KR100969591B1 - 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 네트워크를 구성하는 일부 노드에 연동 기능을 부여하는 것에 의해 서로 다른 전달 프로토콜을 포함하는 다종 네트워크의 전달 성능을 높일 수 있도록 한 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법에 관한 것으로, 프로토콜 A를 지원하는 프로토콜 A AP(Access Point);상기 프로토콜 A에 의해 트래픽 전달 경로를 구성하는 프로토콜 A 노드들;프로토콜 B를 지원하는 프로토콜 B AP(Access Point);상기 프로토콜 B에 의해 트래픽 전달 경로를 구성하는 프로토콜 B 노드들;상기 어느 하나의 프로토콜 AP가 혼잡 상태이거나 해당 프로코콜의 경로가 없다면, 다른 프로토콜을 통한 전송이 가능한지 판단하여 수신한 패킷을 다른 프로토콜로 전달하는 연동 노드;를 포함한다.
다종 프로토콜 네트워크, 전달성능, 연동노드(Interwork Node), 연동성, 이동 애드혹 네트워크, MANET(Mobile Ad-hoc Network)

Description

연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법 {Different transport protocol network with interwork nodes and an operation method for interworking them}
본 발명은 무선 네트워크의 전달 성능 향상에 관한 것으로, 구체적으로 무선 네트워크를 구성하는 일부 노드에 연동 기능을 부여하는 것에 의해 서로 다른 전달 프로토콜을 포함하는 다종 네트워크의 전달 성능을 높일 수 있도록 한 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 기술 융합(convergence)과 유비쿼터스 환경이 가시화 되면서 여러 미래형 서비스가 실현되고 있다. 이러한 미래형 서비스 환경에서는 유비쿼터스 헬스 케어 서비스(u-health care service) 와 같이 다종의 무선 전달 프로토콜이 하나의 서비스를 제공하는 다종 전달네트워크 형태로 구성될 수 있다.
다종 전달네트워크 환경에서는 여러 종류의 전달네트워크 환경 구축으로 인한 비용증가나, 네트워크 환경의 미시설 또는 장애발생, 특정 전달 프로토콜 네트워크 환경으로의 트래픽 집중 등의 문제가 발생 할 수 있으며, 이는 유비쿼터스 환경에서 주로 사용되는 무선 네트워크 환경에서 특히 문제가 될 수 있다. 특히 특정 서비스를 위한 네트워크가 이동 애드혹 네트워크(MANET: Mobile Ad-hoc Network)의 형태를 가질 때 이러한 특성과 현상은 더욱 두드러지게 나타난다.
도 1은 특정 프로토콜에 집중되는 다종 전달 프로토콜 네트워크의 예를 나타낸 구성도이고, 도 2는 가용 AP가 부재한 다종 전달 프로토콜 네트워크의 예를 나타낸 구성도이다.
다종 전달 프로토콜 네트워크는 여러 종류의 무선 전달 프로토콜이 하나의 서비스를 제공하기 위해 구성된 네트워크로, 네트워크에 포함된 모든 종류의 전달 프로토콜을 지원하는 AP 등의 설치는 네트워크 시설 비용을 증가시킨다.
또한 모든 종류의 전달프로토콜을 지원하는 AP가 제공되지 않거나 장애발생으로 사용이 불가능한 경우, 그리고 특정 전달 프로토콜을 사용하는 디바이스나 노드의 집중으로 인한 트래픽 혼잡상황 등을 발생시킬 수 있다.
도 1은 프로토콜 A, B 두 개의 무선 전달 프로토콜로 구성된 다종 네트워크로 의 예를 보인 것이다.
다종 전달네트워크에서 프로토콜 A를 사용하는 노드가 프로토콜 B를 사용하는 노드에 비해 월등히 많이 포함되는 상황이 발생하면 이에 프로토콜 A를 지원하는 AP에 전송이 집중되어 혼잡, 전송지연이 발생 하는 등의 문제가 있다.
도 2는 다종 전달네트워크에서 한 노드가 사용하는 프로토콜을 지원하는 AP가 설치되지 않았거나 고장 등으로 사용이 불가능하여 네트워크액세스가 불가능한 경우를 나타낸 것이다.
이와 같이 유비쿼터스 네트워크 환경에서는 하나의 서비스를 제공하기 위하여 여러 가지 종류의 전달 프로토콜을 포함하는 다종 프로토콜 네트워크 환경이 될 수 있는데, 이 경우에는 네트워크 환경 구축을 위한 비용증가나 네트워크 환경의 미시설 또는 장애발생, 그리고 특정 전달 프로토콜 네트워크 환경으로의 트래픽 혼잡 등의 문제가 발생하는 문제가 있다. 이러한 문제는 특히 특정 서비스를 위한 네트워크가 이동 애드혹 네트워크(MANET: Mobile Ad-hoc Network)의 형태를 가질 때 더욱 빈번히 그리고 두드러지게 나타날 수 있다.
본 발명은 무선 네트워크를 구성하는 일부 노드에 연동 기능을 부여하는 것에 의해 서로 다른 전달 프로토콜을 포함하는 다종 네트워크의 전달 성능을 높일 수 있도록 한 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 다종 프로토콜 네트워크 환경에서 서로 다른 전달 프로토콜간 연동성을 제공하여 네트워크 환경 구축을 위한 비용증가나 네트워크 환경의 미시설 또는 장애발생, 그리고 특정 전달 프로토콜 네트워크 환경으로의 트래픽 혼잡 등의 문제를 해결하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 연동기술 기반으로 한 다종 무선 전달 프로토콜 전환 기능과 혼잡 제어 기능을 포함한 노드와 혼잡 제어 기능을 가진 AP(Access Point)를 다종 네트워크에 포함시키는 방법을 사용해 다종 네트워크에 유연한 연동성을 제공할 수 있도록 한 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크는 프로토콜 A를 지원하는 프로토콜 A AP(Access Point);상기 프로토콜 A에 의해 트래픽 전달 경로를 구성하는 프로토콜 A 노드들;프로토콜 B를 지원하는 프로토콜 B AP(Access Point);상기 프로토콜 B에 의해 트래픽 전달 경로 를 구성하는 프로토콜 B 노드들;상기 어느 하나의 프로토콜 AP가 혼잡 상태이거나 해당 프로코콜의 경로가 없다면, 다른 프로토콜을 통한 전송이 가능한지 판단하여 수신한 패킷을 다른 프로토콜로 전달하는 연동 노드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 프로토콜 A AP(Access Point)로 집중되는 트래픽이 프로토콜 B AP(Access Point)로 분산되도록 하거나, 전송이 불가능 하던 또 다른 프로토콜 C, 혹은 AP의 범위에서 벗어났던 프로토콜 A, B의 노드들이 연동노드를 통해 트래픽을 전송 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크의 동작 방법은 다종 프로토콜 네트워크의 연동 노드 제어에 있어서, 패킷 수신 대기 상태의 연동 노드가 패킷을 수신하는 단계;해당 프로토콜 AP가 트래픽 혼잡 상황인가를 판단하는 단계;트래픽 혼잡 상황이거나 해당 프로토콜의 경로가 존재하지 않는 경우에는 다른 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단하는 단계;다른 프로토콜의 경로가 존재하면 해당 경로로 전송 경로를 전환하여 패킷을 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 해당 프로토콜 AP가 트래픽 혼잡 상황이 아닌 경우에는 해당 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단하여, 경로가 존재하면 해당 경로로 패킷을 전송하고, 경로가 존재하지 않으면 다른 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단하여 패킷의 폐기 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명은 무선 네트워크를 구성하는 일부 노드에 연동 기능을 부여하는 것에 의해 서로 다른 전달 프로토콜을 포함하는 다종 네트워크의 전달 성능을 높일 수 있다.
또한, 네트워크 환경 구축을 위한 비용증가나 네트워크 환경의 미시설 또는 장애발생, 그리고 특정 전달 프로토콜 네트워크 환경으로의 트래픽 혼잡 등의 문제를 해결한다.
특히, 하드웨어 교체 없이 두 개 이상의 다중 무선 접속 규격을 지원할 수 있어 서로 다른 전달 프로토콜간 연동성(inter-workability)을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크의 동작 타이밍도 및 플로우 차트이다.
본 발명은 연동기술 기반으로 한 다종 무선 전달 프로토콜 전환 기능과 혼잡 제어 기능을 포함한 노드와, 혼잡 제어 기능을 가진 AP(Access Point)를 다종 네트워크에 포함시켜 다종 네트워크에 유연한 연동성을 제공할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에서의 연동기술은 다양한 무선통신 환경에 유연하게 대처하기 위해 하나의 시스템플랫폼으로 두 개 이상의 다중 무선 접속 규격을 지원하는 기능을 갖는다.
도 3은 본 발명에 따른 연동 노드의 동작을 시간 흐름으로 나타낸 것이다.
연동노드는 기본적으로 각 무선 전달 프로토콜로 전달되어온 패킷은 모두 해당 무선 전달 프로토콜의 AP로 전달하지만 AP가 혼잡에 빠져 혼잡 상태라는 것을 알리기 위한 "혼잡발생(Congestion) 신호"를 보내면 해당 프로토콜로 전달되어온 패킷을 다른 무선 전달 프로토콜의 AP로 전송될 수 있도록 한다.
만약 특정 무선전달 프로토콜의 AP가 없더라도 연동노드는 특정 프로토콜의 혼잡과 같은 동작을 하게 되며 이를 통해 다종 네트워크는 유연한 연동성을 제공 받을 수 있게 된다.
도 4는 연동노드의 동작을 나타낸 플로우 차트이다.
연동노드는 일반 노드와 동일한 동작을 하다가, 특정 프로토콜이 혼잡이거나 경로가 없다면 다른 프로토콜을 통한 전송이 가능한지 판단하여 수신한 패킷을 다른 프로토콜로 전달하는 메커니즘을 가진다.
먼저, 패킷 수신 대기 상태(S301)의 연동 노드가 패킷을 수신하면(S302), 해당 프로토콜 AP가 트래픽 혼잡 상황인가를 판단한다.(S303)
트래픽 혼잡 상황이 아니면 해당 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단한다.(S304)
경로가 존재하면 해당 경로로 패킷을 전송한다.(S305)
그리고 트래픽 혼잡 상황이거나 해당 프로토콜의 경로가 존재하지 않는 경우에는 다른 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단하여(S306) 다른 프로토콜의 경로가 존재하지 않는다면 패킷을 폐기한다.(S307)
만약, 다른 프로토콜의 경로가 존재하면 해당 경로로 전송 경로를 전환하여 패킷을 송신한다.(S308)
이와 같이 본 발명은 연동노드를 네트워크에 포함시키는 것에 의해 다종 네트워크의 전달 성능을 향상시키는 것이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크 구성도이다.
도 4에서와 같이 구성하는 경우에는 연동 기능을 가진 노드를 네트워크 구성에 포함시킴으로써, 프로토콜 A를 지원하는 AP로 집중되던 트래픽이 프로토콜 B를 지원하는 AP로 분산되어 전달성능 향상 및 네트워크의 최대 수용가능 트래픽의 증가 등 여러 성능향상을 기대할 수 있다.
그리고 도 5는 도 2의 네트워크에 연동노드를 포함시켜 전송이 불가능 하던 프로토콜 C, 혹은 AP의 범위에서 벗어났던 프로토콜 A, B의 노드들이 연동노드를 통해 트래픽을 전송 할 수 있는 상황을 나타내고 있다.
도 6a내지 도 6c는 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크의 동작 특성 그래프이다.
네트워크 전달성능은 시뮬레이션을 통하여 분석할 수 있는데, 네트워크의 전달 변화특성은 적용된 프로토콜들의 구체적인 동작과정보다는 사건(event)에 따른 시스템 상태변화, 즉 이산 사건 시스템의 특성을 갖는다.
본 발명을 적용하여 연동노드가 포함되지 않은 네트워크와 연동노드가 포함된 네트워크를 구성하고 모델링하여 시뮬레이션을 통하여 그 전달 성능을 비교하면 다음과 같다.
Zeigler의 DEVS (Discrete Event Systems Specification) 형식론에 기반한 DEVS방법론 및 DEVSim++ 시뮬레이션 환경을 활용한다.
먼저, 트래픽양의 변화에 따른 전달성능 변화는 다음과 같다.
도 6a는 트래픽 양의 변화에 따른 네트워크의 전달성능 변화를 나타낸 것이다.
연동노드를 포함하는 다종 전달 프로토콜 네트워크는 연동 노드를 갖지 않는 이전의 네트워크와 비교하여 모든 구간에서 더 많은 양의 트래픽을 성공적으로 처리하는 것을 알 수 있다.
특히, 도 6a의 패킷 2000 ~ 3333개 구간 참조하면, 연동노드를 포함하는 다종 전달 프로토콜 네트워크는 이전의 다종 전달 프로토콜 네트워크에 비해 네트워크의 최대 트래픽 처리량이 2배 이상 향상되는 것을 알 수 있다.
그리고 AP 성능 변화에 따른 전달성능 변화는 다음과 같다.
도 6b는 AP의 성능 변화에 따른 전달성능을 나타낸 것으로, 실제 환경에서 시뮬레이터에서 사용된 AP의 성능 지수는 액세스 네트워크의 성능으로 볼 수 있다.
즉, 도 6b의 그래프는 액세스 네트워크의 자원양의 변화에 따른 이전의 다종 네트워크와 연동노드가 포함된 다종 네트워크의 전달성능을 비교한 것으로 볼 수 있다.
전달예상 최대 트래픽의 대략 60%를 경제적인 네트워크 자원으로 생각한다면 연동노드가 포함된 다종 네트워크는 이전의 다종 네트워크에 비해 적은 액세스 네트워크 자원을 요구한다.
이는 연동노드의 사용을 통해 다종 무선 전달 프로토콜로 구성된 다종 네트워크를 지원하는 액세스 네트워크 인프라 구축비용을 절감하는 것이 가능하다는 것을 의미한다.
그리고 트래픽 비율에 따른 전달성능 변화를 살펴보면 다음과 같다.
도 6c는 프로토콜 A와 프로토콜 B의 트래픽 비율 변화에 따른 전송 성공률을 나타낸 것으로서, 특정 전달 프로토콜로 트래픽이 집중되는 현상을 분석한 것이다.
연동노드가 포함된 다종 네트워크는 프로토콜별 트래픽의 비율에 따라 전달 성능에 변화가 거의 없는 것으로 나타나지만, 이전의 다종 네트워크는 같은 비율에서도 연동노드가 포함된 다종 네트워크에 비해 낮은 전송성공률을 나타낸다.
트래픽이 특정 전달 프로토콜로 집중 될수록 급격히 성능이 저하되어 한쪽 으로만 트래픽이 폭주 했을 때 AP가 거의 마비되는 현상을 나타낸다.
이는 연동노드를 다종 네트워크에 포함시키는 것이 트래픽의 쏠림 현상이나 AP의 혼잡제어에 큰 효과가 있음을 의미하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법은 무선 네트워크를 구성하는 일부 노드에 연동기능을 부여함으로써 서로 다른 전달프로토콜을 포함하는 다종 네트워크의 전달성능을 향상시키는 방안을 제시한다.
또한, 서로 다른 전달 프로토콜간 연동기능을 가진 노드를 네트워크 구성에 포함시킴으로써 네트워크 환경 구축을 위한 비용증가나 네트워크 환경의 미시설 또는 장애발생, 그리고 특정 전달 프로토콜 네트워크 환경으로의 트래픽 혼잡 등의 문제를 경감할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크 및 그의 동작 방법을 MANET(Mobile Ad-hoc Network) 환경에 적용하여 연동노드의 효용성을 확보할 수 있음은 당연하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 특정 프로토콜에 집중되는 다종 전달 프로토콜 네트워크의 예를 나타낸 구성도
도 2는 가용 AP가 부재한 다종 전달 프로토콜 네트워크의 예를 나타낸 구성도
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크의 동작 타이밍도 및 플로우 차트
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 구성도
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크 구성도
도 6a내지 도 6c는 본 발명에 따른 연동 노드를 갖는 다종 전달 프로토콜 네트워크의 동작 특성 그래프

Claims (4)

  1. 프로토콜 A를 지원하는 프로토콜 A AP(Access Point);
    상기 프로토콜 A에 의해 트래픽 전달 경로를 구성하는 프로토콜 A 노드들;
    프로토콜 B를 지원하는 프로토콜 B AP(Access Point);
    상기 프로토콜 B에 의해 트래픽 전달 경로를 구성하는 프로토콜 B 노드들;
    상기 어느 하나의 프로토콜 AP가 혼잡 상태이거나 해당 프로코콜의 경로가 없다면, 다른 프로토콜을 통한 전송이 가능한지 판단하여 수신한 패킷을 다른 프로토콜로 전달하는 연동 노드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로토콜 A AP(Access Point)로 집중되는 트래픽이 프로토콜 B AP(Access Point)로 분산되도록 하거나,
    전송이 불가능 하던 또 다른 프로토콜 C, 혹은 AP의 범위에서 벗어났던 프로토콜 A, B의 노드들이 연동노드를 통해 트래픽을 전송 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크.
  3. 다종 프로토콜 네트워크의 연동 노드 제어에 있어서,
    패킷 수신 대기 상태의 연동 노드가 패킷을 수신하는 단계;
    해당 프로토콜 AP가 트래픽 혼잡 상황인가를 판단하는 단계;
    트래픽 혼잡 상황이거나 해당 프로토콜의 경로가 존재하지 않는 경우에는 다른 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단하는 단계;
    다른 프로토콜의 경로가 존재하면 해당 경로로 전송 경로를 전환하여 패킷을 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크의 동작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 해당 프로토콜 AP가 트래픽 혼잡 상황이 아닌 경우에는 해당 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단하여,
    경로가 존재하면 해당 경로로 패킷을 전송하고, 경로가 존재하지 않으면 다른 프로토콜의 경로가 존재하는지를 판단하여 패킷의 폐기 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 연동 노드를 갖는 다종 프로토콜 네트워크의 동작 방법.
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