KR101440454B1 - Apparatus and method of flow routing considering available bandwidth in WLAN mesh network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 메쉬 네트워크에 플로우별 라우팅을 적용하여 가용 링크의 사용률을 높이고 라우팅시 사용되는 기준에 가용대역폭을 추가하여 전체적인 네트워크를 고르게 사용할 수 있도록 하여 무선 메쉬 네트워크의 효율을 높일 수 있는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 서로 간에 무선 메쉬 네트워크를 확립하고, 어플리케이션에서 도착한 패킷을 플로우를 통해 라우팅하여 목적지 라우터에게 전달하는 적어도 2개 이상의 무선 메쉬 라우터와, 라우팅 정보가 없는 플로우인 경우 상기 무선 메쉬 라우터로부터 수집된 정보를 기반으로 가용 대역폭을 적용하여 생성된 라우팅 정보를 상기 무선 메쉬 라우터에게 전달하는 중앙 제어부를 포함하여 구성되는데 있다.The present invention relates to a wireless mesh network capable of increasing the efficiency of a wireless mesh network by applying flow-specific routing to a wireless mesh network to increase the utilization rate of the available links and to add available bandwidth to the criteria used in routing, The present invention provides a routing apparatus and method for each flow considering an available bandwidth in an environment. The routing apparatus and method include at least two wireless mesh routers for establishing a wireless mesh network with each other, routing packets arriving at an application through a flow, And a central control unit for transmitting the routing information generated by applying the available bandwidth based on the information collected from the wireless mesh router to the wireless mesh router when there is no routing information.
Description
본 발명은 멀티 홉 특성을 가진 무선 메쉬 네트워크에 관한 것으로, 특히 멀티 홉 특성을 가진 무선 메쉬 네트워크에서 패킷을 어플리케이션별 플로우로 분류하여 라우팅하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network : WMN)는 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 메쉬 라우터들과 메쉬 클라이언트라는 노드들로 이루어진 네트워크이다. 이때, 메쉬 라우터는 무선 메쉬 네트워크의 핵심을 이루며, 각 메쉬 노드들은 1이상의 홉을 거쳐 온 데이터들을 무선 전송이 되는 한도 내에서 이웃 라우터나 클라이언트에게로 전달해준다. 보통 메쉬 라우터들은 이동성이 없다.The Wireless Mesh Network (WMN) is a network composed of nodes called mesh routers and mesh clients, as shown in FIG. In this case, the mesh router is the core of the wireless mesh network, and each mesh node transmits data through one or more hops to neighboring routers or clients within a wireless transmission limit. Usually mesh routers are not mobile.
이러한 무선 메쉬 네트워크는 주로 IEEE 802.11 무선 네트워크를 사용하여 손쉽고 효율적인 네트워크 인프라를 구축 통해 유선 네트워크의 설치 상의 비용과 시간의 소요가 높은 단점을 보완할 수 있다. 이러한 인프라를 통하여 CCTV, AP(access point)를 활용한 무선 디바이스의 백본망 등으로 널리 사용되고 있다.Such a wireless mesh network can solve the disadvantages of expensive and time-consuming installation of a wired network by using an IEEE 802.11 wireless network to construct an easy and efficient network infrastructure. Through such infrastructure, it is widely used as a backbone network of wireless devices using CCTV and AP (access point).
그리고 무선 메쉬 네트워크는 신뢰성 있는 통신을 위해 출발지 라우터부터 도착지 라우터까지 하나의 경로가 아닌 우회경로를 가지고 셀프-힐링(Self-healing)을 통해 끊김없는 통신을 제공하고 있다.And wireless mesh network provides seamless communication through self-healing with bypass route instead of one route from origin router to destination router for reliable communication.
하지만 이러한 우회경로를 가진다는 의미는 여러 개의 가용한 링크 중 하나의 링크만을 가지고 사용한다는 뜻이다. 즉, 하나의 목적을 가지고 어플리케이션에서 출발지 라우터부터 도착지 라우터까지의 전달과정을 플로우(flow)라고 했을 때, 출발지 라우터와 도착지 라우터가 같은 플로우들은 하나의 경로로만 전달되게 된다. 이러한 현상에서 나타나는 문제점은 다음과 같다.However, having such a bypass path means using only one link among several available links. In other words, when the flow from the source router to the destination router is referred to as a flow for an application, the same flows of the source router and the destination router are transmitted through only one path. The problems that occur in this phenomenon are as follows.
첫째로는 메쉬 네트워크의 여러 링크를 충분히 활용하지 못한다는 점이다.First, it does not take full advantage of the many links in the mesh network.
즉, 도 2 는 각 라우터에서 외부 네트워크로 플로우를 발생시킬 때 사용되는 링크의 모습으로, 전체링크 11개 중 사용되는 링크는 8개로서, 72.7%의 사용률을 보여준다. 이처럼 메쉬 네트워크의 여러 링크를 충분히 활용하지 못하게 되는 현상을 나타내게 된다.That is, FIG. 2 shows a link used when a flow is generated from each router to an external network, and the link used among the 11 links is 8, indicating a utilization rate of 72.7%. As a result, it becomes impossible to fully utilize the links of the mesh network.
둘째로는 이렇게 플로우별 라우팅이 불가능하기 때문에 충분한 대체 링크가 있음에도 불구하고, 링크의 에러률을 위주로 라우팅하기 때문에 초기 연결이 양호하게 된 링크로 트래픽이 집중되는 병목현상이 발생되어 전체적인 네트워크의 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.Second, because it is impossible to perform flow-specific routing in this way, although there is sufficient alternative link, since the error rate of the link is mainly routed, the bottleneck where traffic is concentrated on the link with good initial connection occurs, There is a problem that it falls off.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 무선 메쉬 네트워크에 플로우별 라우팅을 적용하여 가용 링크의 사용률을 높이고 라우팅시 사용되는 기준에 가용대역폭을 추가하여 전체적인 네트워크를 고르게 사용할 수 있도록 하여 무선 메쉬 네트워크의 효율을 높일 수 있는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for increasing the utilization rate of available links by applying flow-specific routing to a wireless mesh network, And to provide a flow-specific routing apparatus and method considering available bandwidth in a wireless mesh network environment capable of increasing the efficiency of a wireless mesh network.
본 발명의 다른 목적은 각 노드의 라우팅 테이블 정보와 각 노드에 연결된 링크의 정보를 제어장치에서 분석하여 가용 대역폭을 기반으로 플로우별 라우팅을 효율적으로 사용하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for efficiently using routing-based routing based on available bandwidth by analyzing routing table information of each node and link information connected to each node.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치의 특징은 서로 간에 무선 메쉬 네트워크를 확립하고, 어플리케이션에서 도착한 패킷을 플로우를 통해 라우팅하여 목적지 라우터에게 전달하는 적어도 2개 이상의 무선 메쉬 라우터와, 라우팅 정보가 없는 플로우인 경우 상기 무선 메쉬 라우터로부터 수집된 정보를 기반으로 가용 대역폭을 적용하여 생성된 라우팅 정보를 상기 무선 메쉬 라우터에게 전달하는 중앙 제어부를 포함하여 구성되는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a routing apparatus for each flow in consideration of an available bandwidth in a wireless mesh network environment, the method comprising: establishing a wireless mesh network with each other; routing packets arriving at an application through a flow; And a central control unit for delivering routing information generated by applying available bandwidth based on the information collected from the wireless mesh router to the wireless mesh router when the flow has no routing information Respectively.
바람직하게 상기 중앙 제어부는 무선 메쉬 라우터 노드들의 라우팅 테이블과 각각의 연결되어 있는 노드들의 링크 정보를 포함한 전체 토폴로지 정보를 수집하는 정보 수집부와, 상기 정보 수집부에서 수집된 정보를 이용하여 각 링크별 가용 대역폭을 산출하는 가용 대역폭 산출부와, 상기 가용 대역폭 산출부에서 산출된 가용 대역폭을 가중치로 하여 최단 경로 우선(Shortest Path First : SPF) 알고리즘을 사용하여 플로우별 라우팅 정보를 생성하는 라우팅 생성부와, 상기 라우팅 생성부에서 생성된 플로우별 라우팅 정보를 경로상의 무선 메쉬 라우터들에게 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the central control unit includes an information collecting unit for collecting all the topology information including the routing table of the wireless mesh router nodes and the link information of each of the connected nodes, A routing generator for generating flow-specific routing information using a shortest path first (SPF) algorithm with the usable bandwidth calculated by the available bandwidth calculator as a weight, And a transmission unit for transmitting the flow-specific routing information generated by the routing generation unit to the wireless mesh routers on the route.
바람직하게 상기 플로우별 라우팅 정보는 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소, 패킷의 TCP 포트 정보, 패킷을 전달받을 다음 라우터인 주변 메쉬 라우터 주소 중 하나를 포함하여 패킷의 이동경로 정보와, 라우팅 정보의 유효 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the routing-specific routing information includes at least one of a source router address, a destination router address, a TCP port information of a packet, and a neighboring mesh router address, which is a next router to receive a packet, Information on the information.
바람직하게 상기 무선 메쉬 라우터는 플로우별 라우팅 정보에 포함된 유효 시간 정보를 통해 유효 시간이 지난 후 라우팅 테이블에 저장되어 있는 라우팅 정보를 라우팅 테이블에서 삭제하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the wireless mesh router deletes the routing information stored in the routing table after the valid time passes through the valid time information included in the per-flow routing information, from the routing table.
바람직하게 상기 가용 대역폭 산출부는 수집된 정보에 포함되는 에어타임 메트릭 정보를 이용하여 링크의 잠재적인 대역폭을 계산하고, 계산된 잠재적인 대역폭에서 최근 링크에서 사용한 패킷 전송량을 감소시켜 가용 대역폭을 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the available bandwidth calculating unit calculates the potential bandwidth of the link using the air time metric information included in the collected information, and calculates the available bandwidth by reducing the packet transmission amount used in the recent link in the calculated potential bandwidth .
바람직하게 상기 무선 메쉬 라우터는 중앙 처리부로부터 수신된 라우팅 정보를 전달받아 라우팅 테이블에 저장하고, 전달되는 패킷들이 무선 메쉬 라우터의 플로우별 라우팅 테이블을 통해 목적지 라우터까지 연쇄적으로 전달하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the wireless mesh router receives the routing information received from the central processing unit, stores the received routing information in the routing table, and delivers the packets to the destination router through the routing table for each flow of the wireless mesh router.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법의 특징은 각 무선 메쉬 라우터들에게 정보를 요청하고 무선 메쉬 라우터들이 주기적으로 요청에 대한 정보를 응답하는 단계와, 상기 응답을 통해 수집되는 정보들을 바탕으로 전체 네트워크 토폴로지 정보와 가용대역폭 계산을 위한 자료구조를 생성 및 유지 하는 단계와, 임의의 무선 메쉬 라우터에 패킷이 도착했을 때 라우팅 정보가 없는 플로우인 경우에 라우팅 정보 요청이 수신되면, 상기 유지하고 있는 자료구조를 통하여 링크별 가용 대역폭을 계산하고 최단 경로 우선(Shortest Path First : SPF) 알고리즘에 가용 대역폭을 적용하여 플로우별 라우팅 정보를 산출하는 단계와, 상기 산출된 플로우별 라우팅 정보를 각 경로상의 무선 메쉬 라우터들에게 전송하여 패킷을 경로에 맞게 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a routing method for each flow considering a usable bandwidth in a wireless mesh network environment, the method comprising: requesting information from each wireless mesh router; Generating and maintaining a data structure for calculating the available network bandwidth and total network topology information based on the information collected through the response; and generating and maintaining a data structure in which a packet arrives at any wireless mesh router, , When the routing information request is received, calculating the available bandwidth for each link through the maintained data structure and calculating the routing-specific routing information by applying the available bandwidth to the shortest path first (SPF) algorithm Routing information for each flow, And transmitting the packet to the wireless mesh routers according to the path.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법의 다른 특징은 메쉬 네트워크 내의 모든 무선 메쉬 라우터에게 각 무선 메쉬 라우터들의 정보를 요청하는 메시지를 전송하여 요청에 대한 정보를 수신하는 단계와, 상기 수신된 정보를 기반으로 자신과 주변의 무선 메쉬 라우터들을 포함하는 전체 네트워크의 토폴로지 및 에어타임 메트릭(airtime metric) 정보를 산출하여 데이터베이스화하여 저장하는 단계와, 임의의 무선 메쉬 라우터에 패킷이 도착했을 때 라우팅 정보가 없는 플로우인 경우에 라우팅 정보 요청이 수신되면, 경로 요청과 함께 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 번호를 전달받아 상기 산출된 전체 네트워크 토폴로지 정보와 라우팅 테이블 정보를 기반으로 가용 대역폭을 측정하는 단계와, 출발지 라우터에서 도착지 라우터까지의 모든 경로 중 상기 측정된 가용 대역폭이 가장 높은 경로를 선택하여 플로우별 라우팅 정보를 산출하는 단계와, 상기 산출된 플로우별 라우팅 정보를 각 경로상의 무선 메쉬 라우터들에게 전송하여 패킷을 경로에 맞게 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of routing by flow in consideration of available bandwidth in a wireless mesh network environment, the method comprising: transmitting a message requesting information of each wireless mesh router to all wireless mesh routers in the mesh network; The method comprising the steps of: receiving information about a request; calculating a topology and airtime metric information of the entire network including the wireless mesh router itself and surrounding wireless mesh routers based on the received information, If a routing information request is received when a packet arrives at an arbitrary wireless mesh router, the route request is received, and the source router address, the destination router address, and the TCP port number of the packet are received along with the route request. Full network topology information and routing Measuring the available bandwidth based on the table information, calculating routing information for each flow by selecting a route having the highest available bandwidth among all routes from the source router to the destination router, And transmitting routing information to the wireless mesh routers on each path and transmitting the packet according to the path.
바람직하게 상기 무선 메쉬 라우터에 도착한 패킷에 라우팅 정보가 있는 경우는 어플리케이션을 통해 무선 메쉬 라우터에 도착한 패킷이 라우팅 테이블에 저장되어 있으면, 어플리케이션의 정보인 패킷의 TCP 포트 번호와 출발지 라우터 주소 그리고 도착지 라우터 주소를 기준으로 플로우를 분류하여 라우팅을 실시하는 것을 특징으로 한다.If there is routing information in the packet arriving at the wireless mesh router, if the packet arriving at the wireless mesh router through the application is stored in the routing table, the TCP port number of the packet, the source router address, and the destination router address And the routing is performed.
바람직하게 상기 가용 대역폭은 라우팅 테이블의 정보를 이용하여 산출된 에어타임 메트릭(airtime metric) 정보와 링크별 패킷 전송량으로 계산되어 측정되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the available bandwidth is calculated by using airtime metric information calculated using information of a routing table and a packet transmission amount per link, and is measured.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.In the wireless mesh network environment according to the present invention as described above, a flow-based routing apparatus and method considering an available bandwidth have the following effects.
첫째, 메쉬 네트워크에서 제공되는 여러 서비스를 플로우별 라우팅을 통해 사용하지 않는 링크들을 활용하여 보다 높은 효율의 네트워크 사용을 제공한다.First, it provides more efficient network utilization by utilizing links that are not used through flow-based routing of various services provided in the mesh network.
둘째, 플로우별 라우팅을 최신 가용 대역폭을 기준으로 함으로써, 초기 연결 상태가 좋은 링크에 트래픽이 몰리는 병목현상을 해결하여 네트워크 상태를 맞춰 안정적인 네트워크 시스템을 제공한다.Second, based on the latest available bandwidth based on the flow-by-flow routing, a bottleneck in which traffic is not attracted to a link having a good initial connection state is resolved to provide a stable network system by matching the network state.
도 1 은 일반적인 무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network : WMN)의 구성을 나타낸 구성도
도 2 는 도 1의 구성에서 각 라우터에서 외부 네트워크로 플로우를 발생시킬 때 사용되는 링크의 모습을 나타낸 도면
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치를 나타낸 구성도
도 4 는 도 3의 중앙 제어부의 구성을 상세히 나타낸 블록도
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 6 은 도 5에서 무선 메쉬 라우터에서 수신되는 응답 메시지의 구조를 갖는 Router_Stats 프레임을 나타낸 도면
도 7 은 도 5에서 산출된 각 링크별 가용 대역폭을 가중치로 하여 최단 경로 우선(Shortest Path First : SPF) 알고리즘을 사용하여 획득된 플로우별 라우팅 알고리즘을 나타낸 도면1 is a block diagram illustrating a configuration of a general wireless mesh network (WMN)
2 is a diagram showing a state of a link used when a flow is generated from each router to an external network in the configuration of FIG. 1; FIG.
3 is a block diagram illustrating a flow-by-flow routing apparatus in consideration of an available bandwidth in a wireless mesh network environment according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing the configuration of the central control unit of FIG. 3 in detail;
5 is a flowchart for explaining a flow-by-flow routing method considering an available bandwidth in a wireless mesh network environment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a Router_Stats frame having a structure of a response message received from a wireless mesh router in FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a flow-by-flow routing algorithm obtained by using a shortest path first (SPF) algorithm with the usable bandwidth for each link calculated in FIG. 5 as a weight; FIG.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.A preferred embodiment of a flow-by-flow routing apparatus and method considering available bandwidth in a wireless mesh network environment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치를 나타낸 구성도이다.3 is a configuration diagram illustrating a flow-by-flow routing apparatus considering an available bandwidth in a wireless mesh network environment according to an embodiment of the present invention.
도 3과 같이, 플로우별 라우팅 장치는 서로 간에 무선 메쉬 네트워크를 확립하고, 어플리케이션에서 도착한 패킷을 플로우를 통해 라우팅하여 목적지 라우터에게 전달하는 적어도 2개 이상의 무선 메쉬 라우터(10)와, 라우팅 정보가 없는 플로우인 경우 상기 무선 메쉬 라우터(10)로부터 수집된 정보를 기반으로 가용 대역폭을 적용하여 생성된 라우팅 정보를 상기 무선 메쉬 라우터(10)에게 전달하는 중앙 제어부(20)로 구성된다. 여기서 상기 수집된 정보는 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 번호를 포함한다.3, at least two
이때, 상기 중앙 제어부(20)는 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 각 무선 메쉬 라우터 노드들(10)의 라우팅 테이블과 각각의 연결되어 있는 노드들의 링크 정보를 포함한 전체 토폴로지 정보를 수집하는 정보 수집부(21)와, 상기 정보 수집부(21)에서 수집된 정보를 이용하여 각 링크별 가용 대역폭을 산출하는 가용 대역폭 산출부(22)와, 상기 가용 대역폭 산출부(22)에서 산출된 가용 대역폭을 가중치로 하여 최단 경로 우선(Shortest Path First : SPF) 알고리즘을 사용하여 플로우별 라우팅 정보를 생성하는 라우팅 생성부(23)와, 상기 라우팅 생성부(23)에서 생성된 플로우별 라우팅 정보를 경로상의 무선 메쉬 라우터들에게 전송하는 전송부(24)를 포함한다. As shown in FIG. 4, the
이때, 상기 라우팅 정보는 플로우를 구별하기 위한 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 정보와 패킷을 전달받을 다음 라우터인 주변 메쉬 라우터 주소 중 하나를 포함하여 패킷의 이동경로 정보와, 라우팅 정보의 유효 시간 정보를 포함한다. 그리고 상기 유효 시간 정보를 통해 무선 메쉬 라우터(10)는 라우팅 정보가 계속 유지되지 않고 유효시간이 지난 후 최신 라우팅 정보를 다시 얻어 갈수 있도록 한다. At this time, the routing information includes routing information of the packet including the source router address for distinguishing the flow, the destination router address, the TCP port information of the packet, and the neighboring mesh router address, which is the next router to receive the packet, And the like. Then, the
그리고 상기 가용 대역폭 산출부(22)는 수집된 정보에 포함되는 에어타임 메트릭 정보를 이용하여 링크의 잠재적인 대역폭을 계산하고, 계산된 잠재적인 대역폭에서 최근 링크에서 사용한 패킷 전송량을 감소시켜 가용 대역폭을 산출한다.The available
그러면, 각 무선 메쉬 라우터들(10)은 중앙 처리부(20)로부터 수신된 라우팅 정보를 전달받아 라우팅 테이블에 저장하고, 전달되는 패킷들이 무선 메쉬 라우터(10)의 플로우별 라우팅 테이블을 통해 목적지 라우터까지 연쇄적으로 전달되게 한다. 또한 상기 무선 메쉬 라우터들(10)은 라우팅 정보에 포함된 유효 시간 정보를 통해 유효 시간이 지난 후 라우팅 테이블에 저장되어 있는 라우팅 정보를 라우팅 테이블에서 삭제하여 최근 네트워크 환경이 적용된 플로우를 중앙 제어부(20)에게 새롭게 요청한다.
Each of the
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다. The operation of the flow-by-flow routing apparatus considering the available bandwidth in the wireless mesh network environment according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals as those in Fig. 3 designate the same members performing the same function.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a flow-by-flow routing method considering an available bandwidth in a wireless mesh network environment according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하여 설명하면 먼저, 중앙 제어부(20)는 메쉬 네트워크 내의 모든 무선 메쉬 라우터(10)에게 각 무선 메쉬 라우터들(10)의 정보를 요청하는 메시지를 전송하고, 이 요청 메시지를 전송받은 각 무선 메쉬 라우터들(10)은 중앙 제어부(20)의 요청에 응답한다(S10). 이때, 응답 메시지는 도 6에서 도시하고 있는 Router_Stats 프레임에 맞춰서 전달한다. 상기 Router_Stats 프레임은 패킷의 MAC 주소, 자신과 연결되어 있는 라우터의 MAC 주소, 링크별 패킷 전송량, 그리고 라우팅 테이블의 정보로 구성되어 있다. 5, the
이어 중앙 제어부(20)는 각 무선 메쉬 라우터들(10)로부터 수집된 정보를 기반으로 자신과 주변의 무선 메쉬 라우터들(10)의 정보를 이용하여 전체 네트워크의 토폴로지 및 에어타임 메트릭(airtime metric) 정보를 산출하여 데이터베이스화하여 저장한다(S20). 이때, 상기 에어타임 메트릭(airtime metric) 정보는 상기 라우팅 테이블의 정보를 이용하여 다음 수학식 1을 적용하여 산출된다. 이때, 상기 에어타임 메트릭은 차후 링크별 패킷 전송량과 함께 가용 대역폭을 구하는 수치로 사용된다.Then, the
이후, 어플리케이션(미도시)을 통해 무선 메쉬 라우터(10)에 패킷이 도착하였을 때(S30), 해당 패킷이 중앙 제어부(20)에서 이미 플로우에 대한 라우팅 정보를 정해준 경우에는 라우팅 테이블에 저장되어 있는 플로우 엔트리 정보를 확인하여(S40) 패킷을 보낸 어플리케이션의 정보인 패킷의 TCP 포트 번호와 출발지 라우터 주소 그리고 도착지 라우터 주소를 기준으로 플로우를 분류하여 라우팅을 실시한다(S50). 그리고 해당 패킷이 중앙 제어부(20)에서 플로우에 대한 라우팅 정보가 정해지지 않은 경우에는(S40) 무선 메쉬 라우터(10)에서 중앙 제어부(20)로 라우팅 정보를 요청하게 된다(S60). 이때, 라우팅 정보를 통한 경로 요청 시 무선 메쉬 라우터(10)에서는 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP포트 번호를 함께 전송하여 플로우 분류의 기준으로 사용한다. Thereafter, when a packet arrives at the
한편, 이러한 라우팅 작업을 위해서 무선 메쉬 라우터(10)는 플로우별 라우팅 테이블이 존재하는데, 이 라우팅 테이블은 네트워크 상태를 반영하여 주기적인 갱신이 필요하다. 따라서 항목 당 수명을 정해주어 일정시간이 지난 후 항목을 플로우별 라우팅 테이블에서 삭제하고, 이 삭제된 항목에 해당하는 패킷이 무선 메쉬 라우터(10)에 도착 시에 최근 네트워크 환경이 적용된 플로우를 중앙 제어부(20)에게 새롭게 요청하게 된다. Meanwhile, for the routing operation, the
이와 같이, 무선 메쉬 라우터(10)로부터 라우팅 정보가 요청되면, 중앙 제어부(20)는 경로 요청과 함께 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 번호를 전달받아 위에서 산출된 전체 네트워크 토폴로지 정보와 라우팅 테이블 정보를 바탕으로 가용 대역폭을 측정하여 경로를 결정하게 된다. 이때, 상기 중앙 제어부(20)는 경로의 결정을 출발지 라우터에서 도착지 라우터까지의 모든 경로 중 가용 대역폭이 가장 높은 경로를 선택하게 된다(S70). 상기 가용 대역폭은 한 경로에서 사용할 수 있는 최소한의 대역폭, 즉 경로상의 단위 링크 중 가장 낮은 대역폭으로 한다.When the routing information is requested from the
상기 가용 대역폭의 측정은 라우팅 테이블의 정보를 이용하여 수학식 1을 적용하여 산출된 에어타임 메트릭(airtime metric) 정보와 링크별 패킷 전송량으로 계산되며, 다음 수학식 2와 같이 표시할 수 있다. The available bandwidth is calculated by using airtime metric information calculated by applying equation (1) using the information of the routing table and the packet transmission amount per link, and can be expressed by the following equation (2).
상기 수학식 2와 같이, 에어타임 메트릭만으로는 링크의 대역폭을 구할 수 없으므로, 에어타임 메트릭을 달리하는 실험을 통하여 메트릭 전송상수를 구하고, 에어타임 메트릭으로 나눠주는 방식으로 링크의 잠재적인 대역폭을 계산한다. 그리고 앞서 구한 잠재적인 대역폭에서 최근 링크에서 사용한 패킷 전송량을 감소시키면 실질적으로 사용가능한 가용 대역폭을 계산할 수 있게 된다.Since the bandwidth of the link can not be obtained using only the air time metric, as shown in Equation (2), the potential bandwidth of the link is calculated in such a manner that the metric transmission constant is obtained through experiments with different air time metrics and is divided by the air time metric . And, by reducing the amount of packet transmission used in the recent link in the previously obtained potential bandwidth, it becomes possible to calculate the usable bandwidth practically available.
이렇게 산출된 각 링크별 가용 대역폭을 가중치로 하여 최단 경로 우선(Shortest Path First : SPF) 알고리즘을 사용하면 도 7과 같은 플로우별 라우팅 알고리즘을 획득할 수 있게 된다. By using the calculated shortest path first (SPF) algorithm with the usable bandwidth of each link as a weight, it is possible to acquire the flow-specific routing algorithm as shown in FIG.
상기 과정을 거쳐 계산된 라우팅 정보는 중앙 처리부(20)에서 경로상의 각 무선 메쉬 라우터들(20)에게 전송된다(S80). 이때, 전송되는 라우팅 정보는 플로우를 구별하기 위한 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 정보와 패킷을 전달받을 다음 라우터인 주변 메쉬 라우터 주소 중 하나를 포함하여 패킷의 이동경로를 결정해주며, 마지막으로 라우팅 정보의 유효 시간을 정하여 전송함으로써, 라우팅 정보가 계속 유지되지 않고 유효시간이 지난 후 최신 라우팅 정보를 다시 얻어 갈수 있도록 한다.The routing information calculated through the above process is transmitted to each of the
그러면, 각 무선 메쉬 라우터들(20)은 중앙 처리부(20)로부터 라우팅 정보를 전달받아 라우팅 테이블에 저장하고, 이는 무선 메쉬 라우터(10)의 MAC 계층에 적재되어 내부나 외부에서 전달되는 패킷들이 무선 메쉬 라우터(10)의 플로우별 라우팅 테이블을 통해 목적지 라우터까지 연쇄적으로 전달되게 된다(S90).
Each of the
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (14)
라우팅 정보가 없는 플로우인 경우 상기 무선 메쉬 라우터로부터 수집된 정보를 기반으로 가용 대역폭을 적용하여 생성된 라우팅 정보를 상기 무선 메쉬 라우터에게 전달하는 중앙 제어부를 포함하여 구성되며,
이때, 상기 중앙 제어부는
무선 메쉬 라우터 노드들의 라우팅 테이블과 각각의 연결되어 있는 노드들의 링크 정보를 포함한 전체 토폴로지 정보를 수집하는 정보 수집부와,
상기 정보 수집부에서 수집된 정보를 이용하여 각 링크별 가용 대역폭을 산출하는 가용 대역폭 산출부와,
상기 가용 대역폭 산출부에서 산출된 가용 대역폭을 가중치로 하여 최단 경로 우선(Shortest Path First : SPF) 알고리즘을 사용하여 플로우별 라우팅 정보를 생성하는 라우팅 생성부와,
상기 라우팅 생성부에서 생성된 플로우별 라우팅 정보를 경로상의 무선 메쉬 라우터들에게 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치.At least two wireless mesh routers for establishing a wireless mesh network between each other, routing packets arriving from an application through a flow and delivering the packets to a destination router,
And a central control unit for delivering routing information generated by applying available bandwidth based on the information collected from the wireless mesh router to the wireless mesh router in the case of a flow having no routing information,
At this time, the central control unit
An information collecting unit for collecting all the topology information including the routing table of the wireless mesh router nodes and the link information of each of the connected nodes;
An available bandwidth calculating unit for calculating an available bandwidth for each link using the information collected by the information collecting unit;
A routing generator for generating flow-specific routing information using a shortest path first (SPF) algorithm with the usable bandwidth calculated by the available bandwidth calculator as a weight,
And a transmitter for transmitting the flow-specific routing information generated by the routing generator to the wireless mesh routers on the path.
상기 수집된 정보는 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 번호를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the collected information includes a source router address, a destination router address, and a TCP port number of a packet, in consideration of available bandwidth in a wireless mesh network environment.
상기 플로우별 라우팅 정보는 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소, 패킷의 TCP 포트 정보, 패킷을 전달받을 다음 라우터인 주변 메쉬 라우터 주소 중 하나를 포함하여 패킷의 이동경로 정보와, 라우팅 정보의 유효 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치.The method according to claim 1,
The flow-specific routing information includes route information of a packet including one of a source router address, a destination router address, a TCP port information of a packet, and a neighboring mesh router address to which a packet is to be delivered, and valid time information of the routing information Wherein the wireless mesh network environment includes at least one of a wireless network and a wireless mesh network.
상기 무선 메쉬 라우터는 플로우별 라우팅 정보에 포함된 유효 시간 정보를 통해 유효 시간이 지난 후 라우팅 테이블에 저장되어 있는 라우팅 정보를 라우팅 테이블에서 삭제하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the wireless mesh router deletes, from the routing table, routing information stored in the routing table after the expiration time passes through the valid time information included in the per-flow routing information. Star routing device.
상기 가용 대역폭 산출부는 수집된 정보에 포함되는 에어타임 메트릭 정보를 이용하여 링크의 잠재적인 대역폭을 계산하고, 계산된 잠재적인 대역폭에서 최근 링크에서 사용한 패킷 전송량을 감소시켜 가용 대역폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치.The method according to claim 1,
The available bandwidth calculating unit calculates the potential bandwidth of the link using the air time metric information included in the collected information and calculates the available bandwidth by reducing the packet transmission amount used in the last link in the calculated potential bandwidth Based Routing System Considering Available Bandwidth in Wireless Mesh Network Environment.
상기 무선 메쉬 라우터는 중앙 처리부로부터 수신된 라우팅 정보를 전달받아 라우팅 테이블에 저장하고, 전달되는 패킷들이 무선 메쉬 라우터의 플로우별 라우팅 테이블을 통해 목적지 라우터까지 연쇄적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the wireless mesh router receives the routing information received from the central processing unit and stores the received routing information in a routing table, and sequentially delivers the packets to the destination router through the routing table for each flow of the wireless mesh router. A routing - specific routing device considering available bandwidth in the environment.
상기 응답을 통해 수집되는 정보들을 바탕으로 전체 네트워크 토폴로지 정보와 가용대역폭 계산을 위한 자료구조를 생성 및 유지 하는 단계와,
임의의 무선 메쉬 라우터에 패킷이 도착했을 때 라우팅 정보가 없는 플로우인 경우에 라우팅 정보 요청이 수신되면, 상기 유지하고 있는 자료구조를 통하여 링크별 가용 대역폭을 계산하고 최단 경로 우선(Shortest Path First : SPF) 알고리즘에 가용 대역폭을 적용하여 플로우별 라우팅 정보를 산출하는 단계와,
상기 산출된 플로우별 라우팅 정보를 각 경로상의 무선 메쉬 라우터들에게 전송하여 패킷을 경로에 맞게 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법.Requesting information from each wireless mesh router and periodically responding to the request information;
Generating and maintaining a total network topology information and a data structure for calculating available bandwidth based on the information collected through the response;
When a routing information request is received when a packet arrives at a wireless mesh router and there is no routing information, the available bandwidth per link is calculated through the maintained data structure and a Shortest Path First (SPF) ) Algorithm by applying an available bandwidth to the routing information for each flow,
And routing the computed routing-specific routing information to the wireless mesh routers on each path to transmit the packet according to the path. The method according to any of the preceding claims, wherein the routing information is based on available bandwidth in the wireless mesh network environment.
상기 수신된 정보를 기반으로 자신과 주변의 무선 메쉬 라우터들을 포함하는 전체 네트워크의 토폴로지 및 에어타임 메트릭(airtime metric) 정보를 산출하여 데이터베이스화하여 저장하는 단계와,
임의의 무선 메쉬 라우터에 패킷이 도착했을 때 라우팅 정보가 없는 플로우인 경우에 라우팅 정보 요청이 수신되면, 경로 요청과 함께 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 번호를 전달받아 상기 산출된 전체 네트워크 토폴로지 정보와 라우팅 테이블 정보를 기반으로 가용 대역폭을 측정하는 단계와,
출발지 라우터에서 도착지 라우터까지의 모든 경로 중 상기 측정된 가용 대역폭이 가장 높은 경로를 선택하여 플로우별 라우팅 정보를 산출하는 단계와,
상기 산출된 플로우별 라우팅 정보를 각 경로상의 무선 메쉬 라우터들에게 전송하여 패킷을 경로에 맞게 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법.Transmitting a message requesting information of each wireless mesh router to all wireless mesh routers in the mesh network to receive information about the request,
Calculating topology and airtime metric information of the entire network including the wireless mesh router itself and surrounding wireless mesh routers based on the received information,
If a routing information request is received when a packet arrives at an arbitrary wireless mesh router, the route request is received, and the source router address, the destination router address, and the TCP port number of the packet are received along with the route request. Measuring available bandwidth based on network topology information and routing table information;
Calculating routing-specific routing information by selecting a route having the highest available bandwidth among all routes from a source router to a destination router;
And routing the computed routing-specific routing information to the wireless mesh routers on each path to transmit the packet according to the path. The method according to any of the preceding claims, wherein the routing information is based on available bandwidth in the wireless mesh network environment.
상기 요청에 대한 정보는 패킷의 MAC 주소, 자신과 연결되어 있는 라우터의 MAC 주소, 링크별 패킷 전송량, 그리고 라우팅 테이블의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the information on the request includes a MAC address of a packet, a MAC address of a router connected to the packet, a packet transmission amount per link, and information of a routing table. Way.
상기 무선 메쉬 라우터에 도착한 패킷에 라우팅 정보가 있는 경우는 어플리케이션을 통해 무선 메쉬 라우터에 도착한 패킷이 라우팅 테이블에 저장되어 있으면, 어플리케이션의 정보인 패킷의 TCP 포트 번호와 출발지 라우터 주소 그리고 도착지 라우터 주소를 기준으로 플로우를 분류하여 라우팅을 실시하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
If there is routing information in the packet arriving at the wireless mesh router, if the packet arriving at the wireless mesh router through the application is stored in the routing table, the TCP port number, the source router address and the destination router address of the packet, And routing is performed by classifying the flows into a plurality of wireless mesh networks.
상기 가용 대역폭은 한 경로에서 사용할 수 있는 최소한의 대역폭, 즉 경로상의 단위 링크 중 가장 낮은 대역폭인 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the available bandwidth is a minimum bandwidth that can be used in one path, that is, the lowest bandwidth among the unit links on the path, in consideration of available bandwidth in a wireless mesh network environment.
상기 가용 대역폭은 라우팅 테이블의 정보를 이용하여 산출된 에어타임 메트릭(airtime metric) 정보와 링크별 패킷 전송량으로 계산되어 측정되는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the available bandwidth is calculated by calculating airtime metric information and packet transmission amount per link, which are calculated using information of the routing table, and is measured, and the available bandwidth is considered in the wireless mesh network environment.
상기 플로우별 라우팅 정보는 출발지 라우터 주소, 도착지 라우터 주소 그리고 패킷의 TCP 포트 정보와 패킷을 전달받을 다음 라우터인 주변 메쉬 라우터 주소 중 하나를 포함하여 패킷의 이동경로와, 라우팅 정보의 유효 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서 가용 대역폭을 고려한 플로우별 라우팅 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
The routing-specific routing information includes a route of a packet including a source router address, a destination router address, TCP port information of a packet, and a neighboring mesh router address to which a packet is to be delivered, and an effective time of the routing information Wherein the method comprises the steps of:
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