KR20090112848A - 애드-혹 네트워크에서 강화 노드를 이용한 오류정정 패킷라우팅 방법 - Google Patents

애드-혹 네트워크에서 강화 노드를 이용한 오류정정 패킷라우팅 방법 Download PDF

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Abstract

전달 지연을 줄이고 안정성도 함께 보장할 수 있는 무선 애드-혹 네트워크 환경에서의 라우팅 방법이 개시된다. 제 1 내지 제 N (N은 2이상의 자연수) 노드들로 멀티-홉 경로를 구성하고, 노드들 중 적어도 하나에 적어도 하나의 강화 노드들을 배정하는 단계, 강화 노드에 대응된 노드가 이전 노드로부터 수신하는 패킷을 강화 노드가 함께 수신하고, 수신한 패킷에 오류가 있는지를 감지하는 단계, 강화 노드가 수신한 패킷에 오류가 있는 것을 확인한 경우, 패킷의 오류를 정정하고, 오류가 정정된 패킷에 플래그를 설정하여 대응된 노드로 재전송하는 단계 및 제 N 노드에서, 수신된 패킷들의 플래그를 확인하여 오류가 발생되지 않은 패킷들과 최종 오류 정정 패킷들로 데이터를 재구성하는 단계를 포함하여 오류정정 패킷 라우팅 방법을 구성한다. 따라서, 전송의 안정성을 잃지 않으면서도 전송 지연을 줄일 수 있는 무선 애드-혹 네트워크의 구성이 가능하다.
애드-혹 네트워크, 무선, 라우팅, 오류정정, 지연, 안정성

Description

애드-혹 네트워크에서 강화 노드를 이용한 오류정정 패킷 라우팅 방법{METHOD OF ERROR-CORRECTION ROUTING BY USING REINFORCEMENT NODE IN AD-HOC NETWORK}
본 발명은 애드-혹 네트워크의 라우팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전송의 안정성을 희생하지 않고도 전송 지연을 줄일 수 있도록 하는 강화 노드를 이용한 오류정정 패킷을 전달하는 라우팅 방법에 관한 것이다.
애드-혹(ad-hoc) 네트워크는 네트워크의 구성 및 유지를 위한 기지국(base station)이나 액세스 포인트(access point)와 같은 기반 네트워크 구성요소가 없이 네트워크에 참여한 노드(node)들에 의해 자율적으로 구성되는 네트워크를 의미한다. 특히 무선 애드-혹 네트워크(wireless ad-hoc network)는 유선 기반망이 없이 이동 단말기 노드들만으로 구성된 무선 통신망을 의미한다. 이와 같은 무선 애드-혹 네트워크에서는 경로를 배정하고 데이터를 전송할 때 데이터 전달의 지연(latency) 최소화와 안정성 보장에 있어 트레이드-오프(trade-off)가 존재한다. 즉, 전달 지연을 최소화할 경우에는 어느 정도 안정성의 희생이 필요하며, 안정성의 확보를 위해서는 어느 정도 전달 지연 관점에서 희생이 필요한 관계이다. 이러 한 트레이드-오프 관계는 네트워크의 종단간 지연 관점에서 봤을 때 명확해진다.
도 1은 무선 애드-혹 네트워크에서 안정성과 전달지연의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 소스 노드(source node; 100)와 데이터 싱크 노드(data sink node; 200) 간의 데이터 패킷(packet) 전달을 상정하고 있으며, 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200)간의 패킷 전달에 참여할 수 있는 많은 수의 일반 노드들(101~109 및 110 등)이 예시되어 있다. 이때, 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200) 역시 데이터의 발신자(sender)와 수신자(receiver) 역할을 수행하는 노드로서 도 1에서 표현된 것일 뿐, 마찬가지로 다른 일반 노드들이 소스 노드와 데이터 싱크 노드로 기능하는 경우에는 데이터 전달을 위한 일반 노드로서 기능한다. 한편, 점선으로 된 원들은 몇 개의 노드들(예컨대, 100, 103, 104, 106, 108, 200)의 가상의 전송 범위를 원형으로 표시한 것이다.
이때, 소스 노드(100)로부터 데이터 싱크 노드(200)로의 패킷 전달을 위하여, 다양한 노드들이 참여된 여러 가지의 경로 형성이 가능하다.
대표적으로, 가장 안정성이 높은 경로는 각각의 노드에서 가장 가까운 이웃 노드들을 연결하여 전송거리가 가장 짧은 노드들 간을 연결한 경로가 될 것이다. 이러한 경로는 점선으로 표시되었고 10개의 홉(hop)으로 구성되어 있다. 예컨대 노드(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109)가 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200) 간의 경로에 참여한다. 무선 네트워크 환경을 가정하고 있으므로, 전달 거리가 멀어짐에 따른 신호의 감쇠나 잡음의 개입 가능성 등을 고려해본다면, 홉의 수가 많아지더라도 각 홉을 구성하는 노드들 간의 거리를 최단화시켜 경로를 구성하는 것이 가장 높은 안정성을 가지는 것으로 파악할 수 있다.
다음으로, 가장 전송 지연이 작은 경로는 각 노드들이 가질 수 있는 전송범위 내에서 최장 거리에 위치한 노드들 간의 홉들로 경로를 구성하는 것이다. 이를 통해서 각 홉들의 전달 거리가 멀어지게 됨으로써 전체 홉의 수가 최소화 될 수 있다. 이러한 경로는 실선으로 표시되었고 5개의 홉으로 구성되어 있다. 예컨대 노드(103, 104, 106, 108)가 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200) 간의 경로에 참여한다.
경로의 선정에서 문제가 되는 것은, 최소의 지연을 가지면서도 안정적인 경로를 확보하여야 한다는 점이다. 하지만, 안정적인 경로는 도 1에서 예시된 바와 같이 가장 가까운 노드들 간의 링크를 요구하기 때문에 이러한 링크들은 더 많은 홉의 경로를 갖게 됨으로써 최대 지연을 갖는 결과를 초래한다. 즉, store-and-forward 네트워크에서 더 많은 홉은 곧 더 많은 지연을 의미한다. 따라서, 에러율과 지연 중 하나를 수용하는 것은 불가피하다. IEEE 802.11의 예와 같이, 현재 WLAN(Wireless Local Area Network)과 WPAN(Wireless Personal Area Network)에서 각 홉 전송은 표준 MAC절차에 의해서 ACK(acknowledge ) 신호를 받는다. 이러한 ACK를 이용한 절차는 지연에 민감한 트래픽에 적용하기 힘들다. 그러나 각 링크에 ACK를 사용하지 않는다면 채널 에러가 경로에 축적 될 것이다. 또한, 목적지에서는 패킷을 너무 늦게 받거나, 또는 에러가 많은 패킷을 받게 될 것이다. 따라서 이 문제를 개선시키기 위한 방법이 여전히 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전송의 안정성을 잃지 않으면서도 전송 지연을 줄일 수 있는, 애드-혹 네트워크에서 강화 노드를 이용한 오류정정 패킷 라우팅 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제 1 내지 제 N (N은 2이상의 자연수) 노드들로 멀티-홉 경로를 구성하고, 상기 멀티-홉 경로 상에 존재하는 노드 중 적어도 하나에 적어도 하나의 강화 노드들을 배정하는 경로 및 강화 노드 배정 단계, 제 M-1 번째(M은 2이상이고 N이하인 자연수) 노드가 전달한 패킷을 제M 번째 노드가 수신하고, 상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드가 전달한 패킷을 함께 수신하는 강화 노드 수신 단계, 상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 오류가 있는지를 확인하는 오류감지 단계, 상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 오류가 있는 것으로 확인한 경우, 상기 패킷의 오류를 정정하고, 오류가 정정된 패킷에 플래그를 설정하여 제 M 번째 노드로 재전송하는 오류정정 및 강화 노드 전송 단계 및 제 N 노드에서, 수신된 패킷들의 플래그를 확인하여 오류가 발생되지 않은 패킷들과 최종 오류 정정 패킷들로 데이터를 재구성하는 데이터 재구성 단계를 포함한 오류정정 패킷 라우팅 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 멀티-홉 경로를 구성하는 상기 제 1 내지 제 N 노드는 오류 정정 기능 없이 상기 경로상의 이전 노드로부터 수신한 패킷을 그대로 다음 노드로 전달하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 오류감지 단계는 상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드에서 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷과, 상기 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷을 상기 제 M 번째 노드가 제 M+1 번째 노드로 전달하기 위하여 발송한 패킷을 수신하는 단계, 상기 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷과, 상기 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷을 상기 제 M 번째 노드가 제 M+1 번째 노드로 전달하기 위하여 발송한 패킷을 비교하는 단계 및 상기 양 패킷에 차이가 있는지를 확인하여 상기 제 M 번째 노드가 수신한 패킷에 오류가 있는지를 확인하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 오류감지 단계는 상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 대한 체크섬(checksum) 또는 CRC(Cyclic Redundancy Code) 확인을 통하여 패킷에 오류가 있는지를 확인하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 오류정정 및 강화 노드 전송 단계에서, 상기 플래그의 설정은 상기 오류가 정정된 패킷의 소정 위치에 정해진 플래그 필드의 값을 증감시키는 것에 의하여 이루어지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 데이터 재구성 단계에서 상기 최종 오류 정정 패킷의 판별은 상기 플래그 필드의 값이 가장 크거나 가장 작은 패킷을 최종 오류 정정 패킷으로 판별하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 오류정정 및 강화 노드 전송 단계에서, 상기 플래그의 설정은 상기 오류가 정정된 패킷의 소정 위치에 정해진 플래그 필드에 타임스탬프값을 기록하는 것에 의하여 이루어지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 데이터 재구성 단계에서 상기 최종 오류 정정 패킷의 판별은 상기 플래그 필드의 값에 가장 최종의 타임스탬프값이 기록된 패킷을 최종 오류 정정 패킷으로 판별하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 오류정정 기법은 오류감지 및 오류정정의 기능을 멀티-홉 경로를 구성하는 일반 노드들이 담당하지 않고 강화 노드들에 전담시킨다. 이를 통하여, 오류가 발생되지 않은 경우에는 일반 노드들이 오류감지 및 오류정정을 하기 위해서 소모되는 지연 시간을 최소화시킬 수 있으며, 오류가 발생된 경우에도 일반 노드들간의 확인(ACK) 절차가 없이 강화 노드들이 오류가 발생된 패킷을 감지하고 감지된 오류를 수정하여 재전송하는 역할을 수행하므로 일반 노드들이 전송하는 패킷의 수에서만 오류가 발생된 만큼의 증가가 발생될 뿐이다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 애드-혹 네트워크에서 강화 노드를 이용한 오류정정 패킷 라우팅 방법을 이용하면, 전송 지연을 줄이면서 전송의 안정성도 잃지 않는 오류정정 기법이 가능해진다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 오류정정 패킷 라우팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 오류정정 라우팅 방법은 경로 및 강화 노드 배정 단계(S110), 강화 노드 수신 단계(S120), 오류감지 단계(S130), 오류정정 및 강화 노드 전송 단계(S140) 및 재구성 단계(S150)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 오류정정 패킷 라우팅 방법을 설명하기 위한 무선 애드-혹 네트워크 환경의 개념도이다.
이하에서, 상기 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 오류정정 라우팅 방법의 각 단계를 설명하기로 한다.
먼저, 경로 및 강화 노드 배정 단계(S110)는 제 1 내지 제 N 노드들로 멀티-홉(multi-hop) 경로를 구성하고, 상기 멀티-홉 경로 상에 존재하는 노드 중 적어도 하나에 적어도 하나의 강화 노드들을 배정하는 단계이다. 이때, N은 2이상의 자연수이다. 만약 상기 멀티-홉 경로에 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200)가 포함된다면, 제 1 노드는 소스 노드(100)가 되며, 제 N 노드는 데이터 싱크 노드(200)가 된다.
도 1에서 예시된 바와 같이, 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200)까지의 가능한 패킷 전달 경로는 다양하게 구성될 수 있다.
이때, 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200)까지의 패킷 전달에 참여되는 노드들은 본 발명의 목적에 따라 최소의 전송 지연을 가지도록 각 노드들이 가질 수 있는 전송범위 내에서 최장 거리에 위치한 노드들로 결정하는 것이 바람직할 것이다.
즉, 본 발명의 목적은 강화 노드에서 오류정정을 담당하도록 하여 안정성을 확보하고, 패킷 전달에 참여하는 노드들 간에는 최소 지연을 달성하도록 하는 것에 있으므로, 패킷 전달에 참여하는 노드들은 최소 홉 수를 가지는 경로를 구성하도록 결정되는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 본 발명의 적용 대상은 반드시 최소 홉 수를 가지는 경로 뿐 아니라, 선택될 수 있는 모든 경우의 경로를 포함될 수 있다.
도 3에서는, 소스 노드(100)와 데이터 싱크 노드(200) 간의 패킷 전달 경로로서, 최소 홉을 가지는 경로(100, 103, 104, 106, 108, 200)가 선택되었음을 예시하고 있다. 경로에 참여된 노드의 수는 소스 노드와 데이터 싱크 노드를 포함하여 총 6개이며, 홉 수는 5이다.
다음으로, 멀티-홉 경로에 참여하는 노드들이 결정되면, 노드들에 대응된 강화 노드들이 결정된다. 강화 노드는 멀티 홉 경로에 참여하는 노드들 중 적어도 하나의 노드에 적어도 하나의 강화 노드가 부여되도록 결정된다.
강화 노드는, 하나의 홉을 구성하는 노드들 중 수신측 노드에 대응되어 있는 개념으로도 파악가능하며, 패킷 전달 경로를 구성하는 홉에 대응되어 있는 개념으로 바꾸어서 파악될 수도 있을 것이다.
도 3에서는, 강화 노드(111)가 노드(103)에 대응되어, 소스 노드(100)와 노드(103) 간의 홉에 대한 오류감지 및 오류정정 기능을 수행하며, 강화 노드(112)가 노드(106)에 대응되어, 노드(104)와 노드(106) 간의 홉에 대한 오류감지 및 오류정 정 기능을 수행하는 경우를 예시하고 있다. 마찬가지로, 강화 노드(113)가 노드(108)에 대응되어, 노드(106)와 노드(108) 간의 홉에 대한 오류감지 및 오류정정 기능을 수행하며, 강화 노드(114)가 노드(200)에 대응되어, 노드(108)와 노드(200) 간의 홉에 대한 오류감지 및 오류정정 기능을 수행한다.
바람직하기로는, 멀티-홉 경로를 구성하는 모든 홉에 대응하여 적어도 하나의 강화 노드가 배정되는 것이 바람직하나, 모든 홉에 대응하여 강화 노드가 배정되는 것으로 본 발명의 구성이 한정되지는 않는다. 마찬가지로, 하나의 홉에 대응하여 복수의 강화 노드가 배정될 수도 있을 것이다. 도 3에서는 5개의 홉 중에서 4개의 홉에 강화 노드가 배정된 예를 도시하고 있다.
이때, 강화 노드를 제외한 일반노드들은 오류감지 및 오류정정 기능을 수행하지 않을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 오류정정 라우팅 방법에서는 전달 지연을 최소화하기 위하여 오류감지 및 오류정정에 소요되는 시간을 최소화하기 위하여 일반노드들은 오류감지 및 오류정정을 수행하지 않도록 구성될 수 있다.
한편, 강화 노드는 강화 노드의 역할만을 전적으로 수행하는 노드로서 일반노드와는 차별화된 장치로서 구성될 수도 있으며, 일반노드가 강화 노드로 선택될 경우에 강화 노드로서의 역할을 수행하도록 구성될 수도 있다. 즉, 도 3에서는 강화 노드들(111, 112, 113, 114)이 도 3에서 예시된 멀티-홉 경로(100, 103, 104, 106, 108, 200)에서 강화 노드로 동작하는 경우를 예시한 것에 불과하다.
한편, 도 2에서 예시된 바와 같이 어떠한 노드가 강화 노드로서 결정되도록 할 것인지에 대해서는 다양한 방법이 적용될 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 오류정정 패킷 라우팅 방법에서 강화 노드 결정 방법의 일 예를 설명하기 위한 개념도이다.
강화 노드 결정 방법의 한 예로서, 도 4에서는, 노드(210)와 노드(220)가 데이터를 전송하는데 있어 두 노드가 구성하는 사각형의 무게중심점(G)을 구하고 그 점의 이웃노드들(211, 212, 213)중에서 가장 가까운 거리(d2; d2<d1, d2<d3) 위치하는 이웃 노드(212)를 선택하여 노드(210)와 노드(220) 간의 홉에 대한 오류감지 및 오류정정기능이 있는 강화 노드로 선정한다.
후술되는 강화 노드의 역할에 따라, 노드(210)와 노드(220) 사이에 위치한 강화 노드(212)는 노드(210)가 노드(220)로 전송한 패킷에 오류가 발생하였는지를 감지하고, 오류가 발생된 경우 오류가 정정된 패킷을 다시 노드(220)에 재전송하는 역할을 수행하므로, 노드(210)로부터 노드(220)로 전송되는 패킷의 오류를 감지할 수 있고, 노드(220)로 오류가 정정된 패킷을 제대로 전송할 수 있는 가능성이 높은 위치에 있는 노드(212)가 강화 노드로 결정되는 것이 바람직할 것이다. 즉, 확률적으로 노드(210)에 대한 수신 및 전송에서 오류가 발생될 확률과 노드(220)에 대한 수신 및 전송에서 오류가 발생될 확률이 균형을 이루는 노드가 강화 노드로 선정되는 것이 바람직할 것이다.
다시 도 2를 참조하면, 강화 노드 수신 단계(S120)는 제 M-1 번째(M은 2이상이고, N 이하인 자연수) 노드가 전달한 패킷을 제 M 번째 노드가 수신하고, 상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드가 전달한 패킷을 함 께 수신하는 단계이다.
예컨대, 도 3의 경우에서, 강화 노드(112)의 동작을 기준으로 예시하면, 노드(104)가 노드(106)로 전송하는 패킷을 강화 노드(112)가 노드(106)와 함께 수신하도록 구성된다.
이때, 노드(104)가 전송하는 패킷은 무선통신의 특성상 브로드캐스트(broadcast)됨으로 노드(104)의 전송 거리 내에 위치한 강화 노드(112) 또한 노드(104)가 전송하는 패킷을 수신가능하다.
다시 도 2를 참조하면, 강화 노드 오류 감지 단계(S130)는, 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 오류가 있는지를 확인하는 오류감지 단계이다.
예컨대, 도 3의 경우에서, 강화 노드(112)는 대응되는 노드(106)가 노드(104)로부터 수신한 패킷에 오류가 발생되었는지를 확인한다.
이때, 강화 노드(112)가 노드(104)로부터 수신한 패킷-강화 노드 수신 단계(S120)에서 노드(104)로부터 수신한 패킷-에 오류가 발생되었는지를 확인하는 과정은 다음과 같은 두 가지 방법으로 이루어질 수 있다.
첫째는, 강화 노드(112)는 강화 노드(112)에 대응된 노드(106)가 이전 노드인 노드(104)로부터 수신한 패킷을 수신하고, 노드(106)가 수신한 패킷을 전달하기 위해 다음 노드인 노드(108)로 전달하기 위해 발송한 패킷도 수신한다.
즉, 강화 노드(112)는 대응되는 노드인 노드(106)로 수신되는 패킷과, 노드(106)로부터 발송되는 패킷을 모두 수신하여, 양 자를 비교함으로써 노드(106)에 서 수신한 패킷에 오류가 발생되었는지를 예측할 수 있다.
이때, 패킷의 비교는 노드(104)로부터 수신한 패킷의 체크섬(checksum) 또는 CRC(Cyclic Redundancy Code)와 노드(106)로부터 수신한 패킷의 체크섬 또는 CRC을 상호 비교하는 것에 의하여 가능할 수 있다.
둘째는, 강화 노드(112)는 노드(104)가 강화 노드(112)에 대응된 노드(106)로 발송한 패킷을 함께 수신하여, 수신된 패킷에 첨부된 체크섬 또는 CRC와 패킷으로부터 계산된 체크섬 또는 CRC를 서로 비교하여 수신한 패킷에 오류가 발생되었을 가능성이 높은지를 확인할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 오류정정 및 강화 노드 전송 단계(S140)는 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 오류가 존재하는 것을 확인한 경우, 상기 패킷의 오류를 정정하고, 오류가 정정된 패킷에 플래그(flag)를 설정하여 대응된 제 M 번째 노드로 재전송하는 단계이다.
이때, 오류 정정 방법으로는, 상기 노드 간에 전달되는 패킷을 컨볼루션 코딩(convolution coding), 해밍 코딩(hamming coding) 및 수직-수평 패리티(parity) 코딩 등의 다양한 부호화 방법을 이용하여 부호화시켜 전송하고, 오류를 감지한 경우에 상기 부호화 방법에 대응되는 오류정정 기법에 의하여 오류가 발생된 패킷의 오류를 정정하도록 구성될 수 있다.
이때, 오류가 정정된 패킷에 오류가 정정된 패킷임을 이후의 노드들에 알리기 위해 설정되는 플래그는, 전달되는 패킷 내에 미리 정해진 위치(필드; field)에 설정되는 플래그로서, 시퀀스(sequence number) 넘버의 형태나, 타임스탬프(time stamp) 형태로 부여될 수 있다.
예를 들면, 강화 노드(112)가 노드(104)로부터 전달받은 패킷에 오류가 존재함을 감지하여 오류를 정정한 경우에는, 오류를 정정한 패킷의 미리 정해진 위치에 플래그 값을 설정하고 노드(106)로 재전송한다.
시퀀스 넘버 형태의 플래그일 경우에는, 기존에 존재하는 플래그 값에 1을 증가시킨 값을 플래그로 설정할 수 있다. 만약, 해당 패킷이 정해진 경로를 라우팅되어 오는 동안에 한 번도 오류가 발생되어 정정된 적이 없다면 해당 플래그 값은 소정의 초기값(예컨대, 0)으로 설정되어 있을 것이므로, 플래그 값은 1로 설정될 수 있다. 만약, 해당 패킷이 정해진 경로를 라우팅되어 오는 동안에 두 차례 오류가 발생되어 정정된 적이 있다면, 해당 플래그 값은 2로 설정되어 있을 것이므로, 플래그 값은 3으로 설정될 수 있다.
타임스탬프 형태의 플래그인 경우에는, 미리 정해진 위치에 타임 스탬프를 부여한다. 예컨대 ‘13:27:001’ 또는 ‘13:33:053’과 같은 밀리세컨드(milisecond) 단위로 패킷의 오류를 정정한 시점을 기록할 수 있다. 만약, 오류가 정정된 패킷이 아닌 경우에는 해당 타임스탬프 형태의 플래그 값은 소정의 초기값(예컨대, 00:00:000)으로 설정되어 있을 것이다.
이상에서 설명된 시퀀스 넘버 형태의 플래그 또는 타임스탬프 형태의 플래그는 경로를 통하여 라우팅되어 온 패킷에 대하여 최종적으로 오류 정정된 패킷을 확인하기 위한 것으로 후술될 데이터 재구성 단계(S150)에서 이용된다.
이상에서는 M-1 번째 노드와 M 번째 노드간의 홉과, 해당 홉 또는 M 번째 노 드에 대응되는 개념의 강화 노드에 대하여 설명하였으나, 경로 및 라우팅 배정 단계(S110)에서 구성한 멀티-홉 경로와 강화 노드들에 대해서 모두 동일한 동작이 이루어진다.
따라서, 제 1 노드(100)로부터 제 N 노드(200)까지 패킷이 전달되는 경로를 구성하는 모든 노드들에 대하여 상기한 강화 노드 수신 단계(S120) 내지 오류정정 및 강화 노드 전송 단계(S140)를 반복적으로 수행하기 위한 단계(S145)가 진행된다.
멀티-홉 경로를 구성하는 모든 노드들과 강화 노드들을 통한 패킷 전달이 완료된 이후에, 마지막으로 데이터 재구성 단계(S150)가 수행된다.
데이터 재구성 단계(S150)는, 데이터싱크에서, 수신된 패킷들의 플래그를 확인하여 오류가 발생되지 않은 패킷들과 최종 수정된 오류 정정 패킷으로 데이터를 재구성하는 단계이다.
즉, 데이터 재구성 단계(S150)에서는 상술된 강화 노드 수신 단계(S120) 내지 오류정정 및 강화 노드 전송 단계(S140)를 거쳐서 전달되는 오류가 정정된 패킷들과, 멀티-홉 경로를 구성하는 노드들을 통하여 전달되는 패킷들을 모두 취합하여, 오류가 발생되지 않는 패킷들을 판별하고, 오류가 발생된 패킷의 경우에는 최종적으로 수정된 오류 정정 패킷들을 판별하여 이를 취합하여 데이터를 재구성해내는 단계이다.
상술된 본 발명에 따른 오류정정 패킷 라우팅 방법은 멀티-홉 경로를 구성하는 각 노드의 수신 패킷 및 발신 패킷, 각 강화 노드의 수신 패킷, 발신 패킷, 오 류를 감지한 패킷 및 오류를 정정한 패킷에 대한 구체적인 예를 통하여 후술된다.
도 5는 본 발명에 따른 오류정정 라우팅 방법의 패킷 전달예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 도 3을 통하여 설명된 멀티-홉 경로를 구성하는 각 노드들과 노드들에 대응된 강화 노드들에서 수신하는 패킷과 발신하는 패킷이 예시되어 있다.
도 5에서는 제 1 노드(소스 노드; 100)로부터 두 개의 패킷(패킷A, 패키B)이 제 6 노드(데이터싱크노드; 200)로 발송되어 전달되는 과정을 예시한 것으로, 제 3 노드(104)와 제 4 노드(106) 간의 홉에서 패킷B에 오류가 발생되고, 다시 제 4 노드(106)와 제 5 노드(108) 간의 홉에서 패킷B에 재차 오류가 발생되는 상황을 예시하고 있다.
먼저, 소스 노드인 제 1 노드(100)에서 두 개로 구성된 일련의 패킷(패킷A 및 패킷B; 501)을 순차적으로 발송하는 경우가 상정된다. 멀티-홉 경로를 구성하는 제 2 노드(103)에서는 제 1 노드(100)로부터 패킷A와 패킷B를 수신하고, 수신한 패킷을 그대로 패킷A와 패킷B로 발신한다. 즉, 멀티-홉 경로를 구성하는 일반 노드들에서는 오류감지 및 오류정정을 수행하지 않으며 수신한 패킷에 오류가 발생하는 것과 무관하게, 수신한 패킷을 그대로 다음 노드로 전달하는 역할을 수행하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제 2 노드(103)는 수신한 패킷들에 대하여 오류감지나 정정을 수행하지 않고, 단순히 수신한 패킷을 다음 노드로 전달하는 역할만을 수행한다. 따라서, 제 1 노드(100) 내지 제 6 노드(200)까지의 멀티-홉 경로를 구성하는 일반 노드들(100, 103, 104, 106, 108, 200)에서는 항상 수신 패킷과 발신 패킷은 동일하게 구성된다.
다음으로, 제 2 노드(103)에 대응된 제 1 강화 노드(111)에서는 제 2 노드(103)와 마찬가지로, 제 1 노드(100)가 발신한 패킷을 함께 수신하고 제 1 노드가 발신한 패킷의 오류를 감지하고 오류를 정정하여 제 2 노드(102)로 재전송한다. 다만, 도 5에서 예시된 경우에 있어서는, 제 1 강화 노드(111)가 수신한 패킷에 오류가 감지되지 않아, 제 1 강화 노드(111)는 아무런 패킷도 제 2 노드(102)로 전송하지 않는다.
제 3 노드(104)에서는 제 2 노드(102)로부터 수신한 패킷A와 패킷B를 그대로 제 4 노드(106)로 전송한다. 한편, 도 5에서는, 제 2노드(103)와 제 3 노드(104)간의 강화 노드는 생략된채 도시되어 있지 아니하므로, 제 3 노드(104)에 대응된 강화 노드에 대한 설명은 생략한다.
제 4 노드(106)에 대응된 제 2 강화 노드(112)에서는 제 4 노드(106)와 마찬가지로 제 3노드(104)가 발신한 패킷(502)을 수신하고 제 3 노드(104)가 발신한 패킷의 오류를 감지하고 오류를 정정하여 제 4 노드(106)로 재전송한다. 도 5에서는, 강화 노드(112)에서 제 3 노드(104)에 발송된 패킷A에서는 오류를 감지하지 않았으며, 패킷B(503)에서는 오류를 감지하여 패킷B에 대한 오류를 정정한 패킷B'(504)를 제 4 노드(106)로 재전송한다.
따라서, 결과적으로 제 2 강화 노드(112)에서는 오류가 발생되지 않은 패킷A에 대해서는 제 4 노드(106)로 재전송없이, 오류가 발생된 패킷B(503)에 대해서만 오류를 정정하여 패킷B'(504)로 발송한다. 즉, 패킷B'(504)는 패킷B에 대해 오류가 정정된 패킷임을 지정하기 위하여 소정의 플래그 값을 설정한 패킷을 의미한다. 예컨대, 오류가 정정된 패킷임을 지정한 플래그 값이 시퀀스 넘버 형태를 취할 경우 1값을 취하도록 설정할 수 있다.
제 4 노드(106)에서는 제 3 노드(104)가 발신한 패킷A와 패킷B(502)와 함께, 제 2 강화 노드(112)가 발신한 패킷B'(504)를 수신하고, 수신한 패킷들을 제 5 노드(108)로 그대로 전송한다.
제 5 노드(108)에 대응된 제 3 강화 노드(113)에서는 제 5 노드(108)와 마찬가지로 제 4 노드(106)가 발신한 패킷들(502, 504)을 수신하고 제 4 노드(106)가 발신한 패킷의 오류를 감지하고 오류를 정정하여 제 5 노드(108)로 재전송한다. 도 5에서는, 제 3 강화 노드(113)에서 제 4 노드(106)에서 발신한 패킷A와 패킷B(502)에서는 오류를 감지하지 않았으며, 패킷B‘(504)에서 다시 오류를 감지하여 패킷B’에 대한 오류를 정정한 패킷B'‘(505)를 제 5 노드(108)로 재전송한다. 즉, 제 3 노드(104)와 제 4 노드(106) 간 전송에서 오류가 발생된 가능성이 높은 것으로 강화 노드(112)가 판별하여 제 4 노드(106)로 재전송한 패킷B'에서 제 4 노드(106)가 제 5 노드(108)로 다시 전송하는 과정에서 다시 오류가 발생된 경우를 상정한 것이다. 즉, 패킷B'’(505)는 패킷B‘(504)에 대해 오류가 정정된 패킷임을 지정하기 위하여 소정의 플래그 값을 설정한 패킷을 의미한다. 예컨대, 오류가 정정된 패킷임을 지정한 플래그 값이 시퀀스 넘버 형태를 취할 경우 2값을 취하여 두 차례의 오류정정이 있었던 패킷임을 지정하도록 구성될 수 있다.
제 5 노드(108)에서는 제 4 노드(106)로부터 패킷A와 패킷B(502), 패킷B'(504)와 함께, 강화 노드(113)로부터 패킷B''(505)를 수신하여 데이터 싱크 노드인 제 6 노드(200)로 그대로 전송한다.
도 5에서는 제 5 노드(108)와 제 6 노드(200)간의 홉에서는 패킷에 오류가 발생되지 않아, 제 6 노드(200)에 대응된 제 4 강화 노드(114)는 재전송을 하지 않으며, 제 5 노드(108)가 발송한 패킷A, 패킷B, 패킷B', 패킷B''만을 제 6 노드(200)가 수신하는 경우를 상정하고 있다.
마지막으로, 제 6 노드(200)에서 수신한 패킷들을 이용한 데이터 재구성이 진행된다. 도 5에서 예시한 경우에서는, 오류가 발생되지 않은 패킷A(506)와 최종적으로 오류가 수정된 패킷B''(507)를 이용하여 소스 노드(100)에서 최초로 발신한 데이터를 재구성하게 된다.
이때, 오류가 발생되지 않은 패킷은 해당 패킷에 대해서 오류가 정정된 패킷들이 한번도 수신되지 않은 패킷을 의미하며, 최종적으로 오류가 정정된 패킷은 오류가 정정된 패킷으로 플래그가 설정된 패킷들 중에서 가장 최종적인 패킷이 선정될 수 있다. 예컨대, 패킷A는 해당 패킷에 대하여 오류 정정 플래그가 설정된 후속 패킷이 수신되지 않았으므로 오류가 발생되지 않은 패킷으로 판별될 수 있으며, 패킷B''는 시퀀스 넘버 형태의 플래그값을 가지는 경우에는 가장 큰 플래그값(예, 2)을 가지거나, 타임스탬프 형태의 플래그값을 가지는 경우에는 가장 늦은 타임스탬프를 가진다는 점을 이용하여 최종적으로 오류가 정정된 패킷으로 판별이 가능하다.
이상에서 설명된 바와 같이, 멀티-홉 경로를 구성하는 노드(100, 103, 104, 106, 108, 200)들 간에 전송되는 패킷에 오류가 발생되지 않을 경우에는 전달되는 패킷 수의 증가도 없이 최소 지연을 가지는 경로를 구성할 수 있다. 본 발명에 따른 오류정정 라우팅 방법에서는 멀티-홉 경로를 구성하는 노드(100, 103, 104, 106, 108, 200)들은 오류감지 및 오류정정을 위한 오버헤드(overhead)를 가지지 않을 수 있으므로 최선의 경우에는 최소 지연을 달성할 수 있다.
한편, 멀티-홉 경로를 구성하는 노드(100, 103, 104, 106, 108, 200)들 간에 전송되는 패킷에 오류가 발생될 경우에만, 각 노드들에 대응된 강화 노드들의 동작에 의하여 오류가 발생된 패킷에서 오류를 정정한 패킷만을 해당 홉의 수신측에 재전송하게 된다. 이때에도, 종래기술에서 언급한 ACK 절차없이 오류 정정된 패킷 수만큼의 패킷 수 증가만 유발될 뿐으로 전송 지연은 최소화되면서 전송의 안정성을 확보할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 무선 애드-혹 네트워크에서 안정성과 전달지연의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오류정정 패킷 라우팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 오류정정 패킷 라우팅 방법을 설명하기 위한 무선 애드-혹 네트워크 환경의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 오류정정 패킷 라우팅 방법에서 강화 노드 결정 방법의 일 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 오류정정 라우팅 방법의 패킷 전달예를 설명하기 위한 개념도이다.

Claims (8)

  1. 제 1 내지 제 N (N은 2이상의 자연수) 노드들로 멀티-홉 경로를 구성하고, 상기 멀티-홉 경로 상에 존재하는 노드 중 적어도 하나에 적어도 하나의 강화 노드들을 배정하는 경로 및 강화 노드 배정 단계;
    제 M-1 번째(M은 2이상이고 N이하인 자연수) 노드가 전달한 패킷을 제M 번째 노드가 수신하고, 상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드가 전달한 패킷을 함께 수신하는 강화 노드 수신 단계;
    상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 오류가 있는지를 확인하는 오류감지 단계;
    상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 오류가 있는 것으로 확인한 경우, 상기 패킷의 오류를 정정하고, 오류가 정정된 패킷에 플래그를 설정하여 제 M 번째 노드로 재전송하는 오류정정 및 강화 노드 전송 단계; 및
    제 N 노드에서, 수신된 패킷들의 플래그를 확인하여 오류가 발생되지 않은 패킷들과 최종 오류 정정 패킷들로 데이터를 재구성하는 데이터 재구성 단계를 포함한 오류정정 패킷 라우팅 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티-홉 경로를 구성하는 상기 제 1 내지 제 N 노드는 오류정정 기능 없이 상기 경로상의 이전 노드로부터 수신한 패킷을 그대로 다음 노드로 전달하는 것을 특징으로 하는 오류정정 패킷 라우팅 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오류감지 단계는
    상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드에서 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷과, 상기 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷을 상기 제 M 번째 노드가 제 M+1 번째 노드로 전달하기 위하여 발송한 패킷을 수신하는 단계;
    상기 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷과, 상기 제 M-1 번째 노드가 상기 제 M 번째 노드로 발송한 패킷을 상기 제 M 번째 노드가 제 M+1 번째 노드로 전달하기 위하여 발송한 패킷을 비교하는 단계; 및
    상기 양 패킷에 차이가 있는지를 확인하여 상기 제 M 번째 노드가 수신한 패킷에 오류가 있는지를 확인하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 오류정정 패킷 라우팅 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오류감지 단계는
    상기 제 M 번째 노드에 대응된 강화 노드가 상기 제 M-1 번째 노드로부터 수신한 패킷에 대한 체크섬(checksum) 또는 CRC(Cyclic Redundancy Code) 확인을 통 하여 패킷에 오류가 있는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 오류정정 패킷 라우팅 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오류정정 및 강화 노드 전송 단계에서, 상기 플래그의 설정은
    상기 오류가 정정된 패킷의 소정 위치에 정해진 플래그 필드의 값을 증감시키는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오류정정 패킷 라우팅 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터 재구성 단계에서,
    상기 최종 오류 정정 패킷의 판별은 상기 플래그 필드의 값이 가장 크거나 가장 작은 패킷을 최종 오류 정정 패킷으로 판별하는 것을 특징으로 하는 오류정정 패킷 라우팅 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오류정정 및 강화 노드 전송 단계에서, 상기 플래그의 설정은
    상기 오류가 정정된 패킷의 소정 위치에 정해진 플래그 필드에 타임스탬프값을 기록하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오류정정 패킷 라우팅 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터 재구성 단계에서,
    상기 최종 오류 정정 패킷의 판별은 상기 플래그 필드의 값에 가장 최종의 타임스탬프값이 기록된 패킷을 최종 오류 정정 패킷으로 판별하는 것을 특징으로 하는 오류정정 패킷 라우팅 방법.
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