KR20090114042A - 무선 메쉬 네트워크에서의 패킷 스케쥴링 방법 - Google Patents

Abstract

무선 메쉬 네트워크에서의 패킷 스케쥴링 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예 의하면, 패킷이 실시간 전송이 요청되는 어플리케이션에 속하는 경우에는 두 개 이상의 우선순위 레벨을 포함하는 제1 우선순위 레벨을 할당하고, 패킷이 실시간 전송이 요청되지 않는 어플리케이션에 속하는 경우에는 두 개 이상의 우선순위 레벨을 포함하는 제2 우선순위 레벨을 할당하며, 제2 우선순위 레벨보다 제1 우선순위 레벨의 값이 더 크며, 제1 우선순위 레벨 내에서는 최선 데드라인 우선(EDF) 방법을 이용하여 패킷의 우선순위 레벨을 결정하고, 그리고 제2 우선순위 레벨 내에서는 큐 사이즈를 이용하여 상기 패킷의 우선순위 레벨을 결정한다. 이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 크로스 계층 최적화 기술을 패킷 스케쥴링에 적용하기 때문에, 네트워크의 성능 향상 및 전송 지연에 따른 문제를 동시에 해결할 수 있다.

Description

무선 메쉬 네트워크에서의 패킷 스케쥴링 방법{Method for scheduling packets in wireless mesh network}

본 발명은 무선랜(Wireless Local Access Network, WLAN)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 메쉬 네트워크에서의 패킷 스케쥴링 기법에 관한 것이다.

최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신기술이 개발되고 있다. 이 중에서 WLAN은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player, PMP) 등과 같은 휴대형 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 초고속 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.

무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network)는 중계 기능을 가진 다수의 무선기기, 즉 메쉬 포인트(Mesh Point, MP)가 액세스 포인트(Access Point, AP)를 경유하지 않고 직접 통신하는 것을 지원하는 네트워크라고 할 수 있다. 기능적으로 볼 때, AP를 연결시켜 주는 분배 시스템(Distribution System, DS)은 상호작용하는 MP들 간의 무선 링크(Interoperable Wireless Link between MPs) 또는 다수의 MP들 사이의 멀티-홉(Multi-hop) 경로로 대체될 수 있다. 이러한 메쉬 네트워크에 의하면, 어느 하나의 MP는 이웃하는 다른 MP들과 상호작용하는 피어-투-피어 무선 링크를 설정할 수 있기 때문에, 보다 유연한 무선 연결이 가능한 장점이 있다.

메쉬 네트워크에서 하나의 무선기기는 다른 다수의 무선기기와 연결되어 다수의 통신 경로를 가질 수 있는데, 이러한 무선기기간의 통신 경로를 무선 메쉬 링크(Wireless Mesh Link) 또는 단순히 메쉬 링크 또는 피어 링크(Peer Link)라고도 한다. 이러한 무선기기는 메쉬 포인트(Mesh Point, MP)로 불리지만, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 그리고 MP 중에서 전술한 중계 기능 외에도 엑세스 포인트(Access Point, AP)의 기능을 함께 수행하는 것을 메쉬 엑세스 포인트(Mesh Access Point, MAP)라고 한다.

이러한 메쉬 네트워크는 네트워크 구축의 유연성, 우회 경로에 의한 신뢰성 및 통신거리의 단축에 따른 전력 소비의 절감 등의 이점이 있다. 보다 구체적으로, 메쉬 네트워크를 이용하면 기존의 통신망이 없는 장소에서도 MP 간에 유연한 네트워크를 구축할 수 있다. 그리고 메쉬 네트워크에서는 다수의 MP 간에 서로 연결되어 다수의 우회 경로를 확보할 수 있어서 하나의 MP가 고장 나더라도 다른 경로를 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 메쉬 네트워크에서는 하나의 MP의 통신 영역(coverage)이 넓지 않더라도 인접하는 MP를 경유하여 통신할 수 있으므로 낮은 전력으로도 원거리 통신이 가능하게 된다.

메쉬 네트워크는 분배 시스템(Distribution System, DS)으로 유선망이 아닌 메쉬 포인트(MP)들 간의 무선 멀티홉을 이용한다. 무선 멀티홉을 통해 데이터를 전송하기 때문에, 무선 환경에 따라서 전송 성능이 유동적이며 멀티홉을 형성하는 각 노드에서의 처리 속도에 따라서는 전송 성능이 낮아진다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 기존의 무선랜 표준에서는 물리 계층(PHY)과 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC) 계층의 표준화만 진행하고 있어, 전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol, TCp)와 같은 상위 프로토콜의 정보를 활용하거나 PHY/MAC 계층 정보를 TCP로 사용할 수 있도록 하는 구조를 가지고 있지 못하다.

한편, 서비스 품질(Quality of Service, QoS)을 지원하는 무선랜에서는, 향상된 분배 채널 접속(Enhanced Distributed Channel Access, EDCA)이라는 기능을 통해 소정의 기준에 따라 설정된 우선순위(Priority)를 기준으로 우선순위가 높은 패킷들이 무선 자원을 높은 확률로 접속할 수 있도록 하는 메커니즘을 사용하고 있다. 하지만, 기존의 우선순위 설정 기준, 즉 패킷 스케쥴링 기법은 패킷의 유형에 따라서 단지 4가지 접속 카테고리(Access Category, AC)에 관하여 규정하고 있다. 접속 카테고리(AC)는 소정의 우선순위를 가지고서 MAC 서비스 데이터 유닛(MSDU)를 전송하기 위하여 채널을 획득하려고 경쟁하는 서비스품질 스테이션에 의하여 사용되는 EDCA 파라미터의 공통의 집합에 대한 라벨을 가리킨다.

하지만, 이러한 기존의 스케쥴링 기법은 분배 시스템이 채널 환경에 의존적인 메쉬 네트워크에 그대로 적용시키는 것은 전송 성능을 향상시키는데 한계점을 가지고 있다. 특히, 단지 4가지의 접속 카테고리를 기준으로 우선순위를 결정하는 것은 다양한 특성을 갖는 어플리케이션 유형에 따른 데이터나 관리 프레임 등의 전송에 충분히 활용하기가 어렵다. 특히, 어플리케이션의 종류에 따라서는 패킷의 데드라인(deadline)이 경과한 후의 해당 패킷의 유효성 여부가 상이하며 또한, 기존의 방법에 의할 경우에는 우선순위가 낮은 패킷이 무한정 전송 지연될 염려 등이 발생할 수가 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 기존의 EDCA에 따른 패킷 스케쥴링의 전술한 문제점을 해결하여, 다양한 어플리케이션 종류에 효율적으로 적용이 가능하며, 또한 패킷의 데드라인이 경과한 후의 해당 패킷의 유효성 여부를 고려하는 한편, 우선순위가 낮은 패킷이 무한정 버퍼링되어 장시간의 전송 지연이 발생하는 것을 방지할 수 있는 패킷 스케쥴링 기법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는 메쉬 네트워크에서 전송을 보다 효율적으로 하기 위해 교차 계층 최적화(Cross Layer Optimization, CLO) 기술을 사용하여 네트워크의 여러 레이어에서 수집한 정보를 기반으로 패킷 스케쥴링 및 라우팅에 활용함으로써 네트워크 전송 효율을 높이고 네트워크 자원의 공정한 배분을 할 수 있도록 하는 패킷 스케쥴링 기법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 무선 메쉬 네트워크에서의 패킷 스케쥴링 방법으로서, 상기 패킷이 실시간 전송이 요청되는 어플리케이션에 속하는 경우에는 두 개 이상의 우선순위 레벨을 포함하는 제1 우선순위 레벨을 할당하고, 상기 패킷이 실시간 전송이 요청되지 않는 어플리케이션에 속하는 경우에는 두 개 이상의 우선순위 레벨을 포함하는 제2 우선순위 레벨을 할당하며, 상기 제2 우선순위 레벨보다 상기 제1 우선순위 레벨의 값이 더 크며, 상기 제1 우선순위 레벨 내에서는 최선 데드라인 우선(EDF) 방법을 이용하여 상기 패킷의 우선순위 레벨을 결정하고, 그리고 상기 제2 우선순위 레벨 내에서는 큐 사이즈를 이용하여 상기 패킷의 우선순위 레벨을 결정한다.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제1 우선순위 레벨 내에서는 다음의 식을 이용하여 우선순위 레벨을 결정할 수 있다.

여기서, T는 데드라인까지 남아있는 시간, T_adj는 MaxDeadline과 T 중에서 최대값, MaxDeadline은 최대로 허용된 데드라인 기간(maximum allowed deadline period), MaxPriority는 실시간 우선순위의 최대 번호(the maximum # of real-time priority), base_realtime priority는 실시간 우선순위의 최저 번호(the minimum # of real-time priority)를 나타낸다.

상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 제2 우선순위 레벨 내에서는 다음의 식을 이용하여 우선순위 레벨을 결정할 수 있다.

여기서, Q_I는 플로우 I에 대한 현재의 큐 사이즈, MaxQ는 최대로 허용되는 큐 사이즈(the maximum allowed queue size), MaxBEpriority-level은 허용되는 BE 우선순위 레벨의 최대값(Maximum allowed BE Priority level), Q_adj는 MaxQ와 Q_I와의 최소값을 나타낸다.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 제1 우선순위 레벨과 상기 제2 우선순위 레벨은 각각 4개의 우선순위 레벨을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 우선순위 레벨에 속하는 패킷의 큐 사이즈가 소정의 크기 이상인 경우에는, 상기 패킷에 대해서는 상기 제1 우선순위 레벨에 속하는 우선순위 레벨을 부여하는 전송할 수 있다. 또한, 상기 제1 우선순위 레벨에 속하는 패킷은 데드라인이 경과하면 유효성이 없어서 폐기되는 엄격한 실시간 어플리케이션 패킷과 데드라인이 경과하더라도 데드라인이 경과하더라도 유효성에는 영향이 없는 완화된 실시간 어플리케이션 패킷을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 패킷의 유형을 실시간 전송이 요청되는 경우와 그렇지 않은 경우로 구분하되, 각각의 경우에 대하여 보다 다양한 범위의 우선순위 레벨을 부여함과 동시에 데드라인까지 남아 있는 시간 또는 큐 사이즈의 크기를 고려하여 우선순위 레벨을 결정한다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 다양한 어플리케이션 종류에 효율적으로 적용이 가능하다.

그리고 본 발명의 실시예에서는 실시간 어플리케이션 패킷의 경우에, 데드라 인이 경과한 경우에도 그 어플리케이션의 특성에 따라서 처리를 달리하기 때문에, 효율적이고 적응적인 패킷의 전송이 가능하다. 아울러, 본 발명의 실시예에서는 큐 사이즈가 아주 큰 경우에는 허용가능한 것보다 높은 우선순위 레벨을 부여함으로써, 우선순위가 낮은 패킷이 무한정 버퍼링되어 장시간의 전송 지연이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시예에서는 교차 계층 최적화(Cross Layer Optimization, CLO) 기술을 메쉬 네트워크에 적용하는 방법을 통해, 네트워크의 성능 향상 및 전송 지연에 따른 문제를 해결할 수가 있다. 그리고 다수의 최선 노력 어플리케이션 트래픽의 경우에는, 경쟁 상황에서도 각 트래픽 사이에 공정한 방식으로 패킷을 전송할 수가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 무선 메쉬 네트워크의 구성의 일례를 보여 주는 도면이다. 상기 무선 메쉬 네트워크는 고유의 메쉬 식별자(Mesh Identifier)를 가지는데, 메쉬 식별자는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 MP들의 그룹을 식별하기 위한 약칭으로 사용된다. 메쉬 식별자를 어떻게 부여할지는 아무런 제한이 없다.

도 1을 참조하면, 무선 메쉬 네트워크는 하나 또는 다수의 STA(131, 132, 133, 134)과 하나 또는 그 이상의 무선기기, 즉 MP들(110, 121, 122, 123)을 포함 한다. 상기 MP들 중에서 참조 번호 121과 122는 자신과 결합되어 있는 STA(131, 132, 133, 134)이 존재하므로, AP의 기능을 동시에 수행하는 MP, 즉 MAP가 된다. 그리고 참조 번호 121의 MP는 유선 또는 무선으로 외부 네트워크와 연결되는 MP인데, 이를 메쉬 포털(Mesh Portal)이라 한다.

STA(131 내지 134)은 IEEE 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 비AP 스테이션(Non-AP Station)이다. 이러한 STA은 무선국이라는 명칭 외에 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등으로도 불릴 수 있다.

MP(110, 121, 122, 123)는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 개체로서, IEEE 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어와 물리층 인터페이스를 포함하는 IEEE 802.11의 기능 개체의 하나이다. MP(110, 121, 122, 123)는 메쉬 서비스(mesh services)를 지원하는 무선기기인데, 메쉬 서비스는 메쉬 네트워크를 구성하는 MP들간에 직접 통신을 가능하게 해주는 제반 서비스를 포함한다. 메쉬 서비스를 제공하기 위한 두 개의 MP들, 예컨데 참조 번호 121의 MP와 참조 번호 123의 MP들 사이에서의 통신은, 상기 두 개의 MP들 사이에 설정되어 있는 직접 링크인 메쉬 링크 또는 피어 링크를 통해서 이루어진다.

두 개 이상의 MP들이 서로 피어 링크를 설정하여 메쉬 네트워크를 형성하거나 또는 이미 존재하는 메쉬 네트워크에 다른 MP가 참여하기 위해서는, 피어 링크 를 설정하는 MP들 사이에는 메쉬 프로파일(Mesh Profile)이 일치해야 한다. MP는 적어도 하나의 메쉬 프로파일을 지원하는데, 메쉬 프로파일은 메쉬 식별자(Mesh ID), 경로 선택 프로토콜 식별자(Path Selection Protocol Identifier), 및 경로 선택 측정 식별자(Path Selection Metric Identifier)를 포함한다. 또한, 메쉬 프로파일은 혼잡 제어 모드 식별자(Congestion Control Mode Identifier) 등을 더 포함할 수도 있다.

그리고, 전술한 바와 같이, MP 중에서 AP로서의 기능을 함께 수행하는 MP를 특별히 MAP라고 한다. 따라서 MAP(121, 122)는 전술한 MP의 기능 외에도 자신에게 연결 설정된 무선국(Associated Station)을 위하여 AP로서의 기능도 수행한다. AP는 엑세스 포인트라는 명칭 외에 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), 노드-B, 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.

다음으로 무선 메쉬 네트워크에서의 MP들 사이의 메시지 전송 경로에 대하여 설명한다. 무선 메쉬 네트워크에서의 사용될 수 있는 경로 선택(Path Selection) 프로토콜의 하나로써, 전술한 바와 같이 HWMP가 있다. HWMP는 온-디맨드(On-demand) 경로 선택이 갖는 유연성을 체계적인 프로엑티브 경로와 결합한 경로 선택 프로토콜로써, 다양한 종류의 메쉬 네트워크에서 최적의 그리고 효율적인 경로 선택이 가능하도록 한다.

HWMP는 그 구성(Configuration)에 따라서 두 가지 모드의 동작을 지원하는데, 그것은 온-디맨드 모드와 프로엑티브 트리 빌딩 모드(Proactive Tree Building Mode)이다. 온-디맨드 모드에서는 MP가 피어간 경로(peer-to-peer path)를 이용하여 통신할 수가 있다. 이 모드는 일반적으로 루트 MP가 없는 구성에서 사용되지만, 루트 MP가 있는 경우라도 더 좋은 경로를 제공할 수 있다면 온-디맨드 모드가 사용될 수도 있다. 프로엑티브 트리 빌딩 모드에 의하면, 루트 MP가 주기적으로 브로드캐스팅하는 프레임, 예컨대 프로액티브 경로 요청 프레임(Path Request, PREQ) 또는 루트 알림 프레임(Root Announcement, RANN)을 사용하여 경로가 설정된다. 이하에서는 온-디맨드 모드 및 프로엑티브 트리 빌딩 모드에 따라 선택된 경로를 각각 온-디맨드 경로(또는 온-디맨드 경로) 및 프로엑티브 경로라고 칭하기로 한다.

프로엑티브 경로는 메시지 전송 경로가 루트 MP를 기점으로 하여 나무의 가지처럼 연쇄적으로 분기되어 있는 구조로서, MP들 사이의 메시지 전송 경로가 모자 관계(Parent-Child Relation)에 의하여 주기적으로 설정된다. 상기 모자 관계는 루트 MP를 기점으로 하여 다수의 MP들 사이에 조모-모-자-손자(Grand Parent-Parent-Child-Grand Child) 등으로 순서로 연속적으로 이어지는 트리 모양의 경로이다. 프로엑티브 경로를 설정하기 위한 방법은 특별한 제한이 없는데, 예를 들어 프로액티브 PREQ 메커니즘이나 또는 RAAN 메커니즘이 사용될 수 있다.

반면, 온-디맨드 경로는 필요시에 MP들 사이에서 임의적으로 설정되는 전송 경로이다. 온-디맨드 경로를 설정할 때에는 예컨대, AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector) 프로토콜을 사용할 수 있다. 온-디맨드 경로는 루트 MP를 경유할 필요가 없는데, 예를 들어, 그 시점에서 소스 MP와 타깃 MP 사이에 가장 짧은 경로 또는 링크 특성(Link Metric)이 가장 좋은 경로가 선택될 수 있다.

HWMP에 의하면, 프로엑티브 트리 빌딩 모드와 온-디맨드 모드는 서로 배타적이지 않기 때문에, 상기한 프로엑티브 경로와 온-디맨드 경로는 서로 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 소스 MP가 목표 MP에게 처음 전송하는 데이터 프레임은 프로엑티브 경로를 따라 전송될 수 있다. 이 경우에, 프로엑티브 경로의 상향 경로를 따라 소스 MP에서 루트 MP로 데이터 프레임을 전송하고, 상기 프로엑티브 경로의 하향 경로를 따라 루트 MP로부터 목표 MP로 데이터를 전송한다. 그리고 이후에 목표 MP는 소스 MP를 향하여 온-디맨드 경로를 찾은 다음에, 이 온-디맨드 경로를 이용하여 다른 데이터 프레임을 전송할 수 있다.

도 2는 무선 메쉬 네트워크에서의 전술한 메시지 전송 경로를 보여 주기 위한 도면으로서, MP④에서부터 MP⑨까지의 프로엑티브 경로와 온-디맨드 경로가 각각 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, MP④에서부터 MP⑨까지의 프로엑티브 경로는 MP④에서 MP③ 및 MP②를 통해 루트 MP인 MP①로 이어지는 '상향 경로'와 루트 MP인 MP①에서 MP⑥을 거쳐 MP⑨로 이어지는 '하향 경로'로 이루어진다. 여기서, 상향 경로는 자MP로부터 모MP로(예컨대, MP④에서 MP③으로, MP③에서 MP②로, 그리고 MP②에서 MP①로) 향하는 경로로서, 종점이 루트 MP인 경로를 말한다. 하향 경로는 모MP로부터 자MP로(예컨대, MP①에서 MP⑥으로, 그리고 MP⑥에서 MP⑨로) 향하는 경로로서, 시점이 루트 MP인 경로를 말한다.

그리고 MP④에서부터 MP⑨까지의 온-디맨드 경로는 예컨대, MP④에서 MP⑦을 거쳐 MP⑨로 가는 경로일 수 있다. 이 온-디맨드 전송 경로에서, 소스(Source) MP 는 MP④가 되고, 목표(Destination) MP는 MP⑨가 되며, MP⑦는 중간(Intermediate) MP에 해당된다. 이러한 경로는 MP④에서 MP⑨로 또는 MP⑨에서 MP④로의 메시지 전송을 위하여 임시로 설정된 경로 중의 하나이다.

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케쥴링 기법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 우선 접속 카테고리(AC)를 기존의 4개 보다는 많은 수, 예컨대 8개로 분류할 수 있다. 이와 같이, 접속 카테고리(AC)의 종류를 기존의 EDCA에 규정되어 있는 AC_BE (Best Effort), AC_BK (Background), AC_VI (Video), AC_VO (Voice) 보다 더 많은 수로 세분화하는 이유는 우선, 여러 가지 어플리케이션의 유형을 패킷 스케쥴링에 반영하기 위해서이다. 왜냐하면, 현재 무선랜을 통해서 전송되고 있는 데이터는 아주 다양하기 때문이다.

그리고 접속 카테고리(AC)를 세분화하는 다른 이유는, 접속 카테고리(AC)를 결정함에 있어서, 데드라인이 경과한 후에 해당 패킷이 더 이상 쓸모가 없어지는지 여부 및/또는 동일한 접속 카테고리에서 버퍼링되고 있는 데이터의 크기, 즉 버퍼링되는 데이터의 용량 등을 반영하여, 효율적이고 합리적인 프레임의 전송이 가능하도록 하기 위함이다. 특히, 본 발명의 실시예에 의하면, 지연에 민감한 어플리케이션들에 대하여 효율적으로 패킷을 전송하는 것을 지원할 수가 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 의하면, 접속 카테고리를 분류함에 있어서, 임의 프레임간 간격(Arbitration Inter-Frame Space, AIFS), 최소 경쟁 윈도우(CWMIN), 및 최대 경쟁 윈도우(CWMAX)의 값을 표 1과 같이 새롭게 정의한다. 표 1과 같이 AIFS, CWMIN, 및 CWMAX의 값을 새롭게 또한 세분화하여 정의함으로써, 여러 가지 유형의 어플리케이션들 각각에 적합한 접속 카테고리(AC)를 부여하여 보다 효율적인 패킷의 전송이나 라우팅이 가능하다. 다만, 표 1은 단지 예시적인 것으로써, AIFS, CWMIN, CWMAX의 값 각각이 변동되거나 또는 다른 요소를 반영하여 접속 카테고리를 결정할 수도 있다.

이와 같이, 접속 카테고리를 4개보다 많이, 예컨대 8개로 분류하여 세분화한 경우에, 본 발명의 실시예에서는 지연에 민감한(delay-sensitive)한 어플리케이션을 지원할 수 있도록 어플리케이션의 특성에 따라서 세 가지 종류의 서비스품질 유형(QoS Type)으로 분류할 수 있다.

첫 번째 서비스품질 유형은 엄격한 실시간 어플리케이션(Hard Real-time Application)이다. 이러한 어플리케이션 유형은 적시에 전송을 하는 것(실시간 전송)이 서비스의 핵심 조건으로 되는 서비스 유형이다. 예를 들어, 엄격한 실시간 어플리케이션 유형에 해당되는 패킷의 경우에, 만일 전송 데드라인이 경과할 때까지 전송되지 못한 경우에는, 해당 패킷은 더 이상 쓸모가 없어진다.

두 번째 서비스품질 유형은 완화된 실시간 어플리케이션(Soft Real-time Application)이다. 이러한 어플리케이션 유형은 적시에 전송을 하는 것이 서비스의 중요한 조건이 되지만, 어느 정도 그 요건이 완화되는 서비스 유형이다. 예를 들어, 완화된 실시간 어플리케이션 유형에 해당되는 패킷의 경우에, 만일 전송 데드라인이 경과할 때까지 전송되지 못한 경우에, 해당 패킷은 비록 그 유용성은 감소하지만 더 이상 쓸모가 없는 상태까지는 되지 않은 것일 수 있다. 이 경우에, 각 노드에서는 비록 데드라인이 경과한 경우라도, 목표 MP을 위해 해당 패킷을 폐기하지 않고 전송한다.

세 번째 서비스품질 유형은 최선 노력 어플리케이션(Best Effort Application)이다. 이러한 어플리케이션 유형은 지연 전송에 민감하지 않기 때문에 적시에 전송을 하는 것보다는 다소 시간이 소요되더라도 전송을 하는 것 자체를 중요한 조건으로 하는 서비스 유형이다. 예를 들어, 최선 노력 어플리케이션 유형에 해당되는 패킷의 경우에, 만일 전송 데드라인이 경과할 때까지 전송되지 못한 경우라고 하더라도 해당 패킷의 유용성은 변화가 없거나 또는 약간 감소하는 것일 수 있다. 이 경우에, 각 노드에서는 데드라인을 고려하지 않고 다른 기준, 예컨대 버퍼링되어 있는 데이터의 양을 기준으로 목표 MP을 위해 해당 패킷을 전송한다.

그리고 본 발명의 실시예에 의하면, 전술한 세 가지 서비스품질 유형에 대하여 적절한 범위의 우선순위 레벨(Priority Level)을 부여한다. 예를 들어, 우선순위 레벨은 도 3에 도시된 것과 같이 부여될 수 있다. 도 3을 참조하면, 엄격한 실시간 어플리케이션과 완화된 실시간 어플리케이션의 경우에는 상대적으로 높은 우선순위의 값, 예컨대 우선순위 레벨이 5~8 사이인 값을 부여한다. 반면, 최선 노력 어플리케이션인 경우에는 상대적으로 낮은 우선순위의 값, 예컨대 우선순위 레벨이 1~4 사이인 값을 부여한다.

이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 어느 하나의 어플리케이션은 하나의 우선순위 레벨만을 갖는 것이 아니다. 즉, 동일한 어플리케이션이 여러 우선순위 레벨을 가질 수 있다. 따라서 동일한 어플리케이션이 어떤 우선순위 레벨을 가질 것인지를 결정할 필요가 있는데, 본 발명의 실시예에서는 데드라인까지의 시간 및/또는 버퍼링되고 있는 데이터의 양을 기준으로 세부적인 우선순위 레벨을 결정한다. 이하, 이를 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 우선순위 레벨 5~8 사이의 값을 갖는 엄격한 실시간 어플리케이션과 완화된 실시간 어플리케이션의 경우에는, 최선 데드라인 우선(Earliest Deadline First, EDF) 스케쥴링 방법을 이용한다. 즉, 각 패킷의 데드라인을 고려하여 데드라인이 가장 가까운 패킷에 가장 높은 우선순위를 부여하고, 데드라인까지 남은 시간이 상대적으로 길면 상대적으로 낮은 우선순위를 부여한다. 이러한 실시간 어플리케이션에 따른 각 패킷에 적용되는 EDF 스케쥴링 방법은 수학식 1로 표현할 수 있다.

여기서, T는 데드라인까지 남아있는 시간을 나타내고, T_adj는 MaxDeadline과 T 중에서 최대값을 가리킨다. MaxDeadline은 최대로 허용된 데드라인 기간(maximum allowed deadline period)을 나타내고, MaxPriority는 실시간 우선순위의 최대 번호(the maximum # of real-time priority), base_realtime priority는 실시간 우선순위의 최저 번호(the minimum # of real-time priority)를 가리킨다.

이와 같이, 엄격한 실시간 어플리케이션과 완화된 실시간 어플리케이션은 데드라인을 고려하여 우선순위 레벨을 결정한다는 점에서 공통점이 있으나, 데드라인이 경과한 경우에 각 노드에서 패킷을 처리하는 방식은 다르다. 먼저, 엄격한 실시간 어플리케이션에 해당되는 패킷의 경우에, 데드라인이 경과할 경우에 해당 패킷은 더 이상 유용성이 없기 때문에, 이 패킷은 더 이상 전송되지 않으며 폐기 처분된다. 반면, 완화된 실시간 어플리케이션에 해당되는 패킷의 경우에는, 비록 데드라인이 경과하더라도 해당 패킷의 유용성은 이를 전송하거나 라우팅하는 노드에서 판단하지 않고 이를 전송하여 준다. 이 때, 데드라인이 경과한 패킷은 후술하는 최선 노력 어플리케이션에 따른 패킷과 동일한 방식으로 스케쥴링하여 처리할 수 있다. 이러한 경우에는, 다른 최선 노력 어플리케이션에 해당되는 패킷과 경쟁하여 전송하게 된다.

다음으로, 우선순위 레벨 1~4 사이의 값을 갖는 최선 노력 어플리케이션의 경우에는, 패킷 스케쥴링을 함에 있어서 버퍼링되고 있는 데이터의 크기, 즉 큐 사이즈(Que Size)를 이용할 수 있다. 즉, 각 플로우(소스 MP와 목표 MP가 특정되어 있는 데이터의 흐름)에 대하여 보내야 할 데이터의 양을 고려하여, 큐 사이즈의 크기가 가장 큰 흐름에 속하는 패킷에 가장 높은 우선순위를 부여하고, 큐 사이즈의 크기가 작은 흐름에 속하는 패킷의 경우에는 상대적으로 낮은 우선순위를 부여한다. 이러한 최선 노력 어플리케이션에 따른 각 패킷에 적용되는 큐 사이즈 스케쥴링 방법은 수학식 2로 표현할 수 있다.

여기서, Q_I는 플로우 I에 대한 현재의 큐 사이즈를 나타내고, MaxQ는 최대로 허용되는 큐 사이즈(the maximum allowed queue size)를 나타낸다. 그리고 MaxBEpriority-level은 허용되는 BE 우선순위 레벨의 최대값(Maximum allowed BE Priority level)을 나타내고, Q_adj는 MaxQ와 Q_I와의 최소값을 나타낸다.

한편, 이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 실시간 어플리케이션에 대해서만 높은 우선순위 레벨을 부여하고, 다른 어플리케이션의 경우에는 낮은 우선순위만을 부여하기 때문에, 엄격한 실시간 어플리케이션이나 완화된 실시간 어플리케이션때문에 최선 노력 어플리케이션에 해당되는 트래픽은 전송의 기회조차 얻지 못할 수가 있다. 이 경우에는, 최선 노력 어플리케이션에 해당되는 패킷은 전혀 전송되지 못하여 메쉬 네트워크의 중간에 정체되어 버릴 수가 있다(Starvation 현상).

이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 발명의 실시예에 의하면, 최선 노력 어플리케이션 패킷의 경우에 큐 사이즈를 고려하여 소정의 시간이 지나도 큐 사이즈의 변화가 없어 starvation 현상이 일어나고 있다고 판단되면, 이를 우선순위 레벨이 5~8 사이의 값으로 수정하여 스케쥴링을 수행할 수도 있다. 이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 비록 실시간성이 요구되지 않아서 우선순위 레벨이 낮은 어플리케이션에 해당되는 패킷이라도, 버퍼링되고 있는 패킷의 양이 많은 경우에는, 우선순위 레벨을 조정하여 전송이 공평하게 이루어지도록 할 수 있다.

도 4는 전술한 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케쥴링 기법을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 우선순위 레벨이 1~4 사이에 해당되어 최선 노력 어플리케이션에 해당되는 경우에는, 큐 사이즈에 비례하여 우선순위 레벨이 결정된다. 그리고 우선순위 레벨이 5~8 사이에 해당되어 실시간 어플리케이션에 해당되는 경우에는, EDF 스케쥴링에 따라서 데드라인까지의 남은 시간을 고려하여 우선순위 레벨을 결정한다. 그리고 데드라인까지의 남은 시간의 아주 짧은 경우에는, 우선순위 레벨을 최고로 할당하여 가장 빨리 해당 패킷이 전송될 수 있도록 한다.

이상에서 상세하게 설명한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명의 기술 사상을 보여주기 위한 예시적인 것으로서, 상기 실시예에의 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호 범위는 후술하는 본 발명의 특허청구범위에 의하여 특정된다.

도 1은 무선 메쉬 네트워크의 구성의 일례를 보여 주는 블록도이다.

도 2는 무선 메쉬 네트워크에서의 프로액티브 트리 경로와 온-디맨드 경로를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 우선순위 레벨을 보여 주는 일례를 보여 주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라서 EDF와 큐 사이즈를 고려하여 우선순위 레벨을 보여 주는 일례와 그에 따른 설명을 함께 보여 주는 도면이다.

Claims (6)

1. 무선 메쉬 네트워크에서의 패킷 스케쥴링 방법에 있어서,

   상기 패킷이 실시간 전송이 요청되는 어플리케이션에 속하는 경우에는 두 개 이상의 우선순위 레벨을 포함하는 제1 우선순위 레벨을 할당하고, 상기 패킷이 실시간 전송이 요청되지 않는 어플리케이션에 속하는 경우에는 두 개 이상의 우선순위 레벨을 포함하는 제2 우선순위 레벨을 할당하며,

   상기 제2 우선순위 레벨보다 상기 제1 우선순위 레벨의 값이 더 크며,

   상기 제1 우선순위 레벨 내에서는 최선 데드라인 우선(EDF) 방법을 이용하여 상기 패킷의 우선순위 레벨을 결정하고, 그리고

   상기 제2 우선순위 레벨 내에서는 큐 사이즈를 이용하여 상기 패킷의 우선순위 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케쥴링 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 우선순위 레벨 내에서는 다음의 식을 이용하여 우선순위 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케쥴링 방법.

   

   여기서, T는 데드라인까지 남아있는 시간, T_adj는 MaxDeadline과 T 중에서 최대값, MaxDeadline은 최대로 허용된 데드라인 기간(maximum allowed deadline period), MaxPriority는 실시간 우선순위의 최대 번호(the maximum # of real-time priority), base_realtime priority는 실시간 우선순위의 최저 번호(the minimum # of real-time priority)를 나타낸다.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 우선순위 레벨 내에서는 다음의 식을 이용하여 우선순위 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케쥴링 방법.

   

   여기서, Q_I는 플로우 I에 대한 현재의 큐 사이즈, MaxQ는 최대로 허용되는 큐 사이즈(the maximum allowed queue size), MaxBEpriority-level은 허용되는 BE 우선순위 레벨의 최대값(Maximum allowed BE Priority level), Q_adj는 MaxQ와 Q_I와의 최소값을 나타낸다.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 우선순위 레벨과 상기 제2 우선순위 레벨은 각각 4개의 우선순위 레벨을 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케쥴링 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 우선순위 레벨에 속하는 패킷의 큐 사이즈가 소정의 크기 이상인 경우에는, 상기 패킷에 대해서는 상기 제1 우선순위 레벨에 속하는 우선순위 레벨을 부여하는 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케쥴링 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 우선순위 레벨에 속하는 패킷은 데드라인이 경과하면 유효성이 없어서 폐기되는 엄격한 실시간 어플리케이션 패킷과 데드라인이 경 과하더라도 데드라인이 경과하더라도 유효성에는 영향이 없는 완화된 실시간 어플리케이션 패킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스케쥴링 방법.

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