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KR100653454B1 - 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한동적 트래픽 관리 장치 및 그 방법 - Google Patents

홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한동적 트래픽 관리 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100653454B1
KR100653454B1 KR1020050105110A KR20050105110A KR100653454B1 KR 100653454 B1 KR100653454 B1 KR 100653454B1 KR 1020050105110 A KR1020050105110 A KR 1020050105110A KR 20050105110 A KR20050105110 A KR 20050105110A KR 100653454 B1 KR100653454 B1 KR 100653454B1
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KR
South Korea
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service
traffic
bandwidth
qos
quality
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KR1020050105110A
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English (en)
Inventor
박민호
정연준
백의현
박광로
Original Assignee
한국전자통신연구원
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Publication date
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 홈서버/홈게이트웨이를 중심으로 인터넷과 연계되어 있는 홈네트워크 환경에서 최선형(Best Effort) 서비스들이 사용하는 대역폭을 동적으로 관리하여 보장형(QoS Guaranteed) 서비스가 요구하는 대역폭을 필요에 따라 예약하여 서비스가 요구하는 서비스품질(QoS)을 보장할 수 있는 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치에 있어서, 상기 홈네트워크 환경에서 처리되는 트래픽과 가용한 네트워크 자원을 관리하고, 보장해야될 서비스들의 패킷정보인 서비스품질(QoS) 리스트를 생성하기 위한 자원관리 수단; 상기 자원관리 수단에서 서비스품질(QoS) 보장을 위해 요청한 만큼의 대역폭이 확보될 때까지 현재 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스들의 트래픽 플로우들을 검색하여 트래픽콘트롤 기능을 수행하기 위한 트래픽 제어 수단; 상기 홈네트워크 환경으로 입/출력되는 모든 패킷들의 송/수 신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트(Port) 번호, 그리고 프로토콜(Protocol) 필드를 검색하여 상기 자원관리 수단이 생성한 상기 서비스품질(QoS) 리스트에 해당하는 패킷인지를 판별하기 위한 트래픽분류 수단; 상기 트래픽분류 수단에 의해 분류된 패킷들을 기 정의된 방법에 따라 마킹하기 위한 트래픽마킹 수단; 및 소정 방식에 의한 스케쥴링을 지원하기 위한 스케쥴링 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 홈네트워크 서비스 시스템 등에 이용됨.
홈네트워크, 자원관리, Best Effort, QoS, 서비스 보장, 트래픽, 플로우

Description

홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for Dynamic Traffic Management of QoS to an Each Service in Homenetwork Environment}
도 1 은 기존의 홈서버/홈게이트웨이를 중심으로 인터넷과 연계된 홈네트워크 환경을 나타낸 일실시 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치의 일실시예 구성도.
도 3 은 상기 도 2의 자원관리자가 내부적으로 관리하는 테이블을 논리적으로 나타낸 일실시예 설명도.
도 4 는 본 발명에 따른 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 소프트웨어 211 : 자원관리자
212 : 트래픽콘트롤러 213 : 트래픽마커
214 : 트래픽분류자 215 : 서비스품질 리스트
230 : 하드웨어 231 : 스케쥴러
본 발명은 홈서버/홈게이트웨이를 중심으로 인터넷과 연계된 홈네트워크 환경에서 최선형(Best Effort) 트래픽이 사용하는 대역폭의 양을 동적으로 조절함으로써 특정 서비스에 대한 서비스품질(QoS)을 보장하기 위한 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질(QoS) 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인터넷과 연계된 홈네트워크 환경에서 홈서버/홈게이트웨이를 통해 외부로부터 유입되는 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽들이 사용하는 대역폭의 양을 동적으로 조절하여 보장형(QoS Guaranteed) 서비스가 수행되기 위해 필요한 대역폭을 보장하고, 궁극적으로는 서비스별 서비스품질(QoS)을 보장하는 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질(QoS) 보장을 위한 동적 트래픽 관리 방법에 관한 것이다.
초고속 인터넷의 도입과 가전단말의 인터넷 접속에 대한 요구가 증가함에 따라 홈네트워크의 필요성이 증가 되고 있다. 특히, 홈서버/홈게이트웨이를 중심으로 댁내단말들이 모두 인터넷에 연결되는 홈네트워크 구조의 도입이 필요 시 된다. 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
홈네트워크 환경에서 IPTV(Internet Protocol TV), VoD(Video on Demand), 화상통화와 같은 많은 대역폭을 필요로 하고, 동시에 실시간성을 요구하는 다양한 멀티미디어 서비스들의 도입이 준비되고 있다. 홈네트워크 환경에서 이러한 멀티미디어 서비스들을 동시에 지원하기에는 기존의 백본 네트워크에서와 마찬가지로 많은 문제점들이 존재한다.
기존의 백본 네트워크에서는 음성과 같은 실시간 서비스는 전화망과 같은 회선 교환망을 중심으로 서비스되어 왔다. 회선 교환망은 일정한 흐름을 갖는 트래픽에 대해 항상 고정적인 대역폭을 보장하고, 또한 일정한 전송 지연만을 가지기 때문에 실시간 서비스 전달에 매우 적합하다. 그러나, 서비스 형태가 다양해짐에 따라 발생하는 버스트(Burst)한 트래픽을 회선 교환망을 통해 전송하기에는 망자원의 사용을 효율적으로 관리하지 못한다는 문제점이 있다.
반면에 인터넷처럼 버스트(Burst)한 컴퓨터 데이터를 전달하는 패킷 통신망의 경우 다양한 멀티미디어 트래픽을 통계적 다중화(Statistical Multiplexing)하여 제공하기 때문에 다양한 멀티미디어 서비스들을 제공하는데 적합하고 동시에 전송로의 효율을 높일 수 있다. 그러나, 서비스 특성에 따른 서비스품질(QoS) 보장이 없기 때문에 지연(Delay) 또는 지터(Jitter)에 민감한 실시간 서비스를 지원하기에는 문제점이 있다. 이러한 기존 백본 네트워크에서의 문제점들이 홈네트워크에도 상당부분 존재하기 때문에 다양한 트래픽을 통계적 다중화하여 전송 효율을 높일 수 있으면서도 트래픽 마다의 특성을 그대로 유지할 수 있는 홈네트워크 환경에서의 새로운 서비스품질(QoS) 보장 기술이 요구된다.
인터넷 백본망 또는 엑세스 망에서는 서비스품질(QoS) 보장을 위한 기법들이 활발히 연구되어온 반면에 홈네트워크 환경에서 서비스품질(QoS)보장을 위한 기법들은 아직 활발히 연구되어오지 않았다. 인터넷 백본망/엑세스망에서의 서비스품질(QoS)에 관한 연구는 크게 2가지로 요약될 수 있다.
첫째는, 현재 최선형(Best Effort)으로만 운용되는 서비스 모델을 실시간 서비스 개념이 포함된 IntServ(Integrated Service) 제어 모델로의 확장이다.
두 번째는, 동일한 종류의 서비스들의 패킷들 간의 우선순위를 결정하여 차별화된 서비스를 제공하는 DiffServ(Differentiated Service) 트래픽 제어 모델이다.
그러나, 상기 기법들을 홈네트워크 환경에 그대로 적용할 수 없기 때문에 홈네트워크 환경에 적합한 서비스품질(QoS) 보장 기술이 필요하다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 홈서버/홈게이트웨이를 중심으로 인터넷과 연계되어 있는 홈네트워크 환경에서 최선형(Best Effort) 서비스들이 사용하는 대역폭을 동적으로 관리하여 보장형(QoS Guaranteed) 서비스가 요구하는 대역폭을 필요에 따라 예약하여 서비스가 요구하는 서비스품질(QoS)을 보장할 수 있는 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치에 있어서, 상기 홈네트워크 환경에서 처리되는 트래픽과 가용한 네트워크 자원을 관리하고, 보장해야될 서비스들의 패킷정보인 서비스품질(QoS) 리스트를 생성하기 위한 자원관리 수단; 상기 자원관리 수단에서 서비스품질(QoS) 보장을 위해 요청한 만큼의 대역폭이 확보될 때까지 현재 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스들의 트래픽 플로우들을 검색하여 트래픽콘트롤 기능을 수행하기 위한 트래픽 제어 수단; 상기 홈네트워크 환경으로 입/출력되는 모든 패킷들의 송/수신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트(Port) 번호, 그리고 프로토콜(Protocol) 필드를 검색하여 상기 자원관리 수단이 생성한 상기 서비스품질(QoS) 리스트에 해당하는 패킷인지를 판별하기 위한 트래픽분류 수단; 상기 트래픽분류 수단에 의해 분류된 패킷들을 기 정의된 방법에 따라 마킹하기 위한 트래픽마킹 수단; 및 소정 방식에 의한 스케쥴링을 지원하기 위한 스케쥴링 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 방법은, 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 방법에 있어서, 댁내단말로부터 자원관리자가 서비스품질(QoS) 보장을 위한 대역폭 요청을 받아 가용한 자원을 검색하는 자원 검색 단계; 상기 자원 검색 단계에서 검색된 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽 중 하나의 희생 플로우를 선택하여 트래픽콘트롤러로 대역폭 선점요청 메시지를 송신하는 대역폭 선점 단계; 상기 자원관리자로부터 대역폭 선점요청 메시지를 받은 트래픽콘트롤러가 해당 희생 플로우에 대해서 최선형(Best Effort) 서비스 대역폭의 사용률을 줄이고, 해당 결과를 자원관리자에게 알리는 트래픽 제어 단계; 및 상기 트래픽콘트롤러로부터 받은 결과로 상기 자원관리자가 스케쥴러에게 스케쥴링을 요청하고, 서비스를 요청한 상기 댁내단말에게 대역폭을 예약(선점)했음을 알리는 예약 대역폭 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 기존의 홈서버/홈게이트웨이를 중심으로 인터넷과 연계된 홈네트워크 환경을 나타낸 일실시 예시도이다.
인터넷과 연결되기 원하는 댁내의 모든 댁내단말(103)들은 홈서버/홈게이트웨이(102)로 연결된다. 외부 인터넷 망(엑세스망)(101)에는 서비스를 제공하는 외부 서버가 존재한다
홈서버/홈게이트웨이(102)는 엑세스망(101)과 연결되는 인터페이스와 댁내망으로 트래픽을 분배하는 홈네트워크 인터페이스들을 각각 가지고 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명에서는 홈서버/홈게이트웨이 내의 새로운 서비스품질(QoS) 기능 블록들을 통해 새로운 홈네트워크 서비스품질(QoS)을 보장한다.
상기 새로운 홈네트워크 서비스품질(QoS) 보장은 크게 홈네트워크 내의 대역폭 자원을 관리하는 자원관리자 기능 블록과 최선형(Best Effort) 서비스에 대한 플로우콘트롤을 담당하는 트래픽콘트롤러 블록으로 구성된다.
자원관리자 기능 블록은 홈서버/홈게이트웨이를 지나는 트래픽들을 최선형(Best Effort) 서비스와 보장형(QoS Guaranteed) 서비스로 나누어서 관리하고 보장형(QoS Guaranteed) 서비스의 사용이 없을 때에는 모든 대역폭 자원들을 최선형(Best Effort) 서비스들이 사용 가능케 한다. 하지만, 특정 시점에서 보장형(QoS Guaranteed) 서비스의 사용 요청이 댁내에 위치한 단말/서비스로부터 입력되면 트래픽콘트롤러 블록을 통해서 요청된 만큼의 대역폭을 최선형(Best Effort) 서비스의 대역폭 사용량으로부터 선점하여 줄이고, 선점된 대역폭 자원을 보장형(QoS Guaranteed) 서비스에게 할당한다.
보장형(QoS Guaranteed) 서비스의 요청이 있을 때에만 동적으로 대역폭을 예약하기 때문에 보장형(QoS Guaranteed) 서비스에 치우쳐 대역폭을 낭비하지 않는다. 또한, 보장형(QoS Guaranteed) 서비스가 사용되지 않는 동안은 버스트(Burst) 한 최선형(Best Effort) 서비스에 대해서도 효율적으로 대역폭을 사용할 수 있기 때문에 대역폭의 균일한 사용을 보장해 줄 수 있다. 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치는 크게 소프트웨어 모듈(210)과 하드웨어 모듈(230)로 나눌 수 있다.
소프트웨어 모듈(210)은 홈서버/홈게이트웨이가 처리하는 트래픽들과 가용한 네트워크 자원을 관리하고, 보장해야될 서비스들의 패킷정보인 서비스품질(QoS) 리스트를 생성하는 자원관리자(211), 상기 자원관리자(211)가 서비스품질(QoS) 보장을 위해 요청한 만큼의 대역폭이 확보될 때까지 현재 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스들의 트래픽 플로우들을 검색하여 트래픽콘트롤 기능을 수행하는 트래픽콘트롤러(212), 상기 홈서버/홈게이트웨이로 입/출력되는 모든 패킷들의 송/수신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트(Port) 번호, 그리고 프로토콜(Protocol) 필드를 검색하여 상기 자원관리자(201)가 댁내단말의 요구에 의해 생성한 서비스품질(QoS) 리스트에 해당하는 패킷인지를 판별하는 트래픽분류자(214), 그리고 트래픽분류자(214)에 의해서 분류된 패킷들을 미리 정의된 방법에 따라 마킹하는 트래픽마커(213)를 포함한다.
하드웨어 모듈은 WFQ(Weighted Fair Queuing) 방식의 스케쥴링을 지원하는 스케쥴러(231)를 포함하는 이더넷 스위치로 구성된다.
상기 자원관리자(211)는 홈서버/홈게이트웨이가 처리하는 트래픽들과 가용한 네트워크 자원(대역폭)을 관리하는 모듈이다. 홈서버/홈게이트웨이로 입력 또는 출력되는 포트에 대해서 보장형(QoS Guaranteed) 트래픽 및 최선형(Best Effort) 트래픽에 대한 플로우별 대역폭 사용량 등을 계산하고 관리한다. 또한, 자원관리자(211)는 트래픽의 통계 정보들을 계산/관리하는 기능 외에 댁내에서 요청하는 최선형(Best Effort) 서비스가 사용하는 대역폭이 증가하여 보장형(QoS Guaranteed) 서비스가 사용하고 있는 대역폭을 침범할 우려가 있는 경우 동적으로 트래픽콘트롤러(212)를 수행시킨다. 그리고, 자원관리자(211)는 서비스품질(QoS) 리스트(215)를 생성하는 역할도 한다.
트래픽콘트롤러(212)는 자원관리자의 요청에 의해서 또는 자발적으로 수행되는 모듈이다. 서비스품질(QoS) 보장을 위해 요청한 만큼의 대역폭이 확보될 때까지 현재 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스들의 트래픽 플로우들을 검색하여 그 중 몇 개의 플로우에 대해서 트래픽콘트롤 기능을 수행하는 것이다. 여러 트래픽 플로우들 중에서 대역폭이 선점당하는 플로우들을 선택하는 방법은 TCP(Transmission Control Protocol) 트래픽과 UDP(User Datagram Protocol) 트래픽 중 TCP(Transmission Control Protocol) 트래픽을 우선적으로 고려한다. 그리고, 트래픽콘트롤러(212)는 외부로부터 유입되는 최선형(Best Effort) 트래픽들의 양을 동적으로 조절하는 기능을 갖는 블록이다.
한편, 트래픽콘트롤러(212)가 자원관리자(211)의 요청에 의해서 수행되는 경우는 자원관리자(211)가 대역폭 예약을 위해서 가용한 자원을 검색해본 결과 가용한 자원이 충분하지 못하고 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽이 일정양의 대역폭 을 사용하고 있는 경우에 수행된다. 이 경우 자원관리자(211)는 자신이 관리하고 있는 테이블을 기반으로 해서 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽 중 하나의 플로우를 선택하여 트래픽콘트롤러(212)에게 해당 서비스가 사용하고 있는 대역폭에 대해서 선점요청 메시지를 송신한다.
트래픽마커(213)는 트래픽 분류자(214)에 의해서 분류된 패킷들을 미리 정의된 방법에 따라 마킹하는 기능을 담당한다.
트래픽분류자(214)는 홈서버/홈게이트웨이로 입/출력되는 모든 패킷들의 송/수신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트(Port) 번호와 프로토콜(Protocol) 필드를 검색하여 자원관리자(201)가 댁내단말의 요구에 의해 생성한 서비스품질(QoS) 리스트(215)에 해당하는 패킷인지를 판별한다.
즉, 트래픽분류자(214)는 입력되는 패킷에 대해서 서비스품질(QoS) 리스트(215)에 해당하는 패킷인지를 확인한다. 서비스품질(QoS) 리스트(215)에 해당하는 패킷이면 즉, 보장형(QoS Guaranteed) 서비스를 위한 패킷이면 트래픽마커(213)를 통해서 IP 패킷 헤더의 ToS(Type of Service) 필드를 보장형(QoS Guaranteed) 패킷이라고 마킹한다. 서비스품질(QoS) 리스트(215)에 해당하지 않는 패킷이면 마찬가지로 IP 헤더의 ToS(Type of Service) 필드에 최선형(Best Effort) 패킷이라고 마킹한다. 마킹된 패킷들은 스위치에서 제공하는 WFQ(Weighted Fair Queuing) 기반의 스케쥴러(231)를 통해서 우선순위 기반으로 사용자에게 전송된다.
상기 서비스품질(QoS) 리스트(215)는 보장해야 할 서비스들의 패킷정보를 나타내며 댁내단말이 서비스품질(QoS) 보장을 요청한 시점에 가용한 자원이 있어서 해당 요청이 수락된 경우에 생성되는 리스트이다. 댁내단말이 서비스품질(QoS) 보장을 요청하는 경우에 댁내단말이 홈서버/홈게이트웨이에 제공하는 정보는 송/수신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트(Port) 번호, 그리고 서비스가 수행되기 위해서 예약되어야 하는 대역폭 정보를 포함하는 5개의 값이다. 서비스품질(QoS) 리스트(215)는 이러한 5개의 값들을 담고 있는 노드들의 집합이다.
도 3 은 상기 도 2의 자원관리자가 내부적으로 관리하는 테이블을 논리적으로 나타낸 일실시예 설명도이다.
자원관리자(211)는 보장형(QoS Guaranteed) 서비스들이 사용하는 대역폭(301)과 최선형(Best Effort) 서비스들이 사용하는 대역폭(302), 그리고 전체적으로(보장형(QoS Guaranteed) 서비스 + 최선형(Best Effort) 서비스) 사용하는 대역폭(303)을 플로우별로 나누어서 계산/관리한다.
전체 사용하는 대역폭(303)을 관리하는 이유는 댁내단말로부터 서비스품질(QoS) 보장 요청이 있을 때에 가장 먼저 확인해야 하는 것이 전체사용 가능한 대역폭이다.
전체사용 가능한 대역폭(303)이 댁내단말이 요구하는 대역폭 이상일 때에는 요청한 만큼의 자원을 예약하고, 바로 서비스품질(QoS)요구를 수락한다. 반면에 전체사용 가능한 대역폭이 댁내단말이 요구하는 대역폭 미만인 경우에는 최선형(Best Effort) 서비스가 사용하는 대역폭을 검사하고, 트래픽콘트롤러(212)를 통하여 원하는 대역폭을 확보(선점)한 후, 서비스품질(QoS) 요구를 수락한다. 원하는 만큼의 대역폭이 확보되지 않으면 해당 서비스품질(QoS) 요구를 거절한다. 또한, 각각 나 뉘어서 관리되는 트래픽들은 다시 플로우 단위로 나뉘어서 관리된다. 여기서, 플로우 단위는 같은 출발지와 도착지 IP 주소와 포트번호 를 사용하는 패킷의 흐름을 말한다.
도 4 는 본 발명에 따른 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 댁내단말(410), 자원관리자(409), 스케쥴러(408), 트래픽콘트롤러(407), 그리고 외부단말(406)관의 연동관계를 시간 흐름에 따라 나타내었다.
본 발명에 따른 동적 프래픽 관리 방법은, 먼저 홈서버/홈게이트웨이 상에 존재하는 자원관리자(409)가 홈서버/홈게이트웨이를 지나는 트래픽들을 관리한다. 트래픽 관리는 현재 홈서버/홈게이트웨이를 지나는 보장형(QoS Guaranteed) 트래픽과 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽을 나누어서 각각 계산한다. 어느 시점에서 댁내에 있는 다른 단말이 보장된 서비스를 받기 위하여 특정양의 대역폭을 홈서버에게 요청한다. 홈서버/홈게이트웨이는 자원관리자(409)를 통하여 그 순간의 가용한 대역폭을 검사한다. 요청한 만큼 이상의 대역폭이 가용하면 해당하는 양 만큼의 대역폭을 해당 서비스에게 할당해 준다. 만일 요청한 대역폭 이하로 가용한 대역폭이 남아있다면 최선형(Best Effort) 서비스가 사용하는 대역폭을 검사하고 요청한 대역폭 이상으로 서비스가 되고 있으면 그 시점에서 트래픽콘트롤러(407)는 외부 망에 존재하는 해당 트래픽의 송신자 측에 망 혼잡현상이 났다고 보고하고, 댁내로 전달되는 트래픽 양을 동적으로 줄여서 최선형(Best Effort) 서비스가 사용하던 대역폭 중 일정량을 선점하고 확보한 대역폭을 보장형(QoS Guaranteed) 서비스에게 할당해 준다. 결국 홈네트워크 상에서의 대역폭의 사용은 최선형(Best Effort) 서비스가 임의대로 자유롭게 사용할 수 있지만 보장형(QoS Guaranteed) 서비스의 필요에 의해서 요청하는 대역폭에 대해서는 선점당할 수 있는 정책을 적용하여 홈네트워크의 대역폭 자원의 사용률을 극대화한다.
이를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 다음과 같은 가정하에 도 4에 도시된 흐름을 예시한다.
홈서버/홈게이트웨이가 동시에 처리할 수 있는 트래픽 양은 100Mbps라고 가정한다. 다시말해, 보장형(QoS Guaranteed) 서비스 플로우 2개(404, 405)가 총 40Mbps를 사용하고, 최선형(Best Effort) 서비스 플로우 3개가(401, 402, 403) 50Mpbs를 서비스하고 있다고 가정한다. 즉, 전체 대역폭 100Mbps중 90Mbps를 사용하고 있는 상황이다.
먼저, 어느 시점에서 댁내단말(410)이 자원관리자(409)에게 서비스품질(QoS) 보장을 위해 20Mbps의 대역폭을 요청한다(411).
자원관리자(409)는 가용한 자원을 검색해본 결과, 10Mbps의 자원밖에 없음을 인지한다(412). 그리고, 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽 중 하나의 희생 플로우를 선택하여(413) 트래픽콘트롤러(407)로 대역폭 선점요청 메시지를 송신한다(414).
상기 자원관리자(409)로부터 대역폭 선점요청 메시지를 받은 트래픽콘트롤러(407)는 해당 플로우에 대해서 플로우콘트롤 기능을 수행한다(415). 이때, 상기 자원관리자(409)에 의해 선택된 최선형(Best Effort) 서비스는 대역폭의 사용률을 20Mbps에서 10Mbps로 줄인다(416). 그리고, 트래픽콘트롤러(407)는 해당 결과를 자원관리자(409)에게 알린다(417).
상기 트래픽콘트롤러(407)로부터 받은 결과로 자원관리자(409)는 스케쥴러(408)에게 스케쥴링을 요청하고(418), 서비스를 요청한 댁내단말(410)에게 20Mbps의 대역폭을 예약(선점)했음을 알린다(419). 그리고, 댁내단말(410)은 외부단말(406)로 서비스를 요청하고(420), 서비스품질(QoS)이 보장된 트래픽이 댁내단말(410)의 사용자에게 전송된다(421, 422, 423).
한편, 트래픽콘트롤러(407)는 해당 플로우에 대해서 플로우 제어 기능을 수행한다(415). 플로우 제어 기능은 전송프로토콜의 종류에 따라 상이하게 수행된다. TCP(Transmission Control Protocol)를 기반으로 하는 서비스인 경우는 프로토콜이 갖는 플로우 제어 기능을 기반으로 하여 송신자측의 혼잡 윈도우(Congestion Window) 사이즈를 줄이도록 조치를 취하는 기능을 한다. 조치를 취하는 기능으로는 해당 플로우에 대해서 댁내단말(410)로부터 송신되는 확인(Acknowledgement Packet) 메시지를 홈서버/홈게이트웨이에서 임의로 버리는(Drop) 방법이 있고, 다른 하나는 송신자 측에 해당 플로우가 지나가는 네트워크에 혼잡현상(Congestion)이 발생했다고 알리는 ICMP(Internet Control Message Protocol) Type4의 소스 소거(Source Quench) 메시지를 보내는 방법이 있다. 두 가지 방법 모두 송신자 측에서 보내는 데이터의 양을 줄이는 방법이다. 정확하게는 송신자 측의 혼잡 윈도우(Congestion Window) 사이즈가 감소하기 때문에 송신 트래픽율이 줄어든다. 반면에 비연결형 프로토콜인 UDP(User Datagram Protocol)를 기반으로 하는 서비스인 경우 는 프로토콜 자체 내에서 플로우 제어를 위한 아무런 기능도 제공하지 않기 때문에 응용 프로그램에서 제공하는 플로우 제어 기능을 이용해서 해당 플로우가 소모하는 대역폭을 선점하여야 한다. 대부분의 UDP 기반 응용프로그램들은 송신자 측에서 수신자 측에 정기적인 응답메시지를 송신하는 방식으로 연결성을 확인하는데 이러한 경우 댁내단말(410)이 외부단말(406)로 보내는 응답메시지를 임의적으로 버림으로써 더 이상 댁내단말(410)로 트래픽을 전송하지 않기 때문에 보장형(QoS Guaranteed) 서비스가 요청하는 대역폭을 선점하여 예약할 수 있다. UDP(User Datagram Protocol) 기반의 응용프로그램에서 상기와 같은 기능을 제공하지 않는 경우, 즉 트래픽콘트롤 기능을 수행했음에도 송신자가 트래픽의 송신을 멈추지 않는 경우는 다른 희생 트래픽을 선택하여 해당 트래픽콘트롤 기능을 수행하여야 한다.
희생 트래픽을 선택하는 방법은 TCP(Transmission Control Protocol) 기반의 트래픽들에 대해서 우선적으로 콘트롤 함을 기본으로 한다. 이유는 TCP(Transmission Control Protocol) 기반의 트래픽들은 TCP(Transmission Control Protocol) 프로토콜에서 지원하는 플로우 제어 기능을 사용할 수 있기 때문에 송신률을 낮출 수 있지만, UDP(User Datagram Protocol) 기반의 트래픽들은 응용 프로그램에서 연결성 확인을 위한 기능이 제공되어야지만 대역폭을 선점할 수 있고 또한 해당 기능이 지원된다 하더라도 송신률을 낮추는 것이 아니라 서비스 트래픽이 더 이상 수신되지 않기 때문이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 홈네트워크 환경에서 서비스 별 특성을 고려한 서비스품질(QoS) 보장을 지원하기 위한 핵심 기술로서, 외부 인터넷과 연계된 홈네트워크 환경에서 외부 망으로부터 홈서버/홈게이트웨이를 거쳐 댁내단말로 수신되는 트래픽에 대해서 서비스별 서비스품질(QoS)를 보장할 수 있어, 서비스품질(QoS) 보장을 받고자 하는 서비스의 요청에 따라 동적으로 대역폭 자원을 예약하고, 서비스품질(QoS) 보장을 받고자 하는 서비스가 없는 경우에는 최선형(Best Effort) 서비스들이 대역폭 자원을 자유로이 사용할 수 있으며, 또한 최선형(Best Effort) 서비스들이 대역폭을 사용하고 있는 경우에 새로운 서비스품질(QoS) 보장요청이 들어온 경우에는 최선형(Best Effort) 서비스들이 사용하는 대역폭을 선점하고 선점한 대역폭을 보장형(QoS Guaranteed) 서비스들에게 할당하는 방식을 적용하여 서비스품질(QoS) 보장을 요구하는 서비스들에게 서비스품질(QoS) 보장을 지원할 뿐 아니라 대역폭을 기반으로 하는 홈네트워크 자원의 사용을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 장치에 있어서,
    상기 홈네트워크 환경에서 처리되는 트래픽과 가용한 네트워크 자원을 관리하고, 보장해야될 서비스들의 패킷정보인 서비스품질(QoS) 리스트를 생성하기 위한 자원관리 수단;
    상기 자원관리 수단에서 서비스품질(QoS) 보장을 위해 요청한 만큼의 대역폭이 확보될 때까지 현재 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스들의 트래픽 플로우들을 검색하여 트래픽콘트롤 기능을 수행하기 위한 트래픽 제어 수단;
    상기 홈네트워크 환경으로 입/출력되는 모든 패킷들의 송/수신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트(Port) 번호, 그리고 프로토콜(Protocol) 필드를 검색하여 상기 자원관리 수단이 생성한 상기 서비스품질(QoS) 리스트에 해당하는 패킷인지를 판별하기 위한 트래픽분류 수단;
    상기 트래픽분류 수단에 의해 분류된 패킷들을 기 정의된 방법에 따라 마킹하기 위한 트래픽마킹 수단; 및
    소정 방식에 의한 스케쥴링을 지원하기 위한 스케쥴링 수단
    을 포함하는 동적 트래픽 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자원관리 수단은,
    입력/출력되는 포트에 대해 보장형(QoS Guaranteed) 트래픽 및 최선형(Best Effort) 트래픽에 대한 플로우별 대역폭 사용량을 계산/관리하고, 트래픽의 통계 정보들을 계산/관리하며, 댁내에서 요청하는 최선형(Best Effort) 서비스가 사용하는 대역폭이 증가하여 보장형(QoS Guaranteed) 서비스가 사용하고 있는 대역폭을 침범할 우려가 있는 경우 동적으로 상기 트래픽 제어 수단을 통해 트래픽 제어를 수행시키는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자원관리 수단은,
    보장형(QoS Guaranteed) 서비스들이 사용하는 대역폭과 최선형(Best Effort) 서비스들이 사용하는 대역폭, 그리고 전체적으로(보장형(QoS Guaranteed) 서비스 + 최선형(Best Effort) 서비스) 사용하는 대역폭을 플로우별로 나누어서 계산/관리하는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 트래픽 제어 수단은,
    상기 자원관리 수단의 요청(자발적)으로 수행되며, 서비스품질(QoS) 보장을 위해 요청한 만큼의 대역폭이 확보될 때까지 현재 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스들의 트래픽 플로우들을 검색하여 그 중 소정 개수의 플로우에 대해서 트래픽콘트롤 기능을 수행하되, 플로우를 선택할 때 TCP(Transmission Control Protocol) 트래픽과 UDP(User Datagram Protocol) 트래픽 중 TCP(Transmission Control Protocol) 트래픽을 우선적으로 고려하여 외부로부터 유입되는 최선형(Best Effort) 트래픽들의 양을 동적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 트래픽 제어 수단은,
    상기 자원관리 수단의 요청에 의해서 수행되는 경우, 상기 자원관리 수단이 대역폭 예약을 위해서 가용한 자원을 검색해본 결과 가용한 자원이 충분하지 못하고 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽이 일정양의 대역폭을 사용하고 있는 경우에 수행되며, 상기 자원관리 수단으로부터 상기 자원관리 수단이 관리하고 있는 테이블을 기반으로 해서 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽 중 하나의 플로우에 대한 선점요청 메시지를 수신하여 제어하는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 트래픽분류 수단은,
    입/출력되는 모든 패킷들의 송/수신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트(Port) 번호와 프로토콜(Protocol) 필드를 검색하여 상기 자원관리 수단이 댁내단말의 요구에 의해 생성한 서비스품질(QoS) 리스트에 해당하는 패킷인지를 판별하되, 상기 서비스품질(QoS) 리스트에 해당하는 패킷이면 즉, 보장형(QoS Guaranteed) 서비스를 위한 패킷이면 상기 트래픽마킹 수단을 통해 IP 패킷 헤더의 ToS(Type of Service) 필드를 보장형(QoS Guaranteed) 패킷이라고 마킹하고, 상기 서비스품질(QoS) 리스트에 해당하지 않는 패킷이면 상기 IP 패킷 헤더의 ToS(Type of Service) 필드에 최선형(Best Effort) 패킷이라고 마킹하며, 마킹된 패킷들은 상기 스케쥴링 수단을 통해서 우선순위 기반으로 사용자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서비스품질(QoS) 리스트는,
    보장해야 할 서비스들의 패킷정보를 저장하고, 댁내단말이 서비스품질(QoS) 보장을 요청한 시점에 가용한 자원이 있어서 해당 요청이 수락된 경우에 상기 자원관리 수단에 의해 생성되며, 정보는 송/수신자 IP 주소, 송수신 서비스의 포트 (Port) 번호, 그리고 서비스가 수행되기 위해서 예약되어야 하는 대역폭 정보를 포함하는 노드들의 집합인 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 장치.
  8. 홈네트워크 환경에서 서비스 별 서비스품질 보장을 위한 동적 트래픽 관리 방법에 있어서,
    댁내단말로부터 자원관리자가 서비스품질(QoS) 보장을 위한 대역폭 요청을 받아 가용한 자원을 검색하는 자원 검색 단계;
    상기 자원 검색 단계에서 검색된 서비스되고 있는 최선형(Best Effort) 서비스 트래픽 중 하나의 희생 플로우를 선택하여 트래픽콘트롤러로 대역폭 선점요청 메시지를 송신하는 대역폭 선점 단계;
    상기 자원관리자로부터 대역폭 선점요청 메시지를 받은 트래픽콘트롤러가 해당 희생 플로우에 대해서 최선형(Best Effort) 서비스 대역폭의 사용률을 줄이고, 해당 결과를 자원관리자에게 알리는 트래픽 제어 단계; 및
    상기 트래픽콘트롤러로부터 받은 결과로 상기 자원관리자가 스케쥴러에게 스케쥴링을 요청하고, 서비스를 요청한 상기 댁내단말에게 대역폭을 예약(선점)했음을 알리는 예약 대역폭 전송 단계
    를 포함하는 동적 트래픽 관리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 트래픽 제어 단계는,
    TCP(Transmission Control Protocol)를 기반으로 하는 서비스인 경우 프로토콜이 갖는 플로우 제어 기능을 기반으로 하여 송신자측의 혼잡 윈도우(Congestion Window) 사이즈를 줄이도록 해당 플로우에 대해서 상기 댁내단말로부터 송신되는 확인(Acknowledgement Packet) 메시지를 홈서버/홈게이트웨이에서 임의로 버리는(Drop) 방법과 송신자 측에 해당 플로우가 지나가는 네트워크에 혼잡현상(Congestion)이 발생했다고 알리는 ICMP(Internet Control Message Protocol) Type4의 소스 소거(Source Quench) 메시지를 보내는 방법을 사용하고, 비연결형 프로토콜인 UDP(User Datagram Protocol)를 기반으로 하는 서비스인 경우 응용 프로그램에서 제공하는 플로우 제어 기능을 이용하여 해당 플로우가 소모하는 대역폭을 선점하는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 희생 플로우는,
    TCP(Transmission Control Protocol) 기반의 트래픽들에 대해서 우선적으로 선택되어지는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자원 검색 단계는,
    전체사용 가능한 대역폭이 상기 댁내단말이 요구하는 대역폭 이상일 때에는 요청한 만큼의 자원을 예약하고, 바로 서비스품질(QoS)요구를 수락하고, 전체사용 가능한 대역폭이 상기 댁내단말이 요구하는 대역폭 미만인 경우에는 최선형(Best Effort) 서비스가 사용하는 대역폭을 검사하고, 상기 트래픽콘트롤러를 통하여 원하는 대역폭을 확보(선점)한 후, 서비스품질(QoS) 요구를 수락하되, 원하는 만큼의 대역폭이 확보되지 않으면 해당 서비스품질(QoS) 요구를 거절하는 것을 특징으로 하는 동적 트래픽 관리 방법.
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