KR20110135099A - 무선 이동 멀티홉 네트워크 시스템에서의 네트워크 코딩 기법을 이용한 멀티캐스트 라우팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 이동 멀티홉 네트워크 시스템에서의 멀티캐스트 라우팅 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 무선 이동 멀티홉 네트워크 시스템에서의 멀티캐스트 라우팅 방법은 컨트롤 패킷들의 송수신을 통해 소스 노드와 목적 노드 사이의 데이터 전송 경로를 설정하는 단계; 상기 소스 노드에서 발생한 데이터 패킷이 상기 소스 노드의 버퍼에 저장될 때마다, 상기 소스 노드의 버퍼에 저장된 데이터 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 적어도 하나의 데이터 패킷을 네트워크 코딩 기법에 의해 인코딩하여 부호화 패킷을 발생하는 단계; 및 상기 데이터 전송 경로를 통해 상기 부호화 패킷을 상기 소스 노드에서 상기 목적 노드로 전송하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 멀티캐스트 라우팅 방법에 의하면, 무선 이동 멀티홉 네트워크 시스템에서 컨트롤 패킷들의 송수신으로 인한 오버헤드를 줄이면서 데이터 패킷의 수신율(신뢰성)을 높일 수 있다.

Description

무선 이동 멀티홉 네트워크 시스템에서의 네트워크 코딩 기법을 이용한 멀티캐스트 라우팅 방법{MULTICAST ROUTING METHOD USING NETWORK CODING SCHEME IN WIRELESS MOBILE MULTIHOP NETWORK SYSTEM}

본 발명은 멀티캐스트 라우팅 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 무선 이동 멀티홉(multi-hop) 네트워크에서의 멀티캐스트 라우팅 방법에 관한 것이다.

무선 이동 멀티홉(multi-hop) 또는 모바일 애드-혹 네트워크(Mobile Ad-hoc Network, 이하 MANET이라 칭함)에서는 유선 인프라 또는 중앙 통제 장치 없이 노드(node)들이 서로 통신할 수 있다. 따라서, MANET은 유선 인프라가 구축되어 있지 않거나, 이에 접근하기 어려운 환경에서 유용하다.

MANET에서 사용되는 온디맨드 멀티캐스트 라우팅 프로토콜(On-Demand Multicast Routing Protocol, 이하 ODMRP라 칭함)에 따르면, 멀티캐스트 데이터 전송 경로는 멀티캐스트 그룹(multicast group) 내의 노드들 사이에서의 컨트롤 패킷들의 송수신을 통해 설정된다. 다만, 이렇게 설정된 경로는 노드들의 이동성으로 인해 끊어질 수 있다. 따라서, 경로 유지를 위해서는 컨트롤 패킷들의 송수신이 주기적으로 이루어져야 한다.

그러나, ODMRP를 기반으로 하는 네트워크에서는, 이러한 주기적인 컨트롤 패킷들의 송수신으로 인해 네트워크 전체에 많은 오버헤드(overhead)가 발생한다. 여기서, 컨트롤 패킷들이 발생하는 시간 간격은 오버헤드 및 신뢰성(reliability)에 영향을 미치는 요인들 중 하나이다. 만약에, 컨트롤 패킷들이 발생하는 시간 간격이 너무 짧으면, 오버헤드의 증가로 인해 주어진 채널 대역폭에서의 한정된 자원이 낭비된다. 반면에, 컨트롤 패킷들이 발생하는 시간 간격이 너무 길면, 경로 단절로 인해 발생하는 데이터 패킷 손실로 인해 신뢰성이 떨어진다. 그리고, 이는 데이터 패킷 수신율이 감소함을 의미한다.

본 발명의 목적은 무선 이동 멀티홉(multi-hop) 네트워크 시스템에서 경로 복구 또는 재설정 도중에 손실된 데이터 패킷을 복원하는 멀티캐스트 라우팅 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 이동 멀티홉 네트워크 시스템에서의 멀티캐스트 라우팅 방법은 컨트롤 패킷들의 송수신을 통해 소스 노드와 목적 노드 사이의 데이터 전송 경로를 설정하는 단계; 상기 소스 노드에서 발생한 데이터 패킷이 상기 소스 노드의 버퍼에 저장될 때마다, 상기 소스 노드의 버퍼에 저장된 데이터 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 적어도 하나의 데이터 패킷을 네트워크 코딩 기법에 의해 인코딩하여 부호화 패킷을 발생하는 단계; 및 상기 데이터 전송 경로를 통해 상기 부호화 패킷을 상기 소스 노드에서 상기 목적 노드로 전송하는 단계를 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 멀티캐스트 라우팅 방법은 상기 목적 노드에서 수신된 부호화 패킷이 상기 목적 노드의 버퍼에 저장될 때마다, 상기 목적 노드의 버퍼에 저장된 부호화 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 적어도 하나의 부호화 패킷에 대한 디코딩 가능 여부를 판단하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 부호화 패킷이 디코딩될 수 있다고 판단되면, 상기 적어도 하나의 부호화 패킷을 디코딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 데이터 전송 경로를 설정하는 단계는, 상기 컨트롤 패킷들 중 가입 질의 패킷을 주기적으로 발생하는 단계; 및 상기 가입 질의 패킷을 멀티캐스트 그룹에 속하는 모든 노드들로 플러딩하는 단계를 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 멀티캐스트 라우팅 방법은 이전 가입 질의 패킷의 발생 시점과 다음 가입 질의 패킷의 발생 시점 사이의 시간 동안에 발생한 부호화 패킷들 중 가장 큰 값의 제네레이션 크기를 갖는 부호화 패킷을 상기 다음 가입 질의 패킷에 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 부호화 패킷의 제네레이션 크기는 상기 부호화 패킷을 발생하기 위해 인코딩되는 데이터 패킷들의 수에 따라 결정된다.

실시 예에 있어서, 상기 가입 질의 패킷을 주기적으로 발생하는 단계에서, 상기 가입 질의 패킷의 발생 주기는 데이터 패킷의 수신율에 따라 가변한다.

실시 예에 있어서, 상기 가입 질의 패킷을 주기적으로 발생하는 단계에서, 상기 가입 질의 패킷의 발생 주기는 상기 데이터 패킷의 수신율이 증가함에 따라 감소하고, 상기 데이터 패킷의 수신율이 감소함에 따라 증가한다.

실시 예에 있어서, 이전 가입 질의 패킷의 발생 시점과 다음 가입 질의 패킷의 발생 시점 사이의 시간 동안에 발생한 데이터 패킷들 및 부호화 패킷들의 제네레이션 번호는 상기 이전 가입 질의 패킷의 발생에 응답하여 갱신된다.

실시 예에 있어서, 상기 디코딩 가능 여부를 판단하는 단계에서, 상기 목적 노드의 버퍼에 저장된 부호화 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 적어도 하나의 부호화 패킷(이하, 적어도 하나의 디코딩 대상 부호화 패킷)의 수가 상기 적어도 하나의 디코딩 대상 부호화 패킷이 갖는 제네레이션 크기들 중 가장 큰 값과 같거나 그보다 크다면, 상기 적어도 하나의 디코딩 대상 부호화 패킷은 디코딩될 수 있는 것으로 판단한다.

실시 예에 있어서, 상기 멀티캐스트 라우팅 방법은 상기 적어도 하나의 부호화 패킷을 디코딩하여 얻어진 데이터 패킷들로부터 손실된 데이터를 복원하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 데이터 전송 경로를 설정하는 단계는, 지역적 경로 복구를 수행하는 단계를 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 부호화 패킷을 상기 소스 노드에서 상기 목적 노드로 전송하는 단계는, 수동적인 수신 확인 응답을 통해 상기 부호화 패킷이 정상적으로 전송되었는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

실시 예에 있어서, 상기 부호화 패킷을 발생하는 단계에서, 상기 네트워크 코딩 기법으로서 랜덤 리니어 코딩 방식이 적용된다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티캐스트 라우팅 방법에 의하면, 무선 이동 멀티홉(multi-hop) 네트워크 시스템에서 컨트롤 패킷들의 송수신으로 인한 오버헤드를 줄이면서 데이터 패킷의 수신율(신뢰성)을 높일 수 있다.

도 1은 ODMRP 기반의 네트워크 시스템에서의 멀티캐스트 라우팅 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 지역적 경로 복구에 의한 멀티캐스트 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 경로 재설정 주기를 데이터 패킷의 수신율에 따라 조절하는 멀티캐스트 라우팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 Passive ACK를 사용하는 멀티캐스트 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 네트워크 코딩 기법에 의해 인코딩된 데이터 패킷들을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 코딩 기법에 의한 인코딩 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 코딩 기법에 의한 디코딩을 통해 손실된 데이터 패킷을 복원하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티캐스트 라우팅(multicast routing) 방법은 모바일 애드-혹 네트워크(Mobile Ad-hoc Network, 이하 MANET이라 칭함) 등에 적용된다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 시스템은 온디맨드 방식의 멀티캐스트 라우팅 프로토콜(On-Demand Multicast Routing Protocol, 이하 ODMRP라 칭함)을 기반으로 한다.

도 1은 ODMRP 기반의 네트워크 시스템에서의 멀티캐스트 라우팅 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 MANET의 멀티캐스트 그룹(multicast group)이 예시적으로 도시된다. 멀티캐스트 그룹은 소스 노드(source node, S), 목적 노드(destination node, D) 및 제 1 내지 제 6 포워딩 노드(forwarding node, F1~F6)를 포함한다.

간결한 설명을 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티캐스트 그룹은 하나의 소스 노드(S)와 하나의 목적 노드(D)가 포함된다고 가정한다. 그러나, 이는 예시적인 것으로서, 멀티캐스트 그룹이 복수의 소스 노드들과 복수의 목적 노드들을 포함할 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.

소스 노드(S)와 목적 노드(D) 사이에서 데이터 패킷의 전송을 위한 경로를 설정하기 위해서는, 컨트롤 패킷들의 주기적인 송수신을 통해 포워딩 노드들을 선출하여 메쉬(mesh)를 구성하는 과정이 필요하다. 여기서, 소스 노드(S)와 목적 노드(D) 사이에서 데이터 패킷을 중개하기 위해 선출된 포워딩 노드들의 집합을 포워딩 그룹(forwarding group)이라 한다.

소스 노드(S)와 목적 노드(D) 사이의 데이터 패킷 전송 경로는 질의 단계와 응답 단계를 거쳐 설정된다. 우선, 질의 단계가 설명된다. 소스 노드(S)는 가입 질의 메시지(Join Query message) 및 식별 정보를 포함하는 컨트롤 패킷(이하, 가입 질의 패킷이라 칭함)을 플러딩(flooding)한다. 여기서, 플러딩이란 패킷을 이웃하는 모든 노드들로 전송하는 것을 의미한다. 소스 노드(S)와 1-홉(hop) 이웃 노드인 제 1 포워딩 노드(F1)는 소스 노드(S)로부터 플러딩된 가입 질의 패킷을 수신한다. 그리고, 제 1 포워딩 노드(F1)는 소스 노드(S)의 식별 정보를 라우팅 테이블에 저장하고, 가입 질의 패킷에 자신의 식별 정보를 추가한다. 이후, 제 1 포워딩 노드(F1)는 가입 질의 패킷을 브로드캐스팅한다.

제 2 내지 제 4 노드(F2~F4)는 제 1 포워딩 노드(F1)로부터 브로드캐스팅된 가입 질의 패킷을 수신한다. 그리고, 제 2 내지 제 4 포워딩 노드(F2~F4) 각각은 소스 노드(S) 및 제 1 포워딩 노드(F1)의 식별 정보를 라우팅 테이블에 저장하고, 가입 질의 패킷에 자신의 식별 정보를 추가한다. 이후, 제 2 내지 제 4 포워딩 노드(F2~F4) 각각은 가입 질의 패킷을 브로드캐스팅한다. 이와 같은 방법으로 가입 질의 패킷은 멀티캐스트 그룹의 다른 모든 노드들로 플러딩된다.

다음으로, 응답 단계가 설명된다. 목적 노드(D)는 가입 질의 패킷을 수신한 후에, 이에 대한 응답으로 가입 응답 메시지(Join Reply message)를 포함하는 컨트롤 패킷(이하, 가입 응답 패킷이라 칭함)을 소스 노드(S)로 전송한다. 이때, 제 1 및 제 2 포워딩 노드(F1, F2)는 각각의 라우팅 테이블에 저장되어 있는 식별 정보를 참조하여 가입 응답 메시지를 중개한다. 소스 노드(S)와 목적 노드(D) 사이에서 가입 질의 패킷 및 가입 응답 패킷을 중개한 제 1 및 제 2 포워딩 노드(F1, F2)는 포워딩 그룹의 멤버로 선출된다.

이와 같이, 질의 단계와 응답 단계를 거쳐 데이터 패킷 전송 경로가 설정되면, 소스 노드(S)는 데이터 패킷들을 목적 노드(D)로 전송한다. 이때, 제 1 및 제 2 포워딩 노드(F1, F2)는 소스 노드(S)와 목적 노드(D) 사이에서 데이터 패킷들을 중개한다.

그런데, 데이터 패킷 전송 경로는 노드들의 이동성으로 인해 끊어질 수 있다. 따라서, 경로 유지를 위해서는 컨트롤 패킷들의 송수신이 주기적으로 이루어져야 한다. 즉, 주기적인 경로 재설정이 필요하다. 이때, 경로 재설정 주기는 데이터 패킷의 수신율 및 컨트롤 패킷들의 송수신으로 인한 오버헤드(overhead)에 영향을 미친다. 경로 재설정 주기가 짧아질수록, 오버헤드는 증가하지만, 데이터 패킷의 손실은 감소한다. 반면에, 경로 재설정 주기가 길어질수록, 데이터 패킷의 손실은 증가하지만, 오버헤드는 감소한다.

본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 시스템은 지역적 경로 복구 기능, 경로 재설정 주기를 데이터 패킷의 수신율에 따라 조절하는 기능, 수동적인 수신 확인 응답(passive acknowledge character, 이하 Passive ACK라 칭함) 등을 지원하는 강화된 ODMRP(Enhanced-ODMRP, 이하 E-ODMRP라 칭함)를 기반으로 할 수 있다. 지역적 경로 복구에 의한 멀티캐스트 라우팅 방법은 이하의 도 2a 내지 2c를 참조하여 설명된다. 경로 재설정 주기를 데이터 패킷의 수신율에 따라 조절하는 멀티캐스트 라우팅 방법은 이하의 도 3을 참조하여 설명된다. Passive ACK를 사용하는 멀티캐스트 라우팅 방법은 이하의 도 4를 참조하여 설명된다.

도 2a 내지 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 지역적 경로 복구에 의한 멀티캐스트 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 간결한 설명을 위해, 목적 노드(D)는 도 1에서 도시된 멀티캐스트 그룹에서 탈퇴한 후 재가입한다고 가정한다. 이하에서, 이미 도 1을 참조하여 설명된 사항은 생략된다.

도 2a를 참조하면, 목적 노드(D)는 멀티캐스트 그룹에 재가입하기 위해 가입 요청 메시지(Join Request messege)를 포함하는 컨트롤 패킷(이하, 가입 요청 패킷이라 칭함)을 플러딩한다. 목적 노드(D)와 1-홉 이웃 노드인 제 2 및 제 5 포워딩 노드(F2, F5)는 목적 노드(D)로부터 플러딩된 가입 요청 패킷을 수신한다.

도 2b를 참조하면, 플러딩된 가입 요청 패킷을 수신한 제 2 및 제 5 포워딩 노드(F2, F5)는 임시 포워딩 노드로서 동작한다. 즉, 제 2 및 제 5 포워딩 노드(F2, F5)는 제 2 및 제 5 포워딩 노드(F2, F5) 중 하나가 포워딩 그룹의 멤버로 선택될 때까지 일시적으로 데이터 패킷들을 중개한다.

목적 노드(D)는 최단 경로를 구성하는 임시 포워딩 노드를 포워딩 그룹의 멤버로 선택한다. 이를 위해, 경로 선택 메시지 및 최단 경로를 구성하는 임시 포워딩 노드의 식별 정보를 포함하는 컨트롤 패킷(이하, 경로 선택 패킷)을 플러딩한다. 여기서, 최단 경로를 구성하는 임시 포워딩 노드는 제 2 포워딩 노드(F2)이다. 즉, 경로 선택 패킷에 포함되는 식별 정보는 제 2 포워딩 노드(F2)를 나타낸다. 제 2 및 제 5 포워딩 노드(F2, F5)는 목적 노드(D)로부터 플러딩된 경로 선택 패킷을 수신한다.

도 2c를 참조하면, 제 2 및 제 5 포워딩 노드(F2, F5)는 경로 선택 패킷에 포함된 식별 정보를 확인한다. 경로 선택 패킷에 포함된 식별 정보는 제 2 포워딩 노드(F2)를 나타내고 있으므로, 제 2 포워딩 노드(F2)는 포워딩 그룹의 멤버로 선택되어 계속해서 데이터 패킷들을 중개한다. 반면에, 제 5 포워딩 노드(F5)는 더 이상 데이터 패킷들을 목적 노드(D)로 전송하지 않는다.

상술한 바와 같이, 지역적 경로 복구에 의한 멀티캐스트 라우팅 방법에 의하면, 목적 노드(D)와 1-홉 이웃 노드 사이에서 컨트롤 패킷들이 송수신 된다. 따라서, 경로 재설정을 위해, 컨트롤 패킷들이 소스 노드(S)와 멀티캐스트 그룹의 다른 모든 노드들 사이에서 송수신 되는 것에 비해 오버헤드를 줄일 수 있다.

도 3은 경로 재설정 주기를 데이터 패킷의 수신율에 따라 조절하는 멀티캐스트 라우팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 여기서, 경로 재설정 주기는 컨트롤 패킷(가입 질의 패킷)이 소스 노드(S)로부터 플러딩되는 시간 간격을 의미한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 시스템에서는, 데이터 패킷의 수신율이 모니터링된다(단계 S110). 이때, 높은 데이터 패킷의 수신율은 노드들의 이동성이 낮아 데이터 패킷 손실이 적음을 의미한다. 이 경우, 오버헤드를 줄이기 위해 경로 재설정 주기를 늘리는 것이 바람직하다. 반면에, 낮은 데이터 패킷의 수신율은 노드들의 이동성이 높아 데이터 패킷 손실이 많음을 의미한다. 이 경우, 신뢰성을 높이기 위해 경로 재설정 주기를 줄이는 것이 바람직하다.

이후, 데이터 패킷의 수신율이 기준 값과 비교된다(단계 S120). 만약, 데이터 패킷의 수신율이 기준 값과 같으면, 계속해서 데이터 패킷의 수신율이 모니터링된다. 반면에, 데이터 패킷의 수신율이 기준 값과 다르면, 경로 재설정 주기가 조절된다(단계 S130). 즉, 가입 질의 패킷이 소스 노드(S)로부터 플러딩되는 시간 간격이 조절된다. 예를 들어, 데이터 패킷의 수신율이 기준 값보다 크면, 오버헤드를 줄이기 위해 경로 재설정 주기를 늘린다. 반면에, 데이터 패킷의 수신율이 기준 값보다 작으면, 신뢰성을 높이기 위해 경로 재설정 주기를 줄인다.

상술한 바와 같이, 경로 재설정 주기를 데이터 패킷의 수신율에 따라 조절하는 멀티캐스트 라우팅 방법에 의하면, 경로 재설정 주기가 적정 수준으로 유지되어 컨트롤 패킷들의 송수신으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.

도 4는 Passive ACK를 사용하는 멀티캐스트 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 소스 노드(S)는 데이터 패킷을 1-홉 이웃 노드인 제 1 포워딩 노드(F1)로 전송한다. 제 1 포워딩 노드(F1)는 소스 노드(S)로부터 전송된 데이터 패킷을 브로드캐스팅한다. 소스 노드(S)는 제 1 포워딩 노드(F1)로부터 브로드캐스팅된 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 하위 노드인 제 1 포워딩 노드(F1)에서 상위 노드인 소스 노드(S)로 전송되는 데이터 패킷은 Passive ACK로서 취급된다.

멀티캐스트 그룹에 속하는 노드들 각각은 상위 노드와 하위 노드에 대한 식별 정보를 라우팅 테이블에 저장하고 있기 때문에, 소스 노드(S)는 Passive ACK를 받으면, 라우팅 테이블을 참조하여 데이터 패킷이 정상적으로 전송되었는지 여부를 확인할 수 있다. 따라서, 제 1 포워딩 노드(F1)는 소스 노드(S)로부터 데이터 패킷을 수신한 후에 별도의 ACK를 소스 노드(S)로 전송하지 않더라도, 소스 노드(S)는 Passive ACK를 통해 데이터 패킷이 정상적으로 전송되었는지 여부를 확인할 수 있다.

만약, 소스 노드(S)가 제 1 포워딩 노드(F1)로부터 수차례 Passive ACK를 받지 못하면, 소스 노드(S)는 제 1 포워딩 노드(F1)가 포워딩 그룹에 속하지 않는 것으로 판단하여 데이터 패킷을 제 1 포워딩 노드(F1)로 전송하지 않는다. 이는 제 1 및 제 2 포워딩 노드(F1, F2)와의 관계에서도 동일하게 적용된다.

상술한 바와 같이, Passive ACK를 사용하는 멀티캐스트 라우팅 방법에 의하면, 데이터 패킷이 불필요한 포워딩 노드로 전송되는 것으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.

본 발명의 실시 예는 E-ODMRP 기반의 네트워크 시스템에서, 네트워크 코딩 기법(network coding scheme)의 적용을 통해 손실된 데이터 패킷을 복원하는 멀티캐스트 라우팅 방법을 제공한다. E-ODMRP 기반의 네트워크 시스템에 네트워크 코딩 기법을 적용하면, 목적 노드는 손실된 데이터 패킷의 재전송 없이 버퍼에 저장되어 있는 부호화 패킷들을 디코딩하여 손실된 데이터 패킷을 복원할 수 있다. 이는 이하의 도 5 내지 7을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.

도 5는 네트워크 코딩 기법에 의해 인코딩된 데이터 패킷들을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN) 및 제 1 내지 제 N 부호화 패킷(EP1~EPN)이 도시된다.

제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN)은 원본 데이터를 포함한다. 제 1 내지 제 N 부호화 패킷(EP1~EPN)은 인코딩 벡터와 인코딩된 데이터를 포함한다. 여기서, 인코딩 벡터는 네트워크 코딩 기법에 의한 인코딩 및 디코딩에 사용되는 값들의 집합을 의미한다.

본 발명의 실시 예로서, 네트워크 코딩 기법에는 랜덤 리니어 코딩(random linear coding) 방식이 적용될 수 있다. 랜덤 리니어 코딩 방식에 의하면, 인코딩 벡터의 각각의 원소는 유한 필드(finite field, 갈로아 필드(Galois field)라고도 칭함)에서 정의되는 값들 중 무작위로 선정된다.

네트워크 코딩 기법에서 사용되는 모든 연산은 유한 필드에서 정의되고 수행된다. 따라서, 유한 필드의 연산 알고리즘이 사용된다. 유한 필드의 연산 중 덧셈과 뺄셈 연산은 배타적 논리합(XOR)으로만 이루어진다. 반면에, 곱셈 연산을 위해서는, 쉬프트(shift) 및 덧셈 연산이 반복되는 알고리즘 또는 테이블 참조 알고리즘이 사용된다.

본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 코딩 기법에 의한 인코딩 및 디코딩은 제네레이션(generation) 번호 및 크기를 고려하여 수행된다. 제네레이션 번호는 소스 노드에서 가입 질의 패킷이 발생하는 시점마다 갱신된다. 즉, 이전 가입 질의 패킷의 발생 시점부터 다음 가입 질의 패킷의 발생 시점까지의 시간(경로 재설정 주기) 동안에 발생한 데이터 패킷들 및 부호화 패킷들은 모두 같은 제네레이션 번호를 갖는다. 간결한 설명을 위해, 제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN)은 소스 노드에서 순차적으로 발생한다고 가정한다. 그리고, 제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN) 및 제 1 내지 제 N 부호화 패킷(EP1~EPN)은 같은 제네레이션에 속한다고 가정한다. 따라서, 제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN) 및 제 1 내지 제 N 부호화 패킷(EP1~EPN)은 같은 제네레이션 번호를 갖는다.

소스 노드에서 발생한 데이터 패킷들은 일단 버퍼에 저장된다. 그리고, 데이터 패킷이 발생할 때마다 버퍼에 저장된 데이터 패킷들 중 같은 제네레이션에 속하는 모든 데이터 패킷들은 인코딩된다. 예를 들어, 제 1 데이터 패킷(P1)이 발생하면, 제 1 데이터 패킷(P1)은 버퍼에 저장되고, 인코딩된다. 이때, 제 1 데이터 패킷(P1)의 인코딩 결과로서 제 1 부호화 패킷(EP1)이 얻어진다. 이후, 제 2 데이터 패킷(P2)이 발생하면, 제 2 데이터 패킷(P2)은 버퍼에 저장되고, 같은 제네레이션에 속하는 제 1 및 제 2 데이터 패킷(P1, P2)은 인코딩된다. 이때, 제 1 및 제 2 데이터 패킷(P1, P2)의 인코딩 결과로서 제 2 부호화 패킷(EP2)이 얻어진다. 이와 같이 계속해서 제 N 데이터 패킷(PN)이 발생하면, 제 N 데이터 패킷(PN)은 버퍼에 저장되고, 같은 제네레이션에 속하는(같은 제네레이션 번호를 갖는) 제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN)은 인코딩된다. 이때, 제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN)의 인코딩 결과로서 제 N 부호화 패킷(EPN)이 얻어진다.

제네레이션 크기는 인코딩될 데이터 패킷들의 수에 따라 결정된다. 예를 들어, 제 1 데이터 패킷(P1)을 인코딩하여 얻어진 제 1 부호화 패킷(EP1)의 제네레이션 크기는 1이다. 제 1 및 제 2 데이터 패킷(P1, P2)을 인코딩하여 얻어진 제 2 부호화 패킷(EP2)의 제네레이션 크기는 2이다. 그리고, 제 1 내지 제 N 데이터 패킷(P1~PN)을 인코딩하여 얻어진 제 N 부호화 패킷(EPN)의 제네레이션 크기는 N이다. 이와 같이, 같은 제네레이션 번호를 갖는 부호화 패킷들은 서로 다른 제네레이션 크기를 가질 수 있다. 여기서, 같은 제네레이션 번호를 갖는 부호화 패킷들 중 마지막으로 발생한 제 N 부호화 패킷(EPN)은 가장 큰 값의 제네레이션 크기를 갖는다. 한편, 인코딩 벡터의 크기(인코딩 벡터의 원소들의 수)는 이러한 제네레이션 크기에 대응한다.

본 발명의 실시 예에 따른 E-ODMRP 기반의 네트워크 시스템에서는, 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 경로 재설정 주기(가입 질의 패킷이 플러딩되는 시간 간격)가 데이터 패킷의 수신율에 따라 조절된다. 따라서, 인코딩을 위한 제네레이션의 최대 크기는 데이터 패킷의 수신율에 따라 가변한다. 예를 들어, 경로 재설정 주기가 길어질수록 한 주기 동안 발생하는 데이터 패킷들의 수는 증가하므로 제네레이션의 최대 크기도 증가할 것이다. 반면에, 경로 재설정 주기가 짧아질수록 한 주기 동안 발생하는 데이터 패킷들의 수는 감소하므로 제네레이션의 최대 크기도 감소할 것이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 코딩 기법에 의한 인코딩 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 간결한 설명을 위해, 임의의 경로 재설정 주기 동안에 소스 노드에서 발생하는 제 1 내지 제 N 데이터 패킷들에 대한 인코딩 방법이 설명된다.

도 6을 참조하면, 우선, 제 1 데이터 패킷이 발생한다(단계 S210). 그리고, 제 1 데이터 패킷은 버퍼에 저장된다(단계 S220). 버퍼에 저장된 데이터 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 데이터 패킷들이 인코딩된다(단계 S230). 여기서는, 제 1 데이터 패킷의 인코딩 결과로서 제 1 부호화 패킷이 얻어진다.

다음으로, 가입 질의 패킷이 발생 여부를 확인한다(단계 S240). 만약, 가입 질의 패킷이 발생하지 않으면, 제 1 부호화 패킷은 브로드캐스팅된다(단계 S250). 이후, 단계 S210 내지 단계 S240이 반복된다. 반면에, 가입 질의 패킷이 발생하면, 버퍼에 저장된 데이터 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 데이터 패킷들이 인코딩되어 얻어진 부호화 패킷이 가입 질의 패킷에 추가된다(단계 S260). 그리고, 이러한 가입 질의 패킷은 브로드캐스팅된다(단계 S270). 이후, 제네레이션 번호가 갱신된다(단계 S280).

제 N 데이터 패킷이 발생할 때까지 가입 질의 패킷은 발생하지 않는다고 가정한다. 따라서, 제 N 데이터 패킷이 발생할 때까지 단계 S210 내지 단계 S250이 반복된다.

제 2 데이터 패킷이 발생하면(단계 S210), 제 2 데이터 패킷은 버퍼에 저장된다(단계 S220). 그리고, 버퍼에 저장된 제 1 및 제 2 데이터 패킷의 인코딩 결과로서 제 2 부호화 패킷이 얻어진다(단계 S230). 이후, 제 2 부호화 패킷은 브로드캐스팅된다(단계 S250). 이와 같이 계속해서 제 N 데이터 패킷이 발생하면(단계 S210), 제 N 데이터 패킷은 버퍼에 저장된다(단계 S220). 그리고, 버퍼에 저장된 제 1 내지 제 N 데이터 패킷이 인코딩된다(단계 S230).

제 N 데이터 패킷 다음으로 가입 질의 패킷이 발생하므로, 제 1 내지 제 N 데이터 패킷의 인코딩 결과로서 얻어진 제 N 부호화 패킷은 가입 질의 패킷에 추가된다(단계 S260). 그리고, 이러한 가입 질의 패킷은 브로드캐스팅된다(단계 S270). 여기서, 가입 질의 패킷을 통해 브로드캐스팅되는 제 N 부호화 패킷은 같은 제네레이션에 속하는 부호화 패킷들 중 가장 큰 값의 제네레이션 크기를 갖는다. 이후, 제네레이션 번호가 갱신된다(단계 S280).

포워딩 노드에서도 상술한 바와 같은 인코딩 방법이 적용될 수 있다. 다만, 포워딩 노드에서는, 데이터 패킷이 발생하는 대신에 데이터 패킷 또는 부호화 패킷이 수신될 것이다. 그리고, 가입 질의 패킷의 발생 여부가 확인되는 대신에 가입 질의 패킷의 수신 여부가 확인될 것이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 코딩 기법에 의한 디코딩을 통해 손실된 데이터 패킷을 복원하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 간결한 설명을 위해, 임의의 경로 재설정 주기 동안에 목적 노드에서 수신되는 부호화 패킷들에 대한 디코딩 방법이 설명된다.

도 7을 참조하면, 우선, 부호화 패킷이 수신된다(단계 S310). 이때, 부호화 패킷은 가입 질의 패킷을 통해 전달될 수 있다. 그리고, 수신된 부호화 패킷은 버퍼에 저장된다(단계 S320). 버퍼에 저장된 부호화 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 부호화 패킷들에 대한 디코딩 가능 여부를 판단한다(단계 S330). 이때, 같은 제네레이션 번호를 갖는 부호화 패킷들의 수가 이들이 갖는 제네레이션 크기들 중 가장 큰 값과 같거나 그보다 크다면, 부호화 패킷들이 디코딩될 수 있는 것으로 판단한다. 이는 같은 제네레이션에 속하는 부호화 패킷들의 수가 증가할수록 부호화 패킷들의 디코딩 가능성이 커짐을 의미한다.

만약, 부호화 패킷들이 디코딩될 수 없는 것으로 판단되면, 단계 S310 및 단계 S320이 반복된다. 반면에, 부호화 패킷들이 디코딩될 수 있는 것으로 확인되면, 버퍼에 저장된 부호화 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 부호화 패킷들은 디코딩된다(단계 S340). 부호화 패킷들이 디코딩되면, 소스 노드에서 발생한 데이터 패킷들이 얻어진다. 따라서, 부호화 패킷들의 디코딩 결과로서 얻어진 데이터 패킷들로부터 경로 복구 또는 재설정 도중에 손실된 데이터 패킷이 복원된다(단계 S350).

E-ODMRP 기반의 네트워크 시스템에서는, 가입 질의 패킷이 네트워크 전체로 플러딩되기 때문에 가입 질의 패킷이 중복된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 코딩 기법을 적용하면, 가입 질의 패킷에 추가되는 부호화 패킷은 해당 제네레이션에 속하는 모든 데이터 패킷들에 대한 인코딩된 성분을 포함한다. 따라서, 가입 질의 패킷이 중복하여 수신되면, 같은 제네레이션 번호를 갖는 부호화 패킷들의 수가 증가하므로 디코딩 가능성이 커진다. 이는 경로 복구 또는 재설정 도중에 손실된 데이터 패킷이 복원될 확률이 높아짐을 의미한다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라, E-ODMRP 기반의 네트워크 시스템에 네트워크 코딩 기법을 적용하면, 목적 노드는 손실된 데이터 패킷의 재전송 없이 버퍼에 저장되어 있는 부호화 패킷들을 디코딩하여 손실된 데이터 패킷을 복원할 수 있다. 이로 인해, E-ODMRP 기반의 네트워크 시스템에서, 오버헤드가 증가하지 않으면서 신뢰성이 향상될 수 있다.

본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.

Claims (13)

1. 무선 이동 멀티홉 네트워크 시스템에서의 멀티캐스트 라우팅 방법에 있어서:
   컨트롤 패킷들의 송수신을 통해 소스 노드와 목적 노드 사이의 데이터 전송 경로를 설정하는 단계;
   상기 소스 노드에서 발생한 데이터 패킷이 상기 소스 노드의 버퍼에 저장될 때마다, 상기 소스 노드의 버퍼에 저장된 데이터 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 적어도 하나의 데이터 패킷을 네트워크 코딩 기법에 의해 인코딩하여 부호화 패킷을 발생하는 단계; 및
   상기 데이터 전송 경로를 통해 상기 부호화 패킷을 상기 소스 노드에서 상기 목적 노드로 전송하는 단계를 포함하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 목적 노드에서 수신된 부호화 패킷이 상기 목적 노드의 버퍼에 저장될 때마다, 상기 목적 노드의 버퍼에 저장된 부호화 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 적어도 하나의 부호화 패킷에 대한 디코딩 가능 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 적어도 하나의 부호화 패킷이 디코딩될 수 있다고 판단되면, 상기 적어도 하나의 부호화 패킷을 디코딩하는 단계를 더 포함하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 데이터 전송 경로를 설정하는 단계는, 상기 컨트롤 패킷들 중 가입 질의 패킷을 주기적으로 발생하는 단계; 및
   상기 가입 질의 패킷을 멀티캐스트 그룹에 속하는 모든 노드들로 플러딩하는 단계를 포함하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   이전 가입 질의 패킷의 발생 시점과 다음 가입 질의 패킷의 발생 시점 사이의 시간 동안에 발생한 부호화 패킷들 중 가장 큰 값의 제네레이션 크기를 갖는 부호화 패킷을 상기 다음 가입 질의 패킷에 추가하는 단계를 더 포함하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 부호화 패킷의 제네레이션 크기는 상기 부호화 패킷을 발생하기 위해 인코딩되는 데이터 패킷들의 수에 따라 결정되는 멀티캐스트 라우팅 방법.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 가입 질의 패킷을 주기적으로 발생하는 단계에서, 상기 가입 질의 패킷의 발생 주기는 데이터 패킷의 수신율에 따라 가변하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 가입 질의 패킷을 주기적으로 발생하는 단계에서, 상기 가입 질의 패킷의 발생 주기는 상기 데이터 패킷의 수신율이 증가함에 따라 감소하고, 상기 데이터 패킷의 수신율이 감소함에 따라 증가하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
8. 제 2 항에 있어서,
   이전 가입 질의 패킷의 발생 시점과 다음 가입 질의 패킷의 발생 시점 사이의 시간 동안에 발생한 데이터 패킷들 및 부호화 패킷들의 제네레이션 번호는 상기 이전 가입 질의 패킷의 발생에 응답하여 갱신되는 멀티캐스트 라우팅 방법.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 디코딩 가능 여부를 판단하는 단계에서, 상기 목적 노드의 버퍼에 저장된 부호화 패킷들 중 같은 제네레이션 번호를 갖는 적어도 하나의 부호화 패킷(이하, 적어도 하나의 디코딩 대상 부호화 패킷)의 수가 상기 적어도 하나의 디코딩 대상 부호화 패킷이 갖는 제네레이션 크기들 중 가장 큰 값과 같거나 그보다 크다면, 상기 적어도 하나의 디코딩 대상 부호화 패킷은 디코딩될 수 있는 것으로 판단하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부호화 패킷을 디코딩하여 얻어진 데이터 패킷들로부터 손실된 데이터를 복원하는 단계를 더 포함하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 전송 경로를 설정하는 단계는, 지역적 경로 복구를 수행하는 단계를 포함하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 부호화 패킷을 상기 소스 노드에서 상기 목적 노드로 전송하는 단계는, 수동적인 수신 확인 응답을 통해 상기 부호화 패킷이 정상적으로 전송되었는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 멀티캐스트 라우팅 방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 부호화 패킷을 발생하는 단계에서, 상기 네트워크 코딩 기법으로서 랜덤 리니어 코딩 방식이 적용되는 멀티캐스트 라우팅 방법.

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