KR100690632B1 - 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모바일 애드 혹 네트워크(Mobile Ad hoc network) 환경의 경로 선택 과정에서, 각 경로의 홉(hop) 수와 에너지 파라미터를 적절히 고려하여 에너지 효율적인 경로를 선택하기 위한 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법에 관한 것이다.

본 발명은 송신 노드에서 중간 노드를 경유하여 수신 노드에 다수의 후보 경로를 제시하는 단계와; 상기 제시받은 다수의 후보 경로에서 송신 노드로부터 수신 노드까지의 홉 수와 그 경로의 에너지 총 잔량을 검출하는 단계와; 상기 검출된 홉 수와 경로의 에너지 총 잔량을 이용하여 각 후보경로에 대한 최적 경로 선택을 위한 패킷 전송 비용 파라미터를 계산하는 단계와; 상기 계산된 패킷 전용 비용이 가장 적은 경로를 최적 경로로 판단하는 단계를 포함하여 이루어짐으로써 달성할 수 있다.

Description

애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법{CHANNEL DECISION METHOD FOR MOBILE AD HOC NETWORK}

도 1은 본 발명과 종래의 경로 선택 프로토콜을 비교하기 위해 보인 네트워크 토폴로지 예시도.

도 2는 상기 도1의 네트워크에서 종래 최소 홉 경로 선택 프로토콜(MHRP)에 의해 선택된 경로를 보인 예시도.

도 3은 상기 도1의 네트워크에서 종래 최대 에너지 경로 선택 프로토콜(MERP)에 의해 선택된 경로를 보인 예시도.

도 4는 본 발명에 따른 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법을 보인 상태도.

도 5는 상기 도1의 네트워크에서 본 발명에 의해 선택된 최저 비용을 갖는 경로를 보인 예시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 송신노드 200 : 중간노드

300 : 수신노드

본 발명은 애드 혹 네트워크의 경로 선택 시 홉 수와 에너지 관련 파라미터 적용 기법에 관한 것으로, 특히 모바일 애드 혹 네트워크(Mobile Ad hoc network) 환경의 경로 선택 과정에서, 각 경로의 홉(hop) 수와 에너지 파라미터를 적절히 고려하여 에너지 효율적인 경로를 선택하기 위한 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 무선망은 크게 두가지 링크 구조(Link Structure) 개념이 존재하는데, 하나는 인프라 구조(Infra Structure) 방식이고 다른 하나는 애드 혹 네트워크(Ad hoc network) 방식이다.

상기 인프라 구조 방식은 하나의 허브를 기준으로, 수십 수백대의 단말기들이 한정적으로 연결되어 네트워크를 형성하는 방식이다. 여기서, 허브는 일종의 중계기, 기지국의 성격을 갖는다.

반면에, 애드 혹 네트워크 방식은 각각의 단말기들이 공간상에 독립적으로 존재하면서, 자신이 인식할 수 있는 반경안의 모든 기기들을 모두 연결하여 네트워크화 하는 방식이다. 따라서, 각각의 기기들은 서버가 될 수도 있고 허브가 될 수도 있으며 클라이언트로도 존재할 수 있다.

상기 애드 혹 네트워크 기반 장치에는 PDA와 RFID 태그, 스마트카드 등이 있는데, 앞으로 홈 네트워크 시스템에서 구현될 무선망 기술에서는 애드 혹 네트워크 방식을 더욱 활용하게 될 것이며, 홈 네트워크의 활성화에 따라 점차 그에 대한 활용성과 중요성이 높아지고 있는 상황이다.

이하, 상기 애드 혹 네트워크 방식에서의 경로 선택 방법에 대해서 살펴보기 로 한다.

종래 애드 혹 네트워크 방식의 경로 선택 방법에는, 최소 홉 경로 선택 프로토콜(MHRP : Minimum Hop Routing Protocol)과 최대 에너지 경로 선택 프로토콜(MERP : Maximum Energy Routing Protocol)이 있다.

상기 두 방법은 시그널링 오버헤드가 비교적 작은 주문형(On-demanding) 방식의 라우팅 프로토콜로서, 여러 후보 경로들 중 패킷이 전송될 하나의 경로를 선택하는 대표적인 프로토콜이다.

우선, 상기 최소 홉 경로 선택 프로토콜(MHRP)은, 후보 경로들 중에서 송신 노드와 수신 노드 사이에 홉(hop) 수가 최소인 경로를 최적 경로로 선택하는 기법으로서, 최소 홉 수를 갖는 경로를 이용하여 패킷 전송을 하기 때문에 비교적 지연이 짧고, 단말의 이동이나 링크 절단(Link Fail)과 같은 극단적인 네트워크 환경 변화가 없는 한, 최적 경로의 변화가 없이 비교적 안정적으로 경로를 유지한다.

또한, 하나의 패킷이 전송될 때 전송에 소모되는 네트워크상의 에너지 량은 다른 알고리즘에 비해 최대한 같거나 적게 요구되는 특징이 있다.

그러나, 이 기법(MHRP)은 후보 경로들의 홉 수가 모두 동일할 경우 경로 선택에 있어서 우선순위가 없어지며, 계속적으로 홉 수가 최소인 경로만을 이용하기 때문에, 경로상의 노드에만 라우팅 부담이 가중되어 네트워크 분단 시점을 앞당길 수 있는 문제점이 있다.

한편, 상기 최대 에너지 경로 선택 프로토콜(MERP)은, 후보 경로들 중에서 각 노드의 에너지 잔량의 총합이 최대가 되는 경로를 최적 경로로 선택하는 기법으 로서, 현재 남아 있는 에너지의 총합이 큰 경로를 이용하여 전송함으로써, 네트워크 전반에 걸쳐 비교적 공평하게 에너지 소모가 발생하도록 하여, 특정 노드에 라우팅 부담이 편중되는 문제점을 방지할 수 있다.

그러나, 이 기법(MERP)은 동일한 소스, 목적지에 대한 또 다른 후보 경로를 포함하고 있는 후보 경로는 고려대상에서 제외 시킨다는 문제점이 있다. 즉, 다른 후보 경로를 포함하는 경로는 경로상의 에너지 잔량의 합이 최대가 되어도 그 경로가 반드시 최적이라 할 수 없기 때문에 후보 경로에서 제외하는 것이다.

또한, 상기 기법(MERP)은 단순히 에너지 잔량의 총합이 최대가 되는 경로를 선택하는 방식으로, 수신 노드까지 많은 수의 홉을 경유하는 경로가 선택될 수 있는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 모바일 애드 혹 네트워크 환경의 경로 선택 과정에서, 각 경로의 홉(hop) 수와 에너지 파라미터를 적절히 고려하여 에너지 효율적인 경로를 선택하기 위한 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 송신 노드에서 중간 노드를 경유하여 수신 노드에 다수의 후보 경로를 제시하는 단계와; 상기 제시받은 다수의 후보 경로에서 송신 노드로부터 수신 노드까지의 홉 수와 그 경로의 에너지 총 잔량을 검출하는 단계와; 상기 검출된 홉 수와 경로의 에너지 총 잔량을 이용하여 각 후보경로에 대한 최적 경로 선택을 위한 패킷 전송 비용 파라미터를 계산하는 단계 와; 상기 계산된 패킷 전용 비용이 가장 적은 경로를 최적 경로로 판단하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 애드 혹 네트워크의 경로를 선택함에 있어서, 경로의 홉 수와 중간 노드의 에너지 합을 동시에 고려하여, 라우팅되는 홉 수를 줄여 요구되는 에너지 량을 최소화하면서, 특정 노드가 아닌 네트워크 전반에서 에너지가 소모될 수 있는 경로를 선택함으로써, 세션이 장시간 지속될 경우에도 네트워크 분단을 방지할 수 있도록 하는 방법의 제공을 요지로 한다.

본 발명은 애드 혹 네트워크의 경로 선택을 위한 기존의 두 파라미터(홉 수, 에너지량)를 고려한 새로운 경로 선택 파라미터(비용)를 도출하고, 이를 이용해 경로를 선택할 수 있도록 함으로써, 중간 노드의 에너지 소비가 특정 노드로 국한되는 것을 막고, 네트워크 분단을 방지할 수 있는 에너지 잔량을 갖는 경로들 중에서, 수신 노드까지 최소의 홉 수를 갖는 경로를 선택할 수 있도록 하는 방법의 제공을 요지로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도1에 도시된 간단한 네트워크 토폴로지와 다음 표1을 참조하여, 기존의 각 경로 선택 프로토콜과 본 발명에 의한 경로 선택 프로토콜의 차이점을 비교해 보기로 한다.

다음 표1은 도1에 도시된 네트워크에서 고려될 수 있는 후보 경로와 각 경로 의 홉 수, 에너지 값을 나타낸다.

후보 경로(from S to D)	홉 수	에너지량
경로 "S - Node A - Node B - Node C - NOde D - D"	5	7
경로 "S - Node B - Node C - Node D - D"	4	5
경로 "S - Node E - D"	2	3
경로 "S - Node F - Node G - D"	3	4

즉, 도1에서 종래의 최소 홉 경로 선택 프로토콜(MHRP)에 의해 선택되는 경로는, 상기 표1에서 최소 홉 수 "2"를 갖는 경로인 "S - node E - D" 가 되며 도2에서 확인해 볼 수 있다.

또한, 도1에서 최대 에너지 경로 선택 프로토콜(MERP)에 의해 선택되는 경로는, 상기 표1에서 에너지 "7"을 갖는 경로가 아니고, 에너지 "5"를 갖는 경로인 "S - Node B - Node C - Node D - D" 가 된다.

왜냐하면, 경로 상 모든 노드의 에너지 총합이 최대가 되는 경로인 "S - Node A - Node B - Node C - Node D - D"는, 또 다른 경로인 "S - Node B - Node C - Node D - D"를 포함하기 때문에, 상술한 바와 같이 다른 경로를 포함한 경로는 후보 경로에서 제외된다는 원칙에 의해, 최적 경로는 "S - Node B - Node C - Node D - D"가 선택되는 것이며 도3에서 확인해 볼 수 있다.

상기와 같이 종래의 애드 혹 네트워크에서의 경로 선택 방식은, 에너지 수준이 낮은 노드가 많은 트래픽을 전송하게 될 경우, 해당 노드의 에너지 잔량이 점차 적어져서 결국 이 노드를 경유하는 모든 경로들을 사용할 수 없게 되며, 이런 노드의 증가는 네트워크 분단(network partition)이 발생하는 원인이 된다. 또한, 에너지의 편중된 소비는 특정 방향으로의 전송만이 가능한 비대칭적인 링크 특성을 발생시키는 문제점이 있다.

여기서, 네트워크 분단이란 경로에서 라우팅 기능을 수행하는 중간 노드가 더 이상 라우팅 기능을 지원할 수 없는 경우에, 송신 노드가 수신 노드로의 경로를 찾지 못할 경우를 의미한다.

다음, 도4는 본 발명에 따른 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법을 보인 상태도로서, 수신 노드(300)에 여러 개의 후보 경로를 제시 받기까지의 전 단계는 기존의 주문형 방식인 DSR(Dynamic Source Routing)과 유사하다.

단, 각 후보 경로의 중간 노드(200)에서는 송신노드(100)로부터 수신한 라우트 요구 메시지(RREQ : Route REQuest)를 브로드캐스트 할 때, 자신의 에너지량을 에너지 관련 필드(Field)내에 있는 값에 더하여 전송한다(S101, S102).

즉, 본 발명에서는 기존의 라우트 요구 메시지에 에너지 관련 필드를 새롭게 추가해야 한다.

한편, 상기 중간 노드(200)의 계속적인 라우트 요구 메시지(RREQ)의 플러딩(flooding)으로 인해, 수신 노드(300)는 여러 개의 후보 경로를 제시 받게 되며, 송신 노드(100)로부터 수신 노드까지의 홉 수와 그 경로의 에너지 총 잔량을 알 수 있게 된다(S103).

이에 따라, 수신 노드(300)는 전송된 두 파라미터, 즉 홉 수와 경로의 에너지 총 잔량을 이용하여, 각 후보경로(i)에 대하여 경로 선택을 위한 새로운 파라미터인 패킷 전송 비용(Cost)을 계산한다(S104). 이 비용의 계산은 다음 수학식1을 통해 이루어진다.

여기서,

는 경로(i)에 대한 패킷 전송 비용이며 최대 1의 값을 갖는다. 상기 수학식1에서

는 각 경로(i)의 에너지 총합,

는 각 경로(i)의 홉 수,

는

중 최소값,

는

중 최대값을 의미한다.

또한,

는 각각 경로의 홉 수와 에너지 총합 파라미터의 가중치로써 네트워크 초기 생성시 결정된다.

이에 따라, 수신 노드(300)는 상기 수학식1을 바탕으로 구한 각 경로의 패킷 전송 비용을 비교하여, 최소값을 취하는 경로를 최적 경로로 결정하고(S105), 그 경로 정보를 담은 라우트 응답 메시지(RREP : Route REsPonse)를 송신 노드(100)로 전달한다. 이후 송신 노드(300)는 이 라우트 응답 메시지(RREP)에 의해 경로를 설정함으로써, 기존의 DSR 방식과 동일한 방법으로 상기 결정된 최적 경로를 통해 패킷을 송수신한다(S106).

다음 표2는 본 발명에 의한 최적경로 결정 시 고려하는 각 경로에 대한 비용 파라미터를 상기 수학식1에 의해 계산하여 보인 테이블이다.

후보 경로(from S to D)	홉수	에너지량	비용
경로 "S - Node A - Node B - Node C - NOde D - D"	5	7	0.714
경로 "S - Node B - Node C - Node D - D"	4	5	0.7
경로 "S - Node E - D"	2	3	0.7
경로 "S - Node F - Node G - D"	3	4	0.675

여기서, 가중치(

)는 0.5 인 것으로 가정한다.

상기 표2를 참조하면, 본 발명에서 선택하는 경로는 비용이 0.675로 가장 작은 경로를 선택하게 됨으로써, 비용이 0.7인 종래 최대 에너지 경로 선택 프로토콜(MERP)에 의해 선택되는 경로(S - Node B - Node C - Node D - D)에 비하여 홉 수가 적기 때문에 패킷 전송에 요구되는 에너지를 줄일 수 있으며, 아울러, 경로 에너지 량을 고려하여 네트워크 분단을 늦추도록 함과 동시에 홉 수를 이용한 비용 계산을 통하여 패킷 전송에 필요한 절대적인 에너지 량을 줄일 수 있게 되며, 그 경로는 도5에서 확인해 볼 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법은 모바일 애드 혹 네트워크 환경의 경로 선택 과정에서, 각 경로의 홉(hop) 수와 에 너지 파라미터를 적절히 고려하여 에너지 효율적인 경로를 선택할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 각 경로의 홉 수를 고려한 경로 선택 알고리즘과 경로의 에너지 총합을 기반으로 동작하는 최대 에너지 경로 선택 프로토콜의 장점을 동시에 고려하여 경로를 선택할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 홉 수와 에너지 총합을 패킷 전송 비용으로 계산하고, 이를 바탕으로 적은 수의 홉 수를 갖고, 높은 에너지 수위를 보유한 경로를 선택하게 함으로써, 경로에 대한 패킷의 전달 지연이 짧고, 패킷 전달에 의한 네트워크의 에너지 소모를 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 라우팅에 의한 에너지 소비를 네트워크 전반에 확산시켜, 특정 노드가 계속적으로 중간 노드로서 사용되는 것을 막을 수 있도록 함으로써, 네트워크이 분단 시점을 지연시켜 애드 혹 네트워크의 형성 시간을 연장시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 송신 노드에서 중간 노드를 경유하여 수신 노드에 다수의 후보 경로를 제시하는 단계와;

   상기 제시받은 다수의 후보 경로에서 송신 노드로부터 수신 노드까지의 홉 수와 그 경로의 에너지 총 잔량을 검출하는 단계와;

   상기 검출된 홉 수와 경로의 에너지 총 잔량을 이용하여 각 후보경로에 대한 최적 경로 선택을 위한 패킷 전송 비용 파라미터를 계산하는 단계와;

   상기 계산된 패킷 전용 비용이 가장 적은 경로를 최적 경로로 판단하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 후보 경로는 송신 노드로부터 브로트캐스트 하는 라우트 요구 메시지(RREQ : Route REQuest)를 통해 제시하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 라우트 요구 메시지(RREQ)를 브로드캐스트할 때, 각 후보 경로의 중간 노드에서는 자신의 에너지량을 에너지 관련 필드내에 있는 값에 더하여 전송하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 각 경로(i)에 대한 패킷 전송 비용(

   

   )은, 다음 수학식1에 의해 산출하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법.

   (수학식 1)

   

   여기서,

   

   는 각 경로(i)의 에너지 총합,

   

   는 각 경로(i)의 홉 수,

   

   는

   

   중 최소값,

   

   는

   

   중 최대값,

   

   는 각각 경로의 홉 수와 에너지 총합 파라미터의 가중치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 수신 노드는 상기 수학식1을 바탕으로 결정한 최적 경로 정보를 포함하는 라우트 응답 메시지(RREP : Route REsPonse)를 송신 노드로 전달하는 단계와;

   상기 라우트 응답 메시지를 수신한 송신 노드에서 상기 라우트 응답 메시지(RREP)에 포함된 경로 정보에 의해 수신 노드와의 경로를 설정하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크의 경로 선택 방법.

Images