IP Flow Mobility란?

IP Flow Mobility란, 접속의 양단(MN-CN)이 특별한 작업이나 변경을 가하지 않는 상태에서, 끊김없이(seamlessly) 선택적으로(selectively) IP flow를 'flow 단위(이것이 IP Mobility와 다른점)'로 다른 무선지점(radio access)으로 이동되는 것을 의미합니다. 특히 ip flow mobility는 두가지 이상의 서로 다른 규격의 무선신호를 처리할 수 있는, 'dual mode'를 지원하는 기기상에서 동작하는 것과, 그중에서 특히 multihoming, 즉, 동시에 이들을 처리할 수 있다는 가정하에 규정됩니다. 위의 그림을 보자면, 기존 3GPP망을 사용하던 사용자가 WiFi망 내로 들어올 경우, 기존의 voice flow는 그대로 둔 채, video flow를 wifi망으로 offloading함으로서 flow를 이동시킵니다. 이 때의 장점으로, 3gpp망의 부하를 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 사용자에게도 더욱 좋은 네트워킹 경험을 제공할 수 있다는 것입니다. 현재 IP flow mobility를 표준화 하기 위한 노력으로 IETF의 NETEXT Working Group과 3GPP의 SAMOG(S2a Mobility based On GTP and WLAN access to EPC) 등이 존재합니다.

좀 더 자세한 시나리오를 통해 flow mobility를 설명하겠습니다. 사용자는 3GPP 기지국에 접속하여 통신하며, 이때 통화기능과 파일 다운로드등의 여러 flow를 동시에 사용합니다. 사용자가 집에 돌아오게 되면, 집에 설치되어있던 WiFi망을 인지하고, 이에 따라 파일 다운로드 트래픽을 WLAN에 offload함으로서 혼잡을 완화할 수 있습니다. 사용자가 집에서 나가게 되면 WLAN 접속이 종료되며, 이때 진행중이던 파일 다운로드 flow는 seamlessly하게 다시 3GPP 네트워로 돌아가 진행중이던 작업을 재개하게 됩니다. 이 과정에서 사용자와 서비스 제공자(provider, 혹은 operator-사실 이 표현이 요즘에 있어 더욱 적절하지만 딱히 한글로 옮기기가 애매해서 provider를 사용함)가 각각 이득을 얻을 수 있는데 우선 가시적인 측면으로 사용자에게 있어 더 넓은 대역폭을 사용할 수 있다는 것과, 언제나 인터넷에 seamlessly하게 접근할 수 있다는 것입니다. 또한 서비스 제공자에게 있어, 늘어나는 무선기기로 인한 서비스 품질저하에 대처할 수 있다는 점과 high cost망에 대한 부담 감소, 그리고 사용자의 정책에 따라 각기 다른 서비스를 제공할 수 있다는것입니다.(서비스의 우선순위 등)

우선 현재 IP mobility를 지원하는 방법에는 두가지 방법이 존재합니다. 클라이언트가 자신의 이동을 탐지하여 이에 대해 agent에게 알려주는 방법(client-based) 클라이언트에 접속된 네트워크 entity가 클라이언트의 이동을 탐지하여 이를 agent에게 알리는 방법(network-based)이 존재합니다. 각각을 대표하는 것으로서(현재 3GPP상에서 논의되는) Dual-stack Mobile IPv6(DMIPv6)과 Proxy Mobile IPv6(PMIPv6)이 있으며, 3GPP release 10이 나올 때까지는 IETF의 표준으로 DMIPv6만이 존재했기 때문에(PMIPv6은 논의중) 이를 non-3GPP access의 규격에 포함시켰지만 release 11이후로는 PMIPv6이 중점적으로 고려되는 상황입니다. network-based 방법의 장점으로 많은 장점이 있지만 그중에서 꼽아보자면 client에서의 시스템적 변화를 최소화할 수 있다는 점과(추가적인 부담 감소), client가 network agent에게 mobility signalling을 하는 과정에서 발생하는 wireless 자원소모의 최소화, 그리고 packet encapsulation(tunneling)과정에서 추가되는 네트워크 오버헤드를 방지할 수 있다는 점입니다. 또한 네트워크에서 중점적으로 접근을 관리하므로 더욱 더 강화된 사용자 인증과, 사용자에게 더욱 강력한 policy를 적용할 수 있다는 점 역시 장점이라 할 수 있습니다.

그럼 IP flow mobility 과정이 어떻게 이루어지는지 살펴보겠습니다. Home Agent(HA)는 Mobile Node(MN)의 이동성을 관리하는 agent로서, Correspondent Node(CN)과의 1차적인 접속을 담당합니다. HA에는 Flow Bindings table과 Binding Cache table이 존재하며, Flow Bindings table에서는 특정 IP flow에 대한 연관관계를 나타냅니다. FID Priority(FID-PRI)는 서로 중복되는 flow binding에 대해 우선순위를 결정하는 역할을 하며, FID는 물론 Flow-ID를 의미합니다. Traffic Selector에서는 트래픽에 대한 조건을 제시하며, BID는 Binding ID를 나타냅니다. FID1의 경우, srcAddr이 CN1인 경우 BID1을 참조하라는 것을 의미합니다. HA는 MN의 CoA들을 저장(Multiple CoA registration exensions, RFC5648)하는 Binding cache를 가지고 있어, 특정 flow가 어느 방향으로 진행되어야 하는지 나타내며, 여기에서는, FID1에서 지정된 BID1으로부터 CoA가 Pref1::MN을 가리키므로 WiFi를 사용하여 AR2를 거쳐가게됩니다. 만약 어떠한 조건에도 해당되지 않는다면 priority에 의해 route가 결정됩니다.

pmipv6 규격 자체에는 flow mobility에 대한 지원사항이 부족하므로 이를 보완하기 위해 크게 두가지의 확장이 추가되었습니다. 첫번째는 Logical Interface의 등장으로, dual stack위에 작동하는 2.5계층의 가상 인터페이스로서, 상위 계층에서 하부 인터페이스의 변화나 흐름에 대해 인지하지 못하도록 하는데에 목표가 있습니다. 약간 다른 비유이긴 하지만 switch의 vlan trunking과 비슷한 구조(구조상으로만)라고 생각하시면 될 것 같습니다. 두번째로는 추가적인 MAG의 signaling입니다. LMA는 flow가 옮겨갈, 새 MAG에게 이동성에 대한 정보를 제공하기 위해 signaling을 수행합니다. 특히 prefix정보를 제공하여야 하는데 이유는 MAG은 자신이 알지 못하는 prefix에 대한 송수신을 지원하지 않기 때문입니다. 

그림에서 보다시피, Flow Y를 MAG1을 통해 전송하고자 한다면, LMA는 MAG1에게 flowY가 MAG1을 통해 전송될것이라는 것을 signaling을 통해 알려줍니다. MAG1에서 이에 대한 처리를 하고 나서, LMA는 자신이 가진 flow mobility state table에서 flow Y의 AR을 MAG1로 변경하며 패킷을 MAG1으로 전송함으로서 flow mobility과정을 수행합니다. 위에 잠시 언급했듯, 현재 3GPP에서도 PMIPv6에 대한 고려가 이루어지고 있으며, 위 그림에서 s2c route는 DSMIPv6, s2a, s2b는 PMIPv6를 기반으로 작동하는 것을 확인할 수 있습니다. 특히 이는 AAA와 ePDG와 연계되어 untrust한 WiFi와의 통신을 유도하며, ePDG는 MAG, P-GW는 LMA로 비슷한 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있습니다. 이와 같이 Flow Mobility에 대한 시장의 적용이 이루어 지고 있다는 것을 확인할 수 있으며(기존 MIPv6 variables는 mature함에도 불구하고 적용이 되지 않음) 이것은 적용 가능한 시나리오와 기술의 연계, 그리고 기존 기술과 기존 기기의 큰 변화를 이루지 않고 기술을 적용할 수 있기에 가능한 것이었습니다. 또한 authentication방식과 대역폭 관리에 있어 유리한 네트워크기반 이동성에 대한 발전이 더욱 유력하며 이에 따라, 현재 주를 이루고 있는 PMIPv6 flow mobility에 대한 연구가 더욱 활발해 질 필요가 있다고 할 수 있겠습니다.

이 게시물은 아래 논문을 기반으로 작성되었습니다.

[32] IP Flow Mobility: Smart Traffic Offload for Future Wireless Networks, 2011