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IoT를 고려한 SDN에서 QoS 기반 플로우 핸드오버 관리 방법
Flow Handover Management Scheme based on QoS in SDN Considering IoT 원문보기

한국사물인터넷학회 논문지 = Journal of the Korea Internet of Things Society, v.6 no.2, 2020년, pp.45 - 50  

경연웅 (한신대학교 컴퓨터공학부) ,  김태국 (동명대학교 정보통신소프트웨어학과)

초록
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본 논문은 SDN에서 QoS 특성을 고려한 차등적인 플로우 핸드오버 관리 방법을 제안하고자 한다. IoT 등 기존 네트워크와는 상이한 서비스들이 등장하고 있는 상황에서 기존의 네트워크는 일반적으로 플로우의 특성을 고려하지 않고 단일적인 핸드오버 방법을 제공하였다. 인터넷에서는 IP 연속성을 유지하면서 최소한의 QoS를 보장할 수 있는 핸드 오버 방법들이 현실적으로 제공되고 있고, 4G, 5G 등 모바일 네트워크에서는 QoS 특성을 고려하지 않고 모든 플로우들에 대해 엄격하게 QoS를 보장하여 핸드오버 방법이 제공되고 있다. 이에 따라 QoS 요구사항이 높은 플로우는 인터넷 상황에서 엄격한 QoS 요구사항을 만족시키면서 서비스 연속성이 보장되기 어렵고, 모바일 네트워크에서는 QoS 요구사항이 낮은 플로우와 높은 플로우의 구분이 없이 엄격한 핸드오버 방법이 제공되기 때문에 자원의 비효율적인 사용이 문제로 제시되고 있다. 본 논문에서는 SDN에서 SDN 컨트롤러에 제어 하에 QoS 요구사항에 따라 효율적인 네트워크 운영을 지원하기 위하여 각 flow 특성에 맞는 핸드오버 방법을 제공하고자 한다. 제안하는 방법은 네트워크 운영자 입장에서 효율적인 네트워크 자원 활용을 도모하고 동시에 플로우의 QoS 요구사항을 만족시키고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a QoS-based handover management scheme in SDN. Even though there have been lots of recent services such as IoT, the conventional networks provide a monolitic handover method without considerations on flow-specific QoS features. For example, the conventional Internet provide...

주제어

#핸드오버   #플로우 관리  

표/그림 (2)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러므로 본 연구에서는 SDN 기반의 이동 네트워크에서 플로우들의 QoS 요구사항을 고려한 동적인 핸드오버 방법을 제안하고자 한다. 제안하는 방법은 QoS 요구 사항에 따라 플로우들을 분류하고 SDN 컨트롤러의 네트워크 관리를 통해 QoS 요구사항을 만족시키면서 네트워크 자원을 효율적으로 사용하고자 한다.
  • 본 논문은 IoT 등 다양한 서비스가 등장하고 그에 따른 다양한 QoS 요구사항이 존재하는 현재 네트워크에서 QoS 특성에 따라 차등적인 핸드오버 방법을 제공할 수있는 방법을 제안하였다. 본 연구에서는 시간 지연과 패킷 손실율을 고려하여 SDN 컨트롤러의 제어 하에 동적인 핸드오버 절차를 제안함으로써 플로우가 요구하는 요구사항을 만족시키면서 동시에 자원 활용을 효율적으로 할 수 있는 방법으로써 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
  • 위에서 정의한 분류에 기반하여 핸드오버가 발생할 때 SDN 컨트롤러의 제어 하에 동적 핸드오버가 제공된다. 제안하는 방법은 분류된 플로우들의 서로 상이한 QoS 조건을 만족시키면서 네트워크 자원을 효율적으로 사용하는 것에 목적을 둔다.

가설 설정

  • 또한 특정 플로우 엔트리의 패킷 양이 정해진 기준 값보다 많아졌다면, 이동 노드가 핸드오버를 통해 해당 스위치에 접속한 사실도 알 수 있다. 본 논문에서는 이동 노드가 핸드오버를 인지하지 못하도록 컨트롤러의 제어 하에 router solicitation(RS) 메시지와 router advertisement(RA) 메시지가 이동 노드와 컨트롤러 간 주고받는 것을 가정하였다.
  • 그리고 전송평면의 노드들은 해당 인터 페이스를 통하여 각 플로우 또는 플로우들의 그룹에 대한 통계정보를 전송할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 통계정보를 통해 컨트롤러가 이동 노드의 L2 핸드오버를 인지할 수 있음을 가정하였다.
  • 제안하는 방법은 SDN 기반의 이동 네트워크에서 QoS 요구사항에 따라 플로우를 분류하고 각 flow에 동적 핸드오버 방법을 제공하고자 한다. 본 논문에서는 전송 평면(forwarding plane) 노드의 액션 필드에 버퍼링 기능과 드롭 기능, 특정 포트로의 전송 기능, 그리고 인캡슐레이션을 통한 컨트롤러로의 전송기능이 있고 OpenFlow 표준에 따라 동작하는 것을 가정한다[10]. 본 논문에서는 플로우를 분류하기 위해서 서비스 성능에 영향을 주는 시간 지연과 패킷 손실 민감도에 따른 QoS 요구사항을 고려하였고, 이에 따라 플로우를 3개로 분류하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SDN 기반의 이동네트워크 아키텍처는 전송 평면에 무엇이 존재하는가? 그림 1은 SDN 기반의 이동네트워크 아키텍처의 예시를 보여준다. 그림 1과 같이 SDN 기반의 이동네트워크 아키텍처에는 전송 평면에 액세스 스위치들과 (AS 1, AS2, AS 3) 코어 스위치 (CS)가 존재하며, 제어 평면에 컨트롤러가 존재한다. 액세스 스위치는 이동 노드가 접속하는 첫 번째 스위치를 의미하고, 코어 스위치는 여러 개의 액세스 스위치가 연결된 스위치로 이동 노드가 액세스 스위치 간의 이동 시 패킷 전송 경로의 스위칭 포인트의 역할을 수행한다.
전형적인 IP 기반 이동성 지원 방법은 무엇만 보장했는가? 특히 현재 all-IP 기반의 네트워크에서는 IP 기반 이동성 지원 방법이 적용되어 사용되고 있다. 하지만 전형적인 IP 기반 이동성 지원 방법들은 IP 세션의 연결성만 보장하고자 하고, 핸드오버 중의 QoS 요구사항은 고려하지 못하였다. 예를 들어 바인딩 업데이트나 경로 변경 동안의 핸드오버 지연 및 패킷 손실은 QoS에 민감한 서비스 플로우들에 QoS 저하를 야기시킬 수 있다[4,5].
셀룰러 네트워크는 기존 IP 네트워크와는 달리 기본 원리가 이동하는 사용자에게 서비스를 제공하는 것이기 때문에 사용자가 이동하더라도 QoS 요구사항을 엄격하게 보장해야 하므로 무엇이 추가로 적용되어 사용되고 있는가? 셀룰러 네트워크는 기존 IP 네트워크와는 달리 기본 원리가 이동하는 사용자에게 서비스를 제공하는 것이기 때문에 사용자가 이동하더라도 QoS 요구사항을 엄격하게 보장해야 한다. 그러므로 all-IP 서비스가 제공되는 4G 네트워크에서는 IP 기반 이동성 프로토콜이 근반이 되지만 엄격한 QoS 요구사항을 만족시키기 위해 액세스 노드간의 터널링, 버퍼링, 그리고 선점적인 자원 예약 등이 추가로 적용되어 사용되고 있다 [7]. 예를 들어 현재 4G 네트워크에서는 mobility management entity(MME) 의 제어 하에 eNodeB간의 (또는 SGW를 통한) 터널링과 버퍼링, 그리고 이동 노드를 위한 자원 예약이 지원되어 시간 지연과 패킷 손실이 거의 발생하지 않는 핸드오버가 제공된다.
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참고문헌 (19)

  1. D.W.Lee, K.Cho, and S.H.Lee, "Analysis on Smart Factory in IoT Environment," Journal of The Korea Internet of Things Society, Vol.5, No.2, pp.1-5, 2019. 

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  2. K.B.Jan,g, "A study on IoT platform for private electrical facilities management," Journal of The Korea Internet of Things Society, Vol.5, No.2, pp.103-110, 2019. 

  3. D.G.Kim, H.S.Lee, S.Y.Kim, T.W.Kim, H.W.Lee, "LBS/GPS based Bicycle Safety Application with Arduino", Journal of The Korea Internet of Things Society, Vol.2, No.1, pp.7-15, 2016. 

  4. J.Lee, Z.Yan, and I.You, "Enhancing QoS of Mobile Devices by a New Handover Process in PMIPv6 Networks," Wireless Personal Communications, Vol.61, pp.591-602, 2011. 

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  5. A.Magnano, X.Fei, A.Boukerche, and A.Loureiro, "A Novel Predictive Handover Protocol for Mobile IP in Vehicular Networks," IEEE Transactions on Vehicular Networks, Vol.65, No.10, pp.8476-8495, 2016. 

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  6. 3GPP TS 36.300 v.15.8.0 Release 13, LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2, 2020. 

  7. M.Tayyab, X.Gelabert, and R.Jantti, "A Survey on Handover Management: From LTE to NR," IEEE Access, Vol.7, pp.118907-118930, 2019. 

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  8. V.Yazici, U.C.Kozat, and M.O.Sunay, "A New control Plane for 5G Network Architecture with a Case Study on Unified Handoff, Mobility, and Routing Management," IEEE Communications Magazine, Vol.52, No.11, pp.76-85, 2014. 

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  9. Y.W.Kyung, T.M.Nguyen, K.W.Hong, J.K.Park, and J.W.Park, "Software Defined Service Migration through Legacy Service Integration into 4G Networks and Future Evolutions," IEEE Communications Magazine, Vol.53, No.9, pp.108-114, 2015. 

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  10. OpenFlow switch specification 1.5.1, [Online]. Available: https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/onf-specifications/openflow/openflow-switch-v1.5.1.pdf, 2015. 

  11. A.Doria et al., Forwarding and Control Element Separation (ForCES) Protocol Specification. [Online]. Available: http://tools.ietf.org/html/rfc5810 

  12. K.Yap, T.Huang, M.Kobayashi, M.Chen, R.Sherwood, G.Parulkar, and N.McKeown, "Lossless Handover with n-casting between WiFi-WiMAX on OpenRoads," in Proc. ACM MOBICOMM, Vol.3, pp.40-52, 2009. 

  13. S.Gundavelli, K.Leung, V.Devarapalli, K.Chowdhury, and B.Patil, (2008). Proxy mobile IPv6. IETF RFC5213. 

  14. Y.Wang, J.Bi, and K.Zhang, "Design and Implementation of a Software-Defined Mobility Architecture for IP Networks," Springer Mobile Networks and Applications, Vol.20, pp.40-52, 2015. 

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  15. S.M.Raza, D.S.Kim, D.Shin, and H.Choo, "Leveraging Proxy Mobile IPv6 with SDN," Journal of Communications and Networks, Vol.18, No.3, pp.460-475, 2016. 

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  16. Y.W.Kyung, S.H.Park, and J.W.Park, "SDN/NFV-based Scalable Mobile Service Integration for Gradual Network Evolution," Journal of Communications and Networks, Vol.19, No.6, pp.569-576, 2017. 

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  17. H.Ko, I.S.Jang, J.W.Lee, S.H.Pack, and G.W.Lee, "SDN-based distributed mobility management for 5G," in Proc. IEEE International Conference on Consumer Electronics (ICCE), pp.116-117, 2017. 

  18. Y.W.Kyung and J.W.Park, "Prioritized admission control with load distribution over multiple controllers for scalable SDN-based mobile networks," Springer Wireless Networks, Vol 25, pp.2963-2975, 2019. 

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  19. B.K.J.A-Shammari, N.A-Aboody, H.S.A-Raweshidy and B.A-Shammari, "IoT Traffic Management and Integration in the QoS Supported Network," IEEE Internet of Things Journal, Vol.5, No.1, pp.352-370, 2018. 

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