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KR100920117B1 - 버스티한 트래픽 특성을 고려한 ｉｐ망의 링크 용량 설계 방법과 서비스 품질 검증방법 - Google Patents

버스티한 트래픽 특성을 고려한 ｉｐ망의 링크 용량 설계 방법과 서비스 품질 검증방법

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KR100920117B1
KR100920117B1 KR1020020059574A KR20020059574A KR100920117B1 KR 100920117 B1 KR100920117 B1 KR 100920117B1 KR 1020020059574 A KR1020020059574 A KR 1020020059574A KR 20020059574 A KR20020059574 A KR 20020059574A KR 100920117 B1 KR100920117 B1 KR 100920117B1
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traffic
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강규현
임미정
김현숙
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주식회사 케이티
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Abstract

본 발명은 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법에 관한 것으로서, 상기 링크에서 처리된 트래픽의 트래픽 데이터에 대하여 통계적 특성을 분석하는 제1 단계, 상기 분석된 통계적 특성에 기초하여 상기 링크에 부과된 버스티 요소를 결정하는 제2 단계, 및 상기 버스티 요소를 이용하여 상기 링크에 부과되는 설계 용량을 결정하는 제3 단계를 포함한다.
본 발명에 의하여 특정 링크에 대해서 소정의 예상 패킷 손실률, 및 장래에 링크에서 처리할 데이터량의 예측치가 주어지는 경우 장래의 상기 링크 용량을 용이하게 설계할 수 있다.

Description

버스티한 트래픽 특성을 고려한 ＩＰ망의 링크 용량 설계 방법과 서비스 품질 검증방법{Method for Dimensioning Link Capacity and verificating Service Qulity for IP Network with Bursty Traffic}
본 발명은 IP 망 설계 기술에 관한 것으로서, 특히 최선형(Best-Effort) 서비스를 제공하는 IP망 구성 링크에 부과되는 트래픽에 대해 일정한 정도의 손실율(α)을 고려하고 서비스를 제공하는 경우 장래에 필요할 것으로 예측되는 링크 용량을 설계하는 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 과거의 트래픽 데이터를 기반으로 병목 현상을 일으키는 링크를 검출하고 상기 링크가 소정의 서비스 품질(Quality of Service, 이하 QoS) 수준을 만족시키기 위하여 필요한 적정 용량을 산출하는 방법에 관한 것이다.
통신망을 구성하는 링크를 설계하기 위해서는 설계 목표시점에 그 링크에 부과되는 트래픽 양을 알아야 한다. 목표 시점에서 특정 링크에 부과되는 트래픽은 일반적으로 부과 트래픽 예측치의 평균값이 사용되는데, 평균값을 기준으로 한 링크 설계는 버스티한 데이터 트래픽에 대해 적절한 품질을 보장하지 못하는 문제점이 있다.
왜냐하면 IP 망에서 평균적인 링크 트래픽이 링크의 최대 대역폭을 초과하지 않더라도 트래픽의 변동 폭이 큰 경우에는 손실율이 목표 수준을 초과하게 되어 소정의 QoS 수준을 만족시킬 수 없기 때문이다.
따라서 어느 정도의 리던던시를 반영하는 형태로 링크를 설계하는 것이 일반적이다.
종래에도 이러한 특성을 고려하여 망의 안정성을 확보하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나 구체적으로 링크 용량을 산출하는 구체적인 방법은 아직 제시되지 않고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 최선형 서비스를 제공하는 IP 망에서 처리되는 트래픽에 대해서 소정의 패킷 손실율을 만족하도록 링크 용량을 산출하기 위한 링크 부과 트래픽의 통계적 특성 분석 방법을 제시한다.
본 발명은 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법에 관한 것으로서, 상기 링크에서 처리된 트래픽의 트래픽 데이터에 대하여 통계적 특성을 분석하는 제1 단계, 상기 분석된 통계적 특성에 기초하여 상기 링크에 부과된 버스티 요소를 결정하는 제2 단계, 및 상기 버스티 요소를 이용하여 상기 링크에 부과되는 설계 용량을 결정하는 제3 단계를 포함한다.
본 발명은 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법에 관한 것으로서, 소정의 링크에서 망 운용자가 지정한 링크의 유효용량을 상기 링크의 물리적인 최대 용량으로 나눈 값인 링크 운용률, 트래픽 데이터, 및 α(트래픽의 패킷 손실률)를 입력자료로 하여 상기 트래픽 데이터의 통계적 특성을 분석하는 제1 단계, 링크의 폭주 여부를 검증하는 제2 단계, 및 상기 제2 단계에서 폭주하는 것으로 검증된 링크의 적정 용량을 결정하는 제3 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일반적인 IP 망을 나타낸다.
가입자는 접속회선(11)을 통하여 가입자 수용 라우터(12)에 연결된다. IP 망에는 백본망 라우터(13), 서비스 PoP용 라우터(14) 등과 같은 다양한 용량의 라우터가 존재한다.
이들 라우터는 링크(15, 16, 17)를 통하여 서로 연결되며 본 발명은 이들 링크의 용량을 설계하는 방법 및 링크의 서비스 품질을 검증하는 방법에 관한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 IP 망의 링크 용량 설계 방법을 나타낸다.
본 방법에서는 과거에 추출한 데이터를 이용해서 소정의 패킷 손실률(이하, α) 이하로 폭주가 일어나는 신뢰구간을 설정하여 이를 소정의 통계적인 방법으로 수치화한 버스티 요소를 결정하고, 버스티 요소를 향후 링크에 부과될 데이터량의 예측값과 곱하여 링크 용량을 설계한다.
각 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선 과거 일정 기간 동안의 트래픽 데이터를 추출한다(S100). 본 실시예에서는 최근 몇 달 동안 링크에 부과된 일별 최번시 데이터량을 입력자료로 한다.
일별 최번시 데이터량이란 링크에서 하루중 시간대별로 조사한 상향 및 하향 데이터량 중에서 가장 큰 값을 말한다. 본 실시예에서 사용한 트래픽 데이터는 표1과 같다.
[표 1]
날짜 최번시 데이터량(Kbytes)
상향 하향 최대치
20020501 21 1.91361E+11 6.95834E+11 6.95834E+11
20020502 21 1.95303E+11 7.20316E+11 7.20316E+11
20020503 21 1.82244E+11 7.92388E+11 7.92388E+11
20020504 15 1.75725E+11 7.88808E+11 7.88808E+11
20020505 20 1.77088E+11 7.17853E+11 7.17853E+11
20020506 22 1.97159E+11 7.65117E+11 7.65117E+11
20020507 22 2.03855E+11 7.43338E+11 7.43338E+11
20020508 22 2.05339E+11 7.60705E+11 7.60705E+11
20020509 21 1.86646E+11 7.5558E+11 7.5558E+11
20020510 22 1.97255E+11 7.73797E+11 7.73797E+11
20020511 21 1.94579E+11 8.00409E+11 8.00409E+11
20020512 21 1.8802E+11 7.4078E+11 7.4078E+11
20020513 00 1.57386E+11 5.5397E+11 5.5397E+11
20020514 21 1.92494E+11 6.56121E+11 6.56121E+11
20020515 14 1.97827E+11 9.04347E+11 9.04347E+11
20020516 22 1.98918E+11 7.87463E+11 7.87463E+11
20020517 22 1.96428E+11 7.93882E+11 7.93882E+11
20020518 20 2.02364E+11 8.49145E+11 8.49145E+11
20020519 20 2.08414E+11 7.62862E+11 7.62862E+11
20020520 00 1.69764E+11 5.7898E+11 5.7898E+11
20020521 21 1.91758E+11 8.09584E+11 8.09584E+11
20020522 21 1.89871E+11 7.08946E+11 7.08946E+11
20020523 21 1.92614E+11 7.38847E+11 7.38847E+11
20020524 21 1.8872E+11 7.39132E+11 7.39132E+11
20020525 21 1.77174E+11 7.59936E+11 7.59936E+11
20020526 22 1.73847E+11 5.1538E+11 5.1538E+11
20020527 22 1.67742E+11 5.12798E+11 5.12798E+11
20020528 21 1.73245E+11 5.20419E+11 5.20419E+11
20020529 21 1.68093E+11 6.28599E+11 6.28599E+11
20020530 22 1.73616E+11 7.78221E+11 7.78221E+11
20020531 23 1.73912E+11 7.4135E+11 7.4135E+11
이와 같은 데이터는 SNMP(simple network management protocol)를 이용하여 각 라우터에서 측정할 수 있다. 특정일의 트래픽 자료는 해당일의 상향 최번시 데이터량과 하향 최번시 데이터량을 각각 나타내며, 상향 최번시와 하향 최번시는 서로 다를 수 있다. 최대치는 상향 최번시 데이터량과 하향 최번시 데이터량 중에서 큰 값을 나타낸다.
트래픽 데이터를 분석하는 단계(S200)에서는 트래픽 데이터를 참조하여 한 달 동안의 일별 최번시 데이터량의 평균, 표준 편차, 및 중간값을 산출한다.
다음 단계에는 일별 데이터량들로부터 신뢰구간의 상한값을 구하고 이를 이용하여 버스티 요소를 결정한다.
패킷 손실률이 α이므로 신뢰구간은 (100-α)%의 확률을 갖는 영역이 된다. 신뢰구간의 상한값은 트래픽 데이터의 분포에 따라 달리 결정한다(S300). 참고로, 패킷 손실률을 나타내는 α의 단위는 % 이고, 범위는 0≤α≤100 이다.
상기 트래픽 데이터의 분포가 정규분포에 근사한 경우(S310)에는 신뢰구간의 상한값은 표준 정규 분포에서 P(Z > zα/2) = α/2를 만족시키는 zα/2를 이용하여 결정한다.
이 값을 실제 정규분포에서의 값으로 환산한 값이 신뢰구간의 상한값으로서 그 값은 { 평균+ zα/2 ×(표준편차)}가 된다. 신뢰구간의 상한값을 S200 단계에서 산출된 한달 동안의 일별 최번시 데이터량의 평균으로 나눈 값이 버스티 요소로 결정된다(S400).
상기 트래픽 데이터의 분포가 정규분포에 가깝지 않은 경우에는 비모수 방법(Nonparametric Procedure)에 의해 (100-α)신뢰 구간을 결정한다(S320).
이 경우 버스티 요소는 위 신뢰 구간의 상한값을 S200 단계에서 산출된 트래픽 데이터의 중간값으로 나눈 값이 된다(S500).
참고로 비모수 방법이란 모수(parameter)에 대한 어떠한 가정(주로 모집단의 분포에 대한 가정)도 하지 않고 가설 검증을 수행하는 통계적인 방법의 하나이다.
비모수 방법에서 가설 검증을 위해 사용되는 통계량은 순서(rank)통계량이고, 가장 많이 사용되는 통계치는 중간값이다. 모집단의 중앙값에 대한 가설 검증을 하고 아울러 신뢰구간을 구할 수 있는 데, 가장 많이 이용되는 방법으로는 Sign Test(또는 Ranked sign test)가 있다.
비모수 방법은 일반적으로 사용되는 통계학적인 방법으로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 표 1에 나타난 데이터량의 분포를 나타낸 그래프이다. 본 데이터는 정확히 정규분포와 일치하지는 않으나 정규분포에 근사한 분포를 나타내고 있음을 알 수 있다. 전술한 방법으로 버스티 요소를 구한 결과는 아래의 표2와 같다.
[표 2]
평균 표준편차 신뢰구간 상한치 버스티 요소
7.22416E+11 97812310811 1.02466E+12 1.42
제3 단계에서는 버스티 요소를 이용하여 링크의 설계 용량을 결정한다. 본 실시예에서는 버스티 요소와 링크에 부과될 데이터량의 예측치를 곱하여 링크의 설계 용량을 결정한다(S600).
링크에 부과될 데이터량의 예측치란 장래의 서비스 수요를 예측하여 설정한 데이터량을 의미한다.
도 4는 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법을 나타내는 순서도이다.
제1 단계에서는 일정한 기간동안 측정한 트래픽 데이터, 패킷 손실률, 망 운용자가 정하는 링크 운용률을 입력받고, 트래픽 데이터를 분석한다(S10). 링크 운용률이란 망 운용자가 지정한 링크의 유효용량을 상기 링크의 물리적인 최대 용량으로 나눈 값이다.
제2 단계에서는 상기 분석 결과를 이용하여 링크에서 처리하는 데이터량을 통계적인 방법으로 처리하여 각 링크가 서비스 품질 수준을 만족시키는지 검증을 수행한다(S20).
제3 단계에서는 상기 서비스 품질 수준을 만족시키지 못하는 링크에 대하여 상기 링크가 소정의 서비스 품질 수준과 링크의 운용률을 동시에 만족시키기 위한 적정 데이터량을 산출한다(S30).
도 5는 트래픽 데이터의 통계적 특성을 분석하는 과정을 나타낸다.
본 과정에서는 망 운용자가 정한 링크 운용률을 기준으로 링크의 유효용량(E)을 산출한다(S11). 링크의 유효용량은 E = (최대 링크 용량) × (링크 운용률)로 결정된다. 이 값이 개별 링크에 있어서 실질적인 최대 용량이 된다.
링크 운용률이란 전술한 바와 같이 링크의 최대 용량(대역폭)내에서 망 운용자가 정하는 실제 링크의 유효용량의 비율인데 링크 운용률이 100%이면 물리적인 링크의 용량을 모두 사용하는 경우이다.
본 실시예에서의 통계적 특성 분석은 트래픽 데이터의 평균과 표준편차를 분석하는 과정이다(S12, S13). n을 트래픽 측정일수, xi를 일별 최번시 트래픽이라고 하는 경우 평균(B)과 표준편차(D)는 다음 수식으로 표현된다.
[수학식 1]
[수학식 2]
도 6은 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법에서 링크의 서비스 품질을 검증하는 단계와 링크의 소요 용량을 결정하는 과정을 나타낸 순서도를 나타낸다.
단계 S21에서는 서비스 품질 목표 수준인 패킷 손실률이내의 구간에 대하여 가우시안 근사식을 이용하여 한계계수(X)를 산출한다. X = {(1-패킷 손실률)의 신뢰구간의 상한값 - B} / D 로 결정된다.
단계 S22는 링크의 폭주확률을 검증하는 단계로서 링크의 유효용량(E)이 조건식 E > B + XD를 만족하는지 여부를 판단한다. 조건식을 만족한다면 그 링크는 서비스 품질 목표 수준을 만족하는 링크이다.
조건식을 만족하지 않는 경우는 해당 링크가 QoS를 만족하지 못하는 병목링크이다.
병목 링크에 대해서는 서비스 품질 수준을 만족시키기 위한 필요 링크 용량(Y)을 산출한다(S31).
필요한 링크 용량은 Y = (B + XD)/(링크 운용률)로 주어지고 이는 소정의 서비스 품질 수준을 만족시키기 위한 최소 대역폭이 된다.
본 발명에 의하여 특정 링크에 대해서 소정의 예상 패킷 손실률, 및 장래에 링크에서 처리할 데이터량의 예측치를 결정하는 경우 용이하게 장래의 링크 용량을 설계할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하여 소정의 서비스 품질을 기준으로 하여 운용중인 링크의 폭주여부를 검증할 수 있으며, 폭주되는 링크에 대해서는 상기 서비스 품질을 만족시키기 위해 필요한 링크 용량을 용이하게 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로서 당업자는 특허청구범위의 기술적 사상을 통해 실시예의 다양한 수정 및 변경이 가능하며, 이러한 수정 및 변경은 특허청구범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 링크 용량 설계를 위해 사용되는 IP 망의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 IP 망 링크 용량 설계 방법을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명에 의한 실시예에서 사용한 트래픽 데이터 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법에서 트래픽 데이터를 분석하는 과정을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명에 의한 IP 링크의 서비스 품질 검증 방법에서 링크의 서비스 품질을 검증하는 단계와 링크의 소요 용량을 결정하는 과정을 나타낸 순서도.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법에 있어서,
    상기 링크에서 처리된 기설정 기간 동안의 일별 최번시 데이터량인 트래픽 데이터의 평균, 표준편차 및 중간값을 결정하는 제1 단계;
    상기 결정된 트래픽 데이터의 평균, 표준편차 및 중간값에 기초하여 상기 링크에 부과된 버스티 요소를 결정하는 제2 단계; 및
    상기 버스티 요소와 상기 링크의 평균 데이터량의 예측치를 곱하여 상기 링크에 부과되는 설계 용량을 결정하는 제3 단계를 구비하고,
    상기 제2 단계는
    상기 트래픽 데이터가 정규분포로 근사될 수 있는지 검토하는 단계,
    상기 트래픽 데이터가 정규분포로 근사될 수 있는 경우에는 {(1-α)신뢰구간의 상한값}/(상기 트래픽 데이터의 평균값)을 버스티 요소로 결정하고, 상기 트래픽 데이터가 정규분포로 근사될 수 없는 경우에는 {(1-α)신뢰구간의 상한값}/(상기 트래픽 데이터의 중간값)을 버스티 요소로 결정하는 단계
    를 포함하며, 이때 상기 α는 트래픽의 패킷 손실률을 나타내는 것을 특징으로 하는 IP 망의 링크 용량 설계 방법.
  5. 삭제
  6. 복수의 링크를 포함하는 IP 망의 서비스 품질 검증 방법에 있어서,
    상기 링크에서 망 운용자가 지정한 링크의 유효용량을 상기 링크의 물리적인 최대 용량으로 나눈 값인 링크 운용률, 상기 링크에 처리된 기설정 기간 동안의 일별 최번시 데이터량인 트래픽 데이터, 및 α(트래픽의 패킷 손실률)를 입력자료로 하여 상기 트래픽 데이터의 평균, 표준 편차, 및 중간값을 결정하는 제1 단계;
    링크의 유효용량(E)의 조건식 만족 여부를 근거로 폭주 여부를 검증하는 제2 단계; 및
    상기 제2 단계에서 폭주하는 것으로 검증된 링크의 링크 용량을 산출하는 제3 단계를 구비하고,
    상기 제2 단계에서 상기 조건식은
    E > B × XD 이고, (E: 링크의 유효용량, B: 평균, X: 한계 계수, D: 표준편차 임) 이고,
    상기 제3 단계에서 링크 용량은
    Y = (B + XD)/(링크 운용률) 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는
    IP 망의 서비스 품질 검증 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 일별 최번시 데이터량인 트래픽 데이터는 상기 링크에서의 시간대별 상향 및 하향 데이터량 중에서 가장 큰 값을 의미하는 것을 특징으로 하는 IP 망의 서비스 품질 검증 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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1996.12.30, 한남대학교, 김세열, ATM교환시스템에서의 구현성을 고려한 접속제어 알고리즘 개발. 1부. *
1996.12.30, 한남대학교, 김세열, ATM교환시스템에서의 구현성을 고려한 접속제어 알고리즘 개발. 1부.*

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