KR101662090B1 - 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법 및 이의 시스템 - Google Patents

애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법 및 이의 시스템 Download PDF

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KR101662090B1 KR1020160047748A KR20160047748A KR101662090B1 KR 101662090 B1 KR101662090 B1 KR 101662090B1 KR 1020160047748 A KR1020160047748 A KR 1020160047748A KR 20160047748 A KR20160047748 A KR 20160047748A KR 101662090 B1 KR101662090 B1 KR 101662090B1
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Abstract

본 발명은 무선 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트(simulcast) 방식으로 데이터 패킷을 전송하기 위해 다중 경로를 라우팅하는 방법 및 이의 시스템에 관한 것으로, 그 방법은 애드혹 네트워크에서 송신 노드가 중계 노드에 의해 형성된 다중 경로로부터 사이멀캐스트(simulcast) 패킷을 전송할 임의 경로를 선택하는 단계, 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드에서 송신 노드와 이웃하는 중계 노드에 대하여 링크 속성을 참조하여 큐(queue) 상태를 분석하는 단계, 분석한 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하고 산출된 값에 의거 종단 간 처리량을 파악하는 단계, 및 종단 간 처리량에 따라 선택된 경로로 전송할 패킷의 전송율을 비균등하게 할당하고, 할당된 전송율로 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법 및 이의 시스템{METHOD OF MULTIPLE ROUTING FOR SIMULCAST IN AD HOC NETWORK AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 무선 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트(simulcast) 방식으로 데이터 패킷을 전송하기 위해 다중 경로를 라우팅하는 방법 및 이의 시스템에 관한 것이다.
애드혹 네트워크(Ad-hoc network)는 중앙 집중 방식의 관리 또는 구조화된 인프라의 도움없이 무선 통신이 가능한 노드들이 모여 일시적으로 형성한 무선 네트워크이다. 애드혹 네트워크에는 유선망에서의 라우터와 같은 경로 설정을 담당하는 노드가 없기 때문에, 애드혹 네트워크의 모든 노드들이 라우팅 기능을 가지고 있다. 이를 위해서는 모든 노드가 라우팅 기능을 지는 서버이자 라우팅을 이용하는 클라이언트가 된다.
이러한 애드혹 네트워크는 노드간 통신을 통해서 토폴리지(topology)를 구성하기 때문에 무선 네트워크 통신이 가지는 거리상의 한계를 극복할 수 있으며, 고정된 라우터 방식(정적인 방식)과 비교하여 노드의 이동이 자유롭기 때문에 네트워크 토폴로지(network topology)가 동적으로 변하는 특징을 가지고 있다. 따라서, 애드혹 네트워크는 데이터를 전송할 때마다 주기적으로 경로를 설정해야 할 필요가 있다.
이러한 특징을 멀티미디어 서비스 기술과 결합하여, 최근 애드혹 네트워크에서도 사이멀캐스트(simulcast; 동시방송 or 동시송출) 전송에 대한 연구도 필요하게 되었다. 사이멀캐스트 기술은 무선 네트워크에서 서로 다른 채널을 이용하여 동시에 데이터 패킷을 송출하는 방식으로, 사이멀캐스트를 이용한 전송 방식은 여러 송신기가 규정된 허용 오차 내에서 데이터 패킷들이 서로 동기를 이루도록 전송해야 한다.
종래 기술에 따른 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트 방식으로 데이터 패킷을 전송하기 위한 라우팅 방법으로는, 소스 노드에서 목적지 노드 사이의 경로 중 최소 홉(hop)을 갖는 경로를 선택하여 라우팅하는 방식이 있다.
그러나, 애드혹 네트워크를 이루는 각 노드들은 주변 환경이나, 해당 노드에 걸리는 트래픽 부하, 이동성 등에 의해 사이멀캐스트가 가능한 능력(이하, 동시송출 능력)이 모두 다르고 하나의 노드에서 다른 노드로 연결하는 링크 상태 또한 다르기 때문에, 최소 홉 라우팅 방식을 적용하여 선택된 경로 상에 사이멀캐스트를 위한 데이터 패킷이 할당됨으로써 오히려 해당 노드의 트래픽 과부하로 사이멀캐스트 서비스의 효율성이 더 떨어지는 문제점이 발생한다.
이에 본 출원인은 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트 서비스의 성능과 효율성을 향상시킬 수 있는 다중 라우팅 방법을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는 공개등록특허 제10-2009-0036321호(발명의 명칭: 이동 애드혹 네트워크에서 멀티캐스트 패킷 라우팅 방법 및 그 시스템, 공개일: 2009.04.14.)가 있다.
본 발명은 애드혹 네트워크에서 송신 노드가 중계 노드를 통해 수신 노드로 사이멀캐스트(simulcast)를 위한 데이터 패킷을 동시에 전송할 때 중계 노드에 의해 형성된 다중 경로로부터 하나의 경로 상에 존재하는 중계 노드들의 동시송출 능력을 분석하고, 동시송출 능력에 따라 해당 경로로 전송할 패킷의 전송율을 비균등하게 할당하는 애드혹 네트워크 기반 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법 및 이의 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 애드혹 네트워크에서 송신 노드가 중계 노드를 통해 수신 노드로 사이멀캐스트(simulcast) 패킷을 동시에 전송하는 방법으로서, 상기 송신 노드가 상기 중계 노드에 의해 형성된 다중 경로로부터 상기 패킷을 전송할 임의 경로를 선택하는 단계; 상기 송신 노드가 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드 중에서 상기 송신 노드와 이웃하는 중계 노드에 대하여 링크 속성을 참조하여 큐(queue) 상태를 분석하는 단계; 상기 송신 노드가 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하고 산출된 값에 의거 종단 간 처리량을 파악하는 단계; 및 상기 송신 노드가 상기 종단 간 처리량에 따라 상기 선택된 경로로 전송할 상기 패킷의 전송율을 비균등하게 할당하고, 할당된 전송율로 상기 패킷을 전송하는 단계;를 포함하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법을 제공한다.
상기 방법에서, 상기 큐 상태를 분석하는 단계는, 상기 선택된 경로 상에서 이웃하는 중계 노드에 대하여 이웃 노드의 개수, 이웃 노드간 연결하는 링크 수, 상기 선택된 경로 상에 존재하는 링크 수에 기초하여 동시송출이 가능한 링크 상태를 분석하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 큐 상태를 분석하는 단계는, 상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 1을 참조하여, 상기 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드에 유니캐스트만 가능한 노드만 포함되고 상기 이웃 노드간 연결하는 링크의 수가 존재하는 않는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 1로 정의할 수 있다.
이 경우, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 1에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출한다.
[수학식]
Figure 112016037615621-pat00001
(여기서,
Figure 112016037615621-pat00002
는 모든 이웃 노드의 수,
Figure 112016037615621-pat00003
는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
Figure 112016037615621-pat00004
는 시도율(attempt rate))
또한, 상기 큐 상태를 분석하는 단계는, 상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 2를 참조하여, 상기 선택된 경로 상에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되어 있으나, 상기 선택된 경로 상에서 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 존재하지 않는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 2로 정의할 수 있다.
이 경우, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 2에 따른 도착율(p)은 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00005
)과 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00006
)을 포함하여 산출하되, 상기 추가 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00007
)은 하기 수학식으로 도출된다.
[수학식]
Figure 112016037615621-pat00008
(단,
Figure 112016037615621-pat00009
은 노드간 링크 수,
Figure 112016037615621-pat00010
는 모든 이웃 노드의 수,
Figure 112016037615621-pat00011
는 유니캐스트에 의한 링크 처리량임)
또한, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 2에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출한다.
[수학식]
Figure 112016037615621-pat00012
Figure 112016037615621-pat00013
(여기서,
Figure 112016037615621-pat00014
은 노드간 링크 수,
Figure 112016037615621-pat00015
는 모든 이웃 노드의 수,
Figure 112016037615621-pat00016
는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
Figure 112016037615621-pat00017
는 시도율(attempt rate))
또한, 상기 큐 상태를 분석하는 단계는, 상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 3을 참조하여, 상기 선택된 경로에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되고, 이와 동시에 상기 선택된 경로 상에 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 존재하되 상기 링크가 상기 송신 노드 측에 존재하는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 3으로 정의할 수 있다.
이 경우, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 3에 따른 도착율(p)은 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00018
)과 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00019
), 송신 노드 측으로부터 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율을 포함하여 산출하되, 상기 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00020
)과 상기 송신 노드 측으로부터 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율은 하기 수학식으로 도출된다.
[수학식]
Figure 112016037615621-pat00021
(단,
Figure 112016037615621-pat00022
은 노드간 링크 수,
Figure 112016037615621-pat00023
는 모든 이웃 노드의 수,
Figure 112016037615621-pat00024
는 유니캐스트에 의한 링크 처리량임)
또한, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 3에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112016037615621-pat00025
또한, 상기 큐 상태를 분석하는 단계는, 상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 4를 참조하여, 상기 선택된 경로에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되고, 이와 동시에 상기 선택된 경로 상에 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 존재하되 상기 링크가 상기 수신 노드 측에 존재하는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 4로 정의할 수 있다.
이 경우, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 4에 따른 도착율(p)은 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00026
)과 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00027
), 수신 노드 측으로부터 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율을 포함하여 산출할 수 있다.
또한, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 4에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출한다.
[수학식]
Figure 112016037615621-pat00028
또한, 상기 큐 상태를 분석하는 단계는, 상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 5를 참조하여, 상기 선택된 경로에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되고, 이와 동시에 상기 선택된 경로 상에 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 둘 이상 존재하되 상기 링크가 상기 송신 노드 및 상시 수신 노드 양측에 모두 존재하는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 5로 정의할 수 있다.
이 경우, 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는, 상기 링크모델 5에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출한다.
[수학식]
Figure 112016037615621-pat00029
또한, 상기 방법에서, 상기 종단 간 처리량을 파악하는 단계는, 상기 선택된 경로에 대하여 동시송출 능력을 갖는 중계 노드의 수, 네트워크 밀도에 따라 상기 종단 간 처리량이 달라지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는, 애드혹 네트워크를 이용한 시스템에 있어서, 송신할 사이멀캐스트(simulcast) 패킷을 갖는 송신 노드; 상기 사이멀캐스트 패킷을 수신하는 수신 노드; 및 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 무선 연결되어 다중 경로를 형성하고 상기 송신 노드의 사이멀캐스트 패킷을 상기 수신 노드로 중계하는 중계 노드;를 포함하며, 상기 송신 노드는, 상기 중계 노드에 의해 형성된 다중 경로로부터 상기 패킷을 전송할 임의 경로를 선택하고, 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드에 대하여 링크 속성을 참조하여 큐(queue) 상태를 분석하며, 분석된 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하여 상기 선택된 경로의 종단 간 처리량을 파악한 후, 상기 종단 간 처리량에 따라 상기 선택된 경로로 전송할 상기 패킷의 전송율을 비균등하게 할당하여 전송하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 송신 노드와 수신 노드 사이에 존재하는 다중 경로 중 더 우월한 동시송출 능력을 갖는 경로에 대하여 사이멀캐스트 패킷의 전송율을 차등적으로 할당하여 경로에 따라 패킷을 중계 전송함으로써 사이멀캐스트 서비스의 성능과 효율성을 향상시킬 수 있다. 동시송출 능력이 우월할 경로는 해당 경로 상에 존재하는 중계 노드의 이웃 수, 노드간 링크 수 등에 의해 결정된다.
하나의 경로 상에 높은 전송량을 할당하는 것은 결국 과부하에 의한 종단 간 지연을 증가시키게 되는데, 본 발명은 송신 노드에서 중계 노드로, 중계 노드에서 수신 노드로 노드간 패킷 전송이 이루어질 때마다 다중 경로의 전송율을 차등적으로 할당하여 라우팅하므로 지속적으로 종단 간 지연을 증가시키지 않는다. 또한, 종단 간 지연을 증가시키도록 전달되는 데이터 패킷이 해당 노드의 큐에 쌓게 되는데, 오히려 여기에 더 많은 데이터 패킷을 전송하여 큐를 비우기에 긍정적인 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법을 적용한 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 애드혹 네트워크에서 소스 노드로부터 패킷 전송 시 다중 경로를 이용하여 라우팅하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 네트워크 토폴로지를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 토폴로지에서 각 경로에 따른 노드 큐(queue)에 트래픽의 유입 및 유출을 모델링한 도면이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서 각 노드의 큐 상태에 따라 종단 간 처리량을 분석하는 링크 속성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 애드혹 네트워크의 밀도가 다른 환경에서 다양한 네트워크 토폴리지에 대하여 종단간 최대 처리량을 분석한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법을 적용한 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시예에서는 송신 노드(10)와, 중계 노드(20), 수신 노드(30)를 포함하여 송신 노드(10)가 중계 노드(20)를 통해 수신 노드(30)로 사이멀캐스트를 위한 데이터 패킷을 동시 전송한다.
여기서, 송신 노드(10)와 수신 노드(30) 사이에는 다수의 중계노드(20)에 의해 무선 네트워크가 가능하게 연결된 애드혹 네트워크가 형성되고, 이 애드혹 네트워크를 통해 사이멀캐스트를 위한 데이터 패킷 즉, 제1 무선 라디오, 제2 무선 라디오를 동시 전송한다.
이때, 송신 노드(10)와 중계 노드(20) 및 수신 노드(30)는 네트워크 통신이 가능한 노드로써 역할을 수행하되, 중계 노드(20)는 최종 목적지가 자신이 아닌 경우 다음 노드로 데이터 패킷을 중계 전송하여 처리하는 라우팅 프로토콜에 의해 통신을 수행된다. 이 경우, 중계 노드(20)는 기능 상 송신 노드(10)가 될 수 있다.
송신 노드(10) 및 수신 모드(30)는 무선 신호를 송수신하는 것으로 소스 노드 및 목적지 노드라 부르기도 한다.
본 실시예에서, 송신 노드(10)는 송신할 사이멀캐스트(simulcast) 패킷을 가지고 있으며, 수신 노드(30)는 중계 노드(20)를 통해 사이멀캐스트(simulcast) 패킷을 수신한다. 중계 노드(20)는 송신 노드의 사이멀캐스트 패킷을 수신 노드(30)로 중계한다.
이때, 송신 노드(10)는 애드혹 네트워크를 통한 패킷 전송 시, 애드혹 네트워크에서 중계 노드(20)에 의해 형성된 다중 경로 중 동시송출 능력이 더 우월한 경로에 데이터 패킷을 적응적으로 할당하여 전송한다.
구체적으로 도 2의 과정을 통해 적응적인 패킷 전송이 이루어진다.
먼저 S10 단계와 같이, 송신 노드(10)가 다수의 중계 노드(20)에 의해 형성된 다중 경로로부터 사이멀캐스트를 위한 데이터 패킷을 전송할 임의 경로를 선택한다.
다음 S20 단계와 같이, 송신 노드(10)가 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드(20) 중에서 송신 노드(10)와 이웃하는 중계 노드(20)에 대하여 링크 속성을 참조하여 노드의 큐(queue) 상태를 분석한다. 큐 상태는 선택된 경로 상에서 송신 노드(10)와 이웃하는 중계 노드(20)에 대하여 이웃 노드의 개수, 이웃 노드간 연결하는 링크 수, 선택된 경로 상에 존재하는 링크 수 등에 의해 결정된다. 이로부터 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드의 동시송출이 가능한 링크 상태를 분석할 수 있다. 이에 대해서는 하기 도 7 내지 도 12에 나타낸 링크 모델(링크모델 1 내지 5)을 통해 구체적으로 설명한다.
다음 S30 단계와 같이, 송신 노드(10)가, 분석된 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하고 산출된 값에 의거 종단 간(end-to-end) 처리량(throughput)을 파악한다. 종단 간 처리량으로부터 해당 경로가 동시송출 능력이 있는지를 판단할 수 있다. 종단 간 처리량은 각 경로에 대하여 동시송출 능력을 갖는 중계 노드의 수, 네트워크 밀도에 따라 다르다.
도착율 및 서비스율은 이웃 노드의 개수, 노드간 링크 수, 상기 선택된 경로 상에서의 링크 수, 트래픽율 등을 인자로 계산할 수 있는데, 이들 인자는 링크 속성에 의해 정의된 산출 알고리즘을 적용하여 추출할 수 있다.
다음 S40 단계와 같이, 송신 노드(10)가 산출된 최대 종단 간 처리량에 따라 해당 경로에 전송할 데이터 패킷의 전송율을 비균등하게(unequal) 할당한다. 그리고 할당된 전송율로 선택된 경로를 걸쳐 데이터 패킷을 전송한다.
그럼, 이상의 다중 경로 라우팅을 위해 모델링한 네트워크 토폴로지와 링크 속성에 대하여 설명한다.
네트워크 토폴로지 (network topology)
도 3은 본 발명의 애드혹 네트워크에서 소스 노드로부터 패킷 전송 시 다중 경로를 이용하여 라우팅하는 구조를 나타낸 도면이다.
네트워크는 도 3에 예시하고 있는 바와 같이, 소스 노드(S)와 목적지 노드(D)가 둘 이상의 다중 경로에 의해 무선으로 연결되고, 각 경로에는 무선으로 연결된 다수의 중계 노드(relay node)가 존재한다. 따라서, 소스 노드(S)로부터 데이터 패킷이 두 경로를 거쳐 랜덤하게 분산되어 다중 라우팅하는 구조를 나타내고 있다.
두 경로는 목적지 노드(D)까지 홉(hop)의 수가 동일하지만, 동시송출 능력이 다르다. 동시송출 능력에 대해서는 하기에서 구체적으로 후술하겠지만, 사이멀캐스트가 가능한지 여부에 대한 능력을 말한다. 즉, 애드혹 네트워크의 특성상 각 노드에 발생되는 트래픽, 주변 환경으로 인해 노드간 링크의 연결성이 수시로 변하는데, 이러한 이유로 동시송출 능력은 각 경로 상에 존재하는 중계노드의 링크 상태(큐 상태)에 따라 달라진다.
다중 경로에서, 동시송출 능력이 우월한 경로를 우월 경로(more-capable route), 상대적으로 동시송출 능력이 열등한 경로를 열등 경로(less-capable route)라 정의하고, 이하에서는 설명의 편의상 우월 경로, 열등 경로라고 칭한다.
본 실시예에서는 두 경로에서 우월 경로에는 전송율 R1, 열등 경로에는 전송율 R2을 할당하여 패킷 전송을 수행하는 것으로 정의한다. 이때, 전송율 R1, R2는 아래 관계식을 갖는다.
[관계식]
0≤R1≤1, 0≤R2≤1 이고, R1 + R2 = 1
애드혹 네트워크는 노드의 이동성 때문에 동적인 네트워크 토폴로지를 갖는데, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 네트워크 토폴로지를 나타낸 도면이다.
본 실시예에서는 무선 애드혹 네트워크에서 동일한 무선 라디오를 동시 전송하는 경로에 대하여 도 4 내지 도 6에 도시된 세 가지 네트워크 토폴로지를 모델링하였다.
세 가지 네트워크 토폴로지에 대하여 먼저 공통적인 구성에 대해서만 언급하면, 소스 노드(S)와 목적지 노드(D) 사이에 무선 연결된 두 경로는 목적지까지 동일한 홉 수를 갖지만, 동시송출을 할 수 있는 중계노드의 상태가 수시로 변경되기 때문에 경로마다 동시송출 능력이 다르다.
세 가지 네트워크 토폴로지에서 상부 경로는 우월 경로(more-capable route)를 나타내고, 하부 경로는 열등 경로(less-capable route)를 나타낸다. 각 경로는 이론 상 전송 영역이 아니므로 서로 간섭하지 않는 것으로 가정한다.
또한, 세 가지 네트워크 토폴로지에서 검게 채워진 원은 동시송출이 가능한 이웃 중계노드가 존재하여 사이멀캐스트를 할 수 있는 노드를 나타내고, 빈 원은 유니캐스트만을 할 수 있는 노드를 나타낸다. 그리고, 노드 사이에 굵게 표기된 선은 동시송출이 가능한 우월 링크를 나타내며, 얇게 표기된 선은 상대적으로 동시송출이 상대적으로 열등한 열등 링크를 나타낸다.
일 예로, 도 4에 도시한 네트워크 토폴로지 1은 우월 경로(more-capable route) 상에 동시송출(사이멀캐스트)할 수 있는 중계 노드(relay node)가 두 개 있고, 두 중계 노드간 동시송출이 가능한 우월 링크가 포함된다.
도 5에 도시한 네트워크 토폴로지 2는 우월 경로 상에서 네트워크 토폴로지 1 보다 동시송출이 가능한 중계 노드의 수가 더 많은 중계 노드를 갖는다. 그러나 임의 중계 노드에서 다른 중계 노드로 연결되는 우월 링크의 수는 네트워크 토폴로지 1과 동일하다.
도 6에 도시한 네트워크 토폴로지 3은 우월 경로 상에서 네트워크 토폴로지 2에서 동시송출이 가능한 중계 노드의 수와 동일하다. 그러나, 중계 노드간 연결하는 우월 링크의 수는 네트워크 토폴로지 2보다 더 많다.
열등 경로의 상태는 세 가지 네트워크 토폴로지에서 모두 동일하다.
또한, 세 가지 네트워크 토폴로지에서, 모든 무선신호는 동일한 이웃 노드의 수와 평균 시도율(G)을 갖도록 모델링될 때, 소스 노드(S)로부터 전송된 패킷이 해당 경로에서 임의 노드로 무선 중인 다른 전송 패킷과 충돌할 수 있다. 충돌 시, 소스 노드(S)로부터 전송된 패킷은 무선 전송되는 큐에 대기하고 재전송을 위해 기다린다. 충돌 확률은 다음과 같다.
Figure 112016037615621-pat00030
여기서, Pc는 충돌확률, G는 평균 시도율(attempt rate), Nb는 이웃 노드의 수임.
충돌 확률로부터 링크 처리량을 구할 수 있다.
Figure 112016037615621-pat00031
Figure 112016037615621-pat00032
Su는 유니캐스트에 의한 링크 처리량, Ss는 사이멀캐스트에 의한 링크 처리량을 나타낸다.
링크 속성(link properties)
위에서 언급한 네트워크 토폴리지는 각 노드의 링크 특성에 따라 구현되어 진다.
도 7은 앞서 설명한 네트워크 토폴로지에서 각 경로에 따른 노드 큐(queue)에 트래픽의 유입 및 유출을 모델링한 도면이다.
원 안의 n, n+1은 패킷의 유입 또는 유출에 의해 각 노드의 큐에 할당된 데이터 패킷의 수를 나타내고, p와 q는 도착율(arrival rates) 및 서비스율(service rates)을 나타낸다.
모델링 시, 데이터 패킷이 선택된 경로를 따라 각 노드에 유입하거나 유출하고, 패킷의 유입(도착) 및 유출(빠져나감)이 독립적으로 이루어진다고 간주한다. 실제 각 노드에는 데이터 패킷이 성공적으로 전송하고 수신하지 않으므로 패킷의 유입 및 유출이 독립적이지 않으나, 이 부분에 대해서는 본 발명의 다중 라우팅을 위해 도착율(p) 및 서비스율(q)을 분석하는 데 큰 영향을 주지 않으므로 고려하지 않는다.
도 7에 도시된 Q는 하나의 전송시간 슬롯 이후에 패킷 수가 변화하지 않는 확률이다. 이는 대략 하기 수학식 1에 의해 추측할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016037615621-pat00033
(여기서, P(0)은 큐에 패킷이 없을 경우의 확률이다.)
도 8 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 애드혹 네트워크에서 각 노드의 큐 상태에 따라 종단 간 처리량을 분석하는 링크 속성을 설명하기 위한 도면이다.
큐 상태는 하나의 경로 상에서 이웃하는 노드의 개수, 동시송출이 가능한 노드 수, 링크 수, 해당 경로에 대한 링크 수 등에 따라 정의된 링크 속성을 참조하여 분석할 수 있다.
예컨대, 도 8의 링크 속성은 하나의 경로 상에서 동시송출이 가능한 노드는 없고 유니캐스트만 가능한 노드만 포함되며, 이웃하는 노드간 링크 또한 존재하지 않는 큐 상태를 나타내고 있다. 이를 링크모델 1로 정의한다.
도 9의 링크 속성은 하나의 경로 상에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 노드가 포함되어 있으나, 해당 경로 상에서 이웃하는 노드와 연결하는 우월 링크가 존재하지 않는 큐 상태를 나타낸다. 이를 링크모델 2로 정의한다.
도 10의 링크 속성은 하나의 경로에서 동시송출이 가능한 노드가 둘 이상 포함되고 이와 동시에 해당 경로 상에 이웃하는 노드로 동시송출이 가능한 우월 링크가 하나 이상 존재하되, 우월 링크가 소스 노드(송신 노드) 측에 존재하는 큐 상태를 나타낸다. 이를 링크모델 3으로 정의한다.
도 11의 링크 속성은 해당 경로 상에서 우월 링크가 목적지 노드(수신 노드) 측에 존재하는 큐 상태를 나타낸다. 이를 링크모델 4로 정의한다.
도 12의 링크 속성은 해당 경로 상에서 우월 링크가 둘 이상 포함하되 소스 노드(송신 노드) 및 목적지 노드(수신 노드) 양측에 모두 존재하는 큐 상태를 나타낸다. 이를 링크모델 5라고 정의한다.
위에 언급한 각 링크모델의 큐 상태에 따라 트래픽의 유입 및 유출 상태가 다르므로, 이로 인해 각 노드의 도착율(p) 및 서비스율(q)은 다르다.
링크모델 1의 경우, 하나의 경로 상에서 동시송출이 가능한 노드 및 링크가 존재하지 않으므로 각 노드는 유니캐스트를 처리하는 처리량과 동일하다. 즉, 총 도착율(p)는 네트워크에서 패킷 전송에 관련된 모든 노드가 동일하고, 소스 노드(S)로부터 들어오는 트래픽은 포함되지 않는다. 따라서, 링크모델 1에 의한 도착율(p)은 모든 이웃 노드에서 소스 노드(S)인 하나의 노드를 제외하고 유입되는 패킷의 양과 관계한다. 이를 수학식으로 나타내면 아래와 같다. 서비스율(q)은 소스 노드(S)에서 목적지 노드(D)로 빠져나가는 패킷에 대해서만 포함한다.
[수학식 2]
Figure 112016037615621-pat00034
여기서,
Figure 112016037615621-pat00035
는 모든 이웃 노드의 수,
Figure 112016037615621-pat00036
는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
Figure 112016037615621-pat00037
는 시도율(attempt rate)이다.
링크모델 2의 경우, 하나의 경로 상에서 중계 노드가 동시송출이 가능하지만 해당 경로에 링크가 지원되지 않으므로, 이의 도착율(p) 및 서비스율(q)은 동시송출에 의한 링크 처리량과 관계한다.
서비스율(q)은 단순히 소스 노드에서 목적지 노드로 빠져나가는 패킷에 대해서만 포함하므로,
Figure 112016037615621-pat00038
가 된다.
도착율(p)은 링크모델 1과 유사한 방식으로 파악되지만 링크모델 2는 동시송출(사이멀캐스트)에 의한 처리량을 고려해야 한다. 즉, 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00039
)과 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00040
)을 포함한다. 중계 노드는 해당 경로에서 동시송출을 위한 링크가 존재하지 않으므로, 추가메시지를 보내는 시도에만 기초하여 도착율을 구할 수 있다.
추가메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00041
)은
Figure 112016037615621-pat00042
가 되므로, 총 도착율(p)은 하기 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure 112016037615621-pat00043
Figure 112016037615621-pat00044
여기서,
Figure 112016037615621-pat00045
은 노드간 링크 수,
Figure 112016037615621-pat00046
는 모든 이웃 노드의 수,
Figure 112016037615621-pat00047
는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
Figure 112016037615621-pat00048
는 시도율(attempt rate)이다.
링크모델 3의 경우, 하나의 경로 상에 동시송출이 가능한 노드 및 링크가 모두 포함되는 경우로, 이의 도착율(p) 및 서비스율(q)은 링크모델 2와 마찬가지로 동시송출에 의한 링크 처리량과 대응된다.
그런데, 링크모델 3은 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00049
)외, 소스 측으로부터 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(점선 표시)이 추가적으로 포함된다. 이는 하기 수학식 4에서 나타낸 바와 같이 노드간 링크 수(
Figure 112016037615621-pat00050
)에서 하나의 소스 노드의 링크 수(1)만큼 감소하여 산출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016037615621-pat00051
여기서, 링크모델 3은 소스 노드 측에 존재하는 링크가 우월 링크이므로, 그 방향에서 유입되는 트래픽은 두 패킷에 대한 전송율에 기초하여 도달한다. 따라서, 링크모델 3에서의 도착율 및 서비스율은 다음과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016037615621-pat00052
링크모델 4는 링크모델 3과 마찬가지로 하나의 경로 상에 동시송출이 가능한 노드 및 링크가 모두 포함되지만, 링크가 소스 노드 측이 아닌 목적지 노드 측에 존재한다. 여기서, 소스 노드 측, 목적지 노드 측이라는 것은 소스 노드 또는 목적지 노드와 가깝게 위치한 중계 노드를 의미한다. 따라서, 추가적인 메시지로 인한 도착율(
Figure 112016037615621-pat00053
)은 동시송출에 의한 메시지에 추가적으로 해당 경로의 목적지 노드 측으로부터 들어오는 메시지를 포함하여, 전체 도착율(p) 및 서비스율(q)은 하기 수학식 6을 통해 산출할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112016037615621-pat00054
링크모델 5는 하나의 경로 상에 동시송출이 가능한 하나 이상의 노드 및 하나 이상의 링크가 모두 포함되고, 하나 이상의 링크는 소스 노드 및 목적지 노드 양측에 존재하는 상태로, 이의 도착율(p)은 아래 수학식 7에서 나타난 바와 같이 링크모델 3의 도착율(p)과 동일하다.
[수학식 7]
Figure 112016037615621-pat00055
이상의 네트워크 모델에서 종단 간 처리량은 타임 슬롯마다 소스 노드에서 목적지 노드로 성공적으로 전송된 패킷의 수로 측정될 수 있다. 그런데, 소스 노드로부터 발생되는 트래픽으로 각 중계 노드에서의 큐 지연은 종단 간 처리량에 영향을 줄 수 있다.
이하에서는 무작위 애드혹 네트워크에서 종단 간 사이멀캐스트의 성능을 최대화하기 위해 소스 노드로부터 각 경로로 전송하는 데이터 패킷의 전송율을 각기 다르게 할당함으로써 동시송출을 위한 다중 라우팅을 살펴본다.
시뮬레이션 및 결과
본 실시예에서는 애드혹 네트워크 환경에서 세 가지 네트워크 토폴리지의 각각에 대하여 앞서 설명한 링크 속성을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그리고, 애드혹 네트워크 환경은 네트워크 밀도에 따라 두 가지 환경으로 구분하였다. 그리고, 송신 노드는 동일한 시도율로 패킷을 전송하고, 송신 노드에 의해 전송된 모든 패킷은 동일한 수신 노드로 무선 전송됨을 가정한다.
본 발명의 시뮬레이션을 통해, 각 네트워크 토폴로지의 두 경로에서 임의 하나의 경로를 랜덤하게 선택하고, 선택된 경로에 대하여 서로 다른 전송율로 패킷을 전송한다. 예컨대, 우월 경로(more-capable route)에는 전송률 R1, 열등 경로에는 전송률 R2로 할당하고, R1과 R2는 0과 1사이 범위에서 다양한 값을 가지고 두 합은 1이 되는 조건을 갖는다.
송신 노드와 수신 노드 사이에 무선 연결되어 있는 다수의 중계 노드의 큐 상태는 링크 속성에 의해 결정된다. 만약 송신 노드로부터 전송된 패킷이 경로 상의 임의 중계 노드에 Pc의 확률로 충돌하는 경우 해당 패킷을 재전송을 위해 해당 원 노드의 큐에서 대기한다.
본 발명의 시뮬레이션은 0부터 1까지 다양한 시도 G를 수행하였다. 만약 패킷이 성공적으로 전송되었다면 다음 노드인 도착 큐의 종단으로 이동할 것이다. 패킷 선택 알고리즘은 FIFO(First In First Out; 선입선출) 방식을 기반으로 한다. 또한, 시뮬레이션은 패킷 수를 카운팅하기 위해 100,000번 타임 슬롯을 실행하여 수행하였고, 그 결과 수신 노드에 R1과 R2의 다양한 전송율을 가지고 성공적으로 수신하였다.
일 예로, 시뮬레이션은 네트워크 밀도가 8이고 노드의 우월 링크의 평균 수가 4인 고밀도 네트워크 환경과, 네트워크 밀도가 6이고 우월 링크의 평균 수가 3인 저밀도 네트워크 환경에서 각각 수행하였다.
도 13는 고밀도 네트워크 환경(
Figure 112016037615621-pat00056
=8 and
Figure 112016037615621-pat00057
=4)에서, 도 14는 저밀도 네트워크 환경(
Figure 112016037615621-pat00058
=6 and
Figure 112016037615621-pat00059
=3)에서 세 네트워크 토폴로지에 대하여 종단 간 처리량을 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 참고로, 표기된 마크 *, □, ○는 네트워크 토폴로지 1, 2, 3을 나타낸 것이다.
구체적으로 도 13을 살펴보면, 고밀도 네트워크 환경에서 세 네트워크 토폴리지 1, 2, 3의 최대 종단 간 처리량은 단지 열등 경로만을 선택한 경우에 비해 270%, 450%, 410% 정도 개선되었다. 또한, 우월 경로만을 선택한 경우와 비교하면, 다중 라우팅을 통해 측정된 세 네트워크 토폴리지 1, 2, 3 각각의 최대 종단 간 처리량은 37.04%, 27.27%, 33.33% 정도 향상되었다.
네트워크 토폴로지 2, 3에서 최대 종단 간 처리량을 나타내는 최적의 경로 선택율(R1) 범위는 0.6 내지 0.9이고, 네트워크 토폴로지 1에서 최대 종단 간 처리량을 나타내는 최적의 경로 선택율(R1) 범위는 0.3 내지 0.9가 된다. 네트워크 토폴리지 1에 있어서, 비균등 다중 라우팅에 의해 산출된 처리량 이득을 찾기는 어렵다. 여기서, 네트워크 토폴로지 1에 대한 최적의 경로 선택율이 비교적 넓은 범위를 가지고 있고, 네트워크 토폴리지 1을 적용한 비균등 다중 라우팅에 의한 이득이 적은 이유는, 동시송출 능력 측면에서 비균등 다중 라우팅 방식이 열등 경로에는 그다지 영향이 미치지 못하기 때문인 것으로 고려된다.
다음 도 14의 그래프를 살펴보면, 저밀도 네트워크 환경에서 세 네트워크 토폴리지 1, 2, 3 각각의 최대 종단 간 처리량은 단지 열등 경로만을 선택한 경우에 비해 270%, 410%, 3900% 정도 개선되었다. 또한, 우월 경로만을 선택한 경우와 비교하면, 다중 라우팅을 통해 측정된 세 네트워크 토폴리지 1, 2, 3 각각의 최대 종단 간 처리량은 37.04%, 27.27%, 33.33% 정도 향상되었다.
네트워크 토폴로지 2 및 3에 대하여 최적의 경로 선택율은 0.7 근처이고, 네트워크 토폴로지 1에 대한 최적의 경로 선택율은 0.5이다. 그러나, 네트워크 토폴로지 1에 대한 최적의 경로 선택율은 0.2 내지 0.9 범위까지 비교적 넓게 퍼져 있다. 다만, 고밀도 네트워크에서와 같이, 시뮬레이션 결과는 열등 경로가 비균등 다중 경로 구조로부터 상대적으로 덜 영향을 받는 것으로 나타난다.
이와 같이, 고밀도 네트워크 환경에서 시뮬레이션한 결과, 네트워크 토폴로지 2 및 3에 대한 최대 종단 간 처리량은 네트워크 토폴로지 1에 대한 최대 종단 간 처리량에 비해 대략 52% 높고, 네트워크 토폴로지 2 및 3과의 차이는 거의 없다.
또한, 저밀도 네트워크 환경에서 시뮬레이션한 결과, 네트워크 토폴로지 2 및 3에 대한 최대 종단 간 처리량은 네트워크 토폴로지 1에 대한 최대 종단 간 처리량에 비해 39.62%, 33.96% 정도 높게 산출되었으며, 네트워크 토폴로지 2 및 3과의 차이도 4.23% 정도로 작은 것을 알 수 있다.
이는 비균등 다중 경로 선택을 적용한 종단 간 처리량이 동시송출이 가능한 중계 노드의 수에 크게 의존하지만, 하나의 경로 상에 동시송출이 가능한 노드로 연결하는 링크의 수 만큼은 아닌 것을 나타낸다.
이처럼, 저밀도 네트워크에서의 시뮬레이션 결과는 종단 간 처리량이 고밀도 네트워크에서처럼 동일한 패턴을 보여주지만, 고밀도 네트워크의 종단 간 처리량보다 43.24%, 32.14%, 263.79% 만큼 높다. 이는 이웃 노드의 개수가 작아서 수신기에서의 충돌 확률이 낮기 때문에 상대적으로 높게 측정된 것이다.
일반적으로 네트워크 밀도에 따라 충돌 확률이 다르게 나타나는데, 이러한 효과는 전송 범위, 네트워크 밀도, 홉 수와 같은 다양한 인자와 관련된다. 그러나, 이 시뮬레이션을 통해, 전송범위의 변화로 인해 중계 수가 변하는 양상을 제외하고, 애드혹 네트워크에서 종단 간 처리량 관점에서 네트워크 밀도가 네트워크 성능에 얼마나 영향을 미치는지 관찰하는 데 의미가 있다.
또한, 고밀도 네트워크 및 저밀도 네트워크에 대한 시뮬레이션 결과는 다중 경로에 동시송출 성능이 동시송출 능력을 갖는 중계 노드의 수에 의해 결정된다는 것을 알 수 있다. 그리고, 시뮬레이션 결과는 각 경로에 대하여 노드의 동시송출 능력에 관한 지식이 다중 경로 라우팅을 이용한 시스템에서 종단 간 처리량을 향상시키기 위해 네트워크 계층에서 이용될 수 있다는 것을 나타낸다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 아래의 특허청구범위에 의해 해석 되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
10: 송신기
20: 신호처리부
30: 수신기

Claims (17)

  1. 애드혹 네트워크에서 송신 노드가 중계 노드를 통해 수신 노드로 사이멀캐스트(simulcast) 패킷을 동시에 전송하는 방법으로서,
    상기 송신 노드가 상기 중계 노드에 의해 형성된 다중 경로로부터 상기 패킷을 전송할 임의 경로를 선택하는 단계;
    상기 송신 노드가 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드 중에서 상기 송신 노드와 이웃하는 중계 노드에 대하여 링크 속성을 참조하여 큐(queue) 상태를 분석하는 단계;
    상기 송신 노드가 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하고 산출된 값에 의거 종단 간 처리량을 파악하는 단계; 및
    상기 송신 노드가 상기 종단 간 처리량에 따라 상기 선택된 경로로 전송할 상기 패킷의 전송율을 비균등하게 할당하고, 할당된 전송율로 상기 패킷을 전송하는 단계;
    를 포함하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 큐 상태를 분석하는 단계는,
    상기 선택된 경로 상에서 이웃하는 중계 노드에 대하여 이웃 노드의 개수, 이웃 노드간 연결하는 링크 수, 상기 선택된 경로 상에 존재하는 링크 수에 기초하여 동시송출이 가능한 링크 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 큐 상태를 분석하는 단계는,
    상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 1을 참조하여,
    상기 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드에 유니캐스트만 가능한 노드만 포함되고 상기 이웃 노드간 연결하는 링크의 수가 존재하는 않는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 1로 정의하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 1에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure 112016037615621-pat00060

    (여기서,
    Figure 112016037615621-pat00061
    는 모든 이웃 노드의 수,
    Figure 112016037615621-pat00062
    는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
    Figure 112016037615621-pat00063
    는 시도율(attempt rate))
  5. 제2항에 있어서,
    상기 큐 상태를 분석하는 단계는,
    상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 2를 참조하여,
    상기 선택된 경로 상에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되어 있으나, 상기 선택된 경로 상에서 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 존재하지 않는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 2로 정의하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 2에 따른 도착율(p)은 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00064
    )과 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00065
    )을 포함하여 산출하되,
    상기 추가 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00066
    )은 하기 수학식으로 도출되는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure 112016037615621-pat00067

    (단,
    Figure 112016037615621-pat00068
    은 노드간 링크 수,
    Figure 112016037615621-pat00069
    는 모든 이웃 노드의 수,
    Figure 112016037615621-pat00070
    는 유니캐스트에 의한 링크 처리량임)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 2에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure 112016085336769-pat00071

    Figure 112016085336769-pat00072

    (여기서,
    Figure 112016085336769-pat00073
    은 노드간 링크 수,
    Figure 112016085336769-pat00074
    는 모든 이웃 노드의 수,
    Figure 112016085336769-pat00075
    는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
    Figure 112016085336769-pat00076
    는 시도율(attempt rate),
    Figure 112016085336769-pat00103
    는 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율,
    Figure 112016085336769-pat00104
    는 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율임)
  8. 제2항에 있어서,
    상기 큐 상태를 분석하는 단계는,
    상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 3을 참조하여,
    상기 선택된 경로에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되고, 이와 동시에 상기 선택된 경로 상에 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 존재하되 상기 링크가 상기 송신 노드 측에 존재하는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 3으로 정의하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 3에 따른 도착율(p)은 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00077
    )과 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00078
    ), 송신 노드 측으로부터 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율을 포함하여 산출하되,
    상기 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00079
    )과 상기 송신 노드 측으로부터 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율은 하기 수학식으로 도출되는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure 112016037615621-pat00080

    (단,
    Figure 112016037615621-pat00081
    은 노드간 링크 수,
    Figure 112016037615621-pat00082
    는 모든 이웃 노드의 수,
    Figure 112016037615621-pat00083
    는 유니캐스트에 의한 링크 처리량임)
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 3에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure 112016085336769-pat00084

    (단,
    Figure 112016085336769-pat00105
    는 모든 이웃 노드의 수,
    Figure 112016085336769-pat00106
    은 노드간 링크 수,
    Figure 112016085336769-pat00107
    는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
    Figure 112016085336769-pat00108
    는 시도율(attempt rate)임)
  11. 제2항에 있어서,
    상기 큐 상태를 분석하는 단계는,
    상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 4를 참조하여,
    상기 선택된 경로에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되고, 이와 동시에 상기 선택된 경로 상에 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 존재하되 상기 링크가 상기 수신 노드 측에 존재하는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 4로 정의하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 4에 따른 도착율(p)은 유니캐스트에 의해 들어오는 기본적인 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00085
    )과 사이멀캐스트에 의해 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율(
    Figure 112016037615621-pat00086
    ), 수신 노드 측으로부터 들어오는 추가 메시지에 의한 도착율을 포함하여 산출하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 4에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure 112016085336769-pat00087

    (단,
    Figure 112016085336769-pat00109
    는 모든 이웃 노드의 수,
    Figure 112016085336769-pat00110
    은 노드간 링크 수,
    Figure 112016085336769-pat00111
    는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
    Figure 112016085336769-pat00112
    는 시도율(attempt rate)임)
  14. 제2항에 있어서,
    상기 큐 상태를 분석하는 단계는,
    상기 링크 속성으로 정의된 링크모델 5를 참조하여,
    상기 선택된 경로에서 동시송출(사이멀캐스트)이 가능한 중계 노드가 포함되고, 이와 동시에 상기 선택된 경로 상에 이웃하는 노드와 연결하는 링크의 수가 둘 이상 존재하되 상기 링크가 상기 송신 노드 및 상시 수신 노드 양측에 모두 존재하는 경우, 상기 큐 상태를 상기 링크모델 5로 정의하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하는 단계는,
    상기 링크모델 5에 따른 도착율(p) 및 서비스율(q)을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure 112016085336769-pat00088

    (단,
    Figure 112016085336769-pat00113
    는 모든 이웃 노드의 수,
    Figure 112016085336769-pat00114
    은 노드간 링크 수,
    Figure 112016085336769-pat00115
    는 유니캐스트에 의한 링크 처리량,
    Figure 112016085336769-pat00116
    는 시도율(attempt rate)임)
  16. 제1항에 있어서,
    상기 종단 간 처리량을 파악하는 단계는,
    상기 선택된 경로에 대하여 동시송출 능력을 갖는 중계 노드의 수, 네트워크 밀도에 따라 상기 종단 간 처리량이 달라지는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법.
  17. 애드혹 네트워크를 이용한 시스템에 있어서,
    송신할 사이멀캐스트(simulcast) 패킷을 갖는 송신 노드;
    상기 사이멀캐스트 패킷을 수신하는 수신 노드; 및
    상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이에 무선 연결되어 다중 경로를 형성하고 상기 송신 노드의 사이멀캐스트 패킷을 상기 수신 노드로 중계하는 중계 노드;를 포함하며,
    상기 송신 노드는,
    상기 중계 노드에 의해 형성된 다중 경로로부터 상기 패킷을 전송할 임의 경로를 선택하고, 선택된 경로 상에 존재하는 중계 노드에 대하여 링크 속성을 참조하여 큐(queue) 상태를 분석하며, 분석된 상기 큐 상태에 따라 도착율 및 서비스율을 산출하여 상기 선택된 경로의 종단 간 처리량을 파악한 후, 상기 종단 간 처리량에 따라 상기 선택된 경로로 전송할 상기 패킷의 전송율을 비균등하게 할당하여 전송하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 시스템.
KR1020160047748A 2016-04-19 2016-04-19 애드혹 네트워크에서 사이멀캐스트를 위한 다중 라우팅 방법 및 이의 시스템 KR101662090B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100062771A (ko) * 2008-12-01 2010-06-10 한국전자통신연구원 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐 제어를 이용한 단대단 실시간 라우팅 방법
KR20130091123A (ko) * 2012-02-07 2013-08-16 연세대학교 산학협력단 무선 메쉬 네트워크에서의 노드, 라우팅 설정 방법 및 장치

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