멀티캐스트는 네트워크 대역폭을 효율적으로 사용하기 위한 방법으로써, 한번의 전송으로 동일한 데이터의 수신을 원하는 여러 수신자들이 동시에 받을 수 있도록 해줌으로써, 동일한 데이터를 여러 번 전송함으로써 발생하는 대역폭의 낭비를 줄인다. 그와는 달리 혼잡 제어 기술은 어떻게 대역폭을 여러 사람들이 공평하게 나누어 사용할 것이며, 대역폭의 이용률을 최대화할 것인가를 주된 연구 대상으로 한다. 특히, 혼잡 제어 기술은 인터넷에서 더욱 중요한 부분으로 혼잡 제어 메커니즘이 적용되어 있지 않은 플로우는 네트워크 사용의 불공평성과 혼잡으로 인한 네트워크 동작 중단(congestion collapse)을 초래한다〔1〕.따라서 새로운 프로토콜을 제안하는 데 있어서 핵심 기능 중 하나는 효율적인 혼잡 제어 메커니즘의 유무이며, 그 혼잡 제어 기법이 인터넷 트래픽의 대부분을 차지하고 있는 TCP와 공평하게 대역폭을 나누어서 사용할 수 있는가가 프로토콜 평가의 중요한 기준중 하나이다. 본 연구에서는 기존의 일대다 신뢰적 멀티캐스트를 위한 혼잡제어 기법들의 비교 분석을 통하여, 각각의 특성을 밝히며, 각 기법들의 특징을 비교함으로써 다대다 멀티케스트 혼잡 제어를 위한 가장 적합한 방법을 알아본다.
인터넷의 발전에 따라 다자간 그룹 통신 환경이 주목을 받게 되었고 이를 위해 다대다 멀티캐스트를 이용한 통신 기법들이 제안되었다. 이들 중 GAM (Group Aided Multicast) 은 다대다 멀티캐스트의 신뢰적 전달을 보장하기 위해 트리 기반의 손실 복구 기법을 제안하고, 제어 트리 관리 비용과 손실 복구 효율성간의 접점을 찾기 위해 그룹 개념을 도입하고 그룹의 대표로서 코어 노드를 정의한다. 코어 노드는 네트워크 상의 특정 지점에 미리 설치된 전용 노드로서 그룹 내의 손실 복구와 그룹 간의 손실 제어를 담당한다. 그러나 이러한 전용 코어 노드의 도입은 프로토콜의 가용성을 제한하고 코어 노드의 설치 부담을 가지게 된다. 따라서 본 논문에서는 별도의 코어 노드의 설치 없이 프로토콜이 동작할 수 있도록 세션 참가자 중에서 코어 노드를 동적으로 선택하고, 로컬 그룹 노드 중에서 제어 트리의 효율성을 최대한 보장하는 노드의 위치를 결정하는 기법을 제안한다.
이동 애드혹 네트워크(Mobile Ad Hoc Network; MANET)에서의 오버레이 멀티캐스트 기법에 대한 최근의 연구들은 동적으로 변화하는 MANET의 네트워크 토폴로지 정보를 유지하기 위해 심각한 오버헤드를 야기하는 문제가 있다. 본 논문에서는 그룹 멤버들의 지리 정보를 이용하는 영역(region) 기반의 새로운 오버레이 멀티캐스트 기법인 ROME(Region-based Overlay Multicast in MANET)을 제안한다. ROME에서는 토폴로지를 작은 영역들로 나누고 그룹 멤버들의 위치 갱신 범위를 하나의 영역으로 한정함으로써 위치 정보 유지와 관련된 오버헤드를 줄인다. ROME은 데이터 패킷의 목적지로서 해당 영역의 멤버들의 주소 목록이 아닌 목적지 영역의 중심점(center point)의 좌표를 사용함으로써 확장성을 제공한다. 시뮬레이션을 통해 ROME이 패킷 오버헤드 측면에서 다른 기법에 비해 성능이 우수함을 보인다.
본 논문에서는 에드-혹 네트워크에서 조합가중치 클러스터링 알고리즘을 적용하여 강건하고 신뢰성 있는 클러스터 기반의 그룹 멀티캐스트 방식을 제안한다. 에드-혹 네트워크는 고정된 통신 하부 구조의 도움 없이 이동 단말기로만 구성된 무선 네트워크이다. 제한된 대역폭과 높은 이동성으로 인하여 에드-혹 네트워크에서의 라우팅 프로토콜은 강건하고, 간단하면서 에너지 소비를 최소화하여야 한다. WCGM(Weighted Cluster Group Multicast)방식은 조합 가중치 다중 클러스터 기반 구조를 이용하고 기존의 FGMP(forwarding Group Multicast Protocol)방식의 장점인 제한적인 플러딩에 의한 데이터 전달방식은 유지하면서 클러스터 헤드 선출시 조합가중치를 적용한다. 이것은 안정적이며 강건한 데이터 전달 구조를 가지기 때문에 데이터 전달 구조를 유지하기 위한 오버헤드(Overhead)와 데이터 전달을 위한 오버헤드를 모두 줄이는 효과가 있었다.
본 논문에서는 멀티캐스트 환경에서 핸드오프 시 발생하는 패킷손실의 회복 지연시간을 최소화하는 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 선행 연구인 PMTP(Predictable Multicast Protocol)와 FN(Foreign Network)간의 연계를 통해 신뢰성을 보장하며, 이동한 외부네트워크의 FA(Foreign Agent) 의 상태에 따라 터널링과 멀티캐스트 그룹 재 가입을 사용하여 양방향(hi-directional tunneling)과 원격가입(remote subscription)을 독립적으로 사용하는 경우에 발생되는 라우팅의 비효율성과 핸드오프 지연을 해결하였다. 한편, 핸드오프 지연에 의해 발생되는 패킷손실을 핸드오프 시 등록정보와 손실된 패킷 정보를 함께 전송하여 이전 FA나 현재 FA가 핸드오프 수행과 동시에 핸드오프 지연동안의 패킷손실을 최소한의 시간에 회복할 수 있도록 한다. 성능분석 결과, 제안하는 방식은 기존의 핸드오프 절차에 추가 변경 없이 사용 가능하며 양방향 방식과 원격가입 방식보다 핸드오프와 에러회복 시간에 있어 높은 성능을 보이는 것을 확인하였다.
그룹 통신을 기반으로 하는 이동 애드혹 네트워크(mobile ad hoc network (MANET)) 응용들에서는 안전한 멀티캐스트 데이터의 전송을 위하여 그룹 키를 이용한 데이터의 암호화를 주로 사용한다. 그러나 동적인 그룹 멤버쉽으로 인하여 각 그룹 멤버가 가입 또는 탈퇴할 때마다 그룹 키를 갱신하기 위한 키 분배 방식이 요구된다. 유선 망에서 사용되는 그룹 키 분배 방식은 크게 naive 방식과 트리 기반 방식으로 나눌 수 있다. Naive 방식은 유니캐스트를 기반으로 동작하므로 대규모 그룹 통신에는 적합하지 않다. 반면 트리 기반 방식은 그룹 크기에 대한 확장성을 가지나 그룹 키 분배를 위한 신뢰성 있는 멀티캐스트 기법을 필요로 한다. 신뢰성 있는 멀티캐스트 기법은 이동 노드로부터 많은 자원을 요구하기 때문에, 트 리 기반 방식은 소규모 MANET 환경에는 적합하지 않다고 할 수 있다. 본 논문에서는 소규모 그룹 환경에서 naive 방식을 기반으로 하는 새로운 그룹 키 분배 프로토콜인 PROMPT(PROxy-based key Management ProTocol)를 제안하였다. PROMPT는 무선 채널의 특성을 이용한 소스 노드로부터의 first-hop grouping과 프락시(proxy) 노드로부터의 last-hop grouping을 통하여 일반 naive 방식의 메시지 오버헤드를 줄였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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