KR20080079410A - 지속적인 혼잡감지를 이용한 ｔｃｐ 혼잡제어방법 - Google Patents

지속적인 혼잡감지를 이용한 ｔｃｐ 혼잡제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지속적인 혼잡감지를 이용한 전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol, 이하, 'TCP'라 칭함) 혼잡제어방법에 관한 것으로, 전송 제어 프로토콜(TCP)의 혼잡 상황을 제어하는 방법에 있어서, 대역폭 관리를 위한 혼잡 윈도우를 서로 다른 시간 척도를 갖는 제1 및 제2 혼잡 윈도우로 분리하는 단계와, 기 설정된 최소 전송률이 될 때까지 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기가 증가되도록 조절하기 위한 느린 시작모드를 수행하는 단계와, 상기 제2 혼잡 윈도우 크기가 최소 전송률을 만족할 경우, 상기 느린 시작모드를 멈춘 후, 상기 제2 혼잡 윈도우와 평균 지연시간을 이용하여 지속적인 혼잡 상황을 감지하며, 상기 감지된 지속적인 혼잡 상황에 따라 상기 제1 및 제2 혼잡 윈도우의 크기를 조절하기 위한 혼잡 회피모드를 수행하는 단계를 포함함으로써, 최소 전송률 이상의 대역폭을 확보할 수 있는 효과가 있다.
TCP, 혼잡 윈도우, 혼잡 회피모드, 느린 시작모드, 지속적인 혼잡감지

Description

지속적인 혼잡감지를 이용한 ＴＣＰ 혼잡제어방법{METHOD FOR TCP CONGESTION CONTROL USING CONSTANT CONGESTION STATE SENSING}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도.
도 2는 도 1의 단기적인 혼잡제어 수행단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 도 1의 지속적인 혼잡감지 수행단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 도 1의 장기적인 혼잡제어 수행단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 혼잡 회피 상태에서의 혼잡 윈도우 크기 변화를 도시한 그래프.
본 발명은 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 시간 척도를 갖는 두 개의 혼잡 윈도우를 이용하여 지속적인 혼잡감지를 수행함으로써, 최소 전송률 이상의 대역폭을 확보할 수 있도록 한 TCP 혼잡제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, TCP는 유한한 네트워크 자원을 효율적으로 공유하기 위하여 혼잡제어방법을 사용한다. 이 혼잡제어방법은 느린 시작(Slow Start)모드, 혼잡 회피(Congestion Avoidance)모드, 빠른 재전송(Fast Retransmission)모드, 빠른 회복(Fast Recovery)모드로 이루어진다. 이러한 모드들은 TCP Tahoe, TCP Reno, TCP Sack 등과 같은 혼잡제어방법을 구성한다.
그 중, TCP Tahoe 혼잡제어방법은 윈도우 크기를 조절하기 위해 느린 시작(slow start)모드와 혼잡 회피(congestion Avoidance)모드와 빠른 재전송(Fast retransmission)모드로 이루어진다.
여기서, 상기 느린 시작(Slow Start)모드는 TCP 연결이 설정된 후 처음 패킷을 보내기 시작할 때 수행되는 것으로서, 긍정응답(이하, 'ACK'라 함)을 수신할 때마다 송신 패킷의 크기를 지수적으로 증가시킨다.
즉, 송신측은 패킷의 일 회 왕복시간(Round Trip Time, 이하, 'RTT'라 함)마다 수신측으로부터의 ACK를 수신하면 혼잡 윈도우(Congesion WiNDow, CWND) 크기만큼의 패킷을 전송하는데, 상기 느린 시작모드에서는 ACK가 수신될 때마다 이 혼잡 윈도우(CWND)를 지수적으로 증가시킴으로써 전송 가능한 패킷량도 지수적으로 증가시킨다.
이러한 느린 시작모드에서 이 혼잡 윈도우(CWND)는 패킷 손실이 인식되거나 임계치에 도달할 때까지 점차 증가한다. 이 느린 시작모드에서의 혼잡 윈도우(CWND) 임계치를 SSTHRESH(slow-start threshold)라고 한다. 여기서, RTT는 한 패킷의 왕복시간을 의미한다.
느린 시작모드에서 혼잡 윈도우(CWND)가 SSTHRESH에 다다르면 혼잡 회피(Congestion Avoidance)모드가 수행된다. 상기 혼잡 회피모드는 ACK 수신시마다 혼잡 윈도우(CWND)의 크기를 선형적으로 증가(즉, 한 패킷의 왕복시간(RTT)동안 혼잡 윈도우(CWND)는 1씩 증가)시키는 방식으로서, 이때 SSTHRESH는 최대 윈도우 크기로 설정한다.
이러한 혼잡 회피(Congestion Avoidance)모드에서 혼잡 윈도우(CWND)는 패킷 손실이 감지될 때까지 계속 증가된다. 패킷 손실은 병목 게이트웨이의 큐 오버플로우에 의해 발생되는데, 송신측은 3개의 중복 ACK가 발생되거나 재전송 타임아웃이 발생하면 패킷 손실이 발생한 것으로 인지한다. 패킷 손실이 감지되면 송신측은 SSTHRESH 값을 현 혼잡 윈도우(CWND) 크기의 반으로 설정하고, 빠른 재전송(Fast Retransmission)모드를 수행한 후 느린 시작(Slow Start)모드부터 다시 시작한다.
즉, 송신측에 3개의 중복 ACK가 발생하면, 송신측은 패킷 손실로 판단하고 빠른 재전송(Fast Retransmission)모드를 수행하여 손실 패킷을 재전송한다. 이렇게 3개의 중복 ACK가 발생한 것을 패킷 손실로 인식하는 방법은 재전송 타임아웃에 의해 감지하는 것보다 빨리 패킷 손실을 감지할 수 있다. 송신측은 3개의 중복 ACK가 발생하면 패킷 손실을 감지하고 재전송 타임아웃 시간까지 기다리지 않고 손실 패킷을 수신측에게 재전송한다.
패킷 재전송 후 빠른 재전송모드에서 느린 시작모드로 전환되는데, 앞서 설명한 바와 같이 느린 시작모드에서 혼잡 윈도우(CWND)는 1로 초기화된 후 RTT마다 지수적으로 증가한다.
다음, TCP Reno 혼잡제어방법은 TCP Tahoe에서 발전된 방법으로서, 기존의 TCP Tahoe 혼잡제어방법인 느린 시작모드, 혼잡 회피모드, 빠른 재전송모드에 빠른 회복(Fast Recovery)모드를 추가 적용한 방법이다.
이러한 TCP Reno의 혼잡제어방법은 느린 시작모드에서는 혼잡 윈도우(CWND)를 지수적으로 증가시키고 혼잡 회피모드에서는 혼잡 윈도우(CWND)를 선형적으로 증가시키는 것까지는 앞서 설명한 TCP Tahoe와 동일하다. 그러나, 패킷 손실을 인식할 경우 재전송 타임아웃으로부터 패킷 손실을 인식한 것과, 3개의 중복 ACK 수신으로부터 패킷 손실을 인식한 것을 다르게 처리한다.
즉, 재전송 타임아웃에 의해 패킷 손실을 인식했을 경우에는 빠른 재전송모드를 거쳐 느린 시작모드부터 다시 시작한다. 그러나, 3개의 중복 ACK 수신에 의해 패킷 손실을 인식한 경우에는 빠른 재전송모드를 거쳐 빠른 회복모드를 수행한 후 혼잡 회피모드로 되돌아간다.
상기 빠른 회복(Fast Recovery)모드는 패킷 손실을 감지했을 때 손실 패킷을 재전송한 후 윈도우의 평형상태에 최대한 빨리 도달하기 위한 방안으로서, 혼잡 윈도우(CWND)를 최대한 빨리 패킷 손실 이전의 윈도우 크기 상태로 복구하고자 하는 것이다. 3개의 중복 ACK가 수신되면 송신측은 빠른 재전송모드를 수행하여, SSTHRESH값을 현 혼잡 윈도우(CWND)의 반으로 설정하고, 혼잡 윈도우(CWND)는 1로 설정한 후 손실 패킷을 재전송한다. 손실 패킷을 재전송한 다음에 송신측은 빠른 회복모드를 수행한다.
이러한 빠른 회복모드에서 송신측은 혼잡 윈도우(CWND)를 SSTHRESH+3으로 설정하고 중복 ACK 수신시마다 1씩 증가시킨다. 연속된 중복 ACK에 의해 혼잡 윈도우(CWND)가 증가하여 손실 직전의 혼잡 윈도우(CWND) 크기를 초과하면 송신측은 그 양만큼의 패킷 전송이 가능하다. 이때, 재전송한 패킷의 ACK가 수신되면 혼잡 윈도우(CWND)를 SSTHRESH값으로 설정하고 혼잡 회피(Congestion Avoidance)모드로 되돌아간다.
다음, TCP SACK 혼잡제어방법은 점진적 증가/배수적 감소(Additive Increase Multiplicative Decrease, AIMD)를 사용하고, 손실 회복을 보강하기 위해 선택적 ACK(Selective Acknowledgement, SACK)를 사용한다.
전술한 바와 같은 TCP Reno와 TCP SACK이 TCP의 대부분을 차지하고 있지만, 모든 종류의 인터넷 응용 프로그램을 지원하지는 못한다. 실제로 최소 전송률 이상의 속도가 유지되어야만 동작을 하는 프로그램들이 있는데, 대표적인 예로, 원격 데스크톱과 같은 신뢰성을 필요로 하는 실시간 프로그램과 높은 품질(Quality)이 요구되는 VOD 멀티미디어 서비스 그리고 온라인 게임 등이 있다.
기존의 TCP 기술들은 이메일이나 파일 전송과 같은 탄력적인 트래픽(traffic)에 효과적이지만, 최소 전송률을 보장해야 하는 비탄력적인 트래픽에 적합하지 않은 한계점을 가지고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 시간 척도를 갖는 두 개의 혼잡 윈도우를 이용하여 지속적인 혼잡감지를 수행함으로써, 최소 전송률 이상의 대역폭을 확보할 수 있는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비탄력적으로 네트워크를 사용하는 응용 프로그램이 전체 세션(session)동안 충분한 대역폭을 제공받을 수 있는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 전송 제어 프로토콜(TCP)의 혼잡 상황을 제어하는 방법에 있어서, (a) 대역폭 관리를 위한 혼잡 윈도우를 서로 다른 시간 척도를 갖는 제1 및 제2 혼잡 윈도우로 분리하는 단계; (b) 기 설정된 최소 전송률이 될 때까지 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기가 증가되도록 조절하기 위한 느린 시작모드를 수행하는 단계; 및 (c) 상기 제2 혼잡 윈도우 크기가 최소 전송률을 만족할 경우, 상기 느린 시작모드를 멈춘 후, 상기 제2 혼잡 윈도우와 평균 지연시간을 이용하여 지속적인 혼잡 상황을 감지하며, 상기 감지된 지속적인 혼잡 상황에 따라 상기 제1 및 제2 혼잡 윈도우의 크기를 조절하기 위한 혼잡 회피모드를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이 용한 TCP 혼잡제어방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 제1 혼잡 윈도우는 상기 제2 혼잡 윈도우보다 긴 시간 척도를 사용하며, 특정 개수(K)의 왕복시간(RTT)마다 갱신됨이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제2 혼잡 윈도우는 상기 제1 혼잡 윈도우보다 짧은 시간 척도를 사용하며, 매 ACK를 수신 받을 때마다 갱신된다.
바람직하게는, 상기 느린 시작모드는, 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기가 상기 최소 전송률을 보장하는 임계값이 될 때까지 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기를 매 왕복시간(RTT)마다 두 배로 증가시킨다.
바람직하게는, 상기 임계값은 최소 전송 속도와 평균 왕복 시간의 곱으로 구한다.
바람직하게는, 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기가 상기 임계값에 이르기 전에 패킷 손실이 발생할 경우, 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기를 절반으로 감소하고, 상기 느린 시작모드에 계속 머무르도록 한다.
바람직하게는, 상기 느린 시작모드가 끝날 경우, 상기 제1 및 제2 혼잡 윈도우의 크기를 각각 min(최소 전송 속도×평균 왕복 시간, 제2 혼잡 윈도우) 및 0으로 설정한다.
바람직하게는, 상기 제1 혼잡 윈도우의 크기는 0으로 초기화되며 상기 느린 시작모드가 끝날 때까지 변경되지 않는다.
바람직하게는, 상기 최소 전송률은 최소 전송 속도와 현재 왕복시간(RTT) 동안의 평균 지연시간의 곱으로 구한다.
바람직하게는, 상기 혼잡 회피모드는, (c-1) 매 ACK가 수신될 때마다 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기를 조절하기 위한 단기적인 혼잡 제어모드를 수행하는 단계; (c-2) 매 왕복시간(RTT)마다 지속적인 혼잡 상황 발생여부를 감지하기 위한 지속적인 혼잡 감지모드를 수행하는 단계; 및 (c-3) 상기 제2 혼잡 윈도우를 이용하여 상기 제1 혼잡 윈도우의 값을 변경하기 위한 장기적인 혼잡 제어모드를 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단기적인 혼잡 제어모드는, (c-1-1) 3개의 중복된 ACK 수신으로 인한 패킷 손실이 발생했을 경우, 현재 제2 혼잡 윈도우의 크기가 절반으로 줄어들도록 설정하는 단계; (c-1-2) 3개의 중복된 ACK가 수신되지 않고 일반적인 ACK가 수신될 경우, 현재 제2 혼잡 윈도우의 크기가 점진적으로 증가되도록 설정하는 단계; 및 (c-1-3) 기 설정된 재전송 타임아웃이 될 때까지 일반적인 ACK가 수신되지 않을 경우, 현재 제2 혼잡 윈도우의 크기를 0으로 설정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 지속적인 혼잡 감지모드는, (c-2-1) 혼잡의 지속성을 검사하기 위한 특정의 변수가 0일 경우, 상기 제2 혼잡 윈도우가 기 설정된 혼잡 윈도우 임계값보다 작거나 같고, 평균 지연시간이 기 설정된 지연 임계값보다 클 경우 상기 특정의 변수를 1만큼 증가시킴과 아울러 앞서 얻은 지연시간을 평균 지연시간으로 설정하는 단계; (c-2-2) 상기 특정의 변수가 0이 아닐 경우 기 설정된 기준값과 같으면 현재 제1 혼잡 윈도우의 크기를 "(1-α)ㆍ제1 혼잡 윈도우"만큼 줄이며, 현재 특정의 변수의 값을 0으로 설정하는 단계; (c-2-3) 상기 특정의 변수가 상기 기준값과 같지 않을 경우, 상기 평균 지연시간이 "
Figure 112007016859617-PAT00001
ㆍ앞서 얻은 지연시간"보다 크면 상기 변수의 값을 1만큼 증가시키는 단계; 및 (c-2-4) 상기 평균 지연시간이 "
Figure 112007016859617-PAT00002
ㆍ앞서 얻은 지연시간"보다 크지 않을 경우, 상기 변수의 값을 0으로 설정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 장기적인 혼잡 제어모드는, (c-3-1) 해당 전송 패킷의 왕복시간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수와 같은지를 판단하는 단계; (c-3-2) 상기 단계(c-3-1)에서의 판단 결과, 해당 전송 패킷의 왕복시간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수와 같을 경우, 상기 제2 혼잡 윈도우를 이용하여 상기 제1 혼잡 윈도우의 크기를 변경하는 단계; 및 (c-3-3) 상기 단계(c-3-1)에서의 판단 결과, 왕복시간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수와 같지 않을 경우, 전송할 패킷이 있는지 판단하여 전송할 패킷이 남아 있으면 상기 혼잡 회피모드로 리턴하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 측면은, 상술한 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 제공한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
먼저, 본 발명의 주 특징은 대역폭 관리를 위해 혼잡 윈도우(Congesion WiNDow, CWND)를 서로 다른 시간 척도(Time Scale)를 가지는 두 개의 제1 및 제2 혼잡 윈도우(W1)(W2)로 나누고 보다 정밀하게 혼잡 상황을 측정함으로써, 비탄력적으로 네트워크를 사용하는 응용 프로그램이 전체 세션(session)동안 충분한 대역폭을 제공받을 수 있다는 점이다.
이때, 제1 혼잡 윈도우(W1)는 최소 전송률을 가리키는 혼잡 윈도우 즉, 긴 시간 척도를 사용하는 혼잡 윈도우로서, 패킷 한 개의 손실과 같은 일시적인 혼잡에는 반응하지 않고, 현재 병목 구간의 링크에서 최소 전송 속도를 보장할 수 없다고 판단되는 지속적인 혼잡 상황이 발생할 경우에만 그 값을 조절한다.
즉, 제1 혼잡 윈도우(W1)는 특정의 개수(K)의 왕복시간(RTT)마다 갱신되며, xmin을 최소 전송 속도, davg를 현재 왕복시간(RTT) 동안의 평균 지연시간이라고 할 때, 제1 혼잡 윈도우(W1)가 xminㆍdavg만큼 크다면 TCP는 최소 전송 속도를 보장할 수 있다.
한편, 제1 혼잡 윈도우(W1)가 xminㆍdavg와 같게 되는 경우에 더 이상 증가하지 않으며, 장기적으로 지속되는 혼잡 상황일 경우에 그 값은 감소한다. 장기적인 혼잡 상황이 종료되면 다시 제1 혼잡 윈도우(W1)를 증가시킨다.
그리고, 제2 혼잡 윈도우(W2)는 짧은 시간 척도를 사용하는 혼잡 윈도우로서, 매 ACK를 수신 받을 때마다 갱신되기 때문에, 그 값은 현재 이용 가능한 대역 폭을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이고, 도 2는 도 1의 단기적인 혼잡제어 수행단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 도 1의 지속적인 혼잡감지 수행단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4는 도 1의 장기적인 혼잡제어 수행단계를 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 혼잡 회피 상태에서의 혼잡 윈도우 크기 변화를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 먼저, 송신측은 느린 시작(Slow Start)모드를 수행하는데, 느린 시작모드에서는 짧은 시간 척도를 사용하는 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기가 최소 전송률을 보장하는 임계값(Tth)이 될 때까지 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기를 매 왕복시간(RTT)마다 두 배로 증가시키면서 대역폭을 관찰한다(S100)(S150).
즉, 송신측은 제2 혼잡 윈도우(W2)≥임계값(Tth＝최소 전송 속도(xmin)ㆍ평균 왕복 시간(d)) 인지를 판단하여(S150), 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기가 임계값(Tth)보다 크거나 같아지면, 현재 혼잡 윈도우 크기가 최소 전송률에 필요한 혼잡 윈도우 크기라고 판단할 수 있기 때문에, 느린 시작모드를 멈추고 혼잡 회피(Congestion Avoidance)모드로 들어간다.
한편, 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기가 임계값(Tth)＝최소 전송 속도(xmin)ㆍ평균 왕복 시간(d)에 이르기 전에 패킷 손실이 발생한다면, 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기는 절반으로 감소되고, 느린 시작모드에 계속 머무른다.
그리고, 느린 시작모드가 끝나면, 제1 혼잡 윈도우(W1)와 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기는 다음과 같은 식의 값을 갖는다(S200).
W1＝min{xminㆍd, W2}, W2＝0
한편, 긴 시간 척도를 사용하는 제1 혼잡 윈도우(W1)의 크기는 0으로 초기화되며 느린 시작모드가 끝날 때까지 변경되지 않는다.
다음으로, 혼잡 회피모드를 수행하는데(S250), 혼잡 회피모드에서는 제2 혼잡 윈도우(W2)와 평균 지연시간(davg)을 이용하여 지속적인 혼잡 상황을 감지하고, 감지된 지속적인 혼잡 상황에 따라 제1 및 제2 혼잡 윈도우(W1)(W2)의 크기를 조절한다(S300∼S550).
이를 구체적으로 살펴보면, 혼잡 회피모드는 우선, 해당 전송 패킷에 대해 ACK가 수신되었는지를 판단하여(S300), 매 ACK가 수신될 때마다 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기를 조절하기 위한 단기적인 혼잡 제어모드를 수행한다(S350).
즉, 단기적인 혼잡 제어모드에서는 먼저, 3개의 중복된 ACK가 수신되었는지 를 판단하여(S351), 3개의 중복된 ACK 수신으로 인한 패킷 손실이 발생했을 경우 현재 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기가 절반(
Figure 112007016859617-PAT00003
)으로 줄어들도록 설정한 후(S352), 후술하는 단계S400으로 진행한다.
한편, 상기 단계S351에서의 판단 결과, 3개의 중복된 ACK가 수신되지 않으면 일반적인 ACK가 수신되었는지를 판단하여(S353), 일반적인 ACK가 수신될 경우 현재 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기가 점진적으로 증가(
Figure 112007016859617-PAT00004
)되도록 설정한 후(S354), 후술하는 단계S400으로 진행한다. 여기서, β(<1)는 증가 속도를 의미한다.
다른 한편, 상기 단계S353에서의 판단 결과, 일반적인 ACK가 수신되지 않으면 재전송 타임아웃이 발생하는지를 판단하여(S355), 재전송 타임아웃이 될 때까지 일반적인 ACK가 수신되지 않으면, 현재 제2 혼잡 윈도우(W2)의 크기를 0으로 설정한 후(S356), 후술하는 단계S400으로 진행한다.
전술한 바와 같이, 제2 혼잡 윈도우(W2)는 매 ACK 수신 시마다 갱신되기 때문에, 제2 혼잡 윈도우(W2)의 값은 현재 이용 가능한 대역폭을 나타낸다. 한편, 단기적인 혼잡 제어모드는 혼잡 회피 상태(Congestion Avoidance Phase)에서만 동작한다.
이후에, 단계S400으로 진행하여 해당 전송 패킷의 왕복시간(RTT)에 해당되는 지를 판단하여, 매 왕복시간(RTT)마다 지속적인 혼잡 상황(다수의 RTT 동안에 발생한 패킷 손실로 인해 장기적으로 전송 지연이 될 경우)이 발생했는지를 감지하기 위한 지속적인 혼잡 감지모드를 수행한다(S450).
이러한 지속적인 혼잡 감지모드에서는 먼저, 혼잡의 지속성을 검사하기 위한 특정의 변수(cnt)가 0으로 초기화되며, 변수(cnt)가 0인지를 판단하여(S451), 변수(cnt)가 0일 경우 제2 혼잡 윈도우(W2)와 평균 지연시간(davg)을 이용하여 혼잡이 발생하기 시작했는지를 판단한다. 즉, 제2 혼잡 윈도우(W2)가 기 설정된 혼잡 윈도우 임계값(Wthr)보다 작거나 같고, 평균 지연시간(davg)이 기 설정된 지연 임계값(dthr)보다 큰지를 판단한다(S452).
이와 같이 지속적인 혼잡 상황 감지의 초기 진입 조건(W2≤Wthr, davg＞dthr)을 만족하면, 혼잡이 발생하기 시작했다고 판단하여 변수(cnt)를 1만큼 증가시킴과 아울러 앞서 얻은 지연시간(prev_d)을 평균 지연시간(davg)으로 설정한 후(S453), 후술하는 단계S500으로 진행한다.
여기서, 평균 지연시간(davg)은 현재 왕복시간(RTT) 동안의 평균 지연을 가리키며, 지연 임계값(dthr)은 하기의 수학식 1에 의해 표현된다.
dthr=dmin+(1-δ)(dmax-dmin), 0<δ<1
여기서, dmin은 최소 왕복시간(RTT)이며, dmax는 최대 왕복시간(RTT)을 나타낸다. 그리고, dmin은 전송 지연(Propagation Delay), dmax-dmin은 최대 큐잉 지연(Maximum Queuing Delay)의 추정치이기 때문에, dthr은 네트워크에 큐가 (1-δ)(dmax-dmin)만큼 있다는 것을 의미한다. 따라서, 지속적인 혼잡 감지모드는 네트워크에 큐가 dthr만큼 쌓이고, W2≤Wthr인 경우에 혼잡이 발생하기 시작했다고 판단한다.
또한, 상기 단계S350의 단기적인 혼잡 제어모드에서 제2 혼잡 윈도우(W2)는 3개의 중복된 ACK 수신으로 인한 패킷 손실이 발생했을 경우에 그 값을 절반으로 줄이기 때문에, 제2 혼잡 윈도우(W2)가 기 설정된 혼잡 윈도우 임계값(Wthr)이하로 내려가면, 그 동안 중복 ACK 수신에 의한 패킷 손실이 지속적으로 진행되어 왔다는 것을 의미한다. 따라서, davg＞dthr와 더불어 W2≤Wthr를 지속적인 혼잡 상황 감지의 초기 진입 조건으로 설정한다.
한편, 상기 단계S451에서의 판단 결과, 변수(cnt)가 0이 아닐 경우 변수(cnt)가 기 설정된 기준값(k)인지를 판단하여(S454), 변수(cnt)의 값이 기준값(k)과 같다면 이는 지속적인 혼잡이 일어났다는 것을 의미하고, 현재 제1 혼잡 윈도우(W1)의 크기를 (1-α)ㆍW1만큼 줄이며(S455), 현재 변수(cnt)의 값을 0으로 설정한 후(S456), 후술하는 단계S500으로 진행한다. 여기서, 기준값(k)은 혼잡이 얼마나 지속되고 있는지를 나타내는 값이며, α는 0과 1사이의 값을 가진다.
이와 같이 지속적인 혼잡이 발생했을 경우에 도 5에 도시된 바와 같이 혼잡 윈도우 값의 변화양상을 보여주는 것으로서, 혼잡 발생이 기준값(k)(예컨대, k=3)이 되면, 지속적인 혼잡이 일어났다고 판단하고, 현재 제1 혼잡 윈도우(W1)의 크기를 (1-α)ㆍW1만큼 줄인다.
한편, 상기 단계S454에서의 판단 결과, 변수(cnt)가 기준값(k)과 같지 않을 경우 즉, 변수(cnt)의 값이 0과 기준값(k)이 아닐 경우에는 지연이 얼마나 지속적으로 이루어지고 있는지를 판단하기 위해 평균 지연시간(davg)이 "
Figure 112007016859617-PAT00005
ㆍ앞서 얻은 지연시간(prev_d)"보다 큰지를 판단하여(davg>
Figure 112007016859617-PAT00006
ㆍprev_d)(S457), 클 경우 변수(cnt)의 값을 1만큼 증가시킨 후(S458), 후술하는 단계S500으로 진행한다. 그렇지 않고, 평균 지연시간(davg)이 "
Figure 112007016859617-PAT00007
ㆍ앞서 얻은 지연시간(prev_d)"보다 크지 않을 경우에는 변수(cnt)의 값을 0으로 설정한 후(S459), 후술하는 단계S500으로 진행한다. 여기서,
Figure 112007016859617-PAT00008
는 0과 1사이의 값을 가진다.
다음으로, 혼잡 상태가 끝나고 이용 가능한 대역폭이 있으면, 제2 혼잡 윈도우(W2)를 이용하여 제1 혼잡 윈도우(W1)의 값을 변경하기 위한 장기적인 혼잡 제어모드를 수행한다(S500).
이러한 장기적인 혼잡 제어모드에서는 먼저, 해당 전송 패킷의 왕복시 간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수(K)(예컨대, K=3)와 같은지를 판단하여(S501), 같을 경우 즉, 지속적인 혼잡 상황이 발생하지 않을 경우에 제1 혼잡 윈도우(W1)는 하기의 수학식 2와 같이 제2 혼잡 윈도우(W2)를 이용하여 현재 이용 가능한 대역폭을 반영한 후(S502), 후술하는 단계550으로 진행한다.
단, 제1 혼잡 윈도우(W1)는 xminㆍd를 넘지 않는다. 만약, 제1 혼잡 윈도우(W1)가 이미 최소 전송률을 얻었다면, 증가 속도를 줄여서 탄력적인 트래픽을 사용하는 다른 프로그램이 더 많은 대역폭을 가질 수 있도록 한다. 한편, 전술한 장기적인 혼잡 제어모드는 혼잡 회피 상태(Congestion Avoidance Phase)에서만 동작한다.
Δ= W1+W2-xminㆍd,
W1=min(W1+W2, xminㆍd),
W2=max(0, Δ)
상기 단계S501에서의 판단 결과, 왕복시간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수(K)와 같지 않을 경우, 단계S550으로 진행하여 전송할 패킷이 있는지 판단하여 전송할 패킷이 남아 있을 경우 상기 단계S250의 혼잡 회피모드로 리턴한다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법은 손실 복구 시간을 단축시켜주는 새로운 개념의 손실 복구 방법을 사용할 수 있다(Moonsoo Kang, JeonghoonMoandSeong-LyunKim, "A New Loss Recovery Architecture for Wireless TCP", IEEE Communications Letters, Vol 9, No 11, Nov 2005 참조).
TCP-SACK은 극심한 혼잡 상태에서는 최소 전송률을 보장하지 않는데, 하나의 왕복시간(RTT) 동안 많은 수의 패킷 손실이 발생할 때, SACK은 손실 복구에 한계점을 보이기 때문이다. 특히, TCP-SACK은 재전송한 패킷이 다시 손실됐을 때 혼잡 윈도우 값을 1로 만드는 경우를 보인다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다.
또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법에 따르면, 서로 다른 시간 척도를 갖는 두 개의 혼잡 윈도우를 이용하여 지속적인 혼잡감지를 수행함으로써, 최소 전송률 이상의 대역폭을 확보할 수 있는 이점이 있다.

Claims (17)

  1. 전송 제어 프로토콜(TCP)의 혼잡 상황을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 대역폭 관리를 위한 혼잡 윈도우를 서로 다른 시간 척도를 갖는 제1 및 제2 혼잡 윈도우로 분리하는 단계;
    (b) 기 설정된 최소 전송률이 될 때까지 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기가 증가되도록 조절하기 위한 느린 시작모드를 수행하는 단계; 및
    (c) 상기 제2 혼잡 윈도우 크기가 최소 전송률을 만족할 경우, 상기 느린 시작모드를 멈춘 후, 상기 제2 혼잡 윈도우와 평균 지연시간을 이용하여 지속적인 혼잡 상황을 감지하며, 상기 감지된 지속적인 혼잡 상황에 따라 상기 제1 및 제2 혼잡 윈도우의 크기를 조절하기 위한 혼잡 회피모드를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 혼잡 윈도우는 상기 제2 혼잡 윈도우보다 긴 시간 척도를 사용하며, 특정 개수(K)의 왕복시간(RTT)마다 갱신되는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 혼잡 윈도우는 상기 제1 혼잡 윈도우보다 짧은 시간 척도를 사용하며, 매 ACK를 수신 받을 때마다 갱신되는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 느린 시작모드는,
    상기 제2 혼잡 윈도우의 크기가 상기 최소 전송률을 보장하는 임계값이 될 때까지 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기를 매 왕복시간(RTT)마다 두 배로 증가시키는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 임계값은 최소 전송 속도와 평균 왕복 시간의 곱으로 구하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 혼잡 윈도우의 크기가 상기 임계값에 이르기 전에 패킷 손실이 발생할 경우, 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기를 절반으로 감소하고, 상기 느린 시작모 드에 계속 머무르도록 하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 느린 시작모드가 끝날 경우,
    상기 제1 및 제2 혼잡 윈도우의 크기를 각각 min(최소 전송 속도×평균 왕복 시간, 제2 혼잡 윈도우) 및 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 혼잡 윈도우의 크기는 0으로 초기화되며 상기 느린 시작모드가 끝날 때까지 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 최소 전송률은 최소 전송 속도와 현재 왕복시간(RTT) 동안의 평균 지연시간의 곱으로 구하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 혼잡 회피모드는,
    (c-1) 매 ACK가 수신될 때마다 상기 제2 혼잡 윈도우의 크기를 조절하기 위한 단기적인 혼잡 제어모드를 수행하는 단계;
    (c-2) 매 왕복시간(RTT)마다 지속적인 혼잡 상황 발생여부를 감지하기 위한 지속적인 혼잡 감지모드를 수행하는 단계; 및
    (c-3) 상기 제2 혼잡 윈도우를 이용하여 상기 제1 혼잡 윈도우의 값을 변경하기 위한 장기적인 혼잡 제어모드를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단기적인 혼잡 제어모드는,
    (c-1-1) 3개의 중복된 ACK 수신으로 인한 패킷 손실이 발생했을 경우, 현재 제2 혼잡 윈도우의 크기가 절반으로 줄어들도록 설정하는 단계;
    (c-1-2) 3개의 중복된 ACK가 수신되지 않고 일반적인 ACK가 수신될 경우, 현재 제2 혼잡 윈도우의 크기가 점진적으로 증가되도록 설정하는 단계; 및
    (c-1-3) 기 설정된 재전송 타임아웃이 될 때까지 일반적인 ACK가 수신되지 않을 경우, 현재 제2 혼잡 윈도우의 크기를 0으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단계(c-1-2)에서의 점진적 증가는 하기의 수학식 3에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
    제2 혼잡 윈도우=제2 혼잡 윈도우+β/(제1 혼잡 윈도우+제2 혼잡 윈도우)
    여기서, β(<1)는 증가 속도를 의미한다.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 지속적인 혼잡 감지모드는,
    (c-2-1) 혼잡의 지속성을 검사하기 위한 특정의 변수가 0일 경우, 상기 제2 혼잡 윈도우가 기 설정된 혼잡 윈도우 임계값보다 작거나 같고, 평균 지연시간이 기 설정된 지연 임계값보다 클 경우 상기 특정의 변수를 1만큼 증가시킴과 아울러 앞서 얻은 지연시간을 평균 지연시간으로 설정하는 단계;
    (c-2-2) 상기 특정의 변수가 0이 아닐 경우 기 설정된 기준값과 같으면 현재 제1 혼잡 윈도우의 크기를 "(1-α)ㆍ제1 혼잡 윈도우"만큼 줄이며, 현재 특정의 변수의 값을 0으로 설정하는 단계;
    (c-2-3) 상기 특정의 변수가 상기 기준값과 같지 않을 경우, 상기 평균 지연시간이 "
    Figure 112007016859617-PAT00009
    ㆍ앞서 얻은 지연시간"보다 크면 상기 변수의 값을 1만큼 증가시키는 단 계; 및
    (c-2-4) 상기 평균 지연시간이 "
    Figure 112007016859617-PAT00010
    ㆍ앞서 얻은 지연시간"보다 크지 않을 경우, 상기 변수의 값을 0으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 평균 지연시간은 현재 왕복시간(RTT) 동안의 평균 지연을 가리키며, 상기 지연 임계값(dthr)은 하기의 수학식 4에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
    dthr=dmin+(1-δ)(dmax-dmin)
    여기서, dmin은 최소 왕복시간(RTT)이며, dmax는 최대 왕복시간(RTT)을 나타낸다. 그리고, dmin은 전송 지연(Propagation Delay), dmax-dmin은 최대 큐잉 지연(Maximum Queuing Delay)의 추정치이기 때문에, dthr은 네트워크에 큐가 (1-δ)(dmax-dmin)만큼 있다는 것을 의미한다.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 장기적인 혼잡 제어모드는,
    (c-3-1) 해당 전송 패킷의 왕복시간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수와 같은지를 판단하는 단계;
    (c-3-2) 상기 단계(c-3-1)에서의 판단 결과, 해당 전송 패킷의 왕복시간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수와 같을 경우, 상기 제2 혼잡 윈도우를 이용하여 상기 제1 혼잡 윈도우의 크기를 변경하는 단계; 및
    (c-3-3) 상기 단계(c-3-1)에서의 판단 결과, 왕복시간(RTT)이 기 설정된 특정의 개수와 같지 않을 경우, 전송할 패킷이 있는지 판단하여 전송할 패킷이 남아 있으면 상기 혼잡 회피모드로 리턴하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제1 혼잡 윈도우의 크기는 하기의 수학식 5에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 지속적인 혼잡감지를 이용한 TCP 혼잡제어방법.
    Δ= 제1 혼잡 윈도우+제2 혼잡 윈도우-최소 전송 속도ㆍ평균 왕복 시간,
    제1 혼잡 윈도우=min(제1 혼잡 윈도우+제2 혼잡 윈도우, 최소 전송 속도ㆍ평균 왕복 시간),
    제2 혼잡 윈도우=max(0, Δ)
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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