숨겨진 노드 문제
Hidden node problem
무선 네트워킹에서 숨겨진 노드 문제 또는 숨겨진 터미널 문제는 노드가 무선 액세스 지점(AP)과 통신할 수 있지만, 해당 AP와 통신하는 다른 노드와 직접 통신할 수 없을 때 발생한다.[1] 이는 여러 노드가 동시에 데이터 패킷을 AP에 전송할 수 있어 패킷이 통과하지 못하게 되는 AP에 간섭을 일으킬 수 있기 때문에 중간 접근 제어 하위 계층의 어려움으로 이어진다.
비록 무선 네트워킹에서 패킷의 일부 손실은 정상이고, 더 높은 계층은 패킷을 다시 보내지만, 만약 노드 중 하나가 장기간에 걸쳐 많은 양의 큰 패킷을 전송한다면, 다른 노드는 거의 좋은 입력을 얻지 못할 수 있다.
숨겨진 노드 문제에 대한 실용적인 프로토콜 솔루션이 존재한다. 예를 들어, 노드가 더 긴 데이터 패킷을 전송하기 위해 액세스 포인트의 권한을 요청하기 위해 짧은 패킷을 보내는 RTS/CTS(Rempt To Send/Clear To Send) 메커니즘. AP의 응답이 모든 노드에 의해 보이기 때문에, 노드는 간섭을 받지 않도록 그들의 전송을 동기화할 수 있다. 그러나 이 메커니즘은 지연 시간을 도입하며 오버헤드는 종종 비용, 특히 짧은 데이터 패킷의 경우 비용보다 클 수 있다.
배경
무선 네트워크의 숨겨진 노드는 다른 노드 또는 노드 모음 범위를 벗어난 노드들이다. 많은 노드가 그것을 둘러싸고 있는 접속점이 원형인 물리적 별 토폴로지를 생각해 보십시오. 각 노드는 AP의 통신 범위 내에 있지만 노드는 서로 통신할 수 없다.
예를 들어, 무선 네트워크에서는 A로 알려진 접속점 범위의 가장자리 끝에 있는 노드가 접속점을 볼 수 있을 가능성이 높지만, 접속점 범위 C의 반대쪽 끝의 노드와 통신할 수 있을 가능성은 낮다. 이 노드들은 숨겨진 것으로 알려져 있다.
또 다른 예는 A와 C가 전파를 반사하거나 강하게 흡수하는 장애물의 한 쪽일 것이다. 그러나 그럼에도 불구하고 그들은 여전히 같은 AP를 볼 수 있다.
문제는 노드 A와 C가 액세스 포인트 B로 패킷을 동시에 보내기 시작하는 시점이다. 노드 A와 C는 서로의 신호를 수신할 수 없어 전송 전이나 도중에 충돌을 감지할 수 없기 때문에, 캐리어 감지가 충돌 감지(CSMA/CD)와 다중 접속이 작동하지 않고, 충돌이 일어나 접속 지점이 수신한 데이터가 손상된다.
숨겨진 노드 문제를 극복하기 위해 액세스 포인트에서 CMA/CA(Carrier sensence multiple access with collision infidence, CSMA/CTS) 체계와 연계하여 RTS/CTS(Request-to-end/CTS) 핸드셰이킹(IEEEE 802.11 RTS/CTS)을 구현한다. 모바일 애드혹 네트워크(MANET)에도 동일한 문제가 존재한다.
IEEE 802.11은 숨겨진 노드 문제를 부분적으로 극복하기 위해 802.11 RTS/CTS 수신 및 핸드셰이크 패킷을 사용한다. RTS/CTS는 완전한 해결책이 아니며 처리량을 훨씬 더 감소시킬 수 있지만 기지국의 적응적 승인도 도움이 될 수 있다.
숨겨진 방송국과의 비교를 보면 각 트래픽 클래스의 RTS/CTS 패키지가 수익성이 있다는 것을 알 수 있다(짧은 오디오 프레임으로도 RTS/CTS 프레임에 높은 오버헤드를 초래함).[2]
트래픽 클래스에 따른 실험 환경에는 데이터(시간 중요도가 아님), 데이터(시간 중요), 비디오, 오디오가 포함된다. 공지의 예: (0 0 0 2)는 2개의 오디오 방송국을 의미하며, (1 1 2 0)은 1개의 데이터 방송소(시간 중요 아님), 1개의 데이터 방송소(시간 중요), 2개의 비디오 방송국을 의미한다.
숨겨진 노드 문제를 해결하기 위해 사용할 수 있는 다른 방법은 다음과 같다.
해결 방법
전송력 증가
노드의 전송력을 높이면 각 노드 주변의 셀이 크기를 증가시켜 다른 노드를 모두 포함시킴으로써 숨겨진 노드 문제를 해결할 수 있다. 이 구성을 통해 숨겨진 노드를 탐지하거나 들을 수 있다. 숨김이 없는 노드가 숨겨진 노드를 들을 수 있다면, 숨겨진 노드는 더 이상 숨겨지지 않는다. 무선 LAN은 CSMA/CA 프로토콜을 사용하기 때문에 노드들은 접속 지점과 통신하기 전에 차례를 기다릴 것이다.
이 솔루션은 숨겨져 있는 노드에서 전송력을 높일 때만 작동한다. WiFi 네트워크의 일반적인 경우, 일반적으로 숨겨진 노드는 액세스 포인트 자체가 아니라 클라이언트(예: 노트북, 모바일 기기)이기 때문에 액세스 포인트의 전송 파워만 증가해도 문제가 해결되지 않으며, 클라이언트는 여전히 서로 들을 수 없게 된다. 액세스 포인트의 전송 파워를 증가시키면 새로운 클라이언트가 액세스 포인트 범위에 들어가게 되고, 따라서 다른 클라이언트로부터 숨겨져 있는 네트워크에 새로운 노드를 추가하게 되기 때문에 실제로 문제를 더 악화시킬 가능성이 있다.
전방향 안테나
방향 안테나를 사용하는 노드는 안테나가 지향하는 방향으로 위치하지 않는 노드에는 거의 보이지 않으므로 방향 안테나는 매우 작은 네트워크(예: 전용 지점 간 연결)에만 사용해야 한다. 3개 이상의 노드로 구성된 광범위한 네트워크에 대해 전방위 안테나를 사용하십시오.
장애물 제거
예를 들어, 한 노드가 숨겨진 이유가 다른 노드와의 통신을 방해하는 콘크리트 또는 강철 벽이 있기 때문이라면 모바일 노드의 전원을 증가시키는 것은 작동하지 않을 수 있다. 이런 장애물을 제거할 수 있을지 의문이지만 장애물 제거는 숨겨진 노드 문제에 대한 또 다른 해결책이다.
노드 이동
숨겨진 노드 문제를 해결하는 또 다른 방법은 노드들이 서로 들을 수 있도록 이동하는 것이다. 숨겨진 노드 문제가 사용자가 자신의 컴퓨터를 다른 무선 노드에 숨겨진 영역으로 이동한 결과인 것으로 확인되면 해당 사용자를 다시 이동시킬 필요가 있을 수 있다. 사용자에게 이동을 강요하는 대안은 무선 LAN을 확장하여 숨겨진 영역에 적절한 커버리지를 추가함으로써, 아마도 추가 액세스 지점을 사용하는 것이다.
프로토콜 향상
폴링 또는 토큰 전달 전략을 기본적으로 구현하는 추가 프로토콜의 소프트웨어 구현이 몇 가지 있다. 그런 다음 마스터(일반적으로 액세스 포인트)는 데이터를 위해 클라이언트를 동적으로 폴링한다. 클라이언트는 마스터의 초대 없이 데이터를 전송할 수 없다. 이는 지연 시간을 늘리고 처리량을 줄이는 비용으로 숨겨진 노드 문제를 제거한다.
Wi-Fi IEEE 802.11 RTS/CTS는 사용되는 하나의 핸드셰이크 프로토콜이다. 데이터를 전송하려는 클라이언트는 RTS 패킷을 전송한다. 그런 다음 액세스 지점은 CTS 패킷이 특정 노드를 위해 준비되면 패킷을 전송한다. 짧은 패킷의 경우 오버헤드가 상당히 크기 때문에 짧은 패킷은 일반적으로 사용하지 않으며 최소 크기는 일반적으로 구성할 수 있다.
셀 네트워크
셀룰러 네트워크에서 숨겨진 노드 문제는 마스트에 대해 주어진 각 클라이언트에 대해 멀티플렉싱하고 공간적으로 다양한 송신기를 사용하여 각 노드가 잠재적으로 3개의 마스트 중 하나에 의해 서비스되어 무선 전파를 방해하는 장애물에 대한 문제를 크게 최소화하기 위해 시간 영역별 멀티플렉싱에 의한 실용적인 해결책을 가지고 있다.
참고 항목
참조
- ^ Buehrer, R. Michael (2006). Code Division Multiple Access (CDMA) (1st ed.). [San Rafael, Calif.]: Morgan & Claypool Publishers. pp. 16–19. ISBN 1598290401.
- ^ Pommer, Hermann: Roaming zwischen Wireless Local Area Networks. VDM Verlag, Saarbruken 2008, ISBN 978-3-8364-8708-5.
