KR102260298B1 - 무선 통신 네트워크에서 tcp 와의 상호 운용성을 고려한 csma 기반 최적 자원 할당 방법 - Google Patents

무선 통신 네트워크에서 tcp 와의 상호 운용성을 고려한 csma 기반 최적 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법에 관한 것이다. 본 발명은 무선 애드혹 네트워크 상황에서 다수의 단말이 접속 지점(AP) 없이 서로 무선 자원을 점유하여 통신하고자 하는 상황에서, 시간에 따라 가변적인 특성을 보이는 무선 간섭 상황에 적응적으로 구동되어 각 무선 연결이 공평하게 무선 자원을 할당받는 것을 목표로 한다. 이러한 자원 할당의 공평성을 위하여, 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 판단하기 위한 전송 대기열 (Media Access Queue, MAQ) 길이와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 측정하여 채널 접근 파라미터인 CW (Contention Window)에 반영하는 기술을 제안한다. CW (Contention Window) 파라미터는 802.11 DCF 파라미터로 설정되어 패킷을 물리 계층에 전송할 때 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정할 수 있다.
또한 본 발명에서는, 무선통신을 사용하는 단말의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS) 보장을 위한 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling) 방법을 제안한다.

Description

무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법 {TCP-compatible optimal CSMA-based resource allocation in wireless network}
본 발명은 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법에 관한 것이다.
본 발명은 무선 애드혹 네트워크 상황에서 다수의 단말이 접속 지점 (AP) 없이 서로 무선 자원을 점유하여 통신하고자 하는 상황을 상정한다. 비면허 대역에서의 무선 자원 할당 제어 (Medium Access Control, MAC) 알고리즘은 802.11 표준에 정의되어 있다. 802.11 표준에서 분산적으로 구동되는 자원 할당 기술인 DCF (Distributed Coordinated Function) 은 중앙 집중적인 처리기 없이 각 단말이 채널 접근 파라미터인 CW (Contention Window) 를 자체적으로 조절하여 무선 자원의 분배를 분산적으로 구현하고 있다. CW 파라미터는 무선 채널 점유를 시도하기까지의 대기 시간을 지정하며, 낮은 CW 파라미터는 무선 채널 점유를 위한 높은 적극성 aggressiveness), 높은 CW 파라미터는 무선 채널 점유를 위한 낮은 적극성을 의미한다.
현재의 802.11 DCF 표준에 의하면, CW 파라미터의 최소 단위는 9 us (마이크로초) 이고, 처음 전송을 시도할 때 0~15 단위에서 CW 가 무작위로 선택되어 무선 자원을 점유할 단말이 임의로 선택된다. 만약 단말에 대수가 많아서 0~15 단위에서 CW 를 선택했을 때 충돌이 높은 확률로 일어나게 되면, CW 파라미터 선정을 지수적으로 후퇴 (exponential backoff) 하여 0~31, 0~63, 순으로 무작위로 선정하게 된다. 현재 구현된 DCF 기술은 위와 같은 방식으로 다양한 무선 간섭 상황에 적응적으로 동작하여 무선 자원의 높은 이용률 (utilization) 을 달성한다.
하지만 종래의 DCF 기술은 각 무선 단말 별 무선 자원 분배의 공평성 (fairness) 은 달성할 것이라는 보장은 하지 않는다. 무선 자원 분배의 공평성 문제는 특히 단말이 소형화되고 저전력 무선 통신을 해야 하는 상황에서 더욱 심각해진다. [도 1] 은 여섯 개의 단말이 통신을 수행하고자 하는 간단한 간섭 상황을 나타낸다. [도 1] 에서는 세 개의 무선 전송이 있는데, 가운데 단말의 전송은 간섭을 양 옆에 있는 전송보다 많이 받는다. 이와 같이 같은 공간 내에 있는 단말 중 어느 단말은 간섭을 더 많이 받는 상황을 비대칭적 간섭 상황이라 한다. 간섭을 많이 받는 단말은 자신이 전송할 기회를 얻지 못하게 되고, 간섭을 적게 받는 단말은 자신이 상대적으로 양보할 필요가 없다고 판단하여 계속해서 무선 채널을 점유하게 된다. 이런 상황이 지속되면 간섭을 많이 받는 단말은 무선 채널을 거의 가져가지 못하게 되어 극단적인 자원 할당의 비대칭이 일어나는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 직접적으로 측정하여 채널 접근 파라미터인 CW (Contention Window)에 반영하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, TCP와의 호환성을 위해, 전송 대기열의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 이용하여 전송 적극성(transmission aggressiveness)을 조절하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS) 을 보장하기 위해 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling) 방식을 사용하는 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 목적은, 802.11 DCF 알고리즘의 MAC 계층의 설계 변형을 통해 프로토콜로써 구동되는 기술을 설계하고 제안한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법이 제공된다. 상기 최적 자원 할당 방법에 있어서, 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS) 보장을 위해 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling)을 수행하는 단계; 상기 최적 자원 할당 방법에 있어서, 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 판단하기 위한 전송 대기열 (Media Access Queue, MAQ) 길이 (MAQ length)와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 측정하는 단계; 상기 측정된 MAQ length와 MAQ delay를 사용하여 채널 접근 파라미터인 CWmin 결정하는 단계; 상기 결정된 CWmin 값을 802.11 DCF 파라미터로 설정하여 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling)을 수행하는 단계에서, Media Access Queue (MAQ)를 Low Priority Queue (LPQ)와 High Priority Queue (HPQ)로 나누어 구분하고, 전송 패킷의 우선 순위에 따라 LPQ와 HPQ에 각각 버퍼링하여 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS) 보장을 보장할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 MAQ delay를 측정하는 단계에서, 상기 전송 패킷이 Low Priority Queue (LPQ)와 Hight Priority Queue (HPQ)에 체류하는 시간을 측정하는 방법을 사용한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 MAQ delay를 측정하는 단계에서, 상기 측정된 전송 대기 지연 (MAQ delay)에 따라 Control Queue (CQ)에서 Media Accdess Queue (MAQ)로의 버퍼링을 조절하여, 단말에서 여러 연결이 혼재할 경우, 여러 연결 간 전송 공평성을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 MAQ delay를 측정하는 단계에서, 상기 측정된 전송 대기 지연 (MAQ delay)에 따라, MAQ delay가 큰 순서대로 IFQ에 스케쥴링 하는 Intra-scheduling을 수행한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 채널 접근 파라미터인 CWmin 결정하는 단계에서, 상기 MAQ 패킷이 LPQ 또는 HPQ의 어느 큐에 저장된 패킷인지에 따라 CWmin에 가중치를 부여하는 방법을 제시한다.
본 발명은 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법을 수행하는 단말에 있어서, 패킷이 포함된 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 송수신부 (transeciver)와
연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS) 보장을 위해 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling)을 수행하고, 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 판단하기 위한 전송 대기열 (Media Access Queue, MAQ) 길이 (MAQ length)와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 측정하고,
상기 측정된 MAQ length와 MAQ delay를 사용하여 채널 접근 파라미터인 CWmin 결정하고, 상기 결정된 CWmin 값을 802.11 DCF 파라미터로 설정하고, 이에 따라 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정하여 패킷을 물리계층에 전송하는 프로세서를 제공한다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법을 적용하여, 시변성이 있고 비대칭적인 무선 간섭 상황에서 무선 자원 분배의 효율성 및 공평성을 달성할 수 있게 된다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 직접적으로 측정하여 채널 접근 파라미터인 CW (Contention Window)에 반영하여, 모든 단말이 무선 자원을 공평하게 할당받을 수 있게 된다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, TCP와의 호환성을 위해 전송 대기열의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 이용하여 전송 적극성(transmission aggressiveness)을 조절하여, 전송계층에 TCP가 구동될 때 TCP의 혼잡 제어 기능이 사용됨에 따라 무선 자원을 할당받지 못하는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling) 방식을 제공하여, 음성/영상 통신 등의 높은 실시간성이 요구되는 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 802.11 DCF 알고리즘의 MAC 계층의 설계 변형을 통한 최적 자원 할당 방법을 제공하여, 표준 802.11 DCF 와의 상호 운용성을 제공할 수 있다.
따라서 본 발명을 적용하면 시변성이 있고 비대칭적인 무선 간섭 상황에서 모든 단말이 간섭 상황과 무관하게 무선 자원을 공평하게 할당받을 수 있게 되어 무선 통신 네트워크의 효용성이 증대된다.
도 1은 본 발명에 따른 비대칭적 무선 간섭 상황을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 MAC 계층의 변경된 설계에 대한 구조도를 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 따른 QoS 보장을 위한 우선순위 스케쥴링에 대한 구조도를 나타낸다.
도 4는 상기 도 2의 시스템에서 본 발명에 따른 단말의 프로세스를 도시한 흐름도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 송수신부와 프로세서를 포함하는 이동통신 단말의 블록도를 나타낸다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 모듈, 블록 및 부는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명은 무선 애드혹 네트워크 상황에서 다수의 단말이 접속 지점 (AP) 없이 서로 무선 자원을 점유하여 통신하고자 하는 상황을 상정한다. 본 발명에서 제안하는 기술은 시간에 따라 가변적인 특성을 보이는 무선 간섭 상황에 적응적으로 구동되어 각 무선 연결이 공평하게 무선 자원을 할당받는 것을 목표로 한다.
현재 비면허 대역에서의 무선 자원 할당 제어 (Medium Access Control, MAC) 알고리즘은 802.11 표준에 정의되어 있다. 802.11 표준에서 분산적으로 구동되는 자원 할당 기술인 DCF (Distributed Coordinated Function) 은 중앙 집중적인 처리기 없이 각 단말이 채널 접근 파라미터인 CW (Contention Window) 를 자체적으로 조절하여 무선 자원의 분배를 분산적으로 구현하고 있다. CW 파라미터는 무선 채널 점유를 시도하기까지의 대기 시간을 지정하며, 낮은 CW 파라미터는 무선 채널 점유를 위한 높은 적극성 (aggressiveness), 높은 CW 파라미터는 무선 채널 점유를 위한 낮은 적극성을 의미한다.
현재의 802.11 DCF 표준에 의하면, CW 파라미터의 최소 단위는 9 us (마이크로초) 이고, 처음 전송을 시도할 때 0~15 단위에서 CW 가 무작위로 선택되어 무선 자원을 점유할 단말이 임의로 선택된다. 만약 단말에 대수가 많아서 0~15 단위에서 CW 를 선택했을 때 충돌이 높은 확률로 일어나게 되면, CW 파라미터 선정을 지수적으로 후퇴 (exponential backoff) 하여 0~31, 0~63, 순으로 무작위로 선정하게 된다. 현재 구현된 DCF 기술은 위와 같은 방식으로 다양한 무선 간섭 상황에 적응적으로 동작하여 무선 자원의 높은 이용률 (utilization) 을 달성한다.
하지만 종래의 DCF 기술은 각 무선 단말 별 무선 자원 분배의 공평성 (fairness) 은 달성할 것이라는 보장은 하지 않는다. 무선 자원 분배의 공평성 문제는 특히 단말이 소형화되고 저전력 무선 통신을 해야 하는 상황에서 더욱 심각해진다. [도 1] 은 여섯 개의 단말이 통신을 수행하고자 하는 간단한 간섭 상황을 나타낸다. [도 1] 에서는 세 개의 무선 전송이 있는데, 가운데 단말의 전송은 간섭을 양 옆에 있는 전송보다 많이 받는다.
이와 같이 같은 공간 내에 있는 단말 중 어느 단말은 간섭을 더 많이 받는 상황을 비대칭적 간섭 상황이라 한다. 간섭을 많이 받는 단말은 자신이 전송할 기회를 얻지 못하게 되고, 간섭을 적게 받는 단말은 자신이 상대적으로 양보할 필요가 없다고 판단하여 계속해서 무선 채널을 점유하게 된다. 이런 상황이 지속되면 간섭을 많이 받는 단말은 무선 채널을 거의 가져가지 못하게 되어 극단적인 자원 할당의 비대칭이 일어난다.
이러한 자원 할당의 공평성 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서 제안하는 기술은 해당 단말의 무선 자원에 대한 점유 상태를 직접적으로 측정하여 CW 파라미터에 반영하는 기술을 제안한다. 점유 상태에 대한 측정을 하기 위해 본 발명에서 제안한 측도는 전송 대기열 길이 (queue length) 이다. 전송 대기열 길이가 짧은 경우, 전송 요구량에 대해 무선 자원을 잘 점유하고 있는 상태이고, 대기열 길이가 긴 경우, 전송 요구량을 무선 자원 점유량이 처리하고 있지 못하는 상황으로 간주한다. 이와 같은 방식으로 무선 자원을 할당한다면 모든 단말이 무선 자원을 최적으로 할당받을 수 있다.
본 발명은 이러한 이론적 기반에 근거하여 실제 802.11 DCF 알고리즘의 변형을 통해 프로토콜로써 구동되는 기술을 설계하고 제안한다. [도 2] 는 본 발명의 구조도이다. 데이터 통신에서 전송 계층과 물리 계층은 변경하지 않고, MAC 계층의 설계만 변경하여 본 발명을 구현할 수 있다. 먼저 Classification(210)은 전송 계층에서 내려온 패킷을 목적지 별로 구분하여 각기 다른 Control Queue(220)에 넣어준다. Link Rate Regulator(230)는 각 Control Queue(220)에 내려온 패킷을 Medium Access Queue(240)에 공평하게 내려주기 위한 스케쥴링을 수행한다. 이 후, Link Price Calculator(250)는, 단말의 무선 자원에 대한 점유 상태를 판단하기 위해 전송 대기열 길이 (MAQ length)와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 측정한다. 전송계층에 TCP가 구동될 때 TCP 의 혼잡 제어 기능이 사용됨에 따라 무선 자원을 할당받지 못하는 단말의 전송 적극성이 효과적으로 높아지지 못하게 되는 문제점이 있는데, 이 경우에 MAQ의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 이용하여 전송 적극성(transmission aggressiveness)을 조절하면 이러한 starvation 문제를 해결할 수 있게 된다.
Link Price Calculator(250)는, 상기 측정된 MAQ length와 MAQ delay를 사용하여 CWmin 파라미터를 결정하고, 이 값은 802.11 DCF 파라미터로 설정되어, 이 후 패킷을 물리계층에 전송할 때, 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정할 수 있다.
이렇게 MAQ lengh와 MAQ delay가 CWmin 파라미터로 반영되어 무선 자원 접근에 관여하게 된다.
또한 본 발명에서는 무선 통신을 사용하는 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS)를 보장하기 위해 우선순위 스케줄링(Priority Scheduling) 방식을 사용하여 통신 패킷들의 전송 우선 순위를 구분한다. 높은 우선순위를 가진 패킷은 해당 계층에서 최소의 지연 시간 (delay)을 갖게 되어 음성/영상 통신 등의 높은 실시간성이 요구되는 트래픽에 적합하고, 낮은 우선순위를 가진 패킷은 비교적 실시간성이 요구되지 않는 인터넷 트래픽이나 센서 네트워크의 보고 패킷 등에 적합하다.
[도 3]은 본 발명에서 제시하는 우선순위 스케쥴링(Priority Scheduling) 방식에 대하여 자세히 도시한다.
먼저 Media Access Queue (MAQ)(240)는 낮은 우선순위를 가진 패킷을 버퍼링하기 위한 Low Priority Queue (LPQ)(241)와 높은 우선순위를 가진 패킷을 버퍼링 하기 위한 High Priority Queue (HPQ)(242)로 나누어서 관리된다. Link Rate Regulator(230)는 Control Queue(220)로부터 전송된 패킷을 전송 우선순위에 따라 LPQ(241)와 HPQ(242)로 나누어 버퍼링한다. 이 후, Link Price Calculator(240가 MAQ length와 MAQ delay를 측정하여 CWmin 값을 결정할 때, LPQ(241) 또는 HPQ(242)에 따라 CWmin 값에 가중치를 부여한다. 즉, 패킷이 HPQ(242)에 있는 경우, CWmin 값을 더 낮춰서 무선 채널 점유를 위한 높은 적극성 (aggressiveness)을 가짐으로써, 무선 통신을 사용하는 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS)를 보장할 수 있다.
[도 4]는 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법에 있어서, 단말의 프로세스를 도시한 흐름도를 나타낸다. [도 4]를 참조하면, 우선순위 스케쥴링 수행 단계(S110), 전송 대기열 길이와 MAQ의 전송 대기 지연을 측정 단계(S120), CWmin을 결정하는 단계(S130) 및 전송 적극성을 조정하는 단계(S140)를 포함한다.
우선순위 스케쥴링 수행 단계(S110)에서, 최적 자원 할당 방법은 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS) 보장을 위해 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling)을 수행할 수 있다.
또한, 상기 최적 자원 할당 방법은 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 판단하기 위한 전송 대기열 (Media Access Queue, MAQ) 길이 (MAQ length)와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 측정하는 단계(S120)를 더 포함한다.
또한, 상기 최적 자원 할당 방법은 상기 측정된 MAQ length와 MAQ delay를 사용하여 채널 접근 파라미터인 CWmin 결정하는 단계(S130) 및 상기 결정된 CWmin 값을 802.11 DCF 파라미터로 설정하여 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정하는 단계(140)를 더 포함한다..
[도 5]는 본 발명에 따른 송수신부(310)와 프로세서(320)를 포함하는 이동통신 단말(300)의 블록도를 나타낸다. [도 5]를 참조하면, 이동통신 단말(300)은 송수신부 (transeciver)(310) 및 프로세서(320)를 포함한다.
송수신부 (transeciver)(310)는 패킷이 포함된 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된다. 한편, 프로세서(320)는 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS) 보장을 위해 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling)을 수행하도록 구성된다. 또한, 프로세서(320)는 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 판단하기 위한 전송 대기열 (Media Access Queue, MAQ) 길이 (MAQ length)와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 측정할 수 있다. 또한, 프로세서(320)는 상기 측정된 MAQ length와 MAQ delay를 사용하여 채널 접근 파라미터인 CWmin 결정하고 상기 결정된 CWmin 값을 802.11 DCF 파라미터로 설정하여 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법에 대해 설명하였다. 본 발명에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 무선 통신 네트워크에서 TCP 와의 상호 운용성을 고려한 CSMA 기반 최적 자원 할당 방법을 적용하여, 시변성이 있고 비대칭적인 무선 간섭 상황에서 무선 자원 분배의 효율성 및 공평성을 달성할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 직접적으로 측정하여 채널 접근 파라미터인 CW (Contention Window)에 반영하여, 모든 단말이 무선 자원을 공평하게 할당받을 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, TCP와의 호환성을 위해 전송 대기열의 전송 대기 지연 (MAQ delay)을 이용하여 전송 적극성(transmission aggressiveness)을 조절하여, 전송계층에 TCP가 구동될 때 TCP의 혼잡 제어 기능이 사용됨에 따라 무선 자원을 할당받지 못하는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 우선순위 스케쥴링 (Priority Scheduling) 방식을 제공하여, 음성/영상 통신 등의 높은 실시간성이 요구되는 연결의 서비스 품질 (Quality-of-Service, QoS)을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 802.11 DCF 알고리즘의 MAC 계층의 설계 변형을 통한 최적 자원 할당 방법을 제공하여, 표준 802.11 DCF 와의 상호 운용성을 제공할 수 있다.
따라서 본 발명을 적용하면 시변성이 있고 비대칭적인 무선 간섭 상황에서 모든 단말이 간섭 상황과 무관하게 무선 자원을 공평하게 할당받을 수 있게 되어 무선 통신 네트워크의 효용성이 증대된다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.
210 : Classification
220 : Control Queue(CQ)
230 : Link Rate Regulator
240 : Media Access Queue(MAQ)
250 : Link Price Calculator
260 : Interface Queue(IFQ)
241 : Low Priority Queue(LPQ)
242 : High Priority Queue(HPQ)
300 : 단말
310 : 송수신부
320 : 제어부
330 : 메모리부
340 : 사용자 인터페이스부
350 : 음성 처리부

Claims (13)

  1. 무선 통신 네트워크에서 TCP(transmission control protocol)와의 상호 운용성을 고려한 CSMA(carrier sense multiple access) 기반 최적 자원 할당 방법에 있어서, 상기 방법은 단말의 프로세서에 의해 수행되고, 상기 방법은,
    연결의 서비스 품질 (quality-of-service, QoS)에 관한 우선 순위에 기반하여, CQ(Control Queue)로부터 전송되는 MAQ(media access queue) 패킷을 LPQ(low priority queue)와 HPQ(high priority queue)로 구분하는 단계;
    상기 MAQ 패킷을 상기 LPQ와 상기 HPQ에 각각 버퍼링하는 단계;
    상기 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 판단하기 위한 MAQ length와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ delay를 측정하는 단계;
    상기 MAQ 패킷이 상기 LPQ 또는 상기 HPQ 중에 어느 큐에 저장된 패킷인지 여부에 따라 상이하게 결정되는 가중치, 상기 MAQ length, 및 상기 MAQ delay에 기반하여, 채널 접근 파라미터인 CWmin 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 CWmin 값을 802.11 DCF 파라미터로 설정하여 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 MAQ delay를 측정하는 단계는,
    전송 패킷이 상기 LPQ와 상기 HPQ에 체류하는 시간을 각각 측정하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 MAQ delay를 측정하는 단계는,
    상기 측정된 MAQ delay에 따라 상기 CQ에서 상기 MAQ로의 버퍼링을 조절하여, 단말에서 여러 연결이 혼재할 경우, 여러 연결 간 전송 공평성을 제공하는 자원 할당 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 MAQ delay를 측정하는 단계는
    상기 측정된 MAQ delay에 따라, MAQ delay가 큰 순서대로 IFQ(interface queue)에 스케쥴링 하도록 하는 Intra-scheduling을 수행하는 자원 할당 방법.
  6. 삭제
  7. 무선 통신 네트워크에서 TCP(transmission control protocol)와의 상호 운용성을 고려한 CSMA(carrier sense multiple access) 기반 최적 자원 할당 방법을 수행하는 단말에 있어서,
    패킷이 포함된 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 송수신부 (transeciver); 및
    상기 송수신부에 기능적으로 결합되는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    연결의 서비스 품질 (quality-of-service, QoS)에 관한 우선 순위에 기반하여, CQ(control queue)로부터 전송되는 MAQ(media access queue) 패킷을 LPQ(low priority queue)와 HPQ(high priority queue)로 구분하고,
    상기 MAQ 패킷을 상기 LPQ와 상기 HPQ에 각각 버퍼링하고,
    상기 단말의 무선 자원에 대한 점유상태를 판단하기 위한 MAQ length와 TCP와의 호환성을 위한 MAQ delay를 측정하고,
    상기 MAQ 패킷이 상기 LPQ 또는 상기 HPQ 중에 어느 큐에 저장된 패킷인지 여부에 따라 상이하게 결정되는 가중치, 상기 MAQ length, 및 상기 MAQ delay에 기반하여, 채널 접근 파라미터인 CWmin 결정하고,
    상기 결정된 CWmin 값을 802.11 DCF 파라미터로 설정하여 전송 적극성 (transmission aggressiveness)을 조정하고, 패킷을 물리계층으로 전송하는 단말.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    상기 무선 통신 네트워크에서 단말에서 패킷이 포함된 신호를 송신 또는 수신하는 것을 특징으로 하는 단말.
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 MAQ delay를 측정하기 위하여, 전송 패킷이 상기 LPQ와 상기 HPQ에 체류하는 시간을 각각 측정하는 것을 특징으로 하는 단말.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 MAQ delay에 따라, 상기 CQ에서 상기 MAQ로의 버퍼링을 조절하는 것을 특징으로 하는 단말.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 MAQ delay에 따라, MAQ delay가 큰 순서대로 IFQ(interface queue)에 스케쥴링 하도록 하는 Intra-scheduling을 수행하는 것을 특징으로 하는 단말.
  13. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hojin Lee 외 2명, "A-DCF: Design and Implementation of Delay and Queue Length Based Wireless MAC", 2015 IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM) (2015.08.24.)*
J. Kalb 외 1명, "Analysis of priority mechanisms for streaming over wireless connections.", Technical Note PR-TN-2004/00478, Philips Restricted (2004.07.)*

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