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인혜 시
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1 3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 355 3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 (msctp for Vertical Handover between 3G and WiBro) 김동필 고석주 (Dong Phil Kim) (Seok Joo Koh) 요약본논문에서는 3G 이동통신망과 WiBro 망간수직핸드오버지원을위한 mobile SCTP (msctp) 핸드오버기법적용방안을제안한다. 제안하는이종망간 msctp 핸드오버기법의성능분석을위해이동단말에서 msctp 핸드오버를자동적으로지원하는시스템을개발하였다. 리눅스기반테스트베드실험을통해핸드오버지연관점에서성능을분석하고실험결과를 Mobile IP 핸드오버기법과비교하였다. 실험결과, 이종망간중첩영역에서이동단말의체류시간이충분히클때 msctp 핸드오버지연시간이상당히감소될수있고, 또한 Mobile IP 보다상대적으로더좋은핸드오버성능을보여주고있음을알수있었다. 키워드 :3G, WiBro, 수직핸드오버, msctp, Mobile IP, 핸드오버지연 Abstract This paper proposes a mobile SCTP (msctp) handover scheme for vertical handover between 3G wireless and WiBro networks. To evaluate the proposed msctp vertical handover scheme, we implement the msctp handover supporting system over Linux platform in which the movement of a mobile node is automatically detected and the msctp vertical handover is performed by the mobile node. We analyze and compare the performance of msctp handover and Mobile IP handover over the preconfigured testbed. From the numerical results, we can see that the handover latency of msctp could be much more reduced, compared to the Mobile IP handover, if the mobile node would sojourn long enough in the overlapping region between the two heterogeneous networks. Key words :3G, WiBro, Vertical Handover, msctp, Mobile IP, Handover Latency 1. 서론 최근다양한형태의통신망들이 IP 기반의이종통합망으로발전함에따라, 이종망간연동기술및이종망간 IP 이동성에대한관심이증대되고있다. 특히, 기존의 3G이동통신망과함께 IEEE e 기반의 Wireless 본연구는지식경제부및정보통신연구진흥원의대학 IT연구센터지원사업의연구결과로수행되었음 (IITA-2008-C ) 학생회원 : 경북대학교정보보호학과 dpkim@cs.knu.ac.kr 종신회원 : 경북대학교전자전기컴퓨터학부교수 sjkoh@knu.ac.kr 논문접수 : 2007년 8월 28일심사완료 : 2008년 3월 18일 Copyright@2008 한국정보과학회ː개인목적이나교육목적인경우, 이저작물의전체또는일부에대한복사본혹은디지털사본의제작을허가합니다. 이때, 사본은상업적수단으로사용할수없으며첫페이지에본문구와출처를반드시명시해야합니다. 이외의목적으로복제, 배포, 출판, 전송등모든유형의사용행위를하는경우에대하여는사전에허가를얻고비용을지불해야합니다. 정보과학회논문지 : 정보통신제35권제4호 (2008.8) Broadband(WiBro) 서비스가보급되면서이종망간핸드오버기술의중요성이부각되고있다 [1]. 현재까지 3G 와 WLAN간연동망에대한연구가 3GPP 표준화기구를중심으로활발히이루어지고있으며, 주요쟁점사항으로써연동망구조, IP 이동성지원, 인증, 보안그리고과금이슈등이있다 [2,3]. 반면에 3G-WiBro 수직핸드오버에대한연구는상대적으로아직미흡한편이다 [4]. 현재까지이종망간 IP 이동성지원을위해여러프로토콜들이제안되어왔다. 그중 Mobile IP(MIP) 는가장대표적인 IP 이동성기술로써 3G-WLAN 연동망에서 IP 이동성지원을위한표준기술로고려되고있다 [5]. 또한, 응용계층에서이동단말의 IP 이동성을제공해주는 Session Initiation Protocol(SIP) 는멀티미디어통신세션을관리하는시그널링프로토콜로써, SIP의위치정보관리서버를이용하여단말의위치정보를등록하고, proxy 서버를통해 SIP 세션을관리함으로써위치관리기능을제공할수있다 [6,7]. 반면에, 수송계층에서 IP

2 356 정보과학회논문지 : 정보통신제 35 권제 4 호 (2008.8) 이동성을제공해줄수있는 mobile Stream Control Transmission Protocol(mSCTP) 프로토콜은기존의이동성지원기술들과달리네트워크장비에대한추가적인비용투자없이종단간세션의연속적인 IP 이동성을제공해줄수있다 [8]. 특히, 기존의 msctp 핸드오버기법은기존의 MIP나 SIP 프로토콜들과달리이종망간수직핸드오버에서 SCTP 멀티호밍특성을활용하여이동단말이새로운망으로핸드오버를수행하는동안이전망과지속적으로통신을수행함으로써핸드오버지연을상당히감소시킬수있다. 현재까지대부분의기존연구에서는 3G-WLAN 연동을위한 MIP나 SIP 기술의적용방안에대해언급하고있을뿐, 3G-WiBro 망간 msctp 핸드오버기법에대한연구는아직수행되지않았다. 본논문에서는 3G- WiBro 연동망에서의 msctp 수직핸드오버지원기법을제안한다. 특히, 3G 망의대표적인 UMTS 이동통신시스템에대하여 WiBro 망과의연동시나리오에대하여기술하고, 이를토대로 UMTS-WiBro 망간 msctp 수직핸드오버적용절차를제안한다. 또한, Linux 기반테스트베드실험을통해제안하는 msctp 수직핸드오버기법의성능을분석하고이를 MIP 핸드오버기법과비교한다. 2. 관련연구본절에서는기존의관련연구로서이종망간연동기술및 IP 이동성기술에관해알아보고, msctp 핸드오버기법의개요에대해기술한다. 2.1 기존이종망간연동기술및 IP 이동성기법최근에 3G-WLAN 연동기법에관한연구가활발히진행되었다. 특히, 3G-WLAN 연동을위한IP 이동성지원기법에대한연구로써 MIP를사용할지혹은다른 IP 이동성기술을사용할것이냐에대한논의도심도있게진행되고있다 [2,3]. 현재까지는 MIP가 3G-WLAN 연동을위한표준기술로써사용될것으로전망하고있지만, SIP 기반의종단간 IP 핸드오버기법에대한연구도이루어지고있다. 특히, Wide Wireless Access Network(WWAN) 과 WLAN간연동을위한 SIP 기반의핸드오버기법이제안되었다 [7]. 또한, 3.5 계층에서동작하는 Host Identity Protocol(HIP) 을적용하여이종망간 IP 이동성을지원하는기법도제안되었다 [9]. 한편, MIP의확장메커니즘인 Fast Handover for Mobile IP(FMIP) 기법을이종망간연동에적용한연구 [10] 및 UMTS-WLAN간 msctp 핸드오버기법에대한연구도주목할만하다 [11]. 또한, UMTS 및 WLAN과 IEEE e 시스템간연동을위해 MIP 기법에제안되기도하였다 [12]. 상기한바와같이그동안이종망간연동에대한연구는주로 3G-WLAN 연동이슈를고려하고있으며, 3G-WiBro 연동이슈에대한연구는상대적으로미비한상태이다. 또한, 대부분의경우연동을위한 IP 이동성지원기술로써 MIP를고려하고있다. 본논문에서는 3G-WiBro 연동을위한 msctp 수직핸드오버이슈를고려한다. 이에대한망연동시나리오와함께 msctp 수직핸드오버적용절차를제안하고, 간단한테스트베드실험을통해제안기법의핸드오버성능을비교분석하고자한다. 2.2 msctp 핸드오버 msctp 핸드오버기법은 SCTP 프로토콜이제공하고있는멀티홈밍 (multi-homing) 특성을활용하여핸드오버를지원하는기술이다. SCTP 세션에매핑되는 IP 주소를동적으로추가및삭제할수있는 ADD-IP 확장메커니즘 을사용하여종단간 IP 핸드오버를지원할수있다 [13]. 그림 1은 msctp 핸드오버개념을보여준다. 그림에서 SCTP가탑재된 Mobile Node(MN) 은 Cor- 그림 1 msctp 핸드오버개요

3 3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 357 respondent Node(CN) 과연결을설정한다. CN도역시 SCTP를탑재하고있다. 연결설정후에 MN와 CN간에데이타송수신을수행하게되고, 일정시점에 MN는새로운망으로진입하여 IP 주소를할당받는다. MN는새로이할당받은 IP 주소를 SCTP 세션에바인딩함으로써핸드오버를수행할수있다. 세부적인 msctp 핸드오버의수행절차는다음과같다. 1 MN은새로운망으로진입하여새로운영역의 Link- Up 신호를감지하고, 새로운 IP주소를설정한다. 2 SCTP 세션에새로운 IP주소를추가 (ADD-IP) 하고, ASCONF 청크 (chunk) 를 CN에게보내면, CN은 ASCONF-ACK 청크로응답한다. 이후, MN은기존및새로운주소로데이타를송수신할수있다. 3 MN이지속적으로이동하여새로운망의신호강도가더강해지면 MN은주요전송경로 (primary path) 를변경하기위해 CN에게 ASCONF 청크를보내고, CN은 ASCONF-ACK로응답한다. 이후, CN은데이타청크를새로운 IP 주소로보낸다. 4 MN이기존영역을완전히벗어나, Link-Down 신호를감지하면 MN의기존 IP주소를삭제하기위해, ASCONF 청크를 CN에게보내고, CN은 ASCONF- ACK 청크로응답한다. 이후, MN은새로운 IP 주소만사용한다. 2.3 IP 이동성기법들과의특성비교표 1은기존 IP 이동성지원기법들의특성들을비교정리하고있다. 위의표에서알수있듯이, MIP는네트워크계층에서동작하고, msctp는전송계층, 그리고 SIP는응용계층에서동작한다. 따라서, MIP와 SIP은기존의 TCP나 UDP을수송프로토콜로써사용할수있다. 반면에, msctp는수송계층에서동작하기때문에 SCTP 프로토콜을수송프로토콜로써사용하게된다. 한편, MIP은네트워크계층에서동작함에따라최적의전송경로를찾을수있어야한다. 이를위해, MIP에서는경로최적화를위한추가적인확장이요구된다. MIP와는달리 msctp나 SIP 프로토콜들은수송계층과응용계층에서동작하여종단간통신을위한프로토콜로사용되기 때문에전송경로최적화에대한기능을필요로하지않는다. 핸드오버기법측면에서 MIP는위치관리기법을통해이동단말들의 IP 이동성을제공해줄수있지만, IP 핸드오버를위해서는 FMIP나 HMIP과같은프로토콜들의확장이불가피하다. 반면, msctp 핸드오버는자체적인멀티홈밍특성과 ADDIP 확장기법을사용하여핸드오버기능을제공해줄수있다. 또한, SIP의경우도단말이새로운네트워크영역으로이동할경우, SIP RE-INVITE 메시지를전송함으로써새로운주소정보를교환하고새로운데이타채널을설정하여핸드오버를수행한다. 또한, 프로토콜보급및적용관점에서, msctp는라우터의별도도움없이종단간단말들의통신을통해핸드오버가수행되는반면에 MIP은핸드오버를위해라우터간핸드오버터널설정이요구되며, SIP의경우에는 SIP 기반의응용프로그램에서만핸드오버를지원할수있는단점이있다. 3. UMTS-WiBro 연동을위한 msctp 핸드오버지원기법본절에서는 UMTS 망과 WiBro 망간연동시나리오를제안하고, UMTS-WiBro 연동망에서의 msctp 핸드오버적용방안을기술한다. 3.1 UMTS-WiBro 연동시나리오기존 3G-WLAN 연동시나리오에서는 WLAN이핫스팟 (hotspot) 형태로존재하는시나리오를고려한다. 한편, WiBro 망의경우 WLAN에비해상대적으로넓은서비스영역을가지면서고속의인터넷서비스를제공할수있으므로 3G-WiBro 연동시나리오는기존의 3G- WLAN 연동구조보다더다양하게구성될수있다. 그림 2는 UMTS-WiBro 연동에서고려할수있는두가지시나리오를보여준다. 그림 2(a) 는 UMTS와 WiBro가서로대등한관계로써평행한구조로배치되는경우이고, 그림 2(b) 는 WiBro망이 UMTS망안에핫스팟구조로배치되는경우의연동시나리오이다. 그림에서 UMTS 망은크게 UTRAN과코어망 (core network) 으로구성된다. UTRAN은이동단말과기지국 표 1 기존이동성지원프로토콜들의특성비교 분류 MIP msctp SIP 프로토콜계층 네트워크 수송 응용 수송계층서비스 TCP/UDP SCTP TCP/UDP 경로최적화 추가확장기능사용 (Route Optimization) 본질적으로제공됨 ( 종단단말간통신 ) 본질적으로제공됨 ( 종단단말간통신 ) 핸드오버기법 FMIP, HMIP 등의프로토콜확장필요 자체적으로제공 자체적으로제공 요구사항 ( 보급측면 ) 라우터의지원필요 필요없음 SIP 기반응용에만적용됨

4 358 정보과학회논문지 : 정보통신제 35 권제 4 호 (2008.8) (a) 시나리오 1( 평행구조 ) (b) 시나리오 2( 핫스팟구조 ) 그림 2 UMTS-WiBro 연동을위한두가지시나리오간의무선접속을위한자원할당및세션관리를담당하며 Node B와 RNC(Radio Network Controller) 등으로구성된다. UMTS 코어망은이동단말의 IP 주소할당및이동성관리, 그리고외부 IP 망과의데이타송수신을위해사용되고, SGSN과 GGSN 등으로구성된다. 한편, WiBro는 RAS(Radio Access Service) 와 ACR(Access Control Router) 로구성되며, RAS는 UMTS의 UTRAN 과같은역할로써이동단말과기지국간의세션설정을위한무선자원및채널등을관리한다. ACR은 UMTS 의 UMTS 코어망과같은역할로써 IP 주소할당및이동성관리등을담당한다. 본논문에서는고려하는 UMTS-WiBro 연동구조에서는이동단말이최초세션을시작할때 AAA 서버와인증절차를수행하고, 이후 UMTS 망에서 WiBro로이동하거나 WiBro 망에서 UMTS 망으로이동하는핸드오버과정에서는더이상인증과정이필요없는것으로가정한다. 또한, 본논문에서는 UMTS-WiBro 연동망시나리오 1( 그림 2(a)) 을토대로하여 msctp 핸드오버지원절차를기술한다. 3.2 UMTS-WiBro 망간 msctp 수직핸드오버절차 UMTS-WiBro 연동에서 IP 이동성을지원하기위해서는새로운망에서사용할 IP 주소를획득하거나생성 할수있어야한다. 본논문에서는 IPv6 환경에서의 UMTS-WiBro 연동을고려한다. IPv6 주소생성은 UMTS의 GGSN과 WiBro의 ACR로부터받은망 prefix 정보를이용하여 IPv6 자동주소설정을통해생성한다고가정한다. 그림 3은 MN이 UMTS 망에서 WiBro 망으로진입하는경우의핸드오버절차를보여준다. 그림 3에서볼수있듯이, MN이 UMTS에서 WiBro 망으로이동하더라도 MN의 UMTS 인터페이스를통해지속적으로인터넷서비스를제공받으면서 MN의 WiBro 인터페이스와 WiBro 망간핸드오버가수행된다. 이경우, 핸드오버수행과정은다음의세절차로이루어진다. (1) WiBro 연결설정 MN이 WiBro 망에진입하면 MN의 WiBro 인터페이스와 RAS간의하부계층의연결설정을위한링크동기화 (DL-MAP와 UL-MAP) 를수행하고, RNG-REQ 및 RNG-RSP 송수신과정에서레인징 (ranging) 을수행한다. 레인징과정이끝나면, SBC-REQ와 SBC-RSP 를통해 MN과 RAS 그리고 ACR간의채널을설정하고사용가능대역폭을할당받게된다. 이후, MN은 REG-REQ와 REG-RSP를교환하면서 MN을 ACR에등록함으로써 MN가 WiBro 망간의링크계층의연결설정이이루어지게된다. (2) WiBro 망에서 IPv6 주소생성 MN와 WiBro 망과의링크가설정되면, 이동단말은 ACR에게망 prefix 정보를요청하기위해 RS(Router Solicitation) 메시지를전송하고, ACR은해당정보를담아 RA(Router Advertisement) 메시지를통해 MN에전달한다. MN은 RA로부터수신한정보중망 prefix 정보만을추출하여새로운 IPv6 주소를생성한다. (3) msctp 핸드오버수행 MN이 IPv6 주소를생성하면, 새로운주소를 SCTP 세션이추가 (binding) 하기위해 SCTP ADD-IP AS- CONF를 CN에전송한다. 이때, MN과 WiBro 망간의연결설정이이루어져있더라도 MN은여전히기존의 UMTS 망으로인터넷서비스를제공받고있다. 이는이동단말이현재까지 UMTS와 WiBro 망간중첩영역에있다고가정하기때문이다. SCTP ADD-IP AS- CONF 역시 UMTS 망의이전주소를통해 CN에전송된다. MN가 CN으로부터 ASCONF-ACK를수신하면, WiBro 망의새로운 IP 주소가현재 SCTP 세션에추가되었다. 이후, MN가주요전송경로 (primary path) 를새로운주소로변경하기위해 SCTP ASCONF를 CN에전송하고, CN이이를처리한후 MN에 ASCONF-ACK를보내면, 주요데이타전송경로는 UMTS 망이아닌

5 3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 359 그림 3 UMTS 에서 WiBro 로의핸드오버수행절차 그림 4 WiBro 에서 UMTS 로의핸드오버수행절차

6 360 정보과학회논문지 : 정보통신제 35 권제 4 호 (2008.8) WiBro 망기반의인터넷서비스가이루어지게된다. 이때, 주요전송경로를변경하기위해 SCTP ASCONF를 UMTS 망의이전 IP 주소를사용하여 CN에전송하지만, CN으로부터전송되는 ASCONF-ACK는새롭게추가한 WiBro 망의주소를통해전달된다. 이후, CN으로부터전송되는모든데이타는새로운주소를통해전달된다. MN가지속적으로이동하여 UMTS 망을완전히벗어나면 SCTP 세션에서해당 IP 주소를삭제하기위해 SCTP DELETE-IP ASCONF를 CN에전송하고, CN은이에응답메시지를전송한다. 이후, MN와 CN간 SCTP 세션에는 WiBro 망의 IP 주소만을사용하게된다. 한편, MN이 WiBro 망에서 UMTS 망으로들어가는경우에는그림 4와같은핸드오버수행절차를수행한다. 그림 4에서 MN이 WiBro 망을통해데이타서비스를제공받는도중 UMTS 망으로이동하였을때, MN 이 WiBro 망에서 UMTS로이동하여수행되는핸드오버절차는앞서언급한 UMTS망에서 WiBro망으로의핸드오버와같이세절차로구성된다. (1) UMTS 연결설정 MN이 UMTS 망에진입하였을때, MN의 UMTS 무선인터페이스는 UTRAN과데이타채널을설정한다. 이를위해 UTRAN과 RRC(Radio Resource Control) 를설정하고, UTRAN은 SGSN과의데이타채널을설정을하기위해 lu 인터페이스를설정한다. MN와 SGSN 간의인증과정을거치면, MN와 SGSN간의 GTP 기반의데이타채널이설정되고, MN는 SGSN과 GGSN간의라우팅정보및 IP 주소정보를요청및유지하기위해 PDP context 요청메시지를 GGSN에전송하도록활성화시킨다. SGSN은 GGSN에게 PDP context 메시지를생성하여전송하고, GGSN은링크로컬주소정보를생성한다. (2) UMTS 망에서 IPv6 주소생성 MN와 SGSN간의 GTP 기반데이타채널이설정되면, IP 주소를포함한 IP 기반데이타송수신과관련된정보를 GGSN에게요청하기위해 SGSN에게 PDP context 메시지를전송하도록요청한다. 이를수신한 SGSN은 PDP context 메시지를생성하여 GGSN에게전송하고, GGSN은링크로컬주소를생성하여 SGSN 을통해 MN에게전송한다. 이를수신한 MN는링크로컬주소중인터페이스식별자만을추출하여이를 IPv6 주소생성에사용한다. GGSN으로부터 PDP context Accept 메시지를수신한 MN은 RS 메시지를전송하고, GGSN은 RA 메시지에망정보를담아다시전송한다. MN은망 prefix 정보와, 앞서추출한인터페이스식별자를이용하여글로 벌 IPv6 주소를생성하게된다. (3) msctp 핸드오버 MN이 IP 주소를생성하는즉시 SCTP ADD-IP ASCONF 청크를 CN에전송하고이에대한응답으로 ASCONF-ACK 청크를수신한다. WiBro 망에서 UMTS 망으로의핸드오버절차도마찬가지로, MN가주요데이타전송경로를변경할때까지는 WiBro 망의 IP 주소를사용하여데이타송수신및핸드오버제어메시지를전송하게된다. 이후의 msctp 핸드오버절차는앞서언급한 UMTS 망에서 WiBro 망으로의핸드오버와동일하다. 3.3 UMTS-WiBro 수직핸드오버관련지연요소이종연동망에서두망간중첩영역이충분히크고 MN이중첩영역에서거주하는시간이충분히길다면, 이기종연동망에서 msctp 핸드오버지연시간은상당히감소될수있다. 이는 msctp 핸드오버의특성상 MN 이새로운망과핸드오버를수행하는동안이전망을통해데이타를지속적으로송수신할수있기때문이다. UMTS와 WiBro 연동망에서 MN이 UMTS 망에서 WiBro 망으로핸드오버를수행할때, MN과 WiBro 링크설정시간과 IPv6 주소생성시간, 그리고 msctp 핸드오버수행시간의합만큼이종망간중첩영역에서머무른다면, 총 msctp 핸드오버지연시간은주요전송경로를변경을위해교환하는 ASCONF/ASCONF-ACK 청크들의 RTT(Round Trip Time) 시간이된다. 유사한방식으로 MN이 WiBro 망에서 UMTS 망으로핸드오버를수행하는상황에서도 msctp 핸드오버지연시간은 ASCONF와 ASCONF-ACK 청크교환을위한 RTT 시간에해당한다. 4. 실험결과및분석본절에서는테스트베드실험을통해이종망에서 msctp 핸드오버의성능을분석한다. 성능분석을위해 Linux 플랫폼에서두개의무선인터페이스를장착한 MN이자동적으로이동성을탐지하고 msctp 핸드오버를수행할수있는시스템을개발하였다. 4.1 msctp 구현개요그림 5는본실험을위해개발된이종연동망간 msctp 핸드오버지원시스템의구조도이다. 그림에서 msctp 핸드오버지원시스템은링크계층정보모니터링 (Link Layer Information Monitoring), 라우터탐지 (Router Discovery), 핸드오버결정 (Handover Decision) 그리고핸드오버실행 (Handover Execution) 으로크게 4개의기능모듈로구성된다. 링크계층정보모니터링은 MN에부착되어있는무선인터페이스들의링크정보들을실시간탐지하기위

3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 361 그림 5 msctp 핸드오버지원시스템구조 해사용되는기능모듈이며, 라우터탐지모듈은해당영역의 AR(Access Router) 들로부터수신한 RA메시지를분석하여단말의새로운영역으로이동하였음을탐지하기위해사용되는기능모듈이다.

7 3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 361 그림 5 msctp 핸드오버지원시스템구조 해사용되는기능모듈이며, 라우터탐지모듈은해당영역의 AR(Access Router) 들로부터수신한 RA메시지를분석하여단말의새로운영역으로이동하였음을탐지하기위해사용되는기능모듈이다. 또한, 핸드오버결정은 msctp 핸드오버의수행시점을결정하며, 핸드오버실행은실제 msctp 핸드오버를수행하는기능모듈로써, SCTP 프로토콜에서핸드오버수행을위한 ASCONF 청크를전송하고이에대한응답으로써 ASCONF-ACK 청크를수신하는기능을포함한다. 링크계층모니터링모듈은링크계층의정보를수집하기위해 Linux Kernel 환경에서제공하는 NETLINK 라이브러리를사용하여 MN의 WLAN 인터페이스와액세스포인트와의연결이이루어지면 NETLINK에의해발생되는링크업이벤트를감지하게된다. 링크다운신호역시 MN와액세스포인트간의데이타링크가종료되면발생하게되고, 이를 NETLINK 라이브러리를이용하여감지하게된다. 만일링크계층모니터링모듈에서링크업이벤트를하부계층으로부터수신하였다면, 접근망탐지기능모듈을활성화시키고, 링크다운이벤트가감지되면핸드오버결정모듈에서이를검증하고핸드오버수행모듈에서해당링크의 IP 주소를 SCTP 세션에서삭제하도록한다. 라우터탐지기능모듈은 MN이다른망으로이동하였음을탐지하는모듈로써, 링크계층정보모니터링모듈에의해호출되면 ICMP 제어모듈을통해 RS 메시지를보내어해당망의정보를요청한다. 이후, MN이해당망의라우터로부터 RA메시지를수신하면, 현재사용중인망 prefix와비교하여단말이새로운영역으로이동하였음을확인하고, 이어서핸드오버실행모듈을호출한다. MN이새로운망으로이동하여 msctp ADD-IP를수행한후, 진행중인 SCTP 세션의주요데이타전송 경로를변경하기위해핸드오버결정모듈이사용된다. 핸드오버결정모듈에서는링크정보모니터링모듈로부터지속적으로링크정보를수집하고, 이를비교하여주요데이타전송경로의변경시점을결정하게된다. 본시스템에서는핸드오버결정이신호강도를비교하여새로운망의신호가강도가좋으면핸드오버수행모듈을호출하여주요데이타전송경로를변경하도록하였다. 핸드오버수행은실제 msctp 핸드오버를수행하는기능모듈로써, 접속망탐지모듈에서 MN이새로운망으로이동하였음을알리면핸드오버수행모듈에서는 ADD-IP를위한 SCTP ASCONF 청크를 CN에전송하고, 이에대한응답으로 ASCONF-ACK를받는다. 또한, ADD-IP 수행후핸드오버결정모듈에서주요데이타전송경로의변경을요청하면, 역시 SCTP ASCONF 와 ASCONF-ACK 청크들을교환하게된다. 마지막으로, 링크정보관리모듈에서링크다운메시지를수신하면해당 IP 주소를삭제하기위해핸드오버수행모듈에서는 DELETE-IP를위한 ASCONF와 ASCONF-ACK를송수신하게된다. 4.2 실험환경및시나리오앞서기술한 msctp 핸드오버지원기능을탑재한단말 ( 호스트 ) 를기반으로핸드오버성능분석실험을수행하였다. 본래는실제 3G 및 WiBro 무선환경을구축하여야하나, 실험환경구축의제약조건상 WLAN 시스템을사용하여 msctp 수직핸드오버성능분석실험을수행하였다. 이와같은실험실테스트베드환경의단점을극복하기위하여, 3절에서기술한 3G-WiBro 연동시나리오를고려하여테스트베드의실험환경변수를설정하였다. 그림 6은본실험을위해구성된테스트베드구성도이다.

8 362 정보과학회논문지 : 정보통신제 35 권제 4 호 (2008.8) 그림 6 실험실테스트베드구성도 위의그림과같이, 실험환경을위해한대의라우터 (router) 와두대의액세스포인트 (access point), 그리고두대의단말기 (MN과 CN) 로구성되는소규모의테스트베드를구성하였다. 라우터에는세개의서로다른서브넷을가지고, 두개의무선네트워크와한개의유선네트워크영역으로구성하였다. 한편, 실험시나리오는 MN이 AR1영역에서 AR2로이동하며, CN은 AR3 영역으로데이타서비스를제공하는서버로써동작하도록설정하였다. 실험수행시나리오를좀더구체적으로언급하면, MN은 AR 1영역에서 AR2로이동하는상황을연출하기위해실험초기에 AR 1영역에있는 AP 1 만을사용하도록한후, 실험시작 20 초뒤에 AR 2영역에속한 AP 2을동작시키도록하였다. 이때, MN은 AR 1영역과 AR 2영역의중첩영역에있게되며, MN 의첫번째인터페이스는 AP 1을통해데이타통신을지속하며 MN의두번째인터페이스는 AP 2을통해새로운망과링크계층연결설정및 msctp 핸드오버를수행하게된다. 실험시작 30초뒤에 AP 1의전원을끄고 MN이 AP 2만을사용하도록하였다. 한편, MN의 AR 2영역으로진입하고 (AP 2의전원을켠시각 ) ADD-IP 수행후, 3초뒤에주요데이타전송경로를변경하기위해 Primary-Change을수행하도록하였다. 본실험에서두영역간의중첩영역은 10초로설정하였으며이는 3G 네트워크와 WiBro로구성된이기종연동망에서충분히연출될수있는시간이다. 4.3 실험결과및분석표 2는본실험환경에서 msctp 핸드오버의실험수행결과를보여주고있다. 이종망환경에서 msctp 핸드오버의성능을분석하기위해서핸드오버수행에요구되는지연시간들을각핸드오버수행계층별로측정하였다. 위의표에서링크계층설정시간은 MN이 AR2망으로이동하여 AP2와새로운링크를설정하는데걸리는시간으로써평균약 1.2초의시간이걸렸다. 이는 WiBro 시스템이나 UMTS 시스템을사용하였을시에는각링크설정에소요되는시간으로대체할수있다. IPv6 주소설정시간은 MN이 AP 2와새로운링크를설정한후 IPv6 자동주소설정방식을통해새로운주소를생성하는데소요되는시간으로써평균약 1.3초가걸렸다. 또한, 새로운주소를생성한후 CN에새로운주소를통보하기위해수행되는 ADD-IP는 0.027초가결렸으며 Primary-Change을수행하기위해걸린시간은약 0.06초로측정되었다. 마지막으로 DELETE-IP의수행에걸리는시간은약 0.052로써측정되었다. 한편, 그림 7은본실험결과에서실험수행시간에따른패킷일련번호의변화를보여주고있다. 위의실험결과에서 MN이새로운영역으로진입한후, 약 23초에 ADD-IP가수행되었고, Primary-Change는약 26초지점에서수행되었다. 이는 MN이새로운망으로이동한후, MN이새로운영역으로진입한 시간 ( 초 ) 링크계층설정시간 표 2 실험에의해측정된핸드오버수행시간 IPv6 주소설정시간 ADD-IP 수행시간 Primary-Change 수행시간 DELETE-IP 수행시간 최소 최대 평균

3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 363 그림 7 실험에의해측정된 msctp 핸드오버지연시간 WLAN 망과의링크계층연결설정시간과 IPv6 주소설정시간이약 3초정도의시간이소요되었음을알수있다. 이는표 2의실험결과와거의일치하고있음을의미한다. 한편, 그림 7에서핸드오버지연시간은가시적으로거의없음을알수있다. 실제로핸드오버지연시간은약 0.

9 3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 363 그림 7 실험에의해측정된 msctp 핸드오버지연시간 WLAN 망과의링크계층연결설정시간과 IPv6 주소설정시간이약 3초정도의시간이소요되었음을알수있다. 이는표 2의실험결과와거의일치하고있음을의미한다. 한편, 그림 7에서핸드오버지연시간은가시적으로거의없음을알수있다. 실제로핸드오버지연시간은약 0.004( =0.004) 초로측정되었으며, 본지연시간은 MN의주요데이타전송경로를변경하기위해전송된 Primary-Change의 ASCONF와 ASCONF- ACK의 RTT(Round Trip Time) 시간이다. 이는 MN 이이종망간중첩지역에서새로운망과의데이타링크를연결설정하고, IPv6 주소를설정하는동안지속적으로기존의 IP 주소를통해데이타를송수신하고있기때문이다. 다만, MN이주요데이타전송경로를변경하기위해송수신되는 ASCONF 와 ASCONF-ACK 전송시간동안에는데이타송수신이이루어지지않게된다. 또한, 주요데이타전송경로변경후 MN이기존의영역을벗어난후곧바로 ( 실험시작후약 30) 초지점에서기존의 IP주소를 SCTP 세션에서삭제하기위해 DELETE-IP가수행되었음을알수있었다. 이것역시새로운주소로데이타를송수신하고있기때문에어떠한지연시간도발생하지않았다. 따라서, 본실험에서이종망간 msctp 핸드오버의총지연시간은약 초로측정되었으며, 이는주요데이타전송경로를변경하기위해요구되는시간으로써, MN과 CN간의 RTT 시간에비례하게된다. 이러한 msctp의핸드오버의짧은지연시간은 msctp 핸드오버가두네트워크영역간의중첩영역에서새로운망과핸드오버를수행하는동안기존경로를통해데이타를지속적으로송수신할수있기때문이다. 이러한 msctp 핸드오버의특징은이종연동망에서 MN의중첩영역에서의거주시간가밀접한관련이있음을의미한다. 이를확인하기위해이종망간중첩영역에서 MN의거주시간에따른핸드오버지연시간을실험을통해확인해보았다. 그림 8 MN의중첩영역거주시간에따른핸드오버지연시간및총핸드오버수행시간그림 8은이종망간중첩영역에서 MN의거주시간에따른핸드오버지연시간에대한실험결과를보여준다. 그림 8의실험을위해, MN의이종망간중첩영역을달리하여핸드오버지연시간및총핸드오버수행시간을측정하여비교하였다. 위의그림에서볼수있듯이, 두이종망간중첩영역에서 MN의거주시간이증가하더라도총핸드오버수행시간 ( 표 2 참조 ) 은약 2.6초로거의일정한반면, 실제측정된핸드오버지연시간은중첩영역에서 MN의거주시간이증가함에따라감소하고있음을알수있다. 이는중첩영역에서의거주시간이증가되더라도총핸드오버수행시간은변함이없지만핸드오버지연시간은중첩영역이증가함에따라 MN이이전의주소로데이타를송수신하면서핸드오버를수행할수있기때문이다. 더욱이, 그림 8에서이종망간중첩영역에서 MN의거주시간이약 2.5초이후부터핸드오버지연시간이거의 0 초에가깝게보여지고있다. 여기서 2.5초는총핸드오버수행시간으로써, 중첩영역에서 MN의거주시간이 MN의새로운망에대한핸드오버수행시간보다크다면, 핸드오버수행과데이타송수신을동시에할수있기때문에핸드오버지연시간이크게감소하게된다. 구체적으로언급하면, 동종망간핸드오버상황과같이두망간중첩영역이없는경우에는 MN이핸드오버를수행하는동안데이타송수신을할수없기때문에그림 8 과같이핸드오버총지연시간이약 2.6초로측정될수있으며, 중첩영역에서 MN의거주시간이약 2.5초이상으로써, 상대적으로긴경우에는핸드오버총지연시간이 0초에가까웠다. 따라서, 본실험을통해이기종연동망에서 msctp 기반이종망간핸드오버는이기종망간중첩영역에서 MN의거주시간에따라핸드오버지연시간을상당히줄일수있음을알수있다. 한편, 그림 9는이기종연동망에서 MN의중첩영역에서거주시간이 msctp 핸드오버의총수행시간보다크다고가정할때, MIPv6와 msctp의핸드오버성능

10 364 정보과학회논문지 : 정보통신제 35 권제 4 호 (2008.8) 그림 9 msctp 핸드오버와 MIPv6 핸드오버지연비교분석을핸드오버지연시간관점에서실험한결과를보여준다. 그림 9의실험을위해그림 6의테스트구성도에서 MN와 CN에 MIPL 2.0.2을설치하고, AR 1 영역에홈에이전트를추가로구성하였다. 위의실험결과에서, MIPv6는 msctp에비해핸드오버지연시간이상대적으로길게측정되었다. 이는 MIPv6 프로토콜이 MN가한순간에두개이상의무선인터페이스를사용하는이종연동망환경을고려하지않고설계되어, MN이중첩영역에있더라도한순간에하나의무선인터페이스만사용하여새로운망으로핸드오버를수행하는시간동안기존망과의데이타통신이이루어지지않아, 핸드오버수행에요구되는시간이핸드오버지연시간으로반영되기때문이다. 본실험에서 MIPv6의실제측정된핸드오버지연시간은약 4 초로써, 이는새로운망에대한 WLAN 연결설정과정에걸리는시간과 IPv6 주소설정에걸리는시간, 그리고홈에이전트에새로운주소를등록하고경로최적화과정에소용되는시간의합이다. 반면, msctp 핸드오버는그림 7과 8에서언급하였듯이, 중첩영역이충분한경우에핸드오버지연시간은주요데이타전송경로를변경하는데걸리는시간으로써거의 0초에가깝게측정되었다. 5. 결론본논문에서는이종망간수직핸드오버지원을위한 msctp 핸드오버기법을제안하였다. 특히, UMTS- WiBro 망연동시나리오에대하여 IP 핸드오버지원을위한 msctp 핸드오버절차를기술하였다. 성능분석실험을위해이동단말이자동적으로 msctp 핸드오버를지원할수있는시스템을개발하고, 테스트베드실험을통해 msctp 핸드오버의성능을핸드오버지연관점에서분석하고그결과를 Mobile IP와비교하였다. 실험결과로써이동단말이이종망간중첩영역에서의 체류시간이충분히클때 msctp 핸드오버의지연시간은거의 0초에가깝게측정되었다. 이는이동단말이두망간중첩영역에서새로운망으로핸드오버를수행하는동안에도기존 IP 주소를이용하여데이타를지속적으로송수신하고있기때문이다. 이종망간수직핸드오버지연시간은 msctp 핸드오버에서주요데이타전송경로를변경하기위해제어메시지를교환하기위한 RTT 시간에해당한다. 또한, Mobile IP와핸드오버성능을비교한결과, msctp 핸드오버가상대적으로짧은핸드오버지연시간을가지는것을알수있었다. 본논문은 3G와 WiBro 연동망환경에서 msctp 핸드오버의적용방법에관한연구로써, 이종연동망환경에서자동적으로 msctp 핸드오버를지원할수있는시스템을개발하여두개의 WLAN 인터페이스를장착한이동단말환경에서핸드오버성능을분석하였다. 향후연구로는이동단말에실제 3G의 UMTS나 WCDMA 인터페이스와 WiBro 인터페이스를장착하여실제환경에서 msctp 핸드오버를실험해보고그성능을 MIPv6와비교해볼것이다. 또한, MIPv6의확장된버전인 Fast MIPv6와 Hierarchical MIPv6와성능을비교해보고, 망기반 MIPv6 버전인 Proxy MIPv6와도여러측면에서성능을분석해볼것이다. 참고문헌 [1] ITU-T Recommendation Q.1706, Mobility Management Requirements for Next Generation Networks, [2] 3GPP, "3GPP system to WLAN interworking: Functional and architectural definition," 3GPP TR, , [ 3 ] Ahmavaara, K., et al., "Interworking Architecture between 3GPP and WLAN Systems," IEEE Communications Magazine, November [4] 김석훈외, 3G-WiBro 고속핸드오프를위한연동방안, 한국통신학회논문지, 제 30 권제 5 호, pp , 2005 년 5 월. [5] Perkins, et al., IP mobility Support for IPv4, IETF RFC 3344, August [ 6 ] Schulzrinne, H., et al., "Application-Layer Mobility using SIP," ACM Mobile Computing and Communication Review, Vol.4, No.3, pp , July [7] Wu, et al., "SIP-Based Vertical Handoff between WWANs and WLANs," IEEE Wireless Communications, Vol.12, No.3, pp , June [8] Koh, S., et al., "msctp for Soft Handover in Transport Layer," IEEE Communication Letters, Vol.8, No.3, pp , March [9] Yick, et al., "HIP Based Mobility Management for UMTS/WLAN Integrated Networks," ATNAC 2006, Vol.3, pp , December 2006.

3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 365 [10] Stephane, A., et al., "Fast Handover Schemes for Future Wireless IP Networks," A Proposal and Analysis," in Proc. IEEE 53rd Vehicular Technology Conf., pp.

[13] Stewart, R., et al., Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Dynamic Address Reconfiguration, IETF Internet Draft, draft-ietf-tsvwg-addipsctp-22.txt, December 2007.

11 3G-WiBro 망간수직핸드오버를위한 msctp 기법 365 [10] Stephane, A., et al., "Fast Handover Schemes for Future Wireless IP Networks," A Proposal and Analysis," in Proc. IEEE 53rd Vehicular Technology Conf., pp [11] Ma, L., et al., "A New Method to Support UMTS/ WLAN Vertical Handover Using SCTP," IEEE Vehicular Technology Conference 2003, Vol.3, pp October [12] Pries, R., et al., "Handover Strategies for Heterogeneous WLAN/UMTS/WiMax Networks," Jeju International Ubiquitous Computing Conference 2006, April [13] Stewart, R., et al., Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Dynamic Address Reconfiguration, IETF Internet Draft, draft-ietf-tsvwg-addipsctp-22.txt, December 김동필 2005년 2월경북대학교정보보호학과석사졸업. 2005년 3월~현재경북대학교정보보호학과박사과정. 관심분야는 IP 이동성기술, SCTP 고석주 1998년 8월 KAIST 산업공학과공학박사. 1998년 8월~2004년 2월 ETRI 표준연구센터선임연구원. 2004년 3월~현재경북대학교전자전기컴퓨터학부조교수 2000년~현재 ITU-T SG13, SG17, SG19 및 JTC1/SC6 Editor. 관심분야는이동성제어, 미래인터넷, NGN, SCTP

SCTP 표준기술 동향

SCTP 표준기술 동향 SCTPLIB 기반 msctp 핸드오버설계서 2006 년 8 월 경북대학교통신프로토콜연구실 이동화 (yiffie9819@gmail.com) 요약 본문서는 RAW socket을이용하여 user level에서구현한 SCTP STACK인 SCTPLIB와그추가확장규격인 Dynamic Address Reconfiguration(ADD-IP) 을이용하여수송계층에서 IP의이동성을제공함으로써이기종망에서의끊김없는핸드오버를지원할수있는시스템을설계함이그목적이다.