KR100912330B1 - 무선망에서 라우트를 정찰하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잠재적 라우트가 실제로 설정되기 전에 그 성능을 평가하는 시스템 및 방법을 제공한다. 무선망에서, 더 나은 라우트의 존재를 제안하는 트리거가 소스 노드에 의해 수신될 때, 소스 노드는 제안된 라우트를 따라 정찰 패킷을 전송한다. 정찰 패킷은 정찰 패킷이 라우트를 횡단하는 동안 라우트를 설정하지 않고, 제안된 라우트에 관한 통계를 수집한다. 제안된 라우트에 대해서는, 정찰 패킷에 의해 수집된 통계로부터 도출된 메트릭을 현재 라우트에 대한 메트릭과 비교한다. 제안된 라우트에 대한 메트릭이 현재 라우트의 것보다 양호하면, 제안된 라우트가 새로운 라우트로서 설정된다.

무선망, 라우트, 성능, 평가, 설정, 정찰 패킷, 통계, 비교

Description

무선망에서 라우트를 정찰하는 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD TO SCOUT FOR ROUTES IN A WIRELESS NETWORK}

본 발명은 잠재적 라우트를 실제로 설정하기 전에 그 성능을 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이동 무선 전화망과 같은 무선 통신망은 과거 십 년 동안 점점 더 널리 퍼져왔다. 이러한 무선 통신망은 망 기반시설이 "셀"로 지칭되는 복수의 지역으로 서비스 지역을 분할하도록 구성되기 때문에 흔히 "셀룰러망"으로 지칭된다. 육상 셀룰러망은 서비스 지역에 걸쳐 지정된 위치에 지역적으로 분산되어 있는 복수의 상호연결 기지국, 또는 기지노드를 포함한다. 각각의 기지노드는 라디오 주파수(RF) 통신 신호와 같은 전자기적 신호를 무선 전화 같은 커버 지역 내에 위치한 이동 사용자 노드와 전송 및 수신할 수 있는 하나 이상의 트랜시버를 포함한다. 예를 들면, 통신 신호는 희망 변조 기술에 의해 변조되어 데이터 패킷으로서 전송된 음성 데이터를 포함한다. 당업자가 알 수 있는 것처럼, 망 노드는 제1 노드에 있는 단일 트랜시버가 그 커버 지역의 다수의 다른 노드와 동시에 통신할 수 있게 하는 시간 분할 다중 접속(TDMA) 포맷, 부호 분할 다중 접속(CDMA) 포맷 또는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 포맷 같은 다중화된 포맷으로 데이터 패킷 통신을 전송 및 수신한 다.

최근에, "애드혹(adhoc)"망으로 알려진 이동 통신망의 유형이 개발되었다. 이 유형의 망에서, 각 이동 노드는 다른 이동 노드를 위한 기지국 또는 라우터로서 동작할 수 있어서, 기지국의 고정 기반시설에 대한 요구를 제거한다.

더 복잡한 애드혹 망도 개발되고 있는데, 이는 이동 노드가 종래의 애드혹 망에서처럼 서로 통신할 수 있게 하는 외에, 이동 노드가 고정망을 접속하여 공중 교환 전화망(PSTN) 및 인터넷과 같은 다른 망 위에 있는 것들과 같은 다른 이동 노드 노드와 통신할 수 있게도 한다. 이러한 진보된 유형의 애드혹 망의 상세설명은 본 명세서에 각각의 그 전체 내용이 참조로서 포함된 2001년 6월 29일에 출원되고 발명의 명칭이 "Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks"인 미국특허출원 제09/897,790호(미국 특허 번호 제7,072,650호,2006년 7월 4일에 발행됨), 2001년 3월 22일에 출원되고 발명의 명칭이 "Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel"인 미국 특허 출원 제09/815,157호(미국 특허 번호 제6,807,165호, 2004년 10월 19일에 발행됨), 2001년 3월 22일에 출원되고 발명의 명칭이 "Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System"인 미국 특허 출원 제09/815,164호(미국 특허 번호 제6,873,839호, 2005년 3월 29일에 발행됨)에 설명되어 있다.

무선망의 노드는 통상 다른 노드까지 라우트를 설정하여 그 다른 노드로 데이터를 전송한다. 때대로 제3 노드가 프록시 역할을 할 것이다. 망의 성능을 최대화하기 위해서(즉, 각 노드가 망을 통해 수송할 수 있는 트래픽 양을 최대로 하 기 위해서), 라우트는 통상 비용 함수, "라우트 메트릭"을 최소 또는 최대화하여 설정된다. 이 메트릭은 홉(hop)의 수, 신호 세기, 신호 대 잡음비(SNR), 혼잡도, 배터리 전력, 패킷 완료 레이트, 데이터 레이트, 큐 크기, 패킷 크기, 트래픽의 유형 또는 다른 메트릭과 같은 다양한 파라미터에 기초할 수 있다. 그러나, 대부분의 가치 있는 메트릭(완료 레이트 및 데이터 레이트와 같은) 중 일부는 일부 트래픽이 각 링크 상에서 전송되고 있지 않는 한 정밀하게 설정하는 것이 불가능하다. 각 링크 상에서 트래픽을 생성하는 것은 대역폭의 낭비이므로(그러므로 성능을 최대화하는데 방해이므로), 불필요하게 큰 양의 트래픽을 생성하지 않고 라우트 메트릭을 판정하는 더 적절한 방식이 필요하다.

라우팅 알고리즘은, 예를 들면 비콘 또는 제어 트래픽을 듣는 것처럼 수동적으로 수집된 통계에 기초하여 대략적(그러므로 완전히 부정확한) 추정을 하여 이 문제를 해결한다. 수동적으로 수집된 통계는 일련의 문제를 일으킨다. 먼저, 이러한 통계는 무선망의 노드가 매우 이동성이 높으면 낡은 것(stale)이 될 수 있다. 둘째, 수동적으로 수집된 통계는 실제 트래픽이 무선망의 두 노드 사이에서 전송되고 있을 때 수집된 통계와 비교하여 매우 부정확하다. 이러한 이유로, 수동적으로 수집된 통계로부터 도출된 라우트 메트릭은 라우팅 알고리즘이 적절하지 않은 라우트를 선택하게 만들 수 있다. 그러므로, 라우트의 설정 전에 더 정보가 주어진 판단을 하는 프로토콜에 대한 필요가 있다. 무선망의 라우트를 정찰하기 위한 현재 알려진 방법은 사전 정보에 기초한 새로운 라우트의 설정을 포함한다. 이 방법의 일례는 미국 특허 출원 제2004/0143842호("System and method for achieving continuous connectivity to an access point or gateway in a wireless network following an on-demand routing protocol, and to perform smooth handoff of mobile terminals between fixed terminals in the network")에 설명되어 있다.

상기 인용된 출원에 설명된 방법에서, 노드가 접속점까지의 더 나은 라우트를 제안하는 여보세요(hello) 메시지를 수신하면, 이 노드는 즉시 라우트를 스위칭한다. 새로운 라우트의 설정 후, 트래픽은 라우트를 따라 전송될 수 있다. 라우트가 트래픽을 전송하기 위해 사용되고 있다고 판정된 라우트 메트릭은 수동적으로 수집된 통계를 사용하여 판정된 라우트 메트릭보다 상당히 나쁜 것으로 끝날 가능성이 있다. 갱신 라우트 메트릭은 이전에 버려진 라우트의 재설정을 트리거할 정도로 훨씬 더 안 좋을 수 있다. 그러므로 새로운 라우트가 설정되기 전에 새로이 제공된 라우트가 이전에 사용된 것보다 정말로 더 좋다고 보장하는 시스템이 있는 것이 바람직하다.

무선망에서 라우트를 정찰하기 위한 다른 방법은 다중 라우트의 유지를 수반한다. 동적 소스 라우팅(DSR) 및 애드혹 온디맨드 다중경로 거리 벡터(AOMDV) 라우팅과 같은 온디맨드 라우팅 프로토콜은 목적지까지 다중 라우트를 유지한다. 노드는 다중 라우트를 동시에 사용하거나 하나의 라우트만을 사용하고 현재 라우트가 절단되면 다른 것으로 즉시 스위칭할 수 있다. 라우트의 동시 사용은 순서가 바뀐 패킷의 전달로 인한 문제를 일으킬 수 있어서 다른 다중 라우트의 사용이 양호하다. 대안적인 라우트가 생성시 유효한 라우트라도, 시간이 경과하면서 이들은 낡게 되고 안 좋은 메트릭을 가질 수 있다. 대안적인 라우트가 낡게 되는 것을 방지 하는 방법을 가지는 것이 바람직할 수 있다.

무선망에서 라우트를 정찰하기 위한 다른 방법은 데이터 패킷의 전송에 기초한 라우트 메트릭의 추정을 포함한다. 이 방법은 주기적인 데이터 패킷 또는 비콘의 전송 및 수신 통계에 기초한 품질 추정을 요구한다. 이는 정확한 추정을 제공할 수 있지만 단지 높은 오버헤드를 초래한 후이다. 오버헤드의 별도 량을 한정하는 방법을 가지는 것이 바람직할 것이다.

다른 알고리즘은 정찰에 가까운 행동을 수행하여 망 성능을 개선하기 위해 발명되었다. Michael Hicks 등에 의해 주어진 이러한 알고리즘("PLANet: 활성 인터네트워크") 하나에서, 저자는 "그러나, 우리는 더 나은 라우트를 정찰하고 전송 패킷의 흐름을 지시하는 망을 정찰할 정찰 패킷을 주기적으로 분배시킬 것이다. 각 정찰 패킷은 1500 바이트 이더넷 프레임 내로 고정되지만, 일부 비중요 계산을 수행한다. 구체적으로, 각 홉에서, 정찰 패킷은 라우터의 아웃고잉 인터페이스의 각각 위에서 자신의 복사본을 전송하여 망을 통해 확산될 것이다. 전체 망을 통해 정찰 패킷을 퍼뜨리므로, PLANet의 사용은 유선망으로 한정된다. 그러므로 시그널링 오버헤드의 양을 한정하면서 무선망에서 라우트를 정찰하기 위한 방법에 대한 요구가 있다.

정찰과 유사한 방법을 사용하는 다른 알고리즘은 미국 특허 출원 제2002/0051425호("Method for forwarding in multihop networks")(미국 특허 번호 제6,798,765호, 2004년 9월 28일에 발행됨)에 제시되어 있다. 이 출원은 "복수의 노드를 포함하는 멀티홉 망에서 정보를 전달하기 위한 방법으로서, 망의 노드를 발신 노드로서 지정하는 단계와, 정보가 전달되어야 하는 일반적 방향에서 망의 발신 노드로부터 망의 복수의 다른 노드로 프로브 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 방법"을 설명한다. 그러나, 각 프로브는 개별 홉에 한정된다. 그러므로 무선망에서 복수의 홉에 걸쳐 라우트를 정찰하기 위한 방법에 대한 요구가 있다.

<발명의 요약>

본 발명은 실제로 라우트가 설정되기 전에 잠재적 라우트의 성능을 평가하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 무선망에서, 더 나은 라우트의 존재를 제안하는 트리거가 소스 노드에 의해 수신될 때, 소스 노드는 제안된 라우트를 따라 정찰 패킷을 전송한다. 정찰 패킷이 라우트를 횡단하면서 라우트를 설정하지 않고, 정찰 패킷은 제안된 라우트에 관한 통계를 수집한다. 제안된 라우트에 대한 메트릭은 정찰 패킷에 의해 수집된 통계로부터 도출되고 현재 라우트에 대한 메트릭과 비교된다. 제안된 라우트에 대한 메트릭이 현재 라우트의 것보다 양호하면, 제안된 라우트는 새로운 라우트로서 설정된다.

본 발명의 이러한 목적들 및 다른 목적들, 장점들 및 신규한 특징들은, 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽으면 보다 쉽게 이해가 될 것이다.

도 1은 무선망의 예의 블럭도.

도 2는 정찰을 통한 슬롯 할당의 예를 도시하는 블럭도.

도 3은 무선망의 예의 블럭도.

본 발명의 목적은 특정 통계의 수집에 기초하여 링크 품질의 더 나은 추정을 제공하여 메트릭 추정 절차와 연관된 문제를 경감시키는 것이다. 본 명세서에 설명된 메커니즘은 실제 정찰과 유사하여, 정찰자는 지역을 조사하기 위해 홀로 또는 작은 그룹으로 다니고, 기지에 보고하고, 정찰자(들)에 의해 수집된 정보에 기초하여 판단을 한다. 정찰하면서, 정찰자는 정찰하고 있는 지역의 활동(캠프 설정, 전투 등)에 관여하지 않는다. 이처럼, 망 정찰의 목적이 라우트를 설정하는 것이 아니고 단지 그들을 분석하는 것이다.

정찰 처리

종래의 라우팅 알고리즘과 라우트를 결정하기 위해 정찰을 하는 라우팅 알고리즘 사이의 절차적인 차이는 다음 표에 요약되어 있다.

정찰 절차

라우팅 알고리즘	대	정찰 알고리즘
라우트 설정		라우트 설정
(선택적)변화에 대해 현재 라우트 감시		(선택적)변화에 대해 현재 라우트 감시
이벤트: 새로운 라우트의 설정을 트리거(이 이벤트는 링크의 실패 또는 제안의 수신일 수 있다)		이벤트:새로운 라우트의 설정을 트리거
		새로운 라우트를 먼저 정찰
		필요하면, 정찰 처리 반복
		새로운 라우트 통계를 이전 라우트와 비교
목적지로의 새로운 라우트 설정		통계가 더 좋으면, 새로운 라우트 설정

라우팅 알고리즘이 정찰을 필요로 할 수 있는 여러 상황이 있다.

1. 다중 라우트 프로토콜(Multiple-route protocol). 다중 라우트를 계산하는 라우팅 프로토콜의 경우에, 모든 라우트가 여전히 유효함을 확인하기 위해 주기적으로 정찰 패킷을 전송할 필요가 있다.

2. 라우팅 메트릭 정확도. 통신이 최근에 되지 않아서 노드가 이웃에 대한 그 메트릭의 정확도를 신뢰하지 못하면, 메트릭을 갱신하기 위해 다수의 더미 정찰 패킷을 전송할 필요가 있다.

3. 시간 의존성. 시간 슬롯이 가용일 때만 라우트가 신뢰성 있게 설정될 수 있는 시스템은 어떠한 핸드오프도 일어나기 전에 라우트를 따라 사용 가능한 슬롯이 충분함을 확인하기 위한 방법을 필요로 할 수 있다.

모든 이러한 경우는 특히 핸드오프가 일어나는 이동 시나리오에서 사실이다. 전술한 3가지를 포함하여 이 시나리오도 이하 설명된다.

다중 라우트 프로토콜

전술한 것처럼, DSR 및 AOMDV 라우팅 프로토콜은 단일의 목적지까지 다중의 라우트를 유지한다. 이러한 프로토콜에서는, 꽤 자주, 하나의 라우트만이 사용되고 다른 라우트들은 백업 라우트로서 유지된다. 시간이 경과하면서 다른 백업 라우트들이 저하(stale)되거나 원래 계산되었던 것보다 더 나쁜 메트릭을 제공할 가능성이 충분하다. 이를 방지하기 위해서, 정찰 패킷을 주기적인 간격으로 비사용 라우트를 따라 전송해야 한다. 이 방법으로 "정찰"되어야 하는 백업 라우트의 수 및 주기 간격은 노드의 이동성은 물론 노드에 의해 유지되는 모든 라우트들에 따른 라우트 메트릭들의 변화 이력에 기초해야 한다. 예를 들면, 노드가 고정적이면, 주기 간격은 감소될 수 있다.

정찰 패킷은 이를 정규 라우팅 패킷과 구별되는 일정 특정 비트 세트를 가진 DSR RREQ(Route Request) 패킷 또는 AODV RREQ 패킷의 형태를 취할 수 있다. 정찰 패킷은 다음과 같은 필드를 가진 별개의 패킷일 수도 있다(이 목록은 배타적인 것이 아니다).

ㆍ패킷 유형: 정찰 패킷

ㆍ소스 주소: 라우팅 프로토콜에 의존한 소스의 MAC 또는 IP 주소

ㆍ목적지 주소: 라우팅 프로토콜에 의존한 목적지의 MAC 또는 IP 주소

ㆍ중간 노드의 주소의 목록

ㆍ누적 메트릭

라우팅 메트릭 정확도

각 라우트에 대한 메트릭을 계산하는 외에, 라우팅 알고리즘은 μ_M은 메트릭 평균이고 p_M은 메트릭 에러일 때 메트릭 정확도(즉, 메트릭 M은 M=μ_M±p_M로 나타낼 수 있다)를 판정하는 것이 가능하다. 그러므로, 정찰 패킷은 그 정확도와 함께 실제 메트릭을 보고하고, 가능한 최소 메트릭을 보고하거나, 메트릭의 추정치를 보고할 수 있다. 예를 들면, 메트릭이 패킷 완료 레이트를 포함하면, 정찰 패킷은 재시도의 횟수를 계속해서 추적하여, (제한된) 정확도를 가지고 패킷 완료 레이트를 도출해낼 수 있다. 이 정확도는 이하 설명된다.

두 가지 방법이 가능하다. (1) 메트릭은 정확도 인식성이다. 정찰은 메트릭을 갱신하고 그 정확도를 높혀갈 것이다. 정찰의 종료시 새로운 라우트가 더 좋다고 보장할만큼 정확도가 여전히 충분히 좋지 않으면, 또 다른 정찰 패킷이 보내진다. 더미 트래픽이 정찰 패킷에 의해 생성됨에 따라, 에러 p_M은 감소하고 소스 노드는 라우트의 품질을 더 잘 평가할 수 있다. (2) 메트릭이 트래픽 인식성이다. 정찰은 사용된 링크에 대한 실제 메트릭을 사용하지만 정찰 중에 수집된 통계에 기초하여 비사용 링크에 대해 그 자신의 메트릭을 대체한다.

노드

의 목적이 노드

로의 안정된 라우트를 유지하는 것인, 10개의 노드가 있는 망(도 1에 도시)을 고려하자. 이 예에서 주어진 완료 레이트는 임의의 것이고 그들은 정찰 알고리즘의 목적을 도시하기 위해서만 선택되었다.

무선망에서 라우트를 선택하기 위한 간단하지만 효과적인 메트릭은 요구되는 전송의 수이다. 잉여의 전송은 채널 사용을 증가시키고 지연을 추가한다. 이는 패킷 교환 무선망의 성능을 감소시키는 두 가지 근본적인 요인이다. 그러므로 메트릭이 감소할수록 성능이 증가할 것으로 가정하는 것이 합리적이다. 요구되는 전송의 수는 홉의 수가 감소하고 각 링크의 패킷 완료 레이트가 증가함에 따라 감소될 것이다. 그러므로 감소된 수의 홉을 선호하는 것과 높은 완료 레이트를 선호하는 것 사이에서 균형을 찾아야 한다.

이 예에서 사용된 메트릭은 이하 파라미터를 사용하여 정의된다.

H = 홉의 총 수

h = 홉 수

PCR(h) = 홉 h에서의 패킷 완료 레이트

r(h) = 홉 h에서의 재시도 수

μ_r(h) = 홉 h에서의 재시도의 평균 수

R = 왕복 재시도의 총 수

μ_R = 왕복 재시도의 평균 수

M = 라우팅 메트릭(전송의 평균 수)

이 파라미터로부터 (전송 성공율이 기하 분포를 가진다고 가정하고) 이하 수학식이 설정될 수 있다.

여기서 P[x]는 "x"의 확률이다.

상기 예에서 사용된 메트릭에 관해서, 모든 패킷이 동일한 에어타임을 차지한다고 생각할 때만 전송의 원래 수가 중요하다. 이는 다음의 가정을 해야함을 의미한다. (i)모든 패킷이 동일한 길이를 가지고, (ii) 모든 패킷이 동일한 데이터 레이트를 사용하고, (iii) 둔화 메커니즘이 없다. 또한, 망의 특정 위치에서의 혼잡은 요구되는 전송의 합리적인 수에도 불구하고 정보의 전송 레이트를 역으로 경감시킬 수 있다. 이 상황에서, 선택된 메트릭은 한정된 이익을 제공한다. 간단한 메트릭 M은 무선 패킷 교환망에서 정찰 패킷의 목적을 도시하기 위해서만 사용된다.

이제, 먼저 노드

이 노드

및

을 통해 노드

로의 라우트를 설정했다고 가정하자. 또한 노드

가 잠재적으로 더 좋은 메트릭을 가진 노드

로의 대안적인 라우트를 노드

에 알렸다고도 가정하자. 두 라우트는 모두 3개의 홉(H=3)을 가진다. 성능 파라미터(도시를 목적으로 임의로 선택됨)는 다음 표에서 주어진다.

대안적인 라우트에 대한 추정(최종 행에서 이탤릭체로 도시)은 오류성임을 알자. 이는 왕복 패킷 완료 레이트가 81％라고 추정하는데, 이는 M = H + μ_R/2 = 3 + 0.22/2 = 3.11의 메트릭에 해당한다. 실상으로, 이 라우트에 대한 왕복 패킷 완료 레이트는 실제 13％이고, 이는 M = H + μ_R/2 = 3 + 2.72/2 = 4.36의 메트릭에 해당한다. 이 불일치는 엄격한 SNR 요구사항이 없거나 다른 종류의 장치와 공유하는 넓은 주파수 대역(ISM 대와 같은)에서 동작하는 시스템에서 통상적이고, 이런 시스템은 트래픽을 전송하지 않고 패킷 완료 레이트의 추정을 할 수 없다. 본 발명의 목적은 잠재적 라우트를 따라 더미 정찰 패킷을 전송하여 이 문제를 피하는 것이다.

한편, 현재 라우트에 대한 측정은 정확하게 수행된다(표 2의 제6행에 볼드체로 도시). 사실, 라우트를 따라 지나는 트래픽의 존재는 측정이 정확하고 최신의 것임을 보장한다. 현재 라우트 메트릭은 M = H + μ_R/2 = 3 + 1.34/2 = 3.67로 계산된다. 이 값은 실제 값(M = H + μ_R/2 = 3 + 1.38/2 = 3.69)과 가깝다. 전체 라우트에 대한 PCR 및 실제 링크에 대한 재시도의 평균 수는 단지 명백하게 하기 위해 도시되었다. 이들은 계산될 필요가 없다.

대안적 라우트에 대한 라우트 메트릭은 M=4.36으로 현재 라우트에 대한 메트릭(M=3.69)보다 더 큰 것으로 나타났다. 정찰 알고리즘의 목적은 대안적 라우트가 설정되지 않음을 보장하는 것이다. 이어지는 이벤트의 시퀀스는 이것이 정찰 패킷을 사용하여 수행되는 방법을 도시한다.

시간 시퀀스 1에서, 노드

은 노드

와 트래픽을 전송 및 수신하고, 그 라우트와 연관된 메트릭(수학식 3에 따른)은 M=3.67이다. 노드

는 더 좋은 메트릭(M=3.11)을 제공하는 것으로 보이는 노드

로의 라우트를 노드

에 알린다. 그러나, 트래픽이 그 라우트를 통해 전송되지 않고 있으므로, 메트릭은 의심스러울 것이다. 많은 대안적 라우트들이 제공되면, 노드

이 라우트를 기회가 있을 때마다 스위칭하는 것은 치명적이거나, 불안정성이 망에서 나타날 수 있다. 라우트를 설정하는 대신, 노드

은 먼저 라우트를 정찰할 것이다.

시간 시퀀스 2에서, 노드

은 R=0인 값을 수송하는 정찰 패킷을 노드

에 전송한다. 패킷이 성공적으로 전송되면, 노드

은 정찰 패킷이 돌아오기를 대기한다. 패킷이 성공적으로 전송되지 않으면, R은 각각의 성공적이지 않은 시도마다 1씩 증가된다.

시간 시퀀스 3에서, 노드

는 R을 수송하는 정찰 패킷을 노드

으로 전달한다. 패킷이 성공적으로 전송되면, 노드

는 정찰 패킷이 돌아오기를 대기한다. 패킷이 성공적으로 전송되지 않으면, R은 각각의 성공적이지 않은 시도마다 1씩 증가된다.

시간 시퀀스 4에서, 노드

은 R을 수송하는 정찰 패킷을 노드

로 전달한다. 패킷이 성공적으로 전송되면, 노드

은 정찰 패킷이 돌아오기를 대기한다. 패킷이 성공적으로 전송되지 않으면, R은 각각의 성공적이지 않은 시도마다 1씩 증가된다.

시간 시퀀스 5에서, 노드

는 R을 수송하는 정찰 패킷을 노드

으로 리턴시킨다. 패킷이 성공적으로 전송되면, 노드

는 더 이상 노드

로부터의 정찰 패킷을 처리하지 않는다. 패킷이 성공적으로 전송되지 않으면, R은 각각의 성공적이지 않은 시도마다 1씩 증가된다.

시간 시퀀스 6에서, 노드

은 R을 수송하는 정찰 패킷을 노드

로 리턴시킨다. 패킷이 성공적으로 전송되면, 노드

은 더 이상 노드

로부터의 정찰 패킷을 처리하지 않는다. 패킷이 성공적으로 전송되지 않으면, R은 각각의 성공적이지 않은 시도마다 1씩 증가된다.

시간 시퀀스 7에서, 노드

는 R을 수송하는 정찰 패킷을 노드

로 리턴시킨다. 패킷이 성공적으로 전송되면, 노드

는 더 이상 노드

로부터의 정찰 패킷을 처리하지 않는다. 패킷이 성공적으로 전송되지 않으면, R은 각각의 성공적이지 않은 시도마다 1씩 증가된다.

시간 시퀀스 8에서, 노드

은 정찰 패킷의 R_alt 값을 노드

로의 자신의 라우트에 대해 계산된 값 R_current(R_current=1.34)과 비교한다. R_alt이 0 또는 1과 동일하면, 노드

은 노드

를 통해 라우트를 설정하는 것으로 진행할 것이고([H+R_alt/2]<[H+R_current/2]이므로), 아니면, 노드

를 통해 그 라우트를 유지할 것이다([H+R_alt/2]>[H+R_current/2]이므로).

정찰 처리 동안 재시도가 없을 확률은 다음과 같다.

정찰 처리 동안 한 번의 재시도가 있을 확률은 다음과 같다.

그러므로 에러 확률은 주어진 예에 대해 근사적으로 33.7％이다. 정확도를 개선하기 위해서, 소스 노드는 다중 정찰 패킷을 전송하고 결과 메트릭을 평균낼 수 있다.

시간 의존성

라우트의 설정이 시간 의존성인 경우에(예를 들면, TDMA 매체 접속 제어기에 의해 라우트를 따라 시간 슬롯이 예비되어 있다고 생각하면), 정찰 패킷은 도 2에 도시된 것처럼 그 이벤트들을 활성화할 수 있어야 한다. 즉, 정찰 패킷은 그것이 실제로 슬롯을 활성화하지 않고 라우트를 생성 또는 슬롯을 예비하는데 관여하므로 라우팅 패킷 역할을 해야 한다.

라우트 불안정성

정찰 알고리즘은 하나의 단일 라우트 설정의 오버헤드를 증가시킨다. 그러므로 알고리즘은 기본 라우팅 알고리즘보다 덜 효율적인 것으로 보일 수 있다. 그런데 이는 라우트들이 사용되지 않을 때 이 라우트들이 항상 더 좋은 것으로 보이는 사실을 고려하면 사실이 아니다. 그러므로, 노드가 목적지까지 가능한 모든 N개의 라우트를 가지고 있고, 모든 비설정 라우트들이 설정되어 있는 것보다 더 좋은 것으로 보이면, 노드는 가능한 모든 N개의 라우트를 하나씩 설정하려고 시도할 것이다.

이 결과는 다음과 같다.

·극심한 오버헤드: 비용 메트릭이 실제 상황으로 조정됨에 따라 라우트 요청이 하나씩 발행된다.

·순서가 바뀐 패킷: 새로운 라우트로부터의 패킷은 이전의 라우트로부터 이전 패킷보다 먼저 도달할 수 있고, 이는 새로운 라우트보다 더 혼잡하게 될 가능성이 있다.

·나쁜 성능: 시스템은 허용할 수 있는 성능을 제공하는 라우트 위에 자리잡을 수 없고 대신 가능한 모든 라우트를 시도하게 된다(그들 대부분은 그들 중 가장 좋은 것보다 훨씬 나쁘다고 여겨짐).

정찰 패킷은 그 실제 메트릭이 현재 사용되고 있는 것보다 아마도 더 좋을 것으로 판정된 후에만 새로운 라우트가 설정됨을 보장함으로써 이 문제를 해결한다.

정찰은 오버헤드 증가를 최소화하면서 영구적으로 모든 단일 링크를 시도하는 시스템과 동일한 고품질 측정을 제공한다.

정찰의 예

전술된 미국 특허 출원 제2004/0143842호에 설명된 프로토콜을 실행하는 망에서, 연관된 IAP(Intelligent Access Point)에 대한 라우팅 메트릭은 모든 노드에 의해 주기적으로 전송되는 여보세요(hello) 메시지로 광고된다. 노드가 새로운 정보를 수신할 때 연관된 IAP에 대한 그들의 메트릭을 정기적으로 갱신하지만(그리고 이를 다음 여보세요 메시지에 반영하지만), 여러 홉에 걸쳐 누적된 메트릭이 부정확할 가능성이 충분하다. 이는 이하 예시적인 망에 의해 더 설명된다.

도 3에 도시된 망에서, 가입자 장치 SD-8은 무선 라우터 WR-3 및 WR-4의 커버 영역으로부터 WR-5 및 WR-6의 커버 영역으로 이동하는 것으로 도시되어 있다. SD-8이 IAP로의 그 라우트를 위해 WR-4를 사용하고 있고 라우트는 SD-8 - WR-4 - WR-1 -IAP-7로 가정된다. SD-8은 지금 무선 라우터 WR-5 및 WR-6으로부터 여보세요 메시지를 수신한다. 가입자 장치는 자신이 동일한 라우트를 유지할지 아니면 WR-5 및 WR-6에 의해 광고되고 있는 새로운 라우트로 전환해야 하는지 결정해야 한다. 또한, 그것이 라우트를 변경할 것으로 결정한다면, 이는 WR-5 및 WR-6에 의해 광고되는 라우트들 사이에서 선택할 필요가 있다. 이 시나리오에서, 노드 WR-6/WR-2와 WR-2/IAP-7 사이에 흐르는 일정 트래픽이 있다고 가정된다. 이 방법에서 WR-6에 의해 광고되는 메트릭은 정확하고 최신의 것이다. 또한, WR-5와 IAP-7 사이에 흐르는 트래픽이 없어서 WR-5에 의해 광고되는 메트릭은 실제 트래픽에 기초하고 있지 않고 단지 예측에만 기초하고 있다고 가정된다. 그러므로, WR-5에 의해 광고되는 메트릭은 특히 WR-5가 여러 개의 여보세요 메시지를 유실했으면 부정확할 수 있다(여보세요는 방송되는 메시지이고 모든 이웃에 의해 수신될 신뢰도가 낮으므로). WR-5가 WR-6에 의해 광고되는 것보다 더 낮은 메트릭을 광고하고 있으면, SD-8은 실제 메트릭이 광고되는 것보다 더 나쁜지 알아보기 위해서만 WR-5를 통해 라우트를 설정할 것이다. 이는 SD-8이 더 좋은 메트릭을 제공하는 다른 라우트를 추구하게 강제하여 망 불안정을 야기하고 패킷의 전달 순서를 바뀌게 할 것이다.

정찰 패킷은 이 예에서 제시된 문제를 경감시키는데 도움이 된다. SD-8이 여러 여보세요를 WR-5 및 WR-6으로부터 수신할 때, 실제 메트릭을 찾기 위해서 하나 이상의 정찰 패킷을 전송한다. 앞서 "라우팅 메트릭 정확도"에서 전술한 것처럼, 정찰 패킷은 전체 라우트를 트래버스(traverse)하면서 라우트와 연관된 정확한 메트릭을 찾을 것이다. 이제 SD-8은 망을 불안정하게 하지 않으면서 WR-6에 의해 제공되는 라우트를 선택하도록 정보가 제공된 판단을 내릴 수 있다.

또 다른 실시예에서, 정찰 메시지는 소스 노드가 유실된 여보세요 메시지로 인한 아마도 낡은 정보 대신에 완전한 라우트를 실시간으로 알 수 있도록 라우트를 따라 노드에 의해 계산된 메트릭/통계를 축적할 수 있다.

본 발명의 몇몇 예시적인 실시예가 상세하게 전술되었지만, 당업자는 본 발명의 새로운 교시 및 유리함을 실질적으로 벗어나지 않고 예시적인 실시예에서 많은 변형예가 가능함을 용이하게 알 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형예는 이하 청구의 범위에 정의된 것처럼 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 고려된다.

Claims (27)

1. 무선망에서 라우트(route)를 평가하는 방법에 있어서,

   현재 라우트를 사용하여 노드를 작동시키는 단계와,

   제안된 라우트의 설정을 제안하는 트리거를 수신하는 단계와,

   상기 수신된 트리거에 응답하여 상기 제안된 라우트를 따라 적어도 하나의 정찰 패킷(scouting packet)을 보내는 단계 - 상기 정찰 패킷은 상기 제안된 라우트를 트래버스(traverse)하는 동안, 상기 제안된 라우트를 설정하지 않고서, 상기 제안된 라우트에 관계된 통계를 수집함 - 와,

   상기 제안된 라우트에 관계된 상기 수집된 통계의 적어도 하나의 메트릭을 상기 현재 라우트에 관계된 적어도 하나의 메트릭과 비교하는 단계와,

   상기 제안된 라우트에 관계된 적어도 하나의 메트릭이 상기 현재 라우트에 관계된 적어도 하나의 메트릭보다 양호할 때 상기 제안된 라우트를 새로운 라우트로 설정하여 상기 노드를 작동시키는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 트리거는 상기 제안된 라우트가 현재 라우트보다 양호하다는 표시를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 트리거는 하나의 커버 지역에서 다른 커버 지역으로 이동하는 상기 노드를 포함하는 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 라우팅 프로토콜은 단일의 목적지에 대하여 다중의 라우트를 유지하고, 상기 방법은 라우트들을 따라 정찰 패킷들을 주기적으로 보내는 단계 - 상기 정찰 패킷들은 상기 라우트들에 관한 통계를 수집함 - 를 더 포함하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 정찰 패킷은 특정 비트 세트를 가진 라우트 요청 패킷인 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 수집된 통계는 상기 제안된 라우트에 관계된 적어도 하나의 메트릭에 관련되고, 상기 방법은 상기 제안된 라우트에 관계된 메트릭을 갱신하는 단계를 더 포함하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 메트릭 측정의 정확도를 갱신하는 단계를 더 포함하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 통계를 분석하는 단계를 더 포함하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 수집된 통계는 상기 제안된 라우트에 관계된 적어도 하나의 메트릭에 관련되고, 상기 방법은 정찰 동안 수집된 통계에 기초하여 정찰된 링크들에 대한 새로운 메트릭 값을 도출하는 단계를 더 포함하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 메트릭은 상기 제안된 라우트를 따른 정찰 패킷들의 성공 전송(a successful transmission)의 총 수와 동일한 방법.
14. 무선망에서 라우트를 평가하는 방법으로서,

    제안된 라우트의 설정을 제안하는 트리거를 수신하는 단계와,

    상기 수신된 트리거에 응답하여 상기 제안된 라우트를 따라 적어도 하나의 정찰 패킷을 보내는 단계 - 상기 정찰 패킷은 상기 제안된 라우트를 트래버스하는 동안, 상기 제안된 라우트를 설정하지 않고서, 상기 제안된 라우트에 관계된 적어도 하나의 메트릭에 관계된 통계를 수집함 - 와,

    정찰 동안에 수집된 통계에 기초하여 정찰된 링크들에 대한 새로운 메트릭 값을 도출하는 단계 - 상기 제안된 라우트를 따른 전송의 총 수 M은 M = H + R/2 의 식에 따라 왕복 재시도의 수 R 및 홉(hop)의 수 H로부터 도출됨 -

    를 포함하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 정찰 동안 수집된 상기 통계는 전송 시도의 수를 포함하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 정찰 패킷은 시간 슬롯이 라우트를 따라 사용가능한지 확인(ascertain)하는 방법.
17. 제15항에 있어서, 적어도 하나의 정찰 패킷은 라우트를 따라 시간 슬롯을 예비(reserve)하는 방법.
18. 제15항에 있어서, 시간 슬롯은 TDMA 매체 접속 제어기에 의해 예비되는 방 법.
19. 제1항에 있어서, 상기 정찰된 라우트는 적어도 두 개의 홉을 포함하는 방법.
20. 제1항에 있어서, 상기 망은 단일 홉 망을 포함하는 방법.
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