5G 시대 TCP 멀티패스 전송 성능 예측 모델

** 본 논문은 5G 모바일 서비스가 요구하는 고대역폭·고신뢰성을 만족시키기 위해, 다중 이기종 무선 경로를 동시에 활용하는 동시 멀티패스 전송(CMT) 기술을 검토한다. 현재 대부분의 멀티패스 전송은 TCP 기반이지만, MPTCP와 같은 프로토콜이 실제 네트워크에서 기대 이하의 성능을 보이는 이유는 경로 간 **링크 품질 비대칭**—특히 대역폭과 지연 차이—에 있다. **1. 현장 측정** 고속철도 실험을 통해 8개의 LTE/TD‑LTE 모뎀(중국통신·중국유니콤·중국모바일)에서 RTT와 다운로드 대역폭을 측정하였다. RTT는 5배 이상, 다운로드 대역폭은 최대 15배 차이를 보이며, 동일 사업자 내에서도 비대칭이 존재함을 확인했다. 이는 5G에서 다양한 RAT와 다중 인터페이스를 갖는 디바이스가 늘어날수록 비대칭이 더욱 심화될 것임을 예측한다. **2. 네트워크 모델** 송신자는 \(L\)개의 이기종 링크 \(\{l_1,\dots,l_L\}\)를 통해 하나의 TCP 연결을 전송한다. 각 링크 \(l_i\)는 대역폭 \(b_i\)와 왕복시간 \(r_i\)를 갖는다. 라운드 로빈(RR) 방식으로 패킷을 순차적으로 할당하고, 혼잡 제어는 NewReno를 사용한다. 전송 지연은 수신→송신이 0이라고 가정한다. **3. 성능 분석 모델** TCP 전송을 연속적인 **전송 라운드(i‑th round)** 로 나눈다. i번째 라운드에서 송신자는 아직 ACK를 받지 않은 세그먼트를 전송하고, 각 링크의 전파 지연에 따라 ACK가 도착하는 시점을 계산한다. - **전송 윈도우 증가**: NewReno의 혼잡 회피 단계에서 ACK당 cwnd가 1 MSS씩 증가한다. - **패킷 재정렬**: 서로 다른 RTT를 가진 링크에 할당된 패킷이 도착 순서가 뒤바뀌면, 수신자는 중복 ACK를 발생시켜 송신자는 빠른 재전송을 수행한다. 이는 cwnd를 급격히 감소시킨다. - **라운드 지속 시간** \(T_i\)는 가장 늦게 ACK가 도착하는 링크의 RTT와 전송량에 의해 결정된다. 수식적으로, i번째 라운드에서 전송된 세그먼트 수 \(S_i\)와 ACK 도착 시간 \(A_i\)를 다음과 같이 정의한다. \