한정된 배터리 전원을 사용하는 무선 센서네트워크에서 노드의 수명유지를 위해 전력 소모량은 매우 중요한 문제이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 계층적 클러스터링 기법을 적용한 라우팅 기법들이 연구되고 있다. 열악한 환경에서 작동하는 센서 노드의 오류는 전송에서 발생하는 오류뿐만 아니라 센서 자체의 오류도 포함하지만 기존의 라우팅 기법에서는 이를 배제하고 있다. 본 논문에서는 데이터마이닝을 이용하여 센서의 오류를 탐지하고 센서의 오류를 포함한 센서 노드를 클러스터 헤드로 사용하여 에너지 집약적인 기능을 담당하는 라우팅 알고리즘을 제안한다. 센서 노드의 빠른 교체가 이루어 질 수 없는 상황이나, 해당 센서 노드에서 수집되는 데이터가 교체 비용보다 효용성의 측면에서 떨어질 경우에는 일정기간 네트워크의 전력 소모를 전담하도록 하여 전체 센서네트워크의 생존성을 높일 수 있다.
본 논문에서는 ATM망의 VP계층 망 상에서의 VC 연결에 대한 멀티캐스트 라우팅 알고리즘인 CMTVD(Constrained Multicast Tree with Virtual Destination) 알고리즘을 제안한다. CMTVD 멀티캐스트 라우팅 알고리즘은 서비스 유형에 따라 달라지는 제한사항을 반영하여 경로를 할당하되, 여러 목적 노드 그룹들간에 경로가 최대한 공유될 수 있도록 하여 총 링크 사용을 최소화할 수 있도록 한 휴리스틱 알고리즘이다. 소스노드와 목적노드들 및 가상목적 노드들로 구성되는 최소 비용 스타이너 트리를 구하는데, 연결가지를 추가시킬 때마다 서비스 유형에 따른 제한사항을 가중치로 반영한다. 지연에 민감한 실시간 서비스에 대해서는 최대 허용 지연을 초과하지 않도록 가급적 지연이 작은 연결가지를 선택하고, 비실시간 서비스에 대해서는 망에 부하가 분산되도록 하는 연결가지를 선택한다. 시뮬레이션 결과에 의하면 CMTVD 알고리즘은 망의 노드수가 증가하고 목적노드 그룹 수가 크며 그들이 집중화되어 있을수록 CMT(Constrained Multicast Tree) 알고리즘에 비해 더 나은 경로를 찾는데, 경로 비용 성능이 약 10% ~ 15% 정도 개선되었다. 본 논문에서는 ATM 망을 VP 계층에서 가상 멀티캐스트망으로 재구성하고 연결가지의 비용함수를 선택 가능한 경로들간의 상대적 비용요소만을 고려하여 단순화함으로써 복잡도를 줄여 실제 환경에 사용할 수 있도록 고려하였다.
본 논문은 설계 흐름의 초기 단계에서 SoC의 라우팅 밀집도를 빠르고 정확하게 예측하는 방법론을 제안한다. 라우팅 과정에서 발생하는 과도한 밀집 현상은 라우팅 실패를 야기하고, 물리 설계를 처음부터 다시하게 되는 불필요한 시간을 소모하게 한다. 설계 초기단계에서 라우팅 밀집도를 정확하게 예측하는 것은 성공적인 물리 설계를 이끌어 내며, 전체 설계 시간에 소모되는 비용을 최소화시킨다. 제안된 방법은 블록 수준 플로어플랜 단계에서 블록 간/블록 내부 인터커넥트, 가상으로 합성된 파워/클록 네트워크를 사용해서 정교한 라우팅 밀집도를 예측한다.
기존 동적 라우팅은 최소 링크 비용을 기준으로 최적의 라우팅 경로를 설정하고 이에 따라 유입 혹은 유출 되는 플로우를 단말로 전송한다. 하지만 이 경우에는 보안 기능을 담당하는 미들 박스를 우회하게 되고 이에 따라 해당 네트워크는 보안 위협을 직면하게 되는 문제가 발생한다. 따라서 최적의 라우팅 경로 설정 시 각 플로우의 서비스 유형을 고려하여 해당 플로우를 보안 미들 박스를 거쳐 단말로 전송하기 위한 라우팅 방안인 동적 서비스 체이닝이 필요하다. 본 논문에서는 SDN의 동적 플로우 트래픽 제어 기능과 보안 서비스 기능을 동시에 고려한 동적 라우팅 방안에 대해 제안한다.
무선 센서 네트워크는 고정된 인프라의 도움없이 이동 노드만으로 구성되므로 네트워크의 독립성과 융통성을 높일 수 있으나, 노드의 참여와 이탈의 자유로움으로 인하여 네트워크 운영의 기본 기능인 라우팅에 많은 어려움이 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 이 논문에서는 노드들의 지리적 또는 논리적인 위치 정보를 이용한 위치 기반 라우팅 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 센서의 위치 정보를 클러스터 기반으로 동작시켜 확장성과 이동성을 보장하는 분산 환경의 무선 센서 네트워크에 적용가능하다. 기존 DSR과 AODV등의 reactive 라우팅 알고리즘과 성능분석을 통해 노드 증가에 따른 패킷전송 비율, 라우팅 오버헤드, 평균 통신비용 등을 비교한다.
다단계 호핑(multi-hop) 무선 센서네트워크의 라우팅 경로를 설정하는데 있어서 데이터 전송의 요구가 있는 경우에만 경로를 만드는 Demand-Driven 방식의 대표적인 방법이 DSR(Dynamic Source Routing)인데 라우트 레코드를 패킷에 실어 보내기 때문에 이 또한 센서노드들의 수가 많아질수록 패킷이 무거워질 수밖에 없다. 본 논문에서는 DSR 프로토콜을 기반하면서도 라우팅 테이블을 적절히 이용하여 노드 수 증가에 대해 고정된 패킷크기를 가지도록 하였으며 라우팅 비용함수를 적용하여 각 센서노드들의 전원 소모량, 이동성(Mobility), 네트워크 내에서의 Traffic, 거리(Hop) 등을 복합적으로 고려한 안정적이고 신뢰성 있는 최적의 라우팅 설정알고리즘을 제안한다.
이 논문에서는 이동 애드혹 네트워크 환경에서 네트워크 생존시간을 최대화하기 위한 에너지 인지 기반 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안 라우팅 프로토콜은 소스 라우팅 방식을 기반으로 하며, 이동 노드의 송수신 전력 소모량과 배터리 잔량을 소스 노드와 목적지 노드 종단간 고려하여 생존시간이 가장 긴 경로를 선택한다. 이를 위한 새로운 라우팅 비용을 제안하며, 경로 탐색시 발생하는 제어 패킷 오버헤드를 최소화하는 라우팅 프로토콜을 설계한다. 시뮬레이션 결과 제안방식은 전송 홉 수, 전송률, 에너지 소비량 측면에서 기존 방식과 비슷한 수준의 성능을 보이면서, 생존시간 측면에서는 기존 방식 대비 약 20%의 성능향상을 보여준다.
인터넷상의 망 장비는 크게 2 계층 스위치와 3 계층 라우터로 구분할 수 있으며, 2 계층 스위치는 IEEE 802.1D, IEEE 802.1Q 규격에 따라 수신된 이더넷(Ethernet) 프레임의 목적지 MAC 주소에 기반한 2 계층 스위칭 기능을 제공하며, 3 계층 라우터는 IETF 의 규격에 따라 수신된 이더넷 프레임의 목적지 IP 주소에 기반한 3 계층 라우팅 기능을 제공한다. 하지만 최근에는 기술의 발달에 따라서 엄연히 구분된 두 가지 기능을 하나의 시스템에서 제공하는 것에 대한 요구가 증가하게 되었다. 이에 본 논문에서는 가상 랜(VLAN) 기반의 2 계층 스위치에서 가상 인터페이스 기반의 라우팅 기능을 구현한 후, 라우팅 기능을 원하는 가상 랜 가입자에게 해당 가상 랜을 가상 인터페이스(Virtual Interface)에 맵핑하는 것에 의해서 3 계층 라우팅 기능을 제공하는 시스템 구조 및 제안된 시스템에서의 패킷 처리 절차를 제시하고자 한다. 본 논문에 제시된 방법에 의해서 가입자들은 저렴한 비용으로 인터넷 서비스를 제공받을 수 있으며, 망 사업자는 다른 가상 랜간의 통신을 위한 가상 랜 라우팅(VLAN Routing) 기능을 부가적으로 쉽게 제공할 수 있고, 해당 시스템의 인터페이스를 2 계층 스위치 포트 또는 3 계층 라우터 포트로 융통성있게 설정할 수 있다.
특정 시간 내에 데이터 전송이 이루어져야 하는 실시간 멀티미디어 응용 서비스의 특성은 네트워크의 QoS(Quolity of Service) 보장을 위한 중요한 요소이다. 종단간(End-to-End) 지연시간 제한 조건을 만족하면서 최소 비용을 갖는 (Delay Constrained Least Cost, DCLC) 경로를 찾는 문제는 이미 NP-hard 문제로 알려져 있다. DCLC 문제의 해법은 경로 지연시간과 비용간의 적절할 선택으로 해결하야 한다. 그러나 최적에 가까운 알고리즘으로 알려진 Salama의 DCUR 알고리즘(1)은 알고리즘의 단순성을 위하여 임의의 노드에서 경로 선정 시 목적 노드까지의 최소 비용 경로나 최소 지연시간 경로상의 다음 노드로만 제한을 하여 라우팅 경로의 비용측면에서 다소 비효율적이다. 일반적으로 최소 지연시간 경로의 비용은 최소 비용 경로의 비용보다 상대적으로 높은 경로 비용을 갖으며, 역으로 최소 비용 경로의 지연시간은 최소 지연시간 경로의 지연 시간보다 상대적으로 높은 지연시간을 갖는다. 본 논문에서는 이러한 점에 착안하여 DCLC문제를 해결하기 위해 확률적 주정 기법을 사용한다. 최근 발표한 독립적 두 변수간의 확률적 조합 알고리즘은 이러한 현상을 극복하기에 충분한 알고리즘이다(2). 따라서 확률적 새로운 변수에 기반한 경로 추정 기법을 사용하였으며, 그에 대한 성능평가를 하였다.
고속 네트워크에서 QoS 라우팅은 수많은 사용자의 요구를 만족하기가 매우 어렵다. 네트워크의 경로설정 알고리즘에서 측도로써 단지 링크지연시간만을 고려한다면 그 경로는 최소지연시간 경로가 될 것이며, 링크비용만을 고려한다면 최소비용경로를 찾을 것이다. 지연시간 한계의 최소비용(Delay Constrained Least Cost; DCLC)문제는 NP-hard 문제로 알려져 있으며, 두 개의 인자 경로비용과 지연시간을 혼합한문제로 생각할 수 있다. 경로설정 시 최소지연시간을 생각하면 그 경로는 상대적으로 높은 비용의 경로이며, 반대로 최소비용만을 생각하면 그 경로는 상대적으로 높은 지연시간을 얻는다. 따라서 DCLC문제를 풀기위해서는 단 하나의 인자만을 고려해서는 안 되며 두 개의 인자를 동시에 고려할 수 있는 새로운 인자를 요구하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 DCLC 문제를 풀기위해 경로비용과 지연시간을 동시에 확률적으로 고려한 새로운 인자를 소개한다. 시뮬레이션 결과는 새로운 인자가 DCLC 문제에 적절하다는 것을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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