KR20130091098A - 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전송 매체가 공유된 네트워크 환경에서 다수의 통신노드들 상호 간에 연결을 설정하기 위한 노드 탐색 메시지를 효과적으로 교환할 수 있도록, 각 통신노드에 의한 노드 탐색 메시지의 전송 순서를 스케쥴링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치 및 방법은 각 통신노드에서 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지 전송과 관련된 네트워크 상태 정보로부터 이전 라운드에서 탐색에 참여하였던 통신노드의 수를 추정하고, 이를 바탕으로 노드 탐색 메시지를 전송할 슬롯을 독립적이고 분산화된 방법으로 스케줄링함으로써, 통신노드 수의 증가에도 효율적인 노드 탐색 메시지 교환이 가능하다.

Description

노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING NODE DISCOVERY MESSAGE}
본 발명은 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 전송 매체가 공유된 네트워크 환경에서 다수의 통신노드들 상호 간에 연결을 설정하기 위한 노드 탐색 메시지를 효과적으로 교환할 수 있도록, 각 통신노드에 의한 노드 탐색 메시지의 전송 순서를 스케쥴링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 통신노드들을 검색하기 위한 기술은, 각 통신노드가 서비스나 데이터의 교환을 수행하고자 하는 다른 통신노드들의 그룹을 사전에 인지할 경우에는 멀티캐스팅 방식을 이용하고, 그렇지 않은 경우에는 브로드캐스팅 방식을 이용하여 통신노드의 탐색을 요청하면, 해당 통신노드 상의 개체가 이에 응답함에 따라 실제 데이터의 교환이나 서비스의 제공이 이루어지고 있다.
통신 연결을 설정함에 있어서 각 통신노드가 연결의 대상이 되는 통신노드 상의 개체를 직접적으로 인식하고 이들에 대한 연결 정보를 관리하는 경우에는 그러한 연결 정보를 바탕으로 직접 통신 연결을 설정하면 되었으나, 최근 전체 응용을 구성하는 통신 개체의 수가 급증하고 그에 따라 교환되는 데이터 종류 및 제공 서비스의 수 또한 급증함에 따라, 개별 통신노드에서 연결의 대상이 되는 통신노드 상의 개체들에 대한 연결 정보를 관리하기가 극히 곤란하게 되었을 뿐만 아니라, 각 노드 별로 제공 또는 요구하고자 하는 데이터 및 서비스의 내용이 상황에 변할 수 있기 때문에, 각 통신노드가 자신이 연결하고자 하는 상대 통신노드 상의 개체에 대한 정보를 사전에 설정하고 관리하는 것이 현실적으로 불가능하게 되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미국등록특허 제7,330,882호 등은 실제 데이터 또는 서비스의 요청/제공이 필요한 시점에서 해당 데이터나 서비스를 요청/제공하고자 하는 통신노드 상의 개체를 인식하고 해당 개체에 대한 연결 정보를 탐색하는 방법을 이용하고 있다.
이러한 통신 개체를 탐색하는 방법은 대상 개체를 인식하지 못한 상태에서 해당 개체에 대한 연결 정보를 알아내야 하기 때문에, 중앙에 서버를 두고 자신이 제공 또는 요청할 데이터 및 서비스 정보를 등록하고 이를 검색하여 상대방 통신 개체에 대한 연결 정보를 획득하거나, 전체 응용을 구성하는 불특정 통신 개체를 대상으로 멀티캐스팅 또는 브로드캐스팅 방식을 이용하여 통신연결과 관련된 정보를 요청한 후 그에 대한 응답을 수신하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 전자의 경우와 같이 중앙에 서버를 두는 경우에는 상기 서버가 제대로 동작하지 않는다면 전체적인 응용의 수행이 어렵게 되는 단점이 있고, 후자의 경우 분산처리가 가능하여 특정 노드가 오동작하더라도 전체 응용에 미치는 영향이 거의 없다고 하더라도 전체 응용을 구성하는 통신 개체들을 연결할 네트워크가 브로드캐스팅이나 멀티캐스팅을 지원하지 않는다면 이를 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
또한, 통신노드들의 수가 일정 규모 이상이고 통신노드들이 상호 밀접하게 결합된 복합시스템에서 각 노드들이 동시에 노드 탐색 메시지를 멀티캐스팅 혹은 브로드캐스팅한다면 전송매체가 공유된 네트워크 환경에서는 네트워크 상의 과부하를 유발하여 상호 간에 노드 탐색 메시지를 교환하기가 불가능하다는 문제가 있다.
본 발명은, 대규모 물리적 노드들로 구성된 복합 시스템에서 상호작용이 필요한 통신노드들이 상호간에 연결을 수행함에 있어서 필요한 노드 탐색 메시지를 효율적으로 교환할 수 있도록, 분산화되고 노드 상호 간에 독립적으로 노드 탐색 메시지 전송을 스케쥴링할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치는, 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 MAC 계층으로부터 수집하는 MAC 계층 정보 수집부; 상기 타임 슬롯 정보를 이용하여 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 생성하는 DWS(Discovery Window Slot) 계산부; 상기 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 이용하여 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 DW(Discovery Window) 크기 결정부; 상기 탐색 윈도우의 크기에 기초하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우 슬롯을 선정하는 DWS 선정부; 및 상기 탐색 윈도우 슬롯에 대응하는 시간에 상기 노드 탐색 메시지를 전송하는 NDM(Node Discovery Message) 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탐색 프레임은 프레임의 시작을 나타내는 메시지, 탐색에 참여하는 각 통신노드들의 노드 탐색 메시지를 포함하는 탐색 윈도우, 상기 탐색 윈도우의 크기를 나타내는 메시지 및 프레임의 종료를 나타내는 메시지로 구성될 수 있다.
이때, 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 타임 슬롯의 수이고, 상기 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 탐색 프레임에 대한 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수이다.
이때, 상기 DW 크기 결정부는, 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수와, 노드 탐색 메시지를 탐색 윈도우의 슬롯에 할당하기 위한 분배 함수의 오차를 이용하여 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수를 추정할 수 있다.
이때, 상기 DW 크기 결정부는, 상기 추정된 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수에 대한 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯 수의 차로써 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수를 계산하여 상기 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정할 수 있다.
이때, 상기 MAC 계층 정보 수집부는, MAC 계층의 MIB(Management Information Base) 정보로부터 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 수집할 수 있다.
이때, 상기 DWS 선정부는, 모든 통신노드에 대하여 동일한 분배 함수를 이용하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우의 슬롯을 선정할 수 있다.
이때, 상기 분배 함수는 해쉬(hash) 함수 또는 난수발생 함수일 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법은, 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 MAC 계층으로부터 수집하는 단계; 상기 타임 슬롯 정보를 이용하여 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 생성하는 단계; 상기 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 이용하여 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 단계; 상기 탐색 윈도우의 크기에 기초하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우 슬롯을 선정하는 단계; 및 상기 탐색 윈도우 슬롯에 대응하는 시간에 상기 노드 탐색 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탐색 프레임은 프레임의 시작을 나타내는 메시지, 탐색에 참여하는 각 통신노드들의 노드 탐색 메시지를 포함하는 탐색 윈도우, 상기 탐색 윈도우의 크기를 나타내는 메시지 및 프레임의 종료를 나타내는 메시지로 구성될 수 있다.
이때, 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 타임 슬롯의 수이고, 상기 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 탐색 프레임에 대한 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수이다.
이때, 상기 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 단계는, 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수와, 노드 탐색 메시지를 탐색 윈도우의 슬롯에 할당하기 위한 분배 함수의 오차를 이용하여 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 단계는, 상기 추정된 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수에 대한 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯 수의 차로써 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보는 MAC 계층의 MIB 정보로부터 수집될 수 있다.
이때, 상기 탐색 윈도우의 슬롯을 선정하는 단계에서, 모든 통신노드에 대하여 동일한 분배 함수를 이용하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우의 슬롯을 선정할 수 있다.
이때, 상기 분배 함수는 해쉬 함수 또는 난수발생 함수일 수 있다.
본 발명에 따르면, 네트워크 계층의 상위 계층에서 통신노드 간에 탐색을 위한 노드 탐색 메시지의 전송 순서를 스케줄링함으로써, 다수의 통신노드가 전송매체를 공유하는 하나의 네트워크를 통하여 연결되는 경우에도, 상호 간에 효율적으로 노드 탐색 메시지들을 교환할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각 통신노드들이 노드 탐색 메시지의 전송 순서를 스케줄링하기 위해 필요한 정보를 독립적으로 획득할 수 있으므로, 자신이 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지의 전송 스케쥴을 다른 통신노드와의 상호 작용 없이 독자적으로 결정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전송매체를 공유하는 통신노드 수가 증가하더라도, 그에 대응하여 각 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 순서를 스케쥴링하기 위한 탐색 프레임 크기를 가변적으로 증가시킴으로써, 노드 탐색 메시지를 교환하기 위해 필요한 전체 라운드의 수가 급격하게 증가하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 노드 탐색 메시지를 스케쥴링하기 위한 탐색 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치를 이용하여 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하는 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
일반적으로 각 통신노드가 연결의 대상이 되는 다른 통신노드들을 검색하기 위해서 임의로 노드 탐색 메시지를 전송하고 네트워크가 전송매체를 공유하고 있으므로, 네트워크 상에서 각 통신노드들의 노드 탐색 메시지들에 대한 충돌이 발생하게 된다. 노드 탐색 메시지에 대한 충돌이 발생하면, 각 통신노드들은 일정 범위의 시간(Contention Window: CW) 내에서 랜덤하게 시간을 선택하고 그 시간만큼 대기(백오프)하여 재전송을 시도한다. 또한, 각 통신노드들은 통신 메시지에 대한 충돌이 발생할 때마다 사전에 설정된 최대 범위 내에서 CW의 값을 증가시킨다. 이때, CW의 최대값에 비해 통신노드의 수가 상대적으로 많은 경우에는 통신 메시지의 충돌 발생 확률이 높아지고, 그에 따라 모든 통신노드가 상호 간에 노드 탐색 메시지의 교환을 완료하기까지의 시간이 급격하게 증가하게 된다. 특히, 전체 통신노드 수가 일정 범위를 넘어서게 된다면, 이러한 통신 메시지의 충돌 발생 확률이 기하급수적으로 증가하여 각 통신노드들의 노드 탐색 메시지의 전송 자체가 불가능하게 되는 상황에 이르게 된다.
이에 대하여, 본 발명에서는 네트워크의 MAC 계층에서 노드 탐색 메시지의 충돌 가능성을 낮춤으로써 전체 노드 탐색 메시지 교환 시간을 단축할 수 있도록, 미들웨어(middleware) 계층과 같이 네트워크 계층의 상위 계층에서 각 통신노드 별 노드 탐색 메시지의 전송 순서를 스케줄링한다. 이를 위해, 본 발명은 스케쥴링된 순서에 따라 각 통신노드가 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지들로 구성되는 논리적 탐색 프레임을 이용한다.
도 1은 본 발명에 따른 통신노드들의 노드 탐색 메시지를 스케쥴링하기 위한 탐색 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탐색 프레임(100)은, 프레임의 시작을 나타내는 메시지(120), 해당 라운드(round)에서의 탐색 윈도우(160)의 크기를 나타내는 메시지(140), 각 통신노드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지(Node Discovery Message: NDM)들이 할당되는 복수의 슬롯을 구비하는 탐색 윈도우(160) 및 프레임의 종료를 나타내는 메시지(180)로 구성된다. 또한, 각 라운드에 해당하는 탐색 프레임들(100, 100a)은 DFIFS(Discovery Frame's Inter-Frame Space, 190)로 표현된 일정한 간격으로 분리된다. 이때, 각 통신노드들은 특정 라운드에서 자신의 노드 탐색 메시지를 전송하기 위해 동일한 분배 함수(distribution function)를 이용하여 자신의 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우 슬롯을 결정하게 된다. 이상적인 분배 함수에 따라 탐색 윈도우 슬롯에 노드 탐색 메시지를 할당하게 된다면, 각 탐색 윈도우 슬롯 당 하나의 노드 탐색 메시지가 할당될 수 있을 것이나, 분배 함수는 현실적으로 이상적일 수 없기 때문에 노드 탐색 메시지의 할당 시 오차(error)를 포함하므로, 탐색 윈도우(160)에는 하나의 탐색 윈도우 슬롯에 복수의 노드 탐색 메시지가 할당되어 노드 탐색 메시지의 충돌이 발생하게 되는 충돌(collided) 발생 탐색 윈도우 슬롯이 존재할 수 있고, 또한 아무런 노드 탐색 메시지가 할당되지 않은 유휴(idle) 탐색 윈도우 슬롯이 존재할 수 있다. 본 발명은 매 라운드마다 이전 라운드의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯을 이용하여 탐색 윈도우 슬롯의 갯수인 탐색 윈도우(160)의 크기를 동적으로 결정하기 때문에, 탐색 프레임(100)은 모든 통신노드가 탐색될 때까지 매 라운드마다 재구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 탐색 프레임을 이용하여 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치(200)는, MAC 계층으로부터 네트워크 상으로 전송되는 MAC 프레임 정보를 수집하는 MAC 계층 정보 수집부(210), 상기 수집된 MAC 프레임 정보로부터 이전 라운드(i-1 round)에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우 슬롯(Discovery Window Slot: DWS)에 대한 정보를 생성하는 DWS 계산부(220), 상기 생성된 탐색 프레임의 탐색 윈도우 슬롯에 대한 정보로부터 현재 라운드(i round)에서의 탐색 윈도우(Discovery Window: DW)의 크기를 결정하는 DW 크기 결정부(230), 현재 라운드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 탐색 프레임의 탐색 윈도우 슬롯을 선정하는 DWS 선정부(240) 및 상기 선정된 탐색 프레임의 탐색 윈도우 슬롯에 대응하는 시간에 노드 탐색 메시지를 전송하는 NDM 처리부(250)를 포함한다.
MAC 계층 정보 수집부(210)는 노드 탐색 메시지를 전송하려는 현재 라운드(i round)의 바로 전 라운드로써 노드 탐색 메시지를 전송하였던 이전 라운드(i-1 round)에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 MAC 계층으로부터 수집한다. 이때, MAC 계층 정보 수집부(210)에 의해 수집되는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보에는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 타임 슬롯의 수, 노드 탐색 메시지의 충돌 발생 타임 슬롯의 수 및 유휴 타임 슬롯의 수이다. 이때, MAC 계층 정보 수집부(210)는 MAC 계층의 MIB(Management Information Base) 정보로부터 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 수집할 수 있다. MAC 계층 정보 수집부(210)는 MAC 계층으로부터 수집한 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 DWS 계산부(220)로 전송한다.
DWS 계산부(220)는 MAC 계층 정보 수집부(210)로부터 전송받은 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보로부터 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 생성한다. 구체적으로, DWS 계산부(220)는 MAC 계층 정보 수집부(210)로부터 전송받은 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 타임 슬롯의 수, 노드 탐색 메시지의 충돌 발생 타임 슬롯의 수 및 유휴 타임 슬롯의 수에 대한 정보를 이용하여 이전 라운드에서의 탐색 프레임에 대한 노드 탐색 메시지의 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯의 수, 노드 탐색 메시지의 충돌 발생 탐색 윈도우 슬롯의 수 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수를 계산한다. 이때, 각 통신노드의 노드 탐색 메시지들은 사용되는 프로토콜에 따라 모두 동일한 크기를 가지게 되므로, 각 유형 별 타임 슬롯의 수로부터 그에 대응되는 각 유형 별 탐색 윈도우 슬롯의 수를 계산할 수 있다.
DW 크기 결정부(230)는 DWS 계산부(220)에 의해 생성된 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 이용하여 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정한다. 만약, 탐색 윈도우 내에서 각 통신노드가 탐색 윈도우 슬롯을 선정하기 위해 사용하는 분배 함수가 이상적이라면, 각 통신노드는 탐색 윈도우 내에서 균등 배분되어 탐색 윈도우 슬롯을 선정하게 된다. 하지만, 모든 분배 함수는 오차를 포함하고 있으므로, 이 오차를 이용하면 이전 라운드에서 탐색에 참여하는 통신노드의 수는 이전 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기, 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯의 수 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수에 대한 함수로 표현될 수 있다. 구체적으로, 탐색 윈도우 내에서 각 통신노드가 탐색 윈도우 슬롯을 선정하기 위해 사용하는 분배 함수는 이상적이지 아니하고, 각 통신노드는 서로 독립적으로 분배 함수를 이용하여 탐색 윈도우 슬롯을 선정하게 되므로, 복수의 통신노드가 특정 라운드에서 동일한 탐색 윈도우 슬롯을 선정하게 되는 분배 함수의 오차에 의해 충돌 발생 탐색 윈도우 슬롯과 유휴 탐색 윈도우 슬롯이 존재할 수 있다. 다음의 수학식 1과 같은 선형 함수에 의해 이전 라운드에서 탐색에 참여하는 통신노드의 수 NR i -1가 표현될 수 있다면, 분배 함수의 오차 ε에 의한 영향은 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, DWi - 1는 이전 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기이고, DWST i - 1는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯의 수이고, DWSE i - 1는 이전 라운드에서의 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수이다.
상기의 수학식 1 및 2와 하기의 수학식 3에 따른 b의 기대값 E(b)를 이용하면, 하기의 수학식 4에 의해 이전 라운드에서 탐색에 참여하는 통신노드의 수 NR i - 1를 추정할 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, DWSC i - 1는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 충돌 발생 탐색 윈도우 슬롯의 수이다.
그 다음으로, 하기의 수학식 5에 의해 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수 NR i를 계산하고, 그로부터 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기 DWi를 결정한다.
Figure pat00005
이때, 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수NR i는 현재 라운드에서의 탐색 윈도우 슬롯의 수, 즉 탐색 윈도우의 크기 DWi가 될 수 있다.
DWS 선정부(240)는 DW 크기 결정부(230)에 의해 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기가 결정되면, 결정된 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기에 기초하여 현재 라운드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 탐색 윈도우 슬롯을 선정한다. 이때, 각 통신도드들은 모두 동일한 분배 함수를 이용하여 자신이 사용하고자 하는 탐색 윈도우 슬롯을 결정하게 되는데, 그러한 분배 함수로써 해쉬(hash) 함수 또는 난수발생 함수가 사용될 수 있다.
NDM 처리부(250)는 DWS 선정부(240)에 의해 현재 라운드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 탐색 윈도우 슬롯이 선정되면, 실제 노드 탐색 메시지를 구성하여 상기 선정된 탐색 윈도우 슬롯에 대응하는 스케쥴링된 시간에 전송한다. 즉, 각 통신노드는 자신이 이용하기 위한 타임 윈도우 슬롯이 결정되면, 해당 시간까지 대기 한 후 NDM 처리부(250)를 통해 자신의 노드 탐색 메시지를 전송하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치를 이용하여 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하는 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 2개의 통신노드(Node 1, Node 2)에 대해서만 도시하였으나, 본 실시예는 도시되지 아니한 다른 통신노드들에 대해서도 적용될 수 있음은 당연하다.
도 3을 참조하면, 각 통신노드 Node 1 및 Node 2에서 MAC 계층 정보 수집부(210, 210a)는 MAC 계층(400, 400a)으로부터 네트워크 상에서 전송되는 모든 MAC 프레임 정보(310, 310a)들을 수집하고, 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 타임 슬롯의 수에 대한 정보(320, 320a)를 DWS 계산부(220, 220a)로 전송한다. DWS 계산부(220, 220a)는 전송받은 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 타임 슬롯의 수에 대한 정보(320, 320a)에 기초하여 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수(330, 330a)를 계산하고, 이를 DW 크기 결정부(230, 230a)로 전송한다. DW 크기 결정부(230, 230a)는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수(330, 330a)와 분배 함수의 오차를 이용하여 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기(340, 340a)를 결정하고, 이를 DWS 선정부(240, 240a)로 전송한다. DWS 선정부(240, 240a)는 결정된 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기(340, 340a)에 기초하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우의 슬롯을 선정하고, 선정된 탐색 윈도우의 슬롯에 대한 정보(350, 350a)를 NDM 처리부(250, 250a)로 전송한다. NDM 처리부(250, 250a)는 선정된 탐색 윈도우의 슬롯에 대한 정보(350, 350a)에 따라 스케쥴링된 시간까지 대기 한 후 자신이 속한 통신노드의 노드 탐색 메시지를 MAC 계층(400, 400a)을 이용하여 네트워크(500)로 전송하게 된다. 한편, NDM 처리부(250, 250a)는 MAC 계층(400, 400a)을 통해 수신한 다른 통신노드로부터의 노드 탐색 메시지(370, 370a)를 처리할 수 있다. Node 1과 Node 2는 각각 자신의 MAC 계층(400, 400a)을 통해 수집한 동일한 타임 슬롯의 수에 대한 정보를 이용함으로써, 상호 독립적으로 탐색 윈도우의 크기를 결정할 수 있고, 자신의 노드 탐색 메시지를 할당할 탐색 윈도우 슬롯을 선택할 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 탐색 프레임을 이용하여 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법에 대하여 설명하도록 한다. 앞서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치의 동작과 일부 중복되는 부분은 생략하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 탐색 프레임을 이용하여 통신노드에서 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법은, 각 통신노드가 자신의 노드 탐색 메시지를 전송하는 라운드가 첫 번째 라운드인 경우 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 상태에 대한 정보가 존재하지 아니하므로, DW 크기 결정부(230)는 탐색 윈도우의 크기를 초기값 DW1로 설정하여 DWS 선정부(240)로 전송한다(S100).
그리고, DWS 선정부(240)는 DW 크기 결정부(230)로부터 전송받은 탐색 윈도우의 크기에 기초하여 분배 함수에 따라 노드 탐색 메시지를 할당할 탐색 윈도우 슬롯을 선정하고, 선정된 탐색 윈도우 슬롯에 대한 정보를 NDM 처리부(250)로 전송한다(S200).
그 다음으로, NDM 처리부(250)는 노드 탐색 메시지를 구성하고, 전송받은 탐색 윈도우 슬롯에 대한 정보에 따라 스케쥴링된 시간에 상기 노드 탐색 메시지를 MAC 계층을 이용하여 네트워크로 전송한다(S300).
해당 라운드에서 모든 통신노드에 의한 노드 탐색 메시지의 교환이 완료되면, 탐색에 참여하고자 하는 통신노드가 여전히 존재하는지 여부를 판단한다(S400).
상기 S400 단계에서의 판단 결과, 탐색에 참여하고자 하는 통신노드가 더 이상 존재하지 않는다면, 통신노드들에 의한 노드 탐색 메시지의 전송이 종료된다.
만약, 노드 탐색 메시지의 전송에 충돌이 발생하여 탐색에 참여하고자 하는 통신노드가 여전히 존재한다면, 노드 탐색 메시지를 교환하기 위한 다음 라운드를 진행하기 위해, 노드 탐색 메시지의 전송을 스케쥴링하기 위한 탐색 윈도우의 크기를 결정하여 DWS 선정부(240)로 전송하고(S500), 탐색에 참여하고자 하는 통신노드가 더 이상 존재하지 않을 때까지 상기 S200 단계 및 S300 단계를 반복하여 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법에서 S500 단계를 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 S500 단계는, 먼저 MAC 계층 정보 수집부(210)가 이전 라운드에서의 각 유형별 타임 슬롯의 수에 대한 정보인 노드 탐색 메시지의 전송 성공 타임 슬롯의 수, 노드 탐색 메시지의 충돌 발생 타임 슬롯의 수 및 유휴 타임 슬롯의 수에 대한 정보를 MAC 계층으로부터 수집한다(S520).
그리고, DWS 계산부(220)는 이전 라운드에서의 각 유형 별 타임 슬롯의 수에 대한 정보를 이용하여 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 생성한다(S540). 이때, 상기 DWS 계산부(220)에 의해 생성되는 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 타임 슬롯의 수로부터 계산된 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수이다.
그 다음으로, DW 크기 결정부(230)는 DWS 계산부(220)에 의해 계산된 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수와 분배 함수의 오차 정보로부터 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수를 추정하고(S560), 상기 추정된 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수에 대한 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯 수의 차로써 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수를 계산하여 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정한다(S580).
본 발명에 따르면, 각 통신노드는 상호 간에 연결 정보의 교환 없이 독립적으로 자신의 MAC 계층에서 제공되는 각 유형 별 타임 슬롯의 수에 대한 정보와 이전 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기 정보만으로 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수, 즉 탐색 윈도우의 크기를 결정하고, 자신의 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 탐색 윈도우 슬롯을 선정할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 탐색 프레임
160: 탐색 윈도우
200: 노드 탐색 메시지 전송 장치
210: MAC 계층 정보 수집부
220: DWS 계산부
230: DW 크기 결정부
240: DWS 선정부
250: NDM 처리부

Claims (16)

  1. 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 MAC 계층으로부터 수집하는 MAC 계층 정보 수집부;
    상기 타임 슬롯 정보를 이용하여 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 생성하는 DWS(Discovery Window Slot) 계산부;
    상기 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 이용하여 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 DW(Discovery Window) 크기 결정부;
    상기 탐색 윈도우의 크기에 기초하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우 슬롯을 선정하는 DWS 선정부; 및
    상기 탐색 윈도우 슬롯에 대응하는 시간에 상기 노드 탐색 메시지를 전송하는 NDM(Node Discovery Message) 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탐색 프레임은 프레임의 시작을 나타내는 메시지, 탐색에 참여하는 각 통신노드들의 노드 탐색 메시지를 포함하는 탐색 윈도우, 상기 탐색 윈도우의 크기를 나타내는 메시지 및 프레임의 종료를 나타내는 메시지로 구성되는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴(idle) 타임 슬롯의 수이고, 상기 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 탐색 프레임에 대한 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수인 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 DW 크기 결정부는, 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수와, 노드 탐색 메시지를 탐색 윈도우의 슬롯에 할당하기 위한 분배 함수의 오차를 이용하여 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수를 추정하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 DW 크기 결정부는, 상기 추정된 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수에 대한 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯 수의 차로써 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수를 계산하여 상기 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 MAC 계층 정보 수집부는, MAC 계층의 MIB(Management Information Base) 정보로부터 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 DWS 선정부는, 모든 통신노드에 대하여 동일한 분배 함수를 이용하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우의 슬롯을 선정하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 분배 함수는 해쉬(hash) 함수 또는 난수발생 함수인 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 장치.
  9. 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보를 MAC 계층으로부터 수집하는 단계;
    상기 타임 슬롯 정보를 이용하여 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 생성하는 단계;
    상기 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보를 이용하여 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 단계;
    상기 탐색 윈도우의 크기에 기초하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우 슬롯을 선정하는 단계; 및
    상기 탐색 윈도우 슬롯에 대응하는 시간에 상기 노드 탐색 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 탐색 프레임은 프레임의 시작을 나타내는 메시지, 탐색에 참여하는 각 통신노드들의 노드 탐색 메시지를 포함하는 탐색 윈도우, 상기 탐색 윈도우의 크기를 나타내는 메시지 및 프레임의 종료를 나타내는 메시지로 구성되는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 타임 슬롯의 수이고, 상기 이전 라운드에서의 탐색 프레임의 탐색 윈도우에 대한 슬롯 정보는 이전 라운드에서의 탐색 프레임에 대한 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수인 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 단계는,
    상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공, 충돌 발생 및 유휴 탐색 윈도우 슬롯의 수와, 노드 탐색 메시지를 탐색 윈도우의 슬롯에 할당하기 위한 분배 함수의 오차를 이용하여 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 현재 라운드에서의 탐색 윈도우의 크기를 결정하는 단계는,
    상기 추정된 이전 라운드에서 탐색에 참여한 통신노드의 수에 대한 상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지의 전송 성공 탐색 윈도우 슬롯 수의 차로써 현재 라운드에서 탐색에 참여하고자 하는 통신노드의 수를 계산하는 단계를 더 포함하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 이전 라운드에서의 노드 탐색 메시지에 대한 타임 슬롯 정보는 MAC 계층의 MIB 정보로부터 수집되는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 탐색 윈도우의 슬롯을 선정하는 단계는,
    모든 통신노드에 대하여 동일한 분배 함수를 이용하여 현재 라운드에서 전송하고자 하는 노드 탐색 메시지를 할당하기 위한 탐색 윈도우의 슬롯을 선정하는 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 분배 함수는 해쉬 함수 또는 난수발생 함수인 것을 특징으로 하는, 노드 탐색 메시지를 전송하기 위한 방법.
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