WO2012148038A1 - 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치 - Google Patents

가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치 Download PDF

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WO2012148038A1
WO2012148038A1 PCT/KR2011/004544 KR2011004544W WO2012148038A1 WO 2012148038 A1 WO2012148038 A1 WO 2012148038A1 KR 2011004544 W KR2011004544 W KR 2011004544W WO 2012148038 A1 WO2012148038 A1 WO 2012148038A1
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WO
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virtual network
traffic demand
average traffic
bandwidth
path
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PCT/KR2011/004544
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이승호
정문영
서승우
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서울대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for allocating resources in a virtual network environment. More specifically, the present invention relates to a method for allocating an average traffic demand between end nodes for each virtual network and to obtaining effective bandwidths according to the average traffic demand. After the configuration, and relates to a resource allocation method and apparatus in a virtual network environment for allocating bandwidth to each virtual network based on the sum of the effective bandwidths for the traffic passing through each link of the established path.
  • the purchase cost of physical networks does not increase significantly, but the cost of power consumption and cooling is expected to increase by eight times and server management and operation costs by nearly four times.
  • operational, power and cooling costs have doubled every nine to 24 months.
  • the need to efficiently use IT resources, such as reducing the cost of operations, power, and cooling, by physically reducing the size of the data center has increased.
  • virtualization technology is applied to web servers, web application servers, and clusters for high-capacity operations to prevent some resources from being idle.
  • the physical network is operated by processor-oriented or IO-centric applications according to application patterns used in computing resources such as processors, memory, and input / output (IO) resources, thereby increasing resource utilization of the physical network.
  • virtualization technology manages resources at the processor, memory, and IO levels within the physical network, not the physical network, to support high overlap and high utilization rates in applications.
  • Network virtualization is widely used as the foundation technology for testbed networks today because it allows multiple independent virtual networks to operate simultaneously on a single physical network.
  • each user requests the required amount of resources (node and link bandwidth, etc.), and the administrator assigns a new virtual network considering the currently available resources.
  • Users can be assigned their own independent network, where they can implement various technologies or network protocols and analyze their performance.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for allocating resources in a virtual network environment capable of actively allocating resources according to a change in network conditions in a virtual network environment. .
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for allocating resources in a virtual network environment that can actively perform route setting and bandwidth allocation according to traffic changes of the virtual network in a virtual network environment.
  • a method of allocating resources in a virtual network environment by a resource allocation apparatus (a) calculating the average traffic demand between end nodes for each virtual network, ( b) obtaining effective bandwidths for each of the obtained average traffic demands, establishing a path for the effective bandwidths, and (c) each virtual based on the sum of the effective bandwidths for the traffic passing through each link of the established path;
  • a method of allocating resources in a virtual network environment including allocating bandwidth to a network is provided.
  • the resource allocation method in the virtual network environment may include (d) obtaining an average traffic demand between end nodes in units of a predetermined time interval, and when the obtained average traffic demand changes by a predetermined range or more, from step (a)
  • the method may further include repeating step (c).
  • the step (a) may include averaging between end nodes by at least one method of estimating average traffic demand between end nodes in a predetermined time interval, measuring traffic demand at the present time, or surveying traffic demand demand of a user. Each traffic demand can be obtained.
  • the effective bandwidth is obtained by considering the prediction error of each average traffic demand and the probabilistic excessive transmission.
  • the effective bandwidth is obtained by differentiating each virtual network according to the set criteria when a criterion including QoS or traffic type is set differently for each virtual network.
  • the path to the effective bandwidths may be a path that is obtained to accommodate the corresponding effective bandwidth between end nodes using a predetermined routing method.
  • the step (c) is a step of obtaining the sum of the effective bandwidths for the traffic passing through the link in each link of the established path for each virtual network, and the bandwidth allocated to the physical network based on the ratio of the effective bandwidth sum of the virtual networks. Assigning each virtual network.
  • the average traffic demand calculation unit for calculating the average traffic demand between the end nodes of the virtual network, obtaining the effective bandwidths for each obtained average traffic demand, and setting the path for the effective bandwidths
  • An apparatus for allocating a resource in a virtual network environment including a path setting unit and a bandwidth allocating unit for allocating a bandwidth to each virtual network based on the sum of effective bandwidths for traffic passing through each link of the established path.
  • the average traffic demand calculation unit calculates the average traffic demand between end nodes in at least one predetermined time interval using at least one method of estimating average traffic demand between end nodes, measuring current traffic demand, or researching traffic demand demand of a user. Obtain traffic demand
  • the average traffic demand calculation unit may determine whether the obtained average traffic demand is changed by a predetermined range or more. When the average traffic demand is changed by a predetermined range or more, the average traffic demand calculation unit obtains new average traffic demand to allocate resources to the route setting unit. Request a route setup.
  • the route setting unit obtains an effective bandwidth in consideration of prediction error of each average traffic demand and stochastic excess transmission.
  • the route setting unit differentiates each virtual network according to the set criterion to obtain an effective bandwidth.
  • the path setting unit sets a path capable of accommodating a corresponding effective bandwidth between end nodes using a predetermined routing method.
  • the bandwidth allocator obtains the sum of the effective bandwidths for the traffic passing through each link of the set path for each virtual network, and allocates the bandwidth allocated to the physical network to each virtual network based on a ratio of the sum of the effective bandwidths for each virtual network. Assign.
  • path setting and bandwidth allocation can be actively performed according to the traffic change of the virtual network in the virtual network environment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for resource allocation in a virtual network environment according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a resource allocation apparatus for resource allocation in a virtual network environment according to the present invention.
  • 3 and 4 are flowcharts illustrating a method for allocating resources in a virtual network environment by a resource allocating apparatus according to the present invention.
  • the virtual network environment described below refers to an environment in which traffic for all virtual networks is known in advance, rather than a situation in which a user's demand for network resources occurs on-demand.
  • a user and a network are determined in advance, and traffic between users changes over time.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for resource allocation in a virtual network environment according to the present invention.
  • a system for allocating resources in a virtual network environment includes traffic of a physical network 100 and a virtual network 110 including a plurality of virtual networks 110a, 110b,... 110n, and hereinafter referred to as 110.
  • the resource allocating apparatus 200 allocates resources to each virtual network based on the change.
  • the resource may refer to a path, a bandwidth, and the like.
  • the physical network 100 provides a service to each user, and includes a plurality of virtual networks 110 created based on virtualization technology.
  • network virtualization is a technology for allowing a plurality of virtual networks 110 to coexist on one physical network 100 based on a router virtualization technology.
  • Router virtualization is a basic technology of network virtualization, and refers to a technology for dividing a router constituting a network into a plurality of virtual machines. Specifically, router virtualization refers to splitting routing tables, CPUs, and I / O queues into a plurality so that one router box functions as a plurality of routers.
  • the resource allocation apparatus 200 obtains an average traffic demand between end nodes for each virtual network 110, obtains an effective bandwidth for the obtained average traffic demand, and then routes each effective bandwidth. Set per virtual network.
  • the resource allocation apparatus 200 obtains a sum of effective bandwidths for traffic passing through the link of the established path, and allocates the bandwidth corresponding to the sum to the corresponding virtual network.
  • the resource allocation apparatus 200 actively performs the path setting and the bandwidth allocation of the virtual network 110 according to the traffic change.
  • the resource allocation apparatus 200 can reduce unnecessary waste of resources and maximize the efficiency of the network and the profit of the service provider.
  • the resource allocation device 200 may be a server installed at a service provider that provides a communication service by establishing a virtual network environment.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a resource allocation apparatus for resource allocation in a virtual network environment according to the present invention.
  • the resource allocation apparatus 200 includes an average traffic demand calculation unit 210, a path setting unit 220, and a bandwidth allocation unit 230.
  • the average traffic demand calculator 210 calculates average traffic demand between end nodes of the virtual network. At this time, the average traffic demand calculator 210 estimates the average traffic demand between the end nodes in a predetermined time interval, measures the traffic demand at the present time, and investigates the traffic demand demand of the end node. Find the average traffic demand between them.
  • the average traffic demand calculator 210 estimates the average traffic demand based on the statistics of traffic transmitted between end nodes in a predetermined time interval.
  • the predetermined time interval refers to a section determined by the service user by reflecting traffic patterns of the users. For example, the predetermined time interval may be determined as a work time, a lunch time, or a dawn time.
  • the average traffic demand calculation unit 210 may obtain the average traffic demand by measuring the traffic demand transmitted between end nodes at the present time.
  • the average traffic demand calculation unit 210 may investigate the traffic demand request of the user, and obtain the surveyed traffic demand request as the average traffic demand between the corresponding end nodes.
  • the average traffic demand calculation unit 210 obtains average traffic demand between end nodes periodically (that is, in units of a predetermined time interval), and determines whether the obtained average traffic demand varies by a certain range or more, If the range is changed beyond the range, a new average traffic demand is obtained to request the path setting unit 220 to set a new path for resource allocation.
  • the route setting unit 220 obtains effective bandwidths for the average traffic demand obtained by the average traffic demand calculation unit 210 and sets a path for the effective bandwidths. At this time, the route setting unit 220 obtains the effective bandwidth in consideration of the prediction error of the average traffic demand and probabilistic excessive transmission. In addition, when a criterion including a quality of service (QoS) or a traffic type is set differently for each virtual network, the route setting unit 220 obtains an effective bandwidth by differentiating each virtual network according to the set criterion.
  • QoS quality of service
  • the effective bandwidth is obtained to determine the bandwidth more than the average traffic demand so that the actual traffic changes irregularly.
  • the criteria for determining the effective bandwidth are determined according to the service provider's policy.
  • the routing unit 220 may apply different criteria for each virtual network. Find the effective bandwidth.
  • the route setting unit 220 obtains an effective bandwidth by allowing average traffic demand in order of the virtual networks having the highest QoS.
  • the route setting unit 220 when configured to carry different types of traffic in each virtual network, the route setting unit 220 obtains an effective bandwidth by applying different criteria according to the type of traffic.
  • the route setting unit 220 may differentiate and operate each virtual network by changing a criterion for setting an effective bandwidth according to a criterion set by a service provider.
  • the path setting unit 220 sets a path that can accommodate the corresponding effective bandwidth between the end nodes using a predetermined routing method according to a policy set by the service provider.
  • the path setting unit 220 establishes a path between each end node of the virtual network to accommodate the corresponding effective bandwidth.
  • the bandwidth allocator 230 allocates bandwidth to each virtual network based on the sum of effective bandwidths for traffic passing through each link of the path set by the path setup unit 220. That is, the path set by the path setting unit 220 includes at least one link. Accordingly, the bandwidth allocator 230 obtains the sum of the effective bandwidths for the traffic passing through each link of the set path for each virtual network, and is allocated to the physical network based on the ratio of the sum of the effective bandwidths for each virtual network. Allocate bandwidth to each virtual network.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for allocating resources in a virtual network environment by the apparatus for allocating resources according to the present invention.
  • the resource allocating apparatus obtains an average traffic demand between end nodes for each virtual network for a predetermined time interval and allocates resources for each virtual network (S302).
  • the resource includes a path, bandwidth, etc. between nodes.
  • the resource allocation device After the execution of the step S302, when a certain period (S304), the resource allocation device obtains the average traffic demand between the end nodes for each virtual network (S306), and whether the obtained average traffic demand is changed by a certain range or more It is determined (S308).
  • the resource allocating apparatus periodically checks the average traffic demand between end nodes of the virtual network and checks whether there is a virtual network that changes more than a predetermined level.
  • the predetermined period is a period determined by the service user to reflect the traffic patterns of the user, for example, it may be a work time, lunch time, dawn time, and the like.
  • the predetermined range may be a range predetermined by the service provider, for example, ⁇ 10% of the average traffic demand.
  • the resource allocation apparatus obtains the average traffic demand between end nodes for a predetermined time interval, allocates resources for the interval, and then obtains new average traffic demand in the next time interval to change the average traffic demand. If is over a certain range, perform new resource allocation process.
  • FIG. 4 is a flowchart specifically illustrating a method of allocating a resource in a virtual network environment by a resource allocating apparatus according to the present invention.
  • the apparatus for allocating a resource calculates average traffic demand between end nodes for each virtual network (S402).
  • the resource allocation apparatus estimates average traffic demand using N MxM matrices.
  • the resource allocation apparatus can obtain the average traffic demand by measuring the traffic demand transmitted between the end nodes at the present time.
  • the apparatus for allocating a resource may examine a traffic demand request of a user and obtain the surveyed traffic demand request as an average traffic demand between corresponding end nodes.
  • the apparatus for allocating resources obtains an effective bandwidth for the obtained average traffic demand, respectively (S404).
  • the effective bandwidth may be a bandwidth determined in consideration of the prediction error of the average traffic demand and probabilistic excessive transmission. For example, if the average traffic demand measured between the end nodes of the virtual network 1 is 4 Mbps 100 Mbps, 150 Mbps, 80 Mbps, 120 Mbps, the resource allocation device is the prediction error of the average traffic demand and stochastic excess Considering the transmission, the effective bandwidth can be obtained as 100 Mbps, 160 Mbps, 90 Mbps, and 130 Mbps, respectively.
  • each effective bandwidth should have a value equal to or greater than the average traffic demand between corresponding end nodes, and a criterion for obtaining the effective bandwidth for the average traffic demand is determined by the service provider's policy. Therefore, the prediction error and the probabilistic excess transmission condition may be determined by the service provider's policy.
  • the apparatus for allocating a resource sets a path for the obtained effective bandwidth for each virtual network (S406).
  • the apparatus for allocating a resource sets a path capable of accommodating a corresponding effective bandwidth between end nodes using a routing method determined according to a service provider's policy such as a minimum path routing method.
  • the effective bandwidth of virtual network 1 is 100 Mbps, 130 Mbps, 90 Mbps, and 120 Mbps.
  • the resource allocation apparatus selects a link that can accommodate effective bandwidths of 100 Mbps, 130 Mbps, 90 Mbps, and 120 Mbps by using a preset routing method to set a path.
  • the above method is similarly applied to the virtual network 2 and the virtual network 3, so that the resource allocation apparatus sets a path for each of the virtual network 1, the virtual network 2, and the virtual network 3.
  • the resource allocation apparatus After performing the step S406, the resource allocation apparatus obtains the sum of the effective bandwidths for the traffic passing through the link in each link of the established path for each virtual network (S408) and allocates the physical network based on the sum of the effective bandwidths. Allocated bandwidth to each virtual network (S410).
  • the resource allocation apparatus may allocate 500 Gbps to the virtual network 1, 300 Gbps to the virtual network 2, and 200 Gbps to the virtual network 3 based on the ratio of the sum of the effective bandwidths of the virtual networks.
  • the method and apparatus for allocating resources in a virtual network environment actively allocates routing and bandwidth according to the traffic change of the virtual network in the virtual network environment, thereby reducing waste of unnecessary resources and reducing network efficiency and service providers. Ideally suited to those who need to maximize their profits.

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Abstract

본 발명은 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치에 관한 것으로, 가상 네트워크별로 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 각각 구하는 단계, 상기 구해진 각 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭들을 구하고, 상기 유효 대역폭들에 대한 경로를 설정하는 단계, 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 근거로 각 가상 네트워크에 대역폭을 할당하는 단계를 포함한다. 따라서 본 발명에 따르면, 가상 네트워크 환경에서 가상 네트워크의 트래픽 변화에 따라 능동적으로 경로 설정 및 대역폭 할당을 수행할 수 있다.

Description

가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치
본 발명은 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가상 네트워크별로 엔드 노드(end node)들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하고, 각 평균 트래픽 수요에 따른 유효 대역폭들을 구하여 경로를 설정한 후, 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 근거로 각 가상 네트워크에 대역폭을 할당하는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.
IDC에 따르면, 물리네트워크의 구매비용은 크게 증가하지 않으나, 소모전력 및 냉각 비용은 8배, 서버관리 및 운용비용은 4배 가까이 증가할 것으로 예측된 바 있다. 실제로, 자원의 효율성보다는 효과성만을 중시하여 데이터센터를 운영해옴에 따라 운영, 전력, 냉각 비용은 9 내지 24개월마다 두배로 증가하고 있다. 때문에, 물리적으로 데이터센터의 크기를 줄임으로써 운영/전력/냉각 등으로 발생하는 비용을 절감하는 등의 IT 자원을 효율적으로 사용할 필요성이 증가하였다.
이러한 필요성에 따라, 웹 서버, 웹 응용 서버, 대용량 연산을 위한 클러스터에 가상화 기술을 적용하여 일부 자원이 유휴상태에 머무르는 것을 방지하고 있다. 즉, 프로세서, 메모리, IO(Input/Output) 자원 등의 컴퓨팅 자원에서 사용되는 응용 패턴에 따라 물리 네트워크를 프로세서 중심 또는 IO 중심의 응용으로 운용함으로써, 물리 네트워크의 자원 사용률을 높이는 것이다. 다시 말해, 가상화 기술은 물리 네트워크가 아닌 물리 네트워크 내의 프로세서, 메모리 및 IO 수준에서 자원을 관리하여 응용에 있어 높은 중첩율과 높은 사용율을 지원하고자 한다.
네트워크 가상화는 하나의 물리적 네트워크 위에서 복수 개의 독립적인 가상 네트워크가 동시에 동작하도록 하기 때문에, 오늘날 테스트베드 네트워크의 기반 기술로써 널리 이용되고 있다.
이러한 네트워크 가상화 기반 테스트베드 환경에서는 각 사용자가 필요한 양의 자원(노드 및 링크 대역폭 등)을 요청하면 관리자는 현재 사용 가능한 자원을 고려하여 새로운 가상 네트워크를 배정한다. 사용자들은 자신만의 독립적인 네트워크를 할당받아, 그 위에서 다양한 기술 혹은 네트워크 프로토콜을 구현하고 성능을 분석할 수 있다.
가상 네트워크 환경에서는 복수 개의 가상 네트워크가 한정된 물리적 자원을 공유하기 때문에, 이들 간의 효율적인 자원 배분이 무엇보다 중요하다. 단일 네트워크 환경에서는 링크 대역폭 등의 물리적 자원의 크기가 고정되어 있기 때문에, 네트워크의 효율성을 높이기 위한 특별한 자원 할당 기술이 요구되지 않았다.
그러나, 가상 네트워크 환경에서는 각 가상 네트워크의 자원을 주어진 범위 내에서 유동적으로 변화시킬 수 있기 때문에, 네트워크 상황 변화에 따른 능동적인 자원 할당 기술이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가상 네트워크 환경에서 네트워크 상황 변화에 따라 능동적으로 자원을 할당할 수 있는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 가상 네트워크 환경에서 가상 네트워크의 트래픽 변화에 따라 능동적으로 경로 설정 및 대역폭 할당을 수행할 수 있는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 자원 할당 장치가 가상네트워크 환경에서 자원을 할당하는 방법에 있어서, (a) 가상 네트워크별로 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 각각 구하는 단계, (b) 상기 구해진 각 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭들을 구하고, 상기 유효 대역폭들에 대한 경로를 설정하는 단계, (c) 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 근거로 각 가상 네트워크에 대역폭을 할당하는 단계를 포함하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법이 제공된다.
상기 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법은 (d) 미리 정해진 일정 시간 구간 단위로 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하고, 상기 구해진 평균 트래픽 수요가 일정 범위 이상 변화할 경우, 상기 (a)단계부터 상기 (c)단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계는, 미리 정해진 일정 시간 구간에서 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요 추정, 현재시점에서의 트래픽 수요 측정 또는 사용자의 트래픽 수요 요구 조사 중 적어도 하나의 방법에 의해 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 각각 구할 수 있다.
상기 유효 대역폭은 각 평균 트래픽 수요의 예측 오차와 확률적인 과잉 전송을 고려하여 구해진 것이다.
또한, 상기 유효 대역폭은 QoS 또는 트래픽 종류를 포함하는 기준이 가상 네트워크별로 다르게 설정되어 있는 경우, 상기 설정된 기준에 따라 각 가상 네트워크를 차별화하여 구해진 것이다.
상기 유효 대역폭들에 대한 경로는, 미리 정해진 라우팅 방법을 이용하여 엔드 노드들간에 해당 유효 대역폭을 수용할 수 있도록 구해진 경로일 수 있다.
상기 (c)단계는 상기 설정된 경로의 각 링크에서 그 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 가상 네트워크별로 구하는 단계, 상기 가상 네트워크들의 유효 대역폭 합에 대한 비율을 근거로 물리 네트워크에 할당된 대역폭을 각 가상 네트워크에 할당하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 가상 네트워크의 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하는 평균 트래픽 수요 계산부, 상기 구해진 각 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭들을 구하고, 상기 유효 대역폭들에 대한 경로를 설정하는 경로 설정부, 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 근거로 각 가상 네트워크에 대역폭을 할당하는 대역폭 할당부를 포함하는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 장치가 제공된다.
상기 평균 트래픽 수요 계산부는 미리 정해진 일정 시간 구간에서 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요 추정, 현재시점에서의 트래픽 수요 측정 또는 사용자의 트래픽 수요 요구 조사 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구한다.
또한, 상기 평균 트래픽 수요 계산부는 상기 구해진 평균 트래픽 수요가 일정 범위 이상 변화하는지의 여부를 판단하고, 상기 판단결과 일정 범위 이상 변화할 경우, 새롭게 평균 트래픽 수요를 구하여 자원 할당을 위해 상기 경로 설정부에 경로 설정을 요청한다.
상기 경로 설정부는 각 평균 트래픽 수요의 예측 오차와 확률적인 과잉 전송을 고려하여 유효 대역폭을 구한다.
또한, 상기 경로 설정부는 QoS 또는 트래픽 종류를 포함하는 기준이 가상 네트워크별로 다르게 설정되어 있는 경우, 상기 설정된 기준에 따라 각 가상 네트워크를 차별화하여 유효 대역폭을 구한다.
또한, 상기 경로 설정부는 미리 정해진 라우팅 방법을 이용하여 엔드 노드들간에 해당 유효 대역폭을 수용할 수 있는 경로를 설정한다.
상기 대역폭 할당부는 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 가상 네트워크별로 구하고, 상기 가상 네트워크별 유효 대역폭들의 합에 대한 비율을 근거로 물리 네트워크에 할당된 대역폭을 각 가상 네트워크에 할당한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가상 네트워크 환경에서 가상 네트워크의 트래픽 변화에 따라 능동적으로 경로 설정 및 대역폭 할당을 수행할 수 있다.
또한, 가상 네트워크별로 평균 트래픽 수요의 유효 대역폭을 구하고 그만큼의 자원을 할당하기 때문에, 불필요한 자원의 낭비를 줄이고 네트워크의 효율성 및 서비스 사업자의 수익을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가상네트워크 환경에서 자원 할당을 위한 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가상네트워크 환경에서 자원 할당을 위한 자원 할당 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 자원 할당 장치가 가상네트워크 환경에서 자원을 할당하는 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
이하에서 설명되는 가상 네트워크 환경은 사용자의 네트워크 자원 수요가 on-demand 방식으로 발생하는 상황이 아니라, 미리 모든 가상 네트워크에 대한 트래픽을 알 수 있는 상황의 환경을 말한다.
예를 들면, 현재 인터넷 환경과 같이 미리 사용자와 네트워크가 정해져 있고 사용자들 사이의 트래픽이 시간에 따라 변화하는 상황을 말한다.
도 1은 본 발명에 따른 가상네트워크 환경에서 자원 할당을 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 가상 네트워크 환경에서 자원 할당을 위한 시스템은 복수개의 가상 네트워크(110a, 110b, .., 110n, 이하 110이라 칭함)로 구성된 물리 네트워크(100), 가상 네트워크(110)의 트래픽 변화를 근거로 각 가상 네트워크에 자원을 할당하는 자원 할당 장치(200)를 포함한다. 여기서, 상기 자원은 경로, 대역폭 등을 말할 수 있다.
상기 물리 네트워크(100)는 각 사용자에게 서비스를 제공하며, 가상화 기술에 기반하여 생성된 여러 개의 가상 네트워크(110)를 포함한다.
즉, 네트워크 가상화는 라우터 가상화 기술에 기반하여 복수 개의 가상 네트워크(110)가 하나의 물리 네트워크(100) 위에 공존하도록 하는 기술이다. 상기 라우터 가상화(Router Virtualization)는 네트워크 가상화의 기반 기술로, 네트워크를 구성하는 라우터를 여러 개의 가상 머신으로 분할하는 기술을 말한다. 구체적으로 라우터 가상화는 Routing table, CPU, I/O queue 등을 복수 개로 분할하여 한 대의 라우터 박스가 복수 개의 라우터로 기능하도록 하는 것을 말한다.
가상 네트워크 환경에서 서로 다른 가상 네트워크 간에는 독립성 및 고립성이 보장된다. 즉, 한 가상 네트워크에서 전송되는 트래픽은 특별한 요청이 없는 한 다른 가상 네트워크로 이동될 수 없으며, 한 가상 네트워크에서 congestion이 발생하더라도 다른 가상 네트워크의 성능에 영향을 미치지 않는다.
상기 자원 할당 장치(200)는 가상 네트워크(110)별로 엔드 노드(end node)들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하고, 상기 구해진 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭을 구한 후, 각 유효 대역폭에 대한 경로를 각 가상 네트워크별로 설정한다.
그런 다음 상기 자원 할당 장치(200)는 상기 설정된 경로의 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 구하고, 상기 합에 해당하는 대역폭을 해당 가상 네트워크에 할당한다.
상기와 같이 상기 자원 할당 장치(200)는 트래픽 변화에 따라 능동적으로 가상 네트워크(110)의 경로 설정 및 대역폭 할당을 수행한다.
또한, 상기 자원 할당 장치(200)는 평균 트래픽 수요에 따라 유효 대역폭을 구하고 그만큼의 자원을 할당하기 때문에 불필요한 자원의 낭비를 줄이고 네트워크의 효율성 및 서비스 사업자의 수익을 최대화할 수 있다.
상기 자원 할당 장치(200)는 가상 네트워크 환경을 구축하여 통신 서비스를 제공하는 서비스 제공자 측에 설치된 서버일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 가상네트워크 환경에서 자원 할당을 위한 자원 할당 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 자원 할당 장치(200)는 평균 트래픽 수요 계산부(210), 경로 설정부(220), 대역폭 할당부(230)를 포함한다.
상기 평균 트래픽 수요 계산부(210)는 가상 네트워크의 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구한다. 이때, 상기 평균 트래픽 수요 계산부(210)는 미리 정해진 일정 시간 구간에서 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요 추정, 현재시점에서의 트래픽 수요 측정, 사용자의 트래픽 수요 요구 조사 등의 방법을 이용하여 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구한다.
즉, 상기 평균 트래픽 수요 계산부(210)는 미리 정해진 일정 시간 구간에서 엔드 노드들간에 전송된 트래픽의 통계를 근거로 평균 트래픽 수요를 추정하게 된다. 상기 미리 정해진 일정 시간 구간은 사용자들의 트래픽 패턴을 반영하여 서비스 사용자가 정한 구간을 말한 것으로, 예를 들면, 업무시간, 점심시간, 새벽 시간 등으로 정할 수 있다.
또한, 상기 평균 트래픽 수요 계산부(210)는 현재 시점에서 엔드 노드들간에 전송되는 트래픽 수요를 측정하여 평균 트래픽 수요로 구할 수 있다.
또한, 상기 평균 트래픽 수요 계산부(210)는 사용자의 트래픽 수요 요구를 조사하고, 상기 조사된 트래픽 수요 요구를 해당 엔드 노드간의 평균 트래픽 수요로 구할 수 있다.
또한, 상기 평균 트래픽 수요 계산부(210)는 주기적(즉, 일정 시간 구간 단위)으로 엔드 노드들간의 평균 트래픽 수요를 구하고, 상기 구해진 평균 트래픽 수요가 일정 범위 이상 변화하는지의 여부를 판단하여, 일정 범위 이상 변화할 경우, 새롭게 평균 트래픽 수요를 구하여 새로운 자원 할당을 위해 상기 경로 설정부(220)에 경로 설정을 요청한다.
상기 경로 설정부(220)는 상기 평균 트래픽 수요 계산부(210)에서 구해진 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭들을 구하고, 상기 유효 대역폭들에 대한 경로를 설정한다. 이때, 상기 경로 설정부(220)는 상기 평균 트래픽 수요의 예측 오차와 확률적인 과잉 전송을 고려하여 유효 대역폭을 구한다. 또한, 상기 경로 설정부(220)는 QoS(Quality of Service) 또는 트래픽 종류를 포함하는 기준이 가상 네트워크별로 다르게 설정되어 있는 경우, 상기 설정된 기준에 따라 각 가상 네트워크를 차별화하여 유효 대역폭을 구한다.
즉, 유효 대역폭을 구하는 것은 실제 트래픽이 불규칙하게 변화하기 때문에 이를 수용할 수 있도록 평균 트래픽 수요보다 여유 있게 대역폭을 결정하기 위해서이다. 따라서, 유효 대역폭을 정하는 기준은 서비스 제공자의 정책에 따라 결정된다.
예를 들어, 가상 네트워크가 서로 다른 QoS를 보장하도록 차등화되어 있다거나, 혹은 서로 다른 종류의 트래픽을 운반하도록 나뉘어져 있을 경우 상기 경로 설정부(220)는 각각의 가상 네트워크에 대해 서로 다른 기준을 적용하여 유효 대역폭을 구한다.
다시 말하면, 상기 경로 설정부(220)는 각 가상 네트워크에 서로 다른 QoS가 기준으로 설정되어 있는 경우, QoS가 높은 가상 네트워크 순으로 평균 트래픽 수요에 여유를 두어 유효 대역폭을 구한다.
또한, 상기 경로 설정부(220)는 각 가상 네트워크에 서로 다른 종류의 트래픽을 운반하도록 설정되어 있는 경우, 트래픽의 종류에 따라 서로 다른 기준을 적용하여 유효 대역폭을 구한다.
상기와 같이 상기 경로 설정부(220)는 서비스 제공자에 의해 설정된 기준에 따라 유효 대역폭을 정하는 기준을 달리하여 각 가상 네트워크를 차별화하여 운영할 수 있다.
또한, 상기 경로 설정부(220)는 서비스 제공자에 의해 설정된 정책에 따라 미리 정해진 라우팅 방법을 이용하여 엔드 노드들간에 해당 유효 대역폭을 수용할 수 있는 경로를 설정한다.
상기 경로 설정부(220)에 의해 가상 네트워크의 각 엔드 노드간에는 해당 유효 대역폭을 수용할 수 있는 경로가 설정된다.
상기 대역폭 할당부(230)는 상기 경로 설정부(220)에서 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 근거로 각 가상 네트워크에 대역폭을 할당한다. 즉, 상기 경로 설정부(220)에서 설정된 경로는 적어도 하나 이상의 링크로 구성되어 있다. 따라서, 상기 대역폭 할당부(230)는 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 가상 네트워크별로 구하고, 상기 가상 네트워크별 유효 대역폭들의 합에 대한 비율을 근거로 물리 네트워크에 할당된 대역폭을 각 가상 네트워크에 할당한다.
도 3은 본 발명에 따른 자원 할당 장치가 가상네트워크 환경에서 자원을 할당하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 자원 할당 장치는 미리 정해진 일정 시간 구간동안 가상 네트워크별로 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하여 가상 네트워크별로 자원을 할당한다(S302). 여기서, 상기 자원은 노드들간의 경로, 대역폭 등을 포함한다.
상기 자원 할당 장치가 가상 네트워크별로 자원을 할당하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하기로 한다.
상기 S302의 수행 후, 일정 주기가 되면(S304), 상기 자원 할당 장치는 가상 네트워크별로 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하고(S306), 상기 구해진 평균 트래픽 수요가 일정 범위 이상 변화하는지의 여부를 판단한다(S308).
즉, 상기 자원 할당 장치는 주기적으로 가상 네트워크의 엔드 노드들간의 평균 트래픽 수요를 구하여 미리 정해진 일정 수준 이상 변화하는 가상 네트워크가 존재하는지를 검사한다. 여기서, 상기 일정 주기는 사용자들의 트래픽 패턴을 반영하여 서비스 사용자가 정한 주기로, 예를 들면, 업무시간, 점심시간, 새벽 시간 등일 수 있다. 상기 일정 범위는 서비스 제공자에 의해 미리 정해진 범위로, 예를 들면 평균 트래픽 수요 대비 ±10%의 범위일 수 있다.
상기 S308의 판단결과 평균 트래픽 수요가 일정 범위 이상 변화할 경우, 상기 자원 할당 장치는 상기 S302를 수행한다.
상기와 같은 방법에 의해 상기 자원 할당 장치는 일정 시간 구간 동안 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하고 그 구간에 대한 자원을 할당한 후, 다음 시간 구간에서 새롭게 평균 트래픽 수요를 구하여 평균 트래픽 수요의 변화가 일정 범위 이상이라면 새롭게 자원할당 과정을 수행한다.
도 4는 본 발명에 따른 자원 할당 장치가 가상네트워크 환경에서 자원을 할당하는 방법을 구체적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 자원 할당 장치는 가상 네트워크별로 엔드 노드(end-node) 사이의 평균 트래픽 수요를 구한다(S402).
예를 들어, M개의 엔드 노드로 구성된 물리 네트워크가 N개의 가상 네트워크로 분할되어 있다고 할 경우, 상기 자원 할당 장치는 N개의 MxM 행렬로 평균 트래픽 수요를 추정하게 된다.
또한, 상기 자원 할당 장치는 현재 시점에서 엔드 노드들간에 전송되는 트래픽 수요를 측정하여 평균 트래픽 수요를 구할 수 있다.
또한, 상기 자원 할당 장치는 사용자의 트래픽 수요 요구를 조사하고, 상기 조사된 트래픽 수요 요구를 해당 엔드 노드간의 평균 트래픽 수요로 구할 수 있다.
상기 S402의 수행 후, 상기 자원 할당 장치는 상기 구해진 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭을 각각 구한다(S404). 여기서, 상기 유효 대역폭은 상기 평균 트래픽 수요의 예측 오차와 확률적인 과잉 전송을 고려하여 책정된 대역폭일 수 있다. 예를 들어, 가상 네트워크1의 엔드 노드들간에 측정된 평균 트래픽 수요가 100 Mbps, 150 Mbps, 80 Mbps, 120 Mbps 의 4개인 경우, 상기 자원 할당 장치는 상기 평균 트래픽 수요의 예측 오차와 확률적인 과잉 전송을 고려하여 유효 대역폭을 100Mbps, 160 Mbps, 90 Mbps, 130 Mbps로 각각 구할 수 있다.
상기와 같이 각 유효 대역폭은 해당 엔드 노드간의 평균 트래픽 수요와 같거나 더 큰 값을 가져야 하고, 상기 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭을 구하는 기준은 서비스 제공자의 정책에 의해 결정된다. 따라서, 상기 예측 오차와 확률적인 과잉 전송 조건은 서비스 제공자의 정책에 의해 결정될 수 있다.
상기 S404의 수행 후, 상기 자원 할당 장치는 상기 구해진 유효 대역폭에 대한 경로를 각 가상 네트워크별로 설정한다(S406). 이때, 상기 자원 할당 장치는 최소 경로 라우팅 방법 등과 같은 서비스 제공자의 정책에 따라 정해진 라우팅 방법을 이용하여 엔드 노드들간에 해당 유효 대역폭을 수용할 수 있는 경로를 설정한다.
예를 들어, 3개의 가상 네트워크로 이루어진 가상 네트워크 환경에서 가상 네트워크1의 유효 대역폭이 100Mbps, 130Mbps, 90Mbps, 120Mbps인 경우를 살펴보기로 한다.
상기 자원 할당 장치는 기 설정된 라우팅 방법을 이용하여 100Mbps, 130Mbps, 90Mbps, 120Mbps의 유효 대역폭들을 수용할 수 있는 링크를 선택하여 경로를 설정하게 된다.
상기와 같은 방법은 가상 네트워크2, 가상 네트워크3에도 동일하게 적용되어, 상기 자원 할당 장치는 가상 네트워크1, 가상 네트워크2, 가상 네트워크3 각각에 대한 경로를 설정하게 된다.
상기 S406의 수행 후, 상기 자원 할당 장치는 상기 설정된 경로의 각 링크에서 그 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 가상 네트워크별로 구하고(S408), 상기 유효 대역폭들의 합을 근거로 물리 네트워크에 할당된 대역폭을 각 가상 네트워크에 할당한다(S410).
예를 들어, 물리 네트워크에 할당된 대역폭이 1Gbps이고, 가상 네트워크1의 유효 대역폭의 합이 500Mbps, 가상 네트워크2의 유효 대역폭의 합이 300Mbps, 가상 네트워크3의 유효 대역폭의 합이 150Mbps인 경우, 상기 자원 할당 장치는 각 가상 네트워크별 유효 대역폭들의 합에 대한 비율을 근거로 가상 네트워크1에 500Gbps, 가상 네트워크2에 300Gbps, 가상 네트워크3에 200Gbps의 대역폭을 할당할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명의 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 방법 및 장치는 가상 네트워크 환경에서 가상 네트워크의 트래픽 변화에 따라 능동적으로 경로 설정 및 대역폭을 할당하여, 불필요한 자원의 낭비를 줄이고 네트워크의 효율성 및 서비스 사업자의 수익을 최대화할 필요성이 높은 것에 적합하다.

Claims (14)

  1. 자원 할당 장치가 가상네트워크 환경에서 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 가상 네트워크별로 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 각각 구하는 단계;
    (b) 상기 구해진 각 평균 트래픽 수요에 따른 유효 대역폭을 각각 구하고, 상기 유효 대역폭들에 대한 경로를 설정하는 단계; 및
    (c) 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 근거로 각 가상 네트워크에 대역폭을 할당하는 단계;
    를 포함하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (d) 미리 정해진 일정 시간 구간 단위로 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하고, 상기 구해진 평균 트래픽 수요가 일정 범위 이상 변화할 경우, 상기 (a)단계부터 상기 (c)단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    미리 정해진 일정 시간 구간에서 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요 추정, 현재시점에서 엔드 노드들 사이의 트래픽 수요 측정 또는 사용자의 트래픽 수요 요구 조사 중 적어도 하나의 방법에 의해 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 각각 구하는 것을 특징으로 하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유효 대역폭은 각 평균 트래픽 수요의 예측 오차와 확률적인 과잉 전송을 고려하여 구해진 것을 특징으로 하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유효 대역폭은 QoS 또는 트래픽 종류를 포함하는 기준이 가상 네트워크별로 다르게 설정되어 있는 경우, 상기 설정된 기준에 따라 각 가상 네트워크를 차별화하여 구해진 것을 특징으로 하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유효 대역폭들에 대한 경로는, 미리 정해진 라우팅 방법을 이용하여 각 엔드 노드간에 해당 유효 대역폭을 수용할 수 있도록 구해진 경로인 것을 특징으로 하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 설정된 경로의 각 링크에서 그 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 가상 네트워크별로 구하는 단계; 및
    상기 가상 네트워크별 유효 대역폭 합에 대한 비율을 근거로 물리 네크워크에 할당된 대역폭을 각 가상 네트워크에 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 방법.
  8. 가상 네트워크의 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하는 평균 트래픽 수요 계산부;
    상기 구해진 평균 트래픽 수요에 대한 유효 대역폭을 각각 구하고, 상기 유효 대역폭들에 대한 경로를 설정하는 경로 설정부; 및
    상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 근거로 각 가상 네트워크에 대역폭을 할당하는 대역폭 할당부;
    를 포함하는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 평균 트래픽 수요 계산부는 미리 정해진 일정 시간 구간에서 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요 추정, 현재시점에서 엔드 노드들 사이의 트래픽 수요 측정 또는 사용자의 트래픽 수요 요구 조사 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 엔드 노드들 사이의 평균 트래픽 수요를 구하는 것을 특징으로 하는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 평균 트래픽 수요 계산부는 상기 구해진 평균 트래픽 수요가 일정 범위 이상 변화하는지의 여부를 판단하고, 상기 판단결과 일정 범위 이상 변화할 경우, 새롭게 평균 트래픽 수요를 구하여 자원 할당을 위해 상기 경로 설정부에 경로 설정을 요청하는 것을 특징으로 하는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 경로 설정부는 각 평균 트래픽 수요의 예측 오차와 확률적인 과잉 전송을 고려하여 유효 대역폭을 구하는 것을 특징으로 하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 경로 설정부는 QoS 또는 트래픽 종류를 포함하는 기준이 가상 네트워크별로 다르게 설정되어 있는 경우, 상기 설정된 기준에 따라 각 가상 네트워크를 차별화하여 유효 대역폭을 구하는 것을 특징으로 하는 가상 네트워크 환경에서의 자원 할당 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 경로 설정부는 미리 정해진 라우팅 방법을 이용하여 엔드 노드들간에 해당 유효 대역폭을 수용할 수 있는 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 대역폭 할당부는 상기 설정된 경로의 각 링크를 지나는 트래픽에 대한 유효 대역폭들의 합을 가상 네트워크별로 구하고, 상기 가상 네트워크별 유효 대역폭들의 합에 대한 비율을 근거로 물리 네트워크에 할당된 대역폭을 각 가상 네트워크에 할당하는 것을 특징으로 하는 가상네트워크 환경에서의 자원 할당 장치.
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