KR102180738B1 - 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR102180738B1
KR102180738B1 KR1020190064739A KR20190064739A KR102180738B1 KR 102180738 B1 KR102180738 B1 KR 102180738B1 KR 1020190064739 A KR1020190064739 A KR 1020190064739A KR 20190064739 A KR20190064739 A KR 20190064739A KR 102180738 B1 KR102180738 B1 KR 102180738B1
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박판근
박봉상
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충남대학교산학협력단
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Abstract

실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 네트워크 이득 정보로부터 링크 별 상호 충돌 그래프를 추출하고, 추출된 링크 간 충돌 정보를 제공받아 동시에 활성화가 불가능한 링크 간의 상호 정보를 선형 제한 조건으로 변화시키는 링크 활성화 모듈과, 네트워크 토폴리지 정보와 다중 라우팅 패스 정보를 고려하여 최대 허용 가능한 노드와 링크의 결함을 랜덤하게 발생시켜 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 라우팅 모듈과, 상기 다중 라우팅 패스 및 생존 가능한 라우팅 패스 수와, 상기 선형 제한 조건으로부터 링크 활성화율, 링크 별 용량을 입력받아 플로우 별 최소 트래픽 전송률 대비 최소 여분 전송률을 최대화하도록 플로우 트래픽을 분산하는 트래픽 전송률 제어 모듈을 포함할 수 있다.

Description

능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANAGEMENT OF PROACTIVE WIRELESS MESH NETWORK}
실시예는 메쉬 구조의 무선 네트워크를 관리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 무선 네트워크는 기존의 이동통신 응용에서 벗어나 차세대 산업 자동화 시스템 및 자율 주행 시스템과 같은 매우 크리티컬한 응용 분야의 핵심 기반 망으로 자리 잡고 있다. 크리티컬한 응용 분야에서의 정보 지연 및 손실은 시스템 전체의 안전성에 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 특히, 무선 네트워크의 경우 각 노드 및 링크의 상태가 항시 유동적으로 변할 수 있어 시스템의 안정성을 보장하는 것이 매우 어려운 과제 이다.
일반적인 기존의 상태 반응형 무선 네트워크 관리자는 네트워크 내 노드 및 링크의 상태 정보를 수집하고, 문제를 감지하며, 이러한 정보에 기반하여 네트워크 자원 관리를 최적화한다. 이러한 반응형 무선 네트워크는 일반적으로 평균 처리량 (Throughput)을 향상 시 킬 수 있는 반면 네트워크 내 다양한 노드 및 링크의 불완전성으로 인한 결함에 보다 쉽게 노출될 수 있다.
네트워크 내 노드 및 링크의 결함은 임베디드 하드웨어 결함 및 무선 채널의 페이딩 등으로 발생할 수 있으나, 크리티컬한 응용을 위하여 이러한 상태를 예측하고, 제어하는 것은 현실적으로 많은 기술적 한계성을 갖는다.
즉, 상태 반응형 무선 네트워크 관리자의 경우 네트워크 상태 정보를 수집하고 자원 할당 최적화를 위한 지연 시간 및 손실이 발생한다. 만약 수집된 네트워크 상태 정보 및 운용 업데이트 신호에 오류, 지연 및 손실이 발생하면, 크리티컬한 응용에 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 이러한 상태 반응형 관리자의 약점은 네트워크의 크기가 커질수록 심각해져 확장성에 치명적인 문제를 야기 할 수 있다.
따라서, 능동적으로 네트워크 내 노드 및 링크의 결함을 사전에 대비하는 방안이 필요한 데, 이러한 방식은 일반적으로 계산의 복잡도가 높으며 평균 처리량의 감소를 야기한다.
일반적으로 네트워크 토폴로지를 방향성 그래프
Figure 112019056317916-pat00001
로 모델링 할 때
Figure 112019056317916-pat00002
는 노드 셋,
Figure 112019056317916-pat00003
는 링크 셋을 의미한다. 동시에 발생할 수 있는 최대 노드와 링크의 결함 수를
Figure 112019056317916-pat00004
와
Figure 112019056317916-pat00005
로 가정하면, 네트워크 내에서 발생할 수 있는 노드와 링크 결함의 총 경우의 수는 각
Figure 112019056317916-pat00006
과
Figure 112019056317916-pat00007
이 된다. 따라서 현실적으로 모든 경우를 고려하는 것은 높은 계산의 복잡도로 인하여 불가능하다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 실시간 상태 정보 없이 크리티컬한 응용의 고강건성을 보장하는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 실시예는 노드와 링크의 결함 내에서 네트워크에 문제가 발생하더라도 항시 최소 트래픽 전송률을 보장할 수 있는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 네트워크 이득 정보로부터 링크 별 상호 충돌 그래프를 추출하고, 추출된 링크 간 충돌 정보를 제공받아 동시에 활성화가 불가능한 링크 간의 상호 정보를 선형 제한 조건으로 변화시키는 링크 활성화 모듈과, 네트워크 토폴리지 정보와 다중 라우팅 패스 정보를 고려하여 최대 허용 가능한 노드와 링크의 결함을 랜덤하게 발생시켜 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 라우팅 모듈과, 상기 다중 라우팅 패스 및 생존 가능한 라우팅 패스 수와, 상기 선형 제한 조건으로부터 링크 활성화율, 링크 별 용량을 입력받아 플로우 별 최소 트래픽 전송률 대비 최소 여분 전송률을 최대화하도록 플로우 트래픽을 분산하는 트래픽 전송률 제어 모듈을 포함할 수 있다.
상기 선형 제한 조건은 아래 식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112019056317916-pat00008
(
Figure 112019056317916-pat00009
는 링크
Figure 112019056317916-pat00010
의 활성화률이고,
Figure 112019056317916-pat00011
는 충돌 링크 셋)
상기 충돌 그래프는 동시에 활성화가 불가능한 충돌 링크 셋 정보를 제공하고, 상기 충돌 그래프는 아래 식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112019056317916-pat00012
(
Figure 112019056317916-pat00013
는 링크
Figure 112019056317916-pat00014
의 송신 전력,
Figure 112019056317916-pat00015
는 링크
Figure 112019056317916-pat00016
의 송신기가 링크
Figure 112019056317916-pat00017
의 수신기에 미치는 송/수신 안테나 이득과 채널 이득,
Figure 112019056317916-pat00018
은 노이즈 전력,
Figure 112019056317916-pat00019
는 링크
Figure 112019056317916-pat00020
의 용량 보다 작거나 같은 링크의 전송 속도,
Figure 112019056317916-pat00021
는 링크 별 용량)
상기 링크 별 용량은 아래 식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112019056317916-pat00022
상기 라우팅 모듈은 상보누적분포함수를 이용하여 상기 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측할 수 있다.
상기 라우팅 모듈은 상보누적분포함수의 강건성 조건을 설정하여 상기 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측할 수 있다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법은 네트워크 이득 정보로부터 링크 별 상호 충돌 그래프를 추출하고, 추출된 링크 간 충돌 정보를 제공받아 동시에 활성화가 불가능한 링크 간의 상호 정보를 선형 제한 조건으로 변화시키는 단계와, 네트워크 토폴리지 정보와 다중 라우팅 패스 정보를 고려하여 최대 허용 가능한 노드와 링크의 결함을 랜덤하게 발생시켜 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 단계와, 상기 다중 라우팅 패스 및 생존 가능한 라우팅 패스 수와, 상기 선형 제한 조건으로부터 링크 활성화율, 링크 별 용량을 입력받아 플로우 별 최소 트래픽 전송률 대비 최소 여분 전송률을 최대화하도록 플로우 트래픽을 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 네크워크의 실시간 상태 정보 없이 크리티컬한 응용의 요구 성능을 보장하는 능동형 무선 네트워크 관리 기술이다. 제시된 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 최대
Figure 112019056317916-pat00023
개의 노드 및
Figure 112019056317916-pat00024
개의 링크에 결함이 발생하더라도 항시 최소 트래픽 요구 성능을 보장할 수 있도록, 다중 라우팅 패스, 링크 활성화율, 트래픽 전송율을 최적화하는 방안을 제시한다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템의 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 네트워크의 여러 비선형 제한 조건을 선형화하고, 제한 조건의 수를 줄여, 최적화 모듈의 계산 복잡도를 현격하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 종래 상태 반응형 네트워크 관리자의 경우 노드 및 링크의 상태를 지속적으로 모니터링 하고 관련 정보를 수집해야 하며, 적시에 네트워크 자원을 재할당해야 한다. 그러나 무선 네트워크의 크기가 증가할수록, 이로 인한 컴퓨팅, 지연 시간, 및 통신 오버헤드가 증가할 뿐 만 아니라, 상태 모니터링 및 자원 관리 정보의 손실이 발생하면 이를 적시에 복구 하는 것이 어렵다.
따라서, 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 실시간 네트워크 노드 및 링크의 상태 정보를 필요로 하지 않으며, 동시 다발적으로 발생하는 노드 및 링크의 결함 수가 최대 허용 범위를 넘지 않으면, 최소 트래픽 요구 사항을 항상 만족시킬 수 있다. 또한, 네트워크 상태 모니터링 정보 및 자원 관리 메시지를 통하여 네트워크 운용이 수시로 변화하지 않으므로, 이로 인한 결함에 대한 강건성을 보장하는 효과가 있다.
마지막으로, 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 종래의 상태 반응형 네트워크 관리자와 같이 동작하거나 융합되어 사용 될 수 있다. 즉, 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템이 다중 라우팅 패스를 제공하고, 링크 별 활성화률 및 전송률을 지속적으로 업데이트 할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템가 제공한 다중 라우팅 패스에서 링크 별 활성화률 및 전송률의 최소/최대 가능한 값을 제공하고, 이후 종래의 상태 반응형 네트워크 관리자가 적용되어 네트워크 자원 관리를 주어진 경계 조건 안에서 최적화 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크의 갼략화된 토폴로지를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 도 2의 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수의 상보누적함수의 예시를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크와 종래 반응형 무선 네트워크의 전송률의 누적분포함수를 비교한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법을 나타낸 블럭도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 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 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크의 갼략화된 토폴로지를 나타낸 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 도 2의 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수의 상보누적함수의 예스를 나타낸 그래프이고, 도 4는 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크와 종래 반응형 무선 네트워크의 전송률의 누적분포함수를 비교한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예의 무선 메쉬 네트워크는 다수의 노드들이 특정 구역에 전개되어 있으며, 다른 노드(N)들과 링크(L)를 형성하고 있다. 각 플로우는 트래픽 소스 노드와 목적 노드로 구성되며, 각 플로우 별 트래픽 최소 전송 전송률 요구 사항이 주어진다.
플로우 트래픽은 노드 및 링크의 결함으로 인한 손실을 최소화하기 위하여 다수의 라우팅 패스(P)를 유지하며, 각 플로우 별 다중 라우팅 패스(P)는 최대 nf개의 노드와 mf 개의 링크만을 공유하여 발생 가능한 네트워크 결함에 대비하여 다양성을 확보할 수 있다.
도 2를 참조하면, 실시예의 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템(100)은 링크 활성화 모듈(110)과, 라우팅 모듈(120)과 트래픽 전송률 제어 모듈(140)을 포함할 수 있다.
링크 활성화 모듈(110)은 동시에 활성화가 불가능한 링크 간의 상호 정보를 선형 제한 조건으로 변화시키는 역할을 한다. 링크 활성화 모듈(110)은 네트워크 링크 별 상호 충돌 그래프(111)를 추출하고, 이를 기반으로 하여 링크 별 활성화 제한 조건을 제시할 수 있다. 이러한 제한 조건은 선형 조건으로 형성할 수 있다. 이로 인해 계산 복잡도를 상당히 낮출 수 있는 효과가 있다.
종래 무선 네트워크에서 활성화된 링크는 서로 간섭하여 링크 별 용량에 비선형적인 영향을 발생시켜, 링크 상호 간 활성화 조건을 도출하는 것이 상당히 어려웠다. 이에 실시예에서는 선형 조건의 링크별 활성화 제한 조건을 제시하여 링크 자원의 활성화율을 최적화할 수 있는 효과가 있다.
링크 활성화 모듈(110)은 네트워크 정보(300)로부터 충돌 그래프를 추출할 수 있다. 네트워크 정보(300)는 네트워크 토폴리지 정보(310) 및 네트워크 이득 정보(320)를 포함할 수 있다. 링크 활성화 모듈(110)은 네트워크 이득 정보(320)로부터 충돌 그래프(111)를 추출할 수 있다.
각 링크의 신호 대 잡음비(signla-to-noise ratio)를 고려한 링크 별 용량(Capacity)은 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112019056317916-pat00025
여기서,
Figure 112019056317916-pat00026
는 링크
Figure 112019056317916-pat00027
의 송신 전력,
Figure 112019056317916-pat00028
는 링크
Figure 112019056317916-pat00029
의 송신기가 링크
Figure 112019056317916-pat00030
의 수신기에 미치는 송/수신 안테나 이득과 채널 이득,
Figure 112019056317916-pat00031
은 노이즈 전력을 의미한다.
타 링크와의 간섭을 효율적으로 분리할 수 있다면, 간섭은 무시할 수 있기 때문에 링크 별 용량은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019056317916-pat00032
실시예는 링크
Figure 112019056317916-pat00033
가 링크
Figure 112019056317916-pat00034
의 용량에 주는 정량적 영향에 기반하여 링크 별 상호 충돌 그래프(111)를 추출할 수 있다. 수학식 1의 링크
Figure 112019056317916-pat00035
가 링크
Figure 112019056317916-pat00036
에 주는 간섭 요인을 간섭 대 잡음비 (interference-to-noise ratio)
Figure 112019056317916-pat00037
로 정량화 하여 다음 수학식 3의 조건에 따라 충돌 그래프(111)를 추출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019056317916-pat00038
여기서,
Figure 112019056317916-pat00039
는 링크
Figure 112019056317916-pat00040
의 용량 보다 작거나 같은 링크의 전송 속도를 의미한다. 즉, 링크
Figure 112019056317916-pat00041
가 링크
Figure 112019056317916-pat00042
의 용량을 심각하게 저하시킬 때 이를 충돌 링크로 고려할 수 있다.
따라서, 이러한 충돌 그래프(111)는 네트워크 링크 별 이득 정보(320)만을 고려하여 추출 할 수 있으며, 관련한 계산 복잡도를 현저히 낮출 수 있는 효과가 있다.
링크 별 충돌 그래프(111)는 동시에 활성화가 불가능한 링크 셋 정보를 제공하고, 이는 링크 활성화 모듈에 적용될 수 있다. 링크
Figure 112019056317916-pat00043
의 활성화률이
Figure 112019056317916-pat00044
이고 관련한 충돌 링크 셋을
Figure 112019056317916-pat00045
라고 할 때, 충돌 링크 간 제한 조건은 다음과 같은 수학식 4와 같이 도출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019056317916-pat00046
링크 활성화 모듈(110)의 제한 조건인 수학식 4는 선형 조건이기 때문에 계산 복잡도를 낮출 수 있다.
라우팅 모듈(120)은 플로우 별 생존한 라우팅 패스 수를 예측할 수 있다. 라우팅 모듈(120)은 노드 결함과 링크 결함을 랜덤하게 발생시킨 후 이를 기초로 플로우 별 생존한 라우팅 패스 수를 예측할 수 있다.
라우팅 모듈(120)은 네트워크 토폴리지 정보(310)와 다중 라우팅 패스 정보를 고려할 수 있다. 응용 계층(200)은 플로우 별 요구되는 라우팅 패스의 수(210), 최대 허용 가능한 결함 수(220), 플로우 별 최소 트래픽 전송률(230)을 포함할 수 있다. 이러한 정보들은 사용자에 의해 설정될 수 있다.
도 1에서 플로우 별 다수 라우팅 패스 Pf가 최대 nf개의 노드와 mf개의 링크를 공유할 시, 발생할 수 있는 최악의
Figure 112019056317916-pat00047
개의 노드 결함과
Figure 112019056317916-pat00048
개의 링크 결함은 최대
Figure 112019056317916-pat00049
개의 라우팅 패스에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 최소 생존 가능한 라우팅 패스 수는
Figure 112019056317916-pat00050
가 된다. 실시예의 라우팅 모듈(120)은 이러한 최소 생존 가능한 라우팅 패스의 수를 최대화 할 수 있도록
Figure 112019056317916-pat00051
수를 최소화 할 수 있다.
최소 생존 가능한 라우팅 패스 수를 고려하여, 플로우 별 최소 트래픽 전송 요구 사항을 만족한다면, 이는 최대 허용 가능한 노드와 링크 결함
Figure 112019056317916-pat00052
에 대한 모든 경우에 대하여 능동형 무선 메쉬 네트워크 시스템이 강건한 성능을 보장하는 것을 의미한다.
하지만, 실시예의 라우팅 모듈(120)은 최악의 노드와 링크 결함을 고려하여, 최소 생존 가능한 라우팅 패스의 수가 0보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 최악의 결함을 고려했을 시 생존 가능한 라우팅 패스의 수가 매우 보수적으로 설정되어, 네트워크의 운용이 불가능해 질 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다중 라우팅 패스가 설정된 후 네트워크 토폴로지 내에 최대
Figure 112019056317916-pat00053
개의 노드 결함과
Figure 112019056317916-pat00054
개의 링크 결함을 랜덤하게 발생시켜 플로우 별 생존한 라우팅 패스 수를 분석할 수 있다.
도 3은 플로우 별 생존한 라우팅 패스 수의 상보누적분포함수(Complementary Cumulative Density Function, CCDF)을 표현하고 있다. 여기서,
Figure 112019056317916-pat00055
는 최소 생존 가능한 라우팅 패스의 수를 의미하며,
Figure 112019056317916-pat00056
는 랜덤 결함이 발생 되었을 시 실질적인 생존 가능한 라우팅 패스의 수를 의미한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 최소 생존 가능한 라우팅 패스 수와 실질적으로 생존 한 라우팅 패스 수의 현격한 차이를 확인 할 수 있다. 따라서, CCDF 값을 내강건성 조건으로 설정하여, 생존 가능한 라우팅 패스 수를 확률적으로 도출할 수 있다.
예를 들어, CCDF의 강건성 조건을 0.95로 설정하고, 네트워크 결함 조건을
Figure 112019056317916-pat00057
로 고려했을 시 생존 가능한 라우팅 패스 수는 약 2개가 되나, 이때 최소 생존 가능한 라우팅 패스의 수는 0이 된다.
CCDF 강건성 조건을 1로 설정하면, 모든 허용 가능한 링크과 노드의 결함을 포함하여, 최소 생존 가능한 라우팅 패스의 수를 제공할 수 있다.
따라서, 강건성 조건을 조절하여 네트워크 결함에 대한 방어 기제의 강도를 조절하여 내결함성을 상승시킬 수 있다.
트래픽 전송 제어 모듈(130)은 플로우 별 최소 트래픽 전송률 대비 최소 여분 전송률을 최대화시키도록 플로우 트래픽을 분산시킬 수 있다. 트래픽 전송 제어 모듈(130)은 네트워크 조작부(400)에 의해 네트워크의 플로우 트래픽을 분산시킬 수 있다.
트래픽 전송 제어 모듈(130)은 다중 라우팅 패스, 생존 가능한 패스 수, 링크 별 용량, 링크 별 활성화율을 제공받아 최적화될 수 있다.
플로우 별 라우팅 패스는 항시 최소 트래픽 전송률을 만족해야 한다. 즉, 플로우 별 다중 라우팅 패스 중 생존한 라우팅 패스를 통한 트래픽 전송률의 총 합이 최소 전송률 요구 조건을 항시 만족해야 한다. 플로우 별 다중 라우팅 패스 중 도 2의 CCDF 세부 모듈로부터 네트워크 강건성 조건을 만족하는 라우팅 패스 수를 반영하면, 총 제약 조건의 수가 급격히 감소할 수 있다.
일반적인 최적화 문제로서 플로우 별 트래픽 전송률과 최소 트래픽 요구량 사이 여분 값의 최소값을 최대화 하도록 목적 함수를 도출할 수 있다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템은 기존의 상태 반응형 네트워크 관리자와 비슷하게 동작하거나 융합되어 사용 될 수 있다. 즉, 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템이 다중 라우팅 패스를 제공하고, 링크 별 활성화률 및 전송률을 지속적으로 업데이트 할 수 있다.
또한, 주어진 다중 라우팅 패스에서 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템(100)이 링크 별 활성화률 및 전송률의 최소/최대 가능한 값을 제공하면, 종래의 상태 반응형 네트워크 관리자가 적용되어 네트워크 자원 관리를 주어진 경계 조건 안에서 최적화 할 수 있다. 이러한 경우 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템(100)이 초기 네트워크 운용을 설정하고, 이후 상태 반응형 네트워크 관리자가 적용될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법을 나타낸 블럭도이다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법은 네트워크 이득 정보로부터 링크 별 상호 충돌 그래프를 추출하고, 추출된 링크 간 충돌 정보를 제공받아 동시에 활성화가 불가능한 링크 간의 상호 정보를 선형 제한 조건으로 변화시키는 단계(S100)를 포함할 수 있다.
이 단계는 링크 활성화 모듈이 수행할 수 있다. 충돌 그래프는 네트워크 이득 정보로부터 충돌 그래프를 추출할 수 있다.
충돌 그래프는 수학식 3에 의해 추출될 수 있다. 수학식 3에 의해 링크 활성화율, 링크별 용량 등을 추출할 수 있다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법은 네트워크 토폴리지 정보와 다중 라우팅 패스 정보를 고려하여 최대 허용 가능한 노드와 링크의 결함을 랜덤하게 발생시켜 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.
이 단계는 라우팅 모듈이 수행할 수 있다. 라우팅 모듈은 상보누적분포함수를 이용하여 플로우 별 생존 가능한 패스 수를 예측할 수 있다. 라우팅 모듈은 상보누적분포함수의 강건성 조건을 설정하여 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측할 수 있다.
실시예에 따른 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법은 상기 다중 라우팅 패스 및 생존 가능한 라우팅 패스 수와, 상기 선형 제한 조건으로부터 링크 활성화율, 링크 별 용량을 입력받아 플로우 별 최소 트래픽 전송률 대비 최소 여분 전송률을 최대화하도록 플로우 트래픽을 분산시키는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
이 단계는 트래픽 전송률 제어 모듈이 수행할 수 있다. 트래픽 전송률 제어 모듈은 다중 라우팅 패스, 링크 활성화율, 링크 별 용량 및 확률적으로 생존 가능한 라우팅 패스 수를 입력으로 활용될 수 있다.
100: 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템
200: 응용 계층
300: 네트워크 정보
400: 네트워크 조작부

Claims (10)

  1. 네트워크 이득 정보로부터 링크 별 상호 충돌 그래프를 추출하고, 추출된 링크 간 충돌 정보를 제공받아 동시에 활성화가 불가능한 링크 간의 상호 정보를 선형 제한 조건으로 변화시키는 링크 활성화 모듈;
    네트워크 토폴리지 정보와 다중 라우팅 패스 정보를 고려하여 최대 허용 가능한 노드와 링크의 결함을 랜덤하게 발생시켜 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 라우팅 모듈; 및
    상기 다중 라우팅 패스 및 생존 가능한 라우팅 패스 수와, 상기 선형 제한 조건으로부터 링크 활성화율, 링크 별 용량을 입력받아 플로우 별 최소 트래픽 전송률 대비 최소 여분 전송률을 최대화하도록 플로우 트래픽을 분산하는 트래픽 전송률 제어 모듈;을 포함하는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선형 제한 조건은 아래 식에 의해 결정되는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템.
    Figure 112019056317916-pat00058

    (
    Figure 112019056317916-pat00059
    는 링크
    Figure 112019056317916-pat00060
    의 활성화률이고,
    Figure 112019056317916-pat00061
    는 충돌 링크 셋)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 충돌 그래프는 동시에 활성화가 불가능한 충돌 링크 셋 정보를 제공하고, 상기 충돌 그래프는 아래 식에 의해 결정되는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템.
    Figure 112020061904815-pat00062

    (여기서,
    Figure 112020061904815-pat00093
    는 링크
    Figure 112020061904815-pat00094
    의 송신 전력,
    Figure 112020061904815-pat00095
    는 링크
    Figure 112020061904815-pat00096
    의 송신기가 링크
    Figure 112020061904815-pat00097
    의 수신기에 미치는 송/수신 안테나 이득과 채널 이득,
    Figure 112020061904815-pat00098
    은 노이즈 전력,
    Figure 112020061904815-pat00099
    는 링크
    Figure 112020061904815-pat00100
    의 용량 보다 작거나 같은 링크의 전송 속도,
    Figure 112020061904815-pat00101
    는 링크 별 용량,
    Figure 112020061904815-pat00102
    은 링크
    Figure 112020061904815-pat00103
    가 링크
    Figure 112020061904815-pat00104
    에 주는 간섭 대 잡음비(interference-to-noise ratio)임)
  4. 제3항에 있어서,
    상기 링크 별 용량은 아래 식에 의해 결정되는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템.
    Figure 112019056317916-pat00072
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 모듈은 상보누적분포함수를 이용하여 상기 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 라우팅 모듈은 상보누적분포함수의 강건성 조건을 설정하여 상기 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템.
  7. 네트워크 이득 정보로부터 링크 별 상호 충돌 그래프를 추출하고, 추출된 링크 간 충돌 정보를 제공받아 동시에 활성화가 불가능한 링크 간의 상호 정보를 선형 제한 조건으로 변화시키는 단계;
    네트워크 토폴리지 정보와 다중 라우팅 패스 정보를 고려하여 최대 허용 가능한 노드와 링크의 결함을 랜덤하게 발생시켜 플로우 별 생존 가능한 라우팅 패스 수를 예측하는 단계; 및
    상기 다중 라우팅 패스 및 생존 가능한 라우팅 패스 수와, 상기 선형 제한 조건으로부터 링크 활성화율, 링크 별 용량을 입력받아 플로우 별 최소 트래픽 전송률 대비 최소 여분 전송률을 최대화하도록 플로우 트래픽을 분산시키는 단계를 포함하는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선형 제한 조건은 아래 식에 의해 결정되는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법.
    Figure 112019056317916-pat00073

    (
    Figure 112019056317916-pat00074
    는 링크
    Figure 112019056317916-pat00075
    의 활성화률이고,
    Figure 112019056317916-pat00076
    는 충돌 링크 셋)
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충돌 그래프는 동시에 활성화가 불가능한 충돌 링크 셋 정보를 제공하고, 상기 충돌 그래프는 아래 식에 의해 결정되는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법.
    Figure 112020061904815-pat00077

    (여기서,
    Figure 112020061904815-pat00105
    는 링크
    Figure 112020061904815-pat00106
    의 송신 전력,
    Figure 112020061904815-pat00107
    는 링크
    Figure 112020061904815-pat00108
    의 송신기가 링크
    Figure 112020061904815-pat00109
    의 수신기에 미치는 송/수신 안테나 이득과 채널 이득,
    Figure 112020061904815-pat00110
    은 노이즈 전력,
    Figure 112020061904815-pat00111
    는 링크
    Figure 112020061904815-pat00112
    의 용량 보다 작거나 같은 링크의 전송 속도,
    Figure 112020061904815-pat00113
    는 링크 별 용량,
    Figure 112020061904815-pat00114
    은 링크
    Figure 112020061904815-pat00115
    가 링크
    Figure 112020061904815-pat00116
    에 주는 간섭 대 잡음비(interference-to-noise ratio)임)
  10. 제9항에 있어서,
    상기 링크 별 용량은 아래 식에 의해 결정되는 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 방법.
    Figure 112019056317916-pat00087
KR1020190064739A 2019-05-31 2019-05-31 능동형 무선 메쉬 네트워크 관리 시스템 및 방법 KR102180738B1 (ko)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030044134A (ko) * 2001-11-28 2003-06-09 한국전자통신연구원 제한조건을 만족하는 다중 경로 배정방법
KR20080059963A (ko) * 2006-12-26 2008-07-01 재단법인서울대학교산학협력재단 네트워크의 채널 할당 방법 및 그를 이용한 멀티 홉 무선네트워크 시스템
KR20150063453A (ko) * 2012-09-26 2015-06-09 옵티스 셀룰러 테크놀로지, 엘엘씨 간섭 인식 라우팅을 위한 메트릭 계산
KR101866685B1 (ko) * 2017-02-24 2018-06-14 한국과학기술원 무선 메쉬 네트워크의 토폴로지 제어를 위한 전력 제어와 채널 할당 방법 및 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030044134A (ko) * 2001-11-28 2003-06-09 한국전자통신연구원 제한조건을 만족하는 다중 경로 배정방법
KR20080059963A (ko) * 2006-12-26 2008-07-01 재단법인서울대학교산학협력재단 네트워크의 채널 할당 방법 및 그를 이용한 멀티 홉 무선네트워크 시스템
KR20150063453A (ko) * 2012-09-26 2015-06-09 옵티스 셀룰러 테크놀로지, 엘엘씨 간섭 인식 라우팅을 위한 메트릭 계산
KR101866685B1 (ko) * 2017-02-24 2018-06-14 한국과학기술원 무선 메쉬 네트워크의 토폴로지 제어를 위한 전력 제어와 채널 할당 방법 및 시스템

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