KR100946663B1 - 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법 - Google Patents

모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 관한 것으로, 특히 서버 노드(전송 노드)에서 멀티캐스트 그룹 멤버 노드(수신 노드)로 패킷을 전송할 때, 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링하여 복수의 클러스터링 그룹들을 형성한 후, 상기 서버 노드가 상기 각 클러스터링 그룹을 하나의 목적지로 하여 상기 패킷을 전송함으로써, 전송 패킷의 수를 현저히 감소시킬 수 있는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 관한 것이다.
본 발명인 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법을 이루는 구성수단은, 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 있어서, 서버 노드가 네트워크를 구성하는 클라이언트 노드들로부터 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송받는 단계, 상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링하여 상위 계층 클러스터링 그룹들을 형성하는 단계, 상기 서버 노드가 상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드 중에 가장 가까이 위치한 노드인 상위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소를 포함한 패킷을 전송하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
마넷, 멀티캐스팅, 전송

Description

모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법{MULTICASTING TRANSMISSION METHOD IN MOBILE AD―HOC NETWORK}
본 발명은 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 관한 것으로, 특히 서버 노드(전송 노드)에서 멀티캐스트 그룹 멤버 노드(수신 노드)로 패킷을 전송할 때, 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링하여 복수의 클러스터링 그룹들을 형성한 후, 상기 서버 노드가 상기 각 클러스터링 그룹을 하나의 목적지로 하여 상기 패킷을 전송함으로써, 전송 패킷의 수를 현저히 감소시킬 수 있는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 관한 것이다.
마넷(Mobile Ad-hoc Network)은 무선 장비들이 모여 스스로 구성하는 네트워크이다. 기반망 없이 구성될 수 있기 때문에 재난 지역과 같이 미리 기반망을 구성하기 힘든 곳에서 많이 사용된다. 이러한 환경에서는 일대다 통신, 즉 멀티캐스팅(Multicasting)이 많이 일어난다. 예를 들어, 재난 지역의 지리 정보는 그 지역의 모든 사용자들에게 보내져야 한다. 이에 따라 최근 마넷에서 멀티캐스트에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
멀티캐스트 메시지가 멀티캐스트 그룹 전체로 전달되었을 때 패킷을 받은 노드를 점으로 보고 패킷이 전송된 길을 선으로 보면 트리가 만들어지는데 이를 멀티캐스트 트리(Multicast tree)라고 한다. 지금까지 많은 멀티캐스트 연구에서 효율적인 멀티캐스트 트리를 만드는 방법에 대해서 연구해왔다.
멀티캐스트 트리를 만드는 방법은 두 부류로 구분된다. 첫 번째 방식은 미리 멀티캐스트를 위한 구조(트리, 메쉬)를 만들어 놓고, 그 구조를 따라 멀티캐스트 패킷을 전송하는 방법이다. 따라서 이 방법은 동적인 마넷 환경에 적절하지 못하다. 이를 보완하기 위해 패킷을 전송하면서 동적으로 트리를 만들어 가는 방법이 제안되었다. 이 방법은 동적으로 노드가 움직이는 환경에도 적용할 수 있다.
지금까지 마넷에서 멀티캐스팅을 위한 트리 생성 기법들은 패킷 전송 시간을 최소화하는데 초점을 맞추고 있어, 과도한 패킷 전송을 야기하며 비용 측면에서 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
마넷에서 패킷의 수를 줄이는 것은 매우 중요하다. 마넷은 멀티홉 통신이므로 패킷이 한 홉 전송될 때마다 패킷의 복사가 일어난다. 따라서 패킷의 수는 트래픽 수와 거리에 비례하여 증가한다. 네트워크의 자원은 한정되어 있으므로, 하나의 트래픽은 그 지역의 자원을 점유한다.
따라서 한 지역에 패킷이 많이 생기는 것은 자원을 효율적으로 사용하는 것을 막을 뿐만 아니라 숨겨진 노드 문제(hidden terminal problem)와 같은 문제를 일으켜 패킷 손실을 일으키기도 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 서버 노드(전송 노드)에서 멀티캐스트 그룹 멤버 노드(수신 노드)로 패킷을 전송할 때, 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링하여 복수의 클러스터링 그룹들을 형성한 후, 상기 서버 노드가 상기 각 클러스터링 그룹을 하나의 목적지로 하여 상기 패킷을 전송함으로써, 전송 패킷의 수를 현저히 감소시킬 수 있는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법을 이루는 구성수단은, 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 있어서, 서버 노드가 네트워크를 구성하는 클라이언트 노드들로부터 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송받는 단계, 상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링하여 상위 계층 클러스터링 그룹들을 형성하는 단계, 상기 서버 노드가 상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드 중에 가장 가까이 위치한 노드인 상위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소를 포함한 패킷을 전송하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지에는 상기 클라이언트 노드의 현재 위치 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상위 계층 클러스터링 그룹들을 형성하는 단계는, 상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중, 가장 가까운 노드를 상위 계층 클러스터 헤더로 정한 후, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 클러스터링하여 최초 클러스터링 그룹을 형성하는 과정, 상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 모두 클러스터링 되었는지를 확인하여, 클러스터링이 되지 않은 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 잔존하는 것으로 확인한 경우에는, 상기 잔존하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 모두 클러스터링될 때까지, 상기 잔존하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중 가장 가까운 노드를 상위 계층 클러스터 헤더로 정한 후, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 클러스터링하여 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정에서, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중, 최초 클러스터링 그룹 또는 이전 추가 클러스터링 그룹과 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 존재하는 경우, 상기 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 자신으로부터 가장 가까운 상위 계층 클러스터 헤 더를 포함되어 있는 클러스터링 그룹에 배정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서버 노드에서 전송된 패킷을 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송하지 않는 클라이언트 노드가 전송받은 경우에, 상기 패킷을 전송받은 클라이언트 노드는 상기 패킷을 상기 패킷의 목적지인 상위 계층 클러스터 헤더로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서버 노드에서 전송된 패킷을 상기 상위 계층 클러스터 헤더가 직접 또는 상기 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드를 거쳐 전송받은 경우에는, 상기 상위 계층 클러스터 헤더가 상기 서버 노드가 되어 상기 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 재차 클러스터링하여 하위 계층 클러스터링 그룹들을 형성한 후, 상기 서버 노드가 되는 상기 상위 계층 클러스터 헤더가 상기 재차 클러스터링되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에 가장 가까이 위치한 노드인 하위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 상기 각 하위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소를 포함한 패킷을 전송하는 추가 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추가 전송 단계는 상기 패킷이 모든 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들에게 전송될 때까지 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 모바일 애드 혹 네트워 크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 의하면, 서버 노드(전송 노드)에서 멀티캐스트 그룹 멤버 노드(수신 노드)로 패킷을 전송할 때, 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링하여 복수의 클러스터링 그룹들을 형성한 후, 상기 서버 노드가 상기 각 클러스터링 그룹을 하나의 목적지로 하여 상기 패킷을 전송하기 때문에, 전송 패킷의 수를 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결 수단 및 효과를 가지는 본 발명인 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 모바일 애드 혹(ad-hoc) 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법을 설명하기 위한 절차도이다. 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모바일 애드 혹 네트워크를 구성하는 클라이언트 노드(모바일 노드)들 중에 멀티캐스트 수신을 희망하는 클라이언트 노드들이 서버 노드로 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한다(s10). 상기 서버 노드가 모바일 애드 혹 네트워크를 구성하는 클라이언트 노드들로부터 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송받은 경우에, 상기 서버 노드는 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 클라이언트 노드들을 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들로 확정한다.
상기 서버 노드는 패킷을 전송하는 전송 노드를 의미하고, 상기 클라이언트 노드는 패킷을 전송받는 수신 노드를 의미한다. 따라서, 특정 모바일 노드는 다른 모바일 노드로부터 패킷을 전송받는 경우에는 클라이언트 노드(수신 노드)가 될 수 있고, 다른 모바일 노드로 패킷을 전송하는 경우에는 서버 노드(전송 노드)가 될 수 있다. 한편, 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 모바일 애드 혹 네트워크를 구성하는 모바일 노드들 중에 멀티캐스트 수신을 위하여 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 노드들이다.
상기 멀티캐스트 수신을 원하는 상기 클라이언트 노드들이 전송한 멀티캐스트 그룹 참가 메시지에는 상기 각 클라이언트 노드의 현재 위치 정보가 포함된다. 이 위치 정보를 이용하여 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소를 결정한다.
상기 서버 노드(패킷을 전송하는 전송 노드)가 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송받은 경우에는, 이 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들에 대하여 클러스터링을 수행하여 복수개의 클러스터링 그룹들을 형성한다(s20).
상기 클러스터링 그룹들은 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 방향에 따라 클러스터링된 그룹들이다. 즉, 상기 클러스터링은 도 2a에 도시된 바와 같이, 거리를 기반한 클러스터링이 아니라, 도 2b에 도시된 바와 같이, 방향을 기반한 클러스터링이다.
상기 도 2a에 도시된 거리를 기반한 클러스터링은 송신 노드(서버 노드)가 클러스터링 그룹(C1, C2, C3)으로 패킷을 전송할 때, 클러스터링 그룹 C2와 C3로 향하는 패킷은 전달 경로가 겹치게 된다. 즉, 클러스터링 그룹 C3로 전송되는 패킷은 클러스터링 그룹 C2를 거치게 된다. 따라서, 이 거리 기반의 클러스터링은 방향을 생각하지 않으므로 전송 패킷을 효과적으로 줄이지 못하고 있다.
반면, 본 발명에 적용되는 방향 기반의 클러스터링은 도 2b에 도시된 바와 같이, 특정 방향에 따라 클러스터링 그룹을 형성하기 때문에, 패킷이 한 홉 전송될 때 비슷한 방향으로 가는 패킷들은 합칠 수 있어 전송 패킷들을 감소시킬 수 있다.
다만, 도 2b에 도시된 클러스터링에 의하면 하나의 클러스터링 그룹에 포함된 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 수가 많기 때문에, 전송 패킷의 감소 효과는 작다. 따라서, 각각의 클러스터링 그룹 내에서 반복적으로 클러스터링을 수행하는 계층적 클러스터링 구조에 대하여도 후술한다.
상기 도 2b에 도시된 바와 같이, 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링을 수행하면, 복수개의 클러스터링 그룹들이 형성된다. 이 때, 상기 클러스터링 그룹들은 최초로 형성되는 클러스터링 그룹이므로 상위 계층 클러스터링 그룹들이라 명한다. 결과적으로, 상기 각각의 상위 계층 클러스터링 그룹 안에서 발생되는 클러스터링 그룹들은 하위 계층 클러스터링 그룹들이라 명한다. 이에 대해서는 후술한다.
상기 상위 계층 클러스터링 그룹들을 형성하는 단계에 대하여 첨부된 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서 서버 노드는 패킷을 전송하는 노드이고, 멀티캐스트 그룹 멤버 노드는 멀티캐스트 수신을 원하여 상기 서버 노드로 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 노드이고, 모바일 노드는 상기 서버 노 드로 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송하지 않은 노드이며, 클러스터 헤더는 각 클러스터링 그룹에서 상기 서버 노드에서 가장 가까이 위치하는 노드이다.
먼저, 상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에 가장 가까운 노드를 상위 계층 클러스터 헤더(H1)로 정한다. 그런 다음, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 클러스터링하여 최초 클러스터링 그룹을 형성한다(도 3의 (a) 참조).
여기서 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 상기 수직한 선분을 기준으로 상기 서버 노드와 반대 쪽에 위치하는 노드들을 의미한다. 상기 수직한 선분이 지나는 노드들도 상기 클러스터링 그룹에 포함시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이 상기 서버 노드가 최초 클러스터링 그룹을 생성한 후에는, 클러스터링되지 않는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 있는지 확인한다. 즉, 상기 서버 노드는 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 모두 클러스터링 되었는지를 확인한다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 서버 노드가 클러스터링이 되지 않는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 잔존하는 것으로 확인한 경우에는 상기 잔존하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 모두 클러스터링될 때까지 추가적인 클러스터링을 수행하여 추가 클러스터링 그룹들을 형성한다.
즉, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 서버 노드는 상기 잔존하는 멀티 캐스트 그룹 멤버 노드들 중에 가장 가까운 위치에 있는 노드를 상위 계층 클러스터 헤더(H2)로 정한다.
그런 다음, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 추가적으로 클러스터링하여 추가 클러스터링 그룹을 형성한다(도 3의 (b) 참조).
여기서 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더(H2)를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 상기 수직한 선분을 기준으로 상기 서버 노드와 반대 쪽에 위치하는 노드들을 의미한다. 상기 수직한 선분이 지나는 노드들도 상기 클러스터링 그룹에 포함시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정에서, 상기 최초 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들도 추가 클러스터링 대상이 될 수도 있다. 이와 같이 중복되어 클러스터링 대상이 되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 자신으로부터 가장 가까운 상위 계층 클러스터 헤더를 포함하고 있는 클러스터링 그룹에 배정된다. 즉, 상기 중복되어 클러스터링 대상이 되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 상기 상위 계층 클러스터 헤더들(H1, H2) 중에, H1과 더 가까우면, 상기 H1 상위 계층 클러스터 헤더가 포함되는 클러스터링 그룹에 배정되고, H2와 더 가까우면, 상기 H2 상위 계층 클러스터 헤더가 포함되는 클러스터 그룹에 배정된다.
정리하면, 상기 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정에서, 상기 서버 노 드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중, 최초 클러스터링 그룹 또는 이전 추가 클러스터링 그룹과 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 존재하는 경우, 상기 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 자신으로부터 가장 가까운 상위 계층 클러스터 헤더를 포함하고 있는 클러스터링 그룹에 배정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 추가 클러스터링 그룹을 형성한 후에도 클러스터링되지 않는 멀티캐스터 그룹 멤버 노드들이 존재하는 것으로 상기 서버 노드가 확인된 경우에는 상술한 바와 같은 추가 클러스터링 그룹 형성 과정을 반복 수행한다. 도 3의 (b)는 클러스터링되지 않는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 일부 잔존하는 것을 보여주고 있다.
따라서, 상기 서버 노드는 상기와 같이 추가 클러스터링 그룹을 생성한 후에도, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 서버 노드는 상기 잔존하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에 가장 가까운 위치에 있는 노드를 상위 계층 클러스터 헤더(H3)로 정한다.
그런 다음, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더(H3)를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 추가적으로 클러스터링하여 추가 클러스터링 그룹을 형성한다(도 3의 (c) 참조).
여기서 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더(H3)를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 상기 수직한 선분을 기준으로 상기 서버 노드와 반대 쪽에 위치하는 노드들을 의미한다. 상기 수 직한 선분이 지나는 노드들도 상기 클러스터링 그룹에 포함시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이 두 번째 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정에서, 상기 최초 클러스터링 그룹(도 3의 (a)에서 형성된 클러스터링 그룹) 및 첫 번째 추가 클러스터링 그룹(도 3의 (b)에서 형성된 클러스터링 그룹)에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들도 두 번째 추가 클러스터링 대상이 될 수도 있다.
이와 같이 중복되어 클러스터링 대상이 되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 존재하는 경우, 상기 서버 노드는 상기 중복되어 클러스터링 대상이 되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들에서 상기 이전 클러스터링 그룹(최초 클러스터링 그룹 및 첫 번째 클러스터링 그룹)에 포함되는 상위 계층 클러스터 헤더(H1, H2)와 상기 두 번째 추가 클러스터링 그룹에 포함되는 상위 계층 클러스터 헤더(H3)까지의 거리를 계산하여, 상기 중복되어 클러스터링 대상이 되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 가장 가까운 상위 계층 클러스터 헤더가 포함되는 클러스터링 그룹에 배정한다.
즉, 상기 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정에서, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중, 최초 클러스터링 그룹 또는 이전 추가 클러스터링 그룹과 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 존재하는 경우, 상기 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 자신으로부터 가장 가까운 상위 계층 클러스터 헤더를 포함하고 있는 클러스터링 그룹에 배정된다.
이상과 같이, 세 번의 클러스터링 과정(최초 클러스터링 그룹 형성 과정 및 두 번의 추가 클러스터링 그룹 형성 과정)을 통하여 모든 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 클러스터링 되었다.
상기와 같이 상위 계층 클러스터링 그룹들이 모두 형성되면, 상기 서버 노드(전송 노드)는 상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹들로 패킷을 전송한다(s30). 그런데, 본 발명에서는 상기 서버 노드(전송 노드)가 상기 상위 계층 클러스터링 그룹들로 패킷을 전송할 때, 각 상위 계층 클러스터링 그룹들에 포함되는 하나의 상위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 상기 패킷을 전송한다. 상기 상위 계층 클러스터 헤더는 상기 각 상위 계층 클러스터 그룹들에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에 상기 서버 노드(전송 노드)에서 가장 가까이 위치한 노드가 해당된다.
구체적으로, 상기 서버 노드(전송 노드)는 상기 각각의 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에, 자신(서버 노드)과 가장 가까이 위치한 노드인 상위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 상기 패킷을 전송한다.
상기 서버 노드(전송 노드)로부터 패킷의 목적지인 상기 상위 계층 클러스터 헤더로 전송되는 패킷에는 상기 각각의 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소가 포함된다. 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소는 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지에 포함되는 각 노드들의 현재 위치 정보를 이용하여 결정된다.
상기와 같이 서버 노드(전송 노드)에서 전송되는 패킷이 모든 멀티캐스트 그 룹 멤버 노드들에게 전송되는 과정에 대하여 첨부된 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 서버 노드는 상술한 바와 같은 방법으로 모든 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들에 대하여 클러스터링을 수행한다. 결과적으로 세 개의 상위 계층 클러스터링 그룹들(C1, C2, C3)이 형성된다.
이와 같이, 상위 계층 클러스터링 그룹들을 모두 형성한 후에, 상기 서버 노드는 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 각 상위 계층 클러스터 헤더(상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에, 상기 서버 노드에서 가장 가까이 위치하는 노드)를 목적지로 하여 패킷을 전송한다. 각 상위 계층 클러스터 헤더에 전송되는 패킷에는 상기 각 상위 계층 클러스터 헤더가 포함되는 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 존재하는 모든 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소를 포함한다.
상기와 같이, 서버 노드로부터 상기 각 상위 계층 클러스터 헤더로 패킷이 전송되면, 상기 패킷은 목적지인 상기 상위 계층 클러스터 헤더로 전송된다. 이 과정에서 상기 패킷은 곧바로 상기 상위 계층 클러스터 헤더로 전송될 수도 있지만, 멀티캐스트 그룹 멤버 노드가 아닌 클라이언트 노드(모바일 노드)를 거쳐 전송될 수도 있다. 여기서 상기 클라이언트 노드(모바일 노드)는 상기 서버 노드에 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송하지 않은 모바일 노드를 의미한다.
상기와 같이, 상기 서버 노드에서 전송된 패킷을 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송하지 않는 클라이언트 노드(모바일 노드)가 전송받은 경우에는, 상기 패킷을 전송받은 클라이언트 노드(모바일 노드)는 상기 패킷을 상기 패킷의 목적지인 상위 계층 클러스터 헤더로 전송한다.
구체적으로, 상기 패킷을 전송받은 클라이언트 노드(모바일 노드)는 패킷을 분석하여, 상기 패킷에 자신의 주소가 포함되었는지를 확인한다. 상기 클라이언트 노드(모바일 노드)는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드가 아니기 때문에, 상기 패킷에는 상기 클라이언트 노드(모바일 노드)의 주소가 포함되지 않을 것이다. 따라서, 상기 클라이언트 노드(모바일 노드)는 상기 패킷을 목적지인 상위 계층 클러스터 헤더로 전송하게 되는 것이다. 도 4의 (a)를 참조하면, 상위 계층 클러스터링 그룹 중, C3로 전송되는 패킷이 클라이언트 노드(모바일 노드)를 거쳐 전송되는 것을 보여준다.
한편, 상기 서버 노드로부터 전송되는 패킷은 상기 상위 계층 클러스터 헤더에 직접 전송되지 않고, 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 포함하는 상기 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드를 거쳐 전송될 수도 있다. 즉, 상기 서버 노드에서 전송된 패킷은 상기 상위 계층 클러스터 헤더가 직접 또는 상기 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드를 거쳐 전송받는다.
상기와 같이 서버 노드로부터 각 상위 계층 클러스터링 그룹(C1, C2, C3)에 포함되는 각 상위 계층 클러스터 헤더(H1, H2, H3)로 패킷이 전송되면, 상기 상위 계층 클러스터 헤더들(H1, H2, H3)은 자신이 서버 노드(전송 노드)가 되어 상술한 클러스터링을 수행함으로써, 복수의 하위 계층 클러스터링 그룹들을 형성한다. 즉, 상기 서버 노드에서 전송된 패킷을 상기 상위 계층 클러스터 헤더(H1, H2, H3)가 전송받은 경우에는, 상기 상위 계층 클러스터 헤더(H1, H2, H3)가 패킷에 포함되는 자신의 주소를 제외하는 남은 목적지들(멀티캐스트 그룹 멤버 노드)을 자신의 위치를 기준으로 클러스터링을 수행한다.
구체적으로 설명하면, 상기 상위 계층 클러스터 헤더들(H1, H2, H3)이 상기 서버 노드(전송 노드)가 되어 상기 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 재차 클러스터링하여 하위 계층 클러스터링 그룹들을 형성한다. 도 4의 (b)에서는 C21, C31, C32의 하위 계층 클러스터링 그룹들이 형성된 것을 보여준다. 클러스터링 방법은 상술한 방법과 동일하다.
이와 같이, 하위 계층 클러스터링 그룹들(C21, C31, C32)을 형성한 후에는 상기 서버 노드(전송 노드)가 되는 상위 계층 클러스터 헤더들(H1, H2, H3)이 상기 재차 클러스터링되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에 가장 가까이 위치한 노드인 하위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 패킷을 추가 전송한다. 이와 같은 전송 방법도 상기 도 4의 (a)에 도시된 서버 노드가 상위 계층 클러스터 헤더(H1, H2, H3)로 패킷을 전송하는 방법과 동일하다.
상기 상위 계층 클러스터 헤더들(H1, H2, H3)이 전송하는 패킷에는 상기 각 하위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소가 포함된다. 이와 같은 상위 계층 클러스터링 그룹 내에서 재차 클러스터링이 수행된 후, 패킷이 전송되면 대부분의 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들로 패킷이 전송될 수 있다.
다만, 하위 계층 클러스터링 그룹 내에서 방향에 기반하여 재차 클러스터링이 필요한 경우에는 상술한 방법에 의하여 클러스터링을 수행한 후, 패킷을 목적지로 전송한다. 도 4의 (c)에서는 C21의 하위 계층 클러스터링 그룹 내에서 클러스터링이 수행되어 C22의 하위 계층 클러스터링 그룹이 형성된 것을 보여준다. 실제, 상기 C22의 하위 계층 클러스터링 그룹은 상기 C21의 하위 계층 클러스터링 그룹보다 계층적으로 더 하위에 있는 클러스터링 그룹이다.
상기와 같이, 상위 계층 클러스터링 그룹으로부터 하위 계층 클러스터링 그룹으로 진행되는 패킷의 추가적인 전송 단계는 상기 패킷이 모든 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들에게 전송될 때까지 진행된다. 도 4의 (c)에서는 상기 패킷이 모든 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들로 전송된 상태를 보여준다.
이하에서는 본 발명의 성능을 증명하기 위한 실험예를 설명한다.
실험은 시뮬레이션에 네트워크 시뮬레이터인 ns-2(http://www.isi.edu/nsnam/ns/.에 설명됨)를 사용하였다. 시뮬레이션 환경은 다음과 같이 설정하였다.
MAC 계층은 IEEE 802.11이고 라우팅 프로토콜은 GPSR[B. Karp and H. T. Kung, "Greedy perimeter stateless routing for wireless networks", in ACM / IEEE MOBICOM, August 2000, pp. 243-254.]을 사용하였다. 시뮬레이션에 사용된 노드들의 라디오 범위와 그리드의 크기는 250 미터이다.
200개의 노드들은 정사각형 형태의 가로, 세로 2500 미터인 네트워크에 랜덤 하게 위치하며, 이 중에서 서버와 멤버 노드는 시나리오마다 랜덤하게 선택하였다. 멀티캐스트 패킷은 64bytes의 데이터 부분을 갖는다.
모든 시뮬레이션은 다른 시나리오로 10번 수행한 것의 평균을 구하였다. 시뮬레이션 시간은 100초이고 멀티캐스트 그룹 초기화를 하기에 충분한 시간을 갖기 위해서 시뮬레이션 시작 40초 후부터 멀티캐스트를 시작하였다.
여기서 성능비교 대상으로 가장 최근에 제안되고 성능이 뛰어난 것으로 알려진 RSGM[X. Xiang, Z. Zhou, and X. Wang, "Robust and Scalable Geographic Multicast Protocol for Mobile Ad Hoc Networks", in IEEE INFOCOM , 2007.]을 선택하였다.
방향 기반 클러스터링은 효율적인 멀티캐스트를 위한 패킷 전송 방법이므로 멀티캐스트 그룹 관리 스킴이 필요한데, 공정한 비교를 위하여 RSGM의 그룹 관리 스킴을 그대로 사용하고 멀티캐스트 전송 부분만을 비교하였다.
RSGM의 그룹 관리 스킴에 사용되는 인자들은 도 5와 같이 정하였다. 또한 Report 메시지를 모두 받고 멀티캐스트 할 수 있도록 처음 Report 메시지를 받고 3초 후부터 멀티캐스팅을 시작하고, 멀티캐스팅의 간격은 10초로 하였다. 본 실험에서의 시뮬레이션에서 RSGM과 방향 기반 클러스터링의 다음과 같은 요소들을 비교하였다.
1. 패킷 전송율: 서버가 전송한 데이터 패킷 수에 대한 그룹 멤버들이 받은 데이터 패킷 수의 비율이다. 이것은 멀티캐스트 전송 방법의 신뢰성을 나타낸다.
2. 중계 노드의 수: 중계 노드의 수는 멀티캐스트 데이터 패킷이 모든 그룹 멤버까지 전송되기 위해 다른 노드에게 패킷을 전달하는 노드들의 총 개수이다. 마넷에서는 패킷을 전달할 때마다 패킷이 복사된다. 모든 중계 노드가 한 번 이상의 패킷을 전송하므로 중계 노드의 수는 패킷의 수에 영향을 미친다.
3. 총 패킷의 수: 하나의 멀티캐스트 데이터가 서버로부터 멀티캐스트 그룹의 모든 멤버들에게 도착하기까지의 총 패킷의 수이다. 이것은 멀티캐스트 전송 방법의 효율성을 나타낸다.
4. 클러스터링 연산한 노드의 수: 중계 노드 중에서 클러스터링 연산을 하는 노드의 수이다. 멀티캐스트 데이터가 멀티캐스트 그룹 전체로 도달하기 위해 전체 네트워크에 부과되는 연산 오버헤드를 나타낸다.
5. 평균 홉 수: 서버로부터 각 목적지까지 경로의 홉 수의 평균값이다. 이것은 목적지가 멀티캐스트 패킷을 받는데 걸리는 시간을 뜻한다.
도 6은 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 패킷의 전송율을 보여준다. 멀티캐스트 그룹 관리 스킴은 RSGM에 의해, 패킷의 전송은 GPSR에 의해 이루어질 때, 패킷의 전송율은 두 알고리즘이 거의 비슷하다. 이것은 방향 기반 클러스터링 알고리즘이 패킷의 전송율도 뛰어나다는 것을 보여준다.
도 7은 멀티캐스트 그룹의 크기에 따른 중계 노드의 수를 보여준다. 방향 기반 클러스터링 알고리즘에서 중계 노드의 수는 RSGM보다 적다. 이것은 RSGM에서 클러스터링할 때는 단지 다음 한 홉만을 비교하여 클러스터링 하지만, 방향 기반 클러스터링 알고리즘에서는 전체 멀티캐스트 그룹 멤버들의 위치를 보고 클러스터링 하기 때문에 중계 노드의 수를 더 효율적으로 줄였다.
뿐만 아니라 방향 기반 클러스터링 알고리즘에서는 멀티캐스트 그룹의 크기가 커져도 더 많은 그룹 멤버들이 클러스터링되기 때문에 중계 노드의 수가 크게 증가하지 않는다.
도 8은 방향 기반 클러스터링은 중계 노드의 수뿐만 아니라 패킷의 수도 RSGM보다 효과적으로 줄인다는 것을 보여준다. 멀티캐스트 그룹의 크기가 커질수록 패킷 수의 증가율이 감소하는 것을 볼 수 있는데, 이것은 멀티캐스트 그룹의 크기가 클수록 하나의 클러스터로 클러스터링 되는 노드가 많아지기 때문이다. 트기 RSGM보다 제안 기법의 패킷 증가율이 작은 것은 네트워크 전체를 보고 패킷의 수를 최소화하도록 클러스터링하기 때문이다.
도 9는 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 연산 노드의 수를 보여준다. RSGM은 모든 중계 노드들이 클러스터링 연산을 한다. 이에 반해 제안 기법은 중계 노드 중에서 일부들만 선택적으로 연산을 함으로써 전체 네트워크에 부가되는 연산을 줄였다.
멀티캐스트 그룹의 크기가 커질수록 RSGM은 일정하게 연산 노드의 수가 증가하는데 반해, 제안 기법은 급격하게 증가한다. 이것은 그룹의 크기가 커지면서 클러스터의 계층 구조가 복잡해져 연산 노드의 수가 증가한 것이다.
도 10은 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 평균 홉 수를 보여준다. 평균 홉 수는 제안 기법이 RSGM보다 더 크다. 이것은 RSGM은 GPSR에 의해 최단 거리로 패킷을 전달하지만, 제안 기법은 패킷의 수를 좀 더 줄이기 위해 최단 거리가 아닌 노드들도 클러스터링 되었기 때문이다.
이와 같이 본 발명은 기존의 방법에 비해 효율적으로 멀티캐스트 패킷을 전송하는 방법으로 방향 기반 클러스터링 방법을 제시하였다. 본 발명에서 멀티캐스트 그룹 멤버들의 지리 정보에 따라 비슷한 지역에 있는 멤버들은 클러스터링된다.
패킷 전송 시 한 클러스터는 하나의 노드로 취급되어 클러스터의 모든 노드로의 패킷 경로를 하나로 압축함으로써 패킷의 수를 줄인다. 뿐만 아니라 모든 중계노드가 클러스터링 연산을 하는 것이 아니라 멤버 노드가 중계 역할을 할 때만 클러스터링 연산을 함으로써 멀티캐스트 패킷을 전송하는데 요구되는 네트워크 전체의 연산 오버헤드를 줄인다.
시뮬레이션 결과는 제안 기법이 멀티캐스트 그룹 크기에 관계없이 항상 RSGM보다 패킷 수가 적다는 것을 보여준다. 뿐만 아니라 연산하는 노드의 수도 훨씬 적다.
도 1은 본 발명에 따른 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 관한 절차도이다.
도 2a 및 도 2b는 거리 기반의 클러스터링과 본 발명에 적용되는 방향 기반의 클러스터링을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 클러스터링 예를 보여주기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따라 멀티캐스트 패킷의 단계적 전송을 보여주기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실험예에서 멀티캐스트 그룹 관리에 사용되는 요소들을 보여주는 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 실험예에서 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 패킷 전송율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 실험예에서 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 중계 노드의 수를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 실험예에서 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 패킷의 수를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 실험예에서 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 연산 노드의 수를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 실험예에서 멀티캐스트 그룹 크기에 따른 평균 홉 수를 보여주는 그래프이다.

Claims (7)

  1. 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에 있어서,
    서버 노드가 네트워크를 구성하는 클라이언트 노드들로부터 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송받는 단계;
    상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송한 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 클러스터링하여 상위 계층 클러스터링 그룹들을 형성하는 단계;
    상기 서버 노드가 상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드 중에 가장 가까이 위치한 노드인 상위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 상기 각 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소를 포함한 패킷을 전송하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지에는 상기 클라이언트 노드의 현재 위치 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 상위 계층 클러스터링 그룹들을 형성하는 단계는,
    상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중, 가장 가까운 노드를 상위 계층 클러스터 헤더로 정한 후, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 클러스터링하여 최초 클러스터링 그룹을 형성하는 과정,
    상기 서버 노드가 상기 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 모두 클러스터링 되었는지를 확인하여, 클러스터링이 되지 않은 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 잔존하는 것으로 확인한 경우에는, 상기 잔존하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 모두 클러스터링될 때까지, 상기 잔존하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중 가장 가까운 노드를 상위 계층 클러스터 헤더로 정한 후, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 클러스터링하여 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 추가 클러스터링 그룹들을 형성하는 과정에서, 상기 서버 노드와 상기 상위 계층 클러스터 헤더를 잇는 선분에 수직한 선분의 바깥 쪽에 위치하는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중, 최초 클러스터링 그룹 또는 이전 추가 클러스터링 그룹 과 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들이 존재하는 경우, 상기 중복되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들은 자신으로부터 가장 가까운 상위 계층 클러스터 헤더를 포함하고 있는 클러스터링 그룹에 배정되는 것을 특징으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 서버 노드에서 전송된 패킷을 상기 멀티캐스트 그룹 참가 메시지를 전송하지 않는 클라이언트 노드가 전송받은 경우에, 상기 패킷을 전송받은 클라이언트 노드는 상기 패킷을 상기 패킷의 목적지인 상위 계층 클러스터 헤더로 전송하는 것을 특징으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서버 노드에서 전송된 패킷을 상기 상위 계층 클러스터 헤더가 직접 또는 상기 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드를 거쳐 전송받은 경우에는, 상기 상위 계층 클러스터 헤더가 상기 서버 노드가 되어 상기 상위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들을 방향에 따라 재차 클러스터링하여 하위 계층 클러스터링 그룹들을 형성한 후, 상기 서버 노드가 되는 상기 상위 계층 클러스터 헤더가 상기 재차 클러스터링되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들 중에 가장 가까이 위치한 노드인 하위 계층 클러스터 헤더를 목적지로 하여 상기 각 하위 계층 클러스터링 그룹에 포함되는 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들의 주소를 포함한 패킷을 전송하는 추가 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 추가 전송 단계는 상기 패킷이 모든 멀티캐스트 그룹 멤버 노드들에게 전송될 때까지 진행되는 것을 특징으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법.
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