KR100755716B1 - 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법 - Google Patents

패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법을 제공한다. 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치는 소정의 시간 간격 단위마다 수신되는 패킷간의 도착 시간 간격을 측정하고 측정된 값 중 최대값을 추출하고, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 손실된 패킷의 개수를 측정하는 측정부 및 추출된 최대값과 손실된 패킷의 개수를 이용하여 패킷 손실이 무선 링크에서 발생한 손실인지 유선 링크에서 발생한 손실인지에 대한 손실 타입을 판별하는 판별부를 포함한다.
혼잡 손실(congestion loss), 간섭 손실(interference loss), 패킷 손실

Description

패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법{Apparatus and method for discriminating packet loss type}
도 1은 종래 무선 또는 유선 링크에서 패킷 손실시 패킷간 도착 시간 간격을 도시한다.
도 2는 종래 무선 또는 유선 링크에서 패킷간 도착 시간 간격의 그래프를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 손실 타입을 판별하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 손실과 유선 손실에 있어서 최소 IAT(Inter Arrival Time)에 대한 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 손실과 유선 손실에 있어서 평균 IAT에 대한 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 손실과 유선 손실에 있어서 최대 IAT에 대한 그래프를 도시한다.
도 8은 상기 도 3을 이용하여 패킷의 손실 타입을 판별하는 방법의 순서도이 다.
도 9는 본 발명의 실시예를 적용한 IAT 그래프를 도시한다.
도 10는 본 발명의 실시예를 적용한 패킷의 손실 타입 판별의 정확도에 대한 그래프를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
310: 송수신부 320: 측정부
330: 저장부 340: 제어부
350: 판별부
본 발명은 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 손실된 패킷이 무선 링크에서 발생한 손실인지 유선 링크에서 발생한 손실인지에 대산 손실 타입을 판별하는 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 네트워크 환경은 경로 손실, 노이즈 간섭, 핸드 오프 등으로 높은 비트 에러와 간헐적인 연결 두절이 발생한다. 이때, 유선 네트워크 환경에서 제안된 TCP 혼잡 제어 방법을 무선 네트워크 환경에 그대로 사용하면, 무선 네트워크 환경에서는 무선 링크(wireless link)에서 전송 에러로 인해 패킷 손실이 발생하더라도, 혼잡 제어로 인한 패킷 손실로 인식하고 혼잡 제어하게 된다.
또한, 802.11을 이용한 높은 비트율의 비디오 스트림(high bit-rate video stream) 전송 시에 간섭(interference)으로 인한 무선 링크에서 발생한 손실(이하 무선 손실이라고도 함)의 경우에는 에러 교정 코드(error correction code)를 붙여서 복원율을 높일 수 있도록 전송하고, 혼잡(congestion)으로 인한 유선 링크에서 발생한 손실(이하 유선 손실이라고도 함)의 경우에는 서버의 소스 비트율(source bit-rate)을 낮추어서 전송하는 것이 일반적이다.
도 1은 종래 무선 또는 유선 링크에서 패킷 손실시 패킷간 도착 시간 간격을 도시한다.
송신기(12)(sender)는 스트림(stream)을 생성하여 전송하고, 라우터(14)(router)는 송신기(12)에서 전송한 패킷(packet)을 다음 노드(node)에게 전송한다. 그리고 BS(16)(Base Station)는 전송 받은 패킷을 무선 네트워크로 전송하며, 인프라 구조 모드(infra-structure mode)로 동작하고, 무선 링크(wireless link)가 시작되는 부분이다. 이때 BS(16)는, 일반적으로 AP(Access Point)일 수 있다. 그리고 수신기(18)는, 실제 패킷의 손실 타입을 판별(discrimination)하는 알고리즘이 적용되는 장치이다.
무선 네트워크 환경에서는 간섭에 의하여 패킷에 비트 에러(bit error)가 발생한다. 참고로 유선 링크(wired link)에서 발생하는 손실은 PLR(packet loss rate), 무선 링크(wireless link)에서 발생하는 손실은 BER(bit error rate)이라고 구분한다. 그런데, 수신기(18)의 어플리케이션(application)은 패킷 단위 또는 비트 단위의 패킷 손실을 모두 패킷 손실로 판단한다. 왜냐하면, 수신기(18)는 MAC 프로토콜(media access control protocol)에서 수신한 데이터에 대하여 비트 에러를 체크하고, 비트 에러가 있다면 수신한 데이터를 버리기 때문에, 상위 레이어(layer)인 어플리케이션 입장에서는 패킷 손실로 판단한다.
도 1(a)는, 무선 네트워크 환경에서 간섭(interference)에 의하여 패킷 손실이 발생한 경우를 도시하며, 이때 손실이 발생하지 않은 경우의 수신기에 도착하는 패킷간의 도착 시간 간격(Inter Arrival Time; 이하 IAT라고도 함)을 T 라고 하면, 도시된 바와 같이, 무선 네트워크 환경에서 2번 패킷이 손실된 경우, 1번 패킷과 3번 패킷의 IAT의 간격이 2T(11)가 됨을 알 수 있다. 이는 BS(16)가 동일한 간격으로 RF(Ratio Frequency)를 통하여 데이터를 전송한 이후에 발생한 손실이기 때문에, 손실된 패킷의 시간도 고려하면 2T(11)의 시간이 걸린다. 만약, 2개의 패킷이 1번과 3번 패킷 사이에 손실되었다면, 1번과 3번의 IAT는 3T가 된다.
도 1(b)는, 패킷이 무선 링크로 전송되기 이전에, 라우터(14)에서 혼잡(congestion)이 발생하여 패킷 손실(15)이 발생한 경우를 도시한다. 1번과 3번 패킷은 1차적으로 BS(16)의 버퍼(buffer)에 쌓여 있다가 백투백(back-to-back)으로 RF 단을 통하여 전송된다. 따라서, 2번 패킷이 유선 링크(wired link)에서 손실되었더라도, 수신기(18)에서 판단할 경우에 T와 비슷한
Figure 112006049190250-pat00001
T(13) 만큼의 IAT를 갖는다.
상기 도 1(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 수신기(18)는 싱글 패킷 스트림(single packet stream)을 대상으로 각 패킷간 IAT를 이용하여 패킷 손실 타입(packet loss type)을 판별한다. 이러한 판별 방법은 몇 가지 가정을 전제로 하고 있는 데, 우선, 스트림이 싱글 스트림이고 CBR(Constant Bit-Rate)이며, 패킷의 사이즈는 동일해야 할 것을 가정한다. 또한, BS(16)가 패킷을 무선 네트워크로 전송할 시 인터벌(interval)이 동일해야 하고, 손실 패킷의 개수를 알 수 있으며, 시퀀스 넘버(sequence number) 등을 사용해야 할 것과, 그밖에 유선 대역폭(wired bandwidth)이 무선 대역폭보다 큰 상황에서, 송신기(12)는 BS(16)에서 버퍼링이 가능한 만큼의 데이터를 전송하며, 라우터(14)는 혼잡이 발생할 경우 패킷을 드랍(drop)할 것을 가정한다.
수신기(18)는 상기 가정을 전제로 패킷 손실이 발생한 현재 패킷간의 IAT(
Figure 112006049190250-pat00002
)를 구하여,
Figure 112006049190250-pat00003
값이 아래 수학식 1에 수렴하면 무선 손실로 판단하고, 그 외의 손실은 유선 손실로 판단한다.
(수학식 1)
Figure 112006049190250-pat00004
상기 수학식 1에서,
Figure 112006049190250-pat00005
은 손실된 패킷의 개수이고,
Figure 112006049190250-pat00006
은 수신한 패킷간의 IAT 중 최소값을 의미한다. 따라서 손실된 패킷이 1인 경우(즉
Figure 112006049190250-pat00007
=1),
Figure 112006049190250-pat00008
가 2
Figure 112006049190250-pat00009
보다 크거나 같고 3
Figure 112006049190250-pat00010
보다 작은 값에 수렴한 경우, 수신기(18)는 무선 손실로 판단하게 된다. 이하 도 2를 통해 보다 더 구체적으로 후술하기로 한다.
도 2는 종래 무선 또는 유선 링크에서 패킷간 도착 시간 간격의 그래프를 도시한다.
도 2(a)는, 무선 네트워크 환경에서 간섭에 의하여 패킷 손실이 발생한 경 우, 상기 도 1의
Figure 112006049190250-pat00011
(22),
Figure 112006049190250-pat00012
(24),
Figure 112006049190250-pat00013
(26) 값을 나타낸다. 이때 x축은 패킷 손실이 발생할 때마다 순차적으로 번호를 붙여 손실된 패킷의 개수를 표기하였고, y축은 시간 값을 의미한다.
종래 알고리즘에 의하면,
Figure 112006049190250-pat00014
(24)의 값은
Figure 112006049190250-pat00015
(22)와
Figure 112006049190250-pat00016
(26)사이에 수렴해야 한다. 그러나, 그래프에서 나타난 바와 같이
Figure 112006049190250-pat00017
(24)의 값은
Figure 112006049190250-pat00018
(22)와
Figure 112006049190250-pat00019
(26)사이에 수렴하지 않았고, 따라서 수신기는 거의 모든 패킷 손실에 대하여 유선 손실로 판단하였다.
또한, 도 2(b)의 유선 네트워크 환경에서 혼잡(congestion)에 의하여 패킷 손실이 발생한 경우, 수신기는 모든 패킷 손실을 유선 손실로 판단하였다. 결과적으로 도 2(a) 및 도 2(b)에서 수신기는 거의 모든 패킷 손실에 대하여 유선 손실로 판단하였다.
따라서, 종래 기술은 유무선 통합 환경에서 유선 손실과 무선 손실을 적절하게 판별할 수 없다. 또한, 종래의 싱글 스트림의 손실 타입 판별 기법은 멀티 스트림 환경에서는 적용할 수 없다. 왜냐하면, 멀티 스트림의 경우 AP의 버퍼에 다수의 스트림이 존재하고, 또한 그 비율도 다르기 때문에 멀티 스트림 환경에서 자신에게 전송된 패킷만 받을 수 있는 수신기의 관점에서는, 패킷의 손실이 없는 경우에도 패킷의 IAT가 일정하지 않게 된다. 또한, 경우에 따라서는 수신기는, 패킷 손실이 전혀 발생하지 않는 상황에서도 유선 손실 또는 무선 손실이라고 판별하게 된다.
또한, 종래의 기술은 MAC 프로토콜의 동작을 고려하지 않았다. 802.11a, 802.11b 와 같은 MAC 프로토콜은 수신기에서 패킷 손실이 발생하였다고 판단할 경우에 두 가지 동작을 수행한다. 첫째는 MAC 프로토콜은 손실된 패킷을 더 작은 사이즈로 조각(fragmentation) 한다. 이는 비트 에러가 발생하는 무선 링크 환경에서는 상대적으로 사이즈가 작은 패킷이 손실될 확률이 낮기 때문이다. 둘째는 MAC 프로토콜은 작은 사이즈로 조각한 패킷을 수신기에게 재전송(retransmission) 한다. 이러한 것은 MAC 에서 일어나는 일련의 동작이다. 일반적으로 수신기의 어플리케이션은 이러한 MAC 프로토콜의 손실에 대한 정보를 알지 못한다. 이와 같이 종래의 기술은 패킷간 IAT로 유선 손실과 무선 손실을 올바로 판별할 수 없다.
따라서, 패킷 손실 타입이 정확하게 판별될 필요성이 제기된다.
본 발명은 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치는 소정의 시간 간격 단위마다 수신되는 패킷간의 도착 시간 간격을 측정하고 측정된 값 중 최대값을 추출하고, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 손실된 패킷의 개수를 측정하는 측정부 및 및 추출된 최대값과 손실된 패킷의 개수를 이용하여 패킷 손실이 무선 링크에서 발생한 손실인지 유선 링크에서 발생한 손실인지에 대한 손실 타입을 판별하는 판별부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 패킷의 손실 타입을 판별하는 방법은 소정의 시간 간격 단위마다 수신되는 패킷간의 도착 시간 간격을 측정하고 측정된 값 중 최대값을 추출하고, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 손실된 패킷의 개수를 측정하는 (a)단계 및 및 추출된 최대값과 손실된 패킷의 개수를 이용하여 패킷 손실이 무선 링크에서 발생한 손실인지 유선 링크에서 발생한 손실인지에 대한 손실 타입을 판별하는 (b)단계를 포함하며, (b)단계는, 패킷의 손실 타입을 판별하는 데 있어서 MAC 프로토콜을 이용한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치의 블록도이다.
패킷의 손실 타입을 판별하는 장치(300)는 송수신부(310), 측정부(320), 저장부(330), 제어부(340), 및 판별부(350)를 포함하며, 수신기내에 구성될 수 있다.
송수신부(310)는 소정 패킷의 스트림을 송수신한다. 송수신부(310)는 다른 실시예에서 생략 가능하다.
측정부(320)는 소정의 시간 간격 단위마다 수신되는 패킷간의 도착 시간 간격(IAT)을 측정하고 상기 측정된 값 중 최대값(이하 최대 IAT값 이라고도 함)을 추출한다. 예를 들어, 측정부(320)는 시간 간격 단위가 100ms인 경우, 100ms마다 상기 수신된 패킷들간의 도착 시간 간격을 측정하고 측정된 값 중 최대값을 추출한다. 따라서 측정부(320)는 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값과 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값을 각각 추출할 수 있다. 이때 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 상기 최대 IAT값은, 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 상기 패킷 손실이 발생하지 않은 시간 간격 단위에서 추출된 값일 수 있다. 또한, 측정부(320)는 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 손실된 패킷의 개수를 측정할 수 있다.
저장부(330)는 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값과 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값을 저장한다. 이때, 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값은 가장 최근의 업데이트된 값으로 저장될 수 있다.
제어부(340)는 상기 시간 간격 단위마다 손실된 패킷이 존재하는 지 여부를 판단하고, 만약 패킷 손실이 발생하지 않은 경우에는 네트워크가 안정하다고 판단하고, 소정의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값을 저장부(330)에 저장한다. 만약, 패킷 손실이 발생한 경우에는 제어부(340)는 네트워크가 불안정하다고 판단하고, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값을 저장부(330)에 저장한다.
판별부(350)는 상기 패킷 손실이 무선 링크(wireless link)에서 발생한 손실인지 유선 링크(wired link)에서 발생한 손실인지에 대한 손실 타입을 판별한다. 즉, 판별부(350)는 패킷 손실 타입이 간섭에 의한 무선 손실인지 혼잡에 의한 유선 손실인지 여부를 판별할 수 있다. 이때, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값, 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값, 및 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실된 패킷의 개수를 이용하여 상기 패킷의 손실 타입을 판단할 수 있다. 즉, 판별부(350)는 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값이, 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값과 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실 패킷의 개수의 값의 곱보다 크다면 패킷의 손실 타입을 무선 손실로 판단할 수 있다. 또한, 판별부(350)는 패킷의 손실 타입을 판별하는 데 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 이용할 수 있다. 이는, MAC 프로토콜은 무선 손실이 발생할 경우 손실된 패킷을 더 작은 사이즈로 조각(fragmentation)하여 재전송(retransmission)하므로, 이로 인해 추가적인 딜레이(delay)가 발생하여 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 최대 IAT 값이 커져, 판별부(350)가 패킷 손 실이 무선 또는 유선 손실에 해당하는 지 여부를 판별하는 데 용이할 수 있기 때문이다. 상기 패킷의 손실 타입을 판별하는 방법에 대한 보다 구체적인 설명은 이하 도 8 및 도 9를 참조하기 바란다.
이와 같이 본 발명을 통해 패킷의 손실 타입이 결정되면, 기존의 기술을 이용하여 유선 손실의 경우 송신기가 TFRC와 같은 알고리즘을 사용하여 전송 비트율(bitrate)를 낮추어 스트림을 전송할 수 있고, 무선 손실의 경우 송신기가 FEC(Foward Error Correction)과 같은 에러 정정 코드를 더 붙여서 스트림을 전송할 수 있다. 이를 통해 수신기는 손실된 패킷을 복원할 수 있게 된다.
도 3에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 모듈은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 손실 타입을 판별하는 개념도이다.
송신기(402)는 소정의 스트림을 전송하고, AP(404)(Access Point)는 RF(Ratio Frequency)를 통하여 무선 링크(wireless link)로 상기 스트림을 전송하고, 본 발명의 장치(이하 디바이스 I 라고도 함)(300)의 송수신부(310)는 상기 전송된 패킷을 수신한다. 송신기(402)와 AP(404) 사이(410)에 발생한 손실은 혼잡에 의한 유선 손실로 간주될 수 있고, AP와 디바이스 I 사이(420)에 발생한 손실은 간섭에 의한 무선 손실로 간주될 수 있다. 이때 디바이스 I-A, 및 디바이스 I-B와 같은 표기는, 디바이스 I-A는 A 스트림을 수신할 수 있다는 의미이고 디바이스 I-B는 B 스트림을 수신할 수 있다는 의미이다. 그리고 무선 손실을 발생시키는 대표적인 간섭 소스로는, 802.11a, 802.11b와 같은 환경에서 블루투스(Bluetooth), 마이크로웨이브(microwave)와 같은 기기가 있다.
예를 들어, 무선 링크는 보통 에러 요인이 다양하게 존재하는 데, 기존에는 송신기가 FEC(Forward Error Correction)와 같이 추가적인 에러 정정코드를 같이 수신기로 전송하고, 수신기는 손실된 패킷을 복구하는 소정의 알고리즘을 사용하여 복구를 시도했다. 그러나, 유선 손실이 발생하는 상황에서 FEC 알고리즘을 사용하면 혼잡 상황이 더욱 악화되어 전체적인 유무선 통합 네트워크 시스템에서 무선 손실이 발생하는 요인을 줄이기가 어렵다. 따라서 본 발명의 장치(300)는 패킷 손실 타입에 따라 유선 또는 무선 손실인지 여부를 판별하여, 판별된 패킷 손실 타입에 따라 복원을 시도하거나 혼잡 상황을 해소하도록 할 수 있다. 이때, 판별부(350)는 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값은 ‘패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값
Figure 112006049190250-pat00020
패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실된 패킷의 개수’라는 것을 이용하여, 유선 손실과 무선 손실을 구분하여 손실 패킷 타입을 판별할 수 있다.
상기 최대 IAT 값을 사용하는 이유에 대해서는 이하 도 5 내지 도 7에서 후술하기로 하며, 이하 도 5 내지 도 7은 무선 손실과 유선 손실의 최소(minimum) IAT, 평균(average) IAT, 최대 IAT 에 대한 그래프를 각각 도시하며, 그래프에서 x축은 패킷 손실이 발생할 때마다 순차적으로 번호를 붙여 손실된 패킷의 개수를 표기하였고, y축은 시간 값을 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 손실과 유선 손실에 있어서 최소 IAT에 대한 그래프를 도시한다.
도 5는, 무선 또는 유선 링크에서, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최소 IAT 값(504)과 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최소 IAT 값(502)을 그래프로 나타내었다. 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 상기 최소 IAT값(502)은 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 패킷 손실이 발생하지 않은 시간 간격 단위에서 추출된 값일 수 있다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이 무선 손실의 경우, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최소 IAT(504)와 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에 서 추출된 최소 IAT(502)가 거의 동일하다.
또한 도 5(b)에 도시된 바와 같이 유선 손실의 경우, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최소 IAT(504)가 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최소 IAT(502)보다 0.1ms 정도(501) 작은 IAT 값을 갖는다. 이는, 유선 손실과 같은 혼잡 환경은 효과적인 대역폭(effective bandwidth) 이상으로 많은 패킷을 전송하기 때문에 IAT가 감소한 것이다. 결과적으로 최소 IAT 값은 유선 손실과 무선 손실을 판별하는 값으로 사용되기에 적합하지 않다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 손실과 유선 손실에 있어서 평균 IAT에 대한 그래프를 도시한다.
도 6은, 무선 또는 유선 링크에서, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 평균 IAT 값(604)과 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 평균 IAT 값(602)을 그래프로 나타내었다. 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 평균 IAT 값(602)은 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 패킷 손실이 발생하지 않은 시간 간격 단위에서 추출된 값일 수 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)의 평균 IAT 그래프를 보면, 전체적으로 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 평균 IAT 값(604)이 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 평균 IAT 값(602) 보다 0.5 내지 1ms 정도 크다. 따라서, 평균 IAT 그래프의 경우에도 도 5와 마찬가지로 무선 손실 결과와 유선 손실 결과의 차이가 미미하므로 유선 손실과 무선 손실을 판별하는 값으로 사용되기에 적합하지 않다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 손실과 유선 손실에 있어서 최대 IAT에 대한 그래프를 도시한다.
도 7은, 무선 또는 유선 링크에서, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(704)과 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(702)을 그래프로 나타내었다. 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(702)은 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 패킷 손실이 발생하지 않은 시간 간격 단위에서 추출된 값일 수 있다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 무선 손실의 경우 패킷 손실이 발생할 때의 최대 IAT 값(704)이 패킷 손실이 발생하지 않을 때의 최대 IAT 값(702)보다 MAC 프로토콜의 영향으로 크게 증가(701)하는 것으로 나타난다.
반면에 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 유선 손실의 경우 패킷 손실이 발생할 때의 최대 IAT 값(704)과 패킷 손실이 발생하지 않을 때의 최대 IAT 값(702)의 차이가 5 내지 10ms 정도(703)로 작다. 참고로, 그래프에서 주기적으로 증가하는 IAT 값은, 실제 구현 시 패킷 전송 스케쥴링의 영향일 수 있다.
따라서 최소 IAT 및 평균 IAT와는 다르게 최대 IAT의 값은 무선 손실과 유선 손실의 차이가 크기 때문에 유선 손실과 무선 손실을 판별하는 값으로 사용되기에 적합하다.
도 8은 상기 도 3을 이용하여 패킷의 손실 타입을 판별하는 방법의 순서도이 다.
측정부(320)는 소정의 시간 간격 단위마다 수신되는 패킷간의 도착 시간 간격(IAT)을 측정하고 상기 측정된 값 중 최대값을 추출한다(S801).
이때, 제어부(340)는 상기 시간 간격 단위마다 손실된 패킷이 존재하는 지 여부를 판단한다(S811).
만약 패킷 손실이 발생하지 않은 경우에는, 제어부(340)는 네트워크가 안정하다고 판단하고, 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 최대 IAT값을 측정부(320)를 통해 추출하여 저장부(330)에 저장하고, 만약 패킷 손실이 발생한 경우에는, 제어부(340)는 네트워크가 불안정하다고 판단하고, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 최대 IAT값을 측정부(320)를 통해 추출하여 저장한다(S821, S831). 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 상기 최대 IAT값은 업데이트된 최신 값으로 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 시간 간격 단위에서 추출된 값일 수 있으며, 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 최대 IAT값과 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 최대 IAT값은 각각 분리되어 저장될 수 있다.
다음 단계에서 판별부(350)는, 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값, 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT값, 및 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 상기 손실된 패킷의 개수 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 손실 타입을 판별한다(S841). 이와 같은 동작을 스트림 전송이 모두 완료될 때까지 반복할 수 있으며, 판별부(350)는 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값이, 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값과 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실 패킷의 개수의 값의 곱보다 크다면 패킷의 손실 타입을 무선 손실로 판단할 수 있다. 또한, 판별부(350)는 상기 패킷의 손실 타입을 판별하는 데 있어서 무선 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예를 적용한 IAT 그래프를 도시한다.
도 9는, 무선 또는 유선 링크에서, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(904), 및 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값과 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실 패킷의 개수의 값의 곱(902)을 나타내는 그래프이다.
패킷의 손실 타입을 판별하기 위한 방법을 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
(수학식 2)
Figure 112006049190250-pat00021
상기 수학식 2에서,
Figure 112006049190250-pat00022
는 현재 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(904),
Figure 112006049190250-pat00023
는 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값,
Figure 112006049190250-pat00024
는 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실 패킷의 개수를 의미하며, 이때, 판별부(350)는 패킷 손실 이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(904)이 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값과 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실 패킷의 개수의 곱보다 큰 경우 무선 손실로 판단하게 되고, 그 외의 경우에는 유선 손실로 판단할 수 있다. 또한 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값은 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 패킷 손실이 발생하지 않은 시간 간격 단위에서 추출된 값일 수 있다.
도 9(a)에 도시된 바와 같이, 간섭에 의한 무선 손실은 MAC 프로토콜의 추가적인 딜레이에 의하여 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(904)이 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값과 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실 패킷의 개수의 값의 곱(902)보다 큰 양상을 보였다.
또한 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 혼잡에 의한 유선 손실의 경우, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값(904)이 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대 IAT 값과 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서의 손실 패킷의 개수의 값의 곱(902)보다 작은 양상을 보였다. 따라서 본 발명을 통해 무선 손실과 유선 손실을 확연하게 분별할 수 있다.
도 10는 본 발명의 실시예를 적용한 패킷의 손실 타입 판별의 정확도에 대한 그래프를 도시한다.
도 10은, 멀티 스트림(multi stream) 전송 시, 유선 손실 및 무선 손실의 정 확도를 나타낸다. 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 무선 손실에 대한 판별 정확도는 약 85% 이고, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 유선 손실에 대한 판별 정확도는 93% 정도이다. 참고로, 도 10의 실험에 의한 그래프는 모든 상황에서 실험을 한 결과는 아니다. 따라서, 본 발명을 통해 패킷 손실 타입의 판별의 정확도를 상당량 높일 수 있음을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, MAC 프로토콜의 동작 특성을 고려하여 패킷 손실이 무선 링크에서 발생한 손실인지 유선 링크에서 발생한 손실인지를 판별할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 멀티 스트림 환경에서 패킷 손실의 손실 타입을 판별할 수 있는 장점도 있다.

Claims (5)

  1. 소정의 시간 간격 단위마다 수신되는 패킷간의 도착 시간 간격을 측정하고 상기 측정된 값 중 최대값을 추출하고, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 손실된 패킷의 개수를 측정하는 측정부; 및
    상기 추출된 최대값과 상기 손실된 패킷의 개수를 이용하여 상기 패킷 손실이 무선 링크(wireless link)에서 발생한 손실인지 유선 링크(wired link)에서 발생한 손실인지에 대한 손실 타입을 판별하는 판별부를 포함하는, 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 추출된 최대값은,
    상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대값, 및 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대값을 포함하고, 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대값은 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 패킷 손실이 발생하지 않은 시간 간격 단위에서 추출된 값인, 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 판별부는,
    상기 패킷의 손실 타입을 판별하는 데 있어서 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 이용하는, 패킷의 손실 타입을 판별하는 장치.
  4. 소정의 시간 간격 단위마다 수신되는 패킷간의 도착 시간 간격을 측정하고 상기 측정된 값 중 최대값을 추출하고, 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 손실된 패킷의 개수를 측정하는 (a)단계; 및
    상기 추출된 최대값과 상기 손실된 패킷의 개수를 이용하여 상기 패킷 손실이 무선 링크(wireless link)에서 발생한 손실인지 유선 링크(wired link)에서 발생한 손실인지에 대한 손실 타입을 판별하는 (b)단계를 포함하며,
    상기 (b)단계는,
    상기 패킷의 손실 타입을 판별하는 데 있어서 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 이용하는, 패킷의 손실 타입을 판별하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 추출된 최대값은,
    상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위에서 추출된 최대값, 및 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대값을 포함하고, 상기 패킷 손실이 발생하기 전의 시간 간격 단위에서 추출된 최대값은 상기 패킷 손실이 발생한 시간 간격 단위를 기준으로 가장 가까운 시점의 패킷 손실이 발생하지 않은 시간 간격 단위에서 추출된 값인, 패킷의 손실 타입을 판별하는 방법.
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