육군 지휘소 무선 LAN 에 적합한 승인제어기술 및 backoff 알고리즘

Abstract

IT 기술의 발달로 전쟁 수행의 개념이 플랫폼 중심에서 최첨단 무기체계가 전술 네트워크로 통합된 네트워크 중심전(NCW: Network Centric Warfare)으로 변화하였다. 이는 작전의 소요시간을 크게 단축시켰으며 이를 통해 전반적인 전투력 향상이 이루어지게 되었다. 이는 무선 네트워크 기술의 발달로 가능하게 되었으며 앞으로도 무선 네트워크 기술에 대한 요구는 계속 증가할 것으로 예상된다. 이에 따라 한국군도 지휘소 설치 및 이동성의 향상을 위해 육군 전술지휘정보 체계에서 무선 LAN(Local Area Network) 도입을 고려하고 있다. 그러나 현재의 무선 LAN을 도입할 경우 실시간 정보 서비스 제공에 있어서 다소 제한이 있을 수 있다. 이를 위하여 육군 무선 LAN에서 실시간 정보 전송에 적합한 승인제어기술과 backoff 알고리즘을 제안한다. 현재 IEEE 802.11e에서 승인제어기술은 예약 기반의 QoS를 제공하는HCCA(Hybrid Coordination Function Controlled Channel Access)에서만 적용되고 있다. HCCA는 평균 전송률로 고정된 무선 자원을 예약하기 때문에 MPEG(Moving Picture Experts Group)을 이용한 스트리밍 서비스와 같이 프레임의 크기가 급격히 변화하는 경우 무선 자원을 낭비하는 문제가 발생하고 MAC(Medium Access Control) 계층의 전송 지연이 증가할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 HCCA에서는 가변 하는 패킷의 크기에 적응적으로 자원을 할당하는 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 가변적으로 자원을 할당하는 패킷 스케줄러는 요구자원이 달라지기 때문에 가용한 자원을 계산하기 어려워 승인제어를 수행하기 어려워진다. 본 논문에서는 기존의 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)를 사용할 경우 트래픽 증가에 의해 QoS(Quality of Service)를 만족시키지 못하는 문제를 해결하기 위한 CAC(Call Admission Control) 기술을 제안한다. 제안하는 CAC 기술은 응용계층에서 발생하는 트래픽 정보와 무선 채널 환경을 고려하여 token bucket에 기반한 EB(Effective Bandwidth)를 계산하여 승인제어를 수행한다. 시뮬레이션 결과 제안하는 CAC 기술은 스트리밍 서비스의 지연 한계를 만족하는 망 부하 이내에서 승인제어를 효과적으로 수행하여 스트리밍 서비스의 QoS를 만족하는 것을 확인할 수 있었다. Backoff 알고리즘에 있어서 EDCA(Distributed Coordination Function)에서는 BEB(Binary Exponential Backoff) 알고리즘을 사용한다. 그러나 BEB는 네트워크내의 트래픽 상황을 고려하지 않고 단순하게 CW(Contention Window)값을 2배 또는 초기화시킴으로써 시스템의 성능이 저하된다. 본 논문에서는 이를 향상시킨 트래픽 양 추정 기반의 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 backoff 기간 동안 idle slot을 이용하여 현재 네트워크에서 사용되는 트래픽 양을 측정하고 이에 알맞은 CW값을 계산한다. 이 알고리즘은 트래픽 양이 높은 네트워크에서 기존의 알고리즘 보다 적합한 CW값을 도출할 수 있도록 고안되었다. 제안하는 알고리즘의 성능분석결과 기존에 제안되었던 BEB, EIED(Exponential Increase Exponential Decrease), EILD(Exponential Increase Linear Decrease), 그리고 PCB(Pause Count Backoff) 알고리즘보다 노드가 70개일 때 전송률에서 약 25%, 지연시간에서 약 50%의 성능향상이 이루어졌다. 지금까지 제안한 승인제어기술과 backoff 알고리즘은 향후 육군 지휘소 무선 LAN 기술 도입에 있어 상당한 성능 향상을 이룰 것으로 생각되며 원활한 실시간 정보 서비스 보장을 통해 국방 전투력 발전에 이바지 할 수 있을 것으로 기대된다.