KR20090056073A - 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드선정방법 - Google Patents

차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드선정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법에 관한 것으로, 수신한 메시지에 포함되어 있는 원시 소스노드와 소스노드의 위치정보를 추출하고 GPS를 통해 노드 자신의 위치정보를 획득하는 제1 단계; 상기 수신한 메시지 내에 포함되어있는 브로드캐스트 범위와 원시 소스노드로부터의 거리를 비교하여 수신한 메시지의 재전송 여부를 결정하는 제2 단계; 만약 노드가 브로드캐스트 범위 내에 있다면, 소스노드로부터의 거리를 이용하여 메시지 전송 대기시간을 계산하여 선택하는 제3 단계; 및 상기 메시지 전송 대기시간이 만료되면 브로드캐스트 메시지 내에 포함되어 있는 소스노드의 위치정보를 자신의 위치정보로 바꾼 다음 수신한 메시지를 재전송하는 제4 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 제3 단계의 브로드캐스트 범위는 원시 소스노드로부터 메시지가 전파될 거리를 나타내는 것을 특징으로 한다.
브로드캐스트, 시간창 예약, 릴레이노드, 전송대기시간

Description

차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법{Adaptive Relay Node Selection Method for Alert Message Propagation in Inter-vehicle Communication}
본 발명은 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 거리 기반 브로드캐스트에서 노드밀도의 변화에 따른 메시지 전파 지연시간을 최소화하기 위해 시간창 예약 기반 릴레이 노드 선정기법(Time-window Reservation based Relay node Selection, TRRS)을 사용하는 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노노드 선정방법에 관한 것이다.
차량 애드혹 네트워크는 기반 시설의 도움 없이 차량간 무선통신을 통해 구성되는 임시 네트워크이다. 특히, 운전자의 안전과 관련된 교통정보가 다루어지기 때문에 신속한 메시지 전파가 요구된다. 이를 위한 대표적인 메시지 전파 기법으로 거리 기반 브로트캐스트 기법이 있다. 이 기법은 소스노드로 부터의 거리를 기반으로 메시지 전파 노드를 선택한다. 그러나 이 기법은 각 메시지 전파 노드가 소스노드의 통신범위 가장자리에 위치하지 않을 경우 메시지 전파 지연시간이 증가하는 문제점을 가지고 있다. 특히, 노드의 밀도가 낮을 경우 메시지 전파 지연시간은 더욱 증가한다.
한편, 지능형 자동차를 위한 ITS (Intelligent Transportation System)의 핵심 기술로 부상하고 있는 VANET (Vehicular Ad-hoc Network, VANET)은 차량간 무선통신을 기반으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크 (Mobile Ad-hoc Network, MANET)의 일종이다. VANET은 도로 주변의 기지국과 같은 기반시설의 도움 없이 차량 간의 자율적인 무선 통신을 통해 임시적인 네트워크를 구성한다. 이를 통해 원활한 교통흐름제어, 운전자의 안전 및 편의 그리고 자동차의 연비 및 성능 개선을 가져올 수 있다.
VANET(vehicular ad-hoc network)은 기지국이나 액세스 포인터와 같은 기반 시설의 도움 없이 이동 노드들에 의해 임시적으로 네트워크를 구성하는 점에서 MANET과 유사하다. 그러나 VANET은 MANET과 달리 노드의 이동이 빠르고, 네트워크 토폴로지와 노드밀도의 빈번한 변화 그리고 잦은 네트워크 단절 등의 특징을 갖는다. 기존의 전통적인 네트워크 프로토콜에서는 이러한 특징들이 고려되지 않고 있기 때문에 VANET에서 좋은 성능을 기대하기 어렵다. 특히, VANET에서 노드들은 도로를 따라 이동하기 때문에 방향성을 가진 메시지 전파 기법이 요구되며, 운전자의 안전과 관련된 데이터가 주로 다루어지기 때문에 무엇보다 신속한 메시지 전파 프로토콜이 요구된다.
일반적으로, 무선 애드-혹 네트워크에서 브로드캐스트는 일대다 통신 모델로서 단일-홉 거리 내에 있는 모든 노드들에게 동시에 동일한 메시지를 전달하기 위 해 사용된다. 그러나 VANET에서 브로드캐스트는 메시지 전달 범위가 넓고 다수의 노드들에게 메시지가 전파되어야 하기 때문에 주로 멀티-홉을 통해 메시지 전달이 이루어진다. 이때, 전파할 메시지를 가진 노드를 소스노드라 하고, 메시지 전파의 임무를 담당하는 노드를 릴레이 노드라 한다. VANET에서 전파되는 메시지는 주로 운전자의 안전과 관련된 교통정보이기 때문에 다수의 노드들에게 신속히 전파되어야 한다. 이를 위해 기존에 제안된 멀티-홉 브로드캐스트 프로토콜은 릴레이 노드 선정방식에 따라 플러딩 기반, 클러스터 기반, 테이블 기반, 거리 기반 브로드캐스트 기법들로 구분할 수 있다. 그러나 기존 브로드캐스트 기법은 대역폭 낭비, 제어메시지 증가, 전파 지연시간 증가라는 측면에서 문제점을 갖고 있다. 플러딩 기반 브로드캐스트는 노드의 높은 이동성에도 우수한 메시지 도착율을 보이지만 노드의 밀도가 높을 경우 급격한 대역폭 낭비를 초래한다. 테이블 기반과 클러스터 기반 브로드캐스트는 노드의 이동성과 네트워크 토폴로지가 빈번히 변할 경우 제어메시지 교환의 증가에 따른 성능저하를 가져온다. 거리 기반 브로드캐스트는 제어메시지 교환이 필요 없어 네트워크 부하가 낮고 메시지 전파 지연시간이 짧기 때문에 VANET에서 비교적 우수한 성능을 보인다. 그러나 릴레이 노드의 선정이 노드간 거리를 기반으로 이루어지기 때문에 노드밀도가 낮을 경우 짧은 메시지 전파 지연시간을 보장할 수 없는 단점을 갖고 있다.
표 1은 MANET과 VANET의 특징 비교표이다.
Figure 112007086260496-PAT00001
표 1에서 보듯이, MANET과 VANET은 여러 가지 면에서 다른 특징을 갖고 있다. 기존의 MANET에서 제안되었던 여러 네트워크 프로토콜들을 VANET에 그대로 적용할 경우 좋은 성능을 기대하기 어렵다. 그 주된 이유는, VANET에서는 노드의 높은 이동성, 네트워크 토폴로지와 노드밀도의 빈번한 변화 그리고 잦은 네트워크 단절 등의 특성으로 인하여 효과적으로 메시지를 전달하기 어렵다. 특히, 기존 MANET에서 제안되었던 멀티-홉 라우팅 기법들을 VANET에 적용하였을 경우, 3∼4홉 이상에서 급격한 성능저하를 보인다. 이것은 잦은 네트워크 단절로 인한 노드간 링크 생존시간이 매우 짧기 때문이며, 새로운 라우팅 경로탐색을 위한 제어메시지 교환의 증가로 인하여 메시지 전송 지연시간과 네트워크 부하가 증가하기 때문이다. 라우팅 경로탐색은 주로 플러딩을 이용하여 제어메시지를 브로드캐스팅 함으로써 이루어진다. 그러나 플러딩은 브로드캐스트 스톰 문제(S. Ni, Y. Tseng, Y. Chen, and J. Sheu., "The Broadcast Storm Problem in a Mobile Ad Hoc Network," In ACM MOBICOM '99, pp. 151-162, Aug. 1999.)와 같이 네트워크 내의 모든 노드가 메시지 전달에 참여하기 때문에 노드밀도가 증가함에 따라 대역폭과 메시지 전파 지연시간이 함께 증가한다. 따라서 VANET 환경에서 네트워크 프로토콜의 성능을 개선하기 위해서는 무엇보다 낮은 네트워크 부하와 짧은 메시지 전파 지연시간을 갖는 메시지 전파 프로토콜이 요구된다.
VANET에서 메시지 전파를 위한 여러 브로드캐스트 프로토콜들이 제안되었다. 브로드캐스트 프로토콜은 메시지 전파에 참여하는 노드의 역할과 릴레이 노드의 선정방식에 따라 플러딩 기반, 클러스터 기반, 테이블 기반, 거리 기반 방식으로 나눌 수 있다. 이들 대부분은 GPS를 통해 위치정보를 획득한다. 플러딩 기반 브로드캐스트 기법은 메시지 전달에 참여하는 노드의 재전송 횟수를 제한하여 네트워크 부하를 줄이는 방법을 제안하였다. 이 기법은 구현이 용이하고 이동성이 높은 VANET환경에서 우수한 메시지 도착율을 갖는다. 그러나 플러딩의 브로드캐스트 스톰 문제로 인한 네트워크 부하와 메시지 전파 지연시간 증가 등의 오버헤드는 크게 개선하지 못하였다. 플러딩 기반 브로드캐스트에는 NB, DOLPHIN 등이 있다.
클러스터 기반 브로드캐스트 기법은 도로를 일정한 영역을 갖는 다수의 클러스터로 구분한다. 이 기법은 각 클러스터에 속한 노드들 중 클러스터 헤더를 선정하고 클러스터 헤더를 통해 메시지를 전파하는 방식이다. 클러스터 기반 브로드캐스트 기법은 노드수와 네트워크 토폴로지 변화가 적을 때는 비교적 우수한 성능을 보인다. 하지만, 노드의 이동성이 증가 할 경우 네트워크 토폴로지 변화가 빈번해 짐에 따라 클러스터 멤버 재구성과 클러스터 헤더 선정을 위한 제어메시지 교환이 증가하기 때문에 성능이 급격히 감소하는 단점이 있다. 대표적인 클러스터 기반 브로드캐스트 프로토콜에는 SIMCOMM, CBLR 등이 있다.
테이블 기반 브로드캐스트 기법은 각 노드가 이웃 노드들의 위치정보 테이블을 유지하고, 소스노드가 다음 릴레이 노드를 선택하는 방식이다. 이웃 노드의 위치정보 테이블은 주기적 혹은 전파할 메시지가 발생할 경우에 이웃 노드와 질의-응답 메커니즘을 사용한 제어메시지 교환을 통해 유지된다. 그러나 이 기법은 노드의 밀도와 이동성 증가에 따라 네트워크 토폴로지가 빈번히 변화할 경우 이웃 노드의 위치정보 테이블 갱신을 위한 노드간의 제어메시지 교환이 빈번해 진다. 따라서 네트워크 부하뿐만 아니라 전송 지연시간이 증가하는 단점을 갖는다. 대표적인 테이블 기반 브로드캐스트 프로토콜에는 TRADE, OAPB, UMB 등이 있다.
거리 기반 브로드캐스트 기법은 네트워크 부하와 메시지 전파 지연시간을 줄이기 위해 통신범위 내의 노드들 중 오직 하나의 노드만이 메시지를 전파하는 방법이며, 거리 기반 릴레이 노드 선정 (Distance Based Relay node Selection, DBRS) 기법을 통해 메시지 전파 노드의 선정이 이루어진다. 소스노드의 통신범위 내에 있는 각 노드들은 소스노드로부터의 거리에 반비례하는 메시지 전송 대기시간을 갖는다. 즉, 소스노드의 통신범위 가장자리에 위치한 노드가 소스노드로부터의 거리가 가장 멀기 때문에 가장 짧은 메시지 전송 대기시간을 갖는다. 따라서 소스노드의 통신영역 내에 있는 노드들 중 소스노드로부터 가장 멀리 위치한 노드가 릴레이 노드로 선택된다. 노드의 밀도가 높을 경우에는 소스노드의 통신범위 가장자리 주변에 노드가 위치해 있을 확률이 높기 때문에 메시지 전파에 따른 네트워크 부하와 종단간 메시지 전파 지연시간이 비교적 우수하다. 또한, 노드간 제어메시지 교환이 필요 없고 노드들의 높은 이동성에서 우수한 메시지 도착율을 갖는다. 그러나 노드밀도가 낮을 경우와 같이 소스노드의 통신범위 가장자리에 노드가 위치하지 않을 경우 각 릴레이 노드는 그만큼 긴 메시지 전송 대기시간을 갖게 되어 메시지 전파 지연시간이 증가하는 단점을 가지고 있다. 거리 기반 브로드캐스트 프로토콜에는 DDT, RBM, ODAM 등이 있다.
상기에 설명된 각각의 프로토콜은 이미 잘 알려진 것이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
시간창 예약 기반 릴레이 노드 선정기법
도로상에서 응급상황을 감지한 노드가 뒤따르는 노드들에게 긴급 메시지를 전파하고자 할 경우에 메시지 전파범위가 소스노드의 통신범위보다 크면 멀티-홉을 통해 메시지를 전파하여야 한다. 따라서 멀티-홉 브로드캐스트에서 신속하게 긴급 메시지를 전파하기 위해서는 효과적인 릴레이 노드 선정 방법이 무엇보다 중요하다. 이것은 릴레이 노드 선정방식에 따라 메시지 전파에 따른 네트워크 부하와 종단간 메시지 전파 지연시간이 영향을 받기 때문이다.
DBRS는 소스노드로부터의 거리에 의해서만 다음 릴레이 노드가 결정된다. 즉, 메시지 전송 대기시간이 소스노드로부터의 거리에 의해 정적으로 결정된다. 따라서 노드밀도가 낮을 경우에는 짧은 메시지 전파 시간을 보장하기 어렵다. 도 1은 DBRS의 릴레이 노드 선정기법을 나타내었다. 임의의 노드가 뒤따르는 노드들에게 멀티-홉을 통해 메시지를 전파 할 경우, 뒤따르는 노드들 가운데 소스노드의 통신범위 내에 있는 노드 중에서 다음 릴레이 노드를 선택 하여야 한다. 소스노드의 통신범위 내에 소스노드로부터 d 1 , d 2 , d 3 만큼 떨어진 곳에 각각 n 1 , n 2 , n 3 노드가 위치해 있다고 가정하자. 이들은 릴레이 노드 선정에 참여하는 릴레이 노드 후보가 된다. 각 노드들은 소스노드로부터의 거리에 반비례하는 메시지 전송 대기시간을 갖는다. 즉, 소스노드로부터 가장 가까이 위치한 n 1 노드가 가장 긴 t 3 의 대기시간을 갖게 되며, 가장 멀리 위치한 n 3 노드가 가장 짧은 t 1 의 대기시간을 갖는다. 따라서 n 3 가 메시지 전송 대기시간이 가장 먼저 만료되기 때문에 릴레이 노드로 선정되며, n 1 과 n 2 는 메시지 전송 대기시간이 만료되기 전에 자신들보다 뒤에 위치한 n 3 로부터 메시지를 수신하게 되면 더 이상 메시지 전파를 시도하지 않는다. 이러한 릴레이 노드 선정과정을 반복하여 수행함으로써, 브로드캐스트 메시지가 도로를 따라 일정한 방향으로 전파된다. DBRS에서 각 노드의 메시지 전송 대기시간 DWT(Dissemination Waiting Time)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007086260496-PAT00002
여기에서, d는 소스노드로부터의 거리이고, DWT max 는 사전에 정의된 최대 메시지 전송 대기시간이고, R은 소스노드의 최대 전송 거리를 나타낸다. 이 기법은 매우 간단하기는 하지만 DWT가 오직 소스노드로부터의 거리에 의해서만 결정된다. 따라서 선정된 릴레이 노드가 소스노드의 통신범위 가장자리에 위치하지 않을 경우 최적화된 메시지 전송 대기시간을 갖지 못하는 문제점이 있었다. 이는 종단간 메시지 전파 지연시간을 증가시키는 주요원인이 되며, 노드밀도가 낮을 경우에는 메시지 전파 지연시간을 더욱 증가 시킨다. 또한 소스노드의 통신범위 가장자리에 노드가 위치함에도 불구하고 실제 환경에서 소스노드의 최대 통신거리는 주변 환경에 따라 변할 수 있기 때문에 이 노드가 가장 짧은 메시지 전송 대기시간을 갖지 못할 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로, 기존 거리 기반 브로드캐스트에서 노드밀도의 변화에 따른 메시지 전파 지연시간을 최소화하기 위해 시간창 예약 기반 릴레이 노드 선정기법(Time-window Reservation based Relay node Selection, TRRS)을 사용하는 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노노드 선정방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법은 수신한 메시지에 포함되어 있는 원시 소스노드와 소스노드의 위치정보를 추출하고 GPS를 통해 노드 자신의 위치정보를 획득하는 제1 단계; 상기 수신한 메시지 내에 포함되어있는 브로드캐스트 범위와 원시 소스노드로부터의 거리를 비교하여 수신한 메시지의 재전송 여부를 결정하는 제2 단계; 만약 노드가 브로드캐스트 범위 내에 있다면, 소스노드로부터의 거리를 이용하여 메시지 전송 대기시간을 계산하여 선택하는 제3 단계; 및 상기 메시지 전송 대기시간이 만료되면 브로드캐스트 메시지 내에 포함되어 있는 소스노드의 위치정보를 자신의 위치정보로 바꾼 다음 수신한 메시지를 재전송하는 제4 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 제3 단계의 브로드캐스트 범위는 원시 소스노드로부터 메시지가 전파될 거리를 나타내는 것을 특징으로 한다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법에 의하면, 시간창 예약 기반 릴레이 노드 선택기법을 사용한 브로드캐스트 프로토콜을 제안하였다. TRRS 기법은 각 노드가 소스노드로부터 거리에 따라 각기 다른 크기의 시간창을 갖게 하며, 주어진 시간창 내에서 임의의 메시지 전송 대기시간을 선택하도록 한다. 메시지 전송 대기시간이 가장 먼저 만료된 노드가 릴레이 노드가 된다. 또한, 소스노드로부터 메시지를 수신한 노드들이 동시에 메시지 재전송을 시도할 경우 소스노드로부터 가장 멀리 있는 노드가 가장 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택 할 수 있도록 함으로써 이 노드가 릴레이 노드가 되도록 한다. 즉, 소스노드로부터 거리가 먼 노드일수록 좁은 범위의 시간창을 갖도록 하여 가까운 노드들보다 짧은 메시지 전파 지연시간을 선택할 수 있도록 한다. 그러나 메시지 전송 대기시간이 주어진 시간창 내에서 임으로 선택되기 때문에 자신보다 멀리 위치한 노드가 있음에도 불구하고 릴레이 노드로 선택될 수 있다. 이를 예방하기 위해, 각 노드들은 자신보다 멀리 위치한 노드가 다음 릴레이 노드로 선택될 수 있도록 메시지 전송 대기시간을 선택하기 전에 주어진 시간창의 일부를 예약한다. 각 노드는 자신이 예약한 시간창 내에서는 메시지 전송 대기시간을 선택하지 못하도록 한다. 또한, 릴레이 노드간의 브로드캐스트 영역 중복구간에 위치한 노드가 메시지를 중복하여 수신하는 것을 피하기 위하여, 메시지 중복수신 횟수가 많은 노드는 릴레이 노드로 선택되지 못하도록 한다. TRRS는 노드밀도가 낮은 경우와 같이 통신범위의 가장자리에 노드가 위치하지 않더라도 짧은 메시지 전송 대기시간을 가질 수 있도록 하기 때문에 메시지 전파 지연시간을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
실험결과, TRRS를 사용한 브로드캐스트 프로토콜이 기존 거리 기반 브로드캐스트보다 노드밀도의 변화에 상관없이 짧은 메시지 전파 지연시간을 보였다. 특히, 노드밀도가 낮을 경우 25.7%의 짧은 종단간 메시지 전파 지연시간을 보였으며, 브로드캐스트 메시지의 중복수신 횟수와 종단간 메시지 전파 지연시간의 성능이 결합된 합성성능의 경우 TRRS가 DBRS보다 46% 우수한 성능을 보였다.
이하 본 발명에 따른 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 시간창 예약 기반 릴레이노드 선정방법을 도식적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 TRRS의 최악의 경우의 시나리오와 예방기법을 도식적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 노드의 긴급 메시지 처리 의사코드의 일예를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법에서는 소스노드의 통신범위 가장자리에 노드가 위치하지 않더라도 짧은 메시지 전송 대기시간을 갖게 하여 신속한 메시지 전파가 이루어 질 수 있도록 한다. 이를 위해, 각 노드가 소스노드로부터 거리에 따라 정적으로 메시지 전송 대기시간을 갖는 것이 아니라 주어진 시간창 내에서 임의의 메시지 전송 대기시간을 선택하도록 한다. 시간창은 각 노드가 임의의 메시지 전송 대기시간을 선택할 수 있는 시간범위이며, 영점 기준 시간을 시작으로 소스노 드로부터 거리에 반비례하는 시간을 최대값으로 하는 시간범위를 갖는다. 소스노드의 통신범위 내의 각 노드는 자신보다 더 멀리 위치한 노드가 자신보다 더 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택할 수 있도록 주어진 시간창의 일부분을 예약한다. 예약된 시간창 범위는 영점 기준 시간을 시작으로 주어진 시간창의 일정비율의 시간범위를 갖게 되며, 각 노드들은 자신이 예약해둔 시간창 범위 내에서는 메시지 전송 대기시간을 선택하지 않는다. 이것은 자신보다 소스노드로부터 더 멀리 위치한 노드가 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택할 수 있도록 하여 릴레이 노드가 되도록 하기 위함이다. 또한, TRRS는 릴레이 노드들 간의 브로드캐스트 영역의 중복구간에 위치한 노드들이 중복하여 메시지를 수신하는 것을 줄이기 위하여 메시지 수신 횟수가 많은 노드들의 시간창 예약 비율을 높게 하여 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택할 수 없도록 한다. 이것은 메시지 수신 횟수가 많은 노드일수록 소스노드와 가까운 곳에 위치하기 때문이다. 즉, 소스노드에 가까운 노드들이 릴레이 노드로 선택될 경우 릴레이 노드간 브로드캐스트 영역의 중복구간이 그 만큼 커지기 때문에 중복구간에 위치한 노드들의 메시지 중복수신 횟수는 증가하게 된다. 따라서 중복 메시지 횟수에 따라 시간창 예약 비율을 달리 함으로써 릴레이 노드들 간의 브로드캐스트 영역의 중복구간을 줄일 수 있다.
도 2에서의 TRRS의 릴레이 노드 선정기법을 구체적으로 살펴본다. 소스노드의 통신범위 내에 d 1 , d 2 , d 3 거리에 각각 n 1 , n 2 , n 3 노드들이 있다고 가정하면, 각 노드들은 소스노드로부터의 거리에 반비례하는 시간 t i 를 최대시간으로 하는 시간창 을 갖는다. 따라서 노드 n i 의 시간창 범위는 0보다 크고 t i 보다 같거나 작다. 각 노드들은 자신보다 더 멀리 위치한 노드가 더 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택하여 릴레이 노드로 선정될 수 있도록 전체 시간창에 대한 일정 비율의 시간창을 예약한다. 예약된 시간창의 범위는 0보다 크고 rt i 보다 작다. 따라서 각 노드가 임의의 메시지 전송 대기시간을 선택할 수 있는 시간창 범위 τ i 는 rt i 보다 크고 t i 보다 같거나 작은 범위를 갖는다. 노드들은 서로 다른 시간창 범위를 갖게 되며, 주어진 시간창 τ i 내에서 임의로 메시지 전송 대기시간을 선택한다. 그러므로 소스노드로부터 가장 멀리 있는 n 3 가 가장 좁은 시간범위를 갖는 시간창 τ 3 내에서 메시지 전송 대기시간을 선택하기 때문에 다음 릴레이 노드로 선택될 가능성이 가장 높게 된다. 반면, n 3 보다 넓은 시간 범위를 갖는 n 1 와 n 2 는 예약된 시간창 범위 내에서는 메시지 전송 대기시간을 선택할 수 없기 때문에 n 3 보다 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택할 가능성은 매우 낮게 된다.
TRRS에서 빈번히 발생하지는 않지만 최악의 경우, 자신보다 더 멀리 위치한 노드가 있음에도 불구하고 소스노드로부터 가까이 위치한 노드가 연속해서 다음 릴레이 노드로 선택될 수 있다. 이러한 경우, 릴레이 노드들 간의 브로드캐스트 영역의 중복으로 인한 노드들의 메시지 중복이 증가한다. 소스노드로부터 가까이 위치한 노드일수록 메시지 중복수신 횟수가 멀리 있는 노드보다 많다. 따라서 TRRS는 이러한 노드들이 릴레이 노드로 선택되지 못하도록 한다. 이를 위해, 브로드캐스트 메시지의 중복수신 횟수가 많은 노드일수록 높은 시간창 예약 비율을 갖게 함으로써, 릴레이 노드로 선택되지 않도록 한다. TRRS에서 발생 할 수 있는 최악의 경우의 시나리오와 예방방법이 도 3에 나타나있다. 원시 소스노드(Original Source Node)인 RN 1 이 브로드캐스트 한 메시지가 n 4 노드까지 전파되어야 할 경우를 가정하면, TRRS에서 최악의 경우 소스노드로부터 제일 가까이 위치한 노드가 제일 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택함으로써, n 1 , n 2 , n 3 노드가 연쇄적으로 릴레이 노드로 선택될 수 있다. 이때의 메시지 전파 비용은 총 4개의 릴레이 노드와 11개의 패킷이 소요된다. 반면, 이를 개선한 TRRS는 브로드캐스트 메시지의 중복수신 횟수가 많은 노드는 릴레이 노드로 선정되지 않도록 예방한다. 즉, 도 3의 2단계에서 n 2 노드는 브로드캐스트 메시지 수신 횟수가 두 번 이기 때문에 한번인 n 3 노드보다 높은 시간창 예약 비율을 갖는다. 따라서 노드 n 2 는 노드 n 3 보다 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택할 가능성이 낮기 때문에 다음 릴레이 노드로 선택되지 않는다. 개선된 TRRS의 메시지 전파 비용은 3개의 릴레이 노드와 8개의 패킷이 소요되었으며, 최악의 경우의 TRRS보다 메시지 전파 비용을 줄일 수 있음을 알 수 있다. 본 발명에서는 실험을 통해 가장 우수한 성능을 보이는 최적의 시간창 예약 비율을 찾도록 한다. 실험에 사용될 시간창 예약 비율은 브로드캐스트 메시지 수신 횟수가 한번일 경우 0∼50%의 시간창 예약 비율을 가지며, 브로드캐스트 메시지 수신 횟수가 두 번 이상일 경우에는 50∼100% 시간창 예약 비율을 갖도록 하였다. 개선된 TRRS에서 각 노드의 메시지 전송 대기시간 DWT는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007086260496-PAT00003
여기에서 노드 n i 의 예약된 시간창 범위의 최대 시간은 rt i , 시간창 예약 비율은 ρ, 메시지 중복수신 횟수는 c, 노드 n i 의 시간창 범위의 최대 시간은 tw max 를 나타내며, 함수 P는 rt i 와 tw max 범위 내에서 임의의 시간을 반환하는 함수이다.
소스노드의 통신범위 내의 노드가 브로드캐스트 메시지를 수신하게 되면 도 4와 같은 과정을 통해 메시지가 전파가 이루어진다.
ⅰ. 수신한 메시지에 포함되어 있는 원시 소스노드와 소스노드의 위치정보를 추출하고 GPS를 통해 노드 자신의 위치정보를 획득한다.
ⅱ. 수신한 메시지 내에 포함되어있는 브로드캐스트 범위와 원시 소스노드로부터의 거리를 비교하여 수신한 메시지의 재전송 여부를 결정한다. 브로드캐스트 범위는 원시 소스노드로부터 메시지가 전파될 거리를 나타낸다.
ⅲ. 만약 노드가 브로드캐스트 범위 내에 있다면, 소스노드로부터의 거리를 이용하여 수학식 2를 통해 메시지 전송 대기시간을 선택한다.
ⅳ. 메시지 전송 대기시간이 만료되면 브로드캐스트 메시지 내에 포함되어 있는 소스노드의 위치정보를 자신의 위치정보로 바꾼 다음 수신한 메시지를 재전송 한다.
ⅴ. 메시지 전송 대기시간이 만료되기 전에 이웃 노드로부터 동일한 브로드캐스트 메시지를 수신하게 되면, 메시지 재전송 과정을 초기화 하고 대기상태로 진입한다. 이것은 자신보다 짧은 메시지 전송 대기시간을 가진 노드가 이미 메시지를 재전송 하였으므로 더 이상 메시지 전파를 시도하지 않아도 되기 때문이다.
ⅵ. 메시지를 전송하고 난 후 다음에 선택된 릴레이 노드의 메시지 재전송을 탐지할 때까지 기다린다. 만약, 일정 시간동안 다음 릴레이 노드로부터 메시지를 수신하지 못한다면 릴레이 노드 선정이 이루어지지 않은 것으로 판단하고 다시 메시지 재전송을 시도한다.
한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 애드혹네트워크를 위한 노드(즉, 차량)는 특정한 형식의 긴급 메시지가 저장되며 아울러 각종데이터를 저장하기 위한 데이터저장부와, 다른 이웃 노드들과의 데이터송수신을 수행하기 위한 통신 인터페이스(Interface)모듈 및 자기의 위치를 인식하기 위한 지피에스 모듈과, 본 발명에서 사용되는 적응적 릴레이노드선택 알고리듬(프로그램) 및 기타 운영프로그램이 저장된 운영프로그램저장부와, 상기 장치전반을 제어하되 상기 적응적 릴레이노드선택 알고리듬을 통해 긴급메시지 수신, 메시지 재전달의 모든 과정을 수행하도록 제어하며 아울러 상기 데이터저장부의 긴급 메시지를 관리하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙제어부를 포함하여 이루어진다.
도 1은 종래기술에 따른 거리기반 릴레이노드 선정기법을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 시간창 예약 기반 릴레이노드 선정방법을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 TRRS의 최악의 경우의 시나리오와 예방기법을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 노드의 긴급 메시지 처리 의사코드의 일예를 나타낸 도면이다.

Claims (3)

  1. 차량들이 각각 노드로 정의되는 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법에 있어서,
    수신한 메시지에 포함되어 있는 원시 소스노드와 소스노드의 위치정보를 추출하고 GPS를 통해 노드 자신의 위치정보를 획득하는 제1 단계;
    상기 수신한 메시지 내에 포함되어있는 브로드캐스트 범위와 원시 소스노드로부터의 거리를 비교하여 수신한 메시지의 재전송 여부를 결정하는 제2 단계;
    만약 노드가 브로드캐스트 범위 내에 있다면, 소스노드로부터의 거리를 이용하여 메시지 전송 대기시간을 계산하여 선택하는 제3 단계; 및
    상기 메시지 전송 대기시간이 만료되면 브로드캐스트 메시지 내에 포함되어 있는 소스노드의 위치정보를 자신의 위치정보로 바꾼 다음 수신한 메시지를 재전송하는 제4 단계;를 포함하여 이루어지고,
    상기 제3 단계의 브로드캐스트 범위는 원시 소스노드로부터 메시지가 전파될 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제3 단계에서 메시지 전송 대기시간을 아래 수학식2를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법.
    [수학식 2]
    Figure 112007086260496-PAT00004
    여기에서 노드 n i 의 예약된 시간창 범위의 최대 시간은 rt i , 시간창 예약 비율은 ρ, 메시지 중복수신 횟수는 c, 노드 n i 의 시간창 범위의 최대 시간은 tw max 를 나타내며, 함수 P는 rt i 와 tw max 범위 내에서 임의의 시간을 반환하는 함수이다.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제4 단계이후에,
    메시지 전송 대기시간이 만료되기 전에 이웃 노드로부터 동일한 브로드캐스트 메시지를 수신하게 되면, 메시지 재전송 과정을 초기화 하고 대기상태로 진입하는 제5 단계; 및
    상기 메시지를 전송하고 난 후 다음에 선택된 릴레이 노드의 메시지 재전송을 탐지할 때까지 기다리며, 만약, 일정 시간동안 다음 릴레이 노드로부터 메시지를 수신하지 못한다면 릴레이 노드 선정이 이루어지지 않은 것으로 판단하고 다시 메시지 재전송을 시도하는 제6 단계;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량간 통신에서 긴급메시지전파를 위한 적응적 릴레이노드 선정방법.
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