[논문]무선 랜 환경에서 TCP Flow의 성능향상을 위한 MAC계층과 TCP계층의 연동기법

김재훈; 정규민; 정광수

무선 랜 환경에서 TCP Flow의 성능향상을 위한 MAC계층과 TCP계층의 연동기법
Interaction TCP and MAC-layer to Improve TCP Flow Performance over WLANs 원문보기

김재훈 (광운대학교 전자공학부 컴퓨터통신연구실) , 정규민 (광운대학교 전자공학부 컴퓨터통신연구실) , 정광수 (광운대학교 전자공학부 컴퓨터통신연구실)

Snoop 프로토콜은 유 무선 혼합망에서 무선 링크에서 발생하는 TCP 패킷 손실을 효과적으로 보상하여 TCP 전송률을 향상시킬 수 있는 효율적인 프로토콜이다. 하지만, 무선 링크에서 연집한 패킷 손실이 발생하는 경우에는 지역 재전송을 효과적으로 수행하지 못하여 전송 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 본 논문에서는 Snoop 프로토콜의 이러한 문제점을 개선하기위해 MAC 계층의 재전송 메커니즘인 Stop &Wait ARQ 기법을 기반으로 하는 $A^2Snoop$ (ARQ Assistance Snoop) 프로토콜을 제안한다. $A^2Snoop$ 프로토콜은 현재 유 무선 혼합망에서 가장 널리 사용되는 IEEE 802.11 MAC 프로토콜 기반의 지역 재전송 메커니즘으로서, MAC 계층의 ARQ 기법과 TCP의 혼잡제어 메커니즘의 연동을 통해 효율적인 재전송을 수행한다. ns-2 시뮬레이터를 이용한 실험을 통해 $A^2Snoop$의 지역 재전송 기법은 무선 구간의 연집적인 패킷 손실에 대해 효율적인 보상을 수행하며, 전송률을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 새롭게 A2Snoop에서 제안하는 기법인 계층 간의 상호작용과 재 전송 타이 머 산출방법 및 Retry Limit의 조절 방법에 대해서만 언급하고자 한다.
본 논문에서는 IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 ARQ 기법과 TCP의 지역 재전송 기법의 연동을 통한 효율적인 지역 재전송기법을 제안한다.
본 논문에서는 MAC-layer LDA와 SNACK이 가지는 문제점을 분석하고, 이를 해결하기위해 MAC 계층과 전송 계층의 연동을 통해 재전송을 수행하는 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 빠른 재전송을 수행하고, 기존 프로토콜의 문제점을 해결하였다.

제안 방법

A2Snoope 기존의 MAC 계층 및 전송 계층의 재전송 문제점을 해결하기 위해서 무선구간의 TCP 패킷의 처리시간을 기반으로 재전송 타이머를 설정하고, MAC 프레임의 처리 시간을 기반으로 Retry Limit 값을 효율적으로 조절하여, 다른 Flow의 전송률 저하를 방지한다.
MAC 계층은 무선구간의 손실을 가장 빠르게 판단할 수 있는 계층이다. 그러므로 A2Snoope 패킷 전송 관련 정보를 A2Snoop Agent에 빠르게 통보하고 현재의 채널 상태와 다른 Flow의 유/무에 따라 Retry Limit값을 재설정하기 위해서 MAC 계층의 ARQ 기법에 ARQ-interface를 추가하였다. 패킷 전송관련 정보의 통보를 위해서 ARQ-interface에 다음과 같은 2가지 이벤트를 아래와 같이 정의한다.
나타낸 것이다. 기존의 재전송 문제점을 개선하기 위해 그림 2에서 보는 바와 같이 각 시스템에 재전송 기능을 담당하는 A2Snoop Agent(IP 계층)와 패킷의 전송 정보를 담당하는 ARQ interface를 추가하였다. 그림 5와 같은 시스템 아키텍처가 가지는 장점은 기존의 지역 재전송 기법과 달리 표준화된 전송 메커니즘의 수정이 불필요하며, 손실된 패킷을 복구하는 과정에서 BS와 MH가 자신의 ARQ 정보를 이용하여 채널 상태를 판단하고, 독립적으로 지역 재전송을 수행함으로써 전송 방향에 관계없이 효율적인 전송 성능향상을 기대 할 수 있다[5].
기본적인 동작 방법은 Snoop프로토콜과 유사하다. 단, 무선 구간의 Burst Loss 를 빠르게 복구하기 위해 ACK 패킷의 헤더에 SACK과 유사한 SNACK 옵션을 사용하여 한 Local-RTT안에 손실된 모든 패킷을 재전송 하는 방법을 사용한다. 그림 1은 SNACK 프로토콜의 MH(Mobile Host)에서 FH(Fixed Host)로 데이터 전송과 FH에서 MH로 데이터를 전송하는 과정을 그림으로 나타낸 것이다.
또한, A2Snoope 무선 채널의 상태에 따라 Retry Limit 값을 조절하기 위해서 MAC 프레임의 처리시간을 기준으로 한다. 이는 프레임의 전송이 원활이 이루어지고 있을 경우에 소모되는 패킷의 처리 시간은 다른 Flow의 전송 시간 지연에 영향을 주지 않는 최소 단위이기 때문이다.
본 장에서는 새로이 제안한 A2Snoop 프로토콜의 성능 평가를 위해 무선 구간의 연집적인 패킷 손실이 발생하는 유, 무선혼합 망에서 전송 성능 및 이동 단말의 에너지 효율성 실험을 LBNL(Lawrence Berkely National Laboratory)의 ns-2(network simulator)를 사용하여 수행하였고, 기존의 지역 재전송 메커니즘인 SNACK 메커니즘, MAC-layer LDA와 비교, 평가 하였다[7].
11b의 기본 값을 사용하였다. 성능 평가를 위해 채널 오류에 의한 연집적인 패킷 손실률을 0%~10%로 각각 나누어 실험 하며, 실험환경에서 2개의 Flow는 총 60초 동안 1Kbytes 크기의 패킷을 계속적으로 전송한다.
손실된 패킷을 효율적으로 복구하기 위해서 A2Snoope 전송계층에서 사용되는 RTO(Retransmission Timeout) 계산 방법과 유사하게 Wrtt를 기반으로 무선구간의 RTO(WRtq)를 산출 한다. Wrt。는 A2Snoop agent가 ARQ-interface로부터 Channel-On 이벤트를 수신한 경우 계속해서 새롭게 갱신되며, 산출 과정은 식 (3)와 같다.

성능/효과

그림 10에서 알 수 있듯이 SNACK 메커니즘에 비해 빠른 지역 재전송을 수행하고 무선 구간의 연속된 패킷 손실구간에서 ACK 패킷의 손실에 영향을 받지 않는 A2Snoop 프로토콜의 성능이 전반적으로 높은 전송률을 보이는 것을 확인할 수 있다. 또한, MAC니ayer LDA는 단순히 Retry Limit 값을 기본 값에서 18개 까지 증가시키므로, 연집 손실률이 높음 환경에서는 효율적인 복구가 이루어지지 않는것을 확인할 수 있었다.
발생한다. 따라서 본 절에서는 전송 에러에 의해 패킷 손실이 발생하는 무선 채널을 가진 유, 무선 혼합망에서 A2Snoop 프로토콜의 성능 평가를 위해 SNACK 메커니즘, MAC-layer LDA와 전송 성능 및 이동 단말의 에너지 효율을 비교하였으며, 결과를 통해 A2Snoop 프로토콜이 기존의 연구에 비해 유, 무선 혼합망에서 더 효율적으로 동작한다는 것을 확인 하였다.
그림 10에서 알 수 있듯이 SNACK 메커니즘에 비해 빠른 지역 재전송을 수행하고 무선 구간의 연속된 패킷 손실구간에서 ACK 패킷의 손실에 영향을 받지 않는 A2Snoop 프로토콜의 성능이 전반적으로 높은 전송률을 보이는 것을 확인할 수 있다. 또한, MAC니ayer LDA는 단순히 Retry Limit 값을 기본 값에서 18개 까지 증가시키므로, 연집 손실률이 높음 환경에서는 효율적인 복구가 이루어지지 않는것을 확인할 수 있었다.
통해 재전송을 수행하는 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 빠른 재전송을 수행하고, 기존 프로토콜의 문제점을 해결하였다.
첫 번째는 기존의 Snoop 프로토콜과 같이 전송계층의 중복 ACK에 의한 재전송 기법이라는 점이다. 전송 손실율이 높은 무선구간에서 ACK 패킷의 손실로 인한 재전송 시간의 지연은 TCP의 타임아웃을 유발하여 성능 저하를 가져올 수 있다.

후속연구

향후에는 기존 재전송 프로토콜의 또 다른 취약점인 BS의 버 퍼관리 및 WPAN(Wireless Personal Area Network)과 같은 다른 네트워크 환경에 대해서도 고려할 것이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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