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1 석사학위논문 CDMA2000, WiBro 및 WLAN 연동을위한계층적네트워크구조와핸드오프프레임워크 - A Hierarchical Network Architecture and Handoff Framework for Integrating CDMA2000, WiBro and WLAN- 지도교수 : 조진성 경희대학교대학원 컴퓨터공학과 공두경 2006년 2월

2 석사학위논문 CDMA2000, WiBro 및 WLAN 연동을위한계층적네트워크구조와핸드오프프레임워크 -A Hierarchical Network Architecture and Handoff Framework for Integrating CDMA2000, WiBro and WLAN- 지도교수 : 조진성 경희대학교대학원 컴퓨터공학과 공두경 2006년 2월

3 CDMA2000, WiBro 및 WLAN 연동을위한계층적네트워크구조와핸드오프프레임워크 -A Hierarchical Network Architecture and Handoff Framework for Integrating CDMA2000, WiBro and WLAN- 지도교수 : 조진성 이논문을석사학위논문으로제출함 경희대학교대학원 컴퓨터공학과컴퓨터공학전공 공두경 2006년 2월

4 공두경의컴퓨터공학석사학위논문을 인준함 주심교수 : 부심교수 : 부심교수 : 印 印 印 경희대학교대학원 2006년 2월

5 국문요약 CDMA2000, WiBro 및 WLAN 연동을위한계층적네트워크구조와핸드오프프레임워크 A Hierarchical Network Architecture and Handoff Framework for Integrating CDMA2000, WiBro and WLAN 경희대학교대학원컴퓨터공학과공두경 3G 에이어나올차세대이동통신시스템은유 무선네트워크의통합과더 불어이동성의증가와고속데이터전송을제공하는형태로진화해나갈것이 다. 따라서이동성을지원하는고속데이터전송과다양한서비스를제공하기 위해 CDMA2000과 WiBro, WLAN과같은이기종무선망에대한연동서비스 에대한연구가필요하다. 지금까지연동망구조에대한연구로서하나의핵심 망을기준으로여러가지네트워크들이독립적으로핵심망에연결되어핵심망 에서네트워크들을제어하는형태의연동망구조가연구되었다. 그렇기때문에 핵심망에서서비스통합관리가이루어져다양한서비스를제공하게된다. 하 지만핵심망에서모든이동성을관리하기때문에네트워크간이동을위한 vertical handoff 시에핸드오프의지연이발생하며, 이전통신한네트워크로의

6 패킷은손실된다. 이러한문제를해결하기위해본논문에서는각네트워크를 특성에따라연동망구조를계층적인구조로서제안한다. 제안하는계층적연 동망구조상에서각네트워크의 AR(Access Router) 는 Point) 로서동작하며 CDMA200, WiBro, WLAN MAP(Mobility Anchor 순으로네트워크레벨을지정 하여이동성관리를한다. 이렇게구성된연동망구조에서각네트워크의범위 특성에따라오버레이구조로구성되며이에따라이동을예측할수있기때문 에 Seamless 핸드오프가가능하게되어지연및패킷손실을최소화할수있 다. 또한제안된연동망구조상에서동작하기위한핵심기술로서독립적으로 표준화된프로토콜들인 Hierarchical Mobile IPv6, Fast handoff, CARD(Candidate Access Router Discovery), CXTP(ConteXt Transfer Protocol) 을적용하여차세대이동통신시스템에대한연동서비스의프레임워 크를제시한다. 제안된계층적연동망구조가기존연동망구조보다효율적인 구조임을시뮬레이션을통해보여준다.

7 목 차 1. 서론 1 2. 관련연구 연동서비스방안 IP-기반핵심요소기술 Hierarchical Mobile IPv Fast handoff CARD CXTP 제안하는연동망구조및동작방안 제안하는계층적연동망구조 동작방안 버티컬핸드오프프레임워크 Case 1 - 일반적인 handoff Case 2 - Fast handoff : Predictive Case 3 - Fast handoff : Reactive 성능분석 시뮬레이션모델 시뮬레이션결과 결론및향후연구과제 54

8 그림목차 그림 2.1 Tightly-coupled Integration 4 그림 2.2 Loosely-coupled Integration 5 그림 2.3 Hierarchical Mobile IPv6 9 그림 2.4 Fast Handoff, Predictive 10 그림 2.5 Fast Handoff, Reactive 11 그림 2.6 Reverse Address Translation 12 그림 2.7 CARD Protocol Overview 13 그림 2.8 CARD Protocal Operation 14 그림 2.9 Network Controlled, Initiated by nar, Predictive 17 그림 2.10 Network Controlled, Initiated by nar, Reactive 18 그림 2.11 Mobile Controlled, Predictive New L2 up/old L2 Down 19 그림 그림 3.1 기존연동망구조 제안하는계층적연동망구조 21 그림 3.3 제안하는계층적연동망구조(coverage 표현) 22 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 3.4 동작방안을위한제안된계층적연동망구조 계층적연동망구조의일반적인 handoff 계층적연동망구조의 Fast handoff 계층적연동망구조의일반적인 handoff 계층적연동망구조의 Fast handoff : Predictive 계층적연동망구조의 Fast handoff : Reactive 계층적연동망구조의패킷손실구간 Flat 연동망구조의패킷손실구간 시뮬레이션시나리오 45 그림 5.4 단말의이동속도 5Km/h일때 Packet loss ratio 46

9 그림 5.5 단말의이동속도 10Km/h일때 Packet loss ratio 46 그림 5.6 단말의이동속도 30Km/h일때 Packet loss ratio 47 그림 5.7 단말의이동속도 60Km/h일때 Packet loss ratio 47 그림 5.8 무선 link setup time 0ms일때 Packet loss ratio 48 그림 5.9 무선 link setup time 200ms일때 Packet loss ratio 48 그림 5.10 무선 link setup time 500ms일때 Packet loss ratio 49 그림 5.11 무선 link setup time 700ms일때 Packet loss ratio 49 그림 5.12 무선 link setup time 1000ms일때 Packet loss ratio 50 그림 그림 그림 그림 5.13 Interactive 트래픽일경우 Packet loss count Real-time 트래픽일경우 Packet loss count 다중단말을통한 Packet loss ratio 다중단말을통한 Packet loss count 52

10 표목차 표 5.1 네트워크 link delay 파라미터 44 표 5.2 각 Case 별 vertical handoff time 44

11 1. 서론 지난몇년간이동통신서비스는 2G 디지털이동통신서비스로부터 CDMA2000 이동통신서비스까지급격한성장을보여왔다. 이와더불어초고 속인터넷보급의활성화로인한인터넷사용자들이이동통신시스템을이용한 인터넷서비스제공에대한요구가증가하고있으며, 따라서음성위주의서 비스를제공하던이동통신서비스는멀티미디어데이터위주의서비스를제공 할것으로예상된다. 현재 3G 이후의이동통신시스템에대한명확한정의는 존재하지않으나 4G 또는차세대이동통신시스템이라고불리고있으며, 보편 적으로유 무선네트워크의통합과더불어이동성의증가와고속데이터전송 을제공하는형태로진화해나갈것으로예상된다. 예상한바와같이 4G 또는 차세대이동통신시스템은단일네트워크의형태가아닌 3GPP, 3GPP2, WLAN, WiMAX, WiBro 등의다양한무선엑세스기술이공존하는형태로 Multimedia Service 를제공하게될것으로전망된다. 현재 4G 이동통신시스템 의전송속도예상기준은고속이동중최대 100Mbps, 3G IP 정지및저속이동시에 155Mbps~1Gbps 의데이터전송속도를가지도록정의하고있다. 여기서차세 대이동통신시스템은단지 3G 이동통신시스템에비해단순히데이터전송속 도의향상에목적을두는것이아니라, 다양한무선네트워크와의공존을통한 "Ubiquitous Service" 제공을위한플랫폼구축에목적을두고있으며, 이는현 재이동통신사용자들의다양한서비스에대한욕구가점점증가한다는것을 반영한다. 현재이러한이동통신사용자의욕구를충족시키기위해차세대이 동통신시스템에대한국제표준화기구는존재하지않으나, 국내외여러기관 에서관심을두고차세대이동통신에대한연구를수행중이다. 이러한연동서 비스를연구함에있어서중요한점은앞에서언급했다시피기존의이동통신인 프라를이용해야한다는점이며, 지금까지연구발표된연동서비스방안에대 한개념은 All-IP" 기반의연동구조이다. 이는이미널리퍼진 Internet의장 점을받아들여 Packet 통신을위주로이동통신이발전함을의미한다. 현재차 세대이동통신에대한표준안은 2007년경에정립될것으로예상되며조기에차 세대이동통신시스템의비전과개념을정립하고핵심요소기술과서비스를발 - 1 -

12 굴하는것은매우중요한이슈가될것이다. 따라서본논문에서는 CDMA2000과 WiBro, WLAN를대상으로차세대 이동통신서비스의신규서비스모델을제안한다. 살펴보면, CDMA2000과 WiBro, WLAN 과같은기존의네트워크들은각기독립적인서비스를이루고 있고, 이는앞에서언급했듯이신규서비스모델창출과미래의유비쿼터스환 경을구축하기위해다양한서비스가통합된환경이필요하다. 그렇기때문에 기존의인프라를이용해야하는측면에서독립적으로서비스되는네트워크들 의연동방안을본논문에서제안하며, 이는현재차세대이동통신시스템에 대한표준이정립되지않은상태임을감안할때, 차세대이동통신시스템에대 한프레임워크, 서비스모델링, 핵심요소기술의연구를통한전반적인이해를 제시하여차세대이동통신시스템분야에서의선도적위치를선점할수있게 한다. 따라서본논문에서는차세대이동통신서비스의개념을정립하고, 핵심 요소기술을분석을통해차세대이동통신서비스모델링을하여전체적인프 레임워크의제안을목적으로하고있다. 본논문의구성을살펴보면, 2장에서는기존연구로서연동서비스를위한 연구분야로서 Loosely Coupled 방안과 Tightly Coupled 방안에대해살펴보 고, 본논문에서의핵심기술분야로서 Hierarchical Mobile IPv6와 Fast Handoff, CARD, CXTP 를살펴본다. 3장에서는논문에서제안하는연동서비 스구조와동작방안에대해살펴본다. 4장에서는제안된연동서비스구조상 에서동작하는 QoS을지원하는 vertical handoff에대해서각사례별로살펴 본다. 5 장에서는성능분석을통해제안된방안의효율성을제시하고, 6장에서 결론으로마무리한다

13 2. 관련연구 이와같이연동서비스에대한연구가활발히진행됨에따라 All-IP 기반의 연동서비스방안이많이제안되고있다. 이러한연구들의대부분은연동망구 조로서 Public IP network망에각네트워크들이특성에맞는게이트웨이를통 해연동되는스타형구조들을보인다. 이러한연동서비스구조는사용자에게 통합된환경으로다양한서비스를제공하게된다. 하지만 Public IP network망 에존재하는 서비스를제공하기위해 HA를통해각네트워크들이연결되어있기때문에다른네트워크 vertical 핸드오프를수행할때패킷손실과시그날링 에따른핸드오프지연은무시할수없다. 따라서본논문에서는네트워크들의 coverage 특성상오버레이구조를이루는것을감안하여새로운연동서비스 모델로서계층적연동서비스구조를제안한다. 다음 2.1절에서는기존의연동서비스방안인 Loosely Coupled 방식과 Tightly Coupled 방안을살펴본다. 2.2절에서는논문에서제안한연동서비스의 핵심기술분야에대해서살펴본다. 2.1 연동서비스방안 미래기술의이슈를통합서비스로보고이에대해독립적으로서비스되는 각네트워크들을연동하는방안으로서 Tightly coupled 방안과 Loosely coupled 방안이제시되어왔다. 휴대인터넷이나오기전에 3G와 WLAN의연 동을두고방안이제시되었고여기서이방안들을살펴보고자한다. 3G-WLAN 연동방식은망관점에서볼때에크게 Loosely coupled 연동방 식과 tightly coupled 연동방식으로구분해볼수있다. 그림 2.1, 2.2는 3GPP UMTS 망을예로할때에두가지연동방식에대한차이를보여주고있다. 그림1에서는 Tightly coupled 연동방식을나타낸다. Tight 연동방식은 UMTS 핵심망(Core Networks) 에 WLAN 접속망이연결되는형태로서, WLAN 망은 UTRAN 처럼하나의접속망으로동작한다. 각가입자는망접속 환경에따라 UTRAN 혹은 WLAN 망을통해 UMTS 서비스를이용하게된다

14 이시나리오에서는 UMTS 핵심망과 WLAN 망간연동을위해 IWU(Inter-Working Unit) 장비가필요하게되며, 기본적인서비스제어및관 리기능은 UMTS 핵심망에서담당하게된다. Tight 연동방식의장점은기존에 제공되는 UMTS 시스템의보안, QoS 제어, 과금, 이동성제어기법을그대로 적용할수있다는점이다. 반면에, 단점으로는 WLAN 단말에 UMTS 관련모 듈을모두탑재해야하고또한관련표준화에상당한시간과노력이소요된다 는점이있다. cdma2000 RAN cdma2000 DCN AAA HA PCF BR PDSN BSC BTS Internet Internet Gateway AP PI RAN 그림 2.1 Tightly-coupled Integration 그림 2.2에서는 Loosely coupled 연동방식을나타낸다. Loosely soupled 연동방식 에서는 UMTS 및 WLAN 망이각각독립적으로운용되면서단지과금및인 증관련연동을위한인터페이스만정의하게된다. 관련인터페이스는 IP 상위계 층에서정의될수있어서비교적구현및적용이쉬울것으로예상된다. 반면 에, UMTS에서정의된위치제어, QoS, 보안등의고급기능이 WLAN 망에서 - 4 -

15 는지원되지않는다. 현재의표준화및기술개발흐름은 Tightly 방식보다는 Loosely 연동방식에더무게가실려있으며, 이에따라 WLAN 시스템을 UMTS 혹은 3G망에대한 Subsystem 으로바라보는시각이우세하다. 관련연 동을위해인증및과금등의 AAA 기능과 Mobile IP 기반의이동성지원기 능등이고려되고있다. cdma2000 RAN cdma2000 DCN AAA HA PCF BR PDSN BSC BTS AAA Internet Internet PAR AP HPi RAN 그림 2.2 Loosely-coupled Integration 위에서언급했듯이 3GPP-WLAN 연동을위한망구조는크게 Loosely coupled와 Tightly 연동방식으로구별할수있고, 이는 ETSI BRAN (Broadband Radio Access Network) TR 에서 HIPERLAN/2 기반 WLAN 망과 UMTS 망간의연동을위한망구조를제시하고있다. Loosely coupled 연동구조에서는 WLAN 망이별도로존재하면서단지 UMTS 핵심망 (Core Network) 과의연동을위해 IWU 가추가된다. IWU는두시스템의연동 을위해필요한이동성, 인증및과금등의관련기능을수행하는장비이다. Loosely coupled 연동구조는다시 USIM (UMTS Subscriber Identity Module) - 5 -

16 기반사용자식별및인증시나리오와, NAI (Network Access Identifier) 다이얼업인터넷접속에서사용하는 기반사용자식별및인증시나리오로분류 할수있다. NAI 기반인증에서는 WLAN의 AAA 서버와 UMTS의 AAA 서 버간의연동이요구되며, USIM 기반인증에서는필요에따라 HLR (Home Location Register) 혹은 HSS (Home Subscriber System) 과의연동도요구된 다. AAA간연동을위해서 IETF에서개발중인 RADIUS 혹은 Diameter 프로 토콜이사용되며, USIM 기반 IWU와 HLR과의연동은기존 MAP (Mobile Application Part) 프로토콜이사용된다. Loosely coupled 연동방식은새로운규 격개발을최소화하여즉시적용할수있는장점을가지고있어초기단계의 3G-WLAN 연동에적합한구조이지만, 시스템간로밍시에 seamless 핸드오버 가어렵고 QoS 지원측면에서도제한적인기능을가질수밖에없다. Tightly coupled 연동구조에서는 WLAN 망을 UMTS에대한하나의접속망으로분류 한다. WLAN의 AP (Access Point) 와 UMTS의 SGSN 사이에 IWU이위치하 며 IWU 와의연동을위해, 기존 UMTS의 RNC-SGSN 인터페이스 Iu를확장한 Iuhl2(SGSN- IWU), Iurhl2 (IWU-IWU), Iubhl2 (IWU-AP) 등의인터페이스를 정의하고있다. Tight 연동구조에서는이러한 Iu 기반인터페이스를통해 WLAN 접속시스템은 UMTS 에서와동일한이동성, QoS 및보안기능등을제 공받을수있는장점이있다. 하지만 IWU 및관련인터페이스에대한추가표 준화작업이요구되는부담도있다. 따라서, Tightly coupled 연동방식은보다 장기적인관점에서접근할수있는망구조라할수있다. Tightly Coupled 방안의장점 Tightly Coupled 방안은 Seamless service 측면에서유리하다. 또한 Mobile IP를사용하지않고 Simple IP 서비스로도연동가능하다. 통합된사용자관리 ( 인증및과금) 로일관적인과금체계를적용할수있다. 또한 CDMA2000 네 트워크의수정이가능한경우라면기능과성능측면에서가장원활하게동작할 수있으며가장자연스러운형태의네트워크를구성할수있다. 또한인증및 과금을한곳에서수행할수있으므로일관적인인증및과금을할수있다. 앞에서언급한 PPP 처리과정중에 CAG와 PDSN의 PPP처리를하지않아도 되어처리과정을단축할수있기때문에성능이상대적으로우수하다. Tightly Coupled 방안의단점 - 6 -

17 Tightly Coupled 방안에서는 CDMA20000 DCN의망부하문제가제기된 다. 연동방안및접속규격필요하다. CDMA2000 영역을수정하지않는다면 WiBro는 PPP설정이필요하지않지만 CDMA2000 영역에서 handoff 해온경우 라면 PDSN에서 WiBro call에대해 PPP설정을하므로불필요한처리과정이 발생한다. CDMA2000 서비스에서는 PSS PDSN의 PPP 이며, WiBro 서비스 에서는 CAG PDSN의 PPP이므로 PPP의 Peer-to-Peer semantic이유지되지 못한다. PDSN이 PPP를수행하지않으므로 CAG의 PPP 처리를위한과부하가 예상된다. 단말또는사용자인증시에 default PPP를다시설정할필요가있 을때 AAA서버에두번접근해야하는중복이발생하기때문에일관적인과 금정책이적용되지않을수있다. CDMA2000 영역을수정할수있는경우라 면 PDSN을수정하는것자체가장기적으로막대한비용이들기때문에최대 의단점으로지적된다. Loosely Coupled 방안의장점 Loosely Coupled 방안은 Mobile IP 를통한연동서비스로서, AAA간연동 을통한인증및과금통합 (via roaming gateway) 을지원한다. Loosely Coupled 방안에서는망의통합을위해서기본적으로 Mobile IP 를사용한다. 따 라서 CDMA2000 망에영향없이 WiBro 개발가능하며, AAA간 Roaming gateway 만별도구현하면구현이가능하다. Loosely Coupled 방안의단점 Loosely Coupled방안의단점으로지적되는사항은 Overlay 망구축비용이 발생한다는것이다. 또한 Mobile IP의등록절차에따른지연이 Seamless service 를방해할수도있다. 즉, vertical handoff 시 delay 및 packet loss 문 제가발생하여실시간서비스의제공이힘들다. 기존의연동망방안 기존의연동망방안은대부분 CDMA2000과 WLAN간의연동구조에관한 연구이다[15]. 이러한연구에서 CDMA2000과 WLAN간의연동구조는통합관 리를위한하나의 HA를두고각기독립적으로연동되는연동망구조를제안하 고, 이때네트워크간의 vertical handoff의성능향상을위해서중첩된구간에 서의 RSS(Received Signal Strength) 를기반으로하여 Handoff Initiation을결 정하는방안을제안하고있다. 중첩된지역에진입한단말이 RSS를측정하여 - 7 -

18 핸드오프를예측하더라도 Mobile IP를사용하여 Hard Handoff를수행하기때 문에이미이전에연결되었던네트워크로전송된패킷과핸드오프중에모든 패킷은손실되는단점이발생한다. 이러한 vertical handoff의문제점은고속의 데이터전송률을요구하는 Real-time 서비스를받을때문제가발생한다. 그렇 기때문에이러한 vertical handoff의문제점해결방안을모색하는것은중요 한이슈가된다. 따라서본논문에서서로다른네트워크들을계층적으로연동 하여 vertical handoff의시그날링을줄이고네트워크의구조상생기는오버레 이구조의이점을살리기위한동작프레임워크를제안하게된다. 2.2 IP- 기반핵심요소기술 이절에서는본논문에서연동서비스를제안함에있어몇가지최신기술 분야를소개한다. 이러한최신핵심기술들은새로운기술을개발함에있어서 기존에잘정의되고규명되어진기술을적용하는것은새로운기술의효율성과 성능을향상시킬수있기때문에중요하다. 그렇기때문에다음설명하려는기 술들은이미표준화되어진기술들로서본논문에서이러한기술들을잘통합 하여연동서비스의성능을향상시키는방안을제안하려한다. 먼저 2.2.1절에 서는본논문에서기본적인이동성지원을위해제안된표준프로토콜로서 Hierarchical Mobile IPv6 를소개하고, 2.2.2절에서는패킷손실과보다적은지 연을위한 Fast handoff 를소개한다. 다음 2.2.3절에서는 Seamless Mobility를 지원하기위해단말이이동할 AR(Access Router) 을선택하기위한프로토콜로 서 Seamoby WG에서표준화된 CARD(Candidate Access Router Discovery) 에 대해설명하며, 2.2.4절에서는 Seamless Mobility를지원하기위해 Seamoby WG에서표준화된 CXTP(Context Transfer Protocol) 을설명한다 Hierarchical Mobile IPv6 본절에서는네트워크의계층적구조를통해시그널링메시지의감소와단 말의이동성관리의편의를위한 Hierarchical Mobile IPv6(HMIPv6) 에대해 소개한다. 일반적인 MIPv6는단말이새로운서브넷으로이동하게되면무조건 - 8 -

19 Binding Update를통해 HA 에등록하는절차를거쳐야한다. 단말과 HA간의 거리가길어지거나단말이빈번히이동하게되는경우시그널링지연이나시그 널링메시지에따른네트워크의부하가발생할수있다. 그렇기때문에 HMIPv6는 Mobility Anchor Point(MAP) 이라고명명된상위의라우터를사용 하여하위의라우터간의이동을관리하는방법을사용한다. MAP은단말이방 문한네트워크에위치한라우터로써단말의 local HA로서기능을수행하게되 며, 한네트워크에하나이상의 MAP 이존재할수도있다. 이러한경우하나 이상의 MAP 은계층적으로구성된다. 그림 2.3에서 HMIPv6의구조를나타내 고있다. 그림 2.3 Hierarchical Mobile IPv6 그림 2.3에서보는바와같이네트워크는하위라우터와상위라우터인 MAP 로계층적으로구성된다. 하위라우터간의단말의이동은 Local Binding Update를통해 MAP 에서관리하게되고, MAP간을이동하는단말의이동은 일반적인 Mobile IPv6 와동일하게수행된다. 이때, 단말은 HMIPv6의 MAP Option을수용하고처리할수있는 HMIPv6-aware Mobile node 이어야한다. HMIPv6에는두개의 Care-of Address 가존재한다. LCoA와 RCoA 인데, LCoA 는on-link CoA로일반적인 MIPv6에서의 CoA 와유사하며, 라우터에의해서단 - 9 -

20 말이취득한 prefix와단말의인터페이스를사용하여구성하는 CoA이며 MAP 하위의이동시 MAP 에등록하기위해사용된다. RCoA는 Regional Care-of Address 로단말이방문하는네트워크로부터취득한주소이다. RCoA는 MAP의 서브넷주소로단말이 MAP Option 을수신받았을때자동적으로구성된다 Fast Handoff Fast Handoff는 Mobile IPv6 의이동감지(movement detection), 새로운 CoA 주소설정(new CoA address configuration), Binding Update에의해생기는 Handoff Latency를감소시키고자제안된방식으로 Predictive Fast Handoff와 Reactive Fast Handoff 방식이있다. Predictive Fast Handoff방식은 Anticipate Fast Handoff 라고도불린다. Trigger가발생하면이전 AR에 RtSolPr를전송하 여 Handoff 를시작한다. MN은 Fast Binding Update를통하여이전 AR에게 패킷을새로운 AR로포워딩할것을지시하고이전 AR은 MN과새로운 AR 모두에게 FBack 을전송한다. ( 그림 2.4) 그림 2.4 Fast Handoff, Predictive

21 Reactive Fast Handoff방식은 MN이 FBU를전송한후에링크에서이동하 여서이전링크로부터 FBack를수신받지못했다면 MN은 FBU가제대로이 전 AR 에전송되었는지알지못한다. 이러한경우, MN은새로운 AR에접속하 자마자 FBU를 FNA 내에캡슐화하여전송하는방식이다. ( 그림 2.5) 그림 2.5 Fast Handoff, Reactive CARD CARD (Candidate Access Router Discovery) 는 Seamless Mobility를위해 결성된 Seamoby WG 에서표준화작업이이루어졌다. CARD는 MN가새로운 영역으로이동할때새로이동할 AR의정보를제공받음으로써이동할 Target AR 의선택을수월하도록한다. Seamless Mobility를제공받기위해서는 MN이 handoff 할때, handoff의대상이되는 AR에대한정보를미리획득하는것이 도움이된다. CARD 프로토콜은 MN이이동할대상 AR에대한정보를얻을

22 수있도록하는프로토콜이다. CARD 프로토콜은크게두가지기능으로나뉘 는데, 하나는 Reverse Address Translation과또하나는 Discovery of CAR Capabilities 이다. Reverse Address Translation Reverse Address Translation은 MN이새로운영역에들어서서새로운 AP 의 L2 ID 를획득하게되면, L2 ID를가지고그 AP와연결된 AR의 IP address 로변환하는기능을수행한다. ( 그림 2.6) 그림 2.6 Reverse Address Translation MN이새로운영역으로들어가게되면 MN은새로운 AP의 L2-ID를획득 하게된다. MN이현재접속되어있는 AR로이 L2-ID 를보내게되면, AR은 CAR (Candidate Access Router) 에대한정보를유지하고있는 CAR table 의 IP address와 L2-ID를맵핑시켜알아낸 CAR의 IP address를 MN에게전달 상

23 한다. Discovery of CAR Capabilities Discovery of CAR Capabilities는최적화된핸드오프의제공와 MN의요구 를매칭시켜이동을목표로하는 AR 로의선택을위해, CARD Request와 CARD Reply를통해 Capabilities 를획득하는방법이다. ( 그림 2.7) 그림 2.7 CARD Protocol Overview CARD 프로토콜은 CARD Request와 CARD Reply 두가지메시지를정의 하고있는데, 두메시지모두전송을위해 ICMP 를사용한다. CARD 메시지는 AR-AR 간, MN-AR 간의메시지로나뉘는데, 모든 AR은주변 AR과의 CARD 메시지교환을통한 CAR table 을유지한다. (1a, 2a) 이러한 CAR table은 CAR의 Address나 interface정보뿐아니라 CAR이단말에제공해줄수있는 여러 Capabilities 에대한정보를담고있다. 이러한정보들은새로운정보유지 를위해일정한시간이지나면의미가없어지며, AR-AR 간의 CARD 메시지 가교환되는경우는이와같이 Capability entity가 timeout될경우로만국한되 어있다. MN-AR간의메시지는 MN이 Target AR의선정을위해 MN이요구 하는사항을현재의 AR에 CARD Request를전달하고현재 MN이접속되어

24 있는 AR은자신의 CAR table의 pre-filtering을통해 MN의요구에합당한 CAR의정보를 CAR reply 메시지에실어보낸다. 다음은 CARD Protocol의수 행되는모습을나타낸것이다.( 그림 2.8) 그림 2.8 CARD Protocol Operation CXTP CXTP (ConteXt Transfer Protocol) 역시 Seamless Mobility를위한 Seamoby WG 에서표준화작업이이루어진프로토콜로써, 단말의이동시, AR간 Context 의교환을통해불필요한시그널링을줄이고, 정보전달을통해보다 나은 Mobility 를제공하고자하는데목적이있다. CXTP는 MN가이동시어플 리케이션의인터럽트를최소화하기위해 CT(Context Transfer) 를통해시그널 링의재시작을피하고지연및패킷손실을줄여보고자하는프로토콜로 IPv4 와 IPv6 모두를지원한다. CXTP는 MN가새로운서브넷으로이동할때새로 운라우터와의협상없이이전라우터에서생성된정보를새로운라우터로보냄

25 으로서 CTCS(Context Transfer Candidate Service) 를빠르게설정함으로서핸 드오프시에지연을줄이는방안이다. CTCS에는여러가지핸드오프시에관련 된서비스들을포함한다. 예를들면 AAA, QoS, Header compression, policy, PPP 와같은서비스등의서비스들이포함된다. 이러한서비스를새로운라우 터에서설정하는것은프로토콜을바꾸는데에서상당한시간이요구되기때문 에지연과시그널링오버헤드는늘어나고특히지연에민감한 real-time trafic 에는심각한문제가된다. 이를해결하기위한대안은 subnet state나 subnet context 상의정보를충분히전달하는것이고이런 context 서비스는 MN의이 동시영향을최소한으로줄어들게하는이점이있다. 그렇기때문에이러한각 서비스에대해이전라우터가 Context를생성하여 Context Transfer Data(CTD) 메시지에실어새로운라우터에보내어새로운라우터가이 CTD 메시지에있는각서비스의정보를이용하여 CTCS 를재시작하게된다. 이러한 Fast CTCS Re-establishment의내용에는 AAA와 QoS, 그리고 Header Compression 이포함된다. 먼저 Fast CTCS Re-establishment의 AAA 측면에 서살펴보면, MN가새로운 subnet으로이동시새로운 AAA 인증의수행없이 AAA Context 를이전라우터에서새로운라우터로전송함으로서연속적인 access를 MN 에게허용한다. AAA Context 자체에도일반적인 AAA에서의 security association 에서의보안의중요성은강조된다. 현재 Context Transfer 를사용하지않고있으며, 일반적인 AAA를사용하는방법에는다음과같이 2 가지가존재한다. 1) PPP나 802.1x에서의 EAP와같은 Layer 2 메커니즘은 Initial Protocol Exchange 를재사용하거나, 그것의업데이트를가능하게한다. 현재네트 워크상에서 MN와 AAA server간의 AAA exchange 실행하는일반적인 Layer 3 메커니즘은없다. 2) MN가 Mobile IPv4( 현재로서는 Mobile IPv6 는사용되지않는다) 를사용 할경우, MN는새로운 Foreign Agent(FA) 에게 Security association을설 정하기위해 Mobile IPv4의 AAA registration keys Extension을사용하 여 AAA 를수행할수있다. 이것은 Mobile IP signaling 메시지에피기 백킹된다

26 두번째로 QoS처리에대한 Topic은 IETF 에서도중요한논점의대상이다. 그것은 QoS가 MN의핸드오프시새로운 router에서필수적인재설정서비스이 기때문에빠른재설정이절실하다. 여기에서 MN의 QoS Context Transfer는 새로운라우터상에서 MN QoS 처리의재설정을더빠르게촉진시켜줄수 있다. 하지만 end-to-end 관점에서의 QoS 로보면, MN의 QoS 처리의완벽한 재설정은불안전하다. 그이유는 MN와 corresponding host 간의포함된중간 Hop 들을제외하였기때문이다. 마지막으로 Context Transfer는 last hop router 에게새로운라우터로 header compression Context를전송해서 Header Compression 을수행하는것을가능하게한다. 그리고 Flow timing상에서보면 Context Transfer 는이전라우터로부터패킷이더이상수신될수없게되자마 자새로운라우터로 Context 를보내인스톨되어야한다. 이러한 CXTP에서 Seamoby WG 에서제시한제한사항이존재하며, 그제한사항은다음과같다. 1) Router Compatibility 두라우터상의 Context Transfer는두라우터가같은 CTCS를지원할 때만가능하다. 즉, 받을수없는 Context Transfer 는거부된다. 하지만 이것이 MN 의동작방식이같아야한다는것은아니다. 2) Re-initialize Service 의요구사항 3) Device나 access network가같은서비스레벨로서 re-establish, re-negotiate 를빠르게해야한다는것이다. 특정서비스에대한적합성 Context Transfer는 Context Transfer에의해서비스설정을더빠르게 할수있음을가정한다. 하지만이가정은어떤서비스의종류에게는사실 이아닐것이다. 예를들면 multicast 인 push 와같은 information service 들이그것이다. 4) Layer 2 Solutions Better Context Transfer는 Layer 3 CTCS 의핸드오버성능을향상시킨다. 그 리고많은네트워크들이 subnet 안에서나 subnet 사이에서 layer 2 핸드오 버를지원한다. 하지만만약핸드오버가같은 Layer 2 radio access

27 technology를지원하는두 subnet 사이에서발생한다면Layer 3 Context Transfer는 Layer 2 solution상의중요한이점을제공하지못하며심지어 Layer 3 Context 를위해서도이점을제공하지못할것이다. Context Transfer 시나리오 MN 핸드오프시이전라우터가 게두가지로가정한다. 1) Network Controlled feature context를전송하는시나리오는크 Network Controlled 시나리오에서는네트워크상에라우터즉, par(previous AR) 나 nar(new AR) 이 CT Trigger(Context Transfer Trigger) 를받아 CTD(Context Transfer Data) 메시지를전송하여 Context Transfer 가시작되는시나리오이다. 이에대한 Call-Flow는그림 2.9, 그림 2.10 와같다. 그림 2.9 Network Controlled, Initiated by par, Predictive par이 CT Trigger를받아 MN의핸드오프를발견하여 CT Traffic을 전송하는시나리오이다. par은 feature context를전송하려는 MN으로부 터 CTAR(Context Transfer Activate Request) 메시지를받거나또는

28 MN으로부터일반적인 trigger 를받는다. 여기서트리거는 MN가연결된 인터페이스상의 Link-layer trigger 이다. CTAR 메시지에담겨진정보에는 nar의 IP address, par상의 MH의 IP address, feature context의 list, Transfer에관한권한인증을위한 token 을포함한다. 그리고나서 par은 CTAR이나Trigger에대한응답으로서각서비스들의필요한정보를담은 feature context를포함하는 CTD(Context Transfer Data) 를미리 nar에 게전송한다. CTD는또한 MN의이전 IP address와 nar을위해 CTAR 메시지에포함된 MN의 token 을증명하기위한파라미터가포함된다. 이 것은 nae에게 Context Transfer가보내졌을때 nar이요구하게되면라 우팅처리시에 token 이입증되어진다. 그림 Network Controlled, Initiated by nar, Reactive nar이 CT Trigger를받아MN의핸드오프를발견하여 CT Traffic을 전송받기위해 par에세 CT-Req를전송하는 Network Controlled 시나리 오이다. 여기서주목할점은 nar은 MN가이동해왔다면 par에게 CT-Request 메시지를즉시보낼수있다. 그이유는 MN가 par에게 CTAR 메시지를보내는지관계없이항상 nar에게 CTAR 메시지를보내

29 기때문이다. CT-Request 메시지에는 MN의이전 IP address와 FPTs(Feature Profile Types), CTAR 의순서번호, CTAR의인증 token이 포함된다. 일단 nar이 par에게 CT-Request 메시지를보내면 par은 nar에게 CTD 메시지로응답하고그이후시나리오는동일하다. 2) Mobile Controlled Mobile Controlled 시나리오에서는네트워크상에 MN가 CT Trigger를 받아 nar에게 CTAR 메시지를전송하여 Context Transfer가시작되는 시나리오이다. 이에대한 Call-Flow는그림 2.11 와같다. 그림 2.11 Mobile Controlled, Predictive New L2 up/old L2 down 이시나리오에서는 nar이 CT Trigger를받았거나 CTAR의결과로서 CT-Request 메시지를만들어내어이를 par 에게보내고, par은 CT-Request 메시지의응답으로서 CTD 메시지를 nar 에게보낸다. 응답 되어진 CTD 메시지를 nar이받았을때 nar은받아들여진 context의 처리상황에대한응답으로서 CTD Reply(CTDR) 메시지를만들어이를 par 에게전송한다. nar이일단 par로부터 context를받아들였다면바로 서비스를설정한다

30 3. 제안하는연동망구조및동작방안 3.1 제안하는계층적연동망구조 기존에연구들은 3G-WLAN 상의연동을위한연구가진행되었다. 현재국 내에서 WiBro가표준화되면서활성화되는시기이기때문에독립적인네트워 크연동망에대한전체적인프레임워크에대한연구가시급하며, 본논문에서 는이에대해기존에연동망구조보다효율적인성능을보이는구조를제안한 다. 2 장관련연구에서살펴보았듯이이기종무선망이연동을위한방안으로 Tightly coupled와 Loosely coupled 방안에대해살펴보았고, 이두방안의장 단점또한살펴보았다. Tightly coupled 방안은기존의네트워크장비의많은 수정이필요하기때문에시간과비용이증가하므로현재보편적으로 Loosely coupled 방안으로연동서비스모델을고려하고있다. 연동망구조도각네트워크들을 본논문에서제안하는 Loosely coupled 방안으로연동한다. 그림 3.1 기존연동망구조

31 그림 3.1은 All-IP 기반핵심망을중심으로독립적인각네트워크들이스타 ( 또는 Flat) 형태로연결되어있는기존의연구를나타낸다. 또한위와같이 하나의 HA에독립적인네트워크들이일대일로연결되어지는스타형태의연동 망구조상에서각네트워크의연동을통해이동통신사용자에게다양한서비스 를제공해줄수있지만, 네트워크간에이동이발생할때에 Registration이 HA와이루어지기때문에 HA와의거리에따른랜덤지연은실시간서비스또 는멀티미디어서비스측면에서무시할수없으며, 이전네트워크상에이미전 송된데이터는모두손실되기때문에데이터손실도무시할수없다. 같은연동망구조시에 그림과 coverage에따라오버레이네트워크구조를이루게될 때 handoff 가능성을미리예측이가능하고예측가능한 handoff시에패킷손 실은최소화할수있음을기존의많은연구들의결과를통해알수있다. 따 라서이러한이유로본논문에서는 수있는연동망구조로서다음그림 다. Flat 연동망구조보다성능향상을도모할 3.2와같은계층적연동망구조를제안한 그림 3.2 제안하는계층적연동망구조

32 그림 3.3 제안하는계층적연동망구조 (coverage 표현 ) 그림 3.2에서그림 3.1의기존의연동망구조인 Flat 연동망구조와비교하 여제안하는계층적연동망구조의전체적인구조를나타낸다. 또한, 그림 3.3 에서는 3.2의구조그림을심플한모델로서나타내어제안하는계층적연동망 구조의특징을잘살펴볼수있는형태로제시하였다. 제안하는계층적연동망 구조에서 CDMA2000과 WiBro, WLAN의 Coverage 특성에따라계층적으로 연동된다. Coverage는 CDMA2000이최소 1000m 이상, WiBro는 1~1000m, WLAN이 1~100m로 CDMA2000 > WiBro > WLAN 의순서로나타난다. 물 론 Coverage가가장큰 CDMA2000은전송속도가 144Kbps( 최대 2.4Mbps) 로 가장낮고, WiBro가 512Kbps( 최대 3.0Mbps), WLAN이 11Mbps( 최대 54Mbps) 로가장크다. 여기에서이러한특징을나타내는이유는각네트워크가계층적 으로수렴될수있는가능성을보이고오버레이네트워크구조로구성되어질 수있음을제시하기위함이다. 이러한계층적연동망구조는 Hierarchical Mobile IPv6의개념에따라 Registration에따른시그날링지연을줄일수있

33 다. 또한각네트워크의 Access Router(AR) 로기능하는 PDSN과 ACR, AR에 MAP 으로서의기능을부여하고이들을계층적으로연결시킨다. 각네트워크들 은 coverage 에따라연동망구조를이룰때오버레이네트워크를이루게된다. 오버레이네트워크상에서는단말과네트워크가핸드오프발생을예측할수있 으므로 vertical handoff시에기존의네트워크로전송된데이터의패킷손실을 최소화할수있는장점이있다. 이러한이유로연동망구조를계층적으로구 성하는것은 Flat 연동망구조로구성되는연동망구조보다성능이향상된다. 3.2 동작방안 3.1절에서 CDMA2000과 WiBro, WLAN이연동하기위해제안된계층적연 동구조에대해살펴보았고, 이절에서는제안된계층적연동구조상에서동작 시나리오를살펴봄으로서제안된계층적연동구조의장점과주요핵심기술들 이어떠한방식으로 integration 되었는지살펴보고, 이러한전체적인내용을 다룸으로서제안되는프레임워크를살펴볼수있다. 그림 3.4에서동작방안을 설명하기위한제안된계층적연동구조를나타낸다. 그림 3.4 동작방안을위한제안된계층적연동망구조

34 그림 3.4 에서제안된연동구조의특징을살펴볼수있다. 3.1절에서살펴본바 와같이각네트워크들이계층적으로구성되어있음을볼수있고, 각네트워 크의 AR인 PDSN과 ACR, AR이계층적으로연결되어있어각자 MAP으로서 동작한다. 최상위 MAP으로 CDMA2000의 PDSN이존재하고 PDSN은 Hierarchical Mobile IPv6의개념을바탕으로 HA와 Regional Registration을수 행하고, 단말과 Local Registration 을수행하게된다. 이러한구성으로최상위 MAP의도메인안에서의 Local Registration시에지연과시그날링을줄일수 있다. 여기서최상위 MAP의도메인안에서의 Local Registration은하나의최 상위 MAP의범위안인계층구조내에서 CDMA WiBro, WiBro WLAN, WLAN CDMA간의이동시에필요한 Registration 이다. 한편 PDSN-PDSN간의이동시에는 Regional Registration 을수행한다. PDSN과 ACR, AR 은서로간에유선으로연결되며, 단말과각네트워크의 AP사이에는 무선으로연결되어진다. 즉, WiBro나 WLAN으로단말이통신하는경우데이 터또는시그날링은각각 ACR과 AR로전달되며이는 MAP으로서의기능을 수행하는상위 MAP으로전송되어 HA을통해단말과통신하는 CN(Correspondent Node) 까지도달하게된다. 제안된계층적연동망구조상에서단말이이동함에따라서일반적인 handoff와 fast handoff 가발생하게된다. 계층구조상의네트워크간에이동 시에는일반적인 handoff를수행하고동일네트워크간의이동시에는 Mobile IP handoff를수행하지만 Mobile IP는 handoff시에지연과패킷손실에문제가 발견되어이를해결하가위한표준방안으로서 Fast handoff 용한다. 이에대한설명은그림 3.5와 3.6 에설명한다. 개념을여기에적

35 그림 3.5 계층적연동망구조의일반적인 handoff 그림 3.5에서는제안된계층적연동망구조상에서일반적인 handoff가발생 하는예를보여준다. CDMA WiBro, WiBro WLAN, WLAN CDMA 간의이동시에네트워크가바뀌기때문에일반적인 handoff 가일어난다. 단말 이이동가능한경우중 CDMA에서 WiBro로단말의통신경로가바뀔때 ACR은자신의상위의 MAP인 PDSN에게단말이이동해왔음을알리기위해 Registration을수행하고 PDSN 은이에대한처리를한다. HA는 Hierarchical Mobile IPv6의개념에따라 PDSN안에일어나는 handoff에는상관하지않고 단말의위치가 PDSN안에있다는사실을토대로데이터를 PDSN에게전달하게 된다. 또한이때오버레이구조상 handoff 예측하기에 handoff시에 disconnect 되기전에 PDSN이단말에게보내는데이터가버퍼링되어 ACR로전송하기 때문에패킷손실이적다. 반대로 WiBro에서 CDMA으로단말의통신경로가바 뀔때에는추가적으로수행되는절차는줄고 CDMA 안에서바인딩업데이트 에대한처리만이뤄지며패킷손실은최소화된다. 마찬가지로 WiBro에서 WLAN으로단말의통신경로가바뀔때에 AR은단말이자신에게이동해왔음 을 PDSN에게 Registration을수행한후에이전에단말과통신하고있던 ACR 은버퍼링된패킷을 AR 에게전송하게된다. 반대로 WLAN에서 WiBro로단말

36 의통신경로가바뀔때에는 ACR은단말이자신에게이동해왔음을 PDSN에게 Registration 을수행한후에자신이버퍼링한패킷을단말에게전송한다. 마지 막으로 CDMA WLAN간의 handoff는 CDMA WiBro 간의일반적인 handoff 와같은방식으로수행된다. (a) Inter-Domain (b) Intra-Domain 그림 3.6 계층적연동망구조의 Fast handoff 그림 3.6에서는제안된연동망구조상에서 Fast handoff가수행되는예를 보여준다. 그림 (a) 는도메인이바뀔때즉계층구조가바뀔때 Fast handoff 가일어나는것을나타낸다. 여기에는이전 PDSN과새로운 PDSN간즉 CDMA 간의이동시에 Fast handoff 가일어나게된다. Fast handoff가일어나 는이유는모든등록정보가최상위 MAP인 PDSN에등록이되기때문에근본 적으로 PDSN이바뀔때 HA와 Registration 하게되때문이다. 그림 (b) 는한 도메인즉계층구조내에서동일한레벨의네트워크간에이동시에 Fast handoff 가일어나는것을나타낸다. 그림에서나타내듯이 WiBro-WiBro간또는 WLAN-WLAN 간의이동이이에속하게된다

37 4. 버티컬핸드오프프레임워크 3 장에서효율성과성능을증대시키기위해제안된계층적연동망구조와동 작시나리오에대해살펴보았고, 이장에서는동작시나리오상에서적용가능 한여러가지독립적인최신기술들이 Integration 된 Call-flow를살펴봄으로 서제안된계층적연동망구조와맞물려전체적인연동서비스모델의프레임 워크를보인다. 3.2절에서살펴보았듯이단말이이동할때 vertical handoff로서네트워크간 의이동또는동일네트워크간의이동에따라각각일반적인 handoff와 handoff의두가지 handoff 가수행된다. 따라서, 본장에서는제안된계층적연 동망구조에서일반적인 handoff가수행될때의 Call-flow를 Case 1로살펴보 고, fast handoff가수행될때의 Call-flow를 Predictive와 Reactive 방안으로나 누어각각 Case 2, Case 3 으로살펴본다. 각 Case에대한 Call-flow 동작을설 명함으로서차세대이동통신서비스를지원하기위한전체프레임워크동작을 설명한다. fast 4.1 Case 1 - 일반적인 handoff 제안된계층적구조상에서 vertical handoff로서네트워크간에일반적인 handoff시수행되는메시지흐름은다음그림 4.1 에나타낸다. 또한, 메시지흐 름에따른 handoff 동작을상세하게설명한다

38 그림 4.1 계층적연동망구조의일반적인 handoff (1) MN이이동함에따라네트워크간의중첩부분에위치하게되면 MN은수 행하여야하는 handoff가일반적인 handoff임을인지하고 handoff 절차를 수행하기위해 RtSolPr을현재접속되어있는네트워크의 AR 로전송한다. 이때, MN은 MN-AR CARD Request의 Preferences Sub-option이나 Requirements Sub-option을통해 MN이선호하는네트워크나 QoS요구사 항을만족하는 CAR(Candidate Access Router) 를찾도록요구한다. (2) 현재접속되어있는 AR은 CAR에대한정보를담고있는 CAR 테이블을 항상유지하고있으며, CAR 테이블상의개체의유효기간이만료되면 AR-AR CARD Request 를통해변경된정보나만료된정보를요구한다. ( 테이블개체의수명에따라항상전달되어질수있으며, 반드시 MN-AR CARD Request 이후에이루어지는것이아니라, 어질수있다.) 언제든메시지가전송되

39 (3) AR-AR CARD Request를통해자신의 Capabilities를요구받은 CAR은 Capability AR-AR CARD Reply의 Container Sub-Option을통해응답한 다. AR-AR CARD Reply는 AR-AR CARD Request의응답으로서만존재 한다. (4) MN-AR CARD Request를요구받은 MN이현재접속되어있는 AR은유 지하고있는 CAR 테이블과요구사항을맵핑하여요구에적합한 CAR를 선별하는 pre-filtering 작업을수행한다. (5) 현재 MN과접속되어있는 AR은 PrRtAdv 를전송할때, MN-AR CARD Reply를통해 pre-filtering으로걸러진 CAR 에대한정보를함께보낸다. (6) MN은수신된 CAR의 Capabilities를고려하여이동할 Target AR Selection Algorithm 을수행한다. 이동하기위한 Target AR이선정되면 Context Transfer를시작하기위해 CT-Trigger 가발생한다. (7) 새로운네트워크와의 Link 설정을통해새로운 CoA 를자동생성한다. (8) 새로운네트워크의 AR 과의연결이설정된후, 단말은 BU 메시지와함께 QoS Option 메시지를새로운 AR 에게보낸다. QoS Option 메시지는 BU(Binding Update) 메시지의 Hop-by-Hop header option으로 QoS의요 구사항( 최대/ 최소대역폭, 딜레이등) 을포함하고있다. 따라서 Registration 에대한정보와단말이요구하는 QoS를충분히만족하는가에대한정보를 모두포함하고있다. 또한 option에 CTAR(Context Transfer Activate Request) 를포함하여 CT를요구하게된다. 현재접속된 AR은이메시지를 수신하여바로새로운 AR 로전달한다. (9) 새로운 AR은 Context Transfer를이전 AR에요구하기위한CT-Request (Context Transfer Request) 를전송한다. 또한수신된 QoS Option은새로 운 AR부터 HA까지의모든경로의라우터들에서 QoS Option을통한 QoS 협상을수행한다. (10) 이전 AR은 CT-Request로요구된 Context Transfer에대한응답으로새 로운 AR로 Context Data Block을포함한 CTD (Context Transfer Data) 메시지를새로운 AR 에전송한다. (11) CTD를받은새로운 AR은이정보를이용하여 Authentication을수행한 다

40 (12) 새로운 AR은단말의바인딩과 QoS을처리하고난뒤에상위의 MAP에게 BU 메시지와함께 QoS Option 메시지를보내게된다. (13) 상위의 MAP은 BU 메시지와 QoS의처리결과로서 BA(Binding Acknowledge) 메시지와 QoS Result 메시지를 ACR 에게전송한다. (14) 상위의 MAP으로부터메시지를받은 ACR은단말에게 BA 메시지와 QoS 결과메시지를전송한다. (15) BA 메시지메시지를받은단말은해당 ACR과의 L2/L3 연결이모두완 료된상태로되어해당 AR 과통신한다. (16) 단말과통신연결이완료된 AR은핸드오프중에버퍼링된패킷을단말에 게전송한다. Case 1에서이전 AR과의 Disconnect 는 (7), (8) 사이에서수행할수도있고 (Break-Before-Make), (15), (16) 사이에서수행할수도있다 (Make-Before-Break) 4.2 Case 2 - Fast handoff : Predictive 제안된계층적구조상에서동일네트워크에서이동시단말의이동속도가빠르 지않고중첩된지역에위치할때 Preactive 방식의 Fast handoff 가수행된다. 이러한메시지흐름은다음그림 4.2 에나타낸다. 또한, 메시지흐름에따른 handoff 동작을상세하게설명한다

41 그림 4.2 계층적연동망구조의 Fast handoff : Predictive (1) MN이이동함에따라네트워크간의중첩부분에위치하게되면 MN은수 행하여야하는 handoff가 fast handoff임을인지하고 handoff 절차를수행 하기위해 RtSolPr을현재접속되어있는네트워크의 AR 로전송한다. 이 때, MN은 MN-AR CARD Request의 Preferences Sub-option이나 Requirements Sub-option을통해 MN이선호하는네트워크나 QoS요구사 항을만족하는 CAR (Candidate Access Router) 를찾도록요구한다. (2) 현재접속되어있는 AR은 CAR에대한정보를담고있는 CAR 테이블을 항상유지하고있으며, CAR 테이블상의개체의유효기간이만료되면 AR-AR CARD Request 를통해변경된정보나만료된정보를요구한다. ( 테이블개체의수명에따라항상전달되어질수있으며, 반드시 MN-AR CARD Request 이후에이루어지는것이아니라, 언제든메시지가전송되어 질수있다.)

42 (3) AR-AR CARD Request를통해자신의 Capabilities를요구받은 CAR은 Capability AR-AR CARD Reply의 Container Sub-Option을통해응답한 다. AR-AR CARD Reply는 AR-AR CARD Request의응답으로서만존재 한다. (4) MN-AR CARD Request를요구받은 MN이현재접속되어있는 AR은유 지하고있는 CAR 테이블과요구사항을맵핑하여요구에적합한 CAR를 선별하는 pre-filtering 작업을수행한다. (5) 현재 MN과접속되어있는 AR은PrRtAdv 를전송할때, MN-AR CARD Reply를통해 pre-filtering으로걸러진 CAR 에대한정보를함께보낸다. (6) MN은수신된 CAR의 Capabilities를고려하여이동할 Target AR Selection Algorithm 을수행한다. (7) Fast handoff과정을수행하며 QoS를보장하기위해 FBU(Fast Binding Update) 에 QoS Option 을포함하여전송한다. QoS Option은 IPv6의 hop-by-hop header option으로 QoS 요구사항( 최대/ 최소대역폭, 딜레이 등) 을담고있다. 현재접속된 AR은이메시지를수신하여바로새로운 AR 로전달한다. (8) 현재연결된 AR은 FBU를통해이동하기위한새로운 AR이선정된것을 알게되면 Context Transfer를시작하기위해 CT-Trigger 가발생한다. (9) 핸드오프를초기화하기위한 HI(Handoff Initiate) 메시지와함께현재 AR 은수신된 QoS Option과 Context Data Block을포함한 CTD(Context Transfer Data) 메시지를새로운 AR 에전송한다. 이때새로운 AR부터 HA 까지의모든경로의라우터들에서 QoS Option을통한 QoS 협상을수행한 다. (10) CTD를받은새로운 AR은이정보를이용하여 Authentication을수행한 다. (11) 새로운 AR은 Handoff ACK와 CTDR (Context Transfer Data Reply), QoS Result를이전 AR에전달함으로서 handoff 수행과 CTD, QoS 처리가 완료되었음을알린다. (12) 이전 AR은 FBU에대한응답으로 FBack을 MN과새로운 AR에게동시에 전송한다. 단말에게 QoS Result를포함하여 QoS 처리결과를알린다

43 (13) 이전 AR은핸드오프중자신에게수신된패킷들을새로운 AR에전송한 다. (14) MN은이전 AR 과의접속을종료한다. (15) MN은새로운 AR 과의접속이완료된다. (16) MN은 FNA(Fast Neighbor Advertisement) 을연결된 AR에게보내어자 신이이동해왔음을알린다. (17) AR은 MN이자신에게이동해왔음을알리기위해상위의 MAP에게 BU 메시지와함께경로상의 QoS 처리를위해 QoS Option 메시지를보내게 된다. (18) 상위의 MAP은 BU에따른처리와 QoS Option에따를처리에대한결과 로서 BA 메시지와 QoS Result 메시지를 AR 에게전송한다. (19) MN이이동에따른처리를마친 AR은그결과에대한응답으로 FNAACK 메시지를 MN 에게전송한다. (20) MN과통신연결이완료된 AR은핸드오프중에버퍼링된패킷을 MN에 게전송한다. 4.3 Case 3 - Fast handoff : Reactive 제안된계층적구조상에서동일네트워크에서이동시단말의이동속도가빠르 고핸드오프를예상할수없을때 Reactive 방식의 fast handoff 가수행된다. 이러한메시지흐름은다음그림 4.3 에나타낸다. 또한, 메시지흐름에따른 handoff 동작을상세하게설명한다

44 그림 4.3 계층적연동망구조의 Fast handoff : Reactive (1) MN이이동함에따라네트워크간의중첩부분에위치하게되면 MN은수 행하여야하는 handoff가 fast handoff임을인지하고 handoff 절차를수행 하기위해 RtSolPr을현재접속되어있는네트워크의 AR 로전송한다. 이 때, MN은 MN-AR CARD Request의 Preferences Sub-option이나 Requirements Sub-option을통해 MN이선호하는네트워크나 QoS요구사 항을만족하는 CAR (Candidate Access Router) 를찾도록요구한다. (2) 현재접속되어있는 AR은 CAR에대한정보를담고있는 CAR 테이블을 항상유지하고있으며, CAR 테이블상의개체의유효기간이만료되면 AR-AR CARD Request 를통해변경된정보나만료된정보를요구한다. ( 테이블개체의수명에따라항상전달되어질수있으며, 반드시 MN-AR

45 CARD Request 이후에이루어지는것이아니라, 언제든메시지가전송되어 질수있다.) (3) AR-AR CARD Request를통해자신의 Capabilities를요구받은 CAR은 Capability AR-AR CARD Reply의 Container Sub-Option을통해응답한 다. AR-AR CARD Reply는 AR-AR CARD Request의응답으로서만존재 한다. (4) MN-AR CARD Request를요구받은 MN이현재접속되어있는 AR은유 지하고있는 CAR 테이블과요구사항을맵핑하여요구에적합한 CAR를 선별하는 pre-filtering 작업을수행한다. (5) 현재 MN과접속되어있는 AR은 PrRtAdv 를전송할때, MN-AR CARD Reply를통해 pre-filtering으로걸러진 CAR 에대한정보를함께보낸다. (6) MN은수신된 CAR의 Capabilities를고려하여이동할 Target AR Selection Algorithm 을수행한다. (7) MN은이전 AR 과의접속을종료된다. (8) MN은새로운 AR 과의연결을시도한다. (9) MN은 FNA(Fast Neighbor Advertisement) 에 Fast Handoff를위한 Fast Binding Update와 QoS를보장하기위한 QoS Option을포함하여연결을 하기위한 AR 에게전송한다. QoS Option은 IPv6의 hop-by-hop header option으로 QoS 요구사항( 최대/ 최소대역폭, 딜레이등) 을담고있다. (10) 새로운 AR에서 Context Transfer를시작하기위해 CT-Trigger가발생한 다. (11) MN이이전 AR 과의접속이종료된후이기때문에, 새로운 AR에서 Binding Update 를전달하면서, Context Transfer를이전 AR에요구하기 위한 CT-Request(Context Transfer Request) 를전송한다. 수신된 QoS Option은새로운 AR부터 HA까지의모든경로의라우터들에서 QoS Option을통한 QoS 협상을수행한다. (12) 이전 AR은 CT-Request로요구된 Context Transfer에대한응답으로새 로운 AR로 Context Data Block을포함한 CTD (Context Transfer Data) 메시지를새로운 AR 에전송한다. (13) CTD를받은새로운 AR은이정보를이용하여 Authentication을수행한

46 다. (14) 새로운 AR은단말의바인딩과 QoS을처리하고난뒤에상위의 MAP에게 BU 메시지와함께 QoS Option 메시지를보내게된다. (15) 상위의 MAP은 BU 메시지와 QoS의처리결과로서 BA(Binding Acknowledge) 메시지와 QoS Result 메시지를 ACR 에게전송한다. (16) MN이이동에따른처리를마친 AR은그결과에대한응답으로 FNAACK 메시지와 QoS Result 메시지를포함하여 MN 에게전송한다. (17) 이전 AR은핸드오프중자신에게수신된패킷들을새로운 AR에전송한 다. (18) MN과통신연결이완료된 AR은핸드오프중에버퍼링된패킷을 MN에 게전송한다

47 5. 성능분석 본논문에서차세대이동통신시스템에대한프레임워크를위한계층적연동망구조를제안하였다. 본장에서는제안한계층적연동서비스방식이기존의연동서비스방식과비교하여얼마만큼성능의효율을향상시키는지에대해서시뮬레이션을통해성능분석을하였고, 그결과를보여준다. 5.1 시뮬레이션모델 본논문에서제안된계층적연동망구조와기존의연동망구조와의성능차 이는 vertical handoff 시에잘나타난다. 그렇기때문에 CDMA2000과 WiBro, WLAN의연동망구조상에서 vertical handoff 에대한성능을비교한다. 여기에 서 vertical handoff가일어나는 case는 CDMA WiBro, WiBro WLAN, WLAN CDMA 가있다. 이모든 case를포함하는시나리오를통해제안한 Hierarchical 연동망구조의성능을측정한다. 계층적연동망구조의제안사항 은 Flat 연동망구조보다 handoff의지연과패킷손실을줄여성능향상을도 모하기때문에, 두연동망구조의 handoff 지연시간과패킷손실을측정하여 야한다. 따라서동작방안중이전 AR과연결이종료되어패킷전송이중단 되는시점부터새로운 AR과연결이설정되어패킷이전송되는시점까지 handoff 구간으로보고, 이때의 handoff 지연시간과패킷손실을측정한다. 성 능분석시에네트워크 element 내부의 handoff 처리에소요되는시간은극히 적으므로측정시제외함을가정한다. 다음그림 5.1과 5.2는각각제안한계층 적연동망구조와 Flat 연동망구조의패킷손실구간을나타낸다

48 그림 5.1 계층적연동망구조의패킷손실구간 계층적연동망구조에서 handoff 는 (1) 번메시지흐름부터이지만실제로 패킷손실구간은 (6) 번 Disconnect 부터 (15) 번 Connect 까지구간으로본다. 가 정한바와같이네트워크 hadnoff 지연시간은각네트워크 element의내부처리시간은고려하지않기때문에 link별메시지전송시간의총합으로표현될 수있다. 또한, handoff 지연시간동안도착하는패킷은손실된다. 그림 5.1에 표현된 D MN-nAR, D oar-nar, D nar-uar 는네트워크 link 의지연시간을나타낸다. D MN-nAR 는이동단말과연결하고자하는 AR 간의지연시간이고, D oar-nar 는 이동단말이이전에연결되었던 AR과새로연결하려는 AR 간의지연시간, D nar-uar 는새로연결하려는 AR과패킷의경로를위해 Binding Update하기위 한상위 AR 즉상위 MAP 간에지연시간을나타낸다. 여기에서연결하고자

49 하는 AR이 CDMA이라면 Binding Update를위한상위 MAP은 HA 가된다. 그림 5.2 Flat 연동망구조의패킷손실구간 그림 5.2는 Flat 연동망구조의패킷손실구간을표현한다. 그림 5.1과마찬 가지로 hadnoff 지연시간은각네트워크 link별메시지전송시간의총합으로 표현될수있다. 그림 5.2에표현된 D MN-nAR, D nar-ha, D HA-CN 는네트워크 link의 지연시간을나타낸다. 는이동단말과연결하고자하는 AR 간의지연시간이 고, 는연결하려는 AR과 Home Agent 간의지연시간, 는 Home Agent와단 말과통신하는 Correspondent Node 간의지연시간을나타낸다. 그림 5.1과그림 5.2에기반하여패킷손실구간의 handoff 지연시간을수 식으로표현이가능하며수식에필요한파라미터는다음과같다

50 시뮬레이션파라미터 MN와 PDSN간의 link delay : - MN와 ACR간의 link delay : - MN와 AR간의 link delay : - PDSN와 ACR간의 link delay : ACR와 AR간의 link delay : AR과 PDSN간의 link delay : - 무선링크 setup delay : CDMA와 HA간의 link delay : 각 AR과 HA과의 link delay : HA와 CN간의 link delay : 각 AR과 HA간의터널링 setup delay : 먼저제안한계층적연동망구조에서 vertical handoff가일어나는모든 case 를살펴보면, CDMA WiBro, WiBro WLAN, WLAN CDMA 이 다. 또한, 계층적연동망구조에서 Local Registration과 Regional Registration 에따라서계층구조내에서의 vertical handoff의 case와계층구조간의 vertical handoff의 case 로분석할수있다. 다음에서이러한모든 case에따른 handoff 지연시간에대해수식으로살펴본다. 계층구조내에서 handoff 지연시간측정 계층구조내의 handoff 중해당 case 중에서대표적인 case로 CDMA에서 WLAN으로이동시에 handoff 지연시간( ) 에대해그림 5.1 를기반으로수식을살펴보면다음수식 (1) 과같이표현된다. (1)

51 수식 (1) 은단말이무선 Link에대한 setup 시간이후에메시지전송에따 른지연시간을합해진결과이며수식 계산가능한수식으로정리하면다음수식 (1) 를시뮬레이션파라미터를이용하여 (1) 과같다. (1) 계층구조내에서 CDMA WLAN의 case와같은방식으로나머지 case 에대해서도같은방식으로 수있다. handoff 지연시간에대한수식을다음과정리할 Case 2 : CDMA WiBro (2) Case 3 : WiBro CDMA (3) Case 4 : WiBro WLAN (4) Case 5 : WLAN CDMA (5) Case 6 : WLAN WiBro (6) 계층구조간의 handoff 지연시간측정 계층구조간의 handoff 중해당 case 중에서대표적인 case로 CDMA에서 WLAN으로이동시에 handoff 지연시간( ) 에대해그림 5.1 를기반으로수식을살펴보면다음수식 (7) 과같이표현된다

52 (7) 수식 (7) 은단말이무선 Link에대한 setup 시간이후에메시지전송에따 른지연시간을합해진결과이며수식 계산가능한수식으로정리하면다음수식 (7) 를시뮬레이션파라미터를이용하여 (7) 과같다. (7) 계층구조사이에서 CDMA WLAN의 case와같은방식으로나머지 case에대해서도같은방식으로 handoff 할수있다. 지연시간에대한수식을다음과정리 Case 8 : CDMA WiBro (8) Case 9 : WiBro CDMA (9) Case 10 : WiBro WLAN (10) Case 11 : WLAN CDMA Case 12 : WLAN WiBro (11) (12)

53 Flat 연동망구조에서의 handoff 지연시간측정 Flat 연동망구조의 handoff 중해당 case 중에서대표적인 case로 CDMA 에서 WLAN으로이동시에 handoff 지연시간( ) 에대해그림 5.2 를기반으로수식을살펴보면다음수식 (13) 과같이표현된다. (13) 수식 (13) 은단말이무선 Link에대한 setup 시간이후에메시지전송에따 른지연시간과 Tunnel setup 에소요되는시간을합해진결과이다. 수식 (13) 과같은방식으로 Flat 연동망구조의나머지 case에대해서도같은방식으로 handoff 지연시간에대한수식을다음과정리할수있다. Case 14) CDMA WiBro (14) Case 15) WiBro CDMA (15) Case 16) WiBro WLAN (16) Case 17) WLAN CDMA (17) Case 18) WLAN WiBro (18) 수식 (1) ~(18) 은다음표 5.1의링크파라미터수치를통해시뮬레이션을 위한결과값을표 5.2 와같이나타낸다

54 네트워크 CDMA WiBro WLAN Link 종류 Link Delay(ms) MN-BTS 100 BTS-BSC 5 BSC-PCF 2 PCF-PDSN 2 MN-RAS 50 RAS-ACR 5 ACR-PDSN 2 MN-AP 9 AP-AR 5 AR-ACR 2 표 5.1 네트워크 link delay 파라미터 Case Vertical Handoff Delay (ms) 계층적연동망구조 Flat 연동망구조 CDMA-WiBro T link T link 계층구조 내 CDMA-WLAN 44 + T link T link WiBro-CDMA T link T link WiBro-WLAN 36 + T link T link WLAN-CDMA T link T link 계층구조 사이 WLNA-WiBro T link T link CDMA-WiBro T link CDMA-WLAN 64 + T link WiBro-CDMA T link WiBro-WLAN 60 + T link WLAN-CDMA T link WLNA-WiBro T link 표 5.2 각 case 별 vertical handoff time

55 5.2 시뮬레이션결과 본절에서는 5.1절에서측정한결과를토대로시뮬레이션을통해본논문에 서제안한계층적연동망구조와 그림 Flat 연동망구조의성능을비교분석한다. 5.3 은시뮬레이션을수행하기위한시나리오모델이다. 그림 5.3 시뮬레이션시나리오 그림 5.3의시뮬레이션시나리오모델은 CDMA2000과 WiBro, WLAN의모 든 vertical handoff의 case 를포함하며, 최상위 MAP으로동작하는 CDMA2000 의 PDSN이바뀔 case도고려하여 CDMA A의범주에속하는 WiBro인 A' 와 CDMA B의범주에속하는 WiBro B' 를포함하여다른 CDMA로의이동성도 측정한다. 시뮬레이션에서의 handoff delay는제안된계층적연동망구조와기 존의연동망구조와의구조적차이로인해동작절차상에서차이가발생하게 되고, handoff delay 에비례하여패킷손실도발생하게된다. 이러한 handoff delay를측정하기위해서 CDMA2000과 WiBro, WLAN간의 element 파라미터 와단말의이동속도(Velocity), 트래픽, 무선링크 setup delay(t link ) 를고려해야 두구조간의성능을측정할수있다. 먼저각무선망들의 Data Rate는 CDMA2000은 1Mbps로 WiBro는 2Mbps로 WLAN은 11Mbps 로가정한다. 시

56 뮬레이션결과는 vertical handoff packet loss time(loss_t) 를기반으로측정하 고, 통신중패킷손실은없다고가정한다. Hierarchic al Flat Packet loss ratio (%) link s etup time ( ms ) 그림 5.4 단말의이동속도 5Km/h 일때 Packet loss ratio H iera r chica l F la t Packet loss ratio (%) Lin k set up t ime (ms) 그림 5.5 단말의이동속도 10Km/h 일때 Packet loss ratio

57 H ie rarc h i c al Flat 2. 5 Packet loss ratio (%) L i n k s e tu p tim e ( m s ) 그림 5.6 단말의이동속도 30Km/h 일때 Packet loss ratio H ier a r chica l F la t Packet loss ratio (%) L in k s e t u p time (ms ) 그림 5.7 단말의이동속도 60Km/h 일때 Packet loss ratio 그림 5.4부터 5.7까지는 CBR 방식의 Real-time 트래픽을기반으로단말의 이동속도에따른패킷손실률(Packet loss ratio) 를측정한결과이다. 결과그림 은단말의이동속도가 5Km/h 일때와 60Km/h 일때의결과를보여주는데속도 가증가할수록패킷손실률은증가하지만제안한계층적연동망구조의패킷 손실률이 Flat 연동망구조의패킷손실률보다적음을알수있다. 이는오버레

58 이네트워크구조로제안된방안이 handoff 예측에용이하고, 계층적으로연동 되어있기때문에 handoff 시그날링오버헤드가더적기때문이다. H i e ra rc h i c a l F l a t Packet loss ratio (%) 단말의이동속도 ( K m / h ) 그림 5.8 무선 link setup time 0ms 일때 Packet loss ratio H ie r a r c h ic a l F la t Packet loss ratio (%) 단말의이동속도 ( K m /h ) 그림 5.9 무선 link setup time 200ms 일때 Packet loss ratio

59 H i e ra rc h i c a l F l a t Packet loss ratio (%) 단말의이동속도 ( K m / h ) 그림 5.10 무선 link setup time 500ms 일때 Packet loss ratio H ier a r chica l F la t Packet loss ratio (%) 단말의이동속도 (Km /h) 그림 5.11 무선 link setup time 700ms 일때 Packet loss ratio

60 Hie ra rc h ic al Fla t Packet loss ratio (%) 단말의이동속도 (Km/h ) 그림 5.12 무선 link setup time 1000ms 일때 Packet loss ratio 그림 5.8부터 5.12까지는 CBR 방식의 Real-time 트래픽을기반으로 handoff 시에무선 link setup time 에따른패킷손실률(Packet loss ratio) 를측정한결 과이다. 결과그림은무선 link setup time이 0ms부터 1000ms까지변화할때의 결과를보여주는데무선 link setup time이증가할수록패킷손실률은증가하는 것을볼수있다. 하지만제안한계층적연동망구조의패킷손실률이 Flat 연 동망구조의패킷손실률보다적게나타남을볼수있는데이는무선 link setup time이증가하더라도앞에서언급했듯이전체적인 handoff 계층적연동망구조가더적기때문에위의그림과같은성능을보인다. 지연시간이

61 H ier a r chica l F la t 2 5 Packet loss Count Lin k set up t im e (m s) 그림 5.13 Interactive 트래픽일경우 Packet loss count H ier a r chica l F la t Packet loss Count Lin k set up t im e (m s) 그림 5.14 Real-time 트래픽일경우 Packet loss count 그림 5.13과 5.14는트래픽에종류에따른 handoff 기간의패킷손실(Packet loss count) 을측정한결과이다. Real-time은 CBR 방식의고정적인패킷전송 률를가진트래픽이고, Interactive는 Think time을가지고 Burst한트래픽전 송을가지는트래픽이다. Think time을가지는 Burst한트래픽을가지기때문 에 handoff 기간에반드시통신을하고있다고할수없기때문에 Real-time

62 보다 Interactive가 handoff 시에더적은패킷손실을가지게된다. 또한어떤 트랙픽을가정하든지제안한계층적연동망구조가 적은패킷손실을가지는성능을보인다. Flat 연동망구조보다더 Hierarchical Flat 2.5 Packet loss ratio (%) Link setup time (ms) 그림 5.15 다중단말을통한 Packet loss ratio Hierarchical Flat Packet loss Count Link setup time (ms) 그림 5.16 다중단말을통한 Packet loss count 그림 5.15와 5.16 은다중단말을통해전체패킷의손실률(Packet loss ratio)

63 과 handoff 시패킷손실(Pakcet loss count) 를측정한결과이다. 그림에서단말 의트래픽을각기다르게설정하고, 각트래픽마다속도를다르게한다중단 말을대상으로시뮬레이션하여나온결과의평균수치를적용한걸과를나타낸 다. 트래픽과이동속도, 무선 link setup time을모두고려하더라도제안한계층 적연동망구조가좋은성능을보임을알수있다. 모든상황을고려하여결과를측정한결과제안한계층적연동망구조가 Flat 연동망구조보다더나은성능을나타남을볼수있었고, 본실험을통해 무선 link setup time이핸드오버시패킷손실에큰영향을미치게됨으로무선 link setup time 을줄이는방안이이루어져야함을알수있다

64 6. 결론및향후연구과제 본논문에서차세대이동통신시스템을위한연동서비스모델로서 CDMA2000과 WiBro, WLAN과같은무선네트워크를계층적으로연동한연 동망구조를제안하여제안된구조를위한프로토콜로서표준핵심기술들을 적용시켜차세대이동통신시스템을위한프레임워크를제시하였다. 본문에서 언급하였듯이 CDMA2000과 WiBro, WLAN은네트워크통신범위와전송속도 에따라서계층적으로연동이가능함을보이고, 또한이들네트워크는오버레 이구조로구성되기때문에패킷손실측면에서효율성이증대된다. 따라서본 논문에서는무선이기종망간의계층적연동망구조를제안함으로서연동서비 스모델을제시한다. 한편, 전체적인차세대이동통신시스템의프레임워크를 제시하기위한방안으로독립적으로표준화된잘정의된프로토콜들을통합하 여연동망구조에적용시켰다. 제안된연동망구조상의핵심요소기술로서 Hierarchical Mobile IPv6와 Fast handoff, CARD, CXTP 를다루고, 이에대한 동작방안을제시하였다. 이러한프로토콜들이통합되어적용된동작방안으로 무선단말의이동시에 IPv6와 vertical handoff의처리를위해 Hierarchical Mobile Fast handoff를고려하고이때서비스품질을보장하기위해그리고재 인증과 QoS Reject로인한핸드오프의롤백을피하기위해 CARD와 CXTP를 적용시켜성능향상을도모하였다. 본논문에서제안한계층적연동망구조의 장점은다양한무선네트워크의통합으로다양한서비스를제공하고, QoS 보장을위해제안되었다. 충분한 또한차세대이동통신시스템에요구되는로밍 및이동성을보장하며이동성지원시에지연을줄이고패킷손실을최소화하 는방안을제안하였다. 향후연구과제로서차세대이동통신시스템의다양한 서비스와통신서비스품질에따른연동망구조의성능향상을위한 QoS 방안 과표준프로토콜의정의가필요로할것이다. 또한, 성능분석결과와같이제 안한계층적연동망구조가성능을향상시킬수있는방안임을나타내었고, 여기서무선 link setup time 을줄이는방안이필요함을제시하였다

65 참고문헌 [1] H. Soliman, C. Castelluccia, K. El Malki, L. Bellier, Hierarchical Mobile IPv6 Mobility Management (HMIPv6)., IETF RFC 4140, August [2] R. Koodli, Fast Handovers for Mobile IPv6., IETF RFC 4068, July [3] M. Liebsch, Ed., A. Singh, Ed., H. Chaskar, D. Funato, E. Shim, Candidate Access Router Discovery (CARD), IETF RFC 4066, July [4] J. Loughney, Ed., M. Nakhjiri, C. Perkins, R. Koodli, Context Transfer Protocol (CXTP)., IETF RFC 4067, July [5] Gautier, J.D, B.W. Parkinson, Using the GPS/INS Generalized Evaluation Tool(Comparison of Loosely coupled, tightly coupled and ultra-tightly coupled integrated navigation), Proc. ION Annual Meeting, June 24-25, pp , June [6] J. Manner, Ed., M. Kojo, Ed, Mobility Related Terminology, IETF RFC 3753, June [7] J. Kempf, Ed, 3374 Problem Description: Reasons For Performing Context Transfers Between Nodes in an IP Access Network, IETF RFC 3374, September [8] D. Blair, A. Tweedly, M. Thomas, J. Trostle, Realtime Mobile IPv6 Framework, IETF draft, draft-blair-rt-mobileipv6-seamoby-00.txt, November 2000 [9] Dirk Trossen, Govind Krishnamurthi, Hemant Chaskar, Issues in candidate access router discovery for seamless IP-level handoff, IETF draft, draft-ietf-seamoby-cardiscovery-issues-04.txt, October

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67 Abstract A Hierarchical Network Architecture and Handoff Framework for Integrating CDMA2000, WiBro and WLAN Du Kyung Kong Dept. of computer engineering Graduate School of Kyung Hee Univ. Next-Generation Mobile Communication System will going to evolve in form that offer high speed data transmission along integration of wire-wireless network. Therefore, It need research about integrating service to heterogeneous network such as CDMA2000 and WiBro, WLAN to offer high speed data transmission and various service that support mobility. As existing study for integration network architecture, heterogenous network is linked to core network separatively via single core net. And integration network studied that control heterogenous network in core network. Therefore, the studied integration network architecture provide various service because service integrated management consists in core network. However, delay of handoff happens in vertical handoff for mobility between networks because core network manage all mobility, so packets to network that communicate ago are lost. This paper for solve these problem proposes integration network architecture as hierarchic structure along network character. AR (Access Router) of each network acts as MAP (Mobility Anchor Point) in the hierarchical integration network architecture that propose in this paper, and do mobility management as set up network level by CDMA200, WiBro, WLAN order. Hierarchical integration network

68 architecture is consisted of overlay architecture according to coverage of each network, so Seamless handoff is possible because can estimate handoff. Therefore, this architecture can minimise handoff delay and packet loss. Also As core technique for operate in the hierarchical integration network architecture, this paper propose framework of integration service for next generation mobile communication system that apply independently standardized protocol that Hierarchical Mobile IPv6, Fast handoff, CARD(Candidate Access Router Discovery), CXTP(ConteXt Transfer Protocol). The proposed hierarchical integration network architecture shows more efficient architecture than existing integration network architecture through simulation

69 감사의글 2 년전학문적열의와자기개발을목표로대학원의길에들어설때부터지금 까지매우값진시간을보낸것같습니다. 아무것도몰라허둥대던내가점점 익숙해지기시작할즈음에벌써졸업에문턱에다가왔다는사실이아직도믿 기지않습니다. 2년간키워와이뤄낸결실이저스스로의결과라생각할수없 을정도로제주위에저에게도움을주셨던분들이많았고, 그런분들에게앞 서감사의글을올립니다. 대학원결정에서부터지금까지부족함없는가르침과격려를해주신조진성 교수님께진심으로감사를드립니다. 조진성교수님은저의지도교수님으로서 2 년간의잘못된점을호된채찍과어우르는당근으로서훈도해주셨고, 힘든생 활에대해서도따뜻한배려를아끼지않으셨습니다. 바쁘신와중에도저의논 문을심사해주신한치근교수님, 유인태교수님, 홍충선교수님, 정병수교수 님께감사의글을올립니다. 연구실을처음개설하여아무런기반없이처음시 작하면서많이힘든부분도있었지만서로도와가며서로의격려가되었던석 사동기인건백이와준하, 대영이, 나이는같지만늘자신보다남을생각해주는 경환이, 충용이, 그리고나의자랑스러운후배인천환, 형관, 권택, 정현, 상하, 재호, 용규, 논문을위해값진시간내어주신네트워킹연구실의김대선선배 님, 그밖에대학동아리후배들과선배님들에게모두감사의말을전합니다. 마지막으로힘든생활에도묵묵히저의뒷바라지를해주신사랑하는부모님, 누나와매형진심으로감사의말을올리며이논문을바칩니다. 졸업이마지막이아니라새로운시작을알리는경종으로삼아현실에만족하 지않고끈임없이노력하여제가가는길에맨앞에서앞장서서갈수있는사 람이되겠습니다