완전 연결된 네트 워크 에서 MDST와 MST 목 적을 갖는 오 버레이 멀티캐스 트 트 리구 현 알고 리즘 한국 벤처창업학회 하계 통 합학술 대회 2010 년 8 월 71 완전 연결된 네트워크에서 MDST와 MST 목적을 갖는 오버레이 멀티캐스트 트리구현 알고리즘 조명래 (전남도립대학 U-정보산업과 교수) * 국 문 요 약 인터넷 기반 멀티캐스트는 일대다 또는 다대다 통신을 위한 차세대 중요한 서비스로 주목 받고 있다. 멀티캐스트는 네트워크 또는 애플리케이션 레벨에서 서비스할 수 있다. IP 멀티캐스 트는 소스노드에서 라우터로 데이터그램을 보내면 라우터가 이를 복제하여 수신노드들에게 전 달해 주는 네트워크레벨 서비스로 네트워크 자원을 효율적 사용할 수 있다. 그러나 네트워크에 IP 멀티캐스트 라우터가 설치되어야 하는 등 여러 문제로 인해 널리 사용되지 못하고 있다. 따 라서 대안으로 애플리케이션 레벨에서의 오버레이 멀티캐스트가 주목 받고 있다. 오버레이 멀 티캐스트는 종단 호스트가 라우터 처럼 동작하는 것으로 비록 IP 멀티캐스트에 비해서 링크 사용율과 지연값이 높아질 수 있지만, IP 멀티캐스트의 현실적인 적용의 어려움을 해결할 수 있 는 장점을 가지고 있다. 본 연구는 완전 연결된 네트워크에서 탐욕 알고리즘을 이용하여 MDST(소스 노드에서 다른 모든 각각의 노드까지 최단 경로를 갖는 신장트리)와 MST(네트워크 상의 모든 링크에 주어진 가중치의 합이 최소가 되는 신장트리)를 목적으로 하는 오베레이 멀티캐스트 트리를 구현하는 알고리즘을 제시하고, 실험에 의해 MDST 와 MST 를 비교 분석 하고자 한다. 핵심주제어: 오버레이 멀티캐스트, 최소지름신장트리, 최소신장트리, 탐욕 알고리즘 Ⅰ. 서 론 최근 서로 다른 물리적 네트워크를 상호 연결하여 하나의 통합된 단위로 동작 시킬 수 있는 인터네트워킹 기술의 발전은 개방형상호연결시스템 기반에서 인터넷 기술의 진보를 가져다 주고 있다. 특히 일반적으로 TCP/IP 라고 불리는 인터넷 프로토콜군 (TCP/IP Internet Protocol Suite)기술은 상호 연결된 어떤 종류의 네트워크 간 정보 교환을 가능하게 하였으며, 다양한 종류의 애플리케이션 및 네트워크 레벨 인터넷 서 비스를 가능하게 하였다. 이러한 인터넷 기술의 진전과 함께 HD 급의 H.264, * 제1저자, 교신저자, 전남도립대학 U-정보산업과 교수, [email protected]
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완전 연결된 네트 워크 에서 MDST와 MST 목 적을 갖는 오 버레이 멀티캐스 트 트 리구 현 알고 리즘
한국 벤처창업학회 하계 통 합학술 대회 2010 년 8 월 71
완전 연결된 네트워크에서 MDST와 MST 목적을 갖는
오버레이 멀티캐스트 트리구현 알고리즘
조명래 (전남도립대학 U-정보산업과 교수)*
국 문 요 약
인터넷 기반 멀티캐스트는 일대다 또는 다대다 통신을 위한 차세대 중요한 서비스로 주목 받고 있다. 멀티캐스트는 네트워크 또는 애플리케이션 레벨에서 서비스할 수 있다. IP 멀티캐스트는 소스노드에서 라우터로 데이터그램을 보내면 라우터가 이를 복제하여 수신노드들에게 전달해 주는 네트워크레벨 서비스로 네트워크 자원을 효율적 사용할 수 있다. 그러나 네트워크에 IP 멀티캐스트 라우터가 설치되어야 하는 등 여러 문제로 인해 널리 사용되지 못하고 있다. 따라서 대안으로 애플리케이션 레벨에서의 오버레이 멀티캐스트가 주목 받고 있다. 오버레이 멀티캐스트는 종단 호스트가 라우터 처럼 동작하는 것으로 비록 IP 멀티캐스트에 비해서 링크 사용율과 지연값이 높아질 수 있지만, IP 멀티캐스트의 현실적인 적용의 어려움을 해결할 수 있는 장점을 가지고 있다.
본 연구는 완전 연결된 네트워크에서 탐욕 알고리즘을 이용하여 MDST(소스 노드에서 다른 모든 각각의 노드까지 최단 경로를 갖는 신장트리)와 MST(네트워크 상의 모든 링크에 주어진 가중치의 합이 최소가 되는 신장트리)를 목적으로 하는 오베레이 멀티캐스트 트리를 구현하는 알고리즘을 제시하고, 실험에 의해 MDST 와 MST 를 비교 분석 하고자 한다.
핵심주제어: 오버레이 멀티캐스트, 최소지름신장트리, 최소신장트리, 탐욕 알고리즘
Ⅰ. 서 론
최근 서로 다른 물리적 네트워크를 상호 연결하여 하나의 통합된 단위로 동작 시킬
수 있는 인터네트워킹 기술의 발전은 개방형상호연결시스템 기반에서 인터넷 기술의
진보를 가져다 주고 있다. 특히 일반적으로 TCP/IP 라고 불리는 인터넷 프로토콜군
(TCP/IP Internet Protocol Suite)기술은 상호 연결된 어떤 종류의 네트워크 간 정보
완전 연결된 네트 워크 에서 MDST와 MST 목 적을 갖는 오 버레이 멀티캐스 트 트 리구 현 알고 리즘
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<그림 5> 실험 네트워크의 MDST와 MST
<그림 5>의 MDST와 MST에서, 각각 최대 차수를 갖는 노드는 그 차수값이 2이
므로, 네트워크의트래픽이 특정 노드에 집중되지 않고, 신장트리 내의 모든 노드들에
비교적 평활화 되었음을 보여주고 있다.
다음 <그림 6>, <그림 7>, <그림 8> 그리고 <그림 9>는 노드 수를 각각 10, 20,
30, 그리고 50개로 두고 각각 10회 그래프 테이블을 랜덤 발생 시켜 생성한 MDST
와 MST를 비교하고 있다. 여기서 Max(degree)는 구해진 신장트리에서 최대 차수값
을 나타내며, 이는 트래픽의 평활화 척도로 삼고자 한다.
<그림 6> 10개 노드의 MDST와 MST 비교
조 명래
84 The Korean Society of business Venturing Summer, 2010
<그림 7> 20개 노드의 MDST와 MST 비교
<그림 8> 30개 노드의 MDST와 MST 비교
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<그림 9> 50개 노드의 MDST와 MST 비교
실험 결과 MIN 를 목적으로 하는 MDST와 를 목적으로
하는 MST에서, 모든 경우 MDST는 값이 그리고 MST는 값이 상대
적으로 작은 값을 보였다. 신장트리에서 트래픽 평활화 지수로 삼고 있는 최대 차수
는 MDST의 경우 소스 노드에서의 차수가 대부분 최대 차수임을 보였고, MST보다
항상 큰 값을 나타냈다. MST에서의 값은 노드 수가 증가 할 때, 완전
연결된 그래프에서 가중치를 1에서 9까지 랜덤하게 발생 시킨 이유로 모든 링크가 1
에 근사한 값으로 연결됨을 볼 수 있었다. 따라서 MDST는 MST에 비해 서비스 지
연시간이 QoS에 민감한 멀티캐스트에 적합함을 보였다. 특히, 실험 결과에 의해 생성
된 MST 테이블은 그래프 상의 모든 노드들 간 각각의 최단 거리 행렬이며, 이를 통
해 전방으로부터 탐욕알고리즘을 적용하여 MST를 생성하기 때문에 차수 제약, 대역
폭 제약 또는 링크의 고장에 의한 제약 등에 따른 대체 경로 설정에 빠르게 적용할
수 있는 기회를 보여주었다. 그러나, 본 연구에서는 제약 조건에 의한 대체 경로 설정
문제는 다루지 않으며, 차후 연구에서 논하기로 하겠다.
Ⅴ. 결 론
본 연구에서는 완전 연결된 네트워크에서 MDST와 MST를 목적으로 하는 오버레
이 멀티캐스트 트리를 구현하는 문제를 다루었다. 이를 위해 다익스트라 기법을 응용
한 탐욕 알고리즘으로 MDST와 MST를 동시에 구하였다. MDST는 서비스 지연시간
이 QoS에 민감한 멀티케스트에 적합함을 보였고, MST 테이블은 다양한 제약에 따른
대체 경로 설정 문제 해결을 기대할 수 있게 하였다. 오버레이 멀티캐스트는 IP 멀티
캐스트의 분명한 장점에도 불구하고, 현실적인 적용의 어려움을 해결하는 대안임을
보였다.
조 명래
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본 연구는 IPTV등 다양한 멀티캐스트 서비스를 제공하기 위한 오버레이 멀티캐스
트 망 구현에 관한 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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한국 벤처창업학회 하계 통 합학술 대회 2010 년 8 월 87
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조 명래
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Overlay Multicast Tree Building Algorithm for
MDST and MST in Complete Network
Cho, Myeong Rai *
Abstract
It is strongly believed that multicast will become one of the most promising services on internet for the next generation. Multicast service can be deployed either on network-layer or application-layer. IP multicast (network-layer
* Professor Ph.D., Dept. of U-Information Industry, Jeonnam Provincial College,
완전 연결된 네트 워크 에서 MDST와 MST 목 적을 갖는 오 버레이 멀티캐스 트 트 리구 현 알고 리즘
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multicast) is implemented by network nodes (i.e., routers) and avoids multiple copies of the same datagram on the same link. Despite the conceptual simplicity of IP multicast and its obvious benefits, it has not been widely deployed since there remain many unresolved issues. As an alternative to IP multicast, overlay multicast (application-layer multicast) implements the multicast functionality at end hosts rather than routers. This may require more overall bandwidth than IP multicast because duplicate packets travel the same physical links multiple times, but it provides an inexpensive, deployable method of providing point-to-multipoint group communication.
In this paper we develop an efficient method applied greedy algorithm for solving two models of overlay multicast tree building problem that is aimed to construct MDST (Minimum Diameter Spanning Tree : minimum cost path from a source node to all its receivers) and MST (Minimum Spanning Tree : minimum total cost spanning all the members). We also simulate and analyze MDST and MST.