KR100865722B1 - 유비쿼터스 센서 네트워크에서 이씨엔 비트를 이용한혼잡제어 방법 - Google Patents

유비쿼터스 센서 네트워크에서 이씨엔 비트를 이용한혼잡제어 방법 Download PDF

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KR100865722B1
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주정란
이성근
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 유비쿼터스 센서 네트워크의 혼잡을 제어하기 위해 혼잡발생 정보와 혼잡발생 위치를 제공함으로써, 혼잡으로 인한 패킷 손실 및 지연을 방지할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법에 있어서, 상기 송신 노드가 싱크 노드로 패킷을 전송하기 위해 SNR을 확인하는 제 1단계; 상기 SNR이 설정한 값 이상이면 상기 송신 노드에 수신된 패킷 중에 CSI 패킷이 존재하는지 확인하는 제 2단계; 상기 CSI 패킷이 존재하면 CSI 패킷 필드에 혼잡 노드의 ID가 입력되어 있는지 확인하는 제 3단계; 상기 CSI 패킷 필드에 혼잡 노드의 ID가 입력되어 있으면 상기 혼잡 노드의 ID가 포함되어 있지 않은 경로를 검색하여 상기 싱크 노드로 패킷을 전송하는 경로를 변경하는 제 4단계; 및 설정된 경로를 바탕으로 상위 노드로 상기 패킷을 전송하는 제 5단계에 기술적 특징이 있다.
유비쿼터스 센서 네트워크, ECN, 혼잡제어, USN

Description

유비쿼터스 센서 네트워크에서 이씨엔 비트를 이용한 혼잡제어 방법{Congestion control method for using ECN bit in ubiquitous sensor network}
도 1은 종래 기술에 따른 혼잡제어 ECN 메커니즘에 관한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 매커니즘을 적용한 패킷구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 메커니즘을 이용한 CSI 패킷구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법의 순서도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 중계 노드 전송방법의 순서도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 싱크 노드 전송방법의 순서도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어에서 일실시예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어에서 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 실시한 실시예의 구성도를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 실시한 실시예를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크의 혼잡상황이 발생했을 때의 패킷 처리율을 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 사용한 패킷 처리율을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : P_ID 220 : SN_ID
230 : ECN 240 : CN_ID
310 : CIS_ID 320 : ECN Echo Flag
330 : TN_ID
본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 방법 에 관한 것으로, 보다 자세하게는 유비쿼터스 센서 네트워크의 혼잡을 제어하기 위해 혼잡발생 정보와 혼잡발생 위치를 제공함으로써, 혼잡으로 인한 패킷 손실 및 지연을 방지할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 방법에 관한 것이다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN)는 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크로써, 사람의 접근이 불가능한 취약지구에 수백 개의 센서 노드를 설치하여 사람이 감시하는 것과 마찬가지의 역할을 하도록 하는 것을 의미한다.
유비쿼터스 센서 네트워크는 많은 양의 센서 노드들이 미리 정해진 형태나 기술 없이 높은 설치 밀도를 가지고 배치되어 있으며 제한된 에너지로 인한 센서 노드들의 소멸과 주변 환경에 의한 고장 등이 발생한다. 특히, 유비쿼터스 센서 네트워크가 실시간 감시에 적용되어 대량의 패킷 전송을 시작할 때 일어나는 혼잡으로 인하여 발생하는 패킷손실과 전송지연으로 인한 유비쿼터스 센서 네트워크의 성능저하가 문제점으로 발생하고 있다. 이러한 유비쿼터스 센서 네트워크의 특성으로 인하여 기존의 유무선 네트워크의 프로토콜 및 기술들을 그대로 사용하기에는 많은 어려움이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 혼잡제어 ECN 메커니즘에 관한 도면이다. 도 1을 참조하면, ECN(Explicit congestion notification, 이하 "ECN"이라 칭함) 메커니즘은 네트워크상에 일어날 가능성이 있는 혼잡을 미리 탐지하여 이를 송신측에 명시적으로 알려 전송 속도를 조절하는 방식을 사용한다. ECN은 패킷이 출력 큐(queue) 에 도착하면 큐의 평균길이 즉, 현재 큐에 패킷이 저장되어 있는 정도가 계산되고, 계산된 평균길이는 도 1에 나타나 있는 두 개의 경계 값과 비교된다. 만약 평균길이가 상위 경계 값 THmax 보다 크면(110) 혼잡이 심각하다고 판단하여 패킷을 폐기하고, 하위 경계 값 THmin 보다 작으면(130) 혼잡이 존재하지 않거나 최소라고 판단하고 패킷을 큐에 바로 저장한다. 큐의 평균길이가 두 개의 경계 값 사이에 있으면(120) 혼잡이 시작되는 영역에 있다고 판단하여 확률에 따라서 패킷을 폐기하거나 혼잡하다는 것을 알리기 위한 마킹을 한다. 상기 확률은 큐의 평균길이에 따라 결정되며 평균길이의 크기에 비례한다.
상기 ECN 메커니즘은 혼잡이 예상되면 해당 라우터가 패킷의 IP 헤더에 존재하는 CE-bit(Congestion Experienced bit, 이하 "CE-bit"라 칭함)를 1로 마킹하여 목적지로 전송하며, 패킷이 목적지에 도착 후 수신자는 CE-bit가 1로 설정된 패킷을 확인하고, 패킷을 보낸 송신자에게 경로의 혼잡을 알려주기 위하여 TCP 헤더에 존재하는 ECN-Echo 플래그를 세팅하여 ACK(Acknowledge character, 이하 "ACK"이라 칭함) 패킷을 전송한다. 상기 ACK을 수신한 송신자는 자신의 송신 윈도우의 크기를 반으로 감소하는 등의 대응책을 취하고 다음에 전송한 패킷에 CWR(Congestion Window Reduced, 이하 "CWR"이라 칭함) 플래그를 세팅하여 보냄으로써 혼잡에 대비하여 윈도우 크기를 감소시켰다는 것을 수신자에게 알려 수신자가 더 이상 혼잡을 예고하는 ACK을 보내지 않도록 한다.
그러나, ECN 메커니즘은 어느 곳에서 혼잡이 발생했는지를 제공하지 않아서 혼잡이 발생한 부분을 피해갈 수는 없고, 송신자의 송신 윈도우의 크기를 줄이는 등의 해결책만 제시할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유비쿼터스 센서 네트워크의 혼잡을 제어하기 위해서 혼잡발생 정보와 혼잡발생 위치를 제공함으로써, 네트워크상에 혼잡으로 인한 패킷손실 및 지연을 방지토록 함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 네트워크의 혼잡을 제어함으로써 제한되어 있는 센서 노드들의 에너지를 절약할 수 있는 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적은 상기 송신 노드가 싱크 노드로 패킷을 전송하기 위해 SNR을 확인하는 제 1단계; 상기 SNR이 설정한 값 이상이면 상기 송신 노드에 수신된 패킷 중에 CSI 패킷이 존재하는지 확인하는 제 2단계; 상기 CSI 패킷이 존재하면 CSI 패킷 필드에 혼잡 노드의 ID가 입력되어 있는지 확인하는 제 3단계; 상기 CSI 패킷 필드에 혼잡 노드의 ID가 입력되어 있으면 상기 혼잡 노드의 ID가 포함되어 있지 않은 경로를 검색하여 상기 싱크 노드로 패킷을 전송하는 경로를 변경하는 제 4단계; 및 설정된 경로를 바탕으로 상위 노드로 상기 패킷을 전송하는 제 5단계를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 하위 센서 노드로부터 패킷을 수신하는 제 1단계; 상기 중계 노드의 버퍼 용량을 확인하는 제 2단계; 상기 버퍼 용량이 임계치보다 높으면 수신된 상기 패킷의 ECN 필드를 1로 마킹하는 제 3단계; 수신된 상기 패킷의 CN_ID 필드에 상기 중계 노드의 ID를 입력하는 제 4단계; 및 하나 이상의 상위 센서 노드로 상기 패킷을 전송하는 제 5단계를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 중계 노드 전송방법에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 하위 노드로부터 패킷을 수신하는 제 1단계; 상기 패킷의 ECN 필드 값을 확인하는 제 2단계; 상기 ECN 필드 값이 0이 아니라면 패킷을 보낸 송신 노드로 CSI 패킷을 전송하는 제 3단계; 및 수신된 상기 패킷을 처리하는 제 4단계를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 싱크 노드 전송방법에 의해 달성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 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.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 매커니즘을 적용한 패킷구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 패킷구조에서 ECN 매커니즘을 적용하기 위해서 ECN(230)필드와 CN_ID(240)필드를 추가하였다. ECN(230)필드는 ECN 매커니즘을 적용한 패킷이라는 것을 알리기 위한 필드이며, CN_ID(240)는 송신 노드가 싱크 노드로 패킷을 전송할 때 중계 노드를 거치게 되는데, 이때, 상기 중계 노드가 많은 패킷을 수신받아서 부하가 걸리면 혼잡이 발생하게 된다. 이때, 상기 중계 노드는 혼잡이 발생했다는 것을 패킷에 표시하며, 발생위치가 자신의 노드라는 것을 알기 위해 CN_ID(240)에 자신의 노드 ID를 입력한다.
P_ID(210)필드는 송신 노드에서 싱크 노드로 패킷을 보내는 과정에 있어서, 몇 번째의 패킷인지를 나타내주는 패킷 순서필드이고, SN_ID(220)필드는 송신 노드의 ID로, 보내는 노드의 ID를 기재한다. 또한, 250은 데이터가 아닌 헤더에 들어가는 나머지 정보들을 나타내는 것으로 제어비트 또는 옵션필드 등이 들어갈 수 있으며, Data(260)는 송신 노드에서 싱크 노드로 보내고자 하는 정보를 담은 필드이다. 이 패킷구조에서 패킷의 크기는 설정하기 나름이며, 250은 부가적인 필드로써, 패킷구조에서 포함되지 않을 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 메커니즘을 이용한 CSI 패킷구조를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 싱크 노드에서 송신 노드로부터 수신된 패킷을 잘 받았다는 의미로 CSI(Congestion Status Information, 이하 "CSI"라 칭함)을 보내게 되며, 상기 CSI 패킷은 혼잡상태정보를 나타내는 패킷으로, CSI_ID(310)필드는 수신된 패킷에서 몇 번째 패킷까지 잘 받았다는 의미의 필드로, 수신된 패킷필드에서 P_ID를 적는 부분이며, ECN Echo Flag(320)필드는 상기 송신 노드가 보낸 패킷의 ECN필드가 마킹된 데이터를 받았다고 알려주는 필드로 송신 노드의 경로 중에 혼잡 노드가 포함되어 있다는 의미이다.
TN_ID(330)필드는 상기 싱크 노드로부터 수신된 패킷의 상기 송신 노드 ID 즉, CSI패킷이 도착해야 할 목적지 노드를 적어서, 센서 노드가 TN_ID(330)필드에 자신의 ID가 적혀있으면, 자신의 패킷으로 간주하여 처리하게 된다. CN_ID(340)필드는 혼잡이 발생한 노드의 ID가 입력되어 있는 것으로, 상기 송신 노드에게 혼잡이 발생한 노드를 알려주어 혼잡이 발생한 노드를 피하거나 패킷의 양을 줄여서 혼잡을 피하도록 한다.
상기 CSI 패킷은 싱크 노드가 패킷을 수신하면 항상 보내야 하는 패킷은 아니며, 주기적으로 패킷의 수신상태를 알려주기 위해 송신 노드로 보내며, 혼잡이 발생할 경우에는 ECN Echo Flag(320)필드를 체크하여 꼭 송신 노드로 전송하는 것을 포함한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 송신 노드는 싱크 노드로 전송할 정보가 있는 경우(S410) 크로스 레이어 기법을 사용하여 무선채널의 상태를 나타내는 SNR(Signal-to-noise Ratio, 이하 "SNR"이라 칭함) 정보 를 습득하여 SNR값이 설정한 최소의 SNR값 이상일 경우에만 패킷을 전송한다(S420). SNR값은 링크의 상태를 파악할 수 있는 정보로 SNR값이 좋지 않은 상태에서 전송할 경우 상기 싱크 노드까지 전송되지 않을 확률이 높기 때문에 SNR값이 설정한 값보다 낮으면 전송하지 않고 대기한다.
기존의 OSI와 같이 계층화된 구조에서는 각 계층에 의해 제공되는 서비스가 정의되어 있고, 전체적인 네트워킹 작업들이 계층으로 나뉘어져있다. 각 계층은 그 계층 내에서 어떤 동작을 취하거나, 바로 아래 계층의 서비스를 이용함으로써 상위 계층에서 서비스를 제공한다. 계층화된 구조에서는 인접해 있지 않은 계층들의 직접 통신을 금지하고, 인접한 계층들 간의 통신은 프로시져 호출과 응답으로 제한된다. 그러나 이러한 계층화된 구조가 무선인 네트워크 즉, 유비쿼터스 센서 네트워크에는 적합하지 않기 때문에 인접하지 않은 계층간의 직접 통신이나 계층들 간의 변수를 공유하는 방법 등이 필요하며, 이러한 기법이 상기 크로스 레이어 기법이다.
SNR값이 최소한의 SNR값보다 높으면 상기 송신 노드는 상기 싱크 노드로부터 수신된 CSI패킷이 존재하는지 검사한 후(S430), CSI패킷이 존재하면 CSI 패킷에 혼잡 노드가 존재하는지에 대한 패킷 필드를 검사한다(S440). 패킷에 혼잡 노드가 존재할 경우 패킷을 보낼 경로 중에 혼잡 노드의 ID가 들어있지 않은 경로에서 가장 순위가 높은 경로로 패킷 경로의 위치를 바꾸어 패킷을 전송함에 있어서 혼잡 노드를 거치지 않도록 설정한다(S450). 수신된 CSI패킷 존재하지 않거나, CSI패킷 존재해도 패킷에 혼잡 노드가 존재하지 않는다면 설정되어 있는 경로를 바꾸지 않고, 싱크 노드로 패킷을 전송한다(S460).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 중계 노드 전송방법의 순서도이다. 도 5를 참조하면, 중계 노드는 송신 노드가 싱크 노드로 패킷을 전송하기 위해 거치는 노드로써, 하나 이상의 중계 노드를 거쳐 싱크 노드로 전송하게 된다.
중계 노드가 패킷을 수신하면(S510), 중계 노드의 버퍼 용량을 확인하여(S520), 버퍼의 용량이 임계치를 넘어설 경우(S530) 중계 노드는 자신이 혼잡상황에 들어섰거나 혼잡 직전 상황인 것으로 감지하고 수신한 패킷의 ECN 필드를 1로 마킹하고(S540), CN_ID 필드에 자신의 노드 ID를 입력한다(S550). 그리고 패킷을 다음 노드로 전송한다(S560). 버퍼의 용량이 임계치 이하일 경우 패킷을 그대로 다음 노드로 전송한다. 상기 다음 노드는 싱크 노드가 될 수도 있고, 다음 중계 노드가 될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 싱크 노드 전송방법의 순서도이다. 도 6을 참조하면, 싱크 노드는 패킷을 수신하면(S610), 패킷의 ECN 필드 값이 0인지를 확인하고(S620), 0이 아니라면 혼잡 노드가 있다는 것을 의미하므로 CIS 패킷을 송신 노드로 전송한다(S630). 이때, CSI 패킷에는 싱크 노드가 마킹된 데이터를 받았음을 알려주는 ECN Echo flag와 CSI 패킷이 전달되어야 하는 노드를 나타내는 TN_ID, 혼잡상황에 직면하거나 혼잡상황이 발생한 노드를 나타내는 CN_ID가 포함된다. 그 후 싱크 노드는 수신한 패킷을 처리한다(S640).
CSI 패킷은 ECN 필드의 값이 0이 아닐 경우 즉, 혼잡상황이 발생한 경우에만 그 상황을 알려주기 위해 송신 노드에 CSI 패킷을 전송할 수도 있고, 혼잡상황이 발생하지 않아도 패킷을 잘 받았다는 의미로 주기적으로 송신 노드에 CSI 패킷을 보낼 수도 있는 것을 포함한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어에서 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, (a)는 n0 노드에서 n1 노드를 거쳐 싱크 노드로 패킷을 전송한다. (b)는 n1 노드에서 혼잡발생을 인지하면, (c)는 수신된 패킷에 혼잡이 발생했다는 것을 알려주기 위해 패킷에 ECN 필드를 1로 마킹하여 보낸다. (d)는 패킷을 수신한 싱크 노드가 마킹된 패킷을 확인하고 혼잡이 발생한 노드가 있다는 것을 확인하여 n0 노드로 CSI 패킷을 전송한다. CSI 패킷에는 n1 노드가 혼잡하다는 것을 알려준다. (e)는 CSI 패킷을 수신한 n0 노드는 n1 노드에 혼잡이 발생했다는 것을 인지하고 n1 노드가 포함되어 있지 않은 다른 경로를 검색한다. n1 노드가 포함되어 있지 않은 우회경로인 n2 노드로 경로를 설정하고 (f)는 우회경로인 n2 노드를 이용하여 패킷을 싱크 노드로 전송하는 것을 포함한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어에서 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, (a)는 n3 노드에서 n2 노드를 거쳐 싱크 노드로 패킷을 전송한다. (b)는 n2 노드에서 혼잡발생을 인지하면, (c)는 n2 노드는 혼잡이 발생했다는 것을 알리기 위해 패킷의 ECN 필드에 1로 마킹하여 패킷을 전송한다. (d)는 마킹된 패킷을 받은 싱크 노드는 혼 잡 노드가 있다는 것을 알려주기 위해 n3 노드에 CSI 패킷을 전송하고, (e)는 CSI 패킷을 수신한 n3 노드는 n2 노드의 혼잡을 인지하고, 다른 우회경로를 검색한다. 그러나 우회경로가 없다는 것을 알고, 패킷의 전송률을 낮춘다. (f)는 n3 노드는 기존에 보내던 패킷의 전송률보다 낮은 전송률로 n2 노드를 거쳐 싱크 노드에 패킷을 전송하여 n2 노드가 혼잡이 발생하지 않도록 한다. 상기 낮은 전송률은 기존의 패킷 전송률보다 1/2 낮춘 전송률이다.
혼잡이 발생하면, 우회경로를 검색하여 우회경로가 존재하면 우회경로를 통해 패킷을 전송함으로써 혼잡 지역을 피해가며, 혼잡 노드를 경유하지 않는 우회경로가 존재하지 않을 경우에는 패킷의 전송률을 반으로 줄임으로써 혼잡을 제어할 수 있도록 한다.
상기 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 실시한 실시예이다. 제안된 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 이용한 혼잡제어 기법의 성능을 평가하기 위하여 네트워킹을 연구하기 위해 개발된 이벤트 기반의 시뮬레이터인 NS-2 시뮬레이터를 사용하였으며, 실험환경은 아래 표 1과 같다.
Figure 112007045846288-pat00001
6개의 센서 노드는 고정되어 있으며 각 노드는 DSR(Dynamic Source Routing, 이하 "DSR"이라 칭함)라우팅 알고리즘을 이용하여 다른 모든 노드의 경로 정보를 라우팅 테이블을 가지고 있다. 각 센서 노드의 에너지는 유비쿼터스 센서 네트워크의 데이터 처리 능력에 집중하기 위하여 별도로 고려하지 않았으며, 모든 패킷 전송은 무선채널을 통하여 이루어진다. 채널은 데이터를 전송하기 위한 전송채널과 싱크에서 각 노드로 제어신호 및 CSI 패킷을 전송하기 위한 제어채널로 구성된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 실시한 실시예의 구성도를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, n0은 FTP(File Transfer Protocol, 이하 "FTP"라 칭함), n3는 CBR(Constant Bit Rate, 이하 "CBR"이라 칭함) 트래픽이 생성되는 토폴로지를 보여준다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 실시한 실시예를 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 일반적인 상황에서의 TCP의 혼잡제어를 살펴보기 위하여 50초에 FTP에서 트래픽 생성을 시작하여 싱크로 패킷을 전송한다. TCP 패킷의 크기는 NS-2 기본 설정 값인 1000byte이고 싱크가 패킷을 수신하기 위한 수신 윈도우 사이즈는 2000MSS로 설정하였다. 그리고 유비쿼터스 센서 네트워크상에 혼잡상황을 일으키기 위하여 n3의 CBR에서 130초부터 180초까지 1000byte의 데이터를 150Kbps의 속도로 무선 채널을 통하여 싱크로 전송하도록 설정하였다. FTP는 240초에 동작을 멈추고 10초 후인 250초에 전체 시뮬레이션이 종료된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크의 혼잡상황이 발생했을 때의 패킷 처리율을 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, CBR이 대량의 트래픽을 발생시키는 130초에서 180초 사이에 급격한 처리율 감소가 나타냄을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘을 사용한 패킷 처리율을 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 130초에서 180초 사이에 CBR 트래픽이 발생하여 네트워크에 혼잡이 있어도 TCP에 의하여 전송되는 패킷의 처리율은 영향을 받지 않음을 나타낸다. 따라서, ECN 비트를 이용한 혼잡제어 매커니즘은 유비쿼터스 센서 네트워크의 혼잡제어에 효과적임을 나타낸다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어 방법은 유비쿼터스 센서 네트워크의 혼잡을 제어하기 위해서 혼잡발생 정보와 혼잡발생 위치를 제공함으로써, 네트워크상에 혼잡으로 인한 패킷손실 및 지연을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 네트워크의 혼잡을 제어함으로써 제한되어 있는 센서 노드들의 에너지를 절약할 수 있도록 하는 현저하고도 유리한 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법에 있어서,
    상기 송신 노드가 싱크 노드로 패킷을 전송하기 위해 SNR을 확인하는 제 1단계;
    상기 SNR이 설정한 값 이상이면 상기 송신 노드에 수신된 패킷 중에 CSI 패킷이 존재하는지 확인하는 제 2단계;
    상기 CSI 패킷이 존재하면 CSI 패킷 필드에 혼잡 노드의 ID가 입력되어 있는지 확인하는 제 3단계;
    상기 CSI 패킷 필드에 혼잡 노드의 ID가 입력되어 있으면 상기 혼잡 노드의 ID가 포함되어 있지 않은 경로를 검색하여 상기 싱크 노드로 패킷을 전송하는 경로를 변경하는 제 4단계; 및
    설정된 경로를 바탕으로 상위 노드로 상기 패킷을 전송하는 제 5단계
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 SNR은 상기 송신 노드의 링크상태를 나타내주는 유비쿼터스 센서 네트 워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계에서 SNR의 값이 설정한 값 이하일 경우, 패킷을 전송하지 않고 대기하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3단계에서 CSI 패킷이 존재하지 않을 경우, 상기 상위 노드로 패킷을 전송하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4단계에서 CSI 패킷에 혼잡 노드의 ID가 입력되어 있지 않으면 기 설정된 경로로 패킷을 전송하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 송신 노드 전송방법.
  6. 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 중계 노드 전송방법에 있어서,
    하위 센서 노드로부터 패킷을 수신하는 제 1단계;
    상기 중계 노드의 버퍼 용량을 확인하는 제 2단계;
    상기 버퍼 용량이 임계치보다 높으면 수신된 상기 패킷의 ECN 필드를 1로 마킹하는 제 3단계;
    수신된 상기 패킷의 CN_ID 필드에 상기 중계 노드의 ID를 입력하는 제 4단계; 및
    하나 이상의 상위 센서 노드로 상기 패킷을 전송하는 제 5단계
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 중계 노드 전송방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 3단계에서 버퍼 용량이 임계치보다 낮으면 상기 제 5단계를 수행하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 중계 노드 전송방법.
  8. 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 싱크 노드 전송방법에 있어서,
    하위 노드로부터 패킷을 수신하는 제 1단계;
    상기 패킷의 ECN 필드 값을 확인하는 제 2단계;
    상기 ECN 필드 값이 0이 아니라면 패킷을 보낸 송신 노드로 CSI 패킷을 전송하는 제 3단계; 및
    수신된 상기 패킷을 처리하는 제 4단계
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 싱크 노드 전송방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3단계에서 ECN 필드의 값이 0이면 수신된 상기 패킷을 처리하고 주기적으로 상기 CSI 패킷을 전송하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 싱크 노드 전송방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 CSI 패킷은 혼잡 발생 여부와 혼잡 노드의 ID를 알려주는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 ECN 비트를 이용한 혼잡제어의 싱크 노드 전송방법.
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