KR20240018760A - 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내의 데이터 전송 네트워킹 방법 및 장치 - Google Patents

초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내의 데이터 전송 네트워킹 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 초정밀 (HPS: Hyper Precision Communication Services) 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내의 데이터 전송을 위한 네트워킹 시스템에 관한 것으로, 특히, 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 네트워킹 시스템을 구성하는 호스트내의 네트워킹 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내 네트워킹 방법은, 가입자로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하는 단계, 상기 가입자 초정밀 통신서비스 QoS 프로파일에서 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하는 단계, 및 상기 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘을 선택하는 단계를 수행한다.

Description

초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내의 데이터 전송 네트워킹 방법 및 장치 {Data transmission processing method and apparatus in host supporting quality assurance of Hyper-precision communication services}
본 개시는 5G-Advanced 및 6G의 인프라 기반의 초정밀 (HPS: Hyper Precision Communication Services) 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 네트워킹 시스템에 관한 것으로, 특히, 네트워킹 시스템에 있어서, 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내 네트워킹 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 사용자 (또는 가입자) 디바이스 및 통신서비스 서버는 HPS 통신서비스 제공 시 TCP/IP에 의한 패킷 전달 프로세싱의 과정에서 지연(delay)과 대기시간(latency)이 더욱 소요되는 문제가 있다. 특히, 높은 대역폭과 낮은 대기시간을 수행하는 HPS 통신서비스를 전송하려면, 네트워크 처리 속도 지연(delay), 높은 대기시간(latency) 및 고대역폭(bandwidth)의 가입자(client)까지 통신서비스 전송되는 과정에서 네트워크 처리속도로 인하여 지연(delay)과 대기시간(latency)이 많이 소요되어, 결국 이는 HPS 통신서비스의 품질이 저하되는(deterioration) 문제점이 발생한다.
본 개시는 초정밀 통신서비스 제공 시, 사용자가 원하는 통신 품질을 보증할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 초정밀 통신서비스 제공 시, 지연시간(delay) 대기시간(latency)에 의한 품질 저하(deterioration) 문제를 해결하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 초정밀 통신서비스의 사용자 디바이스 또는 사용자의 서버에서, 사용자에게 제공되는 초정밀 통신서비스 유형별 요구되는 패킷 전달 지연(delay), 대기시간(latency)을 최소화하기 위한 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 사용자 디바이스 또는 사용자의 로컬 서버의 운영체제(OS) 프로세싱에서, 사용자의 초정밀 통신서비스 유형별 사전에 QoS 프로파일의 디스크립터(descriptor)를 적용하고, HPS 서비스를 위해 호스트내의 스트리밍 데이터 전송을 위한 최적 알고리즘을 HPS 서비스 유형별 선택적으로 적용하여 초정밀 통신서비스의 지연, 대기시간을 최소화하여 품질을 보장하기 위한 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내 네트워킹 방법은, 가입자로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하는 단계, 상기 가입자 초정밀 통신서비스 QoS 프로파일에서 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하는 단계, 및 상기 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘을 선택하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은, UDP 프로토콜에 의해 데이터를 전달하는 단계 및 커널에 의한 소켓통신으로 데이터 프로세싱을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 방법에서, 상기 가입자 유형별 QoS 프로파일은, 초정밀 응용서비스 요구 성능 파라미터(KPI)를 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워킹 방법에서, 상기 초정밀 응용서비스 요구 성능 파라미터(KPI)는, 적어도 평균고장시간(MTBF), 종단간(end-to-end) 대기시간(latency), 서비스 가용성(availability), 전송 대역폭(Bandwidth Bit rate) 및 메시지 크기(Message size)에 대한 HPS 서비스 품질요구사항 중 어느 하나 이상을 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워킹 방법에서, 상기 최적 알고리즘은 Qdisc 알고리즘이고, 상기 Qdisc 알고리즘은 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF를 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워킹 방법은, 상기 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF 알고리즘 중, 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 알고리즘을 선택한 후, 상기 가입자 유형별 할당된 대역폭을 적용하여 가입자에게 전송하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워킹 방법은, 커널(kernel)에 의한 소켓(socket) 통신을 이용한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워킹 방법은, 데이터 전송 시, UDP 프로토콜을 적용한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내 네트워킹 장치는, 프로세서 및 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하되, 상기 프로세서는, 가입자로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하면, 상기 가입자 유형별 QoS 프로파일을 확인하고 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하여, 상기 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘 선택을 수행한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 호스트내의 데이터 전송(네트워킹) 장치에서, 상기 가입자 유형별 QoS 프로파일은, 초정밀 응용서비스 요구 성능 파라미터(KPI)를 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 호스트내의 네트워킹 장치에서, 상기 초정밀 응용서비스 요구 성능 파라미터(KPI)는, 적어도 평균고장시간(MTBF), 종단간(end-to-end) 대기시간(latency), 서비스 가용성(availability), 전송 대역폭(Bandwidth Bit rate) 및 메시지 크기(Message size) 중 어느 하나 이상을 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 호스트내의 네트워킹 장치에서, 상기 프로세서가 수행하는 최적 알고리즘은 Qdisc 알고리즘이고, 상기 Qdisc 알고리즘은 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF을 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 호스트내의 네트워킹 장치는, 네트워크 전송 수단을 더 포함한다. 여기서, 상기 프로세서에 의해 상기 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF 알고리즘 중, 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 알고리즘이 선택되고 실행되면, 상기 네트워크 전송 수단은 상기 가입자 유형별 할당된 대역폭을 적용하여 가입자에게 전송한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 호스트내의 네트워킹 장치는, 커널(kernel)에 의한 소켓(socket) 통신 수단을 더 포함한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 호스트내의 네트워킹 장치는, 데이터 전송을 위한 UDP 프로토콜을 더 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 네트워크 시스템은, 가입자와 연결된 제1 에지 노드와, 컨텐츠를 제공할 수 있는 제2 에지 노드를 포함한다. 여기서, 상기 제1 에지 노드는, 가입자로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하면, 상기 가입자 유형별 QoS 프로파일에서 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하여, 상기 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘 선택을 수행한다. 또한 상기 제2 에지 노드는, 제1 에지 노드로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하면, 상기 초정밀 통신서비스 유형별 QoS 프로파일에서 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하여, 상기 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘을 선택하고. 초정밀 통신서비스로 요청된 컨텐츠를 상기 성능 파라미터 값을 적용하여 상기 제1 에지 노드에 전송한다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 사용자 디바이스 또는 사용자 초정밀 통신서비스 서버에서, 낮은 대기시간(latency) 및 높은 대역의 네트워크 처리속도를 제공함으로써 초정밀 통신서비스 품질을 연속적으로 보증하여 제공하는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 초정밀 통신서비스의 경우 종단간(end to end) 목표 지연시간 (예, 20ms 이내) 내에서 제공하는 것이 가능하게 되어, 초고신뢰. 저지연 통신 (URLLC: Ultra-Reliable and Low Latency Communications) 서비스 제공 시에도, 연속적인 품질을 보증하는 효과를 얻을 수 있다. 상기 HPS 및/또는 상기 URLLC는 원격진료, 원격로봇수술, 커넥티드카 (connected car), 제조 공정 자동화, 스마트 그리드, VR(가상현실), AR(증강현실), MR(혼합현실), XR(확장현실) 등을 적용될 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스 컨텐츠 전송을 위한 호스트(Host)내 네트워킹 방법을 수행하는 호스트 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 종단간(end-to-end) 초정밀 통신서비스 네트워킹 전송의 구성도를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스 유형별 성능 요구사항을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, TC PRIO Qdisc 알고리즘 셋업(Algorithm setup)을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, TC MQPRiO Qdisc 알고리즘 셋업을 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, TC CBS Qdisc 알고리즘 셋업을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, TC ETF Qdisc 알고리즘 셋업을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, TC TAPRIO Qdisc 알고리즘 셋업을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, TC TAPRIO + ETF Qdisc 알고리즘 셋업을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은, 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에 적용되는 알고리즘 간의 성능분석을 위한 시험 환경 구성 및 성능시험 결과 데이터를 나타내는 도면이다.
도 11a 내지 도 16b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 Qdiscs 알고리즘 간의 성능시험 데이터를 이용한 실험계획법(DoE)의 일원 배치법(One-way Anova)을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 17a 및 도 17b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, 초정밀 통신서비스 요청에 대한 통신서비스 셋업 및 컨텐츠 전송 절차를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른, 초정밀 통신서비스 제공을 위한 또 다른 네트워킹 장치에 관한 구성도를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 개시의 실시예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 개시에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계 뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 개시에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들 간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에서 일 실시예에서의 제1 구성요소는 다른 실시예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시예에서의 제2 구성요소를 다른 실시예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다.
본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함으로, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다.
본 개시에 있어서, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들을 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 제시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
이하, 도 1 내지 도 16b를 참고하여 본 개시에 따른 실시예를 설명한다.
도 1은 본 개시에서 적용될 수 있는 사용자 서버에서 초정밀 통신서비스 데이터 전송을 수행하는 구조를 나타내는 도면이다. 도 1은 본 개시의 일 실시예 구성도에 해당된다.
관련하여, 본 개시의 실시예는 5G-Advanced 및 6G의 연구개발에 의한 인프라를 이용하여 사용자가 요구한 초정밀 통신서비스에 대하여 가입자 디바이스 (HMI: Human Machine Interface) (예를 들어, HMD(Head Mounted Display)), 또는 가입자 서버에서 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 위해, 지연, 대기시간 및 대역폭에 맞게 제공하는 기술을 포함한다. 또한, 본 개시는 사용자에게 초정밀 통신서비스 제공을 위해 패킷 전달 대기시간을 줄이기 위한 방법 또는 제시간(in-time) 및 정시간(on-time)에 맞게 초정밀 통신서비스를 제공하여 품질을 보증하는 방법 및 장치를 제공한다.
예를 들어, 도 1은 사용자 디바이스(예, HMD) 또는 사용자에게 초정밀 통신서비스를 제공하는 컴퓨팅 방법을 수행하는 네트워킹 장치(100)를 도시한 것이다.
우선, 상기 네트워킹 장치(100)는, 초정밀 통신서비스에 대한 컨텐츠를 이미 탑재한 형태의 애플리케이션(Application, 110)을 포함한다. 상기 애플리케이션(110)은 사용자(User) 영역으로 레이어(Layer) 7에 해당한다.
또한, 상기 네트워킹 장치(100)는, 레이어 6의 커널(Kernel) 영역으로, 사전에 초정밀 통신서비스 가입자의 정보를 QoS 프로파일에 해당하는 성능 파라미터 값을 포함하는 디스크립터 파일(descriptor file)을 저장한다(120). 이때, 상기 성능 파라미터로는 가용성(Availability), 평균고장시간(MTBF), 대기시간(Latency), 대역폭(Bandwidth) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨팅 서버(100)는 URLLC HPS 통신서비스별로 정의된 성능 파라미터 값을 디스크립터 파일로 저장하여 가입자 초정밀 통신서비스에 대한 요청이 있는 경우 해당 API에서 QoS 프로파일에 의한 성능 모수 값을 지정하여 초정밀 통신서비스의 품질을 보증하도록 한다.
또한, 상기 네트워킹 장치(100)는 레이어 5로 소켓(Socket, 130) 통신으로 초정밀 통신서비스 요청에 의해 커널을 생성한다. 이때, 사용자의 초정밀 통신서비스 요청시, 플로우 테이블(예를 들어, SocIP, Socport, Protocol, DesIP, DesPort)을 업데이트하여 사용자에게 초정밀 통신서비스를 소켓(130) 통신을 이용하여 제공하도록 한다.
또한, 상기 네트워킹 장치(100)는 레이어 4로 전송 계층(transports layer)에서 TCP 또는 UDP 프로토콜을 사용하여 HPS 통신서비스 제공하도록 한다(140). 이때, 사용자의 초정밀 통신서비스 요청 시에는 TCP 프로토콜에 의해 애플리케이션(110)까지 전송된다. 이후 애플리케이션(110)의 사용자에 대한 초정밀 통신서비스 제공 시에는 TCP 프로토콜의 지연, 대기시간의 문제점을 해결하기 위해 UDP 프로토콜을 통하여 UDP 헤더를 첨가하여 초정밀 통신서비스 패킷을 레이어 3 IP로 전송한다.
또한, 상기 네트워킹 장치(100)는 레이어 3의 IP 프로토콜로 가입자의 초정밀 통신서비스 요청 시에는 이더넷 패킷에 IP를 헤더를 붙여 TCP로 전송한다(150). 반대로 초정밀 통신서비스 제공을 전송하는 경우에는 UDP 헤더 앞에 IP 헤더를 붙여 해당 초정밀 통신서비스의 데이터 패킷 형태에 따라 최적 알고리즘 (예를 들어, Qdisc 알고리즘)으로 전송하게 된다. 이하 본 개시에서는 설명의 편의를 위해, 상기 최적 알고리즘으로 'Qdisc 알고리즘'을 예로 하여 설명하고자 하나, 본 개시의 실시예에 의해 구현되는 기술적 사상은 'Qdisc 알고리즘'외의 다른 알고리즘으로도 구현될 수 있음은 자명하다.
또한, 상기 네트워킹 장치(100)는, 상기 Qdisc 알고리즘을 적용한 형태로 가입자에게 초정밀 통신서비스를 제공하는 경우에 데이터 패킷 형태에 따라 최적의 세부 알고리즘을 선택하게 된다(160). 예를 들어, 영상 데이터의 경우는 CBS Qdisc 알고리즘을 적용하고, 제시간(in-time) 및 정시간(on-time)의 초정밀 통신서비스 패킷 데이터를 전송하는 경우에는 Taprio 알고리즘 또는 Taprio + ETF Qdisc 알고리즘을 적용할 수 있다. 이를 통해, 지연 및 대기시간의 품질을 보증하여 초정밀 통신서비스를 가입자에게 전송하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 상기 네트워킹 장치(100)는, 디바이스(Device) 영역으로 네트워크 인터페이스 카드(NIC)와 드라이버(Driver)를 통하여 가입자에게 초정밀 통신서비스 요청을 받거나, 반대로 가입자 요청의 초정밀 통신서비스를 전송 시 대역폭을 할당하여 포트(port)를 통하여 컨텐츠를 전송하는 기능을 수행하게 된다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 서로 다른 가입자의 종단간(end-to-end) 초정밀 통신서비스 데이터 패킷을 전송하는 구성도를 나타내는 도면이다. 도 2를 참고하면, 서비스 대기시간 (service latency)는 호스트 대기시간 (Host latency)와 네트워크 대기시간 (Network latency)의 합으로 정해짐을 알 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예는 상기 호스트 대기시간 (Host latency)을 10ms 이하로 최소화하여, 전체 서비스 대기시간 (service latency)을 지연을 방지하고자 한다. 따라서, 이하 본 개시에서는 상기 네트워크 대기시간 (Network latency)에 대해서는 별도 논의하지 않을 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스 유형별 성능 요구사항(Performance parameter, (KPI))를 예를 들어 도시한 것이다.
상기 유형별 성능 요구사항 (KPI: Key Performance Indicator)은, 가용성(availability), 평균고장시간(MTBF), 종단간(End-to-end) 대기시간(latency), 이미지 인식 대기시간(Image recognition latency), 중간 데이터 업로드 대기시간(Intermediate data uploading latency) 및 사용자 경험적 대역폭(Bandwidth)으로 서비스 비트율(service bit rate) 등을 포함할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른, TC (Traffic Control) PRIO (Priority shaper) Qdisc 알고리즘 셋업(Algorithm Setup) 구조를 나타내는 도면이다. PRIO Qdisc(410)는 우선순위가 다른 임의의 수의 클래스를 포함하는 간단한 클래스 기반의 대기열 규칙에 적용할 수 있다. 여기서, 상기 클래스는 우선 순위의 숫자 내림차순으로 정렬된다(430). 관련하여, PRIO는 스케줄러(420)로서 패킷을 지연시키지 않고 작업을 보존하는 Qdisc이지만 상기 클래스에 포함된 Qdisc는 그렇지 않을 수 있다. 또한, 상기 PRIO Qdisc(410)는 트래픽 속도가 느려질 필요가 없을 때 대기시간을 줄이는 데 매우 유용한 Qdisc 알고리즘이다.
따라서, 정해진 명령어에 따라 새로운 PRIO 큐(queue)를 생성할 때, :1/:2/:3으로 명명된 3개의 클래스(411)가 자동으로 생성되고, 자동적으로 PFIFO (412) Qdisc가 적용된다. 이후, 순차적으로 클래스 1 패킷 (class 1 packet) 송신, 클래스 2 패킷 (class 2 packet) 송신, 클래스 3 패킷 (class 3 packet) 송신을 순서대로 수행한다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른, TC CBS(Credit Based Shaper) Qdisc 알고리즘 셋업 구조를 나타내는 도면이다.
우선, 도 5a는 CBS Qdisc 구성을 위한 1단계를 도시한 것이다. 상기 CBS Qdisc는 MQPRIO Qdisc (510)를 포함한다. 먼저 1단계로 MQPRIO Qdisc (510)는 우선순위(priority)를 사용하여 하드웨어 대기열 범위에 트래픽 흐름(flow)을 매핑하여 트래픽 클래스의 매핑을 구성 가능한 우선 순위를 적용한다. 이후, MQPRIO Qdisc (510)는 하드웨어 기반의 전송 큐(TxQ, RxQ)를 제공하여 수행할 뿐만 아니라 네트워크 우선순위가 트래픽 클래스에 매핑되는 방법으로 트래픽 클래스가 하드웨어 큐에 매핑되는 방법을 정의하여 제공한다. 예를 들어, 도 5a에 도시한 바와 같이, 사전 우선순위(priority) 3개 (511) 로 분류되어 FQ_codel (Fair Queuing Controlled Delay, 512)에 전송되어 NIC (520) 로 전달하게 된다.
다음, 도 5b는 CBS Qdisc 구성을 위한 2단계를 도시한 것이다. 예를 들어, 전술한 1단계에서 자동적으로 MQPRIO Qdisc (510)를 노출된(exposed) 각각의 하드웨어 큐에 fq_codel(512) Qdisc를 설치한 다음에 Q0와 Q1의 fq_codel Qdisc를 CBS로 대체하여 적용한다 (513).
여기서, CBS Qdisc 매개변수(parameters)는 아래와 같이 정의된다.
- idleSlope: 큐(queue)가 전송 중이지 않을 때 축적되는 크레딧 율(rate credits)
- sendSlope: 큐(queue)가 전송 중일 때 소비되는 크레딧 율(rate credits)
- hiCredit: 큐(queue)가 가질 수 있는 최대 크래딧(credits) 양
- loCredit: 큐(queue)가 가질 수 있는 최소 크래딧(credits) 양
또한, 예를 들어, 스트림 A를 Q0에, 스트림 B를 Q1에 설정하는 명령어는 다음과 같다.
- stream A: SR class A, AVTP Compressed Video Format, H.264 profile High, 1920x1080, 30fps
- stream B: SR class B, AVTP Audio Format, PCM 16-bit sample, 48 kHz, stereo, AVTPDU 당 12 frame
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, TC ETF(Earliest Txtime First) Qdisc 셋업 구조를 나타내는 도면이다. TC ETF Qdisc (610) 구성은 이더넷 컨트롤러 및 기타 NIC는 특정 시간에 프레임을 전송할 수 있는 LaunchTime 기능을 제공한다. 예를 들어, 리눅스(linux) 에서는 상기 하드웨어 기능은 SO_TXTIME sockopt 및 ETF qdisc를 통해 활성화된다. SO_TXTIME 소켓 옵션을 사용하면 응용 프로그램이 각 프레임에 대한 전송 시간을 구성할 수 있고, ETF Qdiscs는 여러 소켓에서 오는 프레임이 전송 시간에 따라 정렬된 하드웨어로 전송되도록 한다.
ETF Qdiscs는 CBS Qdisc와 마찬가지로 큐 단위로 작동하며, CBS Qdisc 구성에 설명된 MQPRIO 구성이 필요하다. 상기 ETF Qdisc에 대한 매개변수는 아래와 같이 정의된다.
- clockid: Qdisc의 내부 타이머에서 시간 측정 및 이벤트 예약에 사용할 시간의 클럭을 지정하며, Qdisc는 이를 통과하는 패킷의 전송 txtime 타임스탬프의 참조와 동일한 클럭 ID를 사용한다. 이를 준수하지 않는 경우 소켓에서 오는 패킷을 삭제한다. ETF Qdisc를 사용하려면 시스템 시계가 PTP 하드웨어 시계와 동기화가 적용되어야 한다.
- delta: Qdisc는 패킷을 큐에 넣거나 큐를 해제한 후 다음 텍스트 시간에서 이 델타 값을 뺀 다음 웨이크업 시간을 예약한다. 이는 델타가 시스템의 스케줄러 지연에 대한 퍼지 인자로 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 이 값은 나노 초 단위로 지정해야 한다. 기본값은 0 나노 초이다.
- deadline_mode: deadminate_mode가 설정되면 Qdisc는 엄격한 전송 시간에서 종료시간으로 변경된 의미의 txtime을 처리한다. 실제로, 이것은 dequeue 흐름동안 etf(8)가 dequeue되는 패킷의 txtime을 'now'로 설정하는 것을 의미한다. 기본값은 이 옵션을 사용하지 않는다.
- offload: 오프로드가 설정되면 etf(8)는 컨트롤러에서 시간 기반의 전송 조정이 사용되도록 네트워크 인터페이스를 구성하려고 시도한다. 이 기능은 일반적으로 네트워크 인터페이스 컨트롤러 설명서에 "시작 시간" 또는 "시간 기반 스케줄링"이라고 한다. 기본값은 이 옵션을 사용하지 않는 것이다.
- skip_sock_check: etf(8)는 현재 연결된 소켓이 없거나 소켓에 SO_TXTIME 소켓 옵션이 설정되어 있지 않은 패킷을 삭제한다. 그러나 커널 내부의 다른 엔티티(예: 다른 Qdisc)에 의해 실행 시간이 설정되면 작동하지 않는다. skip_sock_check를 설정하면 패킷과 관련된 소켓 검사를 건너뛴다.
이에 대한 실시예로 명령어(command)에 의해 Q0에 ETF Qdisc를 구성하고, offloading 수행하는 예시는 도 6으로 나타내고 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, TC TAPRIO((Time Aware Priority shaper) Qdisc 셋업 구조를 나타내는 도면이다. TAPRIO Qdisc (710) 구성은 IEEE 802.1Q-2018에 의해 EST(Enhancements for Scheduled Traffic) 기능을 도입하여 정해진 시간 척도에 따라 각 대기열에서 전송을 예약할 수 있다. 여기서, 전송 게이트는 각 대기열과 연결되며, 전송 게이트의 상태는 대기열에 있는 프레임의 전송을 위해 선택할 수 있는지 여부를 결정한다 (예, "열림" 또는 "닫힘" 상태). 각 포트는 게이트 작업의 정렬된 목록을 포함하는 GCL(게이트 제어 목록, 711)과 연결된다. 이 기능의 작동 방식에 대한 자세한 내용은 IEEE 802.1Q-2018의 섹션 8.6.8.4를 참조한다. EST 기능은 TAPRIO Qdisc를 통해 리눅스에서 지원한다. 또한, MQPRIO와 유사하게 TAPRIO Qisc (710)는 예를 들어, 리눅스 네트워킹 스택 우선 순위가 트래픽 클래스에 매핑되는 방식과 트래픽 클래스가 하드웨어 대기열에 매핑되는 방식을 정의한다. 또한, 도 7은 일 실시예 로 3개의 트래픽 클래스에 대해 다음과 같이 트래픽을 예약하려고 한다고 가정한 경우를 나타내고 있다.
- 첫 번째 전송 window 시간은 300us이며 트래픽 클래스(tc)는 0으로 전송
- 두 번째 전송 window 시간은 300us이며, 트래픽 클래스(tc)는 0과 1로 모두 전송
- 세 번째 마지막 window 시간은 400us이며 트래픽 클래스(tc)는 2로만 전송
- 다음 스케쥴은 절대 시간 1,000,000,000부터 시작한다.
도 8은 TC TAPRIO((Time Aware Priority shaper)+ ETF Qdisc 셋업 구조를 나타내는 도면이다. TAPRIO + ETF Qdisc (810) 구성은 TxTime 송신 지원 모드가 활성화되면 TAPRIO에 의해 적용된 하드웨어 대기열에 ETF Qisc를 설치하여 NIC에서 LaunchTime을 활성화하고 패킷이 컨트롤러에 전달되기 전에 전송 시간에 따라 패킷을 허용하는 일련의 게이트 상태를 구성한다. ETF Qdisc는 실시 예로 제시한 도 8과 같이 설치한다. TAPRIO 및 ETF Qqdisc가 모두 올바르게 설정되면 eth0 인터페이스 위에서 실행되는 모든 애플리케이션에서 생성된 트래픽을 이 구성된 GCL(Gate Control List, 811) 세트에 적용되어 NIC으로 전송한다.
관련하여, 상기 Taprio Qdisc 및 상기 Taprio + ETF Qdisc는 IEEE 802.1Q-2018에서 EST(Enhancements for Scheduled Traffic) 기능 (또는 'Qbv'로도 알려짐)을 도입하여 정해진 시간 척도(in-time, on-time)에 따라 각 대기열에서 전송을 예약할 수 있다. 여기서, 전송 게이트 상태는 대기열에 있는 프레임 전송을 위해 선택할 수 있는 지 여부를 결정한다 (예, "열림" 또는 "닫힘" 상태). EST를 사용하면 IEEE 802.1Qcc-2018에서 구상한 것과 유사한 시스템을 구성하고 복잡한 네트워크에 적용할 수 있다. 또한, Taprio 및 Taprio + ETF Qdisc 알고리즘은 산업용 원격진료, 원격로봇수술, 제조 공정 자동화, 스마트 그리드 등의 초정밀 통신서비스 사례에서 제시간, 정시간에 대기시간의 요구사항을 만족하면서 초정밀 통신서비스를 가능하게 제공한다.
도 9 및 도 10은, 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에 적용되는 알고리즘 간의 성능분석을 위한 시험 환경 구성 및 성능시험 결과 데이터를 나타내는 도면이다.
우선, 도 9는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예로서, 알고리즘 간의 성능시험 환경 구성을 나타내는 도면이다. 예를 들어, 본 개시의 일 실시예에 적용되는 알고리즘들 (예를 들어, Qdiscs CBS, Mqprio, Taprio)와 종래 일반적인 최선 노력 알고리즘(Best effort)을 비교하는 방식이다.
구체적으로, 도 9에 대한 TSN(Time-Sensitive Networking) TC(Traffic Control) Qdisc 알고리즘에 대한 성능시험 환경에 의한 성능시험 시나리오를 설명하면 다음과 같다.
[성능시험 시나리오]
- 트래픽 생성(generation) 장비를 이용하여 Best effort 트래픽(60%, 80%, 100%)을 발생하여 시험 (예, best effort traffic 700MB, 800MB, 900MB 적용)
- Best effort 트래픽과 함께 동시에 3D 콘텐츠 데이터를 전송하여 시험
- 알고리즘간 성능(performance) 시험 KPI(Key Performance Index) 항목은 Jittter, Latency, Packet loss, Bandwidth 측정
[성능시험 방법]
- Best effort 트래픽(60%, 80%, 100%)을 발생하여 송신하면서 동시에 3D 콘텐츠 데이터를 Qdisc 알고리즘(CBS, Mqprio, Taprio) 각각에 UDP 프로토콜을 통하여 KPI 항목 Jitter, Latency, Packet Loss 및 Bandwidth 등을 측정
도 10은 본 개시에서 적용될 수 있는 알고리즘 간의 성능시험 결과 데이터를 나타낸다. 도 10의 성능시험 결과 데이터는 성능 KPI 항목 지터(Jitter), 대기시간(Latency), 패킷 손실(Packet Loss) 및 대역폭(Bandwidth) 등을 각각의 동일한 조건에서 매 10회씩을 측정하여 얻은 Qdisc 알고리즘 간의 성능시험에서 얻은 결과이다. 도 10의 성능 시험 결과로부터, 본 개시의 일 실시예로 적용가능한, Qdiscs 알고리즘(CBS, Mqprio, Taprio)이 종래 Best effort 알고리즘에 비해, 우수한 성능을 보임을 알 수 있다.
도 11a 내지 도 16b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 Qdiscs 알고리즘 간의 성능시험 데이터를 이용한 실험계획법(DoE)의 일원 배치법(One-way Anova)을 설명하기 위해 도시한 것이다.
우선, 도 11a 및 도 11b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 초정밀 통신서비스를 제공할 경우 Qdisc 알고리즘 유형별 성능 파라미터 KPI 항목에 대한 성능분석을 수행하기 위해 적용한 실험계획법(DoE: Design of Experiments)에서 일원배치법(One Way Anova) 모델을 적용한 분산분석표를 예시하는 도면이다.
도 12a는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 초정밀 통신서비스를 제공할 경우 Qdisc 알고리즘 Qdisc CBS, Mqprio, Taprio 유형별 성능 KPI 항목 지터(Jitter), 대기시간(Latency), 패킷 손실(Packet Loss) 및 대역폭(Bandwidth) 등을 각각의 동일한 조건에서 매 10회씩을 측정하여 얻은 성능시험 결과 데이터에 대한 기술통계량 데이터를 도시한 것이다. 여기서, 기술통계량은, 범위(Range), 최소값(Mininum), 최대값(Maxinum), 평균(Mean), 표준편차(Variance), 왜도(skewness), 첨도(kurtosis) 로 구분하여 나타낼 수 있다. 또한, 도 12b는 4가지 알고리즘별 (예, Besteffort, CBS, MQPRIO, TAPRIO) 10번씩 수행 결과를 도시한 것이다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 알고리즘 (예, Besteffort, Qdisc CBS, Mqprio, Taprio) 간의 성능시험 결과 얻어진 도 10의 성능시험 결과의 데이터를 이용하여, 실험계획법(DoE)의 일원배치법(One Way Anova) 모형을 적용하여 수행한 ANOVA 분산분석인 F-test(검정)에 대한 성능분석 결과를 나타내는 도면이다. 여기서, 성능 KPI 항목으로, 지터(Jitter), 대기시간(Latency), 패킷 손실(Packet Loss) 및 대역폭(Bandwidth) 등을 각각의 동일한 조건에서 매 10회씩을 측정하여 얻은 성능시험 결과 데이터를 이용한다.
[일원배치법(One-way ANOVA) F-검정(Test)]
(1) 가설
- 귀무가설(H0):
- 대립가설(H1):
(2) 검정: 유의수준 a=0.05 비교하여 작으면 유의한 차이가 있다고 판정
(3) 검정결과: Latency, Jitter 및 Packet Loss 모두 Best effort, MQPRIO, CBS, TAPRIO 간에는 모두 유의한 차이가 있다.
(4) 즉, Best effort와 Qdisc 알고리즘 MQPRIO, CBS, TAPRIO 간에는 모두 유의한 차이가 존재하므로, 다중비교(multiple comparisons) 분석이 필요함을 알 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 알고리즘 (예, Besteffort, Qdisc CBS, Mqprio, Taprio) 간의 성능시험 결과 얻어진 도 10의 성능시험 결과의 데이터를 이용하여 성능 KPI 항목 대기지연(Latency)에 대해 각각의 동일한 조건에서 매 10회씩을 측정하여 얻은 성능시험 결과 데이터를 도시한 것이다. 특히, 도 14a는 실험계획법(DoE)의 일원배치법(One Way Anova) 모형을 적용하여 수행한 ANOVA 분산분석인 F-test(검정)에 대한 전술한 도 13a/13b의 성능분석 결과에서, 성능항목 대기지연(Latency) 데이터에 대하여 다중비교(multiple comparisons) 분석 모형으로 최소유의차(LSD: Least significant difference) 모형을 이용하여 성능분석 수행 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 14b에 의하면, Best effort와 Qdisc 알고리즘 MQPRIO, CBS, TAPRIO 간에는 모두 유의한 차이가 존재함을 알 수 있다.
[알고리즘 간 성능항목 Latency에 대하여 다중비교 분석 모형으로 최소유의차(LSD) 모형에 의한 검정(Test)]
(1) 가설
- 귀무가설(H0):
- 대립가설(H1):
(2) 검정: 유의수준 a=0.05 비교하여 작으면 유의한 차이가 있다고 판정
(3) 검정결과:
- Best effort와 TAPRIO는 MQPRIO와 CBS의 대기지연(Latency) 간에는 유의한 차이가 있다.
- MQPRIO와 Best Effort 간의 Latency에는 유의한 차이가 존재하나, 나머지 CBS와는 유의한 차이가 없으며, TAPRIO 간에는 유의한 차이가 있다.
- CBS와 Best Effort 간의 유의한 차이가 존재하나, MQPRIO와는 유의한 차이가 없으며, TAPRIO 간에는 유의한 차이가 있다.
- TAPRIO와 Best Effort, MQPRIO, CBS 간에는 모두 Latency에 유의한 차이가 있다.
(4) 즉, Qdisc 알고리즘 간의 LSD에 의한 다중비교 성능분석 결과 MQPRIO = CBS < TAPRIO < Best effort순으로 대기지연(latency)이 높게 나타남을 알 수 있다. 따라서 대기지연이 낮은 알고리즘은 MQPRIO와 CBS 알고리즘이라고 할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 알고리즘 (예, Best effort, Qdisc CBS, Mqprio, Taprio) 간의 성능시험 결과 얻어진 도 10의 성능시험 결과의 데이터를 이용하여 성능 KPI 항목 지터(Jitter)에 대해 각각의 동일한 조건에서 매 10회씩을 측정하여 얻은 성능시험 결과 데이터를 도시한 것이다. 특히, 도 15a는 실험계획법(DoE)의 일원배치법(One Way Anova) 모형을 적용하여 수행한 ANOVA 분산분석인 F-test(검정)에 대한 도 13a/13b의 성능분석 결과에서, 성능항목 지터(Jitter) 데이터에 대하여 다중비교 분석 모형으로 최소유의차(LSD) 모형을 이용하여 성능분석 수행 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 도 15b에 의하면, Best effort와 Qdisc 알고리즘 MQPRIO, CBS, TAPRIO 간에는 모두 유의한 차이가 존재함을 알 수 있다.
[알고리즘간 성능항목 Jitter에 대하여 다중비교 분석 모형으로 최소유의차(LSD) 모형에 의한 검정(Test)]
(1) 가설
- 귀무가설(H0):
- 대립가설(H1):
(2) 검정: 유의수준 a=0.05 비교하여 작으면 유의한 차이가 있다고 판정
(3) 검정결과:
- Best effort와 MQPRIO, CBS 및 TAPRIO의 Jitter 간에는 유의한 차이가 있다.
- MQPRIO와 Best Effort 간의 JItter에는 유의한 차이가 존재하나, 나머지 CBS 및 TAPRIO 간에는 유의한 차이가 없다.
- CBS와 Best Effort 간의 Jitter에는 유의한 차이가 존재하나, MQPRIO 및 TAPRIO 간의 Jitter에는 유의한 차이가 없다.
- TAPRIO와 Best Effort 간의 Jitter에는 유의한 차이가 존재하나, MQPRIO 및 CBS 간의 Jitter에는 유의한 차이가 없다.
(4) 즉, 성능항목 Jitter에 있어서 Best effort는 나머지 3개 MQPRIO, CBS, TAPRIO 알고리즘에 대해 유의한 차이가 존재하며, 3개의 알고리즘 간에는 Jitter에 동일한 성능을 나타낸다. 따라서 Jitter에 대한 성능분석 결과 MQPRIO = CBS = TAPRIO < Best effort의 성능분석 결과를 통하여 MQPRIO, CBS, TAPRIO 알고리즘은 jitter에 동일한 성능을 나타내고, Best effort는 높은 jitter가 나타났음을 알 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 알고리즘 (예, Best effort, Qdisc CBS, Mqprio, Taprio) 간의 성능시험 결과 얻어진 도 10의 성능시험 결과의 데이터를 이용하여 성능 KPI 항목 패킷 손실(Packet Loss)에 대해 각각의 동일한 조건에서 매 10회씩을 측정하여 얻은 성능시험 결과 데이터를 도시한 것이다. 특히, 도 16a는 실험계획법(DoE)의 일원배치법(One Way Anova) 모형을 적용하여 수행한 ANOVA 분산분석인 F-test(검정)에 대한 도 13a/13b의 성능분석 결과에서, 성능항목 패킷 손실(Packet Loss) 데이터에 대하여 다중비교 분석 모형으로 최소유의차(LSD) 모형을 이용하여 성능분석 수행 결과를 나타내는 도면이다. 또한 도 16b에 의하면, Best effort와 Qdisc 알고리즘 MQPRIO, CBS, TAPRIO 간에는 모두 유의한 차이가 존재함을 알 수 있다.
[알고리즘 간 성능항목 Packet Loss에 대하여 다중비교 분석 모형으로 최소유의차(LSD) 모형에 의한 검정(Test)]
(1) 가설
- 귀무가설(H0):
- 대립가설(H1):
(2) 검정: 유의수준 a=0.05 비교하여 작으면 유의한 차이가 있다고 판정
(3) 검정결과:
- Best effort와 MQPRIO, CBS 및 TAPRIO의 3개의 알고리즘의 Packet Loss 간에는 유의한 차이가 있다.
- MQPRIO와 Best Effort 간의 Packet Loss에는 유의한 차이가 존재하나, 나머지 CBS 및 TAPRIO 간의 Packet Loss에는 유의한 차이가 없다.
- CBS와 Best Effort 간의 Packet Loss에는 유의한 차이가 존재하나, MQPRIO 및 TAPRIO 간의 Packet Loss에는 유의한 차이가 없다.
- TAPRIO와 Best Effort 간의 Packet Loss에는 유의한 차이가 존재하나, MQPRIO 및 CBS 간의 Packet Loss에는 유의한 차이가 없다.
(4) 즉, 성능항목 Packet Loss에 있어서 Best effort는 나머지 3개 MQPRIO, CBS, TAPRIO 알고리즘에 대해 유의한 차이가 존재하며, 3개의 알고리즘 간에는 Packet Loss에 동일한 성능을 나타낸다. 따라서 Packet Loss에 대한 성능분석 결과 MQPRIO = CBS = TAPRIO < Best effort의 성능분석 결과를 통하여 MQPRIO, CBS, TAPRIO 알고리즘은 Packet Loss에 동일한 성능을 나타내고, Best effort는 높은 Packet Loss가 나타났음을 알 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예에서, 초정밀 통신서비스 요청에 대한 통신서비스 셋업 (도 17a) 및 컨텐츠 전송 절차 (도 17b)를 각각 나타내는 도면이다.
예를 들어, 도 17a는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예의 가입자(client) 디바이스 및 초정밀 통신서비스 서버 장치에서, 에지 노드 (Edge node) 1을 통해 가입자가 초정밀 통신서비스(예, URLLC)를 요청하면 (1701), 초정밀 통신서비스 제공을 위한 셋업 절차가 수행된다.
구체적으로, 예를 들어, 에지 노드 1의 가입자가 에지 노드 2의 응용 서버에게 초정밀 통신서비스를 요청하면 (1701), 에지 노드 1 응용 서버의 API는 에지 노드 1에서 초정밀 통신서비스를 요구하는 가입자의 초정밀 통신서비스의 유형별로 사전에 정의된 QoS 프로파일 (예, 도 3)에서 확인 후, CPU, 대역폭(bandwidth)을 할당한다 (1703). 이후 소켓 통신에 의한 커널을 통해 Qdisc에 셋업을 요청하면, Qdisc는 제공할 초정밀 통신서비스에 적합한 Qdisc 알고리즘을 선택한다 (1705). 이후, NIC 카드를 통해 대역폭을 할당하여 NIC의 포트까지 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 전송을 위한 준비단계의 셋업 절차가 완성된다. 셋업 절차가 완성되면 상기 가입자에게 시그널링 (Req/Res) 수락을 통지한다(1709).
이때, 동시에 노드 간의 전송 네트워크 QoS 설정에 따라, 에지 노드 2와 연결되어 에지 노드 2 응용 서버에게 초정밀 통신서비스에 해당되는 QoS 셋업이 수행된다. 즉, 에지 노드 2는 에지 노드 1에서 셋업 절차를 수행한 것과 동일하게 셋업 절차를 수행하여 적용한다 (1702, 1704, 1706, 1708).
도 17b는 본 개시에서 적용될 수 있는 일 실시예로서, 상기 도 17a에 의해, 초정밀 통신서비스 셋업 절차가 완료된 후, 초정밀 통신서비스를 통한 컨텐츠 전송 절차를 도시한 것이다.
에지 노드 2는 QoS 셋업 절차를 마친 후, 에지 노드 2 API는 에지 노드1의 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스의 컨텐츠 전송을 위해 QoS 파라미터에 대해 사전 정의된 QoS 프로파일에서 확인(verify) 한다 (1712). 이후, 에지 노드 2 API는 CPU, 대역폭을 할당하여 소켓 통신에 의한 커널을 이용하여 UDP 프로토콜을 통하여 Qdisc로 컨텐츠를 전송한다 (1714). 다음 에지 노드 1과 에지 노드 2 간의 전송 네트워크의 QoS가 설정된다 (1716). 이후, 에지 노드 2의 초정밀 통신서비스의 컨텐츠가 소켓 통신에 의한 커널과 UDP 프로토콜을 사용하여 에지 노드1의 응용 서버에게 전송한다 (1718). 이후 에지 노드1의 서버는 이미 셋업된 절차에 의해 QoS 프로세싱에 따라 Qdisc에 전송되면 (1719), 해당 초정밀 통신서비스에 적합한 Qdisc 알고리즘을 선택한 다음에 NIC 카드를 통해 할당된 대역폭으로 포트를 통하여 가입자에게 초정밀 통신서비스의 컨텐츠가 제공된다 (1721). 이때. 예를 들어, WiFi 또는 AP를 통하여 가입자에게 전송하는 것이 가능하다. 결국, 초정밀 통신서비스의 컨텐츠가 해당 QoS KPI의 대기시간(latency), 지연(delay), 대역폭(bandwidth) 및 응답시간(response time) 등의 QoS 품질을 보증하여 가입자에게 전송된다.
전술한 본 개시의 일 실시예에 따른, 초정밀 통신서비스 제공을 위한 컴퓨팅 방법 및 장치에 의해 수행되는 주요 동작을, 보다 예시적이고 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
가입자에게 초정밀 통신서비스를 전송하기 위해, 물리적 자원 및 가상화 자원을 포함하는 ICT(Information and Communications Technologies) 통신시스템 서버의 네트워킹 장치는 프로세서 및 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함한다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 물리적 자원, 네트워크 및 가상화 자원에 탑재된 초정밀 통신서비스 데이터 패킷을 가입자에게 전송하도록 수행하는 명령; 상기 API QoS 파일은 사전 가입자 유형별 소켓 파일 디스크립터 (Socket file descriptor)에 플로우 테이블을 생성하고 이를 애플리케이션에 적용하여 가입자에게 초정밀 통신서비스를 전송하도록 하는 명령; 상기 API는 가입자(client)의 초정밀 통신서비스 요청에 의해 상기 플로우 테이블 업데이트를 수행하도록 하는 명령; 상기 새로운 소켓과 새로운 세션 생성을 수행하도록 하는 명령; 기록 시스템 콜(call)을 호출하여 커널 메모리로 복사해서 전송 소켓 버퍼(send socket buffer), Txq로 전송하도록 수행하는 명령; 상기 소켓은 Txq에 의해 상기 전송 소켓 버퍼를 데이터 그램 소켓으로 패킷 전송을 수행하도록 하는 명령; 상기 트랜스포트 레이어는 소켓 통신으로 전송 받은 패킷을 UDP 프로토콜을 이용하여 전송을 수행하는 명령;상기 Qdisc에서는 전송 받은 패킷에 대해 초정밀 통신서비스 유형별 Qdisc 알고리즘을 선택하여 초정밀 통신서비스 및 제시간(in-time) 및 정시간(on-time)에 의한 통신서비스 패킷을 NIC 드라이버에 전송을 수행하는 명령; 가입자(Client)에게 초정밀 통신서비스 유형별 패킷을 사전에 가입자와 맺은 대역폭(Bandwidth)을 적용하여 초정밀 통신서비스의 품질을 보증하도록 NIC 이더넷 포트(Ethernet port)의 설정된 대역폭을 통하여 패킷 전송을 수행하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신시스템에서 초정밀 통신서비스의 요구품질 성능 파라미터(parameter)는 평균고장시간(MTBF: mean time between failures), 종단간(end-to-end) 대기시간(latency), 서비스 가용성(availability), 전송 대역폭(Bandwidth, Bit rate) 및 메시지 크기(Message size, byte)를 적용하여 API QoS 프로파일에서 초정밀 통신서비스 품질보증을 수행하도록 한다. 또한, 여기서, 상기 사전 디스크립터 파일의 소켓 파일 디스크립터r에서 플로우 테이블에 CPU, 메모리, 대역폭(Bandwidth)을 적용하여 초정밀 통신서비스의 QoS를 보증하는 명령을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초정밀 통신서비스 데이터 패킷을 트랜스포트 레이어에서 수행하도록 하는 명령은, UDP 프로토콜을 이용하여 데이터 패킷 전송 시 커널에 의한 소켓 통신을 이용하여 소켓에서 Txq에 의해 전송 소켓 버퍼(send socket buffer)를 데이터그램 소켓으로 UDP 헤더를 붙여 데이터 패킷 전송 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전송받은 패킷에 대해 초정밀 통신서비스 유형별 Qdisc 알고리즘에서 TAPRIO 또는 TAPRIO + ETF 알고리즘을 선택하여 초정밀 통신서비스 및 제시간(in-time) 및 정시간(on-time)에 의한 통신서비스 패킷을 NIC driver에 전송을 수행하는 명령은, TC(Traffic Control) Qdisc 알고리즘 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF 등의 알고리즘에서 전송할 초정밀 통신서비스에 적합한 Qdisc 알고리즘을 선택하여 데이터 패킷을 NIC 드라이버에 전송을 수행하는 명령을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초정밀 통신서비스 유형(원격진료, 원격로봇수술, 커넥티드카, 제조 공정 자동화, 스마트 그리드, VR(가상현실), AR(증강현실), MR(혼합현실), XR(확장현실) 등)의 통신서비스에 따라 Qdisc 알고리즘 선택 명령은, 비디오 스트리밍의 경우 Qdisc CBS 알고리즘을 선택하여 적용하고, 다른 초정밀 통신서비스 경우, 제시간(in-time) 및 정시간(on-time)에 맞게 통신서비스의 데이터 패킷을 전송에서 TAPRIO 및 TAPRIO+ETF 알고리즘을 선택하여 초정밀 통신서비스의 데이터 패킷을 NIC Driver에 전송을 수행하는 명령을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초정밀 통신서비스 패킷을 가입자(Client) 및 디바이스(HMD)에게 전송하는 NIC 드라이버는 사용자 초정밀 통신서비스에 해당하는 정보의 데이터 패킷을 사전에 가입자와 맺은 대역폭(Bandwidth)을 적용하여 NIC 이더넷 포트(Ethernet port)의 대역폭을 할당하여 가입자에게 초정밀 통신서비스 전송을 수행하는 명령을 더 포함할 수 있다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른, 초정밀 통신서비스 제공을 위한 장치 구성을 예시적으로 도시한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시의 일 실시예에 따른 초정밀 통신서비스 제공 방법을 실행하는 네트워킹 장치의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 18을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워킹 장치(1600)는, 버스(1603)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1601), 메모리(1601), 사용자 인터페이스 입력 장치 (1604), 사용자 인터페이스 출력 장치(1605)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 네트워킹 장치(1600)는 스토리지(1608) 및 네트워크 인터페이스(1609)를 더 포함할 수도 있다. 단, 장치 설계 목적에 근거하여, 상기 스토리지(1608) 및 상기 네트워크 인터페이스(1609)는 제외하고 네트워킹 장치(1600)를 구성할 수도 있다.
구체적으로, 도 18의 네트워킹 장치(1600)는, 전술한 사용자 디바이스 또는 서버 장치일 수 있으며, 예를 들어, 사용자 단말기, 스마트 폰, 노트북, 휴대용 개인 정보장치 등이 될 수 있다. 이때, 일 예로, 상기 메모리(1601)는 비이동식 메모리 또는 이동식 메모리일 수 있다. 또한, 일 예로, 상기 프로세서(1602)는 범용 프로세서, DSP(digital signal processor), DSP 코어, 제어기, 마이크로제어기, ASIC들(Application Specific Integrated Circuits), FPGA(Field Programmable Gate Array) 회로들, 임의의 다른 유형의 IC(integrated circuit) 및 상태 머신과 관련되는 하나 이상의 마이크로프로세서 중 적어도 하나 이상일 수 있다.
또한, 일 예로, 상기 프로세서(1602)는 상기 네트워크 인터페이스(1609)를 통해 다른 장치들과 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 네트워크 인터페이스(1609)는 안테나를 통해 RF 신호를 전송할 수 있으며, 다양한 통신망에 기초하여 신호를 전송할 수 있다. 여기서, 일 예로, 안테나 기술로는, MIMO 기술, 빔포밍 등이 적용될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 또한, 상기 네트워크 인터페이스(1609)를 통해 송수신한 신호는 변조 및 복조되어 상기 프로세서(1602)에 의해 제어될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다.
또한, 일 예로 사용자 인터페이스 입력장치(1604)는 사용자 명령을 상기 프로세서(1602) 또는 사용자 인터페이스 입력장치(1605)에 전달하기 위한 수단으로 활용된다.
본 개시에 따른 방법을 구현하기 위해서, 예시하는 단계에 추가적으로 다른 단계를 포함하거나, 일부의 단계를 제외하고 나머지 단계를 포함하거나, 또는 일부의 단계를 제외하고 추가적인 다른 단계를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 범용 프로세서(general processor), 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
본 개시의 범위는 다양한 실시예의 방법에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행가능한 명령들(예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.
100, 1600 : 초정밀 통신서비스를 지원하는 호스트내 네트워킹 장치
1602 : 프로세서
1601 : 메모리

Claims (15)

  1. 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내 데이터 전송 네트워킹 방법에 있어서,
    가입자로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하는 단계,
    상기 가입자 초정밀 통신서비스 QoS 프로파일에서 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하는 단계, 및
    상기 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘을 선택하는 단계를 수행하는, 네트워킹 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가입자 유형별 QoS 프로파일의 디스크립터(descriptor)는, 초정밀 통신서비스 요구 성능 파라미터(KPI)를 포함하는, 네트워킹 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 초정밀 응용서비스 요구 성능 파라미터(KPI)는, 적어도 평균고장시간(MTBF), 종단간(end-to-end) 대기시간(latency), 서비스 가용성(availability), 전송 대역폭(Bandwidth Bit rate) 및 메시지 크기(Message size) 중 어느 하나 이상을 포함하는, 네트워킹 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 최적 알고리즘은 Qdisc 알고리즘이고,
    상기 Qdisc 알고리즘은 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF을 포함하는, 네트워킹 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF 알고리즘 중, 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 알고리즘을 선택한 후, 상기 가입자 유형별 할당된 대역폭을 적용하여 가입자에게 전송하는 단계를 더 포함하는, 네트워킹 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 호스트내 데이터 전송은, 커널(kernel)에 의한 소켓(socket) 통신을 이용하는, 네트워킹 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 호스트내 데이터 전송은, 데이터 전송 시, UDP 프로토콜을 적용하는, 네트워킹 방법.
  8. 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 호스트내 네트워킹 장치에 있어서,
    프로세서 및
    상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하되, 상기 프로세서는, 가입자로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하면, 상기 가입자 유형별 QoS 프로파일에서 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하는, 상기 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘 선택을 수행하는, 네트워킹 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가입자 유형별 QoS 프로파일은, 초정밀 응용서비스 요구 성능 파라미터(KPI)를 포함하는, 네트워킹 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 초정밀 응용서비스 요구 성능 파라미터(KPI)는, 적어도 평균고장시간(MTBF), 종단간(end-to-end) 대기시간(latency), 서비스 가용성(availability), 전송 대역폭(Bandwidth Bit rate) 및 메시지 크기(Message size) 중 어느 하나 이상을 포함하는, 네트워킹 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서가 수행하는 최적 알고리즘은 Qdisc 알고리즘이고,
    상기 Qdisc 알고리즘은 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF을 포함하는, 네트워킹 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 네트워킹 장치는 네트워크 전송 수단을 더 포함하되,
    상기 프로세서에 의해 상기 PRIO, CBS, MQPRIO, TAPRIO, TAPRIO+ETF 알고리즘 중, 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 알고리즘이 선택되고 실행되면,
    상기 네트워크 전송 수단은 상기 가입자 유형별 할당된 대역폭을 적용하여 가입자에게 전송하는, 네트워킹 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 호스트내 네트워킹 장치는, 커널(kernel)에 의한 소켓(socket) 통신 수단을 더 포함하는, 네트워킹 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 호스트내 네트워킹 장치는, 데이터 전송을 위한 UDP 프로토콜을 더 포함하는, 네트워킹 장치.
  15. 초정밀 통신서비스의 품질 보증을 지원하는 네트워킹 시스템에 있어서,
    가입자와 연결된 제1 에지 노드와, 컨텐츠를 제공할 수 있는 제2 에지 노드를 포함하되,
    상기 제1 에지 노드는, 가입자로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하면, 상기 가입자 유형별 QoS 프로파일에서 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하여, 상기 가입자가 요청한 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘 선택을 수행하고,
    상기 제2 에지 노드는, 제1 에지 노드로부터 초정밀 통신서비스 요청을 수신하면, 상기 초정밀 통신서비스 유형별 QoS 프로파일을 해당 서비스의 디스크립터(descriptor)를 확인하고 성능 파라미터 값을 적용하여, 상기 초정밀 통신서비스 유형에 적합한 최적 알고리즘 선택하고. 초정밀 통신서비스로 요청된 컨텐츠를 상기 성능 파라미터 값을 적용하여 상기 제1 에지 노드에 전송하는, 네트워킹 시스템.
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