인터넷에서 단대단 (end-to-end) 가용대역폭 측정은 분산된 응용서비스, 단대단 QoS 보장, 오버레이 네트워크에서의 경로설정, SLA (Service Level Agreements), 분산 네트워크, 지능적인 라우팅 시스템, 비디오/오디오 스트리밍 시스템에서 다양한 연구가 진행되고 있다. 일반적으로 단대단 가용대역폭 측정기법으로 단일-홉-갭 모델에 기반한 패킷 트레인(packet train) 전송을 통하여 가용대역폭을 측정하는 기법과, 각각의 패킷의 전송률을 높여가며 수신측에서의 지연시간(Queueing Delay)를 분석하여 가용대역폭을 측정하는 자가 혼잡 유발(SLoPS : Self-Loading Periodic Stream) 기법이 있다. 본 논문에서는 자가 혼잡 유발 기법을 이용하여 가용대역폭 측정 방안을 제안한다.
가용대역폭(Available Bandwidth) 측정 기법을 이용한 기존 스트리밍 프로토콜들(Streaming Protocol)은 가용대역폭을 측정하는 것에 있어서 정확성이 떨어지는 문제와 측정 속도가 느리다는 문제를 가지고 있다. 본 논문에서는 기존 가용대역폭 측정방법에 대한 연구가 가지고 있는 한계점을 극복하기 위해서 새로운 가용대역폭 측정 기법인 NABO(New Available Bandwidth measurement based on One-Way Delay)를 제안한다. NABO는 OWD(One-Way Delay)에 포함되어 있는 경쟁 트래픽이 없을 때의 전송 지연시간을 추출해 내고, 그 이후에 OWD에 반영하는 전송 지연시간을 제외한 경쟁트래픽에 의한 가변적인 지연을 측정함으로써 경쟁트래픽의 양을 측정한다. 이를 통해서 병목링크의 고정대역폭에서 경쟁트래픽의 대역폭을 제외한 가용대역폭을 정확하고 빠르게 산출한다. NABO의 성능을 검증하기 위한 실험 결과, 제안한 NABO가 다양한 네트워크 환경에서 스트리밍 서비스(Streaming Service)의 요구사항을 효율적으로 만족시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 논문은 차세대 통합망 환경에서 IPTV와 같은 영상 스트리밍 서비스를 위해 종단간 가용대역폭 모니터링을 통하여 영상 품질을 제어할 수 있는 영상 품질 제어 시스템(VQCS)을 제안한다. IPTV 서비스를 통해 영상, 음성 및 게임과 같은 다양한 멀티미디어 서비스들을 제공할 수 있으며 이런 서비스들은 대용량의 대역폭을 소비하게 된다. 이때 네트워크 가용대역폭이 부족할 경우 영상 끊김, 형태 왜곡 및 잔상과 같은 영상 품질 저하가 발생하게 된다. 영상 스트리밍 서비스의 품질을 안정적으로 제어하기 위해서는 가용대역폭 모니터링 방안이 요구된다. 이에 우리는 단말 내의 영상 품질 제어 시스템에서 IP 헤더 내의 전체길이(Total Length) 필드를 이용하여 단위시간 동안 링크를 점유하고 있는 패킷 양 계산을 통해 가용 대역폭을 측정하였으며, 가용대역폭 정보를 기반으로 네트워크 내의 스케일러빌리티 추출기는 영상 스트림 데이터율을 적응적으로 선택하여 대역폭 부족으로 인한 영상 스트리밍의 품질 저하를 막아 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.
최근 네트워크 성능이 고도화됨에 따라 종단간 네트워크 가용대역폭을 측정에 관한 연구가 활발하다. 종단간 네트워크 가용대역폭을 측정함으로써 네트워크 접근제어, 서비스 받을 서버 선택 문제, 오버레이 네트워크에서의 최적의 경로 선택, 혼잡제어 등에서 다양하게 응용할 수 있다. 본 논문에서는 기존 종단간 네트워크 가용대역폭을 측정하는 기법의 장단점에 대해 알아보고 가용대역폭 측정 툴들을 비교 분석해 보았다.
인터넷에서 단대단 (end-to-end) 가용대역폭 측정은 분산된 응용 서비스, 단대단 QoS 보장 등에 유용하게 이용할 수 있다. 일반적으로 단대단 가용대역폭 측정에는 단일-홉 갭 모델에 기반한 패킷 트레인 (packet train) 전송을 통한 측정이 많이 사용되고 있다. 하지만 패킷 트레인의 출력 간격은 네트워크 망 구성과 경쟁 트래픽에 의해서 영향을 받으므로, 이 때 발생한 오차에 의해서 가용대역폭 측정에도 오차가 발생하게 된다. 본 논문에서는 기존의 방법들이 가지고 있는 연이은 (bach-to-back) 패킷 트레인을 전송하여 링크의 고정대역폭을 측정에 의한 부정확성을 해결하기 위해서 패킷 트레인의 초기 갭에 영향을 받지 않는 가용대역폭 측정 알고리즘을 제안한다 또한 빠른 측정을 위해서 패킷 트레인 전송 시 적절한 초기 간격을 예측하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법의 성능을 검증하기 위해서 다양한 망구조에서 실험을 통해서 기존의 기법들과 비교하였다.
멀티호밍 기술은 유비쿼터스 네트워크에서 중요한 기술 중 하나이며 이를 이용한 다양한 네트워크 서비스 시나리오들이 제안되고 있다. 따라서 멀티호밍 환경에서 가장 중요한 경로의 설정 방법, 관리 그리고 대체 경로 설정에 관한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 기존 가용대역폭 측정방법을 이용하여 각각의 경로의 가용대역폭을 측정하여 단말이 가지는 여러 경로 중 가장 최상의 경로를 결정하는 메커니즘을 제안 한다. 이를 위해 기존의 가용대역폭 측정방법들이 가지는 측정 속도의 문제와 정확한 가용대역폭의 계산을 위한 새로운 알고리즘을 제시하고 이를 이용 단말에서 실시간으로 수신측과 연결되어 있는 경로들에 대한 네트워크의 상태를 파악하여 최적의 경로 설정 메커니즘을 제안한다.
이 논문에서는, 스플릿-스펙트럼 처리(split-spectrum processing)의 자동화를 위한 가용대역폭의 결정방법을 연구하였다. SSP는 결정립(grain) 잡음을 갖는 초음파신호의 가시도를 개선하는데 이용된다. SSP가 S/N비를 개선하는 유용한 기술임에도 불구하고 가용대역폭 결정의 모호성 때문에 응용이나 자동화에는 제한이 있었다. 최근까지도 가용대역폭을 최적으로 하기 위해 시행착오 방법에 의존하고 있다. 스펙트럼 히스토그램은 수신된 초음파신호 스펙트럼의 전대역에 걸친 최소화 알고리즘에 의하여 얻어진 스펙트럼 윈도우의 통계적 분포도이다. 가용대역폭은 스펙트럼 히스토그램을 이용하여 적응적으로 결정되기 때문에 SSP의 자동화가 가능하다. 스펙트럼 히스토그램을 이용한 가용대역폭의 결정방법을 조사하기 위해 이 방법을 실험 데이타에 적용하였다. 실험결과, 스펙트럼 히스토그램은 SSP의 가용대역폭의 결정과 자동화를 위한 효율적인 방법임을 알 수 있었다.
인터넷에서의 효율적인 스트리밍 서비스(Streaming Service)를 위해서는 안정된 전송률의 보장이 중요하며, 네트워크의 대역폭이 제한적이기 때문에 네트워크를 공유하는 경쟁 트래픽의 형평성에 대한 고려도 필요하다. 이러한 필요성에 따라 멀티미디어 데이터 전송의 주요 프로토콜인 UDP(User Datagram Protocol)에 혼잡제어 메커니즘 적용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 대표적으로 가용대역 폭 측정을 통한 혼잡제어 기법이 있다. 이 기법은 혼잡제어를 하기 위해서 네트워크의 상태에 따라 가변하는 가용대역폭(Available Bandwidth)을 측정하고 이것을 기반으로 전송률을 조절하는 방식을 말한다. 본 논문에서는 네트워크 상태에 따라 혼잡제어를 하기 위해서 가용대역폭을 보다 빠르고 정확하게 측정하고, 이것을 기반으로 스트리밍 서비스에 맞게 전송률을 조절하는 방법을 제안하였다. 실험을 통해 본 논문에서 제안한 방법이 기존의 가용대역폭을 측정하는 스트리밍 프로토콜 보다 성능이 개선이 되었음을 확인할 수 있었다.
높은 오류율을 가지는 무선 TCP(Transmission Control Protocol) 환경을 위한 TCP-Westwood 방법에 대한 연구가 많이 진행되었다. 이러한 TCP-Westwood 방법은 가용대역폭측정(Available Bandwidth Estimation)에 의해서 혼잡윈도우를 조절하는 방법이기 때문에 오류율이 높아질수록 이 가용대역폭측정값의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 ACK의 도착간격이 주어진 시간 간격을 벗어나는 경우에 ABE값을 무시하는 기존의 패킷 패턴 기반 가용대역폭필터링 방법과 가용대역폭측정값이 허용 가능한 범위를 벗어나는 경우에 주어진 허용 가능한 가용대역폭측정값으로 할당하는 새로운 방법을 모두 사용하였다. 제안한 방법의 실험결과는 기존의 다른 알고리즘들보다 가용대역폭측정값이 설정한 시뮬레이션 대역폭에 가장 유사함을 확인하였다.
효율적인 ABR 트래픽 제어를 위해서 가용 대역폭 정보에 의한 대역폭 할당이 이루어져야 한다. 그런, 현재 제안되고 있는 가용 대역폭 정보의 추정은 통계적인 값을 이용하여 이루어지기 때문에 버스트한 크기를 가지고 들어오는 트래픽을 고려한 동적 대역폭 할당이 어렵다. 본 논문에서는 효율적인 대역폭 할당을 위해서 출력 버퍼형 ATM 스위치에서 각 VC 접속에 대해서 단일 버퍼를 이용하는 Per-VC 큐잉과 가용대역폭을 측정하기 위한타이머 및 각 접속의 혼잡 상태를 파악하기 위한 제어기로 구성하였다. 제어기에서는 각 VC의 혼잡 상태를 검사하고, 타이머에서는 각 접속의 Backlogged 시간과 전체 링크 용량을 이용하여 현재 주기 동안의 사용대역폭을 구하고, 이 값을 송신원 측으로 전송하여 이 값에 의해서 동적으로 대역폭을 할당한다. 제안한 방법을 이용하여 통계적인 파라미터를 이용하지 않고, 현재 주기 동안 전송된 대역폭을 이용하여 다음 주기의 대역폭을 할당하여 개선된 링크 효율을 얻을 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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