[논문]P2P 기반의 모바일 노드간의 전술 정보 공유 시스템

이현

doi:10.9766/kimst.2014.17.4.501

[국내논문] P2P 기반의 모바일 노드간의 전술 정보 공유 시스템
A P2P Based Tactical Information Sharing System for Mobile Nodes 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.17 no.4, 2014년, pp.501 - 509

이현 (국방과학연구소 대지유도무기체계단)

Abstract ▼ AI-Helper

In NCW(Network Centric Warfare) environment, mobile nodes communicate through wireless link. But wireless link provides limited networking performance due to signal interferences or mobility of nodes. So it is quite challenge to acquire enough networking resources and use the resources efficiently. In this paper, we have proposed a P2P based tactical information sharing system which provides satisfactory visual information playout for mobile nodes(i.e., military personnel, vehicle,..) in NCW environment. Our proposed system consists of two components. One is caching-enabled switch which stores tactical information segments at its internal storage and then transports them to mobile nodes when require. Another is centralized scheduling algorithm which exploits networking resources more efficiently. To validate performance of proposed system, we performed series of experiments in wireless network testbed. Results show improved performance in terms of segment-missing ratio, networking resources usage, sharing time, and number of simultaneous playout mobile nodes with acceptable playout continuity(i.e., over 95%).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 향상된 세그먼트 전송 성능을 제공하는 P2P 기반의 전술 정보 공유 시스템에 관한 연구의 일환으로 충분하게 네트워킹 기회를 확보함과 동시에 이를 효율적으로 사용하도록 세그먼트 캐싱 능력을 갖는 스위치에 기반한 스케쥴링을 제안한다. 제안된 시스템은 두 가지 특징으로 구성되는데, 첫째 특징은 추가적인 저장 자원의 투입, 즉 세그먼트 기반의 캐싱을 지원하는 네트워크 스위치(이하 ‘캐싱 스위치’)에 의한 네트워킹 기회의 증가이다^[11～13].
본 논문에서는 모바일 노드간의 전술 영상 정보 공유를 위한 향상된 P2P 기반의 전술 정보 공유 성능을 제공하는 시스템에 대한 연구의 일환으로서 캐싱 스위치의 도입과 이에 기반한 향상된 스케쥴링 알고리즘을 제안한다. 제안 방법은 캐싱 스위치를 통해 기존의 시스템에 비해 세그먼트를 송수신할 수 있는 네트워킹 기회를 증가시키고, 향상된 스케쥴링을 통해 확보한 네트워킹 기회를 최대한 활용하기 위해 미사용된 네트워킹 기회 자원을 이용한다.

가설 설정

제안된 시스템은 두 가지 특징으로 구성되는데, 첫째 특징은 추가적인 저장 자원의 투입, 즉 세그먼트 기반의 캐싱을 지원하는 네트워크 스위치(이하 ‘캐싱 스위치’)에 의한 네트워킹 기회의 증가이다^[11～13]. 이를 위해 네트워크상의 일부 스위치들이 제한된 크기의 내부 저장소를 갖는다고 가정한다. 둘째 특징은 시간에 따라 변동되는 네트워킹 기회를 최대로 활용하기 위한 중앙형 스케쥴링 알고리즘이다.

제안 방법

제안된 시스템은 두 가지 특징으로 구성되는데, 첫째 특징은 추가적인 저장 자원의 투입, 즉 세그먼트 기반의 캐싱을 지원하는 네트워크 스위치(이하 ‘캐싱 스위치’)에 의한 네트워킹 기회의 증가이다[11～13].
둘째 특징은 시간에 따라 변동되는 네트워킹 기회를 최대로 활용하기 위한 중앙형 스케쥴링 알고리즘이다. 제안된 알고리즘은 스케쥴링 중 사용되지 않은 네트워킹 기회를 활용해 세그먼트를 미리 전송하여 네트워킹 자원의 활용도를 높이고, 네트워크 장애로 발생될 수 있는 P2P 시스템 내의 네트워킹 기회의 낭비를 완화하기 위해 피드백-컨트롤 개념^[14,15]을 적용하여 설계되었다.
네트워킹 기회의 변동과 세그먼트 전송 성능의 관계를 바탕으로 본 논문에서는 저장 자원을 제공하는 특별한 피어 노드로서 캐싱 스위치를 도입하고, 기존의 연구들에서는 고려되지 않았던 미사용된 네트워킹 기회를 사용하는 스케쥴링 알고리즘을 사용하여 그 활용도를 증가시킨다. Fig.
캐싱 스위치를 구현하기 위해 소프트웨어적인 프로그래밍을 이용해 스위치 기능을 구현할 수 있는 Click^[18]을 사용하였고, 400MB 크기의 내부 메모리 공간을 세그먼트 캐싱을 위해 할당하였다. 스케쥴러와 영상 전술 정보를 보유한 서버는 하나의 노드에서 동작하는 어플리케이션으로 구현하였으며, 각 모바일 노드는 수신한 세그먼트를 영상 정보로 재조합하여 VLC(Video Lan Client)^[19]어플리케이션으로 전달하여 재생하도록 구현하였다.
향상된 세그먼트 전송 성능을 평가하기 위하여 연속된 실험을 무선 네트워크 테스트베드 상에서 진행하였고 제안된 방법의 적용 유무에 따라 세그먼트 미스 비율, 네트워크 자원 활용도, 영상 정보 재생의 지속성, 그리고, 공유를 마치는데 걸리는 시간을 비교하였다. 각 항목은 10번의 반복된 실험의 평균값으로 나타내었다.
증가된 네트워킹 기회를 확인하기 위하여 세그먼트 미스 비율을 측정하였다. 세그먼트 미스 비율은 모바일 노드가 주변의 피어 노드로부터 세그먼트 수신에 실패한 횟수를 전체 세그먼트 수신 횟수로 나누어 계산되었다.
증가된 네트워킹 기회를 확인하기 위하여 세그먼트 미스 비율을 측정하였다. 세그먼트 미스 비율은 모바일 노드가 주변의 피어 노드로부터 세그먼트 수신에 실패한 횟수를 전체 세그먼트 수신 횟수로 나누어 계산되었다. 높은 세그먼트 미스 비율은 각 모바일 노드를 위한 네트워킹 자원의 양의 부족을 의미한다.
제안된 시스템이 네트워킹 자원을 얼마나 잘 활용하는지 확인하기 위하여 전체 네트워킹 기회 중 어느정도의 네트워킹 기회가 실제로 사용되었는지를 측정하였다. 6대의 모바일 노드가 동일한 영상 전술 정보를 재생중인 경우 스케쥴러에서 실시간으로 계산되는 정보를 확인하였다.
제안된 시스템이 네트워킹 자원을 얼마나 잘 활용하는지 확인하기 위하여 전체 네트워킹 기회 중 어느정도의 네트워킹 기회가 실제로 사용되었는지를 측정하였다. 6대의 모바일 노드가 동일한 영상 전술 정보를 재생중인 경우 스케쥴러에서 실시간으로 계산되는 정보를 확인하였다. Fig.
실제적으로 제안된 시스템의 확장성을 확인하기 위해 PCI 지수를 측정하였다. PCI 는 모바일 노드의 영상 정보 재생의 지속성을 나타내며 식 (1)과 같이 정의된다.
제안된 시스템이 제공하는 영상 전술 정보 전송 성능 평가를 위하여, 동시에 정보를 시청하는 모바일 노드의 수를 변화시키면서 노드들이 재생하는 영상 정보의 전체 세그먼트를 수신하는데 걸리는 시간을 측정하였다. Fig.
본 논문에서는 모바일 노드간의 전술 영상 정보 공유를 위한 향상된 P2P 기반의 전술 정보 공유 성능을 제공하는 시스템에 대한 연구의 일환으로서 캐싱 스위치의 도입과 이에 기반한 향상된 스케쥴링 알고리즘을 제안한다. 제안 방법은 캐싱 스위치를 통해 기존의 시스템에 비해 세그먼트를 송수신할 수 있는 네트워킹 기회를 증가시키고, 향상된 스케쥴링을 통해 확보한 네트워킹 기회를 최대한 활용하기 위해 미사용된 네트워킹 기회 자원을 이용한다. 또한 피드백 컨트롤 개념을 적용하여 네트워크 장애상황에서 자원의 낭비를 완화시킨다.

대상 데이터

실험적인 결과를 위하여 프로토타입 무선 네트워크 테스트베드를 구성하였다. Fig.
11 Atheros 무선 네트워크 어댑터의 사양을 갖는다. 캐싱 스위치를 구현하기 위해 소프트웨어적인 프로그래밍을 이용해 스위치 기능을 구현할 수 있는 Click^[18]을 사용하였고, 400MB 크기의 내부 메모리 공간을 세그먼트 캐싱을 위해 할당하였다. 스케쥴러와 영상 전술 정보를 보유한 서버는 하나의 노드에서 동작하는 어플리케이션으로 구현하였으며, 각 모바일 노드는 수신한 세그먼트를 영상 정보로 재조합하여 VLC(Video Lan Client)^[19]어플리케이션으로 전달하여 재생하도록 구현하였다.

성능/효과

스위치의 세그먼트 캐싱의 활성화와 함께 전체 네트워킹 기회의 양이 증가된다. 이때 기존 시스템에서는 미사용된 네트워킹 기회가 사용되지 않았지만, 제안된 시스템에서는 이를 이용해 선택된 세그먼트를 미리 전송하여 자원 활용도를 높이고, 스케쥴링 결과를 통하여 네트워크 장애상황을 판단하여 스케쥴링 파라메터를 동적으로 변경하여 네트워킹 기회의 낭비를 완화시킨다.
13은 모바일 노드 수의 증가에 따른 PCI 값을 나타낸다. 기존의 시스템과 비교하여 제안된 시스템은 동시에 보다 많은 수의 모바일 노드를 0.95 이상의 PCI 값을 유지하면서 영상 전술 정보 공유를 지원할 수 있다.
15에서 보듯이 네트워크 적응적인 스케쥴링의 적용 유/무에 따라 각 모바일 노드가 세그먼트 수신을 완료하는데 걸린 시간이 최대 20초 이상 단축된 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 제안된 시스템은 동일한 시간내에 더 많은 모바일 노드를 지원하여 기존 시스템에 비해 향상된 세그먼트 전송 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다.
또한 피드백 컨트롤 개념을 적용하여 네트워크 장애상황에서 자원의 낭비를 완화시킨다. 테스트베드상의 실험을 통하여 제안된 시스템이 제공하는 낮아진 세그먼트 미스 비율과 높아진 자원 활용도를 확인하였고, 결과적으로 전체 정보 공유 시간을 단축시켜 더 많은 모바일 노드들을 지원할 수 있음을 검증하였다. 제안된 시스템은 모바일 노드간의 전술 정보 공유가 중요시 되는 NCW 상황에서 시스템 구조 및 지휘/통제 알고리즘에 적용되어 보다 효율적인 전술 정보 공유를 가능하게 할 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

테스트베드상의 실험을 통하여 제안된 시스템이 제공하는 낮아진 세그먼트 미스 비율과 높아진 자원 활용도를 확인하였고, 결과적으로 전체 정보 공유 시간을 단축시켜 더 많은 모바일 노드들을 지원할 수 있음을 검증하였다. 제안된 시스템은 모바일 노드간의 전술 정보 공유가 중요시 되는 NCW 상황에서 시스템 구조 및 지휘/통제 알고리즘에 적용되어 보다 효율적인 전술 정보 공유를 가능하게 할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	NCW(Network Centric Warfare) 환경은 어떤 역할을 하는가?	최근 모바일 디바이스의 발전과 더붙어 전장에서의장병 또는 우리군의 전투장비에도 무선 통신이 가능한 기술들이 탑재되고 있다. 이를 통해 모바일 노드간에 실시간으로 전술 정보를 공유하고 이를 기반으로 전략을 수립 및 지휘 통제하는 NCW(Network Centric Warfare) 환경이 중요시 되고 있다. 최근 다수의 노드에게 정보의 분배를 위하여 사용되는 P2P(Peer-to-peer) 네트워킹 시스템[1]에서는 피어 노드가 자신의 업로딩 기능을 사용해 정보 데이터 세그먼트(이하 ‘세그먼트’)를 교환하는 연구[2]가 활발하다.
	P2P(Peer-to-peer) 네트워킹 시스템의 용도는?	이를 통해 모바일 노드간에 실시간으로 전술 정보를 공유하고 이를 기반으로 전략을 수립 및 지휘 통제하는 NCW(Network Centric Warfare) 환경이 중요시 되고 있다. 최근 다수의 노드에게 정보의 분배를 위하여 사용되는 P2P(Peer-to-peer) 네트워킹 시스템[1]에서는 피어 노드가 자신의 업로딩 기능을 사용해 정보 데이터 세그먼트(이하 ‘세그먼트’)를 교환하는 연구[2]가 활발하다. 이는 정보의 분배를 담당하는 서버 노드의 부하를 크게 줄임과 동시에 기존 서버/클라이언트 구조의 시스템에 비하여 높은 확장성을 제공하며, 특히 높은 비트레이트를 갖는 영상 정보를 요청하는 다수의 노드들에게 일정 수준의 재생율을 보장하기가 용이하다[3,4].
	가용한 네트워킹 자원을 사용하여 주기적으로 세그먼트 전송 순서와 경로를 결정해야 하는 이유는?	따라서 P2P 네트워킹 시스템을 설계할 때 핵심적인 요소는 높은 시스템 자원 활용도를 유지하면서 재생시간에 맞춰 순차적인 세그먼트 수신을 조율하는 세그먼트 스케쥴링이다. 또한 모바일 네트워크 환경은 유선 네트워크 환경과 비교할 때 주변 노드와의 간섭, 낮은 대역폭, 그리고 자유롭게 이동하는 노드들의 특성 때문에 한정된 네트워킹 자원을 제공한다. 이는 모바일 노드가 정보를 송수신할 수 있는 기회가 적고, 전송이 실패할 확률이 높다는 것을 나타낸다. 따라서 가용한 네트워킹 자원을 사용하여 주기적으로 세그먼트 전송 순서와 경로를 결정[7]해야 한다.

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상세보기
Videolan Client. [Online]. Available : http://www. videolan.org

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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