KR100983049B1 - 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서의 트래픽 인식을 통한 분산된 ａｐ 선택 방법 - Google Patents

다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서의 트래픽 인식을 통한 분산된 ａｐ 선택 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서 트래픽 인식을 통하여 적절한 AP를 선택할 수 있는 방법에 관한 것으로서, 다중 전송률과 인접 BSS 들 간의 전송을 고려하고, MAC 헤더에 있는 Retry 필드를 활용하여 각 BSS에서의 활동중인 클라이언트의 수를 추정함으로써 각 AP의 예측 처리량을 더욱 정확하게 산출할 수 있다. 즉, 각 AP는 BSS 내의 각 클라이언트로부터 전달되는 인커밍 패킷의 Retry 필드의 값과 미리 정한 일정 시간 동안의 goodput을 측정하고, 이 측정값을 이용하여 RetryRatio와 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 계산하여, RetryRatio와 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 비콘 프레임을 브로드캐스팅한다. 이와 같은 비콘 프레임을 수신한 클라이언트는 수신된 정보에 기반하여 각 AP에 접속시의 예측 처리량을 계산하고 이에 따라 가장 적절한 AP를 선택한다.
다중전송 속도, 트래픽 인식, AP 선택, Retry 필드, rate-anomaly, Inter-BSS interference

Description

다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서의 트래픽 인식을 통한 분산된 ＡＰ 선택 방법{Traffic-aware Decentralized AP Selection for Multi-Rate in WLANs}
본 발명은 액세스 포인트의 선택 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서 트래픽을 인식하여 다수의 액세스 포인트 중 우수한 처리량을 갖는 액세스 포인트를 선택할 수 있는 분산된 액세스 포인트 선택 방법에 관한 것이다.
최근 IEEE 802.11 무선랜 장비의 보급이 보편화됨에 따라, 무선장비를 언제 어디에서나 이용할 수 있게 되었다. 무선장비는 유선장비와 비교할 때 이동성 및 유연성과 함께 비교적 만족할 만한 처리량(Throughput)을 제공한다.
무선 랜으로 인터넷 등의 서비스를 이용하기 위해서 각 클라이언트는 적절한 액세스 포인트(AP: Access Point)를 선택해야 한다. 이와 같은 적절한 AP의 선택은 처리량, 공정성(fairness), 서비스의 질(QoS: Quality of Service) 등을 포함하는 시스템의 성능에 결정적인 역할을 하지만, 802.11 표준에서는 AP 선택의 기준을 세부적으로 제시하지 않고 있다.
통상 AP 제조사는 각 클라이언트가 AP를 선택하는 방법으로 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 사용한다. 즉, 각 클라이언트는 자기 주변의 AP를 탐색하여, RSSI 신호가 가장 큰 AP를 선택한다.
이와 같은 채널의 품질만을 고려한 AP 선택 방법은 특정 AP에게 서비스를 제공받으려는 클라이언트의 집중 현상이 발생하여 네트워크 자원의 불균형을 초래한다.
한편, 통상 RSSI를 사용한 AP 선택 방법에서는 각 스테이션이 동일한 전송률을 사용한다는 가정을 하고 있지만, 실제로는 무선채널의 가변성을 대처하고 효율적인 공간이용을 위해서 현재 802.11 물리계층은 IEEE 802.11a/g의 경우 54Mbps, IEEE 802.11b의 경우 11Mbps까지의 다중전송 속도(multi-rate)를 지원한다. 그런데, 이러한 환경에서 낮은 전송률을 사용하는 스테이션이 있을 때 시스템 전체의 성능은 상당히 떨어지게 되는데, 이는 전송률이 낮은 스테이션이 오랫동안 채널을 점유하고 있어서 전송률이 높은 스테이션에게 불리한 상황을 만들게 되고, 높은 전송률을 사용하는 스테이션의 처리량은 가장 전송률이 낮은 스테이션의 처리량과 동일하게 되는 하향 평준화가 되기 때문이다. 이 현상을 rate-anomaly라고 한다.
또한 이상적인 상태에서 인접 AP는 서로 영향을 주지 않는 채널들(orthogonal channels)을 사용한다고 가정하지만, 실제로는 상호간섭이 없는 무선채널의 제한(802.11b/g의 경우 3개, 802.11a의 경우 12개)으로 인한 Co-Channel Interference가 발생한다. Inter-BSS interference라 불리는 인접 BSS 들간의 전송은 시스템 성능저하를 야기할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 M. Abububaih, et al.의 "A new access point selection policy for multi-rate IEEE 802.11 WLANs"(International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems, vol. 23, no. 4, pp. 291-307, Aug. 2008)(이하 "IJPEDS")에서는 다중 전송률을 고려한 AP 선택 방법을 제시하였으나 여전히 인접 BSS 들간의 전송은 고려하지 않았다
한편, K. Sundaresan and K. Papagiannaki의 "The need for cross-layer information in access point selection algorithms"(in proc ACM Sigcomm IMC, pp.257-262, Oct. 2006)(이하 "IMC")에서는 위의 두 가지 요소를 모두 고려하였지만 이 요소를 정확하게 반영하지 못하였다는 문제점을 여전히 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서 클라이언트와 인접한 다수의 AP 중 가장 높은 처리량을 기대할 수 있는 AP를 선택할 수 있는 새로운 AP 선택 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 액세스 포인트 선택 방법은, 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서 액세스 포인트를 선택하는 방법으로서, 액세스 포인트가 기본 서비스 셋(BSS: basic service set) 내의 각 클라이언트로부터 전달되는 인커밍 패킷의 Retry 필드의 값을 측정하는 제1 단계와, 상기 액세스 포인트가 미리 정한 일정 시간 동안의 goodput을 측정하는 제2 단계와, 상기 액세스 포인트가 측정된 상기 Retry 필드의 값과 상기 goodput을 이용하여 RetryRatio와 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 계산하는 제3 단계와, 상기 액세스 포인트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프레임을 상기 BSS 내의 적어도 하나의 클라이언트로 전송하는 제4 단계를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 제4 단계에서 상기 액세스 포인트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 비콘 프레임을 브로드캐스팅하거나, 상기 제4 단계가 상기 액세스 포인트가 상기 BSS 내의 적어도 하나의 클라이언트로부터 프로브 요청 프레임을 수신하는 제4-1 단계와, 상기 액세스 포인트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프로브 응답 프레임을 상기 프로브 요청 프레임을 송신한 클라이언트로 송신하는 제4-2 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에서 본 액세스 포인트 선택 방법은, 클라이언트가 둘 이상의 액세스 포인트로부터 RetryRatio와 상기 각 액세스 포인트의 기본 서비스 셋 내의 각 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프레임을 수신하는 단계와, 상기 클라이언트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 이용하여 상기 각 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량을 계산하는 단계와, 상기 클라이언트가 계산된 상기 각 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량에 기반하여 상기 둘 이상의 액세스 포인트 중 하나를 선택하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 액세스 포인트 재선택 방법은, 클라이언트가 자신과 연결된 제1 액세스 포인트로부터 현재 RetryRatio를 수신하는 단계와, 상기 현재 RetryRatio를 상기 클라이언트가 상기 제1 액세스 포인트로부터 이전에 수신한 이전 RetryRatio와 비교하는 단계와, 상기 비교 결과 상기 현재 RetryRatio와 상기 이전 RetryRatio의 차가 미리 정한 임계값을 넘는 경우 핸드오버를 결정하는 단계를 포함하여 구성된다.
여기에서, 상기 클라이언트가 자신과 연결되어 있지 않은 둘 이상의 제2 액세스 포인트로부터 RetryRatio와 상기 각 제2 액세스 포인트의 기본 서비스 셋 내의 각 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프레임을 수신하는 단계와, 상기 클라이언트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 이용하여 상기 각 제2 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량을 계산하는 단계와, 상기 클라이언트가 계산된 상기 각 제2 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량에 기반하여 상기 둘 이상의 제2 액세스 포인트 중 하나를 선택하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 다중 전송률과 인접 BSS 들 간의 전송을 고려하고, MAC 헤더에 있는 Retry 필드를 활용하여 각 BSS에서의 활동중인 클라이언트의 수를 추정함으로써 좀 더 정확하게 각 AP의 예측 처리량을 산출할 수 있다. 이러한 예측 처리량을 바탕으로 각 클라이언트는 가장 적절한 AP를 선택할 수 있다. 따라서 각 클라이언트는 최적의 처리량을 얻을 수 있으며, 이와 함께 전체 시스템의 성능 향상을 가져올 수 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제 한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명에서는 무선 네트워크 상에서 트래픽을 추정하여 최적의 액세스 포인트를 선택할 수 있는 새로운 액세스 포인트 선택 방법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 선택 방법이 적용되는 다중전송 속도를 사용하는 무선 랜 환경을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 사용자(100)의 주위에는 다수의 액세스 포인트(AP: Access Point)(210, 220, 230, 240)가 존재하며, 사용자는 이 중 하나의 AP를 선택하여야 한다. 한편, 본 발명에서는 하나의 BSS(Basic Service Set) 내의 각 노드에게는 동일한 채널 상태가 보여지는 것으로 가정하며, BSS 내의 모든 노드는 각각 무선통신 가능한 범위 내에 존재한다.
IEEE 802.11 표준에 따르면, AP 연결(association) 절차는 수동 탐색, 능동 탐색, 연결(association) 국면으로 구성된다. 탐색의 목적은 가용한 AP 가운데 최고의 성능을 제공할 수 있는 적절한 AP를 찾고자 하는 것이다. Infrastructure 모드의 무선환경에는 두 가지 종류의 탐색(수동탐색, 능동탐색)이 있다. 수동탐색에서는 AP가 주기적으로 Timestamp, SSID와 같은 BSS 고유한 정보를 포함한 비콘 프레임을 브로드캐스팅한다. 클라이언트는 각 채널로부터 비콘 프레임을 듣고, 신호의 세기에 따라 적절한 AP를 선택한다. 능동탐색은 각 클라이언트가 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 브로드캐스팅하고, 이를 청취한 AP는 즉각 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 해당 클라이언트에게 전송한다. 클라이언트는 여러 개의 프로브 응답 프레임들을 수신한 후에 신호의 세기에 따라 적절한 AP를 선택한다. 탐색이 종료된 후, 클라이언트는 일련의 확증(authentication)과 연결 요청/응답(request/response) 프레임을 교환한 후 목표 AP와 연결을 맺게 된다.
본 발명의 실시예에서는 MAC 헤더의 Retry 필드를 이용하여 각 액세스 포인트에 접속시 클라이언트의 처리량을 추정하고 이를 이용하여 최고의 처리량을 제공할 수 있는 액세스 포인트를 선택한다. 즉 Retry 필드가 채널 상태를 나타내는 채널 피드백으로 사용된다.
도 2는 MAC 헤더의 구성을 나타낸다.
도 2에 나타난 바와 같이, MAC 헤더의 첫번째 Frame Control 필드를 구성하는 여러 필드 중 Retry 필드가 있다. Retry 필드는 1 비트로 구성되며 최초의 전송시도에서 성공할 경우 0의 값을 갖고, 최초의 전송시도에서 실패하여 재전송되는 프레임인 경우 1의 값을 갖는다.
따라서, 이 필드를 이용하여 재전송의 빈도를 측정하여 현재 활동중인 클라이언트의 수를 추정할 수 있다.
각 클라이언트의 예측 처리량(expected throughput)은 하나의 데이터 프레임을 성공적으로 전송하는 데 걸리는 시간의 역수로 정의할 수 있다. 즉, 클라이언트 k가 AP i에게 성공적으로 데이터를 전송할 때까지 걸리는 평균시간을
Figure 112009073858936-pat00001
라 하 면, 예측 처리량은 다음의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112009073858936-pat00002
한편, [수학식 1]에서는 스테이션 사이에서의 충돌로 인한 재전송은 고려되어 있지 않다. 따라서, 이 점을 고려하여 클라이언트 k가 AP i에게 길이가 L인 데이터 프레임을 충돌로 인하여 j번 재전송 후, 성공적으로 전송할 때까지 걸리는 평균시간은 아래의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073858936-pat00003
여기에서 rate(k) 는 클라이언트 k의 데이터 전송률이고, tDATA는 클라이언트 k의 데이터 전송률에 의해 결정된다. lmacheader, lpayload와 lack은 각각 MAC 헤더의 길이, 유효데이터(payload)의 길이, ACK 프레임의 길이를 의미한다. ACK, RTS(Request to Send), CTS (Clear to Send)와 같은 컨트롤 프레임들은 802.11 표 준에 따라 기본 전송률로 전송되며, 예컨대 802.11b의 경우 ratebasic은 1Mbps이다. tACK 은 ACK frame의 지속시간을 의미하고, tDIFS는 DIFS의 지속시간, tSIFS는 SIFS의 지속시간을 의미한다.
또 연속적으로 j번 전송을 시도하는 동안의 평균적인 백오프 시간(tbackoff(j))은 다음의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073858936-pat00004
여기에서, 경쟁 윈도우(contention window)는 처음에 CWmin 값을 취하고, 데이터 전송시도가 실패할 때마다 CW값은 CWmax이 될 때까지 두배로 증가된다. 만약 CW 값이 CWmax가 되면, CW의 값은 데이터 전송이 성공하거나 Retry limit때문에 데이터 프레임이 폐기될 때까지 CWmax값으로 유지된다.
여기에서 tbackoff(j) 을 계산할 때 백오프 카운터의 동작을 고려하여야 한다. 만약 채널이 백오프 슬롯 동안에 혼잡하다면, 백오프 과정은 중지된다. 어떤 스테이션의 백오프 카운터가 b라고 가정하자. 만약 현재 채널이 유휴하면, 슬롯타임의 끝에서 백오프 카운터는 하나가 감소되어, 다음 슬롯타임에는 백오프 카운터가 b-1이 된다. 반면에, 현재 채널이 혼잡하다면, 스테이션의 백오프 카운터는 b로 그대로 유지가 된다. 즉, 백오프 카운터는 오직 채널이 유휴할 경우에만 감소한다. 결국, tbackoff(j)를 계산할 때 슬롯타임은 절대적인(물리적인) 슬롯타임이 아니라, 가상 슬롯타임을 나타낸다.
E[slot time]은 평균적인 슬롯타임의 길이를 나타내고, 이는 Bianchi 모델(G. Bianchi, "Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function", IEEE J. Select. Areas Commun, vol. 18, no. 3, pp. 535-547, Mar. 2000)(이하 "Bianchi")의 가상 슬롯타임과 동일한 의미이며, 아래의 [수학식 4]와 같이 나타난다.
Figure 112009073858936-pat00005
여기서 T는 슬롯 타임의 평균적인 길이를 추정하기 위해 측정되는 시간을 나타낸다. Pidle 은 T 시간 동안 유휴한 정도를 뜻하는 idle 확률이고, Ptr 은 어떤 시점 동안에 적어도 하나의 스테이션이 패킷을 전송할 확률이다. Pc 는 조건부 충돌 확률로서, 채널 상에 패킷의 전송이 발생했을 때의 충돌 확률을 의미하며, 이는 후술할 p와 동일한 의미이다. 1-Pc 는 조건부 확률로서, 채널상의 전송이 성공할 확 률을 뜻한다. 즉, 적어도 하나 이상의 스테이션이 전송한다는 조건 하에서 채널 상에 오직 하나의 스테이션이 전송할 확률이다. σ 는 빈 슬롯타임의 기간이고, Ts 는 성공적인 전송으로 인해 채널이 혼잡하다고 느끼는 평균적인 시간을 뜻하며, Tc 는 충돌로 인해 채널이 혼잡하다고 느끼는 평균적인 시간을 나타낸다.
Ts 와 Tc 는 AP i와 이미 연결을 맺고 있는 클라이언트 중 가장 전송률이 낮은 클라이언트에 의해 결정된다. 따라서, Pidle 를 추정하는 것은 E[slot time]를 유도하는 데 중요한 역할을 한다. BSS 내의 각 스테이션이 보는 채널 관점이 동일하다고 가정하면, 동일한 BSS 내의 모든 스테이션의 Pidle 은 동일한 값을 가진다. 따라서, 각 AP는 채널상태를 측정함으로써, 자신의 BSS의 Pidle 를 추정할 수 있다.
그러므로, 클라이언트 k가 성공적으로 데이터를 전송하는데 필요한 평균적인 시간은 다음의 [수학식 5]와 같이 표현된다.
Figure 112010026911565-pat00020
여기에서, γ는 Retry Limit이고, p는 각 BSS의 평균적인 uplink 전송실패 확률로서, 이의 유도과정은 후술한다.
Figure 112009073858936-pat00007
은 m번째 전송시도가 실패되었을 때 소요되는 시간을 뜻하고, 아래의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112009073858936-pat00008
그러나 [수학식 5]에서는 다중 전송률 무선 랜 환경에서의 또다른 문제점인 rate-anomaly가 고려되지 않는다. 즉, 자신의 전송률보다 낮은 전송률을 사용하는 클라이언트가 이미 사용 중인 AP를 새로운 클라이언트가 선택하게 된다면, 새로운 클라이언트의 예측 처리량은 rate-anomaly에 의해 전송률이 가장 느린 클라이언트의 처리량으로 하향 평준화된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 AP 선택 방법에서는 미리 정한 일정시간(예를 들면 5초) 동안의 AP의 goodput을 이용한다. 일정시간 동안의 AP의 goodput을 S라고 하면, 장시간 동안의 각 BSSi 내에서 클라이언트 당 처리량은 아래의 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073858936-pat00009
그러므로 rate-anomaly를 고려한 클라이언트의 예측 처리량은 다음의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073858936-pat00010
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 AP 선택 방법에서는 재전송의 빈도를 측정하여 현재 활동중인 클라이언트의 수 또는 전송실패 확률을 추정한다. 재전송의 빈도는 MAC 계층 프레임의 헤더에 있는 Retry 필드를 이용하여 측정한다. Retry 필드는 1비트의 길이로, 데이터 혹은 관리 프레임이 처음 전송되는지 또는 재전송되는지를 나타낸다.
즉, Retry 필드가 0으로 세팅되어 있다면, 그 프레임은 처음 전송된 것이고, 1로 세팅되어 있다면, 그 프레임은 이전에 실패한 프레임에 대한 재전송을 뜻한다. 이 필드는 수신측에 의해 중복 프레임을 제거하는데 사용되는 것이지만, Retry 필드를 채널에 대한 피드백으로 사용하여 채널의 상황을 추정할 수 있다.
채널이 점점 더 혼잡해질수록 재전송의 빈도는 늘어난다. 이러한 점을 이용하여 수신측은 각 BSS의 평균적인 업링크 전송실패 확률(p)을 예측할 수 있는데, 측정시간 동안 Retry 필드가 1로 세팅되어 있는 숫자가 늘어난다면 충돌에 의하여 전송시도가 자주 실패하는 것으로 볼 수 있기 때문이다.
Retry 필드의 패턴을 분석하기 위하여 도 2에 나타나 있는 바와 같은 802.11 DCF의 백오프 윈도우 스킴을 나타내는 Bianchi의 Markov 체인 모델("Bianchi")을 사용한다. b(t)는 백오프 윈도우 크기를 나타내고 s(t)는 백오프 스테이지를 나타 낼 때 체인의 상태 분포는 다음의 [수학식 9]와 같이 나타난다.
Figure 112009073858936-pat00011
도 3에서 나타난 바와 같이, 백오프 타임 카운터가 0일 때 전송이 수행된다. 백오프 스테이지 0에서 전송이 이루어질 때 Retry 필드는 0으로 세팅되고(도 3에서 굵은 실선으로 도시된 경우), 다른 스테이지에서 전송이 이루어지는 경우 Retry 필드는 1로 세팅된다(도 3에서 점선으로 도시된 경우). 따라서 첫번째 시도에서 성공적으로 전송이 이루어질 확률을 다음의 [수학식 10]과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112009073858936-pat00012
여기에서, i는 Retry 필드가 세팅되어 있는 값을 나타내며 따라서 i=0,1 이고 Ci는 Retry 필드의 값이 i인 프레임의 수이다. 그러면, C1/C0를 RetryRatio라고 할 수 있다. m은 백오프 스테이지의 최대값이다.
스테이션의 수 전송실패확률 RetryRatio 스테이션의 수 전송실패확률 RetryRatio
1 0.000 0.000 11 0.308 0.441
2 0.059 0.062 12 0.322 0.470
3 0.107 0.120 13 0.335 0.497
4 0.147 0.173 14 0.346 0.522
5 0.181 0.221 15 0.357 0.547
6 0.210 0.265 16 0.402 0.654
7 0.235 0.306 17 0.436 0.745
8 0.256 0.343 18 0.463 0.824
9 0.276 0.378 19 0.507 0.960
10 0.293 0.411 20 0.540 1.075
이제 이러한 결과를 이용하여 클라이언트가 AP를 선택하는 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 클라이언트는 수동/능동 탐색을 실시한 후, 각 BSS의 업링크 전송실패 확률 p를 추정해야 한다. 그러나, 새롭게 도착한 클라이언트는 은닉 노드(hidden nodes) 때문에 정확한 p값을 유도할 수 없다. 이때 AP가 주기적으로 p와 직접적으로 관련있는 RetryRatio를 비콘 프레임에 포함시켜 이를 브로드캐스팅하거나, 프로브 응답 프레임에 포함시켜 클라이언트에게 전송한다면, 각각의 클라이언트는 이 프레임들을 청취함으로써 정확한 p값을 유도할 수 있게 된다.
RetryRatio는 비콘/프로브 응답 프레임을 보내는 시점을 기준으로 일정시간(예를 들면 5초) 이전 동안의 트래픽 경향이 반영되었기 때문에 AP를 선택하는데 좋은 기준이 되며, 상기 비콘/프로브 응답 프레임에 포함되는 RetryRatio 필드의 크기는 단지 몇 바이트에 지나지 않으므로 큰 오버헤드가 되지는 않는다.
또한, 각 AP가 비콘/프로브 응답 프레임에 Pidle을 포함시켜 이들을 주기적으로 전송하면, 각각의 클라이언트는 그 프레임들을 청취함으로써 각 BSS에 대한 E[slot time] 을 구할 수 있다.
도 4는 각 AP가 이러한 정보를 포함하는 비콘 프레임을 전송하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 각 AP는 인커밍 패킷의 Retry 필드의 값을 측정하고, 일정시간 동안의 goodput(Si)를 측정한다(S410).
다음 각 AP는 측정값을 이용하여 {RetryRatio, S, Pidle}을 계산하여(S420), 이를 포함하는 비콘 프레임을 전송(브로드캐스트)한다(S430).
그러면 각 클라이언트는 수신한 비콘 프레임 내의 {RetryRatio, S, Pidle} 정보를 이용하여 각 AP에 접속시 각 클라이언트의 예측 처리량을 구할 수 있고, 이에 따라 적절한 AP를 선택한다.
도 4의 흐름도를 참고로 하여 설명한 방법은 수동 탐색의 경우를 나타내는 것이며, 능동 탐색의 경우라면 클라이언트가 각 액세스 포인트로 프로브 요청 프레임을 브로드캐스팅하면, 각 액세스 포인트는 해당 클라이언트로 {RetryRatio, S, Pidle} 정보가 포함된 프로브 응답 프레임을 송신함으로써 각 클라이언트에게 적절한 AP 선택을 위한 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법은 동적인 트래픽을 반영한 핸드오프 과정에도 적용될 수 있다.
즉, 각 클라이언트는 상술한 AP 선택 방법에 따라 독립적으로 적절한 AP를 선택하지만, 선택된 AP는 새로운 클라이언트가 증가됨에 따라 그 클라이언트 수가 변화되거나 트래픽의 불규칙성에 의해서 시간이 지남에 따라 최적의 AP가 아닌 것으로 될 수 있다.
따라서 이러한 무선환경의 변화를 대처하기 위하여 동적인 AP 선택 방법을 이용할 수 있다. 이와 같은 동적인 AP 선택 방법이 도 5에 나타나 있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 각 클라이언트는 각 AP로부터 RetryRatio를 수신한다(S510). 그런데, RetryRatio를 수신한 AP가 현재 연결된 AP인데 새롭게 수신한 RetryRatio가 이전에 받은 RetryRatio의 값과 일정한 임계값(예를 들면 0.3) 이상의 차이가 난다면(S520) 해당 AP는 적절하게 선택된 AP라고 볼 수 없는 상황이 된다. 따라서 이 경우 핸드오버를 결정하고(S540), 다른 AP와의 재연결을 시도한다(S560). 이러한 방법을 동적 AP 선택 방법(dynamic AP selection)이라 한다. 다른 AP와의 재연결을 시도할 때에는 상술한 바와 같은 AP 선택 방법이 이용될 수 있다.
즉, RetryRatio를 전송한 AP가 연결된 AP가 아닌 경우(S530), 해당 AP의 예상 처리량을 산출하여(S550), 이를 재연결을 위한 정보로 이용한다.
본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법의 성능을 시험하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
시뮬레이션에는 ns-2(버전 2.33) 시뮬레이터를 이용하였고, 802.11 DCF 모드 상에서 비콘과 프로브 프레임을 수정하였다. 802.11b 물리계층을 사용하고, 캐리어 센싱(Carrier Sensing) 거리는 550m로 설정한다. 각 클라이언트의 전송률은 오직 클라이언트와 해당 AP와의 거리에 의해서 결정되고, 전송률에 따른 전송거리는 OriNOCO 11b Card의 사양을 참고하였다.
무선신호의 Path loss는 ns-2에 구현되어 있는 TwoRayground model에 따른다. 모든 클라이언트와 AP는 동일한 전송파워를 사용한다. 9개의 AP가 동일한 채널을 사용하는 멀티 셀(cell) 환경을 고려하고, 모든 클라이언트는 적어도 한 개 이상의 AP와 연결할 수 있도록 임의로 배치하였다. 이러한 시뮬레이션 환경을 선택한 이유는 인접 BSS들간의 전송이 존재하는 환경에서 본 발명의 AP 선택 방법의 효율성을 증명하기 위한 것이다. Rate adaptation은 사용하지 않고, 클라이언트의 도착시간은 시뮬레이션 처음 30초 안에 균등 분포된다. 시뮬레이션 동안, 각 클라이언트는 해당 AP로 상향 트래픽을 생성하는데, 이 때 제공되는 트래픽은 CBR UDP 트래픽이고, 패킷 사이즈는 1000바이트이다. 또 시스템 내의 모든 클라이언트는 항상 AP에게 보낼 패킷이 있다고 가정한다. 이 때 본 발명의 AP 선택 방법 및 IJPEDS와 IMC 방법 모두 재연결(Re-association) 과정이 없는 정적(Static) AP 선택 방법으로 시뮬레이션하였다.
시뮬레이션은 100초 동안 수행되었고, 시스템 통합 처리량(aggregated throughput) 측정은 32초 이후부터 나머지 시간까지 총 68초 동안 이뤄진다. 이와 같이 하여 본 발명의 AP 선택 방법을 IJPEDS 및 IMC의 방법과 비교하였다. IJPEDS 및 IMC에서 제안한 AP 선택기법을 시뮬레이션 하기 위해서는 Intersil 회사에서 제공하는 BER (Bit Error Rate) vs. SNR(Signal-to-Noise) 곡선을 사용한다. 모든 결과는 10회 실시하여, 평균값을 취한다.
도 6은 클라이언트의 수가 50에서 80개까지 증가할 때마다 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법과 기존 접근방법의 통합 처리량(aggregated throughput)을 나타내는 그래프이다. 클라이언트의 수가 증가하는 동안에 모든 AP 선택 방법의 통합 처리량은 Saturation 시점까지는 선형적으로 증가하다가 이 지점이 지나면 클라이언트의 수가 증가하더라도 통합 처리량은 더 이상 증가하지 않고, 급격하게 감소한다. 도 6에서 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법이 다른 접근방법에 비해 우수한 성능을 보인다는 점을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법은 IJPEDS에 비해 11.3% 성능이 우수하고, IMC에 비해 12% 성능이 우수하다.
이와 같은 성능의 차이가 일어나는 이유는 다음과 같다. IJPEDS의 접근방법은 인접 BSS들간의 전송이 반영되어 있지 않기 때문에 성능차이가 발생하고, IMC의 접근방법은 현재 활동 중인 클라이언트의 수와 직접적으로 관련이 있는 ATD의 측정이 큰 변화량을 보이기 때문에 이 요소가 expected throughput에 영향을 주게 되고, 그 결과 잘못된 AP 선택을 하게 되므로, 성능차이가 발생한다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법에서 재연결(Re-association) 절차의 유무, 즉 핸드오버 기능의 유무에 따른 성능 변화를 시뮬레이션 하였다. 트래픽의 가변성을 제공하기 위해 Exponential On/Off 모델을 사용한 것을 제외한 나머지 파라미터는 앞서 기술한 내용과 동일한 방법으로 시뮬레이션 하였다.
도 7은 클라이언트의 수가 50에서 80개까지 증가할 때마다 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법의 Re-association 절차의 유무에 따른 통합 처리량(aggregated throughput)을 나타내는 그래프이다. 클라이언트의 수가 증가하는 동안에 모든 AP 선택 방법의 통합 처리량은 Saturation 시점까지는 선형적으로 증가하다가 이 지점이 지나면 클라이언트의 수가 증가하더라도 통합 처리량은 더 이상 증가하지 않고, 급격하게 감소한다. 도 7에서 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법 중 Re-association 기능이 있는, 즉 핸드오버 기능이 있는 방법이 그 기능이 미구현된 경우보다 우수한 성능을 보인다는 점을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법은 핸드오버 절차가 없는 방법에 비해 4.8% 성능이 우수하다.
본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 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, 하드 디스크, 플로피 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 AP 선택 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법이 적용되는 무선 랜 환경을 나타내는 도면,
도 2는 MAC 헤더의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 802.11 DCF BEB의 Markov 체인 모델을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법을 AP의 관점에서 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법을 동적 환경에 적용한 동적 AP 선택 방법을 나타낸 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법(static AP selection)과 종래 기술의 통합 처리량(aggregated throughput)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 AP 선택 방법 중 Re-association 절차의 유무에 따른 통합 처리량(aggregated throughput)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

  1. 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서 액세스 포인트를 선택하는 방법으로서,
    액세스 포인트가 기본 서비스 셋(BSS: basic service set) 내의 각 클라이언트로부터 전달되는 인커밍 패킷의 Retry 필드의 값을 측정하는 제1 단계와,
    상기 액세스 포인트가 미리 정한 일정 시간 동안의 goodput을 측정하는 제2 단계와,
    상기 액세스 포인트가 측정된 상기 Retry 필드의 값과 상기 goodput을 이용하여 RetryRatio와 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 계산하는 제3 단계와,
    상기 액세스 포인트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프레임을 상기 BSS 내의 적어도 하나의 클라이언트로 전송하는 제4 단계를 포함하는 액세스 포인트 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제4 단계에서는,
    상기 액세스 포인트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 비콘 프레임을 브로드캐스팅하는 액세스 포인트 선택 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제4 단계는,
    상기 액세스 포인트가 상기 BSS 내의 적어도 하나의 클라이언트로부터 프로 브 요청 프레임을 수신하는 제4-1 단계와,
    상기 액세스 포인트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프로브 응답 프레임을 상기 프로브 요청 프레임을 송신한 클라이언트로 송신하는 제4-2 단계를 포함하는 액세스 포인트 선택 방법.
  4. 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서 액세스 포인트를 선택하는 방법으로서,
    클라이언트가 둘 이상의 액세스 포인트로부터 RetryRatio와 상기 각 액세스 포인트의 기본 서비스 셋 내의 각 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프레임을 수신하는 단계와,
    상기 클라이언트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 이용하여 상기 각 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량을 계산하는 단계와,
    상기 클라이언트가 계산된 상기 각 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량에 기반하여 상기 둘 이상의 액세스 포인트 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 액세스 포인트 선택 방법.
  5. 다중전송 속도를 사용하는 무선환경에서 액세스 포인트를 재선택하는 방법으로서,
    클라이언트가 자신과 연결된 제1 액세스 포인트로부터 현재 RetryRatio를 수신하는 단계와,
    상기 현재 RetryRatio를 상기 클라이언트가 상기 제1 액세스 포인트로부터 이전에 수신한 이전 RetryRatio와 비교하는 단계와,
    상기 비교 결과 상기 현재 RetryRatio와 상기 이전 RetryRatio의 차가 미리 정한 임계값을 넘는 경우 핸드오버를 결정하는 단계와,
    상기 핸드오버를 결정한 경우, 상기 클라이언트가 자신과 연결되어 있지 않은 둘 이상의 제2 액세스 포인트로부터 RetryRatio와 상기 각 제2 액세스 포인트의 기본 서비스 셋 내의 각 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 포함하는 프레임을 수신하는 단계와,
    상기 클라이언트가 상기 RetryRatio와 상기 클라이언트당 처리량 및 유휴 확률을 이용하여 상기 각 제2 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량을 계산하는 단계와,
    상기 클라이언트가 계산된 상기 각 제2 액세스 포인트에 접속시 상기 클라이언트의 예측 처리량에 기반하여 상기 둘 이상의 제2 액세스 포인트 중 하나를 선택하는 단계를 더 포함하는 액세스 포인트 재선택 방법.
  6. 삭제
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