SDN 환경에서 OpenFlow Controller 기반의 트래픽 로드밸런싱 기법

Abstract

스마트폰, 태블릿PC 등의 모바일 이용기기 대중화로 사용자들의 인터넷 사용 환경이 무선 네트워크 인프라 중심으로 급속히 전환되며, 학교 강의실, 행사·세미나실, 회의장 등의 대중시설에서도 모바일 기기 이용을 고려한 Wi-Fi기반의 무선 네트워크 인프라를 구축하여 운영하고 있다. 다만, 이러한 대중시설처럼 불특정 다수가 이용하는 장소는 각 사용자의 스마트 기기들이 각자 독립적으로 무선AP(Access Point)를 선택, 무선 네트워크 서비스를 이용하게 된다. 이로 인해, 특정 AP로의 연결 몰림, 트래픽 부하 불균형이 발생될 수 있으며, 이는 전체 무선 네트워크 인프라 내의 네트워크 혼잡 및 성능 하락을 발생시킬 수 있다. 이러한, 무선 네트워크의 트래픽 해소를 위하여 무선 네트워크 트래픽 로드 밸런싱 방안에 대한 연구들이 진행되고 있으나, 추가 설계의 복잡성, 높은 비용 발생 등의 제약이 존재하였다. 본 논문에서는 Wi-Fi 무선 네트워크 환경을 SDN(Software defined Network) 환경으로 구축하여 SDN 상의 OpenFlow Controller 기반의 트래픽 로드 밸런싱 방법을 제안한다. SDN은 기존 네트워크와 달리 네트워크의 하드웨어 영역에서 패킷 포워딩을 수행하는 Data Plane과, 소프트웨어 영역에서 패킷 포워딩을 위한 경로를 설정하고 관리하는 Control Plane을 논리적으로 분리하여 전체 네트워크에 대한 중앙 제어·관리가 용이하다. 제안하는 시스템 구축을 위해 Mininet 에뮬레이터를 활용하여 SDN 환경을 마련하고, OpenFlow Switch를 이용하여 OpenFlow Controller, OpenFloW Switch, AP 들의 동일한 유선 네트워크에 존재하도록 구성하여 SDN 네트워크를 구성하였다. 또한 각 AP가 OpenFlow Controller의 제어명령을 받아 수행할 수 있도록 Agent를 설치하여 OpenFlow Controller의 제어패널과 연결 하였으며, 이를 통해 STA의 접속정보와 AP의 상태정보를 OpenFlow Controller에 전달하는 체계를 구축하여 OpenFlow Controller기반의 로드 밸런싱 실험을 진행하였다. 본 논문에서는 트래픽 로드 밸런싱을 통한 성능향상 비교를 위해 로드 밸런싱이 적용되지 않은 시스템과 로드 밸런싱이 적용된 시스템, 로드 밸런싱이 적용되었으나 AP의 신호세기가 상이하게 조정된 시스템의 3개의 조건으로 실험을 진행하였으며, OpenFlow Controller를 통해 과부화 AP에 대한 로드 밸런싱이 실제 수행됨을 확인하였다. 실험 조건에 따라 상이하였으나, 트래픽 로드 밸런싱이 수행되었을 때 Wi-Fi 무선 네트워크의 총 data rate가 기존 대비 약 50 ~ 78% 가량 향상됨을 확인하였다.