네트워크의 서비스 품질을 향상시키는 시스템 및 방법 document_id A220623043736

데이터 송신 네트워크는 멀티미디어 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다. 여기서 사용된 "데이터 송신 네트워크"는 일반적으로 유선(예컨대 이더넷)이나 무선(예컨대 802.11x 호환성) 통신 링크와 같은 통신 매체를 통해 서로 링크된, 둘 이상의 데이터로 동작하는 디바이스 그룹을 지칭한다. 데이터 송신 네트워크의 비제한적인 예는 유선 및 무선 근거리 네트워크(LAN: Local Area Network) 및 광역 네트워크(WAN: Wide Area Network)를 포함한다. 여기서 사용된 "데이터로 동작하는 디바이스"는 일반적으로 예컨대 개인용 컴퓨터 디바이스나 디지털 텔레비전과 같은 데이터 송신 네트워크 내외로 데이터를 수신하고 및/또는 제공하는 디바이스를 지칭한다. 가장 널리 구현되고 있는 LAN 표준 중 하나인 이더넷은 주택의 데이터 송신 네트워크용으로 널리 사용되는 기술이 되었다. 유선 이더넷을 설치하기 위한 주요한 동기는 가정 내에서 다수의 PC와 광대역 연결을 공유하기 위한 것일 수 있다. 광대역 연결은 전형적으로 케이블이나 DSL 모뎀일 수 있으며, 이러한 모뎀은 컴퓨터 및 컴퓨터 네트워크(대개 인터넷이라고 지칭됨)의 글로벌 상호연결(global interconnection)을 영역 상호연결기능(domain interconnectivity)에 제공하는 것이다. 이더넷은 흔히 선택 기술이며, 이는 많은 상업적으로 이용 가능한 개인용 컴퓨터(PC), 케이블 모뎀 및 DSL 모뎀이 이미 이더넷을 통한 네트워크를 지원하고 있기 때문이다. 기존의 이더넷 하부구조를 이용하고 있는 애플리케이션이 나타나기 시작했다. 그러한 애플리케이션 중 하나로 음성, 비디오 및 음악과 같은 미디어 데이터 분배가 있다. 홈 네트워크에 디지털 비디오를 전송하기 위한 많은 잠재적인 애플리케이션이 있다. 애플리케이션은 예컨대 위성 셋톱 박스로부터의 비디오 분배, 개인용 컴퓨터(PC) 상의 "MyMusic" 디렉토리로부터의 음악 분배(예컨대, AudioTron), 네트워크로 연결된 개인용비디오레코더(PVR) 사이의 비디오 공유(예컨대, ReplayTV)를 포함한다. 이러한 애플리케이션은 또한 비실시간 데이터 전송 애플리케이션 및 스트리밍 애플리케이션을 포함할 수 있다. 여기서 사용된 "스트리밍"은 일반적으로 데이터 전송 기술을 지칭하며, 그리하여 데이터는 실질적으로 끊임없이 연속적인 스트림(steady and continuous stream)으로서 처리될 수 있다. 스트리밍 데이터 소비자(예컨대, 클라이언트)는 전형적으로 전체 파일이 수신되기 이전에 스트리밍된 컨텐츠를 플레이(디스플레이)하기 시작한다. 이것은 예컨대 전체 파일을 미리 다운로드하는 것과 비교하여 컨텐츠 재생을 진행하기 이전에 유리하게는 거의 지연을 제공하지 않는다. 그러나, 스트리밍이 적절히 작동하기 위해, 클라이언트는 매끄러운 재생에 신속하게 충분하도록 데이터를 정기적으로 모으고 처리해야 한다. 이것이 의미하는 점은, 만약 스트리밍 클라이언트가 필요한 것보다 좀더 빠르게 데이터를 수신한다면, 클라이언트는 과도한 데이터를 버퍼링해야 할 필요가 있게된다는 점이다. 그러나, 만약 데이터가 충분히 신속하게 오지 않는다면, 재생은 매끄럽지 않을 것이다. 그러한 문제를 피하기 위해, 미디어는 전형적으로 하나 이상의 큰 버퍼를 사용하여 주택 즉 홈 네트워크에 걸쳐서 파일로서 (가능한 빠르게) 전송되어 이 미디어가 수신될 준비가 될 때까지 이 미디어의 일부를 저장한다. 이러한 과정이 사전-레코딩된 미디어에 허용될 수 있는 반면, 예컨대 비디오 감시(surveillance), IP 전화통화 및 "라이브" 콘텐츠와 같은 특정한 애플리케이션은 데이터를 실질적으로는 실시간으로 생성하고 소비한다. 큰 버퍼는 그러한 실시간 애플리케이션에 과도한 양의 지연을 더할 수 있다. 100Mbps 풀 듀플렉스 링크 및 비-차단 스위치와의 이더넷 연결은 전형적으로 디지털 오디오/비디오(AV) 스트림을 전송하는데 이용 가능한 많은 양의 대역폭(BW)을 갖는다. 그러한 네트워크의 경우, 패킷 에러는 아마도 발생하지 않을 것이며, 만약 네트워크에 과부하가 걸리지 않는다면, 패킷은 아마도 분실되지 않을 것이다. 이들 두 효과는, 네트워크 중 적어도 일부분이 무선 형태일 경우에 더욱 가능성이 있다. 그러나, 어느 경우에도, 패킷이 늦게 도착할 가능성이 충분히 있다. 전형적인 주택 이더넷 네트워크 내에서 이동하고 있는 패킷을 늦게 도착하게 하는(또는 무선 네트워크의 경우 버려지게 하는) 주요한 메커니즘으로는 다른 데이터 트랙일 것이다. 원래, 이더넷은 흔히 볼 수 있는 물리적 매체용으로 설계되었다. 물리적 매체로의 액세스는 반송파 감지 다중 액세스-출동 검출(CSMA-CD: Carrier Sense Multiple Access-Collision Detection) 알고리즘에 의해 제어된다. 이러한 매체로의 액세스는 보장되지 않는다. 이 알고리즘은 공평함 및 최선의 노력(fairness and best effort)을 중점적으로 다룬다. 스트리밍 데이터는, 본래 신속하게 전송될 필요가 있다. 그러나, 많은 양의 데이터를 갖는 파일 전송 애플리케이션은 본질적으로 가능한 빠르게 데이터를 전송하려고 고집할 수 있다. 그러한 경우, 파일 전송 애플리케이션은 대부분의 이용 가능한 대역폭(BW)을 소비하며, 그에 따라 스트리밍 패킷 중 일부가 네트워크 내로 늦게 도달하게 할 수 있다. 이더넷 구현은 전형적으로는 하나의 충돌 영역을 사용할 수 있다(즉, 흔히 볼 수 있는 유선 미디어나 이더넷 허브 대신에 버퍼를 구비한 스위치를 사용한다). 그러나, 과도하게 제어되지 않은 트래픽이 여전히 문제이다. 도 1a는 전형적인 홈 네트워크 배열(10)을 도시한다. 패킷은 네트워크 하부구조 디바이스(NID: Network Infrastructure Device)(22, 24) 계층을 거쳐 소스로부터 목적지로 분배된다. 예시적인 네트워크 하부구조 디바이스는 이더넷 스위치, 라우터 및 허브, 무선 어댑터, 액세스 포인트(AP) 및 브릿지를 포함한다. 디바이스(12, 14, 16, 18)는 소스나 목적지 디바이스로서 동작한다. 그러한 디바이스는 예컨대 개인용 컴퓨터(PC)와 같은 컴퓨터 디바이스 및/또는 디지털 텔레비전(DTV) 및 재생 디바이스와 같은 다른 네트워크 가능한 디바이스의 형태를 가질 수 있다. NID(24)는 게이트웨이(40)에 동작 가능하게 연결될 수 있으며, 이러한 게이트웨이(40)는 네트워크(10)와, 컴퓨터 및 컴퓨터 네트워크(흔히 인터넷으로 지칭됨)의 글로벌 상호연결 간에 상호연결기능을 제공한다. 게이트웨이는 전형적으로 디바이스(12, 14, 16, 18)와 인터넷 사이에 NID(24)를 통해 데이터 트래픽을 라우팅할 수 있다. 네트워크(10)는 예컨대 주택 내 네트워크의 형태를 가질 수 있다. 전형적인 시나리오로, 사용자는 대략 10Mbps의 데이터율로 비디오를 (예컨대 PC 형태를 가질 수 있는) 디바이스(12)로부터 예컨대 디지털 텔레비전(DTV)의 형태를 가질 수 있는 디바이스(16)로 스트리밍하기 원한다. 연결 링크(31, 35 및 37)는 소스 및 목적지 디바이스를 NID(22, 24)를 통해 연결하도록 동작하며, 유선 100Mbps 이더넷 링크의 형태를 가질 수 있다. 네트워크 상의 다른 트래픽의 양이 상대적으로 낮은 경우, 그러한 애플리케이션은 적절히 실행될 수 있다. 그러나, 제 2 사용자가 연결 링크(33, 35 및 39)(예컨대, 100Mbps 이더넷 링크)를 통해 연결되는 디바이스(14)(예컨대 PC의 형태를 가질 수 있음)로부터 디바이스(18)(예컨대 또 다른 PC의 형태를 가질 수 있음)로 상대적으로 큰 데이터 파일(예컨대, 디지털 영화)을 전송하는 것과 같은 네트워크 처리를 필요로 하는 특정한 임무를 실행하기 원하는 경우에, 문제가 발생할 수 있다. 그러한 전송은 간단한 파일 전송이므로, 그러한 파일은 네트워크 및 이에 참여하는 프로세스가 허용하는 한 고속으로 전송되도록 공통적으로 구현된다. 그에 따라, 디바이스(14)는 전형적으로 이더넷 링크(33)가 이용 가능하자마자 전송에 이용 가능한 패킷이 전송되도록 이러한 패킷을 항상 가질 수 있다. NID(22) 내의 수신 버퍼가 가득차거나 파일 전송이 완료될 때까지 이러한 과정은 계속될 것이다. 만약 버퍼가 가득 찬다면, NID(22)는 일부 종류의 흐름 제어를 실행할 수 있거나 단순히 패킷을 제거할 수 있다. 일단 NID(22) 내의 버퍼가 좀더 많은 패킷을 위한 공간을 갖는다면, 패킷 전송은 재개될 것이다. 도 1a에서 볼 수 있는 바와 같이, 링크(35)는 두 트래픽 세트를 전달하고 있다. 이 링크가 포화상태가 될 경우(즉, 이 링크가 최대 용량으로 패킷을 전송할 경우), 스트리밍 및 파일 전송 애플리케이션은 지터(jitter)가 있는 패킷 지연과 같은 문제를 겪을 것이다. 비록 지연 및 지터가 파일 전송 애플리케이션에서 중요하지 않을 지라도, 이것은 전술된 바와 같이 스트리밍 애플리케이션에 악영향을 미칠 수 있다. 그에 따라, 네트워크에 걸쳐서 큰 미디어 파일을 신속하게 전송하면, 스트리밍 애플리케이션은 불충분하게(poorly) 즉 부적절하게(improperly) 기능하게 될 수 있다. 신속한 파일 전송의 예는 파일을 PC로부터 프린터 및 미디어 분배 애플리케이션으로 전송하는 것을 포함할 수 있다. 무선 통신 링크는 이러한 문제를 악화시킨다. 이용 가능한 총 대역폭(BW)은 대략 54Mbps 정도일 것이다. 미디어 컨텐션(contention) 및 헤더를 고려한 후, 실제 처리량은 대략 30Mbps 정도일 것이다. 이러한 BW는 그러한 하위-네트워크 상의 모든 무선 디바이스 사이에서 공유되어, 하나의 충돌 영역이 존재하게 된다. 더 많은 패킷이 무선 채널 상에 액세스를 시도함에 따라, 결국 더 많은 충돌이 있게 된다. 이것은 다시 모든 애플리케이션에 대해 이용 가능한 BW의 양을 감소시킨다. 그에 따라, 무선 네트워크에 대한 이러한 효과는 유선 네트워크에 대해 상술한 효과에 비해 훨씬 더 심각할 수 있다. 이러한 조건에서 QoS를 보장하기 위한 대안적인 시스템 및 방법이 요구된다.