The explosive popularity of smartphones and mobile devices drives massive growth in the wide-area mobile data communication. Unfortunately, despite the continued efforts to increase the physical capacity, the current or near-future 3G/4G networks are deemed insufficient to meet the increasing data transfer demand. Recently, opportunistic offloading of cellular data traffic to a high-bandwidth wired Internet (e.g., Wi-Fi) via Delay-Tolerant Network (DTN) has been proposed to mitigate the capacity overload in the cellular network. Although an attractive option, practical system deployment would face a number of problems since existing Internet architecture lacks the support for handling network disruption and delay that arise from mobility in DTN environment.
In this paper, we envision a practical cellular data offloading system, which provides scalable Internet access to mobile users by offloading the cellular traffic to Wi-Fi via DTN. We address two main challenges; network disruption from mobility causes the node to be disconnected due to the fundamental design of TCP, which binds a connection to the node’s network address; network delay causes the existing servers and mid-dle-boxes to explicitly close idle connections for bandwidth efficiency. We solve these problems by first pre-senting Disruption-tolerant Transmission Protocol (DTP), a reliable transport layer protocol that masks the failures of the preferred network from disruption. Unlike previous disruption/delay-tolerant protocols, DTP provides the same semantics as TCP on an IP packet level when the mobile device is connected to a network while providing the illusion of continued connection even if the underlying physical network becomes una-vailable. Next, we present a network-embedded protocol translation proxy, Disruption/Delay-tolerant Proxy (DProx), which masks the mobile device’s disruption and delay to the destination servers by relaying the data in a store-and-forward manner. We show that DTP performs comparable to that of TCP in network, while greatly reducing the delay and power consumption when the mobile devices frequently switch from one net-work to another. We also show that DProx is scalable even at multiple concurrent flows.
스마트폰이나 모바일 기기 등의 폭발적인 인기를 인하여 모바일 데이터 통신의 양이 기하급수적으로 증가하였다. 하지만 네트워크의 물리적 용량을 널리는 꾸준한 노력에도 불구하고 현재 또는 미래의 3G/4G 망으로는 증가하고 있는 데이터 용량의 수요를 모두 처리하기에는 역부족하다. 최근에는 셀률러 망의 과부화를 완화시켜주는 솔루션으로 지연허용 망을 통해서 셀률러 데이터 트래픽을 와이파이와 같이 높은 용량을 가진 유선 인터넷으로 기회적 오프로딩 하는 방식이 제시되고 있다. 이 솔루션은 매력적인 방법이지만 인터넷 인프라가 지연허용 망의 이동성 환경에서 나타나는 네트워크의 단절과 지연을 처리할 수 없기 때문에 실용적인 시스템을 구현하기에는 많은 문제점이 있다.
본 논문에서는 지연허용 망을 통해 셀률러 트래픽을 와이파이로 오프로딩하여 이동성을 가진 사용자들에게 확장성 있는 인터넷 환경을 제공하는 실용적 셀률러 데이터 오프로딩 시스템을 제안한다. 이를 위해 본 연구에서는 두 가지의 문제점을 해결하도록 한다. 첫 번째로 이동성으로 인한 네트워크의 단절은 연결성을 노드의 네트워크 주소에 바인딩 하는 TCP의 근본적 디자인으로 인하여 통신이 끊기게 된다. 또한 네트워크의 지연은 기존의 서버나 미들박스들이 전송 용량을 효율적으로 사용하기 위해 네트워크를 미사용 중인 연결들을 직접 닫는다는 문제점이 있다. 본 논문에서는 Disruption-tolerant Transmission Protocol (DTP)를 통해 네트워크의 단절로 인해 생기는 연결의 끊김을 숨겨주는 트랜스포트 계층 프로토콜을 개발한다. DTP는 기존의 지연허용 프로토콜과는 다르게 네트워크에 연결되어 있을 때는 IP 패킷 레벨에서 TCP와 같은 특성을 보이지만 물리적 네트워크의 단절이 있을 시에는 끊임없는 연결처럼 보이도록 한다. 본 연구에서는 다음으로 네트워크에 배치된 프로토콜 변환 프록시인 Disruption/Delay-tolerant Proxy (DProx)를 제안함으로써 이동성 있는 사용자의 데이터를 store-and-forward 방식으로 릴레이 하며 네트워크의 단절과 지연을 숨겨준다. 마지막으로 실험을 통하여 연결성이 있을 시 DTP는 TCP와 비슷한 성능을 내는 것에 반면 네트워크의 변경이 자주 일어날 시 지연 시간은 짧고 파워는 적게 사용한다는 것을 보였다. 또한 DProx의 확장성 실험을 통해 수많은 동시 연결에서도 병목현상 없이 데이터를 전송해주는 것을 보였다.
