KR101685658B1 - Yellow-Light TCP : 모바일 데이터 전송에서의 에너지 절감형 프로토콜 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 데이터를 전송하는 방법에 있어, 혼잡 상황에서 패킷 전송을 조절함으로써 모바일 디바이스의 에너지 효율을 증대시키고자 하는 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 데이터 전송 방법은 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 단계; 상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 단계; 상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 단계; 를 포함하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

Description

Yellow-Light TCP : 모바일 데이터 전송에서의 에너지 절감형 프로토콜 방법{ Yellow-Light TCP : Proposing Energy-Saving Protocol in Mobile Data Transmission}

본 발명은 네트워크 전송 계층에서 TCP 프로토콜 및 이와 관련된 전송 혼잡 제어 기술에 관한 것이다.

정보화 시대가 도래함에 있어서 많은 양의 데이터가 인터넷 상에 존재하게 되었다. 이러한 정보를 공유하기 위하여 유무선 네트워크를 통하여 데이터를 전달하고자하는 요구가 증대되었다. 특히 배터리 기반으로 동작하는 모바일 디바이스는 무선 네트워크를 사용할 수 있다. 이 무선 네트워크에서는 많은 양의 데이터를 업로드/다운로드하는 경우에 있어, 많은 에너지 소모가 발생한다. 이를 해결하기 위해 (1) Harkirat Singh and Suresh Singh, "Energy Consumption of TCP Reno, Newreno, and SACK in Multi-Hop Wireless Network," in proc. ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review Measurement and modeling of computer system vol. 30, issue. 1, pp. 206-216, June 2002. (2) Bokyung Wang and Suresh Singh, "Computational Energy Cost of TCP," in proc. IEEE INFOCOM, pp. 785-795, Hong Kong, March 2004.에서는 기존의 TCP 혼잡 제어 방법을 제시하였다.

최근 초고속 인터넷의 급속한 발전과 더불어 무선 네트워크 상에서 모바일 장치를 사용한 데이터의 전송 요구가 확대됨에 따라 한정된 에너지로 유지되는 모바일 장치에서 데이터 전송으로 인한 에너지 소비가 중요한 관심사가 되었다. 그 중에서도 모바일 장치에서 에너지 소비를 하는 부분은 CPU, RAM, 그래픽, LCD, 백라이트 등이 있지만 네트워크에서의 다운로드와 업로드가 에너지 소비의 많은 부분을 차지하고 있다. 하지만 전술한 기존의 TCP 혼잡 제어 방법은 네트워크 부분에서 에너지 절감의 한계가 있다.

1. Harkirat Singh and Suresh Singh, "Energy Consumption of TCP Reno, Newreno, and SACK in Multi-Hop Wireless Network," in proc. ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review Measurement and modeling of computer system vol. 30, issue. 1, pp. 206-216, June 2002.
2. Bokyung Wang and Suresh Singh, "Computational Energy Cost of TCP," in proc. IEEE INFOCOM, pp. 785-795, Hong Kong, March 2004.

TCP 에서 가지고 있는 혼잡 제어 방법에 따르면, 페이징이나 간섭 등의 다양한 원인으로 무선 망에서 패킷 손실이 발생하면, 이 방법은 CWND(Congestion Window) 를 감소시킬 수 있다. 이 경우 전송률이 저하되고 전송지연이 발생하게 되며, 이에 따라 모바일 디바이스의 에너지 소모량이 증가하게 된다.

모바일 디바이스의 경우 배터리 등의 에너지 소스의 제약이 있어 문제가 되는데, 전술한 방법으로 혼잡 제어가 수행되게 되면 에너지의 효율적 사용이 어려울 수 있다.

본 발명의 목적에 따라, 여기에 포함되고 대략적으로 기재된 바와 같이, 본 발명은 혼잡 제어 방법에 기반한 데이터 전송 방안을 제안한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 단계; 상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 단계; 상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 단계; 를 포함하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 ACK 에 따라 전송률을 조절하는 단계는, 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 전송률의 조절여부를 결정하는 단계, 및 상기 결정된 조절여부에 따라 상기 전송률을 조절하는 단계; 를 포함하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 전송률의 조절여부는 수신된 N 개의 ACK 들의 도착시간을 계산하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 수신된 N 개의 ACK 들은 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 를 포함하고, 상기 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 는 서로 연속된 ACK 들인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법일 수 있다..

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 제 2 ACK 와 상기 제 1 ACK 의 도착시간 차이의 절대값과 상기 제 3 ACK 와 상기 제 2 ACK 의 도착시간 차이의 절대값이 각각 기 지정된 값보다 큰 경우 상기 전송률을 변경하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 N 은 3 인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 수신된 ACK 들 중 적어도 3 개 이상의 중복된 ACK 가 발생한 경우, 상기 전송률은 해당 대역폭의 A % 로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 수신된 ACK 들 중 중복된 ACK 가 연속적으로 발생한 경우, 상기 전송률은 0 으로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법은, 상기 전송률이 0 으로 결정되고 일정 시간 후 재전송을 하는 경우, 상기 전송률은 해당 대역폭의 A % 로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 제 1 모듈; 상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 제 2 모듈; 상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 제 3 모듈; 및 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 제 4 모듈; 을 포함하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 제 4 모듈을 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 전송률의 조절여부를 결정하고, 상기 결정된 조절여부에 따라 상기 전송률을 조절하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 전송률의 조절여부는 수신된 N 개의 ACK 들의 도착시간을 계산하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 수신된 N 개의 ACK 들은 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 를 포함하고, 상기 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 는 서로 연속된 ACK 들인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 제 2 ACK 와 상기 제 1 ACK 의 도착시간 차이의 절대값과 상기 제 3 ACK 와 상기 제 2 ACK 의 도착시간 차이의 절대값이 각각 기 지정된 값보다 큰 경우 상기 전송률을 변경하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 N 은 3 인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 수신된 ACK 들 중 적어도 3 개 이상의 중복된 ACK 가 발생한 경우, 상기 전송률은 해당 대역폭의 A % 로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 수신된 ACK 들 중 중복된 ACK 가 연속적으로 발생한 경우, 상기 전송률은 0 으로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는, 상기 전송률이 0 으로 결정되고 일정 시간 후 재전송을 하는 경우, 상기 전송률은 해당 대역폭의 A % 로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송을 위한 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체는, 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 단계, 상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 단계, 상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 단계 및 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 기록매체는, 상기 ACK 에 따라 전송률을 조절하는 단계는, 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 전송률의 조절여부를 결정하는 단계 및 상기 결정된 조절여부에 따라 상기 전송률을 조절하는 단계; 를 더 포함하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 네트워크 상황이 수시로 변하는 무선 네트워크 환경 등에 있어서, 다른 사용자와의 간섭과 패킷 손실을 줄일 수 있다.

또한 재전송의 증가를 방지함으로써 모바일 장치의 에너지를 절약할 수 있다.

본 발명에 대해 더욱 이해하기 위해 포함되며 본 출원에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 원리를 설명하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시예를 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭 사용 구상도를 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 Yellow-Light TCP의 내부 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 Yellow-Light TCP의 구조도를 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 Yellow-Light TCP의 대역폭 예측 방법을 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른, 실험에 사용된 토폴로지를 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스 트래픽에 따른 처리량을 도시한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 따라 패킷을 전송한 후 남은 에너지를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명하며, 그 예는 첨부된 도면에 나타낸다. 첨부된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명은 본 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있는 실시예만을 나타내기보다는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한 것이다. 다음의 상세한 설명은 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 세부 사항을 포함한다. 그러나 본 발명이 이러한 세부 사항 없이 실행될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

본 발명에서 사용되는 대부분의 용어는 해당 분야에서 널리 사용되는 일반적인 것들에서 선택되지만, 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선택되며 그 의미는 필요에 따라 다음 설명에서 자세히 서술한다. 따라서 본 발명은 용어의 단순한 명칭이나 의미가 아닌 용어의 의도된 의미에 근거하여 이해되어야 한다.

본 발명은 네트워크 전송 프로토콜인 TCP의 메커니즘을 사용해서 에너지 효율을 증대시키고자Yellow-Light TCP라는 새로운 프로토콜을 제안한다. 본 발명은 데이터 전송에 있어 혼잡을 컨트롤하여, 모바일 장치에서의 에너지 효율을 높이는 프로토콜 방법을 제안한다.

혼잡이 많이 발생하는 네트워크 환경에서 모바일 장치의 에너지 효율을 높이고 패킷 손실률을 줄이기 위하여 패킷 전송을 보류할 수 있다. 재전송을 위한 대역폭 예측의 경우 연속된 3 개의 ACK 도착 시간의 변화량을 측정하여 IDLE 모드와 SLEEP 모드일 때의 전송 여부가 결정될 수 있다. 이 후, 패킷의 재전송의 경우 여유 대역폭의 100 % 를 사용하지 않고 70% 정도의 사용으로 혼잡과 간섭으로 인한 패킷 손실에 대비하면서 비효율적 데이터 전송을 축소시킬 수 있다. 이에 따라 모바일 장치의 에너지 효율이 상승될 수 있다.

즉, 네트워크 상황이 수시로 변하는 무선 네트워크 환경에서 네트워크 트래픽이 많이 발생하는 구간에 대해서는 패킷 전송을 잠시 보류할 수 있다. 또한 대역폭이 호전되었을 경우에는 대역폭을 모두 사용하지 않고, 여유 대역폭을 남겨두고 전송함으로 효율적 전송이 수행될 수 있다.

구체적으로, 대역폭 예측을 위하여 ACK 도착 시간을 사용하게 되는데, 이는 통계적인 방법을 사용하여 신뢰성 있는 값을 사용하게 된다. 네트워크 대역폭 상황에 따라서 지연된 ACK가 발생할 수 있기 때문에 ACK가 도착할 때마다 대역폭을 변경하여 전송 혼잡 윈도우 값을 변경하는 방식의 경우 비효율적일 수 있다. 이 경우, 패킷 손실이 발생하였을 때 원인 판단이 불분명하다는 단점이 있을 수 있다. 여기서 혼잡 윈도우는 CWND 로 불릴 수도 있다. CWND 는 송신측이 ACK 없이 한번에 data 를 보내는 크기를 나타내는 값일 수 있다. CWND 값은 1 부터 시작하여 증가/감소하며 변할 수 있다.

이를 해결하고자, 즉 도착한 ACK의 값의 신뢰성을 높이기 위해서, 바로 예측 대역폭을 변경하는 것이 아니라 연속된 3개의 ACK 도착 시간 비교를 통해서 혼잡 윈도우 값의 변경 여부를 결정하게 된다. 예를 들어 A, B, C 라는 ACK 도착 시간이 있을 때, A와 B의 도착시간의 차이와 B와 C의 도착 시간의 차이가 동시에 일정 값 sValue 이상일 때에만 혼잡 윈도우를 조정하여 전송률이 조절될 수 있다. 여기서 일정값 sValue 는 여러번의 실험을 거쳐 결정된 최적 실험값일 수 있다.

이렇게 ACK가 오면 바로 전송률을 조절하지 않고 전술한 방법을 사용함으로써, 현재 도착한 ACK의 도착 시간 이 현재의 대역폭 상황에 맞는 값인지가 확인될 수 있다. 이러한 방법을 사용하는 경우, 전송 속도는 조금 더뎌질 수 있다. 그러나 혼잡을 피하여 전송이 수행되므로 패킷 손실률이 줄어들어 재전송률이 감소될 수 있다. 이에 따라 모바일 디바이스 등에서 에너지 소모량이 감소될 수 있다.

연속적으로 3 개의 중복 ACK (3 Dup Acks, Triple Duplicate Acknologements)가 빈번하게 일어나는 경우와 RTO(Retransmission TimeOut) 가 발생할 경우에는 CWND 의 양을 전송하지 않을 수 있다. 이 경우 네트워크/전송 세션은 유지되지만 패킷을 전송하고 수신하는데 필요한 에너지 소모가 줄어들 수 있다. 이를 통해 유휴 구간에 소비되는 에너지가 전송되는 전송 패킷의 양으로 조절될 수 있다.

또한, 3 Dup Ack와 RTO 가 빈번하게 발생하는 구간에 대해서는, 이 후 패킷을 재전송하는 경우에 있어서도, 여유 대역폭을 남겨두고 CWND 를 전송할 수 있다. 이 구간에 대해서는 네트워크 상황이 좋지 않음으로 판단되었기 때문이다.

이와 같이 전송 보류 방식과 여유폭 확보의 방법을 사용하는 방식을 사용하는 Yellow-Light TCP는 에너지 효율이 많이 떨어지는 무선 네트워크 환경에서 효과적인 프로토콜로써 기여할 수 있다.

본 발명은 혼잡 상황에서 패킷 전송률을 조절하는 방법에 있어서 세가지 메카니즘을 제안한다. 그 첫 번째가 ACK도착시간을 사용한 통계적 대역폭 예측 방법이며, 두 번째는 DUP ACK가 발생하였을 경우에 재전송 패킷을 잠시 보류하는 방법이다. 세 번째는 재전송 패킷을 전송할 경우에 예측 대역폭의 100 %를 사용하지 않고 약, 70% 정도를 사용하여 혼잡 윈도우를 조절하면서 전송하는 방법이다.

이러한 방법들이 네트워크 환경에서 혼잡 상황이 많이 발생할 경우에 보다 효과적일 것으로 기대한다. 네트워크 상황이 수시로 변하는 무선 네트워크 환경에서, 다른 사용자와의 간섭과 패킷 손실을 줄이면서 재전송 증가를 방지함으로써, 모바일 장치의 에너지가 절약될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭 사용 구상도를 도시한 도면이다.

전송 초기에는 Pre-estimation 단계로써 빈 윈도우를 보내서 대역폭을 예측하게 되고 대역폭 예측에 의해서 임계치가 결정이 되면 슬로우 스타트 단계부터 패킷을 전송한다 일정 구간 네트워크 상황을 관찰하기 위해 다음과 같은 방법을 사용한다. 슬로우 스타트 구간과 혼잡 회피 구간에서의 대역폭 예측 에 따른 윈도우의 양의 결정은 연속된 3개의 ACK의 시간 차이로 결정하게 되고 정해진 sValue 값을 넘게 되면 대역폭의 상황이 변경되었음을 인식해서 전송되는 윈도우의 양을 변경하게 된다.

Stable Transmission 구간은 윈도우의 양을 일정하게 조정하면서 전송하다가 다시 네트워크 상황이 안좋아진 구간에서는 Robust Reduction 구간으로 윈도우의 양을 -1만큼 감소시킨다. 이러한 구간이 지속될 때에는 전송 상태를 수면모드로 변경하여 전송 윈도우의 양을 0으로 설정하여 전송하게 되고 다시 네트워크 상황이 호전되었을 경우에는 네트워크 전송 대역폭을 100% 사용하지않고 alpha% 만을 사용하여 전송한다. 남겨진 여유 대역폭은 (100 - alpha)%이다. 이렇게 하는 이유는정해진 bottleneck 대역폭에서 서로 다른 플로우 간에 간섭이 발생할 수 있고, 각 플로우가 대역폭을 100% 사용하게 되면 이로 인한 손실이 발생할 수 있다. 이와 같은 상황을 미리 예방하기 위해서 정해진 alpha% 만큼의 여유 대역폭 만을 사용한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 Yellow-Light TCP의 내부 알고리즘을 도시한 도면이다.

송신자쪽에서 패킷을 생성하고 수신자 쪽으로 패킷을 보낸 후에 보낸 패킷에 대한 ACK 를 기다릴 때에 다음과 같은 알고리즘을 사용한다. 우선 ACK가 왔는지 또는 타임아웃이 되었는지를 확인한다.

타임아웃이 되었으면, 현재의 CWND와 임계치를 저장하고 임시 휴면 모드로 전환되게 된다. 이때의 전송 윈도우는 0으로 설정한다. 그리고 현재의 대역폭 상황을 수시로 확인하기 위해 빈 윈도우 전송을 시작한다.

ACK가 수신 되었을 때에는 현재 대역폭의 상황을 판단하기 위해 연속된 ACK의 도착 시간 변화율을 계산하여 |A-B|=GACK1, |B-C|=GACK2 로 설정한다. GACK1과 GACK2가 sValue 값을 초과하였을 경우에는 대역폭의 상황이 변경되었음을 인지하고 전송되는 CWND의 양을 변경한다. 시뮬레이션에서 사용된 sValue값은 여러 번의 실험을 거쳐 도착된 시간의 변화율을 확인하여 결정하였다. 네트워크 상황이 호전되었을 경우에는 패킷의 세그먼트 양만큼을 더해 주게 되고 네트워크 상황이 안 좋아질 경우에는 주어진 양만큼 빼서 전송한다.

중복된 3개의 ACK가 발생하였을 경우에는 전송중인 CWND가 임계치를 넘어설 경우에 CWND를 임계치에 맞춰주고, 지속적으로 중복 ACK가 발생할 경우에는 CWND를 0으로 설정한다.

연속적으로 중복 ACK가 발생하지 않을 경우에는 주어진 대역폭의 alpha%만큼으로 CWND를 설정하게 된다. 중간에 손실된 패킷에 대해서는 재전송 메커니즘을 적용하여 전송함으로써 손실된 패킷을 관리하고 혼잡으로 인한 간섭을 피함으로써 모바일 노드에서의 패킷 수신으로 인한 오버헤드를 줄여 에너지 효율을 높이게 된다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 Yellow-Light TCP의 구조도를 도시한 도면이다.

TCP Westwood의 기본 구조에서 몇 가지를 추가하거나 보완하였다. 본 발명이 제안하는 방법은 첫 번째 도착한 ACK의 시간을 A, 두 번째 도착한 ACK의 시간을 B, 세 번째 도착한 ACK의 시간을 C라고 놓았을 때 A-B와 B-C의 절대값의 차이가 sValue값 이상이 되었을 경우에 무선 네트워크 대역폭의 상황이 변경되었음을 확인하는 방법이다.

두 번째 방법은 수정된 타임아웃 방법이다. 타임아웃, 즉 ACK 를 받지 못하는 상황이 발생하게 되면 수면모드로 변경되게 되는데 이때 수신기는 CWND의 양을 보내지 않음으로써 패킷 손실률과 재전송을 방지할 수 있다. 실시예에 따라 TCP 전송 모듈을 정지할 수도 있다. 그러나 이 경우 전송 도중에 전송 모듈을 정지하게 되면 중간 노드의 버퍼에 존재하는 패킷들의 손실이 발생하여 더 많은 손실률을 초래하게 되고 근본적으로 재전송을 증가시키게 될 수 있다. 따라서 TCP 전송 세션을 유지하면서 패킷을 전송하지 않음으로써 손실률을 억제하여 에너지 효율을 높이게 된다. 타임아웃을 마치고 일정 시간 후 재전송을 시도할 경우에는 후술할 alpha% 이론을 적용한다.

세 번째로 중복된 3개의 ACK가 발생하였을 경우에는 휴면모드로 전환되게 되는데 이때의 CWND는 주어진 bottleneck 대역폭의 alpha% 만큼의 CWND를 전송할 수 있다. 또한, 중복된 ACK가 연속적으로 발생하는 구간에서는 수면모드로 변경하여서 CWND의 양을 보내지 않음으로써 손실률을 방지하여 모바일 장치에서의 에너지 효율을 높이게 된다.

이 후 새로운 CWND를 전송할 때에는 (100-alpha)%만큼의 여유 대역폭을 남겨두고 전송함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다. 즉 해당 대역폭에서 alpha % 만큼을 사용하며 전송량이 결정될 수 있다. alpha 값은 실험에 의해 정해지는 값이며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 70 프로로 결정될 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 Yellow-Light TCP의 대역폭 예측 방법을 도시한 도면이다.

송신자 S에서 수신자 R로 데이터 패킷 D1, D2, … 를 전송하였을 경우에 그에 해당하는 ACK1, ACK2, … 에 대해서 GACK1=ACK2-ACK1; GACK2=ACK3-ACK2; 로 설정하고 GACK1과 GACK2의 비교를 통해서 대역폭이 예측될 수 있다. 비교 방안에 대해서는 전술하였다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른, 실험에 사용된 토폴로지를 도시한 도면이다.

시뮬레이션 테스트를 위해서 NS-3 를 사용하여 구성 토폴로지를 OS X10.9.5에서 구현하였으며, 패킷의 크기는 1040byte로 전송하고 MTU는 이더넷의 최대 크기인 1500byte를 적용하였다. 패킷의 개수는 1000개로 설정하였으며, 송신자에서 수신자로 보내는 패킷의 양이 1000개이고 각 패킷간의 간격은 1초로 설정한 크로스 트래픽을 만들어 n1에서 n7으로 UDP(User Datagram Protocol)를 전송하면서 메인 플로우의 값을 측정하였다.

모바일의 초기 에너지는 0.1mA이고, 전송에 필요한 전류 값은 0.0002mA, 수신에 필요한 전류 값은 0.0001mA, 유휴 구간에서 소비되는 전류 값은 0.00001mA로 설정하였다. 링크의 Data rate는 500Kbps이며 delay는 2ms로 설정하였다. 전체 시뮬레이션 시간은 100초로 설정하여 테스트 하였다.

N0 - N4는 유선 네트워크이며 N4 - N7는 무선 네트워크이다. 무선 네트워크의 설정은 랜덤 워크 시뮬레이션을 사용하였다. 크로스 트래픽을 N1에 서 N7으로 보내면서 메인 플로우가 N0에서 N5로 패킷을 전송할 때의 실험 결과를 비교해 보았다. N4는 AP로써 무선 네트워크를 위한 것이고 실험에 사용된 플로우는 메인 플로우로써 N0에서 모바일 노드인 N5로 패킷을 전송하게 된다.

그와 동시에 크로스 트래픽은 N1에서 N7으로 전송한다. 메인 플로우는 신뢰적인 전송 프로토콜인 TCP 를 사용하여 제안된 방법을 적용하게 되고 크로스 트래픽은 영상 정보의 전송에 유용한 UDP 프로토콜을 사용하게 된다.크로스 트래픽의 패킷의 양은 각 플로우마다 1000 개씩 설정하였으며, 패킷 사이의 구간은 1초로 정의하고 패킷 크기는 1024byte로 설정하였다.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스 트래픽에 따른 처리량을 도시한 도면이다.

모바일 장치에서 데이터 패킷을 많이 처리하게 되면 배터리 소모를 촉진 시켜 에너지 효율성이 저하된다. 주어진 시간에 수신된 패킷의 양이 클수록 처리량은 증가하게 되는데, 혼잡이 발생할 경우에 전송을 보류하거나 주어진 전체 대역폭을 사용하지 않는 방법을 사용하여 처리량은 기존보다 감소하게 된다.

하지만, 혼잡을 피하고 여유 대역폭을 남겨두어 플로우의 손실률을 방지하고 다른 플로우와의 간섭을 줄여 에너지를 줄일 수 있는 장점도 가지고 있다. 또한 트래픽이 많이 발생하는 구간에서는 제안된 방법이 오히려 처리량이 좋게 나오는 현상을 확인할 수 있다.

이와 같은 현상은, 혼잡이 많이 발생하여 손실이 버스트하게 발생하게 되고, 처리량의 감소와 에너지의 소비의 급격한 증가를 초래하는 구간에서, 제안된 방법이 더욱 효율적으로 동작하므로 발생한다고 볼 수 있다.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 따라 패킷을 전송한 후 남은 에너지를 측정한 결과를 도시한 도면이다.

본 도면은, 송신자인 n0에서 모바일 장치 n5로 1000개의 패킷을 전송한 후에 n5의 남은 에너지를 측정한 결과일 수 있다.

손실률이 발생하기 시작할 때부터 측정하기 위하여 크로스 플로우를 15개부터 설정하여 테스트하였다. 트래픽으로 인한 오류가 발생하기 시작할 때부터 남은 에너지가 기존의 방법보다 높음을 확인할 수 있다. 기존의 방법은 트래픽이 일정 개수를 초과하게 되면 잔존 에너지가 많이 떨어지는 현상이 있음을 확인하였다.

즉, 사용자가 많아 트래픽으로 인한 오류가 발생하기 쉬운 네트워크 구간에서는, 본 발명에서 제안하는 방법이모바일 장치의 에너지 효율을 높이는 데 효과적임을 확인할 수 있다.

무선 네트워크 환경에서 모바일 장치를 사용하여 데이터를 전송할 때 및 모바일 장치에서 데이터를 수신할 때 소비된 에너지를 측정하기 위해서 다음과 같은 에너지 모델이 제시될 수 있다.

모바일 장치에서 소모되는 에너지의 양을 계산하기 위해, E = V*I*T 와 같은 수학식이 사용될 수 있다. 상기 수학식에서 E 는 모바일 장치에서 사용된 전기 에너지를 나타내며, V 는 모바일 장치에서 사용된 전압, I 는 전류값으로서 IDLE, SLEEP, TX, RX 여부에 따른 값일 수 있다. 또한, T 는 하나의 패킷이 전송되는데 걸리는 지연 시간을 의미할 수 있다.

또한, 각 노드에서 남은 에너지를 계산하기 위하여, Re = Ie - Ce 와 같은 수학식이 사용될 수 있다. 여기서 Re 는 해당 노드의 남은 에너지, Ie 는 해당 노드의 초기 에너지를 의미할 수 있다. Ce 는 해당 노드에서의 소비 에너지로서 IDLE, SLEEP, TX, RX 여부에 따른 값일 수 있다.

도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 단계, 전송 패킷들을 전송하는 단계, 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 단계 및/또는 수신된 ACK 에 따라 전송률을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

먼저 송신측의 제 1 모듈은 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성할 수 있다. 또한,송신측의 제 2 모듈은 생성된 전송 패킷들을 수신기 등으로 전송할 수 있다.

송신기의 제 3 모듈은 전송한 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신할 수 있다. 실시예에 따라 ACK 가 수신되지 않고 타임아웃이 되는 경우가 있을 수 있다. 이 경우는 전술한 알고리즘에 따라 동작들이 수행될 수 있다.

송신기의 제 4 모듈은 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절할 수 있다. 여기서 제 4 모듈은 전술한 본 발명의 제안하는 방안에 따라 ACK 의 도착시간 등을 검토하고 비교하여 전송률 조절여부를 결정하고, 전송률을 조절할 수 있다. 전술한 실시예들에 따라 각 상황에서 전송률은 alpha % 로 조절되거나, 0 으로 조절될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, ACK 에 따라 전송률을 조절하는 단계는, 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 전송률의 조절여부를 결정하는 단계, 및 상기 결정된 조절여부에 따라 상기 전송률을 조절하는 단계; 를 포함할 수 있다. 이는 전술한 제 4 모듈에서 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, 전송률의 조절여부는 수신된 N 개의 ACK 들의 도착시간을 계산하여 결정될 수 있다. 전술한 실시예에서는 3 개의 ACK 를 기준으로 설명하였으나, 실시예에 따라 더 많은 ACK 를 기준으로 도착시간이 비교될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, 수신된 N 개의 ACK 들은 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 를 포함하고, 상기 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 는 서로 연속된 ACK 들일 수 있다. 각각의 ACK 들은 연속된 3 개의 ACK 를 의미할 수 있다. 전술한 바와 같이 이 ACK 들이 비교대상이 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, 제 2 ACK 와 상기 제 1 ACK 의 도착시간 차이의 절대값과 상기 제 3 ACK 와 상기 제 2 ACK 의 도착시간 차이의 절대값이 각각 기 지정된 값보다 큰 경우 상기 전송률을 변경할 수 있다. 전술한 바와 같이 각 ACK 의 도착시간 차이의 절대값이 특정값 sValue 를 각각 넘는 경우 CWND 가 조절되어 전송률이 변경될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, N 은 3 일 수 있다. 실시예에 따라 N 은 변경될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, 수신된 ACK 들 중 적어도 3 개 이상의 중복된 ACK 가 발생한 경우, 상기 전송률은 해당 대역폭의 A % 로 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이 3 개의 중복되는 ACK 가 발생한 경우, alpha % 로 CWND 가 조절되어 전송률이 변경될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, 수신된 ACK 들 중 중복된 ACK 가 연속적으로 발생한 경우, 상기 전송률은 0 으로 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이 중복된 ACK 가 연속적으로 발생하는 구간에서는 CWND 가 조절되어 전송되지 않을 수 있다. 이 경우 전송은 수행되지 않으나 전송 세션은 유효하게 열려있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서, 전송률이 0 으로 결정되고 일정 시간 후 재전송을 하는 경우, 상기 전송률은 해당 대역폭의 A % 로 결정될 수 있다. 전송이 보류된 상황에 있다 하더라도 다시 새로운 CWND 를 보내는 경우에 있어서, 이 경우 전송률은 alpha % 로 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이 해당 구간은 네트워크 상황이 좋지 않은 것으로 판단되었기 때문이다. 물론, 이후 ACK 의 도착시간 비교 등에 따라 전송률은 또 변경될 수 있다. 전술한 바와 같이 A % 는 70% 로 하는 것을 발명의 일 실시예로 한다.

전술한 단계들은 실시예에 따라 생략되거나, 유사/동일한 동작을 수행하는 다른 단계에 의해 대체될 수 있다.

도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치는 전술한 제 1, 2, 3 및/또는 4 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 블락, 모듈들은 전술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치 및 그 내부 모듈/블락들은, 전술한 본 발명의 데이터 전송 방법의 실시예들을 수행할 수 있다.

전술한 장치 내부의 블락/모듈 등은 메모리에 저장된 연속된 수행과정들을 실행하는 프로세서들일 수 있고, 실시예에 따라 장치 내/외부에 위치하는 하드웨어 엘레멘트들일 수 있다.

전술한 모듈들은 실시예에 따라 생략되거나, 유사/동일한 동작을 수행하는 다른 모듈에 의해 대체될 수 있다.

모듈 또는 유닛은 메모리(또는 저장 유닛)에 저장된 연속된 수행과정들을 실행하는 프로세서들일 수 있다. 전술한 실시예에 기술된 각 단계들은 하드웨어/프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 전술한 실시예에 기술된 각 모듈/블락/유닛들은 하드웨어/프로세서로서 동작할 수 있다. 또한, 본 발명이 제시하는 방법들은 코드로서 실행될 수 있다. 이 코드는 프로세서가 읽을 수 있는 저장매체에 쓰여질 수 있고, 따라서 장치(apparatus)가 제공하는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있다.

설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시 예들을 병합하여 새로운 실시 예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 그리고, 통상의 기술자의 필요에 따라, 이전에 설명된 실시 예들을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 설계하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.

본 발명에 따른 장치 및 방법은 상술한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상술한 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명이 제안하는 방법을 네트워크 디바이스에 구비된, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에, 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

그리고, 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수가 있다.

본 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 변경 및 변형이 가능함은 당업자에게 이해된다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그 동등 범위 내에서 제공되는 본 발명의 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

본 명세서에서 장치 및 방법 발명이 모두 언급되고, 장치 및 방법 발명 모두의 설명은 서로 보완하여 적용될 수 있다.

본 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 변경 및 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그 동등 범위 내에서 제공되는 본 발명의 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

1. 제 1 모듈이 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 단계;
   제 2 모듈이 상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 단계;
   제 3 모듈이 상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 단계; 및
   제 4 모듈이 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 단계; 를 포함하고,
   상기 수신된 적어도 하나의 ACK는 제 1 ACK, 제 2 ACK, 및 제 3 ACK를 포함하고,
   상기 제 2 ACK 와 상기 제 1 ACK 의 도착시간 차이의 절대값과
   상기 제 3 ACK 와 상기 제 2 ACK 의 도착시간 차이의 절대값이
   각각 기 지정된 값보다 큰 경우 상기 전송률을 변경하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 ACK 에 따라 전송률을 조절하는 단계는,
   상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 전송률의 조절여부를 결정하는 단계, 및
   상기 결정된 조절여부에 따라 상기 전송률을 조절하는 단계; 를 포함하는 데이터 전송 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전송률의 조절여부는 수신된 N 개의 ACK 들의 도착시간을 계산하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 는 서로 연속된 ACK 들인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
   
5. 제 1 모듈이 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 단계;
   제 2 모듈이 상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 단계;
   제 3 모듈이 상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 단계; 및
   제 4 모듈이 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 단계; 를 포함하고
   상기 수신된 적어도 하나의 ACK들 중 중복된 ACK 가 연속적으로 발생한 경우,
   상기 전송률은 0 으로 결정되고,일정 시간 후 재전송을 하는 경우,
   상기 전송률은 해당 대역폭의 기설정된 제 1의 비율로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 수신된 ACK 들 중 적어도 3 개 이상의 중복된 ACK 가 발생한 경우,
   상기 전송률은 해당 대역폭의 기설정된 제 2의 비율로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
   
7. 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 제 1 모듈;
   상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 제 2 모듈;
   상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 제 3 모듈; 및
   상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 제 4 모듈; 을 포함하고,
   상기 수신된 적어도 하나의 ACK는 제 1 ACK, 제 2 ACK, 및 제 3 ACK를 포함하고,
   상기 제 2 ACK 와 상기 제 1 ACK 의 도착시간 차이의 절대값과
   상기 제 3 ACK 와 상기 제 2 ACK 의 도착시간 차이의 절대값이
   각각 기 지정된 값보다 큰 경우 상기 전송률을 변경하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 4 모듈을 상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 전송률의 조절여부를 결정하고, 상기 결정된 조절여부에 따라 상기 전송률을 조절하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 전송률의 조절여부는 수신된 N 개의 ACK 들의 도착시간을 계산하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 ACK, 제 2 ACK 및 제 3 ACK 는 서로 연속된 ACK 들인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치.
    
11. 모바일 데이터에 대한 복수개의 전송 패킷들을 생성하는 제 1 모듈;
    상기 생성된 전송 패킷들을 전송하는 제 2 모듈;
    상기 전송된 전송 패킷들에 대하여 적어도 하나의 ACK 를 수신하는 제 3 모듈; 및
    상기 수신된 적어도 하나의 ACK 에 따라 상기 복수개의 전송 패킷들의 전송률을 조절하는 제 4 모듈; 을 포함하고
    상기 수신된 적어도 하나의 ACK들 중 중복된 ACK 가 연속적으로 발생한 경우,
    상기 전송률은 0 으로 결정되고,일정 시간 후 재전송을 하는 경우,
    상기 전송률은 해당 대역폭의 기설정된 제 1의 비율로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치.
    
12. 제 11 항에 있어서, 상기 수신된 ACK 들 중 적어도 3 개 이상의 중복된 ACK 가 발생한 경우,
    상기 전송률은 해당 대역폭의 기설정된 제 2의 비율로 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 장치.
    
13. 제 6 항에 있어서, 상기 기설정된 제 1의 비율 또는 상기 기설정된 제 2의 비율은 70인 데이터 전송방법.
    
14. 제 12 항에 있어서, 상기 기설정된 제 1의 비율 또는 상기 기설정된 제 2의 비율은 70인 데이터 전송장치.
    
    
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