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.
차세대 이동통신 표준화를 주도하는 ITU 및 3GPPs에서는 모든 데이터 트래픽과 시그널링의 전송에 IP를 이용하는 All-IP 네트워크의 표준화를 추진하고 있다. 그러나 All-IP 네트워크에서는 아직 해결해야 할 문제점을 많이 가지고 있으며 그 중 효율적인 이동성 관리 문제는 All-IP 네트워크의 실현을 위하여 반드시 해결되어야 할 과제 중의 하나이다. 본 고에서는 IP 망에서의 효율적인 이동성 관리를 위해 최근 이슈가 되고 있는 마이크로 이동성 관리 기술의 연구 동향에 대하여 살펴본다.
이동 컴퓨팅 환경에서 양질의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해서는 트래픽에 대한 QoS가 보장되어야 한다. 그러나 기존의 자원 예약 기법은 유선 네트워크를 위해 설계된 것이므로 무선 이동 네트워크에서의 QoS 보장 문제를 상당부분 해결하지 못하고 있는 실정이다. 또한 최근에는 마이크로 셀들로 구성된 네트워크가 증가함에 따라 빈번한 핸드오프로 인한 전송지연 문제와 이동호스트(MN: Mobile Node)의 위치 이동을 신속하게 제어해야 하는 문제 등이 발생하고 있다. 따라서 이러한 마이크로 셀룰러 환경에서는 기존의 Mobile IP와 RSVP 연동기법을 사용하는 것만으로는 한계가 있다. 본 논문에서는 마이크로 셀룰러 네트워크에서 QoS를 보장하기 위해 CRSVP(Cellular RSVP Protocol)라는 새로운 프로토콜을 제안한다.
본 논문에서는 CDMA 계층구조 셀룰러 시스템에서 매크로 셀 기지국과 통신을 하는 고속 이동국과 마이크로 셀 기지국과 통신을 하는 저속 이동국의 비 그리고 소프트 핸드오프 영역 비에 따른 기지국이 받는 간섭전력과 시스템 용량을 구하였다. 매크로 셀 기지국과 통신을 하는 고속 이동국이 마이크로 셀 기지국과 통신을 하는 저속 이동국보다 많을수록 기지국이 받는 간섭전력은 증가하며 따라서 시스템 용량은 감소한다. 그러나 소프트 핸드오프 영역의 증가로 기지국이 받는 간섭전력은 감소하명 시스템 용량은 상당히 증가한다.
지금까지 인터넷에서 단말기의 이동성을 보장하기 위한 연구 방향은 계층적 망 구조에 따라 메크로 이동성과 마이크로 이동성을 분리하는 것이다. 핸드오프가 적은 매크로 이동성의 경우 Mobile IP 로 수렴되는 반면 이동성이 잦은 마이크로 이동성의 경우 HA 로 보내지는 제어 메시지를 어떻게 줄일 것인가에 대하여 서로 다른 방안이 제시되고 있다. 현재까지 제시된 연구의 공통적인 문제는 게이트웨이 라우터의 집중화로 발생할 수 있는 부하이다. 본 논문에서는 단말기의 이동의 지역성 및 분산된 지역 에이전트 개념을 도입하여 이러한 문제를 개선한 분산 지역 기반 이동프로토콜인 DRMIP를 제안한다. 또 DRMIP 의 특성 및 적용성을 검증하기 위하여 인터넷 프로토콜과의 호환성, QoS 지원성, 시스템 안정성, 광역단위로의 확장성 등의 측면에서 타 프로토콜과 비교 분석하였다.
3세대 셀룰러 시스템에서는 매크로/마이크로 간에 끊김 없는 핸드오프를 요구한다. 그러나 Mobile IP는 간단하면서 확장 가능한 매크로 이동 기술이지만, 마이크로 도메인에서의 패스트 핸드오프를 지원하기에는 역부족이다. 많은 마이크로 이동성 프로토콜들이 빠르면서 끊김 없는 이동성을 지원함으로 Mobile IP의 문제를 해결하기 위하여 제안되고 있으며, Cellular IP 또한 마이크로 도메인에서 끊김 없는 이동성을 지원한다. 그러나 Cellular IP의 세미 소프트 핸드오프 방안은 새로운 경로와 이전 경로사이의 도달 시간의 차이로 인하여 패킷이 유실되거나 중복되는 문제점을 야기 시킨다. 본 논문에서 제안한 핸드오프 방안은 핸드오프 동안의 패킷의 유실과 중복을 최소화하기 위하여 SCD (Suitable Cross Delay)메커니즘을 이용하였으며 마이크로 도메인에서 끊김 없는 이동성을 지원하도록 하였다. 또한, NS-2 시뮬레이터를 이용하여 제안된 핸드오프 방안의 성능향상을 증명하였다.
이 논문은 IP 멀티캐스트 상에서 핸드오프 지연을 줄이기 위해 Multicast Handoff Agent(MHA)라는 에이전트에 기반을 둔 새로운 멀티캐스트 랜드오프 메커니즘을 제안한다. MHA는 기지국에서 이동 호스트의 Internet Group Management Protocol (IGMP)에 대한 프록시로서 동작되고 셀 내의 멀티캐스트 그룹의 구성원에 대한 정보를 유지하는 역할을 한다. 이동 호스트가 다른 셀로 이동할 때, MHA는 IGMP query 메시지를 기다리지 않고 즉시 리포트 메시지를 전송한다. 제안하는 메커니즘은 시뮬레이션과 분석을 통해 성능평가 되고 마이크로 이동성과 IGMP 트래픽에 대하여 IGMPv2와 비교분석 한다. 시뮬레이션 결과로서 마이크로 이동성에 대한 랜드오프 지연이 크게 줄일 수 있고 또한 그룹의 구성원으로 있는 동안 무선 링크상의 IGMP 제어 트래픽을 제거될 수 있음을 보인다. 따라서 제안하는 메커니즘은 마이크로 이동성에 대해 기존의 메커니즘보다 뛰어나고, IGMP 질의에 대한 응답이 불필요하여 배터리 지속시간이 오래갈 수 있다.
서비스 반경이 1[km]이내인 마이크로셀 방식은 실제 이동국이 70[%]이상 전파 음영지역에 위치하기 때문에, 셀 반경내에 있는 지형과 구조물들에 의해 매우 큰 영향을 받는다. 그러므로, 셀내 지형지물의 형상에 따라 달라지는 전파경로를 추적하여 이동통신 전파환경을 분석함으로써 최적 기지국 위치를 선정할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 이동국이 가시거리 영역의 전파 음영지역 또는 가시거리 영역과 일정 경사각으로 기울어져 있는 비가시거리 영역에 위치한 경우로 구분하고, 삼각해석법에 의해 각 영역에서의 반사횟수의 전파 경로를 각각 연산처리하는 알고리즘을 개발하여 마이크로셀 PCS 이동통신 도심 전파환경에서 시뮬레이션하고, 그 결과를 분석함으로써 마이크로셀 이동통신 최적 기지국의 위치 선정 조건을 제시한다.
논문에서는 마이크로스트립 안테나 제작에 상용화되어 있는 에폭시계 FR-4 기판과 압전물질인 $LiNbO_3$와 PVDF를 기판으로 사용하여 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하였다. 제작된 마이크로스트립 안테나에 DC 전계를 인가하였을 때 압전기판인 $LiNbO_3$와 PVDF의 경우 실시간으로 주파수 이동을 구현하여 안테나 제작 후에도 물리적 변형을 가하지 않고 공진주파수와 대역폭을 이동 및 조정할 수 있는 단일형 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하고 특성을 분석하였다. 압전 특성을 갖는 $LiNbO_3$, PVDF 압전기판과 에폭시계 FR-4 기판을 사용하여 마이크로스트립 패치 안테나를 제작한 후 DC 전계를 인가함으로써 공진주파수의 이동을 확인하였다. 실험을 통하여 PVDF 압전기판에 400V/mm까지 DC 전계를 인가하였을 경우 최대 각각 17 MHz의 변화 값을 보였고 $LiNbO_3$는 29 MHz의 변화를 보였지만 FR-4 기판에서는 아무런 변화가 없었다. 이러한 결과들로부터 압전기판을 사용한 마이크로스트립 안테나는 안테나 제작 후에도 물리적 변형을 가하지 않고 공진주파수와 대역폭을 이동 및 조정할 수 있는 특성을 이용하여 최근 이동통신 분야에 많이 쓰이고 있는 마이크로스트립 안테나에 응용 가능하리라 사료된다.
무선 이동 네트워크 환경에서 양질의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해서는 트래픽에 대한 QoS가 보장되어야 한다. 그러나 기존의 자원 예약 기법은 유선 네트워크를 위해 설계된 것이므로 무선 이동 네트워크에서의 QoS보장 문제를 상당부분 해결하지 못하고 있다. 또한 최근에는 마이크로 셀들로 구성된 네트워크가 증가함에 따라 빈번한 핸드오프로 인한 전송지연 문제와 MN(Mobile Node)의 위치 이동을 신속하게 제어해야 하는 문제 등이 발생하고 있다. RSVP와 Mobile IP간의 상호 운용을 지원하는 기존 기법들은 매크로 셀 환경을 위해 고안되었으므로 마이크로 셀 환경에서 그대로 사용될 경우 한계점을 갖고 있다. 본 논문에서는 마이크로 셀룰러 네트워크에서 QoS를 보장하기 위해 CRSVP(Cellular RSVP Protocol)를 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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