KR100860620B1 - 하이브리드 방식의 채널 할당 방법 및 그 방법을 수행하는라우터 - Google Patents

하이브리드 방식의 채널 할당 방법 및 그 방법을 수행하는라우터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면에 따른 하이브리드 방식의 채널 할당 방법은 각 라우터들이 협상을 통해 하나의 중앙 서버로 동작할 라우터를 선택하는 단계와 선택된 라우터가 각 라우터들로부터 전체 네트워크에 대한 정보를 수집하고, 이에 따라 채널을 할당하는 단계 및 각각의 라우터에서 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 단계를 포함하며, 이에 의할 때 중앙 집중 방식과 분산 처리 방식에 의한 채널 할당 방법을 동시에 사용하여, 항상 현재 트래픽의 특성에 맞는 채널을 최대한 정확히 할당함으로써, 네트워크 자원의 낭비를 방지하고 네트워크 용량을 증가시켜 네트워크 자원을 최대한 효과적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드 방식의 채널 할당 방법 및 그 방법을 수행하는 라우터{Method of Hybrid Channel Assignment Algorithm and Router thereof}
도 1a는 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 1b는 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 1c는 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 2a는 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 2b는 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 2c는 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 채널 할당 방법의 알고리즘을 도시한 도면.
도 5a는 네트워크에서의 트래픽 흐름을 나타내는 토폴로지를 도시한 도면.
5b는 5a에 의한 네트워크에서 본 발명에 따른 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크를 설정하기 위한 토폴로지를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 채널 할당 과정 중 각 라우터에서의 분산 처리 방식에 의한 채널 할당 과정을 도시한 도면.
도 7a는 본 발명에 따른 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 7b는 본 발명에 따른 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 7c는 본 발명에 따른 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 8a는 본 발명에 따른 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 8b는 본 발명에 따른 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 8c는 본 발명에 따른 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
310: 트래픽 정보 수집부 320: 재할당 가능 링크 설정부
330: 채널 할당부
본 발명은 무선랜 기반 메쉬 네트워크에서 하이브리드 방식의 채널 할당 방법 및 라우터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중앙 집중 방식에 의하여 채널을 할당하되, 재할당 가능 링크에 해당하는 링크의 경우에는 동적으로 변하는 트래픽의 특성을 반영하여 추후 할당된 채널을 재설정하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법 및 라우터에 관한 것이다.
기존에 무선 랜 기반 메쉬 네트워크에서 사용되는 채널 할당 기법은 크게 중앙 집중 방식과 분산 처리 방식으로 나뉜다.
중앙 집중 방식은 특정 서버가 모든 노드와 링크, 트래픽 특성에 대한 정보를 수집한 후, 수집된 정보를 이용하여 할당할 채널들을 선택하는 방식이다. 반면 분산 처리 방식은 자신과 자신의 이웃 노드들로부터 얻은 정보를 이용하여 자신이 사용할 채널을 선택하는 방식이다.
중앙 집중 방식에 해당하는 알고리즘에는 대표적으로 ACM Mobile Computing and Communications Review (MC2R) Vol 8, No 2 April 2004 에서 소개된 Centralized Channel Assignment and Routing Algorithms for Multi-channel Wireless Mesh Networks와 2005년 MobiHoc에 발표된 Interference-Aware Topology Control and QoS Routing in Multi-Channel Wireless Mesh Networks가 있다.
(중앙 집중 방식은)두 방식 모두 네트워크를 구성하는 라우터와 채널 할당을 담당하는 채널 할당 서버로 구성된다. 채널 할당 서버는 라우터의 기능을 함께 수행할 수도 있으며, 따로 존재할 수도 있다. 도 1a 내지 도 1c 에는 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 과정이 도시되어 있다.
도 1a는 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 1a에 도시된 것처럼 상기 네트워크는 채널 할당 서버(Channel Assignment Server)(A)(110)와 라우터(B, C, D, E, F)(120, 130, 140, 150, 160)로 구성된다. 앞서 보았듯 채널 할당 서버는 라우터의 기능을 함께 수행할 수 있는데, 도 1a에서는 별다른 언급이 없어도 채널 할당 서버(A)(110)가 라우터의 기능도 수행하는 것으로 가정한다.
각 라우터(B, C, D, E, F)(120, 130, 140, 150, 160)들은 채널 할당 서버(A)(110)에게 채널을 계산하는데 필요한 트래픽 정보를 전송한다.
채널 할당 서버(A)(110)는 각 라우터(B, C, D, E, F)(120, 130, 140, 150, 160)들로부터 수신한 트래픽에 대한 정보 등을 참조하여 새로운 채널이 할당될 필요가 있는지 검사한다.
새로운 채널 할당이 불필요하다고 판단되면 채널 할당을 수행하지 않는다. 그러나 만일 새로운 채널 할당이 필요하다고 판단되면, 채널 할당 서버(A)(110)는 계산에 의하여 새로 사용될 채널들을 찾는다. 이 경우 새로 사용될 것으로 선택된 채널들에 대한 정보는 채널 할당 요청 메시지에 포함되어 각 라우터들(B, C, D, E, F)(120, 130, 140, 150, 160)에게 전송된다.
도 1a에 도시된 점선 부분을 살펴보면, 라우터 B(120), 라우터 C(130), 라우터 D(140), 라우터 E(150) 및 라우터 F(160)가 각각 채널 할당 서버(A)(110)에게 트래픽 정보를 전송하고 있다는 것을 알 수 있다.
이 경우 트래픽 정보를 수신한 채널 할당 서버(A)(110)는 각각의 라우터 B(120), 라우터 C(130), 라우터 D(140), 라우터 E(150) 및 라우터 F(160)에게 1번, 3번, 1번, 2번, 및 1번 채널을 할당한다.
도 1b는 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 1b에서는 라우터 B(120)와 라우터 E(150)간 트래픽은 감소하고, 라우터 D(140)와 라우터 E(150)간 트래픽이 증가하여 이에 대한 새로운 채널 할당이 필요한 경우를 가정하고 있다.
채널이 할당된 이후에 트래픽의 특성이 크게 달라진 경우, 채널 할당 서버(A)(110)는 사용될 채널들을 새로 계산하고, 채널 변경이 필요한 라우터들에게 새롭게 사용될 채널에 대한 정보를 전송한다.
도 1b에서는 이전에 채널이 설정된 경우와 트래픽의 흐름이 달라졌다. 이 경우 채널 할당 서버(A)(110)는 도 1a에 의하여 수신한 트래픽 정보를 이용하여, 새로운 채널 할당이 필요한지 판단한다. 새로운 채널 할당이 필요하다고 판단되면, 채널 할당 서버(A)(110)는 계산에 의하여 새로 사용될 채널들을 찾는다. 도 1b에서는 라우터 B(120), 라우터 D(140) 및 라우터 E(150)간 채널을 재설정할 필요가 있다.
이 경우 채널 할당 서버(A)(110)는 상기 라우터 B(120), 라우터 D(140) 및 라우터 E(150)에게 새로 사용될 것으로 선택된 채널들에 대한 정보를 포함하는 채널 할당 요청 메시지(Channel Assignment Request Message)를 전송한다. 이 과정은 도 1b에 점선 부분으로 도시되어 있다.
단, 이 경우 라우터 C(130)와 라우터 F(160)간에는 트래픽의 흐름이 변하지 않았으므로, 채널을 새롭게 설정할 필요가 없다. 따라서 채널 할당 서버(A)(110)는 라우터 C(130)와 라우터 F(160)에게는 채널 할당 요청 메시지를 전송하지 않는다.
도 1c는 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
채널 할당 요청 메시지를 받은 각 라우터들이 새로운 채널로 변경하면, 채널 할당은 완료된다. 도 1b에 의하여 채널 할당 요청 메시지를 수신한 라우터 B(120), 라우터 D(140) 및 라우터 E(150)는 채널 할당 요청 메시지에 포함된 새로 사용될 것으로 선택된 채널들에 대한 정보를 참조하여 채널을 변경한다. 이 경우 도 1c를 살펴보면, 기존에 라우터 B(120)와 라우터 E(150)간 설정되었던 2번 채널이 없어지고, 라우터 D(140)와 라우터 E(150)간에는 종래 존재하지 않았던 2번 채널이 새로이 생성된다. 라우터 B(120)와 라우터 E(150)간 트래픽은 감소하고, 라우터 D(140)와 라우터 E(150)간 트래픽이 증가한 것을 반영하여 채널 설정이 이루어졌기 때문이다.
상기와 같은 중앙 집중 방식에 의할 경우, 네트워크 성능을 높일 수 있다. 그러나 중앙 집중 방식은 항상 전체 네트워크에 대해서 채널 할당을 수행하므로 채널 할당이 이루어지는데 걸리는 시간이 길며, 이에 따라 전송 트래픽의 패킷이 유실되거나 세션이 자주 끊어질 수 있다. 따라서 이를 막기 위해 일반적으로 중앙 집중 방식에서는 채널을 자주 할당하지 않는데, 이 경우 동적으로 변하는 트래픽에 맞게 채널이 할당되지 않으므로 네트워크의 성능은 낮아진다.
분산 처리 방식에 해당하는 알고리즘에는 대표적으로 Infocom 2005년에 발표된 Architecture and Algorithms for an IEEE 802.11-Based Multi-Channel Wireless Mesh Network가 있다. 상기 알고리즘은 중앙 집중 방식 대신 분산 처리 방식을 사용하는 대표적인 알고리즘이다.
분산 처리 방식에서는 중앙 집중 방식과 달리 네트워크를 구성하는 라우터만이 존재하며, 채널 할당을 담당하는 채널 할당 서버는 존재하지 않는다. 도 2a 내지 도 2c 에는 분산 처리 방식에 의한 채널 할당 과정이 도시되어 있다.
도 2a는 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
분산 처리 방식의 경우, 채널 할당 서버가 없다. 따라서 채널 할당 서버의 역할은 라우터가 담당한다.
라우터는 자신을 통해 게이트웨이에 연결되는 라우터들로부터 트래픽 정보를 수신한다. 이 경우 트래픽 정보를 전송하는 라우터들을 하위 라우터, 상기 하위 라우터로부터 트래픽 정보를 수신하는 라우터들을 상위 라우터라 명명한다. 도 2a에서는 라우터 A(210)가 상위 라우터이다. 라우터 B(211), 라우터 C(212), 라우터 D (213), 라우터 E(214), 라우터 F(215), 라우터 G(220), 라우터 H(230), 라우터 I(240), 라우터 J(250), 라우터 K(260) 및 라우터 L(270)은 라우터 A(210)의 하위 라우터이다.
모든 하위 라우터들이 상위 라우터에게 자신의 트래픽 정보를 전송할 필요는 없다. 즉 일정 범위(depth)내에 존재하는 하위 라우터들만이 상위 라우터에게 트래픽 정보를 전송한다. 도 2a에서 원으로 도시된 범위가 상기 일정 범위에 해당한다. 따라서 상기 도면에서 점선 부분으로 도시된 것처럼, 라우터 B(211), 라우터 C (212), 라우터 D(213), 라우터 E(214) 및 라우터 F(215)만이 상위 라우터인 라우터 A(210)에게 트래픽 정보를 전송한다.
상위 라우터는 상위 라우터와 직접 연결된 각 하위 라우터들간의 트래픽을 균형있게 조절하기 위해서, 하위 라우터의 하위 라우터들을 다른 하위 라우터들에게 연결하도록 명령한다.
모든 라우터들은 동일한 방법으로 하위 라우터들의 정보만을 이용하여, 자신의 하위 라우터들에 대한 채널 할당을 수행한다.
예를 들어, 도 2a에서 라우터 A(210)는 일정범위 내에 속하는 하위 라우터인 라우터 B(211), 라우터 C(212), 라우터 D(213), 라우터 E(214) 및 라우터 F(215)로부터 트래픽 정보를 수신하여, 트래픽이 균형을 이루는지 모니터링한다. 네트워크를 구성하는 다른 상위 라우터들도 라우터 A(210)와 동일한 방식으로 하위 라우터로부터 트래픽을 수신하여 모니터링 할 수 있다.
도 2b는 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a에서와 달리 트래픽의 흐름이 바뀌어, 라우터 A(210)와 라우터 B(211)간 링크의 트래픽 양이 라우터 A(210)와 라우터 C(212)간 링크의 트래픽 양보다 많아졌다고 하자. 라우터 A(210)는 상기와 같은 경우, 트래픽 양을 균형있게 조절하기 위해서 라우터 E(214)를 라우터 C(212)의 하위 라우터로 연결하도록 지시한다.
구체적으로 라우터 A(210)는 라우터 B(211), 라우터 C(212) 및 라우터 E(214)에 새롭게 할당될 채널에 대한 정보를 포함하는 채널 할당 요청 메시지를 보낸다. 이 과정이 도 2b에 점선 부분으로 도시되어 있다. 이 경우 라우터 B(211)와 라우터 B(211)에 속하는 하위 라우터 E(214)간 링크에 할당된 채널을 삭제하여, 라우터 B(211)로 흐르는 트래픽을 감소시키는 방향으로 채널 할당이 이루어질 것이다.
도 2c는 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
채널 할당 요청 메시지를 수신한 하위 라우터들은 채널 할당을 완료한다. 도 2c를 살펴보면, 라우터 B(211)와 라우터 E(214)간 링크에 할당되었던 2번 채널이 삭제되고, 대신 라우터 C(212)와 라우터 E(214)간 링크에 3번 채널이 새로이 할당되었음을 알 수 있다.
이 경우 새로 할당된 채널을 통하여 네트워크에서 트래픽 전송이 이루어진다.
분산 처리 방식의 경우 채널 할당이 각 노드에 의해 이루어지기 때문에, 중앙 집중 방식에 비하여 전송 트래픽의 패킷 유실이나 세션의 끊김이 덜 발생한다. 그러나 분산 처리 방식은 전체 네트워크 정보를 이용하여 채널을 할당하지 않기 때문에, 네트워크 성능이 떨어진다.
중앙 집중 방식을 사용하여 채널을 할당하는 경우, 긴 업데이트 주기 때문에 실제 네트워크 상황에 부합하는 채널 할당이 불가능하다. 또한 중앙 집중 방식에서는 채널 할당 서버에 장애가 생기는 경우, 전체 네트워크에 기능이 상실된다. 한편 분산 처리 방식에 의하여 채널을 할당하는 경우에는, 전체 네트워크에 대한 정보를 알지 못하는 상태에서 채널 할당을 하게 되어 채널 할당이 정확하지 않을 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 무선랜 기반 메쉬 네트워크에서 기존의 채널 할당 방식의 단점을 해결하기 위하여 중앙 집중 방식과 분산 처리 방식을 동시에 사용하는 하이브리드 방식의 채널 할당 알고리듬을 사용하고, 중앙 집중 방식의 단점인 긴 채널 할당 주기 동안에는 분산 처리 방식으로 동적 트래픽의 특성에 따라 부분적인 채널 할당을 수행하도록 하는 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 방식의 채널 할당 방법은, 각 라우터들이 협상을 통해 하나의 중앙 서버로 동작할 라우터를 선택하는 단계, 선택된 라우터가 각 라우터들로부터 전체 네트워크에 대한 정보를 수집하고, 이에 따라 채널을 할당하는 단계 및 각각의 라우터에서 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 단계를 포함한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법에 있어서, 상기 선택된 라우터가 채널을 할당하는 경우, 실시간 트래픽이 흘러가거나 일정 기준값 이상의 트래픽이 흘러가는 링크를 재할당 불가능 링크로 설정한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법에 있어서, 재할당 불가능 링크로 설정된 링크를 제외한 링크들은 재할당 가능 링크로 설정한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법에 있어서, 재할당 가능 링크에 속하는 각각의 라우터에서, 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법에 있어서, 재할당 불가능 링크에 해당하는 경우에는, 중앙 서버로 동작하는 라우터가 할당한 채널을 그대로 유지한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법에 있어서, 재할당 불가능 링크라 하더라도, 실시간 트래픽이 더 이상 흘러가지 않게 되거나, 기준값 이하로 트래픽 양이 줄어들게 되면 재할당 가능 링크로 재설정한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법은, 채널을 할당하거나 재할당 한 경우, 할당된 채널 정보를 포함하는 채널 할당 요청 메시지를 각각의 라우터에 전송하는 단계를 더 포함한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법은, 트래픽 정보를 전송하지 않은 라우터가 존재하는 경우, 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 상기 라우터와의 링크에 할당된 채널을 재할당하는 단계를 더 포함한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법은, 중앙 서버로 동작하는 라우터가 채널 할당시 고려하였던 플로우들이 없어지는 경우, 각각의 라우터에서 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 단계를 더 포함한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법은, 선택된 라우터가 채널을 할당한 경우와 각각의 라우터에서 채널을 재할당한 경우의 네트워크 성능을 비교하고, 성능 차이가 일정 기준값 이상인 경우 선택된 라우터에서 전체 네트워크에 채널을 재할당하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터는, 다른 라우터로부터 트래픽 정보를 수신하고, 전체 네트워크의 정보를 관리하는 트래픽 정보 수집부와 상기 트래픽 정보 수집부에 저장된 트래픽 정보를 참조하여, 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크를 설정하는 재할당 가능 링크 설정부 및 전체 네트워크 정보를 참조하여 채널을 할당하되, 재할당 가능 링크에는 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 채널 할당부를 포함한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터에 있어서, 상기 재할당 가능 링크 설정부는, 실시간 트래픽이 흘러가거나 일정 기준값 이상의 트래픽이 흘러가는 링크를 재할당 불가능 링크로 설정한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터에 있어서, 상기 재할당 가능 링크 설정부는, 재할당 불가능 링크로 설정된 링크를 제외한 링크들을 재할당 가능 링크로 설정한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터에 있어서, 상기 재할당 가능 링크 설정부는, 재할당 불가능 링크로 설정된 경우에도, 실시간 트래픽이 더 이상 흘러가지 않게 되거나, 기준값 이하로 트래픽 양이 줄어들게 되면 재할당 가능 링크로 재설정한다.
상기 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터에 있어서, 상기 채널 할당부는, 할당된 채널 정보를 포함하는 채널 할당 요청 메시지를 각각의 라우터에 전송한다.
이하 본 발명에 따른 하이브리드 방식의 채널 할당 방법 및 라우터를 첨부 한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 무선 랜 기반의 메쉬 네트워크는 네트워크를 구성하는 메쉬 라우터(이하 "라우터"라 함)들과 라우터에 탑재되는 소프트웨어로 구성된다. 이 경우 라우터는 채널 할당 서버로 동작하는 라우터와 채널 할당 클라이언트로 동작하는 라우터로 나뉠 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터의 구성을 도시한 도면이다.
상기 라우터(300)는 트래픽 정보 수집부(310), 재할당 가능 링크 설정부(320) 및 채널 할당부(330)를 포함하여 구성된다.
트래픽 정보 수집부(310)는 다른 라우터로부터 트래픽 정보를 수신하고, 전체 네트워크의 정보를 관리한다.
재할당 가능 링크 설정부(320)는 상기 트래픽 정보 수집부(310)에 저장된 트래픽 정보를 참조하여, 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크를 설정한다.
채널 할당부(330)는 전체 네트워크 정보를 참조하여 채널을 할당하되, 재할당 가능 링크에는 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당한다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 채널 할당 방법의 알고리즘을 도시한 도면이다.
본 발명에서 제시하는 하이브리드 채널 할당 알고리즘은 크게 두 단계로 구성된다. 첫 단계는 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 단계이다. 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 단계에서는 전제 네트워크에 대한 정보를 수집한 후, 이에 따라 채널을 할당한다.
두 번째 단계는 분산 처리 방식에 의한 채널 할당 단계이다. 이 단계에서는 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 후, 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 할당한다. 이제 각 단계들에 대하여 좀 더 자세히 살펴보기로 하자.
제일 먼저 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 단계에서는, 각 라우터들은 협상을 통해 하나의 중앙 서버로 동작할 라우터를 선택한다. 선택된 라우터는 각 라우터들이 전송한 네트워크 정보(ex: 트래픽 정보 등)를 이용하여 전체 네트워크에 채널을 할당한다. 또한 채널을 할당한 이후에도, 현재 네트워크에 할당된 채널들이 주어진 트래픽 정보에 적합하지 않다고 판단하면, 새로운 채널 할당을 위해 전체 네트워크의 채널을 계산한다.
채널 할당 정보는 각 라우터로 전송되고, 각 라우터는 주어진 채널 할당 정보에 따라 자신들의 채널을 설정한다. 중앙 서버는 자신의 채널 할당에 사용된 플로우 정보를 각 라우터에 전송한다.
중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 단계에서는 전체 네트워크의 채널을 할당하면서, 동시에 분산 처리 방식에 의해 채널이 변경될 수 있는 링크들을 선택한다. 분산 처리 방식에 의해 채널이 변경될 수 있는 링크를 본원 발명에서는 재할당 가능 링크(Reallocable Link)라 정의한다. 반면 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당을 유지하는 링크를 재할당 불가능 링크(Non-reallocable Link)로 정의한다. 따라서 중앙 집중 방식에 의하여 채널을 할당하고, 이 후 분산 처리 방식에 의하여 채널을 할당하는 경우에는 재할당 가능 링크에 대해서만 채널 할당을 수행한다. 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크에 대해서는 도 5a 내지 도 5b에 대한 설명에서 상세히 설명한다.
그 다음 단계는 분산 처리 방식에 의한 채널 재할당 과정이다.
각 라우터들은 자신들이 처리하는 트래픽에 대해서 모니터링을 하고 있으며, 만일 새로운 트래픽이 발생하거나 기존 트래픽이 없어지거나 트래픽의 특성이 크게 달라진 경우가 발생하면 중앙 서버로부터 전송 받은 기존 플로우 정보에 자신의 새 플로우 정보를 추가하고 새 플로우 정보에 대한 채널을 할당한다. 할당된 채널 정보와 추가된 새 플로우 정보는 각 라우터에게 전송된다. 전송 받은 라우터는 자신들의 플로우 정보를 최신으로 업데이트하고 필요한 경우 채널을 할당한다.
모든 라우터는 자신들의 플로우 정보 등을 제어 패킷 등을 이용하여 다른 라우터와 정보를 교환하여야 한다. 또한 중앙 집중 방식은 분산 처리 방식에 의해 주어진 트래픽의 처리가 효율적이지 못하거나 전체 네트워크의 트래픽이 적은 경우에만 수행되고 일반적인 상황에서는 분산 처리 방식으로만 채널을 할당하게 된다. 예를 들어, 각 플로우에 대한 정보를 관리하는 플로우의 목적 라우터가 플로우의 요청 트래픽 양에 비해 실제 전송되는 트래픽 양이 주어진 기준값보다 낮아 라우터가 채널 할당 서버에 전체 채널 할당을 요청한 경우에 중앙 집중식으로 채널이 할당되게 된다. 또한 채널 할당 서버가 각 라우터로부터 받은 트래픽 정보가 자신이 전체 채널 할당에 사용된 기존 트래픽 정보와 주어진 기준값 이상(전체 플로우 수, 각 플로우의 트래픽 양)으로 차이가 발생하면 전체 채널 할당을 수행하게 된다. 이외의 경우에는 분산 처리 방식으로만 채널 할당을 수행하게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드 채널 할당 과정을 개략적으로 다음과 같이 이루어진다. 가장 먼저 채널 할당 서버로 동작하는 라우터는, 네트워크를 구성하는 각 링크에 중앙 집중 방식에 의하여 채널을 할당한다(S401). 각 라우터에서는 트래픽의 흐름을 모니터링하고, 이에 대한 정보를 채널 할당 서버로 동작하는 라우터에 전송한다(S402).
채널 할당 서버로 동작하는 라우터에서는 플로우의 요청 트래픽 양에 비해 실제 전송되는 트래픽 양이 주어진 기준값보다 적은지 판단한다(S403). 기준값보다 크다면, 전체 네트워크의 트래픽이 큰 경우에 해당하므로 중앙 집중 방식에 의하여 채널을 할당하여야 한다. 따라서 이 경우에는 S401 단계로 되돌아간다.
그러나 만일 기준값보다 적은 경우라면, 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 이후 생성한 채널수가 기준값보다 적은지 판단한다(S404). 채널 할당 이후 생성한 채널수가 기준값보다 많으면, 역시 S401 단계로 되돌아간다. 그러나 채널수가 기준값보다 적은 경우에는, 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 이후 소멸한 채널 수가 기준값보다 적은지 판단한다(S405).
이 경우 소멸한 채널수가 기준값보다 많으면 중앙 집중 방식에 의하여 채널을 할당하고, 기준값보다 적으면 새로운 플로우가 생성되었는지 판단한다(S406).
새로운 플로우가 생성된 경우, 분산 처리 방식으로 채널을 할당한다(S408). 새로운 플로우가 생성되지 않은 경우, 기존 플로우가 소멸되었는지 판단한다(S407). 기존 플로우가 소멸되지 않은 경우에는 S402 단계로 되돌아간다. 그러나 기존 플로우가 소멸된 경우에는, 반산 처리 방식으로 채널을 할당한다(S408).
도 5a는 네트워크에서의 트래픽 흐름을 나타내는 토폴로지를 도시한 도면이고, 5b는 5a에 의한 네트워크에서 본 발명에 따른 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크를 설정하기 위한 토폴로지를 도시한 도면이다.
재할당 가능 링크를 설정하는 것은 분산 처리 방식에 의해서 채널이 변경되는 경우 발생할 수 있는 패킷 유실을 방지하고, 패킷 전송 지연에 민감한 트래픽이 흘러가는 링크의 채널이 자주 변경되는 것을 막기 위해서이다. 따라서 실시간 트래픽이 흘러가거나 기준값(Trealloc) 이상의 트래픽이 흘러가는 링크를 제외한 링크들만을 재할당 가능 링크로 설정한다. 이 경우 상기 기준값(Trealloc)은 채널 할당 라우터에서 설정한 값이다.
분산 처리 방식으로 할당되는 링크의 경우에도 위의 기준에 부합되는 링크들만이 재할당 가능 링크가 될 수 있다. 재할당 불가능 링크들에 분산 처리 방식에 의하여 다시 채널을 할당할 수는 없다. 그러나 재할당 불가능 링크라 하더라도, 실시간 트래픽이 더 이상 흘러가지 않게 되거나, 기준값 이하로 트래픽 양이 줄어들게 되면 재할당 가능 링크로 설정된다.
도 5a는 네트워크에서의 트래픽 흐름을 나타내는 토폴로지를 나타낸다.
상기 네트워크에서 Trealloc는 5Mbps라 하자. 또한 상기 네트워크에 존재하는 플로우 A(510)는 실시간 트래픽 1Mbps, 플로우 B(520)는 비실시간 트래픽 2Mbps, 플로우 C(530)는 비실시간 트래픽 3Mbps, 플로우 D(540)는 비실시간 트래픽 2Mbps 라 가정한다.
이때 실시간 트래픽이 흘러가는 링크는 플로우 A(510)가 흐르는 라우터 I와 라우터 E 간 링크이다. 한편 비실시간 트래픽이 Trealloc, 즉 5Mbps 이상인 링크는 라우터 F와 라우터 K 간 링크이다. 따라서 5a에 도시된 네트워크를 구성하는 링크들은 다음 도5b와 같이 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크로 설정된다.
5b는 5a에 의한 네트워크에서 본 발명에 따른 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크를 설정하기 위한 토폴로지를 나타내고 있다.
점선 부분은 재할당 가능 링크(Reallocable Link)를 나타내며, 실선 부분은재할당 불가능 링크(Non-reallocable Link)를 나타낸다. 이 경우 라우터 E와 라우터 I간 링크(550) 또는 라우터 F와 라우터 K간 링크(560)는 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 후, 분산 처리 방식에 의한 채널 재할당이 불가능하다. 그러나 그 외의 링크들은 중앙 집중 방식에 의한 채널이 할당된 이후에도, 분산 처리 방식에 의하여 채널이 재할당 될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 채널 할당 과정 중 각 라우터에서의 분산 처리 방식에 의한 채널 할당 과정을 도시한 도면이다.
라우터는 다른 라우터로부터 플로우 정보와 재할당 가능 링크에 대한 토폴로지 정보를 수신하였는지 판단한다(S601). 상기 정보들을 수신한 경우, 라우터는 이를 참조하여 플로우 정보와 토폴로지를 업데이트한다(S602). 그러나 플로우 정보와 토폴로지 정보를 수신하지 않은 경우에는, 곧바로 S603 단계로 넘어간다.
이 경우 라우터는, 채널 할당 요청 메시지를 수신하였는지 판단한다(S603). 채널 할당 요청 메시지를 수신한 경우, 라우터는 채널을 변경한다(S604).
그러나 채널 할당 요청 메시지를 수신하지 않은 경우, 라우터는 새로운 플로우가 생성되었는지 판단한다(S605). 새로운 플로우가 생성된 경우, 라우터는 플로우 정보와 토폴로지를 참조하여 최소 비용 경로를 계산하고(S606), 상기 계산된 경로로부터 재할당 가능 링크를 검색한다(S607).
라우터는 재할당 가능 링크가 존재하는지 판단한다(S608). 재할당 가능 링크가 존재하는 경우에는, 재할당 가능 링크에 채널 할당 요청 메시지를 전송한다(S609). 그러나 재할당 가능 링크가 존재하지 않는 경우라면, 바로 S610 단계를 거치게 된다.
라우터는 기존 플로우가 소멸되었는지 판단한다(S610). 기존 플로우가 소멸되었다면, 플로우 정보와 토폴로지를 업데이트하고(S611), 플로우 정보와 토폴로지 정보를 라우터에게 브로드캐스팅한다(S612). 그러나 기존의 플로우가 소멸되지 않았다면, 상기 S611 단계와 S612 단계를 거치지 않고 바로 S613 단계로 넘어간다.
라우터들은 분산 처리 방식에 의하여 채널을 재할당한다(S613). 이 경우 본 발명에 따른 하이브리드 채널 할당 과정 중 분산 처리 방식에 의한 채널 할당 과정 은 모두 종료한다.
도 7a는 본 발명에 따른 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
특정 라우터가 처리하는 트래픽이 매우 적은 경우에는, 트래픽 정보가 채널 할당 서버(710)에 전송되지 않을 수 있다. 도 7a를 살펴보면 라우터 C(740)와 라우터 F(770)는 채널 할당 서버에 트래픽 정보를 전송하지 않는다.
새로 네트워크에 추가된 라우터인 경우에도, 채널 할당 서버(710)가 트래픽 정보를 받지 못할 수 있다. 도 7a를 살펴보면 채널 할당 서버(710)는 라우터 E(760)로부터 트래픽 정보를 받지 못한다. 이때 채널 할당 서버(710)는 채널을 할당하되, 이때 할당된 채널은 분산 처리 방식으로 재할당 될 수 있다.
도 7b는 본 발명에 따른 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
채널 할당 서버(710)가 전송한 채널 할당 요청 메시지를 받은 라우터들은 주어진 채널로 각 인터페이스들의 채널을 세팅한다. 이때 채널 할당 과정에서 사용된 트래픽 정보 등도 채널 할당 요청 메시지와 함께 각 라우터에게 전송된다.
도 7c는 본 발명에 따른 중앙 집중 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도면에서 점선으로 표시된 링크들은 채널 할당 서버가 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당 시 트래픽 정보를 받지 못하였거나 트래픽 양이 낮은 링크들이다. 따라서 상기 링크들은 이후 트래픽의 분포 등이 변경되는 경우, 할당된 채널이 분산 처리 방식으로 재할당 될 수 있다. 이외에도 중앙 집중 방식에 의한 채널 할당시 고려된 플로우들이 없어지는 경우에도 분산 처리 방식에 의한 재할당 가능 링크가 될 수 있다.
도 8a는 본 발명에 따른 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 전 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
새로운 플로우가 생성 되면, 이 플로우는 기존의 네트워크 연결 구조에 의해 전송 가능한 길을 따라 흘러가게 된다. 예를 들어 도 8a에서는 라우터 E(860) -> 라우터 B(830) -> 라우터 A(820) -> 라우터 C(840)를 거쳐 트래픽이 흐르게 된다.
하지만 기존 연결 구조는 새로 생성된 플로우를 고려하지 않았기 때문에, 새로운 플로우에 의해서 기존 네트워크의 성능이 저하될 가능성이 있다. 따라서 새로운 채널을 할당할 필요가 있다.
도 8b는 본 발명에 따른 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당 중인 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
각 라우터들은 특정 라우터로부터 자신에게 전송되는 트래픽의 흐름, 즉 플로우에 대한 트래픽 양 등을 항상 모니터링 한다. 만일 중앙 집중 방식에서 고려되 지 않은 플로우가 생성되면, 새 플로우의 목적 라우터는 분산 처리 방식으로 채널 할당을 시도한다.
우선 현재의 네트워크 연결 구조는 기존 플로우들을 고려하여 최적의 성능을 나타내도록 각 링크 별로 채널이 할당된 것이므로, 기존 연결 구조에 최대한 영향을 주지 않고 새로 추가된 플로우를 수용할 수 있도록 해야 한다. 이렇게 하기 위해서, 새로운 플로우의 목적 라우터는 각 링크를 기존의 플로우가 흘러가는 링크(재할당 불가능 링크)와 그렇지 않은 링크(재할당 가능 링크)로 구분한다. 여기서 네트워크 전체의 연결 구조에 관한 정보는 채널 할당 서버로부터 받게 된다.
이러한 정보를 바탕으로 재할당 불가능 링크는 현재 상태 그대로 둔 채, 재할당 가능 링크들에 대해서 채널 할당 서버에서 사용하는 알고리즘을 이용하여 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 길을 찾고, 관련 라우터(재할당 가능 링크에 대해서 새로운 채널을 할당함으로써 네트워크 연결 구조를 변경해야 하는 라우터)들에게 새로 채널을 할당하도록 채널 할당 메시지를 전송한다.
기존 플로우들에 대해 영향을 미치지 않으면서, 새로운 플로우를 수용할 수 있도록 재할당 가능 링크를 고려하여 채널을 할당했다는 점이 기존 방식들과의 차이점이다.
새로운 플로우의 목적 라우터 C(840)는 중앙 집중 방식에서 할당된 링크들 중 재할당 가능 링크들에 대해 새로운 플로우에 맞게 채널을 할당할 수 있는지를 조사한다. 가능하다면 그 링크에 대해 새로운 채널로 할당하도록 채널 할당 메시지를 전송한다. 도 8b를 살펴보면 라우터 C(840)가 라우터 E(860)에 채널 할당 요청 메시지를 보내고 있다.
도 8c는 본 발명에 따른 분산 처리 방식에 의한 새로운 채널 할당이 완료된 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
채널 할당 요청 메시지를 받은 라우터가 채널을 변경하면 분산 처리 방식에 의한 채널 할당은 완료된다.
도 8c에 의하면 라우터 C(840)가 라우터 E(860)에 보낸 채널 할당 요청 메시지에 의하여, 라우터 C(840)와 라우터 E(860)간 2번 채널이 새로이 할당되었음을 알 수 있다. 반면 기존에 라우터 B(830)와 라우터 E(860)간 존재하던 1번 채널은 삭제되었다.
본 발명에 의한 하이브리드 방식의 채널 할당 방법은, 중앙 집중 방식과 분산 처리 방식에 의한 채널 할당 방법을 동시에 사용하여, 항상 현재 트래픽의 특성에 맞는 채널을 최대한 정확히 할당함으로써, 네트워크 자원의 낭비를 방지하고 네트워크 용량을 증가시켜 네트워크 자원을 최대한 효과적으로 사용할 수 있다.
또한 상기 하이브리드 방식의 채널 할당 방법에 의하면 채널 할당 서버를 특정 서버로 지정되지 않아도 무방하며, 지정된다 하더라도 분산 처리 방식에 의해 네트워크의 기능이 유지될 수 있으므로 네트워크 안정성 측면에서도 효율적이며, 높은 네트워크 안정성으로 인한 네트워크 관리 비용 감소 등의 효과를 얻을 수 있 다.

Claims (15)

  1. 각 라우터들이 협상을 통해 하나의 중앙 서버로 동작할 라우터를 선택하는 단계;
    선택된 라우터가 각 라우터들로부터 전체 네트워크에 대한 정보를 수집하고, 이에 따라 채널을 할당하는 단계; 및
    각각의 라우터에서 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 단계를 포함하되,
    상기 채널을 할당하거나 재할당한 경우, 할당된 채널 정보를 포함하는 채널 할당 요청 메시지를 각각의 라우터에 전송하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 라우터가 채널을 할당하는 경우,
    실시간 트래픽이 흘러가거나 일정 기준값 이상의 트래픽이 흘러가는 링크를 재할당 불가능 링크로 설정하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    재할당 불가능 링크로 설정된 링크를 제외한 링크들은 재할당 가능 링크로 설정하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    재할당 가능 링크에 속하는 각각의 라우터에서, 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    재할당 불가능 링크에 해당하는 경우에는, 중앙 서버로 동작하는 라우터가 할당한 채널을 그대로 유지하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    재할당 불가능 링크라 하더라도, 실시간 트래픽이 더 이상 흘러가지 않게 되거나, 기준값 이하로 트래픽 양이 줄어들게 되면 재할당 가능 링크로 재설정하는하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    트래픽 정보를 전송하지 않은 라우터가 존재하는 경우, 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 상기 라우터와의 링크에 할당된 채널을 재할당하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    중앙 서버로 동작하는 라우터가 채널 할당시 고려하였던 플로우들이 없어지는 경우, 각각의 라우터에서 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    선택된 라우터가 채널을 할당한 경우와 각각의 라우터에서 채널을 재할당한 경우의 네트워크 성능을 비교하고, 성능 차이가 일정 기준값 이상인 경우 선택된 라우터에서 전체 네트워크에 채널을 재할당하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 방식의 채널 할당 방법.
  11. 다른 라우터로부터 트래픽 정보를 수신하고, 전체 네트워크의 정보를 관리하는 트래픽 정보 수집부;
    상기 트래픽 정보 수집부에 저장된 트래픽 정보를 참조하여, 재할당 가능 링크와 재할당 불가능 링크를 설정하는 재할당 가능 링크 설정부; 및
    전체 네트워크 정보를 참조하여 채널을 할당하되, 재할당 가능 링크에는 동적으로 변화하는 트래픽의 특성을 반영하여 채널을 재할당하는 채널 할당부를 포함하는 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 재할당 가능 링크 설정부는,
    실시간 트래픽이 흘러가거나 일정 기준값 이상의 트래픽이 흘러가는 링크를 재할당 불가능 링크로 설정하는 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 재할당 가능 링크 설정부는,
    재할당 불가능 링크로 설정된 링크를 제외한 링크들을 재할당 가능 링크로 설정하는 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 재할당 가능 링크 설정부는,
    재할당 불가능 링크로 설정된 경우에도, 실시간 트래픽이 더 이상 흘러가지 않게 되거나, 기준값 이하로 트래픽 양이 줄어들게 되면 재할당 가능 링크로 재설정하는 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 채널 할당부는,
    할당된 채널 정보를 포함하는 채널 할당 요청 메시지를 각각의 라우터에 전송하는 하이브리드 방식의 채널 할당을 수행하는 라우터.
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