[논문]패킷 손실을 허용하는 가중치 기반 공정 패킷 스케줄링

김태준

패킷 손실을 허용하는 가중치 기반 공정 패킷 스케줄링
A Weighted Fair Packet Scheduling Method Allowing Packet Loss 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.35 no.9B, 2010년, pp.1272 - 1280

초록
AI-Helper

대표적 가중치 기반 공정 패킷 스케줄링 방식인 WFQ(weighted Fair Queuing)는 자원의 공정한 배분과 더불어 개별 트래픽 흐름이 요구하는 품질을 보장할 수 있어 RSVP(resource reservation protocol) 라우터에 널리 이용되어 왔다. RSVP는 패킷의 손실 없이 트래픽 흐름의 요구속도와 종단간 지연한계를 보장할 수 있는 자원을 예약하고, WFQ 스케줄러는 예약된 자원을 이용하여 흐름의 품질보장을 실현한다. 그러나 품질 보장형 서비스라 하더라도 실제적으로 몇 %까지의 패킷 손실이 허용된다. 따라서 패킷 손실을 허용하도록 RSVP와 WFQ를 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는 패킷 손실을 허용하는 WFQ 방식에 대해 연구하고, 그의 성능을 평가한다. 성능평가 결과 0.4%의 패킷 손실을 허용할 경우 40% 정도의 흐름 수용 능력이 개선되는 효과를 관찰하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

WFQ (Weighted Fair Queuing) provides not only fairness among traffic flows in using bandwidth but also guarantees the Quality of Service (QoS) that individual flow requires, which is why it has been applied to the resource reservation protocol (RSVP)-capable router. The RSVP allocates an enough resource to satisfy both the rate and end-to-end delay requirements of the flow in condition of no packet loss, and the WFQ guarantees those QoS requirements with the allocated resource. In a practice, however, most QoS-guaranteed services, specially the Voice of IP, allow a few percent of packet loss, so it is strongly desired that the RSVP and WFQ make the best use of this allowable packet loss. This paper enhances the WFQ to allow packet loss and investigates its performance. The performance evaluation showed that allowing the packet loss of 0.4% can improve the flow admission capability by around 40 percent.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

Lv 는 허용 패킷 손실률 Ross와 이에 대한 신뢰수주 분산 등의 요소로 구성될 수 있다. 본 연구에서는 서로 독립이고 동일한 트래픽 특성을 갖는 iid (independent and identically distributed) VoIP 호에 대해서 Lv와 矿의 관계를 고찰한다. ON-OFF 트래픽 모델 하에서 개별 VoIP 호는 피크속도의 트래픽을 발생시키는 ON 상태와 트래픽을 발생시키지 않는 OFF 상태의 반복으로 간주되므로 임의의 VoIP 호가 실제 트래픽을 발생시키는지 여부는 다음과 같은 베르누이 랜덤변수 X 로 간주할 수 있다.
본 연구에서는 패킷 손실을 허용하는 WFQ 방식을 제시하고 그의 성능 특성을 고찰하였다. 먼저 대부분의 실시간 멀티미디어 서비스가 수 % 정도의 패킷 손실률을 허용하는 현실에서 패킷 손실을 허용하지 않은 기존 WFQ 방식은 수십 %의 심각한 자원 낭비를 초래할 수 있음을 밝혔다.
하지만 기존 WFQ는 패킷 손실을 전혀 허용하지 않고 있어 필요 이상의 과잉 서비스 품질을 제공하게 되고, 이 결과 심각한 자원의 낭비가 초래될 수 있다. 이러한 배경으로 본 연구에서는 패킷손실을 허용하는 WFQ에 대해 연구하고자 한다.

가설 설정

355로 계산된다. 본 연구에서는 가장 음질이 좋은 G.711 코덱을 고려하며 ON과 OFF 상태의 최대 지속시간을 각각 평균의 10배인 15.8초와 8.7초로 가정한다. G.

제안 방법

기존 WFQ의 문제점을 살펴본 후 제안 방법을 기술한다. 제안방법을 손실 WFQ, 간단히 LWFQ (Lossy WFQ) 라 부른다.
대표적인 품질 보장 서비스인 VoIP를 대상으로 기존 WFQ의 문제점을 분석한다. VoIP 가입자가 발생시키는 트래픽 흐름은 일반적으로 ON-OFF 트래픽 모델로 모형화된디1闵.
스케줄러 출력링크의 대역폭이 25Mbps인 단일 노드 하에서 제안된 LWFQ의 성능을 평가하였다. 3.
차이가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 먼저 패킷 손실률을 실시간적으로 측정하고 측정손실률을 주어진 허용 손실률과 비교하여 허용 누적 가중치를 보정한다. 지면의 제약으로 실시간 패킷 손실률 측정 방법에 대한 상세한 사항은 생략한다.
먼저 대부분의 실시간 멀티미디어 서비스가 수 % 정도의 패킷 손실률을 허용하는 현실에서 패킷 손실을 허용하지 않은 기존 WFQ 방식은 수십 %의 심각한 자원 낭비를 초래할 수 있음을 밝혔다. 이러한 문제를 해결하기 위해 과잉 흐름 수용과 지연규격 위반 패킷의 폐기 방법을 도입하였고, 서비스의 품질 규격으로 주어지는 허용 패킷 손실률 평균으로부터 스케줄러가 어느 정도까지 과잉 흐름 수용을 할 수 있는지를 알려 주는 허용 누적 가중치를 해석적으로 구하였다.
5)에 의해 d體私 = c蠶* 가 되는 R값이 바로 이 흐름의 요구품질을 패킷 손실 없이 보장하기 위해 요구되는 예약속도가 된다. 착신측 단말이 日값을 계산하여 RSVP 절차를 통해 경로상의 각 라우터로 통보하고, 이를 통보 받은 라우터의 WFQ 스케줄러는 (2.1)의 R=OC에 의해 그 흐름의 가중치 藉 계산한 후 이를 수용할 수 있는지 여부를 판단한다. 경로상의 모든 라우터가 모두 수락 요청 흐름을 수용할 수 있으면 RSVP는 그 흐름의 수락을 허락한다.
VoIP 호에서 생성되는 ON 상태의 수 Non과 하나의 ON 상태 동안 발생되는 패킷의 수 Npone 모두 랜덤변수가 된다. 특히 하나의 ON 상태에 대한 패킷 손실률 Won 을 해석적으로 구하는 것은 그 ON 상태 구간에 속하는 모든 패킷 간의 상관관계를 고려해야 하므로 쉽지않■아 본 연구에서는 허용 패킷 손실률 벡터 Lv에서 신뢰수준 50%하의 허용 패킷 손실률 1>螭만 고려한다. 앞에서 언급한 바와 같이 이는 바로 허용 패킷 손실률의 평균이 P|g임을 의미한다.

대상 데이터

어떤 VoIP 호에 대해 2%의 허용 패킷 손실률과 95%의 신뢰수준을 충족시킨다는 것은 그러한 호를 100번 반복할 경우 패킷 손실률이 2%를 초과하는 통화가 5번 미만임을 의미한다. 본 연구에서는 모든 흐름에 대해 동일한 패킷 손실률 품질이 적용되는 간단한 경우를 대상으로 한다. 평균 허용 패킷 손실률의 경우 허용 누적 가중치를 해석적으로 구하고 (4장 참;죄, 흐름에 대한 허용 패킷 손실률과 신뢰수준으로 주어지는 규격에 대해서는 시뮬레이션을 통해 허용 누적 가중치를 구한다.
본 연구에서는 모든 흐름의 허용 패킷 손실률이 동일한 트래픽을 대상으로 하였다. 앞으로 흐름 별 허용 패킷 손실 특성이 서로 다른 트래픽을 수용할 수 있도록 제안방식을 개선해야 하며, 패킷 손실률의 분포 특성을 면밀히 분석하여 허용 패킷 손실률 품질 규격을 보다 정교하게 정의할 할 필요가 있다.

이론/모형

1 장에서 도입한 ON-OFF트래픽 모델의 VoIP 호를 사용하였다. 수치해석과 시뮬레이션 방법을 이용하여 성능을 평가하였으며, 시뮬레이션은 SMPL (Simulation Model Programming Language)"" 에 LWFQ 루틴을 추가하여 수행하였다.

성능/효과

C/R-110으로 계산되는 Nwfq를 초과할 때부터 패킷의 손실이 발생할 수 있으나 그 정도가 미미하다가 156을 넘어서면서 패킷 손실률이 급격히 증가함을 보였다. Nlwfq=156일 때 허용 누적 가중치 矿은 (156-11。) /110= 1.
허용 패킷 손실률과 이에 대한 50%, 90%, 95% 및 99%의 4가지 신뢰수준 하에서 제안 방식의 성능평가를 수행한 결과 허용 패킷 손실율이 높을수록, 신뢰수준이 낮을수록 더 많은 흐름을 수용할 수 있었으며, 특히 0.4%의 허용 패킷 손실률 하에서 흐름 수용 능력이 1.4배로 향상됨을 관찰하였다
개선 정도를 그림 8에 도시하였다. 허용 패킷 손실률이 0인 경우는 바로 WFQ와 동일하므로 개선 정도가 0이지만 허용 패킷 손실률이 0.4% 정도만 되어도 40% 이상의 높은 자원 이용도 개선을 보여 WFQ 대비 1.4배 이상의 흐름을 수용할 수 있음을 보여준다. 허용 패킷 손실률이 높아질수록, 허용 패킷 손실률에 대한 신뢰수준이 낮을수록 자원 이용도가 더 많이 개선됨을 관찰할 수 있다.
4배 이상의 흐름을 수용할 수 있음을 보여준다. 허용 패킷 손실률이 높아질수록, 허용 패킷 손실률에 대한 신뢰수준이 낮을수록 자원 이용도가 더 많이 개선됨을 관찰할 수 있다.

후속연구

트래픽을 대상으로 하였다. 앞으로 흐름 별 허용 패킷 손실 특성이 서로 다른 트래픽을 수용할 수 있도록 제안방식을 개선해야 하며, 패킷 손실률의 분포 특성을 면밀히 분석하여 허용 패킷 손실률 품질 규격을 보다 정교하게 정의할 할 필요가 있다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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