KR20070120071A

KR20070120071A - On the construction of multicast tree for multi-source service in wireless mesh networks

Info

Publication number: KR20070120071A
Application number: KR1020070110785A
Authority: KR
Inventors: 조재규; 이지훈; 권태경; 김영한
Original assignee: 숭실대학교산학협력단
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2007-12-21
Also published as: KR100921216B1

Abstract

A multicast tree generation method for a multilateral communication service in a wireless mesh network environment is provided to be capable of configuring and maintaining a shared multicast tree when source nodes for offering services transmit data in the wireless mesh network environment, thereby configuring an optimum multicast tree. A multicast tree set selects a random tree, and calculates a cost of the multicast tree(210). A multicast tree having the smallest tree cost is selected and transmitted to all multicast service member nodes(220-260). The multicast tree having the minimum cost is shared among all members, and each node transmits data by using the nearest sharing multicast tree with the minimum-cost multicast tree.

Description

{On the construction of multicast tree for multi-source service in wireless mesh networks}

정보 전자 통신 분야Information electronics communication field

본 발명은 무선 메쉬 네트워크(mesh network) 환경 하에서 통신 서비스를 위한 전송 트리(tree)를 생성하는 방법에 관한 것으로, 특히 다수의 서비스 제공자가 존재할 때 가장 효율적인 트리를 생성하고, 이미 생성된 트리를 공유, 접근, 복구하는 등의 트리 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for generating a transmission tree for a communication service in a wireless mesh network environment. In particular, the present invention relates to a method for generating a most efficient tree when a plurality of service providers exist, and sharing a tree that has already been created. And tree control methods such as accessing, restoring, and so on.

무선 메쉬 네트워크는 기존의 유선 통신 인프라스트럭처(infrastructure)를 이용하면서 적은 비용의 무선 네트워크를 구성하여 유선 통신 인프라를 설치하기 어려운 지역에 통신 서비스를 제공하는 새로운 개념의 네트워크이다. 이러한 무선 메쉬 네트워크의 중요한 서비스는 여러 수신자를 대상으로 하는 다자간 통신 서비스이며, 대부분의 트래픽(traffic)이 QoS(Quality of Service)를 만족시켜야하는 음성이나 영상 데이터들이다. 따라서, 네트워크는 사용자들이 만족할 수 있는 전송대역, 지연시간 등을 제공해야 한다.The wireless mesh network is a new concept network that provides a communication service in an area where it is difficult to install a wired communication infrastructure by forming a low-cost wireless network while using the existing wired communication infrastructure. An important service of such a wireless mesh network is a multi-party communication service for multiple receivers, and most of the traffic is voice or video data that must satisfy a quality of service (QoS). Therefore, the network must provide a transmission band, delay time, etc. that users can satisfy.

기존의 유선 네트워크에서의 다자간 통신 서비스를 위한 멀티캐스트(multicast) 방법에는 송신 노드에서 제어 메시지를 통해 멀티캐스트 트리를 구성하는 방법과 멀티캐스트 그룹 내에서 모든 노드들이 같은 트리를 공유하는 방법으로 구분할 수 있다. 그러나, 제어 메시지를 통한 방법은 주기적으로 네트워크에 멀티캐스트 트래픽이 전송되어 네트워크의 효율을 크게 떨어뜨리고, 멀티캐스트 그룹의 멤버들의 수가 증가할수록 복잡도가 증가하여 확장성 측면에서 적합하지 못한 단점이 있다. 또 같은 트리를 공유하는 방법은 모든 멤버들에게 최적의 트리가 아니기 때문에 멀티캐스트 제어 메시지를 전송할 때 전송지연이 커지고, 새로운 랑데부 지점 (rendezvous point)에서 병목현상이 발생하는 단점이 있다.Multicast method for multi-party communication service in wired network can be divided into a method of constructing a multicast tree through control messages in a transmitting node and a method in which all nodes share the same tree in a multicast group. have. However, the method through the control message periodically transmits multicast traffic to the network, greatly reducing the efficiency of the network, and as the number of members of the multicast group increases, complexity increases, which is not suitable in terms of scalability. In addition, since sharing the same tree is not an optimal tree for all members, transmission delay increases when a multicast control message is transmitted, and a bottleneck occurs at a new rendezvous point.

무선 네트워크에서 멀티캐스트 전송을 위해 유선 네트워크에서 제안된 멀티캐스트 방법은 적합하지 않다. 왜냐하면, 무선 네트워크에서는 데이터 전송 시에 기본적으로 브로드캐스트(broadcast) 방법을 사용하기 때문에 한 번의 전송으로 멀티캐스트 그룹의 많은 노드들에게 데이터를 전송할 수 있다. 또한 유선망과 달리 무선 링크 간에는 전송파 감지(carrier sensing) 와 간섭(interference) 등 복잡한 관계가 존재한다. 기존 유선 네트워크의 멀티캐스트 방법은 무선 네트워크의 이러한 특성을 반영하지 않고 있기 때문에 최적의 멀티캐스트 트리 구성하기 어려운 단점이 있다.The proposed multicast method in a wired network for multicast transmission in a wireless network is not suitable. Because the wireless network basically uses a broadcast method when transmitting data, data can be transmitted to many nodes of a multicast group in one transmission. In addition, unlike wired networks, there are complex relationships between wireless links such as carrier sensing and interference. Since the multicast method of the existing wired network does not reflect such characteristics of the wireless network, it is difficult to construct an optimal multicast tree.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다자간 통신 서비스를 실시하는 무선 메쉬 네트워크 환경에서, 서비스를 제공하는 소스(source) 노드들이 데이터 전송하는 경우에 공유된 멀티캐스트 트리를 구성하고 유지할 수 있도록 하는 알고리즘을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to share a multiplicity of shared data when a source node providing a service transmits data in a wireless mesh network environment that performs a multilateral communication service. An algorithm is provided to construct and maintain a cast tree.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다자간 통신서비스를 위한 멀티캐스트 그룹에 포함된 모든 노드들에 대한 토폴로지(topology) 및 무선 채널상태 정보를 저장하고 있는 저장수단 및 해당 서비스의 데이터 전송 목적지를 검사하여 각각의 송신 노드가 구성하는 멀티캐스트 스패닝(spanning) 트리를 구성하고, 모든 송신 노드가 공유할 수 있는 스패닝 트리의 길이의 합이 최소화되는 트리를 최종 선택, 관리하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention examines the storage means for storing topology and radio channel state information for all nodes included in a multicast group for a multi-party communication service, and a data transmission destination of the corresponding service. Constructing a multicast spanning tree configured by each transmitting node, and finally selecting and managing a tree in which a sum of lengths of spanning trees that all transmitting nodes can share is minimized.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무선 메쉬 네트워크 환경에서 다자간 통신 서비스를 제공할 때, 공유된 멀티캐스트 트리를 신속하게 구성할 수 있다. 또한 새로운 멀티캐스트 멤버가 참여하거나, 삭제될 경우에도 많은 비용을 소요하지 않고 멀티캐스트 트리를 관리 및 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명을 통하여 보다 나은 품질의 통신 서비스를 제공할 뿐만 아니라, 다양한 네트워크 토폴로지에도 적절하게 사용할 수 있는 방향 또한 제시할 수 있게 되는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, when providing a multi-party communication service in a wireless mesh network environment, it is possible to quickly configure a shared multicast tree. In addition, new multicast members can be managed or maintained without incurring a high cost even if they join or drop. Therefore, the present invention not only provides a better quality communication service, but also has the advantage of being able to suggest a direction that can be appropriately used in various network topologies.

본 발명의 기능 및 작용은 첨부된 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.The function and operation of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings, and thus, those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

다자간 통신 서비스를 제공하는 멀티캐스트 그룹의 각 노드는 멀티캐스트 트리를 각각 구성한다. 이 때 멀티캐스트 트리에 참여하는 노드들은 그 노드가 커버(cover)할 수 있는 멀티캐스트 그룹 멤버의 수에 의해 결정된다. Each node of a multicast group providing a multiparty communication service constitutes a multicast tree. At this time, the nodes participating in the multicast tree are determined by the number of multicast group members that the node can cover.

도 1은 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크에서 공유된 멀티캐스트 트리를 구성하는 방법 중 각 노드별 독립적인 멀티캐스트 트리를 구성하는 과정을 나타내는 구성도이다. 구성도를 참조하면, 먼저 T는 멀티캐스트 트리를 나타내고, S는 데이터 전송을 받지 못한 노드를 나타내며, V는 멀티캐스트 그룹에 속한 모든 노드를 나타낸다. controlTx는 트리 구성을 위해 컨트롤 메시지(control message)를 전송하는 노드를 나타내며, H는 controlTx 노드에 의해 데이터 전송이 이루어진 노드를 나타낸다. N(x)는 어떤 한 노드의 전송범위에 위치한 이웃 노드를 나타내며, f(x)는 어떤 한 노드의 전송범위에 위치한 이웃 노드 중 컨트롤 메시지를 받지 않은 노드를 나타낸다.1 is a block diagram illustrating a process of configuring an independent multicast tree for each node in a method of constructing a shared multicast tree in a wireless mesh network according to the present invention. Referring to the diagram, first, T represents a multicast tree, S represents a node that has not received data transmission, and V represents all nodes belonging to the multicast group. controlTx denotes a node transmitting a control message for the tree configuration, and H denotes a node on which data transmission is performed by the controlTx node. N (x) represents a neighbor node located in a transmission range of a node, and f (x) represents a node not receiving a control message among neighbor nodes located in a range of a node.

전송 노드는 먼저 자신을 멀티캐스트 트리에 포함하고 컨트롤 메시지를 자신의 전송범위에 있는 이웃노드들에게 전송한다. 컨트롤 메시지를 받은 노드들은 그룹 S에서 삭제되고, 그룹 H에 포함된다. 그룹 H에 포함된 모든 노드들은 자신의 전송 범위에 있는 이웃노드 중에서 자신과 같은 컨트로 메시지를 받지 못한 이웃 노드 f(x)를 구한다. 이 중에서 가장 큰 f(x)를 가진 노드는 멀티캐스트 트리에 참가하게 되며 컨트롤 메시지를 전송한다. 이와 같이 과정에 의해, 멀티캐스트 서비스에 포함된 모든 노드들이 컨트롤 메시지를 받게 되는 경우, 최초 전송 노드를 기준으로 멀티캐스트 트리를 구성하게 된다.The transmitting node first includes itself in the multicast tree and transmits a control message to neighboring nodes in its transmission range. Nodes receiving the control message are deleted from group S and included in group H. All nodes included in the group H obtain a neighbor node f (x) that has not received a message with the same control among neighbor nodes in its transmission range. The node with the largest f (x) joins the multicast tree and sends a control message. As a result, when all nodes included in the multicast service receive the control message, the multicast tree is constructed based on the first transmitting node.

도 2는 도 1에서 구한 멀티캐스트 그룹 내의 모든 노드들이 구성한 멀티캐스트 트리 중 최소 비용 트리를 구하는 흐름도이다. 흐름도를 참조하면, 먼저 멀티캐스트 트리 집합에서 임의의 트리를 선택하여 멀티캐스트 트리의 비용을 계산한다. 이 때 멀티캐스트 트리의 비용이란 트리 내의 임의의 한 노드에서 다른 모든 노드들까지의 거리의 합을 말한다. 계산된 트리 비용이 가장 적은 멀티캐스트 트리를 선택하여 모든 멀티캐스트 서비스 멤버 노드에게 전송한다. 이런 방법으로 찾은 최소비용 멀티캐스트 트리를 모든 멤버들이 공유하고, 이를 이용하여 각 노드에서 가장 가까운 공유 멀티캐스트 트리를 이용하여 데이터를 전송한다.FIG. 2 is a flowchart for obtaining a minimum cost tree among multicast trees configured by all nodes in the multicast group obtained in FIG. 1. Referring to the flowchart, first, an arbitrary tree is selected from the multicast tree set to calculate the cost of the multicast tree. The cost of the multicast tree is the sum of the distances from any one node to all other nodes in the tree. The multicast tree with the lowest calculated tree cost is selected and sent to all multicast service member nodes. The lowest cost multicast tree found in this way is shared by all members, and the data is transmitted using the shared multicast tree closest to each node.

도 3은 멀티캐스트 그룹에 새로운 멤버 노드가 참여했을 때 트리를 구성하는 절차를 나타내는 흐름도이다. 흐름도를 참조하면, 먼저 새로운 멀티캐스트 멤버가 나타나면 공유 멀티캐스트 트리에 참여 메시지를 전송한다. 참여 메시지를 받은 공유 멀티캐스트 트리 내의 노드는 참여 메시지를 보낸 노드가 유효한 노드인지 확인 해서, 유효한 노드이면 응답 메시지를 전송한다. 새로운 멀티캐스트 멤버는 전송받은 응답 메시지 중 가장 거리가 가까운 노드의 응답 메시지를 선택하여 그 노드를 랑데부 지점으로 선정하고 멀티캐스트 트리에 이러한 정보를 알려준다. 멀티캐스트 트리 노드 중 새로운 멤버의 랑데부 지점으로 선정된 노드는 정보를 저장하고 멀티캐스트 트리 정보를 새로운 멤버에게 전송한다.3 is a flowchart illustrating a procedure of constructing a tree when a new member node joins a multicast group. Referring to the flowchart, first, when a new multicast member appears, it sends a join message to the shared multicast tree. The node in the shared multicast tree that receives the join message checks whether the node that sent the join message is a valid node and sends a response message if it is a valid node. The new multicast member selects the response message of the node that is the closest among the received response messages, selects the node as a rendezvous point, and informs the multicast tree of this information. The node selected as the rendezvous point of the new member among the multicast tree nodes stores the information and transmits the multicast tree information to the new member.

도 4는 멀티캐스트 그룹에 멤버가 삭제되었을 때 트리를 구성하는 절차를 나타내는 흐름도이다. 흐름도를 참조하면, 먼저 공유 멀티캐스트 트리 내에 노드가 삭제되었는지 확인한다. 이 때 삭제된 노드가 트리의 리프(leaf) 노드이면 멀티캐스트 트리에서 정보만 삭제한다. 그러나 삭제된 노드가 리프 노드가 아니고, 삭제된 노드에 의해 멀티캐스트 트리가 분할되었다면 트리 복구 가능 여부를 확인한다. 이 때 트리 복구 가능여부는 분할된 두 개의 멀티캐스트 트리 사이에 멀티캐스트 그룹의 멤버가 유무로 판단한다. 만약, 분할된 두 개의 트리사이에 멀티캐스트 멤버가 존재한다면 분할된 두 트리를 연결할 수 있는 멤버를 공유 멀티캐스트 트리의 노드로 선정하여 두 트리를 연결한다. 분할된 두 개의 트리사이에 멀티캐스트 멤버가 존재하지 않는다면 도 1에 의해 새로운 공유 멀티캐스트 트리를 구성한다.4 is a flowchart illustrating a procedure of constructing a tree when a member is deleted from a multicast group. Referring to the flowchart, it is first checked whether a node is deleted in the shared multicast tree. If the deleted node is a leaf node of the tree, only the information is deleted from the multicast tree. However, if the deleted node is not a leaf node and the multicast tree is partitioned by the deleted node, the tree can be recovered. At this time, whether or not tree recovery is possible is determined whether a member of a multicast group exists between two divided multicast trees. If there is a multicast member between the two split trees, the member that can connect the two split trees is selected as a node of the shared multicast tree and the two trees are connected. If there is no multicast member between the two split trees, a new shared multicast tree is constructed by FIG.

본 발명은 유선통신 기반시설을 설치하기 어려운 지역에 설치, 운용되는 메쉬 네트워크를 기반으로 고안되었으며, 이러한 무선 메쉬 네트워크 내에서 향후 많은 서비스가 이루어 질 것이라고 예상되는 화상회의, 인터넷 방송 등 각 종 멀티미디어 전송에 유효할 것이며, 많은 가입자들이 무선 네트워크를 사용한 통신 서비스 를 원하고 있으므로 통신시장의 중요한 기술로 자리할 것으로 예상된다.The present invention is designed based on a mesh network installed and operated in an area where wired communication infrastructure is difficult to install, and various multimedia transmissions such as video conferencing and internet broadcasting, which are expected to be performed in the future, are expected to be performed in the wireless mesh network. It is expected to be an important technology in the communication market since many subscribers want communication service using a wireless network.

도면은 멀티캐스트 그룹 내의 모든 노드들이 구성한 멀티캐스트 트리 중 최소 비용 트리를 구하는 흐름도이다. 흐름도를 참조하면, 먼저 멀티캐스트 트리 집합에서 임의의 트리를 선택하여 멀티캐스트 트리의 비용을 계산한다. 이 때 멀티캐스트 트리의 비용이란 트리 내의 임의의 한 노드에서 다른 모든 노드들까지의 거리의 합을 말한다. 계산된 트리 비용이 가장 적은 멀티캐스트 트리를 선택하여 모든 멀티캐스트 서비스 멤버 노드에게 전송한다. 이런 방법으로 찾은 최소비용 멀티캐스트 트리를 모든 멤버들이 공유하고, 이를 이용하여 각 노드에서 가장 가까운 공유 멀티캐스트 트리를 이용하여 데이터를 전송한다.5 is a flowchart for obtaining a minimum cost tree among multicast trees configured by all nodes in a multicast group. Referring to the flowchart, first, an arbitrary tree is selected from the multicast tree set to calculate the cost of the multicast tree. The cost of the multicast tree is the sum of the distances from any one node to all other nodes in the tree. The multicast tree with the lowest calculated tree cost is selected and sent to all multicast service member nodes. The lowest cost multicast tree found in this way is shared by all members, and the data is transmitted using the shared multicast tree closest to each node.

Claims

How each member in a multicast group constructs its own multicast tree in constructing an efficient shared tree of multicast members that provide multilateral communication services from a given mesh network topology

Selecting the least cost multicast tree from the set of multicast trees formed by each member in constructing an efficient shared tree of multicast members providing multi-party communication services from a given mesh network topology

How to manage and maintain a shared multicast tree when a new member joins or is deleted from a shared multicast tree in constructing an efficient shared tree of multicast members that provide multilateral communication services from a given mesh network topology