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KR102359833B1 - 네트워크 제어장치 및 네트워크 제어장치의 동작 방법 - Google Patents

네트워크 제어장치 및 네트워크 제어장치의 동작 방법 Download PDF

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KR102359833B1
KR102359833B1 KR1020210114013A KR20210114013A KR102359833B1 KR 102359833 B1 KR102359833 B1 KR 102359833B1 KR 1020210114013 A KR1020210114013 A KR 1020210114013A KR 20210114013 A KR20210114013 A KR 20210114013A KR 102359833 B1 KR102359833 B1 KR 102359833B1
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KR
South Korea
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network
dedicated network
available
virtual dedicated
network slice
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Active
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KR1020210114013A
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English (en)
Inventor
김영재
김동균
Original Assignee
(주)트렌토 시스템즈
한국과학기술정보연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 셀 본 발명은, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 종단간(End-to-End) 가상 전용 네트워크 슬라이스를 사설망 및 공중망의 유무선 네트워크 전 구간에 걸쳐 동적으로 구축하기 네트워크 제어장치 및 네트워크 제어장치의 동작 방법에 관한 것이다.

Description

네트워크 제어장치 및 네트워크 제어장치의 동작 방법{NETWORK CONTROLLING APPARATUS, AND METHOD THEREOF}
본 발명은, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 종단간(End-to-End) 가상 전용 네트워크 슬라이스를 사설망 및 공중망의 유무선 네트워크 전 구간에 걸쳐 동적으로 구축하기 위한 방안에 관한 것이다.
4G 네트워크는 모든 서비스에 동일한 네트워크를 사용하면서 노드마다 전송경로를 결정하고 간섭하는 네트워크인 관계로 초고속 저지연 네트워크 구현이 불가능하다.
반면, 5G 네트워크는 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 집중화가 이루어짐에 따라, 노드의 전송경로를 결정하는 처리 시간을 단축시켜 초고속 저지연 네트워크 구현이 가능하다.
한편, 최근에는 5G 기술이 다양한 산업 분야로 확산되면서 예컨대, 스마트 팩토리, 및 스마트 오피스와 같은 5G 사설망 구축이 가속화되어 가고 있다.
하지만, 현재의 5G 사설망 시스템은 소프트웨어 정의 네트워크를 기반으로 하는 5G 네트워크의 특징인 개방성과 네트워크 장치 벤더로부터의 종속성을 극복할 수 있는 장점을 가짐에도 불구하고 기존의 공중망의 형태를 벗어나지 못하고 있다.
다시 말해, 공중망 기반의 시스템 구축에 따른 복잡한 구성과 비용 그리고 운영의 어려움으로 인해 5G 사설망 보급에 한계를 보이고 있는 것이다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 종단간(End-to-End) 가상 전용 네트워크 슬라이스를 사설망 및 공중망의 유무선 네트워크 전 구간에 걸쳐 동적으로 구축하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치는, 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 요구되는 경우, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속하는 호스트를 기준으로 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리를 생성하는 생성부; 및 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간의 패킷 발생 시, 상기 전용 네트워크 트리에 기초한 패킷 전달 경로를 지시하는 오픈플로우 규칙을 결정하여, 상기 오픈플로우 규칙에 따라서 패킷이 전달되도록 하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다
구체적으로, 상기 전용 네트워크 트리는, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 코어 네트워크 구간에 대해서 구축되는 유선 서브 네트워크와, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 무선 액세스 네트워크 구간에 대해서 구축되는 무선 서브 네트워크를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성부는, 상기 코어 네트워크 구간에서 패킷이 전달되는 노드 중, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 유선 링크인 가용 링크를 가진 유효 노드가 존재하는 경우, 상기 유효 노드와 상기 유효 노드가 가지는 가용 링크를 기반으로 상기 유선 서브 네트워크를 구축할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성부는, 상기 유효 노드가 가지는 상기 가용 링크가 2 이상인 경우, 상기 2 이상의 가용 링크 중 최소 대역폭의 가용 링크를 제외한 나머지 가용 링크를 상기 유선 서브 네트워크로부터 제외시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 생성부는, 상기 무선 액세스 네트워크 구간의 무선 액세스 포인트 중 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널인 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 경우, 상기 유효 무선 액세스 포인트와 상기 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 가용 채널을 기반으로 상기 무선 서비스 네트워크를 구축할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성부는, 상기 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 상기 가용 채널이 2 이상인 경우, 상기 2 이상의 가용 채널 중 최소 대역폭의 가용 채널을 제외한 나머지 가용 채널을 상기 무선 서브 네트워크로부터 제외시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 생성부는, 상기 유효 무선 액세스 장치가 존재하지 않은 경우, 상기 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유된 점유 채널의 잔여 대역폭이 상기 기준 대역폭 이상인 가용 무선 액세스 장치와 상기 가용 무선 액세스 장치의 점유 채널을 기반으로 상기 무선 서브 네트워크를 구축할 수 있다.
구체적으로, 상기 전용 네트워크 트리에는, 상기 코어 네트워크 구간과 상기 무선 액세스 네트워크 구간의 경계에 위치한 기지국이 포함되며, 상기 기지국은, 상기 코어 네트워크 구간에서 무선 액세스 네트워크 전용의 오픈플로우 스위치 역할을 하는 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트, 및 상기 무선 액세스 네트워크 구간에서 단말 접속이 이루어지고 상기 오픈플로우 디지털 네트워크 유니크와는 이더넷 프로토콜로 연결되는 무선 액세스 포인트인 2 이상의 개방형 무선 액세스 포인트를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치의 동작 방법은, 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 요구되는 경우, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속하는 호스트를 기준으로 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리를 생성하는 생성단계; 및 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간의 패킷 발생 시, 상기 전용 네트워크 트리에 기초한 패킷 전달 경로를 지시하는 오픈플로우 규칙을 결정하여, 상기 오픈플로우 규칙에 따라서 패킷이 전달되도록 하는 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 전용 네트워크 트리는, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 코어 네트워크 구간에 대해서 구축되는 유선 서브 네트워크와, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 무선 액세스 네트워크 구간에 대해서 구축되는 무선 서브 네트워크를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성단계는, 상기 코어 네트워크 구간에서 패킷이 전달되는 노드 중, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 유선 링크인 가용 링크를 가진 유효 노드가 존재하는 경우, 상기 유효 노드와 상기 유효 노드가 가지는 가용 링크를 기반으로 상기 유선 서브 네트워크를 구축할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성단계는, 상기 무선 액세스 네트워크 구간의 무선 액세스 포인트 중 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널인 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 경우, 상기 유효 무선 액세스 포인트와 상기 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 가용 채널을 기반으로 상기 무선 서비스 네트워크를 구축할 수 있다.
이에, 본 발명의 네트워크 제어장치 및 네트워크 제어장치의 동작 방법에 의하면, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 오픈플로우(Openflow) 기술을 적용하여, 유무선 네트워크 전구간에 걸친 종단간(End-to-End) 가상 전용 네트워크 슬라이스를 구축하는 것이 가능해지므로, 5G 사설망의 보급 확대에 크게 기여할 수 있다. 또한, 오픈플로우 기술의 적용에 따라 각 가상 전용 네트워크 슬라이스마다 완벽한 격리가 가능해지게 되어 이를 통한 보안 확보 및 초저지연 성능의 보장할 수 있고, 그 밖에 리소스 추가 없이도 네트워크 자원을 효율적으로 운용할 수 있으므로 망 운용에 따른 비용 절감의 효과 또한 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 네트워크 슬라이싱 플랫폼 환경에 관한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 분리 구조를 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치의 개략적인 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유선 서브 네트워크 구축 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 서브 네트워크 구축 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷 전달 형태를 설명하기 위한 예시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 오픈플로우(Oftenflow) 기술을 다룬다.
한편, 최근에는 5G 기술이 다양한 산업 분야로 확산되면서 예컨대, 스마트 팩토리, 및 스마트 오피스와 같은 5G 사설망 구축이 가속화되어 가고 있다.
하지만, 현재의 5G 사설망 시스템은 소프트웨어 정의 네트워크를 기반으로 하는 5G 네트워크의 특징인 개방성과 네트워크 장치 벤더로부터의 종속성을 극복할 수 있는 장점을 가짐에도 불구하고 기존의 공중망의 형태를 벗어나지 못하고 있다.
다시 말해, 공중망 기반의 시스템 구축에 따른 복잡한 구성과 비용 그리고 운영의 어려움으로 인해 5G 사설망 보급에 한계를 보이고 있는 것이다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는, 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스를 사설망 및 공중망의 유무선 네트워크 전 구간에 걸쳐 동적으로 구축할 수 있는 새로운 방안을 제안하고자 한다.
이와 관련하여, 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 네트워크 슬라이싱 플랫폼 환경을 예시적으로 보여주고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 슬라이싱 플랫폼 환경에는, 단말(UE)의 무선 접속이 이루어지는 기지국(100), 및 어플리케이션서버(200)와의 연계로 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축하는 네트워크 제어장치(300)가 포함될 수 있다.
한편, 5G 이후 코어 네트워크는 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 지능형 네트워크로 빠르게 전화되고 5G의 필수 서비스인 네트워크 슬라이싱의 적용을 위해서는 기존 비면허 주파수 대역을 사용하는 장치 또한 컨트롤 플레인(CP, Control Plane)과 유저 데이터 플레인(UP: User Plane)으로 분리되어야 하며, 빠른 이동성을 보장을 위한 구조로 변환될 필요가 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(100)은 코어 네트워크 구간(국사)에서 무선 액세스 네트워크 전용의 오픈플로우 스위치 역할을 하는 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와, 무선 액세스 네트워크 구간에서 단말(UE)과 다중 무선 링크로 연결되는 개방형 무선 액세스 포인트(120)를 포함하는 기능 단위 별 장치로 분리된 특성을 가진다.
오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)는 코어 네트워크 구간(국사)에 다수가 클라우드(Cloud) 형태로 집중화되어 설치되며, 하나의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)에는 다수의 개방형 무선 액세스 포인트(120)가 이더넷 프로토콜로 연결된다.
특히, 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)는 기존 오픈플로우 스위치가 가지는 무선 장치와의 연동 및 이동성 제어의 한계를 극복하기 위해 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 네트워크 제어장치(300)와의 제어 인터페이스를 위한 'OpenFlow Channel', 이동성을 감지하여 고속 핸드오프를 지원하기 위한 위한 'Mobility', 개방형 무선 액세스 포인트(120)의 제어 및 관리를 위한 'AP Agent'를 포함하는 제어 플레인(CP, Control Plane)과, 그리고 데이터 전송을 위한 'OpenFlow table', 개방형 무선 액세스 포인트(120)의 접속 및 데이터 전송을 위한 'Ethernet PHY'를 포함하는 유저 데이터 플레인(UP, User Data Plane)으로 구성된다.
이와 관련하여, 개방형 무선 액세스 포인트(120)는 기존 L3 이상 레이어 기능인 네트워크 기능들이 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)로 집중화되었기 때문에, 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와의 연결을 위한'Ethernet PHY'와 데이터 전송을 위한'Radio Circuit'만으로 구성된다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(100)은, 네트워크 기능들이 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)에 집중되어 코어 네트워크 구간(국사)에 설치가 되므로 고장 대처와 업그레이드가 용이해지며, 개방형 무선 액세스 포인트(120)의 제어가 가능해짐에 따라 개방형 무선 액세스 포인트(120)에 대한 네트워크 슬라이싱 서비스를 구현할 수 있고, 또한, 개방형 무선 액세스 포인트(120)와 접속된 단말(MAC 주소)의 이동을 자동으로 감지할 수 있으므로, L2 계층에서의 고속 핸드오프 또한 지원할 수 있다.
아울러, 개방형 무선 액세스포인트(120)는 기존보다 장치의 구조가 하드웨어 적인 측면과 소프트웨어 적인 측면 모두 단순해지기 때문에 고장 발생 확률이 줄어들고 유지보수 비용이 절감되며 하드웨어 장치 제조사의 종속성에서도 벗어날 수 있다.
어플리케이션서버(200)는 네트워크 제어장치(300)에서 요구되는 네트워크 기능을 어플리케이션 형태로 가상화하여 제공하는 서버를 일컫는 것으로서, 예컨대, 전용 네트워크 슬라이스의 동적 구축(생성, 갱신, 삭제)을 위한 어플리케이션과, 이동성 관리(추적, 제어)를 위한 어플리케이션, 그리고 개방형 무선 액세스 포인트(120)의 관리 및 네트워크 기능 가상화 서비스를 위한 어플리케이션 등이 제공될 수 있다.
네트워크 제어장치(300)는 어플리케이션서버(200)에서 제공하는 전술의 어플리케이션 기반 네트워크 기능을 통해서 유무선 네트워크 전반에 걸친 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축, 가상 전용 네트워크 슬라이스 별 패킷 전달, 및 이동성 관리 등의 제어를 담당하는 장치를 일컫는다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 네트워크 슬라이싱 플랫폼 환경에서는, 전술한 구성을 통해서 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스를 사설망 및 공중망의 유무선 네트워크 전 구간에 걸쳐 동적으로 구축하여 운용할 수 있는데, 이하에서는 이를 실현하기 위한 네트워크 제어장치(300)의 구성을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치(300)의 개략적인 구성을 보여주고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치(300)는 전용 네트워크 트리를 생성하는 생성부(310), 및 패킷 전달을 위한 오픈플로우 규칙을 결정하는 결정부(320)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
이러한, 네트워크 제어장치(300)의 전체 구성 내지는 적어도 일부의 구성은 하드웨어 모듈 형태 또는 소프트웨어 모듈 형태로 구현되거나, 내지는 하드웨어 모듈과 소프트웨어 모듈이 조합된 형태로도 구현될 수 있다.
여기서, 소프트웨어 모듈이란, 예컨대, 네트워크 제어장치(300) 내에서 연산을 처리하는 프로세서에 의해 실행되는 명령어로 이해될 수 있으며, 이러한 명령어는 네트워크 제어장치(300) 내 별도 메모리에 탑재된 형태를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치(100)는 전술한 구성 이외에, 전용 네트워크 트리를 구성하는 기지국(100)의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 기존 오픈플로우 스위치, 및 어플리케이션서버(200)와의 통신 기능을 담당하는 통신부(330)를 더 포함하는 구성을 가질 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치(300)는 전술한 구성을 통해서 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스를 사설망 및 공중망의 유무선 네트워크 전 구간에 걸쳐 동적으로 구축하여 운용할 수 있는데, 이하에서는 이를 실현하기 위한 네트워크 제어장치(300) 내 각 구성에 대해 보다 구체적인 설명을 이어 가기로 한다.
생성부(310)는 전용 네트워크 트리를 생성하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 생성부(310)는 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 요구되는 경우, 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속하는 호스트를 기준으로 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리를 생성하게 된다.
이와 관련하여, 전용 네트워크 트리 생성에는, 전체 물리 네트워크 토폴로지, 전용 네트워크 슬라이스에 참여하는 단말(UE)의 식별자, 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭, 및 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 연결된 개방형 무선 액세스 포인트(120)에 대한 리소스 정보 등이 참조될 수 있는데, 이러한 정보는 어플리케이션서버(200)를 통해서 획득될 수 잇다.
이때, 생성부(310)는 가상 전용 네트워크 슬라이스의 코어 네트워크 구간과 무선 액세스 네트워크 구간을 구분하여 전용 네트워크 트리를 생성한다.
다시 말해, 생성부(310)는 가상 전용 네트워크 슬라이스의 코어 네트워크 구간에 대한 유선 서브 네트워크를 구축하고, 이어서 무선 액세스 네트워크 구간에 대한 무선 서브 네트워크를 구축하는 방식으로 전용 네트워크 트리 생성을 완료할 수 있다.
먼저, 생성부(310)는 코어 네트워크 구간에서 패킷이 전달되는 노드 중, 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 유선 링크인 가용 링크를 가진 유효 노드가 존재하는 경우, 이러한 유효 노드와 해당 유효 노드가 가지는 가용 링크를 기반으로 유선 서브 네트워크를 구축할 수 있다.
참고로, 이와 같이 유선 서브 네트워크 구축에 반영되는 노드란, 코어 네트워크 구간에서 목적지 주소 또는 출발지 주소가 할당될 수 있는 호스트와, 기지국(100)의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 그리고 기존 오픈플로우 스위치로 이해될 수 있다.
이와 관련하여 도 4에는 이러한 유선 서브 네트워크를 구축하는 과정을 예시적으로 보여주고 있다.
도 4를 참조하면, 코어 네트워크 구간에서의 물리적인 네트워크의 경우, 패킷이 전달되는 노드는 'V'로 이러한 노드 'V'가 가지는 유선 링크는 ‘E’로 명명한 “G(V, E)”의 형태로 표현될 수 있다.
이 중 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구하는 기준 대역폭 이하의 자원을 지닌 링크와 이미 다른 가상 전용 네트워크 슬라이스에 의하여 점유된 링크는 트리 구성을 위한 "G(V, E)"에서 제외된다.
그리고 이 때, 하나 이상의 가용 링크를 가지지 못한 오픈플로우 스위치 또한 불필요하므로 유선 서브 네트워크에서 제외한다.
한편, 호스트들 간의 패킷 전송 경로 상에 호스트가 포함되지 않으므로 모든 호스트들과 호스트-액세스 오픈플로우 스위치 사이의 링크 또한 G(V, E)에서 제외한다.
다만 가상 전용 네트워크 슬라이스에 참여하는 호스트들의 액세스 오픈플로우 스위치를 트리에 포함시킴으로써, 결과적으로 가상 전용 네트워크 슬라이스의 참여 호스트들 간의 패킷 전송을 보장한다.
즉, 전용 네트워크 트리 생성의 시간 복잡도를 낮추기 위한 유선 서브 네트워크는 "G’(V’, E’)"의 형태로 구축될 수 있는 것이다.
여기서, 'V"는 하나 이상의 가용 링크를 지닌 노드인 유효 노드를 말하며 'E"는 유효 노드가 가지고 있는 가용 링크를 말한다.
다만, 예컨대, 10G의 기준 대역폭을 요구하는 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축 시 참여 호스트의 액세스 오픈플로우 스위치가 ‘V"에 포함될 수 없다면 원천적으로 해당 호스트에 관한 기준 대역폭을 보장할 수 없기 때문에 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축은 그 즉시 종료하고 실패 관련 절차를 수행함이 바람직하다.
한편, 실제 물리적인 네트워크에서 오픈플로우 스위치 사이의 링크는 다양한 대역폭을 지닌 다중 링크로 구성된다.
하지만 전용 네트워크 트리 생성 속도를 향상시키기 위해선 가상 전용 네트워크 슬라이스 상의 임의의 오픈플로우 스위치 간에 기준 대역폭을 만족하는 단 하나의 링크만을 할당하여 사용할 필요가 있다.
이와 관련하여, 다중 링크로 구성된 물리 네트워크 토폴로지를 단일 링크로 추상화하여 네트워크의 형태를 단순화함으로써 트리 생성 속도를 향상시킬 수 있다.
이때, 다중 링크로부터의 단일 링크 선택은 유선 서브 네트워크 "G’(V’, E’)"에서 임의의 오픈플로우 스위치 사이에 남은 가용 링크 중 최소의 대역폭을 지닌 단 하나의 가용 링크만을 남기고 나머지 가용 링크를 유선 서브 네트워크로부터 제외함으로써 이뤄진다.
참고로, 이와 같은 다중 링크의 단일화 과정은 예컨대, 도 5에서와 같은 형태로 도식화될 수 있다.
나아가, 생성부(310)는 유선 서브 네트워크의 구축이 완료되면, 무선 액세스 네트워크 구간의 개방형 무선 액세스 포인트(120) 중 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널인 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 경우, 이러한 유효 무선 액세스 포인트와 해당 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 가용 채널을 기반으로 무선 서비스 네트워크를 구축할 수 있다.
다만, 생성부(310)는 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 않는 경우에는, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유된 점유 채널의 잔여 대역폭이 기준 대역폭 이상인 가용 무선 액세스 장치와 해당 가용 무선 액세스 장치의 점유 채널을 기반으로 상기 무선 서브 네트워크를 구축할 수 있다.
가령, 40G를 지닌 링크 L이 10G를 요구하는 A라는 타 가상 전용 네트워크 슬라이스에 점유 되어있는 경우 30G의 잔여 대역폭이 존재하므로 그 이하의 대역폭을 요구하는 새로운 가상 전용 네트워크 슬라이스의 트리 생성을 위하여 해당 링크를 무선 서브 네트워크에 포함시킬 수 있는 것이다.
단, 이처럼 링크 공유 시에는, 가상 전용 네트워크 슬라이스 사이의 간섭을 피하기 위하여 약간의 가드 밴드를 설정할 필요가 있다.
한편, 무선 서비스 네트워크의 대역폭은, 유무선 네트워크 전 구간에 걸친 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축을 위해서 기준 대역폭 이상이며, 유선 서브 네트워크와 동일하거나 작게 결정될 필요가 있는데, 이는 아래 [수식 1]과 같이 표현될 수 있다.
[수식 1]
기준 대역폭(BU) ≤ 무선 서브 네트워크 대역폭(BR) ≤ 유선 서브 네트워크 대역폭(BN)
또한, 이처럼 무선 서브 네트워크의 대역폭(BR)이 결정되면, 현재 리소스로 고객이 요구하는 최대 전송 서비스 속도(기준 대역폭)를 보장할 수 있는 기지국 또는 채널(셀)을 찾아내어 리소스를 배정하여야 한다.
이와 관련하여, 무선 서브 네트워크 구축에 반영될 수 있는 기지국(100) 단의 변수들은 다음과 같다.
채널 대역폭(BC) - 기지국의 무선접속장치에서 서비스 가능한 채널의 대역폭으로 서비스 요청에 따라 수KHz ~ 수백MHz까지 다양하게 조정하며 제공하는 것이 가능하다.
데이터 부반송파 수(CN) - 채널 대역폭(BC)에서 변조된 데이터를 전송하는 부반송파의 수이다.
공간 스트림 수(SN) - 무선 기지국에서 병렬로 전송할 수 있는 고유 한 MIMO 데이터 스트림 수로 스트림 수에 비례하여 서비스를 제공받는 장치의 전송 속도가 증가한다.
변조비트 수(MN) - 사전에 정의된 변조방식에 따라 각 데이터 부반송파가 한 번에 전송할 수 있는 비트 수로 S/N 특성에 시스템에서 선택적으로 결정된다.
코딩 레이트(CR) - 변조된 데이터 중 유용한 데이터와 오류 수정을 위한 오류 수정 비트양을 사전에 S/N 특성에 따라 시스템에서 결정하게 된다.
심볼 간격 시간(TG) - 변조된 OFDM 데이트 간격 시간(OFDM Symbol Duration) + 보호 간격(Guard Interval Duration)의 합계로 시스템 초기 세팅 시 사전에 결정되는 값으로 상수로 정의된다.
또한, 이와 관련하여, 기지국(100) 단에서 무선 서브 네트워크 구축을 위한 리소스 검색 및 할당에 관한 수식들은 다음과 같이 제안될 수 있다.
이때, 무선 환경은 LOS환경을 가정하며, OFDM 방식을 사용하는 무선 전송 방식들은 동일하게 적용된다.
첫 번째, 가상 전용 네트워크 슬라이스를 제공하는 기지국의 리소스로 무선 서브 네트워크를 구축할 때 보장 가능한 최고 속도는 다음 [수식 2] 내지 [수식 5]에서와 같다.
[수식 2]
운영자 제어 변수: α=CN * SN
여기서, 운영자 제어 변수 'α'는 기지국에서 한 번에 기지국에서 한 번에 전송할 수 있는 최대 비트 수이며, 기준 대역폭에 따라 운영자가 기지국의 가용 대역폭과 안테나의 공간 스트림 개수의 사용 가능 여부를 고려하여 조정이 가능한 변수이다.
[수식 3]
운영자 제어 변수: β=BC * SN
여기서, 운영자 제어 변수 β는 기지국에서 가용 가능한 최대 채널 대역폭 즉, 네트워크 슬라이스 서비스로 사용할 수 있는 최대 대역폭이다.
[수식 4]
시스템 제어 변수: γ= MN * CR (단, γ ∝ S/N)
시스템 제어 변수 γ는 무선환경(S/N)에 따라 동적으로 시스템에서 정의되는 상수 값이며, LOS 환경에서는 최고 성능 값으로 결정된다.
[수식 5]
가상 전용 네트워크 슬라이스를 제공하는 기지국의 무선 서브 네트워크에서 보장 가능한 최고 속도 수식(Peak Data Rate): ρ= (α * γ)/TG [Mbit/S]
두 번째, 가상 전용네트워크를 제공하는 기지국이 무선 서브 네트워크를 구축하기 위한 대역폭(RB)은 다음 [수식 6]을 따르며 동적으로 제어될 수 있다.
[수식 6]
무선 슬라이스 대역폭: BR ≤ βγlog2 (1 + S/N) [Hz]
설명의 이해를 돕기 위해 도 6에는 무선 서브 네트워크를 구축하는 과정을 예시적으로 보여주고 있다.
도 6을 참조하면, 무선 액세스 네트워크 구간에서의 물리적인 네트워크의 경우, 기지국(100)의 개방형 무선 액세스 포인트(120)는 'A'로, 이러한 개방형 무선 액세스 포인트(120) 'A'가 가지는 무선 링크는 ‘C’로 명명한 “R(A, C)”의 형태로 표현될 수 있다.
이 중 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구하는 기준 대역폭 이하의 무선 자원을 지닌 무선 채널과, 이미 다른 가상 전용 네트워크 슬라이스에 의하여 점유된 무선 채널은 트리 구성을 위한 "R(A, C)"에서 제외된다.
그리고 이 때, 하나 이상의 가용 채널을 가지지 못한 개방형 무선 액세스 포인트(120) 또한 불필요하므로 무선 서브 네트워크에서 제외한다.
또한, 동일한 가상 전용 네트워크 슬라이스에 참여하는 개방형 무선 액세스 포인트(120) 간에는 전용 네트워크 트리 생성을 위한 시간 복잡도를 낮출 필요가 있으며, 이를 위한 무선 서브 네트워크는, "R’(A’, C’)"의 형태로 구축될 수 있다.
여기서, 'A"는 하나 이상의 가용 채널을 지닌 유효 무선 액세스 포인트를 말하며, 'C"는 이러한 유효 무선 액세스 포인트가 가지고 있는 가용 채널을 말한다.
그리고, 여기서의 가용 채널이란, 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널임과 동시에, 전술한 [수식 6]을 만족하는 무선 채널의 집합을 의미한다.
다만, 예컨대 10G의 기준 대역폭을 요구하는 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축 시 단말(UE)이 접속하는 개방형 무선 액세스 포인트가 ‘A”에 포함될 수 없다면 원천적으로 해당 단말(UE)에 관한 기준 대역폭을 보장할 수 없기 때문에 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축은 그 즉시 종료하고 실패 관련 절차를 수행함이 바람직하다.
한편, 실제 물리적인 네트워크에서 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 연결되는 개방형 무선 액세스 포인트(120)는 다양한 대역폭을 지닌 다중 채널로 구성된다.
하지만 전용 네트워크 트리 생성 속도를 향상시키기 위해선 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 연결되는 개방형 무선 액세스 포인트(120) 중 기준 대역폭을 만족하는 단 하나의 채널만을 할당하여 사용할 필요가 있다.
이와 관련하여, 다중 채널로 구성된 물리 네트워크 토폴로지를 단일 링크로 추상화하여 네트워크의 형태를 단순화함으로써 트리 생성 속도를 향상시킬 수 있다.
이때, 다중 채널로부터의 단일 채널 선택은 무선 서브 네트워크 "R’(A’, C’)"에서 전술한 [수식 6]을 만족하는 다중 무선 채널 중 최소의 대역폭을 지닌 단 하나의 채널인, "R"(A’, C")"만을 남기는 방식으로 이루어진다.
여기서, 임의의 선택된 단일 무선 채널은 C"⊂ C’ 이며, C"의 성질은 전술의 [수식 6]을 만족시키고, 항상 최소 대역폭 min BR ∈ C’를 갖는다.
만약, 승인된 신규 단말(UE)이 운영중인 채널에 투입되었을 때는 전술의 [수식 5]를 충족하여야 하며, 충족하지 못할 때는 추가 대역폭 확보를 위한 무선 서브 네트워크의 구축 절차를 다시 수행하여야 한다.
참고로, 이와 같은 다중 채널의 단일화 과정은 예컨대, 도 7에서와 같은 형태로 도식화될 수 있다.
한편, 생성부(310)는 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리의 생성에 따라 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축이 완료되는 경우, 구축된 가상 전용 네트워크 슬라이스 정보 전달 및 가상 전용 네트워크 슬라이스 참여 호스트들 간의 데이터 전송 가능을 공지할 수 있다.
반면, 생성부(310)는 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축에 실패한 경우, 가상 전용 네트워크 슬라이스 생성 큐에 실패 정보를 삽입, 추후 네트워크 자원이 가용해졌을 경우 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축을 이어갈 수 있도록 하며, 이를 사용자 및 관리자에게 공지할 수 있다.
결정부(320)는 패킷 전달을 위한 오픈플로우 규칙을 결정하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 결정부(320)는 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 완료된 이후, 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간에 패킷이 발생하는 경우, 전용 네트워크 트리에 기초한 패킷 전달 경로를 지시하는 오픈플로우 규칙을 결정하여, 해당 오픈플로우 규칙에 따라서 패킷이 전달될 수 있도록 한다.
이와 관련하여, 결정부(320)는 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간의 패킷 발생 시 해당 패킷에 관한 패킷-인 메시지(Packet-In Message)를 수신하여, 메시지 내의 출발지 주소와 목적지 주소에 해당하는 호스트들의 가상 전용 네트워크 슬라이스 식별자를 비교하게 된다.
이때, 결정부(320)는 호스트들의 가상 전용 네트워크 슬라이스 식별자가 서로 동일한 경우, 해당 식별자와 매칭되는 전용 네트워크 트리를 인지하여, 그에 따른 오픈플로우 규칙을 결정하고, 결정된 오픈플로우 규칙을 전용 네트워크 트리를 구성하는 기지국(100)의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니크(110)와 기존 오픈플로우 스위치에 설치할 수 있다.
이렇게 되면, 전용 네트워크 트리를 구성하고 있는 기지국(100)의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니크(110)와 오픈플로우 스위치들은, 이와 같이 설치되는 오픈플로우 규칙에 따라 호스트들 간의 패킷을 전달하는 것이 가능해지는 것이다.
한편, 이와 관련하여 본 발명의 일 실시예에 따르면 사설망 및 공중망에 물리적인 네트워크가 구축되는 경우, 이는 도 8 (a)에서와 같이 하나의 커다란 가상 전용 네트워크 슬라이스로 인식되며, 나아가, 가상 전용 네트워크 슬라이스가 구축되는 경우에는 도 8 (b)에서와 같이 그에 상응하는 독립된 네트워크가 형성되고 해당 네트워크에 속한 호스트와 그 외의 디폴트 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 사이의 통신은 제한된다.
이는 다시 말해, 동일한 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속하는 호스트 간의 통신만이 허용되는 것으로 이해될 수 있으며, 이에 따라, 임의의 가상 전용 네트워크 슬라이스 내의 호스트들 사이의 통신을 위하여 전체 네트워크가 아닌 해당하는 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷 전송 경로를 탐색하기 때문에 오픈플로우 규칙 생성에 소요되는 시간을 현저히 줄일 수 있는 장점을 예상해볼 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치(300)의 구성에 따르면, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 오픈플로우(Openflow) 기술을 적용하여, 유무선 네트워크 전구간에 걸친 종단간(End-to-End) 가상 전용 네트워크 슬라이스를 구축하는 것이 가능해지므로, 5G 사설망의 보급 확대에 크게 기여할 수 있다. 또한, 오픈플로우 기술의 적용에 따라 각 가상 전용 네트워크 슬라이스마다 완벽한 격리가 가능해지게 되어 이를 통한 보안 확보 및 초저지연 성능의 보장할 수 있고, 그 밖에 리소스 추가 없이도 네트워크 자원을 효율적으로 운용할 수 있으므로 망 운용에 따른 비용 절감의 효과 또한 기대할 수 있다.
이하에서는, 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치(300)의 동작 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 생성부(310)는 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 요구되는 경우, 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리를 생성을 위해 코어 네트워크 구간에 대한 유선 서브 네트워크를 구축한다(S110-S130).
이때, 생성부(310)는 코어 네트워크 구간에서 패킷이 전달되는 노드 중, 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 유선 링크인 가용 링크를 가진 유효 노드가 존재하는 경우, 이러한 유효 노드와 해당 유효 노드가 가지는 가용 링크를 기반으로 유선 서브 네트워크를 구축할 수 있다.
여기서, 유선 서브 네트워크 구축에 반영되는 노드란, 코어 네트워크 구간에서 목적지 주소 또는 출발지 주소가 할당될 수 있는 호스트와, 기지국(100)의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 그리고 기존 오픈플로우 스위치로 이해될 수 있다.
이와 관련하여 앞서 예시한 도 4를 참조하면, 코어 네트워크 구간에서의 물리적인 네트워크의 경우, 패킷이 전달되는 노드는 'V'로 이러한 노드 'V'가 가지는 유선 링크는 ‘E’로 명명한 “G(V, E)”의 형태로 표현될 수 있다.
이 중 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구하는 기준 대역폭 이하의 자원을 지닌 링크와 이미 다른 가상 전용 네트워크 슬라이스에 의하여 점유된 링크는 트리 구성을 위한 "G(V, E)"에서 제외된다.
그리고 이 때, 하나 이상의 가용 링크를 가지지 못한 오픈플로우 스위치 또한 불필요하므로 유선 서브 네트워크에서 제외한다.
한편, 호스트들 간의 패킷 전송 경로 상에 호스트가 포함되지 않으므로 모든 호스트들과 호스트-액세스 오픈플로우 스위치 사이의 링크 또한 G(V, E)에서 제외한다.
다만 가상 전용 네트워크 슬라이스에 참여하는 호스트들의 액세스 오픈플로우 스위치를 트리에 포함시킴으로써, 결과적으로 가상 전용 네트워크 슬라이스의 참여 호스트들 간의 패킷 전송을 보장한다.
즉, 전용 네트워크 트리 생성의 시간 복잡도를 낮추기 위한 유선 서브 네트워크는 "G’(V’, E’)"의 형태로 구축될 수 있는 것이다.
여기서, 'V"는 하나 이상의 가용 링크를 지닌 노드인 유효 노드를 말하며 'E"는 유효 노드가 가지고 있는 가용 링크를 말한다.
다만, 예컨대, 10G의 기준 대역폭을 요구하는 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축 시 참여 호스트의 액세스 오픈플로우 스위치가 ‘V"에 포함될 수 없다면 원천적으로 해당 호스트에 관한 기준 대역폭을 보장할 수 없기 때문에 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축은 그 즉시 종료하고 실패 관련 절차를 수행함이 바람직하다.
한편, 실제 물리적인 네트워크에서 오픈플로우 스위치 사이의 링크는 다양한 대역폭을 지닌 다중 링크로 구성된다.
하지만 전용 네트워크 트리 생성 속도를 향상시키기 위해선 가상 전용 네트워크 슬라이스 상의 임의의 오픈플로우 스위치 간에 기준 대역폭을 만족하는 단 하나의 링크만을 할당하여 사용할 필요가 있다.
이와 관련하여, 다중 링크로 구성된 물리 네트워크 토폴로지를 단일 링크로 추상화하여 네트워크의 형태를 단순화함으로써 트리 생성 속도를 향상시킬 수 있다.
이때, 다중 링크로부터의 단일 링크 선택은 유선 서브 네트워크 "G’(V’, E’)"에서 임의의 오픈플로우 스위치 사이에 남은 가용 링크 중 최소의 대역폭을 지닌 단 하나의 가용 링크만을 남기고 나머지 가용 링크를 유선 서브 네트워크로부터 제외함으로써 이뤄진다.
참고로, 이와 같은 다중 링크의 단일화 과정은 앞서 예시한 도 5에서와 같은 형태로 도식화될 수 있다.
그리고 나서, 생성부(310)는 가상 전용 네트워크 슬라이스의 코어 네트워크 구간에 대한 유선 서브 네트워크가 구축되면, 무선 액세스 네트워크 구간에 대한 무선 서브 네트워크를 이어서 구축하는 방식으로 전용 네트워크 트리 생성을 완료한다(S140-S170).
이때, 생성부(310)는 유선 서브 네트워크의 구축이 완료되면, 무선 액세스 네트워크 구간의 개방형 무선 액세스 포인트(120) 중 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널인 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 경우, 이러한 유효 무선 액세스 포인트와 해당 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 가용 채널을 기반으로 무선 서비스 네트워크를 구축할 수 있다.
다만, 생성부(310)는 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 않는 경우에는, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유된 점유 채널의 잔여 대역폭이 기준 대역폭 이상인 가용 무선 액세스 장치와 해당 가용 무선 액세스 장치의 점유 채널을 기반으로 상기 무선 서브 네트워크를 구축할 수 있다.
가령, 40G를 지닌 링크 L이 10G를 요구하는 A라는 타 가상 전용 네트워크 슬라이스에 점유 되어있는 경우 30G의 잔여 대역폭이 존재하므로 그 이하의 대역폭을 요구하는 새로운 가상 전용 네트워크 슬라이스의 트리 생성을 위하여 해당 링크를 무선 서브 네트워크에 포함시킬 수 있는 것이다.
단, 이처럼 링크 공유 시에는, 가상 전용 네트워크 슬라이스 사이의 간섭을 피하기 위하여 약간의 가드 밴드를 설정할 필요가 있다.
한편, 무선 서비스 네트워크의 대역폭은, 유무선 네트워크 전 구간에 걸친 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축을 위해서 기준 대역폭 이상이며, 유선 서브 네트워크와 동일하거나 작게 결정될 필요가 있다.
이와 관련하여, 앞서 예시한 도 6을 참조하면, 무선 액세스 네트워크 구간에서의 물리적인 네트워크의 경우, 기지국(100)의 개방형 무선 액세스 포인트(120)는 'A'로, 이러한 개방형 무선 액세스 포인트(120) 'A'가 가지는 무선 링크는 ‘C’로 명명한 “R(A, C)”의 형태로 표현될 수 있다.
이 중 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구하는 기준 대역폭 이하의 무선 자원을 지닌 무선 채널과, 이미 다른 가상 전용 네트워크 슬라이스에 의하여 점유된 무선 채널은 트리 구성을 위한 "R(A, C)"에서 제외된다.
그리고 이 때, 하나 이상의 가용 채널을 가지지 못한 개방형 무선 액세스 포인트(120) 또한 불필요하므로 무선 서브 네트워크에서 제외한다.
또한, 동일한 가상 전용 네트워크 슬라이스에 참여하는 개방형 무선 액세스 포인트(120) 간에는 전용 네트워크 트리 생성을 위한 시간 복잡도를 낮출 필요가 있으며, 이를 위한 무선 서브 네트워크는, "R’(A’, C’)"의 형태로 구축될 수 있다.
여기서, 'A"는 하나 이상의 가용 채널을 지닌 유효 무선 액세스 포인트를 말하며, 'C"는 이러한 유효 무선 액세스 포인트가 가지고 있는 가용 채널을 말한다.
그리고, 여기서의 가용 채널이란, 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널임과 동시에, 전술한 [수식 6]을 만족하는 무선 채널의 집합을 의미한다.
다만, 예컨대 10G의 기준 대역폭을 요구하는 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축 시 단말(UE)이 접속하는 개방형 무선 액세스 포인트가 ‘A”에 포함될 수 없다면 원천적으로 해당 단말(UE)에 관한 기준 대역폭을 보장할 수 없기 때문에 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축은 그 즉시 종료하고 실패 관련 절차를 수행함이 바람직하다.
한편, 실제 물리적인 네트워크에서 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 연결되는 개방형 무선 액세스 포인트(120)는 다양한 대역폭을 지닌 다중 채널로 구성된다.
하지만 전용 네트워크 트리 생성 속도를 향상시키기 위해선 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트(110)와 연결되는 개방형 무선 액세스 포인트(120) 중 기준 대역폭을 만족하는 단 하나의 채널만을 할당하여 사용할 필요가 있다.
따라서, 다중 채널로 구성된 물리 네트워크 토폴로지를 단일 링크로 추상화하여 네트워크의 형태를 단순화함으로써 트리 생성 속도를 향상시킬 수 있다.
이때, 다중 채널로부터의 단일 채널 선택은 무선 서브 네트워크 "R’(A’, C’)"에서 전술한 [수식 6]을 만족하는 다중 무선 채널 중 최소의 대역폭을 지닌 단 하나의 채널인, "R"(A’, C")"만을 남기는 방식으로 이루어진다.
여기서, 임의의 선택된 단일 무선 채널은 C"⊂ C’ 이며, C"의 성질은 전술의 [수식 6]을 만족시키고, 항상 최소 대역폭 min BR ∈ C’를 갖는다.
만약, 승인된 신규 단말(UE)이 운영중인 채널에 투입되었을 때는 전술의 [수식 5]를 충족하여야 하며, 충족하지 못할 때는 추가 대역폭 확보를 위한 무선 서브 네트워크의 구축 절차를 다시 수행하여야 한다.
참고로, 이와 같은 다중 채널의 단일화 과정은 앞서 예시한, 도 7에서와 같은 형태로 도식화될 수 있다.
한편, 생성부(310)는 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리의 생성에 따라 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축이 완료되는 경우, 구축된 가상 전용 네트워크 슬라이스 정보 전달 및 가상 전용 네트워크 슬라이스 참여 호스트들 간의 데이터 전송 가능을 공지할 수 있다(S180).
반면, 생성부(310)는 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축에 실패한 경우, 가상 전용 네트워크 슬라이스 생성 큐에 실패 정보를 삽입, 추후 네트워크 자원이 가용해졌을 경우 가상 전용 네트워크 슬라이스 구축을 이어갈 수 있도록 하며, 이를 사용자 및 관리자에게 공지할 수 있다(S190).
이후, 결정부(320)는 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 완료된 이후, 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간에 패킷이 발생하는 경우, 전용 네트워크 트리에 기초한 패킷 전달 경로를 지시하는 오픈플로우 규칙을 결정하여, 해당 오픈플로우 규칙에 따라서 패킷이 전달될 수 있도록 한다(S200-S220).
이와 관련하여, 결정부(320)는 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간의 패킷 발생 시 해당 패킷에 관한 패킷-인 메시지(Packet-In Message)를 수신하여, 메시지 내의 출발지 주소와 목적지 주소에 해당하는 호스트들의 가상 전용 네트워크 슬라이스 식별자를 비교하게 된다.
이때, 결정부(320)는 호스트들의 가상 전용 네트워크 슬라이스 식별자가 서로 동일한 경우, 해당 식별자와 매칭되는 전용 네트워크 트리를 인지하여, 그에 따른 오픈플로우 규칙을 결정하고, 결정된 오픈플로우 규칙을 전용 네트워크 트리를 구성하는 기지국(100)의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니크(110)와 기존 오픈플로우 스위치에 설치할 수 있다.
이렇게 되면, 전용 네트워크 트리를 구성하고 있는 기지국(100)의 오픈플로우 디지털 네트워크 유니크(110)와 오픈플로우 스위치들은, 이와 같이 설치되는 오픈플로우 규칙에 따라 호스트들 간의 패킷을 전달하는 것이 가능해지는 것이다.
한편, 이와 관련하여 본 발명의 일 실시예에 따르면 사설망 및 공중망에 물리적인 네트워크가 구축되는 경우, 이는 앞서 예시한 도 8 (a)에서와 같이 하나의 커다란 가상 전용 네트워크 슬라이스로 인식되며, 나아가, 가상 전용 네트워크 슬라이스가 구축되는 경우에는 도 8 (b)에서와 같이 그에 상응하는 독립된 네트워크가 형성되고 해당 네트워크에 속한 호스트와 그 외의 디폴트 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 사이의 통신은 제한된다.
이는 다시 말해, 동일한 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속하는 호스트 간의 통신만이 허용되는 것으로 이해될 수 있으며, 이에 따라, 임의의 가상 전용 네트워크 슬라이스 내의 호스트들 사이의 통신을 위하여 전체 네트워크가 아닌 해당하는 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷 전송 경로를 탐색하기 때문에 오픈플로우 규칙 생성에 소요되는 시간을 현저히 줄일 수 있는 장점을 예상해볼 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 제어장치(300)의 동작 방법에 따르면, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 오픈플로우(Openflow) 기술을 적용하여, 유무선 네트워크 전구간에 걸친 종단간(End-to-End) 가상 전용 네트워크 슬라이스를 구축하는 것이 가능해지므로, 5G 사설망의 보급 확대에 크게 기여할 수 있다. 또한, 오픈플로우 기술의 적용에 따라 각 가상 전용 네트워크 슬라이스마다 완벽한 격리가 가능해지게 되어 이를 통한 보안 확보 및 초저지연 성능의 보장할 수 있고, 그 밖에 리소스 추가 없이도 네트워크 자원을 효율적으로 운용할 수 있으므로 망 운용에 따른 비용 절감의 효과 또한 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 방법은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
본 발명에 따른 네트워크 제어장치 및 네트워크 제어장치의 동작 방법에 따르면, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN, Software Defined Network) 기반의 종단간(End-to-End) 가상 전용 네트워크 슬라이스를 사설망 및 공중망의 유무선 네트워크 전 구간에 걸쳐 동적으로 구축할 수 있다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
100: 기지국
110: 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트
120: 개방형 무선 액세스 포인트
200: 어플리케이션서버
300: 네트워크 제어장치
310: 생성부 320: 결정부

Claims (12)

  1. 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 요구되는 경우, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속하는 호스트를 기준으로 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리를 생성하는 생성부; 및
    상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간의 패킷 발생 시, 상기 전용 네트워크 트리에 기초한 패킷 전달 경로를 지시하는 오픈플로우 규칙을 결정하여, 상기 오픈플로우 규칙에 따라서 패킷이 전달되도록 하는 결정부를 포함하며,
    상기 전용 네트워크 트리는,
    상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 코어 네트워크 구간에 대해서 구축되는 유선 서브 네트워크를 포함하며,
    상기 생성부는,
    상기 코어 네트워크 구간에서 패킷이 전달되는 노드 중 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 유선 링크인 가용 링크를 가진 유효 노드가 2 이상의 가용 링크를 가진 경우, 상기 2 이상의 가용 링크 중 최소 대역폭의 가용 링크를 제외한 나머지 가용 링크를 상기 유선 서브 네트워크로부터 제외시키는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전용 네트워크 트리는,
    상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 무선 액세스 네트워크 구간에 대해서 구축되는 무선 서브 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 유효 노드가 존재하는 경우, 상기 유효 노드와 상기 유효 노드가 가지는 가용 링크를 기반으로 상기 유선 서브 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치.
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 무선 액세스 네트워크 구간의 무선 액세스 포인트 중 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널인 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 경우, 상기 유효 무선 액세스 포인트와 상기 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 가용 채널을 기반으로 상기 무선 서브 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 상기 가용 채널이 2 이상인 경우, 상기 2 이상의 가용 채널 중 최소 대역폭의 가용 채널을 제외한 나머지 가용 채널을 상기 무선 서브 네트워크로부터 제외시키는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 유효 무선 액세스 장치가 존재하지 않은 경우, 상기 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유된 점유 채널의 잔여 대역폭이 상기 기준 대역폭 이상인 가용 무선 액세스 장치와 상기 가용 무선 액세스 장치의 점유 채널을 기반으로 상기 무선 서브 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전용 네트워크 트리에는,
    코어 네트워크 구간과 무선 액세스 네트워크 구간의 경계에 위치한 기지국이 포함되며,
    상기 기지국은,
    상기 코어 네트워크 구간에서 무선 액세스 네트워크 전용의 오픈플로우 스위치 역할을 하는 오픈플로우 디지털 네트워크 유니트, 및 상기 무선 액세스 네트워크 구간에서 단말 접속이 이루어지고 상기 오픈플로우 디지털 네트워크 유니크와는 이더넷 프로토콜로 연결되는 무선 액세스 포인트인 2 이상의 개방형 무선 액세스 포인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치.
  9. 소프트웨어 정의 네트워크 기반의 가상 전용 네트워크 슬라이스의 구축이 요구되는 경우, 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속하는 호스트를 기준으로 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 패킷이 전달될 수 있는 물리적인 경로인 전용 네트워크 트리를 생성하는 생성단계; 및
    상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에 속한 호스트 간의 패킷 발생 시, 상기 전용 네트워크 트리에 기초한 패킷 전달 경로를 지시하는 오픈플로우 규칙을 결정하여, 상기 오픈플로우 규칙에 따라서 패킷이 전달되도록 하는 결정단계를 포함하며,
    상기 전용 네트워크 트리는,
    상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 코어 네트워크 구간에 대해서 구축되는 유선 서브 네트워크를 포함하며,
    상기 생성단계는,
    상기 코어 네트워크 구간에서 패킷이 전달되는 노드 중 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 유선 링크인 가용 링크를 가진 유효 노드가 2 이상의 가용 링크를 가진 경우, 상기 2 이상의 가용 링크 중 최소 대역폭의 가용 링크를 제외한 나머지 가용 링크를 상기 유선 서브 네트워크로부터 제외시키는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전용 네트워크 트리는,
    상기 가상 전용 네트워크 슬라이스의 무선 액세스 네트워크 구간에 대해서 구축되는 무선 서브 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치의 동작 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 생성단계는,
    상기 유효 노드가 존재하는 경우, 상기 유효 노드와 상기 유효 노드가 가지는 가용 링크를 기반으로 상기 유선 서브 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치의 동작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 생성단계는,
    상기 무선 액세스 네트워크 구간의 무선 액세스 포인트 중 상기 가상 전용 네트워크 슬라이스에서 요구되는 기준 대역폭 이상이며, 타 가상 전용 네트워크 슬라이스로부터 점유되지 않은 무선 채널인 가용 채널을 가진 유효 무선 액세스 장치가 존재하는 경우, 상기 유효 무선 액세스 포인트와 상기 유효 무선 액세스 포인트가 가지는 가용 채널을 기반으로 상기 무선 서브 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어장치의 동작 방법.
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