사물 인터넷 (IoT : Internet of things) 환경에서 여러 종류의 스마트 디바이스들은 스마트 헬스케어 서비스와 같은 원격 모니터링 서비스를 제공하기 위해 4G/5G, WiBro, 블루투스 등의 다양한 네트워크 기술을 통해 인터넷에 연결된다. IETF Mobile IP 기반의 대부분의 국제표준 인터넷 이동성 관리 기술은 IoT 환경에서 디바이스들이 가지고 있는 제한적인 전력, 제한적인 CPU 처리 및 메모리 능력 및 과도한 시그널링 오버헤드로 인해 사물인터넷 환경에 적합하지 않다. 본 논문에서는 IoT 환경에서 신뢰성있는 이동성 관리를 위해 IETF CoAP에 기반한 새로운 이동성관리 프로토콜인 CoMP (CoAP-based Mobility Management Protocol)를 제시한다. CoMP는 Constrained 환경에서도 신뢰성 있게 이동성관리를 제공할 수 있는 장점을 제공한다. CoMP의 구조 및 알고리즘을 제시하고, 마지막으로 수학적 분석과 시뮬레이션을 사용하여 성능평가를 하였다.
사물 인터넷 (IoT : Internet of things) 환경에서 여러 종류의 스마트 디바이스들은 스마트 헬스케어 서비스와 같은 원격 모니터링 서비스를 제공하기 위해 4G/5G, WiBro, 블루투스 등의 다양한 네트워크 기술을 통해 인터넷에 연결된다. IETF Mobile IP 기반의 대부분의 국제표준 인터넷 이동성 관리 기술은 IoT 환경에서 디바이스들이 가지고 있는 제한적인 전력, 제한적인 CPU 처리 및 메모리 능력 및 과도한 시그널링 오버헤드로 인해 사물인터넷 환경에 적합하지 않다. 본 논문에서는 IoT 환경에서 신뢰성있는 이동성 관리를 위해 IETF CoAP에 기반한 새로운 이동성관리 프로토콜인 CoMP (CoAP-based Mobility Management Protocol)를 제시한다. CoMP는 Constrained 환경에서도 신뢰성 있게 이동성관리를 제공할 수 있는 장점을 제공한다. CoMP의 구조 및 알고리즘을 제시하고, 마지막으로 수학적 분석과 시뮬레이션을 사용하여 성능평가를 하였다.
In Internet of Things (IoT) environment, a variety of smart devices are connected to Internet through various network technologies such as 4G/5G, WiBro, Bluetooth, etc. in order to provide the remote monitoring service such as smart healthcare service, etc. Most standard mobility management protocol...
In Internet of Things (IoT) environment, a variety of smart devices are connected to Internet through various network technologies such as 4G/5G, WiBro, Bluetooth, etc. in order to provide the remote monitoring service such as smart healthcare service, etc. Most standard mobility management protocols based on IETF Mobile IP may not be suitable for Internet of Things (IoT) environments due to constrained power, constrained CPU processing and memory capacity, and large signalling overhead which are inherently accompanied by various devices in IoT environments. In this article, we propose a new mobility management protocol CoMP (CoAP-based Mobility Managemenbt Protocol) for reliable mobility management in IoT environments. The architecture and algorithm to achieve both reliability and simplicity for IoT mobility management are proposed. Finally, performance has been evaluated by both mathematical analysis and simulation.
In Internet of Things (IoT) environment, a variety of smart devices are connected to Internet through various network technologies such as 4G/5G, WiBro, Bluetooth, etc. in order to provide the remote monitoring service such as smart healthcare service, etc. Most standard mobility management protocols based on IETF Mobile IP may not be suitable for Internet of Things (IoT) environments due to constrained power, constrained CPU processing and memory capacity, and large signalling overhead which are inherently accompanied by various devices in IoT environments. In this article, we propose a new mobility management protocol CoMP (CoAP-based Mobility Managemenbt Protocol) for reliable mobility management in IoT environments. The architecture and algorithm to achieve both reliability and simplicity for IoT mobility management are proposed. Finally, performance has been evaluated by both mathematical analysis and simulation.
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문제 정의
본 논문에서는 IoT 환경에서의 신뢰성 있는 이동성 관리 메커니즘을 위한 CoMP 프로토콜을 설계하였다. IoT 이동성 관리의 신뢰성을 확보하기 위해 IETF CoAP 프로토콜을 확장하였으며, 핸드오버 작업 중 신호처리 메시지의 손실을 방지할 수 있는 홀딩 모드 및 바인딩 모드를 CoAP 프로토콜 확장을 통해 구현하였다.
본 논문에서는 앞에서 기술한 문제점들을 해결하기 위해 IoT 환경을 위한 신뢰성 있는 이동성 관리 메커니즘으로 IETF CoAP 기반의[2] CoAP-based Mobility Management Protocol (CoMP)을 제시한다. CoMP는 CoAP 메시지 형식을 확장하여 IP 이동성 관리를 제공할 수 있도록 한다.
가설 설정
에서 제시된, f개의 조각으로 구성된 CoAP 메시지의 서로 다른 SNR에 따른 패킷 손실률을 사용하였다. 여기서 무선 링크의 대역폭및 유선 링크 대역폭은 각각 250Kbps, 100Mbps로 가정하였으며, tDHCP, tMD, tL2, t(mCSN, ER), t(mCSN, IMMS), t(mCSN, CWC), t(CWC, IMMS), S 그리고 m 은 각각 5000ms, 100ms, 50ms, 4.4ms, 79.4ms, 79.4ms, 50ms, 113byte 그리고 4로 설정하였다.
제안 방법
CoMP의 핸드오버 지연을 분석하기 위해, 먼저 전송및 재전송 횟수의 평균을 계산하였으며 이 과정에는 CoAP 재전송 메커니즘에서의 전송 에러 발생 가능성을 포함하였다. [9]의 저자는 802.
본 논문에서는 IoT 환경에서의 신뢰성 있는 이동성 관리 메커니즘을 위한 CoMP 프로토콜을 설계하였다. IoT 이동성 관리의 신뢰성을 확보하기 위해 IETF CoAP 프로토콜을 확장하였으며, 핸드오버 작업 중 신호처리 메시지의 손실을 방지할 수 있는 홀딩 모드 및 바인딩 모드를 CoAP 프로토콜 확장을 통해 구현하였다. CoMP의 핸드오버 지연에 대한 수학적 분석을 진행하였으며, 성능 평가 결과는 CoMP가 신뢰성 있는 이동성 관리를 위해 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
논문에서는 신뢰성 있는 이동성 관리를 제공하기 위한 CoMP 핸드오버 절차를 등록, 탐색, 바인딩, 홀딩의 네 단계로 나누어 제시한다. CoMP의 이동성 관련 신호처리 메시지들은 신뢰성 있는 이동성 관리를 제공 하기 위해 CoAP의 CON 메세지를 기반으로 하는 PUT, POST, GET, DELETE 메시지를 사용한다[8].
뿐만 아니라, CoAP의 신뢰성있는 메시지 관리 메커니즘을 사용하여 신뢰도가 낮은 IoT 환경에서 IP 연결성을 확보할 수 있다. 본 논문에서 제시한 CoMP의 성능 평가를 위해 수학적 분석과 시뮬레이션이 사용되었다.
본 논문에서는 Af를 사용하여 f개의 조각을 고려했을 때 CoAP의 simple stop-and-wait 메커니즘에서 발생하는 평균 재전송 횟수 및 평균 전송 횟수를 도출하였다. f개의 조각으로 나뉜 CoAP 메시지의 평균 재전송 횟수 R은 다음과 같이 계산된다.
전송 및 재전송의 평균 횟수와 핸드오버 지연시간을 분석하기 위해, 본 논문에서는 [8]에서 제시된, f개의 조각으로 구성된 CoAP 메시지의 서로 다른 SNR에 따른 패킷 손실률을 사용하였다. 여기서 무선 링크의 대역폭및 유선 링크 대역폭은 각각 250Kbps, 100Mbps로 가정하였으며, tDHCP, tMD, tL2, t(mCSN, ER), t(mCSN, IMMS), t(mCSN, CWC), t(CWC, IMMS), S 그리고 m 은 각각 5000ms, 100ms, 50ms, 4.
성능/효과
특히, PMIPv6은 다중 홉 (Multi-Hop)을 지원하지 않고, 그리고 각각의 센서 노드에 64비트 네트워크 프리픽스가 할당되어야 하기 때문에 패킷 오버헤드가 크다. 결론적으로 PMIPv6 이동성 관리 프로토콜도 IoT환경에서 제한적인 IoT 장치의 이동성관리 서비스를 제공하는 데에는 적합하지 않다[4].
후속연구
IoT 이동성 관리의 신뢰성을 확보하기 위해 IETF CoAP 프로토콜을 확장하였으며, 핸드오버 작업 중 신호처리 메시지의 손실을 방지할 수 있는 홀딩 모드 및 바인딩 모드를 CoAP 프로토콜 확장을 통해 구현하였다. CoMP의 핸드오버 지연에 대한 수학적 분석을 진행하였으며, 성능 평가 결과는 CoMP가 신뢰성 있는 이동성 관리를 위해 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IoT 환경에서 디바이스들의 위치 변경에 따라 필요한 기능은 무엇인가?
최근 사물인터넷 (Internet of Things : IoT) 기술이 헬스케어 모니터링, 재해 관리 등 다양한 분야에서 활용되고 있다[1]. IoT 환경에서 다수의 디바이스들은 위치를 변경하여 이동할 수 있으며, 이에 따라 인터넷 연결성 (Internet Connectivity)를 확보하기 위한 IP 이동성 관리 (IP Mobility Management) 기능이 필요하다.
기존에 사용되고 있는 Mobile IP 기반의 이동성 프로토콜에는 무엇이 있나?
안타깝게도 대표적인 이동성 관리 프로토콜들인 IETF Mobile IPv6 (MIPv6)[2] 및 HMIPv6[3], PMIPv6[4], NEMO[5]는 IoT 환경에 적합하지 않다.[6] 왜냐하면 IoT 환경의 디바이스들은 전력이 제한되어 있고, CPU 처리 능력이나 메모리 용량도 제한적이고 또한 패킷 크기도 IPv6 주소체계를 수용하기에 제한적이며, 그 외 무선통신망의 패킷손실율도 높다.
MIPv6 계열의 Host 기반 이동성관리 프로토콜의 이동성을 관리할 때, 모든 메세지를 처리 되어야 하는 이유는 무엇인가?
구체적으로 MIPv6 계열의 Host 기반 이동성관리 프로토콜은 핸드오버 처리에 필요한 시그널링 오버헤드가 너무 크고, 모바일 노드에 이동성 관리 프로세싱이 포함되기 때문에 이동성 관리를 위한 모든 메시지들이 처리되어야만 한다. 특히, 바인딩 업데이트 등은 모바일 노드에서 복잡한 시그널링 통신 메시지를 필요로 하며, 일반적으로 통신 메시지가 CPU 처리에 비해 많은 전력을 소모하기 때문에 자원 제한적인 IoT 장치의 이동성 관리 프로토콜로서는 적합하지 않다[2].
참고문헌 (9)
D. Li, W. He, and S. Li, "Internet of things in industries: a survey," Industrial Informatics, IEEE Transactions on, Oct, 4, 2014.
D. Johnson, C. Perkins, and J. Arkko. "RFC 3775: Mobility support in IPv6." IETF, June 2004.
Soliman, Hesham, et al. "Hierarchical mobile IPv6 (HMIPv6) mobility management." 2008.
Gundavelli, Sri, et al. "Proxy mobile ipv6." 2008.
Devarapalli, Vijay, et al. Network mobility (NEMO) basic support protocol. No. RFC 3963. 2004.
Z. Zue, R. Wakikawa, and L. Zhang, A Survey of Mobility Support in the Internet, IETF RFC 6301, July 2011.
Khan, "A Study of Network Based Mobility Management Schemes, 6LoWPAN Mobility, Open Issues and Proposed Solutions," Cornell University, Aug. 2014.
Z. Shelby, K. Hartke, and C. Bormann, Constrained Application Protocol (CoAP), IEEE Internet-Draft, draft-ietf-core-coap-18, June 28, 2013.
A. Lydovici, et al., "TinyCoAP: A Novel CoAP Implementation of Embedding RESTful Web Services in Wireless Sensor Networks based on TinyOS," Jour. of Sensor and Actuator Netw., vol. 2, pp. 288-315, 2013.
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