KR101398589B1 - Apparatus and method for tcp performance enhancement in wireless network - Google Patents

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Abstract

무선 네트워크에서 전송 제어 프로토콜(TCP:Tranmission Control Protocol)의 성능을 향상시키는 기지국의 장치가 제공된다. 상기 장치는 수신한 패킷의 도착시간의 차를 계산하는 패킷 모니터링 부와, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 전송 제어 프로토콜 서버의 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 재전송 타임 아웃 추정부와 상기 재전송 타임 아웃 값을 자동 재전송 요구 프로토콜에 반영하는 자동 재전송 요구 프로토콜 비교 및 재설정부를 포함하고, 상기 재전송 타임 아웃 추정부는, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 라운드 트립 타임을 계산하고, 상기 라운드 트립 타임을 재설정하며, 상기 재설정한 라운드 트립 타임을 이용하여 상기 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 것을 특징으로 한다.There is provided a base station apparatus that improves the performance of a transmission control protocol (TCP) in a wireless network. The apparatus estimates a retransmission timeout value of a transmission control protocol server using a difference between the arrival time and a time of a transmission packet for the received packet Wherein the retransmission timeout estimation unit includes a retransmission timeout estimating unit and an automatic retransmission request protocol comparing and resetting unit that reflects the retransmission timeout value to an automatic retransmission requesting protocol, and the retransmission timeout estimating unit estimates a difference between the arrival time and the transmission Calculating a round trip time using the time of the packet, resetting the round trip time, and estimating the retransmission timeout value using the reset round trip time.

TCP, SERVER, CLIENT, RTT, SRTT, RTO. TCP, SERVER, CLIENT, RTT, SRTT, RTO.

Description

무선 네트워크에서 티시피 성능 향상을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TCP PERFORMANCE ENHANCEMENT IN WIRELESS NETWORK}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR TCP PERFORMANCE ENHANCEMENT IN WIRELESS NETWORK [0002]

본 발명은 무선 네트워크에서 TCP (Transmission Control Protocol) 적용시의 성능(Throughput) 증대와 성능 하락을 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for preventing throughput increase and performance degradation when a TCP (Transmission Control Protocol) is applied in a wireless network.

TCP는 서버(server)와 사용자(client) 사이에 신뢰할 수 있는 데이터 전송 기술을 제공한다. 또한, 상기 서버와 사용자 사이의 채널에서 다른 사용자들의 데이터의 양에 따라 채널에서 혼잡이 발생하지 않도록 데이터율(Data Rate)을 조절한다. 상기 데이터 율을 조절하는 기능을 혼잡 제어(congestion control)라고 한다.TCP provides a reliable data transfer technology between the server and the client. In addition, a data rate is controlled so that congestion does not occur in the channel according to the amount of data of other users in the channel between the server and the user. The function of adjusting the data rate is called congestion control.

예를 들어, 혼잡 제어는 TCP 서버와 사용자 사이의 채널을 공유하는 트래픽 양이 작으면, 해당 TCP 서버가 사용자에게 전송하는 데이터 전송률을 채널이 지원되는 양만큼 증가시킨다. 반면에 사용자로부터 응답(ACK)을 수신하지 못하는 경우, TCP 서버와 사용자 간의 채널이 다른 사용자들이 점유하고 있다고 판단하여 데이터 전송률을 감소시킨다. For example, congestion control increases the data rate that the TCP server transmits to the user by the amount supported by the channel, when the amount of traffic sharing the channel between the TCP server and the user is small. On the other hand, if the user does not receive a response (ACK) from the user, it determines that the channel between the TCP server and the user is occupied by other users, thereby reducing the data transmission rate.

따라서, TCP 내의 혼잡 제어 알고리듬은 TCP 서버와 사용자 사이의 채널 대역폭을 다른 사용자들과 공유하도록 조절시키면서 가용 용량을 최대한 사용할 수 있게 하는 것이 목적이다.Therefore, the congestion control algorithm in TCP aims to maximize the available capacity while controlling the channel bandwidth between the TCP server and the user to be shared with other users.

무선 네트웍에서 MAC 계층(Medium Access Control layer)은 2 계층에서의 재전송 기능을 지원한다. 상기 재전송 기능은 무선 환경 하에서 발생할 수 있는 오류를 극복하기 위해 자동 재전송 요구(Automatic Retransmission Request:ARQ) 방식을 이용한다. In the wireless network, the MAC layer (Medium Access Control layer) supports the retransmission function in the second layer. The retransmission function uses an automatic retransmission request (ARQ) scheme to overcome an error that may occur in a wireless environment.

상기 ARQ 방식은 송신단이, 송신단이 전송한 데이터 패킷에 대한 수신단으로부터의 응답(Acknowledgement)을 수신하지 못하면, 일정 시간 후에 해당 패킷을 재전송한다. 그 결과 수신 단은 채널에서 생길 수 있는 오류에 인해 패킷 손실을 보장받을 수 있다. The ARQ scheme retransmits the packet after a predetermined period of time if the transmitter does not receive an acknowledgment from the receiver of the data packet transmitted by the transmitter. As a result, the receiving end can be assured of packet loss due to errors that may occur in the channel.

TCP는 유선 환경 하에 생길 수 있는 에러에 대해 신뢰성 있게 극복하고 가용될 수 있는 채널 대역폭에 적합하도록 설계되어 있다. 반면에 자동 재전송 요구 방식은 무선 환경에 맞게 설계되어 있기 때문에, 자동 재전송 타임 아웃(ARQ retransmission time out)등이 TCP의 자동 재전송 시간과 조율되어 동작되지 않는다. 따라서, 무선 네트웍에서는 TCP의 성능이 저하될 수 있다. TCP is designed to meet the channel bandwidth that can be reliably overcome and available for errors that may occur in a wired environment. On the other hand, since the automatic retransmission request method is designed for the radio environment, the ARQ retransmission timeout and the like are not coordinated with the automatic retransmission time of the TCP. Therefore, the performance of TCP may be degraded in a wireless network.

무선 환경 하에서 발생할 수 있는 TCP 성능의 저하는 문제는 심각하기에, 많은 논문과 특허가 이를 다루어 왔다. 그러나, 무선 환경 하에 발생할 수 있는 지연(delay)과 오류 등으로 인한 ARQ 동작을 추정할 수 없기에 좋은 해결책이 무선 네트워크에서 제공될 수 없었다. The degradation of TCP performance in the wireless environment is a serious problem, and many papers and patents have addressed this issue. However, since it is impossible to estimate the ARQ operation due to delays and errors that may occur in a wireless environment, a good solution can not be provided in the wireless network.

그리고 무선 환경 하에 오류는 빈번하게 나타나므로 TCP 성능이 저하될 수 있는 가능성은 더 높다. 인터넷 트래픽의 90%이상이 TCP를 사용함을 고려할 때, 무선 네트워크에서는 인터넷의 사용은 효율성이 낮아질 수 있는 문제점이 있다.And under wireless environment, errors are frequent, and the possibility of TCP performance degradation is higher. Considering that more than 90% of Internet traffic uses TCP, there is a problem that the efficiency of using the Internet in a wireless network may be lowered.

특히, TCP 서버의 동작은 무선 네트워크가 아닌 인터넷과 맞물려 있기에, 무선 네트워크에서 TCP 서버의 동작을 추정할 수 없는 문제점이 있다.In particular, since the operation of the TCP server is interlocked with the Internet rather than the wireless network, there is a problem that the operation of the TCP server can not be estimated in the wireless network.

본 발명의 목적은 무선 네트워크에서 티시피 성능 향상을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for improving performance in a wireless network.

본 발명의 다른 목적은 무선 네트웍의 기지국(또는 Access Point)이 TCP서버의 동작을 알 수 없기 때문에 무선 네트워크에서 TCP 성능 저하가 발생하는 것을 방지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for preventing TCP performance degradation in a wireless network because a base station (or access point) of a wireless network can not know the operation of the TCP server.

본 발명의 또 다른 목적은 기지국이 TCP 서버에서의 TCP와 관련한 중요한 파라미터를 알 수 있게 하여, TCP 설정 값을 기준으로 MAC 계층의 자동 재전송 기능을 수행하게 하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for allowing a base station to recognize important parameters related to TCP in a TCP server and to perform an automatic retransmission function of a MAC layer based on a TCP setting value.

본 발명의 또 다른 목적은 기지국이 TCP 서버에 관련한 중요한 파라미터를 알 수 있게 하여, TCP 설정 값을 기준으로 TCP 서버의 동작을 추정하여 오류 발생을 줄이고 성능을 높이는 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for estimating an operation of a TCP server based on a TCP setting value by allowing a base station to know important parameters related to a TCP server, thereby reducing errors and increasing performance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선 네트워크에서 전송 제어 프로토콜(TCP:Tranmission Control Protocol)의 성능을 향상시키는 기지국의 장치에 있어서, 상기 장치는 수신한 패킷의 도착시간의 차를 계산하는 패킷 모니터링 부와, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 전송 제어 프로토콜 서버의 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 재전송 타임 아웃 추정부와 상기 재전송 타임 아웃 값을 자동 재전송 요구 프로토콜에 반영하는 자동 재전송 요구 프로토콜 비교 및 재설정부를 포함하고, 상기 재전송 타임 아웃 추정부는, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 라운드 트립 타임을 계산하고, 상기 라운드 트립 타임을 재설정하며, 상기 재설정한 라운드 트립 타임을 이용하여 상기 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus of a base station for improving the performance of a transmission control protocol (TCP) in a wireless network, the apparatus comprising: A retransmission timeout estimator estimating a retransmission timeout value of a transmission control protocol server using a difference between the arrival times and a time of a transmission packet for the received packet; Wherein the retransmission timeout estimator calculates a round trip time using a difference between the arrival time and a time of a transmission packet for the received packet, and the automatic retransmission request protocol comparison and re- Reset the round trip time, and the reset round trip And estimates the retransmission timeout value using time.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선 네트워크에서 기지국의 전송 제어 프로토콜(TCP:Tranmission Control Protocol)의 성능 향상 방법에 있어서, 상기 방법은 수신한 패킷의 도착시간의 차를 계산하는 과정과, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 전송 제어 프로토콜 서버의 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 과정과, 상기 재전송 타임 아웃 값을 자동 재전송 요구 프로토콜에 반영하는 과정을 포함하고, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 전송 제어 프로토콜 서버의 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 과정은, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 라운드 트립 타임을 계산하는 과정과, 상기 라운드 트립 타임을 재설정하는 과정과, 상기 재설정한 라운드 트립 타임을 이용하여 상기 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for improving performance of a transmission control protocol (TCP) of a base station in a wireless network, the method comprising the steps of: Estimating a retransmission timeout value of a transmission control protocol server using a difference between the arrival time and a time of a transmission packet for the received packet; and transmitting the retransmission timeout value to the automatic retransmission request protocol Estimating a retransmission timeout value of a transmission control protocol server using a difference between the arrival times and a time of a transmission packet for the received packet, Calculating a round trip time using a time of a transmission packet for the round trip time, Using the set-up process and the round-trip time for a reset is characterized in that it comprises the step of estimating the retransmission time-out value.

본 발명은 무선 네트워크에서 TCP 사용시의 성능을 유선에서의 TCP 사용시의 성능과 동일하게 보장하는 이점이 있다. The present invention has the advantage of ensuring that the performance when using TCP in a wireless network is the same as the performance when using TCP in a wired network.

무선 환경에서 발생하는 오류는 유선상의 TCP 에서는 대역폭을 줄이는 이유 가 되지 않으므로, 본 발명은 기지국에서 TCP 서버의 동작을 추정하고 그에 맞게 TCP 서버가 허용할 수 있는 만큼의 오류를 줄일 수 있어. TCP에 있어서, 유선 상의 성능과 동일한 성능을 발휘할 수 있다.The error occurring in the wireless environment is not a reason to reduce the bandwidth in the wire TCP. Therefore, the present invention can estimate the operation of the TCP server in the base station and reduce errors as much as the TCP server can tolerate accordingly. In the case of TCP, the same performance as that of the wired line can be exhibited.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하, 본 발명은 무선 네트워크에서 티시피 성능 향상을 위한 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in terms of an apparatus and method for improving performance in a wireless network.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 MAC 블록 구성을 도시한 것이다.1 illustrates a MAC block configuration of a base station according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1을 참조하면, 상기 MAC 블록은 일반적인 기능 이외에 TCP를 이용하여 접속된 현재 사용자들이 사용하는 각각의 플로우(flow)를 기반으로 패킷의 도착시간을 모니터링하는 패킷 모니터링부(110), 상기 모니터링 결과로부터 TCP서버의 동작을 추정하는 TCP 서버의 재전송 타임 아웃(RTO:ReTransmission Time Out) 추정부(120), 상기 추정 결과를 이용하여 자동 재전송 요구와 관련 파라미터를 상황에 맞게 적용하는 ARQ(Automatic ReQuest) 파라미터 비교 및 재설정부(130)로 구성된다. 1, the MAC block includes a packet monitoring unit 110 for monitoring the arrival time of a packet based on each flow used by current users connected using TCP, A retransmission timeout (RTO) estimating unit 120 of a TCP server for estimating the operation of the TCP server from the result, an Automatic ReQuest (ARQ) estimating unit 120 for applying an automatic retransmission request and related parameters according to the situation, ) Parameter comparing and resetting unit 130. [

상기 ARQ부(150)는 상기 ARQ 파라미터 비교 및 재설정부(130)가 제공한 설정 값 및 파라미터에 의해 ARQ 동작을 수행한다. 상기 ARQ부(150)의 동작은 기존과 동일하다. The ARQ unit 150 performs an ARQ operation according to the set values and parameters provided by the ARQ parameter comparing and resetting unit 130. [ The operation of the ARQ unit 150 is the same as that of the conventional art.

무선 네트워크에서 TCP를 요구하는 사용자에 대해 기지국은 상기 도 1의 블럭들을 적용한다. 즉 본 발명은 TCP 연결을 플로우 단위로 근거로 하여 동작한다.For the user requesting TCP in the wireless network, the base station applies the blocks shown in FIG. That is, the present invention operates based on a TCP connection as a flow unit.

상기 패킷 모니터링부(110)는 패킷이 도착할 때, 도착시간을 모니터링하고, 동일한 플로우 내의 패킷 간의 도착시간 차를 계산한다. 동일한 플로우는 상기 패킷 모니터링부(100)가 모니터링하는 패킷에서 TCP SYN과 FIN(TCP의 연결을 나타내주는 초기 플래그와 종료 플래그), TCP 플로우의 유휴 시간 등을 이용하여 구분할 수 있다.When the packet arrives, the packet monitoring unit 110 monitors the arrival time and calculates an arrival time difference between packets in the same flow. The same flow can be distinguished in the packet monitored by the packet monitoring unit 100 by using TCP SYN and FIN (initial flag and end flag indicating TCP connection) and idle time of TCP flow.

상기 TCP 서버의 재전송 타임 아웃 추정부(120)는 TCP 서버의 재전송 타임 아웃(RTO:Retransmission Time Out)을 추정한다. 여기서, 먼저 TCP 서버의 재전송 타임 아웃은 라운드트립타임 (Round Trip Time)을 기반으로 설정한다.The retransmission timeout estimator 120 of the TCP server estimates a retransmission timeout (RTO) of the TCP server. Here, the retransmission timeout of the TCP server is set based on the round trip time.

상기 라운드 트립 타임은 TCP 서버의 전송 패킷 시각과 사용자로부터 해당 전송 패킷에 대한 응답(ACK) 패킷이 TCP 서버에 도착하는 시각 간의 차이로 결정된 다. The round trip time is determined by the difference between the transmission packet time of the TCP server and the time when a response (ACK) packet for the transmission packet from the user arrives at the TCP server.

계산된 라운드 트립 타임(S(i), 라운드 트립 타임 샘플)은 과거 라운드 트립 타임의 평균의 가중치와 함께 현재의 라운드 트립 타임을 부드럽게 재설정( Smoothed Round Trip Time Estimation)한다. 아래 수식은 이를 위해 이용하는 식이다.The calculated round trip time (S (i), round trip time sample) smoothly resets the current round trip time together with the average weight of the past round trip time. The following formula is used to do this.

SRTT ( i + 1 ) = α * SRTT ( i ) + ( 1- α) * S(i), ( 0 < α < 1) SRTT (i + 1) =? * SRTT (i) + (1-?) * S (i)

여기서, SRTT (i + 1)는 부드럽게 재설정된 라운드 트립 타임이고, SRTT (i)는 이전의 부드럽게 재설정된 라운드 트립 타임이다. 그리고 S(i)는 계산된 라운드 트립 타임이고, α는 0과 1 사이의 계수이다.Here, SRTT (i + 1) is the smoothly resetted round trip time and SRTT (i) is the smoothly resetted round trip time. And S (i) is the calculated round-trip time, and a is a coefficient between 0 and 1.

다음 재전송 타임 아웃은 하기 수식과 같이 설정된다. The next retransmission timeout is set as follows.

RTO ( i ) = β * SRTT ( i )RTO (i) =? * SRTT (i)

여기서, RTO ( i )는 재전송 타임 아웃 값이고, β는 SRTT ( i ) 값이 재전송 타임 아웃 되는 시간보다 클 확률이 작도록 설정한다.Here, RTO (i) is a retransmission timeout value, and β is set so that the probability that the value of SRTT (i) is larger than the retransmission timeout time is set.

상기 ARQ(Automatic ReQuest) 파라미터 비교 및 재설정부(130)는 상기 추정한 재전송 타임 아웃을 이용하여 자동 재전송 요구와 관련 파라미터를 상황에 맞게 적용한다.The Automatic ReQuest (ARQ) parameter comparison and resetting unit 130 applies the automatic retransmission request and the related parameters according to the situation using the estimated retransmission timeout.

본 발명은 TCP 서버에서 설정된 재전송 타임 아웃을 기지국에서 추정하게 한다. 추정된 타임는 MAC 계층에서 재전송시 이용된다. 기지국에서의 TCP 서버 재전송 타임 아웃의 추정은 기지국에 도착하는 연속 패킷의 시간 차로 구해진다. The present invention allows a base station to estimate a retransmission timeout set in a TCP server. The estimated time is used for retransmission in the MAC layer. The estimation of the TCP server retransmission timeout at the base station is obtained by the time difference of successive packets arriving at the base station.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 라운드 트립 타임 및 재전송 타임 아웃을 구하는 과정을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a process of obtaining a round trip time and a retransmission timeout according to an embodiment of the present invention.

상기 도 2를 참조하면, TCP 서버(200)는 사용자로부터 응답(ack)를 수신한 경우, 다음 패킷을 전송하는데, 이때 이를 처리하는 처리 시간을 필요로 한다. 상기 처리 시간은 도면에서 tp로 나타나 있다. 상기 처리 시간은 정상적인 상황에서 상대적으로 매우 작기에 무시될 수 있다.Referring to FIG. 2, when a response is received from a user, the TCP server 200 transmits a next packet, and processing time for processing the next packet is required. The treatment time is indicated by tp in the figure. The processing time is relatively small in normal circumstances and can be ignored.

상기 라운드 트립 타임(S(1) = rtd1(a 단계), S(2)= rtd2(b 단계)....... )은 TCP 서버로부터 연속으로 오는 패킷의 도착시간 차를 기지국(250)에서 추정한 것이다.The round trip time S (1) = rtd1 (step a), S (2) = rtd2 (step b) ).

예를 들면, rtd1은 상기 기지국(250)에서 rtd'1(=S'(1))로 추정할 수 있다. 상기 기지국(250)은 추정한 라운드 트립 타임 및 상기 <수학식 1>과 상기 <수학식 2>를 이용하여 TCP 서버가 설정하는 재전송 타임 아웃을 추정할 수 있다. For example, rtd1 may be estimated by the base station 250 as rtd'1 (= S '(1)). The BS 250 can estimate the retransmission timeout set by the TCP server using the estimated round trip time and Equation (1) and Equation (2).

그러나 상기 TCP 서버(200)는 TCP 사용자(클라이언트)(270)의 응답(ACK)의 전송에 따라, 사용할 채널의 대역폭을 늘이므로, 연속되는 패킷의 의미는 연속 다발로 오는 패킷을 나타내는 것은 아니다.However, since the TCP server 200 increases the bandwidth of the channel to be used according to the transmission of the response (ACK) of the TCP user (client) 270, the meaning of the continuous packets is not a packet coming in a continuous bundle.

예를 들면, 상기 도 2에서, 연속 패킷의 의미는 pkt1과 pkt2, pkt2와 pkt4이다. 그리고, pkt2와 pkt3은 재전송 타임 아웃을 추정되기 위해 이용되지 않는다. 즉, 연속 패킷의 의미는 패킷 다발(Bursty Packets)간의 시간차를 의미한다. 상기 기지국(250)에서 추정한 재전송 타임 아웃은 RTO'로 나타낸다.For example, in Fig. 2, the meaning of the continuous packet is pkt1 and pkt2, pkt2 and pkt4. And, pkt2 and pkt3 are not used to estimate the retransmission timeout. That is, the meaning of a continuous packet means a time difference between burst packets. The retransmission timeout estimated by the BS 250 is expressed as RTO '.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MAC 계층에서 재전송 타임 아웃을 이용한 ARQ 재전송 타임 아웃 설정과정을 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates a procedure for setting an ARQ retransmission timeout using a retransmission timeout in the MAC layer according to an embodiment of the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 기지국(310)의 기지국 MAC 계층(350)에서, 추정한 재 전송 타임 아웃을 이용하는 과정을 도시한 것이다.Referring to FIG. 3, a process of using the estimated retransmission timeout in the base station MAC layer 350 of the base station 310 is illustrated.

먼저 패킷이 상기 기지국(310)에 도착하면 상기 기지국 MAC 계층(350)은 상기 패킷을 무선 환경에 보내기에 적합한 작은 사이즈로 프레그먼테이션(fragmentation)하고 프레그먼테이션한 프레임을 ARQ를 이용하여 단말 MAC(370)에 전송한다. When the packet arrives at the base station 310, the base station MAC layer 350 fragmentizes the packet into a small size suitable for sending the packet to the radio environment, (370).

상기 단말 MAC(370)에 전송된 프레임이 무선 환경에서 오류가 발생할 경우, 상기 기지국 MAC 계층(350)은 해당 프레임을 상기 단말 MAC(370)에 재전송한다. If a frame transmitted to the terminal MAC 370 fails in a wireless environment, the base station MAC layer 350 retransmits the frame to the terminal MAC 370.

이 경우, ARQ 재전송 타임 아웃(ARQ_RETRY_TIMEOUT)은 TCP 서버가 설정한 재전송 타임 아웃(RTO: Retransmission Time Out)내에서 세팅되어야 상위 계층의 불필요한 동작을 줄일 수 있다. In this case, the ARQ retransmission timeout (ARQ_RETRY_TIMEOUT) must be set within the retransmission timeout (RTO) set by the TCP server to reduce unnecessary operations of the upper layer.

기지국에서의 추정한 재전송 타임 아웃(RTO')은, TCP 서버로부터 기지국으로의 패킷이 도착한 시간을 보상할 경우, 상기 TCP 서버가 설정한 재전송 타임 아웃(RTO)과 동기가 맞는다. 예를 들면, 상기 도 2에서 t1 - t0 에 해당하는 시간만큼을 빼주어야 실제 TCP 서버에서 설정한 재전송 타임 아웃와 동기를 맞출 수 있다.The estimated retransmission timeout (RTO ') at the base station is synchronized with the retransmission timeout (RTO) set by the TCP server when compensating for the arrival time of a packet from the TCP server to the base station. For example, it is necessary to subtract the time corresponding to t1 - t0 in FIG. 2 to synchronize with the retransmission timeout set by the actual TCP server.

상기 도 3에서는 동기를 맞추어서 추정한 재전송 타임 아웃을 RTO'th 로 표시한다. ARQ 재전송 타임 아웃(ARQ_RETRY_TIMEOUT)(a 단계 및 b 단계)은 RTO'th 내에서 설정되어야 한다. In FIG. 3, the retransmission timeout estimated in synchronization is indicated by RTO'th. The ARQ retransmission timeout (ARQ_RETRY_TIMEOUT) (steps a and b) should be set within RTO'th.

실제로 ARQ의 재전송은 ARQ 블럭의 라이프 타임(ARQ_BLOCK_LIFETIME)내에서 수행되어지므로, 본 발명은 상기 ARQ 블럭의 라이프 타임이 RTO'th 보다 작게 설정 되도록 ARQ 파라미터를 비교 후 조절한다. 즉, n 개의 프래그멘테이션한 프레임은 RTO'th 이내에서 전송되도록 ARQ 파라미터가 설정되어야 한다.Actually, retransmission of the ARQ is performed within the lifetime (ARQ_BLOCK_LIFETIME) of the ARQ block. Therefore, the present invention compares and adjusts the ARQ parameters so that the lifetime of the ARQ block is set to be smaller than the RTO'th. That is, the ARQ parameter should be set so that n fragmented frames are transmitted within RTO'th.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 채널의 상황이 상대적으로 좋을 때의 추정한 재전송 타임 아웃의 이용과정을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a process of using an estimated retransmission timeout when a situation of a radio channel is relatively good according to an embodiment of the present invention.

상기 4를 참조하면, 무선 채널의 상황이 좋은 상태에서 TCP 서버는 재전송 타임 아웃에 설정된 시간을 줄일 수 있다. 이 경우, 기지국 및 단말의 MAC 계층(450, 470)에서 설정한 ARQ_BLOCK_LIFETIME은 실제 TCP서버의 재전송 타임 아웃보다 클 수가 있다. Referring to FIG. 4, the TCP server can reduce the time set in the retransmission timeout in a state of a good radio channel. In this case, the ARQ_BLOCK_LIFETIME set in the MAC layer 450 and 470 of the BS and the MS may be larger than the retransmission timeout of the actual TCP server.

이 경우, 기지국과 단말의 MAC 계층(450, 470)에서 설정한 ARQ_BLOCK_LIFETIME은 실제 TCP서버의 재전송 타임 아웃보다 클 수가 있기 때문에, 상기 ARQ_BLOCK_LIFETIME은 상기 재전송 타임 아웃보다 작도록 설정하는 것이 필요하다.In this case, since the ARQ_BLOCK_LIFETIME set in the MAC layer 450 and 470 of the BS and the UE may be larger than the retransmission timeout of the actual TCP server, it is necessary to set the ARQ_BLOCK_LIFETIME to be smaller than the retransmission timeout.

즉, i 번째 패킷(a 단계), i+1 번째 패킷(b 단계), i+2 번째 패킷(c 단계)에서 각각의 재전송 타임 아웃(RTO(i)'th, RTO(i+1)'th, RTO(i+2)'th)이내에 각각의 ARQ_BLOCK_LIFETIME가 설정되도록 해야 한다.That is, the retransmission timeout RTO (i) 'th, RTO (i + 1)' in the i th packet (a step), the i + 1 th packet (b step) th and RTO (i + 2) 'th, respectively.

무선 네트워크 상에서 패킷 송수신에 오류가 발생하여 ARQ 재전송이 이루어질 경우, ARQ 재전송이 성공했다 해도 이미 상위 계층에서 재전송이 이루어지기에 불필요한 동작이 될 수 있다. 따라서 "ARQ_BLOCK_LIFETIME"은 기지국과 단말 사이의 재협상에 의해 설정하여 불필요한 동작을 줄일 수 있게 해야 한다.If an ARQ retransmission is performed due to an error in packet transmission / reception on a wireless network, even if ARQ retransmission is successful, it may be an unnecessary operation for retransmission in an upper layer. Therefore, "ARQ_BLOCK_LIFETIME" should be set by renegotiation between the base station and the terminal to reduce unnecessary operations.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 채널의 상황이 상대적으로 나쁠 때의 추정한 재전송 타임 아웃의 이용과정을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a process of using an estimated retransmission timeout when a situation of a wireless channel is relatively bad according to an embodiment of the present invention.

상기 도 5를 참조하면, 무선 채널의 상태가 안 좋으면 프레임 전송 에러가 증가하고 해당 패킷은 TCP 서버에서 재전송 타임 아웃이 발생한다. 이에 따라, 상기 TCP 서버는 재전송 타임 아웃를 증가시킨다. Referring to FIG. 5, if the state of the wireless channel is bad, a frame transmission error increases and a retransmission timeout occurs in the TCP server. Accordingly, the TCP server increases the retransmission timeout.

기지국과 단말의 MAC 계층(550, 570)은 이미 설정된 ARQ_BLOCK_LIFETIME보다 재전송 타임 아웃가 크게 설정될 경우 ARQ 재전송도 늘어난 재전송 타임 아웃만큼 더 크게 설정할 필요가 있다. If the retransmission timeout is set to be larger than the ARQ_BLOCK_LIFETIME that is already set, the MAC layers 550 and 570 of the base station and the terminal need to set the retransmission timeout to be larger as the retransmission timeout is increased.

이 경우도, 상기 기지국과 단말의 MAC 계층(550, 570) 간의 협상으로 ARQ 파라미터를 재설정해야 한다. Also in this case, the ARQ parameters must be reset by negotiating between the base station and the MAC layers 550 and 570 of the UE.

즉, i 번째 패킷(a 단계), i+1 번째 패킷(b 단계)에서 각각의 재전송 타임 아웃(RTO(i)'th, RTO(i+1)'th)이 증가할 경우, 이에 맞추어 각각의 ARQ_BLOCK_LIFETIME가 설정할 필요가 있다.That is, when the respective retransmission timeouts RTO (i) 'th and RTO (i + 1)' th increase in the i-th packet (a step) ARQ_BLOCK_LIFETIME needs to be set.

와이맥스와 같은 광대역 무선접속 통신 시스템에서, ARQ 관련 파라미터는 플로우 설정 시 설정된다. 따라서, 본 발명에서 ARQ 관련 파라미터는 서비스 플로우 생성 후, 단말과 시스템 간에 협상을 통해 TCP 서버와 유기적으로 동작될 수 있도록 설정된다.In a broadband wireless access communication system such as WiMAX, ARQ-related parameters are set at flow setting. Accordingly, in the present invention, the ARQ-related parameters are set so as to be able to operate organically with the TCP server through negotiation between the terminal and the system after the service flow is generated.

상기 협상은 DSC (Dynamic Service Change) (DSC_req, DSC_ack)메시지와 같은 제어 메시지를 이용하여 관련된 파라미터를 수정 및 변경할 수 있다.The negotiation can modify and change the related parameters using control messages such as DSC (Dynamic Service Change) (DSC_req, DSC_ack) message.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 MAC 계층에서 재전송 타임 아웃을 이용한 ARQ 재전송 타임 아웃 설정과정을 도시한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an ARQ retransmission timeout setting process using a retransmission timeout in the MAC layer according to an embodiment of the present invention.

상기 도 6을 참조하면, 먼저 기지국의 패킷 모니터링부는 수신하는 패킷이 도착할 때, 도착시간을 모니터링하고, 동일한 플로우 내의 패킷 간의 도착시간 차를 계산한다(610 단계). Referring to FIG. 6, the packet monitoring unit of the base station monitors the arrival time when a packet arrives, and calculates an arrival time difference between packets in the same flow (step 610).

이후, TCP 서버의 RTO추정부는 TCP 서버의 재전송 타임 아웃(Retransmission Time Out: RTO)을 추정한다(620 단계).Thereafter, the RTO estimator of the TCP server estimates a retransmission time out (RTO) of the TCP server (operation 620).

여기서, 먼저 TCP 서버의 재전송 타임 아웃은 라운드트립타임을 기반으로 설정한다. 상기 라운드 트립 타임은 TCP 서버의 전송 패킷 시각과 사용자로부터 해당 전송 패킷에 대한 응답(ACK) 패킷이 TCP 서버에 도착하는 시각 간의 차이로 결정된다. Here, the retransmission timeout of the TCP server is set based on the round trip time. The round trip time is determined by the difference between the transmission packet time of the TCP server and the time when a response (ACK) packet for the transmission packet from the user arrives at the TCP server.

계산된 라운드 트립 타임(S(i), 라운드 트립 타임 샘플)은 과거 라운드 트립 타임의 평균의 가중치와 함께 현재의 라운드 트립 타임을 부드럽게 재설정(Smoothed Round Trip Time Estimation)한다. 추정 과정은 상기 <수학식 1> 및 <수학식 2>를 이용한다.The calculated round trip time (S (i), round trip time sample) smoothly resets the current round trip time together with the average weight of the past round trip time. The estimation process uses Equation (1) and Equation (2).

이후, 현재의 채널 상태가 좋은 경우(630 단계), ARQ 파라미터 비교 및 재설정부는 상기 추정한 재전송 타임 아웃 값 이내에서 ARQ 블럭의 라이프 타임의 값을 줄인다(635 단계).Thereafter, if the current channel state is good (step 630), the ARQ parameter comparison and re-setting unit reduces the lifetime value of the ARQ block within the estimated retransmission timeout value (step 635).

만약, 현재의 채널 상태가 좋지 않은 경우(630 단계), ARQ 파라미터 비교 및 재설정부는 상기 추정한 재전송 타임 아웃 값 이내에서 ARQ 블럭의 라이프 타임의 값을 늘린다(640 단계).If the current channel state is not good (step 630), the ARQ parameter comparing and resetting unit increases the lifetime value of the ARQ block within the estimated retransmission timeout value (step 640).

이후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.Thereafter, the algorithm according to the present invention terminates.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of various modifications within the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 블록 구성을 도시한 도면,FIG. 1 is a block diagram of a base station according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 라운드 트립 타임 및 재전송 타임 아웃을 구하는 과정을 도시한 도면,FIG. 2 is a diagram illustrating a process of obtaining a round trip time and a retransmission timeout according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MAC 계층에서 재전송 타임 아웃을 이용한 ARQ 재전송 타임 아웃 설정과정을 도시한 도면,3 is a diagram illustrating a process of setting an ARQ retransmission timeout using a retransmission timeout in a MAC layer according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 채널의 상황이 상대적으로 좋을 때의 추정한 재전송 타임 아웃의 이용과정을 도시한 도면,4 is a diagram illustrating a process of using an estimated retransmission timeout when a situation of a wireless channel is relatively good according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 채널의 상황이 상대적으로 나쁠 때의 추정한 재전송 타임 아웃의 이용과정을 도시한 도면,5 is a diagram illustrating a process of using an estimated retransmission timeout when a situation of a wireless channel is relatively bad according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 MAC 계층에서 재전송 타임 아웃을 이용한 ARQ 재전송 타임 아웃 설정과정을 도시한 흐름도.6 is a flowchart illustrating an ARQ retransmission timeout setting process using a retransmission timeout in a MAC layer according to an embodiment of the present invention.

Claims (12)

무선 네트워크에서 전송 제어 프로토콜(TCP:Tranmission Control Protocol)의 성능을 향상시키는 기지국의 장치에 있어서,1. An apparatus of a base station for improving the performance of a transmission control protocol (TCP) in a wireless network, 수신한 패킷의 도착시간의 차를 계산하는 패킷 모니터링 부와,A packet monitoring unit for calculating a difference between arrival times of received packets; 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 전송 제어 프로토콜 서버의 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 재전송 타임 아웃 추정부와A retransmission timeout estimating unit estimating a retransmission timeout value of the transmission control protocol server using the difference of the arrival time and the time of the transmission packet for the received packet; 상기 재전송 타임 아웃 값을 자동 재전송 요구 프로토콜에 반영하는 자동 재전송 요구 프로토콜 비교 및 재설정부를 포함하고,And an automatic retransmission request protocol comparing and resetting unit for reflecting the retransmission timeout value to the automatic retransmission request protocol, 상기 재전송 타임 아웃 추정부는,Wherein the retransmission timeout estimator comprises: 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 라운드 트립 타임을 계산하고, 상기 라운드 트립 타임을 재설정하며, 상기 재설정한 라운드 트립 타임을 이용하여 상기 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.Calculating a round trip time using a difference between the arrival time and a time of a transmission packet for the received packet, resetting the round trip time, and estimating the retransmission timeout value using the resetted round trip time Lt; / RTI &gt; 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 재전송 타임 아웃 값을 반영한 자동 재전송 요구 프로토콜에 의해 자동 재전송을 수행하는 자동 재전송 요구부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.Further comprising an automatic retransmission requesting unit for performing automatic retransmission by an automatic retransmission request protocol reflecting the retransmission timeout value. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 재전송 타임 아웃 추정부는, Wherein the retransmission timeout estimator comprises: 하기 수식을 이용하여 상기 라운드 트립 타임을 부드럽게 재설정(Smoothed Round Trip Time Estimation)하여 상기 라운드 트립 타임을 재설정하는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the round trip time is smoothly reset (Smoothed Round Trip Time Estimation) using the following equation to reset the round trip time. SRTT ( i + 1 ) = α * SRTT ( i ) + ( 1- α) * S(i), ( 0 < α < 1) SRTT (i + 1) =? * SRTT (i) + (1-?) * S (i) 여기서, SRTT (i + 1)는 부드럽게 재설정된 라운드 트립 타임이고, SRTT (i)는 이전의 부드럽게 재설정된 라운드 트립 타임이다. 그리고 S(i)는 계산된 라운드 트립 타임이고, α는 0과 1 사이의 계수이다.Here, SRTT (i + 1) is the smoothly resetted round trip time and SRTT (i) is the smoothly resetted round trip time. And S (i) is the calculated round-trip time, and a is a coefficient between 0 and 1. 제 4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 재전송 타임 아웃 추정부는, Wherein the retransmission timeout estimator comprises: 하기 수식을 이용하여 재설정한 라운드 트립 타임을 이용하여 상기 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.And estimates the retransmission timeout value using a round trip time reset using the following equation. RTO ( i ) = β * SRTT ( i )RTO (i) =? * SRTT (i) 여기서, RTO ( i )는 재전송 타임 아웃 값이고, β는 SRTT ( i ) 값이 재전송 타임 아웃 되는 시간보다 클 확률이 작도록 설정한다.Here, RTO (i) is a retransmission timeout value, and β is set so that the probability that the value of SRTT (i) is larger than the retransmission timeout time is set. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 자동 재전송 요구 프로토콜 비교 및 재설정부는,Wherein the automatic retransmission request protocol comparison and re- 현재의 채널 상태가 좋은 경우, 상기 재전송 타임 아웃 값 이내에서 자동 재전송 요구 블럭의 라이프 타임의 값을 줄이고, 현재의 채널 상태가 좋지 않은 경우, 상기 재전송 타임 아웃 값 이내에서 자동 재전송 요구 블럭의 라이프 타임의 값을 늘려서 상기 재전송 타임 아웃 값을 자동 재전송 요구 프로토콜에 반영하는 것을 특징으로 하는 장치.If the current channel state is good, the value of the lifetime of the automatic retransmission request block is decreased within the retransmission timeout value. If the current channel state is not good, the lifetime of the automatic retransmission request block within the retransmission timeout value And the retransmission timeout value is reflected in the automatic retransmission request protocol. 무선 네트워크에서 기지국의 전송 제어 프로토콜(TCP:Tranmission Control Protocol)의 성능 향상 방법에 있어서,A method for improving performance of a transmission control protocol (TCP) of a base station in a wireless network, 수신한 패킷의 도착시간의 차를 계산하는 과정과,Calculating a difference between arrival times of the received packets; 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 전송 제어 프로토콜 서버의 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 과정과,Estimating a retransmission timeout value of a transmission control protocol server using a difference between the arrival times and a time of a transmission packet for the received packet; 상기 재전송 타임 아웃 값을 자동 재전송 요구 프로토콜에 반영하는 과정을 포함하고,And reflecting the retransmission timeout value to the automatic retransmission request protocol, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 전송 제어 프로토콜 서버의 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 과정은,Estimating a retransmission timeout value of the transmission control protocol server using the difference of the arrival time and the time of the transmission packet for the received packet, 상기 도착시간의 차 및 상기 수신한 패킷에 대한 전송 패킷의 시간을 이용하여 라운드 트립 타임을 계산하는 과정과,Calculating a round trip time using a difference of the arrival time and a time of a transmission packet for the received packet; 상기 라운드 트립 타임을 재설정하는 과정과,Resetting the round trip time; 상기 재설정한 라운드 트립 타임을 이용하여 상기 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And estimating the retransmission timeout value using the reconfigured round trip time. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 재전송 타임 아웃 값을 반영한 자동 재전송 요구 프로토콜에 의해 자동 재전송을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Further comprising the step of performing an automatic retransmission by an automatic retransmission request protocol reflecting the retransmission timeout value. 삭제delete 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 라운드 트립 타임을 재설정하는 과정은, 하기 수식을 이용하여 상기 라운드 트립 타임을 부드럽게 재설정(Smoothed Round Trip Time Estimation)하는 것임을 특징으로 하는 방법.Wherein the step of reconfiguring the round trip time smoothly round-trips the round trip time using the following equation. SRTT ( i + 1 ) = α * SRTT ( i ) + ( 1- α) * S(i), ( 0 < α < 1) SRTT (i + 1) =? * SRTT (i) + (1-?) * S (i) 여기서, SRTT (i + 1)는 부드럽게 재설정된 라운드 트립 타임이고, SRTT (i)는 이전의 부드럽게 재설정된 라운드 트립 타임이다. 그리고 S(i)는 계산된 라운드 트립 타임이고, α는 0과 1 사이의 계수이다.Here, SRTT (i + 1) is the smoothly resetted round trip time and SRTT (i) is the smoothly resetted round trip time. And S (i) is the calculated round-trip time, and a is a coefficient between 0 and 1. 제 10항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 재설정한 라운드 트립 타임을 이용하여 상기 재전송 타임 아웃 값을 추정하는 과정은, 하기 수식을 이용하는 것임을 특징으로 하는 방법.Wherein the step of estimating the retransmission timeout value using the reconfigured round trip time is performed using the following equation. RTO ( i ) = β * SRTT ( i )RTO (i) =? * SRTT (i) 여기서, RTO ( i )는 재전송 타임 아웃 값이고, β는 SRTT ( i ) 값이 재전송 타임 아웃 되는 시간보다 클 확률이 작도록 설정한다.Here, RTO (i) is a retransmission timeout value, and β is set so that the probability that the value of SRTT (i) is larger than the retransmission timeout time is set. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 재전송 타임 아웃 값을 자동 재전송 요구 프로토콜에 반영하는 과정은,Wherein the step of reflecting the retransmission timeout value in the automatic retransmission request protocol comprises: 현재의 채널 상태가 좋은 경우, 상기 재전송 타임 아웃 값 이내에서 자동 재전송 요구 블럭의 라이프 타임의 값을 줄이는 과정과,Decreasing the value of the lifetime of the automatic retransmission request block within the retransmission timeout value if the current channel state is good; 현재의 채널 상태가 좋지 않은 경우, 상기 재전송 타임 아웃 값 이내에서 자동 재전송 요구 블럭의 라이프 타임의 값을 늘리는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And increasing the value of the lifetime of the automatic retransmission request block within the retransmission timeout value if the current channel state is not good.
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