분산 네트워크상에서 효율적인 Participant Discovery를 위한 SDN 기반 DDS 구조 설계

Abstract

최근 다양한 분야의 산업에서 개발하는 시스템이나 연구를 검증하는데 기존의 모델링 및 시뮬레이션 시스템만으론 검증이 불가한 경우가 증가하고 있다. 때문에 기존의 모델링 및 시뮬레이션 시스템이 아닌 더욱 큰 범위의 시뮬레이션이 가능한 환경이 요구된다. 그래서 기존의 모델링 및 시뮬레이션 시스템을 활용하여 통합 환경을 만들기 위한 연구가 진행되었다. 이러한 연구의 관련 연구 중에는 분산 시뮬레이션 환경에서 효율적인 데이터 교환을 위해 통신 미들웨어를 사용하는 것이 포함된다. OMG(Object Management Group)에서 제안한 DDS(Data distribution Service)는 통신 미들웨어로 대규모 네트워크 통신 환경에 최적화 되어 있으며 다양한 QoS를 지원한다. DDS는 DCPS(Data Centric Publish Subscribe)와 서로 다른 형태의 DDS 간의 상호연동을 지원하고 실시간 전송과 관련된 네트워킹을 담당하는 RTPS(Real-Time Publish Subscribe)로 구성되어 있다. RTPS에서의 Participant Discovery 기법에서는 최소한의 통신규격만을 제공하고 있어 분산 시뮬레이션 환경에 적용하기 위해서 더 많은 연구가 필요하다. 실제 분산 된 네트워크 환경에 존재하는 시뮬레이션을 통합하기 위해 원격 도메인에 존재하는 Participant의 발견 기법이 요구된다. Participant Discovery 프로토콜의 성능 향상을 위해 원격 도메인의 참여자를 발견하고 참여자 발견 시 메시지 수를 줄여 네트워크의 안정성을 향상 시켜야 한다. 본 논문에서는 이러한 분산 시뮬레이션 환경에서 효율적인 DDS Participant Discovery를 위한 SDN 기반 DDS 구조를 제안한다. 원격 도메인의 존재하는 참여자 발견을 위해 SDN(Software Defined Network)를 적용하여 네트워크 설정을 변경할 수 있도록 한다. SDN을 적용하는 것만으론 DDS의 Participant Discovery 프로토콜의 성능 향상이 불가능하기 때문에 SDN기반 DDS 구조에 필요한 기능을 추가한다. 제안 구조를 통해 참여자 발견 시 발생하는 메시지 수를 감소시키고 전체 네트워크에 미치는 영향을 하락시킬 수 있게 된다. 제안된 구조를 수학적 계산을 통해 전체 네트워크에 발생하는 메시지의 수가 줄어드는 것을 설명하고 OPNET을 통해 네트워크 모델 및 시뮬레이션한다. OPNET 시뮬레이션 결과를 통해 전체 네트워크의 Participant Discovery 메시지 수가 이전에 메시지 수에 비해 약 25%에 해당하는 메시지 수만 발생하는 것 확인이 가능하며, 전송 채널 대역폭 사용량 또한 제안 구조에서 약 40%만 사용하게 되는 것을 확인할 수 있다.