KR20050013411A - 모바일 애드 혹 네트워크에서 전송층을 이용한 효율적인데이터 송수신 방법 및 상기 방법을 이용한 네트워크 장치 - Google Patents

모바일 애드 혹 네트워크에서 전송층을 이용한 효율적인데이터 송수신 방법 및 상기 방법을 이용한 네트워크 장치

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Abstract

본 발명은 모바일 애드 혹 네트워크에서 전송층을 이용한 효율적인 데이터 송수신 방법 및 상기 방법을 이용한 네트워크 장치에 관한 발명으로서, 송신 호스트에서 데이터 전송을 위한 윈도우에 포함된 소정의 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하는 제1단계와, 송신 호스트에서 상기 플래그가 설정된 패킷과 상기 윈도우에 포함된 상기 플래그가 설정되지 않은 다른 패킷을 수신 호스트로 전송하는 제2단계와, 수신 호스트에서 상기 제2단계에서 전송된 패킷들을 수신하고, 수신한 패킷들 중에서 상기 플래그가 설정된 패킷에 대한 ACK-응답을 전송하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모바일 애드 혹 네트워크에서 전송층을 이용한 효율적인 데이터 송수신 방법 및 상기 방법을 이용한 네트워크 장치{Network device and method for efficient data transmission/reception using transport layer in mobile ad-hoc network}
본 발명은 전송층(transport layer)을 이용한 데이터 송수신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서 전송층(transport layer)의 TCP를 이용한 효율적인 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.
IEEE802.11을 사용하는 모바일 애드 혹 네트워크에서는 통신 채널을 모든 노드가 공유하게 된다. 따라서, 동일한 통신 영역 내에 있는 모든 노드들은 동일한 채널을 통하여 통신을 하게 되어 전송된 데이터가 서로 충돌하거나 유실되기 쉽고, 무선 네트워크의 특성상 링크 계층의 전송 신뢰도가 크게 떨어지게 된다. 이러한 점을 극복하기 위하여 전송층(transport layer)수준에서 TCP를 이용하여 신뢰성있는 데이터 전송을 시도하려는 방안도 제시되었다.
도 1은 종래의 TCP동작을 나타내는 예시도로서, 송신자는 수신자에게 패킷을 전송하고, 수신자는 상기 전송된 패킷에 대한 ACK-응답 패킷을 송신자에게 전송하게 된다. 이 때, 수신자는 현재까지 수신한 연속적인 패킷의 시퀀스 번호의 최대값을 유지하여 ACK-응답 패킷을 전송하므로 2'ACK-응답 패킷과 같이 일부 ACK-응답 패킷이 유실되더라도 송신자가 전송하는 양을 줄이지 않도록 한다.
TCP는 TCP/IP 아키텍처 중 전송층(transport layer)에 속하는 프로토콜로서 주로 데이터의 흐름(flow)과 에러(error) 제어를 담당하고 있다. 특히 TCP는 흐름(flow) 제어를 위해 '윈도우'라는 개념을 도입하고 있는데, 응용 프로그램에 의해 전송될 데이터가 버퍼에 저장되면 윈도우 크기만큼만 전송된다. 이 때, 윈도우의 크기는 목적지 호스트 또는 네트워크 밀집도(network congestion)의해 결정되고, 증가 또는 감소될 수 있다. 특히 TCP에서는 슬라이딩 윈도우 방식을 이용하는데, 이러한 윈도우 개념을 이용함으로써 무선 링크의 사용성(utilization)을 극대화할 수 있게 된다.
그러나, TCP에서는 대부분의 패킷에 대하여 ACK-응답 패킷을 발생시키기 때문에 데이터 패킷과의 채널 경합이 증가할 수 있다. 또한, RTS/CTS 방식을 이용하는 무선 환경에 있어서 ACK-응답 패킷에 의해 무선 네트워크의 채널 사용률은 크게 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 점을 극복하기 위하여 ACK-응답 패킷을 감소시킬 필요가 생기게 되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서 송신 노드와 수신 노드 간에 TCP 통신을 하는 경우, 전송된 데이터 패킷에 대한 ACK-응답 패킷의 수를 감소시키면서 데이터 전송 효율을 증대하기위한 방법을 제안한다.
도 1은 종래의 TCP동작을 나타내는 예시도
도 2는 본 발명의 실시에 따른 TCP 패킷의 전송을 나타내는 예시도
도 3은 본 발명의 실시에 따라 TCP 패킷의 유실이 발생한 경우의 처리을 나타내는 예시도
도 4는 본 발명의 실시에 따른 송신 호스트의 데이터 전송 과정을 나타내는 일 실시예 처리 흐름도
도 5는 본 발명의 실시에 따른 수신 호스트의 데이터 전송 과정을 나타내는 일 실시예 처리 흐름도
도 6은 본 발명의 실시에 따른 TCP 통신을 하는 송신 호스트와 수신 호스트의 블록도를 나타내는 예시도
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시에 따른 모바일 애드 혹 네트워크에서 전송층을 이용한 효율적인 데이터 송수신 방법은 송신 호스트에서 데이터 전송을 위한 윈도우에 포함된 소정의 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하는 제1단계와, 송신 호스트에서 상기 플래그가 설정된 패킷과 상기 윈도우에 포함된 상기 플래그가 설정되지 않은 다른 패킷을 수신 호스트로 전송하는 제2단계와, 수신 호스트에서 상기 제2단계에서 전송된 패킷들을 수신하고, 수신한 패킷들 중에서 상기 플래그가 설정된 패킷에 대한 ACK-응답을 전송하는 제3단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 제1단계는 상기 수신 호스트로부터 ACK-응답을 수신하는 경우에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 소정의 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 제1단계는 상기 수신 호스트로부터 RTT 측정을 위한 TCP 세그먼트에 대한 ACK-응답을 수신하는 경우에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 RTT 측정을 위한 새로운 TCP 세그먼트에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 제3단계는 패킷 손실이 발생한 경우, 상기 손실된 패킷 이전에 수신한 패킷에 대한 ACK-응답을 전송하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시에 따른 모바일 애드 혹 네트워크에서 전송층을 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 네트워크 장치는 별개의 제2무선 네트워크 장치와 데이터를 송수신하는 제1네트워크 인터페이스부와, 상기 제2무선 네트워크 장치로 전송할 데이터 패킷을 저장하고, 상기 제1네트워크 인터페이스부로 상기 패킷을 전달하는 송신 버퍼와, 상기 제1네트워크 인터페이스부로부터 수신한 데이터가 ACK-응답인 경우에 상기 송신 버퍼에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 소정의 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하도록 하는 송신측 ACK-제어부를 포함한다.
바람직하게는 상기 송신측 ACK-제어부는 상기 제2무선 네트워크 장치로부터 RTT 측정을 위한 TCP 세그먼트에 대한 ACK-응답을 수신하는 경우에 상기 송신 버퍼에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 RTT 측정을 위한 새로운 TCP 세그먼트에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하도록 하는 것을 포함한다.
바람직하게는 상기 제2무선 네트워크 장치는 상기 제1무선 네트워크 장치로부터 패킷을 수신하고, 상기 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그가 설정된 경우 상기 제1무선 네트워크 장치로 상기 수신한 패킷의 ACK-응답을 전송하는 것을 포함한다. 이 때, 상기 제2무선 네트워크 장치는 상기 제1무선 네트워크 장치로부터 패킷을 수신하고, 상기 패킷이 RTT 측정을 위한 TCP 패킷인 경우 상기 제1무선 네트워크 장치로 상기 TCP 패킷의 ACK-응답을 전송하는 것을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서 효율적으로 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치를 설명하면 다음과 같다. 한편, 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서는 각각의 단말이 송신 호스트와 수신 호스트로서의 역할을 겸유하므로, 패킷을 전송하는 단말을 송신 호스트로 하고, 패킷을 수신하고 수신한 패킷에 대한 ACK-응답을 하는 단말을 수신 호스트로 하여 본 발명의 실시례를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시에 따른 TCP 패킷의 전송을 나타내는 예시도로서, 송신 호스트는 TCP 패킷을 보내기 위하여 윈도우를 사용하여 전송 패킷의 양을 조절한다. 즉, 송신 호스트는 패킷 전송을 위하여 새로 열린 윈도우에 포함된 첫번째 패킷의 헤더에 ACK-응답을 요청하는 플래그(210,220)를 설정하고, 수신 호스트는 상기 플래그가 설정된 패킷을 수신하는 경우에만 ACK-응답 패킷을 상기 송신 호스트로 전송하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시에 따라 TCP 패킷의 유실이 발생한 경우의 처리을 나타내는 예시도로서, 송신 호스트가 전송한 패킷이 유실되는 경우, 수신 호스트는 310 위치에서 패킷이 유실되었음을 알 수 있게 된다. 이러한 경우에 상기 유실된 패킷의 재전송을 요청하는 ACK-응답 패킷을 송신 호스트로 전송함으로써 상기유실된 패킷을 복구할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시에 따른 송신 호스트의 데이터 전송 과정을 나타내는 일 실시예 처리 흐름도로서, 송신 호스트는 수신 호스트로부터 ACK-응답을 수신한다(S400). 그리고, 송신 호스트는 수신한 ACK-응답 패킷을 처리하는 과정을 거치게 된다(S405). 만일, 상기 수신한 ACK-응답이 데이터 패킷에 대한 ACK-응답인 경우에는 다음 단계로 진행하게 된다. 그러나, RTT(Round-trip time)측정을 위한 패킷에 대한 응답인 경우에는 TCP에서 사용하는 RTT 연산 방법에 의해 RTT를 계산하고 RTT 측정을 위하여 전송할 패킷의 데이터 영역에 Ack_Flag_info 값을 설정한다. 상기 Ack_Flag_info 값은 이후 전송할 TCP 패킷의 헤더에 ACK-응답을 요청하는 플래그를 설정할 때 사용된다. TCP는 RTT측정을 위해 RTT당 하나의 패킷만을 이용한다. 그러므로 상기와 같이 RTT 측정에 사용되는 패킷에 대해서 ACK-응답 패킷을 받도록 구성함으로써 RTT측정을 할 수 있게 된다. 또한, 수신한 ACK-응답이 기송신한 데이터 패킷의 유실에 따른 ACK-응답일 경우에도 상기 유실된 패킷을 재송신할 필요가 있으므로 상기 RTT측정을 위한 패킷에 대한 응답인 경우에 처리하는 과정과 동일한 과정을 거치게 된다.
송신 호스트가 상기와 같은 ACK-응답에 대한 처리를 하고 나면, 새로운 윈도우를 생성하게 된다(S410). 이 때, 데이터 패킷에 대한 ACK-응답 패킷을 수신하였다면 추가로 패킷을 보낼 수 있으나, 패킷 전송 에러 등에 의한 ACK-응답인 경우 또는 수신 호스트의 수신 버퍼에 여유가 없는 경우에는 에러 처리가 선행되거나 또는 수신 버퍼에 여유가 생길 때까지 대기 상태에 놓이게 된다(S415).
새로운 윈도우가 생성되고(S410), 추가로 패킷을 보낼 수 있는 경우에는 패킷의 데이터 영역에 Ack_Flag_info가 설정되어 있는지를 확인한다(S420). 이 때, 만일 상기 Ack_Flag_info값이 설정되지 않았다면 상기 패킷은 수신 호스트로부터 ACK-응답을 요청하지 않는 패킷을 의미하고, 수신 호스트로 상기 패킷을 전송하게 된다(S430). 만일 상기 Ack_Flag_info값이 설정되었다면 데이터 영역에 있는 상기 Ack_Flag_info값을 해제하고 패킷 헤더에 ACK-응답을 요청하는 플래그를 설정한다(S425). 이 경우 TCP헤더의 'reserved'필드 또는 'option'필드를 이용하여 상기 플래그를 설정할 수 있다. 헤더에 상기 ACK-응답을 요청하는 플래그가 설정된 경우 수신 호스트는 상기 패킷을 수신하게 되면 ACK-응답을 하게 된다. 송신 호스트가 수신 호스트로 패킷을 전송한 후(S430), 생성된 윈도우에 포함된 패킷을 추가로 보낼 수 있는지 여부를 확인(S410)함으로써 상기 과정을 반복하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시에 따른 수신 호스트의 데이터 전송 과정을 나타내는 일 실시예 처리 흐름도로서, 수신 호스트가 송신 호스트로부터 패킷을 수신하게 되면(S500), 상기 수신한 패킷으로부터 송신 호스트가 기송신한 패킷에 대한 패킷 손실 여부를 판단하게 되고(S510), 만일 패킷 손실이 발생한 경우에는 ACK-응답을 송신 호스트로 전송하게 된다(S540). 이 때, 수신 호스트에서 패킷 손실이 발생했는지 여부에 대한 판단(S510)과 이에 대한 ACK-응답 전송(S540)은 기존의 TCP 패킷의 플로우 제어 방법을 이용하게 된다.
한편, 상기 S510 단계에서 패킷 손실이 발생하지 않았음이 확인된 경우에는 수신한 패킷의 헤더에 ACK-응답 요청을 위한 플래그가 설정되어 있는지 여부를 검사한다(S520). 만일 설정되어 있다면 ACK-응답을 송신 호스트로 전송한다(S540). 만일 상기 플래그가 설정되지 않았다면, 수신한 패킷을 수신 어플리케이션으로 전달하게 된다(S530).
도 6은 본 발명의 실시에 따른 TCP 통신을 하는 송신 호스트와 수신 호스트의 블록도를 나타내는 예시도로서, 도 6에서는 설명의 편의상 데이터 패킷을 전송하는 네트워크 장치를 송신 호스트(610)라 하고, 상기 데이터 패킷을 수신하여 ACK-응답 패킷을 전송하는 네트워크 장치를 수신 호스트(650)라고 하기로 한다. TCP 통신을 하는 네트워크 장치는 데이터의 송수신 모두 가능하므로 상기 송신 호스트(610)가 수신 호스트의 역할을 수행하고, 상기 수신 호스트(650)가 송신 호스트의 역할을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 송신 호스트(610)와 수신 호스트(650)는 네트워크 인터페이스(630,670), 수신 버퍼(620, 665), 송신 버퍼(625), ACK_제어부(615,655)등을 공통적으로 포함할 수 있고, 설명의 편의상 대칭적인 구조로 도시하고 있다.
송신 어플리케이션 프로그램(635)으로부터 송신 버퍼_1(625)로 수신 호스트(650)에 전송할 데이터가 전달되면 송신 버퍼_1(625)는 상기 전달된 데이터를 저장한다. 한편, 네트워크 인터페이스_1(630)가 수신 호스트(650)로부터 ACK-응답 패킷을 수신하면 수신 버퍼_1(620)에 저장된다. ACK 제어부_1(615)는 상기 수신 버퍼_1(620)에 저장된 ACK-응답 패킷의 종류를 검사하여, 만일 데이터 패킷에 대한 ACK-응답 패킷 인 경우에는 새로운 윈도우를 생성한다. 그리고 나서, 상기 ACK 제어부_1(615)는 상기 송신 버퍼_1(625)에 저장된 데이터 패킷 중 상기 새로운 윈도우에 속하는 첫번째 패킷의 헤더에 ACK-응답을 요청하는 플래그를 설정하고, 상기 윈도우에 포함된 데이터 패킷들을 상기 네트워크 인터페이스_1(630)를 통하여 수신 호스트(650)로 전송하게 된다.
한편, 수신 호스트(650)는 네트워크 인터페이스_2(670)를 통하여 송신 호스트(610)로부터 전송된 데이터 패킷을 수신하고, 상기 수신한 데이터 패킷을 수신 버퍼_2(665)에 저장한다.
이 때, ACK 제어부_2(655)는 상기 수신 버퍼_2(665)에 저장된 패킷의 헤더에 상기 ACK-응답을 요청하는 플래그가 설정되지 않은 경우 수신 어플리케이션 프로그램(675)으로 상기 저장된 패킷을 전달한다. 만일 상기 플래그가 설정된 경우에는 ACK-응답 패킷을 송신 버퍼_2(660)로 전달하고, 송신 버퍼_2(660)는 네트워크 인터페이스_2(670)를 거쳐 송신 호스트(610)로 전송하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정하는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서 데이터 패킷에 대한 ACK-응답 패킷을 감소시킴으로써 TCP 링크의 사용성(utilization)을 증대시키고, 전송층(transport layer) 프로토콜의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 송신 호스트에서 데이터 전송을 위한 윈도우에 포함된 소정의 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하는 제1단계;
    송신 호스트에서 상기 플래그가 설정된 패킷과 상기 윈도우에 포함된 상기 플래그가 설정되지 않은 다른 패킷을 수신 호스트로 전송하는 제2단계;
    수신 호스트에서 상기 제2단계에서 전송된 패킷들을 수신하고, 수신한 패킷들 중에서 상기 플래그가 설정된 패킷에 대한 ACK-응답을 전송하는 제3단계를 포함하는 데이터 송수신 방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계는 상기 수신 호스트로부터 ACK-응답을 수신하는 경우에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 소정의 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하는 단계를 포함하는 데이터 송수신 방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계는 상기 수신 호스트로부터 RTT 측정을 위한 TCP 세그먼트에 대한 ACK-응답을 수신하는 경우에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 RTT 측정을 위한 새로운 TCP 세그먼트에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하는 단계를 포함하는 데이터 송수신 방법
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는 패킷 손실이 발생한 경우, 상기 손실된 패킷 이전에 수신한 패킷에 대한 ACK-응답을 전송하는 단계를 더 포함하는 데이터 송수신 방법
  5. 별개의 제2무선 네트워크 장치와 데이터를 송수신하는 제1네트워크 인터페이스부;
    상기 제2무선 네트워크 장치로 전송할 데이터 패킷을 저장하고, 상기 제1네트워크 인터페이스부로 상기 패킷을 전달하는 송신 버퍼;
    상기 제1네트워크 인터페이스부로부터 수신한 데이터가 ACK-응답인 경우에 상기 송신 버퍼에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 소정의 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하도록 하는 송신측 ACK-제어부를 포함하는 제1무선 네트워크 장치
  6. 제5항에 있어서,
    상기 송신측 ACK-제어부는 상기 제2무선 네트워크 장치로부터 RTT 측정을 위한 TCP 세그먼트에 대한 ACK-응답을 수신하는 경우에 상기 송신 버퍼에 새로운 윈도우를 생성하고, 상기 생성된 윈도우에 포함된 RTT 측정을 위한 새로운 TCP 세그먼트에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그를 설정하도록 하는 것을 포함하는 제1무선 네트워크 장치
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2무선 네트워크 장치는
    상기 제1무선 네트워크 장치로부터 패킷을 수신하고, 상기 패킷에 ACK-응답을 요청하기 위한 플래그가 설정된 경우 상기 제1무선 네트워크 장치로 상기 수신한 패킷의 ACK-응답을 전송하는 것을 포함하는 제1무선 네트워크 장치
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2무선 네트워크 장치는
    상기 제1무선 네트워크 장치로부터 패킷을 수신하고, 상기 패킷이 RTT 측정을 위한 TCP 패킷인 경우 상기 제1무선 네트워크 장치로 상기 TCP 패킷의 ACK-응답을 전송하는 것을 포함하는 제1무선 네트워크 장치
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