KR20140098301A - 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치 - Google Patents

무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20140098301A
KR20140098301A KR1020130010468A KR20130010468A KR20140098301A KR 20140098301 A KR20140098301 A KR 20140098301A KR 1020130010468 A KR1020130010468 A KR 1020130010468A KR 20130010468 A KR20130010468 A KR 20130010468A KR 20140098301 A KR20140098301 A KR 20140098301A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
cost value
etx
request packet
path
Prior art date
Application number
KR1020130010468A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101455505B1 (ko
Inventor
이정륜
이현규
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020130010468A priority Critical patent/KR101455505B1/ko
Publication of KR20140098301A publication Critical patent/KR20140098301A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101455505B1 publication Critical patent/KR101455505B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/04—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources
    • H04W40/10—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources based on available power or energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

본 발명은 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 방법은, (a) 복수의 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신하는 단계-상기 경로 요청 패킷은 소스 노드로부터 브로드캐스팅되며, 상기 복수의 이웃 노드 각각의 배터리 잔량 정보 및 상기 복수의 이웃 노드로 상기 경로 요청 패킷을 전송하는 제1 노드와의 링크에 대한 제1 ETX(Expected Transmission Count) 및 제1 비용 값을 포함함-; (b) 상기 복수의 이웃 노드 각각의 링크에 대한 제2 ETX(Expected Transmission Count)를 계산하는 단계; (c) 상기 배터리 잔량 정보 및 상기 제2 ETX 정보를 이용하여 상기 복수의 이웃 노드 각각에 대한 제2 비용 값을 계산하는 단계; 및 (d) 상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 상기 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 최적 경로를 선택하는 단계를 포함한다.

Description

무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치{ENERGY EFFECTIVE ROUTING METHOD AND APPARATUS IN WIRELESS AD-HOC NETWORK}
본 발명은 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 애드 혹 네트워크에서 네트워크 생존시간을 향상시킬 수 있는 라우팅 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 애드 혹 네트워크, 특히 무선 애드 혹 네트워크 환경에서 각 단말들은 한정된 에너지 자원을 사용하는 특성을 갖고 있기 때문에 기존에 에너지를 고려한 여러 라우팅 기법들이 존재한다.
기존에 존재하는 에너지를 고려한 라우팅 기법으로는 크게 노드의 배터리 잔량을 고려한 기법과 통신하는데 소모되는 에너지의 양을 고려하는 기법이 있다.
MPR(Minumum Power Routing) 기법은 여러 경로 중에서 소스 노드에서 목적지 노드로 패킷을 전송하는데 소모되는 총 에너지의 양이 가장 작은 경로를 선택하는 기법이다.
MBCR(Minimum Battery Cost Routing) 기법은 경로에 포함된 노드들의 배터리 잔량의 합이 가장 큰 경로를 선택함으로써 네트워크 생존시간을 증대시키는 효과가 있다.
MMBCR(Min-Max Battery Cost Routing) 기법은 경로를 선택하는 과정에서 가장 작은 배터리 잔량을 가진 노드를 피하는 기법이다. MMBCR 또한 네트워크 생존시간을 증대시킨다.
PASR(Power-Aware Source Routing) 기법은 노드의 배터리 잔량과 통신하는데 소모되는 에너지의 양을 함께 고려한 기법으로 각 링크의 생존시간의 합이 가장 큰 경로를 선택한다. 생존시간 측면에서는 위의 기법들보다는 나은 성능을 보인다.
MPR 기법의 경우, 노드의 배터리 잔량을 고려하지 않아 통신에 소모되는 에너지의 양이 적은 경로를 선택했다고 하더라고 작은 배터리 잔량을 가진 노드가 있다면 링크의 연결이 끊어질 수 있다.
MBCR 기법의 경우 하나의 경로에 큰 배터리 잔량을 가진 노드와 작은 배터리 잔량을 가진 노드가 있다고 가정한다면, 노드들의 배터리 잔량을 크더라도 작은 배터리 잔량을 가진 노드 때문에 네트워크의 생존시간이 크게 향상될 수 없다.
MMBCR 기법의 경우 가장 작은 배터리 잔량을 가진 노드를 피하는 기법이지만 노드들 사이에서 소모되는 에너지의 양을 고려하지 않기 때문에 네트워크 생존시간 증대를 장담할 수 없다.
PASR 기법의 경우 생존시간의 합이 가장 큰 경로를 선택하지만, 생존시간이 가장 큰 링크와 작은 링크가 함께 있는 경로라면 실제 네트워크 생존시간은 짧을 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 네트워크 생존시간을 효율적으로 증가시킬 수 있는 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 무선 애드 혹 네트워크에서 소스 노드로부터 데이터 패킷을 수신하는 목적지 노드가 에너지 효율적으로 최적 경로를 선택하는 방법으로서, (a) 복수의 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신하는 단계-상기 경로 요청 패킷은 소스 노드로부터 브로드캐스팅되며, 상기 복수의 이웃 노드 각각의 배터리 잔량 정보 및 상기 복수의 이웃 노드로 상기 경로 요청 패킷을 전송하는 제1 노드와의 링크에 대한 제1 ETX(Expected Transmission Count) 및 제1 비용 값을 포함함-; (b) 상기 복수의 이웃 노드 각각의 링크에 대한 제2 ETX(Expected Transmission Count)를 계산하는 단계; (c) 상기 배터리 잔량 정보 및 상기 제2 ETX 정보를 이용하여 상기 복수의 이웃 노드 각각에 대한 제2 비용 값을 계산하는 단계; 및 (d) 상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 상기 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 최적 경로를 선택하는 단계를 포함하는 무선 애드 혹 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법으로서, (a) 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신하는 단계-상기 경로 요청 패킷은 소스 노드로부터 브로드캐스팅되며, 상기 이웃 노드의 배터리 잔량 정보를 포함함-; (b) 상기 이웃 노드와의 링크에 대한 제1 ETX(Expected Transmission Count)를 계산하는 단계; (c) 상기 배터리 잔량 정보 및 상기 제1 ETX를 이용하여 상기 이웃 노드에 대한 제1 비용 값을 계산하는 단계; 및 (d) 상기 제1 ETX, 상기 비용 값 및 자신의 배터리 잔량 정보를 포함하는 경로 요청 패킷을 다른 이웃 노드로 전송하는 단계를 포함하되, 목적지 노드는 상기 목적지 노드로 상기 경로 요청 패킷을 전송하는 제1 노드의 배터리 잔량 정보 및 제2 ETX를 계산하여 상기 제1 노드에 대한 제2 비용 값을 계산하고, 상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 최적 경로를 선택하는 무선 애드 혹 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅을 위한 장치로서, 복수의 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신하는 통신부-상기 경로 요청 패킷은 소스 노드로부터 브로드캐스팅되며, 상기 복수의 이웃 노드 각각의 배터리 잔량 정보 및 상기 복수의 이웃 노드로 상기 경로 요청 패킷을 전송하는 제1 노드와의 링크에 대한 제1 ETX(Expected Transmission Count) 및 제1 비용 값을 포함함-; 상기 복수의 이웃 노드 각각의 링크에 대한 제2 ETX(Expected Transmission Count)를 계산하는 ETX 계산부; 상기 배터리 잔량 정보 및 상기 제2 ETX 정보를 이용하여 상기 복수의 이웃 노드 각각에 대한 제2 비용 값을 계산하는 비용 값 계산부; 및 상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 상기 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 최적 경로를 선택하는 최적 경로 선택부를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 목적지 노드에서 각 경로별 비용 값 평균, 실제 전송에 사용될 에너지 양 및 비용 값 차이를 전체적으로 고려하여 최적 경로를 선택하기 때문에 네트워크 생존 시간을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 애드 혹 네트워크의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 무선 애드 혹 네트워크에서 비용 값 계산 과정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 비용 값 차이 계산 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 노드의 상세 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 라우팅 방법과 종래의 방법에 따른 네트워크 생존 시간을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 라우팅 방법과 종래의 방법에 따른 지연 시간을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
본 발명은 다수의 노드가 협력적으로 경로를 설정하여 데이터를 송수신할 수 있는 무선 애드 혹 네트워크에서 네트워크 생존시간을 높일 수 있는 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 애드 혹 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 애드 혹 네트워크는 복수의 노드(A 내지 D)를 포함할 수 있다.
도 1에서, 복수의 노드 중 데이터 패킷을 전송하는 노드가 소스 노드(A)가 되고, 상기한 데이터 패킷을 최종 수신하는 노드가 목적지 노드(D)가 되며, 소스 노드(A)와 목적지 노드(D) 사이에 위치하는 노드(B,C)가 데이터 패킷을 중계하여 목적지 노드(D)로 전달한다.
본 발명에 따르면, DSR(Dynamic Source Routing) 프로토콜을 기반으로 소스 노드(A)와 목적지 노드(D) 사이에 경로를 설정한다.
경로 설정을 위해 우선 소스 노드(A)는 경로 요청 패킷(route request packet)을 브로드캐스팅한다.
본 발명에 따른 경로 요청 패킷 내에는 기존 DSR 프로토콜에 따른 정보, 즉 소스 노드 ID 및 목적지 노드 ID 외에 각 노드의 배터리 잔량 정보가 포함된다.
바람직하게, 각 노드의 배터리 잔량은 경로 요청 패킷을 전송하는 노드의 배터리 잔량 정보를 의미한다.
본 발명에 따르면, 소스 노드(A)를 포함하는 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신한 노드는 링크에 대한 ETX를 계산한다.
여기서, ETX(Expected Transmission Count)는 하기의 수학식에서와 같이 링크 상에서 패킷을 성공적으로 전송하기 위해 요구되는 평균 전송 횟수로 정의된다.
Figure pat00001
여기서, p는 순방향(포워드) 패킷의 전달비이고, q는 역방향 패킷의 전달비로서, 보다 상세하게 p는 순방향의 성공적인 패킷 전송 확률이며, q는 역방향의 성공적인 패킷 전송 확률을 의미한다.
이와 같은 ETX를 이용한 라우팅 기법은 높은 스루풋(throughput)을 가지며, 기회적 라우팅(Opportunistic Routing)에 주로 사용된다.
본 발명에 따른 ETX는 링크에 대한 비용 값을 계산하는데 사용된다.
이와 같이 배터리 잔량 및 비용 값을 포함하는 경로 요청 패킷은 목적지 노드(D)까지 전달된다.
종래의 DSR 프로토콜은 경로 요청 패킷이 수신되는 경우 바로 경로 응답(route reply)을 전송한다.
그러나 본 발명에 따른 목적지 노드(D)는 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷이 수신되는 경우, 경로 응답(route reply)를 바로 보내지 않고, 복수의 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 더 수신한 후에 본 발명에 따른 선형 비용 함수를 통해 가장 에너지 효율적인 경로를 선택한다.
본 발명에 따르면, 목적지 노드(D)는 복수의 경로에 상응하는 경로 요청 패킷이 수신되는 경우, 경로 요청 패킷을 전송한 이웃 노드에 대한 비용 값을 계산한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 패킷을 전송하는 노드(i)와 패킷을 수신하는 노드(j)가 존재하는 경우, i와 j간 링크의 비용 값은 다음의 수학식 2에 따라 계산된다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 i 노드의 배터리 잔량이고,
Figure pat00004
는 i노드와 j노드 사이의 ETX이고,
Figure pat00005
는 하나의 패킷을 전송하는데 소모되는 에너지 양이다.
본 발명에 따른 링크에 대한 비용 값은 패킷을 효율적으로 전송할 수 있는 수치로서, 비용 값이 클수록 패킷 전송 효율이 높은 것으로 정의된다.
하나의 패킷을 전송하는데 소모되는 에너지 양은 다음의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00006
본 발명에 따른 목적지 노드(D)는 경로 요청 패킷을 전송한 각 이웃 노드에 대한 비용 값을 계산한 후 아래와 같은 세 가지 기준을 통해 최적 경로를 선택한다.
(1) 각 경로별 비용 값 평균
(2) 하나의 경로가 선택될 경우 실제 사용될 에너지의 양
(3) 하나의 경로에서 링크들의 비용 값들의 차이
상기한 바와 같이, 경로 요청 패킷은 목적지 노드를 제외한 노드 간 링크에서의 비용 값(제1 비용 값)이 포함되며, 제1 비용 값과 목적지 노드가 계산한 비용 값(제2 비용 값)을 통해 각 경로에 대한 비용 값 평균 계산이 수행된다.
여기서, 링크들의 비용 값 평균은 아래의 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure pat00007
여기서, 여기서, k는 경로 인덱스, S는 경로 요청 패킷을 목적지 노드로 전달하는데 포함된 모든 노드이며, 여기서,
Figure pat00008
가 클수록 에너지 수준이 높은 것이며, 즉, 더 효율적인 경로라는 것을 의미한다.
다음으로 하나의 경로에서 실제로 사용될 에너지의 양은 다음의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00009
본 발명에 따르면, 홉 수가 아니라 ETX를 이용함으로써 패킷 전송 시 실제로 사용될 에너지 양을 알 수 있다.
만일 홉 수가 작더라도 거리가 멀다면 전송에 실제로 사용될 에너지 양은 커지게 되며, 반대로 홉 수가 작더라도 노드간 거리가 가깝다면 실제 에너지 양은 작기 때문에 효율적인 경로가 될 수 있다.
마지막으로 하나의 경로에서 링크들의 비용 값의 차이는 아래의 수학식에 따라 계산된다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
는 경로 내에서 최대 비용 값이며,
Figure pat00012
은 최소 비용 값이다.
도 3은 본 발명에 따른 최적 경로 선택에 적용되는 비용 값 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, i-j-k로의 경로(제1 경로)에 있어서, i 노드와 j 노드의 비용 값은 10이고, j 노드와 k 노드의 비용 값은 4이며, 이에 따라 i-j-k 경로의 비용 값은 14가 된다.
한편, i-l-k로의 경로(제2 경로)에 있어서, i 노드와 l 노드의 비용 값은 6이고, l 노드와 k 노드의 비용 값은 6이며, 이에 따라 i-l-k 경로의 비용 값은 12가 된다.
i 노드에서 k 노드까지의 경로에 있어서, 제1 경로가 비용 값이 더 크다는 것은 제2 경로보다 전체적으로 더 효율적인 경로일 수 있으나, 제1 경로에서 j 노드와 k 노드 사이의 비용 값은 매우 작다는 것은 j 노드와 k 노드 사이에 링크의 연결이 끊어질 가능성이 높다는 것을 의미하며, 이에 의해 제1 경로가 전체적으로 단절될 가능성이 있다는 것을 의미한다.
이를 고려하여, 본 발명은 비용 값의 차이를 계산하여 비용 값의 차이가 작은 제2 경로를 더 효율적인 경로로 선택하게 된다.
본 발명에 따른 목적지 노드(100-4)는 각 경로별 비용 값 평균(
Figure pat00013
), 하나의 경로에서 사용되는 에너지 양(
Figure pat00014
) 및 하나의 경로에서 비용 값 차이(
Figure pat00015
)를 변수로 하는 선형 비용 함수(
Figure pat00016
)를 이용하여 최적 경로를 선택한다.
Figure pat00017
Figure pat00018
또한, 수학식 7에서,
Figure pat00019
는 가장 큰 링크의 비용 값으로서,
Figure pat00020
가 가장 작고, 노드 배터리의 잔량이 가장 큰 경우이다.
Figure pat00021
은 가장 작은 링크의 비용 값으로서,
Figure pat00022
가 가장 크고, 노드 배터리의 잔량이 가장 작은 경우이다.
Figure pat00023
는
Figure pat00024
와
Figure pat00025
의 중간 값이다.
Figure pat00026
는 홉 수가 가장 크고, 모든 EXT가 가장 큰 경우이며,
Figure pat00027
은 홉 수가 가장 작고, 모든 ETX가 가장 작은 경우이고,
Figure pat00028
는
Figure pat00029
와
Figure pat00030
의 중간 값이다.
마지막으로,
Figure pat00031
는 하나의 경로에서 가장 큰 비용 값과 가장 작은 비용 값의 차이가 가장 큰 경우이고,
Figure pat00032
은 비용 값이 모두 같은 경우이며,
Figure pat00033
는
Figure pat00034
와
Figure pat00035
의 중간 값이다.
본 발명에 따른 선형 비용 함수는 비용 값, 에너지 양 ? 비용 값 차이에 따라 아래와 같은 값을 가질 수 있다.
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
상기한 세 개의 연립 방정식을 풀면 수학식 7과 같은 선형 비용 함수를 도출할 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 최적 경로 설정 과정을 상세하게 설명한다.
도 1과 같이 A 노드가 소스 노드이고, D 노드가 목적지 노드인 경우, A 노드는 경로 요청 패킷을 이웃한 B 노드 및 C 노드로 브로드캐스팅한다.
A 노드의 경로 요청 패킷에는 소스 노드 ID, 목적지 노드 ID 및 A 노드의 배터리 잔량 정보(
Figure pat00039
)가 포함된다.
B 노드는 A 노드와의 링크를 통해
Figure pat00040
를 계산하고,
Figure pat00041
및
Figure pat00042
를 이용하여
Figure pat00043
를 계산한다.
이후,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
및
Figure pat00046
를 경로 요청 패킷에 포함시켜 브로드캐스팅한다.
C 노드도 B 노드와 마찬가지로, A 노드와의 링크를 통해
Figure pat00047
를 계산하고,
Figure pat00048
및
Figure pat00049
를 이용하여
Figure pat00050
를 계산한다.
이후,
Figure pat00051
,
Figure pat00052
및 를 경로 요청 패킷에 포함시켜 브로드캐스팅한다.
D 노드는 B 노드 및 C 노드로부터 각각 경로 요청 패킷을 수신한다.
D 노드는 목적지 노드이므로 경로 요청 패킷을 더 이상 브로드캐스팅하지 않으며, B 노드와의 링크를 통해
Figure pat00054
를 계산하고,
Figure pat00055
및
Figure pat00056
를 이용하여
Figure pat00057
를 계산한다.
또한, C 노드와의 링크를 통해
Figure pat00058
를 계산하고,
Figure pat00059
및
Figure pat00060
를 이용하여
Figure pat00061
를 계산한다.
상기와 같이 이웃 노드에 대해 LC 값 계산이 완료된 이후, D 노드는 소스 노드로부터 목적지 노드로의 서로 다른 경로별(A-B-D 및 A-C-D)로 비용 값 평균(
Figure pat00062
), 하나의 경로에서 사용되는 에너지 양(
Figure pat00063
) 및 하나의 경로에서 비용 값 차이(
Figure pat00064
)를 계산한 후, 수학식 7과 같은 선형 비용 함수에 적용하여, 가장 큰 값을 갖는 경로를 선택하고, 선택된 경로를 통해 경로 응답을 전송한다.
A 노드는 상기한 경로 응답이 수신되는 경우, 해당 경로를 통해 목적지 노드로 데이터 전송을 시작한다.
도 4는 본 발명에 따른 노드의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노드는 통신부(400), ETX 계산부(402), 비용 값 계산부(404), 최적 경로 선택부(406)를 포함할 수 있다.
통신부(400)는 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신한다.
본 발명에 따른 경로 요청 패킷에는 이웃 노드의 배터리 잔량 정보가 포함된다.
ETX 계산부(402)는 경로 요청 패킷을 전송하는 이웃 노드에 대한 ETX를 계산한다.
비용 값 계산부(404)는 경로 요청 패킷에 포함된 배터리 잔량 정보 및 상기와 같이 계산된 ETX를 이용하여 상기 이웃 노드에 대한 비용 값을 계산한다.
통신부(400)는 이와 같이 계산된 ETX, 비용 값 및 자신의 배터리 잔량 정보를 포함하는 경로 요청 패킷을 주변 노드로 브로드캐스팅한다.
최적 경로 선택부(406)는 도 4의 노드가 목적지 노드인 경우, 복수의 이웃 노드로부터 전송된 경로 요청 패킷을 이용하여 최적 경로를 선택한다.
본 발명에 따른 경로 요청 패킷에는 이웃 노드의 배터리 잔량 정보뿐만 아니라, 상기한 이웃 노드로 경로 요청 패킷을 전송한 제1 노드와의 ETX(제1 ETX) 및 비용 값(제1 비용 값)이 포함될 수 있다.
최적 경로 선택부(406)는 ETX 계산부(402)에 의해 계산된 ETX(제2 ETX)과 비용 값 계산부(404)에 의해 계산된 비용 값(제2 비용 값)과 상기와 같이 경로 요청 패킷에 포함된 제1 ETX 및 제1 비용 값을 이용하여 각 경로에 대한 비용 값의 평균, 실제 전송에 사용될 에너지 양 및 비용 값 차이를 계산하고, 이를 선형 비용 함수에 적용하여 최적 경로를 선택한다.
본 발명에 따른 라우팅 방법에 대한 성능을 평가하기 위한 시뮬레이션 결과를 설명한다.
시뮬레이션 환경
파라미터 설정
노드 수 20개
노드 배치 1000*1000m2
패킷 사이즈 10240 bytes
초기 노드의 배터리 Uniform distribution (min=25joule, max=75joule)
전송 파워 1.65W
수신 파워 1.4W
통신 반경 300m
비교 알고리즘 MPR, MBCR
성능 평가를 위해 MPR, MBCR 및 본 발명에 따른 라우팅 기법에서 동일한 토폴로지, 동일한 초기 에너지 양을 사용하였으며, 랜덤하게 소스 노드 및 목적지 노드를 정하였다.
트래픽 200개를 전송한 후 소스 노드와 목적지 노드를 다시 선택하고, 이를 반복 수행하였다.
이후, 노드가 1개부터 5개까지 배터리가 소진되는데 걸리는 시간을 측정하였다.
도 5는 본 발명에 따른 라우팅 방법과 종래의 방법에 따른 네트워크 생존 시간을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 라우팅 방법이 기존 방법에 비해 네트워크 생존 시간을 2배 이상 향상시키는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 라우팅 방법과 종래의 방법에 따른 지연 시간을 도시한 도면이다.
도 6은 경로 생성 시뮬레이션 15000번의 반복 실험을 통해 선택된 경로의 종단간(end-to-end) 지연 시간을 측정한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 MPR보다는 다소 시간 지연이 발생하기는 하나, 높은 지연을 갖는 MBCR과 비교할 때 큰 시간 지연 없이 네트워크 생존 시간을 향상시키는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 무선 애드 혹 네트워크에서 소스 노드로부터 데이터 패킷을 수신하는 목적지 노드가 에너지 효율적으로 최적 경로를 선택하는 방법으로서,
    (a) 복수의 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신하는 단계-상기 경로 요청 패킷은 소스 노드로부터 브로드캐스팅되며, 상기 복수의 이웃 노드 각각의 배터리 잔량 정보 및 상기 복수의 이웃 노드로 상기 경로 요청 패킷을 전송하는 제1 노드와의 링크에 대한 제1 ETX(Expected Transmission Count) 및 제1 비용 값을 포함함-;
    (b) 상기 복수의 이웃 노드 각각의 링크에 대한 제2 ETX(Expected Transmission Count)를 계산하는 단계;
    (c) 상기 배터리 잔량 정보 및 상기 제2 ETX 정보를 이용하여 상기 복수의 이웃 노드 각각에 대한 제2 비용 값을 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 상기 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 최적 경로를 선택하는 단계를 포함하는 무선 애드 혹 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 상기 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 상기 소스 노드로부터 상기 목적지 노드로의 서로 다른 경로별로 비용 값의 평균, 실제 사용될 에너지의 양 및 비용 값의 차이를 계산하여 상기 최적 경로를 선택하는 무선 애드 혹 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 이웃 노드 중 상기 최적 경로에 상응하는 이웃 노드로 경로 응답을 전송하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 이웃 노드 각각이 수신하는 경로 요청 패킷은 상기 제1 노드의 배터리 잔량 정보를 포함하며, 상기 복수의 이웃 노드 각각은 상기 제1 노드와의 링크에 대한 ETX 정보를 계산하고, 상기 제1 노드의 배터리 잔량 정보 및 상기 제1 노드와의 링크에 대한 ETX 정보를 이용하여 상기 제1 비용 값을 계산하는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 비용 값은 하기의 수학식에 의해 계산되는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure pat00065

    여기서,
    Figure pat00066
    는 i 노드의 배터리 잔량이고,
    Figure pat00067
    는 i노드와 j노드 사이의 ETX이고,
    Figure pat00068
    는 하나의 패킷을 전송하는데 소모되는 에너지 양으로,
    Figure pat00069
    임
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비용 값은 하기의 수학식에 의해 계산되는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure pat00070

    여기서, k는 경로 인덱스, S는 경로 요청 패킷을 목적지 노드로 전달하는데 포함된 모든 노드들의 집합임
  7. 제5항에 있어서,
    상기 에너지 양은 하기의 수학식에 의해 계산되는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure pat00071

    여기서, k는 경로 인덱스, S는 경로 요청 패킷을 목적지 노드로 전달하는데 포함된 모든 노드들의 집합임
  8. 제5항에 있어서,
    상기 비용 값 차이는 하나의 경로에서 가장 큰 비용 값과 가장 작은 비용 값의 차로 결정되는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 비용 값의 평균이 크고, 상기 에너지 양이 작고, 상기 비용 값 차이가 작은 경로를 최적 경로로 선택하는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 비용 값의 평균, 상기 에너지 양 및 상기 비용 값 차이를 하기의 수학식에 따른 선형 비용 함수에 적용하여 최적 경로를 선택하는 무선 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
    [수학식]
    Figure pat00072

    Figure pat00073

    여기서,
    Figure pat00074
    는 각 경로별 비용 값 평균,
    Figure pat00075
    는 하나의 경로에서 사용되는 에너지 양이고,
    Figure pat00076
    는 하나의 경로에서 비용 값 차이임
  11. 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법으로서,
    (a) 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신하는 단계-상기 경로 요청 패킷은 소스 노드로부터 브로드캐스팅되며, 상기 이웃 노드의 배터리 잔량 정보를 포함함-;
    (b) 상기 이웃 노드와의 링크에 대한 제1 ETX(Expected Transmission Count)를 계산하는 단계;
    (c) 상기 배터리 잔량 정보 및 상기 제1 ETX를 이용하여 상기 이웃 노드에 대한 제1 비용 값을 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 ETX, 상기 비용 값 및 자신의 배터리 잔량 정보를 포함하는 경로 요청 패킷을 다른 이웃 노드로 전송하는 단계를 포함하되,
    목적지 노드는 상기 목적지 노드로 상기 경로 요청 패킷을 전송하는 제1 노드의 배터리 잔량 정보 및 제2 ETX를 계산하여 상기 제1 노드에 대한 제2 비용 값을 계산하고, 상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 최적 경로를 선택하는 무선 애드 혹 네트워크에서의 에너지 효율적 라우팅 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  13. 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅을 위한 장치로서,
    복수의 이웃 노드로부터 경로 요청 패킷을 수신하는 통신부-상기 경로 요청 패킷은 소스 노드로부터 브로드캐스팅되며, 상기 복수의 이웃 노드 각각의 배터리 잔량 정보 및 상기 복수의 이웃 노드로 상기 경로 요청 패킷을 전송하는 제1 노드와의 링크에 대한 제1 ETX(Expected Transmission Count) 및 제1 비용 값을 포함함-;
    상기 복수의 이웃 노드 각각의 링크에 대한 제2 ETX(Expected Transmission Count)를 계산하는 ETX 계산부;
    상기 배터리 잔량 정보 및 상기 제2 ETX 정보를 이용하여 상기 복수의 이웃 노드 각각에 대한 제2 비용 값을 계산하는 비용 값 계산부; 및
    상기 제1 ETX, 상기 제2 ETX, 상기 제1 비용 값 및 상기 제2 비용 값을 이용하여 최적 경로를 선택하는 최적 경로 선택부를 포함하는 장치.
KR1020130010468A 2013-01-30 2013-01-30 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치 KR101455505B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130010468A KR101455505B1 (ko) 2013-01-30 2013-01-30 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130010468A KR101455505B1 (ko) 2013-01-30 2013-01-30 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140098301A true KR20140098301A (ko) 2014-08-08
KR101455505B1 KR101455505B1 (ko) 2014-11-04

Family

ID=51745104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130010468A KR101455505B1 (ko) 2013-01-30 2013-01-30 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101455505B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101925022B1 (ko) * 2018-02-27 2019-02-22 영남대학교 산학협력단 무선 센서 네트워크에서 노드 에너지를 고려한 라우팅 장치 및 방법
KR20200011276A (ko) * 2018-07-24 2020-02-03 국방과학연구소 무선 애드 혹 네트워크의 라우팅 장치 및 방법
KR20200117423A (ko) * 2019-04-04 2020-10-14 영남대학교 산학협력단 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 방법, 이를 수행하기 위한 기록매체 및 장치
CN115150914A (zh) * 2022-06-23 2022-10-04 四川大学 一种基于多径路由的高效路由机制

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4312655B2 (ja) 2004-05-11 2009-08-12 株式会社神戸製鋼所 無線ネットワーク通信システム，及びこのシステムに用いられる発信元の無線端末，及び無線通信経路のルーティング方法
KR101157521B1 (ko) * 2010-07-28 2012-06-22 성균관대학교산학협력단 센서 네트워크에서 패킷 라우팅 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101925022B1 (ko) * 2018-02-27 2019-02-22 영남대학교 산학협력단 무선 센서 네트워크에서 노드 에너지를 고려한 라우팅 장치 및 방법
KR20200011276A (ko) * 2018-07-24 2020-02-03 국방과학연구소 무선 애드 혹 네트워크의 라우팅 장치 및 방법
KR20200117423A (ko) * 2019-04-04 2020-10-14 영남대학교 산학협력단 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 방법, 이를 수행하기 위한 기록매체 및 장치
CN115150914A (zh) * 2022-06-23 2022-10-04 四川大学 一种基于多径路由的高效路由机制

Also Published As

Publication number Publication date
KR101455505B1 (ko) 2014-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stojmenovic et al. Dominating sets and neighbor elimination-based broadcasting algorithms in wireless networks
Cheng et al. Joint QoS multicast routing and channel assignment in multiradio multichannel wireless mesh networks using intelligent computational methods
Yetgin et al. Multi-objective routing optimization using evolutionary algorithms
CN109547351B (zh) Ad Hoc网络中基于Q学习和信任模型的路由方法
EkbataniFard et al. A multi-objective genetic algorithm based approach for energy efficient QoS-routing in two-tiered wireless sensor networks
Bisnik et al. Delay and throughput in random access wireless mesh networks
KR101455505B1 (ko) 무선 애드 혹 네트워크에서 에너지 효율적 라우팅 방법 및 장치
Divya et al. Performance analysis of efficient energy routing protocols in MANET
Chizari et al. EF-MPR, a new energy eFficient multi-point relay selection algorithm for MANET
Liao et al. Adaptive situation-aware load balance scheme for mobile wireless mesh networks
CN104053208B (zh) 无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置
Joshi et al. A novel multi-cast routing protocol for VANET
KR101460879B1 (ko) 애드혹 네트워크에서 메시지 라우팅 방법 및 그 장치
MHMOOD et al. Performance evaluation of MANET routing protocols AODV and DSDV using NS2 simulator
WO2012127820A1 (ja) 通信遅延時間導出方法、通信端末および通信遅延時間導出プログラム
Rasheed et al. Cluster-quality based hybrid routing for large scale mobile multi-hop networks
Yang et al. Design issues and performance analysis of location-aided hierarchical cluster routing on the manet
Stephan et al. Cognitive inspired optimal routing of OLSR in VANET
Elbagoury et al. Location-aware probabilistic route discovery for cognitive radio networks
CN103347289B (zh) 利用频谱空间可重用性的单路径路由方法
Tran et al. Optimizing topology update interval in mobile ad-hoc networks
Haboush et al. Load balancing using multiple node disjoint paths
Chen et al. A Neighbor Quality Based Broadcast Scheme for FANET
Sadat et al. Joint optimization of number and allocation of clusters for wireless sensor networks
Araujo et al. Multicriteria QoS-aware Solution in Wireless Multi-hop Networks

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171011

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181122

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 6