KR100821301B1

KR100821301B1 - 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100821301B1
Application number: KR1020060080099A
Authority: KR
Inventors: 박노열; 김창화; 김상경
Original assignee: 강릉대학교산학협력단
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-04-11
Also published as: KR20080018042A

Abstract

본 발명은 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 애드혹 네트워크에서의 전송 경로상에 위치하는 라우팅 노드에서 상기 전송 경로 상에 발생한 장애를 복구하는 방법은 상기 전송 경로상의 장애를 감지한 라우팅 노드가 상기 전송 경로상에 위치한 발신지 노드 및 목적지 노드에 경로 장애 패킷을 송신하는 경로 장애 통지 단계; 상기 경로 장애 패킷을 수신한 상기 목적지 노드가 목적지 경로 요구 패킷을 생성하여 적어도 하나의 이웃 노드에 플러딩하고, 상기 목적지 경로 요구 패킷에 상응하는 목적지 경로 응답 패킷을 상기 라우팅 노드로부터 수신하는 경로 탐색 단계; 상기 목적지 경로 요구 패킷을 수신한 상기 라우팅 노드가 상기 발신지 노드에 발신지 경로 요구 패킷을 송신하는 경로 복구 요청 단계; 및 상기 경로 장애 패킷을 수신한 상기 발신지 노드가 상기 발신지 경로 요구 패킷을 이용하여 라우팅 경로를 재설정하는 경로 복구 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

애드혹, 경로 복구, 경로 탐색, 감지, 발신지, 목적지, 노드, 패킷, 제어 ,데이터, 라우팅, 프로토콜

Description

애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 방법 및 장치{Method and Apparatus For An Improvement of Routing Performance in Ad Hoc Networks}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크 망의 구성도.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드 혹 네트워크에서 경로 복구를 수행하는 절차를 도시한 흐름도..

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 장애 통지 절차를 도시한 흐름도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 목적지 노드의 경로 탐색 절차를 도시한 흐름도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변 노드의 경로 탐색 절차를 도시한 흐름도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발신지 노드에서의 경로 복구 절차를 도시한 흐름도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 장애 통지 절차를 도시한 애드혹 네트워크 구성도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 목적지 노드에 의한 경로 탐색 절차를 도시한 애드혹 네트워크 구성도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 복구 응답 과정을 도시한 애드혹 네트워크 구성도..

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크를 구성하는 노드의 블록구성도.

도 11 내지 도 14는 본 발명에 따라 모델링된 시뮬레이션 환경에서의 성능 분석 결과를 도시한 그래프.

본 발명은 애드혹(Ad Hoc) 네트워크에서의 라우팅(Routing) 성능 개선을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 애드혹 네트워크상에서 노드의 이동이나 장애에 의하여 경로 복구 절차가 수행될 때 목적지 노드에서 경로 복구 절차를 수행함으로써 라우팅 성능을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

1970년대 이후, 무선 네트워크에 이동 환경이 부가됨으로써 그 중요성이 날로 증가하고 있다.

일반적으로 이동 무선 네트워트는 크게 두 가지로 구분될 수 있다.

첫번째는 기지국과 같은 고정된 유선 게이트웨이를 갖는 유선 기반 네트워크이고, 두번째는 유선 기반 구조가 없는 이동 노드들이 독립적으로 구성하는 구조로서 모바일 애드혹 네트워크가 있다.

모바일 애드혹 네트워크는 중앙 집중화된 관리나 표준화된 지원 서비스의 도움 없이 임시 망을 구성하는 무선 모바일 노드들의 집합으로서, 예측 가능하지 않은 이동 패턴, 링크 품질, 잔존 배터리의 양 등의 조건에 따라 네트워크 토폴로지(Topology)가 역동적으로 변할 수 있다는 특징이 있다.

따라서, 모바일 애드혹 네트워크에서의 라우팅 프로토콜(Protocol)은 노드간 통신을 유지하기 위하여 네트워크 연결에 대한 지속적인 추적을 필요로하며, 토폴로지 변화에 적응적으로 대처할 수 있어야 한다.

일반적으로 애드혹 라우팅 프로토콜은 크게 각 이동 노드가 무선망 내의 모든 경로의 정보를 유지하면서 변화 내용을 수시로 수정하는 테이블 기반(Table-Driven) 방식과 특정 목적지에 대한 경로를 요구한 경우에만 경로 설정 과정을 수행하는 요구 기반(On-Demand) 방식이 있다.

테이블 기반 방식은 네트워크 내의 각 노드에 대한 라우팅 정보를 라우팅 테이블에 계속하여 유지하는 방식으로 빠른 경로 탐색의 장점이 있으나, 사용하지 않는 경로에 대한 정보도 유지 관리함으로써 라우팅 오버헤드가 증가하는 단점이 있다.

테이블 기반 방식의 대표적인 예는 DSDV(Destination Sequenced Distance Vector routing) 프로토콜이 있다.

요구 기반 방식은 송신할 데이터를 갖는 발신지 노드가 데이터를 전송하고자 할 때만 목적지 노드까지의 경로를 탐색하여 경로를 설정 유지함으로써 테이블 기반 방식보다 제어 트래픽(Traffic)에 의한 부하를 줄일 수 있다.

요구 기반 방식의 대표적인 예는 DSR(Dynamic Source Routing)과 AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector routing)이 있으며, 특히 AODV 프로토콜에 대해 많은 연구가 진행되어 왔다.

현재까지 애드혹 프로토콜은 노드의 이동이나 장애로 인해 데이터 전송 경로가 손실되는 경우 발신지 노드에서 새로운 경로 탐색 절차를 수행하며, 탐색된 경로를 통해 데이터 패킷을 전송한다.

하지만, 새로운 경로 탐색 절차를 수행하는 동안 제어 트래픽에 의한 과부하의 발생 및 이전에 송신한 데이터 패킷의 손실로 네트워크 성능에 좋지 않은 영향을 미치고 있다.

또한 노드의 이동 및 장애가 발생한 경우, 목적지까지의 평균 경로 복구 및 경로 재설정 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점인 노드의 이동이나 장애로 인해 데이터 전송 경로가 손실되는 경우, 경로 복구 과정에서 발생하는 제어 트래픽에 의한 과부하 및 데이터 패킷의 손실을 최소화하기 위해, AODV 프로토콜을 개선하여 발신지 노드가 아닌 목적지 노드에서 경로 복구 절차를 시작하고, 기존 설정된 경로를 최대한 이용함으로써 데이터 패킷 전달률을 향상시키고, 제어 트래픽에 의한 과부하를 최소화시키며, 종단간 경로 복구에 소요되는 시간을 최소화시키는 애드혹 네트워크상에서의 라우팅 성능 개선 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면,애드혹 네트워크에서의 전송 경로상에 위치하는 라우팅 노드에서 상기 전송 경로 상에 발생한 장애를 복구하는 방법은 상기 전송 경로상의 장애를 감지한 라우팅 노드가 상기 전송 경로상에 위치한 발신지 노드 및 목적지 노드에 경로 장애 패킷을 송신하는 경로 장애 통지 단계; 상기 경로 장애 패킷을 수신한 상기 목적지 노드가 목적지 경로 요구 패킷을 생성하여 적어도 하나의 이웃 노드에 플러딩하고, 상기 목적지 경로 요구 패킷에 상응하는 목적지 경로 응답 패킷을 상기 라우팅 노드로부터 수신하는 경로 탐색 단계; 상기 목적지 경로 요구 패킷을 수신한 상기 라우팅 노드가 상기 발신지 노드에 발신지 경로 요구 패킷을 송신하는 경로 복구 요청 단계; 및 상기 경로 장애 패킷을 수신한 상기 발신지 노드가 상기 발신지 경로 요구 패킷을 이용하여 라우팅 경로를 재설정하는 경로 복구 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 애드혹 네트워크망에 설정된 전송 경로상에 위치하는 라우팅 노드에서, 상기 전송 경로상에 발생한 장애를 복구하는 장치에 있어서, 상기 라우팅 노드에 인접한 노드와 패킷을 송수신하는 패킷 송수신부; 상기 패킷 송수신부로부터 수신한 제어 패킷을 처리하고 새로운 제어 패킷을 생성하는 경로 제어부; 상기 경로 제어부로부터의 제어 신호에 따라 상기 전송 경로상에 발생한 경로 장애를 감지하는 경로 장애 감지부; 상기 감지된 장애 경로에 대한 경로 탐색 절차를 수행하는 경로 탐색부; 및 상기 라우팅 노드가 발신지 노드인 경우 상기 경로 탐색 절차를 통해 획득된 목적지 홉 카운트에 따라 최종 경로 선택을 수행하는 경로 복구부를 포함하되, 상기 목적지 홉 카운트는 상기 라우팅 노드로부터 목적지 노드까지의 홉 수를 가리키는 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크 망의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 애드혹 네트워크 망은 발신지 노드(100), 중간 노드(190) 및 목적지 노드(150)를 포함 할 수 있다.

여기서, 중간 노드(190)는 발신지 노드(100)와 목적지 노드(150) 사이에 설정된 데이터 전송 경로상에 존재하는 노드를 총칭한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중간 노드( 190)는 노드 B(110), 노드 F(120), 노드 J(130) 및 노드 M(140)로 구성되어 있으나, 이는 본 발명의 설명을 돕기 위함이지 반드시 그렇게 구성되어야 하는 것이 아님은 당업자에게 자명한 사실이다.

발신지 노드(100)는 데이터 패킷을 생성한 후 기 설정된 데이터 전송 경로상의 하위 노드(예컨대, 노드 B)로 생성된 데이터 패킷을 전송한다.

여기서, 상기 하위 노드는 데이터 전송 경로상에서 자신을 기준으로 목적지 노드(150) 쪽으로 인접한 노드를 의미하고, 상위 노드는 자신을 기준으로 발신지 노드(100) 쪽에 인접하는 노드를 의미한다.

목적지 노드(150)는 발신지 노드(100)가 송신한 데이터 패킷을 중간 노드(190)의 경유를 통해 수신하는 노드이다.

애드 혹 네트워크는 고정된 게이트웨이가 없는 네트워크로 모든 노드들은 이동 가능하고, 동적으로 연결될 수 있다.

또한 애드 혹 네트워크내의 각 노드들은 다른 노드들과의 연결 경로를 설정하고 유지하는 라우터의 기능을 수행한다.

상기한 라우터의 기능을 수행하기 위해, 각 노드들은 라우팅 테이블을 유지하며, 특정 경로의 장애를 감지한 경우, 해당 경로에 대한 라우팅 테이블의 상태를 변경함으로써, 경로 장애에 따른 데이터 패킷의 손실을 최소화 시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 애드 혹 네트워크에서 경로 복구를 수행하는 절차를 도시한 흐름도이다.

도 2는 발신지 노드(100)와 목적지 노드(150) 사이에 설정된 라우팅 경로를 통해 데이터를 송수신하는 애드혹 네트워크상에서 상기 설정된 라우팅 경로상에 존재하는 전송 링크의 장애 또는 상기 목적지 노드(150)의 이동으로 인한 상기 전송 링크 단절이 발생한 경우, 해당 라우팅 경로를 재설정하는 절차를 도시하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 경로 재설정 절차는 크게 경로 장애 통지 단 계(S204), 목적지 노드에 의한 경로 탐색 단계(S206) 및 경로 복구 단계(S208)을 포함할 수 있다.

경로 장애 통지 단계(S104)는 발신지 노드(100)와 목적지 노드(150) 사이에 설정된 라우팅 경로 상에 존재하는 중간 노드(190)가 전송 링크의 장애를 감지한 경우, 상기 장애를 감지한 노드가 상기 발신지 노드 및 목적지 노드로 경로 장애 패킷(이하 'RERR(Routing Error)라 함)을 전송하고 해당 라우팅 테이블 상태를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

목적지 노드에 의한 경로 탐색 단계(S206)에 있어서, 경로 장애를 인지한 목적지 노드(150)는 목적지 경로 요구 메시지(이하 'DRREQ(Destination Route Request) 패킷을 생성하여, 이웃 노드들에 플러딩(Flooding)함으로써 경로 복구를 위한 탐색 절차를 시작한다.

여기서, 플러딩은 생성된 동일 패킷을 인접한 모든 노드에 전송하는 것을 의미한다.

이때, 상기 DRREQ는 전달 범위를 단계적으로 증가시켜 전송되며, 목적지 노드(150)로의 라우팅 테이블을 유지하고 있는 중간 노드(190)에 의해 수행되는 경로 탐색 응답 절차를 통해 목적지 노드에 의한 경로 탐색 단계(S206)는 종료한다.

여기서, 상기 경로 탐색 응답 절차는 목적지 노드(150)에 목적지 경로 응답 패킷(이하, 'DRREP(Destination Route Reply)라 함)을 전송하는 단계와 발신지 노드(100)에 발신지 경로 요구 패킷(이하, 'SRREP(Source Route Reply)'라 함)을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 DRREQ 전달 범위는 홉의 단위로 증가하며, 본 발명에 따른 초기 전달 범위는 2홉으로 설정된다.

여기서, 홉은 노드와 노드 사이의 설정된 링크의 개수를 의미하며, 도 1에서 발신지 노드(100)와 목적지 노드(150) 사이에 설정된 데이터 전송 경로상에 포함된 홉의 개수는 5가 된다.

경로 복구 단계(S208)는 발신지 노드(100)가 수신 대기 시간 동안 수신한 SRREP 패킷에 포함된 목적지 홉 카운트(Destination Hop Count) 필드를 참조하여 그 값이 가장 큰 SRREP 패킷이 전달된 경로를 최종 전송 경로로 선택하는 과정을 포함할 수 있다.

여기서, 상기한 목적지 홉 카운트 필드의 값은 전송 경로상에 위치한 라우팅 노드로부터 목적지 노드(150)까지의 홉 수를 가리키며, 그 값이 클수록 발신지 노드(100)와 가까이 위치한다는 것을 의미한다.

즉, 발신지 노드(100)는 발신지 노드(100) 가까이에 위치한 중간 노드(190)를 선택할수록 전송 거리가 짧아져 더 효과적인 전송 경로를 설정할 수 있다.

상기한 204 단계 내지 208 단계가 모두 완료하면, 경로 복구 절차는 종료한다(S210).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 장애 통지 절차를 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 발신지 노드(100)는 기 설정된 전송 경로를 통해 목적지 노드(150)로 데이터 패킷을 전송한다(S302).

만약, 상기 데이터 패킷의 전송 중에, 상기 전송 경로상에 위치한 중간 노드(190) 중 어느 한 노드가 상기 전송 경로상의 링크 장애를 감지하면(S304), 해당 중간 노드(190)는 목적지 노드(150)에 RERR(Routing Error) 패킷을 전송한다(S306).

여기서, 목적지 노드(150)는 RERR 패킷을 수신하면 현재 설정된 전송 경로상의 장애를 인지하고, 목적지 노드(150)에 의한 경로 탐색 절차를 수행한다(S324).

상기 링크 장애를 감지한 중간 노드(190)(이하 '장애 감지 노드'라 함)는 더 이상 발신지 노드(100)가 데이터 패킷을 송신하는 것을 막기 위해 발신지 노드(100)을 향해 RERR 패킷을 전송한다(S308).

상기 RERR 패킷을 수신한 노드는 자신이 발신지 노드(100)인지 확인한다(S310).

확인 결과, 발신지 노드(100)이면 해당 목적지 노드(150)에 상응하는 라우팅 경로의 상태를 경로 복구 상태(이하 'RTF_IN_REPARE'라 함)로 변경한 후(S312) 수신한 RERR 패킷을 폐기한다(S314)

여기서, 상기 'RTF_IN_REPARE' 상태는 해당 라우팅 경로가 더 이상 유효하지 않다는 것을 의미하며, 'RTF_IN_REPARE' 인 상태인 라우팅 경로상에 수신된 패킷은 모두 폐기된다.

상기한 310 단계에 있어서, 만약 RERR 패킷을 수신한 노드가 발신지 노드(100)가 아니면, 수신 패킷이 중복 수신된 것인지 확인한다(S316).

확인 결과, 중복 수신 패킷이면 수신한 RERR 패킷을 폐기하고(S322) 경로 장애 통지 절차를 종료한다(S324).

상기 316 단계에 있어서, 중복 수신 패킷이 아닌 경우, 목적지 노드(150)에 상응하는 라우팅 경로의 상태를 'RTF_IN_REPARE'로 변경한 후(S318) 수신한 RERR 패킷을 목적지 노드(150)에 상응하는 라우팅 경로상에 존재하는 상위 노드에 전달한다(S320).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 목적지 노드의 경로 탐색 절차를 도시한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 목적지 노드(150)는 RERR 패킷이 수신되었는지 주기적으로 확인한다(S402).

만약, REER 패킷을 수신하면, 목적지 노드(150)는 DRREQ 패킷을 생성하여 이웃 노드에 플러딩한다(S404).

이때, 목적지 노드(150)는 제어 패킷에 의한 과부하를 줄이기 위해 최초 전달 범위를 2홉으로 설정하여 상기 DRREQ 패킷을 송신한다.

목적지 노드(150)는 DRREP 패킷을 수신되었는지를 확인한다(S406).

확인 결과, DRREP 패킷이 수신하면, 목적지 노드(150)는 수신한 DRREP 패킷을 폐기하고(S408) 경로 탐색 절차를 종료한다(S410).

상기한 306 단계에 있어서, 만약 목적지 노드(150)가 주어진 시간 동안 DRREP 패킷을 수신하지 못하면, 패킷 전달 범위를 1홉 증가시키고(S412), DRREQ 패 킷을 다시 생성하여 이웃 노드에 플러딩한 후(S414) 상기 406 단계로 회귀한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변 노드의 경로 탐색 절차를 도시한 흐름도이다.

여기서, 주변 노드는 목적지 노드(150)에 의한 경로 탐색 절차에 있어서, 목적지 노드(150)에 의해 플러딩된 DRREQ 패킷을 수신하는 노드를 의미한다.

도 5를 참조하면, 주변 노드는 목적지 노드(150)가 송신한 DRREQ 패킷이 수신되었는지 확인한다(S502).

확인 결과, DRREQ 패킷이 수신하면, 주변 노드는 수신된 DRREQ 패킷이 자신이 전송한 패킷인지 확인한다(S504).

확인 결과, 자신이 전송한 패킷이 아니면, 주변 노드는 해당 패킷이 중복 수신된 패킷인지 확인하다(S506).

만약, 중복 수신된 패킷이 아니면, 주변 노드는 상기 DRREQ 패킷을 송신한 목적지 노드(150)에 상응하는 라우팅 경로가 라우팅 테이블에 존재하는지 확인하다(S508).

이때, 목적지 노드(150)에 상응하는 라우팅 경로는 중간 노드(190)의 라우팅 테이블에 존재할 수 있으며, 중간 노드(190)는 DRREQ 패킷을 송신한 노드를 해당 라우팅 경로상의 하위 노드로 기록한다(S510).

주변 노드는 목적지 노드(150)에 DRREP 패킷을 송신하는 단계 및 발신지 노드(100)에 SRREP 패킷을 송신하는 단계를 포함하는 경로 탐색 응답 절차를 수행한 후(S512) 경로 탐색 절차를 종료한다(S512).

상기한 504 단계 내지 506 단계에 있어서, 주변 노드는 수신된 DRREQ 패킷이 자신이 전송한 패킷이거나 중복 수신된 패킷일 경우 해당 패킷을 폐기하고(S516) 상기 506 단계로 회귀한다.

상기 508 단계에 있어서, 목적지 노드(150)에 상응하는 라우팅 경로가 라우팅 테이블에 존재하지 않으면, DRREQ 패킷을 송신한 노드를 하위 노드로 설정하여 해당 라우팅 테이블에 기록한 후(S518), 수신된 DRREQ 패킷을 이웃 노드에 플러딩한다(S520).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발신지 노드에서의 경로 복구 절차를 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 발신지 노드(100)는 경로 복구 절차를 시작하면 SRREP 패킷 수신 대기 타이머를 활성화시킨다(S602).

발신지 노드(100)는 SRREP 패킷이 수신되었는지 확인한다(S604).

확인 결과, SREEP 패킷을 수신하면, 발신지 노드(100)는 SRREP 패킷 수신 대기 시간이 만료되었는지 비교한다(S606).

비교 결과, 만료되지 않았으면, 발신지 노드(100)는 해당 패킷의 전달 경로 및 목적지 홉 카운트를 포함하는 SRREP 패킷을 발신지 노드(100) 내부에 위치한 임시 경로 테이블에 저장한 후(S612) 상기 604 단계로 회귀한다.

상기한 606 단계에 있어서, 만약 상기 SRREP 패킷 수신 대기 시간이 만료하 면, 발신지 노드(100)는 상기 임시 경로 테이블에 저장된 정보를 이용하여 최종 전송 경로를 결정한 후(S608), 경로 복구 절차를 종료한다(S610).

여기서, 최종 전송 경로는 목적지 홉 카운터가 가장 큰 SRREP 패킷에 상응하는 전달 경로를 최종 복구된 전송 경로로 선택한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 장애 통지 절차를 도시한 애드혹 네트워크 구성도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 발신지 노드(100)과 목적지 노드(150)사이에 설정된 데이터 전송 경로상으로 데이터 패킷 전송 중 목적지 노드(150)가 이동한 경우, 노드 M(140)은 상기 데이터 전송 경로상의 장애를 감지한다.

이때, 노드 M(140)은 발신지 노드(100)가 최종 목적지로 설정된 REER 패킷을 생성한 후 현재 라우팅 경로상의 상위 노드인 노드 J(130)으로 생성된 패킷을 전송한다.

즉, REER 패킷은 노드 M(140)-노드 J(130)-노드 F(120)-노드 B(110)-노드 S(100)의 경로를 통하여 발신지 노드(100)에 도착된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 목적지 노드에 의한 경로 탐색 절차를 도시한 애드혹 네트워크 구성도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 경로 장애를 인지한 목적지 노드(150)는 DRREQ 패킷을 생성하여 이웃 노드들에 플러딩하는 것에 의해 경로 탐색 절차를 시작한다.

목적지 노드(150)는 제어 패킷으로 인한 과부하를 최소화하기 위해 패킷의 전달 범위를 최초 2홉으로 설정한 후 이웃 노드에 DRREQ 패킷을 플러딩한다.

목적지 노드(150)는 상기 전송한 DRREQ 패킷에 대한 응답 패킷인 DRREP 패킷을 수신하지 못하면, 패킷의 전달 범위를 1홉 증가시켜 이웃 노드에 DRREQ 패킷을 플러딩한다.

이때, 상기 패킷의 전달 범위는 목적지 노드(150)가 상기 DRREP 패킷을 수신할 때까지 증가한다.

여기서, 노드 F(120), 노드 J(130) 및 노드 M(140)은 장애 발생 이전 목적지 노드(150)에 상응하는 라우팅 테이블을 유지하고 있으며, 목적지 노드(150)의 1차 DRREQ 패킷 플러딩을 통해 DRREQ 패킷을 수신할 수 있는 중간 노드(190)이다.

결과적으로, 노드 F(120), 노드 J(130) 및 노드 M(140)은 목적지 노드(150)로 DRREP 패킷을 송신할 수 있는 노드이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 복구 응답 과정을 도시한 애드혹 네트워크 구성도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 노드 F(120), 노드 J(130) 및 노드 M(140)은 각각 DRREP 패킷을 생성하여 목적지 노드(150)에 송신한다.

이때, 목적지 노드(150)는 DRREP 패킷을 수신하면, 경로 탐색 절차를 종료한다.

또한, 노드 F(120), 노드 J(130) 및 노드 M(140)은 각각 자신의 목적지 홉 카운터를 포함하는 SRREP 패킷을 발신지 노드(100)에 송신한다.

발신지 노드(100)는 SRREP 패킷 수신 대기 시간이 만료하기 전까지 수신된 모든 SRREP 패킷을 임시 경로 테이블에 기록하며, 상기 SRREP 패킷 수신 대기 시간이 만료하면 상기 임시 경로 테이블을 참조하여 최종 전송 경로를 선택한다.

여기서, 노드 F(120), 노드 J(130) 및 노드 M(140)의 목적지 홉 카운트는 각각 3, 2, 1 을 가지며, 최대 목적지 홉 카운트를 가지는 노드는 노드 F(120)가 된다.

결과적으로, 발신지 노드(100)에 의해 선택되는 최종 전송 경로는 노드 S(100)-노드 B(110)-노드 F(120)-노드 G(170)-노드 D(150)를 경유하는 경로가 된다

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드혹 네트워크를 구성하는 노드의 블록구성도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 애드혹 네트워크를 구성하는 각각의 노드는 패킷 송수신부(1000), 경로 제어부(1100), 경로 장애 감지부(1200), 경로 탐색부(1300), 경로 복구부(1400), 임시 경로 테이블(1500) 및 라우팅 테이블(1600)을 포함할 수 있다.

패킷 송수신부(1000)은 해당 노드의 이웃 노드와 제어 및 데이터 패킷을 송수신하는 기능을 수행한다.

경로 제어부(1100)는 이웃 노드로부터 수신된 제어 및 데이터 패킷을 처리하는 기능을 수행하며, 특히 경로 탐색 절차 및 경로 복구 절차에 필요한 정보를 라 우팅 테이블(1600) 및 임시 경로 테이블(1500)로부터 획득하여 경로 탐색 및 경로 복구 기능을 수행한다.

또한 경로 제어부(1100)는 경로 재설정에 필요한 제어 패킷을 생성하여 인접한 노드에 송신하는 기능을 수행한다. .

경로 장애 감지부(1300)는 수신된 페킷을 하위 노드로 전송할 수 없는 경우, 해당 경로 장애를 감지하여 경로 제어부(1100)에 해당 경로에 대한 장애 신호를 제공하는 기능을 수행한다.

경로 제어부(1100)는 경로 장애 감지부(1300)로부터 장애 신호를 수신하면, RERR 패킷을 생성하여 목적지 노드 및 발신지 노드에 생성된 RERR 패킷을 송신한다.

경로 탐색부(1300)는 RERR 패킷에 포함된 최종 목적지 주소가 자신의 주소와 동일하면 목적지 노드에 의한 경로 탐색을 시작시키기 위해 경로 제어부(1100)에 경로 탐색 제어 신호를 송신한다.

경로 제어부(1100)는 상기 경로 탐색 제어 신호를 수신하면 DRREQ 패킷을 생성하여 이웃 노드에 플러딩한다.

경로 복구부(1400)는 SRREP 패킷에 포함된 목적지 홉 카운트를 이용하여 최종 경로를 선택하는 기능을 수행한다.

이때, 경로 복구부(1400)는 목적지 홉 카운트가 가장 큰 값을 가지는 SRREP 패킷에 상응하는 전달 경로를 최종 경로로 선택한다.

임시경로 테이블(1500)은 해당 노드가 발신지 노드인 경우 수신된 SRREP 패 킷을 임시 저장하는 데이터베이스이다.

라우팅 테이블(1600)은 라우팅 경로 및 해당 라우팅 경로의 현재 상태를 포함하는 데이터베이스이다.

이하에서 설명될 성능 분석 결과는 본 발명에 의해 개시된 사상을 통해 구현된 알고리즘을 네트웍 시뮬레이터 2(Network Simulator 2)를 이용하여 시뮬레이션 하였으며, 본 발명에 따라 제안된 프로토콜의 성능을 AODV 및 지역 복구(Local Repair) 알고리즘을 적용한 L-AODV 라우팅 프로토콜과 비교 분석하였다.

네트워크 시뮬레이터 2에서 제공하는 IEEE 802.11 무선 및 MAC(Media Access Control) 모델이 시뮬레이션 상의 노드들에 적용되었으며, 트래픽 데이터를 생성하기 위해 CBR(Constant Bit Rate) 발신지를 사용하여 각 시뮬레이션 환경에 따른 시나리오를 생성하였다.

트래픽의 페이로드 크기는 512 바이트, 데이터 전달 속도는 4 패킷/초, 노드의 이동은 랜덤 웨이포인트(Random Waypoint) 모델을 따르도록 설정하였다.

다양한 환경에서의 실험을 위해 네트워크의 크기 및 노드 수 등의 조건을 변화시키면서 성능 분석을 실시하였다.

본 발명에 따른 시뮬레이션 결과는 최소 5회 이상의 실험을 통하여 얻어진 것이다.

성능 평가 척도는 패킷 전달율(packet delivery fraction), 종단간 평균 지연시간(end-to-end delay), 제어 트래픽 오버헤드(control traffic overhead), 홉 수(hop count) 등을 적용하였다.

이하에서는 본 발명에 따라 모델링된 시뮬레이션 환경을 통한 성능 분석 결과를 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 상기 시뮬레이션 환경은 네트워크 내의 노드 이동 속도를 변화시켜가면서 제안 프로토콜을 AODV 및 L-AODV와 비교 분석하였다.

상기 시뮬레이션 환경은 네트워크의 크기가 1500 X 1500 미터 크기 내에 60개의 노드가 5m/s에서 20m/s의 사이의 속도로 이동하는 네트워크를 모델링하였다.

노드의 무선 전파 범위는 150 미터, 시뮬레이션 시간은 1000초이고, 트래픽 발신지의 수는 20개로 설정하였다.

도 11은 본 발명에 따라 모델링된 시뮬레이션 환경에서의 성능 분석 결과를 도시한 그래프이다.

도 11은 네트워크 내의 노드 이동 속도에 따른 패킷 전달률을 도시한 그래프이다.

도 11을 참조하면, 노드의 이동 속도가 증가함에 따라 전달률은 감소하였으나, 제안 프로토콜은 전체적으로 AODV에 비해 약 21.18%. L-AODV에 비해 약 6.18%의 전달률 개선 효과를 보여준다.

도 12는 본 발명에 따라 모델링된 시뮬레이션 환경에서의 성능 분석 결과를 도시한 그래프이다.

도 12는 네트워크 내의 노드 이동 속도에 따른 데이터 패킷의 종단간 지연 시간을 도시한 그래프이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 3개의 프로토콜 모두 이동 속도가 15m/s이하일 때는 비교적 낮은 패킷 지연을 보이나 이동 속도가 20m/s로 빨라지면 데이터 패킷 지연 시간이 현저히 높아지는 것을 알 수 있다.

전반적으로, AODV에 비해 L-AODV와 제안 프로토콜의 지연 시간이 조금 긴 것으로 나타났다.

도 13은 본 발명에 따라 모델링된 시뮬레이션 환경에서의 성능 분석 결과를 도시한 그래프이다.

도 13은 네트워크 내의 노드 이동 속도에 따른 각 라우팅 프로토콜의 제어 트래픽 오버헤드를 도시한 그래프이다.

노드의 이동 속도가 빨라질수록 발신지 노드에서 목적지 노드까지의 경로 장애가 자주 발생하며, 이에 따라 잦은 경로 복구 절차가 수행되어 제어 트래픽이 증가한다.

하지만, 도 13에 도시된 바와 같이, 제안 프로토콜은 AODV에 비해 약 9.46%, L-AODV에 비해 약 16.3%의 성능 개선 효과를 보여준다.

도 14는 본 발명에 따라 모델링된 시뮬레이션 환경에서의 성능 분석 결과를 도시한 그래프이다.

도 14는 네트워크 내의 노드 이동 속도에 따른 각 라우팅 프로토콜의 홉 카운트 변화를 도시한 그래프이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 제안 프로토콜은 AODV에 비해 약 3.6%, L-AODV에 비해 약 12.7%의 성능 개선 효과를 보여준다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 애드혹 네트워크에서 라우팅 성능을 개선하는 방법에 있어서, 노드의 이동이나 장애로 인해 데이터 전송 경로가 손실되는 경우, 발신지 노드가 아닌 목적지 노드에서 경로 복구 절차를 시작함으로써 경로 복구 과정에서 발생하는 제어 트래픽에 의한 과부하 및 데이터 패킷의 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 기존 AODV 프로토콜을 개선하여 기존 설정된 라우팅 경로를 최대한 이용하므로 데이터 패킷 전달률을 향상시키고, 종단간 경로 복구에 소요되는 시간을 최소화시키는 장점이 있다.

Claims

애드혹 네트워크의 전송 경로상에 위치하는 라우팅 노드에서 상기 전송 경로 상에 발생한 장애를 복구하는 방법에 있어서,

상기 전송 경로상의 장애를 감지한 라우팅 노드가 상기 전송 경로상에 위치한 발신지 노드 및 목적지 노드에 경로 장애 패킷을 송신하는 경로 장애 통지 단계;

상기 경로 장애 패킷을 수신한 상기 목적지 노드가 목적지 경로 요구 패킷을 생성하여 적어도 하나의 이웃 노드에 플러딩하고, 상기 목적지 경로 요구 패킷에 상응하는 목적지 경로 응답 패킷을 상기 라우팅 노드로부터 수신하는 경로 탐색 단계;

상기 목적지 경로 요구 패킷을 수신한 상기 라우팅 노드가 상기 발신지 노드에 발신지 경로 요구 패킷을 송신하는 경로 복구 요청 단계; 및

상기 경로 장애 패킷을 수신한 상기 발신지 노드가 상기 발신지 경로 요구 패킷을 이용하여 라우팅 경로를 재설정하는 경로 복구 단계

를 포함하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
제 1항에 있어서,

상기 경로 장애 통지 단계에서, 상기 경로 장애 패킷은 상기 발신지 노드와 상기 경로 장애를 감지한 라우팅 노드 사이에 위치하는 상위 노드에 순차적으로 전달되며, 상기 경로 장애 패킷을 수신한 노드가 상기 목적지 노드로의 라우팅 경로 상태를 경로 복구 상태로 천이시키는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 목적지 노드가 소정의 대기 시간 동안 적어도 하나의 상기 목적지 경로 응답 패킷을 수신하는 경우, 상기 경로 탐색 절차를 종료하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
제 4항에 있어서,

상기 목적지 노드가 상기 대기 시간 동안 상기 목적지 경로 응답 패킷을 수신하지 못한 경우, 상기 목적지 경로 요구 패킷의 전달 범위를 단계적으로 확장시켜 상기 목적지 경로 요구 패킷을 상기 이웃 노드에 플러딩하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 목적지 경로 응답 패킷을 전송한 상기 라우팅 노드가 최종 목적지가 상기 발신지 노드로 설정된 목적지 홉 카운트 및 전달 경로를 포함하는 발신지 경로 요구 패킷을 전송하되, 상기 발신지 노드가 상기 목적지 홉 카운트 및 전달 경로를 이용하여 최종 경로를 결정하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
제 1항에 있어서,

상기 목적지 경로 요구 패킷을 수신한 상기 이웃 노드는 상기 목적지 노드로의 라우팅 경로가 라우팅 테이블에 존재하지 않으면, 상기 목적지 경로 요구 패킷을 송신한 노드를 다음 홉으로 설정하고, 상기 수신된 목적지 경로 요구 패킷을 상기 이웃 노드와 인접한 노드로 플러딩하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
제 8항에 있어서,

상기 이웃 노드는 상기 수신된 목적지 경로 요구 패킷이 중복 수신된 패킷이거나 상기 이웃 노드에 의해 송신된 패킷인 경우, 상기 수신된 목적지 경로 요구 패킷을 폐기하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
삭제
제 7항에 있어서,

상기 발신지 노드는 미리 정의된 발신지 경로 요구 패킷 수신 대기 시간 동안 상기 발신지 경로 요구 패킷을 수신하며, 상기 발신지 경로 요구 패킷 수신 대기 시간이 만료하면, 상기 목적지 홉 카운트의 값이 가장 큰 상기 발신지 경로 요구 패킷의 상기 전달 경로를 최종 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서의 경로 장애 복구 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
애드혹 네트워크망에 설정된 전송 경로상에 위치하는 라우팅 노드에서, 상기 전송 경로상에 발생한 장애를 복구하는 장치에 있어서,

상기 라우팅 노드에 인접한 노드와 패킷을 송수신하는 패킷 송수신부;

상기 패킷 송수신부로부터 수신한 제어 패킷을 처리하고 새로운 제어 패킷을 생성하는 경로 제어부;

상기 경로 제어부로부터의 제어 신호에 따라 상기 전송 경로상에 발생한 경로 장애를 감지하는 경로 장애 감지부;

상기 감지된 장애 경로에 대한 경로 탐색 절차를 수행하는 경로 탐색부; 및

상기 라우팅 노드가 발신지 노드인 경우 상기 경로 탐색 절차를 통해 획득된 목적지 홉 카운트에 따라 최종 경로 선택을 수행하는 경로 복구부

를 포함하되, 상기 목적지 홉 카운트는 상기 라우팅 노드로부터 목적지 노드까지의 홉 수를 가리키는 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 장치.
제 13항에 있어서,

상기 라우팅 노드에서 유지하고 있는 라우팅 경로 및 상기 라우팅 경로의 현재 상태가 저장되는 라우팅 테이블 및

상기 발신지 노드가 수신한 발신지 경로 요구 패킷을 임시 저장하기 위한 임시 경로 테이블

을 더 포함하는 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 장치.
제 13항에 있어서,

상기 경로 탐색부는,

상기 경로 장애를 인지한 상기 목적지 노드가 목적지 경로 요구 패킷을 생성하여, 적어도 하나 이상의 이웃 노드에 플러딩하는 수단; 및

상기 목적지 노드가 상기 목적지 경로 요구 패킷에 상응하는 상기 목적지 경로 응답 패킷을 수신하는 수단

를 포함하되, 상기 목적지 노드는 상기 목적지 경로 응답 패킷을 수신하면, 상기 목적지 노드에 의한 경로 탐색 절차를 종료하는 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 장치.
제 15항에 있어서,

상기 목적지 노드는 상기 목적지 경로 응답 패킷을 수신하지 못한 경우, 상기 목적지 경로 응답 패킷의 전달 범위를 순차적으로 증가시켜 상기 목적지 경로 응답 패킷을 상기 이웃 노드에 플러딩하는 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 장치.
제 13항에 있어서,

상기 경로 복구부는 발신지 경로 요구 패킷 수신 대기 시간 동안 상기 발신 지 경로 요구 패킷을 수신하며, 상기 발신지 경로 요구 패킷 수신 대기 시간이 만료하면, 상기 목적지 홉 카운트의 값이 가장 큰 상기 발신지 경로 요구 패킷의 상기 전달 경로를 최종 경로로 선택하는 애드혹 네트워크에서의 라우팅 성능 개선 장치.