KR20130093745A - 최적 분할 패킷 수를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템 및 데이터 전송 방법 - Google Patents

최적 분할 패킷 수를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템 및 데이터 전송 방법 Download PDF

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KR20130093745A
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한승재
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Abstract

본 발명은 최적 분할 패킷 수를 이를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 최적 분할 패킷 수를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템은 하기의 식 1을 최소값으로 하는 k값으로 데이터 패킷을 분할하여 데이터를 송신하는 송신 단말기; 및 상기 송신 단말기의 전송 범위 내를 v의 속도로 이동하는 중계 단말기를 포함한다.
식 1:
Figure pat00013

본 발명에 따르면, 연결 조건을 이용하여 데이터 다수의 중계 단말기까지 데이터 전송 시간을 산출하고, 이로부터 역으로 최적의 파일 분할 수를 산출할 수 있다.

Description

최적 분할 패킷 수를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템 및 데이터 전송 방법{System of delay tolerant network using the optimum number of fragment packet and the transmission method}
본 발명은 최적 분할 패킷 수를 이를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연결 조건을 고려한 전송 대상 파일의 최적 분할 패킷 수를 통해 데이터를 송신하는 지연 허용 네트워크 시스템에 관한 것이다.
지연 허용 네트워크(Delay/Disruption Tolerant Network, DTN) 은 엔드-투-엔드 연결이 없더라도 중간 노드들의 이동성과 저장공간을 활용하여 궁극적으로 데이터를 전달시켜 주는 네트워크 패러다임으로써 장시간 전송을 요하는 고용량 데이터 전송 또는 높은 이동성의 무선통신, 행성간 통신 같은 불완전한 망 연결에 적합하다.
즉, DTN은 지연되고 분열된 극한 상황에서의 데이터 통신 기술로서 이용될 수 있으며, 통신망의 과부하로 인한 네트워크 전체적인 성능 저하를 해결하기위한 방법으로 이용될 수 있다.
다만, 기존에는 지금까지 제안된 라우팅 프로토콜들은 노드 간에 연결된 링크의 지속 시간을 고려하지 않았다. DTN의 특성상 일단 링크가 끊어지면 다시 연결되기까지 오랜 시간이 소요되며, 노드 간 링크가 연결되더라도 상대적으로 매우 짧은 시간 동안 지속된다. 따라서 링크의 연결 지속 시간에 따라 네트워크의 성능이 많은 영향을 받을 수 있다. 또한 종래의 연구는 두 단말 사이의 연결 조건(link condition)은 단말이 갖고 있는 데이터를 보내기에 충분하다고 가정하고 있어 연결 조건에 관한 연구가 존재하지 않다. 현실세계에서는 이러한 가정사항은 성능의 저하를 초래한다.
본 발명은 단말간의 연결 조건(link condition)에 대해서 예측하는 방법 및 수단을 제공한다.
또한 본 발명은 데이터 연결 조건을 이용하여 다수의 중계 단말기까지의 속도를 산출하는 방법 및 수단을 제공한다.
또한 본 발명은 산출된 다수의 중계 단말기까지의 데이터 전송 기대 시간으로부터 최적의 데이터 패킷 분할 수를 산출하는 방법 및 수단을 제공한다.
복수의 중계 단말기를 통하여 목적 단말기에 데이터를 전송하는 DTN 네트워크 시스템에 있어서 본 발명에 따른 최적 분할 패킷 수를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템은 하기의 식 1을 최소값으로 하는 k값으로 데이터 패킷을 분할하여 데이터를 송신하는 송신 단말기; 및 상기 송신 단말기의 전송 범위 내를 v의 속도로 이동하는 중계 단말기를 포함한다.
식 1:
Figure pat00001

한편, DTN 네트워크 상에서 송신 단말기가 복수의 중계 단말기를 통하여 목적 단말기에 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 본 발명에 따른 최적 분할 패킷 수를 이용한 데이터 전송 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
제1 단계에서는 송신 단말기의 전송 범위 내에서 중계 단말기가 정지 시간을 갖는 경우와 정지 시간을 갖지 않는 경우를 모두 고려한 연결 지속시간의 평균 및 표준편차를 산출한다. 제2 단계에서는 상기 산출된 연결 지속시간의 평균 및 표준편차를 이용하여 모든 전송 실패 회수를 고려한 전송 기대 시간을 산출한다. 제3 단계에서는 상기 산출된 전송 기대 시간으로부터 최적의 데이터 패킷 분할 수를 산출한다. 제4 단계에서는 상기 송신 단말기가 상기 산출된 패킷 분할 수에 따라 데이터 패킷을 분할하여 상기 중계 단말기로 데이터를 전송한다.
본 발명에 따르면, 단말간의 연결 조건(link condition)에 대해서 예측할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 연결 조건을 이용하여 데이터 다수의 중계 단말기까지 데이터 전송 기대 시간을 산출하고, 이로부터 역으로 최적의 파일 분할 수를 산출할 수 있다.
도 1은 노드 A에 대한 노드 B의 상대적인 움직임을 나타내는 개략도이다.
도 2는 K개의 홉을 통하여 목적 단말까지 전송되는 확률 모델을 나타내는 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.
도 1을 참조하여 두 노드 간 통신이 링크되었을 경우의 연결 지속시간의 예측 방법에 대하여 설명한다. 노드 A에 대한 노드 B의 상대적인 움직임을 나타내는 개략도이다.
도 1에 각각 독립적으로 속도 v로 이동하는 A, B 두 노드를 도시하였다. 노드 A에 대한 노드 B의 상대적 속도는 1.27v로 나타낼 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 A에 대한 B의 상대적 경로는 A의 전송 범위 내에서 B의 경로 내에 정지 시간이 있는 경우와 A의 전송 범위 내에서 B의 경로 내에 경로 내에 정지 시간이 없는 경우, 두 가지로 나누어 살펴본다.
첫째, B는 노드 A의 전송 범위 내에서 정지 시간이 없는 것으로 가정한다. 이 때 노드 B의 총 이동 거리는
Figure pat00002
로 나타낼 수 있다. 여기서 r은 전송 범위를 를 나타낸다.
가능한 이동 거리의 평균은 다음 식 1과 같이 표현할 수 있다.
<식 1>
Figure pat00003
즉, A의 전송 범위 내에서 평균 연결지속시간은
Figure pat00004
로 표현할 수 있다. 연결지속시간이 정규분포를 따른다면 연결지속시간은 평균과 표준편차로 표현될 수 있다.
연결지속시간의 표준 편차는 연결지속시간의 평균을 이용하여 다음 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
<식 2>
Figure pat00005
여기서 v는 단말의 평균 이동 속도를 나타낸다.
다음으로 노드 B가 노드 A의 전송 범위 내에서의 정지 시간을 갖는 경우를 고려한다. 모든 경우를 모두 고려하기는 어렵기 때문에 각 노드의 이동이 I.I.D(independent and identically distributed), 즉 독립적이고 동일한 분포를 따르는 것으로 가정한다. I.I.D 랜덤 변수의 특성을 이용하여 이동 중의 평균값과 표준 편차를 쉽게 산출할 수 있다. 평균값은 r/v 이고, 표준편차는 0이다.
노드 A의 전송 범위 내에서 노드 B의 이동 경로 중 정지 시간을 갖는 경우와 정지 시간을 갖지 않는 경우 두 가지 경우를 모두 고려한 평균 연결 지속시간을 다음 식 3과 같이 산출할 수 있다. 단, NXN 사이즈의 네트워크 상에서 노드 A의 전송 범위 내에서 노드 B가 정지 시간을 갖는 확률은
Figure pat00006
이고, 노드 A의 전송 범위 내에서 노드 B가 정지 시간을 갖지 않을 확률은
Figure pat00007
이 된다.
<식 3>
Figure pat00008
또한 노드 A의 전송 범위 내에서 노드 B가 정지 시간을 갖는 경우와 갖지 않는 경우 두 가지 모두를 고려한 경우의 표준 편차는 식 2와 동일하게 0.6155 (r/v)이 된다.
도 2를 참조하여 복수의 중계 단말까지의 데이터 전송 시간 및 이로부터 최적의 데이터 패킷 분할 수를 산출하는 방법을 설명한다. 도 2는 K개의 홉을 통하여 목적 단말까지 전송되는 확률 모델을 나타내는 블록도이다.
DTM 네트워크 상에서 메시지를 전달하는 과정은 중간 단말을 통하여 확산하는 단계와, 목적 단말로 라우팅되는 단계로 나누어 볼 수 있다. 확산단계에서의 랜덤 웨이 포인트 하에서의 다음 중계 단말을 만날 기대 시간은 다음 식 4와 같이 표현된다.
<식 4>
Figure pat00009
Figure pat00010
의 값은 약 1.75로서, 정규화된 상대 속도를 의미한다. 또한 Pm 은 특정 시간에 해당 노드가 움직이고 있을 확률을 의미이며, pm = T/(T + Tstop)과 같이 표현된다.
단, T는 L/v이고, Tstop 은 노드 A의 전송 범위 내에서 노드 B가 정지하는 시간(pause time)을 의미한다. K 는 전송 범위이며, L은 에포크 렝스(epoch length)를 의미하며 0.5214pN와 같이 표현된다. N은 전체 네트워크의 크기를 의미한다. 또한 K는 전송 범위를 의미한다.
모든 분할된 데이터 패킷에 대한 전송이 성공한 경우 확산 단계에서의 기대 시간은 Sb(1-S)0b × Mrwp로 표현할 수 있다. S 는 전송 성공 확률이다. S 은 연결 지속시간의 평균과 표준 편차로 표현될 수 있다. 한번의 전송 실패가 발생한 경우에는 기대 시간은 Sb(1-S)1b ×Mrwp이 된다. 즉, 모든 성공 및 실패를 고려한 경우 모든 분할된 데이터 패킷이 중계 단말기까지 전송되는 기대 시간은 다음 식 5와 같이 산출할 수 있다. B는 데이터 패킷의 분할 수를 의미한다.
<식 5>
Figure pat00011
이렇게 식 5에 의하여 산출된 모든 경우를 고려한 전송 시간을 최소값으로 하는 b값을 고려하면 최적의 데이터 패킷 분할 수를 산출할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 최적 분할 패킷 수를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템으로 구현될 수 있다.

Claims (2)

  1. 복수의 중계 단말기를 통하여 목적 단말기에 데이터를 전송하는 DTN 네트워크 시스템에 있어서,
    하기의 식 1을 최소값으로 하는 k값으로 데이터 패킷을 분할하여 데이터를 송신하는 송신 단말기; 및
    상기 송신 단말기의 전송 범위 내를 v의 속도로 이동하는 중계 단말기:를 포함하는 최적 분할 패킷 수를 이용한 지연 허용 네트워크 시스템.
    식 1:
    Figure pat00012
  2. DTN 네트워크 상에서 송신 단말기가 복수의 중계 단말기를 통하여 목적 단말기에 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    송신 단말기의 전송 범위 내에서 중계 단말기가 정지 시간을 갖는 경우와 정지 시간을 갖지 않는 경우를 모두 고려한 연결 지속시간의 평균 및 표준편차를 산출하는 제1 단계;
    상기 산출된 연결 지속시간의 평균 및 표준편차를 이용하여 모든 전송 실패 회수를 고려한 전송 기대 시간을 산출하는 제2 단계;
    상기 산출된 전송 기대 시간으로부터 최적의 데이터 패킷 분할 수를 산출하는 제3 단계; 및
    상기 송신 단말기가 상기 산출된 패킷 분할 수에 따라 데이터 패킷을 분할하여 상기 중계 단말기로 데이터를 전송하는 제4 단계:를 포함하는 최적 분할 패킷 수를 이용한 데이터 전송 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190026266A (ko) * 2017-09-04 2019-03-13 한국전자통신연구원 대용량 데이터 전송을 위한 방법 및 장치
CN110708397A (zh) * 2014-07-24 2020-01-17 日本电气株式会社 用于延迟容忍网络（dtn）中的数据递送的装置和方法

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