KR102066340B1 - Ad-Hoc 무선네트워크에의 노드, 라우팅 방법, 그 방법을 실행하기 위한 프로그램 및 이를 기록한 기록매체 - Google Patents

Ad-Hoc 무선네트워크에의 노드, 라우팅 방법, 그 방법을 실행하기 위한 프로그램 및 이를 기록한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 Ad-Hoc 무선네트워크 환경에의 라우팅 방법은 상기 시작노드가 전송 주기를 결정하고 상기 전송 주기에 따라 자신의 패킷을 상기 복수의 중간노드 중 N(자연수)홉 떨어진 N(자연수)번째 중간노드까지 각각 전송하는 제1 단계, 상기 패킷을 수신한 중간노드로서 자신과 N-1(자연수)홉 이전 중간노드들의 패킷을 합한 N-1(자연수)개의 패킷인 제1 이전 패킷을 수신한 중간노드가 상기 제1 이전 패킷과 자신의 패킷을 합한 N개의 패킷인 전달 패킷을 자신과 N(자연수)홉 이상 떨어진 N(자연수)번째 중간노드까지 각각 전송하는 전달단계 및 상기 전달단계가 반복됨에 따라 상기 시작노드의 패킷 및 상기 복수의 중간노드의 모든 패킷을 포함한 전달 패킷을 상기 싱크노드가 수신함으로써 한 주기의 패킷 전송이 종료되는 제3 단계를 포함한다.

Description

Ad-Hoc 무선네트워크에의 노드, 라우팅 방법, 그 방법을 실행하기 위한 프로그램 및 이를 기록한 기록매체 {NODE AND METHOD FOR ROUTING ON AD-HOC NETWORK, COMPUTER PROGRAM FOR EXECUTING THE METHOD AND RECORDING MEDIUM FOR RECORDING THE PROGRAM}
본 발명은 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법에 관한 것으로 구체적으로 라인(Line)형 정적 토폴로지를 갖고 각 노드마다 패킷의 송신 순서를 결정하는 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
Ad-Hoc 무선네트워크 상에서 수행되는 협력 통신은 송신 단말로부터 수신 단말로 직접 데이터를 전송하는 기존의 무선 통신 방법과 달리 중계 단말을 통해 데이터를 전송하는 통신 방법이다. 여러 개의 무선 노드가 다중입력 단일출력(Multiple Input Single Output,MISO) 링크를 생성함으로써 경로 손실을 감소시켜 수신 노드가 동일 채널 상에서 더 강한 신호를 받을 수 있으며 데이터의 전송 범위가 넓어지게 된다.
기존의 Ad-Hoc 무선 네트워크에서는 CSMA-CA 알고리즘의 백오프타임(Back Off Time)으로 인해 네트워크의 실시간성이 결여되는 문제가 발생한다. 또한 여러 노드의 동시다발적인 채널접속으로 채널의 부하증가 및 패킷의 충돌로 인해 데이터의 변형 및 손실이 발생하여 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 기존 Ad-Hoc 무선 네트워크의 네트워크 실시간성과 신뢰성이 개선된 라우팅 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 방법은 시작노드, 복수의 중간노드 및 싱크노드로 구성된 Ad-Hoc 무선네트워크 환경에서 상기 시작노드가 전송 주기를 결정하고 상기 전송 주기에 따라 상기 시작노드의 패킷을 상기 복수의 중간노드 중 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 N(2이상의 자연수)번째 중간노드까지 각각 전송하는 시작단계, 상기 패킷을 수신한 중간노드로서 제1 중간노드는 이전 노드들로부터 수신한 패킷에 자신의 패킷을 더하여 상기 제1 중간노드로부터 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 N(2 이상의 자연수)번째 제2 중간노드까지 각각 전송하는 전달단계 및 상기 전달단계를 반복하되, 상기 싱크노드가 이전 중간노드들로부터 패킷을 수신하는 경우 한 주기의 패킷 전송이 종료되는 종료단계를 포함한다.
상기 전달단계는 상기 제1 중간노드가 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하고 N-1홉 이전 중간노드로부터 패킷을 수신하지 못한 경우 N(2 이상의 자연수)홉 이전 중간노드로부터 수신한 패킷에 자신의 패킷을 더하여 전송하고, 상기 이전 중간노드들로부터 패킷을 하나도 수신하지 못한 경우 상기 제1 중간노드가 시작노드가 되어 상기 시작단계부터 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 전달단계에 있어서 상기 제1 중간노드가 자신과 N-1(자연수)홉 이전의 중간노드들로부터 기 설정된 시간 내에 각각 패킷을 전송 받지 못하는 경우 상기 각 패킷마다 Time-Out이 발생하며, 상기 Time-Out을 이용하여 상기 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기 전달단계는 상기 제1 중간노드가 자신과 기 설정된 N(2 이상의 자연수)홉 이전 중간노드의 패킷을 수신한 경우 해당 패킷을 패킷버퍼에 저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 전달단계에 있어서 상기 제1 중간노드가 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하고, N-1홉 이전 중간노드로부터 패킷을 수신하지 못하였으나 상기 패킷버퍼에 패킷이 존재하는 경우 상기 패킷버퍼에 저장된 패킷과 자신의 패킷을 더하여 전송하고, N-1홉 이전 중간노드로부터 패킷을 수신하지 못하고 상기 패킷버퍼에도 패킷이 없는 경우 상기 제1 중간노드가 시작노드가 되어 시작단계부터 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 Ad-Hoc 무선 네트워크에서의 노드는 이전 노드로부터 상기 패킷을 수신하거나 다른 노드로 상기 패킷을 송신하는 통신부, 자신과 연결된 기기의 데이터를 수집하여 패킷을 생성하는 센싱부 및 상기 생성된 패킷과 기 수신한 패킷을 함께 상기 다른 노드로 송신할 지 여부를 결정하는 제어부를 포함한다.
상기 Ad-Hoc 무선 네트워크에서의 노드는 현재 노드의 상태와 관련된 정보를 저장하는 상태저장부를 더 포함하고 상기 정보에는 이전 노드의 고장 여부, 시작노드로서 동작 여부 및 Time-out 발생여부 중 적어도 하나를 포함하며 상기 제어부는 기 설정된 조건에 따라 상기 생성된 패킷과 기 수신한 패킷을 상기 현재 노드로부터 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 노드까지 각각 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 Ad-Hoc 무선 네트워크에서의 노드는 상기 현재 노드의 상태가 시작노드로서 동작하도록 설정되어 있는 경우 전송주기를 결정하는 전송주기 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 상기 어느 하나의 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 하드웨어와 결합하여 상기 어느 하나의 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 애플리케이션이 제공될 수 있다.
본 발명의 Ad-Hoc 무선네트워크에의 라우팅 방법에 따르면 자신을 기준으로 이전노드의 패킷을 수신했을 때만 수신한 패킷에 자신의 패킷을 합하여 전송하므로 CSMA-CA의 백오프타임(Back Off Time)과 동시다발적인 채널 접속에 의한 충돌을 방지하여 실시간성과 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
또한 본 발명의 Ad-Hoc 무선네트워크에의 라우팅 방법에 따르면 Time Out을 이용하여 노드의 고장을 확인하고 패킷버퍼에 저장된 패킷을 이용하여 네트워크 연결성을 유지할 수 있다.
도 1은 Ad-Hoc 무선 네트워크 토폴로지를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 시작노드가 라우팅을 하는 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 정상상태 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 하나의 중간노드에 고장이 발생한 경우 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 연속된 두 개의 중간노드에 고장이 발생한 경우 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 시작노드에 고장이 발생한 경우 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Ad-Hoc 무선네트워크 노드의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 Ad-Hoc 무선 네트워크 토폴로지를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, Ad-Hoc 무선 네트워크 라인형 토폴로지는 시작노드(100), 싱크노드(300), 시작노드(100)와 싱크노드(300) 사이에 존재하는 복수의 중간노드(200-1, 200-2, 200-3..200-n)로 구성된다.
시작노드(100)는 Ad-Hoc 무선 네트워크 라인형 토폴로지의 시작이 되는 노드이다. 시작노드(100)는 일정 주기마다 다음 노드로 패킷을 송신하여 전체 네트워크의 전송주기를 결정한다.
중간노드(200-1, 200-2, 200-3..200-n)는 자신의 패킷 및 이전 노드로부터 수신 받은 패킷을 다음 노드(중간노드 또는 싱크노드)로 송신하는 역할을 한다.
싱크노드(300)는 라인형 토폴로지에서 모든 노드의 패킷이 최종적으로 수집되는 노드이다.
본 발명에 따른 라우팅 방식은 라인형 토폴로지 상에서 패킷을 다음 노드로 1홉 떨어진 노드에만 전송하는 것이 아니라 n홉 떨어진 노드까지 멀티 전송한다.
홉이란 라우팅을 통해 거치게 되는 노드(또는 라우터)의 수를 표현한 용어이다. 1홉 떨어진 노드의 경우 바로 다음 노드(또는 라우터)를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 2홉 떨어진 노드에 대하여 멀티 전송하는 라우팅 규칙을 열거하면 아래와 같다.
ⅰ) 모든 패킷은 시작노드(100)에서 중간노드(200-1, 200-2, 200-3..200-n)를 거쳐 싱크노드(300)로 전송된다.
ⅱ) 패킷전송의 시작 및 전체 네트워크의 전송주기는 시작노드(100)에서 결정한다.
ⅲ) 모든 노드는 패킷의 송신순서를 가진다. 시작노드(100)는 일정한 전송주기로 다음노드들로 2홉 멀티전송한다. 중간노드(200-1, 200-2, 200-3..200-n)는 자신을 기준으로 한 홉 이전노드의 패킷을 수신했을 때 수신 받은 패킷에 자신의 패킷을 합하여 다음 노드들로 2홉 멀티전송한다.
ⅳ) 중간노드(200-1, 200-2, 200-3..200-n)는 한 홉 이전노드의 패킷이 수신되지 않아 Time Out이 발생할 경우 두 홉 이전노드의 패킷에 자신의 패킷을 합하여 다음 노드들로 멀티전송 한다.
ⅴ) 두 홉 이전의 노드들로부터 패킷을 받지 못해 Time Out이 발생할 경우 자신이 시작노드(100)가 된다.
ⅵ) 한 주기의 패킷전송은 싱크노드(300)가 패킷을 수신함으로서 끝난다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 시작노드가 라우팅을 하는 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 시작노드(100)가 라우팅을 시작하게 되면 전송주기 Ts를 설정한다(S410). 전송주기 Ts는 패킷이 시작노드(100)에서 중간노드(200-1, 200-2, 200-3..200-n)들을 싱크노드(300)에 도착하는 데 걸리는 총 시간을 의미한다. 전송주기가 설정되면 이에 따라 S420 내지 S440의 단계가 반복된다.
S420단계에서, 전송주기 Ts에 따라 패킷을 전송해야 하는 시점인지 여부를 체크한다. 패킷 전송 이후 아직 전송주기 Ts가 도과되지 않았다면 다시 S420단계로 가서 전송주기를 체크한다.
S430단계에서, 패킷 전송 이후 전송주기 Ts가 도과하여 전송 시점이 되었다면 센서로부터 데이터를 수집한다.
S440단계에서, 수집된 데이터를 포함한 패킷을 송신 대상으로서 N홉 떨어진 중간노드(200-1, 200-2?)까지 송신한다.
상기 N은 2이상의 자연수로서 Ad-Hoc 무선 네트워크 라인형 토폴로지의 전체 노드의 수, 네트워크 효율을 고려하여 변경될 수 있다. 상기 N이 3인 경우로 예를 들면, 중간노드(200-1)부터 자신과 3홉 떨어진 중간노드(200-3)까지 각각 패킷을 송신하게 된다.
시작노드(100)가 상기 송신 대상인 중간노드(200-1, 200-2..)에 상기 패킷을 송신하면 S420단계로 돌아간다.
도 3 내지 도 7은 도 1에서 설명한 2홉 멀티전송의 라우팅 규칙(ⅰ~ⅵ)을 기준으로 한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 정상상태 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 3을 참조하면, 네트워크 구성의 시작점이 되는 Node 1이 시작노드(100)가 된다. Node 2 내지 Node 5는 중간노드(200-1, 200-2, 200-3, 200-4, 200-4)이다. Node 6은 싱크노드(300)이다. 각 노드의 하단에는 해당 노드가 수신한 패킷을 표시하였다.
Node 1은 시작노드(100)이므로 전송주기 Ts를 설정한다(S510). 상기 전송주기 Ts는 Node 1부터 패킷 전송이 시작되어 Node 6이 Node 5의 패킷을 수신하는 데 걸리는 시간이다.
Node 1은 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p1을 생성한 뒤 이를 송신 대상 중간노드인 Node 2와 Node 3에 송신한다(S520).
Node 1로부터 패킷 p1을 수신한 Node 2는 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p2를 생성하고 기 수신한 패킷 p1과 함께 송신대상 중간노드인 Node3과 Node4에 송신한다(S530).
Node 2로부터 패킷 p1, p2를 수신한 Node 3은 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p3을 생성하고, 이를 기 수신한 패킷(p1, p2)와 함께 송신대상 중간노드인 Node4와 Node5에 송신한다(S540).
Node 3으로부터 패킷 p1, p2, p3을 수신한 Node 4는 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p4를 생성하고, 이를 기 수신한 패킷(p1, p2, p3)과 함께 송신대상 노드인 Node5와 Node6에 송신한다(S550).
Node 4로부터 패킷 p1, p2, p3, p4를 수신한 Node 5는 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p5를 생성하고, 이를 기 수신한 패킷(p1, p2, p3, p4)과 함께 송신대상 노드인 Node6에 송신한다. 싱크노드(300)인 Node 6이 패킷을 수신함으로써 전송주기 Ts에 따른 한 주기의 전송이 종료된다(S560).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 하나의 중간노드에 고장이 발생한 경우 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 네트워크 구성의 시작점이 되는 Node 1이 시작노드(100)가 된다. Node 2 내지 Node 6은 중간노드(200-1, 200-2, 200-3, 200-4, 200-5)이다. 중간노드(200-2)인 Node 3은 고장이 나서 패킷 전송을 할 수 없다.
Node 1은 시작노드(100)이므로 전송주기 Ts를 설정한다(S610). 전송주기 Ts는 Node 1부터 싱크노드(300, 미도시)까지 패킷이 전송되는 데 걸리는 시간이다.
Node 1은 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p1을 생성한 뒤 이를 송신 대상 중간노드인 Node 2와 Node 3에 송신한다(S620).
Node 1로부터 패킷 p1을 수신한 Node 2는 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p2를 생성하고 기 수신한 패킷 p1과 함께 송신대상 중간노드인 Node3과 Node4에 송신한다(S630).
Node 3은 고장이 나서 Node 4에 자신이 수신한 p2와 생성된 p3을 Node 4에 전송할 수 없다. 기 설정된 시간동안 Node 3으로부터 패킷 p1, p2, p3을 수신하지 못하여 Node 4에서 Time out이 발생한다(S640).
Time out이 발생하게 되면 라우팅 규칙 ⅲ)에 따라 1홉 이전 노드의 패킷(p3)을 합하여 2홉 멀티 전송을 수행할 수 없게 된다. Node 4는 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p4를 생성하고 이를 라우팅 규칙 ⅳ)에 따라 두 홉 이전 노드인 Node 2로부터 수신한 패킷 p1, p2와 함께 송신대상 노드인 Node5와 Node6에 송신한다(S650).
미도시 되었으나 Node 5, Node 6의 동작은 도3의 정상상태 라우팅 동작과 동일하다. Node 4로부터 패킷 p1, p2, p4를 수신한 Node 5는 자신의 패킷 p5를 합하여 Node 6, Node7에 송신한다. Node 5로부터 패킷 p1, p2, p4, p5를 수신한 Node 6은 자신의 패킷 p6을 합하여 Node 7, Node 8에 송신한다.
따라서 네트워크 상 하나의 노드에 고장이 발생한 경우 고장이 발생한 Node 3이 생성한 패킷 p3은 싱크노드(300)로 전송할 수 없으나 상기와 같은 방식을 통해 네트워크의 연결성이 유지되는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 연속된 두 개의 중간노드에 고장이 발생한 경우 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 네트워크 구성의 시작점이 되는 Node 1이 시작노드(100)가 된다. Node 2 내지 Node 6은 중간노드(200-1, 200-2, 200-3, 200-4, 200-5)이다. 연속된 2개의 중간노드(200-2, 200-3)인 Node 2와 Node 3은 고장이 나서 패킷 전송을 할 수 없다.
Node 1은 시작노드(100)이므로 전송주기 Ts1을 설정한다(S710). 전송주기 Ts1은 시작노드인 Node 1부터 싱크노드(300, 미도시)까지 패킷이 전송되는 데 걸리는 시간이다.
Node 1은 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p1을 생성한 뒤 이를 송신 대상 중간노드인 Node 2와 Node 3에 송신한다(S720).
Node 2는 고장이 나서 패킷을 전송하지 못한다. 두 홉 이전 노드로부터 패킷을 수신하지 못하여 Node 4에서 Time out이 발생한다(S730).
Node 3은 고장이 나서 패킷을 전송하지 못한다. 한 홉 이전 노드로부터 패킷을 수신하지 못하여 Node 4에서 Time out이 발생한다(S740).
Node 4는 연속된 두 개의 중간노드(Node 2, Node 3)에 고장이 발생하여 라우팅 규칙 ⅲ) ⅳ)에 따라 멀티전송을 할 수 없다. 라우팅 규칙 ⅴ)에 따라 Node 4는 새로운 시작노드(100)가 된다. Node 4는 전송주기 Ts2를 설정한다(S750). Ts2는 Node 4로부터 싱크노드(300, 미도시)까지 패킷이 전송되는 데 걸리는 시간이다.
Node 4는 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p4를 생성하고 송신대상 중간노드인 Node 5와 Node 6에 송신한다(S760).
미도시 되었으나 Node 5, Node 6의 동작은 도 3의 정상상태 라우팅 동작과 동일하다. Node 4로부터 패킷 p4를 수신한 Node 5는 자신의 패킷 p5를 합하여 Node 6, Node7에 송신한다. Node 5로부터 패킷 p4, p5를 수신한 Node 6은 자신의 패킷 p6을 합하여 Node 7, Node 8에 송신한다.
상기와 같이 연속된 2개의 중간노드가 고장나는 경우에도 전체 라인 토폴로지가 끊어지는 것이 아니라 고장노드 이후의 노드인 Node 4가 시작노드가 됨으로써 네트워크 연결성이 유지된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 있어서 시작노드에 고장이 발생한 경우 라우팅 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 6을 참조하면, 네트워크 구성의 시작점이 되는 Node 1이 시작노드(100)가 된다. Node 2 내지 Node 6은 중간노드(200-1, 200-2, 200-3, 200-4, 200-5)이다. 시작노드(100)인 Node 1은 고장이 나서 패킷 전송을 할 수 없다.
시작노드인 Node 1은 고장이 나서 전송주기 설정도 패킷 전송도 할 수 없다. 그에 따라 한 홉 이전 노드인 Node 1로부터 패킷 p1을 수신하여 못하여 Node 2에서 Time out이 발생한다(S810).
Node 2는 두 홉 이전의 노드도 없기 때문에 라우팅 규칙 ⅲ)뿐만 아니라 ⅳ)에 의해서도 멀티 전송을 수행할 수 없다. 따라서 라우팅 규칙 ⅴ)에 따라 Node 2가 시작노드(100)가 되어 전송주기 Ts를 설정한다(S820). 전송주기 Ts는 Node 2부터 싱크노드(300, 미도시)까지 패킷이 전송되는 데 걸리는 시간을 의미한다.
Node 2는 센서로부터 데이터를 수집하여 패킷 p2를 생성하고 송신대상 중간노드인 Node 3, Node 4에 전송한다(S830).
단계 S840 내지 S850은 도 3에서 설명한 정상상태의 라우팅 동작과 동일하다.
또한 Node 5, Node 6의 동작도 도 3의 정상상태 라우팅 동작과 동일하다. Node 4로부터 패킷 p2, p3, p4를 수신한 Node 5는 자신의 패킷 p5를 합하여 Node 6, Node7에 송신한다. Node 5로부터 패킷 p2, p3, p4, p5를 수신한 Node 6은 자신의 패킷 p6을 합하여 Node 7, Node 8에 송신한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 따라 i번째 중간노드인
Figure 112018019266568-pat00001
가 2홉 멀티 전송하는 방식을 도 7과 같이 도시하였다. 이를 참조하면, 중간노드
Figure 112018019266568-pat00002
초기 설정에 따라 라우팅을 시작한다(S900). 현재노드는
Figure 112018019266568-pat00003
, 한 홉 이전 노드는
Figure 112018019266568-pat00004
로 표현한다.
Figure 112018019266568-pat00005
에 저장된 초기 설정의 구체적인 내용은 하기 표 1에 정리하였다.
구분 초기값 내 용
Time out TO 노드의 고장으로 네트워크에 참여하지 못하는 노드를 확인하기 위한 대기시간
시작노드 Flag 0 2홉 이내의 모든 노드의 고장으로 패킷을 수신 받지 못했을 경우 해당 노드를 시작노드로 설정하기 위한 Flag (0: 중간노드, 1: 시작노드로 설정)
Err Flag 0
Figure 112018019266568-pat00006
의 고장을 확인하기 위한 Flag.(0:
Figure 112018019266568-pat00007
정상, 1:
Figure 112018019266568-pat00008
이 고장)
패킷버퍼 0 수신한 패킷이
Figure 112018019266568-pat00009
의 패킷이 아닐 경우 패킷 버퍼에 저장하고
Figure 112018019266568-pat00010
에 고장이 발생할 경우 패킷 버퍼의 데이터를 사용한다.(0: 패킷버퍼에 데이터 존재하지 않음)
다음으로
Figure 112018019266568-pat00011
의 시작노드 Flag를 확인한다(S910).
시작노드 Flag가 0이 아닌 경우, 즉 1인 경우 2 홉 이내의 모든 노드의 고장으로 인해 패킷을 수신 받지 못한 것을 의미한다. 따라서 라우팅 규칙 ⅴ)에 따라
Figure 112018019266568-pat00012
가 시작노드(100)가 되어야 한다. 시작노드(100)가 된
Figure 112018019266568-pat00013
는 전송주기 Ts를 설정한다(S911).
최초 전송주기 설정 후에는 바로 전송 시점에 해당하므로 다음 단계인 S913단계로 넘어가고 최초 패킷 전송 이후 전송주기 Ts마다 패킷을 전송하도록 전송주기 Ts도과여부를 지속적으로 체크한다(S912).
Figure 112018019266568-pat00014
는 센서로부터 데이터를 수집하여 이를 포함하는 패킷을 생성한다(S913).
Figure 112018019266568-pat00015
는 상기 패킷을 송신대상 노드인
Figure 112018019266568-pat00016
에 전송한다(S970).
시작노드 Flag가 0인 경우,
Figure 112018019266568-pat00017
는 센서로부터 데이터를 수집하여 상기 데이터를 포함하는 패킷을 생성한다(S920).
TO동안 이전 노드의 패킷 수신을 위해 대기한다(S930). 구체적으로
Figure 112018019266568-pat00018
Figure 112018019266568-pat00019
의 패킷 수신을 위해 대기한다. 상기 각 노드에 대한 TO를 도과하는 경우 Time out이 발생한다.
Figure 112018019266568-pat00020
의 경우 두 홉 이전의 노드이므로 고장이 난 경우
Figure 112018019266568-pat00021
보다 Time out이 먼저 발생하게 된다.
Figure 112018019266568-pat00022
는 TO동안 패킷을 수신하였지 여부를 체크한다(S940).
단계 S940에서 TO 이전에 패킷을 수신한 경우,
기 수신한 패킷이
Figure 112018019266568-pat00023
의 패킷인지 여부를 체크한다(S950). 자신을 기준으로 한 홉 이전노드(
Figure 112018019266568-pat00024
)의 패킷을 수신했을 때만 수신 받은 패킷에 자신의 패킷을 합하여 전송하기 위함이다. 이를 통해 전체 노드의 패킷전송 순서를 결정지을 수 있다. 이와 같은 방법은 토큰링 방식과 유사하며
Figure 112018019266568-pat00025
의 패킷이 토큰의 역할을 한다. 따라서 노드에 CSMA/CA의 백오프타임(Back Off Time)과 동시다발적인 채널의 접속에 의한 충돌을 방지하여 실시간성과 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
단계 S950에서 기 수신한 패킷이
Figure 112018019266568-pat00026
의 패킷인 경우, 자신의 패킷과
Figure 112018019266568-pat00027
의 패킷을 합하여 하나의 패킷으로 생성하고(S960), 이를 송신대상 노드인 송신대상 노드인
Figure 112018019266568-pat00028
에 전송한다(S970).
단계 S950에서 기 수신한 패킷이
Figure 112018019266568-pat00029
의 패킷인 경우, 패킷버퍼에 수신한
Figure 112018019266568-pat00030
의 패킷을 저장하고(S951), Err Flag의 값이 1인지 여부를 체크한다(S952).
단계 S952에서 Err Flag가 1인 경우, 이 때에는
Figure 112018019266568-pat00031
이 고장난 상태라는 의미이므로 라우팅 규칙 ⅳ)에 따라 두 홉이전 노드의 패킷을 포함하여 멀티 전송하여야 한다. 이를 위해 패킷버퍼에 저장된
Figure 112018019266568-pat00032
의 패킷과 자신의 패킷을 합하여 패킷을 생성한다(S953).
Figure 112018019266568-pat00033
는 상기 패킷을 송신대상 노드인
Figure 112018019266568-pat00034
에 전송한다(S970). 패킷을 전송한 이후에는 패킷버퍼를 비운다. 즉 그 값을 0으로 설정한다(S980).
단계 S952에서 Err Flag가 1이 아닌 경우,
Figure 112018019266568-pat00035
이 고장난 것은 아니므로 다시 단계S920으로 가서 센서 데이터를 수집하여 패킷을 형성하고
Figure 112018019266568-pat00036
의 패킷 수신을 위해 대기하게 된다(S920, S930). 이후의 단계는 위에서 설명한 바와 같다.
단계 S940에서 TO 이전에 패킷을 수신하지 못한 경우,
Figure 112018019266568-pat00037
의 Time out이 발생하였는 지 여부를 체크한다(S941).
Figure 112018019266568-pat00038
의 Time out이 발생한 것이라면
Figure 112018019266568-pat00039
의 패킷 수신을 위해 단계 S930으로 가서 남은 시간동안 대기한다.
Figure 112018019266568-pat00040
의 Time out이 발생한 것이라면 Err Flag를 1로 변경한다(S942).
Err Flag를 1로 변경 후 패킷 버퍼의 값이 0인지 여부를 체크한다(S943).
패킷 버퍼 값이 0인 경우, 즉 두 홉 이전 노드인
Figure 112018019266568-pat00041
의 패킷도 수신하지 못한 것로서 연속된 두 홉 이전의 노드가 고장난 상태임을 의미한다. 라우팅 규칙 ⅴ)에 따라
Figure 112018019266568-pat00042
가 시작노드(100)가 되어야 한다. 이를 위해 시작노드 Flag를 1로 변경한다(S944). 이후 초기설정이 아닌 시작노드 Flag가 1인 상태로 단계 S910부터 라우팅을 시작하게 된다. 다음 과정은 단계 S911 내지 S913 관련하여 설명한 바와 동일하다.
패킷 버퍼의 값이 0이 아닌 경우, 이 경우 두 홉 이전 노드
Figure 112018019266568-pat00043
의 패킷은 수신하여 패킷 버퍼에 저장된 상태이다. 라우팅 규칙 ⅳ)에 따라 멀티 전송을 하여야 한다. 두 홉 이전 노드인
Figure 112018019266568-pat00044
와 자신의 패킷을 합한 패킷을 생성한다(S945).
Figure 112018019266568-pat00045
는 상기 패킷을 송신대상 노드인
Figure 112018019266568-pat00046
에 전송한다(S970). 패킷을 전송한 이후에는 패킷버퍼를 비운다. 즉, 그 값을 0으로 설정한다(S980).
Figure 112018019266568-pat00047
는 단계 S980 이후 초기설정(S900)이 아닌 각 단계를 거치며 설정된 값에 따라 단계 S910부터 라우팅을 반복하게 된다.
따라서 본 발명은 Time Out을 이용하여 노드의 고장 여부를 확인할 수 있고, 고장난 노드가 존재하는 경우에도 패킷버퍼에 저장된 패킷을 이용하여 네트워크 연결성을 유지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Ad-Hoc 무선네트워크 노드의 구성을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 Ad-Hoc 무선네트워크 노드(1000)는 통신부(1100), 센싱부(1200), 상태저장부(1300), 제어부(1400), 패킷버퍼(1500) 및 전송주기 결정부(1600)를 포함할 수 있다.
통신부(1100)는 임의의 다른 노드로부터 패킷을 수신할 수 있으며 제어부(1400)의 제어에 따라 패킷을 다른 노드로 송신할 수 있다.
센싱부(1200)는 노드(1000)가 연결되어 있는 기기의 상태를 센싱하여 데이터를 수집한 후 패킷을 생성한다.
상태저장부(1300)는 노드(1000)의 현재 상태와 관련된 정보를 저장한다. 상기 정보에는 이전 노드의 고장 여부, 현재 노드의 시작노드로서 동작 여부 및 Time out발생여부가 포함될 수 있다.
제어부(1400)는 상기 다른 노드로부터 수신한 패킷과 노드(1000)가 생성한 패킷을 합하여 다른 노드로 송신할 지 여부를 결정한다.
구체적으로 기 설정된 조건을 충족하는 경우 제어부(1400)는 상기 다른 노드로부터 수신한 패킷과 노드(1000)가 생성한 패킷을 합하여 각각 송신한다.
상기 기 설정된 조건이란 N-1(자연수)홉 이전 노드로부터 패킷을 수신한 것을 의미한다. 제어부(1400)는 N-1(자연수)홉 이전 노드로부터 패킷을 수신한 경우 노드(1000)는 기 수신한 패킷과 노드(1000)가 생성한 패킷을 합하여 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 노드까지 송신하도록 통신부(1100)를 제어한다.
제어부(1400)는 상기 기 설정된 조건의 만족여부를 상태저장부(1300)에 저장된 값을 이용하여 판단한다. 구체적으로 제어부(1400)는 Time out이 발생하였는지 확인하고, 발생하였다면 해당 이전 노드는 고장이 난 것이므로 이를 상태저장부(1300)에 반영한다. 패킷버퍼(1500)에는 이전 노드로부터 수신한 패킷이 저장된다.
제어부(1400)는 N(2이상의 자연수)홉 이전의 노드로부터 패킷을 수신한 경우 해당 패킷을 패킷버퍼(1500)에 저장한다. 노드(1000)가 N-1(자연수)홉 이전의 노드로부터 패킷을 수신하지 못한 경우 제어부(1400)는 패킷버퍼(1500)에 저장된 패킷과 노드(1000)가 생성한 패킷을 합하여 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 노드까지 송신하도록 통신부(1100)를 제어한다.
전송주기 결정부(1600)는 전체 Ad-Hoc 무선네트워크의 전송주기를 결정한다. 전송주기 결정부(1600)는 상태저장부(1300)에 시작노드로서 동작하도록 설정되어 있는 경우에만 동작한다.
제어부(1400)는 이전 노드로부터 패킷을 수신하지 못하고 패킷버퍼에도 패킷이 저장되어 있지 않은 경우 상태저장부(1300)에 노드(1000)가 시작노드로서 동작하도록 설정하고 전송주기 결정부(1600)가 새로운 전송주기를 결정하도록 제어한다.
전송주기 결정부(1600)가 새로운 전송주기를 결정하면 제어부(1400)는 노드(1000)가 생성한 패킷을 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 노드까지 최초로 송신한 이후 상기 새로운 전송주기가 도과하여 전송시점이 되었는 지 여부를 지속적으로 체크하여 전송시점이 된 경우에만 상기 패킷을 송신하도록 통신부(1100)를 제어한다.
본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다.
상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다.
추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다.
확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.
본 발명은 또한 하나 이상의 실시 예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시 예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시 예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시 예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다.
더구나, 전체 도면에서, 실시 예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 시작노드
200 : 중간노드
300 : 싱크노드
1000 : Ad-Hoc 무선네트워크의 노드
1100 : 통신부
1200 : 센싱부
1300 : 상태저장부
1400 : 제어부
1500 : 패킷버퍼
1600 : 전송주기 결정부

Claims (10)

  1. 시작노드, 복수의 중간노드 및 싱크노드로 구성된 Ad-Hoc 무선네트워크 환경에서 라우팅을 하는 방법에 있어서,
    상기 시작노드가 전송 주기를 결정하고 상기 전송 주기에 따라 상기 시작노드의 패킷을 상기 복수의 중간노드 중 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 N(2이상의 자연수)번째 중간노드까지 각각 전송하는 시작단계;
    상기 패킷을 수신한 중간노드로서 제1 중간노드는 이전 노드들로부터 수신한 패킷에 자신의 패킷을 더하여 상기 제1 중간노드로부터 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 N(2 이상의 자연수)번째 제2 중간노드까지 각각 전송하는 전달단계; 및
    상기 전달단계를 반복하되, 상기 싱크노드가 이전 중간노드들로부터 패킷을 수신하는 경우 한 주기의 패킷 전송이 종료되는 종료단계를 포함하고,
    상기 전달단계는,
    상기 제1 중간노드가 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하고,
    N-1홉 이전 중간노드로부터 패킷을 수신하지 못한 경우
    N(2 이상의 자연수)홉 이전 중간노드로부터 수신한 패킷에 자신의 패킷을 더하여 전송하고,
    상기 이전 중간노드들로부터 패킷을 하나도 수신하지 못한 경우
    상기 제1 중간노드가 시작노드가 되어 상기 시작단계부터 수행하는 것을 특징으로 하는 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전달단계에 있어서,
    상기 제1 중간노드가 자신과 N-1(자연수)홉 이전의 중간노드들로부터 기 설정된 시간 내에 각각 패킷을 전송 받지 못하는 경우 상기 각 패킷마다 Time-Out이 발생하며,
    상기 Time-Out을 이용하여 상기 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전달단계는,
    상기 제1 중간노드가 자신과 기 설정된 N(2 이상의 자연수)홉 이전 중간노드의 패킷을 수신한 경우 해당 패킷을 패킷버퍼에 저장하는 것을 특징으로 하는 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 전달단계에 있어서,
    상기 제1 중간노드가 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하고,
    N-1홉 이전 중간노드로부터 패킷을 수신하지 못하였으나 상기 패킷버퍼에 패킷이 존재하는 경우 상기 패킷버퍼에 저장된 패킷과 자신의 패킷을 더하여 전송하고,
    N-1홉 이전 중간노드로부터 패킷을 수신하지 못하고 상기 패킷버퍼에도 패킷이 없는 경우 상기 제1 중간노드가 시작노드가 되어 시작단계부터 수행하는 것을 특징으로 하는 Ad-Hoc 무선네트워크에서의 라우팅 방법.
  6. Ad-Hoc 무선네트워크에서 패킷을 라우팅 하는 노드에 있어서,
    이전 노드로부터 상기 패킷을 수신하거나 다른 노드로 상기 패킷을 송신하는 통신부;
    자신과 연결된 기기의 데이터를 수집하여 패킷을 생성하는 센싱부; 및
    상기 생성된 패킷과 기 수신한 패킷을 함께 상기 다른 노드로 송신할 지 여부를 결정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    제1 중간노드가 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하여,
    N-1홉 이전 중간노드로부터 패킷을 수신하지 못한 경우 N(2 이상의 자연수)홉 이전 중간노드로부터 수신한 패킷에 자신의 패킷을 더하여 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 Ad-Hoc 무선네트워크의 노드.
  7. 제6 항에 있어서,
    현재 노드의 상태와 관련된 정보를 저장하는 상태저장부를 더 포함하고,
    상기 정보에는 이전 노드의 고장 여부, 시작노드로서 동작 여부 및 Time-out 발생여부 중 적어도 하나를 포함하며
    상기 제어부는 상기 제1 중간노드가 상기 이전 중간노드들의 패킷 수신 여부를 확인하여,
    상기 이전 중간노드들로부터 패킷을 하나도 수신하지 못한 경우 상기 제1 중간노드가 시작노드가 되어 전송 주기에 따라 상기 시작노드의 패킷을 복수의 중간노드 중 N(2이상의 자연수)홉 떨어진 N(2이상의 자연수)번째 중간노드까지 각각 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 Ad-Hoc 무선네트워크의 노드.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 현재 노드의 상태가 시작노드로서 동작하도록 설정되어 있는 경우 상기 전송주기를 결정하는 전송주기 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ad-Hoc 무선네트워크의 노드.
  9. 제1 항, 제3 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.
  10. 하드웨어와 결합하여 제1 항, 제3 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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