실제적인 이동 Ad Hoc 망에서는 단말의 비대칭성이나 무선환경 특성으로 인해 단방향 링크가 존재할 수 있다. 그러나 현재 Zone 라우팅 프로토콜이외의 기존의 이동 Ad Hoc 라우팅 프로토콜은 양방향 링크들만을 지원하도록 구현되어 있다. 따라서 본 논문에서는 가장 대표적인 라우팅 프로토콜인 DSR(Dynamic Source Routing) 프로토콜이 단방향 링크를 포함하는 이동 Ad Hoc 망에서 구동될 수 있도록 동적 소스 라우팅을 이용한 새로운 단방향 라우팅 프로토콜을 제안한다. 단방향 링크 상에서 효율적으로 구동하기 위해서 제안한 단방향 라우팅 프로토콜은 새로운 경로발견 및 경로유지 방법을 사용하였다. 성능평가를 위해서 미국 버클리 대학의 NS-2 시뮬레이터 프로그램에 제안한 내용을 코드로 삽입시켰으며, 성능평가 파라미터를 얻기 위해 카네기멜론 대학에서 제공한 이동 패턴파일과 연결 패턴파일을 조합하여 사용하였다. 성능평가 항목으로 데이터수신율 및 평균경로 설정시간을 고려하였으며, 제안된 3가지 경로설정 방식들에 대해 비교·평가하였다.
본 논문은 이동 Ad Hoc 망 라우팅 프로토콜 중, 비대칭 경로를 지원하는 동적 소스 라우팅 프로토콜에 관한 연구이다. 기존의 동적 소스 라우팅 프로토콜은 양방향 경로만을 사용하도록 구현되어있다. 그러나 실제적인 무선환경에서는 단말의 비대칭성이나 무선환경 특성 등에 기인한 단방향 링크가 존재할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 좀 더 일반적인 무선환경에 맞는 이동 Ad Hoc 망 라우팅 프로토콜을 구현하기 위하여 비대칭 경로를 지원하도록 하였다. 특히 이동성으로 인한 경로 실패를 인식한 경우, 신속한 경로 재설정을 수행하기 위해 개선된 다중경로유지 기법을 사용하였다.
동적 메트릭을 사용하는 단일 경로 라우팅 방식이 폭주에 대처하는 방법은 폭주 영역을 피해갈 수 있도록 경로를 바꾸어주는 것이다. 그러나, 이러한 라우트 변경은 라우팅 진동을 야기할 수 있고, 폭주에 대응하여 실제적으로 네트워크 상에 존재하는 다중의 경로들을 모두 동시에 이용할 수 없다는 한계점이 있다. 이에 본 논문에서는 라우팅 오버헤드 측면에서 매우 효율적이면서, 라우팅 성능을 높일 수 있는 동적 로드 밸런싱을 수행하는 다중 경로 라우팅 방식인 MP-DLB를 제안하였다. MP-DLB 방식은 hot 목적지에 대해서만 다중 경로를 설정하고, 이들 다중 경로에 대해서만 동적 로드 밸런싱을 수행한다. 제안하는 MP-DLB 방식의 성능을 검토하기 위하여 시뮬레이션을 실험한 결과, MP-DLB는 hot 목적지를 향하여 임의의 라우터에 집중되고 있는 여러 소스로부터의 트래픽을 다중 경로를 이용해 분산 전송함으로써 효과적으로 폭주를 경감시키고 라우팅 성능을 높임을 볼 수 있었다.
네트워크 통신에서 베이스노드가 목적지 노드에 데이터를 전송하는데 데이터가 목적지 노드에 전송하는 경로방향을 설정하는 것은 효율적인 데이터 전송을 위해 매우 중요하다고 할 수 있다. 표준 프로토콜의 하나인 애드혹 프로토콜은 패킷 혹은 데이터가 어떻게 목적지에 도달하는지 경로를 결정한다. 그중 대표적인 것이 애드혹 주문형 거리프로토콜 (AODV)이나 동적 소스 라우팅 프로토콜 (DSR) 이다. 본 논문에서 제안하는 작은 종단연결 순차번호를 이용한 라우팅 프로토콜은 라우트 방향이 가이드 노드의 도움을 받아 적절히 업데이트 되어 효율적이고 프로토콜의 성능분석에 초점을 맞추어 다른 두 프로토콜과 비교한다. 실험은 네트워크 시뮬레이터 (NS-2)를 사용하고 시뮬레이션 시간, 노드개수, 패킷 크기 같은 파라미터에 근거하고 패킷전송비율, 라우팅 부하, 데이터 전송률 같은 본 논문에서 제시한 성능지표에 따라 비교 분석한다. 그 결과 작은 종단연결 순차번호를 이용한 라우팅 프로토콜이 애드혹 주문형 거리 프로토콜 (AODV) 이나 동적 소스 라우팅 프로토콜 (DSR) 에 비해 우수한 성능을 가진 것으로 나타난다.
무선 애드혹 통신망은 고정된 기간망 없이 이동 기기들이 모여서 형성하는 임시 무선 시스템이다. 무선 애드혹 통신망에서는 이동 기기들이 모여서 통신망을 형성하므로 개개의 이동 기기의 수명이 통신망 자체의 수명을 결정짓는 중요한 요소가 된다. 망의 구조에 따라서 어떠한 경우는 단지 하나의 이동 기기가 자신의 배터리를 모두 소모하고 동작을 멈추었을 뿐인데, 이것이 통신망의 분할(partition)을 가져올 수도 있다. 이처럼 이동 기기의 수명은 각 이동 기기가 가지고 있는 배터리에 의존하므로 될 수 있는 한 소모하는 에너지량을 줄여 모든 이동 기기들이 골고루 오래 살수 있도록 하는 것이 전체 통신망의 수명을 늘릴 수 있는 방안이 된다. 본 연구에서는 모든 이동 기기들이 오랫동안 함께 살 수 있도록 최적의 경로를 선택하여 통신을 하도록 하는 전력 인식 동적 소스 라우팅(Power-Aware Dynamic Source Routing: PADSR) 프로토콜을 제안한다. PADSR에서는 송신 기기가 패킷(packet) 전송을 위한 경로를 선택할 때 어떤 특정 이동 기기의가 에너지를 많이 소모하지 않도록 하기 위하여 경로 선택 시에 경로에 포함되어 있는 이동 기기들의 남아있는 배터리량과 패킷을 전달하는데 소모하게 되는 송신 에너지량을 고려한다. 따라서 PADSR을 사용하게 되면 통신망의 수명이 연장된다.
MANET(Mobile Ad-hoc Network)에서 이동 노드는 제한된 배터리로 동작한다. 네트워크의 종료를 막기 위해, 주어진 배터리를 효율적으로 소모하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 기존의 에너지를 고려한 라우팅 방법과 동적 소스 라우팅 (DSR:Dynamic Source Routing)을 소개하고, 전체 네트워크의 생존시간과 전송되는 패킷의 개수를 증가시키기 위한 에너지를 고려한 동적 소스 라우팅 EDSR(Energy-aware Dynamic Source Routing)을 제안한다. 기존의 DSR에서는 남아 있는 에너지를 고려하지 않고 경로 선택을 하였지만, EDSR은 에너지 경계값(threshold)을 두어 배터리의 남아 있는 에너지 잔량을 고려하여 경로를 선택하게 된다. EDSR을 시뮬레이션을 통해 실험한 결과 전체 네트워크의 생존시간과 전송되는 총 데이터 패킷의 용량에서 향상된 성능을 보여주었으며, 소모되는 에너지도 고르게 분포되는 것을 확인하였다.
실제 이동 Ad Hoc 네트워크상의 단말기 혹은 무선 환경의 비대칭성에는 단방향 링크가 존재한다. 이에 현재 기존의 이동 Ad Hoc 라우팅 프로토콜을 양방향 링크만을 지원할 수 있도록 구현하였으며, 본 논문에서는 새로운 라우팅 프로토콜을 구현하기 위하여 기존의 동적 소스라우팅 프로토콜을 확장하여 단방향 링크를 가지고 있는 이동 Ad Hoc 네트워크에 적용하였다. 성능평가를 위하여 이동시나리오 파일의 결합과 카네기멜론 대학의 연결 패턴파일을 사용하였다. 또한 수신 데이터율과 평균경로발견시간을 평가 요소로 고려하였으며, 제안된 세 가지 경로 설정 방법을 비교 평가하였다.
이동 애드 혹 네트워크에서는 노드의 이동성으로 인해 설정된 라우팅 경로를 안정적으로 유지하는 것이 어렵다. 본 논문에서는 사실상의 복수 경로를 의미하는 그룹경로를 사용하여 경로 안정성을 높인 그룹 소스 라우팅 프로토콜을 제안한다. 물리적으로 인접한 노드들끼리 클러스터 (혹은 그룹)를 형성하며, 각 클러스터는 모든 멤버들을 직접 연결하는 클러스터헤드와 클러스터를 유일하게 식별하기 위한 클러스터 레이블을 갖는다. 그룹경로는 소스에서 목적지까지 놓여있는 클러스터들의 레이블 시퀀스로 이루어진다. 그룹경로상의 각 클러스터에 속한 노드들은 클러스터들을 잇는 브릿지 노드들을 통해 그룹경로상의 다음 레이블을 갖는 클러스터의 노드로 패킷을 전달한다. 따라서, 그룹경로는 단일 링크 단절에 의해 쉽게 깨어지지 않고, 경로상의 인접한 그룹간에 연결이 완전히 끊어지지 않는 한 유효하다. 시뮬레이션을 통해 높은 이동성과 높은 트래픽 상황에서도 그룹 라우팅 프로토콜이 다른 주요 소스라우팅 프로토콜들보다 안정성이 뛰어나다는 것을 입증하였다.
소스 호스트와 목적지 호스트간 경유 경로를 패킷 헤더에 모두 포함하는 DSR(Dynamic Source Routing)은 경유 호스트 수 증가에 비례 칠서 패킷 헤더와 개별 호스트들이 유지하는 라우트 캐쉬의 크기가 커져야 한다. 따라서 경로 크기와 선형적 관계로 유발되는 확장성 문제로 DSR을 수천 개 이상의 호스트로 구성 되는 대규모 애드-혹 망에 적용하기 어렵다. IETF(Internet Engineering Task Force)는 이러한 단점의 회피 방법으로 Flow State 메카니즘을 제안 하고 있다. 그러나 이 방법은 Route Discovery를 위한 Route Request 와 Route Response 패킷에 전체 경로를 포함 해야 하는 것은 물론 Route Cache에도 전체 경로를 저장 해야 하기 때문에 DSR 확장성 문제를 해결 할 수 없다. 본 논문에서는 경로 크기에 비례해 증가하는 DSR의 오버헤드를 패킷 헤더는 6-hoP, 라우트 캐쉬는 12-hoP 크기로 한정 하는 경로 분할 라우팅 방법을 제안한다.
배터리 파워는 모바일 애드 혹 네트워크(Mobile Ad hoc Network)에서 중요한 리소스이다. 기존의 라우팅 알고리즘에서는 노드의 파워를 on-off 시키는 방법으로 파워를 관리해왔다. 본 논문에서는 DSR (dynamic source routing)에서 route discovery, route maintenance를 할 때 각 노드의 배터리 파워 레벨을 고려하여 파워 레벨이 낮은 노드들은 RREP packet을 보내지 않음으로써 소스에서 데스티네이션까지의 경로를 오래 유지시킬 수 있고, 또한 파워 레벨이 높은 하나의 노드에 트래픽이 집중되지 않도록 하기 위해 큐(queue)에 담겨있는 트랜스미션패킷과 리시브 패킷의 수까지 고려하여 경로를 설정한다. 이 알고리즘을 이용함으로써 각 노드의 파워를 효율적으로 관리함은 물론, 전체 네트워크의 load 균형을 맞춤으로 네트워크의 수명을 길게 할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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