블룸 필터 선-검색을 이용한 이름 프리픽스 일치 알고리즘

Abstract

스마트폰과 같은 모바일 기기의 보편화로 주문형 비디오 서비스 등과 같은 동영상 스트리밍 서비스에 대한 수요가 급증하고 있다. 그러나 현재의 인터넷은 호스트 중심의 구조로서 동영상과 같이 대용량이면서도 반복적으로 요청되는 트래픽을 효율적으로 전송하지 못하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 차세대 네트워크 기술로 주목 받고 있는 것이 바로 콘텐츠 중심 네트워킹 (Content Centric Networking, CCN) 기술이다. CCN이 현실화되기 위해서는 CCN 라우터의 포워딩 과정에서 포워딩 테이블을 빠른 속도로 검색할 수 있어야 한다. 이를 위하여 이름 프리픽스 트라이 (Name Prefix Trie, NPT)에 기초한 여러 알고리즘들이 제안되었다. 하지만 CCN 콘텐츠 이름은 그 길이가 정해져 있지 않아 트라이 기반의 알고리즘에서는 트라이의 깊이가 한정되지 않아 검색 성능이 좋지 않다. 본 논문에서는 해싱을 기반으로 한 이름 프리픽스 트라이 (Name Prefix Trie, NPT)와 여기에 블룸 필터를 추가적으로 적용한 알고리즘들을 제안한다. 블룸 필터를 통해 찾고자 하는 노드가 NPT에 저장되어 있는지 여부를 판단한 후에 저장되어 있을 확률이 있을 때에만 오프-칩(off-chip) 해시 테이블에 접근한다. 블룸 필터를 적용한 알고리즘은 블룸 필터의 검색 과정에 따라 두 가지 알고리즘을 제안하고자 한다. 첫 번째 알고리즘은 블룸 필터 검색 결과가 양성일 때마다 해시 테이블에 접근하는 알고리즘이다. 두 번째 알고리즘은 블룸 필터 쿼리를 통해 가장 길게 일치하는 길이를 알아낸 후 해시 테이블에 접근하는 알고리즘이다. 이 때, 해시 테이블에 접근하여 일치하는 노드가 저장되어 있지 않으면 더 짧은 레벨로 백-트래킹 한다. 제안하는 알고리즘인 NPT-BF-Chaining에 대해서는 내부 노드에 최적으로 일치하는 프리픽스 (Best matching prefix, BMP)를 선-계산하여 저장 했을 때와 하지 않았을 때로 나누어 성능평가를 진행했다. 특히 BMP를 저장할 경우 해시 테이블에 평균 1번 접근하여 출력 페이스(출력 페이스)를 찾을 수 있었고 최대로 접근해도 2번만 접근하여 결과를 찾을 수 있었다. ;As a new networking paradigm for future Internet, content centric networking (CCN) technology provides contents oriented communication infrastructure for rapidly growing large amount of data traffic. For the successful realization of CCN, it is essential to design an efficient forwarding engine performing high-speed name lookup. Various algorithms based on name prefix trie have been proposed, but the trie-based algorithms do not provide high-speed search performance because the depth of the trie can be excessively large due to unlimited name lengths. This thesis proposes to use hashing-based name prefix trie and to employ a Bloom filter. In the proposed approach, the Bloom filter identifies the existence of a node in a name prefix trie, and an off-chip hash table storing the trie is only accessed when there is a high possibility of the node in a trie. In accessing the hash table depending on the result of the Bloom filter, we propose two algorithms which have different strategies in search procedure. The first algorithm accesses the trie for every positive result in the Bloom filter. On the other hand, the other algorithm tries to determine the longest matching length first using Bloom filter queries. The hash table is accessed from the possible longest length and tracked back if there is no match. Simulation result shows that the proposed NPT-BF-Chaining with pre-computation can provide the output face of each input name with a single hash table access in average and with two hash table accesses in the worst-case.