KR101992689B1 - QoS-aware Adaptive MPDU Aggregation Scheduler for Voice Traffic - Google Patents

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KR101992689B1 KR1020170180648A KR20170180648A KR101992689B1 KR 101992689 B1 KR101992689 B1 KR 101992689B1 KR 1020170180648 A KR1020170180648 A KR 1020170180648A KR 20170180648 A KR20170180648 A KR 20170180648A KR 101992689 B1 KR101992689 B1 KR 101992689B1
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김영탁
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Abstract

The present invention relates to a method for transmitting a voice over Internet protocol (VoIP) packet in real time at a communication device using a WLAN access network (ex: IEEE 802.11n or IEEE 802.11ac) provided with an aggregated MAC protocol data unit (A-MPDU) integrating function. According to the present invention, a method for processing a WLAN packet comprises the steps of: receiving and storing a VoIP MAC protocol data unit (MPDU) to be sent to a destination node in a first queue; generating A-MPDUs for a plurality of VoIP MPDUs stored in the first queue storage unit using end-to-end A-MPDU propagation time and jitter information obtained from a packet received from an external communication device; and transmitting the generated A-MPDUs to a destination.

Description

서비스 품질 보장을 고려한 VoIP 패킷 전달용 MPDU의 지능적 통합 전송 장치{QoS-aware Adaptive MPDU Aggregation Scheduler for Voice Traffic}[0002] QoS-aware Adaptive MPDU Aggregation Scheduler for Voice Traffic (MPDU)

본 발명의 실시예는 서비스 품질을 보장할 수 있도록 VoIP(Voice over Internet Protocol) 패킷 전달용 MPDU를 지능적으로 통합할 수 있게 하는 무선랜 전송 장치에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a wireless LAN transmission apparatus that enables intelligent integration of an MPDU for voice over Internet protocol (VoIP) packet delivery so as to guarantee quality of service.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the embodiment of the present invention and do not constitute the prior art.

실시간 음성 통신서비스는 처리 속도의 고속화 및 많은 대역폭을 필요로 한다. 그러나 네트워크 자원은 충분하지 않으므로 네트워크 자원을 효율적으로 사용하여 이를 해결할 수 있도록 다양한 서비스 품질 (QoS: Quality of Service)를 보장해줄 수 있는 기술이 필요하다. QoS 기술은 선택된 네트워크 트래픽 또는 응용에 대해 차별화되는 서비스 품질을 보장할 수 있는 기능을 제공하는 네트워크 능력을 말한다.Real-time voice communication services require high processing speed and high bandwidth. However, since the network resources are not sufficient, there is a need for a technology capable of ensuring various QoS (Quality of Service) so that network resources can be efficiently used and solved. QoS technology refers to network capability that provides the ability to guarantee quality of service differentiated for selected network traffic or applications.

최근에 무선 근거리 통신망 (WLAN) 기술이 많이 향상되어 물리계층 (PHY) 및 매체 접근 제어 (MAC: Media Access Control) 계층 둘 다에서 많은 개선이 이루어졌다. 예를 들어, MIMO (Multiple Input / Multiple Output) 기술, 넓어진 채널 및 짧아진 guard interval로 인해 PHY 전송 속도가 IEEE 802.11n에서는 600Mbps, IEEE 802.11ac 표준에서는 6.77Gbps에 도달했다.Recent improvements in wireless local area network (WLAN) technology have resulted in many improvements in both the physical layer (PHY) and the media access control (MAC) layer. For example, due to multiple input / multiple output (MIMO) technology, wider channels, and shorter guard intervals, the PHY transfer rate has reached 600 Mbps in IEEE 802.11n and 6.77 Gbps in the IEEE 802.11ac standard.

또한, MAC 계층은, A-MPDU (Aggregated MAC Protocol Data Unit) 통합 및 Block ACK (Block ACK) 매커니즘을 통해 높은 PHY 전송률을 보다 효율적으로 활용할 수 있었다. WLAN 기술은, 간단한 설치 및 넓은 대역폭으로 인해 광대역 무선 인터넷 액세스를 위한 가장 보편적인 수단 중 하나가 되었다.In addition, the MAC layer was able to utilize the high PHY data rate more efficiently through the aggregated MAC Protocol Data Unit (A-MPDU) integration and block ACK (Block ACK) mechanism. WLAN technology has become one of the most common means of broadband wireless Internet access due to its simple installation and wide bandwidth.

그런 A-MPDU 통합(Aggregation) 기능이 사용 가능한 무선 근거리 통신망 (WLAN)에서 실제 네트워크 접근 지연과 중계 전송 지연 시간등이 통신망의 상황에 따라 크게 변동하므로, 실시간 품질 보장형 VoIP 서비스에서 요구하는 종단 간 지연(End-to-end delay)과 지터 등의 엄격한 요구 사항을 만족시킬 수 없는 상황이 자주 발생하기 때문에, 실제 대부분의 무선 근거리 통신망 (WLAN)에서의 실시간 음성 트래픽에는 통합 MAC 프로토콜 데이터 단위(A-MPDU) 기술을 적용하지 못하고 있다.Since the actual network access delay and the relay transmission delay time in the wireless local area network (WLAN) in which the A-MPDU aggregation function can be used vary greatly according to the communication network conditions, the end- Real-time voice traffic in most wireless local area networks (WLANs) has an integrated MAC protocol data unit (A-B) in real-time, since it often happens that the requirements of end-to-end delay and jitter can not be met. MPDU) technology has not been applied.

A-MPDU 기능이 적용되지 못하는 WLAN에서 VoIP (Voice over Internet Protocol) 세션의 수가 증가하면, 짧은 등시성(isochronous) 실시간 음성 패킷이 개별적으로 전송되는 경우 VoIP 세션의 QoS를 만족하기 어려울 정도로 증가된 충돌을 야기할 수 있기 때문에, 무선 스테이션(mobile station) 및 액세스 포인트 (AP: Access Point) 노드들은 높은 음성 패킷 손실률 (PLR: Pakcet Loss Rate) 및/또는 큐 오버 플로우에 직면하게 된다.When the number of Voice over Internet Protocol (VoIP) sessions increases in a WLAN where the A-MPDU function is not applied, when an isochronous real-time voice packet is transmitted separately, an increased collision Mobile station and access point (AP) nodes are faced with high voice packet loss rate (PLR) and / or queue overflow.

본 발명의 실시 예는, A-MPDU 기능이 사용 가능한 WLAN 상에서 향상된 VoIP 세션 수용 능력 향상을 위하여, 품질보장이 가능한 범위 내에서 최대한 많은 수의 MPDU들을 통합시켜 큰 단위의 프레임을 생성시켜 전송함으로써, 무선랜의 양방향 (uplink 및 downlink) 전송 효율을 극대화 시킬 수 있는 적응형 A-MPDU 통합 스케줄러를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to improve the capacity of the VoIP session on the WLAN in which the A-MPDU function is available, an embodiment of the present invention integrates as many MPDUs as possible within a quality assurance range to generate a large unit of frames, And to provide an adaptive A-MPDU integrated scheduler capable of maximizing the bi-directional (uplink and downlink) transmission efficiency of a wireless LAN.

본 발명의 실시 예에 의하면, A-MPDU 통합 기능이 제공되는 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 전송하는 통신 장치에 있어서, 목적지 노드로 전송할 VoIP MPDU를 수신하여 제1큐에 저장하고, 외부 통신장치로부터 수신한 패킷으로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 제1큐 저장부에 저장된 복수의 VoIP MPDU에 대한 A-MPDU를 생성하는 맥 계층(Mac layer); 및 상기 맥 계층이 생성한 A-MPDU를 목적지로 전송하는 물리 계층을 포함하는 무선랜 패킷 처리장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a communication apparatus for real-time VoIP packet transmission in a wireless LAN access network provided with an A-MPDU integration function, comprising: a receiving unit for receiving a VoIP MPDU to be transmitted to a destination node, A MAC layer for generating A-MPDUs for a plurality of VoIP MPDUs stored in the first queue storage unit using information obtained from packets received from the device; And a physical layer for transmitting the A-MPDU generated by the MAC layer to a destination.

여기서, 상기 맥 계층은, 상기 제1큐의 맨 앞에 위치한 head-of-line MPDU의 종단간(end-to-end) 전달 지연 추정시간, 상기 제1큐에 도착하는 VoIP MPDU의 도달 간격(inter-arrival time) 및 하나의 VoIP MPDU를 전송할 때 걸리는 시간의 합이 기설정 종단간 전달 지연 시간 이상인 경우에 해당 VoIP MPDU를 포함하여 상기 A-MPDU를 생성한다.Herein, the MAC layer includes an end-to-end transmission delay estimation time of a head-of-line MPDU located at a head of the first queue, an inter-arrival delay interval of inter- -arrival time) and a time required to transmit one VoIP MPDU is equal to or greater than a predetermined end-to-end transmission delay time, the A-MPDU is generated including the corresponding VoIP MPDU.

상기 종단간 전달 지연 추정시간은, 상기 head-of-line MPDU가 상기 통신장치의 상위 계층으로부터 전달되어 제1큐에 저장된 후부터 현재까지의 지연 시간, 상기 통신 장치의 매체 접근 시간, 상기 A-MPDU의 전송 지속시간 및 상기 A-MPDU의 종단간 전송지연을 합한 결과로부터 산출된다.Wherein the end-to-end propagation delay estimation time is determined based on a delay time after the head-of-line MPDU is transmitted from the upper layer of the communication apparatus and stored in the first queue to the present time, a medium access time of the communication apparatus, And the end-to-end transmission delay of the A-MPDU.

상기 전송지연은, 상기 외부 통신장치인 상대방 노드로부터 수신한 패킷으로부터 종단간 전달 지연 시간을 획득하고, 상기 종단간 전달 지연 시간에서 VoIP MPDU의 생성 후 제2큐에 저장되는 평균시간, 상기 통신 장치의 매체 접근 평균시간 및 프레임 전송지속 평균시간을 뺀 결과로부터 산출된다.Wherein the transmission delay is calculated by obtaining an end-to-end propagation delay time from a packet received from a counterpart node that is the external communication apparatus and calculating an average time stored in a second queue after generation of the VoIP MPDU in the end- And the frame transmission duration average time.

또한, 상기 종단간 전달 지연 시간은, 상기 상대방 노드로부터 수신한 패킷에서 획득되며, 상기 맥 계층은 첫번째 RR 패킷을 수신하기 전까지는 상기 A-MPDU의 생성을 보류하고 상기 제1큐에 저장된 상기 VoIP MPDU 단위로 프레임을 생성하여 전송한다.Also, the end-to-end propagation delay time is acquired in a packet received from the counterpart node, and the MAC layer holds generation of the A-MPDU until receiving the first RR packet, And generates and transmits a frame in MPDU units.

또한, 상기 맥 계층은, 복수개의 고유 식별자에 의해 각각 식별되는 VoIP MPDU들을 복수의 소스 노드들로부터 수신하고, 상기 복수의 VoIP MPDU는 상기 복수개의 고유 식별자 중에 포함되는 하나의 특정 식별자에 의해 식별되는 VoIP MPDU들이다. 이 경우, 상기 종단간 전달 지연 추정시간은, 상기 상대방 노드로부터 수신한 패킷에서 획득하지 않고 상기 제1큐의 맨 앞에 위치한 head-of-line MPDU의 생성 시간을 이용하여 산출된다.In addition, the MAC layer receives VoIP MPDUs, each identified by a plurality of unique identifiers, from a plurality of source nodes, and the plurality of VoIP MPDUs are identified by one specific identifier included in the plurality of unique identifiers VoIP MPDUs. In this case, the end-to-end propagation delay estimation time is calculated using the generation time of the head-of-line MPDU located at the head of the first queue without acquiring from the packet received from the counterpart node.

또한, 상기 종단간 전달 지연 추정시간은, 상기 제1큐의 맨 앞에 위치한 head-of-line MPDU가 상기 복수의 소스 노드들 중 어느 하나의 소스 노드에서 생성된 후부터 현재까지의 지연 시간, 상기 통신 장치의 최대 매체접근시간, 상기 A-MPDU의 전송 지속시간을 합한 결과로부터 산출된다.Also, the end-to-end propagation delay estimation time may be determined based on a delay time from a time when a head-of-line MPDU located at the head of the first queue is generated at a source node of the plurality of source nodes to a present time, The maximum media access time of the device, and the transmission duration of the A-MPDU.

또한, 상기 맥 계층은, 상기 통신 장치의 최대 매체접근시간을 획득하기 전까지는 상기 A-MPDU의 생성을 보류하고 상기 VoIP MPDU 단위로 프레임을 생성하여 전송한다.Also, the MAC layer suspends generation of the A-MPDU until a maximum medium access time of the communication device is obtained, and generates and transmits a frame in units of the VoIP MPDUs.

본 발명의 다른 실시 예에 의하면, A-MPDU 통합 기능이 제공되는 무선랜 접속 망을 이용하는 통신장치에서 VoIP 패킷을 실시간 전송하는 방법에 있어서, 목적지 노드로 전송할 VoIP MPDU를 수신하여 제1큐에 저장하는 단계; 외부 통신장치로부터 수신한 패킷으로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 제1큐 저장부에 저장된 복수의 VoIP MPDU에 대한 A-MPDU를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 A-MPDU를 목적지로 전송하는 단계를 포함하는 무선랜 패킷 처리방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for real-time VoIP packet transmission in a communication apparatus using a wireless LAN access network provided with an A-MPDU integration function, the method comprising: receiving a VoIP MPDU to be transmitted to a destination node, ; Generating A-MPDUs for a plurality of VoIP MPDUs stored in the first queue storage unit using information obtained from packets received from an external communication device; And transmitting the generated A-MPDU to a destination.

본 발명은, 복수의 무선 스테이션이 업링크 음성 및 포화된 낮은 우선 순위의 트래픽 전송을 경합하는 경우, 무선 스테이션에서의 업링크 음성 트래픽을 위한 적응형 통합 스케줄러(Adaptive Aaggregation Scheduler)를 제공하여 사용 가능 네트워크 처리율(throughput)을 향상시키는 효과가 있다.The present invention can be used by providing an Adaptive Aaggregation Scheduler for uplink voice traffic at a wireless station when a plurality of wireless stations compete for uplink voice and saturated low priority traffic transmissions It has an effect of improving the network throughput.

또한, 150 ms 미만의 엔드 투 엔드 지연으로 목적지에 모든 음성 패킷을 전달하면서도 기존의 구현 방식에 비해 최대 5.3 배의 용량을 구현하는 효과가 있다.In addition, it can deliver up to 5.3 times the capacity of the existing implementation, while delivering all voice packets to the destination with an end-to-end delay of less than 150 ms.

도 1은 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄러가 탑재되는 통신장치를 포함하는 네트워크 토폴로지를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄링에 참여하는 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 802.11n/ac VoIP 노드(100)에서 작동하는 통합 스케줄러의 맥 계층(102)의 기능을 블록 다이어그램으로 도시한 도면이다.
도 4는 A-MPDU 프레임과 BlockACK 프레임을 나타낸 도면이다.
도 5는 무선 단말(100)에서 동작하는 통합 스케줄러의 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 6은 AP(300)에서 동작하는 통합 스케줄러의 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 7은 여러 VoIP 코덱 속도를 사용하는 모바일 및 유선 스테이션에서 생성된 패킷에 대한 용량 경계에서의 종단 간 지연 성능을 나타낸 도면이다.
1 is a diagram illustrating a network topology including a communication device in which an adaptive integrated A-MPDU scheduler according to the present embodiment is mounted.
FIG. 2 is a schematic diagram of the components participating in the adaptive integrated A-MPDU scheduling according to the present embodiment.
3 is a block diagram illustrating the functionality of the MAC layer 102 of an integrated scheduler operating in an 802.11n / ac VoIP node 100. As shown in FIG.
4 is a diagram showing an A-MPDU frame and a BlockACK frame.
FIG. 5 is a diagram illustrating an algorithm of an integrated scheduler operating in the wireless terminal 100. Referring to FIG.
6 is a diagram illustrating an algorithm of an integrated scheduler operating in AP 300. Referring to FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating an end-to-end delay performance at a capacity boundary for packets generated in mobile and wired stations using various VoIP codec speeds.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, 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.

본 실시 예에서는 A-MPDU 통합 기능이 제공되는 무선랜 (예: IEEE 802.11n 또는 IEEE 802.11ac) 접속 망을 이용하는 통신장치에서 VoIP 패킷을 실시간 전송하는 방법에 있어서, 목적지 노드로 전송할 VoIP MPDU를 상대편 통신장치로부터 수신한 패킷으로 부터 획득된 종단간 A-MPDU 전달 시간 및 지터 정보를 이용하여, 서비스 품질이 보장될 수 있는 한도 내에서 VoIP MPDU들을 최대한 많이 통합시켜 생성된 A-MPDU를 목적지로 전송하여 무선랜의 양방향 (uplink 및 downlink) 전송 효율을 극대화 시킬 수 있는 무선랜 패킷 처리방법을 제공한다.In this embodiment, a VoIP packet is transmitted in real time in a communication device using a wireless LAN (e.g., IEEE 802.11n or IEEE 802.11ac) access network provided with an A-MPDU integration function. MPDU transmission time and jitter information obtained from the packet received from the communication device, and transmits the generated A-MPDU to the destination as much as possible by integrating the VoIP MPDUs as much as possible to guarantee the quality of service And provides a method of processing a wireless LAN packet that can maximize the bi-directional (uplink and downlink) transmission efficiency of the wireless LAN.

본 실시예에 따른 패킷 처리 장치는, IEEE 802.11n 또는 IEEE 802.11ac의 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 전송하는 통신 장치에 탑재된다.The packet processing apparatus according to the present embodiment is installed in a communication apparatus that transmits VoIP packets in real time in a wireless LAN access network of IEEE 802.11n or IEEE 802.11ac.

여기서, 무선 스테이션과 AP 등일 수 있으나 본발명이 이에 한정되지는 않는다.Here, a wireless station and an AP may be used, but the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄러가 탑재되는 통신장치를 포함하는 네트워크 토폴로지를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a network topology including a communication device in which an adaptive integrated A-MPDU scheduler according to the present embodiment is mounted.

본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄러는, AP(300)에 장착되거나, 무선 단말(100)에 장착될 수 있다.The adaptive integrated A-MPDU scheduler according to the present embodiment can be mounted on the AP 300 or mounted on the wireless terminal 100.

무선 단말(100)은 VoIP 패킷을 AP(300)를 경유하여 목적지 단말(200)에게 업링크 전송할 수 있고, AP(300)는 목적지 단말(200)로부터 전송된 VoIP 패킷을 무선 단말(100)에게 다운링크 전송을 할 수 있다.The wireless terminal 100 may uplink the VoIP packet to the destination terminal 200 via the AP 300 and the AP 300 may transmit the VoIP packet transmitted from the destination terminal 200 to the wireless terminal 100 Downlink transmission can be performed.

도 2는 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄링에 참여하는 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram of the components participating in the adaptive integrated A-MPDU scheduling according to the present embodiment.

도 2에 도시한 바와 같이, 적응형 통합 A-MPDU 스케줄링에는 IEEE 802.11n/ac 무선 랜을 사용하는 단말(100), 목적지 단말(200) 및 AP(300)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the adaptive integrated A-MPDU scheduling includes a terminal 100, a destination terminal 200, and an AP 300 using an IEEE 802.11n / ac wireless LAN.

여기서, 무선 단말 (100) 및 목적지 단말(200)은 AP(300)를 경유하여 VoIP(Voice over Internet Protocol) 기반의 실시간 음성 통신서비스를 제공한다.Here, the wireless terminal 100 and the destination terminal 200 provide VoIP (Voice over Internet Protocol) based real time voice communication service via the AP 300.

무선 단말(100) 및 목적지 단말(200)은 각각 다음과 같은 구성을 가진다.The wireless terminal 100 and the destination terminal 200 each have the following configuration.

무선 단말(100) 및 목적지 단말(200)은, 물리계층(802.11n/ac PHY layer)(101)(201), 맥 계층(802.11n/ac MAC layer)(102)(202), 네트워크 계층(IP layer)(103)(203), UDP 계층(User Datagram Protocol layer)(104)(204), RTP/RTCP 계층(Real Time Transport Protocol/Real Time Transport Control Protocol layer)(105)(205) 및 VoIP 응용 계층(App-VoIP layer)(106)(206)을 포함한다.The wireless terminal 100 and the destination terminal 200 may include a physical layer 802.11n / ac PHY layer 101, a MAC layer 102, a network layer 102, An IP layer 103 203, a UDP layer 104, an RTP / RTCP layer 105, and a VoIP And an application layer (App-VoIP layer) 106 (206).

AP(300)는, 물리계층(802.11n/ac PHY layer)(301) 및 맥 계층(802.11n/ac MAC layer)(302)를 포함한다.The AP 300 includes a physical layer (802.11n / ac PHY layer) 301 and a MAC layer (802.11n / ac MAC layer) 302.

본 발명의 실시예는, 무선 단말(100)뿐만 아니라 AP(300)에서도 동작하는 QoS-aware 적응형 A-MPDU 통합 스케줄러(Aggregation scheduler)에 대한 것이다. 본 실시예에서 설명하는 통합 스케줄링 기법은 탑재되는 무선 스테이션의 유형에 따라 그 동작이 다소 다르다. The embodiment of the present invention is directed to a QoS-aware adaptive A-MPDU aggregation scheduler operating in the AP 300 as well as the wireless terminal 100. The operation of the integrated scheduling technique described in this embodiment is somewhat different depending on the type of the installed wireless station.

한편, 이하의 설명에서 통합 스케줄링 장치, 통합 스케줄러, A-MPDU 통합 스케줄러 등의 명칭을 혼용하여 사용되더라도 이들은 모두 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄링 장치를 의미한다. 또한, 이하의 설명에서 송신 단말, 송신 노드, 송신 VoIP 노드, 무선 VoIP 스테이션 등으로 그 용어를 사용하더라도 별다른 설명이 없는 한, 이들은 모두 무선 단말(100)을 의미한다.In the following description, the names of the integrated scheduling apparatus, the integrated scheduler, and the A-MPDU integrated scheduler are used in combination, but they all refer to the adaptive integrated A-MPDU scheduling apparatus according to the present embodiment. In the following description, even if the terms are used for a transmitting terminal, a transmitting node, a transmitting VoIP node, a wireless VoIP station, etc., they all refer to the wireless terminal 100, unless otherwise stated.

무선 VoIP 스테이션의 통합 스케줄러는 다른 네트워크에 위치한 VoIP 상대방 노드(200)로부터 주기적인 종단 간 지연 피드백을 필요로 하는 반면에, AP(300)의 통합 스케줄러는 다른 노드(200)로부터의 특정한 명시적 피드백을 필요로 하지 않는다는 점에서 서로 차이가 있다.The integrated scheduler of the wireless VoIP station requires periodic end-to-end delay feedback from the VoIP counterpart node 200 located in another network, while the integrated scheduler of the AP 300 may require specific explicit feedback from the other node 200 There is a difference between the two.

이하, 본 실시예에 따른 통합 스케줄링 장치에 대해 자세히 설명한다. 본 실시예에서, VoIP 노드(100, 200)와 AP 노드(300)가 동기화되어 있다고 가정한다.Hereinafter, the integrated scheduling apparatus according to the present embodiment will be described in detail. In this embodiment, it is assumed that VoIP nodes 100 and 200 and AP node 300 are synchronized.

-제1 실시예-- First Embodiment -

제1실시예에서는, 본실시예에 따른 통합 스케줄러가 탑재되는 통신장치가 무선 스테이션인 경우를 가정하여 설명한다.In the first embodiment, it is assumed that the communication device on which the integrated scheduler according to the present embodiment is mounted is a wireless station.

이 경우, 무선 스테이션은 무선 단말(100)에 해당한다.In this case, the wireless station corresponds to the wireless terminal 100.

무선 단말(100)의 RTP(Real-time Transport Protocol: 음성, 영상, 시뮬레이션 데이터를 전송하기 위한 프로토콜) 계층(105)은 음성 데이터를 RTP 패킷으로 캡슐화한다. RTP 패킷의 헤더는 순서 번호 필드와 타임 스탬프 필드를 포함하며, 순서 번호 필드는 고유 순서 번호를 가지며, 타임 스탬프 필드는 패킷이 생성된 시간의 값을 갖는다.The Real-time Transport Protocol (RTP) layer 105 of the wireless terminal 100 encapsulates voice data into RTP packets. The header of the RTP packet includes a sequence number field and a time stamp field, the sequence number field has a unique sequence number, and the time stamp field has a value of a time at which the packet is generated.

목적지 단말(200)의 RTP 계층(205)은 타임 스탬프 필드의 값을 사용하여 각 수신된 음성 패킷의 종단 간 지연을 측정하고 주기적으로 (약 1 초 간격으로) 상대방(peer) VoIP 노드로 수신자 리포트 (RR) 패킷을 전송한다. 수신자 리포트 (RR: Receiver report) 패킷은 이전 기간 동안 관찰된 최대 종단 간 지연 (De2e) 값을 포함한다.The RTP layer 205 of the destination terminal 200 measures the end-to-end delay of each received voice packet using the value of the timestamp field and periodically (at approximately one second intervals) (RR) packet. A Receiver Report (RR) packet contains the maximum end-to-end delay (De2e) value observed during the previous period.

무선 단말(100)은 RR 패킷을 수신한 후, RTP 계층은 802.11n/ac의 맥 계층(102)에 최대 종단 간 지연 정보를 전달한다. 본 실시예에 따른 맥 계층(102)에서는, 전송될 프레임이 헤드 오브 라인 (head-of-line)이 되는 시점(SwQueue에서 맨 앞에 오는 시점)과 프레임의 충돌 없는 전송이 시작되는 시점 사이의 경과 시간으로 정의되는 매체 액세스 지연에 대한 통계를 저장한다. 여기서 매체 액세스 지연에 대한 통계는 평균값, 최대값 등을 포함한다.After the wireless terminal 100 receives the RR packet, the RTP layer delivers the maximum end-to-end delay information to the MAC layer 102 of the 802.11n / ac. In the MAC layer 102 according to the present embodiment, an interval between a point at which a frame to be transmitted becomes a head-of-line (a point at the front in a SwQueue) Stores statistics on media access delays defined by time. Here, the statistics on the media access delay include an average value, a maximum value, and the like.

여기서, 프레임은 단일 VoIP MPDU 전송시에는 단일 VoIP MPDU를 지칭하고, A-MPDU가 전송되는 경우에는 A-MPDU를 지칭한다. 또한, 본 실시예의 맥 계층(102)은 시간에 따라 변하는 최대 종단간 지연, 평균 매체 액세스 지연 및 QoS 요구사항(즉, 150 ms 미만의 종단 간 지연)을 기반으로 음성 트래픽에 A-MPDU aggregation을 적응적으로 적용한다. 한편, VoIP MPDU는 APP-VoIP계층(106) 데이터, RTP계층(105) 데이터, UDP계층(104) 데이터 및 IP 프로토콜 계층(103) 데이터가 포함되어 상위 프로토콜 계층으로부터 MAC 계층(102)으로 전달된 데이터 단위를 의미한다.Here, the frame refers to a single VoIP MPDU when transmitting a single VoIP MPDU, and refers to an A-MPDU when an A-MPDU is transmitted. In addition, the MAC layer 102 of the present embodiment can be configured to have a maximum end-to-end delay that varies with time, And adaptation of A-MPDU aggregation to voice traffic based on QoS requirements (i.e., end-to-end delay of less than 150 ms). The VoIP MPDU includes an APP-VoIP layer 106 data, an RTP layer 105 data, a UDP layer 104 data, and an IP protocol layer 103 data, Means a data unit.

도 3은 802.11n/ac VoIP 노드(100)에서 작동하는 맥 계층(102)의 기능을 블록 다이어그램으로 도시한 도면이다.3 is a block diagram illustrating the functionality of the MAC layer 102 operating in an 802.11n / ac VoIP node 100. As shown in FIG.

본 실시예에서는, 참조 ath9k 드라이버의 몇 가지 기본 특징을 재사용하여 다음과 같은 새로운 기능을 도입하였다. In this embodiment, the following new functions are introduced by reusing some basic features of the reference ath9k driver.

소프트웨어 큐 ( SwQueue ): 상위 계층으로부터 새로 도착한 MPDU(VoIP MPDU)와 재시도 MPDU가 저장되는 큐이다. 여기서 재시도 MPDU(retry MPDU)는 목적지 노드(200)가 제대로 수신하지 못한 것으로 BlockACK 프레임에서 보고된 MPDU를 의미한다. Software Queue ( SwQueue ): This queue holds the newly arrived MPDU ( MPIPU ) and the retry MPDU from the upper layer. Herein, the retry MPDU means an MPDU reported in the BlockACK frame that the destination node 200 has not properly received.

참고로, A-MPDU 프레임과 BlockACK 프레임을 나타낸 도 4를 이용하여 설명하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 송신 스테이션은 하나의 A-MPDU 프레임에서 최대 64 개의 MAC 프로토콜 데이터 유닛 (MPDU)을 송신할 수 있다. 수신 노드는 A-MPDU 수신 이후의 짧은 프레임 간 공간 (SIFS) 기간 후에 BlockACK 프레임으로 응답한다. BlockACK 프레임은 A-MPDU로 전송된 각 MPDU의 전송 상태를 알리는 압축 비트 맵 필드를 가진다.4, the transmitting station transmits a maximum of 64 MAC PDUs (MPDUs) in one A-MPDU frame, and transmits the same to the A-MPDU frame. Referring to FIG. 4, can do. The receiving node responds with a BlockACK frame after a short inter-frame space (SIFS) period after receiving the A-MPDU. The BlockACK frame has a compressed bitmap field for informing the transmission status of each MPDU transmitted to the A-MPDU.

이하, 도 3을 참조하면서 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄러의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the adaptive integrated A-MPDU scheduler according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

각 접근 유형(AC: Access Category) 당 하나의 SwQueue가 존재한다. MAC 계층(102)은, 상위 계층인 계층 3(104)으로부터 IP 패킷이 도착하면, 패킷의 차등 서비스 코드 포인트 (DSCP: differentiated services code point) 필드 정보 (패킷에 대한 계층 3 우선 순위 정보를 갖고 있음)가 AC 테이블에 매핑되어 전달된 트래픽 유형을 확인하고, 필요 헤더들을 추가하여 MPDU를 생성하여 각 접근 유형의 SwQueue에 저장한다.There is one SwQueue per Access Class (AC). When an IP packet arrives from an upper layer (Layer 3) 104, the MAC layer 102 has information on a differentiated services code point (DSCP) field of the packet (having the layer 3 priority information for the packet ) Is mapped to the AC table to identify the type of traffic delivered, and adds the necessary headers to generate MPDUs and store them in the SwQueue of each access type.

한편, 접근 유형은 'AC_VO', 'AC_VI', 'AC_BK' 및 'AC_BE'로 구분되며, 이들 각각은 트래픽 유형에 따라 다른 방식으로 처리하도록 우선순위가 부여된다. 각 접근 유형마다 SwQueue를 가지므로, 가장 높은 우선순위를 가지는 트래픽은 'AC_VO'(VoIP 트래픽)이고 해당하는 SwQueue로서 SwQueue[VO](31)를 갖는다.On the other hand, the access type is classified into 'AC_VO', 'AC_VI', 'AC_BK' and 'AC_BE', and each of them is prioritized to deal with different types of traffic. Since each access type has a SwQueue, the traffic with the highest priority is 'AC_VO' (VoIP traffic) and SwQueue [VO] (31) as the corresponding SwQueue.

SwQueue의 기능: 각 MPDU가 SwQueue에 도착하면, 맥 계층(102)은 MPDU가 저장된 skb 버퍼의 타임 스탬프 필드에 도착 시간을 기록한다. 이때, skb 버퍼의 타임스탬프와 해당 skb 버퍼에 포함된 RTP 패킷의 타임 스탬프 간의 차이는, 계층 3에서 UDP, IP 및 논리 링크 제어 (LLC) 헤더가 추가된 후 즉시 RTP 패킷이 MAC 계층(102)에 주어지기 때문에, 무시할 수 있음에 유의한다. Function of SwQueue : When each MPDU arrives at the SwQueue, the MAC layer 102 records the arrival time in the timestamp field of the skb buffer where the MPDU is stored. At this time, the difference between the timestamp of the skb buffer and the timestamp of the RTP packet included in the corresponding skb buffer is set so that the RTP packet is transmitted to the MAC layer 102 immediately after the UDP, IP and logical link control (LLC) And therefore can be ignored.

또한, 맥 계층(102)은 SwQueue에 연속적으로 도착하는 새로운 MPDU 사이의 시간인 inter-arrival period (Tarr)을 계속적으로 기록한다. 예를 들어, 80 바이트 페이로드 크기를 갖는 64Kbps PCM VoIP 트래픽에 대한 Tarr은 항상 10 ms이 된다.In addition, the MAC layer 102 continuously records an inter-arrival period (Tarr), which is a time between new MPDUs continuously arriving at the SwQueue. For example, Tarr for 64 Kbps PCM VoIP traffic with an 80 byte payload size is always 10 ms.

전송 큐 ( TxQueue ): A-MPDU로 구성된 프레임 또는 단일 MPDU로 구성된 프레임 하나만이 저장될 수 있는 전송을 위한 대기열(Queue)이다. 한 프레임이 TxQueue에 넣어진 직후, 새로운 백 오프(Back-off) 윈도우가 무작위로 선택되며 매체 액세스를 위한 백 오프 프로세스가 시작된다. SwQueue와 마찬가지로, 각 접근 유형에는 자신의 TxQueue가 존재하며, 도 3에서 VoIP에 해당하는 TxQueue는 TxQueue[VO](32)가 된다. Transmission queue ( TxQueue ): A queue for transmission where only one frame consisting of A-MPDUs or one frame consisting of a single MPDU can be stored. Immediately after one frame is put into the TxQueue, a new back-off window is randomly selected and the back-off process for media access begins. Like SwQueue, each access type has its own TxQueue, and in Figure 3, the TxQueue corresponding to VoIP is TxQueue [VO] (32).

TxQueue의 기능: 본 실시예에서, 맥 계층(102)은 성공적으로 전송된 각 프레임에 대한 매체 액세스 지연(Dma)을 산출한다. Dma는 프레임이 TxQueue에 queue 되는 순간과 충돌 없는 프레임 전송이 시작되는 순간 사이의 경과 시간이다. Dma는 시간에 따라 변하는 매개 변수이며 WLAN에서의 채널 경합 수준에 따라 다르다. Function of TxQueue : In this embodiment, the MAC layer 102 calculates the medium access delay (Dma) for each successfully transmitted frame. Dma is the elapsed time between the moment the frame is queued in the TxQueue and the moment the non-collision frame transmission begins. Dma is a time-varying parameter and depends on the level of channel contention in the WLAN.

Dma는 아래 수학식 1에 의해 계산된다.Dma is calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Dma = tBA - tTQ - TF - TSIFS - TBA Dma = t BA - t TQ - T F - T SIFS - T BA

여기서, tBA는 BlockACK /ACK 프레임이 수신된 순간, tTQ는 (BlockACK/ACK가 수신된 경우) 데이터 프레임이 TxQueue에 큐잉된 순간, TSIFS는 SIFS (Short Inter-Frame Space) 지속 시간, TF는 프레임 전송 지속 시간 (PHY 헤더 및 프리앰블 포함), TBA는 BlockACK/ACK 프레임 전송 지속 시간을 나타낸다. 또한, RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send) 액세스 모드가 사용 된 경우 TF에는 RTS/CTS 교환에 필요한 기간 (RTS와 CTS 지속 시간 및 2 개의 TSIFS 포함)이 포함된다.T BA is the instant when the BlockACK / ACK frame is received, t TQ is the instant when the data frame is queued to the TxQueue (when BlockACK / ACK is received), T SIFS is the duration of the Short Inter-Frame Space (SIFS) F represents the frame transmission duration (including the PHY header and preamble), and T BA represents the BlockACK / ACK frame transmission duration. Also, when the RTS / CTS (Request to Send / Clear to Send) access mode is used, the TF includes the time required for the RTS / CTS exchange (including RTS and CTS duration and two TSIFS).

Dma의 계산은, 전송 모드로서 기본 액세스 또는 RTS/CTS 액세스 모드가 사용되었는지에 따라 다르다. TxQueue에 있는 MAC 프레임이 802.11n/ac MAC의 dot11RTSThreshold 설정에서 명시된 길이보다 큰 경우, RTS/CTS 액세스 모드를 사용하여 프레임을 전송한다. 그렇지 않으면 기본 액세스 모드가 사용된다.The calculation of Dma depends on whether the basic access or RTS / CTS access mode is used as the transmission mode. If the MAC frame in the TxQueue is greater than the length specified in the dot11RTSThreshold setting of the 802.11n / ac MAC, transmit the frame using the RTS / CTS access mode. Otherwise, the default access mode is used.

본 실시예에 따른 맥 계층(102)은 모든 성공적 전송 프레임에 대한 Dma를 누적하여 저장하고, 새로운 RR 패킷이 목적지 단말(200)의 RTP/RTCP(Real-time Transport Protocol/Real-time Transport Control Protocol)로부터 도착할 때마다 평균 매체 액세스 지연(D'ma)을 업데이트한다.The MAC layer 102 according to the present embodiment accumulates and stores Dma for all successful transmission frames and transmits a new RR packet to the destination terminal 200 through the RTP / RTCP (Real-time Transport Control Protocol The average medium access delay (D'ma) is updated.

도 5는 무선 단말(100)에서 동작하는 통합 스케줄러의 알고리즘을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an algorithm of an integrated scheduler operating in the wireless terminal 100. Referring to FIG.

표 1은 도 5의 알고리즘, 및 수학식에 사용된 매개 변수들과 그들의 간략한 설명을 나타낸다.Table 1 shows the algorithm of FIG. 5, and the parameters used in the equations and their brief description.

도 5의 알고리즘 1은 무선 스테이션에서의 업 링크 음성 트래픽을 위한 QoS 인식 적응형 A-MPDU 통합 스케줄러의 맥 계층(102)을 구현하는 의사 코드(pseudo-code)를 나타내며, 통합 스케줄러의 맥 계층(102)의 동작은 초기화 단계(업링크)와 A-MPDU 생성 단계의 두 단계로 나누어진다.Algorithm 1 of FIG. 5 represents a pseudo-code that implements the MAC layer 102 of the QoS aware adaptive A-MPDU unified scheduler for uplink voice traffic at the wireless station, 102) is divided into two steps, an initialization step (uplink) and an A-MPDU generation step.

i) 초기화 단계(i) initialization step ( 업링크Uplink ))

초기화 단계는 일반적으로 1 초 남짓한 시간동안 지속된다. 보다 정확하게 말하면, 초기화 단계는, 착신자 RTP/RTCP로부터 첫번째 RR 패킷 수신 때까지 지속되며, 첫번째 RR 패킷은 착신자 RTP/RTCP에 의해 이전에 관찰된 첫번째 최대 종단 간 지연의 값을 포함한다. 참고로, RR 패킷은 RTCP에 의해 전송되는 데이터 전송상태 점검용 패킷 중 하나로서, 수신한 미디어 스트림의 지터, 패킷손실, 왕복지연의 추정에 필요한 정보를 전송자 측에 통지하는 역할을 한다.The initialization phase typically lasts for a fraction of a second. More precisely, the initialization step lasts until receipt of the first RR packet from the called party RTP / RTCP, and the first RR packet contains the value of the first maximum end-to-end delay previously observed by the called party RTP / RTCP. For reference, the RR packet is one of the data transmission status check packets transmitted by the RTCP, and notifies the sender of information necessary for estimating the jitter, packet loss, and round trip delay of the received media stream.

초기화 단계 동안에, 맥 계층(102)은, 목적지 RTP/RTCP로부터 아직 RR 패킷을 수신하지 못한 상태이어서 최대 종단 간 지연 값을 알지 못하기 때문에, 음성 트래픽에 대한 A-MPDU 통합이 허용되지는 않으며, 실시간 VoIP MPDU들은 개별적으로 전송한다. 새로운 MPDU 또는 retry MPDU가 상위 계층으로부터 SwQueue에 도착할 때마다, 맥 계층(102)은 ScheduleTransmission() 함수를 호출하며, ScheduleTransmission() 함수는 TxQueue가 유휴 상태인 경우에 SendMpdu()를 호출한다.During the initialization phase, the MAC layer 102 is not allowed to integrate A-MPDUs for voice traffic because it has not yet received an RR packet from the destination RTP / RTCP and does not know the maximum end-to-end delay value, Real-time VoIP MPDUs are transmitted separately. Each time the new MPDU or retry MPDU arrives from the upper layer to the SwQueue, the MAC layer 102 calls the ScheduleTransmission () function, and the ScheduleTransmission () function calls SendMpdu () when the TxQueue is idle.

SendMpdu()는 MPDU들을 각각 목적지에 전송한다. 따라서, SendMpdu()는 SwQueue의 맨 앞에 있는 MPDU를 TxQueue에 대기시키고 매체 액세스를 위한 백 오프 프로세스를 시작한다. 맥 계층(102)은 ACK/BlockACK 프레임을 수신한 후에도, SwQueue가 pending MPDU(s)를 가지고 있는 경우에는 ScheduleTransmission() 함수를 호출할 수 있다.SendMpdu () sends the MPDUs to their respective destinations. Thus, SendMpdu () queues the MPDU at the head of the SwQueue to the TxQueue and starts the backoff process for media access. The MAC layer 102 may call the ScheduleTransmission () function when the SwQueue has pending MPDU (s) even after receiving the ACK / BlockACK frame.

새 MPDU가 TxQueue에 저장되면, 맥 계층(102)은 MPDU의 소프트웨어 지연(Dsw)을 기록한다. 이 지연은 이 MPDU가 처음으로 SwQueue에 도착한 이후 TxQueue에 저장될 때까지 경과된 시간으로 정의된다. 초기화 단계 동안, 대부분의 VoIP MPDU는 SwQueue에 도착했을 때 TxQueue는 유휴인 상태이기 때문에, VoIP MPDU는 SwQueue에 도착한 즉시 TxQueue에 저장되어 Dsw는 보통 0 ms가 된다. 하지만, 매체 액세스에 대한 경합이 증가하는 경우, MPDU가 SwQueue에 새로 도착했을 때 TxQueue가 바쁜 상태인 경우도 있다.If the new MPDU is stored in the TxQueue, the MAC layer 102 records the software delay Dsw of the MPDU. This delay is defined as the elapsed time until this MPDU is stored in the TxQueue since it first arrived at the SwQueue. During the initialization phase, since most VoIP MPDUs arrive at the SwQueue, the TxQueue is idle, so the VoIP MPDU is stored in the TxQueue as soon as it arrives at the SwQueue, and Dsw is usually 0 ms. However, if contention for media access increases, the TxQueue may be busy when the MPDU arrives in the SwQueue.

맥 계층(102)은 ACK/BlockACK를 수신한 후 새로운 RR 패킷이 수신된 경우 UpdateStats() 함수를 호출한다. UpdateStats() 함수는 프레임 전송 성공 횟수(nTx)에 따라 평균 소프트웨어 지연 (D'sw), 평균 매체 액세스 지연(D'ma) 및 평균 프레임 전송 지속 시간(T'F)을 업데이트한다. 그런 다음, UpdateStats() 함수는, 이 새로운 RR 패킷으로부터 획득된 최대 종단 간 지연 값 (De2e)을 사용하여 다음의 수학식 2를 이용하여 해당 프레임의 근사적 전송 지연(Transit Delay) [Dt]를 계산한다.The MAC layer 102 calls the UpdateStats () function when a new RR packet is received after ACK / BlockACK is received. The UpdateStats () function updates the average software delay (D'sw), the average medium access delay (D'ma), and the average frame transmission duration (T ' F ) according to the number of frame transmission successes (nTx). Next, the UpdateStats () function calculates the approximate transmission delay [Dt] of the frame using the following equation (2) using the maximum end-to-end delay value (De2e) obtained from this new RR packet .

[수학식 2]&Quot; (2) "

[Dt] = De2e - D'sw - D'ma - T'F [Dt] = De2e - D 'sw - D'ma - T' F

[Dt]는, AP(300)의 802.11n/ac MAC 계층(302)과 목적지 노드(200)의 RTP/RTCP 계층(205) 사이의 근사적인 지연을 나타낸다.[Dt] represents an approximate delay between the 802.11n / ac MAC layer 302 of the AP 300 and the RTP / RTCP layer 205 of the destination node 200.

ii) A-ii) A- MPDUMPDU 생성 단계( Generation step ( 업링크Uplink ))

첫 번째 근사적 전송 지연 ([Dt])이 획득된 후, 본 실시예에 따른 맥 계층(102)에서는 보통의 동작 모드인 A-MPDU 생성 단계가 시작된다. 이 단계 동안에, 두 가지 유형의 MPDU들이 SwQueue에 도착할 수 있다: i) 상위 응용 프로그램 계층으로부터 들어오는 새 MPDU들과, ii) 무선 채널의 잡음으로 인해 이전 A-MPDU 전송 중에 실패한 재시도 MPDU들(retry MPDUs). 새 MPDU들은 SwQueue 대기열의 끝 부분에 queue되는 반면, 재시도 MPDU는 SwQueue의 앞부분에 queue 된다. 하나의 MPDU(새 MPDU 또는 재시도 MPDU)가 SwQueue에 도착할 때마다 맥 계층(102)은 SwQueue에서의 head-of-line MPDU에 대한 근사적 종단 간 지연([De2e])을 다음의 수학식 3과 같이 업데이트한다.After the first approximate transmission delay ([Dt]) is obtained, the A-MPDU generation step, which is the normal operation mode, is started in the MAC layer 102 according to the present embodiment. During this phase, two types of MPDUs may arrive at the SwQueue: i) new MPDUs coming in from the upper application layer; and ii) retry MPDUs that failed in previous A-MPDU transmissions due to noise in the wireless channel MPDUs). New MPDUs are queued at the end of the SwQueue queue while retry MPDUs are queued at the beginning of the SwQueue. Each time an MPDU (new MPDU or retry MPDU) arrives at the SwQueue, the MAC layer 102 calculates an approximate end-to-end delay ([De2e]) for the head-of-line MPDU in the SwQueue by the following equation As shown in FIG.

[수학식 3]&Quot; (3) "

[De2e] = Dsw + D'ma + TF + [Dt][De2e] = Dsw + D'ma + T F + [Dt]

수학식 3에서 [De2e]는, SwQueue의 head-of-line MPDU의 생성부터 현재까지의 소프트웨어 지연(Dsw), 평균 매체 액세스 지연 (D'ma), A-MPDU(여기서의 A-MPDU는 SwQueue에 존재하는 현재의 MPDU들로 구성됨)의 전송 지속 시간(TF) 및 근사적 전송 지연 ([Dt])의 합으로서 획득된다. [De2e]는 head-of-line MPDU의 종단간 지연에 대한 예상값을 나타낸다. 맥 계층(102)에서 [De2e]를 업데이트할 때마다 다음의 조건 1을 확인하여 참인 경우 SendAmpdu() 함수를 즉시 호출한다. SendAmpdu() 함수는 SwQueue에서 현재 사용 가능한 MPDU를 이용하여 A-MPDU를 즉시 구성하고 구성된 A-MPDU를 전송하기 위하여 A-MPDU가 구성된 즉시 A-MPDU를 TxQueue에 넣는다.In Equation (3), [De2e] denotes a software delay Dsw, an average medium access delay (D'ma), an A-MPDU (where A-MPDU is a SwQueue present in is obtained as the sum of the transmission duration (T F) and approximately transmission delay ([Dt]) in composed of a current MPDU). [De2e] represents the expected value of the end-to-end delay of the head-of-line MPDU. Every time [De2e] is updated in the MAC layer 102, the following condition 1 is checked, and if it is true, the SendAmpdu () function is immediately called. The SendAmpdu () function immediately constructs the A-MPDU using the currently available MPDUs in the SwQueue and puts the A-MPDU into the TxQueue as soon as the A-MPDU is configured to transmit the configured A-MPDU.

조건 1: [De2e] + Tarr + TMPDU ≥≥ 150 ms.Condition 1: [De2e] + Tarr + T MPDU ≥ ≥ 150 ms.

SwQueue의 Head-of-line MPDU에 대한 근사적인 현재의 종단 간 지연 ([De2e]), 새로운 MPDU가 SwQueue에 도착하기를 기다리는 데 필요한 시간(Tarr) 및 하나의 VoIP MPDU를 전송할 때 걸리는 시간 (TMPDU)의 합계는, 새로운 MPDU가 SwQueue에 도착한 경우 head-of-line MPDU의 미래의 근사적 종단 간 지연을 의미한다. 조건 1이 참이 아닌 경우(즉, head-of-line MPDU의 장래의 근사적 종단 간 지연이 150 ms 미만이 될 것으로 예상되는 경우), 통합 스케줄러의 맥 계층(102)은 새로운 MPDU를 기다린 후에 이 조건을 다시 확인한다. 조건 1이 참이 아닌 동안에는 또 다른 새로운 MPDU를 기다리는 것을 계속 수행한다.(De2e) for SwQueue's head-of-line MPDU, the time required to wait for a new MPDU to arrive at the SwQueue (Tarr), and the time it takes to send one VoIP MPDU (TMPDU ) Denotes the future approximate end-to-end delay of the head-of-line MPDU when a new MPDU arrives at the SwQueue. If condition 1 is not true (i.e., the future approximate end-to-end delay of the head-of-line MPDU is expected to be less than 150 ms), the MAC layer 102 of the integrated scheduler waits for a new MPDU Recheck this condition. While condition 1 is not true, it continues to wait for another new MPDU.

하지만, 이 조건 1이 참이 되면, 이 스케줄러는 해당 SwQueue에서 현재 사용 가능한 MPDU를 이용하여 A-MPDU를 즉시 구성하여 TxQueue로 전달한다. A-MPDU를 TxQueue에 저장한 후에 스케줄러는 매체 액세스를 위한 백 오프 프로세스를 차례로 시작한다. 따라서 이 통합 스케줄러는 head-of line MPDU가 목적지 RTP/RTCP에 도착한 경우 그 종단 간 지연이 150 ms 임계 값을 넘는 것을 방지하도록 A-MPDU 전송을 스케줄링 한다.However, when this condition 1 is true, the scheduler immediately constructs the A-MPDU using the MPDU currently available in the corresponding SwQueue and forwards it to the TxQueue. After storing the A-MPDU in the TxQueue, the scheduler in turn starts the backoff process for media access. Therefore, this integrated scheduler schedules the A-MPDU transmission to prevent the end-to-end delay from exceeding the 150 ms threshold when the head-of-line MPDU arrives at the destination RTP / RTCP.

여기서, 생성된 A-MPDU는 가상 충돌 처리기(Virtual collision handler)(33)에 의하여 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)방식으로 전송된다.Here, the generated A-MPDU is transmitted in a CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) method by a virtual collision handler 33.

한편, 물리계층(101)은 맥 계층(102)이 생성한 A-MPDU를 물리적으로 전송하는 역할을 한다.Meanwhile, the physical layer 101 physically transmits the A-MPDU generated by the MAC layer 102.

- 제2실시예 -- Second Embodiment -

제2실시예에서는, 본실시예에 따른 통합 스케줄러가 탑재되는 통신장치가 AP인 경우를 가정하여 설명한다.In the second embodiment, it is assumed that the communication device on which the integrated scheduler according to the present embodiment is mounted is an AP.

AP(300)가 다운 링크에서 제공해야 하는 음성 트래픽은 무선 스테이션들이 업 링크로 제공해야 하는 트래픽의 합계와 같다. 즉, 하나의 AP(300)에 n 개의 무선 스테이션(100)들이 연결되고 각 무선 스테이션(100)들이 해당 AP(300)를 경유하여 업 링크 VoIP 트래픽을 전송하는 경우, 해당 AP(300)의 다운 링크 전송용 VoIP 패킷 수는 하나의(single) 무선 스테이션(100)의 업링크 전송 VoIP 패킷 수의 n 배가 된다.The voice traffic that the AP 300 should provide on the downlink is equal to the sum of the traffic that the wireless stations must provide in the uplink. That is, when n wireless stations 100 are connected to one AP 300 and each of the wireless stations 100 transmits uplink VoIP traffic via the corresponding AP 300, The number of VoIP packets for link transmission is n times the number of uplink transmission VoIP packets of one single wireless station 100.

IEEE 802.11n/ac에서, AP(300)와 무선 스테이션(100)들은 매체 액세스에 대해 서로 동일한 우선 순위를 갖는다. 또한, 종래에는 AP에서의 다운 링크 음성 트래픽에는 통합이 적용되지 않으므로, AP에 연결된 무선 스테이션들의 개수 n이 증가함에 따라 무선 스테이션에서 하나의 업링크 패킷 전송 시의 매체 액세스 지연 양보다 AP에서 하나의 다운링크 패킷 전송 시의 매체 액세스 지연 양이 더 증가된다. 결과적으로, n이 증가할수록 AP의 큐 사용률은 증가하고, AP의 큐가 가득 채워지면 AP에 새로 도착한 패킷이 폐기되어 (재 시도 한계의 소진으로 인한 패킷 손실과 더불어) 패킷 손실 증가를 초래한다.In IEEE 802.11n / ac, AP 300 and wireless stations 100 have the same priority for media access. Also, as the number n of wireless stations connected to the AP increases in the conventional art, downlink voice traffic in the AP does not apply to the downlink voice traffic. Therefore, the number of wireless stations connected to the AP increases, The amount of medium access delay at the time of downlink packet transmission is further increased. Consequently, as n increases, the queue utilization of the AP increases and as the queue of APs becomes full, new packets arriving at the AP are discarded (with packet loss due to exhaustion of the retry limit) resulting in increased packet loss.

종래에 AP에서는 과도한 음성 PLR로 인해 WLAN의 VoIP 용량은 매우 적은 수의 VoIP 세션으로 제한된다. 본 실시예에서는, AP(300)의 다운 링크 VoIP 스트림 용량을 증가시키기 위해, AP(300)에서 다운 링크 VoIP 트래픽에 사용할 통합 스케줄러를 제안하며, 여기서의 다운 링크 VoIP 트래픽에 사용할 통합 스케줄러의 맥 계층(302)의 동작은 무선 스테이션에서의 통합 스케줄러의 맥 계층(102)의 동작과 유사하나, 종단간 지연을 계산하는 방법은 다소 다르다. 본 실시예에 따른 AP 통합 스케줄러의 동작은 초기화 단계와 A-MPDU 생성 단계의 두 단계로 나뉜다.Conventionally, in the AP, the VoIP capacity of the WLAN is limited to a very small number of VoIP sessions due to excessive voice PLR. In this embodiment, to increase the downlink VoIP stream capacity of the AP 300, an integrated scheduler for use in the downlink VoIP traffic is proposed in the AP 300, and the MAC layer of the integrated scheduler to be used for the downlink VoIP traffic here The operation of the MAC layer 302 is similar to the operation of the MAC layer 102 of the unified scheduler at the wireless station, but the method for calculating the end-to-end delay is somewhat different. The operation of the AP unified scheduler according to the present embodiment is divided into two steps, an initialization step and an A-MPDU generation step.

i) 초기화 단계(i) initialization step ( 다운링크Downlink ))

대략 매 초마다, AP(300)의 맥 계층(302)에서 최대 매체 액세스 지연(Dma_max)을 업데이트한다. 초기화 단계는 첫번째 Dma_max가 획득될 때까지 지속된다. 여기서, 제1실시예와 달리 최대 매체 액세스 지연을 산출하는 이유는, 무선 단말(100)의 수가 커질수록 채널 경합이 증가하여 변화가 많을 가능성이 높기 때문에 최대 매체 액세스 지연을 산출하는 것이다.Updates the maximum media access delay (Dma_max) in the MAC layer 302 of the AP 300 approximately every second. The initialization step lasts until the first Dma_max is obtained. Here, unlike the first embodiment, the maximum medium access delay is calculated because the channel contention increases as the number of the wireless terminals 100 increases, and there is a high possibility that the change is large.

이 단계 동안, AP의 맥 계층(302)는 A-MPDU 통합을 적용함이 없이 다운 링크 VoIP MPDU들을 개별적으로 전송한다. 초기화 단계가 끝났을 때, AP의 맥 계층(302)이 VoIP MPDU들에 대해 A-MPDU 통합을 적용하기 시작하면서 A-MPDU 생성 단계가 시작된다.During this phase, the AP's MAC layer 302 separately transmits downlink VoIP MPDUs without applying A-MPDU aggregation. At the end of the initialization phase, the A-MPDU generation phase begins as the AP's MAC layer 302 begins applying A-MPDU integration to the VoIP MPDUs.

도 6은 AP(300)에서 동작하는 통합 스케줄러의 알고리즘2를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an algorithm 2 of an integrated scheduler operating in the AP 300; FIG.

AP(300)의 맥 계층(302)는 MPDU가 도착할 때마다 도착한 MPDU의 목적지가 어딘지에 따라 해당하는 SwQueue에 저장한다.Each time the MPDU arrives, the MAC layer 302 of the AP 300 stores the destination in the corresponding SwQueue according to the destination of the arriving MPDU.

여기서도, 접근 유형은 'AC_VO', 'AC_VI', 'AC_BK' 및 'AC_BE'로 구분되어 카테고리에 따라 다른 방식으로 처리하도록 우선순위가 부여된다. 가장 높은 우선순위를 가지는 트래픽은 'AC_VO'(VoIP 트래픽)이고 해당하는 SwQueue로서 SwQueue[VO](31)를 해당하는 TxQueue로서 TxQueue[VO](32)를 갖는다.Here again, the access types are classified as 'AC_VO', 'AC_VI', 'AC_BK', and 'AC_BE', and priority is given to processing in different ways according to categories. The traffic having the highest priority is 'AC_VO' (VoIP traffic) and has a TxQueue [VO] 32 as a TxQueue corresponding to SwQueue [VO] 31 as a corresponding SwQueue.

맥 계층(302)은, 복수개의 고유 식별자에 의해 각각 식별되는 MPDU들을 복수의 소스 노드(200)들로부터 수신하고, 해당하는 SwQueue에 저장되는 MPDU들은 복수개의 고유 식별자 중에 포함되는 하나의 특정 식별자에 의해 식별되는 MPDU들이다. 이 식별자는 목적지가 어디인지에 따라 식별되며, 이 식별정보는 도착한 MPDU에 포함된 패킷 정보로부터 획득된다.The MAC layer 302 receives the MPDUs respectively identified by the plurality of unique identifiers from the plurality of source nodes 200 and the MPDUs stored in the corresponding SwQueue are allocated to one specific identifier included in the plurality of unique identifiers Gt; MPDUs < / RTI > This identifier is identified according to where the destination is, and this identification information is obtained from the packet information contained in the arriving MPDU.

맥 계층(302)은 목적지 노드 i마다 해당하는 액세스 클래스의 SwQueue(i)를 유지하며, 각 목적지 노드마다 해당하는 ScheduleTransmission(i) 함수를 호출한다. ScheduleTransmission(i) 함수는 SwQueue(i)에 MPDU가 도착하거나 BlockACK 또는 ACK를 목적지 노드 i로부터 수신한 경우에 호출된다.The MAC layer 302 maintains the SwQueue (i) of the corresponding access class for each destination node i, and calls the corresponding ScheduleTransmission (i) function for each destination node. The ScheduleTransmission (i) function is called when an MPDU arrives at SwQueue (i) or a BlockACK or ACK is received from destination node i.

맥 계층(302)은, 복수개의 고유 식별자에 의해 각각 식별되는 MPDU들을 복수의 소스 노드(200)들로부터 수신하고, 해당하는 SwQueue에 저장되는 MPDU들은 복수개의 고유 식별자 중에 포함되는 하나의 특정 식별자에 의해 식별되는 MPDU들이다. 이 식별자는 목적지가 어디인지에 따라 식별되며, 이 식별정보는 도착한 MPDU에 포함된 패킷 정보로부터 획득된다.The MAC layer 302 receives the MPDUs respectively identified by the plurality of unique identifiers from the plurality of source nodes 200 and the MPDUs stored in the corresponding SwQueue are allocated to one specific identifier included in the plurality of unique identifiers Gt; MPDUs < / RTI > This identifier is identified according to where the destination is, and this identification information is obtained from the packet information contained in the arriving MPDU.

ScheduleTransmission(i) 함수는, SwQueue(i)에 MPDU가 없으면 계속 MPDU를 기다리다가, MPDU가 도착하면 TxQueue가 유휴(idle) 상태인지를 확인한다. ScheduleTransmission(i) 함수는, TxQueue가 유휴 상태인 경우에 현재의 맥 계층 모드가 operation mode인지 여부를 확인한다. 여기서, operation mode는 A-MPDU 생성이 가능한 것으로 확인된 모드를 의미하며, 첫번째 Dma_max가 획득된 경우 operation mode가 된다.The ScheduleTransmission (i) function waits for MPDU if there is no MPDU in SwQueue (i), and checks if TxQueue is idle when MPDU arrives. The ScheduleTransmission (i) function checks whether the current MAC layer mode is in operation mode when the TxQueue is idle. Here, the operation mode is a mode in which it is confirmed that the A-MPDU generation is possible, and when the first Dma_max is obtained, the operation mode is established.

만일, 맥 계층 모드가 operation 모드가 아니면 SendMpdu()를 호출하여 SwQueue의 MPDU를 개별적으로 즉시 TxQueue에 저장하여 목적지로 전송한다.If the MAC layer mode is not the operation mode, it calls SendMpdu () to immediately store the MPQU of the SwQueue in the TxQueue and transmit it to the destination.

ii) A-ii) A- MPDUMPDU 생성 단계( Generation step ( 다운링크Downlink ))

첫번째 Dma_max가 획득된 경우, 맥 계층 모드는 operation mode, 즉, A-MPDU 생성단계로 진입한다.When the first Dma_max is obtained, the MAC layer mode enters an operation mode, i.e., an A-MPDU generation step.

A-MPDU 생성 단계에서, 스트림 i(무선 스테이션 i에게 전송되는 스트림)에 대한 new 패킷 또는 retry 패킷이 무선 스테이션 i(200)로부터 AP(300)의 SwQueue에 도착할 때마다, AP(300)의 통합 스케줄러 맥 계층(302)는 스트림 i에 속하는 SwQueue의 head-of-line 패킷에 대한 근사 종단 간 지연([De2e[i])을 다음의 수학식 4에 의해 계산한다.In the A-MPDU generation step, whenever a new packet or retry packet for stream i (stream to wireless station i) arrives from the wireless station i (200) to the SwQueue of the AP (300) The scheduler MAC layer 302 calculates the approximate end-to-end delay ([De2e [i]) for the head-of-line packet of the SwQueue belonging to the stream i by the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

[De2e[i]] = D[i] + Dma_max + TF[i][De2e [i]] = D [i] + Dma_max + T F [i]

D[i]는 스트림 i에 속하는 SwQueue의 첫 번째 MPDU의 지연 양이며, 이 MPDU에 캡슐화된 RTP 패킷이 생성된 이후의 현재 AP(300)에 도달할 때까지의 경과 시간이다. AP(300)의 맥 계층(302)은 SwQueue의 첫 번째 MPDU 내의 RTP 패킷을 참조하여 현재 시간으로부터 RTP 패킷의 헤더에 저장된 타임 스탬프 값을 빼서 D[i]를 획득할 수 있다. 여기서, TF[i]는 스트림 i에 속하는 SwQueue에서 현재 계류중인 MPDU로 구성될 수 있는 A-MPDU의 전송 지속 기간으로서 해당 A-MPDU의 사이즈 및 전송속도로부터 계산될 수 있다. D [i] is the delay amount of the first MPDU of the SwQueue belonging to the stream i, and is the elapsed time until reaching the current AP 300 after the encapsulated RTP packet is generated in the MPDU. The MAC layer 302 of the AP 300 can obtain D [i] by referring to the RTP packet in the first MPDU of the SwQueue and subtracting the timestamp value stored in the header of the RTP packet from the current time. Here, T F [i] can be calculated from the size and data rate of the A-MPDU as a transmission duration of the A-MPDU can be of a MPDU is currently pending in SwQueue belonging to stream i.

참고로, AP에서는 종단간 전달 지연 추정시간([De2e[i]])을 산출함에 있어서, RR 패킷으로부터 획득된 최대 종단 간 지연 값을 사용하지 않으며, 스트림 i에 속하는 SwQueue의 첫 번째 MPDU가 현재 AP(300)에 도달할 때까지의 경과 시간을 고려하는 점에 유의한다.For reference, in calculating the end-to-end propagation delay estimation time ([De2e [i]]), the AP does not use the maximum end-to-end delay value acquired from the RR packet, and the first MPDU of the SwQueue belonging to the stream i is Note that the elapsed time until reaching the AP 300 is considered.

다음 수학식 5가 만족되면, AP(300)는 SendAMpdu()를 호출하여 스트림 i에 속하는 현재 이용 가능한 계류중(pending) MPDU를 이용하여 A-MPDU를 구성한다.If the following Equation (5) is satisfied, the AP 300 calls SendAMpdu () to construct an A-MPDU using currently available pending MPDUs belonging to stream i.

[수학식 5]&Quot; (5) "

[De2e[i]] + Tarr[i] + TMPDU ≥ 150 ms[De2e [i]] + Tarr [i] + T MPDU ≥ 150 ms

여기서, Tarr[i]는 무선 스테이션 i를 목적지로 하는 VoIP MPDU들 사이의 도달 간격(Arrival Interval)이며, 이는 음성 패킷 스트림 i에 속하는 연속적인 MPDU의 타임 스탬프 값의 차이로서 AP에 의해 획득될 수 있으며, TMPDU은 하나의 VoIP MPDU를 전송할 때 걸리는 시간을 나타낸다. 수학식 5의 왼쪽 합계는, 동일한 음성 스트림에 속하는 다음의 새로운 MPDU가 도착할 때 첫 번째 MPDU의 미래 근사 종단 간 지연 추정치를 제공한다.Here, Tarr [i] is the arrival interval between VoIP MPDUs destined for the wireless station i, which can be obtained by the AP as the difference of the timestamp values of consecutive MPDUs belonging to the voice packet stream i And T MPDU represents the time taken to transmit one VoIP MPDU. The left sum of equation (5) provides a future approximate end-to-end delay estimate of the first MPDU when the next new MPDU that belongs to the same voice stream arrives.

여기서, 생성된 A-MPDU는 가상 충돌 처리기(Virtual collision handler)(33)에 의하여 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)방식으로 전송된다.Here, the generated A-MPDU is transmitted in a CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) method by a virtual collision handler 33.

한편, 물리계층(301)은 맥 계층(302)이 생성한 A-MPDU를 물리적으로 전송한다.Meanwhile, the physical layer 301 physically transmits the A-MPDU generated by the MAC layer 302.

- 성능평가 -- Performance evaluation -

성능평가를 위한 네트워크 구성은 다음과 같이 설정하였다.The network configuration for performance evaluation is set as follows.

VoIP 세션은 802.11n WLAN과 기가비트(Gigabit) 이더넷 LAN에 위치하는 클라이언트들 사이에 설정된다. 802.11n AP와 기가비트 이더넷 스위치는 설정 가능한 전송 지연(configurable transit delay)이 있는 1 Gbps point-to-point 링크를 통해 서로 연결된다. 무선 스테이션들은 AP 주변 5m 거리에 위치하며 채널 조건은 ideal한 것으로 설정된다. AP 및 무선 스테이션의 PHY 전송 속도는 600 Mbps로 설정된다. 무선 스테이션과 AP 모두에서 SwQueue 크기는 5000 패킷으로 설정된다. 각 무선 스테이션 및 유선 스테이션 쌍은 각 실험 시나리오에서 다음 VoIP 코덱 속도 중 하나를 사용한다.A VoIP session is established between clients located on an 802.11n WLAN and a Gigabit Ethernet LAN. 802.11n APs and Gigabit Ethernet switches are interconnected via a 1 Gbps point-to-point link with configurable transit delay. The wireless stations are located at a distance of 5 m from the AP and the channel conditions are set to ideal. The PHY transmission rate of the AP and the wireless station is set to 600 Mbps. In both the wireless station and AP, the SwQueue size is set to 5000 packets. Each wireless station and wired station pair uses one of the following VoIP codec rates in each experimental scenario.

- 64Kbps 펄스 코드 변조(PCM): 10 ms 간격으로 80 byte 음성 페이로드를 생성.- 64 Kbps Pulse Code Modulation (PCM): Generates an 80 byte voice payload at 10 ms intervals.

- G.723.1 (5.3Kbps): 30 ms 간격의 20 byte 페이로드.- G.723.1 (5.3 Kbps): 20 byte payload with 30 ms interval.

일반적으로, WLAN에서 하나의 패킷/MPDU는 다음 세 가지 이유로 손실/폐기된다.Generally, in a WLAN, one packet / MPDU is lost / discarded for three reasons.

(1) 어떤 MPDU는 해당 재시도 카운터가 고갈되면 폐기된다. NS-3 시뮬레이터의 WiFi 모듈에서 디폴트 재시도 한계가 7이다.(1) Some MPDUs are discarded when their corresponding retry counter is exhausted. In the NS-3 simulator's WiFi module, the default retry limit is 7.

(2) SwQueue가 가득 찬 경우, 상위 계층으로부터 도착하는 새 패킷이 삭제된다.(2) If the SwQueue is full, new packets arriving from the upper layer are deleted.

(3) IEEE 802.11n 표준은 기본적으로 500 ms 인 dot11EDCATableMSDULifetime 매개 변수를 명시한다. 수명이 만료된 queue의 MPDU는 삭제된다.(3) The IEEE 802.11n standard specifies the dot11EDCATableMSDULifetime parameter, which is basically 500 ms. The MPDU of the queue whose lifetime has expired is deleted.

위의 세 가지 이유는, A-MPDU 세션의 일부가 아닌(즉, A-MPDU 통합이 적용되지 않는) 패킷들에 해당된다. 그러나, 어떤 패킷이 A-MPDU 세션의 일부일 때에는, 소모된 재시도 한계로 인해서는 폐기되지는 않지만 수명 만료 또는 queue 오버 플로우로 인해 삭제된다.The above three reasons correspond to packets that are not part of an A-MPDU session (i.e., A-MPDU aggregation is not applied). However, when a packet is part of an A-MPDU session, it is not discarded due to exhausted retry limits, but is deleted due to end of life or queue overflow.

도 7은 여러 VoIP 코덱 속도를 사용하는 모바일 및 유선 스테이션에서 생성된 패킷에 대한 용량 경계에서의 종단 간 지연 성능을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an end-to-end delay performance at a capacity boundary for packets generated in mobile and wired stations using various VoIP codec speeds.

도 7은 본 실시예에 따른 기법의 종단 간 지연 성능을 64Kbps 및 5.3Kbps VoIP 코덱 속도에 대해서 보여준다.FIG. 7 shows the end-to-end delay performance of the technique according to the present embodiment for 64 Kbps and 5.3 Kbps VoIP codec rates.

도 7에서, 용량 경계의 경우에도 모든 VoIP 패킷이 150ms 미만의 엔드 투 엔드 지연으로 전달된다는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 7, it can be seen that even for capacity boundaries, all VoIP packets are delivered with an end-to-end delay of less than 150 ms.

보증된 QoS를 갖는 VoIP 세션의 상한선은 VoIP 코덱의 전송 지연 및 데이터 속도에 따라 다르다.The upper limit of a VoIP session with guaranteed QoS depends on the transmission delay and data rate of the VoIP codec.

전송 지연이 매우 미미한 경우 (예: 전송 지연이 5 ms 미만인 동일한 대학 캠퍼스 내 VoIP 통신의 경우) 64Kbps VoIP 코덱을 사용하면 160 회의 VoIP 세션을 허용되며, 5.3Kbps VoIP 코덱을 사용하면 약 270 개의 VoIP 세션이 허용된다.A 64 Kbps VoIP codec allows 160 VoIP sessions, while a 5.3 Kbps VoIP codec allows approximately 270 VoIP sessions (for example, in a university campus VoIP communication with a transmission delay of less than 5 ms) Is allowed.

거의 100 ms 전송지연을 갖는 대륙간 통신의 경우와 같이 전송 지연이 매우 긴 경우, 64Kbps VoIP 코덱을 사용하며 거의 90 개의 VoIP 세션이 허용되며, 5.3Kbps VoIP 코덱을 사용하는 경우 거의 100 개 VoIP 세션을 허용된다.Almost 90 VoIP sessions are allowed using the 64 Kbps VoIP codec when the transmission delay is very long, such as intercontinental communication with a transmission delay of almost 100 ms. Almost 100 VoIP sessions are allowed when using the 5.3 Kbps VoIP codec do.

도 7은 또한 종단 단말기(즉, WiFi 노드 및 유선 노드)에서 측정된 종단 간 지연은, 모두 QoS 보장 실시간 VoIP 통신에서 엄격하게 요구되는 제한인 종단 간 지연 한계인 150 ms 내에 있음을 나타낸다Figure 7 also shows that the end-to-end delay measured at end terminals (i.e., WiFi nodes and wired nodes) is within the end-to-end delay limit of 150 ms, which is a strictly required limitation in QoS guaranteed real-time VoIP communication

이와 같이, 본 실시예에서, 무선 스테이션과 AP 모두에서 동적 매체 액세스 지연, 백본 네트워크에서의 전송 지연 및 실시간 음성 트래픽의 QoS 요구를 고려하여 A-MPDU 통합이 음성 트래픽에 적응적으로 적용되며, 성능 평가 결과, 모든 실시간 VoIP 패킷을 150 ms 미만의 종단간 지연으로 목적지에 전달하면서도 기존 구현에 비해 VoIP 용량이 5.3 배로 우수하다.As described above, in this embodiment, the A-MPDU integration is adaptively applied to the voice traffic in consideration of the dynamic medium access delay, the transmission delay in the backbone network, and the QoS requirement of the real-time voice traffic in both the wireless station and the AP, As a result of evaluation, all real-time VoIP packets are delivered to the destination with an end-to-end delay of less than 150 ms, but VoIP capacity is 5.3 times better than the existing implementation.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄링 방법은, 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 적응형 통합 A-MPDU 스케줄링 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.As described above, the adaptive integrated A-MPDU scheduling method according to the present embodiment can be implemented by a program and recorded on a computer-readable recording medium. A program for implementing the adaptive integrated A-MPDU scheduling method according to the present embodiment is recorded, and a computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices for storing data that can be read by a computer system. Examples of such computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like. The computer readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code is stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment can be easily inferred by programmers in the technical field to which the present embodiment belongs.

이상의 설명은 본 발명 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. will be. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention.

100: 무선 단말
200: 목적지 단말
300: AP
101, 201, 301: 물리 계층
102, 202, 302: 맥 계층
103, 203: 네트워크 계층
104, 204: UDP 계층
105, 205: RTP/RTCP 계층
106, 206: VoIP 응용 계층
31: SqQueue[VO]
32: TxQueue[VO]
33: 가상 충돌 처리기
100: wireless terminal
200: destination terminal
300: AP
101, 201, 301: physical layer
102, 202, 302: Mac layer
103, 203: Network layer
104, 204: UDP layer
105, 205: RTP / RTCP layer
106, 206: VoIP application layer
31: SqQueue [VO]
32: TxQueue [VO]
33: Virtual conflict handler

Claims (11)

A-MPDU 통합 기능이 제공되는 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 전송하는 통신장치에 있어서,
목적지 노드로 전송할 VoIP MPDU를 수신하여 제1큐에 저장하고, 외부통신장치로부터 수신한 패킷으로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 제1큐에 저장된 복수의 VoIP MPDU에 대한 A-MPDU를 생성하는 A-MPDU생성수단; 및
상기 A-MPDU생성수단이 생성한 A-MPDU를 목적지로 전송하는 A-MPDU전송수단
을 포함하되,
상기 A-MPDU생성수단은,
상기 제1큐의 맨 앞에 위치한 head-of-line MPDU의 종단간(end-to-end) 전달 지연 추정시간, 상기 제1큐에 도착하는 VoIP MPDU의 도달 간격(inter-arrival time) 및 하나의 VoIP MPDU를 전송할 때 걸리는 시간의 합이 기설정 종단간 전달 지연 시간 이상인 경우에 상기 A-MPDU를 생성하는 것을 특징으로 하는 통신장치.
A communication apparatus for transmitting a VoIP packet in real time in a wireless LAN access network provided with an A-MPDU integration function,
A-MPDU for a plurality of VoIP MPDUs stored in the first queue, using the information obtained from the packet received from the external communication device, and receiving the VoIP MPDU to be transmitted to the destination node, MPDU generation means; And
MPDU transmission means for transmitting the A-MPDU generated by the A-MPDU generation means to a destination
≪ / RTI >
Wherein the A-MPDU generation means comprises:
An end-to-end transmission delay estimation time of a head-of-line MPDU located at a head of the first queue, an inter-arrival time of a VoIP MPDU arriving at the first queue, And generates the A-MPDU when the sum of the time required for transmitting the VoIP MPDU is equal to or larger than the predetermined end-to-end transmission delay time.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 종단간 전달 지연 추정시간은,
상기 head-of-line MPDU가 상기 통신장치의 상위 계층으로부터 전달되어 제1큐에 저장된 후부터 현재까지의 지연 시간, 상기 통신장치의 매체 접근 시간, 상기 A-MPDU의 전송 지속시간 및 상기 A-MPDU의 전송지연을 합한 결과로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
2. The method of claim 1, wherein the end-to-
MPDU is transmitted from an upper layer of the communication device and is stored in the first queue to a current time, a communication access time of the communication device, a transmission duration of the A-MPDU, Is calculated from the sum of the transmission delays of the first and second antennas.
제3항에 있어서, 상기 전송지연은,
상기 외부통신장치로부터 수신한 패킷으로부터 종단간 전달 지연 시간을 획득하고, 상기 종단간 전달 지연 시간에서 VoIP MPDU의 생성 후 제2큐에 저장되는 평균시간, 상기 통신장치의 매체 접근 평균시간 및 프레임 전송지속 평균시간을 뺀 결과로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
4. The method of claim 3,
An average time to acquire an end-to-end delivery delay time from a packet received from the external communication apparatus, an average time stored in a second queue after generation of a VoIP MPDU in the end-to-end delivery delay time, And subtracting the continuous average time from the result of subtracting the continuous average time.
제4항에 있어서, 상기 종단간 전달 지연 시간은,
상기 외부통신장치로부터 수신한 데이터 전송상태 점검용 패킷으로부터 획득된 것을 특징으로 하는 통신장치.
5. The method of claim 4, wherein the end-
And a data transfer status checking packet received from the external communication device.
A-MPDU 통합 기능이 제공되는 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 전송하는 통신장치에 있어서,
목적지 노드로 전송할 VoIP MPDU를 수신하여 제1큐에 저장하고, 외부통신장치로부터 수신한 패킷으로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 제1큐에 저장된 복수의 VoIP MPDU에 대한 A-MPDU를 생성하는 A-MPDU생성수단; 및
상기 A-MPDU생성수단이 생성한 A-MPDU를 목적지로 전송하는 A-MPDU전송수단
을 포함하되,
상기 A-MPDU생성수단은,
첫번째 RR 패킷을 수신하기 전까지는 상기 A-MPDU의 생성을 보류하고 상기 제1큐에 저장된 상기 VoIP MPDU 단위로 프레임을 생성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 통신장치.
A communication apparatus for transmitting a VoIP packet in real time in a wireless LAN access network provided with an A-MPDU integration function,
A-MPDU for a plurality of VoIP MPDUs stored in the first queue, using the information obtained from the packet received from the external communication device, and receiving the VoIP MPDU to be transmitted to the destination node, MPDU generation means; And
MPDU transmission means for transmitting the A-MPDU generated by the A-MPDU generation means to a destination
≪ / RTI >
Wherein the A-MPDU generation means comprises:
Wherein the generation of the A-MPDU is suspended until the first RR packet is received, and the frame is generated and transmitted in units of the VoIP MPDUs stored in the first queue.
제1항에 있어서,
상기 A-MPDU생성수단은, 복수개의 고유 식별자에 의해 각각 식별되는 VoIP MPDU들을 복수의 소스 노드들로부터 수신하고,
상기 복수의 VoIP MPDU는 상기 복수개의 고유 식별자 중에 포함되는 하나의 특정 식별자에 의해 식별되는 VoIP MPDU들인 것을 특징으로 하는 통신장치.
The method according to claim 1,
Wherein the A-MPDU generation means receives VoIP MPDUs each identified by a plurality of unique identifiers from a plurality of source nodes,
Wherein the plurality of VoIP MPDUs are VoIP MPDUs identified by a specific identifier included in the plurality of unique identifiers.
제7항에 있어서, 상기 종단간 전달 지연 추정시간은,
상기 외부통신장치로부터 수신한 데이터 전송상태 점검용 패킷에서 획득하지 않고 상기 제1큐의 맨 앞에 위치한 head-of-line MPDU의 생성 시간을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
8. The method of claim 7, wherein the end-
Of-line MPDUs located at the head of the first queue, instead of being acquired in the data transmission status checking packet received from the external communication apparatus.
제7항에 있어서, 상기 종단간 전달 지연 추정시간은,
상기 제1큐의 맨 앞에 위치한 head-of-line MPDU가 상기 복수의 소스 노드들 중 어느 하나의 소스 노드에서 생성된 후부터 현재까지의 지연 시간, 상기 통신장치의 최대 매체접근시간, 상기 A-MPDU의 전송 지속시간을 합한 결과로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
8. The method of claim 7, wherein the end-
Wherein the head-of-line MPDU located at the head of the first queue comprises a delay time since the generation of the MPDU at any one of the plurality of source nodes to the present, a maximum media access time of the communication device, Is calculated from the sum of the transmission duration times of the first and second communication devices.
제7항에 있어서, 상기 A-MPDU생성수단은,
상기 통신장치의 최대 매체접근시간을 획득하기 전까지는 상기 A-MPDU의 생성을 보류하고 상기 제1큐에 저장된 상기 VoIP MPDU 단위로 프레임을 생성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 통신장치.
8. The A-MPDU generating apparatus according to claim 7,
Wherein the generation of the A-MPDU is suspended until the maximum media access time of the communication device is obtained, and the frame is generated and transmitted in units of the VoIP MPDUs stored in the first queue.
A-MPDU 통합 기능이 제공되는 무선랜 접속 망을 이용하는 통신장치에서 VoIP 패킷 실시간전송 방법에 있어서,
목적지 노드로 전송할 VoIP MPDU를 수신하여 제1큐에 저장하는 단계;
외부통신장치로부터 수신한 패킷으로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 제1큐에 저장된 복수의 VoIP MPDU에 대한 A-MPDU를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 A-MPDU를 목적지로 전송하는 단계
를 포함하되,
상기 A-MPDU를 생성하는 단계에서는,
상기 제1큐의 맨 앞에 위치한 head-of-line MPDU의 종단간(end-to-end) 전달 지연 추정시간, 상기 제1큐에 도착하는 VoIP MPDU의 도달 간격(inter-arrival time) 및 하나의 VoIP MPDU를 전송할 때 걸리는 시간의 합이 기설정 종단간 전달 지연 시간 이상인 경우에 상기 A-MPDU를 생성하는 것을 특징으로 하는 VoIP 패킷 실시간전송 방법.
A method for real-time VoIP packet transmission in a communication apparatus using a wireless LAN access network provided with an A-MPDU integration function,
Receiving a VoIP MPDU to be transmitted to a destination node and storing the VoIP MPDU in a first queue;
Generating an A-MPDU for a plurality of VoIP MPDUs stored in the first queue using information obtained from a packet received from an external communication apparatus; And
Transmitting the generated A-MPDU to a destination
, ≪ / RTI &
In the step of generating the A-MPDU,
An end-to-end transmission delay estimation time of a head-of-line MPDU located at a head of the first queue, an inter-arrival time of a VoIP MPDU arriving at the first queue, Wherein the A-MPDU is generated when the sum of the time taken to transmit the VoIP MPDU is equal to or greater than the predetermined end-to-end delivery delay time.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110063688A (en) * 2008-09-24 2011-06-13 콸콤 인코포레이티드 Opportunistic data forwarding and dynamic reconfiguration in wireless networks
KR20160025805A (en) * 2014-08-28 2016-03-09 영남대학교 산학협력단 Packet processing apparatus of wireless lan and the method thereof

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