In this dissertation, we propose a QoS guarantee mechanism based on the advance resource reservation scheme for Mobile IP networks. Though the advance reservation is an effective solution to reduce the latency and eliminate service disruption due to host mobility, most existing approaches suffer from excessive reservation requirements driven by proactive resource reservations at all the locations that a mobile host (MH) may visit. The existing solutions to eliminate this overhead require considerable modifications to the current Internet protocols and components.
The proposed mechanism, called $\It{Selective Advance Reservations and Resource-aware Handoff Direction}$ (SARAH), efficiently addresses the issue of excessive resource reservation while requiring fewer functional and structural changes to the current Internet environment. It employs a movement detection scheme using link layer functionalities and establishes advance reservations only where a MH is likely to visit soon. Another novel feature of our mechanism is resource-aware handoff direction scheme that allows a MH to choose its next base station (BS) according to not only the link layer signal strength but also the available amount of resources when multiple BSs are reachable. This scheme is effective in improving QoS guarantees attained by SARAH, particularly in the congested networks. Since all the enhanced features are integrated into leaf BSs and MHs only, SARAH does not require the intermediate routers to be modified. More importantly, it requires no changes to the existing RSVP and Mobile IP protocol.
Performance of SARAH was evaluated and analyzed with a real implementation and simulation methods. The measured results from the testbed show that SARAH imposes no further delays to the original Mobile IP handoff latency while improving its QoS performance. Experiments with MPEG video streaming services on the testbed demonstrate that SARAH seamlessly guarantees a desirable QoS for a MH moving in the congested network. In simulation study, we compared the proposed mechanism to the existing ones, such as MRSVP and HMRSVP. The result of performance comparison illustrates that SARAH slightly outperforms the conventional approaches in the average rate of completing a reservation session without any QoS disruptions due to host mobility. However, this performance advantage becomes noticeable when the network is congested and the host mobility is high.
예비 자원예약(advance reservation) 기법은 이동 인터넷 상에서 자원예약을 통해 서비스 품질을 보장 받고 있는 호스트의 셀 간 이동으로 발생하는 지연 및 품질 저하를 억제하는 효과적인 방법이다. 그러나 예비 자원예약을 이용하는 대부분의 기존 연구들은 호스트가 향후 이동할 가능성이 있는 모든 인접 지역에 미리 예비 자원예약경로를 설정함으로써 실제로 사용되지 않는 많은 자원이 낭비되는 비효율성을 해결하지 못하고 있다. 또한 이러한 비효율성을 해결하기 위해 제안된 현재까지의 방안은 인터넷 전반에 걸친 방대한 구조적, 기능적 수정을 요구한다.
본 논문에서는 기존 인터넷 구조 및 프로토콜에 많은 수정을 요하지 않으면서 예비 자원예약으로 인한 자원 비효율성을 줄이는 이동 인터넷 상의 서비스 품질 보장 기법을 제안한다. 제안되는 선택적 예비 자원예약경로 설립 기법(SARAH)은 링크 계층의 정보를 이용하는 이동 탐색(movement detection) 기술을 통해 향후 호스트가 이동할 위치를 미리 예측하고, 예측된 지역에 한해서만 예비 자원예약경로를 설립함으로써 자원의 낭비를 없앤다. 또한 가용자원 기반 이동관리(resource-aware handoff direction) 기술을 통하여, 이동 호스트가 접속할 기지국(BS)을 선택할 때 단지 링크 계층의 신호 강도(signal strength) 뿐만 아니라 이동할 지역의 자원 가용 상태를 참조하여 결정할 수 있도록 한다. 이 기술은 특히 트래픽이 많은 혼잡 지역에서의 서비스 품질 보장성을 더욱 향상시킨다.
제안되는 기법의 구조적 장점은 모든 개선된 기능의 설치가 기지국과 이동 호스트에 국한되므로, 인터넷 상의 라우터 등 기존 환경에 거의 수정을 요구하지 않는다는 점을 들 수 있다. 또한 대부분의 기존 연구와는 달리, 호스트 이동성 보장과 자원 예약을 위해 사용되는 IETF 표준 프로토콜인 Mobile IP 및 RSVP 에 어떠한 보완도 요구하지 않는다는 장점을 갖는다. 제안되는 기법은 이와 같은 장점을 유지하면서 Mobile IP 기반 네트워크에 RSVP 를 적용할 때 발생하는 IP 터널링(IP tunneling) 문제 및 자원예약경로 이탈(reservation path invalidation) 문제를 적절히 해결할 수 있다.
제안된 선택적 예비 자원예약경로 설립 기법의 성능 평가를 위해 테스트베드 상에서의 실제 구현을 통한 실험 및 시뮬레이션을 통한 기존 방식들과의 비교 실험을 시행하였다. 테스트베드 상에서의 실험결과는 제안된 방식을 사용하는 경우, Mobile IP 에 의해 발생하는 이동 지연(handoff latency)에 추가적인 지연을 거의 가하지 않으면서 지속적으로 안정된 서비스 품질을 보장할 수 있음을 보여주었다. 또한 어플리케이션 적용 예를 보이기 위해 구현한 MPEG 비디오 스트리밍 서비스를 통한 실험에서도 호스트 이동을 효과적으로 지원함으로써 지속적으로 우수한 비디오 품질을 제공하는 결과를 얻을 수 있었다.
시뮬레이션을 통한 기존 방식들과의 비교에서는 제안되는 기법이 자원예약세션 정상완료율(reservation session completion rate) 면에서 더욱 우수한 성능을 가지고 있음을 보여주었다. 이 비율은 자원예약을 이용하는 호스트가 정상적으로 서비스를 종료할 때까지 지속적인 서비스 품질 보장이 성공적으로 수행될 수 있는 확률을 의미한다. 이러한 성능 차이는 네트워크 상황이 혼잡해지고 호스트의 이동성이 증가할수록 더욱 확연해짐을 볼 수 있었다.
