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문제 정의
- Wifi는 설치가 용이하고 그 비용이 저렴하다는 장점 때문에, 광범위하게 설치 및 사용되어 왔다. 본 논문에서 우리는 Wifi의 속도를 극대화하기 위한, 휴대폰 애플리케이션 (WiSMax)을 개발한다. WiSMax는 주기적으로 사용가능한 AP들의 신호세기를 수집하여 가장 좋은 AP를 추천 및 연결함으로서 휴대폰의 Wifi 속도를 향상 시킨다.
가설 설정
- 이러한 Wifi 통신은 다음과 같은 큰 장점이 있다. 첫째 데이터 전송 속도가 빠르다는 것이다 (b: 11Mbps, a, g: 54Mbps, n: 150 ~ 600Mbps) [2]. 둘째 AP의 설치가 수월하고, 설치하는데 드는 비용이 저렴하다.
제안 방법
- 첫 번째, 주변 AP들의 평균 세기 비교는 AP스캐닝을 통하여 기기 주변 AP의 메타정보를 가져오며 시작된다. AP의 메타정보 중 이름 과 세기를 가져와서 비교하며 해당 AP의 세기 값을 계산한다. 계속적인 AP스캐닝을 하여 검출된 정보를 가지고 현재 실시간 세기의 변화를볼 수 있게 한다.
- 본 실험에 앞서 Wifi의 신호의 세기가 약해지는 이유에 대해 알아보고자 가장 큰 원인으로 손꼽 히는 두 가지 요인인 AP와 사용자 간의 거리차이, AP와 거리는 동일하나 층별의 차이에 대한 실험을 진행하였다. 두 가지 실험으로 Wifi의 신호 세기가 약해지는 원인에 대해 파악하고, 본 실험인 WiSMax를 사용한 경우와 기존 IEEE802.11기반 AP 접속방식을 사용한 경우에 대한 각각의 다운로드 속도 및 신호 세기의 변화에 대한 실험을 진행한다.
- 계속적인 AP스캐닝을 하여 검출된 정보를 가지고 현재 실시간 세기의 변화를볼 수 있게 한다. 또한 해당 AP의 평균값을 시간의 흐름에 따라 실시간으로 계산하여 주변 AP의 세기와 평균 세기 모두 비교해 볼 수 있게 한다.
- 성능테스트를 위하여 대용 무선기기 사용자들이 흔히 Wifi를 사용하는 장소인 명동 스타벅스 커피숍에서 테스트를 진행하였다. 랩탑 MacBook Pro 두 대에 알FTP 프로그램을 사용하여 Wifi 채널의 다운로드 속도를 측정하였고, SAMSUNG GALAXY Note 3에 WiSMax의 데모 애플리케이션을 사용하여 Wifi 채널의 신호 세기를 측정하였다. 테스트 방법은 똑같은 크기의 1G 용량의 파일을 다운로드 하는 조건으로 WiSMax를 사용한 경우와 기존 IEEE802.
- 본 실험에 앞서 Wifi의 신호의 세기가 약해지는 이유에 대해 알아보고자 가장 큰 원인으로 손꼽 히는 두 가지 요인인 AP와 사용자 간의 거리차이, AP와 거리는 동일하나 층별의 차이에 대한 실험을 진행하였다. 두 가지 실험으로 Wifi의 신호 세기가 약해지는 원인에 대해 파악하고, 본 실험인 WiSMax를 사용한 경우와 기존 IEEE802.
- 본 장에서는 현재 스마트폰에서 사용되는 AP접속 방식과 그 방식의 문제점을 기술하고, AP 세기 정보 관련 연구들을 조사 및 분석하여, 문제점을 해결하기 위해 필요한 주요 기능들을 탐구한다.
- 성능테스트를 위하여 대용 무선기기 사용자들이 흔히 Wifi를 사용하는 장소인 명동 스타벅스 커피숍에서 테스트를 진행하였다. 랩탑 MacBook Pro 두 대에 알FTP 프로그램을 사용하여 Wifi 채널의 다운로드 속도를 측정하였고, SAMSUNG GALAXY Note 3에 WiSMax의 데모 애플리케이션을 사용하여 Wifi 채널의 신호 세기를 측정하였다.
- Wifi의 측정 속도와 연결 상태를 확인하고자 사용하는 애플리케이션으로 대표적인 것은 BENCHBEE [5], inSSIDer [6], Wifi analyzer [7], Wifi & Mobile Network Speed [8] 와 와이파이 신호 분석기 관리자 [9]가 있다. 이 애플리케이션들을 Wifi 리스트, Wifi 신호 세기 측정, 추천 및 연결, 새로고침 순의 중점 이슈로 살펴본다.
- 이러한 문제점을 극복하기 위하여 사용자의 위치에서 주변 AP에 대한 메타정보를 수집하여 통계를 내는 방법을 사용한다. 이 후 주기 T 마다 세기가 강한 AP를 추천하여 연결가능 하도록 한다. 두 단계를 거쳐 이루어지는 알고리즘을 나누어 설명한다.
- 본 논문에서 문제점으로 지적한 현재 AP연결 알고리즘은 연결된 AP의 신호 값이 0이 될 때까지 계속하여 연결되어있는 것이다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 사용자의 위치에서 주변 AP에 대한 메타정보를 수집하여 통계를 내는 방법을 사용한다. 이 후 주기 T 마다 세기가 강한 AP를 추천하여 연결가능 하도록 한다.
- 우리는 앞서 살펴본 애플리케이션들과는 다르게, 우리의 애플리케이션은 주변 Wifi 리스트들을 보여주고 각각의 AP의 신호 세기를 주기적으로 측정한다. 측정 결과를 바탕으로 현재 사용자에게 최적의 Wifi 채널을 추천하고 자동으로 그 연결을 변경한다.
- 랩탑 MacBook Pro 두 대에 알FTP 프로그램을 사용하여 Wifi 채널의 다운로드 속도를 측정하였고, SAMSUNG GALAXY Note 3에 WiSMax의 데모 애플리케이션을 사용하여 Wifi 채널의 신호 세기를 측정하였다. 테스트 방법은 똑같은 크기의 1G 용량의 파일을 다운로드 하는 조건으로 WiSMax를 사용한 경우와 기존 IEEE802.11기반 AP 접속방식을 사용하였을 경우에 대하여 각각 다운로드 속도의 변화 및 신호 세기의 변화를 측정하였다. 이와 같은 실험을 3회 반복하여 진행했다
성능/효과
- 11기반 AP 접속 방식을 사용하였을 경우보다 평균적으로 17초 빠르게 받아지는 것으로 나타난다. 결과적으로 Fig. 6, Fig. 7 의 그래프와 같이, AP를 바꿀 때 신호의 세기 및 다운로드 속도가 거의 0에 가깝게 되는 것을 볼 수 있다. 하지만 전체적인 다운로드 시간, 속도를 확인 하였을 때 AP를 바꾸지 않은 것보다 빠르다는 결과가 보여 진다.
- 7는 WiSMax의사용 유/무에 따른 다운로드 속도의 변화를 보여준다. 동일한 크기의 파일 다운로드 받을 때 WiSMax를 사용하면 기존 IEEE802.11기반 AP 접속 방식을 사용하였을 경우보다 평균적으로 17초 빠르게 받아지는 것으로 나타난다. 결과적으로 Fig.
- 첫째 데이터 전송 속도가 빠르다는 것이다 (b: 11Mbps, a, g: 54Mbps, n: 150 ~ 600Mbps) [2]. 둘째 AP의 설치가 수월하고, 설치하는데 드는 비용이 저렴하다. 이러한 장점으로 Wifi의 보급이 폭발적으로 증가해 왔으며, 그 결과 사람들은 집과 직장은 물론 카페, 버스나 지하철과 같은 대중교통, 음식점 등에서 편리하게 무선 통신을 사용할 수 있게 되었다 [3, 4].
- 실험 결과 같은 1G 파일을 다운로드 하는데 AP와 사용자 간의 거리가 2m일 때가 10m 일 때보다 16초 빠르게 다운을 받고, 신호 세기의 변화 역시 평균 10dBm 높았다. 또한 AP와 사용자 사이에 장애물이 존재할 경우 장애물이 없을 때 67초 더 빠르게 다운로드하며, 신호의 세기 역시 평균 20dBm 높게 나타났다. 마지막 실험으로 WiSMax와 기존 AP 접속방식을 비교하는 실험에서 WiSMax를 사용한 경우 기존 AP 접속방식 보다 12초 빠르게 다운로드 하고, 평균 5dBm 높게 나오는 결과를 얻었다.
- 4는 AP와 사용자와의 거리가 2m 일 때가 10m일 때 같은 1G 파일을 다운로드하는데 16초 빠르게 다운받아진 것을 볼 수 있다. 또한 신호 세기의 변화 역시 AP와 사용자 간의 거리가 2m일 때가 10m 일 때보다 평균적으로 10dBm 좋은 것을 볼 수 있다. 위 실험으로 AP와 사용자 간의 거리가 가까우면 신호의 세기가 강해지고, 신호의 세기가 강해 지면 다운로드 속도가 빨라지는 것을 증명하였다.
- 분석결과 BENCHBEE 애플리케이션은 현재 연결된 Wifi의 신호 세기만 측정하는 애플리케이션이기 때문에 주변 연결 가능한 모든 Wifi 리스트를 보여주지 못하지만, BENCHBEE를 제외한 나머지 애플리케이션에서는 주변 Wifi 리스트를 보여준다. 또한, 모든 애플리케이션에서 Wifi 신호 세기 측정이 가능하고, inSSIDer, Wifi anlayzer, 와이파이 신호 분석기 관리자에서는 측정된 Wifi 신호 세기로 가장 좋은 Wifi channel을 추천해주는 기능이 있다. 또한, Wifi 신호의 세기에 따라 연결이 가능하거나 연결이 되지 않을 경우에 대비한 새로 고침 기능이 inSSIDer 애플리케이션에서만 가능하였다.
- 또한 AP와 사용자 사이에 장애물이 존재할 경우 장애물이 없을 때 67초 더 빠르게 다운로드하며, 신호의 세기 역시 평균 20dBm 높게 나타났다. 마지막 실험으로 WiSMax와 기존 AP 접속방식을 비교하는 실험에서 WiSMax를 사용한 경우 기존 AP 접속방식 보다 12초 빠르게 다운로드 하고, 평균 5dBm 높게 나오는 결과를 얻었다. 이는 WiSMax가 기존 휴대폰에서 사용 중인 Wifi 연결 알고리즘에 비해 더 빠른 속도의 Wifi연결을 제공하는 것을 보여 준다.
- WiSMax를 사용한 경우 WiSMax를 사용하지 않은 경우보다 다운로드를 12초 빨리 끝나는 것을볼 수 있다. 신호의 세기 역시 기존 연결된 Wifi보다 신호의 세기가 좋은 Wifi로 연결된 시점인 42초 이후로는 WiSMax를 사용한 것이 평균적으로 5dBm 높은 것을 볼 수 있다. Fig.
- 5과 같은 결과를 보여준다. 실험 결과 1층 AP를 연결한 후 다운로드 한 것이 2층 AP를 연결한 후 다운로드 한 것 보다 67초 더 빠른 것으로 나타났다. 신호의 세기 역시 1층 AP가 2층 AP보다 평균적으로 20dBm 높게 나타났다.
- WiSMax는 주기적으로 사용가능한 AP들의 신호세기를 수집하여 가장 좋은 AP를 추천 및 연결함으로서 휴대폰의 Wifi 속도를 향상 시킨다. 실험 결과 같은 1G 파일을 다운로드 하는데 AP와 사용자 간의 거리가 2m일 때가 10m 일 때보다 16초 빠르게 다운을 받고, 신호 세기의 변화 역시 평균 10dBm 높았다. 또한 AP와 사용자 사이에 장애물이 존재할 경우 장애물이 없을 때 67초 더 빠르게 다운로드하며, 신호의 세기 역시 평균 20dBm 높게 나타났다.
- Wifi의 속도를 극대화하기 위해, WiSMax는 스마트폰으로부터 사용가능한 AP들의 신호를 주기적으로 확인하여, 현재 연결 중인 AP의 세기보다 더 강한 AP가 있으면, 그 AP로 스마트폰의 Wifi 연결을 바꿔 준다. 실험 결과는 WiSMax를 실행 중인 휴대폰이 WiSMax가 없는 휴대폰 보다 더 빠르고 안정적인 Wifi 속도를 제공 한다는 것을 잘 보여 준다.
- 또한 신호 세기의 변화 역시 AP와 사용자 간의 거리가 2m일 때가 10m 일 때보다 평균적으로 10dBm 좋은 것을 볼 수 있다. 위 실험으로 AP와 사용자 간의 거리가 가까우면 신호의 세기가 강해지고, 신호의 세기가 강해 지면 다운로드 속도가 빨라지는 것을 증명하였다. 이를 통해 WiFi 연결 알고리즘이 가까운 AP를 우선적으로 연결하게 되는 것 역시 알 수 있다.
- AP 스캐닝을 하여 T 동안 AP들의 세기 정보를 모으게 된다. 이 알고리즘을 통해, 주기를 지정하고 지정된 시간에 AP를 변경하면 주변 AP들 중가장 안정적인 AP와 연결 가능하다.
- 이는 사용자 수의 차이, AP와 단말기 간의 거리의 차이, 장애물 등의 요인으로 들 수 있다. 이러한 요인들에 의해 위의 실험은 시간에 따라 가장 강한 신호를 가진 Wifi AP가 다르다는 것을 명확히 보여 준다. 이렇듯 여러 가지 요인에 따라 Wifi의 신호의 세기는 강하기도하고, 약해지기도 한다.
- 7 의 그래프와 같이, AP를 바꿀 때 신호의 세기 및 다운로드 속도가 거의 0에 가깝게 되는 것을 볼 수 있다. 하지만 전체적인 다운로드 시간, 속도를 확인 하였을 때 AP를 바꾸지 않은 것보다 빠르다는 결과가 보여 진다. 또한 처음 연결된 AP의 연결가능 범위를 벗어나지 않고 연결 가능 범위 안에서 이동을 하였기 때문에, 처음 AP 신호의 세기가 0이 되지 않고, 다른 AP와 연결을 하였다.
후속연구
- 이러한 이유 때문에 대용 무선기기 사용자들은 처음 연결된 AP 신호의 세기가약해졌음에도 불구하고 계속 그 AP를 사용하게 되므로 인터넷 접속이 불안정하거나 속도가 느려지게 되어, 불편함을 느끼게 되는 것이다. 만약 사용 가능한 Wifi AP들의 신호를 주기적으로 확인하여, 가장 강한 신호를 가진 Wifi AP로 연결을 바꿔줄 수 있다면, Wifi의 속도를 극대화 할 수 있을 것이다. 즉 이러한 알고리즘을 가진 Wifi AP 연결 애플리케이션을 개발하여 사용한다면, 그림 1과 같은 환경에서 굵은색 선인 "our goal"로 표시했듯이 사용자는 가장 신호가 강한 AP와의 연결을 항상 갖게 되어 최적의 Wifi AP 연결 속도를 보장 받을 수 있을 것으로 기대 된다.
- 이는 WiSMax가 기존 휴대폰에서 사용 중인 Wifi 연결 알고리즘에 비해 더 빠른 속도의 Wifi연결을 제공하는 것을 보여 준다. 이와 같은 결과를 바탕으로 WiSMax와 함께, 사용자들은 최상의 Wifi 연결 환경을 제공받을 수 있을 것으로 믿는다.
- 즉 이러한 알고리즘을 가진 Wifi AP 연결 애플리케이션을 개발하여 사용한다면, 그림 1과 같은 환경에서 굵은색 선인 "our goal"로 표시했듯이 사용자는 가장 신호가 강한 AP와의 연결을 항상 갖게 되어 최적의 Wifi AP 연결 속도를 보장 받을 수 있을 것으로 기대 된다.
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