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문제 정의
- 본 논문에서는 다중 큐잉 시스템에 기반하고, 차등 서비스지원과 종단 간 성능향상을 위한 패킷폐기 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘의 특징은 트래픽 부하에 따라 각 클래스의 weight를 조절하여 높은 우선순위 트래픽을 효율적으로 서비스하며, 패킷폐기 기법은 멀티 홉을 경유하는 패킷의 버퍼 오버플로우에 의한 손실을 방지하기 위해서 높은 우선순위 패킷을 위한 여유 버퍼 공간을 확보하여, 패킷 손실을 방지하였다.
제안 방법
- IEEE 802.11 기반의 제안된 시스템과 기존 IEEE 802.11b의 Drop-tail 큐잉 시스템과의 성능을 평가하기 위해 NS2 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하였다⑻. NS2는 무료로 제공되는 Discrete-event 방식의 객체지향 네트워크 시뮬레이터로서, 네트워크 모델을 구성하거나, 입력데이터 설정, 출력데이터 분석을 위한 프레임워크를 제공한다.
- 모바일노드에서 트래픽 클래스 별 차등서비스 제공을 위해 유선망에서 알려진 기술인 다중클래스 큐를 적용할 수 있다[6]. 본 논문에서는 우선순위 차등설정에 의한 접속제어기법 대신에 MAC 계층에서 멀티 클래스 큐를 사용하여 패킷을 처리하며 또한, 라우터 기능에 새로운 패킷폐기 기법을 적용하여 종단 간 성능을 향상시킨다.
- 보호한다. 이를 위해 큐에 포워딩 패킷을 위한 여유 공간을 확보하여, 멀티 홉을 경유하여 목적지에 전달되는 패킷을 우선 전송하여 종단 간 성능과 무선 채널 이용률을 높인다. 새로운 패킷이 인터페이스 큐인 IF_q에 도착하면 제안된 패킷폐기메커니즘은<표 1>와 같이 동작한다.
- 낮은 우선순위는 best-effort 방식으로 전송되는 일반 인터넷 트래픽이며, 높은 우선순위는 멀티미디어와 같은 일정 수준의 서비스 품질을 요구하는 트래픽을 전송하는데 사용된다. 제안된 메커니즘의 중요한 특징은 스케줄러에서 각각 트래픽 클래스의 서비스율을 결정하는 weight를 트래픽의 부하에 따라 동적으로 설정하는데 있다.
- 시뮬레이션 시간은 500초이며, (그림 2)의 CBR중 1, 3, 4, 6이 높은 우선순위 트래픽으로 설정되었다. 제안된 시스템의 경우 각 클래스 큐당 큐의 크기는 25패킷을 설정하였고, Drop-tail 시스템의 경우 50패킷을 설정하여 실험을 수행하였다.
- 본 논문에서는 다중 큐잉 시스템에 기반하고, 차등 서비스지원과 종단 간 성능향상을 위한 패킷폐기 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘의 특징은 트래픽 부하에 따라 각 클래스의 weight를 조절하여 높은 우선순위 트래픽을 효율적으로 서비스하며, 패킷폐기 기법은 멀티 홉을 경유하는 패킷의 버퍼 오버플로우에 의한 손실을 방지하기 위해서 높은 우선순위 패킷을 위한 여유 버퍼 공간을 확보하여, 패킷 손실을 방지하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 알고리즘의 성능평가를 수행하였으며, 그 결과 기존의 기법보다 종단 간 패킷 전송률을 증가시켰으며, 차등서비스를 지원하기에 적합하였다.
대상 데이터
- 성능평가를 위한 시뮬레이션 모델을 (그림 2)와 같이 구성하였다. 시뮬레이션에 사용된 Ad-hoc 네트워크는 10개의 모바일 노드와 8개의 CBR(Constant Bit Rate) 트래픽 소스로 이루어 졌으며, 각 CBR 트래픽 소스는 일정한 간격마다 패킷을 생성한다.
데이터처리
- 11, 무선 전송속도는 2Mbps이다. 난수발생에 따른 오차를 줄이기 위해서 각 시뮬레이션을 10회 수행한 후 평균값을 계산하였다. 시뮬레이션 시간은 500초이며, (그림 2)의 CBR중 1, 3, 4, 6이 높은 우선순위 트래픽으로 설정되었다.
이론/모형
- 8개 트래픽 중에서 반절은 높은 우선순위 트래픽으로 설정하고, 나머지는 best-effort 트래픽인 낮은 우선순위 트래픽으로 설정하였다. 라우팅 프로토콜로 AODV(Ad-hoc on demand distance vector)[9]를 사용하였고, MAC 프로토콜은 IEEE 802.11, 무선 전송속도는 2Mbps이다. 난수발생에 따른 오차를 줄이기 위해서 각 시뮬레이션을 10회 수행한 후 평균값을 계산하였다.
- 본 논문에서는 모바일 기기에서 차등서비스를 제공하기 위해 다중 클래스 큐잉 시스템과 Adaptive WRR(Weighted Round Robin)방식의 스케줄러를 사용하였다. 여기서 트래픽은 2개의 클래스로 정의하였다.
성능/효과
- 곧, 패킷은 목적지 노드까지 멀티 홉 방식으로 전송된다. 본 논문에서 제안한 패킷폐기 기법은 중간노드(intermediate node)에서 포워딩 패킷과 상위계층에서 전달되는 패킷을 다르게 처리하여 무선채널 사용율과 종단 간수율을 높일 수 있다. 본 논문의 구성은 2장에서 제안된 다중 클래스 큐 시스템과 패킷폐기 기법에 대해 설명하고, 3장에서는 제안된 기법을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.
- 제안된 알고리즘의 경우 낮은 우선순위 패킷의 손실이 상당히 증가했으나, 우선순위가 높은 패킷의 손실을 상당히 줄였다. 성능향상의 원인은 제안된 알고리즘의 WRR 스케줄러가 높은 우선순위 트래픽이 증가하면, 높은 우선순위 패킷을 먼저 서비스하려고 하기 때문에 높은 우선순위 트래픽의 손실률이 감소하였고, 수신율을 높일 수 있었다. (그림 6)은 높은 우선순위, 낮은 우선순위 패킷의 종단 간 지연시간을 보여준다.
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단간 전송지연 시간
시뮬레이션 결과는 EEE 802.11 MAC 프로토콜 기반의 제안된 알고리즘이 Drop-Tail 큐잉 시스템보다 전반적으로 우수한 결과를 보였으며 또한, 제안돤 알고리즘을 적용함으로서종 단간 성능 향상뿐 아니라, 멀티 홉 MANET에서 차등 서비스를 제공할 수 있었다
. - 성능향상의 원인은 제안된 PDP 알고리즘이 중간 모바일 노드에서 포워딩되는 패킷을 트래픽 과부하에 의해서 발생하는 버퍼 오버플로우로부터 보호하여 최종 목적지까지 전송되도록 보장하였기 때문이다. 시뮬레이션 결과에서 제안된 시스템은 최소 7%에서 최대 40%까지 기존 Drop-tail 큐잉 시스템보다 종단 간 패킷전송률을 높였다.
- 제안된 알고리즘의 경우 낮은 우선순위 패킷의 손실이 상당히 증가했으나, 우선순위가 높은 패킷의 손실을 상당히 줄였다. 성능향상의 원인은 제안된 알고리즘의 WRR 스케줄러가 높은 우선순위 트래픽이 증가하면, 높은 우선순위 패킷을 먼저 서비스하려고 하기 때문에 높은 우선순위 트래픽의 손실률이 감소하였고, 수신율을 높일 수 있었다.
- (그림 6)은 높은 우선순위, 낮은 우선순위 패킷의 종단 간 지연시간을 보여준다. 제안된 알고리즘의 경우, 낮은 우선순위 패킷은 지연시간이 상당히 증가하였고, 반면에 낮은 우선순위 패킷은 1-2초대로 전송 지연시간을 줄여서, 낮은 지연시간을 요구하는 멀티미디어 트래픽을 서비스하는데 적합함을 보였다.
- 패킷 수를 보여준다. 제안된 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 보면, 수신된 높은 우선순위 패킷의 수가 낮은 우선순위 패킷의 수보다 월등히 많으며 특히 트래픽 부하가 커질수록, 큐에 대기하고 있는 패킷이 증가하게 되면 제안된 알고리즘은 높은 우선순위 클래스 큐의 weight를 증가시키므로, 높은 우선순위 패킷이 더 많이 서비스 받음을 볼 수 있다. 반면, Drop-tail 큐의 경우, 라우팅 패킷만 최우선으로 전송되기 때문에, 수신된 높은 우선순위 패킷 수가 낮은 우선순위 패킷 수보다 소폭 증가하였으나, 차등 서비스를 제공하기에는 부적합함을 보인다.
- 보여준다. 제안된 알고리즘이 Drop-tail 큐잉 시스템 보다 네트워크의 부하가 클수록 더 많은 패킷을 수신 측에 전송함을 알 수 있다. 성능향상의 원인은 제안된 PDP 알고리즘이 중간 모바일 노드에서 포워딩되는 패킷을 트래픽 과부하에 의해서 발생하는 버퍼 오버플로우로부터 보호하여 최종 목적지까지 전송되도록 보장하였기 때문이다.
- 제안된 알고리즘의 특징은 트래픽 부하에 따라 각 클래스의 weight를 조절하여 높은 우선순위 트래픽을 효율적으로 서비스하며, 패킷폐기 기법은 멀티 홉을 경유하는 패킷의 버퍼 오버플로우에 의한 손실을 방지하기 위해서 높은 우선순위 패킷을 위한 여유 버퍼 공간을 확보하여, 패킷 손실을 방지하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 알고리즘의 성능평가를 수행하였으며, 그 결과 기존의 기법보다 종단 간 패킷 전송률을 증가시켰으며, 차등서비스를 지원하기에 적합하였다.
후속연구
- 요구사항을 제공하여야 한다. 즉, 최종 사용자 측에서는 대역폭, 지연, 패킷 손실율과 같은 미리 계약된 서비스 특성을 네트워크에서 보장하기를 기대한다. 여기서 서비스 품질 (Quality of Service)은 수식 측에서 송식 측으로 패킷 스트림을 전송할 때 네트워크에서 제공하여야 할 서비스 요구사항들의 집합이다.
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