KR100657333B1

KR100657333B1 - 무선채널 품질 측정방법 및 그 측정장치

Info

Publication number: KR100657333B1
Application number: KR1020050079129A
Authority: KR
Inventors: 서정환; 김세홍; 문병인; 남상수; 최혜은
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-08-27
Filing date: 2005-08-27
Publication date: 2006-12-14
Also published as: JP5078302B2; US20070047461A1; JP2007068171A; CN1921421B; CN1921421A; US8861481B2

Abstract

본 발명은 IEEE 802.11와 같은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) MAC(Medium Access Control) 방식을 사용하는 네트워크에서, 스테이션들 사이의 경합(contention) 발생 정도를 측정한 결과를 이용하여 무선채널의 품질(quality)을 측정하는 무선채널 품질 측정방법 및 그 측정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선채널 품질측정방법은 경합 기반의 매체 접근 방식을 사용하는 무선채널을 통한 프레임 전송시 스테이션들간의 경합(contention) 발생 정도를 산출하고, 산출된 경합 발생 정도에 기초하여 무선채널의 품질을 측정한다. 본 발명에 따르면, 경합의 발생 정도를 고려하여 무선채널의 품질을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

무선채널, 경합, 디퍼, 백오프, 품질

Description

무선채널 품질 측정방법 및 그 측정장치{Method and apparatus for measuring the quality of wireless channel}

도 1은 CSMA/CA 방식을 랜덤 백오프 방법과 병행하여 도시한 도면,

도 2는 CSMA/CA의 경합 발생시 프레임 전송 과정을 설명하기 위해 참조되는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정장치를 포함하는 시스템 구성의 일 예를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선채널 품질 측정장치의 블럭도,

도 5는 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정장치에서 유효 전송속도를 산출하는 과정의 설명에 제공되는 흐름도,

도 6은 유효 전송속도의 산출 과정 설명에 참조되는 도면,

도 7은 SCC 대 스루풋의 변화를 나타낸 그래프, 그리고

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정방법에 의해 측정한 결과에 따라 선택된 무선채널을 통해 프레임을 전송한 경우와 임의로 선택된 무선채널을 통해 프레임을 전송한 경우를 비교한 결과를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 무선채널 품질 측정장치 1

10 : 신호품질 분석부

120 : 경합 분석부 123 : 디퍼드 레이트 산출부

125 : 경합 계수 산출부 130 : 유효 스루풋 산출부

본 발명은 무선채널 품질 측정방법 및 그 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IEEE 802.11와 같은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) MAC(Medium Access Control) 방식을 사용하는 무선 네트워크에서 스테이션들 사이의 경합(contention) 발생 정도를 측정한 결과를 이용하여 무선채널의 품질(quality)을 측정하는 무선채널 품질 측정방법 및 그 측정장치에 관한 것이다.

무선 데이터 전송 장치의 성능 향상을 위해서는, 데이터 프레임이 송수신되는 무선채널의 품질을 측정하여 이용하는 것이 필요하다. 측정된 무선채널의 품질은 사용자에게 보다 고품질의 서비스를 제공하기 위한 기준 지표로 사용될 수 있다. 예컨대, 다수의 무선채널이 사용가능한 상태에서, 현재 사용 중인 무선채널의 품질이 열악한 경우에는, 측정된 무선채널의 품질 결과에 따라, 나머지 무선채널 중에서 품질이 가장 좋은 채널을 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 무선채널의 품질에 영향을 주는 요소로는 전파 신호의 세기나, 다수의 무선 스테이션들이 동시에 공통의 채널을 사용할 때 발생하는 경쟁(contention) 등이 있다.

한편, 유선 또는 무선 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 때에는 네트워크 의 기능을 효율적으로 사용하기 위해 통신을 원하는 개체 간에 무엇을, 어떻게, 언제 통신할 것인지에 대한 표준화된 통신 규약에 따라 이루어지는데, 이러한 통신 규약을 프로토콜(protocol)이라고 한다. 통신 프로토콜은 OSI 7계층(Open Systems Interconnection 7-layer)을 기본 구조로 하여, 유선 또는 무선 네트워크인지 여부, 및 데이터를 전송하는 전달 매체가 무엇인지 여부 등과 같은 각각의 네트워크 특성에 따라 적절하게 구성될 수 있다.

OSI 7계층에서 전달 매체가 무선랜(Wireless LAN)인 경우, 무선랜 규격으로 정의되어 무선랜의 고유한 기능을 수행하는 계층은, 데이터링크 계층(Data link layer)과 물리 계층(Physical layer)이다. 여기서, 데이터링크 계층의 주요 역할은 무선 링크의 오류 제어, 노드들의 무선 망에 대한 접근 제어 등의 기능이며, 물리 계층의 주요 역할은 무선 주파수에 데이터를 실어 실제로 무선 패킷을 전송하는 것이다. 데이터링크 계층은 다시 논리적 링크 제어(logical link control)와 MAC 계층으로 구분된다. 논리적 링크 제어는 OSI 계층 2의 동기화(synchronization)와 에러 제어(error control)를 담당한다. 그리고, MAC 계층은 이웃 노드들과의 무선 매체(wireless medium)에 대한 접근 제어(acces control)를 수행하여, 다수의 노드들이 전송 매체를 충돌없이 효율적으로 사용하도록 하는 역할을 수행한다. IEEE 802.11 무선랜 규약은, 이러한 무선랜의 기능 중 특히 MAC 계층과 물리계층의 기능을 규정하고 있다.

MAC 방식에는 크게 FDMA(Frequency Division Multiple Access)나 TDMA(Time Division Multiple Access) 처럼 매체를 시간 및 주파수 대역을 기준으로 채널로 나누어, 특정 채널은 특정 사용자만 사용할 수 있도록 맵핑(mapping)하는 방식인 contention-free 한 방식이 있고, 매체를 다수의 사용자가 공유하고 사용자의 데이터 전송 필요시마다 매체에 대한 접근은 허용하되 경합이 발생하는 경우 이를 적절한 알고리즘으로 해결하는 경합(contention) 방식이 있다. CSMA/CA 방식은 대표적인 경합 기반(contention-based)의 MAC 방식이며, 송신 노드가 전송 매체가 사용 가능한지 체크하는 반송파 감지 기능(Carrier Sensing)을 사용하여 전송 매체에 대한 접근을 제어하고, 충돌 회피 방법을 사용하여 데이터 프레임 충돌로 인해 전송 용량을 낭비하지 않도록 하는 방식으로, IEEE 802.11에서 MAC 표준으로 사용된다.

도 1은 CSMA/CA 방식을 램덤 백오프(random backoff) 방법과 병행하여 도시한 도면이다. 여기서, DIFS 는 프레임 전송시 데이터 프레임을 보호하기 위해 프레임간 기본적으로 들어가는 간격을 표시하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 프레임 전송을 원하는 스테이션(station)은 먼저 채널의 상태를 센싱(sensing) 한다. 센싱 결과, 채널이 다른 스테이션에 의해 사용되지 않는 아이들(idle) 상태이면 프레임을 전송한다. 만일, 다른 스테이션이 채널을 사용 중인 비지(busy) 상태이면, 어느 정도의 시간 동안 프레임 전송을 지연시킨 후 다시 전송을 시도한다(Defer Access). 이렇게 채널이 비지 상태인 경우, 프레임 전송을 지연시키는 과정을 백오프(backoff) 과정이라고 하며, 프레임 전송을 지연시킬 시간은 백오프 과정으로 진행하는 순간 랜덤(random)하게 결정되는데, 이 시간을 백오프 시간(backoff time)이라 한다. 즉, 다른 스테이션이 채널 사용을 끝냈을 때, DIFS 기간 동안 채널이 아이들(idle) 상태임을 확인한 다음, 프 레임 전송하기를 기다린 또 다른 스테이션과 충돌을 피하기 위해 백오프 시간으로 백오프 타이머(backoff timer)를 설정하고, 이 백오프 타이머가 감소하여 '0' 가 되면 그때 데이터를 전송할 수 있다.

실제로 프레임을 전송하기 전까지 단순히 백오프 시간만큼 지연되는 것이 아니라, 추가적으로 백오프 과정에 있는 동안 채널이 비지(busy) 상태에 있던 시간만큼 더 지연되게 된다. 즉, 백오프 과정에 들어갈 때, 해당 스테이션은 백오프 시간으로 백오프 타이머를 초기 설정한 후, 채널이 아이들(idle)한 상태에서만 백오프 타이머를 감소시켜 나가다가 백오프 타이머가 '0'이 되면 프레임을 전송한다. 따라서, 채널이 아이들 상태로 판단되어 타이머를 감소시키는 도중 채널이 다시 비지 상태가 되면, 백오프 타이머를 정지시킨 후 기다리다가 채널이 다시 아이들 상태가 되면 백오프 타이머를 다시 감소시켜 나간다. CSMA/CA 방식에서는 RTS/CTS(Request to Send/Clear to Send) 등의 제어 패킷(control packet)을 도입하여 스테이션들이 자신이 채널을 사용할 기간을 예약하여 해당 기간을 이웃 스테이션들에게 알려 이 기간 동안 다른 스테이션들이 전송 매체를 사용하지 않게 함으로써, 무선채널에서의 충돌 가능성을 더욱 낮추고 있다.

도 2는 CSMA/CA의 경합 발생시 프레임 전송 과정을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 도 2에는 CSMA/CA의 랜덤(random) 백오프(backoff) 방식이 복수의 스테이션들 사이에서 동작하는 과정과 이에 따라 프레임들이 전송되는 과정을 도시하고 있으며, 채널을 사용하려는 스테이션이 여러 개 있는 경우, 경합을 어떻게 해결하고 프레임(frame)을 전송하는지를 보여 주고 있다.

도 2를 참조하면, 스테이션 B는 전송해야 할 프레임이 생겼을 경우, 채널이 아이들 상태인지 비지 상태인지를 살펴 본다. 도 2의 경우, 이미 스테이션 A가 프레임을 전송 중이어서 채널이 비지 상태이므로, 스테이션 B는 프레임 전송을 즉시 시도하지 않고 백오프 과정으로 들어간다. 백오프 과정에서는 백오프 시간을 랜덤(random)하게 설정해 두고 채널이 아이들 상태가 될 때까지 기다린 후, 백오프 타이머를 구동시켜 백오프 시간을 줄여나간다. 도 2에서 스테이션 A가 전송이 끝난 후, 백오프 과정 중에 있던 스테이션 B, C, D는 백오프 타이머를 구동시키는데, 스테이션 C의 경우 백오프 타임이 가장 짧게 설정이 되어 있어, 가장 먼저 채널을 점유하여 프레임을 전송한다.

일단 스테이션 C가 채널을 점유하게 되면, 주위의 스테이션들은 채널이 비지 상태라고 판단하게 되고, 이에 따라 이미 백오프 타이머를 구동시키고 있던 스테이션들B 와 C는 백오프 타이머의 동작을 중단시키고, 채널이 다시 아이들 상태가 될 때까지 기다린다. 또한 스테이션 C가 프레임을 전송중인 동안 보내야할 프레임이 생기게 된 스테이션 E 같은 경우도 이미 채널이 비지 상태이므로 프레임을 전송하지 못하고, 스테이션 B, D와 같은 백오프 과정으로 들어가게 된다. 이와 같은 과정을 계속 거쳐 스테이션 B가 채널이 아이들 상태에서 자신의 백오프 타이머가 '0'으로 감소하게 되면, 비로소 자신의 프레임을 전송하게 된다.

CSMA/CA 방식에서는 전송한 데이터 프레임의 전송 성공 여부를 ACK 프레임을 수신함으로써 확인한다. 만일, 정해진 시간 안에 ACK 프레임을 수신하지 못할 경우, 프레임이 전송 도중 채널 에러 혹은 충돌로 인해 전송이 실패했다고 판별하게 되고, 이 경우 백오프 과정을 거친 후 프레임을 재전송한다. 또한, 이러한 재전송 과정에서도 프레임 전송을 계속 실패하게 되면, 재전송 횟수에 제한을 두어 정해진 재전송 횟수에 이르렀는데도 프레임이 전송에 실패한 경우에는 해당 프레임의 전송을 포기한다.

그런데, 이와 같은 CSMA/CA MAC 방식은, TDMA나 FAMA 와 같은 고정된 채널을 특정 스테이션이 독점하여 사용하는 것이 아니라, 복수의 스테이션들이 공통된 채널을 사용하므로, 이때 발생하는 경합(contention)을 효과적으로 해결하는데 주안점을 두고 있다. CSMA/CA와 같은 경합 기반(contention-based) MAC 방식을 사용하는 사용자는 물리적(physical) 채널에서 발생하는 노이즈(noise)나 간섭(interference)과 같은 신호 자체의 불안정성으로 인한 링크의 품질 저하 효과 외에 다수의 스테이션들간의 경합으로 인한 링크 품질 저하 효과의 영향을 많이 받게 된다. 따라서, CSMA/CA와 같은 MAC 방식을 사용하는 시스템에서는, 링크의 스루풋(throughput)과 같은 무선채널의 품질을 측정할 때, 복수의 스테이션들간의 경합에 따른 영향을 고려해야만 한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 복수의 스테이션들이 공통의 무선채널을 사용함에 따라 발생하는 경합 발생 정도를 파악하고 이를 이용해서 무선채널의 품질을 측정하는 무선채널 품질 측정장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정방법은, 경합 기반의 매체 접근 방식을 사용하는 무선채널을 통한 프레임 전송시, 스테이션들간의 경합(contention) 발생 정도를 산출하는 단계, 및 상기 경합 발생 정도에 기초하여, 상기 무선채널의 품질을 측정하는 단계를 포함한다.

상기 경합 발생 정도는 상기 스테이션들의 프레임 전송시 프레임당 디퍼(defer) 횟수에 기초하여 산출되는 것이 바람직하며, 상기 무선채널이 품질은 상기 프레임의 유효 전송속도에 의해 측정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정방법은, 복수의 스테이션들이 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 프레임 전송시 프레임당 디퍼(defer) 횟수를 측정하는 단계, 및 상기 프레임당 디퍼 횟수에 기초하여, 상기 스테이션들간의 경합으로 인하여 상기 프레임의 전송속도가 영향받는 척도를 나타내는 경합 계수를 산출하는 단계를 포함한다.

그리고, 본 발명에 따르면, 복수의 스테이션들이 복수의 무선 링크를 통해 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 상기 스테이션들간의 경합 발생 비율을 산출하는 단계, 및 상기 경합 발생 비율에 기초하여, 상기 복수의 무선 링크 중에서 어느 하나를 통신용 링크로 선정하는 단계를 포함하는 무선채널 품질 측정방법이 제공된다.

한편, 본 발명의 무선 네트워크 품질 측정장치는, 복수의 스테이션들이 통신가능하게 결합된 무선 네트워크의 물리채널 전송속도를 산출하는 신호품질 분석부,상기 스테이션들간의 경합으로 인하여 프레임의 전송속도가 영향받는 척도를 나타내는 경합계수를 산출하는 경합 분석부, 및 상기 경합 계수 및 상기 물리채널 전송 속도에 기초하여, 상기 무선 네트워크를 통해 유효하게 프레임을 전송할 수 있는 유효 전송속도를 산출하는 유효 전송속도 산출부를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정장치는, 복수의 스테이션들이 복수의 무선 링크를 통해 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 상기 스테이션들간의 경합 발생 비율을 산출하는 경합 분석부, 상기 무선 네트워크의 물리채널 전송속도를 산출하는 신호품질 분석부, 상기 경합 발생 비율 및 상기 물리 채널의 전송속도에 기초하여, 상기 복수의 무선 링크를 통해 유효하게 프레임을 전송할 수 있는 유효 전송속도를 상기 무선 링크별로 각각 산출하는 유효 전송속도 산출부, 및 산출된 유효 전송속도에 기초하여, 상기 복수의 무선 링크 중에서 어느 하나를 통신용 링크로 할당하는 링크 할당 블럭을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 무선채널 품질 측정장치는 기본적으로 IEEE 802.11 과 같은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) MAC(Medium Access Control) 방식을 사용하는 무선 네트워크 환경에 적용되지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 조건을 만족하는 다른 무선 네트워크 환경에서도 적용이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정장치를 포함하는 시스템의 구성의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 무선채널 품질 측정장치(100)는 디바 이스 인터페이스(50)를 통해 스테이션 S1, S2,..., Sn(10a, 10b,..,10n)와 통신 가능하게 결합되며, 디바이스 인터페이스(50)를 통해 무선채널의 신호 세기, 노이즈 세기, 데이터 레이트(data rate) 등의 무선신호 정보와, 경합 발생에 따라 프레임 전송이 지연되는 디퍼(defer) 발생 횟수 D_cnt, 및 프레임 전송 시도 횟수 T_cnt 정보를 입력받고, 이들에 기초하여 유효 전송속도 S_eff 를 산출한다. 이와 같은 무선채널 품질측정장치(100)는 하나 혹은 다수의 무선 링크로 구성된 시스템에 대해서도 적용될 수 있다.

무선채널 품질 측정장치(100)에서 산출된 유효 전송속도는 이를 필요로 하는 상위 어플리케이션 블럭(application block)(200)에 전달되어 그 응용 범위에 따라 다양하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 블럭(200)이 링크 할당 블럭(link assign block)인 경우, 무선채널 품질 측정장치(100)에서 산출된 유효 전송속도에 의해 다수의 무선 링크의 종합적인 품질을 비교하고, 비교 결과에 따라 가장 높은 품질을 보이는 무선 링크를 선택하여 프레임 전송에 이용할 수 있다. 무선채널의 품질 중 신호 품질이 특별히 큰 영향이 없거나 관심이 없는 시스템에서는 경합 발생 정도가 무선채널의 종합적인 품질을 대표할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선채널 품질 측정장치의 블럭도이다. 도 4를 참조하면, 본 무선채널 품질 측정장치(100)는, 신호 품질 분석부(110), 경합 분석부(120), 및 유효 전송속도 산출부(130)를 포함한다. 경합 분석부(120)는 디퍼드 레이트 산출부(121), 및 경합 계수 산출부(123)를 포함한다.

신호 품질 분석부(110)는 무선 신호 정보를 바탕으로 무선채널의 신호 품질을 분석한다. 경합 분석부(120)는 무선채널로부터 프레임 전송 시도 횟수와 디퍼 발생 횟수 정보를 바탕으로 무선채널에서 경합 발생 정도를 분석한다. 유효 전송속도 산출부(130)는 신호 품질 분석부(110)에서 분석한 신호 품질(signal quality)과 경합 분석부(120)에서 분석한 경합 정도를 바탕으로 무선채널의 유효한 프레임 전송속도, 즉 유효 스루풋(throughput)을 산출한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선채널 품질 측정장치에서 유효 전송속도를 산출하는 과정의 설명에 제공되는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 경합 분석부(120)내의 디퍼드 레이트 산출부(123)는 디바이스 인터페이스(50)를 통해 디퍼 발생 횟수 D_cnt와, 프레임 전송 시도 횟수 T_cnt를 입력받아, 프레임당 디퍼 횟수인 디퍼드 레이트(deferred rate) D_rate를 산출한다(S300). 이때, D_rate 는 다음과 같은 식에 의해 산출할 수 있다.

디퍼드 레이트 D_rate 가 산출되면, 이를 이용하여 경합의 발생으로 인하여 실제 프레임 전송속도가 어느 정도 영향을 받는지를 나타내는 경합 계수 C_f를 산출한다. 이때, 경합 계수 C_f 는 다음과 같은 식에 의해 산출할 수 있다.

산출된 경합 계수 C_f는 유효 전송속도 산출부(130)에 전달되어, 유효 전송속도 산출부(130)는 경합 계수 C_f 와, 신호품질 분석부(110)에서 전달된 S_PHY를 이용하여, 다음의 식과 같은 방법으로 무선채널의 유효 전송속도를 산출하게 한다.

여기서, S_eff 는 MAC 계층에서 실제 프레임의 전송속도, 즉 경합의 발생으로 인한 지연 효과가 감안된 프레임 전송속도를 나타낸다. 또한, S_PHY 는 경합이 없을 때 프레임을 전송할 수 있는 물리채널의 전송속도를 나타내며, 변조(modulation) 방법이나, 무선 전파 신호의 세기, 잡음 세기 등에 의해 영향을 받는다.

도 6은 유효 전송속도의 산출식의 설명을 위해 참조되는 도면이다. 도 6에는 다수의 스테이션(station)이 공유된 무선채널을 통해 프레임을 전송할 때, 이들 스테이션 사이에 발생하는 경합(contention)을 해결하면서 다수의 프레임(frame)이 전송되는 과정을 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 스테이션 X는 자신의 프레임 전송을 결정한 후 실제로 프레임을 전송하기까지 n번의 디퍼(defer)를 한 상태이며, 이 사이에 n개의 스테이션들이 CSMA/CA의 백오프 과정을 통해 경합을 해결해 가면서 프레임을 전송해 나가는 과정을 도시하고 있다. 도 6에서는 이 과정을 단순화하기 위해서 RTS/CTS의 교환 과정은 생략하였고, 충돌(collision)은 발생하지 않은 것으로 가정한다.

먼저, 이하의 설명에서 사용되는 변수의 의미를 설명하면 다음과 같다.

● T_DIFS : DIFS 시간 길이

● T_b_Si : 스테이션 i가 프레임 전송 하기 바로 전의 DIFS 구간부터 프레임 전송하기까지 백오프한 시간 길이

● T_B_X : 스테이션 X 가 데이터 프레임을 전송하기 위해 초기에 채널을 센싱했을 채널이 비지 상태라고 판단되어 프레임 전송을 디퍼하면서 백오프 하기로 결정한 백오프 시간 길이

● T_Frame : 스테이션 i가 프레임을 전송하는데 걸린 시간 길이, 여기에는 스테이션 i 가 데이터 프레임을 전송하고 이에 대한 수신측에서 SIFS 후 ACK frame을 전송하는 시간까지 포함되어 있다.

● L_FRAME_X : 스테이션 X가 보낸 데이터 프레임의 길이(bytes)

● L_FRAME : 일반적으로 스테이션들이 보내는 데이터 프레임의 길이를 동일하다고 가정할 때의 데이터 프레임의 길이

● T_FRAME : LFRAME 의 데이터 프레임을 physical layer에서 전송하는데 걸린 time length

도 6에서 스테이션 X와 이웃 노드인 스테이션 S1, S2, S3 ..., Sn 들의 프레임들이 서비스 되는 과정은 아래와 같다. 우선 스테이션 X는, A 구간에서, 프레임 전송 결정 후 채널을 센싱(sensing)한 결과, 채널이 비지 상태인 것을 보고 첫번째 디퍼(defer) 과정에 들어간다. 이때 스테이션 X는 백오프할 시간으로 T_B_X 을 결정하고, 자신의 백오프 타이머(backoff timer)를 T_B_X 로 설정하여, 백오프 과정을 수행한다. 스테이션 X의 백오프 타이머는 채널이 비지 상태인 경우는 동작하지 않다고 채널이 아이들(idle) 상태이고 나서 DFIS 구간이 지나면 백오프 타이머에 설정된 값이 감소 되기 시작한다.

B 구간에서, 1번째 디퍼 과정 후, 스테이션 S2가 프레임을 전송하여 다시 채널이 비지 상태가 되므로, 스테이션 X는 2번째 디퍼 과정을 수행한다. C 및 D 구간에서, 이러한 디퍼 과정 중 다른 스테이션들이 다시 채널을 점유하고 사용하게 되면 스테이션 X는 다시 디퍼를 결정하고 백오프 타이머를 멈추고 백오프를 수행한다. 그리고 다시 채널이 아이들 상태가 되면 백오프 타이머를 감소시킨다. 마지막으로, E 구간에서, 결국 백오프 타이머가 '0'이 되었을 때, 스테이션 X는 자신의 데이터 프레임을 전송한다.

이와 같은 경우, 스테이션 X의 전송 효율을 살펴 보기 위해서, 스테이션 X의 프레임 유효 전송속도를 계산해 보면 다음과 같다. 먼저, 프레임 유효 전송속도는 다음과 같은 식에 의해 산출된다.

스테이션 X가 프레임 전송에 걸린 총 시간은, 도 6에 도시한 바와 같이, 각 구간(A구간 ~ E구간)에서 소요된 시간을 합산한 시간이 된다. 이를 식으로 나타내어 정리하면 다음과 같다.

일반적으로, 파일 전송과 같이 어플리케이션 계층의 데이터 사이즈가 큰 경우, 트랜스포트 계층(transport layer) 혹은 데이터 링크 계층에서 데이터의 크기를 동일하게 디프레그먼트(defragmentation) 하여, MAC 계층에서 전송하게 되는 데이터 프레임의 사이즈는 비슷하다고 가정할 수 있다. 따라서, 데이터 프레임의 길이를 L_FRAME 으로 하고, 데이터 프레임을 보내는데 걸린 시간 길이를 T_FRAME으로 동일하다고 가정한다면, 스테이션 X가 프레임 전송에 걸린 시간은 아래와 같이 간단히 정리할 수 있다.

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데이터 프레임의 길이는 Inter frame space보다는 상당히 크며, 백오프 시간 역시 재전송하는 프레임이 아닌 경우 큰 값으로 선택될 확률은 크지 않으므로, T_FRAM 》 T_DIFS 이고, T_FRAM 》 T_B_X 이라고 가정할 수 있다. 따라서, 프레임 전송에 걸린 총 시간은 다음과 같이 된다.

따라서, [수학식 7]에서 산출된 프레임 전송에 걸린 총 시간을 [수학식 4]에 대입하여, 유효 전송속도를 산출하여 정리하면 다음과 같다.

여기서, [수학식 4]에서와 같이 S_PHY 는 경합이 없을 때 스테이션이 프레임을 전송할 수 있는 물리채널의 전송 속도를 나타내며, n 은 스테이션 X가 프레임 전송을 디퍼(defer)한 회수이다. 따라서, [수학식 4]와 같은 유효 전송속도의 수식에 유도됨을 알 수 있으며, 이와 같이 산출된 유효 전송속도에 의해, 무선채널의 품질을 측정할 수 있다.

도 7은 프레임 전송에 참여하는 스테이션들의 개수를 조정하여 경합을 변화시키면서, 이에 따른 각 스테이션들의 스루풋(throughput)과 SCC(Self Contention Rate)의 변화를 측정한 그래프이다.

테스트 환경은 4개의 수신 노드 A, B, C, D와 이에 각각 대응하는 4개의 송신 노드 E, F, G, H로 구성되며, 수신 노드에서는 'netserver' 를 실행시키고 송신노드는 각각 수신 노드로 'netperf'를 이용하여 트래픽(traffic)을 발생시켜 일정한 시간 동안의 평균 스루풋과 평균 SCC를 측정한 것이다. 초기에는 한쌍의 노드들만 통신을 하고 이후 차례 차례로 한쌍씩 노드들을 추가하여 경합의 변화에 따른 각 노드들의 스루풋을 측정하였다. 테스트 중간에는 SNR의 변화에 의한 채널 품질의 변화를 유발하지 않기 위해서 즉 순수한 노드들간의 경합에 의한 채널 품질에 대한 변화를 테스트하기 위해서 노드들의 위치는 고정시켰다. 다음의 [표 1]은 'netpert'의 설정을 나타낸다.

테스트 사용 tool	netpert
실행 시간	300초
데이터 종류	UDP STREAM
패킷 크기	1000 바이트
WLAN	802.11b
사용 채널	1번 채널(고정)

이와 같은 테스트 결과, SCC의 경우 노드, 즉 스테이션의 개수를 늘림에 따라서 경합 및 충돌(collision)이 큰 상관 관계를 보이고 이는 스루풋의 변화로 이어졌다. 이 경우 SCC와 스루풋의 관계는 반비례하는 실험치 데이터를 만들었는데 이는 도 7을 통해서 확인할 수 있다. 도 7을 통해서 확인할 수 있는 또 하나의 상황은 스테이션들에서 경합이 없는 경우의 기본적인 스루풋 자체가 차이가 나는데 이는 무선 상태, 즉 SNR이 결정하는 요소로 추정된다.

도 8은 도 9와 환경에서 각 노드들이 1, 6, 11번 채널 중 랜덤하게 채널을 선택하여 테스트한 것과 각 채널에 대해서 링크 품질을 측정하고 그 결과를 바탕으로 채널을 선택하도록 했을 때의 결과를 비교한 것이다. 이 경우의 측정 단위는 Mbps이다. 도 8에서, 'RANDOM Selection'으로 표기한 부분은 램덤하게 무선채널을선택하여 프레임을 전송한 결과를 측정한 것이고, "quality estimation selection"으로 표기한 부분은 본 발명에 따라 무선채널의 품질 측정방법을 통하여, 그 결과를 바탕으로 가장 품질이 좋은 무선채널을 선택하여 프레임을 전송한 결과를 나타낸 것이며, 'T'는 각 열의 합계를 나타낸다.

테스트 환경은, 도 9에 도시한 바와 같은, 5대의 수신 노드와 5대의 송신 노드로 구성된다. 각 노드들은 802.11b 1번 6번 11번 채널 중 하나를 선택하여 통신한다. 수신 노드에서는 'netserver'를 실행시키고 송신노드는 각각 수신 노드로 'netperf' 를 이용하여 UDP 트래픽을 발생시켜 일정한 시간동안의 평균 스루풋을 측정하였다. 다음의 [표 2]는 'netpert'의 설정을 나타낸다.

테스트 사용 tool	netpert
실행 시간	300초
데이터 종류	UDP STREAM
패킷 크기	1000 바이트
WLAN	802.11b
사용 채널	1, 6, 11번 채널(선택)

이와 같은 테스트 결과, 임의로 채널을 선택했을 때에 비해서 링크 품질을 측정하고 보다 좋은 채널을 선택을 한 경우 더 좋은 성능을 보이고 있다. 이는 링크 품질 측정 알고리즘이 현재 링크 품질의 저하 여부를 제대로 반영하고 그 결과 각 노드들이 1, 6, 11번 채널 중 경합이 덜 일어나는 채널을 선택하여 채널 사용 효율이 높아졌음을 의미한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 무선채널 품질 측정방법에 의해, 이용가능한 다수의 무선채널 중 어느 하나를 선택하여 프레임을 전송함으로써, 전체적인 통신 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전파 신호의 세기나 잡음의 영향외에 CSMA/CA 802.11 과 같은 시스템에서 다수의 스테이션들이 공통의 무선채널을 사용함에 따라 발생가능한 경합의 발생 정도를 고려하여 무선채널의 품질을 보다 정확하게 평가할 수 있다. 또한, 이러한 품질 측정에 의해 이용가능한 복수의 무선채널 중 품질이 가장 좋은 무선채널을 선택하여 프레임을 전송하도록 하여, 효율적으로 링크 품질(link quality)을 관리할 수 있다.

Claims

경합 기반의 매체 접근 방식을 사용하는 무선채널을 통한 프레임 전송시, 스테이션들간의 경합(contention) 발생 정도를 산출하는 단계; 및

상기 경합 발생 정도에 기초하여, 상기 무선채널의 품질을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
제1항에 있어서,

상기 경합 발생 정도는, 상기 프레임 전송시 프레임당 디퍼(defer) 횟수에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
제2항에 있어서,

상기 무선채널의 품질은, 상기 프레임의 유효 전송속도에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
제1항에 있어서,

상기 스테이션들은 MAC 계층의 노드인 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
복수의 스테이션들이 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 프레임 전송 시 프레임당 디퍼(defer) 횟수를 측정하는 단계; 및

상기 프레임당 디퍼 횟수에 기초하여, 상기 스테이션들간의 경합으로 인하여 상기 프레임의 전송속도가 영향받는 척도를 나타내는 경합 계수를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
제5항에 있어서,

상기 경합 계수에 기초하여, 상기 무선 네트워크를 통해 유효하게 프레임을 전송할 수 있는 유효 전송속도를 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
제6항에 있어서,

상기 유효 전송속도는 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법:

여기서, S_eff 는 상기 유효 전송속도를 나타나며, D_rate 는 상기 프레임당 디퍼 횟수를 나타낸다.
제5항에 있어서,

상기 경합 계수는 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법:

여기서, C_f 는 상기 경합 계수를 나타나며, D_rate 는 상기 프레임당 디퍼 횟수를 나타낸다.
제5항에 있어서,

상기 무선 네트워크는, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) MAC 방식을 사용하는 무선 네트워크 인 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
복수의 스테이션들이 복수의 무선 링크를 통해 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 상기 스테이션들간의 경합 발생 비율을 산출하는 단계; 및

상기 경합 발생 비율에 기초하여, 상기 복수의 무선 링크 중에서 어느 하나를 통신용 링크로 선정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
제10항에 있어서,

상기 통신용 링크의 선정은, 상기 경합 발생 비율에 기초하여 산출된 상기 복수의 무선 링크 각각의 프레임 유효 전송속도의 비교 결과에 의해 선정되는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
제10항에 있어서,

상기 복수의 무선 링크는, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식에 의해, 매체 접근 제어를 하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
복수의 스테이션들이 통신가능하게 결합된 무선 네트워크의 물리채널 전송속도를 산출하는 신호품질 분석부;

상기 스테이션들간의 경합으로 인하여 프레임의 전송속도가 영향받는 척도를 나타내는 경합계수를 산출하는 경합 분석부; 및

상기 경합 계수 및 상기 물리채널 전송속도에 기초하여, 상기 무선 네트워크를 통해 유효하게 프레임을 전송할 수 있는 유효 전송속도를 산출하는 유효 전송속도 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정장치.
제13항에 있어서,

상기 경합 분석부는,

상기 무선 네트워크에서, 프레임 전송시 프레임당 디퍼 횟수를 산출하는 디 퍼드 레이트 산출부; 및

상기 프레임당 디퍼 횟수에 기초하여, 상기 경합 계수를 산출하는 경합 계수 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정장치.
복수의 스테이션들이 복수의 무선 링크를 통해 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 상기 스테이션들간의 경합 발생 비율을 산출하는 경합 분석부;

상기 무선 네트워크의 물리채널 전송속도를 산출하는 신호품질 분석부;

상기 경합 발생 비율 및 상기 물리 채널의 전송속도에 기초하여, 상기 복수의 무선 링크를 통해 유효하게 프레임을 전송할 수 있는 유효 전송속도를 상기 무선 링크별로 각각 산출하는 유효 전송속도 산출부; 및

산출된 유효 전송속도에 기초하여, 상기 복수의 무선 링크 중에서 어느 하나를 통신용 링크로 할당하는 링크 할당 블럭;을 포함하는 무선채널 품질 측정장치.
제15항에 있어서,

상기 무선 네트워크는, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) MAC 방식을 사용하는 무선 네트워크인 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법.
경합 기반의 매체 접근 방식을 사용하는 무선채널을 통한 프레임 전송시, 스테이션들간의 경합(contention) 발생 정도를 산출하는 단계; 및

상기 경합 발생 정도에 기초하여, 상기 무선채널의 품질을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
복수의 스테이션들이 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 프레임 전송시 프레임당 디퍼(defer) 횟수를 측정하는 단계;

상기 프레임당 디퍼 횟수에 기초하여, 상기 스테이션들간의 경합으로 인하여 상기 프레임의 전송속도가 영향받는 척도를 나타내는 경합 계수를 산출하는 단계; 및

상기 경합 계수에 기초하여, 상기 무선 네트워크를 통해 유효하게 프레임을 전송할 수 있는 유효 전송속도를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
복수의 스테이션들이 복수의 무선 링크를 통해 통신가능하게 결합된 무선 네트워크에서, 상기 스테이션들간의 경합 발생 비율을 산출하는 단계; 및

상기 경합 발생 비율에 기초하여, 상기 복수의 무선 링크 중에서 어느 하나를 통신용 링크로 선정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선채널 품질 측정방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.