WiFi에서의 throughput(1) - 802.11b 최대 throughput

WiFi 무선랜을사용하는 경우에 있어 실제 데이터 전송율의 최대치는 어느 정도일까? "OPNET 기초다지기"에서 언급하였듯이, 우리가 흔히 언급하는 11Mbps(802.11b)나 54Mbps(802.11g)의 속도는 물리계층에서의 최고 전송속도이며 MAC 계층에서의 데이터 전달속도가 아니다. 따라서, MAC 계층에서의 실제 데이터 전송율을 측정해보면 11Mbps나 54Mbps보다 훨씬 낮은 속도가 기록된다. (물론, Application 계층에서 측정한 데이터 전송율은 이보다도 더 낮다. 하지만, 대개의 경우 MAC-PHY 구간의 차이보다는 작은 차이를 보이며, 분석하기도 쉽다.) 여기에서는 802.11b(11Mbps)를 사용하는 경우에, MAC 계층에서의 최대 데이터 전송율을 예측하고 시뮬레이션을 통해 확인해보도록 한다.
거의 대부분의 무선랜은 경쟁기반의 DCF 방식으로 사용된다. 이 때, MAC 데이터 전송율이 가장 높은 경우는 1) 전송 오류가 전혀 없는 상태(BER =0)에서, 2) Transport 프로토콜로 UDP를 사용하는 단방향 트래픽을 3) 하나의 무선랜 단말로부터 다른 무선랜 단말로 전달할 때이다. 또한, 4) Fragmentation이나 RTS/CTS 메시지를 사용하지 않아야 하며, 5) IP 패킷이 항상 WLAN에서의 MTU 크기를 가져야 한다. 왜냐하면, 이 조건에서는 전송 매체에 대한 경쟁이 실제적으로는 발생하지 않으며(따라서, 충돌도 전혀 발생하지 않는다), 제어 메시지에 의한 오버헤드가 최소화되기 때문이다.
IP 패킷 하나를 전송하는데 필요한 오버헤드는 DIFS/SIFS, Backoff, DATA/ACK 프레임 오버헤드의 합이며, WLAN에서의 MTU 크기인 2,304Bytes 길이의 IP 패킷을 전송할 때의 오버헤드 비율을 계산하면 약 34.6%이다. 따라서 MAC 계층에서 기대되는 전송율(throughput)은 11Mbps * 65.4% = 7.2Mbps이다. 이 수치는 매우 특수한 조건을 가정한 경우에 한정된 것이며, 일반적으로는 이런 조건에 맞는 환경에서 사용할 일이 거의 없을 것이다.
이제 시뮬레이션을 통해 이 예측을 확인해 보자. "OPNET 기초다지기"에서 사용한 "Disabled_RTS_Fragmentation" 시나리오를 조금 수정하여 사용한다. Task Config에서 Source-->Dest Traffic 설정의 Interrequest TIme(seconds)를 "constant(0.001)"로, Request Packet Size (bytes)를 "constatnt(2276)"으로 변경한다. 2,276Bytes로 설정하는 이유는 IP(20Bytes) + UDP(8Bytes) 오버헤드를 더해서 2,304Bytes를 맞추기 위해서이다. Application Config에서 이 Custom Application의 Transport Protocol을 UDP로 변경한다. 16.1 이상의 버전을 사용한다면, STA와 AP 노드의 Wireless LAN-->Wireless LAN Parameters-->Physical Characteristics 항목은 "Direct Sequence"로, Wireless LAN-->Wireless LAN Parameters-->Data Rate (bps)항목은 "11Mbps"로 설정되어 있는지 확인한다.이제 시뮬레이션을 수행하고 AP에서 측정된 WLAN MAC throughput을 살펴보면 다음 그림과 같이 약간의 편차가 있기는 하지만 평균적으로 7.2Mbps 정도의 결과를 보여주며, 이는 앞에서 예측한 값과 일치하는 것이다.