KR101605958B1 - 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템 - Google Patents

생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템이 제시된다.
생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법에 있어서, 인공개미 패킷을 통해 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트 하는 단계; 상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당하는 단계; 및 노드의 모든 링크가 상기 채널을 할당 받을 때까지 반복 수행하는 단계를 포함한다.

Description

생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템{Method and System for Scheduling in Wireless Mesh Network based on Bio-inspired Algorithm}
본 발명은 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 우선 순위 프레임에 대한 스케줄링 우선권이 주어져 프레임 전송에 대한 지연(Delay) 요구 조건을 만족시킬 수 있는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 메쉬 네트워크(WMN: Wireless Mesh Network)는 인터넷을 통해 트래픽이 전송되거나 또는 인터넷으로 트래픽을 전달하는 멀티홉 에드혹 네트워킹(Multi-hop Ad Hoc Networks) 방식을 이용한다. 무선 메쉬 네트워크(WMN)는 메쉬 노드(Mesh Node)와 메쉬 클라이언트(Mesh Client)를 포함하는 무선 네트워크이다. 여기서, 메쉬 노드는 통상적인 무선 라우터와 같이 게이트웨이 및 브리지 기능을 위한 라우팅 능력 이외에 메쉬 네트워킹을 지원하는 추가적인 라우팅 기능을 수행한다. 메쉬 노드는 최소의 이동성을 가지며, 메쉬 클라이언트를 위한 메쉬 백본을 형성하는 중추적 기능을 수행한다.
그러나, 이러한 무선 메쉬 네트워크의 구성은 네트워크의 인접 노드에서 유발하는 간섭 때문에 무선 메쉬 네트워크에서 메쉬의 용량에 반대로 영향을 미친다. 이러한 용량 문제를 해결하기 위해, 무선 메쉬 네트워크에 적응된 수정된 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 이용한 방식, 단일 라디오에서 채널 변경을 이용한 방식, 및 지향성 안테나를 이용한 방식 등과 같은 여러 가지 방식이 이용되고 있다.
한국 등록 특허 제10-1158974호는 다중 라디오를 가진 무선 메쉬 노드에서의 채널 할당 방법에 관한 것으로, 이웃 노드로부터 수집된 소정 홉 내의 이웃 노드의 채널상태정보 및 채널청취정보를 이용하여 채널 상태를 식별하여 선택된 후보 채널을 할당하는 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
그러나, 채널 점유 정보와 RSSI 값과 같은 링크 상태 정보를 이용한 채널 할당 방법에서 링크 상태가 좋은 채널에 우선 할당하는 방식은 주파수 효율을 최대화 하지 못할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 생체 모방 알고리즘을 활용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 링크 가중치 기반의 채널 할당을 수행하고, 요구한 전송 프레임 수만큼 링크를 활성화함으로써, 효율적인 채널 할당을 통해 스펙트럼 효율(Spectral Efficiency)을 향상시킬 수 있는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 우선 순위 프레임에 대한 스케줄링 우선권이 주어져 프레임 전송에 대한 지연(Delay) 요구 조건을 만족 시킬 수 있는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템을 제공한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법에 있어서, 인공개미 패킷을 통해 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트 하는 단계; 상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당하는 단계; 및 노드의 모든 링크가 상기 채널을 할당 받을 때까지 반복 수행하는 단계를 포함한다.
상기 인공개미 패킷을 통해 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트 하는 단계는 상기 채널 할당 결정 최대값을 계산하는 단계; 상기 인공개미 패킷을 통해 3홉 이내 상기 노드들의 상기 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값을 획득하는 단계; 및 상기 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당하는 단계는 상기 채널 할당 결정 최대값의 통계에서 가장 큰 값이 상기 채널에 할당되었는지 판단하는 단계; 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널의 존재 여부를 판단하는 단계; 상기 채널 할당 결정 최대값을 가지는 상기 링크에 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당하는 단계; 상기 링크 활성화 시간을 프레임 단위로 할당하는 단계; 및 상기 프레임을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당하는 단계는 링크 가중치 기반으로 상기 채널을 할당할 수 있다.
상기 링크 가중치 기반으로 상기 채널을 할당하는 단계는 전송 프레임 가중치 및 우선 순위 프레임 가중치를 계산하는 단계; 상기 전송 프레임 가중치와 상기 우선 순위 프레임 가중치를 기반으로 링크 가중치를 계산하는 단계; 및 구간 주기와 큐의 프레임 양 변화에 따라 상기 링크 가중치를 업데이트 하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템에 있어서, 인공 개미를 생성하고 분석하는 인공개미 분석부; 상기 인공 개미 분석부를 통해 채널 점유 상태 정보를 업데이트 하는 채널 점유 상태 통계부; 채널 할당 결정 최대값을 계산하여 업데이트 하는 채널 할당 결정 최대값 통계부; 상기 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하는 채널 할당부; 상기 채널 할당부에서 채널을 할당 받은 링크의 링크 활성화 시간을 할당하는 링크 스케줄러를 포함한다.
이웃 노드의 정보를 획득하여 통계를 내어 상기 채널 할당부에 정보를 제공하는 로컬 통계부를 더 포함할 수 있다.
전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치를 이용하여 링크 가중치를 계산하는 링크 가중치 계산부를 더 포함하며, 상기 링크 가중치 계산부는 상기 링크 가중치 계산부에서 계산한 상기 링크 가중치를 기반으로 상기 채널 할당 결정 최대값 통계부에서 상기 채널 할당 결정 최대값을 업데이트 할 수 있다.
상기 채널 할당 결정 최대값 통계부는 상기 채널 할당 결정 최대값을 계산하고, 상기 인공개미 패킷을 통해 3홉 이내 상기 노드들의 상기 채널 할당 결정 최대값을 획득하여 정보를 업데이트 할 수 있다.
상기 채널 할당부는 상기 채널 할당 결정 최대값 통계부에서 가장 큰 값이 상기 채널에 할당되었는지 확인하고, 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널이 존재하는지 확인하여, 상기 채널 할당 결정 최대값을 가지는 상기 링크에 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 생체 모방 알고리즘을 활용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 링크 가중치 기반의 채널 할당을 수행하고, 요구한 전송 프레임 수만큼 링크를 활성화함으로써, 효율적인 채널 할당을 통해 스펙트럼 효율(Spectral Efficiency)을 향상시킬 수 있는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 우선 순위 프레임에 대한 스케줄링 우선권이 주어져 프레임 전송에 대한 지연(Delay) 요구 조건을 만족 시킬 수 있는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메쉬 노드의 구성을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 계산 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 가중치 계산 및 업데이트 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개미 군집 최적화을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공개미 패킷 포맷을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차적 간섭 조건을 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메쉬 노드의 구성을 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 무선 메쉬 네트워크에서 메쉬 노드는 우선 순위 프레임과 비우선 순위 프레임으로 구별될 수 있다. 이와 같이, 메쉬 노드에서 우선 순위 프레임에 대한 스케줄링 우선권이 주어지므로, 프레임 전송에 대한 지연 요구 조건을 만족시킬 수 있다. 여기서, 플로우에 대한 라우팅 경로는 주어진다.
무선 메쉬 네트워크는 다수의 메쉬 노드 및 메쉬 게이트웨이를 포함할 수 있다. 이러한, 무선 메쉬 네트워크는 메쉬 게이트웨이와 연결된 IP 네트워크를 통해 응용 시스템과 연결될 수 있다. 그리고, 메쉬 게이트웨이는 무선 메쉬 네트워크에 접속된 사용자 트래픽을 IP 백본 네트워크로 전송하거나, 그 반대방향으로 전송하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 메쉬 노드는 자신을 제외한 메쉬 노드 및 메쉬 게이트웨이 중에서 자신과 연결되어 있는 이웃 노드 간의 연결과 함께 메쉬 클라이언트의 접속을 허용하고, 일정한 무선 커버리지를 가질 수 있다. 예를 들어, 메쉬 노드는 메쉬 클라이언트의 접속을 허용하고 있지만, 이웃 노드 또는 메쉬 게이트웨이와 연결되지 않은 상태를 가진다. 여기서, 메쉬 노드 간에서는 2개 이상의 무선 링크가 설정되고 유지될 수 있다.
따라서, 무선 메쉬 네트워크는 메쉬 노드 간의 연결 즉, 메쉬 링크를 통해 임의 지점에서 다른 임의의 지점까지 경로 다이버시티를 제공하며, 각 링크 채널을 위한 다수의 메쉬 노드에는 채널이 할당될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 계산 방법을 나타낸 흐름도이다.
단계(210)에서, 가중치 계산 시스템은 전송 프레임 가중치 및 우선 순위 프레임 가중치를 계산할 수 있다.
단계(220)에서, 가중치 계산 시스템은 전송 프레임 가중치와 상기 우선 순위 프레임 가중치를 기반으로 링크 가중치를 계산할 수 있다.
단계(230)에서, 비컨 구간 주기와 큐의 프레임 양 변화에 따라, 가중치 계산 시스템은 가중치를 업데이트 할 수 있다.
아래에서 가중치 계산 방법에 대해 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 가중치 계산 및 업데이트 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 가중치 계산 방법을 더 구체적으로 표현할 수 있다.
단계(310)에서, 가중치 계산 시스템은 전송 프레임 가중치 및 우선 순위 프레임 가중치를 계산할 수 있다.
이 때, 전송 프레임 가중치는 송신 메쉬 라우터와 수신 메쉬 라우터 간의 링크의 플로우 중에서 송신 프레임 수와 수신 프레임 수의 차가 가장 큰 플로우의 가중치로, 하기 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014052542591-pat00001
여기서, f 는 임의의 두 메쉬 라우터 간의 통신 연결을 하는 플로우로, 각각의 메쉬 라우터는 플로우별로 큐를 관리하고 플로우 내 다양한 트래픽이 존재한다고 가정할 수 있다. 또한,
Figure 112014052542591-pat00002
는 링크 l = (i, j)을 지나는 모든 플로우의 집합을 나타낼 수 있으며,
Figure 112014052542591-pat00003
는 송신 메쉬 라우터 i 에서 수신 메쉬 라우터 j 로 플로우 f 에 대한 큐에 쌓여있는 프레임의 수를 나타내고,
Figure 112014052542591-pat00004
는 송신 메쉬 라우터 i 로부터 수신 메쉬 라우터 j 가 받은 플로우 f 에 대한 큐에 쌓여있는 프레임의 수를 나타낼 수 있다.
그리고, 우선 순위 프레임 가중치는 링크 l ij 의 전송 프레임 가중치를 정의한 플로우 f* 에 대한 송신 메쉬 라우터 i 가 전송해야 될 프레임 중에서 우선 순위가 높은 프레임의 비율에 따른 가중치로, 하기 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014052542591-pat00005
여기서,
Figure 112014052542591-pat00006
는 송신 메쉬 라우터 i 에서 보내야 할 플로우 f* 의 프레임의 전체 수를 나타내고,
Figure 112014052542591-pat00007
는 송신 메쉬 라우터 i 에서 보내야 할 플로우 f* 의 우선 순위 프레임의 개수를 나타낼 수 있다.
단계(320)에서, 가중치 계산 시스템은 전송 프레임 가중치와 상기 우선 순위 프레임 가중치를 기반으로 링크 가중치를 계산할 수 있다.
이 때, 링크 가중치는 전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치를 기반으로 플로우 f* 에 대한 링크의 가중치로, 하기 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014052542591-pat00008
여기서,
Figure 112014052542591-pat00009
는 플로우 f* 에 대한 링크 l ij 의 가중치를 나타내고,
Figure 112014052542591-pat00010
은
Figure 112014052542591-pat00011
(이때, m j 는 수신 메쉬 노드 큐 사이즈)에 대한 L의 정규화를 나타내며, α는 전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치의 가중합(Weighted Sum)을 위한 가중치를 나타낼 수 있다
단계(330)에서, 비컨 구간 주기와 큐의 프레임 양 변화에 따라, 가중치 계산 시스템은 가중치를 업데이트할 수 있다.
이와 같이, 무선 메쉬 네트워크의 메쉬 노드에서 전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치에 따라 링크 가중치를 계산함으로써, 채널 할당을 결정할 수 있으며, 우선 순위 프레임에 대한 스케줄링 우선권이 주어 프레임 전송에 대한 지연 요구 조건을 만족시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개미 군집 최적화을 나타낸 도이다.
도 4를 참조하면, 개미의 먹이 활동을 모방하여 최적해를 찾는 알고리즘으로, 개미들이 많이 지나간 자리일수록 페로몬이 짙어지면서 페로몬 향이 강한 경로가 최단 경로가 되는 것이다.
따라서, 개미의 먹이 활동을 모방하여 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법 및 시스템을 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공개미 패킷 포맷을 나타낸 도이다.
도 5를 참조하면, 인공개미 패킷은 인공개미의 ID, 소스 ID, 목적지 ID, 사용 채널, 및 채널 할당 결정 최대값을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법을 나타내는 흐름도이다.
단계(610)에서, 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 인공개미 패킷(Ant packet)을 통해 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트할 수 있다.
단계(620)에서, 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당할 수 있다.
여기서, 채널을 할당하는 방법은 링크 가중치 기반으로 상기 채널을 할당할 수 있다. 다시 말하면, 상기 링크 가중치 기반으로 상기 채널을 할당하는 단계는 전송 프레임 가중치 및 우선 순위 프레임 가중치를 계산하고, 상기 전송 프레임 가중치와 상기 우선 순위 프레임 가중치를 기반으로 링크 가중치를 계산하여, 구간 주기와 큐의 프레임 양 변화에 따라 상기 링크 가중치를 업데이트 할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 2 및 도 3에서 하였으므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
단계(630)에서, 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 노드의 모든 링크가 상기 채널을 할당 받았는지 여부를 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 도 6에서의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법을 더 구체적으로 확인할 수 있다.
단계(710)에서, 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 인공개미 패킷(Ant packet)을 통해 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트할 수 있다.
이를 더 구체적으로 설명하면, 단계(711)에서, 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 각 노드의 채널 할당 결정 최대값을 계산할 수 있다. 여기서, 채널 할당은 하기 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014052542591-pat00012
여기서, N i 는 노드 i 의 이웃의 집합을 나타낼 수 있다.
따라서, 채널 할당은 노드 i 의 모든 링크 가중치에 대한 링크 l ij 의 가중치의 비로 정의하며, 값이 높을수록 채널 할당의 우선 순위를 가질 수 있다.
단계(712)에서, 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 인공개미 패킷을 통해 3홉(hop) 이내 위치하는 이웃 노드들의 상기 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값을 획득할 수 있다. 여기서 인공개미 패킷은, 도 5에 도시된 바와 같이, 사용하고 있는 채널 점유 상태(사용 채널, Channel Usage)와 채널 할당 결정 최대값을 포함할 수 있다. 각 노드에서 전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치에 따라 링크 가중치를 계산함으로써, 채널 할당을 결정할 수 있다. 다시 말하면, 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이, 링크 가중치 기반으로 채널을 할당하는 단계는 전송 프레임 가중치 및 우선 순위 프레임 가중치를 계산하고, 전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치를 기반으로 링크 가중치를 계산하여, 구간 주기와 큐의 프레임 양 변화에 따라 링크 가중치를 업데이트 할 수 있다. 그리고 채널 할당은 모든 링크 가중치에 대한 링크 가중치의 비로 정의하고 값이 높을수록 채널 할당의 우선 순위를 가질 수 있다.
단계(713)에서, 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 채널 점유 상태의 통계 및 상기 채널 할당 결정 최대값의 통계의 정보를 업데이트할 수 있다.
단계(720)에서, 상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당할 수 있다.
이를 더 구체적으로 설명하면, 단계(721)에서, 상기 채널 할당 결정 최대값의 통계에서 가장 큰 값이 상기 채널을 할당 받았는지 여부를 판단할 수 있다.
단계(722)에서, 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널이 있는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서 이차적 간섭 조건(Secondary Interference Constraint)은 동일한 무선 채널을 사용하는 링크들은 최소 두 홉(hop)보다 더 떨어져 있어야 한다.
단계(723)에서, 이웃 노드의 채널 할당 결정 최대값과 비교하여 채널 할당 결정 최대값을 가지는 상기 링크에 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당할 수 있다.
단계(724)에서, 프레임 단위로 상기 링크 활성화 시간을 할당할 수 있다.
여기서, 링크 활성화 시간은 하기 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014052542591-pat00013
즉, 채널을 할당 받을 링크 l ij 의 링크 활성화 시간이다.
단계(725)에서, 상기 프레임을 전송할 수 있다.
단계(730)에서, 상기 노드의 모든 링크가 상기 채널을 할당 받을 때까지 반복 수행할 수 있다. 다시 말하면, 모든 상기 링크가 상기 채널을 할당 받았는지 여부를 확인하여, 만족할 때까지 상기 단계들을 반복 수행하는 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차적 간섭 조건을 나타낸 도이다.
도 8을 참조하면, DCF(Distributed Coordinated Function) 기반의 무선 채널 접근 제어로 인해 프레임 충돌이 빈번히 발생함으로써 스펙트럼 효율(Spectral Efficiency)이 저하될 수 있다.
또한, 이차적 간섭 조건(Secondary Interference Constraint)은 동일한 무선 채널을 사용하는 링크들은 최소 두 홉(hop)보다 더 떨어져 있어야 한다.
그리고, 개미 집단 최적화(Ant Colony Optimization; ACO)를 활용하여 이차적 간섭 조건(Secondary Interference Constraint)을 만족하는 극대 가중치 기반의 채널 할당을 수행하고, 요구한 전송 프레임 수만큼 링크를 활성화시키는 알고리즘을 구성할 수 있다. 다시 말하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 개미 집단(군집) 최적화(ACO)를 활용하여 인공개미 패킷이 측정한 정보를 통해 각 노드와 3홉(hop) 이내 위치하는 이웃 노드들의 채널 점유 상태와 채널 할당 결정 최대값을 획득하고, 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트할 수 있다. 이후, 채널 할당 결정 최대값을 가지는 링크부터 동일한 무선 채널을 사용하는 링크들과 최소 두 홉(hop) 이상 떨어져 있어 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템을 나타낸 도이다.
도 9를 참조하면, 무선 메쉬 네트워크(900)에서 하나의 메쉬 노드의 구성을 나타낼 수 있다. 즉, 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 인공개미 분석부(910), 채널 점유 상태 통계부(940), 채널 할당 결정 최대값 통계부(950), 채널 할당부(970), 그리고 링크 스케줄러(980)를 포함할 수 있다.
인공개미 분석부(910)는 인공 개미를 생성하고, 이를 분석함으로써, 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템을 구성할 수 있다.
채널 점유 상태 통계부(940)는 인공개미 분석부(910)를 통해 인공개미를 분석함으로써, 채널 점유 상태 정보를 업데이트 할 수 있다.
채널 할당 결정 최대값 통계부(950)는 채널 할당 결정 최대값을 계산하여 업데이트 할 수 있다. 여기서, 채널 할당 결정 최대값 통계부(950)는 채널 할당 결정 최대값을 계산하고, 상기 인공개미 패킷을 통해 3홉(hop) 이내 상기 노드들의 상기 채널 할당 결정 최대값을 획득하여 정보를 업데이트 할 수 있다.
채널 할당부(970)는 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당할 수 있다. 여기서, 상기 채널 할당부(970)는 상기 채널 할당 결정 최대값 통계부에서 가장 큰 값이 상기 채널에 할당되었는지 확인하고, 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널이 존재하는지 확인하여, 상기 채널 할당 결정 최대값을 가지는 상기 링크에 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당할 수 있다.
링크 스케줄러(980)는 채널 할당부(970)에서 채널을 할당 받은 링크의 링크 활성화 시간을 할당할 수 있다.
또한, 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 이웃 노드 정보 획득부(920)와 로컬 통계부(960)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 로컬 통계부(960)는 이웃 노드 정보 획득부(920)로부터 이웃 노드의 정보를 획득하여 통계를 내고, 채널 할당부(970)에 정보를 제공할 수 있다.
그리고, 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템은 링크 가중치 계산부(930)를 더 포함할 수 있다. 링크 가중치 계산부(930)는 전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치를 이용하여 링크 가중치를 계산할 수 있다. 이에 따라, 링크 가중치 계산부(970)에서 계산한 상기 링크 가중치를 기반으로, 상기 채널 할당 결정 최대값 통계부(950)에서 상기 채널 할당 결정 최대값을 업데이트 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면 효율적인 채널 할당을 통해 스펙트럼 효율(Spectral Efficiency)을 향상시킬 수 있으며, 우선 순위 프레임에 대한 스케줄링 우선권이 주어지므로 프레임 전송에 대한 지연(Delay) 요구 조건을 만족 시킬 수 있다. 또한, 생체 모방 알고리즘을 활용한 분산형 스케줄링 기법으로 추후 라우팅 알고리즘과 접목이 용이하다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법에 있어서,
    인공개미 패킷을 통해 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트 하는 단계;
    상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당하는 단계; 및
    노드의 모든 링크가 상기 채널을 할당 받을 때까지 반복 수행하는 단계
    를 포함하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인공개미 패킷을 통해 채널 점유 상태 및 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트 하는 단계는
    상기 채널 할당 결정 최대값을 계산하는 단계;
    상기 인공개미 패킷을 통해 3홉 이내 상기 노드들의 상기 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값을 획득하는 단계; 및
    상기 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값의 통계 정보를 업데이트 하는 단계
    를 포함하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당하는 단계는
    상기 채널 할당 결정 최대값의 통계에서 가장 큰 값이 상기 채널에 할당되었는지 판단하는 단계;
    상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널의 존재 여부를 판단하는 단계;
    상기 채널 할당 결정 최대값을 가지는 상기 링크에 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당하는 단계;
    상기 링크 활성화 시간을 프레임 단위로 할당하는 단계; 및
    상기 프레임을 전송하는 단계
    를 포함하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하고, 링크 활성화 시간을 할당하는 단계는
    링크 가중치 기반으로 상기 채널을 할당하는 단계인 것
    을 특징으로 하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 링크 가중치 기반으로 상기 채널을 할당하는 단계는
    전송 프레임 가중치 및 우선 순위 프레임 가중치를 계산하는 단계;
    상기 전송 프레임 가중치와 상기 우선 순위 프레임 가중치를 기반으로 링크 가중치를 계산하는 단계; 및
    구간 주기와 큐의 프레임 양 변화에 따라 상기 링크 가중치를 업데이트 하는 단계
    를 포함하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 방법.
  6. 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템에 있어서,
    인공 개미를 생성하고 분석하는 인공개미 분석부;
    상기 인공 개미 분석부를 통해 채널 점유 상태 정보를 업데이트 하는 채널 점유 상태 통계부;
    채널 할당 결정 최대값을 계산하여 업데이트 하는 채널 할당 결정 최대값 통계부;
    상기 채널 점유 상태 및 상기 채널 할당 결정 최대값을 이용하여 이차적 간섭 조건을 만족하는 채널을 할당하는 채널 할당부;
    상기 채널 할당부에서 채널을 할당 받은 링크의 링크 활성화 시간을 할당하는 링크 스케줄러
    를 포함하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    이웃 노드의 정보를 획득하여 통계를 내어 상기 채널 할당부에 정보를 제공하는 로컬 통계부
    를 더 포함하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    전송 프레임 가중치와 우선 순위 프레임 가중치를 이용하여 링크 가중치를 계산하는 링크 가중치 계산부를 더 포함하며,
    상기 링크 가중치 계산부는
    상기 링크 가중치 계산부에서 계산한 상기 링크 가중치를 기반으로 상기 채널 할당 결정 최대값 통계부에서 상기 채널 할당 결정 최대값을 업데이트 하는 것
    을 특징으로 하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 채널 할당 결정 최대값 통계부는
    상기 채널 할당 결정 최대값을 계산하고, 인공개미 패킷을 통해 3홉 이내 노드들의 상기 채널 할당 결정 최대값을 획득하여 정보를 업데이트 하는 것
    을 특징으로 하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 채널 할당부는
    상기 채널 할당 결정 최대값 통계부에서 가장 큰 값이 상기 채널에 할당되었는지 확인하고, 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널이 존재하는지 확인하여, 상기 채널 할당 결정 최대값을 가지는 상기 링크에 상기 이차적 간섭 조건을 만족하는 상기 채널을 할당하는 것
    을 특징으로 하는 생체 모방 알고리즘 기반의 무선 메쉬 네트워크 스케줄링 시스템.
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