KR20110114998A - 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법 - Google Patents

애드-혹 네트워크 경로 설정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법에 관한 것으로서, 소스 노드에서 RREQ(Route Request) 메시지를 플러딩하여 목적지 노드까지의 경로를 찾는 데 있어서, 소스 노드는 소스 노드로 전송된 신호의 강도 및 목적지 노드의 최소 에너지량을 이용한 타임아웃시간을 설정하는 단계, 소스 노드는 타임아웃시간 이내에 목적지 노드로부터 역 경로를 따라 RREP(Route Response) 메시지를 전송받는 단계 및 소스 노드는 타임아웃시간 이내에 RREP 메시지를 수신하지 못하는 경우, 경로 탐색을 중단하는 단계를 포함한다.

Description

애드-혹 네트워크 경로 설정 방법 {METHOD FOR ROUTING AD-HOC NETWORK}
본 발명은 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법에 관한 것으로서, 구체적으로, AODV(Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing)기반 무선센서네트워크 환경에서 AODV 라우팅 프로토콜의 경로 설정시 패킷의 과다한 낭비를 방지하는 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법에 관한 것이다.
최근 무선 네트워크 기술이 빠르게 향상됨으로 이동 무선 컴퓨팅에 대한 응용 범위와 빈도가 급격히 증가하고 있다. 현재 사용되고 있는 무선 네트워크는 두 가지로 분류된다. 첫째, 기지국이나 AP(Access Point)가 관리하는 영역 안에서 형성되는 네트워크이다. 둘째, 기존에 설치된 유선망의 도움없이 이동단말기로 구성된 애드-혹 네트워크(Ad-hoc network)이다. 애드-혹 네트워크는 미리 설치된 장비없이 임의로 형성된 네트워크로써 기존 유선망을 사용할 수 없는 경우, 예를들어, 홍수 및 화재 등의 긴급사태 발생시 사용된다. 이러한 애드-혹 네트워크를 구성하기 위해서는 이동 단말기 간에 데이터를 전송할 수 있어야 하고 이동 단말기는 라우터 기능을 수행해야한다. 애드-혹 네트워크의 라우팅 경로 설정 프로토콜은 테이블구동기반(table_driven)방식과 요구기반(on-demand)방식 그리고 이 두 가지를 혼합한 하이브리드(hybrid) 라우팅 방식이 있다. 요구기반 라우팅 프로토콜은 DSR(Dynamic Source Routing), AODV(Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing), ABR(Associativity Based Routing), TORA(Temporally Ordered Protocol) 등이 있고, 테이블구동 라우팅 프로토콜은 DSDV(Destinatin Sequence Distance Vector), WRP(Wireless Routing Protocol) 등이 있다. 그리고 하이브리드 방식은 ZRP(Zone Routing Protocol) 등이 있다.
요구기반 라우팅 프로토콜의 대표적인 방법인 AODV 라우팅 프로토콜은 소스 노드가 데이터 전송이 필요할 때에만 목적지 노드(Destination node)까지 라우팅 경로를 찾게 되는데 이 과정을 경로 탐색(route discovery)이라고 한다.
AODV 라우팅 프로토콜의 경로 탐색은 이웃 노드들에게 라우팅 제어메시지(RREQ:Router Request)를 플러딩(flooding)해서 해당 목적지 노드를 찾고, RREQ 메시지를 받는 목적지 노드는 송신노드에게 RREP(Router Reply) 메시지를 전달하는 방식이다. 그러나 목적지 노드가 멀리 있거나 없는 경우엔 목적지 노드를 찾기 위한 라우팅 패킷이 급격하게 증가하고 이로 인해 네트워크의 성능이 크게 저하된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 불필요한 RREQ 메시지를 제어하는 ERS(expanding ring search) 방법을 사용한다.
ERS는 전체 네트워크에 소스 노드가 RREQ 패킷을 플러딩하는 대신 TTL(time to live) 값을 이용해 점진적으로 탐색범위(search ring)를 확장시켜 가면서 목적지 노드를 찾는 방법이다. 그러나 ERS 방법은 유선멀티캐스팅을 기본으로 하기 때문에 무선네트워크환경의 NTT(node traversal time)를 고려하지 않았다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 AODV 라우팅 프로토콜의 경로 설정시 패킷의 과다한 낭비를 방지하고, 지연 시간을 단축함으로써 무선네트워크의 성능을 향상하려는 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은, 소스 노드에서 RREQ(Route Request) 메시지를 플러딩하여 목적지 노드까지의 경로를 찾는 데 있어서, 소스 노드는 소스 노드로 전송된 신호의 강도 및 목적지 노드의 최소 에너지량을 이용한 타임아웃시간을 설정하는 단계, 소스 노드는 타임아웃시간 이내에 목적지 노드로부터 역 경로를 따라 RREP(Route Response) 메시지를 전송받는 단계 및 소스 노드는 타임아웃시간 이내에 RREP 메시지를 수신하지 못하는 경우, 경로 탐색을 중단하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 AODV 라우팅 프로토콜의 경로 설정시 패킷의 과다한 낭비를 방지할 수 있다. 또한, 소스 노드에서 RREQ의 플러딩 범위를 제한하여 지연 시간을 단축함으로써 무선네트워크의 성능을 향상하고 서비스 품질을 증대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 AODV 경로 설정 과정을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 RREQ 메시지 및 RREP 메시지의 포멧의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법에서 노드간 거리에 따른 신호 강도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는”포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 AODV 경로 설정 과정을 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 AODV 경로 설정 과정을 나타내는 개념도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시예에서의 RREQ 메시지 및 RREP 메시지의 포멧의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 소스 노드(S)는 경로 탐색(route discovery)을 위해 RREQ(Route Request)를 이웃 노드(N1, N2, N3)에게 플러딩(Flooding)하고, 이웃 노드들(N1, N2, N3)은 다시 그 이웃들(N4, N5, N6)에게 RREQ 메시지를 전달하여 목적지(D)까지의 경로를 찾아낸다.
RREQ 메시지를 받은 중간 노드들(N1~N6)은 RREQ 메시지로부터 루프 방지를 위한 Sequence number를 확인하고, 역경로를 저장한다. 한편, RREQ 메시지의 포멧은 도 2의 (a)에 나타나있다.
한편, 도 1의 (b)를 참조하면, RREQ 메시지를 받은 목적지 노드(D)는 역 경로를 따라 소스 노드에게 RREP(Route Response) 메시지를 unicast로 전송한다.
구체적으로, 소스 노드(S)가 목적지 노드(D)에게 보낼 데이터가 발생하면 시퀀스 번호를 1 증가시킨 후, RREQ를 이웃 노드들에게 플러딩한다.
RREQ 메시지를 수신한 노드들은 자신이 목적지 노드(D)가 아니고 라우팅 테이블에 목적지 노드(D)에 대한 정보가 있는 경우에 RREP로 응답한다. 또한, RREQ 메시지를 수신한 노드들은 RREQ의 목적지 시퀀스 번호보다 라우팅 테이블의 목적지 시퀀스 번호가 더 크면 RREP로 응답한다. 정리하면, RREQ 메시지를 수신한 노드들은 즉 자신의 정보가 더 최신 정보일 경우에만 RREP로 응답한다.
만약, 자신이 목적지 노드(D)가 아니고 라우팅 테이블에 목적지 노드에 대한 정보가 없거나, 더 작은 목적지 시퀀스 번호의 목적지 노드에 대한 정보를 가지고 있을 경우, 소스 노드(S)까지의 역 경로(reverse route)를 라우팅 테이블에 저장하고 홉 수를 1 증가하여 이웃 노드들에게 다시 RREQ를 플러딩한다.
한편, RREP 메시지의 포멧은 도 2의 (b)에 나타나있다. RREP가 전달되는 경로를 통해 목적지 노드(D)까지 전달되는 경로가 저장된다. RREP를 받은 소스 노드(S)는 목적지 노드(D)로 데이터를 전송할 수 있다. AODV는 부가적으로 경로 유지 기능, 경로 복구 기능을 가진다. 만약, 중간 노드(N2)가 최종 목적지 노드(D)로의 경로를 이미 알고 있는 경우에 최종 목적지 노드(D) 대신에 RREP를 보내는 기능도 있다.
RREQ 메시지를 받은 목적지 노드(D)는 목적지 시퀀스 번호를 1 증가하고, 도착한 RREQ에 있는 홉 수 값을 RREP에 복사하여 역 경로를 따라 소스 노드에게 RREP(Route Response) 메시지를 unicast로 전송한다.
한편, RREQ 메시지의 플러딩 범위 확대는 방송폭풍문제(Flooding storm problem)를 초래할 수 있고, 데이터 전송지연을 초래하여 서비스 품질을 저하할 수 있다. 따라서, AODV 라우팅 프로토콜의 경로 설정시 패킷의 과다한 낭비를 방지하고자 RREQ 메시지의 플러딩 범위를 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 RREQ 메시지의 플러딩 범위를 ERS(expanding ring search) 알고리즘을 이용하여 제한한다. ERS 알고리즘은 노드에서 RREQ를 네트워크에 플러딩하는데 있어서 RREQ를 제한하는 알고리즘이다.
이 때, ERS알고리즘을 소스 노드(S)로 전송된 신호의 강도 및 목적지 노드(D)의 최소 에너지량을 이용하여 수정할 수 있다. 구체적으로, ERS 알고리즘은 전체 네트워크에 RREQ 패킷을 플러딩하는 대신 플러딩 범위인 TTL(time to live) 값을 이용해 점진적으로 탐색범위(search ring)를 확장시켜가며서 목적지 노드(D)를 찾는 방법이다. ERS 알고리즘의 진행순서는 다음과 같다. 수학식(1)을 참조하면, 소스 노드(S)는 TTLval의 초기값을 TTL_START(=1)로 설정하고, 이웃노드에게 RREQ를 플러딩한다. RREP 메시지 수신을 위한 최대 대기시간인 RTT(Ring Traversal Time) 이내에 소스 노드(S)가 RREP를 수신하지 못하면 TTLval를 증가하고, RREQ 패킷을 재전송한다. 이 과정은 TTLval가 TTL_THRESHOLD(=7)까지 최대 3회 반복된다.
여기서, RTT는 아래의 수학식1로부터 산출된다.
Figure pat00001
여기서, NTT(Node Traversal Time)는 만약 소스 노드(S)가 RREP패킷을 수신하지 못할 경우에 타임아웃시간으로 설정되는 것이며, 소스노드(S)는 RREQ 패킷을 재전송한다. 이 시간 경과 후에도 소스 노드(S)가 RREP 메시지를 수신하지 못한다면 최종적으로 목적지 노드(D)가 네트워크상에 존재하지 않는다고 판단하고 경로탐색을 중단한다.
한편, NTT는 라우터 요청(rt)에 따른 홉 당 평균 라운드 트립(Round Trip)시간인 PerHopTime(rt)으로 대체할 수 있다.
이 때, RREP 메시지 수신을 위한 타임아웃시간(REQtimeout)은 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
수학식 3은 PerHopTime(rt)을 나타낸다.
Figure pat00003
여기서, Hopcount는 소스 노드에서 목적지 노드까지의 홉 수이다.
또한, Currenttime는 RREP를 수신한 소스 노드의 현재시간이다.
또한, RTstamp는 수신한 RREP에 담긴 RREQ 전송 당시의 시간이다.
만약, 소스 노드(S)가 타임아웃시간(REQtimeout)동안 RREP 메시지를 수신하지 못한다면, 최종적으로 목적지 노드(D)가 네트워크상에 존재하지 않는다고 판단하고 경로탐색을 중단하고, 처음부터 경로를 설정해야 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 타임아웃시간을 계산하는데 있어서, 소스 노드로 전송된 신호의 강도 및 목적지 노드의 최소 에너지량을 고려할 수 있다.
수학식 4는 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법의 RREP 메시지 수신을 위한 수정된 타임아웃시간(REQ'timeout)을 나타낸다.
Figure pat00004
한편, 수학식 5는 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법의 PerHopTime'(rt)를 나타낸다. PerHopTime'(rt)은 전술한 PerHopTime(rt)을 전송된 신호의 강도에 비례하고, 목적지 노드의 최소 에너지량에 반비례하는 PerHopTime(rt)값들의 합이다.
Figure pat00005
여기서, Emin는 목적지 노드의 최소 에너지량을 나타낸다.
한편, Pr(di)는 전송된 신호의 강도를 나타낸다.
한편, 수학식 6은 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법의 Emin을 나타낸다.
Figure pat00006
여기서, Emax는 소스 노드가 이웃노드에게 RREQ를 플러딩하는 경우에 있어서, 최대 송신 전력을 나타낸다.
또한, Er은 수신 노드가 수신한 RREQ 신호의 전력 세기이다.
또한, Rthresh는 수신 노드에서 요구하는 수신 신호전력의 최소 한계 값이다.
한편, 여기서 수신 노드는 목적지 노드일 수 있고, 각각의 중간 노드일 수 있다.
RREQ 메시지를 수신한 목적지 노드(D)는 자신의 잔여 에너지량을 포함하여 RREP 메시지를 소스 노드(S)에게 전송한다. RREP 메시지를 수신한 소스 노드(S)는 자신과 RREP을 수신한 노드 간의 거리(di)를 신호 강도를 이용하여 구할 수 있다. 이때 신호 강도는 무선센서네트워크에서 널리 사용하는 two-ray reflection model을 사용할 수 있다.
수학식 7은 two-ray reflection model에 따른 전송된 신호의 강도Pr(di)를 나타낸다.
수학식 7에서 Pr는 전송된 신호강도이고, ht와 hr는 송신기의 안테나 높이 및 수신기의 안테나 높이이고, Gt와 Gr는 각각 송수신기의 안테나 증폭 값이다. L은 시스템 손실 값이다.
도 3은, 노드간의 거리에 따른 신호 강도를 나타낸다. 가로축은 노드간의 거리를 나타내고, 세로축 (Pr)은 신호 강도를 나타낸다.
한편, 소스 노드에서 목적지 노드까지 거리가 증가할수록 신호 강도의 성능은 약해지고, 반면에 노드의 거리가 가까울수록 신호 강도의 성능은 강하다.
또한, 신호 강도가 수신 임계값보다 작을 경우, 무선센서노드의 최하위 계층인 물리적인 계층에서 패킷은 에러를 표기하고 MAC 계층에서 폐기된다. 따라서, two-ray reflection model를 사용함으로써 물리적인 계층에서 발생할 수 있는 에러율을 최소화 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 RREP 메시지를 수신한 소스 노드(S)가 자신과 RREP을 수신한 노드 간의 거리(di)를 신호 강도를 이용하여 구할 수 있다. 또한, RREQ 메시지를 수신한 목적지 노드(D)는 자신의 최소 에너지량(Emin)을 포함하여 RREP 메시지를 소스 노드(S)에게 전송할 수 있다. 또한, 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 노드간의 거리에 따른 신호 강도와 에너지량을 고려하여, ERS 알고리즘을 이용해 경로를 탐색할 수 있다. 또한, RREQ 메시지가 목적지 노드(D)로 전송중이거나 도착한 이후에도 노드들이 이동할 수 있으므로, NTT 또는 홉 당 평균 라운드 트립(PerHopTime'(rt))의 변화를 고려한 RREP의 전송시간을 이용하여 경로를 설정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법을 통해 효율적으로 네트워크 경로 설정을 할 수 있다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 소스 노드(S)에서 RREQ(Route Request) 메시지를 플러딩하여 목적지 노드(D)까지의 경로를 찾는 데 있어서, 소스 노드(S)는 소스 노드(S)로 전송된 신호의 강도 및 목적지 노드(D)의 최소 에너지량을 이용하여 타임아웃시간을 설정한다(S110).
또한, 소스 노드(S)는 타임아웃시간 이내에 목적지 노드(D)로부터 역 경로를 따라 RREP 메시지를 전송받는다(S120).
한편, 소스 노드(S)는 타임아웃시간 이내에 RREP 메시지를 수신하지 못하는 경우, 경로 탐색을 중단한다(S130).
한편, 타임아웃시간을 설정(S110)하는 것은 라우터 요청(rt)에 따른 홉 당 평균 라운드 트립(Round Trip)시간인 PerHopTime'(rt)을 이용하여 타임아웃시간을 설정하는 것일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 소스 노드로 전송된 신호의 강도 및 목적지 노드의 최소 에너지량을 이용하여, RREQ 메시지의 플러딩 범위를 제한할 수 있다. 또한, AODV 라우팅 프로토콜의 경로 설정시 패킷의 과다한 낭비를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법은 지연 시간을 단축함으로써 무선네트워크의 성능을 향상하고 서비스 품질을 증대할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명에서 제시된 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법을, 카테고리를 달리하여 애드-혹 네트워크 경로 설정 장치등의 다양한 형태로 구현될 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (2)

  1. 소스 노드에서 RREQ(Route Request) 메시지를 플러딩하여 목적지 노드까지의 경로를 찾는 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법에 있어서,
    상기 소스 노드는 상기 소스 노드로 전송된 신호의 강도 및 상기 목적지 노드의 최소 에너지량을 이용한 타임아웃시간을 설정하는 단계;
    상기 소스 노드는 상기 타임아웃시간 이내에 상기 목적지 노드로부터 역 경로를 따라 상기 RREP 메시지를 전송받는 단계;
    상기 소스 노드는 상기 타임아웃시간 이내에 상기 RREP 메시지를 수신하지 못하는 경우, 경로 탐색을 중단하는 단계
    를 포함하는 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정하는 단계는 라우터 요청(rt)에 따른 홉 당 평균 라운드 트립(Round Trip)시간인 PerHopTime'(rt)을 산출하는 하기의 수학식에 따라 상기 타임아웃시간을 설정하는 단계
    인 애드-혹 네트워크 경로 설정 방법.
    (수학식)
    Figure pat00008

    Emin: 목적지 노드의 최소 에너지량
    Pr(di): 전송된 신호의 강도
    Hopcount: 소스 노드에서 목적지 노드까지의 홉 수
    Currenttime: RREP를 수신한 소스 노드의 현재시간
    RTstamp: 수신한 RREP에 담긴 RREQ 전송 당시의 시간
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