KR20170063203A - 무선 통신 시스템에서의 혼잡 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 다양한 실시 예들은 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에서 상기 다중 경로에서의 혼잡을 관리하는 장치 및 방법을 제안한다. 이를 위해, 스몰 네트워크에 위치하는 참여 노드들로부터 상태 정보를 수집하고, 상기 참여 노드들 중 하나인 송신 노드로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 수신한다. 그리고, 상기 참여 노드들로부터 수집한 상태 정보와, 상기 송신 노드로부터 수신한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 상기 송신 노드를 위한 추가 경로 설정 정보를 획득한다. 상기 획득한 추가 경로 설정 정보를 상기 송신 노드로 전송한다. 이후, 상기 송신 노드는 상기 추가 경로 설정에 참여하는 중계 노드로부터 상태 정보를 수신하여 상기 다중 경로를 통한 데이터 송/수신이 오래 지속될 수 있도록 라이프 타임을 최대화하는 상기 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 혼잡 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGEMENTING CONGESTION IN AN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시의 다양한 실시 예들은 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에서 상기 다중 경로에서의 혼잡을 관리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G (4th-Generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G (5th-Generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE (long term evolution) 시스템 이후 (Post LTE)의 시스템이라 불리고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 (mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 거대 배열 다중 입출력 (massive multi-input multi-output: massive MIMO), 전차원 다중입출력 (full dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔형성 (analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한, 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (device to device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (coordinated multi-points), 주파수 묶음 (CA: carrier aggregation) 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조 (advanced coding modulation: ACM) 방식인 FQAM (hybrid FSK and QAM modulation) 및 SWSC (sliding window superposition coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC (filter bank multi carrier), NOMA (non-orthogonal multiple access), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
특히, 카메라 성능 향상, 개인 방송 서비스 앱 (e.g. periscope, meerkat 등)의 출현은, 스마트 폰 등의 클라이언트 단말 (client terminal)에서 2k UHD 이상의 고화질 영상에 의한 라이브 방송이 가능하도록 하였다. 상술한 바와 같이, 클라이언트 단말이 고화질 영상을 실시간으로 전송하기 위해서는 업-링크 채널에서의 충분한 전송률 (>16Mbps)이 보장되어야 한다. 하지만, 셀룰러 망 (cellular network)을 기반으로 하는 무선 채널 (이하 “셀룰러 채널”이라 칭함)의 대역폭 자체가 작고, 기지국 내에 클라이언트 단말의 수가 늘어날수록 클라이언트 단말 당 성취 데이터 전송률 (achievable data rate)이 줄어들게 되어, 높은 전송률을 보장하는 것이 쉽지 않다.
무선 통신 시스템에서 전송 용량 (capacity increase)을 늘리기 위한 하나의 방안으로 CA 기술이 제안되었다. 상기 CA 기술은, 다수의 주파수를 모아서 하나의 주파수처럼 사용하는 기술이다. 상기 CA 기술 중 하나인 이종 기지국 간 CA 기술은 서로 다른 통신망의 주파수 자원을 혼합하여 사용할 수 있는 기술이다. 예컨대, 이종 기지국 간 CA 기술은 LTE 주파수 자원뿐만 아니라 LTE와 3G의 주파수 자원, LTE와 무선 근거리 통신망 (wireless local area network) (이하 “무선랜”이라 칭함, Wi-Fi 등)의 주파수 자원 등을 묶어서 사용할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 이종 기지국 간 CA 기술의 도입은 데이터 전송 속도의 향상을 위해, 다양한 통신방식에서의 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
무선 통신 시스템에서 전송 용량을 늘리기 위한 다른 하나의 방안으로 다중 경로 전송 제어 프로토콜 (multi-path transmission control protocol, 이하 “MPTCP”라 칭함)이 제안되었다. 상기 MPTCP는 다중 경로를 이용하여 데이터 전송률을 높이기 위한 목적으로 만들어진 신규 전송 계층 프로토콜의 일 예이다. 상기 MPTCP는 호스트들 (hosts) 간을 연결하는 다수의 전송 경로 (sub-flow)를 묶어 하나의 다중 경로 (MPTCP flow)를 형성하고, 상기 다수의 전송 경로를 통해 데이터를 주고 받을 수 있도록 한다. 따라서, 양 호스트 간에는 설정한 임의의 수만큼의 전송 경로가 만들어질 수 있다.
예컨대, 상기 MPTCP를 이용하면, 부족한 셀룰러 채널의 자원, 특히 업-링크 채널의 자원을 통합하여 고화질의 라이브 비디오를 실시간 서비스하기에 필요한 충분한 데이터 전송률을 얻을 수 있다. 그뿐만 아니라, 상기 MPTCP를 기반으로 데이터를 주고 받는 호스트들은 임의의 이유로 특정 전송 경로에 혼잡 상황이 발생하거나 그 연결이 끊어짐으로 인해 발생하는 트래픽 (traffic)을 다른 전송 경로로 분산하여 처리할 수 있다.
일반적인 다중 경로를 지원하는 무선 통신 시스템에서는 양 호스트 간 데이터 전송률의 최대화 등을 목적으로 하는 혼잡 제어가 요구된다. 하지만, 현재 MPTCP 표준에서는 MPTCP를 위한 혼잡 제어 방식을 정의하고 있지 않아 TCP에서의 혼잡 제어 방식을 그대로 차용하고 있다. 이로 인해, MPTCP의 특성이 반영된 혼잡 제어가 이루어지지 않고 있어, 다중 경로에서 병목 구간을 중복 점유함에 따른 형평성 위반, 전송 경로들 간의 전송 속도 및 왕복 지연 시간의 차이로 인한 패킷 재배열 문제가 발생할 수 있었다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 다중 경로를 통해 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에서 상기 다중 경로에 대한 혼잡을 관리하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 다중 경로를 통해 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에서 상기 다중 경로를 구성하는 전송 경로 각각을 위한 데이터 전송률을 할당하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 무선 링크를 포함하는 다중 경로에서 MPTCP를 사용할 때, 클라이언트 단말에서 상기 다중 경로를 구성하는 복수 개의 TCP 연결에 대한 전송률을 결정하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 다른 클라이언트 단말을 경유하는 적어도 하나의 전송 경로를 포함하는 다중 경로를 기반으로 MPTCP를 지원하는 클라이언트 단말에서, 상기 다른 클라이언트 단말의 상황을 고려하여 상기 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 다른 클라이언트 단말을 경유하는 적어도 하나의 전송 경로를 포함하는 다중 경로를 기반으로 MPTCP를 지원하는 클라이언트 단말에서, 상기 다른 클라이언트 단말의 에너지 효율성 (energy efficiency)을 고려하여 상기 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 다른 클라이언트 단말을 경유하는 적어도 하나의 전송 경로를 포함하는 다중 경로를 기반으로 MPTCP를 지원하는 클라이언트 단말에서, 상기 다중 경로를 통한 데이터 송/수신이 가능한 라이프 타임을 최대화할 수 있도록, 상기 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 다른 클라이언트 단말을 경유하는 적어도 하나의 전송 경로를 포함하는 다중 경로를 기반으로 MPTCP를 지원하는 클라이언트 단말에서, 상기 다중 경로에 포함된 직접 통신을 지원하는 전송 경로의 혼잡 상황을 고려하여 상기 다른 클라이언트 단말을 경유하는 적어도 하나의 전송 경로를 통한 데이터를 송/수신하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 다중 경로에 참여하는 다수의 클라이언트 단말의 배터리 상태 및 무선 링크 특성을 고려하여 상기 다중 경로를 기반으로 데이터를 송/수신하는 라이프 타임을 최대화하도록 하는 클라이언트 단말에서의 혼잡 제어장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 한 실시 예에 따르면, 마스터 노드 (master node)에서 스몰 네트워크 (small network) 내에 위치하는 적어도 하나의 슬레이브 노드 (slave node)로부터 수집한 정보를 기반으로 자신 또는 특정 슬레이브 노드를 위한 최적의 다중 경로를 설정하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드에서 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 상기 스몰 네트워크 내에서의 다중 경로를 운영하는 방법은, 상기 스몰 네트워크에 위치하는 참여 노드들로부터 상태 정보를 수집하는 과정과, 상기 참여 노드들 중 하나인 송신 노드로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 수신하는 과정과, 상기 참여 노드들로부터 수집한 상태 정보와, 상기 송신 노드로부터 수신한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 상기 송신 노드를 위한 추가 경로 설정 정보를 획득하는 과정과, 상기 획득한 추가 경로 설정 정보를 상기 송신 노드로 전송하는 과정을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드에서 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 상기 스몰 네트워크 내에서의 다중 경로를 운영하는 장치는, 상기 스몰 네트워크에 위치하는 참여 노드들로부터 상태 정보를 수신하고, 상기 참여 노드들 중 하나인 송신 노드로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 수신하며, 추가 경로 설정 정보를 상기 송신 노드로 전송하는 통신 모듈과, 상기 통신 모듈을 통해 수집한 상기 참여 노드들의 상태 정보와 상기 송신 노드의 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 상기 송신 노드를 위한 상기 추가 경로 설정 정보를 획득하고, 상기 획득한 추가 경로 설정 정보를 상기 통신 모듈로 전달하는 처리 모듈을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 스몰 네트워크에서 송신 노드가 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 혼잡 제어를 수행하는 방법은, 초기 경로를 통해 수신 노드로 데이터를 송신하는 과정과, 상기 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드로부터 수신한 추가 경로 설정 정보를 사용하여 직접 경로가 설정된 중계 노드로부터 상태 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량을 고려하여 상기 직접 경로가 설정된 상기 중계 노드를 경유하여 상기 수신 노드를 연결하는 추가 경로의 사용 여부를 판단하는 과정과, 상기 추가 경로의 사용을 결정하면, 상기 수신한 상태 정보를 기반으로 상기 추가 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 윈도우 크기를 결정하는 과정과, 상기 결정한 윈도우 크기를 사용하여 상기 직접 경로를 통해 상기 중계 노드로 데이터를 전송하는 과정을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 스몰 네트워크에서 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 혼잡 제어를 수행하는 송신 노드는, 상기 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드로부터 수신한 추가 경로 설정 정보를 사용하여 직접 경로가 설정된 중계 노드로부터 상태 정보를 수신하고, 상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량을 고려하여 상기 직접 경로가 설정된 상기 중계 노드를 경유하여 상기 수신 노드를 연결하는 추가 경로의 사용 여부를 판단하는 다중 경로 사용 결정부와, 상기 다중 경로 사용 결정부에 의해 상기 추가 경로의 사용이 결정되면, 상기 수신한 상태 정보를 기반으로 상기 추가 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 윈도우 크기를 결정하는 혼잡 제어부와, 상기 결정한 윈도우 크기를 사용하여 상기 직접 경로를 통해 상기 중계 노드로의 데이터 전송을 관리하는 전송 경로 관리부를 포함할 수 있다.
본 개시에서 제안된 다양한 실시 예에 따르면, 클라이언트 단말 (또는 송신 노드)의 서비스 요구 조건에 적합하도록, 다중 경로 설정을 수행함으로써, 상기 다중 경로의 이용 효율을 최대화할 수 있다. 이는, 다중 경로를 기반으로 데이터를 주고 받는데 참여한 송신 및 중계 클라이언트 단말의 배터리 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 사용자의 체감 품질 (quality of experience, QoE)을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제안된 다양한 실시 예를 적용할 무선 통신 시스템에서, MPTCP의 적용 예를 도시한 도면이다.
도 2는 제안된 다양한 실시 예에 따른, MPTCP를 지원하기 위한 스택 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 제안된 다양한 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 수행되는 절차를 도시한 도면이다.
도 4는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 하나의 시나리오를 도시한 도면이다.
도 5는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 절차를 도시한 도면이다.
도 6은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 다른 하나의 시나리오를 도시한 도면이다.
도 7은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 절차의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 마스터 노드로 서비스 요구 조건에 관한 정보를 제공하는 하나의 시나리오를 도시한 도면이다.
도 9는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드와 중계 노드 간의 직접 연결을 위한 절차를 도시한 도면이다.
도 10은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 MPTCP 기반으로 하는 경로 설정의 예를 도시한 도면이다.
도 11은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 두 호스트 간에 설정된 다중 경로에 대응한 자원 할당 예를 보이고 있다.
도 12는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행하는 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 다중 경로에서 송신 노드와 중계 노드가 같은 오퍼레이터를 사용하는 경우에 대한 예를 도시한 도면이다.
도 14는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 다중 경로에서 송신 노드와 중계 노드가 상이한 오퍼레이터를 사용하는 경우에 대한 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경 (modification), 균등물 (equivalent), 및/또는 대체물 (alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다" 또는 "가질 수 있다" 또는 “포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, “A 또는 B”, “A 또는/및 B 중 적어도 하나” 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, “A 또는 B", “ A 및 B 중 적어도 하나” 또는 “ A 또는 B 중 적어도 하나”는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
다양한 실시 예에서 사용된 “제 1”, “제 2”, “첫째” 또는 “둘째” 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소 (예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어 ((operatively or communicatively) coupled with/to)"있다거나 "접속되어 (connected to)"있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소 (예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소 (예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소 (예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된 (또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한 (suitable for)", "~하는 능력을 가지는 (having the capacity to)", "~하도록 설계된 (designed to)", "~하도록 변경된 (adapted to)", "~하도록 만들어진 (made to)" 또는 "~를 할 수 있는 (capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성 (또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된 (specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성 (또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서 (예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서 (generic-purpose processor) (예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 “노드”는 네트워크에 접속할 수 있는 디바이스를 총칭하는 의미로 사용될 수 있다. 상기 “노드”는 역할에 따라 “송신 노드”, “중계 노드”, “수신 노드”로 구분되거나 “마스터 노드 (master node)”와 “슬레이브 노드 (slave node)”로 구분될 수 있다. 상기 “노드”는 유선 또는 무선 경로 (통신로 또는 데이터 회선 등)를 상호 접속하는 점이 될 수 있다. 상기 “노드”와 유사한 의미로 “호스트 (host)”가 사용될 수 있다.
예컨대, 마스터 노드는 스몰 네트워크를 구성하고, 상기 스몰 네트워크에 위치하는 적어도 하나의 슬레이브 노드가 다중 경로를 형성하고, 상기 형성된 다중 경로를 통해 데이터를 송/수신하기 위한 혼잡 제어를 수행할 수 있도록 지원할 수 있다.
본 문서에서 “클라이언트 (client)”는 서비스를 이용하는 주체가 될 수 있고, “서버 (server)”는 서비스를 제공하는 주체가 될 수 있다. 예컨대, 다중 경로로 이루어진 상향링크로 데이터를 전송하는 경우, 상기 “클라이언트”는 송신 노드 (또는 송신 호스트 등)를 의미할 수 있고, 상기 “서버”는 수신 노드 (또는 수신 호스트 등)를 의미할 수 있다.
예컨대, 무선 통신 서비스의 지원이 가능한 디바이스 (노드, 호스트, 클라이언트 단말 (client terminal) 등)는, 스마트 폰 (smart phone), 태블릿 PC (tablet personal computer), 이동 전화기 (mobile phone), 화상 전화기, 전자북 리더기 (e-book reader), 데스크탑 PC (desktop personal computer), 랩탑 PC (laptop personal computer), 넷북 컴퓨터 (netbook computer), 워크스테이션 (workstation), 서버, PDA (personal digital assistant), PMP (portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라 (camera), 또는 웨어러블 장치 (wearable device) (예: 스마트 안경, 머리 착용형 장치 (head-mounted-device (HMD)), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리 (appcessory), 전자 문신, 스마트 미러, 또는 스마트 와치 (smart watch)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 해당 디바이스는 스마트 가전제품 (smart home appliance)일 수 있다. 스마트 가전제품은, 예를 들면, 텔레비전, DVD (digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스 (set-top box), 홈 오토메이션 컨트롤 패널 (home automation control panel), 보안 컨트롤 패널 (security control panel), TV 박스 (예: 삼성 HomeSync™, 애플TV™, 또는 구글 TV™), 게임 콘솔 (예: Xbox™, PlayStation™), 전자 사전, 전자 키, 캠코더 (camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 경우 무선 통신 서비스의 지원이 가능한 디바이스는, 각종 의료기기 (예: 각종 휴대용 의료측정기기 (혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA (magnetic resonance angiography), MRI (magnetic resonance imaging), CT (computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 내비게이션 (navigation) 장치, GPS 수신기 (global positioning system receiver), EDR (event data recorder), FDR (flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 (infotainment) 장치, 선박용 전자 장비 (예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기 (avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛 (head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM (automatic teller's machine), 상점의 POS (point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (Internet of Things) (예: 전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기 (thermostat), 가로등, 토스터 (toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 경우 무선 통신 서비스의 지원이 가능한 디바이스는, 가구 (furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드 (electronic board), 전자 사인 수신 장치 (electronic signature receiving device), 프로젝터 (projector), 또는 각종 계측 기기 (예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그 외에도 무선 통신 서비스의 지원이 가능한 디바이스는, 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합이거나, 플렉서블 전자 장치일 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있을 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미가 있는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
후술 될 본 개시에서 제안될 다양한 실시 예에서는, 무선 통신 시스템에서 송신 노드와 수신 노드 간을 연결하는 다중 경로를 설정하고, 상기 설정한 다중 경로를 통한 데이터 송/수신에 따른 혼잡 제어를 수행하는 방안을 마련할 것이다. 상기 다중 경로는 중계 노드를 거치는 경로를 포함할 수 있다. 상기 다중 경로는 병목 (bottleneck)이 되는 무선 채널을 공유하여 사용할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 송신 노드가 적어도 하나의 주변 노드로부터 수집한 정보를 기반으로 최적의 다중 경로를 설정하며, 상기 설정한 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행하는 방안을 제안할 것이다.
다른 실시 예에 따르면, 송신 노드가 마스터 노드의 도움을 받아 다중 경로를 설정하고, 상기 설정한 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행하는 방안을 제안할 것이다. 이런 경우, 상기 마스터 노드는 송신 노드가 다중 경로를 설정하는데 도움을 주기 위해, 스몰 네트워크 내에 위치하는 적어도 하나의 클라이언트 단말로부터 수집한 정보를 기반으로 상기 송신 노드가 다중 경로를 설정하도록 안내할 수 있다.
예컨대, 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드에서 상기 스몰 네트워크 내에 위치하는 하나 또는 다수의 클라이언트 단말들로부터 정보를 수집하고, 상기 수집한 정보를 기반으로 서비스 요구 조건 (e.g. QoS)에 적합하도록, 다중 경로를 설정하는 방안을 마련할 것이다.
후술 될 본 개시에서 제안될 다양한 실시 예에서는, 송신 노드가 데이터의 송신 및 수신을 유지할 수 있는 라이프 타임을 최대화 (lifetime maximization)하고, 에너지 효율 (energy-efficient)을 고려하여 혼잡 상황을 제어하는 방안을 마련할 것이다.
일 실시 예에 따르면, 송신 노드와 수신 노드가 MPTCP를 기반으로 데이터를 송/수신하는 경우, 새로운 전송 경로를 생성하고, 상기 새로 생성한 전송 경로를 위한 데이터 전송률을 결정하는 것을 제안할 것이다. 이때, 상기 새로운 전송 경로는 중계 노드를 이용하기 위해, 기존 전송 경로보다 적어도 한 홉 (1-hop)이 추가될 수 있다. 예컨대, 상기 새로운 전송 경로의 생성에 따른 상기 송신 노드와 상기 중계 노드의 연결은, Wi-Fi direct, Bluetooth 등의 근거리 통신 기술을 기반으로 하는 종단 간 (E2E) 연결이 사용될 수 있다.
상기 새로 생성한 전송 경로를 위한 데이터 전송률을 결정할 시, 상기 송신 노드는 상기 다중 경로에서 데이터를 송/수신할 수 있는 라이프 타임이 최대가 될 수 있도록 한다.
상기 다중 경로에서 데이터를 송/수신할 수 있는 라이프 타임은, 예컨대 상기 다중 경로를 통한 데이터의 송/수신에 참여하고 있는 송신 및 적어도 하나의 중계 노드의 라이프 타임을 최대화하는 것에 의해 결정될 수 있다. 이를 위해, 상기 송신 노드는 적어도 하나의 중계 노드의 상황을 파악하기 위해, 상기 적어도 하나의 중계 노드로부터 소정의 정보를 수집할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드는 상기 적어도 하나의 중계 노드로부터 노드 상태 정보를 수집할 수 있다. 상기 노드 상태 정보는 해당 중계 노드의 배터리 잔량 (remaining battery)과 이용 가능한 데이터 전송률 (available data rate)을 획득할 수 있는 무선 채널 상태 정보를 포함할 수 있다. 상기 중계 노드의 배터리 잔량과 가능한 데이터 전송률은 라이프 타임을 예측하기 위해 사용될 수 있다.
예컨대, 상기 새로 생성한 전송 경로를 위한 데이터 전송률은 데이터의 송신을 위해 사용할 윈도우 크기의 설정에 의해 할당될 수 있다. 일반적으로 TCP에서는 세 가지 종류의 윈도우 크기를 정의하고 있다. 즉, 전송 윈도우 크기 (effective wnd), 수신 윈도우 크기 (rwnd), 혼잡 윈도우 크기 (cwnd)를 정의하고 있다. 상기 전송 윈도우 크기는 송신할 수 있는 세그먼트의 수를 정의하고, 상기 수신 윈도우 크기는 수신측 버퍼 여유 용량을 정의하며, 상기 혼잡 윈도우 크기는 연결 초기 및 혼잡 상황에서 사용되는 윈도우 크기를 정의한다. 일반적으로, 상기 전송 윈도우 크기는 상기 수신 윈도우 크기와 상기 혼잡 윈도우 크기 중 작은 크기에 의해 결정될 수 있다.
따라서, 하기에서의 다양한 실시 예에 따른 설명에서는 전송 윈도우 크기, 혼잡 윈도우 크기를 혼용하여 사용할 수 있으나, 두 가지의 윈도우 크기 모두는 데이터 전송률을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 두 가지의 윈도우 크기는 상호 예측이 가능함을 가정할 수 있다. 즉, 혼잡 윈도우 크기로부터 전송 윈도우 크기를 예측하거나 전송 윈도우 크기로부터 혼잡 윈도우 크기를 예측할 수 있을 것이다.
일 실시 예에 따르면, 전송 윈도우 크기의 설정은 송신 노드에서 송신 버퍼의 큐 상태, 기존 경로 (“초기 경로” 또는 “제1 경로” 또는 “subflow 1”이라 칭함)의 왕복 지연 시간 (round trip time, RTT) 및 새로 생성한 경로 (이하 “추가 경로” 또는 “제2 경로” 또는 “subflow 2”라 칭함)의 RTT 중 적어도 하나를 기반으로 계산된 윈도우 크기와 상기 기존 경로의 윈도우 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다. 하기 설명에서는 편의를 위해, 제1 경로를 위해 할당된 윈도우 크기를 “제1 윈도우 크기”라 지칭하고, 제2 경로를 위해 할당된 윈도우 크기를 “제2 윈도우 크기”라 지칭하도록 한다. 이때, 상기 제1 윈도우 크기는 “제1 전송 윈도우 크기” 또는 “제1 혼잡 윈도우 크기”에 대응하는 의미로 사용될 수 있고, 상기 제2 윈도우 크기는 “제2 전송 윈도우 크기” 또는 “제2 혼잡 윈도우 크기”에 대응하는 의미로 사용될 수 있다.
만약, 새로 생성한 경로 (추가 경로 또는 제2 경로)를 사용하기 이전에 기존 경로 (제1 경로)의 윈도우 크기가 특정 임계 값보다 큰 경우, 상기 새로 생성한 경로를 위한 윈도우 크기를 설정할 시, 상기 기존 경로의 윈도우 크기를 상기 특정 임계 값으로 조정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 송신 노드는 전송할 데이터를 저장하는 송신 버퍼의 큐 상태를 고려하여 MPTCP를 위해 새로 생성한 경로의 사용 여부를 결정할 수 있다. 즉, 상기 송신 노드는 송신 버퍼에 쌓인 데이터 량과 미리 설정된 임계 값을 비교하고, 그 비교 결과를 기반으로 새로 생성한 경로를 통해 상기 송신 버퍼에 쌓인 데이터 중 일부를 전송할 수 있다.
예컨대, 송신 노드는 송신 버퍼에 쌓인 데이터 량이 미리 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 상기 초과하는 량만큼의 데이터를 새로 생성한 경로를 통해 전송할 수 있다. 하지만, 송신 버퍼에 쌓인 데이터 량이 미리 설정된 임계 값을 초과하지 않는 경우, 송신 노드는 새로 생성한 경로를 통해 데이터를 전송하지 않을 수 있다. 상기 임계 값은 다중 경로를 통해 데이터를 송/수신할 수 있는 라이프 타임을 최대화할 수 있도록, 상기 다중 경로를 구성하는 각 경로에 대응하여 할당된 데이터 전송률과 RTT를 기반으로 계산하고, 상기 계산된 값에 의해 미리 설정될 수 있다.
이하 제안될 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 제안된 다양한 실시 예를 적용할 무선 통신 시스템에서, MPTCP의 적용 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 호스트 (110)는 다중 경로를 통해 제2 호스트 (120)와 연결될 수 있다. 상기 제1 호스트 (110)는 클라이언트 단말이 될 수 있고, 상기 제2 호스트 (120)은 서버가 될 수 있다. 이를 위해, 제1 호스트 (110)는 제2 호스트 (120)를 연결하는 다중 경로 설정과, 상기 설정된 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행할 수 있어야 한다.
상기 제1 호스트 (110)와 상기 제2 호스트 (120)를 연결하는 다중 경로는 세 개의 전송 경로들 (TCP sub-flow 1 (160), TCP sub-flow 2 (170), TCP sub-flow 3 (180))로 이루어질 수 있다. 상기 세 개의 경로들 (TCP sub-flow 1 (160), TCP sub-flow 2 (170), TCP sub-flow 3 (180))은 하나의 경로 묶음 (MPTCP flow) (130, 140)을 구성할 수 있다.
상기 MPTCP를 기반으로 효율적인 데이터 전송을 제공하기 위해서는, 하나의 경로 묶음 (MPTCP flow)을 구성하는 TCP sub-flow들에 대한 혼잡 제어가 이루어져야 한다. 상기 혼잡 제어는 하나의 묶음 경로를 통해 처리할 전체 트래픽 량을 TCP sub-flow들에 분산시키는 것을 의미한다.
예컨대, 하나의 경로 묶음, 즉 다중 경로 (130, 140)을 통해 9Mbps의 데이터 전송률을 지원하는 경우, 혼잡 제어를 기반으로 상기 다중 경로 (130, 140)을 구성하는 TCP sub-flow 1 (160), TCP sub-flow 2 (170) 및 TCP sub-flow 3 (180) 각각에 대한 데이터 전송률로 6Mbps, 2Mbps 및 1Mbps가 할당될 수 있다.
도 2는 제안된 다양한 실시 예에 따른, MPTCP를 지원하기 위한 스택 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, MPTCP 스택은 일반적인 TCP 스택 구조에 MPTCP 계층 (220)을 추가한 구조를 가질 수 있다. 상기 MPTCP 계층 (220)은 응용 계층 (Application layer) (210)과 다수의 TCP 계층 (230a, 230b) 사이에 위치한다. 상기 MPTCP 계층 (220)의 하위 계층인 TCP 계층의 개수는 다중 경로를 구성하는 전송 경로 (sub-flow)의 수에 의해 결정될 수 있다. 상기 다수의 TCP 계층 (230a, 230b) 각각에 대응한 하위 계층은 IP 계층 (240a, 240b)에 의해 구성될 수 있다.
도 3은 제안된 다양한 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 수행되는 절차를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 송신 노드는 수신 노드와의 다중 경로를 설정할 수 있다 (310 단계). 예컨대, 상기 다중 경로는 MPTCP에 따른 것일 수 있다. 상기 다중 경로는 상기 송신 노드가 무선 자원을 사용하여 직접 네트워크에 연결되는 초기 전송 경로와 중계 노드를 통해 네트워크에 연결되는 추가 전송 경로를 적어도 포함할 수 있다. 상기 송신 노드는 상기 중계 노드와 직접 통신을 위한 연결을 형성할 수 있다.
상기 송신 노드는 자신이 주변 노드들로부터 수집한 정보를 기반으로 다중 경로를 설정하거나 자신이 참여하고 있는 스몰 네트워크의 마스터 노드로부터 제공되는 추가 경로 설정 정보를 기반으로 다중 경로를 설정할 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 송신 노드는 주변 노드들로부터 수집한 정보 또는 마스터 노드로부터 제공된 추가 경로 설정 정보를 사용하여 지정된 중계 노드와 직접 경로를 설정할 수 있다. 상기 송신 노드는 상기 중계 노드와 직접 경로를 설정함으로써, 추가 전송 경로를 형성할 수 있다.
상기 송신 노드는 다중 경로를 통한 데이터 송/수신에 따른 라이프 타임을 최대화할 수 있도록, 상기 다중 경로를 구성하는 전송 경로 각각에 대한 데이터 전송률을 결정하는 혼잡 제어를 수행할 수 있다 (320 단계).
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드는 직접 경로가 설정된 중계 노드로부터 수신한 상태 정보를 기반으로 추가 전송 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 제1 전송 윈도우 크기와, 기존 전송 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 제2 전송 윈도우 크기를 결정할 수 있다.
도 4는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 하나의 시나리오를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 송신 노드 (410)는 두 개의 상향링크들 (제1 상향링크 (MPTCP subflow 1), 제2 상향링크 (MPTCP subflow 2)) (450, 460)을 통해 데이터 (이하 “상향링크 데이터”라 칭함)를 수신 노드 (430)로 전송할 수 있다.
상기 제1 상향링크 (450)는 상기 송신 노드 (410)를 셀룰러 네트워크를 통해 상기 수신 노드 (430)로 연결할 수 있다. 상기 제2 상향링크 (460)는 상기 송신 노드 (410)를 중계 노드 (440)로 연결하는 직접 경로를 경유하여 상기 수신 노드 (430)로 연결할 수 있다. 상기 제2 상향링크 (460)는 상기 송신 노드 (410)를 무선랜 등의 근거리 통신 네트워크를 통해 상기 중계 노드 (440)로 연결하고, 상기 중계 노드 (440)를 셀룰러 네트워크를 통해 상기 수신 노드 (430)로 연결할 수 있다. 이하 상기 송신 노드 (410)를 무선랜 등의 근거리 통신 네트워크를 기반으로 중계 노드 (440)로 연결하는 링크를 “근거리 통신 링크”라 칭하고, 상기 송신 노드 (410) 또는 상기 중계 노드 (440)를 셀룰러 네트워크를 기반으로 상기 수신 노드 (430)로 연결하는 링크를 “셀룰러 링크”라 칭할 것이다.
일 예로, 상기 송신 노드 (410)는 테더링 (tethering)을 수행하여 상기 중계 노드 (440)와의 근거리 통신 링크를 연결할 수 있다. 상기 셀룰러 링크는 무선 링크와 유선 링크를 포함할 수 있다. 상기 무선 링크는 상기 송신 노드 (410) 또는 상기 중계 노드 (440)를 셀룰러 네트워크를 구성하는 기지국 (420)으로 연결하는 링크 (예컨대 무선 채널)일 수 있고, 상기 유선 링크는 상기 기지국 (420)을 상기 수신 노드 (430)로 연결하는 링크 (예컨대 유선 채널)일 수 있다.
상술한 바와 같이 MPTCP를 기반으로 상향링크 데이터를 전송하는 경우, 상기 송신 노드 (410)는 상향링크 데이터를 제1 및 제2 상향링크들 (450, 460)로 분산하여 전송할 수 있다. 이런 경우, 상향링크에 대한 혼잡 제어가 용이할 수 있을 뿐만 아니라, 임의의 이유로 하나의 상향링크를 이용할 수 없을 시에 나머지 상향링크를 이용하여 데이터의 전송을 유지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드 (410)는 주변 노드들로부터 상태 정보를 수집하고, 상기 수집한 상태 정보와 자신의 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 추가 경로 설정 정보를 획득할 수 있다. 상기 송신 노드 (410)는 획득한 추가 경로 설정 정보를 사용하여 상기 중계 노드 (440)와의 직접 경로를 설정할 수 있다. 이로써, 상기 송신 노드 (410)는 상기 수신 노드 (430)를 연결하는 기존 경로인 제1 상향링크 (450)와 상기 중계 노드 (440)를 경유하여 상기 수신 노드 (430)를 연결하는 추가 경로에 의해 다중 경로를 형성할 수 있다.
도 5는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 절차를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 송신 노드는 510 단계에서 다중 경로를 설정할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드는 512 단계에서 직접 경로의 연결이 가능한 주변 노드들로부터 상태 정보를 수집할 수 있다. 상기 상태 정보는 해당 주변 노드의 무선 링크 특성과 종단 간 경로 특성에 관한 정보 및 연산 자원 정보를 포함할 수 있다. 상기 무선 링크 특성에 관한 정보는 기준 신호 수신 전력 (reference signal received power), 기준 신호 수신 품질 (reference signal received quality), 신호대잡음간섭비 (signal to interference-plus-noise ratio), MCS (modulation and coding scheme) 레벨, 서비스 영역 (coverage), 비트 오류율 (bit error rate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 종단 간 경로 특성에 관한 정보는 TCP 전송률 (throughput), 왕복 지연 시간 (round trip time), 패킷 에러율 (packet error rate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 송신 노드는 514 단계에서 주변 노드로부터 수집한 상태 정보와 개시할 서비스에 대응한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 추가 경로로 설정할 최적 경로를 선정할 수 있다. 상기 최적 경로의 선정은 추가 경로를 설정을 위해 직접 경로를 연결할 중계 노드를 지정하는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 상기 송신 노드에서 상기 개시할 서비스를 위해 요구되는 최소 전송률, 최대 왕복 지연 시간, 최대 에러 허용률 및 최소 연산 능력 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드는 주변 노드들로부터 수집한 상태 정보를 사용하여 종단 간 경로 정보 테이블을 구성하고, 상기 구성한 종단 간 경로 정보 테이블로부터 개시할 서비스에 대응한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 만족하는 추가 경로 설정 정보를 획득하며, 상기 획득한 추가 경로 설정 정보를 사용하여 최적 경로를 선정할 수 있다.
상기 송신 노드는 516 단계에서 최적 경로로 선정된 경로를 설정할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드는 지정된 중계 노드와의 직접 경로를 설정하는 것에 의해, 선정된 경로를 셋업할 수 있다.
상기 송신 노드는 520 단계에서 앞에서 설정한 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행할 수 있다. 상기 혼잡 제어는 기존 경로를 통해 전송하던 데이터 중 일부를 새로운 추가 경로를 통해 전송하기 위한 트래픽 분산을 수행하는 것이 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드는 직접 경로가 연결된 중계 노드로부터 상태 정보를 수신할 수 있다. 상기 중계 노드로부터 수신한 상태 정보는 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 관한 정보를 포함할 수 있다. 상기 상태 정보는 무선 채널 상태 정보를 포함할 수도 있다. 상기 무선 채널 상태 정보는 이용 가능한 데이터 전송률 (available data rate)을 획득하기 위해 참조할 수 있는 정보가 될 수 있다.
상기 송신 노드는 수신 노드로 전송할 트래픽 량을 고려하여 추가 경로의 사용 여부를 판단할 수 있다. 상기 추가 경로는 직접 경로가 연결된 중계 노드를 경유하여 수신 노드를 연결하는 전송 경로이다. 예컨대, 상기 송신 노드는 자신의 배터리 잔량과 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 의해 예측되는 최대 라이프 타임을 고려하여 임계 값을 설정하고, 상기 수신 노드로 전송할 트래픽 량이 상기 설정된 임계 값을 초과하는지에 의해, 추가 경로의 사용 여부를 판단할 수 있다.
상기 송신 노드는 추가 경로의 사용을 결정하면, 상기 중계 노드로부터 수신한 상태 정보를 기반으로 상기 추가 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 전송 윈도우 크기를 결정할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드는 초기 경로와 추가 경로 각각에 대응하여 추정한 데이터 전송률과, 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량에 의해 제1 전송 윈도우 크기를 계산하고, 상기 초기 경로와 상기 추가 경로 각각에 대응한 왕복 지연 시간과, 상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량 및 상기 설정된 임계 값에 의해 제2 전송 윈도우 크기를 계산하며, 상기 제1 전송 윈도우 크기와 상기 제2 전송 윈도우 크기 중에서 작은 값을 상기 전송 윈도우 크기로 결정할 수 있다
상기 송신 노드는 결정한 전송 윈도우 크기를 사용하여 상기 직접 경로를 통해 상기 중계 노드로 데이터를 전송할 수 있다.
도 6은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 다른 하나의 시나리오를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 마스터 노드 (612)는 MPTCP를 기반으로 상향링크 데이터의 전송을 위한 스몰 네트워크 (small network)(610)를 구성할 수 있다. 상기 스몰 네트워크 (610)를 구성하기 위해서는 상기 마스터 노드 (612)의 선출이 선행될 필요가 있다. 예컨대, 스몰 네트워크 (610)의 구성이 가능한 호스트들 중 높은 성능을 갖는 호스트를 마스터 노드 (612)로 지정하는 것이 바람직할 것이다.
상기 스몰 네트워크 (612)의 구성이 가능한 호스트는 소정의 직접 통신 방식을 기반으로 상호 연결이 가능하며, 셀룰러 네트워크 등의 공중 네트워크를 기반으로 무선 통신 서비스의 지원이 가능하여야 한다. 일 예로, 자동차 (612), 스마트폰 (614), 스마트 안경 (618), 스마트 시계 (616)에 의해 스몰 네트워크 (610)를 구성하는 경우, 하드웨어적인 제약을 고려하여 자동차 (612), 스마트폰 (614), 스마트 안경 (618), 스마트 시계 (616)의 순서에 의해 마스터 노드로 지정함이 바람직할 수 있다. 상기 마스터 노드 (612)는 사용자가 직접 설정할 수도 있다. 즉, 자동차 (612), 스마트폰 (614), 스마트 안경 (618), 스마트 시계 (616)에 의해 스몰 네트워크 (610)를 구성하는 경우, 사용자는 가장 조작이 용이한 스마트폰 (614)을 마스터 노드로 지정할 수 있다.
상기 마스터 노드로 지정된 호스트는 스몰 네트워크 (610)에 위치하는 참여 노드들 (614, 616, 618)을 확인하고, 상기 확인된 참여 노드들 (614, 616, 618)을 클라이언트로 하여 스몰 네트워크 (610)를 구성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 마스터 노드 (612)는 스몰 네트워크에서 AP로써의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 마스터 노드 (612)는 참여 노드들 (614, 616, 618)이 자신에게 연결을 시도할 수 있도록, 광고 메시지 (advertisement message)를 주기적으로 전송할 수 있다. 예컨대, 802.11을 기반으로 하는 경우, 마스터 노드 (612)는 비컨 프레임 (beacon frame)을 주기적으로 전송할 수 있다.
이런 경우, 상기 참여 노드들 (614, 616, 618)은 상기 마스터 노드 (612)에 의해 전송된 광고 메시지의 수신에 응답하여 상기 마스터 노드 (612)와의 연결을 시도하고, 이를 기반으로 스몰 네트워크 (610)의 구성이 가능할 수 있다.
상기 스몰 네트워크 (610)의 구성이 완료되면, 마스터 노드 (612)는 하나 또는 복수의 참여 노드들 각각으로부터 무선 링크 특성 및 E2E 경로 특성에 관한 정보, 즉 상태 정보를 획득할 수 있다. 상기 무선 링크 특성 및 상기 E2E 경로 특성에 관한 정보에 해당하는 상태 정보는 마스터 노드에 의해 실시간으로 획득될 수 있다. 예컨대, 상기 상태 정보는 해당 참여 노드의 무선 링크 특성과 종단 간 경로 특성에 관한 정보 및 연산 자원 정보를 포함할 수 있다. 상기 무선 링크 특성에 관한 정보는 기준 신호 수신 전력 (RSRP), 기준 신호 수신 품질 (RSRQ), 신호대잡음간섭비 (SINR), MCS 레벨, 서비스 영역, BER 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 종단 간 경로 특성에 관한 정보는 TCP 전송률, RTT, 패킷 에러율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그 외에 연산 자원 (computing resource) 관련 정보는 가용한 CPU, RAM 등의 성능에 관한 정보가 될 수 있다.
상기 마스터 노드 (610)는 하나 또는 복수의 참여 노드들로부터 획득한 상태 정보와 자신의 무선 링크 특성 및 E2E 경로 특성에 관한 정보 등을 기반으로 데이터베이스를 구축할 수 있다. 예컨대, 셀룰러 네트워크 기반의 무선 링크 특성 및 E2E 경로 특성을 기반으로 구축한 참여 노드 및 마스터 노드 별 경로 특성 데이터베이스 (종단 간 경로 정보 테이블)의 일 예는 하기 <표 1>과 같다.
특성 client 1 client 1 client 1 AP (master)
cellular RSRQ high RSRQ mid RSRQ low RSRQ high
E2E RTT small RTT large RTT mid RTT small
상기 스몰 네트워크 (610)를 구성하는 참여 노드들 (614, 616, 618) 중 전송할 상향링크 데이터가 존재하는 참여 노드 (service initiating node, 송신 노드) (614)는 마스터 노드 (612)로 서비스 요청 메시지 (service request message)를 전송한다 (a). 상기 서비스 요청 시, 상기 송신 노드는 서비스 요구 사항에 관한 정보 (이하 “서비스 요구 조건에 관한 정보”라 칭함)를 마스터 노드 (612)로 전달할 수 있다. 예컨대, 상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 상기 송신 노드 (614)에서 전송하고자 하는 상향링크 데이터의 타입에 의해 정의될 수 있다. 상기 상향링크 데이터의 타입은 상기 송신 노드가 이용할 어플리케이션의 종류 등에 의해 결정될 수 있으며, 동영상, 정지 영상, 음성 등이 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 최소 전송률 (Min throughput), 최대 RTT (Max RTT), 높은 신뢰도 (high reliability), 최소 연산 능력 (min computing power), 최대 에러 허용률 등을 포함할 수 있다. 각 참여 노드는 어플리케이션 별로 미리 서비스 요구 정보를 정의하여 둘 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드 (614)는 다중 경로를 기반으로 상향링크 데이터를 전송할 특정 어플리케이션이 구동되는 시점에서 서비스 요구 정보를 AP 역할을 수행하는 마스터 노드 (612)로 전달할 수 있다. 예컨대, 모바일 방송 앱 (periscope 등)의 실행이 요청될 시, 해당 앱의 구동과 더불어 상기 구동된 앱에 대해 미리 정의하여 둔 서비스 요구 조건에 관한 정보를 마스터 노드 (612)로 전달할 수 있다. 상기 송신 노드 (614)는 서비스 요구 조건에 관한 정보를 상기 마스터 노드 (612)로 전달하는 시점에서 MPTCP 능력 체크 (capability check) 를 함께 수행할 수도 있다. 상기 송신 노드 (614)에 대한 MPTCP 능력 체크는 상기 송신 노드 (614)로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 전달받은 시점에서 상기 마스터 노드 (612)에 의해 수행될 수도 있다.
상기 마스터 노드 (612)는 상기 송신 노드 (614)로부터 전달받은 서비스 요구 조건에 관한 정보와 참여 노드들로부터 수집한 상태 정보를 기반으로 상기 송신 노드 (614)를 위한 최적 다중 경로를 결정할 수 있다. 즉, 상기 마스터 노드 (612)는 참여 노드들 (614, 616, 618)로부터 수집한 상태 정보와, 상기 송신 노드 (614)로부터 수신한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 상기 송신 노드 (614)를 위한 추가 경로 설정 정보를 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 노드 (612)는 스몰 네트워크 (610)를 구성한 다수의 참여 노드들 (614, 616, 618) 각각으로부터 상태 정보를 수집할 수 있다. 예컨대, 상기 상태 정보는 전송률 (throughput), RTT, 신뢰도 (reliability), 연산 능력 (computing power) 등을 포함할 수 있다.
하기 <표 2>는 마스터 노드 (612)가 각 참여 노드 및 자신의 경로 정보 (서비스 요구 정보와 참여 노드에 관한 정보)를 구축한 데이터베이스의 일 예를 보이고 있다.
특성 client 1 client 2 client 3 AP (master)
전송률 (throughput) 10Mbps 2Mbps 5Mbps 20Mbps
왕복지연시간 (RTT) 50ms 100ms 50ms 200ms
신뢰도 (reliability) 0.1% PER 1% PER 2% PER 5% PER
연산 능력 (computing power) 2GHz
Dual-core		 500MHz
Single-core		 1GHz
Single-core		 2.5GHz
Quad-core
상기 <표 2>에 따르면, 마스터 노드 (612)는 전송률과 연산 능력이 우수하지만 RTT가 상대적으로 좋지 않음을 확인할 수 있다. 상기 RTT는 제1 및 제3 참여 노드 (614, 618)가 우수하고, 신뢰도는 제1 참여 노드 (614)가 가장 우수함을 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 두 개의 상향링크에 의해 다중 경로를 구성하는 경우, 마스터 노드 (612)는 요구된 특성을 기반으로 다중 링크를 구성할 두 개의 상향링크를 지원하는 노드를 결정할 수 있다.
상기 <표 2>를 기반으로 최대 전송률 (max throughput)을 얻고자 하는 경우, 마스터 노드 (612)는 자신 (AP)과 제1 참여 노드 (614) 각각에 의해 구성되는 두 개의 상향링크들을 송신 노드를 위한 다중 링크로 결정할 수 있다.
상기 <표 2>를 기반으로 최소 RTT (min RTT)를 얻고자 하는 경우, 마스터 노드 (612)는 제1 참여 노드 (614)와 제3 참여 노드 (618) 각각에 의해 구성되는 두 개의 상향링크들을 송신 노드를 위한 다중 링크로 결정할 수 있다.
상기 <표 2>를 기반으로 높은 신뢰도 (high reliability)를 얻고자 하는 경우, 마스터 노드 (612)는 제1 참여 노드 (614)와 제2 참여 노드 (616) 각각에 의해 구성되는 두 개의 상향링크들을 송신 노드를 위한 다중 링크로 결정할 수 있다.
상기 <표 2>를 기반으로 최대 연산 능력 (max computing power)을 얻고자 하는 경우, 마스터 노드 (612)는 자신 (AP)과 제1 참여 노드 (614) 각각에 의해 구성되는 두 개의 상향링크들을 송신 노드를 위한 다중 링크로 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 특성 별 명시적 한정 (explicit requirement)을 고려하여 다중 경로를 구성하는 경우, 마스터 노드 (612)는 하나 또는 복수의 특성에 대해 지정된 명시적 한정을 기반으로 다중 링크를 구성할 두 개의 상향링크를 지원하는 노드를 결정할 수 있다.
예컨대, 명시적 한정이 “RTT가 100ms 이하”인 경우, 마스터 노드 (612)는 <표 2>를 기반으로 RTT가 100ms 이하인 제1 참여 노드 (614), 제2 참여 노드 (616) 및 제3 참여 노드 (618) 각각에 의해 구성되는 세 개의 상향링크들을 송신 노드를 위한 다중 링크로 결정할 수 있다.
상기 마스터 노드 (612)는 결정한 최적 다중 경로에 관한 정보를 상기 송신 노드 (614)로 전달한다 (b). 하지만, 마스터 노드 (612)가 송신 노드인 경우, 상기 마스터 노드 (614)는 서비스 요청 메시지를 수신하고, 이에 대해 응답으로 최적 다중 경로에 관한 정보를 송신 노드로 전달하는 동작을 생략할 수 있다. 이런 경우, 마스터 노드 (612)는 자신의 서비스 요구 정보를 알고 있으므로, 다중 경로를 구성할 다수의 상향링크들을 결정하기 위해, 송신 노드로부터 서비스 요구 정보를 전달받을 필요는 없다.
상기 송신 노드 (614)는 상기 마스터 노드 (612)로부터 전달된 최적 다중 경로에 관한 정보를 기반으로 적어도 하나의 중계 노드 (616)와의 직접 경로를 설정 (set-up)할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드 (614)는 마스터 노드 (612)로부터 중계 노드 (RN: relay node)에 관한 정보를 전달받는다. 상기 중계 노드에 관한 정보는 상기 최적 다중 경로에 관한 정보를 전달받을 시에 함께 전달받을 수 있다.
상기 송신 노드 (SIN: service initiating node)(614)는 상기 마스터 노드 (612)로부터 전달받은 중계 노드에 관한 정보를 사용하여 해당 중계 노드 (RN: responder)(616)와의 직접 경로를 설정하기 위한 절차를 수행한다 (c).
예컨대, 상기 송신 노드 (SIN)(614)는 TDLS (Tunneled Direct Link Setup) 셋업 요청 프레임을 상기 중계 노드 (RN)(616)로 전송한다. 상기 중계 노드 (RN)(616)은 상기 TDLS 셋업 요청 프레임에 응답하여 TDLS 셋업 응답 프레임을 상기 송신 노드 (SIN)로 전송한다. 상기 TDLS 셋업 응답 프레임을 수신할 시, 상기 송신 노드 (SIN)는 TDLS 확인 프레임을 상기 중계 노드 (RN)로 전달함으로써, 직접 경로에 대한 셋업 절차를 완료한다. 상기 직접 경로에 대한 셋업 절차가 완료되면, 상기 송신 노드는 직접 경로를 통해 상기 중계 노드와의 데이터 송/수신이 가능하게 된다.
상기 중계 노드 (616)와의 직접 경로가 셋업되면, 상기 송신 노드 (614)는 상기 중계 노드 (616)를 통해 서버 (MPTCP server/proxy)(630)를 연결하는 새로운 상향링크에 상응한 경로 (650)를 설정하기 위한 절차를 수행할 수 있다.
상기 송신 노드 (614)는 상기 마스터 노드 (612)로부터 전달된 최적 다중 경로에 관한 정보를 기반으로 기존 상향링크 및 새로 셋업한 적어도 하나의 상향링크에 의해 형성된 다중 경로에 대한 혼잡 제어 (MPTCP congestion control)를 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드 (614)는 라이프 타임이 최대가 될 수 있도록 다중 경로를 구성하는 경로 별 데이터 전송률을 결정하는 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드는 다중 경로를 구성하는 상향링크 별로의 라이프 타임을 최대화할 수 있도록, 다수의 상향링크 각각에 대응한 전송률을 결정할 수 있다.
예컨대, 두 개의 상향링크를 통한 데이터 전송에 두 개의 노드가 관여하는 경우, 상기 두 개의 노드에 상응한 제1 노드 (송신 노드)(614)와 제2 노드 (중계 노드)(616)에서의 소모 전력은 하기 <수학식 1>에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, α u ·t u 는 i 번째 노드가 데이터를 업-로드 (상향링크 데이터 전송)하기 위해 소모되는 전력이고, α d ·t d 는 i 번째 노드가 데이터를 다운-로드 (하향링크 데이터 수신)하기 위해 소모되는 전력이며, β는 상시 소모 전력이다. 상기 t u 는 상향링크 데이터의 단위 전송률이고, α u 는 상향링크 데이터의 단위 전송률 당 소모되는 전력이며, 상기 t d 는 하향링크 데이터의 단위 전송률이고, α d 는 하향링크 데이터의 단위 전송률 당 소모되는 전력이다. 따라서 상기 <수학식 1>에 의하면, 상/하향링크에서의 전력 소모는 전송률에 비례하여 증가하거나 감소함을 확인할 수 있다.
일 예로써, 무선 통신 방식별로의 소모 전력은 하기 <표 3>과 같이 정의될 수 있다.
α u α d β α u / α d
LTE 438.39 51.97 1288.04 8.44
3G 868.98 122.12 817.88 7.12
WiFi 283.17 137.01 132.86 2.07
상기 <표 3>에서 정의하고 있는 무선 통신 방식 별 (사용된 모뎀 칩의 종류) 소모 전력 예는 “A Close Examination of Performance and Power Characteristics of 4G LTE Networks”, ACM MobiSys'12”를 참고한 것이다. 상기 <표 3>에서는 모뎀 칩의 예로 LTE 칩, 3G 칩, WiFi 칩의 사용 예를 가정하였으나, 그 외의 무선 통신 방식을 지원하는 모뎀 칩에서의 소모 전력을 추가로 정의할 수 있음은 물론이다.
상기 <표 3>을 참고하면, 상/하향링크 데이터를 송/수신함에 있어 LTE 방식이 3G 방식에 비해 상대적으로 전력 소모가 낮음을 확인할 수 있고, WiFi 방식에 의한 데이터 전송 시의 전력 소모가 가장 낮음을 알 수 있다. 하지만, 데이터를 수신할 시의 소모 전력은 LTE 방식이 가장 낮고, WiFi 방식이 가장 큼을 알 수 있다. 그 외에 상시 소모 전력은 LTE 방식이 다른 방식에 비해 월등히 많음을 알 수 있다.
앞에서 정의한 노드에서의 소모 전력을 고려할 시, 송신 노드의 라이프 타임 (T1)과 중계 노드의 라이프 타임 (T2)는 하기 <수학식 2>에 의해 결정할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Ei는 i 번째 노드 (송신 노드 또는 중계 노드)의 배터리 잔량 (remaining energy)이고, Pcui는 i 번째 노드가 셀룰러 네트워크의 상향링크를 통해 데이터를 전송하기 위한 소모 전력이고, Pcdi는 i 번째 노드가 셀룰러 네트워크의 하향링크를 통해 데이터를 전송하기 위한 소모 전력이고, Pwui는 i 번째 노드가 직접 경로를 통해 상향링크 데이터를 전송하기 위한 소모 전력이며, Pwdi는 i 번째 노드가 직접 경로를 통해 하향링크 데이터를 전송하기 위한 소모 전력을 의미한다. 그리고 상기 Di은 i 번째 상향링크에서의 데이터 전송률을 의미한다.
일 예로, Pcu1, Pwu1, Pwd2 및 Pcu2 각각은 하기 <수학식 3>과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, D1은 제1 상향링크를 위한 데이터 전송률이고, D2는 제2 상향링크를 위한 데이터 전송률이다. 그리고 a 내지 h는 다중 경로 각각에서의 상/하향링크 데이터를 전송하기 위한 소모 전력을 산출하기 위해 미리 설정된 가중치를 정의한 것이다.
상기 제1 및 제2 노드 각각에 대응한 라이프 타임의 최적화는 하기 <수학식 4>에서의 조건과 <수학식 5>에서의 조건으로 일반화시킬 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
여기서, 상기 D1max는 제1 노드의 최대 상향링크 전송률 (maximum upload throughput)을 의미하고, 상기 D2max는 제2 노드의 최대 상향링크 전송률 (maximum upload throughput)을 의미한다.
결론적으로 라이프 타임의 최적화 조건은 "T1=T2"가 될 것이다. 예를 들어, "D (= D1 + D2) = 30Mbps"와 "D1max = D2max = 20Mbps"가 주어지면, 2차 방정식을 풀어서 T1=T2가 되게 하는 D1과 D2 값을 구할 수 있다.
하기 <표 4>는 노드의 에너지 잔존량에 따라 구하여진 D1과 D2의 예를 보이고 있다.
에너지 잔존 량의 비 데이터 전송률
E1=E2=E D1=13.7Mbps, D2=16.3Mbps
E1=E, E2=E/2 D1=17.8Mbps, D2=12.2Mbps
E1=E, E2=E/10 D1=20Mbps, D2=10Mbps
E1=E, E2=E/20 D1=20Mbps, D2=10Mbps
E1=E/2, E2=E D1=5.5Mbps, D2=14.5Mbps
상기 <표 4>에 따르면, 제1 및 제2 노드의 에너지 잔존량에 따라 할당받는 데이터 전송률이 다를 수 있다. 따라서, 주기적으로 제2 노드가 제1 노드로 에너지 잔존 량 (E2)과 전송 가능한 최대 전송률 (D2max) 정보를 제공한다면, 제1 노드는 앞에서 정의한 수학식을 기반으로 혼잡 제어에 따라 각 상향링크에 대응한 데이터 전송률을 결정할 수 있다.
상기 송신 노드 (614)는 라이프 타임 최적화를 통해, 직접 상향링크를 통해 전송할 데이터 량 (D1)과 직접 링크를 통해 연결된 중계 노드 (616)를 경유한 상향링크를 통해 전송할 데이터 량 (D2)을 획득할 수 있다.
상기 송신 노드 (614)는 혼잡 제어를 위해, 자신의 전송 계층에 버퍼링된 데이터 량 (Q), 즉 상향링크를 통해 전송할 데이터 량 (Q)이 미리 설정된 임계 값 (Qth)을 초과 (Q>Qth)하는지를 감시한다. 상기 송신 노드 (614)는 상기 버퍼링된 데이터 량 (Q) 중 미리 설정된 임계 값 (Qth)을 초과하는 량만큼의 데이터를 새로이 연결한 상향링크를 통해 전송할 수 있다.
상술한 혼잡 제어의 다른 예는 하기 <표 5>에서의 의사 코드와 같이 정의될 수 있다.
For every RTT1 do:
If Q > Qth
The subflow 2's cwnd = (Q-Qth) x RTT2/RTT1
The subflow 1's cwnd = Qth
Else
The subflow 2's cwnd = 0
The subflow 1's cwnd = Q
Done
상기 <표 5>에 따르면, 상향링크를 통해 전송할 데이터 량 (Q)이 미리 설정된 임계 값 (Qth)을 초과 (Q>Qth)하면, 새로운 경로, 즉 추가 경로를 위한 혼잡 윈도우 크기 (subflow 2's cwnd)를 결정할 수 있다. 예컨대, 상기 추가 경로를 위한 혼잡 윈도우 크기는 '(Q-Qth) x RTT2/RTT1'에 의해 계산될 수 있다. 여기서, Q는 수신 노드로 전송할 데이터 량이고, Qth는 미리 설정된 임계 값이고, RTT1은 초기 경로에 대응한 왕복 지연 시간이며, RTT2는 추가 경로에 대응한 왕복 지연 시간이다.
상기 추가 경로를 위한 혼잡 윈도우 크기 (subflow 2's cwnd)가 결정되면, 초기 경로 (subflow 1)에서 사용하는 혼잡 윈도우 크기 (cwnd 1)은 미리 설정된 임계 값인 Qth로 조정될 수 있다.
하지만, 상향링크를 통해 전송할 데이터 량 (Q)이 미리 설정된 임계 값 (Qth)을 초과 (Q>Qth)하지 않으면, 상기 추가 경로를 위한 혼잡 윈도우 크기 (subflow 2's cwnd)는 '0'으로 설정되며, 상기 초기 경로 (subflow 1)에서 사용하는 혼잡 윈도우 크기 (cwnd 1)은 미리 설정된 임계 값인 Q로 유지될 것이다. 통상적으로 혼잡 윈도우 크기가 '0'으로 설정되는 것은 해당 경로를 통한 데이터 전송을 하지 않음을 의미한다.
상기 <표 5>에서 제안된 cwnd 2를 얻기 위한 식은 하기 <표 6>의 개시에 의해 도출할 수 있다.
D = D1 + D2
D = CWND1/RTT1 + CWND2/RTT2
DxRTT1 = CWND1 + CWND2/RTT2 x RTT1
CWND2 = (DxRTT1 - CWND1) x RTT2/RTT1
CWND2 = (Received Data - Qth) x RTT2/RTT1
//Qth1을 Subflow 1에서 RTT1동안 처리할 수 있는 크기로 정의
CWND2 = (Q-Qth) x RTT2/RTT1
여기서, TCP의 전송률은 윈도우/RTT로 정의될 수 있다.
상기 <표 6>을 참조하면, 다중 경로를 통한 송신 노드 (614)에서 서버 (630)로의 전체 데이터 전송률 D는 초기 경로 (subflow 1)에서의 데이터 전송률 D1과 추가 경로 (subflow 1)에서의 데이터 전송률 D2의 합에 의해 정의될 수 있다. 일반적으로 데이터 전송률은 혼잡 윈도우 크기 (cwnd)와 왕복 지연 시간 (RTT)의 비에 의해 정의될 수 있다.
따라서, 상기 초기 경로 (subflow 1)에서의 데이터 전송률 D1은 'cwnd 1/RTT 1'로 정의될 수 있고, 상기 추가 경로 (subflow 1)에서의 데이터 전송률 D2는 'cwnd 2/RTT 2'로 정의될 수 있으므로, 전체 데이터 전송률 D는 'cwnd 1/RTT 1 + cwnd 2/RTT 2'로 정의될 수 있다.
그리고 DxRTT1은 'cwnd 1 + cwnd 2/(RTT2 x RTT1)'로 정의될 수 있다. 상기 정의를 기반으로 할 시, cwnd 2는 '(DxRTT1 - cwnd 1) x (RTT2 / RTT1)'로 정의될 수 있다. 즉, cwnd 2는 '(Received Data - Qth) x (RTT2 / RTT1)'로 정리할 수 있다.
예컨대, Qth1을 subflow 1에서 RTT 1 동안에 처리할 수 있는 데이터의 크기로 정의할 경우, cwnd 2는 '(Q-Qth) x RTT2/RTT1'로 정의될 수 있다.
도 7은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 다중 경로를 기반으로 데이터를 전송하는 절차의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 마스터 노드는 712 단계에서 MPTCP를 기반으로 상향링크 데이터의 전송을 위한 스몰 네트워크를 구성할 수 있다. 상기 마스터 노드는 스몰 네트워크 내에 위치하는 참여 노드들 중 성능이 가장 우수하거나 사용자에 의해 선택된 참여 노드가 될 수 있다. 상기 마스터 노드는 스몰 네트워크에 위치하는 참여 노드들을 확인하고, 상기 확인된 참여 노드들을 클라이언트로 하여 스몰 네트워크를 구성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 마스터 노드는 스몰 네트워크에서 AP로써의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 마스터 노드는 참여 노드들이 자신에게 연결을 시도할 수 있도록, 광고 메시지를 주기적으로 전송할 수 있다. 예컨대, 802.11을 기반으로 하는 경우, 마스터 노드는 비컨 프레임 (beacon frame) 을 주기적으로 전송할 수 있다.
이런 경우, 상기 참여 노드들은 상기 마스터 노드에 의해 전송된 광고 메시지의 수신에 응답하여 상기 마스터 노드와의 연결을 시도하고, 이를 기반으로 스몰 네트워크를 구성할 수 있다.
상기 스몰 네트워크의 구성이 완료되면, 마스터 노드는 하나 또는 복수의 참여 노드들 각각으로부터 상태 정보를 획득할 수 있다. 상기 상태 정보는 마스터 노드에 의해 실시간으로 획득될 수 있다. 예컨대, 상기 상태 정보는 해당 참여 노드의 무선 링크 특성과 종단 간 경로 특성에 관한 정보 및 연산 자원 정보를 포함할 수 있다. 상기 무선 링크 특성에 관한 정보는 RSRP, RSRQ, SINR, MCS 레벨, 서비스 영역, BER 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 종단 간 경로 특성에 관한 정보는 TCP 전송률, RTT, 패킷 에러율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그 외에 연산 자원 관련 정보는 가용한 CPU, RAM 등의 성능에 관한 정보가 될 수 있다.
상기 마스터 노드는 714 단계에서 송신 노드 (service initiating node)로부터 서비스 요청 메시지를 수신할 수 있다. 상기 서비스 요청 메시지는 송신 노드에 의한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 상기 송신 노드에서 전송하고자 하는 상향링크 데이터의 타입 (서비스 타입)에 의해 정의될 수 있다. 상기 상향링크 데이터의 타입은 상기 송신 노드가 이용할 애플리케이션의 종류 등에 의해 결정될 수 있으며, 동영상, 정지 영상, 음성 등이 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 최소 전송률 (Min throughput), 최대 RTT (Max RTT), 높은 신뢰도 (high reliability), 최소 연산 능력 (min computing power), 최대 에러 허용률 등을 포함할 수 있다. 각 참여 노드는 애플리케이션 별로 미리 서비스 요구 정보를 정의하여 둘 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 마스터 노드는 송신 노드에서 선택된 서비스가 개시되기 전에 상기 송신 노드로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 전달받을 수 있다.
예컨대, 송신 노드는 모바일 방송 앱 (periscope 등)의 실행이 요청될 시, 해당 앱의 구동과 더불어 상기 구동된 앱에 대해 미리 정의하여 둔 서비스 요구 조건에 관한 정보를 마스터 노드로 전달할 수 있다. 상기 송신 노드는 서비스 요구 조건에 관한 정보를 상기 마스터 노드로 전달하는 시점에서 MPTCP 능력 체크를 함께 수행할 수도 있다. 상기 송신 노드에 대한 MPTCP 능력 체크는 상기 송신 노드로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 전달받은 시점에서 상기 마스터 노드에 의해 수행될 수도 있다.
상기 마스터 노드는 716 단계에서 상기 송신 노드로부터 전달받은 서비스 요구 조건에 관한 정보와 참여 노드들로부터 수집한 상태 정보를 기반으로 상기 송신 노드를 위한 최적의 추가 경로를 선정할 수 있다. 즉, 상기 마스터 노드는 참여 노드들로부터 수집한 상태 정보와, 상기 송신 노드로부터 수신한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 상기 송신 노드를 위한 최적의 중계 노드를 획득할 수 있다.
상기 송신 노드는 718 단계에서 최적 경로로 선정된 추가 경로를 설정할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드는 지정된 중계 노드와의 직접 경로를 설정하는 것에 의해, 상기 마스터 노드에 의해 선정된 추가 경로를 셋업할 수 있다.
상기 송신 노드는 720 단계에서 앞에서 설정한 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행할 수 있다. 상기 혼잡 제어는 기존 경로를 통해 전송하던 데이터 중 일부를 새로운 추가 경로를 통해 전송하기 위한 트래픽 분산을 수행하는 것이 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송신 노드는 직접 경로가 연결된 중계 노드로부터 상태 정보를 수신할 수 있다. 상기 중계 노드로부터 수신한 상태 정보는 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 관한 정보를 포함할 수 있다.
상기 송신 노드는 수신 노드로 전송할 트래픽 량을 고려하여 추가 경로의 사용 여부를 판단할 수 있다. 상기 추가 경로는 직접 경로가 연결된 중계 노드를 경유하여 수신 노드를 연결하는 전송 경로이다. 예컨대, 상기 송신 노드는 자신의 배터리 잔량과 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 의해 예측되는 최대 라이프 타임을 고려하여 임계 값을 설정하고, 상기 수신 노드로 전송할 트래픽 량이 상기 설정된 임계 값을 초과하는지에 의해, 추가 경로의 사용 여부를 판단할 수 있다.
상기 송신 노드는 추가 경로의 사용을 결정하면, 상기 중계 노드로부터 수신한 상태 정보를 기반으로 상기 추가 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 전송 윈도우 크기를 결정할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드는 초기 경로와 추가 경로 각각에 대응하여 추정한 데이터 전송률과, 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량에 의해 제1 전송 윈도우 크기를 계산하고, 상기 초기 경로와 상기 추가 경로 각각에 대응한 왕복 지연 시간과, 상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량 및 상기 설정된 임계 값에 의해 제2 전송 윈도우 크기를 계산하며, 상기 제1 전송 윈도우 크기와 상기 제2 전송 윈도우 크기 중에서 작은 값을 상기 전송 윈도우 크기로 결정할 수 있다
상기 송신 노드는 결정한 전송 윈도우 크기를 사용하여 상기 직접 경로를 통해 상기 중계 노드로 데이터를 전송할 수 있다.
도 8은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 마스터 노드로 서비스 요구 조건에 관한 정보를 제공하는 하나의 시나리오를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 송신 노드 (client 1)(810)는 원하는 서비스 (애플리케이션)를 개시하기 전에, 해당 서비스를 요청하는 애플리케이션 서비스 요청 메시지를 마스터 노드 (820)로 전송한다 (812 단계). 상기 애플리케이션 서비스 요청 메시지는 서비스 요구 조건에 관한 정보를 포함할 수 있다. 상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 앞에서 정의된 바와 같다.
상기 마스터 노드 (820)는 상기 송신 노드 (810)로부터 애플리케이션 서비스 요청 메시지를 수신하면, 상기 수신한 애플리케이션 서비스 요청 메시지에 포함된 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 다중 경로를 선정할 수 있다 (814 단계).
상기 마스터 노드 (820)는 다중 경로의 선정이 완료되면, 다중 경로에 대한 사용을 승인할 수 있다 (816 단계). 상기 마스터 노드 (820)는 다중 경로 사용 승인 시에 선정된 다중 경로에 관한 정보를 상기 송신 노드 (810)로 제공할 수 있다.
도 9는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 송신 노드와 중계 노드 간의 직접 연결을 위한 절차를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 마스터 노드 (920)는 자신이 선정한 최적의 중계 노드에 관한 정보를 송신 노드 (910)로 제공할 수 있다 (912 단계). 상기 최적의 중계 노드에 관한 정보는 선정된 중계 노드를 지정하는 식별 정보를 포함할 수 있다.
상기 송신 노드 (SIN)(910)는 직접 연결을 요청하기 위한 연결 요청 메시지로 TDLS (tunneled direct link setup) 요청 메시지를 중계 노드 (RN)(930)로 전송한다 (913 단계). 상기 중계 노드 (RN)(930)은 상기 TDLS 요청 메시지에 대한 연결 응답 메시지로 TDLS 응답 메시지를 상기 송신 노드 (SIN)(910)로 전송할 수 있다 (914 단계). 상기 TDLS 응답 메시지를 수신할 시, 상기 송신 노드 (SIN)(910)는 확인 메시지인 TDLS 확인 메시지를 상기 중계 노드 (RN)(930)로 전달할 수 있다 (915단계). 이로써, 상기 송신 노드 (910)와 상기 중계 노드 (930) 간의 직접 경로에 대한 셋-업 절차를 완료할 수 있다. 상기 직접 경로에 대한 셋업 절차가 완료되면, 상기 송신 노드 (910)는 직접 경로를 통해 상기 중계 노드 (930)와의 데이터 송/수신이 가능하게 된다 (916 단계).
도 10은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 MPTCP 기반으로 하는 경로 설정의 예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, MPTCP에서는 새로운 경로 연결을 위해서 MP_CAPABLE, MP_JOIN 헤더가 사용될 수 있다. 예컨대, 송신 노드 (1010)는 초기 경로 연결 및 추가 경로 연결 시에는 MP_CAPABLE 혹은 MP_JOIN 메시지를 통해 해당 경로의 연결을 알릴 수 있다. 즉, 초기 경로 연결일 경우 MP_CAPABLE 메시지가 사용되고, 추가 경로 연결일 경우 MP_JOIN 메시지가 사용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 최초 경로는 3-way handshake 과정에 의해 연결될 수 있다 (1030 단계). 상기 3-way handshake 과정 (1032 단계 내지 1036 단계)에서 주고 받는 메시지 (SYN+MP_CAPABLE, SYN/ACK+MP_CAPABLE, ACK+MP_CAPABLE)에 MP_CAPABLE 헤더가 올려져 전송될 수 있다. 이 과정에서 MP_CAPABLE 헤더의 Key들 (Key-A, Key-B)을 주고받아 인증을 수행할 수 있다. 이때, 두 호스트 (송신 노드 (1010), 수신 노드 (1020)) 간에 연결된 다른 경로가 존재하지 않으므로, 상술한 바에 의해 연결된 경로를 통해 데이터 전송을 수행할 수 있다.
상기 초기 경로가 연결된 후, 상기 송신 노드 (1010)와 상기 수신 노드 (1020)는 추가 경로를 설정하기 위한 절차를 수행할 수 있다 (1040 단계). 예컨대, 상기 송신 노드 (1010)는 마스터 노드로부터 할당받은 IP 주소 (address A2)에 의해 SYN+MP_JOIN 메시지 (Token-B, R-A)를 수신 노드 (1020)로 전송할 수 있다 (1042 단계). 상기 수신 노드 (1020)는 SYN+MP_JOIN 메시지에 대한 응답으로 확인 메시지 SYN/ACK+MP_JOIN 메시지 (HMAC-B, R-B)를 상기 송신 노드 (1010)로 전송할 수 있다 (1044 단계). 상기 송신 노드 (1010)는 상기 수신 노드로부터 수신한 확인 메시지에 대응한 응답 메시지 ACK+MP_JOIN 메시지 (HMAC-A)를 상기 수신 노드 (1020)로 전송함으로써, 새로운 상향링크에 상응한 경로의 셋-업 절차를 완료할 수 있다 (1046 단계).
일 실시 예에 따르면, 두 호스트 (송신 노드 (1010), 수신 노드 (1020)) 간 기존 경로가 존재할 때에는 4-way handshake 메시지에 MP_JOIN 헤더를 추가하여 연결할 수 있다. 이때 헤더에 포함된 HMAC 정보를 사용하여 해시 기반 인증을 수행한다.
도 11은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 두 호스트 간에 설정된 다중 경로에 대응한 자원 할당 예를 보이고 있다.
도 11을 참조하면, 송신 노드 (1110)와 수신 노드 (1120)는 프라이머리 (primary) 경로 (MPTCP subflow 1)(1130)과 세컨더리 (secondary) 경로 (MPTCP subflow 2)(1140)에 의한 연결이 설정되어 있다. 예컨대, 상기 프라이머리 경로 (1130)에 대해서는 CWND 1, RTT 1이 할당되어 전송률이 TPUT1 (= CWND1/RTT1) 을 달성하고, 상기 세컨더리 경로에 대해서는 CWND 2, RTT 2가 할당되어 전송률이 TPUT2 (=CWND2/RTT2) 임을 확인할 수 있다.
도 12는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 다중 경로에 대한 혼잡 제어를 수행하는 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 송신 노드 (1210)는 송신 버퍼 관리부 (1212), 다중 경로 사용 결정부 (1214), 혼잡 제어부 (1216) 및 전송 경로 관리부 (1218)를 포함할 수 있고, 중계 노드 (1220)는 상태 정보 송신부 (1222)를 포함할 수 있다.
상기 중계 노드 (1220)에 구비된 상기 상태 정보 송신부 (1222)는 직접 경로가 연결된 상기 송신 노드 (1210)로 상태 정보를 전달할 수 있다.
상기 다중 경로 사용 결정부 (1214)는 직접 경로가 설정된 중계 노드 (1220)로부터 상태 정보를 수신할 수 있다. 예컨대, 상기 상태 정보는 중계 노드 (1220)의 배터리 잔량에 관한 정보를 포함할 수 있다. 상기 중계 노드 (1220)와의 직접 연결을 위해서는 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드로부터 수신한 추가 경로 설정 정보가 사용될 수 있다.
상기 다중 경로 사용 결정부 (1214)는 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량을 고려하여 상기 직접 경로가 설정된 상기 중계 노드 (1220)를 경유하여 상기 수신 노드를 연결하는 추가 경로의 사용 여부를 판단할 수 있다.
상기 다중 경로 사용 결정부 (1214)에 의해 상기 추가 경로의 사용이 결정되면, 상기 혼잡 제어부 (1216)는 상기 중계 노드 (1220)로부터 수신한 상태 정보를 기반으로 추가 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 전송 윈도우 크기와 초기 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 전송 윈도우 크기를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 혼잡 제어부 (1216)는 수신 노드로 전송할 데이터 량과, 미리 설정된 임계 값과, 초기 경로와 추가 경로 각각에 대응한 왕복 지연 시간에 의해 상기 추가 경로를 위한 전송 윈도우 크기를 계산할 수 있다. 상기 혼잡 제어부 (1216)는 상기 초기 경로에서 사용하는 전송 윈도우 크기와 상기 추가 경로를 위해 계산한 전송 윈도우 크기 중에서 작은 값을 상기 추가 경로를 위한 최종 전송 윈도우 크기로 결정할 수 있다.
상기 다중 경로 사용 결정부 (1214)는 송신 노드 (1210)의 배터리 잔량과 중계 노드 (1220)의 배터리 잔량에 의해 예측되는 최대 라이프 타임을 고려하여 임계 값을 설정할 수 있다. 상기 다중 경로 사용 결정부 (1214)는 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량이 상기 설정된 임계 값을 초과하면, 추가 경로의 사용을 결정할 수 있다.
상기 전송 경로 관리부 (1218)는 상기 혼잡 제어부 (1216)에 의해 결정된 최종 전송 윈도우 크기를 사용하여 직접 경로를 통해 중계 노드 (1220)로의 데이터 전송을 관리할 수 있다.
상기 송신 버퍼 관리부 (1212)는 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량과 상기 다중 경로 사용 결정부 (1214)에 의해 설정된 임계 값을 기반으로 송신 버퍼에 저장된 데이터의 출력을 관리할 수 있다.
도 13은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 다중 경로에서 송신 노드와 중계 노드가 같은 오퍼레이터를 사용하는 경우에 대한 예를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 송신 노드와 중계 노드가 같은 오퍼레이터를 사용하는 경우, 송신 노드 (UE1)(1310)와 기지국 (eNB)(1330)을 연결하는 초기 경로에서의 RSRP 1과 중계 노드 (UE2)(1320)와 상기 기지국 (eNB)(1330)을 연결하는 추가 경로에서의 RSRP 2가 동일한지를 판단한다.
상기 RSRP 1과 상기 RSRP 2가 동일하면, 상기 송신 노드 (UE1)(1310)와 상기 중계 노드 (UE2)(1320)에서의 데이터 전송률은 동일하게 설정할 수 있다. 예컨대, 상기 송신 노드 (UE1)(1310)와 상기 중계 노드 (UE2)(1320)는 같은 전송 윈도우 크기를 사용하여 데이터를 전송할 수 있다.
하지만, 상기 RSRP 1과 상기 RSRP 2가 동일하지 않으면, 상기 송신 노드 (UE1)(1310)와 상기 기지국 (eNB)(1330)을 연결하는 초기 경로에서의 RSRQ 1이 상기 중계 노드 (UE2)(1320)와 상기 기지국 (eNB)(1330)을 연결하는 추가 경로에서의 RSRQ 2보다 작은지를 판단한다.
상기 RSRQ 1이 상기 RSRQ 2보다 작다면, 상기 중계 노드 (UE2)(1320)에서의 데이터 전송률은 상기 송신 노드 (UE1)(1310)에서의 데이터 전송률보다 크게 설정될 수 있다. 하지만, 상기 RSRQ 1이 상기 RSRQ 2보다 작지 않다면, 상기 송신 노드 (UE1)(1310)에서의 데이터 전송률은 상기 중계 노드 (UE2)(1320)에서의 데이터 전송률보다 크게 설정될 수 있다.
도 14는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 다중 경로에서 송신 노드와 중계 노드가 상이한 오퍼레이터를 사용하는 경우에 대한 예를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 송신 노드와 중계 노드가 다른 오퍼레이터를 사용하는 경우, 송신 노드 (UE1)(1410)와 제1 기지국 (eNB #1)(1430)을 연결하는 초기 경로에서의 RSRQ 1과 중계 노드 (UE2)(1420)와 제2 기지국 (eNB #2)(1440)을 연결하는 추가 경로에서의 RSRQ 2가 동일한지를 판단한다.
상기 RSRQ 1과 상기 RSRQ 2가 동일하면, 상기 송신 노드 (UE1)(1410)와 상기 중계 노드 (UE2)(1420)에서의 데이터 전송률은 동일하게 설정할 수 있다.
하지만, 상기 RSRQ 1과 상기 RSRQ 2가 동일하지 않으면, 상기 송신 노드 (UE1)(1410)와 상기 제1 기지국 (eNB #1)(1430)을 연결하는 초기 경로에서의 RSRQ 1이 상기 중계 노드 (UE2)(1420)와 상기 제2 기지국 (eNB #2)(1440)을 연결하는 추가 경로에서의 RSRQ 2보다 작은지를 판단한다.
상기 RSRQ 1이 상기 RSRQ 2보다 작다면, 상기 중계 노드 (UE2)(1420)에서의 데이터 전송률이 상기 송신 노드 (UE1)(1410)에서의 데이터 전송률보다 크게 설정될 수 있다. 하지만, 상기 RSRQ 1이 상기 RSRQ 2보다 작지 않다면, 상기 송신 노드 (UE1)(1410)에서의 데이터 전송률이 상기 중계 노드 (UE2)(1420)에서의 데이터 전송률보다 크게 설정될 수 있다.
한편, 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시에서 제안한 다양한 실시 예에 따른 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 변형에 의한 실시할 수 있음은 물론이다. 그러므로 본 개시에 따른 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라, 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 그뿐만 아니라, 이러한 변형 실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (20)

  1. 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드에서 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 상기 스몰 네트워크 내에서의 다중 경로를 운영하는 방법에 있어서,
    상기 스몰 네트워크에 위치하는 참여 노드들로부터 상태 정보를 수집하는 과정과,
    상기 참여 노드들 중 하나인 송신 노드로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 참여 노드들로부터 수집한 상태 정보와, 상기 송신 노드로부터 수신한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 상기 송신 노드를 위한 추가 경로 설정 정보를 획득하는 과정과,
    상기 획득한 추가 경로 설정 정보를 상기 송신 노드로 전송하는 과정을 포함하는 다중 경로 운영방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상태 정보는 해당 참여 노드의 무선 링크 특성과 종단 간 경로 특성에 관한 정보 및 연산 자원 정보를 포함하고,
    상기 무선 링크 특성에 관한 정보는 기준 신호 수신 전력 (reference signal received power), 기준 신호 수신 품질 (reference signal received quality), 신호대잡음간섭비 (signal to interference-plus-noise ratio), MCS (modulation and coding scheme) 레벨, 서비스 영역 (coverage), 비트 오류율 (bit error rate) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 종단 간 경로 특성에 관한 정보는 TCP 전송률, 왕복 지연 시간 (round trip time), 패킷 에러율 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 운영방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 상기 송신 노드에 의해 서비스가 개시되기 이전에 상기 송신 노드로부터 수신되며,
    상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 상기 송신 노드에서 상기 서비스를 위해 요구되는 최소 전송률, 최대 왕복 지연 시간, 최대 에러 허용률 및 최소 연산 능력 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 운영방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 추가 경로 설정 정보를 생성하는 과정은,
    상기 참여 노드들로부터 수집한 상태 정보를 사용하여 종단 간 경로 정보 테이블을 구성하는 과정과,
    상기 구성한 종단 간 경로 정보 테이블로부터 상기 송신 노드로부터 수신한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 만족하는 추가 경로 설정 정보를 획득하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 운영방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추가 경로 설정 정보는 상기 송신 노드가 추가 경로를 생성하기 위해 직접 경로를 설정할 적어도 하나의 중계 노드를 상기 참여 노드들 중에서 지정하는 식별 정보를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 운영방법.
  6. 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드에서 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 상기 스몰 네트워크 내에서의 다중 경로를 운영하는 장치에 있어서,
    상기 스몰 네트워크에 위치하는 참여 노드들로부터 상태 정보를 수신하고, 상기 참여 노드들 중 하나인 송신 노드로부터 서비스 요구 조건에 관한 정보를 수신하며, 추가 경로 설정 정보를 상기 송신 노드로 전송하는 통신 모듈과,
    상기 통신 모듈을 통해 수집한 상기 참여 노드들의 상태 정보와 상기 송신 노드의 서비스 요구 조건에 관한 정보를 기반으로 상기 송신 노드를 위한 상기 추가 경로 설정 정보를 획득하고, 상기 획득한 추가 경로 설정 정보를 상기 통신 모듈로 전달하는 처리 모듈을 포함하는 다중 경로 운영장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상태 정보는 해당 참여 노드의 무선 링크 특성과 종단 간 경로 특성에 관한 정보 및 연산 자원 정보를 포함하고,
    상기 무선 링크 특성에 관한 정보는 기준 신호 수신 전력 (reference signal received power), 기준 신호 수신 품질 (reference signal received quality), 신호대잡음간섭비 (signal to interference-plus-noise ratio), MCS (modulation and coding scheme) 레벨, 서비스 영역 (coverage), 비트 오류율 (bit error rate) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 종단 간 경로 특성에 관한 정보는 TCP 전송률, 왕복 지연 시간 (round trip time), 패킷 에러율 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 운영장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 상기 송신 노드에 의해 서비스가 개시되기 이전에 상기 송신 노드로부터 수신되며,
    상기 서비스 요구 조건에 관한 정보는 상기 송신 노드에서 상기 서비스를 위해 요구되는 최소 전송률, 최대 왕복 지연 시간, 최대 에러 허용률 및 최소 연산 능력 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 운영장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 처리 모듈은,
    상기 참여 노드들의 상태 정보를 사용하여 종단 간 경로 정보 테이블을 구성하고, 상기 구성한 종단 간 경로 정보 테이블로부터 상기 송신 노드의 서비스 요구 조건에 관한 정보를 만족하는 추가 경로 설정 정보를 획득함을 특징으로 하는 다중 경로 운영장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 추가 경로 설정 정보는 상기 송신 노드가 추가 경로를 생성하기 위해 직접 경로를 설정할 중계 노드를 상기 참여 노드들 중에서 지정하는 식별 정보를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 운영장치.
  11. 스몰 네트워크에서 송신 노드가 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 혼잡 제어를 수행하는 방법에 있어서,
    초기 경로를 통해 수신 노드로 데이터를 송신하는 과정과,
    상기 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드로부터 수신한 추가 경로 설정 정보를 사용하여 직접 경로가 설정된 중계 노드로부터 상태 정보를 수신하는 과정과,
    상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량을 고려하여 상기 직접 경로가 설정된 상기 중계 노드를 경유하여 상기 수신 노드를 연결하는 추가 경로의 사용 여부를 판단하는 과정과,
    상기 추가 경로의 사용을 결정하면, 상기 수신한 상태 정보를 기반으로 상기 추가 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 윈도우 크기를 결정하는 과정과,
    상기 결정한 윈도우 크기를 사용하여 상기 직접 경로를 통해 상기 중계 노드로 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 혼잡 제어 수행방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중계 노드로부터 수신한 상태 정보는 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는 혼잡 제어 수행방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 추가 경로의 사용 여부를 판단하는 과정은,
    상기 송신 노드의 배터리 잔량과 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 의해 예측되는 최대 라이프 타임을 고려하여 임계 값을 설정하는 과정과,
    상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량이 상기 설정된 임계 값을 초과하면, 상기 추가 경로의 사용을 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 혼잡 제어 수행방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 윈도우 크기를 결정하는 과정은,
    상기 초기 경로에서 사용할 윈도우 크기를 상기 설정된 임계 값으로 결정하는 과정과,
    상기 추가 경로에서 사용할 윈도우 크기를 상기 수신 노드로 전송할 데이터 량과, 상기 설정된 임계 값과, 상기 초기 경로와 상기 추가 경로 각각에 대응한 왕복 지연 시간을 사용하여 결정하는 과정을 포함을 특징으로 하는 혼잡 제어 수행방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 중계 노드로부터 상태 정보를 수신하는 과정은,
    상기 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드로 상태 정보를 전송하는 과정과,
    특정 서비스의 개시 요청에 응답하여 상기 요청된 서비스에 대응한 서비스 요구 조건에 관한 정보를 상기 마스터 노드로 전송하는 과정과,
    상기 전송한 서비스 요구 조건에 관한 정보에 응답하여 상기 마스터 노드로부터 추가 경로 설정 정보를 수신하는 과정과,
    상기 추가 경로 설정 정보를 사용하여 지정된 중계 노드와 직접 경로를 설정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 혼잡 제어 수행방법.
  16. 스몰 네트워크에서 다중 경로 전송 제어 프로토콜을 기반으로 혼잡 제어를 수행하는 송신 노드에 있어서,
    상기 스몰 네트워크를 구성하는 마스터 노드로부터 수신한 추가 경로 설정 정보를 사용하여 직접 경로가 설정된 중계 노드로부터 상태 정보를 수신하고, 상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량을 고려하여 상기 직접 경로가 설정된 상기 중계 노드를 경유하여 상기 수신 노드를 연결하는 추가 경로의 사용 여부를 판단하는 다중 경로 사용 결정부와,
    상기 다중 경로 사용 결정부에 의해 상기 추가 경로의 사용이 결정되면, 상기 수신한 상태 정보를 기반으로 상기 추가 경로에서의 데이터 전송률을 설정할 윈도우 크기를 결정하는 혼잡 제어부와,
    상기 결정한 윈도우 크기를 사용하여 상기 직접 경로를 통해 상기 중계 노드로의 데이터 전송을 관리하는 전송 경로 관리부를 포함하는 송신 노드.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 중계 노드로부터 수신한 상태 정보는 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는 송신 노드.
  18. 제17항에 있어서, 상기 다중 경로 사용 결정부는,
    상기 송신 노드의 배터리 잔량과 상기 중계 노드의 배터리 잔량에 의해 예측되는 최대 라이프 타임을 고려하여 임계 값을 설정하고, 상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량이 상기 설정된 임계 값을 초과하면, 상기 추가 경로의 사용을 결정함을 특징으로 하는 송신 노드.
  19. 제18항에 있어서, 상기 혼잡 제어부는,
    상기 초기 경로에서 사용할 윈도우 크기를 상기 설정된 임계 값으로 결정하고, 상기 추가 경로에서 사용할 윈도우 크기를 상기 수신 노드로 전송할 데이터 량과, 상기 설정된 임계 값과, 상기 초기 경로와 상기 추가 경로 각각에 대응한 왕복 지연 시간을 사용하여 결정함을 특징으로 하는 송신 노드.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 수신 노드로의 데이터 전송에 따른 트래픽 량과 상기 다중 경로 사용 결정부에 의해 설정된 임계 값을 기반으로 송신 버퍼에 저장된 데이터의 출력을 관리하는 송신 버퍼 관리부를 더 포함함을 특징으로 하는 송신 노드.
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