KR20140128849A - 패킷 송수신을 제어하는 망연동장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선망 특성에 따른 TCP 전송 성능 저하 문제를 망연동장치에서 지역적 재전송으로 해결하기 위한 방법의 하나로서 기존에 제안 된 TCP 스눕(Snoop)의 캐싱 메모리 문제 해결 및 최적화된 TCP 전송 제어를 위한 기술이다. 본 발명은 무선망에서 발생하는 패킷 손실에 대한 재전송을 위해 상기 고정호스트 또는 상기 무선단말에서 전송된 패킷을 버퍼에 복사하고, 상기 무선단말 또는 상기 고정호스트에 포워딩하며, 수신윈도우를 무선망의 대역폭 또는 RTT에 따라 유동적으로 조정하되, 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과되면, 패킷송신측에 수신윈도우를 축소시키는 프리즈 메시지가 전송되고, 패킷수신측에는 버퍼에 복사된 패킷이 전송된다.

Description

패킷 송수신을 제어하는 망연동장치 및 방법 {NETWORK CONNECTING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING PACKET TRANSMISSTION AND RECEPTION}
본 발명은 패킷 송수신을 제어하는 망연동장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 링크의 대역폭 측정을 기반으로 한 패킷 송수신을 제어하는 망연동장치 및 송수신을 제어하는 방법에 관한 것이다.
TCP 혼잡제어의 목적은 데이터 전달시 네트워크에서 혼잡이 발생하는 것을 단말에서 감지하여 TCP 데이터 전송량을 조절하는 것이다. 그러나 무선환경에서는 혼잡하지 않은 네트워크에서도 데이터가 손실될 수 있고 이런 상황에서 TCP 혼잡제어 기술이 작동되어 전송 성능의 저하를 막아야 한다.
이러한 무선망 TCP 전송성능을 해결하기 위한 방법으로 여러 기술이 존재하며, 크게 4개의 분야로 나뉘어진다. (1) 유선과 무선을 분리하는 방법, (2) 무선 특성을 반영한 엔드투엔드(End-to-End) TCP 혼잡제어 알고리즘, (3) 지역적 손실 회복을 통한 방법, (4) 패킷 손실의 원인을 패킷송신측에 알려주는 방법의 크게 4가지 분야이다.
먼저, 유선과 무선을 분리하는 방법은 AP(Access Point)에서 유선망의 TCP, 무선망의 TCP 연결을 각각 설립하여 무선망의 손실이 유선망으로 전이되지 않도록 하는 방식이다.
다음으로, 무선 특성을 반영한 엔드투엔드(End-to-End) TCP 혼잡제어 알고리즘의 대표적인 예는 TCP 웨스트우드(Westwood) 기법이다. 이 기법은 무선망의 대역폭을 측정하여 이를 TCP 혼잡제어 알고리즘의 임계치로 활용한다. 이렇게 함으로써 TCP 전송률을 무선 대역폭에 기반하도록 조절할 수 있으며, 무선망 대역폭에 기반한 TCP 전송률을 적용함으로써 무선망에서 손실 발생을 줄이는 방법이다.
다음으로, 지역적 손실 회복을 통한 방법의 대표적인 예는 TCP 스눕(Snoop)이다. 이 기법은 AP에서 전달되는 모든 TCP 패킷을 캐싱하여 무선망에서 손실 발생시 패킷송신측에 중복된 ACK를 전달하지 않고 AP에서 손실된 패킷을 무선단말기로 재전송하여 패킷송신측에서 TCP 혼잡제어 알고리즘이 동작하지 않도록 한다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제 10-2004-0067343호(발명의 명칭: 유선망과 무선망 사이의 TCP전송을 제어하는 망연동장치)에는 TCP 스눕(Snoop) 기술에 대하여 기술하고 있다.
마지막으로, 패킷 손실의 원인을 패킷송신측에 알려주는 방법은 패킷 손실이 발생한 구간이 유선인지 무선인지를 패킷송신측에 알려줘서 무선망에서 패킷 손실 발생 시에는 TCP 혼잡제어로 동작하지 않도록 방지하는 방법이다. 이것은 무선 구간 손실시에는 혼잡 윈도우를 감소시키지 않고 손실된 패킷을 재전송하도록 하는 방법이다.
이러한, 무선망 TCP 전송성능 향상을 위한 기술들은 실제로 적용되기 어려운 다음과 같은 이유들이 존재한다.
먼저, 유선과 무선을 분리하는 기술은 AP에서 모든 TCP 연결에 대해서 무선망과 유선구간의 TCP 연결을 설립해야 하는데 AP에서 모든 연결 처리를 하기는 어렵다. 또한, 엔드투엔드(End-to-End) 방식의 알고리즘은 모든 단말기의 TCP 모듈의 수정이 필요하며, 이미 나와 있는 모든 단말기의 TCP를 수정하는 것은 어렵다. 또한, 지역적 손실 회복을 통한 방법은 AP에서 모든 데이터를 캐싱하여 관리해야 하는 메모리 문제가 존재한다. 그리고, 패킷 손실의 원인을 패킷송신측에 알려주는 방법은 엔드투엔드(End-to-End) 방식과 마찬가지로 모든 단말기의 TCP가 수정되어야 하는 문제가 존재한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무선망의 대역폭을 측정하여 패킷송신측에 전달되는 정상 수신 메시지의 수신윈도우를 수정하여 전달함으로써 TCP 전송속도를 조절하여 패킷 송수신을 제어하는 망연동장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 망연동장치는, 패킷의 송수신을 제어하기 위한 것으로서, 고정호스트와 패킷을 교환하기 위하여 유선망과 연결되는 유선망연동부; 무선단말과 패킷을 교환하기 위하여 무선망과 연결되는 무선망연동부; 무선망에서 발생하는 패킷 손실에 대한 재전송을 위해 고정호스트 또는 무선단말에서 전송된 패킷을 버퍼에 복사하고, 무선단말 또는 고정호스트에 포워딩하며, 수신윈도우를 무선망의 대역폭 또는 RTT에 따라 유동적으로 조정하는 제어부를 포함한다. 이때, 제어부는, 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면, 패킷송신측에 수신윈도우를 0으로 만드는 프리즈 메시지를 전송하고, 패킷수신측에 버퍼에 복사된 패킷을 전송한다.
또한, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 2 측면에 따른 패킷의 송수신을 제어하는 방법은, 무선망에서 발생하는 패킷 손실에 대한 재전송을 위해 고정호스트 또는 무선단말에서 전송된 패킷을 버퍼에 복사하고, 무선단말 또는 고정호스트에 포워딩하는 단계; 및 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면, 프리즈 타이머를 실행시키고, 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우, 패킷송신측에 수신윈도우를 0으로 만드는 프리즈 메시지를 전송하고, 패킷수신측에 버퍼에 복사된 패킷을 전송하는 단계를 포함한다. 이때, 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하지 않으면, 실행된 프리즈 타이머를 중단시키는 단계를 포함하되, 수신윈도우는, 무선망의 대역폭 또는 RTT에 따라 유동적으로 조정된다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 모든 단말기의 수정 없이 망연동장치에 본 발명을 적용하여 대역폭에 따라 수신윈도우를 변경함으로서, 패킷 송신량을 조절하여 무선망 TCP 패킷의 전송률을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 무선망 손실에 따른 패킷송신측에서의 TCP 혼잡제어 알고리즘 동작을 방지하고, 망연동장치에서 무선망 대역폭에 기반하여 수신윈도우를 조절함으로서, TCP 전송률을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 고정호스트 및 무선단말과 연결되는 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치에 대해 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치에 포함된 제어부의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 패킷을 수신한 경우 작동하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 정상 수신 메시지를 패킷수신측으로부터 수신한 경우 작동하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 정상 수신 메시지를 수신하지 못한 경우, 작동하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '전기적으로 연결'되어있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 '~(하는) 단계' 또는 '~의 단계'는 '~를 위한 단계'를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 구성요소를 "캐싱" 한다고 할 때, 이는 명령어와 데이터를 캐시 기억 장치 또는 디스크 캐시에 일시적으로 저장하는 것을 의미하고, 중앙 처리 장치(CPU)가 명령어와 데이터를 주기억 장치 또는 디스크로부터 읽어 오거나 데이터를 주기억 장치 또는 디스크에 기록하는 것보다 몇 배 빠른 속도 또는 CPU의 속도에 가깝게 단축시킴으로써 컴퓨터의 성능을 향상시키기 위한 방법을 의미한다. 본원 명세서의 일 실시예에 따르면 캐시 기억 장치는 버퍼로 기술될 수 있다.
종래의 TCP 스눕(Snoop)기법은 AP가 수신한 모든 TCP 패킷을 캐싱하여 무선망에서 손실 발생시 패킷송신측에 중복된 ACK를 전달하지 않고 AP에서 손실된 패킷을 무선단말기로 재전송하여 패킷송신측에서 TCP 혼잡제어 알고리즘이 동작하지 않도록 하였다.
이러한 지역적 손실 회복을 통한 방법은 AP에서 연결된 모든 무선단말의 모든 TCP 세션에 대해서 전달되는 모든 패킷을 저장해야 하는 과도한 캐싱 문제가 존재했다. 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 종래의 TCP 스눕(Snoop) 기술을 수정하여 현실적으로 적용이 용이하도록 한다. TCP 스눕(Snoop)은 전달되는 모든 TCP 데이터를 캐싱하는데, 본 발명에서는 손실 회복 방법인 스눕(Snoop) 기술에서 메모리 문제를 해결하고 무선 대역폭에 기반한 TCP 전송률을 제어하여 무선망 TCP 전송성능을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 고정호스트 및 무선단말과 연결되는 구조를 도시한다.
또한, 도 2는 도 1에 구조에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치에 대해 도시한다.
망연동장치(3)는, 고정호스트(1)와 무선단말(2)이 패킷을 교환하기 위하여 고정호스트(1)가 이용하는 유선망과 무선단말(2)이 이용하는 무선망을 연결해주는 장치이다. 예를 들어, 기지국(Base Station) 또는 AP(Access Point)가 될 수 있다.
호스트는, 인터넷 네트워크에 접속되어 다른 인터넷 호스트와 통신 할 수 있는 컴퓨터를 말한다. 호스트는 패킷의 원천지이기도 하고 목적지이기도 하다. 호스트는 클라이언트이기도 하고 서버이기도 하다. 인터넷 네트워크에서 호스트는 인터넷 이름과 인터넷 주소에 의해 식별된다.
본원 명세서 전체에서 지칭하는 "고정호스트(1)"는 유선망으로 패킷을 전송하는 호스트를 말하며, 예를 들어 서버가 될 수 있다. 고정호스트(1)는 패킷을 다른 호스트로 송신 또는 수신할 수 있으므로, 패킷송신측이 될 수 있고, 패킷수신측이 될 수도 있다.
본원 명세서 전체에서 지칭하는 "무선단말(2)"은 무선망으로 패킷을 전송하는 호스트를 말하며, 예를 들어 이동단말, 이동전화, 스마트폰, 태블릿pc, 컴퓨터 등이 될 수 있다. 이동호스트라고 지칭하기도 한다. 고정호스트(1)와 마찬가지로 패킷을 다른 호스트로 송신 또는 수신할 수 있으므로, 패킷송신측이 될 수 있고, 패킷수신측이 될 수 있다.
다만, 본원 명세서에서는 고정호스트(1)와 무선단말(2)이 망연동장치(3)를 이용하여 패킷을 송수신하므로, 고정호스트(1)가 패킷송신측이 되는 경우, 무선단말(2)이 패킷수신측이 되고, 고정호스트(1)가 패킷수신측이 되는 경우, 무선단말(2)이 패킷송신측이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치(3)는, 유선망연동부(10), 무선망연동부(11), 제어부(12)를 포함한다.
이하 각 구성요소의 기능과 그 작동 과정을 상세히 설명한다.
유선망연동부(10)는, 고정호스트(1)와 패킷을 교환하기 위하여 유선망과 연결되는 구성요소다.
무선망연동부(11)는, 무선단말(2)과 패킷을 교환하기 위하여 무선망과 연결되는 구성요소다.
패킷을 전송하는 고정호스트(1) 또는 무선단말(2)을 패킷송신측이라 하고, 패킷을 수신하는 무선단말(2) 또는 고정호스트(1)를 패킷수신측이라 한다. 예를 들어 고정호스트(1)가 패킷송신측이고 무선단말(2)이 패킷수신측인 경우, 망연동장치(3)는 유선망연동부(10)를 통해 패킷송신측으로부터 패킷을 수신하고, 무선망연동부(11)를 통해 패킷수신측으로 패킷을 전송한다. 또한 망연동장치(3)는 무선망연동부(11)로부터 패킷을 정상적으로 수신했음을 알리는 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)를 수신할 수 있다.
이하, 패킷송신측이 고정호스트(1), 패킷수신측이 무선단말(2)임을 가정하고 설명하도록 한다. 다만 이외에도 패킷송신측이 무선단말(2)이고 패킷송신측이 고정호스트(1)가 될 수도 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치에 포함된 제어부(12)의 기능을 설명하기 위한 도면이고, 더욱 상세한 제어부의 기능은 이를 참조하여 설명하도록 한다.
우선, 제어부(12)는 패킷송신측으로부터 전송된 패킷을 버퍼에 복사한다. 복사하는 과정을 캐싱이라 지칭할 수도 있다. 이는 무선망에서 발생하는 패킷 손실에 대한 재전송을 위한 전제 사항에 해당한다. 그리고 제어부(12)는 전송된 패킷을 패킷수신측으로 포워딩한다.
수신윈도우는, 무선망 상태에 따라 망연동장치가 패킷송신측에 요구하는 패킷 전송량을 의미한다. 수신윈도우는 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)에 포함될 수 있다.
이때, 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면 제어부(12)는 패킷송신측이 전송할 패킷 전송량을 줄이기 위해 패킷송신측에 수신윈도우를 축소하는 프리즈 메시지를 전송한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리즈 메시지는 수신윈도우를 0으로 만드는 메시지일 수 있다. 그리고 제어부(12)는, 패킷수신측에 버퍼에 복사된 패킷을 전송한다.
다만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면 제어부(12)는 먼저 프리즈 타이머를 실행시킬 수 있는데, 프리즈 타이머는 무선망의 상태가 극히 좋지 않아서 모든 패킷이 손실되는 상황을 감지하기 위한 타이머이다. 버퍼에 쌓인 패킷량이 임계치를 초과하는 이상, 프리즈 타이머는 기설정된 시간이 도래할 때까지 실행되고, 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우(예를 들어, 타임아웃), 패킷송신측에 제어부(12)는 프리즈 메시지를 전송한다. 그리고, 버퍼에 복사된 패킷을 패킷수신측에 전송하고, 실행된 프리즈 타이머를 중단시킨다.
본 발명의 일 실시에에 따르면, 제어부(12)는 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우(예를 들어, 타임아웃), 즉, 일정 시간 동안 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과한 경우, 재전송 타이머를 실행시키는데, 재전송 타이머가 실행되는 동안에는 패킷송신측으로부터 이미 전송된 동일 패킷에 대한 전송요청이 와도 이를 드롭시키고, 동일 패킷을 재전송하지 않는다. 불필요한 재전송을 하지 않기 위함이다. 이러한 재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우(예를 들어, 타임아웃), 패킷송신측에 프리즈 메시지를 전송하고, 패킷수신측에 기전송한 패킷을 재전송하고, 재전송 타이머를 다시 실행시킨다. 그러나, 해당 패킷이 성공적으로 전송된 경우, 즉, 해당 패킷의 정상 수신 메시지를 패킷수신측으로부터 수신한 경우, 더 이상 기전송한 패킷의 재전송이 필요하지 않기 때문에 재전송 타이머를 중단시킨다.
또한, 제어부(12)는 수신윈도우를 무선망의 대역폭 또는 RTT(Round Trip Time)에 따라 유동적으로 조정할 수 있는데, 수신윈도우를 확장하는 메시지를 전송함으로서 패킷송신측으로부터 오는 패킷량을 늘릴 수 있고, 상술한 바와 같이 수신윈도우를 축소하는 메시지를 전송함으로서 패킷송신측으로부터 오는 패킷량을 줄일 수 있다. 상세한 제어부(12)의 수신윈도우 조정 과정은 후술하기로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따라 패킷수신측으로부터 정상 수신 메시지를 수신한 경우 망연동장치(3)에서 진행되는 프로세스를 설명한다.
패킷수신측으로부터 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)를 수신한 경우, 진행되는 프로세스는 다음과 같다.
먼저, 제어부(12)가 정상 수신된 해당 패킷을 버퍼에서 삭제한다. 그리고 측정된 무선망의 대역폭 또는 RTT를 기반으로 하여 제어부(12)는 해당 정상 수신 메시지의 수신윈도우를 변경하고, 변경된 수신윈도우를 포함한 정상 수신 메시지를 패킷송신측에 전달한다. 이때, 대역폭 또는 RTT는 일 실시예에 따르면 망연동장치(3)가 자체적으로 측정한 것일 수 있고, 외부로부터 측정된 것일 수 있다. 다만, 정상적으로 패킷을 수신한 경우 새롭게 측정된 대역폭 또는 RTT 또는 상시 측정되는 대역폭 또는 RTT일 수 있다. 또한, 제어부(12)는 기실행된 재전송 타이머를 중단시킨다. 정상적으로 수신된 패킷을 더 이상 재전송할 필요가 없기 때문이다. 또한, 제어부(12)는 동작 중인 프리즈 타이머를 리셋시키는데, 여기서 리셋은 기실행된 타이머를 재시작시키는 것을 의미한다. 이는 무선망의 데이터 전송이 중단 되지 않았음을 의미한다.
한편, 패킷수신측으로부터 정상 수신 메시지를 수신하지 못한 경우(예를 들어, 동일 패킷에 대한 중복 ACK를 수신한 경우), 망연동장치(3)가 수신한 중복ACK가 해당 패킷에 대하여 첫번째로 수신한 중복 ACK이면 진행되는 프로세스는 다음과 같다.
우선, 제어부(12)는 패킷수신측에 패킷을 재전송하고, 수신한 중복 ACK를 드롭시킨다. 그리고 패킷수신측이 정상적으로 해당 패킷을 수신(예를 들어, 정상적 ACK메시지를 전송)할 때까지 재전송 타이머를 실행시키는데, 재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래하면, 패킷수신측에 기전송한 패킷을 재전송하고, 재전송 타이머를 다시 실행시킨다. 이때, 패킷수신측으로부터 해당 패킷에 대한 정상 수신 메시지를 수신한 경우, 즉, 패킷수신측이 정상적으로 패킷을 전송받은 경우, 제어부(12)는 재전송 타이머를 중단시킨다.
다만, 재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래하기 전에, 패킷수신측이 정상 수신 메시지를 전송한 경우, 제어부(12)는, 상술한 패킷수신측으로부터 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)를 수신했을 때의 프로세스를 진행한다.
한편, 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하지 않는 경우에는, 제어부(12)는 프리즈 타이머를 중단 시킨다. 무선망의 상태가 양호하기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 수학식 1에 따라,망연동장치는 예상 혼잡윈도우를 스스로 계산하고, 패킷수신측으로부터 수신한 수신윈도우와 계산한 예상 혼잡윈도우를 비교하여 정상 수신 메시지의 수신윈도우를 변경할 수 있다.
Figure pat00001
Ewndold는 망연동장치(3)에서 이전에 계산한 예상 혼잡윈도우, Ewndnew는 망연동장치(3)에서 새롭게 계산한 예상 혼잡윈도우를 의미한다.
BWold는 무선망에 대하여 이전에 추정된 대역폭이고, 단위는 bps이다. BWnew는 무선망에 대하여 새롭게 추정된 대역폭이다.
RTT는 무선망에서의 Round-Trip Time의 약자로, 망연동장치(3)에서 무선단말(2)로 전달된 패킷에 대한 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)를 망연동장치(3)가 수신하기까지 걸리는 시간을 의미한다. 즉, 패킷 또는 메시지가 망연동장치(3)에서 무선단말(2)을 거쳐 다시 망연동장치(3)까지 돌아오는 데 걸리는 시간을 의미한다.
Rwnd는 패킷수신측에서 전송한 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)의 수신윈도우 의미한다. 이때, Awndnew는 망연동장치(3)에서 새롭게 계산한 수신윈도우를 의미하고, 망연동장치(3)가 전달하는 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)의 수신윈도우는 이 값으로 변경되어 패킷송신측에 전달된다.
MSS는 Maximum Segment Size의 약자로, 호스트들 간의 보낼 수 있는 패킷의 최대 세그먼트 크기 값을 의미한다.
수학식 2는 정상 수신 메시지를 수신한 패킷송신측이 자체적으로 혼잡윈도우 크기를 계산하고, 전송 데이터량을 결정할 때, 자체적으로 계산한 혼잡윈도우와 망연동장치 또는 패킷수신측으로부터 수신한 수신윈도우 중 작은 것을 선택하여 결정하는 수식이다.
Figure pat00002
Send Window는 패킷송신측에서 자신이 계산한 혼잡윈도우(Cwnd)와, 망연동장치 또는 패킷수신측에서 보내온 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)에 포함된 수신윈도우를 비교하고 더 작은 것을 선택하여 그만큼의 패킷(예를 들어, TCP 세그먼트)를 전송함을 의미한다. 여기서 Cwnd는 패킷송신측에서 계산한 혼잡윈도우, Rwnd는 망연동장치 또는 패킷수신측에서 전송한 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)에 포함된 수신윈도우를 의미한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 패킷 송수신을 제어하는 방법에 대해서 기술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 패킷을 수신한 경우 작동하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
우선, 망연동장치는 패킷송신측으로부터 패킷을 수신한다(S110). 그리고, 무선망에서 발생하는 패킷 손실에 대한 재전송을 위해 패킷송신측인 고정호스트에서 전송된 패킷을 버퍼에 복사한다.
다음으로, 망연동장치는 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면(S111), 프리즈 타이머를 실행시키고, 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우(S112), 패킷송신측으로부터 오는 패킷 전송량을 줄이기 위해 수신윈도우를 축소시키는 프리즈 메시지를 패킷송신측에 전송한다. 그리고, 버퍼에 복사된 패킷을 패킷수신측에 전송하고, 프리즈 타이머를 중단시킨다(S113). 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리즈 메시지는 수신윈도우를 0으로 만드는 메시지일 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 망연동장치는 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우, 재전송 타이머도 실행시킬 수 있는데, 재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래하면(S114), 패킷수신측에 정상적으로 수신되지 않은 패킷을 재전송하고, 재전송 타이머를 다시 실행시킨다. 그리고, 망연동장치는 프리즈 메시지를 전송한다(S115). 재전송 타이머는, 패킷수신측이 정상적으로 패킷을 수신하면 중단된다.
또한, 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하지 않으면, 망연동장치는 실행된 프리즈 타이머를 중단시킨다.
이하, 패킷수신측이 정상적으로 망연동장치가 전송한 패킷을 수신한 경우 망연동장치에서 진행되는 패킷송수신제어방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 정상 수신 메시지를 패킷수신측으로부터 수신한 경우작동하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 망연동장치가 정상 수신 메시지(ACK)를 패킷수신측으로부터 수신하면(S120), 망연동장치는 정상적으로 전달된 패킷에 대한 버퍼를 비우고, 측정된 무선망의 대역폭 또는 RTT에 따라 수신윈도우를 변경한다(S121). 이때, 대역폭 또는 RTT는 일 실시예에 따르면 망연동장치가 자체적으로 측정한 것일 수 있고, 외부로부터 측정된 것일 수 있다. 다만, 정상적으로 패킷을 수신한 경우 새롭게 측정된 대역폭 또는 RTT 또는 상시 측정되는 대역폭 또는 RTT일 수 있다.
또한, 망연동장치는 패킷송신측에 수신윈도우를 포함한 정상 수신 메시지를 전송하고, 동작 중인 프리즈 타이머가 있다면 프리즈 타이머를 리셋하고, 실행된 재전송 타이머를 중단시킨다(S121).
한편, 이하 패킷수신측이 정상적으로 망연동장치가 전송한 패킷을 수신하지 못한 경우(예를 들어, 망연동장치가 중복 ACK메시지를 수신한 경우), 망연동장치에서 진행되는 송수신 제어방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 망연동장치가 정상 수신 메시지를 수신하지 못한 경우, 작동하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 망연동장치가 정상 수신 메시지를 수신하지 못한 경우(예를 들어, DupACK를 수신한 경우, S130), 망연동장치는 우선 패킷수신측에 버퍼에 복사된 패킷을 재전송하고, 재전송 타이머를 실행시킨다(S131). 재전송된 패킷은 정상적으로 패킷수신측이 수신하지 못한 패킷을 의미한다.
재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래하면(S132), 패킷수신측에 패킷을 재전송하고 재전송 타이머를 다시 실행시킨다(S133). 이때, 상기 재전송 타이머는, 패킷수신측이 정상적으로 패킷을 수신하면 중단된다. 또한, 재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래하면, 무선망의 상황이 좋지 않다는 것을 의미하고, 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따르면, 망연동장치는 프리즈 메시지를 패킷송신측에 전송할 수 있다. 수신윈도우를 축소시켜 패킷송신측으로부터의 패킷 전송량을 조절하기 위함이다(S133).
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 망연동장치는 패킷수신측으로부터 전송된 정상 수신 메시지(예를 들어, ACK메시지)의 수신윈도우 값을 변경하여 패킷송신측으로 전달하고, 패킷송신측은 패킷의 전송량을 결정할 때 자체적으로 계산한 혼잡윈도우와 망연동장치로부터 수신한 수신윈도우를 비교하여 패킷 전송량을 결정할 수 있는데, 상술한 수학식 1은 망연동장치가 수신윈도우를 결정하는 수학식이고, 수학식 2는 혼잡윈도우와 수신윈도우 중 작은 것을 선택하여 결정하는 수학식이다. 수학식 1 및 수학식 2에 대한 상세한 설명은 상술한 바 생략한다.
이와 같이, 본 발명은 무선망의 대역폭에 맞추어 패킷(예를 들어, TCP패킷) 전송률을 제어하기 때문에 정상적인 경우 일정량 이상의 캐싱 메모리가 쌓이지 않도록 할 수 있다. 만약 갑자기 무선망의 상황이 나빠질 경우 캐싱 메모리가 증가할 것이고, 이 경우에 프리즈 타이머를 시작하여 타이머 동작 중 아무런 정상 수신 메시지가 수신되지 않으면 데이터 전송을 중단 시킨다.
만약 패킷이 정상적으로 패킷수신측에 전달되지 않은 경우(예를 들어, 중복 ACK를 패킷수신측이 전송한 경우) 망연동장치가 해당 패킷을 무선단말로 재전송한다. 중복된 ACK는 패킷송신측으로 전달되지 않고 드롭(Drop)됨으로써 TCP 혼잡제어 알고리즘이 작동되지 않도록 한다. 망연동장치에서 재전송 후에는 재전송 타이머를 시작하여 타이머가 동작하는 동안에 중복된 ACK를 수신해도 불필요하게 데이터를 재전송하지 않도록 한다.
이러한 TCP 네트워크의 전송률을 제어하는 시스템 및 방법은, 모든 단말기의 수정 없이 망연동장치(예를 들어, AP)에만 본 발명을 적용하여 무선망 TCP 전송성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 무선망 손실에 따른 패킷송신측에서의 TCP 혼잡제어 알고리즘 동작을 방지하고, 무선망 대역폭에 기반하여 패킷 전송률을 제어하기 때문에 패킷 전송 성능을 최적화 할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성 요소를 의미하며, 소정의 역할들을 수행한다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
한편, 본 발명의 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
상술한 본 발명에 따른 망연동장치 및 송수신제어방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 고정호스트
2: 무선단말
3: 망연동장치

Claims (9)

  1. 패킷의 송수신을 제어하는 망연동장치에 있어서,
    고정호스트와 패킷을 교환하기 위하여 유선망과 연결되는 유선망연동부;
    무선단말과 패킷을 교환하기 위하여 무선망과 연결되는 무선망연동부;
    상기 무선망에서 발생하는 패킷 손실에 대비한 패킷 재전송을 위해
    상기 고정호스트에서 전송된 패킷을 버퍼에 복사하고, 상기 무선단말에 상기 패킷을 포워딩하며, 수신윈도우를 상기 무선망의 대역폭 또는 RTT(Round Trip Time)에 따라 유동적으로 조정하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면,
    패킷송신측에 상기 수신윈도우를 축소시키는 프리즈 메시지를 전송하고, 패킷수신측에 상기 버퍼에 복사된 패킷을 전송하는 망연동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 버퍼에 쌓인 패킷량이 상기 임계치를 초과하면,
    상기 패킷송신측에 상기 수신윈도우를 0으로 만드는 프리즈 메시지를 전송하는 망연동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면,
    프리즈 타이머를 실행시키고,
    상기 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우,
    상기 패킷송신측에 상기 프리즈 메시지를 전송하고, 상기 패킷수신측에 상기 버퍼에 복사된 패킷을 전송하는 망연동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우,
    재전송 타이머도 함께 실행시키고,
    상기 재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래하면,
    상기 패킷수신측에 상기 기전송한 패킷을 재전송하고, 상기 재전송 타이머를 다시 실행시키고, 패킷송신측에 상기 프리즈 메시지를 전송하고,
    상기 패킷수신측으로부터 정상 수신 메시지를 수신하면,
    정상적으로 전송된 패킷에 대한 버퍼를 비우고, 무선망의 대역폭 또는 RTT에 따라 상기 정상 수신 메시지의 수신윈도우를 변경하고, 상기 패킷송신측에 상기 수신윈도우를 포함한 정상 수신 메시지를 전송하되,
    동작 중인 프리즈 타이머를 리셋하고,
    기실행된 재전송 타이머를 중단시키는 망연동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하기 수학식과 같이 계산된 예상 혼잡윈도우(Ewndnew)를 이용하여 상기 패킷수신측으로부터 수신한 정상 수신 메시지의 수신윈도우(Awndnew)를 대역폭 또는 RTT에 따라 변경하여 상기 패킷송신측으로 전송하는 망연동장치.
    Figure pat00003

    이때, Ewndold는 망연동장치에서 이전에 계산한 예상 혼잡윈도우, Ewndnew는 망연동장치에서 새롭게 계산한 예상 혼잡윈도우, BWold는 무선망에 대하여 이전에 추정된 대역폭, BWnew는 무선망에 대하여 새롭게 추정된 대역폭, RTT는 무선망에서의 Round-Trip Time, Rwnd는 패킷수신측에서 전송한 정상 수신 메시지의 수신윈도우, Awndnew는 망연동장치에서 새롭게 계산한 수신윈도우, MSS는 호스트들 간의 보낼 수 있는 패킷의 최대 세그먼트 크기 값임.
  6. 패킷의 송수신을 제어하는 방법에 있어서,
    고정호스트로부터 패킷을 수신하는 단계;
    무선망에서 발생하는 패킷 손실에 대한 재전송을 위해 상기 패킷을 버퍼에 복사하는 단계; 및
    상기 버퍼에 쌓인 패킷량이 일정 임계치를 초과하면,
    프리즈 타이머를 실행시키고,
    상기 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우,
    패킷송신측에 상기 수신윈도우를 축소시키는 프리즈 메시지를 전송하고, 상기 고정호스트에 상기 버퍼에 복사된 패킷을 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 수신윈도우는,
    상기 무선망의 대역폭 또는 상기 RTT(Round Trip Time)에 따라 유동적으로 조정되는 송수신제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프리즈 메시지를 전송하는 단계는,
    상기 버퍼에 쌓인 패킷량이 상기 임계치를 초과하면,
    상기 패킷송신측에 상기 수신윈도우를 0으로 만드는 프리즈 메시지를 전송하는 송수신제어방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 프리즈 타이머에 기설정된 시간이 도래한 경우,
    재전송 타이머를 실행시키는 단계를 더 포함하되,
    상기 재전송 타이머에 기설정된 시간이 도래하면,
    상기 패킷수신측에 정상적으로 수신되지 않은 패킷을 재전송하고, 상기 재전송 타이머를 다시 실행시키고, 상기 패킷송신측에 프리즈 메시지를 전송하고,
    상기 재전송 타이머는,
    상기 패킷수신측이 정상적으로 상기 패킷을 수신하면 중단되는 송수신제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 패킷수신측이 정상적으로 패킷을 수신한 경우,
    정상적으로 전달된 패킷에 대한 버퍼를 비우고, 측정된 무선망의 대역폭 또는 RTT에 따라 상기 수신윈도우를 변경하고, 상기 패킷송신측에 상기 수신윈도우를 포함한 정상 수신 메시지를 전송하고, 동작 중인 프리즈 타이머를 리셋하고, 실행된 상기 재전송 타이머를 중단시키는 단계를 더 포함하는 송수신제어방법.
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