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KR101345139B1 - 애드 혹 네트워크에서의 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를이용한 네트워크 장치 - Google Patents

애드 혹 네트워크에서의 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를이용한 네트워크 장치 Download PDF

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KR101345139B1
KR101345139B1 KR1020070103199A KR20070103199A KR101345139B1 KR 101345139 B1 KR101345139 B1 KR 101345139B1 KR 1020070103199 A KR1020070103199 A KR 1020070103199A KR 20070103199 A KR20070103199 A KR 20070103199A KR 101345139 B1 KR101345139 B1 KR 101345139B1
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South Korea
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김영두
김응선
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정세영
유희정
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한국과학기술원
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Abstract

애드 혹 네트워크에서의 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를 이용한 네트워크 장치를 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법은, 미리 설정된 홉 수 N(N은 2 이상의 정수)에 따라서 소스 노드와 목적 노드 사이에 적어도 하나의 노드를 포함하는 N-1개의 라우팅 영역을 설정하는 단계 및 채널 이득에 기초하여 상기 설정된 각각의 라우팅 영역 내의 어느 한 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 단계를 포함한다.
라우팅, 기회적(Opportunistic) 라우팅, 라우팅 영역

Description

애드 혹 네트워크에서의 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를 이용한 네트워크 장치{METHOD FOR ROUTING IN AD-HOC NETWORK, AND APPARUTUS USING THE SAME}
본 발명은 애드 혹 네트워크에서의 패킷의 전송 경로 설정에 관한 것으로서, 특히 전송될 패킷의 허용 가능한 지연 시간 및 노드 간 채널상태를 기초로 패킷의 전송 경로를 결정함으로써, 패킷의 전송 경로를 최적화 할 수 있는 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를 수행하기 위한 네트워크 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 네트워크는 특정한 기반 망의 도움 없이 노드들 간의 멀티 홉 라우팅을 통해 서로 통신할 수 있는 네트워크 구조를 갖는다. 무선 네트워크에서 통신은 대역폭이 제한되고 낮은 에너지의 사용이 요구된다.
무선 네트워크, 특히 애드혹(ad-hoc) 네트워크에서 라우팅 프로토콜은 소스(source) 노드로부터 목적(destination) 노드까지의 효율적인 패킷 전송 경로를 결정한다.
애드 혹 네트워크에서 종래 기술에 따른 라우팅 방법은 소스 또는 릴레이(relay) 노드로부터 패킷을 받은 노드 중 목적 노드에 가장 가까운 노드가 다음 홉에서의 송신 노드가 되어 패킷을 포워딩(forwarding)하는 것이다. 상기한 라우팅 방법은 소스 노드로부터 목적노드까지 도달하는데 소요되는 총 홉수를 줄일 수 있다.
그러나, 상기한 라우팅 방법은 네트워크 내에 복수의 소스 노드 - 목적 노드 쌍(S-D pair)이 존재하는 경우에는 패킷 전송 경로간의 충돌이 발생할 가능성이 높다.
또한, 소스 노드는 모적 노드에 가까운 노드 중 보다 많은 노드가 전송 패킷을 성공적으로 수신할 수 있도록 하기 위하여 더 높은 송신 전력을 필요로 하게 된다. 따라서, 상기한 라우팅 방법은 전력이 제한되는 애드-혹 네트워크에 적용하기 어렵다.
본 발명에 따른 실시예는 멀티 홉 기반 애드 혹 네트워크의 소스 노드와 목적 노드 사이에서 패킷을 릴레이하는 릴레이 노드를 결정하기 위한 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를 이용한 네트워크 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 다른 실시예는 채널 이득에 기초하여 기회적인(Opportunistic) 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를 이용한 네트워크 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 실시예는 패킷 지연을 고려하여 홉수를 설정하고, 상기 설정된 홉수에 따라서 라우팅 영역을 설정함으로써, 간섭에 강하고 송신 전력의 조정이 가능한 패킷 전송 경로 설정 방법 및 네트워크 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 실시예는 패킷 지연과 송신 전력간에 효율적인 트레이드 오프를 제공할 수 있는 패킷 전송 경로 설정 방법 및 이를 이용한 네트워크 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법은, 미리 설정된 홉 수 N(N은 2 이상의 정수)에 따라서 소스 노드와 목적 노드 사이에 적어도 하나의 노드를 포함하는 N-1개의 라우팅 영역을 설정하는 단계 및 채널 이득에 기초하여 상기 설정된 각각의 라우팅 영역 내의 어느 한 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 미리 설정된 홉수 N은 전송될 패킷에 대하여 허용 가능한 지연 시간을 기준으로 결정될 수 있다.
이때, 상기 N-1개의 라우팅 영역 각각의 중심으로부터 경계까지의 거리(r) 및 전송될 패킷에 대한 홉 거리(d)의 비 r/d는 0보다 크고 0.5보다 작은 임의의 값으로 설정될 수 있다.
이때, 상기 소스 노드는 상기 미리 설정된 홉 수 N, 홉 거리 및 라우팅 영역 중심으로부터 경계까지의 거리 r에 기초하여 송신 전력을 설정할 수 있다.
이때, 상기 라우팅 영역 내의 어느 한 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 단계는, 소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 전송된 패킷을 수신한 릴레이 노드가 인접한 라우팅 영역 내의 각 노드로 목적 노드의 코디네이트 정보를 전송하고, 상기 목적 노드의 코디네이트 정보를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하고, 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정 값 이상인 노드를 다음 패킷 릴레이 노드로 결정하는 것을 포함할 수 있다.
이때, N-1개의 라우팅 영역 중 목적 노드와 인접한 라우팅 영역 내의 패킷 릴레이 노드를 결정하는 단계는, 상기 목적 노드가 상기 목적 노드와 인접한 라우팅 영역 내의 각 노드로 RTS 신호를 전송하고, 상기 RTS 신호를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하고, 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정 값 이상 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법은, 소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷을 전송하는 제1 릴레이 노드가 미리 설정된 영역 내의 노드 들로 RTS 메시지를 전송하는 단계, 상기 RTS 메시지를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하는 단계, 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 이상인 노 드가 상기 추정된 채널 이득 값을 포함하는 CTS 메시지를 전송하는 단계 및 상기 CTS 메시지를 전송하는 노드가 하나인 경우에는 상기 CTS 메시지를 전송한 노드를 제2 릴레이 노드로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법은, 소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷을 전송하는 제1 릴레이 노드가 미리 설정된 영역 내의 노드 들로 RTS 메시지를 전송하는 단계, 상기 RTS 메시지를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하는 단계, 상기 추정된 채널 이득 값에 대응하는 백-오프 타임에 따라서 상기 추정된 채널 이득값을 포함하는 CTS 메시지를 전송하는 단계, 및 상기 CTS 메시지를 가정 먼저 전송한 노드를 제2 릴레이 노드로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 네트워크 장치는, 전송 패킷에 허용되는 지연시간에 기초하여 홉 수를 결정하는 소스 노드, 상기 소스 노드로부터 목적 노드의 코디네이트 정보를 수신하여 채널 이득을 추정하고 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 이상이면 응답 메시지를 상기 소스 노드로 전송하는 제1 릴레이 노드, 및 상기 목적 노드로부터 메시지를 수신하여 채널 이득을 추정하고 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 이상이면 응답 메시지를 상기 목적 노드로 전송하는 제2 릴레이 노드를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 센서 네트워크를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크의 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 애드-혹 네트워크는 n개의 노드가 랜덤(random)하게 분포한다. 상기 애드-혹 네트워크는 n보다 작거나 같은 수의 S-D pair 가 랜덤하게 존재한다. 도 1에서 소스 노드 1 - 목적 노드 1 및 소스 노드 2 - 목적 노드 2는 멀티 홉 통신에 의한 라우팅 예를 나타낸다. 각 S-D pair 당 채널 용량(capacity)은 노드 수 n에 관계 없이 일정한 것으로 가정한다.
하기 설명에 있어서, 애드-혹 네트워크의 채널 모델은 하기 수학식 1과 같이 정의 될 수 있으며, 본 발명의 적용 범위가 이에 제한되지는 않는다.
[수학식 1]
Figure 112007073386457-pat00001
상기 수학식 1에서,
Figure 112007073386457-pat00002
는
Figure 112007073386457-pat00003
를 만족하는 레일리(Rayleigh) 페이딩 채 널을 나타낸다.
Figure 112007073386457-pat00004
는 경로 손실 지수(path loss exponent)로써 2보다 큰 값이라 가정한다. 한편, 채널 상태 정보는 소스 노드와 같은 송신단에서는 모르고, 수신단에서 측정 가능한 것으로 가정한다.
도 2 본 발명의 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법은 미리 설정된 홉 수 N(N은 2 이상의 정수)에 따라서 소스 노드와 목적 노드 사이에 적어도 하나의 노드를 포함하는 N-1개의 라우팅 영역(region)을 설정하는 단계(S201) 및 채널 이득에 기초하여 상기 설정된 각각의 라우팅 영역 내의 어느 한 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 단계(S203)를 포함한다.
상기 라우팅 영역을 설정하는 단계(S201)에서, 홉 수 N은 전송될 패킷에 대하여 허용되는 지연 시간을 기준으로 소스 노드에서 설정된다. 이때, 전송될 패킷에 대하여 허용 되는 지연시간은 시스템 용량, S-D pair 당 평균 전송 전력 등을 고려하여 설정될 수 있다. 따라서, 전송될 패킷에 대하여 허용되는 지연 시간이 짧을수록 홉 수는 적게 설정된다.
상기 라우팅 영역은 도 3에 도시된 바와 같이, 소스 노드(301)와 목적 노드(309)사이에 설정된다.
도 3을 참조하면, 각각의 라우팅 영역(303, 305, 307)은 적어도 하나의 노드를 포함한다.
상기 소스 노드(301)는 인접한 라우팅 영역(303) 안에서 채널 이득이 소정 설정값 이상인 노드 중 어느 하나의 노드를 첫 번째 홉에서의 패킷 수신 노드로 결정한다. 상기 첫 번째 홉에서의 패킷 수신 노드는 결국 다음 홉(두 번째 홉)에서의 릴레이 노드가 된다. 또한 두 번째 홉에서 결정된 릴레이 노드는 인접한 라우팅 영역(305) 안에서 채널 이득이 소정 설정값 이상인 노드 중 어느 하나를 다음 홉(세 번째 홉)에서의 릴레이 노드로 결정한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 하나의 라우팅 영역 내에서 채널 이득이 우수한 노드를 릴레이 노드로 선택함으로써, MUD(Multi User Diversity)이득을 얻을 수 있다. 이때, MUD 이득은 상기 라우팅 영역(303) 내의 노드 개수의 대수(logarithm)와 같다.
상기 설정된 라우팅 영역(303,305,307,309) 내에 충분히 많은 노드가 존재하면, 채널 이득이 높은 노드를 선택할 수 있다.
따라서, 송신 노드는 채널 이득에 대응하여 송신 전력을 감소 시킬 수 있다. 이러한 송신 전력의 감소는 더 많은 S-D pair를 수용할 수 있고, 전체 시스템의 용량을 증가 시킬 수 있다.
상기 목적 노드(309)와 인접한 라우팅 영역(307)은 상기 목적 노드(309)로부터 수신되는 신호의 채널 이득이 소정 설정값 이상인 노드를 릴레이 노드(311)로 결정한다.
따라서, 상기 목적 노드(309)로부터 두 홉 전의 릴레이 노드는 라우팅 영역(307)내의 릴레이 노드(311)로 패킷을 전송하게 된다.
도 4는 도 3에 도시된 라우팅 영역의 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 각 라우팅 영역은 스퀘어(square)로 설정 될 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 각 라우팅 영역의 크기는 하기 수학식 2에 관련된다.
[수학식 2]
r =
Figure 112007073386457-pat00005
d (여기서, 0<
Figure 112007073386457-pat00006
<1/2)
상기 수학식 2에서, r은 라우팅 영역(403)의 중심(x1, y2)으로부터 경계까지의 거리, d는 홉 거리이다. 상기 d 및 r은 네트워크의 요구 조건에 따라서 미리 설정될 수 있다.
상기 d는 패킷 전송 노드(소스 노드 또는 릴레이 노드)(401)에서 인접 라우팅 영역(403) 내의 릴레이 노드까지의 거리 또는 이전 라우팅 영역의 중심(x0, y0)에서 다음 라우팅 영역의 중심(x1, y2)까지의 거리이다.
이때, 인접한 노드로의 홉핑(hopping)은 큰 간섭을 야기하기 때문에 r은 d에 비하여 충분히 작은 값이 되도록 설정한다. 상기 홉 거리 d는 r에 비하여 충분히 큰 값이기 때문에, 상기 d는 매 홉 당 동일한 값을 갖는 것으로 가정할 수 있다.
애드-혹 네트워크에서 각 노드는 GPS 장치에 의하여 자신의 코디네이트(coordinate) 정보를 알고 있다. 따라서, 각 노드는 어떤 라우팅 영역에 속하는지 여부와 상기 d 및 r에 관련된 정보를 알 수 있다.
상기 소스 노드(301) 및 각각의 릴레이 노드는 상기 미리 설정된 홉 수 N, 홉 거리 및 라우팅 영역 중심으로부터 경계까지의 거리 r에 기초하여 송신 전력을 설정할 수 있다. 즉, 상기 홉 거리를 크게 설정하면 이에 대응하여 송신 전력은 크 게 설정되고, 홉 거리를 짧게 설정하면 홉 수 N은 크게 설정되어야 하지만 이에 대응하여 송신 전력을 작게 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 패킷 전송 경로 설정 방법은, 소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷을 전송하는 제1 릴레이 노드(501)가 미리 설정된 영역 내의 노드 들(503)로 RTS 메시지를 전송하는 단계(505), 상기 RTS 메시지를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하는 단계(507), 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 보다 큰 노드가 상기 추정된 채널 이득 값을 포함하는 CTS 메시지를 전송하는 단계(509, 511) 및 상기 CTS 메시지를 전송하는 노드가 하나인 경우에는 상기 CTS 메시지를 전송한 노드를 제2 릴레이 노드로 결정하여 패킷을 전송하는 단계(513)를 포함한다.
상기 단계(505)에서 상기 소스 노드(제1 릴레이 노드)(501)는 목적 노드의 코디네이트 정보를 포함하는 RTS(Request To Send) 메시지를 인접 라우팅 영역내의 각 노드(후보 노드)(503)에게 전송한다.
상기 단계(507)에서, 라우팅 영역 내의 각 후보노드(503)는, RTS 메시지를 이용하여 채널 이득을 추정한다.
상기 RTS 메시지 및 CTS 메시지는 패킷 전송시 사용하는 주파수와 다른 임의의 주파수를 사용하여 전송 할 수 있다.
상기 단계(509)에서, 각 노드는 추정된 채널 이득이 Threshold 값 보다 큰지 를 판단한다. 상기 단계(511)에서, 채널 이득이 Threshold 값 보다 큰 노드는 추정된 채널 이득 값을 포함하는 CTS(Clear To Send) 메시지를 상기 소스 노드(제1 릴레이 노드)(501)로 전송한다.
상기 Threshold 값은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112007073386457-pat00007
상기 수학식 3에서, m은 라우팅 영역 내에 존재하는 노드의 개수이다. 상기 m이 충분히 크다고 가정하면, 가장 큰 채널 이득은 이론적으로 logm 과 같다.
그러나, 실제적인 m을 고려하면, 채널 이득에 대한 오차
Figure 112007073386457-pat00008
(
Figure 112007073386457-pat00009
>0)가 발생한다. 상기 Threshold는 총 TTH 개가 설정될 수 있으며, 채널 이득에 대한 오차
Figure 112007073386457-pat00010
는
Figure 112007073386457-pat00011
와 같다.
상기 단계(513)에서, 상기 소스 노드(제1 릴레이 노드)(501)는 상기 CTS 메시지를 전송한 노드를 다음 홉에서의 릴레이 노드로 결정하고 패킷을 전송한다.
상기 CTS 를 전송한 노드는 패킷이 수신되면 ACK 메시지를 전송한다.
만일, 미리 설정된 시간구간 동안 어느 하나의 노드도 CTS 메시지를 전송하지 않으면, Threshold는
Figure 112007073386457-pat00012
로 변경된다.
도 6은 목적 노드로 패킷을 전송하는 릴레이 노드의 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 목적 노드(609)는 미리 결정되어 있기 때문에, 목적 노드(609)와 인접한 라우팅 영역(605) 내의 릴레이 노드 선택은 수신 다이버시티 이득을 고려하여 결정된다.
즉, 목적 노드(609)로부터 두 홉 전의 릴레이 노드(603)는 목적 노드(609)와 인접한 라우팅 영역(605) 내의 대표 노드(607)로 릴레이 노드 결정 요청 메시지를 전송한다.
상기 목적 노드(609)로부터 두 홉 전의 릴레이 노드(603)는 N-2(N은 미리 결정된 홉 수)번째 라우팅 영역(601) 내에 존재한다. 또한, 상기 목적 노드(609)와 인접한 라우팅 영역(605)는 N-1번째 라우팅 영역을 나타낸다.
상기 릴레이 노드 결정 요청 메시지를 수신한 대표 노드(607)는 상기 목적 노드(609)로 릴레이 노드 결정 요청 메시지를 전달한다.
상기 목적 노드(609)는 릴레이 노드 결정 요청 메시지를 수신하면, 상기 인접한 라우팅 영역(605) 내의 각 노드로 RTS 메시지를 전송한다.
상기 RTS 메시지를 수신한 각 노드는 수신된 RTS 메시지를 이용하여 채널 이득을 추정한다. 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 보다 큰 노드가 상기 추정된 채널 이득 값을 포함하는 CTS 메시지를 상기 목적 노드(609)로 전송한다.
다음에, 상기 대표 노드(607)는 상기 CTS 메시지를 상기 목적 노드(609)로 전송한 노드(최종 홉에서의 릴레이 노드)를 상기 두 홉 전의 릴레이 노드(603)로 알려 준다.
이후, 상기 두 홉 전의 릴레이 노드(603)는 패킷을 상기 최종 홉에서의 릴레이 노드로 전송한다.
상기한 Threshold 값의 변경 과정과, CTS 메시지의 충돌 방지 과정은 상기 최종 홉에서의 릴레이 노드 결정 과정에 동일하게 적용된다.
도 7은 도 5에서 어느 하나의 노드도 CTS 메시지를 전송하지 않은 경우의 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 미리 설정된 시간구간 동안 CTS 메시지를 전송하는 노드가 없는 경우에 Threshold 값은 변경된다(S701). 상기 소스 노드(제1 릴레이 노드)(501)는 미리 설정된 시간구간 내에 CTS 메시지를 수신하지 못하면 Threshold를
Figure 112007073386457-pat00013
로 변경하고, 변경된
Figure 112007073386457-pat00014
를 포함하는 RTS 메시지를 전송한다.
상기 인접 라우팅 영역내의 각 노드(후보 노드)(503)는 변경된
Figure 112007073386457-pat00015
와 추정된 채널 이득을 비교한다(S703). 상기 추정된 채널 이득이 상기 변경된
Figure 112007073386457-pat00016
보다 큰 노드는 CTS 메시지를 전송한다(S705). 만일, Threshold 값이 T-1번째 변경된 경우에도 CTS가 전송되지 않으면 노드 결정 실패(outage)가 발생한다(S707). 상기 노드 결정 실패가 발생되면, 라우팅 영역 내의 대표 노드는 NACK 메시지를 전송한다. 상기 라우팅 영역 내의 대표 노드는 라우팅 영역 중심에 위치한 노드 또는 미리 설정된 코디네이트 노드일 수 있다.
이때, 두 개 이상의 노드에서 CTS 메시지를 전송하는 경우에는 충돌(collision)이 발생 할 수 있다.
도 8은 두 개 이상의 노드에서 CTS 메시지를 전송하는 경우의 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
상기 도 8을 참조하면, 라우팅 영역 내의 각 후보노드(503)는, RTS 메시지를 이용하여 채널 이득을 추정한다(S801).
상기한 바와 같이 상기 추정된 채널 이득이 Threshold 보다 큰 노드는 CTS 메시지를 상기 소스 노드(제1 릴레이 노드)(501)로 전송한다.
상기 CTS 메시지를 전송한 노드는 라우팅 영역내의 2개 이상의 노드에서 CTS 메시지가 전송되었는지를 판단한다(S803). 이때, 라우팅 영역내의 코디네이트 노드가 2개 이상의 노드에서 CTS 메시지가 전송되었는지를 판단하여 이를 상기 CTS 메시지를 전송한 각 노드로 알려 줄 수 있다.
만일, 하나의 노드에서 CTS 메시지를 상기 소스 노드(제1 릴레이 노드)(501)로 전송한 경우에는 상기한 바와 같이 제2 릴레이 노드는 결정된다(S805).
만일, 2개 이상의 노드에서 CTS 메시지를 상기 소스 노드(제1 릴레이 노드)(501)로 전송한 경우에는 상기 CTS 메시지를 전송한 각 노드는 채널 이득에 대응하는 확률 값에 따라서 CTS 메시지를 재전송한다(S807).
이때, 채널 이득에 대응하는 확률 값은 미리 설정된 값으로서, 채널 이득이 높을수록 1에 가까운 확률 값으로 설정 할 수 있다.
본 발명의 실시예는 채널 이득이 높을수록 높은 확률 값으로 CTS 메시지를 재전송하기 때문에 CTS 메시지의 충돌 문제를 해결 할 수 있다.
도 9는 복수의 송신 노드가 존재하는 경우의 예를 나타내는 도면이다.
상기 도 9는 라우팅 영역(909) 내의 노드(905, 907)가 2개 이상의 송신 노드(901, 903)로부터 RTS 메시지를 수신한 경우를 나타낸다.
이때, 라우팅 영역(909) 내의 노드(905, 907)는 각각의 RTS 메시지에 대한 채널 이득을 추정한다.
이때, 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 이상이면 상기 RTS 메시지를 전송한 소스 노드 또는 제1 릴레이 노드의 식별정보(ID) 및 추정된 채널 이득 값을 포함하여 CTS 메시지를 전송한다.
이때, 각각의 송신 노드(901, 903)는 식별 정보에 의하여 CTS 메시지를 전송한 노드를 알 수 있다. 각각의 송신 노드(901, 903)는 어느 한 노드가 채널 이득이 가장 좋은 후보 노드를 선택하고, 다른 한 노드가 채널 이득이 두 번째로 좋은 노드를 선택함으로써, 링크간의 충돌을 방지할 수 있다.
또한, 복수의 송신 노드가 존재하는 경우에, Threshold 및 CTS메시지의 충돌에 대한 처리 과정은 하나의 송신 노드가 존재하는 경우와 동일하게 처리된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 패킷 전송 경로 설정 방법은, 소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷을 전송하는 제1 릴레이 노드(1001)가 미리 설정된 영역 내의 노드 들(1003)로 RTS 메시지를 전송하는 단계(1005), 상기 RTS 메시지를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하는 단계(1007), 상기 추정된 채널 이득 값에 대응하는 백-오프 타임에 따라서 상기 추정된 채널 이득값을 포함하는 CTS 메시지를 전송하는 단계(1009, 1011) 및 상기 CTS 메시지를 가정 먼저 전송한 노드를 제2 릴레이 노드로 결정하는 단계(1013, 1015)를 포함한다.
상기 단계(1005)에서, 소스노드(제1 릴레이 노드)(1001)는 목적 노드의 코디 네이트 정보를 포함하는 RTS 메시지를 인접 라우팅 영역 내의 후보 노드(1003)로 전송한다.
상기 단계(1007)에서, 인접 라우팅 영역 내의 후보 각 노드(1003)는 RTS 메시지를 이용하여 채널 이득을 추정한다.
상기 RTS 메시지 및 CTS 메시지는 패킷 전송시 사용하는 주파수와 다른 임의의 주파수를 사용하여 전송 할 수 있다.
상기 단계(1009)에서, 인접 라우팅 영역 내의 후보 각 노드(1003)는 미리 설정된 Back-off 시간에 따라 타이머(미 도시함)를 작동시킨다.
상기 Back-off 시간(U)은 도 11에 도시된 바와 같이, 채널 이득 값에 기초하는 유틸리티 함수이다. 상기 유틸리티 함수는 채널 이득 값에 대하여 단조 감소하는 특성을 갖도록 임의의 함수로 모델링하여 생성할 수 있다.
상기 단계(1007)에서, 인접 라우팅 영역 내의 후보 각 노드(1003)는 상기 RTS 메시지를 2개 이상의 소스 노드 또는 제1 릴레이 노드로부터 수신한 경우에는 각 RTS 메시지에 대한 채널 이득을 추정한다.
상기 단계(1011)에서, Back-off 시간에 따라 작동된 타이머가 0이 되는 노드는 추정된 채널 이득값을 포함하는 CTS 메시지를 소스노드(제1 릴레이 노드)(1001)로 전송한다.
상기 단계(1013)에서 소스노드(제1 릴레이 노드)(901)는 CTS 메시지를 전송한 노드로 패킷을 전송한다. 상기 패킷을 수신한 노드는 ACK 신호를 소스노드(제1 릴레이 노드)(1001)로 전송한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹 네트워크의 예를 나타내는 도면이다.
도 2 본 발명의 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 영역 설정 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 라우팅 영역의 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 목적 노드로 패킷을 전송하는 릴레이 노드의 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5에서 어느 하나의 노드도 CTS 메시지를 전송하지 않은 경우의 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 두 개 이상의 노드에서 CTS 메시지를 전송하는 경우의 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 복수의 송신 노드가 존재하는 경우의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패킷 전송 경로 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 Back-off 시간에 대한 유틸리티 함수의 예를 나타내는 도면이다.

Claims (15)

  1. 멀티 홉 기반 애드 혹 네트워크에서 패킷 전송 경로의 설정 방법에 있어서,
    미리 설정된 홉 수 N(N은 2 이상의 정수)에 따라서 소스 노드와 목적 노드 사이에 적어도 하나의 노드를 포함하는 N-1개의 라우팅 영역을 설정하는 단계; 및
    채널 이득에 기초하여 상기 설정된 각각의 라우팅 영역 내의 어느 한 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 소스 노드 및 각각의 릴레이 노드는 상기 미리 설정된 홉 수 N, 홉 거리 및 상기 라우팅 영역 중심으로부터 경계까지의 거리 r에 기초하여 송신 전력을 설정함을 특징으로 하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 홉 수 N은 전송될 패킷에 대하여 허용 되는 지연 시간을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 N-1개의 라우팅 영역 각각의 중심으로부터 경계까지의 거리(r) 및 전송될 패킷에 대한 홉 거리(d)의 비 r/d는 0보다 크고 0.5보다 작은 임의의 값임을 특징으로 하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 라우팅 영역 내의 어느 한 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 단계는,
    소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 전송된 패킷을 수신한 릴레이 노드가 인접한 라우팅 영역 내의 각 노드로 목적 노드의 코디네이트 정보를 전송하고,
    상기 목적 노드의 코디네이트 정보를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하고,
    상기 추정된 채널 이득이 소정 설정 값 보다 큰 노드를 다음 패킷 릴레이 노드로 결정하는 것을 포함 하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    N-1개의 라우팅 영역 중 목적 노드와 인접한 라우팅 영역 내의 패킷 릴레이 노드를 결정하는 단계는,
    상기 목적 노드가 상기 목적 노드와 인접한 라우팅 영역 내의 각 노드로 RTS 신호를 전송하고,
    상기 RTS 신호를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하고,
    상기 추정된 채널 이득이 소정 설정 값 보다 큰 노드를 패킷 릴레이 노드로 결정하는 것을 포함하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  7. 멀티 홉 기반 애드 혹 네트워크에서 소스 노드와 목적 노드 사이에서 패킷을 릴레이하는 릴레이 노드를 결정하기 위한 패킷 전송 경로 설정 방법에 있어서,
    미리 설정된 홉 수 N(N은 2 이상의 정수)에 따라서 소스 노드와 목적 노드 사이에 적어도 하나의 노드를 포함하는 N-1개의 라우팅 영역을 설정하는 단계;
    상기 소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷을 전송하는 제1 릴레이 노드가 상기 라우팅 영역 내의 노드 들로 RTS 메시지를 전송하는 단계;
    상기 RTS 메시지를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하는 단계;
    상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 보다 큰 노드가 상기 추정된 채널 이득 값을 포함하는 CTS 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 CTS 메시지를 전송하는 노드가 하나인 경우에는 상기 CTS 메시지를 전송한 노드를 제2 릴레이 노드로 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 소스 노드 및 각각의 릴레이 노드는 상기 미리 설정된 홉 수 N, 홉 거리 및 상기 라우팅 영역 중심으로부터 경계까지의 거리 r에 기초하여 송신 전력을 설정함을 특징으로 하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 CTS 메시지를 전송하는 노드가 없는 경우에는,
    상기 소정 설정값을 변경하여 상기 추정된 채널이득을 상기 변경된 설정값과 비교하는 것을 특징으로하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서
    상기 CTS 메시지를 전송하는 노드가 2개 이상인 경우에는,
    상기 CTS 메시지를 전송한 각 노드는 채널 이득에 대응하는 확률 값에 따라 서 CTS 메시지를 재전송하는 것을 포함하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  10. 제 7 항에 있어서
    상기 라우팅 영역 내의 노드가 상기 RTS 메시지를 2개 이상의 소스 노드 또는 제1 릴레이 노드로부터 수신한 경우에는 각 RTS 메시지에 대한 채널 이득을 추정하고,
    상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 보다 크면 상기 RTS 메시지를 전송한 소스 노드 또는 제1 릴레이 노드의 식별정보를 포함하여 상기 CTS 메시지를 전송하는 것을 포함하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  11. 멀티 홉 기반 애드 혹 네트워크에서 소스 노드와 목적 노드 사이에서 패킷을 릴레이하는 릴레이 노드를 결정하기 위한 패킷 전송 경로 설정 방법에 있어서,
    미리 설정된 홉 수 N(N은 2 이상의 정수)에 따라서 소스 노드와 목적 노드 사이에 적어도 하나의 노드를 포함하는 N-1개의 라우팅 영역을 설정하는 단계;
    상기 소스 노드 또는 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷을 전송하는 제1 릴레이 노드가 상기 라우팅 영역 내의 노드 들로 RTS 메시지를 전송하는 단계;
    상기 RTS 메시지를 수신한 각 노드가 채널 이득을 추정하는 단계;
    상기 추정된 채널 이득 값에 대응하는 백-오프 타임에 따라서 상기 추정된 채널 이득값을 포함하는 CTS 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 CTS 메시지를 가정 먼저 전송한 노드를 제2 릴레이 노드로 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 소스 노드 및 각각의 릴레이 노드는 상기 미리 설정된 홉 수 N, 홉 거리 및 상기 라우팅 영역 중심으로부터 경계까지의 거리 r에 기초하여 송신 전력을 설정함을 특징으로 하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 라우팅 영역 내의 노드가 상기 RTS 메시지를 2개 이상의 소스 노드 또는 제1 릴레이 노드로부터 수신한 경우에는 각 RTS 메시지에 대한 채널 이득을 추정하고,
    상기 추정된 채널 이득 값에 대응하는 백-오프 타임에 따라서 상기 RTS 메시지를 전송한 소스 노드 또는 제1 릴레이 노드의 식별정보를 포함하여 상기 CTS 메시지를 전송하는 것을 포함하는 패킷 전송 경로 설정 방법.
  13. 멀티 홉 기반 애드 혹 네트워크 장치에 있어서,
    전송 패킷에 허용되는 지연시간에 기초하여 홉 수 N을 결정하고, 상기 홉 수에 따라서 소스 노드와 목적 노드 사이에 적어도 하나의 노드를 포함하는 N-1개의 라우팅 영역을 설정하는 소스 노드;
    상기 소스 노드로부터 목적 노드의 코디네이트 정보를 수신하여 채널 이득을 추정하고 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 이상이면 응답 메시지를 상기 소스 노드로 전송하는 제1 릴레이 노드; 및
    상기 목적 노드로부터 메시지를 수신하여 채널 이득을 추정하고 상기 추정된 채널 이득이 소정 설정값 보다 크면 응답 메시지를 상기 목적 노드로 전송하는 제2 릴레이 노드를 포함하고,
    상기 소스 노드 및 각각의 릴레이 노드는 상기 미리 설정된 홉 수 N, 홉 거리 및 상기 라우팅 영역 중심으로부터 경계까지의 거리 r에 기초하여 송신 전력을 설정하는 네크워크 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 릴레이 노드 및 제2 릴레이 노드는 각각 상기 홉 수에 기초하여 미리 설정되는 다른 라우팅 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 네트워크 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 릴레이 노드는 상기 추정된 채널 이득 값에 대응하는 백-오프 타임에 따라서 상기 응답 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 네크워크 장치.
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