오늘날, 다수의 사용자들 사이에서 화상회의 및 영상보안 시스템을 위한 영상 어플리케이션들은 다수의 동영상 연결 및 QoS 보장을 요구하고 있다. 동영상 시스템들은 광대역 무선 전송과 저비용 인터넷 접속을 위해 IEEE 802.11 무선 랜 장치를 채택한다. 그러나 현재의 IEEE 802.11e HCCA 표준에 따르면 동영상 전송을 위한 TSID는 두 개뿐이므로, 3개 이상의 동영상 세션이 하나의 무선 랜 단말에서 설정될 때, 동영상 세션들은 서로의 TXOP을 공유해야만 한다. 이 문제를 해결하기위해서, 기존 표준과 호환성을 유지하면서, 최대 15개까지 동영상세션을 설정할 수 있도록 프레임구조를 수정하였다. 제안방식은 NCTUns 4.0 네트워크 시뮬레이터와 실제 동영상데이터를 활용하여 수신량 및 PSNR 성능을 평가하였다. 그 결과, 500ms의 지연시간 안에 기존방식의 정상 동영상 세션이 약 75%를 수신한 반면, 제안방식은 97%이상을 수신하였다.
최근의 컴퓨터 네트워킹 환경에서 무선 멀티미디어 응용 서비스에 대한 사용자의 요구는 날로 증가하고 있다. 그러므로 사용자에게 원활한 서비스를 제공위해서 QoS 보장을 위한 무선 네트워크 프로토콜의 설계는 중요하다. 본 논문에서는 무선 인터넷에서 QoS를 보장하기 위한 표준인 IEEE 802.11e[1]의 문제점들을 분석하고, Multi-Hop Ad Hoc Network에서 성능 향상을 위하여 Single-channel Jamming 신호를 기반으로 한 SJMAC(Sing1e-channel Jamming MAC) 프로토콜을 설계하고, NS2 모듈을 구현한 후에 성능 평가를 하였다. 기존 IEEE 802.11e과의 성능 비교를 위하여 NS2 (Network Simulator2)[2]에 SJMAC 모듈을 추가하여 제안된 프로토콜의 성능을 검증한다.
홈 네트워크, 기업의 무선 네트워크 그리고 핫스폿 등과 같은 다양한 환경이 가능하면서 무선 LAN 기술 및 무선 LAN 제품에 대한 요구는 더욱더 증가하고 있으며, 기존 제품과의 호환성을 바탕으로 고속으로 무선 데이터 서비스를 지원할 수 있는 차세대 무선 LAN 기술에 대한 관심이 집중되고 있다. 본 논문에서는 현재 표준화가 진행중인 IEEE 802.11n의 차세대 무선 LAN 기술에 있어 주요하게 언급되고 있는 MAC 프로토콜 및 전송방식들에 대하여 소개한다. IEEE 802.11n은 IEEE 802.11e에서 논의중인 EDCA 및 HCCA를 기반으로 QoS를 보장하고 고속의 무선 LAN 서비스를 지원하기 위해 보다 개선된 MAC 프로토콜의 요구사항을 정의하여 물리계층의 관점에서 MIMO, spatial division multiplexing, space-time block coding 등과 같은 다중 안테나 방안을 고려하고 있다. 또한 주파수의 효율을 증가시키는 방식, 대역폭을 증가하는 방식 그리고 적응 변조를 적용하는 방식 등을 차세대 무선 LAN 전송 방식으로 논의하고 있다.
광대역 무선 접속 표준을 관장하는 IEEE 802.16 워킹 그룹은 IEEE 802.16 표준을 2004년에 발표하였으며 이 IEEE 802.16 표준안에는 현재 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)라 불리는 고정 및 저속 이동 접속에 대한 광대역 무선 통신 지원 기술이 포함되어 있다. 특히 여러 기술 중 보안 관점에서 IEEE 802.16 표준은 MAC 계층 안에 PKM(Privacy Key Management)라고 불리는 Security Sub-layer를 가지고 있다. PKM은 PKMv1과 PKMv2로 구분되며, 먼저 PKMv1은 기본적인 인증 및 기밀성 기능을 제공하고 IEEE 802.16 표준에 기본적으로 적용되어있다. 하지만, IEEE 802.16 표준 이후 많은 연구들이 PKMv1의 보안성에 대하여 의문을 제기하였고 이에 따라 IEEE 802.16 표준안의 확장 개선안으로서 완전한 이동성을 바탕으로 하는 2005년 발표된 IEEE 802.16e 표준안에서는 향상된 보안 기능을 제공하는 PKMv2를 제공하며 기존 표준안의 부족한 점을 보완하기 위하여 시도하였다. 이러한 PKMv2는 EAP(Extensible Authentication Protocol) 인증, AES(Advanced Encryption Standard) 기반 기밀성 제공 알고리즘, CMAC/HMAC(Cipher/Hashed Message Authentication Code)을 사용한 메시지 인증 기능 제공 등 보다 다양한 보안 기능을 제공하였다. 그러나 IEEE 802.16e 표준안의 보안 기능은 SS(Subscriber Station)과 BS(Base Station)간의 통신구간 보안에 초점을 맞추어서 네트워크 도메인간의 보안 문제나 핸드오버시 보안과 같은 네트워크 구조적 보안 취약성을 여전히 가지고 있다. 하지만 표준안에서 정의하고 있는 SS와 BS 구간 보안 역시 완전한 솔루션을 제시하고 있지는 않다. 본 논문에서는 이러한 취약성을 고찰하고 그에 따른 대응방안을 제시하였다.
IEEE 802.11 Working Group에서는 트래픽 클래스 별로 상이한 QoS(Quality of Service)를 제공하기 위하여 새로운 분산 MAC 방식인 EDCA를 제안하였다. 기존의 802.11 MAC 방식과 비교하여 EDCA는 QoS를 제공하기 위하여 AC(Access Category)라 불리는 차별화된 채널 액세스를 통하여 서로 다른 우선순위에 대해 서로 다른 서비스를 제공할 수 있도록 개선된 것이다. 그러나 멀티미디어 환경에서 EDCA는 각 트래픽 별로 항상 고정적인 AC 파라미터를 사용하여 상이한 서비스에 대한 전체적인 Throughput을 고려하지 않는다는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 제공되는 전체 서비스에 대한 QoS Throughput의 공정성을 보장하는 AC 파라미터 제어 기법을 제안한다. 제안한 기법은 실시간 환경에서 동적으로 파라미터를 제어하여 기대 Throughput을 유지하도록 한다. 시뮬레이션 결과 제안한 기법은 음성, 영상 및 데이터를 포함하는 멀티미디어 환경에서 Throughput의 편차가 개선되어 QoS의 공정성이 13% 향상됨을 확인할 수 있었다.
현재 인터넷은 수요의 증가와 함께 사용되는 컨텐츠의 종류도 다양해지고 있다. 이런 다양한 컨텐츠의 트래픽들은 보다 좋은 질을 제공하기 위해 데이터양이 커지고 있으며, 성격이 상이한 부분이 많이 발생하고 있다. 하지만 현재의 인터넷은 BE(Best-Effort)서비스만을 제공하기 때문에, IP layer에서는 이러한 트래픽을 관리하고 QoS를 제공하기 위한 IntServ (Integrated Service)와 DiffServ (Differentiated Service)와 같은 기술들에 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 무선인터넷의 증가와 함께 기존의 중요시 되지 못했던 MAC (Medium Access Control)의 중요성이 증가되고 있는데, 무선접속이라든지 자원할당에 있어 기존의 다른 계층에서 하던 상당수의 스케쥴링이 MAC Layer에서 이루어지고 있다. 본 논문에서는 QoS를 제공하는 IEEE 802.11e EDCF 기반의 Mobile IPv6 망에서 트래픽의 특성에 맞는 QoS를 제공할 수 있는 알고리즘을 제안하고 시뮬레이션을 통해 검증한다.
IEEE 802.15.4 프로토콜은 구현이 용이하여 다양한 응용 네트워크에서 사용되고 있다. 하지만 대용량 데이터 전송시 백오프(back-off), CCA(Clear Channel Assesment), IFS(Inter Frame Space), ACK 시간 등이 MAC 계층에서 오버헤드로 작용하여 네트워크 성능 저하의 요인이 된다. 본 논문에서는 IEEE 802.11e 프로토콜에서 사용되고 있는 블록(block) ACK 기법을 분석하고 이를 802.15.4 네트워크에 적용할 것을 제안하였다. 시뮬레이션을 통한 성능 분석을 실시하고 제안한 기법이 802.15.4에서도 네트워크 처리량을 크게 향상 시킬 수 있음을 확인하였다.
Recently there are increasing needs for Internet and various kinds of contents. These traffics for various contents need more amount of data to provide high-quality information and require various QoS depending on the characteristics of contents. However, current Internet service supports BE (Best Effort) service only, therefore IntServ (Integrated Service) scheme and DiffServ (Differentiated Service) scheme are represented to support QoS in IP layer. This paper describes new scheme that provides QoS taking into account the traffic characteristics over Mobile IPv6 network based on IEEE 802.11e by decreasing signal process time using traffic class of DiffServ and MAC and evaluates the performance through computer simulation.
DCF에서는 백오프 스테이지(backoff stage), 백오프 카운터(backoff counter), 경쟁 윈도우(contention window)의 세 가지 매개변수를 사용하여 충돌이 발생하면 백오프 스테이지를 하나씩 증가시키고 백오프 카운터를 선택하는 범위인 경쟁 윈도우를 두 배씩 증가시키는 이진 지수적인 백오프(BEB : Binary Exponential Backoff) 방식을 사용하여 전송 프레임간의 충돌 발생 가능성을 줄이고 있다. 그러나 무선 자원을 공유하는 단말의 수가 증가 할수록 충돌 발생 가능성이 증가하여 비효율적으로 자원을 사용하는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 무선 자원을 효율적으로 사용하고 무선 랜의 성능을 향상시키기 위해 충돌발생 시 경쟁 윈도우를 최대로 유지하고 전송 성공 시 경쟁 윈도우를 반으로 줄이는 이진 음지수적인 백오프(BNEB : Binary Negative-Exponential Backoff) 방식을 제안하고 IEEE 802.11, 802.11a, 802.11b의 세 가지 표준에 대해서 포화상태 및 정상 트래픽 상태에서의 성능 평가를 수행하였다.
본 논문은, IEEE 802.11e MAC의 QoS 지원 기능에 대한 연구로서, MAC의 파라미터별 QoS 관련성을 중심으로 살펴보았다. 지연 성능과 대역폭 할당의 두 QoS 지표에 대해 MAC 파라미터, 즉 CWmin 과 AIFS의 연관관계를 살펴보고, 그 결과 효과적인 파라미터 운용 방안을 제시하였다. 클래스간의 우선순위를 유휴 채널에의 접근성에 대한 차별로 해석함으로써, 대역폭이 아닌 지연 성능의 차별성이 클래스간의 서비스 차별성 구현의 목표가 됨을 논의하였다. 이를 기반으로, 소위 지연-대역폭 커플링 문제를 위한 해결방안으로서 AIFS와 지연 성능과의 관계에 초점을 둔 연구 결과로 이어졌다. 이러한 관계의 분석을 위하여 MAC 동작에 대한 모델링 및 해석을 수행하였으며, 그 결과 AIFS와 지연 성능과의 관계를 도출하였다. 다양한 환경에서의 시뮬레이션과, MAC 해석 결과에 대한 시뮬레이션 등을 통하여, QoS 요구 사항에 대한 MAC 파라미터의 적절한 운용 방안을 논의하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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