KR102583942B1 - 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법 - Google Patents

네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소스 노드로부터 경로 설정을 위해 전송된 RREQ(Route Request) 패킷을 수신하는 단계, 상기 RREQ를 기반으로 상기 소스 노드와 목적지 노드 사이의 링크 양방향성 값에 따라 예상 지연 시간을 연산하는 단계 및 상기 예상 지연 시간이 경과되는 시점에, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이의 경로로 상기 RREQ를 전송하는 단계를 포함하는 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법을 제공한다.

Description

네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법{Packet transmission method based on network coding}
본 발명은 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 RREQ(Route Request) 패킷을 전송하기 위해 링크 양방향성에 따른 최적의 소스 노드와 목적지 노드 사이의 경로로 설정하는 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법에 관한 것이다.
통신 환경은 크게 두 가지 측면에서 도전을 받고 있다.
첫째로, 스마트 기기 및 센서 기기 등을 포함하는 통신 단말의 수가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 통신 트래픽의 양 또한 급격히 증가하고 있으며, 이를 셀룰러 통신만으로 해결하기에는 한계가 있다.
둘째로, 증가하는 통신 단말의 수 및 통신 트래픽의 양을 지원하기에는 기존의 주파수 자원이 매우 한정적이며, 기존의 사용 대역에서의 주파수 효율을 높이는 것도 한계에 와 있다. 그러므로, 새로운 수십 GHz 대역에서 광대역 주파수 자원을 새로이 찾고는 있지만, 심한 경로 손실(Path-loss)로 인한 짧은 전송 거리 등과 같은 쉽지 않은 문제가 있다.
무선 네트워크에 적용되는 네트워크 코딩은 다중 홉 무선 네트워크에서 높은 처리량과 낮은 에너지 소비를 지원하기위한 유망한 전송 방식이되고 있습니다.
네트워크 코딩은 여러 경로를 가지고 중계 노드(Relay Node)가 서로 다른 경로의 패킷을 결합하여 이웃 노드들에게 전달해주는 방식이다.
이후, 이웃 노드들은 수신한 패킷을 복호하여 필요한 내용의 패킷만을 분류할 수 있다.
최근들어, 중계 노드에서 이웃 노드들 사이에 패킷이 전송되는 경로에서 패킷들이 집중되는 것을 방지하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
본 발명의 목적은, RREQ(Route Request) 패킷을 전송하기 위해 링크 양방향성에 따른 최적의 소스 노드와 목적지 노드 사이의 경로로 설정하는 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법은, 소스 노드로부터 경로 설정을 위해 전송된 RREQ(Route Request) 패킷을 수신하는 단계, 상기 RREQ를 기반으로 상기 소스 노드와 목적지 노드 사이의 링크 양방향성 값에 따라 예상 지연 시간을 연산하는 단계 및 상기 예상 지연 시간이 경과되는 시점에, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이의 경로로 상기 RREQ를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 예상 지연 시간은, 상기 링크 양방향성 값이 높으면 짧아지고, 상기 링크 양방향성 값이 낮으면 길어질 수 있다.
상기 예상 지연 시간은, 하기의 수학식에 의해 연산되는 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법;
Figure 112021078173081-pat00001
여기서, K는 네트워크 총 노드 수,
Figure 112021078173081-pat00002
는 지연 시간 상수값, f(K)는 K에 대한 예상 지연 시간이다.
상기 예상 지연 시간은, 특정 노드에 집중되는 패킷 경로를 방지하기 위해, 하기의 수학식에 의해 연산되는 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법;
Figure 112021078173081-pat00003
Figure 112021078173081-pat00004
여기서, K는 네트워크 총 노드 수,
Figure 112021078173081-pat00005
는 지연 시간 상수값, k는 경로 집중 임계값, f(k, K)는 K에 대한 예상 지연 시간이다.
상기 예상 지연 시간은, 예상 지연 시간을 완화해주는 상수값을 적용하여, 하기의 수학식에 의해 연산되는 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법;
Figure 112021078173081-pat00006
여기서, K는 네트워크 총 노드 수,
Figure 112021078173081-pat00007
는 지연 시간 상수값, α는 예상 지연 시간을 완화해주는 상수값, f(α, K)는 K에 대한 예상 지연 시간이다.
상기 예상 지연 시간을 연산하는 단계 이후, 상기 예상 지연 시간과 저장된 이전 RREQ 패킷의 이전 예상 지연 시간 보다 짧은지 판단하는 단계 및 상기 예상 지연 시간이 상기 이전 예상 지연 시간보다 짧은 경우, 상기 이전 RREQ 패킷을 폐기하고, 상기 RREQ 패킷을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 예상 지연 시간이 상기 이전 예상 지연 시간보다 긴 경우, 상기 이전 RREQ 패킷 이후에 상기 RREQ 패킷을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 RREQ를 전송하는 단계는, 상기 RREQ 패킷이 저장된 후, 상기 예상 지연 시간이 경과되는 시점에 상기 경로로 RREQ 패킷을 전송할 수 있다.
상기 RREQ 패킷을 전송한 후, 상기 목적지 노드로부터 전송된 상기 RREQ 패킷에 대응하는 RREP 패킷(Route Reply packet)을 상기 소스 노드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법은, RREQ(Route Request) 패킷을 전송하기 위해 링크 양방향성 값에 따른 예상 지연 시간을 연산하고, 연산된 예상 지연 시간에 따라 최적의 소스 노드와 목적지 노드 사이의 경로로 설정할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법은, 최적의 소스 노드와 목적지 노드 사이의 경로를 설정함으로써, 트래픽이 최대 속도로 증가할때 처리량을 증시키시고 대기 시간을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 일반적인 네트워크의 패킷 전송 방식을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 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 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 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, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 네트워크의 패킷 전송 방식을 나타낸 예시도이다.
무선 멀티 홉 네트워크에서 DSR(Dynamic Source Routing) 및 AODV(Ad-hoc Ondemand Distance Vector)를 포함한 라우팅 방식은 다양한 RS (Route-Setup) 패킷 포워딩 방식을 사용하여 소스 노드와 목적지 노드 사이의 경로를 결정합니다.
우선, 도 1(a)에서 제1 패킷(RS1)은 제1 소스 노드(n1)에서 중계 노드(n4)로 제1 시간(T1)으로 전송되고, 제2 패킷(RS2)은 제2 소스 노드(n2)에서 중계 노드(n4)로 제2 시간(T2)으로 전송되고, 제3 패킷(RS3)은 제3 소스 노드(n3)에서 중계 노드(n4)로 제3 시간(T3)으로 전송되며, 제1, 2, 3 시간(T1, T2, T3)는 순차적으로 긴 것으로 가정한다.
따라서, 도 1(a)의 FIFO 기반 전송 방식은 제1 시간(T1)으로 전송된 제1 패킷(RS1)을 전송할 수 있다.
도 1(b)에서 제1 패킷(RS1)은 제1 소스 노드(n1)에서 중계 노드(n4)로 제1 시간(T1)에 제1 지연(w1)을 두고 전송되고, 제2 패킷(RS2)은 제2 소스 노드(n2)에서 중계 노드(n4)로 제2 시간(T2)에 제2 지연(w2)을 두고 전송되고, 제3 패킷(RS3)은 제3 소스 노드(n3)에서 중계 노드(n4)로 제3 시간(T3)에 제3 지연(w3)을 두고 전송되며, 제1, 2, 3 시간(T1, T2, T3)는 순차적으로 길고, 제1, 2, 3 지연(w1, w2, w3)은 역순으로 긴 것으로 가정할 수 있다.
이때, 도 1(b)의 단일 홉 지연 전송 방식은 제1 내지 제3 패킷(RS1 내지 RS3) 중 데드라인이 가장 빠른 제3 패킷(RS3)을 전송할 수 있다.
하지만, 도 1(b)의 단일 홉 지연 전송 방식은 네트워크 코딩 기회를 고려하지 않으며, 제1 내지 제3 소스 노드(n1 내지 n3) 사이의 간섭이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2(a)에서 중계 노드(n0)는 제1 내지 제3 패킷(RS1 내지 RS3) 중 가장 빠르게 전송된 패킷을 선택하여 목적지 노드로 전송할 수 있다.
제1 패킷(RS1)이 가장 빠르게 전송된 경우, 중계 노드(n0)는 제1 패킷(RS1)을 서로 다른 시간(T1+w(n0, (n1, n4) 및 T1+w(n0, n1, n5))으로 이웃 노드(n4, n5)로 전송할 수 있다.
즉, 도 2(a)는 point-to-point 전송 기반에 따른 패킷 전송 방식일 수 있다.
도 2(b)에서 중계 노드(n0)는 T1+ w(n1, (n6, n0)) 및 T2+ w(n2, (n7, n0)) 중 가장 빠른 데드 라인을 가진 제1 패킷(RS1)을 선택하여, 이웃 노드(n4, n5)로 플러딩할 수 있다.
도 2(b)는 플러딩 기반 패킷 전송 방식일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 중계 노드(Relay node)에서 패킷을 전송하는 방법을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 중계 노드는 소스 노드로부터 경로 설정을 위해 전송된 RREQ(Route Request) 패킷을 수신할 수 있다(S110).
즉, 중계 노드는 소스 노드, 즉 이웃 노드로부터 소스 노드와 목적지 노드 사이의 경로를 설정하기 위한 RREQ(Route Request) 패킷을 수신할 수 있다.
중계 노드는 RREQ(Route Request) 패킷을 수신하면, 소스 노드와 목적지 노드 사이의 링크 양방향성 값에 따라 예상 지연 시간을 연산할 수 있다(S120).
즉, 중계 노드는 설정된 지연 함수를 통하여 예상 지연 시간을 연산할 수 있다.
여기서, [수학식 1] 내지 [수학식 3] 중 어느 하나의 지연 함수를 통하여 예상 지연 시간을 연산할 수 있다.
Figure 112021078173081-pat00008
[수학식 1]은 기본적인 지연 함수이며, K는 링크 양방향성 값, |N|은 네트워크 총 노드 수,
Figure 112023051468980-pat00009
는 지연 시간 상수값, f(K)는 K에 대한 예상 지연 시간이다.
Figure 112021078173081-pat00010
Figure 112021078173081-pat00011
[수학식 2]는 특정 노드에서 집중되는 패킷 경로를 방지하기 위해, [수학식 1]에 경로 집중 임계값을 적용하여, 예상 지연 시간을 연산할 수 있다.
즉, K는 링크 양방향성 값, |N|은 네트워크 총 노드 수,
Figure 112023051468980-pat00012
는 지연 시간 상수값, k는 경로 집중 임계값, f(k, K)는 K에 대한 예상 지연 시간일 수 있다.
Figure 112021078173081-pat00013
[수학식 3]은 [수학식 1]에 예상 지연 시간을 완화해주는 상수값을 적용하여, 예상 지연 시간을 연산할 수 있다.
즉, K는 링크 양방향성 값, |N|은 네트워크 총 노드 수,
Figure 112023051468980-pat00014
는 지연 시간 상수값, α는 예상 지연 시간을 완화해주는 상수값, f(α, K)는 K에 대한 예상 지연 시간이다.
또한, 상기 예상 지연 시간은 [수학식 2]에 예상 지연 시간을 완화해주는 상수값을 적용하여, 예상 지연 시간을 연산할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
[수학식 1] 내지 [수학식 3]에서 살펴보면, 예상 지연 시간은 링크 양방향성 값(K)이 높아지면 짧아지고, 링크 양방향성 값(K)이 낮으면 길어질 수 있다.
예상 지연 시간을 연산한 경우, 중계 노드는 상기 예상 지연 시간과 저장된 이전 RREQ 패킷의 이전 예상 지연 시간 보다 짧은지 판단하고(S130), 상기 예상 지연 시간이 상기 이전 예상 지연 시간보다 짧은 경우, 상기 이전 RREQ 패킷을 폐기하고, 상기 RREQ 패킷을 저장할 수 있다(S140).
즉, 중계 노드는 연산한 예상 지연 시간과 이전 RREQ 패킷의 이전 예상 지연 시간 보다 짧은지 판단할 수 있다.
이때, 예상 지연 시간이 이전 예상 지연 시간보다 짧은 경우, 중계 노드는 버퍼에 저장된 이전 RREQ 패킷을 폐기하고 상기 RREQ 패킷을 저장할 수 있다.
(S140) 단계 이후, 중계 노드는 예상 예상 지연 시간이 경과되는 시점에, 소스 노드와 목적지 노드 사이의 경로로 상기 RREQ를 전송하고(S150), 목적지 노드로부터 전송된 상기 RREQ 패킷에 대응하는 RREP 패킷(Route Reply packet)을 상기 소스 노드로 전송할 수 있다(S160).
또한, (S130) 단계 이후, 예상 지연 시간이 이전 예상 지연 시간보다 긴 경우, 중계 노드는 이전 RREQ 패킷 이후에 RREQ 패킷을 저장할 수 있다(S170).
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 중계 노드가 소스 노드로부터 경로 설정을 위해 전송된 RREQ(Route Request) 패킷을 수신하는 단계;
    상기 중계 노드가 상기 RREQ를 기반으로 상기 소스 노드와 목적지 노드 사이의 링크 양방향성 값에 따라 예상 지연 시간을 연산하는 단계; 및
    상기 중계 노드가 상기 예상 지연 시간이 만료된 이후, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이의 경로로 상기 RREQ를 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 예상 지연 시간은,
    하기의 수학식에 의해 연산되는 네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법;

    여기서, K는 링크 양방향성 값, |N|은 네트워크 총 노드 수, 는 지연 시간 상수값, f(K)는 K에 대한 예상 지연 시간이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예상 지연 시간은,
    상기 링크 양방향성 값이 높으면 짧아지고, 상기 링크 양방향성 값이 낮으면 길어지는,
    네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 예상 지연 시간을 연산하는 단계 이후,
    상기 예상 지연 시간과 저장된 이전 RREQ 패킷의 이전 예상 지연 시간 보다 짧은지 판단하는 단계; 및
    상기 예상 지연 시간이 상기 이전 예상 지연 시간보다 짧은 경우, 상기 이전 RREQ 패킷을 폐기하고, 상기 RREQ 패킷을 저장하는 단계를 더 포함하는,
    네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 예상 지연 시간이 상기 이전 예상 지연 시간보다 긴 경우, 상기 이전 RREQ 패킷 이후에 상기 RREQ 패킷을 저장하는 단계를 더 포함하는,
    네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 RREQ를 전송하는 단계는,
    상기 RREQ 패킷이 저장된 후, 상기 예상 지연 시간이 만료된 이후 상기 경로로 RREQ 패킷을 전송하는,
    네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 RREQ 패킷을 전송한 후,
    상기 목적지 노드로부터 전송된 상기 RREQ 패킷에 대응하는 RREP 패킷(Route Reply packet)을 상기 소스 노드로 전송하는 단계를 더 포함하는,
    네트워크 코딩에 기반한 패킷 전송 방법.
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