모바일에서의 TCP 데이터전송은 무선 고유의 특성인 높은 에러율로 인하여 TCP의 성능에 많은 장애를 가져 오고있다. 특히, 셀간 핸드오프 등으로 인해 TCP의 빈번한 혼잡제어가 발생하므로서 대역폭 저하가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 대역폭 저하가 발생하는 것을 억제하기 위하여 모바일 노드가 높은 에러 발생지역에 위치한 경우 시그널링을 이용하여 패킷 전송을 중지시키는 방법으로 핸드오프 영역에서 효율적인 전송이 이루어지도록 함으로써 TCP의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제안하였다.
본 논문은 Mobile IPv6 프로토콜이 탑재된 이동 노드에 대한 Mobile IPv6 프로토콜과 Diameter 프로토콜 간의 연동 시나리오를 설계한다. 본 논문은 연동 시나리오를 설계하고, 이를 기반으로 이동성 지원 기능을 상세히 설계하며, 이동 노드와 로컬 AAA 클라이언트 간 교환되는 정보 요소를 정의한다. 이동 노드와 로컬 AAA 클라이언트 간 인터페이스는 ICMPv6 메시지를 이용하여 설계한다. 또한 본 논문은 핸드오프가 발생한 경우에 대하여 이동 노드와 로컬 AAA 클라이언트 간 연동 시나리오를 핸드오프 영역별로 상세히 설계한다.
차세대 이동 통신망 환경에 Mobile IP 방식을 적용하였을 경우 빈번히 발생하는 핸드오프로 인한 재등록 과정의 오버헤드 증가와 등록 시의 지연으로 인한 패킷 손실 증가 등의 마이크로 이동성(micro-mobility) 문제가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 이 문제의 해결을 위해 IP 기반 무선 액세스 망에서 마이크로 이동성을 효율적으로 지원하는 ANMM(Access Network Mobility Management) 방식을 제안한다. ANMM 방식은 액세스 망 내에서 노드가 이동할 때 발생하는 핸드오프 등록 과정을 액세스 망 자체적으로 처리하여 등록 지연과 시그널링 오버헤드를 감소시킨다. 또한 핸드오프 시의 무선 구간에서의 시그널링을 최소화하여 무선 자원의 낭비를 줄일 수 있다.
IEEE 802.11 무선랜은 광대역 무선접속 네트워크를 지원하기 위한 가장 대중화된 통신 프로토콜이다. 최근 이동 중에도 무선랜을 통해 실시간 멀티미디어 서비스에 대한 사용자 요구가 증가하고 있다. 이동성을 지원하기 위해서는 단말의 핸드오프 기능이 필수적이다. 그러나 IEEE 802.11 무선랜의 핸드오프 기법은 최고 300ms의 지연 시간을 가지며, 관련연구의 무선랜 핸드오프 기법은 접속할 무선 액세스 포인트의 검색 및 재접속 및 인증과정에 초점을 맞추고 있다. 이동 중인 휴대 단말일 경우 빈번하게 핸드오프가 발생하며 이를 위한 고려가 상대적으로 부족하다. 본 논문에서는 GPS 위치정보와 수신신호세기를 이용하여 핸드오프 지점을 예측하고 높은 전송 대역폭을 보장 받는 핸드오프 알고리즘을 제안한다. 제안한 핸드오프 방법을 구현하고 성능을 검증하여 알고리즘의 우수함을 확인하였다.
IP는 네트워크 주소를 기반으로 한 라우팅으로 인해 접속 네트워크가 동적으로 변경되는 이동 노드에는 그대로 사용할 수 없다. 이동노드에게 지속적인 인터넷 접속서비스를 제공하기 위해서 IETF는 모바일 IP를 정의하였다. 하지만 모바일 W는 삼각 라우팅 문제와 계층3 핸드오프에 의한 패킷손실로 인해 전송성능이 저하되는 문제를 안고 있다. 특히, 실시간 멀티미디어 서비스를 모바일 IP에서 제공하기 위한 IETF의 두 가지 멀티캐스트 지원방안은 긴 전송경로와 패킷 중복(양방향 터널링 방안), 핸드오프 시 대량의 패킷손실(원격지 가입 방안)로 인해 실시간 멀티미디어 서비스의 품질을 보장하기가 어렵다. 본 논문은 모바일 IP에서의 실시간 멀티미디어 서비스 품질 보장을 위해 IETF의 원격지 가입 방안을 개선한 무손실 원격지 방안을 제안한다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제안된 무손실 원격지 가입 방안은 IETF의 저 지연 핸드오프(low latency handoff)를 멀티캐스트 그룹관리에 적용함으로써 그룹 재가입에 따른지연을 줄였으며, 무손실을 위해 서비스망 전체에서 요구되는 저장공간의 평균 크기가 기존에 제안되었던 무손실 방안의 약 0.58% 만을 사용해도 되는 수준으로 줄었다.
계층적 Mobile IPv6 (HMIPv6)는 기존의 Mobile IPv6의 핸드오프 성능 향상을 위해 IETF에서 제안되었다. 기존의 Mobile IPv6는 핸드오프를 하기위해 교환하는 메시지가 핸드오프의 지연을 발생시키고, 홈 에이전트 (HA: Home Agent)에 핸드오프의 처리 부하가 집중되는 문제가 있다. 계층적 Mobile IPv6는 MAP(Mobility Anchor Point)이라는 노드를 이동 노드(MN: Mobile Node)가 접속하는 지역에 위치시켜, 지역 HA처럼 동작시켜 핸드오프 성능을 향상시킨다. MN과 HA의 연결은 IPsec으로 안전한 반면, MN과 MAP과의 관계는 아직 보안이 미흡하다. MN과 MAP간의 보안이 없다면, 서로에게 정당한 MN인척, 혹은 정당한 MAP인척 하여 여러 가지 보안의 문제를 발생시킬 수 있다. 본 논문은 계층적 Mobile IPv6에서 안전한 MAP을 검색하는 방법을 제안하고, 수학적으로 성능을 분석한다.
무선 ad hoc 망은 고정된 인프라 망이 없기 때문에 이동 노드들의 그룹 이동성에 대한 호 수락 제어에 활용하기에는 많은 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 무선 ad hoc 망에서 그룹 이동성 때문에 발생하는 이동 노드들의 그룹 핸드오프를 지원하기 위한 호 수락 제어 방안을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 호 수락 제어 방안은 선택적 호 수락 제어 방식이며 ad hoc 라우팅 프로토콜을 이용한다. 이 방식은 확장된 Hello 메시지를 이용하여 그룹 이동성을 예측하며 능동적으로 버스트 핸드오프를 지원하기 위한 가드 채널의 수를 선택적으로 조정하여 핸드오프 블락킹 확률을 줄이고 QoS를 보장할 수 있는 방안이다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 핸드오프 블락킹 확률, 신규 호 블락킹 확률, 자원 이용율에 대해서 기존의 무선 방식에서 사용하는 호 수락 제어 방식과 비교하여 제안된 방식이 버스트 핸드오프 지원에 더 효율적임을 보였다.
본 논문에서는 DSDV 프로토콜을 사용하여 MN의 이동으로 포워딩이 실패하면 smooth handoff방식을 사용하지 않고 바로 애드 혹 라우팅 기법을 통해 이동 노드를 통해 데이터그램을 전달하도록 하는 실험을 수행하였는데, DSDV 라우팅 프로토콜을 사용한 방식의 경우 핸드오프가 발생하지 않은 경우와 거의 같은 성능을 나타냈으며, MN의 개수에 따라서는 전송지연시간이 증가하나 핸드오프 발생간격에는 거의 무관하며 기존의 방식들에 비해 전송지연시간이 작아짐을 확인할 수 있다. 중계 노드의 이동은 DSDV 라우팅 방식의 가장 큰 문제점이지만 중계 노드의 이동속도가 실제로는 5m/sec이내가 대부분이므로 크게 문제되지는 않는다. 이와 같은 연구 결과를 캠퍼스와 같이 제한된 지역에서 활용할 경우 smooth handoff의 속도 지연에 대한 문제를 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
본 논문에서는 DSDV 프로토콜을 사용하여 MN의 이동으로 포워딩이 실패하면 smooth handoff방식을 사용하지 않고 바로 애드 혹 라우팅 기법을 통해 이동 노드를 통해 데이터그램을 전달하도록 하는 실험을 수행하였는데, DSDV 라우팅 프로토콜을 사용한 방식의 경우 핸드오프가 발생하지 않은 경우와 거의 같은 성능을 나타냈으며, MN의 개수에 따라서는 전송지연시간이 증가하나 핸드오프 발생간격에는 거의 무관하며 기존의 방식들에 비해 전송지연시간이 작아짐을 확인할 수 있다. 중계 노드의 이동은 DSDV 라우팅 방식의 가장 큰 문제점이지만 중계 노드의 이동속도가 실제로는 5m/sec이내가 대부분이므로 크게 문제되지는 않는다. 이와 같은 연구 결과를 캠퍼스와 같이 제한된 지역에서 활용할 경우 smooth handoff의 속도 지연에 대한 문제를 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
현재 무선 네트워크 IP를 위한 이동성 자원의 표준인 Mobile IP는 이동 노드(Mobile Node, MN)의 접속에 관한 사용자 인증이 비효율적이다. 본 논문에서는 네트워크 구성원들의 상호 인증 및 보안 서비스를 위해서 인증(Authentication), 권한부여(Authorization) 및 과금(Accounting)을 지원하는 AAA 프로토콜에 기반하여 Mobile IP의 보안성을 유지하고 빠른 핸드오프를 수행하는 새로운 보안 핸드오프 방식을 제안한다. AAA 프로토콜은 QoS를 제한하는 비효율적인 인증 절차가 존재하여 MN이 핸드오프를 수행할 때마다 새로운 세션 키를 분배 받아야 한다. 본 논문에서는 MN이 핸드오프를 수행할 때 발생하는 지연 시간과 MN의 인증으로 인한 AAA 서버의 오버헤드를 줄이고자 공유(Overlap, 오버랩) 네트워크 구조 기반의 세션키 재사용 방법을 제안한다 본 방식에서는 MN의 보안성 향상을 위하여 공유 세션 키를 유선상에서 전달하는 방식에 기반하고, 그에 따라 신속하고 자연스러운 핸드오프 메커니즘을 제공한다. 분석적 모델링결과에 의하면 제안하는 방식은 기존 세션키 재사용 방식과 비교하여 핸드오프 시간을 고려하는 핸드오프 실패율에 있어서 $40\%$정도의 성능향상을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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