KR20140013379A - 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치 및 방법 - Google Patents

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엄두섭
김재완
윤준용
이승범
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치 및 방법이 개시된다. 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크에서 중심노드가 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경하기 위해, 트래픽 산출부는 중심노드가 인접노드와 송수신하는 패킷 전송량을 측정하여 중심노드와 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 산출한다. 간섭치 산출부는 중심노드와 상기 인접노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치 및 후보채널과 인접노드에 할당된 채널 사이의 간격에 의해 후보채널별로 간섭치를 산출한다. 채널 변경부는 복수의 후보채널 중 간섭치가 최소인 후보채널을 중심노드에 새롭게 할당될 변경채널로 선택하여 변경채널의 정보 및 채널 선택 가중치를 포함하는 채널 변경 요청 메시지를 인접노드로 전송하고, 인접노드로부터 허가 메시지를 수신하면 중심노드에 현재 할당된 채널을 변경채널로 변경한다. 본 발명에 따르면, 실질적인 네트워크 상태를 반영하여 합리적으로 채널을 할당함과 동시에 지나친 채널 변경을 방지하므로 네트워크 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치 및 방법{Apparatus and method for changing channel in wireless mesh network}
본 발명은 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크에서 각 노드가 주변 노드와 데이터를 송수신할 때 사용하기 위해 할당받은 채널을 변경하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network) 기술은 IT를 다른 산업 분야에 적용시키기 위한 네트워크 인프라로서, 설치 및 유지 비용이 높은 유선 네트워크에 대한 의존도를 줄이고 저렴하게 인터넷 네트워크를 제공할 수 있는 유망한 기술로 각광받고 있다.
도 1은 무선 메쉬 네트워크의 구성을 도시한 도면이다. 도 1과 같은 무선 메쉬 네트워크에서는 네트워크 상의 각 노드(메쉬 라우터)가 독립적으로 동작할 수 있으며, 노드들이 서로 그물처럼 연결되어 있어 한 노드의 연결이 끊어지더라도 다른 우회 노드와의 연결을 통해 통신이 가능하다.
IEEE 802.11은 지역 무선 네트워크를 위해 폭넓게 사용되는 기술로서, 다수의 채널을 제공함으로써 네트워크 인프라에서 각 노드는 주변의 AP(Access Point)들 사이의 간섭이 가장 작은 다른 채널을 사용할 수 있다. 그러나 무선 메쉬 네트워크와 같은 멀티 홉 무선 네트워크 환경에서는 모든 노드들의 연결성을 보장하기 위해 모든 노드가 동일한 한 개의 채널을 사용하게 된다. 그에 따라 단일 인터페이스 무선 메쉬 네트워크에서는 다중 채널을 사용할 수 없게 되고, 충분한 여분의 채널을 사용할 수 없어 채널 낭비의 문제가 있다.
이와 같은 단일 채널, 단일 인터페이스의 무선 메쉬 네트워크 환경에서는 네트워크의 크기가 증가함에 따라 심각한 성능 저하가 발생하며, 이를 해결하기 위해 다중 채널, 단일 인터페이스 구조를 사용하는 방법이 제안되었다. 그러나 NIC(Network Interface Card)를 하나만 사용하기 때문에 각 노드가 다중 채널의 이점을 얻기 위해 트래픽 상황에 따라 유동적으로 채널을 변경하여야 하므로 기존의 IEEE 802.11의 MAC을 수정해야 하고, 노드 간의 연결성을 보장할 수 없다는 문제가 있다.
네트워크 성능 향상을 위한 또 다른 방법인 다중 채널, 다중 인터페이스 구조의 무선 메쉬 네트워크는 기존의 IEEE 802.11을 그대로 사용하여 동작할 수 있고, 각 노드가 두 개의 NIC를 장착하고 있기 때문에 서로 다른 채널을 이용하여 동시에 송신과 수신을 할 수 있다. 또한 주변의 이웃 노드와 데이터를 전송할 때 서로 다른 채널을 사용하므로 인접노드 간의 전파 간섭을 최소화할 수 있다.
다중 채널, 다중 인터페이스 구조의 무선 메쉬 네트워크를 구축하기 위해서는 네트워크의 노드 배치, 채널 할당, 링크 스케줄 및 라우팅 등과 같은 여러 가지의 설정이 적절히 이루어져야 한다. 특히 효율적인 채널 할당을 위한 다양한 방법이 제시된 바 있다.
한국공개특허 제2008-0059963호에는 무선 메쉬 네트워크상의 각 노드의 가용 채널 정보를 포함하는 노드 정보를 수집하여 각 노드 간 연결 링크의 멀티 연결 관계 및 간섭에 의한 채널 충돌 관계를 산출함으로써 채널을 할당하는 방법이 개시되어 있다.
또한 한국공개특허 제2011-0064623호에는 메쉬 라우터 간 정보를 교환하여 주변정보 테이블과 부모 리스트 및 종속 리스트를 생성하고, 시드노드로 선택된 메쉬 라우터에 채널을 할당한 후 우선순위에 따라 순차적으로 채널 할당 정보를 전송하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크의 각 노드에 할당된 채널을 변경할 때 네트워크 상태 정보 및 채널의 트래픽 상태를 모두 고려하여 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있는 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크의 각 노드에 할당된 채널을 변경할 때 네트워크 상태 정보 및 채널의 트래픽 상태를 모두 고려하여 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있는 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치는, 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크에서 중심노드가 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경하는 장치로서, 상기 중심노드가 상기 무선 메쉬 네트워크 내의 인접노드와 송수신하는 패킷 전송량을 측정하여 상기 중심노드와 상기 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 산출하는 트래픽 산출부; 상기 중심노드에 할당될 수 있는 복수의 후보채널 각각에 대하여 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간섭 정도인 간섭치를 산출하되, 상기 중심노드와 상기 인접노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치 및 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간격에 의해 상기 간섭치를 산출하는 간섭치 산출부; 및 상기 복수의 후보채널 중 상기 간섭치가 최소인 후보채널을 상기 중심노드에 새롭게 할당될 변경채널로 선택하여 상기 변경채널의 정보 및 상기 채널 선택 가중치를 포함하는 채널 변경 요청 메시지를 상기 인접노드로 전송하고, 상기 인접노드로부터 허가 메시지를 수신하면 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하는 채널 변경부;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 방법은, 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크에서 중심노드가 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경하는 방법으로서, (a) 상기 중심노드가 상기 무선 메쉬 네트워크 내의 인접노드와 송수신하는 패킷 전송량을 측정하여 상기 중심노드와 상기 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 산출하는 단계; (b) 상기 중심노드에 할당될 수 있는 복수의 후보채널 각각에 대하여 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간섭 정도인 간섭치를 산출하되, 상기 중심노드와 상기 인접노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치 및 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간격에 의해 상기 간섭치를 산출하는 단계; 및 (c) 상기 복수의 후보채널 중 상기 간섭치가 최소인 후보채널을 상기 중심노드에 새롭게 할당될 변경채널로 선택하여 상기 변경채널의 정보 및 상기 채널 선택 가중치를 포함하는 채널 변경 요청 메시지를 상기 인접노드로 전송하고, 상기 인접노드로부터 허가 메시지를 수신하면 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하는 단계;를 갖는다.
본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치 및 방법에 의하면, 변경할 채널을 선택하는 기준인 채널 간 간섭치를 산출함에 있어서 노드 간의 트래픽 정보를 기초로 설정된 가중치를 사용함으로써, 실질적인 네트워크 상태를 반영하여 합리적으로 채널을 할당함과 동시에 지나친 채널 변경을 방지하므로 네트워크 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 무선 메쉬 네트워크의 구성을 도시한 도면,
도 2는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 복수의 노드 중 하나인 노드 i에서 초기 채널 할당이 이루어지는 알고리즘을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 4는 중심노드가 두 개의 인접노드와 연결된 무선 메쉬 네트워크의 일 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치에 의해 중심노드에서 수행되는 채널 변경 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치에 구비된 채널 변경 판단부에 의해 중심노드가 인접노드의 채널 변경 허용 여부를 결정하는 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,
도 7은 중심노드가 두 개의 인접노드와 연결된 경우 중심노드에서 수행되는 채널 변경 과정에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,
도 8은 채널 간섭에 따른 처리량을 측정하기 위해 구현된 실험 환경을 도시한 도면,
도 9는 도 8의 실험 환경에서 데이터 전송에 사용된 채널에 따른 평균 처리량을 도시한 그래프,
도 10은 각각의 무선 메쉬 노드에 초기 채널 할당이 이루어진 상태를 도시한 도면,
도 11은 초기 채널 할당이 이루어진 후 채널 간 간섭 정보만을 사용하여 각 노드에 채널이 다시 할당된 상태를 도시한 도면,
도 12는 노드 0에서 노드 2로의 데이터 전송이 발생한 후 본 발명에 의해 채널이 변경된 상태를 도시한 도면,
도 13은 노드 4에서 노드 5로의 데이터 전송이 발생한 후 본 발명에 의해 채널이 변경된 상태를 도시한 도면,
도 14는 최초 채널 할당 후 각 링크의 채널 변화를 도시한 그래프,
도 15는 채널 변경 방식의 성능 비교를 위한 실험 환경을 도시한 도면, 그리고,
도 16은 두 가지 채널 변경 방식을 적용한 경우의 처리량 변화를 도시한 그래프이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
이하에서는 먼저 기존의 알려진 채널 할당 및 변경 방식에 대하여 설명한 후, 본 발명에 따른 채널 변경 장치에 의해 수행되는 채널 변경 방식을 상세하게 설명한다.
채널 할당을 위한 접근 방식은 크게 중앙집중형(centralized) 방식과 분산형(distributed) 방식의 두 가지로 구분된다. 중앙집중형 방식은 메쉬 네트워크에 대한 모든 정보를 중앙에서 알고 있어야 하며, 그 정보를 바탕으로 정해진 계산 방식에 따라 각 노드에 채널을 할당한다. 중앙집중형 방식은 메쉬 라우터(MR)-메쉬 클라이언트(MC)의 메쉬 네트워크의 전체 정보를 알고 활용하기 때문에 채널 할당을 최적화할 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 전체 네트워크의 정보를 취득하기 위해 많은 양의 데이터를 송수신하여야 하기 때문에 즉각적인 네트워크 정보를 취득하기 어렵다는 단점이 있다. 특히 네트워크의 크기가 커질 경우에 전체 네트워크의 정보를 취득하는 것은 더욱 어려워진다.
한편, 분산형 방식은 채널 할당을 중앙에서 제어하지 않고 노드의 지역 정보만을 채널 할당에 사용하는 방식이다. 이 방식은 중앙집중형 방식과는 달리 전체 네트워크 정보를 취득할 필요가 없지만, 그에 따라 전체 네트워크의 상태를 반영한 최적화된 채널 할당은 이루어질 수 없다.
분산형 방식은 게이트웨이 지향적(gateway-oriented) 방식과 단말 지향적(peer-oriented) 방식으로 분류된다. 게이트웨이 지향적 방식은 네트워크 트래픽 정보를 게이트웨이에서 수집하고, 수집한 정보에 따라 채널을 할당한다. 그에 따라 게이트웨이의 주변 링크 상황에 맞추어 경험적인 수치를 바탕으로 채널을 할당하기 때문에 게이트웨이 주변 노드에게 큰 대역폭의 채널을 할당하게 된다. 반면, 네트워크의 지역 정보를 주고 받아야 함으로 인한 오버헤드가 발생하여 네트워크의 상태를 악화시키는 원인이 될 수 있다.
단말 지향적 방식은 통신이 이루어지는 두 노드 사이의 네트워크 트래픽 정보를 이용하여 채널을 할당하는 방식으로, 각 노드의 채널 설정에 있어서 가능하면 가장 일반적인 채널 할당 방식을 사용하게 된다. 그에 따라 복잡한 네트워크에도 쉽게 적용할 수 있다는 장점을 가지는 반면, 네트워크의 전체 상황에 맞는 최적화된 채널 할당이 이루어지기 어렵다는 문제가 있다.
한편, 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치는 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크에 적용되는 것으로, 이러한 다중 채널, 다중 인터페이스 환경에서의 채널 할당 방식은 트래픽 비인식(traffic-independent) 방식과 트래픽 인식(traffic-aware) 방식으로 분류된다.
트래픽 비인식 방식은 네트워크 트래픽 로드(load)를 고려하지 않고 대신 네트워크 연결성과 전송에 의한 경험적인 간섭 측정치만으로 채널 할당을 하는 방식이으로, 라우팅과 채널 할당에 각각 분리되어 수행될 수 있다. 또한 트래픽 인식 방식은 실질적인 네트워크의 간섭을 기반으로 하며, 채널 할당과 라우팅을 분리하여 수행할 수 있지만 최적의 상태를 유지하기 위해 반복적인 상태 체크 및 알고리즘 실행이 이루어져야 한다.
본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치는 이상에서 설명한 채널 할당 방식들 중 트래픽 인식 방식의 문제점을 최소화하면서 트래픽 비인식 방식의 장점을 함께 가지도록 하는 단말 지향적 방식의 채널 할당 방식을 사용하여 채널 변경을 수행하게 된다. 따라서 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 각 노드의 일부로서 구현되거나, 각 노드와 일대일로 연결되어 채널 변경 과정에 관여할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 각 노드에 채널이 할당된 상태, 즉 초기 채널 할당이 완료되어 각 노드 간 트래픽 전송이 개시된 이후 채널 간의 간섭 및 트래픽 정보를 모두 반영하여 채널을 변경하는 데 적용된다.
따라서 무선 메쉬 네트워크의 각 노드에 대한 초기 채널 할당 과정에는 본 발명이 적용되지 않고 기존의 알려진 채널 할당 방식이 적용될 수 있으며, 대표적인 실시예로서, 분산형 방식 중 피어 중심 방식에 의해 무선 메쉬 네트워크의 각 노드에 대한 초기 채널 할당이 이루어질 수 있다.
도 2는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 복수의 노드 중 하나인 노드 i에서 초기 채널 할당이 이루어지는 알고리즘을 나타낸 도면이다. 도 2의 알고리즘은 기존의 알려진 단말 지향적 채널 할당 방식인 SS-CA(Self Stabilizing Channel Assignment) 방법을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 노드 i는 먼저 랜덤하게 채널을 선택하며, 노드 i의 주변에 위치하는 다른 노드들에도 랜덤하게 선택된 채널이 할당되어 있다. 이때 노드 i와 채널 간섭이 발생하는 인접노드들의 집합을 Si, 집합 Si에 속하는 인접노드들 중 노드 j에 할당된 채널을 Cj, 노드 i에 할당된 채널을 Ci라 한다.
SS-CA 방법에서는 노드 i가 인접노드에 할당된 채널과의 간섭치를 계산함으로써 가장 간섭이 적은 채널을 찾는 과정에 의해 초기 채널 할당이 이루어진다. 즉, 인접노드들에 할당된 채널 Cj와 노드 i에 할당될 수 있는 채널 1 내지 채널 K 사이의 간섭치 f(k, Cj)를 각각 계산하고, 모든 인접노드들에 대한 간섭치의 합 F(k)가 가장 작은 채널을 노드 i의 변경될 채널로 새롭게 선택하는 것이다.
이와 같이 노드 i가 최초에 랜덤하게 할당된 채널을 새롭게 선택된 채널로 변경하고자 하는 경우, 노드 i의 채널 변경으로 인해 인접노드들에 대한 채널 간섭이 커질 수 있다. 따라서 노드 i가 선택된 채널로 변경할 때에는 인접노드가 변경을 허가할 경우에만 채널 변경이 가능하도록 하는 3단계 연결(three-way handshaking) 방법을 사용할 수 있다.
3단계 연결 방법에서 노드 i는 인접노드들로 채널 변경 요청 메시지를 전송한다. 채널 변경 요청 메시지를 수신한 인접노드들은 노드 i가 새로운 채널로 변경함에 따라 자신의 채널 간섭이 발생하는지 여부를 판단하고, 채널 간섭이 발생하지 않는 경우에 노드 i로 허가 메시지를 전송한다. 노드 i는 모든 인접노드로부터 허가 메시지를 수신한 경우에 자신의 채널을 새로운 채널로 변경하고, 채널 변경에 관한 업데이트 정보를 인접노드들로 전송한다. 업데이트 정보를 수신한 인접노드들은 노드 i의 채널 정보를 업데이트한다.
한편, 노드 i로부터 채널 변경 요청 메시지를 수신한 인접노드들 중 노드 i의 채널 변경으로 인해 자신의 채널 간섭이 발생한다고 판단한 인접노드는 노드 i에 대해 거절 메시지를 전송한다. 인접노드들 중 어느 하나의 인접노드로부터 거절 메시지가 수신되면 노드 i는 채널을 변경하지 않고, 인접노드들에게 채널 변경 중단 메시지를 전송한다.
결국 노드 i가 자신의 채널 간섭을 최소화할 수 있는 채널을 결정하였다 하더라도, 위와 같은 3단계 연결 방법을 사용함으로써 인접노드들의 상황을 함께 고려하여 가장 이상적인 채널을 할당하고 네트워크를 안정화할 수 있다.
다만, 이상에서 설명한 초기 채널 할당 과정은 채널을 통해 전송되는 트래픽이나 네트워크 상태는 전혀 무시하고 노드 간의 채널 간섭만을 고려하여 채널을 할당한다는 문제가 있다. 따라서 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치는 초기 채널 할당 과정이 종료되어 무선 메쉬 네트워크의 각 노드 간 트래픽 전송이 개시된 이후의 채널 변경 과정에 적용됨으로써 네트워크 상태를 고려한 최적의 채널 할당이 이루어지도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 도 3에 도시된 채널 변경 장치는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 복수의 노드 중 중심노드가 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경하기 위한 구성을 가진다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 채널 변경 장치는, 트래픽 산출부(110), 간섭치 산출부(120), 채널 변경부(130) 및 채널 변경 판단부(140)를 구비한다.
트래픽 산출부(110)는 중심노드가 무선 메쉬 네트워크 내의 인접노드와 송수신하는 패킷 전송량을 측정하여 중심노드와 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 산출한다. 여기서 인접노드는 무선 메쉬 네트워크 내에서 중심노드와의 채널 간섭이 발생할 수 있는 범위 내에 위치하는 노드를 의미하며, 중심노드에 대응하는 인접노드는 하나 이상 존재할 수 있다.
무선 메쉬 네트워크 환경에서 노드 간 VoIP 및 비디오 전송 등이 이루어지는 데이터 전송 링크에 우선적으로 좋은 채널을 할당하기 위해서는 어느 링크가 지속적으로 데이터를 전송하는지에 대한 정보가 필요하며, 트래픽 산출부(110)는 노드 사이의 트래픽 정보를 채널 할당에 반영하기 위해 중심노드와 인접노드 사이의 패킷 전송량(Link Delivery Traffic : LDT)을 측정하고, 이를 중심노드와 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보로서 산출한다. 또한 중심노드와 연결된 인접노드가 복수 개인 경우에는 각각의 인접노드에 대응하는 패킷 전송량을 측정함으로써 인접노드의 개수에 대응하는 데이터 전송 링크 각각의 트래픽 정보를 산출한다.
도 4는 중심노드가 두 개의 인접노드와 연결된 무선 메쉬 네트워크의 일 예를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 것과 같은 경우에 트래픽 산출부(110)는 중심노드와 인접노드 1을 연결하는 링크 A를 통해 송수신되는 패킷 전송량을 측정하여 링크 A의 트래픽 정보를 산출하고, 중심노드와 인접노드 2를 연결하는 링크 B를 통해 송수신되는 패킷 전송량을 측정하여 링크 B의 트래픽 정보를 산출한다.
이상과 같은 트래픽 산출부(110)에 의한 패킷 전송량 측정은 인접노드와의 정보 교환 없이 중심노드 자체에서만 이루어지는 것이므로, 트래픽 측정에 따른 오버헤드는 발생하지 않는다.
먼저 다음의 수학식 1과 같이 단위 시간 τ 동안의 패킷 전송량(Traffic Delivery Count)을 측정함으로써 현재 LDT를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, LDTcurr는 현재 시점의 LDT이고, tcurr는 현재 시점을 의미한다.
다음으로 중심노드에 연결된 데이터 전송 링크의 트래픽 정보는 다음의 수학식 2에 의해 얻어질 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2는 현재 시점의 LDT(LDTk)와 이전 시점의 LDT(LDTk-1)의 지수 가중 이동 평균(Exponentially Weighted Moving Average : EWMA)에 의해 트래픽 정보가 산출됨을 나타낸 것이다. 이때 사용되는 가중치 α의 값이 작으면 과거 데이터의 비중이 낮아지며, 그에 따라 잡음 제거 능력이 줄어들고 시간 지연이 적어진다. 반면, 가중치 α의 값이 크면 잡음 제거 능력이 좋아지는 대신 시간 지연이 커지게 된다.
수학식 2에 의해 산출된 각 데이터 전송 링크의 트래픽 정보는 이후 중심노드가 채널을 변경하기 위해 다른 인접노드에 할당된 채널과의 간섭 정도를 산출하는 데 반영됨으로써 채널 변경시 데이터 전송 링크 간의 우선순위를 결정하는 데 사용된다. 또한 각 데이터 전송 링크의 트래픽 정보는 일정하게 유지되는 것이 아니므로, 트래픽 산출부(110)는 변화하는 트래픽 정보가 채널 변경에 적절하게 반영되도록 사전에 설정된 주기로 중심노드의 각 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 반복하여 산출할 수 있다.
간섭치 산출부(120)는 중심노드에 할당될 수 있는 복수의 후보채널 각각에 대하여 후보채널과 인접노드에 할당된 채널 사이의 간섭 정도인 간섭치를 산출하되, 중심노드와 인접노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치 및 후보채널과 인접노드에 할당된 채널 사이의 간격에 의해 간섭치를 산출한다.
다음의 표 1은 11개 채널 중 특정 채널을 중심으로 한 채널 간섭 수치의 일 예를 나타낸 것이다.
채널 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
SNR 0 0.22 0.60 0.72 0.77 1.0 0.96 0.77 0.66 0.39 0
표 1의 SNR 값은 채널 6을 기준으로 정규화된 값을 나타낸 것으로, 표 1의 결과로부터 채널 1과 채널 6 및 채널 11은 IEEE 802.11b에서 서로 겹치지 않는 채널에 해당함을 알 수 있다.
본 발명에 따른 채널 변경 장치의 간섭치 산출부(120)는 채널 간의 복잡한 계산 대신 채널 간의 주파수 스펙트럼에서의 간격(spectral distance)을 기준으로 간섭치를 산출하며, 이는 다음의 수학식 3과 같다.
여기서, a와 b는 노드 A와 노드 B에 각각 할당된 채널을 의미하며, f(a,b)는 a 채널과 b 채널 사이의 간섭치, |a-b|는 주파수 스펙트럼에서 a 채널과 b 채널 사이의 간격, 그리고 β는 노드 A와 노드 B를 연결하는 데이터 전송 링크에 대응하는 채널 선택 가중치이다.
표 1의 예를 수학식 1에 적용하면, 채널 6은 주파수 스펙트럼에서의 간격이 5 채널인 채널 1 및 채널 11과 간섭이 존재하지 않는다. 따라서 수학식 1의 (2+β) 값을 최저 1부터 최고 5의 값 중에서 선택된 값으로 설정할 수 있다. 즉, 채널 선택 가중치 β의 값을 -1 내지 3의 범위에서 노드 A와 노드 B 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 적절히 설정함으로써 트래픽 정보가 반영된 채널 간 간섭치를 산출할 수 있다. 또한 채널 선택 가중치는 트래픽 산출부(110)에 의해 설정될 수도 있고, 간섭치 산출부(120)가 트래픽 산출부(110)로부터 트래픽 정보를 제공받아 설정할 수도 있다.
구체적으로, 어플리케이션, 즉 데이터 전송 링크를 통해 전송되는 데이터의 종류에 따른 채널 선택 가중치는 다음의 표 2에 의해 설정될 수 있다.
어플리케이션 LDT 측정치
(최대 수용치 100%)
LDT에 의한
가중치
채널 선택
가중치
고용량 IPCam 50%≤θ 3 3
저용량 IPCam 30%≤θ<50% 2 2
VoIP, 인터넷 10%≤θ<30% 1 1
단발성 Data 0%≤θ<10% -1 -1
초기설정 디폴트(default) 0 0
결론적으로, 중심노드와 복수의 인접노드를 각각 연결하는 복수의 데이터 전송 링크 각각에 대응하는 채널 선택 가중치는 각각의 데이터 전송 링크에 대응하여 산출된 트래픽 정보에 따라 그 값이 상대적으로 설정된다. 즉, 트래픽이 높은 데이터 전송 링크의 채널 선택 가중치가 트래픽이 낮은 데이터 전송 링크에 비해 큰 값으로 설정됨으로써 트래픽이 높은 데이터 전송 링크에 간섭이 적은 채널이 우선적으로 할당되도록 할 수 있는 것이다.
도 4에 도시된 것과 같은 예에서 중심노드에는 두 개의 데이터 전송 링크(링크 A, 링크 B)가 연결되어 있다. 따라서 링크 A 및 링크 B에 대한 채널 선택 가중치의 값은 링크 A 및 링크 B의 상대적인 트래픽 정보의 크기에 따라 상이하게 설정된다.
간섭치 산출부(120)는 이상에서 설명한 바와 같이 중심노드에 할당될 수 있는 K개의 후보채널 각각과 인접노드에 할당된 채널 사이의 간섭치를 산출하되, 인접노드가 복수 개인 경우에는 도 2의 알고리즘에도 나타나 있는 바와 같이 복수의 인접노드 각각에 대하여 산출된 간섭치들을 합산하여 후보채널에 대한 간섭치를 각각의 후보채널별로 산출한다. 그에 따라 K개의 후보채널에 대하여 K개의 간섭치가 얻어지며, 각각의 간섭치는 j개(j=2,3,4,…)의 인접노드 각각에 대하여 산출된 j개의 간섭치들을 합산하여 얻어진다. 또한 복수의 인접노드 각각에 대한 간섭치를 산출할 때 사용되는 채널 선택 가중치는 각각의 인접노드에 대응하여 상이하게 설정된 값을 사용한다.
도 4에 도시된 것과 같은 경우, 간섭치 산출부(120)는 링크 A에 대응하여 설정된 채널 선택 가중치를 사용하여 인접노드 1에 대한 간섭치를 산출하고, 링크 B에 대응하여 설정된 채널 선택 가중치를 사용하여 인접노드 2에 대한 간섭치를 산출한다.
또한 트래픽 산출부(110)가 중심노드의 각 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 주기적으로 산출하므로, 간섭치 산출부(120) 역시 새롭게 산출된 트래픽 정보에 따라 변화하는 각 데이터 전송 링크의 채널 선택 가중치를 반영하여 각각의 후보채널에 대한 간섭치를 주기적으로 산출하게 된다.
채널 변경부(130)는 복수의 후보채널 중 간섭치가 최소인 후보채널을 중심노드에 새롭게 할당될 변경채널로 선택하여 변경채널의 정보 및 간섭치 산출부(120)에 의해 사용된 채널 선택 가중치를 포함하는 채널 변경 요청 메시지를 인접노드로 전송한다. 이후 인접노드로부터 채널 변경에 대한 허가 메시지가 수신되면, 채널 변경부(130)는 중심노드에 현재 할당된 채널을 변경채널로 변경한다.
또한 인접노드가 복수 개인 경우에는 각각의 인접노드로 전송되는 채널 변경 요청 메시지에 해당 인접노드와의 데이터 전송 링크에 대응하는 채널 선택 가중치를 포함시키며, 모든 인접노드로부터 허가 메시지가 수신된 경우에 채널을 변경할 수 있다. 이러한 채널 변경 과정 역시 트래픽 산출부(110)에 의한 트래픽 정보 산출 주기에 따라 주기적으로 이루어진다.
채널 변경부(130)가 중심노드의 채널을 변경하는 절차는 앞에서 설명한 3단계 연결 방법과 동일하다. 다만, 기존의 3단계 연결 방법에서는 변경될 채널의 정보만을 채널 변경 요청 메시지에 포함시켜 전송하는 반면, 본 발명에 따른 채널 변경 장치의 채널 변경부(130)는 채널 변경 요청 메시지에 변경채널의 정보 뿐 아니라 중심노드와 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크에 대하여 설정된 채널 선택 가중치를 더 포함시켜 전송함으로써 채널 변경의 허가 또는 거절 여부의 결정이 가중치 값에 따라 이루어지도록 한다.
구체적으로, 채널 변경부(130)로부터 채널 변경 요청 메시지를 수신한 인접노드는 자신과 중심노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하여 설정된 채널 선택 가중치의 값을 채널 변경 요청 메시지에 포함된 채널 선택 가중치의 값과 대비하여 중심노드의 채널 변경을 허가할 것인지 거절할 것인지 여부를 결정하게 된다.
앞에서 언급한 바와 같이 하나의 노드에 대하여 복수의 데이터 전송 링크가존재하는 경우, 채널 선택 가중치의 값은 각각의 데이터 전송 링크에 대하여 산출된 트래픽 정보의 상대적인 크기에 따라 설정된다. 따라서 중심노드와 인접노드가 동일한 데이터 전송 링크에 의해 연결되었더라도 해당 데이터 전송 링크에 대한 채널 선택 가중치의 값은 중심노드와 인접노드에서 서로 상이하게 설정될 수 있다.
예를 들어 중심노드로부터 전송된 채널 변경 요청 메시지에 포함된 채널 선택 가중치의 값보다 인접노드가 중심노드와 연결된 데이터 전송 링크에 대하여 설정한 채널 선택 가중치의 값이 작다면, 인접노드가 중심노드와의 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경채널로 변경함으로써 다른 노드와의 데이터 송수신에 사용하는 채널과의 간섭 정도가 증가하더라도 인접노드는 중심노드의 채널 변경을 허가하는 것이 전체 네트워크의 성능 향상에 도움이 될 것으로 판단할 수 있다.
다만 인접노드가 중심노드의 채널 선택 가중치 값이 더 클 경우에 무조건 중심노드의 채널 변경을 허가한다면 채널 변경이 자주 일어남에 따라 기존의 트래픽 인식 방식과 동일한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 채널 변경 요청 메시지를 수신한 인접노드는 채널 선택 가중치 값에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치를 기초로 중심노드의 채널 변경에 따른 채널 간섭의 증가 정도가 설정된 허용치의 범위 내인 경우에 채널 변경을 허가할 수 있다.
예를 들면, 채널 선택 가중치 값에 따른 채널 간섭 증가 허용치는 다음의 표 3과 같이 설정될 수 있다.
채널 선택 가중치 3 2 1 -1
채널 간섭 증가 허용치 0 -1 -2 -3
위 표 3을 적용한 일 실시예로서, 본 발명에 따른 채널 변경 장치의 채널 변경부(130)가 채널 변경 요청 메시지에 포함시킨 채널 선택 가중치의 값, 즉 중심노드에 의해 설정된 채널 선택 가중치의 값이 3이고 인접노드에 의해 설정된 채널 선택 가중치의 값이 -1인 경우, 인접노드는 중심노드와의 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경채널로 변경함에 따른 채널 간섭의 증가 정도가 중심노드에 의해 설정된 채널 선택 가중치에 따른 채널 간섭 증가 허용치인 0과 자신에 의해 설정된 채널 선택 가중치에 따른 채널 간섭 증가 허용치인 -3의 차, 즉 3을 넘지 않는 경우에 중심노드로 허가 메시지를 전송할 수 있다.
다른 실시예로서, 중심노드에 의해 설정된 채널 선택 가중치의 값이 3이고 인접노드에 의해 설정된 채널 선택 가중치의 값이 1인 경우, 인접노드는 채널 변경에 따른 채널 간섭의 증가 정도가 2를 넘지 않는 경우에 중심노드로 허가 메시지를 전송할 수 있다.
이와 같이 채널 변경의 허가 또는 거절 여부를 결정하는 데 채널 선택 가중치를 사용하고, 나아가 채널 변경에 따른 채널 간섭의 증가 정도가 사전에 설정된 허용치 이하인 경우에만 채널 변경을 허가함으로써, 채널 할당에 있어서 실질적인 네트워크 상태를 반영하면서도 채널 변경에 따른 오버헤드를 최소화할 수 있다.
채널 변경부(130)는 인접노드(들)로부터 허가 메시지가 수신되면 중심노드에 현재 할당된 채널을 변경채널로 변경하고, 인접노드(들)로 채널 변경 완료 메시지를 전송한다. 인접노드(들)에서는 중심노드로부터 채널 변경 완료 메시지를 수신하면 중심노드의 채널 정보를 변경채널로 갱신한다. 반면, 복수의 인접노드가 존재하는 경우에 어느 하나의 인접노드로부터 채널 변경을 거절하는 거절 메시지가 수신되면, 채널 변경부(130)는 인접노드들로 채널 변경 중단 메시지를 전송함으로써 중심노드의 채널 정보가 변경되지 않도록 한다.
한편, 앞에서 설명한 인접노드의 채널 변경 허가 여부의 판단 과정은 반대로 중심노드가 인접노드로부터 채널 변경 요청 메시지를 수신한 경우에 중심노드에서 동일하게 수행될 수 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 채널 변경 장치는 채널 변경 판단부(140)를 더 구비하며, 채널 변경 판단부(140)는 인접노드로부터 중심노드로 전송된 채널 변경 요청 메시지에 포함된 인접노드의 채널 선택 가중치인 제1가중치의 값을 인접노드와 중심노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 기초로 설정된 중심노드의 채널 선택 가중치인 제2가중치와 대비하여 인접노드의 채널 변경을 허용할 것인지 여부를 결정한다.
인접노드에도 본 발명에 따른 채널 변경 장치와 동일한 모듈이 구비되어 있으며, 앞에서 설명한 것과 동일한 과정에 의해 인접노드와 중심노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치인 제1가중치 및 인접노드에 대하여 결정된 변경채널의 정보를 채널 변경 요청 메시지에 포함시켜 중심노드로 전송한다.
채널 변경 판단부(140)는 표 3에서 예로 든 바와 같이 제1가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치와 제2가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치의 차가 사전에 설정된 임계 허용치 이하이면 인접노드의 채널 변경을 허용할 것으로 결정하고, 인접노드에 허가 메시지를 전송한다. 또한 채널 변경 판단부(140)는 제1가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치와 제2가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치의 차가 임계 허용치보다 크면 인접노드에 채널 변경을 거절하는 거절 메시지를 전송한다.
채널 변경 판단부(140)가 인접노드의 채널 변경 허용 여부를 결정하는 과정은 인접노드가 중심노드로부터 채널 변경 요청 메시지를 수신하여 채널 변경 허용 여부를 결정하는 과정과 동일하므로, 채널 변경 판단부(140)에 관한 상세한 설명은 이전에 설명한 내용으로 대체한다.
이후 채널 변경 판단부(140)는 허가 메시지를 수신한 인접노드로부터 채널 변경 완료 메시지가 수신되면 데이터베이스(미도시) 등에 별도로 저장된 인접노드의 채널 정보를 인접노드로부터 수신된 채널 변경 요청 메시지에 포함된 변경채널로 변경한다. 그러나 인접노드로부터 채널 변경 중단 메시지가 수신되면 인접노드의 채널 정보를 변경하지 않고 그대로 유지한다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치에 의해 중심노드에서 수행되는 채널 변경 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 트래픽 산출부(110)는 중심노드가 인접노드와 송수신하는 패킷 전송량을 측정하여 중심노드와 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 산출한다(S1010).
간섭치 산출부(120)는 중심노드에 할당될 수 있는 복수의 후보채널 각각에 대하여 후보채널과 인접노드에 할당된 채널 사이의 간섭 정도인 간섭치를 산출하되, 중심노드와 인접노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치 및 후보채널과 인접노드에 할당된 채널 사이의 간격에 의해 간섭치를 산출한다(S1020). 이때 인접노드가 복수 개이면 인접노드들에 대하여 각각 산출된 간섭치들을 합산하여 각각의 후보채널에 대한 간섭치를 산출한다.
채널 변경부(130)는 복수의 후보채널 중 간섭치가 최소인 후보채널을 중심노드에 새롭게 할당될 변경채널로 선택하여 변경채널의 정보 및 채널 선택 가중치를 포함하는 채널 변경 요청 메시지를 인접노드로 전송한다(S1030). 인접노드에서는 앞에서 설명한 채널 변경 허용 여부를 결정하는 과정이 수행되고, 채널 변경부(130)는 인접노드로부터 허가 메시지를 수신하면(S1040), 중심노드에 현재 할당된 채널을 변경채널로 변경한다(S1050). 또한 채널 변경부(130)는 인접노드에 채널 변경 완료 메시지를 전송함으로써(S1060) 인접노드가 보유한 중심노드의 채널 정보가 갱신되도록 한다. 그러나 인접노드로부터 허가 메시지가 수신되지 않으면(S1040), 채널 변경부(130)는 인접 노드에 채널 변경 중단 메시지를 전송한다(S1070).
도 6은 본 발명에 따른 무선 메쉬 네트워크의 채널 변경 장치에 구비된 채널 변경 판단부(140)에 의해 중심노드가 인접노드의 채널 변경 허용 여부를 결정하는 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 채널 변경 판단부(140)는 인접노드로부터 변경채널의 정보 및 인접노드의 채널 선택 가중치인 제1가중치가 포함된 채널 변경 요청 메시지가 수신되면(S1110), 제1가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치와 중심노드의 채널 선택 가중치인 제2가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치의 차를 산출한다(S1120).
채널 간섭 증가 허용치의 차가 사전에 설정된 임계 허용치 이하이면(S1130), 채널 변경 판단부(140)는 인접노드에 허가 메시지를 전송하여(S1140) 인접노드가 현재 할당된 채널을 변경채널로 변경하는 것을 허가한다. 그러나 채널 간섭 증가 허용치의 차가 임계 허용치보다 크면(S1130), 채널 변경 판단부(140)는 인접노드에 거절 메시지를 전송한다(S1170).
이후 인접노드로부터 채널 변경 완료 메시지가 수신되면(S1150), 채널 변경 판단부(140)는 인접 노드의 채널 정보를 변경채널로 갱신한다(S1160).
도 7은 중심노드가 두 개의 인접노드와 연결된 경우 중심노드에서 수행되는 채널 변경 과정에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다. 중심노드와 두 개의 인접노드에는 모두 본 발명에 따른 채널 변경 장치에 대응하는 모듈이 구비되어 있으며, 앞에서 설명한 트래픽 정보 산출 및 간섭치 산출 과정에 의해 변경할 채널을 선택하여 이웃한 노드로 채널 변경 요청 메시지를 전송하는 한편, 이웃한 노드로부터 수신된 채널 변경 요청 메시지에 대응하여 채널 변경 허용 여부를 결정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 중심노드는 앞에서 설명한 과정에 의해 복수의 후보채널 중 변경채널을 선택하고(S1210), 인접노드 1과 인접노드 2에 채널 변경 요청 메시지를 전송한다(S1220). 전송되는 채널 변경 요청 메시지에는 변경채널의 정보 및 메시지를 전송받는 인접노드와 연결된 데이터 전송 링크에 대응하는 채널 선택 가중치가 포함되어 있다.
인접노드 1과 인접노드 2는 전송받은 채널 변경 요청 메시지에 포함된 중심노드의 채널 선택 가중치 값 및 자신의 채널 선택 가중치 값에 의해 산출된 채널 간섭 증가 허용치의 차를 사전에 설정된 임계 허용치와 대비하고(S1230), 채널 변경을 허용할 것으로 결정하면 중심노드로 허가 메시지를 전송한다(S1240).
중심노드는 현재 할당된 채널을 변경채널로 변경하고(S1250), 인접노드 1 및 인접노드 2에 채널 변경 완료 메시지를 전송한다(S1250). 인접노드 1 및 인접노드 2는 그에 따라 자신이 저장하고 있는 중심노드의 채널 정보를 변경채널로 변경한다(S1260).
본 발명의 성능을 평가하기 위한 실험을 수행하였다.
도 8은 채널 간섭에 따른 처리량을 측정하기 위해 구현된 실험 환경을 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, IEEE 802.11g의 채널 1 내지 채널 11 간의 간섭에 따른 네트워크 성능을 측정하기 위해 노드 3과 노드 4는 기준채널인 채널 6을 사용하여 데이터 통신을 수행하도록 하고, 노드 1과 노드 2가 채널 1 내지 채널 11 각각을 사용하도록 하여 처리량을 측정하였다.
도 9는 도 8의 실험 환경에서 데이터 전송에 사용된 채널에 따른 평균 처리량을 도시한 그래프로서, 기준채널인 채널 6을 사용하여 데이터 전송을 수행하는 경우 채널 간섭으로 인해 처리량이 가장 낮은 것을 확인할 수 있다. 또한 주파수 스펙트럼에서의 채널 간 간격이 커질수록 채널 간섭이 낮아지므로 처리량이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 앞에서 표 1을 참조하여 설명한 바와 같이 서로 중첩되지 않는 채널 1, 채널 6 및 채널 11을 사용할 경우 채널 간섭이 없는 일반적인 상황에서 나타나는 처리량과 유사한 값이 측정된다.
다음으로 무선 메쉬 네트워크 환경에 본 발명을 적용하여 각 노드의 링크 별 채널 변화를 관찰하였다.
도 10은 각각의 무선 메쉬 노드에 초기 채널 할당이 이루어진 상태를 도시한 도면이다. 초기 채널 할당은 앞에서 설명한 바와 같이 랜덤하게 이루어지며, 각각의 링크 별로 최초로 채널을 할당한 노드에 우선순위를 부여하여 링크 간 채널 할당이 이루어지게 된다.
또한 도 11은 초기 채널 할당이 이루어진 후 채널 간 간섭 정보만을 사용하여 각 노드에 채널이 다시 할당된 상태를 도시한 도면으로, 앞에서 설명한 바와 같이 이러한 채널 할당 과정에는 기존의 알려진 방법을 적용할 수 있다. 도 11을 참조하면, 트래픽 정보를 고려하지 않음에 따라 일정한 간격의 채널이 할당되었음을 확인할 수 있다.
도 12는 노드 0에서 노드 2로의 데이터 전송이 발생한 후 본 발명에 의해 채널이 변경된 상태를 도시한 도면이고, 도 13은 노드 4에서 노드 5로의 데이터 전송이 발생한 후 본 발명에 의해 채널이 변경된 상태를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 노드 0에서 노드 2로의 데이터 전송이 발생함에 따라 데이터 전송에 사용되는 링크의 채널 선택 가중치 값이 높게 설정되며, 그 결과 채널 간섭이 가장 적은 채널 6과 채널 11이 할당된다. 또한 도 13을 참조하면, 노드 4에서 노드 5로의 데이터 전송이 발생함에 따라 관련 링크의 채널 선택 가중치 값이 높게 설정되므로, 해당 링크에 채널 6과 채널 11이 할당됨을 확인할 수 있다.
도 14는 최초 채널 할당 후 각 링크의 채널 변화를 도시한 그래프로서, 트래픽 정보와 채널 간섭을 함께 고려한 채널 변경으로 인해 채널이 적절하게 할당되며, 일정 시간이 경과하면 할당된 채널이 일정하게 수렴함을 확인할 수 있다.
마지막으로 기존의 SS-CA 알고리즘에 따른 채널 변경 방식과 본 발명에 따른 채널 변경 방식의 성능을 비교하기 위한 실험을 수행하였다.
도 15는 채널 변경 방식의 성능 비교를 위한 실험 환경을 도시한 도면으로, PC 1에서 PC 2로의 데이터 전송이 발생하도록 하여 네트워크의 처리량을 측정하였다.
도 16은 두 가지 채널 변경 방식을 적용한 경우의 처리량 변화를 도시한 그래프로서, 기존의 SS-CA 알고리즘은 네트워크의 정보인 트래픽 상황을 채널 변경에 고려하지 않음으로 인해 채널 간섭으로 인한 성능 저하가 발생하는 반면, 본 발명의 경우 트래픽이 많은 링크에 채널 간섭이 최소인 채널을 할당함으로써 네트워크 성능 저하가 많이 발생하지 않으며 SS-CA 알고리즘을 적용한 경우에 비해 네트워크 성능이 균일하게 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
110 - 트래픽 산출부
120 - 간섭치 산출부
130 - 채널 변경부
140 - 채널 변경 판단부

Claims (17)

  1. 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크에서 중심노드가 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경하는 채널 변경 장치로서,
    상기 중심노드가 상기 무선 메쉬 네트워크 내의 인접노드와 송수신하는 패킷 전송량을 측정하여 상기 중심노드와 상기 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 산출하는 트래픽 산출부;
    상기 중심노드에 할당될 수 있는 복수의 후보채널 각각에 대하여 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간섭 정도인 간섭치를 산출하되, 상기 중심노드와 상기 인접노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치 및 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간격에 의해 상기 간섭치를 산출하는 간섭치 산출부; 및
    상기 복수의 후보채널 중 상기 간섭치가 최소인 후보채널을 상기 중심노드에 새롭게 할당될 변경채널로 선택하여 상기 변경채널의 정보 및 상기 채널 선택 가중치를 포함하는 채널 변경 요청 메시지를 상기 인접노드로 전송하고, 상기 인접노드로부터 허가 메시지를 수신하면 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하는 채널 변경부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중심노드에 대응하여 상기 인접노드가 복수 개 존재하는 경우, 상기 간섭치 산출부는 상기 복수의 인접노드에 대하여 각각 산출된 간섭치들을 합산하여 상기 후보채널에 대응하는 간섭치를 상기 각각의 후보채널별로 산출하고,
    상기 채널 변경부는 상기 복수의 인접노드로부터 상기 허가 메시지를 수신하면 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 인접노드에 대한 간섭치는 상기 중심노드와 상기 각각의 인접노드를 연결하는 복수의 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 기초로 상기 각각의 데이터 전송 링크에 대응하여 설정된 채널 선택 가중치에 의해 산출되며,
    상기 복수의 데이터 전송 링크에 각각 대응하는 채널 선택 가중치의 값은 상기 데이터 전송 링크의 트래픽 정보의 크기에 비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 채널 선택 가중치의 값은 상기 복수의 후보채널 사이의 간격을 기초로 사전에 설정된 수치범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널 변경부는 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하고, 상기 인접노드로 채널 변경 완료 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인접노드로부터 상기 중심노드로 전송된 채널 변경 요청 메시지에 포함된 상기 인접노드의 채널 선택 가중치인 제1가중치의 값을 상기 트래픽 산출부에 의해 산출된 트래픽 정보를 기초로 설정된 상기 중심노드의 채널 선택 가중치인 제2가중치와 대비하여 상기 인접노드의 채널 변경 허용 여부를 결정하는 채널 변경 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 채널 변경 판단부는 상기 제1가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치와 상기 제2가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치의 차가 사전에 설정된 임계 허용치 이하이면 상기 인접노드에 허가 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 채널 변경 판단부는 상기 인접노드로부터 채널 변경 완료 메시지가 수신되면 상기 인접노드에 대응하여 저장된 상기 인접노드의 채널 정보를 상기 인접노드로부터 수신된 채널 변경 요청 메시지에 포함된 변경채널로 변경하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 장치.
  9. 다중 채널, 다중 인터페이스 환경의 무선 메쉬 네트워크에서 중심노드가 데이터 송수신에 사용할 채널을 변경하는 채널 방법으로서,
    (a) 상기 중심노드가 상기 무선 메쉬 네트워크 내의 인접노드와 송수신하는 패킷 전송량을 측정하여 상기 중심노드와 상기 인접노드를 연결하는 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 산출하는 단계;
    (b) 상기 중심노드에 할당될 수 있는 복수의 후보채널 각각에 대하여 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간섭 정도인 간섭치를 산출하되, 상기 중심노드와 상기 인접노드 사이의 데이터 전송 링크에 대응하는 트래픽 정보를 기초로 설정된 채널 선택 가중치 및 상기 후보채널과 상기 인접노드에 할당된 채널 사이의 간격에 의해 상기 간섭치를 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 복수의 후보채널 중 상기 간섭치가 최소인 후보채널을 상기 중심노드에 새롭게 할당될 변경채널로 선택하여 상기 변경채널의 정보 및 상기 채널 선택 가중치를 포함하는 채널 변경 요청 메시지를 상기 인접노드로 전송하고, 상기 인접노드로부터 허가 메시지를 수신하면 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 중심노드에 대응하여 상기 인접노드가 복수 개 존재하는 경우, 상기 (b) 단계에서, 상기 복수의 인접노드에 대하여 각각 산출된 간섭치들을 합산하여 상기 후보채널에 대응하는 간섭치를 상기 각각의 후보채널별로 산출하고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 복수의 인접노드로부터 상기 허가 메시지를 수신하면 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 인접노드에 대한 간섭치는 상기 중심노드와 상기 각각의 인접노드를 연결하는 복수의 데이터 전송 링크의 트래픽 정보를 기초로 상기 각각의 데이터 전송 링크에 대응하여 설정된 채널 선택 가중치에 의해 산출되며,
    상기 복수의 데이터 전송 링크에 각각 대응하는 채널 선택 가중치의 값은 상기 데이터 전송 링크의 트래픽 정보의 크기에 비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 채널 선택 가중치의 값은 상기 복수의 후보채널 사이의 간격을 기초로 사전에 설정된 수치범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  13. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 중심노드에 현재 할당된 채널을 상기 변경채널로 변경하고, 상기 인접노드로 채널 변경 완료 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  14. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    (d) 상기 인접노드로부터 상기 중심노드로 전송된 채널 변경 요청 메시지에 포함된 상기 인접노드의 채널 선택 가중치인 제1가중치의 값을 상기 트래픽 산출부에 의해 산출된 트래픽 정보를 기초로 설정된 상기 중심노드의 채널 선택 가중치인 제2가중치와 대비하여 상기 인접노드의 채널 변경 허용 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 제1가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치와 상기 제2가중치에 대응하여 사전에 설정된 채널 간섭 증가 허용치의 차가 사전에 설정된 임계 허용치 이하이면 상기 인접노드에 허가 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    (e) 상기 인접노드로부터 채널 변경 완료 메시지가 수신되면 상기 인접노드에 대응하여 저장된 상기 인접노드의 채널 정보를 상기 인접노드로부터 수신된 채널 변경 요청 메시지에 포함된 변경채널로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  17. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 채널 변경 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114697245A (zh) * 2020-12-30 2022-07-01 深圳Tcl新技术有限公司 网络测试方法、装置、计算机可读存储介质及终端设备

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