UNIST 이경한 교수팀, 이동통신망 초저지연 전송 프로토콜 '엑셀' 개발 대박

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[기계신문]좁은 도로에 한꺼번에 많은 자동차가 몰리면 교통이 마비된다. 통신망도 마찬가지다. 허용된 데이터 용량보다 많은 데이터가 집중되면 통신 지연이 자연스럽게 나타난다. 이것은 자율 주행 자동차 자신 원격 로봇 원격 수술 등 5G기반의 인터넷 서비스에 치명적인 영향을 미친다.인터넷으로 발발하는 과도한 패킷(packet)지연 현상을 '보포불롯토(Bufferbloat)'이라고 부르는데 20쵸쯔쵸쯔뇨은부터 학계에서 급격한 관심을 받기 시작했습니다. 다음 버퍼플로트 사고가 데이터센터 자신의 무선이동통신망처럼 성능에 민감한 인터넷 영역에서도 심화되고 있는 sound가 관찰됐다.특히 20최초 2년 울산 과학 기술원(UNIST)이교은항 교수 팀과 노스 캐롤 자신 이쟈싱 주립 대학의 연구진은 스마트 폰에서 사용하는 3G/4G이동 통신망에서 수백밀리 초(ms)에서 몇초에도 지나친 패킷 지연을 겪고 있는 sound를 발견하고 그 원인을 밝혔다.또 이 사고를 해결하려고 무바 1단이 이야기기의 커널(kernel)내에 존재하는 TCP(Transmission Control Protocol)알고리즘을 수정하고 인터넷 서버에 대한 소프트웨어 업데이트 없이 지연 성능을 몇배, 자기 향상시킬 수 sound를 보였다.다음 저지연 전송 프로토콜을 개발하기 위한 다양한 노력이 이어졌다. 20첫 3년 MIT에서 싹(Sprout)을 20최초 5년 뉴욕 대학에서 웨일즈(VERUS)을 20첫 6년 구글에서 비비 알(BBR)20최초 7년 싱가포르 국립 대학에서 프로 레이트(PropRate)등이 개발됐으며 이들을 거치고, 저 지연 전송 프로토콜의 완성도가 높아지고 있다.그러자, 신무선 이동 통신 네트워크에 대해 "달성 가능한 최저 수준의 지연 성능"을 나타내, 전송율은 달성 가능한 최대치를 나타내는 "저지연 전송 프로토콜"이라고 하는 목표에는 아직 접근하지 않았다. 기존 프로토콜 중에서는 구글의 BBR 성능이 가장 뛰어나다.이런 가운데에 울산 과학 기술원(UNIST)은 전기 전자 컴퓨터 공학부 이교은항 교수 연구 팀이 61(목)그리스 이라클리온(Heraklion)에서 열린 'ACM코넥스토우(CoNEXT)20최초 8'으로 초저 지연 전송 프로토콜,'엑셀(ExLL)'을 발표했다고 밝혔다.최고의 저지연 전송 프로토콜로 알려진 구글의 BBR보다 뛰어난 성능으로 주목받았다. 프로토콜 성능 검증은 이동통신망 시험설비를 보유한 미국 콜로라도대 하상태 교수팀과 협력해 국내외에서 이뤄졌습니다.

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통신 지연은 네트워크에서 처리 가능한 양보다 많은 데이터가 주어졌을 때 네트워크 내부에 처리되지 않은 데이터가 축적되어 데이터 전달이 늦어지는 현상이었다. 데이터센터나 이동통신망에 이런 버퍼블로트가 관찰되면 패킷 전송이 늦어지고 데이터 교환의 효율성과 서비스 품질을 새벽에 밀어닥친다.이 문제를 해결하기 위한 기술이 '저지연 전송 프로토콜'이었다.네트워크 정세를 파악해 데이터 전송량을 조절하면서 지연을 줄이는 방식이었다. 종래는 주로 네트워크로 처리 가능한 데이터 전송량을 파악하기 위해서 단위별로 전송량을 증감시킴으로써 네트워크 상태를 탐색하는 수법을 사용해 왔다.전송량 증감에 따라 지연성능의 변화를 살피면서 데이터 전송량을 조절하는 것이었다고 하는데, 구글의 BBR조차 네트워크가 인정하는 최대치 데이터를 보내면서 가장 뒤쳐지기 쉬운 이상적인 수준에는 접근하지 못했습니다.UNIST 컴퓨터공학과 석사과정 박신익 연구원은 "기존 기법으로는 탐색 자체가 일으키는 비효율성 때문에 이상적인 성능을 달성하기가 어려웠다"며 "이번 기술은 전송 프로토콜 변경이 쉽지 않은 서버는 집에 두고 스마트폰을 비롯한 이동통신 단말기의 전송 프로토콜만 바꿔 문제를 해결했습니다"고 설명했습니다.연구팀은 효율적인 저지연 전송 프로토콜을 위해 허용된 네트워크 용량을 정교하게 파악하는데 집중했습니다. 이동통신 단말기에 허용된 네트워크의 대역폭만큼 데이터를 보내면 불필요하게 데이터가 축적되지 않는다고 본 것이다. 이를 위해 이동통신단 스토리기가 수신하는 패킷 패턴을 관찰해 이동통신망의 대역폭을 직접 추론하도록 했다.

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▲(왼쪽)고정 당이에키에서(우)이동 당이에키에서 측정된 지연 성능과 전송률, 성능(ExLL과 기존의 프로토콜인 BBR, VERUS, Sprout, PropRate의 비교)김 준 송 UNIST컴퓨터 공학과 박사 과정 연구원은 "LTE네트워크의 경우 한밀리 초(ms)당의 전송되는 데이터 용량과 이 시대 동안 패킷이 도착하는 간격 등의 패턴은 같지 않다","이는 기지국에서 걸어 주는 자원과 채널 정세에 의해서 달라지므로, 이를 분석하면 허가된 네트워크 용량을 알 수 있어 관찰 가끔 등을 바꾸면 5G네트워크에도 적용할 수 있다"고 밝혔습니다.허용된 네트워크 용량만 파악하면 모두 sound 단계는 용이하다. 이동통신 단말기는 직접 계산한 기준을 서버에 하달하고, 서버는 이를 이용하여 이동통신 단말기의 데이터 전송량을 직접 제어합니다. 만약 현재 전송량이 허용된 네트워크 용량에 크게 못 미치는 경우는 전송량을 신속하게 늘리고, 네트워크 용량에 거의 도달한 경우는 세밀하게 늘리고, 이 과정에서 지연될 때마다 늘어나 본인 면 전송량을 줄이는 형태로 작동하는 것입니다.이교은항 교수는 "엑셀은 탐색 과정에서 비효율을 않고 링이 초저 지연 넥우오킨을 구현할 수 있게 되었습니다","현존하는 최소 지연 전송 프로토콜로서 원격 수술과 원격 드론 제어, 5G기반 자율 주행 등으로 큰 역할을 할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

▲ 초저 지연 네트워크 프로토콜`엑셀`을 개발한 UNIST연구진-왼쪽부터 이교은항 교수, 박 신 라이크 연구원, 김 준 송 연구원, 한편 저 지연 전송 프로토콜의 연구는 20의 하나하나년 보포불롯토 개념이 정의된 후 꾸준히 발전하고 구글의 BBR까지 이어졌다. 구글은 20하나 6년부터 BBR을 리눅스의 전송 프로토콜 중 하봉잉로 포함, 최근에는 구글 클라우드 플랫폼(GCP)에도 BBR을 추가했습니다. 이는 구글이 웹 전송 기술인 HTTP/2과 HTTP3표준에 독자 개발 프로토콜(SPDY, QUID)을 차례로 채택한 행동을 연상시킨다.