KR101094994B1

KR101094994B1 - Admission control method based on priority access for wireless LANs

Info

Publication number: KR101094994B1
Application number: KR1020090091468A
Authority: KR
Inventors: 김선명
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-12-19
Also published as: KR20110034092A

Abstract

높은 우선 순위 액세스 카테고리(AC)가 전송할 패킷이 있을 때 낮은 우선 순위 AC의 전송을 차단함으로써 가장 높은 AC가 항상 가장 먼저 채널에 접근하는 것을 보장하고, 네트워크 트래픽 양을 조절하고 수락된 플로우를 새로운 플로우로부터 QoS 영향을 받지 않도록 보호하는 무선 랜용 우선 순위 접근에 기반한 수락 제어 방법이 제공된다. 무선 랜에서 각 액세스 카테고리 플로우가 임의 프레임간 간격 기간의 마지막 슬롯에서 상기 임의 프레임간 간격보다 더 짧은 시간 길이를 갖는 비지 톤을 전송하며, 상기 비지 톤을 수신한 적어도 하나의 플로우는 비지 톤 전송과 백 오프 카운팅 동작을 중지하고, 높은 우선 순위의 액세스 카테고리 플로우가 새로운 플로우가 있을 경우 낮은 우선 순위의 액세스 카테고리 플로우의 패킷 전송을 차단하는 방식으로 우선 순위 접근을 제어하면서 패킷을 전송한다. 새로운 플로우가 트래픽 정보를 포함하는 패킷 전송 수락 요청용 데이터를 액세스 포인트로 전송함에 따라 상기 트래픽 정보 및 측정한 채널 상태 정보를 기초로 하여 전송할 패킷이 수락 결정 조건을 만족하는 지의 여부에 따라 수락 요청을 수락하거나 거절한다.High priority access categories (ACs) block transmission of low priority ACs when there are packets to send, ensuring that the highest AC always accesses the channel first, adjust the amount of network traffic, and Admission control method based on priority access for WLAN that protects from QoS impact is provided. In the WLAN, each access category flow transmits busy tones having a time length shorter than the random interframe interval in the last slot of the random interframe interval period, and at least one flow that receives the busy tones The packet is transmitted while controlling the priority access by stopping the back off counting operation and blocking the transmission of the packet of the low priority access category flow when the high priority access category flow is new. As the new flow transmits the packet transmission acceptance request data including the traffic information to the access point, based on the traffic information and the measured channel state information, an acceptance request is made according to whether the packet to be transmitted satisfies the acceptance decision condition. Accept or reject

무선 랜, 우선 순위 접근, 수락 제어 WiFi, Priority Access, Admission Control

Description

Admission control method based on priority access for wireless LANs

본 발명은 무선 랜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 랜용 우선 순위접근에 기반한 수락 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless LAN, and more particularly, to an admission control method based on priority access for a wireless LAN.

IEEE 802.11 무선 랜은 구축이 쉽고 비용이 낮기 때문에 무선 접근 방법에서 많이 사용된다. IEEE 802.11 표준안은 단말들간 채널 공유를 위해 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 정의하였다. MAC 프로토콜은 경쟁 기반 채널 접근을 위해 DCF(Distributed coordination function) 방식을 제공한다. 일반적인 유선 랜(IEEE 802.3 표준안)과는 달리 무선 랜(IEEE 802.11 표준안)의 MAC 프로토콜은 전송 중의 충돌을 감지하지 못한다. 이러한 이유로 무선 랜은 액세스 포인트(Access Point)에서 각 스테이션을 폴링(Polling)하여 사용 여부를 제어함으로써, 충돌의 발생을 방지하는 PCF(Point Coordinator Function) 방식과 난수를 이용한 충돌 회피를 근간으로 하는 DCF(Distributed Coordinator Function) 방식을 사용하고 있다. PCF는 DCF 상에서 구현되며, IEEE 802.11 표준안에서도 DCF는 필수적 사항이지만, PCF는 선택 사항으로 명시되어 있다.IEEE 802.11 WLANs are widely used in wireless approaches because of their ease of deployment and low cost. The IEEE 802.11 standard has defined a MAC (Media Access Control) protocol for channel sharing between terminals. The MAC protocol provides a distributed coordination function (DCF) scheme for contention-based channel access. Unlike conventional wired LANs (in IEEE 802.3 standard), MAC protocols in wireless LANs (in IEEE 802.11 standard) do not detect collisions during transmission. For this reason, the WLAN is controlled by polling each station at an access point to control whether or not it is used, and a DCF based on a point coordinator function (PCF) method that prevents collisions and collision avoidance using random numbers. (Distributed Coordinator Function) method is used. PCF is implemented on DCF, although DCF is mandatory in the IEEE 802.11 standard, PCF is specified as optional.

DCF는 기본적으로 CSMA/CA(Carrier Sense Multi Access/Collision Avoidance)로 동작한다. 이는 각 스테이션으로 하여금 평소에 반송파를 감지하여 채널의 유휴함을 판단하게 함으로써 다수의 스테이션 간에 공유된 채널을 통하여 데이터 전송 시에는 충동을 회피하도록 하는 것이다. 이를 위해서 IEE802.11에서는 도 1과 같은 분산 프레임간 간격(Distributed Inter-Frame Space; 이하 'DIFS'라 함)과 백 오프의 두 가지 대기 시간을 가진다. 프레임간 간격(Inter-Frame Space; 이하 'IFS'라 함)은 채널이 유휴함으로 판단하는데 소요되는 시간으로서, 제어 패킷과 데이터 패킷은 서로 다른 프레임 간 간격을 사용한다. 하지만, 모든 스테이션이 동일한 DIFS 동안 채널의 유휴함을 확인한 후, 즉시 데이터 패킷을 전송한다면 빈번한 충돌이 발생할 수 있는데, 이를 위하여 백 오프 카운터가 이용될 수 있다. 다시 말해, DCF는 최소의 채널 유휴 시간을 통해 채널의 사용 여부를 판단하는 기준으로, DIFS를 사용하며, 채널 접근시 충돌을 피하기 위하여 임의의 백 오프 시간을 사용한다. 백 오프 카운터는 스테이션에 의한 데이터 전송 시마다 (0 ~ 경쟁 윈도우의 수-1) 중 임의의 값으로 선택되는데, DIFS 보다 긴 유휴 시간이 발생된 경우, 채널이 유휴한 동안 매 슬롯 시간마다 1씩 감소한다. 그리고, 백 오프 카운터가 0이 되면 데이터가 전송될 수 있다. 스테이션에 의한 데이터 전송 후에 충돌 등의 전송 실패가 발생한 경우 경쟁 윈도우(백 오프 값이 취할 수 있는 범위)의 값은 기존 값의 2 배가 되며, 이값을 기준으로 새로운 지연 시간 카운터가 설정된다. 경쟁 윈도우 값은 최소값과 최대값이 정의될 수 있는데, 초기 경쟁 윈도우 값은 최소값으로 설정되고, 전송 실패로 인하여 증가되는 경쟁 윈도우 값은 최대값 이하로 한정된다. DCF basically operates with Carrier Sense Multi Access / Collision Avoidance (CSMA / CA). This allows each station to detect a carrier at a normal time to determine channel idle, thereby avoiding urges when transmitting data through a channel shared between multiple stations. To this end, in IEE802.11, there are two waiting times, a distributed inter-frame space (hereinafter referred to as 'DIFS') and a back off as shown in FIG. Inter-Frame Space (hereinafter, referred to as 'IFS') is a time taken to determine that a channel is idle, and control and data packets use different interframe spaces. However, if all stations confirm that the channel is idle during the same DIFS and then immediately send a data packet, frequent collisions may occur. A back off counter may be used for this purpose. In other words, the DCF uses DIFS as a criterion for determining whether the channel is used through the minimum channel idle time, and uses an arbitrary back off time to avoid collision when the channel is accessed. The back off counter is selected at any one of (0 to the number of contention windows-1) every time data is transmitted by the station.If an idle time longer than DIFS occurs, the back off counter is decremented by one every slot time while the channel is idle. do. When the back off counter becomes 0, data may be transmitted. If a transmission failure such as a collision occurs after data transmission by the station, the content of the contention window (the range that the back-off value can take) is twice the existing value, and a new delay counter is set based on this value. The contention window value may be defined as a minimum value and a maximum value. The initial contention window value is set to a minimum value, and the contention window value increased due to transmission failure is limited to the maximum value or less.

한편, 멀티미디어 응용이 널리 많이 사용됨으로써 무선 랜에서 높은 대역폭과 낮은 평균 지연과 같은 새로운 요구사항들을 만족시켜야 한다. 이와 같은 무선 네트워크 환경(IEE802.11)에서 DIFS 및 경쟁 윈도우는 모든 트래픽에 대해 동일하게 정의되어 있기 때문에, 트래픽의 종류에 따른 차별화된 네트워크 서비스를 제공할 수 없다.Meanwhile, as multimedia applications are widely used, new requirements such as high bandwidth and low average delay in wireless LANs have to be satisfied. In this wireless network environment (IEE802.11), since the DIFS and the contention window are defined identically for all traffic, it is not possible to provide differentiated network services according to the type of traffic.

이러한 네크워크 서비스 요구를 모두 충족시켜 줄 수 있다면 아무런 문제가 없겠지만, 만일 그렇지 못하다면 서비스를 차별화하여 가능한 한 모든 서비스에 대하여 공평한 만족을 주는 것이 그 해결 방안이라 할 수 있으며, 이러한 서비스의 차별화 기능을 QoS(Quality of Service)라고 한다.If you can meet all of these network service needs, there will be no problem, but if not, the solution is to differentiate the services and provide equal satisfaction for all services as possible. It is called (Quality of Service).

그러나 IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 QoS 요구사항을 만족시키지 못한다. IEEE 802.11 MAC 프로토콜에서 엄격한 QoS 요구사항을 갖는 멀티미디어 응용을 지원하기 위해 IEEE 802.11e가 표준화되었다. IEEE 802.11e 표준안에서는 트래픽을 하나 이상의 액세스 카테고리(Access Category; 이하 'AC')로 분류하고, 각 AC 별로 독립된 DIFS 및 경쟁 윈도우를 갖도록 정의하고 있다. IEEE 802.11e 표준안은 이러한 새로운 경쟁기반 채널 접근 방법을 EDCA(Enhanced distributed channel access)를 제공한다. EDCA는 4개의 AC를 통해 QoS를 지원한다. AC간 차별화를 위해 EDCA는 최소 경쟁 윈도우(Minimum contention window)와 최대 경쟁 윈도우(Maximum contention window), 임의 프레임간 간격(Arbitration inter-frame space; 이하 'AIFS'라 함)와 같은 파라미터를 이용한다. 한편, EDCA에서는 기존의 DIFS를 AIFS 로 표현한다.However, the IEEE 802.11 MAC protocol does not meet QoS requirements. IEEE 802.11e has been standardized to support multimedia applications with stringent QoS requirements in the IEEE 802.11 MAC protocol. In the IEEE 802.11e standard, traffic is classified into one or more Access Categories (hereinafter, referred to as' AC's) and is defined to have independent DIFS and contention windows for each AC. The IEEE 802.11e standard provides enhanced distributed channel access (EDCA) for this new contention-based channel approach. EDCA supports QoS through four ACs. To differentiate between ACs, EDCA uses parameters such as a minimum contention window, a maximum contention window, and an arbitration inter-frame space (hereinafter referred to as 'AIFS'). EDCA, on the other hand, represents existing DIFS as AIFS.

IEEE 802.11e 표준안에서의 EDCA 접근 종류는 음성, 비디오, 백 그라운드, 및 최선형 데이터(Best Effort)로 분류되는데, 그 종류에 따라 EDCA 파라미터가 참조되어 트래픽 전송 정책이 결정되는 것이다. 접근 종류는 다시 실시간 접근(음성, 비디오) 및 비 실시간 접근(백 그라운드, 최선 노력)으로 분류될 수 있다.The types of EDCA access in the IEEE 802.11e standard are classified into voice, video, background, and best effort. The EDCA parameters are referenced to determine the traffic transmission policy. Access types can be further classified into real-time access (voice, video) and non-real-time access (background, best effort).

기존에 본 발명의 방법들은 서비스 차별화에 대한 연구에만 초점을 맞추고 진행되었다. 그러나 네트워크 트래픽 양을 효율적으로 제어할 수 있는 방법 없이 서비스 차별화 자체만으로는 멀티미디어 응용에 QoS를 제공하기에는 충분하지 않다. 본 발명에서는 IEEE 802.11e EDCA를 위한 수락 제어 방법에 초점을 맞춰 연구를 진행한다.Previously, the methods of the present invention focused only on the study of service differentiation. However, service differentiation alone is not enough to provide QoS for multimedia applications without a way to efficiently control the amount of network traffic. The present invention focuses on the admission control method for IEEE 802.11e EDCA.

IEEE 802.11e EDCA를 위한 많은 수락 제어 방법들이 제안되었다. 기존 방법들은 크게 모델 기반 제어 방법과 측정 기반 제어 방법으로 나뉘어 진다. 모델 기반 제어 방법은 새로운 플로우에 대해 수락 여부를 결정하기 위해 수학적 분석 모델을 이용한다. 측정 기반 방법은 수락을 결정하기 위해 네트워크에 존재하는 트래픽의 효율 또는 충돌 확률, 지연과 같은 측정할 수 있는 정보를 이용한다.Many admission control methods for IEEE 802.11e EDCA have been proposed. Existing methods are largely divided into model based control method and measurement based control method. The model-based control method uses a mathematical analysis model to determine whether to accept a new flow. Measurement-based methods use measurable information, such as the efficiency of traffic present in the network or the probability of collision, delay to determine acceptance.

기존에 본 발명의 종래 방법들은 여러 가지 문제점이 있다. 첫째, 수학적 분석 모델들은 네트워크 상에 존재하는 플로우들의 QoS 성능을 계산하기 위해 몇 가지 비실용적인 가정을 한다. 그러므로 이러한 모델들은 실제 트래픽의 특징을 반영하지 못한다. 따라서, 모델 기반 방법들은 항상 정확하지 않고 실제 환경에 적용하는 것이 어렵다. 두 번째, 측정 기반 방법들은 새로운 플로우가 네트워크에 수락된 후에 사용되는 채널 시간을 정확히 예측할 수 없기 때문에 정확한 수락 제어를 수행하는 것이 어렵다. 예로, 종래의 방법은 성공 전송 시간과 상수 파라미터인 SurplusFactor에 근거하여 대역폭을 플로우에 할당하고 수락 제어를 수행한다. SurplusFactor 파라미터는 예상되는 전송 실패에 따른 대역폭을 보상하기 위해 사용된다. 상기 종래 방법이 충돌이 발생하였을 경우 어떤 AC 플로우가 패킷을 전송하였는지 구분할 수 없기 때문이다. 이 파라미터의 부정확성은 잘못된 수락 제어를 수행하게 한다. 셋째, 기존 방법들은 낮은 우선 순위 플로우가 높은 우선 순위 플로우보다 더 작은 백 오프(Backoff) 카운터 값을 갖고 채널 접근을 할 수 있는 우선 순위 역전 문제(Priority reversal problem)를 해결하지 못한다. 채널 상태가 유휴(Idle)일 때 각 플로우는 자신의 백 오프 카운터 값을 감소시키기 때문에 비록 초기 값은 크더라도 나중에는 작은 값을 갖게 된다. 백 오프 카운터 값은 균일 분포(Uniform distribution)에 따라 무작위로 선택되기 때문에 높은 우선 순위 플로우가 항상 더 작은 백 오프 카운터 값을 갖는 것을 보장하지 못한다. 그러므로 낮은 우선 순위 플로우가 높은 우선 순위 플로우보다 더 빨리 패킷을 전송할 수도 있다. 결과적으로 높은 우선 순위 트래픽이 채널 경쟁을 위해 더 긴 시간을 대기할 수도 있다. 넷째, 비록 수락 제어 방법이 잘 동작하더라도 낮은 우선 순위 트래픽이 높은 우선 순위 트래픽과 충돌을 야기할 수 있기 때문에 높은 우선 순위 트래픽은 낮은 우선 순위 트래픽에 의해 영향을 받는다. 마지막으로, 대부분의 기존 방법들은 실시간 트래픽에 QoS를 보장하기 위해 일반 데이터 트래픽을 먼저 제어하기 때문에 트래픽 양이 많은 환경에서는 데이터 트래픽의 성능 기아 현상이 발생할 수 있다. 하지만, 네트워크 트래픽 양을 효율적으로 제어할 수 있는 방법 없이 상기한 바와 같은 종래의 IEEE 802.11e EDCA는 음성과 비디오와 같은 멀티미디어 응용의 실시간 요구 사항을 만족시키지 못한다.Conventional methods of the present invention have several problems. First, mathematical analysis models make some impractical assumptions to calculate the QoS performance of flows present on the network. Therefore, these models do not reflect the characteristics of the actual traffic. Therefore, model-based methods are not always accurate and are difficult to apply in real environments. Second, it is difficult to perform accurate admission control because measurement based methods cannot accurately predict the channel time used after a new flow is accepted into the network. For example, the conventional method allocates bandwidth to the flow and performs admission control based on the success transmission time and the constant parameter SurplusFactor. The SurplusFactor parameter is used to compensate for bandwidth due to expected transmission failure. This is because the conventional method cannot distinguish which AC flow transmits a packet when a collision occurs. Inaccuracy of this parameter leads to poor admission control. Third, the existing methods do not solve the priority reversal problem in which the low priority flow has access to the channel with a smaller backoff counter value than the high priority flow. Since each flow decrements its back off counter value when the channel state is idle, it will have a small value later even though the initial value is large. Since the back off counter value is chosen randomly according to the Uniform distribution, there is no guarantee that a high priority flow always has a smaller back off counter value. Therefore, a low priority flow may send a packet faster than a high priority flow. As a result, high priority traffic may wait longer for channel competition. Fourth, although the admission control method works well, high priority traffic is affected by low priority traffic because low priority traffic can cause collisions with high priority traffic. Finally, since most conventional methods control general data traffic first to guarantee QoS for real-time traffic, performance starvation of data traffic may occur in a high traffic volume environment. However, the conventional IEEE 802.11e EDCA as described above does not meet the real-time requirements of multimedia applications such as voice and video without a way to efficiently control the amount of network traffic.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 높은 우선 순위 액세스 카테고리(AC)가 전송할 패킷이 있을 때 낮은 우선 순위 AC의 전송을 차단함으로써 가장 높은 AC가 항상 가장 먼저 채널에 접근하는 것을 보장하고, 네트워크 트래픽 양을 조절하고 수락된 플로우를 새로운 플로우로부터 QoS 영향을 받지 않도록 보호하는 무선 랜용 우선 순위 접근에 기반한 수락 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-described problems, the high priority access category (AC) is to block the transmission of low priority AC when there is a packet to transmit the highest AC always access the channel first The purpose of the present invention is to provide an admission control method based on a priority access for WLAN that adjusts the amount of network traffic and protects the accepted flow from being affected by QoS from a new flow.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무선 랜용 우선 순위 접근에 기반한 수락 제어 방법은 (i) 무선 랜에서 각 액세스 카테고리 플로우가 임의 프레임간 간격 기간의 마지막 슬롯에서 상기 임의 프레임간 간격보다 더 짧은 시간 길이를 갖는 비지 톤을 전송하며, 상기 비지 톤을 수신한 적어도 하나의 플로우는 비지 톤 전송과 백 오프 카운팅 동작을 중지하고, 높은 우선 순위의 액세스 카테고리 플로우가 새로운 플로우가 있을 경우 낮은 우선 순위의 액세스 카테고리 플로우의 패킷 전송을 차단하는 방식으로 우선 순위 접근을 제어하면서 패킷을 전송하는 단계; 및 (ii) 새로운 플로우가 트래픽 정보를 포함하는 패킷 전송 수락 요청용 데이터를 액세스 포인트로 전송함에 따라 상기 트래픽 정보 및 측정한 채널 상태 정보를 기초로 하여 전송할 패킷이 수락 결정 조건을 만족하는 지의 여부에 따라 수락 요청을 수락하거나 거절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the admission control method based on the priority access for wireless LAN according to the present invention is that (i) each access category flow in the wireless LAN is shorter than the random interframe space in the last slot of the random interframe space period. Transmit a busy tone having a length of time, the at least one flow receiving the busy tone stops busy tone transmission and back off counting operations, and the high priority access category flow has a lower priority if there is a new flow. Transmitting a packet while controlling priority access in a manner that blocks packet transmission of the access category flow; And (ii) whether the packet to be transmitted satisfies the acceptance decision condition based on the traffic information and the measured channel state information as the new flow transmits the packet transmission acceptance request data including the traffic information to the access point. And accordingly, accepting or rejecting the acceptance request.

본 발명에서는 우선 순위 접근과 수락 제어 두 부분으로 구성된 측정 기반 수락 제어 방법을 제안한다. 먼저, 본 발명의 방법의 성능은 시뮬레이션을 통해 평가한다. 성능 평가 결과, 본 발명의 방법이 멀티미디어 응용의 QoS를 보장하고 낮은 우선 순위 트래픽의 성능 기아(Starvation) 현상을 방지하는데 매우 효율적임을 확인하였다. 상기한 바와 같은 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. (1) 우선 순위 접근 방법은 높은 우선 순위 AC가 전송할 패킷이 있을 때 낮은 우선 순위 AC의 전송을 차단한다. 이는 가장 높은 AC가 항상 가장 먼저 채널에 접근하는 것을 보장한다. 그러므로 본 발명의 방법은 우선 순위 역전 문제를 해결할 수 있다. (2) 우선 순위 접근 방법은 같은 우선 순위를 갖는 AC 플로우들만의 채널 경쟁을 보장한다. 그러므로 AP는 각 우선 순위 AC별 채널 상태 정보를 정확히 측정할 수 있다. 그리고 새로운 플로우가 수락된 후에 사용되는 채널 시간을 정확히 예측할 수 있다. (3) 기존에 본 발명의 방법에서 각 우선 순위 AC에 대한 대역폭 할당은 다른 우선 순위 AC들 간 패킷 충돌로 인해 상당히 어려웠다. 그러나 본 발명의 방법은 다른 우선 순위 AC 간 충돌이 발생하지 않으므로 각 우선 순위 AC에 대한 대역폭 할당이 가능하다. 또한, 본 발명의 방법은 데이터 트래픽의 기아 현상을 방지할 수 있다.The present invention proposes a measurement-based admission control method consisting of two parts, priority access and admission control. First, the performance of the method of the present invention is evaluated through simulation. As a result of the performance evaluation, it is confirmed that the method of the present invention is very effective for guaranteeing QoS of multimedia applications and preventing performance starvation of low priority traffic. Referring to the effects of the present invention as described above in detail. (1) The priority approach blocks the transmission of low priority AC when there is a packet to be transmitted by the high priority AC. This ensures that the highest AC always accesses the channel first. Therefore, the method of the present invention can solve the priority reversal problem. (2) The priority approach ensures channel contention only for AC flows with the same priority. Therefore, the AP can accurately measure channel state information for each priority AC. And it can accurately predict the channel time used after the new flow is accepted. (3) In the conventional method of the present invention, bandwidth allocation for each priority AC has been considerably difficult due to packet collisions between different priority ACs. However, in the method of the present invention, since there is no collision between different priority ACs, bandwidth allocation for each priority AC is possible. In addition, the method of the present invention can prevent starvation of data traffic.

이하, 첨부된 예시 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 랜용 우선 순위 접근에 기반한 수락 제어 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따 른 우선 순위 접근 방법을 설명하는 흐름도이다.Hereinafter, an admission control method based on priority access for a wireless LAN according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying example drawings. 3 is a flowchart illustrating a priority approach method according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 우선 순위 접근 과정과 수락 제어 과정, 두 부분으로 이루어진 측정 기반 수락 제어 방법을 제안한다. The present invention proposes a measurement-based admission control method consisting of two parts, a priority access process and an admission control process.

IEEE 802.11 무선 랜에서 QoS를 지원하기 위해 IEEE 802.11e가 표준화되었다. 새로운 표준은 경쟁기반의 EDCA(Enhanced distributed access mechanism) 개념을 제안하였다. EDCA는 DCF의 향상된 버전이다. DCF에서 모든 단말은 같은 우선 순위를 갖고 채널 경쟁을 한다. 그러나 EDCA는 AC(Access category) 개념을 도입하여 여러 우선 순위 단계를 지원한다. 단말은 8개의 사용자 우선 순위를 지원하기 위해 4개까지의 AC를 갖는다. 각 AC는 별도의 큐로 구현된다. 각 패킷은 우선 순위 정보를 갖고 상위 계층에서 MAC 계층으로 전달되고 우선 순위에 따라 각 AC에 매핑된다. AC 3, AC 2, AC 1, 및 AC 0는 각각 음성, 비디오, 최선형 데이터, 및 백그라운드 트래픽을 위해 사용된다. 트래픽 차별화를 위해 EDCA는 각 AC i (i=0,…,3) 별 파라미터 CWmin[i](Minimum contention window), CWmax[i](Maximum contention window), AIFS[i](Arbitration inter-frame space)를 사용한다. AIFS는 최소한 DIFS(Distributed inter-frame space) 이상이어야 하고 AIFSN[i](Arbitration inter-frame space number) 값을 이용하여 계산된다. AIFS[i]는 SIFS+AIFSN[i]*aSlotTime이다. SIFS는 SIFS(Short inter-frame space)의 시간 길이이고 aSlotTime은 한 슬롯의 시간 길이다. EDCA는 0≤i＜j≤3에 대해 CWmin[i]≥CWmin[j], CWmax[i]≥CWmax[j], AIFSN[i]≥AIFSN[j]를 가져야 한다. 이 수식에서 최소한 하나는 “>”여야 한다. EDCA는 채널 경쟁에서 높은 우선 순위 AC에게 더 높은 기회를 제공하기 위해 작은 CWmin, CWmax, AIFSN 값을 할당한다. 그러므로 EDCA에서 QoS 지원은 다른 우선 순위 AC간 채널 접근 확률을 차별화함으로써 이루어진다.IEEE 802.11e has been standardized to support QoS in IEEE 802.11 WLAN. The new standard proposed the concept of a competitive-based enhanced distributed access mechanism (EDCA). EDCA is an enhanced version of DCF. In the DCF, all terminals have the same priority and channel contention. EDCA, however, introduces the concept of an access category (AC) to support several priority levels. The terminal has up to four ACs to support eight user priorities. Each AC is implemented as a separate queue. Each packet has priority information and is passed from the upper layer to the MAC layer and mapped to each AC according to the priority. AC 3, AC 2, AC 1, and AC 0 are used for voice, video, best data, and background traffic, respectively. For traffic differentiation, EDCA uses parameters CWmin [i] (Minimum contention window), CWmax [i] (Maximum contention window), and AIFS [i] (Arbitration inter-frame space) for each AC i (i = 0,…, 3). ). AIFS should be at least DIFS (Distributed inter-frame space) or more and is calculated using AIFSN [i] (Arbitration inter-frame space number). AIFS [i] is SIFS + AIFSN [i] * aSlotTime. SIFS is the length of time in short inter-frame space (SIFS) and aSlotTime is the length of time in one slot. EDCA should have CWmin [i] ≧ Cwmin [j], CWmax [i] ≧ Cwmax [j], AIFSN [i] ≧ AIFSN [j] for 0 ≦ i <j ≦ 3. At least one of these expressions must be ">". EDCA assigns small CWmin, CWmax, and AIFSN values to give higher priority AC higher opportunities in channel competition. Therefore, QoS support in EDCA is achieved by differentiating channel access probability between different priority ACs.

본 발명에 따른 무선 랜용 우선 순위 접근에 기반한 수락 제어 방법은 EDCA에 약간의 수정이 필요하지만 기본 동작 과정은 EDCA와 똑같다.Admission control method based on priority access for wireless LAN according to the present invention requires some modification to EDCA, but the basic operation process is the same as EDCA.

본 발명의 방법은 높은 우선 순위 AC가 전송할 패킷이 있을 때 낮은 우선 순위 AC의 전송을 차단한다. 즉, 낮은 우선 순위 AC들은 높은 우선 순위 AC가 더 이상 채널 경쟁을 하지 않을 때까지 패킷을 전송하지 않는다.The method of the present invention blocks the transmission of low priority AC when there is a packet for the high priority AC to transmit. That is, low priority ACs do not transmit packets until the high priority AC no longer competes in a channel.

종래의 EDCA에서 어떤 한 AC의 플로우는 우선 무선 채널 매체를 감지한다. AIFS 기간의 유휴를 감지한 후에 플로우는 패킷 전송 전에 임의 백 오프 시간 동안 대기한다. 본 발명의 방법의 정확한 동작을 위해 EDCA와 달리 높은 우선 순위 AC는 낮은 우선 순위 AC에 비해 항상 작은 AIFSN 값을 가져야 한다. 즉, 0 ≤ i ＜ j ≤ 3에 대해 AIFSN[i] > AIFSN[j] 관계이다.In a conventional EDCA, the flow of some AC first senses the radio channel medium. After detecting the idle of the AIFS period, the flow waits for a random back off time before sending the packet. Unlike the EDCA, the high priority AC should always have a small AIFSN value compared to the low priority AC for the correct operation of the method of the present invention. That is, the relationship AIFSN [i]> AIFSN [j] for 0 ≦ i <j ≦ 3.

비지 톤의 전송 시점은 패킷 도착 시간과 채널 상태에 따라서 가변적이다. 상기 비지 톤 전송 시점을 결정하기 위해 본 발명의 방법은 다음 세 가지 파라미터, 즉 MAC 계층 패킷 도착 시간(PAT: packet arrival time), 최근 패킷 전송으로 인한 마지막 채널 번잡 시간(LCBT: last channel busy time), 가장 낮은 우선 순위 AC의 AIFS(LAIFS: AIFS of the lowest priority AC)를 사용한다. LCBT는 한 패킷의 전송이 완료되는 시간으로 설정된다. 그러나 패킷 충돌이 감지될 경우에는 (EIFS - DIFS)의 종료 시간으로 설정된다. 이는 EDCA의 백 오프 동작이 (EIFS - DIFS + AIFS) 동안의 채널 유휴 이후에 시작하기 때문이다. EIFS는 EIFS(Extended inter-frame space) 시간을 의미한다.The transmission time of busy tone varies depending on packet arrival time and channel condition. In order to determine the busy tone transmission time, the method of the present invention provides the following three parameters: MAC layer packet arrival time (PAT), and last channel busy time (LCBT) due to the last packet transmission. For example, use AIFS of the lowest priority AC (LAIFS). LCBT is set to the time at which the transmission of one packet is completed. However, if a packet collision is detected, the end time of (EIFS-DIFS) is set. This is because the back off operation of EDCA starts after channel idle during (EIFS-DIFS + AIFS). EIFS means extended inter-frame space (EIFS) time.

비지 톤 전송 시점을 결정하기 위해서는 두 가지 경우를 고려해야 한다(도 1 및 도 2 참고). 우선 순위 접근 과정에 있어서, 새로운 플로우가 비지 톤을 LCBT와 PAT 사이에 수신하였는 지를 판단하여(단계 S303), 상기 플로우가 비지 톤을 LCBT와 PAT 사이에 수신한 경우, 즉 마지막 비지 톤 수신 시간이 최근 패킷 전송으로 인한 마지막 채널 번잡 시간(LCBT) 보다 큰 경우, 패킷 전송으로 인한 채널 번잡이 감지될 때까지 동작 과정을 멈춘다. 그렇지 않다면 다음과 같은 두 가지 경우로 동작한다. Two cases should be considered to determine busy tone transmission timing (see FIGS. 1 and 2). In the priority approach process, it is determined whether a new flow has received a busy tone between the LCBT and the PAT (step S303), so that when the flow receives the busy tone between the LCBT and the PAT, that is, the last busy tone reception time is If it is greater than the last channel busy time (LCBT) due to the recent packet transmission, the operation is stopped until the channel busy due to the packet transmission is detected. If not, it works in two cases:

플로우가 LCBT 전 또는 LCBT 후에 상위 계층으로부터 새로운 패킷을 수신하였는지, 즉 PAT > LCBT인 지를 판단한다(단계 S304).It is determined whether the flow has received a new packet from the upper layer before or after the LCBT, that is, PAT> LCBT (step S304).

단계 S304의 판단 결과, 상기 플로우가 LCBT 전에 상위 계층으로부터 새로운 패킷을 수신한 경우(PAT ≤ LCBT), 도 1을 참조하여 (AIFS - aSlotTime) 시간 동안 무선 채널 매체(이하, '채널'이라 함)가 유휴 상태인 지를 감지한다(단계 S305). As a result of the determination of step S304, when the flow receives a new packet from the upper layer before LCBT (PAT ≤ LCBT), the radio channel medium (hereinafter, referred to as 'channel') for (AIFS-aSlotTime) time with reference to FIG. Detects whether is idle (step S305).

한편, 상기 플로우가 LCBT 이후에 상기 패킷을 수신한 경우(PAT > LCBT), 도 2를 참조하여 (LCBT + LAIFS * N + AIFS - aSlotTime) 시간까지 대기한다(단계 S306). N은 AIFS의 시작 시점을 LAIFS의 정수 배로 정렬하기 위해 사용되며 값은

이다.

는 x 이상의 정수 중에서 최소값을 의미한다. 플로우가 전송할 패킷이 없어도 본 발명의 방법에서는 LAIFS 단위로 매체의 번잡 이후에 얼마나 많은 시간이 지났는지 측정해야 한다. 그래서 플로우의 AIFS 감지 시작을 언제 할지 알 수 있다. 이러한 정렬은 같은 우선 순위 AC를 갖는 플로우들간 채널 경쟁이 이루어지는 것을 보장하기 위해 필요하다. 이와 같은 정렬 없이 플로우가 (AIFS - aSlotTime) 동안의 채널 유휴를 감지한 후에 비지 톤을 전송하게 되면 다른 우선 순위 AC의 플로우들과 비지 톤 충돌을 야기할 수 있다. 충돌된 비지 톤을 전송한 플로우들은 동시에 채널 경쟁을 수행하게 되어 다른 우선 순위 AC들간 영향이 존재하게 된다. On the other hand, if the flow receives the packet after LCBT (PAT> LCBT), the flow waits for (LCBT + LAIFS * N + AIFS-aSlotTime) time with reference to FIG. 2 (step S306). N is used to sort the starting point of AIFS by an integer multiple of LAIFS, with the value

to be.

Is the minimum value among integers of x or greater. Even if there is no packet to be transmitted by the flow, the method of the present invention should measure how much time has passed since the media has been crowded in units of LAIFS. So you know when to start the AIFS detection of the flow. This alignment is necessary to ensure channel competition between flows having the same priority AC. Without this sort, if a flow detects channel idle during (AIFS-aSlotTime) and transmits busy tones, it can cause busy tone collisions with flows of other priority ACs. Flows that send collided busy tones perform channel contention at the same time, so that there is an impact between different priority ACs.

(AIFS - aSlotTime) 시간 동안 채널 유휴 여부를 감지하다가 비지 톤 전송 시점 전에 다른 플로우가 전송한 비지 톤을 수신하였는 지를 판단한다(단계 S307).While detecting channel idle for (AIFS-aSlotTime) time, it is determined whether a busy tone transmitted by another flow is received before the busy tone transmission time (step S307).

단계 S307의 판단 결과, 자신의 (AIFS - aSlotTime) 기간 내 어떤 시간에라도 비지 톤을 수신하면 LBT를 저장하고, 현재 채널 경쟁을 멈추고 패킷 전송이 발생할 때까지 대기하는 방식으로, 비지 톤 전송과 백 오프 카운팅 과정을 중지한다(단계 S308). 이 과정은 각 우선 순위 트래픽이 자신의 패킷 전송 과정을 우선 순위에 따라 수행하는 것을 보장한다. 더 높은 우선 순위 AC가 존재하는 한 낮은 우선 순위 AC의 플로우들은 (AIFS - aSlotTime) 기간 내에 비지 톤을 감지하게 될 것이다.As a result of the determination in step S307, when busy tone is received at any time within its (AIFS-aSlotTime) period, busy tone transmission and backoff are performed by storing the LBT, stopping current channel competition and waiting for packet transmission to occur. The counting process is stopped (step S308). This process ensures that each priority traffic performs its own packet transmission process in order of priority. As long as there is a higher priority AC, the flows of the lower priority AC will detect busy tone within the (AIFS-aSlotTime) period.

자신의 (AIFS - aSlotTime) 기간 내 어떤 시간에라도 비지 톤을 수신하지 않은 경우, 상기 플로우는 각 플로우는 자신의 AIFS 기간의 마지막 슬롯(Slot)에서 aSlotTime보다 짧은 시간 길이를 갖는 비지 톤을 전송한 후(단계 S309), 백 오프 카운터 값을 슬롯 시간 단위로 0가 될 때까지 감소시킨다(단계 S310). 이 경우 백 오프 카운팅 과정은 IEEE 802.11 EDCA와 동일한 방법으로 동작한다.If no busy tone is received at any time within its (AIFS-aSlotTime) period, the flow sends a busy tone with a time length shorter than aSlotTime in the last slot of its AIFS period. (Step S309), the back off counter value is decremented until it becomes 0 in slot time units (step S310). In this case, the back off counting process works in the same way as the IEEE 802.11 EDCA.

상기 플로우는 상기 채널이 유휴 상태인 지를 판단한다(S311).The flow determines whether the channel is in an idle state (S311).

단계 S311의 판단 결과, 상기 채널이 상기 유휴 상태가 아닌 경우, 상기 플로우는 LCBT를 저장한다(단계 S312). 이와는 달리, 상기 채널이 상기 유휴 상태인 경우, 패킷(데이터)을 AP로 전송한다(단계 S313).As a result of the determination in step S311, when the channel is not in the idle state, the flow stores the LCBT (step S312). In contrast, when the channel is in the idle state, a packet (data) is transmitted to the AP (step S313).

단계 S314에서, 상기 플로우는 상기 패킷의 전송이 성공되었는지를 판단한다.In step S314, the flow determines whether the transmission of the packet was successful.

단계 S314의 판단 결과, 상기 패킷의 전송이 성공되지 않은 경우, 상기 백 오프 카운터 값이 취할 수 있는 범위를 나타내는 경쟁 윈도우(CW)를 증가한다(단계 S315).As a result of the determination in step S314, when the transmission of the packet is not successful, the contention window CW indicating the range that the back off counter value can take is increased (step S315).

상기 패킷의 전송이 성공된 경우, 상기 플로우는 LCBT를 저장하고 상기 CW를 최소 CW로 설정한다(단계 S316). If the transmission of the packet is successful, the flow stores the LCBT and sets the CW to the minimum CW (step S316).

우선 순위 접근 방법의 정확한 동작을 보장하기 위해 비지 톤과 패킷 전송을 구분하는 것은 매우 중요하다. 본 발명에서는 전송 시간을 이용하여 구분한다. 한 패킷의 전송 시간은 20us 값을 갖는 물리 계층 헤더로 인해 최소 3 슬롯 이상의 시간을 필요로 한다. 비지 톤은 한 타임 슬롯보다는 작은 값을 이용한다. 전송 시간을 측정하는 것은 추가적인 오버헤드나 비용 없이 간단하게 할 수 있다. 이는 모든 단말이 CSMA/CA 방법으로 동작하기 때문이다. 각 단말은 채널 감지 방법을 통해 채널 상태를 감지하고 번잡 시간을 측정한다. 그러므로 단말이 신호를 수신하였을 때 비지 톤과 패킷 전송을 구분할 수 있다.It is very important to distinguish busy tone from packet transmission to ensure the correct operation of the priority approach. In the present invention, the transmission time is used for classification. The transmission time of one packet requires at least three slots or more due to the physical layer header having a value of 20us. Busy Tones use values smaller than one time slot. Measuring the transmission time can be simple without any additional overhead or cost. This is because all terminals operate in the CSMA / CA method. Each terminal detects a channel state and measures a troublesome time through a channel detection method. Therefore, when the terminal receives a signal, it is possible to distinguish between busy tone and packet transmission.

Ping은 제안하는 방법과 유사한 확정된 우선 순위 접근 방법을 제안하였다. 그러나 이 방법은 다음과 같은 차이점을 갖는다. 데이터 트래픽에 대한 음성 트래픽만의 우선 순위를 보장하는 것이 주목적이다. 채널 경쟁중인 음성 플로우는 AIFS 시간 동안 채널 유휴를 확인한 후에 백 오프 카운팅 동작을 하는 대신에 비지 톤을 전송한다. 비지 톤의 길이는 백 오프 카운터 값과 동일하다. 비지 톤 전송을 완료한 후에 단말은 채널을 감지한다. 채널이 여전히 번잡이면 현 경쟁을 정지하고 유휴이면 패킷을 전송한다. 이를 통해 가장 긴 비지 톤을 갖는 플로우가 패킷을 전송한다. 최소 하나 이상의 음성 플로우가 존재하면 모든 데이터 플로우는 AIFS 기간 내에 비지 톤을 감지하고 채널 경쟁 과정을 정지한다.Ping proposed a fixed priority approach similar to the proposed one. However, this method has the following differences. The main purpose is to ensure only the priority of voice traffic over data traffic. Channel competing voice flows transmit busy tones instead of performing a back off counting operation after confirming channel idle for AIFS time. The busy tone length is equal to the back off counter value. After completing busy tone transmission, the terminal detects a channel. If the channel is still busy, it will stop the current race and if it is idle, send a packet. This allows the flow with the longest busy tone to send a packet. If at least one voice flow is present, all data flows detect busy tones within the AIFS period and stop the channel contention process.

DAC(Distributed admission control) 방법Distributed admission control (DAC) method

Xiao는 두 단계로 구성된 DAC 방법을 제안하였다. 첫 번째 단계에서는 네트워크에 수락되어 동작중인 음성과 비디오 플로우가 새로운 음성과 비디오 플로우로부터 영향을 받지 않게 보호하는 것이다. AP는 비콘(Beacon) 주기 동안에 각 AC i별 성공적인 전송으로 사용된 채널 시간(TxTime[i])을 측정한다. 그리고 나서 다음 비콘 간격 동안에 AC i 플로우들이 추가로 사용 가능한 채널 시간(TXOPBudget[i])을 다음 수학식 1로 계산한다.Xiao proposed a two-step DAC method. The first step is to protect the voice and video flows that are accepted and operated by the network from being affected by new voice and video flows. The AP measures the channel time (TxTime [i]) used for successful transmission for each AC i during the Beacon period. Then, the channel time TXOPBudget [i] additionally available for AC i flows during the next beacon interval is calculated by the following equation.

TXOPBudget[i] = max(ATL[i] -TxTime[i] * SurplusFactor[i], 0), TXOPBudget [i] = max (ATL [i] -TxTime [i] * SurplusFactor [i], 0),

여기서 ATL[i]는 비콘 간격 동안 AC i를 위한 최대 할당가능 채널 시간이고 SurplusFactor[i]는 충돌로 인해 발생 가능한 전송 실패에 대한 보상을 위해 사용된다. 계산된 버짓(Budget) 정보는 비콘 프레임을 통해 각 단말에게 전달된다.Where ATL [i] is the maximum assignable channel time for AC i during the beacon interval and SurplusFactor [i] is used to compensate for possible transmission failures due to collisions. The calculated budget information is delivered to each terminal through a beacon frame.

각 단말은 각 AC i를 위해 다음과 같은 변수를 유지 관리한다: TxUsed[i], TxSuccess[i], TxLimit[i], TxRemainder[i], TxMemory[i]. TxUsed[i]는 단말이 AC i의 트래픽을 전송하기 위해 사용한 채널 시간이다(성공 여부와 무관). TxSuccess[i]는 성공적인 전송으로 인해 사용된 채널 시간이다. 단말은 TxUsed[i]가 TxLimit[i]을 초과할 때 데이터 패킷을 전송하지 않는다. TxLimit[i]은 아랫부분에 설명된다. 위와 같은 이유로 인해 패킷 전송이 차단되면, TxRemainder[i] 값은 TxLimit[i] ― TxUsed[i]이다. 차단되지 않고 패킷을 전송하면, TxRemainder[i]는 0이다. TxMemory[i]는 비콘 간격 동안 단말의 AC i가 사용한 채널 시간을 기록하고 이값은 ∝ * TxMemory[i] + (1-∝) * (TxSuccess[i] * SurplusFactor[i] + TXOPBudget[i])이다. ∝는 평활 인수(Smoothing factor)이다. TxLimit[i]는 TxMemory[i] + TxRemainder[i]이다. 수락 결정을 위한 조건은 다음 수학식 2와 같다.Each terminal maintains the following variables for each AC i: TxUsed [i], TxSuccess [i], TxLimit [i], TxRemainder [i], and TxMemory [i]. TxUsed [i] is the channel time used by the UE to transmit traffic of AC i (regardless of success or failure). TxSuccess [i] is the channel time used due to successful transmission. The terminal does not transmit a data packet when TxUsed [i] exceeds TxLimit [i]. TxLimit [i] is described below. If packet transmission is blocked for the above reason, the value of TxRemainder [i] is TxLimit [i]-TxUsed [i]. If the packet is sent without blocking, TxRemainder [i] is zero. TxMemory [i] records the channel time used by the terminal's AC i during the beacon interval, which is equal to ∝ * TxMemory [i] + (1-∝) * (TxSuccess [i] * SurplusFactor [i] + TXOPBudget [i]) to be. ∝ is a smoothing factor. TxLimit [i] is TxMemory [i] + TxRemainder [i]. The condition for the acceptance decision is shown in Equation 2 below.

TXOPBudget[i] ≥ Φ* ReqBudget[i]TXOPBudget [i] ≥ Φ * ReqBudget [i]

여기서 ReqBudget[i]은 AC i의 새로운 플로우를 위해 요구되는 버짓이고 Φ는 비율을 나타낸다. 상기 수학식 2가 만족되면 새로운 플로우는 수락된다.Where ReqBudget [i] is the budget required for the new flow of AC i and Φ represents the ratio. If Equation 2 is satisfied, the new flow is accepted.

두 번째는 음성과 비디오 플로우가 최선형 데이터 트래픽의 영향으로부터 보호되는 단계이다. 트래픽 상황에 따라 데이터 전송을 제어하기 위해 DAC 방법은 데 이터 트래픽을 위한 EDCA 파라미터를 동적으로 조절한다. 표준에서는 충돌이 발생하였을 때 경쟁 윈도우 증가 팩터 2를 사용하지만 DAC 방법에서는 백 오프 단계 i를 위해 더 큰 경쟁 윈도우 증가 팩터 σ_i를 사용하여 표준보다 경쟁 윈도우 크기를 더 빨리 증가시킨다. 1 ≤i<j≤L_재시도에 대해 σ_i<σ_j (σ₁≥2) 관계를 갖는다. L_재시도는 재시도 한계치(Retry limit)를 나타낸다. 데이터 프레임이 재시도 한계치에 도달하면, CWmin과 AIFS는 증가한다(즉, CWmin=θ*CWmin (θ>1), AIFS=*AIFS (ψ>1)). 단말이 연속적인 m개의 패킷을 성공적으로 전송할 때마다 CWmin과 AIFS는 감소한다(즉, CWmin=CWmin/θ, AIFS=AIFS/ψ). The second step is to protect voice and video flows from the effects of best data traffic. In order to control data transmission according to traffic conditions, the DAC method dynamically adjusts EDCA parameters for data traffic. The standard uses a competing window increase factor 2 when a collision occurs, but the DAC method uses a larger competing window increase factor σ _i for the back off phase i to increase the competing window size faster than the standard. Σ _i <σ _j (σ ₁ ≧ 2) for 1 ≦ _i < _j ≦ L _retries . L _retry indicates the retry limit. When the data frame reaches the retry limit, CWmin and AIFS increase (ie, CWmin = θ * CWmin (θ> 1), AIFS = * AIFS (ψ> 1)). Each time the UE successfully transmits m consecutive packets, CWmin and AIFS decrease (ie, CWmin = CWmin / θ, AIFS = AIFS / ψ).

본 발명의 제2 과정인 수락 제어는 네트워크 트래픽 양을 조절하고 수락된 플로우를 새로운 플로우로부터 QoS 영향을 받지 않도록 보호한다. 우선 순위 접근 방법은 수락 제어가 잘 동작할 수 있도록 하기 위해서 사용된다. AP(Access point)는 각 트래픽 종류별 채널 상태 정보를 측정하고 수락 제어를 수행한다.Admission control, the second process of the present invention, regulates the amount of network traffic and protects the accepted flows from being affected by QoS from new flows. The priority approach is used to make admission control work well. The access point (AP) measures channel state information for each traffic type and performs admission control.

본 발명의 실시예에 따른 우선 순위 접근 방법에 근거하여 무선 채널의 특징을 나타내는 요소들을 측정하고 새로운 플로우의 수락 여부를 결정하는 수락 제어 방법에 대해 기술한다. 본 발명의 방법을 PAAC(Priority access-based admission control)라고 한다. 인프라스트럭쳐를 갖는 IEEE 802.11e BSS(Basic service set) 환경을 고려한다. 수락 제어 모듈은 BSS의 AP에 위치하고 IEEE 802.11e 표준에 기술된 절차에 따라 동작한다. 새로운 플로우가 패킷 전송을 시작하기 전에 수락을 요청하기 위해 패킷 전송 수락 요청용 데이터로서 트래픽 정보를 포함하는 ADDTS(Add traffic stream) 요청 프레임을 AP로 전송한다. AP에서 측정된 채널 상태 정보와 플로우가 전송한 트래픽 정보를 이용하여 수락 제어 모듈은 새로운 플로우의 수락 여부를 결정한다. 네트워크 상에 존재하는 기존 플로우의 성능에 영향을 미치지 않으면 AP는 수락 요청을 받아들이는 ADDTS 응답 프레임을 전송하고 영향이 있다면 거절 응답을 플로우에 전송한다.An admission control method for measuring elements representing characteristics of a radio channel and determining whether to accept a new flow based on a priority approach method according to an embodiment of the present invention is described. The method of the present invention is called priority access-based admission control (PAAC). Consider an IEEE 802.11e Basic Service Set (BSS) environment with an infrastructure. The admission control module is located at the AP of the BSS and operates according to the procedure described in the IEEE 802.11e standard. In order to request acceptance before the new flow starts packet transmission, an ADDTS request frame including traffic information as data for packet transmission acceptance request is transmitted to the AP. The admission control module determines whether to accept the new flow by using the channel state information measured by the AP and the traffic information transmitted by the flow. If it does not affect the performance of existing flows existing on the network, the AP sends an ADDTS response frame that accepts the accept request and, if so, sends a reject response to the flow.

올바른 수락 결정을 수행하기 위해 AP는 새로운 플로우가 수락된 후에 사용될 채널 시간을 정확하게 예측할 수 있어야 한다. 수락된 새 플로우는 추가적인 전송 시간뿐만 아니라 더 많은 충돌과 백 오프 시간을 야기한다. 이하에서는 새로운 플로우가 필요로 하는 채널 시간을 계산하는 방법에 대해 기술한다.In order to make the correct accept decision, the AP must be able to accurately predict the channel time to be used after the new flow is accepted. Accepted new flows result in more collisions and back off times as well as additional transmission time. Hereinafter, a method of calculating channel time required for a new flow will be described.

AP는 각 AC i (i=0,…,3) 별 세 가지의 채널 상태 정보, 즉 평균 채널 시간 사용율 U_i, 평균 충돌 확률 P_i, 전송 시도 당 평균 백 오프 시간 B_i를 측정한다. 채널 시간 사용율은 각 우선 순위 트래픽을 전송하기 위해 사용된 시간의 비율이다. 다음 두 가지 이유로 본 발명의 방법에서 필요한 정보를 측정하는 것이 어렵지 않음을 알 수 있다. 첫째, 본 발명의 방법에서 플로우들은 각 AC 별로 분리되어 패킷 전송 동작을 수행하기 때문에 종래의 측정 기반 수락 제어 방법들과 달리 본 발명에 따라 수락 제어 방법은 충돌 발생 시 어떤 AC에서 야기한 것인지 알 수 있다. 둘째, AP는 추가적인 오버헤드나 비용 없이 채널 감지 기능을 수행할 수 있다.The AP measures three channel state information for each AC i (i = 0, ..., 3), that is, average channel time utilization U _i , average collision probability P _i , and average back off time B _i per transmission attempt. Channel time utilization is the percentage of time used to transmit each priority traffic. It can be seen that it is not difficult to measure the necessary information in the method of the present invention for the following two reasons. First, in the method of the present invention, since the flows are separated for each AC to perform packet transmission, unlike the conventional measurement-based admission control methods, the admission control method according to the present invention can know which AC is caused when a collision occurs. . Second, the AP can perform channel sensing without additional overhead or cost.

본 발명의 실시예에서 충돌 확률은 전송 실패로 인해 재전송해야 하는 패킷들의 채널 시간을 계산하기 위해 사용된다. 우선 순위 접근 방법을 통해 각 AC의 충돌 확률을 측정할 수 있다. DAC 방법의 발명자들은 성공적인 전송 시간과 SurplusFactor에 기반하여 채널 시간을 할당하였다. 이는 충돌 발생 시 어떤 AC 플로우가 야기하였는지 알 수 없기 때문이다. 그러므로 DAC 방법은 잘못된 수락 결정을 할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the collision probability is used to calculate the channel time of packets that must be retransmitted due to transmission failure. The priority approach allows us to measure the probability of collision for each AC. The inventors of the DAC method allocate channel time based on successful transmission time and SurplusFactor. This is because it is not known which AC flow caused the collision. Therefore, the DAC method may make a false acceptance decision.

본 발명에서 채널 상태 정보는 각 비콘 간격의 끝에서 갱신된다. AP는 채널 상태를 살펴보고 비콘 간격 BI 동안에 각 AC i별로 총 전송 간격 시간 TI_i, 총 백 오프 시간 BP_i, 전송 횟수 NT_i, 충돌 횟수 NC_i를 측정한다. 전송 간격은 한 패킷을 전송하기 위해 필요한 시간을 의미하며 AIFS, 백 오프, 패킷 전송 시간의 합이다. 비콘 간격의 끝에서 측정된 채널 시간 사용율 U_i ^측정, 충돌 확률 P_i ^측정, 평균 백 오프 시간 B_i ^측정은 다음 수학식 3 내지 5과 같이 계산된다.In the present invention, the channel state information is updated at the end of each beacon interval. The AP examines the channel status and measures the total transmission interval time TI _i , the total back off time BP _i , the number of transmissions NT _i , and the number of collisions NC _i for each AC i during the beacon interval BI. The transmission interval is the time required to transmit a packet and is the sum of AIFS, back off, and packet transmission times. The channel time utilization U _i ^measurement , the collision probability P _i ^measurement , and the average backoff time B _i ^measurement measured at the end of the beacon interval are calculated as in Equations 3 to 5 below.

상기 수학식 3 내지 5로부터 U_i, P_i, 및 B_i는 다음 수학식 6 내지 8과 같이 계산된다.U _i , P _i , and B _i from Equations 3 to 5 are calculated as in Equations 6 to 8 below.

U_i = αU_i + (1-α)U_i ^측정 U _i = αU _i + (1-α) U _i ^measurement

P_i = αP_i + (1-α)P_i ^측정 P _i = αP _i + (1-α) P _i ^measurement

B_i = αB_i + (1-α)B_i ^측정 B _i = αB _i + (1-α) B _i ^measurement

여기서, α는 [0, 1] 범위를 갖는 평활 인수(Smoothing factor)이다. 종래 기술에서 성능에 대한 α의 영향을 연구하였다. 1에 가까운 값은 변경된 네트워크 상태를 반영하는데 긴 시간을 요하고 값이 0에 가까울 때는 네트워크 상태의 계속적인 변화가 성능에 크게 영향을 미친다. 따라서 종래 기술에서는 네트워크 상태의 변화가 발생하는 환경에서는 평활 인수로써 0.9 값을 선택하는 것이 적당하다고 결론을 내렸다. 그러므로 본 발명에서는 평활 인수 0.9를 사용한다.Where α is a smoothing factor with a range of [0, 1]. In the prior art, the influence of α on the performance was studied. Values close to 1 require a long time to reflect the changed network state, and when the value is close to 0, continuous changes in the network state will greatly affect performance. Therefore, the prior art concluded that it is appropriate to select a value of 0.9 as a smoothing factor in an environment in which network state changes occur. Therefore, the smoothing factor 0.9 is used in the present invention.

AC i에 속하는 새로운 플로우 k는 수락 요청을 하기 위해 다음과 같은 트래 픽 정보를 포함하는 ADDTS 요청 프레임을 AP에 전송한다: 평균 패킷 크기 L_i _,k, 평균 데이터 율 ρ_i,k, 물리계층 전송 율 R_i _,k. ADDTS 요청 프레임을 수신한 후에 AP는 플로우 k가 필요한 채널 시간 사용율을 계산한다. N_i _,k는 한 비콘 간격 동안에 새로운 플로우 k에 도착한 패킷의 수이고 다음 수학식 9와 같이 계산된다.The new flow k belonging to AC i sends an ADDTS request frame containing the following traffic information to the AP to make an accept request: average packet size L _i _{, k} , average data rate ρ _{i, k} , physical layer transmission Rate R _i _{, k} . After receiving the ADDTS request frame, the AP calculates the channel time utilization for which flow k is required. N _i _{, k} is the number of packets arriving in a new flow k during one beacon interval and is calculated as in Equation 9 below.

충돌이 발생한 패킷에 대해서는 플로우가 재전송을 하기 때문에 새로운 플로우가 필요한 채널 시간은 재전송될 패킷을 포함해야 한다. 그러므로 전송될 총 패킷 수는 다음 수학식 10과 같다.Since flows are retransmitted for collided packets, the channel time that requires a new flow must include the packet to be retransmitted. Therefore, the total number of packets to be transmitted is as shown in Equation 10 below.

N_i,k,total개의 패킷을 전송하기 위해 필요한 채널 시간은 다음 수학식 11과 같다.The channel time required to transmit N _{i, k, total} packets is expressed by Equation 11 below.

ChTime_i _,k= N_i _, _kT_s + (N_i _,k, _total - N_i _,k)T_c + N_i _,k,total(B_i +AIFS[i]) 여기서 T_c 및 T_s는 채널이 충돌과 성공적인 전송으로 인해 번잡으로 감지될 때의 평균 시간을 각각 나타낸다. 기본(Basic) 접근 방법과 RTS/CTS 접근 방법 각각에 대한 T_c및 T_s는 다음 수학식 12 및 13과 같다.ChTime _i _{, k} = N _i _, _k T _s + (N _i _{, k,} _total -N _i _{, k} ) T _c + N _i _{, k, total} (B _i + AIFS [i]) where T _c And T _s represent the average time when the channel is detected as troublesome due to collisions and successful transmissions, respectively. T _c and T _s for the Basic approach and the RTS / CTS approach, respectively, are given by Equations 12 and 13.

여기서 H(=PHYhdr + MAChdr)는 패킷 헤더 전송 시간, δ는 전송지연(Propagation delay), SIFS는 SIFS 시간이다. RTS, CTS, ACK는 각각 RTS, CTS, ACK 프레임을 전송하기 위한 시간이다. L은 패킷 전송 시간이며 L_i _,k와 R_i _,k의 비이다. 새로운 플로우 k가 요구한 채널 시간 사용율은 다음 수학식 14와 같다.Where H (= PHYhdr + MAChdr) is the packet header transmission time, δ is the propagation delay, and SIFS is the SIFS time. RTS, CTS, and ACK are times for transmitting RTS, CTS, and ACK frames, respectively. L is the packet transmission time and is the ratio of L _i _{, k} and R _i _{, k} . The channel time usage rate required by the new flow k is expressed by Equation 14 below.

우선 순위 접근 방법에서 각 우선 순위 트래픽은 분리되어 자신의 패킷 전송 과정을 따로 수행한다. 트래픽 종류에 따라 수락을 결정하기 위해 도 4와 같이 각 트래픽 종류에 채널 시간이 할당된다. C는 총 채널 시간이고 f₁C는 음성 트래픽을 위해 할당된 채널 시간, f₃C는 비디오 트래픽을 위해 할당된 채널 시간, f₂C는 음성과 비디오 트래픽 둘 다를 위해 할당된 채널 시간, f₄C는 데이터 트래픽을 위해 할당된 채널 시간이다(f₁+ f₂+ f₃+ f₄= 1). 이러한 비율은 음성, 비디오, 데이터 트래픽의 상태에 따라 변경 가능하다. 기존에 제안되었던 방법들은 다른 AC 트래픽간 충돌로 인해 각 트래픽 종류에 정확하게 채널 시간을 할당할 수 없었다. 그러나 본 발명의 방법은 우선 순위 접근 방법을 통해 다른 AC 트래픽 간 충돌을 제거하였기 때문에 트래픽 종류에 따라 채널 시간 할당이 가능하다. 채널 시간을 나눔으로써 음성과 비디오 트래픽이 채널 시간을 독점하는 것을 막고 데이터 트래픽의 성능 기아 현상을 방지할 수 있다. 데이터 트래픽은 높은 채널 활용율을 위해 음성과 비디오 트래픽이 사용하지 않는 채널 시간을 사용할 수 있다.In the priority approach, each priority traffic is separated and performs its own packet transmission process. Channel time is allocated to each traffic type as shown in FIG. 4 to determine acceptance according to the traffic type. C is the total channel time, f ₁ C is the channel time allocated for voice traffic, f ₃ C is the channel time allocated for video traffic, f ₂ C is the channel time allocated for both voice and video traffic, f ₄ C is the channel time allocated for data traffic (f ₁ + f ₂ + f ₃ + f ₄ = 1). These rates can change depending on the state of voice, video and data traffic. Previously proposed methods could not allocate channel time correctly to each traffic type due to collision between different AC traffics. However, since the method of the present invention eliminates collisions between other AC traffics through a priority approach, channel time allocation is possible according to traffic type. Dividing the channel time prevents voice and video traffic from monopolizing the channel time and prevents performance starvation of the data traffic. Data traffic can use channel times not used by voice and video traffic for high channel utilization.

AP는 새로운 ADDTS 요청 프레임을 수신한 경우 새로운 플로우의 수락 여부를 결정한다. AC i에 속하는 플로우 k에 대해 다음 수학식 15와 같은 수락 결정 조건을 갖는다.When the AP receives a new ADDTS request frame, the AP determines whether to accept the new flow. The flow k belonging to AC i has an acceptance decision condition as shown in Equation 15 below.

U_i + U_i _,k,요구≤ CT_i U _i + U _i _{, k, requirement} ≤ CT _i

여기서 CT_i는 새로운 요청을 받았을 때 AC i를 위해 사용될 수 있는 채널 시간 사용율이다. 이 값은 음성과 비디오 트래픽이 f₂C 만큼의 채널 시간을 공유하고 데이터 트래픽이 음성과 비디오 트래픽이 사용하지 않는 채널 시간을 사용하기 때문에 시간에 따라 동적으로 변한다. 그러므로 음성 트래픽을 위한 CT_i는 (f₁ + f₂ + f₃- 최대(U_비디오,f₃)) 비디오 트래픽은 (f₁ + f₂ + f₃ - 최대(U_음성,f₁)), 데이터 트래픽은 (1 - U_음성- U_비디오)이다.Where CT _i is the channel time utilization that can be used for AC i when a new request is received. This value changes dynamically over time because voice and video traffic share f ₂ C of channel time, and data traffic uses channel time that voice and video traffic do not use. Therefore, CT _i for voice traffic is (f ₁ + f ₂ + f ₃ -maximum (U _video , f ₃ )) video traffic is (f ₁ + f ₂ + f ₃ -Maximum (U _voice , f ₁ )), data traffic is (1-U _voice -U _video ).

수학식 15가 만족되면 새로운 플로우는 수락되고 그렇지 않으면 거절된다.If Equation 15 is satisfied then the new flow is accepted and otherwise rejected.

성능 평가Performance evaluation

이하에서는 본 발명의 방법의 성능에 대해 분석한다. 본 발명의 방법을 NS-2 시뮬레이터를 이용하여 구현하였다. 시뮬레이션에서 사용된 시스템 파라미터는 표 1에 나열하였다. 데이터 패킷을 위한 전송 속도는 54Mbps이고 제어 패킷은 6Mbps를 갖는 IEEE 802.11a 네트워크 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. 트래픽 종류는 음성, 비디오, 데이터 세 가지로 구성된다. 트래픽과 관련된 파라미터는 표 2에 나열하였다. 트래픽 생성을 위해 CBR(Constant bit rate) 모델을 사용하였다. 채널 시간의 65%를 실시간 트래픽에 할당하였다(즉, f₁ = ATL[3] = 0.25, f₂ = 0.0, f₃ = ATL[2] = 0.4, f₄ = ATL[1] = 0.35). f₂는 DAC 방법과의 성능 비교를 위해 할당하지 않았다. 데이터 트래픽은 실시간 트래픽이 사용하지 않은 채널 시간을 사용할 수 있다.Hereinafter, the performance of the method of the present invention will be analyzed. The method of the present invention was implemented using an NS-2 simulator. The system parameters used in the simulations are listed in Table 1. Simulation was performed in an IEEE 802.11a network environment with a data rate of 54 Mbps and a control packet of 6 Mbps. Traffic types consist of three types: voice, video, and data. The parameters related to the traffic are listed in Table 2. The CBR (Constant Bit Rate) model was used for traffic generation. 65% of channel time is allocated for real-time traffic (i.e. f ₁ = ATL [3] = 0.25, f ₂ = 0.0, f ₃ = ATL [2] = 0.4, f ₄ = ATL [1] = 0.35). f ₂ is not allocated for performance comparison with the DAC method. Data traffic may use channel times not used by real-time traffic.

본 발명의 방법에서 각 우선 순위 트래픽은 분리되어 채널 경쟁을 따로 수행하기 때문에 표준 MAC에 비해 동시에 채널 경쟁하는 플로우의 수는 더 작다. 그래 서 CWmin과 CWmax는 표준에 비해 작은 값으로 설정이 가능하다. 본 발명의 방법의 (CWmin, CWmax) 값을 음성과 비디오, 데이터 트래픽 각각을 위해 (3, 7), (7, 15), (15, 511)로 설정한다.In the method of the present invention, since each priority traffic is separated and performs channel contention separately, the number of flows simultaneously channel contention is smaller than that of the standard MAC. Thus, CWmin and CWmax can be set smaller than the standard. The (CWmin, CWmax) values of the method of the present invention are set to (3, 7), (7, 15) and (15, 511) for voice, video and data traffic respectively.

DAC 방법의 파라미터 설정 값은 SurplusFactor = 1.2, Φ = 1, m = 1,

, θ=1.5, σ_i+1= 2σ_i(i = 1, 2,...L_재시도-1)이다.The parameter settings of the DAC method are SurplusFactor = 1.2, Φ = 1, m = 1,

, θ = 1.5, σ _{i + 1} = 2 σ _i (i = 1, 2, ... L _retry -1).

시뮬레이션에서 기본 접근 방법과 업링크 트래픽을 갖는 싱글 홉 무선 랜 네트워크 환경을 고려한다. 단말은 음성, 비디오, 데이터 트래픽 각각 하나씩의 플로우를 갖는다. 시뮬레이션 시간은 120초이다. 표 1에 시스템 파라미터가 열거되어 있고, 표 2에는 트래픽 파라미터가 열거되어 있다.In the simulation, we consider the basic approach and single-hop WLAN network environment with uplink traffic. The terminal has one flow for each of voice, video, and data traffic. The simulation time is 120 seconds. Table 1 lists the system parameters and Table 2 lists the traffic parameters.

파라미터parameter 값value 데이터 비트율Data bit rate 54 Mbps54 Mbps 제어 비트율Control bit rate 6 Mbps6 Mbps 슬롯 시간Slot time 9 us9 us SIFSSIFS 16 us16 us 재시도 한계치Retry limit 77 전송 지연Transmission delay 1 us1 us MAC 헤더MAC header 26 Octets26 Octets FCSFCS 4 Octets4 Octets PHY PLCP 프리앰블 길이PHY PLCP Preamble Length 16 us16 us PHY PLCP 헤더 길이PHY PLCP header length 5 Octets5 Octets ACKACK 14 Octets14 Octets 비콘 간격Beacon spacing 200 ms200 ms

파라미터parameter 음성voice 비디오video 데이터data AIFSNAIFSN 22 44 77 CWminCWmin 77 1515 3131 CWmaxCWmax 1515 3131 10231023 패킷 크기 (Octets)Packet Size (Octets) 120120 10001000 15001500 Inter arrival time (ms)Inter arrival time (ms) 1010 12.512.5 12.512.5 전송율 (Kbps)Bit rate (Kbps) 9696 640640 960960 채널 시간 (%)Channel time (%) 2525 4040 3535

주 성능 요소는 효율, 지연, 채널 시간 사용율이다. 지연은 패킷이 MAC 계층 큐에 도착하는 순간부터 목적지에 성공적으로 전송될 때까지 경과된 시간이다.The main performance factors are efficiency, delay, and channel time utilization. The delay is the time that elapses from the moment the packet arrives in the MAC layer queue to the successful transmission to the destination.

도 5는 새로운 플로우를 위해 수학식 14로부터 얻어진 채널 시간 사용율을 나타낸다. 이 그림에서는 수락 제어 방법을 사용하지 않았기 때문에 네트워크는 모든 새로운 플로우를 수락한다. 음성, 비디오, 데이터 각 트래픽을 위한 새로운 플로우들은 동시에 매 10초마다 주기적으로 네트워크에 도착한다. 그림 4에서 측정율(Estimated ratio)는 k-1개의 플로우가 채널 경쟁을 할 때 측정된 채널 시간 사용율과 새로운 k번째 플로우가 수락을 요청하였을 때 수학식 14로부터 얻어진 채널 시간 사용율의 합이다. 할당율(Allocated ratio)는 새로운 k번째 플로우가 수락된 후에 측정된 채널 시간 사용율이다. 이 그림은 채널 시간 사용율이 거의 선형적으로 증가하는 것을 보이고 또한 안정 상태에서는 잘 일치됨을 보인다. 트래픽이 많을 때는 비율이 잘 일치하지 않는다. 이는 높은 우선 순위 트래픽이 낮은 우선 순위 트래픽의 채널 시간을 사용하여 낮은 우선 순위 트래픽의 채널 시간이 감소하기 때문이다. 그러나 활용 가능한 채널 시간이 없을 경우에는 본 발명의 수락 제어 방법에 의해 새로운 플로우는 차단되기 때문에 잘 일치되지 않는 것은 고려하지 않아도 된다. 이 그림은 새로운 플로우를 위해 수학식 14로부터 얻어진 채널 시간 사용율이 타당하며 본 발명의 방법이 올바른 수락 결정을 할 수 있다는 것을 보인다.5 shows the channel time utilization obtained from equation (14) for the new flow. In this figure, the network accepts all new flows because no admission control method is used. Voice, video and data New flows for each traffic arrive at the network periodically, every 10 seconds. In Figure 4, the estimated ratio is the sum of the channel time utilization measured when k-1 flows compete with the channel and the channel time utilization obtained from Equation 14 when the new kth flow requests acceptance. Allocated ratio is the channel time utilization measured after the new kth flow is accepted. This figure shows that the channel time utilization increases almost linearly, and shows good agreement at steady state. When there is a lot of traffic, the rates do not match well. This is because the channel time of the low priority traffic is reduced by using the channel time of the low priority traffic for the high priority traffic. However, if there is no available channel time, the new flow is blocked by the admission control method of the present invention, so it is not necessary to consider the mismatch. This figure shows that the channel time utilization obtained from Equation 14 for the new flow is justified and that the method of the present invention can make a correct acceptance decision.

도 6 내지 도 10은 수락 제어 방법이 사용될 때의 성능을 나타낸다. 각 트래픽 종류의 도착 패턴은 다음과 같다. 처음에는 네트워크 상에 동작하는 플로우는 없다. 음성은 2초부터, 비디오는 4초부터, 데이터는 6초부터 시작해서 매 6초마다 하나씩의 플로우가 주기적으로 네트워크에 도착한다. 즉, 음성은 2초, 8초, 14초,…에 도착하고, 비디오는 4초, 10초, 16초,…에 도착하며, 데이터는 6초, 12초, 18초,…에 도착한다. 뿐만 아니라 각 플로우의 시작 시간은 [0s, 0.5s] 범위에서 균일 분포에 따라 임의로 선택된 시간만큼 지연된다.6-10 show the performance when the admission control method is used. The arrival pattern of each traffic type is as follows. At first there is no flow running on the network. Voice starts at 2 seconds, video starts at 4 seconds, data starts at 6 seconds, and one flow arrives at the network periodically every 6 seconds. In other words, the voice is 2 seconds, 8 seconds, 14 seconds,... And video is 4 seconds, 10 seconds, 16 seconds,... , Data is 6 seconds, 12 seconds, 18 seconds,... To arrive. In addition, the start time of each flow is delayed by a randomly selected time according to the uniform distribution in the range of [0s, 0.5s].

도 6은 본 발명의 방법의 채널 시간 사용율을 나타낸다. 트래픽이 적을 때는 높은 전송 율을 갖는 데이터 트래픽이 다른 트래픽 종류보다 더 많은 채널 시간을 사용한다. 그러나 플로우의 수가 증가함에 따라 데이터 트래픽이 사용하는 채널 시간은 줄어든다. 이는 본 발명의 방법에서 높은 우선 순위 트래픽이 낮은 우선 순위 트래픽에 비해 채널 접근에 대해 우선권을 갖기 때문이다. 즉, 높은 우선 순위 트래픽의 QoS 요구사항을 만족시키기 위해 본 발명의 방법은 낮은 우선 순위 트래픽을 차별화하고 채널 시간을 높은 우선 순위 트래픽에 할당하기 때문이다. 이 그림으로부터 실시간 트래픽들은 표 2에 할당된 채널 시간만큼 사용한다. 이는 데이터 트래픽의 성능 기아 문제를 방지할 수 있음을 의미한다.6 shows the channel time utilization of the method of the present invention. When the traffic is low, high data rate data traffic uses more channel time than other traffic types. However, as the number of flows increases, the channel time used by data traffic decreases. This is because, in the method of the present invention, high priority traffic has priority over channel access over low priority traffic. That is, in order to satisfy the QoS requirements of high priority traffic, the method of the present invention differentiates low priority traffic and allocates channel time to high priority traffic. From this figure, real-time traffic uses the channel time allocated in Table 2. This means that performance starvation of data traffic can be avoided.

도 7은 DAC 방법에서 음성과 비디오 트래픽 중 첫 번째 수락된 플로우의 시뮬레이션 시간에 따른 TxLimit와 TxUsed 값의 변화를 나타낸다. 이 그림에서 Y축의 단위는 채널 시간이 아니고 채널 시간 비율이다. 가독성을 위해 다른 비율의 Y축을 갖는 두 개의 그림을 보인다. TXOPBudget이 다 사용되었을 때 TxLimit은 TxSuccess * SurplusFactor에 수렴한다. 이는 단말이 다음 비콘 간격 동안에도 같은 양의 채널 시간을 사용하는 것을 보장한다. 단말은 TxUsed 값이 TxLimit를 초과할 때 패킷 전송이 차단되기 때문에 TxUsed은 TxLimit에 의해 제한받는다. 이는 성능 감소로 이어질 수 있다. 플로우의 수가 증가함에 따라 충돌 확률은 증가하게 되어 트래픽은 QoS를 제공하기 위해 더 많은 채널 시간을 필요로 한다. 그러나 네트워크는 TxLimit 값이 상수인 SurplusFactor에 기반하여 계산되었기 때문에 실시간 트래픽에 충분한 채널 시간을 제공할 수 없다. 더 많은 채널 시간을 제공하기 위해서는 SurplusFactor가 커져야 하고 그러면 수락된 플로우의 수는 더 적어질 것이다. 이 그림으로부터 네트워크 전체적으로 최적인 SurplusFactor 값을 결정하는 것은 어렵다는 것을 알 수 있다. 7 shows the change of TxLimit and TxUsed values according to the simulation time of the first accepted flow of voice and video traffic in the DAC method. In this figure, the unit of the Y axis is the channel time ratio, not the channel time. For readability, two plots with different proportions of the Y-axis are shown. When TXOPBudget is used up, TxLimit converges to TxSuccess * SurplusFactor. This ensures that the terminal uses the same amount of channel time even during the next beacon interval. TxUsed is limited by TxLimit because the packet transmission is blocked when the TxUsed value exceeds TxLimit. This can lead to reduced performance. As the number of flows increases, the probability of collision increases, so traffic requires more channel time to provide QoS. However, because the network is calculated based on SurplusFactor with a constant TxLimit value, it cannot provide enough channel time for real-time traffic. In order to provide more channel time, SurplusFactor must be large and the number of flows accepted will be smaller. From this figure, it can be seen that it is difficult to determine the optimal SurplusFactor value throughout the network.

도 8 및 도 9는 시뮬레이션 시간에 따른 효율로서도 8은 음성과 비디오 트래픽 효율의 변화 과정을 보여주고 도 9는 데이터 트래픽의 효율을 나타낸다. 본 발명의 방법의 결과는 도 6과 거의 비슷한 패턴을 갖는다. 트래픽이 적을 때는 본 발명의 방법과 DAC 방법의 성능 차이는 거의 없다. PAAC 방법의 음성과 비디오 트래픽의 효율은 안정적이고 네트워크 트래픽 양에 상관없이 요구사항을 항상 만족시킨다. 그러나 데이터 트래픽은 트래픽이 많은 경우에는 변화가 발생한다. 이는 음성과 비디오 트래픽이 충돌이 발생한 패킷에 대해 재전송을 하기 위해 더 많은 채널 시간을 사용하기 때문이다. DAC 방법에서 비디오 트래픽의 효율은 안정적이지 않다. 트래픽이 많을 때는 비디오 트래픽은 충돌로 인해 더 많은 채널 시간이 필요하지만 도 8 및 도 9에서 보인 것처럼 TxLimit으로 인해 더 많은 채널 시간을 사용할 수 없다. 그러므로 DAC 방법은 도 8 및 도 9에서 TxLimit과 TxUsed이 교차하는 지점부터는 효율 요구 사항을 만족시키지 못한다.8 and 9 show the efficiency according to the simulation time, FIG. 8 shows the change of voice and video traffic efficiency, and FIG. 9 shows the efficiency of data traffic. The result of the method of the present invention has a pattern almost similar to that of FIG. When the traffic is low, there is little difference in performance between the method of the present invention and the DAC method. The efficiency of voice and video traffic of the PAAC method is stable and always meets the requirements regardless of the amount of network traffic. However, data traffic changes when traffic is heavy. This is because voice and video traffic use more channel time to retransmit collided packets. In the DAC method, the efficiency of video traffic is not stable. When there is heavy traffic, video traffic requires more channel time due to collisions, but as shown in Figures 8 and 9, TxLimit cannot use more channel time. Therefore, the DAC method does not satisfy the efficiency requirement from the point where TxLimit and TxUsed cross in FIGS. 8 and 9.

도 10은 시뮬레이션 시간에 따른 지연 성능을 보여준다. 트래픽이 적을 때는 지연이 낮게 유지됨을 볼 수 있다. 그러나 트래픽 양이 증가함에 따라 모든 우선 순위 트래픽에 대해 본 발명의 방법은 DAC 방법보다 더 좋은 성능을 보임을 알 수 있다. PAAC 방법의 지연은 낮은 우선 순위 트래픽 때문에 증가하는 것은 아니다. 음성 트래픽의 주 이유는 채널 경쟁하는 음성 플로우의 증가 때문이다. 그러나 비디오 트래픽의 경우에는 성능이 음성 플로우의 수와 비디오 플로우의 수에 의해서 영향받기 때문이다. DAC 방법의 지연은 급격하게 증가한다. 이는 모든 플로우가 채널 접근을 시도하고 서로 충돌을 야기하기 때문이다. 10 shows the delay performance over the simulation time. It can be seen that the delay is kept low when the traffic is low. However, as the traffic volume increases, it can be seen that the method of the present invention performs better than the DAC method for all priority traffics. The delay of the PAAC method does not increase because of low priority traffic. The main reason for voice traffic is due to the increase in channel contention of voice flows. However, in the case of video traffic, the performance is affected by the number of voice flows and the number of video flows. The delay of the DAC method increases rapidly. This is because all flows attempt to access the channel and cause conflicts with each other.

도 6 내지 도 10에서 보인 것처럼 본 발명의 방법은 총 15개의 음성 플로우와 15개의 비디오 플로우, 12개의 데이터 플로우를 수락하였다. 그러나 DAC 방법은 15개의 음성 플로우, 14개의 비디오 플로우를 수락하였다. 비록 두 방법 모두 각 트래픽 종류를 위해 같은 트래픽 패턴과 최대 채널 시간을 갖더라도 본 발명의 PAAC 방법은 DAC 방법보다 하나 더 비디오 플로우를 수락하였다. 이는 PAAC 방법이 더 많은 트래픽을 수용하는데 효율적임을 의미한다. PAAC 방법에서 92초 이후에는 더 이상의 플로우는 수락되지 않는다. 78초에 13번째 새로운 데이터 플로우가 도착할 때, 채널 시간의 약 98%가 이미 수락된 플로우에 의해 사용되고 있다(즉, 음성 약 20%, 비디오 약 34%, 데이터 약 44%). 그러므로 새로운 데이터 플로우는 거절된다. 비슷하게 92초와 94초에 음성과 비디오 트래픽이 채널 시간의 약 24%와 39%를 각각 사용하고 있어 네트워크는 16번째 새로운 음성과 비디오 트래픽을 허락할 수 없다. DAC 방법에서 88초와 92초에 비디오와 음성 플로우가 각각 도착하여 요구하는 버짓 값이 TXOPBudeget 값보다 크기 때문에 수락되지 못한다.As shown in Figs. 6 to 10, the method of the present invention accepted a total of 15 voice flows, 15 video flows, and 12 data flows. However, the DAC method accepted 15 voice flows and 14 video flows. Although both methods have the same traffic pattern and maximum channel time for each traffic type, the PAAC method of the present invention accepts one more video flow than the DAC method. This means that the PAAC method is efficient to accommodate more traffic. No more flows are accepted after 92 seconds in the PAAC method. When the thirteenth new data flow arrives at 78 seconds, about 98% of the channel time is already used by the accepted flow (ie, about 20% voice, about 34% video, about 44% data). Therefore, the new data flow is rejected. Similarly, at 92 and 94 seconds, voice and video traffic use about 24% and 39% of channel time, respectively, and the network cannot allow 16th new voice and video traffic. In the DAC method, video and voice flows arrive at 88 and 92 seconds, respectively, and are not accepted because the required budget value is larger than the TXOPBudeget value.

도 11은 트래픽에 양에 따른 음성 플로우 하나의 지연 성능을 보여준다. 본 발명의 방법이 우선 순위 역전 문제를 해결할 수 있는 것을 확인하기 위해 하나의 음성 플로우만 있고 나머지 트래픽의 도착 패턴은 위에 언급한 것과 같은 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. 20개의 비디오 플로우를 허락하기 위해 비디오 트래픽을 위한 채널 시간을 증가시켰다. DAC 방법의 지연은 트래픽 양이 증가함에 따라 나빠진다. 이는 모든 우선 순위 플로우가 채널 접근을 시도하고 서로 충돌을 만들기 때문이다. 그러나 PAAC 방법은 트래픽의 양과 상관없이 거의 비슷하게 유지되고 있으며 음성 트래픽의 요구사항을 항상 만족시킨다. 이는 본 발명의 방법이 가장 높은 AC 플로우가 채널 접근을 가장 먼저 수행하는 것을 보장하기 때문이다. 그러나 중간 정도의 트래픽 양에서는 적을 때에 비해 약간 증가한다. 이것은 비디오 또는 데이터 플로우의 전송 간격 동안에 새로운 패킷이 도착한 음성 플로우들이 패킷 전송이 감지될 때까지 기다려야 하기 때문이다.11 shows the delay performance of one voice flow according to the amount of traffic. In order to confirm that the method of the present invention can solve the priority reversal problem, there is only one voice flow and the arrival pattern of the remaining traffic was simulated in the above-mentioned environment. Channel time for video traffic was increased to allow 20 video flows. The delay of the DAC method worsens as the amount of traffic increases. This is because all priority flows attempt to access the channel and collide with each other. However, the PAAC method remains almost the same regardless of the amount of traffic and always meets the requirements of voice traffic. This is because the method of the present invention ensures that the highest AC flow performs the channel access first. However, at moderate traffic volume, it increases slightly compared to low. This is because voice flows with new packets arriving during the transmission interval of the video or data flow have to wait until packet transmission is detected.

IEEE 802.11e EDCA는 멀티미디어 응용의 QoS 요구사항을 만족시키지 못하며 트래픽 양이 많을 경우에는 낮은 우선 순위 트래픽의 성능 기아 현상을 야기한다. 본 발명에서는 QoS 성능을 향상시키기 위해 측정 기반 수락 제어 방법을 제안한다. 본 발명의 방법은 두 부분으로 구성된다. 첫 번째 부분은 비지 톤을 사용하는 우선 순위 접근 방법이다. 각 우선 순위 트래픽은 채널 경쟁을 위해 분리되어 따로 수행한다. 그러므로 AP는 각 우선 순위 트래픽의 채널 상태를 정확히 측정할 수 있다. 그리고 나서 측정된 정보는 두 번째 부분인 수락 제어 방법에서 사용된다. 시뮬레이션 결과는 본 발명의 방법이 매우 효과적이고 음성과 비디오 트래픽과 같은 멀티미디어 응용의 QoS 요구사항을 보장하며 데이터 트래픽의 성능 기아 현상을 방지할 수 있음을 보인다.IEEE 802.11e EDCA does not meet the QoS requirements of multimedia applications and causes high performance, resulting in performance starvation of low priority traffic. The present invention proposes a measurement based admission control method to improve QoS performance. The method of the present invention consists of two parts. The first part is a priority approach that uses busy tone. Each priority traffic is separated and performed separately for channel competition. Therefore, the AP can accurately measure the channel state of each priority traffic. The measured information is then used in the second part, the admission control method. Simulation results show that the method of the present invention is very effective, guarantees QoS requirements of multimedia applications such as voice and video traffic, and prevents performance starvation of data traffic.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the present invention has been described as a specific preferred embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Anyone with a variety of variations will be possible.

본 발명에 따른 무선 랜용 우선 순위 접근에 기반한 수락 제어 방법은 무선랜에서 채널 접근 및 데이터 수락 제어에 사용될 수 있다.The admission control method based on the priority access for WLAN according to the present invention can be used for channel access and data admission control in WLAN.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비지 톤 전송 시점을 결정하는 기준을 설명하는 도면이다.1 and 2 illustrate a criterion for determining a busy tone transmission time according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 우선 순위 접근 제어 과정을 설명하는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a priority access control process according to an embodiment of the present invention.

도 4는 각 트래픽 종류에 할당된 채널 시간을 설명하는 도면이다.4 is a diagram illustrating channel time allocated to each traffic type.

도 5는 새로운 플로우가 필요한 채널 시간 사용율을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing channel time usage rates that require a new flow.

도 6 내지 도 10은 수락 제어 방법이 사용될 때의 성능을 나타낸 도면들이다.6 to 10 are diagrams showing the performance when the admission control method is used.

도 11은 트래픽에 양에 따른 음성 플로우 하나의 지연 성능을 나타낸 도면이다.11 is a diagram illustrating delay performance of one voice flow according to the amount of traffic.

Claims

(i) In the WLAN, each access category flow transmits a busy tone having a length of time shorter than the random interframe space in the last slot of the random interframe space period, and at least one flow that receives the busy tone is busy Tone transmission and back-off counting operations are stopped, and high priority and low priority are relative ranks, and high priority access category flows block packet transmission of low priority access category flows when there is a new flow. Transmitting a packet while controlling priority access to the network; And

(ii) as the new flow transmits the packet transmission acceptance request data including the traffic information to the access point according to whether the packet to be transmitted satisfies the acceptance decision condition based on the traffic information and the measured channel state information. Admission control method based on priority access for WLAN, including accepting or rejecting an accept request.

The method of claim 1, wherein step (i)

(i-1) determining whether a new flow has received busy tone between the last channel busy time and the packet arrival time;

(i-2) if the new flow receives a busy tone between the last channel busy time and the packet arrival time, stopping operation until a channel busy due to packet transmission is detected;

(i-3) determining whether the new flow has received a new packet before the last channel busy time or after the last channel busy time;

(i-4) if the new flow receives a new packet before the last channel busy time, detecting whether the wireless channel medium is in a first idle state for any random interframe interval-one slot time;

(i-5) if the new flow receives the new packet after the last channel busy time, waiting for (LCBT + LAIFS * N + AIFS-aSlotTime) time, wherein the last channel busy time (LCBT) Is the last channel busy time, the arbitration inter-frame space (AIFS) is an arbitrary inter-frame interval, the AIFS of the lowest priority AC (LAIFS) is the lowest priority access category, and N is the LAIFS start time of the AIFS. Used to sort by an integer multiple of

ego,

Is a minimum value among integers equal to or greater than x, the packet arrival time (PAT) is the MAC layer packet arrival time, and aSlotTime is the time of one slot;

(i-6) detecting whether the channel is idle for (random interframe interval-one slot time) and determining whether a busy tone transmitted by another flow is received by the new flow before the busy tone transmission time point;

(i-7) When receiving busy tone at any time within the (random interframe interval-one slot time) period of the new flow, storing the last channel busy time, stopping current channel competition and waiting for packet transmission to occur In a manner, stopping busy busy transmission and back off counting processes;

(i-8) If no busy tone is received at any time within the (random interframe space minus one slot time) period of the new flow, the new flow is less than one slot time in the last slot of its random interframe interval. After transmitting busy tone with a short length of time, decreasing the back off counter value until zero in slot time units;

(i-9) the new flow includes determining whether a currently operating channel is in a second idle state;

(i-10) storing the last channel busy time or transmitting the packet to an access point depending on whether the channel is in the second idle state; And

(i-11) The new flow increases a contention window indicating a range that the back off counter value can take or stores the last channel busy time and sets the contention window to a minimum contention window according to whether the new packet has been completed. Admission control method based on the priority access for WLAN comprising the step of setting to.

The method of claim 1, wherein step (ii)

(ii-1) a new flow generates an Add Traffic Stream (ADDTS) request frame for a packet transfer acceptance request including traffic information having an average packet size, an average data rate, and a physical layer transfer rate as data for the packet transfer acceptance request; Transmitting to the access point;

(ii-2) measuring, by the access point, channel state information with average channel time utilization, average collision probability, and average back off time per transmission attempt;

(ii-3) Using the channel state information measured by the access point and the traffic information transmitted by the new flow, transmit an ADDTS response frame that accepts an accept request according to whether a packet to be transmitted satisfies an acceptance decision condition. Or sending a rejection response to the new flow.

4. The method of claim 3, wherein the channel state information is channel state information for each access category i (where i = 0, 1, 2, 3), wherein the access category i (where i = 0, 1, 2, 3). said average channel time usage included in the channel state information (U _i), the average collision probability (P _i), and the average back-off time (B _i) per transmission attempt equation s U _{_i} = αU _i + (1 -α) U _i ^measurement , P _i = αP _i + (1-α) P _i ^measurement , B _i = αB _i + (1-α) B _i ^measurement , where α is [0, 1] The channel time utilization (U _i ^measurement ), the collision probability (P _i ^measurement ), and the average back off time (B _i ^measurement ) measured at the end of the beacon interval, are smoothing factors with a range

,

, And

Wherein the channel state information is updated at the end of each beacon interval, wherein the TI _i , BP _i , NT _i , and NC _i are each access category during the beacon interval BI in the channel state, respectively. A total transmission interval time, total back off time, the number of transmissions, and the number of collisions by i, the transmission time is the admission control method based on the priority access for the wireless LAN, which is the sum of the random inter-frame interval, back off, packet transmission time.

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