KR20070025321A - Method for topology management with pre-cluster in ad-hoc wireless network and record media recorded program for realizing the same - Google Patents

Method for topology management with pre-cluster in ad-hoc wireless network and record media recorded program for realizing the same Download PDF

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Abstract

A topology management method using reserve clusters in an Ad-hoc wireless network and a recording medium storing a program for realizing the same are provided to stably perform network topology management, despite of an unexpected session or absence of the cluster header, by making a reserve cluster header serve as the cluster header, without reconfiguring a new topology, in case the network topology is changed. If a cluster header is elected, the elected cluster header elects a node having the largest weight among the neighbor nodes located within its own single hop as a reserve cluster header(S500,S502). The cluster header broadcasts a hello message containing its own cluster ID and the ID of the reserve cluster header(S506). Each cluster member finds out a hop counter from the cluster header through the received hello message and determines a cluster having the smallest hop counter as its own cluster(S510).

Description

애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법 및 이를 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체{METHOD FOR TOPOLOGY MANAGEMENT WITH PRE-CLUSTER IN AD-HOC WIRELESS NETWORK AND RECORD MEDIA RECORDED PROGRAM FOR REALIZING THE SAME}TECHNICAL FOR TOPOLOGY MANAGEMENT WITH PRE-CLUSTER IN AD-HOC WIRELESS NETWORK AND RECORD MEDIA RECORDED PROGRAM FOR REALIZING THE SAME}

도 1은 종래의 계층적인 단일 홉 토폴로지 관리 방법을 설명하기 위한 예시도,1 is an exemplary diagram for explaining a conventional hierarchical single hop topology management method;

도 2는 종래의 토폴로지 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도,2 is a flowchart illustrating a conventional topology management method;

도 3은 본 발명이 적용되는 애드 혹 네트워크 시스템을 설명하기 위한 구성도,3 is a configuration diagram illustrating an ad hoc network system to which the present invention is applied;

도 4는 본 발명의 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 대략적으로 설명하기 위한 일예시도,4 is an exemplary view for explaining a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network of the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도,5 is a flowchart illustrating a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network according to the present invention;

도 6은 상기 도 5의 클러스터 헤더 선출 방법을 설명하기 위한 일실시예 상세 흐름도,FIG. 6 is a detailed flowchart illustrating an exemplary method for selecting a cluster header of FIG. 5;

도 7은 상기 도 5에서 브로드캐스팅되는 헬로우 메시지를 설명하기 위한 일 실시예 데이터 포맷도.FIG. 7 is an exemplary data format diagram illustrating a hello message broadcast in FIG. 5; FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

310~350 : 이동 노드310 ~ 350: mobile node

본 발명은 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법 및 이를 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동 애드 혹 네트워크(mobile ad hoc network; MANET)에서 사용하기 위한, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법 및 이를 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for managing a topology using a preliminary cluster in an ad hoc wireless network and a recording medium recording a program for implementing the same, and more particularly, for use in a mobile ad hoc network (MANET), The present invention relates to a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network, and a recording medium recording a program for implementing the same.

일반적으로, 이동 애드 혹 네트워크는 기존의 통신 기반 시설이 존재하지 않는 상황에서 이동 노드들이 자율적으로 다수의 홉(hop)을 통해 통신하는 네트워크로 정의된다. 이동 애드 혹 네트워크의 이동 노드는 스스로 호스트나 라우터가 되며 능동적인 연결 설정이 가능하며, 네트워크에 대한 참여 또는 이탈이 자유로운 특성을 지닌다. In general, a mobile ad hoc network is defined as a network in which mobile nodes autonomously communicate over multiple hops in the absence of an existing communication infrastructure. A mobile node of a mobile ad hoc network is itself a host or a router and can actively establish a connection, and has a characteristic of freely joining or leaving the network.

또한, 기기의 특성상 배터리로 운영되기 때문에, 에너지원의 공급이 제한되고 무선망 특성에 따른 잦은 환경 변화에 의해 네트워크의 토폴로지가 자주 변하는 특성이 있다. 여기서, 토폴로지란, 컴퓨터망의 물리적인 형태로서, 장치들이 서로 연결된 모양이나, 통신 채널이 통신망에 연결되는 형태 등이 이에 속한다. In addition, because of the characteristics of the device is operated by a battery, there is a characteristic that the topology of the network is frequently changed by the supply of energy sources and frequent environment changes according to the characteristics of the wireless network. Here, the topology is a physical form of a computer network, and a device is connected to each other, or a communication channel is connected to a communication network.

이러한 애드 혹 네트워크에서는 다양하게 변하는 토폴로지를 안정적으로 관리하는 알고리즘이 필요하며, 이 부분이 애드 혹 네트워크 망 관리의 출발점이라 할 수 있다. In such an ad hoc network, an algorithm that reliably manages a variety of changing topologies is needed, and this is the starting point of ad hoc network management.

이러한 토폴로지를 안정적으로 관리하기 위한 종래 기술로서, [T. Ohta, S. Inoue, Y. Kakuda: An adaptive multihop clustering scheme for highly mobile ad hoc networks. The Sixth International Symposium on Autonomous Decentralized Systems, pp. 293--300, 2003.(이하, '논문1'이라 함)] [Abhay K. Parekh: Selecting routers in ad-hoc wireless networks. In the Proceedings of ITS, 1994.(이하, '논문2'라 함)], [M. Chatterjee, S. K. Sas, D. Trugut: An on-demand weighted clustering algorithm (WCA) for ad hoc networks. GLOBECOM '00. IEEE vol. 3, pp. 1697 -- 1701, 2000.(이하, '논문3'이라 함)] 및 [A. Ephremides, J. E. Wieselthier, D. J. Baker: A design concept for reliable mobile radio networks with frequency hopping signaling. Proceedings of the IEEE Volume 75, pp. 56--73, 1987.(이하, '논문4'라 함)]이 개시되어 있다.As a conventional technique for stably managing such a topology, [T. Ohta, S. Inoue, Y. Kakuda: An adaptive multihop clustering scheme for highly mobile ad hoc networks. The Sixth International Symposium on Autonomous Decentralized Systems, pp. 293--300, 2003. (hereinafter referred to as 'Paper 1')] [Abhay K. Parekh: Selecting routers in ad-hoc wireless networks. In the Proceedings of ITS, 1994. (hereinafter referred to as 'Paper 2')], [M. Chatterjee, S. K. Sas, D. Trugut: An on-demand weighted clustering algorithm (WCA) for ad hoc networks. GLOBECOM '00. IEEE vol. 3, pp. 1697-1701, 2000. (hereinafter referred to as 'Paper 3')] and [A. Ephremides, J. E. Wieselthier, D. J. Baker: A design concept for reliable mobile radio networks with frequency hopping signaling. Proceedings of the IEEE Volume 75, pp. 56--73, 1987. (hereinafter referred to as 'Paper 4').

상기 논문1은 다중 홉 스케줄링으로서 하나의 클러스터에 속하는 멤버의 수에 대한 기준으로 클러스터를 병합하거나 분할하는 등의 재클러스터링(re-clustering)을 수행하는 것을 특징으로 한다. The paper 1 is a multi-hop scheduling, characterized in that re-clustering such as merging or splitting clusters based on the number of members belonging to one cluster.

상기 논문2는 클러스터링 파라미터로써 노드의 유일한 식별자를 가지며 단일 홉 클러스터링을 수행하는 것이다. 재클러스터링 및 헤더의 재선출은 새로운 노드가 가장 낮은 식별자를 가질 경우 수행된다.The paper 2 is to perform single hop clustering with a unique identifier of a node as a clustering parameter. Reclustering and header re-election are performed when the new node has the lowest identifier.

상기 논문3은 노드의 밀도, 이동성 및 잔여 전력을 클러스터링 파라미터로 사용하며, 재클러스터링 주기가 존재하는 것을 특징으로 한다.The paper 3 uses the density, mobility and residual power of the node as clustering parameters, and the reclustering period is present.

마지막으로, 상기 논문4는 클러스터링 파라미터로써 노드의 밀도를 계산하여 단일 홉 클러스터링을 수행한다. 상기 논문4에서는 재클러스터링 및 클러스터 헤더의 재선출을 주기적으로 수행하고, 또는 주변 노드의 밀도가 변할 때마다 수행하게 된다.Finally, the paper 4 performs single hop clustering by calculating the density of nodes as clustering parameters. In the paper 4, reclustering and re-election of the cluster header are performed periodically, or whenever the density of neighboring nodes is changed.

그러나, 상기와 같은 종래기술은, 다중 홉 클러스터링 구조에서는 적절하게 적용되지 못하는 문제점이 있으며, 클러스터 헤더가 부재하는 경우에, 신속한 대응이 불가능한 문제점이 있다.However, the prior art as described above has a problem in that it cannot be properly applied in a multi-hop clustering structure, and in the case where the cluster header is absent, there is a problem that rapid response is impossible.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 노드의 밀도와 잔여 전력의 가중치를 클러스터링 파라미터로 하여 단일 홉 이웃에 위치한 노드 중 예비 헤더를 미리 선출함으로써, 클러스터 헤더의 이탈이나 부재시에도 안정적인 네트워크 토폴로지 관리를 수행할 수 있도록 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법 및 이를 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and by pre-selecting a preliminary header among nodes located in a single hop neighbor using the density of the node and the weight of the residual power as a clustering parameter, even when the cluster header leaves or is absent. The purpose of the present invention is to provide a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network that enables stable network topology management, and a recording medium recording a program for implementing the same.

또한, 본 발명은 다중 홉 클러스터링을 지원하기 위한 애드 혹 무선 네트워 크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법 및 이를 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method for managing a topology using a spare cluster in an ad hoc wireless network for supporting multi-hop clustering, and a recording medium recording a program for implementing the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 다수의 이동 노드가 무선으로 연결되는 애드 혹 네트워크를 적어도 하나 이상의 클러스터로 구분하여 관리하기 위한, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서, 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 클러스터 헤더로 선출하는 단계(a); 상기 클러스터 헤더가 자신을 제외한 단일 홉 이웃 노드 중 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 예비 클러스터 헤더로 선출하는 단계(b); 상기 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 브로드캐스팅하는 단계(c); 및 클러스터 멤버가 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계(d)를 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법이 제공된다. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, a spare cluster in an ad hoc wireless network, for managing the ad hoc network to which a plurality of mobile nodes are wirelessly connected are divided into at least one cluster. A topology management method using: (a) selecting a mobile node having the largest clustering parameter as a cluster header; (B) selecting a mobile node having the largest clustering parameter among the single hop neighbor nodes except the cluster header as its spare cluster header; Broadcasting (c) the cluster header containing a hello message, the hop number including; And (d) determining, by the cluster member, the number of hops from the cluster header through the received hello message, and determining the cluster having the smallest number of hops as the cluster of its own node. Management methods are provided.

여기서, 상기 단계(a)는, 각 이동 노드가 주기적으로 수신되는 헬로우 메시지를 이용하여 단일 홉 내의 이웃 노드를 인식하는 단계; 본인 노드의 클러스터링 파라미터를 설정하는 단계; 본인 노드의 클러스터링 파라미터를 포함하는 헬로우 메시지를 이웃 노드로 브로드캐스팅하는 단계; 및 단일 홉 내에서 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 클러스터 헤더로 선출하는 단계를 포함할 수 있다.Here, step (a) may comprise: recognizing neighboring nodes within a single hop using a hello message each mobile node is periodically received; Setting clustering parameters of the own node; Broadcasting a hello message to the neighboring node, the hello message including the clustering parameter of the own node; And electing the mobile node with the largest clustering parameter as the cluster header within a single hop.

이때, 상기 단계(c)의 헬로우 메시지는, 클러스터 식별자(ID), 예비 클러스터 헤더 ID 및 클러스터링 파라미터를 포함할 수 있으며, 상기 클러스터링 파라미터는, 본인 노드의 잔여 파워와 이웃 노드의 수의 비율인 클러스터링 가중치일 수 있다.In this case, the hello message of step (c) may include a cluster identifier (ID), a preliminary cluster header ID, and a clustering parameter, wherein the clustering parameter is a ratio of the remaining power of the own node to the number of neighboring nodes. It may be a weight.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위한, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및 클러스터링 파라미터가 더 큰 노드가 같은 클러스터에 존재하는 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계를 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법이 제공되며, 여기서 클러스터 멤버가 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계가 더 포함될 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, in a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network for managing a topology of a cluster initially configured by the above method, the cluster header may determine the number of hello message-hops. Including-periodically broadcasting; And if a node having a larger clustering parameter exists in the same cluster, providing a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network, wherein the spare cluster header inherits the role of the header from the previous cluster header. The method may further include determining, by the cluster member, the number of hops from the cluster header through the received hello message, and determining the cluster having the smallest number of hops as the cluster of the own node.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1항 또는 제2항의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위한, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및 클러스터 헤더의 클러스터링 파라미터가 한계값보다 작은 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계를 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법이 제공되며, 여기서 클러스터 멤버가 수신 된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계가 더 포함될 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, in a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network for managing a topology of a cluster initially configured by the method of claim 1 or 2, the cluster header is hello. Periodically broadcasting a message, including hop number; And if the clustering parameter of the cluster header is smaller than the threshold, providing a method for managing a topology using a spare cluster in an ad hoc wireless network, wherein the spare cluster header inherits the role of the header from the previous cluster header. The method may further include determining the hop number from the cluster header through the received hello message, and determining the cluster having the smallest hop number as the cluster of the own node.

이때, 상기 헬로우 메시지는, 클러스터 식별자(ID), 예비 클러스터 헤더 ID 및 클러스터링 파라미터를 포함할 수 있으며, 상기 클러스터링 파라미터는, 본인 노드의 잔여 파워와 이웃 노드의 수의 비율인 클러스터링 가중치일 수 있다.In this case, the hello message may include a cluster identifier (ID), a preliminary cluster header ID, and a clustering parameter, and the clustering parameter may be a clustering weight that is a ratio of the remaining power of the own node to the number of neighboring nodes.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서, 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 클러스터 헤더로 선출하는 단계; 상기 클러스터 헤더가 자신을 제외한 단일 홉 이웃 노드 중 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 예비 클러스터 헤더로 선출하는 단계; 상기 클러스터 헤더가 헬로우 메시지를 브로드캐스팅하는 단계; 및 클러스터 멤버가 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention, a program of instructions that can perform a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network is tangibly implemented, and records a program that can be read by a digital processing device. A recording medium, comprising: selecting a mobile node having the largest clustering parameter as a cluster header; Selecting a mobile node having the largest clustering parameter among the single hop neighbor nodes except the cluster header as its spare cluster header; The cluster header broadcasting a hello message; And determining the number of hops from the cluster header through the hello message received by the cluster member, and determining the cluster having the smallest number of hops as the cluster of its own node.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위하여, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및 클러스터링 파라미터가 더 큰 노드가 같은 클러스터에 존재하는 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention, in order to manage the topology of the cluster initially configured by the above method, a program of instructions capable of performing a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network is tangibly implemented. 16. A recording medium having a program recorded thereon, the program being readable by a digital processing apparatus, comprising: periodically broadcasting a cluster header including a hello message, the number of hops; And if a node having a larger clustering parameter exists in the same cluster, a recording medium for recording the program, wherein the preliminary cluster header performs the step of inheriting the role of the header from the previous cluster header.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위하여, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및 클러스터 헤더의 클러스터링 파라미터가 한계값보다 작은 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention, in order to manage the topology of the cluster initially configured by the above method, a program of instructions capable of performing a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network is tangibly implemented. 16. A recording medium having a program recorded thereon, the program being readable by a digital processing apparatus, comprising: periodically broadcasting a cluster header including a hello message, the number of hops; And if the clustering parameter of the cluster header is smaller than the threshold value, the preliminary cluster header performs the step of inheriting the role of the header from the previous cluster header.

이하, 본 발명의 설명에 앞서, 종래의 토폴로지를 관리하는 방법에 대하여 먼저 설명하기로 한다.Prior to the description of the present invention, a conventional method for managing a topology will be described first.

일반적으로 애드 혹 네트워크에서 토폴로지를 관리하는 방법은, 크게 평면적인 관리 구조를 갖거나 반대로 계층적인 관리 구조를 갖는 두 가지로 구분될 수 있다. In general, a method for managing a topology in an ad hoc network can be divided into two types, which have a large plan management structure or a hierarchical management structure.

앞서 기술한 애드 혹 네트워크의 특징과 연관해서 볼 때, 전체 노드가 토폴로지 관리에 참여하는 평면적인 관리 방법은 이동 노드 전체가 전체적인 토폴로지 정보를 모두 유지하므로 라우팅시 목적지 노드를 위한 경로 설정이 빠르고, 망 관리시 필요한 관리 기능과 정보를 손쉽게 획득할 수 있는 장점이 있다. 그러나 각각의 노드 전체가 네트워크 전체의 토폴로지 정보를 유지해야 하며 지속적인 정보교환을 통해 네트워크 정보를 수집하므로, 전체적인 네트워크 오버헤드(overhead) 및 트래픽이 증가하며, 노드의 수명이 단축되는 문제점이 있다. 또한, 네트워크의 토폴로지가 변경될 경우 네트워크 전체에 전파되어야 하므로, 정확한 토폴로지 정보를 유지하는데 많은 시간이 걸려, 토폴로지 변경에 따른 신속한 적응이 불가능한 문제점이 있다. In relation to the characteristics of the ad hoc network described above, the planar management method in which all nodes participate in topology management, the entire mobile node maintains the entire topology information, so the routing for the destination node is quick and easy. There is an advantage that you can easily obtain the management functions and information necessary for management. However, since each node must maintain topology information of the entire network and collect network information through continuous information exchange, overall network overhead and traffic increase, and there is a problem of shortening the life of nodes. In addition, when the topology of the network is changed, it must be propagated throughout the network. Therefore, it takes a lot of time to maintain accurate topology information, and thus there is a problem that rapid adaptation due to the topology change is impossible.

반면, 클러스터링을 통한 계층적 관리 구조를 갖는 토폴로지 관리 방법은, 클러스터 헤더 선출 및 클러스터 구성에 필요한 네트워크 오버헤드와 시간이 필요하나, 네트워크를 일부 영역으로 분리하여 그 지역에 대한 관리자를 통해 네트워크 토폴로지를 관리하므로 전체적인 네트워크 오버헤드가 줄어들며, 이동 노드는 자신의 단일 홉 정보만을 유지하고 클러스터에 대한 정보는 클러스터 헤더가 전체적인 토폴로지를 분할하여 유지하므로 각 노드에 대한 프로세싱 오버헤드가 감소한다. 또한, 토폴로지가 변경될 경우 해당 지역의 클러스터 헤더가 신속하게 정보를 갱신할 수 있으므로 동적인 환경에 신속한 적응이 가능한 장점이 있다.On the other hand, the topology management method with hierarchical management structure through clustering requires network overhead and time required for electing the cluster header and configuring the cluster. The management reduces the overall network overhead, and the mobile node maintains its own single hop information, while the information about the cluster maintains the cluster header splitting the overall topology, reducing processing overhead for each node. In addition, if the topology is changed, the cluster header of the region can update information quickly, so that it can be quickly adapted to a dynamic environment.

이동 애드 혹 노드에서의 클러스터링을 이용한 계층적인 토폴로지 관리는, 해당 네트워크를 구성하는 일련의 클러스터로 구분하고, 또한 클러스터를 구성하는 클러스터 관리자인 클러스터 헤더 및 클러스터 멤버, 또한 다른 클러스터와 연결되어 관리정보를 송신 및 수신하는 게이트웨이 노드로 구분된다. 클러스터 헤더는 해 당 클러스터를 관리하는 노드로서, 자신에게 속한 클러스터 멤버로부터 주기적으로 전송되는 정보 메시지를 받아 클러스터를 관리한다. Hierarchical topology management using clustering in mobile ad hoc nodes is divided into a series of clusters constituting the network, and cluster headers and cluster members, which are cluster managers constituting the cluster, and connected to other clusters to manage management information. It is divided into transmitting and receiving gateway nodes. The cluster header is a node managing the cluster. The cluster header manages the cluster by receiving information messages periodically transmitted from cluster members belonging to the cluster.

이러한 클러스터링을 이용한 토폴로지 관리 방법 중 대표적인 것은, 노드의 식별자(이하, 'ID'라 함) 또는 밀도를 이용하여 단일 홉으로 구성된 계층적 구조를 만드는 방식으로서, 전자는 'Lowest_ID'라 하며 후자는 'Highest_Degree' 방식이라 불린다. 도 1은 종래의 계층적인 단일 홉 토폴로지 관리 방법을 설명하기 위한 예시도로서, Lowest_ID 클러스터링 방식을 설명한 것이다. 이러한 방식들은 가장 낮은 ID, 혹은 주변에 이웃 노드들을 가장 많이 가지고 있는 노드가 클러스터 헤더가 되며, 클러스터 헤더로부터 단일 홉에 있는 노드들로 클러스터가 형성된다. A typical method of topology management using clustering is a method of creating a hierarchical structure composed of a single hop using an identifier (hereinafter, referred to as' ID ') or density of a node. The former is called' Lowest_ID 'and the latter is' Highest_Degree 'method. 1 is a diagram illustrating a conventional hierarchical single hop topology management method and illustrates a Lowest_ID clustering scheme. In these schemes, the node with the lowest ID or the most neighboring nodes becomes the cluster header, and the cluster is formed from nodes in a single hop from the cluster header.

도 2는 종래의 토폴리지 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a conventional topology management method.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 토폴로지 관리 방법은, 클러스터링 파라미터(ID 또는 밀도)를 이용하여 클러스터 헤더를 선출하고(S200), 클러스터링 파라미터(ID 또는 밀도)가 큰 노드가 같은 클러스터 내에 존재하는 경우에는(S202), 해당 노드를 클러스터 헤더로 다시 선출하고(S200), 클러스터링 파라미터(ID 또는 밀도)가 큰 노드가 같은 클러스터 내에 존재하지 않는 경우에는(S202), 이동 애드 혹 노드의 정보를 포함하는 헬로우 메시지(HELLO MESSAGE)를 클러스터 내의 각 노드에 전달한다(S204).As shown in the figure, a conventional topology management method selects a cluster header using a clustering parameter (ID or density) (S200), and a node having a large clustering parameter (ID or density) exists in the same cluster. (S202), if the node is re-elected as a cluster header (S200), and if a node having a large clustering parameter (ID or density) does not exist in the same cluster (S202), information about the mobile ad hoc node is included. The hello message (HELLO MESSAGE) is transmitted to each node in the cluster (S204).

상기 S204 단계에서, 클러스터에서의 각각의 노드는 헬로우 메시지에 자신의 고유한 ID를 마크하여 단일 홉으로 브로드캐스팅(broadcasting)하는데, 이를 받아본 이웃 노드들은 자신의 ID와 비교하여 자신이 가장 작은 ID를 가졌다면, 상기 200 단계에서 자신이 클러스터 헤더임을 선언하게 되는 것이다.In step S204, each node in the cluster marks its own ID in the hello message and broadcasts it as a single hop, and neighboring nodes that receive it are compared with their IDs and have the smallest ID. If you have, in step 200 will declare that it is a cluster header.

그러나, 상기와 같은 종래의 토폴로지 관리 방법은 기 선정된 클러스터 헤더가 수명을 다하거나 헤더로서의 역할을 수행하지 못하는 상황이 발생하였을 때, 다시 헤더를 선출하게 되는데, 이때 헤더를 선출하는 방법으로서 기존의 클러스터링 파라미터를 사용하는 방식이 사용되며, 이로 인한 관리 노드의 정보 손실 및 지연등이 발생하게 된다.However, in the conventional topology management method as described above, when a predetermined cluster header reaches its end of life or fails to function as a header, the header is elected again. The clustering parameter is used, which causes information loss and delay of the managed node.

즉, 상기와 같은 방식들은 토폴로지 변화가 많아질수록 클러스터를 재구성해야 하고, 네트워크의 크기가 증가할수록 클러스터의 수와 관리를 위한 트래픽 양이 증가되므로, 전체적으로 네트워크의 성능과 수명이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 클러스터 헤더의 역할 분담을 위해 주기적인 ID 변경이나 가중치를 이용한 방법 등의 여러 가지 방안들이 제안되고 있으나, 그러나 부하분산을 위한 적절한 변경 주기를 선정하는 문제는 네트워크의 성능과의 관계를 고려할 경우 상호 교환(trade-off) 관계에 있다. That is, the above schemes require reconfiguration of the cluster as the topology changes, and as the size of the network increases, the number of clusters and the amount of traffic for management increase, resulting in a decrease in overall network performance and lifespan. . Therefore, various methods such as periodic ID change or weighting method have been proposed for allocating the role of cluster header. However, the problem of selecting an appropriate change cycle for load balancing is considered in relation to the performance of the network. It is in a trade-off relationship.

한편, 앞서 기술했듯이, 일반적인 단일 홉 클러스터링은 다음과 같은 여러 가지 문제점을 갖는다. On the other hand, as described above, the general single hop clustering has a number of problems as follows.

첫째, 노드 이동 등에 따른 토폴로지 변화시, 클러스터 헤더 변화와 클러스터의 재구성 가능성이 크다. First, there is a high possibility of cluster reconfiguration and cluster reconfiguration when topology changes due to node movement.

둘째, 클러스터 헤더의 역할 고정에 따라 다른 노드에 비해 에너지가 빠르게 소모되며, 이에 따라 클러스터를 재구성을 위해 클러스터 헤더를 재선출해야 한다.Second, according to the role of the cluster header, energy is consumed faster than other nodes. Therefore, the cluster header has to be re-elected to reconfigure the cluster.

이와 같은 일반적인 단일 홉 클러스터링 방식의 문제점을 보완하기 위해 다중 홉 구조인 적응력 있는 다중 홉 클러스터링이 제안되었다. 이 방식은 노드의 밀도를 통해 클러스터를 구성하고, 클러스터 헤더의 관리 수를 제한하여 클러스터를 유지하는 방식이다. In order to solve the problems of the general single hop clustering scheme, adaptive multi-hop clustering, which is a multi-hop structure, has been proposed. This method forms a cluster through the density of nodes and maintains the cluster by limiting the number of management of the cluster header.

그러나, 상기한 바와 같은 적응력 있는 다중 홉 클러스터링 방식 역시, 토폴로지 변화시 클러스터를 재구성하여야 하므로 클러스터 헤더를 재선출해야 하는 문제점이 있다.However, the adaptive multi-hop clustering scheme as described above also has a problem of reselecting the cluster header because the cluster must be reconfigured when the topology changes.

이와 같이, 단일 홉 클러스터링이나 멀티 홉 클러스터링과 같은 계층적인 관리구조의 공통적인 문제점은, 노드의 이동 및 새로운 노드의 네트워크 참여 등에 따른 토폴로지 변경시에 클러스터를 재구성해야 하기 때문에 클러스터 헤더를 재선출해야 하고, 이에 따른 네트워크의 프로세싱 오버헤드와 선출 지연(election jitter)이 발생하며, 따라서 클러스터링 알고리즘 상 빈번하게 클러스터의 재구성이 필요한 관리 구조들은 네트워크의 토폴로지가 불안정하게 관리되어, 경로 설정, 자원 할당 및 데이터의 손실을 초래하게 된다는 점이다. As such, a common problem with hierarchical management structures such as single-hop clustering or multi-hop clustering is that the cluster header must be re-elected because the cluster must be reconfigured when the topology changes due to node movement and new node network participation. As a result, the processing overhead of the network and the election jitter are incurred. Therefore, the management structures that require frequent cluster reconfiguration in the clustering algorithm are unstable in the network topology. It will cause a loss.

따라서, 잦은 클러스터 재구성으로 인한 불안정한 토폴로지는 네트워크 성능에 많은 영향을 미치고, 네트워크 오버헤드와 각 노드의 프로세싱 오버헤드에 의해 네트워크 수명에도 영향을 미치게 된다.Therefore, unstable topologies due to frequent cluster reconfigurations have a large impact on network performance, and also affect network lifetimes due to network overhead and processing overhead of each node.

본 발명에서는 이러한 종래 기술의 문제점으로 제시되었던, 클러스터링의 재구성에 따른 헤더의 재선출에 대한 문제를 예비 클러스터 헤더를 선출함으로써 해결하고자 한다. 따라서, 본 발명은 네트워크의 프로세싱 오버헤드와 선출 지연에 대한 성능 향상이 가능하며, 또한 토폴로지의 안정성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, to solve the problem of the re-election of the header according to the reconfiguration of the clustering, which has been presented as a problem of the prior art to solve by selecting the preliminary cluster header. Therefore, the present invention can improve the performance of the processing overhead and the election delay of the network, and can also improve the stability of the topology.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same number as much as possible even if displayed on different drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명이 적용되는 애드 혹 네트워크 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.3 is a block diagram illustrating an ad hoc network system to which the present invention is applied.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 다수의 이동 노드(310~350)가 무선으로 연결되는 애드 혹 네트워크에서 적용되는 것으로, 다수의 노드가 애드 혹 네트워크를 이루고 있을 때 노드의 관리 및 네트워크의 오버헤드를 줄이기 위해서 계층적으로 노드들을 나누게 되는데 이를 클러스터 하며, 이 클러스터를 대표하는 애드 혹 노드를 클러스터 헤더라 한다. 상기 도 2에서는 이동 노드 '310'이 클러스터 헤더가 될 수 있다.As shown in the figure, the present invention is applied to an ad hoc network in which a plurality of mobile nodes 310 to 350 are connected wirelessly, and when a plurality of nodes form an ad hoc network, management of nodes and overload of the network are performed. In order to reduce the head, nodes are divided hierarchically and clustered. The ad hoc node representing the cluster is called a cluster header. In FIG. 2, the mobile node '310' may be a cluster header.

본 발명은 다수의 노드가 구성하는 애드 혹 네트워크를 몇몇의 클러스터로 구분하여 관리하는 시스템에서, 효율적인 클러스터의 구성, 헤더의 선출 및 관리를 위한 것이다.The present invention is for efficient cluster configuration, header selection and management in a system in which an ad hoc network composed of a plurality of nodes is divided into several clusters and managed.

도 4는 본 발명의 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 대략적으로 설명하기 위한 일예시도로서, 토폴로지 관리 구조를 나타낸 것이다.FIG. 4 is an exemplary view schematically illustrating a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network of the present invention, and shows a topology management structure.

본 발명은, 기본적으로 노드의 밀도와 전력을 통합한 가중치를 이용하여 다중 홉 토폴로지를 관리하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 노드의 ID 혹은 주변 노드의 밀도가 아닌 가중치를 이용하여 클러스터 헤더를 선출하고 해당 클러스터 헤더의 단일 홉 이웃 노드 중 예비 클러스터 헤더를 선출한다. 또한, 클러스터 헤더의 역할에서 가중치에 대한 일정한 한계치를 적용하여, 예비 클러스터 헤더가 임무를 대행하도록 하고, 동적인 환경에 의해 토폴로지가 변경될 경우라도 클러스터를 재구성하지 않고 기존의 토폴로지를 가능한 유지시키며 적절한 한계값을 설정하여 전체 노드에 부하 분산을 가능토록 한다. The present invention is characterized by managing a multi-hop topology using a weight that combines the density and power of the node. The present invention selects a cluster header using a weight, not a node ID or density of neighboring nodes, and selects a spare cluster header among single hop neighbor nodes of the corresponding cluster header. In addition, by applying a certain threshold of weights in the role of the cluster header, the reserve cluster header acts as a substitute, and maintains the existing topology as appropriate without reconfiguring the cluster even if the topology changes due to dynamic environment. Set limit values to enable load balancing across nodes.

따라서, 본 발명은 토폴로지 변경에 따라 토폴로지를 재구성함으로써 발생할 수 있는 네트워크의 오버헤드를 줄이고, 적절한 가중치 값을 선택하여 네트워크에 참여하는 전체 노드에 적절하게 부하를 분산시키는 것이다.Therefore, the present invention is to reduce the overhead of the network that can occur by reconfiguring the topology according to the topology change, and to select an appropriate weight value to distribute the load appropriately to all nodes participating in the network.

도 5는 본 발명에 따른 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 토폴로지 관리 방법은, 우선 클러스터링 파라미터에 의해 클러스터 헤더를 선출한다(S500). 도 6을 참조로 이에 대해 좀더 상세하게 설명하기로 한다.As shown in the figure, the topology management method of the present invention first selects a cluster header based on a clustering parameter (S500). This will be described in more detail with reference to FIG. 6.

도 6은 상기 도 5의 클러스터 헤더 선출 방법을 설명하기 위한 일실시예 상세 흐름도이다.6 is a detailed flowchart illustrating an embodiment of the method for selecting a cluster header of FIG. 5.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초기 토폴로지 구성 방법에서, 각 노드 는 수신되는 주기적인 헬로우 메시지를 사용하여 단일 홉 내에 있는 이웃 노드를 인식하게 된다(S600). 이로부터, 각 노드는 인식된 주변 노드의 숫자와 자신에게 남아있는 배터리의 여유 전력을 고려하여 클러스터 가중치(weight)를 클러스터링 파라미터로서 설정할 수 있다(S602). 이때, 클러스터 가중치는 잔여 파워와 주변 노드 수의 비율인 것이 바람직하다.As shown in the figure, in the initial topology configuration method of the present invention, each node recognizes a neighboring node within a single hop using the received periodic hello message (S600). From this, each node may set the cluster weight as a clustering parameter in consideration of the number of recognized peripheral nodes and the remaining power of the battery remaining in the node (S602). In this case, the cluster weight is preferably a ratio of the remaining power and the number of neighboring nodes.

이후, 자신의 가중치를 포함하는 헬로우 메시지를 이웃 노드를 향해 브로드캐스팅한다(S604). 이로써, 각 노드는 수신되는 헬로우 메시지를 통해 다른 노드가 가지고 있는 가중치를 파악할 수 있으며(S606), 이 중 가중치가 가장 큰 노드가 클러스터 헤더로 선출된다(S608).Thereafter, a hello message including its own weight is broadcast to the neighboring node (S604). As a result, each node can grasp the weight of the other node through the received hello message (S606), and the node having the largest weight is selected as the cluster header (S608).

다시, 도 5에서, 클러스터 헤더가 선출된 후(S608), 선정된 클러스터 헤더는 자신의 단일 홉에 위치한 이웃 노드 중에서 자신을 제외하고 가장 큰 가중치를 가진 노드를 '예비 클러스터 헤더'로 선출한다(S502). Again, in FIG. 5, after the cluster header is selected (S608), the selected cluster header selects the node having the largest weight except for itself among the neighboring nodes located in its single hop as the 'prepared cluster header' ( S502).

이후, 상기 클러스터 헤더는 클러스터의 ID와 예비 클러스터 헤더의 ID를 포함하는 헬로우 메시지를 브로드캐스팅하고(S506), 클러스터 멤버는 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수(hop counter)를 알아내고, 이 홉 수가 가장 작은 클러스터를 자신의 클러스터로 결정하게 된다(S510).Thereafter, the cluster header broadcasts a hello message including the ID of the cluster and the ID of the spare cluster header (S506), and the cluster member finds the hop counter from the cluster header through the received hello message. In operation S510, the cluster having the smallest number of hops is determined as its own cluster.

이로써, 초기 토폴로지 구성을 마치게 된다.This completes the initial topology configuration.

본 발명에 따르면, 클러스터 헤더는 초기 토폴로지 구성시에만 선출절차를 가진다. 클러스터 헤더의 선출은 이웃 노드와의 가중치를 비교하여 선출되며, 사전에 정의된 가중치의 한계값 범위 내에서 헤더로서의 역할을 수행할 수 있다.According to the present invention, the cluster cluster has a selection procedure only at the time of initial topology configuration. Election of the cluster header is selected by comparing weights with neighboring nodes, and may serve as a header within a threshold value range of a predefined weight.

도 7은 상기 도 5에서 브로드캐스팅되는 헬로우 메시지를 설명하기 위한 일실시예 데이터 포맷도이다.FIG. 7 is an exemplary data format diagram for describing a hello message broadcast in FIG. 5.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의해 클러스터 헤더로부터 클러스터 멤버로 전송되는 헬로우 메시지는, 적어도 40 바이트(byte) 용량의 데이터로서, 8 바이트의 노드 ID, 8 바이트의 클러스터 ID, 8 바이트의 예비 클러스터 ID, 6 바이트의 홉 수, 2 바이트의 상태(state), 8 바이트의 가중치(weight)를 포함한다. As shown in the figure, the hello message transmitted from the cluster header to the cluster member according to the present invention is at least 40 bytes of data, and has 8 bytes of node ID, 8 bytes of cluster ID, and 8 bytes of spare. It includes the cluster ID, the hop count of 6 bytes, the state of 2 bytes, and the weight of 8 bytes.

위와 같은 초기 토폴로지 구성 단계를 통해 형성된 클러스터는, 클러스터링 파라미터가 더 큰 노드가 같은 클러스터에 존재하는지를 주기적으로 판단하여(S504), 더 큰 노드가 존재하지 않는 경우에는 헬로우 메시지를 주기적으로 브로드캐스팅한다(S506). 만약 더 큰 노드가 존재하는 경우에는, 상기 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하게 된다(S514). 이와 같이 클러스터 헤더가 변경될 경우 변경된 클러스터 헤더는 헬로우 메시지를 브로드캐스팅하게 되고(S516), 클러스터 멤버 노드는 새로이 변경된 클러스터 헤더로부터 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수(hop counter)를 알아내고, 이 홉 수가 가장 작은 클러스터를 자신의 클러스터로 결정하게 된다(S518).The cluster formed through the initial topology configuration step as described above periodically determines whether a node having a larger clustering parameter exists in the same cluster (S504), and periodically broadcasts a hello message when there is no larger node ( S506). If there is a larger node, the spare cluster header inherits the role of the header from the previous cluster header (S514). When the cluster header is changed as described above, the changed cluster header broadcasts a hello message (S516), and the cluster member node knows the hop counter from the cluster header through the hello message received from the newly changed cluster header. The cluster with the smallest hop count is determined as its own cluster (S518).

한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 클러스터 헤더의 가중치가 한계값 보다 작은 경우, 예비 클러스터 헤더가 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하게 되며, 이후 단계는 S516 단계 및 S518 단계와 같다 할 것이다.On the other hand, although not shown in the figure, if the weight of the cluster header is less than the threshold value, the preliminary cluster header will inherit the role of the header from the cluster header, and the subsequent steps will be the same as the steps S516 and S518.

본 발명에 따라 형성된 클러스터는 클러스터 헤더 노드의 동작이 갑자기 중단되는 경우와 같이 네트워크 토폴로지가 변경될 경우 새롭게 토폴로지를 재구성하 지 않고 예비 클러스터 헤더가 클러스터 헤더의 역할을 수행함으로써 클러스터가 유지 관리될 수 있다.In the cluster formed according to the present invention, when the network topology is changed, such as when the operation of the cluster header node is suddenly interrupted, the cluster may be maintained by performing a role of the cluster header as a spare cluster header without reconfiguring the topology. .

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.The method of the present invention as described above may be implemented as a program and stored in a computer-readable recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.).

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기한 바와 같은 본 발명은, 클러스터 헤더 노드의 동작이 갑자기 중단되는 경우와 같이 네트워크 토폴로지가 변경될 경우 새롭게 토폴로지를 재구성하지 않고 예비 클러스터 헤더가 클러스터 헤더의 역할을 수행하도록 함으로써, 예상치 못한 클러스터 헤더의 이탈이나 부재시에도 안정적인 네트워크 토폴로지 관리를 수행할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 따라서 클러스터 헤더의 재선출에 의한 선출 지연, 재구성에 따른 정보 손실 및 네트워크의 부하 분산을 효율적으로 해결할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention allows a spare cluster header to act as a cluster header without reconfiguring the topology when the network topology changes, such as when the operation of the cluster header node is suddenly interrupted. In case of departure or absence, stable network topology management can be performed. Therefore, it is possible to efficiently solve delay of election due to re-election of cluster header, information loss due to reconfiguration, and load balancing of network.

본 발명에 따르면, 계층적 구조를 위한 각 이동 노드가 애드 혹 네트워크 토 폴로지의 동적 변화에 잘 적응하는 구조를 가질 수 있으며, 각 이동 노드의 역할이 노드의 이웃 정보에 의해 자동적으로 변경될 수 있도록 하는 효과가 있다.According to the present invention, each mobile node for the hierarchical structure may have a structure that adapts well to the dynamic change of ad hoc network topology, so that the role of each mobile node can be automatically changed by the neighbor information of the node. It is effective.

또한, 본 발명은 애드 혹 네트워크의 토폴로지가 노드의 이동 등에 의해 변경될지라도 새롭게 클러스터를 재구성하지 않고 노드의 정보에 의해 기존의 클러스터의 멤버로서 자동적으로 역할이 결정되도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that even if the topology of the ad hoc network is changed by the movement of the node, the role is automatically determined as a member of the existing cluster by the information of the node without newly reconfiguring the cluster.

또한, 본 발명에 따르면 계층적 관리 구조를 위한 오버헤드가 각 클러스터 멤버의 수(클러스터의 크기)가 거의 비슷하므로 줄어들게 되며, 클러스터 헤더와 예비 클러스터 헤더가 한계값에 의해 자동적으로 역할을 분담하므로 전체 네트워크의 부하 분산이 이루어지도록 하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the overhead for the hierarchical management structure is reduced because the number of cluster members (cluster size) is almost the same, and the cluster header and the spare cluster header automatically share roles by the threshold, so that the overall There is an effect that load balancing of the network is achieved.

Claims (13)

다수의 이동 노드가 무선으로 연결되는 애드 혹 네트워크를 적어도 하나 이상의 클러스터로 구분하여 관리하기 위한, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서,In the topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network for managing the ad hoc network in which a plurality of mobile nodes are connected wirelessly to at least one cluster, 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 클러스터 헤더로 선출하는 단계(a);(A) selecting a mobile node having the largest clustering parameter as a cluster header; 상기 클러스터 헤더가 자신을 제외한 단일 홉 이웃 노드 중 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 예비 클러스터 헤더로 선출하는 단계(b);(B) selecting a mobile node having the largest clustering parameter among the single hop neighbor nodes except the cluster header as its spare cluster header; 상기 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 브로드캐스팅하는 단계(c); 및Broadcasting (c) the cluster header containing a hello message, the hop number including; And 클러스터 멤버가 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계(d)(D) determining, by the cluster member, the number of hops from the cluster header through the received hello message to determine the cluster having the smallest number of hops as the cluster of its own node (d) 를 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.Topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계(a)는,Step (a) is, 각 이동 노드가 주기적으로 수신되는 헬로우 메시지를 이용하여 단일 홉 내의 이웃 노드를 인식하는 단계;Each mobile node recognizing neighboring nodes within a single hop using a hello message periodically received; 본인 노드의 클러스터링 파라미터를 설정하는 단계;Setting clustering parameters of the own node; 본인 노드의 클러스터링 파라미터를 포함하는 헬로우 메시지를 이웃 노드로 브로드캐스팅하는 단계; 및Broadcasting a hello message to the neighboring node, the hello message including the clustering parameter of the own node; And 단일 홉 내에서 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 클러스터 헤더로 선출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.A method for topology management using a spare cluster in an ad hoc wireless network, comprising selecting a mobile node having the largest clustering parameter as a cluster header within a single hop. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계(c)의 헬로우 메시지는,The hello message of step (c) is 클러스터 식별자(ID), 예비 클러스터 헤더 ID 및 클러스터링 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.A topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network, comprising a cluster identifier (ID), a spare cluster header ID, and a clustering parameter. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 클러스터링 파라미터는,The clustering parameter is, 본인 노드의 잔여 파워와 이웃 노드의 수의 비율인 클러스터링 가중치인 것 을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.A topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network, characterized in that the clustering weighting is a ratio of the remaining power of the own node to the number of neighboring nodes. 제1항 또는 제2항의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위한, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서,In the topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network for managing the topology of the cluster initially configured by the method of claim 1 or 2, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및Periodically broadcasting a cluster message including a hello message, the number of hops; And 클러스터링 파라미터가 더 큰 노드가 같은 클러스터에 존재하는 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계If a node with a larger clustering parameter exists in the same cluster, the spare cluster header inherits the role of the header from the previous cluster header. 를 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.Topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network comprising a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 클러스터 멤버가 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계를 더 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.The method further includes determining, by the cluster member, the number of hops from the cluster header through the received hello message, and determining the cluster having the smallest number of hops as the cluster of its own nodes. 제1항 또는 제2항의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위한, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서,In the topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network for managing the topology of the cluster initially configured by the method of claim 1 or 2, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및Periodically broadcasting a cluster message including a hello message, the number of hops; And 클러스터 헤더의 클러스터링 파라미터가 한계값보다 작은 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계If the clustering parameter of the cluster header is less than the threshold, the spare cluster header inherits the role of the header from the previous cluster header 를 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.Topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network comprising a. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 클러스터 멤버가 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계를 더 포함하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.The method further includes determining, by the cluster member, the number of hops from the cluster header through the received hello message, and determining the cluster having the smallest number of hops as the cluster of its own nodes. 제5항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 5 or 7, 상기 헬로우 메시지는,The hello message, 클러스터 식별자(ID), 예비 클러스터 헤더 ID 및 클러스터링 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.A topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network, comprising a cluster identifier (ID), a spare cluster header ID, and a clustering parameter. 제5항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 5 or 7, 상기 클러스터링 파라미터는,The clustering parameter is, 본인 노드의 잔여 파워와 이웃 노드의 수의 비율인 클러스터링 가중치인 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법.A topology management method using a preliminary cluster in an ad hoc wireless network, wherein the clustering weight is a ratio of the remaining power of the own node to the number of neighbor nodes. 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,In an ad hoc wireless network, a program of instructions capable of performing a topology management method using a spare cluster is tangibly implemented, and in a recording medium recording a program that can be read by a digital processing apparatus, 클러스터링 파라미터가 가장 큰 이동 노드를 클러스터 헤더로 선출하는 단계;Selecting a mobile node having the largest clustering parameter as a cluster header; 상기 클러스터 헤더가 자신을 제외한 단일 홉 이웃 노드 중 클러스터링 파라 미터가 가장 큰 이동 노드를 예비 클러스터 헤더로 선출하는 단계;Selecting a mobile node having the largest clustering parameter among single hop neighbor nodes except the cluster header as its spare cluster header; 상기 클러스터 헤더가 헬로우 메시지를 브로드캐스팅하는 단계; 및The cluster header broadcasting a hello message; And 클러스터 멤버가 수신된 헬로우 메시지를 통해 클러스터 헤더로부터의 홉 수를 알아내어, 홉 수가 가장 작은 클러스터를 본인 노드의 클러스터로 결정하는 단계The cluster member finds the hop count from the cluster header through the received hello message, and determines the cluster having the smallest hop count as the cluster of its own node. 를 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체.Recording medium recording a program, characterized in that for performing. 제11항의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위하여, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,In order to manage the topology of the cluster initially configured by the method of claim 11, a program of instructions for performing a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network is tangibly implemented and read by a digital processing apparatus. In the recording medium which records the program, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및Periodically broadcasting a cluster message including a hello message, the number of hops; And 클러스터링 파라미터가 더 큰 노드가 같은 클러스터에 존재하는 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계If a node with a larger clustering parameter exists in the same cluster, the spare cluster header inherits the role of the header from the previous cluster header. 를 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체.Recording medium recording a program, characterized in that for performing. 제11항의 방법에 의해 초기 구성된 클러스터의 토폴로지를 관리하기 위하여, 애드 혹 무선 네트워크에서 예비 클러스터를 이용한 토폴로지 관리 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,In order to manage the topology of the cluster initially configured by the method of claim 11, a program of instructions for performing a topology management method using a spare cluster in an ad hoc wireless network is tangibly implemented and read by a digital processing apparatus. In the recording medium which records the program, 클러스터 헤더가 헬로우 메시지-홉 수를 포함함-를 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계; 및Periodically broadcasting a cluster message including a hello message, the number of hops; And 클러스터 헤더의 클러스터링 파라미터가 한계값보다 작은 경우, 예비 클러스터 헤더가 이전 클러스터 헤더로부터 헤더의 역할을 상속하는 단계If the clustering parameter of the cluster header is less than the threshold, the spare cluster header inherits the role of the header from the previous cluster header 를 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체.Recording medium recording a program, characterized in that for performing.
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