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.
초고속 패킷 스위칭 네트워크에서 QoS 보장을 위한 여러 가지 방안 중 우선순위에 의한 패킷처리 방식이 선호되고 있다. 초고속 패킷 스위치에서 우선순위에 따르는 효율적인 패킷 처리는 서비스 성능 향상의 관건이다. 따라서 초고속 네트워크 내의 핵심인 패킷 스위치에서의 효율적인 우선순위 서비스 알고리즘의 개발은 중요하다. 본 논문에서는 효율적인 패킷 스위치 성능 향상 방안으로 큐에 대기하는 패킷의 개수에 따라 서비스시간을 가변적으로 할당할 수 있는 W-iSLIP 스케줄링 알고리즘을 제안하고, 시뮬레이션하여 기존의 알고리즘과 비교 분석하였다. 우선순위에 따른 서비스와 전체 지연시간을 분석한 결과, 전체 지연시간에 있어서는 2.6%, 우선순위 서비스에 있어서는 34.6%의 성능향상이 있는 것으로 분석되었다.
네트워크에서 다양한 애플리케이션의 서비스 성능을 저하시키는 불공정 큐잉 문제를 해결하기 위해 현재 공정 큐잉 분야가 활발히 연구중이다. 그 중에서 DRR(Deficit Round Robin)은 작업 복잡도가 낮고 구현이 간단한 기법으로 이전 라운드에서의 서비스 결손량을 다음 라운드에서 서비스하도록 하여 공정한 서비스를 보장하는 기법이다. 그러나 엔터프라이즈 환경과 같은 고속 네트워크 환경에서 최대 수 kbyte 이상의 패킷 사이즈를 가지는 서비스들에 대해 불필요한 SQ(Service Quantum) 재설정 횟수 및 라운드 순회 횟수로 인한 지연시간 증가를 일으킨다. 본 논문에서는 매 라운드마다 전송을 앞둔 패킷의 사이즈를 고려하여 SQ를 동적으로 설정하는 기법을 제안한다. 제안한 기법은 각 큐의 가장 앞쪽에 있는 패킷들 중 사이즈가 아무리 큰 패킷도 현재 라운드에서 서비스될 수 있고, 패킷을 처리하는데 있어서의 작업 복잡도 또한 최소화하는 기법으로 다양한 애플리케이션들에 대한 지연시간을 최소화한다.
지금까지의 우선이동통신에서는 주로 음성서비스를 제공하였으나 사용자들의 요구에 의해 음성서비스뿐만 아니라 점차 다양한 패킷서비스도 제공하고 있다. 일정한 자원을 사용하는 음성서비스와는 달리 패킷서비스는 서비스 타입이나 시간에 따라 자원요구량이 달라지는 특성을 지닌다. 따라서 서비스 질이 보장되는 패킷서비스를 제공하기 위해서는 자원요구량이 급변하는 패킷서비스의 특성을 잘 반영하는 무선자원 관리 메커니즘이 필요하다. 현재 패킷서비스를 제공하기 위해 개발된 UMTS망의 표준문서인 3GPP문서에는 무선자원관리를 위한 기본적인 신호체계만이 정의되어 있을뿐 자세한 알고리즘은 각 벤더들에게 일임하고 있다. 또한 여러 단말에서의 자원경쟁시 자원할당을 중재해 줄 수 있는 알고리즘은 정의되어 있지 않다. 본 논문에서는 무선자원을 공용자원과 전용자원으로 구분하고 단말의 서비스 요청시 전송하는 QoS Profile을 통해 우선순위와 초기 자원을 할당한다. 우선순위가 높은 서비스는 낮은 우선순위 서비스의 자원을 일정량 선정할 수 있게 하였다. 이렇게 함으로써 사용자가 요구하는 서비스 질을 만족시키는 동시에 가능한한 많은 패킷서비스를 받아들일 수 있는 무선자원관리 알고리즘을 제안한다.
최근 고속데이터통신방법을 사용하는 3세대 이동통신 서비스가 널리 보급됨에 따라 VoIP와 같은 다양한 실시간 데이터 서비스에 대한 요구 또한 증대되고 있다. VoIP 패킷은 일반적인 데이터패킷과 달리 한계지연시간이 있으며 낮은 손실율을 필요로 한다. 우리는 이러한 VoIP 패킷의 특징을 고려함과 동시에 데이터 패킷과 통합적으로 스케줄링이 가능한 스케줄링 알고리즘을 제안하고자 한다. 본 알고리즘은 기본적으로 지연시간 및 채널상태를 함께 고려하여 스케줄링 하되 VoIP 패킷이 큐에 머물러 있는 시간이 증가함에 따라 채널상태에 대한 가중치를 줄이고 지연시간에 대한 가중치를 높임으로서 스케줄링 우선권을 할당한다. 실험을 통해 우리는 이 알고리즘이 기존의 방법에 비해 높은 성능을 가지고 있음을 입증할 수 있었다.
네트워크에서 QoS를 보장하기 위해 최근에 제안되는 패킷 스케줄링 알고리즘은 대부분 우선 순위에 입각한 패킷 전송 서비스를 한다. 이러한 우선 순위를 유지하기 위한 큐의 관리에는 많은 비용이 들므로 QoS를 보장하는 네트워크에서 우선 순위 큐의 관리 비용을 줄이는 노력이 필요하다. 패킷 스케줄링 알고리즘 중 RPO+(Rotate Priority Queue)는 우선 순위 FIFO(First in first out)큐를 사용하여 주기 적으로 재명명되는 패킷 스케줄링 알고리즘이다. FIFO 큐에 패킷들을 근사 정렬하여 패킷의 우선 순위를 유지하므로 계산 복잡도를 줄이지만, 패킷 우선 순위를 유지하기 위해 2배(2P)의 큐를 필요로 한다.[1] 본 논문에서는 필요한 큐의 개수를 P개의 큐로 제한하여 큐에 대한 관리 비용을 줄였으며 엔터프라이즈 환경에서 애플리케이션이 요구하는 서비스 특성에 따라 클래스로 구분하여 적합한 패킷 스케줄링 서비스를 제공하는 알고리즘을 제시한다. 본 기법은 추가적인 오버플로우 큐를 관리하고 패킷 어드미션 컨트롤러를 통해 패킷 전송 지연 시간을 제한함으로 다양한 애플리케이션의 네트워크 QoS 요구를 보장하고 패킷 전손 효율을 높였다.
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.
사용자가 요청한 서비스의 품질을 보장하기 위해서는 고려해야 할 요소가 많이 있으나, 그 중에서 가장 중요한 요소는 응답시간을 사용자에게 투명하게 제공할 수 있어야 한다. 서비스 응답시간을 측정하기 위해서는 네트워크 지연시간(network latency), 시스템에서의 지연시간(system latency), 소프트웨어 구성요소 지연시간(software component latency)을 측정하여야 한다. 본 논문에서는 네트워크 지연시간에 대하여 모델링을 수행하고, 패킷 손실이 지연시간에 미치는 영향에 대하여 분석을 수행하였다. 또한 NS-2 (Network Simulator)를 이용하여 제시한 수식의 유용성을 제시하기 위해서 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 연구는 서비스제공자와 사용자가 SLA (Service Level Agreement)의 체결 시에 응답시간을 보장해 줄 수 있는 방안의 제시가 가능하다.
무선 ATM망에서 VBR 서비스는 매 순간마다 대역폭 요구 사항이 가변적이기 때문에 채널의 효율적 분배가 어려운 실정이다. 본 논문에서는 무선 ATM망에서 VBR 트래픽을 서비스하기 위하여 지연 시간이 부족한 패킷들에게 우선순위를 부여하는 슬롯 할당 알고리즘을 제안한다. 제안한 방법에서 단말기는 VBR 트래픽의 변화정보를 미니 셀에 피기백하고, 이를 예약방식으로 기지국에 전송한다. 한편 기지국에서는 각 단말기가 전송한 트래픽의 변화정보를 기반으로 슬롯을 할당한다. 슬롯 할당에 있어서 기지국은 전송을 요구한 패킷들의 최대 전송지연 허용 시간과 요청한 슬롯 수를 확인한 후, 요구한 슬롯을 다음 프레임에 즉시 할당하지 않고, 최대 전송지연 허용 시간 범위 내에서 전송지연 시간이 적은 패킷에 우선적으로 슬롯을 할당한다.
이동전화, PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 개인 이동 단말기 보급의 증가 추세와 더불어 무선 환경에서의 인터넷 접속에 대한 요구가 증가 하고 있다. Mobile IP(Internet Protocol)는 무선 환경에서의 인터넷 접속을 지원하고, 단말의 이동성을 보장 하는 기술이다. 현재의 Mobile IP에서는 핸드오프 시 패킷 데이터 유실이 발생 하고 이러한 패킷 데이터 유실 방지를 위하여 별도의 메커니즘 적용에 따른 시간 지연이 발생한다. 본 논문에서는 실시간 서비스에서의 IP 패킷 데이터 핸드오버 시 패킷 데이터 유실 방지와 패킷 데이터의 순서 뒤바뀜 방지를 위한 방법을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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