KR20070028782A - 패스트 핸드오버 프로토콜에서 버퍼관리방법 - Google Patents

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KR20070028782A
KR20070028782A KR1020050083113A KR20050083113A KR20070028782A KR 20070028782 A KR20070028782 A KR 20070028782A KR 1020050083113 A KR1020050083113 A KR 1020050083113A KR 20050083113 A KR20050083113 A KR 20050083113A KR 20070028782 A KR20070028782 A KR 20070028782A
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Abstract

본 발명은 패스트 핸드오버 프로토콜에서 버퍼관리방법에 관한 것으로, 이동노드, 현재 서비스 중인 PAR, NAR로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템의 핸드오버시 AR에서의 버퍼링한 패킷관리방법에 있어서, 상기 이동단말이 핸드오버할 경우에 상기 PAR, NAR이 상기 이동단말로 향하는 패킷을 버퍼링하고, 상기 핸드오버시 지연시간을 계산하기 위한 타임스탬프(Timestamp) 메시지를 핸드오버 메시지에 피기배킹하여 교환하는 과정과, 상기 타임스탬프 메시지를 교환한 후, 상기 PAR, NAR이 상기 이동단말의 핸드오버시 발생하는 총 지연시간을 계산하여 패킷버퍼링을 위한 QoS(Quality of Service)기준수치를 생성하는 과정과, 상기 기준수치 생성 후, 상기 PAR, NAR 이 상기 기준수치를 이용한 특정 알고리듬을 적용하여 버퍼링한 패킷 중 상기 알고리듬에 의한 기준에 미달하는 패킷을 버리는 과정과, 상기 PAR, NAR이 상기 알고리듬 기준에 미달하는 패킷을 버린 후 남은 패킷을 상기 이동노드로 전달하는 과정을 포함하는 것으로 Mobile IPv6 기술이 기반이 되는 IPv6 용 패스트 핸드오버 기술에서 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 AR에서 버퍼링하는 패킷 중 실시간 패킷 전송시 QoS의 기준범위를 위반하는 범위의 패킷을 버림으로써 유선에 비해 상대적으로 부족한 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 버퍼 관리 방법은 버퍼링 기술을 필요로 하는 어떠한 무선프로토콜에서도 사용할 수 있는 이점이 있다.
모바일 아이피(MOBILE IP), 패스트 핸드오버(FAST HANDOVER), 무선랜, 버퍼(BUFFER), 억세스라우터(AR, ACCESS ROUTER), 이동노드(300)(MN, MOBILE NODE)

Description

패스트 핸드오버 프로토콜에서 버퍼관리방법{METHOD FOR BUFFER MANAGEMENT IN FAST HANDVOER PROTOCOL}
도 1은 Mobile IPv6 기술에서 핸드오버시 지연시간의 요소를 도시한 도면,
도 2는 패스트 핸드오버 기술에서 핸드오버시 지연시간의 요소를 도시한 도면,
도 3은 기존의 예상가능 패스트 핸드오버의 과정을 도시한 도면,
도 4는 기존의 반응적 패스트 핸드오버의 과정을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기존의 메시지를 변경한 예상가능 패스트 핸드오버의 과정을 도시한 도면,
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 버퍼관리방법을 적용한 반응적 핸드오버의 과정을 도시한 도면,
도 7은 패스트 핸드오버 과정 중 지연시간을 구하기 위해 사용되는 타임스탬프 요구(Request)/응답(Reply)/통지(Notification) 메시지를 도시한 도면,
도 8은 패스트 핸드오버 과정 중 지연시간을 구하기 위해 사용되는 타임스탬프 보고(Report)메시지를 도시한 도면,
도 9는 AR에서 버퍼링한 패킷의 처리과정을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 모의실험를 위한 네트워크의 구조를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 핸드오버시 트래픽 전송 비율에 따른 버퍼에 저장한 패킷과 버린 패킷의 수를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 트래픽 전송 비율에 따른 전송한 패킷과 버퍼에 저장한 패킷 중 버린 패킷의 양를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 버퍼에 저장한 패킷 중 버린 패킷의 비율을 도시한 도면, 및,
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 버퍼에 저장한 패킷 중 네트워크 지연에 따라 버린 패킷의 수를 도시한 도면,
본 발명은 패스트 핸드오버 프로토콜(Fast Handover Protocol)에 관한 것으로, 특히 이동노드가 핸드오버할 경우, 실시간 트래픽(Real-time Traffic) 데이터에 대한 AR(Access Router)에서의 버퍼(Buffer)관리방법에 관한 것이다.
현재 각 사무실이나 학교 또는 상용 서비스중인 유선을 이용한 인터넷 연결이 무선랜을 사용한 무선통신이나 블루투스(Bluetooth), 적외선통신 등을 이용한 무선통신을 이용한 연결로 급격하게 전환되고 있다.
한편으로, 인터넷이 정보화 사회에서 정보 인프라로 자리매김하면서 사용자 및 기기의 증가로 인해 여러 가지 문제들이 생겨났다. 이에 따른 IP주소 고갈문제해결, 라우팅의 효율성, 보안, 이동성, QoS(Quality of Service) 등을 목표로 IPv6(Internet Protocol v6)이 탄생하였고 실제 현실에 적용하는 단계에 이르렀다.
또한, 무선통신은 이동노드가 통신 중 이동을 허용하기 때문에 자연스럽게 IP 이동성에 대한 요구가 증가하게 되었고, 인터넷 관련 기술 표준화 단체인 IETF(Internet Engineering Task Force)에서 상기 IP 이동성에 대한 기술적 해결책인 Mobile IP 기술과 Fast Handover 기술을 제공하게 이르렀다.
상기 IP이동성 관리는 네트워크 이동성 관리 구조로 볼 때 계층적인 구조를 가지는데 상기 이동노드(300)가 임의의 특정 노드와 통신할 경우에 인터넷 전체를 대상으로 한 경우의 거시적인 이동성(Macro Mobility) 관리와 이동노드(300)가 속한 억세스 네트워크에서의 이동성을 관리하기 위한 미시적인 이동성(Micro Mobility) 관리로 나눌 수 있다.
상기 Mobile IP 기술은 이동노드가 특정 상대노드와 통신하고 있는 경우, 현재 이동노드(300)가 속한 네트워크에서 다른 네트워크로 이동하더라도 상기 이동노드(300)의 IP 주소를 변경하지 않고도 현재의 통신상태를 끊김 없이 유지할 수 있는 거시적인 관점에서의 이동성 지원문제를 해결하기 위한 기술이다.
상기 Mobile IP 기술은 IP(Internet Protocol)의 버전에 따라 두 가지 방식이 있는데 Mobile IP version 4 와 Mobile IP version 6가 있다.
상기 Mobile IPv6의 핸드오버 과정은 다음과 같이 세 가지 과정으로 나눌 수 있다.
첫째는 이동노드의 움직임을 감지하는 이동 감지(Movement Detection) 과정이고, 둘째는 새로운 네트워크의 IPv6 주소를 구성하는 새로운 CoA(nCoA, New Care of Address) 구성과정이고, 마지막 세 번째는 HA(Home Agent)나 상대방 노드인 CN(Corresponding Node)으로 새로운 CoA(nCoA)를 등록하는 바인딩갱신(Binding Update) 과정이다.
상기 이동감지 과정은 3계층(L3, Layer 3)에서의 이동감지를 의미한다. 2계층(L2, Layer2)에서의 이동감지는 IEEE802.11a/b/g 같은 2계층의 프로토콜에서 AP 사이의 이동을 감지하는 것을 의미한다.
도 1은 Mobile IPv6 기술에서 핸드오버시 지연시간의 요소를 도시한 것이다.
상기 도 1을 참조하면, 총 핸드오버 지연시간(150)은 상기 이동감지 과정의 지연시간(120), 새로운 CoA(nCoA)구성과정의 지연시간(130), 바인딩갱신의 지연시간(140)의 합에 2계층의 핸드오버과정의 지연시간을 더한 것이다.
무선통신에서의 핸드오버, 즉, 이동성의 추세는 상기 이동노드의 통신속도가 증가하고 더 많은 대역폭(Bandwidth)를 지원하기 위해 상기 셀의 크기는 점점 작아짐에 따라 상기 이동노드의 핸드오버가 빈번하게 발생하게 되는 경향을 띄고 있다.
상기 Mobile IPv6 기술을 사용하면서 통신하는 이동노드는 상기 셀의 크기가 작아짐에 따라 잦은 핸드오버로 상기 홈 에이전트로 바인딩갱신하는 횟수가 많아짐에 따라 바인딩갱신 패킷(Packet)의 증가와 바인딩갱신 완료까지의 지연시간의 증가에 따른 통신지연 등의 여러가지 문제가 발생하였다.
상기 이동감지, 새로운 CoA(nCoA) 구성과정, 바인딩갱신 과정은 핸드오버시 필수적으로 요구되는 과정들이고 각각의 과정은 지연시간을 가지고 있으며 상기 지연 시간의 합인 총 지연시간은 실시간 서비스에 지장을 초래할 정도의 큰 영향을 줄 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 패스트 핸드오버 기술이 상기 IETF에 제안되었다.
상기 패스트 핸드오버 기술은 크기가 상대적으로 작은 셀에서 VoIP(Voice Of IP)나 화상회의 등, 지연시간에 민감한 실시간 트래픽(Realtime Traffic)이 사용될 경우에 핸드오버시 지연을 줄이기 위한 미시적인 관점에서의 이동성 지원문제를 해결하기 위한 기술이다.
상기 패스트 핸드오버 기술은 Mobile IP의 버전에 따라 두 가지 방식이 있는데 Mobile IP version 4에서는 Low Latency Handoffs in Mobile IPv4가 있고 Mobile IP version 6에서는 Fast Handovers for Mobile IPv6를 들 수 있다. 본 발명에서는 Fast Handovers for Mobile IPv6 에 관해 설명할 것이다.
지금까지 IETF에서는 3계층이상의 메커니즘만 관심만 가졌지 2계층 이하는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 같은 다른 기관의 몫이고 다른 계층과의 연동을 그렇게 고려하지 않았다.
하지만, 지금은 패스트 핸드오버를 위해서 2계층과의 긴밀한 상호연동에 대해서 점차적으로 중요성을 인식하고 2계층의 핸드오버와 2계층에서 3계층으로 전달해주는 여러가지 2계층의 트리거(L2 Trigger) 정보들을 많이 고려하고 있다.
상기 패스트 핸드오버 기술은 링크레이어(Link Layer)인 2계층에서 발생하는 핸드오버 사전정보(L2 Trigger)를 이용하여 새로운 링크(Link) 검출 시 2계층의 핸드오버 이전에 네트워크 레이어(Network Layer)인 3계층의 핸드오버의 일부를 미리 수행하여 핸드오버 시 지연시간을 줄여 특히 시간 지연에 민감한 실시간 서비스에 적합한 기술이다.
도 2는 패스트 핸드오버 기술에서 핸드오버시 지연시간의 요소를 도시한 것이다.
상기 도 2를 참조하면, 이동노드가 2계층 핸드오버 이전에 3계층 핸드오버(L3)에 필요한 정보를 미리 구성하기 때문에 총 핸드오버 지연시간(230)이 줄어든다.
상기 패스트 핸드오버 기술은 상기 핸드오버 시 현재 통신 중인 AR(PAR, Previous AR)에서 이동하고자 하는 AR(NAR, New AR)로 양방향 터널을 만들어 상기 양방향 터널을 이용하여 새로운 AR(NAR)로 핸드오버 한 후, 상기 이동노드로 즉각적인 데이터 전송이 가능한 기술이다.
상기 PAR은 현재 통신 중인 핸드오버 하기 이전의 AR(Access Router)를 의미하고, 상기 NAR(New Access Router)은 핸드오버 한 후 이동노드와 통신하게 될 새로운 AR을 의미한다.
이하에서는, 패스트 핸드오버 기술을 자세히 설명할 것이다.
상기 패스트 핸드오버를 하기 위해서는 상기 이동노드의 이동을 감지하여야 한다. 상기 이동노드의 이동을 감지하는 방법은 두 가지 방법이 있다. 하나는 이동 노드가 2계층에서 NAR로의 이동을 감지하고 PAR로 NAR에 대한 정보를 요청하는 Mobile Initiated 핸드오버가 있고, 다른 하나는 이동노드의 이동을 이동노드가 아닌 AR에서 감지하는 Network Initiated 핸드오버가 있다.
상기 두 가지 핸드오버 중 IEEE 802.11a/b/g를 기반으로 한 무선랜의 경우는 Network Initiated 핸드오버가 불가능하여 현재는 Mobile Initiated 핸드오버가 더욱 실질적인 방안으로 대두되고 있다. 여기서는 Mobile Initiated 핸드오버의 경우의 빠른 핸드오버 과정을 설명한다.
도 3은 기존의 예상가능 패스트핸드오버의 과정을 도시한 것이다.
상기 패스트 핸드오버 과정은 상기 이동노드(MN, Mobile Node)(300)가 2계층에서 이동이 예상되는 AR과 현재 통신하고 있는 AR간에 핸드오버 이전에 터널을 형성하고 패킷을 전달하여 패킷 지연과 손실을 줄이는 과정이다.
상기 패스트 핸드오버 방법은 상기 핸드오버할 AR을 예상할 수 있어 예상가능 패스트 핸드오버(Predictive Fast Handover)라고 한다.
상기 도 3을 참조하면, 먼저, 상기 이동노드(300)가 이동하면서 2계층의 정보(trigger)를 통해 사전에 NAR(304)에 접근했음을 감지하면 상기 이동노드(300)는 310단계에서 현재 자신이 새로운 NAR(304)로 핸드오버 한다는 정보를 현재 통신중인 PAR(302)로 알리기 위해 RtSolPr(Router Solicitation for Proxy)메시지를 상기 PAR(302)로 전송한다.
이때, 상기 RtSolPr 메시지에는 상기 NAR(304)에 대한 링크계층주소가 포함된다. 상기 무선랜의 경우 상기 링크계층주소는 NAR(304)의 BSSID(Basic Service Set Indetifier)가 될 수 있고 상기 BSSID 는 상기 NAR(304)의 MAC(Medium Access Control)주소이다.
상기 RtSolPr 메시지를 수신한 PAR(302)은 기 확보한 NAR(304)에 대한 정보를 이용하여 새로운 CoA(nCoA)를 구성하여 320단계에서 PrRtAdv(Proxy Router Advertisement)메시지에 새로운 CoA(nCoA)를 실어 상기 이동노드(300)로 전달한다. 이때, 상기 PAR(302)과 상기 NAR(304)은 서로 통신할 수 있으며 서로에 대한 정보를 공유하고 있다고 가정한다.
상기 PrRtAdv 메시지를 수신한 상기 이동노드(300)는 330단계에서 FBU(Fast Binding Update) 메시지를 PAR(302)로 보낸다. 상기 FBU 메시지는 상기 이동노드(300)가 상기 NAR(304) 영역으로 곧 핸드오버할 것을 의미하고, 상기 PAR(302)에게 상기 이동노드(300)로 향하는 패킷을 NAR(304)로 포워딩(Forwarding)할 것을 요청하는 메시지이다.
이후, 상기 이동노드(300)는 340 단계에서 2계층 핸드오버를 시작한다.
상기 PAR(302)이 FBU 메시지를 수신하면 350단계에서 NAR(304)과의 양방향 터널의 설정을 위하여 NAR(304)로 HI(Handover Initiate) 메시지를 보낸다. 상기 HI 메시지는 상기 이동노드(300)가 핸드오버한 후 사용할 새로운 CoA(nCOA)에 대한 검증을 NAR(304)에 요청하는 역할도 담당한다.
상기 NAR(304)은 양방향 터널을 구성하고 360단계에서 새로운 CoA (nCoA)에 대한 확인결과를 HACK(Handover Acknowledgement)메시지에 실어 PAR(302)로 전송한다.
상기 340~350 단계의 과정과 상기 350단계 부터의 과정은 서로 동시에 발생 할 수도 있다.
상기 HACK 메시지를 수신한 PAR(302)은 370단계에서 상기 NAR(304)에서의 새로운 CoA(nCoA)에 대한 검증결과를 FBACK(Fast Binding Acknowledgement) 메시지에 실어 상기 이동노드(300)로 전달하며 380단계에서 상기 이동노드(300)의 이전 CoA(PCoA)로 전송되는 패킷을 양방향 터널을 통하여 NAR(304)로 포워딩한다.
상기 PAR(302)은 상기 이동노드(300)의 위치를 정확히 알 수 없기 때문에 FBACK 메시지를 상기 PAR(302)영역과 NAR(304)영역 모두에 전송한다.
상기 이동노드(300)는 2계층 핸드오버 후 상기 NAR(304) 영역에서 상기 NAR(304)에 대한 새로운 링크가 형성되면 390단계에서 FNA(Fast Neighbor Advertisement) 옵션을 RS(Router Solicitation)메시지에 실어 상기 NAR(304)로 전송함으로써 상기 이동노드(300)의 존재를 알린다.
상기 FNA메시지는 상기 이동노드(300)가 NAR영역으로 2계층 핸드오버를 완료했다는 것을 의미한다.
만일, 상기 이동노드(300)가 핸드오버 전,후 과정 중에 상기 PAR(302)로 전송한 FBU 메시지에 대한 응답인 FBACK 메시지를 수신하지 못했다면 RS 메시지를 NAR(304)로 전송하여 새로운 CoA(nCoA)에 대한 검증을 NAR(304)에 요청한다.
상기 NAR(304)은 392 단계에서 상기 FNA 메시지를 수신 후, NAACK(Neighbor Advertisement Acknowledgement)옵션을 가지는 RA(Router Advertisement) 메시지에 검증결과를 실어 상기 이동노드(300)로 전달한다.
상기 RA메시지는 상기 NAR이 상기 이동노드(300)이 전송한 FNA메시지를 성공적으로 수신했다는 것을 의미한다.
이후, 상기 NAR(304)은 395단계에서 이동노드(300)로 패킷을 전달하며 상기 이동노드(300)는 새로운 CoA(nCoA)를 이용하여 Mobile IPv6 에 규정된 바인딩갱신 과정을 수행한다.
그러나 항상 상기의 경우처럼 상기 이동노드(300)의 이동이 항상 예측 가능한 것은 아니다. 상기 이동노드(300)의 움직임은 일정한 패턴을 가질 수도 있지만 그렇지 않은 경우도 가능하다.
따라서, 상기 이동노드(300)의 속도가 매우 빠르거나 무선 환경의 영향으로 이동노드(300)가 상기 NAR(304)로 핸드오버하는 것을 상기 이동노드(300)가 핸드오버이전에 현재 접속중인 PAR(302)로 사전에 알려주지 못하는 경우도 가능하다.
상기와 같은 경우에는, 상기 이동노드(300)가 상기 NAR(304)로 핸드오버 후에 빠른 핸드오버과정을 수행하게 되는데 이를 반응적 패스트 핸드오버(Reactive fast handover)라고 한다.
도 4는 기존의 반응적 패스트 핸드오버의 과정을 도시한 것이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 반응적 패스트 핸드오버(Reactive fast handover)의 경우에는 상기 이동노드(300)가 NAR(304)로 2계층 핸드오버 한 후 410단계에서 상기 이동노드(300)가 FBU 옵션를 포함한 FNA 메시지를 NAR(304)로 전송한다.
상기 FNA 메시지를 수신한 상기 NAR(304)은 420단계에서 상기 FNA 메시지에 포함된 상기 FBU를 추출한 후, 상기 PAR(302)로 전송한다.
상기 PAR(302)은 상기 수신한 FBU 메시지에 대한 응답으로 430단계에서 FBACK 메시지를 NAR(304)로 전송하여 두 라우터간에 터널을 형성한다. 이후, 상기 NAR(304)은 440단계에서 상기 PAR(302)이 버퍼링한 패킷을 수신하여 상기 이동노드(300)로 전달하게 된다.
상기 패스트 핸드오버 기술이 실시간 트래픽을 사용할 경우에 핸드오버 시 지연을 줄이기 위한 미시적인 관점에서의 이동성 지원문제를 해결하기 위한 기술이지만, 새로운 CoA(nCoA)를 구성할 때 상기 이동노드(300)가 직접 IPv6주소를 생성하는 스테이트리스 주소구성(Stateless Address Configuration)을 사용할 경우 IPv6주소의 중복사용 검사(DAD, Duplecated Address Detection)과정을 거쳐야 하기 때문에 기본적 CoA 구성에 대한 지연발생은 피할 수 없다.
또한, 상기 패스트 핸드오버 기술에서 DHCPv6(Dyncmic Host Configuration Protocol Version 6)서버가 상기 IPv6 주소를 생성하여 전달하는 스테이트풀 주소구성(Stateful Address Configuration)기술을 사용할 경우라도 상기 DHCPv6서버로의 메시지교환이 있어야 하므로 상기 DHCPv6 서버와의 네트워크 관점에서의 거리가 먼 경우도 지연발생이 필연적이다.
또한, 상기 패스트 핸드오버 기술에서 2계층 핸드오버 과정이 완료되었다 하더라도 3 계층(L3)의 RS 메시지 와 RA메시지 교환이 있어야 하므로 상기 과정에도 지연은 필수적이다.
이렇듯, 상기 패스트 핸드오버 기술을 사용하더라도 실시간 트래픽의 QoS(Quality of Service)를 만족할 만큼의 핸드오버시 지연시간의 감소가 아직 이루어 지지 않은 문제가 있다.
상기 문제점에 대한 보완책으로 상기 패스트 핸드오버 기술에서는 핸드오버 시 지연시간으로 인한 패킷 손실을 방지하기 위해 버퍼링(Buffering)을 제안하고 있다.
일반적으로 상기 이동노드(300)가 TCP(Transmission Control Protocol)를 사용할 때 패스트 핸드오버를 하는 경우. 상기 버퍼링을 통해 패킷 손실을 줄이고 타임아웃(timeout)을 미리 방지할 수 있어서 상기 버퍼링은 패킷손실 면에서나 TCP 성능면에서 유용한 기술이 될 수 있다.
하지만, 상기 경우와는 다른 지연시간과 지연시간의 변이(Delay Variance)에 민감한 실시간 트래픽의 경우에 상기 이동노드(300)가 패스트 핸드오버를 할 경우 AR에서의 무조건적인 버퍼링은 실시간 통신에서 가장 중요한 QoS 파라미터(Parmeter)인 지연시간과 지연시간변이의 기준을 만족하지 못하는 데이터를 무선구간에서 발생시켜 불필요한 데이터로 인한 성능 저하를 일으킬 수 있다. 즉 실시간 패킷전송에 대한 성능 저하가 발생할 수 있는 문제가 있다..
그 이유는 VoIP나 화상회의 같은 실시간 트래픽의 경우 RTP(Realtime Tranport Protocol)를 사용하여 RTP 헤더에 타임스탬프(Timestamp)를 두어 일정한 지연시간이 지난 패킷은 사용하지 않기 때문이다.
상술한 바와 같이, 상기 패스트 핸드오버에서 버퍼링이 제안되고 있기는 하지만 완전한 해결책은 아니며, 패스트 핸드오버의 주요 방법 중 하나인 실시간 패 킷 전송을 위한 무조건적인 버퍼링은 QoS를 중요시하는 실시간 패킷에서 기준 지연시간을 초과한 불필요한 패킷을 무선구간에 전송함으로써 유선구간에 비해 부족한 무선구간의 자원을 낭비할 수 있는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 패스트 핸드오버 프로토콜에서 버퍼관리방법을 제공함에 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 방법은 이동노드, 현재 서비스 중인 엑세스 라우터(PAR), 핸드오버 대상 억세스라우터(NAR)로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템에서 예상가능 패스트 핸드오버(Predictive Fast Handover)시 AR에서 버퍼링 방법에 있어서, 상기 이동노드가 상기 PAR과 NAR의 중첩영역에서 상기 NAR로 핸드오버를 하기 위해 상기 이동노드로 향하는 패킷을 상기 PAR에서 버퍼링하도록 요구하는 BI(Buffer Initiation)정보를 포함한 RtSolPr(Router Solocitation for Proxy)메시지를 PAR로 전송하는 과정과, 상기 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 수신한 PAR은 상기 이동노드로 향하는 패킷을 버퍼링하고 상기 이동노드가 핸드오버할 NAR로 상기 이동노드의 패킷 전송을 위한 버퍼링을 요청하는 BR(Buffer Request)를 포함한 HI(Handover Initiation)메시지를 전송하는 과정과, 상기 BR를 포함한 상기 HI메시지를 수신한 상기 NAR은 상기 요청한 버퍼를 할당한 후 버퍼링을 시작하고 상기 버퍼 할당여부를 나타내는 BA(Buffer Acknowledgement)를 포함한 HACK(Hnadover Acknowledgement) 메시지를 상기 PAR로 전송하는 과정과, 상기 BA를 포함한 HACK 메시지를 수신한 PAR은 상기 이동노드가 전송한 FBU(Fast Binding Update)메시지를 수신시 상기 버퍼링한 패킷을 상기 NAR로 전송하는 과정과, 상기 상기 버퍼링한 패킷을 수신한 NAR은 상기 패킷을 버퍼링하고 이동노드의 BF(Buffer Forwarding)을 포함한 FNA(Fast Neighbor Advertisement)메시지의 수신을 대기하는 과정과, 상기 이동노드가 NAR로 핸드오버 한후 버퍼링한 패킷의 전송을 요구하는 BF을 포함한 상기 FNA메시지를 상기 NAR로 전송하는 과정과, 상기 BF을 포함한 상기 FNA메시지를 수신한 NAR은 버퍼링하고 있던 패킷을 상기 이동노드로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 방법은 이동노드, 현재 서비스 중인 엑세스 라우터(PAR), 핸드오버 대상 억세스라우터(NAR)로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템에서 반응적 패스트 핸드오버(Reavtive Fast Handover)시 AR에서 버퍼링 방법에 있어서, 상기 이동노드가 상기 PAR과 NAR의 중첩영역에서 상기 NAR로 핸드오버를 하기 위해 상기 이동노드로 향하는 패킷을 상기 PAR에서 버퍼링하도록 요구하는 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 PAR로 전송하는 과정과, 상기 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 수신한 PAR은 상기 이동노드로 향하는 패킷을 버퍼링하는 과정과, 상기 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 PAR로 전송한 상기 이동노드가 일반적 핸드오버 과정을 거치지 않고 NAR로 갑자기 핸드오버를 한 후, 상기 NAR로 FBU를 포함한 FNA메시지를 전송하는 과정과, 상기 FBU를 포함한 FNA메시지를 수신한 상기 NAR은 버퍼링한 패킷의 전송을 요청하는 BFR(Buffer Forward Request)을 포함한 FBU메시지를 상기 PAR로 전송하는 과정과, 상기 BFR을 포함한 FBU메시지를 수신한 상기 PAR은 버퍼링한 패킷을 포워딩하고 BFA(Buffer Forward Acknowledgement)를 포함하는 FBACK 메시지를 응답메시지로 상기 NAR로 전송하는 과정과, 상기 BFA를 포함하는 FBACK 메시지를 수신한 상기 NAR은 PAR에서 전송한 패킷을 상기 이동노드로 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은 이동노드, 현재 서비스 중인 엑세스 라우터(PAR), 핸드오버 대상 억세스라우터(NAR)로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템의 핸드오버시 AR에서의 버퍼링한 패킷관리방법에 있어서, 상기 이동단말이 핸드오버할 경우에 상기 PAR, NAR이 상기 이동단말로 향하는 패킷을 버퍼링하고, 상기 핸드오버시 지연시간을 계산하기 위한 타임스탬프(Timestamp) 메시지를 핸드오버 메시지에 피기배킹하여 교환하는 과정과, 상기 타임스탬프 메시지를 교환한 후, 상기 PAR, NAR이 상기 이동단말의 핸드오버시 발생하는 총 지연시간을 계산하여 패킷버퍼링을 위한 QoS(Quality of Service) 적용 기준수치를 생성하는 과정과, 상기 기준수치 생성 후, 상기 PAR, NAR 이 상기 적용 기준수치를 이용한 특정 알고리듬을 적용하여 버퍼링한 패킷 중 상기 알고리듬에 의한 QoS 기준에 미달하는 패킷을 버리는 과정과, 상기 PAR, NAR이 상기 알고리듬 기준에 미달하는 패킷을 버린 후 남은 패킷을 상기 이동노드로 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 패스트 핸드오버 프로토콜에서 버퍼관리방법에 대해 설명할 것이다.
첫번째로 본 발명은 AR에서 기존의 핸드오버 관련 메시지를 변경한 핸드오버 과정을 제안한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기존의 메시지를 변경한 예상가능 패스트 핸드오버의 과정을 도시한 것이다.
상기 도 5를 참조하면, 이동노드(300)가 현재 통신하고 있는 AR이 아닌 다른 AR로 핸드오버가 할 경우에 상기 이동노드(300)는 510단계에서 현재 통신중인 AR인 PAR(302)에 버퍼링을 준비하도록 하기 위해 BI(Buffer Initiation)를 포함한 RtSolPr 메시지를 PAR(302)에 전송한다.
상기 BI는 별도의 메시지 형태로 전송하는 것이 아니라 RtSolPr 메시지의 예약된 비트(Reserved bit)영역에 포함시켜 전송할 수도 있다.
상기 BI를 포함한 RtSolPr 메시지를 수신한 PAR(302)은 상기 이동노드(300)로 향하는 패킷에 대한 버퍼링을 시작한다.
이후, 상기 이동노드(300) 와 PAR(302) 은 상기 도3의 310단계 부터 340단계까지의 과정의 동작을 수행한다.
이후, 상기 PAR(302)은 520단계에서 NAR(304)에 상기 이동노드(300)로 패킷 전송을 위한 버퍼링을 요청하기 위해 BR(Buffer Request)를 포함한 HI(Handover Initiate)메시지를 전송한다.
상기 BR은 별도의 메시지 형태로 전송하는 것이 아니라 HI 메시지의 예약된 비트(Reserved bit)영역에 포함시켜 전송할 수 있다.
이후, 상기 NAR(304)은 530단계에서 PAR(302)에 상기 BR에 대하여 버퍼할당여부를 결정한 BA(Buffer Acknowledgment)를 포함한 HACK(Handover Acknowledgment)메시지를 전송한다.
상기 BA는 별도의 메시지 형태로 전송하는 것이 아니라 HACK 메시지의 예약된 비트(Reserved bit)영역에 포함시켜 전송할 수 있다.
따라서, 상기 PAR(302)에 버퍼링된 패킷을 또는 핸드오버 시 PAR(302)에서 NAR(304)로 터널링되는 패킷을 상기 NAR(304)에서 상기 이동노드(300)로 전송할 때까지 버퍼링 할 수 있다.
이후, 이동노드(300)는 NAR(304)의 영역으로 2계층 핸드오버 한 이후에 850단계에서 BF(Buffer Forwarding)를 포함한 FNA(Fast Neighbor Advertisement)메시지를 상기 NAR(304)로 전송하여 버퍼링한 패킷의 전송을 요청한다.
상기 BF은 별도의 메시지 형태로 전송하는 것이 아니라 FNA 메시지의 예약된 비트(Reserved bit)영역에 포함시켜 전송할 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 버퍼관리방법을 적용한 반응적 핸드오버의 과정을 도시한 것이다.
패스트 핸도오버 기술에서 항상 이동노드(300)가 핸드오버할 새로운 AR을 예 상가능한 것은 아니기 때문에 무조건적인 버퍼링은 실시간 패킷 전달의 효율성에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서 반응적 패스트 핸등오버에서도 버퍼관리를 위한 메시지가 필요하다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 도 5의 경우처럼 이동노드(300)가 BI를 포함한 RtSolPr 메시지를 PAR(302)에 전송한다. 하지만 반응적 핸드오버의 경우에는 상기 이동노드(300)가 핸드오버가 AR에 대한 정보를 상기 PAR(302)에 제공하지 않기 때문에 상기 PAR(302)과 상기 NAR(304)간에 터널이 형성되지 않는다.
상기 이동노드(300)가 610단계에서처럼 핸드오버 한 이후에 FNA메시지를 상기 NAR(304)로 전송하기 때문에 BF를 포함한 FNA 메시지를 전송하여도 상기 NAR(304)에는 버퍼링한 패킷이 존재하지 않을 수도 있다.
따라서, 상기 NAR(304)에서 상기 PAR(302)로 FBU메시지를 전송할 때에는 상기 PAR(302)이 620단계에서처럼 버퍼링한 패킷을 요청하는 BFR(Buffer Forward Request)을 포함하여 전송한다.
상기 BFR은 별도의 메시지 형태로 전송하는 것이 아니라 FBU 메시지의 예약된 비트(Reserved bit)영역에 포함시켜 전송할 수 있다.
상기 FBU메시지를 수신한 상기 PAR(302)은 630단계에서 상기 BFR에 대한 결과인 BFA(Buffer Forward Acknowledgement)를 포함한 FBACK메시지를 상기 NAR(304)에 전송하고 버퍼링한 패킷을 상기 NAR(304)로 포워딩한다.
상기 BFA는 별도의 메시지 형태로 전송하는 것이 아니라 FBACK 메시지의 예약된 비트(Reserved bit)영역에 포함시켜 전송할 수 있다.
두번째로, 본 발명은 AR에서 버퍼관리를 위한 새로운 메시지를 제안한다.
도 7은 패스트 핸드오버 과정 중 지연시간을 구하기 위해 사용되는 타임스탬프 요구(Request)/응답(Reply)/통지(Notification) 메시지를 도시한 것이다.
상기 도 7을 참조하면, 타입(710)은 상기 도 7의 메시지가 타임스탬프메시지임을 표시하기 위해 사용되는 필드이다.
길이(720)은 상기 타임스탬프메시지의 크기를 의미한다. 체크섬(730)은 상기 타임스탬프메시지 송수신시에 발생할 수 있는 오류를 감지하기 위해 사용한다.
구분자(740)는 상기 타임스탬프메시지의 종류를 구분하기 위해 사용한다. 즉 요구, 응답, 통지메시지는 각각이 고유한 구분자를 가질 수 있다.
순서번호(750)는 상기 타임스탬프메시지의 순서 식별을 위해 사용한다.
원본타임스탬프(760)은 타임스탬프 요구/응답 메시지일 경우에 상기 타임스탬프 메시지의 전송직전의 시각을 기록하기 위해 사용한다.
수신타임스탬프(770)은 타임스탬프 요구메시지 수신 후, 타임스탬프 응답메시지를 생성할 때 상기 수신시각을 기록하기 위해 사용한다.
전송타임스탬프(780)은 타임스탬프 응답메시지를 전송할 때 전송직전의 시각을 기록하기 위해 사용한다.
도 8은 패스트 핸드오버 과정 중 지연시간을 구하기 위해 사용되는 타임스탬프 보고(Report)메시지를 도시한 것이다.
상기 도 8을 참조하면, 타입(810)은 상기 도 8의 메시지가 타임스탬프메시지임을 표시하기 위해 사용되는 필드이다.
길이(820)은 상기 타임스탬프메시지의 크기를 의미한다. 체크섬(830)은 상기 타임스탬프메시지 송수신시에 발생할 수 있는 오류를 감지하기 위해 사용한다.
구분자(840)는 상기 타임스탬프메시지의 종류를 구분하기 위해 사용한다. 즉보고 메시지는 고유한 구분자를 가질 수 있다.
순서번호(850)는 상기 타임스탬프메시지의 순서 식별을 위해 사용한다.
패킷수(860)는 AR에 버퍼링한 패킷의 패킷수를 기록하기 위해 사용한다.
패킷순서번호(870)는 AR에 버퍼링한 패킷의 패킷순서를 기록하기 위해 사용한다. 패킷타임스탬프(880)는 AR에 패킷이 도착할때의 시각을 기록하기 위해 사용한다.
상기 타임스탬프 메시지를 이용할 경우 패킷의 송신 시간은 "수신타임스탬프 필드" - "원본타임스탬프 필드"값을 계산하여 구할 수 있다.
상기 타임스탬프 메시지를 이용할 경우 패킷의 수신 시간은 "타임스탬프응답메시지 도작시간" - "전송타임스탬프 필드"값을 계산하여 구할 수 있다.
상기 타임스탬프 메시지 중 상기 타임스탬프 용구메시지는 상기 타임스탬프 응답메시지를 응답메시지로 요구하지만, 상기 타임스탬프 통지, 전송메시지는 응답메시지를 요구하지 않는다.
패스트 핸드오버시 버퍼링 한 패킷의 처리를 위해 지연시간을 구하면 하기 표 1과 같다.,
패스트 핸드오버 종류 토탈 패스트 핸드오버 지연시간
예상가능 패스트 핸드오버 Ttotal - ho = TQ _ PAR + TL2 - hand + TPARNAR + TMNNAR ( FNA ) + TNARMN ( RA ) + TQ _ NAR + TNARMN
반응적 패스트 핸드오버 Ttotal - ho = TQ _ PAR + TL2 - hand + TMNNAR ( FNA ) + TNARPAR ( FBU ) + TPARNAR ( FBACK ) + TPARNAR + TQ _ NAR + TNARMN
상기 표 1에서 TQ _ PAR 는 패킷이 PAR(302)의 버퍼에서 대기하는 시간을 의미한다. TL2-hand 는 이동노드(300)가 2계층핸드오버 시 소요되는 시간으로 상기 이동노드(300)가 상기 소요시간을 측정할 수도 있고 통계적으로 평균적인 핸드오버 시간을 적용하는 것도 가능한다.
TPARNAR 는 상기 PAR(302)에서 패킷을 NAR(304)으로 전송시 소요되는 시간을 의미한다.
예상가능 패스트 핸드오버의 경우, 상기 TPARNAR 는 상기 도5의 530단계에서 상기 NAR(304)은 HACK메시지에 타임스탬프 요구(Timestamp Request)메시지를 피기배킹(Piggybacking)하여 상기 PAR(302)에 전송하고, 상기 PAR(302)은 상기 도5의 540단계에서 FBACK메시지에 타임스탬프 응답(Timeastamp Reply)메시지를 전송하고 상기 NAR(304)이 상기 타임스탬프 응답메시지를 수신함으로써 측정할 수 있다.
상기 피기배킹은 특정 메시지의 뒤에 전송하고자 하는 메시지를 덧붙여 전송하는 것을 의미한다. 그리고 상기 TPARNAR 를 측정하는 경우, PAR(302)에서 NAR(304)로 패킷을 전송하는데 소요되는 시간과 상기 NAR(304)에서 PAR(302)로 패킷을 전송하는 시간은 같다고 가정한다.
반응적 핸드오버의 경우, 상기 TPARNAR 는 상기 도 6의 620단계에서 상기 NAR(304)은 FBU 메시지에 상기 타임스탬프 요구메시지를 피기배킹하여 상기 PAR(302)에 전송하고, 상기 PAR(302)은 상기 도6의 630단계에서 FBACK 메시지에 타임스탬프 응답메시지를 피기배킹하여 전송하고 상기 NAR(304)이 상기 타임스탬프 응답메시지를 수신함으로써 측정할 수 있다.
TMNNAR ( FNA ) 는 이동노드(300)에서 NAR(304)까지 패킷 전송시 소요시간을 의미한다.
예상가능 패스트 핸드오버의 경우와 반응적 패스트 핸드오버의 경우 모두 상기 TMNNAR ( FNA ) 는 도5의 550단계 또는 도6의 610단계처럼 FNA메시지에 타임스탬프 보고메시지를 피기배킹하여 측정할 수 있다.
TNARMN ( RA ) 는 RA메시지를 상기이동노드(300)에 전송할 경우의 소요시간으로 실제 트래픽 전송시 같이 전송할 수 있으므로 무시할 수 있다.
TQ _NAR(304) 는 패킷이 상기 NAR(304)의 버퍼에서 대기하는 시간을 의미한다.
TNARMN 는 패킷이 상기 NAR(304)에서 상기 이동노드(300)로 전송시 지연시간을 의미하고 상기 TMNNAR ( FNA ) 과 같은 지연시간을 적용할 수도 있다. 또한 타임스탬프 통지메시지를 이용하여 측정할 수도 있다.
TNARPAR ( FBU ) 과 TPARNAR ( FBACK ) 는 각각 패킷이 상기 NAR(304)에서 상기 PAR(302)로 전송시의 지연시간과, 상기 PAR(302)에서 상기 NAR(304)로 전송시의 지연시간을 의미하고 TPARNAR 과 같은 시간을 적용할 수 있다.
AR에서 버퍼링한 패킷의 처리는 상기 표1에서의 패스트 핸드오버시의 지연시간을 QoS의 파라미터 중 지연시간과 지연시간 변이의 임계값과 비교하여 상기 QoS 기준을 초과한 패킷을 버리는 과정을 포함한다.
도 9는 AR에서 버퍼링한 패킷의 처리과정을 도시한 것이다. 상기 도 9에서 K 는 AR버퍼내에 존재하는 패킷의 수를 나타낸다.
상기 도 9를 참조하면, 상기 AR은 상기 표 1의 계산방법에 의해 패스트 핸드오버시 패킷의 지연시간을 계산한다
이후, 상기 AR은 920단계로 진행하여 상기 패스트 핸드오버시 지연시간과 QoS 파라미터인 지연시간변이값을 연계하여 기준수치를 결정한다.
상기 패스트 핸드오버시 지연시간을 Ttotal - ho 라고 하고, 상기 지연시간변이의 임계값을 Tdv - th 라고 한다면 상기 기준수치는 상기 Ttotal - ho 를 Tdv - th 로 나눈 최대 정수값이 된다.
이후, 상기 AR은 930단계에서 상기 기준수치가 0 이면 940단계에서 상기 AR의 버퍼내의 모든 패킷을 전송한다.
만약, 상기 930단계에서 상기 기준수치가 0 보다 크고 950단계처럼 K 보다 작다면 기준수치만큼의 패킷을 버리고 (K-기준수치) 개의 패킷을 전송한다.
만약, 상기 950단계에서 기준수치가 K 보다 크다면 상기 AR은 970단계로 진행하여 상기 AR버퍼내의 모든 패킷을 버리고 본 발명에 따른 알고리듬을 종료한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 모의실험를 위한 네트워크의 구조를 도시한 것이다
상기 도 10을 참조하면, 상기 모의실험을 위한 프로그램은 Mobile IPv6와 패스트 핸드오버 프로토콜의 동작절차를 IETF의 최신 드래프트(Draft) 문서특성과 가장 가깝게 구현한 네트워크 시뮬레이터(NS-2, Network Simulator 2)를 사용하였고, 상기 NS-2 의 버전은 ns-allinone2.1b7a 이다.
상기 네트워크는 Mobile IPv6 의 등록 또는 바인딩갱신 과정을 위한 HA(1010), 이동노드(300)(MN)(1090)와 통신하기 위한 상대방노드(CN)(1030), 무선구간의 시작인 AR(1070,1080), 그리고 상기 CN(1030), HA(1010), 이동노드(300)(1090)를 연결하는 라우터들(1020, 1040, 1050, 1060, 1070, 1080)과 IP네트워크(1000)로 구성되어 있다.
상기 각각의 노드에 표시되어 있는 문자열은 상기 네트워크의 대역폭과 지연시간을 의미한다. 예를 들어 "100M 10ms"(1095)는 상기 라우터(1020)의 대역폭이 100Mbps 이고 다른 네트워크 요소들과 패킷 교환시 소요시간 , 즉 패킷전달시의 지연시간이 10 ms 라는 것을 의미한다.
무선구간은 루슨트 무선랜 (Lucent Wireless LAN) 구간의 파라미터를 사용하여 하나의 AR 이 40m 정도의 통신반경을 가지고 10m 정도의 중첩구간이 두어 상기 중첩구간에서 핸드오버를 발생시켰다.
상기 NS-2에 지연시간 측정을 상기 타임스탬프 패킷의 송수신 기능과 QoS 기준을 위반한 파일을 버리는 기능을 구현하였고 80초 동안 모의실험을 실시하였다.
또한, 상기 모의실험은 크게 세 가지의 변수를 변화시키면서 본 발명의 알고리듬을 적용하여 그 결과값을 구하였다.
첫번째 적용한 변수는 트래픽 전송율이다. 상기 상대방노드(1030)에서 이동노드(300)(1090)으로 전송하는 패킷의 트래픽 전송율을 100Kbps에서 800Kbps까지 100Kbps 간격으로 증가시키면서 모의실험을 실였다.
두번째 적용한 변수는 네트워크 지연시간이다. 상기 상대방노드(1030)에서 AR(1070,1080)까지 소요되는 지연시간을 10 ms에서 90 ms까지 10 ms 간격으로 변화시키면서 지연시간에 따른 본 발명의 알고리듬의 변화를 계산하였다.
세번째는 나머지 변수들은 고정하고 상기 이동노드(300)(1090)의 이동속도를 1 m/s에서 9 m/s까지 1m/s씩 변화시키면서 본 발명의 알고리듬의 변화를 계산하였다.
본 발명의 실시 예에 따른 모의 실험의 주목적은 실시간 트래픽이 패스트 핸드오버를 할 경우 트래픽 전송율, 네트워크 지연시간, 그리고 이동노드(300)(1090)의 속도에 따른 패스트 핸드오버의 총 지연시간을 계산한 후 상기 지연시간을 QoS 파라미터의 임계값과 연관하여 기준수치를 구한 뒤 상기 기준수치를 상기 AR의 버퍼관리에 적용함으로써 얼마만큼의 패킷을 버리는지에 대한 패킷 손실율을 구하는 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 핸드오버시 트래픽 전송 비율에 따른 버퍼에 저장한 패킷과 버린 패킷의 수를 도시한 것이다. 상기 도 11의 결과는 이동노드(300)(1090)의 속도와 네트워크 지연시간을 고정하고 트래픽 전송율을 변화시켜 측정한 것이다.
상기 도 11을 참조하면, 트래픽 전송율이 높아질수록 AR의 터널링을 통해 버퍼링한 패킷수와 본 발명의 실시예에 따른 알고리듬을 적용하여 버퍼링한 패킷 중 버린 패킷수가 선형적으로 증가하는 것을 나타내고 있다. 이유는 트래픽 전송율이 높아질수록 같은 시간에 전송하는 패킷의 전송율 과 수가 증가하기 때문이다. 결과적으로 무선구간에서 불필요한 파일의 전송을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 트래픽 전송 비율에 따른 전송한 패킷과 버퍼에 저장한 패킷 중 버린 패킷의 양를 도시한 것이다.
상기 도 12를 참조하면, 상기 도 12는 트래픽 전송율이 증가할수록 같은 시간에 전송하는 패킷의 전송율과 수가 증가하므로 버린 패킷의 촐 양이 상기 패킷의 수보다 기하급수적으로 증가하는 것을 나타내고 있다. 결과적으로 트래픽 전송율이 증가할수록 무선구간을 좀더 효율적으로 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 버퍼에 저장한 패킷 중 버린 패킷의 비율을 도시한 것이다.
상기 도 13을 참조하면, 패스트 핸드오버시 버퍼에 저장한 패킷 중 본 발명의 실시 예에 따른 알고리듬에 의해 30% 정도의 패킷을 버리는 것을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 패스트 핸드오버시 버퍼에 저장한 패킷 중 네트워크 지연에 따라 버린 패킷의 수를 도시한 것이다.
상기 도 14를 참조하면, 상대방노드(1030)이 AR(1070,1080)로 패킷 전송 중네트워크 지연시간의 변화에 따른 상기 AR(1070,1080)에서의 버린 패킷의 수 또는 양은 중간 네트워크에 지연이 거의 없는 경우에는 패킷을 버리는 경우가 거의 없지만 어느 정도의 네트워크 지연이 있을 경우에는 상기 AR(1070, 1080)에서 버퍼링하여 무선구간으로 전송하는 경우가 발생할 수 있어 패킷을 버려야 하는 경우가 발생함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 Mobile IPv6 기술이 기반이 되는 IPv6 용 패스트 핸드오버 기술에서 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 AR에서 버퍼링하는 패킷 중 실시간 패킷 전송시 QoS의 기준범위를 위반하는 범위의 패킷을 버림으로써 유선에 비해 상대적으로 부족한 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 버퍼 관리 방법은 버퍼링 기술을 필요로 하는 어떠한 무선프로토콜에서도 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (27)

  1. 이동노드, 현재 서비스 중인 엑세스 라우터(PAR), 핸드오버 대상 억세스라우터(NAR)로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템에서 예상가능 패스트 핸드오버(Predictive Fast Handover)시 AR에서 버퍼링 방법에 있어서,
    상기 이동노드가 상기 PAR과 NAR의 중첩영역에서 상기 NAR로 핸드오버를 하기 위해 상기 이동노드로 향하는 패킷을 상기 PAR에서 버퍼링하도록 요구하는 BI(Buffer Initiation)정보를 포함한 RtSolPr(Router Solocitation for Proxy)메시지를 PAR로 전송하는 과정과,
    상기 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 수신한 PAR은 상기 이동노드로 향하는 패킷을 버퍼링하고 상기 이동노드가 핸드오버할 NAR로 상기 이동노드의 패킷 전송을 위한 버퍼링을 요청하는 BR(Buffer Request)를 포함한 HI(Handover Initiation)메시지를 전송하는 과정과,
    상기 BR를 포함한 상기 HI메시지를 수신한 상기 NAR은 상기 요청한 버퍼를 할당한 후 상기 버퍼 할당여부를 나타내는 BA(Buffer Acknowledgement)를 포함한 HACK(Hnadover Acknowledgement) 메시지를 상기 PAR로 전송하는 과정과,
    상기 BA를 포함한 HACK 메시지를 수신한 PAR은 상기 이동노드가 전송한 FBU(Fast Binding Update)메시지를 수신시 상기 버퍼링한 패킷을 상기 NAR로 전송하는 과정과,
    상기 버퍼링한 패킷을 수신한 NAR은 상기 패킷을 버퍼링하고 이동노드의 BF(Buffer Forwarding)을 포함한 FNA(Fast Neighbor Advertisement)메시지의 수신을 대기하는 과정과,
    상기 이동노드가 NAR로 핸드오버 한후 버퍼링한 패킷의 전송을 요구하는 BF을 포함한 상기 FNA메시지를 상기 NAR로 전송하는 과정과,
    상기 BF을 포함한 상기 FNA메시지를 수신한 NAR은 버퍼링하고 있던 패킷을 상기 이동노드로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 BI(Buffer Initiation)정보를 포함한 RtSolPr메시지는 IETF(Internet Engineering Task Force)규격 중 RFC(Request For Comments)-4068 규격의 RtSolPr 메시지의 예약(Reserved)영역에 상기 BI 정보를 추가한 것임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 BR를 포함한 HI메시지는 상기 IETF규격 중 RFC-4068 규격의 HI 메시지의 예약영역에 상기 BR 정보를 추가한 것임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 BA를 포함한 HACK메시지는 상기 IETF규격 중 RFC-4068 규격의 HACK 메시지의 예약영역에 상기 BA 정보를 추가한 것임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 BF를 포함한 FNA메시지는 상기 IETF규격 중 RFC-4068 규격의 FNA메시지의 예약영역에 상기 BF 정보를 추가한 것임을 특징으로 하는 방법.
  6. 이동노드, 현재 서비스 중인 엑세스 라우터(PAR), 핸드오버 대상 억세스라우터(NAR)로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템에서 반응적 패스트 핸드오버(Reavtive Fast Handover)시 AR에서 버퍼링 방법에 있어서,
    상기 이동노드가 상기 PAR과 NAR의 중첩영역에서 상기 NAR로 핸드오버를 하기 위해 상기 이동노드로 향하는 패킷을 상기 PAR에서 버퍼링하도록 요구하는 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 PAR로 전송하는 과정과,
    상기 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 수신한 PAR은 상기 이동노드로 향하는 패킷을 버퍼링하는 과정과,
    상기 BI정보를 포함한 RtSolPr메시지를 PAR로 전송한 상기 이동노드가 NAR로 핸드오버를 한 후, 상기 NAR로 FBU를 포함한 FNA메시지를 전송하는 과정과,
    상기 FBU를 포함한 FNA메시지를 수신한 상기 NAR은 버퍼링한 패킷의 전송을 요청하는 BFR(Buffer Forward Request)을 포함한 FBU메시지를 상기 PAR로 전송하는 과정과,
    상기 BFR을 포함한 FBU메시지를 수신한 상기 PAR은 버퍼링한 패킷을 포워딩하고 BFA(Buffer Forward Acknowledgement)를 포함하는 FBACK 메시지를 응답메시지로 상기 NAR로 전송하는 과정과,
    상기 BFA를 포함하는 FBACK 메시지를 수신한 상기 NAR은 PAR에서 전송한 패킷을 상기 이동노드로 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 BFR를 포함한 FBU메시지는 상기 IETF규격 중 RFC-4068 규격의 FBU메시지의 예약영역에 상기 BFR 정보를 추가한 것임을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 BFA를 포함한 FBACK메시지는 상기 IETF규격 중 RFC-4068 규격의 FBACK메시지의 예약영역에 상기 BFA 정보를 추가한 것임을 특징으로 하는 방법.
  9. 이동노드, 현재 서비스 중인 PAR, 핸드오버 대상 NAR로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템의 핸드오버시 AR에서의 버퍼링한 패킷관리방법에 있어서,
    상기 이동단말이 핸드오버할 경우에 상기 PAR, NAR이 상기 이동단말로 향하는 패킷을 버퍼링하고, 상기 핸드오버시 지연시간을 계산하기 위한 타임스탬프(Timestamp) 메시지를 핸드오버 메시지에 피기배킹하여 교환하는 과정과,
    상기 타임스탬프 메시지를 교환한 후, 상기 PAR, NAR이 상기 이동단말의 핸드오버시 발생하는 총 지연시간을 계산하여 패킷버퍼링을 위한 QoS(Quality of Service)기준수치를 생성하는 과정과,
    상기 기준수치 생성 후, 상기 PAR, NAR 이 상기 기준수치를 이용한 특정 알고리듬을 적용하여 버퍼링한 패킷 중 QoS 적용 기준수치에 미달하는 패킷을 버리는 과정과,
    상기 PAR, NAR이 상기 알고리듬 기준에 미달하는 패킷을 버린 후 남은 패킷을 상기 이동노드로 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    예상가능 패스트 핸드오버의 경우, 핸드오버 총 지연시간은 하기 수학식 1과 같은 것임을 특징으로 하는 방법
    Ttotal - ho = TQ _ PAR + TL2 - hand + TPARNAR + TMNNAR ( FNA ) + TNARMN ( RA ) + TQ _ NAR + TNARMN
  11. 제 9항에 있어서,
    반응적 패스트 핸드오버의 경우, 핸드오버 총 지연시간은 하기 수학식 2과 같은 것임을 특징으로 하는 방법
    Ttotal - ho = TQ _ PAR + TL2 - hand + TMNNAR ( FNA ) + TNARPAR ( FBU ) + TPARNAR ( FBACK ) + TPARNAR + TQ _ NAR + TNARMN
  12. 제 9항에 있어서,
    패킷 버퍼링을 위한 기준수치는 총 핸드오버 지연시간을 QoS 파리미터(Parameter) 중 지연시간의 변이(Delay Variance)의 임계값으로 나눈 최대 정수값임을 특징으로 하는 방법.
  13. 이동노드, 현재 서비스 중인 PAR, 핸드오버 대상 NAR로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템에서 상기 이농노드가 예상 가능 패스트 핸드오버를 할 경우, 타임스 탬프 메시지 전송방법에 있어서,
    상기 NAR이 타임스탬프 요구메시지(Timestamp Request)를 HACK메시지에 피기배킹하여 상기 PAR로 전송하는 과정과,
    상기 타임스탬프 요구메시지를 피기배킹한 HACK메시지를 수신한 PAR은 타임스탬프 응답메시지를 FBACK메시지에 피기배킹하여 상기 NAR로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 이동노드가 상기 PAR의 영역에서 상기 NAR영역으로 2계층 핸드오버를 한 후 타임스탬프 통지메시지를 FNA메시지에 피기배킹하여 상기 NAR로 전송하는 과정과,
    상기 타임스탬프 통지메시지를 피키배킹한 FNA메시지를 수신한 NAR은 타임스탬프 보고메시지를 피키배킹한 일반 패킷을 상기 이동노드로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 타임스탬프 통지메시지는 상기 메시지가 상기 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 통지메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상 기 타임스탬프 통지메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 통지메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 통지메시지의 순서식별을 위한 순서번호, 타임스탬프 메시지 수신시 상기 타임스탬프 통지메시지의 전송시각을 기록하기 위한 원본타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 통지메시지 수신시 상기 수신시각을 기록하기 위한 수신타임스탬프 필드, "0"으로 채운 전송타임스탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 타임스탬프 보고메시지는 상기 메시지가 상기 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 보고메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상기 타임스탬프 보고메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 보고메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 보고메시지의 순서식별을 위한 순서번호, AR에 버퍼링된 패킷수를 나타내는 패킷 수 필드, 상기 AR에 버퍼링된 패킷의 순서를 나타내는 패킷순서 필드, 상기 AR에 버퍼링된 패킷의 수신시각을 기록하기 위한 패킷타임스탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 타임스탬프 요구메시지는 상기 메시지가 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 요구메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 순서식별을 위한 순서번호, 상기 타임스탬프 요구메시지의 전송직전의 시각을 기록하기 위한 원본타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 응답 메시지 생성시 상기 타임스탬프 요구메시지의 수신시각을 기록하기 위한 수신타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 응답메시지를 전송할 때 전송 직전의 시각을 기록하기 위한 전송타임스탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 타임스탬프 응답메시지는 상기 메시지가 상기 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 응답메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상기 타임스탬프 응답메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 응답메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 응답메시지의 순서식별을 위한 순서번호, 타임스탬프 요구메시지 수신시 상기 타임스탬프 요구메시지의 전송시각을 기록하기 위한 원본타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지 수신시 상기 수신시각을 기록하기 위한 수신타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 응답메시지 전송시 전송 직전의 시각을 기록하기 위한 전송타임스 탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 이동노드, 현재 서비스 중인 PAR, 핸드오버 대상 NAR로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템에서 상기 이농노드가 반응적 패스트 핸드오버를 할 경우, 타임스탬프 메시지 전송방법에 있어서,
    상기 이동노드가 PAR영역에서 NAR영역으로 2계층 핸드오버를 한 후, 타임스탬프 통지메시지를 피키배킹한 FNA메시지를 상기 NAR로 전송하는 과정과,
    상기 NAR이 타임스탬프 통지메시지를 피키배킹한 FNA메시지를 수신 후, 타임스탬프 요구메시지(Timestamp Request)를 FBU메시지에 피기배킹하여 PAR로 전송하는 과정과,
    상기 타임스탬프 요구메시지를 피기배킹한 FBU메시지를 수신한 PAR은 타임스탬프 응답메시지를 FBACK메시지에 피기배킹하여 상기 NAR로 전송하는 과정과,
    상기 타임스탬프 응답메시지를 피기배킹한 FBACK 메시지를 수신한 NAR은 타임스탬프 보고메시지를 피키배킹한 일반 패킷을 상기 이동노드로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 타임스탬프 통지메시지는 상기 메시지가 상기 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 통지메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상기 타임스탬프 통지메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 통지메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 통지메시지의 순서식별을 위한 순서번호, 타임스탬프 메시지 수신시 상기 타임스탬프 통지메시지의 전송시각을 기록하기 위한 원본타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 통지메시지 수신시 상기 수신시각을 기록하기 위한 수신타임스탬프 필드, "0"으로 채운 전송타임스탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 타임스탬프 보고메시지는 상기 메시지가 상기 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 보고메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상기 타임스탬프 보고메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 보고메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 보고메시지의 순서식별을 위한 순서번호, AR에 버퍼링된 패킷수를 나타내는 패킷 수 필드, 상기 AR에 버퍼링된 패킷의 순서를 나타내는 패킷순서 필드, 상기 AR에 버퍼링된 패킷의 수신시각을 기록하기 위한 패킷타임스탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 타임스탬프 요구메시지는 상기 메시지가 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 요구메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 순서식별을 위한 순서번호, 상기 타임스탬프 요구메시지의 전송직전의 시각을 기록하기 위한 원본타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지의 응답 메시지 생성시 상기 타임스탬프 요구메시지의 수신시각을 기록하기 위한 수신타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 응답메시지를 전송할 때 전송 직전의 시각을 기록하기 위한 전송타임스탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 타임스탬프 응답메시지는 상기 메시지가 상기 타임스탬프 메시지임을 나타내는 타입필드, 상기 타임스탬프 응답메시지의 크기를 의미하는 길이 필드, 상기 타임스탬프 응답메시지의 오류를 감지하기 위한 체크섬필드, 상기 타임스탬프 메시지가 타임스탬프 응답메시지인 것을 나타내는 구분자 필드, 상기 타임스탬프 응답메시지의 순서식별을 위한 순서번호, 타임스탬프 요구메시지 수신시 상기 타임스탬프 요구메시지의 전송시각을 기록하기 위한 원본타임스탬프 필드, 상기 타임스탬프 요구메시지 수신시 상기 수신시각을 기록하기 위한 수신타임스탬프 필드, 상 기 타임스탬프 응답메시지 전송시 전송 직전의 시각을 기록하기 위한 전송타임스탬프 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 이동노드, 현재 서비스 중인 PAR, 핸드오버 대상 NAR로 이루어진 무선랜 기반 통신시스템의 핸드오버시 AR에서의 버퍼링한 패킷 중 QoS 적용 기준수치에 미달하는 패킷의 버림방법에 있어서,
    상기 이동단말이 패스트 핸드오버를 할 경우 상기 패스트 핸드오버의 총 지연시간을 계산하는 과정과,
    상기 총 지연시간을 계산한 후, 상기 총 지연시간과 지연시간의 변이의 임계값을 바탕으로 기준수치를 결정하는 과정과,
    상기 기준수치를 결정한 후, 상기 기준수치에 따라 AR버퍼내의 패킷을 상기 이동노드로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 기준수치가 "0"일 경우 AR버퍼내의 모든 패킷을 상기 이동노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 기준수치가 "0" 보다 크고 상기 AR에 버퍼링 되어 있는 모든 패킷의 수보다는 작을 경우 상기 AR에 버퍼링 되어 있는 모든 패킷 중 "기준수치" 갯수의 패킷을 버리고 "상기 AR버퍼내의 모든 패킷" -"기준수치" 갯수의 패킷을 상기 이동노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 24항에 있어서,
    상기 기준수치가 상기 AR에 버퍼링 되어 있는 모든 패킷의 수보다 클 경우 는 상기 AR에 버퍼링 되어 있는 모든 패킷을 모두 버리는 것을 특징으로 하는 방법.
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