Evaluation of Fast PMIPv6 and Transient Binding PMIPv6 in vertical handover environment (1/3)

최근 들어, IETF MIPSHOP 워킹 그룹은 Fast PMIPv6(FPMIPv6)과 Transient Binding PMIPv6(TPMIPv6)을 제안하여 PMIPv6에서의 핸드오버 지연과 패킷유실을 줄이고자 하였다. FPMIPv6가 TPMIPv6의 연구와 표준화 단계는 이제 시작점에 있다. 시스템 성능 분석은  프로토콜 설계와 구현에 있어서 도움을 줄것이고 따라서 이 논문에서는 이론적인 분석과 시스템 시뮬레이션을 통해 vertical handover상에서의 PMIPv6, FPMIPv6, TPMIPv6에 대한 평가를 할 것이다. 또한, 시스템 시뮬레이션 중의 핸드오버 성능을 더욱 더 잘 드러내기 위하여, UDP 패킷 유실률과 TCP 처리량의 감소율을 측정할 것이다. 이론적 분석과 시뮬레이션은 (1) vertical handover에서, FPMIPv6의 핸드오버 지연은 TPMIPv6와 PMIPv6에서의 것보다 더 길다. 하지만 FPMIPv6의 UDP 패킷 유실률은 TPMIPv6과 PMIPv6의 것보다 작다. (2). FPMIPv6-pre와 TPMIPv6의 핸드오버 성능은 중첩된 지역에서 MN이 얼마나 오래 머물러 있느냐에 따라 성능이 갈린다.

1. 소개

Mobile IPv6는 이동성 관리를 지원하는 정착된(mature) 표준이다. 비록 핸드오버의 성능개선을 위하여 HMIPv6이나 FMIPv6과 같은 확장이 나타나 표준화 되었지만, 이들의 핸드오버 지연시간은 실시간 통신에 대해 만족스럽지 않은 결과를 제공한다. 게다가, 이런 프로토콜은 MN상의 프로토콜 스택에, 이동성 관리를 위한 추가적인 지원이 필요하다. 따라서, 2008년 8월 IETF는 MIPv6의 이러한 문제들을 해결하기 위한 PMIPv6을 NETLMM 워킹그룹으로부터 발표한다. MIPv6과 이의 확장(FMIPv6, HMIPv6)과 비교해 볼때, PMIpv6는 핸드오버 지연시간을 줄여주었고, MN의 IP 이동성 신호와 관련한 참여를 요구하지 않았다. 또한, PMIpv6는 MN이 PMIPv6도메인에 여러 인터페이스를 통해 동시에 접속하고 이기종간의 핸드오버를 지원할 수 있도록 하였다.

비록 PMIPv6의 핸드오버 지연시간이 MIPv6와 이의 확장들에서보다는 줄어들었지만, VoIP와 같은 실시간 통신에서의 요구조건에는 미치지 못한다. 게다가, vertical handover 과정중에, handover 인터럽트 시간이 horizontal handover 시간보다 더 긴데, 이것은 MN의 새로운 인터페이스가 패킷을 받기 전에 DAD과정이 수행되어야 하기 떄문이다.따라서, 최근, IETF MIPSHOP 워킹 그룹은 Fast PMIPv6(FPMIPv6)과 Transient Binding PMIPv6(TPMIPv6)을 제안하여 PMIpv6에서의 핸드오버 성능을 개선시키고자 하였다. 

현재까지도, FPMIPv6과 TPMIPv6의 연구와 표준화는 초기단계에 머물러있다. FPMIPv6과 TPMIPv6의 시스템의 성능을 분석하는것은 프로토콜의 설계와 구현에 도움을 줄 것이다. 하지만, 우리가 아는 한, FPMIPv6가 TPMIPv6에 대한 성능 평가에 대한 연구는 여태껏 이루어 진 적이 없었으며, 특히 vertical handover 시나리오에서는 더더욱 없다. 이 논문에서, 이론적 분석과 시스템 시뮬레이션을 통하여, 우리는 핸드오버 지연시간과 UDP 패킷 유실률과 각 프로토콜에서의 vertical handover시에 발생하는 TCP 처리량의 감소율을 측정할 것이다. 

논문의 나머지는 다음과 같이 구성되어 있다. 2절에서는 FPMIPv6과 TPMIPv6에 대한 작동흐름을 간략하게 설명할 것이다. 32절에서는 간단한 네트워크 모델을 통하여 각 프로토콜의 핸드오버 지연시간을 분석한다. 4절에서는 각 프로토콜의 핸드오버 지연시간, UDP 패킷 유실률, TCP 처리량 감소률에 대해 분석할 것이다. 5절에서는 이 논문을 정리한다.

2. FAST PMIPv6 AND TRANSIENT BINDING PMIPv6

A. Fast PMIPv6

FPMIPv6 predictive mode(FPMIPv6-pre)에서, MN이 핸드오버가 임박하게 되었다는것을 감지하면, 이것은 자신의 ID(MN-ID)와 nAP-ID를 현재 연결된 pMAG에 보고한다. 이웃하는 AP-ID와 해당 MAG 주소를 기록하는 local table에 기반하여, pMAG은 nMAG과 양방향 터널을 수립하고 MN에게 보내지는 패킷을 nMAG으로 전달한다. 간혹, 이러한 이동 예측은 MN이 이미 새로운 링크에 연결된 경우에는 실패할 수 있다. 따라서 이런 경우에는 FPMIPv6 reactive mode(FPMIPv6-rea) 과정이 수행되어야 한다.

horizontal handover 시나리오에서, MN이 L2에 진입한것을 감지하게 되면, nMAG은 버퍼링 한 패킷들을 MN에게 전송한다. 이것은 이동성 등록과정이 생략되기 때문에 PMIPv6의 핸드오버 지연시간을 감소시킬 수 있다. 하지만, vertical handover 시나리오에서, MN의 새로운 인터페이스는 address configuration(DAD과정이 포함된)이 완료되기 전까지는 패킷을 받을 수는 없다. MN의 새로운 인터페이스가 L2에 진입하면, MN의 새로운 인터페이스의 address configuration이 감지될때까지, nMAG은 패킷 버퍼링을 계속해야 한다. 따라서, vertical handover에서, 비록 버퍼링 메커니즘때문에 패킷 유실률이 감소될 수 있지만, PMIPv6의 핸드오버 지연시간은 FPMIPv6에서 개선되지는 않았다.

B. Transient Binding PMIPv6

MN의 새로운 인터페이스 IF2가 L2에 진입한 것을 감지한 후에, nMAG은 IF2 identifier를 가지는 transient PBU 메시지를 LMA에 전송한다. 그러면 LMA는 MN의 IF1에 대한 PBCE(Proxy Binding Cache Entry)을 유지한다. 그리고, LMA는 MAG 주소 필드가 nMAG주소와 동일한 transient PBCE를 생성한다. LMA는 transient PBCE를 MN의 IF2에 대한 송신 트래픽을 위해 사용한다. 한편, LMA는 기존의 PBCE를 사용하여 IF1에대한 트래픽을 수신하고 발신하는데 사용한다.

MN의 IF2가 address configuration을 마치면, 송신 패킷은 IF2를 거쳐 nMAG으로 보내진다. 이것은 MN의 IF2에대한 PBCE(transient PBCE)가 이미 LMA에서 구성되었기에 가능한 것이다. 만약 nMAG이 IF2에대해 address configuration이 완료되었다는 것을, IF2에서의 NA메시지 혹은 송신 메시지에 기초하여 감지하게 되면, nMAG은 LMA에 PBU를 전송한다. LMA는 그 이후로 transient PBCE를 PBCE로 갱신하고 MN의 IF2를 PMIPv6에서 작동하는것과 동일하게 패킷을 전송한다.

출처 : [25] Evaluation of Fast PMIPv6 and Transient Binding PMIPv6 in Vertical Handover Environment, 2010