KR200397664Y1 - 논리 및 물리적 메시 네트워크 분할 - Google Patents

Abstract

무선 메시 네트워크 내에서 서브 네트워크를 생성하는 방법은 서브 네트워크를 생성하기 위한 트리거 조건이 존재하는 지의 여부를 판정함으로써 시작한다. 트리거 조건이 존재하면, 서브 네트워크를 생성하기 위하여 메시 네트워크 내의 노드들이 선택된다. 그리고 그 선택된 노드들로 서브 네트워크가 생성된다. 무선 메시 네트워크에 이용되는 노드는 그 노드에서 발생하는 활동에 관하여 노드의 상태를 유지하는 상태 장치와, 그 상태 장치와 통신하는 접속 리스트와, 상태 장치와 통신하는 트리거 장치, 및 그 접속 리스트 및 트리거 장치와 통신하는 접속 장치를 포함한다.

Description

논리 및 물리적 메시 네트워크 분할{LOGICAL AND PHYSICAL MESH NETWORK SEPARATION}

본 고안은 개괄적으로 무선 메시 네트워크에 관한 것으로서, 구체적으로는 메시 네트워크를 소형의 논리 및/또는 물리적 메시 서브 네트워크로 분할하는 방법에 관한 것이다.

무선 랜(Wireless LAN)의 이용이 증대하고 그 배치가 넓게 퍼짐에 따라, 최근 표준 커뮤니티에서의 무선 메시 네트워크의 추가 지원이 늘어나고 있다. 메시 네트워크는 무선 노드를 접속하기 위한 제3의 보완 방법으로서, 인프라구조 및 애드혹(Ad-Hoc) 모드를 보충한다. 메시 네트워크를 이용한 가능한 적용 분야 및 그 구동력은 신뢰도 높은 비상 안전 네트워크, 및 WLAN 커버리지의 확장 용이성, 네트워크 자체 배치의 용이성과 저복잡성을 포함한다.

인프라구조 모드에서, 스테이션(STA)은 기지국 또는 액세스 포인트(AP)와 배타적으로 통신한다. 애드혹 모드(일대일)에서, STA는 네트워크 내에서 그 밖의 다른 노드와의 관계 없이 직접 통신할 수 있다. 메시 네트워크는 인프라구조 및 애드훅 모드를 혼합한 것이다. 예를 들어, 네트워크 내의 노드(STA, AP 등)들은 기지국의 범위 내부에서가 아니라 다른 노드의 무선 라우터로서 기능할 수 있다.

무선 메시 네트워크와, 인프라구조 모드나 애드훅 모드에서 대부분 동작하는 전통적 무선 네트워크를 비교할 때, 시스템의 많은 동작적 측면[예컨대, 동작 및 유지보수(O&M), 백본(backbone) 접속성, 시간에 따른 노드와의 접속성, 무선 리소스 관리(RRM), 사용자 행동 등]이 확실하게 다르다. 예컨대, 단일의 100개 노드 메시 네트워크를 배치하는 대신에, 각각의 노드에, 시스템을 2개 이상의 개별 메시 서브 네트워크로 자체 편성하게 되는 분산형 소프트웨어가 제공될 수 있다. 이들 메시 서브 네트워크는 중첩되거나 중첩되지 않을 수 있지만, 그래도 이웃하게 된다. 간단한 논리적 네트워크 분할을 통해 메시 네트워크의 효율적인 동작 및 이용을 가능하게 할 필요가 있다.

본 고안은 간단한 논리적 네트워크 분할을 통해 메시 네트워크의 효율적인 동작 및 이용을 가능하게 하는 여러 방법을 포함한다. 본 방법은 하나의 대형 네트워크 대신에 하나 이상의 메시 서브 네트워크를 생성하는 방법을 포함한다.

노드 집합이 주어지면, 본 고안은 물리적 그리고 논리적 서브 네트워크의 개념을 도입하여 메시 네트워크의 동작에 고도의 편성 및 유연성을 제공한다. 또한, 이 동작 모드를 가능하게 하는, 기능적 개체 및 시그널링 등의 여러가지 추가 특징을 개시한다.

무선 메시 네트워크 내에서 서브 네트워크를 생성하는 방법은 서브 네트워크를 생성하기 위한 트리거 조건이 존재하는 지의 여부를 판정하는 단계에서 시작한다. 트리거 조건이 존재하면, 서브 네트워크를 생성하기 위해 메시 네트워크 내의 노드들이 선택된다. 그리고 그 선택된 노드들로 서브 네트워크가 생성된다.

무선 메시 네트워크에서 이용되는 노드는 상태 장치와, 노드에서 발생하는 활동에 관하여 노드의 상태를 유지하는 상태 장치와 통신하는 첨부(attachment) 리스트와, 그 상태 장치와 통신하는 트리거 장치, 및 그 접속 리스트 및 트리거 장치와 통신하는 접속 장치를 포함한다.

본 고안의 보다 상세한 이해는 첨부하는 도면을 참조하여, 예시적으로 설명하는 양호한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 분명해질 것이다.

이하, 용어 "스테이션(STA)"은 무선 송수신 유닛(WTRU), 사용자 장치, 고정형이나 이동형 가입자 유닛, 페이저, 또는 무선 환경에서 동작 가능한 그외 다른 형태의 장치를 포함하나, 여기에 한정되지는 않는다. 이하에서 언급할 때, 용어 "액세스 포인트(AP)"는 기지국과 유사하게, 성형(star type) 토폴리지에서 중심 포인트로서 역할하게 하는 기능이 추가된 STA, 노드 B, 사이트 컨트롤러, 또는 무선 환경의 그외 다른 형태의 인터페이스 장치를 포함하나, 여기에 한정되지는 않는다. 마찬가지로, 이하에서 언급할 때, 용어 "메시 포인트(MP)" 또는 "메시 노드"는 메시 토폴리지에서 전송 노드로서 역할하게 하고 네트워크 내에 있는 다른 노드로부터 트래픽을 발생, 전송, 수신 및/또는 릴레이할 수 있는 기능이 추가된 STA를 포함하나, 여기에 한정되지는 않는다. 이들 용어가 논리적 기능을 나타내기 때문에, 물리적 장치마다 하나의 논리적 기능만을 갖거나, 2개 이상의 논리적 기능을 하나의 물리적 장치에 결합하는 것도 가능하다. 따라서, 이하에서 언급할 때, 용어 "메시 액세스 포인트(MAP)"는 AP와 MP 기능을 갖는 STA를 포함하나, 여기에 한정되지는 않는다.

본 고안은 간단한 논리적 네트워크 분할을 통해 메시 네트워크의 효율적인 동작 및 이용을 가능하게 하는 여러 방법을 포함한다. 현재, 특정 영역에서 메시 네트워크를 배치하는 경우에, 단일(그래서 어쩌면 초대형)네트워크를 형성하는 것이 흔한 방식이다. 소정의 계획안에서는, 하나의 대형 네트워크로 작업하는 대신에, 하나 이상의 메시 서브 네트워크를 구성하는 것을 고려하는 것이 유리하다. 이 서브 네트워크는 논리적 또는 물리적 관점에서 정의될 수 있다.

도 1은 16개의 메시 노드와 3개의 게이트웨이 노드를 갖는 네트워크 예를 나타내고 있는데, 이 예에서, 네트워크는 3개의 상이한 레벨, 즉 물리적 레벨, 제1 논리적 레벨(A 또는 1차) 및 제2 논리적 레벨(B 또는 2차)로 나누어진다. 그러므로, 동일한 물리적 네트워크를 3개의 상이한 네트워크라고 볼 수 있다. 도 1은 또한 존재하는 모든 노드와, 가능한 상호 접속도 도시하고 있다.

네트워크 노드는 메시 노드 또는 게이트웨이 노드로서 분류될 수 있다. 메시 노드는 메시 방식으로 상호 접속될 수 있는 보통 노드(예컨대, 802.11 MP 또는 MAP)이다. 게이트웨이 노드는 메시 영역 외부에 접속성을 제공하는 노드이다. 노드는 네트워크 내에서의 관계에 따라, 예컨대 능동, 수동, 대기로서 표시된다.

예컨대, 노드 2에서 발생된 트래픽이 게이트웨이로 포워드되는 경우에 형성될 수 있는 경로는 많다. 가능한 경로로는, 2-3-A, 2-4-3-A, 2-8-B, 2-9-8-B 등이 있다. 그러나, 능동으로 표시된 노드만을 고려한다면, 가능한 경로의 수는 실질적으로 줄어든다. 이 예에서, 경로 2-4-3-A와 2-9-8-B는 더 이상 유효하지 않다.

도 2는 능동 노드만 고려할 때에 확인할 수 있는 네트워크를 나타내고 있다. 데이터 트래픽의 관점에서, 이러한 네트워크 토폴로지의 변화는 트래픽 분리 등의 다른 목적을 위해 이용될 수 있다. 능동 노드만 고려함으로써, 트래픽은 보다 결정적인 경로로 전송되며, 따라서 서비스 품질(QoS) 요건을 유지하는데 도움이 될 수 있다.

노드가 능동적인지 결정하는 기준은 보다 신뢰적인 링크, 배터리 레벨, 트래픽 발생 특징, 노드의 보안성 및 인증 콘텍스트, 또는 리소스의 유용성 레벨 등의 더 나은 RRM 특징에 기초할 수 있다. 사용하는 기준과 그 평가 방법은 구현예마다 다르며, 노드가 능동인지 결정하기 위해 선택되는 특정 구현예가 본 고안의 구성 또는 동작을 변경하지는 않는다.

또 다른 논리적 네트워크는 수동 노드를 능동 노드와 함께 고려할 경우에 정의될 수 있다. 이것은 유효 경로의 수가 증가할 수 있음을 의미한다. 도 3을 참조하면, 능동 및 수동 노드를 고려할 때 확인할 수 있는 네트워크를 도시하며, 경로 2-9-8-B는 이 경우에도 유효하다. 경로의 수가 증가하기 때문에, 데이터 전송은 덜 결정적이게 된다. 데이터 전송이 덜 결정적이게 되면 (QoS 관점에서는) 덜 바람직하게 되지만, 경로 용장도와 같은 다른 이유에서는 유리할 수 있다. 예컨대, 상위 우선순위 시그널링이 짧은 경로를 이용하여 이 2차 네트워크를 통해 전송 가능하게 되어, 대기 시간이 적어진다.

능동 노드와 수동 노드 간의 주요한 차이는 그 노드들을 통과하는 트래픽의 양 또는 특성이 꽤 다르다는 점이다. 이것은 RRM 기능을 수행할 때 상당하게 차이난다. 능동 노드는 수동 노드 및 대기 노드보다 더 많은 리소스를 필요로 할 것으로 예상된다. RRM 기능은 능동 노드만 고려할 때 적용될 수 있다. 이것은 RRM 기능의 복잡도를 낮추고 그 기능을 보다 효율적이게 하는데, 능동 노드는 네트워크의 나머지보다 더 주의해서 관리되어야 하기 때문이다.

대기 노드는 절전 모드에 있는 노드이다. 이 노드는 여러가지 가능한 이유, 즉 이 노드가 트래픽을 발생시키지 않고, 이 노드가 배터리 절약을 수행하고 있거나, 또는 이러한 점들과 다른 이유의 조합으로 인해 대기 모드에 있을 수 있다. 또한, 이 노드는 수동 및 대기 모드 사이에서 토글링될 수 있다.

본 예에서는 단지 3개의 노드 상태(즉, 능동, 수동 및 대기)만 나타내지만, 당업자라면 추가 노드 상태도 용이하게 구상할 수 있다.

상이한 논리적 네트워크를 파악할 수 있는 간단한 방법은 각 노드에서 상태 머신을 구현하는 것이다. 이에, 이웃 노드의 상태를 알게 되어 상이한 논리적 네트워크가 쉽게 정의될 수 있다.

도 4는 3가지 제안 상태에 적합한 상태 머신을 나타내고 있다. 모든 노드의 현재 상태는 메시 네트워크 내의 노드들 간의 시그널링 교환(무선 또는 유선)을 통해 알려질 수 있다. 이 시그널링 교환은 여러 가능한 프로토콜 층에서 구현될 수 있고, 브로드캐스트, 멀티캐스트(포인트 대 멀티포인트) 또는 전용(포인트 대 포인트) 형태 중 하나의 것일 수 있다. 이와 다르게, 미리 정해진 규칙 세트가 각 노드에서 구현될 수 있어, 네트워크는 그 네트워크의 현재 상태를 명확하게 시그널링하는 대신에, 트래픽 흐름, 품질, 지연 등과 같은 소정의 특징을 관찰하는 것에서부터 네트워크의 현재 상태를 도출할 수 있다.

네트워크를 상이한 등급으로 나누기 위한 수개의 레벨이 있을 수 있고, 그 등급들은 다른 등급의 부분 그룹일 필요가 없다. 예컨대, 능동으로서 정의되지만 데이터 트래픽에 대한 상이한 서비스 등급을 처리하는 상이한 노드의 집합이 있을 수 있다.

네트워크를 복수의 메시 서브 네트워크로 분할하는 것은 개시 시에 또는 네트워크의 동작 중에 언제라도 이루어질 수 있다. 네트워크 분할은 성능 최적화 및/또는 신뢰성을 위해서, 네트워크 상태(예컨대, 트래픽 부하) 변화의 결과에 따라 수행될 수 있다. 트래픽 부하가 저하되면, 서브 네트워크는 하나의 대형 메시 네트워크를 형성하도록 결합될 수 있다.

네트워크를 복수의 서브 네트워크로 분할하기 위한 한 방법은 하나의 대형 메시 네트워크를 갖는 것과 복수의 소형 메시 네트워크를 갖는 것 중 어느 것이 적절한 지의 여부를 결정하기 위해 이용되는 간단한 측정값[예컨대, 홉(hop) 수, 딜레이 등]을 갖는 것이다. 일반적으로, 메시 네트워크를 관리하기 위한 2가지 접근 방식, 즉 중앙형 접근 방식과 분산형 접근 방식이 있다. 네트워크 분할은 네트워크의 중앙 제어 포인트로부터 또는 노드 각각에 의해 개별적으로 수행될 수 있다. 이들 방법을 혼합한 혼합형 방식도 이용될 수 있는데, 이 방식에서는 노드의 부분 집합(예컨대, 능동 노드)이 그 결정을 한다. 혼합형 방식에서, 그 노드는 2차(또는 수동) 노드에게 새로운 구성을 알릴 선택권이 있는데, 즉 그 노드는 프록시 노드로서 단순히 역할할 수 있고 2차 노드로부터 구성을 숨길 수 있다. 이 경우에도, 2개의 메시 네트워크는 서로 간에 또는 바로 접하게 산재되거나 되지 않을 수 있다. 각 메시 노드가 갖게 되는 지상선(landline) 게이트웨이에 대한 메시 외에, 2개의 메시 네트워크 사이에서 게이트웨이 노드를 가질 수도 있다.

메시 네트워크 내의 소정의 노드들을 논리적 서브 네트워크로 편성하는 것은 메시 네트워크의 관리를 전체적으로 용이하게 하는 방법이다. 메시 네트워크 내에 있는 소정의 노드는 그 메시 내에서 하나 이상의 논리적인 서브 네트워크에 동시에 속할 수 있다. 상이한 논리적인 서브 네트워크가 다음과 같은 목적을 달성하기 위해 생성될 수 있다(그러나 여기에 한정되지는 않는다).

(1) 한 노드 집합이 메시 네트워크 유지 보수(RRM, O&M, 모니터링 등)에 전용

(2) 1차 노드 집합이 라우팅에 전용

(3) 2차 노드 집합이 문제 발생시 고장 대체로서 라우팅에 전용

(4) 한 노드 집합이 특정 트래픽 등급 라우팅에 전용

(5) 전체 메시 네트워크의 엣지에 있는 한 노드 집합이 브로드캐스트 및 메시 통보에 전용

(6) 상이한 서비스 제공업자로부터의 트래픽 분리 또는 상이한 QoS 요건으로 동일한 물리 네트워크를 공유

어떤 물리적 또는 논리적 메시 서브 네트워크에 속하는 것은 이것이 임의의 목적을 위해서는 실제로 도움이 될 수 있다 해도 영구적이지 않다. 다양한 결정 기준에 기초해서, 메시 내의 소정의 노드는 통상의 동작 중에 언제라도, 해제될 수도 있고, 또 다른 물리적 또는 논리적 서브 네트워크에 재접속될 수 있다. 노드의 재 접속을 위한 가능한 트리거로는 RRM 상태, 트래픽 상태, 또는 보안성이나 인증 콘텍스트의 변화가 있다.

메시 내에서 물리 및 논리적 서브 네트워크를 관리하기 위해 다음 중 하나 이상의 요소를 이용할 수 있다.

(1) 노드의 현재 접속을 파악하기 위한, 노드 내의 하나 이상의 상태 머신/데이터베이스. 양호한 실시예에서, 각 노드는 그 자신의 상태 머신과 접속을 살피고 상태가 변할 때마다 시그널링을 통해 다른 노드에게 통보한다. 중앙형 접근 방식에 있어서, 중앙 또는 마스터 노드만이 상태 변화를 통보받게 된다. 분산형 접근 방식에서는 상태 변화가 전체 네트워크에 브로드캐스트된다. 혼합형 접근 방식에서는 클러스터 마스터가 상태 변화를 통보받고 접속된 노드를 통보한다. 혼합형 접근 방식이 더 바람직하지만, 네트워크의 특정 사이즈, 배치 특징 등에 따라, 중앙형 및 분산형 접근 방식과 관련된 이점이 있다. 각 노드가 자신의 접속을 처리한다면, 라우팅 메커니즘은 소스 기반, 홉 기반 또는 중앙 기반의 방식(후자는 마스터 노드에서 수행)으로 수행될 수 있다.

(2) 다른 노드로부터의 요구에 대하여 다른 노드에게 통보하거나 그 메시 내의 다른 노드의 상태 변화를 강요하기 위한, 노드 간(유선 및 무선 인터페이스, 가능한 모든 프로토콜 층)의 시그널링 메커니즘.

(3) 접속을 결정하거나 도출하기 위한, 노드에서 구현되는 규칙 세트.

부분 네트워킹 원리는 다른 계획안에도 적용될 수 있다. 예컨대, 물리적인 메시 네트워크가 다이나믹 시스템 환경으로 인해 노폴리지를 변경하는 경우가 있을 수 있다. 이로 인해 오리지널 메시는 그 메시를 2개의 상이한 메시로 분할시킬 수 있는 소정의 포인트에서 완전히 단절되게 된다. 2개의 메시 간에 여전히 통신이 이루어진다면[예컨대, 유선이나 그외 다른 분산 시스템, 백홀(backhaul), 코어 네트워크 등을 통해], 2개의 개별 메시는 모든 오리지널 네트워크 구성을 적소에서 유지시키는 단일의 논리적 메시(또는 복수의 논리적 메시)로서 간주될 수 있다. 이에, 2개 이상의 물리적 메시 네트워크는 다이나믹 노폴로지 변경에 관계 없이, 단일 또는 복수의 논리적 메시로서 간주될 수 있다. 이 원리는 물리적 구성 및/또는 접속 대신에 논리적 구성 및/또는 접속을 고려하여 물리적 네트워크 토폴로지와 독립적인 상이한 네트워크 노드에 적용되는 규칙 세트를 유지하도록 구현될 수도 있다.

도 5는 메시 네트워크를 복수의 서브 네트워크로 분할하는 방법(500)의 흐름도이다. 이 방법(500)은 네트워크 내의 모든 노드의 상태를 판정함으로써 시작한다(단계 502). 이 판정은 네트워크를 서브 네트워크로 분리하기 위한 트리거 조건의 만족 여부에 대해 이루어진다(단계 504). 트리거 조건이 만족되지 않으면, 네트워크는 트리거 조건이 만족될 때까지 단일 네트워크로서 계속 동작한다. 트리거 조건이 만족되면, 노드는 서브 네트워크를 생성하도록 선택된다(단계 506). 전술한 바와 같이, 서브 네트워크의 부분이 되는 노드를 선택하기 위해 복수의 기준을 사용할 수 있다.

복수의 서브 네트워크가 생성되고(단계 508), 그 네트워크는 복원 조건이 만족할 때까지 서브 네트워크로서 계속 동작할 것이다(단계 510). 복원 조건이 만족되면, 복수의 서브 네트워크는 하나의 네트워크로 재결합되고(단계 512), 이 방법은 종료된다(단계 514), 전술한 바와 같이, 서브 네트워크를 재결합할 시기를 결정하기 위해 복수의 기준을 사용할 수 있다.

전술한 방법은 802.11 WLAN(예컨내, 802.11s), 802.15 무선 개인 영역 네트워크(WPAN, 예컨대 802.15.5) 및 802.21 네트워크를 포함한 어떤 형태의 메시 네트워크와 함께 이용될 수 있으며, 여기에 한정되지는 않는다.

도 6은 방법(500)을 구현하기 위해 구성된 노드(600)의 블록도이다. 노드(600)는 상태 장치(502), 접속 리스트(604), 트리거 장치(606), 접속 장치(608), 송수신기(610), 및 안테나(612)를 포함한다. 상태 장치(602)는 노드(600)의 현재 상태(예컨대, 능동, 수동 또는 대기)를 유지하고, 노드(600)의 상태를 접속 리스트(604)와 트리거 장치(606)에 전달한다. 접속 리스트(604)는 노드(600)가 현재 접속되어 있는 다른 모든 노드와 그 노드들의 현재 상태의 리스트를 포함한다. 트리거 장치(606)는 노드(600)가 현재 접속되어 있는 네트워크를 이탈해야 할 시기를 판정하는데 이용되고, 이 판정은 노드(600)의 현재 상태에 부분적으로 기초할 수 있다. 트리거 장치(606)는 모든 네트워크 구성에서, 특히, 중앙 개체가 네트워크 형성을 결정하는 네트워크에서는 동작될 수 없다.

접속 장치(608)는 노드(600)의 상태 변화와, 그 노드(600)가 접속 리스트(604) 내의 모든 노드에 대하여 네트워크를 변경할 것인지의 여부를 전달한다. 송수신기(610)는 안테나(612)를 통해 접속 장치(608)로부터의 변화를 보낸다. 송수신기(610)는 또한 항상 업데이트되는 접속 리스트(604)에서의 노드 상태에 관한 정보를 수신한다.

본 고안의 특징 및 요소를 특정 조합으로 된 양호한 실시예로 설명하였으나, 각 특징 또는 요소는 (양호한 실시예의 다른 특징 및 요소 없이) 단독으로 이용될 수 있거나, 본 고안의 다른 특징 및 요소와 함께 또는 그것 없이 다양한 조합으로 이용될 수 있다.

본 고안에 따르면, 간단한 논리적 네트워크 분할을 통해 메시 네트워크의 효율적인 동작 및 이용이 가능하다.

도 1은 완전한 물리적 메시 네트워크를 나타내는 도면.

도 2는 1차 논리적 메시 네트워크를 나타내는 도면.

도 3은 2차 논리적 메시 네트워크를 나타내는 도면.

도 4는 네트워크 내에 있는 노드의 3가지 상태를 나타내는 상태도.

도 5는 하나의 메시 네트워크를 복수의 서브 네트워크로 분할하는 방법의 흐름도.

도 6은 도 5에 도시한 방법을 구현하기 위해 구성된 노드의 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

600 : 노드

602 : 상태 장치

604 : 접속 리스트

606 : 트리거 장치

608 : 접속 장치

610 : 송수신기

612 : 안테나

Claims (6)

1. 무선 메시 네트워크에서 이용되는 노드로서,

   노드에서 발생하는 활동에 관하여 노드의 상태를 유지하는 상태 장치와,

   상기 상태 장치와 통신하는 접속 리스트와,

   상기 상태 장치와 통신하는 트리거 장치와,

   상기 접속 리스트 및 트리거 장치와 통신하는 접속 장치를 포함하는 노드.
2. 제1항에 있어서, 상기 접속 리스트는 노드가 접속되어 있는 다른 모든 노드를 포함하는 것인 노드.
3. 제1항에 있어서, 상기 트리거 장치는 서브 네트워크 형성 시기를 판정하는 것인 노드.
4. 제1항에 있어서, 상기 접속 장치는,

   상기 메시 네트워크 내의 다른 노드에게 노드의 상태 변화를 통보하고,

   상기 메시 네트워크 내의 다른 노드의 상태를 수신하여 그 다른 노드의 상태를 상기 접속 리스트에 기록하는 것인 노드.
5. 제4항에 있어서, 상기 노드는 하나 이상의 서브 네트워크에 속할 수 있는 것인 노드.
6. 제4항에 있어서, 상기 노드는 언제라도 서브 네트워크를 변경할 수 있는 것인 노드.