KR100955246B1 - 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅방법 - Google Patents

무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터와 각 클러스터를 관리하는 노드인 클러스터헤드로 이루어진 이동 애드혹 네트워크의 라우팅 방법에 관한 것으로서, 클러스터 내의 각 노드가 자신의 클러스터헤드에 의해 동일한 클러스터 레이블을 할당받으며, 각 노드는 이웃 노드이면서 이웃 클러스터 레이블을 연결해주는 브릿지 노드에 관한 정보를 브릿지 목록으로 구축 관리하고, 모든 브릿지 노드는 이웃 클러스터의 클러스터 레이블인 이웃 클러스터 레이블 정보를 클러스터 연결목록으로 구축 관리하는 정보 구축 단계; 및 네트워크 내의 소스 노드가 목적지 노드를 향해 경로탐색을 위한 RREQ메시지를 플러딩 전송하되 플러딩시 각 노드의 클러스터 레이블 정보가 RREQ메시지에 첨가되어 전송되며, 소스 노드가 목적지 노드로부터 RREP메시지를 수신함에 따라, 클러스터 레이블의 연속에 의한 경로인 그룹경로가 탐색 및 설정되는 그룹경로 탐색 단계;를 포함하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법이 제공된다. 개시된 동적 그룹 소스 라우팅 방법에 따르면, 클러스터 레이블의 연속으로 표현되는 그룹경로를 이용함에 따라, 단일 링크 파손에 덜 민감하며 토폴로지 변화에 매우 안정적이다.
라우팅, 무선 이동 애드혹 네트워크, 클러스터

Description

무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법{Group dynamic source routing method for wireless mobile ad hoc network}
본 발명은 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터와 각 클러스터를 관리하는 노드인 클러스터헤드로 이루어진 이동 애드혹 네트워크에서의 동적 그룹 소스 라우팅 방법에 관한 것이다.
지난 십여 년 동안 이동 애드혹 네트워크(MANET;Mobile Ad hoc NETwork)의 라우팅에 관련된 많은 연구가 진행되었다. MANET는 응용분야에 따라 노드 이동성, 노드 밀도, 세션의 수, 네트워크 크기가 크게 변하기 때문에 네트워크 전개 시나리오의 변화에 효과적으로 대응할 수 있는 확장성이 우수한 라우팅 프로토콜의 설계는 여전히 연구의 주요 이슈로 부각되고 있다. 그러나 MANET의 동적 토폴로지 변화와 낮은 대역폭으로 인하여 안정성과 확장성이 우수한 프로토콜을 설계하는 것은 쉬운 문제가 아니다.
라우팅 안정성을 개선하기 위한 연구는 주로 다음 4가지 측면에서 수행되었다. DSDV(Destination Sequenced Distance Vector), AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)에서처럼 콘트롤 오버헤드를 낮추는 접근 방식, DSR(Dynamic Source Routing), CBRP(Cluster Based Routing Protocol), PCDV(Proactive Cluster-Based Distance Vector)에서처럼 복수의 경로 설정을 통한 방식, ZRP(Zone Routing Protocol), CBRP, PCDV에서처럼 계층적 네트워크 구조를 사용하여 경로 설정과 복구의 효율성을 개선하는 방식, PCDV에서처럼 토폴로지 변경에 대한 수렴속도의 개선 방식이 있다.
한편, 노드 이동성이 높은 이동 애드 혹 네트워크를 위하여 여러 가지 요구기반 라우팅 프로토콜들이 제안되었다. 그 중 대표적인 프로토콜로 알려진 DSR과 AODV는 통신을 위한 경로가 필요한 경우에만 라우트 탐색 메시지를 사용하여 경로를 탐색한다. 두 가지 방식의 차이점은 전자는 패킷이 탐색된 경로를 가지고 라우팅을 수행한다는 것이고, 후자는 설정된 경로 상의 각 노드가 목적지 노드로 가는 다음 노드에 대한 포인터를 저장하고 있다는 것이다. DSR에서는 각 노드가 라우트 탐색 메시지, 라우트 응답 메시지 혹은 데이터 패킷을 수신할 때 학습한 경로를 자신의 캐시 메모리에 저장함으로써, 나중에 라우트 탐색 혹은 복구를 수행할 때 효율성을 높인다.
하지만, DSR은 패킷 헤드의 크기 증가, 경로 상의 단일 링크 파손으로 인한 경로 재탐색, 그리고 캐쉬 관리의 어려움으로 인하여 유효하지 않은 경로를 활성 경로로 사용할 수 있는 문제점이 있다. 유사하게, AODV도 순간적인 오버헤드 증가와 단일 링크 파손으로 인한 경로 재탐색의 문제가 있다.
하이브리드 프로토콜의 범주에 속하는 ZRP 및 CBRP는 지정 영역 혹은 클러스 터 내에서의 통신을 위해서 지역 토폴로지 정보를 관리하고 영역 외부의 목적지에 대한 통신을 위해서 요구 기반으로 경로를 설정한다.
CBRP는 클러스터헤드들의 도움으로 경로를 빠르게 탐색하고 응답 메시지를 유니캐스트하는 동안에 각 노드에서 관리되는 2-홉 토폴로지 정보를 사용하여 경로를 최적화한다. 데이터 전송 중에 링크 파손을 탐지하는 노드는 소스 노드에 에러 메시지를 보내고 2-홉 토폴로지 정보를 이용하여 자신보다 하위에 있는 노드 중의 하나에 대한 우회 경로를 찾는다. 만일 우회 경로가 있으면 이를 통해서 목적지로 가는 해당 패킷을 구제한다. 패킷을 받는 즉시 목적지 노드는 무료 응답 메시지(gratuitous route reply message)를 소스에 보냄으로써 새로운 경로를 설정한다. 하지만, CBRP는 경로 탐색에서 클러스터헤드에 의존하고 설정된 경로는 단일 링크 파손으로 인하여 사용할 수 없게 된다는 문제점이 있다.
지금까지 논의된 종래의 라우팅 프로토콜은 단일 링크 파손에 의해 못쓰게 되는 경로이기 때문에 안정성이 떨어진다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 경로를 그룹번호 혹은 클러스터 레이블의 연속으로 표현하는 그룹경로를 이용함에 따라, 패킷 전송 중에 어떤 링크가 파손되어도 상기한 그룹경로는 유효하게 남아 있어, 단일 링크 파손에 덜 민감함은 물론이며 토폴로지의 변화에도 매우 안정적인 전송 경로를 제공할 수 있는, 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법은, 이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터와 각 클러스터를 관리하는 노드인 클러스터헤드로 이루어진 이동 애드혹 네트워크의 라우팅 방법에 관한 것으로서, 클러스터 내의 각 노드가 자신의 클러스터헤드에 의해 동일한 클러스터 레이블을 할당받으며, 각 노드는 이웃 노드이면서 이웃 클러스터 레이블을 연결해주는 브릿지 노드에 관한 정보를 브릿지 목록으로 구축 관리하고, 모든 브릿지 노드는 이웃 클러스터의 클러스터 레이블인 이웃 클러스터 레이블 정보를 클러스터 연결목록으로 구축 관리하는 정보 구축 단계; 및 네트워크 내의 소스 노드가 목적지 노드를 향해 경로탐색을 위한 RREQ메시지를 플러딩 전송하되 플러딩시 각 노드의 클러스터 레이블 정보가 RREQ메시지에 첨가되어 전송되며, 소스 노드가 목적지 노드로부터 RREP메시지를 수신함에 따라, 소스 노드와 목적지 노드 간에 클러스터 레이블의 연속에 의한 경로인 그룹경로가 탐색 및 설정되는 그룹경로 탐색 단계;를 포함한다.
여기서, 본 발명에 따르면, 상기 그룹경로 탐색 단계 이후, 소스 노드가 상기 탐색된 그룹경로를 따라 목적지 노드 측으로 데이터 패킷을 전송하되, 클러스터 내의 각 노드가 상기 클러스터 연결 목록 및 브릿지 목록을 이용하여 서로 협력하는 것에 의해 그룹경로 상의 다음 클러스터 레이블을 갖는 다음 클러스터 내의 노드로 데이터 패킷을 전송하는 데이터 전송 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 그룹경로 탐색 단계에서 상기 RREQ메시지는, 상기 소스 노드의 주소, 상기 목적지 노드의 주소, 새로운 RREQ메시지를 보낼 때마다 증가하는 메시지 일련번호, 그리고 각 노드로 RREQ메시지가 이동됨에 따라 해당 클러스터 레이블 정보가 점진적으로 첨가되면서 만들어지는 그룹경로 정보를 포함한 메시지일 수 있다.
그리고, 상기 RREQ메시지의 폐기 규칙으로서, RREQ메시지를 수신한 노드가 상기 수신한 RREQ메시지와 동일한 메시지를 이전에 이미 수신한 경우, 또는 RREQ메시지를 수신한 해당 노드의 클러스터 레이블 정보가 상기 그룹경로 정보에 이미 포함된 경우, 상기 노드는 상기 수신한 RREQ메시지를 폐기할 수 있다.
또한, 상기 RREQ메시지에 대한 응답 규칙으로서, 상기 RREQ메시지를 수신한 노드가 목적지 노드인 경우, 상기 그룹경로 정보를 포함한 상기 RREP메시지를 생성하여 소스 노드 측으로 전송하여 응답하되, 상기 그룹경로 정보에 나타난 역 그룹경로를 따라 상기 소스 노드 측으로 전송할 수 있다.
한편, 상기 RREQ메시지가 각 노드를 이동할 때 점가되는 노드들로 이루어지 는 노드경로 정보를 상기 RREP메시지의 정보에 더 포함하는 경우, 상기 노드경로 정보에 대한 역 노드경로를 따라 상기 소스 노드 측으로 상기 RREP메시지를 전송하여 응답할 수 있다.
그리고, 상기 RREQ메시지의 전송 규칙으로서, 상기 RREQ메시지를 수신한 노드는 자신의 클러스터 레이블 정보를 상기 그룹경로 정보에 첨부하여 이웃 노드로 전송하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 클러스터헤드가 해당 클러스터를 떠난 경우, 이동한 클러스터헤드는 다른 클러스터의 멤버 노드로 가입하여 클러스터 레이블 정보를 변경하거나 또는 스스로 새로운 클러스터를 생성하여 새로운 클러스터 레이블 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 클러스터헤드가 떠난 상기 해당 클러스터 내에서 가장 많은 수의 이웃 클러스터를 연결하는 어느 일 노드가 새로운 클러스터헤드로 선정되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따르면, 각 클러스터 내의 클러스터헤드는 모든 이웃 클러스터에 관한 클러스터 레이블 정보인 복구테이블 정보를 가지며, 서로 인접한 두 클러스터 간의 경로가 완전히 파손된 경우, 상기 클러스터헤드는 상기 복구테이블 정보를 이용하여 우회경로를 탐색하여 경로를 복구하는 경로 복구 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법에 따르면, 그룹번호 혹은 클러스터 레이블의 연속으로 표현되는 그룹경로를 이용함에 따라, 패킷 전송 중에 어떤 링크가 파손되어도 그룹경로는 유효하게 남아 있으므로 기존의 그룹경로를 계속 사용할 수 있으며, 따라서 단일 링크 파손에 덜 민감할 뿐만 아니라 토폴로지의 변화에도 매우 안정적인 전송 경로의 제공이 가능하다.
또한, 두 인접한 클러스터 사이에 새로운 링크가 추가되는 경우는 그룹 경로의 안정성이 강화될 수 있으며, 이러한 그룹 경로를 이용하는 경우, 경로 재탐색의 개수와 밀접한 관계가 있는 RERR을 더 적게 사용할 수 있게 되고, 네트워크 시나리오의 변화에도 매우 안정적인 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 1은 본 발명 및 종래의 경로 복구 방법을 간략히 나타낸 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 클러스터 레이블 기반의 백본 구성도, 도 3은 본 발명에서 클러스터헤드의 이동시 백본 유지보수를 위한 구성도, 도 4는 본 발명에서 복구테이블을 이용한 경로 복구 방법의 구성도이다.
본 발명에 관한 상세한 설명에 앞서, 도 1을 참고로 하여 종래의 경로 복구 방법의 문제점에 관하여 간단히 고찰해 보기로 한다.
DSR(Dynamic Source Routing)은 라우트 요청 메시지(RREQ;Route Request)를 플러딩(flooding)하고, 목적지 혹은 목적지까지의 라우트를 알고 있는 노드로부터 라우트 응답 메시지(RREP;Route Reply)를 받음으로써 경로를 얻는다. 모든 전송 패킷들은 패킷 전송을 가이드하는 경로정보를 동반한다. 전송 중에 경로 상의 어떤 링크가 끊어지면 라우트 재탐색을 위하여 소스 노드로 라우트 에러 메시지(RERR;Route Error)를 보낸다. 경로정보를 포함하고 있는 RREQ, RREP, 혹은 패킷을 수신하는 모든 노드는 이 메시지를 통해 학습한 경로를 자신의 캐쉬(Cache)에 저장한다. 나중에 RREQ를 수신하면, 상기 캐쉬에 저장된 목적지까지의 경로가 유효한 경우, 목적지를 대신하여 자신이 응답 메시지를 보냄으로써 경로 탐색의 효율성을 높인다. 노드들은 캐쉬에 저장된 경로들의 유효 기간이 경로 길이와 노드 이동성에 따라 크게 변하기 때문에 그 유효성을 예측하기 어렵다. 그렇다 하더라도, 타이머를 경로에 연관시킴으로써 유효한 경로들만을 유지하려고 한다. 이 경우에 타이머를 길게 설정하면 실제로 유효하지 않은 많은 경로들이 캐쉬에 있을 수 있으며, 타이머가 너무 짧으면 실제로 유효한 많은 경로들이 캐쉬로부터 삭제될 수 있 기 때문에 캐쉬의 장점이 상쇄된다. 도 1-(a)는 노드 2가 노드 5와의 링크 파손을 감지한 후 소스 노드 S 측에 RRER을 보내는 등의 노드 2에 요청된 DSR의 경로 재탐색 과정을 보여준다.
도 1-(b)는 CBRP의 경로 설정 예이다. 패킷 전송 중에 링크 (2, 5)가 파손되면 이를 감지한 노드 2는 RRER을 소스 노드 S로 보내고 자신의 2-홉(hop) 토폴로지 정보로부터 우회하는 경로를 찾는다. 도 1-(b)에서는 우회 경로 (2, 6, 3)을 통해 패킷을 구제한다. 목적지 노드 D가 상기 구제된 패킷을 수신하면 소스 노드 S로 Gratuitous RREP(무료 RREP)를 보냄으로써 새로운 경로 (S, 1, 2, 6, 3, D)를 설정한다. 만일, 무료 CBRP가 정해진 시간 내에 소스 노드 S에 도착하지 않는 경우, 소스 노드 S는 새로운 경로 탐색을 실시하게 된다. 하지만, CBRP의 경우에 링크 (1, 2)가 파손되면 노드 1은 패킷을 구제할 수 없다는 것에 주목해야 한다.
한편, 도 1-(c)와 같은 본 발명에서 제안하는 그룹경로의 경우, 패킷을 가진 노드는 먼저 그룹경로 상의 다음 클러스터 레이블을 가진 노드를 찾거나, 다음 클러스터 레이블을 가진 노드에 대한 연결을 가지고 있는 자기 클러스터 내의 노드를 찾는다. 이러한 노드가 없는 경우에는 자신의 클러스터헤드에게 패킷을 전송하고 클러스터헤드는 상기한 바와 동일한 절차를 취한다.
도 1-(c)에서, 소스 노드 S에서 목적지 노드 D까지의 그룹 경로는 (L1, L2)가 된다. 어떤 노드가 다음 클러스터에 대한 복수의 연결을 가지고 있을 때 가장 낮은 ID를 갖는 브릿지를 선택한다고 가정한다. 소스 노드 S는 다른 선택의 여지가 없기 때문에 자신의 클러스터헤드인 노드 1로 패킷을 전송하고 이 패킷은 다시 노드 2로 전달된다. 전송 중에 만일 노드 2와 노드 5 사이의 링크(노드 2, 노드 5)가 파손되었다는 것을 알게 된 경우, 노드 2는 패킷을 노드 6으로 즉시 보낼 수 있다.
CBRP와는 달리 만일 링크 (노드 1, 노드 2)가 파손된 경우에는 노드 1은 브릿지 노드인 노드 4를 선택하였을 것이다.
상술한 도 1-(a),(b)와 같은 DSR과 CBRP는 매번 링크 파손이 발생할 때마다 경로 복구를 수행하는데 비하여, 본 발명에 따른 그룹경로는 경로 상의 두 개의 인접한 클러스터 사이에 연결이 완전히 끊어지지 않는 한 경로가 유효하게 남아 있으므로 기존의 그룹경로를 계속 사용할 수 있다.
더욱 주목할 것은 통신 중에 그룹경로 상의 두 인접한 클러스터 사이에 새로운 링크가 추가되는 경우에 그룹경로의 안정성이 강화된다는 것이다. 결과적으로, 그룹경로의 안정성은 이웃 클러스터 간의 연결 상태를 얼마나 정확하게 관리하고 파손된 링크를 얼마나 빨리 탐지하고 복구할 수 있는가에 달려 있다.
이상과 같은 본 발명의 그룹경로는 다음과 같은 4가지 이유로 인하여 안정적이고 확장성이 뛰어나다고 할 수 있다.
첫째, 단일링크 파손에 대한 경로의 의존성을 크게 줄어든다. / 둘째, 캐쉬에 저장된 경로(그룹경로)의 수명이 증가한다. / 셋째, 경로 탐색이 클러스터헤드에만 의존하지 않는다. / 넷째, 각 노드는 패킷 전송을 할 때마다 전송할 다음 노드를 선택할 수 있기 때문에 덜 혼잡한 노드들 선택할 수 있다.
이하에서는 이러한 설명에 기반하여, 본 발명의 실시예에 따른, 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법에 관하여, 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 도 2와 같이, 이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터와 각 클러스터를 관리하는 노드인 클러스터헤드로 이루어진 이동 애드혹 네트워크의 라우팅 방법에 관한 것이다.
도 2의 구성을 간단히 설명하면, 모든 노드들은 서로 충첩되지 않은 클러스터를 형성하고, 각 클러스터는 그룹 관리자로써 클러스터헤드를 갖는다. 브릿지 노드는 서로 다른 클러스터 간을 연결하는 노드이다. 물론, 도 2와 같이 클러스터헤드는 브릿지 노드 역할을 할 수 있다. 한편, 동일한 클러스터에 속하는 모든 멤버 노드들은 자신의 클러스터헤드가 생성하는 동일한 클러스터 레이블을 갖는다. 클러스터 레이블(Cluster Label)은 점으로 분리되는 클러스터헤드 주소와 카운터 번호로 구성될 수 있다.
즉, 이러한 도 2는 클러스터 레이블 0.1, 1.1, 4.1 및 9.1이 백본을 형성하고 있는 4개의 클러스터를 갖는 단순한 토폴로지를 나타내며, 이러한 실시예를 바탕으로 본 발명에 관하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 클러스터 내의 각 노드가 자신의 클러스터헤드에 의해 동일한 클러스터 레이블을 할당받으며, 각 노드는 이웃 노드이면서 이웃 클러스터 레이블을 연결해주는 브릿지 노드에 관한 정보를 브릿지 목록(BL;Bridge List)으로 구축 관리하고, 모든 브릿지 노드는 이웃 클러스터의 클러스터 레이블인 이웃 클러스터 레이블 정보를 클러스터 연결목록(CCL;Connecting Cluster List)으로 구축 관리한 다.(Step1)
즉, 이러한 정보 구축 단계(Step1)시, 예를 들면, 도 2의 맨 왼쪽 클러스터의 경우, 각 노드(2,17)은 클러스터헤드(1)에 의해서 클러스터헤드(1)와 동일한 클러스터 레이블인 1.1을 할당받는다.
각 클러스터에 대해 이러한 클러스터 레이블 할당이 모두 수행됨에 따라, 추후 클러스터 레이블의 연속에 의한 경로인 그룹경로('1.1, 0.1, 9.1', '1.1, 0.1, 4.1' 또는 그외의 다양한 그룹경로)의 형성이 가능하다. 여기서, 생성되는 그룹경로는 소스 노드와 목적지 노드의 위치에 따라 달라질 수 있다. 물론, 소스 노드와 목적지 노드는 도 3의 모든 노드가 그 대상에 해당될 수 있다.
한편, 상기와 같은 정보 구축 단계(Step1)를 이용한다면, 추후 각 노드는 브릿지 연결목록 혹은 브릿지 목록을 참고하여 원하는 목적지 노드 측으로 데이터 패킷을 전송할 수 있게 된다.
상기 구축되는 브릿지 목록과 클러스터 연결목록을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 클러스터 내의 각 노드 중 이웃 클러스터를 연결하는 모든 브릿지 노드(1, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 15, 16, 17, 18, 19)는 이웃 클러스터의 클러스터 레이블 정보인 이웃 클러스터 레이블 정보를 클러스터 연결목록(CLL)으로 관리한다.
즉, 모든 브릿지 노드 i는 자신이 연결하는 클러스터들의 클러스터 레이블을 포함하는 CCLi를 관리한다. 도 2에는 13개의 브릿지 즉, 1, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 15, 16, 17, 18, 19가 존재하며, CCL1 = {0.1}, CCL3 = {1.1}, CCL4 = {0.1}, CCL5 = {0.1}, CCL6 ={4.1}, CCL9 = {0.1, 4.1} 등이며 이러한 정보는 추후 데이터 패킷 전송(후술할 Step3)시 참고되게 된다.
또한, 상기 클러스터 내의 각 노드는 바로 이웃의 노드이면서 이웃 클러스터 레이블을 직접 연결해주는 (자신의 클러스터에 속하는 또는 이웃 클러스터에 속하는) 브릿지 노드의 정보를 브릿지 목록(BL)으로 관리한다.
즉, 모든 노드 i는 자신의 이웃 레이블 각각에 대하여 그 레이블을 가진 클러스터를 연결하는 자신의 바로 이웃에 연결된 브릿지 노드들을 BLi을 사용하여 관리한다. 도 2에서 BL0 = {(1.1, {3, 18}), (9.1, {11}), (4.1, {6, 19})}, BL1 = {(0.1, {3, 18, 17})}, BL2 = {(0.1, {1})} 등일 수 있다.
즉, BL0의 경우를 설명하면, 노드 0은 이웃 클러스터 레이블 1.1에 대해 이를 연결하는 자신 클러스터 내의 브릿지 노드 3, 18의 정보를 브릿지 목록으로 저장하여 추후 데이터 패킷 전송(Step3)시 참고하게 된다.
참고로 노드 1의 경우, 바로 이웃 노드가 총 4개(2,3,17,18)이고, 그 중 클러스터 레이블 0.1을 연결하는 브릿지 노드는 자신 클러스터 내의 브릿지 노드 17 및 이웃 클러스터 내의 브릿지 노드 3, 18이고 이러한 노드 3, 17, 18이 BL 관리 대상에 해당된다.
물론, 도 2의 모든 각 노드들은 이웃 노드 측으로 헬로우(Hello) 메시지를 주기적으로 전송하고 수신함으로써 자신의 CCL과 BL을 관리할 수 있다.
한편, 정보 구축 단계(Step1) 이후에는, 네트워크 내의 소스 노드가 목적지 노드를 향해 경로탐색을 위한 RREQ메시지를 플러딩 전송하되, 플러딩시 각 노드의 클러스터 레이블 정보가 RREQ메시지에 첨가되어 전송되며, 이후 소스 노드가 목적지 노드로부터 RREP메시지를 수신함에 따라, 소스 노드와 목적지 노드 간의 각 클러스터에 대해 클러스터 레이블의 연속에 의해 형성된 경로인 그룹경로가 탐색 및 형성된다(Step2).
추후, 소스 노드는 이렇게 탐색된 그룹경로를 이용하여 목적지 노드 측으로 원하는 데이터 패킷을 전송할 수 있게 되며 이는 후술할 Step3에 해당된다.
상기 그룹경로 탐색 단계(Step2)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기 경로탐색을 위한 RREQ메시지는, 소스 노드의 주소(destAddr), 목적지 노드의 주소(srcAddr), 새로운 RREQ메시지를 보낼 때마다 증가하는 메시지 일련번호(seqNum), 및 각 노드로 RREQ메시지가 이동됨에 따라 해당 클러스터 레이블 정보가 노드별로 점진적으로 첨가되면서 만들어지는 그룹경로 정보(gp)를 포함한 메시지일 수 있다.
즉, 그룹경로의 탐색을 위하여, 각 노드는 RREQ = (destAddr, srcAddr, seqNum, gp, [np])를 브로드캐스트(broadcast)함으로써 경로탐색을 시작한다.
여기서, RREQ메시지에 포함된 [np]는 후술하겠지만 노드경로 정보를 의미하며 이는 선택 사항이다.
각 노드는 <srcAddr, seqNum>의 조합에 의해, 수신한 RREQ메시지의 유일성을 체크하게 되며, 다음의 다양한 규칙(rule)에 따라서 RREQ메시지를 처리하게 된다.
첫째, 상기 RREQ메시지의 폐기 규칙에 관한 것으로서, RREQ메시지를 수신한 노드가 상기 수신한 RREQ메시지와 동일한 메시지를 이전에 이미 수신한 경우, 또는 RREQ메시지를 수신한 해당 노드의 클러스터 레이블 정보가 상기 그룹경로 정보(gp)에 이미 포함된 경우, 또는 일반 노드인 경우, 상기 노드는 앞서 수신한 RREQ메시지를 폐기한다. 이러한 폐기 규칙은, 메시지의 불필요한 재전송 문제를 방지함으로써 통신 대역폭의 낭비를 줄일 수 있게 한다.
둘째, 상기 RREQ메시지에 대한 응답 규칙에 관한 것으로서, 상기 RREQ메시지를 수신한 노드가 목적지 노드인 경우, 상기 그룹경로 정보(gp)를 포함한 RREP메시지를 생성하여 소스 노드 측으로 전송하여 응답하되, 상기 그룹경로 정보(gp)에 대한 역 그룹경로를 따라 상기 소스 노드 측으로 전송하여 응답하게 된다.
예를 들면, 도 2에서 소스 노드 S와 목적지 노드 D가 각각 노드 2 및 노드 13인 경우에, RREQ메시지의 전송은 노드 2에서 노드 13을 향해 네트워크상에서 전역적으로 플러딩되고, 이때 그룹경로는 클러스터 레이블의 연속에 의한 경로인 (1.1, 0.1, 9.1 또는 1.1, 0.1, 4.1, 9.1)을 이루게 되며, 상기 RREP메시지는 그 중에서 상기 (1.1, 0.1, 9.1)의 역 경로인 (9.1, 0.1, 1.1)을 따라 지역적인 플러딩을 통해 소스 S측으로 전송될 수 있는데, 이는 하나의 실시예에 해당된다.
한편, 상술한 바와 같이, RREQ메시지가 각 노드를 이동할 때 점가되는 노드 정보들로 이루어지는 노드경로 정보([np])가 상기 플러딩되는 RREQ메시지의 정보에 더 포함되는 경우, 상기 응답 규칙은, 상기 노드경로 정보([np])에 대한 역 노드경로를 따라 상기 소스 노드 측으로 상기 RREP메시지를 유니캐스트 함으로써, 빠르고 신속한 응답이 가능하고 또한 대역폭을 덜 낭비하는 응답도 가능하다.
셋째, 상기 RREQ메시지의 전송 규칙에 관한 것으로서, 폐기 규칙 또는 응답 규칙 중 어느 하나에도 해당되지 않는 경우, 상기 RREQ메시지를 수신한 노드는 자신의 클러스터 레이블 정보를 상기 그룹경로 정보(gp)에 첨부하여 이웃 노드로 전송하는 동작 즉, RREQ메시지의 브로드캐스트 동작을 수행하게 된다. 이렇게 하여 목적지 노드에 RREQ메시지가 최종 도달한 경우, 목적지 노드는 상기 응답 규칙을 통해 RREP메시지를 소스 노드 측으로 전송한다.
이상과 같은 경로 탐색(Step2)을 통해 RREQ메시지를 응답받아 원하는 그룹경로 정보(gp)를 얻은 이후, 소스 노드는 탐색된 그룹경로를 따라 목적지 노드 측으로 데이터 패킷을 전송하되, 클러스터 내의 각 노드가 상기 클러스터 연결 목록(CCL) 및 브릿지 목록(BL)을 이용하여 서로 협력하는 것에 의해 그룹경로 상의 다음 클러스터 레이블을 갖는 다음 클러스터 내의 노드로 데이터 패킷을 전송할 수 있게 된다(Step3).
즉, 데이터 전송 단계(Step3)는, 소스 노드가 전송하고자 하는 데이터 패킷을 그룹경로를 따라 목적지 노드 측으로 전달하되 클러스터 내의 각 노드가 서로 협력하여 그룹경로 상의 다음 클러스터 내의 노드 측으로 패킷을 전달하는 동작을 반복함으로써 목적지 노드 측으로 데이터 패킷 전송을 완수할 수 있게 된다.
다시 말해서, 데이터 패킷(이하, 패킷)을 전달받은 어느 노드는 자신의 클러 스터 내의 다른 노드와 협력하여 원하는 목적지 측으로 패킷을 전송할 수 있다.
즉, 클러스터 내의 노드가 패킷을 전달하기 위해서는 상기 CCL과 BL을 참고하여, 그룹경로 상의 다음 클러스터 레이블을 가진 노드를 찾아 패킷을 전달하거나, 또는 다음 클러스터 레이블을 가진 노드에 대한 연결을 가진 이웃 노드를 찾아 패킷을 전달하며, 이러한 노드가 없는 경우에는 자신의 클러스터헤드에게 패킷을 전송하여 클러스터헤드에서 상기한 바와 같은 동일한 절차가 수행되도록 하는 등과 같이 노드 간의 상호 협력을 통해 패킷의 전달을 수행하게 된다.
예를 들면, 클러스터 레이블 1.1을 가진 노드 2는 다음의 이웃 클러스터 레이블 0.1을 가진 노드(3 또는 18; 브릿지 노드)에 대한 연결을 가진 이웃 노드(1;클러스터헤드 또는 브릿지 노드)를 찾아 패킷을 전달하고, 노드 1은 클러스터 레이블 0.1을 가진 이웃 클러스터 내의 노드(3 또는 18;브릿지 노드)을 찾아 패킷을 전달할 수 있다(물론, 3 또는 18 중 선택된 하나 혹은 전부로 패킷 전달이 가능함, 또한 추후 1과 3의 링크가 끊어진 경우 17로 전송한 후 18로 전송하는 것도 가능함).
노드 1은 클러스터 레이블 0.1을 연결하는 이웃 노드(3, 18, 또는 17;브릿지 노드)를 찾아 패킷을 전달할 수 있다(물론, 홉수가 낮은 3 또는 18 측으로 패킷 전달되는 것이 더욱 효율적이다. 그리고 추후 1과 3 사이, 1과 18 사이의 링크가 모두 끊어진 경우에 노드 1은 BL을 참고하여 패킷을 17로 전송할 수 있고 17은 다시 패킷을 18로 전송하여 클러스터 레이블 0.1을 통하는 것도 가능함).
또한, 클러스터 레이블 0.1을 가진 노드 3은 상기한 두 가지 경우에도 해당 되지 않으므로 자신의 클러스터헤드(0)에게 패킷을 전송한다. 만약, 목적지가 클러스터 레이블 9.1을 갖는 클러스터 내의 노드 13 또는 14인 경우, 클러스터헤드(0)는 다음의 이웃 클러스터 레이블 9.1을 가진 노드(10,9,15)에 대한 연결을 가진 자신 클러스터 내의 다른 노드(11;브릿지 노드)를 BL을 참고하여 찾음으로써 패킷을 전달할 수 있다.
여기서, 노드 11은 다음 클러스터에 대한 복수의 연결을 가지고 있는 브릿지 노드로서, 이러한 경우 3가지 노드(10,9,15) 중에서 예를 들면 가장 낮은 ID를 갖는 브릿지(9)를 선택하여 패킷을 전송하는 것도 가능하다.
한편, 경로의 안정성을 확보하기 위해 네트워크 백본 관리는 매우 중요하다.
이하에서는 상술한 바에 의해 라우팅(경로 탐색 혹은 설정)이 완료된 네트워크 백본의 유지 보수 관리 방법에 관하여 도 3을 참고로 하여 설명하고자 한다.
본 발명에서는, 클러스터 내의 클러스터헤드가 해당 클러스터를 떠난 경우, 이동한 클러스터헤드는 다른 클러스터의 멤버 노드로 가입하여 클러스터 레이블 정보를 변경하거나 또는 스스로 새로운 클러스터를 생성하여 새로운 클러스터 레이블 정보를 생성할 수 있다.
여기서 주목할 것은 클러스터헤드가 클러스터를 떠난다고 할지라도, 클러스터헤드가 떠난 해당 클러스터 내의 노드 멤버들은 자신의 클러스터 레이블을 그대로 보존하도록 함으로써 백본을 이전과 같이 유지한다.
즉, 이동한 클러스터헤드는 다른 클러스터의 멤버 노드로 가입하여 클러스터 레이블을 변경하거나 스스로 새로운 클러스터를 만들 수 있다. 후자의 경우 새로운 클러스터 레이블의 유일성을 보장하기 위해 카운터 번호를 1만큼 증가시킬 수 있다.
멤버가 클러스터를 떠나는 경우에 유지 보수는 단순하다. 만일, 클러스터헤드가 어떤 이웃 클러스터를 연결하는 브릿지들과 모든 연결이 끊기는 경우에는 새로운 클러스터헤드를 선정하기 위하여 클러스터헤드 선정 알고리즘을 실행시킨다.
즉, 도 3과 같은 그룹경로에 있어서, 클러스터헤드가 떠난 해당 클러스터 내에서 가장 많은 수의 이웃 클러스터를 연결하는 어느 일 노드가 새로운 클러스터헤드로 선정될 수 있으며, 이때 떠난 클러스터헤드를 다시 멤버 노드로 영입할 수도 있다.
즉, 새로운 클러스터헤드는 가능한 네트워크 벡본의 안정성이 높은 방향으로 선정된다는 것이며, 다음과 같은 선정 기준을 따를 수 있다.
기준 1: 이웃 중에서 가장 많은 수의 이웃 클러스터를 연결하는 노드를 취한다. / 기준 2: 기준 1에서 두 개 이상의 노드가 동일하다면 가장 많은 이웃을 갖는 노드를 선정한다.
예를 들면, 도 3-(a)의 노드 1(클러스터헤드)이 도 3-(b)와 같이 이동하여 레이블 10.1을 가진 클러스터를 연결하고 있는 브릿지 노드 4와 연결이 끊어지는 경우로서, 노드 끊김을 탐지한 노드 1은 UpdateState 메시지(상태 업데이트 메시지)를 주변의 노드로 브로드캐스트한다. 이 메시지를 받은 노드 중에서, 기준 1에 따라 도 3-(c)와 같이 노드 5 대신에 노드 8이 새로운 클러스터헤드가 된다. 그리고, 노드 1은 새로운 클러스터헤드 8로부터 UpdateState 메시지를 받아 그의 멤버 노드가 된다.
물론, 앞서 상술한 원리와 같이, 노드 1이 계속해서 움직여서 도 3-(d)와 같이 새로운 클러스터헤드 8로부터 연결이 끊어지는 경우, 노드 1은 새로운 클러스터를 형성하고 그 클러스터 레이블은 1.2가 될 수 있다. 만일 그룹경로가 (10.1, 1.1, 15.2)이었다면 클러스터헤드의 움직임 후에도 그 그룹경로는 그대로 보존된다는 것을 주목하기 바란다.
즉, 본 발명에서는 그룹 경로는 경로 상의 인접한 클러스터 사이에 연결이 완전히 끊어지지 않는 한 경로가 유효하게 남아있으므로 기존의 그룹 경로를 그대로 사용할 수 있는 이점이 있다. 물론, 이와 반대 개념으로서 두 인접한 클러스터 사이에 새로운 링크가 추가되는 경우는 그룹 경로의 안정성이 강화될 수 있다.
또한 이러한 본 발명에 따른 그룹 경로를 이용하는 경우, 경로 재탐색의 개수와 밀접한 관계가 있는 RERR을 더 적게 사용할 수 있게 되고, 네트워크 시나리오의 변화에도 매우 안정적인 이점이 있다.
한편, 그룹경로는 경로 상의 두 인접한 클러스터가 완전히 파손되는 경우 경로 복구가 수행되어야 한다.
즉, 도 4를 참고하면, 본 발명의 그룹경로에 대해, 각 클러스터 내의 클러스터헤드는 모든 이웃 클러스터에 관한 클러스터 레이블 정보인 복구테이블 정보를 가지며, 서로 인접한 두 클러스터 간의 경로가 완전히 파손된 경우, 상기 클러스터헤드는 복구테이블 정보를 이용하여 우회경로(우회 가능한 이웃 클러스터 경로)를 탐색하여 경로를 복구하는 경로 복구 단계(Step4)를 더 포함할 수 있다.
이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
빠른 경로 복구를 위하여 클러스터 레이블 i.j를 가진 모든 클러스터헤드는 도 4와 같이 recoveryTableij(복구테이블ij)를 관리한다, 클러스터 레이블 i.j를 가진 클러스터의 각 이웃 클러스터에 대하여 recoveryTablei .j는 자신의 이웃 클러스터들에 대하여 클러스터 레이블의 셋을 관리하기 위한 하나의 엔트리를 갖는다.
어떤 클러스터헤드가 새로운 이웃 클러스터를 탐지하거나 혹은 어떤 이웃 클러스터에 대한 완전한 단절을 탐지할 때마다 이러한 변경 내용을 이웃 클러스터헤드들에게 알려 줌으로써 수신한 클러스터헤드들은 자신의 테이블을 갱신한다.
도 4에서 그룹경로상의 2.1과 1.1 사이의 클러스터 연결이 완전히 파손되는 경우, 클러스터 레이블 6.1에 도착하기 위하여 3.1을 경유하는 우회경로를 쉽게 얻을 수 있는 이는 물론 상술한 복구테이블 내의 정보에 의해 가능하다. 여기서, 변경된 우회경로는 RRER메시지를 사용하여 소스 노드에 보고하게 된다.
이상과 같은 본 발명에 의한 그룹 경로에 따른 데이터 패킷 전송 동작을 살펴보면 다음과 같다.
각 노드는 자신의 브릿지목록(BL)과 전송할 데이터 패킷에 포함되어 있는 그룹경로를 사용하여 라우팅 결정을 내린다. 그룹경로에서 전송할 브릿지 노드의 선정은 상기 패킷을 목적지를 향해서 더 빠르게 이동시키는 순서(홉수가 낮은 순서 등)로 선정되는 것이 바람직하다.
먼저, 패킷을 가지고 있는 노드는 경로 상의 자신의 클러스터 레이블 바로 후에 오는 다음 클러스터 레이블을 취한다. 현재 노드가 클러스터헤드인 경우, 자신의 브릿지목록(BL)를 탐색하여 다음 클러스터 레이블을 갖는 브릿지 노드를 먼저 찾고, 없으면 다음 클러스터 레이블을 가진 클러스터를 연결하는 현재의 클러스터 레이블을 가진 브릿지 노드를 선정하여 패킷을 전송한다. 만일 클러스터헤드가 전송할 브릿지 노드를 발견하지 못하는 경우(즉, 다음 클러스터에 대한 완전한 끊김이 발생된 경우), 복구테이블(recoveryTable)을 사용하여 우회경로를 찾고 새로운 경로를 따라 패킷을 구제한다. 동시에 RERR을 소스 노드에 보내어 그룹경로의 변경(업데이트)을 요구한다.
패킷을 가진 멤버 노드 혹은 브릿지 노드는 다음 레이블을 가진 클러스터를 연결하는 노드가 없는 경우에 자신의 클러스터헤드로 패킷을 보낸다. 위와 같은 동일한 절차는 패킷이 목적지에 도착할 때까지 계속된다. 현재 구현에서는, 패킷을 가진 노드는 IEEE 802.11 ACK 메커니즘을 이용함으로써 다음 노드로의 성공적인 전달을 확인한다. ACK를 수신하지 못하면 해당 링크가 파손된 것으로 간주한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 도 1은 본 발명 및 종래의 경로 복구 방법을 간략히 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 클러스터 레이블 기반의 백본 구성도,
도 3은 본 발명에서 클러스터헤드의 이동시 백본 유지보수를 위한 구성도,
도 4는 본 발명에서 복구테이블을 이용한 경로 복구 방법의 구성도이다.

Claims (10)

  1. 이동 애드혹 노드의 그룹인 클러스터와 각 클러스터를 관리하는 노드인 클러스터헤드로 이루어진 이동 애드혹 네트워크의 라우팅 방법에 관한 것으로서,
    클러스터 내의 각 노드가 자신의 클러스터헤드에 의해 동일한 클러스터 레이블을 할당받으며, 각 노드는 이웃 노드이면서 이웃 클러스터 레이블을 연결해주는 브릿지 노드에 관한 정보를 브릿지 목록으로 구축 관리하고, 모든 브릿지 노드는 이웃 클러스터의 클러스터 레이블인 이웃 클러스터 레이블 정보를 클러스터 연결목록으로 구축 관리하는 정보 구축 단계; 및
    네트워크 내의 소스 노드가 목적지 노드를 향해 경로탐색을 위한 RREQ메시지를 플러딩 전송하되 플러딩시 각 노드의 클러스터 레이블 정보가 RREQ메시지에 첨가되어 전송되며, 소스 노드가 목적지 노드로부터 RREP메시지를 수신함에 따라, 소스 노드와 목적지 노드 간의 각 클러스터에 대해 클러스터 레이블의 연속에 의한 경로인 그룹경로가 탐색 및 설정되는 그룹경로 탐색 단계;를 포함하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 그룹경로 탐색 단계 이후에는,
    소스 노드가 상기 탐색된 그룹경로를 따라 목적지 노드 측으로 데이터 패킷을 전송하되, 클러스터 내의 각 노드가 상기 클러스터 연결 목록 및 브릿지 목록을 이용하여 서로 협력하는 것에 의해 그룹경로 상의 다음 클러스터 레이블을 갖는 다 음 클러스터 내의 노드로 데이터 패킷을 전송하는 데이터 전송 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 그룹경로 탐색 단계에서 상기 RREQ메시지는,
    상기 소스 노드의 주소, 상기 목적지 노드의 주소, 새로운 RREQ메시지를 보낼 때마다 증가하는 메시지 일련번호, 및 각 노드로 RREQ메시지가 이동됨에 따라 해당 클러스터 레이블 정보가 점진적으로 첨가되면서 만들어지는 그룹경로 정보를 포함한 메시지인 것을 특징으로 하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 RREQ메시지의 폐기 규칙으로서,
    RREQ메시지를 수신한 노드가 상기 수신한 RREQ메시지와 동일한 메시지를 이전에 이미 수신한 경우, 또는 RREQ메시지를 수신한 해당 노드의 클러스터 레이블 정보가 상기 그룹경로 정보에 이미 포함된 경우, 상기 노드는 상기 수신한 RREQ메시지를 폐기하는 것을 특징으로 하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 RREQ메시지에 대한 응답 규칙으로서,
    상기 RREQ메시지를 수신한 노드가 목적지 노드인 경우, 상기 그룹경로 정보 를 포함한 상기 RREP메시지를 생성하여 소스 노드 측으로 전송하여 응답하되, 상기 그룹경로 정보에 나타난 역 그룹경로를 따라 상기 소스 노드 측으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  6. 삭제
  7. 제 3항에 있어서, 상기 RREQ메시지의 전송 규칙으로서,
    상기 RREQ메시지를 수신한 노드는 자신의 클러스터 레이블 정보를 상기 그룹경로 정보에 첨부하여 이웃 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 클러스터헤드가 해당 클러스터를 떠난 경우,
    이동한 클러스터헤드는 다른 클러스터의 멤버 노드로 가입하여 클러스터 레이블 정보를 변경하거나 또는 스스로 새로운 클러스터를 생성하여 새로운 클러스터 레이블 정보를 생성하는 것을 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 클러스터헤드가 떠난 상기 해당 클러스터 내에서 가장 많은 수의 이웃 클러스터를 연결하는 어느 일 노드가 새로운 클러스터헤드로 선정되는 것을 특징으로 하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
  10. 제 2항에 있어서,
    각 클러스터 내의 클러스터헤드는 모든 이웃 클러스터에 관한 클러스터 레이블 정보인 복구테이블 정보를 가지며, 서로 인접한 두 클러스터 간의 경로가 완전히 파손된 경우, 상기 클러스터헤드는 상기 복구테이블 정보를 이용하여 우회경로를 탐색하여 경로를 복구하는 경로 복구 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 이동 애드혹 네트워크를 위한 동적 그룹 소스 라우팅 방법.
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