JP4099185B2

JP4099185B2 - 移動アドホクネットワークでの最適方向−基盤フラッディング方法

Info

Publication number: JP4099185B2
Application number: JP2005254026A
Authority: JP
Inventors: ジェ−ホキム; テ−シクキム
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: KR20060020886A; US20060045065A1; US7519045B2; JP2006074790A; KR100586233B1

Description

本発明は移動アドホクネットワークでの最適方向−基盤フラッディング方法に係り、特に、移動アドホクネットワークで効果的にブロードキャストメッセージを伝達するための最適方向−基盤フラッディング方法に関するものである。

最近、ネットワーク端末機の大きさがコンパクトになり、移動中にネットワークに連結しようとする使用者の要求と、端末機自体のコンピュータ資源により十分に自らルータの役割を果たすことができる時代の到来により、近距離ネットワーク端末機を連結させる技術を必要としている。

一方、アドホクネットワークは軍事目的や救助作業の特殊な目的に向けて開発されたが、近来、商業的に活用するためにいろいろな方面で研究されている。このようなアドホクネットワークは、中央集中化された管理や標準化された支援サービスの補助なしで臨時（Ad-hoc）ネットワークを構成する無線移動ホストの集合である。

移動アドホクネットワーク（Mobile Ad-hoc NETwork：ＭＡＮＥＴ）は、有線基盤網なしで移動端末機のみで構成された無線地域の通信網を称し、有線基盤が構築されていない山岳地域の緊急救助や戦地などで通信網を構成してインターネットサービスを提供する技術である。この時、無線信号の送受信は現在のデータリンク技術を活用し、ルータ機能は、移動アドホクネットワークの移動端末機がホストとルータの役割を同時に果たせるようにするが、ここで、ルータプロトコルの開発と無線信号の保安問題の解決技術などが必要である。

具体的に、移動アドホクネットワークは、インフラのない環境でアドホクノード間で自発的に形成されるネットワークであって、基地局のような基盤ネットワーク装置を必要としない。したがって、このようなアドホクネットワークは、無線チャンネルを使用してアドホクノード間のピア−ツ−ピア（Peer-to-peer：Ｐ２Ｐ）通信を必要とする。このような特徴の移動アドホクネットワークは、アドホクノードの移動性によりネットワーク接続形態が変化し得るためにネットワークの複雑度は増加するが、煩わしい有線を無線で代替できるという長所により、移動アドホクネットワークに関する研究が進められている。

しかし、移動アドホクネットワークは、ノードの移動性とバッテリー不足のようなノードの欠陥により、ネットワーク接続形態が有線ネットワークに比べて頻繁に変化する。このような特徴により、移動アドホクネットワークでは、ルーティング及びサービスプロトコルなどでの問題を解決するためにブロードキャスティング方式を一般的に使用する。

前記ブロードキャスティング方式に使用されるブロードキャストメッセージ数を減らすための従来の技術は、使用する情報によって確率−基盤、カウンター−基盤、接続形態−基盤、及び位置−基盤技術に分類されることができる。

前記確率−基盤方式は、ブロードキャストメッセージを受信したノードからブロードキャストメッセージを伝送するか否かを確率的に決定した方式であり、前記カウンター−基盤方式は、重複受信されたメッセージ数によってブロードキャストメッセージを伝送するか否かを決定する方式である。また、前記位置−基盤方式は、送信ノードで、隣接ノードとの距離又は座標情報を利用して伝達ノード集合を選択し、伝送順序を決定する方式であり、前記接続形態−基盤方式は、ノード間の接続形態情報を交換し、これを利用して伝達ノード集合を選択する方式である。

一方、従来技術として、下記特許文献１（２００２年１０月１０日出願）には“MRP-Based Hybrid Routing For Mobile Ad Hoc Network”という名称の発明が開示されているが、これは移動アドホクネットワークでの効果的なルーティング方法を提供するためのものである。

前記特許文献１は、周期的な呼の交換によるオーバ−ヘッドを減少させることができるネットワークにおいて、２ホップ隣接ノードの情報を利用して次の伝達ノード集合を選択することにより、ブロードキャスティングメッセージの重複再伝送及び無線資源の非効率的な消耗を減少させる内容について開示している。

一方、前記ブロードキャスティングのための簡単な方法としてはフラッディング（Flooding）方法がある。

前記フラッディングは、パケットをネットワーク全体にブロードキャスティングするためのパケット伝達方式であって、移動アドホクネットワークではルーティングプロトコル、サービス探索プロトコル、住所自動設定プロトコルなどでこれを必須に使用しているので、フラッディング技法の効率性は移動アドホクネットワークの性能を決定づける要素の一つとして作用する。特に、移動アドホクネットワークで全てのノードは互いに共有された無線チャンネルを使用しており、隣接ノード間の無線伝送領域が互いに重なる特性を有しているため、フラッディングの遂行中に無線資源に対する競争、パケット衝突、及びブロードキャストパケットの重複受信によるネットワーク性能低下が大きな問題点として認識されている。

米国特許公開番号第２００２０１４５９７８Ａ１号

このような従来の技術によるフラッディング方法は、ブロードキャスティングが頻繁に発生し、制限的な資源を有するノードで構成された移動アドホクネットワークではフラッディングを使用することは多くの問題点を有する。つまり、従来の技術のフラッディングによるブロードキャスティングはメッセージ伝送が重複して行われ、共通媒体を使用するノード間の競争及び衝突を増加させる。これにより、非効率的なエネルギー消耗とブロードキャストメッセージ伝播の遅延現像が発生するが、このような問題点を一般的にブロードキャストストーム問題（Broadcast Storm Problelm）という。

前記問題点を解決するための本発明の目的は、移動アドホクネットワークにおけるブロードキャストメッセージの重複伝送回数を減らすことができる最適方向−基盤フラッディング方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、移動アドホクネットワークで無線資源の非効率的な消耗を減らすことができる最適方向−基盤フラッディング方法を提供することにある。

前記目的を達成するための手段として、本発明による最適方向−基盤フラッディング方法は、自身の位置を分かっているノードで構成された移動アドホクネットワークでのブロードキャストメッセージを伝達するフラッディング方法において、ａ）送信元ソースノードが、所定の間隔に分割された領域の中から、メッセージ伝達方向を選択する段階；ｂ）前記選択されたメッセージ伝達方向に基づいて、次にメッセージを伝達するノードを示す伝達ノード集合を選択し、前記伝達ノード集合に示されたノードにのみブロードキャストメッセージを伝送する段階；及びｃ）前記伝達ノード集合に示されたノードが、前記送信元ソースノードから受信したブロードキャストメッセージのヘッダー情報内の所定のフィールドに基づいて、次にメッセージを伝達するノードを選択し、前記ブロードキャストメッセージを選択されたノードに伝送する段階；を含んで構成される特徴がある。

ここで、前記ｂ）段階で、前記送信元ソースノードの隣接ノードの位置情報を利用して、次にメッセージを伝達するノードを示す伝達ノード集合を選択することを特徴とする。

また、前記ヘッダー情報内に挿入される所定の情報フィールドは、前記送信元ソースノードの位置情報、現在ノードの位置情報、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向情報、前記送信元ソースノードの住所情報フィールドを含むことを特徴とする。

更に、前記所定の間隔に分割された領域は６０度間隔の６個領域であることを特徴とし、前記６個の領域内で前記ブロードキャストメッセージは、前記送信元ソースノードより奇数ホップ数離れたノードでは、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向と同一な方向に伝送され、偶数ホップ数離れたノードでは、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向の±６０度の二つの方向に伝送されることを特徴とする。

ここで、前記ｃ）段階は、ｃ−１）前記ヘッダー情報内の伝達ノード集合フィールドに示されたノードの数に基づいて、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を決定する段階；ｃ−２）前記決定された中身の数だけ伝達先を選択し、前記ブロードキャストメッセージを生成する段階；及びｃ−３）前記生成されたブロードキャストメッセージをフィルタリングし、選択された伝達先に伝送する段階；を含むことができる。

ここで、前記ｃ−１）段階は、前記受信したブロードキャストメッセージが前記送信元ソースノードから受信されれば、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を１に決定することを特徴とする。

また、前記ｃ−１）段階は、前記ヘッダー情報内の伝達ノード集合フィールドの中身の数が１であれば、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を２に決定することを特徴とする。

また、前記ｃ−１）段階は、前記ヘッダー情報内の伝達ノード集合フィールドの中身の数が２であれば、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を１に決定することを特徴とする。

ここで、前記ｃ−２）段階は、前記ヘッダー情報内の、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向を示す最適方向フィールドを利用して次の伝達先を選択する段階；及び前記ブロードキャストメッセージの現在ノードの位置情報、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向情報、前記送信元ソースノードの住所情報フィールドを各々設定して、前記ブロードキャストメッセージを生成する段階を含むことができる。

ここで、前記ｃ−３）段階は、前記ブロードキャストメッセージを伝送するために待機する途中に重複されたメッセージを受信しない場合、正常に前記ブロードキャストメッセージを伝送することを特徴とする。

また、前記ｃ−３）段階は、前記ブロードキャストメッセージを伝送するために待機する途中に重複されたメッセージを受信した場合、前記メッセージを伝送するか否かを決定することを特徴とする。

ここで、前記重複メッセージを送信したノードとの距離が所定の距離以内であり、重複メッセージの伝達方向が同一である場合、伝送待機中の前記ブロードキャストメッセージを廃棄する段階を追加的に含むことができる。

本発明によれば、制限された資源を有するノードで構成された移動アドホクネットワークで、ブロードキャストメッセージを最小限のノードだけを利用して伝達することにより、重複されたブロードキャストメッセージの伝送回数を減らし、ノード間の伝送媒体を獲得するための競争及び衝突を減らすことができ、ブロードキャストメッセージを伝送するために消耗されるエネルギーを最小化して、当該メッセージをネットワーク全体に伝播するのに所要される時間を最小化することができる。

また、本発明によれば、相対的に小型であり資源に制約のあるノードで構成された移動アドホクネットワークにおいて、ノードの位置情報を利用して効果的にフラッディングを行うことにより、つまり、各ノードがブロードキャストパケットを伝達する際、最適の進行方向に位置するノードを次の伝達ノード集合に選択することによって、ブロードキャスティングメッセージの重複再伝送及び無線資源の非効率的な消耗を減らすことができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例による移動アドホクネットワークでの最適方向−基盤フラッディング方法を詳細に説明する。

本発明の実施例において、各ノードは特定位置認識システムによって自身の位置を分かることができ、１ホップ（hop）隣接ノードと位置情報の交換を通じて１ホップ隣接ノードの位置情報もまた分かることができると仮定する。この時、ブロードキャストメッセージを受信した各ノードは、隣接ノードの位置情報とメッセージの最適方向を利用して最適の伝達ノード集合を選択し、このように選択された伝達ノード集合に含まれるノードのみブロードキャストメッセージを伝達する。

結局、本発明の実施例は、最小限のノードだけブロードキャストメッセージを伝達するようにして、重複伝送回数を減らすことによって前述の従来のブロードキャストストーム問題を解決するが、以下では、添付した図面を参照して具体的に説明する。

図１は、同一な伝送範囲を有する最小限のノードでネットワーク全体をカバーするためのノード配置形態を示す図である。

本発明の実施例によって、移動アドホクネットワークを最小限のノードでカバーするためには、図１のようにノードが配置されなければならないが、各ノードの伝送範囲１０１を一辺の長さとする正六角形が１０２配置されており、最小限正六角形の全ての頂点１０３にノードが位置しなければならないが、この時、各円１０４は、各ノードを中心にする伝送範囲を示す。

一方、図２は、ブロードキャストメッセージがネットワーク全体に伝播される形態を示す図であって、送信元ソースノード２０８より伝送するブロードキャストメッセージが、本発明の実施例によってネットワーク全体にどのように伝播されるかを示す図である。

図２を参照すれば、各矢印２０１はブロードキャストメッセージが伝達される経路と方向を示す。ここで、元のブロードキャストメッセージは、６０度間隔の６個の領域２０２〜２０７に伝播される。この時、前記各々の伝播領域２０２〜２０７内でブロードキャストメッセージは、送信元ソースノード２０８より奇数ホップ数離れたノード２０９では元のブロードキャストメッセージの伝播方向と同一な方向に伝播される。反面、送信元ソースノード２０８より偶数ホップ数離れたノード２１０ではメッセージ進行方向の＋６０度と−６０度の二つの方向に伝播されることを示している。

一方、図３は、本発明の実施例によるブロードキャストメッセージのヘッダー３０１に含まれるべき情報３０２を示す図である。

図３を参照すれば、ヘッダー３０１とデータ３０７からなるブロードキャストメッセージにおいて、ヘッダー３０１に含まれるべき情報３０２は、送信元ブロードキャストメッセージ伝送ノードの座標フィールド３０３、現在ブロードキャストメッセージを伝送しようとするノードの座標フィールド３０４、最適方向フィールド３０５、及び伝達ノード集合フィールド３０６が含まれる。

前記送信元ソースノードフィールド３０３と現在ノードの座標フィールドに自身の座標を入力する。

前記最適方向フィールド３０５にはメッセージの伝播方向情報が保存される。この時、前記送信元ソースノードが伝送するブロードキャストメッセージの最適方向フィールド３０５は、６個の伝達先に順に１：１マッピングされる６個の方向情報が含まれる。前記最初に選択された６個の伝達先の最適方向フィールド３０５には以前にマッピングされた方向のみ入力され、ブロードキャストメッセージがネットワークに伝達される間変わらない。

前記伝達ノード集合フィールド３０６は、現在ノード伝送範囲内にあるノードの中で当該ブロードキャストメッセージを伝達するノードの識別子（ＩＤ）情報を含む。

一方、図４は、本発明の実施例による送信元ソースノードよりブロードキャストメッセージを伝送するためのフラッディング方法を示す動作フローチャートであって、送信元ソースノードで元の伝達ノード集合を選択し、ブロードキャストメッセージを伝送する方法を示す。

一方、図５は、本発明の実施例による伝達先よりブロードキャストメッセージを伝送するためのフラッディング方法を示す動作フローチャートであって、伝達先として選択されたノードが受信されたブロードキャストメッセージのヘッダー情報に基づいて次の伝達先を選択し、ブロードキャストメッセージを伝送する方法を示す。

図５を参照すれば、本発明の実施例によるブロードキャストメッセージを伝送するためのフラッディング方法は、伝達先でブロードキャストメッセージ（Ｐｋｔ）を受信する場合（Ｓ５０１）、前記伝達先は、当該ブロードキャストメッセージ（Ｐｋｔ）が送信元ソースノードから伝送されたかを検査する（Ｓ５０２）。つまり、ブロードキャストメッセージ（Ｐｋｔ）がゼロであるか検査する。

万一、当該メッセージが送信元ソースノードから受信されたものでない場合、次に選択される伝達先の数を決定するために当該メッセージの伝達ノード集合フィールドの中身の数が２個であるかを検査する（Ｓ５０３）。例えば、前記受信したブロードキャストメッセージが送信元ソースノードから受信されれば、次の伝達ノード集合の中身の数を一つに決定し、前記当該メッセージの伝達ノード集合フィールドの中身の数が一つであれば、次の伝達ノード集合の中身の数を二つに決定し、また、前記当該メッセージの伝達ノード集合フィールドの中身の数が二つである場合には、次の伝達ノード集合の中身の数を一つに決定することができる。

次に、前記伝達先は、当該メッセージを伝送するために待機中に同一なブロードキャストメッセージを受信したかを検査する（Ｓ５１０）。

万一、前述のＳ５１０及びＳ５１１段階での検査が偽りである場合には、ブロードキャストメッセージを伝送する（Ｓ５１２）。しかし、前述のＳ５１１段階での検査が誠であれば、伝送待機中のブロードキャストメッセージを廃棄し（Ｓ５１３）、つまり、重複メッセージを送信したノードとの距離が近く、重複メッセージの伝達方向が同一である場合、伝送待機中のブロードキャストメッセージを廃棄する。

結局、本発明の実施例は、移動アドホクネットワークでの重複されたブロードキャストメッセージの伝送回数を減らすために、移動アドホクネットワークで最適のブロードキャストメッセージ伝達方向を計算し、移動アドホクネットワークで計算された最適のブロードキャストメッセージ伝達方向に伝達し、移動アドホクネットワークで計算された最適のブロードキャストメッセージ伝達方向を基盤に最適の伝達ノード集合を選択し、伝達ノード集合に選択されたノードの間の重複されたブロードキャストメッセージをフィルタリングする。

以上、本発明を特定の実施例と関連して図示及び説明したが、特許請求の範囲によって示された本発明の思想及び領域より外れない限度内で多様に改造及び変化させることができることを、当業界で通常の知識を有する者であれば誰でも容易に分かるのであろう。また、本発明の実施例によるブロードキャストメッセージの構造を記録した記録媒体を実現できるのは当業者にとっては自明なことである。

同一な伝送範囲を有する最小限のノードでネットワーク全体をカバーするためのノード配置形態を示す図である。ブロードキャストメッセージがネットワーク全体に伝播される形態を示す図である。本発明の実施例によるブロードキャストメッセージのヘッダーに含まれるべき情報を示す図である。本発明の実施例による送信元ソースノードで、ブロードキャストメッセージを伝送するためのフラッディング方法を示す動作フローチャートである。本発明の実施例による伝達先で、ブロードキャストメッセージを伝送するためのフラッディング方法を示す動作フローチャートである。

符号の説明

１０１各ノードの伝送範囲
１０２正六角形
１０３頂点
１０４円
２０１矢印
２０２〜２０７伝播領域
２０８送信元ソースノード
２０９奇数ホップ数離れたノード
２１０偶数ホップ数離れたノード
３０１ヘッダー
３０２情報
３０３元のブロードキャストメッセージ伝送ノードの座標フィールド
３０４現在ブロードキャストメッセージを伝送しようとするノードの座標フィールド
３０５最適方向フィールド
３０６伝達ノード集合フィールド

Claims

自身の位置を分かっているノードで構成された移動アドホクネットワークでブロードキャストメッセージを伝達するフラッディング方法において、
ａ）送信元ソースノードが、所定の間隔に分割された領域の中から、メッセージ伝達方向を選択する段階；
ｂ）前記選択されたメッセージ伝達方向に基づいて、次にメッセージを伝達するノードを示す伝達ノード集合を選択し、前記伝達ノード集合に示されたノードにのみブロードキャストメッセージを伝送する段階；及び
ｃ）前記伝達ノード集合に示されたノードが、前記送信元ソースノードから受信したブロードキャストメッセージのヘッダー情報内の所定のフィールドに基づいて、次にメッセージを伝達するノードを選択し、前記ブロードキャストメッセージを選択されたノードに伝送する段階；
を含む最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｂ）段階で、前記送信元ソースノードの隣接ノードの位置情報を利用して、次にメッセージを伝達するノードを示す伝達ノード集合を選択する、請求項１に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ヘッダー情報内に挿入される所定の情報フィールドは、前記送信元ソースノードの位置情報、現在ノードの位置情報、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向情報、前記送信元ソースノードの住所情報フィールドを含む、請求項１に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記所定の間隔に分割された領域は、６０度間隔の６個領域である、請求項１に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記６個の領域内で前記ブロードキャストメッセージは、前記送信元ソースノードより奇数ホップ数離れたノードでは、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向と同一な方向に伝送され、偶数ホップ数離れたノードでは、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向の±６０度の二つの方向に伝送される、請求項４に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｃ）段階は、
ｃ−１）前記ヘッダー情報内の伝達ノード集合フィールドに示されたノードの数に基づいて、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を決定する段階；
ｃ−２）前記決定された中身の数だけ伝達先を選択し、前記ブロードキャストメッセージを生成する段階；及び
ｃ−３）前記生成されたブロードキャストメッセージをフィルタリングし、選択された伝達先に伝送する段階；
を含む、請求項１に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｃ−１）段階は、前記受信したブロードキャストメッセージが前記送信元ソースノードから受信されれば、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を１に決定することを特徴とする、請求項６に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｃ−１）段階は、前記ヘッダー情報内の伝達ノード集合フィールドの中身の数が１であれば、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を２に決定することを特徴とする、請求項６に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｃ−１）段階は、前記ヘッダー情報内の伝達ノード集合フィールドの中身の数が２であれば、次の伝達ノード集合フィールドの中身の数を１に決定することを特徴とする、請求項６に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｃ−２）段階は、
前記ヘッダー情報内の、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向を示す最適方向フィールドを利用して次の伝達先を選択する段階；及び
前記ブロードキャストメッセージの現在ノードの位置情報、前記ブロードキャストメッセージの伝達方向情報、前記送信元ソースノードの住所情報フィールドを各々設定して、前記ブロードキャストメッセージを生成する段階；
を含む、請求項６に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｃ−３）段階は、前記ブロードキャストメッセージを伝送するために待機する途中に重複されたメッセージを受信しない場合、正常に前記ブロードキャストメッセージを伝送することを特徴とする、請求項６に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記ｃ−３）段階は、前記ブロードキャストメッセージを伝送するために待機する途中に重複されたメッセージを受信した場合、前記メッセージを伝送するか否かを決定することを特徴とする、請求項６に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。
前記重複メッセージを送信したノードとの距離が所定の距離以内であり、重複メッセージの伝達方向が同一である場合、伝送待機中の前記ブロードキャストメッセージを廃棄する段階を追加的に含む、請求項１２に記載の最適方向−基盤フラッディング方法。