KR101465138B1 - 온디멘드 방식의 모바일 애드혹 네트워크 라우팅에서의 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 연결 제어 방법 - Google Patents

온디멘드 방식의 모바일 애드혹 네트워크 라우팅에서의 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 연결 제어 방법 Download PDF

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이동만
한선영
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한국과학기술원
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Abstract

애드혹 네트워크에서의 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 연결 제어 방법에 관한 것이다.
애드혹 네트워크에서 수신 노드의 헬로 패킷 스케줄링 방법은, 패킷 히스토리를 분석하여 다음 패킷의 도착예정시간을 예측하는 단계, 상기 도착예정시간을 이용하여 헬로 패킷(hello packet)의 전송 간격을 획득하는 단계, 그리고 상기 전송 간격에 따라서 상기 헬로 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

온디멘드 방식의 모바일 애드혹 네트워크 라우팅에서의 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 연결 제어 방법{Method for scheduling of hello packet and controlling of link in On-Demand MANET Routing Protocols}
본 발명은 애드혹 네트워크에서의 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 연결 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온디멘드 방식의 모바일 애드혹 네트워크 라우팅에서 수신 노드의 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 송신 노드의 연결 제어방법에 관한 것이다.
스마트폰 등의 이동 단말들을 즉시적으로 연결하여 서비스를 제공하는 모바일 애드혹 네트워크에서는, 이웃 노드 간의 링크(link)를 확인하기 위해 헬로 패킷(Hello packet)을 교환하는 방식이 널리 사용된다.
한편, 모바일 애드혹 네트워크 상에서 간헐적으로 이루어지는 통신을 위해 헬로 패킷을 주기적으로 교환하는 것은 불필요한 패킷 전송을 발생시켜 단말의 배터리 누수를 초래할 수 있다. 이에 따라, 불필요한 헬로 패킷 전송을 최소화하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있다.
일 예로, 패킷 이벤트를 검출하고, 일정 임계값 이상 패킷 이벤트가 검출되지 않으면 헬로 패킷의 전송을 중지하는 방식이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 변화하는 모바일 애드혹 네트워크 환경에서 필요한 이웃 노드들 간의 링크 정보를 잃지 않으면서 배터리 누수를 효율적으로 방지하기 위한 임계값 설정에 어려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 모바일 애드혹 네트워크에서 통신 성능에 영향 없이 단말의 배터리 누수를 최소화하기 위한 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 연결 제어 방법 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 애드혹 네트워크에서 수신 노드의 헬로 패킷 스케줄링 방법은, 패킷 히스토리를 분석하여 다음 패킷의 도착예정시간을 예측하는 단계, 상기 도착예정시간을 이용하여 헬로 패킷(hello packet)의 전송 간격을 획득하는 단계, 그리고 상기 전송 간격에 따라서 상기 헬로 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 전송하는 단계에서, 상기 헬로 패킷은 상기 전송 간격에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 헬로 패킷 스케줄링 방법에서, 상기 헬로 패킷은 다른 노드와의 패킷 충돌을 방지하기 위한 지터(jitter) 값을 더 포함할 수 있다.
상기 헬로 패킷 스케줄링 방법에서, 상기 다음 패킷의 도착예정시간은, 패킷 간의 수신 간격을 지수 분포로 가정하고, 상기 다음 패킷의 도착예정시간을 일정 확률(
Figure 112013045144073-pat00001
) 이상으로 예측하는 식(
Figure 112013045144073-pat00002
)을 이용하여 산출될 수 있으며, 상기 식에서 x는 다음 패킷의 도착예정시간, β는 패킷 간의 평균 수신 간격, P FD 는 지수 분포의 누적 분포 함수(
Figure 112013045144073-pat00003
)이다.
상기 헬로 패킷의 전송 간격을 획득하는 단계는, 상기 다음 패킷의 도착예정시간을 상기 헬로 패킷의 전송 간격으로 획득하는 단계일 수 있다.
상기 헬로 패킷 스케줄링 방법은, 패킷이 수신되면, 상기 전송 간격을 기 설정된 디폴트 값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 헬로 패킷 스케줄링 방법은, 상기 전송 간격이 기 설정된 디폴트 값보다 작으면, 상기 전송 간격을 상기 디폴트 값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 디폴트 값은 상기 전송 간격의 최소값일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 애드혹 네트워크에서 송신 노드의 연결 제어 방법은, 이웃 노드의 헬로 패킷 전송 간격에 대한 정보가 포함된 헬로 패킷을 상기 이웃 노드로부터 수신하는 단계, 상기 헬로 패킷 전송 간격에 따라서 결정되는 시간 주기로, 상기 이웃 노드와의 링크에 대한 유효성을 판단하는 단계, 그리고 상기 링크에 대한 유효성 판단 결과에 따라서, 상기 이웃 노드와의 링크를 갱신하는 단계를 포함하며, 상기 헬로 패킷 전송 간격은, 상기 이웃 노드에서 수신 패킷의 히스토리를 분석하여 예측한 다음 패킷의 도착예정시간에 따라서 결정될 수 있다.
상기 연결 제어 방법에서, 상기 도착예정시간은, 패킷 간의 수신 간격을 지수 분포로 가정하고, 상기 다음 패킷의 도착예정시간을 일정 확률(1-P FD ) 이상으로 예측하는 식(
Figure 112013045144073-pat00004
)을 이용하여 산출될 수 있으며, 상기 식에서 x는 다음 패킷의 도착예정시간, β는 패킷 간의 평균 수신 간격, P FD 는 지수 분포의 누적 분포 함수(
Figure 112013045144073-pat00005
)이다.
상기 연결 제어 방법에서, 상기 시간 주기(Td)는 수학식 Td = (ALLOWED HELLO LOSS-0.5) * HELLO INTERVAL에 의해 산출될 수 있으며, 상기 수학식에서 ALLOWED HELLO LOSS는 헬로 패킷의 손실 허용 한계치이고, HELLO INTERVAL은 상기 헬로 패킷 전송 간격이다.
본 문서에 개시된 모바일 애드혹 네트워크에서의 헬로 패킷 스케줄링 방법 및 연결 제어 방법에 따르면, 수신 노드에서 다음 패킷의 도착 예정 시간을 예측하고, 이를 토대로 헬로 패킷의 전송 간격을 스케줄링 함으로써, 이웃 노드와의 연결성을 유지하기 위해 헬로 패킷을 전송하는데 드는 비용을 최소한으로 유지할 수 있다. 특히, 트래픽이 적은 환경에서는 헬로 패킷 전송 비용을 효과적으로 줄이는 것이 가능하다.
또한, 다음 패킷의 도착시간을 예측하여, 다음 패킷이 도착하기 전에 헬로 패킷이 전송되도록 스케줄링 함으로써, 통신 성능에 지장을 주지 않으면서도 헬로 패킷 전송 간격을 제어하여 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 송신 노드는 동적으로 변하는 헬로 패킷 전송 간격에 맞춰서 링크 갱신 주기를 조정함으로써, 고정된 값을 사용하는 기존의 방식에 비해 필요 없는 링크를 유지하기 위해 발생하는 배터리 누수를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 무선 네트워크를 도시한 것이다.
도 2는 일반적인 패킷 수신 이벤트 발생 시간과 링크 갱신 주기와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 노드를 도시한 구조도이다.
도 4는 패킷 수신 이벤트가 발생하는 시간 간격의 누적 분포 함수를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 노드를 도시한 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 수신 노드의 헬로 패킷 스케줄링 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 송신 노드의 연결 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 무선 네트워크를 도시한 것이다.
도 1에서는 본 발명의 실시 예가 적용되는 무선 네트워크로 복수의 노드(node)가 멀티 홉(hop)으로 통신하는 모바일 애드혹 네트워크(mobile ad-hoc network)를 도시하였다.
도 1을 참조하면, 모바일 애드혹 네트워크는 복수의 노드를 포함할 수 있다.
여기서, 노드는 이웃 노드와 공유되는 무선 통신 자원을 관리해주는 액세스 포인트(Access Point, AP) 등의 조정자(coordinator) 없이, 노드 스스로 인접한 이웃 노드와 동일한 무선 통신 자원을 공유하여 관리하는 방식을 채택하는 단말을 의미한다.
모바일 애드혹 네트워크는 고정된 게이트웨이가 없는 네트워크로서, 모든 노드가 이동 가능하고 동적으로 연결될 수 있다.
모바일 애드혹 네트워크에서 각 노드는 다른 노드로 패킷을 전송하는 송신 노드 또는 다른 노드로부터 패킷을 수신하는 수신 노드로 동작할 수 있다. 또한, 모바일 애드혹 네트워크에서 각 노드는 다른 노드들간의 멀티홉 연결을 지원하기 위한 중계 노드(forwarding node)의 역할을 수행할 수도 있다. 중계 노드로 동작하는 경우, 노드는 하나 이상의 이웃 노드들로부터 전송되는 패킷을 수신하고, 이를 지정된 다른 이웃 노드로 즉시 재전송한다.
한편, 모바일 애드혹 네트워크가 동작하기 위해서 가장 필요로 하는 정보는 각 노드 간의 이웃 정보이다. 이러한 이웃 노드에 대한 정보는 이웃 노드가 전송하는 헬로 패킷(Hello packet)을 성공적으로 수신함으로써 획득할 수 있다.
자신의 존재를 알리고 싶은 노드는 헬로 패킷을 주기적으로 전송한다. 이웃 노드로부터 헬로 패킷을 성공적으로 수신한 노드는 이를 토대로 이웃 노드를 인지하고, 각 이웃 노드와의 링크 유용성 정보(link availability information)를 포함하는 링크 정보를 갱신할 수 있다.
반면에, 각 노드는 이웃 노드로부터 기 설정된 시간 이상 헬로 패킷이 수신되지 않는 경우, 해당 노드와의 링크가 유효하지 않은 것으로 판단하여 해당 노드와의 링크를 해제할 수도 있다. 아래에서는 설명의 편의를 위해, 각 노드가 헬로 패킷 수신 여부를 토대로 이웃 노드와의 링크 유효성을 판단하는 기준이 되는 시간 간격을 '링크 갱신 주기(link refresh interval)'라 명명하여 사용한다.
모바일 애드혹 네트워크에서 헬로 패킷의 전송 간격을 결정하는 것은 매우 중요한 문제이다. 헬로 패킷의 전송 간격이 길어지면, 링크 정보를 갱신하는데 걸리는 시간이 길어지게 된다. 이에 따라, 노드의 이동, 새로운 노드의 추가, 기존 노드의 비활성 등과 같이 네트워크 토폴리지 정보에 변화가 있을 때 이를 감지하는데 시간이 길어지게 된다.
반면에, 헬로 패킷을 전송하는 간격이 짧아지면, 애드혹 네트워크 시스템의 부담이 증가한다. 잦은 헬로 패킷의 전송은 송신 노드 뿐만 아니라 수신 노드의 전력 소모 또한 증가시켜 불필요한 전력 소모를 발생시킬 수 있다. 특히, 모바일 애드혹 네트워크를 구성하는 각 노드의 배터리가 제한적이기 때문에, 불필요한 전력 소모는 각 노드의 동작 기간(lifetime)을 단축시키는 원인이 될 수 있다.
도 2는 일반적인 패킷 수신 이벤트 발생 시간과 링크 갱신 주기와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서, Td는 중계 노드에서의 링크 갱신 주기를 나타내고, Tw는 중계 노드에서 링크 갱신 주기(Td)가 경과한 후 패킷이 수신되기까지의 시간을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 링크 갱신 주기(Td)가 경과한 후 소정의 시간(Tw)이 경과한 후, 이웃 노드로 전달(forwarding)할 패킷이 수신되었다.
일반적으로, 링크의 유효성 검사는 패킷 전달 등을 위해 이웃 노드가 할당되기 전까지는 수행될 필요가 없다. 이에 따라, 링크 갱신 주기(Td)가 경과한 후 패킷이 도착하기까지의 시간(Tw)이 길어질 경우, 노드에서는 다수의 불필요한 헬로 패킷이 발생할 수 있다. 또한, 활동 중인 노드가 없는 지역으로 이동하여 패킷 이벤트가 발생하지 않는 상황에서도 노드가 헬로 패킷 전송을 지속할 경우, 불필요한 에너지 소비가 발생하게 된다.
본 발명의 실시 예에서는, 트래픽에 따라서 헬로 패킷 전송 간격을 동적으로 제어하고, 동적으로 변화하는 헬로 패킷 전송 간격에 따라서 링크 갱신 주기를 조정하는 방법을 제공한다. 이를 위해, 수신 노드에서는 다음 패킷의 도착시간을 미리 예측하고, 예측된 패킷 도착시간을 토대로 핼로 패킷의 전송 간격을 조정한다. 이는 이하 첨부된 도면들에 관한 상세한 설명을 통해 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 노드를 도시한 구조도이다. 또한, 도 4는 패킷 수신 이벤트가 발생하는 시간 간격의 누적 분포 함수(cumulative distributed function, CDF)를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 수신 노드(10)는 통신부(11), 패킷도착시간 예측부(12), 헬로 패킷 전송 제어부(13) 등을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성 요소들은 필수적인 것은 아니어서, 수신 노드(10)는 그보다 더 많거나 더 적은 구성 요소를 포함하도록 구현될 수도 있다.
통신부(11)는 모바일 애드혹 네트워크로 연결되는 이웃 노드와의 패킷 송수신 기능을 수행한다. 예를 들어, 이웃 노드로 헬로 패킷을 전송할 수 있다.
패킷도착시간 예측부(12)는 통신부(11)를 통해 수신되는 패킷의 히스토리를 분석하여, 다음 패킷의 도착시간을 예측할 수 있다.
도 4는 다수의 노드를 대상으로 패킷 수신 간격을 시뮬레이션한 결과를 도시한 것으로서, 파레토(parato) 및 ftp는 각각 트래픽을 발생시키는데 어떤 종류의 트래픽 발생기(traffic generator)가 사용되었는지를 나타낸다. 도 4에서 이벤트(event)는 이웃 노드로부터 패킷이 수신됨에 따라 발생하는 이벤트로서, 아래에서는 설명의 편의를 위해 이웃 노드로부터 패킷이 수신됨에 따라 발생하는 이벤트를 '패킷 수신 이벤트'라 명명하여 사용한다.
도 4를 참조하면, 패킷 수신 이벤트 간의 시간 간격은 지수 분포를 이루는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 패킷 수신 이벤트 간의 간격을 지수 분포로 가정한다.
지수 분포의 누적 분포 함수(F(x, β))는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112013045144073-pat00006
여기서, x는 패킷 수신 이벤트간의 시간 간격(event interval)을 나타내고, β는 패킷 수신 이벤트 간의 평균 간격(average interval)을 나타낸다. 패킷 수신 이벤트 간의 평균 간격은, 통신부(11)를 통해 수신되는 패킷들의 수신 간격을 분석하여 획득할 수 있다.
F(x, β)를 P FD 로 나타내면, 위 수학식 1로부터 다음 패킷 수신 이벤트의 발생 간격 즉, 다음 패킷이 도착하기까지의 시간(x)을 일정 확률(1-P FD ) 이상으로 예측하는 아래의 수학식 2를 도출할 수 있다.
Figure 112013045144073-pat00007
Figure 112013045144073-pat00008
패킷도착시간 예측부(12)는 위 수학식 2를 통해 다음 패킷이 도착하기까지의 시간(x)을 획득하면, 이를 토대로 다음 패킷의 도착시간을 예측한다.
헬로 패킷 전송 제어부(13)는 패킷도착시간 예측부(12)에 의해 다음 패킷이 도착하기까지의 시간(x)이 획득되면, 이를 토대로 헬로 패킷의 전송 간격을 획득한다. 또한, 획득한 헬로 패킷 전송 간격에 기반하여 수신 노드(10)의 헬로 패킷 전송을 제어한다.
패킷 중계 시, 이웃 노드와의 링크의 유효성 판단은 패킷 수신 이벤트가 발생하여 해당 이웃 노드가 패킷을 전달할 상대 노드로 할당되는 경우에만 필요하다. 따라서, 수신 노드(10)는 송신 노드(후술하는 도 5의 도면부호 20 참조)에 다음 패킷이 도착하기 전에만 헬로 패킷을 송신 노드(20)로 전달하고, 송신 노드(20)는 다음 패킷이 도착하기 이전에만 헬로 패킷을 수신하여 링크 유효성에 판단하더라도, 패킷 손실 없이 두 노드 간의 링크를 유지하는 것이 가능하다.
이에 따라, 헬로 패킷 전송 제어부(13)는 위 수학식 2를 통해 예측한 다음 패킷 수신 이벤트의 발생 간격 즉, 다음 패킷이 도착하기까지의 시간(x)을 수신 노드(10)의 헬로 패킷 전송 간격으로 사용할 수 있다.
한편, 헬로 패킷 전송 제어부(13)는 패킷이 수신되면, 기 설정된 디폴트 값으로 헬로 패킷 전송 간격을 초기화할 수 있다. 헬로 패킷 전송 간격의 디폴트 값은, 헬로 패킷 전송 간격의 최소값으로 설정된다.
헬로 패킷의 전송 간격을 초기화한 후, 헬로 패킷 전송 제어부(13)는 다시 다음 패킷의 도착 시간을 예측하고, 이를 토대로 헬로 패킷 전송 간격을 조정하는 동작을 반복한다.
한편, 헬로 패킷 전송 제어부(13)는 다음 패킷의 도착예정시간을 토대로 획득한 헬로 패킷 전송 간격이 기 설정된 디폴트 값보다 작은 경우, 헬로 패킷 전송 간격을 디폴트 값으로 설정할 수 있다. 즉, 다음 패킷의 도착예정시간으로부터 획득한 헬로 패킷 전송 간격이 기 설정된 디폴트 값보다 큰 경우에만 이를 실제 헬로 패킷 전송 간격으로 사용할 수 있다.
헬로 패킷 전송 제어부(13)는 헬로 패킷 전송 간격이 결정되면, 이를 헬로 패킷을 스케줄링 한다. 또한, 헬로 패킷에 새롭게 조정된 헬로 패킷 전송 간격에 대한 정보를 포함시켜 이웃 노드로 전송한다. 헬로 패킷은, 다른 노드와의 패킷 충돌을 방지하기 위해 지터(jitter) 값을 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 노드를 도시한 구조도이다.
도 5를 참조하면, 송신 노드(20)는 통신부(21), 연결 제어부(22) 등을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 구성 요소들은 필수적인 것은 아니어서, 송신 노드(20)는 그보다 더 많거나 더 적은 구성 요소를 포함하도록 구현될 수도 있다.
통신부(21)는 모바일 애드혹 네트워크로 연결되는 이웃 노드와의 패킷 송수신 기능을 수행한다. 예를 들어, 이웃 노드로부터 헬로 패킷을 수신할 수 있다.
연결 제어부(22)는 이웃 노드로부터 수신되는 헬로 패킷을 토대로 이웃 노드와의 링크 유효성을 판단하고, 판단 결과를 토대로 이웃 노드와의 링크를 유지/해제할 수 있다. 예를 들어, 연결 제어부(22)는 이웃 노드로부터 헬로 패킷이 수신되면, 해당 노드와의 링크를 유지한다. 반면에, 소정 시간 즉, 링크 갱신 주기 이상 헬로 패킷이 수신되지 않은 노드에 대해서는 링크에 오류가 발생한 것으로 판단하고 해당 노드와의 링크를 해제한다.
연결 제어부(22)는 이웃 노드와의 링크에 대한 유효성 판단 결과를 토대로 링크 정보를 갱신한다.
또한, 연결 제어부(22)는 이웃 노드로부터 수신되는 헬로 패킷으로부터 헬로 패킷 전송 간격에 대한 정보를 획득하고, 이를 토대로 링크 갱신 주기를 갱신할 수 있다.
링크 갱신 주기(Td)은 아래의 수학식 3을 이용하여 나타낼 수 있다.
Figure 112013045144073-pat00009
위 수학식 1에서, ALLOWED HELLO LOSS는 헬로 패킷의 손실 허용 한계치이고, HELLO INTERVAL은 헬로 패킷으로부터 추출한 헬로 패킷 전송 간격을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 수신 노드의 헬로 패킷 스케줄링 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 수신 노드(10)는 송신 노드(20)로 동작하는 이웃 노드와의 링크가 설정됨에 따라, 헬로 패킷 전송 간격을 디폴트 값으로 초기화한다(S101). 여기서, 디폴트 값은 헬로 패킷 전송 간격의 최소값에 해당한다.
수신 노드(10)는 링크가 설정된 송신 노드(20)로부터 수신되는 패킷을 지속적으로 분석하여, 다음 패킷의 도착시간을 예측한다(S102). 즉, 수신 노드(10)는 패킷 수신 히스토리를 분석함으로써, 수신되는 패킷 간의 평균 간격을 획득할 수 있다. 또한, 이를 위 수학식 2에 도입하여 다음 패킷의 도착시간을 예측할 수 있다.
이후, 수신 노드(10)는 다음 패킷의 도착예정시간을 토대로 헬로 패킷 전송 간격을 설정한다(S103).
헬로 패킷 전송 간격이 설정되면, 수신 노드(10)는 이를 기 설정된 디폴트 값 즉, 최소값과 비교한다(S104).
그리고, 상기 S103 단계를 통해 설정된 헬로 패킷 전송 간격이 최소값보다 작은 경우, 수신 노드(10)는 헬로 패킷 전송 간격을 최소값으로 재설정한다(S105). 반면에, 상기 S103 단계를 통해 설정된 헬로 패킷 전송 간격이 최소값 이상인 경우, 수신 노드(10)는 상기 S103 단계를 통해 설정된 헬로 패킷 전송 간격을 유지한다.
한편, 수신 노드(10)는 헬로 패킷 전송 간격이 설정되면, 이를 토대로 헬로 패킷의 전송을 스케줄링 한다(S106). 즉, 헬로 패킷의 전송을 제어한다.
상기 S106 단계에서, 헬로 패킷 전송 시, 수신 노드(10)는 조정된 헬로 패킷 설정 구간에 대한 정보와, 이웃 노드와의 충돌 방지를 위한 지터 값을 헬로 패킷에 포함시켜 전송할 수 있다.
한편, 송신 노드(20)로부터 데이터 패킷이 수신되는 경우(S107), 수신 노드(10)는 헬로 패킷 전송 간격을 디폴트 값으로 초기화한다. 그리고, 전술한 S102 단계 내지 S106 단계를 반복해서 수행한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 송신 노드의 연결 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 송신 노드(20)는 수신 노드(10)로 동작하는 이웃 노드와의 링크가 설정됨에 따라, 링크 갱신 주기를 디폴트 값으로 설정한다(S201). 여기서, 디폴트 값은 헬로 패킷 전송 간격이 최소값인 경우, 위 수학식 3을 통해 획득될 수 있다.
이후, 송신 노드(20)는 링크 갱신 주기 내에 수신 노드(10)로부터 헬로 패킷이 수신되는지를 모니터링 한다(S202).
링크 갱신 주기 내에 헬로 패킷이 수신되지 않는 경우, 송신 노드(20)는 수신 노드(10)와의 링크를 종료한다(S203). 즉, 해당 노드와의 링크를 해제한다.
반면에, 링크 갱신 주기 내에 헬로 패킷이 수신되는 경우, 송신 노드(20)는 수신 노드(10)와의 링크를 유지한다. 또한, 수신된 헬로 패킷으로부터 수신 노드(10)의 헬로 패킷 전송 구간에 대한 정보를 추출하고, 이를 위 수학식 3에 적용하여 링크 갱신 주기를 갱신한다(S204).
전술한 본 발명의 실시 예에 따르면, 수신 노드에서 패킷 수신 히스토리를 분석하여 다음 패킷의 도착시간을 예측하고, 이를 토대로 헬로 패킷의 전송 간격을 동적으로 제어하는 방법은, 기존의 방식과 비교하여, 다음 패킷을 전달하기까지 전까지 이웃 노드와의 연결성을 유지하기 위해 헬로 패킷을 전송하는데 드는 비용을 최소한으로 유지할 수 있다. 특히, 트래픽이 적은 환경에서는 헬로 패킷 전송 비용을 효과적으로 줄이는 것이 가능하다.
또한, 수신 노드에서 다음 패킷의 도착시간을 예측하여 헬로 패킷 전송 간격을 산출함으로써, 통신 성능에 지장을 주지 않으면서도 헬로 패킷 전송 간격을 제어하여 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 송신 노드는 링크 갱신 주기를 헬로 패킷 전송 간격에 따라서 동적으로 조정함으로써, 고정된 값을 사용하는 기존의 방식에 비해 필요 없는 링크를 유지하기 위해 발생하는 배터리 누수를 방지하는 효과가 있다.
본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 애드혹 네트워크에서 수신 노드의 헬로 패킷 스케줄링 방법에 있어서,
    패킷 히스토리를 분석하여 다음 패킷의 도착예정시간을 예측하는 단계,
    상기 도착예정시간을 이용하여 헬로 패킷(hello packet)의 전송 간격을 획득하는 단계, 그리고
    상기 전송 간격에 따라서 상기 헬로 패킷을 전송하는 단계
    를 포함하는 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계에서,
    상기 헬로 패킷은 상기 전송 간격에 대한 정보를 포함하는 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헬로 패킷은 다른 노드와의 패킷 충돌을 방지하기 위한 지터(jitter) 값을 더 포함하는 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다음 패킷의 도착예정시간은, 패킷 간의 수신 간격을 지수 분포로 가정하고, 상기 다음 패킷의 도착예정시간을 일정 확률(
    Figure 112013045144073-pat00010
    ) 이상으로 예측하는 식(
    Figure 112013045144073-pat00011
    )을 이용하여 산출될 수 있으며, 상기 식에서 x는 다음 패킷의 도착예정시간, β는 패킷 간의 평균 수신 간격, P FD 는 지수 분포의 누적 분포 함수(
    Figure 112013045144073-pat00012
    )인 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 헬로 패킷의 전송 간격을 획득하는 단계는,
    상기 다음 패킷의 도착예정시간을 상기 헬로 패킷의 전송 간격으로 획득하는 단계인 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    패킷이 수신되면, 상기 전송 간격을 기 설정된 디폴트 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전송 간격이 기 설정된 디폴트 값보다 작으면, 상기 전송 간격을 상기 디폴트 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 디폴트 값은 상기 전송 간격의 최소값인 헬로 패킷 스케줄링 방법.
  9. 애드혹 네트워크에서 송신 노드의 연결 제어 방법에 있어서,
    이웃 노드의 헬로 패킷 전송 간격에 대한 정보가 포함된 헬로 패킷을 상기 이웃 노드로부터 수신하는 단계,
    상기 헬로 패킷 전송 간격에 따라서 결정되는 시간 주기로, 상기 이웃 노드와의 링크에 대한 유효성을 판단하는 단계, 그리고
    상기 링크에 대한 유효성 판단 결과에 따라서, 상기 이웃 노드와의 링크를 갱신하는 단계를 포함하며,
    상기 헬로 패킷 전송 간격은, 상기 이웃 노드에서 수신 패킷의 히스토리를 분석하여 예측한 다음 패킷의 도착예정시간에 따라서 결정되는 특징으로 하는 연결 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도착예정시간은,
    패킷 간의 수신 간격을 지수 분포로 가정하고, 상기 다음 패킷의 도착예정시간을 일정 확률(1-P FD ) 이상으로 예측하는 식(
    Figure 112013045144073-pat00013
    )을 이용하여 산출되며,
    상기 식에서 x는 다음 패킷의 도착예정시간, β는 패킷 간의 평균 수신 간격, P FD 는 지수 분포의 누적 분포 함수(
    Figure 112013045144073-pat00014
    ) 인 연결 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 시간 주기(Td)는 수학식 Td = (ALLOWED HELLO LOSS-0.5) * HELLO INTERVAL에 의해 산출되며,
    상기 수학식에서 ALLOWED HELLO LOSS는 헬로 패킷의 손실 허용 한계치이고, HELLO INTERVAL은 상기 헬로 패킷 전송 간격인 연결 제어 방법.

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