메쉬 라우터들이 무선 멀티 홉 메쉬 형상으로 자동설정 연결되어 동작되는 메쉬 무선 랜(MeshWLAN)은, 유선으로 AP(Access Point)를 연결하여 무선랜을 확장하는 기존 방식보다 구축의 편리성 및 신속성, 운용의 유연성 면에서 장점을 갖는다. 하지만, 멀티 홉 메쉬 무선 랜에서 인접 홉 간의 전파 간섭으로 인한 망 성능의 저하 및 기존의 무선 네트워크 프로토콜이 그대로 재활용될 수 있는지 등의 미해결 기술 과제가 남아 있다. 본 연구에서는 멀티 무선 인터페이스를 적용한 IEEE 802.11a/g 기반 선형 메쉬 무선랜의 VoIP 지원 성능을 모의 실험을 통해 분석한다. 분석 결과를 통해, 메쉬 라우터의 홉 위치에 따라 VoIP 패킷 지연 등 네트워크 성능의 불공평성(unfairness)이 존재함을 보이고, 음성 패킷의 페이로드 크기를 증가시켜 프로토콜 오버 헤드를 줄임으로써 네트워크의 호 수용 용량은 증가되지만, 기대치에는 미치지 못함을 보인다. 이는 기존 무선랜을 위해 고안된 802.11 MAC 프로토콜이 메쉬망에 그대로 적용되었을 때의 한계를 드러내는 것이며, 기존 프로토콜의 개선 및 새로운 프로토콜의 개발이 요구됨을 암시한다.
메쉬 라우터들이 무선 멀티 홉 메쉬 형상으로 자동설정 연결되어 동작되는 메쉬 무선 랜(Mesh WLAN)은, 유선으로 AP(Access Point)를 연결하여 무선랜을 확장하는 기존 방식보다 구축의 편리성 및 신속성, 운용의 유연성 면에서 장점을 갖는다. 하지만, 멀티 홉 메쉬 무선 랜에서 인접 홉 간의 전파 간섭으로 인한 망 성능의 저하 및 기존의 무선 네트워크 프로토콜이 그대로 재활용될 수 있는지 등의 미해결 기술 과제가 남아 있다. 본 연구에서는 멀티 무선 인터페이스를 적용한 IEEE 802.11a/g 기반 선형 메쉬 무선랜의 VoIP 지원 성능을 모의 실험을 통해 분석한다. 분석 결과를 통해, 메쉬 라우터의 홉 위치에 따라 VoIP 패킷 지연 등 네트워크 성능의 불공평성(unfairness)이 존재함을 보이고, 음성 패킷의 페이로드 크기를 증가시켜 프로토콜 오버 헤드를 줄임으로써 네트워크의 호 수용 용량은 증가되지만, 기대치에는 미치지 못함을 보인다. 이는 기존 무선랜을 위해 고안된 802.11 MAC 프로토콜이 메쉬망에 그대로 적용되었을 때의 한계를 드러내는 것이며, 기존 프로토콜의 개선 및 새로운 프로토콜의 개발이 요구됨을 암시한다.
Mesh WLANs, which consist of wireless mesh routers connecting each other in a mesh topology and self-operate after their autoconfiguration, have several advantages in convenience, swiftness and flexibility of deployment and operation over existing WLANs the expansions of which are done by connecting...
Mesh WLANs, which consist of wireless mesh routers connecting each other in a mesh topology and self-operate after their autoconfiguration, have several advantages in convenience, swiftness and flexibility of deployment and operation over existing WLANs the expansions of which are done by connecting the APs with wires. However, many technical issues still remain to be solved. Among them, network performance degradations due to the interference between the adjacent hops in multi-hop mesh WLANs, and the reusability of the existing wireless network protocols are critical problems to be answered. This work evaluates the VoIP support performance of IEEE 802.11a/g-based mesh WLANs with multiple wireless interfaces with simulations. The results show that there exit an unfairness in VoIP packet delay performances among mobile routers located at different hops, and that although the capacity of the admitted calls can be increased by increasing the size of voice packet payload it is far less than the expected one. This suggests that the existing 802.11 MAC protocols have their limitation when applied in mesh networks and their enhancement or even a newer one nay be required.
Mesh WLANs, which consist of wireless mesh routers connecting each other in a mesh topology and self-operate after their autoconfiguration, have several advantages in convenience, swiftness and flexibility of deployment and operation over existing WLANs the expansions of which are done by connecting the APs with wires. However, many technical issues still remain to be solved. Among them, network performance degradations due to the interference between the adjacent hops in multi-hop mesh WLANs, and the reusability of the existing wireless network protocols are critical problems to be answered. This work evaluates the VoIP support performance of IEEE 802.11a/g-based mesh WLANs with multiple wireless interfaces with simulations. The results show that there exit an unfairness in VoIP packet delay performances among mobile routers located at different hops, and that although the capacity of the admitted calls can be increased by increasing the size of voice packet payload it is far less than the expected one. This suggests that the existing 802.11 MAC protocols have their limitation when applied in mesh networks and their enhancement or even a newer one nay be required.
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문제 정의
본 연구는멀티 무선인터페이스를갖는메쉬 라우터로 구성된 IEEE802.1 la/g 프로토콜 기반 메쉬 무선랜의 성능을 분석하고자 한다. 메쉬 무선랜은 초고속 인터 넷 접속, 멀티 미디어 응용 지원 등 다양한 응용 및 서비스를 제공할 것으로 기 대된다.
가설 설정
혼합형 구조는 인프라 구조와 애드 혹 구조의 특징을 혼합한 구조이다. 대부분의 메쉬 무선랜이 인프라 구조를 가질 것으로 기대되므로, 본 연구에서는 인프라 구조를 갖는 메쉬 무선랜을 가정하여 모의실험하였다.
하지만, 노드 밀도가 낮고 충분한 수의 인터페이스가 존재하는 변화가 거의 없는 네트워크 환경에서는 고정된 채널 할당이 단순하지만 바람직하며 견고한 방식이 될 것이다. 본 연구의 모의실험에서는 후자의 방식을 가정한다.
11g 메쉬 단말을 1대에서 5대 까지 늘려가며 모의실험 한다. 각 단말은 하나의 VoIP호를 생 성 하는 것으로 가정 한다. 각 호는 게 이 트웨 이를 거 쳐메쉬 단말과 인터넷 사이에 개설된다.
이는 1바이트/ms에 해당되는데, 보통 10~100ms 범위의 주기로 패킷화된다. 본 실험에서는 패킷 크기에 따른 성 능변화를 살피 기 위해 20 ms와 50 ms 주기 의 패킷화를 가정하였다. 즉, 20과 50 ms 주기 마다 각각 20과 50 바이트 페이로드가 발생하며, 이들은 40 바이트의 IP/UDP/RTP 헤더와 더해져 각각 60, 90 바이트 패킷이 된다.
제안 방법
메쉬 무선랜은 초고속 인터 넷 접속, 멀티 미디어 응용 지원 등 다양한 응용 및 서비스를 제공할 것으로 기 대된다. 그 중에서도 VoIP 서 비스는 메쉬 무선랜의 킬러 응용이 될 것으로 예측되고 있어, 본 연구에서 도 메 쉬 무선랜의 성 능 분석을 VoIP 응용을 대상으로 모의실험 하였다.
11 계열MAC프로토콜이 재검토 되고 있다. 본 연구에서는 라우팅 프로토콜의 영향을 배제하고 802.11 MAC 프로토콜의 성 능이 부각될 수 있도록 선 형 토폴로지를 선택하였다.
메쉬 라우터의 상향과 하향 및 인접 홉 간에는 각각 서로 다른 채널을 할당함으로써 상호 전파 간섭 이 일어나지 않도록 하였다. 인접한802.11g 무선랜 간에도 서로 다른 채널을 사용하여 간섭이 일어나지 않도록 하였다. 외부 인터넷과 유선으로 연결되는 홉 1에 위치한 메쉬 라우터는 두 개의 무선 인터페이스 외에 하나의 유선 인터페이스를 갖는다.
따라서, 하나의 패킷에 실리는 음성 페이로드를 크게 하면 성능을 향상시 킬 수 있다. 다음은 실제로 음성 페 이 로드를 50 바이트로 증가 하였을 때의 성능 개선을 살펴본다.
모의실험은 멀티 인터페 이스용으로 확장된 ns-2를 사용하여 리눅스 시스템에서 수행하였다 [8]. 이는 ns-2.
대상 데이터
성능모의실험을위 한네트워크토폴로지는그림 2 와 같이 5대의 메쉬 라우터 (MRi, i=l, ..., 5)가 선형으로 연결된 기본적인 토폴로지를 선택하였다. 선형 토폴로지는 간단하지만, 임의의 형상을 갖는 일반적인 망토 폴로 지의 성능을 추정해 볼 수 있는 기본 단위망이며, 라우팅 영향을 배제한 상태의 네트워크성능을고찰할 수 있는 장점을 갖는다.
다양한 부하가 인가되었을 때의 성능을 살피기 위해, 각 메쉬 라우터마다 802.11g 메쉬 단말을 1대에서 5대 까지 늘려가며 모의실험 한다. 각 단말은 하나의 VoIP호를 생 성 하는 것으로 가정 한다.
이론/모형
1b9a를 기본으로 하여 멀티 무선 인터페이스가 가능하도록 뉴욕주립대에서 확장된 것이다. 음성 트래픽의 발생은 CBR 트래픽을사용하였다.
성능/효과
08% 이하로 유지되어야 한다. 시뮬레이션을 통해 단말이 4대 로 증가할 때까지 상향/하향 패 킷 손실율은 모두 기준치 이하를 유지 한 것을 확인하였다. 그림 7은 단말의 수를 5대로 증가시 켰을 때, 상향 및 하향 패킷 손실율을 보인다.
분석결과, 메쉬 라우터의 홉 위치에 따라 음성 패킷 지연에 있어 불공평성이 존재함을 확인하였다. 이 불공평성은 선형이 아닌 임의의 토폴로지에서도 존재할 것이다.
후속연구
1 la/g 프로토콜 기반 메쉬 무선랜의 성능을 분석하고자 한다. 메쉬 무선랜은 초고속 인터 넷 접속, 멀티 미디어 응용 지원 등 다양한 응용 및 서비스를 제공할 것으로 기 대된다. 그 중에서도 VoIP 서 비스는 메쉬 무선랜의 킬러 응용이 될 것으로 예측되고 있어, 본 연구에서 도 메 쉬 무선랜의 성 능 분석을 VoIP 응용을 대상으로 모의실험 하였다.
또한, 음성 패킷의 페이로드 크기를 20ms 에서 50ms로 증가시킬 때 수용 가능한 호의 수가5에서 20으로 증가하지 만, 이는 기 대치 에 못 미치는 결과이 다. 멀티 인터페이스를 사용했음에도 네트워크의 호 수용용량을 충분히 달성치 못한것은기존 MAC 프로토콜 사용이 더 큰 병목임을 말해주며 멀티 홉 메쉬망에 그대로 적용되 었을 때의 한계를 드러 낸 것으로, 기존 프로토콜의 개선이나 새로운 프로토콜의 개발이 필요함을 암시한다.
참고문헌 (9)
I. F. Akyldiz and et. al., "A Survey on Wireless Mesh Networks," IEEE Radio Communications., pp S23-S30, Sep., 2005
S. M. Faccin and et. al., "Mesh WLAN Networks: Concept and System Design," IEEE Wireless Mag., pp 10-17, Apr., 2006
V. Jain et al., "A Cross Layer MAC with Explicit Synchronization through Intelligent Feedback for Multiple Beam Antennas," Proc. IEEE GLOBECOM, pp 3196-3200, 2005
S. Liese, D. Wu, and P. Mohapatra, "Experimental Characterization of an 802.11b Wireless Mesh Network," UC Davis Comp. Sci. Dept. tech. rep
P. Kyasanur and N. H. Vaidya, "Routing and Interface Assignment in Multi-Channel Multi-Interface Wireless Networks," IEEE WCNC, New Orleans, LA, pp2051-2056, Mar. 2005
K. Ramachandran et al., "Interference-Aware Channel Assignment in Multi-Radio Wireless Mesh Networks," IEEE INFOCOM, pp 1-12, 2006
ITU-T Recommendation G.729, "Coding of Speech at 8 kbits Using Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction (CS-ACELP)," Mar., 1996
"Hyacinth: An IEEE 802.11-based Multi-channel Wireless Network," http://www.ecsl. cs.sunysb.edu/multichannel
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