고신뢰 ・고효율 네트워크를 위한 동적 릴레이 전송 기법

Abstract

WiFi 기술은 고성능・고효율 무선 네트워크를 실현하기 위해 세대를 거듭하며 발전하고 있다. 최근 시작된 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11bn 표준화 과정에서 차세대 WiFi 기술은 데이터 처리율, 서비스 응답 속도, 지연, 파워 소모량을 획기적으로 개선하여 고신뢰성(Ultra High Reliability, UHR)을 보장하는 것을 목표로 진화하고 있다. 그러나 최근 WiFi를 탑재한 정보통신(Information Technology, IT) 제품 시장 규모의 성장과 함께 무선랜(Wireless Local Area Network, WLAN)의 보안 위협이 증가하고 있음에도 불구하고, 보안성 향상을 위한 표준화 노력이 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 무선 단말이 패킷의 보안 요구사항과 지연 요구사항을 인지하여 적응적으로 릴레이 전송(Adaptive Relay Transmission, ART)을 수행하는 전송 기법을 제안한다. ART는 저지연 전송이 요구될 경우, 단일 홉 전송하는 직접(direct) 전송 방식으로 전송하고, 강한 보안이 요구될 경우, 짧은 홉 전송하여 도청 확률을 줄이는 릴레이(relay) 전송 방식을 사용한다. 또한, 저지연과 강한 보안이 동시에 요구되는 상황에서는 데이터 처리율, 에너지 효율성, 보안을 종합적으로 고려하는 전송 방식을 결정하여 네트워크의 신뢰성을 향상시킨다. 실험 결과에 따르면, ART는 지연 허용 네트워크(Delay Tolerant Network, DTN) 환경에서 항상 direct 전송하는 direct 모델 대비 신뢰 네트워크 에너지 효율을 13.1배 개선하였으며, 보안 위협이 큰 네트워크 환경에서 항상 relay 전송하는 relay 모델과 동일한 수준의 정보유출량을 보였다. 또한, ART는 노드 밀집도가 큰 네트워크 환경에서 direct 모델보다 네트워크 처리율을 212.4% 개선하였으며, 네트워크 간섭이 큰 상황에서도 15.4 Mbps의 링크 처리율을 보이며, 간섭의 영향이 가장 적음을 입증하였다.|WiFi technology is evolving from generation to generation to realize high-performance, high-efficiency wireless networks, and in the recently started IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11bn standardization process, it is aiming to dramatically improve throughput, delay, and power consumption to ensure UHR(Ultra High Reliability). However, despite the recent growth in the market size of IT(Information Technology) products equipped with WiFi and the increasing security threats of WLAN(Wireless Local Area Network), standardization to improve security is insufficient. In this study, we propose a routing protocol that performs ART(Adaptive Relay Transmission) by recognizing the security and latency requirements of packets. When low-latency transmission is required, ART uses a direct transmission method using single-hop transmission, and when highly secured transmission is required, it uses a relay transmission method that reduces the probability of eavesdropping attack by transmitting short hops. In addition, in situations where low latency and strong security are simultaneously required, ART determines an optimal transmission method considering throughput, energy efficiency, and security to increase network reliability. According to the experimental results, in DTN(Delay Tolerant Network) environments, the proposed ART showed 13.1 times improved reliable network energy efficiency compared to the direct model which always applies direct transmission method and in a security-vulnerable network, the same amount of information leakage as the relay model which always applies relay transmission method. Additionally, ART improved network throughput by 212.4% over the direct model in networks with high node density, and achieved a maximum link throughput of 15.4 Mbps even in network with strong interference.