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문제 정의
- 본 논문에서는 한국건설교통기술평가원 건설TT 융합과제에 적용된 터널 현장에서 WMN의 설치 및 운영에 관하여 기술한다. 그리고 실제 터널 현장에서 측정된 데이터를 바탕으로 터널 환경에서의 WMN의 문제점을 파악하고 개선 방안을 강구한다.
- 1 절에서 언급한 다중 홉간 전파 간섭으로 인해 WMN의 성능이 급격히 나빠지는 문제점을 관찰할 수 있었다. 본 절에서는 이와 같은 문제점을 알아보기 위해 WMN 노드에 두 개의 NIC을 장착하여 다중 인터페이스, 다중 채널(MIMC)의 환경에서 성능 테스트를 하였다. 테스트 환경은<표 1>과 같이 구성하였다.
제안 방법
- WMN노드에 하나의 NIC(Network Interface Card) 를 장착하여 동일한 채널을 사용하는SISC(Single Interface Single Channel) 환경에서의 성능을 분석하였고, 채널 간섭으로 인한 성능 저하를 테스트하기 위해 2개의 NIC을 사용하여 다중 채널을 사용한 MIMC(Multi Interface Multi Channel) 환경에서의 단일 홉과 다중 홉의 평균 처리율과 응답시간을 측정하였다[6]. 또한 터널 환경의 특성을 파악하기 위해 거리별 성능 측정도 병행하였다.
- 5개를 구성하였다. 노트북 1은 유선으로 직접 노드 1에 연결되며 노트북 2는 4홉이 지난 후의 노드 5에 무선으로 연결되어 성능을 측정하였다. 또한, 멀티 홉일 때의 성능 저하를 확인하기 위한 테스트는 노트북 2를 노드 1~5까지 순차적으로 무선으로 접속한 후 홉 당 처리율과 응답시간을 측정하였다.
- 노트북을 이용하여 무선으로 WMN 노드에 연결한 후 통신 거리를 증가 시키면서 처리율 및 응답 시간을 측정하였다. 무선 통신 거리별 처리율 측정 결과를 [그림 기에 나타내었다.
- 본 논문에서 제안된 시스템에서는 [그림 2](a)와 [그림 2](b)와 같이 터널 현장의 외부와 터널 내부에 각각 WMN 노드를 설치, 무선 메쉬 네트워크를 구축함으로써 [그림 2](c)와 [그림 2](d)와 같이 외부에서 터널 안의 영상을 확인할 수 있었다. 또한 터널 안 의인 부와 터널 밖의 관리자간에 음성, 영상 통화가 가능하도록 하였다.
- 측정하였다[6]. 또한 터널 환경의 특성을 파악하기 위해 거리별 성능 측정도 병행하였다.
- 노트북 1은 유선으로 직접 노드 1에 연결되며 노트북 2는 4홉이 지난 후의 노드 5에 무선으로 연결되어 성능을 측정하였다. 또한, 멀티 홉일 때의 성능 저하를 확인하기 위한 테스트는 노트북 2를 노드 1~5까지 순차적으로 무선으로 접속한 후 홉 당 처리율과 응답시간을 측정하였다.
- 485GHZ 주파수 범위에서 동작하며, 85 MHz대역에서 13개의 일부 겹치는 채널을 정의하고 있다' 두 채널은 네 개 이상의 채널에 의해 분리되어 있어야만 겹치지 않기 때문에 채널 1, 6, 11은 유일하게 겹치지 않는 3개의 채널이지만 채널 할당을 1, 6, 11, 1, 6과 같이 할당했을 경우 터널 통신 거리에 따라 1번과 6번 채널을 재사용하게 되는 경우 채널 간섭이 발생할 가능성이 있다. 본 실험에서는 WMN의 테스트를 하기 위해서 1, 식 7, 10, 13채널을 할당 하여 사용하였다. 실험 환경은 [그림 9]와 같이 구성하였다.
- 우선 WMN 노드에 하나의 동일한 채널을 할당한 [그림 4]와 같은 구성으로 테스트 및 성능 평가를 하였다. 테스트 시 환경 설정은<표 1>과 같이 구성하였다.
- 네트워크간 성능을 측정하기 위해 두 대의 노트북을 사용하였다. 터널 내부 현장의 영상을 보기 위해 VGA/QVGA의 해상도와 MJPEG 압축방식을 지원하고 팬/틸트가 가능한 IP카메라를 사용하였다. VoIP 서비스를 테스트하기 위해 CPU 1GHz의 스마트폰을 사용하였다.
- 터널 환경에서 무선망 성능 테스트를 하기위해 무선 통신 거리별 처리율과 응답 시간을 측정하였다.
- 터널에 WMN을 구축하고 채널 간섭에 따른 성능 저하를 확인하기 위해 SISC 환경과 MIMC 환경에서의 성능을 실험했다. 실험 환경은 앞서 언급한 [그림 9]의 구성도와 동일한'방법으로 구성 했으며, 간섭으로 인한 성능저하를 알아보기 위해 5홉 간의 응답 시간의 그래프를 [그림 11]과 [그림 12]에 나타내었다.
대상 데이터
- 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 WMN 노드는 Ubiquiti사의 RoutarStation Pro 장비를 사용하였다. RouterStation Pro는 6&)MHz의 CPU와 128MB의 메모리로 구성되어 있다.
- RouterStation Pro는 6&)MHz의 CPU와 128MB의 메모리로 구성되어 있다. 무선 통신을 위한 NIC (Network Interface Card)는 IEEE 802.11b/g를 지원하는 Atheros AR5213 chipset을 사용하는 miniPCI type의 무선 랜카드를 사용하였다. 안테나는 9dBi 이득을 가지는 2.
- 11b/g를 지원하는 Atheros AR5213 chipset을 사용하는 miniPCI type의 무선 랜카드를 사용하였다. 안테나는 9dBi 이득을 가지는 2.4GHz용 무지향성 안테나를 사용하였다. 네트워크간 성능을 측정하기 위해 두 대의 노트북을 사용하였다.
- 터널 현장에 WMN을 구축하여 성능 측정 및 테스트를 하기 위해 현재 터널 공사가 진행 중인 충북 충주의 삼탄 1터널에 테스트 베드를 구축 하였다. 삼탄 1터널은 현재 동탄 방향으로 공사가 약 1 km까지 진행되어 있었으며, 터널 폭은 약 15m가량 되었다.
- 터널 현장에서 WMN에 대한 성능 평가 시험을 하기 위해서 [그림 3]과 같이 노트북 2대와 WMN 노드 5개를 구성하였다. 노트북 1은 유선으로 직접 노드 1에 연결되며 노트북 2는 4홉이 지난 후의 노드 5에 무선으로 연결되어 성능을 측정하였다.
성능/효과
- 이러한 시스템의 구축에 있어 선행 되어야할 통신 네트워크 구축에 WMN이 가장 효과적이라고 할 수 있다. WMN을 건설 현장 에 직접 적용 설치하고 실험을 함으로써 제안된 시스템을 이용하여 현장에서 필요로 하는 효과적인 네트워크 구축이 가능한지 평가할 수 있었다. 나아가 더 효과적인 WMN을 구축하기 위한 기초 자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.
- 나아가 더 효과적인 WMN을 구축하기 위한 기초 자료가 될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 논문에서는 터널 현장에 WMN을 구축할 경우 기존의 단일 인터페이스, 단일채널(SISC) 에 비해 다중 인터페이스, 다중채널(MIMC) 환경이 더 높은 성능의 네트워크 인프라를 제공할 수 있다는 것을 실험과 분석을 통해 확인할 수 있었다. 향후 WMN을 더 광범위한 환경에 적용하기 위해서는 성능향상을 위한 지속적인 연구가 진행되어야 한다.
- 결과 [그림 10]과 같이 측정되었다. 앞서 측정한 SISC 환경에서의 처리율과 비교하기 위해 같은 그래프에 포함하였으며 SISC의 환경일 때 보다 MIMC 환경에서의 처리율이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 터널 환경에서의 SISC는 채널 간섭으로 성능이 저하되지만, 반면 MIMC 환경에서는 인접 노드들 간에 동일한 채널을 사용하지 않고 다중 채널을 사용하기 때문에 채널 간섭에 따른 성능 저하가 일어나지 않는다.
후속연구
- 운영에 관하여 기술한다. 그리고 실제 터널 현장에서 측정된 데이터를 바탕으로 터널 환경에서의 WMN의 문제점을 파악하고 개선 방안을 강구한다.
- WMN을 건설 현장 에 직접 적용 설치하고 실험을 함으로써 제안된 시스템을 이용하여 현장에서 필요로 하는 효과적인 네트워크 구축이 가능한지 평가할 수 있었다. 나아가 더 효과적인 WMN을 구축하기 위한 기초 자료가 될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 논문에서는 터널 현장에 WMN을 구축할 경우 기존의 단일 인터페이스, 단일채널(SISC) 에 비해 다중 인터페이스, 다중채널(MIMC) 환경이 더 높은 성능의 네트워크 인프라를 제공할 수 있다는 것을 실험과 분석을 통해 확인할 수 있었다.
- 이러한 문제를 해결하기 위해 현재 멀티채널 무선 네트워크와 같이 높은 전송 대역폭과 안정적이고 낮은 지연 시간을 제공할 수 있는 무선 네트워크에 대한 연구가 진행되고 있으며, 터널 환경은 물론 교량과 같은 개방형 공간에서의 무선 메쉬 네트워크를 사용한 다양한 IT 서비스(위치인식, RFID, VoIP)를 적용하려는 연구가 지속되고 있다[4]. 또한, 추가적인 새로운 IT 서비스 어플리케이션이 연구되고 있으며 어플리케이션에 따른 효과적인 정보전송을 위한 무선통신 환경을 제공하기 위한 채널 할당과 라우팅 방법에 대한 알고리즘 연구가 진행되어야 할 것이다.
- 또한, 본 논문에서는 터널 현장에 WMN을 구축할 경우 기존의 단일 인터페이스, 단일채널(SISC) 에 비해 다중 인터페이스, 다중채널(MIMC) 환경이 더 높은 성능의 네트워크 인프라를 제공할 수 있다는 것을 실험과 분석을 통해 확인할 수 있었다. 향후 WMN을 더 광범위한 환경에 적용하기 위해서는 성능향상을 위한 지속적인 연구가 진행되어야 한다.
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