KR100617715B1 - 모바일 애드 혹 네트워크에서 ｆａｔｉｍ 전송 방법 및이를 위한 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈 - Google Patents

모바일 애드 혹 네트워크에서 ｆａｔｉｍ 전송 방법 및이를 위한 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 노드로 이루어진 모바일 애드 혹 네트워크(MANET)에서 비콘 주기가 ATIM(Ad hoc Traffic Indication Message) 윈도우와 상기 ATIM 윈도우에 연속하는 데이터 전송 윈도우로 나누어지는 PSM(Power Save Mode)시 데이터 메시지를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 복수의 노드중 어느 하나의 노드가 다른 노드로 전송할 데이터가 있으면, 그 이웃노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송할 것이라는 의사를 전달하기 위한 플루딩(Flooding) ATIM 프레임을 상기 ATIM 윈도우 중에 상기 이웃 노드들에게 전송하는 과정과, 상기 복수의 노드중 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 하나 이상의 다른 노드가 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있으면, 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 그 이웃 노드들에게 전송하는 과정을 포함한다.
MANET, 비콘 주기(Beacon Interval), PSM(Power save Mode)

Description

모바일 애드 혹 네트워크에서 ＦＡＴＩＭ 전송 방법 및 이를 위한 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈{Method for transmitting Flooding Ad hoc Traffic Indication Message in MANET and medium access control protocol layer module therefor}
도 1은 MANET에서의 PSM 방식을 설명하기 위한 도면,
도 2a 및 도 2b는 종래 PSM 방식에 따른 경우의 패킷 전송의 예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MANET의 이동 단말의 MAC 프로토콜 계층 모듈의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 이동 단말이 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송하는 경우 FATIM을 전송하기 위한 제어 흐름도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 이동 단말이 FATIM을 수신하는 경우의 제어 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 이동 단말이 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송하는 경우 FATIM을 전송하기 위한 제어 흐름도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 이동 단말이 FATIM을 수신하는 경우의 제 어 흐름도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 FFPSM에서 각 노드의 파워 상태를 나타낸 도면.
본 발명은, 복수의 이동 단말(이하 스테이션이라 함)로 네트워크를 구성하는 Mobile Ad hoc NETwork(이하 MANET 이라 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IEEE 802.11 표준에 따른 무선 LAN에 대한 매체 액세스 제어(Medium Access Control : 이하 MAC 이라고 함) 프로토콜 계층 모듈 및 FATIM 전송 방법에 관한 것이다.
MANET은 고정 라우터나 호스트, 무선 기지국을 가지지 않는 비인프라구축망(infrastructless network)이다. MANET에서는 이동 노드 간의 연결은 피어-투-피어(peer-to-peer) 레벨의 멀티 호핑(multi-hopping) 기술을 이용하여 이루어진다. 이것은 네트워크 구조(network topology)가 동적으로 변화할 수 있고, 스스로 조직가능하고(self-forming), 자체치유(self-healing)가 가능하다. MANET은 고정된 기지국만이 이동 서비스를 지원하는 형태의 네트워크가 아니므로 노드 자신이 애드 혹(Ad-hoc) 형태로 네트워크 라우팅 인프라 구조를 형성하는 것이 가능하며, MANET을 구성하는 각 노드들은 자유 자재로 이동하는데 따른 제약 사항이 없으 며, 이에 따라 노드의 빠른 이동에 따른 구조변화에 적응 가능한 프로토콜을 사용한다.
IEEE 802.11 무선 LAN 표준에서 MANET(Mobile Ad Hoc Network)을 지원하는 MAC(Medium Access Control) 프로토콜은 DCF(Distributed Coordination Function)이며, 전력 절감을 위한 PSM(Power save Mode) 방식을 지정하고 있다. MANET(Mobile ad hoc network)에서 각 노드는 기본적인 컴퓨팅 및 무선 통신 능력과, 일반적으로 배터리 전원의 제한된 용량을 갖는다. MANET 연구에서 에너지 효율 기술은 시스템 및 프로토콜 설계의 모든 측면에서 매우 중요한 사항이 되어 왔다.
이 DCF는 파워 소모의 3가지 상태를 갖는 PSM(Power Save Mode)을 특정한다. 3가지 파워 소모 상태는 오프 상태, 어웨이크 상태 및 도즈 상태를 말한다. 오프 상태에서 무선 인터페이스는 파워를 소모하지 않는다. 어웨이크 상태에서 무선 인터페이스는 송신, 수신 또는 리슨(아이들 모드) 동작에 요구되는 필요한 레벨의 파워를 소모한다. 반면 도즈 상태에서는 적은 양의 파워가 소모되는데, 무선 인터페이스는 송신 또는 수신 동작을 행할 수 없다. DCF에서 시간은 고정 주기(fixed intervals) 즉, 비콘 주기(beacon intervals)로 나누어지고, 각 비콘 주기는 ATIM(Ad hoc Traffic Indication Message) 윈도우와 이 ATIM 윈도우에 연속하는 데이터 전송 윈도우로 나누어진다. ATIM 윈도우 동안, 각 노드는 깨어나고 이웃 노드와의 다음 데이터 전송을 위해 ATIM(Ad hoc Traffic Indication Message)를 교환한다. ATIM을 전송 또는 수신한 노드는 데이터 전송을 위해 어웨이크 상태를 유지하고, 나머지 노드들은 도즈 상태를 유지한다. 데이터 패킷은 일반적으로 hop 마다 하나의 비콘 주기를 소모하면서 hop by hop으로 전진하여 이동한다.
이와 같이, DCF-PSM으로 동작하는 노드들은 '어웨이크 상태(awake state)'나 '도즈 상태(doze state)' 중 하나의 상태에 있게 된다. 어웨이크 상태에 있는 노드들은 패킷을 전송 또는 수신할 수 있으며, 그 동작 상태에 따라 각기 다른 양의 에너지를 소비한다. 도즈 상태에 있는 노드들은 통신을 할 수 없으나, 가장 적은 에너지를 소비한다.
도 1은 MANET에서의 PSM 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 각 노드는 패킷의 송수신 중이 아니면 전원 공급을 줄이고, 주기적으로 즉 비콘 주기(Beacon Interval)로 주기적으로 깨어나서 ATIM을 이용하여 자신이 패킷을 송신할 지를 알리거나 패킷을 수신할 지를 알게 되어 통신에 참여함으로써 소비 전력을 줄인다.
도 1을 참조하면, DCF에서 시간은 전술한 바와 같이 비콘 주기(10)로 나누어지고, 각 비콘 주기(10)는 ATIM 윈도우(12)와 이 ATIM 윈도우에 연속하는 데이터 전송 윈도우(14)로 나누어진다. 각 BI의 시작시, 모든 노드는 깨어나고, 비콘 프레임을 교환하며 비콘 프레임 내의 타임 스탬프(time stamp)를 이용하여 서로 동기화한다. 비콘 프레임의 교환 후에 다음 트래픽을 위한 ATIM(Announcement Traffic Indication Message)가 전송된다. 각 노드는 이러한 ATIM(Announcement Traffic Indication Message)들을 리슨닝하고, 어웨이크 상태에 있을 지를 판단한다. 노드는 ATIM 윈도우 구간의 종료시 전송할 또는 수신할 트래픽이 없으면 다음 BI의 시작 까지 도즈 상태가 된다.
노드 A(1)는 ATIM 윈도우 구간(12)에서 ATIM(Announcement Traffic Indication Message)을 노드 B(2)로 전송하여 전송할 패킷이 있음을 알린다. 그에 따라 노드B(2)는 ATIM 윈도우 구간(12)에서 ATIM을 수신하고 그에 따른 ACK 메시지를 노드 A(1)로 전송한다. 이어서, 노드 A(1)는 데이터 전송 윈도우 구간에서 노드 B(2)로 패킷을 전송하고, 노드 B(2)는 패킷을 수신하면 그에 대한 ACK 메시지를 노드 A(1)로 전송한다.
도즈 상태에 있는 모든 노드들은 BI(Beacon Interval)마다 주기적으로 일정시간 동안 어웨이크 상태로 깨어난다. 802.11 표준에서는 이 시간의 길이를 ATIM (Announcement Traffic Indication Message) 윈도우(window)라고 부르는데, 이 기간 동안 노드들은 비콘 프레임을 주고받으며 서로를 동기화시키고, 전송할 메시지가 있으면 ATIM 프레임을 전송한다. ATIM 프레임의 목적지는 그 메시지의 목적지에 따라 결정된다.
전송할 메시지의 목적지가 특정한 이웃노드인 경우에는, ATIM 프레임의 목적지는 메시지의 목적지와 동일한 노드로 주어진다. 이러한 ATIM 프레임을 유니캐스트(unicast) ATIM 프레임 이라고 부르는데, 유니캐스트 ATIM 프레임을 수신한 이웃노드는 이 유니캐스트 ATIM 프레임의 수신을 확인 통보해주기 위해 ACK(Acknowledgement) 프레임으로 응답하고, ATIM 윈도우가 끝난 후에도 어웨이크 상태로 계속 남아 메시지를 수신하게 된다.
반면 전송할 메시지가 모든 이웃노드인 경우 에는, ATIM 패킷의 목적지는 모든 이웃노드로 주어진다. 이러한 ATIM 프레임을 브로드캐스트 ATIM 프레임이라 부 르는데, 이를 수신한 이웃노드들은 ATIM 윈도우가 끝난 후에도 어웨이크 상태로 계속 남아 브로드캐스트 메시지를 수신하게 된다.
ATIM 프레임은 ATIM 윈도우 동안에만 전송할 수 있으며, ATIM 윈도우는 BI과 같은 시점에 주기적으로 반복하여 시작된다. ATIM 윈도우가 끝나면 ATIM 프레임을 보낸 노드와 받은 노드는 남은 BI동안 어웨이크 상태에서 패킷을 전송하며, 나머지 노드들은 도즈 상태로 돌아가 전력을 아껴 쓰게 된다.
대기상태에서 소비 전력을 많이 절약 위해서는 BI를 ATIM 윈도우에 비해 상대적으로 크게 설정하여야 한다. 그러나 메시지를 전송하려면 다음 BI가 시작할 때까지 기다려야 하기 때문에 그만큼 전송지연시간이 길어진다.
특히 기존의 802.11 DCF PSM 방식을 사용하여 multi-hop ad hoc 네트워크를 구성하고, 네트워크 전체로 브로드캐스트 메시지를 보내는 경우, 메시지가 매 BI 동안 하나의 hop씩 전송되기 때문에 모든 노드들에게 메시지가 전달되기까지에는 긴 전송 지연 시간이 필요하게 된다. 네트워크 브로드캐스트 메시지를 자주 사용하는 응용 프로그램이나 AODV와 같이 네트워크 브로드캐스트에 의존하여 목적지로의 경로를 설정하는 네트워크 프로토콜의 경우에는 그 성능이 심하게 악화될 수 있다. 가령, 네트워크의 최장 hop 길이가 4이고, BI를 500msec으로 설정하는 경우에, 목적지까지 도달하는데 최소한 2sec가 소요되고, 응답 메시지를 받는데 추가로 2sec가 소요된다. 이를 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 종래 PSM 방식에 따른 경우의 패킷 전송의 예를 나타낸 도면이다. 도 2a를 참조하면, 소스 노드(110)로부터의 가장 긴 경로는 (노드 e 또는 g까지)4 hops이며, 적어도 4 비콘 주기가 패킷이 모든 노드에 도달하기 위해 요구된다. 만약 노드 간의 충돌이 발생하면, 4 비콘 주기 이상이 요구될 수도 있다. 도 2b를 참조하면, 노드 S(110)로부터 플루딩(flooding)이 발생한 경우의 패킷의 전송 단계가 나타나 있다. 도 2b에서 화살표는 ATIMs의 전송을 나타내며, 도면의 간략화를 위해 ACK 및 데이터 패킷의 전송은 도시하지 않았다. 이러한 종래 PSM 방식은 대기 시간(latency) 뿐만 아니라 전력 소비량 또한 문제가 된다. 특히, 플루딩(flooding)에서 각 노드는 ATIM의 수신전에 ATIM이 복제될 지를 알 수 없기 때문에 여분의(redundant) 메시지에 대해 어웨이크 상태를 유지해야만 한다.
결과적으로, 기존의 802.11 DCF PSM 방식을 multi-hop ad hoc 네트워크에서 사용하게 되면, 소비전력과 응답지연시간은 역으로 작용한다. 소비전력을 많이 절약하면 응답시간이 길어지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 PSM를 사용하며 멀티-홉(multi-hop) 애드 혹 네트워크를 형성 시, 대기 중 소비 전력의 절감효과를 유지하며 동시에 네트워크 전체로의 브로드캐스트 메시지를 빠르게 전송하기 위한 FATIM 전송 방법 및 이를 위한 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 복수의 노드로 이루어진 모바일 애 드 혹 네트워크(MANET)에서 비콘 주기가 ATIM(Ad hoc Traffic Indication Message) 윈도우와 상기 ATIM 윈도우에 연속하는 데이터 전송 윈도우로 나누어지는 PSM(Power save Mode)시 데이터 메시지를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 복수의 노드중 어느 하나의 노드가 다른 노드로 전송할 데이터가 있으면, 그 이웃노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송할 것이라는 의사를 전달하기 위한 플루딩(Flooding) ATIM 프레임을 상기 ATIM 윈도우 중에 상기 이웃 노드들에게 전송하는 과정과, 상기 복수의 노드중 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 하나 이상의 다른 노드가 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있으면, 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 그 이웃 노드들에게 전송하는 과정을 포함한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 네트워크 브로드캐스트 메시지(network broadcast message) 전송 시, 플루딩(Flooding) ATIM 프레임을 주위에 전송하고 이를 동일 ATIM 윈도우 구간 중에 그 다음 이웃 노드들에게 전파하여 하나의 BI 기간 중에 하나의 hop 이상의 주변 노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MANET의 이동 단말의 MAC 프로토콜 계층 모듈의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 이동 단말의 MAC 프로토콜 계층 모듈(200)은 제어부(210), 송신부(220), 수신부(230) 및 메모리(240)를 포함한다.
이 MAC 프로토콜 계층 모듈(200)을 가진 이동 단말이 네트워크 브로드캐스트 메시지를 생성하여 다른 노드에게 전송하는 경우 제어부(210)는 이웃 노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 다음 BI 중에 전송할 것이라는 의사를 전달하기 위한 플루딩 ATIM 프레임을 상위 레이어(300)로부터 전달 받는다. 그에 따라 제어부(210)는 상위 레이어(300)로부터의 ATIM 프레임을 ATIM 윈도우 중에 송신부(220)를 통해 전송한다. 송신부(220)는 제어부(210)로부터 플루딩 ATIM 프레임을 수신하여 이웃 노드들로 전송한다. 그리고 제어부(210)는 비콘 주기중 ATIM 윈도우가 끝나면, 데이터 전송 윈도우 구간에 또한 상위 레이어(300)로부터 수신한 네트워크 브로드캐스트 메시지를 송신부(220)를 통해 이웃 노드들에게 전송한다.
이때, 제어부(210)는 상위 레이어(300)로부터 FATIM 프레임을 받아 송신부(220)를 통해 전송하였으면, 메모리(240)에 있는 FATIM 플래그(242)를 세팅한다. 이후 제어부(210)는 상위 레이어(300)로부터 중복하여 FATIM 프레임의 전송을 요청받더라도 이 FATIM 플래그(242)를 보고 FATIM 프레임을 전송하지 않는다.
또한, 제어부(210)는 FATIM 프레임을 이웃 노드로부터 수신하면 메모리(240)에 있는 FATIM 플래그(242)를 확인하고 현재의 ATIM 윈도우 중에 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 판단한다. 만약 FATIM 프레임이 전송되지 않았으면, 제어부(210)는 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 이 때, 제어부(210)는 플루딩 ATIM 프레임을 수신 후 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있는 지를 판단한다. 제어부(210)는 현재의 ATIM 윈도우가 남아 있으면, FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 그리고 제어부(210)는 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 세팅하여 FATIM 프레임을 전송하였음을 표시한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라 플루딩 ATIM 프레임의 전송 구간을 제한하기 위해 플루딩 ATIM 프레임에 TTL(Time To Live) 필드가 추가된다. TTL 필드도 데이터 필드에 위치하며, 그 TTL 값은 IP 패킷의 TTL 값을 카피한 것이다. 이 TTL 필드는 플루딩 ATIM 프레임이 전송되어야 하는 구간 즉, 플루딩 ATIM 프레임이 전송될 범위를 hop 단위로 나타낸다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 플루딩 ATIM 프레임이 기존 ATIM 프레임과 구별되도록 플루딩 ATIM 프레임의 데이터 필드에 DA(destination address) 필드가 추가될 수 있다. 이 데이터 필드에 포함된 DA 필드의 값은 공통 브로드캐스트 IP이거나 어플리케이션에 의해 할당된 특정 멀티캐스트 IP이다. 이러한 DA 필드 및 TTL 필드가 데이터 필드에 추가되는 것은 다른 필드의 정의(definition) 또는 기능(function)을 변경하는 것보다 용이하기 때문이다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에 따라 제어부(210)는 상위 레이어로부터 플루딩 ATIM 프레임을 전달받으면 이미 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 체크하고, 또한 해당 FATIM 프레임의 TTL 필드값을 확인한다. 이 때, 제어부(210)는 메모리(240)의 FATIM 플래그(242) 및 TTL 플래그(244)를 확인한다.
제어부(210)는 상위 레이어(300)로부터 FATIM 프레임을 받아 송신부(220)를 통해 전송하였으면, 메모리(240)에 있는 FATIM 플래그(242)를 세팅하기 때문에 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 알 수 있다. 이후 제어부(210)는 상위 레이어(300)로부터 중복하여 FATIM 프레임의 전송을 요청받더라도 이 FATIM 플래그(242)를 보고 FATIM 프레임을 전송하지 않는다.
그러나, 이전에 전송한 FATIM 프레임의 TTL값보다 큰 TTL 값을 가진 FATIM 프레임을 상위레이어(300)로부터 전달받으면 제어부(210)는 이를 이웃 노드들에게 전송한다. 구체적으로 제어부(210)는 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임의 TTL 필드 값에 따라 FATIM 프레임을 전송하려는 hop 수를 알 수 있다. 그에 따라 제어부(210)는 상위 레이어(300)로부터 FATIM 프레임을 다시 전송하도록 요청받을 때, 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임의 TTL 필드값 즉, FATIM 프레임이 전송되어야 하는 hop 개수가 메모리(240)의 TTL 플래그(244)에 저장된 이전 FATIM 프레임의 TTL값보다 크면, 해당 FATIM 프레임을 이웃 노드들로 전송한다. FATIM 프레임이 전송되어야 하는 hop 개수는 FATIM 프레임이 얼마나 멀리 전송되어야 하는 지를 나타내므로, 이미 전송된 FATIM 프레임의 TTL 필드값보다 작은 TTL 필드값을 갖는 FATIM 프레임이 중복되어 전송될 필요는 없다. 즉, 이미 FATIM 프레임을 수신하여 해당 ATIM 윈도우 다음에 어웨이크 상태에 있음을 아는 노드들은 FATIM 프레임을 다시 수신할 필요가 없다. 반면, 이미 전송된 FATIM 프레임의 TTL 필드값보다 큰 TTL 필드값을 갖는 FATIM 프레임은 이전 전송된 FATIM 프레임보다 멀리 전송된다. 따라서, 제어부(210)는 이미 FATIM 프레임을 전송하였더라도 이전의 FATIM의 TTL 필드값보다 큰 TTL 필드값을 가진 FATIM 프레임을 상위 레이어(300)로부터 전달받으면 이웃 노드들에게 전송한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 제어부(210)는 FATIM 프레임을 이웃 노드로부터 수신하면 메모리(240)에 있는 FATIM 플래그(242)를 확인하고 현재의 ATIM 윈도우 중에 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 판단한다. 만약 이미 전송된 FATIM 프레임의 TTL 필드값보다 작은 TTL 필드값을 갖는 FATIM 프레임이 중복되어 전송될 필요는 없다.
그리고 제어부(210)는 이미 FATIM 프레임을 전송하였더라도 현재 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임의 TTL 값이 이전 전송한 FATIM 프레임의 TTL 값보다 크면 해당 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. FATIM 프레임을 전송한 후 제어부(210)는 메모리(240)의 TTL 플래그(244)를 갱신한다.
이 때, 제어부(210)는 플루딩 ATIM 프레임을 수신 후 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있는 지를 판단한다. 제어부(210)는 현재의 ATIM 윈도우가 남아 있으면, FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 그리고 제어부(210)는 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 세팅하여 FATIM 프레임을 전송하였음을 표시한다. 그리고 제어부(210)는 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 세팅하여 FATIM 프레임을 전송하였음을 표시한다.
한편, 제어부(210)는 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 송신부(220)를 통해 다음 이웃 노드들로 전송할 때, 해당 플루딩 ATIM 프레임의 TTL 필드의 값을 감소시킨다. 즉, TTL 필드의 값이 ATIM 프레임이 전송될 범위를 hop 단위로 나타낸 것이기 때문에, ATIM 프레임을 수신하여 전송하는 하나의 hop이 수행되었으므로 제어부(210)는 TTL값을 예컨대, 1 감소시킨다. 이에 따라 플루딩 ATIM 프레임의 TTL 값이 현재 ATIM 프레임이 전송되어야 하는 범위를 나타낼 수 있다.
이 후 제어부(210)는 현재의 ATM 윈도우 구간에 연속하는 데이터 전송 윈도 우 구간에서 어웨이크 상태를 유지하면서 네트워크 브로드캐스트 메시지의 수신을 대기한다. 그리고, 제어부(220)는 수신부(230)를 통해 네트워크 브로드캐스트 메시지를 수신하면, 나머지 BI 동안에 주위의 노드에게 포워드(forward)한다. 그리고 제어부(210)는 이웃 노드로부터 플루딩 ATIM 프레임을 받았지만 현재 ATIM 윈도우 구간이 플루딩 ATIM 프레임을 다시 다음 이웃 노드들로 전송하기에 그 남은 시간이 충분하지 않으면, 이 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 다음 이웃으로 전달하지 못한다. 이 경우에 제어부(210)는 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 일시적으로 저장하였다가 다음 ATIM 윈도우가 시작하면 다음 이웃 노드들에게 전송한다.
한편, 제어부(210)는 플루딩 ATIM 프레임을 다음 이웃으로 전달하기 전에 현재 ATMI 윈도우 구간이 종료되어 네트워크 브로드캐스트 메시지를 수신하게 되면, 이 메시지를 바로 전송(forwarding)하지 않고 저장한다. 그리고 제어부(210)는 다음 BI의 ATIM 윈도우 구간 중 플루딩 ATIM 프레임을 다음 이웃으로 전달한 후에 이 저장된 네트워크 브로드캐스트 메시지(network broadcast message)를 다음 이웃으로 포워드한다. 그리고, 제어부(210)는 데이터 전송 윈도우 구간에 수신한 데이터 패킷의 목적지가 자신이면, 수신한 데이터 패킷을 적절히 처리하여 상위 레이어(300)로 전달한다.
이와 같이, 기존에는 브로드캐스트 ATIM을 수신한 노드는 이웃 노드로부터 이웃 네트워크 브로드캐스트 메시지의 수신에 대비하여 해당 BI가 끝날 때까지 어웨이크 상태로 대기하는 반면, 본 발명에 따르면, 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 노드는 이웃 노드로부터 네트워크 브로드캐스트 메시지의 수신과 포워드에 대비하여 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 가능한 동일한 ATIM 윈도우 기간 중 다음 이웃까지 전달한다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이동 단말의 MAC 프로토콜 계층 모듈의 동작을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 이동 단말이 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송하는 경우 FATIM을 전송하기 위한 제어 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 이동 단말이 FATIM을 수신하는 경우의 제어 흐름도이다. 이하, 본 발명에 따라 FATIM을 전송하는 방식을 FFPSM(Fast flooding scheme for the power save mode)라고 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 이동 단말의 MAC 프로토콜 계층 모듈의 제어부(210)는 단계 510에서 다른 노드에게 전송할 데이터 패킷이 있는 지를 체크하여 전송할 데이터 패킷이 있으면 단계 520으로 진행한다. 이는 상위 레이어(300)로부터 이웃 노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 다음 BI 중에 전송할 것이라는 의사를 전달하기 위한 플루딩 ATIM 프레임을 전달 받음으로써 알 수 있다.
이어서 제어부(210)는 단계 520에서 FATIM을 전송하였는지를 판단한다. 제어부(210)는 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 참조하여 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 알 수 있다. 만약 FATIM 프레임을 전송하지 않았으면, 제어부(210)는 단계 530으로 진행하여 현재의 ATIM 윈도우가 남아 있으면, 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 이어서 제어부(210)는 단계 540으로 진행하여 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 세팅하여 FATIM 프레임을 전송 하였음을 표시한다.
그리고, 제어부(210)는 비콘 주기중 ATIM 윈도우가 끝나면, 데이터 전송 윈도우 구간에서 상위 레이어(300)로부터 네트워크 브로드캐스트 메시지를 송신부(220)를 통해 이웃 노드들에게 전송한다.
이어서 이동 단말이 FATIM을 수신하는 경우를 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 제어부(210)는 단계 610에서 이웃 노드들로부터 플루딩 ATIM 프레임을 수신하는 지를 판단한다. 제어부(210)는 플루딩 ATIM 프레임 수신하면 단계 620으로 진행하여 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 참조하여 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 판단한다. 그리고, 제어부(210)는 FATIM 프레임을 전송하지 않았으면 단계 630으로 진행하여 현재의 ATIM 윈도우가 남아 있으면, 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 이어서 제어부(210)는 단계 640으로 진행하여 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 세팅하여 FATIM 프레임을 전송하였음을 표시한다.
이어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 이동 단말의 MAC 프로토콜 계층 모듈의 동작을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이동 단말이 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송하는 경우 FATIM을 전송하기 위한 제어 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이동 단말이 FATIM을 수신하는 경우의 제어 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따라 이동 단말의 MAC 프로토콜 계층 모듈의 제어부(210)는 단계 710에서 다른 노드에게 전송할 데이터 패킷이 있는 지를 체크하 여 전송할 데이터 패킷이 있으면 단계 720으로 진행한다. 이는 상위 레이어(300)로부터 이웃 노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 다음 BI 중에 전송할 것이라는 의사를 전달하기 위한 플루딩 ATIM 프레임을 전달 받음으로써 알 수 있다.
이어서 제어부(210)는 단계 720에서 FATIM을 전송하였는지를 판단한다. 제어부(210)는 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 참조하여 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 알 수 있다. 만약 FATIM 프레임을 전송하였으면, 제어부(210)는 현재 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임의 TTL 값이 이전 전송한 FATIM 프레임의 TTL 값보다 큰 지를 판단한다. 전술한 바와 같이, FATIM 프레임의 TTL 값은 FATIM 프레임이 전송될 범위를 hop수로 나타낸 것이다. 따라서, FATIM 프레임이 전송되어야 하는 hop수는 FATIM 프레임이 얼마나 멀리 전송되어야 하는 지를 나타내므로, 이미 전송된 FATIM 프레임의 TTL 필드값보다 작은 TTL 필드값을 갖는 FATIM 프레임이 중복되어 전송될 필요는 없다. 즉, 이미 FATIM 프레임을 전송하여 해당 ATIM 윈도우 다음에 어웨이크 상태에 있음을 아는 노드들은 FATIM 프레임을 다시 수신할 필요가 없다. 반면, 이미 전송된 FATIM 프레임의 TTL 필드값보다 큰 TTL 필드값을 갖는 FATIM 프레임은 이전 전송된 FATIM 프레임보다 멀리 전송되어 진다. 그에 따라, 제어부(210)는 단계 740에서 이미 FATIM 프레임을 전송하였더라도 이전의 FATIM의 TTL 필드값보다 큰 TTL 필드값을 가진 FATIM 프레임을 상위 레이어(300)로부터 전달받고 현재의 ATIM 윈도우가 남아 있으면 이 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 전술한 바와 같이, TTL 필드의 값은 ATIM 프레임이 전송될 범위를 hop 단위로 나타낸 것이기 때문에 ATIM 프레임을 수신하여 전송하는 하나의 hop이 수행되었으므로 제어부(210)는 TTL값을 예컨대, 1 감소시켜 현재의 플루딩 ATIM 프레임의 TTL 값이 현재 ATIM 프레임이 전송되어야 하는 범위를 나타낼 수 있도록 한다.
한편, FATIM 프레임을 전송하지 않았으면, 제어부(210)는 단계 740으로 진행하여 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 이어서 제어부(210)는 단계 750으로 진행하여 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 세팅하여 FATIM 프레임을 전송하였음을 표시한다. 그리고 제어부는 단계 760에서 TTL 플래그를 현재 전송한 FATIM 프레임의 TTL 필드 값으로 갱신한다.
그리고 이동 단말이 FATIM을 수신하는 경우를 도 7을 참조하여 설명하면, 먼저 제어부(210)는 단계 810에서 이웃 노드들로부터 플루딩 ATIM 프레임을 수신하는 지를 판단한다. 제어부(210)는 플루딩 ATIM 프레임 수신하면 단계 820으로 진행하여 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 참조하여 FATIM 프레임을 전송하였는 지를 판단한다. 그리고, 제어부(210)는 FATIM 프레임을 전송하지 않았으면 단계 840으로 진행하여 현재의 ATIM 윈도우가 남아 있으면, 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다.
한편, 제어부(210)는 FATIM 프레임을 전송하였으면, 단계 830으로 진행하여 현재 상위 레이어(300)로부터 전달받은 FATIM 프레임의 TTL 값이 이전 전송한 FATIM 프레임의 TTL 값보다 큰 지를 판단한다. 이어서 제어부(210)는 단계 840에서 이미 FATIM 프레임을 전송하였더라도 이전의 FATIM의 TTL 필드값보다 큰 TTL 필드값을 가진 FATIM 프레임을 상위 레이어(300)로부터 전달받고 현재의 ATIM 윈도우가 남아 있으면 이 FATIM 프레임을 이웃 노드들에게 전송한다. 이 때, 제어부(210)는 FATIM 프레임의 TTL값을 예컨대, 1 감소시켜 현재의 플루딩 ATIM 프레임의 TTL 값이 현재 ATIM 프레임이 전송되어야 하는 범위를 나타낼 수 있도록 한다.
이어서 제어부(210)는 단계 850으로 진행하여 메모리(240)의 FATIM 플래그(242)를 세팅하여 FATIM 프레임을 전송하였음을 표시한다. 그리고 제어부는 단계 860에서 TTL 플래그를 현재 전송한 FATIM 프레임의 TTL 필드 값으로 갱신한다.
그리고, 제어부(210)는 비콘 주기중 ATIM 윈도우가 끝나면, 데이터 전송 윈도우 구간에서 상위 레이어(300)로부터 네트워크 브로드캐스트 메시지를 송신부(220)를 통해 이웃 노드들에게 전송한다.
이에 따라 제어부(210)는 현재의 ATM 윈도우 구간에 연속하는 데이터 전송 윈도우 구간에서 어웨이크 상태를 유지하면서 네트워크 브로드캐스트 메시지의 수신을 대기한다. 그리고, 제어부(220)는 네트워크 브로드캐스트 메시지를 수신하면, 나머지 데이터 전송 윈도우 구간 동안에 주위의 노드에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 포워드(forward)한다. 그리고 제어부(210)는 이웃 노드로부터 플루딩 ATIM 프레임을 받았지만 현재 ATIM 윈도우 구간이 플루딩 ATIM 프레임을 다시 다음 이웃 노드들로 전송하기에 그 남은 시간이 충분하지 않으면, 이 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 다음 이웃으로 전달하지 못한다. 이 경우에 제어부(210)는 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 일시적으로 저장하였다가 다음 ATIM 윈도우가 시작하면 다음 이웃 노드들에게 전송한다.
또한, 제어부(210)는 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 다음 이웃으로 전달하기 전에 현재 ATMI 윈도우 구간이 종료되면, 다음 BI를 대기한다. 그리고, 제어부(210)는 현재 BI의 ATM 윈도우 구간에 연속하는 데이터 전송 윈도우 구간에서 네트워크 브로드캐스트 메시지를 수신하였으면 수신한 네트워크 브로드캐스트 메시지를 저장한다. 이어서 제어부(210)는 다음 BI가 도래하였으면 그 ATIM 윈도우 중에 FATIM을 이웃 노드들에게 전송한다. 상기와 같이 FFPSM(Fast flooding scheme for the power save mode)에서의 FATIM 프레임의 송수신을 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 FFPSM에서 각 노드의 파워 상태를 나타낸 도면이다. 도 8에서 각 노드들은 도 2a에 도시된 바와 같이 연결되어 있는 것으로 가정한다.
도 2a 및 도 8을 참조하면, 소스 노드(110)는 제1 BI(410)의 ATIM 윈도우 구간(412)에서 플루딩 ATIM 프레임을 이웃하고 있는 노드 a(120) 및 노드 b(130)에 전송한다. 그리고 소스 노드(110)는 ATIM 윈도우 구간(412)이 지난 후 어웨이크 상태를 유지하고 저장하고 있는 데이터 패킷을 전송한다.
플루딩 ATIM 프레임을 수신한 노드들(120,130)은 현재의 ATIM 윈도우 구간중 나머지 구간동안 플루딩 ATIM 프레임을 전송한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 노드 a(120)는 플루딩 ATIM 프레임을 도 2a에 도시된 바와 같이 이웃한 노드인 소스 노드 s(110)에게 전송하고, 노드 b(130)는 플루딩 ATIM 프레임을 이웃한 노드인 소스 노드 s(110) 및 노드 c(140)에게 전송한다. 이 때, 플루딩 ATIM 프레임을 수신 한 노드들(120,130)은 저장하고 있는(buffered) 패킷이 없더라도 나머지 ATIM 윈도우 구간동안 플루딩 ATIM 프레임을 전송한다. 이들 노드들은 비콘 구간의 나머지 동안 어웨이크 상태를 유지한다. 그리고 이들 노드들은 플루딩 ATIM에 의해 알려진(announced) 메시지 패킷을 수신하면 해당 BI의 나머지 구간 동안 이웃 노드들에게 전송한다. 만약 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 노드들(120,130)이 현재의 ATIM 윈도우 구간 동안 플루딩 ATIM 프레임을 전송할 수 없으면, 다음 비콘 주기가 시작할 때까지 플루딩 ATIM에 의해 알려진(announced) 메시지 패킷을 수신하였더라도 송신하지 않는다.
노드 b(130)로부터 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 노드 c(140)는 현재 ATIM 윈도우 구간이 플루딩 ATIM 프레임을 다시 다음 이웃 노드들로 전송하기에 그 남은 시간이 충분하지 않은 것으로 판단하고, 다음 BI의 ATIM 윈도우 구간을 대기하였다. 이후 노드 c(140)는 다음 BI(420)의 ATIM 윈도우 구간(422)에서 플루딩 ATIM 프레임을 그 이웃한 노드들(130,150,170)에게 전송한다.
노드 c(140)로부터 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 노드 d(150)는 BI(420)의 ATIM 윈도우 구간(422)에서 그 이웃 노드인 노드 c(140) 및 노드 e(160)에게 플루딩 ATIM 프레임을 전송하고 또한, 노드 f(170)는 그 이웃 노드인 노드 c(140) 및 노드 g(180)에게 플루딩 ATIM 프레임을 전송한다.
이와 같이, 기존에는 브로드캐스트(broadcast) ATIM을 수신한 노드는 이웃 노드로부터 이웃 네트워크 브로드캐스트 메시지의 수신에 대비하여 해당 BI가 끝날 때까지 어웨이크 상태로 대기하는 반면, 본 발명에 따르면, 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 노드는 이웃 노드로부터 네트워크 브로드캐스트 메시지의 수신과 포워드에 대비하여 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 가능한 동일한 ATIM 윈도우 기간 중 다음 이웃까지 전달한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 PSM를 사용하는 멀티-홉(multi-hop) 애드 혹 네트워크에서 네트워크 브로드캐스트 메시지의 전송지연을 효과적으로 줄임으로써 이를 사용하는 프로그램과 프로토콜의 성능 저하를 방지하며 에너지 절감 효과를 유지할 수 있다. 특히 본 발명에 따르면, 네트워크 브로드캐스트 메시지 전송이 일어날 때 마다 주변의 많은 노드들이 깨어있으므로, 애드 혹 네트워크에서 기존에 설정된 루트가 깨졌을 때 복구가 신속히 일어나 대화 중 연결이 절단되는 현상을 방지하는 효과도 있다.

Claims (10)

  1. 복수의 노드로 이루어진 모바일 애드 혹 네트워크(MANET)에서 비콘 주기가 ATIM(Ad hoc Traffic Indication Message) 윈도우와 상기 ATIM 윈도우에 연속하는 데이터 전송 윈도우로 나누어지는 PSM(Power save Mode)시 FATIM을 전송하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 노드중 어느 하나의 노드가 다른 노드로 전송할 데이터가 있으면, 그 이웃노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송할 것이라는 의사를 전달하기 위한 플루딩(Flooding) ATIM 프레임을 상기 ATIM 윈도우 중에 상기 이웃 노드들에게 전송하는 과정과,
    상기 복수의 노드중 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 하나 이상의 다른 노드가 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있으면, 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 그 이웃 노드들에게 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 모든 노드는 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 ATIM 윈도우 구간에 연속하는 데이터 전송 윈도우 구간인 남은 BI(Beacon Interval) 구간 동안 어웨이크 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플루딩 ATIM 프레임은 ATIM 프레임이 전송되는 범위를 hop 단위로 나타낸 값을 갖는 TTL(Time To Live) 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 노드중 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 하나 이상의 다른 노드가 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있지 않으면, 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 다음 ATIM 윈도우 구간에서 그 이웃 노드들에게 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 복수의 노드중 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 하나 이상의 다른 노드가 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 그 이웃 노드들에게 전송하기 전에 상기 플루딩 ATIM 프레임의 TTL 필드의 값을 변경하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 복수의 노드로 이루어진 모바일 애드 혹 네트워크(MANET)에서 비콘 주기가 ATIM(Ad hoc Traffic Indication Message) 윈도우와 상기 ATIM 윈도우에 연속하는 데이터 전송 윈도우로 나누어지는 PSM(Power save Mode)시 데이터 메시지를 송수신 하는 매체 액세스 제어(Medium Access Control) 프로토콜 계층 모듈에 있어서,
    다른 노드로 전송할 데이터가 있으면, 그 이웃노드들에게 네트워크 브로드캐스트 메시지를 전송할 것이라는 의사를 전달하기 위한 플루딩(Flooding) ATIM 프레임을 상기 ATIM 윈도우 중에 상기 이웃 노드들에게 전송하며, 상기 이웃 노드로부터 플루딩 ATIM 프레임을 수신하면, 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있는 지 판단하여 그 판단 결과에 따라 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 그 이웃 노드들에게 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는 상기 플루딩 ATIM 프레임을 수신한 ATIM 윈도우 구간에 연속하는 데이터 전송 윈도우 구간에서 어웨이크 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈.
  8. 제6항에 있어서, 상기 플루딩 ATIM 프레임은 ATIM 프레임이 전송되는 범위를 hop 단위로 나타낸 값을 갖는 TTL(Time To Live) 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제어부는 상기 이웃 노드로부터 플루딩 ATIM 프레임을 수신할 때 현재의 ATM 윈도우 구간이 남아 있지 않으면, 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 다음 ATIM 윈도우 구간에서 그 이웃 노드들에게 전송하는 것을 특징으로 하는 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제어부는 상기 수신한 플루딩 ATIM 프레임을 그 이웃 노드들에게 전송하기 전에 상기 플루딩 ATIM 프레임의 TTL 필드의 값을 변경하는 것을 특징으로 하는 매체 액세스 제어 프로토콜 계층 모듈.
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