KR101048989B1 - 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법 및 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록매체 - Google Patents

이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법 및 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록매체 Download PDF

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Abstract

이동 애드혹 네트워크에서 지연에 민감한 데이터의 서비스 품질을 보장할 수 있고, 트래픽 부하를 전체 네트워크로 분산시킬 수 있는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법 및 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록매체가 개시된다. 경로 긴급도에 기초하여 패킷의 전송 경로를 설정하고, 설정된 전송 경로를 통해 소스 노드가 패킷을 전송한다. 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고, 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정한 후 결정된 패킷 우선순위에 기초하여 패킷을 전송한다. 따라서, 이동 애드혹 네트워크에서 종단간 전송 지연 시간을 최대한 만족시킬 수 있고, 이로 인해 지연에 민감한 데이터의 서비스 품질을 보장할 수 있다. 또한, 트래픽 부하를 전체 네트워크로 분산시킬 수 있다.
애드혹, 지연, 스케줄링, 드랍, 라우팅, 홉

Description

이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법 및 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록매체{Method For Transmitting Data Over Mobile Ad Hoc Network And Recorded Medium For Performing Method For Transmitting Data Over Mobile Ad Hoc Network}
본 발명은 무선 네트워크에서 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 애드혹 네트워크에서 지연에 민감한 데이터의 전송에 적용될 수 있는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법 및 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록매체에 관한 것이다.
이동 애드혹 네트워크(MANET: Mobile Ad Hoc Network)는 기존에 설치된 네트워크 인프라의 도움 없이 노드들이 동적으로 네트워크를 구성할 수 있고, 이러한 특징으로 인해 이동 애드혹 네트워크는 재난 지역 또는 전쟁터 등과 같이 기반 시설이 존재하지 않거나 설치가 어려운 지역 또는 네트워크 시설의 이용이 불가능한 상황에 적합한 것으로 인식되어 주로 군사용이나 긴급 구조 상황에 적합한 네트워크 기술로 개발되어 왔다.
최근에는 이동 애드혹 네트워크가 회의장 또는 전시장 등과 같이 대규모 공 간에서 사용자들 사이의 정보 공유나 교환 등을 위해 일시적으로 네트워크를 구성할 때나, 가정이나 사무실 등과 같이 작은 규모의 공간에서 적은 비용으로 간편한 네트워크를 구성하고자 할 때도 이용되고 있고 유비쿼터스 시대를 맞아 점점 더 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있다.
또한, 최근에는 이동 애드혹 네트워크에서 멀티미디어 서비스에 대한 요구가 급격하게 증가하고 있다. 그러나, 노드간 간섭, 네트워크 토폴로지의 변동, 전력 제한 등과 같은 무선 채널의 특성에 따른 다양한 제약 조건과 엄격한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 지칭함)의 만족을 요구하는 멀티미디어 데이터의 특성으로 인하여 이동 애드혹 네트워크에서 원할한 멀티미디어 서비스를 제공하는 것은 용이하지 않다.
이동 애드혹 네트워크의 연구는 1973년부터 시작된 미국 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)의 PRNet(Packet Radio Network)에서 군사용의 통신 시스템 개발을 위해 처음 시작되었다. 이 연구는 주로 매체 접속 및 다중 접속 제어와 노드의 이동성 대응 등이 중점적으로 연구되었으며 에러 및 흐름 제어, 라우팅에 이르기까지 다양한 기반 기술의 연구가 진행되었다. DARPA에서 진행된 군사 통신용 프로젝트는 SURAN(Survivable Adaptive Networks)을 거쳐 1994년부터 GloMo(Global Mobile) 프로젝트로 이어지고 있다. GloMo 프로젝트는 산학연의 다양한 연구조직을 활용하여 군사 목적의 이동 정보 시스템의 활용과 광범위한 군사적 기술과 상업적 기술의 공존을 목표로 하고 있다.
이동 애드혹 네트워크에서 라우팅 알고리즘과 패킷 스케줄링은 전송 성능을 결정하는 중요한 연구 분야로 알려져 있으며, 현재까지도 활발하게 연구가 진행되고 있다.
라우팅 방법은 다른 노드들의 참여를 통해 소스와 목적지 사이에 경로를 설정하도록 하는 방법이다. 일반적으로 이동 애드혹 네트워크에서 라우팅 방법은 그 방식에 따라 테이블 기반 프로토콜, 온-디맨드 프로토콜로 나눌 수 있다. 테이블 기반 프로토콜에서는 최신 경로 정보를 노드들 간에 지속적으로 교환하는 방법을 통해 경로 테이블을 유지한다. 노드들은 어떤 전송이 요구 됐을 경우 모든 경로에 대한 정보를 이미 알고 있기 때문에 경로를 얻기 위한 지연은 무시할 정도로 작다. 그러나 경로 정보를 교환하기 위해 많은 네트워크 자원이 소모되는 단점이 있다.
온-디맨드 프로토콜의 경우에는 노드들이 경로가 필요할 경우에만 경로를 설정하는 방법을 사용한다. 이 프로토콜의 경우 경로를 유지하기 위한 네트워크 자원이 적게 소모되는 반면 전송이 이루어지기 전에 경로를 설정하기 위한 지연이 존재하게 되는 단점이 있다.
온-디맨드 프로토콜 방식의 대표적인 라우팅 방법에는 DSR(Dynamic Source Protocol), AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector) 등이 있다. 그러나 상기한 바와 같은 라우팅 방법들은 동적으로 경로를 관리하는 역할만 수행하기 때문에 미디어와 같이 지연에 민감한 전송에는 효과적이지 못하다.
패킷 스케줄링은 패킷들의 전송 순서를 결정하는 방법으로써, 유무선 상에서 QoS(quality-of-service)를 향상시키기 위한 중요한 기능을 수행한다. Li와 Knightly는 CMS(Coordinate Multi-hop Scheduling) 기법의 일반적인 프레임워크를 소개하였다. CMS기법은 패킷의 우선 순위를 결정할 때 이전 홉 노드에서의 우선순위가 재귀적으로 반영된다는 특징이 있다. 전송 시 큰 지연이 발생했을 경우 우선 순위를 높이고, 반대로 작은 지연이 발생했을 경우에는 우선 순위를 낮추어서 더 급한 전송에게 기회를 주게 된다. 그러나 CMS 기법은 패킷 스케줄링 기법과 라우팅 기법과의 상호 연관성을 고려하지 않는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이동 애드혹 네트워크에서 지연에 민감한 데이터의 서비스 품질을 보장할 수 있고, 트래픽 부하를 전체 네트워크로 분산시킬 수 있는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이동 애드혹 네트워크에서 지연에 민감한 데이터의 서비스 품질을 보장할 수 있고, 트래픽 부하를 전체 네트워크로 분산시킬 수 있는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록매체를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은, 경로 긴급도에 기초하여 패킷의 전송 경로를 설정하는 단계와, 상기 설정된 전송 경로를 통해 소스 노드가 패킷을 전송하는 단계와, 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고, 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계 및 상기 결정된 패킷 우선순위에 기초하여 패킷을 전송하는 단계를 포함한다. 상기 경로 긴급도에 기초하여 패킷의 전송 경로를 설정하는 단계는, 상기 소스 노드가 경로 요청 패킷을 전송하는 단계와, 소정의 중간 노드가 상기 경로 요청 패킷을 수신하고 수신된 패킷의 경로 긴급도 및 홉 수를 갱신하는 단계와, 상기 소정의 중간 노드가 상기 경로 긴급도 및 홉 수가 갱신된 경로 요청 패킷을 방송하는 단계와, 목적지 노드가 적어도 하나의 중간 노드로부터 방송된 경로 요청 패킷을 수신하고 가장 최소의 경로 긴급도를 가지는 경로를 선택하는 단계와, 상기 목적지 노드가 상기 선택된 경로를 통해 경로 응답 패킷을 상기 소스 노드에 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 경로 요청 패킷은 헤더에 경로 긴급도 정보 및 홉 수 정보를 포함할 수 있다. 상기 소정의 중간 노드가 상기 경로 요청 패킷을 수신하고 경로 긴급도 및 홉 수를 갱신하는 단계는, 상기 소스 노드로부터 상기 소정의 중간 노드 이전의 노드까지 누적된 경로 긴급도에 상기 소정의 중간 노드의 노드 긴급도를 더하고 상기 홉 수를 증가시킴으로써 상기 경로 긴급도 및 홉 수를 갱신할 수 있다. 상기 경로 긴급도는 소정의 전송 경로를 구성하는 노드들의 노드 긴급도를 합하여 획득될 수 있다. 상기 노드 긴급도는 상기 소정의 전송 경로를 구성하는 각 노드들의 큐에서 전송을 기다리는 패킷들의 패킷 긴급도를 합하여 획득될 수 있다. 상기 패킷 긴급도는 수학식
Figure 112009012218197-pat00001
(여기서,
Figure 112009012218197-pat00002
이고,
Figure 112009012218197-pat00003
는 종단 간(end-to-end) 허용 가능한 최대 지연값을 의미하고,
Figure 112009012218197-pat00004
는 전체 전송 지연 중 상기 소스 노드에서 k 번째 중간 노드까지의 지연값을 의미하며, N은 소정 전송 경로의 홉 수를 의미한다)를 통해 획득될 수 있다. 상기 설정된 전송 경로를 통해 소스 노드가 패킷을 전송하는 단계는, 상기 패킷의 헤더에 종단간 허용 가능한 최대 지연값(
Figure 112009012218197-pat00005
) 정보, 소정 전송 경로의 전체 홉 수(
Figure 112009012218197-pat00006
) 정보, 이전 홉에서의 패킷 우선순위(
Figure 112009012218197-pat00007
) 정보, 소스 노드에서 k 번째 노드까지의 축적된 지연값(
Figure 112009012218197-pat00008
) 정보, 이전 홉에서의 타임 스탬프(
Figure 112009012218197-pat00009
) 정보 및 현재 노드에 해당하는 홉 수(
Figure 112009012218197-pat00010
) 정보 중 적어도 하나의 정보를 상기 패킷의 헤더에 포함시켜 전송할 수 있다. 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는, 상기 소정의 중간 노드가 상기 설정된 전송 경로에서 첫 번째 홉에 위치하는 경우에는, 허용 가능한 최대 지연값을 전체 홉 수로 나눈 값으로 상기 패킷의 우선순위를 결정할 수 있다. 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는, 상기 소정의 중간 노드가 상기 설정된 전송 경로에서 첫 번째 홉이 아닌 k번째 홉에 위치하는 경우에는 상기 중간 노드 이전 홉(즉, k-1번째 홉)의 노드에서의 패킷 우선순위 및 상기 소 정의 중간 노드에서의 패킷 긴급도에 기초하여 패킷 우선순위를 결정할 수 있다. 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는, 상기 소정의 중간 노드가 큐에 대기중인 패킷들의 패킷 우선순위를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고, 큐의 오버플로우 발생 여부를 판단하는 단계 및 상기 큐의 오버플로우가 발생한 경우 상기 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 허용 가능한 최대 지연 조건을 만족하지 못할 확률이 가장 큰 패킷을 드랍하고, 상기 큐의 오버플로우가 발생하지 않은 경우에는 상기 허용 가능한 최대 지연 조건을 초과하는 지연값을 가지는 패킷을 드랍하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은, 소정의 카운팅 기간 동안 드랍된 패킷의 수가 가장 많은 플로우를 검출하는 단계 및 상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 검출된 플로우의 경로 재설정을 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송방법은, 상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 감소시키는 단계 및 상기 감소된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최소값 이하인 경우 상기 감소된 소정의 카운팅 기간을 상기 최소값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은, 상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 미 만인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 증가시키는 단계 및 상기 증가된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최대값 이상인 경우 상기 증가된 소정의 카운팅 기간을 상기 최대값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은, 패킷을 수신하는 단계와, 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 및 허용 가능한 최대 지연값에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계와, 큐에 대기중인 패킷의 우선순위를 갱신하는 단계 및 패킷 우선순위가 높은 순서대로 패킷을 전송하는 단계를 포함한다. 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 및 허용 가능한 최대 지연값에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는, 상기 패킷의 헤더에 포함된 홉 수 정보에 기초하여 상기 중간 노드가 위치하는 홉 수를 판단하는 단계와, 상기 중간 노드가 첫 번째 홉에 위치하는 경우에는 상기 허용 가능한 최대 지연값을 상기 전체 홉 수로 나눈 값으로 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계 및 상기 중간 노드가 첫 번째 홉 이후의 k번째 홉에 위치하는 경우에는 상기 중간 노드 이전 홉(즉, k-1번째 홉)의 노드에서의 패킷 우선순위 및 상기 중간 노드에서의 패킷 긴급도에 기초하여 패킷 우선순위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 패킷 긴급도는 수학식
Figure 112009012218197-pat00011
(여기서,
Figure 112009012218197-pat00012
이고,
Figure 112009012218197-pat00013
는 종단간(end-to-end) 허용 가능한 최대 지연값을 의미하고,
Figure 112009012218197-pat00014
는 전체 전송 지 연 중 상기 소스 노드에서 k 번째 노드까지의 지연값을 의미하며, N은 소정 전송 경로의 홉 수를 의미한다)를 통해 획득될 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은, 상기 수신된 패킷으로 인한 큐의 오버플로우 발생 여부를 판단하는 단계와, 상기 큐의 오버플로우가 발생한 경우 상기 허용 가능한 최대 지연값을 만족하지 못할 확률이 가장 큰 패킷을 드랍하는 단계와, 상기 큐의 오버플로우가 발생하지 않은 경우 상기 허용 가능한 최대 지연 조건을 초과하는 지연값을 가지는 패킷을 드랍하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은, 소정의 카운팅 기간 동안 드랍된 패킷의 수가 가장 많은 플로우를 검출하는 단계 및 상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 검출된 플로우의 경로 재설정을 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송방법은, 상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 감소시키는 단계 및 상기 감소된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최소값 이하인 경우 상기 감소된 소정의 카운팅 기간을 상기 최소값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은, 상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 미만인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 증가시키는 단계 및 상기 증가된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최대값 이상인 경우 상기 증가된 소정의 카운팅 기간을 상기 최대값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따 른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록 매체는 패킷을 수신하는 단계와, 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 및 허용 가능한 최대 지연값에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계와, 큐에 대기중인 패킷의 우선순위를 갱신하는 단계 및 패킷 우선순위가 높은 순서대로 패킷을 전송하는 단계를 수행하는 프로그램이 기록된다.
상기와 같은 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법 및 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법이 기록된 기록 매체는, 최소 경로 긴급도를 가지는 경로를 전송 경로로 설정하고, 소정의 중간노드가 패킷을 수신하면 수신된 패킷의 패킷 우선순위 및 큐에 대기중인 패킷들의 패킷 우선순위를 갱신한 후 우선순위에 따라 패킷을 전송한다. 또한 수신된 패킷으로 인해 큐에 오버플로우가 발생한 경우에는 허용 가능한 최대 지연 조건을 만족하지 못할 확률을 계산하여 확률이 가장 높은 패킷을 드랍하고, 큐에 오버플로우가 발생하지 않은 경우에는 패킷이 수신될 때마다 허용 가능한 최대 지연 조건을 초과하는 지연값을 가지는 패킷을 드랍한다. 그리고, 패킷 드랍을 관측하는 주기인 카운팅 기간을 패킷 드랍 빈도에 따라 적응적으로 조절하면서 드랍되는 패킷의 수가 미리 설정된 경계값보다 많은 경우에는 해당 플로우의 경로 재설정을 요청한다.
따라서, 이동 애드혹 네트워크에서 종단간 전송 지연 시간을 최대한 만족시킬 수 있고, 이로 인해 지연에 민감한 데이터의 서비스 품질을 보장할 수 있다. 또한, 네트워크 혼잡도에 따라 각 노드에서 스케줄링, 드랍 정책 및 라우팅 경로 관 리를 수행함으로써 트래픽 부하를 전체 네트워크로 분산시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어 야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은 이동 애드혹 네트워크에서 지연에 민감한 데이터 전송의 종단간 지연 조건을 최대한 만족시키고, 동시에 트래픽 부하를 전체 네트워크에 분산시키기 위해 종단간 지연 조건과 네트워크 토폴로지에 기초하여 패킷 긴급도(Packet Urgency), 노드 긴급도(Node Urgency) 및 경로 긴급도(Route Urgency)를 정의한다.
이동 애드혹 네트워크의 소정 경로가 N 홉(hop)으로 구성된 경우 N 홉 경로에 포함된 k번째 노드에서의 패킷 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00015
)는 수학식 1과 같이 정의한다.
Figure 112009012218197-pat00016
수학식 1에서
Figure 112009012218197-pat00017
는 전체 전송 지연 중 소스 노드에서 k 번째 노드까지의 지연값을 의미한다.
Figure 112009012218197-pat00018
은 상기 N 홉으로 구성된 소정 경로의 첫번째 홉에서 k번째 홉에 해당하는 노드까지의 축적된 지연시간을 의미한다.
Figure 112009012218197-pat00019
은 수학식 2를 통해 계산될 수 있다.
Figure 112009012218197-pat00020
수학식 2에서,
Figure 112009012218197-pat00021
는 종단간(end-to-end) 허용 가능한 최대 지연값을 의미한다. 수학식 1에서, 패킷 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00022
)는 값이 클수록 더욱 긴박한 전송이 요구되는 패킷임을 나타낸다.
노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00023
)는 수학식 3과 같이 각 노드의 큐(queue)에서 전송을 기다리는 패킷들의 패킷 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00024
)의 합으로 정의한다.
Figure 112009012218197-pat00025
수학식 3에서
Figure 112009012218197-pat00026
는 큐에 있는 패킷의 개수를 의미하고,
Figure 112009012218197-pat00027
는 큐에 대기중인 i번째 패킷의 패킷 긴급도를 의미한다. 큐에 패킷 긴급도가 높은 패킷들이 많이 존재하는 노드일수록 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00028
)는 증가한다. 수학식 3에서 max 함수는 패킷 긴급도가 낮아서 여유가 있는 전송에 대해 불필요하게 부하를 분산시키는 것을 방지하게 위해 사용된다.
이동 애드혹 네트워크의 소정 경로 R에 대한 경로 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00029
)는 수학식 4와 같이 경로 R 상에 존재하는 모든 노드들의 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00030
)의 합으로 정의한다.
Figure 112009012218197-pat00031
수학식 4에서
Figure 112009012218197-pat00032
는 소정 경로 R상에 존재하는 j번째 노드에서의 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00033
)를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법에서는 수학식 5에 표시된 바와 같이 전체 네트워크에서 모든 경로의 경로 긴급도 합을 최소화하기 위해 각 노드의 노드 긴급도를 감소시키고 이를 위해 패킷 스케줄링(packet scheduling) 정책 및 패킷 드랍(packet drop) 정책을 결정한다.
Figure 112009012218197-pat00034
수학식 5에서
Figure 112009012218197-pat00035
은 전체 네트워크의 경로 수를 의미하고,
Figure 112009012218197-pat00036
은 전체 네트워크의 경로들 중 m번째 경로를 의미한다.
상기 수학식 5의 최적의 해를 구하는 것은 네트워크에서 경로간의 의존성이 존재하고 MAC 계층과 네트워크 계층의 상호 작용으로 인해 매우 복잡하다. 또한, 수학식 5의 최적의 해를 구하기 위해 이동 애드혹 네트워크 상에서 안정적으로 존재하는 경로들을 새로운 경로로 변경하는 것은 공평성(fairness)을 해칠 위험이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 수학식 5에 제기된 문제를 단순화하여 효율적으로 해를 구한다.
즉, 이동 애드혹 네트워크 상의 각각의 노드는 자신의 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00037
)를 최소화하기 위해 기본적으로 패킷 스케줄링과 패킷 드랍 정책을 결정한다. 또한, 새로운 경로의 설정이 필요한 경우에는 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00038
)의 합이 최소화되는 라우팅(routing) 경로를 설정한다.
패킷 스케줄링 및 패킷 드랍 정책은 이동 애드혹 네트워크 상의 각 노드가 패킷의 전송 우선순위와 드랍 정책을 결정하여 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00039
)를 최소화하고 동시에 지연 제약 조건을 만족시키는 패킷의 수를 최대화하기 위해 사용된다.
라우팅 기법은 모든 노드들의 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00040
)가 결정되어 있는 상태에서 임의의 노드(예를 들면, 소스 노드 또는 소스 노드와 목적지 노드 사이의 중간 노드)가 최소 경로 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00041
)를 가지는 경로를 설정하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송을 위한 경로 설정 과정을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 소스 노드(source node)는 경로 설정을 위해 경로 요청(RREQ) 패킷을 방송한다(단계 110). 여기서, 상기 경로 요청 패킷(RREQ)의 헤더에는 중간 경로의 경로 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00042
) 정보 및 중간 경로의 홉 수(
Figure 112009012218197-pat00043
) 정보가 추가적으로 포함된다. 경로 요청 패킷(RREQ)은 상기 경로 긴급도 정보 및 중간 경로의 홉 수 정보 이외에도 목적지 노드까지의 경로를 찾고 이를 소스 노드에게 응답해주거나 최신 경로 정보의 유지를 위해 소스 노드 주소, 목적지 노드 주소, 목적지 시퀀스 번호(destination sequence number), 방송 아이디(broadcast ID) 등과 같은 기본 정보를 더 포함할 수 있다.
소스로부터 방송된 경로 요청 패킷(RREQ)을 수신한 중간 노드 1은 자신의 노 드 긴급도를 소스 노드부터 자신의 이전 노드까지 누적된 경로 긴급도에 더하여 경로 긴급도를 재계산 하고, 홉 수를 증가시킨다(단계 120). 이후 중간 노드 1은 상기와 같은 방법으로 경로 긴급도 및 홉 수가 갱신된 헤더 정보를 포함하는 경로 요청 패킷(RREQ)을 이웃 노드에 방송한다(단계 130).
중간 노드 k는 중간 노드 1로부터 방송된 경로 요청 패킷(RREQ)를 수신하고 경로 긴급도를 재계산하고 홉 수를 증가시킨 후(단계 140), 경로 긴급도 및 홉 수가 갱신된 헤더 정보를 포함하는 경로 요청 패킷(RREQ)를 방송한다(단계 150).
상기 홉 수는 한 홉을 지날 때마다 해당 중간 노드에 의해 1씩 증가하고, 경로 긴급도 및 홉 수의 갱신은 경로 요청 패킷이 목적지 노드에 도착할 때까지 모든 중간 노드에서 동일하게 수행된다.
목적지 노드는 적어도 하나의 중간 노드로부터 경로 요청 패킷(RREQ)을 수신하고 수신된 경로 요청 패킷의 헤더에 포함된 경로 긴급도를 참조하여 가장 최소의 경로 긴급도를 갖는 경로를 선택한다(단계 160).
이후, 목적지 노드는 선택된 경로를 통해 경로 응답(RREP) 패킷을 소스 노드에 전송한다(단계 170). 여기서, 경로 응답 패킷의 전송은 경로 요청 패킷의 전달 과정에서 중간 노드에서 설정된 역방향 경로(reverse path) 설정 정보를 이용하여 전달될 수 있다. 즉, 목적지 노드로부터 경로 응답(RREP) 패킷을 수신한 중간 노드들은 역방향 경로로 설정되어 있는 경로를 순방향 경로(forward path)로 설정하게 된다. 그리고, 모든 중간 노드들이 이와 같은 과정을 통해 소스 노드까지 경로 응답(RREP) 패킷을 전달한다(단계 180 및 단계 190).
상기한 과정을 통해 소스 노드 및 경로를 구성하는 모든 중간 노드들은 설정된 경로 정보를 인지할 수 있게 된다. 또한, 소스 노드는 경로가 설정되면 설경 경로 정보를 통해 다음 홉에 패킷을 전송하고 중간 노드들은 경로 설정 과정에서 설정된 경로 정보를 이용하여 목적지까지 패킷을 전송하게 된다.
도 1에 도시된 순서도에서는 설명의 편의를 위해 목적지 노드가 중간 노드 k로부터만 경로 요청 패킷을 수신하는 것으로 예를 들어 도시하였으나, 목적지 노드는 중간 노드 k 뿐만 아니라 다양한 중간 노드로부터 방송된 경로 요청 패킷을 수신하고 가장 최소의 경로 긴급도를 갖는 경로를 선택할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 패킷의 헤더에 추가되는 정보를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서는 이동 애드혹 네트워크를 구성하는 각 노드에서 패킷 스케줄링 및 패킷 드랍 정책을 결정하기 위해 도 2에 도시된 바와 같은 부가 정보들이 데이터 패킷의 헤더에 추가된다.
도 2에서
Figure 112009012218197-pat00044
는 종단간 허용 가능한 최대 지연값을 의미하고,
Figure 112009012218197-pat00045
은 전체 경로의 홉 수를 의미하며,
Figure 112009012218197-pat00046
는 이전 홉에서의 패킷 우선순위를 의미한다. 또한,
Figure 112009012218197-pat00047
는 소스 노드에서 현재 노드인 k 번째 노드까지의 축적된 지연값을 의미하고,
Figure 112009012218197-pat00048
는 이전 홉에서의 타임 스탬프를 의미하며,
Figure 112009012218197-pat00049
는 현재 노드에 해당 하는 홉수를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서 각 노드에서 수행된 패킷 스케줄링 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 이동 애드혹 네트워크를 구성하는 소정의 중간 노드에 패킷이 수신되면(단계 310), 중간 노드는 수신된 패킷이 제어 패킷인가를 판단한다(단계 320). 여기서, 상기 제어 패킷은 예를 들어 경로 요청(RREQ) 패킷, 경로 응답(RREP) 패킷, 경로 오류(RERR) 패킷 등을 포함할 수 있다.
중간 노드는 수신된 패킷이 제어 패킷인 것으로 판단되면, 수신된 패킷의 우선순위를 가장 높게 설정한다(단계 330). 제어 패킷 들은 경로를 설정하고 유지하는데 중요한 역할을 수행하기 때문에 다른 데이터 패킷보다 높은 우선순위를 부여하여 우선적으로 전송되도록 한다.
단계 320에서 수신된 패킷이 제어 패킷이 아닌 것으로 판단되면, 수신된 패킷은 데이터 패킷으로 볼 수 있기 때문에 현재 스케줄링 과정을 수행하는 중간 노드의 홉 수에 따라 우선순위 결정 방법을 다르게 적용한다.
구체적으로, 중간 노드는 자신이 위치하는 홉수를 판단하고(단계 340), 첫 번째 홉에 위치하는 것으로 판단되는 경우에는 해당 경로 R의 종단간 전체 홉 수(
Figure 112009012218197-pat00050
)와 허용 가능한 최대 지연(
Figure 112009012218197-pat00051
)에 기초하여 수신된 패킷의 우선순위를 결정한다(단계 350).
즉, 중간 노드가 첫번째 홉에 위치하는 경우에는 수학식 6을 이용하여 수신된 패킷의 우선순위를 결정한다.
Figure 112009012218197-pat00052
수학식 6에서
Figure 112009012218197-pat00053
는 첫번째 홉에서 패킷 i의 우선순위를 의미하고, 전체 홉 수(
Figure 112009012218197-pat00054
)가 클수록 또는 허용 가능한 최대 지연(
Figure 112009012218197-pat00055
) 시간이 작을수록 우선순위가 높게 결정된다.
또는 단계 340에서 중간 노드는 자신이 첫 번째 홉에 위치하지 않고 k번째 홉에 위치하는 것으로 판단되면, 이전 홉(즉, k-1홉)의 노드에서 패킷 우선순위와 현재 노드에서의 패킷 긴급도에 기초하여 패킷 우선순위를 결정한다(단계 360).
k번째 홉에서의 패킷 우선순위는 수학식 7에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112009012218197-pat00056
수학식 7에서
Figure 112009012218197-pat00057
는 급격한 패킷 우선순위의 변화를 완화시키기 위한 가중치를 의미하고, 미리 지정된 값을 가질 수 있다.
만약, 현재 k번째 홉에서 수신된 패킷의 패킷 긴급도가 양의 값을 가지는 경 우에는 패킷 우선순위 값이 이전 홉인 k-1번째 홉의 패킷 우선순위 값보다 작은 값을 갖게 되어 패킷 우선순위가 높아지게 되고 결과적으로 패킷이 우선적으로 전송된다.
또한, k번재 홉의 중간 노드의 큐에 새로운 패킷이 도착할 때마다 큐에 대기중인 패킷들의 축적된 지연시간이 수학식 7에 표시된 바와 같이
Figure 112009012218197-pat00058
에 반영되어 큐에 대기중인 패킷들의 패킷 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00059
) 및 우선순위(
Figure 112009012218197-pat00060
)도 갱신된다(단계 370).
단계 370은 단계 340 내지 단계 360과 순서가 바뀌어서 수행되어도 무방하다. 또한, 단계 350 내지 단계 370을 수행하는 과정에서 필요한 파라미터 값들은 수신된 패킷 또는 큐에 대기중인 패킷의 헤더로부터 획득할 수 있다.
단계 360 내지 단계 370의 수행을 통해 새로 수신된 패킷 및 큐에 대기중인 패킷들의 패킷 우선순위가 결정되면 중간 노드는 결정된 패킷 우선순위에 기초하여 우선순위가 높은 순서대로 패킷을 전송한다(단계 380).
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷 스케줄링 과정에서는 노드 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00061
)를 최소화하기 위해 각 노드에서 패킷 긴급도(
Figure 112009012218197-pat00062
)에 따라 패킷 우선순위를 동적으로 결정한다. 그러나, 급격한 패킷 우선순위의 변화는 다음 노드에서의 전송시 큰 부담이 될 수 있기 때문에 점진적인 우선순위의 변화가 요구되고 이를 위해 본 발명의 일 실시예서는 수학식 7에 표시된 바와 같이 현재 노드에서의 패킷 긴급도와 이전 노드에서의 패킷 우선순위를 동시에 고려하여 패킷 우선순위를 결정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서 각 노드에서 수행되는 패킷 드랍 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 임의의 중간 노드에 패킷이 도착하면(단계 410), 중간 노드는 도착된 패킷으로 인해 큐의 오버플로우(overflow)가 발생되었는가를 판단한다(단계 420).
새로 도착한 패킷으로 인해 큐에 오버플로우가 발생된 것으로 판단되면, 중간 노드는 새로 도착한 패킷 및 큐에 대기중인 패킷들의 헤더 정보를 분석하여 드랍할 패킷을 결정한다.
구체적으로, 다중 홉을 통한 패킷 전송에서 목적지까지 거의 전송이 이루어진 패킷을 드랍하는 것은 전송 성능의 저하를 초래하기 때문에 오버플로우가 발생한 경우 목적지 노드까지 지정된 조건(즉, 종단간 허용 가능한 최대 지연값,
Figure 112009012218197-pat00063
)을 만족하지 못할 확률이 가장 큰 패킷을 계산하고(단계 430), 계산 결과에 따라 목적지 노드까지 미도착 확률이 가장 큰 패킷을 선택한다(단계 440).
단계 430에서 목적지 노드까지 도착하지 못할 확률은 수학식 8을 통해 계산될 수 있다.
Figure 112009012218197-pat00064
수학식 8에서
Figure 112009012218197-pat00065
및
Figure 112009012218197-pat00066
는 각각 패킷 i의 전체 전송 홉수, 소스 노드로부터 현재 노드까지의 홉 수, 패킷 긴급도 및 허용 가능한 최대 지연값을 의미한다.
수학식 8에 표시된 바와 같이 전체 홉 수 대비 남은 홉 수가 많을수록 또는 패킷 긴급도가 클수록 목적지 노드까지 지정된 시간 내에 도착할 확률이 적어진다.
또는, 중간 노드는 단계 420에서 새로 도착한 패킷으로 인해 오버플로우가 발생되지 않은 것으로 판단되면, 큐에 존재하는 전송 대기중인 패킷의 수 및 네트워크의 혼잡 정보와 상관없이 패킷에 미리 정의된 허용 가능한 최대 지연값(
Figure 112009012218197-pat00067
)을 초과하는 지연값을 가지는 패킷을 선택한다(단계 450).
이후, 중간 노드는 단계 450 또는 단계 460을 통해 선택된 패킷을 드랍한다(단계 460).
도 3에 도시된 패킷 스케줄링 과정 및 도 4에 도시된 패킷 드랍 과정은 소정의 중간 노드에서 패킷이 새로 도착할 때마다 동시에 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서 라우팅 과정을 나 타내는 흐름도이고, 도 6은 도 5에 도시된 라우팅 과정의 의사 코드를 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이동 애드혹 네트워크의 소정 중간 노드는 패킷이 드랍 되었는가를 판단하고(단계 510), 패킷이 드랍된 것으로 판단되면 드랍된 패킷의 수를 및 드랍된 패킷에 대응되는 플로우(Flow) ID를 저장한다(단계 520). 여기서, 중간 노드는 도 4에 도시된 바와 같이 큐에 오버플로우가 발생한 경우 또는 허용 가능한 최대 지연값(
Figure 112009012218197-pat00068
)을 만족하지 못하는 패킷을 드랍되는 패킷으로 간주할 수 있다. 또한, 상기 플로우는 종단간 전송되는 각 사용자의 미디어를 의미한다.
이후, 중간 노드는 드랍된 패킷의 수를 관측하는 주기인 카운팅 기간(period)이 도래하였는가를 판단하고(단계 530), 카운팅 기간이 도래한 것으로 판단되면 드랍된 패킷 수가 가장 많은 플로우를 검출하고, 검출된 플로우의 드랍된 패킷수(f.count)를 미리 설정된 경계값(threshold)과 비교하여 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인가를 판단한다(단계 540).
판단 결과 드랍된 패킷수가 경계값 보다 작은 것으로 판단되면 중간 노드는 관측 기간을 증가시킨다(단계 550). 그리고, 증가된 관측 기간(period')이 미리 설정된 최대값(MAX_RERR) 이상인가를 판단하여(단계 560), 증가된 관측 기간이 미리 설정된 최대값 이상인 것으로 판단되면 중간 노드는 관측기간을 최대값으로 설정한다(단계 570).
단계 540에서 드랍된 패킷 수가 경계값 이상인 것으로 판단되면, 중간 노드 는 드랍된 패킷 수가 경계값 이상인 플로우의 ID를 검출하고, 검출된 해당 플로우 ID의 경로 재설정을 요청한다(단계 580). 여기서, 중간 노드는 경로 오류(RERR) 패킷을 소스 노드에 유니캐스트(Unicast)로 전송함으로써 상기 해당 플로우 ID의 경로 재설정을 요청할 수 있다.
이후, 중간 노드는 카운팅 기간을 감소시킨다(단계 590). 그리고, 감소된 카운팅 기간이 미리 설정된 최소값(MIN_RERR) 이하인가를 판단하여(단계 600), 감소된 카운팅 기간이 미리 설정된 최소값 이한인 경우에는 카운팅 기간을 최소값으로 설정한다(단계 610).
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에서는 이동 애드혹 네트워크이 소정 경로를 구성하는 중간 노드에서 경로의 혼잡도를 판단하고, 새로운 경로가 필요하다고 판단되는 경우 소스 노드에게 새로운 경로 설정을 요청한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에서는 수학식 9와 같이 최소의 경로 긴급도를 가지는 경로를 설정하기 위해 소정 플로우의 패킷 긴급도가 너무 높아서 종단간 허용 가능한 최대 지연값을 만족시키지 못하는 상황이 지속적으로 발생하는 경우, 현재 안정적인 경로가 존재한다 하더라도 전송에 참여하는 모든 노드들이 경로 오류(RERR) 패킷을 생성함으로써 해당 플로우에 대한 새로운 경로를 설정한다.
Figure 112009012218197-pat00069
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에서는 관측된 패킷 드랍 빈도에 상응하여 카운팅 주기를 동적으로 증감시킴으로써 네트워크 상황에 따라 적응적으로 라우팅 경로를 재설정한다. 즉, 카운팅 기간이 너무 작을 경우에는 너무 많은 빈도로 경로가 재설정되어 네트워크의 오버헤드가 증가하게 되는 문제가 발생할 수 있기 때문에 카운팅 기간을 최소값(MIN_RERR)으로 설정하여 경로 재설정이 빈번하게 발생되는 것을 방지한다. 또한, 카운팅 기간이 너무 커지게 되면 혼잡 상황을 너무 늦게 파악하여 네트워크의 혼잡에 적응적으로 대처하지 못할 수 있기 때문에 카운팅 기간의 최대값(MAX_RERR)을 설정하여 이를 방지한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성능 평가를 위해 ns-2 시뮬레이터를 사용하였다. 성능 평가를 위해 50개의 노드들이 500m×500m 영역에 무작위로 위치해 있고, 0 내지 5m/초의 속도와 100 내지 300초의 정지 시간을 갖는 random-way point 모델로 움직이는 것으로 가정하였다. 또한, 소스 노드와 목적지 노드가 무작위로 설정된 플로우를 {5, 10, 15, 20, 25, 30}의 수로 변화시키면서 성능을 측정하였으며, 각 플로우는 무작위로 1초와 3초의 허용 가능한 최대 지연값(
Figure 112009012218197-pat00070
)을 가진다. 소스 노드들은 512kbyte 크기의 패킷을 지수함수적인 시간 분포로 평균 초당 20개를 생성한다. 각 노드의 큐에서 전송을 기다릴 수 있는 패킷의 최대 개수는 모든 노드들이 50개로 동일하며, 각 노드들은 IEEE802.11 MAC 기반으로 채널을 사용한다. 또 한, 드랍된 패킷의 수를 관측하는 주기인 카운팅 기간은 0.5초의 단위를 가지고 1.5초 내지 5초 사이에서 변경되며,
Figure 112009012218197-pat00071
는 1로 설정하였다. 성능평가를 위한 전체 실험 시간은 1000초로 설정하였고, 실험 결과는 여러 시나리오에서 획득한 데이터의 평균을 구한 값이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법과 성능 평가 대상은 FCFS(First Come First Serve) 방식의 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector), DSR(Dynamic Source Protocol), QAR(QoS-Aware Routing)으로 선정하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법에 대한 성능 평가 결과를 나타내는 것으로 노드 긴급도의 분포를 나타내고, 도 8은 노드 긴급도의 평균값, 최대값 및 표준편차를 나타낸다.
도 7 및 도 8을 참조하면 FCFS-AODV, FCFS-DSR는 노드 긴급도가 특정 노드들에 집중되어 분포된 것을 확인 할 수 있다. FCFS-QAR의 경우에도 {4, 7, 16, 19, 34, 35, 38, 39}와 같은 노드들에서 노드 긴급도가 상대적으로 높게 나타났다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 전체 노드에서 작은 노드 긴급도를 가지고 전송에 참여하는 노드들에게 고르게 분산되고 있는 것을 확인 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법에 대한 성능 평가 결과를 나타내는 것으로 허용 가능한 최대 지연시간 내에 도착한 패킷의 수를 나타낸다.
도 9를 참조하면, FCFS-AODV와 FCFS-DSR의 경우 17개 이하의 플로우에서는 본 발명보다 다소 좋은 성능을 보이기도 한다. 그러나 FCFS-AODV와 FCFS-DSR는 네트워크 상에 플로우 수가 15개보다 더 많은 전송이 요구되면 허용 가능한 최대 지연값(
Figure 112009012218197-pat00072
) 이내에 도착한 패킷의 수가 급격히 감소되는 것을 확인할 수 있다. FCFS-QAR의 경우에는 접속수락제어를 통해 허용된 플로우들의 전송에 대해서만 작은 숫자로 허용 가능한 최대 지연값(
Figure 112009012218197-pat00073
) 이내에 전송이 이루어지는 결과를 보인다.
스케줄링과 드랍 정책만 본 발명과 동일한 방법으로 수행하고 라우팅 기법은 AODV로 수행한 경우(Scheduling & Drop only-AODV)에는, 네트워크가 혼잡한 상황에서 드랍이 자주 발생되기때문에 성능이 다소 감소됨을 확인할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 트래픽 부하를 전체 네트워크로 분산시키면서 패킷들의 전송 우선 순위를 제어하는 방법을 통해 종래의 다른 전송 방법에 비해 가장 좋은 성능을 보였다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이 다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송을 위한 경로 설정 과정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 패킷의 헤더에 추가되는 정보를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서 각 노드에서 수행된 패킷 스케줄링 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서 각 노드에서 수행되는 패킷 드랍 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에서 라우팅 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시된 라우팅 과정의 의사 코드를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법에 대한 성능 평가 결과를 나타내는 것으로 노드 긴급도의 분포를 나타낸다.
도 8은 노드 긴급도의 평균값, 최대값 및 표준편차를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법에 대한 성능 평가 결과를 나타내는 것으로 허용 가능한 최대 지연시간 내에 도착한 패킷의 수를 나타낸다.

Claims (23)

  1. 이동 애드혹 네트워크의 데이터 전송 방법에 있어서,
    경로 긴급도에 기초하여 패킷의 전송 경로를 설정하는 단계;
    상기 설정된 전송 경로를 통해 소스 노드가 패킷을 전송하는 단계;
    상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고, 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계;
    상기 소정의 중간 노드가 큐의 오버플로우 발생 여부를 판단하는 단계;
    상기 큐의 오버플로우가 발생한 경우 상기 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 허용 가능한 최대 지연 조건을 만족하지 못할 확률이 가장 큰 패킷을 드랍하고, 상기 큐의 오버플로우가 발생하지 않은 경우에는 상기 허용 가능한 최대 지연 조건을 초과하는 지연값을 가지는 패킷을 드랍하는 단계; 및
    상기 결정된 패킷 우선순위에 기초하여 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경로 긴급도에 기초하여 패킷의 전송 경로를 설정하는 단계는,
    상기 소스 노드가 경로 요청 패킷을 전송하는 단계;
    소정의 중간 노드가 상기 경로 요청 패킷을 수신하고 수신된 패킷의 경로 긴급도 및 홉 수를 갱신하는 단계;
    상기 소정의 중간 노드가 상기 경로 긴급도 및 홉 수가 갱신된 경로 요청 패킷을 방송하는 단계;
    목적지 노드가 적어도 하나의 중간 노드로부터 방송된 경로 요청 패킷을 수신하고 가장 최소의 경로 긴급도를 가지는 경로를 선택하는 단계; 및
    상기 목적지 노드가 상기 선택된 경로를 통해 경로 응답 패킷을 상기 소스 노드에 전송하는 단계를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 경로 요청 패킷은
    헤더에 경로 긴급도 정보 및 홉 수 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 소정의 중간 노드가 상기 경로 요청 패킷을 수신하고 경로 긴급도 및 홉 수를 갱신하는 단계는,
    상기 소스 노드로부터 상기 소정의 중간 노드 이전의 노드까지 누적된 경로 긴급도에 상기 소정의 중간 노드의 노드 긴급도를 더하고 상기 홉 수를 증가시킴으로써 상기 경로 긴급도 및 홉 수를 갱신하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 경로 긴급도는
    소정의 전송 경로를 구성하는 노드들의 노드 긴급도를 합하여 획득되는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 노드 긴급도는
    상기 소정의 전송 경로를 구성하는 각 노드들의 큐에서 전송을 기다리는 패 킷들의 패킷 긴급도를 합하여 획득되는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 패킷 긴급도는
    수학식
    Figure 112009012218197-pat00074
    (여기서,
    Figure 112009012218197-pat00075
    이고,
    Figure 112009012218197-pat00076
    는 종단간(end-to-end) 허용 가능한 최대 지연값을 의미하고,
    Figure 112009012218197-pat00077
    는 전체 전송 지연 중 상기 소스 노드에서 k 번째 중간 노드까지의 지연값을 의미하며, N은 소정 전송 경로의 홉 수를 의미한다)를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 설정된 전송 경로를 통해 소스 노드가 패킷을 전송하는 단계는,
    상기 패킷의 헤더에 종단간 허용 가능한 최대 지연값(
    Figure 112009012218197-pat00078
    ) 정보, 소정 전송 경로의 전체 홉 수(
    Figure 112009012218197-pat00079
    ) 정보, 이전 홉에서의 패킷 우선순위(
    Figure 112009012218197-pat00080
    ) 정보, 소스 노드에서 k 번째 노드까지의 축적된 지연값(
    Figure 112009012218197-pat00081
    ) 정보, 이전 홉에서의 타임 스탬프(
    Figure 112009012218197-pat00082
    ) 정보 및 현재 노드에 해당하는 홉 수(
    Figure 112009012218197-pat00083
    ) 정보 중 적어도 하나 의 정보를 상기 패킷의 헤더에 포함시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는,
    상기 소정의 중간 노드가 상기 설정된 전송 경로에서 첫 번째 홉에 위치하는 경우에는, 허용 가능한 최대 지연값을 전체 홉 수로 나눈 값으로 상기 패킷의 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는,
    상기 소정의 중간 노드가 상기 설정된 전송 경로에서 첫 번째 홉이 아닌 k번째 홉에 위치하는 경우에는 상기 중간 노드 이전 홉(즉, k-1번째 홉)의 노드에서의 패킷 우선순위 및 상기 소정의 중간 노드에서의 패킷 긴급도에 기초하여 패킷 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 설정된 전송 경로 상에 존재하는 소정의 중간 노드가 패킷을 수신하고 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 정보 및 허용 가능한 최대 지연 정보에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는,
    상기 소정의 중간 노드가 큐에 대기중인 패킷들의 패킷 우선순위를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은,
    소정의 카운팅 기간 동안 드랍된 패킷의 수가 가장 많은 플로우를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 검출된 플로우의 경로 재설정을 요청하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송방법은,
    상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 감소시키는 단계; 및
    상기 감소된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최소값 이하인 경우 상기 감소된 소정의 카운팅 기간을 상기 최소값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은,
    상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 미만인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 증가시키는 단계; 및
    상기 증가된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최대값 이상인 경우 상기 증가된 소정의 카운팅 기간을 상기 최대값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  16. 이동 애드혹 네트워크에서 소스 노드 및 목적지 노드 사이에 설정된 전송 경로 상에 존재하는 중간 노드의 데이터 전송 방법에 있어서,
    패킷을 수신하는 단계;
    상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 및 허용 가능한 최대 지연값에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계;
    상기 수신된 패킷으로 인한 큐의 오버플로우 발생 여부를 판단하는 단계;
    상기 큐의 오버플로우가 발생한 경우 상기 허용 가능한 최대 지연값을 만족하지 못할 확률이 가장 큰 패킷을 드랍하는 단계;
    상기 큐의 오버플로우가 발생하지 않은 경우 상기 허용 가능한 최대 지연 조건을 초과하는 지연값을 가지는 패킷을 드랍하는 단계;
    큐에 대기중인 패킷의 우선순위를 갱신하는 단계; 및
    패킷 우선순위가 높은 순서대로 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 및 허용 가능한 최대 지연값에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계는,
    상기 패킷의 헤더에 포함된 홉 수 정보에 기초하여 상기 중간 노드가 위치하는 홉 수를 판단하는 단계;
    상기 중간 노드가 첫 번째 홉에 위치하는 경우에는 상기 허용 가능한 최대 지연값을 상기 전체 홉 수로 나눈 값으로 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계; 및
    상기 중간 노드가 첫 번째 홉 이후의 k번째 홉에 위치하는 경우에는 상기 중간 노드 이전 홉(즉, k-1번째 홉)의 노드에서의 패킷 우선순위 및 상기 중간 노드에서의 패킷 긴급도에 기초하여 패킷 우선순위를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 패킷 긴급도는
    수학식
    Figure 112009012218197-pat00084
    (여기서,
    Figure 112009012218197-pat00085
    이고,
    Figure 112009012218197-pat00086
    는 종단간(end-to-end) 허용 가능한 최대 지연값을 의미하고,
    Figure 112009012218197-pat00087
    는 전체 전송 지연 중 상기 소스 노드에서 k 번째 노드까지의 지연값을 의미하며, N은 소정 전송 경로의 홉 수를 의미한다)를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  19. 삭제
  20. 제16항에 있어서, 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은,
    소정의 카운팅 기간 동안 드랍된 패킷의 수가 가장 많은 플로우를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 검출된 플로우의 경로 재설정을 요청하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송방법은,
    상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 이상인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 감소시키는 단계; 및
    상기 감소된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최소값 이하인 경우 상기 감소된 소정의 카운팅 기간을 상기 최소값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법은,
    상기 검출된 플로우의 드랍된 패킷수가 미리 설정된 경계값 미만인 경우 상기 소정의 카운팅 기간을 증가시키는 단계; 및
    상기 증가된 소정의 카운팅 기간이 미리 설정된 최대값 이상인 경우 상기 증가된 소정의 카운팅 기간을 상기 최대값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  23. 이동 애드혹 네트워크에서 소스 노드 및 목적지 노드 사이에 설정된 전송 경로 상에 위치하여 수신된 데이터의 전송을 수행하는 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,
    패킷을 수신하는 단계;
    상기 설정된 전송 경로의 전체 홉 수 및 허용 가능한 최대 지연값에 기초하여 상기 수신된 패킷의 패킷 우선순위를 결정하는 단계;
    상기 수신된 패킷으로 인한 큐의 오버플로우 발생 여부를 판단하는 단계;
    상기 큐의 오버플로우가 발생한 경우 상기 허용 가능한 최대 지연값을 만족하지 못할 확률이 가장 큰 패킷을 드랍하는 단계;
    상기 큐의 오버플로우가 발생하지 않은 경우 상기 허용 가능한 최대 지연 조건을 초과하는 지연값을 가지는 패킷을 드랍하는 단계;
    큐에 대기중인 패킷의 우선순위를 갱신하는 단계; 및
    패킷 우선순위가 높은 순서대로 패킷을 전송하는 단계를 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
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