KR100560461B1 - 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 IEEE802.11e를 적용하는 무선랜 시스템에서, 트래픽 종류별 로 우선순위 차별도를 계산하고, 우선순위 차별도를 만족하는 값으로 초기의 트래픽 종류별 동작 파라미터 값을 설정한다. 그리고, 동작 파라미터 값 조정 알고리즘의 동작 주기마다 일정 길이를 갖는 특정 구간 내에서 발생되는 트래픽 종류별 트래픽 양을 구하고, 구해진 트래픽 양을 기반으로 동작 파라미터 값 조정을 위한 기반 정보를 산출한다. 다음, 산출된 기반 정보를 바탕으로 동작 파라미터 값 조정 여부를 판단한 후 동작 파라미터 값 조정이 필요한 경우, 동작 파라미터 값을 조정한다.
이러한 본 발명에 따르면 프레임 전송을 위한 불필요한 경쟁과 지연을 감소시켜 성능을 향상시키고, IEEE802.11e의 QBSS(QoS Basic Service Set)에 이종의 무선랜 규격을 적용하는 단말이 공존할 경우 단말간의 형평성을 보장할 수 있다.
무선랜, QAP, QSTA, MAC, QoS, EDCA

Description

무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법{method for controlling parameters of a wireless LAN system}
도 1은 IEEE802.11e 규격을 적용한 무선랜 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 IEEE802.11e 규격을 적용한 무선랜 시스템에서 차별화된 우선순위를 갖는 네 개의 트래픽 종류를 서비스하기 위한 QAP와 QSTA에서의 트래픽 관리를 위한 구성도이다.
도 3은 도 2의 차별화된 우선순위를 갖는 네 개의 트래픽 종류별로 각각 자신의 동작 파라미터 값에 따라 매체(media)에 접근하는 동작 실시예를 보이는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 도 3의 각 트래픽 종류별로 동작 파라미터 값을 조정하는 동작을 보이는 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 도 4의 각 트래픽 종류별로 동작 파라미터 값을 조정하는 동작 순서도이다.
본 발명은 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, IEEE802.11e를 적용하는 무선랜 시스템에서 액세스 포인트와 단말기의 각 액세스 카테고리의 매체 접근 동작을 결정하는 동작 파라미터 조정 방법에 관한 것이다.
IEEE802.11e 규격을 적용한 무선랜 시스템에서 정의하는 매체 액세스 제어(Media Access Control: MAC)의 기본 동작은 하이브리드 조정 기능(Hybrid Coordination Function; "HCF")에 의해 이루어진다. 상기 HCF는 그 동작 규칙에 따라 경쟁 기반의 동작 방식인 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 방식, 및 폴링 기반의 동작 방식인 HCCA(HCF Controlled Channel Access) 동작 방식으로 구분될 수 있다.
상기 IEEE802.11e의 EDCA 동작 방식을 적용하는 서비스 품질(QoS: Quality of Service) 지원 액세스 포인트(QoS Access Point, 이하 "QAP"라 함)와 QAP에 접속하여 무선랜 서비스를 받는 무선 단말들(QoS Station, 이하 "QSTA"라 함)은, 트래픽(traffic)을 그 우선순위에 따라 4개의 액세스 카테고리(Access Category, 이하 "AC"라 함)로 분류한다. 각각의 AC는 경쟁 구간(contention period)에서 자신의 동작 정보에 따라 매체에 대한 접근을 위해 경쟁 동작을 수행하게 된다.
각각의 AC가 매체 접근 동작을 위해 기반 정보로 사용하는 동작 정보는 EDCA 파라미터 정보이다. 여기서, EDCA 파라미터는 QAP와 QSTA들이 경쟁 구간에서 각각의 AC별 우선순위에 따라 해당 AC 트래픽의 QoS 서비스를 보장하면서 동작하는데 필요한 정보의 집합이며, 특히, IEEE802.11e의 MAC에 의해 운용되는 AC 각각의 트래픽 송신에 대한 우선순위를 결정하는 정보를 포함한다. 따라서 EDCA 파라미터 값 은 QAP와 QSTA의 각각의 AC의 매체 접근 동작을 결정하는 중요한 기반 정보로서, 하이브리드 조정기(HC)에서의 EDCA 파라미터 값에 대한 적절한 조정이 이루어져야, 무선랜 시스템의 QoS를 보장하고, 성능을 향상시키며, 형평성을 보장할 수 있다.
이러한 동작 파라미터 조정에 관한 종래의 연구로는 경쟁에서 충돌한 단말과 경쟁에서 실패한(deferred) 단말의 CW 값을 증가시켜 단말 간의 패킷(packet) 충돌 확률을 완화함으로써, IEEE802.11의 DCF MAC의 성능 향상을 도모하는 FCR(Fast Collision Resolution) 알고리즘에 대한 연구가 있다. 이러한 FCR 알고리즘은 실시간(real-time) 서비스의 QoS 보장을 위해서 트래픽을 분류하여 각 트래픽별로 CWmin 값과 CWmax 값을 조정하여 트래픽에 따라 차별화된 우선순위를 할당하는 방식을 사용한다.
구체적으로, Younggoo Kwon 등이 2002년 Local Computer Networks지에 "Medium Access Control Protocols with Fast Collision Resolution: Supporting Real-Time and Data Services in Wireless LANs"라는 명칭으로 게재한 논문에서는, IEEE802.11을 적용하는 무선랜(WLAN) 환경에서의 데이터 서비스 성능 향상을 위한 데이터 서비스 성능(throughput) 향상을 위한 알고리즘인 FCR(Fast Collision Resolution) 알고리즘을 제안하고 있는데, 이러한 알고리즘은 실시간(real-time) 서비스의 QoS 보장을 위해 서비스의 차별화에 기반한 우선순위 알고리즘을 수용하고 있다.
보다 구체적으로, 전술한 논문에 의한 FCR 알고리즘은, 경쟁에서 충돌한 스테이션과 경쟁에서 실패한(deffered) 스테이션의 경쟁 윈도우(contention window: CW) 사이즈를 증가시키는 방법으로서, 스테이션 사이의 패킷 충돌을 해결하여 DCF MAC의 성능 향상을 도모하는 방법, 및 전송에 성공한 스테이션에는 작은 백오프 시간을 설정함으로써 아이들 슬롯의 낭비를 감소시키는 방법을 개시하고 있다. 또한, 상기 FCR 알고리즘을 확장하여 실시간과 데이터 서비스의 QoS 보장을 위하여 서비스 차별화에 기반한 우선순위 알고리즘의 수용을 제안한다. 이와 같이 우선순위에 의해 차별화된 FCR 알고리즘은 음성(voice), 비디오(video), 데이터(data) 트래픽에 대해 최소 CW 값과 최대 CW 값을 조정함으로써, 실시간 애플리케이션의 QoS를 지원하는데, 예를 들어, 우선순위가 높은 트래픽인 음성 트래픽의 최소의 CW 값을 나머지 트래픽의 최소의 CW 보다 적게 하여 음성 트래픽에 높은 우선순위를 주는 방식이다.
한편, 대한민국 특허출원번호 제2001-78120호(2001.12.11 출원)에는 "이동통신 시스템에서 서비스 품질에 따른 데이터 패킷의 스케줄링 방법 및 장치"가 개시되어 있는 바, 이러한 공유 매체 시분할 다중화(TDM)를 지원하는 이동통신 시스템에서 데이터 패킷의 전송을 스케줄링하는 방법은, 기지국이 매 스케줄링 주기마다 이동 단말들로부터 요구된 데이터 전송률에 따라 데이터 전송이 허용되는 이동 단말들을 결정하고, 결정된 이동 단말들에 대한 우선순위 값을 계산하며, 우선순위가 계산된 단말들 중 최대의 우선순위 값을 가지는 이동 단말을 선택하여, 선택된 이동 단말로의 데이터 전송을 위한 타임 슬롯을 할당하는 과정을 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 전술한 대한민국 특허출원번호 제2001-78120호의 발명은, 이동 통신 시스템에서 이동 단말은 무선채널을 통해 수신한 기지국의 수신 품질을 스케줄러에게 주기적으로 보고하고, 기지국 내의 스케줄러는 복수의 이동 단말들로부터 수신한 무선채널의 품질 정보와 각 이동 단말로 전송할 데이터의 존재 유무 등을 고려하여 매 스케줄링 주기마다 데이터를 전송할 이동 단말을 선택한다. 이러한 전송 방식의 데이터 서비스는 best effort 방식에 기반하고 있어, 이동 서비스 가입자가 원하는 데이터 전송률을 보장받지 못할 수 있다.
한편, 대한민국 특허출원번호 제2003-7007246호(2003년 05월 29일 출원)에는 "무선 통신 시스템에서 패킷 데이터 전송을 스케줄링하는 방법 및 장치"가 개시되어 있는 바, 무선 통신 시스템에서 기지국은 다수의 이동국에서 비율 요청 지시자를 수신하고, 기지국은 수신 비율 요청에 응답하여 다수의 이동국에 대해 우선순위 함수 값을 계산하여, 이와 같이 계산된 우선순위에 따라 이동국으로의 전송을 스케줄링하는 방법 및 장치가 개시되어 있다.
그러나 전술한 연구는 IEEE802.11의 CW 동작 정보값 조정에 한정되어 있을 뿐이며 IEEE802.11e 규격을 적용하는 무선랜 시스템의 다른 동작 정보를 고려하지 않고 있으며, 또한, 트래픽의 우선순위에 따라 CWmin값과 최대 CWmax값을 초기에 고정하여 지속적으로 사용함으로써, 무선랜 서비스 중 실시간으로 변하는 트래픽 양을 고려하지 않는다는 문제점이 있다. 따라서 IEEE802.11e를 적용하는 무선랜 시스템에서 실시간으로 변하는 무선랜 서비스 상황에 따라 트래픽별 QoS 서비스를 보장하며, 전체 무선랜 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 동작 정보의 조정 방법이 요구되고 있는 실정이다.
그러므로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선랜 시스템에서 차별화된 우선순위를 갖는 트래픽에 대한 QoS 서비스를 보장할 수 있는 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선랜 시스템의 트래픽 전송에 대한 성능을 향상시킬 수 있는 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이종의 규격(예를 들어, IEEE802.11e와 IEEE802.11)을 적용하는 단말간의 형평성 보장을 위한 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법은, a ) 상기 동작 파라미터 값을 조정하기 위한 알고리즘 적용시, 트래픽 종류별 우선순위 차별도를 계산하는 단계; b) 상기 트래픽 종류별 우선순위 차별도를 만족하는 값으로 초기의 트래픽 종류별 동작 파라미터 값을 설정하는 단계; c) 상기 동작 파라미터 값 조정 알고리즘의 동작 주기마다 일정 길이를 갖는 특정 구간 내에서 발생되는 트래픽 종류별 트래픽 양을 구하여, 구해진 트래픽 양을 기반으로 동작 파라미터 값 조정을 위한 기반 정보를 산출하는 단계; d) 상기 산출된 기반 정보를 바탕으로 동작 파라미터 값 조정 여부를 판단하는 단계; 및 e) 상기 동작 파라미터 값 조정이 필요한 경우, 상기 기반 정보를 토대로 상기 설정된 동작 파라미터 값을 조정하는 단계를 포함한다.
이외에도, f) 상기 동작 파라미터 값 조정 알고리즘의 다음 동작 주기까지 설정된 동작 파라미터 값을 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상기 a) 단계에서, 상기 트래픽 종류 별 우선순위 차별도는 상기 트래픽 종류의 지연 감내 정도(degree of delay tolerance)의 정보와 데이터 성능 정보를 포함하는 각 트래픽 종류별로 요구하는 QoS 서비스 수준 정도에 비례한 값으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 특정 구간에서 송신을 위해 저장된 각 트래픽 종류별 트래픽 양과 전송에 성공한 각 트래픽 종류별 트래픽 양을 계산하는 단계; 및 상기 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 각 트래픽 종류별 트래픽 양을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 전체 트래픽 양에 대한 각 트래픽 종류별 트래픽 양의 비율을 계산하는 단계; 및 상기 특정 구간에서의 각 트래픽 종류별 전송률을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 d) 단계는, 상기 c) 단계에서 산출된 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 각 트래픽 종류별 트래픽 양과 특정 구간에서의 각 트래픽 종류별 전송률에 대한 정보를 기반으로 하여, 상기 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 각 트래픽 종류별로 전송이 성공될 것으로 예상되는 트래픽 양을 계산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상기 d) 단계는 상기 a) 내지 c) 단계에서 산출된 각 트래픽 종류별 우선순위 차별도, 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 전체 트래픽 양에 대한 각 트래픽 종류별 트래픽 양의 비율, 및 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 전송이 성공할 것으로 예상되는 전체 트래픽 양에 대한 정보를 기반으로 하여, 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 각 트래픽 종류별로 요구되는 QoS 수준을 만족하기 위해 각 트래픽 종류별로 전송에 대한 성공이 요구되는 트래픽 양을 계산하는 단계; 및 상기 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 트래픽 종류별로 전송에 성공할 것으로 예상되는 트래픽 양과 전송 성공이 요구되는 트래픽 양의 정보를 바탕으로 동작 파라미터 값 조정의 필요성을 판단하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이외에도, 본 발명의 특징에 따른 동작 파라미터 조정 방법은, 상기 무선랜 시스템에서 상기 시스템이 지원하는 규격을 만족하는 제1 단말과 상기 시스템이 지원하는 규격을 만족하지 않는 제2 단말이 공존하는 경우, 상기 동작 파라미터 값을 재계산하여 설정하여, 상기 제1 단말과 제2 단말 사이의 형평성을 지원하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이 경우, 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 트래픽 종류별로 전송에 성공할 것으로 예상되는 트래픽 양과 전송 성공이 요구되는 트래픽 양의 차이를 보상하도록 해당 트래픽 종류의 동작 파라미터 값을 재조정하는 단계; 및 상기 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 상기 제2 단말의 트래픽이 예상되고, 제2 단말의 트래픽 양이 상기 제1 단말의 트래픽 양과 대비하여 특정 임계값보다 높을 경우, 상기 제1 단말의 동작 파라미터 값을 재조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법은, a) 제1 규격을 적용하는 무선랜 시스템에 있어서, 트래픽 종류에 따른 QoS 서비스를 보장하고, 상기 트래픽 종류의 우선순위에 따라 트래픽 종류별로 최적의 디폴트 동작 파라미터 값을 계산하여 설정하는 단계; b) 상기 무선랜 시스템의 성능 향상을 위해 특정 주기마다 각 트래픽 종류에 따라 관찰된 트래픽의 양을 바탕으로 산출된 정보를 사용하여 상기 동작 파라미터 값을 재조정하는 단계; 및 c) 상기 제1 규격을 지원하는 제1 단말과 제2 규격을 지원하는 제2 단말의 사이의 형평성 지원을 위해 상기 동작 파라미터 값을 조정하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, IEEE802.11e 규격을 적용한 무선랜 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 IEEE802.11e 규격을 적용한 무선랜 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, IEEE802.11e 규격을 적용한 무선랜 시스템의 기본 서비스 단위는 제1 서비스 품질 기본 서비스 셋(QoS Basic Service Set: "QBSS 1")(110) 및 제2 서비스 품질 기본 서비스 셋(QBSS 2: 120)으로 이루어진다.
상기 제1 서비스 품질 기본 서비스 셋(110)은 인프라스트럭처 기본 서비스 셋(Infrastructure BSS)으로서, 하이브리드 조정기(HC)의 기능을 포함하는 QoS 지원 액세스 포인트 즉, QAP(130), 및 상기 QAP(130)에 접속하여 무선랜 서비스를 받는 무선 단말들 즉, QSTA(140, 150)로 구성된다.
또한, 상기 제2 서비스 품질 기본 서비스 셋(120)은 독립 기본 서비스 셋(Independent BSS: IBSS)으로서, 상기 QAP(130)의 동작 없이 QSTA(160)로만 구성되어 단말간에 무선랜 통신을 수행한다.
이러한 IEEE802.11e에서 정의하는 매체 액세스 제어의 기본 동작은 하이브리드 조정 기능(HCF)에 의해 이루어진다. 상기 HCF는 EDCA 방식 및 HCCA 동작 방식으로 구분될 수 있다.
특히, IEEE802.11e의 EDCA 동작 방식을 적용하는 QAP와 QSTA는 트래픽을 그 우선순위에 따라 4개의 액세스 카테고리(이하 "AC"라 함)로 분류한다. 각각의 AC는 경쟁 구간에서 자신의 동작 정보에 따라 매체에 대한 접근을 위해 경쟁 동작을 수행한다.
도 2는 도 1의 IEEE802.11e 규격을 적용한 무선랜 시스템에서 차별화된 우선순위를 갖는 네 개의 트래픽 종류를 서비스하기 위한 QAP와 QSTA에서의 트래픽 관리를 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, QAP(210)와 QSTA 1~3(220~240)은 차별화된 우선순위를 갖는 각 트래픽의 QoS 서비스에 대한 보장을 위해 트래픽을 4개의 AC(AC0~AC3: 211~214)로 분류하여 관리한다.
상기 기술한 각각의 AC가 매체 접근 동작을 위해 기반 정보로 사용하는 동작 정보는 EDCA 파라미터 정보이다. 여기서, EDCA 파라미터는 QAP(210)와 QSTA들 (220~240)이 경쟁 구간에서 각각의 AC별 우선순위에 따라 해당 AC 트래픽의 QoS 서비스를 보장하면서 동작하는데 필요한 정보의 집합으로써, QAP(210)는 주기적으로 비콘(beacon) 프레임을 통해 자신이 서비스하는 QBSS에 EDCA 파라미터 값을 공지한다. QSTA(220~240)는 가장 최근에 수신한 EDCA 파라미터 값으로서 자신의 각 AC별 동작 파라미터 값을 갱신하게 된다.
또한, EDCA 파라미터에 속한 정보로는 각각의 AC별로 ACI(Access Category Identification)/AIFSN(Arbitration Inter Frame Spacing Number), ECWmin/ECWmax 및 TXOP Limit가 포함될 수 있다. 여기서, ACI는 해당 AC의 식별자이고, AIFSN은 QAP와 QSTA가 해당 AC의 트래픽에 대한 송신을 시작하거나 규격에서 정의하는 백오프(backoff) 프로시저를 호출하기 전의 지연 시간을 나타내는 슬롯(slot)의 수로서, 실제의 AIFS(Arbitration Inter Frame Space)은 AFISN에 하나의 슬롯 타임을 곱하고, SIFS(Short Inter Frame Space) 타임을 더한 시간이다. ECWmin/ECWmax는 해당 AC의 경쟁 윈도우(Contention Window; "CW") 값을 위한 정보로서, 실제 각 AC 별 CW 계산에서 CWmin은 2ECWmin-1, CWmax는 2ECWmax-1의 값을 갖는다. 또한, TXOP Limit은 해당 AC가 매체(channel)에 대한 접근에 성공하였을 때, 상기 매체를 점유할 수 있는 최대 시간을 말한다.
여기서, EDCA 파라미터 중 AIFSN은 최소값이 2로 정의된다. 만약 우선순위 가 가장 높은 AC의 AIFSN을 최소값 2로 설정할 때, 해당 AC의 AIFS 값은 IEEE802.11의 DCF(Distributed Coordination Function) 동작에서의 백오프 프로시저 호출 전의 기본 지연 시간인 DIFS(Distributed coordination function Inter Frame Space)값과 동일하고, 나머지 AC의 AIFS 값은 DIFS 값 이상이 될 수 있다.
따라서, 전술한 IEEE802.11e의 QBSS 내에 IEEE802.11e 규격을 적용하는 단말(QSTA)과 IEEE802.11을 적용하는 기존 단말(non-QSTA)이 공존할 경우, 상기 IEEE802.11e를 적용하는 QSTA의 우선순위가 낮은 AC 트래픽은 상기 IEEE802.11을 적용하는 단말과 경쟁할 경우, 전송에서 성공할 확률이 상대적으로 낮을 수 있다.
도 3은 도 2의 차별화된 우선순위를 갖는 네 개의 트래픽 종류별로 각각 자신의 동작 파라미터 값에 따라 매체(media)에 접근하는 동작 실시 예를 보이는 개략적인 도면이다.
도 3을 참조하면, 각 AC의 TXOP Limit 값을 고정하였을 때, 각각의 액세스 카테고리(AC)의 AIFS(320)와 CW(330)에 의하여 각 AC별 매체 접근에 대한 우선순위가 조정되는 것을 나타내고 있다. 도 3의 일례를 보면, AIFS(320)와 CW(330) 값의 차이에 의해 AC b(380)가 AC a(370)보다 동일 구간 T(310)에서 채널 점유에 성공할 확률이 두 배가 될 수 있음을 알 수 있다. 여기서, 미설명된 도면부호 350은 CW, 340은 잔여(remaining) CW, 360은 TXOP Limit을 각각 나타낸다.
전술한 바와 같이 EDCA 파라미터는 IEEE802.11e의 MAC에 의해 운용되는 AC 각각의 트래픽 송신에 대한 우선순위를 결정하는 정보인 AIFSN 및 ECWmin/ECWmax, 그리고 상기 AC 각각의 매체 점유 시간을 결정하는 동작 정보인 TXOP Limit를 포함 한다. 따라서 EDCA 파라미터 값은 QAP와 QSTA의 각각의 AC의 매체 접근 동작을 결정하는 중요한 기반 정보로서, 하이브리드 조정기(HC)에서의 EDCA 파라미터 값에 대한 적절한 조정에 의해 무선랜 시스템의 QoS를 보장하고, 성능을 향상시키며, 형평성을 보장할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 동작 파라미터 조정 방법에서 QAP는 상기 QAP와 QSTA의 각 AC별 우선순위를 기반으로 초기 EDCA 파라미터 값을 결정한다.
이후, 무선랜 서비스 수행 중 상기 동작 파라미터 변경 알고리즘 동작 구간마다 일정 구간 T의 길이를 갖는 [t1, t2]에서 발생하는 트래픽을 모니터링하여, 각 트래픽 종류별로 모니터링된 트래픽 양을 바탕으로 알고리즘에서 사용할 여러 정보를 계산한 후, 상기 계산된 정보를 바탕으로 다음 알고리즘 반복 시간까지의 사용할 EDCA 파라미터의 값을 결정한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 도 3에 예시된 각 트래픽 종류별로 동작 파라미터 값을 조정하는 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4를 참고하면, 동작 파라미터 변경 알고리즘의 반복 구간(Repetition Interval: RI)이 시작되는 시점에서 QAP는 일정 기간 T(420)의 길이를 갖는 [t1, t2] 구간에서 발생되는 트래픽을 모니터링한다. 상기 [t1, t2] 구간에서 QSTA와 non-QSTA에서 발생된 트래픽 양을 기반으로 다음 EDCA 파라미터 값을 재계산하여 설정한다. 조정된 EDCA 파라미터 값은 다음 알고리즘 반복 구간(RI)의 시작 전까지 유지된다.
도 5는 도 4의 각 트래픽 종류별로 동작 파라미터 값을 조정하는 동작 순서도이다.
도 5를 참조하면, IEEE802.11e를 적용하는 무선랜 시스템의 QAP에서 초기에 EDCA 파라미터 조정 알고리즘의 사용 여부를 판단한다(S510). QAP가 EDCA 파라미터 조정 알고리즘이 적용되지 않는 것으로 판단되면 EDCA 파라미터의 각 값을 디폴트값으로 설정하여 유지한다(S520). 그러나 이와는 달리, EDCA 파라미터 조정 알고리즘이 적용되는 것으로 판단되면, 상기 알고리즘에 따라 각 AC의 우선순위 차별도(P)를 계산한다(S530).
AC 별 우선순위 차별도(P)의 설정(S530)단계에서 우선순위 차별도(P)는 각 AC의 TXOP limit의 값을 동일한 값으로 고정하였을 경우, 특정 구간 내에서의 전체 트래픽의 시퀀스 수에 대비한 해당 AC의 발생 가능한 시퀀스 수의 비율과 비례함을 알 수 있다.
즉, 전술한 도 3에서 AC a(370)보다 높은 수준의 QoS 서비스를 요구하는 AC b(380)가 존재하며, 트래픽 전송 제한 시간(TXOP Limit)의 시간이 모든 AC에서 일정하다고 가정하면, 일정 시간 T(310, 420)동안 AC a(370)에서 발생할 수 있는 트래픽 송신 시퀀스 {AIFS + CW(min) + TXOP Limit}의 수를 n이라 할 때, AC b(380)에서 발생할 수 있는 프레임 시퀀스 수는 n 이상이 되어야 한다(수학식 1 참조).
Figure 112003048444090-pat00001
Figure 112003048444090-pat00002
각 AC에 대한 우선순위 차별도(P)를 결정하는 요인은 각 AC의 트래픽에서 요구하는 QoS 서비스 수준의 차이 정도( λ )에 기반한다. 본 발명에 따른 실시 예에서, QoS 서비스 수준의 차이 정도( λ)는 각 AC 트래픽의 지연 감내 정도(degree of delay tolerance) 정보와 각 AC에 요구하는 데이터 성능 (throughput) 정보가 해당된다.
전술한 바와 같은 원칙에 따라, 각 AC별 우선순위의 차별도(P)가 계산되면, 상기 AC 별 우선순위 차별도(P)를 만족하는 값으로 초기 EDCA 파라미터의 각 AC의 동작 파라미터를 결정한다(S540).
다음으로, 상기 기술한 바와 같이 각 AC별 우선순위의 차별도(P)를 계산하여 초기 EDCA 파라미터의 값을 계산하여 설정한 후(S540), 무선랜 서비스 수행 과정에서 QAP가 상기 동작 파라미터 조정 일정 주기(RI) 구간인지를 판단한다(S550). 만약 동작 파라미터 조정 주기라면 QAP는 일정 구간 T(420) 동안 발생한 트래픽을 모니터링하여, 트래픽 종류에 따른 트래픽 양을 바탕으로 다음 EDCA 파라미터 설정에 사용될 정보를 계산하고(S560), 만약 동작 파라미터 조정 일정 주기(RI)가 아니면, (n-1)번째 EDCA 파라미터 값을 유지한다(S590).
보다 구체적으로, 특정 구간에서의 동작 파라미터 조정 알고리즘의 동작 단계(S560)에 대하여 설명한다. 먼저, 제1 과정으로서 QAP는 각 트래픽 분류에 따른 트래픽 양을 계산한다. QAP는 [t1, t2] 구간에 QSTA로부터 수신한 Qdata 프레임 내 에 있는 정보를 바탕으로, [t1, t2] 구간에 송신을 위해 저장되었던 QSTA의 각 AC별 트래픽 양(QSTAn_ACk_buffered)과 t2 시점에 송신을 위해 남아 있는 QSTA의 각 AC별 트래픽 양(QSTAn_ACk_remain)을 계산한다. 또한, [t1, t2] 구간에서 송신을 위해 저장되었던 QAP 자신의 각 AC별 트래픽 양(QAP_ACk_buffered)과 t2 시점에 송신을 위해 남아 있는 QAP 자신의 각 AC별 트래픽 양(QAP_ACk_remain)을 계산한다.
QAP는 [t1, t2] 구간에서 발생한 각 QSTA의 AC별 QSTAn_ACk _buffered와 QSTAn_ACk_remain을 근거로 하여 자신과 통신하였던 모든 QSTA로부터 수신한 각 AC 별 총 트래픽 양(QSTA_ACk_loaded)을 계산한다. 또한 QAP는 QAP_ACk_buffered와 QAP_ACk_remain을 근거로 하여 [t1, t2] 구간에 자신이 송신한 각 AC 별 총 트래픽 양(HC_ACk_loaded)을 계산하고, [t1, t2] 구간에 non-QSTA로부터 수신한 non-Qdata 트래픽 양(non_QSTA_loaded)을 계산한다.
다음으로, 특정 구간에서의 동작 파라미터 조정 알고리즘의 동작 단계(S560)의 제2 과정으로서, QAP는 [t1, t2] 구간에 계산한 각 트래픽 양을 근거로 t 2 시점 이후에 전송이 요구되는 AC 별 트래픽 양(Load_ACk)과 t2 시점 이후에 non_QSTA에서 발생이 예상되는 트래픽의 양(Load_non_QSTA)을 계산하고, 이들 트래픽의 총 양(L)을 수학식 2 내지 4와 같이 계산한다.
Figure 112003048444090-pat00003
Figure 112003048444090-pat00004
Figure 112003048444090-pat00005
다음, 특정 구간에서의 동작 파라미터 조정 알고리즘의 동작 단계(S560)의 제3 과정으로서, QAP는 전술한 제2 과정에서 계산된 t2 시점 이후에 전송이 요구되는 전체 트래픽의 양과 각 AC에서 전송이 요구되는 트래픽의 양에 대한 비율(Ratio_ACk)을 다음 수학식 5와 같이 계산한다.
Figure 112003048444090-pat00006
다음으로, 특정 구간에서의 동작 파라미터 조정 알고리즘의 동작 단계(S560)의 제4 과정으로서, QAP는 [t1, t2]구간에 상기 제1단계에서 계산한 트래픽 양을 바탕으로 [t1, t2]에서의 AC별 트래픽 전송률(Rate_ACk)과 전체 전송률(Rate_total)을 다음 수학식 6 및 7과 같이 계산한다.
Figure 112003048444090-pat00007
Figure 112003048444090-pat00008
위에 기술된 바와 같이, 특정 구간에서의 동작 파라미터 조정 알고리즘의 동작 단계(S560)가 수행되면, 동작 파라미터 조정 단계(S570)에서 상기 특정 구간에서의 동작 파라미터 조정 알고리즘의 동작 단계(S560)에서 계산된 정보를 바탕으로 EDCA 파라미터의 값 조정의 필요성을 판단하여, 그 필요성이 인정될 경우 EDCA 파라미터의 값을 조정한다. 동작 파라미터 조정 단계(S570)에서는 t2 시점 이후에 전송이 요구되는 각 AC별 트래픽 양(Load_ACk)과 각 AC별 전송률(Rate_ACk)을 기반으로 t2 시간 이후의 EDCA 파라미터 값을 조정한다(S570).
보다 구체적으로, 동작 파라미터 조정 단계(S570)를 설명하면, 먼저, 제1 과정으로서, QAP는 AC별 EDCA 파라미터의 각 AC에 대한 값을 조정이 필요한지를 판단한다. 상기 기술한 동작 파라미터 조정 알고리즘의 동작 단계(S560)에서 계산된 t2 시간 이후 전송이 요구되는 각 AC별 트래픽 양(Load_ACk)과 [t1, t2] 구간에서 계산된 AC별 전송률(Rate_ACk) 정보에 기반하여 t2 시간 이후의 일정 구간 T의 길이를 갖는 [t2, t3] 구간에서 각 AC 별로 전송이 성공될 것으로 예상되는 트래픽 양(Expect_ACk)을 계산한다(수학식 8 참조).
Figure 112003048444090-pat00009
Figure 112003048444090-pat00010
그리고 t2 시간 이후에 해당 AC에서 요구하는 트래픽의 QoS 수준을 만족하기 위해 해당 AC에서 전송이 성공되도록 요구되는 양(Demand_ACk)을 계산한다(수학식 9 참조). 이때, t2 시간 이후 각 AC에서 요구하는 트래픽의 QoS 수준을 만족하기 위해 해당 AC에서 전송 성공이 요구되는 양에 계산의 결정 요인은, 1) 해당 AC 트래픽의 우선순위의 차별도(P) 정보, 2) t2 시간 이후 전송이 요구되는 전체 트래픽 양(L)에 대한 해당 AC에서 전송이 요구되는 트래픽 양의 비율(Ratio_ACk) 정보, 및 3) t2 시간 이후 전송이 성공할 것으로 예상되는 전체 트래픽 양의 정보를 기반하여 계산된다.
본 발명에 따른 Expect_ACk의 양이 Demand_ACk보다 적을 경우, HC는 t2 시간 이후의 EDCA 파라미터 중에서 해당 ACk에 대한 EDCA 파라미터 값을 조정할 필요성이 있는 것으로 결정하게 된다.
다음으로, 동작 파라미터 조정 단계(S570)의 제2 과정에서는 전술한 제1 과정에서 특정 AC에 대한 EDCA 파라미터 값 조정에 대한 필요성이 결정되었을 경우, 상기 QAP는 해당 AC에 대한 전송 성공이 요구되는 양(Demand_ACk)과 전송 성공이 예상되는 트래픽 양(Expect_ACk)의 차이를 보상해 줄 수 있도록 해당 AC의 EDCA 파라미터에서 값을 재조정한다.
상기 기술한 바와 같이 EDCA 파라미터 값 조정의 필요성이 있다고 판단 될 경우, 본 발명에 따른 실시예에서 EDCA 파라미터의 해당 AC에 대한 TXOP Limit을 조정한다. 만약 요구되는 전송 양(Demand_ACk)보다 예상되는 트래픽 양(Expect_ACk)이 적을 경우, 해당 AC의 TXOP Limit 값을 일정 크기만큼 증가한 값으로 설정한다. 즉, 상기 기술한 방법에 의하여 해당 AC는 한번 점유한 매체에 대한 활용을 높여 불필요한 경쟁 동작을 감소하고, 충돌 확률을 감소시킴으로써 무선랜 시스템의 성능 향상을 도모하게 된다.
다음으로, 동작 파라미터 조정 단계(S570)의 제3 과정으로서, 상기 QAP는 t2 시간 이후에 non-QSTA의 트래픽이 예상되고, non-QSTA의 트래픽 양이 QSTA의 트래픽 양(L)과 대비하여 특정 임계값(β) 보다 높은지를 판단한다. 만약 non-QSTA의 트래픽 양(Load_non_QSTA)이 QSTA의 트래픽 양(L)에 비해 특정 임계값(β)보다 높을 경우, QAP는 non_QSTA와 QSTA 간의 형평성 조정을 위해, EDCA 파라미터의 값을 조정하여 QSTA가 non_QSTA에 비해 낮은 채널 점유 확률을 갖는 것을 보상함으로써, 이종의 규격을 적용하는 단말간의 형평성을 조정한다.
이러한 본 발명의 실시예에서, 상기 non_QSTA에 대한 트래픽의 양이 QSTA의 트래픽의 양보다 특정 임계 값(β) 보다 높을 경우, QSTA에서만 사용하는 EDCA 파라미터의 모든 AC의 AIFSN을 값을 모든 AC에 대해서 일정 양만큼 감소함으로써 QBSS 내의 모든 QSTA에 대한 전송 확률을 일정 부분 높이거나, EDCA 파라미터의 TXOP Limit을 일정 양만큼 증가함으로써 QSTA가 한번 획득한 매체에 대한 활용도를 최대화하는 방법이 있다.
그러므로 전술한 바와 같이, 본 발명은 무선랜 시스템에서의 QoS 보장과 성능 향상을 위한 동작 파라미터 값 조정 방법은 IEEE802.11e의 동작 파라미터 값을 각 트래픽별 우선순위에 따른 최적값으로 설정하고, 상기 동작 파라미터 값을 무선랜 시스템 서비스 과정에서 동적으로 조정한다. 또한, 본 발명은 IEEE802.11e에서 정의하는 트래픽의 우선순위에 따른 QoS 서비스 보장 요구를 수용하고, 실시간으로 변하는 각 트래픽 양과 우선순위를 근거로 동작 파라미터를 변경하게 된다.
위에서 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술 사항을 벗어남이 없어 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 전송 지연이 예상되는 트래픽에 대한 전송 확률을 높임으로써 프레임 전송을 위한 불필요한 경쟁과 지연을 감소시켜 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, IEEE802.11e의 QBSS에 이종의 무선랜 규격을 적용하는 단말이 공존할 경우 단말간의 형평성을 보장할 수 있다.

Claims (9)

  1. 무선랜 시스템의 동작 파라미터 조정 방법에 있어서,
    a ) 상기 동작 파라미터 값을 조정하기 위한 알고리즘 적용시, 트래픽 종류별 우선순위 차별도를 계산하는 단계;
    b) 상기 트래픽 종류별 우선순위 차별도를 만족하는 값으로 초기의 트래픽 종류별 동작 파라미터 값을 설정하는 단계;
    c) 상기 동작 파라미터 값 조정 알고리즘의 동작 주기마다 일정 길이를 갖는 특정 구간 내에서 발생되는 트래픽 종류별 트래픽 양을 구하고, 구해진 트래픽 양을 기반으로 동작 파라미터 값 조정을 위한 기반 정보를 산출하는 단계;
    d) 상기 산출된 기반 정보를 바탕으로 동작 파라미터 값 조정 여부를 판단하는 단계; 및
    e) 상기 동작 파라미터 값 조정이 필요한 경우, 상기 기반 정보를 토대로 상기 설정된 동작 파라미터 값을 조정하는 단계
    를 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    f) 상기 동작 파라미터 값 조정 알고리즘의 다음 동작 주기까지 설정된 동작 파라미터 값을 유지하는 단계를 추가로 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 상기 트래픽 종류 별 우선순위 차별도는 상기 트래픽 종류의 지연 감내 정도(degree of delay tolerance)의 정보와 데이터 성능 정보를 포함하는 각 트래픽 종류별로 요구하는 QoS 서비스 수준 정도에 비례한 값으로 설정하는 동작 파라미터 조정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 특정 구간에서 송신을 위해 저장된 각 트래픽 종류별 트래픽 양과 전송에 성공한 각 트래픽 종류별 트래픽 양을 계산하는 단계; 및
    상기 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 각 트래픽 종류별 트래픽 양을 계산하는 단계
    를 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 전체 트래픽 양에 대한 각 트래픽 종류별 트래픽 양의 비율을 계산하는 단계; 및
    상기 특정 구간에서의 각 트래픽 종류별 전송률을 계산하는 단계
    를 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 d) 단계는, 상기 c) 단계에서 산출된 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 각 트래픽 종류별 트래픽 양과 특정 구간에서의 각 트래픽 종류별 전송률에 대한 정보를 기반으로 하여, 상기 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 각 트래픽 종류별로 전송이 성공될 것으로 예상되는 트래픽 양을 계산하는 단계를 추가로 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 d) 단계는,
    상기 a) 내지 c) 단계에서 산출된 각 트래픽 종류별 우선순위 차별도, 특정 구간이 끝나는 시점에서 송신을 위해 남아 있는 전체 트래픽 양에 대한 각 트래픽 종류별 트래픽 양의 비율, 및 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 전송이 성공할 것으로 예상되는 전체 트래픽 양에 대한 정보를 기반으로 하여,
    상기 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 각 트래픽 종류별로 요구되는 QoS 수준을 만족하기 위해 각 트래픽 종류별로 전송에 대한 성공이 요구되는 트래픽 양을 계산하는 단계; 및
    상기 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 트래픽 종류별로 전송에 성공할 것으로 예상되는 트래픽 양과 전송 성공이 요구되는 트래픽 양의 정보를 바탕으로 동작 파라미터 값 조정의 필요성을 판단하는 단계
    를 추가로 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선랜 시스템에서 상기 시스템이 지원하는 규격을 만족하는 제1 단말과 상기 시스템이 지원하는 규격을 만족하지 않는 제2 단말이 공존하는 경우, 상기 동작 파라미터 값을 재계산하여 설정하여, 상기 제1 단말과 제2 단말 사이의 형평성을 지원하는 단계를 추가로 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 트래픽 종류별로 전송에 성공할 것으로 예상되는 트래픽 양과 전송 성공이 요구되는 트래픽 양의 차이를 보상하도록 해당 트래픽 종류의 동작 파라미터 값을 재조정하는 단계; 및
    상기 특정 구간 이후에 일정 길이(T)를 갖는 다음 구간에서 상기 제2 단말의 트래픽이 예상되고, 제2 단말의 트래픽 양이 상기 제1 단말의 트래픽 양과 대비하여 특정 임계값보다 높을 경우, 상기 제1 단말의 동작 파라미터 값을 재조정하는 단계
    를 포함하는 동작 파라미터 조정 방법.
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