Efficient routing protocols for QoS enhancement of wireless mobile networks

국문 초록 (Abstract)

최근 무선이동 컴퓨팅 기술의 발전으로 휴대용의 모바일 기기를 가진 사용자들은 언제 어디서나 고품질의 인터넷 서비스를 이용하기를 원한다. 이러한 요구를 부합하기 위한 방안으로 모바일 애드 혹 네트워크와 인터넷 또는 셀룰러 망과 같은 기반 망과의 연동을 고려한 하이브리드 애드 혹 네트워크에 대한 연구가 부각되고 있다. 이는 적은 인프라 시설로 넓은 지역의 모바일 기기의 인터넷 접근을 용이하게 하며, 모바일 기기는 멀티 홉 라우팅에 의해 고정된 전송 파워로 서비스를 제공받을 수 있다. 하이브리드 애드 혹 네트워크에서는 단말들간의 정보 교환이나 수집은 물론이며 기반 망에서 제공되는 다양한 콘텐츠나 서비스를 이용할 수 있다.
본 연구에서는 애드 혹 네트워크의 인터넷 연결성을 위한 효율적인 방안을 모색한다. 모바일 단말의 끊김 없는 인터넷 접속을 보장하기 위해 호스트 이동성 지원 프로토콜인 Mobile IPv6와 애드 혹 네트워크를 연동하는 것을 목표로 한다. 이러한 통합 네트워크 구축을 위해서는 게이트웨이의 새로운 구성요소가 필요하며, 각 모바일 단말에게 고유한 IP주소를 할당해줘야 한다. 따라서 게이트웨이의 선택 및 검색, 주소의 동적 할당과 인터넷 통신을 위한 효율적인 라우팅 프로토콜 등의 문제가 중요하게 다뤄지고 해결되어야 한다. 본 연구의 2장에서 애드 혹 네트워크의 잦은 이동 환경에서 불필요한 주소 변경을 방지하고, 게이트웨이 검색의 오버헤드를 최소화하기 위해 프리픽스 위임 방식과 애드 혹 네트워크에 가상 계층의 토폴로지를 생성하는 기법을 제안한다. 이것은 핸드오프 비용과 지연 시간을 줄여주며, 외부 노드와의 통신에서 최적의 라우팅 프로토콜을 제공해준다.
하이브리드 애드 혹 네트워크는 홈 네트워크, 텔레매틱스, 센서네트워크 분야 등의 유비쿼터스 응용 플랫폼에서 사용자 요구에 부합하는 다양한 종류의 서비스 제공이 가능해진다. 그러나 무선 이동 네트워크에서 불안정한 링크에 의한 전송 거리와 전송 대역폭 및 모바일 단말의 배터리 제약은 대용량의 실시간 데이터 처리를 요구하는 서비스의 원활한 제공을 어렵게 한다. 따라서 본 연구의 3장에서는 기반 망에서 제공하는 인프라를 활용하여 에너지 효율성을 고려한 클러스터 기반의 계층적 라우팅 기법을 제안한다. 인덱스 기반의 브로드캐스팅 기법을 적용한 경로 전달 모델을 통해 단말이 필요한 정보만을 선택적으로 청취함으로써 불필요한 에너지 손실을 줄인다. 또한, 경로 탐색 및 유지비용과 경로 설정에 필요한 지연시간을 줄였다.
점차 무선 인터넷 서비스 지역이 점차 확대되면서, 사용자들은 더 나아가 기차, 배, 버스 등의 교통 수단에서 인터넷 연결을 유지하고자 한다. 언제 어디서나 인터넷에 접속 가능하며, 이동에 관계없이 접속 상태를 유지하고자 하는 네트워크 사용자들의 요구에 따라 네트워크 이동성(NEtwork MObility: NEMO)이 등장하였다. NEMO 프로토콜은 호스트 이동성 기술의 확장을 통해 네트워크 그룹 단위의 이동성을 지원하여, 네트워크 내의 모바일 단말들이 이동을 인식하지 않고 인터넷 연결 서비스를 받을 수 있도록 하는 기술이다. 최근 네트워크 이동성 기술 표준화를 위하여 IETF NEMO 워킹 그룹에서는 NEMO Basic Support 프로토콜을 제안하였다. 이 프로토콜은 이동 라우터와 홈 에이전트 사이의 양방향 터널을 사용하여 이동 네트워크 내 노드들의 이동 투명성을 제공하면서 인터넷 연결을 유지시켜준다. 그러나 이동 네트워크의 중첩 현상은 양방향 터널 수의 증가를 가져왔고, 이것은 비효율적인 핀볼 라우팅 문제를 발생시킨다.
이에 따라 본 연구에서는 중첩된 환경에 관계없이 단말들 간의 경로를 최적화 할 수 있는 방안을 모색한다. 4장에서는 이동 네트워크 내의 단말과 인터넷 외부 단말간의 경로 최적화 방안을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 단말의 이동 투명성을 제공하기 위해 기존의 프리픽스 위임 메커니즘을 개선하였으며, 주소 변환 기능과 최적화된 경로의 등록 절차를 수행한다. 외부 라우팅 최적화에 이어, 5장에서는 중첩 이동 네트워크 내 단말들 간의 통신을 위한 내부 라우팅의 최적화 방안을 제안한다. 확장성 있는 라우팅 캐시의 구축을 통해 이동 네트워크 접속점의 연결 상태에 관계없이 안정된 내부 단말 간의 통신이 보장되며, 동시에 외부 홈 에이전트를 거치지 않고 효율적이고 최적화된 라우팅이 가능하다. 이로써 본 연구에서 제안한 외부 및 내부 통신의 경로 최적화 방안은 추가적인 터널링 없이 중첩 이동 네트워크를 지원하며, 패킷의 오버헤드와 전송 딜레이 또한 줄인다.

목차 (Table of Contents)

• 1 Introduction 1
• 1.1 Hybrid Ad Hoc Networks 1
• 1.2 Network Mobility 5
• 1.2.1 Terminology 5
• 1.2.2 NEMO Basic Support Protocol 5
• 1.2.3 Problem Statement for Route Optimization 8
• 2 Internet Connectivity of Ad Hoc Networks 12
• 2.1 Related Works 12
• 2.2 The Proposed Scheme 16
• 2.2.1 Virtual Hierarchical Architecture 16
• 2.2.2 Routing Protocol 21
• 2.2.3 MIPv6 Support for MANET Handoff 23
• 2.3 Performance Evaluation 26
• 2.3.1 Impact of the MANET Node Mobility 27
• 2.3.2 Impact of the Density of MANET 28
• 3 Energy-Efficient Routing Scheme for Hybrid Ad Hoc Networks 30
• 3.1 Related Works 30
• 3.1.1 Clustering Scheme 30
• 3.1.2 Energy-Efficient MANET Routing 32
• 3.2 The Proposed Scheme 34
• 3.2.1 System Model 34
• 3.2.2 Adaptive Clustering Method 36
• 3.2.3 Energy-Efficient Routing Protocol 38
• 3.3 Performance Evaluation 43
• 3.3.1 Energy Model 43
• 3.3.2 Simulation Environment 44
• 3.3.3 Simulation Results 45
• 4 Inter-NEMO Route Optimization 47
• 4.1 Related Works 47
• 4.1.1 Reverse Routing Header (RRH) 47
• 4.1.2 Neighbor Discovery Proxy (ND-Proxy) 48
• 4.2 The Proposed Scheme 49
• 4.2.1 Improved Prefix Delegation 49
• 4.2.2 Delegated Prefix Translation 51
• 4.2.3 Optimized Path Registration (OPR) 52
• 4.2.4 Case Study 55
• 4.3 Performance Evaluation 57
• 4.3.1 Analytical Model 57
• 4.3.2 Numerical Results 61
• 5 Intra-NEMO Route Optimization 64
• 5.1 Related Works 64
• 5.1.1 RO Schemes for Inter-NEMO Communication 64
• 5.1.2 ROTIO for Intra-NEMO Communication 64
• 5.2 The Proposed Scheme 67
• 5.2.1 Hierarchy based on Prefix Delegation 67
• 5.2.2 Routing Cache Management 69
• 5.2.3 Routing Operation 71
• 5.2.4 Handoff Consideration 73
• 5.3 Performance Evaluation 76
• 5.3.1 Additional Cost Comparison 76
• 5.3.2 Simulation Environment 77
• 5.3.3 Simulation Results 78
• 6 Conclusions 81
• References 83
• 국 문 초 록 87
• Abstract 90