KR101127359B1 - 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법에 관한 것으로, 각 노드는 일정한 주기를 가지고 “Hello” 메시지를 이웃 노드에게 브로드캐스트하는 과정을 반복하면서 멀티 홉 자원을 수집하는 제10단계(S10)와; 상기 “Hello” 메시지를 수신한 각 노드는 자신이 수집한 “Hello” 메시지의 신호 세기를 바탕으로 링크들의 신호 세기 산술 평균값과 신호 세기 편차를 이용하여 하나의 정량화된 경로 안정성 값을 산출하는 제20단계(S20)와; 영역 내부 경로 탐색 과정과 영역 외부 경로 탐색 과정을 통해 송신 노드에서 수신 노드까지의 가장 안정된 경로를 찾는 라우팅 경로를 탐색하는 제30단계(S30)를 포함한다. 따라서, 본 발명은 “Hello” 메시지 필드 내에 자원 정보를 포함하여 멀티 홉 릴레이 방식으로 자원 정보를 수집함으로써 네트워크 오버헤드의 증가 없이 멀티 홉 자원 수집이 가능하며, 멀티 홉 자원 수집을 통하여 얻어진 멀티 홉 링크들의 신호 세기를 기반으로 각 링크별 신호 세기의 산술 평균값과 신호 세기의 편차를 이용하여 라우팅 경로를 형성할 수 있는 효과가 있다.

애드 혹, 무선 네트워크, 멀티 홉, 라우팅 경로

Description

애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법{Method for establishing route path on Multi-hop Resource Sensing Mechanism for supporting path stability in Ad-Hoc network}

본 발명은 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 애드 혹 네트워크에서 노드들의 잦은 이동으로 인하여 네트워크 토폴리지가 동적으로 변하기 때문에 안정적인 데이터 전송이 어려운 문제점을 해결하기 위하여, 멀티 홉 자원 수집을 통한 안정적인 라우팅 경로를 설정하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법에 관한 것이다.

애드 혹(Ad-hoc) 네트워크는 기반구조 없이 이동 노드만으로 구성되는 자율적이고 수평적인 네트워크로서, 애드 혹 노드들은 무선 인터페이스를 사용하여 주변 노드들과 서로 통신하고, 멀티 홉 라우팅 기능에 의해 무선 인터페이스가 가지는 통신 거리상의 제약을 극복하는 특징이 있다.

그러나, 노드들의 잦은 이동으로 인하여 네트워크 토폴로지가 동적으로 변하 기 때문에 안정적인 데이터 전송이 어렵다는 문제점을 가지고 있다.

기존에 제안되었던 ABR, SSA 등과 같은 라우팅 경로 설정 방법은 수신 신호 세기를 측정하고, 이를 활용하여 안정적인 라우팅 경로를 설정하는 것으로, 먼저 ASR 라우팅 알고리즘은 인접노드로부터 수신되는 메시지 수를 기반으로 링크 안정성을 판단하며, SSA 라우팅 알고리즘은 노드들이 주기적으로 교환하는 메시지를 통해 신호 세기를 측정하고 이를 활용하여 링크 안정성을 판단하는 알고리즘이다.

앞서 설명한 라우팅 알고리즘들은 경로를 설정함에 있어, 1-hop 내 노드들 간의 신호 세기 정보를 바탕으로 링크를 선택해 나가며 경로를 형성하며, 이에 따라 다음 링크의 신호 세기를 라우팅 경로를 선택하는 과정에서 고려할 수 없어 불안정한 라우팅 경로를 설정할 우려가 있는데, 예를 들면 일정 신호 세기 이상의 링크를 따라 경로를 설정하더라도 신호 세기가 강한 링크와 신호 세기가 약한 링크가 결합된 경로를 설정하게 된다면 이는 쉽게 끊어질 수 있는 경로인 것으로, 각 링크들의 신호 세기의 편차를 고려하는 것은 라우팅 경로를 설정하는데 있어 매우 중요한 요소이다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 멀티 홉 자원 수집을 통하여 얻어진 여러 링크의 신호 세기를 기반으로 각 링크의 평균 신호 세기를 비교하여 경로를 설정하여 경로 안정성을 제공하되, 각 링크별 평균 신호 세기와 각 링크의 평균 신호 세기의 편차를 이용하여 경로의 안정성을 판단하며, 이를 통해 라우팅 경로를 설정하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법을 제공하는데 목적이 있다.

목적을 달성하기 위한 방법으로는 각 노드는 일정한 주기를 가지고 “Hello” 메시지를 이웃 노드에게 브로드캐스트하는 과정을 반복하면서 멀티 홉 자원을 수집하는 제10단계와; 상기 “Hello” 메시지를 수신한 각 노드는 자신이 수집한 “Hello” 메시지의 신호 세기를 바탕으로 링크들의 신호 세기 산술 평균값과 신호 세기 편차를 이용하여 하나의 정량화된 경로 안정성 값을 산출하는 제20단계와; 영역 내부 경로 탐색 과정과 영역 외부 경로 탐색 과정을 통해 송신 노드에서 수신 노드까지의 가장 안정된 경로를 찾는 라우팅 경로를 탐색하는 제30단계를 포함한다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 “Hello” 메시지 필드 내에 자원 정보를 포함하여 멀티 홉 릴레이 방식으로 자원 정보를 수집함으로써 네트워크 오버헤드의 증 가 없이 멀티 홉 자원 수집이 가능하며, 멀티 홉 자원 수집을 통하여 얻어진 멀티 홉 링크들의 신호 세기를 기반으로 각 링크별 신호 세기의 산술 평균값과 신호 세기의 편차를 이용하여 라우팅 경로를 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법의 흐름도이다.

이하, 도면을 참고로 본 발명에 따른 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법은 도 1과 같이, 멀티 홉 자원을 수집하는 제10단계(S10)와, 영역 내 노드까지의 경로 안정성을 정량화하는 제20단계(S20) 및 라우팅 경로를 탐색하는 제30단계(S30)로 구성된다.

상기 멀티 홉 자원 수집 단계(S10)는 경로 안정성 정도를 수치화하기 위해 자원을 수집하는 것으로, 각 노드는 일정한 주기를 가지고 “Hello” 메시지를 이웃 노드에게 브로드캐스트하는 과정을 반복한다.

상기 S10단계의 “Hello” 메시지를 수신한 노드는 신호 세기를 측정하여 “Hello” 메시지를 송신한 노드의 ID와 함께 자신의 테이블에 저장하며, 자신의 “Hello” 메시지 전송 주기에 자신의 테이블에 저장된 이웃 노드들의 신호 세기와 ID를 “Hello” 메시지 내 필드에 포함하여 이웃 노드에게 브로드캐스트하고, 이러 한 과정의 반복을 통하여 멀티 홉 자원 수집 과정이 진행된다.

상기 영역 내 노드까지의 경로 안정성 정량화 단계(S20)는 수신 신호 세기를 통해 경로 안정성 정도를 수치화하는데 있으며, 수치화된 경로 안정성 값은 하기의 라우팅 경로 탐색 단계(S30)에 사용되는데, 먼저 각 노드는 자신이 수집한 신호 세기를 바탕으로 링크들의 신호 세기 산술 평균값과 신호 세기 편차를 이용하여 하나의 정량화된 경로 안정성 값을 산출한다.

이러한 경로 안정성 값은 하기의 수학식 1과 같이 계산되는데, 이때 Pr_mean는 송신노드에서 n홉 떨어져 있는 수신노드까지의 경로에 속하는 링크들의 신호 세기 산술 평균값을 나타내고, Pr_dev는 송신노드에서 n홉 떨어져 있는 수신노드까지의 경로에 속하는 링크들의 신호 세기 편차를 의미하며, α는 상기 Pr_dev에 대한 반영 정도를 결정하는 요소이다.

상기 Pr_mean는 주기적인 “Hello” 메시지를 통해 전송된 링크들의 평균 신호 세기의 합으로써, 하기의 수학식 2와 같이 산술 평균을 통해 산출된다.

상기 수학식 2에서 정의된 링크들의 평균 수신 신호 세기 Pr_avg는 주기적으로 전송되는 메시지의 수신 신호 세기 Pr[t]를 사용하여 하기의 수학식 3과 같이 가중치 평균 방식을 통해 산출된다.

또한, 링크들의 평균 수신 신호 세기의 편차를 나타내는 Pr_dev는 수학식 4와 같이 계산되며, 이때 β는 0과 1사이에 존재하는 값이다.

상기 라우팅 경로 탐색 단계(S30)는 송신 노드에서 수신 노드까지의 가장 안정된 경로를 찾는 것으로, 경로 탐색 과정은 영역 내부 경로 탐색 과정과 영역 외부 경로 탐색 과정으로 구성된다.

상기 영역이란 “Hello” 메시지를 통해 신호 세기 정보를 알게된 모든 노드를 포함하는 범위를 나타내고, 상기 송신 노드는 자신의 라우팅 테이블을 검색하여 목적지 노드가 라우팅 테이블에 존재한다면 영역 내부 경로 탐색 과정을 수행하며, 영역 내 모든 링크의 신호 세기를 알고 있으므로 경로 안정성 값이 최대인 라우팅 경로를 선택하게 되고, 송신 노드의 라우팅 테이블에 목적지 노드가 존재하지 않는다면 영역 외부 경로 탐색 과정을 수행하게 된다.

상기 영역 외부 경로 탐색 과정은 경로 안정성 값이 최대인 경로를 따라 RREQ(Route Request Query) 메시지를 영역 경계에 있는 노드들에게 유니캐스 방식으로 전송하며, 상기 RREQ 메시지를 수신한 노드들은 자신의 라우팅 테이블에 목적지 노드가 있다면 송신 노드에게 RREP(Route Reply) 메시지를 유니캐스트 방식으로 전송하고, 상기 RREQ 메시지를 수신한 노드들의 라우팅 테이블에 목적지 노드가 존재하지 않는다면 상기 과정을 반복해 나가며 라우팅 경로 탐색을 수행한다.

상기와 같은 멀티 홉 자원 수집 방식에 있어, 기존 멀티 홉 자원 수집 방식은 자원 수집을 위하여 애드 혹 무선 네트워크에서 노드들이 주기적으로 전송하는 제어 메시지인 “Hello” 메시지가 아닌 별도의 자원 수집을 위한 제어 메시지를 추가적으로 사용하기 때문에 네트워크 오버헤드의 증가가 발생하였으나, 본 발명에서 제안하는 멀티 홉 자원 수집 방식은 “Hello” 메시지 필드 내에 자원 정보를 포함하여 멀티 홉 릴레이 방식으로 자원 정보를 수집함으로써 네트워크 오버헤드의 증가 없이 멀티 홉 자원 수집이 가능하다.

또한, 기존 신호 세기 정보를 이용한 라우팅 경로 형성 과정은 1-hop 내 노드들 간의 신호 세기 정보를 바탕으로 링크를 선택해 나가며 경로를 형성하였으나, 본 발명에서 제안하는 라우팅 경로 형성 과정은 멀티 홉 자원 수집을 통하여 얻어진 멀티 홉 링크들의 신호 세기를 기반으로 각 링크별 신호 세기의 산술 평균값과 신호 세기의 편차를 이용하여 라우팅 경로를 형성한다.

따라서, 본 발명은 멀티 홉 자원 수집을 통하여 얻어진 여러 링크의 신호 세기를 기반으로 각 링크의 평균 신호 세기를 비교하여 경로를 설정하여, 경로 안정성을 제공하되, 각 링크별 평균 신호 세기와 각 링크의 평균 신호 세기의 편차를 이용하여 경로의 안정성을 판단하며, 이를 통해 라우팅 경로를 설정하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성을 제공한다.

본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법의 흐름도.

Claims (7)

1. 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법에 있어서,

   각 노드가 일정한 주기에 따라 "Hello" 메시지를 이웃 노드에게 브로드캐스트하는 과정을 반복하면서 멀티 홉 자원을 수집하는 제10단계(S10)와;

   상기 "Hello" 메시지를 수신한 각 노드가 자신이 수집한 상기 "Hello" 메시지의 신호 세기를 바탕으로 링크들의 신호 세기 산술 평균값과 신호 세기 편차를 이용하여 하나의 정량화된 경로 안정성 값을 산출하는 제20단계(S20)와;

   영역 내부 경로 탐색 과정과 영역 외부 경로 탐색 과정을 통해 송신 노드에서 수신 노드까지의 라우팅 경로들 중 상기 경로 안정성 값이 최대인 라우팅 경로를 탐색하는 제30단계(S30)를 포함하되,

   상기 S10단계의 "Hello" 메시지를 수신한 노드는 자신이 수신한 "Hello" 메시지의 신호 세기를 측정하여 "Hello" 메시지를 송신한 노드의 ID와 함께 자신의 라우팅 테이블에 저장하고, "Hello" 메시지에 포함된 노드들의 ID 및 이에 대응되는 신호 세기를 자신의 라우팅 테이블에 저장하며, 자신의 라우팅 테이블에 저장된 노드들의 ID 및 이에 대응되는 신호 세기를 "Hello" 메시지 내 필드에 포함하여 상기 일정한 주기에 따라 이웃 노드에게 브로드캐스트하며,

   상기 제30단계(S30)에서의 상기 영역은 "Hello" 메시지를 통해 신호 세기에 대한 정보를 알게된 모든 노드를 포함하는 범위이고,

   상기 송신 노드는 자신의 라우팅 테이블을 검색하여 목적지 노드가 라우팅 테이블에 존재한다면 영역 내부 경로 탐색 과정을 수행하되, 상기 영역 내부 경로 탐색 과정은 상기 송신 노드의 라우팅 테이블을 이용하여 도출되는 상기 영역 내 모든 링크의 신호 세기에 기초하여 산출되는 상기 경로 안정성 값이 최대인 라우팅 경로를 선택하는 과정이고,

   상기 송신 노드의 라우팅 테이블에 목적지 노드가 존재하지 않는다면 상기 영역 외부 경로 탐색 과정이 수행되는데, 상기 영역 외부 경로 탐색 과정은 경로 안정성 값이 최대인 경로를 따라 RREQ(Route Request Query) 메시지를 상기 영역의 경계에 있는 노드들에게 유니캐스트 방식으로 전송하며, 상기 RREQ 메시지를 수신한 노드들은 자신의 라우팅 테이블에 목적지 노드가 있다면 송신 노드에게 RREP(Route Reply) 메시지를 유니캐스트 방식으로 전송하고, 상기 RREQ 메시지를 수신한 노드들의 라우팅 테이블에 목적지 노드가 존재하지 않는다면 상기 RREQ 메시지를 상기 영역의 경계에 있는 노드들에게 유니캐스트 방식으로 전송하는 과정을 반복해 나가며 라우팅 경로 탐색을 수행하는 과정인 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 S20단계의 경로 안정성 값은

   

   에 의해 계산되며, 이때 Pr_mean는 송신노드에서 n홉 떨어져 있는 수신노드까지의 경로에 속하는 링크들의 신호 세기 산술 평균값을 나타내고, Pr_dev는 송신노드에서 n홉 떨어져 있는 수신노드까지의 경로에 속하는 링크들의 신호 세기 편차를 의미하며, α는 상기 Pr_dev에 대한 반영 정도를 결정하는 요소인 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 Pr_mean는 주기적인 “Hello” 메시지를 통해 전송된 링크들의 평균 신호 세기의 합으로써,

   

   에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 평균 수신 신호 세기 Pr_avg는 주기적으로 전송되는 메시지의 수신 신호 세기 Pr[t]를 사용하여

   

   에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 링크들의 평균 수신 신호 세기의 편차를 나타내는 Pr_dev는

   

   에 의해 계산되며, 이때 β는 0과 1사이에 존재하는 값인 것을 특징으로 하는 애드 혹 무선 네트워크에서 경로 안정성 제공을 위한 멀티 홉 자원 수집 기반 라우팅 경로 설정 방법.
7. 삭제

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