분산시스템에서 부하균형을 유지하기 위해서는 네트워크상의 각 노드는 다른 노드들의 부하상태정보를 가져야만 한다. 네트워크상에 ν개의 노드가 존재할 때 모든 노드간에 부하상태정보를 교환하기 위해서는 Ο(ν²)의 트래픽 오버헤드가 필요하게 된다. 이 논문에서는 분산된 노드간에 동기적으로 동작하는 부하균형 알고리즘을 제시한다. 이를 위해 먼저 SBIBD(symmetric balanced incomplete block design)에 근거하여 (ν,k,1)-configuration에 의해 ν=k²-k+1개의 노드를 갖는 네트워크 토폴로지를 구성하였다. 이 망에서 동작하도록 고안된 부하상태정보 전파 알고리즘은 (equation omitted)의 메시지 오버헤드를 가지면서 각각의 노드가 ν개의 모든 노드에 대한 부하상태정보를 가지도록 한다. 또한 이 부하균형 알고리즘은 모든 링크가 부하상태정보 전송을 위해 동일한 트래픽을 갖도록 설계되었다.
무선 센서 네트워크는 효과적인 라우팅과 브로드캐스팅을 위하여 가상 백본을 구성할 수 있는 연결 지배 집합 개념을 사용한다. 본 논문에서는 노드의 부하를 균형있게 분산하여 네트워크 수명을 늘리고 효과적인 라우팅을 수행하기 위하여 연결 지배 집합을 구성하는 최적화 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안한 최적화 알고리즘은 메타휴리스틱방식인 타부 서치 알고리즘을 사용하였으며, 구성되는 연결 지배 집합에서 각 지배자에 피지배자의 수를 균형있게 배치되도록 설계하였다. 제안된 알고리즘으로 부하 균형 연결 지배 집합을 구축함으로써 지배자의 부하를 균형있게 분산시킴으로써 네트워크 수명을 연장할 수 있게 하였다. 제안된 타부서치 알고리즘의 성능평가는 무선 센서 네트워크상에서 부하 균형과 관련된 항목들을 평가하였으며, 성능평가 결과에서 기존에 제안된 방식보다 우수한 성능을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 병렬처리에서 중요한 부하균형 문제에 대한 새로운 솔루션을 소개한다. 제안하는 매핑 알고리즘은 평균장 어닐링과 유전자 알고리즘을 합성한 휴리스틱 부하균형 기법이다. 합성된 알고리즘을 세 개의 다른 알고리즘들과의 성능향상비를 측정하는 성능평가 시뮬레이션을 개발하였고 솔루션 품질과 수행시간 면에서 우지의 방법은 기존의 것들 보다 개선된 실험결과를 얻었다.
분산시스템에서 비집중화된 방법으로 부하균형을 유지하기 위해서는 네트워크상의 각 노드는 다른 노드들의 부하상태정보를 가져야만 한다. 네트워크상에 v 개의 노드가 존재할 때 모든 노드간에 부하정보를 교환하기 위해서는 $Ο({v^2})$의 트래픽 오버헤드가 필요하게 된다. 이 논문에서는 분산된 노드간에 동기적으로 동작하는 부하균형 알고리즘을 제시한다. 이를 위해 먼저 SBIBD(Symmetric Balanced Incomplete Block Design)에 근거하여 (v,k+1,1)구조에 의해 $v={k^2}+k+1$ 개의 노드간의 통신을 위해 2k 정규그래프 구조를 갖는 네트워크 토폴로지를 구성하였다. 이 망에서 동작하도록 고안된 부하균형 알고리즘은 Ο(v√v)의 메시지 오버헤드를 가지면서 각각의 노드가 v개의 모든 노드에 대한 부하상태정보를 가지도록 한다. 또한 이 알고리즘은 모든 링크가 부하상태정보 전송을 위해 √v의 동일한 트래픽을 갖도록 설계되었다.
송신자 개시 부하 균형 알고리즘에서는 전체 시스템이 과부하일 때 송신자(과부하 프로세서)가 부하를 이전하기 위해 수신자(저부하 프로세서)를 발견할 때까지 불필요한 이전 요청 메시지를 계속 보내게 된다. 따라서 이 같은 상황에서는 저부하 상태인 수신자 프로세서로부터 승인 메시지를 받기까지 불필요한 프로세서 간 통신으로 인하여 프로세서의 이용률이 저하되고 또한 태스크의 처리율이 낮아지는 문제점이 발생한다. 본 논문에서는 이질형 분산 시스템에서의 동적 부하 균형을 위해 유전 알고리즘을 기반으로 하는 접근 방법을 제안한다. 이 기법에서는 불필요한 요청 메시지를 줄이기 위해 요청 메시지가 전송될 프로세서들이 제안된 유전 알고리즘에 의해 결정된다.
무선 센서 네트워크는 제한된 에너지 자원으로 동작하므로 에너지 소비를 최소화하여 통신하는 기법이 무선 센서 네트워크 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 센서 노드들의 에너지 효율을 개선하기 위한 다양한 방법 중 클러스터링 알고리즘에 기반 한 계층적 라우팅 방법이 무선 센서 네트워크의 성능과 수명을 증가시키기 위해 효과적인 기술임이 알려지면서 다양한 접근법이 제시되고 있다. 클러스터 기반 아키텍처에서 클러스터의 부하 균형을 위한 효율적인 군집 모델은 게이트웨이와 센서 노드의 수명을 증가시켜 전체 네트워크의 성능을 향상 시킨다. 본 논문에서는 네트워크의 수명과 에너지 효율성을 높이기 위해 새로운 부하 균형 군집 모델을 제시한다. 또한 최적해를 보장하는 분기 한정 알고리즘을 설계하고 이를 이용해 다양한 조건에서 기존에 제시된 부하 균형 군집 모델과 실험하고 성능을 비교한다.
분산 시스템에서 부하 균형의 목적은 한 프로세서로부터 다른 프로세서로 적절히 전송함으로서 전체 시스템의 성능을 향상시키는 것이다. 본 논문에서는 수행 주기성과 탐색 한계를 이용한 제한된 부하균형 기법을 제안하였다. 본 알고리즘은 시스템에 있는 각 노드의 최신 상태를 기록하기 위해 탐색 과정에서 수집된 정보를 사용한다. 이러한 정보는 판단할 수 있어 무차별하게 탐색하는 것을 방지한다. 시뮬레이션 결과, 제안한 주기성 부하균형 알고리즘은 평균응답시간을 단축시킨다는 것과 성능이 수행 주기에 의존함을 발견하였다. 따라서, 훌륭한 수행 주기는 낮은 평균 응답시간과 부하 이주를 위한 적당한 노드가 존재한다면 그 노드를 발견할 높은 확률을 제공한다는 결론을 내렸다.
현재 CDMA 시스템에서 통화채널의 주파수 할당 방식에 Hashing 알고리즘이 사용되며, Hashing알고리즘에 의해 FA(frequency assignment)간 부하 균형을 유지하고 있다. Hashing 알고리즘은 모든 가입자 번호를 각 FA에 균일하게 할당하지만, 개별 기지국의 가입자 분포는 각 FA별로 반드시 균일하게 분포되지는 않는다. 이런 FA간 가입자 분포의 불균형은 해당 기지국의 과부하로 인식되어 조기 FA 증설이 요구되며, 해당 과부하 FA의 통화품질 열화를 일으킨다. 따라서 부하 균형에 따라 통화채널의 FA할당을 조절하기 위한 Hashing 후 강제 할당 방식인 OFD(optional forced distributio)을 제안하고 이를 CDMA 시스템에 적용하여 부하 균형의 개선 효과를 얻었다.
본 논문에서는 기존의 정적인 스케쥴링 모델 즉, 그래프 이론, 정수 프로그래밍 그리고 휴리스틱 모델에 근거한 알고리즘들의 사례를 소개하고 분석하였으며 정적인 스케쥴링 알고리즘의 단점을 보완할 수 있고 고장허용구조를 지원할 수 있는 FAME 알고리즘을 제시하였다. FAME은 정적인 휴리스틱 알고리즘과 동적인 스케쥴링 알고리즘으로 구성되며 부하균형과 기억공간 크기 그리고 최소 통신비용 조건을 만족하고 태스크간 간섭비용을 도입함으로써 태스크간 통신 비용에 의해 나타날 수 있는 태스크들의 동시성 수행 정도의 감소를 방지할 수 있도록 하였다. 또한 기억공간 크기와 간섭비용의 조합은 테스크들이 일부 프로세서에만 할당되는 현상을 방지할 수 있다.
부하균형을 위해서는 각 노드의 부하상태 정보가 모든 노드에게 알려져야 하는데 O.Lee[15]가 제안한 SRIBD(Symmetric Balanced Incomplete Block Design) 기반의 부하균형 알고리즘은 노드의 수가 v일 때 2라운드 메시지 교환과 O (${\upsilon}{\sqrt{\upsilon}}$)의 통신오버헤드에 의해 각 노드가 네트워크상의 모든 노드로부터 부하상태 정보를 수신한다. 이 때 각 노드의 통신오버헤드는 O ($\sqrt{\upsilon}$)로서 각 노드가 균등한 오버헤드를 가지며 각 노드가 수신한 정보는 중복이 없다는 점 또한 이 알고리즘의 장점이다. 기술한 바와 같이 이 알고리즘은 매우 효율적이지만 임의의 소수 p에 대하여 노드의 수가 $v=p^2+p+1$일 때만 수행될 수 있다. 이 논문에서는 네트워크상의 노드의 수가 임의의 양의 정수일 때도 이 알고리즘이 동작할 수 있도록 특수한 결합구조를 생성하고자 한다. 이 제안의 성과를 평가하기 위해 노드의 수가 w($5{\leq} w{\leq}5,000$)인 네트워크를 가정하고 각각의 경우에 두 번의 라운드 정보교환으로 최소 80% 이상의 부하상태정보를 수신하도록 실험을 수행한 결과 트래픽오버헤드는 O($w{\sqrt{w}}$) 보다 낮으며 각 노드의 트래픽 오버헤드가 균등하지는 않으나 그 편차가 크지 않은 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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