KR101237502B1 - 무선 애드 혹(ａｂ ｈｏｃ) 네트워크에서 스케줄링 방법 및스케줄링 정보의 동기화 방법 - Google Patents

무선 애드 혹(ａｂ ｈｏｃ) 네트워크에서 스케줄링 방법 및스케줄링 정보의 동기화 방법 Download PDF

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Abstract

무선 애드 혹 네트워크에서 분산형 스케줄링 방법에 관한 것으로, 무선 망 내의 노드들을 여러개의 클러스터로 나눈 후 각 클러스터의 클러스터 헤드를 결정하고, 스케줄링 순서에 따라 클러스터 별 스케줄링을 수행함으로써, 변화에 빠르게 적응할 수 있고, 저전력을 소비하는 효율적인 클러스터 기반의 스케줄링 방법을 제공한다.
애드 혹, 스케줄링, 자원할당, 동기화

Description

무선 애드 혹(ａｂ ｈｏｃ) 네트워크에서 스케줄링 방법 및 스케줄링 정보의 동기화 방법{Scheduling method and synchronization method for scheduling information in ad hoc networks}
본 발명은 무선 애드 (ad hoc)혹 네트워크에 관한 것으로 특히, 무선 애드 혹 네트워크에서 분산형 스케줄링 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2008-F-053-01, 과제명 : QoS 및 확장성지원(S-MoRe) 센서네트워크 고도화 기술개발(표준화연계)].
애드 혹 네트워크에서 자유롭게 이동하는 노드들 간에 통신을 효율적으로 수행 가능하도록 만들기 위해 우선적으로 고려되어야 하는 것은 이웃하는 노드들 사이의 전송 충돌을 최소화하면서, 노드들이 최대한 많은 전송 가능한 타임 슬롯을 할당 받도록 하는 것이다.
그러나 애드 혹 네트워크에서 노드들은 자신의 바로 옆에 있는 노드만 인지하는 것이 가능하다. 따라서, 충돌없이 자원을 할당하기 위해서는 하나의 중앙 제어 노드에서 네트워크에 속해 있는 모든 노드들의 정보들을 모은 후, 자원 할당을 하는 중앙 집중형 방식을 통해 스케줄링 및 자원 할당을 수행한다.
이런 자원 할당 방식은 모든 충돌을 고려할 수 있다는 장점이 있지만, 중앙 제어/관리 노드가 감당해야 하는 계산량이 많기 때문에 시간이 오래 걸리고, 과도한 에너지가 소비된다는 문제가 존재한다. 또한, 노드의 이동 등을 통해서 임의의 새로운 노드가 현 네트워크로 들어올 경우에 충돌없이 통신을 수행할 수 있게 하기 위해서는 무선 망 전체의 자원 할당을 완전히 새롭게 해야 한다는 비효율성이 존재한다.
본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, 네트워크 규모가 커질수록 자원할당에 필요한 연산 횟수와 교환해야하는 메시지 개수가 급격하게 증가하는 문제를 해결할 수 있는 자원 할당 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 네트워크 내에서 노드가 추가되거나 스케줄이 변경된 경우에, 네트워크 전체의 스케줄 재조정 시간을 줄이는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 무선 애드 혹(ad hoc) 네트워크에서 노드의 스케줄링 방법에 있어서, 네트워크 내에서 적어도 하나의 노드를 포함하는 다수의 클러스터를 형성하는 단계; 상기 형성된 클러스터 각각에 대해, 상기 클러스터에 포함되는 노드들 중 클러스터 헤드를 선택하는 단계; 및 상기 클러스터 각각에 대해 순차적으로, 상기 선택된 클러스터 헤드에 의해 노드들의 스케줄링을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법에 의해 달성된다.
상기 스케줄링 완료된 이후에, 상기 클러스터 헤드는 스케줄링 정보를 포함하는 클러스터 헤드 메시지를 해당 클러스터 내의 다른 노드들로 전송하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스케줄링 완료된 클러스터의 적어도 하나의 에지 노드가 다음 스케줄링 수행될 클러스터의 에지 노드로 상기 스케줄링 정보를 전달하는 단계; 및 상기 다음 스케줄링 수행될 클러스터의 에지 노드가 수신된 스케줄링 정보를 자신 이 속한 클러스터의 클러스터 헤드로 전달하는 단계;를 더 포함하여, 상기 다음 스케줄링 수행될 클러스터의 클러스터 헤드는 상기 전달받은 스케줄링 정보를 반영하여 스케줄링을 수행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 기술적 과제는 다수의 클러스터들로 분산된 망 내에서 변경된 스케줄 정보의 동기화 방법에 있어서, 상기 클러스터 헤드가 해당 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 홉 카운트 값을 수신하는 단계; 상기 수신되는 홉 카운트 값들 중 최대값을 브로드캐스트 홉 카운트 값으로 설정하는 단계; 망 내에서 변경된 스케줄 정보의 프레임 길이를 동시에 적용하기 위해 망 내에서 홉 수의 최대값보다 큰 동기화 변동 프레임 번호를 결정하는 단계; 및 클러스터 헤드가 상기 결정된 변동 프레임 번호와 변경된 스케줄링 정보의 프레임 길이를 포함하는 클러스터 헤드 메시지를 클러스터 내의 모든 노드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 정보 동기화 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 규모가 큰 애드 혹 네트워크상에서 발생하는, 하나의 노드에 집중되는 증가되는 계산량을 여러개의 노드들로 분산시킴으로써, 노드의 에너지 효율성을 높이고 하나의 노드에서 필요한 연산량 감소를 통해 전체적인 자원 할당 시간을 줄일 수 있다는 효과가 있다.
종래 분산 자원할당 알고리즘(Broadcast scheduling algorithm,BSA) 방식의 경우 연산시 네트워크의 모든 노드들의 망 연결 정보를 필요로 하기 때문에, 새로운 노드의 추가 및 교체에 있어서 망 전체의 스케줄링 및 자원 할당을 재배정해야 함으로써, 자원 할당이 끝날 때까지 통신이 원활히 이루어질 수 없다는 단점이 있었다. 본 발명에 변화가 있는 노드를 포함하는 해당 클러스터에서만 자원 할당 및 스케줄링이 독립적으로 이루어지기 때문에 다른 노드들에서는 통신이 지속적으로 이루어질 수 있으며, 노드의 추가 교체에 소모되는 에너지량을 최소화하고, 신속하게 통신을 복구할 수 있는 효과가 있다.
또한, 프레임 동기화가 수행된 이후에 프레임 길이가 늘어난 부분에 대해서 각 클러스터들은 BSA를 이용하여 클러스터 내에서 추가적인 스케줄링을 수행할 수 있다. 망 전체의 스케줄링/자원할당 작업이 끝난 이후에 클러스터 내에서 변동이 생기게 될 경우에는 해당 클러스터만 다시 스케줄링을 수행하면 되기 때문에 대규모 망에서도 전송 스케줄을 재조정하는 시간을 줄일 수 있다.
또한, 클러스터별 스케줄링을 수행하고, 순서대로 각각의 클러스터들이 이웃하는 이미 스케줄링 완료된 클러스터의 스케줄링 정보를 참조하여 스케줄링 수행함으로써, 전송 충돌(transmission collision)이 없는 전송 스케줄링을 수행할 수 있다.
뿐만 아니라, 클러스터들이 순차적으로 자원할당을 위한 스케줄링을 수행한 후 프레임 길이가 가장 긴 클러스터의 스케줄링 정보를 기준으로 프레임 길이를 맞추게 된다. 망 내의 다수의 클러스터들이 프레임길이를 맞추고, 모든 클러스터들이 프레임 동기화(synchronization)를 함으로써, 반복되는 시간 프레임마다 지속적으로 서로간의 전송 충돌로 인한 신호 간섭(interference)이 발생하는 것을 막을 수 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법은 전체 네트워크를 다수의 클러스터로 나누고, 클러스터의 아이디(ID) 혹은 주소(address)와 같은 식별 정보를 할당하여, 자원 할당 순서를 정한다. 그리고, 각 클러스터별로 순차적으로 브로트캐스트 스케줄링 알고리즘(BSA) 방식을 이용하여 자원을 할당한다. 이때 자원 할당 시에 선 순위 클러스터들로부터 미리 생성된 스케줄링 정보들 중 필요한 정보를 클러스터의 에지 노드(edge node)를 통해 전달받는다. 즉, 네트워크 규모가 크더라도 충돌없이 빠르게 자원을 할당할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법의 흐름도이다.
먼저, 애드혹 네트워크에 포함되는 노드들이 최초 전개되어 클러스터들을 형성한다(S100). 그리고 각 클러스터를 제어하기 위한 클러스터 헤드(CH)를 선택하고(S110), 선택된 클러스터 헤드들 각각이 구분가능하도록 아이디 정보를 할당한다(S120). 이때 클러스터 내에서 클러스터 헤드는 링크 노드 수가 가장 많은 노드가 선택되는 것이 바람직하다.
클러스터 헤드들은 아이디 정보를 부여받는데, 본 실시예에 있어서, 아이디 값은 클러스터 헤드에 링크된 노드 개수에 따라 가장 큰 링크 값을 갖는 클러스터 헤드부터 순차적으로 부여될 수 있다.
선택된 클러스터 헤드들 간 정보 수집 및 교환을 통해 자원 할당 순서를 정하고, 각 클러스터별로 스케줄링 알고리즘(Broadcast scheduling algorithm, BSA)를 이용하여 자원 할당을 수행한다(S130). 본 실시예에 있어서, 아이디 순서에 따라 순차적으로 자원 할당을 수행하도록 구현될 수 있다. 분산형 자원할당 알고리즘에 의해 클러스터마다 브로드캐스트 스케줄링 알고리즘(Broadcast scheduling algorithm, BSA)를 통해 스케줄링을 수행한다.
BSA의 종류는 여러 가지가 있는데, 예를 들어 MFA(Mean Field Annealing), HNN-GA(Hopfield Neural Network and Genetic Algorithm), FHNN(Fuzzy Logic and Hopfield Neural Network)와 같은 알고리즘들이 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 적용되는 네트워크 예시도이다. 도 2 에서 알 수 있듯이, 클러스터 헤드들은 링크된 노드 개수에 따라 가장 많은 링크 수를 가지는 헤드부터 순차적으로 부여받는다. 도 1 에서 클러스터 헤드 아이디는 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 순이다.
본 실시예에 있어서, 각 클러스터의 클러스터 헤드들은 자신의 클러스터에 속하는 노드들로부터 링크 정보를 수집하여 주변과의 충돌을 피하면서 자원할당을 수행한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 간 스케줄링 전송 과정을 설명하기 위한 참고도이다. 도 3을 참고하면, 먼저 1번 클러스터가 가장 먼저 자원 할당을 수행한다. 이때 기존의 BSA를 통한 자원 할당 과정과 동일한 과정을 통해 자원 할당이 수행된다. 그리고 2 번 클러스터의 자원 할당을 실시할 때에는 1번 클러스터에 속해 있는 노드들과의 충돌을 피해서 BSA를 통한 자원 할당을 수행한다. 여기서 선택된 클러스터 헤드는 BSA 알고리즘 상에서 첫번째 단계에서 요구하는 기준 노드를 의미한다.
BSA를 실행할 때에는 충돌이 예상되는 노드에는 자원 할당을 하지 않도록 미리 정보를 획득해야 한다. 종래 방식대로라면, 도 3에서 1번 클러스터 헤드가 2번 클러스터 헤드에게 클러스터 정보를 전송해주어야 한다. 본 발명에 따른 스케줄링 방법에서는 복잡도 및 전력 소비량을 최소화하기 위해서 클러스터 경계 근처에 있는 클러스터 1의 에지 노드 102가 자기 노드의 클러스터 소속 정보 및 전송 스케줄을 2 홉 이내의 노드인 클러스터 2의 에지 노드인 202로 제공한다.
이 정보를 이웃하는 클러스터 헤드들에게 전달함으로써, 클러스터 헤드가 해당 클러스터 내의 노드들에 BSA 스케줄링을 수행할 때에 클러스터 경계 노드들의 스케줄을 고려함으로써 충돌을 피하도록 할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 메시지 구성의 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 노드 메시지 구성의 예시도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이 클러스터 헤드(CH) 메시지는 클러스터 ID 정보, 브로드캐스트(broadcast) 홉 카운트(hop count), 잔여 홉 카운트(remaining hop count), 0 또는 1의 브로드캐스트 플래그(Broadcast flag)를 포함한다. 또한, 도 5에서 알 수 있듯이, 에지 노드 메시지는 노드 ID 정보, 노드 간 링크 정보, 브로드캐스트 홉카운트를 위한 홉 카운트 정보, 이웃 에지 노드의 클러스터 ID 정보, 프레임 길이 및 전송 스케줄 정보를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 클러스터 헤드 메시지가 클러스터 내에서 망 운영을 위한 제어 정보를 보내거나, 새로운 스케줄을 알리는 용도로 사용되는 경우에 브로드캐스트 플래그는 0으로 설정된다. 그리고 브로드캐스트 플래그 값이 0으로 설정된 메시지는 클러스터 내의 모든 노드들로 전달된다. 클러스터 헤드 메시지가 망 전체를 대상으로 전송될 경우에는 즉, 다른 클러스터들로 전송되는 경우에 브로드캐스트 플래그는 1로 설정되어, 망 내의 모든 노드들로 전달된다.
망 초기 설정시에 에지 노드(edge node)들이 클러스터 헤드에게 에지 노드 메시지를 전송할 때 에지 노드 메시지의 홉 카운트를 1로 설정하여 전송한다. 그리고 에지 노드가 전송한 메시지를 클러스터 헤드로 포워딩(forwarding)/라우팅(routing)을 수행하는 중간 노드들은 에지 노드 메시지 안의 홉 카운터 숫자를 하나씩 증가시킨다.
따라서, 클러스터 헤드는 에지 노드 메시지를 수신하면, 그 에지 노드 메시지를 전송한 에지 노드와, 홉 카운트 거리를 모두 알 수 있다. 이때 가장 높은 홉 카운트 숫자를 그 클러스터의 브로드캐스트 홉 카운트(broadcast hop count)숫자로 설정한다. 브로드캐스트 홉 카운트는 클러스터 헤드가 클러스터 내에 소속된 모든 노드들에게 브로드캐스팅(broadcasting) 및 멀티캐스팅(multicating)을 수행할 때 이용된다.
브로드캐스트 홉카운트(Broadcast Hop Count)는 망의 프레임 크기 조종 및 전송 스케줄(schedule) 변동 시기를 결정할 때 이용된다. 클러스터에 새로운 노드가 추가되거나, 클러스터 밖으로 노드들이 나가거나 꺼질 경우와 같이 망에 변동이 생겨, 에지 노드들이 보내는 에지 노드 메시지의 홉 카운트 숫자가 달라지는 경우, 클러스터 헤드는 자기 클러스터의 브로드캐스트 홉카운트를 업데이트(update) 한다.
이 후에, 각 클러스터 헤드들은 초기 스케줄 셋업 시에, 해당 클러스터 내에 메시지를 전송할 때 사용하는 브로드캐스트 홉 카운트(Broadcast hop count)를 사용한다.
클러스터 헤드는 전송하는 메시지가 클러스터 범위 밖으로 나가는 것을 방지하기 위해 브로드캐스트 홉 카운트 및 잔여 홉 카운트(remaining hop count)를 사용한다. 이때 잔여 홉 카운트는 브로드캐스트 홉 카운트에 기반하여 계산된다.
브로드캐스트 홉 카운트 숫자와 잔여 홉 카운트 숫자는 클러스터 헤드가 보내는 메시지 속에 포함된다. 한 클러스터의 브로드캐스트 홉 카운트 숫자는 그 클러스터 헤드가 바꿀 수 있다. 클러스터 헤드가 홉 카운트 숫자를 바꾸는 경우는, 클러스터 내에서 브로드캐스팅 또는 멀티캐스팅을 위해 필요로 하는 홉카운트가 변경된 경우이다. 잔여 홉 카운트 숫자는 클러스터 헤드가 메시지를 보낼 때 초기 설정 브로드캐스트 홉카운트 숫자와 같은 숫자이지만, 클러스터 내에서 클러스터 메시지가 한 홉씩 다음 노드로 전달될 때 하나씩 감소하고, 홉 카운트 숫자가 0이면 그 노드는 그 메시지를 더 이상 전달되지 않는다.
프레임 길이를 바꿔야 하는 클러스터 헤드가 망 전체의 홉 수의 상한값을 클러스터 헤드 메시지의 브로드케스트 홉 카운트로 정해서 동기화하여 변동하고, 프레임 번호를 포함하여 전송한다. 이때 클러스터 헤드는 망 전체의 노드들로 클러스터 헤드 메시지의 브로드캐스트 플래그(Broadcast flag)를 1로 설정하여 전달한다. 브로드캐스트 플래그 값이 0으로 설정된 클러스터 헤드 메시지는 해당 클러스터의 브로드캐스트 홉 카운트 수만큼 클러스터 내에서만 전달되게끔 설정된 메시지이다.
모든 클러스터 헤드 메시지, 노드 메시지, 에지 노드 메시지들은 순차 번호(sequence number)를 사용하는데, 새로운 메시지를 전송할 때마다 이 순차 번호를 하나씩 증가시킨다. 만약 중복된 메시지를 수신하는 경우에 노드들은 노드의 아이디(ID), 클러스터 아이디(ID), 및 메시지의 순차번호를 비교하여 같은 메시지를 중복하여 받은 것으로 판단되는 경우 먼저 수신한 메시지를 위주로 행위를 결정하며, 늦게 받은 중복된 메시지는 무시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 수행되는 네트워크 시스템의 구성 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 두 개의 클러스터로 이루어진 네트워크에서 클러스터 헤드들(101,201)은 에지 노드(edge node)들(102,202)을 통해 클러스터 스케줄 및 프레임 길이에 대한 정보를 주고 받음으로써 클러스터 형성을 완료한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 없는 스케줄링 방법의 절차 설명을 위한 참고도이다.
클러스터 헤드(CH)는 클러스터별로 할당된 우선 순위 정보를 가지고 있다. 먼저 1번 클러스터 내 노드들의 링크 정보를 이용하여 BSA 방식에 의한 스케줄링을 수행한다. 1번 클러스터가 스케줄링을 마치면, 완성된 스케줄에 대한 정보는 클러스터 헤드(CH)에 의해 클러스터 1 내에서 브로드캐스팅 된다. 따라서 클러스터 1의 모든 노드들은 이 스케줄 정보를 파악할 수 있다.
클러스터 1의 에지 노드인 노드 102는 클러스터 헤드(101)로부터 수신되는 스케줄 정보에 기초하여, 프레임 길이 및 에지 노드의 전송 스케줄링 정보를 포함하는 에지 노드 메시지를 생성하여 클러스터 2의 에지 노드인 노드 202로 전송한다.
노드 202는 노드 102로부터 에지 노드 메시지를 수신하면, 노드 102가 클러스터 1 소속이라는 사실과, 노드 102의 전송 스케줄 및 클러스터 1에서의 프레임 길이 등을 파악할 수 있다. 그 결과 클러스터 2의 클러스터 헤드(201)는 자신의 클러스터에 관한 링크 정보를 모았을 때에, 파악되는 위의 정보들을 바탕으로 클러스터 1과 전송 충돌이 없는 스케줄링을 수행할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 BSA 스케줄링 결과 노드 간 서로 전송 충돌없이 스케줄링할 수 있다.
전술한 대로 순차적으로 할당된 클러스터 아이디 순서대로 모든 클러스터에서 스케줄링이 진행된다. 결과적으로 네트워크 전체의 스케줄이 이 같은 방식으로 정해질 수 있다.
이 같이 클러스터 헤드의 아이디 순서대로 클러스터별 스케줄링을 수행함으로써, 각각의 클러스터들은 이웃하는 클러스터의 스케줄링 결과를 고려하면서 스케 줄링을 한다. 이에 따라 클러스터별로 스케줄링을 수행하더라도, 서로 다른 클러스터에 속하는 노드들 간에 전송 충돌(transmission collision)이 발생하는 것을 막을 수 있다.
클러스터 2가 스케줄링을 수행한 이후에, 필요로 하는 프레임의 길이가 클러스터 1의 프레임 길이보다 길어지는 경우가 발생할 수 있다. 클러스터 2의 클러스터 헤드인 노드 201이 클러스터 2를 위한 스케줄링을 수행한 이후에, 클러스터 2 안의 모든 노드들은 클러스터 헤드 노드 201로부터 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 스케줄링 정보를 포함하는 클러스터 헤드 메시지를 수신한다.
클러스터 1의 에지 노드 102는 노드 202로부터 노드 202가 클러스터 2 소속이라는 정보와 함께, 노드 202의 전송 스케줄 및 클러스터 2의 프레임 길이 등의 정보를 수신한다. 그리고 노드 102는 노드 202로부터 획득한 정보를 클러스터 헤드 노드 101로 전달한다. 이에 따라 클러스터 헤드 노드 101은 프레임 길이가 길어졌음을 인지하는 것이 가능하다. 그리고 프레임 길이를 맞추는 작업을 수행한다. 이 같은 방식으로 망 전체의 프레임 길이가 가 가장 긴 프레임 길이로 일괄적으로 맞춰질 수 있다. 이는 프레임 동기화(synchronization)문제를 해결함으로써 클러스터 해제 이후에도 통신이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따라 클러스터 통합에 의한 스케줄 변화를 도시한 예시도이다.
실제 타임 슬롯이 4개만 필요한 클러스터 2의 경우에도 클러스터 1에서 필요한 최대 타임 슬롯 즉 6개의 타임 슬롯을 확보하여 스케줄링을 수행함으로써, 이 후에 클러스터 1과 클러스터 2의 스케줄을 통합하더라도 무리 없이 가능하다.
프레임 동기화가 이루어진 후 프레임의 길이가 늘어난 부분에 대해서 각 클러스터들이 BSA를 이용하여 클러스터 내의 노드들을 위해 서비스 품질 향상을 위해 여유 공간에 추가적인 스케줄링을 수행하는 것이 가능하다. 망 전체의 스케줄링/자원 할당 작업이 끝난 이후에 클러스터 내에서 변동이 생기게 되면, 해당 클러스터만 다시 스케줄링을 수행하면 되기 때문에 망이 커질수록 전송 스케줄링 재조정하는 시간을 줄일 수 있고, 전송 메시지 개수에 따른 복잡도 면에서 뛰어난 효율성을 가질 수 있다. 또한 전력 소비량도 크게 줄일 수 있다.
이하에서는, 도 10 내지 14를 참조하여, 새로운 노드가 추가되거나, 새로운 링크 연결이 생성되어, 네트워크 구조에 변경이 생긴 경우의 스케줄링 정보 변경 시 스케줄링 정보 동기화 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따라 네트워크 구조가 변경된 경우 스케줄링 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 도 10에 도시된 바와 같이 네트워크 링크 연결 구조가 변경된 경우 전체 네트워크에 대한 자원할당이 이루어지지 않고, 해당 클러스터인 클러스터 2 에 대해서만 자원 할당이 새로 수행된다. 도 10에서 알 수 있듯이, 클러스터의 프레임 길이가 기준 프레임보다 커진 경우, 변경된 정보를 네트워크 내의 다른 클러스터들로 전송하여 네트워크 전체가 새로운 기준 프레임 길이로 통일되도록 해야 한다.
프레임 길이를 맞추는 과정에 대해 보다 상세히 살펴보면, 애드혹 통신에서 신뢰성 있는 통신 품질을 지속하기 위해서는 기존 스케줄을 그대로 적용하다가 어느 시점 이후에 전체 네트워크의 모든 클러스터들이 일괄적으로 변경된 프레임 길이 및 새 스케줄을 적용시켜야 한다. 따라서 새로운 프레임 길이 및 스케줄을 적용시킬 시점을 언제부터 사용할 것인지를 결정해야 한다.
만약 하나의 클러스터가 다른 주변 클러스터에게 제대로 알리지 않고, 혼자 프레임 길이를 변경할 경우에는 클러스터들 사이의 상호 전송 신호들의 간섭(interference)이 발생하여 네트워크 시스템의 통신 성능이 저하된다. 따라서, 네트워크 내의 프레임 동기화(frame synchronization)를 유지하기 위해서 모든 클러스터들이 동시에 프레임 길이를 변경하여야 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 정보의 프레임 길이가 변경된 경우 스케줄링 정보 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.
한 클러스터에서 BSA 스케줄링을 계산한 후에 프레임 길이가 더 길어진 경우(S1100), 그 클러스터의 클러스터 헤드 노드는 새로운 프레임 길이에 대한 정보가 포함되는 클러스터 헤드 메시지를 망 전체의 노드들로 전송한다(S1110).
어떤 클러스터의 프레임 길이가 초기에 설정되거나, 프레임 길이가 변경되어야 할 경우에 해당하는 클러스터 헤드는 클러스터 헤드 메시지를 망 전체에 전송하여 알려야 한다. 이때 클러스터 헤드 메시지의 브로드캐스트 플래그값은 1로 설정되고, 클러스터 헤드 메시지는 프레임 길이가 변경된 클러스터의 클러스터 헤드 아이디 정보와, 브로드캐스트 홉 카운트(broadcast hop count)를 포함한다.
또한, 이 클러스터 헤드 메시지는 새로운 프레임 길이 및 새로운 프레임 길 이를 적용해야 하는 시점에 대한 정보 즉, 동기화 변동 프레임번호(synchronized change frame-number)를 포함한다. 여기서 동기화 변동 프레임 번호는 망 전체의 홉 수의 상한값 보다 큰 것이 바람직하다. 새로운 프레임 길이 정보와 함께 동기화 변동 프레임 번호가 포함된 클러스터 헤드 메시지가 망 전체에 확실히 알려지기 위해서는 망 전체 홉 수의 상한값 이상의 프레임 수만큼 기다려야 하기 때문이다.
이때 클러스터 헤드 메시지를 수신하는 망 내의 모든 노드들은 변화된 브로드캐스트 홉 카운트 숫자를 인식할 수 있다. 그리고 각 클러스터 헤더(CH)들은 다른 모든 크러스터들의 브로드캐스트 홉 카운트 정보를 파악할 수 있다. 모든 클러스터들의 브로드캐스트 홉 카운트 숫자에 2를 곱한 뒤 모두 더하면 망의 한쪽 끝에서부터 반대 끝까지 즉, 망 전체의 홉 수에 대한 상한값을 구할 수 있다.
프레임 길이를 변경해야하는 클러스터 헤드(CH)가 망 전체 홉 수의 상한값을 클러스터 헤드 메시지의 브로드캐스트 홉 카운트로 설정하여 전송한다. 이때 동기화 변동 프레임 번호도 포함시킨다. 그리고 브로드캐스트 플래그 값을 1로 설정하여 클러스터 헤드 메시지를 망 전체로 전송한다. 망 전체에 브로드캐스트를 의미하는 브로드캐스트 플래그값이 1로 설정된 클러스터 헤드 메시지는 망 전체에 전달되도록 모든 노드들이 전달(forwarding)한다. 브로드캐스트 플래그 값이 0으로 설정된 클러스터 헤드 메시지는 해당 클러스터의 브로드캐스트 홉 카운트 수만큼 주로 클러스터 내에서만 전송된다.
망 전체의 노드들로 전송된 클러스터 헤드 메시지는 중간의 각 노드들에서 시간 프레임이 하나의 홉을 지날 때마다 동기화 변동 프레임 번호를 하나씩 감소시 킨다(S1120). 이에 따라 메시지 전송 시간이 흐름에 따라 프레임 길이를 바꿔야 하는 시기를 카운트 다운(countdown)할 수 있다. 즉 매 프레임 주기마다 동기화 변동 프레임 번호를 1 씩 감소시키다가 동기화 변동 프레임 번호가 0이 되면(S1130), 변경된 프레임 길이를 적용함으로써(S1140), 망 내 모든 노드들은 동시에 새로운 프레임 길이로 변경할 수 있다
도 12는 스케줄링 정보의 프레임 길이가 변경된 경우 스케줄링 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 도 12를 살펴보면, 클러스터 1의 클러스터 헤드는 노드 101이고, 브로드캐스트 홉 카운트는 1이다. 이웃하는 클러스터 2의 경우에 클러스터 헤드는 노드 201이고, 클러스터 2의 브로드캐스트 홉 카운트는 2이다. 따라서 망의 끝에서 망의 반대 끝까지 망 전체의 홉 수의 상한값(upper vound value)은 {(1+2)x2}=6이다. 이것은 노드 105와 노드 205 사이의 홉 수이다. 따라서 클러스터 1과 클러스터 2의 어떠한 노드를 선택하여 그 홉 수를 세더라도 6을 넘지 않는다. 새로운 프레임 길이 정보가 포함된 클러스터 헤드 메시지가 각 시간 프레임마다 한 홉씩 전달되는 가장 느린 경우를 고려하더라도, 최소한 6 홉 이내에 두 클러스터들의 모든 노드들이 클러스터 헤드 메시지를 수신할 수 있다. 따라서 동기화 변동 프레임 번호(synchronized change frame-number)를 망 전체의 홉 수의 상한값보다 크게 설정하면, 안전하게 모든 노드들이 이 시간 이내에 클러스터 헤드 메시지를 수신할 수 있다. 따라서 동시에 프레임 길이를 변경하는 작업을 안정하게 수행할 수 있다.
도 13은 다수의 클러스터에서 스케줄링 정보의 프레임 길이가 변경된 경우 스케줄링 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 도 13에서, 클러스터 5에 대해 자원 할당을 시작하게 될 경우에, 이미 전술한 클러스터 1, 클러스터 2에서의 스케줄링과 동일한 방식으로 수행된다. 구체적으로, 클러스터 5의 클러스터 헤드 노드인 노드 501은 클러스터 2의 클러스터 헤드 노드 201과 클러스터 4의 클러스터 헤드 노드 401로부터 클러스터 정보를 수신하고, 클러스터 2의 에지 노드들 201, 205, 206과, 클러스터 4의 에지 노드들 401, 402, 403로부터 링크 정보와 자원 할당된 위치 정보를 전달받아, 전술한 바와 같은 방법으로 BSA 스케줄링을 수행한다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따라 클러스터 통합에 의한 스케줄 변화를 도시한 예시도이다. 이 같이 가장 큰 ID(5)를 부여받은 클러스터까지 자원 할당을 모두 마치면 기준 프레임 길이로 스케줄을 통합한다. 이미 전술한 바와 같이 기준 프레임 길이는 다수의 클러스터들 별로 상이한 프레임 길이들 중 가장 긴 프레임 길이(8)이다.
한편, 전술한 스케줄링 방법 및 스케줄링 정보 동기화 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 구현될 수 있다. 상기 저장매체는 자기 기록매체, 광 기록 매체 등을 포함한다.
이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법의 흐름도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 적용되는 네트워크 예시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 간 스케줄링 전송 과정을 설명하기 위한 참고도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 메시지 구성의 예시도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 노드 메시지 구성의 예시도,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 수행되는 네트워크 시스템의 구성 예시도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 없는 스케줄링 방법의 절차 설명을 위한 참고도,
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따라 클러스터 통합에 의한 스케줄 정보 변화를 도시한 예시도,
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따라 네트워크 구조가 변경된 경우 스케줄링 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도,
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 정보의 프레임 길이가 변경된 경우 스케줄링 정보 동기화 방법을 도시한 흐름도,
도 12 는 스케줄링 정보의 프레임 길이가 변경된 경우 스케줄링 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도,
도 13 은 다수의 클러스터에서 스케줄링 정보의 프레임 길이가 변경된 경우 스케줄링 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도,
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따라 클러스터 통합에 의한 스케줄 변화를 도시한 예시도이다.

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  14. 다수의 클러스터들로 분산된 망 내에서 변경된 스케줄 정보의 동기화 방법에 있어서,
    상기 분산된 클러스터별로 선택된 클러스터 헤드가 해당 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 홉 카운트 값을 수신하는 단계;
    상기 수신되는 홉 카운트 값들 중 최대값을 브로드캐스트 홉 카운트 값으로 설정하는 단계;
    망 내에서 변경된 스케줄 정보의 프레임 길이를 동시에 적용하기 위해 망 내에서 홉 수의 최대값보다 큰 동기화 변동 프레임 번호를 결정하는 단계; 및
    클러스터 헤드가 상기 결정된 변동 프레임 번호와 변경된 스케줄링 정보의 프레임 길이를 포함하는 클러스터 헤드 메시지를 클러스터 내의 모든 노드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 정보의 동기화 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 동기화 변동 프레임 번호는 프레임 주기마다 1씩 감소 되면서, 프레임 길이 변경 시점을 카운트다운하는 값임을 특징으로 하는 스케줄링 정보의 동기화 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 헤더 메시지를 수신한 노드는 동기화 변동 프레임번호가 0이 되면 변경된 스케줄 정보의 프레임 길이를 동시에 적용하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 정보의 동기화 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 망 내에서 홉 수의 최대값은, 망 내의 모든 클러스터의 브로드캐스트 홉 카운트 값을 모두 합하여 두 배 한 값임을 특징으로 하는 스케줄링 정보의 동기화 방법.
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