전술 에드혹 환경은 개별 지상 노드 간 분산적인 형태의 자율망으로 구성되므로 네트워크의 생존 가능성 및 유연성 측면에서 효과적이나 기동 간 통신 시 제한된 출력, 지형특성, 이동성 등의 제약으로 인하여 잦은 링크 단절 및 음영지역이 발생할 수 있다. 반면 위성 통신망은 지상 기동 망에 비해 지형특성과 이동성을 극복한 광역 무선 링크를 제공할 수 있는 장점이 있으나 상대적으로 한정된 대역폭 및 고지연 특성의 망이다. 미래 전장 환경에서 기존의 단독망 형태의 제약사항을 극복하고 지휘 통제 통신의 신뢰성 및 효율성을 높이기 위해서는 이종망 게이트웨이(Heterogeneous networkgateway, HNG)를 중심으로 위성 통신망을 포함한 다계층 통합 네트워크 구조가 요구된다. 본 논문에서는 전술 에드혹 환경에서 위성-전술 에드혹 망을 통합적으로 고려하고 유통되는 임무 트래픽의 플로우 특성에 기반하여 신뢰성 있는 데이터 전달이 가능한 이종망 게이트웨이 구조 및 세부 알고리즘을 제시한다. 시뮬레이션은 네트워크 수준의 시뮬레이터인 Riverbed Modeler를 활용하여 제시하는 구조의 유효성을 확인하였다.
전술 에드혹 환경은 개별 지상 노드 간 분산적인 형태의 자율망으로 구성되므로 네트워크의 생존 가능성 및 유연성 측면에서 효과적이나 기동 간 통신 시 제한된 출력, 지형특성, 이동성 등의 제약으로 인하여 잦은 링크 단절 및 음영지역이 발생할 수 있다. 반면 위성 통신망은 지상 기동 망에 비해 지형특성과 이동성을 극복한 광역 무선 링크를 제공할 수 있는 장점이 있으나 상대적으로 한정된 대역폭 및 고지연 특성의 망이다. 미래 전장 환경에서 기존의 단독망 형태의 제약사항을 극복하고 지휘 통제 통신의 신뢰성 및 효율성을 높이기 위해서는 이종망 게이트웨이(Heterogeneous network gateway, HNG)를 중심으로 위성 통신망을 포함한 다계층 통합 네트워크 구조가 요구된다. 본 논문에서는 전술 에드혹 환경에서 위성-전술 에드혹 망을 통합적으로 고려하고 유통되는 임무 트래픽의 플로우 특성에 기반하여 신뢰성 있는 데이터 전달이 가능한 이종망 게이트웨이 구조 및 세부 알고리즘을 제시한다. 시뮬레이션은 네트워크 수준의 시뮬레이터인 Riverbed Modeler를 활용하여 제시하는 구조의 유효성을 확인하였다.
The tactical mobile ad-hoc network(MANET) consists of distributed autonomous networks between individual ground nodes, which is effective in terms of network survivability and flexibility. However, due to constraints such as limited power, terrain, and mobility, frequent link disconnection and shado...
The tactical mobile ad-hoc network(MANET) consists of distributed autonomous networks between individual ground nodes, which is effective in terms of network survivability and flexibility. However, due to constraints such as limited power, terrain, and mobility, frequent link disconnection and shadow area may occur in communication. On the other hand, the satellite network has the advantage of providing a wide-area wireless link overcoming terrain and mobility, but has limited bandwidth and high-latency characteristic. In the future battlefield, an integrated network architecture for interworking multi-layer networks through a heterogeneous network gateway (HNG) is required to overcome the limitations of the existing individual networks and increase reliability and efficiency of communication. In this paper, we propose a new HNG architecture and detailed algorithm that integrates satellite network and the tactical MANET and enables reliable data transfer based on flow characteristics of traffic. The simulations validated the proposed architecture using Riverbed Modeler, a network-level simulator.
The tactical mobile ad-hoc network(MANET) consists of distributed autonomous networks between individual ground nodes, which is effective in terms of network survivability and flexibility. However, due to constraints such as limited power, terrain, and mobility, frequent link disconnection and shadow area may occur in communication. On the other hand, the satellite network has the advantage of providing a wide-area wireless link overcoming terrain and mobility, but has limited bandwidth and high-latency characteristic. In the future battlefield, an integrated network architecture for interworking multi-layer networks through a heterogeneous network gateway (HNG) is required to overcome the limitations of the existing individual networks and increase reliability and efficiency of communication. In this paper, we propose a new HNG architecture and detailed algorithm that integrates satellite network and the tactical MANET and enables reliable data transfer based on flow characteristics of traffic. The simulations validated the proposed architecture using Riverbed Modeler, a network-level simulator.
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문제 정의
본 논문에서는 전술 에드혹 환경에서 이종망간 지연시간 특성, 경로안정도, 트래픽 플로우의 세션유지시간을 고려한 이종망 게이트웨이 구조를 제안하였다. 미래 전장 환경에서 지휘 통제를 위한 기본 수단인 데이터 통신은 생존 가능성과 효율성을 동시에 만족할 수 있는 형태로 설계가 되어야 하며 네트워크의 상황변화에 대한 인지 및 트래픽 플로우 특성에 적합한 형태로 서비스가 되어야 할 것으로 판단된다.
이에 본 논문에서는 위성-전술 에드혹 망이 통합적으로 운용되는 전술 네트워크 환경에서 유통되는 임무 트래픽 플로우의 특성에 기반하여 신뢰성 있는 데이터 전달이 가능한 이종망 게이트웨이 구조 및 세부 알고리즘을 제시한다.
이에 본 논문에서는 위성-지상간 이동형 다중 게이트웨이 구조 하 이종망간 지연시간 특성, 경로안정도, 트래픽 플로우의 세션유지시간을 고려한 이종망 게이트웨이 구조를 제안한다. 또한 네트워크 수준의 시뮬레이션을 통하여 제안하는 방법의 지연시간, 전송성공률, 수신량 측면에서 성능을 분석한다.
제안 방법
이에 본 논문에서는 위성-지상간 이동형 다중 게이트웨이 구조 하 이종망간 지연시간 특성, 경로안정도, 트래픽 플로우의 세션유지시간을 고려한 이종망 게이트웨이 구조를 제안한다. 또한 네트워크 수준의 시뮬레이션을 통하여 제안하는 방법의 지연시간, 전송성공률, 수신량 측면에서 성능을 분석한다.
본 논문에서 제안하는 이종망 게이트웨이 구조 및 통합 라우팅 메트릭의 성능분석을 위하여 통신 생존 가능성 측면에서 분석하기 위한 네트워크 연결성 측면의 성능분석 결과와 통신 효율성 측면의 이종망 게이트웨이 선택 시 통합 라우팅 메트릭의 적용 여부에 의한 성능분석 결과를 제시하였다.
본 논문에서는 최적의 이종망 게이트웨이 선택을 위하여 지상의 전술 에드혹 환경 특성과 위성 통신망의 통합 운용을 고려한 통합 라우팅 메트릭 개념을 적용하였다. 지상의 전술 에드혹 환경 특성 및 위성 통신망의 지연특성 반영을 위한 통합전송예상시간(Integrated expected transmission time, IETT)와 동적으로 변화하는 네트워크 환경의 토폴로지 변화에 대한 경로 안정성을 평가하는 경로안정도(Path stability rate, PSR), 최종적으로 트래픽 플로우에 대한 특성을 가중치 형태로 반영한 종합비용함수(Total cost function, TCF)로 구성된다.
시뮬레이션 시나리오는 Riverbed Modeler를 통해 모델링된 지상 에드혹 노드 및 게이트웨이 노드를 Figure 5와 같이 연대급 네트워크 규모에서 4개 대대가 집결지에서 임무 수행을 위해 일정시간 이후에 4개 그룹으로 분산 이동하는 상황을 모의하였다. 4개 그룹 중 1대대, 2대대, 4대대에는 지휘소(Command post) 및 타 대대와 연결 가능한 위성 백홀링크와 전술 에드혹 네트워크와 연동접점을 구성하는 이종망 게이트웨이 노드를 배치하였다.
시뮬레이션을 수행하기 위한 모델은 Table 1과 같이 지상 에드혹 노드와 게이트웨이 역할을 수행하는 이종망 게이트웨이 노드로 구분하여 모델링 하였으며, 개별 노드간 트래픽 쌍이 생성되어 유통될 수 있도록 32개 트래픽 플로우로 트래픽 모델을 정의하였다. 이종망 게이트웨이 노드의 성능에 차이를 두기 위하여 비트에러율(Bit Error Rate, BER)을 각 이종망 게이트웨이 별로 다른 값을 설정하였다.
)은 전술 에드혹 망의 지연시간과 위성 통신망의 지연시간 측면에서 통합적인 비용을 계산하기 위한 라우팅 메트릭이다. 전술 에드혹 망의 개별노드는 소스 노드에서 이종망 게이트웨이까지의 경로 p 상에 존재하는 링크 i에 대한 헬로우(Hello) 메시지 전달성공률에 기반한 라우팅 메트릭인 예상전송횟수(ETX)(Expected transmission count)(Couto et al., 2003)값과 링크별 가용 대역폭(ABW)(Available bandwidth), 평균 송신 패킷크기(S)를 통해 무선 에드혹 구간의 전송예상시간(Expected transmission time, ETT)값을 계산한다. 만약, 경로 p 상에 위성링크가 존재한다면 Equation (2)의 물리적인 위성 전송시간(Ttd)과 위성 백홀링크의 큐잉지연시간(Tqd)을 반영한 경로 위성지연시간(SDp) 값을 가산하여 경로 p에 대한 통합예상 전송시간 값을 도출한다.
대상 데이터
6)를 활용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 수행하기 위한 모델은 Table 1과 같이 지상 에드혹 노드와 게이트웨이 역할을 수행하는 이종망 게이트웨이 노드로 구분하여 모델링 하였으며, 개별 노드간 트래픽 쌍이 생성되어 유통될 수 있도록 32개 트래픽 플로우로 트래픽 모델을 정의하였다. 이종망 게이트웨이 노드의 성능에 차이를 두기 위하여 비트에러율(Bit Error Rate, BER)을 각 이종망 게이트웨이 별로 다른 값을 설정하였다.
이론/모형
본 논문에서 제안하는 이종망 게이트웨이 구조에 대한 통합 메트릭 성능분석을 위하여 네트워크 수준의 이산사건 이벤트 기반 시뮬레이터인 Riverbed Modeler(버전 18.6)를 활용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 수행하기 위한 모델은 Table 1과 같이 지상 에드혹 노드와 게이트웨이 역할을 수행하는 이종망 게이트웨이 노드로 구분하여 모델링 하였으며, 개별 노드간 트래픽 쌍이 생성되어 유통될 수 있도록 32개 트래픽 플로우로 트래픽 모델을 정의하였다.
성능/효과
결과적으로 위성 통신망과 통합 운용되는 전술 에드혹 환경에서 이종망 게이트웨이의 배치 유무 및 통합 라우팅 메트릭 적용 여부에 따라 기존 방법대비 네트워크 생존 가능성 및 효율성 측면에서 좋은 성능을 기대할 수 있었다. 이는 전술 에드혹 환경 특성과 위성통신망 통합 운용 특성을 고려하게 한 복잡한 구조의 적용 및 경로의 상태 정보를 획득을 위해 기 유통되는 제어 메시지에 추가 정보를 포함시킨 오버헤드 증가에 의한 이득이다.
시뮬레이션 결과의 x축은 시뮬레이션 상의 시간경과를 보이며, y축은 Figure 7a, 7b, 7c 각각 종단 간 지연, 트래픽 수신량, 패킷 전송 성공률을 보인다. 이종망 게이트웨이 선택 시 기존 최소 홉(Hop) 수 기반의 라우팅 메트릭과 제안하는 이종망 게이트웨이 선택시 통합 라우팅 메트릭 적용 알고리즘 간의 비교를 통해 종단 간 지연시간 측면에서는 기존의 약 11.1초에서 5.2초로 단축됨을 알 수 있었고, 평균 트래픽 수신량 측면에서는 기존 74 kbps에서 약 90 kbps로 증가하였고, 전송 성공률 측면에서는 기존 71.54%에서 88.92%로 향상됨을 확인할 수 있었다.
후속연구
미래 전장 환경에서 지휘 통제를 위한 기본 수단인 데이터 통신은 생존 가능성과 효율성을 동시에 만족할 수 있는 형태로 설계가 되어야 하며 네트워크의 상황변화에 대한 인지 및 트래픽 플로우 특성에 적합한 형태로 서비스가 되어야 할 것으로 판단된다. 그러므로 전술 에드혹 네트워크는 기존의 단독망 운용 형태에서 위성을 포함한 다계층의 통합 운용 네트워크 구조로 발전될 것으로 기대되며, 본 논문에서 제안하는 이종망 게이트웨이 구조 및 알고리즘을 기반으로 추후 이종망 간 통합 운용이 가능한 게이트웨이 시스템을 개발하는 데 활용하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
위성 통신망과 통합 운용되는 전술 에드혹 환경에서 이종망 게이트웨이의 배치 유무 및 통합 라우팅 메트릭 적용 여부에 따라 기존 방법대비 네트워크 생존 가능성 및 효율성 측면에서 좋은 성능을 기대할 수 있었던 이유는?
결과적으로 위성 통신망과 통합 운용되는 전술 에드혹 환경에서 이종망 게이트웨이의 배치 유무 및 통합 라우팅 메트릭 적용 여부에 따라 기존 방법대비 네트워크 생존 가능성 및 효율성 측면에서 좋은 성능을 기대할 수 있었다. 이는 전술 에드혹 환경 특성과 위성통신망 통합 운용 특성을 고려하게 한 복잡한 구조의 적용 및 경로의 상태 정보를 획득을 위해 기 유통되는 제어 메시지에 추가 정보를 포함시킨 오버헤드 증가에 의한 이득이다.
MONET란 무엇인가?
, 2015). 대표적인 통합망 연구사례로서 영국의 SURREY 대학에서 수행한 MONET(Mechanism for Optimization of Hybrid Ad hoc Networks)(MONET Project, 2010)은 종단 간 서비스 품질(Quality of service, QoS) 및 자원 최적화에 초점을 맞추어 효율적인 위성-지상 기동 망간 하이브리드 네트워크 구성을 진행한 프로젝트이다. 또 다른 연구사례로서 DUMBONET(Digital Ubiquitos Mobile Broadband Optimized Link State Protocol Network) (Kanchanasut, 2007)은 아시아 국가들을 주축으로 재난지역 또는 통신 기반시설이 취약한 지역을 지원하기 위한 응급통신 네트워크 구성을 목적으로 에드혹 망과 위성망이 단일 오버 레이 네트워크로 동작 가능한 구조를 제시하였다.
위성 통신망의 장단점은?
그러므로 지상 노드의 기동 간 통신 시 제한된 출력, 지형특성, 이동성 등의 물리적인 제약으로 인하여 링크 단절, 음영지역 및 그로 인한 망간 분리가 수시로 발생할 수 있다. 반면 위성 통신망은 지상 기동 망에 비해 지형특성과 이동성을 극복한 광역 무선 링크를 제공할 수 있는 장점이 있으나, 다수의 가입자가 주파수 재사용 없이 한정된 대역폭을 점유하여 서비스하는 형태의 망이므로 상대적으로 전송 속도가 낮고 위성체 고도에 따라 높은 왕복전송시간(Round trip time, RTT)을 가지는 고지연 특성의 망이다.
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