KR100999118B1 - 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 왕복시간을 측정하는 단계, 측정된 왕복시간을 소정의 임계값과 비교하는 단계, 및 비교 결과에 따라 데이터의 전송량을 조절하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 왕복시간을 이용하여 네트워크상 심한 채널 경합이 일어나고 있는지의 여부를 판단할 수 있으며, 심한 채널 경합이 있다고 판단된 경우 데이터 전송량을 최소화 함으로써, 채널 경합으로 인한 프레임 충돌을 완화하여 프레임 충돌로 인한 패킷 유실을 방지할 수 있다.

애드혹, TCP 메커니즘, 채널 경합, 패킷 유실

Description

애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법{Method for transmitting data in ad-hoc network}

도 1은 TCP-Reno 버전의 느린 시작 / 혼잡 회피 방식에 따른 전송율 변화를 나타내는 도면.

도 2는 무선 네트워크상에서 프레임 충돌 횟수와 왕복시간 사이의 상관관계를 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도.

도 4는 상기 도 3의 과정에서, 측정된 왕복시간에 따라 상기의 임계값을 재 설정하는 단계를 추가한 흐름도.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법의 흐름도.

본 발명은 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 애드혹 네트워크에서 왕복시간(Round trip time : RTT)값을 이용하여 데 이터 전송량을 조절하는 방법에 관한 것이다.

TCP(transmission control protocol)는 네트워크상의 노드들 사이에서 데이터를 메시지의 형태로 보내기 위해 IP(internet protocol)와 함께 사용되는 프로토콜로서, TCP의 주요 기능은 네트워크를 통한 안정성 있는 데이터의 전송이다. 이를 위해 TCP는 혼잡 제어 메커니즘을 사용하는데, TCP 혼잡 제어 메커니즘은 데이터 전송시에 혼잡으로 인한 패킷 손실 현상을 관찰하고 송신측의 전송률을 직접 제어하여 상기의 손실된 데이터를 재전송하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 TCP 혼잡 제어 메커니즘중 하나인 TCP-Reno 버전의 느린 시작 / 혼잡 회피 (Slow-Start / Congestion Avoidance) 방식에 따른 전송율 변화를 나타내는 도면이다.

느린 시작 / 혼잡 회피 방식은 느린 시작 구간(112, 114) 및 혼잡 회피 구간(120)으로 구성되며, 그 구간을 구별하기 위해 느린 시작 한계치를 나타내는 변수 SSTHRESH(Slow Start Threshold)(152, 154)가 송신측에서 유지된다.

최초, 느린 시작 구간(112)에서 TCP는 네트워크의 상황이 좋은 것으로 판단하여 매 왕복시간마다 혼잡 윈도우(congestion windows : CWND)의 크기를 지수적으로 증가시키며, 이는 혼잡 윈도우의 크기가 SSTHRESH 값(152)에 도달할 때까지 계속된다. 혼잡 윈도우의 크기가 SSTHRESH 값(152)에 도달하면 혼잡 회피 구간(120)이 나타나는데, 이 구간에서 TCP는 네트워크의 혼잡을 고려하여, 송신된 패킷에 대한 응답(Ack)을 받을 때마다 혼잡 윈도우를 선형적으로 증가시킨다.

한편 송신된 패킷에 대한 응답이 없을 경우 TCP는 패킷 전송을 중단하고 재 전송 타임아웃(140)이 발생될 때까지 기다린다. 재전송 타임아웃값은 왕복시간 값을 사용하여 설정된다. 재전송 타임아웃(140)이 일어나면 TCP는 혼잡으로 인한 패킷 손실이 발생한 것으로 판단하고, SSTHRESH 값을 현재 유지하고 있는 혼잡 윈도우 크기의 반으로 세팅한 후(154) 다시 느린 시작 구간(114)으로 들어가게 된다.

상기의 느린시작 / 혼잡 회피 방식외에도 보다 안정적인 데이터 전송을 위한 개선된 TCP 메커니즘들이 있으며, 이를 통해 보다 효율적인 데이터 전송을 할수 있게 되었다.

그러나 상기와 같은 메커니즘을 수행하는 TCP는 통신 채널이 안정적인 유선 네트워크를 기반으로 설계되었기 때문에 유선망과 고정된 호스트로 이루어진 전통적인 네트워크에 적합하다. 이에 반해 IEEE 802.11 에 기반한 애드혹 네트워크의 특성은 TCP에 전혀 반영되어 있지 않다. 따라서 무선 구간의 제한된 대역폭, 높은 지연, 채널 경합에 의한 프레임 충돌등 유선망과는 다른 특징을 가진 무선망에 이를 그대로 적용하게 되면 오히려 불필요한 메커니즘의 호출로 인해 데이터 전송에 있어서 성능 저하를 초래할 수 있다. 이러한 성능 저하의 주된 원인은 TCP가 통신상에서 발생하는 패킷 손실을 언제나 혼잡(congestion)에 의한 것으로 판단하여 혼잡 제어 메커니즘으로 패킷 손실을 처리하기 때문이다. 따라서 무선 네트워크의 특성에 따른 패킷유실 원인을 감지하고 이에 대해 적절히 대처할수 있는 매커니즘이 요구되었다.

유선 네트워크와는 달리 IEEE 802.11을 사용하는 모바일 애드혹 네트워크에서 패킷 유실의 주된 원인은 크게 두가지로 나누어 볼 수 있다. 그 원인중 하나는 데이터 전송 경로의 빈번한 변화로 인해 라우팅 프로토콜이 경로를 재설정하는 시간 동안 전송된 패킷들이 유실되는 경우이며, 다른 원인은 채널 경합으로 인한 프레임이 충돌이 발생하게 되고 이로 인하여 패킷이 유실되거나 그 지연 시간이 길어져서 TCP가 패킷 유실이라고 판단하게 되는 경우이다.

이중 상기 루트의 변화로 인한 패킷 유실은 대부분의 라우팅 프로토콜이 패킷을 보낸 단말들에게 그 원인을 통보해 주는 메커니즘을 제공하기 때문에 어렵지 않게 구별하고 알맞은 대응을 할 수 있다. 그러나 채널 경합으로 인한 프레임 충돌은 TCP가 발견하기 어렵기 때문에 이에 대하여 적절한 대처를 할 수 없었다.

본 발명은 상기의 문제점을 보완하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 왕복시간 값을 이용하여 모바일 애드혹 네트워크의 극심한 채널 경합 여부를 판단하고, 채널 경합이 심하다고 판단된 경우에는 데이터 전송량을 최소화함으로써, 모바일 애드혹 네트워크에서의 패킷 유실을 최소화하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법은 왕복시간을 측정하는 단계, 상기 측정된 왕복시간을 소정의 임계값과 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 데이터의 전송량을 조절하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 시뮬레이터 NS2를 사용하여 무선 네트워크상 프레임 충돌 횟수와 왕복시간 사이의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 본 도에서 Y축은 왕복시간을 나타내며, X축은 매 왕복시간당 발생한 프레임 충돌 횟수를 나타낸다. 왕복시간은 노드가 네트워크의 상황을 짐작할 수 있는 유일한 정보인데, 채널 경합으로 인한 프레임간의 충돌이 발생하면 송신측에서 전송한 패킷이 수신측에 도달하는데 걸리는 시간 및 수신측의 응답 패킷이 송신측에 도달하는데 걸리는 시간이 증가하게 된다.

따라서 채널 경합이 심해질수록 프레임 충돌 횟수도 증가하고, 그에 따라 왕복시간도 증가하게 된다. 본 도에 나타난 바와 같이 프레임 충돌 횟수가 증가하면, 이는 곧 왕복시간의 증가로 이어짐을 알 수 있다. 따라서 왕복시간이 소정의 임계값보다 커지게 되면, TCP는 현재 네트워크에서 심한 채널 경합이 일어나고 있으며 그에 따른 패킷 유실의 가능성이 높음을 예측할 수 있게 된다.

상기의 임계값으로는 패킷 전송시마다 측정되는 왕복시간의 평균값인 SRTT(Smoothed RTT, 이하 평균왕복시간이라 한다)를 사용할 수 있으며, 상기 평균왕복시간은 다음과 같은 공식으로 구할수 있다. SRTT=a*SRTT+(1-a)*RTT 상기 공식에서 우변의 RTT는 현재 새롭게 측정된 왕복시간이고, 우변의 SRTT는 기존에 측정된 왕복시간들을 사용하여 계산한 평균왕복시간이다. 또한 상수 a는 가중치를 의미하는데 일반적으로 상수 a의 크기는 0.9로 설정된다. 따라서 종래의 평균값에 보다 높은 가중치가 부여되는데, 이는 기존에 측정된 여러 왕복시간을 이용하여 계산한 평균왕복시간이 단 한번 측정된 새로운 왕복시간보다 현재 사용하고 있는 네트워크의 전반적인 상황을 충실하게 나타내 주기 때문이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.

송신측이 패킷 전송을 하게되면, 수신측으로부터 상기 패킷을 전송 받았다는 응답 패킷을 수신하게 된다. 이때 TCP는 상기의 패킷 전송시부터 응답 패킷을 수신하기까지 걸린 시간인 왕복시간을 측정 한다(S110). TCP는 측정된 왕복시간이 소정의 임계값보다 더 큰지를 판단(S120)하여 상기 측정된 왕복시간이 소정의 임계값보다 크지 않은 경우에는 아직 채널 경합이 심하지 않은 것으로 판단하고 종래의 혼잡 제어 메커니즘대로 혼잡 윈도우의 크기를 조절한다(S140).

반면 상기 왕복시간이 소정의 임계값보다 큰경우, TCP는 현재 네트워크 상에서 심한 채널 경합이 일어나고 있다는 판단을 하게 된다. 채널 경합이 심한경우 프레임간의 충돌로 패킷 유실이 발생할 수 있으므로, TCP는 전송량을 최소화 하여, 채널 경합에 따른 패킷간 충돌을 완화시킨다. 본 도에서는 혼잡 윈도우의 크기를 1 TCP 세그먼트로 줄임으로써(S130) 전송량을 최소화 하였다.

TCP는 전송할 패킷이 남아 있는가를 판단하여(S150), 남은 패킷이 있다면 상기의 과정(S130, S140)을 거쳐서 설정된 혼잡 윈도우의 크기로 남은 패킷을 전송하고, 다시 각 패킷에 따른 왕복시간을 측정하여 상술한 과정을 반복한다. 더 이상 보낼 패킷이 없다면 작업을 종료하게 된다.

도 4는 상기 도 3의 과정 중 측정된 왕복시간에 따라 상기의 임계값을 재설정하는 단계를 추가한 흐름도이다.

TCP는 최초의 데이터 패킷을 보내고 그에 따른 왕복시간을 측정한다. 상기 왕복시간은 최초로 측정된 값이므로 이는 최소 왕복시간으로 저장되고(S116) 상기의 왕복시간에 따른 소정의 임계값이 설정된다(S118).

TCP는 패킷을 보낼 때 마다 왕복시간을 측정하고(S110) 상기 새롭게 측정된 왕복시간을 최소 왕복시간과 비교 한다(S114). 새롭게 측정된 왕복시간이 최소 왕복시간보다 크다면 기존의 임계값을 기준으로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 과정을 수행하게 된다. 그러나 상기 새롭게 측정된 왕복시간이 최소 왕복시간보다 작다면, 새롭게 측정된 왕복시간을 최소 왕복시간으로 저장(S116)하고 이를 기준으로 하여 새로운 임계값을 설정한다(S118). 최소 왕복시간을 바탕으로 하여 채널 경합 여부의 판단 기준이 되는 임계값을 설정하는 이유는, 왕복시간이 최소인 경우를 현재 네트워크에서 사용할 수 있는 최적의 데이터 전송 환경으로 판단할 수 있기 때문이다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 TCP 메커니즘의 혼잡 회피 구간에 적용하는 것이 바람직하다. 이는 TCP가 느린 시작 구간 동안에는 의도적으로 패킷 유실을 유발하여 네트워크의 대역폭을 탐색하기 때문에, 이 과정을 방해하지 않기 위함이다. 또한, 상술한 과정중 임계값은 평균왕복시간으로 설정할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법의 흐름도이다. 본 실시예에서는 본발명이 혼잡 회피 구간에서만 수행되도록 하고, 평균왕복시간을 임계값으로 설정하였다.

TCP는 전송할 데이터가 있는경우 먼저 변수 X를 0으로 설정한다(S210). 변수 X는 매번 측정되는 왕복시간이 평균왕복시간을 초과한 횟수를 나타내기 위해 사 용된다. 송신측으로부터 데이터 패킷이 전송되면 그에대한 수신측의 응답을 받을때까지 걸린 시간인 왕복시간이 측정(S215)되고 상술한 공식을 사용하여 평균왕복시간을 계산한다(S220).

TCP는 혼잡 윈도우의 크기가 SSTHRESH 보다 큰지를 판단(S225)한다. 혼잡윈도우의 크기가 SSTHRESH보다 크지 않다면 아직 느린 시작 구간에 해당하므로, 종래의 방법대로 혼잡윈도우의 크기를 지수적으로 증가시킨뒤(S245) 다음 패킷을 보내게 된다. 상기 혼잡 윈도우의 크기가 SSTHRESH 보다 큰경우 패킷 전송에 있어서 느린 시작 구간을 벗어난 것이므로 본 발명에 따른 제어 단계가 수행되어야 한다.

따라서 TCP는 상기의 측정된 왕복시간을 상기 평균왕복시간과 비교하고(S230), 왕복시간이 평균왕복시간보다 크지 않은 경우에는 아직 채널 경합이 심하지 않다고 판단하여 종래의 방법대로 혼잡윈도우의 크기를 산술적으로 증가시킨다(S255).

반면 왕복시간이 평균왕복시간보다 큰 경우, 이는 평상시 보다 심한 채널 경합이 일어난 것으로 판단할 수 있다. 그러나 왕복시간이 평균왕복시간보다 큰 경우마다 극심한 채널 경합이 있는 것으로 판단한다면, 특별한 알고리즘이 없더라도 네트워크 상황이 신속하게 회복될 수 있는 일시적 채널 경합의 경우에도 패킷유실에 대비하기 위한 메커니즘이 진행되어 불필요한 작업을 수행하게 된다. 따라서 왕복시간이 평균왕복시간을 초과한 경우가 특정 횟수 이상 연속해서 나타난 경우에 평균적 상태보다 심한 채널경합이 지속되고 있다고 판단하여 대처하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기의 특정 횟수를 2회로 설정하였다.

상술한 이유로, TCP는 왕복시간이 평균왕복시간보다 크다면 기존의 변수 X에 1을 더하여 새로운 변수값을 설정하고(S235) 상기 변수값이 2인가를 판단한다(S240). 변수 X값이 2보다 작으면 아직 채널경합으로 인한 패킷 손실 발생 가능성이 작다고 판단하여 종래의 방법대로 혼잡윈도우의 크기를 산술적으로 증가시키면서(S255) 남은 패킷을 전송한다.

그러나 변수 X값이 2일경우 이는 평상시 보다 심한 채널경합이 지속적으로 발생한 것이므로 혼잡윈도우의 크기를 1 TCP 세그먼트로 설정하여(S250) 데이터 전송량을 최소화 함으로써, 프레임 충돌로 인한 패킷 유실을 방지한다. 이 과정으로 인해 채널 경합에 따른 대처 방안으로 데이터 전송량을 조절하였으므로 변수 X를 다시 0으로 설정하고(S260) 전송할 패킷이 남아있다면 상기의 과정을 반복하게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음은 자명하며, 따라서 본 발명의 실시예에 따른 단순한 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 왕복시간을 이용하여 모바일 애드혹 네트워크에서의 극심한 채널 경합 여부를 판단할 수 있고, 채널 경합이 심하다고 판단한 경우에는 데이터 전송량을 최소화하는 TCP 메커니즘을 제공함으로써, 모바일 애드혹 네트워크에서 프레임 충돌에 의한 패킷 유실을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 애드혹 네트워크의 송신측 노드에서 수행되는 데이터 전송 방법으로서,

   데이터의 왕복시간을 측정하는 단계;

   상기 측정된 왕복시간을 소정의 임계값과 비교하는 단계; 및

   상기 비교 결과에 따라 데이터의 전송량을 조절하는 단계를 포함하되,

   상기 측정하는 단계, 상기 비교하는 단계, 및 상기 조절하는 단계는 데이터 통신 규약에서 사용되는 혼잡 제어 메커니즘의 혼잡 회피 구간에 적용되는 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 측정된 왕복시간을 최소 왕복시간과 비교하는 단계;

   상기 측정된 왕복시간이 상기 최소 왕복시간보다 작은 경우 상기 측정된 왕복시간을 최소 왕복시간으로 갱신하는 단계; 및

   상기 최소 왕복시간이 갱신되었을 경우 상기 갱신된 최소 왕복시간을 기준으로하여 상기 임계값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 조절된 데이터 전송량은 1 TCP 세그먼트인 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 소정의 임계값은 평균왕복시간인 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 왕복시간이 상기 평균왕복시간을 연속해서 초과한 횟수가 소정의 변수 이상일 경우 상기 데이터 전송량이 감소되는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 감소된 데이터 전송량은 1 TCP 세그먼트인 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 데이터 전송 방법.

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