KR101074183B1 - 대역폭 할당 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

통신 자원에 대한 액세스는 복수의 이용자 각각에 가용한 최대 용량을 제한하고, 이전 기간 동안 상기 자원에 대한 이용량에 따라 상기 이용자들에 순위를 부여고, 가장 적은 이용량 이력을 가진 이용자에게 최대의 가용량이 제공되고 이에 의해 상기 자원을 지속적으로 과다하게 이용하는 것을 억제하도록 상기 이용자의 순위에 따라 각 이용자에 할당된 제한 인자에 의해 각 이용자에 자원의 가용도를 제한함으로써 제어된다. 각 이용자에 대해 가용한 최대 용량은 다른 이용자들의 이용량에 대해 고정의 기간 동안 상기 이용자의 자원의 이용량에 대해 역의 관계를 갖는다.

Description

대역폭 할당 방법 및 장치{BANDWIDTH ALLOCATION}

본 발명은 통신 네트워크 이용자에게 대역폭을 할당하는 것에 관한 것이며, 특히 인터넷과 같은 분산 네트워크에 대한 액세스를 제공하는 것에 관련된다.

증가하는 최종 이용자에게 광대역 접속을 제공함에 있어서, 초기에는 대역폭이 고갈되지 않는 자원으로 취급되었다. 이용자는 이용량에 제한 없이 접속에 대해 고정된 요금을 보통 지불했다. "대역폭에 굶주린(bandwidth-hungry)" 응용들(및 보다 특정적으로는 피어-투-피어 파일 공유)의 급속한 발전은 결과적으로 자원관리문제와 속도의 저하 또는 일부 접속의 실패를 경험하는 서비스 품질의 장애를 초래했다. 현재의 경제적으로 실용적인 경합률(content ratio)에 대해 과도한 대역폭을 소비하는 너무 많은 가입자의 요구에 직면하여 서비스 품질의 유지가 점차 어렵다는 것이 판명되고 있다. 상기 경합률은 모든 이용자(N_tot)가 접속의 최대 용량(b_max)를 사용하는데 필요한 전체 대역폭과, 상기 시스템에 의해 제공될 수 있는 전체 대역폭(B) 사이의 비율 b_maxN_tot/B 이다. 주목할 것은 대부분의 이용자가 이용시간의 대부분을 최대 용량보다 훨씬 적게 사용한다는 것이다. 전형적인 경합률은 20 과 50 사이에 있으며, 온라인 중의 평균 이용자가 전체 용량(b_max)의 2% 와 5% 사이만을 이용한다는 것과 일치한다.

본 명세서에서 용어 N_tot는 현재 온라인 상태이든 아니든 서비스를 이용할 수 있는 잠재적인 이용자의 수에 대해 사용되며, "N"은 현재 온라인 상태의 이용자의 수를 가리킨다. 경합률은 종래에는 전자의 숫자로 계산된다.

인터넷 서비스 제공자(ISP)가 직면한 주된 문제는 "Tragedy of the Commons"(예를 들어 "Science"에 실린 G.Hardin의 1968년 논문 162호(1968): 1243-1248 참조)의 제하에 수십 년 동안 연구해 온 잘 문서화된 문제의 한 예이다. 요약하면, 이 논문은 공유 자원의 소비 증가의 이익이 그 이용자에게만 이득이 되고 그와 같은 소비의 결과로서 공유 자원의 점진적인 고갈에 의한 부정적인 효과는 자원을 공유하는 모두에게 골고루 분배되는 이용모델을 고찰한다. 이와 같은 모델은 공유 자원이 고갈될 수 없고 자원의 고갈이 없는 특별한 경우를 제외하고는 본질적으로 불안정하고 궁극적으로는 자멸한다는 것을 보여준다. 불행히도, 이용의 영향이 너무 작아 보여서 무시될 수 있다는 것에 기초하여, 자원에 대한 무제한의 액세스가 허용된 결과에 의해, 이러한 특별한 경우가 적용되는 것으로 생각된 경우가 많이 있었다. 그 다음 이용 규모가 그 영향을 더 이상 무시할 수 없을 정도까지 증가하면 문제에 직면한다. 이것이 정확하게 브로드밴드에 발생한 것이다. 사용량에 대한 제한 없이, 거대한 데이터량을 다운로드 하는 새로운 인터넷 응용들이 개발되었다. 이것은 이용자 당 트래픽을 증가시켜 경합률이 감소될 수 없다면 서비스의 품질이 결국 저하될 것이다. 그러나, 반대로, 임의의 시각에 온라인 이용자 의 수가 증가하면, 유효 경합률(b_maxN/B(여기서 N은 현재 온라인 이용자 수임)이 증가한다. 가정 이용자들이 무더기로 참가를 시작하기 전, 물론 이것이 목적이었지만, 네트워크의 용량은 개인 이용자들이 대역폭 소비에 의해서 미칠 수 있는 영향에 비해 무한하게 보였다. 그 결과, ISP들은 모든 잠재 고객들에 대한 자유로운 액세스를 무사히 약속할 수 있다는 생각에 기초하여 판촉 운동을 했다. 브로드밴드 열광자들은 일주일 내내 하루 24시간 동안 온라인 상태의 편리함을 즐기기 시작했다. 이러한 요구의 증가는 이제 네트워크 자원의 이용이 결코 무시할 수 없는 정도에 이르고 있으며, 기본적인 통신 네트워크의 한정된 용량에 도달함에 따라 서비스 품질에 심각한 저하를 초래했다.

간단히 말하면, 개개 이용자의 과도한 이용이 당사자에게만 유익을 제공할 뿐, 그와 같은 과도한 이용의 결과는 낮은 연결 속도와 같은 역효과를 전체 고객에게 초래한다. 낭비적인 이용이 보상받고 절제된 이용이 보상받지 못한다면, 모든 가입자들에게 약속을 이행하지 못하는 서비스 사용의 중지를 선택하게 하는 것이며, 그 자신들을 강박적인 대역폭 소비자가 되게 함으로써 급속히 감소하는 브로드밴드 대역폭의 공유를 증가시킨다.

개개의 ISP들은 이 문제를 몇몇 다른 방법으로 해결해 왔다. 일부 ISP는 소정의 기간에 이용량에 대한 제한을 부과하고 이 제한을 초과하여 사용하고자 하는 이용자에게는 다양한 종량제를 결합하여 제공 서비스에 제한을 도입하였다. 이것들은 무제한적인 액세스(원래 초기에 가입자를 유도했던 홍보의 근간)의 초기 약속 을 효과적으로 파기하고 있으며, 이에 따른 고객층의 이탈 위험을 각오하고 있다. 다른 ISP들은 서비스 품질의 저하를 허용하고 있으며, 그 결과 느린 접속과 접속 실패로 이어지고, 다시 고객들을 멀리하고 있다. "무제한 접속"의 약속을 중시하는 다른 ISP들은 허용할 수 있는 전반적인 서비스 품질을 유지하기 위해 더 많은 네트워크 용량의 설치를 강요당하고 있다. 이와 같은 접근 방법은 상업적으로 실용적이지 못하며, 여유 대역폭이 처음에 그 문제를 초래한 같은 동일한 과도한 이용자에 의해 급속히 고갈될 것이기 때문에 어떤 경우에도 명확히 이익을 얻을 수 없다. 또한, 이들 서비스는 가입에 의해 일반적으로 비용이 지불되기 때문에, 네트워크 용량의 어떤 증가에 대한 비용도 더 많은 이용자의 확보에 의해 자금이 제공될 수 있으며, 기존 고객의 추가적인 이용을 장려해서 될 수는 없다. 물론, 단순화된 견해이며 대부분의 ISP들은 실제로 자신들이 설치한 함정을 벗어나기 위한 악전고투에서 이들 전략들을 결합하고 있다.

고정된 월 이용료로 현재 즐기고 있는 우수한 서비스 품질과 무제한 액세스에 따른 손실로 대다수의 최종 이용자가 느낄 수 없는 서비스에서의 변화를 도입함으로써, 어떤 실용적인 솔루션도 개개의 가입자에 의한 자원 소비를 제어하는 것을 포함해야 한다. 그러므로, 소량 이용자보다 대량 이용자에 더욱 영향을 미치는 용량 과부하에 대한 솔루션이 필요하다. 이것은 문제를 초래하고 있는 큰 대역폭 이용자의 연결 속도를 저하시키지만 보통의 이용자에게 불리하게 하지 않는 신뢰할 만한 방법을 요구한다.

일부 대역폭에 굶주린 응용 형태에 벌칙을 부과함으로써 트래픽에 우선순위 를 부여하는 것이 제안되었다. 그러나, 이것은, 네트워크가 그와 같은 응용들을 식별할 수 있어야 하고, 어떤 그와 같은 제한을 우회하기 위해 영리한 대량 이용자가 새로운 응용을 구상함에 따라 반드시 대응해야만 할 것이다. 또 다른 제안은 현재의 네트워크 상태(정상/혼잡)를 기초로 효과적인 연결속도를 조절하는 것이며, 이에 의해 요구가 높을 때 대역폭을 배급하고 이용자가 인터넷을 액세스하기 위해 비-피크 시간을 선택하도록 한다.

또 다른 제안은 표준 등급과 프리미엄 등급의 회원자격과 같은 개개의 "특권'을 허용하는 것이다. 그러나, 그것이 바람직하더라도, 이용자가 가입시점에 "우수한" 가입자인지 "불량한" 가입자인지를 식별하는 것은 불가능하다. 사실, "보통의" 고객은 서비스의 잠재성을 발견할 때 "대량 이용자"가 될 수 있으며, 또는 관심이 변하면서 또는 서비스에 접근하는 사람이 오고 가면서 시간에 따라 이용 패턴이 바뀔 수 있다. 예를 들면, 국내 상황에서, 가입자는 인기 음악 비디오를 다운로드 하는 것을 좋아하는 특정 가족 구성원이 방문할 때만 대량 이용을 할 수 있다. 마찬가지로, 폐막 시즌 동안 이용량이 적기 때문에 스포츠 행사의 스트림을 커버하기 위해 사용되는 이용량에 있어서 계절적 변동을 이용자는 경험할 것이다.

미국 특허 제6473793호(Dillon)는 대량 이용의 이력을 가지고 이용자에게 이용 가능한 대역폭을 제한하거나 조절함으로써 대역폭의 동적 할당의 이용을 제안한다. 이것은 대량 이용자에게 제약을 가하는 효과는 있지만, 가용 자원의 최적으로 이용하게 하지는 못한다.

본 발명은 복수의 이용자 각각에 가용하게 된 통신자원의 최대 용량이 다른 이용자들의 이용량에 대해 이전 기간 동안 상기 이용자에 의한 자원의 이용량과 역의 관계를 갖는 통신 자원에 대한 액세스를 제어하는 방법을 제공함으로써 이것을 해결한다.

바람직하게는 상기 방법은,

- 소정의 기간 동안 각 이용자에 의한 자원의 이용량을 측정하는 단계,

- 상기 측정한 이용량에 따라 상기 이용자의 순위를 정하는 단계,

- 상기 이용자의 순위에 따라 각 이용자에게 제한 인자를 부여함으로써 각 이용자에게 자원의 가용도를 제한하는 단계를 포함한다.

이용자의 최대 연결 속도는 상기 제한 인자에 의해 정해진 값으로 줄어든다. 바람직한 실시예에서, 인접한 순위의 이용자에 할당된 제한 인자들 사이의 비율은 모든 이용자에 대해 일정하다. 특정 이용자에게 가용한 최대 대역폭이 총 대역폭보다 작다면 이전 기간 동안에 최소 이용한 이용자에 할당된 제한 인자는 바람직하게는 1이고(unity), 따라서 이용자는 장애를 겪지 않는다.

본 발명은 또한 상기한 동작들을 수행하는 수단을 갖고 통신 자원에 대한 액세스를 제어하는 장치에 관한 것이다. 이것은 ISP의 서버와 접속되는 모뎀이나 네트워크의 어떤 중계점에서와 같은 액세스가 제어될 수 있는 네트워크의 적당한 부분에 구현될 수 있다.

그러므로 본 발명은 개개의 이용량을 소정의 허용값 또는 전송속도의 협의된 제한과 비교하는 대신에 현재의 이용자들 사이에 우선순위를 계산한다. 본 발명은 이용자의 더욱 장기간의 이력을 고려할 뿐만 아니라, 용량의 변화에 따른 경합률에 대한 수정과 같은 네트워크 특성의 변화뿐만 아니라 트래픽 요구의 예측 불가능한 변동에 대해 자발적으로 순응한다. 이 솔루션은 종래 기술 제안보다 본질적으로 더욱 순응적이다.

그러므로 본 발명은 대역폭 소비의 개별 이력과 현재의 전체 요구의 함수로서 가입자에게 실시간으로 우선순위를 할당하는 것을 허용한다. 그 결과 ISP들과 브로드밴드 이용자들의 이익은 변하는 네트워크 부하를 고려하는 동시에 바람직한 행동을 장려하도록 개별 연결 속도를 조정함으로써 중재될 수 있다. 다시 말하면, 서비스 품질이 하나의 제품으로써 사용되며, 이는 보상으로서 분배될 수 있다. 이용자들은 서비스 품질의 저하가 전체적인 과부하에 기인할 수 있음을 수용할 수 있을 것이며: 본 발명의 주요한 예외는 그와 같은 저하가 균일하게 분배되지 않을 수 있지만, 최대 이용자는 그 과도한 이용의 결과에 대해 더 분담하게 될 것이다.

이제 본 발명의 실시 형태가 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.

도 1은 이용자를 인터넷에 연결시키는 액세스 네트워크를 도시하는 개략도,

도 2는 실시예에서 공조하여 동작하는 기능 요소들을 도시하는 개략도,

도 3은 상기 실시예의 주요 동작 단계를 도시하는 흐름도,

도 4 내지 9는 본 발명의 이용에 대한 시뮬레이션 결과와 종래 시스템의 비교 결과를 도시하고, 구체적으로는

도 4는 상기 시뮬레이션에서 사용된 브로드밴드 이용량의 분포를 도시하고,

도 5는 "피크"시와 "비-피크"시 사이의 이용량의 변화를 도시하고,

도 6은 종래 시스템에서 이용자가 얼마나 많은 용량을 요구하고 획득하는지의 함수로서 이용자의 주파수 분포를 도시하고

도 7은 종래 시스템에서 요구된 용량과 전체적인 만족 사이의 상관관계를 도시하고,

도 8은 본 발명에 따른 시스템에서 요구된 용량과 전체적인 만족 사이의 상관관계를 도시하며, 및

도 9는 종래의 시스템과 본 발명에 따른 시스템 모두에 대해 가입자의 주파수 분포를 그들의 만족 지수의 함수로서 도시한다.

도 1은 이용자들(14, 15, 16, 17, 18, 19)을 인터넷(10)에 연결시키는 액세스 네트워크를 개략적인 형태로 도시한다. 이용자들은 상기 이용자들에 의해 송신된 데이터와 데이터 요구를 처리하고 또한 이용자들에게 전달하기 위한 목적의 데이터를 수신하는 서버(11)에 일종의 스위칭 시스템(12, 13)에 의해 일반적으로 연결된다. 상기 이용자들(14, 15, 16, 17, 18, 19)과 스위칭 시스템(12, 13) 사이의 연결은 전용 데이터 링크, 전화회선, 패킷 스위칭 시스템 등과 같은 어떤 적당한 수단에 의해서도 가능할 것이며, 이것들의 특성에 의해 데이터가 전송될 수 있는 속도가 제한될 것이다. 스위칭 시스템(12, 13), 서버(11), 및 그들 사이의 임의의 통신 링크의 용량은 한 그룹의 이용자들 사이에 공유되며, 일반적으로 임의의 한 이용자가 요구할 가능성이 있는 것보다는 크지만 모든 이용자들이 동시에 최대 대역폭으로 서버(11)에 액세스를 시도할 경우 필요한 전체 용량보다는 작다.

도 2는 본 발명을 수행하기 위해 결합하는 기능적 요소들을 도시하는 개략도이다. 이들 요소들은 도시된 바와 같이 서버(11), 또는 교환기(12, 13), 또는 용량이 제한된 어떤 다른 곳의 컴퓨터에서 실행하는 소프트웨어로 보통 구현된다. 만약 용량 제약이 네트워크의 한 곳 이상에서 나타나면 본 발명에 따른 프로세스를 네트워크상의 한 지점(11, 12) 이상에서 제휴하여 실행하는 것이 가능할 것이다. 예를 들면, 스위치(12, 13)에 가용한 최대 대역폭의 총계 값은 서버(11)에 가용한 대역폭보다 더 클 수 있다. 이와 같은 경우에 두 스위치 모두는 자신의 제약에 따라 대역폭을 배급하는데도 불구하고 서버에게 처리할 수 있는 것보다 더 많은 트래픽을 여전히 제공할 수 있다.

서버(11)의 주된 기능(20)은 일련의 모뎀(21, 22, 23)을 통해 액세스되는 것이며, 모뎀 각각은 개별 이용자 단말기(14, 16, 18)와 인터페이스 한다(도 1 참조). 이들 모뎀은 개별 단말기에 영구적으로 반드시 전용될 필요는 없지만, 그와 같은 단말기가 사용될 때 할당된다. 각 모뎀(21, 22, 23)의 동작 속도는 대역폭 제어부(24)에 의해 제어된다.

각 이용자가 소정의 기간 동안 사용한 대역폭의 양을 기록하기 위해 이용량저장부(25)가 제공된다. 현재 연결된 이들 이용자들의 정체(identity)는 레지스터(26)에 저장되며, 그것들은 저장부(25)로부터 수신한 이용량 데이터에 따라 정렬된다. 상기 저장된 데이터에 액세스하여 대역폭 제어부(24)를 동작하기 위한 데이터를 제공하는 처리부(27)가 제공된다.

이제 이 실시예의 동작이 도 3을 참조하여 설명된다. 서비스의 가입자들은 소정의 대역폭 양이 집합적으로 할당된 그룹들에 할당된다. 상기 그룹은 소정의 서비스의 모든 가입자를 포함하는 것으로 정의될 수 있지만, 더욱 일반적으로는 그들 모두가 공유하는 자원, 전형적으로 케이블이나 서버와 같은 네트워크의 요소에 의해 정의된 서브셋일 수 있다. 도 2와 3은 이와 같은 하나의 그룹의 구성원에 대한 실시예의 동작을 도시한다.

서버(20)는 소정의 시간에 온라인 상태에 있는 상기 정의된 그룹의 모든 이용자들을 식별하고 그들의 정체를 레지스터(26)에 저장한다(단계 30). 상기 레지스터는 이들 이용자들에 대한 이용량 정보를 저장부(25)로부터 회수하고(단계 31) 상기 데이터를 기초로 각 이용자에게 우선순위를 부여한다(단계 32). 본 실시예에서 이 우선순위는, 모든 개별 다운로드에 대응하지 않고 행위의 변화에 민첩하게 반응하기 위해 충분히 짧게 선택된 소정의 기간 동안 소비한 대역폭 양의 단순한 역함수에 기초한다. 이하에서 논의된 시뮬레이션에서 사용된 기간은 24시간 이었다.

상기 이용자들은 우선순위의 순서로 정렬되며(단계 32), 각각은 우선순위 인덱스(i)가 할당되고, 가장 낮은 이용량 기록을 갖는 이용자에게 할당된 최우선순위는 0이다. 프로세서(27)에 의해 값 'a'가 결정된다(단계 33). 이것은 0 < a ≤1의 범위에 있는 값이며, 활동 이용자의 수(N), 최우선순위 이용자에게 가용하게 된 대역폭(b_max), 및 상기 그룹에 가용한 총 대역폭(B)의 함수이고, b_i=aⁱb_max 일 때,

이 되도록 선택된다. 이것은 모든 b_i=ab_i-1 값에 대한 합이 가용한 용량(B)을 초과하지 않는 a(항상 0과 1 사이에 있음)대한 값을 찾기 위해 2진 탐색을 사용하여 수행될 수 있다. 정상적인 환경에서, b_max 값은 고정된다. 상기 B 값은 네트워크의 현재 용량에 종속하며, 네트워크의 일시적인 또는 영구적인 변환에 따라 변할 수 있으나, 여기서는 고정된 것으로 간주한다.

각 활동적인 연결에는 상기 그룹에 가용한 전체 대역폭(B)의 소정의 공유 대역폭 b_i=aⁱb_max가 할당되며(단계 34), 이용자가 연결된 각 모뎀(21, 22, 23)은 그 동작속도가 상기 할당된 대역폭(b_i)으로 제한된다(단계 35).

그러므로 소정 시간의 전체 이용자에 대해, 인접한 순위(i, i+1)를 갖는 임의의 쌍의 이용자들에게 가용한 대역폭(b_i, b_i+1) 사이의 비율은 b_i+1/bi = aⁱ⁺¹b_max = a이며, 이것은 오직 온라인 상태의 그룹 구성원들의 수(N)에만 종속함을 알 수 있다.

임의의 a값에 대해 a⁰ = 1이므로, 최우선순위(지수 i=0)를 부여받은 이용자는 가장 빠른 가능한 연결 속도 즉 b₀=b_max를 항상 경험한다는 것을 알 수 있다. 만 일 아주 한가한 시간에, 상기 경합률이 1 이하로 떨어지면(즉 Nb_max < B), a값은 최대값 1을 가지며, 따라서 모든 b_i=1ⁱb_max=b_max 이고, 현재 온라인 상태의 모든 이용자들에게는 최대 대역폭 b_max가 할당될 수 있다.

이 규칙의 조합은 보통의 이용자들에게 보상하고자 하는 의지와 전체적인 요구의 변화(N에 비례함)를 고려할 필요 사이에 적당한 균형을 찾기 위해 개별적인 연결 속도를 적응시킨다. 사실, 이 모델에서, 과도한 이용의 영향은 그것에 책임있는 그룹 구성원들에 의해 단순히 그들의 우선순위를 감소함으로써 흡수된다. 요컨대, 모든 사람이 여전히 고정된 월 이용료를 지불하지만, 과부하의 영향은 불균일하게 분배되며, 온건한 이용자들이 온라인 접속할 때 주요 대역폭 소비자들은 온건한 이용자들에게 양보를 강요당한다.

이 솔루션은 상기 "종량제" 가격 체계를 완벽하게 우회하며 동시에 수요를 충족시키기 위해 증가하는 더 많은 대역폭을 구매해야 할 필요를 제거함으로써 ISP의 이익을 보호하는 방법을 제공한다. 이것은 브로드밴드 제공에 주된 아마도 PR-손상시키는 변경의 필요없이 훨씬 더 우수한 네트워크 용량 관리를 가능하게 한다.

상기 모델을 시험하고 그것을 적용하는 것이 어떻게 네트워크 운영에 영향을 미칠지에 대한 정량적 데이터를 얻기 위해 일련의 가상 실험이 수행되었다. 최종 이용자가 느끼는 QoS의 측정과 그것이 어떻게 전체적인 "만족 지수"에 긍정적/부정적 변화로 해석되는지의 평가에 특별히 중점을 두었다. 결과는 동적 우선순위를 사용하지 않는 다면(예컨대 혼잡 효과의 균일한 분배) 동일한 부하로부터 발생할 수 있는 상황에 비교된다.

상기 시뮬레이션이 활동 패턴의 복잡성을 고려하는데 있어서 훨씬 부족한 단순화된 시나리오에 기초하고 있지만, 전체적인 사실감을 증가시키기 위해 몇 가지 세세한 것들이 포함되었다. 현재, 매 24시간 주기는 "피크"와 "비-피크" 시간으로 나누어진다. 상기 목적이 가정 이용량을 모델링하는 것이기 때문에, 00:00시부터 16:00시까지의 기간은 '비-피크"로 간주되고, 16:00부터 자정까지는 최대 부하가 예상된다. 모든 이용자의 속성은 피크와 비-피크 동안에 공유된 대역폭을 요구할 (즉, 다운로드를 시도함) 고정된 확률을 갖는다. 각 확률은, 일반 이용자부터 그 접속이 영구적으로 다운로드 상태의 접속을 갖는 강박적인 대역폭 소비자까지, 그럴듯한 연속적인 프로파일 분포를 생성하도록 무작위적으로 생성된다. 도 4는 시뮬레이션 가입자의 주파수 분포를 각각 피크와 비-피크에서 그들이 대량 트래픽을 발생시킬 활동에 포함될 확률의 함수로서 도시한다. 상기 모델은 10:1의 낮은 경합률을 가정하며, 이는 혼잡 문제가 발생하기 전에 모든 이용자의 10%까지 동시에 최대의 속도로 자신의 접속을 사용할 수 있음을 의미한다. 이러한 관대한 가정(실제 경합률은 보통 20:1 내지 50:1 사이임)은 평균 네트워크 이용량이 역시 이상하게 높다는 사실에 의해 견제된다. 사실, 파라미터 값들은 결과적으로 모든 이용자들의 평균 ~46%가 피크 시간에 동시에 다운로드를 시도하고 비-피크 시간에 ~22%가 시도함을 보여준다(도 5 참조). 이 "2배 과장"은 의도적인 것이며 고속 연결이 아주 일반화 되어서 비디오 스트리밍과 같은 응용들이 매일 가정 활동에서 흔히 사용되는 미래 상황을 예상한 것이다. 그러나, 경합률의 증가에 평균 이용량의 감소가 수반되면 다른 보다 당대의 시나리오에 대한 상기 모델의 적용성을 감소시키지 않는다.

하루는 5분씩 288개의 주기로 나누어지며, 이는 시뮬레이션 결과와 일치시키기 위해 어떤 실질적인 구현도 우선순위가(그리고 그 결과 연결 속도가) 동일한 속도로 갱신되는 것을 필요로 한다는 것을 의미한다. 이용자의 "만족 지수"는 하루의 주기에 대해 평균치인, 유효 QoS와 기대 QoS 사이의 비율로서 정의된다. 기본적으로, 이용자(i)가 다운로드를 시도할 때마다 연결 속도가 최대(b_i/b_max=1)라면 이용자의 만족 지수는 1이다. 이 측정은 가입자가 활동적으로 사용하고 있지않은 기간 동안의 연결 속도는 상기 계산에 포함되지 않는다는 사실을 고려한다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 예를 들면, 높은 "비-피크" QoS는 역시 실제로 "비-피크"를 다운로드하는 이용자들에 의해 지각될 수 있을 뿐이며, 따라서 모집단(population)의 해당 서브-세트의 만족 지수를 증가시킬 뿐이다.

도 5에 도시된 아주 낮은 가변성(여기서 에러 막대는 표준편차를 가리킴)은 작은 규모의 시뮬리에션 모집단(1000 이용자)과 일일 변동("피크"와 "비-피크" 사이의 급격한 전환)의 가공하지 않은 모델링으로부터 얻어진다.

도 5로부터, "비-피크" 동안 조차도, 수요가 공급의 대략 2배가 되는 것이 명확하다(경합률 10:1에 대해 ~22% 이용자들이 다운로드를 시도함). 따라서 모든 이용자들이 자신의 접속이 최대 속도로 동작하기를 기대한다면, 특히 상기 모집단이 피크 시간에 2배 이상의 어떤 종류의 대역폭 소비 활동을 하고 있는 것을 고려하면, 모든 이용자들을 만족시키는 것은 불가능하다(선택된 파라미터 값에 대해). 그 결과는 필요용량/요구용량 사이에 그리고 가용용량/특성용량(attributable capacity) 사이에 전체적으로 좁힐 수 없는 차이가 있으며, 이것은 결국 고객들이 필연적으로 그들이 요구한 것보다 더 작은 대역폭을 얻는다는 것을 의미한다(도 6 참조).

도 6과 도 7은 24시간 동안 이용자가 얼마나 많은 용량을 요구하고 효과적으로 얻는지의 함수로서 이용자의 주파수 분포를 도시하며(도 6), 요구된 용량과 전체적인 만족 지수 사이의 상관관계를 도시한다(24시간 동안의 평균 QoS, 도 7참조). 시뮬레이션은 동시 온라인 이용자 모두에 대해 포화 효과의 동일한 분포를 가정한다(우선순위 없음).

그러나 실질적인 문제는, 동적 우선순위가 적용되지 않는 한, 과도한 이용은 이용자들의 이력이나 프로파일에 관계없이 아주 똑같은 방법으로 자원을 동시에 요구하는 모든 이용자들에게 영향을 미친다는 것이다. 상기 반갑지 않은 결과는 더 많이 요구하는 이용자들이 궁극적으로 보통의 대역폭 소비자들보다 더 나은 QoS를 누린다는 것이다. 이것은 단지 "굶주린" 가입자들이 상대적으로 낮은 "비-피크" 혼잡 수준에서 최고로 이득을 얻기 때문이며: 사실, 그들은 하루 24시간 동안 다운로드하는 이용자이다. 이에 비해, 웹을 가끔 여행하고 몇 번의 전화를 위해 비디오 회의를 하는 이용자는 서비스를 "피크" 시간에 보통 사용할 것이며, 네트워크는 대량의 "상시" 이용자뿐만 아니라 다른 "보통의" 소비자들에 의해서도 사용되고 있다. 이것은 ISP의 관점에서 이용량과 만족지수 사이에 완전히 잘못된 상관관계를 생성하며, 가장 바람직한 고객들에게 최악의 경험을 제공하고 반대로 가장 바람직하지 않는 고객에게 최상의 경험을 제공한다(도 9 참조). 요컨대, 모든 사람이 항상 괴로움을 겪으나, "바람직한" 브로드밴드 가입자들이 다른 가입자보다 더 심하다.

상기 문제는 이용자 프로파일의 분포가 대다수 이용자가 "보통의" 종류(이것이 보통의 경우이며, "공유지의 비극"의 무자비한 논리가 본질적으로 불안정하고 따라서 일시적인 상황을 만들더라도)에 속하는 경우라면 훨씬 심각하다. 그러면 강박적인 대역폭 소자들이 가장 만족할 뿐만 아니라(그리고 떠나거나 자제할 가능성도 가장 적음), 그들은 또한 소수이다. 분명히, 고정된 가격 모델에서, 이것은 소수의 대량 이용자의 경험을 향상시키기 위해 대다수 고객의 이익을 비자발적으로 희생하는 사업자들에게는 치명적이다.

만일 동적인 상대적 우선순위를 사용하면, (상술한 순위(rank)와 수식을 기초로 계산됨), 모든 것은 완전히 변한다. 물론, 공급과 수요는 동일하게 유지되기 때문에, 모든 사람이 항상 행복하기는 불가능하다. 그러나, 바람직한 행동에 대한 보상으로서 QoS를 분배함으로써, ISP들은 "보통의" 이용자들이 "굶주린" 이용자들보다 긍정적인 경험을 하는 것을 효과적으로 보장할 수 있다: 지난 24시간에 대해 기록된 도 8에 도시된 바와 같이, 이용량과 만족 지수 사이의 상관관계는 반대이며, 이것은 동적 우선순위가 개별 접속 속도를 이용자의 이력(총 유효 대역폭 소비)에 결부시키는데 사용될 때 요구 용량과 만족 지수 사이의 상관관계를 보여준다.

더구나, 평균 만족 지수는 또한 ~0.31부터 ~0.44까지 증가하며, 도 9에 도시된 주파수 분포를 비교함으로써 추론될 수 있는 바와 같이, 이것은 가입자의 주파수 분포를 두 개의 시나리오에 대해 그들의 만족 지수의 함수로서 보여준다. 상기 동적 우선순위를 적용할 때의 "더 평평한" 프로파일은 이용량과 평균적인 만족 사이의 강한 역의 상관관계로부터 발생한다. 이것은 자원의 양이 이전의 시나리오에서와 동일한 것을 고려하면 역설적으로 보이며, 그래서 역시 전체 수요도 같다. 대용량 대역폭 소비자들이 소수이고, 평균 만족에 관한 한, 모든 고객들이 동일한 가중치(모든 가입자가 각각 1 포인트의 가치를 가짐)를 갖는다는 사실을 고려하면 쉽게 이해될 것이다. 따라서 "보통의" 이용자들을 위해 다운로드 매니아에 간접적으로 벌칙을 부과함으로써, ISP들은 불행한 고객들보다 더 많은 행복한 고객들을 실제로 만들 수 있을 것이다. 간단히 말하면, 시뮬레이션 결과는, QoS가 증가될 수 있고 "네트워크에 바람직한" 이용자들이 격려를 받을 수 있으며 종량제 가격 모델로 전환하지 않고서도 강박적인 대역폭 소비자들이 중화될 수 있음을 보여준다.

끝으로 강조할 것은 상기한 "굶주린" 이용자는 결코 명백히 또는 영원히 차별되지는 않으며 여기서 설명된 동적 우선순위 모델은 오래 기억되지 않는다는 것이다. 대량의 데이터를 다운로드 하고 싶어하는 이용자가 "비-피크" 시간 동안에 그렇게 다운로드 하는 것을 아무것도 막을 수 없다. 사실, 이용자의 접속 속도는 돌이킬 수 없게 감소하지 않고 우선순위는 단지 상대적이며: "보통의" 이용자들이 서비스를 이용하지 않을 때, 대역폭을 가장 많이 소비하는 고객조차도 우수한 QoS를 경험할 수 있다. 상기 이용자는 다른 가입자에게 방해가 되는 것이 방지될 뿐이며 습관의 변화는 이용량 이력이 기록되는 시간 내에 - 상기한 실시예에서는 24시간임 - 순위의 승진으로서 보상받을 것이다.

Claims (8)

1. 통신 자원에 대한 액세스를 제어하는 방법에 있어서,

   복수의 이용자 각각에 가용한 최대 용량은 이전 기간 동안에 대한 상기 이용자 각각의 상기 자원의 이용량에 대해 역의 관계를 갖고,

   미리 결정된 기간 동안 상기 이용자 각각에 의한 자원의 이용량을 측정하는 단계,

   측정한 이용량에 따라 이용자들의 순위를 정하는 단계, 및

   상기 이용자들의 순위에 따라 각 이용자에게 제한 인자를 부여함으로써 각 이용자에게 자원의 가용도를 제한하는 단계를 포함하고,

   현재 용량을 요구하는 다른 이용자들의 이전 이용량에 대한, 현재 용량을 요구하는 이용자 각각의 이전 이용량에 따라, 총 가용 용량이 현재 용량을 요구하는 이용자들 사이에서 공유되는 것을 특징으로 하는 액세스 제어 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   인접하여 순위부여된 이용자들에 할당된 상기 제한 인자는 현재 용량을 요구하는 모든 이용자들에 대해 일정한 비율로 상이한 것을 특징으로 하는 액세스 제어방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 이전 기간에 대해 최소 이용량을 기록한, 현재 용량을 요구하는 이용자에 할당된 상기 제한 인자는 1인 것을 특징으로 하는 액세스 제어방법.
5. 통신 자원에 대한 액세스를 제어하는 장치에 있어서,

   복수의 이용자 각각에 대한 총 용량의 할당분이 이전 기간 동안에 대한 상기 이용자 각각의 상기 자원의 이용량에 대해 역의 관계를 갖도록 총 용량을 할당하는 수단,

   미리 결정된 기간에 대해 각 이용자의 자원 이용량을 측정하는 수단,

   측정된 이용량에 따라 이용자들에 순위를 부여하기 위해 정렬하는 수단,

   상기 순위에 따라 각 이용자에 대한 제한 인자를 계산하는 계산 수단, 및

   상기 제한 인자에 의해 결정된 정도까지 각 이용자에게 상기 자원을 가용하게 하는 액세스 제어수단을 포함하고,

   상기 할당하는 수단은 현재 용량을 요구하는 다른 이용자들의 이전 이용량에 대한, 현재 용량을 요구하는 이용자 각각의 이전 이용량에 따라, 총 가용 용량을 현재 용량을 요구하는 이용자들에게 분배하는 것을 특징으로 하는 액세스 제어장치.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,

   인터넷에 대한 액세스를 제어하는 서버에 연관된 모뎀과 연관된 것을 특징으로 하는 액세스 제어장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   인터넷 서비스 제공자에 대한 액세스를 제어하는 스위칭 시스템에 연관된 것을 특징으로 하는 액세스 제어장치.

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