KR20130017251A - 메시지 전송 주기 결정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메시지 전송 주기 결정 방법이 개시된다. 이를 위한 메시지 전송 주기 결정 방법은, 제 2 노드를 중심으로 반지름이 미리 결정된 길이인 제 1 전송 반경과 상기 제 1 노드를 중심으로 반지름이 제 1 노드의 이동 속도 및 메시지 전송 주기에 따라 결정된 제 1 노드의 이동 거리인 제 2 전송 반경의 교차점을 계산하는 단계, 상기 계산된 교차점을 이용해 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 거리 및 상기 제 1 노드의 이동 속도에 따른 각도를 계산하는 단계, 상기 계산된 각도를 이용하여 상기 제 1 노드가 메시지 전송 주기 내에 제 2 노드의 전송 반경을 벗어나는 확률을 계산하는 단계 및 상기 제 1 노드가 상기 제 2 노드로 메시지를 전송하는 전송 주기를 계산하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 네트워크 전체의 Hello 메시지 전송 주기를 변경하는 것이 아니라 각 노드의 Hello 메시지 전송 주기를 분산적으로 결정함으로써 노드의 이동성에 대해 적응적으로 Hello 메시지 전송 주기를 결정할 수 있고 네트워크 오버헤드의 증가를 최소화 하면서 이웃 노드탐색의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

메시지 전송 주기 결정 방법{METHOD OF DETERMINING MESSAGE TRANSMISSION PERIOD}
본 발명은 메시지 전송 주기 결정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에드 혹 네트워크에서 프로액티브 라우팅 프로토콜의 적응적인 헬로우 메시지 전송 주기 결정 방법에 관한 것이다.
에드혹(ad hoc) 네트워크는 고정된 유선망을 가지지 않고 이동 호스트(Mobile Host)로만 이루어져 통신되는 망이다. 따라서, 유선망을 구성하기 어렵거나 망을 구성한 후 단기간 사용되는 경우에 적합하여 Ad-Hoc 네트워크에서는 호스트의 이동에 제약이 없고 유선망과 기지국(Base Station)이 필요 없으므로 빠른 망 구성과 저렴한 비용의 장점이 있다.
에드혹 라우팅 프로토콜은 프로액티브(proactive, Table-driven) 라우팅 방식과 리엑티브(Reactive, On-demand) 라우팅 방식이 있다. 리엑티브 라우팅 방식은 트래픽이 발생하는 시점에서 루트를 탐색하는 방법으로서 프로엑티브 라우팅 방식이 가지는 제어 메시지의 오버헤드를 감소시킬 수 있다. 루트 정보는 루트 상의 각 노드에 저장되나 일정 기간 동안 해당 루트가 사용되지 않을 경우 노드로부터 삭제된다. 리엑티브 라우팅 방식은 트래픽이 발생하는 시점에서 루트를 탐색하기 때문에 루트 탐색에 추가적인 시간이 필요하며, 이는 트래픽에 대한 전송 지연을 야기 시키는 단점이 있다.
반면, 프로액티브 방식은 모든 이동 노드들이 항상 최신의 루트 정보를 유지하며, 라우팅 정보를 주기적으로 또는 네트워크 토폴로지 상의 변경이 있을 때마다 네트워크 전체로 전파시켜 각 노드들이 자신의 라우팅 정보를 변경하도록 하고 있다.
프로엑티브 라우팅 방식은 패킷 발생시 지연 없이 항상 최적의 루트를 통해서 라우팅할 수 있는 장점을 가지고 있으나 네트워크 토폴로지의 변화가 심할 경우 라우팅 정보를 네트워크 전체로 전파하기 위한 라우팅 프로토콜 메시지의 오버헤드 가 크다는 문제점이 있다.
프로액티브 방식은 OLSR(Optimized Link State Routing) 등의 라우팅 프로토콜이 있다. OLSR은 모든 이동 노드가 네트워크 상의 모든 라우팅 정보를 가지고 있다. OLSR의 가장 두드러지는 특징으로는 선택된 노드인 MPR(Multi Point Relay)만이 제어 메시지를 브로드 개스팅 한다는 것이다. 네트워크 상의 노드는 1홉(Hop) 거리상의 이웃 노드 중에서 MPR을 선택하고 MPR로 선택된 노드들만이 제어 메시지를 네트워크상에 전송할 수 있다.
OLSR 제어 메시지는 Hello 메시지(Message), MID메시지(Multiple Interface Declaration Message), TC(Topology Control) 메시지로 구성 된다. OLSR의 주된 기능은 이웃 노드 검색(Neighbor Node Discovery) 및 영역선전(Topology Dissemination)으로 요약할 수 있다. 이웃 노드 검색을 위해서 네트워크 상의 각 노드는 Hello 메시지를 주기적으로 교환한다. Hello 메시지가 포함하고 있는 정보는 링크 상태(Link State)정보, 이웃 노드들에 대한 정보(Neighbors Information)이다.
기본적으로 Hello 메시지의 교환은 고정된 주기를 사용하여 해당 주기 마다 Hello 메시지를 전송한다. 하지만 이러한 고정 주기 Hello 메시지 전송 방식은 무선 모바일 노드의 이동성에 대해 능동적으로 대처할 수 없다. 노드의 이동성이 작은 환경에서는 이웃 노드 정보가 많이 변하지 않기 때문에 Hello 메시지 전송 주기가 길더라도 이웃 노드탐색에 큰 문제가 발생하지 않는다. 하지만 이동성이 큰 환경에서 Hello 메시지 전송 주기가 길면 이웃 노드의 이동을 정확히 반영하지 못하여 잘못된 이웃 노드정보를 갖게 되고 이러한 정보가 네트워크에서 공유하게 될 확률이 높아지게 된다.
하지만 이러한 문제를 방지하기 위해 Hello 메시지 전송 주기를 짧게 할 경우 Hello 메시지로 인한 네트워크 오버헤드가 증가하는 문제가 발생한다. 즉 Hello 메시지 전송 주기는 이웃 노드탐색의 정확성과 네트워크 오버헤드 측면에서 상충 관계를 갖는다. 네트워크 전체관점에서 이동성을 반영한 Hello 메시지 전송 주기 결정에 관한 연구가 진행된바 있지만 네트워크 전체의 Hello 메시지 전송 주기를 변경하기 때문에 각각의 노드의 상태를 반영하지 못하여 효율성이 떨어진다. 또한 네트워크 전체의 이동성이 변화하는 상황에서는 적용될 수 없는 접근 방법이다.
이웃 노드탐색의 정확도를 위해 Hello 메시지 전송 주기를 짧게 조절하게 되면 이동성으로 인해 새롭게 자신의 이웃으로 포함된 노드를 빠르게 인식할 수 있다. 하지만 이웃 노드가 자신의 주변에서 사라졌음을 인식하기 위해서는 일정 시간동안 해당 노드로부터 Hello 메시지를 수신하지 못해야 한다. 따라서 Vtime(validity time)시간을 설정하여 Vtime 동안 Hello 메시지를 수신하지 못하면 해당 노드를 이웃 노드에서 제외한다. Vtime은 일반적으로 Hello 메시지 전송 주기의 함수로 정의된다. Vtime은 일반적으로 MAC(Medium Access Control) 프로토콜을 고려하여 몇 번의 Hello 메시지 전송 주기가 지날 때까지로 설정한다. 따라서 Vtime은 Hello 메시지 전송 주기에 큰 영향을 받기 때문에 Hello 메시지 전송 주기가 길면 이웃 노드가 사라졌음을 인식하는데 그만큼 시간이 오래 걸리게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 에드 혹 네트워크에서 프로액티브 라우팅 프로토콜의 적응적인 헬로우 메시지 전송 주기 결정 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 위치 정보를 반영한 Hello 메시지 전송주기 결정 방법을 통해 헬로우 메시지 교환을 통한 이웃 노드 탐색의 정확도를 향상시키는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정 방법은, 제 1 노드의 이동 속도를 계산하는 단계, 제 2 노드를 중심으로 반지름이 미리 결정된 길이인 제 1 전송 반경과 상기 제 1 노드를 중심으로 반지름이 상기 이동 속도 및 메시지 전송 주기에 따라 결정된 제 1 노드가 이동하는 거리인 제 2 전송 반경의 교차점을 계산하는 단계, 상기 계산된 교차점을 이용해 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 거리 및 상기 제 1 노드의 이동 속도에 따른 각도를 계산하는 단계, 상기 계산된 각도를 이용하여 상기 제 1 노드가 메시지 전송 주기 내에 제 2 노드의 전송 반경을 벗어나는 확률을 계산하는 단계 및 상기 제 1 노드가 상기 제 2 노드로 메시지를 전송하는 전송 주기를 계산하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 메시지 전송 주기 결정 방법을 이용할 경우에는 네트워크 전체의 Hello 메시지 전송 주기를 변경하는 것이 아니라 각 노드의 Hello 메시지 전송 주기를 분산적으로 결정함으로써 노드의 이동성에 대해 적응적으로 Hello 메시지 전송 주기를 결정할 수 있고 네트워크 오버헤드의 증가를 최소화 하면서 이웃 노드탐색의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한 적응적으로 결정한 Hello 메시지 전송 주기를 이웃 노드들에게 알려서 각 이웃 노드는 Vtime의 계산에 활용함으로써 이웃 노드의 추가와 삭제를 빠르게 인식할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정을 위한 Vtime 결정 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하 본 명세서에서 언급되는 '노드'는 위치 측정 장치, 예를 들어 GPS를 사용할 수 있고 이를 이용하여 자신의 속도를 계산할 수 있다. 이에 따라, 노드가 이동을 할 때 노드의 이동 거리에 따라 이웃 노드 리스트가 변화하게 된다. 노드의 속도가 빨라지면 이웃 노드 리스트의 변화가 커지고 노드의 속도가 느릴 경우 이웃 노드 리스트의 변화가 적어진다. 따라서 노드의 속도에 따라 이웃 노드 리스트가 부정확할 확률을 계산하여 이에 따른 적절한 Hello 메시지 전송 주기를 결정한다. 그러면 이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정하는 과정을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1의 실시예에서, 제 1 노드(101)가 이동할 때 제 1 노드(101)의 이동 거리에 따라 제 2 노드(103) 리스트가 변화하게 된다. 따라서, 제 1 노드(101)는 자신의 이동 속도에 따라 제 2 노드(103) 리스트가 부정확할 확률을 계산하여 이에 따른 적절한 Hello 메시지 전송 주기를 결정한다.
도 1을 참조하면, R은 제 1 노드(101)의 전송반경을 나타내고 V는 제 1 노드(101)의 속도를 나타낸다. Thello는 Hello 메시지 전송 주기며 r(105)은 제 1 노드(101)를 기준으로 제 2 노드(103)까지의 거리를 의미한다. 제 1 노드(101)를 기준으로 노드들이 면적에 대해 균일하지 않게 분포할 때 제 1 노드(101)와 제 2 노드(103)의 거리가 r일 확률은 식 1과 같다.
Figure pat00001
<수학식 1>을 참조하면, R(104)은 제 1 노드(101)의 전송 반경을 나타내고, r(105)은 제 1 노드(101)를 기준으로 제 2 노드(103)까지의 거리를 나타낸다. 제 1 노드(101)와 제 2 노드(103)의 거리가 r(105)일 때 V의 속도로 이동하고 있는 제 1 노드(101)가 Hello 메시지 전송 주기 Thello 내에 제 1 노드(101)의 전송영역을 벗어나는 경우는 제 1 노드(101)가 도 1의 θ범위 내의 방향으로 이동했을 경우이다. 따라서 제 1 노드(101)와 제 2 노드(103)의 거리가 r(105)일 때 제 1 노드(101)가 Hello 메시지 전송 주기 내에 제 2 노드(103)의 전송영역을 벗어날 확률(Pout(r,V))은 다음 <수학식 2>와 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00002
<수학식 2>를 참조하면, θ(r, V)는 도 1에서 제 1 노드(101)를 기준으로 제 2 노드(103)까지의 거리 r(105)과 제 1 노드의 이동 속도 V에 따른 각도를 의미한다. θ를 계산하기 위해 제 2 노드(103)를 중심으로 하고 반지름이 전송 반경 R인 원과 제 1 노드(101)와의 거리가 r(105)인 제 1 노드(101)를 중심으로 하고 반지름이 Hello 메시지 전송 주기 Thello 동안 이동하는 거리(V × Thello)인 원의 교차점((x1,y1)(106), (x2,y2)(107))을 구해야 한다. 이때, 두 원의 교차점 ((x1,y1)(106), (x2,y2)(107))는 두 원의 방정식 <수학식 3>을 연립해서 풀면 구할 수 있다.
Figure pat00003
<수학식 3>에 의해 계산된 두 원의 교차점을 이용해 θ(r, V)(108)는 <수학식 4>와 같이 계산된다.
Figure pat00004
따라서 이동속도가 V인 노드의 전송 반경 내의 모든 노드가 Hello 메시지 전송 주기 이후에 전송영역을 벗어날 확률(PNC)은 <수학식 5>와 같다.
Figure pat00005
<수학식 5>를 참조하면, V × Thello는 이동속도가 V인 노드의 Thello 시간 동안의 최대 이동거리를 의미하며, 최대 이동거리를 변화 시키면 PNC가 달라진다. <수학식 5>에서 PrPout(r,V)의 r에 대한 부정적분을 f(r)이라 하면 PNC = f(R)- f(R-V × Thello)가 된다. Thello를 제외한 나머지 값들은 이미 계산된 값이므로 목표로 하는 PNC에 대해 Thello를 계산할 수 있다. 만약, 목표로 하는 PNC가 낮을 경우 노드의 최대 이동거리가 짧아야 하므로 Thello가 짧게 계산되며 PNC가 높을 경우 최대 이동거리가 비교적 커지기 때문에 Thello가 길게 계산된다.
무선 모바일 에드 혹 네트워크의 응용분야에 따라서 적절한 PNC를 결정하면 그에 따른 Thello를 계산할 수 있으므로 다양한 무선 모바일 에드 혹 네트워크에 적용 가능하다. 이렇게 계산된 Hello 메시지 전송 주기는 Hello 메시지에 포함되어 전송되며 이를 수신한 제 2 노드들은 이를 바탕으로 각각의 제 1 노드에 대해 Vtime을 결정한다. Vtime은 각 노드의 Hello 메시지 전송 주기의 함수로 정의할 수 있다. Vtime 설정의 예시는 <수학식 6>과 같다.
Figure pat00006
<수학식 6>을 참조하면, k는 몇 번의 Hello를 기다릴지를 나타내며 t는 MAC 프로토콜을 고려한 시간이다. 본 발명에서는 Vtime을 각 이웃 노드의 이동성에 따라 adaptive하게 결정할 수 있기 때문에 보다 정확하게 이웃 노드가 자신의 전송영역에 존재하지 않음을 인식할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 메시지 전송 주기 결정 장치는 제 1 노드에 내장된 위치 측정 장치를 이용하여 제 1 노드의 이동 속도를 계산한다(S201). 메시지 전송 주기 결정 장치는 제 2 노드를 중심으로 반지름이 미리 결정된 길이인 제 1 전송 반경과 제 1 노드를 중심으로 반지름이 이동 속도 및 메시지 전송 주기에 따라 결정된 제 1 노드가 이동하는 거리인 제 2 전송 반경의 교차점을 계산한다(S202). 메시지 전송 주기 결정 장치는 계산된 교차점을 이용해 제 1 노드와 제 2 노드의 거리 및 제 1 노드의 이동 속도에 따른 각도를 계산한다(S203). 그 후, 메시지 전송 주기 결정 장치는 계산된 각도를 이용하여 상기 제 1 노드가 메시지 전송 주기 내에 제 2 노드의 전송 반경을 벗어나는 확률을 계산하여(S204) 제 1 노드가 제 2 노드로 메시지를 전송하는 전송 주기를 계산한다(S205)
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메시지 전송 주기 결정을 위한 Vtime 결정 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
메시지 전송 주기 결정 장치는 제 2 노드로부터 일정 전송 주기로 메시지를 수신한 경우(S301), 미리 결정된 횟수의 Hello 메시지 전송 주기인 Vtime을 계산한다(S302). 따라서, 메시지 전송 주기 결정 장치는 Vtime시간 동안 제 2 노드로부터 Hello 메시지를 수신하지 못하면 해당 노드를 이웃 노드에서 제외한다.
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.
101: 제 1 노드 103: 제 2 노드

Claims (1)

  1. 에드 혹 네트워크 상에 존재하는 복수개의 노드 중 미리 결정된 거리에 존재하는 제 2 노드로 헬로우(Hello) 메시지를 전송하는 제 1 노드에서의 메시지 전송 주기를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 제 2 노드를 중심으로 반지름이 미리 결정된 길이인 제 1 전송 반경과 상기 제 1 노드를 중심으로 반지름이 제 1 노드의 이동 속도 및 메시지 전송 주기에 따라 결정된 제 1 노드의 이동 거리인 제 2 전송 반경의 교차점을 계산하는 단계;
    상기 계산된 교차점을 이용해 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 거리 및 상기 제 1 노드의 이동 속도에 따른 각도를 계산하는 단계;
    상기 계산된 각도를 이용하여 상기 제 1 노드가 메시지 전송 주기 내에 제 2 노드의 전송 반경을 벗어나는 확률을 계산하는 단계; 및
    상기 제 1 노드가 상기 제 2 노드로 메시지를 전송하는 전송 주기를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메시지 전송 주기 결정 방법.
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