KR20030010264A - 이동 인터넷 통신망 및 그 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 인터넷 통신망에 관한 것으로, 본 발명에서는 홈 에이전트, 외부 에이전트 및 이동 노드를 구비하는 이동 인터넷 통신망에 지역 에이전트를 더 구성하였으며, 지역 에이전트는 외부 에이전트들 중에서 선택되어 이동 노드가 상기 지역 에이전트의 관할 내에서 이동할 때에는 홈 에이전트를 대신하여 이동 노드의 움직임을 처리한다. 본 발명은 지역 등록 메시지를 처리하기 위한 지역 에이전트 시스템을 구축하기 위해서 별도의 장치를 추가하지 않고 기존의 홈 에이전트와 외부 에이전트를 활용하고, 지역 에이전트 변경 시기를 이동 노드의 이동 임계치에 근거해 동적으로 결정한다.
따라서 본 발명에서는 이동 노드가 지역 에이전트를 통해 지역 핸드오프를 수행하므로 이동 노드가 홈 에이전트에서 멀리 떨어져 있어도 기존의 이동 인터넷과 달리 성능에 거의 영향을 끼치지 않는다.

Description

이동 인터넷 통신망 및 그 작동 방법{NETWORK FOR MOBILE INTERNET AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 이동 인터넷 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인터넷에 이동성을 지원하는 이동 인터넷의 등록 과정을 개선하여 이동 노드의 핸드오프 시에 홈 에이전트로의 등록 시간을 절감시킨 이동 인터넷 통신망 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
이동 인터넷 프로토콜은 IETF (Internet Engineering Task Force)에서 제안된 IP의 이동성을 지원하는 표준안으로 이동 에이전트 그리고 이동 노드(Moving Node)로 구성되며, 이동 에이전트는 홈 에이전트(Home Agent)와 외부 에이전트(Foreign Agent)로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 기존의 이동 인터넷 프로토콜을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 고정 노드(Corresponding Node : CN)가 이동 노드(MN)로 패킷을 전송할 때에 홈 에이전트(HA)를 경유하는 이동 인터넷 통신망에서의 삼각 라우팅을 도시하는 도면이다.
먼저, 이동 인터넷에서는 이동 노드(MN)의 접속 위치에 따른 IP 주소 변경문제를 해결하기 위하여 홈 주소와 의탁 주소 두개의 IP 주소를 사용한다. 홈 주소는 이동 노드(MN)의 고유 식별 값으로 이동 노드(MN)가 등록되어 있는 홈 에이전트(HA)의 위치를 나타낸다. 의탁 주소는 새로운 연결 지점마다 값이 바뀌며 이동 노드(MN)의 실제적인 위치를 반영하는 주소로 실질적으로 외부 에이전트(FA)의 위치를 말한다.
홈 에이전트(HA)는 홈 네트워크에 등록된 이동 노드(MN)의 IP 주소를 관리하고 이동 노드(MN)의 IP 주소로 전달된 패킷을 실제 이동 노드가 위치한 의탁 주소(COA: Care-Of Address)로 전해주는 역할을 수행하며, 외부 에이전트(FA)는 현재 접속해 있는 이동 노드(MN)의 등록 및 관리 그리고 패킷을 전송하는 역할을 수행한다.
이동 노드(MN)는 연결 지점을 바꿀 때마다 새로운 의탁 주소 즉 외부 에이전트(FA)의 주소를 홈 에이전트(HA)에 등록한다. 홈 에이전트(HA)는 고정 호스트(FH)로부터 전달받은 패킷을 이동 노드(MN)에게 전달하기 위해 의탁 주소를 목적지 주소로 하여 터널링 기법을 이용해 패킷을 의탁 주소를 갖는 외부 에이전트(FA)에 전송한다. 패킷이 의탁 주소 즉 해당 외부 에이전트(FA)에 도착되면 최종적으로 이동 노드(MN)로 전달된다.
이러한 구성은 기존의 이동망 네트워크에 홈 에이전트(HA), 외부 에이전트(FA) 및 이동 노드(MN)와 같은 구성만을 추가하면 되므로 기존의 네트워크와 호환성이 좋은 것이 최대의 장점이다.
도 2에는 이동 노드(MN)가 매 핸드오프마다 홈 에이전트(HA)로 등록하는 과정이 도시되어 있다. 이러한 과정을 설명하면 다음과 같다.
1. 이동 노드(MN)는 현재 속해있는 외부 에이전트(FA)로 등록 요청 메시지를 전송한다.
2. 외부 에이전트(FA)는 등록 요청 메시지를 홈 에이전트(HA)에 전달한다.
3. 홈 에이전트(HA)는 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 등록 응답 메시지를 통해 외부 에이전트(FA)에 제공한다.
4. 외부 에이전트(FA)는 이동 노드(MN)로 등록 응답 메시지를 전달한다.
상술한 등록 과정은 이동 노드(MN)가 현재 서브 넷에서 다른 서브 넷으로 이동하여 핸드오프가 발생할 때마다 수행되어야 한다. 따라서 이동 노드(MN)가 홈 에이전트(HA)에 등록하는 시간 동안에는 고정 호스트(FH)에서 이동 노드(MN)로 전송되어야 하는 IP패킷 지연 및 이로 인한 패킷의 손실이 발생한다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 이동 노드(MN)의 등록 시간을 절감시켜 패킷의 지연과 손실을 방지한 이동 인터넷 통신망을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 홈 에이전트와, 외부 에이전트와, 이동 노드를 구비하는 이동 인터넷 통신망에 있어서, 지역 에이전트를 더 구비하며, 상기 지역 에이전트는 상기 외부 에이전트들 중에서 선택되어 상기 홈 에이전트를 대신하여 이동 노드의 움직임을 처리하도록 구성한다.
본 발명은 또한 홈 에이전트와, 외부 에이전트와, 이동 노드를 구비하는 이동 인터넷 통신망에서 상기 외부 에이전트를 상기 이동 노드의 지역 에이전트(LA)로 설정하는 방법으로, 관할 영역 내의 상기 이동 노드들에게 지역 에이전트로서 기능 여부를 알리는 에이전트 광고 메시지가 상기 외부 에이전트로부터 제공되는 단계와; 상기 외부 에이전트로부터의 상기 에이전트 광고 메시지에 따라 상기 외부 에이전트를 상기 이동 노드의 지역 에이전트로 결정하는 단계와; 상기 외부 에이전트를 지역 에이전트로 결정하였음을 알리는 상기 이동 노드의 등록 요청 메시지를 상기 외부 에이전트에 제공하는 단계와; 상기 이동 노드로부터 등록 요청 메시지를 수신한 외부 에이전트로부터의 등록 요청 메시지를 상기 홈 에이전트에 제공하는 단계와; 상기 홈 에이전트는 상기 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 알리는 상기 홈 에이전트로부터의 등록 응답 메시지를 외부 에이전트에 제공하는 단계와; 상기 홈 에이전트로부터의 등록 응답 메시지를 수신한 상기 외부 에이전트로부터의 등록 응답 메시지를 이동 노드에 제공하는 단계를 구비하며, 상기 단계들의 수행에 따라 상기 이동 노드가 홈 에이전트에 등록되면 상기 이동 노드 자신의 현재 의탁 주소는 홈 에이전트에 제공되고, 상기 이동 노드의 지역 에이전트가 할당된다.
도 1은 종래 이동 인터넷 통신망의 개략도,
도 2는 종래 이동 인터넷 통신망에서 이동 노드의 등록 절차를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망의 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망에서 이동 노드의 초기 등록 절차를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망에서 홈 등록 절차를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망에서 지역 에이전트에 대한 등록 절차를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망에서 지역 에이전트의 교체 여부를 판단하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망에서의 셀 구성의 예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망에서 등록 비용을 도시한 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 이동 인터넷 통신망에서 핸드오프 지연으로 패킷 손실 확률을 도시한 그래프.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
HA : 홈 에이전트 LA : 지역 에이전트
FA : 외부 에이전트 MN : 이동 노드
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
빈번하게 핸드 오프를 수행하는 이동 노드(MN)로 패킷을 전송하기 위해서는 이동 노드(MN)가 홈 에이전트(HA)에 등록되어 있어야 한다. 본 발명에서는 지역 에이전트라는 새로운 이동 에이전트의 개념 및 매크로 이동과 마이크로 이동이라는개념을 도입하였다.
도 3에는 지역 에이전트(Local Agent : LA)의 개념을 도입한 본 발명의 통신망이 도시되어 있다.
지역 에이전트(LA)는 후술하는 바와 같이 외부 에이전트(FA)들 중에서 선택되는 것으로 홈 에이전트(HA)를 대신하여 이동 노드(MN)의 움직임을 처리한다. 이동 노드(MN)가 홈 에이전트(HA)에서 멀리 떨어져 있는 상태에서 핸드오프가 수행되는 경우에 이동 노드(MN)와 인접한 지역 에이전트(LA)가 이동 노드(MN)의 등록 메시지를 처리하므로 핸드오프 지연과 이로 인하여 발생하는 패킷 손실을 현저하게 감소시킬 수 있다. 이와 같이 지역 에이전트(LA)가 움직임을 처리할 수 있는 이동 노드(MN)의 움직임을 본 명세서에서는 마이크로 이동이라 칭하였으며, 지역 에이전트(LA)가 움직임을 처리할 수 없는 이동 노드(MN)의 움직임을 메크로 움직임이라 칭하였다.
마이크로 움직임은 결국 하나의 지역 에이전트(LA)가 관할하는 외부 에이전트(FA)들의 영역 내에서의 이동 노드(MN) 움직임을 의미하며, 메크로 움직임이란 지역 에이전트(LA)가 관할하는 외부 에이전트(FA)들의 영역 외로 이동 노드(MN)가 움직이는 것을 의미한다.
매크로 이동성을 지원하기 위하여 홈 에이전트(HA)는 이동 노드(MN)의 홈 주소와 지역 에이전트(LA) 주소 사이의 바인딩 정보를 보유한다. 마이크로 이동성을 위해서는 지역 에이전트(LA)가 이동 노드(MN)의 홈 에이전트(HA)와 의탁 주소(외부 에이전트(FA)의 주소) 사이의 바인딩 정보를 갖는다. 따라서 이동 노드(MN)가 마이크로 이동했을 경우에는 지역 에이전트(LA)는 바뀌지 않고 이동 노드(MN)가 접속된 외부 에이전트(FA)만 바뀌게 되므로 이동 노드(MN)의 지역적 움직임은 홈 에이전트(HA)와는 독립적으로 작용한다. 이동 노드가 접속된 외부 에이전트(FA)를 변경하는 것이 지역 핸드오프이고 지역 에이전트(LA)를 변경하는 것이 라우팅 핸드오프이다.
지역 에이전트(LA) 개념을 적용하면 이동 인터넷에서 등록 과정이 홈 등록과 지역 등록으로 구분된다. 이동 인터넷은 초기화를 위해 현재 외부 에이전트(FA)를 지역 에이전트(LA)로 설정하거나 새로운 지역 에이전트(LA)를 설정할 때 홈 등록을 수행한다. 이동 노드(MN)는 지역 에이전트(LA)에 등록한 상태에서 이웃하는 셀로 이동할 경우 즉 지역 에이전트(LA)가 관할하는 영역 내에서의 이동시에는 홈 등록은 필요 없고 단지 지역 등록만 필요하다.
도 4에는 이동 노드(MN)의 지역 에이전트(LA)가 정해지지 않은 초기 상태에서 외부 에이전트(FA)들 중의 하나를 지역 에이전트(LA)로 설정하는 과정이 도시되어 있다.
이동 노드(MN)의 지역 에이전트(LA)가 정해지지 않은 초기 상태에서 외부 에이전트(FA)는 지역 에이전트(LA)의 역할도 동시에 수행한다. 즉 외부 에이전트(FA)는 관할 영역 내의 이동 노드(MN)들에게 지역 에이전트(LA)로서 기능 여부를 알리는 에이전트 광고 메시지를 제공한다.
외부 에이전트(FA)로부터의 에이전트 광고 메시지를 수신한 이동 노드(MN)는 외부 에이전트(FA)가 지역 등록을 지원하면 이 외부 에이전트(FA)를 자신의 지역에이전트(LA)로 결정하고 등록 요청 메시지를 외부 에이전트(FA)에 전송한다. 이동 노드(MN)로부터 등록 요청 메시지를 수신한 외부 에이전트(FA)는 홈 에이전트(HA)로 등록 요청 메시지를 전달한다. 홈 에이전트(HA)는 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 등록 응답 메시지를 지역 에이전트(LA) 즉 외부 에이전트(FA)로 전송하며, 외부 에이전트(FA)는 홈 에이전트(HA)로부터의 응답 메시지를 이동 노드(MN)로 전달한다.
위와 같이 이동 노드(MN)가 성공적으로 홈에 등록하면 이동 노드(MN) 자신의 현재 의탁 주소를 홈 에이전트(HA)에 알려주는 것과 동시에 이동 노드(MN)는 지역 에이전트(LA)를 할당받는다. 이동 노드(MN)가 현재 위치한 영역 내에서 즉 외부 에이전트(FA)의 관할 영역 내에서 외부 에이전트(FA)는 지역 에이전트(LA)와 외부 에이전트(FA)의 역할을 동시에 수행한다. 이동 노드(MN)가 다른 영역 즉 다른 외부 에이전트(FA) 영역으로 이동해도 이동 전의 외부 에이전트(FA)는 지역 에이전트(LA)의 역할은 지속적으로 수행한다.
다음으로 도 5를 참조하여 이동 노드(MN)가 현재의 지역 에이전트(LA)를 갱신하거나 새로운 지역 에이전트(LA)를 설정하는 홈 등록 과정을 상세히 설명한다.
이동 노드(MN)는 현재 지역 에이전트(LA)를 갱신하거나 새로운 지역 에이전트(LA)를 설정하기 위한 태그를 포함한 홈 등록 요청 메시지를 현재 속해 있는 외부 에이전트(FA)로 전송한다. 홈 등록 요청 메시지는 이동 노드(MN)의 홈 주소, 홈 에이전트(HA) 주소, 현재 지역 에이전트(LA) 주소와 외부 에이전트(FA) 의탁 주소 값으로 구성된다.
외부 에이전트(FA)는 이동 노드(MN)로부터의 홈 등록 요청 메시지를 현재 지역 에이전트(LA)로 전송한다.
현재 지역 에이전트(LA)는 홈 등록 요청 메시지를 홈 에이전트(HA)로 전송하고, 홈 에이전트(HA)는 홈 등록 요청 메시지를 수신해 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 알리는 홈 등록 응답 메시지를 현재 지역 에이전트(LA)로 전송한다. 현재 지역 에이전트(LA)는 홈 등록 응답 메시지를 외부 에이전트(FA)로 전송하고, 외부 에이전트(FA)는 지역 에이전트(LA)로부터의 홈 등록 응답 메시지를 이동 노드(MN)에 전달한다.
한편, 이동 노드(MN)는 다른 서브넷으로 이동하거나 생존시간을 갱신하기 위한 경우에 지역 에이전트(LA)에 지역 등록을 해야 한다. 이러한 과정을 도 6을 참조하여 설명한다.
이동 노드(MN)는 현재 속해 있는 외부 에이전트(FA)로 지역 등록 요청 메시지를 전송한다. 외부 에이전트(FA)는 지역 등록 요청 메시지를 현재 지역 에이전트(LA)로 전송한다. 지역 에이전트(LA)는 지역 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 지역 등록 응답 메시지를 통해 외부 에이전트 전송하고, 외부 에이전트(FA)는 이동 노드(MN)로 지역 등록 응답 메시지를 전달한다.
상술한 바와 같이 이동 노드(MN)가 서브 넷을 옮겨 갈 때 이동 노느(MN)는 먼저 현재 속한 지역 에이전트(LA)에 지역 등록을 개시한다. 이처럼 이동 노드(MN)가 지역 등록을 수행할 경우에 이동 노드(MN)가 유선망에 연결되는 접속점이 이전 외부 에이전트(FA)에서 현재 외부 에이전트(FA)로 변경된다. 한편 이동 노드(MN)는지역 에이전트(LA)를 변경하기 위하여 홈 등록을 개시할 수 있으며, 이 경우 이동 노드(MN)의 접속점은 변경되지 않으므로 홈 등록 지연은 패킷 손실을 발생시키지 않는다.
한편, 상술한 예에서 이동 노드(MN)가 현재의 지역 에이전트(LA)를 교체 즉 새로운 지역 에이전트(LA)를 결정하여야 하는 지를 판단하는 과정이 도 7에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에서 이동 노드(MN)가 홈 등록을 수행한 후에 이동 횟수(m)가 기 설정된 이동 임계치(M)보다 큰가를 판단하여 이동 임계치(M)보다 클 때에는 새로운 지역 에이전트(LA)를 결정하여 등록하나, 이동 임계치(M)보다 작은 때에는 기존의 지역 에이전트(LA)를 계속하여 이용한다. 여기서, 이동 횟수(m)라 함은 이동 노드(MN)가 현재의 서브 넷에서 다른 서브 넷으로 이동한 횟수를 의미하며, 이동 임계치(M)는 이동 노드(MN)의 이동 횟수(m)에 따라 지역 에이전트(LA)를 변경하여야 한다고 판단되는 적절한 값으로 설정하여야 함은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 것이다.
이하에서는 상술한 구성을 갖는 본 발명의 성능 및 등록 비용에 대하여 설명한다.
본 발명에서는 이동망이 셀로 구분된다고 가정한다. 하나의 셀에 하나의 이동 에이전트가 할당되어 있고 이동 에이전트는 이동 노드(MN)와 무선으로 패킷을 주고받을 수 있다. 하나의 이동 에이전트는 하나의 셀만 담당하고 셀들은 상호 중첩되지 않는다. 이동 노드(MN)는 현재 셀에서 이웃하는 셀로 움직일 때 이동한다고볼 수 있다. 따라서 임계치(M)를 갖는 이동-기반 라우팅 핸드오프 기법을 적용시킬 수 있다. 즉 이동 노드(MN)는 임계치(M)이상으로 이동한 후에 현재 외부 에이전트(FA)를 경유해 라우팅 핸드오프를 하기 위해 홈 등록을 개시한다.
본 예에서는 이동 노드(MN)가 이동하는 두 셀 사이의 거리로 도 8과 같이 두 셀간 셀 개수의 최소값을 취하였다. 본 발명에서는 이동 에이전트가 하나의 셀을 담당하는 라우터로 이웃하는 셀을 담당하는 다른 이동 에이전트와 유선망을 통해 직접 패킷을 주고 받는 상황을 고려한다. 이동 에이전트간의 거리는 셀간의 거리를 이용한다.
이동망이 동일한 크기의 서로 겹치지 않는 사각형의 메쉬 형태로 구성될 때 도 8과 같이 7*7 크기의 셀 영역을 생각한다. 좌표가 각각 (x1, y1)과 (x2, y2)인 두 셀간의 거리는 |x1-x2|+|y1-y2| 이다. 각 좌표의 라벨 값은 라벨 0에서부터 해당 좌표까지의 거리를 나타낸다.
홈 에이전트(HA)와 지역 에이전트(LA), 지역 에이전트(LA)와 외부 에이전트(FA) 및 홈 에이전트(HA)와 외부 에이전트(FA) 사이의 거리는 기존 이동 인터넷과 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 확장 모델의 성능을 평가하는데 있어서 중요한 변수이다. 현재 지역 에이전트(LA)가 셀의 중앙에 위치한다고 가정했을 때 거리값(i)인 셀은 중앙으로부터 거리(i)만큼 떨어져있는 것을 나타낸다. 지역 에이전트(LA)와 현재 외부 에이전트(FA) 사이의 거리를 결정하기 위해서크기의행렬을 정의한다. 여기서은 이동 노드(MN)의 이동 임계치이다. 각각의 행렬값은 이동 노드(MN)가번 이동했을 때 중앙으로부터 거리i인 셀에서 거리j인 셀로 이동할 확률을 나타낸다.일 경우는 수학식 1과 같다.
수학식 1에서는m=1일때 즉 이동 노드(MN)가 한번 이동했을 때 거리값이i인 셀에서 거리값이j인 셀로 이동할 확률 값을 나타낸다.의 값은 일정하다.
즉값은 이동 노드(MN)의 시간과 위치에 관계없이 일정한 값을 갖는다.이 2이상일 경우에 행렬에 대해서 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
의 행렬값 중는 이동 노드(MN)가번 움직인 이후에 지역 에이전트(LA)와 현재 외부 에이전트(FA) 사이의 거리가j일 확률을 나타낸다. 행렬을 계산하기 위해서는 이동 노드(MN)의 이동 모델을 랜덤 워크(Random walk) 모델로 결정한다. 랜덤 워크 모델에서는 이동 노드(MN)가 현재 셀에서 이웃하는 네 방향의 셀로 각각 1/4의 확률로 이동한다.
따라서 수학식 1에서의값은 다음과 같이 고정된 값을 갖는다.
등록비용은 이동 에이전트에서 등록 메시지를 처리하는 비용과 에이전트간 메시지의 전송 비용으로 구분된다. 편의상 이동 에이전트에서 소요되는 처리 비용을 동일한 값으로 정하고로 표기한다. 전송 비용()은 메시지를 주고받는 이동 에이전트간 거리에 비례한다고 가정하고 비례상수는로 표기한다.
예 1) 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷에서의 전송 비용
홈 에이전트(HA)와 지역 에이전트(LA) 사이의 전송 비용을, 지역 에이전트(LA)와 외부 에이전트(FA) 사이의 전송 비용을, 외부 에이전트(FA)와 이동 노드(MN) 사이의 무선 링크에서의 전송 비용을라 한다.
도 6은 현재 외부 에이전트(FA)가 지역 에이전트(LA)와 다른 셀에 위치하는 경우의 지역등록 메시지 흐름을 보여준다. 현재 외부 에이전트(FA)가 지역 에이전트(LA) 기능을 하면 지역 에이전트(LA)와 이동 노드(MN)가 지역 등록 메시지를 곧바로 주고받고 홈 에이전트(HA)와 현재 외부 에이전트(FA)가 홈 등록 메시지를 주고받는다. 따라서 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷의 지역 등록 비용은 수학식 4와 같다.
지역 에이전트(LA)와 외부 에이전트(FA) 사이의 거리가j이면가 된다. 무선 링크의 전송 비용은 일반적으로 유선 링크 보다 높으므로 외부 에이전트(FA)와 이동 노드(MN) 사이의 전송 비용을라 할 수 있다. 따라서 지역 에이전트(LA)에서j만큼 떨어진 지역에서 지역 등록하는데 필요한 비용은 수학식 5와 같다.
도 5를 참조하여 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷의 홈 등록 비용은 수학식 6과 같이 구할 수 있다.
홈 에이전트(HA)와 지역 에이전트(LA) 사이의 거리가k라고 가정했을 때C_hl =를 얻을 수 있다. 지역 등록 비용을 계산할 때와 유사하게 지역 에이전트(LA)를 이용한 이동 인터넷에서의 홈 등록 비용은 수학식 7과 같다.
의 구성요소는 현재 외부 에이전트(FA)가 현재 지역 에이전트(LA)에 거리가j만큼 떨어져 있을 확률 값이다. 이동 노드(MN)가 홈 등록 이후에번 이동했을 때의 평균 지역 등록 비용()은 수학식 8과 같다.
임계치(M)을 갖는 이동-기반 핸드오프 기법을 고려할 때 이동 노드(MN)가 임계치(M)만큼 이동하면 홈 등록을 통해 새로운 지역 에이전트(LA)에 등록한다. 이동 노드(MN)가 임계치(M)만큼 이동한 후에 현재 지역 에이전트(LA)와 이동 노드(MN)가 접속되어 있는 외부 에이전트(FA) 사이의 거리는 수학식 9와 같다.
홈 에이전트(HA)와 현재 지역 에이전트(LA) 사이의 거리를k라고 했을 때 전송 비용은 거리에 비례하고 이때 비례 상수는이다. 따라서 홈 등록 비용은 수학식 10과 같이 구할 수 있다.
수학식 10에서 마지막 항은 이동 노드(MN)가 현재 지역 에이전트(LA)와 동일한 셀에 위치할 때 현재 외부 에이전트(FA)가 지역 에이전트(LA) 기능을 수행해 지역 에이전트(LA)에서 별도의 처리비용이 필요치 않아 비용을 절감시키는 경우이다.이동 노드(MN)는 한번 이동할 때마다 지역 등록을 수행하고 임계치(M)만큼 움직일 때마다 홈 등록을 수행하므로 움직임 당 평균 등록 비용은 수학식 11과 같다.
예 2) 기존 이동 인터넷에서의 등록 비용
홈 에이전트(HA)(HA)와 외부 에이전트(FA)(FA) 사이의 전송 비용을라고 하자. 도 4에서 이동 인터넷의 등록 메시지 흐름을 나타내었다. 도 4에서 이동 노드(MN)는 무선 링크를 통해 외부 에이전트(FA)에 등록 요청 메시지를 전송한다. 외부 에이전트(FA)는 등록 요청 메시지를 처리하고 홈 에이전트(HA)에 넘겨준다. 홈 에이전트(HA)는 등록 요청 메시지를 처리하고 외부 에이전트(FA)에 등록 답변 메시지를 전송한다. 외부 에이전트(FA)는 등록 답변 메시지를 처리하고 이동 노드(MN)로 메시지를 넘겨준다. 따라서 이동 인터넷에서 이동당 등록 비용은 수학식 12와 표현할 수 있다.
홈 에이전트(HA)와 현재 외부 에이전트(FA)사이의 평균 거리를k라고 하자. 전송비용은 비례상수()를 가지며 거리에 비례하므로는로 나타낼 수 있다.
외부 에이전트(FA)와 이동 노드(MN) 사이의 전송 비용()은로 나타낼 수 있으므로 이동 인터넷에서 단위 시간당 평균 등록 비용은 수학식 13과 같다.
여기서은 이동 노드(MN)의 이동 비율을 나타낸다.
다음으로 핸드오프 지연으로 인한 패킷 손실 확률에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
이동 인터넷 모델에서 이동 노드(MN)가 현재 외부 에이전트(FA)에서 다른 외부 에이전트(FA)로 핸드오프 하는 동안 이동 노드(MN)는 네트워크와의 연결이 끊어지게 된다. 이러한 상태를 패킷이 떠있는(in- flight) 상태라고 하는데 이와 같이 패킷이 떠있는 상태는 이동 노드(MN)와 이전 외부 에이전트(FA)가 연결이 끊어지는 시점부터 이동 노드(MN)가 새로운 외부 에이전트(FA)로 등록되기 직전까지 지속된다. 패킷이 떠있는 상태일 때는 이동 노드(MN)로 전송되는 모든 패킷은 폐기된다. 따라서 반드시 패킷 재전송이 필요하고 이로 인하여 처리율 감소가 뒤따른다.
예 1) 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷 모델의 패킷 손실 확률
핸드오프를 지역 핸드오프와 라우팅 핸드오프로 구분 할 수 있다. 지역 핸드오프 수행하는 동안 이동 노드(MN)는 네트워크로부터 일시적으로 분리된다. 패킷이 떠있는 상태가 발생하여 패킷이 손실된다. 반면에 라우팅 핸드오프하는 동안에는 단지 지역 에이전트(LA)만이 새로운 지역 에이전트(LA)로 바뀐다. 이전 지역 에이전트(LA)와 새로운 지역 에이전트(LA)로 전달된 패킷은 모두 현재의 외부 에이전트(FA)로 전달된다. 홈 에이전트(HA)와 이동 노드(MN) 사이에 방해 요인이 없으므로 패킷이 폐기되지 않는 것이다.
핸드오프 지연이 길어지면 패킷이 폐기될 확률이 높아져 네트웍의 처리율이 낮아지게 된다. 기존의 이동 인터넷 모델과 지역 에이전트(LA) 개념을 추가한 모델에서 에이전트를 발견하는 시간을 두 모델에 동일하게 적용함으로써 등록 지연으로 인한 패킷의 손실 확률을 평가하는데 주안점을 둔다.
등록 지연은 이동 에이전트에서 등록 메시지를 처리하는 지연과 이동 에이전트간에 등록 메시지를 전송하는데 필요한 전송 지연으로 구성된다. 전송 지연은 등록 요청 및 응답 메시지가 전송되는 링크의 거리에 비례하고 처리 지연은 모든 이동 에이전트에서 동일하다고 가정한다. 이동 노드(MN)의 움직임과 패킷의 도착은 독립적이라고 가정하면 이동 인터넷에서 단위 시간당 등록 지연으로 인해 폐기되는 패킷의 손실 확률은 수학식 14와 같다.
지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷 환경에서 이동 노드(MN)는 현재 외부 에이전트(FA)를 바꾸는 지역 등록 시에만 네트워크에서 일시적으로 분리된다. 이동 노드(MN)가 라우팅 핸드오프 발생 후에m번 이동했을 때 평균 지역 등록 지연은 앞에서 계산한과 같은 값을 갖는다. 매 이동시 지역 등록을 수행하므로 움직임 당 평균 지역 등록 지연은 수학식 15와 같다.
따라서 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷 환경에서 등록 지연으로 인한 패킷 손실 확률은 수학식 16과 같다.
위에서 설명한 본 발명에 의하면, 기존의 이동 인터넷망에 별도의 시스템을 추가하지 않고 기존의 자원을 활용해 지역 에이전트(LA)로 활용할 수 있다는 장점이 있다. 기존의 이동 인터넷에 이동성을 제공하기 위해 제안된 홈 에이전트(HA)와 외부 에이전트(FA)를 지역 에이전트(LA)로 활용이 가능하다. 지역 에이전트(LA) 시스템을 도입했을 때 등록 비용 측면과 핸드오프로 인한 패킷 손실 확률 측면을 분석하면 다음과 같다.
먼저 등록 비용을 보면 다음과 같다.
도 9는 이동 노드(MN)의 이동 비율()은 0.1,w는 2이고 비례 상수()와 전송 비용()가 다른 조건일 때 이동 임계치(M)의 변화를 준 경우의 등록 비용을 나타내었다. 기존 이동 인터넷의 경우 이동 임계치를 사용하지 않지만 지역 에이전트(LA) 모델과 비교를 위해서 이동 인터넷의 평균 등록 비용도 함께 도시하였다.
우선 비례 상수()는 1이고 전송 비용()는 0인 도 9a를 살펴 보면 다음과 같다.
이 경우 에이전트간 전송 비용이 전체 등록 비용을 점유하고 에이전트에서 처리 비용은 무시한다. 임계치(M)가 1일 때 이동 노드(MN)가 매 이동할 때마다 라우팅 핸드오프가 발생한다. 즉 이동 노드(MN)의 매 이동시마다 지역 등록과 홈 등록을 모두 수행하는 것이다. 이 경우에는 이동 인터넷과 비교해서 높은 비용이 요구되므로 이동 임계치(M)가 1보다 작을 때는 기존 이동 인터넷을 사용하는 것이 유리하다.
이동 임계치(M)가 1보다 큰 경우에는 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷의 평균 등록 비용이 기존 이동 인터넷의 평균 등록 비용보다 훨씬 적게 나타난다. 홈 에이전트(HA)와 외부 에이전트(FA) 사이의 거리(k)가 커질수록 두 모델간의 평균 등록 비용의 차이는 더 증가한다. 이동 임계치(M)가 1 보다 클 때 평균 등록 비용은 크게 감소한다. 이동 임계치(M)값이 비교적 작을 때 평균 등록 비용의 최소치를 얻을 수 있다. 따라서 평균 등록 비용의 최소치를 통해 이동 임계치(M)의 최적값을 구할 수 있다. 이동 임계치(M)가 최적값을 넘으면 평균 등록 비용이 감소되는 정도가 약해지는데 이동 임계치(M)가 증가할 때 지역 에이전트(LA)와 외부 에이전트(FA) 사이의 평균 거리의 증가율이 상대적으로 작기 때문이다.
또한 거리(k)값이 증가하면 평균 등록 비용이 높아지는 것을 보여준다. 서로 다른 거리(k)에서 나타나는 곡선의 모양은 대체로 비슷하지만 최적값의 분포는 서로 다른 지점에서 나타난다.
다음으로 도 9b를 참조하여 비례 상수()는 0 이고 전송 비용()는 1인 상황에 대해 평균 등록 지연을 분석한다. 이 경우 에이전트에서 등록 메시지의 처리 비용이 전체 등록 비용을 점유하고 에이전트간 전송 비용은 무시된다. 전송 비용이 전체 비용에서 차지하는 비중이 무시할만하기 때문에 홈 에이전트(HA)와 외부에이전트(FA) 사이의 거리(k)가 결과에 영향을 끼치지 않는다. 이동 임계치(M)가 증가하면서 평균 등록 비용은 급격히 줄어든다. 이동 임계치(M) 값이 계속해서 증가하면 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷의 평균 등록 비용이 기존 이동 인터넷의 평균 등록 비용에 거의 근접해지는 것을 볼 수 있는데 전송 비용을 고려하지 않았을 경우에는 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷의 지역 등록 비용과 기존 이동 인터넷의 등록 비용이 동일한 값을 갖기 때문이다. 두 모델간 등록 비용의 차이는 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷 모델에서는 반드시 홈 등록이 필요하기 때문이다. 이동 임계치(M)가 증가하면 단위 시간당 홈 등록 횟수는 감소하고 두 모델간 평균 등록 비용은 비슷해지게 된다.
다음으로 핸드오프 지연으로 인한 패킷 손실 확률에 대하여 설명한다.
도 10은 비례 상수()가 0.01이고 전송 비용()가 0.001인 경우이다. 도 10a는 홈 에이전트(HA)와 현재 외부 에이전트(FA) 사이의 거리인k값이 변화할 때 등록 지연으로 인하여 발생하는 패킷 손실 확률을 보여준다. 패킷 손실 확률은 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷 환경에서는 거리(k)값에 무관하게 나타난다. 반면에 기존 이동 인터넷 환경에서는 거리(k)가 증가함에 따라 패킷 손실 확률값도 비례해서 증가한다. 따라서 이동 노드(MN)가 홈 에이전트(HA)에서 멀리 떨어질수록 지역 에이전트(LA)를 적용하는 것이 유리함을 알 수 있다.
또한 도 10b는 이동 임계치(M)값이 변화할 때 등록 지연으로 인하여 발생하는 패킷 손실 확률을 보여준다. 지역 에이전트(LA) 개념을 적용한 이동 인터넷 환경에서는 이동 임계치(M)가 증가함에 따라 패킷 손실 확률 값도 증가한다. 따라서이동 임계치(M)가 1일 때 결과값이 최소치를 갖는다. 이동 임계치(M)이 1일 경우는 이동 노드(MN)가 속한 외부 에이전트(FA)가 지역 에이전트(LA)로 동작하는 경우이므로 등록 지연 시간은 짧아지고 이로 인하여 패킷 손실 확률은 낮아진다. 이동 임계치(M)가 증가하면서 지역 에이전트(LA)와 외부 에이전트(FA) 사이의 평균거리는 서서히 증가하므로 패킷 손실 확률이 서서히 증가하게 된다. 도 9에서 이동 임계치(M)이 1일 경우에 전체 등록 비용이 상당히 높게 나타났으므로 이동 임계치(M)가 1보다 클 때 패킷 손실 확률이 다소 증가하더라도 이동 임계치(M)는 1보다 큰 값을 적용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 지역 에이전트를 도입하므로 이동 노드의 지역 핸드오프를 홈 에이전트가 관여하지 않도록 하였으며, 지역 에이전트를 적용하므로 이동 노드가 홈 에이전트에서 멀어질수록 등록 비용이 상당히 감소되며, 등록 지연 시간이 짧아짐에 따라 등록 지연으로 인한 패킷 손실을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 홈 에이전트와, 외부 에이전트와, 이동 노드를 구비하는 이동 인터넷 통신망에 있어서,
    지역 에이전트를 더 구비하며,
    상기 지역 에이전트는 상기 외부 에이전트들 중에서 선택되어 상기 홈 에이전트를 대신하여 이동 노드의 움직임을 처리하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이동 인터넷 통신망.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지역 에이전트는 관할하고 있는 외부 에이전트들의 영역간에서의 이동 노드의 움직임을 처리하도록 구성됨을 특징으로 하는 이동 인터넷 통신망.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈 에이전트는 상기 이동 노드의 홈 주소와 지역 에이전트 주소 사이의 바인딩 정보를 보유함을 특징으로 하는 이동 인터넷 통신망
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지역 에이전트는 상기 이동 노드의 홈 에이전트와 외부 에이전트의 주소 사이의 바인딩 정보를 보유함을 특징으로 하는 이동 인터넷 통신망.
  5. 홈 에이전트와, 외부 에이전트와, 이동 노드를 구비하는 이동 인터넷 통신망에서 상기 외부 에이전트를 상기 이동 노드의 지역 에이전트(LA)로 설정하는 방법으로,
    관할 영역 내의 상기 이동 노드들에게 지역 에이전트로서 기능 여부를 알리는 에이전트 광고 메시지가 상기 외부 에이전트로부터 제공되는 단계와;
    상기 외부 에이전트로부터의 상기 에이전트 광고 메시지에 따라 상기 외부 에이전트를 상기 이동 노드의 지역 에이전트로 결정하는 단계와;
    상기 외부 에이전트를 지역 에이전트로 결정하였음을 알리는 상기 이동 노드의 등록 요청 메시지를 상기 외부 에이전트에 제공하는 단계와;
    상기 이동 노드로부터 등록 요청 메시지를 수신한 외부 에이전트로부터의 등록 요청 메시지를 상기 홈 에이전트에 제공하는 단계와;
    상기 홈 에이전트는 상기 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 알리는 상기 홈 에이전트로부터의 등록 응답 메시지를 외부 에이전트에 제공하는 단계와;
    상기 홈 에이전트로부터의 등록 응답 메시지를 수신한 상기 외부 에이전트로부터의 등록 응답 메시지를 이동 노드에 제공하는 단계를 구비하며,
    상기 단계들의 수행에 따라 상기 이동 노드가 홈 에이전트에 등록되면 상기 이동 노드 자신의 현재 의탁 주소는 홈 에이전트에 제공되고, 상기 이동 노드의 지역 에이전트가 할당되는 이동 인터넷 통신망의 작동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이동 노드의 현재 지역 에이전트의 갱신 및 새로운 지역 에이전트가 설정되어야 하면, 상기 이동 노드로부터 제공되는 지역 에이전트의 설정을 위한 태그를 포함한 홈 등록 요청 메시지를 외부 에이전트로 전송하는 단계와;
    상기 홈 등록 요청 메시지를 수신한 외부 에이전트(FA)는 수신된 홈 등록 요청 메시지를 현재의 지역 에이전트로 전송하는 단계와;
    상기 지역 에이전트는 상기 수신된 홈 등록 요청 메시지를 홈 에이전트로 전송하고, 홈 에이전트로부터의 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 알리는 홈 등록 응답 메시지를 상기 외부 에이전트(FA)로 전송하는 단계와;
    상기 외부 에이전트는 상기 지역 에이전트로부터의 홈 등록 응답 메시지를 상기 이동 노드에 제공하는 단계를 구비하는 이동 인터넷 통신망의 작동 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 이동 노드는 다른 서브 넷으로 이동한 경우 및 생존 시간의 갱신을 위하여 현재 속해 있는 외부 에이전트에 지역 등록 메시지를 전송하는 단계와;
    상기 외부 에이전트는 수신된 지역 등록 요청 메시지를 현재 지역 에이전트로 전송하는 단계와;
    상기 지역 에이전트는 지역 등록 요청에 대한 수락 또는 거절 여부를 지역 등록 응답 메시지를 통해 외부 에이전트 전송하는 단계와;
    상기 외부 에이전트(FA)는 상기 지역 에이전트로부터의 지역 등록 응답 메시지를 상기 이동 노드에 전달하는 단계를 구비하는 이동 인터넷 통신망의 작동 방법.
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