KR20050066478A

KR20050066478A - 이동 Ａｄ-ｈｏｃ 네트워크에서의 경로 탐색 방법

Info

Publication number: KR20050066478A
Application number: KR1020030097770A
Authority: KR
Inventors: 권혜연; 김응배; 남상우; 박종원; 류재철
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-06-30
Also published as: KR100585231B1

Abstract

본 발명은 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법에 관한 것이다.

이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법은, 네트워크 위상 변화를 감지한 경로탐험자 노드는 경로 탐색 메시지를 생성하여 이웃 노드에게 전송하고, 이웃 노드는 경로 탐색 메시지를 통해 해당 메시지가 지나온 경로에 대한 정보를 통해 네트워크 내의 모든 노드들에 대한 경로 정보를 자신의 경로 테이블에 기록할 수 있다. 이와 같이 하면, 이동 Ad-hoc 네트워크 내의 노드들이 경로 탐험자 노드로부터 전송되는 경로 탐색 메시지를 통해 즉각적으로 제공되는 모든 노드들에 대한 경로 정보를 알 수 있어 경로 탐색의 지연을 줄이면서 주기적인 경로 정보의 갱신을 요구할 필요가 없어지고, Ad-hoc 게이트웨이가 경로 탐색에 참여할 수 있어 이동 Ad-hoc 네트워크의 인터넷 연동이 가능해진다.

Description

이동 Ａｄ-ｈｏｃ 네트워크에서의 경로 탐색 방법 {METHOD FOR ROUTING OF MOBILE AD-HOC NETWORK}

본 발명은 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법에 관한 것으로, 특히 네트워크에 참여하는 모든 노드가 전체 노드에 대한 경로 정보를 제공받을 수 있는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법에 관한 것이다.

이동 Ad-hoc 네트워크를 구성하는 노드들은 무선 인터페이스를 가지며, 이동 컴퓨팅 기능을 가진 호스트와 Ad-hoc 라우팅 기능을 가진 라우터를 동시에 만족하는 형상으로 흔히 이동 노드로 불려진다.

이동 노드는 전파 도달 거리가 제한되어 있어 중간 노드로서 데이터 전달 기능을 가지며, 배터리를 사용하므로 에너지의 공급이 일정치 않는 특성을 갖는다.

한편, 이동 Ad-hoc 네트워크는 기지국이나 AP(Access Point)와 같은 중재자(Centralized Coordinator)가 없이 이동 노드들 간에 자체적으로 연결이 설정되므로 임시적 또는 즉흥적인 망의 구성이 가능하다.

따라서 이동 Ad-hoc 네트워크는 이동 노드의 이동 패턴과 트래픽, 링크 품질 또는 전력 여유 등에 따라 위상이 수시로 변하는 특징을 가지므로 이를 위한 경로 관리가 상당히 어렵고, 그로 인해 라우팅 프로토콜에 직접적인 영향을 주고 있다.

특히 기존의 네트워크에서 사용되는 RIP(Routing Information Protocol) 또는 OSPF(Open Shortest Path First)와 같은 인터넷 라우팅 프로토콜들은 유동성이 적은 안정된 네트워크 환경에서 주기적인 경로 테이블 관리로 동작하므로, 주기적인 메시지의 교환이 요구되어 대역폭의 낭비가 심하고 망의 동적인 변화에 빠르게 대응하지 못한다.

이러한 기존의 인터넷 라우팅 프로토콜을 그대로 이동 Ad-hoc 네트워크에 적용하면, 많은 오버헤드가 따르고, 기존의 라우팅 프로토콜의 변형 또는 새로운 요구 기반 (On-demand) 방식의 라우팅 프로토콜이 요구된다.

이동 Ad-hoc 라우팅 프로토콜에 대한 연구는 이동 Ad-hoc 네트워크의 주된 연구 대상이 되고 있다. 이동 Ad-hoc 네트워크의 각 이동 노드는 제한된 무선 전송 거리를 가지고 있어 목적지에 대한 정보는 이웃 노드 또는 데이터 전달 경로 상에 있는 중간 노드에 의해 결정된다.

이동 Ad-hoc 네트워크에서는 노드들의 이동 패턴에 따라 직접적인 통신이 가능한 이웃 노드들의 집합 또는 그룹이 함께 변하므로 각 노드는 주기적으로 자신의 존재를 방송하여 직접적인 통신이 가능한 이웃 노드 또는 그룹의 정보를 항상 유지해야 한다.

따라서 이동 Ad-hoc 네트워크에서는 이웃 노드의 정보에 따라 경로 정보를 갱신하게 되는데 경로 정보는 라우팅 프로토콜에 의해서 생성, 관리된다.

라우팅 프로토콜은 현재 IETF(Internet Engineering Task Force) MANET(Mobile Ad-hoc NETwork) 워킹 그룹의 주도로 표준화 작업이 진행 중이며, AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector), DSR(Dynamic Source Routing), ZRP(Zone Routing Protocol), 및 TORA(Temporally- Ordered Routing Algorithm) 등이 인터넷 드래프트로서 제안되고 있다.

라우팅 프로토콜은 테이블(Table-driven 또는 Proactive) 라우팅 방식과 요구 기반(On-demand 또는 Reactive) 라우팅 방식으로 크게 구분된다.

테이블 라우팅 방식은 주기적으로 또는 네트워크 위상이 변화할 때 경로 정보를 브로드캐스팅 함으로서 모든 노드가 경로 정보를 항상 최신으로 유지하는 방식이다. 테이블 방식을 사용한 라우팅 프로토콜로는 DSDV(Destination Sequenced Distance Vector, WRP(Wireless Routing Protocol), 그리고 CGSR(Clusterhead Gateway Switching Routing) 등의 라우팅 프로토콜이 있다.

위의 라우팅 프로토콜은 항상 최신의 경로 정보를 유지하고 있기 때문에 트래픽 발생 시 경로 탐색의 지연 없이 통신이 가능한 반면에 경로 정보 관리를 위한 제어 메시지의 브로드캐스팅 오버헤드가 너무 크다는 문제점이 있다.

따라서 테이블 라우팅 방식에서는 제어 메시지의 양을 최소화하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.

요구 기반 라우팅 방식은 트래픽이 발생하는 시점에서 경로를 탐색하는 방식으로 테이블 라우팅 방식이 가지는 제어 메시지 오버헤드 문제를 해결한다.

이러한 요구 기반 라우팅 방식의 프로토콜로는 AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector), 또는 DSR(Dynamic Source Routing) 등의 프로토콜이 있는데, 이들 대부분 라우팅 프로토콜에서는 경로 탐색에 따른 지연이 발생할 수 있기 때문에 최적의 경로를 탐색하기 보다는 경로 탐색 시간을 최소화하는 데에 우선순위를 두고 있다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 특정 노드의 요구에 의해 네트워크 위상의 변화에 따른 정보 갱신이 이루어지고, 네트워크에 참여하는 모든 노드가 전체 네트워크에 대한 경로를 제공받도록 하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 네트워크의 위상 변화를 감지한 경로탐험자 노드의 요구에 의해 생성된 경로 탐색 메시지를 통해 네트워크에 참여하는 모든 노드가 전체 네트워크에 대한 경로를 제공받도록 한다.

본 발명의 첫 번째 특징에 따른 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법은, a) 네트워크의 변화를 감지한 경로탐험자 노드가 메시지 경로 정보를 포함하는 경로 탐색 메시지를 생성하여 이를 일정 거리 이내의 이웃 노드에게 전송하는 단계; 및 b) 상기 a) 단계에서 상기 경로 탐색 메시지를 수신한 이웃 노드는 상기 경로 탐색 메시지의 상기 메시지 경로 정보를 통해 신규 정보를 추출하여 자신의 경로 테이블을 갱신한 후, 상기 경로 탐색 메시지에 자신의 주소를 추가하여 일정 거리 이내의 이웃 노드에게 다시 전송하는 단계를 포함한다.

상기 이웃 노드는 상기 경로 탐색 메시지의 메시지 경로 정보에서 마지막 경로에 해당되는 노드를 기점으로 역방향 순서에 있는 노드를 1 홉 수씩 증가시켜 최종 목적지로 가는 경로를 판단하는 것이 바람직하다.

상기 b) 단계는, 상기 이웃 노드가 자신의 경로 테이블에 상기 목적지에 대한 경로가 없으면 해당 목적지로 가는 경로를 추가하는 것이 바람직하다.

상기 b) 단계는, b-1) 상기 이웃 노드가 자신의 경로 테이블에 상기 목적지에 대한 경로가 존재하면, 상기 경로 테이블 내 상기 목적지에 대한 경로의 홉 수와 상기 경로 탐색 메시지의 목적지에 대한 경로의 홉 수를 비교하는 단계; b-2) 상기 b-1)의 비교 결과에 따라 상기 이웃 노드는 자신의 경로 테이블에 상기 목적지에 대한 경로의 홉 수가 더 작은 경로 정보로 변경하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

네트워크의 모든 노드는 동일한 서브넷 주소를 가지며 이웃 노드에 대한 정보를 주기적으로 교환하고, 모든 노드들은 경로 테이블에 경로 정보를 유지하나 주기적으로 갱신하지 않으며, 경로 탐색은 네트워크의 변화를 감지한 특정 노드인 경로탐험자 노드(pathfinder node) 만이 개시할 수 있다.

위에서, 경로탐험자 노드는 동일한 서브넷의 미확인 노드로부터 데이터를 수신한 AG 또는 네트워크에 새롭게 참여하는 노드만으로 제한한다.

AG는 초기 상태에서 Ad-hoc 네트워크를 구성하기 원하거나, 링크의 절단, 또는 동일한 서브넷의 미확인 노드로부터 데이터를 수신할 때 마다 경로탐험자 노드가 된다.

이렇게 AG가 다른 노드와 동일하게 경로 탐색에 참여할 수 있어 본 발명의 실시 예에 이동 Ad-hoc 네트워크의 인터넷 연동이 가능해진다.

또한, 새롭게 네트워크에 참여하는 노드 또는 네트워크의 멤버가 되길 원하거나 이웃노드에 대한 정보를 상실한 상황에서 새로운 이웃 노드의 출현을 감지한 노드가 경로탐험자 노드가 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법의 순서도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 경로탐험자 노드에서의 메시지 송신을 위한 설정 절차를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법은, 경로탐험자 노드는 네트워크의 위상의 변화를 감지하고 이에 대한 경로 탐색 메시지(Route Search Message, RSM)를 생성하여 1홉 거리의 이웃 노드에게 전송한다.

이때, 경로 탐색 메시지는 도 2에 도시된 바와 같이, 송신 노드의 주소(RSM.Source Address)는 경로탐험자 노드의 주소를 가지고, 메시지의 목적지 주소는 "255.255.255.255"로 브로드캐스팅 주소를 가지며, 메시지의 TTL(Time To Live)값은 1로써 1홉 이상의 전파를 막는다.

g플래그는 메시지의 송신자가 AG인 경우에 1로 설정되어 이를 수신한 노드들이 AG를 디폴트 라우터로 설정하도록 한다. 주소 길이(addr_length)는 메시지가 통과한 노드들의 수를 나타내며, 주소 필드(addr필드)는 메시지가 통과한 노드들의 주소를 나타낸다. 메시지의 순서번호(seq_num)는 메시지 송신 노드의 순서 번호를 나타내며, 경로탐험자 노드는 설정된 메시지(RSM)를 송신한다.

경로탐험자 노드로부터 경로 탐색 메시지를 수신한 노드는 메시지의 순서번호를 확인하여 자신이 최근에 수신한 메시지의 순서번호보다 현재 수신된 메시지의 순서 번호가 작은 경우에 메시지 처리 절차 없이 바로 종료한다.(S1, S2)

그러나 수신 노드는 메시지의 순서번호가 자신이 최근에 수신한 메시지의 순서번호 보다 크면, 자신 경로 테이블의 리셋 여부를 결정하기 위하여 메시지의 송신자 주소와 주소 필드의 제1 주소가 동일한지를 검사한다(S3).

수신 노드는 메시지의 송신자 주소와 주소 필드의 제1 주소가 동일하고, 이전에 자신을 경유한 메시지가 리턴 되어 온 경우가 아니면 자신의 경로 테이블에서 이전의 정보들을 모두 지운다(S4, S5).

그 후, 수신 노드는 주소 필드의 마지막 주소를 Next로 설정하고 주소 필드가 끝날 때까지 경로 탐색을 수행한다.(S7)

수신 노드는 주소 필드의 역순서로 Next를 경유하는 목적지 노드를 탐색하고(S8), 목적지 노드가 수신 노드의 주소와 동일하면 이전의 노드는 이미 갱신한 정보이므로 경로를 최적화한 후 경로 탐색 과정을 종료한다.(S10).

그러나 목적지 노드가 수신 노드의 주소와 동일하지 않으면, 수신 노드는 경로 탐색 메시지의 메시지 경로 정보와 자신의 경로 테이블에서 NEXT를 거쳐 목적지로 가는 동일한 경로가 있는지를 검사한다.(S11)

수신 노드는 동일한 경로가 발견되고 해당 경로에 대해 자신의 경로 테이블에 있는 홉 수 정보가 경로 탐색 메시지의 메시지 경로 정보에 있는 홉 수 정보보다 더 작으면 자신의 경로 테이블에서 해당 경로에 대한 홉 수를 갱신한다.(S12, S13)

수신 노드는 동일한 경로가 발견되지 않으면 새로운 경로 정보를 자신의 경로 테이블에 저장한다.(S14)

수신 노드가 자신의 경로 테이블에서 정보를 갱신하거나 새로운 정보를 저장한 경우에 다음 메시지 전송 플래그(send_flag)를 TRUE로 설정하고, 다음 경로를 검사하기 위하여 주소 필드에 대한 인덱스를 감소시킨다.(S15)

이때, 경로탐험자 노드는 자신이 보낸 경로 탐색 메시지를 다시 수신하거나, 경로 탐색 메시지를 수신한 노드가 해당 메시지로부터 어떠한 새로운 정보도 얻지 못하면 그 경로 탐색 메시지는 삭제되고 더 이상 전송되지 않는다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 노드에서의 메시지 송신 절차를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 수신 노드는 경로 탐색 메시지의 전송 플래그(send_flag)를 검사하여 TRUE이면 자신이 해당 메시지의 최초 송신자인지를 확인한다.(S21, S22)

수신 노드는 해당 메시지의 최초 송신자가 아닌 경우에 주소 필드의 마지막에 자신의 주소를 추가하고, 주소 필드의 길이를 증가시킨 다음에 IP 헤더의 TTL값을 다시 1로 설정하고, 수신 노드의 최종 수신된 메시지에 대한 순서번호를 갱신한 후에 해당 메시지를 1홉 거리 내의 이웃 노드로 송신한다.(S3)

그러나 수신 노드는 전송 플래그가 TRUE로 설정되지 않거나, 자신이 경로 탐색 메시지의 최초 송신자이면 더 이상의 메시지 전송 없이 종료한다.

즉, 경로 탐색 메시지를 수신한 노드는 해당 메시지를 통해 경로 탐색을 하여 메시지를 다시 이웃 노드로 전송할지, 폐기할 것인지를 결정한다.

수신 노드는 경로 탐색 메시지로부터 새로운 경로 정보를 발견하여 자신의 경로 테이블에 새로운 경로에 대한 정보를 갱신한 경우에 자신의 주소를 메시지에 추가한 경로 탐색 메시지를 다시 이웃 노드에게 전송한다.

또한, 수신 노드는 임의의 노드에 대한 정보가 이미 존재하지만 그 노드에 대한 홉 수가 경로 탐색 메시지가 경로 테이블에 있는 것보다 작으면, 경로 탐색 메시지에 있는 홉 수로 자신의 경로 테이블을 갱신하고, 자신의 주소를 경로 탐색 메시지에 추가하여 이를 이웃 노드에게 전송한다.

그러나 경로탐험자 노드는 경로 탐색 메시지로부터 새로운 정보를 발견하더라도 더 이상 경로 탐색 메시지를 전송하지 않는다.

이렇게 하여, 수신 노드는 경로 탐색 메시지는 메시지가 지나가는 노드의 정보, 즉 메시지 경로 정보를 통해 이웃 노드에서 메시지 경로 정보를 자연스럽게 알 수 있다. 이때 경로 탐색 메시지는 1홉 거리의 노드에게만 전파되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 경로 탐색 메시지를 통해 이동 Ad-hoc 네트워크에 참여하는 노들이 네트워크 상의 모든 노드에 대한 정보를 자신의 테이블에 가지게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 의한 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법은 이동 Ad-hoc 네트워크 내의 노드들이 경로 탐험자 노드로부터 전송되는 경로 탐색 메시지를 통해 즉각적으로 제공되는 모든 노드들에 대한 경로 정보를 알 수 있어 경로 탐색의 지연을 줄이면서 주기적인 경로 정보의 갱신을 요구할 필요가 없어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법의 순서도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 경로탐험자 노드에서의 메시지 송신을 위한 설정 절차를 도시한 것이다.

Claims

a) 네트워크의 변화를 감지한 경로탐험자 노드가 메시지 경로 정보를 포함하는 경로 탐색 메시지를 생성하여 이를 일정 거리 이내의 이웃 노드에게 전송하는 단계; 및

b) 상기 a) 단계에서 상기 경로 탐색 메시지를 수신한 이웃 노드는 상기 경로 탐색 메시지의 상기 메시지 경로 정보를 통해 신규 정보를 추출하여 자신의 경로 테이블을 갱신한 후, 상기 경로 탐색 메시지에 자신의 주소를 추가하여 일정 거리 이내의 이웃 노드에게 다시 전송하는 단계

를 포함하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 단계는,

상기 이웃 노드가 상기 경로 탐색 메시지의 메시지 경로 정보에서 신규 정보를 발견하지 못하면 상기 경로 탐색 메시지를 폐기하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제1항에 있어서,

c) 상기 b) 단계를 통해 송신된 경로 탐색 메시지가 최초 송신자인 상기 경로탐험자 노드로 전송된 경우에, 상기 경로탐험자 노드는 해당 경로 탐색 메시지를 폐기하는 단계를 더 포함하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 단계는,

상기 이웃 노드는 상기 경로 탐색 메시지의 메시지 경로 정보에서 마지막 경로에 해당되는 노드를 기점으로 역방향 순서에 있는 노드를 1 홉 수씩 증가시켜 최종 목적지로 가는 경로를 판단하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제4항에 있어서,

상기 b) 단계는,

상기 이웃 노드가 자신의 경로 테이블에 상기 목적지에 대한 경로가 없으면 해당 목적지로 가는 경로를 추가하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제4항에 있어서,

상기 b) 단계는,

b-1) 상기 이웃 노드가 자신의 경로 테이블에 상기 목적지에 대한 경로가 존재하면, 상기 경로 테이블 내 상기 목적지에 대한 경로의 홉 수와 상기 경로 탐색 메시지의 목적지에 대한 경로의 홉 수를 비교하는 단계;

b-2) 상기 b-1)의 비교 결과에 따라 상기 이웃 노드는 자신의 경로 테이블에 상기 목적지에 대한 경로의 홉 수가 더 작은 경로 정보로 변경하는 단계

를 포함하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 단계는,

상기 이웃 노드가 상기 경로 탐색 메지시를 통해 경로를 탐색하는 도중에 자신의 주소가 발견되면 경로 탐색 과정을 중지하는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제1항에 있어서,

상기 a) 단계에서 경로탐험자 노드는,

상기 네트워크에 최초 참여하는 노드 또는 상기 네트워크 내 동일한 서브넷의 미확인 노드로부터 데이터를 수신한 Ad-hoc 게이트웨이(Ad-hoc Gateway)인 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제8항에 있어서,

상기 액세스 그리드는 초기 상태에서 상기 네트워크의 구성을 요구, 링크의 절단, 또는 상기 동일한 서브넷의 미확인 노드로부터 데이터를 수신할 때마다 상기 경로탐험자 노드가 되는 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.
제1항에 있어서,

상기 a) 단계에서 상기 경로탐험자 노드는, 상기 네트워크 내 참여를 희망하는 노드, 또는 상기 이웃 노드에 대한 정보를 상실한 상태에서 신규 이웃 노드의 출현을 감지한 노드인 이동 Ad-hoc 네트워크에서의 경로 탐색 방법.