With the recent proliferation of mobile devices such as smart phones and tablet PCs, provisioning seamless Quality of Service (QoS) guarantees for real-time bandwidth-intensive multimedia services has been one of the most critical requirements in the wireless mobile Internet. However, the effects of host mobility and the characteristics of wireless networks make it difficult to provide such services. Moreover, estimating the available resources of an individual wireless link is a challenging issue for multimedia QoS provisioning and the accurate resource reservation due to the complexity caused by channel interferences from the channel contention and hidden node traffic. Some of the Internet Protocol (IP) signaling protocol for network resource reservation such as Resource reSerVation Protocol (RSVP) and Next Step In Signaling (NSIS) fails to completely address those mobility and heterogeneity issues. In addition, the cochannel interferences such as channel contention and hidden node inferferences make accurate available resource estimation difficult particularly in a contention-based wireless access network such as IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks (WLANs).
Currently, the QoS signaling protocols for network resource reservation considers only the IP-level resources, which is independent of any types of the underlying access networks. On the other hand, existing wireless resource management methods does not fully study the interoperation with the resource management in the wired network. Therefore, we argue that it is required to integrate the resource management methods in both wired and wireless networks for seamless and stable QoS provisioning in end-to-end communication. The main challenges are as follows: how to preserve the end-to-end signaling path and reserve the network resources when a mobile node moves around different wireless cells, how to adapt the wireless resources to flow-level resource reservation performed by QoS signaling protocols and how to accurately estimate the available resources in complicated wireless network environments. In this dissertation, we present an available network resource estimation and advance reservation in wireless mobile Internet.
In order to guarantee seamless QoS for mobility support, we propose a new QoS NSIS Signaling Layer Protocol (NSLP) with a cross-layer design that utilizes the link layer information in QoS signaling. Our approach is based on the advance discovery of a Cross-oveR Node (CRN) located at the crossing point between a current and a new signaling path. The CRN then proactively reserves the available network resources along the new path that will be used after handoff. This proactive reservation significantly reduces the session reestablishment delay and resolves the related mobility issues in NSIS. Only a few amendments to the current NSIS protocol are needed to realize our approach. The experimental results and simulation study demonstrate that our approach considerably enhances the current NSIS in terms of QoS performance factors and network resource usage.
For the accurate estimation of available network resources, we present an analytical model for estimating the available bandwidth of a WLAN link by employing an M/G/1/K queuing model. We develop a simple and comprehensive model by separately analyzing the effects of channel contention and packet collisions. Our simulation study for the model validation shows that the numerical results obtained from the analytical model closely match with the simulation results in various scenarios. Moreover, we discuss the interesting properties of the available bandwidth in terms of different interfering traffic configurations.
최근 스마트폰과 태블릿 PC 등 이동 기기의 급격한 확산으로 인해 이동 인터넷 상에서 많은 양의 대역폭을 요구하는 멀티미디어 서비스에 대한 끊김없는 서비스 품질 보장은 가장 중요한 요구사항이 되었다. 그러나 호스트의 이동성과 무선 네트워크 고유의 특징에 따른 영향으로 이러한 서비스를 원활히 제공하기에는 한계가 있다. 또한, 무선 채널에서의 경쟁 기반 접근과 히든 노드 트래픽 등의 채널 간섭으로 인해 무선 링크 상의 가용 네트워크 자원을 추정하는 것은 매우 어렵다. 이에 따라, 기존에는 유선과 무선 상에서의 네트워크 자원 관리에 대해 각각 따로 연구가 진행되어 왔다. 네트워크 자원 예약을 위한 RSVP와 NSIS 등의 시그널링 프로토콜은 이러한 호스트 이동성과 무선 네트워크 자원의 특징을 고려하지 않았으며, 통합적인 연구가 이루어지지 않았다.
현재 네트워크 자원 예약을 위한 QoS 시그널링 프로토콜은 IP 계층에서의 자원만을 고려하기 때문에 링크 계층 이하의 무선 네트워크 자원에 대한 특성이 반영되지 않았다. 따라서, 본 논문에서는 단대단 통신의 안정적인 서비스 품질 보장을 위한 유무선 네트워크 자원을 통합적으로 관리하기 위해 다음과 같은 문제를 다룬다. 첫째, 이동 노드가 서로 다른 무선 네트워크를 이동할 때 기존의 시그널링 경로를 빠르게 전환시켜야 한다. 이를 통해 새로운 경로로 지속되는 트래픽에 대한 자원 예약을 빠르게 수행하여 서비스 품질을 보장한다.둘째, 이동 노드가 위치한 무선 네트워크의 가용 네트워크 자원을 정확하게 추정하여 자원 예약 및 수락 제어에 활용할 수 있어야 한다.
이동 인터넷에서의 시그널링 경로 조정을 위해 본 논문에서는 계층간 설계에 기반한 개선된 QoS NSIS Signaling Layer Protocol (NSLP)를 제안한다. 이는 기존의 경로와 새로운 경로 상의 크로스오버 노드를 이동 전에 발견함으로써 이동 후 새로운 경로에 대한 자원 예약을 빠르게 수행하는 방법이다. 이를 통해 시그널링 세션을 빠른 복원과 기존에 NSIS 프로토콜에서 제기한 이동성 문제를 해결할 수 있다. 본 기법의 성능은 테스트베드와 시뮬레이션을 통해 평가하였으며 QoS 시그널링 성능 요소 및 네트워크 자원 활용성 면에서 크게 향상되었다. 무선 네트워크의 가용 네트워크 자원을 추정하는 방법으로는 M/G/1/K 대기행렬 모델을 기반으로 한 수학적 모델을 제안하였다. 기존의 방법과 달리 본 논문에서 제안한 모델은 채널 접근을 위한 경쟁 및 히든 노드에 의한 패킷 충돌을 모두 고려하여 설계되었으며 모델의 정확성은 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 또한, 채널 간섭을 야기하는 트래픽이 가용 네트워크 자원량에 미치는 영향을 다양한 시나리오를 통해 분석하여 몇 가지 새로운 특성들을 발견하고 이에 대한 분석을 수행하였다.
