미래의 광대역 무선망은 고주파수의 대역을 사용하여 신호의 감쇠가 높고, 높은 multi-path fading효과를 가지므로 전력제어가 필요하고 사용자에게 넓은 대역폭을 제공할 것으로 예측한다. 이를 위해 셀의 크기가 줄게 되고 BS의 수가 증가하여 네트워크 설치비용도 증가하게 될 것이다. 무선 메쉬 네트워크는 이런 문제를 해결하여 망구축과 운영을 쉽게 하고 영역 확장과 용량 확장을 유연하게 하며 저비용의 무선 bakhaul로 높은 신뢰성을 제공하는 특성을 가진다. 무선 메쉬 네트워크는 노드와 노드간의 무선 멀티-홉 통신을 이용하여 끊김 없는 연속적인 연결을 제공하는 네트워크 기술이다. 이 기술은 메쉬 라우터와 메쉬 클라이언트라는 노드로 구성되며 각 노드는 라우터인 동시에 호스트로 동작할 수 있다 앞서 언급한 바와 같이 자가 구성, 자가 복구의 능력을 가지고 저 비용으로 신뢰성 있는 네트워크 구축을 제공하기 때문에 무선랜이나 WiMAX, WPAN 등에서 채택되고 있다. 이 논문에서는 메쉬 네트워크의 구조와 특징을 자세히 설명하고 IEEE 802.11s와 IEEE 802.16j에서 진행되는 무선 메쉬 네트워크 관련 표준화를 살펴본 후 관련업체에서의 메쉬 네트워크 관련 개발 현황과 실제 구축 현황을 설명하고자 한다. 또한 무선 메쉬 네트워크에서 발생하는 여러 가지 보안 문제와 적용기술들을 짚어 보고자 한다.
무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network)는 무선으로 연결된 메쉬 라우터(Mesh Router)들 간에 멀티 홉 통신을 통해 다수의 사용자 단말에게 인터넷 접속 등의 서비스를 제공해줄 수 있는 망 기술로써, 네트워크 확장과 유지, 보수가 쉬운 장점이 있다. 무선 메쉬 네트워크를 통해 보다 많은 사용자와 트래픽을 처리하기 위해서는 네트워크의 용량(Capacity) 및 처리량(Throughput)을 높이는 것이 중요하며, 이를 위해 다수의 통신 인터페이스를 하나의 단말에 장비하는 멀티 인터페이스 기술이 각광받고 있다. 본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크의 표준화 동향을 소개하고 멀티 인터페이스 기반 메쉬 네트워크 연구 활동 및 테스트 베드 구축 활동에 관해 요약한다.
최근, 이용이 확산되고 있는 WLAN의 커버리지를 경제적으로 용이하게 해 주는 무선 메쉬망의 연구 및 구축이 활발하다. 기존 IEEE 802.11 표준이나, MANET 또는 WSN을 위해 개발된 프로토콜들이 사용될 수 있지만, 메쉬 WLAN의 몇 가지 요구사항이 다름으로 인해, 그대로 적용될 경우 망의 성능이 제한 되기 때문에, 아직도 많은 연구쟁점들이 해결되어야 한다. 본 논문은 무선 메쉬망 고유의 요구사항을 고려하여 물리계층과 링크계층의 연구쟁점을 살펴 본다.
무선메쉬망에서 트래픽은 인터넷 게이트웨이로 동작하는 MPP로 집중되기 때문에 이들 간에 부하가 균등하게 분담되지 않으면 망 내 트래픽 양이 망의 전체 용량보다 작더라도 망의 전체 효율은 낮아진다. 따라서 본 논문에서는 망 내 MPP의 부하 정보를 이용하여 MP(Mesh Point)들이 접속할 MPP를 확률적으로 결정하는 확률적 트래픽 부하 균등 기법을 제안한다. 제안 기법의 성능 평가를 위해 ns-2를 이용한 모의실험을 통해 제안 기법과 큐 길이 기반 기법을 망 안정화 시간과 패킷 손실율 측면에서 비교하였다. 제안 기법은 혼잡한 MPP의 부하를 다수의 MPP에 분담시킬 수 있기 때문에 새로운 접속 MPP(serving MPP)로 트래픽이 급증하는 것을 방지한다. 따라서 제안기법은 동일한 망 환경에서 망 혼잡 발생 후 이를 해결하기 위한 망 안정화 시간이 큐 길이 기반 기법보다 최대 34초 빠르며 이로 인해 망의 패킷 손실율도 최대 7.6% 낮출 수 있었다. 즉, 제안기법은 망 자원의 효율적 이용으로 망 혼잡을 빠르게 해소하여 무선메쉬망의 안정적 운용에 기여한다.
메쉬 라우터들이 무선 멀티 홉 메쉬 형상으로 자동설정 연결되어 동작되는 메쉬 무선 랜(Mesh WLAN)은, 유선으로 AP(Access Point)를 연결하여 무선랜을 확장하는 기존 방식보다 구축의 편리성 및 신속성, 운용의 유연성 면에서 장점을 갖는다. 하지만, 멀티 홉 메쉬 무선 랜에서 인접 홉 간의 전파 간섭으로 인한 망 성능의 저하 및 기존의 무선 네트워크 프로토콜이 그대로 재활용될 수 있는지 등의 미해결 기술 과제가 남아 있다. 본 연구에서는 멀티 무선 인터페이스를 적용한 IEEE 802.11a/g 기반 선형 메쉬 무선랜의 VoIP 지원 성능을 모의 실험을 통해 분석한다. 분석 결과를 통해, 메쉬 라우터의 홉 위치에 따라 VoIP 패킷 지연 등 네트워크 성능의 불공평성(unfairness)이 존재함을 보이고, 음성 패킷의 페이로드 크기를 증가시켜 프로토콜 오버 헤드를 줄임으로써 네트워크의 호 수용 용량은 증가되지만, 기대치에는 미치지 못함을 보인다. 이는 기존 무선랜을 위해 고안된 802.11 MAC 프로토콜이 메쉬망에 그대로 적용되었을 때의 한계를 드러내는 것이며, 기존 프로토콜의 개선 및 새로운 프로토콜의 개발이 요구됨을 암시한다.
무선 메쉬 네트워크는 네트워크 구성의 용이성과 비용적인 장점으로 각광받고 있는 무선 백본 네트워크 기술이다. 최근 상용화된 제품이 출시되고 있지만, 대부분의 기존 연구 기술은 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하였다. 본 논문에서는 실제 상황을 고려하여 무선 메쉬 네트워크 테스트베드를 구축하였다. 본 테스트 베드는 무선 분산 시스템(Wireless Distribution System)과 브릿지를 응용하여 멀티 채널 멀티 인터페이스와 동적인 위치기반 라우팅 프로토콜을 지원한다. 위치기반 라우팅 프로토콜은 링크 채널 변화와 물리적 거리를 고려한 메트릭을 이용하여 무선 간섭에 강하게 설계하였다. 그리고 메쉬 클라이언트들은 중앙 집중 주소 관리 서버를 통해 주소를 할당 받아 통신하며, 간이 망 네트워크 관리 프로토콜을 통해 망을 관리하도록 설계 및 구현하였다.
무선 메쉬망 (Wireless Mesh Network: WMN)에서 트래픽은 IGW (Internet Gateway)를 통해 유선망과 교환되므로 트래픽은 IGW로 집중되어 병목지점이 된다. 따라서 다수의 채널과 다수의 인터페이스를 이용하여 증대된 WMN의 전체 용량을 다수의 IGW를 통해 균등하게 분산시키는 것은 WMN의 안정적인 운영을 위해 필요하다. 이에 따라 본 논문에서는 무선 메쉬 망의 부하를 다수의 IGW에 분산시켜 망의 안정성과 서비스 품질 향상을 위한 확률적 부하 분담 기법을 제안한다. 제안 기법은 혼잡한 IGW의 부하를 망 내 IGW들의 혼잡 정도에 따라 다수의 IGW에 분산시킨다. 또한 IGW와 거리가 가까울수록 집중되는 트래픽 양은 증가하므로 급격하게 과도한 트래픽이 새로운 IGW에 집중되는 것을 방지하기 위해, 제안기법은 혼잡한 IGW와 인터넷 접속을 위해 이를 사용하고 있는 MR (Mesh Router) 사이의 거리 정보에 따라 접속 IGW의 변경 여부를 결정한다. NS-2를 이용한 모의 실험을 통해 제안기법은 최소 혼잡 IGW를 이용한 기법에 비해 IGW의 혼잡 발생시 이를 해결하기 위한 망 안정화 시간과 망 내 패킷 손실율 측면에서 우수하다는 것을 검증하였다.
미래 인터넷의 주요한 접근 수단 중 하나가 될 무선 메쉬 네트워크를 기반으로 하는 유무선 통합망의 성능은 사용자에게 제공될 서비스의 품질에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 본 논문에서는 유선망과 연결된 메쉬 네트워크의 성능을 평가하여 서비스 망으로서의 실효성을 검증한다. 이를 위해 서울대와 미국 HP 연구소의 무선 메쉬 네트워크 테스트 베드를 광대역 유선망인 KOREN/Abilene으로 연결하여 유무선 통합망을 구축하고, 다양한 TCP 프로토콜들의 성능 측정 및 분석을 수행하였다. 특히 유무선 통합망의 여러 구간에서 지연시간 (RTT)등을 측정하여 VoIP등의 다양한 서비스를 제공할 만한 적절한 RTT값을 가짐을 밝혀냈으며, 패킷 손실이 많이 발생하는 무선구간과 높은 대역폭과 긴 지연시간을 가지는 유선구간이 복합되어 있는 환경에서 좋은 성능을 낼 수 있는 TCP 프로토콜의 형태와 특성을 제시하였다.
무선 메쉬 네트워크는 네트워크 구성의 용이성과 비용적인 장점으로 각광받고 있는 무선 백본 네트워크 기술이다. 최근 상용화된 제품이 출시되고 있지만, 대부분의 기존 연구 기술은 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하였다. 본 논문에서는 실제 상황을 고려하여 무선 메쉬 네트워크 테스트베드를 구축하였다. 본 테스트 베드는 무선 분산 시스템(Wireless Distribution System)과 브릿지를 응용하여 멀티채널 멀티 인터페이스와 동적인 위치기반 라우팅 프로토콜을 지원한다. 위치기반 라우팅 프로토콜은 링크 채널 변화와 물리적 거리를 고려한 메트릭을 이용하여 무선 간섭에 강하게 설계하였다. 그리고 메쉬 클라이언트들은 중앙 집중 주소 관리 서버를 통해 주소를 할당 받아 통신하며, 간이 망 네트워크 관리 프로토콜을 통해 망을 관리하도록 설계 및 구현하였다.
이 논문에서는 이기종 무선 메쉬 네트워크망에서 상호 연동성 및 메쉬 노드의 효율적인 IP 이동성을 제공하기 위한 다중홉 ARP 기법을 제안한다. 이기종 무선 메쉬 네트워크는 무선 메쉬 네트워크를 기본으로 하는 백본 무선 메쉬 네트워크와 non-무선 메쉬 네트워크 구조를 기반으로 하는 클라이언트 무선 메쉬 네트워크. 이 두 개의 네트워크가 이동성을 가지고 결합된 하이브리드 무선 메쉬 네트워크로 구분된다. 하이브리드 무선 메쉬 네트워크에서 두 네트워크 연결 시 서로 다른 라우팅 프로토콜을 사용할 경우 두 프로토콜의 접점인 게이트웨이에서 프로토콜 변환처리를 병행해야 하는 과부하 문제가 심각하게 발생한다. 이 논문에서는 서로 다른 라우팅 프로토콜을 병행하여 사용할 경우 발생하는 과부하 문제를 해결하기 위해서 다중홉 ARP 기법을 제안한다. 제안된 기법은 효율적인 연동을 위해 L3 라우팅 프로토콜로 다중홉 ARP 기법을 설계 구축하여 실험을 통해 이동 메쉬 노드의 수가 증가하는 경우와 홉수가 증가 시 패킷전달 비율을 통해 노드의 신뢰성과 안정성을 보장하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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