KR100787294B1

KR100787294B1 - 이동 통신 기지국의 티씨피 성능 향상 장치

Info

Publication number: KR100787294B1
Application number: KR1020010085422A
Authority: KR
Inventors: 강철희
Original assignee: 엘지노텔 주식회사
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2007-12-20
Also published as: US20030117974A1; KR20030054981A; US7277390B2

Abstract

본 발명은 기지국에 포함되는 기존 SNOOP 모듈에 ACK 타이머를 두어 이 타이머가 타임 아웃이 될 때까지 ACK가 도착하지 않으면 무선 링크 구간에서 예상치 못한 긴 지연이나 손실이 발생한 것으로 판단하여 중복 ACK를 생성하고 윈도우의 크기를 0으로 하여 TCP 송신측에 전송하므로 타임 아웃이 걸리지 않도록 하고 위도우 상태를 퍼시스트 모드가 되도록 한다.

따라서, 본 발명은 재전송이 발생하면 즉시 최대 윈도우의 크기로 패킷을 재전송할 수 있게 되어 혼잡 회피 및 TCP 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 무선 단말에서 전송된 중복 ACK 메시지를 K_SNOOP에서 필터링하므로 캐쉬에 저장되어 있는 패킷이 불필요하게 재전송되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 무선 구간에서의 전송률을 향상시키기 위해 새로운 ACK가 도착한 후, 해당 패킷을 삭제하고 나서도 캐쉬에 같은 윈도우에 속하는 패킷들이 있다면 모두 재전송을 하므로 재전송 시간을 기존보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

마지막으로 본 발명은 기존 유선 종단과 무선 단말의 TCP를 변경하지 않고 그대로 사용할 수 있고, 기지국에 SNOOP 모듈만 변경하여 사용할 수 있으므로 적용범위가 넓다는 장점이 있다.

Description

이동 통신 기지국의 티씨피 성능 향상 장치{TCP PROGRESS APPARATUS IN MOBILE COMMUNICATION BASE STATION}

도 1은 데이터 통신을 위한 일반적인 이동 통신 시스템 구성도.

도 2은 종래 기술에 따른 SNOOP 계층도.

도 3은 종래 기술에 따른 패킷 처리부의 동작 설명을 위한 플로우차트.

도 4은 종래 기술에 따른 ACK 처리부의 동작 설명을 위한 플로우차트.

도 5는 본 발명에 따른 K_SNOOP의 구성도.

도 6는 본 발명에 따른 ACK처리부의 동작 설명을 위한 플로우차트.

도 7은 본 발명에 따른 K_SNOOP의 퍼시스트 모드 처리부의 플로우차트.

***도면의 주요 부분에 대한 부호 설명***

100 : K_SNOOP 110 : 패킷 처리부

120 : 캐쉬 130 : ACK 처리부

140 : ACK timer

본 발명은 유무선 통합망으로 구성된 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 망에서의 패킷 분실 및 불연속적인 연결 끊김이 전체 망에 인가되지 않도록 하여 TCP의 연결 성능의 저하되는 것을 방지하고 무선 구간에서의 패킷 손실을 줄이기 위한 이동 통신 기지국에서의 티씨피 성능 향상 장치에 관한 것이다.

현재 TCP(Transmission Control Protocol)는 인터넷 상에서 가장 많이 사용하고 있는 프로토콜이며 안정적인 유선 환경을 기반으로 개발된 프로토콜이다.

그러나, 무선망에서 TCP를 사용할 경우를 고려해보면 무선 환경의 높은 에러율, 페이징(disconnection)때문에 패킷 유실 및 연결 종료가 쉽게 발생할 수 있다.

이런 무선 구간에서의 패킷 유실을 TCP의 특성상 혼잡(congestion)에 의한 유실이라고 보고 혼잡 제어(Congestion Control)를 통해 해결하나, 이동 통신 시스템과 같은 유무선 통합망에서 무선 구간의 패킷 유실이 유선망에 인가되어 전체 망에 TCP성능을 저하시킨다.

현재 유무선 망에서 TCP 성능 저하를 극복하기 위한 방안으로 TCP연결을 유선 구간과 무선 구간으로 나누고, 링크 레벨 재전송 기법을 가진 SNOOP프로토콜이 있다.

도 1은 이동 통신 시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 SNOOP의 계층도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 SNOOP프로토콜은 기지국(BS : Base Station)에 존 재하며 TCP 연결을 통해 지나가는 패킷을 모니터링한다.

SNOOP는 기지국에서 링크 레벨 재전송을 하기 위해 유선망 종단에서 보내진 패킷을 캐쉬에 저장하고 이동 단말로부터 ACK를 수신하면, 그 동안 저장한 패킷을 패기한다.

만일 무선 구간에서 패킷이 손실되었고, 캐쉬에 손실된 패킷을 가지고 있다면, SNOOP은 무선 단말로 잃어버린 패킷을 재전송한다.

그래서, 기지국에서 SNOOP은 무선 구간에서 분실된 패킷을 재전송하여 듀플리케이트 ACK가 유선 종단으로 전송되는 것을 제거하므로서 전체 망에서의 불필요한 혼잡 제어를 방지할 수 있다.

SNOOP의 동작은 크게 두가지로 나눌 수 있는데, 유선 단말에서 이동 단말로 전달되는 패킷 처리부의 동작과 무선 단말로부터 유선 단말로 전달되는 ACK를 처리하고 무선 단말로 패킷을 재전송하는 ACK 처리부의 동작이다.

우선 도 3을 참조하여, 패킷 처리부의 동작을 살펴보기로 한다.

패킷 처리부는 패킷 수신에 따라(S10), 캐쉬를 검색하여 새로운 패킷인지를 판단한다(S11).

상기 S11의 판단 결과, 새로운 패킷일 경우, 패킷 처리부는 순차 번호가 수신한 가장 큰 패킷의 순차번호 이상인지를 판단하여(S12), 상기 판단 결과, 새로 도착한 패킷의 순차번호가 지금까지 수신한 가장 큰 순차 번호 이상일 경우 즉, 올바른 순서의 새로운 패킷이 도착할 경우, 복사본을 캐쉬에 저장한 후 무선 단말로 전달함과 동시에 재전송 타임 아웃을 위해 로컬 타이머를 설정한다(S13).

그러나, 상기 S12의 판단 결과, 순차 번호가 수신한 가장 큰 패킷의 순차 번호 이상이 아닐 경우, 즉 캐쉬에는 없지만 순차번호가 올바르지 않은 패킷이 도착하면, 유선망의 혼잡으로 패킷이 유실되거나 순서대로 도착하지 않은 것이므로 패킷 처리부는 혼잡상태를 기록하고, 상기 패킷을 버퍼에 저장함과 동시에 무선 단말로 전송한다(S14).

한편, 상기 S11의 판단 결과, 이미 캐쉬에 저장된 패킷이 다시 도착할 경우, 순차 번호가 유선 종단으로 보내진 마지막 ACK 이상인지를 판단하여(S15), 이상일 경우 무선 단말로 전달되지 않았을 가능성이 크므로 다시 그 패킷을 무선 단말로 전달하고, 로컬 타이머를 재설정한다(S16).

반대로 상기 S11의 판단 결과, 순차 번호가 마지막 ACK보다 작다면 그 패킷은 무선 단말에서 받았으나 ACK를 받지 못한 것이므로 SNOOP은 마지막 ACK를 유선 종단으로 재전송한다(S17).

이제 도 4를 참조하여, ACK 처리부의 동작을 살펴보기로 한다.

ACK 처리부는 ACK 수신에 따라(S20), 수신한 ACK의 순차 번호가 예상된 순차 번호 이상인지 판단한다(S21).

상기 S21의 판단 결과, 수신된 ACK의 순차 번호가 예상된 순차 번호 이상일 경우, ACK 처리부는 버퍼에 저장된 패킷을 삭제하며 ACK를 유선 종단으로 전달한다(S22).

그러나, 상기 S21의 판단 결과, 수신된 ACK의 순차 번호가 예상된 순차 번호 이상이 아니면, 무선 구간에서 패킷이 분실된 것이므로 패킷을 재전송하고 로컬 타 이머를 재설정한다.

또한, 중복 ACK일 경우(S23)는 해당 패킷이 캐쉬에 존재하면 처음 중복인지를 판단하여(S24), 상기 판단 결과, 처음일 경우, 해당 패킷을 바로 재전송하고 중복 ACK의 패킷이 캐쉬에 없으면 유선 망에서 유실된 것이므로 유선 종단으로 중복 ACK를 전달한다.

또한 로컬 타이머를 두어 무선 구간에서 타임 아웃이 발생하면 해당 패킷이 재전송될 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이 SNOOP은 중복 ACK 가 도착하였을 경우, 자체적으로 그 패킷을 재전송하여 유선 망으로 인가되는 혼잡제어를 예방할 수 있으나, 일반적으로 TCP 프로토콜은 지연 ACK를 사용하기 때문에 무선 환경의 특성상 연속적인 패킷 유실이 있었을 때 지연 ACK에 의해 발생되는 ACK의 수가 적어 결국 유선 종단에서는 퍼시스트 타임 아웃이나 재전송 타임 아웃이 발생하여야 재전송이 되고, TCP는 혼잡 회피 및 제어를 실시하여 재전송 시간을 지수적으로 증가시킨다.

이와 같은 동작으로 인해 결과적으로 많은 시간동안 재전송이 일어나지 않아 TCP 성능에 상당한 영향을 초래한다. 또한, 무선 단말의 핸드 오프로 인한 순간적인 연결 끊김에 의해 패킷 분실이 많을 경우에는 아주 심각한 TCP 성능 저하를 가져올 수 있다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선 구간에서 연결 끊김이나 채널의 불안정으로 인해 TCP송신측인 유선 종단에서의 타임 아 웃이 발생되는 횟수를 줄이는 이동 통신 기지국의 티씨피 성능 향상 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 유선 단말로부터 전송되는 새로운 패킷을 캐쉬에 저장하고, 무선 단말로 전송하는 패킷 처리부와; 상기 패킷 처리부로부터 패킷을 전달받아 저장하는 캐쉬와; 상기 무선 단말로부터 패킷을 전달받았다는 응답 메시지를 수신하여, 유선 단말로 전송함과 동시에 상기 응답 메시지에 해당하는 패킷을 상기 캐쉬에서 삭제하는 ACK 처리부와; 타임 아웃동안 응답 메시지가 도착하지 않으면 무선 단말로부터 마지막으로 전송된 응답 메시지의 중복 응답 메시지를 생성하고 윈도우 사이즈를 0으로 설정하여 유선 종단이 퍼시스트 모드로 되도록 하는 ACK 타이머로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 K_SNOOP의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 K_SNOOP(100)은 유선 단말로부터 전송되는 패킷을 캐쉬에 저장하고, 무선 단말로 전송하는 패킷 처리부(110)와, 상기 패킷 처리부로부터 패킷을 전달받아 저장하는 캐쉬(120)와, 상기 무선 단말로부터 패킷을 전달받았다는 인식 신호인 ACK를 전송하여 유선 단말로 전송하는 ACK 처리부(130)와, 타임 아웃동안 인식 신호가 도착하지 않으면 무선 단말로부터 마지막으로 전송된 인식 신호의 듀플리케이트 인식 신호를 생성하고 윈도우 사이즈를 0으로 설정하여 유선 종단이 퍼시스트 모드로 되도록 하는 ACK 타이머(140)로 구성된다.

상기 ACK 타이머(140)는 기지국의 SNOOP에 일정 주기로 ACK를 발생하고, 상기 ACK 타이머의 종료 시간은 무선 구간의 라운트 트립 타임(RTT : Round Trip Time)에 의해 계산되어진다.

왜냐하면, 기존의 재전송 시간은 획일적으로 고정된 시간이기 때문에 변화가 많은 무선 환경에서는 맞지 않고 필요 이상의 시간을 기다렸다가 재전송하기 때문에 전송 효율이 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 무선 링크의 RTT를 기초로 재전송 시간을 계산한다.

ACK 타이머(140)의 타임 아웃동안 ACK가 도착하지 않으면 무선 링크 구간에서 패킷 전송 도중 예상치 못한 긴 지연이나 손실이 발생했다는 것을 의미한다.

따라서, ACK 타이머(140)는 타임 아웃이 발생했을 때 무선 단말에서 마지막으로 전송한 ACK에 대해 듀플리케이트 ACK를 생성하고, 윈도우 사이즈를 0으로 설정하여 유선 종단이 퍼시스트 모드로 되도록 한다.

이렇게 퍼시스트 모드로 된 TCP 송신측인 유선 종단은 혼잡 회피 및 제어를 발생시키지 않는다.

따라서, 타임 아웃 값은 지수적으로 증가하지 않고 TCP 연결 설정이 다시 이루어졌을 때, 바로 즉시 TCP 송신측인 유선 종단은 최대 윈도우를 최대 크기로 하여 전송할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서 제안한 K_SNOOP은 기지국 캐쉬에 존재하는 패킷에 대해 무선 단말에서 전송되어진 중복 ACK가 유선 종단에게 불필요하게 재전송 요구되어 지므로 유선 종단으로 ACK 유입을 기지국에서 제거한다.

즉, 무선 환경이 양호할 때, 무선 단말에서 전송되어오는 필요없는 중복 ACK필터링하는 것이다.

마지막으로 본 발명은 만일 새로운 ACK가 도착한 후, 수신 확인된 패킷을 삭제하고 나서도 캐쉬에 같은 윈도우에 속하는 패킷들이 남아 있다면 해당 패킷들을 재전송하여 기존 SNOOP보다 빠르게 재전송할 수 있게 고안되었다.

K_SNOOP은 TCP송신측인 유선 종단에서 전송되어진 패킷을 처리하는 패킷 처리부와 무선 단말에서 보내지는 ACK 메시지를 처리하는 ACK 처리부, TCP 송신측인 유선 종단의 타임 아웃 발생을 막기 위한 중복 ACK를 생성하여 유선 단말로 보내는 중복 ACK송신부로 구성되어진다.

상기 패킷 처리부는 TCP 송신측인 유선 종단에서 패킷이 전송되어 기지국에 도착할 때마다 호출되는 모듈이다.

이 모듈은 기존 SNOOP의 패킷 처리부 모듈과 비슷하다.

만일, 도착한 패킷의 순차 번호가 무선 단말로부터 수신한 마지막 ACK의 순차 번호보다 작으면 이미 무선 단말에서는 해당 패킷을 수신한 것이므로 패킷을 폐기한다.

그러나, 패킷의 순차번호가 무선 단말로부터 수신한 마지막 ACK의 순차 번호보다 크다면 패킷을 무선 단말로 전송한다.

이 때, 만일 패킷이 캐쉬에 존재하거나 순차적으로 도착하지 않은 경우라면 패킷은 혼잡을 경험한 것이므로 혼잡을 기재하고 무선 단말로 전송한다.

그러나, 만일 순차적으로 도착한 경우라면 새로 도착한 패킷이므로 ACK 타이머를 가동하여 타임을 설정하여 기지국에서 타임 아웃을 체크한다.

두번째로 무선 단말에서 보내지는 ACK를 처리하는 모듈은 기존 SNOOP의 ACK처리부와 비슷하고, 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

ACK가 수신됨에 따라(S40), 수신된 ACK의 순차 번호가 예상된 순차 번호 이상인지를 판단하여(S41), 순차 번호가 예상된 순차 번호 이상이면 캐쉬에 저장되어 있는 해당 패킷을 제거하고, 유선 단말에 ACK를 전달한다(S42).

또한 수신된 ACK에 대하여 ACK 타이머가 설정되어 있으면 RTT를 갱신하고 ACK 타이머 설정을 해제한다(S42).

그러나, 수신한 ACK의 순차 번호가 예상된 순차번호 이상이 아니면, 상기 ACK가 중복 ACK인지를 판단하여, 중복 ACK가 아니면, 해당 ACK를 폐기하고(S44), 중복 ACK이면, 처음으로 중복 ACK가 전송되었는지를 판단하여(S45), 처음이 아닐 경우, 해당 ACK를 폐기한다(S46).

또한, 상기 S45의 판단 결과, 처음일 경우 캐쉬에 패킷이 존재하는지를 판단하여(S47), 존재할 경우, TCP 송신측인 유선 종단으로 전송하고(S48), 중복 ACK가 무선 구간에서 패킷 유실을 나타내는 거라면 해당 패킷을 무선 단말로 재전송하고 ACK 타이머를 설정한다(S49).

마지막으로 K_SNOOP의 퍼시스트 모드 처리부의 동작 상태를 도 7을 참조하여 설명한다.

ACK 타이머가 타임 아웃을 체크하여(S50), 중복 ACK를 생성하여 유선 종단으로 전송한다.

여기서, 중복 ACK의 순차번호는 무선 단말로부터 수신한 가장 큰 순차번호와 동일하게 한다.

또한, 중복 ACK를 송신할 때 윈도우 사이즈를 0으로 해서 유선 단말이 퍼시스트 모드로 강제로 되게 하여 혼잡 제어가 발생하지 않도록 한다(S51, S52).

따라서, 유선 종단이 무선 단말로부터 새로운 ACK를 수신하면 윈도우는 다시 열리게 되며 유선 단말은 다시 전송율을 증가시킨다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

상기에서 살펴본 본 발명은 재전송이 발생하면 즉시 최대 윈도우의 크기로 패킷을 재전송할 수 있게 되어 혼잡 회피 및 TCP 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 무선 단말에서 전송된 중복 ACK 메시지를 K_SNOOP에서 필터링하므로 캐쉬에 저장되어 있는 패킷이 불필요하게 재전송되는 것을 방지할 수 있다.

마지막으로 본 발명은 기존 유선 종단과 무선 단말의 TCP를 변경하지 않고 그대로 사용할 수 있고, 기지국에 SNOOP 모듈만 변경하여 사용할 수 있으므로 적용 범위가 넓다는 장점이 있다.

Claims

유선 단말로부터 전송되는 새로운 패킷을 수신하고, 무선 단말로 전송하는 패킷 처리부와;

상기 패킷 처리부로부터 패킷을 전달받아 저장하는 캐쉬와;

상기 무선 단말로부터 패킷을 전달받았다는 응답 메시지를 수신하여, 상기 유선 단말로 전송함과 동시에 상기 응답 메시지에 해당하는 패킷을 상기 캐쉬에서 삭제하는 ACK 처리부와;

타임 아웃동안 응답 메시지가 도착하지 않으면 상기 무선 단말로부터 마지막으로 전송된 응답 메시지의 중복 응답 메시지를 생성하고 윈도우 사이즈를 삭제 설정하여 유선 종단이 퍼시스트 모드로 되도록 하는 ACK 타이머를 포함하는 이동 통신 기지국의 티씨피 성능 향상 장치.
제1항에 있어서, 상기 패킷 처리부는

새로운 ACK가 도착한 후, 해당 패킷을 삭제하고 나서도 캐쉬에 같은 윈도우에 속하는 패킷들이 있다면 모두 재전송하는, 이동 통신 기지국의 티씨피 성능 향상 장치.