VSAT 기반 위성통신 시스템에서 인터넷 서비스 제공을 위한 계층 간 프로토콜 연동 구조 Interconnection Architecture of Cross-Layer Protocols to Provide Internet Services in VSAT Based Satellite Communication Systems원문보기
김지형
(Hanyang University, Department of Computer Science and Engineering)
,
노재원
(Hanyang University, Department of Computer Science and Engineering)
,
조성현
(Hanyang University, Department of Computer Science and Engineering)
본 논문에서는 VSAT 기반 위성통신 시스템에서 효율적인 인터넷 서비스 제공을 위한 계층 간 프로토콜 연동 구조 모델을 제시하고 이를 구현하여 제안된 모델의 동작을 검증한다. VSAT 기반 위성통신 시스템은 대부분 DVB-S2 표준을 사용한다. 그러나 DVB-S2는 방송 서비스 중심으로 설계되었기 때문에 IP 기반 인터넷 프로토콜을 지원하기에는 비효율성이 많이 존재한다. 이를 해결하기 위해 계층 2 프로토콜인 generic stream encapsulation (GSE)가 제정되었다. 본 논문은 IP 프로토콜과 GSE 프로토콜과의 연동, GSE 프로토콜과 DVB-S2와의 연동 방법에 대해 제안한다. 또한 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 제안된 계층 간 연동 프로토콜을 구현하고 NI사의 universal software radio peripheral (USRP) 및 상용 DVB 수신기를 통해 구현된 내용의 동작을 검증한다.
본 논문에서는 VSAT 기반 위성통신 시스템에서 효율적인 인터넷 서비스 제공을 위한 계층 간 프로토콜 연동 구조 모델을 제시하고 이를 구현하여 제안된 모델의 동작을 검증한다. VSAT 기반 위성통신 시스템은 대부분 DVB-S2 표준을 사용한다. 그러나 DVB-S2는 방송 서비스 중심으로 설계되었기 때문에 IP 기반 인터넷 프로토콜을 지원하기에는 비효율성이 많이 존재한다. 이를 해결하기 위해 계층 2 프로토콜인 generic stream encapsulation (GSE)가 제정되었다. 본 논문은 IP 프로토콜과 GSE 프로토콜과의 연동, GSE 프로토콜과 DVB-S2와의 연동 방법에 대해 제안한다. 또한 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 제안된 계층 간 연동 프로토콜을 구현하고 NI사의 universal software radio peripheral (USRP) 및 상용 DVB 수신기를 통해 구현된 내용의 동작을 검증한다.
In this paper, a cross-layer interworking scheme for different protocols is proposed to provide an efficient internet services in very small aperture terminal (VSAT) based satellite communication systems. In addition, we implement the proposed interworking model and prove the feasibility of the prop...
In this paper, a cross-layer interworking scheme for different protocols is proposed to provide an efficient internet services in very small aperture terminal (VSAT) based satellite communication systems. In addition, we implement the proposed interworking model and prove the feasibility of the proposed system. VSAT based satellite communication systems commonly use digital video broadcasting (DVB)-S2 standard. Unfortunately, DVB-S2 has inefficient parts to support IP based internet services because it has originally been designed to support broadcasting services. Generic stream encapsulation (GSE) protocol, which is a layer 2 protocol, has been proposed to mitigate this inefficiency. We propose a cross-layer interworking scheme to cooperate efficiently between IP and GSE protocols and between GSE protocol and DVB-S2, respectively. In addtion, we implement the proposed interworking schemes via computer softwares and prove the feasibility using NI-USRP and commercial DVB receiver.
In this paper, a cross-layer interworking scheme for different protocols is proposed to provide an efficient internet services in very small aperture terminal (VSAT) based satellite communication systems. In addition, we implement the proposed interworking model and prove the feasibility of the proposed system. VSAT based satellite communication systems commonly use digital video broadcasting (DVB)-S2 standard. Unfortunately, DVB-S2 has inefficient parts to support IP based internet services because it has originally been designed to support broadcasting services. Generic stream encapsulation (GSE) protocol, which is a layer 2 protocol, has been proposed to mitigate this inefficiency. We propose a cross-layer interworking scheme to cooperate efficiently between IP and GSE protocols and between GSE protocol and DVB-S2, respectively. In addtion, we implement the proposed interworking schemes via computer softwares and prove the feasibility using NI-USRP and commercial DVB receiver.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
패킷이 캡쳐되면, pcap_handler에 의해서 원하는 패킷들이 구분된다. 본 시나리오에서는 IP 패킷을 사용하기 때문에 핸들러에서 캡처된 패킷의 IP 헤더를 취득하고, 헤더의 프로토콜 타입을 검사하여 IP 패킷이 맞는지 검사한다. IP 패킷이 맞는 경우, 헥사 스트림의 형태로 파일로 내보내어 IP 패킷을 추출하는 과정을 완료한다.
특히 기존에 방송용으로 주로 사용되던 DVB-S2 프로토콜의 개량에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 DVB-S2 기반 위성통신 시스템에서 IP 기반 인터넷 서비스를 위한 계층 간 연동 방법을 제시하고 이를 컴퓨터 시뮬레이터로 구현하였다. 특히, 기존 MPEG-TS 스트림 뿐만 아니라 일반적 인터넷 서비스의 IP 패킷까지도 DVB-S2 기반으로 송신할 수 있도록 구현하였다.
데이터트래픽의 양이나 중요도를 기준으로 볼 때 아웃바운드 관련 기술이 좀 더 많은 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 대표적 아웃바운드 표준인 DVB-S2와 GSE의 계층 간 연동구조에 대해 연구하고 이를 구현한다.
본 절에서는 generic stream을 처리하기 위해 각 계층 별 프로토콜이 어떻게 연동되는지에 대해 설명한다. 먼저 네트워크 계층에서 IP 패킷을 만들면 GSE는 이를 PDU로 인식하여 GSE 패킷으로 만들게 된다.
본 절에서는 구현하고자 하는 계층 간 연동 동작 모델은 DVB-S2 기반 위성통신 시스템을 통해 원거리로 데이터를 송·수신하는 시나리오이다.
본 절에서는 앞서 기술한 구현부를 활용한 실제 구현 및 실험 결과에 대해 기술한다. 앞서 설명한 구현부는 크게 두 부분으로 나눌 수 있다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 그림 3과 같이 실제 데이터 트래픽을 위성통신 시스템의 송·수신 데이터로 사용할 수 있도록 구현하였다.
실제 사용자가 사용하는 IP 패킷을 만들기 위하여 기존 인터넷 서비스를 사용하는 데이터 트래픽을 캡처하여, 해당 패킷을 위성 통신 시스템 구현의 IP 패킷으로 사용하였다. 따라서 우선적으로 Winpcap 라이브러리를 사용하여 IP 패킷을 캡처하였고 그 결과를 IP 패킷 파일로 내어주어 다음 단계로 보내도록 구현하였다.
본 연구에서는 NI USRP-2930 장비와 위성신호 수신기, 64비트 PC 두 대를 사용하였다. 또한 LabView를 이용하여 DVB-S2 신호 생성과 복조하여 시각화하는 프로그램을 구현하였다. 위에서 기술한 IP 패킷으로부터 GSE, DVB-S2 표준을 거쳐 만들어진 BB-FRAME을 LabView 프로그램의 입력으로 전달하여 인코딩과 변조 작업을 수행한다.
특히, 기존 MPEG-TS 스트림 뿐만 아니라 일반적 인터넷 서비스의 IP 패킷까지도 DVB-S2 기반으로 송신할 수 있도록 구현하였다. 또한 상용 위성 수신기를 통해 제안한 계층 간 연동 방법의 동작을 검증하였다. 본 연구의 결과는 추후 DVB-S2 기반 위성 통신 시스템의 계층 간 연동 연구에 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
수신 측 PC에서는 받은 신호를 실제 상용 위성 신호 수신기를 통해 확인한다. 복조 설정은 quadrature phase shift keying (QPSK)로 심볼 당 샘플율은 2로 설정하여 진행하였다. 가장 먼저 그림 5의 파워 스펙트럼 밀도 그래프를 도출해 낸다.
따라서 본 연구에서는 그림 3과 같이 실제 데이터 트래픽을 위성통신 시스템의 송·수신 데이터로 사용할 수 있도록 구현하였다. 실제 사용자가 사용하는 IP 패킷을 만들기 위하여 기존 인터넷 서비스를 사용하는 데이터 트래픽을 캡처하여, 해당 패킷을 위성 통신 시스템 구현의 IP 패킷으로 사용하였다. 따라서 우선적으로 Winpcap 라이브러리를 사용하여 IP 패킷을 캡처하였고 그 결과를 IP 패킷 파일로 내어주어 다음 단계로 보내도록 구현하였다.
또한 LabView를 이용하여 DVB-S2 신호 생성과 복조하여 시각화하는 프로그램을 구현하였다. 위에서 기술한 IP 패킷으로부터 GSE, DVB-S2 표준을 거쳐 만들어진 BB-FRAME을 LabView 프로그램의 입력으로 전달하여 인코딩과 변조 작업을 수행한다. 앞서 설명한 BB-FRAME의 생성까지는 프로그램 내에서 dynamic linking library (DLL) 형태로 포함된다.
앞서 설명한 BB-FRAME의 생성까지는 프로그램 내에서 dynamic linking library (DLL) 형태로 포함된다. 이 후 DLL의 출력인 비트 스트림 형태의 BB-FRAME을 입력으로 받아 인코딩을 진행한다.
최근 위성 통신망의 용도가 방송에서 데이터로 확대됨에 따라 향후 DVB-S2에서도 generic stream에 대한 수요가 많아질 것으로 예측된다. 이러한 상황에 비추어 본 연구에서는 위성통신 시스템에서 효율적인 인터넷 서비스 제공을 위해 DVB-S2표준, GSE 및 IP 프로토콜 연동 방법을 제안하고, 이를 컴퓨터 시뮬레이터로 구축하여 제안된 연동 방법의 동작을 검증한다. 특히 모의실험에서 실제 위성 장비를 통해 시험하기 어려우므로 National Instrument사의 universal software radio peripheral (USRP) 및 관련 소프트웨어를 통해 위성 신호 및 데이터의 송수신을 구현한다.
이러한 상황에 비추어 본 연구에서는 위성통신 시스템에서 효율적인 인터넷 서비스 제공을 위해 DVB-S2표준, GSE 및 IP 프로토콜 연동 방법을 제안하고, 이를 컴퓨터 시뮬레이터로 구축하여 제안된 연동 방법의 동작을 검증한다. 특히 모의실험에서 실제 위성 장비를 통해 시험하기 어려우므로 National Instrument사의 universal software radio peripheral (USRP) 및 관련 소프트웨어를 통해 위성 신호 및 데이터의 송수신을 구현한다.특히 수신단에서 상용 DVB-S2 수신 모듈을 사용하여 본 연구에서 구현한 시스템의 작동을 검증한다.
특히 모의실험에서 실제 위성 장비를 통해 시험하기 어려우므로 National Instrument사의 universal software radio peripheral (USRP) 및 관련 소프트웨어를 통해 위성 신호 및 데이터의 송수신을 구현한다.특히 수신단에서 상용 DVB-S2 수신 모듈을 사용하여 본 연구에서 구현한 시스템의 작동을 검증한다.
본 연구에서는 DVB-S2 기반 위성통신 시스템에서 IP 기반 인터넷 서비스를 위한 계층 간 연동 방법을 제시하고 이를 컴퓨터 시뮬레이터로 구현하였다. 특히, 기존 MPEG-TS 스트림 뿐만 아니라 일반적 인터넷 서비스의 IP 패킷까지도 DVB-S2 기반으로 송신할 수 있도록 구현하였다. 또한 상용 위성 수신기를 통해 제안한 계층 간 연동 방법의 동작을 검증하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 NI USRP-2930 장비와 위성신호 수신기, 64비트 PC 두 대를 사용하였다. 또한 LabView를 이용하여 DVB-S2 신호 생성과 복조하여 시각화하는 프로그램을 구현하였다.
이 실험에서는 앞의 구현에 따라 생성한 IP 기반 DVB-S2 신호를 이용한다. 이 신호는 USRP 장비를 통하여 송신 되는 동시에 송신 직전의 신호로 복조된다.
후속연구
또한 상용 위성 수신기를 통해 제안한 계층 간 연동 방법의 동작을 검증하였다. 본 연구의 결과는 추후 DVB-S2 기반 위성 통신 시스템의 계층 간 연동 연구에 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
추가적으로 LDPC 디코딩과 BCH 디코딩을 통해 BB-FRAME까지의 비트 스트림도 얻어낼 수 있다. 이러한 결과들은 VSAT 위성 시스템에서 DVB-S2 기반 인터넷 서비스를 제공할 때 IP, GSE, DVB-S2 프로토콜을 효과적으로 계층 간 연동하여 구현하는 데 기초 연구로 활용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
VSAT 위성통신 시스템은 어떻게 나누는가?
본 절에서는 VSAT 위성 통신 시스템의 표준에 대해 설명한다. VSAT 위성통신 시스템은 그림 1과 같이 송수신 주체에 따라 인바운드 (inbound) 링크와 아웃바운드 (outbound) 링크로 나눌 수 있다. 인바운드링크는 VSAT 단말에서 위성방향의 통신채널이며 IPoS (IP over Satellite) 프로토콜이 주로 사용된다 [8].
위성통신 시스템이란 무엇인가?
위성통신 시스템이란 위성을 통해 무선 신호를 송·수신하는 시스템을 의미한다. 주로 유·무선 통신 인프라를 사용하기 힘든 상황에서 사용되거나 사용될 것을 목표로 연구되고 있다.
GSE 헤더에 fragmentation에 필요한 sequence 필드가 없는 이유는 무엇인가?
하지만 GSE 헤더에는 fragmentation에 필요한 sequence 필드가 없다. 이는위성통신 시스템의 아웃바운드 통신 특성상 상위 레이어의 데이터가 연속적으로 들어온다는 가정을 하고 있기 때문이다. 대신 fragmentation 된 PDU에 대해서 cyclic redundancy check (CRC)를 제공함으로써 무결성을 보장한다.
참고문헌 (8)
K. H. Chae, S. R. Lee, and S. H. Yoon, "An unambiguous correlation function of TMBOC signal for satellite communication of vessels," J. KICS, vol. 39, no. 7, pp. 559-565, Jul. 2014.
H. W. Park, H. S. Lee, and W. S. Yoon, "Performance analysis of cooperative communication with spread spectrum to overcome channel blockage for on-the-move terminal in next generation satellite communication systems," J. Korean Inst. of Commun. Sci., vol. 39, no. 9, pp. 757-766, Sep. 2014.
C. Morlet, et al., "Introduction of mobility aspects for DVB-S2/RCS broadband systems," Space Commun., vol. 21, no. 1-2, pp. 5-17, 2007.
U. Reimers and A. Morello, "DVB-S2, the second generation standard for satellite broadcasting and unicasting," Int. J. Satellite Commun. and Netw., vol. 22, no. 3, pp. 249-268, 2004.
ETSI: Digital Video Broadcasting (DVB): Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications, EN 302 307 V1.1.2, 2006.
K. J. Jeon, B. H. Ko, S. C. Myung, S. R. Lee, and K. S. Kim, "Protograph-based block LDPC code design for marine satellite communications," The J. Korean Inst. of Commun. Sci., vol. 39, no. 7, pp. 515-520, Jul. 2014.
J. Cantillo, et al., "GSE: A flexible, yet efficient, encapsulation for IP over DVB-S2 continuous generic streams," Int. J. Satellite Commun. Netw., vol. 26 no. 3, pp. 231-250, 2008.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.