KR20160025805A

KR20160025805A - 무선랜의 패킷 처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20160025805A
Application number: KR1020140113142A
Authority: KR
Inventors: 김영탁; 신나자르 시트나자로브
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-03-09
Also published as: KR101708977B1

Abstract

본 발명은 무선랜의 패킷 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 실제 실시간 멀티미디어 서비스의 경우 종단간 전달 지연이 150ms 이내로 유지되며 지터(Jitter)가 50ms 이내로 유지되면 서비스 품질 제공에 문제가 없다는 점을 고려하여, 송신단 단말기에서 VoIP 패킷들을 종단간 전달지연 150ms와 Jitter 50ms 이내로 유지되는 조건이 만족되는 한 최대 크기의 A-MPDU가 만들어져서 전송될 수 있도록 한다. 이에 따라 종래 VoIP 패킷들을 개별적인 MPDU로 전송할 경우 발생하는 문제점을 해결할 수 있어, 무선랜의 패킷 처리 성능을 향상시키는 이점이 있다.

Description

무선랜의 패킷 처리장치 및 그 방법{PACKET PROCESSING APPARATUS OF WIRELESS LAN AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 패킷 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간 멀티미디어 서비스의 서비스 품질 제공 조건이 충족되는 범위 내에서 최대 크기의 A-MPDU(Aggregated MP여를 생성하여 전송하도록 한 무선랜의 패킷 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 스마트폰, 스마트패드, 노트북 등의 휴대용 단말기에서 스카이프(SkyPE)나 카카오톡(Kakaotalk)과 같은 VOIP(Voice over Internet Protocol) 기반의 실시간 음성 통신서비스가 확산되고 있다.

실시간 음성 통신서비스는 처리 속도의 고속화, 및 많은 대역폭을 필요로 한다. 그러나 네트워크 자원은 충분하지 않다. 그래서 네트워크 자원을 효율적으로 사용하여 이를 해결할 수 있도록 다양한 서비스 품질 (QoS: Quality of Service)를 보장해줄 수 있는 기술이 필요하였다. QoS 기술은 선택된 네트워크 트래픽 또는 응용에 대해 차별화되는 서비스를 제공하는 네트워크 능력을 말한다.

이를 위해 여러 프레임을 하나의 큰 프레임에 집약(Aggregation)하여 프레임 전송에서의 오버헤드를 줄이는 프레임 집약(Frame Aggregation) 기법이 제안된바 있다.

특히 새로운 무선랜 표준인 IEEE 802.11n에서는 MSDU(MAC Service Data Unit) 또는 MPDU(MAC Protocol Data Unit)에 대하여 프레임 집약을 적용시킬 수 있는데, 이를 각각 'A-MSDU', 'A-MPDU'(집합매체접근제어데이터유닛)라 한다. 여기서, A-MPDU는 MAC 계층의 하위 부에 위치하여 하나 이상의 MPDU를 집약하여 하나의 PPDU(PHY Protocol Data Unit)로 구성하는 방식이다.

상기 A-MPDU를 생성하는 예는 도 1에 도시하고 있다. 도 1은 IEEE 802.11n에서 A-MPDU를 생성하는 과정을 보인 예시도이다.

그리고 이러한 과정에 의해 생성된 A-MPDU의 길이는 해당 프레임의 우선순위에 따른 AC의 TXOP(Transmission Opportunity) 기간 동안에 전송 가능한 크기로 제한된다. 또한 A-MPDU 내에 존재하는 각 MPDU의 처리를 위하여 MPDU 변별자(delimiter)의 'unique pattern scan' 과정으로 인하여 복잡도 및 처리 시간이 증가될 수 있다.

한편, IEEE 802. 11n 무선랜 표준에서는 서비스 제공 성능을 향상시키기 위하여 서비스 트래픽 종류별로 차별화된 4개의 AC(Access Category)를 사용한다. 이때 액세서리 카테고리는 'AC_VO', 'AC_VI', 'AC_BK' 및 'AC_BE'로 구분되며, 이들 각각은 트래픽 유형에 따라 다른 방식으로 처리하도록 우선순위가 부여된다. 가장 높은 우선순위를 가지는 트래픽은 'AC_VO'이다.

그리고 상기 IEEE 802. 11n 무선랜 표준은 최대 600Mbps 까지 전송 가능한 물리 계층의 전송 성능을 최대한 효율적으로 사용할 수 있도록 상술한 프레임 집약 기술을 이용하여 최대 64개개의 MPDU를 통합하여 하나의 'A-MPDU'를 생성하고 이를 전송하게 된다. 즉 이렇게 MPDU를 개별적으로 전송할 경우 전송과정에서 소요되는 시간, 즉 물리계층의 PLCP 헤더(32 ~ 48 ㎲) 전송 시간, 프레임의 송신 및 수신 간의 충돌을 피하기 위해 대기하는 시간인 프레임 간격(IFS, inter frame space)에 따른 오버헤더(overhead) 시간, 프레임 전송에서 충돌로 인한 백오프 프로세스(backoff process) 등의 지연 등으로 인해 무선 랜에서의 패킷 전달 성능이 저하되기 때문이다.

그럼에도 실제 구현되어 사용중인 IEEE 802. 11n 무선랜 카드에서는 'AC_VO' 유형의 실시간 음성 트래픽의 경우, 종단간(end-to-end) 전달 지연시간은 150㎳ 이내, 지터(jitter)는 50㎳ 이내로 유지되어야 하는 요구조건을 고려하여 VoIP 패킷들을 A-MPDU로 통합하여 전송하는 대신 개별적인 MPDU로 전송하고 있는 실정이다.

그렇기 때문에 상위 계층 프로토콜 헤더들과 물리계층 프로토콜 헤더 및 IFS에 의한 부담이 크게 발생하는 문제가 발생한다.

또한 무선랜 접속과정에서 충돌 확률이 그만큼 높아지기 때문에, VoIP와 같은 실시간 음성 정보 서비스가 다른 종류의 데이터, 예컨대 AC_VI, AC_BK, AC_BE 프레임과 섞여 전송되는 경우 무선랜의 패킷 전달 성능이 저하된다.

특히 하나의 무선랜 AP(Access Point)를 공유하는 다수의 무선 단말기가 각각 VoIP 트래픽을 생성하는 경우, 무선랜 AP의 전체 패킷 전달 성능은 VoIP 무선 단말기의 개수가 늘어남에 따라 감소하게 된다.

한국공개특허공보 10-2013-0085506 (2013. 07.30. 공개. 무선 근거리 통신망에서 A-MPDU 전송방법)

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실시간 멀티미디어 서비스의 종단간(end-to-end) 전달 지연시간 및 지터 발생 시간이 서비스 품질 제공 조건이 만족하는 범위 내에서 최대 크기의 A-MPDU를 생성하여 전송할 수 있도록 하는 무선랜의 패킷 처리 성능을 향상시키도록 하는 무선랜의 패킷 처리장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, IEEE 802.11n 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 송수신하는 송신 단말 및 수신 단말을 포함하며, 상기 송/수신 단말은 RTP/RTCP 계층으로부터 종단간(end-to-end) 전달지연 정보와 지터(jitter) 정보를 이용하여 A-MPDU를 생성하는 맥 계층(Mac layer); 및 상기 맥 계층이 생성한 A-MPDU를 전송하는 물리 계층을 포함하여 구성되는 무선랜의 패킷 처리장치를 제공한다.

상기 맥 계층은, 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 시간은 150㎳, 상기 지터 발생시간은 50㎳ 을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 A-MPDU를 최대 크기로 생성한다.

상기 A-MPDU에 포함되는 MPDU의 개수는 최대 32개 이하이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, IEEE 802.11n 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 송수신하는 송신 단말 및 수신 단말을 포함하며, 상기 수신 단말은 종단간(end-to-end) 전달 지연정보와 지터(jitter) 정보를 측정하여 상기 송신 단말에 전송하고, 상기 송신 단말은 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연정보와 지터(jitter) 정보를 기반으로 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위한 최대 허용 전달 지연시간과 지터 값이 초과하지 않은 범위 내에서 A-MPDU의 크기를 최대 크기로 생성하는 무선랜의 패킷 처리장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, IEEE 802.11n 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 송수신하는 송수신 단말의 맥 계층이 MPDU를 수신하는 제1 단계; 상기 MPDU를 해당 액세스 클래스의 제1 큐(SwQueue)에 저장하고 특정 액세스 클래스(access class)의 제2 큐(HwQueue)의 깊이 정보가 2 이상인지 판단하는 제2 단계; 상기 판단 결과 상기 특정 액세스 클래스의 제2 큐(HwQueue)의 깊이 정보가 2 보다 작은 경우 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간과 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])을 비교하는 제3 단계; 상기 비교 결과, 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])보다 크면 A-MPDU를 생성하고 상기 제2 큐(HwQueue)에 저장한 후 전송하는 제4 단계를 포함하는 무선랜의 패킷 처리방법을 제공한다.

상기 제2 단계의 판단 결과, 상기 특정 액세스 클래스의 제2 큐(HwQueue)의 깊이 정보가 2 이상이면 다음 MPDU를 기다린다.

상기 제3 단계에서, 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])보다 작고 제1 큐(SwQueue)의 길이(length) 정보가 '32'보다 작으면 다음 MPDU를 기다린다.

상기 제3 단계에서, 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])보다 작고 제1 큐(SwQueue)의 길이(length) 정보가 '32'보다 같거나 크면 상기 A-MPDU를 생성하고 상기 제2 큐(HwQueue)에 저장한 후 전송한다.

상기 A-MPDU는 가상 충돌 처리기(Virtual collision handler)에 의하여 CSMA/CA 전송방식에 따라 전송된다.

이와 같은 본 발명에 따른 무선랜의 패킷 처리장치 및 그 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

즉 본 발명은 실시간 멀티미디어 서비스를 제공할 경우 서비스 품질에 문제가 없도록 종단간(end-to-end) 전달 지연시간이 150㎳ 이내이고, 지터 발생 시간이 50㎳ 이내로 유지되는 조건을 만족하도록 VoIP 패킷들을 최대 크기의 A-MPDU로 만들어서 전송하는 구성을 제공한다.

따라서, 종래 VoIP 패킷들을 개별적인 MPDU로 전송할 경우 발생하는 문제점을 해결할 수 있어, 무선랜의 패킷 처리 성능을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 IEEE 802.11n에서 A-MPDU를 생성하는 과정을 보인 예시도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 적응형 A-MPDU를 생성하는 패킷 처리장치를 보인 개략 구성도
도 3은 도 2의 적응형 A-MPDU를 생성하는 과정을 보인 흐름도

이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.

우선 본 발명은 IEEE 802.11n 무선랜 접속망에서의 VoIP 패킷 전달 성능을 향상시키도록 한 적응형 A-MPDU 생성 방안을 제안하고 있다. 즉, 실제 실시간 멀티미디어 서비스의 경우 종단간 전달 지연이 150ms 이내로 유지되며 지터(Jitter)가 50ms 이내로 유지되면 서비스 품질 제공에 문제가 없다는 점을 고려하여, 송신단 단말기에서 VoIP 패킷들을 종단간 전달지연 150ms와 Jitter 50ms 이내로 유지되는 조건이 만족되는 한 최대 크기의 A-MPDU가 만들어져서 전송될 수 있도록 하는 것이다.

이하 본 발명에 의한 적응형 A-MPDU 생성을 위한 무선랜의 패킷 처리장치 및 그 방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 적응형 A-MPDU를 생성하는 패킷 처리장치를 보인 개략 구성도이다.

이를 도면, IEEE 802.11n 무선 랜을 사용하는 송신 단말(100) 및 수신 단말(200)이 구성된다. 실시 예에서 송신 단말(100) 및 수신 단말(200)은 VOIP(Voice over Internet Protocol) 기반의 실시간 음성 통신서비스를 제공한다. 물론 여기서 송신 단말이 수신 단말이 될 수 있고, 반대로 수신 단말이 송신 단말이 될 수도 있다.

송신 단말(100) 및 수신 단말(200)은 각각 다음과 같은 구성을 가진다.

아래에서부터 물리계층(802.11n PHY layer)(101)(201), 맥 계층(802.11n MAC layer)(102)(202), 네트워크 계층(IP layer)(103)(203), UDP 계층(User Datagram Protocol layer)(104)(204), RTP/RTCP 계층(Real Time Transport Protocol/Real Time Transport Control Protocol layer)(105)(205), VoIP 응용 계층(App-VoIP layer)(106)(206)을 포함한다.

그 중 송신 단말(100)의 RTP/RTCP 계층(105)은 App-VoIP 서비스 제공에서 종단간 실시간 정보 전달기능을 수신 단말(200)로 제공한다. 그리고 수신 단말(200)은 전달 지연 정보 및 지터 정보를 측정하여 송신 단말(100)로 전송하는 역할을 한다. 즉 본 실시 예는 종단간(end-to-end) 전달 지연 정보 및 지터(Jitter) 정보를 이용하여 QoS 보장을 위한 최대 허용 전달 지연 시간과 지터 값이 초과되지 않는 범위에서 최대 크기의 A-MPDU를 생성하기 때문이다.

맥 계층(102)은 RTP/RTCP 계층(105)에서 상기 종단간 전달지연 정보 및 지터 정보를 전달받고 A-MPDU를 생성하는 기능을 한다. 이때 A-MPDU을 생성할 때 IEEE 802. 11n 무선랜에 따라 블록(Block ACK) 기능과 MPDU의 개수는 최대 32개 이하인 조건을 만족하여야 한다.

물리 계층(101)은 상기 맥 계층(102)이 생성한 A-MPDU를 전송하는 역할을 한다.

이와 같은 구성에 따르면, VoIP 응용 계층에서 생성된 음성 정보는 VoIP 응용 계층, RTP 계층, UDP계층 및 네트워크 계층의 프로토콜 구조로 전달되며, 무선 랜 접속망 구간에서는 IEEE 802.11n 프레임에 실려 전송된다. 이때 VoIP 패킷들은 A-MPDU로 구성된 후 상기 IEEE 802.11n 프레임에 실려 전송되게 된다.

이어서는 도 3을 참조하며 A-MPDU를 생성하는 과정을 구체적으로 설명하기로 한다.

송신단말(100)의 맥 계층(102)은 상위 프로토콜 계층으로부터 APP-VoIP/RTP/UDP/IP 프로토콜 데이터 단위를 포함하는 MPDU를 전달받는다. 그리고 전달받은 MPDU를 해당 액세스 클래스(access class)의 제1 큐(SwQueue)에 저장한다.

이후, 특정 액세스 클래스의 제2 큐(HwQueue)를 참조하여 제2 큐(HwQueue)의 깊이(depth) 정보가 2 이상인지를 판단한다. 판단 결과, 제2 큐(HwQueue)의 깊이(depth) 정보가 2 미만이면 다시 종단간 전달 지연 예상시간을 참조한다. 그리고 종단간 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값(e2e_delay_threshold[AC])보다 크면, 맥 계층(102)은 A-MPDU를 구성한다.

이렇게 구성된 A-MPDU는 상기 제2 큐(HwQueue)에 저장된 후 상기 물리 계층(101)에 의해 수신 단말(200)로 전송된다.

그러나, 특정 액세스 클래스(access class)의 제2 큐(HwQueue)의 깊이(depth) 정보가 2 이상이면 맥 계층(102)은 계속해서 MPDU를 기다리는 동작을 반복 수행한다.

한편, 종단간 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값(e2e_delay_threshold[AC])보다 작은 경우도 발생할 수 있다. 이 경우에는 제1 큐(SwQueue)의 길이(length) 정보를 이용한다.

그 결과, 상기 제1 큐(SwQueue)의 길이(length) 정보가 '32'보다 작은 경우에는 MPDU를 계속 기다리는 동작을 수행하게 된다. 반면 상기 제1 큐(SwQueue)의 길이(length) 정보가 '32'와 같거나 큰 경우에는 맥 계층(102)은 A-MPDU를 구성하고, 이를 제2 큐(HwQueue)에 저장한 후 전송될 수 있게 한다.

여기서, 상기 A-MPDU는 가상 충돌 처리기(Virtual collision handler)에 의하여 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)방식으로 전송된다.

이와 같이 본 실시 예는 실제 실시간 멀티미디어 서비스의 서비스 품질 문제를 고려하여 소정 조건을 만족하는 범위 내에서 최대 크기의 A-MPDU를 생성하여 전송함으로써 IEEE 802.11n 무선랜 접속망에서의 VoIP 패킷의 전달 능력을 향상시키도록 구성됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 송신 단말
200 : 수신 단말

Claims

IEEE 802.11n 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 송수신하는 송신 단말 및 수신 단말을 포함하며,
상기 송/수신 단말은 RTP/RTCP 계층으로부터 종단간(end-to-end) 전달지연 정보와 지터(jitter) 정보를 이용하여 A-MPDU를 생성하는 맥 계층(Mac layer); 및
상기 맥 계층이 생성한 A-MPDU를 전송하는 물리 계층을 포함하여 구성되는 무선랜의 패킷 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 맥 계층은,
상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 시간은 150㎳, 상기 지터(jitter) 유지시간은 50㎳ 을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 A-MPDU를 최대 크기로 생성하도록 구성되는 무선랜의 패킷 처리장치.
제2항에 있어서,
상기 A-MPDU에 포함되는 MPDU의 개수는 최대 32개 이하인 무선랜의 패킷 처리장치.
IEEE 802.11n 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 송수신하는 송신 단말 및 수신 단말을 포함하며,
상기 수신 단말은 종단간(end-to-end) 전달 지연정보와 지터(jitter) 정보를 측정하여 상기 송신 단말에 전송하고,
상기 송신 단말은 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연정보와 지터(jitter) 정보를 기반으로 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위한 최대 허용 전달 지연시간과 지터 값이 초과하지 않은 범위 내에서 A-MPDU의 크기를 최대 크기로 생성하는 무선랜의 패킷 처리장치.
IEEE 802.11n 무선랜 접속 망에서 VoIP 패킷을 실시간 송수신하는 송수신 단말의 맥 계층이 MPDU를 수신하는 제1 단계;
상기 MPDU를 해당 액세스 클래스의 제1 큐(SwQueue)에 저장하고 특정 액세스 클래스(access class)의 제2 큐(HwQueue)의 깊이 정보가 2 이상인지 판단하는 제2 단계;
상기 판단 결과 상기 특정 액세스 클래스의 제2 큐(HwQueue)의 깊이 정보가 2 보다 작은 경우 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간과 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])을 비교하는 제3 단계; 및
상기 비교 결과, 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])보다 크면 A-MPDU를 생성하고 상기 제2 큐(HwQueue)에 저장한 후 전송하는 제4 단계를 포함하는 무선랜의 패킷 처리방법.
제5항에 있어서,
상기 제2 단계의 판단 결과,
상기 특정 액세스 클래스의 제2 큐(HwQueue)의 깊이 정보가 2 이상이면 다음 MPDU를 기다리는 무선랜의 패킷 처리방법.
제5항에 있어서,
상기 제3 단계에서, 상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])보다 작고 제1 큐(SwQueue)의 길이(length) 정보가 '32'보다 작으면 다음 MPDU를 기다리는 무선랜의 패킷 처리방법.
제7항에 있어서,
상기 종단간(end-to-end) 전달 지연 예상시간이 기 설정된 임계값 (e2e_delay_threshold[AC])보다 작은 상태에서 제1 큐(SwQueue)의 길이(length) 정보가 '32'보다 같거나 크면 상기 A-MPDU를 생성하고 상기 제2 큐(HwQueue)에 저장한 후 전송하는 무선랜의 패킷 처리방법.
제8항에 있어서,
상기 A-MPDU는 가상 충돌 처리기(Virtual collision handler)에 의하여 CSMA/CA 전송방식에 따라 전송되는 무선랜의 패킷 처리방법.