KR101637742B1 - 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템 - Google Patents

멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101637742B1
KR101637742B1 KR1020140164982A KR20140164982A KR101637742B1 KR 101637742 B1 KR101637742 B1 KR 101637742B1 KR 1020140164982 A KR1020140164982 A KR 1020140164982A KR 20140164982 A KR20140164982 A KR 20140164982A KR 101637742 B1 KR101637742 B1 KR 101637742B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
radio interface
path
determining
paths
Prior art date
Application number
KR1020140164982A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160062381A (ko
Inventor
이형준
Original Assignee
이화여자대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이화여자대학교 산학협력단 filed Critical 이화여자대학교 산학협력단
Priority to KR1020140164982A priority Critical patent/KR101637742B1/ko
Publication of KR20160062381A publication Critical patent/KR20160062381A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101637742B1 publication Critical patent/KR101637742B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/04—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources
    • H04W40/10—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources based on available power or energy
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H04W52/0222—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave in packet switched networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 소스 노드로부터 목적 노드에 이르는 복수의 경로를 결정하는 단계 및 복수의 경로 중 패킷이 제한시간 내에 목적 노드에 전달되면서 에너지 소비가 가장 적은 최적 경로를 결정하는 단계를 포함한다. 최적 경로를 결정하는 단계는 경로를 구성하는 각 노드에 대해 경로의 전체 에너지 소비가 가장 적은 최적 라디오 인터페이스를 결정하고, 최적 라디오 인터페이스로 설정된 노드를 포함하는 복수의 경로 중 가장 에너지 소비가 적은 경로를 최적 경로로 결정한다.

Description

멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템{METHOD FOR DETERMINING ROUTING PATH IN AD-HOC NETWORK COMPRISING NODES WITH MULTI-RADIO INTERFACE AND AD-HOC NETWORK SYSTEM COMPRISING NODES WITH MULTI-RADIO INTERFACE}
이하 설명하는 기술은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드로 구성되는 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 기법에 관한 것이다.
무선 애드혹 네트워크로 대표되는 무선 센서 네트워크 환경에서 노드 간 데이터 및 명령을 전송하기 위한 다양한 라우팅 기법이 제시되고 있다.
복수의 라디오 인터페이스(multi-radio interface)를 사용할 수 있는 통신 프로세서 또는 전자 장치 등이 등장하고 있고, 이종 네트워크(heterogeneous network)로 구성되는 통신 환경에서 패킷 라우팅에 관한 연구도 진행되고 있다.
한국공개특허 제2009-0068099호 미국등록특허 제7,656,901호
P. Kyasanur and N. H. Vaidya, "Routing and link-layer protocols for multi-channel multi-interface ad hoc wireless networks," SIGMOBILE Mob. Comput. Commun. Rev., vol. 10, no. 1, pp. 31-43, Jan. 2006. H. Liu, X. Liu, C.-N. Chuah, and P. Mohapatra, "Heterogeneous wireless access in large mesh networks," in IEEE MASS, 2008.
이하 설명하는 기술은 멀티 라디오 인터페이스를 사용하는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 패킷 전달에 대한 제한 시간 및 패킷 전달에 소비되는 에너지를 기준으로 라우팅 경로를 결정하게 하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 소스 노드로부터 목적 노드에 이르는 복수의 경로를 결정하는 단계 및 복수의 경로 중 패킷이 제한시간 내에 목적 노드에 전달되면서 에너지 소비가 가장 적은 최적 경로를 결정하는 단계를 포함한다.
최적 경로를 결정하는 단계는 경로를 구성하는 각 노드에 대해 경로의 전체 에너지 소비가 가장 적은 최적 라디오 인터페이스를 결정하고, 최적 라디오 인터페이스로 설정된 노드를 포함하는 복수의 경로 중 가장 에너지 소비가 적은 경로를 최적 경로로 결정하는 멀티 라디오 노드를 포함한다.
최적 경로를 결정하는 단계는 최적 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 복수의 경로 각각에 대한 전체 에너지 소비 및 복수의 경로에서 라디오 인터페이스가 변경되는 횟수를 기준으로 최적 경로를 결정할 수 있다.
멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템은 패킷을 생성하는 소스 노드, 소스 노드로부터 패킷을 전달받아 전달하는 중계 노드 및 중계 노드로부터 패킷을 수신하는 목적 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 및 소스 노드로부터 목적 노드에 이르는 복수의 경로에 대해 각 경로의 전체 에너지 소비가 가장 적도록 각 경로를 구성하는 노드의 최적 라디오 인터페이스를 결정하고, 최적 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 복수의 경로 중 가장 에너지 소비가 적으면서 패킷이 제한 시간에 목적노드에 전달되는 경로를 최적 경로로 결정하는 중앙 서버를 포함한다.
이하 설명하는 기술은 멀티 라디오 인터페이스를 사용하는 네트워크 환경에서 소비되는 에너지를 최소화할 수 있는 경로를 결정할 수 있다. 나아가 패킷 전달에 요구되는 최소한의 제한 시간이라는 요건을 동시에 고려하여 실제 네트워크에서 사용될 수 있는 경로를 제공한다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크의 예이다.
도 2는 도 1의 애드혹 네트워크에서 소스 노드로부터 목적 노드까지 패킷이 전달되는 경로에 대한 예이다.
도 3은 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 4는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템의 구성을 도시한 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 이하 설명하는 기술의 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템(100)에 따른 구성부들의 구성은 이하 설명하는 기술의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 대응하는 도면과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하면서 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템(100) 내지 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법(200)에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
도 1은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템(100)의 예이다. 도 1은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템(100)에 대한 일반적인 구성을 설명하기 위한 것이다. 동일한 구성에 대해서는 이하 동일한 도면 부호를 사용한다.
애드혹 네트워크 시스템(100)을 구성하는 노드를 패킷의 흐름에 따라 구분하면, 패킷을 최초 전달하는 소스 노드 S(110), 소스 노드 S(110)로 부터 패킷을 전달받아 중계하는 적어도 하나의 중계 노드 R(120) 및 최종적으로 패킷이 전달되는 목적 노드(130)으로 구분할 수 있다. 도 1에서는 복수의 중계 노드들(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)을 도시하였다. 도 1에서는 소스 노드 S(110)으로부터 목적 노드 D(130)에 이르는 경로 중 몇 개를 예시적으로 점선으로 도시하였다.
애드혹 네트워크 시스템(100)은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드로 구성된다. 또는 적어도 일부가 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드로 구성될 수도 있다. 다만 설명의 편의를 위해 이하 애드혹 네트워크 시스템(100)은 모두 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드로 구성된다고 설명한다.
멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드는 복수의 통신 방식 중 적어도 하나를 사용하여 패킷을 전달할 수 있다. 도 1에서는 중계 노드 R5(125)가 Wi-Fi 통신 인터페이스 및 Zigbee 인터페이스를 갖는 것으로 도시하였다. 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드는 복수의 서로 다른 종류의 통신 방식을 갖는 인터페이스를 내장하고 있다. 도 1에서는 예시적으로 Wi-Fi와 Zigbee를 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드는 IEEE 802.11 기반의 라디오 인터페이스(대표적으로 Wi-Fi), IEEE 802.15.4 기반의 라디오 인터페이스(대표적으로 Zigbee), 블루투스 인터페이스 및 UWB(ultra-wide band) 인터페이스 등과 같은 통신 인터페이스 중 적어도 두 개를 가질 수 있다. 이하 노드는 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 전제로 한다.
도 2는 도 1의 애드혹 네트워크 시스템(100)에서 소스 노드로부터 목적 노드까지 패킷이 전달되는 경로에 대한 예이다. 도 2에서는 소스 노드 S(110)에서 목적 노드 D(130)에 이르는 3 개의 경로를 예로 도시하고 있다.
예컨대, 실선으로 도시한 제1 경로는 패킷이 가장 빨리 목적 노드에 이를 수 있는 경로를 의미할 수 있다. 또한 점선으로 도시한 제2 경로는 현재 각 노드가 사용하는 라디오 인터페이스를 기준으로 가장 에너지 소비가 적은 경로일 수 있다.
나아가 제3 경로는 노드가 사용가능한 라디오 인터페이스 중 특정 라디오 인터페이스를 선택하여 에너지 소비가 가장 적은 경로일 수 있다. 패킷 전달에 있어서 에너지 소비와 함께 중요한 것이 특정 시간 내에 패킷이 전달되는가의 문제이다. 따라서 제3 경로는 기본적으로 특정 제한 시간내에 패킷이 목적 노드에 전달되면서 동시에 에너지 소비가 가장 적은 경로라고 가정한다.
이하 도 2에서 설명한 제3 경로를 결정하기 위한 방법에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다. 즉, 애드혹 네트워크에서 패킷을 일정한 시간에 전달하면서 노드가 사용할 수 있는 라디오 인터페이스를 조합하여 가장 에너지 소비가 적은 경로를 결정하는 것이다.
한편 멀티 라디오 인터페이스를 사용하여 패킷을 전달하는 노드 중 직접 연결된 노드는 동일한 라디오 인터페이스를 사용할 수 있어야 한다. 예컨대, 도 2에서 중계 노드 R1(121)는 패킷을 중계 노드 R3(123)에 전송한다고 가정하고, 중계 노드 R1(121)이 현재 Wi-Fi 인터페이스로 패킷을 전달하면 당연히 중계 노드 R3(123)도 Wi-Fi 인터페이스가 있어야 패킷을 전달받을 수 있다. 따라서 직접 연결된 노드들 사이에 공통된 라디오 인터페이스가 존재하는지 여부도 패킷의 경로 결정에 있어서 고려할 요소가 된다.
기본적으로 이하 설명하는 경로 결정 기법은 네트워크 전체에 대한 광역 최적화 문제(global optimization problem)를 사용하여 최적 경로를 결정한다. 먼저 몇 가지 용어 내지 변수에 대해 설명하고자 한다.
Figure 112014113751962-pat00001
는 노드 i로부터 노드 j에 이르는 링크(경로)를 의미한다. r은 노드 i가 노드 j로 패킷을 전달하는데 사용하는 라디오 인터페이스를 의미한다. 예컨대,
Figure 112014113751962-pat00002
일 수 있고, 여기서 w는 802.11 Wi-Fi 인터페이스, s는 802.15.4 인터페이스, b는 블루투스 인터페이스, u는 UWB 인터페이스를 의미한다.
이하 Cr은 노드에서 라디오 인터페이스 r을 사용하여 패킷을 전송할 때 소비하는 에너지 비용을 의미하고, Dr은 라디오 인터페이스 r을 사용하여 하나의 링크에서 패킷 전달 시에 발생하는 지연 시간을 의미한다. Dr은 일반적으로 데이터 전송율에 반비례한다. Tmax는 소스 노드에서 목적 노드로 패킷이 전달되어야만 하는 제한 시간(deadline)을 의미한다.
먼저 802.11 Wi-Fi 인터페이스(w)와 802.15.4 인터페이스(s) 두 가지의 라디오 인터페이스를 사용하는 애드혹 네트워크를 가정하여 설명하고자 한다.
상기 두 개의 라디오 인터페이스(w 및 s)를 사용하는 노드로 구성되는 애드혹 네트워크에서는 아래의 수학식 1의 값을 최소로 갖는 경로를 최적 경로로 결정한다.
Figure 112014113751962-pat00003
상기 수학식 1은 아래의 수학식 2 내지 수학식 7의 조건을 만족하는 것을 전제로 한다.
Figure 112014113751962-pat00004
수학식 2는 소스 노드가 인접한 중계 노드에 패킷을 전달해야함을 의미한다. 여기서, src는 소스 노드를 의미하고, j는 중계 노드 중 하나를 의미한다.
Figure 112014113751962-pat00005
수학식 3은 적어도 하나의 중계 노드에서 목적 노드까지 패킷이 전달되어야 함을 의미한다. 여기서 dst는 목적 노드를 의미하고, i는 중계 노드 중 하나를 의미한다.
Figure 112014113751962-pat00006
수학식 4는 중계 노드에서 소스 노드로 전달되는 경로는 없다는 의미이다.
Figure 112014113751962-pat00007
수학식 5는 목적 노드에서 중계 노드로 전달되는 경로는 없다는 의미이다. 결국 수학식 4 및 수학식 5는 소스 노드에서 목적 노드에 이르는 경로가 루프(loop)를 형성하지 못하게 하는 제한 조건에 해당한다.
Figure 112014113751962-pat00008
수학식 6은 각 노드에서 패킷이 유입되고 유출되는 경우에 대한 일종의 보존 법칙을 의미한다.
Figure 112014113751962-pat00009
수학식 7은 소스 노드에서 목적 노드에 이르는 패킷이 일정한 제한 시간 Tmax내에 도착해야함을 나타낸다.
이제 라디오 인터페이스의 종류를 제한하지 않고 상기 수식을 일반화해서 설명해본다. 애드혹 네트워크에서는 아래의 수학식 8의 값을 최소로 갖는 경로를 최적 경로로 결정한다.
Figure 112014113751962-pat00010
수학식 8은 노드가 서로 다른 라디오 인터페이스를 갖는 경우를 포함한다. 다만 전술한 바와 같이 패킷이 전달되는 노도 i와 노드 j는 공통된 라디오 인터페이스를 갖고 있어야 한다.
아래 수학식 9 내지 수학식 14는 각각 전술한 수학식 2 내지 수학식 7에 대응되는 제한 조건이다. 수학식 8은 아래의 수학식 9 내지 수학식 14에 따른 제한 조건을 만족하는 것을 전제로 한다.
Figure 112014113751962-pat00011
Figure 112014113751962-pat00012
Figure 112014113751962-pat00013
Figure 112014113751962-pat00014
Figure 112014113751962-pat00015
Figure 112014113751962-pat00016
최적 경로에서 노드는 자신이 종전에 사용했던 라디오 인터페이스를 유지하는 경우도 있고, 종전의 라디오 인터페이스에서 다른 라디오 인터페이스로 전환해야하는 경우도 발생한다. 후자와 같이 다른 라디오 인터페이스로 전환하는 경우 일정한 시간 지연이 발생할 수 있다.
따라서 추가적으로 최적 경로 결정에 있어서 라디오 인터페이스를 전환하는 경우에 발생하는 지연 시간을 고려할 필요가 있다. 수학식 1을 인터페이스의 전환 에 따른 지연 시간을 고려한 수식은 아래의 수학식 15와 같다.
Figure 112014113751962-pat00017
여기서,
Figure 112014113751962-pat00018
는 노드 i에서 노드 j를 거쳐 노드 k에 패킷이 전달되는 상황에서 노드 j의 라디오 인터페이스가 라디오 인터페이스 s에서 라디오 인터페이스 w로 변환되는 경우를 의미한다.
Figure 112014113751962-pat00019
는 동일한 경로에서 노드 j의 라디오 인터페이스가 w에서 s로 변환되는 경우를 의미한다.
Figure 112014113751962-pat00020
(알파)는 라디오 인터페이스가 변환되는 경우에 대한 가중치를 의미한다. 결국 수학식 15는 최대한 라디오 인터페이스가 변경되지 않으면서 전체 에너지 소비가 적은 경로를 결정하는 것이다.
상기 수학식 15는 아래의 수학식 16 내지 수학식 23의 제한 조건을 갖는다. 아래의 수학식 16 내지 수학식 20은 각각 전술한 수학식 2 내지 수학식 6과 동일한 제한 조건이다.
Figure 112014113751962-pat00021
Figure 112014113751962-pat00022
Figure 112014113751962-pat00023
Figure 112014113751962-pat00024
Figure 112014113751962-pat00025
Figure 112014113751962-pat00026
수학식 21은 경로 상의 노드에서 라디오 인터페이스가 변환되는 경우에 소비되는 지연 시간 까지 고려하여, 패킷이 목적 노드까지 전달되는 시간이 제한 시간 조건을 만족해야 함을 의미한다.
Figure 112014113751962-pat00027
(델타)는 라디오 인터페이스가 변환되는 경우 발생하는 지연 시간을 의미한다.
수학식 21에서는 라디오 인터페이스 w와 s 사이에 서로 변환되는 시간이 동일하다고 전제한 것이다. 다만 실제 시스템에서 라디오 인터페이스의 종류나 변환되는 순서에 따라 각각 변환되는데 소요되는 시간이 상이할 수도 있다.
Figure 112014113751962-pat00028
Figure 112014113751962-pat00029
수학식 22 및 수학식 23은 최대한 라디오 인터페이스가 변환되지 않고 유지되도록 제한 조건을 둔 것이다. 즉, 라디오 인터페이스가 변환되는 경우 일종의 페널티(penalty)를 부여하기 위한 것이다.
나아가 수학식 15도 수학식 8과 같이 라디오 인터페이스를 특정하지 않고 일반화된 식으로 표현할 수 있을 것이다.
이하 전술한 최적 경로 설정에 대한 내용을 정리하여 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법(200) 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템(100)에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법(200)에 대한 순서도의 예이다.
멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법(200)은 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 소스 노드로부터 목적 노드에 이르는 복수의 경로를 결정하는 단계 및 복수의 경로 중 패킷이 제한시간 내에 목적 노드에 전달되면서 에너지 소비가 가장 적은 최적 경로를 결정하는 단계를 포함한다.
구체적으로 라우팅 경로를 결정하는 방법(200)은 먼저 소스 노드에서 목적 노드에 이르는 가능한 복수의 후보 경로를 결정한다(210). 복수의 가능한 경로가 없는 경우라면 최적 경로 결정은 의미가 없다. 소스 노드에서 목적 노드에 이르는 복수의 경로를 결정하는 방법은 종래 애드혹 네트워크에서 사용된 다양한 기법이 이용될 수 있다. 일반적으로 각 노드마다 라우팅 테이블을 저장하고 관리하는 방식으로 경로를 결정할 수 있다.
이후 후보 경로 중에서 가장 에너지 소비가 적은 라디오 인터페이스를 갖는 노드로 구성되는 추정 경로를 결정한다(220).
220 단계는 경로를 구성하는 각 노드에 대해 경로의 전체 에너지 소비가 가장 적은 최적 라디오 인터페이스를 결정하고, 최적 라디오 인터페이스로 설정된 노드를 포함하는 복수의 경로 중 가장 에너지 소비가 적은 경로를 추정 경로로 결정하는 과정에 대응된다. 즉, 복수의 경로 각각에 대해 최적 라디오 인터페이스의 조합을 결정하고, 최적 라디오 인터페이스를 갖는 복수의 경로 중 가장 에너지 소비가 적은 경로를 추정 경로로 선택한다.
이후 추정 경로를 통한 패킷 전달 시간이 제한 시간 내인지 여부를 판단하고(230), 제한 시간 내라면 추정 경로를 최적 경로로 결정한다(250).
만약 현재 추정 경로의 패킷 전달 시간이 제한 시간을 초과한다면, 다른 후보 경로를 고려해야 한다. 이를 위해 현재 복수의 후보 경로(후보 경로 집합)가 있다면 후보 경로 집합에서 현재의 추정 경로를 제외하고(240) 나머지 후보 경로 집한 중에서 가장 에너지 소비가 적은 경로를 추정 경로 결정한다(220). 220 단계, 230 단계 및 240 단계는 최적 경로가 결정될 때 까지 반복 수행될 수 있다.
최적 경로는 전술한 수학식 8을 만족하는 경로로 결정될 수 도 있고, 라디오 인터페이스의 변환에 따른 지연 시간까지 고려한 수학식 15를 만족하는 경로로 결정될 수도 있다.
도 4는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템(100)의 구성을 도시한 예이다.
애드혹 네트워크 시스템(100)에서 최적 경로를 결정하는 구성은 애드혹 네트워크와 연결된 별도의 중앙 서버(150)일 수 있다. 이 경우 중앙 서버는 모든 노드와 노드의 연결 상태(링크 존재 여부), 각 노드가 사용 가능한 라디오 인터페이스의 종류, 하나의 링크에서 특정 라디오 인터페이스에 따른 전송시간, 특정 노드에서 라디오 인터페이스가 다른 종류로 변환되는 경우 소요되는 지연 시간 등에 대한 정보를 저장하고 관리해야 한다.
애드혹 네트워크 시스템(100)은 패킷을 생성하는 소스 노드(110), 소스 노드로부터 패킷을 전달받아 전달하는 중계 노드(120) 및 중계 노드(120)로부터 패킷을 수신하는 목적 노드(130)를 포함하는 애드혹 네트워크 및 소스 노드로부터 목적 노드에 이르는 복수의 경로에 대해 각 경로의 전체 에너지 소비가 가장 적도록 각 경로를 구성하는 노드의 최적 라디오 인터페이스를 결정하고, 최적 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 복수의 경로 중 가장 에너지 소비가 적으면서 패킷이 제한 시간에 목적노드에 전달되는 경로를 최적 경로로 결정하는 중앙 서버(150)를 포함한다.
중앙 서버(150)가 최적 경로를 결정하는 방법은 도 3에서 설명한 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법(200)과 동일하다.
나아가 도 4에서는 중앙 서버(150)가 최적 경로를 결정하는 것으로 도시하였으나, 경우에 따라서는 각 노드가 서로 협력하여 최적 경로를 결정할 수도 있을 것이다. 노드가 최적 경로를 결정하는 경우는 각 노드가 경로 정보, 다른 노드의 라디오 인터페이스 종류, 링크에서 라디오 인터페이스 종류에 따른 전송 지연 시간, 특정 노드가 라디오 인터페이스를 변환하는 경우 발생하는 지연 시간 등에 대한 정보를 공유해야 할 것이다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템
110 : 소스 노드 120 : 중계 노드
121, 122, 123, 124, 125, 126, 127 : 중계 노드
130 : 목적 노드 150 : 중앙 서버

Claims (11)

  1. 멀티 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 소스 노드로부터 목적 노드에 이르는 복수의 경로를 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 경로 중 패킷이 제한시간 내에 상기 목적 노드에 전달되면서 에너지 소비가 가장 적은 최적 경로를 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 최적 경로를 결정하는 단계는 상기 복수의 경로를 구성하는 각 노드에 대해 상기 복수의 경로의 전체 에너지 소비가 가장 적은 최적 라디오 인터페이스를 결정하고, 상기 최적 라디오 인터페이스로 설정된 노드를 포함하는 상기 복수의 경로 중 전체 에너지 소비 및 라디오 인터페이스가 변경되는 횟수를 기준으로 상기 최적 경로로 결정하는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최적 경로는
    상기 최적 경로를 구성하는 각 노드에 대한 상기 최적 라디오 인터페이스의 지연 시간의 합이 기준값 내인 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 라디오 인터페이스는 IEEE 802.11 기반의 라디오 인터페이스, IEEE 802.15.4 기반의 라디오 인터페이스, 블루투스 인터페이스 및 UWB 인터페이스를 포함하는 인터페이스 군 중 적어도 하나인 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 애드혹 네트워크에 연결된 중앙 제어 서버 또는 상기 애드혹 네트워크를 구성하는 노드 중 적어도 하나의 노드가 상기 복수의 경로 중
    Figure 112016010531999-pat00030
    수식의 결과 값이 가장 작은 경로이면서
    Figure 112016010531999-pat00031
    를 만족하는 경로를 상기 최적 경로로 결정하는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법.
    (여기서, R은 라디오 인터페이스 그룹이고, r은 특정 라디오 인터페이스이고, Cr은 r을 사용하여 데이터를 전송할 때의 소비 에너지이고,
    Figure 112016010531999-pat00032
    는 노드 i에서 노드 j를 연결하는 경로이고, Dw는 r을 사용하는 링크의 지연 시간이고, Tmax는 제한 시간임)
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 최적 경로를 결정하는 단계는
    상기 복수의 경로 중
    Figure 112016010531999-pat00033
    수식의 결과 값이 가장 작은 경로이면서
    Figure 112016010531999-pat00034
    를 만족하는 경로를 상기 최적 경로로 결정하는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법.
    (여기서, R은 라디오 인터페이스 그룹이고, r은 특정 라디오 인터페이스이고, Cr은 r을 사용하여 데이터를 전송할 때의 소비 에너지이고,
    Figure 112016010531999-pat00035
    는 노드 i에서 노드 j를 연결하는 경로이고,
    Figure 112016010531999-pat00036
    는 가중치이고,
    Figure 112016010531999-pat00037
    는 노드 i로부터 수신한 패킷을 노드 k에 중계하는 노드 j가 라디오 인터페이스를 변경하는지 여부를 나타내는 변수이고, Dw는 r을 사용하는 링크의 지연 시간이고,
    Figure 112016010531999-pat00038
    는 노드에서 라디오 인터페이스가 변경되는 경우 소요되는 지연 시간이고, Tmax는 제한 시간임)
  7. 패킷을 생성하는 소스 노드, 상기 소스 노드로부터 상기 패킷을 전달받아 전달하는 중계 노드 및 상기 중계 노드로부터 상기 패킷을 수신하는 목적 노드를 포함하는 애드혹 네트워크; 및
    상기 소스 노드로부터 상기 목적 노드에 이르는 복수의 경로에 대해 각 경로의 전체 에너지 소비가 가장 적도록 상기 각 경로를 구성하는 노드의 최적 라디오 인터페이스를 결정하고, 상기 최적 라디오 인터페이스를 갖는 노드를 포함하는 상기 복수의 경로 중 전체 에너지 소비, 라디오 인터페이스 변경 횟수 및 상기 패킷이 상기 목적 노드에 전달되어야하는 제한 시간을 기준으로 최적 경로로 결정하는 중앙 서버를 포함하는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중앙 서버는
    상기 각 경로에 포함되는 상기 최적 라디오 인터페이스를 갖는 노드의 데이터 전달에 대한 지연 시간의 합이 상기 제한 시간 내인 경로를 최적 경로로 결정하는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 중앙 서버는
    상기 복수의 경로 중
    Figure 112014113751962-pat00039
    수식의 결과 값이 가장 작은 경로이면서
    Figure 112014113751962-pat00040
    를 만족하는 경로를 상기 최적 경로로 결정하는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템.
    (여기서, R은 라디오 인터페이스 그룹이고, r은 특정 라디오 인터페이스이고, Cr은 r을 사용하여 데이터를 전송할 때의 소비 에너지이고,
    Figure 112014113751962-pat00041
    는 노드 i에서 노드 j를 연결하는 경로이고, Dw는 r을 사용하는 링크의 지연 시간이고, Tmax는 제한 시간임)
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 중앙 서버는
    상기 복수의 경로 중
    Figure 112014113751962-pat00042
    수식의 결과 값이 가장 작은 경로이면서
    Figure 112014113751962-pat00043
    를 만족하는 경로를 상기 최적 경로로 결정하는 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템.
    (여기서, R은 라디오 인터페이스 그룹이고, r은 특정 라디오 인터페이스이고, Cr은 r을 사용하여 데이터를 전송할 때의 소비 에너지이고,
    Figure 112014113751962-pat00044
    는 노드 i에서 노드 j를 연결하는 경로이고,
    Figure 112014113751962-pat00045
    는 가중치이고,
    Figure 112014113751962-pat00046
    는 노드 i로부터 수신한 패킷을 노드 k에 중계하는 노드 j가 라디오 인터페이스를 변경하는지 여부를 나타내는 변수이고, Dw는 r을 사용하는 링크의 지연 시간이고,
    Figure 112014113751962-pat00047
    는 노드에서 라디오 인터페이스가 변경되는 경우 소요되는 지연 시간이고, Tmax는 제한 시간임)
KR1020140164982A 2014-11-25 2014-11-25 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템 KR101637742B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140164982A KR101637742B1 (ko) 2014-11-25 2014-11-25 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140164982A KR101637742B1 (ko) 2014-11-25 2014-11-25 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160062381A KR20160062381A (ko) 2016-06-02
KR101637742B1 true KR101637742B1 (ko) 2016-07-07

Family

ID=56135539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140164982A KR101637742B1 (ko) 2014-11-25 2014-11-25 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101637742B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102237459B1 (ko) * 2020-01-28 2021-04-06 이화여자대학교 산학협력단 차량 애드혹 네트워크에서 중계 차량을 선택하는 방법 및 제어 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7656901B2 (en) 2004-08-10 2010-02-02 Meshnetworks, Inc. Software architecture and hardware abstraction layer for multi-radio routing and method for providing the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100818228B1 (ko) * 2006-03-28 2008-04-01 삼성전자주식회사 무선 애드 혹 네트워크에서 파워 및 전송지연을 고려한경로 설정 방법 및 이를 적용한 단말장치
KR100872351B1 (ko) * 2007-03-21 2008-12-08 국방과학연구소 이동 애드혹 네트워크의 라우팅 방법
KR20080011150A (ko) 2007-12-21 2008-01-31 한국정보통신대학교 산학협력단 응용 요구 기반의 에너지 효율적인 다중 홉 다중 라디오모바일 애드 혹 네트워크 형성 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7656901B2 (en) 2004-08-10 2010-02-02 Meshnetworks, Inc. Software architecture and hardware abstraction layer for multi-radio routing and method for providing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160062381A (ko) 2016-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2742611B1 (en) Transport channel flexibility over satellite backhaul links
US7277414B2 (en) Energy aware network management
CN108600942A (zh) 一种无人机自组网的路由方法
JP2013055451A5 (ko)
WO2009014900A3 (en) User priority based preemption techniques in a time division multiple access multi-hop ad hoc network
JP2005535234A (ja) マルチチャネル移動体アドホックネットワーク
WO2006137764A1 (en) Method and arrangement for route cost determination and selection with link cost interaction.
CN101123576A (zh) 一种基于带宽约束和最小负载的移动自组网路径选择方法
CN102149161A (zh) 一种层次规则化mesh网络路由方法
Kim et al. A new routing protocol for UAV relayed tactical mobile ad hoc networks
Chen et al. Network monitoring information collection in the SDN-enabled airborne tactical network
US9515913B2 (en) Method providing adhoc network state to support distributed scheduling
KR101637742B1 (ko) 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크에서 라우팅 경로를 결정하는 방법 및 멀티 라디오 노드를 포함하는 애드혹 네트워크 시스템
US9497694B2 (en) Wireless communication device, wireless communication system and wireless communication method
KR101217813B1 (ko) 무선 네트워크에서 데이터 전송의 우선순위 결정 방법
JP4757770B2 (ja) 通信ルート選択制御装置、無線装置及び通信ルート選択方法
US20160050040A1 (en) Radio communication system and radio communication method
EP2891285B1 (en) Mesh network nodes configured to alleviate congestion in cellular network
US9374849B2 (en) Node and link formation method
Chang et al. A novel software-defined wireless network architecture to improve ship area network performance
KR101798065B1 (ko) 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템 및 그 방법
CN115118677A (zh) 一种fpga中的片上网络的路由节点调度方法
CN104936131B (zh) 一种用于无线传感器网络的数据汇聚方法
Selvakanmani et al. Overview and literature survey on routing protocols for mobile cognitive radio ad hoc networks
JP2008022219A (ja) 通信ルート選択制御装置、無線装置及び通信ルート選択方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190701

Year of fee payment: 4