대한산업공학회/한국경영과학회 1992년도 춘계공동학술대회 발표논문 및 초록집; 울산대학교, 울산; 01월 02일 May 1992
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pp.466-475
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1992
ISDN으로 통합되고 있는 중요한 서비스 중의 하나가 데이터의 효율적인 전달을 위한 패킷모드 서비스이다. 이 패킷모드 서비스는 융통성이 있는 대역폭할당이 가능하고 하나의 물리적 채널을 동시에 복수개의 논리적 채널로 사용할 수 있다. CCITT권고안 X.31은 현존하고 있는 X.25패킷 터미날을 ISDN으로의 액세스를 지원하기 위한 두 가지의 시나리오를 설명하고 있다. ISDN교환기로서 개발되고 있는 TDX-10 전자교환기는 패킷처리기(Packet Handler)가 ISDN내에서 패킷모드 서비스를 제공하는 X.31의 Case B를 채택하고 있다. 본 논문에서는 모든 패킷 트래픽이 집중되어 처리되는 패킷처리기 역할을 하는 패킷처리 서브시스템(Packet Handling Subsystem)의 구조를 간략하게 설명하였다. 또한 TDX-10 패킷처리기의 성능을 제시하기 위하여 패킷처리기를 큐잉 네트워크를 이용하여 모델링하고, SLAM II를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 부가된 트래픽 변화에 따른 각 프로세서의 CPU점유율 및 입력큐에서의 평균 대기시간, X.25호 요구 지연시간과 데이터 패킷 전송 지연시간등을 분석하고 이를 근거로 TDX-10 패킷교환시스팀의 패킷호 처리용량을 제시하였다.
개방형 통신망에서 CVR, VBR, UBR, ABR과 같은 다양한 트래픽 관리 및 지연에 관한 연구가 진행되고 있고 특히 ATM망에서는 대역폭 확장 및 트래픽 관리를 통한 망의 효율적이며 유연한 품질 서비스를 제공한다. 이러한 품질 서비스를 제공하기 위하여 트래픽에 보안서비스가 제공되어야 하며 이에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 ATM 보안 그룹에 들어오는 패킷들을 안정성 기준으로 평가하고 등급으로 분류하여 안전한 패킷은 통과시키고 비안전한 패킷은 폐기 또는 마크 패킷으로 통과 시킨다. 본 논문은 스위치에서 마크 패킷을 통과 시킬때 발생하는 패킷 지연에 관한 연구 및 시뮬레이션 시나리오를 제공한다.
이 논문에서는 수신측에 도달하는 VoIP 패킷들을 쉐이핑하고 또 버퍼링하기 위하여 CAM형의 제어기를 사용하는 기술로 적응식 쉐이핑 제어기를 제안한다. 패킷간 도탁 시간 간격의 변이를 없애기 위하여, 지연 균등화 방법에 입각한 전통적인 jitter buffer는 요구되는 버퍼크기가 너무 커지고 이에 기인한 지나친 지연으로 오디오 질이 나빠지는 원인이다. 그러나, 이 논문에서 제안한 방법을 사용하면, 도착시간 간격 변이를 없애기 위한 쉐이핑에 의해 야기된 지연은 동적으로 Ip 네크웍에서 존재하는jitter 수준의 정도에 따라 증가 또는 감소한다. 이것은 네트웍의 지연시간 변이 상황에 적응하여 동작하게 되는데, 네트웍에 지연시간 변이현상이 심하지 않으면 쉐이핑 제어기에서의 지연시간이 작아진다는 것을 의미한다. 또 CAM형으로 동작하기 때문에 쉐이핑 과정이 빨리 이루어지고 이는 수신측에서의 VoIP 패킷 처리 시간을 최대한 단축시켜 준다. 마지막으로 쉐이핑 제어기에서의 평균 TALKratio와 jitter buffer 엔트리 수에 대한 패킷 손실과 지연 성능이 관계를 분석한다. 놀랍게도, 제안한 쉐이핑 제어기를 사용할 때의 평균 지연이 약 10msec라는 것을 확인하였다. 이 성능은 수신측에서 60msec 강제지연을 강요하는 지연시간 균등화 방법보다 훨씬 더 좋은 성능을 보여주는 것이다.
CSMA/CA를 기반으로 하는 IEEE 802.11 무선랜의 MAC에서는 데이터 전송을 제어하기 위한 방법으로 DCF와 PCF를 사용한다. CSMA/CA는 스테이션간의 충돌을 줄이기 위해서 임의의 백오프 시간을 각 스테이션의 경쟁윈도우(Contention Window) 범위에서 결정한다. 스테이션은 패킷 전송 후 충돌이 발생하면, 윈도우 크기를 두 배로 증가시키며, 패킷을 성공적으로 전송하면 윈도우 크기를 최소 경쟁 윈도우(Minimum Contention Window)로 감소한다. DCF는 경쟁 스테이션이 적은 상황에서는 비교적 우수한 성능을 보이나 경쟁 스테이션의 수가 많은 경우 처리율, 패킷지연 관점에서 성능이 저하되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 IEEE 802.11 MAC 계층 DCF 방식에서 최소 경쟁 윈도우의 값이 포화수율 및 패킷지연에 미치는 영향을 시뮬레이션에 의해 분석한다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 표준화 중인 LTE(Long Term Evolution) 시스템은 고품질의 다양한 서비스를 제공하기 위한 차세대 이동통신 기술로써, 최근 LTE 시스템의 무선자원 사용효율을 향상시키기 위한 하향링크 스케줄링 기법 연구가 활발하게 수행되고 있다. 본 논문에서는 무선 채널 상태나 공정성뿐만 아니라 다양한 트래픽 종류의 지연에 대한 QoS 요구사항을 보장하기 위해서 지연 가중치(delay weight) 함수를 적용한 DAPS(Delay-Aware Packet Scheduling) 알고리즘을 제안한다. DAPS 알고리즘은 패킷의 큐잉 지연이 허용되는 최대 지연에 가까울수록 지연 가중치를 증가시켜 높은 우선순위를 제공함으로써 최대 허용 지연 이내에 처리되는 패킷의 수를 증가시킨다. 모의실험 결과 DAPS 알고리즘은 기존 스케줄링 알고리즘과 비교하여 전송되는 패킷의 큐잉 지연이 최대 허용되는 지연을 초과할 확률을 최소화하여 패킷 지연에 관한 성능을 개선하였다.
본 논문에서는 IMT-2000 시스템에서 공용 채널과 전용 채널을 동시에 사용하는 이중 모드 패킷 전송 방식의 성능을 분석하였다. 공용 채널을 통한 패킷 전송은 랜덤 액세스 방식을 사용한다. 이중 모드 패킷 전송 방식은 전송할 패킷의 길이와 발생 빈도에 따라 공용 채널과 전용 채널을 동시에 사용함으로써 높은 전송 효율을 보장하는 전송 방식이다. 이중 모드 패킷 전송 방식은 전송할 패킷의 크기가 스위칭 문턱값 보다 클 경우 전용 채널을 통해 전송하며 그렇지 않을 경우 공용 채널을 통해 전송을 시도하게 된다. 이중 모드 패킷 전송에서 높은 전송 효율을 보장하기 위해서는 스위칭 문턱값을 적절히 설정하여야 하며 최적의 스위칭 문턱값은 전용 채널을 요청한 후 할당받는데 걸리는 지연 시간, 공용 채널에서 패킷을 전송한 후 ACK를 받는데 걸리는 지연 시간, 전용 채널과 공용 채널의 오류율, 전용 채널과 공용 채널의 수 그리고 발생되는 평균 패킷 길이에 의해 영향을 받는다. 본 논문에서는 이중 모드 패킷 전송 방식에서 트래픽 형태에 따른 최적의 스위칭 문턱값을 시뮬레이션을 통해서 분석하였다.
실시간 멀티미디어 응용의 서비스 품질을 지원하는 공평 패킷 스케줄러는 대부분 패킷의 예상되는 전송 종료시점을 그 패킷의 타임스탬프로 사용하는 종료시각 방식을 채택하고 있다. 이 방식은 예약속도로 레이턴시를 통제할 수 있는 장점을 가지나 속도-지연 결합 특성으로 인해 스케줄러 대역폭의 이용 효율이 저하되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 지연 자원 개념을 도입하고, 속도-지연 결합 특성에 의해 손실되는 지연 자원을 속도 자원으로 변환하여 스케줄러 대역폭의 이용 효율을 높이는 스케줄링 방식을 제안한다. 성능 평가 결과 기존 방식보다 50% 이상 우수한 대역폭 이용도 특성을 보였다.
인터넷전화 서비스는 저렴한 가격과, 타 서비스와 통합 및 가치부가(Value Added)면에서 기존의 전화에 비해 많은 장점을 가지고 있으나, 상대적으로 낮은 음질로 인하여 사용자의 요구를 만족시키지 못하고 있다. 이것은 현재 인터넷은 best-effort형 패킷 전달 서비스만을 제공하고 있기 때문에 전송지연, 패킷손실, 지터 등을 보장할 수 있는 방법이 없기 때문이다. 본 논문에서는 인터넷전화에서 패킷손실이나 전송지연으로 인한 음질 저하문제를 SOLA 알고리즘을 이용해 보완하였다. SOLA 알고리즘은 시간축 변환(Time Scaled Modification) 기법중의 하나로써 음성신호가 가지는 중요한 스펙트럼 정보는 그대로 유지하면서 단지 발음 속도만을 변환시키는 기법이다. 본 논문에서는 송신측에서 패킷을 전송하면 수신측에서는 수신 패킷에 SOLA 알고리즘을 적용하여 수신 패킷을 사람이 인지하지 못하는 수준에서 확장하여 전송지연으로 인한 패킷손실을 감소시킨다. 시뮬레이션 결과 전송지연으로 인한 패킷 손실 확률이 상당히 감소되었고 음질 또한 상당히 개선되었다.
본 논문은 국내 상용 인터넷 전화서비스에서의 망 경로상의 특성 즉, 패킷의 지연(Delay), 분실(Loss), 지터(Jitter)에 관한 특성을 실험적으로 접근하였다. 국내 3개의 인터넷 서비스에 대해 지역별로 패킷 지연시간과 손실률, 지터를 측정하였고, 패킷 지연시간이 가장 긴 게이트웨이에 대해 중간 경유 노드들에도 같은 실험을 하여 결과를 얻었다. 이런 결과를 바탕으로 국내 환경에 적합한 인터넷 전화망 품질 제고(提高)를 위한 방법들을 제안한다. 본 논문 이후에, 제안된 방법들에 관한 연구를 심도 있게 진행할 것이다.
본 연구는 무선 통신 시스템에서 다수의 가입자 또는 connection이 존재할 때 트래픽 패킷의 전송 우선순위를 결정하는 방법에 관한 것으로, 특히 시스템 상에 QoS를 만족해야하는 실시간 트래픽 전송을 요구하는 connection과 비실시간 트래픽 전송을 요구하는 connection이 동시에 존재하는 경우에 대한 것이다. 패킷 기반의 시스템에서 각 frame에 할당하는 트래픽 패킷의 우선순위를 결정하는 방법이 반드시 존재해야 한다. 가입자 당 전송하는 트래픽 패킷은 실시간 트래픽과 비실시간 트래픽으로 구분할 수 있다. 실시간 트래픽 전송의 경우 허용전송지연시간 내에 전송하지 못하는 패킷이 발생할 확률을 일정 수준 이하로 유지하는 것이 중요하기 때문에, 일반적으로 비실시간 트래픽에 비해 우선순위를 가진다. 본 연구에서는 실시간 트래픽에 대해 허용전송지연시간 초과 패킷 확률을 일정 수준 이하로 유지하면서 미레적인 방법을 통해 비실시간 트래픽 패킷에 대한 실시간 트래픽 패킷의 우선순위를 제한하여 시스템의 평균 throughput을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 시뮬레이션을 통해 분석한 결과 비례적인 방법을 통해 실시간 트래픽 패킷을 보다 효율적으로 전송할 수 있다는 것을 검증할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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