정보통신공학
2012. 1학기
16장 애드혹(Ad-hoc)과 센서 네트워크
김용화
(yhkim@mmu.ac.kr)
기말고사 시험범위:
•
Spread spectrum
•
Link budget (Print)
•
Chapter 10, 이더넷과 LAN 프로토콜
기말고사
기말고사
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목차
목차
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2
1
2
이동 애드혹(Mobile Ad Hoc) 네트워크가 갖는 특성 및 동작, 주요 요소기술에 대하여 이해한다 MANET과 기존 네트워크와의 연동관계를 이해하고, 주요 연구활동을 살펴서 첨단 네트워크 응용기술의 연구동향을 파악한다.3
유비쿼터스 센서 네트워크(USN)의 개념, 구성요소 및 구현기술에 대해 살펴본다.애드혹
애드혹 네트워크란
네트워크란 무엇인가
무엇인가
• 이동 애드혹 네트워크(MANET, Mobile Ad-hoc NETwork)
• 고정된 기반 네트워크의 도움 없이 이동노드들 간에 자율적으로 구성 되는 네트워크 • MANET의 이동노드는 무선 인터페이스를 사용하여 이동 호스트 컴퓨 팅 기능과 라우팅 기능을 동시에 갖음 • 이동노드는 전파 도달 거리가 제한되므로 중간 노드로서 데이터 전달 기능이 있고, 배터리를 사용하므로 에너지 공급이 일정치 않음. • MANET의 핵심 구성요소는 이동노드임 • 이동노드간의 연결성, 전파 상태, 트래픽 및 사용자 이동 패턴에 따라 네트워크 토폴로지를 계속하여 변화 네트워크의 구성과 유지를 어 렵게 하는 요인
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이동
이동 애드혹
애드혹 네트워크의
네트워크의 특성
특성
• 호스트 기능과 이동 애드혹 라우팅 기능을 동시에 갖는 이동노드 특성 • 이동노드에서는 패킷 전달 기능은 물론, 응용 프로그램 실행가능 • 동적인 네트워크 토폴로지 특성 • 노드의 일부 또는 전체가 가변적으로 네트워크에 나타나거나 사라짐. • 이동 애드혹 네트워크 기술의 다양성과 난이도가 높아짐. • 불안정한 링크 특성 • 이동노드들은 무선 채널을 사용하므로 전송 거리와 전송 대역폭에 제 약을 받고, 전파 간섭 및 다중 링크로 인한 보안 문제를 야기 • 무선 링크의 높은 비트 에러율이 다중 홉 이동 애드혹 네트워크의 품질 에 많은 영향을 미침 • 분산 운영기능 특성 • 이동 애드혹 네트워크 상의 이동노드들은 보안 및 라우팅 기능 지원 등 을 백본 네트워크에 의존할 수가 없기 때문에 여러 노드간의 협력에 의 해 분산 운영이동
이동 애드혹
애드혹 네트워크와
네트워크와 하부구조
하부구조 네트워크
네트워크
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주요
주요 요소기술
요소기술
• 라우팅 기술 • 이동 애드혹 네트워크의 경우처럼 주기적인 메시지의 교환이 요구 되는 경우에 대한 대처나, 네트워크의 동적인 변화에 대한 빠른 대 응 등이 곤란• (이유)기존의 RIP(Routing Information Protocol) 또는
OSPF(Open Shortest Path First)와 같은 인터넷 라우팅 프로토콜 들은 유동성이 적은 안정된 네트워크 환경에서 주기적인 라우팅 테 이블 관리로 동작하기 때문
기존의 라우팅 프로토콜을 그대로 적용할 수가 없음.
• 표준화 작업
• IETF(Internet Engineering Task Force) MANET 워킹 그룹의 주도 로 진행중
• AODV(Adhoc On-demand Distance Vector), DSR(Dynamic Source Routing), ZRP(Zone Routing Protocol),
TORA(Temporally-Ordered Routing Algorithm) 등이 인터넷 표준 초안(draft)으로서 제안됨
라우팅
라우팅 기술의
기술의 분류
분류
• 테이블관리 방식 • 주기적으로 또는 네트워크 토폴로지가 변화할 때 라우팅 정보를 브로드캐 스팅 함으로써 모든 노드가 항상 최신의 라우팅 정보를 유지하는 방식• (라우팅 프로토콜의 예): DSDV(Destination Sequenced Distance Vector), WRP(Wireless Routing Protocol), CGSR(Clusterhead Gateway Switching Routing) 등
• 요구기반 방식
• 트래픽이 발생하는 시점에서 경로를 탐색하는 방식
• 테이블관리 방식이 갖는 제어 메시지 오버헤드 문제를 해결
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무선
무선 및
및 미디어
미디어 기술
기술
• 무선기술 • MANET을 구성하는 데 있어 물리적 접속규격인 무선기술은 노드 간의 대등(peer-to-peer) 통신 지원, 노드간에 동일한 전송 및 수신 주파수 사용, 다수의 노드가 동일한 채널 공유, 적절한 무선 전송거 리 및 전송속도 유지 등과 관련된 기술• 상용 무선기술 표준인 하이퍼 LAN(Hiper LAN)과 무선 LAN, 블루 투스가 이동 애드혹 네트워크의 구성에 적용되어 사용 • 상용 무선 접속기술들을 다중 홉 이동 애드혹 네트워크에 그대로 적용할 경우 발생 가능한 문제점으로는 다중 접속으로 인한 전파 장애와 2.4 GHz 대역에서의 상호 간섭문제, 사용자간 채널 사용에 있어서의 불평등 문제 등. • 미디어 접근(media access) • 다수의 사용자가 무선링크를 통해 하나의 채널을 공유하므로 채널 의 충돌과 낭비가 없는 효율적인 다중접속(collision avoidance & congestion control) 기술 • 다수의 노드에 대한 공평한 자원의 분배, 열악한 무선링크상에서의 신뢰성 있는 패킷 전송기술 등.
MANET
MANET과
과 기존
기존 네트워크와의
네트워크와의 연동
연동
• 응용 분야 • 주로 군사용이나 긴급 구조, 센서 네트워크 또는 백업용 네트워크 로서 연구 진행되어옴. • 최근, 회의장 또는 전시장에서 개인들 간의 신속한 정보공유나 교 환 또는 일시적인 네트워크의 구성이 필요한 경우, 그룹통신, WPAN, 홈 네트워크 등 실생활에서의 MANET 응용에 대한 연구가 진행되고 있음11
인터넷
인터넷 또는
또는 무선랜과의
무선랜과의 연동
연동
• 인터넷과의 연동 • 이동 애드혹 네트워크와 인터넷의 경계면에서 이동 애드혹 라우팅 프로토콜과 애드혹 게이트웨이를 두어 구현MANET: Mobile Ad-hoc Network
•
각 이동 호스트는 라우터 기능 포함 => Mobile
IP
•
분산된 동작 체제
•
순환 구조가 없어야함.
•
트래픽 패턴 적용 라우팅 알고리즘 필요
•
단방향 링크 수용
이동
이동 Ad
Ad--Hoc
Hoc 네트워크
네트워크
이동노드가 다른 지역으로 이동하면, 처음
에 위치하였던 서브넷의 구성이 달라지면
서 데이터통신 자체가 불가능해지므로, 새
로운 위치에서 IP 주소를 새로 획득하거나
사용자가 새로 설정해 주어야 함.
13IP
IP 이동성
이동성
MANET: 이동 노드에 라우팅 기능을 통합함으로써
이동 무선 네트워크의 견고하고 효율적인 운영 제공
ZRP(Zone Routing Protocol)
•
라우팅 범위를 이웃 노드 범위로 제한
AODV
지속적으로 라우팅 정보를 유지하지 요구가 있을 때만
IP
•
이동 IP
•
서브넷이 달라지는 다른 위치에서도 자신의 고유한 IP 주
소를 가지고 서비스를 지속하기 위하여, 변경된 위치에서
의 IP 주소 식별과 해당 접속점으로의 라우팅을 위한 메
커니즘이 적용
•
이동 애드혹 네트워크와 기존의 IP 네트워크간에 FA를
두어 다중 홉 통신과 인터넷 접속을 가능토록 하고, 계층
간 상호 독립적인 네트워크를 구성
•
이동 IP/AODV(Mobile IP/AODV)는 에이전트 발견 절차
와 등록 절차와 같은 기존의 이동 IP 절차를 수행하면서
요구 기반 방식의 애드혹 라우팅 프로토콜에 의한 다중
홉 라우팅을 수행.
15IP
IP 이동성
이동성 (3)
(3)
주요
주요 연구활동
연구활동
•
이동 애드혹 네트워크에 관한 연구
•
1973년부터 시작된 미국 DARPA(Defense Advanced
Research Projects Agency)의 PRNet(Packet Radio Network)
에서 군사목적의 통신 시스템에 대한 연구로부터 시작.
•
GloMo 프로젝트(Global Mobile project)
•
산학연의 다양한 연구조직을 활용하여 군사 목적의 이동 정
보 시스템의 활용과 광범위한 군사적 기술 및 상업적 기술의
상호 공존을 목표로 하는 연구활동
•
IETF MANET 표준 활동
•
MANET에서의 IP 지원 및 효과적인 라우팅 지원 방안에 대
한 표준화 활동
•
MANET의 이동노드는 논리적으로 하나의 라우터와 다수의
호스트, 다수의 무선 인터페이스 장치를 갖는 구조로 구성
MANET의 이동노드는 논리적으로 하나의 라우터
와 다수의 호스트, 다수의 무선 인터페이스 장치
를 갖는 구조로 구성
17MANET
MANET 노드
노드 구조
구조
MANET 노드로 구성된 MANET의 네트워크 토폴
로지
MANET
MANET 토폴로지
토폴로지
유비쿼터스(ubiquitous)란?
•
사용자가 네트워크나 컴퓨터를 의식하지 않고 장소에 상관없이 자 유롭게 네트워크에 접속할 수 있는 정보통신 환경을 뜻함.•
유비쿼터스는 미래 네트워크의 핵심개념 중 하나유비쿼터스 센서 네트워크(USN, Ubiquitous Sensor Network)?
•
RFID와 무선통신 장치를 통해 사물과 온도, 습도, 오염 정도, 균열 등과 같은 환경 정보를 실시간으로 획득, 처리, 활용 가능하도록 하 는 네트워크 시스템 19USN
USN의
의 구조
구조 및
및 응용
응용
•
USN의 구성요소•
정보제공 서버, 게이트웨이, 싱크노드, 센서노드 등•
정보제공 서버: 다양한 분야에 각종 서비스 및 정보를 제공•
게이트웨이: 외부 네트워크와 통신하기 위한 중계노드 역할을 수행•
싱크노드: 센서노드로부터 센싱 정보를 수집•
센서노드: 센서, 컴퓨팅, 통신 모듈을 통해 환경정보를 인지하여 전 송USN
USN의
의 구성요소
구성요소
USN 구현 기술은 USN 센서 네트워크 기술, BcN(Broadband
convergence Network) 연동 기술, USN 미들웨어(middleware) 기술, 응용서비스 등으로 구분 21
USN
USN 구현
구현 기술
기술
•
센서노드 기술•
센서노드를 무선통신부, 제어부, 센서부, 전원부 등의 구성요 소로 구분USN
USN 기술의
기술의 특성
특성
•
USN 미들웨어는 USN의 응용서비스와 센서노드 중간에 위치하여, 이들의 원활한 상호 동작을 지원•
다수의 USN 미들웨어가 응용서비스를 지원하기 위해 센서노드와 싱크노드에 설치 23USN
USN 미들웨어
미들웨어 기술
기술
USN 기반 기상/해양 관측 시범 네트워크 구축 및 시범서비스•
국립 해양조사원과 KT 미래기술 연구소가 공동으로 USN 기반 기 상/해양 관측 시범 네트워크 구축 및 시범서비스 사업 추진•
실시간 기상정보를 수집하여 기상예보 및 어로선박에 필요한 기상/ 해양 정보서비스를 제공USN
USN 구축사례
구축사례
•
농작물 재배환경 모니터링 시스템•
농산물 품질 향상에 영향을 미치는 환경정보를 수집, 분석하여 농작 물의 재배환경 제어 25농산물
농산물 재배환경
재배환경 모니터링
모니터링 시스템
시스템
•
유비쿼터스 건강 모니터링(Ubiquitous healthcare monitoring) 프 로젝트•
런던 임페리얼 대학(Imperial College)에서 추진 중•
U-건강(U-Health) 모니터링 시스템인 BSN(Body Sensor Networks) 을 개발 중유비쿼터스
이동 애드혹 네트워크(MANET)란 고정적이고 계층적인 하부구조 네트워크와는 달리, 이동노드만으로 구성된 자율적이고 수평적인 네트워크를 말함. 이동 애드혹 네트워크의 특성은 먼저 호스트 기능과 이동 애드혹 라우팅 기능을 동시에 갖는 이동노드 특성, 동적인 네트워크 토폴 로지 특성, 불안정한 링크 특성, 분산 운영기능 특성 등으로 요약됨. 이동 애드혹 네트워크에서는 기존의 라우팅 프로토콜의 변형 또는 새로운 방식의 라우팅 프로토콜이 요구됨. 테이블관리 방식은 주기적으로 또는 네트워크 토폴로지가 변화할 때 라우팅 정보를 브로드캐스팅함으로써 모든 노드가 항상 최신의 라우팅 정보를 유지하는 방식임. 요구기반 방식은 트래픽이 발생하는 시점에서 경로를 탐색하는 방 식으로, 테이블관리 방식이 갖는 제어 메시지 오버헤드 문제를 해 결함. 27
