International journal of advanced smart convergence
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제4권1호
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pp.71-87
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2015
Mobile users want to be provided with undisrupted network services when they navigate on the Next-Generation (NG) wireless networks. For that, interlocking with a heterogeneous network is important, but there have been few studies on the method for guaranteeing global mobility. Thus, this paper proposes the Proxy-LMA technique, the mobile IP-based global inter-networking system, to enhance global mobility and interoperability within the Next-Generation (NG) network environment. The purpose of the proposed Proxy-LMA system is to expand the boundary of the mobility with regards to the existing mobility management protocol (PMIPv6 and MIPv6) in order to guarantee global mobility and interoperability within the heterogeneous network environment. The results of the performance evaluation showed that the proposed Proxy-LMA system was more efficient than other methods from the standpoint of signaling cost and delay in the heterogeneous network environment.
PMIPv6(Proxy Mobile IPv6)는 MN(Mobile Node)의 이동성을 지원하기 위한 망 기반의 이동성관리 기술이다. PMIPv6의 구성 요소는 네트워크 기반 이동성 지원 프로토콜로서 도메인을 관리하는 LMA(Local Mobility Anchor)와 MN의 이동을 감지하고 MN의 위치 정보를 등록하는 MAG(Mobile Access Gateway) 그리고 MN으로 구성되어 있다. PMIPv6는 LMA와 MAG 사이의 터널을 형성하고 패킷이 LMA를 통하여 전달되도록 설계하여, LMA 병목현상 및 종단 간 지연이 증가하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 경로 최적화 수행 가능 감지, 경로 최적화 절차 등의 많은 연구가 진행되고 있으나 추가적인 시그널링으로 인한 오버헤드가 증가하고 다중 LMA 환경에 적용하기에 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 다중 LMA 환경을 고려한 PMIPv6 기반의 향상된 경로 최적화 방안을 제안한다. PMIPv6 도메인의 모든 LMA는 PIG(Proxy Internetworking Gateway)에 연결되어 PMIPv6 도메인 간 분산 이동성 제어를 수행한다. PMIPv6 도메인 내 모든 LMA의 정보를 MAG가 유지하도록 하여 신속하게 경로 최적화를 수행하도록 하였으며, LMA에 경로 최적화 상태 정보를 PIG로부터 수신 받아 저장하여 추가적인 시그널링없이 경로 최적화를 지원하도록 한다.
이동 서비스를 지원하기 위한 프로토콜 중 현재 가장 주목 받고 있는 Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6)에서 Mobile Node (MN)는 Local Mobility Anchor (LMA)와 Mobile Access Gateway (MAG)의 지원으로 무선 접속을 위한 기능 이외의 추가적인 동작 과정 없이 이동성을 가질 수 있다. PMIPv6 에서의 LMA 는 MN 에게 이동 서비스를 지원함에 있어서 가장 중추적인 역할을 하기 때문에 어떤 LMA 가 MN 에게 서비스를 지원하느냐에 따라 이동 서비스의 질은 직접적인 영향을 받는다. 따라서 본 논문에서는 이동 서비스에 영향을 미칠 수 있는 요소인 LMA 와 MAG 사이의 통신 비용과 LMA가 이동 서비스를 제공하고 있는 MN 의 수를 고려하여 Fuzzy Logic 을 이용한 LMA 선택 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 기법은 다수의 LMA 를 제공하는 사업자에게 있어서 적당한 LMA를 선택하여 서비스를 제공할 수 있도록 함으로써 MN 에게 항상 양질의 이동 서비스를 제공할 수 있도록 한다.
Proxy Mobile IPv6(PMIRv6)는 이동노드가 핸드오버 및 위치등록과 관련된 신호절차를 수행하지 않고 네트워크 기반으로 이동성을 관리할 수 있도록 설계된 프로토콜이다. 기존의 PMIPv6에서 이동노드가 이동 할 때마다 Mobile Access Gateway(MAG)는 원거리에 위치한 Local Mobility Anchor(LMA)에 위치등록을 수행해야 하며, 이러한 위치등록절차는 LMA에 부하를 증가시킬 뿐 아니라, 네트워크로 전달되는 전체 트래픽이 증가하게 된다. 따라서, 본 논문에서는 Proxy Mobile IPv6 네트워크에서 포인터 포워딩을 이용한 이동성 관리기법을 제안하였다. 제안기법에서는 MAG가 LMA에 등록하는 대신 포인터 포워딩을 이용하여 이웃한 MAG에 등록함으로써 위치등록비용을 감소할 수 있다. 제안기법의 성능을 분석하기 위하여 내재점 마코프 체인(Imbedded Markov chain) 모델을 이용한 비용 계산식을 구하였으며, 수학적인 비용 분석 결과를 통하여 제안기법이 기존의 PMIPv6 보다 우수한 성능을 제공함을 알 수 있다.
Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) 프로토콜에서는 단말간 통신 시에 모든 데이터 패킷이 Local Mobility Anchor (LMA)를 거쳐 전달되어 통신단말이 모두 동일 망에 위치한 경우 데이터 패킷이 최적화되지 않은 경로를 사용함으로 인해 성능이 저하된다. 본 논문에서는 Binding Query를 활용한 PMIPv6의 경로최적화 기법을 제안한다. 제안되는 Query-based PMIPv6 (Q-PMIPv6) 기법에서 Correspondent Node (CN)의 Mobile Access Gateway (MAG)는 Mobile Node (MN)의 Proxy Care-of-Address를 획득하기 위하여 LMA로 Binding Query를 보내고, 이후에 CN과 MN는 최적화된 경로를 이용하여 데이터 전송을 수행한다. 성능분석을 위해 제안하는 Q-PMIPv6 기법과 기존의 PMIPv6 및 PMIPv6 Localized Routing (PMIPv6-LR) 기법을 이론적인 수치 분석 및 ns-2 시뮬레이션을 통해 비교하였다. 비교 분석 결과, 제안하는 Q-PMIPv6 기법이 시그널링 비용 및 데이터 전달 비용 측면에 서 기존 PMIPv6 및 PMIPv6-LR 기법에 비해 우수함을 확인하였다.
기존 이동통신 트래픽은 기존 음성위주에서 무선 인터넷접속 SMS/MMS 등 다양한 형태의 데이터서비스위주로 확대되고 있고, 대용량 인터넷 사용니즈가 유선에서 무선환경으로 바뀌고 있다. 이에 따라 휴대인터넷(WIBRO) 및 갖가지 3G 데이터 상품들이 상용화되었고, 무선 인터넷의 사용이 확대됨에 따라 MIPv6의 중요성이 부각되고 있으며, 2004년 표준화된 MIPv6에서 Fast MIPv6(2005), Hierachical MIPv6(2005), Proxy MIPv6(2008) 등 성능이 개선된 프로토콜 및 관련 기술이 활발히 연구중이다. MIPv6에서 가장 중요한 지연요소가 기지국간 이동시 핸드오버 지연과 패킷 손실인데 08년 8월 발표한 PMIPv6에서는 이동 관련 시그널링 메시지 및 지연 감소에 성능개선 효과가 크지만 1개의 LMA 도메인을 고려하여 기술하였다. 복수개의 LMA를 가정하여 LMA간 이동시에는 현재 특별한 규정이 없어 과도한 지연 시간으로 실시간 통신에 한계가 있다. 이를 극복하기 위해, LMA간을 이동할 경우를 가정하여, 세부절차 정립과 다양한 개선기법을 적용하고, 성능개선 효과를 확인한다.
Proxy Mobile IPv6(PMIPv6)는 이동 노드에게 이동성 관리 기능을 요구하지 않는 네트워크 기반의 이동성 관리 프로토콜이다. PMIPv6에서 Mobile Access Gateway(MAG)는 이동노드가 이동 할 때마다 원거리에 위치한 Local Mobility Anchor(LMA)에 위치등록을 수행해야 하며, 이러한 위치등록은 네트워크의 과도한 트래픽과 LMA 부하를 증가시키는 원인이 된다. 따라서, 본 논문에서는 PMIPv6 환경에서 동적 페이징 지원을 위한 이동성 관리기법을 제안하였다. 제안기법에서는 위치등록비용을 감소하기 위해서 페이징 기법을 적용하였으며, 페이징 영역의 크기는 이동노드의 이동 및 통신 패턴에 따라 동적으로 조정된다. 제안기법의 성능을 분석하기 위하여 유체유동(fluid flow) 모델을 이용한 비용 계산식을 구하였으며, 수학적인 비용 분석 결과를 통하여 제안기법이 PMIPv6보다 우수한 성능을 제공함을 알 수 있다.
본 연구에서는 프록시 모바일 IPv6 환경에서의 인증 지연시간을 최소화하기 위하여 계층적인 인증 기법을 제시한다. AAA 서버의 인증 기능을 LMA와 MAG에 분산하여 해당 LMA 또는 MAG가 모바일 노드에 관한 정보를 가지고 있는 경우 AAA 서버를 거치지 않고 빠르게 인증을 하여 인증 지연 시간을 줄일 수 있는 기법을 제시한다. AAA 서버는 인증을 위한 모든 것을 담당하고 있기 때문에 AAA 서버에 서비스 거부 공격 등으로 인한 단일 고장점 문제가 발생할 경우 모바일 노드는 더 이상 프록시 모바일 IPv6 네트워크에 접속할 수 없는 문제가 발생한다. LMA와 MAG에 인증 기능을 분산함으로써 이러한 단일 고장점 문제에 대응하고 보다 가까운 네트워크 장비에서 보다 가벼운 인증을 수행함으로써 인증 지연시간을 줄일 수 있다.
현재 다수의 단말이 이동시에 효율적이고 안정적으로 동작할 수 있는 다양한 기술들이 등장하고 있다. 최근들어 PMIPv6(Proxy Mobile IPv6)에 대한 관심이 증가하고 있고 본 논문에서 제안한 이동성 지원 방식은 PMIPv6 네트워크에서 NEMO(Network Mobility)를 지원하는 방식을 기반으로 하고 있다. PMIPv6는 한 개의 도메인에서 이동성을 지원하는 방식인데, 실제 네트워크는 여러개의 도메인이 중첩되어 있는 구조로 구성되어 있다. 제안한 기술은 두 개 이상의 도메인에서 LMA(Local Mobility Anchor)간에 통신하는 단계를 LMA와 이동할 도메인의 MAG(Mobile Access Gateway)간에 통신함으로써 핸드오버 지연 및 시그널링 측면에서 성능 향상을 보여준다.
Proxy Mobile IPv6(PMIPv6)은 이동노드를 대신하여 액세스 망에서 노드의 이동성을 지원하기 위한 네트워크-기반 이동성 관리 프로토콜이다. 기존의 PMIPv6 프로토콜에서는 이동 노드가 통신하고자 하는 상대 노드가 동일한 Mobile Access Gateway(MAG)내에 있더라도 데이터 패킷은 이동노드의 Local Mobility Anchor(LMA)를 통과하여 전송되기 때문에 패킷 전송비용이 증가하는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위하여 다양한 경로 최적화 기법이 제안되었다. 하지만, 기존의 경로 최적화기법들은 이동 노드가 핸드오버 할 때 마다 신호전송비용이 발생한다. 만약 이동노드가 빈번하게 핸드오버 하는 경우 신호전송비용이 높아진다. 따라서 본 논문에서는 LMA에서 MAG내 이동노드의 이동률 및 상대노드와 이동노드간의 패킷전송률을 고려하여 선택적으로 경로최적화를 수행할 수 있는 선택적 경로 최적화를 제시한다. 제안된 기법의 성능을 수식분석 및 모의실험을 통하여 분석하였으며, 이를 통하여 제안된 기법이 기존의 경로최적화보다 우수한 성능을 제공함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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