KR101478751B1 - MPTCP Congestion control method for vertical handover and mobile terminal using the method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중경로 전송 제어 프로토콜(Multipath-TCP)를 이용하는 이동 단말의 혼잡 제어 방법에 관한 것이다. 상기 혼잡 제어 방법은, (a) 상기 이동 단말이 수직적 핸드오버하는 경우, 이동하는 망이 무선 데이터망인 경우, 이동 통신망을 비활성화시키고, 혼잡 윈도우를 (이전 망의 혼잡윈도우값 × 가중치)로 설정하여 최대치로 설정하는 단계; (b) 상기 이동 단말이 수직적 핸드오버하는 경우, 이동하는 망이 무선 데이터망이 아닌 경우, 이동 통신망을 활성화시키고, 혼잡 윈도우를 (이전 망의 혼잡윈도우값 × 1/가중치)로 설정하는 단계; 를 구비한다.
본 발명은 수직적 핸드오버시 이동하는 망이 무선 데이터망인지 여부에 따라 혼잡 윈도우를 조절함으로써, 효과적인 혼잡 제어 수행이 가능하다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a congestion control method for a mobile station using a multipath-transmission control protocol (Multipath-TCP). The congestion control method comprises the steps of: (a) when the mobile station performs a vertical handover, if the mobile network is a wireless data network, the mobile communication network is deactivated and a congestion window is set to a congestion window value Setting a maximum value; (b) activating the mobile communication network and setting a congestion window (congestion window value of the previous network × 1 / weight value) when the mobile terminal performs a vertical handover, if the mobile network is not a wireless data network; Respectively.
In the present invention, it is possible to perform effective congestion control by adjusting the congestion window according to whether the moving network is a wireless data network in the vertical handover.
Description
본 발명은 다중경로 전송제어프로토콜을 이용한 혼잡 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 중첩된 망환경에서 수직적 핸드오버하는 경우 다중경로 전송제어프로토콜을 이용한 혼잡제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a congestion control method using a multi-path transmission control protocol, and more particularly, to a congestion control method using a multi-path transmission control protocol when a vertical handover is performed in a nested network environment.
전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol; 이하 'TCP'라 한다.)은 통신 네트워크에 적용되어 흐름 제어와 오류 제어를 통해 서비스의 신뢰성과 네트워크 적응성을 제공해 준다. 특히, TCP는 고속망에서 적은 지연(delay)과 높은 처리율(throughput)을 보일 뿐만 아니라 혼잡한 네트워크에서도 데이터 흐름을 조절해 끊김없는 서비스가 가능하다. A Transmission Control Protocol (TCP) is applied to a communication network to provide service reliability and network adaptability through flow control and error control. In particular, TCP not only shows low delay and high throughput in a high-speed network, but it also enables seamless service by controlling data flow in a congested network.
하지만, TCP는 무선 환경과 같이 신뢰성이 부족한 네트워크에서는 스트리밍 정송이 어려울 뿐만 아니라, 단일 TCP 패스가 혼잡 네트워크를 이용하고 있을 때 그 혼잡 네트워크를 피하지 못하게 되는 문제점이 있다. However, TCP is not only difficult to forward streaming in a network with poor reliability such as a wireless environment, but also has a problem in that it can not avoid a congested network when a single TCP path is using the congested network.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 다중경로 전송 제어 프로토콜(Multipath Transmission Control Protocol; 이하 'MPTCP'라 한다.)이 제안되었다. In order to solve this problem, a multipath transmission control protocol (MPTCP) has been proposed.
도 1은 종래의 TCP와 MPTCP에 대한 프로토콜 스택을 도시한 것으로서, (a)는 TCP에 대한 프로토콜 스택이며, (b)는 MPTCP에 대한 프로토콜 스택이다. FIG. 1 shows a conventional protocol stack for TCP and MPTCP, wherein (a) is a protocol stack for TCP, and (b) is a protocol stack for MPTCP.
MPTCP는 다수의 네트워크 링크를 인지하고 활용할 수 있도록 해주는 프로토콜이다. 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 MPTCP는 단말간에 다중 네트워크 주소를 사용하여 여러 개의 subflow를 동시에 구성함으로써, 멀티패스 TCP 세션을 구성할 수 있도록 하는 기술이다. TCP 연결을 맺어 이용하는 이종망들을 subflow 라 하며, MPTCP는 상황에 따라 subflow들을 add 또는 remove 하며 혼잡상황에 보다 신속하게 대응할 수 있게 된다. MPTCP is a protocol that allows multiple network links to be recognized and utilized. As shown in FIG. 1 (b), MPTCP is a technique for configuring a multi-path TCP session by simultaneously configuring a plurality of subflows using multiple network addresses between terminals. Heterogeneous networks that use TCP connections are called subflows, and MPTCP can add or remove subflows depending on the situation and respond more quickly to congestion situations.
MPTCP는 크게 2가지의 데이터 전송 기법이 사용되는데, 이는 Full-MPTCP 전송모드와 Backup-MPTCP 전송모드이다. 도 2는 Full-MPTCP 전송모드를 설명하기 위하여 도시한 그림이며, 도 3은 Backup-MPTCP 전송모드를 설명하기 위하여 도시한 그림이다. MPTCP uses two types of data transmission schemes, Full-MPTCP transmission mode and Backup-MPTCP transmission mode. FIG. 2 is a diagram illustrating a full-MPTCP transmission mode, and FIG. 3 is a diagram illustrating a backup-MPTCP transmission mode.
도 2에 도시된 바와 같이, Full-MPTCP 전송모드는 이동단말(MS)이 Wi-Fi와 같은 무선 데이터망과 3-Generation 망, 4-Generation 망과 같은 이동 통신망이 혼재되어 있는 이종망에서 각 무선 데이터망과 이동 통신망을 통해 데이터를 동시에 전송받는 기법이다. As shown in FIG. 2, the Full-MPTCP transmission mode is a mode in which a mobile station (MS) is connected to a wireless data network such as Wi-Fi and a heterogeneous network in which a mobile communication network such as a 3-Generation network and a 4- It is a technique that receives data simultaneously through wireless data network and mobile communication network.
이러한 Full-MPTCP 전송모드에 있어서, 이동 단말이 무선 데이터망을 벗어나 무선 데이터망을 통해 더 이상 데이터를 전송받을 수 없게 되면, 기존 연결되어 있는 3G 망 또는 4G 망과 같은 이동 통신망을 통해 계속해서 데이터를 전송받게 되므로, 지연(delay)없이 바로 이동 통신망의 최대 throughput으로 데이터 전송이 가능하게 된다. 하지만, 지연이 발생하지 않는 대신, 이동 단말이 무선 데이터망에 있는 동안에도 계속해서 이동 통신망을 통해 데이터를 전송하므로 해당 이동 통신망의 자원을 소모하게 된다. 그 결과, 이동 단말의 사용자는 비용이 비싼 이동 통신망을 사용하게 되는 문제가 발생하며, 해당 이동통신망만을 사용하는 사용자들에게 할당될 수 있는 자원을 소모하게 되므로 모든 사용자들이 자원을 효율적으로 사용하지 못하는 문제가 발생하게 된다. In the full-MPTCP transmission mode, when the mobile terminal can not receive data through the wireless data network after leaving the wireless data network, the mobile terminal continuously transmits data through the mobile communication network such as the existing 3G network or 4G network Therefore, data can be transmitted at the maximum throughput of the mobile communication network without delay. However, since the mobile terminal continues to transmit data through the mobile communication network even while the mobile terminal is in the wireless data network, the mobile communication network consumes resources. As a result, the user of the mobile terminal incurs a problem of using a mobile communication network having a high cost, consumes resources that can be allocated to users using only the mobile communication network, and thus all users can not efficiently use resources A problem occurs.
도 3에 도시된 바와 같이, Bacpup-MPTCP 전송모드는 이동단말(MS)이 Wi-Fi와 같은 무선 데이터망과 3-Generation 망, 4-Generation 망과 같은 이동 통신망이 혼재되어 있는 이종망에서 무선 데이터망을 통해 데이터를 전송받고 이동 통신망과는 TCP연결만을 유지하는 기법이다. As shown in FIG. 3, the Bacpup-MPTCP transmission mode is a mode in which a mobile station (MS) is connected to a wireless data network such as Wi-Fi, a wireless network in which a mobile communication network such as a 3-Generation network and a 4- It is a technique to transmit data through the data network and maintain only the TCP connection with the mobile communication network.
이러한 Backup-MPTCP 전송모드에 있어서, 이동단말이 무선 데이터망을 벗어나 더 이상 무선데이터망을 통해 데이터를 전송받을 수 없게 되면, 기존에 TCP 연결을 맺어두었던 3G 망 또는 4G 망과 같은 이동 통신망을 통해 데이터 전송을 받게 된다. 이때, 기존에 이동 통신망과 TCP 연결된 상태이므로 핸드오버 과정 중 해당 과정의 지연만큼 연결 시간이 단축될 수 있다. 하지만, 이는 기존의 Single TCP에 비하여 지연이 단축되기는 하나, 혼잡 윈도우 크기가 slow start를 통해 SSth(slow Start threshold)까지 증가하는 데까지의 시간이 소요되는 문제가 발생한다. In this backup-MPTCP transmission mode, when the mobile terminal is no longer able to receive data through the wireless data network after leaving the wireless data network, it is possible to transmit data through a mobile communication network such as a 3G network or a 4G network, Data transmission. At this time, the connection time can be shortened by the delay of the corresponding process during the handover process since the mobile terminal is connected to the mobile communication network by TCP. However, this delay is shorter than that of the conventional Single TCP, but it takes time until the congestion window size increases to the SSth (slow start threshold) through the slow start.
이하, MPTCP에서 subflow들을 add 또는 remove 하는 과정을 간략하게 설명한다. 도 4는 MPTCP의 옵션 메시지를 이용하여 TCP subflow를 add하거나 remove하는 과정을 도시한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 호스트에 해당하는 2개의 이동 단말은 각각 다수 개의 주소(Address)를 구비하고, MPTCP를 이용하여 통신하기 위하여, 초기 연결 설정하고, subflow를 Add 하거나 Remove할 수 있다. Hereinafter, a process of adding or removing subflows from MPTCP will be briefly described. 4 is a flowchart illustrating a process of adding or removing a TCP subflow using an MPTCP option message. As shown in FIG. 4, each of two mobile terminals corresponding to a host has a plurality of addresses, and may establish an initial connection and add or remove subflows for communication using MPTCP.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 최초의 연결을 시도할 때는 MP_CAPABLE Option을 사용하며, 여기에Host의 identification등의 정보를 포함하게 된다. 하나의 Connection이 연결된 상태에서, Subflow를 Add할 때는 MP_JOIN Option을 사용하게 되는데, SYN을 보낼 때, SYN/ACK를 보낼 때, ACK를 보낼 때의 MP_JOIN Option은 각기 다른 정보를 가지고 있으므로 모두 세 종류의 MP_JOIN Option을 사용하게 된다. N개의 Connection이 연결된 상태에서, 그 중 하나의 subflow를 Remove할 때는 Data_FIN Option을 사용하여 더 이상 데이터 보낼 것이 없는 상태인 "연결이 끊어짐"을 나타내기 위하여 Data Sequence Signal Option의 F Bit를 1로 함으로써 마지막 Data인 "Data_FIN"을 명시한다. Add와 remove과정은 모두 보통 TCP연결이 이루어지거나 끊어지는 과정과 동일하며 MPTCP는 단지 여러 subflow들을 single connection으로 보이게 해준다. As shown in FIG. 4, when the first connection is attempted, the MP_CAPABLE Option is used, and information such as the identification of the host is included therein. When one connection is connected, the MP_JOIN Option is used to add a subflow. When sending a SYN, sending a SYN / ACK, and sending an ACK, MP_JOIN Option has different information. You will use the MP_JOIN Option. When N connections are connected and one of them is removed, use the Data_FIN option to set the F bit of the Data Sequence Signal Option to 1 to indicate that there is no more data to send. Specify the last data "Data_FIN". Both add and remove processes are the same as normal TCP connections or disconnections, and MPTCP only allows multiple subflows to appear as a single connection.
최근 전세계적으로 스마트폰의 보급이 확산됨에 따라 모바일 트래픽도 기하급수적으로 증가하고 있다. 이에 따라 트래픽을 효과적으로 분산시키는 것이 중요시되었고 따라서 무선 데이터망인 Wi-Fi망과 같은 저렴한 망을 최대한 이용하는 것이 단말기 사용자 입장에서나 통신사업자 측면에서도 이득이다. Mobile traffic is increasing exponentially with the recent spread of smartphones worldwide. Therefore, it is important to effectively distribute traffic. Therefore, it is advantageous for the terminal user and the communication service provider to utilize the cheap network such as the Wi-Fi network which is the wireless data network.
하지만, 3G, LTE와 같은 이동 통신망과 Wi-Fi 등과 같은 무선 데이터망의 다양한 네트워크가 혼재되어 있는 이종망 환경에서, 수직적 핸드오버 수행시 MPTCP를 적용할 경우 기존의 TCP 특성을 그대로 이용하기 때문에, 비용이 저렴한 무선 데이터망을 사용하기 위하여는 불필요한 혼잡제어를 수행하게 되는 문제점이 있다.
However, in a heterogeneous network environment in which various networks of a wireless data network such as 3G, LTE, and Wi-Fi are mixed, when MPTCP is applied to a vertical handover, There is a problem that unnecessary congestion control is performed in order to use a wireless data network of low cost.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 MPTCP를 이용하여 수직적 핸드오버하는 경우, 이동 중 잦은 핸드오버에 따른 성능 저하를 없애고 비용이 저렴한 무선 데이터망을 최대한 이용할 수 있도록 하는 혼잡 윈도우를 설정하는 혼잡 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method and apparatus for preventing a performance degradation due to frequent handover during a mobile handover when a vertical handover is performed using MPTCP, and a congestion control And a method thereof.
본 발명의 다른 목적은 전술한 혼잡 제어 방법을 적용한 이동 단말을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a mobile terminal to which the congestion control method described above is applied.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 제1 특징에 따른 다중경로 전송 제어 프로토콜(Multipath-TCP)를 이용하는 이동 단말의 혼잡 제어 방법은, (a) 상기 이동 단말이 수직적 핸드오버하는 경우, 이동하는 망에 따라 사전 설정된 망환경 변수를 설정하고 저장하는 단계; (b) 상기 망환경 변수가 설정되면, 수직적 핸드오버에 의한 가중치(weight factor)를 측정하는 단계; (c) 상기 망환경 변수와 상기 가중치에 따라 혼잡윈도우(Congestion Window)의 값을 설정하는 단계; 를 구비하고, 상기 망환경 변수는 무선 데이터망의 유무에 따라 결정되며, 새로운 망에 무선 데이터망이 없으면 상기 망환경 변수는 제1 상수로 설정되고, 새로운 망에 무선 데이터망이 있으면 상기 망환경 변수는 제2 상수로 설정된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for congestion control of a mobile station using Multipath-TCP (Multipath-TCP) according to the first aspect, comprising the steps of: (a) Setting and storing a predetermined network environment variable according to the network; (b) if the network environment variable is set, measuring a weight factor due to vertical handover; (c) setting a value of a congestion window according to the network environment variable and the weight; The network environment variable is determined according to the presence or absence of a wireless data network. If there is no wireless data network in the new network, the network environment variable is set to a first constant. If there is a wireless data network in the new network, The variable is set to the second constant.
전술한 제1 특징에 따른 이동 단말의 혼잡 제어 방법에 있어서, 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 이동 단말이 무선 데이터망이 없는 이동 통신망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제1 상수로 설정하고, 상기 (b) 단계에 있어서, 상기 망환경 변수가 제1 상수이면, 상기 이동 통신망을 활성화시키고, 활성화된 이동 통신망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 (1/가중치)의 배수로 설정하는 것이 바람직하다. In the congestion control method of a mobile station according to the first aspect, in the step (a), when the mobile station moves to a mobile communication network without a wireless data network, a network environment variable is set as a first constant And activating the mobile communication network and setting the congestion window of the activated mobile communication network to a multiple of (1 / weight) of the congestion window of the previous network if the network environment variable is a first constant in the step (b) desirable.
전술한 제1 특징에 따른 이동 단말의 혼잡 제어 방법에 있어서, 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 이동 단말이 무선 데이터망과 이동 통신망이 혼재된 망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제2 상수로 설정하는 것을 특징으로 하고, 상기 (b) 단계에 있어서, 상기 망환경 변수가 제2 상수이면, 상기 이동 통신망을 비활성화시키고, 무선 데이터망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 가중치의 배수로 설정하는 것을 특징으로 한다. The method of controlling congestion of a mobile station according to the first aspect of the present invention is characterized in that, in the step (a), when the mobile terminal moves to a network in which a wireless data network and a mobile communication network are mixed, If the network environment variable is a second constant, the mobile communication network is deactivated and the congestion window of the wireless data network is set to a multiple of the weight of the congestion window of the previous network .
전술한 제1 특징에 따른 이동 단말의 혼잡 제어 방법에 있어서, 상기 가중치(weight factor)는 수직적 핸드오버 이전 망(old)의 BDPold와 수직적 핸드오버된 새로운 망(new)의 BDPnew 를 이용하여 계산되며, BDP는 대역폭과 지연(delay) 값의 곱으로 계산되는 것이 바람직하다. In the congestion control method of a mobile station according to the first aspect, the weight factor is calculated using BDPold of the old network before the vertical handover and BDPnew of the new network (new) of the vertical handover , And BDP is preferably calculated as the product of the bandwidth and the delay value.
본 발명의 제2 특징에 따른 MPTCP를 이용하여 혼잡 제어를 수행하는 이동단말은, MPTCP를 이용하여 수직적 핸드오버를 수행하고, 수직적 핸드오버시 망환경 변수를 설정하고 저장하는 핸드오버 수행부; 수직적 핸드오버 수행시, 망환경 변수에 따라 가중치(k)를 측정하고, 상기 망환경 변수와 가중치를 이용하여 새로운 망의 혼잡 윈도우를 설정하는 혼잡 윈도우 설정부;를 구비하고, 상기 망환경 변수는 수직적 핸드오버시 새로운 망에 무선 데이터망이 있는지 여부에 따라 결정되며, 새로운 망에 무선 데이터망이 없으면 상기 망환경 변수는 제1 상수로 설정되고, 새로운 망에 무선 데이터망이 있으면 상기 망환경 변수는 제2 상수로 설정된다. A mobile station that performs congestion control using MPTCP according to the second aspect of the present invention includes a handover performing unit for performing vertical handover using MPTCP and setting and storing network environment variables for vertical handover; And a congestion window setting unit for measuring the weight k according to the network environment variable and setting a congestion window of the new network using the network environment variable and the weight value when the vertical handover is performed, If there is no wireless data network in the new network, the network environment variable is set to the first constant. If there is a wireless data network in the new network, Is set to a second constant.
전술한 제2 특징에 따른 이동 단말에 있어서, 상기 핸드오버 수행부는, 상기 이동 단말이 무선 데이터망이 없는 이동 통신망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제1 상수로 설정하고 상기 이동 통신망을 활성화시키고, 상기 혼잡 윈도우 설정부는, 상기 망환경 변수가 제1 상수이면, 활성화된 이동 통신망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 (1/가중치)의 배수로 설정하는 것이 바람직하다. In the mobile terminal according to the second aspect of the present invention, when the mobile terminal moves to a mobile communication network without a wireless data network, the handover performing unit sets a network environment variable as a first constant, activates the mobile communication network , The congestion window setting unit may set the congestion window of the activated mobile communication network to a multiple of (1 / weight) of the congestion window of the previous network if the network environment variable is the first constant.
전술한 제2 특징에 따른 이동 단말에 있어서, 상기 핸드오버 수행부는, 상기 이동 단말이 무선 데이터망과 이동 통신망이 혼재된 망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제2 상수로 설정하고 상기 이동 통신망을 비활성화시키고, 상기 혼잡 윈도우 설정부는, 상기 망환경 변수가 제2 상수이면, 무선 데이터망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 가중치의 배수로 설정하는 것이 바람직하다. In the mobile terminal according to the second aspect of the present invention, when the mobile terminal moves to a network in which a wireless data network and a mobile communication network are mixed, the handover performing unit sets a network environment variable as a second constant, And the congestion window setting unit sets the congestion window of the wireless data network to a multiple of the weight of the congestion window of the previous network if the network environment variable is the second constant.
본 발명에 따른 혼잡 제어 방법은 수직적 핸드오버시 이동되는 망에 따라 망환경 변수를 설정하고, 이동되는 망이 WiFi와 같은 무선 데이터망인 경우 혼잡 윈도우를 최대치로 설정하고, 이동되는 망이 WiFi와 같은 무선 데이터망이 아닌 경우 혼잡 윈도우를 작게 설정함으로써, 링크 효율을 증대시킬 수 있게 된다. The congestion control method according to the present invention sets network environment variables according to a network to be moved during a vertical handover, sets a congestion window to a maximum value when the mobile network is a wireless data network such as WiFi, When the wireless data network is not used, the congestion window is set to be small so that the link efficiency can be increased.
또한, 본 발명에 따른 혼잡 제어 방법은 3G망이나 LTE 망과 같은 이동 통신망에 비해 저렴한 WiFi와 같은 무선 데이터망을 최대한 이용할 수 있도록, 혼잡 윈도우값을 조절할 수 있는 변수를 추가함으로써 MPTCP의 단점을 보완할 수 있게 된다. In addition, the congestion control method according to the present invention complements the disadvantage of MPTCP by adding a variable that can control the congestion window value so that the wireless data network such as WiFi, which is less expensive than the mobile communication network such as the 3G network or the LTE network, .
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼잡 제어 방법을 이용하여 이종망 핸드오버한 경우 전송 데이터의 윈도우 사이즈와 종래의 TCP 방법에 따른 윈도우 사이즈를 비교한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 TCP는 핸드오버가 일어나는 경우 혼잡 상황으로 인식하고 혼잡 윈도우 사이즈를 절반으로 줄이지만, 본 발명에 따른 혼잡 제어 방법을 적용한 MPTCP 는 핸드오버가 일어나더라도 혼잡 윈도우 사이즈를 증가시켜 종래의 TCP 보다 더 많은 패킷을 전송할 수 있게 됨을 알 수 있다. FIG. 8 is a graph illustrating a simulation result of a comparison between a window size of transmission data and a window size according to a conventional TCP method when heterogeneous network handover is performed using the congestion control method according to the preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the conventional TCP recognizes the congestion state when the handover takes place and reduces the congestion window size to half. However, the MPTCP employing the congestion control method according to the present invention, It is possible to transmit more packets than the conventional TCP.
도 1은 종래의 TCP와 MPTCP에 대한 프로토콜 스택을 도시한 것으로서, (a)는 TCP에 대한 프로토콜 스택이며, (b)는 MPTCP에 대한 프로토콜 스택이다.
도 2는 Full-MPTCP 전송모드를 설명하기 위하여 도시한 그림이며, 도 3은 Backup-MPTCP 전송모드를 설명하기 위하여 도시한 그림이다.
도 4는 MPTCP의 옵션 메시지를 이용하여 TCP subflow를 add하거나 remove하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 단말기의 혼잡 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핸드오버 방법을 설명하기 위하여 도시한 시나리오이다.
도 7은 TCP 헤더를 도시한 것으로서, (a)는 일반적인 TCP 헤더를 도시한 것이며, (b)는 본 발명에 따라 예비 공간에 망환경 변수를 저장한 TCP 헤더를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼잡 제어 방법을 이용하여 이종망 핸드오버한 경우 전송 데이터의 윈도우 사이즈와 종래의 TCP 방법에 따른 윈도우 사이즈를 비교한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. FIG. 1 shows a conventional protocol stack for TCP and MPTCP, wherein (a) is a protocol stack for TCP, and (b) is a protocol stack for MPTCP.
FIG. 2 is a diagram illustrating a full-MPTCP transmission mode, and FIG. 3 is a diagram illustrating a backup-MPTCP transmission mode.
4 is a flowchart illustrating a process of adding or removing a TCP subflow using an MPTCP option message.
5 is a flowchart schematically illustrating a congestion control method of a mobile terminal according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating a handover method according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates a TCP header. FIG. 7 (a) shows a general TCP header, and FIG. 7 (b) shows a TCP header storing a network environment variable in a spare space according to the present invention.
FIG. 8 is a graph illustrating a simulation result of a comparison between a window size of transmission data and a window size according to a conventional TCP method when heterogeneous network handover is performed using the congestion control method according to the preferred embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 이동 단말기의 혼잡 제어 방법은 MPTCP를 이용하여 수직적 핸드오버시 무선 데이터망과의 연결상태를 나타내는 파라미터를 저장하고, 이를 이용하여 혼잡 윈도우값을 설정함으로써, 이동 통신망에 비하여 저렴한 무선 데이터망을 최대한 이용할 수 있도록 하고 링크 효율을 증대시키는 것을 특징으로 한다. The congestion control method of a mobile terminal according to the present invention stores a parameter indicating a connection state with a wireless data network during a vertical handover using MPTCP and sets a congestion window value using the parameter, Thereby maximizing utilization of the network and increasing link efficiency.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MPTCP를 적용하는 이동 단말기의 혼잡 제어 방법을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a congestion control method for a mobile terminal applying MPTCP according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 단말기의 혼잡 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 5 is a flowchart schematically illustrating a congestion control method of a mobile terminal according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다중경로 전송제어프로토콜(Multipath-TCP)를 이용하는 이동 단말의 혼잡 제어 방법은, 먼저 이동 단말이 수직적 핸드오버하는 경우, 이동하는 새로운 망에 따라 사전 설정된 망환경 변수를 재설정하고 저장한다(단계 500). 여기서, 망환경 변수는 무선 데이터망과의 연결 상태를 나타내는 파라미터로서, 'DISCON' 과 'CON'을 사용한다. 'DISCON'은 무선 데이터망을 벗어날 때 사용하는 파라미터로서, 망환경 변수가 'DISCON'으로 설정된 경우 새로운 망에서는 무선 데이터망과의 연결을 끊는다는 것을 의미한다. 'CON'은 무선 데이터망과 연결할 때 사용하는 파라미터로서, 망환경 변수가 'CON'으로 설정된 경우 새로운 망이 무선 데이터망인 것을 의미한다. 전술한 망환경 변수는 TCP Header의 예비 공간(Reserverd 공간)에 저장되는 것이 바람직하며, 상기 예비 공간은 TCP Header의 사용되지 않는 6bit의 여유공간을 말한다. Referring to FIG. 5, a congestion control method of a mobile station using Multipath-TCP (Multipath-TCP) according to the present invention is characterized in that when a mobile station performs a vertical handover, The variable is reset and stored (step 500). Here, the network environment variable is a parameter indicating the connection state with the wireless data network, and 'DISCON' and 'CON' are used. 'DISCON' is a parameter to be used when leaving the wireless data network. It means that when the network environment variable is set to 'DISCON', the connection to the wireless data network is disconnected in the new network. 'CON' is a parameter used when connecting to a wireless data network. When 'CON' is set as the network environment variable, 'CON' means that the new network is a wireless data network. Preferably, the network environment variable is stored in a spare space (Reserverd space) of the TCP header, and the spare space is an unused 6-bit free space of the TCP header.
도 7은 TCP 헤더를 도시한 것으로서, (a)는 일반적인 TCP 헤더를 도시한 것이며, (b)는 본 발명에 따라 예비 공간에 망환경 변수를 저장한 TCP 헤더를 도시한 것이다. 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 TCP헤더의 6비트의 일정 공간은 예비 공간으로 비어있는 상태이나, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 혼잡 제어 방법이 적용된 TCP 헤더는 종래의 6비트의 예비공간에 망환경 변수를 나타내는 'DISCON','CON'이 표시되어 있다. FIG. 7 illustrates a TCP header. FIG. 7 (a) shows a general TCP header, and FIG. 7 (b) shows a TCP header storing a network environment variable in a spare space according to the present invention. As shown in FIG. 7A, the 6-bit constant space of the conventional TCP header is empty in the spare space, but as shown in FIG. 7B, the congestion control method according to the present invention 'TCP' and 'CON' indicating the network environment variable are displayed in the 6 bit spare space of the conventional TCP header.
다음, 상기 망환경 변수가 재설정되면, 수직적 핸드오버에 의한 가중치(weight factor;'k')를 측정한다(단계 510). 상기 가중치(k)는 수학식 1과 수학식 2에 의해 구한다. Next, when the network environment variable is reset, a weight factor 'k' due to vertical handover is measured (step 510). The weight (k) is obtained by Equations (1) and (2).
여기서, BDP 는 대역폭(Bandwidth)과 지연(dalay) 값의 product로 구하여지며, BDP값을 구하는 데 필요한 대역폭과 지연값은 3G 망과 같은 이동 통신망이 비활성화되어 있는 동안에도 측정할 수 있다. 이동단말이 이동 통신망을 비활성화시킨 상태에서는, 이동 단말은 이동 통신망과 데이터트래픽은 송수신하지 않더라도, 테스트 패킷을 송수신하여 연결은 유지하는 상태이므로, BDP의 측정은 가능하다. Here, the BDP is obtained as a product of the bandwidth and the delay, and the bandwidth and the delay required for obtaining the BDP value can be measured while the mobile communication network such as the 3G network is inactivated. In a state in which the mobile terminal has deactivated the mobile communication network, the mobile terminal is in a state of transmitting and receiving a test packet and maintaining the connection even if the mobile communication network does not transmit / receive data traffic, and therefore measurement of BDP is possible.
BDPnew는 새로운 망의 BDP이며, BDPold는 이전 망의 BDP이며, λ는 BDP 대비 버퍼 사이즈를 나타내며, λnew, λold는 각각 새로운 망과 이전 망의 λ를 나타낸다. BDPnew is the BDP of the new network, BDPold is the BDP of the previous network, λ is the buffer size relative to the BDP, and λnew and λold are the λ of the new network and the old network, respectively.
다음, 만약 재설정된 망환경 변수가 'DISCON'이면, 3G 망이나 4G 망과 같은 이동 통신망을 활성화시키고, 혼잡 윈도우(Congestion Window; 이하 'CWND'라 한다.)를 이전 망인 무선 데이터망의 CWND값의 1/k 배로 설정한다(단계 520). Next, if the reset network environment variable is 'DISCON', a mobile communication network such as a 3G network or a 4G network is activated, and a congestion window (hereinafter referred to as 'CWND' (Step 520).
만약 재설정된 망환경 변수가 'CON'이면, 3G 망과 같은 이동 통신망을 비활성화시키고, 혼잡 윈도우(Congestion Window; 이하 'CWND'라 한다.)를 이전 망인 이동 통신망의 CWND값의 k 배로 설정하여 최대치로 설정한다(단계 530). 이때, 이동단말이 이동 통신망을 비활성화시킨 상태에서는, 이동 단말이 이동 통신망과 데이터 트래픽은 송수신하지 않더라도 정기적으로 테스트 패킷을 송수신하여 연결 상태를 유지하게 된다. If the reconfigured network environment variable is 'CON', the mobile communication network such as the 3G network is deactivated and the congestion window (CWND) is set to k times the CWND value of the mobile communication network, (Step 530). At this time, in a state in which the mobile terminal disables the mobile communication network, the mobile terminal periodically transmits and receives test packets even if it does not transmit and receive data traffic to and from the mobile communication network, thereby maintaining the connection state.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핸드오버 방법을 설명하기 위하여 도시한 시나리오이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 데이터망(예를 들면, WiFi망)이 없는 이동 통신망(예를 들면, 3G 망, 4G 망, LTE 망 등)을 이동하는 이동 단말이 무선 데이터망으로 들어가는 경우, 망환경 변수를 'CON'으로 설정하고, 이동 통신망을 비활성화시키고, 새로운 망인 무선 데이터망의 혼잡 윈도우는 이전 망인 이동 통신망의 혼잡 윈도우의 k배로 설정하여 최대 설정하게 된다. 6 is a view illustrating a handover method according to a preferred embodiment of the present invention. 6, when a mobile terminal moving in a mobile communication network (e.g., 3G network, 4G network, LTE network, etc.) without a wireless data network (e.g., WiFi network) enters a wireless data network , The network environment variable is set to 'CON', the mobile communication network is inactivated, and the congestion window of the wireless network, which is a new network, is set to a maximum of k times the congestion window of the mobile communication network.
다음, 이동 단말이 무선 데이터망을 이탈하여 이동 통신망만이 존재하는 영역으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 'DISCON'으로 설정하고, 이동 통신망을 활성화시키고, 새로운 망인 이동 통신망의 혼잡 윈도우는 이전 망인 무선 데이터망의 혼잡 윈도우의 1/k 배로 설정한다. 그 결과, 종래의 TCP에 따른 경우 혼잡 윈도우를 1로 초기 설정하게 되는 문제점을 극복할 수 있게 되어, 본 발명에 따른 방법은 성능 저하를 막을 수 있게 된다. Next, when the mobile terminal leaves the wireless data network and moves to a region where only the mobile communication network exists, the network environment variable is set to 'DISCON' to activate the mobile communication network, and the congestion window of the mobile communication network, It is set to 1 / k times the congestion window of the wireless data network. As a result, it is possible to overcome the problem that the congestion window is initialized to 1 according to the conventional TCP, so that the method according to the present invention can prevent performance degradation.
다음, 이동 단말이 무선 데이터망으로 다시 이동하는 경우, 망환경 변수를 'CON'으로 설정하고, 이동 통신망을 비활성화시키고, 새로운 망인 무선 데이터망의 혼잡 윈도우는 이전 망의 혼잡 윈도우의 k배로 설정하게 된다. Next, when the mobile terminal moves back to the wireless data network, the network environment variable is set to 'CON', the mobile communication network is disabled, and the congestion window of the new wireless network is set to k times the congestion window of the previous network do.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 단말은 전술한 혼잡 제어 방법을 적용한 것으로서, 핸드오버 수행부와 혼잡윈도우 설정부를 구비한다. 상기 핸드오버 수행부는 MPTCP를 이용하여 수직적 핸드오버를 수행하고, 수직적 핸드오버시 망환경 변수를 설정하고 저장한다. 상기 망환경 변수는 수직적 핸드오버시 새로운 망에 무선 데이터망이 있는지 여부에 따라 결정되며, 새로운 망에 무선 데이터망이 없으면 상기 망환경 변수는 제1 상수인 'DISCON'으로 설정되고, 새로운 망에 무선 데이터망이 있으면 상기 망환경 변수는 제2 상수인 'CON'으로 설정된다. A mobile terminal according to another embodiment of the present invention includes a handover performing unit and a congestion window setting unit to which the above-described congestion control method is applied. The handover performing unit performs vertical handover using the MPTCP, and sets and stores network environment variables in the vertical handover. The network environment variable is determined according to whether there is a wireless data network in a new network during a vertical handover. If there is no wireless data network in the new network, the network environment variable is set to a first constant 'DISCON' If there is a wireless data network, the network environment variable is set to a second constant 'CON'.
상기 혼잡 윈도우 설정부는 수직적 핸드오버 수행시, 망환경 변수에 따라 가중치(k)를 측정하고, 상기 망환경 변수와 가중치를 이용하여 새로운 망의 혼잡 윈도우를 설정함으로써, 핸드오버가 일어나더라도 효과적인 혼잡 제어를 수행할 수 있게 된다. The congestion window setting unit measures the weight k according to the network environment variable and sets the congestion window of the new network using the network environment variable and the weight value at the time of performing the vertical handover so that the effective congestion control . ≪ / RTI >
상기 핸드오버 수행부는, 상기 이동 단말이 무선 데이터망이 없는 이동 통신망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제1 상수로 설정하고 상기 이동 통신망을 활성화시키고, 상기 이동 단말이 무선 데이터망과 이동 통신망이 혼재된 망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제2 상수로 설정하고 상기 이동 통신망을 비활성화시키게 된다. Wherein the handover performing unit sets a network environment variable as a first constant and activates the mobile communication network when the mobile station moves to a mobile communication network without a wireless data network, When moving to a mixed network, the network environment variable is set to a second constant and the mobile communication network is inactivated.
상기 혼잡 윈도우 설정부는, 상기 망환경 변수가 제1 상수이면, 활성화된 이동 통신망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 (1/가중치)의 배수로 설정하고, 상기 망환경 변수가 제2 상수이면, 무선 데이터망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 가중치의 배수로 설정하여 혼잡 윈도우를 최대치로 설정하게 된다. 상기 혼잡 윈도우 설정부는 전술한 수학식 1 및 수학식 2에 따라 가중치를 결정한다.
Wherein the congestion window setting unit sets the congestion window of the activated mobile communication network to a multiple of (1 / weight) of the congestion window of the previous network if the network environment variable is the first constant, and if the network environment variable is the second constant, The congestion window of the wireless data network is set to a multiple of the weight of the congestion window of the previous network to set the congestion window to the maximum value. The congestion window setting unit determines weights according to Equations (1) and (2).
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
본 발명에 따른 혼잡 제어 방법은 MPTCP를 이용하는 통신 네트워크에 널리 사용될 수 있다.
The congestion control method according to the present invention can be widely used in a communication network using MPTCP.
Claims (12)
(a) 상기 이동 단말이 수직적 핸드오버하는 경우, 이동하는 망에 따라 사전 설정된 망환경 변수를 설정하고 저장하는 단계;
(b) 상기 망환경 변수가 설정되면, 수직적 핸드오버에 의한 가중치(weight factor)를 측정하는 단계;
(c) 상기 망환경 변수와 상기 가중치에 따라 혼잡윈도우(Congestion Window)의 값을 설정하는 단계;
를 구비하고, 상기 망환경 변수는 무선 데이터망의 유무에 따라 결정되며, 새로운 망에 무선 데이터망이 없으면 상기 망환경 변수는 제1 상수로 설정되고, 새로운 망에 무선 데이터망이 있으면 상기 망환경 변수는 제2 상수로 설정되는 것을 특징으로 하며,
상기 (a) 단계에 있어서, 상기 이동 단말이 무선 데이터망이 없는 이동 통신망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제1 상수로 설정하고,
상기 (b) 단계에 있어서, 상기 망환경 변수가 제1 상수이면, 상기 이동 통신망을 활성화시키고, 활성화된 이동 통신망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 (1/가중치)의 배수로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동단말의 혼잡 제어 방법.
A congestion control method of a mobile station using a multipath-transmission control protocol (Multipath-TCP)
(a) setting and storing a predetermined network environment variable according to a moving network when the mobile terminal performs a vertical handover;
(b) if the network environment variable is set, measuring a weight factor due to vertical handover;
(c) setting a value of a congestion window according to the network environment variable and the weight;
The network environment variable is determined according to the presence or absence of a wireless data network. If there is no wireless data network in the new network, the network environment variable is set to a first constant. If there is a wireless data network in the new network, Variable is set to a second constant,
In step (a), when the mobile terminal moves to a mobile communication network without a wireless data network, the mobile environment variable is set as a first constant,
And if the network environment variable is a first constant, activating the mobile communication network and setting the congestion window of the activated mobile communication network to a multiple of (1 / weight) of the congestion window of the previous network in the step (b) The congestion control method of the mobile terminal.
상기 (b) 단계에 있어서, 상기 망환경 변수가 제2 상수이면, 상기 이동 통신망을 비활성화시키고, 무선 데이터망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 가중치의 배수로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동단말의 혼잡 제어 방법.The method of claim 1, wherein, in step (a), when the mobile terminal moves to a network in which a wireless data network and a mobile communication network are mixed, the network environment variable is set as a second constant,
Wherein if the network environment variable is a second constant, the mobile communication network is deactivated and the congestion window of the wireless data network is set to a multiple of the weight of the congestion window of the previous network in step (b) Congestion control method.
여기서, BDPnew와 λnew는 각각 새로운 망의 BDP와 λ이며, BDPold와 λold는 각각 이전 망의 BDP와 λ이며, λ는 BDP 대비 버퍼 사이즈를 나타냄. 5. The method of claim 4, wherein the weight is calculated by the following equation.
Where BDPnew and λnew are the BDP and λ of the new network, respectively, and BDPold and λold are the BDP and λ of the previous network, respectively, and λ is the buffer size relative to the BDP.
BDP는 대역폭과 지연(delay) 값의 곱으로 계산되는 것을 특징으로 하는 이동단말기의 혼잡 제어 방법. 4. The method of claim 3, wherein the mobile terminal measures a BDP by transmitting and receiving a test packet to a mobile communication network in a state in which the mobile communication network is inactivated,
Wherein the BDP is calculated as a product of a bandwidth and a delay value.
MPTCP를 이용하여 수직적 핸드오버를 수행하고, 수직적 핸드오버시 망환경 변수를 설정하고 저장하는 핸드오버 수행부;
수직적 핸드오버 수행시, 망환경 변수에 따라 가중치(k)를 측정하고, 상기 망환경 변수와 가중치를 이용하여 새로운 망의 혼잡 윈도우를 설정하는 혼잡 윈도우 설정부;
를 구비하고, 상기 망환경 변수는 수직적 핸드오버시 새로운 망에 무선 데이터망이 있는지 여부에 따라 결정되며, 새로운 망에 무선 데이터망이 없으면 상기 망환경 변수는 제1 상수로 설정되고, 새로운 망에 무선 데이터망이 있으면 상기 망환경 변수는 제2 상수로 설정되는 것을 특징으로 하며,
상기 핸드오버 수행부는, 상기 이동 단말이 무선 데이터망이 없는 이동 통신망으로 이동하는 경우, 망환경 변수를 제1 상수로 설정하고 상기 이동 통신망을 활성화시키고,
상기 혼잡 윈도우 설정부는, 상기 망환경 변수가 제1 상수이면, 활성화된 이동 통신망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 (1/가중치)의 배수로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동단말.
In a mobile terminal that performs congestion control using MPTCP,
A handover performing unit for performing vertical handover using MPTCP and setting and storing network environment variables for vertical handover;
A congestion window setting unit for measuring a weight k according to a network environment variable and setting a congestion window of a new network using the network environment variable and a weight value when the vertical handover is performed;
The network environment variable is determined according to whether a wireless network exists in a new network during a vertical handover. If there is no wireless data network in the new network, the network environment variable is set to a first constant, The network environment variable is set to a second constant if there is a wireless data network,
Wherein the handover performing unit sets a network environment variable as a first constant and activates the mobile communication network when the mobile station moves to a mobile communication network without a wireless data network,
Wherein the congestion window setting unit sets the congestion window of the activated mobile communication network to a multiple of (1 / weight) of the congestion window of the previous network if the network environment variable is the first constant.
상기 혼잡 윈도우 설정부는, 상기 망환경 변수가 제2 상수이면, 무선 데이터망의 혼잡 윈도우를 이전 망의 혼잡 윈도우의 가중치의 배수로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동단말.9. The method of claim 8, wherein the handover performing unit sets a network environment variable to a second constant and deactivates the mobile communication network when the mobile terminal moves to a network in which a wireless data network and a mobile communication network are mixed, and,
Wherein the congestion window setting unit sets the congestion window of the wireless data network to a multiple of the weight of the congestion window of the previous network if the network environment variable is the second constant.
BDP는 대역폭과 지연(delay) 값의 곱으로 계산되는 것을 특징으로 하는 이동단말.
The method of claim 10, wherein the congestion window setting unit measures a BDP by transmitting and receiving a test packet to a mobile communication network in a state where the mobile communication network is inactivated,
Wherein the BDP is calculated as a product of a bandwidth and a delay value.
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