KR100943638B1 - 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법 및시스템 - Google Patents

저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법 및 시스템에 관한 것으로, 라우팅 테이블에, 송신 노드로부터 목적지 노드로의 경로가 존재하는지의 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 송신 노드로부터 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하지 않는 경우, 상기 목적지 노드로의 경로를 탐색하기 위하여, 루트 요청(RREQ) 메시지를 네트워크를 통하여 멀티캐스트 주소로 전송하며, 상기 목적지 노드가 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 수신하고, 상기 라우팅 테이블을 검색하여, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 획득하고, 상기 목적지 노드가 상기 송신 노드로의 경로 정보를 이용하여, 루트 응답(RREP) 메시지를 상기 송신 노드로 전송하고, 상기 송신 노드가 상기 루트 응답(RREP) 메시지를 수신하여, 데이터 패킷을 전송함으로써, 정보 처리와 라우팅 처리를 간소화한 리액티브(Reactive) 멀티 홉 라우팅 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
센서 네트워크, 라우팅, 노드

Description

저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법 및 시스템{METHOD AND DEVICE FOR REACTIVE ROUTING IN LOW POWER SENSOR NETWORK}
본 발명은 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법 및 시스템에 관한 것으로, 정보 처리와 라우팅 처리를 간소화한 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 정보통신표준개발지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-P10-027, 과제명: IPv6 이동성 자원 차세대 네트워크 표준개발].
일반적으로 센서 장치들은 좁은 동작 범위와 낮은 데이터 전송률, 저전력 소비, 저 메모리, 저가의 특성을 가지고 있다. 이러한 센서 장치로 구성된 저전력 센서 망에서 여러 단계의 센서 노드를 거쳐 정보가 전송되는 많은 응용의 예에서 메쉬 토폴로지(mesh topology)를 지원하는 멀티 홉 라우팅(multi-hop routing)이 필요하다.
기존의 센서 망에 적용하도록 제안된 저전력 멀티 홉 라우팅 기법들은 응용의 특성에 제한적인 방식으로, 노드 기반(node centric), 데이터 기반(data centric), 위치 기반(location centric)으로 각각 연구가 진행되어왔다. 노드 기반 기법의 경우 각 센서 노드는 고유의 아이디(ID)를 가지며, 이 아이디를 이용하여 라우팅 기능을 수행한다. 마찬가지로 위치 기반 기법의 경우에는 각 센서 노드의 위치정보를 이용하여 주소 인식 및 라우팅 기능을 수행한다. 데이터 기반 방식의 경우에는 사용자가 필요한 정보를 제공할 센서 노드의 위치를 알지 못하며, 특정 조건의 정보를 요청하면 이에 해당하는 정보를 가진 센서 노드가 응답하는 방식이다. 즉, 이들은 각 서비스 특성에 맞추어 라우팅에서 요구하는 정보를 정의하는 방식으로 연구가 진행되어왔기 때문에, 저전력, 저 메모리를 갖는 센서 노드가 다양한 라우팅을 필요로 할 때 범용으로 적용하기 어렵다.
애드-훅 주문형 거리 벡터 프로토콜(Ad-hoc On-demand Distance Vector: AODV), 동적 마넷 주문형 프로토콜(Dynamic Manet On-demand: DYMO), 최적 링크 상태 라우팅 프로토콜(Optimized Link State Routing: OLSR) 등 애드-훅(Ad-hoc) 망에 적용하도록 설계된 멀티 홉 라우팅 방식이 센서 망에서 범용으로 멀티 홉 라우팅 기능을 제공하도록 적용하는 것이 대안으로 검토되었으나, 이들이 저전력을 고려하지 않고, IP 계층에 설계된 까닭에 센서 노드에 그대로 적용이 어렵다.
일부에서 아이피(IP) 망에서 설계된 애드-훅 주문형 거리 벡터 프로토콜(AODV)과 같은 애드-훅(Ad-hoc) 라우팅 기법을, 센서 노드에 적합하도록 정보와 라우팅 처리를 간소화하는 연구를 진행하였으나, 이들은 센서 망의 특성에서 중요한 데이터 기반, 위치 기반의 라우팅에 대한 고려가 이루어지지 않으므로, 다중 라우팅을 위해서는 센서 노드에 각각의 라우팅을 모두 탑재하고, 각각 다른 메시지 프로세싱을 거쳐야 하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 좁은 동작 범위와 낮은 데이터 전송률, 저전력 소비, 저 메모리, 저가의 특성을 가진 센서 노드들로 구성된 저전력 센서 네트워크에서, 메쉬 토폴로지를 지원하는 멀티 홉 라우팅(multi-hop routing) 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, IP 네트워크 상에 동작하도록 설계된 동적 마넷 주문형(Dynamic Manet On-demand: DYMO) 라우팅 프로토콜이 센서 네트워크에 적합하도록, 정보 처리와 라우팅 처리를 간소화하여 효과적인 리액티브(Reactive) 멀티 홉 라우팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일측에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법은, 라우팅 테이블에 송신 노드로부터 목적지 노드로의 경로가 존재하는지의 여부를 판단하는 단계, 상기 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 송신 노드로부터 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하지 않는 경우, 상기 목적지 노드로의 경로를 탐색하기 위하여, 루트 요청 메시지를 네트워크를 통하여 멀티캐스트 주소로 전송하는 단계, 상기 목적지 노드가 상기 루트 요청 메시지를 수신하고, 상기 라우팅 테이블을 검색하여, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 획득하는 단계, 상기 목적지 노드가 상기 송신 노드로의 경로 정보를 이용하여, 루트 응답 메시지를 상기 송신 노드로 전송하는 단계, 및 상기 송신 노드가 상기 루트 응답 메시지를 수신하여 데이터 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 송신 노드가 상기 루트 요청 메시지를 상기 목적지 노드로 전송한 후, 기 정해진 대기 시간 동안 상기 루트 응답 메시지의 수신을 기다리는 단계, 상기 기 정해진 대기 시간 동안 상기 루트 응답 메시지를 수신하지 못하는 경우, 상기 루트 요청 메시지를 재전송하는 단계, 및 상기 루트 요청 메시지를 재전송하는 횟수가 기 정해진 횟수를 초과하는 경우, 상기 목적지 노드로 데이터를 전송할 수 없는 것으로 판단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지 중에서 적어도 어느 하나에 포함되어 구성되는 메시지 헤더는, 상기 메시지의 타입 영역, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트 값, 홉 카운트 값, 16비트 주소의 사용 유무를 나타 내는 정보 값, 유니캐스트로 응답의 유무를 나타내는 정보 값, 예약 영역, 및 목적지 노드 주소 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지 중에서 적어도 어느 하나는, 상기 하나의 메시지 헤더 및 적어도 하나의 메시지 바디를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 라우팅 테이블은, 상기 목적지 노드의 맥 주소, 상기 노드의 경로상의 순서 번호, 상기 노드의 경로상의 다음 노드의 주소, 및 상기 경로의 코스트 비용 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 라우팅 테이블은, 상기 라우팅 테이블 중에서, 가장 오래된 라우팅 엔트리를 삭제한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 멀티캐스트 주소는, 맥 계층에 따른 멀티캐스트 주소 또는 브로드캐스트 주소이다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 루트 요청 메시지의 처리 후에, 상기 루트 요청 메시지에 포함된 노드 코스트 영역의 기 설정된 값에, 상기 중계 노드 이전의 노드와 현재 중계 노드 간의 코스트를 더하여, 상기 노드 코스트 값을 변경하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지에 의해 생성된 경로가 상기 라우팅 테이블에 의하여 관리되는 단계, 상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지에 의해 생성된 경로가 사용될 수 없는 경우, 경로가 끊어진 노드의 정보를 포함하지 않고 구성되는 루트 에러 메시지를 생성하여 중계 노드로 전송하는 단계, 및 액티브 링크 모니터링 방법에 의하여, 상기 경로가 끊어진 노드의 정보를 획득하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일측에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템은, 라우팅 테이블에, 송신 노드로부터 목적지 노드로의 경로가 존재하는지의 여부를 판단하는 경로 판단 제어부, 상기 판단 결과 상기 라우팅 테이블에 상기 송신 노드로부터 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하지 않는 경우, 상기 목적지 노드로의 경로를 탐색하기 위하여, 루트 요청 메시지를 네트워크를 통하여 멀티캐스트 주소로 전송하도록 제어하는 송신 노드 제어부, 및 상기 목적지 노드가 상기 루트 요 청 메시지를 수신하고 상기 라우팅 테이블을 검색하여 상기 송신 노드로의 경로 정보를 획득하고, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 이용하여 루트 응답 메시지를 상기 송신 노드로 전송하도록 제어하는 목적지 노드 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 송신 노드 제어부는, 상기 송신 노드가 상기 루트 응답 메시지를 수신하여, 데이터 패킷을 전송하도록 제어한다.
본 발명에 따르면, 좁은 동작 범위와 낮은 데이터 전송률, 저전력 소비, 저 메모리, 저가의 특성을 가진 센서 노드들로 구성된 저전력 센서 네트워크에서, 메쉬 토폴로지를 지원하는 멀티 홉 라우팅(multi-hop routing) 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, IP 네트워크 상에 동작하도록 설계된 동적 마넷 주문형(Dynamic Manet On-demand: DYMO) 라우팅 프로토콜이 센서 네트워크에 적합하도록, 정보 처리와 라우팅 처리를 간소화하여 효과적인 리액티브(Reactive) 멀티 홉 라우팅 방법을 제공할 수 있다.
이하 첨부된 도면들 및 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 일례에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템의 구성을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일례에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템은 경로 판단 제어부(110), 송신 노드 제어부(120), 및 목적지 노드 제어부(130)를 포함하여 구성된다.
경로 판단 제어부(110)는 라우팅 테이블에, 송신 노드로부터 목적지 노드로의 경로가 존재하는지의 여부를 판단한다.
또한, 상기 경로 판단 제어부(110)는, 상기 송신 노드 및 상기 목적지 노드의 사이에서 경로의 탐색에 참여하는 중계 노드가, 경로 축적(Path Accumulation) 기능을 사용하지 않도록 제어한다.
송신 노드 제어부(120)는 상기 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 송신 노드로부터 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하지 않는 경우, 상기 목적지 노드로의 경로를 탐색하기 위하여, 루트 요청(RREQ) 메시지를 네트워크를 통하여 멀티캐스트 주소로 전송하도록 제어한다. 상기 멀티캐스트 주소는, 맥(MAC) 계층에 따른 멀티캐스트 주소 또는 브로드캐스트 주소이다.
목적지 노드 제어부(130)는 상기 목적지 노드가, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 수신하고 상기 라우팅 테이블을 검색하여, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 획득하고, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 이용하여, 루트 응답(RREP) 메시지를 상기 송신 노드로 전송하도록 제어한다.
또한, 상기 송신 노드 제어부(120)는, 상기 송신 노드가 상기 루트 응 답(RREP) 메시지를 수신하여, 데이터 패킷을 전송하도록 제어한다.
상기 송신 노드 제어부(120)는, 메시지 헤더와 메시지 바디를 포함하여 루트 요청(RREQ) 메시지를 구성한다. 상기 메시지 헤더는, 타입(Type) 영역, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트(HopLimit) 값, 홉 카운트(HopCnt) 값, 16비트 주소의 사용 유무를 나타 내는 정보 값, 유니캐스트로 응답의 유무를 나타내는 정보 값, 예약 영역, 목적지 노드 주소(TargetNode.Address) 등을 포함하여 구성되며, 상기 메시지 바디는 16비트 주소의 사용 유무를 나타내는 정보, 예약 영역의 사용 유무를 나타내는 정보, 송신 노드(OrigNode) 주소 및 적어도 하나의 부가 노드(AdditionalNode)주소를 포함하는 노드 주소(Node.Address), 노드의 순서 번호를 설정하는 노드 시퀀스 넘버(Node.SeqNum), 노드 코스트(Node.Cost)등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 송신 노드 제어부(120)는, 상기 송신 노드가 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 상기 목적지 노드로 전송한 후, 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답(RREP) 메시지의 수신을 기다리도록 제어하고, 상기 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답(RREP) 메시지를 수신하지 못하는 경우, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 재전송하도록 제어하며, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 재전송하는 횟수가, 기 정해진 횟수를 초과하는 경우, 상기 목적지 노드로 데이터를 전송할 수 없는 것으로 판단한다.
한편, 상기 송신 노드 제어부(120)는, 상기 경로 판단 제어부의 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하는 경우, 상기 목적지 노드의 경로로 데이터 패킷을 전송하도록 제어한다.
상기 경로 판단 제어부(110)는, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지의 처리 후에, 노드 코스트 영역의 기 설정된 값에, 상기 중계 노드 이전의 노드와 현재 중계 노드 간의 코스트(Cost)를 더하여, 상기 노드 코스트(Node.Cost) 값을 변경하도록 제어한다.
상기 목적지 노드 제어부(130)는, 메시지 헤더와 메시지 바디를 포함하여 루트 응답(RREP) 메시지를 구성한다. 상기 메시지 헤더는, 타입(Type) 영역, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트(HopLimit) 값, 홉 카운트(HopCnt) 값, 16비트 주소의 사용 유무를 나타 내는 정보 값, 유니캐스트로 응답의 유무를 나타내는 정보 값, 예약 영역, 목적지 노드 주소(TargetNode.Address) 등을 포함하여 구성되며, 상기 메시지 바디는 16비트 주소의 사용 유무를 나타내는 정보, 예약 영역의 사용 유무를 나타내는 정보, 송신 노드(OrigNode) 주소 및 적어도 하나의 부가 노드(AdditionalNode)주소를 포함하는 노드 주소(Node.Address), 노드의 순서 번호를 설정하는 노드 시퀀스 넘버(Node.SeqNum), 노드 코스트(Node.Cost)등을 포함하여 구성된다.
또한, 경로 판단 제어부(110)는, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지 및 상기 루트 응답(RREP) 메시지에 의해 생성된 경로가, 상기 라우팅 테이블에 의하여 관리되도록 제어하고, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지 및 상기 루트 응답(RREP) 메시지에 의해 생성된 경로가 사용될 수 없는 경우, 경로가 끊어진 노드의 정보를 포함하지 않고 구성되는 루트 에러(RERR) 메시지를 생성하여 중계 노드로 전송하도록 제어하 며, 액티브 링크 모니터링(Active Link Monitoring) 방법에 의하여, 상기 경로가 끊어진 노드의 정보를 획득하도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 나노디모(nanoDYMO)의 메시지 헤더 형식을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일례에 따른 나노디모(nanoDYMO)의 메시지 바디 형식을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 일례에 따른 나노디모(nanoDYMO)의 메시지 바디 형식을 도시한 도면이다. 도 2, 도 3, 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일례에 따른 나노디모(nanoDYMO)의 메시지 헤더 형식 및 메시지 바디 형식을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 헤더는, 타입(210), 홉리미트(HopLimit: 220), 홉 카운트(HopCnt: 230), 16비트 주소의 사용 유무(A: 240), 유니캐스트로의 응답 유무(U: 250), 예약 영역(260), 및 목적지 노드 주소(TargetNode.Address: 270)를 포함하여 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 바디는, 16비트 주소의 사용 유무(A: 310), 예약 영역(320), 노드 주소(Node.Address: 330), 노드 시퀀스 넘버(Node.SeqNum: 340), 및 노드 코스트(Node.Cost: 330)를 포함하여 구성된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 메시지 바디는, 도달 할 수 없는 노드 시퀀스 넘버(UnreachableNode.SeqNum)를 포함하여 구성된다.
Figure 112007089586557-pat00001
상기 표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노디모(nanoDYMO) 라우팅 프로토콜 메시지의 각 영역을 나타내는 표기법을 설명하고 있다. 표 1에서와 같이, IEEE 802.15.4 맥 해더(MAC Header)는 'MAC.'로, 메시지 해더(Message Header)는 'MsgHdr.'로, 메시지 바디(Message Body)는 'MsgBody.'로, 노드(Nodes)는 'OrigNode', 'TargetNode.', 'AdditionalNode.', "ThisNode", 'UnreachableNode' 등으로 표기된다.
나노디모(nanoDYMO)는 동적 마넷 주문형 프로토콜(Dynamic Manet On-demand: DYMO)을 센서 네트워크로 최적화 시키는 기법을 말한다. 나노디모(nanoDYMO)에 있어서의 기본동작은 경로 탐색과 경로 관리이다. 경로 탐색은 전송할 데이터를 가진 송신 노드가 목적지 노드까지의 경로를 찾는 과정이며, 이때 루트 요청(Route Request: RREQ) 메시지와 루트 응답(Route Reply: RREP) 메시지가 사용된다. 경로 관리는 루트 요청(RREQ) 메시지와 루트 응답(RREP) 메시지를 통해 설정된 경로를 유지하는 과정이며, 이때 손실된 경로는 루트 에러(Route Error: RERR) 메시지를 통해 이웃 노드들에게 알리게 된다.
Figure 112007089586557-pat00002
상기 표 2는 본 발명의 일실시예에서 사용되는 라우팅 테이블 엔트리를 설명하고 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 프로토콜을 탑재하는 노드들은, 표 2에 제시된 엔트리를 포함하는 라우팅 테이블을 유지해야 하며, 메시지의 송수신 시에 라우팅 테이블을 참조하고 갱신하게 된다.
Figure 112007089586557-pat00003
Figure 112007089586557-pat00004
Figure 112007089586557-pat00005
표 3은 도 2에 도시된 메시지 헤더의 각 영역에 대한 상세한 기능을 설명하고 있고, 표 4는 도 3에 도시된 메시지 바디의 각 영역에 대한 상세한 기능을 설명하고 있으며, 표 5는 도 4에 도시된 메시지 바디의 영역에 대한 상세한 기능을 설명하고 있다.
전송할 데이터를 가지는 송신 노드는 상기 표 2와 같은 라우팅 테이블에서 목적지 노드로의 경로가 있는지를 찾는다. 목적지 노드로 전송하기 위한 다음 홉 노드에 대한 정보를 획득하면, 즉시 데이터 패킷을 전송하게 된다. 목적지 노드로의 경로를 찾지 못하면, 경로를 탐색하기 위해 네트워크로 루트 요청(RREQ) 메시지를 멀티캐스트 주소로 전송한다. 이 루트 요청(RREQ) 메시지는 도 1에 도시된 메시지 헤더 형식 및 도 3에 도시된 메시지 바디 형식에 의하여 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같은 하나의 메시지 헤더 형식에, 도 3에 도시된 바와 같은 메시지 바디 형식이 복수개 포함되도록 루트 요청(RREQ) 메시지가 구성될 수 있다. 이때, 멀티캐스트 주소는 특정 맥(MAC) 계층에 따른 멀티캐스트 주소 또는 브로드캐스트 주소이다.
도 2에 도시된 메시지 헤더에서, 타입(Type: 210) 영역에는 루트 요청(RREQ) 메시지를 의미하는 '1'이 설정되고, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트(HopLimit: 220) 값을 설정한다. 홉 카운트(HopCnt: 230) 값은 '0'으로 설정하고, 16비트 주소를 사용하므로 A(240)는 '0'으로 설정하고, 유니캐스트로 응답을 원하면 U(250)는 '1'로 설정하고, 예약 영역(260)은 모두 '0'으로 설정하고, 마지막으로 목적지 노드 주소(TargetNode.Address: 270)에 16비트의 도달하고자 하는 목적지 노드 주소를 넣는다.
또한, 도 3에 도시된 메시지 바디에서, 16비트 주소를 사용하면, A는 '0'로 설정하고, 예약(320) 영역은 '0'으로 설정한다. 노드 주소(Node.Address: 330)는 여러 개의 메시지 바디 형식이 있을 수 있으므로, 원점 노드(OrigNode) 주소 하나와 복수 개의 부가 노드(AdditionalNode) 주소들을 포함한다. 노드 시퀀스 넘버(Node.SeqNum: 340)에는 처리 노드 자신의 순서번호를 설정한다. 마지막으로 노드 코스트(Node.Cost: 330) 값은 '0'으로 설정한다.
이 과정에서, 각 중간 노드들은 루트 요청(RREQ) 메시지를 처음 생성한 노드로의 경로, 즉 목적지 노드에 대한 역경로가 설정된다. 이 경로탐색에 참여하는 중계 노드들은, 기존의 디모(DYMO)와 같은 마넷(MANET) 라우팅 프로토콜의 기본 특성인 경로축적(Path Accumulation) 기능을 사용하지 않는다. 또한, 각 중계 노드들은 도 3에 도시된 바와 같은 메시지를 수신하여 처리한 후에, 다른 영역은 변경하지 않고 노드 코스트(Node.Cost: 300) 값만을 변경하게 된다. 노드 코스트(Node.Cost: 300) 값은 이 영역에 설정된 값에, 이전 노드와 현재 처리하고 있는 노드 간의 코스트(cost)를 더하여 새로운 값을 설정한다.
루트 요청(RREQ) 메시지가 목적지 노드에 도착하면, 목적지 노드는 루트 응답(RREP)메시지를 루트 요청(RREQ) 메시지를 보낸 노드로 전송한다. 이때 사용되는 메시지 형식은 루트 요청(RREQ) 메시지와 같이, 도 2에 도시된 바와 같은 하나의 메시지 헤더 형식에, 도 3에 도시된 바와 같은 메시지 바디 형식이 복수개 포함되도록 구성된다. 이때, 루트 요청(RREQ) 메시지와 동일한 방법으로 라우팅 테이블을 검색하고, 목적지까지 가기 위한 다음 노드의 정보를 획득하게 된다. 이때, 이웃 노드들은 루트 요청(RREQ) 메시지를 중계하면서 획득한 소스 노드로의 역경로를 이미 알고 있으므로, 루트 응답(RREP) 메시지를 유니캐스트로 전송할 수 있다. 또한, 루트 응답(RREP) 메시지를 중계하는 각 중간 노드들도 루트 응답(RREP) 메시지를 처음 생성한 노드로의 경로, 즉 목적지 노드로의 순경로를 알 수 있게 된다. 루트 응답(RREP) 메시지가 루트 요청(RREQ) 메시지를 보낸 노드에 도달하면, 목적지 노드로의 경로가 양방향으로 완성된다.
이후, 송신 노드는 버퍼링되어 있던 데이터 패킷을 전송하게 된다. 이때, 송신 노드는 루트 요청(RREQ) 메시지를 전송한 후에 라우팅 루트 요청(RREQ) 메시지 대시 시간(ROUTE_RREQ_WAIT_TIME)만큼 기다린다. 이 시간이 경과하면, 루트 요청(RREQ) 메시지를 다시 전송하고, 재차 기다린다. 송신 노드는 레이트 리미트(RATE_LIMIT) 만큼 이 과정을 반복한다. 레이트 리미트(RATE_LIMIT) 만큼 반복 수행한 후에도 응답이 없으면, 그 목적지 노드로 데이터를 전송할 수 없다고 판단한다. 상기와 같은 나노디모(nanoDYMO)의 권장 시스템 변수 값은, 다음의 표 6에서와 같다.
Figure 112007089586557-pat00006
루트 요청(RREQ) 메시지와 루트 응답(RREP) 메시지에 의해 생성된 경로는, 라우팅 테이블에 의해 관리되며, 어느 시점에 경로가 도달할 수 없게 되면 RERR 메시지를 전송하여 이웃 노드들에게 알리게 된다. RERR 메시지는 도 2에 도시된 바와 같은 메시지 헤더 형식에, 도 4에 도시된 바와 같은 메시지 바디 형식이 포함되어 구성된다.
도 4에 도시된 메시지 바디 형식은, 도 3에 도시된 메시지 바디 형식과는 달리, 도달 불가능한 노드의 정보를 담지 않는다. 끊어진 링크 정보는 액티브 링크 모니터링(Active Link Monitoring) 기법을 통해 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 링크계층 피드백 방식을 따라 기술되었지만, 다른 방법도 쉽게 적용할 수 있다. 기본적으로 네트워크 혼잡(congestion)에 의해 잘못된 링크 실패 보고(spurious link failure)가 발생할 수 있으며, 이 잘못된 링크 실패 보고는 현재 경로를 그대로 사용할 수 있음에도 불구하고, 새로운 경로를 찾는 경로 탐색 과정을 일으키게 될 것이므로, 네트워크를 더욱 혼잡하게 만들 것이다. 따라서, 연속으로 최대 링크 계층 실패(MAX_LINK_LAYER_FAILURE) 개수만큼 링크 계층 전송 실패 보고가 있는 경우, 해당 링크가 정말로 끊어졌다고 판단한다. 본 발명의 일시시예에서는 표 6에 설명된 바와 같이, 2번의 링크 계층 전송 실패가 보고되면 그 링크는 사용할 수 없는 것으로 판단한다. 물론, 상기와 같은 변수 값은 링크의 특성에 따라 변경이 가능하다.
표 2에 설명된 같은 라우팅 테이블 엔트리들은 주의 깊게 관리되어야 하며, 각 라우팅 테이블 엔트리 타임아웃(ROUTE_TIMEOUT) 값은, 루트 밸리드 타임아웃(Route.ValidTimeout)이라는 1개의 타임 아웃 변수만을 사용한다. 이는 메모리의 사용량과 프로세서의 사용량을 줄이기 위한 것이며, 라우팅 엔트리가 생성될 때 루트 밸리드 타임아웃(Route.ValidTimeout) 값은 루트 타임아웃(ROUTE_TIMEOUT) 값으로 초기화되어 시간이 지남에 따라 감소하며, '0'이 되면 라우팅 테이블에서 삭제된다. 기본적인 라우팅 테이블 엔트리 교체 정책은, 라우팅 테이블이 가득 차서 새로운 정보를 담을 수 없는 경우를 방지해야 한다. 기본적으로 저전력 센서 노드들은 적은 메모리를 사용하므로, 라우팅 테이블 엔트리가 가득 찰 수 있다. 이때, 가장 오래 사용되지 않은 라우팅 테이블 엔트리를 삭제하고, 새로운 정보를 라우팅 테이블에 담는다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5를 참조하여 본 발명의 일례에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법을 설명한다.
라우팅 테이블에, 송신 노드로부터 목적지 노드로의 경로가 존재하는지의 여부를 판단하고(S510), 상기 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 송신 노드로부터 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하지 않는 경우, 상기 목적지 노드로의 경로를 탐색하기 위하여, 루트 요청(RREQ) 메시지를 네트워크를 통하여 멀티캐스트 주소로 전송한다(S520). 상기 멀티캐스트 주소는, 맥(MAC) 계층에 따른 멀티캐스트 주소 또는 브로드캐스트 주소이다.
특히, 상기 송신 노드가 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 상기 목적지 노드로 전송한 후, 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답(RREP) 메시지의 수신을 기다리고, 상기 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답(RREP) 메시지를 수신하지 못하는 경우, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 재전송하며, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 재전송 횟수가, 기 정해진 횟수를 초과하는 경우, 상기 목적지 노드로 데이터를 전송할 수 없는 것으로 판단한다.
한편, 상기 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하는 경우, 바로 상기 목적지 노드의 경로로 데이터 패킷을 전송한다.
이때, 루트 요청(RREQ) 메시지는 메시지 헤더 및 메시지 바디를 포함하여 구성되며, 상기 메시지 헤더는, 타입(Type) 영역, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트(HopLimit) 값, 홉 카운트(HopCnt) 값, 16비트 주소의 사용 유무를 나타내는 정보 값, 유니캐스트로 응답의 유무를 나타내는 정보 값, 예약 영역, 목적지 노드 주소(TargetNode.Address) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 메시지 바디는, 16비트 주소의 사용 유무를 나타내는 정보, 예약 영역의 사용 유무를 나타내는 정보, 송신 노드(OrigNode) 주소 및 적어도 하나의 부가 노드(AdditionalNode)주소를 포함하는 노드 주소(Node.Address), 노드의 순서 번호를 설정하는 노드 시퀀스 넘버(Node.SeqNum), 노드 코스트(Node.Cost) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다.
상기 목적지 노드가 상기 루트 요청(RREQ) 메시지를 수신하고, 상기 라우팅 테이블을 검색하여, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 획득한다(S530).
상기 목적지 노드가 상기 송신 노드로의 경로 정보를 이용하여, 루트 응답(RREP) 메시지를 상기 송신 노드로 전송하고(S540), 상기 송신 노드가 상기 루트 응답(RREP) 메시지를 수신하여, 데이터 패킷을 전송한다(S550).
상기 루트 응답(RREP) 메시지는, 메시지 헤더 및 메시지 바디를 포함하여 구성된다.
상기 메시지 헤더는, 타입(Type) 영역, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트(HopLimit) 값, 홉 카운트(HopCnt) 값, 16비트 주소의 사용 유무를 나타내는 정보 값, 유니캐스트로 응답의 유무를 나타내는 정보 값, 예약 영역, 목적지 노드 주소(TargetNode.Address) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 메시지 바디는, 16비트 주소의 사용 유무를 나타내는 정보, 예약 영역의 사용 유무를 나타내는 정보, 송신 노드(OrigNode) 주소 및 적어도 하나의 부가 노드(AdditionalNode)주소를 포함하는 노드 주소(Node.Address), 노드의 순서 번호를 설정하는 노드 시퀀스 넘버(Node.SeqNum), 노드 코스트(Node.Cost)등을 포함하여 구성된다.
상기 루트 요청(RREQ) 메시지의 처리 후에, 노드 코스트 영역의 기 설정된 값에, 상기 중계 노드 이전의 노드와 현재 중계 노드 간의 코스트(Cost)를 더하여, 상기 노드 코스트(Node.Cost) 값을 변경한다.
본 발명의 일실시예에 따른, 상기 송신 노드 및 상기 목적지 노드의 사이에서 경로의 탐색에 참여하는 중계 노드는, 경로 축적(Path Accumulation) 기능을 사용하지 않는다.
상기 루트 요청(RREQ) 메시지 및 상기 루트 응답(RREP) 메시지에 의해 생성된 경로는, 상기 라우팅 테이블에 의하여 관리될 수 있으며, 상기 루트 요청(RREQ) 메시지 및 상기 루트 응답(RREP) 메시지에 의해 생성된 경로가 사용될 수 없는 경우, 경로가 끊어진 노드의 정보를 포함하지 않고 구성되는 루트 에러(RERR) 메시지를 생성하여 중계 노드로 전송하며, 액티브 링크 모니터링(Active Link Monitoring) 방법에 의하여, 상기 경로가 끊어진 노드의 정보를 획득할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 나노디모(nanoDYMO)의 메시지 헤더 형식을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 나노디모(nanoDYMO)의 메시지 바디 형식을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일례에 따른 나노디모(nanoDYMO)의 메시지 바디 형식을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 경로 판단 제어부
120: 송신 노드 제어부
130: 목적지 노드 제어부

Claims (17)

  1. 라우팅 테이블에, 송신 노드로부터 목적지 노드로의 경로가 존재하는지의 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 송신 노드로부터 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하지 않는 경우, 상기 목적지 노드로의 경로를 탐색하기 위하여, 루트 요청 메시지를 네트워크를 통하여 멀티캐스트 주소로 전송하는 단계;
    상기 목적지 노드가 상기 루트 요청 메시지를 수신하고, 상기 라우팅 테이블을 검색하여, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 획득하는 단계;
    상기 목적지 노드가 상기 송신 노드로의 경로 정보를 이용하여, 루트 응답 메시지를 상기 송신 노드로 전송하는 단계; 및
    상기 송신 노드가 상기 루트 응답 메시지를 수신하여, 데이터 패킷을 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지 중에서 적어도 어느 하나에 포함되어 구성되는 메시지 헤더는, 상기 메시지의 타입 영역, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트 값, 홉 카운트 값, 16비트 주소의 사용 유무를 나타 내는 정보 값, 유니캐스트로 응답의 유무를 나타내는 정보 값, 예약 영역, 및 목적지 노드 주소로 이루어지며,
    상기 라우팅 테이블은 라우팅 테이블 엔트리의 관리를 위한 하나의 타임 아웃 변수를 포함하고, 상기 송신 노드와 상기 목적지 노드 사이의 중계 노드들은 경로 축적 기능을 사용하지 않는 것을 특징으로 하는,
    저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 노드가 상기 루트 요청 메시지를 상기 목적지 노드로 전송한 후, 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답 메시지의 수신을 기다리는 단계;
    상기 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답 메시지를 수신하지 못하는 경우, 상기 루트 요청 메시지를 재전송하는 단계; 및
    상기 루트 요청 메시지를 재전송하는 횟수가, 기 정해진 횟수를 초과하는 경우, 상기 목적지 노드로 데이터를 전송할 수 없는 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은,
    상기 목적지 노드의 맥 주소, 상기 노드의 경로상의 순서 번호, 상기 노드의 경로상의 다음 노드의 주소, 및 상기 경로의 코스트 비용 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은,
    상기 라우팅 테이블 중에서, 가장 오래된 라우팅 엔트리를 삭제하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 멀티캐스트 주소는,
    맥 계층에 따른 멀티캐스트 주소 또는 브로드캐스트 주소인 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 루트 요청 메시지의 처리 후에, 상기 루트 요청 메시지에 포함된 노드 코스트 영역의 기 설정된 값에, 상기 중계 노드 이전의 노드와 현재 중계 노드 간의 코스트를 더하여, 상기 노드 코스트 값을 변경하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지에 의해 생성된 경로가, 상기 라우팅 테이블에 의하여 관리되는 단계;
    상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지에 의해 생성된 경로가 사용될 수 없는 경우, 경로가 끊어진 노드의 정보를 포함하지 않고 구성되는 루트 에러 메시지를 생성하여 중계 노드로 전송하는 단계; 및
    액티브 링크 모니터링 방법에 의하여, 상기 경로가 끊어진 노드의 정보를 획득하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 방법.
  10. 라우팅 테이블에, 송신 노드로부터 목적지 노드로의 경로가 존재하는지의 여부를 판단하는 경로 판단 제어부;
    상기 판단 결과, 상기 라우팅 테이블에 상기 송신 노드로부터 상기 목적지 노드로의 경로가 존재하지 않는 경우, 상기 목적지 노드로의 경로를 탐색하기 위하여, 루트 요청 메시지를 네트워크를 통하여 멀티캐스트 주소로 전송하도록 제어하는 송신 노드 제어부; 및
    상기 목적지 노드가, 상기 루트 요청 메시지를 수신하고 상기 라우팅 테이블을 검색하여, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 획득하고, 상기 송신 노드로의 경로 정보를 이용하여, 루트 응답 메시지를 상기 송신 노드로 전송하도록 제어하는 목적지 노드 제어부
    를 포함하여 구성되고,
    상기 송신 노드 제어부는, 상기 송신 노드가 상기 루트 응답 메시지를 수신하여, 데이터 패킷을 전송하도록 제어하고,
    상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지 중에서 적어도 어느 하나에 포함되어 구성되는 메시지 헤더는, 상기 메시지의 타입 영역, 예상되는 목적지 노드까지의 홉리미트 값, 홉 카운트 값, 16비트 주소의 사용 유무를 나타 내는 정보 값, 유니캐스트로 응답의 유무를 나타내는 정보 값, 예약 영역, 및 목적지 노드 주소로 이루어지며,
    상기 라우팅 테이블은 라우팅 테이블 엔트리의 관리를 위한 하나의 타임 아웃 변수를 포함하고, 상기 송신 노드와 상기 목적지 노드 사이의 중계 노드들은 경로 축적 기능을 사용하지 않는 것을 특징으로 하는,
    저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송신 노드 제어부는,
    상기 송신 노드가 상기 루트 요청 메시지를 상기 목적지 노드로 전송한 후, 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답 메시지의 수신을 기다리도록 제어하고,
    상기 기 정해진 대기 시간 동안, 상기 루트 응답 메시지를 수신하지 못하는 경우, 상기 루트 요청 메시지를 재전송하도록 제어하며,
    상기 루트 요청 메시지를 재전송하는 횟수가, 기 정해진 횟수를 초과하는 경우, 상기 목적지 노드로 데이터를 전송할 수 없는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 멀티캐스트 주소는,
    맥 계층에 따른 멀티캐스트 주소 또는 브로드캐스트 주소인 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 경로 판단 제어부는,
    상기 루트 요청 메시지의 처리 후에, 노드 코스트 영역의 기 설정된 값에, 상기 중계 노드 이전의 노드와 현재 중계 노드 간의 코스트를 더하여, 상기 노드 코스트 값을 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은,
    상기 목적지 노드의 맥 주소, 상기 노드의 경로상의 순서 번호, 상기 노드의 경로상의 다음 노드의 주소, 및 상기 경로의 코스트 비용 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고,
    상기 라우팅 테이블 중에서, 가장 오래된 라우팅 엔트리를 삭제하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 경로 판단 제어부가,
    상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지에 의해 생성된 경로가, 상 기 라우팅 테이블에 의하여 관리되도록 제어하고,
    상기 루트 요청 메시지 및 상기 루트 응답 메시지에 의해 생성된 경로가 사용될 수 없는 경우, 경로가 끊어진 노드의 정보를 포함하지 않고 구성되는 루트 에러 메시지를 생성하여 중계 노드로 전송하도록 제어하며,
    액티브 링크 모니터링 방법에 의하여, 상기 경로가 끊어진 노드의 정보를 획득하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크에서의 리액티브 라우팅 시스템.
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