최근 무선 랜은 SOHO (Small Office Home Office) 및 Hot Spot과 같은 환경에서 공간의 제약에 구애받지 않고, 인터넷에 접속할 수 있는 기술로서 사용자의 요구가 크게 증가하였다. 하지만, 무선 랜 환경에서의 통신은 유선망과 달리 불안정한 무선 채널의 특성으로 인해 연집적인 패킷 손실이 발생하여 통신상의 제약이 많은 특징을 가진다. 연집적인 패킷 손실은 AP(Access Point) 와 무선 단말의 거리가 증가하거나, AP와 무선 단말사이에 장애물 등이 일시적으로 지나갈 때 주로 발생하는 현상이다 결국, 현재 인터넷상에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 무선 랜 기술인 IEEE 802.11은 이러한 특성으로 인해 사용자의 요구에 만족할만한 전송 성능을 나타내지 못하며, 특히 전송 계층에 TCP가 사용될 경우 불필요한 혼잡 제어 기법을 사용하게 함으로써 심각한 성능저하를 야기한다. 이러한 무선 랜 환경의 문제점을 해결하기 위해 MAC-layer LDA(Loss Differentiation Algorithm)가 제안되었다. MAC-layer LDA는 MAC 계풍의 Retry limit을 기반으로 CRD(Consecutive Retry Duration)를 무선 구간의 연집된 패킷손실 기간 이상 증가시켜, TCP의 불필요한 Timeout 발생 이전에 손실된 패킷을 효율적으로 복구하는 기법이다. 하지만, MAC-layer LDA 기법은 한정된 Retry limit의 증가로 인해 CRD가 연집된 패킷 손실 구간 보다 적은 경우가 발생하여 심각한 전송성능 저하를 가져온다. 또한, CRD의 증가는 무선 구간의 패킷 처리 시간을 증가시켜 대역폭과 무선 단말의 한정된 에너지 자원을 불필요하게 낭비하는 문제를 초래한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 Cross-layer 기법을 적용한 재전송 기법인 BLD(Burst Loss Detection) 모듈을 제안한다. BLD 모듈의 알고리즘은 현재 무선 랜 환경에서 가장 널리 사용되는 IEEE 802.11 MAC 프로토콜 기반의 재전송 기법으로서, MAC 계층과 TCP에서 사용되는 재전송 기법의 효율적인 연동을 통해 손실된 패킷을 복구한다. ns-2(Network Simulator) 시뮬레이터를 이용한 실험을 통해 BLD 모듈은 무선 구간의 연집적인 패킷 손실에 대해 효율적인 보상을 수행하여 전송 성능과 에너지 효율성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
무선 환경의 핸드오프로 인한 단시간 단절 또는 비트오류는 잦은 패킷 손실을 야기한다. TCP는 이를 패킷 폭주로 오인, 혼잡 제어 정책을 수행함으로써 링크가 다시 호전되더라도 곧바로 데이터 전송을 재개하지 못한다. 이 논문에서는 링크 상태론 파악하여 패킷 손실이 명백한 링크 단절 상황에서는 전송을 유보하고 링크가 복구된 후 즉시 전송을 시작하여 혼잡제어 정책을 피함으로써 전송 효율을 높이는 방안을 제시한다. 이를 위해 미들웨어 계층인 RMI의 동작을 확장하여 구현하고 실험을 통해 효율성을 확인한다.
최근 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 네트워크를 비롯한 많은 데이터 전송 기술이 등장하였고, 이를 이용하여 동영상을 전달하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 연구들은 대부분 동영상 데이터의 스트리밍에 주안점을 두고 있기 때문에, ATM 네트워크 기반으로 손실없는 방송 제작 환경을 구축하기 위해서는 에러가 발생하더라도 고속으로 복원할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 ATM 네트워크 상에서 방송 제작 품질로 압축된 동영상을 TCP(Transport Control Protocol) 기반으로 전송하는 경우에 대하여 연구하였다. 실제 데이터의 송수신에는 잡음으로 인한 ATM 셀의 손실이 발생하게되는데, ATM 셀의 손실로 인한 패킷의 손실은 송신측의 재전송과 재전송 타임 아웃을 유발하므로 전송 성능에 지대한 영향을 미친다. 본 논문에서는 손실된 패킷의 연속적인 재전송을 통하여, 재전송 시간의 단축과 송신측 재전송 타임 아웃의 제거된 고속의 손실 복구 알고리즘을 제안하였고, 그 성능을 기존의 알고리즘과 비교하였다. 또한, 본 논문에서는 영상을 전송하는 과정에서 데이터 수신 버퍼의 오버플로우가 발생하지 않도록 충분한 버퍼 크기를 계산하는 방법에 관해서도 고찰하였다. 특히, 방송 제작 품질의 화질을 처리하는 경우에 대한 시스템 모델링을 하였고, 이 모델에 대하여 오버플로우를 일정 수준 이하로 낮추기 위한 수신 버퍼의 크기를 결정하였다.
IP 멀티캐스트는 다자간 통신을 위한 효과적인 방법이지만 신뢰성 보장과 FTP나 Telnet등 TCP제공하는 다양한 전송프로토콜을 지원하지 않는다. 본 논문에서는 멀티캐스트의 UDP와 TCP계층의 전송 프로토콜을 동시에 사용할 수 있는 신뢰성 있는 멀티캐스트 서버라우터를 제안한다. 신뢰성 있는 멀티캐스트가 반드시 고려해야 할 확장성과 오류회복, 흐름제어를 위해, 그룹의 확장성과 오류회복에 적합한 기존의 SRM방식을 이용하였다. SRM방식은 신뢰성 있는 다-대-다 멀티캐스트 패킷을 전달한다. 각 참여자는 동시에 수신자와 송신자 역할을 할 수 있다. 모든 그룹 멤버는 낮은 주파수의 세션 메시지를 교환하고 그룹내의 주변 가입자에 대한 정보를 얻게 되며 패킷 손실 판단에 필요한 지연시간을 측정하고 복구하는 방식이다. UDP의 트래픽 기반은 멀티캐스트에 적합한 CBR과 SRM을 사용하였다. 본 연구에서는 멀티캐스트의 UDP 패킷과 TCP 패킷을 동시에 보낸 수신율과 멀티캐스트의 UDP만 보낸 수신율을 지연이 가장 큰 멀티캐스트 수신자측에서 패킷 번호와 수신율을 측정하고, 시뮬레이션을 통해서 검증을 통하여 기존의 멀티캐스트 전송방법과 비교하였다.
위성통신에서는 긴 전송 지연 시간과 지상망 대비 상대적으로 높은 데이터의 손실로 전송 속도가 저하된다. 본 논문에서는 XOR 코딩 기법과 전송 지연시간에 의한 전송성능 감소를 줄인 Hybla TCP의 장점들을 결합한 연결 분할 방식의 Hybrid TCP PEP 기법을 제안한다. 테스트베드를 구축하여 전송속도를 실험한 결과, 제안한 기법을 적용 시 채널의 에러율이 높은 환경에서 파일 전송속도가 10% 이상 향상되었다. 따라서, XOR 코딩 기법과 TCP Hybla를 결합한 Hybrid TCP를 연결 분할 방식 PEP에 적용 시 위성 통신에서 전송 속도 향상에 크게 기여할 것으로 보인다.
본 논문에서는 ATM 네트워크 상에서 방송 제작 품질로 압축된 동영상을 TCP (Transport Control Protocol) 기반으로 전송하는 경우에 대하여 연구하였다. 데이터의 송수신시에는 잡음으로 인한 ATM 셀의 손실이 발생하게 되는데, ATM 셀의 손실로 인한 패킷의 손실은 송신측의 재전송과 타임 아웃을 유발하므로, 전송 성능에 지대한 영향을 미치게 된다. 이 문제를 해결하기 위하여, 본 논문에서는 재전송 시간을 줄이고 송신측의 타임 아웃을 제거하여 고속으로 손실을 복구하는 알고리듬을 제안하였고, 그 성능을 기존의 알고리듬과 비교하였다. 또한, 본 논문에서는 영상을 전송하는 과정에서 데이터 수신 버퍼의 오버플로우가 발생하지 않도록 충분한 버퍼 크기를 계산하는 방법에 관해서도 고찰하였다. 특히, 방송 제작 품질의 화질을 처리하는 경우에 대한 시스템 모델링을 하였고, 이 모델에 대하여 오버플로우를 일정 수준 이하로 낮추기 위한 수신 버퍼의 크기를 결정하였다.
WLP 기반 모바일 IP의 무선 네트워크에서, 사용자의 이동에 의한 핸드오프로 발생하는 패킷 손실은 TCP 수율 성능을 심각하게 악화시킬 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 사용자의 이동에 의하여 손실된 패킷을 복원하는 Bridge Station(BS) 패킷 버퍼링 방식이 제안됐다. BS 패킷 버퍼링 방식을 이용하면 핸드오프 동안 손실되는 패킷들이 이전 BS에서 저장되고, 핸드오프 종료시 저장된 패킷들이 새로운 BS로 포워딩되어, 복구된다. 그러나 WLP 디바이스가 새로운 WLP 서브 네트워크의 혼잡한 BS로 이동한 경우, 이전 BS가 포워딩하는 패킷들은 손실되고, 이전 BS가 포워딩하는 패킷들의 버스트한 도착 특성으로 심화된 혼잡이 BS 내 WLP 디바이스 플로들의 TCP 전송 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 이러한 BS 패킷 버퍼링 방식을 사용하는 WLP 기반 모바일 IP 무선 네트워크에서, AS(Assured Service) WLP 디바이스의 in-profile(IN) 및 전체 패킷 수율 감소를 막기 위해, 핸드오프 시 버퍼링된 out-of-profile(OUT) 패킷을 IN 패킷으로 Re- Marking하는 PBM(Packet Bridge Marker) 방식을 제안한다. 시뮬레이션 결과는 제안하는 PBM 방식을 사용하여 AS WLP 디바이스의 버퍼링된 OUT 패킷의 손실을 막아 핸드오프 시 IN 패킷의 수율뿐만 아니라 전체 패킷 수율도 향상시킬 수 있음을 보인다.
본 논문은 패킷 기반 네트워크의 유동적인 환경 변화와 전송하는 비디오 데이터의 특성을 함께 고려하여 비디오 데이터를 스트리밍하는 적응적 전송 미들웨어를 구현하고 성능을 평가하였다. 적응적 전송 미들웨어는 SR-RTP 기반의 스트리밍 모듈과 TFRC 기반의 전송률 제어 모듈로 구성되며, SR-RTP 기반의 스트리밍 모듈은 패킷 손실에 의해 손실된 비디오 데이터 중에서 중요도가 높은 데이터만을 선별적으로 재전송하여 패킷 재전송에 따른 전송 지연의 부담을 줄임과 동시에 패킷 손실에 따른 에러를 크게 감소시킨다. TFRC 기반의 전송률 제어 모들은 TCP 기반의 데이터 전송과 정당하게 네트워크의 전송 대역폭을 공유하면서 최적의 전송 대역폭을 산출하여 전송률을 제어함으로써 유동적으로 변하는 전송 대역폭에 적응적으로 비디오 데이터의 전송률을 제어한다. 외부 인터넷 환경에서 적응적 전송 미들웨어를 적용하여 비디오 스트리밍을 실험하고 패킷 손실에 대한 복구 성능과 스트리밍 지터 정도를 측정하여 분석한 결과, 적응적 전송 미들웨어를 적용하지 않은 경우와 비교하여 상대적으로 높은 스트리밍 성능을 보였다.
ALC(Asyncronous Layered Coding)는 LCT(Layered Coding Transport)기반의 폭넓은 확장성과 다양한 전송속도로 신뢰성 있는 멀티캐스트 전송을 주 목적으로 한다. ALC는 다른 RMT 프로토콜과는 달리 재전송을 하지 않고 receiver-driven 형태의 혼잡제어를 하기 때문에 신뢰성을 제공하기 위해 FEC(Forward Error Correction) 스킴를 이용한다. 본 논문은 신뢰적인 멀티캐스트 전송 프로토콜을 위해 ALC와 FEC 스킴 중 하나인 LDPC 코드를 이용하여 구현한다. 인코딩 비율(Encoding ratio)에 따라 일정 수준 이상의 복구 성공 확율에 대해 최대 허용 가능한 패킷 손실률을 측정하여 신뢰치를 측정한다. 마지막으로 일대다의 파일 전송 시, TCP와 비교하여 본 구현물의 유연성과 효율성에 대해 분석 및 평가한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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