KR101204518B1 - 무선 메쉬 네트워크에서 최적 경로 설정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 메쉬 네트워크에서 경로 설정 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 네트워크 매니저에서 복수의 노드를 포함하는 무선 메쉬 네트워크의 경로를 설정하는 방법으로서, (a) 그래프 라우팅 알고리즘 및 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 최소의 홉을 갖는 그래프를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 복수의 노드 각각의 라우팅 분담율을 이용하여 상기 생성된 그래프를 재형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 최소 홉을 가지면서도 에너지 소비를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 메쉬 네트워크에서 최적 경로 설정 방법 및 장치{Method and Apparatus for optimal routing in wireless mesh network}
본 발명은 무선 메쉬 네트워크에서 최적 경로 설정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 네트워크에서 노드 간 효율적으로 메시지 송수신이 이루어질 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 메쉬 네트워크는 많은 수의 노드들이 목표 지역에 배치되어 유기적으로 동작하는 네트워크로 정의된다. 무선 메쉬 네트워크에서 각 노드들은 정보의 수집, 처리 그리고 전송을 수행하며, 중간에 위치한 노드들은 받은 메시지를 재전송하는 라우터(router)로서의 역할을 겸한다.
근래에 무선 메쉬 네트워크를 산업 현장에 적용하여 현장에서 발생하는 다양한 정보를 수집 및 처리하기 위한 연구가 수행되고 있다.
이처럼 산업 현장에 적용되는 무선 네트워크를 Industrial Wireless Network(이하, '산업 무선 네트워크'라 함)라 한다.
산업 무선 네트워크에서 각 노드의 메시지 전송 경로를 위한 라우팅 알고리즘은 소스 라우팅 알고리즘 및 그래프 라우팅 알고리즘이 존재한다.
소스 라우팅 알고리즘은 목적지로의 경로를 송신자가 결정하는 방식이며, 그래프 라우팅 알고리즘은 노드들을 정점(Vertex) 및 연결선(Edge)으로 정의하고, 이를 통해 소스에서 목적지로의 최단 경로를 탐색하기 위한 알고리즘이다.
여기서, 그래프 라우팅 알고리즘은 보안성, 고장 허용 범위, 확장성을 보장하지만 소스 라우팅과는 달리 전체 경로가 존재하지 않는다. 따라서 정점(노드)들 중 연결선이 많은 정점(노드)의 경우 경로의 중복으로 인한 많은 에너지 자원의 소모와 실시간성을 만족시키지 못하는 문제점이 있다.
또한, 그래프 라우팅 알고리즘에 의한 경우, 특정 노드에 과도한 트래픽을 발생시키고, 이로 인해 특정 노드의 수명 단축으로 통신 지연이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 특정 노드의 트래픽 집중을 방지하고, 에너지 자원을 평준화하여 무선 메쉬 네트워크의 안정성을 보장할 수 있는 무선 메쉬 네트워크에서 최적 경로 설정 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 복수의 노드를 포함하는 무선 메쉬 네트워크 시스템의 네트워크 매니저에서 상기 복수의 노드 각각에서 게이트웨이로의 경로를 설정하는 방법으로서, (a) 상기 복수의 노드를 정점(Vertex) 및 연결선(Edge)으로 정의하고, 소스에서 목적지로의 최단 경로를 탐색하는 그래프 라우팅 알고리즘 및 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 최소의 홉을 갖는 그래프를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 복수의 노드 각각이 라우팅에 관여하는 정도인 라우팅 분담율을 이용하여 상기 그래프를 재형성하는 단계를 포함하되, 상기 재형성된 그래프는 상기 복수의 노드 각각에서 상기 게이트웨이로의 경로 중 최소의 홉을 가지면서 각 복수의 노드 각각의 에너지 소비가 평준화된 경로를 포함하는 최적 경로 설정 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 노드를 포함하는 무선 메쉬 네트워크에서 상기 복수의 노드 각각에서 게이트웨이로의 경로를 설정하는 장치로서, 상기 복수의 노드를 정점(Vertex) 및 연결선(Edge)으로 정의하고, 소스에서 목적지로의 최단 경로를 탐색하는 그래프 라우팅 알고리즘 및 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 최소의 홉을 갖는 그래프를 생성하는 그래프 생성부; 및 상기 복수의 노드 각각이 라우팅에 관여하는 정도인 라우팅 분담율을 이용하여 상기 그래프를 재형성하는 그래프 재형성부를 포함하되, 상기 재형성된 그래프는 상기 복수의 노드 각각에서 상기 게이트웨이로의 경로 중 최소의 홉을 가지면서 각 복수의 노드 각각의 에너지 소비가 평준화된 경로를 포함하는 최적 경로 설정 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 노드를 포함하는 무선 메쉬 네트워크에서 경로를 설정하는 장치로서, 상기 복수의 노드 각각의 라우팅 분담율을 계산하는 라우팅 분담율 계산부; 각 레벨에 포함된 하나 이상의 노드에 대한 라우팅 분담율을 비교하는 비교부; 상기 라우팅 분담율이 동일하지 않은 노드를 포함하는 레벨에서 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드를 식별하는 노드 판단부; 및 상기 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드가 상기 게이트웨이로의 라우팅에 관여하지 않도록 일시적으로 사용을 중지시키고, 상기 사용이 중지된 노드의 하향 레벨 인접 노드가 상기 사용이 중지된 노드 외에 다른 경로를 가지는지 여부를 판단하는 경로 판단부를 포함하는 최적 경로 설정 장치가 제공된다.
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본 발명에 따르면, 라우팅 분담율을 이용하여 에너지 소모율이 평준화되면서도 최소 홉을 가질 수 있는 경로를 설정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특정 노드에 과도한 트래픽이 집중되는 것을 방지하여 네트워크 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 최소의 홉을 갖는 그래프 생성 과정을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 그래프 재형성 과정을 도시한 순서도.
도 4는 네트워크 매니저의 그래프 생성부의 상세 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 네트워크 매니저의 그래프 재형성부를 도시한 도면.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 경로 설정 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 그래프 재형성 후 라우팅 분담율을 비교한 도면.
도 9 내지 도 10은 본 발명에 따른 경로 설정 방법의 이득을 예시적으로 설명하기 위한 도면.
도 11 내지 도 12는 본 발명에 따른 경로 설정 방법의 이득을 설명하기 위한 다른 예시를 도시한 도면.
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.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시스템은 네트워크 매니저(100), 보안 매니저(102), 게이트웨이(104), 하나 이상의 액세스 포인트(106) 및 복수의 노드(108)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크는 WirelessHART일 수 있다. WirelessHART는 무선 네트워크의 개방 표준으로서, 시간 동기, 자기 조직화, 자기 치유 메쉬 구조와 같은 프로토콜을 사용한다.
네트워크 매니저(100)는 네트워크의 배치, 각 노드간 통신 스케쥴링, 메시지 라우팅 관리 및 네트워크 건전성 모니터링을 수행한다. 네트워크 매니저(100)는 게이트웨이(104), 호스트 어플리케이션(110) 및 공정 자동화 제어기(112)에 통합될 수도 있다.
보안 매니저(102)는 보안 암호키를 관리하고 분배한다. 또한, 보안 매니저(102)는 네트워크에 참여하는 인증된 노드 정보를 저장하고 있을 수 있다.
게이트웨이(104)는 각 노드들(108)과 고속 백본 또는 다른 플랜트 통신 네트워크와 연결된 호스트 어플리케이션(110) 사이에 통신을 중계한다.
액세스 포인트(106)는 게이트웨이(104)의 송수신부에 해당된다.
본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크는 산업망에 적용되는 네트워크일 수 있으며, 이에 따라 복수의 노드(108)는 산업 현장에서 모터, 컨덕터, 용접장치 등과 같은 각종 기기에 연결되어 무선 통신 및 기기 제어 기능을 수행하는 디바이스일 수 있다.
또한, 노드(108)는 정보의 수집과 하나의 노드에 의한 메시지를 다른 노드로 전달하는 라우터로서의 기능도 수행할 수 있다.
본 발명은 도 1과 같은 구성을 갖는 무선 메쉬 네트워크에서 각 노드들간의 최소의 홉을 갖는 그래프를 생성하고, 나아가 각 노드의 라우팅 분담율을 통해 그래프 재형성하는 과정을 수행한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 최소의 홉을 갖는 그래프 생성 과정을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 네트워크 매니저가 수행하는 과정일 수 있다.
도 2를 참조하면, 네트워크 매니저(100)는 노드의 네트워크 참여 절차가 완료된 후에 복수의 노드에 대한 그래프를 구성한다(단계 200).
그래프는 노드에 위치에 해당하는 정점(Vertex) 정보 및 노드 사이의 연결 관계를 나타내는 연결선(EDGE) 정보로 표현될 수 있다.
여기서, 단계 200에서 정의되는 정점 정보 및 연결선 정보는 초기 그래프 정보일 수 있으며, 이에 단계 200은 초기 그래프 정보를 생성하는 과정일 수 있다.
다음으로, 복수의 노드에 대해 너비 우선 탐색 알고리즘을 적용하여 복수의 노드를 계층화한다(단계 202).
단계 202에 의해, 복수의 노드 각각에 대해 위상에 따른 레벨 정보가 할당된다.
다음으로, 각 노드에 할당된 레벨 정보를 이용하여 각 노드의 이웃 노드들을 복수의 카테고리로 분할한다(단계 204).
바람직하게, 단계 204에서 각 노드의 이웃 노드들은 3가지 카테고리, 상위 레벨 인접 노드, 하위 레벨 인접 노드 및 동일 레벨 인접 노드로 구분된다.
여기서, 상위 레벨 인접 노드는 특정 노드에서 게이트웨이(104)를 향하는 노드 중 상기한 특정 노드에 인접한 노드를 의미한다.
하위 레벨 인접 노드는 특정 노드로부터 하위 레벨에 해당하는 노드를 의미하며, 동일 레벨 인접 노드는 동일 레벨의 인접 노드를 의미한다.
분할된 카테고리 정보를 이용하여 각 노드(108)에서 게이트웨이(104)로 메시지를 전송하기 위한 최소 홉을 갖는 그래프를 생성한다(단계 206).
단계 206에서 생성된 그래프는 각 노드에 대해 가능한 모든 경로들이 고려될 수 있으며, 다만 최소의 홉을 갖도록 하기 위해 동일 레벨 노드와의 통신은 이루어지지 않는 것으로 제한된다.
도 2와 같은 과정을 통해 생성된 그래프는 모든 가능한 경로를 고려하기 때문에 특정 노드에 트래픽이 집중되는 결과를 가져올 수 있으며 이에 따라 특정 노드의 배터리 소모로 인해 네트워크가 불안정해지는 결과를 가져올 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 각 노드의 라우팅 분담율을 고려하여 그래프 재형성 과정을 수행한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 그래프 재형성 과정을 도시한 순서도로서, 레벨별로 각 노드의 라우팅 분담율을 평준화하는 과정을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 도 2에서 생성된 그래프를 기반으로 각 노드의 라우팅 분담율(routing responsibility)을 계산한다(단계 300).
노드의 라우팅 분담율은 다음의 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.
Figure 112010076835330-pat00001
여기서, PRR(Possible Routing Responsibility), 무선 메쉬 네트워크에 속하는 각 노드가 게이트웨이로의 메시지 라우팅에 관여하는 정도로서, x는 디바이스 D(노드 D)의 하향 인접 노드, n은 네트워크에 포함된 전체 노드 수, lz는 노드의 레벨, Ux는 노드 x의 상향 인접 노드들의 전체 개수, Scan rate는 시간당 필드에서 생성되는 메시지의 개수이다.
각 노드의 라우팅 분담율 계산 이후, 복수의 레벨에 대해 순차적으로 각 레벨에 속하는 노드들의 라우팅 분담율이 동일한지 여부를 판단한다(단계 302).
라우팅 분담율이 동일하지 않은 레벨이 존재하는 경우, 네트워크 매니저(100)는 해당 레벨에서 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드를 식별한다(단계 304).
네트워크 매니저(100)는 라우팅 분담율이 큰 노드의 사용을 중지시킨다(단계 306).
이후, 사용이 중지된 노드를 제외한 다른 경로가 존재하는지 여부를 판단한다(단계 308).
단계 308에서, 네트워크 매니저(100)는 사용이 중지된 노드와 연결되는 하향 인접 노드가 사용이 중지된 노드 외에 다른 경로를 가지는 경우에는 해당 레벨에서의 라우팅 분담율 평준화 과정을 종료한다(단계 310).
바람직하게, 무선 메쉬 네트워크에서는 메시지 전송을 보장하기 위해 각 노드에 대해 중복 경로가 요구될 수 있으며, 네트워크 매니저(100)는 단계 308에서 사용이 중지된 노드와 연결되는 하향 인접 노드가 사용이 중지된 노드 외에 미리 설정된 개수 이상의 경로를 가지는지 여부를 판단할 수 있다.
이후, 다음 레벨에 대한 단계 302 내지 308을 반복 수행한다.
만일, 단계 308에서 상기한 하향 인접 노드가 사용이 중지된 노드외에 다른 경로를 가지지 못하는 경우라면 해당 레벨에서의 라우팅 분담율 평준화 과정을 중지하고, 다음 레벨에 대해 단계 302 내지 308 단계를 반복 수행한다.
이후, 모든 레벨에 대한 라우팅 분담율 평준화 과정이 종료되었는지 여부를 판단하고(단계 312), 종료되었으며 라우팅 분담율 평준화 정보를 이용하여 그래프를 재형성한다(단계 314).
상기한 바와 같이, 그래프 재형성 과정을 통해 동일한 레벨에 속하는 노드들의 에너지 소비율도 동일하게 평준화되며 이에 따라 최소 홉을 가지면서 노드의 에너지 소비도 평준화된 경로를 설정할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 그래프 생성 및 라우팅 분담율을 이용한 그래프 재형성 과정은 네트워크 매니저에서 수행될 수 있으며, 네트워크 매니저의 구성에 대해 하기에서 상세하게 설명한다.
도 4는 네트워크 매니저의 그래프 생성부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 그래프 생성부는 도 2와 같은 과정으로 레벨별로 분할된 노드를 가지며 최소 홉을 갖는 그래프를 생성하는 것으로서, 초기 그래프 정보 생성부(400), 레벨 정보 할당부(402) 및 인접 노드 분할부(404) 및 최소 홉 그래프 생성부(406)를 포함할 수 있다.
초기 그래프 정보 생성부(400)는 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 노드 각각에 대한 정점(Vertext) 정보 및 연결선(Edge) 정보를 생성한다.
레벨 정보 할당부(402)는 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 복수의 노드 각각에 대한 레벨 정보를 할당한다.
바람직하게, 게이트웨이(104)에 인접한 노드가 상위 레벨로, 게이트웨이(104)에서 먼 노드가 하위 레벨로 정의될 수 있다.
인접 노드 분할부(404)는 각 노드에 할당된 레벨 정보를 이용하여 각 노드의 이웃 노드들을 복수의 카테고리로 분할한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 인접 노드의 카테고리는 상향 레벨 인접 노드, 하향 레벨 인접 노드 및 동일 레벨 인접 노드와 같이 3가지로 분류될 수 있다.
상기와 같이 분할된 카테고리 정보를 이용하여 최소 홉 그래프 생성부(406)는 무선 메쉬 네트워크에서 각 노드 사이에 최소 홉을 갖는 그래프를 생성한다.
도 5는 본 발명에 따른 네트워크 매니저의 그래프 재형성부를 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 그래프 재형성부는 각 노드의 라우팅 분담율을 이용하여 에너지 소비율이 평준화된 그래프를 재형성하는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 라우팅 분담율 계산부(500), 비교부(502), 노드 식별부(504) 및 경로 판단부(506)를 포함할 수 있다.
그래프 재형성을 위해, 라우팅 분담율 계산부는 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 노드 각각의 라우팅 분담율을 계산한다.
비교부(502)는 각 레벨 별로 소정 레벨에 속하는 노드들의 라우팅 분담율을 비교하며, 이를 통해 라우팅 분담율이 동일하지 않은 노드를 포함하는 레벨이 존재하는지 여부를 판단한다.
노드 식별부(504)는 라우팅 분담율이 동일하지 않은 노드를 포함하는 레벨이 존재하는 경우, 해당 레벨에서 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드를 식별한다.
경로 판단부(506)는 노드 식별부(504)에 의해 판단된 노드의 사용을 중지시키고, 상기한 노드의 하향 레벨 인접 노드가 사용이 중지된 노드 외에 다른 경로를 가지는지 여부를 판단한다.
바람직하게, 각 노드에 대해 최소의 경로 개수가 설정되어 있을 수 있으며, 경로 판단부(506)는 상기한 하향 레벨 인접 노드가 사용이 중지된 노드 외에 미리 설정된 개수의 경로를 가지는지 여부를 판단할 수 있다.
보다 바람직하게, 각 노드의 최소 경로 개수는 레벨 별로 다르게 설정될 수 있으며, 경로 판단부(506)는 하향 레벨 인접 노드의 레벨을 고려하여 다른 경로를 가지는지를 판단한다.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 경로 설정 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 무선 메쉬 네트워크에서의 노드 배치를 도시한 도면이다.
도 6에는 네트워크 매니저(NM, 100), 게이트웨이(GW, 104) 및 노드 1 내지 노드 9가 도시된다.
도 6과 같은 네트워크에서 9개 노드의 인접 노드는 다음의 표 1과 같다.
[표 1]네트워크 토폴로지 그래프
Figure 112010076835330-pat00002
도 7은 도 4의 그래프에 대해 너비 우선 탐색 알고리즘을 적용하여 각 노드를 계층화한 상태를 도시한 도면이다.
[표 2]너비 우선 탐색 알고리즘을 통해 레벨별로 분할된 네트워크 토폴로지
Figure 112010076835330-pat00003
표 2를 참조하면, 각 노드들이 레벨별로 구분된다는 점을 확인할 수 있으며, 최소 홉을 탐색하기 위해 각 노드의 이웃 노드들을 3개의 카테고리(상향 인접, 동일 레벨, 하향 인접)로 분할하면, 다음의 표 3과 같이 정리될 수 있다.
[표 3]각 노드들의 카테고리 분류
Figure 112010076835330-pat00004
분할된 카테고리 정보를 이용하여 각 노드에서 게이트웨이(104)로 메시지를 전송하기 위한 최소 홉 그래프를 생성할 수 있으며, 이는 표 4와 같이 정리될 수 있다.
[표 4]최소 홉을 갖는 그래프
Figure 112010076835330-pat00005
표 4와 같은 최소 홉을 갖는 그래프에 있어서, 각 노드의 라우팅 분담율을 수학식 1을 통해 계산하면 다음의 표 5와 같다. 전술한 바와 같이, 라우팅 분담율은 레벨별로 각 노드의 에너지 소비율을 평준화하기 위해 계산된다.
[표 5]각 노드의 라우팅 분담율
Figure 112010076835330-pat00006
도 7 내지 표 5를 참조하면, 각 레벨에서 많은 연결선(Edge)를 갖는 노드 2 및 노드 5의 라우팅 분담율이 각 레벨(Level 1 및 Level 2)에서의 평균보다 높다는 점을 확인할 수 있다.
우선, 상위 레벨에 해당하는 노드 2에 대해 일시적으로 사용을 중지시키고, 노드 2와 연결된 하향 인접 노드(노드 4 내지 노드 6)가 노드 2외에 다른 경로를 가지는지 여부를 판단한다.
이때, 네트워크 매니저는 노드 2와 연결된 하향 인접 노드들이 노드 2를 제외한 상태에서 미리 설정된 개수의 경로를 가지는지 판단할 수 있다. 상기한 예에서 경로 개수는 2로 설정된 경우를 나타낸다.
이와 마찬가지 방법으로서, 노드 5에 연결된 하향 인접 노드(노드 7 내지 노드 9)가 노드 5외에 다른 경로가 가지는지를 판단하여 노드 5를 통한 미리 설정된 개수 이상의 중복 경로를 제거한다.
상기한 바와 같이, 라우팅 분담율 평준화를 고려하여 재형성된 그래프는 다음의 표 6과 같이 표현될 수 있다.
[표 6]라우팅 분담율을 이용하여 재형성된 그래프
Figure 112010076835330-pat00007
표 6은 노드 5가 노드 2를 경유하는 경로, 노드 7이 노드 5 및 노드 2를 모두 경유하는 경로, 노드 8이 노드 5를 경유하는 경로, 노드 9가 노드 5 및 노드 2를 모두 경유하는 경로를 제거한 것을 나타낸다.
상기한 바와 같이, 그래프 재형성 이후의 각 노드의 라우팅 분담율은 표 7과 같다.
[표 7]재형성된 그래프에 의한 라우팅 분담율
Figure 112010076835330-pat00008
도 8은 본 발명에 따른 그래프 재형성 후 라우팅 분담율을 비교한 도면이다.
도 8 및 표 7과 같이 그래프를 재형성하는 경우, 각 노드의 라우팅 분담율이 평준화된다는 점을 확인할 수 있다.
또한, 표 8은 그래프 재형성 전후의 라우팅 분담율을 비교한 것이다. 본 발명에 따르면, 그래프 재형성 전후로 총 분담율은 변화가 없으므로 그래프 재형성에 의해 에너지 손실은 발생하지 않으며 각 레벨 별로 라우팅 분담율이 평준화되었으므로 특정 노드에 트래픽이 집중되어 통신 지연 및 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
[표 8]그래프 재형성 전후의 의한 라우팅 분담율
Figure 112010076835330-pat00009
도 9 내지 도 10은 본 발명에 따른 경로 설정 방법의 이득을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 네트워크 내부에 게이트웨이(104)가 배치되고, 25개의 노드가 존재하는 경우를 가정한 것이며, 25개의 노드를 3개의 레벨로 나누어 라우팅 분담율을 평준화한 경우를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 그래프 재형성 후에 전체 에너지 소비에는 변화가 없으나 라우팅 분담율의 평준화로 전체 노드의 에너지 소비 평준화가 이루어진다는 점을 확인할 수 있다.
본 발명과 같이 그래프 재형성을 진행하는 경우, 게이트웨이(104)에 인접한 노드의 에너지 소모가 확연히 줄어든다는 점을 확인할 수 있다.
도 11 내지 도 12는 본 발명에 따른 경로 설정 방법의 이득을 설명하기 위한 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법을 노드의 수를 증가시켜 적용하는 경우에도 게이트웨이(104)에 인접한 노드의 에너지 소비율이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 노드를 포함하는 무선 메쉬 네트워크 시스템의 네트워크 매니저에서 상기 복수의 노드 각각에서 게이트웨이로의 경로를 설정하는 방법으로서,
    (a) 상기 복수의 노드를 정점(Vertex) 및 연결선(Edge)으로 정의하고, 소스에서 목적지로의 최단 경로를 탐색하는 그래프 라우팅 알고리즘 및 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 최소의 홉을 갖는 그래프를 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 복수의 노드 각각이 라우팅에 관여하는 정도인 라우팅 분담율을 이용하여 상기 그래프를 재형성하는 단계를 포함하되,
    상기 재형성된 그래프는 상기 복수의 노드 각각에서 상기 게이트웨이로의 경로 중 최소의 홉을 가지면서 각 복수의 노드 각각의 에너지 소비가 평준화된 경로를 포함하는 최적 경로 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 생성된 그래프는 상기 복수의 노드 각각에 대한 정점 정보, 연결선 정보, 위상에 따른 레벨 정보 및 인접 노드의 카테고리 정보 중 적어도 하나로 정의되는 최적 경로 설정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인접 노드 카테고리 정보는 상위 레벨 인접 노드, 하위 레벨 인접 노드 및 동일 레벨 인접 노드 중 적어도 하나를 포함하는 최적 경로 설정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 복수의 노드 각각에 대한 정점 정보 및 연결선 정보를 생성하는 단계;
    (a2) 상기 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 상기 복수의 노드 각각에 대한 레벨 정보를 할당하는 단계; 및
    (a3) 상기 각 노드에 할당된 레벨 정보를 이용하여 상기 각 노드의 이웃 노드들을 복수의 카테고리로 분할하는 단계를 포함하는 최적 경로 설정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    각 레벨에 속하는 하나 이상의 노드들의 상기 무선 메쉬 네트워크 내에서 라우팅 분담율이 평준화되도록 상기 그래프를 재형성하는 최적 경로 설정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 라우팅 분담율이 동일하지 않는 레벨이 존재하는 경우, 상기 레벨에서 상기 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드를 식별하는 단계;
    (b2) 상기 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드가 상기 게이트웨이로의 라우팅에 관여하지 않도록 일시적으로 사용을 중지시키는 단계; 및
    (b3) 상기 사용이 중지된 노드의 하향 레벨 인접 노드가 상기 사용이 중지된 노드 외에 다른 경로를 가지는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 최적 경로 설정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b3)는 단계는 상기 하향 레벨 인접 노드가 상기 사용이 중지된 노드 외에 미리 설정된 개수의 경로를 가지는지 여부를 판단하는 최적 경로 설정 방법.
  8. 삭제
  9. 복수의 노드를 포함하는 무선 메쉬 네트워크에서 상기 복수의 노드 각각에서 게이트웨이로의 경로를 설정하는 장치로서,
    상기 복수의 노드를 정점(Vertex) 및 연결선(Edge)으로 정의하고, 소스에서 목적지로의 최단 경로를 탐색하는 그래프 라우팅 알고리즘 및 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 최소의 홉을 갖는 그래프를 생성하는 그래프 생성부; 및
    상기 복수의 노드 각각이 라우팅에 관여하는 정도인 라우팅 분담율을 이용하여 상기 그래프를 재형성하는 그래프 재형성부를 포함하되,
    상기 재형성된 그래프는 상기 복수의 노드 각각에서 상기 게이트웨이로의 경로 중 최소의 홉을 가지면서 각 복수의 노드 각각의 에너지 소비가 평준화된 경로를 포함하는 최적 경로 설정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 그래프 생성부는,
    상기 복수의 노드 각각에 대한 정점 정보 및 연결선 정보를 생성하는 초기 그래프 정보 생성부;
    상기 너비 우선 탐색 알고리즘을 이용하여 상기 복수의 노드 각각에 대한 레벨 정보를 할당하는 레벨 정보 할당부; 및
    상기 각 노드에 할당된 레벨 정보를 이용하여 상기 각 노드의 이웃 노드들을 복수의 카테고리로 분할하는 인접 노드 분할부를 포함하는 최적 경로 설정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 그래프 재형성부는,
    상기 복수의 노드 각각의 라우팅 분담율을 계산하는 라우팅 분담율 계산부;
    각 레벨에 포함된 하나 이상의 노드에 대한 라우팅 분담율을 비교하는 비교부;
    상기 라우팅 분담율이 동일하지 않은 노드를 포함하는 레벨에서 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드를 식별하는 노드 판단부;
    상기 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드가 상기 게이트웨이로의 라우팅에 관여하지 않도록 일시적으로 사용을 중지시키고, 상기 사용이 중지된 노드의 하향 레벨 인접 노드가 상기 사용이 중지된 노드 외에 다른 경로를 가지는지 여부를 판단하는 경로 판단부를 포함하는 최적 경로 설정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 경로 판단부는 상기 하향 레벨 인접 노드가 상기 사용이 중지된 노드 외에 미리 설정된 개수의 경로를 가지는지 여부를 판단하는 최적 경로 설정 장치.
  13. 복수의 노드를 포함하는 무선 메쉬 네트워크에서 상기 복수의 노드 각각에서 게이트웨이로의 경로를 설정하는 장치로서,
    상기 복수의 노드 각각의 라우팅 분담율을 계산하는 라우팅 분담율 계산부;
    각 레벨에 포함된 하나 이상의 노드에 대한 라우팅 분담율을 비교하는 비교부;
    상기 라우팅 분담율이 동일하지 않은 노드를 포함하는 레벨에서 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드를 식별하는 노드 판단부; 및
    상기 라우팅 분담율이 평균보다 큰 노드가 상기 게이트웨이로의 라우팅에 관여하지 않도록 일시적으로 사용을 중지시키고, 상기 사용이 중지된 노드의 하향 레벨 인접 노드가 상기 사용이 중지된 노드 외에 다른 경로를 가지는지 여부를 판단하는 경로 판단부를 포함하는 최적 경로 설정 장치.
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JP2010130685A (ja) 2008-11-26 2010-06-10 Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc パケットを送信元ノードから中継ノードを介して宛先ノードへ配信するための最適ルートを求める方法

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