On the Reliability of IEEE 802.1CB FRER 간략히 정리

이 논문은 비절단(Non-Disjoint) 경로를 가진 TSN 네트워크에서 802.1CB(=FRER)의 중복 스트림 제거 문제를 다룬다.

 

비절단 경로 상에 위치한 교차점 노드(두개 이상의 경로가 한번에 거쳐가는 노드)가 802.1CB를 지원할 시 의도치 않은 중복 스트림 제거가 일어난다.

 

본 논문은 이 문제를 해결하기 위해 새로운 메트릭인 Reassurance를 제안하고 제안된 메트릭을 통해 802.1CB의 경로를 결정한다.

 

제안된 아이디어는 아래 2가지 비교군과 성능이 비교된다.

1. Random Selection: 랜덤으로 FRER 경로를 선택
2. Maximum-Disjoint Selection: 최소한의 교차점 노드를 갖도록 FRER 경로를 선택

 

성능 비교를 위해서 시뮬레이션(OMNet++ v5.5.1)을 사용하였고, 그림과 같은 UUNET ISP의 실제 토폴로지를 활용하였다.

 

 

그림의 그래프에서 y 축은 패킷 전달율을 나타내고 x 축은 경로 상에서 발생할 수 있는 임의의 링크 실패와 중복 스트림 개수를 나타낸다. 제안된 아이디어는 경로 상의 링크 실패나 중복 스트림 개수가 적을 때 높은 성능을 보이고 4 이상 증가할 때 성능이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, x 축의 차수가 증가할 수록 패킷 전달율은 어떠한 전략에서도 100%를 달성하지 못한다고 설명한다.

 

간단하게 해당 그래프를 보면은 TSN 네트워크 상에서 Talker의 FRER 중복 스트림을 Listener로 100%로 전달하려면 비절단 노드를 사용하면 안된다는 것을 알 수 있다.

 

또한, 본 논문에서 의도치 않은 중복 제거로 인해 모든 중복 스트림이 제거되는 문제는 주로 네트워크 경로 상에서 초반에 교차점 노드가 많을 수록 이러한 문제가 더 증가한다는 것을 확인하였다. 

 

즉, 네트워크 경로 상에서 Talker에 가깝게 교차점 노드가 위치할수록 FRER의 중복 스트림이 없어지는 문제가 발생할 확률이 높다는 것을 의미한다.

 

 

위 그림은 네트워크 상에서 교차점 노드가 위치하는 분포도를 나타낸 그림이다. Q1 부분이 Talker에 가깝게 위치한 경우이고 Half는 네트워크의 중간 부분을 의미한다. 마지막으로 Q3가 Talker에 멀게 위치한 경우이다.

 

그림에서 볼 수 있듯이 제안된 아이디어는 2가지의 비교군보다 초반 지점에 교차점 노드를 줄이는 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.

 

결론적으로 FRER의 신뢰성을 달성하기 위해서는 교차점 노드가 최대한 없는 경로인 절단(Disjoint) 경로를 사용하는 것이 효과적이겠지만, 그렇지 않은 비절단 경로의 경우에는 Reassurance 메트릭을 적용시켜 경로를 선택하는 것이 적절한 방법이라고 설명한다.

 

본 논문에서 가장 중요한 Reassurance 메트릭은 무엇을 기준으로 도출된 메트릭인지 본 페이지에서는 설명하지 않았다. 왜냐하면, 내가 이 논문을 찾아본 이유는 FRER 경로에서 어떠한 이슈가 문제를 발생시키는지 확인하기 위한 목적으로 보았기 때문이다.

 

필자는 여기서 FRER 경로를 생성하려면 비절단 경로를 지양해야 한다는 것을 알 수 있었다. 하지만, 비절단 경로를 사용해야 하는 경우에는 신뢰성을 지키기 위해서 중복 스트림을 최대한 제거하지 않아야 하는데, 이 경우에는 교차점 노드를 Talker에서 최대한 멀리 두어야 한다는 것을 알 수 있었다.

 

References

D. Ergenç and M. Fischer, "On the Reliability of IEEE 802.1CB FRER," IEEE INFOCOM 2021 - IEEE Conference on Computer Communications, Vancouver, BC, Canada, 2021, pp. 1-10, doi: 10.1109/INFOCOM42981.2021.9488750. keywords: {Measurement;Fault tolerance;Simulation;Fault tolerant systems;Tools;Reliability engineering;Real-time systems;time-sensitive networks;fault-tolerance;FRER},