SDN 기반 군 네트워크에 QoS 및 utilization 향상을 위한 대역폭 할당 기법 연구

국문 초록 (Abstract)

현재 군에서는 상용 네트워크 환경과 유사하게 각종 체계 및 어플리케이션이 증가하고 있으며 네트워크 트래픽 및 정교한 QoS 수요 증가로 네트워크 관리가 어려워지고 있다. 이를 위해 전체적 네트워크 관리를 위한 global View와 최적화된 QoS 보장을 위한 네트워크 트래픽 클래스 분류 및 우선순위를 고려한 유연하고 효율적인 네트워크 메커니즘이 필요함에 따라 이에 대한 대안으로 소프트웨어 정의 네트워크(Software Defined Networking)가 논의 되고 있다. SDN은 제어 평면과 데이터 평면을 분리하여 논리적으로 지능적인 중앙 통제를 통해 통합적인 네트워크 경로 및 정책을 구성하고 최적화된 네트워크를 수행하며 이를 위해 오픈 프로토콜로 OpenFlow를 활용한다. 군은 다수로 운영되는 전산소를 두 개의 통합정보관리소로 통합하여 운영할 계획이다. 이 통합정보관리소는 전장관리와 자원관리를 통합하여 종합적인 IT 서비스를 지원할 수 있는 환경을 제공하고 정보체계의 QoS를 개선하며 사용자 만족도를 높이기 위한 소프트웨어 중심 서비스를 지원하는데 그 목적이 있다. 이러한 서비스를 지원하기 위해 클라우드(cloud) 및 가상화(virtualization) 환경이 적용될 예정이며 이를 효과적으로 지원하는 기술로 SDN 도입이 필요하다. 따라서 군 네트워크 환경 특성을 고려한 SDN 아키텍처(architecture) 모델 및 군 임무 및 중요도를 고려하여 우선순위를 선정한 어플리케이션에 대해 QoS 보장과 효율성을 향상시키기 위한 대역폭 할당(bandwidth allocation) 모델 적용이 필요하다. 기존 대역폭 할당 연구에서는 네트워크 트래픽 클래스별 QoS 보장 및 utilization 향상을 위하여 클래스별로 최대 대역을 보장하는 방법(Maximum Allocation Model, MAM)과 특정 클래스에 대해 대역 예약을 허용하거나 사용하지 않는 대역을 공유(share)하는 방법(Russian Dolls Model, RDM)이 제안되었다. 하지만 군 네트워크의 경우 최우선 어플리케이션에 대해서는 엄격한 QoS 보증이 필요(MAM 적용)하고 그 외 어플리케이션의 경우 효율성을 고려한 대역 할당이 필요(RDM 적용)함에 따라 전체적 네트워크 관리가 가능한 SDN 기반 하에 종합적인 대역 할당 모델이 필요하다. 그러나 기존 RDM의 경우 static한 환경을 기반으로 한 모델로서 dynamic한 네트워크 환경을 고려하고 우선순위가 낮은 네트워크 클래스가 대역을 선점할 경우 발생하는 분쟁의 문제점을 해결할 필요가 있다. 따라서 본 논문에서는 군 네트워크에서 임무 및 중요도를 고려하여 엄격한 QoS 보장을 위해 상위 3가지 우선순위 어플리케이션에 대해서는 MAM을 그 외 어플리케이션에 대해서는 효율성을 고려하여 RDM을 동시에 운영하는 FMBAM(Flexible Multi Bandwidth Allocation Model)을 적용하고 RDM에 대해 dynamic한 환경을 고려하여 우선순위가 높은 어플리케이션이 그 보다 낮은 어플리케이션의 미사용 대역을 공유함으로서 utilization을 향상시킬 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 제안한 FMBAM 알고리즘을 시뮬레이션을 통하여 검증한 결과, 클래스 우선순위를 구분하여 QoS 보장하는 것이 가능하며 dynamic 환경을 반영하여 우선순위가 낮은 어플리케이션의 미사용 대역을 공유함으로서 utilization 향상이 가능함을 확인할 수 있었다.