KR100749518B1

KR100749518B1 - 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹네트워크에서의 라우팅 방법

Info

Publication number: KR100749518B1
Application number: KR1020060082522A
Authority: KR
Inventors: 오훈; 윤석열
Original assignee: 울산대학교 산학협력단
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2007-08-14
Anticipated expiration: 2026-08-29

Abstract

본 발명은 이동 애드혹 네트워크상의 라우팅 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 컨트롤 오버헤드를 줄이고, 테이블 정보의 수렴속도를 향상시킬 수 있는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 라우팅 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 토폴로지 형성을 위하여 이용하는 제어메시지에 변경된 정보만을 반영함으로써 컨트롤 오버헤드가 감소하는 장점이 있다.

또한, 제어메시지를 3홉까지 연속적으로 전달하므로 기존에 비하여 라우팅 테이블 정보의 수렴시간을 훨씬 단축될 수 있다.

나아가, 적응적 라우팅을 통해 데이터 전송경로를 단축시킬 수 있으며, 클러스터헤드의 혼잡성을 완화시킬 수 있다.

이동 애드혹 네트워크, MA Network, 컨트롤 오버헤드, 라우팅 테이블

Description

클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법{Routing method for mobile Ad hoc network based on routing table using clustering}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법의 흐름도,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크의 구성도이다.

본 발명은 이동 애드혹 네트워크상의 라우팅 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 컨트롤 오버헤드를 줄이고, 테이블 정보의 수렴속도를 향상시킬 수 있는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법에 관한 것이다.

이동 애드혹 네트워크란, 고정된 인프라가 없는 장소에서 이동 노드들이 자율적으로 임시 구성한 네트워크를 말하는 것으로서, 에너지 소비 및 스펙트럼 효율성을 고려하여 이동성 노드들의 전송거리가 한정되어야 하므로, 원거리 떨어진 이 동 노드들 간의 통신을 위해서는 멀티 홉(multi-hop) 통신방식을 이용하게 된다.

이와 같은 이동 애드혹 네트워크는, 노드의 이동성이라는 특성으로 인하여 토폴로지(topology)가 수시로 변경될 수 있기 때문에, 동적인 토폴로지에서 효율적으로 경로를 유지 또는 보수할 수 있는 라우팅 방법이 필요하다.

종래에 이러한 이동 애드혹 네트워크에서 이용되던 라우팅 방법으로는 요구기반(on-demand) 방식과 테이블기반(proactive) 방식이 있는데, DSR(Dynamic Source Routing) 또는 AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)와 같은 요구 기반 방식은 네트워크의 모든 이동 노드에 대한 전체 경로를 상시 유지하는 것이 아니라 데이터 전송이 필요한 경우에만 경로를 탐색하여 데이터 전송을 수행하게 된다.

따라서 이와 같은 요구 기반 방식은, 경로 탐색시간 동안 일시적인 지연이 발생하고 경로탐색을 위한 컨트롤패킷을 네트워크 부분 혹은 전체에 플러딩해야 하기 때문에 일시적인 네트워크 과부하가 발생하여 다른 세션들의 통신에 방해가 되는 문제점이 있었다.

또한, DSDV(Destination-Sequence Distance-Vector),WRP(Wireless Routing Protocol)와 같은 테이블 기반 방식은 각각의 노드가 데이터 전송여부에 관계없이 주기적으로 혹은 네트워크 토폴로지가 변화하는 경우에 자신의 경로 정보를 방송하여 각 노드가 다른 노드들에 대한 경로정보를 최신으로 유지하게 한다.

이러한 테이블 기반 방식은, 각 노드가 다른 노드들의 경로정보를 보유하고 있기 때문에 경로 탐색들의 불필요한 절차를 거치지 않고 데이터를 전송하는 것이 가능하다. 그러나, 경로테이블의 유지보수를 위해 제어메시지를 전송해야 하기 때 문에 불필요한 통신자원을 낭비하게 되며, 노드의 수에 비례하여 컨트롤 오버헤드가 크게 증가하는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 클러스터링 방식을 이용하여 네트워크의 과부하 또는 통신자원의 낭비를 방지할 수 있는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터와 각 클러스터를 관리하는 노드인 다수의 클러스터헤드로 이루어진 이동 애드혹 네트워크의 라우팅 방법으로서, 각 클러스터헤드가 자신의 전역 라우팅 테이블을 참조하여 데이터 전송경로를 설정하기 위한 소정의 제어메시지를 생성한 후 다른 노드들에게 전송하는 제어메시지전송단계; 상기 소정의 제어메시지를 수신한 노드에서 자신의 전역 라우팅 테이블 및 지역 라우팅 테이블을 갱신하여, 데이터 전송경로의 기반이 되는 이동 애드혹 네트워크의 토폴로지를 형성하는 토폴로지형성단계; 및 적응적 라우팅을 통해 상기 토폴로지 형성단계에서 형성된 토폴로지에 의한 데이터 전송경로를 단축시키는 경로단축단계를 포함한다.

또한, 적응적 라우팅을 통해 데이터 전송경로를 단축시키는 경로단축단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 소정의 제어메시지는, 주기적으로 생성되거나, 토폴로지에 변화가 있는 경우에 생성되는 것일 수 있다.

나아가, 상기 소정의 제어메시지는, 각 클러스터헤드가 관리하는 전역 라우팅 테이블 중 변경된 정보를 포함하여 생성되는 것이 바람직하다.

또한, 경로단축단계는, 모든 노드가 자신이 속한 클러스터의 해당 클러스터헤드와 동일한 전역라우팅 테이블을 보유하여, 각 노드 간의 전송되는 데이터가 클러스터헤드를 통하지 않고 해당 노드가 보유한 전역라우팅 테이블을 통해 형성된 경로로 전송되는 것이 바람직하다.

덧붙여, 상기 소정의 제어메시지는, 상기 다수의 브릿지를 통해 전달되며, 3홉까지 연속적으로 전달되는 것이 더욱 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 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.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법의 흐름도인 도 1과, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크의 구성을 도시한 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 라우팅 방법에 따르면, 먼저, 이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터()를 관리하기 위한 노드인 클러스터헤드가, 이동 애드혹 네트워크 상에서 데이터의 전송을 위한 라우팅 정보가 포함된 자신의 전역 라우팅 테이블을 참조하여 데이터 전송경로의 갱신을 위한 소정의 제어메시지를 생성하여 이동 애드혹 네트워크 상의 다른 노드들에게 상기 소정의 제어메시지를 전송한다(S110).

이러한 소정의 제어메시지는 주기적으로 생성되어 전송될 수도 있으며, 특정 노드의 소실 또는 이동에 의해 토폴로지의 변화가 있는 경우에 생성되어 전송될 수도 있다.

이때, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소정의 제어메시지가 갖는 구조가 표 1에 도시되어 있다.

[표 1] 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제어메시지의 구조

ureq_src	ureq_src_seq	ureq_id	ureq_forwarder	hop_count	route_info
13	120	xx	13	0	클러스터헤드 13의 변경된 전역 라우팅 테이블

여기서, ureq_src, ureq_src_seq, ureq_id필드는 각각 제어메시지를 생성한 노드, ureq_src가 제어메시지를 생성할 때마다 계수되는 순서번호, 제어메시지의 중복 수신을 회피하기 위하여 제어메시지에 유일성을 부여하기 위한 정보값을 의미한다.

본 발명에서는 이와 같은 제어메시지를 이용하여, 경로를 선택함에 있어서, 순서번호가 큰(더욱 최근의 순서번호를 갖는) 제어메시지를 전송한 경로를 선택하고, 순서번호가 동일한 경우에는 hop_count(홉 수, 즉, 거리)가 짧은 경로를 선택한다.

또한, 본 발명에서는 제어메시지가 수신되면, 수신된 제어메시지의 필드 중 ureq_src 및 ureq_id를 검사하여, 이후 동일한 ureq_src 및 ureq_id값을 갖는 제어메시지가 수신될 경우 수신된 메시지를 제거한다.

또한, ureq_fowarder, hop_count필드는, 각각 자신에게 제어메시지를 보낸 이전노드, ureq_src로부터 제어메시지가 얼마만큼의 거리(홉 수)를 이동하였는지를 의미하는 것으로 각 노드마다 서로 다른 값을 갖게 된다.

더불여, route_info필드는 해당 제어메시지를 생성한 클러스터헤드의 전역 라우팅 테이블에서 변경된 정보가 포함된다.

이렇게 본 발명에서는 제어메시지에, 모든 경로에 대한 라우팅 테이블을 정 보를 포함하지 않고, 각 클러스터헤드가 관리하는 전역 라우팅 테이블 중 변경된 정보만을 포함하도록 함으로써 제어메시지의 크기가 크게 줄어들게 된다.

또한, 상기 소정의 제어메시지는, 각 클러스터헤드 간을 연결하는 브릿지를 통해 전달되며, 3홉 내의 인근 노드들에게 연속적으로 전달되는 것이 바람직하다.

이렇게 연속적으로 제어메시지를 전달함으로써, 각 노드에 할당된 주기를 기다린 후 각 노드로부터 1홉 거리에 있는 노드에게만 전달하던 기존의 방식에 비하여 라우팅 테이블 정보의 수렴시간을 훨씬 단축할 수 있다.

다음으로, 상기 소정의 제어메시지를 수신한 노드가 자신의 전역 라우팅 테이블 또는 지역 라우팅 테이블을 갱신하여 이동 애드혹 네트워크의 토폴로지를 형성한다(S120).

이하에서는 각 노드들이 지역 라우팅 테이블을 갱신하는 동작과, 각 클러스터헤드가 전역 라우팅 테이블을 갱신하는 동작을 살펴보기로 한다.

먼저, 지역 라우팅 테이블을 갱신하는 과정을 살펴보면, 각 노드는 클러스터헤드로부터 전송된 소정의 제어메시지를 수신하여, 자신의 지역 라우팅 테이블에 상기 소정의 제어메시지를 송신한 송신 클러스터헤드에 대한 엔트리가 있는지 검토한다.

그 후, 자신의 지역 라우팅 테이블에, 상기 송신 클러스터헤드에 대한 엔트리가 존재하지 않으면, 상기 송신 클러스터헤드를 엔트리에 추가하여 역방향 링크를 설정한다.

이때, 상기 소정의 메시지를 수신한 노드가 브릿지일 경우 제어메시지를 방 송하고, 클러스터헤드일 경우 자신의 전역 라우팅 테이블을 갱신한다.

다음으로, 전역 라우팅 테이블을 갱신하는 과정을 살펴보면, 클러스터헤드가 제어메시지를 수신하여, 자신의 전역 라우팅 테이블에 상기 소정의 제어메시지를 송신한 송신 클러스터헤드에 대한 엔트리가 있는지 검토한다.

그 후, 자신의 전역 라우팅 테이블에, 상기 송신 클러스터헤드에 대한 엔트리가 존재하지 않는 경우, 상기 송신 클러스터헤드를 엔트리에 추가하고, 상기 송신 클러스터헤드에 대한 엔트리가 존재하는 경우, 수신된 상기 제어메시지 내의 엔트리 순서번호와 자신의 엔트리 내의 순서번호를 비교한다.

만일, 상기 수신된 제어메시지의 순서번호가 더 크거나, 또는 상기 수신된 제어메시지의 순서번호가 자신의 엔트리 내의 순서번호와 동일하지만 제어메시지의 거리가 짧은 경우(더 단축된 경로가 존재하는 경우) 수신된 메시지에 따라 전역 라우팅 테이블을 갱신한다.

표 2 및 표 3에는 위와 같은 방법을 통하여 갱신된 지역 라우팅 테이블과 전역 라우팅 테이블이 갖는 구조가 각각 도시되어 있다.

[표 2] 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지역 라우팅 테이블의 구조

다음 노드	거리(홉수)	UREQ_ID
13	1	xx

[표 3] 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전역 라우팅 테이블의 구조

목적지 클러스터헤드 (destCH)	다음 클러스터헤드 (nextCH)	거리(홉수)	클러스터 멤버 노드 집합	순서번호 (Seq. No)
0	9	2	1	120
2	9	6	17	110
3	9	4	12	124
4	4	3	5, 6, 7, 8	116
9	9	2	10, 11, 15	114
13	13	0	14, 16	110
18	9	5	19	110

이때, 표 2는 도 1의 구성도에 도시된 본 발명의 구성요소 중 클러스터헤드'13'이 방송한 소정의 제어메시지를 브릿지노드'15'가 수신하여 갱신한 지역 라우팅 테이블이며, 표 3은 도 1의 구성도에 도시된 본 발명의 구성요소 중 클러스터헤드'13'의 전역 라우팅 테이블이다.

한편, 본 발명은 적응적 라우팅을 통해 상기 'S120'단계에서 형성된 토폴로지에 의한 데이터 전송경로를 단축시킬 수 있다(S130).

이하에서는 이러한 본 발명에서의 데이터 전송경로에 대하여 설명하기에 앞서, 도 1 및 표 3을 참조하여, 본 발명이 적응적 라우팅에 의해 경로를 단축시키기 전의 데이터를 전송하는 예를 설명하기로 한다.

먼저, 클러스터헤드'13'의 멤버노드'16'으로부터 목적지노드'19' 에게 데이 터를 전송하고자할 경우, 멤버노드'16'은 자신의 클러스터헤드인 클러스터헤드'13'에게 데이터를 전송한다.

그러면 클러터헤드'13'은 자신의 전역 라우팅 테이블에 목적지노드'19'가 존재하는지 검색한다. 본 예에서는 도 5에서와 같이 목적지노드'19'를 포함하는 클러스터헤드인 목적지클러스터헤드가 클러스터헤드'18'이며, 클러스터헤드'13'은 목적지클러스터로 상기 데이터를 전송하기 위하여 다음 클러스터헤드인 클러스터헤드'9'로 상기 데이터를 전송한다. 이후, 클러스터헤드'9'로부터 지역 경로(9,5,19)를 따라 목적지노드까지 상기 데이터가 전송된다.

이렇게, 전송경로가 단축되기 전에는 노드'16'으로부터 목적지노드'19'까지 데이터를 전송하기 위해 '16', '13', '15', '9', '5', '19'의 6홉을 거쳐야 했다.

다음으로는 적응적 라우팅에 의해 경로를 단축시키는 방법과 그 결과를 살펴보도록 한다.

적응적 라우팅에 의해 경로를 단축시키기 위해서는, 먼저, 클러스터헤드를 제외한 다른 노드들도 모두 전역 라우팅 테이블을 보유하는 것이 전제되어야 한다.

그 이후, 각 노드들은 상기 'S120'단계에서 토폴로지를 형성하기 위해 전송되는 상기 소정의 제어메시지가 자신을 통과하여 전송될 때 상기 소정의 제어메시지를 반영하여 자신의 전역 라우팅 테이블을 갱신함으로써, 자신의 속한 클러스터의 해당 클러스터헤드와 동일한 전역 라우팅 테이블을 보유하게 된다.

따라서, 데이터를 전송하고자 할 때, 각 노드들은 자신이 보유한 전역 라우팅 테이블을 이용하여 클러스터헤드를 거치지 않고도 데이터를 전송할 수 있으므로 데이터의 전송경로를 단축시킬 수 있다.

여기서, 전역 라우팅 테이블이 갱신되는 과정은 위에서 설명한 클러스터헤드가 자신의 전역 라우팅 테이블을 갱신하는 동작과 동일하다.

이하에서는 이렇게 적응적 라우팅을 적용할 경우, 위에서 살펴본 것과 동일하게 노드'16'으로부터 목적지노드'19'까지의 단축된 경로를 살펴보도록 한다.

먼저, 노드'16'은 자신의 전역 라우팅 테이블을 이용하여 다음 클러스터헤드인 클러스터헤드'9'가 자신과 2홉 거리임을 알 수 있으므로 자신의 클러스터헤드인 클러스터헤드'13'을 거치지 않고, 곧바로 클러스터헤드'9'에게 데이터를 전송한다.

이후, 클러스터헤드'9'로 전송되는 방향에 있는 노드'15'가 중간에서 데이터를 전송받으면, 노드'15' 역시 자신의 전역 라우팅 테이블을 이용하여 상기 데이터를 클러스터헤드'18'에게 전송한다.

다시, 클러스터헤드'18'로 전송되는 방향에 있는 노드'5'가 중간에서 데이터를 전송받으면, 노드'5' 역시 자신의 전역 라우팅 테이블을 이용하여 상기 데이터를 목적지노드인 노드'19'에게 전송한다.

이렇게, 전송경로가 단축되면, 노드'16'으로부터 목적지노드'19'까지 데이터를 전송하기 위해 '16', '15', '5', '19'의 4홉 만을 거쳐 데이터를 전송할 수 있게 된다.

위와 같은 방법을 통해 적응적 라우팅을 이용함으로써 전달경로가 단축될 뿐만 아니라, 데이터가 클러스터헤드를 거치지 않고도 전송될 수 있으므로 클러스터헤드에서 혼잡성이 완화되는 장점이 있다.

한편, 클러스터헤드 사이에는, 클러스터헤드 간을 연결하는 노드인 브릿지(bridge)가 복수 개 존재하므로, 본 발명에서는 상기 하나 이상의 브릿지 중 어느 하나가 이동 또는 소멸되어 토폴로지에 변화가 발생하게 되면, 상기 이동 또는 소멸된 브릿지를 제외한 타 브릿지를 통해 형성된 다중경로를 이용하여 상기 이동 또는 소멸된 브릿지에 의한 데이터 전송경로를 대체함으로써 경로를 복구한다(S140).

이렇게 이동 또는 소멸된 브릿지를 제외한 타 브릿지를 통해 형성된 다중경로를 이용함으로써 별도의 추가적인 복구과정 없이도 네트워크를 운용할 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터와 각 클러스터를 관리하는 노드인 다수의 클러스터헤드로 이루어진 이동 애드혹 네트워크의 라우팅 방법으로서,

각 클러스터헤드가 자신의 전역 라우팅 테이블을 참조하여 데이터 전송경로를 설정하기 위한 소정의 제어메시지를 생성한 후 다른 노드들에게 전송하는 제어메시지전송단계;

상기 소정의 제어메시지를 수신한 노드에서 자신의 전역 라우팅 테이블 및 지역 라우팅 테이블을 갱신하여, 데이터 전송경로의 기반이 되는 이동 애드혹 네트워크의 토폴로지를 형성하는 토폴로지형성단계; 및

적응적 라우팅을 통해 상기 토폴로지 형성단계에서 형성된 토폴로지에 의한 데이터 전송경로를 단축시키는 경로단축단계를 포함하는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
제 1항에 있어서,

각 클러스터헤드 간을 연결하는 하나 이상의 브릿지 중 어느 하나의 이동 또는 소멸로 인해 상기 토폴로지 형성단계를 통해 형성된 토폴로지에 변화가 있는 경우, 상기 이동 또는 소멸된 브릿지를 제외한 타 브릿지를 통해 형성된 다중경로를 이용하여 상기 이동 또는 소멸된 브릿지에 의한 데이터 전송경로를 대체함으로써 경로를 복구하는 경로복구단계를 더 포함하는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이 동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
제 1항에 있어서, 상기 소정의 제어메시지는,

주기적으로 생성되거나, 토폴로지에 변화가 있는 경우에 생성되는 것을 특징으로 하는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
제 1항에 있어서, 상기 소정의 제어메시지는,

각 클러스터헤드가 관리하는 전역 라우팅 테이블 중 변경된 정보를 포함하여 생성되는 것을 특징으로 하는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
제 1항에 있어서, 경로단축단계는,

모든 노드가 자신이 속한 클러스터의 해당 클러스터헤드와 동일한 전역 라우팅 테이블을 보유하여,

각 노드 간의 전송되는 데이터가 클러스터헤드를 통하지 않고 해당 노드가 보유한 전역 라우팅 테이블을 통해 형성된 경로로 전송되는 것을 특징으로 하는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.
제 2항에 있어서, 상기 소정의 제어메시지는,

상기 다수의 브릿지를 통해 전달되며, 3홉까지 연속적으로 전달되는 것을 특징으로 하는 클러스터링을 이용한 테이블기반 이동 애드혹 네트워크에서의 라우팅 방법.