크 밖으로 출력하게 되면 일정 시간 동안 트래픽이 규약보다 2배로 증가하게 되므로 규약 위반에 따른 프로세스에 의해 해당 패킷의 서비스 자체를 중단시켜 시간-확정형 패킷 전달 기능 자체가 불가능하게 된다.

이하에서 실시예들에 대한 설명은 설명의 편의를 위해 이더넷 기반의 시간-확정형 패킷 네트워크(Time-deterministic packet network)인 TSN(Time Sensitive Network)을 기준으로 하고 무손실 전달을 위해 패킷 전달 지연 시간이 서로 다른 제1 전달 경로 및 제2 전달 경로가 설정된 것을 가정한다. 각 전달 경로의 전달 지연 시간은 다양하게 차이날 수 있지만, 설명의 편의를 위해 제1 전달 경로 및 제2 전달 경로 간의 전달 지연 편차가 10개의 패킷을 전달하는데 걸리는 시간만큼 존재하는 것으로 가정한다.

실시예들은 송신 노드에서 패킷을 복제하여 2개 이상의 복수의 전달 경로로 전송하고 수신 노드에서 시퀀스 번호 확인을 통해 중복 패킷을 삭제하는 방식으로 동작하는 TSN의 FRER(Frame Replication and Elimination for Reliability), DetNet의 PREF(Packet Replication and Elimination Function) 또는 PREOF(Packet Replication, Elimination, and Ordering Function) 등 모든 종류의 무손실 전달 기술에 적용 가능하다.

또한, 실시예들은 패킷 네트워크뿐만아니라 SDH(Synchronous Digital Hierarchy), OTN(Optical Transport Network) 등 회선 전달망에서 프레임 복제 및 삭제 기반의 무손실 전달 기술을 구현하는 경우에도 적용 가능할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 트래픽 무손실 전달 방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

트래픽 무손실 전달 방법은 딜레이 매칭 버퍼를 이용할 수 있다. 딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로 상에 위치할 수 있다. 또한, 딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로의 수신 노드 내에 위치할 수도 있다. 즉, 딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로의 어느 지점에 구현 가능할 수 있다.

딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로에서 전달되는 패킷을 지연 오프셋(delay offset)만큼 버퍼링할 수 있다. 지연 오프셋은 지연 변동(delay variation)을 의미할 수도 있다. 예를 들어, 지연 오프셋은 지연 변동(delay variation)을 의미할 수 있으며 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이일 수 있다. 즉, 딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간의 전달 지연 시간 차이만큼 패킷을 저장한 후 전달할 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로를 통해 수신된 트래픽에 타이머를 적용하여 지연 오프셋(여기서, 지연 오프셋은 10개의 패킷을 수신하는데 필요한 시간임)만큼 패킷을 저장한 후 전달할 수 있다. 이를 통해, 수신 노드의 중복 패킷 삭제 기능을 위한 블록은 항상 동일한 시퀀스 번호의 패킷을 제1 전달 경로와 제2 전달 경로로부터 수신할 수 있다.

딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로 상에서 지연 오프셋 만큼 패킷들을 버퍼링하여 전달함으로써, 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간의 지연 편차를 상쇄시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간이 매칭되면 항상 동일한 시퀀스 번호의 패킷이 제1 전달 경로와 제2 전달 경로로부터 연달아 수신되므로 경로 장애가 발생하거나 복구될 때 상술한 문제점들이 해결될 수 있다.

상술한 딜레이 매칭 버퍼를 활용하는 방법은 제1 전달 경로의 전달 지연 시간을 제2 전달 경로만큼 지연시킬 수 있다. 실시간 원격 제어 등과 같이 무손실 전달 특성을 요구하는 단말 장치의 응용들은 최악 조건의 패킷 전달 지연 시간을 감안하여 제2 전달 경로의 전달 지연 시간을 기준으로 제어 프로그램을 구현하므로, 이러한 제1 전달 경로 상의 지연은 문제가 되지 않는다.

딜레이 매칭 버퍼는 수신 노드에 구현될 수 있지만, 딜레이 매칭 버퍼는 제1 전달 경로 상의 하나 이상의 노드에 구현될 수 있으며, 각 노드들이 제공하는 버퍼 자원을 활용하여 효율적으로 지연 편차를 보정할 수 있다. 딜레이 매칭 버퍼가 제1 전달 경로 상의 각 노드에 분산 구현되어 지연 편차를 매칭하는 방법을 분산형 지연 편차 매칭 방법이라 할 수 있다. 딜레이 매칭 버퍼가 네트워크 상의 임의의 위치에 포지셔닝할 수 있음을 고려하면, 수신 노드에서 모든 지연 편차를 보정하는 것보다 시스템 비용 면에서 효과적일 수 있다.

분산형 지연 편차 매칭 방법은 수신 노드를 포함하여 제1 전달 경로 상의 각 노드들이 제공할 수 있는 버퍼 자원을 활용하여 효율적으로 지연 편차를 보정할 수 있다. 분산형 지연 편차 매칭 방법은 SDN 컨트롤러 등과 같은 중앙 집중형 제어/관리 장치에 의해 제어/관리될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 네트워크 시스템을 나타낸다.

네트워크 시스템(300)은 제어 장치(310), 송신 노드(320), 수신 노드(330), 중간 노드들(340 및 350)을 포함할 수 있다. 중간 노드들(340)는 제1 전달 경로에 위치하는 노드들이고, 중간 노드들(350)은 제2 전달 경로에 위치하는 노드들이다. 딜레이 매칭 버퍼(360)는 제1 전달 경로 상의 중간 노드들(340) 중에서 적어도 하나 및/또는 수신 노드(330)에 위치할 수 있다.

제어 장치(310)는 네트워크 시스템(300)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 SDN 컨트롤러일 수 있다. 제어 장치(310)는 딜레이 매칭 버퍼(360)를 이용하여 분산형 지연 오프셋 매칭을 제어할 수 있다. 제어 장치(310)는 컨트롤러(313) 및 통신 모듈(315)을 포함할 수 있다. 컨트롤러(313)는 통신 모듈(315)을 통해 각 노드(320 내지 350)와 통신을 수행할 수 있다.

무손실 전달(또는 무손실 전달 기능)을 요구하는(또는 요청하는, 보장하는) 일련의 패킷들은 플로우로 정의될 수 있다. 컨트롤러(313)는 각 플로우 별로 제1 전달 경로와 제2 전달 경로를 구성하는 중간 노드들(340 및 350)으로부터 노드 정보와 링크 정보를 수집하고, 수집된 노드 정보와 링크 정보에 기초하여 두 경로의 전달 지연 오프셋을 계산할 수 있다.

전달 지연 시간은 송신 노드(320)와 수신 노드(330) 사이의 전달 경로 상의 모든 링크 지연 시간과 노드 지연 시간들의 합으로 계산될 수 있다.

링크 지연 시간은 링크의 물리적인 길이에 비례할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 광케이블의 경우 1km 당 5μs 정도의 지연이 발생한다. 링크 지연 시간은 케이블 길이 측정을 통해 계산할 수도 있고, 링크에 연결된 양 쪽 노드에서 별도의 지연 시간 측정 방법을 사용하여 측정할 수도 있다.

노드 지연 시간은 노드의 패킷 처리 동작 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 노드 지연 시간은 TSN에서 규정한 브리지 시스템의 경우 종속 지연(dependent delay) x 시간 민감형 트래픽의 패킷 크기와 비종속 지연(independent delay)의 합으로 계산될 수 있다. 여기서, 종속 지연은 하나의 패킷을 노드 내의 메모리에 저장한 후 출력 큐로 전달하는데 소요되는 시간으로, 입력 포트를 통해 직렬 비트열로 수신되는 하나의 패킷이 메모리에 저장되는데 소요되는 시간은 입력 포트의 링크 속도와 패킷의 크기에 의해 결정될 수 있다. 또한, 비종속 지연은 패킷 길이와 무관한 지연 시간으로, 노드 내에서 패킷 오버헤드 룩업, 포워딩 결정 등 패킷 처리를 위해 소요되는 시간을 의미할 수 있다.

만일 노드가 TSN에서 정의된 시간-확정형 패킷 전달 방식인 IEEE Std 802.1QbvTM-2015 TAS (Time-Aware Shaper)나 IEEE Std 802.1QchTM-2017 CQF (Cyclic Queuing and Forwarding)를 사용하면 상술한 바와는 다른 방식으로 경로의 전달 지연 시간을 계산할 수 있다. 상술한 방식들은 출력 포트에서 트래픽 클래스 큐마다 트래픽 전송 주기 단위로 게이트를 열거나 닫는 동작을 수행하므로, 경로 상의 한 노드에서의 노드 전달 지연 시간은 송신 노드부터 그 노드까지의 지연 시간과 게이트가 열리는 시점의 차이에 의해 트래픽 전송 주기 단위로 가변 될 수 있다.

상술한 방식들에서의 경로의 전달 지연 시간은 컨트롤러(313)에서 플로우 속성(트래픽 전송 주기, 전송 주기당 패킷 수, 최대 패킷 크기), 경로 상의 중간 노드 수, 링크 지연 시간, 각 노드에서 사용하는 패킷 전달 방식 등의 정보를 사용하여 계산될 수 있다.

컨트롤러(313)는 제1 전달 경로의 전달 지연 시간 및 제2 전달 경로의 전달 지연 시간에 기초하여 지연 오프셋을 계산할 수 있다. 컨트롤러(313)는 지연 오프셋에 기초하여 제1 전달 경로 상의 딜레이 매칭 버퍼(360)를 제어함으로써 제1 전달 경로 상에서 전달되는 패킷들을 지연 오프셋만큼 분산 지연시킬 수 있다.

컨트롤러(313)는 다음과 같은 파라미터를 이용하여 딜레이 매칭 버퍼(360)를 제어할 수 있다.

- B(k): 노드 k가 지연 오프셋 매칭을 위해 제공 가능한 딜레이 매칭 버퍼(360)의 크기(노드 k가 제어 장치(310)로 제공하는 정보)

해당 파라미터 정보는 노드 정보에 포함되어 컨트롤러(313)로 전송될 수 있다.

- Delay(k,i): 노드 k의 딜레이 매칭 버퍼(360)에서 플로우 i에 속한 패킷의 지연 시간(제어 장치(310)가 노드 k로 제공하는 정보)

해당 파라미터 정보는 컨트롤러(313)의 제어 신호에 포함되어 노드 k로 전송될 수 있다.

상술한 바와 같이, 컨트롤러(313)는 제1 전달 경로 상의 중간 노드들(340)과 수신 노드(330)에서 패킷 전달 방식을 고려하여 적절하게 딜레이 매칭 버퍼(360)를 이용하여 패킷들을 분산 지연시킴으로써 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간을 일치시킬 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 네트워크 시스템에서 분산형 지연 오프셋 매칭을 이용한 트래픽 무손실 전달 방법의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는 제어 장치(310), 송신 노드(320), 수신 노드(330), 및 제1 전달 경로 상의 중간 노드들(340)이 플로우 i의 속성, 예를 들어 트래픽 전송 주기, 전송 주기당 패킷 수, 최대 패킷 크기를 알고 있다고 가정한다.

제어 장치(310)는 제1 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산할 수 있다. 제어 장치(310)는 제2 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산할 수 있다. 제어 장치(310)는 제1 전달 경로의 전달 지연 시간 및 제2 전달 경로의 전달 지연 시간에 기초하여 지연 오프셋(Delay)을 계산할 수 있다. 제어 장치(310)는 지연 오프셋(Delay)에 기초하여 분산형 지연 오프셋 매칭을 다음과 같이 수행할 수 있다.

우선, 제1 전달 경로 상의 중간 노드들(340)과 수신 노드(330)는 가용 가능한 딜레이 매칭 버퍼(360)의 크기 정보(B(k))를 제어 장치(310)로 전송할 수 있다. 제어 장치(310)는 크기 정보(B(k)) 값을 플로우 i의 속성을 고려한 지연 시간 값으로 환산할 수 있다. 예를 들어, B(k)=640Byte이고 플로우 i의 속성이 트래픽 전송 주기 100μs 당 64Byte 패킷 1개를 전송하도록 규약되어 있다면, 환산된 지연 시간은 640Byte/64Byte x 100μs = 1,000μs가 된다. 제어 장치(310)는 각 노드(330 및 340)가 제공할 수 있는 지연 시간의 범위 내에서 플로우 i에 대한 지연 시간 정보(Delay(k,i))를 다음의 규칙에 의해 각 노드(330 및 340)로 제공할 수 있다.

중간 노드의 Delay(k,i) = 트래픽 전송 주기 단위의 값

(수신 노드의 Delay(k,i) = ΔDelay - ∑중간 노드의 Delay(k,i)

상술한 방법으로 제1 전달 경로 상의 중간 노드들(340)과 수신 노드(330)에서 버퍼링을 수행하면, 제1 전달 경로의 전달 지연 시간은 제2 전달 경로의 전달 지연 시간과 일치하게 된다.

중간 노드(340)에서 트래픽 전송 주기 단위로 패킷을 지연시키는 이유는 딜레이 매칭 버퍼(360)에서 임의의 값으로 패킷을 지연시켜도 시간-확정형 패킷 전달 방식을 사용하는 출력 포트는 트래픽 전송 주기 단위로 게이트를 제어하기 때문에 노드 전달 지연 시간이 제어 장치(310) 지정한 값과 달라질 수 있기 때문이다.

도 4에서는 100μs 마다 64Byte 패킷 1개를 송신하는 플로우 i에 대한 분산형 지연 편차 매칭 방법의 동작 예로서, 제1 전달 경로 상에 5개의 중간 노드(340)가 있고, 중간 노드들(340)은 수신 노드(330)와 동일하게 1,280Byte의 가용한 딜레이 매칭 버퍼(360)를 가지며 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이는 1,050μs를 가정한 것이다.

각 노드들(330 및 340)은 제어 장치(310)로 B(k) 파라미터 값을 1,280으로 보고한다. 제어 장치(310)는 B(k) 파라미터 값을 플로우 i에 대한 지연 시간으로 환산하여 각 노드(330 및 340)가 2,000μs (1,280Byte/64Byte x 100μs) 만큼의 지연이 가능함을 알 수 있다. 제어 장치(310)는 1,050μs 만큼의 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간 지연 오프셋을 보상하기 위하여 상술한 규칙을 만족하는 조건하에서 다양한 분배 방식으로 중간 노드들(340)과 수신 노드(330)의 지연 시간을 설정할 수 있다.

도 4에서는 제어 장치(310)가 모든 중간 노드들(340)에게 트래픽 전송 주기의 2배에 해당하는 지연 시간인 200μs를 Delay(k,i) 파라미터로서 제공하고, 수신 노드(330)에게는 나머지 50μs를 Delay(k,i) 파라미터로서 제공하여 제1 전달 경로와 제2 전달 경로s의 전달 지연 시간을 일치시킨다.

도 5는 딜레이 매칭 버퍼의 일 구현 예를 나타낸다.

딜레이 매칭 버퍼(360)는 구현에 따라 다양한 형태로 구성 가능할 수 있다. 일 예로, IEEE 802.1에서 정의된 브리지 기능 모델에서 딜레이 매칭 버퍼(360)의 기능은 도 5와 같이 플로우 구분 기능을 수행하는 스트림 필터와 큐잉 기능을 담당하는 스트림 게이트 사이에 위치할 수 있다.

상술한 바와 같이, 트래픽의 무손실 전달이 요구되는 네트워크에서 서로 다른 전달 경로의 지연 시간을 SDN 기반의 중앙 집중형 제어/관리를 통해 분산하여 각 노드에 적절하게 버퍼링을 통해 일치시킴으로써, 경로 장애시 일시적으로 패킷 전달이 중단되거나 경로 복구시 일시적으로 패킷의 전달 순서가 바뀌고 정해진 규약보다 2배 높은 양의 패킷들이 전달되는 문제들을 해결할 수 있다.

따라서, 실시예들은 현저하게 안정된 무손실 전달 기능을 제공함과 동시에 보다 효율적인 네트워크 자원 활용이 가능하며, 시민감 트래픽의 무손실 전달을 가능하게 할 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims

송신 노드와 수신 노드 사이의 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간의 지연 오프셋을 계산하는 단계; 및
상기 제1 전달 경로 상에서 전달되는 패킷들을 지연시키기 위해 상기 지연 오프셋만큼 버퍼 자원을 제어하는 단계;
를 포함하는 무손실 패킷 전달 방법.
제1항에 있어서,
상기 계산하는 단계는,
상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하는 단계;
상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하는 단계; 및
상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간 및 상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간에 기초하여 상기 지연 오프셋을 계산하는 단계
를 포함하는 무손실 패킷 전달 방법.
제1항에 있어서,
상기 지연 오프셋은,
상기 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이인 무손실 패킷 전달 방법.
제1항에 있어서,
상기 버퍼 자원은,
상기 제1 전달 경로 상에 위치하는 노드들 중에서 적어도 하나에 위치하는 무손실 패킷 전달 방법.
제4항에 있어서,
상기 노드들은,
상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 위치하는 중간 노드들 및 상기 수신 노드를 포함하는 무손실 패킷 전달 방법.
제1항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로부터 상기 버퍼 자원의 크기 정보를 수신하는 단계; 및
상기 크기 정보에 기초하여 상기 버퍼 자원을 통해 패킷을 지연하는 지연 시간 정보를 생성하는 단계
를 포함하는 무손실 패킷 전달 방법.
제6항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로 상기 지연 시간 정보를 전송하는 단계
를 더 포함하는 무손실 패킷 전달 방법.
제6항에 있어서,
상기 버퍼 자원의 크기 정보는,
상기 버퍼 자원의 가용 가능한 크기 정보인 무손실 패킷 전달 방법.
제6항에 있어서,
상기 지연 시간 정보를 생성하는 단계는,
상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 위치하는 중간 노드인 경우, 트래픽 전송 주가 단위의 값으로 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보를 생성하는 단계; 및
상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 수신 노드인 경우, 상기 지연 오프셋과 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보의 차이를 상기 수신 노드에 대한 지연 시간 정보로 생성하는 단계
를 포함하는 무손실 패킷 전달 방법.
송신 노드 및 수신 노드와 통신을 수행하는 통신 모듈; 및
상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이의 제1 전달 경로와 제2 전달 경로 간의 지연 오프셋을 계산하고, 상기 제1 전달 경로 상에서 전달되는 패킷들을 지연시키기 위해 상기 지연 오프셋만큼 버퍼 자원을 제어하는 컨트롤러
를 포함하는 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하고, 상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간을 계산하고, 상기 제1 전달 경로의 전달 지연 시간 및 상기 제2 전달 경로의 전달 지연 시간에 기초하여 상기 지연 오프셋을 계산하는 제어 장치.
상기 지연 오프셋은,
상기 제1 전달 경로와 제2 전달 경로의 전달 지연 시간 차이인 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 버퍼 자원은,
상기 제1 전달 경로 상에 위치하는 노드들 중에서 적어도 하나에 위치하는 제어 장치.
제13항에 있어서,
상기 노드들은,
상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 위치하는 중간 노드들 및 상기 수신 노드를 포함하는 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 통신 모듈을 통해 상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로부터 상기 버퍼 자원의 크기 정보를 수신하고, 상기 크기 정보에 기초하여 상기 버퍼 자원을 통해 패킷을 지연하는 지연 시간 정보를 생성하는 제어 장치.
제15항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 버퍼 자원이 위치하는 노드로 상기 지연 시간 정보를 전송하는 제어 장치.
제15항에 있어서,
상기 버퍼 자원의 크기 정보는,
상기 버퍼 자원의 가용 가능한 크기 정보인 제어 장치.
제15항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 위치하는 중간 노드인 경우, 트래픽 전송 주가 단위의 값으로 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보를 생성하고,
상기 버퍼 자원이 위치하는 노드가 상기 수신 노드인 경우, 상기 지연 오프셋과 상기 중간 노드에 대한 지연 시간 정보의 차이를 상기 수신 노드에 대한 지연 시간 정보로 생성하는 제어 장치.