KR102427315B1 - Rpl 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Rpl 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동성이 존재하는 환경에서 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 하향 트래픽의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 이동 장치가, 부모 장치들의 DIO를 수신하여 각 부모 장치들의 DAG 랭크값을 획득하는 DAG 랭크값 획득부와, 부모 장치의 DAG 랭크를 기준으로 선호 부모,대체 부모를 선택하는 부모장치 선택부와, 선호 부모와 대체 부모가 정해지면 싱크 장치를 향해 DAO를 송신하는 DAO 신호 처리부를 포함하고, 부모 장치가 되는 정지장치는,이동 장치로부터 DAO 신호를 수신하고, 같은 쌍의 PDAO와 ADAO를 수신하면, 공통 조상 장치 자격을 획득할 수 있도록 하는 DAO 신호 수신부와, 공통 조상 장치 자격을 획득하고 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 DAO 변경 전송부와, CCC(Common ancient configuration complete)를 이동 장치로 송신하여 이중 경로 생성 시도를 중지하도록 하는 이중 경로 설정 통보부를 포함하는 것이다.

Description

RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법{System and Method for Increasing the Reliability of Downstream Traffic to Mobile Devices in an RPL Environment}
본 발명은 산업 무선 네트워크에서의 RPL 라우팅 기술에 관한 것으로, 구체적으로 이동성이 존재하는 환경에서 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 하향 트래픽의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
IETF(Internet Engineering Task Force) ROLL 워킹그룹에서는 다수의 IoT 장치 간 데이터를 전달하기 위한 IPv6 기반 저전력 무선 네트워크의 표준 라우팅 프로토콜인 RPL을 제안하였다.
해당 프로토콜은 트리 기반의 DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph)를 형성하고 라우팅을 수행하며 IEEE 802.15.4, 전력선 통신 등 저전력과 잡음이 매우 심한 네트워크 환경에 적합하도록 설계되었다.
네트워크의 라우팅 경로는 설정된 OF(Objective Function)에 의해 네트워크 경로를 구축하게 되며, 각 네트워크의 QoS를 위한 별도의 OF를 사용 가능하다.
RPL 프로토콜은 컨트롤 메시지인 DIO(DODAG Information Object), DAO(Destination Advertisement Object), DIS(DODAG Information Solicitation)를 이용해 토폴로지를 구성한다.
DODAG 내의 장치들은 주기적으로 DIO 메시지를 브로드캐스트해 자신의 네트워크 정보를 알리고, 다른 장치의 네트워크 참여를 유도한다.
DIO를 수신한 장치는 이웃의 DIO정보를 기반으로 OF를 이용해 DAG Rank 값을 계산하고, 최적의 부모 장치 선택해 네트워크에 참가한다.
DAO 메시지는 싱크 장치까지 경로 생성 및 하향 트래픽 정보를 알리기 위해 사용한다.
DIS메시지는 DIO 메시지를 요청을 위한 메시지이다. 장치가 네트워크 참여를 희망하거나 경로의 업데이트가 필요한 경우에 사용하며, DIS 메시지를 통해 이웃 장치의 DIO 송신을 요청할 수 있다.
RPL의 경우 LLN(Low power and Lossy Networks) 환경에서 탁월한 성능을 제공하지만, 이동성 장치에 대한 고려 없이 설계되었기 때문에, 이동성 장치를 위한 방법이 필요하다.
RPL에서 모바일 장치는 라우팅 장치 수행 시, 이동성으로 인해 네트워크에 혼란을 줄 수 있다. 그러므로 모바일 장치는 라우터 장치 역할을 수행할 수 없으며, 단말 장치 역할만 가능하다.
모바일 단말 장치는 이동 후 이웃 장치들의 DAG Rank 값을 이용해 새로운 부모 장치를 정하고 해당 장치에 패킷을 포워딩한다.
반면에, 하향 트래픽의 경우 싱크 장치에서 소스 라우팅을 통해 모바일 단말 장치로 전송되기 때문에, DAO를 통한 라우팅 정보가 갱신되지 않았다면, 기존의 라우팅 정보는 유효하지 않게 될 수 있다.
도 1은 이동 장치의 이동으로 인한 패킷 손실 및 경로 복구 시나리오를 나타낸 구성도이다.
유효하지 않은 라우팅 정보는 불필요한 재전송을 유발시켜 네트워크의 수명을 단축시킬 뿐 아니라, 패킷 손실에 따른 트래픽 신뢰도 하락에도 영향을 끼친다.
따라서, 산업 무선 네트워크에서 사용되는 표준 기술인 RPL(IPv6 Routing Protocol Low power and Lossy Networks) 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 새로운 RPL 라우팅 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0004580호 대한민국 등록특허 제10-1208400호 대한민국 등록특허 제10-1678954호
본 발명은 종래 기술의 산업 무선 네트워크에서의 RPL 라우팅 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이동성이 존재하는 환경에서 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 하향 트래픽의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 이동 장치의 부모 변경으로 인해 하나의 경로가 유효하지 않아도 나머지 경로를 통해 패킷 전송이 가능하도록 한 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이중 경로를 통한 중복 패킷 재전송시에 공통 조상 장치 선택 방법을 이용하여 이중 경로를 최소화시켜 네트워크 수명 단축을 최소화할 수 있도록 한 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 역 패킷 제거 방법을 통하여 하나의 경로의 네트워크 품질 하향으로 인한 불필요한 재전송을 RPE 취소 패킷이 막아 줄 수 있도록 하여 송수신에서 많은 에너지를 소모하는 저전력 통신 장치의 에너지 소모를 줄일 수 있도록 한 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치는 이동 장치가, 부모 장치들의 DIO를 수신하여 각 부모 장치들의 DAG 랭크값을 획득하는 DAG 랭크값 획득부와, 부모 장치의 DAG 랭크를 기준으로 선호 부모,대체 부모를 선택하는 부모장치 선택부와, 선호 부모와 대체 부모가 정해지면 싱크 장치를 향해 DAO를 송신하는 DAO 신호 처리부를 포함하고, 부모 장치가 되는 정지장치는, 이동 장치로부터 DAO 신호를 수신하고, 같은 쌍의 PDAO와 ADAO를 수신하면, 공통 조상 장치 자격을 획득할 수 있도록 하는 DAO 신호 수신부와, 공통 조상 장치 자격을 획득하고 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 DAO 변경 전송부와, CCC(Common ancient configuration complete)를 이동 장치로 송신하여 이중 경로 생성 시도를 중지하도록 하는 이중 경로 설정 통보부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 부모장치 선택부는, 부모 장치의 DAG 랭크를 기준으로 가장 낮은 DAG 랭크를 가진 부모를 선호 부모, 두번째로 낮은 DAG 랭크를 가진 부모를 대체 부모로 선택하는 것을 특징으로 한다.
그리고 DAO 신호 처리부는, 선호 부모에게는 PDAO(Prefer parents DAO)를 송신하고, 대체 부모에게는 ADAO(Alternate parents DAO)를 송신하는 것을 특징으로 한다.
그리고 DAO 변경 전송부는, 공통 조상 장치 자격을 획득하고 후에 들어온 PDAO 또는 ADAO를 기존 DAO로 변경시켜 싱크 장치로 송신하여 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법은 이동 장치가 부모 장치들의 DIO를 수신하여 각 부모 장치들의 DAG rank를 획득하는 단계;부모 장치의 DAG Rank를 기준으로 가장 낮은 DAG Rank를 가진 부모를 선호 부모, 두번째로 낮은 DAG Rank를 가진 부모를 대체 부모로 선택하는 단계;선호 부모와 대체 부모를 정한 이동 장치가 싱크 장치를 향해 DAO를 송신하여, 선호 부모에게는 PDAO(Prefer parents DAO), 대체 부모에게는 ADAO(Alternate parents DAO)를 송신하는 단계;PDAO 또는 ADAO를 수신한 부모 장치들은 정보를 저장한 후, 싱크 장치로 계속해서 전달하고 동일한 쌍을 수신한 공통 조상 장치 자격을 얻는 단계;공통 조상 장치 자격을 획득하고 후에 들어온 PDAO 또는 ADAO를 기존 DAO로 변경시켜 싱크 장치로 송신하여 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, DAO 메시지는 이중 경로 옵션을 추가해, PDAO 또는 ADAO 설정이 가능하며, 시퀀스 넘버를 통해 같은 쌍임을 표현 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고 이동 장치의 DIO 수신은, 이웃노드의 DAG 랭크값을 획득하고, 선호부모가 있는지 판단하는 단계와,선호부모가 있다면, 대체부모가 있는지 판단하여 대체부모가 없으면, 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신하는 단계와,대체부모가 있다면, 대체부모 변경이 필요한지 판단하여, 대체부모 변경이 필요하면 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신하는 단계와,대체부모 변경이 필요없다면, 선호부모 변경이 필요한지 판단하여, 선호부모 변경이 필요하다면 후보 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신하는 단계와,PDAO 송신 및 ADAO 송신 이후에 일부 시간동안 CCC 미 수신시 재전송을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 공통 조상 장치 또는 싱크 장치의 PDAO, ADAO 수신은, DAO를 수신하면, PDAO 또는 ADAO인지 판단하여 아니면, PDAO 또는 ADAO를 기존 DAO로 변경시켜 싱크 장치로 송신하는 단계와,ADAO가 아니면, 보유한 ADAO가 있는지 판단하고, 보유한 ADAO가 있다면 동일한 이동장치에서 전송된 PDAO인지 판단하는 단계와,동일한 이동장치에서 전송된 PDAO이면, ADAO와 PDAO가 같은 쌍인지 판단하여, 아니면 공통조상장일 경우 자격을 박탈하고, PDAO를 저장하는 단계와,ADAO와 PDAO가 같은 쌍이면, 공통조상자격을 얻고, PDAO를 저장하고, CCC 송신을 하고, PDAO를 DAO로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 PDAO 또는 ADAO인지 판단하여 ADAO이면, 보유한 PDAO가 있는지 판단하여, 있다면 동일한 이동장치에서 전송된 ADAO인지 판단하는 단계와,동일한 이동장치에서 전송된 ADAO이면 ADAO와 PDAO가 같은 쌍인지 판단하는 단계와,ADAO와 PDAO가 같은 쌍이 아니면 공통조상장치인 경우 자격을 박탈하고, ADAO 저장을 하고 ADAO 또는 DAO를 싱크장치를 향해 전송하는 단계와,ADAO와 PDAO가 같은 쌍이면, 공통조상장치 자격을 얻고, ADAO를 저장하고, CCC 송신을 하고 ADAO를 DAO로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이동 장치와 공통 조상 장치의 패킷 교환 절차는, 싱크 장치에서 이동 장치를 향해 전송된 패킷은 공통 조상 장치를 필수적으로 지나고, 공통 조상 장치는 해당 패킷을 복사 한 뒤, 원본 패킷을 선호 부모 경로로 보내는 단계와,지정돼 있는 지연 시간 내에 이동 장치로부터 RPE 취소 패킷을 수신 하지 못할 경우, 대체 부모 장치 경로로 복사된 패킷을 송신하는 단계와,이동 장치는 패킷 수신 시, 패킷을 수신한 경로를 제외한 경로를 이용하여 RPE 취소 패킷을 공통 조상 장치에 전송하는 단계와,RPE 취소 패킷을 수신한 장치는, RPE취소 패킷에 해당하는 복사 패킷 또는 원본 패킷 여부를 확인하여 해당 패킷이 있다면, 삭제 하며, RPE 취소 패킷은 더 이상 송신되지 않도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 복사 패킷 또는 원본 패킷이 존재하지 않을 경우, RPE 취소 패킷은 공통 조상 장치에 도착하고 RPE 취소 패킷이 공통 조상 장치까지 전송된 경우, 복사 패킷이 지연 시간으로 인해 전송되지 않은 것이기 때문에 공통 조상 장치에 있던 전송되지 않은 복사 패킷은 삭제되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, RPL 기반 네트워크 환경에서 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송을 통해 하향 트래픽 신뢰도를 상승시킬 수 있다.
둘째, 역 패킷 제거 방법을 통해, 불필요한 재전송을 낮춰 네트워크 운용 시간을 증대시킨다.
셋째, 공통 조상 장치 선택 방법을 통해, 이중 경로 최소화를 시킬 수 있다. 최소화된 이중 경로는 네트워크 운용 시간을 증대시킨다.
도 1은 이동 장치의 이동으로 인한 패킷 손실 및 경로 복구 시나리오를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치의 구성도
도 3a 내지 도3c는 역 패킷 제거 사용을 위한 네트워크 위상을 나타낸 구성도
도 4는 DAO 컨트롤 메시지와 RFC 6550에서의 DAO 메시지 옵션을 나타낸 구성도
도 5는 이동 장치의 DIO 수신시의 절차를 나타낸 플로우 차트
도 6은 공통 조상 장치 또는 정지 장치가 PDAO, ADAO를 수신시의 절차를 나타낸 플로우 차트
도 7 내지 도 9는 이동 장치와 공통 조상 장치의 패킷 교환 절차를 나타낸 구성도
도 10 내지 도 12는 이동 장치와 선호 부모 또는 대체 부모 변경 절차를 나타낸 구성도
이하, 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법은 이동성이 존재하는 환경에서 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 하향 트래픽의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 이동 장치의 부모 변경으로 인해 하나의 경로가 유효하지 않아도 나머지 경로를 통해 패킷 전송이 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 이중 경로를 통한 중복 패킷 재전송시에 공통 조상 장치 선택 방법을 이용하여 이중 경로를 최소화시키는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 역 패킷 제거 방법을 통하여 하나의 경로의 네트워크 품질 하향으로 인한 불필요한 재전송을 RPE 취소 패킷이 막는 구성을 포함할 수 있다.
이동 장치에 대한 하향 트래픽 경로는 싱크 장치가 이동 장치의 DAO를 수신했을 때, 갱신된다. 이동 장치의 이동은 부모 장치 변경을 초래하고, 라우팅 경로를 변경시킨다.
싱크 장치가 이동 장치의 DAO 수신 전 까지, 이동 장치에 대한 잘못된 하향 라우팅 경로는 수정되지 않는다. 잘못된 하향 라우팅 경로는 네트워크 내 라우팅 장치의 불필요한 전송을 유발시켜 네트워크 수명 단축을 초래한다. 특히, 이동 장치 제어를 위한 응용일 경우 제어를 위한 많은 트래픽이 발생돼 잘못된 하향 라우팅 경로는 네트워크의 트래픽 신뢰성 및 수명에 치명적인 영향을 끼친다.
이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송은 이동 장치의 부모 변경으로 인해 하나의 경로가 유효하지 않아도, 나머지 경로를 통해 패킷 전송이 가능하다.
이중 경로를 통한 중복 패킷 재전송은 라우팅 장치의 송수신 횟수를 증가시켜, 장치의 에너지 소모를 증가시킨다. 공통 조상 장치 선택 방법을 이용해, 이중 경로를 최소화시켜 네트워크 수명 단축을 최소화한다. 역 패킷 제거 방법은 완전히 독립된 두 경로를 유지할 때, RPE 취소 패킷을 이용해 중복 패킷을 제거하는 것이다.
특히, 하나의 경로의 네트워크 품질 하향으로 인해, 불필요한 재전송을 RPE 취소 패킷이 막아 줄 수 있기 때문에 송수신에서 많은 에너지를 소모하는 저전력 통신 장치의 에너지 소모를 줄여 줄 수 있다.
본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치는 도 2에서와 같이, 이동 장치(100)가 부모 장치들의 DIO를 수신하여 각 부모 장치들의 DAG 랭크값을 획득하는 DAG 랭크값 획득부(10)와, 부모 장치의 DAG 랭크를 기준으로 가장 낮은 DAG 랭크를 가진 부모를 선호 부모, 두번째로 낮은 DAG 랭크를 가진 부모를 대체 부모로 선택하는 부모장치 선택부(20)와, 선호 부모와 대체 부모가 정해지면 싱크 장치를 향해 DAO를 송신하고, 여기서, 선호 부모에게는 PDAO(Prefer parents DAO), 대체 부모에게는 ADAO(Alternate parents DAO)를 송신하는 DAO 신호 처리부(30)를 포함한다.
부모 장치(200)는 이동 장치(100)로부터 DAO 신호를 수신하고, 같은 쌍의 PDAO와 ADAO를 수신하면, 공통 조상 장치 자격을 획득할 수 있도록 하는 DAO 신호 수신부(40)와, 공통 조상 장치 자격을 획득하고 후에 들어온 PDAO 또는 ADAO를 기존 DAO로 변경시켜 싱크 장치로 송신하여 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 DAO 변경 전송부(50)와, CCC(Common ancient configuration complete)를 이동 장치로 송신하여 이중 경로 설정이 완료됐음을 통보하여 CCC를 수신한 이동 장치가 이중 경로 생성 시도를 중지하도록 하는 이중 경로 설정 통보부(60)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치는 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 패킷 손실을 줄일 수 있고, 이동 장치의 라우팅 경로를 변경하는 중에도 지속해서 데이터 전송이 가능하다.
그러나 라우팅 장치의 에너지 소모가 증가할 수 있어 본 발명에서는 역 패킷 제거 방법을 사용해 불필요한 재전송을 줄여 에너지 소모를 줄일 수 있도록 한다.
도 3a 내지 도3c는 역 패킷 제거 사용을 위한 네트워크 위상을 나타낸 구성도이다.
역 패킷 제거 방법은 완전히 독립된 두 경로에 중복 패킷을 전송을 통해 트래픽 신뢰성 증대 및 RPE 취소 패킷을 이용해 네트워크 수명 증대시키는 방법이다.
도 3a는 역 패킷 제거 사용을 위한 네트워크 위상을 보여준다.
소스 장치는 원본 패킷 송신 후 지연시간 이후에 복제된 패킷을 완전히 독립된 경로를 이용해 싱크 장치로 송신한다. 지연 시간은 네트워크 안정성 요건에 따라 달라질 수 있다. 싱크 장치는 패킷 수신 시, 수신 경로를 제외한 경로로 RPE 취소 패킷을 송신한다. RPE 취소 패킷을 수신한 장치는 중복 패킷 보유 여부를 확인하고, 있다면 제거한다. 중복되는 패킷을 삭제했다면, RPE 취소 패킷은 더 이상 송신되지 않는다.
도 3b에서와 같이, 싱크 장치가 RPE 취소 패킷 송신 전에 다른 경로에서 패킷을 수신한다면, RPE를 송신하지 않고, 늦게 들어온 패킷을 삭제한다.
도 3c에서와 같이, RPE 취소 패킷을 수신한 장치가 중복 패킷 또는 원본 패킷을 보유하고 있다면, 삭제 후 더 이상 RPE 취소 패킷이 전송되지 않는 모습을 보여준다.
REP 취소 패킷은 23바이트이며, 필요한 헤더와 RPE 취소 패킷 페이로드 2바이트를 포함하는 802.15.4 프레임의 최소 패킷 크기다. 무선 네트워크 환경에 따라 비트 에러 발생률이 다르며, 비트 에러 발생 시 패킷은 삭제된다.
패킷 에러 발생률은 수학식 1에서와 같다.
Figure 112020142302312-pat00001
PER은 패킷 에러 발생률이며,
Figure 112020142302312-pat00002
는 비트 에러 발생률이다.
패킷 수신율(PRR)은 패킷 에러가 발생하지 않을 확률이기 때문에,
Figure 112020142302312-pat00003
이다. 같은 비트 에러 발생률을 가진 환경에서 길이가 긴 패킷의 수신율(
Figure 112020142302312-pat00004
), 길이가 짧은 패킷의 수신율(
Figure 112020142302312-pat00005
)의 비는 수학식 2에서와 같다.
Figure 112020142302312-pat00006
Figure 112020142302312-pat00007
은 길이가 긴 패킷의 비트 수이며,
Figure 112020142302312-pat00008
는 길이가 짧은 패킷의 비트 수이다.
수학식 2는 패킷 길이가 패킷 수신율 측면에서 중요성을 보여준다.
RPE 취소 패킷은 응용에서 생성된 길이가 긴 패킷에 비해 적은 비트를 포함하고 있으며, 에러 발생률이 동일한 환경에서 127 바이트의 패킷 수신율이 70%일 때, 23 바이트인 RPE 취소 패킷은 패킷 수신율이 93.7%이다.
즉, 같은 네트워크 환경에서도 길이가 짧은 RPE 취소 패킷은 길이가 긴 데이터 패킷에 비해 패킷 수신율이 높다.
높은 패킷 수신율은 패킷의 전송 실패에 따른 재전송을 방지해 네트워크 수명 증가에 기여 가능하다. 뿐만 아리나, 패킷 길이가 짧기 때문에 짧은 전송 시간이 필요하므로, 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 이동 장치의 네트워크 참여 방법에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4는 DAO 컨트롤 메시지와 RFC 6550에서의 DAO 메시지 옵션을 나타낸 구성도이다.
이동 장치는 부모 장치들의 DIO를 수신함으로서 각 부모 장치들의 DAG rank를 알 수 있다.
부모 장치의 DAG Rank를 기준으로 가장 낮은 DAG Rank를 가진 부모를 선호 부모, 두번째로 낮은 DAG Rank를 가진 부모를 대체 부모로 선택한다.
선호 부모와 대체 부모를 정한 이동 장치는 싱크 장치를 향해 DAO를 송신한다. 이때, 선호 부모에게는 PDAO(Prefer parents DAO), 대체 부모에게는 ADAO(Alternate parents DAO)를 송신한다.
도 4는 DAO 컨트롤 메시지와 RFC 6550에서의 DAO 메시지 옵션이다.
DAO 메시지는 유효한 옵션 전달이 가능하며 이중 경로 옵션을 추가해, PDAO 또는 ADAO 설정이 가능하며, 시퀀스 넘버를 통해 같은 쌍임을 표현 가능하다.
PDAO 또는 ADAO를 수신한 부모 장치들은 정보를 저장한 후, 싱크 장치로 계속해서 전달한다. 동일한 쌍을 수신한 공통 조상 장치 자격을 얻는다.
도 5는 이동 장치의 DIO 수신시의 절차를 나타낸 플로우 차트이다.
이동 장치의 DIO 수신은, 이웃노드의 DAG 랭크값을 획득하고(S501), 선호부모가 있는지 판단한다.(S502)
선호부모가 없다면 다시 선호 부모 설정 단계(S503)를 수행하고, 선호부모가 있다면, 대체부모가 있는지 판단한다.(S504)
대체부모가 없으면, 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신한다.(S505) 대체부모가 있다면, 대체부모 변경이 필요한지 판단한다.(S507)
대체부모 변경이 필요하면 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신한다.(S508)
대체부모 변경이 필요없다면, 선호부모 변경이 필요한지 판단하여(S509), 선호부모 변경이 필요하다면 후보 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신한다.(S510)
PDAO 송신 및 ADAO 송신 이후에 일부 시간동안 CCC 미 수신시 재전송을 한다.(S506)
정지 장치의 공통 조상 장치 자격 획득에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6은 공통 조상 장치 또는 정지 장치가 PDAO, ADAO를 수신시의 절차를 나타낸 플로우 차트이다.
먼저, DAO를 수신하면(S601), PDAO 또는 ADAO인지 판단하여(S602) PDAO 또는 ADAO가 아닌 DAO인 경우에는 그대로 싱크 장치로 송신한다.(S603)
ADAO이면(S604), 장치의 메모리에 저장되어 보유한 PDAO가 있는지 판단하여(S620), 있다면 동일한 이동장치에서 전송된 ADAO인지 판단한다.(S621)
동일한 이동장치에서 전송된 ADAO이면 ADAO와 PDAO가 같은 쌍인지 판단한다.(S622) ADAO와 PDAO가 같은 쌍이 아니면 공통조상장치인 경우 자격을 박탈하고(S623), 장치의 메모리에 ADAO 저장을 하고(S624) ADAO 또는 DAO를 싱크장치를 향해 전송한다.(S625)
ADAO와 PDAO가 같은 쌍이면, 공통조상장치 자격을 얻고(S630), ADAO를 저장하고(S631), CCC 송신을 하고(S632) ADAO를 DAO로 변경한다.(S633)
그리고 ADAO가 아니면(S604), 장치의 메모리에 저장되어 보유한 ADAO가 있는지 판단하고(S605), 보유한 ADAO가 있다면 동일한 이동장치에서 전송된 PDAO인지 판단한다.(S606)
동일한 이동장치에서 전송된 PDAO이면, ADAO와 PDAO가 같은 쌍인지 판단하여(S607), 아니면 공통조상장일 경우 자격을 박탈하고(S608), PDAO를 장치의 메모리에 저장한다.(S609)
ADAO와 PDAO가 같은 쌍이면, 공통조상자격을 얻고(S610), PDAO를 장치의 메모리에 저장하고(S611), CCC 송신을 하고(S612), PDAO를 DAO로 변경한다.(S613)
이와 같이 정지 장치는 이동 장치로부터 같은 쌍의 PDAO와 ADAO를 수신하면, 공통 조상 장치 자격을 획득할 수 있다.
공통 조상 장치 자격을 획득한 정지 장치는 후에 들어온 PDAO 또는 ADAO를 기존 DAO로 변경시켜 싱크 장치로 송신함으로써, 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는다.
CCC(Common ancient configuration complete)를 이동 장치에 송신해, 이중 경로 설정이 완료되었음을 통보한다. CCC를 수신한 이동 장치는 이중 경로 생성 시도를 중지한다.
이동 장치와 공통 조상 장치의 패킷 교환에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 7 내지 도 9는 이동 장치와 공통 조상 장치의 패킷 교환 절차를 나타낸 구성도이다.
싱크 장치에서 모바일 장치를 향해 전송된 패킷은 공통 조상 장치를 필수적으로 지나게 된다.
공통 조상 장치는 해당 패킷을 복사한 뒤, 원본 패킷을 선호 부모 경로로 보낸다. 지정돼 있는 지연 시간 내에 이동 장치로부터 RPE 취소 패킷을 수신하지 못할 경우, 대체 부모 장치 경로로 복사된 패킷을 송신한다.
이동 장치는 패킷 수신 시, RPE 취소 패킷을 공통 조상 장치에 전송한다.
이때, 사용하는 경로는 패킷을 수신한 경로를 제외한 경로를 이용한다.
RPE취소 패킷을 수신한 장치는, RPE취소 패킷에 해당하는 복사 패킷 또는 원본 패킷 여부를 확인한다. 해당 패킷이 있다면, 삭제하며, RPE 취소 패킷은 더 이상 송신되지 않는다.
복사 패킷 또는 원본 패킷이 존재하지 않을 경우, RPE 취소 패킷은 공통 조상 장치에 도착한다. RPE 취소 패킷이 공통 조상 장치까지 전송된 경우, 복사 패킷이 지연 시간으로 인해 전송되지 않은 것이기 때문에 공통 조상 장치에 있던 전송되지 않은 복사 패킷은 삭제된다.
도 7은 지연 시간으로 인해, 복사 패킷이 공통 조상 장치에서 전송되지 않은 시나리오를 나타낸 것이다.
지연 시간은 공통 조상 장치와 이동 장치의 홉 거리에 기반해서 정해지며, 응용의 목적에 따라 달리 설정 가능하다.
도 8은 모바일 장치가 송신한 RPE 취소 패킷을 공통 조상 장치가 수신 전에 복사 패킷이 전송된 시나리오를 나타낸 것이다.
도 9는 선호 부모 경로 불량으로 인해 복사 패킷이 이동 장치에 먼저 전송된 시나리오를 나타낸 것이다.
이동 장치와 선호 부모 또는 대체 부모 변경에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 10 내지 도 12는 이동 장치와 선호 부모 또는 대체 부모 변경 절차를 나타낸 구성도이다.
이동 장치는 현재 대체 부모보다 더 낮은 DAG Rank를 수신 시 대체 부모 변경을 시도한다.
이동 장치는 선호 부모 경로를 통해 PDAO를 송신하고, 변경될 대체 부모 경로를 통해 ADAO를 송신한다. 한 쌍의 PDAO와 ADAO를 공통으로 수신한 장치는 새 공통 조상 장치가 되며, 기존의 공통 조상 장치는 자격을 박탈당한다.
새로 설정된 공통 조상 장치는 이동 장치에 CCC를 송신해 설정이 완료되었음을 알려준다.
도 10은 이동 장치의 이동에 따라 새로운 대체 부모 설정 시나리오를 나타낸 것이다. I 장치의 DAG Rank가 G 장치의 DAG Rank 보다 더 낮아 대체 부모 변경을 시도하는 것이다.
이동 장치는 현재 선호 부모보다 대체 부모의 DAG Rank 가 더 낮을 시, 선호 부모와 대체 부모 역할 변경을 시도한다.
선호 부모 경로에 ADAO를 송신하고, 대체 부모 경로에 PDAO를 송신해 두 부모의 역할을 변경한다. 위 과정과 마찬가지로 한 쌍의 PDAO와 ADAO를 공통으로 수신한 장치는 새 공통 조상 장치가 되며, 기존의 공통 조상 장치는 자격을 박탈당한다.
도 11은 이동 장치의 이동에 따라 새로운 선호 부모 설정 시나리오를 보여준다. I 장치의 DAG Rank가 H의 DAG Rank보다 더 낮아 선호 부모와 대체 부모 변경을 시도하는 것이다.
싱크 장치 또한 공통 조상 장치가 될 수 있다.
도 12는 이동 장치의 이동에 따라 공통 조상 장치가 변경된 시나리오를 나타낸 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치 및 방법은 이동 장치에 대한 이중 경로 생성과 중복 패킷 재전송으로 이동 장치의 부모 변경으로 인해 하나의 경로가 유효하지 않아도 나머지 경로를 통해 패킷 전송이 가능하도록 하고, 이중 경로를 통한 중복 패킷 재전송시에 공통 조상 장치 선택 방법을 이용하여 이중 경로를 최소화시켜 네트워크 수명 단축을 최소화할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100.이동 장치 200. 부모 장치
10. DAG 랭크값 획득부 40. DAO 신호 수신부
20. 부모장치 선택부 50. DAO 변경 전송부
30. DAO 신호 처리부 60. 이중 경로 설정 통보부

Claims (11)

  1. 부모 장치들의 DIO를 수신하여 각 부모 장치들의 DAG 랭크값을 획득하는 DAG 랭크값 획득부와, 부모 장치의 DAG 랭크를 기준으로 선호 부모,대체 부모를 선택하는 부모장치 선택부와, 선호 부모와 대체 부모가 정해지면 싱크 장치를 향해 DAO를 송신하는 DAO 신호 처리부로 구성된 이동 장치;
    이동 장치로부터 DAO 신호를 수신하고, 같은 쌍의 PDAO와 ADAO를 수신하면, 공통 조상 장치 자격을 획득할 수 있도록 하는 DAO 신호 수신부와, 공통 조상 장치 자격을 획득하고 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 DAO 변경 전송부와, CCC(Common ancient configuration complete)를 이동 장치로 송신하여 이중 경로 생성 시도를 중지하도록 하는 이중 경로 설정 통보부로 구성되어 부모 장치가 되는 정지장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 부모장치 선택부는,
    부모 장치의 DAG 랭크를 기준으로 가장 낮은 DAG 랭크를 가진 부모를 선호 부모, 두번째로 낮은 DAG 랭크를 가진 부모를 대체 부모로 선택하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, DAO 신호 처리부는,
    선호 부모에게는 PDAO(Prefer parents DAO)를 송신하고, 대체 부모에게는 ADAO(Alternate parents DAO)를 송신하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, DAO 변경 전송부는,
    공통 조상 장치 자격을 획득하고 후에 들어온 PDAO 또는 ADAO를 기존 DAO로 변경시켜 싱크 장치로 송신하여 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 장치.
  5. 이동 장치가 부모 장치들의 DIO를 수신하여 각 부모 장치들의 DAG rank를 획득하는 단계;
    부모 장치의 DAG Rank를 기준으로 가장 낮은 DAG Rank를 가진 부모를 선호 부모, 두번째로 낮은 DAG Rank를 가진 부모를 대체 부모로 선택하는 단계;
    선호 부모와 대체 부모를 정한 이동 장치가 싱크 장치를 향해 DAO를 송신하여, 선호 부모에게는 PDAO(Prefer parents DAO), 대체 부모에게는 ADAO(Alternate parents DAO)를 송신하는 단계;
    PDAO 또는 ADAO를 수신한 부모 장치들은 정보를 저장한 후, 싱크 장치로 계속해서 전달하고 동일한 쌍을 수신한 공통 조상 장치 자격을 얻는 단계;
    공통 조상 장치 자격을 획득하고 후에 들어온 PDAO 또는 ADAO를 기존 DAO로 변경시켜 싱크 장치로 송신하여 더 이상의 공통 조상 장치 자격을 획득하는 것을 막는 단계;
    이동 장치와 공통 조상 장치의 패킷 교환 절차를 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, DAO 메시지는 이중 경로 옵션을 추가해, PDAO 또는 ADAO 설정이 가능하며, 시퀀스 넘버를 통해 같은 쌍임을 표현 가능한 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 이동 장치의 DIO 수신은,
    이웃노드의 DAG 랭크값을 획득하고, 선호부모가 있는지 판단하는 단계와,
    선호부모가 있다면, 대체부모가 있는지 판단하여 대체부모가 없으면, 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신하는 단계와,
    대체부모가 있다면, 대체부모 변경이 필요한지 판단하여, 대체부모 변경이 필요하면 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신하는 단계와,
    대체부모 변경이 필요없다면, 선호부모 변경이 필요한지 판단하여, 선호부모 변경이 필요하다면 후보 선호부모에게 PDAO를 송신하고, 후보 대체 부모에게 ADAO를 송신하는 단계와,
    PDAO 송신 및 ADAO 송신 이후에 일부 시간동안 CCC 미 수신시 재전송을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 공통 조상 장치 또는 싱크 장치의 PDAO, ADAO 수신은,
    DAO를 수신하여 PDAO 또는 ADAO인지를 판단하여 PDAO 또는 ADAO가 아닌 DAO인 경우에는 그대로 싱크 장치로 송신하는 단계와,
    PDAO 또는 ADAO인지를 판단하여 ADAO가 아니면, 장치의 메모리에 저장되어 보유한 ADAO가 있는지 판단하고, 보유한 ADAO가 있다면 ADAO와 동일한 이동장치에서 전송된 PDAO인지 판단하는 단계와,
    ADAO와 동일한 이동장치에서 전송된 PDAO이면, ADAO와 PDAO가 같은 쌍인지 판단하여, 아니면 공통조상장일 경우 자격을 박탈하고, PDAO를 장치의 메모리에 저장하는 단계와,
    ADAO와 PDAO가 같은 쌍이면, 공통조상자격을 얻고, PDAO를 장치의 메모리에 저장하고, CCC 송신을 하고, PDAO를 DAO로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, PDAO 또는 ADAO인지 판단하여 ADAO이면,
    장치의 메모리에 저장되어 보유한 PDAO가 있는지 판단하여, PDAO가 있다면 PDAO와 동일한 이동장치에서 전송된 ADAO인지 판단하는 단계와,
    PDAO와 동일한 이동장치에서 전송된 ADAO이면 ADAO와 PDAO가 같은 쌍인지 판단하는 단계와,
    ADAO와 PDAO가 같은 쌍이 아니면 공통조상장치인 경우 자격을 박탈하고, 장치 메모리에 ADAO 저장을 하고 ADAO 또는 DAO를 싱크장치를 향해 전송하는 단계와,
    ADAO와 PDAO가 같은 쌍이면, 공통조상장치 자격을 얻고, ADAO를 장치의 메모리에 저장하고, CCC 송신을 하고 ADAO를 DAO로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 이동 장치와 공통 조상 장치의 패킷 교환 절차는,
    싱크 장치에서 이동 장치를 향해 전송된 패킷은 공통 조상 장치를 필수적으로 지나고, 공통 조상 장치는 해당 패킷을 복사한 뒤, 원본 패킷을 선호 부모 경로로 보내는 단계와,
    지정돼 있는 지연 시간 내에 이동 장치로부터 RPE 취소 패킷을 수신하지 못할 경우, 대체 부모 장치 경로로 복사된 패킷을 송신하는 단계와,
    이동 장치는 패킷 수신 시, 패킷을 수신한 경로를 제외한 경로를 이용하여 RPE 취소 패킷을 공통 조상 장치에 전송하는 단계와,
    RPE 취소 패킷을 수신한 장치는, RPE취소 패킷에 해당하는 복사 패킷 또는 원본 패킷 여부를 확인하여 해당 패킷이 있다면, 삭제하며, RPE 취소 패킷은 더 이상 송신되지 않도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 복사 패킷 또는 원본 패킷이 존재하지 않을 경우,
    RPE 취소 패킷은 공통 조상 장치에 도착하고 RPE 취소 패킷이 공통 조상 장치까지 전송된 경우, 복사 패킷이 지연 시간으로 인해 전송되지 않은 것이기 때문에 공통 조상 장치에 있던 전송되지 않은 복사 패킷은 삭제되는 것을 특징으로 하는 RPL 환경에서 이동성 장치로 향하는 하향 트래픽 신뢰성 증대를 위한 방법.
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