KR102026641B1 - 위성 통신망을 이용한 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템에 관한 것으로, 위성 통신망과 지상 통신망, 이를테면 모바일 애드혹 망 간 게이트웨이의 라우팅 경로 계산 시 이질적인 네트워크 망 특성(지연 시간, 손실률, 안정도, 전송용 등) 및 효율적인 운용을 통합적으로 고려하여 통신 경로를 구축할 수 있는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템에 관한 것이다.

Description

위성 통신망을 이용한 통신 시스템{COMMUNICATION SYSTEM VIA THE SATELLITE COMMUNICATIONS NETWORK}
본 명세서는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 위성 통신망을 이용하여 지상 통신망 간의 통신이 이루어지는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 위성 통신망과 지상 통신망(모바일 애드혹 망)의 통합 운용이 이루어지는 통신 시스템에 관한 것이다.
모바일 애드혹 망은 개별 노드(20)들이 특정 기지국, AP(Access Point) 등의 인프라 없이 분산 구조에서 자율적인 네트워크를 구성하는 망이므로 제한된 출력, 지형특성, 이동성 등의 제약으로 인하여 망간 링크 단절이 빈번하게 유발되며, 상기의 제약사항으로 인한 망간 분리 및 음영구간이 수시로 발생될 수 있다. 반면 위성 통신망은 지형특성과 이동성에 관계없이 광역 네트워크 링크를 제공할 수 있는 장점이 있으나, 다수의 가입자가 주파수 재사용 없이 한정된 대역폭을 점유하는 형태의 망이므로 전송속도가 상대적으로 낮고 위성의 RTT(Round Trip Time)에 의한 전송지연 시간이 높은 고지연 특성의 망이다.
모바일 애드혹 망에서 개별 노드(20)들은 특정 인프라(예: 기지국, AP 등)에 종속되지 않고 독립적인 라우터의 역할을 수행하면서 자율적인 네트워크를 구성한다. 모바일 애드혹 망의 개별 노드(20)들은 기본적으로 단말의 하드웨어의 출력, 배터리 등의 제약사항이 존재하며, 특히 이동간 네트워크 구성 시 지형/지물에 의한 가시선 확보 여부에 따라 링크 단절이 빈번하게 발생할 수 있는 문제점이 존재한다.
최근 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서 모바일 애드혹 망의 링크 단절 시 위성 통신망을 백업링크로 활용하는 라우팅 기술이 활발히 연구가 진행되고 있다. 일 예로, 2010년 영국의 SURREY 대학 등이 참여한 MONET(Mechanism for Optimization of Hybrid Ad hoc networks) 프로젝트에서는 위성 통신망과 모바일 애드혹 망간 종단 간 자원최적화에 초점을 맞추어 효율적인 하이브리드 네트워크 구성을 위한 연구가 진행되고 있다.
종래의 라우팅 기술에서는 위성 통신망의 지상링크의 백업경로 활용 시 위성링크의 한정된 대역폭 및 고지연 링크 특성으로 인하여, 지상링크의 단절 발생 시에만 제한적으로 위성링크를 사용할 수 있도록 해당 라우팅 경로의 비용값을 최대로 설정하거나, 다수의 게이트웨이 운용 시 종단 간 위성링크의 연동접점이 되는 게이트웨이를 고려하지 않은 형태로 적용되었다.
그러나 모바일 애드혹 망의 멀티홉 중계 시 다수의 홉을 거쳐 목적지로 가는 경로에 비해 위성 통신망의 단일 홉 구간을 경유하는 링크가 종단 간 QoS(Quality of Service) 성능 측면에서 유리할 수 있으며, 다수의 게이트웨이 운용 시 위성링크간 로드밸런싱을 통해 전체 망 환경의 효율성 및 신뢰성을 증대가 가능하다.
그러므로, 위성 통신망과 모바일 애드혹 망간 효율적인 통합 네트워크를 구성하기 위해서는 이질적인 망 특성 및 최적 게이트웨이 운용을 고려한 라우팅 방법이 필수적으로 요구된다.
따라서, 본 명세서는, 위성 통신망과 복수의 지상 통신망 간의 통신 환경을 분석하여, 분석 결과에 따라 적절한 라우팅 구축이 이루어질 수 있는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템을 제공하고자 한다.
구체적으로, 위성 통신망과 지상 통신망, 이를테면 모바일 애드혹 망 간 게이트웨이의 라우팅 경로 계산 시 이질적인 네트워크 망 특성(지연 시간, 손실률, 안정도, 전송용 등) 및 효율적인 운용을 통합적으로 고려하여 통신 경로를 구축할 수 있는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템은, 복수의 지상 통신망에 분산되어 라우터로 동작하는 복수의 개별 노드 및 상기 위성 통신망과 상기 복수의 지상 통신망 간의 통신을 연계하여, 상기 위성 통신망을 통한 상기 복수의 개별 노드 간의 통신 경로를 구축하는 복수의 게이트웨이를 포함하고, 상기 복수의 개별 노드는, 상기 복수의 게이트웨이와의 통신 결과를 근거로 상기 복수의 게이트웨이 각각을 통한 통신 경로의 통신 상태를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 복수의 게이트웨이 중 어느 하나를 선택하여, 선택한 게이트웨이를 통한 통신 경로에 따라 통신을 수행한다.
일실시 예에서, 상기 복수의 개별 노드는, 상기 위성 통신망과 통신이 연계된 상기 복수의 게이트웨이와의 통신 결과를 근거로 상기 통신 경로의 지연 시간 함수 및 안정성 함수를 산출하여, 산출한 상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수에 따라 상기 통신 상태를 분석할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 지연 시간 함수는, 상기 통신 경로 상에 존재하는 개별 노드 간 패킷 수신 성공률, 패킷 크기 통신 대역폭, 상기 위성 통신망의 경유 횟수, 상기 위성 통신망을 통한 통신 구간의 지연 시간을 근거로 산출될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 안정성 함수는, 상기 통신 경로의 라우팅 업데이트 횟수 및 시간을 근거로 산출될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 복수의 개별 노드는, 상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수를 근거로 상기 통신 경로의 비용값 및 로드벨런싱값을 산출하여, 산출한 상기 비용값 및 로드벨런싱값에 따라 상기 복수의 게이트웨이 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 복수의 게이트웨이는, 상기 위성 통신망과 통신이 연계된 상태에서, 상기 복수의 개별 노드와의 통신을 연계할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 복수의 게이트웨이는, 통신 영역 내에 존재하는 상기 복수의 개별 노드에 브로드캐스트 방식으로 연계 메시지를 전송하여, 상기 복수의 개별 노드로부터 상기 연계 메시지에 대한 답변 메시지를 수신하고, 수신 결과 및 연계 상태를 근거로 연계 가능 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 복수의 개별 노드와의 통신을 연계할 수 있다.
본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템은, 상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 통해, 위성 통신망과 지상 통신망, 이를 테면 모바일 애드혹 망이 혼재된 이질적인 네트워크 환경에서 효율적인 라우팅 경로의 구성이 가능해지고, 이로 인해 지상의 이동성 및 무선채널 환경에 따라 수시로 링크품질이 변화될 수 있는 모바일 애드혹 망의 제약사항을 위성 통신망을 통해 극복하고, 게이트웨이 간 로드밸런싱을 통하여 종단 간 네트워크 서비스의 QoS 품질향상이 가능해지는 효과가 있다.
결과적으로, 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템은, 상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 통해, 적절한 라우팅 구축이 이루어져 위성 통신망과 지상 통신망 간의 통합 운용이 효율적으로 이루어짐으로써, 종래기술의 한계를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템의 구체적인 실시 구성을 나타낸 구성도.
도 3은 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템의 실시 예에 따른 게이트웨이의 통신 경로 구축(라우팅 구성)의 전체 순서를 나타낸 순서도.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 게이트웨이의 통신 경로 구축의 구체적인 순서를 나타낸 순서도 1.
도 5는 도 3에 도시된 바와 같은 게이트웨이의 통신 경로 구축의 구체적인 순서를 나타낸 순서도 2.
본 명세서는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템에 관한 것으로, 위성 통신망을 이용하여 지상 통신망 간의 통신이 이루어지는 위성 통신망에 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 위성 통신망과 지상 통신망(모바일 애드혹 망)의 통합 운용이 이루어지는 통신 시스템, 통신 장치, 통신 방법, 라우팅 방법, 라우팅 장치 및 라우팅 시스템에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 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 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
먼저, 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템의 구성을 설명한다.
본 명세서에 개시된 위성 통신망(10)을 이용한 통신 시스템(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 지상 통신망에 분산되어 라우터로 동작하는 복수의 개별 노드(20) 및 상기 위성 통신망(10)과 상기 복수의 지상 통신망 간의 통신을 연계하여, 상기 위성 통신망(10)을 통한 상기 복수의 개별 노드(20) 간의 통신 경로를 구축하는 복수의 게이트웨이(30)를 포함한다.
상기 통신 시스템(100)의 구체적인 구성은, 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다.
여기서, 상기 지상 통신망은, 모바일 애드혹 망을 의미할 수 있으며, 상기 개별 노드는, 모바일 애드혹 통신이 이루어지는 단말 장치를 의미할 수 있다.
상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 복수의 지상 통신망에 분산될 수 있다.
상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 복수의 게이트웨이(30)를 통해 상기 위성 통신망(10)과 통신이 연결되어, 상기 위성 통신망(10)을 통해 타 지상 통신망에 존재하는 개별 노드(20)와 통신이 이루어질 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 지상 통신망(Z1)에 존재하는 개별 노드(20) 중 어느 하나가, 상기 복수의 게이트웨이(30) 중 어느 하나(30#1 또는 30#2)를 통해 상기 위성 통신망(10)과 통신이 연결되어, 상기 위성 통신망(10)을 통해 제2 지상 통신망(Z2)에 존재하는 개별 노드(20)와 통신하게 될 수 있다.
이처럼, 상기 통신 시스템(100)은, 상기 위성 통신망(10) 및 상기 복수의 지상 통신망(20) 간의 통신 경로를 구축하는 상기 복수의 게이트웨이(30)를 통해, 상기 위성 통신망(10)을 통한 상기 복수의 지상 통신망(20) 간의 통신이 이루어지게 될 수 있다.
상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 복수의 게이트웨이(30)와의 통신 결과를 근거로 상기 복수의 게이트웨이(30) 각각을 통한 통신 경로의 통신 상태를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 복수의 게이트웨이(30) 중 어느 하나를 선택하여, 선택한 게이트웨이(30)를 통한 통신 경로에 따라 통신을 수행한다.
상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 복수의 게이트웨이(30) 각각을 통한 통신 경로의 통신 상태를 분석하여, 상기 복수의 게이트웨이(30) 중 상기 통신 상태가 적절한 게이트웨이(30)를 선택하여, 선택한 게이트웨이(30)를 통한 통신 경로에 따라 타 지상 통신망에 존재하는 개별 노드(20)와 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 통신 경로는, 상기 복수의 게이트웨이(30) 중 어느 하나를 통한 상기 위성 통신망(10)과의 통신 연결로, 상기 위성 통신망(10)을 통해 타 지상 통신망에 존재하는 개별 노드(20)와 통신 연결되는 경로를 의미할 수 있다.
상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 위성 통신망(10)과 통신이 연계된 상기 복수의 게이트웨이(30)와의 통신 결과를 근거로 상기 통신 경로의 지연 시간 함수 및 안정성 함수를 산출하여, 산출한 상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수에 따라 상기 통신 상태를 분석할 수 있다.
상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수는, 상기 통신 경로의 통신 환경에 따른 함수로, 상기 통신 경로의 통신 상태를 나타내는 함수일 수 있다.
상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수는, 해당 게이트웨이(30)를 통한 통신 경로의 통신 상태를 평가하기 위한 함수일 수 있다.
즉, 상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수는, 상기 통신 경로의 통신 상태를 평가하는 기준이 될 수 있다.
상기 지연 시간 함수는, 상기 통신 경로 상에 존재하는 개별 노드 간 패킷 수신 성공률, 패킷 크기 통신 대역폭, 상기 위성 통신망의 경유 횟수, 상기 위성 통신망을 통한 통신 구간의 지연 시간을 근거로 산출될 수 있다.
즉, 상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 통신 경로 상에 존재하는 개별 노드 간 패킷 수신 성공률, 패킷 크기 통신 대역폭, 상기 위성 통신망의 경유 횟수, 상기 위성 통신망을 통한 통신 구간의 지연 시간을 근거로 상기 지연 시간 함수를 산출하게 될 수 있다.
상기 안정성 함수는, 상기 통신 경로의 라우팅 업데이트 횟수 및 시간을 근거로 산출될 수 있다.
즉, 상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 통신 경로의 라우팅 업데이트 횟수 및 시간을 근거로 상기 안정성 함수를 산출하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 위성 통신망(10) 및 상기 복수의 지상 통신망의 통신 환경 특성에 따라 통신을 수행하게 될 수 있다.
상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수를 근거로 상기 통신 경로의 비용값 및 로드벨런싱값을 산출하여, 산출한 상기 비용값 및 로드벨런싱값에 따라 상기 복수의 게이트웨이(30) 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 비용값 및 로드벨런싱값에 따라 상기 복수의 게이트웨이(30)에 해당하는 상기 통신 경로의 적절성을 판단하여, 상기 복수의 게이트웨이(30) 중 적절성이 판단된 통신 경로에 해당하는 게이트웨이(30)를 선택할 수 있다.
즉, 상기 복수의 개별 노드(20)는, 상기 통신 경로의 적절성을 판단한 결과에 따라 선택한 게이트웨이(30)에 해당하는 통신 경로로 상기 복수의 개별 노드(20) 간의 통신을 수행하게 될 수 있다.
상기 복수의 게이트웨이(30)는, 상기 위성 통신망(10)과 통신이 연계된 상태에서, 상기 복수의 개별 노드(20)와의 통신을 연계할 수 있다.
상기 복수의 게이트웨이(30)는, 통신 영역 내에 존재하는 상기 복수의 개별 노드(20)에 연계 메시지를 전송하여, 상기 복수의 개별 노드(20)로부터 상기 연계 메시지에 대한 답변 메시지를 수신하여, 수신 결과에 따라 상기 복수의 개별 노드(20)와의 통신 연계 가능 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 게이트웨이(30)는, 통신 영역 내에 존재하는 상기 복수의 개별 노드(20)에 브로드캐스트 방식으로 연계 메시지를 전송할 수 있다.
상기 복수의 게이트웨이(30)는, 통신 영역 내에 존재하는 상기 복수의 개별 노드(20)에 브로드캐스트 방식으로 연계 메시지를 전송하여, 상기 복수의 개별 노드(20)로부터 상기 연계 메시지에 대한 답변 메시지를 수신하여, 수신 결과 및 연계 상태를 근거로 상기 복수의 개별 노드(20)와의 통신 연계 가능 여부를 판단할 수 있다.
상기 복수의 게이트웨이(30)는, 통신 영역 내에 존재하는 상기 복수의 개별 노드(20)에 브로드캐스트 방식으로 연계 메시지를 전송하여, 상기 복수의 개별 노드(20)로부터 상기 연계 메시지에 대한 답변 메시지를 수신하여, 수신 결과 및 연계 상태를 근거로 상기 복수의 개별 노드(20)와의 통신 연계 가능 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 복수의 개별 노드(20)와의 통신을 연계할 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 통신 시스템(100)의 보다 구체적인 실시 예를 일반적인 위상 통신망과 모바일 애드혹 망 간의 통합 운용 시스템에서의 적용 예를 들어 설명한다.
모바일 애드혹 망에서는 분산 환경에서 개별 노드(20)들이 각각 라우터로 동작하게 되며, 자율적으로 라우팅을 구성하기 위한 애드혹 라우팅 프로토콜을 적용하게 된다. 애드혹 라우팅 프로토콜은 출발지(Src:source)에서 목적지(Dst:destination)간 최적 경로를 계산하기 위한 비용함수를 사용하며, 목적지까지의 홉(Hop)수나 지연시간 등의 비용요소를 고려하여 가장 최소의 전달 시간을 갖는 목적지를 선정하게 된다.
도 2는 위성 통신망(10)과 모바일 애드혹 망이 혼재되어 운용되는 환경의 기본 망 구조를 도시한다. 출발지(Src) 노드는 출력 및 LOS(Line Of Sight) 제한으로 단일 홉 링크로 목적지(Dst) 노드와 통신링크를 구성하기 어려운 상황이 발생할 수 있다. 그러나 모바일 애드혹 노드 간 자율적으로 구성되는 라우팅 토폴로지 정보에 의해 다중 홉 경로가 존재할 경우 중계 노드를 통해 목적지 노드에 데이터를 전송할 수 있게 된다. 라우팅 토폴로지 구성 시 도 2와 같이 라우팅 토폴로지 상에 위성링크가 지상의 모바일 애드혹 망과 혼재되어 경로를 구성하는 경우, 지상 노드의 멀티홉 중계를 통한 경로 1 형태의 라우팅을 구성할 수 있고, 경로 1에 비해 상대적으로 적은 홉 수를 갖지만 위성링크가 혼재되어 있는 경로 2와 같은 형태의 라우팅을 구성할 수 있다. 경로 1의 경우 위성링크에 비해 고속링크를 제공할 수 있으나, 다수의 홉을 거쳐야 하므로 홉별 무선점유 상태 및 채널환경에 따라 서비스 성능이 저하될 수 있다. 경로 2의 경우 위성링크의 저속/고지연 특성에 의해 물리적 링크속도는 낮지만, 상대적으로 적은 수의 홉을 통한 경로 구성이 가능하다. 모바일 애드혹 망과 위성링크가 혼재되어 운용되는 경우에는 이러한 경로구성이 빈번하게 발생할 수 있으며, 이질적인 링크 특성 환경에서 최적의 경로를 구성하기 위해서는 서비스 특성 및 위성링크간 로드밸런싱이 고려되어야 한다.
본 명세서에 개시된 통신 시스템(100)은, 위성 통신망(10)과 모바일 애드혹 망간 통합 운용을 위한 게이트웨이(30)를 통해 서비스 특성 및 게이트웨이(30) 선택에 의한 위성링크간 로드밸런싱이 가능한 다중 메트릭 기반 라우팅이 이루어질 수 있다.
다중 메트릭 기반 라우팅은 위성 통신망(10)과 모바일 애드혹 망의 통합운용을 고려하여 계산된다. 지연시간을 기준으로 종단 간 경로별 최소 비용을 평가하기 위한 위성링크를 포함한 메트릭을 의미하는 SM_ ETT (Satellite Metric for Expected Transmission Time)와 종단 간 동적 네트워크 환경의 토폴로지 변화에 의한 경로 안정성을 확보하기 위한 PSR(Path Stability Metric)으로 구성되며, 최종적으로 두 가지 수식과 트래픽 특성을 고려하여 최종 비용값이 계산된다.
SM_ ETT는 위성 통신망(10)과 모바일 애드혹 망의 지연 시간을 평가하기 위한 지표로서, 앞서 설명한 상기 지연 시간 함수를 의미할 수 있다.
상기 SM_ ETT는 하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 통해 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018005382113-pat00001
[수학식 2]
Figure 112018005382113-pat00002
여기에서 p ij 는 경로 상에 존재하는 노드 i와 노드 j 링크 간 패킷 수신 성공률을 의미하며, 애드혹 망에서 이웃노드의 존재를 판단하기 위해 일반적으로 사용되는 Hello, Hello-Ack 메시지 수신율 등을 활용하여 계산하게 된다. S는 패킷의 크기를 의미하며, B ij 는 무선링크의 대역폭을 의미한다. SM_ ETT는 기존 ETT(Expected Transmission Time) 값에 위성링크의 경유 횟수를 의미하는 N값과 위성링크 구간의 물리적 전송지연 시간을 의미하는 T tdsat 값 및 큐잉(Queueing) 지연시간을 의미하는 T qdsat 를 반영하여 위성링크의 지연시간인 SD(Satellite Delay)를 계산하게 된다.
PSR은 경로 p의 위성 통신망(10)과 모바일 애드혹 망간 구성되는 경로의 안정성을 평가하기 위한 지표로서, 앞서 설명한 상기 안정성 함수를 의미할 수 있다.
상기 PSR는 하기 [수학식 3]을 통해 산출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112018005382113-pat00003
여기에서 δ는 메트릭 간 가중치를 반영하기 위한 튜닝 파라미터이며, RUC (Routing Update Counter)는 라우팅 경로의 업데이트 횟수를 반영한 메트릭이다. 모바일 애드혹 망은 이동성 및 무선 환경 등에 의한 토폴로지 변화가 빈번하게 발생할 수 있는 망이며, 이로 인한 라우팅 경로가 자주 변화될 수 있는 가능성이 존재한다. RUC는 이러한 모바일 애드혹 망의 라우팅 변화 특성을 고려하여, 업데이트 횟수가 최대인 상태에서 유지되는 링크를 좀 더 안정적인 라우팅 경로로 판단하게 된다. T는 업데이트 시간을 의미하며, 최소의 값을 가질수록 최근에 반영된 경로로 정의하게 된다.
최종적으로 SM_ ETT와 PSR을 고려하면서, 동시에 서비스 트래픽의 특성을 고려한 최적의 라우팅 경로를 선정하기 위한 TCF (Total Cost Function) 값을 산출한다.
상기 TCF는 앞서 설명한 상기 비용값을 의미할 수 있다.
TCF는 네트워크에서 유통되는 서비스 트래픽의 세션유지시간 가중치(Wsession_time)값을 반영하여 하기 [수학식 4]를 통해 산출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112018005382113-pat00004
여기에서 α와 β는 SM_ ETT값과 PSR값의 정량적인 수치를 정규화하기 위한 튜닝 파라미터이며, Wsession _time은 서비스 특성에 따른 세션 유지시간을 반영한 사전 설정 값이다. 즉, 세션유지시간이 짧은 단회성 패킷 기반 서비스(Ex. 단문서비스 등)인 경우에는 상대적으로 경로의 안정도 보다는 SM_ ETT 값에 의한 최소 비용링크를 선호하도록 반영하고, 반면에 세션유지시간이 긴 다회성 패킷 기반 서비스(Ex. VoIP 등)인 경우에는 PSR값에 우선순위를 두고 안정된 경로를 구성한다.
또한, 위성링크간 로드밸런싱을 의미하는 GLB (Gateway Load Balancing)는 경로 상의 과부하를 성능지표로 반영하기 위하여 경로상의 노드 i와 게이트웨이 k간 링크의 평균 큐 길이를 의미하는 Avg . QL값과 경로상의 노드 i와 게이트웨이 k간 무선자원 시간슬롯의 평균 점유상태를 의미하는 Avg . TimeSlot값을 통해 계산한다. 또한, 로드밸런싱 메트릭에 의해서 라우팅 경로가 불필요하게 반복적으로 변경되는 라우팅 플랩핑(Routing Flapping) 현상을 방지하기 위한 GCC (Gateway Change Counter) 파라미터를 GLB 계산 수식에 반영하였다. GLB는 앞서 설명한 상기 로드밸런싱값을 의미할 수 있으며, 하기 [수학식 5]를 통해 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112018005382113-pat00005
GCC는 개별 노드(20) i의 게이트웨이 k에 대한 변경횟수를 의미하며, 개별 노드(20)가 일정시간동안의 GCC에 대한 이력을 별도 저장하여 누적합산하게 된다. 따라서 GCC 값이 큰 경우 라우팅 경로가 선택되지 않으므로 플래핑을 방지할 수 있다.
도 3은 위성 통신망(10)과 모바일 애드혹 망의 망간 통합 운용을 고려한 전체 흐름도를 도시한다. 기본적으로 위성 통신망(10)과 연결되어 있는 게이트웨이(GW)는 모바일 애드혹 망을 구성하는 개별 노드(20)(MN)들에게 자신의 존재를 알리기 위해서 GW Advertisement(101단계)를 수행한다. 게이트웨이의 광고 메시지를 받은 노드들은 자신이 현재 다른 게이트웨이(30)에 등록된 적이 없거나 유효하지 않은 경우 GW Registration Request(102단계)를 수행하게 된다. 게이트웨이(30)가 개별 노드(20)로부터 GW Registration Request 메시지를 받은 상태에서 특정 이유로 인해(예. 위성링크 과부하 등) 가입할 수 없는 경우를 판단(104단계)하며, GW는 GW Negotiation(103단계)을 수행하거나 GW Registration Error(105단계) 메시지를 전송하게 된다. GW Negotiation은 게이트웨이(30) 자체적으로 타 게이트웨이간 로드밸런싱을 고려하여 GW Advertisement에 대한 메시지 발생 빈도를 위성링크의 로드에 따라 조절하는 역할을 한다. 즉, GW Negotiation 기능을 통해 신규 등록 개별 노드(20)의 가입 빈도를 조절함으로서 로드밸런싱 효과를 얻게 된다.
정상적인 등록이 완료되면 게이트웨이(30)는 최종적으로 개별 노드(20)에게 GW Registration Reply(106단계) 메시지를 전송하게 된다.
도 4는 GW Advertisement(101단계)에 대한 절차를 구체화한 것으로, 게이트웨이(30)에서 GW_ID 및 Agent Address를 포함한 GW_Noti 메시지를 브로드캐스트하면, 이를 수신한 개별 노드(20)들이 SM_ ETT, T, PSR의 GW 엔트리 정보를 업데이트하게 된다. 개별 노드(20)들은 GW_Noti 메시지 수신 시 자신이 현재 다른 게이트웨이에 등록된 적이 없거나 유효하지 않은 경우 TCF를 통한 최적 경로 판단 및 GLB 계산처리를 통해 자신이 등록할 게이트웨이를 선정하여 등록절차를 수행하게 된다.
도 5는 GW Registration Request(102단계) 및 GW Registration Error(105단계), GW Registration Reply(106단계)에 대한 절차를 구체화한 것으로 게이트웨이(30)에서 수신된 개별 노드(20)의 등록요청에 대한 서비스 가능여부를 판단하여 현재 서비스 제공 가능여부를 판단하여 개별 노드(20)에게 알려주는 역할을 수행하게 된다.
상술한 바와 같은 구체적인 실시 예를 통해, 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템은, 위성 통신망과 지상 통신망, 이를 테면 모바일 애드혹 망이 혼재된 이질적인 네트워크 환경에서 효율적인 라우팅 경로의 구성이 가능해지고, 이로 인해 지상의 이동성 및 무선채널 환경에 따라 수시로 링크품질이 변화될 수 있는 모바일 애드혹 망의 제약사항을 위성 통신망을 통해 극복하고, 게이트웨이 간 로드밸런싱을 통하여 종단 간 네트워크 서비스의 QoS 품질향상이 가능해질 수 있게 된다.
결과적으로, 본 명세서에 개시된 위성 통신망을 이용한 통신 시스템은, 상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 통해, 적절한 라우팅 구축이 이루어져 위성 통신망과 지상 통신망 간의 통합 운용이 효율적으로 이루어지게 될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 위성 통신망
20: 개별 노드
30: 게이트웨이

Claims (7)

  1. 위성 통신망을 이용한 통신 시스템에 있어서,
    복수의 지상 통신망에 분산되어 라우터로 동작하는 복수의 개별 노드; 및
    상기 위성 통신망과 상기 복수의 지상 통신망 간의 통신을 연계하여, 상기 위성 통신망을 통한 상기 복수의 개별 노드 간의 통신 경로를 구축하는 복수의 게이트웨이;를 포함하고,
    상기 복수의 개별 노드는,
    상기 복수의 게이트웨이와의 통신 결과를 근거로 상기 복수의 게이트웨이 각각을 통한 통신 경로의 통신 상태를 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 복수의 게이트웨이 중 어느 하나를 선택하여, 선택한 게이트웨이를 통한 통신 경로에 따라 통신을 수행하되,
    상기 복수의 게이트웨이는,
    상기 위성 통신망과 통신이 연계된 상태에서, 통신 영역 내에 존재하는 상기 복수의 개별 노드에 브로드캐스트 방식으로 연계 메시지를 전송하여, 상기 복수의 개별 노드로부터 상기 연계 메시지에 대한 답변 메시지를 수신하고, 수신 결과 및 연계 상태를 근거로 연계 가능 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 복수의 개별 노드와의 통신을 연계하는 것을 특징으로 하는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 개별 노드는,
    상기 위성 통신망과 통신이 연계된 상기 복수의 게이트웨이와의 통신 결과를 근거로 상기 통신 경로의 지연 시간 함수 및 안정성 함수를 산출하여, 산출한 상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수에 따라 상기 통신 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 지연 시간 함수는,
    상기 통신 경로 상에 존재하는 개별 노드 간 패킷 수신 성공률, 패킷 크기 통신 대역폭, 상기 위성 통신망의 경유 횟수, 상기 위성 통신망을 통한 통신 구간의 지연 시간을 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 안정성 함수는,
    상기 통신 경로의 라우팅 업데이트 횟수 및 시간을 근거로 산출되는 것을 특징으로 하는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 개별 노드는,
    상기 지연 시간 함수 및 안정성 함수를 근거로 상기 통신 경로의 비용값 및 로드벨런싱값을 산출하여, 산출한 상기 비용값 및 로드벨런싱값에 따라 상기 복수의 게이트웨이 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 위성 통신망을 이용한 통신 시스템.
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  7. 삭제
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