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통합이동환경에서이동노드를위한 QoS 제공방안 * (QoS Provisioning for Mobile Nodes in an Integrated Mobile Environment) 이현주 1, 김태수 2, 이광휘 2 1 ( 주 ) 액티패스, 2 창원대학교컴퓨터공학과 hanworld@actipass.com, {tskim, khlee}@changwon.ac.kr 요 약 이동컴퓨팅환경이보편화되면서이동노드에게 QoS 를제공하려는시도들이늘고있다. 이동노드에게 QoS 를제공하기위해서는몇가지문제들이있다. 본논문에서는세가지문제들에대해서알아보고개선방안을제시하였다. 첫번째문제는호스트의이동에의한경로변경이다. RSVP 의경우경로가변경되면기존의자원예약을사용할수없으며, 다시자원예약을해야하는문제가있었다. 이문제는 RSVP 및교차라우터의기능을확장하여기존의경로와새로운경로의중첩되는경로를재사용하도록함으로써개선하고자하였다. 두번째문제는이동호스트가방문네트워크에있을때데이터는 HA 를거쳐서전달되며송신자가이동호스트에게직접전달하는것보다비효율적이다. 이문제는본논문에서정의한 LDIS(Location Discovery) 와 SESSION_Update 를이용하여송수신자가상대방의 CoA 를항상유지하게하여 QoS 설정및데이터전송을직접하도록함으로써개선하고자하였다. 세번째문제는인터넷이여러형태의네트워크들로구성되어있으며, 각네트워크들은공통적인 QoS 기술을사용하지않는것이다. 이문제는 GR(Gateway Router) 의기능확장과네트워크의내부 QoS 설정을외부네트워크의 QoS 설정과독립시킴으로써개선하고자하였다. Keywords: QoS provisioning, Mobile communication, Mobile environment 1. 서론 이동컴퓨팅환경이보편화되면서, 이동컴퓨팅환경을통해인터넷에접속하는사용자들이증가하고있다. 이런사용자들은기존의인터넷을통해사용하던전자우편확인및전송, 홈페이지검색, 온라인오락, 영화및음악감상등과같은다양한서비스들을사용하길원한다. 사용자들에의해서요구된서비스들을효율적으로제공하기위해서는 QoS(Quality of Service) 기술의적용이필요하다. 그렇기때문에많은연구자들이 QoS 기술을이동컴퓨팅환경에적용하려는시도를하고있다 [1]. 이동컴퓨팅환경중에서 Mobile IPv4[2] 는인터넷을통한노드의이동성을제공하는프로토콜로서 QoS 에관한고려를포함하지않고있다. 이에따라 Mobile IPv4 와 QoS 기술의연동을위한연구들이활발히이루어지고있다. 이동노드에게 QoS 를제공하고자할때발생하는몇가지문제점들은기존연구들을통해서파악할수있다 [3]. 첫번째문제 는노드의이동에따른경로의변경이라할수있다 [4]. RSVP(Resource Reservation Protocol)[5] 의경우경로가변경되면기존의자원예약을사용할수없으며, 다시자원예약을해야하는문제가있다. 두번째문제는수신노드가 FN(Foreign Network) 에있을때데이터는 HA(Home Agent) 를거쳐서전달되는것이다. 이것은송신노드가수신노드에게직접전달하는것보다비효율적이다 [4]. 세번째문제는인터넷이여러형태의네트워크들로구성되어있으며, 각네트워크들은공통적인 QoS 기술을사용하지않는것이다 [6]. 즉, 두이동노드들사이에다른 QoS 기술을사용하는네트워크가존재하면, 두이동노드들은 QoS 를제공받을수없다. 본논문에서는 Mobile IPv4 를기반으로하여 IntServ(Integrated Service) 와 DiffServ(Differentiated Service) 의통합환경 [7] 에유니캐스트를적용함으로써앞에서언급한세가지문제점들에대한개선방안을제안한다. 첫번째문제에대해서는 RSVP 및교차라우터의기능을확장하여 QoS 재설정시 * 본논문은정보통신부의정보통신기초기술연구지원사업 (2003-1-01076) 으로수행된결과의일부임. 41

간을감소시키고자한다. 두번째문제에대해서는 LDIS(Location Discovery) 메시지와 SESSION_Update 메시지를추가하여데이터가 HA 를거치지않고직접전달되도록하여데이터전송효율을향상시키고자한다. 세번째문제에대해서는 GR(Gateway Router) 의기능확장으로 QoS 기술들을연동시켜 QoS 를제공하고자한다. 논문의구성은다음과같다. 2 장에서는본연구의바탕이되는 Mobile IPv4 와 QoS 기술의표준안및관련연구를각각소개하고, 3 장에서는앞서언급한세가지문제점의개선방안을제안한다. 4 장에서는본논문에서제안한개선방안을 NS[16] 를이용하여성능평가한결과를소개하며, 마지막으로 5 장에서는본논문의결론및향후연구방향에대하여언급한다. 2. 관련연구 노드의이동성을지원하기위해 IETF 에서제안한프로토콜이 Mobile IPv4 이다. Mobile IPv4 에의해이동노드는다른서브넷으로이동하더라도항상자신의주소를이용하여통신하게되어 IP 상위계층의접속은항상유지된다 [2]. IETF 에서는노드들에게 QoS 를제공하기위해많은서비스모델과기술들을제안하고있다. 이중에서 IntServ 모델과 DiffServ 모델이대표적인모델이다 [1]. 2.1 Mobile IPv4 Mobile IPv4 는노드의이동성을지원하기위한프로토콜로서 HA(Home Agent), FA(Foreign Agent), MN(Mobile Node) 세가지구성요소를가진다. HA 는 MN 의홈주소와같은서브넷에속한라우터이다. HA 는 MN 의현재위치를나타내는 CoA(Care-of- Address) 와 MN 의홈주소의바인딩정보를저장하고있다. HA 는 MN 으로향하는패킷을받으면바인딩정보를이용하여 MN 의현재위치 (CoA) 로터널링을통해전달해주는역할을담당한다. FA 는 MN 이현재위치하고있는외부서브넷의라우터이다. FA 는 MN 에게현재위치를나타내는주소인 CoA 를제공하며, HA 로부터터널링되어전달된패킷을 MN 에게전달해주는역할을담당한다. MN 은이동환경에서항상자신의홈주소로통신하는단말기다. MN 은다른서브넷으로이동할때마다자신의 HA 에게현재위치 (CoA) 를등록해야한다. MN 이 HA 의영역에있을경우에는일반적인방법으로패킷을전달할수있다. MN 이 FA 의영역에있을경우에는 CN(Correspondent Node) 이 MN 에게보내는패킷들은모두 HA 에도달하게되고 HA 는 FA 로터널링을통해서패킷들을전달한다. 터널링되어전달된패킷들은 FA 가 MN 에게전달한다 [2]. 2.2 QoS 지원기술 호스트에게 QoS 를제공하기위한기술들은여러가지가있다. 대표적인기술이 IntServ 모델과 DiffServ 모델이다. IntServ 모델은 RSVP 를이용하여자원을예약한다. RSVP 는 5-tuple(Source & Destination IP Address, Protocol ID, Source & Destination Port) 을이용하여플로우를구별한다. 자원의예약및관리는플로우별로이루어지며, 이를위해라우터는각플로우별상태를유지해야한다. IntServ 모델에서는최선노력 (best effort) 서비스외에보장형 (guaranteed) 서비스와부하제어형 (controlled load) 서비스를제안하고있다. DiffServ 모델은 IPv4 헤더에있는 TOS(Type of Service) 필드를 DS 필드로재정의하며, PHB(Per-Hop Behavior) 라는기본적인패킷전송방법을정의하고있다. DiffServ 네트워크로전달되는모든패킷들은 DS 필드에 DSCP(DiffServ Code Point) 가설정되며, DSCP 는 PHB 와연관되어있기때문에 DiffServ 네트워크의모든라우터들은 DSCP 에따라서패킷을처리할수있다. 즉, DiffServ 모델은패킷을몇개의차별화된서비스클래스들로구분하여처리하는상대적우선순위기법이다 [1]. 3. QoS 제공을위한개선방안 본장에서는 2 장에서언급한이동노드에게 QoS 를제공하고자할때발생하는세가지문제점들에대해서알아보고개선방안을제안한다. 그러기위해송신자와수신자모두이동성을가진 MN 이며 Mobile IPv4 를기반으로하고, 그림 1 과같이지역네트워크 (Local Network) 에서는 IntServ 모델을광역네트워크 (Global Network) 에서는 DiffServ 모델을이용하는 IntServ 와 DiffServ 의통합환경 [7, 12] 을가정한다. 그림 1. IntServ 와 DiffServ 의통합환경 3.1. 노드의이동에의한경로변경 MN 이이동을하게되면경로가변경되어 RSVP 에의해예약되었던기존의경로는사용할수없다. 따라서, 변경된경로에대한자원예약을다시해야하는문제가발생한다. MN 은인접한지역으로이동하므로기존의경로와새로운경로사이에는중첩되는경로가존재한다. 기존 RSVP 는중첩되는경로가존재하더라도송신노드에서수신노드까지의경로를재설정한다. 하지만중첩되는경로를재사용할수있다면보다효율적이며, 추가된경로만자원예약을재설정하면되기때문에자원예약에걸리는시간이줄어든다. 본논문에서는기존의 42

RSVP 를확장하여중첩되는경로를재사용하고자하였다. 3.1.1 RSVP 의확장 중첩되는경로를재사용하기위해서기존의 RSVP 에아래의추가적인메시지들을정의하여확장하였으며, 확장된 RSVP 를 ERSVP(Extended RSVP) 라고한다. 1) SESSION_Update SESSION_Update 메시지는기존경로와새로운경로의교차점에존재하는교차라우터 (Crossover Router) 에의해서생성된다. MN 은이동후 PATH( 또는 PATH_Request) 메시지를새로운경로로전송한다. 새로운경로로전송된메시지는교차라우터까지전달되고, 이메시지를받은교차라우터는 SESSION_Update 메시지를생성한다. 교차라우터에의해서생성된 SESSION_Update 메시지는중첩되는경로를따라상대방 MN 에게까지전달된다. SESSION_Update 메시지에는기존의자원예약정보를새로운정보로변경할수있도록기존의플로우정보와변경된플로우정보를포함하고있다. SESSION_ Update 메시지를받은중첩경로상의모든라우터들은 SESSION_ID 를참조하여자신의자원예약정보를 SESSION_Update 메시지내에포함된정보와비교하여해당플로우의자원예약정보를갱신해야한다. 2) PATH_Request PATH_Request 메시지는 PATH 메시지의전송을요청하는메시지로서 MN R (Receiver Mobile Node) 이 LDIS(Location Discovery) 메시지를받았거나다른네트워크로이동을했을때생성되며 MN S (Sender Mobile Node) 의방향으로전송된다. PATH_Request 메시지를받은라우터는메시지가요청하는플로우에대해서자원예약설정이있는지를검사해야한다. 자원예약설정이없다면다음홉의라우터에게메시지를전달한다. 하지만, 자원예약설정이있다면메시지를받은라우터는교차라우터가되며, 해당플로우에관련된 SESSION_Update 메시지와 PATH 메시지를생성한다. 생성된 SESSION_Update 메시지는 MN S 에게전송하고 PATH 메시지는 MN R 에게전송한다. 3) PATH_Tear_Request 와 RESV_Tear_Request PATH_Tear_Request 메시지는 MN S 에의해서생성되고, RESV_Tear_Request 메시지는 MN R 에의해서생성된다. 두메시지는 MN 이다른네트워크로이동했을때이전네트워크의 AR(Access Router) 에게전송된다. PATH_Tear_Request( 또는 RESV_Tear_Request 메시지를받은 AR 은 PATH_Tear( 또는 RESV_Tear) 메시지를생성해서이전의경로상으로전송한다. PATH_Tear( 또는 RESV_Tear) 메시지를받은경로상의 라우터들은자신이교차라우터인지를판단한다. 교차라우터가아니면해당플로우의자원예약을해지하고다음홉으로메시지를전송한다. 반대로교차라우터면받은메시지를폐기하고자원예약해지과정을중지시킨다. 4) Session_ID Object SESSION_Update 메시지를이용하여해당플로우의자원예약정보를갱신하기위해서는플로우를구분해야한다. 기존의 RSVP 는 5-tuple(Source IP, Destination IP, Protocol ID, Source Port, Destination Port) 을이용하여플로우를구분 [1] 하기때문에이동후변경된경로에대한플로우는새로운플로우로구분하여중첩된경로를재사용할수없다. 이것을방지하기위해서는 MN 이이동하더라도변하지않는값을플로우구분요소에추가해야한다. 본논문에서는 MN S 와 MN R 의홈주소를이용한 Session_ID 를정의하여 RSVP 의플로우구분요소에추가하였다. Session_ID 의전달을위해새로운객체인 Session_ID 객체를정의하여 RSVP 를확장하였다. Session_ID 객체는 PATH, RESV, PATH_Request 메시지에포함되어서전달된다. 5) 교차라우터의역할교차라우터는기존경로와새로운경로가교차되는지점에위치한라우터이다. 교차라우터의역할들이기존의경로와새로운경로의중첩되는경로를재사용할수있도록한다. 교차라우터의역할은아래와같다. PATH 메시지를받으면해당플로우와관련된 SESSION_Update 메시지와 RESV 메시지를생성하고전송할수있어야한다. PATH_Request 메시지를받으면해당플로우와관련된 SESSION_Update 메시지와 PATH 메시지를생성하고전송할수있어야한다. RESV, PATH_Tear, RESV_Tear 메시지들을받으면더이상진행하지않고폐기시킨다. 3.1.2 Extended RSVP 의동작과정 본절에서는 ERSVP 의메시지전달및처리순서에대해서알아본다. 1) MN S 가이동했을경우 MN S 가인접지역으로이동했을경우의메시지전달및처리순서는그림 2 와같다. MN S 가인접지역으로이동하면 MN S 는 MN R 의방향으로 1PATH 메시지를전달한다. 1PATH 메시지를받은라우터는가장먼저해당플로우의자원예약여부를확인한다. 자원예약이존재하지않을경우다음라우터로 2PATH 메시지를계속해서전달하며, 결국교차라우터까지전달된다. 교차라우터가 2PATH 메시지를받으면 3RESV 메시지와 7 SESSION_Update 메시지를생성한다. 3RESV 메시 43

지는 MN S 의방향으로전달하고, 7SESSION_Update 메시지는 MN R 의방향으로전달한다. 7 SESSION_Update 메시지를받은라우터들은플로우바인딩정보를갱신하고 MN R 까지계속해서전달한다. 8SESSION_Update 메시지를받은 MN R 은 MN S 의새로운위치 (New CoA) 를갱신하게되어항상 MN S 의현재위치를알수있다. MN S 가이동을완료하면이전경로의자원예약은해지되어야한다. 그래서, MN S 는이전 AR 에게 5PATH_Tear_Request 메시지를보낸다. 5PATH_Tear_Request 메시지를받은 AR 은 6PATH_Tear 메시지를생성해서 MN R 의방향으로전달한다. 6PATH_Tear 메시지를받는라우터들은해당플로우의자원예약을해지한다. 교차라우터가 6PATH_Tear 메시지를받으면자원예약해지를중지시킨다. 라우터까지전달된다. 교차라우터가 PATH_Request 메시지를받으면 4PATH 메시지를생성해서 MN R 의방향으로전달하고, 10SESSION_Update 메시지를생성해서 MN S 의방향으로전달한다. 10 SESSION_Update 메시지를받은라우터들은플로우바인딩정보를갱신하고, MN S 까지계속해서전달한다. 11SESSION_Update 메시지를받은 MN S 는 MN R 의새로운위치 (New CoA) 를갱신하게되어항상 MN R 의현재위치를알수있다. MN R 이이동을완료하면이전경로의자원예약은해지되어야한다. MN R 은이전 AR 에게 8RESV_Tear_Request 메시지를보낸다. 8RESV_Tear_Request 메시지를받은 AR 은 9RESV_Tear 메시지를생성해서전송하며, 전송된메시지는이전경로를따라자원예약을해지한다. 교차라우터가 9RESV_Tear 메시지를받으면자원예약해지를중지시킨다. 3.2. 비최적화된데이터전송경로 그림 2. MN S 의이동에의한메시지처리순서 2) MN R 이이동했을경우 MN R 이인접지역으로이동했을경우의메시지전달및처리순서는그림 3 과같다. 그림 3. MN R 의이동에의한메시지처리순서 MN R 이인접지역으로이동하면 MN R 은 MN S 의방향으로 2PATH_Request 메시지를보낸다. 2 PATH_Request 메시지를받은각라우터들은가장먼저해당플로우의자원예약여부를확인한다. 자원예약이존재하지않을경우다음라우터로 3 PATH_Request 메시지를계속전달하며, 결국교차 CN 이 MN 에게데이터를전달하기위해서는 MN 의 HA 를거쳐야된다 [2]. 데이터가 HA 를거쳐서전달되는이유는 CN 이 MN 의홈주소만알고있기때문이다. 그렇기때문에 CN 과 MN 사이의 QoS 세션설정도 HA 를통해서이루어진다. 만약 CN 이 MN 의현재위치를알수있다면 QoS 세션설정및데이터전달을 HA 를통하지않고할수있다. 본논문에서는 MN 의현재위치를알기위해서 LDIS 메시지를정의하여사용하였다. 3.2.1 LDIS(Location Discovery) 메시지포맷및역할 LDIS 메시지는두가지역할을가지고있다. 첫번째의역할은상대방에게자신의현재위치를알려주는것이고, 두번째의역할은 QoS 세션설정을시작하게하는것이다. LDIS 메시지에포함된각필드의역할과설정값은아래와같다. Source Home Address 와 Destination Home Address: 두필드는각 MN 의홈주소를설정하는필드이다. 이필드들은반드시설정되어야하며, LDIS 메시지를받은 MN 이생성하는 PATH, RESV, PATH_Request 메시지에포함될 Session_ID 객체를생성하기위해서사용된다. Source CoA: MN S 의 CoA 를설정하는필드이다. MN S 가 LDIS 메시지를생성하는경우에는 MN S 의위치에따라서설정값이다르다. MN S 가 HN 에위치할경우에는홈주소를설정하고, FN 에위치할경우에는 CoA 를설정한다. 하지만 LDIS 메시지를 MN R 이생성한다면이필드는 0 으로설정된다. Destination CoA: MN R 의 CoA 를설정하는필드이다. MN R 이 LDIS 메시지를생성하는경우에는 MN R 의위치에따라서설정값이다르다. MN R 이 HN 에위치할경우에는홈주소를설정하고, FN 에위치할경우에는 CoA 를설정한다. 하지만 44

LDIS 메시지를 MN S 가생성한다면이필드는 0 으로설정된다. QoS Session Information: MN 이원하는 QoS 의정보를설정하는필드이다. LDIS 메시지를받은 MN 은이필드를확인하고 PATH 및 PATH_Request 메시지를생성한다. 3.2.2 LDIS 메시지처리과정 LDIS 메시지는 QoS 세션을원하는 MN 이상대방 MN 에게전송하며, LDIS 메시지를받은 MN 은 QoS 세션을시작하기위한메시지를생성하게된다. LDIS 메시지는 QoS 세션을시작할때한번생성되고더이상생성되지않는다. 즉, QoS 세션의설립후 MN 이다른네트워크로이동하더라도 LDIS 메시지를전송하지않는다. LDIS 메시지의처리과정은두가지경우로나눌수있다. 두경우는 MN S 가 QoS 세션설정을원하는경우와 MN R 이 QoS 세션설정을원하는경우이다. 첫번째, MN S 가 QoS 세션설정을원하는경우에는 LDIS 메시지를 MN S 가생성해서 MN R 에게전송한다. MN S 가생성한 LDIS 메시지에는 Destination CoA 필드가 0 으로설정되어 MN R 로보내진다. 전송된 LDIS 메시지는 HA R (Receiver s Home Agent) 이받게되며 HA R 은 MN R 이위치한해당 FA R (Receiver s Foreign Agent) 로터널링을이용해서 LDIS 메시지를전달한다. FA R 에게터널링되어서전달된 LDIS 메시지는 FA R 에의해서디터널링되어 MN R 에게전달된다. LDIS 메시지를받은 MN R 은 MN S 의현재위치 (CoA) 를알수있기때문에 PATH_Request 메시지를 MN S 에게직접전달할수있다. 역시 MN S 도 PATH_Request 메시지를받는즉시 MN R 의현재위치 (CoA) 를알수있다. 그림 4 는 MN R 이 FA R 의영역에위치하고있을때, MN S 에의해서 QoS 세션을시작하는메시지처리순서를보여준다. LDIS 메시지는 HA S (Source s Home Agent) 가받게되며 HA S 는 MN S 가위치한해당 FA S (Source s Foreign Agent) 로터널링을이용해서 LDIS 메시지를전달한다. FA S 에게터널링되어서전달된 LDIS 메시지는 FA S 에의해서디터널링되어 MN S 에게전달된다. LDIS 메시지를받은 MN S 는 MN R 의현재위치 (CoA) 를알수있기때문에 PATH 메시지를 MN R 에게직접전달할수있다. 역시 MN R 도 PATH 메시지를받는즉시 MN S 의현재위치 (CoA) 를알수있다. 그림 5 는 MN S 가 FA S 영역에위치하고있을때, MN R 에의해서 QoS 세션을시작하는메시지처리순서를보여준다. 그림 5. MN S 가 FA S 에위치할때메시지처리순서 MN S 나 MN R 이상대방 MN 에게데이터및메시지를직접전달하기위해서는상대방의현재위치를나타내는 CoA 를알아야한다. 만약상대방 MN 이새로운위치로이동한다면, MN S 나 MN R 은상대방 MN 의새로운 CoA 를갱신할수있어야한다. 즉, 두 MN 은 QoS 세션의설립후세션을마칠때까지상대방 CoA 를계속유지할수있어야만한다. 이를위하여본논문에서는교차라우터가생성하는 SESSION_Update 메시지에의해서상대방의 CoA 를계속유지할수있도록제안하였다. MN S 나 MN R 이새로운지역으로이동하게되면, 적합한 QoS 메시지를생성해서상대방 MN 에게전달하게된다. 이때 QoS 메시지는교차라우터에게전달되며이메시지를받은교차라우터는 SESSION_Update 메시지를생성하고해당방향으로전달하게된다. 결국 SESSION_Update 메시지는상대방 MN 에게전달되며이메시지를받은 MN 은이동한 MN 의새로운 CoA 를획득하고유지할수있게된다. 3.3. 서로다른 QoS 기술의사용 그림 4. MN R 이 FA R 에위치할때메시지처리순서 두번째, MN R 이 QoS 세션설정을원하는경우에는 LDIS 메시지를 MN R 이생성해서 MN S 에게전송한다. MN R 이생성한 LDIS 메시지에는 Source CoA 필드가 0 으로설정되어 MN S 로보내진다. 전송된 인터넷은여러네트워크들로구성되어있으며, 여러네트워크들은서로다른기술들을이용하여구성하고관리한다. 그리고각네트워크들은종단노드에게 QoS 를제공하기위해네트워크를구성하고있는시스템에적합한 QoS 기술을사용한다 [6]. 그러므로, 서로다른네트워크에존재하는 MN 에게인터넷을통해 QoS 를제공하는것은어렵고중요한문제이다. 이문제를해결하기위해서많은연구들 45

이진행중이며 [13], 이문제의대표적인예가 IntServ 와 DiffServ 의통합환경 [7] 이며그림 1 이보여준다. 통합환경에서 QoS 를제공하기위해서는각네트워크에서사용되는 QoS 기술들의연동이필요하다 [6]. 그리고, 통합환경에서 QoS 를향상시키기위해서는경로상에 QoS 를제공하지않는네트워크들이있더라도 QoS 를제공할수있는네트워크들은 QoS 를제공해야한다. 그러기위해서한네트워크는외부네트워크와독립적으로 QoS 설정을할수있어야하고, 외부네트워크로 QoS 설정을전송할수있어야한다. 지역네트워크의자원을예약하는프로토콜로서 LRSVP 가있다 [11, 14]. 하지만, LRSVP 는지역네트워크의 QoS 설정을외부네트워크로전송하지않는다. 본논문에서는 QoS 기술들의연동과통합환경에서의 QoS 향상을위해두네트워크를이어주는 GR 의기능을확장하였다. 3.3.1 GR(Gateway Router) 의기능확장 각네트워크에서사용되는 QoS 기술들의연동을위해본논문에서는 IntServ 와 DiffServ 의통합환경 [7] 을기반으로하여 GR 의기능을확장하였다. 를요청하여할당받고, 해당데이터패킷의 DS 필드에 DSCP 를설정하는것이다. GR 이 BB 에게 DSCP 를요청하는시기는지역네트워크로부터 PATH 메시지를받거나광역네트워크로부터 PATH_Request 메시지를받을때이다. GR 이 BB 에게 DSCP 를요청하는메시지처리순서를그림 6 이나타낸다. 두번째확장기능은 GR 이지역네트워크로부터 PATH 또는 PATH_Request 메시지를받았을때지역자원을예약할수있는 QoS 메시지를생성하는것과 QoS 설정을다른네트워크로전송하는것이다. 지역네트워크로부터 PATH 메시지를받았을경우에는 RESV 메시지를생성하고, PATH_Request 메시지를받았을경우에는 PATH 메시지를생성해서지역네트워크의자원예약을시작한다. 그리고, 광역네트워크로부터전송되어온 PATH_Request 또는 PATH 메시지는즉시지역네트워크로전송하여지역네트워크의자원예약을시작한다. QoS 설정을전송하기위해 GR 은지역네트워크로부터받은 PATH 또는 PATH_Request 메시지를광역네트워크로전송한다. 그림 7 이메시지처리순서를나타낸다. (a) PATH 에의한처리순서 (a) PATH 에의한 DSCP 요청처리순서 (b) PATH_Request 에의한 DSCP 요청처리순서 그림 6. DSCP 요청메시지처리순서 첫번째확장기능은 GR 이 MN 을대신하여광역네트워크의 BB(Bandwidth Broker)[15] 에게 DSCP (b) PATH_Request 에의한처리순서 그림 7. 지역네트워크 QoS 설정및전송을위한메시지처리순서 세번째확장기능은광역네트워크로전송되는메시지들을구분하여선택적으로전달하는기능이 46

다. GR 에의해서광역네트워크로전송되지않는메시지들의종류는 RESV 메시지와 PATH_Request 메시지에의해발생된 PATH 메시지이다. 각네트워크들은다른네트워크와독립적으로 QoS 세션설정을한다. 그러므로 RESV 메시지와 PATH_Request 메시지에의해발생된 PATH 메시지는광역네트워크로전달될필요가없다. 그림 7 에서세번째확장기능을확인할수있다. 4. 성능평가 본논문에서는세가지의개선방안을제안하고있다. RSVP 를확장한 ERSVP 와 LDIS 메시지의추가와 GR 의기능확장이다. 세가지의개선방안과기존의방법들을네트워크시뮬레이션툴인 NS[16] 를이용하여성능평가하였다. 그림 9 는기존의 RSVP 와제안한 ERSVP 를이용하여 QoS 재설정시간을측정한그래프다. 그래프의 x 축은 MN R 이이동할때발생하는핸드오프의횟수를나타내며 y 축은 QoS 재설정에소요되는시간을 ms(millisecond) 단위로나타낸다. 4.1.2 최적화된전송경로의전송지연 MN R 에게전송되는데이터가최적화된경로로전송된다면전송지연을감소시킬수있을것이다. 본논문에서제안한개선방안은그림 10 과같이구성된네트워크에서시뮬레이션하였다. 4.1 실험결과 4.1.1 경로변경으로인한 QoS 재설정시간 이전경로와새로운경로사이의중첩경로를재사용한다면 QoS 재설정시간을감소시킬수있을것이다. 본논문에서제안한개선방안은그림 8 과같이구성된네트워크에서시뮬레이션하였다. 그림 8 의 MN R 은화살표방향으로핸드오프하고, 핸드오프가완료되면경로가변경된것을인지하고 QoS 재설정을시도한다. 그림 10. 데이터전송지연측정을위한네트워크 그림 10 의 MN R 은 HA R 을떠나 FA R 에위치하고있으며 MN S 로부터데이터를전송받는다. MN S 는 CBR 의형태로 4 Mbps 의데이터를발생시킨다. 그림 8. QoS 재설정시간측정을위한네트워크 그림 11. 데이터전송지연그래프 그림 11 은기존의비최적화된경로와 LDIS 메시지를이용한최적화된경로의데이터전송지연을측정한그래프이다. x 축은 MN R 이전송받은패킷의시퀀스번호를나타내며, y 축은해당패킷의전송지연을 ms 단위로나타낸다. 그림 9. QoS 재설정시간그래프 4.1.3 QoS 기술들의연동으로인한데이터전송지연과손실률 QoS 기술들의연동을통해서두 MN 에게제공 47

되는 QoS 를향상시킬수있을것이다. 본논문에서제안한개선방안은그림 12 와같이구성된네트워크에서시뮬레이션하였다. 그림 12 는 IntServ 와 DiffServ 의통합환경이며, 두 MN 들은다른네트워크에존재한다. MN S 는 MN R 에게 CBR 의형태로 4Mbps 의데이터를전송한다. 그림 12 의 Link a 에서는 CBR 의형태로 7Mbps 의데이터가화살표방향으로흐르며최선노력서비스를받는다. 송지연을 ms 단위로나타낸다. 그림 14 의 x 축은시뮬레이션이진행된시간을 s(second) 단위로나타내며, y 축은해당시간동안발생한패킷의손실개수를나타낸다. 4.2 결과분석 본논문에서제안한세가지개선방안에대해서시뮬레이션을통하여성능을측정하였다. 본장에서는시뮬레이션을통한측정의결과를분석한다. 4.2.1 ERSVP(Extended RSVP) 그림 12. QoS 기술연동의성능측정을위한네트워크 그림 13. 데이터전송지연그래프 그림 14. 데이터손실그래프 그림 13 과그림 14 는 QoS 기술들의연동으로인해 QoS 가제공될경우와 QoS 가제공되지못할경우에대한데이터전송지연과손실률을측정한그래프다. 그림 13 의 x 축은 MN R 이전송받은패킷의시퀀스번호를나타내며, y 축은해당패킷의전 그림 8 에서 MN R 은화살표방향으로이동하면서 MN S 와멀어진다. MN R 이핸드오프를했을경우기존의경로와새로운경로사이에중첩경로가존재함을확인할수있다. 기존의 RSVP 는중첩경로가존재하더라도새로운경로전부에대해서 QoS 재설정을하며, ERSVP 는중첩경로를제외한경로에대해서 QoS 재설정을한다. 그림 9 에서보는것과같이 MN S 와거리가멀수록, 중첩경로가많을수록 RSVP 와 ERSVP 의 QoS 재설정시간에대한차이가크다. 4.2.2 LDIS 메시지의추가 그림 10 에서 MN R 은 FAR 영역에위치하고있다. MN S 가 MN R 에게데이터를전송하고자할때기존의 Mobile IPv4 에서는 HA R 을거쳐서 FA R 로전송하고, FA R 이 MN R 에게전송하므로전송경로가비최적화된다. LDIS 메시지를추가하여 MN S 가 FA R 에게전송하고 FA R 이 MN R 에게전송하도록경로를최적화할수있다. 그림 11 에서보는것과같이최적화된경로가비최적화된경로보다데이터전송지연이낮은것을알수있다. MN R 이 HA R 로부터멀리있을수록두경우의차이는클것이다. 4.2.3 GR 의기능확장 그림 12 와같은네트워크에서두 MN 에게 QoS 를제공하기위해서는 QoS 기술들의연동이필요하다. QoS 기술들의연동이없다면두 MN 에게 QoS 를제공할수없다. QoS 의성능을평가하기위해서는 QoS 와관련된경로상에 QoS 와관련없는데이터들이흐르고있어야한다. 그림 12 에서는 Link a 에 QoS 와관련없는데이터가 CBR 의형태로 7Mbps 가흐른다. 그림 13 에서보는것과같이 QoS 를제공받았을경우가그렇지못할경우보다데이터전송지연이낮다. 그리고, QoS 를제공받을경우에는데이터의손실이없지만, 그렇지못할경우에는데이터의손실이발생함을그림 14 에서볼수있다. QoS 와관련없는데이터들의경로와 QoS 데이터들의경로가많이중첩될수록, 그리고 QoS 와관련없는데이터들이많을수록두경우의차이는클것이다. 48

5. 결론및향후연구 본논문에서는통합이동환경에서이동노드에게 QoS 를제공하고자할때발생하는문제들을알아보고, 개선방안을제안하였다. 첫번째문제인노드이동에의한경로변경은 RSVP 및교차라우터의기능을확장하여개선할수있었다. 기능확장은기존의경로와새로운경로의중첩경로를재사용할수있도록하였다. 두번째문제인비최적화된데이터전송경로는 LDIS 메시지와 SESSION_Update 메시지를이용하여개선할수있었다. 두메시지는 MN S 와 MN R 이상대방의 CoA 를항상유지하게하여 QoS 설정및데이터전송을최적화된경로로할수있도록하였다. 세번째문제인서로다른 QoS 기술의사용은 GR 의기능확장과지역네트워크의 QoS 설정을외부네트워크의 QoS 설정과독립시킴으로써개선할수있었다. 본논문에서제안한개선방안들은 NS 를통하여시뮬레이션하였고기존의방법들과비교분석하였다. 첫번째방안은이동노드의이동후발생하는 QoS 재설정시간을감소시킬수있었다. 두번째방안은데이터전송지연을감소시킬수있었다. 세번째방안은데이터전송지연및손실을감소시킬수있었다. 본논문에서는 Mobile IPv4 와 QoS 의기본적인기술을이용하였기때문에고려해야할많은문제들이남아있다. 예를들어, 본논문에서는멀티캐스트와빠르게이동하는노드를고려하지않았으며, 보안문제도고려하지않았다. 빠르게이동하는노드를위해서는이동경로예측기술과예측경로사전예약기술의적용을고려해볼수있다. 참고문헌 [1] Sanjay Jha, Mahbub Hassan, Engineering Internet QoS, Artech House, 2002. [2] RFC 3344, IP Mobility Support, IETF, Aug. 2002. [3] 이현주, 최재원, 김태수, 이광휘, 통합이동환경에서이동노드를위한 QoS 제공방안, 2003 년한국정보처리학회추계학술발표대회, Vol. 10, No. 2, pp. 879-882, Changwon, Korea, Nov., 2003. [4] Hemant Chaskar, Requirements of a QoS Solution for Mobile IP, IETF Internet-Draft, draft-ietfmobileip-qos-requirements-03.txt, July 30, 2002. [5] RFC 2205, Resource ReSerVation Protocol (RSVP) Ver. 1 Functional Specification, IETF, Sep. 1997. [6] K. Krasnodembski, et al., End-to-end QoS provisioning across heterogeneous domains, IEEE Conference on High Performance Switching and Routing (ATM 2000), Heidelberg, June 2000. [7] Y. Bernet, et al., A Framework for End-to-End QoS Combining RSVP/Int-Serv and Differentiated Services, IETF Internet-Draft, draft-bernet-intdiff- 00.txt, Mar. 1998. [8] RFC 1633, Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview, IETF, June 1994. [9] RFC 2475, An Architecture for Differentiated Services, IETF, Dec. 1998. [10] S. Gai, et al., RSVP Proxy, IETF Internet-Draft, draft-ietf-rsvp-proxy-03.txt, Mar. 2002. [11] Jukka Manner, et al., Localized RSVP, IETF Internet-Draft, draft-manner-lrsvp-01.txt, Jan. 2003. [12] RFC 2998, A Framework for Integrated Services operation over Diffserv networks, IETF, Nov. 2000. [13] J. Manner, et al., A Quality of Service architecture framework for mobile networks, IEEE International conference on Third Generation Wireless and Beyond (3Gwireless 01), San Francisco, USA, May 2001. [14] Jukka Manner, Kimmo Raatikainen, Extended Quality-of-Service for Mobile Networks, IEEE/IFIP 9th Int. Workshop on Quality of Service (IWQoS 2001), Karlsruhe, Germany, June 2001, pp. 275-280. [15] K. Nichols, et al., A Two-bit Differentiated Services Architecture for the Internet, IETF Internet-Draft, draft-nichols-diff-svc-arch-02.txt, Apr. 1999. [16] NS Simulator, Version 2.26, available from http://www.isi.edu/nsnam/ns/ 네트워크관리 이현주 2002 창원대학교컴퓨터공학과공학사 2004 창원대학교컴퓨터공학과공학석사 2004~ 현재 ( 주 ) 액티패스연구원 < 관심분야 > 멀티캐스트, Mobile IP, 네트워크관리 김태수 1995 경상대학교임산공학과공학사 1998 창원대학교전자계산학과이학석사 1999~ 현재창원대학교컴퓨터공학과박사과정 < 관심분야 > 멀티캐스트, Mobile IP, 이광휘 1983 고려대학교전자공학과공학사 1985 고려대학교전자공학과공학석사 1989 고려대학교전자공학과공학박사 1991~1992 영국 Wales 대학 (Swansea) 및 Newbridge Networks 사연구원 1994~1995 영국런던대학 (UCL) 연구원 1997~1999 영국 Reading 대학연구원 2000~ 현재영국 Nortel Networks 사연구원 1988~ 현재창원대학교컴퓨터공학과교수 < 관심분야 > 네트워크관리, 서비스품질관리, 정책기반네트워킹, 멀티캐스트프로토콜, 이동컴퓨팅 49