[논문]무선랜 환경에서 서비스 연속성 지원을 위한 IMS 기반 핸드오버 지원 방안

김감용; 김화숙; 최성곤

doi:10.5392/jkca.2010.10.9.079

무선랜 환경에서 서비스 연속성 지원을 위한 IMS 기반 핸드오버 지원 방안
Method to Support Handover for Service Continuity based on IMS in Wireless LAN 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.10 no.9, 2010년, pp.79 - 87

김감용 (충북대학교 전자정보대학 전파통신공학과) , 김화숙 (한국전자통신연구원) , 최성곤 (충북대학교 전자정보대학 정보통신공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 단일 무선랜 인터페이스를 갖는 IMS 단말에서 서비스 연속성을 지원하기 위해 패킷 손실을 최소화하는 L3 핸드오버 지원방안을 제안한다. 기존 IMS 서비스 연속성 지원 방안은 하나의 단말 내에 존재하는 다수의 인터페이스를 통해 서로 다른 접속망을 경유하여 IMS 코어 네트워크와의 통신이 가능한 상태에서 이동성 제공이 가능하다. 하지만, 단일 인터페이스를 갖는 무선랜 단말은 동시에 하나 이상의 접속망을 통해 IMS 코어 네트워크와 통신을 할 수 없다. 제안 방안은 Candidate Access Router Discovery(CARD) 매커니즘을 이용하여 타겟 WLAN 영역에서 단말이 사용할 IP를 미리 구성하고, 서비스 연속성 서버가 단말을 대신하여 타겟 WLAN 영역에서의 L3 연결 과정 및 IMS 서버로의 등록절차를 수행한다. 이후 서비스 연속성 제공을 위해 SIP 기반의 세션 제어 메커니즘을 수행한다. 제안된 핸드오버 제공 방안의 성능 검증을 위해 기존 서비스 연속성 제공 방안과 제안 방안에 대한 핸드오버 지연(latency), 시그널링 비용(cost)을 비교 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a L3 handover method to minimize packet loss for supporting service continuity to IMS Terminal which has a single WLAN interface. The existing IMS based handover solution is able to support handover between different access networks in case that a terminal has multiple interfaces. That is, WLAN terminals need multiple interfaces to connect with one or more access networks. This proposed method configures IP address for the terminal in target WLAN previously by using Candidate Access Router Discovery(CARD) mechanism. Also, in the proposed method, service continuity server performs L3 connection establishment in target WLAN and registration to IMS server instead of the terminal. And then session control mechanism based on SIP is performed to support service continuity. We analyzed handover latency and signaling cost in the proposed method and existing method to show the improved performance by the proposed method.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서 우리는 단일 무선랜 인터페이스를 갖는 IMS 단말에서 서비스 연속성을 지원하기 위해 패킷 손실을 최소화하는 L3 핸드오버 지원방안을 제안하였다. 제안된 방안의 효율성을 증명하기 위해 핸드오버를 위해 소요되는 비용과 핸드오버 지연을 분석하였다.
이러한 일련의 절차는 단말이 기존 AR와의 연결을 해지하지 않은 상태에서 이동 접속할 것으로 예상되는 AR의 IP 주소를 획득하여 단말이 사용할 IP주소를 미리 구성하는 것을 목적으로 한다. 이 주소를 바탕으로 Fast Mobile IP(FMIP)과 같은 핸드오버 메커니즘을 사용하여 단말이 기존 AR 와의 연결을 해지하고 새로운 AR와의 연결 과정을 수행하는 과정의 Delay 및 패킷 손실을 줄이고자 하는 연구가 진행되었다[3][4].
이에 본 논문에서 우리는 단일 무선랜 인터페이스를 갖는 IMS 단말에서 서비스 연속성을 지원하기 위해 패킷 손실을 최소화하는 L3 핸드오버 지원방안을 제안한다. 제안 방안은 Candidate Access Router Discovery (CARD) 메커니즘을 이용하여 이동할 무선랜 영역에서 단말이 사용할 IP를 사전에 구성하고, 서비스 연속성 서버는 단말을 대신하여 새로운 무선랜 영역에서의 L3 연결 과정 및 IMS 서버로의 등록절차를 수행한다.

제안 방법

타겟 AR의 IP 주소를 획득한 SCC-AC는 타겟 AR로 capacity 및 특성 등에 관한 정보를 요청하여 수신한다. 그리고 UE B로 UE A와 진행중인 세션을 sendonly 상태로 기술한 INVITE 메시지를 전송하여 UE B가 수신 모드로 동작하도록 한다. UE B로부터의 200 OK 응답을 받은 SCC-AS는 UE A가 요청한 REFER 메시지에 대한 NOTIFY 응답 메시지를 통해 타겟 WLAN에서 사용할 IP 주소와 진행 중인 세션의 상태가 sendonly 로 변경되었음을 통지한다.
기존 방안 및 제안 방안의 서비스 연속성 지원을 위해 소요되는 시그널링 비용을 대역폭 관점에서 비교하였다. 여기서 소요되는 시그널링 비용은 시그널링 메시지 길이와 네트워크 구성 요소 간 홉수의 곱으로 표현될 수 있다.
제안된 방안은 단말이 접속할 것으로 예상되는 AP와 연결된 AR의 정보를 획득하기 위하여 CARD 메커니즘을 사용한다. 또한 무선랜망 사이의 핸드오버 시 단말의 IP가 변경되므로 세션 제어를 위해 SIP 기반의 이동성 제어를 수행한다.
본 장에서 우리는 제안 방안의 시그널링 비용 및 핸드오버 지연을 분석한다. 성능 분석을 위해 무선랜 인터페이스와 3G 인터페이스를 갖는 듀얼모드 단말을 대상으로 무선랜망 간의 이동시 서비스 연속성 제공을 위한 연속성 지원 시나리오를 [표 1]과 같이 구성하고 각 시나리오에서 요구되는 시그널링 비용 및 핸드오버 지연을 분석한다.
본 장에서 우리는 제안 방안의 시그널링 비용 및 핸드오버 지연을 분석한다. 성능 분석을 위해 무선랜 인터페이스와 3G 인터페이스를 갖는 듀얼모드 단말을 대상으로 무선랜망 간의 이동시 서비스 연속성 제공을 위한 연속성 지원 시나리오를 [표 1]과 같이 구성하고 각 시나리오에서 요구되는 시그널링 비용 및 핸드오버 지연을 분석한다.
수집된 AP 리스트 중 RSSI 세기가 적합하다고 판단 되는 타겟 AP의 L2 ID를 포함하여 invite를 요청하는 SIP REFER (refer to : candidate AP L2 ID, invite session for sendonly) 메시지를 IMS 코어로 전송한다. 해당 메시지는 P-CSCF를 거쳐 SCC-AS로 전송된다.
제안 방안은 Candidate Access Router Discovery (CARD) 메커니즘을 이용하여 이동할 무선랜 영역에서 단말이 사용할 IP를 사전에 구성하고, 서비스 연속성 서버는 단말을 대신하여 새로운 무선랜 영역에서의 L3 연결 과정 및 IMS 서버로의 등록절차를 수행한다. 이후 서비스 연속성 제공을 위해 IMS 서비스 연속성 서버 기반의 세션 제어 메커니즘을 수행하여 사용자에게 서비스 연속성 서비스를 제공한다.
이에 본 논문에서 우리는 단일 무선랜 인터페이스를 갖는 IMS 단말에서 서비스 연속성을 지원하기 위해 패킷 손실을 최소화하는 L3 핸드오버 지원방안을 제안한다. 제안 방안은 Candidate Access Router Discovery (CARD) 메커니즘을 이용하여 이동할 무선랜 영역에서 단말이 사용할 IP를 사전에 구성하고, 서비스 연속성 서버는 단말을 대신하여 새로운 무선랜 영역에서의 L3 연결 과정 및 IMS 서버로의 등록절차를 수행한다. 이후 서비스 연속성 제공을 위해 IMS 서비스 연속성 서버 기반의 세션 제어 메커니즘을 수행하여 사용자에게 서비스 연속성 서비스를 제공한다.
본 논문에서 우리는 단일 무선랜 인터페이스를 갖는 IMS 단말에서 서비스 연속성을 지원하기 위해 패킷 손실을 최소화하는 L3 핸드오버 지원방안을 제안하였다. 제안된 방안의 효율성을 증명하기 위해 핸드오버를 위해 소요되는 비용과 핸드오버 지연을 분석하였다. 제안 방안은 기존 IMS 서비스 연속성 지원 방안보다 시그널링 비용은 증가되지만, 핸드오버 지연이 낮음을 확인하였다.

대상 데이터

[표 2]는 기존 방안 및 제안 방안에서 대역폭 관점의 시그널링 비용 도출을 위한 파라미터 및 그 값들을 정리한 것이다. 단말과 SCC-AS 사이의 네트워크 구성 요소로는 P-CSCF와 S-CSCF 만을 고려하였고, 메시지 길이는 [10]에서 사용된 파라미터를 사용하였다. [표 1]의 시나리오에서 핸드오버 시 소요되는 대역폭은 식 (1), (2), (3), (4)과 같다.
본 논문은 단일 무선랜 인터페이스를 갖는 IMS 단말의 핸드오버를 고려하였다. 따라서 단일 무선랜 인터페이스 단말에게 핸드오버를 제공할 수 있는 시나리오는 S_ISC-WLAN, S_P-SCC, S_P-Terminal 이다.

이론/모형

D_SIGNALING은 무선랜 환경에서 M/M/1 큐잉 모델을 사용하여 End-to-End간 SIP 메시지 전송 지연을 분석한 [5]의 결과를 참조하였다. 동일한 환경에서 제안방안의 핸드오버 지연을 비교하기 위해 3G망과 WLAN망의 파라미터를 동일하게 사용하였다.
본 장에서 우리는 IMS 서비스 연속성 지원을 위해 서로 다른 도메인 영역의 무선랜 간 핸드오버를 지원하는 방안에 대해 설명한다. 제안된 방안은 단말이 접속할 것으로 예상되는 AP와 연결된 AR의 정보를 획득하기 위하여 CARD 메커니즘을 사용한다. 또한 무선랜망 사이의 핸드오버 시 단말의 IP가 변경되므로 세션 제어를 위해 SIP 기반의 이동성 제어를 수행한다.

성능/효과

단말 기반 및 SCCAS 기반의 제안방안 모두 기존 S_ISC-WALN 방안보다 각각 67%, 62%의 핸드오버 지연 감소 효과가 있다. 그러나 시그널링 비용 및 핸드오버 지연을 모두 고려하면 SCC-AS 기반의 가장 우수함을 보였다.
따라서 단일 무선랜 인터페이스 단말에게 핸드오버를 제공할 수 있는 시나리오는 S_ISC-WLAN, S_P-SCC, S_P-Terminal 이다. 단말 기반 및 SCCAS 기반의 제안방안 모두 기존 S_ISC-WALN 방안보다 각각 67%, 62%의 핸드오버 지연 감소 효과가 있다. 그러나 시그널링 비용 및 핸드오버 지연을 모두 고려하면 SCC-AS 기반의 가장 우수함을 보였다.
제안된 방안의 효율성을 증명하기 위해 핸드오버를 위해 소요되는 비용과 핸드오버 지연을 분석하였다. 제안 방안은 기존 IMS 서비스 연속성 지원 방안보다 시그널링 비용은 증가되지만, 핸드오버 지연이 낮음을 확인하였다. 향후, 시뮬레이션을 통해 실제 핸드오버 시 발생 하는 핸드오버 지연 및 패킷 손실을 확인해 보고, 단일 인터페이스를 통한 기존 핸드오버 지원 방안과의 성능 비교를 진행할 계획이다.

후속연구

제안 방안은 기존 IMS 서비스 연속성 지원 방안보다 시그널링 비용은 증가되지만, 핸드오버 지연이 낮음을 확인하였다. 향후, 시뮬레이션을 통해 실제 핸드오버 시 발생 하는 핸드오버 지연 및 패킷 손실을 확인해 보고, 단일 인터페이스를 통한 기존 핸드오버 지원 방안과의 성능 비교를 진행할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	핸드오버 지연이란?	핸드오버 지연은 이동단말(UE)이 핸드오버를 수행 하는 동안 패킷을 송수신하지 못하는 시간 간격이다. 서비스 연속성 지원 시나리오에서 핸드오버 지연은 UE A와 UE B 중 어느 한 단말이라도 패킷 전송이나 수신을 할 수 없게 되는 시점으로부터 두 단말이 모두 패킷 송수신이 가능한 시점까지의 시간 간격을 고려하였다[7].
	CARD란 무엇인가?	끊김없는 이동성 지원을 위해 IETF는 Candidate Access Router Discovery(CARD)를 제안하였다. CARD는 무선 단말이 현재 통신 중인 AR를 통해 핸드 오버 시 이동 접속할 AR의 정보를 사전에 획득할 수있는 메커니즘이다[3].
	기존 IMS 서비스 연속성 지원 방안의 단점은?	기존 IMS 서비스 연속성 지원 방안은 하나의 단말 내에 존재하는 다수의 인터페이스를 통해 서로 다른 접속망을 경유하여 IMS 코어 네트워크와의 통신이 가능한 상태에서 이동성 제공이 가능하다. 하지만, 단일 인터페이스를 갖는 무선랜 단말은 동시에 하나 이상의 접속망을 통해 IMS 코어 네트워크와 통신을 할 수 없다. 제안 방안은 Candidate Access Router Discovery(CARD) 매커니즘을 이용하여 타겟 WLAN 영역에서 단말이 사용할 IP를 미리 구성하고, 서비스 연속성 서버가 단말을 대신하여 타겟 WLAN 영역에서의 L3 연결 과정 및 IMS 서버로의 등록절차를 수행한다.

참고문헌 (10)

3GPP TS 24.237, V9.3.0, "IP Multimedia Subsystem (IMS) Service Continuity," 2010.
조기성, 김화숙, 김동휘, “IMS 기반의 차세대 네트워크 컨버젼스를 위한 서비스 제어 기술”, 한국통신학회지, 제24권, 제12호, pp.39-46, 2007.
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