미래인터넷 연구 국내 현황

1. 미래인터넷 연구 국내 현황 2009.2.23 최양희 서울대학교 미래인터넷포럼

2. 목차 • 미래인터넷 핵심기술연구 • 미래인터넷 네트워크 모델개발 • 차세대네트워크서비스연구센터 • 프로그래머블 플랫폼 연구

3. 미래인터넷 핵심 기술 연구 과제 개요 • 과제명: 미래인터넷 핵심 기술 연구 • 원천 기술 개발 과제, 표준화 연계 과제 • 연구 목표 • 새로운 형태의 미래인터넷 아키텍처를 설계하고 해당 요소기술을 개발 • 개발된 요소 기술에 대한 표준화를 추진 • 미래인터넷 연구 개발 및 산업 발전을 위한 연구 주제를 기획 • 과제 기간 • 2007.3.1 ~ 2010.2.28

4. 과제 개요 연구 기관 주관 연구 기관: 서울대학교 공동 연구 기관: 충남대학교,KAIST, ICU 위탁 연구 기관: 연세대학교, 고려대학교, 포항공대, 광주과기원,OSIA 세부 과제 구성 연구 기획 및 표준화 미래인터넷 아키텍처 연구 (6개 세부과제) 미래인터넷 무선 접속 기술 연구 (6개 세부과제) 미래인터넷 서비스 연구 (4개 세부과제)

5. 과제 개요

6. Our Contributions 한국을 대표하는 미래인터넷 연구 국내 최고의 연구진을 망라 High International Visibility Community building 주요 연구성과 도출 논문, 특허, 표준 Demonstrations 주요 연구사업 도출 혁신자 기획 ITRC 등 세계적 협력체제 구축 미국 : GENI, Stanford, BBN, Rutgers, Princeton, CAIDA, UCLA, Minnesota, NSF 등 유럽 : EU-ICT FP7, EuroNF, UCL, Cambridge, German Telecom, France Telecom, ParisTech 등 아시아 : NiCT, Keio, Tokyo Univ., Kyusu Univ., Tsinghua Univ., Indian Institute of Science, AfriNOC 등 표준 : ITU-T, ISO, IETF 등 행사 : CFI, Camp, 표준, Demo 등

7. 대형 연구 과제 기획 미래인터넷 대형 연구 과제를 기획 필수 요소 기술 및 세부 연구 개발 기술 발굴 대형 연구 기획 보고서 Emergency Network Mobile Service for the Future Internet Virtualized Heterogeneous Wireless Access Subsystem Content-centric Network Multi-hop Wireless Network 연구 기획 Ambient Intelligent Agent Service Life Log Service Heterogeneous Access Interfaces Agent Future Internet Core Network Mobile Ad-hoc Env. Satellite Access Cellular Access Service Server/Storage NFC Access Mobile P2P server AP Wireless Sensor Networks Mobile IP TV Service MobilitySupport Real World View Service

8. 미래인터넷 관련 행사 개최/지원 미래인터넷 캠프 국내 미래인터넷 관련자 토론 모임 연 2회 (여름/겨울) 개최 AsiaFI School 한중일 미래인터넷 연구자 모임 및 강의 연 2회(wireless/mobile and architecture) 개최 미래인터넷 학회 및 워크샵 International Future Internet Workshop 2007 미국, 일본, 유럽 전문가 초청 발표 International Conference on Future Internet (CFI) ’08 최초의 미래인터넷 전문 학회 CFI’09: 2009년 6월 개최 예정 연구 기획

9. 미래인터넷 기술 전시회 일시: 2008년 11월 14일 장소: 서울대학교 엔지니어링 하우스 프로그램 구성 한국의 미래인터넷 전략: SAIT, ETRI, CENNS 15개의 미래인터넷 기술 데모 전시 내용 동영상을 제공 예정 http://fif.kr/fidemo2008 연구 기획

10. Femtocell-based Testbed Architecture WG Wireless Testbed • 펨토셀 테스트베드 프로토타입 구현 • WCDMA 펨토셀을 이용하여 기지국 구현 • 별도의 기지국 컨트롤러를 통해 외부 접근성 및 가상화 제공 • 세계 최초로 아이디어 제시 및 프로토타입 구축 VINI BS MS FemtoCell Base-station Mobile Station VINI Node Base-station Head Slices (VMs) Slices (VMs) Extra Functions for Testbed Labtop with WCDMA USB modem Legacy FemtoCell Base-station VMM VMM [미래인터넷 전시회 시연] WCDMA UDP Tunnel Ethernet [테스트베드 구조도]

11. Optical 망 관리 기법 연구 Circuit 기반의 전송 구조에 따라 파장의 큰 대역폭 제공으로 야기되는 링크의 저조한 사용 효율을 향상시키기 위한 Traffic Grooming에 대한 연구 대표적인 Optical grooming 전송 구조인 Light-Trail에서 효율적인 망 관리 기법 연구 Central & Distributed Architecture WG Transport for Optical Core Light path time Super frame Super frame Super frame

12. DTN 환경에서의 Routing 프로토콜 제안 Routing Algorithms using mobility information MIR: Mobility Information based Routing Protocol for DTN BBR: Bearing based Routing Protocol for DTN Regional Token Based Routing for DTNs Architecture WG DTN interworking Regional Token Assignment Mobility Scenario

13. 서울대 DTN Testbed DTN 환경 실험을 위한 테스트베드를 구축 DTN Routing 알고리즘등의 실험을 위한 테스트베드를 제공 Architecture WG DTN interworking 약 700m 서울대 138동 서울대 301동 Wireless ON/OFF HW308 HW309 HW307 HW306

14. 간접적인 망 성능 측정을 위한 설계 (1) Architecture WG Measurement System Path Stitching: 방대한 양의 인터넷 실측데이터 저장소로부터인터넷 상의 임의의 두 지점 사이에 전송경로와 전송 지연을 검색해서 예측하는 방법론 연구. 이 방법론은 질의자와 질의에서 명시한 경로상의 모든 호스트들에 대해 접근할 수 없음을 가정하며, 별도의 추가적인 실측 작업없이 처리됨 a d ? IP-to-AS mapping and AS-level path inference A B C D Retrieve relevant path segment from indexed data Stitching path segments c1 c2 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 d1 d2 d3 Trimming stitched paths a2 a3 a4 d1 d2 Path stitching algorithm

15. Collaborative Spectrum Sensing for CR System When energy detection is considered CR nodes receive the very dissimilar energy from primary user with respect to each other according to the channel fading Proposed collaborative sensing scheme Effectively combines multiple sensing results by assigning different weight to them Weight is decided according to the path loss and Rayleigh fading Wireless WG Cognitive Radio System

16. CR ad hoc MAC Scheme Wireless WG Cognitive Radio System • Fully distributed sensing scheme – opportunistic sensing • Hidden PU problem – collaboration with neighbors • Unknown PU problem – transmission power control

17. Cognitive Radio의 주파수 공유 및 활용 방안 연구 Wireless WG Cognitive Radio System • Cognitive radio의 multi-channel access scheme 비교 연구 • 여러 개의 채널을 사용할 수 있는 cognitive radio 장치의 multi-channel access scheme 비교 연구 • 하나의 광대역 채널을 활용하는 방법 – Channel bonding • 각 채널을 독립적으로 활용하는 방법 – Multi-radio MAC • MAC 계층의 overhead를 고려할 때 channel bonding을 이용해서 전송 속도만을 높이는 것이 좋은 해결책은 아님 <Multi-channel을 활용할 수 있는 경우의 예> <Channel bonding을 통한 guard-band 손실 감소> <채널의 수에 따른 throughput 성능 비교>

18. 멀티캐스트를 위한 네트워크 셀렉션 이종망 무선 환경에서 멀티캐스트 스트리밍 서비스를 위한 네트워크 셀렉션 알고리즘을 연구 User의 이동성과 contents의 인기도를 고려 멀티캐스트가 media 를 공유함으로써 누리는 link bandwidth 효율성을 높임 Wireless WG Indirection Multicast System 비효율적인 네트워크 셀렉션 효율적인 네트워크 셀렉션

19. WMN Protocol Implementation Wireless WG Wireless Mesh Networks Application A A Application T T App. Adaptor Transport Common Code Base Common Code Base N N Network Protocol Stack L L User MAC Logical Link MAC M M Scheduler Physical P P H/W Adaptor Propagation OS (Linux) Scheduler D/D OS (Linux) MAC GloMoSim Simulator Testbed Node • Testbed Node Protocol Stack Using GloMoSim • Common Code Base • A code set that can be shared both simulator and testbed node • We can implement cross-layer protocol using common code base

20. 테스트베드를 통한 구현 시스템 데모 Wireless WG Wireless Mesh Networks GloMoSim FS02 FS28 EE28 EW09 EE02 DN11 DN01 DN27 DN09 [KAIST 무선 메쉬 테스트베드]

21. Dealing with Sudden Bandwidth Changes in TCP Wireless WG QoS in Wireless Access 기존의 TCP SS FR CA FA 급격한대역폭변화가일어났을경우, FA 단계에서처리 • 다른연구들의경우,문제를간략화시킴으로써실제사용에무리가있음 • 본연구에서는,문제를간략화하지않고해결 • 어떤 TCP 버전에도 FA 단계를모듈화하여구현함으로써사용이가능

22. 컨텐츠 기반 네트워킹 아키텍처 (1) 컨텐츠 기반 네트워킹 아키텍처 프로토타입 구현 DACON: Decentralized and Autonomous Content-centric Overlay Networking Architecture Service WG Content-Centric Network • 컨텐츠 검색화면 • 메타데이터 검색 • 가까운 소스로부터 • 다운로드 • 관리 도구 화면 • 토폴로지 확인 • 링크 특성 확인 • 임의의 네트워크 • 구성 가능 DACON Overview

23. 컨텐츠 기반 네트워킹 아키텍처 (2) CODI: COntent Delivery Infrastructure Publish / Subscribe model Let’s decouple the sender and receiver in transmitting the content Network caching Let the router have the storage for content caching DHT-based network architecture Free from routing scalability problem of tree-based architecture Service WG Content-Centric Network DHT-based route-by-name architecture MMLab, SNU

24. 사회적 관계 인식 라우팅 프로토콜 사용자의 사회적 관계를 이용한 라우팅 기법 관심사로부터 사회적인 관계를 유추 필요에 따라 컨텐츠 캐쉬 Service WG Interaction Protocol 2 Cached CacheHit 관심사 : 동물 B 1 1 1 사용자A가 사진[1]을 보고 싶어함 D 사용자B가 사진[1]을 보고 싶어함 A 사진 요청 시 더 좋은 경로를 알 수 있는가? 사용자의 사회적 관계를 이용 관심사로부터 사회적 관계유추 1 1 관심사 : 연예인 C

25. 미래인터넷 모델링 • 과제명: 미래인터넷 네트워크 모델 개발 • 주관 연구 기관: 국가수리과학연구소 • 공동 연구 기관: 서울대, KAIST • 위탁 연구 기관: KAIST, 연세대, 건국대 • 지원기관: 기초기술연구회 • 과제 기간 및 참여 인력 • 당해년도: 2008.12~2009.12 (62명) • 총년도: 2008.12~2014.12(6년)

26. 그래프 모델 연구 • 주어진 degree 조건을 만족하는 임의 그래프 생성 • 균일 임의 그래프 샌드위치 가설 해결 • 이산로그 문제 연구 • 네트워크 상의 교통흐름을 원활히 하는 방법 연구 • Modular network의 구조와 동역학 현상 • 사회네트워크에서의 구조와 동역학 현상에 관한 연구 • 바이오 네트워크의 구조와 동역학과의 관계 연구 목표 네트워크 모델링과 알고리즘 • 컨텐츠 중심 네트워킹 모델링 • 미래 무선 네트워크 모델링 • Massive data set에서 검색 모델 및 알고리즘 • 트래픽에 기반한 인터넷의 과거, 현재, 미래 모델링 미래인터넷 모델 개발 NI MU SI MU 복잡계 네트워크 연구 기반 수학 개발

27. 균일 임의 그래프 샌드위치 가설해결과 타원곡선 하의 Pollard의 rho 알고리즘 분석완료 3단계 • 균일 임의 그래프 샌드위치 가설 연구 • 이산로그 문제의 가설 해결 주어진 degree 조건을 만족하는 임의 그래프 생성 방법 연구 2단계 • configuration 모델 이해와 분석 • 주어진 조건하의 그래프 생성 알고리즘 개발 1단계 연구 내용 – 수학적 접근 기반수학 개발 최종목표 : - 그래프이론에 관한 네 가지 가설 해결 방향이 있는 그래프의 큰 클러스터 크기 가설 해결 • 포와손 클로닝 모델연구 • 방향이 있는 그래프 연구

28. 복잡계 네트워크의 동역학 현상이해를 통한 응용분야 모색 3단계 • queuing system on the internet • 모듈 네트워크에서 부하 및 중앙성 연구 • 모듈 네트워크에서 동기화 현상 연구 • 사회 네트워크 상의 전파현상 및 human dynamics 현상 복잡계 네트워크의 구조와 동역학 현상의 상관관계 이해 2단계 • queuing system on the internet • 모듈 네트워크에서 멋대로 걷기 문제 연구 • 사회 네트워크 상에서의 전파현상 연구 1단계 연구 내용 – 물리학적 접근 복잡계 네트워크의 연구 최종목표 : - 복잡계 네트워크에서 동역학 현상 분석 복잡계 네트워크의 구조와 동역학 간의 관계 규명 • 네트워크 상의 교통흐름을 원활히 할 수 있는 방법 연구 • Modular network의 구조와 동역학 현상 • 사회 네트워크에서의 구조와 동역학 현상에 관한 연구 • 바이오 네트워크의 구조와 동역학과의 관계

29. 미래인터넷 네트워크 모델 및 알고리즘 개발/활용 3단계 • 컨텐츠 중심 네트워크 서비스 모델 개발 • 무선 네트워크의 4계층 최적 조합 • 웹 스팸 구조 모델링 및 탐지 알고리즘 개발 • 통합 모델 기반 미래인터넷 환경/응용 시나리오 예측 및 검증 미래인터넷 네트워크 모델 및 알고리즘 개발 2단계 • 개별 속성별 필요한 요구사항 분석 • 무선 네트워크의 네트워크/전송 계층 최적 조합 • 효과적인 웹 크롤링 모델 및 알고리즘 개발 • 응용 사용, 소셜 커뮤니케이션 패턴 모델링 1단계 연구 내용 – 전산학적 접근 네트워크 모델링과 알고리즘 개발 최종목표 : - 기존 인터넷을 대체할 수 있는 미래인터넷의 모델 제시 미래인터넷 네트워크 및 알고리즘 특성 분석 • Content-Oriented Network 트래픽의 특성화 및 단위 속성 분류 • 무선 네트워크의 물리/MAC 계층 최적 조합 • 랭킹 모델 및 알고리즘 개발 • 인터넷 응용 트래픽 모델링

30. 추진 체계 미래인터넷 네트워크 모델 개발 수학적 접근 기반수학개발 수리과학연구소 전산학적 접근 네트워크 모델링과 알고리즘 서울대 물리학(통계역학)적 접근 복잡계 네트워크 KAIST 연구내용 미래인터넷 모델 분석 컨텐츠 배치, 랭킹 모델, 트래픽 1차 년도 연구내용 연구내용 방향이있는 그래프의 큰 클러스트 크기 가설 해결 복잡계 네트워크의 구조와 동역학간의 관계 규명 2차 년도 주어진 degree 조건을 만족하고 임의 그래프 생성방법 연구 미래인터넷 모델 개발 컨텐츠 접근, 웹 크롤링 등 복잡계 네트워크의 구조와 동역학 현상의 상관관계 이해 균일 임의 그래프 샌드위치 가설 해결과 타원곡선하의 Pollard의 rho 알고리즘 분석완료 미래인터넷 모델 활용 미래인터넷 환경/응용 시나리오 예측 및 검증 복잡계 네트워크의 동역학 현상이해를 통한 응용분야 모색 3차 년도 미래인터넷 네트워크 모델 완성

32. 센터 개요 • 서울시 관악구 신림9동 산 56-1 서울대학교 컴퓨터연구소 138동 소재 • 2008년 3월 설립일 • 146.52m2 면적 • 김종권, 서울대학교 전기컴퓨터공학부 교수 센터장 • 권태경, 박세웅, 엄현상, 전화숙, 최성현, 김현철(서울대) • 백상헌(고려대), 한승재(연세대), 송황준(포항공대) • 김종원(GIST), 이준구(ICU), 송준화, 정송(KAIST) 참여 교수 • 박사 과정 : 51명 • 석사 과정 : 54명 참여 연구원 차세대 네트워크 서비스 연구 센터 32

33. 센터 조직 및 구성원 차세대 네트웍 서비스 연구센터 CEnter for Next-generation Network & Services research(CENS) [센터장 : 서울대학교 김종권] 운영위원회 : 센터장포함 5인 연구 기획위원회 평가자문위원회 : 센터장포함 7인 (외부 6인) 연구 개발부 기획 관리부 주관 대학 대외 협력실 * 참여 대학 행정관리실 네트워킹 및 프로토콜 연구 제1 세부과제 김종권(책임) 권태경, 백상헌, 이준구, 최성현 * 서비스 기술 연구 제2 세부과제 김종원(책임) 송준화, 송황준, 엄현상 복합 이동통신 액세스 기술 연구 제3 세부과제 전화숙(책임) 최성현, 한승재, 박세웅, 정송 차세대 네트워크 서비스 연구 센터 33

34. 과제 목표 CENS 목표 CENS 차세대 인터넷 최적화 설계 기술 확보 기반 기술의 산업화 복합 유무선 접속망을 지원하는 인터넷 접속 기술 확보 최첨단의 글로벌 IT 연구인력 양성 미래 서비스 지원 및 가상화 기술 차세대 네트워크 서비스 연구 센터 34

35. 연구 내용 CENS 연구내용 제1 세부 과제 : 네트워크 및 프로토콜 연구 • 확장성, 이동성, 보안을 고려한 주소체계 기술 개발 • Multi-Core 기반 가상화 망 기술 개발 • Tera 및 Peta급 광 전송 원천기술 개발 • 서비스 품질 보장, 네트워크 관리 등을 고려한 새로운 전송 기법 개발 • 네트워크 성능 측정 및 평가 방법 개발 제 2 세부 과제 : 서비스 기술 연구 • 대규모 Prosumer를 수용가능한 서비스 구조 연구 • Context-aware 서비스 분석 및 효율적이고 확장 가능한 프레임 워크 개발 • 대규모 분산망의 효율적 콘텐츠 탐색 및 QoS 보장 제 3 세부 과제 : 복합 이동통신 액세스 기술 연구 • 유연하고 scalable한 무선 센서 네트워크 구조 연구 • 멀티 네트워크 환경에서 최적의 서비스를 제공하기 위한 적응적 MAC, 라우팅 프로토콜 연구 • 인터넷 연동을 위한 애드혹/메쉬 네트워크 프로토콜 연구 • 무선 멀티미디어 응용을 위한 적응적 무선전송 프로토콜 개발 • Programmable 무선 네트워크 복합 플랫폼의 설계 및 구현 35

36. 추진 전략 광통신망 대용량 및 무선 트래픽모델 / 패킷분류기술 개선방안 제시 주소/이름 체계 연구영역 정의 / 가상망 기술 구조 분석 대규모 Prosumer, Contxt-aware 서비스 시나리오 작성 및 요구사항 도출 무선 MM 전송 요구사항/환경 분석 복합 무선접속망 구조/ MAC/라우팅 알고리즘 제안 서비스 유형별 전송요구 분석 Programmable 무선 플랫폼 스펙 멀티코어 가상망 노드 기술분석 및 기본 스펙 QoS 기법/버스트기반 광전송 멀티코어 노드 자원관리 제어 서비스 구성요소최적 조합 기법 컨텍스트 정보획득 기법 컨텍스트 정보 전송 및 콘텐츠 탐색 구조 연구 주파수 자원 최적 사용기법 에너지 절감형 프로토콜 자동재구성/복합 라우팅 이동성지원 프레임웍/주소체계 개발 서비스 특성에 따른 적응형 분류기술 개발 개방형 API 설계 및 기능 에뮬레이션 멀티코어 가상망 노드 서비스/전송 지원 구성요소 모델 ID/Loc, 도메인 분리, 보안성 제고 방안 분류기술의 문제점 분석, 최적화 망관리 기반 라우팅기법, 에너지 절감 광통신망 구성 서비스 플랫폼 감시 제어 기능 상황정보 처리 및 추론화 효율적 컨텐츠 저장 및 배포 기능 PHY/Mac/라우팅 cross-layer 최적화 센서망 구성/네트워킹 복합망의 라우팅 및 자원관리 멀티코어 가상망 노드 통합 설계 / 프로토타입 구현 복합무선 가상 노드 구조설계 및 구현 이동/확장/보안성 통합 주소체계 패킷분류기법 최적화 QoS 라우팅/전송을 위한 관리체계/ 초고속 광통신망 설계 역동적 서비스 재구성 최적화 대용량 정보처리엔진 개발/다양한 전송방법 지원 기법 적응형 MM 전송방법 구현 복합망 cross-layer 기술 완성 및 프로토타입 구현 백본망/복합무선망 가상화 노드 프로토타입 구현 / 복합망 시험환경 구축 / 기능 및 성능 분석 / 최적화 36

37. 세부 과제별 공동 연구방안 차세대 네트웍 서비스 연구센터 (CENNS) 제1세부과제 네트워킹 및 프로토콜 연구 제2세부과제 서비스 기술 연구 제3세부과제 복합 이동통신액세스 기술 연구 SKT, KT LG 데이콤 동원시스템즈 유비쿼스 등 SKT, KTF LG 데이콤, 클루닉스 Huawei Tech. CDNetworks등 SKT, LG 노텔 하이버스, 솔리테크 LS 산전, 하나로 브로드웨이브 등 산학협동연구 AsiaFI, CAIDA Napoli, Princton UC Riverside IIJ/WIDE 등 Asia FI, USC 동경대, UCLA Washington, 도이치텔레콤 등 Asia FI, OSU, ISU Bell Lab, 청화대 미주리대, HP Lab Univ. of Palermo 등 국제공동연구 FIF, ETRI BcN엔지니어링 연구센터 등 FIF, ETRI 홈네트워크 연구센터 등 FIF, ETRI 초광대역 무선통신 차세대 RFID/USN연구 센터 등 협력연구 차세대 네트워크 서비스 연구 센터 37

38. 과제개요 (1/2)

39. 과제 목표 (2/2) • 미래인터넷 인프라 구축에 공통적으로 소요될 프로그램화(Programmability)  및 네트워크 가상화 (Network virtualization) 핵심원천 기술을 개발 • 핵심원천기술을 기반으로 다양한 미래의 신산업-지향 아키텍처 및 서비스를 실현하기 위한 네트워크 플랫폼 기술을 단계적으로 개발

43. 대학(GIST 외) 주요 연구 내용 (1/2) • NetFPGA/OpenFlow를 이용한 PC 기반 플랫폼 프로토타입 구조 설계 (1단계) • HW 가속네트워킹(NetFPGA)을 선택적으로 사용하는 PC 기반 노드 구축 • 기존 인프라(OpenFlow)에 호환적이면서 독립적인 프로그래밍 가능한 네트워킹 기능 • VINI 버전의 PlanetLab을 중심으로 가상화 지원 및 노드간 연동 • 노드의 컴퓨팅 능력을 효과적으로 공유할 수 있는 구조 지원

44. 대학(GIST 외) 주요 연구 내용 (2/2) • 동적 가상화 슬라이스 상의 서비스 운용 및 제어 구조 설계 (1단계) • PC 기반의 가상화 노드들을 동적으로 상호 연결하여 제어하기 위한 (에이전트 기반) 소프트웨어 구조 제안 • 슬라이스 구축 시 노드들의 가용 자원을 효율적으로 이용하여 분산된 서비스들을 통합적으로 운용/제어하기 위한 소프트웨어 스택 구현

45. 국제협력 GENI 연구 참여 EU 연구협력 한중일 연구 협력 개도국 기술지원 표준화 활동 강화 ITU-T ISO IETF 각종 포럼 인터넷, 이동통신, NGN, 센서망, 방송 연구협력 강화 연구환경 구축 National Network Testbed National Sensor Testbed Data Archiving Center Traffic Content Social Networking Search results 융합 응용서비스 발굴 Network Science 연구강화 National Agenda로 추진 향후 연구 추진 전략