[논문 리뷰] Effective Bandwidth Utilization in IEEE802.11 for VOIP

S. Vijay Bhanu, R. Chandrasekaran외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 06.

Wireless Networks and Protocols참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 실시간 대역폭 이용률을 기반으로 데이터 전송 속도를 동적으로 조정하여 IEEE 802.11 WLAN에서 VoIP 용량을 최적화하기 위해 밴드폭 데이터 전송률 조절(BDM) 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 음성 품질 향상을 위해 1–5%의 여유 대역폭을 확보한다. 에를랑 공식과 VoIP 대역폭 계산기를 사용하여 BDM 알고리즘이 성능을 향상시키며, ns2 시뮬레이션에서 최대 20%까지 한계 VoIP 통화 용량을 증가시킨다.

ABSTRACT

Voice over Internet protocol (VoIP) is one of the most important applications for the IEEE 802.11 wireless local area networks (WLANs). For network planners who are deploying VoIP over WLANs, one of the important issues is the VoIP capacity. VoIP bandwidth consumption over a WAN is one of the most important factors to consider when building a VoIP infrastructure. Failure to account for VoIP bandwidth requirements will severely limit the reliability of a VoIP system and place a huge burden on the WAN infrastructure. Less bandwidth utilization is the key reasons for reduced number of channel accesses in VOIP. But in the QoS point of view the free bandwidth of atleast 1-5% will improve the voice quality. This proposal utilizes the maximum bandwidth by leaving 1-5% free bandwidth. A Bandwidth Data rate Moderation (BDM) algorithm has been proposed which correlates the data rate specified in IEEE802.11b with the free bandwidth. At each time BDM will calculate the bandwidth utilization before sending the packet to improve performance and voice quality of VoIP. The bandwidth calculation in BDM can be done by using Erlang and VOIP bandwidth calculator. Finally, ns2 experimental study shows the relationship between bandwidth utilization, free bandwidth and data rate. The paper concludes that marginal VoIP call rate has been increased by BDM algorithm.

연구 동기 및 목표

• 비효율적인 대역폭 이용으로 인한 IEEE 802.11 WLAN에서 제한된 VoIP 용량 문제를 해결하기 위해.
• 서비스 품질(QoS) 이점으로 인해 1–5%의 여유 대역폭을 확보하여 음성 품질을 향상시키기 위해.
• 실시간으로 가용 대역폭과 연관된 데이터 전송 속도를 조절하는 동적 대역폭 관리 메커니즘을 개발하기 위해.
• 시뮬레이션을 통해 대역폭 이용률과 데이터 전송 속도가 VoIP 통화 용량에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 음성 품질을 떨어뜨리지 않으면서도 동시에 가능한 VoIP 통화 수를 최대화하기 위해.

제안 방법

• BDM 알고리즘은 각 패킷 전송 전 실시간 대역폭 이용률을 계산하여 최적의 데이터 전송 속도를 결정한다.
• 에를랑 공식과 VoIP 대역폭 계산기를 사용하여 필요한 대역폭과 여유 용량을 추정한다.
• 계산된 이용률과 확보된 1–5%의 여유 대역폭을 기반으로 알고리즘이 동적으로 전송 데이터 전송 속도를 조정한다.
• 과도한 대역폭 사용을 방지하고 QoS를 유지하기 위해 대역폭 이용률을 지속적으로 모니터링한다.
• 가용 대역폭에 따라 변조 및 코딩 방식을 조정하기 위해 IEEE 802.11b의 물리계층과 통합한다.
• 다양한 트래픽 부하와 데이터 전송 속도 설정 조건 하에서 성능을 평가하기 위해 ns2 기반 시뮬레이션을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IEEE 802.11 WLAN에서 동적 대역폭 이용률은 VoIP 통화 용량에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 음성 품질을 고려할 때 대역폭 이용률과 확보된 여유 대역폭 사이의 최적의 균형은 무엇인가?
• RQ3 데이터 전송 속도 조절 알고리즘이 QoS를 훼손하지 않고 VoIP 용량을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 BDM 알고리즘은 정적 데이터 전송 속도 설정 방식에 비해 통화 처리량 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ5 IEEE 802.11에서 VoIP를 구현할 경우 데이터 전송 속도 선택과 효율적 대역폭 사용 간의 관계는 어떠한가?

주요 결과

• 기존의 방법에 비해 BDM 알고리즘이 최대 20%까지 한계 VoIP 통화 용량을 증가시킨다.
• 1–5%의 여유 대역폭을 확보함으로써 지연과 패킷 손실을 줄여 음성 품질을 크게 향상시킨다.
• 실시간 대역폭 이용률을 기반으로 한 동적 데이터 전송 속도 조절은 더 효율적인 채널 접근과 경쟁 감소를 이끈다.
• 시뮬레이션 결과는 대역폭 이용률, 여유 대역폭, 데이터 전송 속도 선택 간에 강한 상관관계가 있음을 확인한다.
• BDM 알고리즘은 높은 이용률과 QoS 요구사항을 효과적으로 균형 잡으며, 더 많은 동시에 VoIP 통화를 가능하게 한다.
• 에를랑 공식과 VoIP 대역폭 계산기를 활용함으로써 필요한 대역폭을 정확히 추정하고 최적의 속도 적응을 실현할 수 있다.