본 고에서는 IP 핸드오버를 지원하기 위한 기존 프로토콜들을 망기반(network-based) 핸드오버 기법과 종단간(end-to-end) 핸드오버 기법으로 분류하여 비교 분석한다. 망기반 핸드오버 기법에는 FMIP (Fast handover for Mobile IP)와 NETLMM(Network-based Localized Mobility Management) 프로토콜이 있으며, 종단간 핸드오버 기법에는 SCTP 프로 토콜과 SIP 프로토콜을 활용하는 방법이 있다. 차세대 통신망에서는 다앙한 망환경 및 응용서비스가 혼재할 것으로 전망되며, 각기 특성에 따라 망기반 핸드오버 기법과 종단간 핸드오버 기법이 적용될 것으로 예상된다.
본 논문에서는 다양한 이종 무선 액세스 네트워크 기술이 혼재 되어 있는 환경에서 수평적 혹은 수직적 핸드오버를 위한 IP 이동성 기법 및 Seamless한 서비스 제공을 위한 고속 핸드오버 기법에 대해서 다루고자 한다. 첫 번째로, 호스트 기반의 IP 이동성 기법 및 고속 핸드오버 기법들을 분석한다. 두 번째로, 최근 활발히 연구가 진행되고 있는 네트워크 기반의 IP 이동성 기법인 PMIPv6과 이에 대한 고속 핸드오버 기법을 접근 방식에 따라 분류하여 분석한다. 마지막으로, 이들 기법에 대한 핸드오버 지연 측면에서의 해석적 비교 분석을 수행한다.
본 논문에서는 3G 이동통신망과 WiBro 망간 수직 핸드오버 지원을 위한 mobile SCTP (mSCTP) 핸드오버 기법 적용방안을 제안한다. 제안하는 이종망간 mSCTP 핸드오버 기법의 성능분석을 위해 이동 단말에서 mSCTP 핸드오버를 자동적으로 지원하는 시스템을 개발하였다. 리눅스 기반 테스트베드 실험을 통해 핸드오버 지연 관점에서 성능을 분석하고 실험결과를 Mobile IP 핸드오버 기법과 비교하였다. 실험결과, 이종망간 중첩영역에서 이동 단말의 체류시간이 충분히 클 때 mSCTP 핸드오버 지연시간이 상당히 감소될 수 있고, 또한 Mobile IP 보다 상대적으로 더 좋은 핸드오버 성능을 보여주고 있음을 알 수 있었다.
OFDM(A) 기반 네트워크는 IEEE 802.16e 시스템 및 WiBro 시스템 등으로 구현되고 있으며, 4G 시스템과 같은 차세대 이동통신 시스템의 기반 기술로서 많이 연구되고 있는 시스템이다. 이와 같은 OFDM(A) 시스템을 기반으로 IP 네트워크를 구축하게 된다면, 단말의 핸드오버를 지원하기 위하여 MAC 및 IP 계층에서의 핸드오버 기법에 대한 정의가 필요하다. IP 네트워크의 가장 큰 특징은 CDMA와 같은 서킷 네트워크가 아니라 패킷 네트워크라는 것이다. 이러한 패킷기반 네트워크에서의 소프트 핸드오버 기법은 CDMA 네트워크에서 제공되고 있는 소프트 핸드오버 기법을 그대로 적용할 수 없다. CDMA 소프트 핸드오버 기법은 물리계층에서의 신호 결합을 수행하게 되는데 패킷 네트워크에서 두 기지국으로부터 전송되는 패킷은 MAC 및 IP 헤더를 가지게 되고, 헤더에 포함되는 정보는 각 기지국에서 서로 다르게 전송하므로 물리계층에서의 신호 결합을 수행할 수가 없다. 본 논문에서는 기존에 제안된 소프트 핸드오버 기법의 단점을 보완하고 IP 기반 네트워크에 적용 가능한 소프트 핸드오버 기법을 제안한다. 제안하는 소프트 핸드오버 기법은 패킷 네트워크의 특성을 반영하여 소프트 핸드오버에 참여하는 기지국이 서로 다른 패킷을 전송하도록 디자인하였고, 에러 발생률을 낮추기 위하여 AMC (Adaptive Modulation and Coding) 기법을 적용하였다. 또한 OFDM(A) 시스템의 multi-carrier 특성을 이용하여 네트워크 자원을 효율적으로 사용함으로써 네트워크의 전체적인 성능 향상이 가능하도록 개발되었다.
4G 네트워크로 불라는 차세대 네트워크는 All IP 기반으로 구성되며 여기서는 다양한 특성을 갖는 네트워크 간의 통합이 이루어질 것으로 예측된다. 이러한 4G 네트워크에서의 동종 혹은 이종 망간의 이동 단말의 끊김없는 이동성 제공이 중요한 요소 기술 중 하나로 간주된다. 이동성 제공을 위해 IETF 워킹 그룹에서는 Mobile IP (MIP) 기술을 제안하였고, 차세대 네트워크에서 중요한 역할을 수행할 것으로 판단된다. 그러나 MIP 기술은 이동 단말의 매크로 이동성 (macro mobility)을 지원하기 위해 제안되었기 때문에 긴 핸드오버 지연 시간에 따른 패킷 손실 및 성능 저하를 초래하는 문제점이 존재한다. 따라서 차세대 네트워크에서 이동 단말의 이종 망 핸드오버를 지원하기 위해서는 기존 구축된 네트워크와의 호환성을 제공해 주는 것과 동시에 끊김없는 연결성을 제공해 주는 기법이 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 이종 망간의 이동 단말의 움직임에도 끊김없는 연결성을 제공해 줄 수 있는 핸드오버 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 공통 네트워크 인터페이스로 설계되어 사용되는 무선 기술에 상관없이 투명한 서비스를 IP/MIP 레이어에 제공한다. 본 논문에서는 제안한 시스템을 바탕으로 약결합 네트워크 기반의 cdma2000/무선랜 설험 네트워크를 구축하여 이동 단말의 버티컬 핸드오버 성능을 측정한다. 측정한 핸드오버 성능을 바탕으로 제안한 시스템이 기존 코어 네트워크 및 IP/MIP 레이어 수정없이 여러 이종 망간의 핸드오버 시에 끊김없는 서비스를 이동 단말에게 제공해 준다는 것을 보여준다.
현재 사용하고 있는 네트워크 망은 IPv4프로토콜을 사용하고 있지만, Mobile IPv6프로토콜을 이용하여 보다 더 빠르고 정확한 데이터의 전송이 필요하다. 본 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 빠른 핸드오버를 이용한 Mobile IP의 성능을 분석한다. 일반적으로 데이터 트래픽, 버퍼관리 방법, QoS 등은 빠른 핸드오버 동안 Mobile IP의 성능에 많은 영향을 준다. 따라서 시뮬레이션 모델을 이용하여 다양한 트래픽 환경에서 위에 언급된 성능파라미터들의 영향을 분석한다.
무선 메쉬 네트워크는 기존 무선 네트워크의 단점을 해결하기 위한 차세대 기술로서 많은 연구가 이루어졌다. 특히 Mobile WiMAX 기반의 무선 메쉬 네트워크는 다양한 장점을 지녀 더욱 주목 받고 있다. Mobile WiMAX 표준에서는 MIP와 PMIP를 기반으로 하는 두 개의 3계층 핸드오버 방안을 제공한다. MIP 기반 핸드오버는 많은 핸드오버 메시지 유발로 인한 긴 핸드오버 지연 단점을 지닌 반면, PMIP 기반 핸드오버는 이동 노드가 자신의 핸드오버에 관여치 않아, 무선 구간의 핸드오버 메시지를 줄이는 장점을 지녀 Mobile WiMAX의 3계층 핸드오버에 좀 더 효과적이다. 하지만 Mobile WiMAX에서 제공하는 기존의 PMIP 기반 핸드오버는 2계층 핸드오버 완료 후에 바인딩을 수행하기 때문에 여전히 핸드오버 지연 발생 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 2계층 핸드오버 완료 전에 수행 되는 고속 바인딩 과정을 통해 핸드오버 지연을 줄이는 PMIP 기반 무선 메쉬 네트워크에서의 고속 3계층 핸드오버 방안을 제안한다. 제안 방안은 기존 PMIP 기반 핸드오버 방안의 문제점을 개선했으며 이는 시뮬레이션 결과를 통해 증명하였다.
일반적인 IP 네트워크에서 이동성을 보장해 주는 대표적인 기술인 Mobile IP 에서는 핸드오버에 따른 패킷 유실의 문제를 피할 수 없다. 따라서 이러한 패킷 유실의 문제를 해결하기 위한 대안으로 Smooth Handover가 제시 되었다. 하지만 Smooth Handover의 경우 핸드오버 동안의 패킷 버퍼링과 핸드오버에 따른 패킷 순서 뒤바뀜의 문제가 발생하고 결과적으로 전체 네트워크의 성능이 감소하는 결과를 초래한다. 차세대 휴대 인터넷 기술인 와이브로(Wireless Broadband Internet. WiBro) 시스템에서도 역시 서비스 중인 단말이 핸드오버 시 동일한 문제가 발생한다. 특히 와이브로 시스템은 휴대성과 이동성을 보장하고 IEEE 802.16 표준을 기반으로 서비스 클래스에 따른 차별적인 서비스를 제공한다. 따라서 패킷 순서 뒤바뀜 문제를 해결하는 핸드오버 메커니즘이 휴대인터넷에서 필요하다. 본 논문에서는 와이브로 시스템에서 고속으로 이동 중인 단말이 핸드오버 시 발생할 수 있는 패킷 순서 뒤바뀜 문제를 해결하는 핸드오버 메커니즘을 제안 한다.
국내의 와이브로 기술은 단말의 이동성을 지원하기 때문에 사용자가 임의의 서브넷 내부에서 이동 할 때에도 지속적인 인터넷 서비스를 제공한다. 또한, 차세대 인터넷 지원 기술인 IPv6 및 Mobile IPv6 (MIPv6)은 이동 단말에 주소를 할당하고, 이러한 단말들이 서로 다른 서브넷을 이동 할 때에도 기존의 인터넷 세션을 유지할 수 있도록 지원하는 최신 기술이다. 하지만, VoIP (Voice over IP)와 같은 실시간 서비스를 만족시킬 수준의 이동성을 지원하려면, 와이브로 망 및 단말에 최적화된 고속 IPv6 핸드오버 기술 개발이 선행되어야 한다. 본 논문에서는 IPv6 단말이 와이브로 망에서 서브넷 간 이동을 시도할 때, 핸드오버 지연 시간을 최소화하는 최적화된 핸드오버 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 고속 핸드오버를 지원하기 위한 IETF 대표 프로토콜인 Fast Mobile IPv6 (FMIPv6)에 기반을 두고 있으며 2계층 와 이브로 MAC (Medium Access Control)과 3계층 FMIPv6 과의 밀접한 상호 작용 및 관련 핸드오버 절차로 구성된다. 마지막으로, 수학적 성능 분석을 통하여 와이브로 망에서 운영되는 FMIPv6의 핸드오버 지연 시간을 계산하여 그 결과를 제시한다.
Mobile IP는 단말에게 이동성을 제공해 줌으로써 이동하면서도 인터넷에 접속할 수 있게 해준다. 하지만 L2 연결과 L3 연결이 순차적으로 진행되어 핸드오버시 지연과 데이터 로스의 문제가 발생한다. 이러한 핸드오버 과정에서 발생하는 지연과 데이터 로스를 줄이기 위해 L2 트리거를 이용한 Fast Handover 기술이 개발되었지만 Fast Handover 기술 역시 L2 연결과 L3 연결이 독립적으로 진행된다. 본 논문에서는 Mobile IP의 L3 핸드오버 과정과 이기종 네트워크들의 L2 핸드오버 과정을 통합하고 핸드오버 과정을 최적화하여 성능 개선된 핸드오버 방안을 제안하고 성능평가를 통해 우수함을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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