모바일 IP 네트워크에서의 TCP 핸드오프 성능향상을 위한 패킷 버퍼링 방안에 관한 연구

노영섭 高麗大學校 2005 국내박사

요 약 IETF (Internet Engineering Task Force)에서는 인터넷 환경에서 사용자의 이동성을 지원하기 위하여 모바일 IP 프로토콜(mobile IP protocol)을 설계하였고, 사용자의 이동성으로 인하여 발생하는 패킷손실(packet loss) 때문에 초래되는 TCP (Transmission Control Protocol)의 성능 저하를 방지하기 위하여 스무스 핸드오프 (Smooth Handoff) 방식을 채택하였다. 본 논문에서는 모바일 IP 프로토콜과 모바일 IP 프로토콜의 경로 최적화 확장(Route Optimization Extension)에 있어서 스무스 핸드오프가 모바일 네트워크(mobile network)에서 TCP의 성능에 미치는 영향을 분석하고 이의 해결책을 도출해 본다. 먼저 베이스 모바일 IP 프로토콜과 모바일 IP 프로토콜의 경로 최적화 확장에 의한 스무스 핸드오프의 비교를 통하여 모바일 네트워크에서 TCP의 성능 저하 문제를 어느 정도 해결할 수 있는지 살펴보고 이를 검증해 본다. 모의실험 결과에 의하면, 모바일 IP 프로토콜 표준의 경로 최적화 확장에 의한 스무스 핸드오프는 핸드오프(handoff) 동안에 발생하는 패킷손실을 줄이기 위하여 설계되었음에도 불구하고, 대부분의 경우 핸드오프에 의한 TCP의 성능저하를 막지 못함을 알 수 있었다. 또한, 경로 최적화 확장의 스무스 핸드오프가 핸드오프 동안에 손실되는 패킷(packet)의 수를 상당히 줄일 수 있음에도 불구하고, 오히려 패킷손실이 많이 발생하는 베이스 모바일 IP 프로토콜을 사용한 경우보다 TCP의 성능 저하가 심화됨을 알 수 있었다. 이러한 결과는 TCP의 혼잡제어(congestion control) 알고리즘(algorithm) 및 패킷이 손실되는 패턴과 밀접한 관계를 가지고 있다. 본 논문에서는 모바일 IP 프로토콜을 사용하는 경우의 핸드오프로 인한 패킷손실의 패턴이 TCP의 혼잡제어 알고리즘에 주는 영향을 분석하고, 이로 인하여 TCP의 성능이 어떻게 달라지는가 조사하였다. 또한 모바일 IP 프로토콜에서 핸드오프 동안에 발생하는 패킷손실 때문에 초래되는 TCP의 성능저하를 방지하기 위해서는 모바일 IP 프로토콜의 경로 최적화 확장에 의한 스무스 핸드오프 방식에서 이전 기지국(BS)이 핸드오프 동안 손실된 패킷들을 버퍼(buffer)에 저장하고 저장된 패킷들이 이동한 단말에게 전달되어야 한다. 그러나 이동단말(MH)이 혼잡한 라우터(Congested Router, CR)와 연결된 새로운 서브네트워크(subnetwork)로 이동한 경우에는, 이전 기지국(BS)이 포워딩 하는 패킷들은 손실되고, 이 패킷들로 인해 심화된 혼잡으로 인해 기존 고정 TCP 플로(flow)들의 링크(link) 이용률 성능이 저하되게 된다. 따라서 패킷 버퍼링(buffering) 방식이 결합된 스무스 핸드오프 방식으로 이동단말(MH)이 혼잡이 존재하는 라우터와 연결된 새로운 서브네트워크로 이동한 경우, 새로운 서브네트워크와 연결된 라우터가 사용하는 RED 버퍼 관리방식의 혼잡 상태에 따라 이전 기지국(BS)이 저장한 패킷들을 포워딩(forwarding) 하거나 폐기하는 패킷 포워딩 제어(Packet Forwarding Control, PFC) 방안을 제안하고 이의 검증을 통하여 제안하는 패킷 포워딩 제어방안이 링크 이용률 성능을 향상시킬 수 있음을 보인다. 그리고 이동단말(MH)이 새로운 서브네트워크의 혼잡한 기지국(BS)으로 이동한 경우에도 이전 기지국(BS)이 포워딩 하는 패킷들은 손실되고 또한 포워딩 된 패킷들로 인해 심화된 혼잡으로 기지국(BS) 내 이동단말(MH)의 TCP 플로들의 무선링크(wireless link) 이용률 성능이 저하되게 된다. 따라서 기지국(BS) 패킷 버퍼링 방식이 결합된 스무스 핸드오프 방식으로 이동단말(MH)이 새로운 서브네트워크의 혼잡한 기지국(BS)으로 이동한 경우, 이전 기지국(BS)이 핸드오프 동안 저장한 패킷들을 우선권을 가진 패킷(priority packet)으로 표기하고 혼잡한 새로

셀룰러 IP(Cellular IP)에서의 소프트 핸드오프(Soft handoff) 개선에 관한 연구

韓京泌 中央大學校 情報産業大學院 2000 국내석사

호스트의 광역적(gobal)인 이동성을 지원하는 이동(Mobile) IP의 기본개념과 문제점을 이해하고 이동 IP의 지역적인 핸드오프(handoff)의 문제를 해결하기 위한 지역적(local)인 핸드오프를 지원하는 셀룰러(Cellular) IP의 기본 개념과 지역적인 위치 관리를 이해한다. 또한, 셀룰러 IP에서의 소프트 핸드오프(Soft handoff) 알고리즘을 이해하고, 네트워크 트래픽 측면에서의 다중경로 설정 시 문제점을 인식하여, 문제해결을 위한 '셀 선택 알고리즘'을 제안하였다. 제안 된 알고리즘를 사용한 소프트 핸드오프는 본 논문 4장에서 오버랩(overlap) 베이스 스테이션의 증가와 서비스 받는 이동 호스트의 증가를 일반적인 소프트 핸드오프와 상호 비교한 결과는 일정한 트래픽의 유지와 완만한 선형적인 증가로 인해 제한 된 시스템의 효율적인 사용이 가능하며, 네트워크 트래픽의 부담을 최소화하여 결과적으로 처리량(Throughput) 향상을 기대 할 수 있음을 알 수 있다.

(A) study of reliable mobile IP handoff mechanism using cache agents

김내영 Graduate School, Yonsei University 2002 국내석사

본 논문에서는 Mobile IP에서 핸드오프 중에 발생하는 데이터그램의 손실을 제거하기 위한 캐쉬 에이전트(Cache Agent)를 이용한 신뢰성 있는 핸드오프 기법에 대해 연구한다. 캐쉬 에이전트가 대응 노드를 대신하여 이동 노드에 대한 바인딩 캐쉬를 관리함으로써 이동 노드로 향하는 데이터그램을 터널링 할 뿐만 아니라, 이 데이터그램을 버퍼링도 하여 이동 노드가 이동함으로써 이동 노드의 이전 위치로 잘못 터널링 된 데이터그램을 이동 노드의 새 위치로 재터널링 한다. 제시한 기법에서는 데이터그램의 손실이 제거되었으며 핸드오프 하는데 사용되는 컨트롤 메시지의 수가 최소화되었다. 시뮬레이션을 통해 제시한 기법의 성능을 검증하였다. In this paper, we study a reliable Mobile IP handoff mechanism for eliminating datagram loss during a handoff. There is a concept of Cache Agent in the proposed mechanism. The Cache Agent on behalf of correspondent nodes manages a binding cache for mobile nodes and tunnels datagrams originated by the correspondent node to the mobile node. It also buffers these datagrams and then re-tunnels them which in correctly tunneled to the mobile node's old care-of address because of the mobile node's movement, to the mobile node's new care-of address. In the proposed mechanism, the datagram loss is eliminated and the number of control messages which are used for handoff is minimized.

HMIPv6에서 가상 MAP 개념을 도입한 핸드오프 지연문제의 개선방안 연구

신복덕 慶南大學校 大學院 2005 국내박사

Mobile IP 기반의 무선 네트워크에서 발생하는 시그널 트래픽과 통신지연시간 문제를 해결하고 효율적인 무선 네트워크를 구축하는 방법으로서 Fast Handover, Smooth Handover, Hierarchical Mobile IP등 있다. 각각의 방법은 MN의 핸드오프 지연시간 문제를 해결하기 위해 고안된 고유의 이론적 구조와 시그널링 방법을 규정하고 있다. 그러나 실제로 운용중인 대부분의 네트워크는 핸드오프 지연시간 해결방법의 전제가 되는 이론적 네트워크 구조와 서로 상이한 경우가 많기 때문에 적용방법의 실질적인 효과를 기대하기 어렵다. 본 논문에서는 HMIPv6의 이론적 구조와 다른 구조를 가진 유선 네트워크에 HMIPv6 기반의 무선 네트워크를 구축할 경우 네트워크의 구조적 불일치 때문에 발생하는 부하의 편중과 MAP의 과부하를 해소하고, 핸드오프시의 지연시간을 줄일 수 있는 방법으로서 HMIPv6에 가상 MAP를 적용한 방법을 제안하였다. 가상 MAP는 MN과 MAP사이의 임의의 라우터로서 핸드오프 시그널링의 전송거리를 단축하여 핸드오프시의 지연시간을 최소화하고, MAP를 통과하는 패킷의 양을 감소시켜 MAP의 과부하를 해소한다. 제안방법의 타당성 검증을 위한 비용분석을 통해 제안방법이 HMIPv6보다 MN의 등록과 핸드오프 시그널링에 따른 전송거리 및 처리시간이 단축되어 비용이 적게 발생함을 확인하였고, 누적 데이터 패킷량과 Binding Update 패킷량 비율, 지연시간 실험을 통해 무선 네트워크의 구축에 제안방법을 도입할 경우 핸드오프 지연시간을 단축하고 데이터의 전송효율을 향상시킴을 입증하였다. Fast Handover, Smooth Handover and Hierarchical Mobile IP have been introduced as the way of constructing efficient wireless networks. They solve problems of the communication delay in Mobile IP based wireless networks. All of the ways have their own theoretical structures and signaling models. However, many networks, which are actually operated, are different from the theoretical models. Especially here, HMIPv6 is applied to the wired networks. When wireless HMIPv6 is connected to the wired networks the problem of load unbalance and overload to the MAP might be brought out because they have different structures each other. In this dissertation, the method that adopting the virtual MAP to the HMIPv6 is proposed. This solves the problems mentioned above, moreover it reduces Handover latency. The virtual MAP is the one of the routers located between MN and actual MAP. The virtual MAP reduces the transmission distance of signals, so that the overload of MAP can be smoothed. In order to approve the method, the Handover latency of traditional HMIPv6 and the proposed HMIPv6 with virtual MAPs are analyzed, respectively. The analytical result shows that the proposed scheme reduces the Handover latency. Experiments are performed with NS-II simulator to evaluate the Handover latency in terms of the amount of transmission packets under various conditions. The simulation results show that the proposed scheme is more effective than the general HMIPv6 scheme.

셀룰라 IP에서 차등화된 핸드오프방식을 이용한 QoS 개선방안

金姬貞 中央大學校 大學院 2001 국내석사

Although the Mobile IP technology is devised for mobile internet communication, it has its vulnerability in frequent handoff environment. On the other hand, Cellular IP combines the capability of cellular networks to provide high performance handoff and efficient location management of active and idle mobile users with the inherent flexibility, robustness and scalability found in IP networks. Also cellular IP use semi-soft handoff. During semi-soft handoff a mobile host may be in contact with either of the old and new base stations and receive packets from them. Packets intended to the mobile host are sent to both base stations and buffered, so when the mobile host eventually moves to the new location it can continue to receive packets without interruption. It should be suitable for realtime service such as multimedia traffic. But, much waste of resource will occur in this method, especially for non-realtime services such as FTP and E-mail. Therefore, a new algorithm that performs different handoffs according to characteristic of each traffic by use of reserved field in IP packet is proposed in this thesis. This differentiated handoff algorithm improves quality of services in cellular IP network. Suggested algorithm shows better performance than existing technology in mobile internet communication environment. OPNET simulation results are provided to justify the merits of the suggested algorithm.

Virtual home agent를 고려한 Mobile IP 핸드오프 성능 개선 방안

이병문 東亞大學校 大學院 2003 국내석사

인터넷 접속 위치를 자주 변경하는 이동 장치를 위해 이동 IP 주소 제공을 할 수 있도록 IETF에서 MIP(Mobile Internet Protocol)을 제안하였다. 그러나, 표준 MIP의 기본 구조에는 이동 검출, 등록 지연과 같은 요인으로 성능상의 문제점들이 존재한다. 표준 MIP 프로토콜에서 CN(Correspondent Node)들 또는 이동 노드들에서 홈 네트워크 MH(Mobile Host)로 데이터그램을 보낼 때는 항상 HA(Home Agent)를 경유하여 전송된다. 그러나 MH에서 고정된 노드로 데이터그램을 보낼 때에는 일반적인 라우팅 메카니즘을 적용하여 직접 전송을 한다. 이러한 비대칭 라우팅을 "삼각 라우팅"이라 하며 이는 비효율적인 라우팅 경로를 가지게 된다. 결국, 표준 MIP는 이동 에이전트가 MH의 등록 및 데이터 패킷 재전송 기능을 함께 수행함으로써 성능상의 비효율적인 문제점들이 발생한다. 따라서, MIP의 문제점을 제거하여 성능을 개선 위해서는 성능에 영향을 주는 요인들을 분석해 볼 필요가 있다. 본 논문에서는 기존 에이전트의 기능 분산을 통하여 지연을 발생시키는 바인딩 정보의 역삼각 라우팅 문제를 개선시키는 방안을 제시한다. 이를 위해, MIP에서 데이터를 전송할 때 발생하는 삼각 라우팅 문제를 해결하기 위해 IMHP를 기반으로 한 MIP를 확장하였다. 그리고 FA(Foreign Agent)내에 HA가 담당하는 바인딩 정보 전송과 MH의 이동 정보를 대신 담당하는 VHA(Virtual Home Agent)를 추가한다. VHA를 통하여 바인딩 정보를 생성하고 이를 CH에게 직접 전송함으로써 바인딩 정보 경로를 개선하였다. 그리고 실험을 통하여 MH가 FA1과 FA2로 이동하였을 때, 제안 방안은 MIP와 라우팅 최적화 방안 보다 패킷 수신을 위한 위치 등록 지연이 약 10msec~30msec 감소되었음을 확인하였다. 또한, 데이터 패킷 최적화를 위한 바인딩 정보 전송 경로 개선을 통해 바인딩 정보 등록 지연은 ROMIP(Routing Optimization Mobile IP)보다 17msec~40msec 감소함을 확인하여 데이터 경로의 최적화 적용 시점이 개선됨을 확인할 수 있었다. Mobile Internet Protocol has been proposed by IETF to support portable IP addresses for mobile devices. However, the scheme of standard MIP(Mobile IP) has problem in performance due to the factors of mobility detection and registration delay. In the standard MIP, datagrams sent from CN(Correspondent Nodes) or wireless node to destined for the MH(Mobile host) that is away from home network always have to be routed to go through the home agent. However, datagrams sent from the MH to the correspondent node can be routed directly. It is asymmetric and inefficient, and called "triangle routing". As a result, performance degrading problems occur in standard MIP since a mobile agent should be in charge both of registering MHs and of data packets. Therefore, to improve performance of this MIP, it is necessary analyze the factors that affect performance degrade. In this paper, we present a solution for the reverse triangle routing problem which causes the binding information delay. Myles et al. proposed a technique, which extends MIP based on the IMHP, to solve the triangle problem in transmitting data. This technique is also used in this paper. In addition, we add a VHA(Virtual Home Agent) function to FA(Foreign Agent). we let the VHA transmit the binding information and take care the mobile information of MH, which originally were under HA's responsibility. VHA generates binding information and pass it to the CHs directly. By this, the path of binding information is improved. We compare the MIP, the ROMIP(Routing Optimization Mobile IP) and our technique VHAMIP(Virtual Home Agent Mobile IP) in terms of location registration delay and binding information registration delay. By experiment, we show that the location registration delay by our technique is decreased by 10msec, and 30msec compared to that by MIP and ROMIP, respectively. Binding information registration delay of our technique by the transmission path improvement takes less time by 17msec~40msec than that of ROMIP. Therefore, we can be sure that the time to optimal the data path is improved.

IP기반 차세대 무선 네트워크에서의 교차계층 핸드오프 기법의 성능 분석에 관한 연구

이재숙 성균관대학교 2013 국내석사

무선 네트워크의 사용이 모바일 사용자로 점점 확대되고 있고 무선 네트워크 기술의 발달로 다양한 무선 네트워크 시스템이 생겨났다. 무선 네트워크 시스템들은 서로 중첩되어 있을 수 있으며 필요에 따라 네트워크간 전환을 필요로 한다. NGWN(Next Generation Wireless Networks)은 다양한 무선 네트워크를 통합하여 사용자에게 넓은 커버리지 영역과 최적화된 서비스를 제공한다. 이 통합된 아키텍처에서 원활한 핸드오프 관리를 지원하는 것은 중요한 문제이다. 기존의 핸드오프 관리 프로토콜은 NGWN의 응용프로그램에 핸드오프 지원을 보장하기에 충분하지 않다. CLH(Cross-Layer Handoff) 프로토콜 기법은 NGWN의 원활한 네트워크 내와 네트워크 간의 효율적인 핸드오프 관리를 지원하기 위해 개발되었다. CLH은 무선 네트워크 환경에서 이동성관리를 지원하고 핸드오프 성능 향상을 위해 모바일의 속도와 핸드오프 시그널링 지연 정보를 이용한다. 본 논문에서는 핸드오프 성능 분석을 위해 링크계층 및 네트워크계층의 민감도에 대하여 분석하고 이 분석을 기반으로 CLH 기법을 제안한다. CLH가 네트워크 내와 네트워크 간 핸드오프의 성능 향상을 높여준 다는 것을 본 논문의 다양한 이론적 분석을 통하여 평가하고 분석한다. The development of wireless network technology and the increasing use of wireless networks to mobile users with a variety of wireless network systems has arisen. Wireless sensor networks, they can be nested together, and the need to switch between the network, depending on your needs. NGWN (Next Generation Wireless Networks) gives the mobile user a wide coverage and optimized service etc. which various wireless networks are integrated to provide ubiquitous communication In this integrated architecture fluid hand off support of management is an important factor. Previous hand off management protocol is not enough to secure support of the NGWN application program. CLF(Cross-layer Handoff) protocol technique has been developed to support between and inside networks of hand off management of NGWN. CLH supports mobility management in a wireless network environment and also utilizes mobility speed and hand-off signaling delay information to improve the hand-off performance ability. For the analysis of hand-off performance ability, we analyzed sensitivity of link layer and network layer, therefore, CLH technique is suggested based on this analysis. Through the diverse theoretical analyses on this thesis, CLH is to improve the hand-off performance ability in the network and the between.

UMTS에서 패킷 데이터 서비스를 위한 핸드오프 성능 개선 방법

홍재영 충남대학교 대학원 2002 국내석사

rs is increasing rapidly. In addition, as the mobile telecommunication technologies are improved, many users want to use Internet at any time and at any place. When a Mobile Node(MN) moves into a cell which the Internet GPRS Support Node{IGSN) is different from the previous cell, UMTS performs three stages of a handoff in series, that is, IGSN Relocation, Routing Area Update(RAU) and Mobile IP Registration. This requires a complex signaling operation between MN and Core Network(CN) nodes. This complexity results in signaling latency and user data loss. Therefore, UMTS needs the optimized handoff signaling procedure. This study proposes a fast handoff scheme that reduces signaling latency and user data loss during the handoff. This improvement is achieved by carrying out IGSN Relocation, RAU and Mobile IP Registration concurrently. The proposed fast handoff scheme is compatible with the existing protocols such as the standard Mobile IP and Mobile IP Route Optimization protocol. This study also includes a simulation experiment for comparing the existing method to the proposed method. As a result of a simulation, the proposed method is carried out more than 25% faster than the existing method. Consequently, the fast handoff scheme reduces signaling latency and user data loss during a handoff. So, the performance of UMTS is improved by using the fast handoff scheme.

셀룰러 IP 핸드오프 성능개선 방안

류영택 영산대학교 정보통신대학원 2004 국내석사

전송계층에 대한 Mobile IP 핸드오프 영향 및 성능 개선 방안에 대한 고찰

이상칠 울산대학교 정보통신대학원 2001 국내석사