KR20050115253A

KR20050115253A - 무선 네트워크에서의 서비스 품질 차별화 방법 및 무선장치

Info

Publication number: KR20050115253A
Application number: KR1020057016011A
Authority: KR
Inventors: 지후아 구오; 웬유 주; 퀴안 장; 준 쟈오
Original assignee: 마이크로소프트 코포레이션
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-12-07
Also published as: WO2004077225A3; CN1771746A; WO2004077225A2; JP2006520140A; TW200423617A; US20040170150A1; US6937591B2; US20050122902A1; EP1590978A2; US7593423B2; CN100411458C; EP1590978B1; KR100995189B1; TWI332330B; US20050100040A1; EP1590978A4; JP4495721B2; US7602707B2

Abstract

본 방법은 분산 방식으로 MAC(Media access control) 계층 파라미터에 적응형 업데이트를 제공함으로써 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공한다. 본 방법은 네트워크를 통한 전송에 대해 실패 확률을 계산하는 단계, 실패 확률의 매핑된 함수에 따라 경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 결정하는 단계, 및 목표 값의 스케일링 함수에 따라 경쟁 윈도우를 변경하는 단계를 포함한다. 매핑된 함수 및 스케일링은 QoS 차별화를 제공할 수 있다. 무선 장치는 무선 타임 슬롯형이 된 네트워크에서 공정성을 보장하고, 경쟁 윈도우의 변경을 가능하게 하고 MAC 계층에 대한 새로운 파라미터를 제공하기 위해 하나 이상의 확률의 매핑된 함수에 따라 경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 결정하기 위한 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 네트워크 드라이버 인터페이스, 네트워크 모니터, 통계 엔진 및 적응형 파라미터 엔진을 포함한다.

Description

무선 네트워크에서의 서비스 품질 차별화 방법 및 무선 장치{QUALITY OF SERVICE DIFFERENTIATION IN WIRELESS NETWORKS}

본 발명은 일반적으로 컴퓨터 시스템에 관한 것으로서, 특히, 컴퓨터 시스템 및 컴퓨터 장치의 서비스 품질에 대한 차별화에 관한 것이다.

무선 네트워크는 점점 대중화되고 있다. 무선 네트워크의 대중성이 증가하면서, 사용자는 또한, 무선 네트워크로부터 음성, 비디오 및 데이터 통신 지원과 같은 더 넓은 적용범위를 요구한다. 무선 네트워크에 더 광범위한 요구가 부과되면서, 차별화된 서비스에 대한 더 복잡한 메커니즘이 요구된다. 예를 들어, 더 높은 우선순위를 갖는 사용자는 더 낮은 우선순위의 사용자보다 더 높은 대역폭을 보장받기를 필요로 한다. 그러나, 불행하게도, IEEE 802.11 프로토콜과 같은 무선 근거리 네트워크(WLAN) 프로토콜은 서비스 품질(Quality of Service; QoS) 지원 없이 최선-노력 데이터 통신을 행하도록 설계되어 있다.

현재의 802.11 프로토콜은 CSMA/CA(carrier sense multiple access with collosion avoidance) 프로토콜에 기초한 분산 조정 기능(distributed coordination function; DCF)를 제공하는 매체 액세스 제어(Media Access Control; MAC) 계층을 갖는다. CSMA/CA 프로토콜에 따르면, 패킷 전송은 2회의 대기 기간 후에 발생한다. 우선, 채널은 DCF 인터프레임 스페이싱(DCF interframe spacing; DIFS) 기간이라고 불리는 첫번째 대기 기간동안 아이들 상태(idle)로 감지된다. 두번째 대기 기간은 추가적인 백오프(backoff) 기간이며, 이것은 랜덤한 기간이다.

MAC 계층 프로토콜은 경쟁 윈도우(contention window; CW)에 따라 백오프 기간을 설정한다. 경쟁 윈도우(CW)는 랜덤한 백오프 기간이 선택되는 값의 범위이다. 특히, 전송 전에, 백오프 기간은 0에서 CW까지의 범위 내에서 랜덤한 값을 찾음으로써 계산된다. 그 후, 백오프 기간은 Backoff=Rand(0,CW)*T_slot와 같이 랜덤한 값을 이용하여 계산된다. T_slot은 슬롯 시간을 나타낸다. 아이들 상태의 DIFS에 후속하는 시간은 슬롯형이 되고, 슬롯의 시작부에서 전송만이 일어난다. 백오프 기간은 백오프 프로시저를 초기화하는 데 사용된다. 채널이 아이들 상태이면, 타이머는 감소한다. 다른 전송이 검출되면, 타이머는 동결된다. 채널이 DIFS 보다 더 오랜 기간동안 아이들 상태일 때마다, 백오프 타이머는 주기적으로 매 슬롯 시간에 한번씩 감소한다. 전송 시도가 성공적이지 못하면, CW는 CW에 대한 소정의 최대값에 도달될 때까지 두배가 된다. 따라서, CW는 패킷 전송을 시도하기 전에 랜덤한 백오프 기간을 결정하는 데 사용된다. IEEE 802.11 프로토콜에 대한 MAC 계층에서, 파라미터는 모든 유형의 트래픽에 대해 동일하도록 설정된다. 특히, 전송의 시작 시에, 초기의 경쟁 윈도우(CW_min)는 각각의 흐름에 대해 31이 되도록 설정되고, QoS 프레임간 간격(QIFS)은 모든 사용자에 대해 DIFS 기간으로 동등하게 설정된다. 결과적으로, 각각의 장치는 동등하게 다루어지고, 서비스 차별화는 가능하지 않다. 서비스 차별화의 결여로 인해, 멀티미디어 유형의 트래픽 및 다양한 QoS 요건을 갖는 임의의 실시간 트래픽의 수행은 현재의 WLAN 시스템에서 만족스럽지 못하다. 이 개시의 목적상, 지정되지 않은 경우, 경쟁 윈도우는 CW_min으로 표기한다.

첨부된 청구범위는 특수성을 갖는 본 발명의 특징을 설명하지만, 본 발명은 그 목적 및 장점과 함께, 첨부 도면과 함께 설명되는 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있다.

도 1은 일반적으로 본 발명이 속하는 예시적인 컴퓨터 시스템을 도시하는 블럭도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 무선 네트워크에 접속된 무선 장치의 블럭도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시하는 순서도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매핑 함수를 도시하는 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 목표 경쟁 윈도우로의 수렴을 도시하는 그래프.

도 6a는 현재의 802.11 전송에서의 말단 대 말단 평균 지연(delay)을 도시하는 그래프.

도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 고정된 차별화 및 적응형 경쟁 윈도우 방법을 이용하여 802.11 전송에서의 말단 대 말단 평균 지연을 도시하는 그래프.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 경쟁 윈도우 방법을 현재의 802.11 전송 및 고정된 차별화 스킴과 비교하여 전송의 처리량을 도시하는 그래프.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 경쟁 윈도우 방법을 현재의 802.11 전송 및 고정된 차별화 스킴과 비교하여 3-단계 프레임 손실률 대 사용자를 도시하는 그래프.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전송된 패킷의 누적 백분율 대 호출 대기 시간(latency)을 도시하는 그래프.

따라서, 본 방법, 무선 장치 및 컴퓨터 시스템은 분산 방식으로 매체 액세스 제어(Media access control; MAC) 계층 파라미터에 적응형 업데이트를 제공함으로써 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공한다. 본 방법은 네트워크를 통한 전송 실패 확률을 계산하는 단계, 경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 실패 확률의 매핑 함수에 따라 결정하는 단계, 및 경쟁 윈도우를 목표 값의 스케일링 함수에 따라 변경하는 단계를 포함한다. 목표 값 및 스케일링의 매핑 함수 둘 다는 전송에 대해 QoS 차별화를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 본 방법은 (1) 경쟁 윈도우에 대한 이전 변경은 증가였고 실패 확률이 이전 실패 확률보다 작을 때, 또한 (2) 경쟁 윈도우에 대한 이전 변경이 감소였고 실패 확률이 이전 실패 확률보다 클 때, 경쟁 윈도우의 변경이 발생하는 것을 제공함으로써 사용자들 간의 공정성을 제공한다.

본 발명은 모든 소정수의 시도된 전송을 수행할 수 있다. 따라서, 본 방법을 통한 특정 횟수의 반복 후에, 경쟁 윈도우는 목표 값으로 수렴된다.

다른 실시예는 무선 시간 슬롯형 네트워크에서 공정성을 보장할 수 있는 무선 장치에 관한 것이다. 무선 장치는 무선 시간 슬롯형 네트워크에 신호를 전송 및 수신하도록 구성된 네트워크 인터페이스 카드(NIC), NIC에 연결되어 무선 시간 슬롯형 네트워크에 관한 통계적 파라미터를 제공하는 네트워크 드라이버 인터페이스, 네트워크 드라이버 인터페이스에 연결되어 네트워크 통계를 모니터링하는 네트워크 모니터, 적어도 네트워크 모니터에 연결되어 통계적 파라미터를 수신하고 통계적 파라미터에 대해 연산을 수행하여 하나 이상의 확률을 결정하는 통계 엔진(statistics engine), 및 하나 이상의 확률의 매핑 함수에 따라 경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 결정하여 경쟁 윈도우의 변경을 가능하게 하는 적응형 파라미터 엔진을 포함한다.

적응형 파라미터 엔진은 네트워크를 통한 전송을 위해 차별화된 서비스 품질(QoS)에 따라 목표 값의 스케일링 함수를 적용한다. 특히, 적응형 파라미터 엔진은 서비스 품질(QoS) 차별화를 제공하기 위해 네트워크 드라이버 인터페이스에 의해 유지될 때 MAC 계층에 대한 새로운 파라미터를 결정한다.

본 발명에 대한 추가적인 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 진행되는 예시적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

유사한 참조 번호들이 유사한 구성요소를 참조하는 도면으로 돌아와서, 본 발명은 적합한 컴퓨팅 환경에서 구현되는 것으로서 도시된다. 요구되지는 않지만, 본 발명은 개인용 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터-실행가능 명령들의 일반적 문맥으로 기술될 것이다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 태스크를 수행하거나 특정 추상 데이터 타입을 구현하는 루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다. 또한, 본 기술분야에 숙련된 기술자는 본 발명이 핸드-헬드 장치, 멀티-프로세서 시스템, 마이크로프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반이거나 프로그램가능한 전자기기, 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 등을 포함한 다른 컴퓨터 시스템 구성으로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 또한, 통신 네트워크를 통해 링크되어 있는 원격 프로세싱 장치에 의해 태스크가 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서도 실시될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치 둘 다에 위치될 수 있다.

도 1은 본 발명이 구현될 수 있는 적합한 컴퓨팅 시스템 환경(100)의 예를 도시한다. 컴퓨팅 시스템 환경(100)은 적합한 컴퓨팅 환경의 일례일 뿐이며, 본 발명의 용도 또는 기능의 범위에 대한 어떤 제한을 제시하는 것으로 의도되지 않는다. 컴퓨팅 환경(100)은 예시적인 오퍼레이팅 환경(100)에서 도시되는 컴포넌트들 중 임의의 하나 또는 그 조합에 관하여 어떠한 의존성 또는 요구사항을 갖는 것으로서 해석되어서는 안된다.

본 발명은 다수의 다른 범용 또는 특수 목적 컴퓨팅 시스템 환경 또는 구성과 함께 동작할 수 있다. 본 발명과 함께 사용하기에 적합할 수 있는 잘 알려진 컴퓨팅 시스템, 환경 및/또는 구성의 예로는, 개인용 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드-헬드 또는 랩탑 장치, 테블릿 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반 시스템, 셋탑 박스, 프로그램가능한 전자기기, 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 상술된 시스템 또는 장치들 중 임의의 것을 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등이 있지만, 이것으로 제한되지 않는다.

본 발명은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터-실행가능 명령어들의 일반적 문맥으로 기술될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 태스크를 수행하거나 특정 추상 데이터 타입을 구현하는 루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다. 본 발명은 또한, 통신 네트워크를 통해 링크되어 있는 원격 프로세싱 장치에 의해 태스크가 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서도 실시될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 메모리 저장 장치를 포함한 로컬 및/또는 원격 컴퓨터 저장 매체에 위치될 수 있다.

본 발명은 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 명령어들을 사용하여, 셀 폰, 핸드-헬드 장치, 무선 감시 장치, 마이크로프로세서-기반의 프로그램가능한 전자기기 등을 포함한 다양한 유형의 기계를 채용하는 시스템에서 구현될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 태스크를 수행하거나 특정 추상 데이터 타입을 구현하는 루틴, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다. "프로그램"이라는 용어는 하나 이상의 프로그램 모듈을 포함한다.

도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 구현하기 위한 예시적인 컴퓨팅 장치(100)를 도시한다. 가장 기본적인 구성에서, 컴퓨팅 장치(100)는 적어도 프로세싱 유닛(102) 및 메모리(104)를 포함한다. 정확한 구성 및 유형의 컴퓨팅 장치에 따라, 메모리(104)는 (RAM과 같은) 휘발성, (ROM, 플래시 메모리 등과 같은) 비휘발성 또는 이 둘의 임의의 조합일 수 있다. 기본적인 구성은 도 1에서 점선(106)으로 도시된다. 또한, 장치(100)는 추가적인 특징/기능도 가질 수 있다. 예를 들어, 장치(100)는 자기 또는 광 디스크 또는 테이프 등을 포함한 추가적인 저장장치(분리형 및/또는 비분리형)도 포함할 수 있다. 그러한 추가적인 저장장치는 도 1에서 분리형 저장장치(108) 및 비분리형 저장장치(110)로 도시된다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 포함한다. 메모리(104), 분리형 저장장치(108) 및 비분리형 저장장치(110)는 모두 컴퓨터 저장 매체의 예이다. 컴퓨터 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, CDROM, DVD(digital versatile disk) 또는 다른 광 저장장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 요구된 정보를 저장하는 데 사용될 수 있고 장치(100)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 임의의 그러한 컴퓨터 저장 매체는 장치(100)의 일부분일 수 있다.

장치(100)는 또한, 장치가 다른 장치들과 통신하게 하는 하나 이상의 통신 접속부(112)도 포함할 수 있다. 통신 접속부(112)는 통신 매체의 예이다. 통신 매체는 일반적으로, 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터를 반송파 또는 다른 전송 메커니즘과 같은 변조된 데이터 신호로 구현하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. "변조된 데이터 신호"라는 용어는 신호 내의 정보를 인코딩하기 위한 방식으로 설정 또는 변경된 특징들 중 하나 이상을 갖는 신호를 의미한다. 예를 들어, 통신 매체는 무선 네트워크 또는 직접-유선 접속부와 같은 유선 매체, 및 음향, RF, 적외선 및 다른 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 상술된 바와 같이, 여기에 사용된 컴퓨터 판독가능 매체라는 용어는 저장 매체와 통신 매체 둘 다를 포함한다.

장치(100)는 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 장치, 터치-입력 장치 등과 같은 하나 이상의 입력 장치(114)도 가질 수 있다. 디스플레이, 스피커, 프린터 등과 같은 하나 이상의 출력 장치(116)도 포함될 수 있다. 모든 이러한 장치는 본 기술분야에 잘 알려져 있고, 여기서 더 길게 설명될 필요가 없다.

본 발명이 의도하는 응용을 위해, 장치(100)는 무선 이동 장치로서 구성된다. 그 때문에, 장치(100)는 배터리 팩, 연료 전지 등과 같은 휴대용 전원(120)을 가지고 있다. 전원(120)은 장치(100)에 의한 계산 및 무선 데이터 전송을 위한 전력을 공급한다.

이제 도 2를 참조하면, 무선 컴퓨팅 장치(100)는 상이한 타입의 무선 네트워크들과 무선으로 통신하기 위한 네트워크 인터페이스 카드(network interface card; NIC)(201)를 더 포함한다. NIC(201)는 적합한 주파수 채널을 통해 무선으로 데이터를 전송하기 위해 안테나(202)에 연결되는 송신기(122)를 포함한다. 수신기(126)도 네트워크로부터 무선으로 전송된 통신 패킷을 수신하기 위해 안테나(202)에 연결된다. 네트워크 인터페이스 모듈(201) 및 안테나(202)는 도 1의 통신 접속부의 일부분이다. 일 실시예에서, 네트워크 인터페이스 카드(201)는 인프라구조 네트워크 및 임시적 네트워크(ad hoc network)를 포함한 네트워크 구성을 용이하게 하기 위해 IEEE 802.11 무선 접속부를 통한 무선 구성 서비스를 채용한다. 예시적인 네트워크 인터페이스 카드는 PCMCIA 무선 카드이다. 네트워크 인터페이스 카드의 인터페이스 유형 및 물리적 구성은 본 발명에 대해 결정적인 것이 아님을 이해할 것이다. 예를 들어, 인터페이스 유형은 PCI 또는 다른 유형일 수 있고, 네트워크 인터페이스 모듈은 별도의 카드에 상주할 필요가 없다. 그것은 컴퓨터의 마더보드 상에 포함될 수도 있고, 심지어 미래에는 프로세서 내에 구축될 수도 있다.

무선 네트워크 인터페이스 카드를 통해, 무선 컴퓨팅 장치(100)는 상이한 유형의 무선 네트워크들과 통신할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 도시된 환경에서, 무선 장치(100)는 그 액세스 포인트(231)를 통해 인프라구조 네트워크(230)에 무선으로 접속될 수 있다. 무선 장치(100)는 또한, 무선 장치(221, 222 및 223)와 같은 다른 무선 장치를 포함하는 임시적 네트워크라고도 불리는 피어-투-피어 네트워크(220)의 일부분일 수 있다. 인프라구조 네트워크의 액세스 포인트(231) 또는 임시적 네트워크(220)에 접속하기 전에, 무선 장치(100)는 프로브 요구를 송신함으로써 주기적으로 능동적으로 스캐닝함으로써, 및 액세스 포인트 또는 다른 장치에 의해 전송된 프로브 응답 신호에 대해 스캐닝함으로써 네트워크에 속한 장치에 대해 검색하는 상태에 있을 수 있다. 다르게, 무선 장치(100)는 액세스 포인트에 의해 전송된 비컨(beacon)에 대해 스캐닝함으로써 수동적으로 검색할 수 있다.

네트워크 드라이버 인터페이스 사양(network driver interface specification; NDIS) 인터페이스(203)는 네트워크 인터페이스 카드(201)의 동작을 제어한다. 네트워크 드라이버 인터페이스(203)는 무선 장치(100)의 오퍼레이팅 시스템 또는 무선 장치(100) 상에서 실행되는 별도의 실행가능한 프로그램의 일부이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 예시적인 NDIS 인터페이스(203)는 IEEE 802.11 사양에 따르고, 송신기(122) 및 수신기(126)를 통해 송신 및 수신된 네트워크 트래픽에 관한 통계적인 데이터를 포함한다.

NDIS 인터페이스(203)는 여기에 개시된 하나 이상의 방법을 구현하는 데 유용한 오브젝트를 제공한다. 예를 들어, NDIS 인터페이스를 통해 이용가능한 메트릭들 중 하나는 OBJ_802_11_STATISTICS라고 불리는 오브젝트이다. 오브젝트는 충돌 확률을 결정하는 데 유용한 통계를 제공한다.

OBJ_802_11_STATISTICS

{

ULONG Length;

LARGE_INTEGER TransmittedFragmentCount;

LARGE_INTEGER MulticastTransmittedFrameCount;

LARGE_INTEGER FailedCount;

LARGE_INTEGER RetryCount;

LARGE_INTEGER MultipleRetryCount;

LARGE_INTEGER RTSSuccessCount;

LARGE_INTEGER RTSFailureCount;

LARGE_INTEGER ACKFailureCount;

LARGE_INTEGER FrameDuplicateCount;

LARGE_INTEGER ReceivedFragmentCount;

LARGE_INTEGER MulticastReceivedFrameCount;

LARGE_INTEGER FCSErrorCount;

};

NDIS 인터페이스(203)로부터의 파라미터에 관하여, "TransmittedFragmentCount"는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)가 성공적으로 전송된 데이터 및 관리 프레그먼트의 개수를 제공한다. "MulticastTransmittedFrameCount"는 NIC가 멀티캐스트 또는 브로드캐스트로 전송된 프레임의 개수를 제공한다. 멀티캐스트 카운트는 멀티캐스트/브로드캐스트 비트가 전송된 프레임의 도착지 MAC 주소에 설정될 때마다 증가한다.

"FailedCount"는 짧은 프레임 또는 긴 프레임 재시도 제한을 초과한 후에 실패한 NIC 프레임 전송 횟수를 제공한다.

"RetryCount"는 한번 이상 재전송을 시도한 이후에 NIC가 성공적으로 재전송된 프레임의 개수를 제공한다.

"MultipleRetryCount"는 두번 이상 재전송을 시도한 이후에 NIC가 성공적으로 재전송된 프레임의 개수를 제공한다.

"RTSSuccessCount"는 NIC가 응답으로 "clear to send"(CTS)를 수신한 횟수를 제공한다.

"RTSFailureCount"는 NIC가 "request to send"(RTS)에 대한 응답으로 CTS를 수신하지 못한 횟수를 제공한다.

"ACKFailureCount"는 NIC가 수신하지 못한 확인응답(ACK)을 기대한 횟수를 제공한다.

"FrameDuplicateCount"는 수신한 복제 프레임의 개수를 제공한다. 프레임 내의 시퀀스 제어 필드가 복제 프레임을 식별한다.

"ReceivedFragmentCount"는 NIC가 성공적으로 수신한 데이터 및 관리 프레그먼트의 개수를 제공한다. ReceivedFragmentCount는 데이터 프레그먼트 또는 관리 프레그먼트가 수신될 때마다 증가한다.

"MulticastReceivedFrameCount"는 멀티캐스트 또는 브로드캐스트에 설정된 수신한 프레임의 개수를 제공한다. MulticastReceivedFrameCount는 NIC가 도착지 MAC 주소에 설정된 멀티캐스트/브로드캐스트 비트를 갖는 프레임을 수신할 때마다 증가한다.

"FCSErrorCount"는 NIC가 수신한 프레임으로서 FCS(frame check sequence) 에러를 포함한 프레임의 개수를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 네트워크 모니터(204)는 NDIS 인터페이스(203)에 연결되어, 하나 이상의 통계적 파라미터를 수신한다. 네트워크 모니터(204)는 오퍼레이팅 시스템의 일부분일 수 있으므로, 커널 모드에서 작동된다. 또한, 네트워크 모니터(204)는 오퍼레이팅 시스템 요건에 따라 오브젝트로서 통계적 파라미터를 수신하는 클래스 기반 모듈로서 동작할 수 있다. 아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 통계 엔진(statistics engine)(206)은 통계적 파라미터를 수신하고 그 파라미터에 대해서 연산을 수행하여 충돌 확률과 같은 확률을 판정한다. 그 확률은 MAC 계층에 대한 새로운 파라미터를 판정하기 위해 적응형 파라미터 엔진(208)에 전송되는데, MAC 계층은 QoS 차별화를 제공하기 위해 NDIS 인터페이스(203)에 의해 유지된다.

도 2와 조합하여 이제 도 3을 참조하면, 순서도는 무선랜(WLAN) 내에서의 QoS 차별화를 제공하는 것에 관한 일 실시예를 나타낸다. 순서도는 WLAN의 IEEE 802.11 구현의 MAC 계층에 대한 적응에 관한 것이다.

IEEE 802.11 프로토콜은 CSMA/CA(carrier sense multiple access with cllosion avoidance) 프로토콜에 기초한 DCF(distributed coordination function)를 제공한다. 실시간 데이터 흐름과 같은 채널을 통한 흐름 또는 장치 패킷 간의 서비스 차별화가 요청되면, 공정하고 효율적으로 채널 자원을 공유하기 위한 방법이 필요하다. 일 실시예에 따르면, 도 3에 나타낸 방법은 각각의 장치 또는 미리결정된 데이터 흐름에 대해 요청된 QoS에 따라 경쟁 윈도우(CW)를 바꾸는 경쟁 윈도우에의 업데이트를 제공한다. 이 실시예에 따르면, T_backoff=Rand(0,CW±ΔCW)*2ⁱ)*T_slot를 이용하여 백오프(backoff) 기간이 계산되며, 여기서 i는 백오프 스테이지이다.

이 방법은 CW를 판정하기 위한 적응 방법도 제공한다. 적응 방법이 필요한데, 그 이유는 CW에 대한 크기 제한이 채널을 통해 시도되는 전송 횟수에 대한 함수로서 WLAN 시스템 효율성에 영향을 미치기 때문이다. 채널이 붐비면, 이는 채널이 전송을 시도하는 장치들로 인해 바쁘다는 것을 의미하므로, 작게 고정된 CW 값은 장치가 전송하기에 너무 짧은 기간의 기회를 갖게 된다. 작게 고정된 CW는 스펙트럼 효율을 낭비시키는 충돌을 일으킨다. CW가 증가하면 충돌 확률이 감소한다. 또한, 낭비에 대한 시간 비용은 충돌과 백오프 기간을 더한 것에 대한 비용보다 훨씬 작아진다. 그러나, WLAN 시스템이 단지 몇몇의 장치만을 포함하면, 충돌 확률이 매우 낮아진다. 따라서, 매우 큰 CW 값은 장치가 프레임을 전송하기 위해 불필요하게 대기할 것을 요청한다. CW가 감소하면 데이터 전송이 빠르게 진행되고 시스템 작업 처리량이 증가한다. 그러므로, 임의의 주어진 시간에의 장치의 개수 및 충돌 확률에 따라, 효율적 전송을 위한 적절한 CW가 시간이 지나면서 수정될 수 있다. 그러므로, 적응형 CW 계산이 바람직하다.

모든 장치 또는 모든 흐름 판정마다에 대한 적응형 CW 계산은 WLAN에 대한 제어의 분산 유형으로 구현될 수 있다. 분산 제어 시스템은 집중화된 제어 시스템보다 선호되는데, 그 이유는 집중화된 제어 시스템은 액세스 지점(AP)이 네트워크에 관한 정보를 판정할 것을 요청하고 현재 IEEE 802.11 DCF와 호환되지 않기 때문이다. 반대로, 분산 제어 시스템은 현재 IEEE 802.11 DCF와 호환된다.

나타낸 방법은 사용자 컴퓨터 내에서 분산 방식으로 구현된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 블럭(310)은 미리결정된 수의 초 T 마다, 또는 미리결정된 양의 시간 마다 일어날 수 있는 이 방법의 시작을 식별한다.

시도한 전송 횟수가 미리결정된 임계치보다 작은지를 판정하기 위한 결정 블럭(320)이 제공된다. 특히, 네트워크 모니터(204)는 NDIS 인터페이스(203)의 파라미터로서 카운트를 검색할 수 있다. CW에 대한 이전 조정으로부터의 카운트는 시작 지점으로서 이용될 수 있다. 그 수가 미리결정된 임계치보다 작으면, CW에 대한 대안이 요청되지 않으며, 이 방법은 카운팅에 시도한 전송 횟수를 반환한다.

일 실시예에서, RTS가 이용되면, 네트워크 모니터(204)는 매 T 초마다 NDIS 인터페이스(203)로부터 수신한 값인 RTSFailureCount와 RTSSuccessCount를 체크하고(RTS가 이용되지 않으며, ACKFailureCount와 TransmittedFragmentCount를 체크함), 그 값들을 더해서 총 카운트를 결정한다. 그 카운트가 미리정의된 임계치 N(예를 들어, 100)보다 작으면, 네트워크 모니터(204)는 이전 조정으로부터의 카운트가 적어도 N이 될 때까지 또 다시 T 초를 기다리고 RTSFailureCount + RTSSuccessCount를 체크한다.

임계치가 미리결정된 임계치보다 크면, 이 방법은 블럭(330)으로 진행한다. 충돌 확률을, 일 실시예에서는 또한 실패의 확률을 계산하기 위한 블럭(330) 이 제공된다. 확률들을 판정하기 위해, NDIS 인터페이스로부터 가능한 메트릭을 이용하는 일 실시예가 제공된다. 당업자는 충돌 확률과 같은 확률을 판정하기 위한 메트릭은 다른 소스로부터 판정될 수 있으며, 본 발명의 영역에 속한다는 것을 인식할 것이다. 일 실시예에서, 확률은 네트워크 모니터(204)로부터 또는 직접적으로 NDIS 인터페이스(203)가 수신된 파라미터에 의해 통계 엔진(206) 내에서 결정된다.

설명된 바와 같이, NDIS 인터페이스(203)에 제공된 메트릭은 확률을 결정할 수 있다. 주어진 WLAN 시스템에 대한 올바른 확률은 WLAN 시스템의 유형에 의존한다. 예를 들어, RTS+CTS+데이터+ACK 유형 WLAN 시스템에 대해서, 실패 확률은 충돌을 제외하고는 에러가 없었던 시도의 총 전송에 대한 실패한 전송 횟수에 의해 주어진다.

RTS를 이용하지 않으면, 실패 확률은 실패를 총 시도한 전송으로 나눔으로써 대략 계산될 수 있다:

충돌 확률은 재시도 카운트를 총 전송 프레그먼트 카운트로 나눈 것과 같은 보다 일반적인 메트릭에 따라 판정될 수 있다:

시스템 요건에 따라, 여기서, 실시예에 대해 오직 충돌 확률만이, 오직 실패 확률만이, 또는 충돌 확률과 실패 확률 모두가 이용될 수 있다. 네트워크 통계 및 대응성을 보다 근접하게 추적하기 위해, 충돌 확률 및 실패 확률 모두가 적절한 통계자료이다.

충돌 확률 및/또는 실패 확률이 판정된 후, 블럭(340)은 평균 확률을 획득하고 네트워크 상태를 반영하지 않는 네트워크 내의 순간적인 수정에 응답하여 CW를 수정하는 것을 막기 위해 평활화 함수를 적용하는 단계를 제공한다. 당업자는 변화를 감소시키기 위해 시간이 지나면서 네트워크 특징을 판정할 수 있는 수많은 평활화 함수가 존재한다는 것을 인식할 것이다. 예시적인 평활화 함수는 다음과 같을 수 있다:

심볼 α은 평활화 계수를 나타내며, P_c,measured 및 P_f,measured는 통계 엔진(206)에 제공된 현재 메트릭에 따라 계산된다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, WLAN NDIS 인터페이스는 여기에 설명된 실시예에 대해 요청된 하나, 둘 또는 그 이상의 확률 통계를 판정하기 위한 메트릭을 제공하도록 구조될 수 있다.

실패 또는 충돌의 평활화된 확률이 판정된 후, 블럭(350 및 360)은 공정성 판정을 적용시킨다. 블럭(350 및 360)은 시스템 불안정성 및 불공정성을 피하기 위해 적용된다. 예를 들어, 불공정성은 다른 장치들은 그렇지않는 반면, 충돌을 경험하는 장치가 CW를 증가시킴으로써 발생할 수 있다. 이러간 증가는 충돌을 더욱 발생시킬 것이며, 이러한 충돌은 CW를 더욱 증가시켜서 시스템을 불안정하게 하고 불공정하게 한다.

구체적으로, 경쟁 윈도우에 가해진 이전 수정이 경쟁 윈도우를 증가시키기 위한 것이었는지, 그렇다면, 실패한 전송/충돌 확률이 증가했는지[ΔCW>0 및 P(n)>P(n-1)]를 판정하기 위한 블럭(350)이 제공된다. 경쟁 윈도우에 가해진 이전 수정이 경쟁 윈도우의 크기를 증가시키기 위한 것이었고, 실패한 전송/충돌 확률이 최후 전송 이후 증가했으면, 블럭(350)은 전송을 카운팅하기 위해 블럭(320)으로 반환된다. 그렇지 않으면, 이 방법은 블럭(360)으로 계속 진행된다.

경쟁 윈도우에 가해진 이전 수정이 경쟁 윈도우의 크기를 감소시키기 위한 것이었는지, 그렇다면, 실패한 전송/충돌 확률이 감소했는지[ΔCW<0 및 P(n)<P(n-1)]를 판정하기 위한 블럭(360)이 제공된다. 경쟁 윈도우에 가해진 이전 수정이 경쟁 윈도우의 크기를 감소시키기 위한 것이었고, 실패한 전송/충돌 확률이 감소했으면, 블럭(360)은 전송을 카운팅하기 위해 블럭(320)으로 반환된다. 그렇지 않으면, 이 방법은 블럭(370)으로 계속 진행된다.

블럭(350 및 360)은 "매 라운드마다 정지"를 요청함으로써 소정의 미리결정된 환경에서 동일한 크기의 경쟁 윈도우를 유지시킴으로써 공정성 및 안정성을 제공한다. 불균형은 장치가 경쟁 윈도우를 증가시키고 실패 및/또는 충돌의 감소된 확률을 통계적으로 관찰해야 하는데 그렇지 않을 때 공정성을 유지하기 위한 방법을 제공한다. 예를 들어, 동급의 서비스 품질 내의 모든 다른 장치가 주어진 실패/충돌 확률에 따라 그들의 경쟁 윈도우 크기를 수정하면, 실패 및/또는 충돌 내의 감소가 일어나야 한다. 그러나, 다음 라운드에서, 장치가 증가한 실패/충돌 확률을 경험하면, WLAN 내의 동급의 QoS의 다른 장치들은 그들 각각의 경쟁 윈도우 크기를 증가시키지 않았으며, 주어진 장치는 단독 희생물일 가능성이 있다. 일 실시예에 따르면, 구체적으로, 블럭(350 및 360)에서, 주어진 장치는 다른 것들이 CW를 조정하는 동안 그 CW를 보유하고 있다. CW를 감소시킬 때도, 유사한 액션이 취해질 것이다. 그 결과, 공정성이 통계적으로 유지될 수 있다.

도 4를 참조하여 후술된 매핑 함수에 따라 이 장치에 대한 목표 CW를 판정하기 위한 블럭(370)이 제공된다. 이 매핑 함수는 경쟁 윈도우의 크기에의 수정에 대한 양 또는 음의 방향을 제공한다. 매핑 함수는 상이한 QoS 등급에 대해서 상이할 수 있으므로, 서비스 차별화를 제공한다.

매핑 함수는 목표 경쟁 윈도우에 대한 값을 생성한다. 경쟁 윈도우 크기에의 수정을 계산하기 위해 목표 경쟁 윈도우, 스케일링 함수 및 현재 경쟁 윈도우 크기를 이용하는 블럭(380)이 제공된다. 특히, 경쟁 윈도우에 가해진 수정(그리고 그 결과로서의 경쟁 윈도우)은 다음과 같은 수학식을 이용하여 계산된다.

S는 상이한 QoS 등급에 대해서 서로 상이할 수 있는 스케일링 계수를 나타낸다. 스케일링 계수 S는 업 스케일(up scale)과 다운 스케일(down scale)로 나뉠 수 있으며, 이들은 각각 CW를 증가시키고 감소시키는데 이용된다. 보다 높은 우선순위를 갖는 QoS 등급에 대해서, 그것의 다운 스케일이 보다 낮은 우선순위의 다운 스케일보다 크게 설정되는 반면, 그것의 업 스케일은 보다 낮은 우선순위의 업 스케일보다 작게 설정된다.

CW_target은 목표 CW값을 나타내며, CW_cur은 현재 CW값이다.

이제 도 4를 참조하면, 그래프는 일 실시예에 따라 목표 CW를 판정하기 위해 가능한 매핑 함수를 예시한다. 이 그래프는 "목표 CW"로 레이블링된 가능한 경쟁 윈도우 크기에 관한 y축(410)을 나타낸다. x축(420)은 실패한 전송 또는 충돌 확률을 나타내는 0 내지 0.35 사이의 확률에 관한 것이다. 도시된 선은 상이한 매핑 함수에 관한 것인데, 선(430)은 선형 매핑 함수에 관한 것이고, 선(440)은 지수 매핑 함수에 관한 것이며, 선(450)은 2차 매핑 함수에 관한 것이다. 특히나, 각각의 매핑 함수는 증가 함수이고, 주어진 WLAN에 어떤 함수를 적용시킬 것인지에 대한 선택은 시스템 요건에 따를 수 있다. 도 4에 도시된 그래프는 15의 CW_minl로 표시된, 경쟁 윈도우의 하한 CW_min을 갖는 트래픽 등급의 유형에 적절할 수 있다. CW_minu로 표시된 최소 경쟁 윈도우 CW_min의 상한은 63이다. 하한에 대한 실패/충돌의 대응 확률 P는 2%(0.02)이고, 상한에 대한 실패/충돌 확률 P는 30%(0.3)이다. 일 실시예에서, 하한보다 작은 임의의 확률은 CW_minl에 매핑되며, 마찬가지로, 상한보다 큰 임의의 확률 P는 CW_minu에 매핑된다. 그러므로, 각각의 확률은 목표 경쟁 윈도우 크기를 가질 것이다.

목표 경쟁 윈도우 크기의 범위는 미리결정된 등급에 대한 서비스의 질을 판정한다. 따라서, 매핑 함수에 의해 차별화가 지원된다. 보다 높은 우선순위 흐름에 대해서, CW_minl과 CW_minu는 보다 낮은 우선 순위 흐름보다 작게 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 실시간 트래픽에 대해서 다음과 같다:

CW_minl=15, CW_minu=63, 및 P_{lower bound}=2%, P_{upper bound}=30%.

최선-노력 트래픽에 대해서는 다음과 같다:

CW_minl=31, CW_minu=127, 및 P_{lower bound}=2%, P_{upper bound}=30%.

매핑 함수는 다음의 적어도 2개의 지점을 지나쳐야 하는데, 그 2개의 지점은 참조번호 460으로 표시된 확률에 대한 하한이면서 최소 경쟁 윈도우에 대한 하한 (P_ft, CW_minl), 및 참조번호 470으로 표시된 확률에 대한 상한이면서 최소 경쟁 윈도우에 대한 상한 (P_fu, CW_minu). 두 지점 사이에서, 획일적으로 증가하는 함수는 실패/충돌의 관찰된 확률 P를 목표 CW에 매핑시킨다. 예를 들어, 실시간 흐름에 관련하여, 선형 함수에 대해서 다음과 같은 수학식이 주어진다:

[선(430)]

2차 매핑 함수에 대해서 다음과 같은 수학식이 주어진다:

[선(450)]

지수 매핑 함수에 대해서 다음과 같은 수학식이 주어진다:

[선(440)]

도 4와 조합하여 도 3을 다시 참조하면, 일 실시예에 따르면, 실패/충돌의 평활화된 확률이 블럭(340)에서 찾아진 후, 블럭(370)에 제공된 바와 같이 매칭 함수는 그 확률을 관련된 목표 CW에 매핑시키는데 이용된다. 예를 들어, 충돌 확률이 0.15 또는 15%이라고 판정되고 선형 매핑 함수가 적용되면, 도 4에 따라 목표 CW는 대략 35가 될 것이다. 목표 CW가 찾아진 후, CW를 조정하는 방향을 제공하기 위해 목표 CW를 이용함으로써 현재 CW에 가해진 수정이 계산[블럭(380)]될 수 있다. 목표 CW과 현재 CW 모두를 이용하는 수학식 5는 실제 조정 계단 크기를 판정한다. 경쟁 윈도우를 수정하기 위한 방향을 판정하기 위해 목표 CW를 이용함으로써, 2개의 스테이션이 동일한 확률을 가지고 채널을 평가할 수 있지만, 그들 각각의 경쟁 윈도우에 대한 실재 계단 크기는 상이할 수 있다.

동급의 장치에 의해 관찰된 과도적 P_c 및 P_f가 상이하더라도, 몇몇 경우에서는 다양성 때문에 15%정도 일수 있더라도, ΔCW 내의 차별화는 현재 경쟁 윈도우 크기에 가중치를 주는 수학식 5와 장치에 대한 서비스의 질에 따른 스케일링 때문에 타당한 임계치 내로 유지된다. 그러므로, 수학식 5는 사용자 공정성을 유지하는 것을 돕는다.

일 실시예에서, 경쟁 윈도우 크기에 대한 조정은 안정 상태 경쟁 윈도우 크기로 수렴되도록 적응된다. 특히, 도 5를 참조하면, 그래프는 도 3에 나타낸 방법이 어떻게 경쟁 윈도우의 적응형 수렴이 되게 하는지를 예시한다. 도 5의 그래프는 최소 경쟁 윈도우(510)에 하위 제한을 나타내는 15와 최소 경쟁 윈도우(520)에 상위 제한을 나타내는 63 사이의 가능한 목표 CW 값으로 y축을 갖는 매핑 함수를 도시한다. 0.03의 하위 실패/충돌 확률(540)과 0.30의 상위 실패/충돌 확률(550)을 예시하는 x축이 예시한다. 매핑 함수(570)는 지수 유형 매핑 함수로 도시된다. 도 5는 계단식 선(580)이 도시하는 바와 같이, 수학식 5 때문에 임의의 수정이 계단식으로 발생하는 것을 나타낸다. 구체적으로, 수학식 5를 이용하면, 현재 경쟁 윈도우 CW_current와 목표 경쟁 윈도우 CW_target 간의 차이가 클수록, CW에 대한 수정 ΔCW이 커진다. 그러므로, 도 5를 참조하면, 선(580)은 실재의 현재 경쟁 윈도우 크기와 대응하는 실패/충돌 확률을 나타낸다. 도시된 바와같이, 도 3에 나타낸 방법에 따른 제1 조정은 지점(590)에서 지점(592)으로 최대로 점프한다. 이 방법 또 다시 반복한 후, 경쟁 윈도우의 크기는 지점(592)에서 지점(594)로 점프한다. 마지막으로, 세번째로 반복한 후, 경쟁 윈도우의 크기는 지점(594)에서 지점(596)로 점프한다. 지점(596)에서, 현재 경쟁 윈도우의 크기는 목표 경쟁 윈도우와 일치한다. 목표 CW 주위에서 안정 상태 CW의 작은 변동이 있을 수 있다. 그러므로, 초기 경쟁 윈도우는 다소 작고 P_f는 다소 큰 장치에 대해서, CW_target은 63(CW_target)이어야 한다. 이 방법을 반복한 결과, 실제 CW는 증가한다. 증가의 결과로서, 관찰된 실패/충돌 확률은 약간 감소한다. 결과적으로, 이 방법은 이전 목표 CW 보다 작은 또 다른 CW_target을 판정하고, 경쟁 윈도우를 더 증가시킨다. 마지막으로, P가 CW_current에 정확히 대응하면, CW_current는 CW_target으로 증가할 것이다. 환언하자면, 지점(596)으로 도시된 CW_current = CW_traget이면, 전송들은 평형을 이룬다.

지금부터 도 6 내지 도 9를 참조해 보면, 본 실시예들에 따른 적응형 MAC 계층, 현존 MAC 계층 시스템, 및 QoS 요건에 따른 고정된 경쟁 윈도우 크기를 갖는 고정형 차별화-타입 MAC 계층 시스템 간의 차이를 나타낸 비교 그래프를 도시하고 있다. 도 6a 및 도 6b의 WLAN 시스템은 128kbps의 평균 비트 속도로 실시간 흐름(real-time flows)을 수행하는 15개의 장치들과 최선-노력 흐름(best-effort flows)을 수행하는 15개의 장치들로 구성된다. 각 장치는 액세스 포인트를 통해 통신한다. 이들 그래프에서는 두 등급의 QoS를, 즉 실시간 데이터와 최선 노력 데이터를 취하고 있지만, 당업자라면 더 많은 등급을 유사한 방식으로 관리할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 실시간 흐름은 일정 비트 속도(CBR) 트래픽이고, 최선-노력 흐름은 항상 활성 상태인 것으로 여겨지는데, 즉 항상 송신 프레임을 갖는다. 도 6a는 현존하는 801.11 방식을 도시한다. 도시된 바와 같이, y-축(602)은 말단 대 말단 평균 지연을 밀리초 단위로 식별한 것이며, x-축(604)은 사용자 1 내지 15를 나타낸다. 선(630)은 802.11 방식을 식별한 것으로, 여기서 CW는 모든 장치들에 대해 31로 고정되어 있다. 도시된 바와 같이, 현재 구성된 802.11b MAC 계층을 이용하여 얻어진 결과에서는, 일부 장치들은 제2 지연을 경험하게 되고, 다른 장치들은 0.5초의 지연을 경험하게 된다.

도 6b는 말단 대 말단 평균 지연을 밀리초 단위로 식별하는 y-축(610)과, 사용자 1 내지 15를 나타내는 x-축(620)을 도시한다. 선(640)은 고정된 차별화 방식을 나타내고 있으며, 여기서 두 종류에 대한 CW 값은 31과 63 각각으로 고정되어 있다. 비교를 위해, 본 실시예들에 따른 적응형 MAC 계층을 선(650)으로 도시하였고, 여기서 두 종류에 대한 초기 CW 값은 31과 63으로 각각 설정하였다.

상기 수학식 4 및 5를 이용하여 선(650)으로 표현된 적응형 MAC 계층의 파라미터들은 다음과 같은데, 즉 α= 0.3; 실시간 트래픽 : S_up = 20, S_down = 20: 최선 노력 트래픽 : S_up = 40, S_down = 10. 매핑 함수는 가장 단순한 선형 함수로서, T는 1초로 설정되어 있다. 시뮬레이팅된 802.11b 네트워크는 패킷 크기가 500바이트이고 RTS는 사용하지 않은 것으로 하였다.

도시된 바와 같이, 본 실시예들에 따른 적응형 방식의 지연은 고정형 차별화 방식(630)의 지연의 단지 절반 수준이다. 게다가, 본 실시예들에 따른 적응형 방식은 모든 사용자들에 있어 공정성을 유지한다.

지금부터, 도 7을 참조해 보면, 세 가지의 다른 유형의 MAC 계층 시스템을 통한 처리량(throughput)이 도시된다. y-축(710)은 초당 메가바이트의 대역폭을 나타낸다. x-축(720)은 초 단위의 시간을 나타낸다. 선(730)은 모든 사용자들에 대해 31의 현존 MAC 계층의 고정형 경쟁 윈도우 크기를 사용하는 802.11b 시스템을 나타낸다. 선(740)은 고정형 차별화 시스템을 사용하여 나타낸 것이다. 선(750)은 본 실시예에 따른 적응형 경쟁 윈도우를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 적응형 경쟁 윈도우 방법의 전체 시스템 처리량이 가장 크다. 이와 같이, 적응형 시스템은 실시간 흐름의 지연을 상당히 감소시킬 수 있으며, 차별화된 서비스를 제공하여 채널 이용율을 향상시킬 수 있다. 상술된 바와 같이, 본원에서 기재한 적응형 방식들은 CW를 적응적으로 증가시켜 충돌을 감소시킴으로써, 실시간 흐름뿐 아니라, 증가된 시스템의 총 처리량으로 인한 최선-노력 흐름의 처리량도 개선시킬 수 있다.

이제부터, 도 8을 참조해 보면, 적응형 경쟁 윈도우를 갖는 본 실시예에 따라 동작하는 두 종류의 흐름에 대한 누적 분포 함수로서 호출 대기 시간(latency) 분포를 도시하고 있다. y-축(810)은 패킷들의 누적 백분율을 제공하며, x-축(820)은 호출 대기 시간 메트릭을 밀리초 단위로 제공한다. 시뮬레이션은 128kbps의 평균 비트 속도로 실시간 흐름을 수행하는 장치들과, 최선-노력 흐름을 수행하는 장치들이 포함된다. 도시된 바와 같이, 본 실시예들에 따른 분포식 적응형 MAC 계층에 의해, 단단히 집단을 이루는 곡선들의 두 가지 종류(830 및 840)이 차별화된다. 단단한 집단 형성은 각 종류 내의 장치들이 공정한 취급을 받는다는 것을 나타낸다.

이제부터, 도 9를 참조해 보면, 일 실시예에 따른 적응형 경쟁 윈도우 시스템, 현존 802.11b MAC 계층 시스템, 및 고정형 차별화 시스템 간의 비교를 예시하는 다른 시뮬레이션이 나타나 있다. 도 9는 500 바이트의 패킷 크기와 RTS를 이용한 참가-탈퇴(join and leave) 시나리오를 나타낸다. y-축(910)은 실시간 흐름에 대한 프레임 손실율(FLR)을 제공하며, x-축(920)은 사용자 1 내지 50을 식별한다. 이 시뮬레이션에서는 80초의 세 단계(902, 904, 및 906)를 서로 다른 시간 주기로 도시한다. 특히, 각 단계는 20번의 최선-노력 흐름 및 20번의 실시간 흐름(각각 100kbps임)(902)과, 이어지는 10번의 실시간 흐름(각각 100kbps임) 및 9번의 실시간 흐름(각각 200kbps임)(904)과, 이어지는 1번의 실시간 흐름(100kbps임) 및 2번의 실시간 흐름(1.4Mbps)(906)을 포함하여 80초 동안 시뮬레이팅된다.

도시된 바와 같이, 제1 단계(902)에서는 적응형 경쟁 윈도우(940)와 고정된 차별화 시스템(950)이 고정된 경쟁 윈도우를 갖는 802.11b 시스템(930)보다 훨씬 더 양호한 FLR을 달성하게 된다. 제2 단계 및 제3 단계에서는, 본 실시예에 따른 적응형 경쟁 윈도우 시스템은 0의 FLR을 달성하는 반면, 다른 두 시스템 모두는 약 5%의 FLR을 달성하였다.

본 발명의 원리를 적용시킬 수 있는 가능성 있는 다양한 실시예들을 고려해 보면, 본 발명을 상기에 기술되고 도시된 실시예에 대해서만 한정되어서는 안 된다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자라면 소프트웨어로 도시된 실시예의 엘리먼트들을 하드웨어로 구현할 수 있으며, 또한 이 반대의 경우도 성립되거나, 예시된 실시예들은 본 발명의 범주 내에서는 그들의 구성 및 세부 사항들을 변경시킬 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범주 내에서는 이러한 모든 변형 및 수정 실시예를 포함하는 것으로 해석된다.

본 발명은 분산 방식으로 매체 액세스 제어(Media access control; MAC) 계층 파라미터에 적응형 업데이트를 제공함으로써 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공하는 방법, 무선 장치 및 컴퓨터 시스템을 제공한다.

Claims

시간 슬롯형 네트워크에서 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 방법으로서,

상기 네트워크를 통한 전송 실패 확률을 계산하는 단계,

경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 상기 실패 확률의 매핑 함수에 따라 결정하는 단계, 및

상기 경쟁 윈도우를 상기 목표 값의 스케일링 함수에 따라 변경하는 단계-상기 스케일링은 전송에 대한 QoS에 따름-

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

(1) 상기 경쟁 윈도우에 대한 이전 변경이 증가이었고 상기 실패 확률이 이전 실패 확률보다 낮은 경우, 또한 (2) 상기 경쟁 윈도우에 대한 상기 이전 변경이 감소이었고 상기 실패 확률이 상기 이전 실패 확률보다 큰 경우, 상기 경쟁 윈도우를 변경시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

시간이 지남에 따라 상기 경쟁 윈도우의 반복적인 변경은 상기 경쟁 윈도우를 상기 목표 값으로 수렴시키는는 방법.
제1항에 있어서,

소정의 파라미터들에 따라 상기 경쟁 윈도우의 변경을 반복하는 단계를 더 포함하고, 상기 소정의 파라미터들은 시도된 전송의 시점 및 횟수 중 하나 이상을 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 목표 값은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 무선 근거리 네트워크 WLAN에 대한 목표 경쟁 윈도우 값인 방법.
제1항에 있어서,

상기 목표 값은 목표 경쟁 윈도우 값이고, 상기 실패 확률의 매핑 함수는 상기 목표 경쟁 윈도우 값을 상기 전송에 대한 QoS에 따라 스케일링하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 경쟁 윈도우를 변경하는 단계는 상기 전송에 대한 새로운 경쟁 윈도우를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 새로운 경쟁 윈도우는 이전 경쟁 윈도우에 대해 소정의 변경을 가함으로써 결정되며, 상기 변경은 에 따라 결정되고, 여기서, ΔCW는 상기 이전 경쟁 윈도우를 변경시키는 양을 나타내며, CW_targ는 목표 경쟁 윈도우를 나타내고, CW_cur은 상기 이전 경쟁 윈도우를 나타내고, S는 상기 스케일링 함수를 나타내는 방법.
제1항에 있어서,

상기 네트워크용 네트워크 드라이버 인터페이스로부터 통계적 데이터를 검색하는 단계를 더 포함하는 방법.
제9항에 있어서,

상기 네트워크 드라이버 인터페이스로부터 검색된 상기 통계적 데이터는 상기 실패 확률을 제공하는 방법.
제9항에 있어서,

상기 네트워크 드라이버 인터페이스로부터 검색된 상기 통계적 데이터는 통계 엔진(statistics engine)이 상기 실패 확률을 결정하도록 하게 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 네트워크는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 프로토콜을 따르는 무선 근거리 네트워크(WLAN)인 방법.
제1항에 있어서,

상기 실패 확률을 계산하는 단계는 상기 실패 확률을 평활화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서,

상기 평활화 단계는 P(n)=αP(n-1)+(1-α)P_measured(n)에 따르고, 여기서, P_measured는 추정된 실패 확률을 나타내며, α는 평활 계수를 나타내는 방법.
무선 시간 슬롯형 네트워크에서의 공정성을 보장하기 위한 방법으로서,

상기 네트워크를 통한 전송 실패 확률을 계산하는 단계,

상기 실패 확률을 목표 경쟁 윈도우 값의 범위에 매핑시켜 경쟁 윈도우에 대한 변경을 결정하기 위한 목표 경쟁 윈도우 값을 결정하는 단계-상기 범위는 전송에 대한 차별화된 서비스 품질(QoS)에 따름-, 및

시도된 소정수의 전송 횟수 및 하나 이상의 공정성 메트릭 후에 상기 경쟁 윈도우에 대해 상기 결정된 변경에 따라 전송에 대한 상기 경쟁 윈도우를 반복적으로 변경하는 단계

를 포함하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 공정성 메트릭은 (1) 상기 경쟁 윈도우에 대한 이전 변경이 증가이었고 상기 실패 확률이 이전 실패 확률보다 낮으며, 또한 (2) 상기 경쟁 윈도우에 대한 상기 이전 변경이 감소이었고 상기 실패 확률이 상기 이전 실패 확률보다 큰 경우, 상기 경쟁 윈도우의 변경을 결정하는 것을 포함하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 실패 확률을 P(n)=αP(n-1)+(1-α)P_measured(n)에 따라 평활화시키는 단계를 더 포함하고, 여기서, P_measured는 추정된 실패 확률을 나타내며, α는 평활 계수를 나타내는 방법.
시간 슬롯형 네트워크에서 차별화된 서비스 품질(QoS)을 제공하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터-실행가능 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 방법은

상기 네트워크를 통한 전송 실패 확률을 계산하는 단계,

경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 상기 실패 확률의 매핑된 함수에 따라 결정하는 단계, 및

상기 경쟁 윈도우를 상기 목표 값의 스케일링 함수에 따라 변경하는 단계-상기 스케일링은 전송에 대한 상기 QoS에 따름-

를 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서, 상기 방법은

(1) 상기 경쟁 윈도우에 대한 이전 변경이 증가이었고 상기 실패 확률이 이전 실패 확률보다 낮은 경우, 또한 (2) 상기 경쟁 윈도우에 대한 상기 이전 변경이 감소이었고 상기 실패 확률이 상기 이전 실패 확률보다 큰 경우, 상기 경쟁 윈도우를 변경시키는 단계를 더 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서,

시간이 지남에 따라 상기 경쟁 윈도우의 반복적인 변경은 상기 경쟁 윈도우를 상기 목표 값으로 수렴시키는 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서, 상기 방법은

소정의 파라미터들에 따라 상기 경쟁 윈도우의 변경을 반복하는 단계를 더 포함하고, 상기 소정의 파라미터들은 시도된 전송의 시점 및 횟수 중 하나 이상을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서,

상기 목표 값은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 무선 근거리 네트워크 WLAN에 대한 목표 경쟁 윈도우 값인 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서,

상기 목표 값은 목표 경쟁 윈도우 값이고, 상기 실패 확률의 매핑 함수는 상기 목표 경쟁 윈도우 값을 상기 전송에 대한 상기 QoS에 따라 스케일링하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서,

상기 경쟁 윈도우를 변경하는 단계는 상기 전송에 대한 새로운 경쟁을 결정하는 단계를 더 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제24항에 있어서,

상기 새로운 경쟁 윈도우는 이전 경쟁 윈도우에 대해 소정의 변경을 가함으로써 결정되며, 상기 변경은 에 따라 결정되고, 여기서, ΔCW는 상기 이전 경쟁 윈도우를 변경시키는 양을 나타내며, CW_targ는 목표 경쟁 윈도우를 나타내고, CW_cur은 상기 이전 경쟁 윈도우를 나타내고, S는 상기 스케일링 함수를 나타내는 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서,

상기 네트워크용 네트워크 드라이버 인터페이스로부터 통계적 데이터를 검색하는 단계를 더 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제26항에 있어서,

상기 네트워크 드라이버 인터페이스로부터 검색된 상기 통계적 데이터는 상기 실패 확률을 제공하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제26항에 있어서,

상기 네트워크 드라이버 인터페이스로부터 검색된 상기 통계적 데이터는 통계 엔진이 상기 실패 확률을 결정하도록 하게 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제18항에 있어서,

상기 실패 확률을 계산하는 단계는 상기 실패 확률을 평활화시키는 단계를 더 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제29항에 있어서,

상기 평활화 단계는 P(n)=αP(n-1)+(1-α)P_measured(n)에 따르고, 여기서, P_measured는 추정된 실패 확률을 나타내며, α는 평활 계수를 나타내는 컴퓨터 판독가능 매체.
무선 시간 슬롯형 네트워크에서의 공정성을 보장하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 실행가능 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 방법은

상기 네트워크를 통한 전송 실패 확률을 계산하는 단계,

상기 실패 확률을 목표 경쟁 윈도우 값의 범위에 매핑시켜 경쟁 윈도우에 대한 변경을 결정하기 위한 목표 경쟁 윈도우 값을 결정하는 단계-상기 범위는 전송에 대한 차별화된 서비스 품질(QoS)에 따름-, 및

시도된 소정수의 전송 횟수 및 하나 이상의 공정성 메트릭 후에 상기 경쟁 윈도우에 대해 상기 결정된 변경에 따라 전송에 대한 상기 경쟁 윈도우를 반복적으로 변경하는 단계

를 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제31항에 있어서,

상기 공정성 메트릭은 (1) 상기 경쟁 윈도우에 대한 이전 변경이 증가이었고 상기 실패 확률이 이전 실패 확률보다 낮으며, 또한 (2) 상기 경쟁 윈도우에 대한 상기 이전 변경이 감소이었고 상기 실패 확률이 상기 이전 실패 확률보다 큰 경우, 상기 경쟁 윈도우의 변경을 결정하는 것을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제31항에 있어서,

상기 실패 확률을 P(n)=αP(n-1)+(1-α)P_measured(n)에 따라 평활화시키는 단계를 더 포함하고, 여기서, P_measured는 추정된 실패 확률을 나타내며, α는 평활 계수를 나타내는 컴퓨터 판독가능 매체.
무선 시간 슬롯형 네트워크에서의 공정성을 보장할 수 있는 무선 장치로서,

상기 무선 시간 슬롯형 네트워크에 대해 신호를 송수신하도록 구성된 네트워크 인터페이스 카드(NIC),

상기 NIC에 결합되며, 상기 무선 시간 슬롯형 네트워크에 관한 통계적 파라미터들을 제공하도록 구성된 네트워크 드라이버 인터페이스,

상기 네트워크 드라이버 인터페이스에 결합되며, 네트워크 통계를 모니터링하도록 구성된 네트워크 모니터,

적어도 상기 네트워크 모니터에 결합되며, 상기 통계적 파라미터들 수신하여 상기 통계적 파라미터들에 대해 연산을 수행함으로써 하나 이상의 확률을 결정하도록 구성된 통계 엔진, 및

상기 통계 엔진과 상기 네트워크 드라이버 인터페이스 중 하나 이상에 결합되며, 상기 하나 이상의 확률의 매핑 함수에 따라 경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 결정하여 백오프 주기의 변경을 가능하게 하도록 구성된 적응형 파라미터 엔진

을 포함하는 무선 장치.
제34항에 있어서,

상기 적응형 파라미터 엔진은 또한 상기 목표 값의 스케일링 함수를 적용하도록 구성되며, 상기 스케일링은 상기 네트워크를 통해 전송하기 위한 차별화된 서비스 품질(QoS)에 따르는 무선 장치.
제34항에 있어서,

상기 네트워크 모니터는 오퍼레이팅 시스템의 일부로서, 커널 모드에서 실행되도록 구성되는 무선 장치.
제34항에 있어서,

상기 네트워크 모니터는 오퍼레이팅 시스템 요건에 따라 상기 통계적 파라미터들을 객체들로서 수신하는 클래스 기반 모듈로서 동작하도록 구성되는 무선 장치.
제34항에 있어서,

상기 적응형 파라미터 엔진은 또한 상기 네트워크 드라이버 인터페이스에 의해 유지되는 매체 액세스 제어(MAC) 계층에 대한 새로운 파라미터들을 결정하여 서비스 품질(QoS) 차별화를 제공하도록 구성되는 무선 장치.
무선 시간 슬롯형 네트워크에서 공정성을 보장할 수 있는 컴퓨터 시스템으로서,

프로세서,

상기 프로세서에 결합된 메모리,

상기 프로세서에 결합되고, 상기 무선 시간 슬롯형 네트워크에 대해 신호를 송수신하도록 구성된 네트워크 인터페이스 카드(NIC),

상기 NIC에 결합되고, 상기 무선 시간 슬롯형 네트워크에 관한 통계적 파라미터들을 제공하도록 구성된 네트워크 드라이버 인터페이스,

상기 네트워크 드라이버 인터페이스에 결합되고, 네트워크 통계를 모니터링하도록 구성된 네트워크 모니터,

적어도 상기 네트워크 모니터에 결합되며, 상기 통계적 파라미터들 수신하여 상기 통계적 파라미터들에 대해 연산을 수행함으로써 하나 이상의 확률을 결정하도록 구성된 통계 엔진, 및

상기 통계 엔진과 상기 네트워크 드라이버 인터페이스 중 하나 이상에 결합되며, 상기 하나 이상의 확률의 매핑 함수에 따라 경쟁 윈도우를 결정하기 위한 목표 값을 결정하여 상기 경쟁 윈도우의 변경을 가능하게 하도록 구성된 적응형 파라미터 엔진

을 포함하는 컴퓨터 시스템.