KR20050106815A

KR20050106815A - 무선 네트워크에서 라우팅방법

Info

Publication number: KR20050106815A
Application number: KR1020040031857A
Authority: KR
Inventors: 서은일; 조성우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-11
Also published as: US20050249155A1; US7406054B2

Abstract

무선 네트워크에서 라우팅 방법이 개시된다. 본 라우팅 방법은, 트리(Tree) 구조의 무선 네트워크에서, 근원지 노드와 목적지 노드간의 데이터 전송 경로를 설정하는데 사용된다. 본 발명에 따르면, 데이터 전송을 중계하는 중계 노드가, 근원지 노드로부터 목적지 노드로 전송되는 데이터를 수신하게 되면, 먼저 라우팅 테이블에 목적지 노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 검색하여, 이에 대한 경로 정보가 존재하면 해당 경로를 따라 수신된 데이터를 포워딩한다. 그러나, 라우팅 테이블에 목적지 노드까지의 경로에 대한 정보가 존재하지 않는 경우에는, 다시 라우팅 테이블에 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 검색하여, 이에 대한 경로 정보가 있으면 부모노드까지의 경로를 따라 수신된 데이터를 포워딩한다. 따라서, 기존에 탐색된 경로 정보를 이용할 수 있는 경우, 별도의 경로 탐색 과정이 없이 신속하게 데이터를 전송할 수 있다.

Description

무선 네트워크에서 라우팅방법{Method of routing in a wireless network}

본 발명은 라우팅(Routing) 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지그비(ZigBee)와 같은 무선 개인영역 네트워크에서 근원지 노드로부터 목적지 노드까지의 데이터 전송 경로를 설정하는 라우팅 방법에 관한 것이다.

개인영역 네트워크라고 불리는 PAN(Personal Area Network)은 널리 알려진 근거리통신망(LAN)이나 원거리통신망(WAN)과 대비되는 개념으로 개인마다 각각 고유한 네트워크를 가지게 됨을 의미한다. 즉, 개인이 소유하고 있는 디바이스 (device)들이 제각기 그 사람의 편리를 목적으로 하나의 네트워크를 구성하게 한다는 것이다. 이러한 PAN을 무선으로 구현하기 위한 노력으로 IEEE 802.15 워킹그룹(Working Group)은 단거리 무선 네트워크의 표준으로 WPAN(Wireless Personal Area Network)을 정하고, 그 아래 4개의 TG(Task Group)를 두고 있다. IEEE 802.15.1이 유명한 블루투스 (Bluetooth)이며, IEEE 802.15.3 및 IEEE 802.15.3a은 고속(high rate) WPAN, 그리고 일명 지그비(ZigBee)라고 불리는 IEEE 802.15.4는 250kbps 이하의 저속(low rate) WPAN에 대한 표준작업을 수행한다.

지그비 네트워크 그룹의 중요한 태스크 중에 하나는 무선 센서 네트워크(wireless sensor network)를 위한 효율적인 라우팅 방법을 설계하는 것이다. AODV(Ad hoc On Demand Distance Vector) 같은 온-디맨드 라우팅 방법은 애드혹 타입(Ad hoc type) 무선 네트워크에서 효율적인 경로를 설정할 수 있으나, 이러한 라우팅 방법은 데이터 패킷의 중계를 위해 각 노드가 라우팅 데이블(routing table)을 구비해야 한다. 그러나, 무선 센서의 경우에는 한정된 메모리 공간을 갖고 있는 경우가 대부분이므로, 제약된 메모리 공간내에 라우팅 테이블을 구축하는데는 어려움이 있다.

이에 대해, 트리(Tree) 라우팅 방법은 이러한 메모리 제약 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 트리 구조를 기반으로 하는 트리 라우팅 방법은 경로 설정에 효율적이지 못한 측면이 있어, 현재까지 지그비 무선 네트워크에 대한 라우팅 방법은 표준화가 이루어 지지 못하고 있는 실정이다.

도 1은 트리 라우팅을 기반으로 하는 종래의 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에서, 노드 E가 근원지 노드(source node)이고, 노드 I가 목적지 노드(destination node)이다. 또한, 라우팅 테이블을 구비한 노드에는 "+"를 표시하고, 라우팅 테이블이 없는 노드에는 "-"를 표시하며, 이하의 도면에서도 동일한 표기를 사용한다.

도 1을 참조하면, 근원지 노드 E는 전송할 데이터를 자신의 부모노드(Parent Node)인 노드 B에게 포워딩(forwarding)한다. 데이터를 수신한 노드 B는, 수신한 데이터를 버퍼링하고, RREQ(Route Request) 패킷을 브로드캐스트하여 경로를 탐색한다. RREQ 패킷은 노드 D로 갈때까지 브로드캐스팅을 반복하여, 경로를 탐색하게 된다. 노드 D는 목적지 노드 I가 자신의 자식노드(Child Node)임을 알고, RREQ 패킷을 유니케스트하여 노드 I에게 전송한다. 노드 I는 이에 대해 RREP(Route Reply) 패킷으로 응답한다. 노드 B가 이 RREP 패킷을 받고, 탐색된 경로를 라우팅 테이블에 기록하고, 버퍼링되어 있는 데이터를 포워딩하게 된다.

그런데, 지그비와 같은 무선 네트워크에서 사용되는 라우팅 방법은, 도 1에 서와 같이, 노드 B가 이미 노드 I 까지의 경로 정보를 알고 있는 상태에서도, 노드 N에 데이터를 전송할 상황이 발생하면, 전술한 과정에 의한 경로 탐색을 수행한다. 마찬가지로, 노드 C의 자식노드인 노드 G 등이 노드 N으로 데이터를 전송할 때도 동일한 경로 탐색을 수행한다.

즉, 이와 같은 방식의 라우팅 방법은, 노드 N의 부모노드 I로 가는 경로가 탐색되었더라도, 이를 고려하지 않고 경로를 탐색하게 된다. 따라서, 이미 발견된 경로를 사용할 수 있음에도 불구하고, 불필요한 브로드 캐스팅을 반복하여 경로를 탐색하게 되므로, 네트워크의 오버헤드를 증가시켜, 전체적인 데이터 전송을 지연시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 무선 네트워크에서 기존에 탐색된 경로를 사용하여, 불필요한 경로 탐색을 최소화하면서 데이터 전송 경로를 설정할 수 있는 라우팅 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선네트워크에서의 라우팅 방법은, 트리(Tree) 구조의 무선 네트워크에서, 근원지 노드와 목적지 노드간의 데이터 전송 경로를 설정하며, (a) 상기 데이터 전송을 중계하는 중계 노드가, 상기 근원지 노드로부터 상기 목적지 노드로 전송되는 데이터를 수신하는 단계, (b) 상기 중계 노드의 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있으면, 해당 경로를 따라 수신된 데이터를 포워딩하는 단계, (c) 상기 라우팅 데이블에 상기 목적지 노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있지 않으며, 상기 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 검색하는 단계, 및 (d) 상기 검색 결과, 상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있으면, 상기 부모노드까지의 경로를 따라 수신된 데이터를 포워딩하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 중계노드에 라우팅 데이블이 없으면, 상기 트리 구조에 따라 데이터를 포워딩하는 단계를 더 포함한다.

상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 검색하는 단계는, 상기 라우팅 테이블에 있는 각 엔트리별로 네트워크에서의 레벨을 산출하고, 산출된 레벨에 기초하여 자식노드의 범위를 산출하는 단계, 상기 각 엔트리별로 상기 목적지 노드가 산출된 자식노드의 범위에 속하는지 여부를 검색하여, 상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 판단결과, 부모노드가 복수개 발견되면, 상기 목적지 노드에 가장 인접한 노드를 데이터를 포워딩할 부모노드로 선정하는 것이 바람직하다.

상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있지 않으면, 라우팅 요청 패킷을 인접한 노드에 브로드캐스트 하여 경로를 탐색하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 무선 네트워크는 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하는 지그비 무선 네트워크인 것이 가능하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 라우팅 방법은 기본적으로 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하는 트리 구조의 지그비 무선 네트워크에 적용되지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 조건을 만족하는 다른 무선 네트워크에 적용이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 라우팅 방법을 개념적으로 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 도 2에서, 근원지 노드가 E이고, 목적지 노드가 N이며, 노드 B에는 노드 I까지의 경로가 이미 탐색되어 라우팅 테이블에 저장되어 있다고 가정한다. 이상황에서, 노드 E에서 노드 N으로 전송되는 데이터는, 먼저 중계 노드의 역활을 수행하는 노드 B가 수신한다. 노드 B는 라우팅 테이블에서 목적지 노드 N까지의 경로 정보가 저장되어 있는지 검색한다. 검색 결과, 라우팅 테이블에 목적지 노드 N까지의 경로 정보가 존재하지 않으면, 후술하는 과정에 의해 목적지 노드 N의 부모 노드인 노드 I까지의 경로 정보가 존재하는지 검색하여, 존재하는 경우에는 노드 N의 부모노드인 노드 I에 데이터를 포워딩한다. 즉, 목적지 노드의 부모노드에 대한 경로 정보가 라우팅 테이블에 저장되어 있는 경우에는, 별도의 경로 탐색없이 목적지 노드의 부모노드에 데이터를 포워딩한다. 이와 같은 과정에 의해, 라우팅 테이블에 목적지 노드의 부모노드에 대한 경로 정보가 존재하면, 경로 탐색을 위한 브로드캐스팅 과정 등을 수행할 필요없이 데이터를 신속하게 포워딩할 수 있다. .

도 3은 본 발명에 따른 라우팅 방법을 보다 상세하게 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다. 도 3의 흐름도를 설명함에 있어, 도 4와 같은 트리 구조의 네트워크를 예로 들어 설명하기로 한다. 도 4에서, 노드 3이 근원지 노드이고, 노드 542가 목적지 노드이며, 노드 2에는 노드 528까지의 경로가 이미 탐색되어 라우팅 테이블에 저장되어 있는 것으로 가정한다.

이와 같은 상황에서, 노드 3에서 노드 542로 전송되는 데이터를 중계 노드의 역활을 수행하는 B가 수신한다(S100). 노드 B는 라우팅 데이블에서 첫번째 엔트리(entry)를 인출하여(S105), 수신한 데이터의 목적지 노드의 주소가 첫번째 엔트리와 일치하는지 비교한다(S110). 이러한 비교는, 라우팅 테이블의 첫번째 엔트리의 Destination 필드에 저장된 값이 목적지 노드의 주소와 일치하는 비교하면 된다. 라우팅 테이블의 예는 다음의 표와 같다.

Desrination	NextHopAddr
528	366

S110 단계에서의 비교 결과가 일치하면, 해당 목적지 노드의 경로를 따라 데이터를 포워딩한다(S145).

그러나, S110 단계에서 비교결과, 목적지 노드의 주소와 일치하지 않으면, 인출된 엔트리의 깊이(depth) 혹은 레벨(level)과 Cskip을 산출한다(S115). 이를 위해 먼저 다음의 식에 의해, 네트워크의 총 어드레스 공간 혹은 블럭의 크기를 나타내는 Bsize를 산출한다.

여기서, Cm은 부모노드가 갖을 수 있는 최대 자식노드의 수(nwkMaxChildren)이며, Lm은 해당 네트워크에서 최대 레벨의 수(nwkMaxLevels)를 나타낸다.

Bsize가 산출되면, 다음의 식에 의해, 각 레벨의 Cskip을 산출한다.

여기서, Li는 네트워크에서 레벨(Level in the Network)을 나타낸다.

Cm =3 이고, Lm = 6인 경우, Bsize = 1093이며, 이 값을 [수학식 2]에 대입하며, 다음과 같이 각 레벨에서의 Cskip을 산출할 수 있다.

L(i)	Cskip(i)
0	364
1	121
2	40
3	13
4	4
5	1

산출된 각 레벨에서의 Cskip에 의해, 각 레벨에서의 자식노드의 개수를 정할 수 있다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

S115 단계에서 해당 엔트리의 레벨과 이에 대응하는 Cskip이 산출되면, 목적지 노드가 인출된 엔트리의 자식 노드인지 여부를 판단한다(S120). 목적지 노드가 해당 엔트리의 자식노드인지 여부는 다음과 같은 식을 반복적으로 사용하여 알 수 있다.

노드 528의 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

Y(0) = 528 mode Cskip(0) = 528 mode 364 = 164

Y(1) = Y(0) mode Cskip(1) = 164 mode 121 = 43

Y(2) = Y(1) mode Cskip(2) = 43 mode 40 = 3

Y(2) = 3 < Lm 이므로, 따라서 노드 528의 레벨은 3이 된다. 이때, [표 2]에서 레벨 3에서 Cskip(3) = 13 이므로, 노드 528의 자식 노드의 범위는 529에서 시작하여, 528 + Cskip(3) * Cm = 668 까지가 된다. 즉, 노드 529 ~ 노드 668 까지이다. S120 단계에서 목적지 노드가 인출된 엔트리의 자식노드에 해당하는 경우, 목적지 노드의 후보 부모노드로 해당 레벨과 함께 저장하고(S130), 다음 엔트리에 대해서 S110 단계 내지 S125 단계를 수행하여, 라우팅 데이블에 저장된 모든 엔트리에 대해 앞서 설명한 과정을 반복하여 수행한다. 이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여, 마지막 엔트리까지 마치면, 저장된 후보 부모노드 중에서 가장 근접한 부모 노드에 데이터를 포워딩한다(S135). 이와 같은 방법에 의해, 라우팅 데이블에 저장된 목적지 노드외에, 저장된 노드의 자식노드까지 별도의 경로 탐색과정 없이 데이터를 신속하게 전송할 수 있다.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 라우팅 방법에서 자식노드 및 레벨을 산출하는 과정을 보다 상세하게 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 먼저, 도 5a와 같은 트리 구조의 네트워크에서, Cm = 3, Lm = 4 임을 알 수 있다. 이와 같은 파라미터를 [수학식 1]에 대입하면, Bzise = 121 을 얻을 수 있다. 산출된 Bsize를 [수학식 2]에 대입하면, 다음과 같이 Cskip을 얻을 수 있다.

L(i)	Cskip(i)
0	40
1	13
2	4
3	1

도 5b를 참조하면, 두번째 자식노드나무에서 첫번째 자식노드의 어드레스는 첫번째 자식노드나무의 숫자에 Cskip(0)*1 을 더한 숫자, 즉 1 + 40*1 = 81 임을 알 수 있다. 마찬가지로, 세번째 자식노드나무의 첫번째 자식노드나무의 숫자에 Cskip(0)*2 를 더한 숫자, 즉 1 + 40*2 = 81 임을 알 수 있다.

마찬가지로, 도 5c를 참조하면, 첫번째 자식노드나무에서 2번째 레벨을 살펴보면, Cskip(1)을 이용하여 산출할 수 있음을 알 수 있다. 즉 노드 15는 노드 2에 Cskip(1)*1 을 더한 숫자, 즉 2 + 13*1 = 15이고, 노드 28은 노드 2에 Cskip(1)*2 만큼 더한 숫자, 즉 2 + 13*2 = 28 의 어드레스가 할당됨을 알 수 있다. 따라서, Cskip 이 산출되면, 자식노드의 범위를 산출할 수 있으며, 무한히 같은 하위 트리가 존재하는 경우에도, 같은 레벨의 하위 트리는 그 레벨에 해당하는 Cskip 만큼의 차이를 나타낸다.

또한, 노드 73의 경우, 앞서 설명한 방식에 의해 레벨을 산출해 보면, 다음과 같다.

73 mode Cskip(0) = 73 mode 40 = 33

33 mode Cskip(1) = 33 mode 13 = 7

7 mode Cskip(2 = 7 mode 4 = 3 이 되어, 레벨 3이 되는데, 이는 도 5d와 일치한다.

한편, 본 발명에 따른 라우팅 방법은, 목적지 노드가 라우팅 테이블에 저장된 엔트리의 자식노드인지 여부를 계산하는 과정이 필요하나, 다음과 같이 , 라우팅 테이블에 별도의 필드를 설정하여 사용하면 계산없이 단순한 비교만으로 경로를 재사용을 결정할 수 있다. 다음의 표는 그 예이다.

Destination	NextHopAddr	Level	Range of descendant
1053	730	3	78

여기서, Level 은 네트워크에서의 레벨을 의미하며, Range of descendent는 Ckip값으로 부터 산출되는 자식노드의 범위에 해당한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존에 탐색된 경로를 이용할 수 있는 경우, 브로드캐스팅 과정을 통한 별도의 경로 탐색과정이 필요없게 되므로 네트워크 전체의 오버헤드를 감소 시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에 따르면, 기존에 발견된 경로를 사용할 수 있어, 경로 탐색을 위해 대기할 필요가 없으므로, 데이터를 보다 신속하게 전송할 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 종래의 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 라우팅 방법을 개념적으로 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 라우팅 방법을 보다 상세하게 설명하기 위해 제공되는 흐름도,

도 4는 본 발명에 따른 라우팅 방법의 설명을 위해 참조되는 도면, 그리고

도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 라우팅 방법에서 자식노드 및 레벨을 산출하는 과정을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

Claims

트리(Tree) 구조의 무선 네트워크에서, 근원지 노드와 목적지 노드간의 데이터 전송 경로를 설정하는 라우팅 방법에 있어서,

(a) 상기 데이터 전송을 중계하는 중계 노드가, 상기 근원지 노드로부터 상기 목적지 노드로 전송되는 데이터를 수신하는 단계;

(b) 상기 중계 노드의 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있으면, 해당 경로를 따라 수신된 데이터를 포워딩하는 단계;

(c) 상기 라우팅 데이블에 상기 목적지 노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있지 않으며, 상기 라우팅 테이블에 상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 검색하는 단계; 및

(d) 상기 검색 결과, 상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있으면, 상기 부모노드까지의 경로를 따라 수신된 데이터를 포워딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 중계노드에 라우팅 테이블이 없으면, 상기 트리 구조에 따라 데이터를 포워딩하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 검색하는 단계는,

상기 라우팅 테이블에 있는 각 엔트리별로 네트워크에서의 레벨을 산출하고, 산출된 레벨에 기초하여 자식노드의 범위를 산출하는 단계; 및

상기 각 엔트리별로 상기 목적지 노드가 산출된 자식노드의 범위에 속하는지 여부를 검색하여, 상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
제3항에 있어서,

상기 판단결과, 부모노드가 복수개 발견되면, 상기 목적지 노드에 가장 인접한 노드를 데이터를 포워딩할 부모노드로 선정하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 목적지 노드의 부모노드까지의 경로에 대한 정보가 저장되어 있지 않으면, 라우팅 요청 패킷을 인접한 노드에 브로드캐스트 하여 경로를 탐색하는 것을 특징으로 하는 라우팅방법.
제1항에 있어서,

상기 무선 네트워크는 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하는 지그비 무선 네트워크인 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.