KR20040073881A - 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법 - Google Patents

에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 포인트 코디네이터가 없는 에드 혹 무선 네트워크에서 서비스 품질을 유지해야 하는 데이터 큐와 그렇지 않는 데이터 큐를 분리하고, QoS를 지원하기위한 파라메터가 포함된 비콘을 통해 모든 단말들이 공평하게 QoS를 지원하도록 하는데 적당하도록 한 에드 혹 무선 네트워크에서 서비스 품질 지원 장치 및 방법에 관한 것이다. 종래 에드 혹 무선 네트워크는 하나의 큐를 통해 모든 송신 데이터를 경쟁 방식으로 전송하기 때문에 멀티미디어 데이터와 같이 제한된 시간 내에 스트림 송신이 이루어져야 하는 경우, 채널 부하로 인한 전송 지연이 발생할 수 있으며, 단말기들 간의 전송이 임의적으로 발생하게 되어 서비스 품질을 유지할 수 없게 되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 QoS가 유지되어야 하는 우선 데이터와 일반 데이터를 저장하는 큐를 별도로 구성하고, 우선 데이터 전송에는 일반 데이터보다 작은 크기의 최소 시간 지연값을 사용하여 경쟁하도록함으로써 우선 데이터가 전송 권한을 획득할 확률을 높여 QoS를 지원할 수 있도록 한 효과가 있다. 또한, 비콘에 QoS지원을 위한 새로운 파라메터를 추가하고, 누적 우선 데이터가 많은 단말의 최소 시간 지연값을 모든 단말기 공유하도록 함으로써 모든 단말들이 공평하게 우선 데이터의 QoS를 지원하도록 하는 효과가 있다.

Description

에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법{QUALITY OF SERVICE SUPPORTING APPARATUS AND METHOD FOR AD HOC WIRELESS NETWORK}
본 발명은 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 포인트 코디네이터(Point Coordinator)가 없는 에드 혹 무선 네트워크에서 서비스 품질(Quality of Service, 이하 QoS라 칭함)을 유지해야 하는 데이터 큐와 그렇지 않는 데이터 큐를 분리하고, QoS를 지원하기위한 파라메터가 포함된 비콘을 통해 모든 단말들이 공평하게 QoS를 지원하도록 하는데 적당하도록 한 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법에 관한 것이다.
네트워크의 광범위한 보급에 따라, 유선 네트워크에서 무선 네트워크로의 요구가 급증하게 되었다. 따라서, 무선 네트워크가 급속히 유선 네트워크의 자리를 대체하고 있다.
무선 네트워크의 보급과 함께, 이를 통한 효율적인 멀티미디어 서비스의 필요가 대두되고 있는데, 무선 네트워크는 보통 하나의 베이스 스테이션(Base Station)과 이와 무선으로 연결되는 다수의 휴대 단말(Mobile Station)로 구성된다.
IEEE 802.11 무선 랜(Wireless Local Area Network) 표준에 따르면, 네트워크를 구성하는 계층에서 매체접근 제어(Medium Access Control)층과 물리(Physical)층을 다루고 있다.
IEEE 802.11 무선 랜은 기본적인 매체 접근 방식으로 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)를 사용하는데, 이는 전송을 하기 전에 송신을 위한 채널의 상태를 검사하여 가용 상태인 경우에만 전송을 실시하도록 한 것이다. 즉, 송신 채널이 DIFS(DFS interframe space)라 정의된 기준 시간 이상 아이들(idle) 상태인 경우에 전송을 실시하도록 하고, 그 미만의 시간 내에 다른 전송이 실시되고 있으면 대기하도록 한다. 이와 함께 다수의 단말들이 동시에 송신하는 것을 방지하기 위해서 CA(Collision Avoidance) 방식을 이용한다. 상기 CA는 전송할 데이터를 가지는 다수 단말들이 상기 DIFS 외의 부가적인 시간 지연을 가지도록 하는 것인데, 이러한부가적인 시간 지연은 경쟁창(contention window) 내에서 임의로 선택한다. 이러한 임의적인 선택의 결과 가장 작은 부가 지연 시간을 가지게 된 단말이 전송을 실시할 수 있는 권한을 가지게 된다. 이렇게 무선 네트워크에 참여하는 모든 단말들이 부가적인 시간 지연에 의해 다음에 전송할 수 있는 단말을 결정하는 방식을 DCF(Distributed Coordination Function)라 한다.
상기 경쟁창을 통한 부가적인 시간 지연을 통해 전송을 경쟁하는 방식은 무선 랜의 표준에 명시된 내용이며, 이러한 경쟁창에서의 난수조합에 따른 시간 지연은 (Random()*aSlotTime)으로 결정된다. 상기 난수 발생 함수(Random())의 값은 [0, CW]사이의 값이며, 여기서, 초기 CW의 값은 aCWmin이며, 채널에서 충돌등의 결과로 전송이 실패하는 경우 증가하게 된다. IEEE 802.11a 표준에서 aCWmin은 15로, aSlotTime은 9㎲로 정의되어 있다. 여기서는 상기 aCWmin을 최소 시간 지연값이라 칭한다.
무선 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 방법은 상기와 같은 경쟁 방식(DCF) 외에도 억세스 포인트(Access Point)가 전송 권한을 단말기들에게 분배하는 하는 비 경쟁 방식이 있는데, 이 경우 억세스 포인트를 포인트 코디네이터(Point Coordinator)라 하며, 이러한 방식을 PCF(Point Coordinatio Function)라 한다.
IEEE 802.11 매체제어 장치(Medium Access Control, 이하 MAC라 칭함)는 데이터 서비스를 위해 다수의 파라메터가 정의되어 있는데, 그 중에서 전송 우선순위는 경쟁(contention)과 비경쟁(contention free)이 정의되어 있다. 주로, 영상이나음성과 같은 멀티미디어 데이터는 소정의 시간 내에 전송이 이루어져야 정상적인 품질을 유지하는 QoS 요구 정보들이 상기 비경쟁 우선순위를 이용하여 전송되어진다. 이러한 두가지 우선 순위 방식은 시분할 되어, 소정의 시간 동안은 비 경쟁 방식으로 포인트 코디네이터가 지정하는 단말기의 데이터 전송이 이루어지고, 소정의 시간 동안은 경쟁 방식으로 QoS가 필요하지 않은 정보들이 전송된다. 이러한 두가지 시간 구간들이 무선 랜의 슈퍼 프레임(비콘(beacon)에서 다음 비콘 이전까지의 모든 송수신 데이터를 포함하는 확장 개념의 프레임)을 구성한다.
하지만, 억세스 포인트가 없이도 무선 네트워크를 구성할 수 있는데, 이렇게 구성된 무선 네트워크 방식을 에드 혹(Ad Hoc) 네트워크라 한다. 즉, 억세스 포인트가 없으므로 통신 방식은 PCF(비 경쟁 방식)을 사용할 수 없고, 단순히 DCF(경쟁 방식) 만을 사용하게 된다. 이러한 경우, 멀티미디어 데이터를 위한 QoS 지원이 불가능해 진다.
도 1은 종래의 MAC 출력부 블럭도로서, 도시된 바와 같이 데이터 프레임 유닛(패킷)을 저장하는 큐(11)와, 해당 큐의 데이터를 차례로 송신하는 송신부(15)로 이루어진다.
모든 데이터를 경쟁 방식으로 전송하기 때문에 큐는 하나로 이루어져 있다.
상기와 같은 구성으로 에드 혹 네트워크를 구성하게 되면, 모든 데이터를 경쟁 방식으로 전송하게 되므로 멀티미디어 데이터 서비스 전송이 제한된 시간에 성공적으로 전송되지 못하는 경우가 발생하게 된다. 즉, 서비스의 질이 낮아지게 된다.
상기한 바와 같이 종래 에드 혹 무선 네트워크는 하나의 큐를 통해 모든 송신 데이터를 경쟁 방식으로 전송하기 때문에 멀티미디어 데이터와 같이 제한된 시간 내에 스트림 송신이 이루어져야 하는 경우, 채널 부하로 인한 전송 지연이 발생할 수 있으며, 단말기들 간의 전송이 임의적으로 발생하게 되어 서비스 품질을 유지할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 서비스 품질(QoS)이 유지되어야 하는 데이터와 일반 데이터를 저장하는 큐를 별도로 구성하고, 우선 데이터 전송에는 일반 데이터보다 작은 크기의 최소 시간 지연값을 사용하며, 비콘에 QoS지원을 위한 새로운 파라메터를 추가하고, 누적 우선 데이터가 많은 단말의 파라메터를 모든 단말기 공유하도록 하는 것으로 모든 단말들이 공평하게 우선 데이터의 QoS를 지원하도록 한 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 종래 무선 랜의 매체제어장치 출력 블럭도.
도2는 본 발명 무선 랜의 매체제어장치 출력 블럭도.
도3은 본 발명에서 사용되는 파라메터들을 가지는 비콘의 일부.
도4는 본 발명 일실시예를 도시한 타이밍도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11: 큐 15: 송신부
21: 제 1큐 22: 제 2큐
23: 먹스 24: 송신부
상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은, 우선 순위로 전송되어야 하는 데이터를 저장하는 우선 데이터 큐와; 우선 순위가 적용되지 않는 일반 데이터 큐와; 상기 데이터 큐들 중 하나의 데이터를 선택하는 먹스와; 상기 먹스의 출력 데이터 중 우선 데이터 큐의 데이터를 송신하는 경우 일반 데이터 전송에 적용되는 최소 시간 지연값(aCWmin) 보다 작은 최소 시간 지연값(CWmin)으로 경쟁 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
우선 데이터 큐에 저장된 데이터를 전송하는 경우, 해당 큐에 잔류하는 프레임 수와 최소 시간 지연값(CWmin)을 비콘에 더 포함하여 출력하는 송신부와; 상기와 같이 송신되는 다른 단말의 비콘을 수신하여 다른 단말의 우선 데이터 프레임 수와 최소 시간 지연값을 추출하는 수신부와; 상기 추출된 다른 단말의 우선 데이터 프레임 수와 자신의 우선 데이터 프레임 수를 비교하여 그 수가 더 큰 단말의 최소 시간 지연값을 자신의 최소 시간 지연값으로 사용하도록 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 우선 순위로 전송될 데이터가 저장되는 우선 데이터 큐와 일반 데이터 큐 및 이들 데이터를 선택하여 전송하는 송신부를 이용하여, 상기 우선 순위 데이터 전송 시 일반 데이터 전송에 적용되는 최소 시간 지연값보다 작은 최소 시간 지연값을 설정하는 단계와; 상기 우선 데이터 큐의 잔류 프레임 수와 최소 시간 지연값을 비콘에 포함하고 경쟁으로 얻은 송신 기회에 목표 단말에 송신하는 단계와; 상기 비콘을 수신한 목표 단말은 상기 수신된 비콘의 잔류 프레임 수를 자신의 우선 데이터 큐의 잔류 프레임 수와 비교하여 수신된 값이 크면 수신된 최소 시간 지연값으로 자신의 최소 시간 지연값을 갱신하고, 더 작으면 자신의 최소 시간 지연값을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계들은 각 단말의 우선 데이터 프레임 송신 기회마다 반복되어 모든 단말이 우선 데이터 프레임의 잔류가 가장 큰 단말의 최소 시간 지연값을 공유하게 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 일실시예를 보인 MAC 출력부 블럭도로서, 도시한 바와 같이 큐들(21, 22)이 분리되어 있고, 이들 중 하나의 데이터와 송신부(24)를 연결하기위해 먹스(23)가 사용되고 있다.
상기 Q[i](21)는 QoS를 지원해야 하는 우선 순위 데이터들이 저장되는 큐이고, Q[k](22)는 QoS 지원이 요구되지 않는 일반 데이터들이 저장되는 큐이다. 이러한 각 큐들(21, 22)은 시분할되어 송신부(24)와 연결된다.
에드 혹 네트워크는 일반적으로 QoS를 지원하지 않기 때문에 우선 순위 개념이 없었지만, 본 발명에서는 (AP 적용 네트워크에서와 같이)우선 순위가 요구되는 데이터는 별도의 큐(21)에 저장하여 이들을 특별히 관리하도록 한다. 당연하게도, 이러한 우선 순위는 다양한 레벨들로 이루어질 수 있으므로, Q[i], Q[j],... 등의 많은 큐들을 QoS 지원 데이터들을 임시 저장하는데 사용할 수 있다. 이 경우, 각 데이터 프레임들은 각각의 우선 순위에 따라 상이한 큐들에 저장된다.
본 발명의 일 실시예에서는 설명을 명확히 하기위해 QoS가 요구되는 데이터 프레임(패킷)을 저장하기위한 Q[i](21)와 일반 데이터 프레임을 저장하기위한 Q[k](22) 만을 도시하도록 한다. 또한, 일반 데이터 프레임이 저장된 Q[k](22)가 송신부(24)와 연결되는 시간 동안 발생하는 경쟁 송신 방식은 종래와 동일하므로 생략한다.
도시된 출력부 블록 다이어그램은 본 발명을 적용하기위해 변형되는 출력부의 구조를 보이기 위한 것이며, 본 발명을 수행하기위해서는, 도시되지 않은 수신부, 제어부등이 더 필요하다. 그러나, 이는 종래와 그 구조가 동일하므로 구체적은 구조는 도시하지 않았다.
본 발명에서는 높은 우선 순위의 프레임을 전송하기위해 높은 우선순위 큐(Q[i](21))에서 전송될 프레임들에게는 최소 시간 지연값(aCWmin)[무선 네트워크 표준에 따르면 15]보다 작은 값의 최소 시간 지연값(CWmin)을 적용하여 우선 순위 데이터 전송 시 다른 단말과의 경쟁에서 비교 우위를 가지도록 하여 전송 확률을 높이게 된다. 즉, 다른 단말기와 경쟁하더라도 다른 단말기가 일반 데이터를 전송한다면 우선 순위 데이터를 전송하는 단말은 더 작은 시간 지연을 가질 확률이 높아지므로 전송 권한을 획득할 확률이 높아진다.
그러나, 상기 우선 순위 데이터 전송에 사용되는 시간 지연값(CWmin)은 단말 마다 상이한 상대적인 값이므로, 이를 결정해 줄 단말을 선택해야 한다. 각 단말이 상이한 시간 지연값을 가지게 된다면 그에 따른 비균등 전송에 의해 우선 데이터가 전송되지 못하는 단말이 생길 수 있으므로, 이를 방지하기위해 모든 단말기 사용하는 시간 지연값(CWmin)을 통일해야 한다. 이를 위해 슈퍼 프레임의 초기 신호로 사용되는 비콘 프레임을 이용한다. 즉, 비콘 프레임에 새로운 파라메터들을 추가할 것이다.
도 3은 도 2에 도시한 Q[i](21)에 저장된 우선순위 데이터를 패킷화 하여 출력하는 경우, 그 출력의 처음에 발생하는 비콘 프레임의 일부를 보인 것이다. 도시한 몇가지 내용들 외에도 다양한 파라메터들로 이루어져 있는데, 본 발명에서는 이러한 비콘에 우선 데이터 큐에 저장된 프레임 수(33)와 최소 시간지연값(CWmin)(34)을 새로운 파라메터로 더 추가하도록 한다. 비콘은 슈퍼 프레임의 시작 부분에서 전송되는 신호로서, 목적 단말에 다양한 정보를 제공하기 위한 것이다.
상기 비콘 프레임에 추가될 QoS 지원용 파라메터들(33, 34)은 IEEE 802.11 표준에 정의된 정보 엘리먼트(Information Element)의 형식을 취한다. 첫번째 부분인 엘리먼트 ID(31)에는 Q[x]의 ID가 실리고, 두번째 부분(32)에는 전체 정보 엘리먼트의 바이트 단위 길이가 실린다. 그리고, Q[x]에 현재 잔류하는 프레임 개수(33)와 해당 비콘을 전송하는 단말에서 설정한 시간 지연값(CWmin)(34)이 실린다.
상기, 도 2의 새로운 출력부 구성과, 도 3의 새로운 비콘 파라메터들을 이용하여 본 발명을 설명하도록 한다.
도 4은 본 발명 일 실시예를 도시한 것으로, 본 발명의 이해를 돕기위한 예제이다. 이를 통해 모든 단말들이 동일한 시간 지연값(CWmin)을 가지는 절차를 이해할 수 있을 것이다.
단말1은 우선 데이터 큐에 잔류하는 프레임 수가 9개이고, 자체적으로 선택한 최소 시간 지연값(CWmin)이 15이고, 단말2는 프레임 수가 4개, 최소 시간 지연값이 12이며, 단말3은 프레임 수가 11개, 최소 시간 지연값이 11이라고 가정한다. 전술한 바와 같이 우선 데이터를 전송하기위해 사용하는 최소 시간 지연값은 일반 데이터 전송에 사용되는 최소 시간 지연값(15) 이하의 값을 가지므로, DCF(경쟁 방식)를 통한 전송에서 우선 순위를 가지게 된다.
처음, 경쟁방식을 통해 단말1이 전송 권한을 가지게 되면, 단말1이 단말2로 비콘을 송신한다. 상기 비콘을 받은 단말2는 단말1의 잔류 프레임수(9)와 자신의 잔류 프레임수(4)를 비교한다. 단말1의 잔류 프레임 수가 더 크기 때문에 단말1의 최소 시간 지연값(15)으로 자신의 최소 시간 지연값을 갱신한다. 다시 말해서 잔류 프레임 수가 많다는 것은 전송할 내용이 많다는 것이므로 전송할 내용이 많은 단말기가 최소 시간 지연값(CWmin)을 변경할 권한을 가지게 되는 것이다. 따라서, 시점(T_A)에서 단말1과 단말2의 최소 시간 지연값은 15로 동일해진다.
그 다음, 경쟁을 통해 단말2가 전송 권한을 가지게 되는 경우, 단말2는 단말3에 비콘을 송신한다. 물론, 이러한 송신 방향, 전송 권한 획득의 순서는 다양한 전송에 따라 상이할 수 있으며, 본 실시예에서는 이러한 다양한 전송 중에서 발생할 수 있는 예를 든 것이다. 따라서, 이러한 전송 방향이나, 전송 권한을 획득하는 순서는 본 발명을 제한하지 않는다.
단말2가 단말3에 비콘을 송신하면, 단말3의 잔류 프레임 수가 단말2의 잔류 프레임 수보다 많기 때문에 단말2의 최소 시간 지연값은 단말3의 최소 시간 지연값인 11로 다시 변경된다. 즉 시점(T_B)에서, 단말2와 단말3은 동일한 최소 시간 지연값(11)을 가진다.
그 다음, 경쟁을 통해 단말3이 전송 권한을 가지게 되는 경우, 단말3이 단말1에 비콘을 송신하면, 단말 3의 잔류 프레임수가 많기 때문에 단말1의 최소 시간 지연값이 11로 변경된다. 시점(T_C)에서, 단말1, 단말2, 단말3은 동일한 최소 시간 지연값(11)을 가지게 된다.
이는 상당히 중요한 의미를 가지게 되는데, 상기 우선 데이터들이 일반 데이터 보다 작은 최소 시간 지연값을 가지게 되므로 전송 확률이 높아지며, 그와 동시에 동일 레벨의 우선 데이터를 전송할 단말들이 동일한 최소 시간 지연값으로 경쟁하게 되므로 동일 레벨의 우선 데이터를 전송하는 단말들은 공평하게 QoS를 지원할 수 있게 된다. 즉, 동일 레벨의 우선 데이터를 전송할 단말들 간에 발생할 수 있는 전송 격차를 근본적으로 해소할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치 및 방법은 서비스 품질(QoS)이 유지되어야 하는 우선 데이터와 일반 데이터를 저장하는 큐를 별도로 구성하고, 우선 데이터 전송에는 일반 데이터보다 작은 크기의 최소 시간 지연값을 사용하여 경쟁하도록 함으로써 우선 데이터가 전송 권한을 획득할 확률을 높여 QoS를 지원할 수 있도록 한 효과가 있다. 또한, 비콘에 QoS지원을 위한 새로운 파라메터를 추가하고, 누적 우선 데이터가 많은 단말의 최소 시간 지연값을 모든 단말기 공유하도록 함으로써 모든 단말들이 공평하게 우선 데이터의 QoS를 지원하도록 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 우선 순위로 전송되어야 하는 데이터를 저장하는 우선 데이터 큐와; 우선 순위가 적용되지 않는 일반 데이터 큐와; 상기 데이터 큐들 중 하나의 데이터를 선택하는 먹스와; 상기 먹스의 출력 데이터 중 우선 데이터 큐의 데이터를 송신하는 경우 일반 데이터 전송에 적용되는 최소 시간 지연값(aCWmin) 보다 작은 최소 시간 지연값(CWmin)으로 경쟁 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 우선 데이터 큐에 저장된 데이터를 전송하는 경우, 해당 큐에 잔류하는 프레임 수와 최소 시간 지연값(CWmin)을 비콘에 더 포함하여 출력하는 송신부와; 상기와 같이 송신되는 다른 단말의 비콘을 수신하여 다른 단말의 우선 데이터 프레임 수와 최소 시간 지연값을 추출하는 수신부와; 상기 추출된 다른 단말의 우선 데이터 프레임 수와 자신의 우선 데이터 프레임 수를 비교하여 그 수가 더 큰 단말의 최소 시간 지연값을 자신의 최소 시간 지연값으로 사용하도록 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 우선 데이터 큐는 우선 순위 레벨에 따라 다수개 존재하는 것을 특징으로 하는 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 장치.
  4. 우선 순위로 전송될 데이터가 저장되는 우선 데이터 큐와 일반 데이터 큐 및 이들 데이터를 선택하여 전송하는 송신부를 이용하여, 상기 우선 순위 데이터 전송 시 일반 데이터 전송에 적용되는 최소 시간 지연값보다 작은 최소 시간 지연값을 설정하는 단계와; 상기 우선 데이터 큐의 잔류 프레임 수와 최소 시간 지연값을 비콘에 포함하고 경쟁으로 얻은 송신 기회에 목표 단말에 송신하는 단계와; 상기 비콘을 수신한 목표 단말은 상기 수신된 비콘의 잔류 프레임 수를 자신의 우선 데이터 큐의 잔류 프레임 수와 비교하여 수신된 값이 크면 수신된 최소 시간 지연값으로 자신의 최소 시간 지연값을 갱신하고, 더 작으면 자신의 최소 시간 지연값을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 단계들은 각 단말의 우선 데이터 프레임 송신 기회마다 반복되어 모든 단말이 우선 데이터 프레임의 잔류가 가장 큰 단말의 최소 시간 지연값을 공유하게 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에드 혹 무선 네트워크의 서비스 품질 지원 방법.
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