KR101452613B1 - 모바일 에드혹 환경에서 ｐ２ｐ 라우팅 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모바일(Mobile) 에드혹(Ad-hoc) 환경에서 P2P(Peer-to-Peer) 라우팅(routing) 방법에 있어서, 소스 피어(Source Peer)가 목적지 피어(Peer)로 데이터를 전송함에 있어서, 라우팅(routing)을 수행할 수 있는 모든 경로를 탐색하는 단계, 상기 경로 중에서 라우팅을 수행할 경로를 선택하는 단계 및 상기 선택된 경로 상에 존재하는 피어가 데이터를 전송하지 못하는 경우, 이를 대체할 수 있는 대체 경로를 생성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 모바일 P2P 네트워크에서 라우팅 경로 생성 비용을 감소시키면서 안정적인 라우팅 경로를 유지하는 효과가 있다.

Description

모바일 에드혹 환경에서 Ｐ２Ｐ 라우팅 방법 {P2P routing method in mobile Ad-hoc network}
본 발명은 모바일 에드혹 환경에서 P2P 라우팅 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모바일 에드혹 환경에서 라우팅 경로 생성 비용을 최소화하기 위한 P2P 라우팅 방법에 관한 것이다.
90년대 중반 이후 인터넷의 발전으로 사용자들 사이에 음악, 동영상, 텍스트 형태의 정보를 상호 교환하고 가공하기 위한 많은 서비스들이 개발되었다. 일반적으로 이러한 서비스들은 클라이언트/서버 구조로 사용자의 증가에 따라 서버 부하를 증가시킬 뿐만 아니라 확장성, 신뢰성, 유연성에 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 P2P(Peer-to-Peer) 네트워크에 대한 연구들이 진행되고 있다. P2P는 기존의 클라이언트-서버 구조의 특성을 보완하기 위해 고안된 통신 모델로써 정보를 유기적으로 교환할 수 있는 양방향 커뮤니케이션 모델이다. P2P 네트워크는 피어가 클라이언트와 서버 기능을 동시에 수행하면서 피어들 사이에 분산된 정보를 공유하며 자율적으로 네트워크를 구성한다.
최근 무선 통신 기술 발전과 함께 PDA, 넷북, 스마트폰과 같은 모바일 기기의 등장으로 모바일 P2P 네트워크에 대한 관심이 집중되고 있다. 이와 함께 모바일 P2P 서비스를 제공하기 위해 모바일 기기의 이동성을 고려한 위치 기반 라우팅 기법에 대한 연구들이 진행되고 있다.
이동성에 기반한 서비스의 확장과 함께 단거리 무선 통신 기술의 발전으로 모바일(Mobile) 에드혹(Ad-hoc) 네트워크에 대한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 이에 따라 기존 P2P 서비스는 모바일 에드혹 기반의 P2P 서비스로 확장되어 활용되고 있다. 특히, PDA, 넷북, 스마트폰과 같은 모바일 기기의 등장으로 모바일 P2P 네트워크에 대한 관심이 집중되고 있다.
모바일 P2P 네트워크는 IEEE 802.11, 블루투스(bluetooth), UWB(Ultra Wide Band)와 같은 단거리 무선 통신 기술을 이용하여 피어들 사이에 통신을 제공하며, 파일 공유, 콘텐츠 전송, 추천 서비스 등을 제공한다. 모바일 P2P에 참여하는 피어들은 유선 환경에 참여한 피어에 비해 제한된 CPU, 메모리, 대역폭을 가지고 있다. 또한, 피어의 이동성에 따라 네트워크 토폴로지(topology)가 동적으로 변화하는 특성이 있다. 따라서 유선 환경에서 사용되는 P2P 기술을 모바일 P2P 네트워크에 직접 사용하기 어렵다.
모바일 P2P 서비스를 제공하기 위해서는 피어 이동성에 따른 네트워크 토폴로지 변화에 적응적이며, 소스 피어에서 목적 피어까지 안정적으로 데이터를 전달할 수 있는 라우팅 기법이 필요하다.
기존에 모바일 P2P 환경에서의 라우팅 방법을 몇가지 소개하면 다음과 같다.
첫번째 종래 라우팅 방식은 모바일 P2P 환경에서 라우팅 경로를 생성하기 위해 RREQ(Route Request) 메시지를 브로드캐스팅 방식으로 전송하는 기술을 제안한다. RREQ 메시지는 소스 피어 식별자, 목적지 피어 식별자, RREQ 메시지 식별자, 피어 식별자로 구성된 경로 리스트, RREQ 메시지를 전송하는 과정에서 수집한 각 피어의 위치 정보와 벡터 정보를 저장하는 LUV(Location Update Vectors)로 구성된다.
RREQ 메시지는 목적지 피어에 도달할 때까지 브로드캐스팅되고 목적지 피어는 각 RREQ 메시지를 포함한 RREP(Route Reply) 메시지를 소스 피어에게 전송한다. 이때, RREP 메시지 전송 경로는 RREQ 메시지에 등록된 경로 리스트 통하여 전송하게 된다. RREP 메시지는 RREQ의 LUV 값을 제외한 RREQ의 식별자를 포함하여 구성되어 있다.
모든 RREP 메시지를 수신한 소스 피어는 다수의 경로들 중 실제 데이터를 전송할 최적의 경로를 선택한다. 이 방식에서는 다수의 경로들 중 최소 홉을 가지는 경로를 선택하여 데이터를 전송하게 된다. 데이터를 전송하던 과정 중 피어의 이동으로 데이터 전송이 불가능할 경우가 발생한다. 따라서, 각 피어의 위치 정보와 벡터 정보를 가지는 LUV를 활용하여 피어들 간의 연결이 불가능한 시간을 계산하여 대체 경로를 미리 생성한다. 대체 경로 생성 과정은 초기 경로 생성 과정과 동일하다.
두번째 종래 라우팅 방식은 통신 지연 또는 경로의 최적화보다는 경로 유지 시간을 최대화하기 위한 목적으로 라우팅 방식이다. 즉, 경로 생성시 RREQ 메시지를 브로드캐스팅하여 목적지 피어까지 전송 후 목적지 피어는 RREP 메시지를 소스 피어에게 전송한다. 실제 라우팅을 수행할 경로는 max_RET가 큰 값을 선택한다. RET(Route Expiration Time)는 경로 만료 시간으로 피어의 벡터 정보를 이용하여 경로 상에서 피어들 간의 링크 유지 시간을 계산하여 가장 작은 링크 유지 시간 경로의 RET로 설정한다.
선택된 경로를 사용하여 데이터를 전송하는 과정 중 CL_Zone(Critical LET Zone) 범위 안에 LET(Link Expiration Time)가 포함된 피어가 존재한다면 대체 경로를 생성한다. 만약 CL_Zone 범위 안에 포함된 피어들이 목적지 피어에 가깝게 존재할 경우 현재 피어의 바로 이전 피어를 소스 피어로 가정하고 새로운 경로를 생성하고, 그렇지 않을 경우 초기 경로 생성 과정을 통해 동일한 과정을 수행하여 대체 경로를 생성한다.
이처럼 기존에 제안된 라우팅 기법들은 네트워크의 환경에 의존적으로 메시지 수가 기하급수적으로 증가한다. 즉, 전체 네트워크에 경로 생성 메시지를 전송하기 때문에 피어의 수가 증가되거나 네트워크의 크기가 증가할수록 전송해야 할 메시지 수가 증가하는 문제점이 있다. 또한, RREQ 메시지를 전달하는 과정에서 통신 가능한 피어가 존재하지 않을 경우 우회하는 방법으로 스텝 앤드 백(Step & back) 방법을 사용하여 우회 경로를 생성하기 때문에 불필요한 메시지 재전송 비용이 증가한다. 또한, 경로 선택 시 최소 홉을 가지는 경로를 선택하기 때문에 피어의 이동으로 인해 빈번한 대체 경로 생성 요청을 수행하는 단점이 있다. 또한, 피어들 사이에 연결성만을 고려하기 때문에 라우팅 경로가 길어질 수 있으며 라우팅 경로를 생성하기 위해 전체 네트워크에 라우팅 메시지를 전송해야 한다는 문제가 있다.
이처럼 기존에 제안된 연구들은 라우팅 경로를 생성하고 유지하기 위해 전체 네트워크에 메시지를 전송하기 때문에 많은 통신 비용이 요구되며 설정된 라우팅 경로를 통해 데이터 전송이 불가능할 경우 새로운 경로를 생성하기 위한 추가적인 비용이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서는 방향성 및 연결성을 고려하여 라우팅 경로를 생성하고 유지하는 위치 기반 라우팅 기법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에서는 모바일 기기의 이동성에 따라 라우팅 경로를 효과적으로 생성하기 위한 새로운 위치 기반 라우팅 기법을 제안하는 것을 그 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모바일(Mobile) 에드혹(Ad-hoc) 환경에서 P2P(Peer-to-Peer) 라우팅(routing) 방법에 있어서, 소스 피어(Source Peer)가 목적지 피어(Peer)로 데이터를 전송함에 있어서, 라우팅(routing)을 수행할 수 있는 모든 경로를 탐색하는 단계, 상기 경로 중에서 라우팅을 수행할 최적의 경로를 선택하는 단계 및 상기 선택된 경로 상에 존재하는 피어가 데이터를 전송하지 못하는 경우, 이를 대체할 수 있는 대체 경로를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 소스 피어는 상기 목적지 피어의 방향에 존재하는 피어들에게 RREQ(Route Request) 메시지를 전송하되, 상기 소스 피어는 2-홉(2-Hop) 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREQ 메시지를 송신하고, 상기 RREQ 메시지를 수신하는 피어들은 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREQ 메시지를 송신하는 방식으로 RREQ 메시지를 상기 목적지 피어에게 전달하고, 상기 목적지 피어는 상기 RREQ 메시지를 수신하면 수신 경로에 따라 RREP(Route Reply) 메시지를 상기 소스 피어로 전송하되, 상기 목적지 피어는 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREP 메시지를 송신하고, 상기 RREP 메시지를 수신하는 피어들은 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREP 메시지를 송신하는 방식으로 RREP 메시지를 상기 소스 피어에 전달한다.
본 발명의 일 실시예에서 각 피어는 현재 이동 방향에서 정해진 임계치를 벗어나거나, 피어와의 연결 정보가 변경되는 경우에 이웃 피어와의 통신을 수행하는 방식으로 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에 대한 정보를 유지할 수 있다.
상기 대체 경로를 생성하는 단계에서, 상기 대체 경로는 상기 RREP 메시지를 수신하는 과정에서 저장된 경로 정보를 이용하여 생성될 수 있다. 이때, 각 피어는 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에 대한 2-홉 통신 범위 내에 존재하는 피어들의 연결정보가 저장된 라우팅 테이블과, 이웃 피어들의 위치 정보가 저장된 위치 테이블을 저장할 수 있다.
상기 라우팅 테이블은 <hop, pid, pass> 구조로 되어 있으며, hop는 pid와의 통신 홉(hop) 수, pid는 이웃 피어의 식별자, pass는 pid에 연결된 이웃 피어 정보 목록을 포함할 수 있다.
상기 위치 테이블은 <pid, pos, pvv> 구조로 되어 있으며, pid는 이웃 피어의 식별자, pos는 위치 정보, pvv는 이동 방향 벡터를 포함할 수 있다.
상기 RREQ 메시지를 전달하는 피어를 포워딩 피어(forwarding peer)라고 하고, 상기 RREQ 메시지를 수신한 피어들이 상기 목적지 피어로 데이터를 전송하는데 소요되는 최소 시간을 통신 임계치이고, 자신의 이웃한 피어들 중에서 목적지 방향에 존재하는 피어가 존재하는지 여부를 판별하기 위해 사용되는 것을 목적지 피어 방향성이라고 할 때, 상기 포워딩 피어는 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 중 상기 통신 임계치를 만족하고, 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 중 상기 목적지 피어 방향성을 만족하고, 자신의 이웃 피어가 목적지 피어 방향성을 만족해야 한다.
상기 RREQ 메시지를 수신한 피어 Nr와 목적지 피어 Ne의 현재 위치를 각각 (xr, yr), (xe, ye)라 하고, 피어 Nr의 1-홉 내에 존재하는 피어 Ni의 위치를 (xi, yi)라 하고, 1-홉 내에서 데이터를 전송하는데 소요되는 시간을 Tr이라고 할 때,
상기 통신 임계치는
Figure 112013003704697-pat00001
의 수학식으로 나타낼 수 있다.
상기 RREQ 메시지를 수신한 피어 Nr와 피어 Ns의 현재 위치를 각각 (xr, yr), (xe, ye)라 하고, 피어의 1-홉 내에 존재하는 피어 Ni의 위치를 (xi, yi)라 하고,
Figure 112013003704697-pat00002
,
Figure 112013003704697-pat00003
, R은 1-홉 통신 거리라고 할 때, 상기 목적지 피어 방향성은
Figure 112013003704697-pat00004
,
Figure 112013003704697-pat00005
의 수식을 만족해야 한다.
상기 경로 중에서 라우팅을 수행할 최적의 경로를 선택하는 단계에서, 상기 소스 피어에서 상기 목적지 피어로 데이터를 전송하기 위한 홉(Hop) 수와, 라우팅 경로 상에 존재하는 피어들 사이의 연결 가능한 최소 시간으로 정의되는 경로 연결성을 모두 고려하여 최적의 경로를 선택할 수 있다.
상기 소스 피어에서 상기 목적지 피어로 데이터를 전송하기 위한 라우팅 경로 Ri가
Figure 112013003704697-pat00006
이고, TIi는 라우팅 경로에 존재하는 두 개의 연결된 피어들 사이의 최대 연결 가능 시간이라고 할 때, 상기 경로 연결성 CT(Ri)는,
Figure 112013003704697-pat00007
의 수학식으로 나타낼 수 있다.
t시점에서 피어
Figure 112013003704697-pat00008
의 위치를
Figure 112013003704697-pat00009
라고 할 때 Max(t)는
Figure 112013003704697-pat00010
을 만족하는 최대 시간을 나타내며, Tout는 현재 시간을 나타낸다고 할 때, 상기 TIi는
Figure 112013003704697-pat00011
의 수학식으로 나타낼 수 있다.
본 발명에 의하면 모바일 P2P 네트워크에서 라우팅 경로 생성 비용을 감소시키면서 안정적인 라우팅 경로를 유지하는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서는 이웃한 2-홉 정보를 이용하여 라우팅 경로 생성을 위한 메시지 전송을 감소시키고, 소스 피어와 목적지 피어 사이에 홉 수와 연결성을 고려하여 최적의 라우팅 경로를 생성한다.
또한, 실제 데이터를 전송하는 과정에서 피어의 이동으로 데이터 전송이 불가능할 경우 라우팅 경로 생성 과정에서 수신한 메시지를 이용하여 대체 경로 생성을 수행하기 때문에 대체 경로 생성을 위한 비용을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 경로를 생성하는 전체 처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 경로 생성을 위한 메시지 전송을 최소화하기 위한 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 라우팅 경로를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스의 라우팅 테이블 저장 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피어가 이동하기 전에 데이터를 전송하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 RREP 메시지를 수신하는 과정에서 저장된 라우팅 정보를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피어의 이동으로 대체 경로를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 에드혹 환경에서 P2P 라우팅 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 피어의 이동성에 따른 토폴로지의 변화에 적응적이며 경로 생성을 위한 메시지 전송 비용을 최소화하기 위한 라우팅 기법에 관한 것이다.
본 발명에서는 데이터 배포 정책 또는 질의 처리를 통해 목적지 피어(peer)에 대한 정보를 미리 알고 있다고 가정한다. 또한, 각 피어는 GPS와 같은 위치 인식 장치를 통해 자신의 위치 정보를 파악하고 있다고 가정한다. 각 피어는 현재 이동 방향에서 특정 임계치 이상 벗어나거나 피어와 연결 정보가 변경될 때 이웃 피어와의 통신을 수행한다. 이를 통해 각 피어는 2-홉(hop) 통신 범위 내에 있는 피어들에 대한 정보를 유지한다. 본 발명에서는 라우팅 경로를 생성하기 위한 RREQ 메시지를 전송하는 과정에서 목적지 방향에 존재하지 않는 피어들에게는 RREQ 메시지를 전송하지 않도록 하기 위하여 2-홉 피어 정보를 사용한다.
본 발명에서 모바일(Mobile) 에드혹(Ad-hoc) 환경에서 P2P(Peer-to-Peer) 라우팅(routing) 기법은 라우팅 경로 탐색 과정, 라우팅 경로 선택 과정 및 대체 경로 생성 과정으로 이루어진다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 에드혹 환경에서 P2P 라우팅 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 모바일(Mobile) 에드혹(Ad-hoc) 환경에서 P2P(Peer-to-Peer) 라우팅(routing) 방법에 있어서, 소스 피어(Source Peer)가 목적지 피어(Peer)로 데이터를 전송함에 있어서, 라우팅(routing)을 수행할 수 있는 모든 경로를 탐색한다(S101).
탐색한 경로 중에서 라우팅을 수행할 최적의 경로를 선택한다(S103).
선택된 경로 상에 존재하는 피어가 데이터를 전송하지 못하는 경우(S105), 이를 대체할 수 있는 대체 경로를 생성한다(S107).
본 발명에서 소스 피어는 목적지 피어의 방향에 존재하는 피어들에게 RREQ(Route Request) 메시지를 전송하되, 소스 피어는 2-홉(2-Hop) 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREQ 메시지를 송신하고, RREQ 메시지를 수신하는 피어들은 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREQ 메시지를 송신하는 방식으로 RREQ 메시지를 목적지 피어에게 전달한다.
본 발명에서 목적지 피어는 RREQ 메시지를 수신하면 수신 경로에 따라 RREP(Route Reply) 메시지를 소스 피어로 전송하되, 목적지 피어는 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREP 메시지를 송신하고, RREP 메시지를 수신하는 피어들은 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREP 메시지를 송신하는 방식으로 RREP 메시지를 소스 피어에 전달한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 경로를 생성하는 전체 처리 과정을 나타낸 도면이다. 즉, 도 1은 본 발명에서 제안하는 라우팅 기법의 전체적인 처리 과정을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서 라우팅 경로 탐색 과정은 소스 피어(Source Peer) S가 목적지 피어 E로 라우팅을 수행할 수 있는 모든 경로를 탐색하는 과정으로서, 목적지 피어 E의 방향에 존재하는 피어(Peer)들에게만 RREQ(Route Request) 메시지가 전송된다.
목적지 피어 E는 RREQ 메시지의 수신 경로에 따라 RREP(Route Reply) 메시지를 소스 피어 S로 전송한다. 이때, 각 피어는 라우팅 경로 상에 존재하는 피어의 이동으로 라우팅이 수행되지 못할 때 대체 경로를 생성하기 위해 목적지 피어로부터 전달된 RREP 메시지를 저장한다.
라우팅 경로 생성 과정에서 2-홉 피어 정보를 이용하여 목적지 피어의 방향에 존재하지 않는 N1과 N2 피어에게는 RREQ 메시지를 전송하지 않는다.
라우팅 경로 선택 과정은 목적지 피어 E로부터 수신한 RREP 메시지를 이용하여 경로를 통해 라우팅을 수행할 최적의 경로를 선택하는 과정이다.
대체 경로 생성 과정은 라우팅 경로 상에 존재하는 특정 피어가 데이터를 전송하지 못할 때 데이터를 전송할 우회 경로를 생성하는 과정이다. 예를 들어, 데이터를 전송할 라우팅 경로로 {S, N4, N5, E}가 선택되었다고 할 때, 라우팅 경로 상에 존재하는 N5에서 데이터를 전송하지 못할 때에는 대체 경로를 생성한다. 대체 경로는 RREP 메시지를 수신하는 과정에서 저장한 경로 정보를 이용하여 생성한다. 만약 대체 경로로 선택할 우회 경로가 존재하지 않을 때에는 RREQ 메시지를 재전송하여 경로 선택 과정을 다시 수행한다.
기존 모바일 P2P 환경의 라우팅 기법은 브로드캐스팅(broadcasting) 전송 방식을 사용하여 RREQ 메시지를 목적지 피어에게 전송하고 RREQ 메시지를 수신한 목적지 피어는 소스 피어에게 RREP 메시지를 전송한다. 그러나 이러한 과정은 네트워크 환경에 의존적으로 전송해야 하므로, 메시지 수가 기하급수적으로 증가할 수 있다. 또한, RREQ 메시지 전송 과정 중 더 이상 전송할 수 있는 피어가 존재하지 않을 경우에는 메시지를 우회하여 전송하거나 중복적인 경로에 메시지를 재전송하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 제안하는 본 발명에서는 RREQ 메시지를 목적지 피어에게 전송할 때 목적지 피어와의 방향성을 고려한다. 이를 위해 각 피어들은 2-홉(2-Hop) 정보를 유지하고 경로 탐색 과정 중 2-홉 내에 존재하는 피어의 위치를 고려하여, 목적지 피어 방향에 존재하지 않는 피어에게는 더 이상 RREQ 메시지를 전송하지 않는다. 이로 인해 본 발명의 라우팅 방식에서는 메시지를 전송하지 못할 때 우회 경로를 통해 메시지를 전송하거나 RREQ 메시지를 반송하는 비율을 감소시킬 수 있다.
멀티 홉(Multi-Hop) 통신을 통해 라우팅 경로를 생성하기 위한 RREQ 메시지를 전달하는 피어를 포워딩 피어(forwarding peer)라 하고, 라우팅 경로에 따라 실제 데이터를 전송하는 피어를 전송 피어(delivery peer)라 한다. 각 피어들은 자신의 2-홉 내에 존재하는 피어들에 대한 라우팅 테이블과 위치 테이블을 유지한다.
각 피어의 위치 테이블에는 이웃한 피어들의 위치 정보를 저장하는 테이블로 <pid, pos, pvv> 구조로 저장한다. 이때, pid는 이웃 피어의 식별자, pos는 위치 정보, pvv는 이동 방향 벡터를 나타낸다.
라우팅 테이블은 2-홉 내에 존재하는 피어들의 연결 정보를 저장하는 테이블로서 <hop, pid, pass> 구조로 저장한다. 이때, hop는 pid와 통신 홉 수, pass는 pid에 연결된 이웃 피어 정보 목록을 저장한다.
소스 피어로부터 RREQ 메시지를 수신한 피어는 2-홉 내에서 존재하는 피어들의 위치와 통신 임계치를 고려하여 포워딩 피어를 선택한다. 본 발명의 일 실시예에서 RREQ 메시지를 수신한 피어 중 다음 조건을 모두 만족할 경우 포워딩 피어로 선택된다.
(조건 1) 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 중 통신 임계치를 만족하는 피어.
(조건 2) 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 중 목적지 피어 방향성을 만족하는 피어.
(조건 3) 포워딩 피어의 이웃 피어가 목적지 피어 방향성을 만족하는지 여부.
본 발명에서 통신 임계치는 RREQ 메시지를 수신한 피어들이 목적지 피어로 데이터를 전송하는데 소요되는 최소 시간을 의미한다. 통신 임계치를 만족하지 못하는 피어는 실제 라우팅을 하는 수행하는 과정에서 목적지 피어로 데이터를 전송할 수 없다. 따라서 통신 임계치를 만족하지 못하는 피어는 RREQ 메시지를 전송할 포워딩 피어에서 제외된다.
RREQ 메시지를 수신한 피어 Nr와 목적지 피어 Ne의 현재 위치를 각각 (xr, yr), (xe, ye)라 하자. 피어 Nr의 1-홉 내에 존재하는 피어 Ni의 위치를 (xi, yi)라 할 때 통신 임계치는 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112013003704697-pat00012
이때, Tr은 1-홉 내에서 데이터를 전송하는데 소요되는 시간을 나타낸다.
본 발명에서 포워딩 피어로 선택되는 피어는 통신 임계치 이상 동안 통신이 가능해야 한다.
목적지 피어 방향성은 자신의 이웃한 피어들 중에서 목적지 방향에 존재하는 피어가 존재하는지 여부를 판별하기 위해 사용된다.
RREQ 메시지를 수신한 피어 Nr와 피어 Ns의 현재 위치를 각각 (xr, yr), (xe, ye)라 하고 피어의 1-홉 내에 존재하는 피어 Ni의 위치를 (xi, yi)라 하자. 그러면, 목적지 피어 방향성은 다음 수학식 2와 수학식 3을 만족해야 한다.
Figure 112013003704697-pat00013
Figure 112013003704697-pat00014
이때,
Figure 112013003704697-pat00015
,
Figure 112013003704697-pat00016
, R은 1-홉 통신 거리이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 경로 생성을 위한 메시지 전송을 최소화하기 위한 과정을 나타낸 도면이다. 즉, 도 2는 소스 피어 S에서 목적지 피어 E까지의 RREQ 메시지를 전송하는 포워딩 피어를 선택하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 소스 피어 S의 1-홉 내에는 N1, N2, N5의 피어가 존재한다고 가정하자.
N5는 소스 피어 S를 기준으로 목적지 피어 방향에 존재하지 않기 때문에 포워딩 피어로 선택되지 않는다.
이에 반해 N2는 1-홉 내에서 목적지 피어 방향성을 만족하면서 N2의 1-홉 내에 목적지 방향성을 만족하는 N3, N4가 존재하기 때문에 포워딩 피어로 선택된다.
N1 은 소스 피어 S를 기준으로 목적지 피어 방향성을 만족하지만 N1의 1-홉 내에 목적지 피어 방향성을 만족하는 피어가 존재하지 않기 때문에 포워딩 피어로 선택되지 않는다.
즉, 현재 RREQ 메시지를 수신한 피어 중 2-홉 내에 존재하는 피어들이 모두 목적지 피어 방향성을 만족하는 N2만을 포워딩 피어로 선택한다.
대부분의 기존 라우팅 기법들은 메시지를 전송하는 과정에서 목적지 피어 방향으로 피어가 존재하지 않거나 통신 가능한 피어가 존재하지 않을 경우 메시지를 전송할 우회 경로를 선택한다.
본 발명에서 제안하는 라우팅 기법에서는 우회 경로를 선택하기 위한 추가 비용을 제거하기 위해 이웃한 2-홉 피어 정보를 이용하여 메시지 전송이 가능한 피어가 존재하지 않을 경우, 포워딩 피어로 선택하지 않는다.
이러한 과정을 통해 본 발명에서는 우회 경로를 생성하기 위한 추가 비용을 감소시킬 수 있으며 안정적인 라우팅 경로를 생성할 수 있다.
또한, 이러한 과정을 통해 본 발명에서는 RREQ 메시지를 목적지 피어 E까지 전송한 후, 목적지 피어 E는 경로 정보를 포함한 RREP 메시지를 생성하여 소스 피어 S에게 전송한다.
소스 피어 S에게 RREP 메시지를 전송하는 과정에서 RREP 메시지를 수신한 피어들은 자신의 라우팅 테이블에 RREP 메시지에 포함된 목적지까지의 이동 경로 정보를 저장한다. 이러한 정보는 라우팅 경로 상에서 데이터를 전송하지 못할 경우 대체 경로를 생성하기 위해 사용된다.
목적지 피어 E와의 방향성과 2-홉 정보를 사용하여 RREQ 메시지를 전송하고 이에 대한 응답으로 RREP 메시지를 수신하면, RREP 메시지가 포함된 경로 정보를 이용하여 소스 피어 S로부터 목적지 피어 E까지 데이터 전송이 가능한 다수의 경로가 존재할 수 있다. 본 발명에서 데이터 전송이 가능한 다수의 경로가 존재할 경우, 실제 데이터를 전송할 최적의 라우팅 경로를 선택해야 한다.
데이터 전송 비용은 소스 피어에서 목적지 피어로 데이터를 전송하기 위한 홉 수에 의해 결정된다. 그러나 피어들 사이에 연결성이 낮을 경우 즉, 두 피어들 사이에 통신 가능한 시간이 짧을 경우 실제 데이터를 전송하는 과정에서 대체 경로를 생성하는 비용이 소요된다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 라우팅 기법에서는 경로 연결성과 홉 수를 모두 고려하여 실제 데이터를 전송할 라우팅 경로를 선택한다.
본 발명에서 경로 연결성은 라우팅 경로 상에 존재하는 피어들 사이에 연결 가능한 최소 시간으로 정의한다. 예를 들어, 소스 피어 S에서 목적지 피어 E로 데이터를 전송하기 위한 라우팅 경로 Ri가
Figure 112013003704697-pat00017
라고 할 때, 경로 연결성 CT(Ri)는 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112013003704697-pat00018
수학식 4에서 TIi는 라우팅 경로에 존재하는 두 개의 연결된 피어들 사이의 최대 연결 가능 시간으로 다음 수학식 5와 같이 계산된다.
Figure 112013003704697-pat00019
본 발명에서 제안하는 라우팅 기법에서는 RREP 메시지를 전송하면서 RREP 메시지를 전송하는 피어의 현재 위치와 위치 벡터를 전송한다. 이를 통해 t 시점의 위치를 계산한다. 이때, t시점에서 피어
Figure 112013003704697-pat00020
의 위치를
Figure 112013003704697-pat00021
라고 할 때 Max(t)는
Figure 112013003704697-pat00022
을 만족하는 최대 시간을 나타내며, Tout는 현재 시간을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 라우팅 경로를 생성하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스의 라우팅 테이블 저장 구조를 나타낸 도면이다.
도 3과 같이 라우팅 경로가 생성되었다고 가정하자. 도 3에서 피어들 사이의 숫자는 피어들 사이의 통신 가능 시간을 나타낸다.
소스 피어 S가 RREP 메시지를 수신하여 수집한 경로 정보가 도 4와 같다고 가정하자. 도 4의 테이블에서 데이터 전송이 가능한 6개의 경로 중 홉 수와 경로 연결성이 가장 우수한 R1을 라우팅 경로를 선택한다.
모바일 P2P 환경에서는 피어의 이동성으로 인해 초기 설정된 라우팅 경로로 데이터를 전송하지 못하는 경우가 발생한다. 따라서, 실제 데이터를 전송하는 과정에서 피어의 이동으로 데이터 전송이 불가능할 경우, 대체 경로를 생성한다. 만약 데이터를 전송하는 과정에서 초기 라우팅 경로를 생성하는 것과 동일한 과정을 통해 대체 경로를 생성할 경우, 데이터 전송 지연은 물론 RREQ/RREP 메시지를 추가적으로 전송해야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 RREP 메시지를 전송하는 과정에서 각 피어들은 목적지 피어로 데이터를 전송할 수 있는 라우팅 정보를 저장하고, 이를 활용하여 대체 경로를 생성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피어가 이동하기 전에 데이터를 전송하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 RREP 메시지를 수신하는 과정에서 저장된 라우팅 정보를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피어의 이동으로 대체 경로를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
예를 들어, 도 5와 같이 데이터를 전송하는 라우팅 경로로 {S, N2, N4, N5, E}가 사용되고 있다고 가정하자. 현재 경로를 통해 데이터를 전송하는 과정에서 N4가 이동할 경우, N2는 기존 라우팅 경로로 데이터 전송이 불가능하다. 따라서 N2는 자신의 라우팅 테이블을 이용하여 대체 경로를 생성한다. N2가 도 6과 같은 라우팅 테이블을 저장하고 있다면, 도 7과 같이 N4을 포함하지 않는 경로인 R1과 R2 경로를 대체 경로의 후보로 사용할 수 있다.
R1과 R2에 대해 현재 시점에서 피어들 사이의 통신 가능 시간을 재계산하여 경로 연결성을 계산하여 홉 수가 짧으면서 경로 연결성이 좋은 경로를 대체 경로로 생성한다. 도 7에서는 홉 수가 적은 경로인 R1경로를 대체 경로를 선택한 실시예이다. 즉, 도 7에서는 R1 경로인 {S, N2, N3, N6, E} 경로를 나타내고 있다.
만약 라우팅 테이블에 통신 임계치 내에서 통신이 가능한 피어가 존재하지 않거나, 라우팅 테이블에 대체 경로를 생성할 수 있는 경로가 존재하지 않을 경우 라우팅 경로를 재 생성한다. 이를 위해 라우팅 경로 상에서 데이터를 전송하지 못하는 피어는 소스 피어로 전송 실패 메시지를 전달한다. 전송 실패 메시지를 수신한 소스 피어는 초기 라우팅 경로를 생성한 과정을 재 수행한다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
S 소스 피어 E 목적지 피어

Claims (12)

  1. 모바일(Mobile) 에드혹(Ad-hoc) 환경에서 P2P(Peer-to-Peer) 라우팅(routing) 방법에 있어서,
    소스 피어(Source Peer)가 목적지 피어(Peer)로 데이터를 전송함에 있어서, 라우팅(routing)을 수행할 수 있는 모든 경로를 탐색하는 단계;
    상기 경로 중에서 라우팅을 수행할 경로를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 경로 상에 존재하는 피어가 데이터를 전송하지 못하는 경우, 이를 대체할 수 있는 대체 경로를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 소스 피어는 상기 목적지 피어의 방향에 존재하는 피어들에게 RREQ(Route Request) 메시지를 전송하되, 상기 소스 피어는 2-홉(2-Hop) 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREQ 메시지를 송신하고, 상기 RREQ 메시지를 수신하는 피어들은 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREQ 메시지를 송신하는 방식으로 RREQ 메시지를 상기 목적지 피어에게 전달하고,
    상기 목적지 피어는 상기 RREQ 메시지를 수신하면 수신 경로에 따라 RREP(Route Reply) 메시지를 상기 소스 피어로 전송하되, 상기 목적지 피어는 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREP 메시지를 송신하고, 상기 RREP 메시지를 수신하는 피어들은 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에게 RREP 메시지를 송신하는 방식으로 RREP 메시지를 상기 소스 피어에 전달하며,
    상기 경로 중에서 라우팅을 수행할 경로를 선택하는 단계에서, 상기 소스 피어에서 상기 목적지 피어로 데이터를 전송하기 위한 홉(Hop) 수와, 라우팅 경로 상에 존재하는 피어들 사이의 연결 가능한 최소 시간으로 정의되는 경로 연결성을 모두 고려하여 경로를 선택하는 것을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    각 피어는 현재 이동 방향에서 정해진 임계치를 벗어나거나, 피어와의 연결 정보가 변경되는 경우에 이웃 피어와의 통신을 수행하는 방식으로 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에 대한 정보를 유지하는 것을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대체 경로를 생성하는 단계에서,
    상기 대체 경로는 상기 RREP 메시지를 수신하는 과정에서 저장된 경로 정보를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    각 피어는 2-홉 통신 범위 내에 있는 피어들에 대한 2-홉 통신 범위 내에 존재하는 피어들의 연결정보가 저장된 라우팅 테이블과, 이웃 피어들의 위치 정보가 저장된 위치 테이블을 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은 <hop, pid, pass> 구조로 되어 있으며, hop는 pid와의 통신 홉(hop) 수, pid는 이웃 피어의 식별자, pass는 pid에 연결된 이웃 피어 정보 목록인 것임을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 위치 테이블은 <pid, pos, pvv> 구조로 되어 있으며, pid는 이웃 피어의 식별자, pos는 위치 정보, pvv는 이동 방향 벡터인 것임을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RREQ 메시지를 전달하는 피어를 포워딩 피어(forwarding peer)라고 하고, 상기 RREQ 메시지를 수신한 피어들이 상기 목적지 피어로 데이터를 전송하는데 소요되는 최소 시간을 통신 임계치이고, 자신의 이웃한 피어들 중에서 목적지 방향에 존재하는 피어가 존재하는지 여부를 판별하기 위해 사용되는 것을 목적지 피어 방향성이라고 할 때,
    상기 포워딩 피어는 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 중 상기 통신 임계치를 만족하고, 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 중 상기 목적지 피어 방향성을 만족하고, 자신의 이웃 피어가 목적지 피어 방향성을 만족하는 것임을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소스 피어에서 상기 목적지 피어로 데이터를 전송하기 위한 라우팅 경로 Ri가
    Figure 112014054131733-pat00028
    이고, TIi는 라우팅 경로에 존재하는 두 개의 연결된 피어들 사이의 최대 연결 가능 시간이라고 할 때, 상기 경로 연결성 CT(Ri)는,
    Figure 112014054131733-pat00029

    의 수학식으로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    t시점에서 피어
    Figure 112013003704697-pat00030
    의 위치를
    Figure 112013003704697-pat00031
    라고 할 때 Max(t)는
    Figure 112013003704697-pat00032
    을 만족하는 최대 시간을 나타내며, Tout는 현재 시간을 나타낸다고 할 때, 상기 TIi는
    Figure 112013003704697-pat00033

    의 수학식으로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 P2P 라우팅 방법.
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