KR100643290B1 - 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법에 관한 것으로서, 네트워크 내의 모든 노드로 하여금 인접 노드와의 신호 대 잡음비 및 인접 노드의 가입 또는 탈퇴에 대한 변화량을 이용하여 패킷 송신율을 측정하게 하고, 이 패킷 송신율을 이용하여 측정된 인접 노드와의 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 배포하게 함으로써 이를 저장하고 있는 네트워크 내의 각 노드가 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 이용한 라우팅 경로를 결정할 수 있게 하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치는 네트워크를 구성하는 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 저장하는 저장부와, 인접 노드와의 링크 상태를 측정하기 위한 패킷을 생성하는 패킷 생성부와, 상기 생성된 패킷을 송신하고, 그에 대한 응답 패킷을 수신하는 송수신부와, 상기 수신된 응답 패킷을 이용하여 인접 노드의 이동 변화 및 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 측정부 및 상기 측정된 상대적 패킷 전송 시간 및 상기 저장된 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 이용하여 목적지 노드와의 라우팅 경로를 결정하는 라우팅 경로 결정부를 포함한다.
이동 애드혹 네트워크, 로컬 패킷, 글로벌 패킷, 노드의 이동 상태, 패킷 수신율, 상대적 패킷 전송 시간

Description

이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법{Apparatus and method for routing on Mobile Ad-hoc Network}
도 1은 종래의 노드 간의 연결을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 노드 A의 라우팅 테이블을 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 각기 다른 노드의 무선 통신 반경에 따른 비대칭 통신을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 노드를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 노드의 측정부를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인접 노드의 움직임에 따른 패킷 수신율을 측정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 신호 대 잡음비에 따른 다중 비트율을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 비트율에 따른 패킷의 전송 시간을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 신호 대 잡음비에 따른 패킷의 전송 시간을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 노드에 의해 라우팅 경로가 결정되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
410 : 라우팅 경로 결정부 420 : 저장부
430 : 패킷 생성부 440 : 측정부
450 : 송수신부
본 발명은 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 네트워크 내의 모든 노드로 하여금 인접 노드와의 신호 대 잡음비 및 인접 노드의 가입 또는 탈퇴에 대한 변화량을 이용하여 패킷 송신율을 측정하게 하고, 이 패킷 송신율을 이용하여 측정된 인접 노드와의 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 배포하게 함으로써 이를 저장하고 있는 네트워크 내의 각 노드가 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 이용한 라우팅 경로를 결정할 수 있게 하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
컴퓨터 기술 및 무선 통신 기술의 비약적인 발전에 힘입어 IP 통신을 이용한 개선된 이동 무선 컴퓨터가 점차적으로 확산될 것으로 기대된다. 이러한 추세에 따 라 이동 무선 네트워크 상에서 강력하고 효과적인 동작을 지원하기 위하여 이동 애드혹 네트워크(Mobile Ad-hoc Network)가 등장하였는데, 이동 애드혹 네트워크는 비교적 제한된 대역폭의 무선 링크로 이루어진 멀티-홉(multi-hop)의 형태를 갖는다.
이동 애드혹 네트워크 환경에서 임의의 두 노드 사이의 통신이 가능하도록 하기 위해서는 두 노드 사이의 데이터 패킷이 여러 개의 홉을 거쳐 전송되도록 하는 라우팅이 필요하다.
무선 링크(wireless link)와 무선 노드(mobile node)로 구성된 이동 애드혹 네트워크 환경에서의 패킷 스위칭을 위한 라우팅이 유선 환경에서의 라우팅과 다른 점은 동적인 변화가 자주 발생하고, 노드와 노드 사이의 링크 품질(link quality)이 시간 영역(time domain)과 공간 영역(space domain)에서 지속적으로 변화한다는 점이다.
도 1은 종래의 노드 간의 연결을 나타낸 도면이다.
이동 애드혹 네트워크의 궁극적인 목표는 노드의 이동성(mobility)을 확장하는 것으로서, 노드는 라우터 및 다른 노드에 연결되어 네트워크 라우팅 기반 구조를 형성하는 애드혹의 형태를 취하게 된다.
도 1과 같은 애드혹 네트워크가 형성되어 있다고 할 때, 노드 A가 데이터 패킷을 다른 노드에 전송할 수 있는 경로는 도 2와 같다. 여기서, 도 2는 도 1의 노드 A에 대한 라우팅 테이블을 나타낸 도면으로서, 노드 A가 저장하고 있다.
도 2에서 보는 바와 같이 노드 A는 다른 노드에 데이터 패킷을 전송하기 위 하여 가장 적은 수의 홉을 갖는 경로를 선택하여 라우팅 테이블을 작성하고, 이에 따라 데이터 패킷을 전송한다.
여기에서 발전된 형태가 노드의 패킷 수신율(Packet Delivery Rate) 또는 패킷 에러율(Packet Error Rate)을 계산하여 이에 따라 경로를 선택하고 데이터 패킷을 전송하는 것이다. 패킷 수신율 또는 패킷 에러율은 네트워크를 구성하는 모든 노드들이 일정한 주기에 따라 패킷을 브로드캐스트하고, 각 노드들이 이웃 노드들로부터 정해진 기간 동안 정상적으로 수신된 패킷의 비율을 측정하여 계산한다. 네트워크를 구성하는 모든 노드에 대한 패킷 수신율 또는 패킷 에러율에 대한 테이블을 저장하고 있는 각 노드는 이를 이용하여 링크의 품질을 판단하고 데이터 패킷을 전송하게 된다.
따라서, 종래의 무선 노드 간의 데이터 패킷 라우팅으로는 홉의 수를 이용한 라우팅과 패킷 수신율 또는 패킷 에러율을 이용한 라우팅이 있다고 할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 라우팅 방식은 링크 품질의 시간과 공간 영역에 따른 변화를 라우팅에 반영하지 못하는 단점이 있다. 예를 들면, 홉의 수를 이용한 라우팅의 경우 시간과 공간에 따라 네트워크의 환경이 수시로 변하기 때문에 링크 품질을 보장하기 힘들고, 패킷 수신율 또는 패킷 에러율을 이용한 라우팅의 경우 일정한 시간 동안 이웃 노드로부터 전송되는 패킷의 수신 횟수를 측정하여 패킷 수신율 또는 패킷 에러율을 계산하기 때문에 노드의 위치가 이동하면, 이동 후의 패킷 수신율은 이동 전의 패킷 수신율과 틀려져 부정확함이 있다. 도 3은 종래의 각기 다른 노드의 무선 통신 반경에 따른 비대칭 통신을 나타낸 도면이다.
도면에서 보는 바와 같이 노드 A(310), B(320), C(330), D(340)는 각기 다른 네트워크 반경을 가지고 있다. 여기서, 노드 A(310)와 노드 C(330)에 있어서 각 노드는 서로의 반경 안에 상대방이 속해 있으므로 상호 데이터 교환이 가능하다. 그러나, 노드 A(310)와 노드 B(320)에 있어서 노드 A(310)의 반경 안에는 노드 B(320)가 속하지만 노드 B의 반경 안에는 노드 A(310)가 속하지 않으므로 노드 B(320)를 인식하고 있는 노드 A(310)는 노드 B(320)로 데이터를 전송할 수 있지만, 노드 A(310)를 인식하지 못하는 노드 B(320)는 데이터를 전송할 수 없다.
이렇듯이 실제 이동 애드혹 네트워크 환경에서 노드 간의 링크는 다중 경로 페이딩(multi-path fading)과 외부 간섭의 영향으로 인해 비대칭적(asymmetric)이므로, 이러한 링크의 성격은 라우팅에 반영되어야 한다.
본 발명은 노드로 하여금 송신 또는 수신 링크 상태가 비대칭인 네트워크 환경에서도 최적의 라우팅 경로를 찾을 수 있게 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 송신 또는 수신 노드가 이동 중인 경우에도 송신 노드로 하여금 그 이동 상태에 따른 최적의 라우팅 경로를 찾을 수 있게 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개선된 라우팅 경로를 통하여 패킷을 전송함으로써 패킷 전송 시간을 단축하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있 을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치는 네트워크를 구성하는 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 저장하는 저장부와, 인접 노드와의 링크 상태를 측정하기 위한 패킷을 생성하는 패킷 생성부와, 상기 생성된 패킷을 송신하고, 그에 대한 응답 패킷을 수신하는 송수신부와, 상기 수신된 응답 패킷을 이용하여 인접 노드의 이동 변화 및 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 측정부 및 상기 측정된 상대적 패킷 전송 시간 및 상기 저장된 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 이용하여 목적지 노드와의 라우팅 경로를 결정하는 라우팅 경로 결정부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법은 네트워크를 구성하는 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 저장하는 단계와, 인접 노드와의 링크 상태를 측정하기 위한 패킷을 생성하는 단계와, 상기 생성된 패킷을 송신하고, 그에 대한 응답 패킷을 수신하는 단계와, 상기 수신된 응답 패킷을 이용하여 인접 노드의 이동 변화 및 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 단계 및 상기 측정된 상대적 패킷 전송 시간 및 상기 저장된 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 이용하여 목적지 노드와의 라우팅 경로를 결정하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있 다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 노드를 나타낸 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 노드는 저장부(420), 패킷 생성부(430), 라우팅 경로 결정부(410), 측정부(440) 및 송수신부(450)를 포함하여 구성된다.
저장부(420)는 노드의 이동 상태 및 네트워크를 구성하는 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 저장하는 역할을 한다.
여기서, 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태는 외부 노드와 외부 노드의 인접 노드 간에 측정된 송신 및 수신 시의 상대적 패킷 전송 시간이 포함된다.
패킷 생성부(430)는 인접 노드와의 링크 상태를 측정하기 위한 패킷을 생성하는 역할을 한다.
패킷 생성부(430)에 의해 생성되는 패킷은 크게 로컬 패킷과 글로벌 패킷으로 구분되는데, 로컬 패킷은 인접 노드로 전송되는 패킷이고 글로벌 패킷은 네트워크를 구성하는 모든 노드에 전송되는 패킷이다.
로컬 패킷에는 패킷 번호, 노드의 주소, 인접 노드의 주소, 노드의 이동 상태, 패킷 송신율 및 패킷 수신율 등이 포함되며, 글로벌 패킷에는 패킷 번호, 노드의 주소, 인접 노드와의 패킷 송신율 및 패킷 수신율 등이 포함된다.
여기서, 로컬 패킷은 인접 노드와의 링크 상태를 확인하고 패킷 송신율 및 패킷 수신율을 측정하기 위하여 주기적으로 인접 노드에게 브로드캐스트 되는 패킷으로서, 최초 생성 시 패킷 송신율 및 패킷 수신율 필드는 비어있는 상태이다. 최초 생성된 로컬 패킷이 인접 노드에 전송되면 이를 수신한 인접 노드는 패킷 수신율을 알 수 있게 되는데, 확인된 패킷 수신율을 자신의 저장부에 저장하고 확인된 패킷 수신율이 포함된 로컬 패킷을 전송하여 응답한다. 또한 인접 노드는 저장부에 저장된 정보에 대한 로컬 패킷을 자신의 인접 노드에 전송함으로써 자신의 링크 상태를 자신의 인접 노드에게 알릴 수도 있다. 그리고 최초 로컬 패킷을 전송한 노드는 인접 노드로부터 응답 받은 로컬 패킷을 이용하여 패킷 수신율을 알 수 있게 되며, 응답 패킷에 포함된 인접 노드의 패킷 수신율은 자신의 패킷 송신율이므로 인접 노드와의 패킷 송신율 및 패킷 수신율을 모두 알 수 있게 된다.
글로벌 패킷은 자신과 인접 노드와의 링크 상태를 네트워크를 구성하는 모든 노드에 알림으로써 각 노드로 하여금 라우팅 경로를 결정할 수 있게 하는데 사용된다. 따라서, 글로벌 패킷은 주기적으로 배포되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 글로벌 패킷에는 인접 노드와의 패킷 송신율 및 패킷 수신율이 포함되는 것이 바람직한데, 측정부에 의해 측정된 상대적 패킷 전송 시간이 포함되는 것이 가장 바람직하며, 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 통해 후술하기로 한다.
송수신부(450)는 패킷 생성부(430)에 의해 생성된 패킷을 송신하고, 그에 대한 응답 패킷을 수신하는 역할을 한다. 수신된 패킷은 측정부(440)로 전달된다.
측정부(440)는 송수신부(450)로부터 전달 받은 응답 패킷을 이용하여 인접 노드의 변화량에 따른 패킷 수신율을 측정하고, 이것이 반영된 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 역할을 한다. 측정부(440)에 대한 자세한 설명은 도 5를 통하여 후술하기로 한다.
라우팅 경로 결정부(410)는 저장부(420)에 저장된 네트워크를 구성하는 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 이용하여 목적지 노드와의 라우팅 경로를 결정하는 역할을 한다.
네트워크를 구성하는 모든 노드는 인접 노드와의 송신 및 수신에 대한 링크 상태 즉, 상대적 패킷 전송 시간을 측정하여 배포하고 외부 노드들의 상대적 패킷 전송 시간을 저장하는데, 라우팅 경로 결정부(410)는 저장된 외부 노드들의 상대적 패킷 전송 시간을 이용하여 목적지 노드로의 패킷 전송에 가장 적합한 경로를 결정하는 것이다.
여기서, 라우팅 경로 추출에는 Dijkstra 알고리즘이 사용될 수도 있으며, 기타의 망 분석 알고리즘이 사용될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 노드의 측정부를 나타낸 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 노드의 측정부(440)는 신호 대 잡음비 측정부(520), 이동 상태 측정부(510), 패킷 수신율 측정부(530) 및 상대적 패킷 전송 시간 측정부(540)를 포함하여 구성된다.
신호 대 잡음비 측정부(520)는 송수신부(450)로부터 전달 받은 인접 노드의 로컬 패킷의 신호 대 잡음비를 측정하는 역할을 한다.
신호 대 잡음비는 패킷 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication)를 측정하여 계산될 수 있다. 측정된 신호 대 잡음비는 신호 대 잡음비에 대한 패킷 전송 시간을 측정하는데 사용된다.
이동 상태 측정부(510)는 인접 노드의 가입 또는 탈퇴에 따른 변화량을 계산하여 노드의 이동 상태를 측정하는 역할을 한다.
노드의 이동 상태는 인접 노드의 가입 또는 탈퇴에 대한 변화량을 이용하여 판단될 수 있는데, 이는 정적인 노드의 경우 인접 노드의 변화량이 크지 않은 반면, 동적인 노드의 경우 인접 노드의 변화량이 크다는 것을 이용한 것이다.
인접 노드의 변화량 NV는 다음 수식에 의하여 계산된다.
Figure 112004063140013-pat00001
(0 ≤ NV ≤ 1)
여기서, Node inserted 는 최후 로컬 패킷 송신 후에 가입한 인접 노드의 수이고, Node deleted 는 최후 로컬 패킷 송신 후에 탈퇴한 인접 노드의 수이며, Node total 는 계산 시점에서의 총 인접 노드의 수이다.
예를 들어, 계산 시점 이전에 총 인접 노드의 수가 4이고, 가입한 인접 노드의 수가 2이고, 탈퇴한 인접 노드의 수가 1이면, 가입 및 탈퇴한 인접 노드의 총 수는 3이 되는데, 최초 인접 노드의 수가 4이고 이 때, 2개의 인접 노드가 가입하고 1개의 인접 노드가 탈퇴하였으므로 계산 시점에서 인접 노드의 총 수는 5가 된다. 따라서, 인접 노드의 변화량 NV는 3/5 = 0.6이 된다.
전술한 바와 같이 가입 또는 탈퇴한 인접 노드의 수는 최후 로컬 패킷 송신 후부터 다음 로컬 패킷을 송신하기 전까지 이동된 인접 노드의 수가 사용된다. 따라서, 인접 노드의 변화량 NV를 이용하여 정지 또는 이동으로 분류된 노드의 이동 상태는 지속적으로 갱신되어 저장부(420)에 저장되는 것이 바람직하다.
패킷 수신율 측정부(530)는 이동 상태 측정부(510)에 의해 측정된 노드의 이동 상태를 이용하여 인접 노드에 대한 이동 상태에 따른 패킷 수신율을 측정하는 역할을 한다.
인접 노드가 송신한 총 패킷에 대해 정상적으로 수신된 패킷의 비율인 패킷 수신율은 일반적으로 소정의 크기를 갖는 시간 범위(이하, 패킷 윈도우라 한다)에 대해 그 한도 내에서 정상적으로 수신된 패킷의 수를 이용하여 계산된다. 예를 들어, 패킷 윈도우의 크기가 8이고 송신된 8개의 패킷에 대해 정상적으로 수신된 패킷의 수가 7인 경우 패킷 수신율은 7/8이 되는 것이다. 따라서, 패킷이 노드 A에서 노드 B로 전송되는 경우 일정 시간 동안에 노드 A에 대한 노드 B의 패킷 수신율 PDR AB (t)를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112004063140013-pat00002
(0 ≤ PDR AB (t) ≤ 1)
여기서, wAB(t)는 시간 t 에서 노드 A에서 노드 B로의 패킷 윈도우의 크기 즉, 노드 A에서 노드 B로 전송된 패킷의 총 수이다. 또한, i를 노드 A의 패킷 송신 간격이라고 하면, PAB(t)는 시간 t -(wAB(t) ｘ i) 부터 t 사이에 노드 B가 노드 A로부터 정상적으로 수신한 패킷의 수이고, PDRAB(t)는 시간 t -(wAB(t) ｘ i) 부터 t 사이의 패킷 수신율이 된다.
이동 애드혹 네트워크 환경에서 각 노드는 이동성이 크다. 그러나, 위와 같은 패킷 수신율 계산 방법은 정적인 노드에 대한 방법이므로 이동 애드혹 네트워크 환경에서는 적합하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 노드의 이동 상태에 따른 패킷 수신율을 계산하는데, 이는 노드가 이동을 개시하면 하나의 윈도우에서 이전에 수신된 패킷의 수신 상태는 무시하고, 이동 이후부터 수신된 패킷에 대해서만 고려하는 것이다.
다시 말해, 패킷 수신율 측정부(530)는 저장부(420)에 저장된 자신의 이동 상태를 확인하고 그에 따른 패킷 수신율을 측정하는 것이다.
상대적 패킷 전송 시간 측정부(540)는 패킷 수신율 측정부(530)에 의해 측정된 패킷 수신율과 신호 대 잡음비 측정부에 의해 측정된 신호 대 잡음비를 이용하 여 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 역할을 한다.
802.11계열 무선 네트워크는 다중 데이터 전송률(multiple data rate)이 지원되는데, 이는 노드 간의 채널 상황에 따라 패킷 전송 시 사용되는 변조 방식이 달라지기 때문이다. 802.11b에서는 1Mbps, 2Mbps, 5.5Mbps, 11Mbps의 전송 비트율이 지원된다.
변조 방식에 따라 패킷 전송 과정에서의 비트 에러율(Bit Error Rate)도 달라지는데, 높은 전송 비트율에서 패킷의 전송 속도는 빠르지만 에러 발생률이 높아지고, 낮은 전송 비트율에서 패킷의 전송 속도는 느리지만 에러 발생률이 낮아진다.
따라서, 노드 간의 채널 상황이 양호하여 패킷 송수신이 원활하면 높은 전송 비트율을 통하여 패킷이 전송되는 것이 바람직하고, 노드 간의 채널 상황이 열악하여 패킷 송수신이 원활하지 않으면 낮은 전송 비트율을 통하여 패킷이 전송되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 목적지 노드로의 라우팅 경로 결정 시 다중 비트율이 고려되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 노드 간의 채널 상황은 신호 대 잡음비 측정부(520)에 의해 측정된 신호 대 잡음비에 의해 판단된다. 도 7은 다중 비트율과 신호 대 잡음비의 관계를 나타낸 실험 결과로서, 신호 대 잡음비가 낮은 경우 전송 비트율이 낮게 형성되고, 신호 대 잡음비가 높은 경우 전송 비트율이 높게 형성되는 것을 나타낸다.
하나의 데이터 프레임을 전송할 때 소요되는 시간을 전송 비트율에 따라 정리하면 도 8과 같다. 도 8은 일반적인 무선 네트워크에서의 데이터 프레임의 구성 과 각 필드의 전송에 소요되는 시간을 전송 비트율에 따라 정리한 것으로서 일반적인 무선 랜에서 한 프레임에 전송될 수 있는 최대 데이터의 크기(Maximum Transmission Unit)인 1500 바이트의 데이터 프레임에 대한 것이다.
여기서, DIFS, SIFS, ACK는 802.11 표준값이고, Backoff는 일반적인 Backoff에 대한 평균 값이며, Data는 데이터 크기와 전송률을 이용한 계산 값이다.
따라서, 도 7의 실험 결과와 도 8의 결과를 이용하여 신호 대 잡음비에 따른 패킷 전송 시간을 정리하면 도 9와 같게 된다.
이상과 같은 노드의 이동 상태에 따른 패킷 수신율과 신호 대 잡음비에 따른 패킷의 전송 시간을 이용하여 노드 간의 상대적 패킷 전송 시간 M AB 를 구하는 식은 다음과 같다.
Figure 112004063140013-pat00003
여기서, PDR AB 는 노드 A가 송신한 패킷에 대해 노드 B가 수신한 패킷의 비율인 노드 B의 패킷 수신율이고, TT(SNR AB )는 노드 A에 대한 노드 B의 신호 대 잡음비에 따른 패킷 전송 시간이다. 이동 상태에 따른 패킷 수신율의 역수에 신호 대 잡음비에 따른 패킷 전송 시간을 곱하므로, M AB 는 노드 A에서 노드 B로의 패킷 전송 시 재전송을 포함한 상대적 패킷 전송 시간이 된다. 예를 들어, 노드 A에서 노드 B로의 이동 상태에 따른 패킷 수신율이 1/2이면, 최초 패킷 전송 실패 시 재전송 과정을 거쳐 패킷 전송 시간이 2배가 되기 때문에, 상대적 전송 시간도 2배 증가하게 된다.
네트워크를 구성하는 모든 노드는 자신의 인접 노드에 대해 노드의 이동 상태에 따른 패킷 수신율이 반영된 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하고, 이를 글로벌 패킷을 통하여 다른 노드들에게 전달한다.
따라서, 각 노드는 이를 이용하여 네트워크를 구성하는 노드 간 링크 상태를 파악할 수 있게 되고, 최적의 라우팅 경로를 결정할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인접 노드의 움직임에 따른 패킷 수신율을 측정하는 방법을 나타낸 도면이다.
일반적인 패킷 수신율은 일정 시간 동안 수신해야 할 패킷의 수에 대해 실제로 수신된 패킷의 수를 통해 계산된다. 따라서, 과거 일정 시간 동안 수신된 데이터가 현재 패킷 수신율의 계산에 영향을 미치게 된다.
그러나 이러한 방식의 패킷 수신율 계산은 이동 애드혹 네트워크 환경에서는 이동 전의 노드 위치와 이동 후의 노드 위치에서의 링크 품질의 차이로 인해 오류를 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 노드의 이동에 따라 패킷 윈도우(640)의 크기를 조정하는 방법이 사용된다. 이 때, 패킷 윈도우의 크기는 임의의 범위 내에서 조정될 수 있다. 또한, 패킷 윈도우의 크기의 범위는 모든 노드에게 동일하게 적용되는 것이 바람직하다.
도 6은 정적인 노드 A(620) 및 이동 노드 B(630)가 송신 노드 S(610)로부터 패킷을 수신하는 것을 나타낸다. 각 그 패킷 윈도우(640)의 최대 크기는 8이다.
노드 A(620)가 송신 노드 S(610)로부터 패킷을 수신하는 경우에는 패킷 윈도 우(640) 전체가 사용되어 패킷 수신율이 계산되는데, 도면에서 보는 바와 같이 8개의 패킷 중 1개의 패킷이 수신되지 않았으므로 패킷 수신율은 7/8이 된다.
그러나 이동 노드 B(630)가 송신 노드 S(610)로부터 패킷을 수신하며 이동하는 경우에는 이동하는 시점 이전의 패킷 수신 상태는 무시되고, 그 이후부터의 패킷 수신 상태만이 고려되는 것이다. 다시 말해, 도면에서 보는 바와 같이 이동 전의 위치인 Bold구간에서의 패킷 수신 상태는 무시되고, 이동 상태에는 패킷 윈도우의 크기를 최소로 줄이며, 새로운 위치인 Bnew구간에 도착하여 정지하면 패킷 윈도우의 크기를 패킷의 수신 간격에 따라 점진적으로 증가시켜 새로운 위치에서의 패킷 수신 상태에 대해서만 패킷 수신율이 계산되는 것이다. 따라서, 이동 후 노드 B(630)에 대한 패킷 수신율은 3개의 패킷 중 2개가 정상적으로 수신되었으므로 2/3이 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 노드에 의해 라우팅 경로가 결정되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
이동 애드혹 네트워크를 구성하는 노드는 인접 노드와의 링크 상태를 측정하기 위하여 로컬 패킷을 송신한다(S1010). 생성된 로컬 패킷이 인접 노드에 전송되면 이를 수신한 인접 노드는 패킷 수신율을 알 수 있게 되는데, 인접 노드는 확인된 패킷 수신율이 포함된 로컬 패킷으로 응답한다.
또한, 인접 노드로부터 응답 패킷을 수신(S1020)한 노드는 이를 이용하여 인접 노드와의 패킷 수신율을 알 수 있게 되는데, 응답 패킷에 포함된 인접 노드의 패킷 수신율은 자신의 패킷 송신율이므로 인접 노드와의 패킷 송신율 및 패킷 수신율을 모두 알 수 있게 된다.
인접 노드로부터 수신한 패킷을 이용한 패킷 수신율 측정(S1030)은 측정부(440)에 의하여 수행되는데, 측정부(440)는 송수신부(450)로부터 전달 받은 응답 패킷을 이용하여 노드의 이동 상태, 신호 대 잡음비, 패킷 수신율 등을 측정한다. 또한, 측정부(440)는 노드의 이동 상태, 신호 대 잡음비 및 패킷 수신율 등을 이용하여 상대적 패킷 전송 시간을 측정하고 송수신부(450)를 통하여 외부 노드에 배포한다.
네트워크를 구성하는 모든 노드는 인접 노드와의 송신 및 수신에 대한 링크 상태 즉, 상대적 패킷 전송 시간을 측정하여 배포하고 외부 노드들의 상대적 패킷 전송 시간을 저장부(420)에 저장하는데, 본 발명의 실시예에 따른 무선 노드 또한 외부 노드들의 상대적 패킷 전송 시간을 저장부(420)에 저장하고 있다가 이를 이용하여 최적의 라우팅 경로를 결정한다(S1040).
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
송수신부(450)가 수신한 인접 노드의 응답 패킷은 측정부(440)로 전달되고, 측정부(440)는 전달 받은 응답 패킷을 이용하여 인접 노드와의 상대적 패킷 전송 시간을 측정한다.
측정부(440)는 우선 인접 노드의 가입 또는 탈퇴에 따른 이동 변화량을 측정한다(S1110). 이는 인접 노드의 변화량을 통하여 자신의 이동 상태를 파악하기 위 한 것으로서 응답 패킷에 포함된 노드의 주소를 통하여 가입 또는 탈퇴가 확인된다. 인접 노드의 변화량은 그 크기에 따라 정지 또는 이동으로 분류된 노드의 이동 상태로 저장부(420)에 저장된다.
노드의 이동 상태가 저장부(420)에 저장되면, 패킷 수신율 측정부(530)에 의하여 노드의 이동 상태에 따른 패킷 수신율이 측정된다(S1120).
패킷 수신율 측정부(530)는 노드가 최초 동작할 때, 최소 패킷 윈도우의 크기로 시작하여 패킷 수신율을 측정하고, 노드가 정지 중인 경우에는 패킷 윈도우(640)의 크기를 패킷의 수신 간격에 따라 점진적으로 증가시켜 최대값으로 유지하도록 하여 패킷 수신율을 측정하고, 노드가 이동 중인 경우에는 패킷 윈도우의 크기를 최소값으로 조정하여 정지 중인 경우에 수신된 패킷은 무시하고, 이동 중에 수신된 패킷만을 고려하여 패킷 수신율을 측정한다.
그리고, 신호 대 잡음비 측정부(520)에 의해 신호 대 잡음비가 측정되는데(S1130), 이는 신호 대 잡음비에 대한 패킷 전송 시간을 측정하기 위하여 사용된다.
본 발명에서 신호 대 잡음비에 대한 패킷 전송 시간은 다중 비트율이 지원되는 네트워크 환경에서의 신호 대 잡음비에 대한 패킷 전송 시간으로서 이는 도 9의 값이 그대로 적용되어 사용될 수도 있으며, 상황에 따라 다른 실험 결과에 의한 값이 사용될 수도 있다.
신호 대 잡음비에 대한 패킷 전송 시간이 측정되면 이는 노드의 이동 상태에 따른 패킷 수신율의 역수와 곱해져서 결국 상대적 패킷 전송 시간이 측정된다 (S1140).
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 본 발명은 노드로 하여금 송신 또는 수신 링크 상태가 비대칭인 네트워크 환경에서도 최적의 라우팅 경로를 찾을 수 있게 하는 장점이 있다.
둘째, 본 발명은 송신 또는 수신 노드가 이동 중인 경우에도 송신 노드로 하여금 그 이동 상태에 따른 라우팅 경로를 찾을 수 있게 하는 장점도 있다.
셋째, 본 발명은 개선된 라우팅 경로를 통하여 패킷을 전송함으로써 패킷 전송 시간을 단축하는 장점도 있다.

Claims (10)

  1. 인접 노드와의 링크 상태를 측정하기 위한 패킷을 송신하고, 그에 대한 응답 패킷을 수신하는 송수신부;
    상기 수신된 응답 패킷을 이용하여 상기 인접 노드의 이동 변화 및 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 상대적 패킷 전송 시간 및 상기 저장된 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 이용하여 목적지 노드와의 라우팅 경로를 결정하는 라우팅 경로 결정부를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인접 노드와의 링크 상태는
    상기 인접 노드에 대한 송신 및 수신에 대한 상대적 패킷 전송 시간 및 자신의 이동 상태를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 인접 노드의 가입 또는 탈퇴에 대한 변화량을 측정하는 이동 상태 측정부;
    상기 측정된 변화량을 이용하여 상기 인접 노드와의 패킷 수신율을 측정하는 패킷 수신율 측정부; 및
    상기 수신된 응답 패킷의 신호 대 잡음비를 측정하는 신호 대 잡음비 측정부;
    상기 측정된 패킷 수신율 및 상기 측정된 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 상대적 패킷 전송 시간 측정부를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 패킷 수신율은
    소정의 크기를 갖는 패킷 윈도우의 한도 내에서 상기 인접 노드가 송신한 패킷 중 정상적으로 수신된 패킷의 수의 비율인 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 패킷 수신율은
    상기 변화량이 임계 값 이상인 경우 상기 패킷 윈도우에 대해 이전에 수신된 패킷의 수가 배제된 상태에서 정상적으로 수신된 패킷의 수의 비율인 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 장치.
  6. 인접 노드와의 링크 상태를 측정하기 위한 패킷을 송신하고, 그에 대한 응답 패킷을 수신하는 단계;
    상기 수신된 응답 패킷을 이용하여 상기 인접 노드의 이동 변화 및 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 상대적 패킷 전송 시간 및 상기 저장된 외부 노드에 대한 인접 노드와의 링크 상태를 이용하여 목적지 노드와의 라우팅 경로를 결정하는 단계를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 인접 노드와의 링크 상태는
    상기 인접 노드에 대한 송신 및 수신에 대한 상대적 패킷 전송 시간 및 자신의 이동 상태를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 패킷 전송 시간을 측정하는 단계는
    상기 인접 노드의 가입 또는 탈퇴에 대한 변화량을 측정하는 단계;
    상기 측정된 변화량을 이용하여 상기 인접 노드와의 패킷 수신율을 측정하는 단계; 및
    상기 수신된 응답 패킷의 신호 대 잡음비를 측정하는 단계;
    상기 측정된 패킷 수신율 및 상기 측정된 신호 대 잡음비에 따른 상대적 패킷 전송 시간을 측정하는 단계를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방 법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 패킷 수신율은
    소정의 크기를 갖는 패킷 윈도우의 한도 내에서 상기 인접 노드가 송신한 패킷 중 정상적으로 수신된 패킷의 수의 비율인 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 패킷 수신율은
    상기 변화량이 임계 값 이상인 경우 상기 패킷 윈도우에 대해 이전에 수신된 패킷의 수가 배제된 상태에서 정상적으로 수신된 패킷의 수의 비율인 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
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