KR100752360B1 - 무선 네트워크에서 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법,이를 이용한 데이터의 전송 방법, 무선 송신 단말기 및네트워크 - Google Patents

무선 네트워크에서 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법,이를 이용한 데이터의 전송 방법, 무선 송신 단말기 및네트워크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 802.11a와 같이 복수의 전송 속도 모드를 갖는 무선 통신 프로토콜의 데이터 링크 계층에서 가용 무선 자원량을 산정하는 방법, 이를 이용하는 무선 단말기와 무선 네트워크에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선 송신 단말기에서는 상이한 두 개 이상의 모드로 데이터를 전송하고, 모니터링 주기에 걸쳐 상기 전송부에서의 상기 모드의 변경을 감안한 가용 무선 자원량을 데이터 링크 계층에서 실시간으로 산정하는 자원 모니터를 포함한다. 본 발명에 따르면 실시간으로 가용 무선 자원량을 송신 단말기의 데이터 링크 계층에서 산정할 수 있어 무선 단말기에 별도의 장치를 부가하거나 가용 무선 자원량에 대한 데이터를 송신 단말기로 송신할 필요를 제거하여 가용 무선 자원량의 모니터링을 위해 별도의 무선 자원량을 사용하지 않는 장점이 있다.
802.11, 모니터링, DCF, 링크 계층, MAC 계층

Description

무선 네트워크에서 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법, 이를 이용한 데이터의 전송 방법, 무선 송신 단말기 및 네트워크{Method for Monitoring Available Resource in Wireless Network, and Data Transferring Method, Wireless Communication Terminal, Network Using the Method}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑세스 포인트와 단말기의 무선 통신부에 대한 개략적인 블록도이다.
도 3은 T_ EP, T_ RO [N], T_ used [N]과 T_ idle [N]의 관계를 나타내는 시간 선도이다.
도 4는 데이터의 전송이 성공적인 경우 패킷의 순서와 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 5는 데이터의 전송이 성공적이지 못한 경우 재전송에 따라 실패한 전송과 타이밍을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 엑세스 포인트 102: 단말기
200: 무선 통신부 201: 네트워크 인터페이스
203: 마이크로프로세서 205: 데이터 메모리
207: 프로그램 메모리 209: 기저대역 처리부
211: RF 송수신기 213: 안테나
본 발명은 가용 무선 자원량을 측정하는 방법, 이러한 방법을 이용하는 무선 단말기와 무선 네트워크와, 측정된 가용 무선 자원량을 기초로 변경하는 무선 단말기와 무선 네트워크에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 802.11a와 같이 복수의 전송 속도 모드를 갖는 무선 통신 프로토콜의 데이터 링크 계층에서 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법, 이를 이용하는 무선 단말기와 무선 네트워크에 관한 것이다.
무선 네트워크 시스템은 유선 네트워크에 비하여 물리적인 위치에 제한을 덜 받는 이점으로 인하여 그 사용과 관심이 증가하고 있다. 특히 802.11 기반의 무선랜은 비교적 저렴한 설치비용과 넓은 호환성 장비의 보급으로 그 사용이 더욱 증가하고 있다.
그러나, 802.11을 기반으로 작동하는 시스템을 포함한 무선 네트워크 시스템은 유선 네트워크에 비하여 시간과 장소에 따라 채널 상태의 변동이 심하다. 이러한 상이한 무선 채널의 상태에도 불구하고 효율적인 전송 속도를 얻기 위하여 무선 프로토콜은 여러 개의 전송 모드를 제공하는 경우가 있다. 예를 들면, 802.11a 같은 경우 전송 속도가 상이한 8개의 전송 모드를 제공하고 있다. 여러 개의 전송 모 드가 제공되는 프로토콜에서 최적의 전송 속도를 얻기 위해서는 채널의 상태에 따라 전송율을 적응적으로 변경하여야 한다.
이와 같이 전송 모드가 변화하는 무선 네트워크에서, 일정한 QoS(Quality of Service)를 요구하는 서비스, 예를 들면, 멀티미디어 기반의 서비스를 원활히 제공받기 위해서는 그러한 서비스를 받을 수 있을 정도로 충분한 무선 가용 자원량이 제공되고 있는지 여부를 파악하여야 한다. 예를 들어, Proc. IEEE CCNC, 2006년 1월 판의 H. Yoon과 J. Kim이 발표한 "Dynamic admission control in IEEE 802.11e EDCA-based Wireless Home Network" 논문이나 Proc. ACM WMASH'05, 2005년 9월 판의 S. Park 등이 발표한 "Network-adaptive high definition MPEG2 streaming over IEEE 802.11a WLAN using frame-based prioritized packetization" 논문 등에서는 일정한 QoS를 지원하기 위해 전송율을 네트워크 상태에 따라 적응적으로 변경시키는 방법에 대하여 기술하고 있다. 그러나, 논문에 개시된 이와 같은 방법은 무선 네트워크의 가용 무선 자원량의 정량적 또는 정성적인 파악을 전재로 하는 것이다.
이와 같은 무선 가용 자원량을 파악하기 위한 방법은 크게 무선 네트워크 시스템의 수학적인 모델에 의거한 이론적인 분석 방법과 실시간으로 무선 네트워크의 자원을 모니터링하는 두 가지 방법으로 구분할 수 있다.
먼저, 무선 네트워크의 수학적인 모델에 의거한 분석 방법은 G. Bianchi 가 IEEE J.Select. Areas Commun., Vol.18, 535 내지 547 페이지의 "Performance and analysis of the IEEE 802.11 DCF"에 제시되어 있다. 이와 같은 분석 방법은 정확한 채널 용량을 산정하는데 유효하지만 실제 무선랜 시스템의 채널 상태를 반영하 여 가용 자원을 파악하는데 제한적이라는 문제점이 있다.
다음으로는 실시간으로 무선 네트워크의 가용 자원량을 모니터링하는 방법의 예로는 M. Demircin과 P. Beek이 Proc. IEEE ICME, 2005년 7월판에 발표한 "Bandwidth estimation and robust video streaming over 802.11e"에 제시된 방법이 있다. 이 논문에서는 기존 유선 네트워크에서 가용 자원량의 한계치를 측정하기 위해서 종단간 지연을 연속적으로 계산하는 방법을 무선 네트워크에 적용한 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 무선 네트워크의 물리 계층에서 전송률이 시간에 따라 변공하고 무선 단말기마다 상이한 물리 계층 전송률을 갖는 상황이 고려되지 않아 잘못된 네트워크 한계 정보를 산정할 수 있다는 문제점을 갖는다.
실시간으로 무선 네트워크의 가용 자원량을 모니터링하는 방법으로는 물리 계층에서 무선 채널의 신호 강도를 이용하는 방법을 상정할 수 있다. 이러한 방법은 가장 직접적으로 무선 네트워크의 가용 자원량을 측정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 물리 계층에서 신호 강도를 측정하기 위해서는 현재의 무선 단말기에 새로운 장치를 부가하여야 하고 채널의 자원량 외에 패킷손실률과 같은 무선 네트워크의 상태 정보를 파악할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 추가적인 장비의 부가 없이 데이터 링크 계층에서 가용 무선 자원량을 실시간으로 산정 또는 모니터링할 수 있는 방법과 이러한 방법을 사용한 무선 단말기 및 무선 네트워크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가용 무선 자원량에 대한 모니터링 결과를 수신 단말기가 아닌 송신 단말기에서 산정함으로써 가용 무선 자원량에 대한 데이터를 송신 단말기로 전송할 필요성을 제거한 가용 무선 자원량의 모니터링 방법, 이를 이용한 무선 단말기 및 무선 네트워크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 무선 송신 단말기는 무선 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드로 데이터를 전송하고, 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함하는 프로토콜을 통하여 정보를 전송한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 무선 송신 단말기는 상기 두 개 이상의 모드 사이에서 모드를 변경하면서 데이터를 전송하는 전송부와, 모니터링 주기에 걸쳐 상기 전송부에서의 상기 모드의 변경을 감안한 가용 무선 자원량을 데이터 링크 계층에서 실시간으로 산정하는 자원 모니터를 포함한다.
바람직하게, 상기 프로토콜은 802.1X 기반의 무선 프로토콜이며, 상기 무선 전송 특성은 전송 속도이고, 상기 전송부는 상기 자원 모니터에서 산출된 가용 무선 자원량을 감안하여 상기 모드를 변경한다.
아울러, 상기 자원 모니터는 모니터링 주기 동안 (1) 데이터 전송이 성공적인 경우 이러한 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 (2) 데이터의 송신이 실패하는 경우 데이터를 재전송하기 위하여 추가적으로 소요된 시간을 감안하여 가용 무선 자원량을 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 송신 단말기는 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간은 각 모드에서 전송된 패킷의 수에 성공적으로 전송된 패킷을 전송하기 위해 서 소요된 평균적인 시간을 곱하여 얻어지며, 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 RTS(Request-To-Send) 패킷의 손실에 따라 소요된 시간과 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 손실에 따라 소요된 시간의 합으로 계산할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 무선 송신 단말기는 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간을 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간을 감안하여 산출하며, 상기 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간을 모니터링 주기 동안의 패킷 손실률로부터 계산한다.
또한, 본 발명에 따라 무선 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드를 사용하고 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함하는 프로토콜을 통하여 정보를 전송하는 무선 네트워크에서 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법은,
무선 송신 단말기에서 RTS(Request-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
상기 RTS 신호에 응답하여 무선 수신 단말기에서 CTS(Clear-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
상기 CTS 신호에 응답하여 무선 송신 단말기에서 데이터를 송신하는 단계와.
상기 데이터의 수신을 완료한 다음 무선 수신 단말기에서 ACK(Acknowledge) 신호를 송신하는 단계와,
일정한 모니터링 기간 동안 상기 데이트 링크 계층에서 (i) 데이터 전송이 성공적인 경우 이러한 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 (ii) 상기 송신 단계들 중에서 하나 이상의 단계에서 오류가 발생하여 데이터의 송신이 실패하는 경 우 데이터를 재전송하기 위하여 추가적으로 소요되는 시간을 산정하는 단계와,
상기 산정 단계에서 얻어진 성공적인 전송 시간과 재전송에 소요된 시간을 통하여 무선 가용 자원량을 산정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간은 각 모드에서 전송된 패킷의 수에 성공적으로 전송된 패킷을 전송하기 위해서 소요된 평균적인 시간을 곱하여 얻어지며, 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 RTS(Request-To-Send) 패킷의 손실에 따라 소요된 시간과 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 손실에 따라 소요된 시간의 합으로 계산된다.
또한, 바람직하게는 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간을 감안하여 산출되며, 상기 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간은 모니터링 주기 동안의 패킷 손실률로부터 계산된다.
아울러, 본 발명에 따라 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드를 지원하는 무선 프로토콜을 통하여 데이터를 전송하는 방법은,
무선 송신 단말기와 무선 수신 단말기의 통신을 확립하는 단계와,
통신을 확립한 다음 무선 송신 단말기로부터 무선 수신 단말기로 데이터를 전송하는 단계와,
일정한 모니터링 기간 동안 상기 데이트 링크 계층에서 데이터 전송이 성공적인 경우 이러한 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 오류가 발생하여 데이터를 재전송하는 경우 재전송에 소요되는 시간을 감안하여 가용 무선 자원량을 실 시간으로 산정하는 단계와,
상기 산정하는 단계에 의하여 얻어진 가용 무선 자원량을 기초로 상기 모드를 선택하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 산정하는 단계는 이전 모니터링 기간에서의 패킷 전송 실패율을 감안하여 산정된다.
더욱 바람직하게, 상기 통신을 수립하는 단계는,
DCF 프로토콜에 따라 무선 송신 단말기의 RTS(Request-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
상기 DCF 프로토콜에 따라 상기 RTS 신호에 응답하여 무선 수신 단말기에서 CTS(Clear-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
상기 DCF 프로토콜에 따라 상기 CTS 신호에 응답하여 무선 송신 단말기에서 데이터를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 가용 무선 자원량을 실시간으로 산정하는 단계가, 상기 현재 모니터링 기간에서의 패킷 전송 실패율과 종전의 모니터링 기간에서의 패킷 전송 실패율에 대한 이동 평균값을 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 네트워크는 무선 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드로 데이터를 전송하고, 부분적으로 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함하는 무선 프로토콜을 이용하여 정보를 전송할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 네트워크는
상기 무선 프로토콜을 통하여 송신하는 전송에 대해서는 가용 무선 자원량을 데이터 링크 계층에서 실시간으로 산정하는 자원 모니터를 포함하는 제 1 무선 단말기와,
상기 무선 프로토콜을 통하여 상기 제 1 무선 단말기와 통신하는 제 2 무선 단말기를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 본 발명의 권리범위는 본 실시예로 한정되는 것이 아니며 본 발명의 권리범위 내에서 본 실시예에 대하여 다양한 변형과 수정을 가할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 실시예에서 사용되는 무선 네트워크의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예의 무선 네트워크는 도 1에 나타난 것과 같이 하나의 엑세스 포인트(AP)(101)와 다수의 단말기(STA: Station)(102)로 구성된다. 본 실시예는 인프라스트럭쳐 모드(infrastructure mode; 104)에서 작동하도록 설정되었다. 따라서, 엑세스 포인트(101)는 무선 네트워크의 중심이 되며 BSS(Basic Service Set) 내의 단말기(102)가 BSS 내에서 또는 외부의 네트워크와 데이터를 주고 받기 위해서 무선 채널(105)을 통하여 엑세스 포인트(101)와 통신하여야 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에서 사용하는 엑세스 포인트(101) 또는 단말기(102)에서 무선 통신부(200)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 엑세스 포인트(101)와 단말기(102)의 무선 통신부는 RF 송수신부(211), 안테나(213), 기저대역 처리부(baseband processor)(209), 마이크로프로세서(203), 데이터 메모리(205), 프로그램 메모리(207)와 네트워크 인터페이스(201)를 포함한다. 데이터 메모리(205)는 데이터를 저장하기 위한 메모리이고 프로그램 메모리(207)는 프로그램을 저장하기 위한 메모리로, 마이크로프로세서(203)는 프로그램 메모리(207)에 저장된 프로그램을 사용하여 무선 통신의 동작을 제어한다. 본 실시예에 따른 기저대역 처리부(209)는 송수신 신호의 변복조 등 신호를 RF 송수신기(211)를 통하여 전송하기 위해 필요한 처리를 수행한다. 본 무선 통신부(200)는 네트워크 인터페이스를 통해 호스트 컴퓨터(도시 안함)와 통신을 한다.
네트워크의 계층에 대하여 살펴보면, 도 2에 도시된 구성 중에서 기저대역 처리부(209)와 RF 송수신기(211)와 안테나(213)는 물리계층에 해당하고, 마이크로프로세서(203)와 메모리(205, 207)는 802.11a 규격의 MAC 계층(즉, 데이터 링크 계층)에 해당한다.
도 2 에 따른 실시예에서는 무선 통신부(200)가 마이크로프로세서(203)와 메모리(205, 207)와 같은 별도의 회로 소자로 구성되었지만, 전용 ASIC 칩을 사용하여 하나의 칩으로 구현될 수도 있다.
본 실시예에서는 도 1에 도시된 엑세스 포인트(101)과 단말기(102) 사이에 802.11a 규격에 의한 무선 네트워크가 형성된다. 802.11a 규격의 §17.3.2.2의 표 78에 나타난 바와 같이, 802.11a에서는 8개 전송 모드가 제공된다.
[표 1]
모드 변조방식 부호율 데이터 속도 BpS
1 BPSK 1/2 6Mbps 3
2 BPSK 3/4 9Mbps 4.5
3 QPSK 1/2 12Mbps 6
4 QPSK 3/4 18Mbps 9
5 16-QAM 1/2 24Mbps 12
6 16-QAM 3/4 36Mbps 18
7 64-QAM 2/3 48Mbps 24
8 64-QAM 3/4 54Mbps 27
본 실시예에서는 무선 채널의 상태에 따라서 위의 8개의 모드 중 하나를 취하도록 하였다. 또한 본 실시예에서는 인프라스트럭쳐 모드에서 작동하므로 가용 무선 자원량에 대한 산정 또는 모니터링은 엑세스 포인트(101)에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 다수의 단말기 및 엑세스 포인트와의 충돌은 801.11의 §9.2에 정의된 DCF(Distributed Coordination Function)을 사용한다. DCF와 관련된 작동은 후술하도록 한다.
이러한 조건하에서 일정한 모니터링 주기 동안 무선 네트워크의 채널이 패킷을 전송하기 위하여 사용하는 시간, 즉 무선 네트워크의 채널이 점유된 시간은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 1]
T_ busy [N] = T_ used [N] + T_ RO [N]
(여기서, T_ used [N]는 실제 데이터를 전송하는데 소요되는 시간이고 T_ RO [N]는 데이터 전송이 실패하여 재전송하는 경우 추가되는 시간, 즉 재전송 오버헤드로 인해 추가적으로 요구되는 전송 시간이다.)
이때, 가용 무선 자원을 무선 네트워크를 통하여 아무런 패킷이 전송되지 않는 시간, 즉 다음과 같은 T_ idle [N]로 정의할 수 있다.
[수학식 2]
T_ idle [N] = T_ EP - T_ busy [N]
(여기서, T_EP는 모니터링 주기의 기간이다.)
T_ idle [N]와 T_ EP와 T_ busy [N]와 T_ RO [N]의 관계를 정리하면 도 3 과 같다. 한편, T_ used [N]는 다음과 같은 수학식 3에 의하여 구할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112006028924522-pat00001
(여기서, m는 802.11a에서 전송 모드를 지칭하고, N_ tx [m]는 모니터링 주기 동안에 m 모드로 전송된 패킷의 수를 지칭하며, T_ success [m]는 모니터링 주기 동안에 m 모드로 전송에 성공한 패킷의 평균적인 채널 점유 시간을 지칭한다.)
본 실시예에서는 802.11a에서 RTS와 CTS 신호가 활성화되었다. 따라서, 데이터 전송이 성공적으로 이루어지기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 cDIFS 시간과 백오프 시간의 경과 후에 송신 단말기에서 RTS 패킷을 전송하고, SIFS의 시간 경과 후에 CTS 신호가 수신 단말기로부터 전송되고, SIFS 시간의 경과후에 데이터 패킷이 송신 단말기로부터 전송되고, 마지막으로 SIFS 시간의 경과후 ACK 패킷이 전송된다. 이와 같은 단계를 밟아 전송이 성공적으로 이루어지는 경우에 소요되는 총 시간은 T_ success [m]이며 다음의 수학식 4에 의하여 구할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112006028924522-pat00002
위의 식에서, B_ rts, B_ cts와 B_ ack, B_ data는 각각 RTS 패킷, CTS 패킷, ACK 패킷과 데이터 패킷에 대한 바이트 단위의 패킷 크기를 의미하고, tSymbol은 심볼 인터벌(801.11a 규격 §17.3.2.3의 표 79에서 TSYM 에 해당하며 4μs의 값을 갖는다)이고, BpS(m)는 심볼당 바이트로 위의 표 1에 나타나 있다. T_wait는 단말기가 채널에 접근하기 전에 대기하는 평균적인 백오프(backoff) 시간을 의미하며 후술하도록 한다. cSIFS는 하나의 PPDU (physical protocoal data unit) 동안 필요한 SIFS의 누적(cumulative) 전송 시간을 지칭하고, tPLCPSignal은 PLCP의 SIGNAL 필 드의 길이 (802.11a의 §17.3.2.3의 표 79에서 TSIGNAL 에 해당하며 4μs의 값을 갖는다)를 지칭하며, tPLCPPreamble는 PLCP preamble의 기간(802.11a의 §17.3.2.3의 표 79에서 TPREAMBLE 에 해당하며 16μs의 값을 갖는다)을 지칭한다.
반면, 데이터의 전송이 실패하여 재전송함으로써 추가되는 시간 T_ RO [N]는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 5]
Figure 112006028924522-pat00003
여기서 N_ ret _ data [m]는 모니터링 주기 동안 m 모드에서 RTS와 CTS 패킷의 교환이 성공적으로 이루어진 다음 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 전송에서 실패한 횟수를, T_ data _ fail [m]은 이때 추가되는 시간, 즉 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 전송실패에 따른 오버헤드를 지칭한다. N_ ret _ rts는 송신 단말기로부터 RTS 신호가 제대로 수신 단말기로 전달되지 않는 횟수를 지칭하고, T_ rts _ fail은 이때 추가되는 시간, 즉 RTS 신호의 전송 실패에 따른 오버헤드를 지칭한다.
이와 같이 데이터의 전송이 실패하여 재전송이 이루어지는 경우를 도 5와 관련하여 자세히 설명하면 다음과 같다. 첫 번째로 데이터의 전송이 실패하는 경우는 송신 단말기로부터 RTS 신호가 제대로 수신 단말기로 전달되지 않는 경우로 이때 재전송으로 인하여 소요되는 추가적인 시간을 T_ rts _ fail로 나타내었다. 이러한 T_ rts _ fail은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 6]
Figure 112006028924522-pat00004
(여기서, tRTStimeout은 RTS 패킷의 재전송을 위하여 기다리는 시간을 의미하며 802.11a의 규정에 따른다.)
두 번째로 데이터의 전송이 실패하는 경우는 RTS와 CTS 패킷의 교환이 성공적으로 이루어진 다음 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 전송에 실패하는 경우로 이때 재전송으로 인하여 추가되는 시간, 즉 오버헤드는 다음의 식에 주어진 T_data_fail[m]으로 표시할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112006028924522-pat00005
T_ data _ fail [m]는 데이터 패킷의 송신 후 ACK 패킷을 기다리는 시간을 의미하며 데이터 패킷의 길이와 전송 모드에 따라 그 값이 다르다.
전술한 바와 같이 본 실시예에서는 801.11의 §9.2에 규정된 DCF는 CSMA/CA(carrier sense and multiple access/collision avoidance)를 사용한다. DCF는 패킷을 전송하기 전 일정시간 채널의 점유 유무를 감지하고, 점유가 되어 있지 않으면 경쟁 윈도우(contention window: CW)를 이용하여 랜덤하게 백오프 시간을 정하여 충돌을 방지하는 방법이다. 이때 CW는 최소 경쟁 윈도우인 2K x CWmin과 1 사이의 값에서 선택되며 k는 패킷의 전송 실패때마다 1씩 증가하여 CWmax까지 증가할 수 있다. 그러므로, 모니터링 주기 동안의 패킷 손실률을 p라고 한다면 단말이 채널에 접근하기까지 평균적으로 대기하는 시간은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 8]
Figure 112006028924522-pat00006
여기서, W는 최소 윈도우 CWmin의 값이고, cDIFS는 하나의 PPDU (physical protocol data unit) 동안 필요한 CIFS의 누적(cumulative) 전송 시간을 지칭한다. Retry_limit은 재전송 시도 한계값이다.
또한, 본 실시예에서는 모니터링 구간 N에서의 p값을 EWMA(exponential moving average) 함수를 이용하여 엑세스 포인트(101)에서 다음과 같이 구하였다.
[수학식 9]
Figure 112006028924522-pat00007
(여기서, α는 EWMA의 산정에 사용되는 값으로 본 실시예에서는 0.9를 사용하였다.)
본 실시예에서는 이와 같이 계산된 T_ idle [N] 값에 의거하여 무선 네트워크의 가용 무선 자원량을 파악하였다. T_ idle [N]는 0 과 1 사이의 값을 가진다. T_idle[N]이 1에 가까울수록 가용 무선 자원량이 많다는 것을, 반대로 0에 가까울수록 가용 무선 자원량이 적다는 것을 의미한다. 예를 들어, T_ idle [N] 값이 0.3이라면 현재 무선 자원량의 70%를 사용하고 30%의 가용 무선 자원량이 남아 있다는 것을 나타낸다.
본 실시예에서는 이렇게 산출된 가용 무선 자원량에 대한 정보를 토대로 바람직한 전송 모드를 실시간으로 조작할 수 있다. 본 실시예에서는 MAC 계층(즉, 데이터 링크 계층)은 D. Qiao 등이 저술한 IEEE Trans: Mobile Computing, Vol.1, no.4, 2002의 "Goodput analysis and link adaptation for IEEE 802.11a wireless LANs"에 기재된 바와 같이 수신세기와 물리 계층의 전송 모드에 의거한 PER(packet error ratio)값을 참조하여 T_ idle [N]을 비롯한 네트워크 상태에 대한 변수를 응용 계층에 선택적으로 전달하였다.
또한, 본 실시예의 모든 단말기에서는 A.Kamerman 등이 BellLabsTechnicalJ. 1253~1265 페이지, 1997의 "WaveLAN-II: A High-performance Wireless LAN for the unlicensed band"에 기재된 바와 같은 물리계층 전송모드 적응화 알고리즘으로 ARF(auto-rate fallback: ARF)를 사용하였다.
또한, 본 실시예에서는 위와 같이 얻어진 가용 무선 자원량을 근거로 바람직한 전송 모드를 선택하도록 구성되었다.
비록 본 실시예는 단지 예시적인 것이며 본 실시예에 여러가지 변형을 가할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 802.11a의 규격을 이용하였지만, 이와 유사한 HIPERLAN/2(HIgh PErformance Radio Local Network type 2)와 같은 무선 네트워크 프로토콜에 적용될 수 있다. 또한, 802.11의 인프라스트럭쳐 모드가 아닌 ad hoc 모드에서도 역시 적용할 수 있을 것이다. 또한, 본 실시예와 달리 가용 무선 자원량을 근거로 전송 모드를 선택하는 대신, 특정한 QoS를 요구하는 서비스가 일정한 값의 가용 무선 자원량이 있는 경우에만 제공하도록 제한하는 경우와 같이 가용 무선 자원량을 근거로 응용계층에서 작업을 제한하도록 무선 단말기나 네트워크를 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면 실시간으로 가용 무선 자원량을 송신 단말기의 데이터 링크 계층에서 모니터링할 수 있어 무선 단말기에 별도의 장치를 부가하거나 가용 무선 자원량에 대한 데이터를 송신 단말기로 송신할 필요를 제거하여 가용 무선 자원 량의 모니터링을 위해 별도의 무선 자원량을 사용하지 않는 장점이 있다.

Claims (16)

  1. 무선 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드로 데이터를 전송하고, 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함하는 프로토콜을 통하여 정보를 전송하는 무선 송신 단말기에 있어서,
    상기 두 개 이상의 모드 사이에서 모드를 변경하면서 데이터를 전송하는 전송부와,
    모니터링 주기에 걸쳐 상기 전송부에서의 상기 모드의 변경을 감안한 가용 무선 자원량을 데이터 링크 계층에서 실시간으로 산정하는 자원 모니터를 포함하는
    링크 계층과 물리 계층을 포함하는 프로토콜을 통하여 정보를 전송하는 무선 송신 단말기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로토콜은 802.1X 기반의 무선 프로토콜이며, 상기 무선 전송 특성은 전송 속도이며, 상기 전송부는 상기 자원 모니터에서 산출된 가용 무선 자원량을 감안하여 상기 모드를 변경하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 단말기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 자원 모니터는 모니터링 주기 동안 (1) 데이터 전송 이 성공적인 경우 이러한 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 (2) 데이터의 송신이 실패하는 경우 데이터를 재전송하기 위하여 추가적으로 소요된 시간을 감안하여 가용 무선 자원량을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 단말기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간은 각 모드에서 전송된 패킷의 수에 성공적으로 전송된 패킷을 전송하기 위해서 소요된 평균적인 시간을 곱하여 얻어지며, 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 RTS(Request-To-Send) 패킷의 손실에 따라 소요된 시간과 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 손실에 따라 소요된 시간의 합으로 계산되는 것을 특징으로 하는 무선 송신 단말기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간을 감안하여 산출되며, 상기 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간은 모니터링 주기 동안의 패킷 손실률로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 무선 송신 단말기.
  6. 무선 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드를 사용하고 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함하는 프로토콜을 통하여 정보를 전송하는 무선 네트워크에서 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법에 있어서,
    무선 송신 단말기에서 RTS(Request-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
    상기 RTS 신호에 응답하여 무선 수신 단말기에서 CTS(Clear-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
    상기 CTS 신호에 응답하여 무선 송신 단말기에서 데이터를 송신하는 단계와.
    상기 데이터의 수신을 완료한 다음 무선 수신 단말기에서 ACK(Acknowlege) 신호를 송신하는 단계와,
    일정한 모니터링 기간 동안 상기 데이트 링크 계층에서 (i) 데이터 전송이 성공적인 경우 이러한 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 (ii) 상기 송신 단계들 중에서 하나 이상의 단계에서 오류가 발생하여 데이터의 송신이 실패하는 경우 데이터를 재전송하기 위하여 추가적으로 소요되는 시간을 산정하는 단계와,
    상기 산정 단계에서 얻어진 성공적인 전송 시간과 재전송에 소요된 시간을 통하여 무선 가용 자원량을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 프로토콜은 802.1X 기반의 무선 프로토콜이며, 상기 무선 전송 특성은 전송 속도인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 량을 모니터링하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간은 각 모드에서 전송된 패킷의 수에 성공적으로 전송된 패킷을 전송하기 위해서 소요된 평균적인 시간을 곱하여 얻어지며, 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 RTS(Request-To-Send) 패킷의 손실에 따라 소요된 시간과 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 손실에 따라 소요된 시간의 합으로 계산되는 것을 특징으로 하는 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간을 감안하여 산출되며, 상기 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간은 모니터링 주기 동안의 패킷 손실률로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 가용 무선 자원량을 모니터링하는 방법.
  10. 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드를 지원하는 무선 프로토콜을 통하여 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    무선 송신 단말기와 무선 수신 단말기의 통신을 확립하는 단계와,
    통신을 확립한 다음 무선 송신 단말기로부터 무선 수신 단말기로 데이터를 전송하는 단계와,
    일정한 모니터링 기간 동안 상기 데이트 링크 계층에서 데이터 전송이 성공적인 경우 이러한 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 오류가 발생하여 데이터의 데이터를 재전송하는 경우 재전송에 소요되는 시간을 감안하여 가용 무선 자원량을 실시간으로 산정하는 단계와,
    상기 산정하는 단계에 의하여 얻어진 가용 무선 자원량을 기초로 상기 모드를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터를 전송하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 산정하는 단계는 이전 모니터링 기간에서의 패킷 전송 실패율을 감안하여 산정되는 것을 특징으로 하는 데이터를 전송하는 방법,
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 통신을 수립하는 단계는,
    DCF 프로토콜에 따라 무선 송신 단말기의 RTS(Request-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
    상기 DCF 프로토콜에 따라 상기 RTS 신호에 응답하여 무선 수신 단말기에서 CTS(Clear-To-Send) 신호를 송신하는 단계와,
    상기 DCF 프로토콜에 따라 상기 CTS 신호에 응답하여 무선 송신 단말기에서 데이터를 송신하는 단계를 포함하며,
    가용 무선 자원량을 실시간으로 산정하는 단계는,
    상기 현재 모니터링 기간에서의 패킷 전송 실패율과 종전의 모니터링 기간에서의 패킷 전송 실패율에 대한 이동 평균값을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터를 전송하는 방법,
  13. 무선 전송 특성이 상이한 두 개 이상의 모드로 데이터를 전송하고, 부분적으로 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함하는 무선 프로토콜을 이용하여 정보를 전송하는 네트워크에 있어서,
    상기 무선 프로토콜을 통하여 송신하는 전송에 대해서는 가용 무선 자원량을 데이터 링크 계층에서 실시간으로 산정하는 자원 모니터를 포함하는 제 1 무선 단말기와,
    상기 무선 프로토콜을 통하여 상기 제 1 무선 단말기와 통신하는 제 2 무선 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 모니터는 소정의 모니터링 주기 동안 (1) 데이터 전송이 성공적인 경우 이러한 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 (2) 데이터의 송신이 실패하는 경우 데이터를 재전송하기 위하여 추가적으로 소요된 시간을 감안하여 가용 무선 자원량을 산출하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간은 각 모드에서 전송된 패킷의 수에 성공적으로 전송된 패킷을 전송하기 위해서 소요된 평균적인 시간을 곱하여 얻어지며, 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 RTS(Request-To-Send) 패킷의 손실에 따라 소요된 시간과 데이터 패킷 또는 ACK 패킷의 손실에 따라 소요된 시간의 합으로 계산되는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 성공적인 데이터의 전송에 소요된 시간과 상기 재전송을 위하여 추가적으로 소요된 시간은 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간을 감안하여 산출되며, 상기 무선 송신 단말기가 송신을 시작할때까지 대기하는 평균 시간은 모니터링 주기 동안의 패킷 손실률로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 네트워크.
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