KR100913894B1 - 무선 메쉬 네트워크에서 효율적인 라우팅 방법 - Google Patents

무선 메쉬 네트워크에서 효율적인 라우팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 상기 소스 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서, 전송할 데이터가 발생하면 자신이 게이트웨이 노드까지의 경로를 인지하고 있는 활성 노드인지 판단하는 과정과, 상기 소스 노드가 활성 노드라면, 상기 시스템에서 사용되는 제어 트래픽 량을 감소시키기 위해 설정된 소정 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 결정하는 과정과, 상기 특정 그룹에 합류할 수 있는 경우, 상기 소정 개수의 그룹 중 상기 특정 그룹을 제외한 나머지 그룹에 포함된 소스 노드를 제외한 노드와 라우팅 제어 메시지를 송수신하는 과정을 포함한다.
무선 메쉬 네트워크, 라우팅 프로토콜, 경로 요청, 경로 응답

Description

무선 메쉬 네트워크에서 효율적인 라우팅 방법{METHOD FOR EFFICIENT ROUTING IN WIRELESS MESH NETWORK}
도 1은 일반적인 무선 메쉬 네트워크의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 논리적 영역을 그룹 및 구역으로 구분한 것을 도시한 도면
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 소스 노드가 데이터를 전송하는 동작 과정을 도시한 흐름도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 중계 기능을 수행하는 이동 노드의 동작 과정을 도시한 흐름도
도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 게이트웨이 노드가 수행하는 제어 패킷 및 데이터 수신시 처리 과정을 도시한 흐름도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 프로토콜 성능과 종래의 라우팅 프로토콜 성능 평가를 비교 도시한 그래프
본 발명은 메쉬(mesh) 네트워크에 관한 것으로, 특히 무선 메쉬 네트워크에서 데이터를 효율적으로 라우팅하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이동 통신 시스템에서 이동 노드(Mobile Node)는 무선으로 전송할 수 있는 거리에 한계가 있다. 이를 해결하고자, 상기 이동 노드는 무선 전송 범위 외부에 있는 다른 이동 노드 또는 기지국과의 통신을 위해 멀티-홉(multi-hop) 방식을 사용할 수 있다. 상기 멀티-홉 방식을 사용하는 통신 시스템으로 무선 메쉬 네트워크가 있다. 상기 무선 메쉬 네트워크는 각각의 이동 노드들이 데이터 통신을 수행하는 주체가 되어 같은 네트워크 안의 다른 이동 노드로부터 수신한 트래픽을 다른 이동 노드에 릴레이(relay) 및 라우팅하는 통신 시스템이다.
따라서, 상기 무선 메쉬 네트워크는 유선 네트워크의 설치가 어려운 지역에서 네트워크의 확장을 용이하게 하였으며, 각각의 이동 노드들이 인접한 이동 노드들과 직접 연결되어 있기 때문에 신뢰할 수 있는 구조를 가진다. 이에 따라, 상기 무선 메쉬 네트워크에서 네트워크의 용량을 증가시키기 위해서 이동 노드의 수를 증가시키기만 하면 된다.
도 1은 일반적인 무선 메쉬 네트워크의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 무선 메쉬 네트워크에는 다수의 이동 노드들이 존재하고, 상기 이동 노드들과 인터넷 망을 연결하는 게이트웨이(gateway) 노드(120)가 존재한다. 상기 다수의 이동 노드들 중 이동 노드(100)는 인접한 다른 이동 노드들과 직접 통신을 수행할 수 있다. 즉, 상기 이동 노드(100)는 다른 이동 노드 또는 게이트웨이 노드(120)로 자신의 데이터를 송신할 수도 있고, 다른 이동 노드의 데이터를 중계할 수도 있다.
상기 이동 노드들이 데이터를 전송하거나 중계하기 위해서는 라우팅 경로를 인지하여야 한다. 만약, 라우팅 경로를 인지하고 있지 못한 이동 노드는 라우팅 경로를 발견하기 위해 제어 메시지인 인접 이동 노드로 경로 요청(route request, 이하 'RREQ'라 칭하기로 한다) 제어 패킷을 송신한다. 그러면, 상기 RREQ 제어 패킷을 수신한 이동 노드는 상기 제어 패킷의 최종 목적지(destination) 주소가 자신의 주소인지 판별하고, 자신의 주소라면 경로 응답(route reply, 이하 'RREP'라 칭하기로 한다)제어 패킷을 상기 RREQ 제어 패킷을 송신한 이동 노드로 송신한다. 그러나, 상기 이동 노드 자신이 최종 목적지가 아니라면, 상기 이동 노드는 인접 노드로 자신의 주소가 추가된 RREQ 제어 패킷을 다시 브로드캐스팅(broadcasting)한다. 상기 RREQ 메시지를 최초로 송신한 이동 노드는 상기와 같이 RREQ 제어 패킷이 송신된 경로의 역 방향 경로로 리턴(return)되는 RREP 제어 패킷을 수신하여 라우팅 경로를 인지하게 된다.
따라서, 상기 무선 메쉬 네트워크에 존재하는 이동 노드들의 수가 많아질 수록 제어 패킷간 충돌이 발생하여 라우팅 제어 패킷의 손실을 가져오게 된다. 이러한 제어 패킷 손실을 극복하기 위해 이동 노드는 다시 새로운 경로 발견(path discovery) 과정을 반복하여야 한다. 이는 무선 메쉬 네트워크의 제어 트래픽을 급격히 증가시키게 되는 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적 은 무선 메쉬 네트워크에서 제어 트래픽량을 감소시키는 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 방법은; 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 소스 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서, 전송할 데이터가 발생하면 자신이 게이트웨이 노드까지의 경로를 인지하고 있는 활성 노드인지 판단하는 과정과, 상기 소스 노드가 활성 노드라면, 상기 시스템에서 사용되는 제어 트래픽 량을 감소시키기 위해 설정된 소정 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 결정하는 과정과, 상기 특정 그룹에 합류할 수 있는 경우, 상기 소정 개수의 그룹 중 상기 특정 그룹을 제외한 나머지 그룹에 포함된 소스 노드를 제외한 노드와 라우팅 제어 메시지를 송수신하는 과정을 포함한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 방법은; 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 중계 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서, 임의의 소스 노드가 송신한 라우팅 경로 요청을 수신하는 과정과, 자신이 게이트웨이 노드까지의 경로를 인지하고 있는 활성 노드인지 판단하는 과정과, 활성 노드라면 상기 시스템에서 사용되는 제어 트래픽 량을 감소시키기 위해 설정된 소정 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류시킬 수 있는지 결정하는 과정과, 상기 특정 그룹에 합류시킬 수 있는 경우, 상기 결정된 특정 그룹 정보가 포함된 라우팅 요청에 대한 응답을 송신하는 과정을 포함한 다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 방법은; 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드와, 상기 노드들을 관리하는 게이트웨이 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 게이트웨이 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서, 상기 소스 노드로부터의 라우팅 경로 요청을 수신하는 과정과, 상기 시스템에서 사용되는 제어 트래픽 량을 감소시키기 위해 설정된 소정 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹을 선택하는 과정과, 상기 소스 노드를 목적지로 상기 선택된 그룹 정보가 포함된 라우팅 경로 요청에 대한 응답을 송신하는 과정을 포함한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 방법은; 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 소스 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서, 상기 소스 노드들로 구성되는 적어도 하나의 논리 그룹과, 상기 중계 노드로 구성되는 구역으로 노드들의 집합을 설정하고, 상기 소스 노드가 상기 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 결정하는 과정과, 상기 특정 그룹에 합류할 수 있는 경우, 상기 특정 그룹에 속한 다른 소스 노드와 상기 구역에 속한 중계 노드들과 라우팅 제어 메시지를 송수신하는 과정을 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 발명은 무선 메쉬(mesh) 네트워크에서 제어 트래픽량을 감소시키기 위한 효율적 라우팅 방법을 제안한다. 보다 상세하게는, 본 발명에서는 라우팅 트래픽량을 줄이기 위해 이동 노드들을 해당 이동 노드의 특성에 따라 서로 다른 논리적 그룹(group) 또는 구역(division)으로 분류하고, 분류된 그룹 또는 구역에서 최적의 라우팅 경로를 선택할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 최적의 그룹 개수를 결정하고, 상기 결정된 그룹 또는 구역에 균형 인덱스(balance index) 값 'B'를 최대로 하는 이동 노드들을 포함시킨다.
그러면, 이하의 본 발명의 설명에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.
먼저, 소스 노드(source node)는 게이트웨이 노드로 전송할 데이터를 가지고 있는 이동 노드이다. 일반 노드(common node)는 상기 구역에는 포함되나, 그룹에는 포함되지 않는 이동 노드이다. 상기 일반 노드는 자신이 전송하고자 하는 데이터는 가지고 있지 않는 이동 노드로, 전체의 이동 노드들에서 상기 소스 노드를 제외한 이동 노드들이 상기 일반 노드가 된다. 그러나, 상기 일반 노드 역시 소스 노드의 데이터를 다른 이동 노드로의 중계는 가능하다. 활성 노드(active node)는 게이트웨이 노드까지 유효한 경로를 가지고 있는 이동 노드이다.
상기 소스 노드가 게이트웨이 노드까지 유효한 경로를 가지고 있는 경우, 상 기 소스 노드는 소스 노드인 동시에 활성 노드가 된다. 또한, 상기 일반 노드가 게이트웨이 노드까지 유효한 경로를 가지고 있는 경우 상기 일반 노드는 일반 노드인 동시에 활성 노드가 된다.
한편, 본 발명에서 상기 소스 노드는 특정 그룹에 포함되며, 상기 일반 노드는 구역에 포함된다. 즉, 상기 그룹이라 함은 소스 노드들만을 포함하는 논리적 그룹이며, 상기 구역은 소스 노드를 제외한 이동 노드들, 즉 일반 노드들을 포함하는 논리적 구역이다. 특정 그룹에서 발생된 제어 패킷은 상기 특정 그룹에 소속된 소스 노드들 또는 상기 구역에 소속된 일반 노드들에 의해서만 중계 가능하다. 상기 논리적 그룹 및 구역으로 이동 노드들을 구분함으로써 제어 트래픽량은 현저히 줄어들게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 논리적 영역을 그룹 및 구역으로 구분한 것을 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 무선 메쉬 네트워크에서 논리적 영역을 일 례로 네 개의 논리적 그룹 및 하나의 구역으로 구분하였다. 상기 논리적 그룹에 속한 소스 노드들은 같은 그룹에 속한 다른 소스 노드에 의해 생성된 제어 패킷만을 중계하는 것이 가능하며, 상기 논리적 구역(즉, Division E)에 속한 일반 노드들은 상기 네 개의 논리적 그룹에 속한 모든 소스 노드들의 제어 패킷을 중계할 수 있다. 상기와 같은 그룹핑 방법을 사용하면, 경로 발견 과정을 수행하는 소스 노드의 라우팅 요청(route request, 이하 'RREQ'라 칭하기로 한다) 제어 패킷은 같은 그룹에 속한 소스 노드 혹은 구역에 속한 일반 노드에 의해서만 중계되므로 전체 라우팅 트래픽량이 감소하게 된다.
따라서, 본 발명에서 논리적 그룹 수를 결정하는 것은 라우팅 프로토콜 효율을 결정하는 중요한 요소이다. 그러면, 하기에서 상기 논리적 그룹 수를 결정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
상기 논리적 그룹 수는 무선 메쉬 네트워크에서 자원 활용율 또는 패킷 송신 성능을 최대로 하는 최적의 이동 노드 수 'R'과, 각각의 그룹에서 발생된 패킷을 중계할 수 있는 총 이동 노드의 수 'T'의 차이를 최소화 할 수 있도록 결정되어야 한다. 여기서, 상기 최적의 이동 노드 수 R은 무선 메쉬 네트워크에서 네트워크의 연결성을 감소시키지 않으면서도 최고의 성능을 가지도록 시스템에서 미리 설정되어지는 값임을 전제로 한다.
또한, 소스 노드의 수가 'S'이고, 전체 이동 노드들의 총 수가 'M'이라 하면, 일반 노드들의 총 수는 M-S가 된다. 총 그룹의 수를 'g'라고 가정하고, 각각의 그룹들이 같은 수의 소스 노드들을 가지고 있다고 가정하면, 각각의 그룹에 속하는 소스 노드의 수는 S/g가 된다. 여기서, g는 1부터 소스 노드의 수 S 값을 가진다. 각각의 그룹에 의해 생성된 패킷을 중계할 전체 이동 노드의 수 T는 M-S+(S/g)가 되므로, 기지국, 즉 게이트웨이 노드는 T-R의 절대값이 최소가 되는 총 그룹의 수를 결정한다. 하기 수학식 1은 상기 총 그룹의 수 G를 결정하는 식이다.
Figure 112005055774197-pat00001
상기 g에 1부터 소스 노드의 수 S 값을 대입해가면서 가장 최소값을 가지는 g 값을 상기 그룹 수 G값으로 결정한다. 상기 수학식 1을 이용하여 결정한 그룹 수 G를 이용하여 균형 인덱스 B 값을 결정할 수 있다. 하기 수학식 2는 균형 인덱스 B 값을 결정하는 식이다.
Figure 112005055774197-pat00002
상기 수학식 2에서, fi는 그룹 i에 속하는 소스 노드의 수이고, G는 총 그룹의 수를 나타낸다. 균형 인덱스 B값은 각 그룹별로 소스 노드들의 수가 같아질 경우 1로 수렴하게 된다. 반면에, 모든 소스 노드들이 하나의 그룹에 속하게 되면 1/G로 수렴하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 B값이 최대가 되도록 그룹별 소스 노드들의 수를 결정한다. 한편, 본 발명에서 제안하는 무선 메쉬 네트워크의 상태 정보는, 모든 이동 노드들이 <그룹 이름, f1,f2,...,fG> 형태의 (G+1)개의 요소로 된 집합, 즉 (G+1)-tuple 상태 정보로 유지한다. 상기 상태 정보는 게이트웨이 노드가 브로드캐스팅하는 정보이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 소스 노드가 데이터를 전송하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3a는 상기 소스 노드가 RREQ 제어 패킷 또는 데이터를 송신하는 흐름도이며, 도 3b는 상기 소스 노드가 RREP 제어 패킷을 수신하는 흐름도이다.
상기 도 3a를 참조하면, 먼저 302단계에서 상기 소스 노드는 전송할 데이터의 발생을 감지하고 304단계로 진행한다. 여기서, 상기 소스 노드는 아직 어떤 특정 그룹에 속해 있지 않은 노드라고 가정한다. 상기 304단계에서 상기 소스 노드는 자신이 게이트웨이 노드까지의 라우팅 경로를 가지고 있는 활성 노드인지 판단한다. 판단 결과, 상기 소스 노드가 활성 노드라면 306단계로 진행하고, 그렇지 않으면 310단계로 진행한다.
상기 306단계에서 상기 소스 노드는 임의의 그룹에 합류함으로써 균형 인덱스 값을 최대화 할 수 있는지 판단한다. 예컨대, 도 2에서 도시한 바와 같이, 모두 네 개의 그룹들이 존재하는 경우, 상기 소스 노드는 그룹들 각각에 합류하는 경우, 결정되는 균형 인덱스 값이 최대가 되는 그룹에 합류하게 된다. 그러나, 어떠한 그룹에 합류하게 되더라도 이전의 균형 인덱스 값보다 높아지지 않게 되면, 상기 소스 노드는 310단계로 진행하여 인접 이동 노드로 RREQ 제어 패킷을 송신한다. 그러나, 특정 그룹에 합류함으로서 균형 인덱스 값이 최대가 된다면, 상기 소스 노드는 상기 특정 그룹을 선택하고 308단계로 진행한다. 상기 308단계에서 상기 소스 노드는 선택된 특정 그룹의 라우팅 테이블의 경로에 따라 데이터를 전송하게 된다.
상기 310단계에서 상기 소스 노드는 자신이 활성 노드가 아니거나, 어떠한 그룹에 합류하더라도 균형 인덱스 값을 최대로 할 수 없는 경우에 인접 이동 노드로 RREQ 제어 패킷을 송신하고 312단계로 진행한다. 상기 312단계에서 상기 소스 노드는 RREQ 제어 패킷을 송신한 역방향 경로를 통해 RREP 제어 패킷 수신을 대기한다. 여기서, 상기 RREP 제어 패킷에는 상기 소스 노드가 합류하게 될 그룹 정보가 포함되어 있다.
도 3b를 참조하면, 먼저 320단계에서 상기 소스 노드는 RREQ 제어 패킷 송신에 대한 응답으로 RREP 제어 패킷을 수신하고 322단계로 진행한다. 상기 322단계에서 상기 소스 노드는 상기 RREP 제어 패킷이 첫번째로 수신한 RREP 제어 패킷인지 판단한다. 판단 결과, 첫 번째로 수신한 RREP 제어 패킷인 경우, 324단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우 326단계로 진행한다. 한편, 상기 첫 번째로 송신한 RREQ 제어 패킷이라 함은, 소스 노드가 RREQ 제어 패킷을 발생시킨 후 해당 RREQ 제어 패킷을 수신한 균형 인덱스 값을 최대화 할 수 있는 중계 노드 혹은 게이트웨이 노드가 존재하면 RREP 제어 패킷을 소스 노드로 전송하게 된다. 상기 균형 인덱스 값을 최대화 할 수 있는 중계 노드 혹은 게이트웨이 노드가 적어도 두개 이상 존재하면 각 노드들이 소스 노드로 RREP 제어 패킷을 송신할 수 있게 된다. 이렇게 다수의 RREP 제어 패킷 중 소스 노드에 가장 먼저 도착하는 RREP 제어 패킷이 최초 RREP 제어 패킷이 되며, 상기 소스 노드는 상기 첫 번째 RREP 제어 패킷으로 경로 정보를 업데이트 한다. 만약, 상기 소스 노드가 두 번째 RREP 제어 패킷을 수신하는 경우 첫 번째 RREP 제어 패킷에 따른 경로 정보와 두 번째 RREP 제어 패킷에 따른 경로 정보를 비교하여 최단 경로 정보로 업데이트 한다.
상기 324단계에서 상기 소스 노드는 상기 RREP 제어 패킷에 포함된 그룹 정보 및 데이터 송/수신 경로를 인지하고 상태 정보 업데이트를 수행한다. 한편, 상기 326단계에서 상기 소스 노드는 상기 수신한 RREP 제어 패킷의 홉 거리(hop distance)가 이전에 수신한 RREP 제어 패킷의 홉 거리보다 줄었다면 324단계로 진행하여 라우팅 경로 및 그룹 정보를 업데이트 한다. 그러나, 상기 수신한 RREP 제어 패킷의 홉 거리가 이전에 수신한 RREP 제어 패킷의 홉 거리 이상이면 328단계로 진행하여 새로운 RREP 제어 패킷 수신을 대기한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 중계 기능을 수행하는 이동 노드의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 402단계에서 상기 중계 기능을 수행하는 이동 노드는 임의의 소스 노드로부터 RREQ 제어 패킷을 수신하고 404단계로 진행한다. 상기 404단계에서 상기 이동 노드는 자신이 게이트웨이 노드까지 경로를 알고 있는 활성 노드인지 판단한다. 판단 결과, 상기 이동 노드가 활성 노드라면 406단계로 진행하고, 활성 노드가 아니라면 410단계로 진행한다.
상기 406단계에서 상기 이동 노드는 미리 저장하고 있는 상태 정보에 기반하여 균형 인덱스 값을 계산하고, 상기 RREQ 제어 패킷을 송신한 소스 노드가 현재 서비스를 제공하고 있는 특정 그룹에 합류시킴으로써 균형 인덱스 값을 최대화 할 수 있을 경우 408단계로 진행한다. 그러나, 균형 인덱스 값을 최대화 할 수 없는 경우 412단계로 진행한다.
상기 408단계에서 상기 이동 노드는 상기 소스 노드가 합류하게 될 그룹을 특정 그룹으로 선택하고, 상기 선택된 특정 그룹으로 RREP 제어 패킷을 송신한다. 여기서, 상기 RREP 제어 패킷에는 한편, 상기 410단계에서 활성 노드가 아닌 이동 노드는 인접 이동 노드로 RREQ 제어 패킷을 포워딩(forwarding)한다.
상기 412단계에서 상기 이동 노드는 자신이 소스 노드인지 판단한다. 판단 결과, 소스 노드라면 414단계로 진행하고, 소스 노드가 아니라면 410단계로 진행한다. 상기 414단계에서 상기 이동 노드는 상기 RREQ 제어 패킷을 송신한 소스 노드와는 다른 그룹에 속한 소스 노드라 판단하고, 수신한 RREQ 제어 패킷을 어떠한 이동 노드로도 송신하지 않고 드롭(drop) 처리한다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 게이트웨이 노드가 수행하는 제어 패킷 및 데이터 수신시 처리 과정을 도시한 흐름도이다.
먼저, 도 5a는 상기 게이트웨이 노드가 RREQ 제어 패킷 수신시 동작 과정을 도시한 흐름도이며, 도 5b는 상기 게이트웨이 노드가 데이터 수신시 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 5a를 참조하면, 먼저 502단계에서 상기 게이트웨이 노드는 임의의 이동 노드로부터 RREQ 제어 패킷을 수신하고 504단계로 진행한다. 상기 504단계에서 상기 게이트웨이 노드는 균형 인덱스 값을 최대로하는 그룹을 선택하고 506단계로 진행한다. 상기 506단계에서 상기 게이트웨이 노드는 상기 RREQ 제어 패킷을 수신한 이동 노드로 상기 소스 노드를 목적지 주소로 하는 RREP 제어 패킷을 송신한다. 여기서, 상기 RREP 제어 패킷은 상기 소스 노드가 합류하게 될 그룹 정보를 포함한다.
상기 도 5b를 참조하면, 먼저 520단계에서 상기 게이트웨이 노드는 소스 노드로부터 게이트웨이를 목적지로 송신되는 데이터를 수신하고 522단계로 진행한다. 상기 522단계에서 상기 게이트웨이 노드는 네트워크에 존재하는 전체 소스 노드들의 수가 변경되었는지 판단한다. 판단 결과, 소스 노드들의 수가 변경되었다면 524단계로 진행하고, 변경되지 않았다면 528단계로 진행한다. 상기 524단계에서 상기 게이트웨이 노드는 소스 노드들의 수가 변경됨에 따라 수학식 2에서 나타낸 균형 인덱스 값을 새롭게 계산하고 업데이트를 수행하고 526단계로 진행한다. 상기 526단계에서 상기 게이트웨이 노드는 업데이트 한 균형 인덱스 값을 모든 활성 노드들에게 브로드캐스팅(broadcasting) 한다. 상기 528단계에서 상기 게이트웨이 노드는 이전 균형 인덱스 값을 새롭게 계산한 균형 인덱스 값으로 대체하는 업데이트를 수행한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 프로토콜 성능과 종래의 라우팅 프로토콜 성능 평가를 비교 도시한 그래프이다.
상기 도 6에서 도시한 바와 같이, 종래의 라우팅 프로토콜(AODV, GOSSIP)을 적용한 무선 메쉬 네트워크의 성능보다 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 프로토콜(LB-AODV)을 적용한 무선 메쉬 네트워크의 성능이 패킷 운송비(packet delivery fraction) 측면에서 30% 이상 향상되는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로 판단할 때 인터넷 서비스 제공 사업자(Internet Service Provider)들이 본 발명을 사용하게 되면 동일한 비용으로 보다 많은 사용자들에게 서비스를 제공할 수 있을 것이다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 경로를 발견하기 위한 라우팅 제어 메시지들의 전송 횟수를 감소시킴으로써 시스템 전체 트래픽량을 감소시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 이렇게 감소된 무선 자원 잉여분을 데이터 통신시에 활용할 수 있는 이점이 존재한다. 인터넷 서비스 제공 사업자는 동일한 비용으로 많은 사용자에게 서비스를 제공할 수 있게 된다.

Claims (17)

  1. 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 소스 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서,
    전송할 데이터가 발생하면 자신이 게이트웨이 노드까지의 경로를 인지하고 있는 활성 노드인지 판단하는 과정과,
    상기 소스 노드가 활성 노드라면, 미리 설정된 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 결정하는 과정과,
    상기 특정 그룹에 합류할 수 있는 경우, 전체 그룹 중 특정 그룹을 제외한 나머지 그룹에 포함되어 있는 소스 노드를 결정하고, 상기 결정된 소스 노드를 제외한 나머지 노드와 라우팅 제어 메시지를 송수신하는 과정을 포함하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 노드가 활성 노드가 아니라면, 인접한 노드로 라우팅 경로를 요청하는 과정과,
    상기 인접 노드로부터 상기 소스 노드가 합류하여야 할 논리적 그룹 정보 및 해당 그룹별 소스 노드의 수 정보가 포함된 라우팅 경로 요청에 대한 응답을 수신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 논리적 그룹의 개수 G는 하기 수학식 3을 이용하여 결정함을 특징으로 하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00003
    상기 수학식 3에서, T는 각각의 그룹에서 발생된 패킷을 중계할 수 있는 총 노드의 수이며, R은 자원 활용율 또는 패킷 송신 성능을 최대로 하여 미리 설정된 최적의 노드 수이며, M은 전체 노드들의 총 수이고, S는 소스 노드의 수임.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미리 설정된 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 여부 결정은 하기 수학식 4의 균형 인덱스 B값을 고려하여 결정하며, 상기 균형 인덱스 B값이 이전 균형 인덱스 B값을 초과하는 그룹에 합류함을 특징으로 하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00004
    상기 수학식 4에서, fi는 그룹 i에 속한 소스 노드의 수임.
  5. 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 중계 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서,
    임의의 제1 소스 노드가 송신한 라우팅 경로 요청을 수신하는 과정과,
    상기 중계 노드는 게이트웨이 노드까지의 경로를 인지하고 있는 활성 노드인지 판단하는 과정과,
    활성 노드라면 상기 제1 소스 노드를 미리 설정된 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류시킬 수 있는지 결정하는 과정과,
    상기 특정 그룹에 합류시킬 수 있는 경우, 상기 결정된 특정 그룹 정보가 포함된 라우팅 요청에 대한 응답을 송신하는 과정을 포함하는 중계 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 소스 노드를 특정 그룹에 합류시킬 수 없는 경우, 상기 중계 노드가 제2 소스 노드인지 판단하는 과정과,
    상기 중계 노드가 제2 소스 노드라면 상기 제1 소스 노드의 라우팅 요청을 처리하지 않는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 중계 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 논리적 그룹의 개수 G는 하기 수학식 5을 이용하여 결정함을 특징으로 하는 중계 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00005
    상기 수학식 5에서, T는 각각의 그룹에서 발생된 패킷을 중계할 수 있는 총 노드의 수이며, R은 자원 활용율 또는 패킷 송신 성능을 최대로 하여 미리 설정된 최적의 노드 수이며, M은 전체 노드들의 총 수이고, S는 소스 노드의 수임.
  8. 제5항에 있어서, 상기 미리 설정된 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 여부 결정은 하기 수학식 6의 균형 인덱스 B값을 고려하여 결정하며, 상기 균형 인덱스 B값이 이전 균형 인덱스 B값을 초과하는 그룹에 상기 제1 소스 노드를 합류시킴을 특징으로 하는 중계 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00006
    상기 수학식 6에서, fi는 그룹 i에 속한 소스 노드의 수이고, G는 그룹의 수임.
  9. 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드와, 상기 노드들을 관리하는 게이트웨이 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 게이트웨이 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서,
    상기 소스 노드로부터의 라우팅 경로 요청을 수신하는 과정과,
    미리 설정된 개수의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹을 선택하는 과정과,
    상기 소스 노드를 목적지로 하며, 상기 선택된 그룹 정보가 포함된 라우팅 경로 요청에 대한 응답을 송신하는 과정을 포함하는 게이트웨이 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 게이트웨이 노드가 소스 노드로부터의 데이터를 수신하면, 소스 노드들의 수가 변경되었는지 판단하는 과정과,
    상기 소스 노드들의 수가 변경되었다면, 각 그룹에 소스 노드들을 분산시키기 위해 고려되는 균형 인덱스 값을 갱신하는 과정과,
    상기 갱신된 균형 인덱스 값을 브로드캐스팅 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 균형 인덱스 값은 하기 수학식 7을 이용하여 결정함을 특징으로 하는 게이트웨이 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00007
    상기 수학식 7에서, fi는 그룹 i에 속한 소스 노드의 수이고, G는 그룹의 수임.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 미리 설정된 논리적 그룹의 개수는 하기 수학식 8을 이용하여 결정함을 특징으로 하는 게이트웨이 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00008
    상기 수학식 8에서, T는 각각의 그룹에서 발생된 패킷을 중계할 수 있는 총 노드의 수이며, R은 자원 활용율 또는 패킷 송신 성능을 최대로 하여 미리 설정된 최적의 노드 수이며, M은 전체 노드들의 총 수이고, S는 소스 노드의 수임.
  13. 전송할 데이터를 가지고 있는 소스 노드와, 상기 소스 노드의 데이터를 중계하는 중계 노드가 존재하는 무선 메쉬 네트워크 시스템에서, 상기 소스 노드가 수행하는 라우팅 제어 메시지 처리 방법에 있어서,
    상기 소스 노드들로 구성되는 적어도 하나의 논리 그룹과, 상기 중계 노드로 구성되는 구역으로 노드들의 집합을 설정하고, 상기 소스 노드가 상기 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 결정하는 과정과,
    상기 특정 그룹에 합류할 수 있는 경우, 상기 특정 그룹에 속한 다른 소스 노드와 상기 구역에 속한 중계 노드들과 라우팅 제어 메시지를 송수신하는 과정을 포함하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소스 노드는 전송할 데이터가 발생하면 자신이 게이트웨이 노드까지의 경로를 인지하고 있는 활성 노드인지 판단하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소스 노드가 활성 노드가 아니라면, 인접한 노드로 라우팅 경로를 요청하는 과정과,
    상기 인접 노드로부터 상기 소스 노드가 합류하여야 할 논리적 그룹 정보 및 해당 그룹별 소스 노드의 수 정보가 포함된 라우팅 경로 요청에 대한 응답을 수신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 논리적 그룹은 하기 수학식 9를 이용하여 결정함을 특징으로 하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00009
    상기 수학식 9에서, T는 각각의 그룹에서 발생된 패킷을 중계할 수 있는 총 노드의 수이며, R은 자원 활용율 또는 패킷 송신 성능을 최대로 하여 미리 설정된 최적의 노드 수이며, M은 전체 노드들의 총 수이고, S는 소스 노드의 수임.
  17. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 논리적 그룹 중 어느 하나의 특정 그룹에 합류할 수 있는지 여부 결정은 하기 수학식 10의 균형 인덱스 B값을 고려하여 결정하며, 상기 균형 인덱스 B값이 이전 균형 인덱스 B값을 초과하는 그룹에 합류함을 특징으로 하는 소스 노드의 라우팅 제어 메시지 처리 방법.
    Figure 112008007978092-pat00010
    상기 수학식 10에서, fi는 그룹 i에 속한 소스 노드의 수이고, G는 그룹의 수임.
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