KR100789773B1 - 다중 홉 무선 근거리통신망에서 메쉬 네트워킹 자동 설정방법과, 가상 링크 설정 방법과, 패킷 전송 방법 및 이를위한 무선 단말기 - Google Patents
다중 홉 무선 근거리통신망에서 메쉬 네트워킹 자동 설정방법과, 가상 링크 설정 방법과, 패킷 전송 방법 및 이를위한 무선 단말기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 다중 홉 무선 근거리통신망에서 메쉬 네트워킹 자동 설정 방법과, 가상 링크 설정 방법과, 패킷 전송 방법 및 이를 위한 무선 단말기에 관한 것으로, 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기에 있어서, 네트워크 계층과 IP 패킷을 송수신하기 위한 계층 3 적응수단; 상기 계층 3 적응수단으로부터 가상 링크 설정 요청이 수신되면, 가상 링크 요청 메시지를 생성하고, 가상 링크 응답 메시지의 전송 요청에 따라 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하는 라우팅 메시지 생성수단; 가상 링크 정보 테이블을 저장하는 가상 링크 정보 저장수단; 데이터 링크 계층과 상기 가상 링크 요청 메시지와 상기 가상 링크 응답 메시지를 송수신하는 계층 2 적응수단; 상기 계층 2 적응 수단에 의해 수신된 가상 링크 요청 메시지를 처리하여 상기 가상 링크 정보 테이블을 갱신하고, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 재전송되도록 처리하며, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 라우팅 메시지 생성수단으로 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하도록 요청하는 라우팅 메시지 처리수단; 및 상기 계층 3 적응수단을 통해 데이터 패킷 중계 요청이 수신되면, 상기 가상 링크 정보 테이블을 통해 목적지 단말기의 가상 링크 식별자를 확인하여, 가상 링크 헤더를 구성한 후, 상기 데이터 패킷을 상기 계층 2 적응수단을 통해 전송하고, 상기 계층 2 적응수단을 통해 수신된 데이터 패킷의 목 적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 상기 수신된 데이터 패킷을 재전송 처리하고, 상기 수신된 데이터 패킷의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 계층 3 적응수단을 통해 네트워크 계층으로 데이터 패킷을 전달하는 데이터 중계수단을 포함한다.
다중, 홉, 애드, 혹, 무선, 랜, 메쉬, 네트워크, 설정, 패킷, 전송
Description
도 1은 본 발명이 적용되는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크의 구조를 나타낸 도면,
도 2a는 본 발명에 따른 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 무선 단말기의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 2b는 본 발명에 따른 모드 전환 메시지의 구조를 나타낸 도면,
도 3a는 본 발명에 따른 무선 단말기 간의 메쉬 네트워킹 자동 설정 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3b는 본 발명에 따른 메쉬 네트워킹 자동 설정 과정을 위한 메시지의 구조도,
도 3c는 메쉬 라우터에서 관리되는 무선 단말기의 모드 정보 테이블의 구조도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 무선 단말기의 모드 전환 과정을 설명하기 위한 도면,
도 5a는 본 발명에 따른 무선 단말기에 탑재되는 네트워크 스택 구조를 나타낸 도면,
도 5b는 본 발명에 따른 무선 단말기에서 가상 링크를 설정하고 패킷을 전송하기 위한 기능 블록 구성도,
도 6a는 본 발명에 따른 라우팅 경로 설정 및 패킷 포워딩을 위한 가상 링크 헤더의 구조도,
도 6b는 본 발명에 따른 가상 링크 정보 테이블의 구조도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 무선 단말기에서 가상 링크 요청 메시지를 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 무선 단말기에서 가상 링크 응답 메시지를 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 무선 단말기에서 패킷을 전송하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명은 다중 홉 무선 근거리통신망에서 메쉬 네트워킹 자동 설정 방법과, 가상 링크 설정 방법과, 패킷 전송 방법 및 이를 위한 무선 단말기에 관한 것이다.
종래의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 무선 근거리통신망(LAN)은 무선 단말기와 액세스 포인트를 구비한다. 인프라 스트럭처 기반의 단일 홉 무선 랜은 액세스 포인트를 통해서 무선 단말기 간의 통신이 이루어지기 때문에, 모든 무선 단말기는 액세스 포인트의 통신 반경 내에 존재해야 한다. 따라서 액세스 포인트의 통신 반경 외부인 음영 지역에 위치한 무선 단말기는 액세스 포인트와 통신할 수 없다. 이에 따라, 인프라 스트럭처 기반의 단일 홉 무선 랜은 무선 단말기의 이동성과 연결성이 제한되는 문제가 있다.
또한 모든 패킷이 액세스 포인트로 집중되기 때문에, 액세스 포인트에서 병목 현상이 발생된다. 그 결과, 무선 단말기의 수가 증가할수록 각 무선 단말기의 성능이 낮아지게 된다. 더욱이 인프라 스트럭처 기반의 단일 홉 무선 랜에서 네트워킹 자동 설정은 DHCP 서버로부터 IP 주소를 할당받아 수행된다. 이는 DHCP 서버의 이상 시 네트워크 전체에 심각한 문제를 야기할 수 있다. 또한 DHCP 서버와 직접 통신이 불가능한 무선 단말기는 IP 주소를 할당받을 수 없는 문제점이 있다.
이와 같은 인프라 스트럭처 기반의 단일 홉 무선 랜의 문제점을 해결하기 위한 다음과 같은 3가지 방식들이 제안되었다.
첫째, 애드 혹 기반 다중 홉 무선 네트워킹 방식을 예로 들 수 있다.
애드 혹 기반 다중 무선 네트워킹 방식에서는 액세스 포인트를 포함한 모든 무선 단말기가 애드 혹 모드로 동작하며, 애드 혹 라우팅 방법(Ad hoc Routing)을 사용하여 다중 홉 기반의 애드 혹 네트워크를 구성한다. 애드 혹 기반 다중 무선 네트워크에서는 무선 단말기 간의 통신이 액세스 포인트를 거치지 않고 이루어지므 로, 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 무선 네트워크에서 발생하는 병목 현상이 발생되지 않는다. 또한 무선 단말기들이 단일 홉으로 통신이 불가능한 위치에 있더라도 다중 홉 기반 애드 혹 라우팅 방법을 통하여 통신이 이루어지기 때문에, 무선 단말기의 이동성과 연결성이 제한되는 문제가 해결된다.
하지만, 기존의 연구 결과 (Jinyang Li 외, Capacity of Ad Hoc Wireless networks. 7th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking, 2001)에 따르면, 애드 혹 네트워크는 인프라 스트럭처 네트워크에 비해 MAC(Medium Access Control) 계층의 성능이 제한된다. 따라서 애드 혹 기반 다중 홉 무선 네트워킹 방식에서는 MAC 계층의 성능 제한으로 인하여 상위 응용 계층의 서비스 제약이 발생하게 된다.
둘째, 중계 단말기(Relay Node)를 이용한 다중 홉 무선 네트워킹 방식을 예로 들 수 있다.
중계 단말기를 이용한 다중 홉 무선 네트워킹 방식은 기존의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 네트워크에서 무선 단말기의 역할을 확장한 것으로, 액세스 포인트의 통신 반경 내에 있는 무선 단말기가 음영 지역에 있는 무선 단말기의 패킷을 중계하는 방식이다. 따라서 기존의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 네트워크의 문제점인 이동성과 연결성 제한 문제를 해결할 수 있다.
이 방식에서, 중계 단말기는 주기적으로 음영 지역을 탐색하여 음영 지역 내에 무선 단말기가 존재하는지 확인해야 한다. 또한 음영지역에 위치하는 무선 단말기는 여러 중계 단말기 중에서 하나를 자신의 중계 단말기로 선택해야 한다. 이러 한 과정 후에 중계 단말기는 음영 지역에 위치하는 무선 단말기의 패킷을 중계한다. 그러나 중계 단말기를 이용한 다중 홉 무선 네트워킹 방식은 다음과 같은 문제가 있다.
먼저, 중계 단말기는 액세스 포인트와 통신하기 위하여 인프라 스트럭처 모드로 동작해야 하지만, 중계 단말기와 음영 지역에 위치한 무선 단말기와의 통신은 애드 혹 모드로 수행되어야 한다. 따라서 중계 단말기는 주기적으로 모드 전환을 수행해야 하므로, 중계 단말기와 액세스 포인트와의 통신이 끊어질 위험이 있다. 다음, 중계 단말기가 인프라 스트럭처 모드일 경우에는 음영 지역에 위치하는 무선단말기의 데이터를 중계할 수 없으므로, 두 무선 단말기 간에 동기화 기법이 필요하다. 마지막으로 중계 단말기 또는 음영 지역에 위치하는 무선 단말기가 이동을 하는 경우 핸드 오프(Hand off) 문제가 발생된다.
셋째, 이중 무선 인터페이스 기반 중계 단말을 이용한 다중 홉 무선 네트워킹 방식을 예로 들 수 있다.
이 방식에서, 중계 단말기는 인프라 스트럭처와 애드 혹 모드를 위한 무선 인터페이스를 각각 탑재한다. 중계 단말기는 인프라 스트럭처 모드를 위한 무선 인터페이스를 통하여 액세스 포인트와 통신하면서 동시에 애드 혹 모드를 위한 무선 인터페이스를 통하여 음영 지역에 있는 무선 단말기의 패킷을 중계한다. 따라서 기존의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 네트워크의 문제점인 이동성과 연결성 제한 문제를 해결할 수 있다. 하지만, 이 방식은 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 중계 단말기는 중계할 패킷을 어떤 무선 인터페이스로 전송을 해야 할 지 선택해야 한다. 따라서 패킷의 목적지 단말기가 액세스 포인트의 통신 범위 내부 또는 외부에 위치하는지 알고 있어야 한다. 다음으로 중계 단말기 또는 음영지역에 위치한 단말기가 이동을 하는 경우 핸드오프 문제가 발생할 수 있다. 또한 이동성이 있는 무선 네트워크에서는 중계 단말기가 변할 수 있으므로 모든 단말이 중계 단말의 역할을 수행할 수 있어야 한다. 따라서 모든 단말기가 부가적인 무선 인터페이스를 가져야 하므로 무선 단말기의 비용이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 제1 목적은 무선 네트워크의 서비스 반경을 확대한 다중 홉 기반 무선 메쉬 네트워크에서 무선 단말기의 IP 주소를 자동으로 설정하기 위한 다중 홉 무선 근거리통신망에서 메쉬 네트워킹 자동 설정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 다중 홉 무선 네트워크에서 무선 단말기의 이동성 및 연결성을 지원하기 위한 다중 홉 무선 근거리통신망에서 가상 링크 설정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 목적은 상기 가상 링크 기반의 라우팅 기법을 통해 패킷을 포워딩하는 다중 홉 무선 근거리통신망에서 패킷 전송 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제4 목적은 다중 홉 무선 네트워크에서 가상 링크를 설정하고, 패킷을 포워딩하기 위한 다중 홉 기반의 무선 단말기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 네트워킹 자동 설정 방법은, 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와, 상기 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기를 포함하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법에 있어서, 새로 네트워크에 결합되는 신규 무선 단말기가 메쉬 네트워크에서 사용되는 임의의 IP 주소를 선택하여 이웃 무선 단말기들로 IP 자동 설정 메시지를 전송하는 제1 단계; 상기 IP 자동 설정 메시지를 수신한 무선 단말기가 상기 IP 자동 설정 메시지에 포함된 IP 주소와 자신의 IP 주소를 비교하여 충돌 여부를 확인하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 충돌이 발생되는 경우 IP 충돌 메시지를 상기 신규 무선 단말기로 전송하는 제3 단계; 상기 IP 자동 설정 메시지를 수신한 메쉬 라우터가 무선 단말기 모드 정보 테이블을 통해 IP의 충돌 여부를 확인하여, 충돌이 발생되는 경우 IP 충돌 메시지를 이웃 무선 단말기들을 통해 상기 신규 무선 단말기로 전송하는 제4 단계; 상기 신규 무선 단말기가 IP 충돌 메시지를 수신하면, 상기 제1 단계부터 반속 수행하는 제5 단계; 및 상기 신규 무선 단말기가 임의의 대기 시간 동안 IP 충돌 메시지를 수신하지 않으면, 상기 선택된 IP 주소를 자신의 IP 주소를 설정하는 제6 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상 링크 설정 방법은, 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와, 상기 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기를 포함하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법에 있어서, 소스 단말기에서 가상 링크 설정 요청에 따라 가상 링크 요청 메시지를 생성하여 인접 노드로 전송하는 제1 단계; 상기 가상 링크 요청 메시지를 수신한 노드가 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하는지 확인하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 동일한 엔트리가 존재하면, 수신된 가상 링크 요청 메시지를 제거하는 제3 단계; 상기 제2 단계에서 동일한 엔트리가 존재하지 않으면, 목적지가 자신이 아닌 경우 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추가한 후, 인접 노드들로 상기 가상 링크 요청 메시지를 재전송하는 제4 단계; 상기 제2 단계에서 동일한 엔트리가 존재하지 않고, 목적지가 자신이면 가상 링크 응답 메시지를 생성하여 인접 노드로 전송하는 제5 단계; 상기 가상 링크 응답 메시지를 수신한 노드가 상기 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하는지 확인하는 제6 단계; 상기 제6 단계에서 동일한 엔트리가 존재하면, 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질과 상기 가상 링크 정보 테이블에 저장된 엔트리의 링크 품질을 비교하는 제7 단계; 상기 제7 단계의 비교 결과 상기 가상 링크 정보 테이블에 저장된 엔트리의 링크 품질이 우수하면, 상기 수신된 가상 링크 응답 메시지를 제거하는 제8 단계; 상기 제7 단계의 비교 결과 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질이 우수하면 상기 가상 링크 정보 테이블의 엔트리를 삭제하고, 상기 가상 링크 응답 메시지의 정보로 엔트리를 추가하는 제9 단계; 상기 제6 단계에서 동일한 엔트리가 존재하지 않으면, 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추가하는 제10 단계; 상기 제10 단계 수행 후, 목적지 IP가 자신의 IP와 상이하면 인접 노드들로 상기 가상 링크 응답 메시지를 재전송하는 제11 단계; 및 상기 제10 단계 수행 후, 목적지 IP가 자신의 IP와 동일하면 상기 가상 링크 응답 메시지를 제거하고 가상 링크 설정을 완료하는 제12 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패킷 전송 방법은, 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와, 상기 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기를 포함하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 패킷 전송 방법에 있어서, 송신 단말기가 상기 가상 링크 정보 테이블의 목적지 IP 필드에서 데이터 패킷의 목적지 단말기의 IP와 동일한 값을 갖는 항목을 검색하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 검색된 항목이 없으면, 상기 목적지 단말기로 가상 링크 요청 메시지를 전송하고, 상기 목적지 단말기로부터 가상 링크 응답 메시지를 수신하여 가상 링크를 설정하는 제2 단계; 상기 제1 단계에서 검색된 항목이 있으면, 상기 검색된 항목의 가상 링크 식별자를 상기 데이터 패킷의 가상 링크 헤더의 가상 링크 식별자 필드에 복사하여 상기 가상 링크 헤더를 구성한 후 데이터 패킷을 인접 노드로 전송하는 제3 단계; 상기 데이터 패킷을 수신한 인접 노드가 목적지 IP와 자신의 IP를 비교하여 상이한 경우, 상기 가상 링크 정보 테이블에서 상기 수신된 데이터 패킷의 가상 링크 식별자와 일치하는 항목이 있는지 확인하는 제4 단계; 상기 제4 단계에서 일치하는 항목이 없으면 상기 수신된 데이터 패킷을 제거하는 제5 단계; 상기 제4 단계에서 일치하는 항목이 있으면 상기 가상 링크 헤더의 TTL 값과 홉을 갱신한 다음, 다음 홉의 노드로 전송하는 제6 단계; 상기 데이터 패킷을 수신한 인접 노드가 목적지 IP가 자신의 IP와 동일한 경우 가상 링크 헤더의 링크 품질 값이 임의의 임계값 이하이면, 상기 데이터 패킷을 송신한 단말기를 목적지로 하는 가상 링크 응답 메시지를 생성하여 인접 노드로 전송하는 제7 단계; 및 상기 제7 단계 수행 후, 수신된 데이터 패킷을 네트워크 계층으로 전달하는 제8 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 단말기는, 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기에 있어서, 네트워크 계층과 IP 패킷을 송수신하기 위한 계층 3 적응수단; 상기 계층 3 적응수단으로부터 가상 링크 설정 요청이 수신되면, 가상 링크 요청 메시지를 생성하고, 가상 링크 응답 메시지의 전송 요청에 따라 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하는 라우팅 메시지 생성수단; 가상 링크 정보 테이블을 저장하는 가상 링크 정보 저장수단; 데이터 링크 계층과 상기 가상 링크 요청 메시지와 상기 가상 링크 응답 메시지를 송수신하는 계층 2 적응수단; 상기 계층 2 적응 수단에 의해 수신된 가상 링크 요청 메시지를 처리하여 상기 가상 링크 정보 테이블을 갱신하고, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 재전송되도록 처리하며, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 라우팅 메시지 생성수단으로 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하도록 요청하는 라우팅 메시지 처리수단; 및 상기 계층 3 적응수단을 통해 데이터 패킷 중계 요청이 수신되면, 상기 가상 링크 정보 테이블을 통해 목적지 단말기의 가상 링크 식별자를 확인하여, 가상 링크 헤더를 구성한 후, 상기 데이터 패킷을 상기 계층 2 적응수단을 통해 전송하고, 상기 계층 2 적응수단을 통해 수신된 데이터 패킷의 목적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 상기 수신된 데이터 패킷을 재전송 처리하고, 상기 수신된 데이터 패킷의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 계층 3 적응수단을 통해 네트워크 계층으로 데이터 패킷을 전달하는 데이터 중계수단을 포함한다.
바람직하게는 상기 무선 단말기는, 메쉬 네트워크에서 사용되는 임의의 IP 주소를 선택하여 인접 노드들로 IP 자동 설정 메시지를 전송하고, 일정 시간 동안 IP 충돌 메시지가 수신되지 않으면 상기 선택된 IP 주소를 자신의 IP 주소를 설정하는 IP 주소 설정수단을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 다중 홉 기반 무선 메쉬 네트워킹 방식을 제시하여 무선 네트워크의 서비스 반경을 확대하고, 무선 단말기의 이동성과 연결성을 보장하여 끊김 없는 서비스를 제공할 수 있는 네트워크 구조가 제시된다.
또한, 본 발명에 따르면, DHCP 서버에 의해 IP 주소를 할당하는 경우 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법이 제시된다.
또한, 본 발명에 따르면, 무선 메쉬 네트워크에서의 가상 링크 설정 및 패킷 포워딩 방법이 제시된다. 무선 네트워크는 무선 단말기의 이동성과 연결성을 지원하기 위하여 물리적인 네트워크 위상의 변화시 네트워크를 자동 구성할 필요가 있다. 기존의 단일 홉 기반 네트워크에서는 네트워크를 자동 구성할 필요성이 없었다. 하지만, 다중 홉 기반 무선 네트워크에서는 네트워크를 자동 구성하는 것이 필수적인 요소이다. 기존의 다중 홉 기반 라우팅 기법으로는 AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector) 라우팅 방식과, DSR(Dynamic Source Routing) 방식 등이 있다. 이러한 Ad hoc 라우팅 프로토콜들은 애드 혹 네트워크만을 고려하여 설계되었으므로, 본 발명에 따른 메쉬 네트워크 구조에는 적합하지 않다. 따라서 본 발명에서는 가상 링크 기반의 메쉬 라우팅 기법을 제시하여 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 무선 단말기의 이동성 및 연결성을 지원하고자 한다. 본 발명에 따른 메쉬 라우팅 기법은 네트워크 계층 아래에서 동작하여, 상위 계층에 투명한 IP 이동성을 제공한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 상세 히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
다중 홉 무선 메쉬 네트워크는 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 위한 인터페이스를 동시에 탑재하고 있는 메쉬(mesh) 라우터(101)와, 단일 무선 인터페이스를 탑재한 무선 단말기(도 1에서 무선기기들로 이하, 무선 단말기라 칭한다.)를 구비한다. 무선 단말기들(102, 103)은 인프라 스트럭처 모드 또는 애드 혹 모드로 동작한다.
메쉬 라우터를 포함한 애드 혹 모드로 동작하는 무선 단말기(102)는 무선 단말기 간의 자율 통신을 통한 다중 홉 기반 애드 혹 네트워크를 구성한다. 또한 인프라 스트럭처 모드로 동작하는 무선 단말기(103)는 메쉬 라우터와 단일 홉 방식으로 통신하는 인프라 스트럭처 네트워크를 구성한다.
기본적으로 무선 단말기는 연결성과 이동성을 보장하기 위하여 애드 혹 모드로 동작한다. 그러나 높은 대역폭이 필요한 경우 인프라 스트럭처 모드로 변경(104)하여 기존의 인프라 스트럭처 네트워크와 동일한 대역폭을 제공받는다. 따라서 본 발명에 따른 다중 홉 무선 메쉬 네트워크는 기존의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 무선 랜이 갖는 이동성 및 연결성 문제와, 종래 기술에서 발생되는 부가적인 문제가 발생되지 않는다. 또한 본 발명은 애드 혹 네트워크와 인프라 스트럭처 네트워크가 사용하는 채널을 다르게 함으로써, 채널 공유로 인하여 발생하는 경쟁이 감소하므로 네트워크의 성능이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 다중 홉 무선 메쉬 네트워크는 인프라 스트럭처 네트워크와 애드 혹 네트워크가 동시에 존재하는 메쉬 네트워크로, 메쉬 라우터는 두 네트워크를 연동시켜 패킷을 중계한다. 또한 메쉬 라우터는 기존의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 무선 네트워크와 호환성을 유지하기 위하여 액세스 포인트 및 DHCP 서버 기능을 수행한다. 기존의 인프라 스트럭처 모드로 동작하는 무선 단말기는 메쉬 라우터가 액세스 포인트의 역할을 수행하므로 호환성에 문제가 없다.
도 2a는 본 발명에 따른 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 무선 단말기의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 2b는 본 발명에 따른 모드 전환 메시지의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명에서 메쉬 네트워크를 구성하는 무선 단말기의 동작 모드는 능동적 메쉬 모드(Active Mesh Mode)와 수동적 메쉬 모드(Passive Mesh Mode)로 구분된다. 능동적 메쉬 모드로 동작하는 무선 단말기는 네트워크의 연결성 향상을 위하여 다른 무선 단말기의 패킷을 중계하며, 무선 단말기의 인터페이스는 애드 혹 모드로 동작한다. 수동적 메쉬 모드로 동작하는 무선 단말기는 고 대역폭의 서비스를 받기 위하여 메쉬 라우터와 단일 홉으로 통신하며, 다른 무선 단말기의 패킷을 중계하지 않는다. 수동적 메쉬 모드로 동작하는 무선 단말기의 인터페이스는 인프라 스트럭처 모드로 동작한다.
도 2a에 도시된 바와 같이 메쉬 네트워크를 구성하는 무선 단말기는 이동성과 연결성을 보장하기 위하여 기본적으로 능동적 메쉬 모드로 동작한다. 무선 단말기는 메쉬 네트워크에 참여하기 위하여 네트워킹 자동 설정 과정(201)을 수행하여 IP(Internet Protocol) 주소를 설정한다. 네트워킹 자동 설정 과정이 끝난 무선 단말기는 메쉬 네트워크에 참여하게 된다.
그리고 무선 단말기는 모드 전환이 필요한 상황이 발생되면, 모드 결정 모듈이 수행되어(202) 동작 모드가 결정되고, 모드 전환을 수행하게 된다. 수동적 메쉬 모드에서는 무선 단말기와 메쉬 라우터의 통신이 단일 홉으로 이루어지므로, 능동적 메쉬 모드에서 수동적 메쉬 모드로 전환은 무선 단말기와 메쉬 라우터가 단일 홉으로 통신이 불가능하면(205), 모드 전환이 수행되지 않는다.
수동적 메쉬 모드로 전환하는 과정은 수동적 메쉬 모드 전환 메시지를 메쉬 라우터에게 전송하고(206), 무선 인터페이스의 모드를 인프라 스트럭처 모드로 변경함으로 수행된다(207). 반면, 수동적 메쉬 모드에서 능동적 메쉬 모드로 전환 과정은 무선 인터페이스 모드를 애드 혹 모드로 변경한 후(203), 능동적 메쉬 모드 전환 메시지를 메쉬 라우터에게 전송하는 것에 의해 수행된다(204).
능동적 메쉬 모드 전환 메시지와 수동적 메쉬 모드 전환 메시지의 형식은 도 2b에 도시된 바와 같다. 도 2b를 참조하면, 1바이트의 타입(TYPE) 필드는 모드 전환 메시지임을 알리는 유일한 값인 1이다. 1 바이트의 길이(LEN) 필드는 모드 전환 메시지의 길이를 4 바이트 단위로 나타낸 값인 4이다. 1 바이트의 TTL(Time To Live) 필드는 모드 전환 메시지가 전송 가능한 홉 수이다. TTL 필드의 초기 값은 16이나 무선 메쉬 네트워크의 적용 환경에 따라 변경 가능하다. 1바이트의 모드(MODE) 필드는 무선 단말기가 전환할 모드를 의미하며, 능동적 메쉬 모드인 경우 0을 사용하고, 수동적 메쉬 모드인 경우 1을 사용한다. 8바이트의 메시지 식별 자(Message ID) 필드는 타입(TYPE) 필드 값이 동일한 메시지를 구분하기 위하여 사용되며, 상위 2바이트는 임의로 선택하고, 하위 6바이트는 메시지를 생성하는 단말의 MAC 주소와 동일하다. 4 바이트의 IP 필드는 모드 전환을 수행하는 단말의 IP 주소이다.
도 3a는 본 발명에 따른 무선 단말기 간의 메쉬 네트워킹 자동 설정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 메쉬 네트워킹 자동 설정 방법은 다른 무선 단말기가 사용하는 IP 주소와 중복 없이 IP를 설정하는 것과 모드 전환으로 인한 물리적인 네트워크 위상의 변경에도 불구하고 무선 단말기의 IP 주소 변경 없이 연결성을 보장하는 것이다.
본 발명에 따른 메쉬 네트워크는 "192.168.17"로 시작하는 C 클래스의 IP 주소를 사용한다. 또한 본 발명은 메쉬 네트워킹 자동 설정 과정을 통하여 설정된 IP 주소와 기존의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 무선 랜에서 사용 중인 IP 주소 간의 충돌을 방지하기 위하여 전체 IP 주소 영역을 2개의 부 클래스로 구분한다. C 클래스 IP 주소는 총 256 개가 사용 가능하나, 마지막 8비트가 1인 IP 주소는 메쉬 라우터가 사용하며, 255인 IP 주소는 브로드캐스트를 위하여 사용된다. 그리고 0과 254는 사용되지 않고 예약된 IP 주소이다. 나머지 252개 중에서, 마지막 8비트의 값이 2에서 127사이인 IP 주소는 메쉬 네트워크에서 사용하고, 128부터 253사이의 IP 주소는 DHCP 서버가 관리한다.
도 3a를 참조하면, 새로운 무선 단말기는 메쉬 네트워크에서 사용하는 IP 주 소(192.168.17.2 ~ 192.168.17.127) 중 임의의 IP 주소를 선택한다(302). 그런 다음, IP 자동 설정 메시지를 생성하여 이웃 무선 단말기들로 전송한다(303).
IP 자동 설정 메시지는 도 3b에 도시된 바와 같이 타입(TYPE) 필드가 1 바이트이며 다른 메시지를 구분하기 위하여 사용되는 유일한 값인 2이다. 1바이트의 길이(LEN) 필드는 IP 자동 설정 메시지의 길이를 4 바이트 단위로 나타낸 값인 4이다. 1바이트의 TTL 필드는 IP 자동 설정 메시지가 전송 가능한 홉 수를 의미한다. TTL 필드의 초기 값은 16이나 무선 메쉬 네트워크의 적용 환경에 따라 변경 가능하다. 1바이트의 NOT USED 필드는 현재 사용하지 않는 예약된 필드이다. 8 바이트의 메시지 식별자(Message ID) 필드는 타입(TYPE) 필드 값이 동일한 메시지를 구분하기 위하여 사용되며, 상위 2바이트는 임의로 선택되고, 하위 6바이트는 메시지를 생성하는 단말의 MAC 주소와 동일하다. 4바이트의 IP 필드는 네트워킹 자동 설정을 수행하는 무선 단말기가 임의로 선택한 IP 주소이다.
IP 자동 설정 메시지를 받은 이웃 무선 단말기는 다시 이웃 무선 단말기들에게 전송한다. 상기 과정을 반복하여 모든 무선 단말기에게 IP 자동 설정 메시지가 전달된다.
IP 자동 설정 메시지를 수신한 무선 단말기는 메시지의 IP 필드 값과 자신의 IP 주소를 비교하여 동일한 경우(304), 도 3b와 같은 형태의 IP 충돌 메시지를 생성하여 이웃 무선 단말기들에게 전송한다.
IP 충돌 메시지는 IP 자동 설정 메시지 구조와 동일하다. 다만, IP 충돌 메시지의 TYPE 필드는 다른 메시지와 구분하기 위하여 사용되는 유일한 값인 3을 갖 는다. 타입(TYPE) 필드를 제외한 다른 필드는 IP 자동 설정 메시지와 동일한 의미로 사용된다.
메쉬 라우터는 IP 자동 설정 메시지의 IP 필드 값이 자신의 IP 주소 또는 수동적 메쉬 모드로 동작 중인 무선 단말기의 IP 주소와 충돌하는지 확인한다(305). 만약 IP 자동 설정 메시지의 IP 필드 값과 동일한 IP 주소를 사용하는 무선 단말기가 있다면, IP 충돌 메시지를 생성하여 이웃 무선 단말기들에게 전송한다. 이를 위해 메쉬 라우터는 도 3c에 도시된 바와 같이 126 비트 길이의 무선 단말기 모드 정보 테이블을 유지한다.
무선 단말기 모드 정보 테이블의 각 비트의 인덱스는 2부터 127까지이다. 각 비트의 값은 0 또는 1이며, 0이면 비트 인덱스를 IP 주소의 마지막 8 비트로 가지는 무선 단말기가 능동적 모드로 동작하고 있음을 의미하며, 1이면 수동적 모드로 동작하고 있음을 의미한다.
도 2a에서 설명한 바와 같이 무선 단말기는 모드 전환을 수행할 때마다 메쉬 라우터에게 모드 전환 메시지를 전송한다. 따라서 메쉬 라우터는 모드 전환 메시지를 수신하는 경우 도 3c에 도시된 무선 단말기 모드 정보 테이블의 값을 갱신한다.
네트워킹 자동 설정을 수행하는 무선 단말기는 IP 자동 설정 메시지를 전송 한 후, IP 설정을 위한 임의의 시간 동안 대기한다. 상기 IP 설정을 위한 임의의 대기 시간 동안 IP 충돌 메시지가 도착하지 않으면 네트워킹 자동 설정 과정을 위해 선택한 IP 주소를 자신의 IP 주소로 설정한다. 한편, IP 설정을 위한 임의의 대기 시간 동안에 IP 충돌 메시지를 수신하면, 다시 임의의 IP 주소를 선택하여 IP 자동 설정 메시지를 전송하는 과정부터 반복한다. 바람직하게는 상기 IP 설정을 위한 임의의 대기 시간의 기본 값은 3초이며, 이는 네트워크 환경에 따라 변경될 수 있다.
전술한 바와 같은 과정을 통해 IP 주소가 할당된 무선 단말기는 모드 전환을 수행하더라도 네트워킹 자동 설정을 재수행할 필요가 없이 동일한 IP를 사용할 수 있다. 이를 지원하기 위하여 메쉬 라우터는 무선 단말기 모드 정보 테이블을 기반으로 패킷을 중계한다. 능동적 메쉬 모드 무선 단말기와 수동적 메쉬 모드 무선 단말기가 통신을 할 경우, 메쉬 라우터는 중계 단말의 역할을 수행한다. 또한 외부 인터넷으로부터 들어오는 패킷은 무선 단말기 모드 정보 테이블을 기반으로 패킷을 중계할 무선 인터페이스를 선택할 수 있다. 따라서 이러한 메쉬 네트워크에서는 이동 IP(Mobile IP)와 같은 추가적인 기법없이 논리적인 연결을 가능하게 해 주는 IP 이동성을 보장해 준다.
본 발명에 따른 모드 전환 과정을 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.
각 무선 단말기는 사용자의 요구, 응용 서비스의 품질 그리고 무선 링크의 서비스 품질에 기반을 두어 동작할 모드를 결정한다.
능동적 메쉬 모드에서 수동적 메쉬 모드로 전환은 도 4a에 도시된 바와 같이, 모드 전환을 수행하는 무선 단말기가 수동적 메쉬 모드 전환 메시지를 메쉬 라우터에게 직접 전송하고, 모드 전환을 수행한다.
수동적 메쉬 모드에서 능동적 메쉬 모드로 전환 과정은 무선 단말기의 이동으로 인하여 메쉬 라우터와 단일 홉 통신이 끊어지는 경우, 무선 단말기는 능동적 메쉬 모드로 전환을 수행해야 한다. 따라서 능동적 메쉬 모드로의 전환은 도 4b에 도시된 바와 같이 메쉬 라우터와 단일 홉으로 직접 통신이 불가능한 경우를 고려해야 하므로, 모드 전환을 먼저 수행한 후, 다중 홉을 통해 능동적 메쉬 모드 전환 메시지를 타 무선 단말기들을 통해 메쉬 라우터에게 전송한다.
능동적 메쉬 모드 전환 메시지 또는 수동적 메쉬 모드 전환 메시지를 수신받은 메쉬 라우터는 도 3c에서 설명한 바와 같이 무선 단말기 모드 정보 테이블을 갱신한다.
다음은 무선 단말기에 탑재되는 메쉬 라우팅 프로토콜에 대해 자세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 메쉬 라우팅 프로토콜은 가상 링크 기반 메쉬 라우팅(VLMR: Virtual Link based Mesh Routing) 기법을 말한다.
가상 링크 기반 메쉬 라우팅(VLMR) 프로토콜은 도 5a에 도시된 바와 같이 네트워크 계층과 데이터 링크 계층 사이에 독립된 계층인 가상 링크 기반 메쉬 라우팅(VLMR) 계층(501)으로 구현되며, 가상 링크 기반 메쉬 라우팅 계층은 적응 부계층(Adaptation Sub-Layer; 502)과 메쉬 라우팅 부계층(Mesh routing Sub-Layer; 503)으로 구성된다. 이와 같은 네트워크 프로토콜 스택 구조는 네트워크 계층보다 하위 계층에서 수행되는 라우팅 기법으로 라우팅 과정에서 IP 헤더 내용을 참조하지 않는다. 네트워크 계층의 관점에서 소스 단말기와 목적지 단말기의 통신은 논리적으로 가상의 단일 홉으로 이루어진다. 따라서 본 발명에 의해 생성되는 라우팅 경로를 가상 링크(Virtual Link)라고 한다.
적응 부계층(502)은 상/하위 계층(즉, 네트워크(IP) 계층과 데이터 링크 계 층)과 가상 링크 기반 메쉬 라우팅 계층과의 인터페이스 역할을 담당하며, 운영체제에 종속적인 부분이다. 적응 부계층(502)은 기존의 시스템과 호환성을 유지하고 다양한 시스템으로 이식이 가능하도록 한다. 이를 위하여 상위 계층(IP 계층)과 인터페이스를 담당하는 계층 3 적응 모듈(Layer 3 Adaptation Module; 504)과 하위 계층(데이터 링크 계층)과 인터페이스를 담당하는 계층 2 적응 모듈(Layer 2 Adaptation Module; 505)이 구비된다.
계층 3 적응 모듈(504)은 네트워크 계층으로부터 패킷을 받아서 메쉬 라우팅 부계층(503)에게 전달하고, 메쉬 라우팅을 통하여 수신된 패킷을 다시 네트워크 계층으로 전달한다. 계층 2 적응 모듈(505)은 메쉬 라우팅 부계층(503)으로부터 메시지를 받아서 물리적 무선 인터페이스를 통하여 전송하고, 수신한 메시지를 다시 라우팅 부계층(503)으로 전달한다.
메쉬 라우팅 부계층(503)은 다중 홉 기반 메쉬 라우팅을 위하여 가상 링크 요청(VLreq: Virtual Link Request) 및 가상 링크 응답(VLrep: Virtual Link Reply) 메시지의 생성 및 처리와 데이터의 포워딩을 담당하며, 운영 체제에 독립적인 부분이다. 이러한 역할을 수행하기 위하여 메쉬 라우팅 부계층(503)은 라우팅 메시지 생성 모듈(506), 라우팅 메시지 처리 모듈(507), 데이터 중계 모듈(508)을 구비하며, 메쉬 라우팅 프로토콜에 의해 생성된 가상 링크의 정보를 가상 링크 정보(Virtual Link Information Base) 테이블(509)에 저장한다.
도 5b를 참조하여, 본 발명에 따른 무선 단말기의 기능 블록을 설명한다.
본 발명에 따른 무선 단말기는, 네트워크 계층과 IP 패킷을 송수신하기 위한 계층 3 적응 모듈(504)과, 상기 계층 3 적응 모듈(504)로부터 가상 링크 설정 요청이 수신되면, 가상 링크 요청 메시지를 생성하고, 가상 링크 응답 메시지의 전송 요청에 따라 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하는 라우팅 메시지 생성 모듈(506)과, 가상 링크 정보 테이블을 저장하는 가상 링크 정보 베이스(509)와, 데이터 링크 계층과 상기 가상 링크 요청 메시지와 상기 가상 링크 응답 메시지를 송수신하는 계층 2 적응 모듈(505)과, 상기 계층 2 적응 모듈(505)에 의해 수신된 가상 링크 요청 메시지를 처리하여 상기 가상 링크 정보 테이블을 갱신하고, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 재전송되도록 처리하며, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 라우팅 메시지 생성 모듈(506)로 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하도록 요청하는 라우팅 메시지 처리 모듈(507), 및 상기 계층 3 적응 모듈을 통해 데이터 패킷 중계 요청이 수신되면, 상기 가상 링크 정보 테이블을 통해 목적지 단말기의 가상 링크 식별자를 확인하여, 가상 링크 헤더를 구성한 후, 상기 데이터 패킷을 상기 계층 2 적응 모듈을 통해 전송하고, 상기 계층 2 적응 모듈을 통해 수신된 데이터 패킷의 목적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 상기 수신된 데이터 패킷을 재전송 처리하고, 상기 수신된 데이터 패킷의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 계층 3 적응 모듈을 통해 네트워크 계층으로 데이터 패킷을 전달하는 데이터 중계모듈을 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 무선 단말기의 프로토콜 스텍에 대해 도 5b를 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.
본 발명에서 가상 링크의 설정 과정은 동적으로 수행된다. 가상 링크 기반 메쉬 라우팅 프로토콜에서 가상 링크 설정을 위해서는 가상 링크 요청 과정과 가상 링크 수립 과정을 수행해야 한다. 가상 링크 요청 과정은 통신을 시도하는 소스 무선 단말기가 목적지 무선 단말기로 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 전송하는 것이며, 가상 링크 수립 과정은 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 받은 목적지 무선 단말기가 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 생성하여 소스 무선 단말기로 전송하는 과정이다.
무선 랜 기반 통신은 데이터의 전송에 앞서 ARP(Address Resolution Protocol) 패킷을 생성한다. 가상링크 기반 메쉬 라우팅 계층(VLMR)은 ARP 패킷이 생성되면 가상 링크 요청 과정을 시작한다. 메쉬 라우팅 부계층의 라우팅 메시지 생성 모듈(506)은 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 생성하고, 계층 2 적응 모듈(505)을 통하여 메쉬 네트워크로 전송한다. 메쉬 네트워크의 각 무선 단말기(또는 메쉬 라우터)는 브로드캐스트를 통하여 목적지 무선 단말기까지 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 중계한다. 각 무선 단말기의 라우팅 메시지 처리 모듈(507)에서 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 처리하는 과정은 도 7a를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 받은 목적지 무선 단말기의 라우팅 메시지 처리 모듈(507)은 라우팅 메시지 생성 모듈(506)로 가상 링크 응답(VLrep) 메시지 생성을 요청하고, 라우팅 메시지 생성 모듈(506)은 가상 링크 응답 메시지를 생성하여, 계층 2 적응 모듈을 통해 메쉬 네트워크로 전송한다. 메쉬 네트워크의 각 무 선 단말기(또는 메쉬 라우터)는 브로드캐스트를 통하여 소스 무선 단말기까지 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 중계한다. 각 무선 단말기의 라우팅 메시지 처리 모듈(507)에서 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 처리하는 과정은 도 8a를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 받은 소스 무선 단말기는 가상 링크 정보 테이블에 생성된 가상 링크 정보를 저장한다.
가상 링크가 설정된 이 후 IP 패킷은 계층 3 적응 모듈(504)을 통하여 데이터 중계 모듈(508)로 전달된다. 데이터 중계 모듈(508)은 가상 링크 정보 테이블(509)의 정보를 기반으로 IP 패킷을 목적지까지 중계한다. 목적지 단말기에 도착된 IP 패킷은 계층 3 적응 모듈을 통하여 네트워크 계층으로 전달된다. 이와 같은 데이터 중계 모듈(508)의 구체적인 동작은 도9를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 6a는 본 발명에 따른 가상 링크 라우팅 프로토콜 헤더(Virtual Link Routing Protocol Header)의 구조를 나타내고, 도 6b는 라우팅 경로의 정보를 저장한 가상 링크 정보 테이블의 구조를 나타낸 것이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 가상 링크 라우팅 프로토콜 헤더의 1 바이트의 타입(TYPE) 필드는 메시지의 타입을 구분하기 위하여 사용되는 유일한 값으로 가상 링크 요청(VLreq) 메시지는 4를, 가상 링크 응답(VLrep) 메시지는 5를, 그리고 데이터 메시지는 6을 사용한다. 1 바이트의 길이(LEN) 필드는 메시지의 길이를 4 바이트 단위로 나타낸 값으로 6이다. TTL/HOP 필드는 메시지가 전송 가능한 홉 수와 메시지가 지나온 홉 수를 나타내기 위하여 각각 4 비트씩을 사용한다. 1 바이트의 링크 품질(QoL: Quality of Link) 필드는 메시지가 중계된 경로의 품질을 나타내는 값으로, 다중 홉으로 구성된 경로에서 각 홉의 링크 품질 중 최소 값이다. 링크 품질(QoL) 필드는 255를 기준으로 정규화된 값이며, 초기값은 255이다. 8바이트의 가상링크 식별자(VLI: Virtual Link Identifier) 필드는 가상 링크의 식별자로, 상위 2 바이트는 임의로 선택되고 하위 6바이트는 메시지를 생성한 단말의 MAC 주소이다. 소스 IP(Scr-IP), 목적지 IP(Dest-IP) 필드는 각각 메시지를 생성한 단말의 IP 주소와, 목적지 단말의 IP 주소이다.
도 6b는 생성된 라우팅 경로가 저장되는 가상 링크 정보(VLIB) 테이블의 구조도를 나타낸 것이다.
4바이트의 목적지 IP(Destination-IP) 필드는 가상 링크의 목적지 단말의 IP 주소이다. 8 바이트의 가상 링크 식별자(VLI)는 가상 링크 식별자로, 가상 링크를 구성하는 모든 단말에 동일한 가상 링크 식별자(VLI) 값을 가지는 VLIB 엔트리가 존재한다. 6 바이트의 다음 홉(Next Hop) MAC 필드는 가상 링크에서 다음 홉에 해당하는 무선 기기의 MAC 주소이다. 그리고 1 바이트의 홉(HOP) 필드는 목적지 IP (Destination-IP) 필드가 나타내는 최종 목적지 단말기까지 도착하기 위하여 남은 홉 수이다. 링크 품질(QoL) 필드는 생성된 라우팅 경로의 품질을 나타내며, 만료(Expires) 필드는 라우팅 경로의 유효 시간을 의미한다.
전송할 데이터가 있는 무선 단말기는 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 생성하고 브로드캐스트를 통하여 이웃 노드(예를 들어, 무선 단말기 또는 메쉬 라우터) 로 전송한다. 가상 링크 요청(VLreq) 메시지의 소스 IP(Src-IP) 필드는 소스 단말기의 IP 주소로 지정되며, 목적지 IP(Dest-IP) 필드는 데이터의 목적지 단말기의 IP 주소로 지정된다. 그리고 가상 링크 식별자(VLI)는 소스 단말기에 의해 생성된다.
도 7a는 본 발명에 따른 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 수신한 무선 단말기에서의 처리 흐름도이다.
먼저, 가상링크 요청(VLreq) 메시지는 브로드캐스트 되므로 서로 다른 무선 단말기를 통하여 중복 전송이 가능하다. 이와 같은 동일한 메시지의 중복 전송은 불필요한 트래픽을 유발하여 네트워크 성능을 저하시키는 요인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 각 무선 단말기가 수신한 가상 링크 요청(VLreq) 메시지의 가상 링크 식별자(VLI) 정보를 가상 링크 정보(VLIB) 테이블에 저장한다. 중복된 가상 링크 요청(VLreq) 메시지는 모두 동일한 가상 링크 식별자(VLI) 값을 가지므로, 가상 링크 정보(VLIB) 테이블에 저장된 엔트리와 동일한 가상 링크 식별자(VLI) 값을 가진 가상 링크 요청(VLreq) 메시지는 처리하지 않고 버린다. 즉, 가상 링크 요청 메시지를 수신한 무선 단말기는 가상 링크 요청 메시지에 포함된 가상 링크 식별자와 동일한 가상 링크 식별자(VLI)가 VLIB 테이블에 저장되어 있는지 검사하여(702), 동일한 가상링크 식별자가 저장되어 있는 경우(703), 수신된 가상 링크 요청 메시지를 버린다(710).
다음, 목적지 IP를 검사하여 목적지 IP가 자신의 IP와 동일한 경우(704), 즉 목적지가 자신인 경우, 가상 링크 수립을 위한 동작을 시작한다(705). 한편, 목적 지 IP와 자신의 IP가 동일하지 않은 경우, 새로운 가상링크 요청(VLreq) 메시지의 가상 링크 식별자(VLI) 값을 VLIB 테이블에 저장한다. 이때, 새로 추가되는 VLIB 엔트리는 VLI 필드와 만료(Expires) 필드를 제외한 다른 필드는 0으로 설정되고, 만료(Expires) 필드는 디폴트 값(Default_Expire_Time)으로 설정된다. 만료 디폴트 값은 3초이다. 따라서 만료 디폴트 시간이 지나면, 이 엔트리는 자동 제거된다.
다음, 수신된 가상링크 요청 메시지를 이웃 무선 단말기로 전달하기 위해, 무선 단말기는 가상 링크 프로토콜 헤더의 TTL 필드 값을 1 감소시키고, HOP 필드를 1 증가시킨다(707). 그리고 TTL 필드 값이 0이면(708) 더 이상 중계하지 않아도 되므로 가상 링크 요청 메시지를 버리고, TTL 값이 0이 아닌 경우 이웃 무선 단말기로 가상 링크 요청 메시지를 재전송한다(709).
도 7b는 소스 단말기 A부터 목적지 단말기 F까지 전송되는 가상링크 요청(VLreq) 메시지의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
소스 단말기 A가 전송한 가상 링크 요청(VLreq) 메시지는 무선 단말기 B와 무선 단말기 D에게 전송된다. 무선 단말기 B는 다시 무선 단말기 C와 메쉬 라우터 R에게 전송한다. 그리고 무선 단말기 D는 무선 단말기 E에게 전송한다. 이러한 과정에서 무선 단말기 E의 VLIB 테이블(711)과 같이, 가상링크 요청(VLreq) 메시지를 수신한 무선 단말기는 가상 링크 요청(VLreq) 메시지의 가상링크식별자(VLI) 필드를 이용하여 VLIB 엔트리를 생성하고, 동일한 VLI 값을 가진 중복된 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 제거한다.
도 7b에서는 가상 링크 요청(VLreq) 메시지가 A->B->C->R->F, A->B->R->F, A->D->E->R->F의 3가지 경로로 전달 가능하지만, 메쉬 라우터 R에서 3 경로 중에서 가장 먼저 도착한 가상 링크 요청(VLreq) 메시지만 무선 단말기 F로 전달하고 나머지는 버린다.
가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 수신한 목적지 단말기는 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 생성하고, 브로드캐스트를 통하여 이웃 무선 단말기(또는 메쉬 라우터)로 전송한다. 생성된 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 각 필드는 다음과 같이 지정된다. 링크 품질(QoL) 필드는 초기값인 255로 지정된다. 소스 IP(Scr-IP) 필드는 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 생성하는 목적지 단말기의 IP 주소로 지정된다. 목적지 IP(Dest-IP) 필드는 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 전송한 소스 단말기의 IP로 지정된다. 가상 링크 식별자(VLI) 값은 목적지 단말기에 의하여 생성된다.
가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 수신한 단말기는 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 도 8a와 같이 처리한다. 도 8a를 참조하여, 무선 단말기에서 가상 링크 응답 메시지를 처리하는 과정을 살펴본다.
무선 단말기가 이웃 무선 단말기 또는 메쉬 라우터로부터 가상 링크 응답 메시지를 수신하면(801), 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 링크 품질(QoL) 필드 값을 갱신하기 위하여 다음과 같은 과정을 수행한다.
무선 단말기는 가상 링크 요청(VLreq) 메시지를 받은 시점의 링크 품질(QoL) 값과 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 링크 품질(QoL) 필드를 비교하여 작은 값을 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 링크 품질(QoL) 필드 값에 저장한다(802, 803). 따라서 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 링크품질(QoL) 필드 값은 지나온 경로가 제공할 수 있는 최소의 링크 품질이다.
다음으로 무선 단말기는 자신의 가상 링크 정보(VLIB) 테이블에 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 가상 링크 식별자(VLI) 필드와 동일한 값을 가지는 엔트리가 존재하는지 확인한다(804). 이때, 무선 단말기는 가상 링크 응답(VLrep) 메시지에 대해서는 가상 링크 요청(VLreq) 메시지와는 다르게 중복된 메시지를 버리지 않는다. 이것은 다양한 경로 중에 가장 좋은 품질의 가상 링크를 선택하기 위함이다. 따라서, 무선 단말기는 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 가상 링크 식별자(VLI) 필드와 동일한 값을 가지는 VLIB 엔트리가 있으면, 링크 품질(QoL) 필드를 기반으로 하여 가상 링크 간의 품질을 비교한다(805). 목적지 단말기까지 도착하기 위한 홉 수가 적고, 링크품질(QoL) 값이 크면, 가상 링크의 품질이 좋다고 판단하며, 이를 수학식으로 정리하면 다음 수학식 1과 같다.
변수 α는 1 이상의 정수로 링크 품질(QoL)의 값에 가중치를 부여하기 위하여 사용되며, 기본 값은 2이다.
비교 결과, 기존의 가상 링크의 품질이 더 좋으면 수신한 가상 링크 응답 메시지는 버려진다(811). 비교 결과, 새로운 가상 링크의 품질이 더 좋으면 기존의 VLIB 엔트리를 삭제하고, 새로운 VLIB 엔트리를 생성하여 VLIB 테이블에 저장한 다(806). 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 가상 링크 식별자(VLI) 필드와 동일한 값을 가지는 VLIB 엔트리가 없으면, 새로운 VLIB 엔트리를 생성한다(807). VLIB 엔트리의 목적지(Destination) IP, VLI, 다음 홉(Next hop) MAC, 홉(HOP) 그리고 링크 품질(QoL) 필드는 각각 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 소스 IP(Src-IP), VLI, 이더넷 헤더의 송신자 MAC 주소, HOP 그리고 QoL 필드의 값으로 저장된다(807).
VLIB 테이블의 갱신이 완료되면, 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 목적지 IP와 자신의 IP를 비교하여 가상 링크 응답 메시지가 목적지 단말기에 도착하였는지 확인한다(808).
만약 목적지 단말기에 도착하였다면, 더 이상의 중계는 필요 없으므로 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 버린다. 하지만, 목적지 단말기에 도착하지 않았다면, 이웃 무선 단말기 또는 메쉬 라우터로 가상 링크 응답 메시지를 재전송하기 위하여 가상 링크 응답(VLrep) 메시지의 TTL 필드를 1 감소시키고, HOP 필드를 1 증가시킨다(809). 그리고 TTL 필드를 확인하여 TTL 값이 0이 아닌 경우에만 이웃 무선 단말기 또는 메쉬 라우터로 재전송한다(810, 812).
상기 과정을 통하여 소스 단말기까지 전송되는 동안 지나온 경로에 있는 단말기는 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 생성한 목적지 단말가 설정한 가상링크식별자(VLI) 값과 동일한 값을 가진 VLIB 엔트리를 가지게 된다. VLIB 엔트리에는 다음 홉 정보가 저장되어 있으므로, 가상 링크 식별자(VLI) 값에 기반한 데이터 포워딩이 가능하다. 이러한 데이터 포워딩 경로를 가상 링크라고 한다.
도 8b는 목적지 단말기 F부터 소스 단말기 A까지 전송되는 가상 링크 응 답(VLrep) 메시지의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
목적지 단말기 F의 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 받은 메쉬 라우터 R은 VLIB 테이블을 갱신한다(813). 메쉬 라우터 R의 VLIB 테이블에서 IP_F는 단말기 F의 IP 주소이고, MAC_F는 단말기 F의 MAC 주소이다. 그리고 VLI_1은 단말기 F가 생성한 값이다. 따라서 메쉬 라우터 R은 데이터 패킷의 VLI 필드 값이 VLI_1이면 다음 홉(Next HOP)의 MAC 주소가 MAC_F임을 알 수 있다. 또한 메쉬 라우터는 홉(HOP) 필드가 1이므로 1 홉으로 단말기 F로 데이터를 보낼 수 있다는 것을 알 수 있다.
무선 단말기 F의 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 받은 무선 단말기 B의 VLIB 테이블(814)과 같이 무선 단말기 B는 2 홉으로 무선 단말기 F와 통신이 가능하며, 다음 홉은 메쉬 라우터 R임을 알 수 있다.
또한 무선 단말기 B의 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 받은 무선 단말기 A의 VLIB 테이블(815)와 같이, 단말기 A는 3홉으로 단말기 F로 데이터를 보낼 수 있으며, 다음 홉은 단말기 B임을 알 수 있다.
단말기 A는 단말기 F로 데이터를 전송할 때, 가상 링크 헤더의 가상 링크 식별자(VLI) 필드에 VLI_1을 지정하고, 단말기 B로 전송하면, 단말기 B는 VLIB 테이블을 참조하여 메쉬 라우터 R로 전송한다. 그리고 메쉬 라우터 R은 VLIB 테이블을 참조하여 단말기 F로 데이터를 전송하게 되어 단말기 A와 단말기 F간의 통신이 이루어진다.
네트워크 계층으로부터 받은 데이터 패킷을 전송하기 위하여 단말기는 IP 헤더 앞에 도 6a와 같은 형태의 가상링크 헤더를 첨부한 데이터 메시지를 생성한다. 무선 단말기는 데이터 패킷의 목적지 단말기의 IP와 VLIB 테이블의 목적지 IP (Destination-IP) 필드가 같은 항목을 선택한다. 같은 항목이 존재하지 않는 경우, 도 7a와 같이 가상 링크 요청 과정이 수행된다. 선택된 VLIB 항목의 가상 링크 식별자(VLI)는 가상 링크 헤더의 VLI 필드에 복사되고, 나머지 필드는 기본 값으로 설정된다. 이 후 데이터 패킷은 VLIB 항목의 다음 홉(Next hop) 필드에 기반하여 다음 홉으로 전송된다.
도 9는 무선 단말기에서 데이터 패킷을 처리하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
무선 단말기가 데이터 패킷을 수신하면(901) 링크 품질(QoL) 값을 측정하여 측정한 값이 데이터 패킷의 가상 링크 헤더 링크 품질(QoL) 필드보다 작은 경우만 갱신한다(902, 903). 데이터 패킷이 목적지 단말기에 도착하지 못하였다면 중계가 필요하다. 따라서 데이터 패킷의 목적지 IP(Dest-IP) 필드와 무선 단말기 자신의 IP 주소를 비교하여(904), 목적지 단말기에 도착하였는지 확인한다. 목적지 단말기가 아닌 경우, VLIB 테이블에서 데이터 패킷의 VLI 값과 일치하는 VLI를 가진 항목이 있는지 확인한다(905). 일치하는 VLI 항목이 없다면, 데이터 패킷은 버려진다(906). 일치하는 항목이 있는 경우는 홉(HOP), TTL 필드 값을 갱신하고(907), 해당 항목의 다음 홉(Next hop) 필드에 기반하여 다음 홉의 무선 단말기 또는 메쉬 라우터로 전송된다(908).
한편, 패킷이 목적지 단말에 도착한 경우 초기 링크 깨짐 검출(Early Link Broken Detection) 과정을 수행한다(909). 초기 링크 깨짐 검출(Early Link Broken Detection) 과정의 목적은 무선 단말기의 이동에 따른 라우팅 실패를 방지하기 위 한 것이다. 이러한 목적을 위하여 무선 단말기는 데이터 메시지를 수신한 경우, 가상링크 헤더의 링크 품질(QoL) 필드 값과 임의의 임계값(ELBDthreshold)을 비교한다. 링크 품질(QoL) 필드 값이 임계값 이하일 경우 데이터를 송신한 단말기를 목적지로 하는 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 생성하여 이웃 무선 단말기 또는 메쉬 라우터로 전송한다. 가상 링크 응답(VLrep) 메시지를 수신한 모든 단말은 가상 링크 수립 과정을 수행하게 되고, 그 결과 소스 단말기와 목적지 단말기 간의 라우팅 경로가 갱신된다. 따라서 라우팅 실패 상황이 발생하기 전에, 새로운 경로를 확보할 수 있다. 임계값(ELBDthreshold)은 네트워크와 메쉬 라우팅 기법이 사용되는 환경을 고려하여 설정된다. 초기 링크 깨짐 검출 과정이 끝나면, 데이터는 적응 부계층을 통하여 네트워크 계층으로 전달된다(910).
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 애드 혹 네트워크와 인프라 스트럭처 네트워크를 연동한 메쉬 네트워크를 통해 기존의 인프라 스트럭처 기반 단일 홉 무선 랜이 가지는 이동 성 및 연결성 제한 문제를 해결할 수 있다. 둘째, 본 발명은 종래의 애드 혹 네트워크가 가지는 성능의 한계 문제를 해결할 수 있다. 셋째, 본 발명은 기존의 단일 홉 기반 인프라 스트럭처 네트워크와의 상호 운영 호환성을 유지하면서, 모드 전환으로 인해 요구되는 네트워킹 재설정 과정을 생략할 수 있다. 넷째, 본 발명은 네트워크 계층과 데이터 링크 계층 사이에서 동작하기 때문에, 상위 계층에 투명한 IP 이동성 및 연결성을 제공해 줄 수 있다. 따라서 모바일 IP와 같은 추가적인 기법 없이 끊김없는 서비스를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 다중 홉 무선 랜에서 무선 단말기의 이동성과 연결성을 보장하고 끊김없는 서비스를 제공해 줄 수 있으며, 최근 많은 관심을 받고 있는 홈 네트워킹 분야에서 홈 게이트웨이로서의 역할을 수행할 수 있다.
Claims (31)
- 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와, 상기 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기를 포함하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법에 있어서,새로 네트워크에 결합되는 신규 무선 단말기가 메쉬 네트워크에서 사용되는 임의의 IP 주소를 선택하여 이웃 무선 단말기들로 IP 자동 설정 메시지를 전송하는 제1 단계;상기 IP 자동 설정 메시지를 수신한 무선 단말기가 상기 IP 자동 설정 메시지에 포함된 IP 주소와 자신의 IP 주소를 비교하여 충돌 여부를 확인하는 제2 단계;상기 제2 단계에서 충돌이 발생되는 경우 IP 충돌 메시지를 상기 신규 무선 단말기로 전송하는 제3 단계;상기 IP 자동 설정 메시지를 수신한 메쉬 라우터가 무선 단말기 모드 정보 테이블을 통해 IP의 충돌 여부를 확인하여, 충돌이 발생되는 경우 IP 충돌 메시지를 이웃 무선 단말기들을 통해 상기 신규 무선 단말기로 전송하는 제4 단계;상기 신규 무선 단말기가 IP 충돌 메시지를 수신하면, 상기 제1 단계부터 반속 수행하는 제5 단계; 및상기 신규 무선 단말기가 임의의 대기 시간 동안 IP 충돌 메시지를 수신하지 않으면, 상기 선택된 IP 주소를 자신의 IP 주소를 설정하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 무선 단말기가 동작 모드를 에드 혹 방식의 능동적 메쉬 모드로 변경하고자 하는 경우, 동작 모드를 능동적 메쉬 모드로 변경하는 제7 단계; 및상기 제7 단계 수행 후, 상기 메쉬 라우터로 능동적 메쉬 모드 전환 메시지를 전송하는 제8 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 무선 단말기가 동작 모드를 인트라 스트럭처 방식의 수동적 메쉬 모드로 변경하고자 하는 경우, 상기 메쉬 라우터와 통신이 가능한지 확인하는 제9 단계;상기 제9 단계에서 상기 메쉬 라우터와 통신이 불가능하면 모드 변경 불가를 통보하는 제10 단계; 및상기 제9 단계에서 상기 메쉬 라우터와 통신이 가능하면 메쉬 라우터로 수동적 메쉬 모드 전환 메시지를 전송한 후, 수동적 메쉬 모드로 전환하는 제11 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 IP 자동 설정 메시지는,메시지를 구분하는 타입 필드와, 메시지의 길이 필드와, 전송 가능한 홉 수를 나타내는 TTL 필드와, 상기 타입 필드 값이 동일한 메시지를 구분하기 위한 메시지 식별자 필드와, IP 주소 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 메시지 식별자 필드 값은, 임의로 선택된 값과, 상기 IP 자동 설정 메시지를 생성한 무선 단말기의 MAC 주소로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 무선 단말기 모드 정보 테이블은,상기 IP 주소에 대응되는 값을 갖는 인덱스와, 각 IP 주소를 갖는 무선 단말기의 동작 모드 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 메쉬 라우터가 상기 무선 단말기로부터 능동적 메쉬 모드 전환 메시지 또는 수동적 메쉬 모드 전환 메시지를 수신하면, 상기 무선 단말기의 IP 주소에 대응되는 인덱스를 검색하여 동작 모드를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 네트워킹 자동 설정 방법.
- 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와, 상기 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기를 포함하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법에 있어서,소스 단말기에서 가상 링크 설정 요청에 따라 가상 링크 요청 메시지를 생성하여 인접 노드로 전송하는 제1 단계;상기 가상 링크 요청 메시지를 수신한 노드가 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하는지 확인하는 제2 단계;상기 제2 단계에서 동일한 엔트리가 존재하면, 수신된 가상 링크 요청 메시지를 제거하는 제3 단계;상기 제2 단계에서 동일한 엔트리가 존재하지 않으면, 목적지가 자신이 아닌 경우 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추가한 후, 인접 노드들로 상기 가상 링크 요청 메시지를 재전송하는 제4 단계;상기 제2 단계에서 동일한 엔트리가 존재하지 않고, 목적지가 자신이면 가상 링크 응답 메시지를 생성하여 인접 노드로 전송하는 제5 단계;상기 가상 링크 응답 메시지를 수신한 노드가 상기 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하는지 확인하는 제6 단계;상기 제6 단계에서 동일한 엔트리가 존재하면, 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질과 상기 가상 링크 정보 테이블에 저장된 엔트리의 링크 품질을 비교하는 제7 단계;상기 제7 단계의 비교 결과 상기 가상 링크 정보 테이블에 저장된 엔트리의 링크 품질이 우수하면, 상기 수신된 가상 링크 응답 메시지를 제거하는 제8 단계;상기 제7 단계의 비교 결과 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질이 우수하면 상기 가상 링크 정보 테이블의 엔트리를 삭제하고, 상기 가상 링크 응답 메시지의 정보로 엔트리를 추가하는 제9 단계;상기 제6 단계에서 동일한 엔트리가 존재하지 않으면, 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추가하는 제10 단계;상기 제10 단계 수행 후, 목적지 IP가 자신의 IP와 상이하면 인접 노드들로 상기 가상 링크 응답 메시지를 재전송하는 제11 단계; 및상기 제10 단계 수행 후, 목적지 IP가 자신의 IP와 동일하면 상기 가상 링크 응답 메시지를 제거하고 가상 링크 설정을 완료하는 제12 단계를 포함하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제6 단계 이전에 상기 가상 링크 응답 메시지를 수신한 노드가 상기 수신된 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값을 갱신하는 제13 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제13 단계는,상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값과 상기 가상 링크 요청 메시지를 받은 시점의 링크 품질 값을 비교하여 작은 값을 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 가상 링크 요청 메시지 및 상기 가상 링크 응답 메시지는,메시지의 종류를 나타내는 타입 필드와, 메시지 길이 필드와, 메시지의 전송 가능 홉 수와 메시지가 지나온 홉 수를 나타내는 TTL/홉 필드와, 링크 품질 필드와, 가상 링크 식별자 필드와, 소스 단말기의 IP 주소 필드와, 목적지 단말기의 IP 주소 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 가상 링크 식별자 필드는, 임의로 선택된 상위 값과 상기 가상 링크 요청 메시지를 생성한 단말기의 MAC 주소로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 가상 링크 정보 테이블은,목적지 IP 필드와, 가상 링크 식별자 필드와, 다음 홉의 MAC 주소 필드와, 상기 목적지 IP 필드가 나타내는 최종 목적지 단말기까지 도착하기 위하여 남은 홉 수를 나타내는 홉 필드와, 링크 품질 필드와, 라우팅 경로의 유효 시간을 나타내는 만료 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 가상 링크 식별자는, 상기 가상 링크 요청 메시지를 생성한 단말기에서 생성되어, 가상 링크를 형성하는 모든 단말기들에 동일한 가상 링크 식별자 값이 저장되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제4 단계에서, 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추가하는 과정은,상기 가상 링크 요청 메시지에 포함된 가상 링크 식별자를 상기 가상 링크 정보 테이블의 가상 링크 식별자 필드에 저장하고, 상기 만료 필드를 디폴트 값으로 설정하며, 상기 가상 링크 정보 테이블의 상기 목적지 IP 필드와 상기 다음 홉 MAC 주소 필드와 홉 필드와 링크 품질 필드를 "0"으로 설정하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 제4 단계에서 상기 가상 링크 요청 메시지를 인접 노드로 재전송하는 과정은 상기 가상 링크 요청 메시지의 TTL 값을 "1" 감소시키고, 상기 가상 링크 요청 메시지의 홉을 "1"증가시킨 후, 상기 TTL 값이 "0"이 아니면 상기 인접 노드로 상기 가상 링크 요청 메시지를 전송하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 제7 단계는, 링크 품질 값에 가중치를 제곱한 값을 홉으로 나눠 가상 링크 품질 값을 계산하고, 상기 계산된 가상 링크 품질 값을 비교하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제10 단계는,상기 가상 링크 정보 테이블의 목적지 IP 필드에 상기 가상 링크 응답 메시지의 소스 IP를 저장하고, 상기 다음 홉 MAC 주소에 이더넷 헤더의 송신자 MAC 주소를 저장하며, 홉 필드와 링크 품질 필드는 상기 가상 링크 응답 메시지에 포함된 홉 값과 링크 품질 값을 저장하여 새로운 엔트리를 추가하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 제11 단계에서 상기 가상 링크 응답 메시지를 인접 노드로 재전송하는 과정은 상기 가상 링크 응답 메시지의 TTL 값을 "1" 감소시키고, 상기 가상 링크 응답 메시지의 홉을 "1"증가시킨 후, 상기 TTL 값이 "0"이 아니면 상기 인접 노드로 상기 가상 링크 응답 메시지를 전송하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 가상 링크 설정 방법.
- 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와, 상기 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기를 포함하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 패킷 전송 방법에 있어서,송신 단말기가 상기 가상 링크 정보 테이블의 목적지 IP 필드에서 데이터 패킷의 목적지 단말기의 IP와 동일한 값을 갖는 항목을 검색하는 제1 단계;상기 제1 단계에서 검색된 항목이 없으면, 상기 목적지 단말기로 가상 링크 요청 메시지를 전송하고, 상기 목적지 단말기로부터 가상 링크 응답 메시지를 수신 하여 가상 링크를 설정하는 제2 단계;상기 제1 단계에서 검색된 항목이 있으면, 상기 검색된 항목의 가상 링크 식별자를 상기 데이터 패킷의 가상 링크 헤더의 가상 링크 식별자 필드에 복사하여 상기 가상 링크 헤더를 구성한 후 데이터 패킷을 인접 노드로 전송하는 제3 단계;상기 데이터 패킷을 수신한 인접 노드가 목적지 IP와 자신의 IP를 비교하여 상이한 경우, 상기 가상 링크 정보 테이블에서 상기 수신된 데이터 패킷의 가상 링크 식별자와 일치하는 항목이 있는지 확인하는 제4 단계;상기 제4 단계에서 일치하는 항목이 없으면 상기 수신된 데이터 패킷을 제거하는 제5 단계;상기 제4 단계에서 일치하는 항목이 있으면 상기 가상 링크 헤더의 TTL 값과 홉을 갱신한 다음, 다음 홉의 노드로 전송하는 제6 단계;상기 데이터 패킷을 수신한 인접 노드가 목적지 IP가 자신의 IP와 동일한 경우 가상 링크 헤더의 링크 품질 값이 임의의 임계값 이하이면, 상기 데이터 패킷을 송신한 단말기를 목적지로 하는 가상 링크 응답 메시지를 생성하여 인접 노드로 전송하는 제7 단계; 및상기 제7 단계 수행 후, 수신된 데이터 패킷을 네트워크 계층으로 전달하는 제8 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 패킷 전송 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 제2 단계는,상기 가상 링크 요청 메시지를 수신한 노드가 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하면, 수신된 가상 링크 요청 메시지를 제거하는 단계;상기 가상 링크 요청 메시지를 수신한 노드가 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하지 않으면, 목적지가 자신이 아닌 경우 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추가한 후, 인접 노드들로 상기 가상 링크 요청 메시지를 재전송하는 단계;목적지가 자신이면 가상 링크 응답 메시지를 생성하여 인접 노드로 전송하는 단계;상기 가상 링크 응답 메시지를 수신한 노드가 상기 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하면, 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질과 상기 가상 링크 정보 테이블에 저장된 엔트리의 링크 품질을 비교하는 단계;상기 가상 링크 정보 테이블에 저장된 엔트리의 링크 품질이 우수하면, 상기 수신된 가상 링크 응답 메시지를 제거하는 단계;상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질이 우수하면 상기 가상 링크 정보 테이블의 엔트리를 삭제하고, 상기 가상 링크 응답 메시지의 정보로 엔트리를 추가하는 단계;동일한 엔트리가 존재하지 않으면, 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추가하는 단계;목적지 IP가 자신의 IP와 상이하면 인접 노드들로 상기 가상 링크 응답 메시지를 재전송하는 단계; 및목적지 IP가 자신의 IP와 동일하면 상기 가상 링크 응답 메시지를 제거하고 가상 링크 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 패킷 전송 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 가상 링크 응답 메시지를 수신한 노드가 상기 수신된 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값을 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 패킷 전송 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 링크 품질 값을 갱신하는 단계는,상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값과 상기 가상 링크 요청 메시지를 받은 시점의 링크 품질 값을 비교하여 작은 값을 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서 패킷 전송 방법.
- 인프라 스트럭처 모드와 애드 혹 모드를 지원하는 메쉬 라우터와 인프라 스트럭처 모드로 통신할 수 있고, 애드 혹 모드로 네트워크 구성이 가능한 무선 단말기에 있어서,네트워크 계층과 IP 패킷을 송수신하기 위한 계층 3 적응수단;상기 계층 3 적응수단으로부터 가상 링크 설정 요청이 수신되면, 가상 링크 요청 메시지를 생성하고, 가상 링크 응답 메시지의 전송 요청에 따라 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하는 라우팅 메시지 생성수단;가상 링크 정보 테이블을 저장하는 가상 링크 정보 저장수단;데이터 링크 계층과 상기 가상 링크 요청 메시지와 상기 가상 링크 응답 메시지를 송수신하는 계층 2 적응수단;상기 계층 2 적응 수단에 의해 수신된 가상 링크 요청 메시지를 처리하여 상기 가상 링크 정보 테이블을 갱신하고, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 재전송되도록 처리하며, 상기 가상 링크 요청 메시지의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 라우팅 메시지 생성수단으로 상기 가상 링크 응답 메시지를 생성하도록 요청하는 라우팅 메시지 처리수단; 및상기 계층 3 적응수단을 통해 데이터 패킷 중계 요청이 수신되면, 상기 가상 링크 정보 테이블을 통해 목적지 단말기의 가상 링크 식별자를 확인하여, 가상 링크 헤더를 구성한 후, 상기 데이터 패킷을 상기 계층 2 적응수단을 통해 전송하고, 상기 계층 2 적응수단을 통해 수신된 데이터 패킷의 목적지 IP 주소가 자신이 아닌 경우 인접 노드로 상기 수신된 데이터 패킷을 재전송 처리하고, 상기 수신된 데이터 패킷의 목적지 IP 주소가 자신인 경우 상기 계층 3 적응수단을 통해 네트워크 계층으로 데이터 패킷을 전달하는 데이터 중계수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
- 제 24 항에 있어서,메쉬 네트워크에서 사용되는 임의의 IP 주소를 선택하여 인접 노드들로 IP 자동 설정 메시지를 전송하고, 일정 시간 동안 IP 충돌 메시지가 수신되지 않으면 상기 선택된 IP 주소를 자신의 IP 주소를 설정하는 IP 주소 설정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
- 제 24 항에 있어서,상기 가상 링크 요청 메시지 및 상기 가상 링크 응답 메시지는,메시지의 종류를 나타내는 타입 필드와, 메시지 길이 필드와, 메시지의 전송 가능 홉 수와 메시지가 지나온 홉 수를 나타내는 TTL/홉 필드와, 링크 품질 필드 와, 가상 링크 식별자 필드와, 소스 단말기의 IP 주소 필드와, 목적지 단말기의 IP 주소 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
- 제 26 항에 있어서,상기 가상 링크 정보 테이블은,목적지 IP 필드와, 가상 링크 식별자 필드와, 다음 홉의 MAC 주소 필드와, 상기 목적지 IP 필드가 나타내는 최종 목적지 단말기까지 도착하기 위하여 남은 홉 수를 나타내는 홉 필드와, 링크 품질 필드와, 라우팅 경로의 유효 시간을 나타내는 만료 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
- 제 24 항에 있어서,상기 라우팅 메시지 처리수단은,상기 가상 링크 정보 테이블에 상기 가상 링크 요청 메시지의 가상 링크 식별자와 동일한 값을 갖는 엔트리가 존재하는 경우, 상기 수신된 가상 링크 요청 메시지를 제거하고, 상기 가상 링크 정보 테이블에 동일한 가상 링크 식별자를 갖는 엔트리가 존재하지 않는 경우, 상기 가상 링크 정보 테이블에 새로운 엔트리를 추 가한 후, 상기 가상 링크 요청 메시지를 재전송 처리하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
- 제 24 항에 있어서,상기 라우팅 메시지 처리수단은,상기 가상 링크 정보 테이블에 상기 가상 링크 응답 메시지의 가상 링크 식별자와 동일한 값을 갖는 엔트리가 존재하는 경우, 상기 가상 링크 정보 테이블에 저장된 엔트리의 링크 품질이 상기 수신된 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질보다 우수하면, 상기 수신된 가상 링크 응답 메시지를 제거하고, 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질이 우수하면 상기 가상 링크 정보 테이블의 엔트리를 삭제하고, 상기 가상 링크 응답 메시지의 정보로 엔트리를 추가하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
- 제 24 항에 있어서,상기 라우팅 메시지 처리수단은,상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값과 상기 가상 링크 요청 메시지를 받은 시점의 링크 품질 값을 비교하여 작은 값을 상기 가상 링크 응답 메시지의 링크 품질 값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
- 제 24 항에 있어서,상기 데이터 중계수단은,상기 수신된 데이터 패킷의 가상 링크 헤더의 링크 품질 값이 임의의 임계값 이하이면, 상기 라우팅 메시지 생성수단으로 가상 링크 응답 메시지 생성을 요청하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 무선 메쉬 네트워크에서의 무선 단말기.
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