IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS 355 IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS (TAS: TCP-Aware Sub-layer over IEEE 802.11-based wireless LANs) 최낙중 정하경 류지호 (Nakjung Choi) (Hakyung Jung) (Jiho Ryu) 석용호 최양희 권태경 (Yongho Seok) (Yanghee Choi) (Taekyoung Kwon) 요약본논문은 IEEE 802.11 기반무선랜환경에서 TCP 성능을향상시키기위한새로운분할 TCP 기법을소개한다. IEEE 802.11 기반무선랜환경에서는유선환경과는달리 TCP 데이타흐름 (flow) 이많은데이타를보내려고시도하지않기때문에 TCP 데이타흐름성능저하의주요한원인이된다. 본논문에서는이런문제를완화하여 TCP 데이타흐름의성능을향상시키기위한 TAS (TCP-Aware Sub-layer) 기법을제안한다. TAS 기법은하나의 TCP 데이타흐름을 AP 등의분할지점을기점으로두개의 TCP 데이타흐름으로나누는기존의분할연결 (split-connection) 기법을확장한개념이다. TAS 를기반으로동작하는무선노드는실제로 TCP ACK 을수신하는것이아니라, 수신된 MAC ACK 을이용하여 TCP ACK 을에뮬레이션한다. NS2 모의실험을통하여제안된기법인 TAS 기법의성능을기존 TCP 기법, I-TCP (Indirect TCP) 기법의성능과비교하였으며모의실험결과는 TAS 기법이다른기법들에비하여시간당처리량과자원할당의형평성측면에서더좋은성능을보인다는것을증명한다. 또한절전모드의경우, 전송지연시간도줄일수있다. 키워드 : 분할연결, IEEE 802.11, TCP, 데이타흐름제어, 혼잡제어, 형평성 Abstract This paper introduces a new split-tcp approach for improving TCP performance over IEEE 802.11-based wireless LANs. TCP over wireless LANs differently from wired networks is not aggressive, which is a fundamental reason for poor performance. Therefore, we propose TAS (TCP-Aware Sub-layer) to migigate this problem. Our scheme extends the split-connection approach that divides a connection into two different connections at a split point such as an access point (AP). Using TAS, a wireless node emulates TCP ACK packets using MAC ACK frames, instead of receiving real TCP ACK packets. We compared TAS with both normal TCP and I-TCP (Indirect TCP) by NS2 simulation. Results show that TAS achieves higher throughput, more fair resource allocation and, in power-saving mode, shorter delays. Key words : split-connection, IEEE 802.11, TCP, flow control, congestion control,fairness 학생회원 : 정회원 : 종신회원 : 정회원 : 논문접수 : 심사완료 : 서울대학교전기컴퓨터공학부 fomula@mmlab.snu.ac.kr hkjung@mmlab.snu.ac.kr jhryu@mmlab.snu.ac.kr 서울대학교전기컴퓨터공학부 yhseok@mmlab.snu.ac.kr 서울대학교전기컴퓨터공학부교수 yhchoi@mmlab.snu.ac.kr 서울대학교전기컴퓨터공학부교수 tk@mmlab.snu.ac.kr 2005년 12월 1일 2006년 5월 25일 1. 서론 TCP(Transmission Control Protocol) 는 ACK (Acknowledgement) 메커니즘를통해신뢰성있는스트림서비스를제공하기위한전송계층프로토콜로서현재인터넷에서가장널리사용되고있는프로토콜중하나이다. 그러나 TCP는초창기유선망에적합하도록설계되었기때문에무선환경에서는최적의성능을달성할수없다는것이이미알려져있다. 이것은 TCP 데이타흐름
356 정보과학회논문지 : 정보통신제 33 권제 5 호 (2006.10) (flow) 이모든패킷손실을네트워크혼잡 (congestion) 에의한것이라고가정하고보내는데이타량을조절하지만, 무선환경에서는무선채널에러에의한패킷손실도발생하기때문이다. TCP 데이타흐름은이를구별할수가없기때문에모든패킷손실을네트워크혼잡으로간주하여데이타흐름및혼잡제어알고리즘에의해서 TCP 데이타흐름의성능저하가발생한다. 이러한문제를해결하기위해분할 TCP(split-TCP), 지역적인재전송 (local retransmission), FEC(Forward Error Correction) 와같은다양한기법들이연구되었다. 그러나제안된기법들은일반적인무선네트워크가아닌 IEEE 802.11 기반무선랜환경에적용하였을때는만족할만한성능향상을보여주지못한다. 이것은 IEEE 802.11 링크계층이자체적으로손실된프레임에대한재전송을수행하기때문에전송계층의입장에서는대부분의패킷이성공적으로전송되기때문이다. 따라서최근들어무선랜환경에서 TCP 데이타흐름성능저하를완화하고향상시키기위한연구들이진행되고있다. 무선랜환경에초점을맞추고있는최근연구들이제안하는대부분의해결책은링크계층프로토콜이나전송계층프로토콜을수정하는기법으로, 전송무선노드간의형평성이나업로딩 TCP 데이타흐름과다운로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성측면에서는성능향상을보이지만 TCP 데이타흐름자체의처리량은크게향상시키지못하는한계가있다. IEEE 802.11 기반무선랜에서나타나는 TCP 데이타흐름성능저하의근본적인원인은전송계층에서는전송할데이타가있지만링크계층에서는전송할데이타가없는경우가발생하기때문이다. 이러한현상은 TCP 데이타흐름및혼잡제어알고리즘과모든무선노드에게동일한무선채널접근기회를부여하는 IEEE 802.11 링크계층의특성이결합하여발생하게된다. 이런 TCP 데이타흐름성능저하문제는링크계층프로토콜과전송계층프로토콜의중복된기능으로인하여더욱심각해진다. 즉, 중복된기능수행을위한불필요한전송으로인하여프레임사이에더많은충돌이발생하게되고, 실제필요한프레임전송이실패하는상황이발생하게되어더욱 TCP 데이타흐름성능저하를가속화시키게된다. 이런근본적인문제가해결되어야지만 IEEE 802.11 기반무선랜환경에서의 TCP 데이타흐름성능저하를막고, 궁극적으로 TCP 데이타흐름의성능을향상시킬수있을것이다. 또한절전모드 (PSM: Power Saving Mode) 인경우, 무선구간의패킷전송지연시간증가가 TCP 데이타흐름의심각한성능저하를야기한다는것이널리알려져있다. 본논문에서는앞서지적한문제들을해결할뿐만아니라 동시에절전모드무선랜환경에서도 TCP 데이타흐름의성능향상을가져올수있는기법을제안한다. 본논문은다음과같이구성되어있다. 2장에서는 TCP 데이타흐름성능향상과관련된기존관련연구들이지적하고있는문제점과해결책을처리량과형평성측면으로나누어살펴보고, 기존관련연구의한계점을지적한다. 3장에서는 IEEEE 802.11 기반무선랜환경에서의 TCP 성능저하원인을규명하고, 이런문제를해결하기위하여 TAS(TCP-Aware Sub-layer) 기법을 4 장에서기술하고, 제안된기법을실제구현및적용할때발생하는몇가지이슈및해결책도간략히언급한다. 5장에서는모의실험을통하여제안된기법의성능평가를수행하고, 마지막으로 6장에서결론을맺는다. 2. 관련연구본장에서는무선망에서의 TCP 성능향상을위한관련연구들을 TCP 데이타흐름처리량향상과 TCP 데이타흐름형평성향상측면으로나누어살펴본다. 기존관련연구들의장단점을파악하여본논문에서해결하려고하는새로운문제점을정의한다. 2.1 IEEE 802.11 무선랜에서 TCP 데이타흐름처리량향상전통적으로인터넷에서는혼잡및에러제어를상위계층 ( 종단간 ) 에서처리하도록하였으나 IEEE 802.11 무선랜과같이링크계층에서지역적인복구를시도하는경우에는전송계층과링크계층에서동시에재전송을하기에무선링크의대역폭이낭피되는문제점을낳기도한다 [1]. 관련연구 [2] 에서제안하는 TCP 스누핑 (snooping) 기법은 AP 단에 TCP 스누핑에이전트모듈을삽입하여네트워크계층의변형을시도하였다. TCP 스누핑모듈은 AP를통하여이동노드로전송했으나아직 TCP ACK을받지못한 TCP DATA를버퍼에임시로저장한다. 만약중복된 TCP ACK이도착하거나전송계층의타임아웃에의한 TCP DATA 손실이감지되면, TCP 스누핑모듈은버퍼에저장해둔 TCP DATA를무선링크에서지역적 (local) 으로재전송하게된다. 또한 AP가수신한중복된 TCP ACK을전달하지않고버림으로써 TCP 송신측이불필요한빠른재전송 (fast retransmission) 을수행하지않도록할수있다. 관련연구 [3] 은관련연구 [2] 에서제안한 TCP 스누핑기법의변형으로, 관련연구 [2] 와달리 AP에서타임아웃메커니즘을사용하지않고, 수신무선노드가직접재전송을요청하는경우에만지역적재전송을수행하게된다. 이를통해무선망에서일시적으로 TCP 데이타흐름이단절되었을때트래픽이축적되는문제를해결할수있다는장점이있다. 관련연구 [4] 에서는
IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS 357 TCP 데이타흐름이자주단절되는무선환경을위하여 M-TCP 기법이제안되었다. 이기법은전체네트워크를단순한이동노드와하나의셀 (cell) 을담당하는이동지원노드 (MSS: Mobile Support Station), 여러개의이동지원노드를통제하는감시노드 (SH: Supervisor Host) 의 3 계층으로구분하여 AP 간핸드오프발생시이동지원노드사이에서상태정보를교환하는것이아니라상위의감시노드사이에서교환이이루어짐으로써빈번한핸드오프발생시상태정보전송에드는오버헤드를줄일수있는기법이다. 관련연구 [5] 에서는무선채널에러가빈번한무선망에서 TCP 성능향상을위하여분할연결방식 (splitconnection approach) 에기반하여 I-TCP(Indirect TCP) 를제안하였다. 즉, 하나의 TCP 데이타흐름을유선노드부터 AP 사이유선구간과 AP로부터이동노드사이무선구간의두 TCP 데이타흐름으로분할하는것이다. AP가유선구간의 TCP 데이타흐름을통하여유선노드가보낸 TCP DATA를수신하면 AP는 TCP ACK을유선노드에게보내고, 동시에무선구간의 TCP 데이타흐름을통하여 TCP DATA를무선노드에게전달한다. 이기법의장점은무선링크에서발생한전송오류를유선구간의 TCP 송신측은알필요가없다는것이고, 무선구간의 TCP 데이타흐름은유선구간의 TCP 데이타흐름과는독립적으로무선링크에최적화될수있다는것이다. 반면, 종단간연결이라는 TCP 데이타흐름의기본개념을위반한다는단점이존재한다. 예를들면, 실제 TCP 수신측인무선노드가 TCP DATA를수신하기도전에 TCP 송신측인유선노드에게해당 TCP DATA에대응하는 TCP ACK이전달되는경우가발생할수있다. 관련연구 [6] 은무선랜에서 TCP 성능을향상시키기위한최근연구중하나로 DCF+ 기법을제안하였다. IEEE 802.11 DCF 표준은 MAC DATA를전송한무선노드는수신노드로부터 MAC ACK을받아야만한다고규정하고있다. DCF+ 는수신노드의 MAC ACK이 RTS 역할을하고 RTS를수신한송신노드가 CTS로응답하도록하여, 수신노드가즉시송신노드에게데이타를전송할수있도록한다. 즉, 수신노드에서송신노드로의역방향전송을하기위한무선채널경쟁없이즉각적으로전송이가능하게하기때문에성공적인전송을위해필요한시간이줄어드는이득을얻게된다. 이기법은무선노드들이항상서로에게보낼데이타를가지고있고, TCP 데이타흐름의경우에 TCP DATA와 TCP ACK이이에해당된다고가정하고있다. 2.2 IEEE 802.11 무선랜에서 TCP 데이타흐름형평성향상 관련연구 [7] 에서는무선랜환경에서존재하는다양한 TCP 데이타흐름시나리오에대한모의실험결과를바탕으로 TCP 데이타흐름사이의형평성문제를지적하고해결책을제시하고있다. 대표적으로동일한수의업로딩 TCP 데이타흐름과다운로딩 TCP 데이타흐름이존재할경우, 업로딩 TCP 데이타흐름과다운로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성문제를지적하고, 업로딩 TCP 데이타흐름에서 TCP ACK을전송할때 TCP ACK 내의수신가능윈도우 (receiver advertised window) 값을조절하여업로딩 TCP 데이타흐름과다운로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성향상결과를보였다. 또한, 무선채널에러나 TCP 데이타흐름별 RTT 값에의한요인도간과할수없다는점을지적하면서제안한분석을확장할필요가있음을시사하였다. 관련연구 [8] 에서는다운로딩 TCP 데이타흐름과업로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성문제를 AP가무선채널경쟁에서좀더우선순위를가지도록함으로써해결하는방법이제안되었다. 즉, IEEE 802.11 DCF 표준과달리 AP는 DIFS가아닌 PIFS 만큼만기다린후, 백오프메커니즘없이무선채널을획득함으로써다운로딩 TCP 데이타흐름이업로딩 TCP 데이타흐름만큼무선채널을획득할수있도록한다. 관련연구 [9] 와 [10] 에서는무선랜환경에서업로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성문제를지적하고있다. 즉, 여러개의업로딩 TCP 데이타흐름들이존재하는경우, 업링크상의 TCP DATA와다운링크상의 TCP ACK 간의충돌이발생할수있고, 이때 TCP ACK이손실되면이 TCP ACK을받아서다음 TCP DATA를전송해야하는무선노드는큰손해를보게된다는것이다. 그러나실제로는 IEEE 802.11 기반무선랜에서업로딩 TCP 데이타흐름들사이의형평성문제는실제환경에서는발생하지않는다. 이것은업로딩 TCP 데이타흐름을생성하는무선노드가수가늘어나더라도링크계층에서실제경쟁에참여하는무선노드의수는크게증가하지않기때문에 TCP DATA와 TCP ACK 사이의충돌횟수역시크게늘어나지않는다. 3. 문제정의본장에서는 IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 성능하락의주요원인을살펴본다. 본논문에서제안하는알고리즘은이런문제점들을해결하거나성능하락에미치는영향을최소화하는것을목표로한다. 3.1 전송계층과링크계층의중복된기능전송계층프로토콜인 TCP와링크계층프로토콜인 IEEE 802.11은모두신뢰성서비스제공을위하여해당계층에서 ACK 및재전송메커니즘을채용하고있다.
358 정보과학회논문지 : 정보통신제 33 권제 5 호 (2006.10) TCP 송신호스트는 TCP DATA를전송하고일정시간내에 TCP 수신호스트로부터 TCP ACK을수신하게되면, 다음 TCP DATA 패킷을전송할수있다. 만약일정시간내에 TCP ACK을수신하지못하면해당 TCP DATA를재전송하게된다. IEEE 802.11도마찬가지로 MAC DATA를전송하고일정시간내에 MAC ACK을수신하지못하면, 전송이실패한것으로간주하고 MAC DATA 길이에따라정해진회수만큼해당 MAC DATA를재전송하게된다. 따라서 TCP DATA 를포함하는 MAC DATA 전송를전송하고 MAC ACK을성공적으로수신하였다면, 이것은성공적인 TCP DATA 전송을암시적으로의미하기때문에, TCP 수신호스트가 TCP ACK을전송하는것은일종의희소한무선네트워크자원의낭비라고볼수있다. 3.2 IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 데이타흐름및혼잡제어 IEEE 802.11 기반무선랜 1) 에서는최적의성능을달성하기위해서경쟁에참여하는무선노드들의수가적절하게유지되어야한다. 하나의무선노드가계속무선채널을획득하는것을막기위해 IEEE 802.11 표준 [11] 에정의된포스트백오프 (post backoff) 에의해서하나의무선노드로는무선채널이낭비되고, 많은수의무선노드가경쟁에참여하는경우에는무선채널사용을극대화할수는있지만충돌로인한무선자원의낭비가있기때문이다. 모든 TCP 송신호스트는 TCP ACK을수신할필요없이혼잡윈도우크기만큼의 TCP DATA를전송할수있지만그이후에는 TCP ACK을수신해야지만다음 TCP DATA를전송할수있기때문에, 전송계층에서는보낼데이타가있지만링크계층에서는아직전송할데이타가없는무선단말이존재할수도있다. 그림 1 IEEE 802.11 관점에서의경쟁무선노드의비율 [12] 1) 대부분의 IEEE 802.11 기반무선랜은 DCF (Distributed Coordination Function) 로동작하기때문에본논문에서는 PCF (Point Coordination Function) 은고려하지않는다. 일정시간이지나면대부분의무선노드들이자신의혼잡윈도우만큼의 TCP DATA를전송하고 TCP ACK을기다리는상황이발생하게된다. 이때 AP (Access Point) 가 TCP ACK을전송하게되면해당 TCP ACK을받은무선노드는다음 TCP DATA를전송하기위해서채널경쟁에참여하게된다. 물론 AP 도다른무선노드를향하는 TCP ACK을전송하기위해서채널경쟁에참여하지만, IEEE 802.11은모든무선노드에게동일한무선채널접근기회를보장하기때문에무선노드가무선채널을획득하여 TCP DATA를보낼확률이높다. 해당무선노드가혼잡회피단계였다면 TCP DATA를전송하고다시 TCP ACK을기다리는상황이되기때문에다음채널경쟁에는참여하지않게된어 AP가무선채널을획득할확률이높아지게된다. 그림 1은링크계층관점에서다양한개수의업로딩 TCP 데이타흐름에따른경쟁에참여하는무선노드의비율을나타내며, TCP 데이타흐름수와는무관하게평균적으로 2개의무선노드 (AP와 TCP ACK을받은무선노드 ) 가경쟁에참여하는경우가절반에가까운비율을차지하고있는것을볼수있다. 3.3 TCP 데이타흐름내경쟁단방향성인 UDP와는다르게 TCP는양방향성으로하나의 TCP 데이타흐름은정방향의 TCP DATA 데이타흐름과역방향의 TCP ACK 데이타흐름두개로구성된다. 대역폭이충분하고에러가거의발생하지않는유선네트워크에서는큰무리없이동작하지만업링크와다운링크의구별없이무선채널을공유하는 IEEE 802.11 기반무선랜의경우, 하나의 TCP 데이타흐름내에서도 TCP DATA와 TCP ACK은서로경쟁을하게되고, TCP DATA와 TCP ACK 충돌로인해서전체시스템의성능이저하될수있다. 이문제는자기경쟁 (self-contention) 혹은자기간섭 (self-interference) 으로널리알려져있다. 3.4 절전모드무선랜에서의긴지연시간 IEEE 802.11은배터리로동작하는무선노드의에너지를절약하여동작가능시간을늘리기위해서절전모드 (PSM: Power Saving Mode) 를정의하고있다. 그러나 IEEE 802.11 절전모드는무선랜상에서 TCP 성능을더욱저하시킨다 [13]. 예를들어업로딩 TCP 데이타흐름의경우, 무선노드가 TCP DATA를전송하고 TCP ACK이 AP에도착하기전에비콘주기 (beacon interval) 가끝나면무선노드는에너지절전모드로동작하게되고, 이때 TCP ACK이 AP에도착하면단말노드에게데이타를전송할수없기때문에 AP는해당 TCP ACK을임시로저장하고다음비콘주기까지기다려야만한다. 무선단말이깨어났을때 TCP ACK을
IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS 359 전송하게하기때문에 TCP 데이타흐름, 특히짧은수명 (short-lived) 의 TCP 데이타흐름에대하여 RTT를증가시켜무선채널의대역폭을충분히사용하지못하는결과를낳는다. 4. 제안된알고리즘본장에서는이전장에서지적되었던 IEEE 802.11 기반무선랜에서의 TCP 성능저하문제를해결하기위한알고리즘을제안한다. 기본적으로분할연결 (split connection) 개념을기반으로, AP나라우터등의분할지점 (split point) 과무선노드에서브계층을추가하여동작한다. 4.1 기본아이디어앞에서도언급하였듯이 IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 데이타흐름이동작할경우, 신뢰성서비스를위하여전송계층프로토콜과링크계층프로토콜이독립적으로자신만의 ACK 메커니즘을사용하기때문에기능이중복되고 TCP 데이타흐름및혼잡제어가 TCP ACK 기반으로동작한다는문제점이있었다. 본논문에서는무선구간에서의중복된 TCP ACK 메커니즘을우회할수있는기법을제안한다. 즉, 무선구간의신뢰성서비스제공을 IEEE 802.11에게일임하고 TCP ACK 시그널링을제거하여불필요한메시지전송을줄여 TCP 성능향상을꽤한다. 무선구간에서송신노드가 TCP DATA를포함하는 MAC DATA 전송후 MAC ACK을수신하면, TCP ACK을수신하지않고도 TCP DATA가성공적으로전송한것으로간주하여 TCP ACK을생성하여 TCP 송신노드의상위계층에게보낸다. 이기법을통하여무선노드가 TCP DATA 를포함하는 MAC DATA 전송후 MAC ACK을수신 하면 TCP ACK을수신한것과동일한효과가나기때문에전송계층에서보낼데이타가있지만링크계층에서는보낼데이타가없는경우를방지하여좀더적극적으로무선노드들이무선채널경쟁에참여하게되어무선채널사용을극대화할수있다. 따라서기존연구 [9] 에서지적되었던새로운 TCP 데이타흐름의진입장벽문제가어느정도해결가능하다. 이런개념을좀더일반화시켜적용하기위하여본논문에서는분할연결개념을채용하여분할지점인 AP를기준으로무선구간에서의 TCP를위한무선단말의동작을정의한다. 그림 2는전송계층의관점에서기존에제안되었던 I-TCP와본논문에서제안하는기법의차이점을간략히보여준다. 본논문에서제안하는기법은절전모드무선랜에서더욱효율적으로동작할수있을것으로예상된다. 절전모드무선랜에서업로딩 TCP 데이타흐름이활성화된경우, TCP DATA를전송하고 TCP ACK이 AP에도착하기전에비콘주기가끝난다면, AP는버퍼링하여다음비콘주기에 TCP ACK을전송하게되어 TCP ACK 전송시간을증가시킨다. 이런동작은해당 TCP 데이타흐름의 RTT를증가시켜전체성능이하락되는문제를발생시키지만, 본논문에서제안하는기법은무선노드가무선채널상에서실제로 TCP ACK과무관하게 TCP DATA를전송하기때문에 TCP ACK으로인한 TCP 성능저하현상을막을수있다. 다음절에서본논문에서제안하는기법을적용한프로토콜의자세한동작과정을설명한다. 4.2 프로토콜설계 UDP는데이타흐름이나혼잡제어메커니즘이없기때문에분할연결개념을적용하더라도큰이득을얻을 (a) I-TCP (b) 제안기법 그림 2 I-TCP 와제안기법의동작방식
360 정보과학회논문지 : 정보통신제 33 권제 5 호 (2006.10) 수없으나, TCP는분할연결개념을도입하여유선구간과상이한특성을지니는무선구간에서동작의최적화를통하여성능개선의이득을취할수있다. 본논문에서제안하는기법은전송계층과링크계층사이에새로운 TCP 인지서브계층 (TAS: TCP-aware sublayer) 을삽입하는계층간최적화 (cross layering) 방식을기반으로하기때문에 TCP 자체의수정은필요하지않다. 분할지점인 AP와무선노드의수정된프로토콜스택은그림 3과같다. 제안된알고리즘으로동작하는무선노드역시기존의 TCP와마찬가지로유선노드와 TCP 데이타흐름을생성하거나종료할때 TCP SYN 혹은 TCP FIN 메시지를주고받는다. 그러나이메시지는제안된알고리즘이분할연결개념을채택하고있기때문에실제로는분할지점인 AP와주고받게된다. 이때 AP와무선노드의 TAS는이메시지들을스누핑 (snooping) 하여해당 TCP 데이타흐름정보를저장하거나필요없는 TCP 데이타흐름정보를삭제한다. 그림 3 수정된프로토콜스택특히초기의 TCP SYN 혹은 TCP ACK 메시지에는초기시퀀스번호등 TCP 데이타흐름유지를위한정보를포함하고있고, 이는 TAS가 TCP ACK을에뮬레이션하기위해서는필요한정보이다. TCP 데이타흐름의생성과정후 TCP DATA를보낼때무선노드의 TAS는해당 TCP DATA 전송성공시에수신해야하는 TCP ACK 시퀀스번호를갱신한다 ( 그림 3-1. TCP DATA). 무선노드의링크계층에서는 TCP DATA를포함하는 MAC DATA를전송하고 ( 그림 3-2. MAC DATA), AP의링크계층은성공적인 MAC DATA 수신을알리는 MAC ACK을전송한다 ( 그림 3-3. MAC ACK). 그리고동시에수신한 TCP DATA 를전송계층에게전달한다 ( 그림 3-3. TCP DATA). MAC ACK을수신한무선노드의링크계층은성공적인 MAC DATA 전송에대하여 TAS에게알리게되고, TAS는해당 MAC DATA에포함된 TCP DATA 가성공적으로전송된것으로간주하고대응하는저장된 TCP 데이타흐름정보를바탕으로 TCP ACK을생 성하여전송계층에게넘겨주게된다 ( 그림 3-4. emulated TCP ACK). 또한 AP의전송계층이 TCP DATA를수신하고 TCP ACK을보내게되는데, 무선노드의 TAS가동일한 TCP ACK을생성하여전송계층으로전송했기때문에 AP의 TAS는해당 TCP ACK을버린다 ( 그림 3-4. TCP ACK). 이전에도언급했듯이유선환경과는달리무선환경에서는패킷전송중에다양한원인으로에러가발생하기쉽다. 비록링크계층에서 4번혹은 7번재전송을하지만결국전송에실패하는경우가발생할수도있다. 이때는링크계층에서 TCP DATA를포함하는 MAC DATA를버리게되고, 전송실패를상위계층에게알리게된다. TAS는이신호를가로채어아무런동작을취하지않는다. 따라서전송계층의타이머가경과하면데이타손실을인지하고해당 TCP DATA를재전송하게되어위의과정을반복하게된다. 이런동작방식을통하여기존의 TCP 동작을직접수정하지않고도제안하는기법을구현하는것이가능하다. 그러나제안된기법으로동작하는경우, 모든무선노드의링크계층이항상보낼 MAC DATA를가지고있기때문에이전관련연구에서지적되었던 TCP 데이타흐름사이의형평성문제가대두된다. AP를제외한모든무선단말은각각자신의업로딩 TCP 데이타흐름을위한 MAC DATA를전송하면되지만, AP는모든다운로딩 TCP 데이타흐름을위한 MAC DATA를전송해야만한다. 그러나 IEEE 802.11은 AP를포함하는모든무선노드에게동일한무선채널접근을보장하기때문에실제업로딩 TCP 데이타흐름이다운로딩 TCP 데이타흐름에비하여무선채널을획득할확률이크다. 따라서제안된기법으로동작하는무선랜의경우, 업로딩 TCP 데이타흐름과다운로딩 TCP 데이타흐름사이에형평성문제가발생한다. 또한 AP 큐길이가무한하지않기때문에특정다운로딩 TCP 데이타흐름으로부터도착한다수의 TCP DATA가큐에서버려질수도있고, 이때다운로딩 TCP 데이타흐름사이에서도형평성문제가발생할수도있다. 제안된기법을적용할때발생하는업로딩및다운로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성문제를해결하기위해서본저자들이이전관련연구 [12] 에서제안하였던제로슬랏 (zeroslot) 기법을추가적으로적용할수있다. 예를들어, M 개의업로딩 TCP 데이타흐름과 N개의다운로딩 TCP 데이타흐름이있을때, N개의다운로딩 TCP 데이타흐름의 TCP DATA 전송을책임지는 AP는일정시간 (T) 간격동안 (T i) 측정한무선채널사용의비율 (α ) 이 N M + N 보다작다면다음일정시간간격 (T i+1) 전에
IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS 361 특정시간 (AP_T i) 동안해당무선채널사용비율을맞추기위하여 AP가우선적으로무선채널획득한후, 전송기회를획득하지못한다운로딩 TCP 데이타흐름 N ( M N ) 개수인 M N α + + 만큼의 TCP DATA 를연속적으로전송한다. 그외에도이런형평성문제가발생하는상황을가정하고, 이를해결하기위한기존관련연구들 [7-9] 이존재한다. 4.3 추가고려사항본논문에서제안된기법을실제환경에적용하기위해서는몇가지추가로고려해야하는사항들을살펴본다. 추가고려사항은모의실험에서는구현되지않았다. 4.3.1 구현관련실제구현과관련하여분할지점이나무선노드에서 MAC DATA를성공적으로수신하여 MAC ACK을전송하더라도 TCP DATA를전송계층에전달하는과정에서소프트웨어적인문제로 TCP DATA가손실되거나에러가발생할가능성도존재한다. 따라서제안된기법을실제구현할때는 TAS에서 TCP DATA를버퍼링하는기능이필요하다. 만약전송계층에서 TCP DATA를정상적으로수신한다면 TAS는해당 TCP DATA에대응하는 TCP ACK을수신할수있을것이고, 이때버퍼링하고있던 TCP DATA와수신한 TCP ACK을버릴수있다. 그러나일정시간동안대응하는 TCP ACK을수신하지못하면해당 TCP DATA를다시전송계층에게전달해주는기능을수행하면자체소프트웨어에러에의한 TCP DATA 손실을방지할수있다. 4.3.2 배포관련실제배포 (deployment) 시나리오와관련하여분할지점의선택이중요한문제중에하나이다. 본논문에서제안된기법은분할지점인 AP와무선노드의프로토콜스택에서브계층을추가해야하다. 무선노드의경우는소프트웨어갱신을통하여서브계층을추가할수있지만, 값싼비용으로배포되고있는 AP의경우는종종추후소프트웨어갱신이불가능하다. 따라서본기법을적용하기위해서는갱신된소프트웨어를포함하는 AP를재배치해야비용이추가로든다. 만약 AP와연결된첫번째라우터를분할지점으로선택한다면이런문제가어느정도해결가능하다. 즉, 대부분의라우터가소프트웨어갱신기능을제공하고있기때문에제안된기법을추가하는것이용이하고, 일반적으로 AP와첫번째라우터사이의링크는충분한대역폭을제공하고무시할정도의링크지연시간만을야기시킬것이므로제안된기법의동작에거의영향을미치지않을것으로예상된다. 다른방법으로는제안된기법의모든기 능을무선노드의프로토콜스택상에서구현하는방법이가능하다. 즉, 다운로딩 TCP 데이타흐름의경우 TAS 계층에서전송계층으로부터내려오는 TCP ACK 을필터링하고, 업로딩 TCP 데이타흐름의경우링크계층이 TCP ACK에해당하는 MAC DATA를성공적으로수신한후전송계층으로건내줄때 TAS 계층에서가로채어필터링한다. 그러나이방법은업로딩 TCP 데이타흐름의경우, 3.1절에서지적하였던무선채널낭비문제가그대로남아있다. 4.3.3 혼잡제어및형평성문제제안된기법으로동작하는무선랜에서무선노드가멀리떨어져있는유선구간의서버와통신하기위하여 TCP 데이타흐름을생성하는경우, 무선노드와분할지점인 AP 사이의 TCP 데이타흐름은충분한대역폭 2) 과 1~2 홉거리로매우작은 RTT 값을가지게될것이고, 높은 TCP 데이타흐름처리량을달성할수있다. 이에반해 AP와유선노드사이의 TCP 데이타흐름은인터넷을통하여연결되는다수의홉으로구성되는경로를가지기때문에경로의길이에따라다양한범위의 RTT 값을가지게된다. 만약유선구간의경로가길어서 RTT 값이크다면, TCP 데이타흐름제어메커니즘에의해서 TCP 데이타흐름은많은 TCP DATA를전송할수없다. 따라서무선구간의 TCP 데이타흐름의처리량이유선구간의 TCP 데이타흐름의처리량보다큰경우가발생할수있다. 즉, 두개의분할 TCP 데이타흐름사이에서전송속도차이가차이나는경우에 AP나무선노드의큐나버퍼길이에제한이있기때문에 AP에서두개의분할 TCP 데이타흐름사이에서 TCP DATA를건내줄때지속적으로 TCP DATA가버려지는상황이발생할수있다. 이런과부하를피하기위해서 AP나무선노드는자신의큐나버퍼길이가임계값을초과하는경우에는고의적으로 TCP DATA를포함하는 MAC DATA에대응하는 MAC ACK를전송하지않는다. 링크계층은몇번의재전송후에 TCP DATA를버리게되고전송계층의타이머가경과하게되면, 패킷손실을인지하고 TCP 데이타흐름및혼잡제어메커니즘이호출되어두개의분할 TCP 데이타흐름사이의전송속도를균형을맞출수있다. 4.3.4 IPSec 사용관련제안된기법에서는 TAS가 TCP ACK을에뮬레이션하기위해서초기의 TCP SYN 혹은 TCP ACK 메시지에포함된초기시퀀스번호등 TCP 데이타흐름유지를위한정보를획득해야하며, TAS를통과하는메 2) IEEE 802.11b, IEEE 802.11a/g, 표준화가진행중인 IEEE 802.11n 무선랜의경우, 최대 11(Mbps), 최대 54(Mbps), 최소 200(Mbps) 전송속도를지원한다.
362 정보과학회논문지 : 정보통신제 33 권제 5 호 (2006.10) 시지들을스누핑함으로써필요한 TCP 데이타흐름의정보를유지한다. 만약네트워크계층에서 IPSec을사용하는경우적재물 (payload) 이암호화되므로하위계층인 TAS에서메시지를스누핑하더라도수신해야하는 TCP ACK 시퀀스번호등필요한정보를추출할수가없다. 따라서본논문에서는 IPSec을사용하지않는상황을가정한도록한다. 5. 성능평가본장에서는본논문에서제안하는알고리즘의성능평가를위하여수행한모의실험결과를설명한다. 널리사용되고있는 NS2[15] 를사용하여 TAS를구현하였으며다양한큐길이, 패킷에러비율과 PSM 사용여부에따른 TAS 성능을기존의 TCP, I-TCP 성능과비교하였다. 성능측정기준은시간당네트워크처리량 (aggregate throughput), 형평성지표 (fairness index), 평균지연시간으로다양한무선노드수에따른변화를측정하였다. 모의실험에사용된네트워크구성은그림 4와같다. N개의무선단말, AP, 라우터와 N개의고정단말이차례대로연결되어있으며, N은 5에서부터 80까지값을가진다. 각무선단말은유선구간에서대응하는고정단말을향하여업로딩 TCP 데이타흐름을생성하며, FTP 세션을통하여 100(s) 동안 1000(byte) TCP DATA를지속적으로보낸다. 모든라우터와고정호스트사이의링크대역폭은 100(Mbps), 링크지연시간은 10(ms) 로설정되어있고, 라우터와 AP 사이의링크대역폭은 100(Mbps), 링크지연시간은 5(ms) 로설정되어있다. 무선구간의대역폭은 11(Mbps) 이며, 그외의특별한언급이없으면 802.11b 기본설정을따른다. 5.1 분할지점인 AP 큐길이에따른시간당네트워크처리량그림 5는제안된기법 (TAS) 이기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식보다네트워크처리량측면에서더좋은성 능을보인다는것을증명한다. 본모의실험은분할지점인 AP 큐길이에따라다양한수의무선노드가존재할때업로딩 TCP 데이타흐름총처리량을측정하였다. TCP 데이타흐름의수가작거나적절한경우에는 AP 큐길이에무관하게제안된기법이더좋은성능을보인다. 이것은 AP나무선노드내에서 TCP ACK 에뮬레이션을통해서 TCP 데이타흐름이무선링크상에서 TCP ACK을수신하지않고도지속적으로 TCP DATA를전송할수있기때문이다. 기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름총처리량은무선노드의개수가증가하면서약간증가하기는하지만큰변화는없다. 이것은이전에언급했듯이 IEEE 802.11 기반무선랜에서는 TCP 데이타흐름및혼잡제어메커니즘의영향으로링크계층에서는무선노드의개수가늘어나더라도보낼데이타가없는무선단말이대부분이기때문이다. 제안된기법으로동작하는 TCP 데이타흐름의경우, 무선노드의개수가증가함에따라지속적으로네트워크처리량이감소한다. 이것은 TCP 데이타흐름개수만큼의무선노드가실제링크계층의관점에서도무선채널을획득하기경쟁을하여그만큼패킷충돌이많아지게되고, 무선채널사용율을떨어뜨리는효과를가져오기때문이다. 만약링크계층에서경쟁하는무선노드의수에따른최적의경쟁윈도우 (contention window) 크기에도달하는것을목표로하는 S-EDCF 기법 [16] 과같은추가적인메커니즘이함께사용된다면, 제안된기법에서많은경쟁노드수에따른빈번한패킷충돌의효과를줄여 TCP 데이타흐름총처리량을떨어뜨리지않고유지할수있다. 5.2 분할지점인 AP 큐길이에따른업로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성지표그림 6은제안된기법이기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식보다형평성측면에서더좋은성능을보인다는것을증명한다. 본모의실험역시분할지점인 AP 큐길이에따라다양한수의무선노드가존재할때업로딩 그림 4 네트워크구성도
IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS 363 (a) AP 큐길이가 1000인경우 (b) AP 큐길이가 100인경우그림 5 무선노드수에따른업로딩 TCP 데이타흐름의총처리량 (a) AP 큐길이가 1000 인경우 (b) AP 큐길이가 100 인경우 그림 6 무선노드수에따른업로딩 TCP 데이타흐름형평성지표 TCP 데이타흐름사이의형평성지표를계산하였다. 관련연구 [17] 에서제안한형성평지표는아래와같이정의된다. 형평성지표 = ( T / φ ) f # of flows ( T / φ ) 여기서 T f 는데이타흐름 f 의처리량, φ f 는데이타흐름 f 의가중치, 형평성지표는얼마나공평하게자원이할당되고있는지를나타낸다. 그림 6에서볼수있듯이 AP큐길이가충분히큰경우 ( 즉, 1000일때 ) 에는무선노드의수에무관하게제안된기법, 기존 TCP 방식과 ITCP 방식모두거의공평하게자원을할당하고있다. 제안된기법이무선노드의수가증가함에따라형평성지표가약간감소하지만큰영향을미치지는않는다. 그러나 AP 큐길이가작은경우 ( 즉, 100일때 ) 에는무선노드의수가증가함에따라기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식으로동작하는 TCP 데이타흐름은형평성지표가크게감소하는것에반해제안된기법으로동작하는 TCP 데이타흐름의형평성지표는거의유지되고 f f f 2 f f 2 있다. 이것은기존 TCP 방식이나 ITCP 방식으로동작하는 TCP 데이타흐름의경우, AP 큐에서 TCP ACK 이버려지는상황이발생하게되어 TCP 데이타흐름및혼잡제어메커니즘에의해서 TCP 데이타흐름사이에형평성문제를야기시키기지만, 제안된기법은실제무선링크상에서 TCP ACK 전송을제거하였기때문에 AP 큐에서버려지는패킷에의해서형평성의영향을받지않는다. 5.3 패킷에러비율에따른시간당네트워크처리량그림 7은무선채널에러가존재하는환경에서무선노드의개수에따른제안된기법, 기존 TCP 방식과 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름총처리량을측정한결과를보여준다. 제안된기법은무선구간의분할 TCP 데이타흐름은중복된전송계층의신뢰성서비스기능은제거하고링크계층의신뢰성서비스에만의존하고있기때문에무선채널에러가발생하는경우신뢰성서비스제공에문제가발생할수도있다. 따라서패킷에러비율이제안된기법의신뢰성서비스제공에어떤영향을미치는지알아보기위하여무선채널에러
364 정보과학회논문지 : 정보통신제 33 권제 5 호 (2006.10) (a) 패킷에러비율이 0.1 인경우 (b) 패킷에러비율이 0.4 인경우 그림 7 무선노드수에따른업로딩 TCP 데이타흐름총처리량 가존재하는환경에서무선노드의개수에따른제안된기법, 기존 TCP 방식과 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름총처리량을측정하였다. 그림 7에서볼수있듯이패킷에러비율이증가하면서 TCP 데이타흐름총처리량은감소하며, 기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름의경우무선노드의개수와무관하게감소한 TCP 데이타흐름총처리량을유지하고있다. 비록제안된기법이무선단말의개수증가에따른추가적인패킷충돌오버헤드로인해 TCP 데이타흐름총처리량이다소감소하긴하지만여전히기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름총처리량보다는좋은성능을보이고있다. 5.4 절전모드무선랜에서평균지연시간절전모드무선랜의경우, 무선노드의에너지소모를줄일수는있지만좋은성능을보이지못한다는문제가널리알려져있다. 더욱이절전모드에서동작하는업로딩 TCP 데이타흐름은자신에게향하는 TCP ACK이 AP에서버퍼링되어다음주기까지기다려야하는상 황이발생하여수명이짧은일반 TCP 데이타흐름에대하여 RTT를증가시켜성능저하를유발한다. 절전모드무선랜에서제안한기법의성능측정을위하여 5 개의무선노드가 5개의대응하는유선노드에게 FTP 세션을이용하여 10(KB) 에서 100(KB) 크기의파일을전송한다. 그림 8은절전모드가아닌무선랜, 비콘주기가 50(ms) 인절전모드무선랜, 비콘주기가 200(ms) 인절전모드무선랜에서의파일전송이완료되는시간측정결과를보여준다. 절전모드무선랜이아닌경우, 제안된기법은기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름보다더높은 TCP 데이타흐름처리량이가능하기때문에파일전송완료에더짧은시간을필요로한다. 절전모드무선랜의경우, 기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름은 AP 큐에서 TCP ACK 지연에따라파일전송에좀더많은시간을필요로하고, 비콘주기가증가하면서이현상은더심해진다. 그러나제안된기법의경우, AP 큐에서 TCP ACK 지연이무선구간의분할 TCP 데이타흐름 (a) 절전모드가아닌경우 (b) 비콘주기가 200(ms) 인절전모드인경우그림 8 전송파일크기에따른전체전송시간
IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS 365 의성능에영향을미치지않기때문에비콘주기증가에따른영향을거의받지않는다. 5.5 다운로딩 TCP 데이타흐름의성능이전업로딩 TCP 데이타흐름에대한모든실험을다운로딩 TCP 데이타흐름에대해서도동일하게수행하였고, 대부분의모의실험에서업로딩 TCP 데이타흐름과유사한결과를보였다. 따라서지면상의제약문제로다운로딩 TCP 데이타흐름의측정결과중업로딩 TCP 데이타흐름과차이가있거나제안된기법, 기존의 TCP 방식, I-TCP 방식의다운로딩 TCP 데이타흐름의동작과정에서주목해야할모의실험결과만을살펴본다. 그림 9는무선노드의개수에따른제안된기법, 기존 TCP 방식과 I-TCP 방식의다운로딩 TCP 데이타흐름총처리량을측정한결과를보여준다. 이때 AP 큐길이가미치는영향을최소화하기위해서 1000으로설정한다. 무선채널에러가발생하지않는경우와달리무선채널에러가자주발생하는경우에는 I-TCP 설계목적에따라무선구간에서패킷손실이발생한경우유선구간의불필요한패킷재전송을방지하기때문에기존 TCP 방식의다운로딩데이타흐름보다 I-TCP 방식의다운로딩데이타흐름이더좋은성능을보일것으로예상할수있다. 그러나그림 9(b) 에서볼수있듯이패킷에러비율이상당히높은경우에도 I-TCP 방식과기존 TCP 방식의다운로딩 TCP 데이타흐름이거의비슷한수준으로유지된다. 이런현상의주요원인은링크계층에서프레임손실이있을경우, 대부분의프레임이 4번혹은 7번의재전송을통하여성공적으로전송되기때문에전송계층의관점에서는패킷손실이자주발생하지않기때문이다. 이에반해제안된기법의경우, 무선구간에서불필요한 TCP ACK 전송을제거하여실제 TCP DATA 전송을위해무선채널을더욱 효율적으로사용함으로써다운로딩 TCP 데이타흐름의성능을향상시키고있다. 여기서주목할것은그림 7(b) 와그림 9(b) 에서볼수있듯이패킷에러비율이 0.4인때제안된기법으로동작하는다운로딩 TCP 데이타흐름이업로딩 TCP 데이타흐름보다총처리량이다소낮은것을알수있다. IEEE 802.11이모든경쟁무선노드에게동일한채널접근기회를부여하기때문에업로딩 TCP 데이타흐름의경우하나의 TCP ACK이전송될때여러 TCP DATA가전송되고, 다운로딩 TCP 데이타흐름의경우하나의 TCP DATA가전송될때여러 TCP ACK이전송된다. 따라서패킷에러가동일한확률로발생한다면업로딩 TCP 데이타흐름의경우 TCP DATA, 다운로딩 TCP 데이타흐름의경우 TCP ACK이손실된다. TCP ACK 손실이 TCP DATA 손실보다 TCP 데이타흐름및혼잡제어알고리즘에미치는영향이더크기때문에다운로딩 TCP 데이타흐름의총처리량이더낮다. 그림 10은무선노드수에따른제안된기법, 기존 TCP 방식, I-TCP 방식의다운로딩 TCP 데이타흐름의형평성지표를보여준다. AP 큐길이가큰경우에는분할지점에서패킷이버려지는경우가거의발생하지않기떄문에모든업로딩및다운로딩 TCP 데이타흐름들이공평하게무선자원을할당받는다. 그러나 AP 큐길이가작은경우에는무선구간에서업로딩 TCP 데이타흐름의 TCP ACK이분할지점에서버려지게된다. 따라서기존 TCP 방식과 I-TCP 방식의업로딩 TCP 데이타흐름은분할지점에서버려지는 TCP ACK에따라무선자원이불공평하게할당되지만, 제안된기법에서는실제 TCP ACK 전송을제거함으로써 AP 큐에서버려지는 TCP ACK이존재하지않아형평성문제가발생하지않는다. 그러나업로딩 TCP 데이타흐름과는달리다운로딩 TCP 데이타흐름의경우에 (a) 패킷에러가없는경우 (b) 패킷에러비율이 0.4 인경우 그림 9 무선노드수에따른다운로딩 TCP 데이타흐름총처리량
366 정보과학회논문지 : 정보통신제 33 권제 5 호 (2006.10) (a) AP 큐길이가 1000 인경우 (b) AP 큐길이가 100 인경우 그림 10 무선노드수에따른다운로딩 TCP 데이타흐름형평성지표 는 AP 큐길이가작아서패킷손실이발생하더라도각각의무선노드로향하는 TCP DATA가확률적으로동일하게손실되고, 업로딩 TCP 데이타흐름의 TCP ACK 손실보다는데이타흐름및혼잡제어알고리즘에미치는영향이크지않기때문에기존 TCP 방식이나 I-TCP 방식의다운로딩 TCP 데이타흐름의총처리량은감소하지만다운로딩 TCP 데이타흐름사이의형평성문제는심각하게발생하지않는다. 제안된기법의업로딩 TCP 데이타흐름경우에는분할지점에서손실되는패킷이없었지만, 다운로딩 TCP 데이타흐름경우에는 TCP DATA가손실되기때문에약간의변동이있기는하지만대체적으로무선자원이공평하게할당되고있다. 6. 결론인터넷에많은응용들이신뢰성서비스를제공하는 TCP 기반으로동작하고있고무선네트워크환경에서 TCP 데이타흐름의성능향상을위한다양한연구가있었지만, 현재가장널리사용되고있는무선네트워크중의하나인 IEEE 802.11 기반무선랜에서는충분한성능향상을보여주지못하기때문에 IEEE 802.11 기반무선랜환경에서 TCP 데이타흐름성능향상연구가 우선적으로수행되어야한다. TCP 데이타흐름성능저하의주요원인은전송계층의 TCP 데이타흐름및혼잡제어알고리즘이 IEEE 802.11 링크계층과의상호작용에의해서실제무선채널획득을위해경쟁에참여하지않기때문이다. 이런문제를해결하기위해서본논문에서는링크계층과전송계층의중복된기능을제거하여 TCP 데이타흐름의성능을향상시키는새로운 TAS 기법을제안하였다. 즉, 무선채널에서실제 TCP ACK을전송하지않고, TCP DATA를전송한무선노드가 MAC ACK 기반으로 TCP ACK을에뮬레이션한다. 제안된기법의성능평가를위해 NS2 구현을통한모의실험을수행하여, 기존 TCP 방식과 I-TCP 방식의 TCP 데이타흐름과비교하였다. 모의실험결과는패킷에러가있는환경에서도 TCP 데이타흐름의총처리량및무선자원할당의형평성관점에서다른기법에비해성능향상이있음을보여준다. 또한절전모드인경우, 제안된기법은수명이짧은 TCP 데이타흐름의경우에도전송지연시간을단축할수있다. 현재실제제안된기법의성능측정을위한구현이진행중이고, 기존 TCP 방식의 TCP 데이타흐름과혼재할경우발생하는형평성문제를해결하기위한연구가진행중이다. A. TAS 간략 (pseudo) 구현코드 Class Tas: public Agent { Packet* TcpData tx; NsObject* tas_uptarget_; NsObject* tas_downtarget_; } 부록 Tas::Tas(MobileNode* node, Mac802_11* mac): Agent(PT_NTYPE) { tas_uptarget_ = node entry_;
IEEE 802.11 기반무선랜에서 TCP 인지서브계층 TAS 367 } tas_downtarget_ = mac; void Tas::recv(pkt) { if direction(pkt) == DOWN then if type(pkt) == TCP_DATA then if checktasmgttable(pkt) == ADMITTED then TcpData tx = pkt copy(); tas_downtarget_ recv(pkt, NULL); else if type(pkt) == TCP_ACK then drop(pkt); else if direction(pkt) == UP then tas_uptarget_ recv(pkt, NULL); } void Tas::emulateTcpAck() { Packet* p = Packet::alloc(); settcpack(p, TcpData tx); // 직전에전송한 TcpData tx 로부터 TCP ACK 정보설정 ( 패킷 p) } tas_uptarget_ recv(p, NULL); Class Mac802_11: public Mac { Tas* tas_; } Mac802_11::Mac802_11(): Mac(), { tas_ = new Tas(node, this); } void Mac802_11::recvACK(pkt) { if type(msdu tx) == TCP_DATA then tas_ emulatetcpack(); } 참고문헌 [1] A. DeSimone, C. Mooi Choo, and Y. On-Ching, "Throughput performance of transport-layer protocols over wireless LANs," in IEEE in Houston. GLOBECOM '93. IEEE Global Telecommunications Conference, including a Communications Theory Mini-Conference. Technical Program Conference Record (Cat. No.93CH3250-8), 1993, pp. 542-9 vol.1. [2] H. Balakrishnan, S. Seshan, and R. H. Katz, "Improving reliable transport and handoff performance in cellular wireless networks," Wireless Networks, vol. 1, pp. 469-481, 1995. [3] K. Ratnam and I. Matta, "WTCP: an efficient mechanism for improving TCP performance over wireless links," in Proceedings Third IEEE Symposium on Computers and Communications. ISCC'98. (Cat. No.98EX166), 1998, pp. 74-78. [4] K. Brown and S. Singh, "M-TCP: TCP for mobile cellular networks," Computer Communication Review, vol. 27, pp. 19-43, 1997. [5] A. Bakre and B. R. Badrinath, "I-TCP: indirect TCP for mobile hosts," in Proceedings of the 15th International Conference on Distributed Computing Systems (Cat. No.95CH35784), 1995, pp. 136-143. [6] W. Haitao, P. Yong, L. Keping, C. Shiduan, and M. Jian, "Performance of reliable transport protocol
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