KR20060010019A - 애드혹 네트워크에서 티시피를 위한 혼잡 윈도우 조절방법 - Google Patents

애드혹 네트워크에서 티시피를 위한 혼잡 윈도우 조절방법 Download PDF

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개시된 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법에 관한 발명은 이동 애드혹 네트워크 환경에서 TPC 송신자가 중간노드를 통해 TCP 수신자에게 데이터를 전송하는 중에 노드 이동으로 인해 경로가 실패하는 경우, 중간노드에서 경로의 재설정을 시도한 후, AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector) 프로토콜의 라우팅 정보를 TCP 송신자에게 보내는 제1단계와, 상기 TCP 송신자가 AODV 프로토콜의 라우팅 정보를 이용하여 TCP 연결 경로상의 상태를 파악하고 혼잡 윈도우의 크기를 선택하는 제2단계를 포함한다.
상기한 본 발명에 의하면 애드혹 네트워크 상에서 TCP 연결 경로에 있는 노드의 이동에 따른 TCP 성능 저하를 해결할 수 있으며, 경로상의 노드의 이동 상황과 노드의 버퍼이용률을 기반으로 경로 재설정 후 적절한 크기의 혼잡 윈도우를 결정하는데 이론적 배경을 제공할 수 있다.
애드혹, 네트워크, TCP, 혼잡 윈도우 크기, 버퍼이용률, 임계치

Description

애드혹 네트워크에서 티시피를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법 {Congestion window adjustment method for TCP over ad-hoc networks}
도 1a와 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따라 중간노드에서 지역적인 복구가 일어나는 경우에 경로 재설정 모습을 보인 도면이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 임시적인 노드의 이동에 의한 경로 재설정 모습을 보인 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 중간노드에서 지역적인 복구를 통해 우회 경로를 설정하지 못하는 경우에 TCP 송신자에서의 전체적인 경로 재설정 모습을 보인 도면이다.
도 4a와 도 4b는 도 1의 중간노드에서의 지역적인 복구 위한 메시지 시그널링을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 경우에 TCP 송신자의 혼잡 윈도우 조절 방법을 나타내는 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
D : TCP 수신자 I : 이동 노드
R : 복구 노드 S : TCP 송신자
본 발명은 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 네트워크의 혼잡으로 인한 패킷의 손실과 노드의 이동에 따른 패킷의 손실을 구분할 뿐 아니라 노드의 이동에 따라 패킷이 손실될 때의 네트워크 상황을 구분하는 혼잡 윈도우 조절 방법에 관한 것이다.
애드혹(Ad-hoc) 네트워크 환경에서의 TCP 성능향상에 대한 기법들은 대부분 중간노드에서 TCP 송신자(Sender)로 네트워크의 상황을 알려주는 피드백 정보를 이용한다.
이러한 네트워크의 정보는 경로의 실패와 네트워크의 혼잡을 구별하여 불필요하게 혼잡 윈도우를 줄이지 않도록 하여 성능을 향상 시킨다.
종래의 TCP 성능향상 기법중 첫째, 문헌 [1](K. Chadran, S. Raghunathan, S. Venkatesan and R. Prakash, "A feedback based scheme for improving TCP performance in ad-hoc wireless networks", in Proc. 18th International Conference on Distributed Computing Systems. )에 개시된 TCP-F(TCP-Feedback)는 중간노드를 이용한 일종의 피드백 메커니즘이다.
설정된 경로가 잘못된 경우, 중간노드가 관찰을 통해 경로가 실패를 감지하여, 경로 실패 공지(Route Failure Notification)를 통해 TCP 송신자에게 전달하게 된다.
TCP 송신자는 전송을 중지하고 경로가 재설정되기까지 기다린다.
중간노드는 경로가 재설정되면, 경로 재설정 공지(Route Re-establishment Notification)를 TCP 송신자에게 전달하여 재설정을 처리한다.
이때 TCP 송신자는 혼잡 윈도우의 크기를 경로 재설정 이전의 값으로 전송을 시작한다.
둘째, 문헌 [2](G. Holland and N. Vaidya, "Analysis of TCP performance over mobile ad hoc networks", in Proc. ACM MOBICOM 2001.)에 개시된 ELFN 기반 기법((Explicit Link Failure Notification)-Based Approach)은 역시 경로 실패를 감지해내기 위해 DSR(Dynamic Source Routing) 프로토콜을 이용한다.
경로 연결 실패를 감지하면, ELFN 메시지를 통해서 해당 노드에서 TCP 송신자로 경로의 연결이 실패되었음을 알리게 된다.
첫째의 TCP-F와 같이, 경로가 실패하게 되면 전송을 중지하고 경로가 재설정되기를 기다린 후, 경로가 재설정되면 혼잡 윈도우의 크기를 경로 실패 이전의 값으로 전송을 다시 시작한다.
셋째, 문헌 [3](J. Liu, and S. Dingh, "ATCP:TCP for Mobile Ad Hoc Networks", IEEE Journal on selected areas in communications, vol. 19, No. 7, July 2000)에 개시된 ATCP(Ad Hoc TCP)는 기존의 TCP에 대한 수정 없이, 새로운 레이어(ATCP)를 삽입하고 다양한 상태를 가정하여, 성능을 개선한다.
ATCP 레이어는 TCP 송신자에 수신되는 패킷을 모니터링하여 경로상의 상태를 결정한다.
ECN(Explicit Congestion Notification)을 수신하면 경로가 혼잡 상황임을 인식하고 TCP의 혼잡제어 메커니즘을 수행한다.
이중 인지(Dup-Acks) 메시지를 통해 중간노드에서 패킷이 손실되었음을 알게 되면 손실된 패킷을 빠르게 재전송(Fast-Retransmission)한다.
경로의 실패나 네트워크 파티션(Network Partition)은 ICMP(International Control Message Protocol) 메시지를 통해 인식한다.
이 경우에는 패킷의 전송을 중지하고 경로가 재설정되기를 기다린 후, 경로가 재설정되면 혼잡 윈도우의 크기를 초기화 하여 전송을 시작한다.
상기한 3가지의 피드백 정보를 이용하는 방법 이외에, 고정 재전송 타임아웃(Fixed RTO) 기법은 연속적인 타임아웃이 발생하면, 이것을 경로 실패로 보고, 재설정이 일어날 때까지 RTO를 더 이상 증가하지 않고 멈추어 버린다.
또한 TCP-DOOR 는 잘못된 순서로 전달되는 패킷 전달을 감지하는 메커니즘을 소개한다.
TCP-DOOR 기법은 헤더에 한 바이트 또는 두 바이트의 옵션을 추가하여 패킷의 순서를 감지한다.
한편 노드의 이동이나 TCP 연결 경로상의 중간노드에 걸리는 트래픽 부하(Offered Load)에 따라, 경로 재설정 후 TCP 패킷 전송량을 결정할 필요가 있다.
그러나, 상기한 3가지의 피드백 정보를 기반으로 하는 방법들은 단순히 네트워크의 상황을 혼잡과 구분 하는데 중점을 둔다.
혼잡 윈도우는 경로 재설정 후의 TCP 패킷 전송량을 결정하는 중요 요소이 다.
TCP-F, ELFN 기반 기법은 경로 재설정전의 혼잡 윈도우의 크기를 그대로 사용하고, ATCP는 혼잡 윈도우의 크기를 초기화 한다.
즉, 애드혹 네트워크에서 TCP의 성능을 향상시키기 위한 종래 피드백 정보를 이용하는 방법들은 단지 패킷 손실의 원인만 구분할 뿐 네트워크의 다양한 변화와 네트워크의 용량을 고려하지 못하였다.
또한, 고정 재전송 타임아웃(Fixed RTO) 기법이나 TCP-DOOR는 특정한 상황에 부합되는 특수한 피드백 기법으로 이러한 기법의 구현이 어렵고, TCP-DOOR에서 사용되는 옵션은 일종의 오버헤드(overhead)가 된다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 애드혹 네트워크 상에서 TCP 연결 경로에 있는 노드의 이동에 따른 TCP 성능 저하를, 경로상 노드의 이동 상황과 노드의 버퍼이용률을 기반으로 경로 재설정후 적절한 크기의 혼잡 윈도우를 결정하는 방법으로 해결하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 네트워크의 혼잡으로 인한 패킷의 손실과 노드의 이동에 따른 패킷의 손실을 구분할 뿐 아니라, 노드의 이동에 따라 패킷이 손실될 때의 네트워크 상황을, TCP 송신자가 수신하는 ADOC 프로토콜의 라우팅 정보를 이용하여 구별한다.
또한, 경로 재설정 후에 TCP 송신자가 수신하는 ADOC 프로토콜의 라우팅 정 보에 경로상에 변화가 있는 노드의 버퍼이용률을 포함하여, 중간노드의 부하를 판단하고 적절한 혼잡 윈도우의 크기를 선택함으로서 혼잡 윈도우의 크기를 네트워크 상황에 적응적으로 선택한다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
애드혹 네트워크에서 네트워크의 상 황을 고려하여 TCP의 성능을 향상하기 위해 다음 각 경우에 따라 네트워크 상황에 적절한 혼잡 윈도우의 크기를 조절한다.
상기 원도우의 크기(window size)는 데이터 통신에서 수신 노드로부터의 긍정 응답을 기다리지 않고 연속적으로 논리적 통신 경로를 통하여 송출할 수 있는 패킷이나 프레임의 수를 말한다.
도 1a와 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따라 중간노드에서 지역적인 복구가 일어나는 경우에 경로 재설정 모습을 보인 도면이다.
도 4a와 도 4b는 도 1의 중간노드에서의 지역적인 복구 위한 메시지 시그널링을 나타내는 도면이다.
노드(I)의 이동과 같은 중간노드의 부분적인 변화가 발생하면 ADOC 라우팅 프로토콜은 지역적인 복구를 수행하게 된다.
TCP 송신자(S)는 지역적인 복구가 이루어지는 경우 TCP 수신자(D)에게 전송을 중지하고 경로가 재설정되기를 기다린다.
경로가 재설정되면 새롭게 경로에 들어온 노드들의 버퍼이용률(Qbuf)을 기반으로 이전의 혼잡 윈도우의 크기를 사용할 수 있는지의 여부를 결정한다.
새로운 경로상의 버퍼이용률(Qbuf)이 특정한 임계치(Qthr)를 넘는다면 새로운 경로는 이전의 혼잡 윈도우 크기를 지원하지 못한다는 것을 의미하므로 혼잡 윈도우의 크기를 초기화한다.
임계치보다 작다면 경로 재설정 이전의 혼잡 윈도우 크기가 사용 가능하므로, 라우팅 메시지 속에 새로운 경로의 버퍼이용률을 포함하여 TCP 송신자에 보내어 혼잡 윈도우의 크기를 적응적으로 선택하게 한다.
도 4에서, 본 발명은 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector) 라우팅 프로토콜의 라우팅 정보를 이용하여 TCP 송신자가 혼잡 윈도우의 크기를 조절함을 알 수 있다.
중간노드에서 경로가 실패하여 데이터 전송을 위해 새로운 경로 설정이 필요한 경우, AODV 라우팅 프로토콜은 탐색 기간(Discovery period)동안 경로 설정 요구(Route Request; 이하 RREQ) 메시지를 작성하여 이웃 노드로 동보(Broadcast) 전송한다.
그러면 목적지 노드로의 경로 정보를 가진 중간노드(지역적 복구 중간노드) 또는 목적지 노드가 해당 RREQ 메시지를 수신한 경우 경로 설정 응답(Route Reply; 이하 RRER) 메시지를 작성하여 역방향 경로를 통해 해당 RREQ 메시지를 전송한 노드(복구 노드)로 유니캐스트 전송한다.
탐색을 시작한 복구 노드(R)는 N'플래그가 설정된 경로 설정 에러(Route Error: 이하 RERR) 메시지를 작성하고 TCP 송신자(S)에게 보내어 지역적인 복구가 수행되었음을 알린다.
이러한 라우팅 메시지의 송수신 과정에서 지역적인 복구가 수행되는 노드의 버퍼이용률(Qbuf) 값을 RREP, RRER 메시지에 함께 전송한다.
만약 복구 노드에서 탐색 기간동안 RREQ 메시지에 대한 RREP 메시지를 받지 못하면, N'플래그가 세팅되지 않은 RERR 메시지를 작성하고 TCP 송신자에게 보내어 지역적인 복구가 수행되지 않았음을 알린다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 임시적인 노드의 이동에 의한 경로 재설정 모습을 보인 도면이다.
TCP 연결 경로상의 한 노드가 일시적으로 이동하였다가 다시 연결이 설정되는 경우에는, 그 노드에 걸리는 부하가 크게 변하지 않는다면 이전의 혼잡 윈도우의 크기를 그대로 사용한다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 중간노드에서 지역적인 복구를 통해 우회 경로를 설정하지 못하는 경우, TCP 송신자에서의 전체적인 경로 재설정 모습을 보인 도면이다.
도 5는 도 3의 경우에 TCP 송신자의 혼잡 윈도우 조절 방법을 나타내는 순서도이다.
경로가 실패하여 지역적인 복구를 수행하였으나 지역적인 새로운 우회 경로 를 찾지 못한다면 RERR 메시지에 'N'플래그를 세팅하지 않고 TCP 송신자(S)에게 보내어 TCP 송신자에서 전체적인 새 경로를 설정하게 한다.
이때, 경로 실패 이전의 혼잡 윈도우의 크기가 새로운 경로에 적합하지 않으므로 초기화하여 네트워크의 상황에 맞는 적절한 값을 찾는다.
도 5에서 TCP 송신자는 RERR 메시지를 수신하여 N플래그의 세팅 여부를 판단하고(S502), 세팅되어 있다면 버퍼이용률(Qbuf) 값과 임계치(Qthr) 값을 비교하여(S512), 새로운 경로상의 버퍼이용률이 특정한 임계치를 넘는다면 혼잡 윈도우의 크기를 초기화한 후(S522) 세그먼트 전송을 시작한다(S508).
상기 S512단계에서 임계치보다 작다면, 경로 재설정 이전의 혼잡 윈도우 크기를 새로운 혼잡 윈도우 크기로 선택한 후(S514) 세그먼트 전송을 시작한다(S508).
상기 S502단계에서 N플래그가 세팅되어 있지 않다면, 새로운 경로를 탐색하여(S504) RREP를 수신하고, 이때 경로 실패 이전의 혼잡 윈도우의 크기가 새로운 경로에 적합하지 않으므로 초기화하여(S506) 세그먼트 전송을 시작한다(S508).
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 애드혹 네트워크 상에서 TCP 연결 경로에 있는 노드의 이동에 따른 TCP 성능 저하를 해결할 수 있으며, 경로상의 노드의 이동 상황과 노드의 버퍼이용률을 기반으로 경로 재설정 후 적절한 크기의 혼잡 윈도우를 결정하는데 이론적 배경을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 이동 애드혹 네트워크 환경에서 TPC 송신자가 중간노드를 통해 TCP 수신자에게 데이터를 전송하는 중에 노드 이동으로 인해 경로가 실패하는 경우, 중간노드에서 경로의 재설정을 시도한 후, AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector) 프로토콜의 라우팅 정보를 TCP 송신자에게 보내는 제1단계와,
    상기 TCP 송신자가 AODV 프로토콜의 라우팅 정보를 이용하여 TCP 연결 경로상의 상태를 파악하고 혼잡 윈도우의 크기를 선택하는 제2단계를 포함하는 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계는, 중간노드에서 탐색 기간(Discovery period)동안 경로 설정 요구(Route Request; 이하 RREQ) 메시지를 작성하여 이웃 노드로 동보(Broadcast) 전송하는 제1-a단계와,
    목적지 노드로의 경로 정보를 가진 중간노드 또는 목적지 노드가 해당 RREQ 메시지를 수신한 경우 경로 설정 응답(Route Reply; 이하 RRER) 메시지를 작성하여 역방향 경로를 통해 해당 RREQ 메시지를 전송한 노드로 유니캐스트 전송하는 제1-b단계와,
    중간노드에서 N플래그가 세팅된 경로 설정 에러(Route Error: 이하 RERR) 메시지를 작성하여 TCP 송신자에게 보내는 제1-c단계와,
    중간노드에서 탐색 기간동안 RREQ 메시지에 대한 RREP 메시지를 받지 못한 경우, N플래그가 세팅되지 않은 RERR 메시지를 작성하여 TCP 송신자에게 보내는 제1-d단계로 이루어짐을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 TCP 송신자가 RERR 메시지에 포함된 N플래그의 세팅여부에 따라 TCP 연결이 재설정되었는지 실패하였는지 판단함을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 TCP 송신자가 RERR 메시지와 함께 송신된 중간노드의 버퍼이용률을 기준으로 새로운 TCP 경로에서 이전 혼잡 윈도우의 크기가 유효한지를 판단함을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2단계는, 상기 TCP 송신자가 RERR 메시지를 수신하여 N플래그의 세팅 여부를 판단하는 제2-a단계와,
    세팅되어 있는 경우, 새로운 경로상의 중간노드의 버퍼이용률(Qbuf) 값과 임 계치(Qthr) 값을 비교하는 제2-b단계와,
    새로운 경로상의 버퍼이용률이 특정한 임계치를 넘는 경우, 혼잡 윈도우의 크기를 초기화하는 제2-c단계로 이루어짐을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2-b단계에서, 상기 임계치보다 작은 경우, 경로 재설정 이전의 혼잡 윈도우 크기를 새로운 혼잡 윈도우 크기로 선택하는 제2-d단계가 더 구비됨을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2-a단계에서, 상기 N플래그가 세팅되어 있지 않은 경우, 새로운 경로를 탐색하는 제2-e단계와,
    경로 실패 이전의 혼잡 윈도우의 크기가 새로운 경로에 적합하지 않으므로 혼잡 윈도우의 크기를 초기화하는 제2-f단계가 더 구비됨을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 TCP를 위한 혼잡 윈도우 조절 방법.
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