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KR100791802B1 - 애드혹 무선통신 네트워크에서의 최적 라우팅 - Google Patents

애드혹 무선통신 네트워크에서의 최적 라우팅 Download PDF

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KR100791802B1
KR100791802B1 KR1020057023360A KR20057023360A KR100791802B1 KR 100791802 B1 KR100791802 B1 KR 100791802B1 KR 1020057023360 A KR1020057023360 A KR 1020057023360A KR 20057023360 A KR20057023360 A KR 20057023360A KR 100791802 B1 KR100791802 B1 KR 100791802B1
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아비나쉬 조쉬
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메시네트웍스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 신중하게 선택되는 경우에 네트워크(100)에 안정성을 제공하고 또한 자체 치료 및 로드 밸런싱과 같은 특징을 제공할 수 있는 라우팅 메트릭들을 사용함으로써 노드(102, 106, 107)에서 최적 루트를 계산하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 라우팅 메트릭은 홉들의 수, 데이터 레이트, 링크 품질 및 디바이스 종류과 같은 다수의 인자들에 기초하여 스칼라 넘버로서 계산된다. 각각의 인자는 필요에 따라 헬로 메시지들 또는 다른 라우팅 메시지들을 평가함으로써 계산될 수 있다.
로드 밸런싱, 자체 치료

Description

애드혹 무선통신 네트워크에서의 최적 라우팅{Optimal routing in ad hoc wireless communication network}
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 2003년 6월 6일에 출원된 미국 가특허출원번호 제60/476,237호, 2004년 2월 24일에 출원된 미국 가특허출원번호 제60/546,941호, 2004년 2월 24일에 출원된 미국 가특허출원번호 제60/546,940호, 2003년 6월 6일에 출원된 미국 가특허출원번호 제60/476,236호, 및 2003년 6월 5일에 출원된 미국 가특허출원번호 제60/475,882호 우선권 주장하며, 각각의 전체 내용들은 본원에 참조로 합체된다.
본 발명은 소스 및 목적지 간의 최적 루트를 검색함으로써 무선 통신 네트워크의 네트워크 성능을 개선하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 최적 루트는 신중하게 선택되는 경우에 네트워크에 안정성을 제공하고 또한 자체 치료(Self Healing) 및 로드 밸런싱(Load Balancing)과 같은 특징들을 제공할 수 있는 라우팅 메트릭들을 사용함으로써 선택된다.
이동 무선 전화 네트워크들과 같은 무선 통신 네트워크들은 과거 10년동안 널리 보급되었다. 이들 무선 통신 네트워크들은 네트워크 인프라스트럭처가 서비스 영역을 "셀(cells)"로 불리는 복수의 영역들로 분할하도록 배열되기 때문에 보통 "셀룰라 네트워크(cellular network)"로 언급된다. 지상 셀룰라 네트워크는 서비스 영역 전반에 걸쳐 지정된 위치들에 지리적으로 분배된 복수의 상호접속된 기지국들 또는 베이스 노드들을 포함한다. 각각의 기본 노드는 커버리지 영역 내에 위치된 무선 전화들과 같은 이동 사용자 노드들로/로부터 무선주파수(RF) 통신 신호들과 같은 전자기 신호들을 전송 및 수신할 수 있는 하나 이상의 송수신기들을 포함한다. 통신 신호들은 예컨대 원하는 변조기술에 따라 변조되어 데이터 패킷들로서 전송되는 음성 데이터를 포함한다. 당업자에 의하여 인식될 수 있는 바와 같이, 네트워크 노드들은 제 1 노드에 있는 단일 송수신기가 그것의 커버리지 영역 내의 여러 다른 노드들과 동시에 통신할 수 있도록 하는 시분할 다중접속(TDMA) 포맷, 코드분할 다중접속(CDMA) 포맷 또는 주파수 분할 다중접속(FDMA) 포맷과 같은 다중화 포맷으로 데이터 패킷 통신들을 전송 및 수신한다.
최근에는 "애드혹(ad-hoc)" 네트워크로서 알려진 이동 통신 네트워크의 종류가 개발되었다. 이러한 종류의 네트워크에서는 각각의 이동 노드가 다른 이동 노드들에 대한 기지국 또는 라우터로서 동작할 수 있으며 이에 따라 기지국들의 고정 인프라스트럭처에 대한 필요성이 제거된다. 애드혹 네트워크에 대한 상세한 설명은 메이어(Mayor)에 의한 미국 특허출원번호 제5,943,322호에 기술되며, 이 특허의 전체 내용은 본원에 참조로 합체된다.
이동 노드들이 종래의 애드혹 네트워크에 서로 통신하도록 하는 것 외에 이동 노드들이 고정 네트워크를 액세스하여 공중교환 전화망(PSTN) 및 인터넷과 같은 다른 네트워크들 상의 노드들과 같은 다른 이동 노드들과 통신하도록 하는 더 정교한 애드혹 네트워크들이 또한 개발되었다. 이와 같이 진보된 종류들의 애드혹 네트워크들에 대한 상세한 설명은 "PSTN 및 셀룰라 네트워크들에 인터페이싱된 애드혹 피어-투-피어 이동 무선 액세스 시스템(Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks)"이라는 명칭으로 2006년 7월 4일에 발행된 미국특허 제7.072,650호, "개별 예약 채널을 가진 공유 병렬 데이터 채널들에 대하여 조정 채널 액세스를 갖는 애드혹 피어-투-피어 네트워크에 대한 시분할 프로토콜(Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel)"이라는 명칭으로 2004년 10월 19일에 발행된 미국특허 제6,807,165호, 및 "애드혹 피어-투-피어 이동 무선 액세스 시스템에 대한 우선순위 부여 라우팅(Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System)"이라는 명칭으로 2005년 3월 29일에 발행된 미국특허 제6,873,839호에 기술되어 있으며, 이 특허출원의 전체 내용은 본원에 참조로 합체된다.
당업자에게 인식되는 바와 같이, 애드혹 네트워크의 임의의 노드들이 이동하기 때문에 네트워크가 이들 노드들과의 접속을 유지하는 것이 필요하다. 전송된 데이터 패킷들은 전형적으로 이동 디바이스로부터 이동 디바이스로 "호핑(hop)"하며, 이에 따라 최종 목적지에 도달할 때까지 전송경로 또는 루트가 생성된다. 그러나, 이동 디바이스들 간의 전송 경로들은 디바이스들이 이동할 때 변화하며, 따라서, 애드혹 네트워크 통신은 개별 이동 디바이스들의 제한된 능력들 및 용량들을 어드레싱하면서 최적 성능을 달성하기 위하여 적응할 수 있어야 한다.
전형적인 무선 통신 네트워크에서는 소스 및 목적지 간의 홉(hop)들의 수가 라우팅 메트릭으로서 사용된다. 홉들의 수가 작을수록 루트가 양호해진다. 그러나, 이는 홉들의 수를 가지나 링크 품질이 양호하거나 또는 데이터 레이트가 높은 루트가 존재할 수 있기 때문에 최적이라고 말할 수 없다.
따라서, 단독 메트릭들로서 홉들 외의 인자들을 사용하는 효율적인 방식으로 소스 및 목적지간의 최적 루트들을 발견하는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 넓은 루트 메트릭들 범위를 사용하여 소스 및 목적지 간의 최적 루트들을 찾기 위한 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 네트워크에서 교환되는 헬로(hello) 메시지들을 사용하여 루트 메트릭들을 계산하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 루트 요청 및 루트 응답과 같은 라우팅 메시지들을 사용하여 루트 메트릭들을 계산하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
이들 및 다른 목적들은, 신중하게 선택되는 경우에, 네트워크에 안정성을 제공하고 또한 자체 치료 및 로드 밸런싱과 같은 특징을 제공할 수 있는 라우팅 메트릭들을 사용하는 시스템 및 방법을 제공함으로써 실질적으로 달성된다. 라우팅 메트릭은 홉들의 수, 데이터 레이트, 링크 품질 및 디바이스 종류과 같은 다수의 인자에 기초하여 스칼라 넘버(scalar number)로서 계산된다. 각각의 인자는 헬로 메시지들, 또는 요청된 다른 라우팅 메시지들의 평가에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들, 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들을 참조하여 판독할 때 이하의 상세한 설명으로부터 더욱더 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 노드들을 포함하는 예시적인 애드혹 무선 통신 네트워크의 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 네트워크에 사용되는 이동 노드의 예를 기술하는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 헬로 패킷들을 통해 라우팅 메트릭 계산의 예를 기술하는 개념적 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 라우팅 패킷들을 통해 라우팅 메트릭 계산의 예를 기술하는 개념적 블록도.
이하에 기술된 본 발명의 실시예들은 소스 및 목적지 간의 최적 루트를 찾음으로써 무선 통신 네트워크의 네트워크 성능을 개선하는 방법 및 시스템을 제공한다. 최적 루트는 짧은 대기시간 및/또는 높은 처리율 및/또는 네트워크 자원들의 양호한 활용을 가지는 루트이다. 이러한 루트는 이하에서 더 상세히 기술되는 라우팅 메트릭들을 사용함으로써 선택된다. 신중하게 선택되는 경우에, 라우팅 메트릭들은 네트워크 안정을 제공하고 또한 자체 치료 및 로드 밸런싱과 같은 특징들을 제공할 수 있다.
도 1의 네트워크(100)와 같은 전형적인 무선 통신 네트워크에서는 전형적으로 소스 및 목적지 간의 홉들의 수가 라우팅 메트릭으로서 사용된다. 홉들의 수가 적을 수 록 루트는 양호해진다. 앞서 주목된 바와 같이, 이는 홉들의 수가 많으나 링크 품질이 양호하거나 또는 데이터 레이트가 높은 양호한 루트가 존재할 수 있기 때문에 최적이라고 말할 수 없다.
도 1은 본 발명의 실시예를 사용하는 애드혹 패킷 교환 무선 통신 네트워크(ad-hoc packet-switched wireless communications network: 100)의 예를 기술하는 블록도이다. 구체적으로, 네트워크(100)는 복수의 이동 무선 사용자 단말들(102-1 내지 102-n)(일반적으로 노드들(102) 또는 이동 노드들(102)로서 언급됨)을 포함하며, 복수의 액세스 포인트들(106-1, 106-2, ..., 106-n)(일반적으로 노드들(106) 또는 액세스 포인트들(106)로서 언급됨)을 갖는 고정 네트워크(104)를 포함할 수 있지만 요청되지 않고, 이 액세스 포인트들은 고정 네트워크(104)로의 액세스를 노드들(102)에 제공한다. 고정 네트워크(104)는 다른 애드혹 네트워크들, 공중교환전화망(PSTN) 및 인터넷과 같은 다른 네트워크들로의 액세스를 노드들에 제공하기 위하여 예컨대 코어(core) 근거리통신망(LAN), 복수의 서버들 및 게이트웨이 라우터들을 포함할 수 있다. 네트워크(100)는 또한 다른 노드들(102, 106 또는 107)간에 데이터 패킷들을 라우팅하는 복수의 고정 라우터들(107-1 내지 107-n)(일반적으로 노드들(107) 또는 고정 라우터들(107)로서 언급됨)을 더 포함할 수 있다. 이를 설명하기 위하여 앞서 기술된 노드들이 "노드들(102, 106, 107)" 또는 단순하게 "노드들(nodes)"로서 언급될 수 있다는 것을 유의해야 한다.
당업자에 의하여 인식되는 바와 같이, 노드들(102, 106, 107)은 Mayor에 의한 미국특허번호 제5,943,322호, 미국특허 제7,072,650호, 제6,807,165호 및 제6,873,839호에 기술된 바와 같이 서로 간에 직접 또는 노드들 간에 전송된 패킷들에 대한 라우터 또는 라우터들로서 동작하는 하나 이상의 다른 노드들(102, 106 또는 107)을 통해 통신할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 노드(102, 106, 107)는 안테나(110)에 연결되며 제어기(112)의 제어하에서 노드(102, 106 또는 107)로/로부터 패킷화된 신호들과 같은 신호들을 수신/송신할 수 있는 모뎀(108) 또는 송수신기를 포함한다. 패킷화된 데이터 신호들은 예컨대 음성, 데이터 또는 멀티미디어 정보, 및 노드 업데이트 정보를 포함하는 패킷화된 제어 신호들을 포함할 수 있다.
각각의 노드(102, 106, 107)는 무엇보다도 네트워크(100)에서 그 자체 및 다른 노드들에 속하는 라우팅 정보를 저장할 수 있는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 메모리(114)를 더 포함한다. 도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 임의의 노드들, 특히 이동 노드들(102)은 노트북 컴퓨터 단말, 이동 전화 유닛, 이동 데이터 유닛 또는 임의의 다른 적절한 디바이스와 같은 임의의 수의 디바이스들로 구성될 수 있는 호스트(116)를 포함할 수 있다. 각각의 노드(102, 106, 107)는 인터넷 프로토콜(IP) 및 어드레스 분석 프로토콜(ARP: Address Resolution Protocol)을 수행하기 위하여 적절한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하며, 프로토콜들의 목적은 당업자에게 용이하게 인식될 수 있다. 전송 제어 프로토콜(TCP) 및 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)을 수행하기에 적절한 하드웨어 및 소프트웨어가 또한 포함될 수 있다.
앞서 주목된 바와 같이, 소스 노드 및 목적지 노드 간의 홉들의 수는 도 1의 네트워크(100)와 같은 네트워크의 노드들 간의 루트를 선택하기 위한 라우팅 메트릭으로서 사용된다. 이는 홉들의 수가 많으나 링크 품질이 양호하거나 데이터 레이트가 높은 양호한 루트가 존재할 수 있기 때문에 최적 루트라고 말할 수 없다. 이하에 기술된 실시예들은 다른 메트릭들의 사용을 포함한다.
라우팅 메트릭은 소스 및 목적지 간의 비용을 나타내는 스칼라 넘버이다. 비용이 높을수록 루트가 불량해 진다. 비용을 결정하는 상이한 인자들은 다음과 같은 사항을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
1. 소스 및 목적지간의 홉들의 수;
2. 소스 및 목적지로부터 루트에 따른 데이터 레이트;
3. 소스 및 목적지로부터 루트 상의 링크품질;
4. 소스 및 목적지간의 중간 노드로서 제공된 디바이스의 종류.
이들 인자들의 사용은 다음과 같은 종류의 이유 때문에 정당화될 수 있다.
홉들의 수
일부 네트워크에서, 각각의 홉에서 패킷에 의하여 발생된 지연은 전송노드에서의 지연들 및 매체 액세스를 포함하는 전송과 링크 상에서의 전파 지연(propagation delay)을 처리 및 큐잉(queing)하는 함수이다. 따라서, 멀티홉 네트워크에서, 루트에서 홉들의 수를 감소시키면 루트를 횡단하는 패킷들에 의하여 영향을 받는 단대단(end-to-end) 지연들을 상당히 감소시킨다. 적은 수의 장거리 (long range) 링크들로 구성된 라우팅 백본들(routing backbornes)은 대규모 네트워크들의 먼 노드들 간의 저지연 고속 접속을 제공하기 위하여 자주 사용된다.
멀티-홉 무선 네트워크들에서, 루트 길이를 감소시킬 필요성은 각각의 홉에서 영향을 받을 것 같은 큰 지연들로 인하여 유선 네트워크들보다 훨씬 높다. 이들 지연들은 공유 채널에 대한 경합에 의하여 유발되는 매체 액세스 지연, 에러 제어 또는 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 코딩에 대하여 증가된 패킷 크기에 의하여 유발되는 전송 지연, 에러-폰 링크들의 신뢰성을 위한 링크 계층 자동 반복 요청(ARQ) 프로토콜에서 유발된 재전송 지연, 및 송신과 수신 모드 간에서 교환할 때 발생되는 지연과 같은 무선 종속 지연을 포함할 수 있다.
데이터 레이트
노드는 링크의 신뢰성에 따라 상이한 인접들에 상이한 데이터 레이트를 사용할 수 있다. 선택이 주어지면, 노드는 처리율을 증가시키는데 이용가능한 고데이터 레이트를 사용해야 하며, 이에 따라 데이터 레이트는 전체 라우팅 메트릭의 인자이어야 한다.
링크품질
RSSI 레벨, 비트 에러율, PDSQ 값들, 타임아웃들 등의 결합된 값일 수 있는 링크의 품질은 라우팅이 불량한 품질 링크에 비하여 양호한 품질 링크를 선택하도록 메트릭의 일부분이어야 한다.
디바이스 종류
메시 네트워크(Mesh Network), 즉 가입자 디바이스(SD: subscriber device), 무선 라우터들(WR: wireless router) 및 인텔리전트 액세스 포인트들(IAP: intelegent access point)과 같은 무선 네트워크에 3개의 상이한 디바이스들이 존재한다. 중간 노드(즉, 목적지 노드가 아님)가 선택되면, 디바이스들은 디바이스들이 다른 SD 디바이스들의 배터리들을 방전시키지 않고 IAP 비지(busy)를 만들지 않도록 SD 또는 IAP전에 WR을 선택해야 한다. 유사하게, 디바이스들은 동일한 이유로 인하여 중간 노드들로서 SD전에 IAP를 사용해야 한다. 이러한 네트워크에는 여러 다른 디바이스들이 존재할 수 있으며, 디바이스의 종류는 전체 라우팅 메트릭들의 중요한 부분이어야 한다. 이의 예는 이하에서 더 상세히 기술된다.
이러한 종류의 네트워크에서 사용되는 디바이스들은 전형적으로 ATP라 불리는 모듈을 가진다. 이러한 모듈은 데이터 메시지들을 교환함으로써 노드가 통신되는 모든 MAC 어드레스들의 링크 품질을 보고한다. ATP는 인접과 통신하기 위하여 사용되는 현재의 데이터 레이트를 제공할 수 있다. 링크 품질/데이터 레이트는 전형적으로 스칼라 넘버로서 라우팅하는 다른 모듈에 통신될 수 있다. 그 다음에, 룩업 테이블은 링크의 신뢰성 및 사용된 데이터 레이트를 검색하기 위하여 사용될 수 있다. ATP 및 링크 품질에 대한 추가 상세한 설명은 "애드혹 네트워크들에서 전송전력 및 데이터 레이트의 적응 제어를 제공하는 시스템 및 방법(System and Method for Providing Adaptive Control of Transmit Power and Data Rate in Ad-Hoc Networks)"이라는 명칭으로 2005년 6월 7일에 발행된 미국특허 제6,904,021호, "애드혹 네트워크에서 라우팅 프로토콜에 링크 신뢰성의 측정치를 제공하는 방법(A Method to Provide a Measure fo Link Reliability to a Routing Protocol in an Ad-Hoc Network)"이라는 명칭으로 2004년 10월 23일에 공개된 미국특허 공개번호 제20040260808호, 및 "무선 네트워크에서 링크의 품질을 특징으로 하는 시스템 및 방법(System and Method for Characterizing the Quality of a Link in a Wireless Network)"이라는 명칭으로 2004년 12월 9일에 공개된 미국특허 공개번호 제20040246935호에 개시되어 있으며, 각각의 전체 내용은 여기에 참조에 의하여 합체된다.
이하의 예는 수정된 주문형 라우팅 프로토콜을 사용하여 시스템에서 사용되는 라우팅 메트릭을 계산하는 방법을 기술한다. 이러한 라우팅 방법들에 대한 상세한 설명은 "주문형 라우팅 프로토콜을 따르는 무선 네트워크에서 액세스 포인트 또는 게이트웨이에 연속적으로 접속을 수행하고, 이동 단자들의 원활한 핸드오프를 수행하는 시스템 및 방법(System and Method for Achieving Continuous Connectivity to Access Point or Gateway in a Wireless Network Following an On-Demand Routing Protocol and To Perform Smooth Handoff Of Mobile Terminals)"이라는 명칭으로 2004년 7월 22일에 공개된 미국특허출원공개 제20040143842호, "무선 통신 네트워크의 전체 성능을 개선하는 시스템 및 방법(System and Method to Improve the Overall Performance of a Wireless Communication Network)"이라는 명칭으로 2006년 6월 13일에 발행된 미국 특허 제7,061,925호, 및 "멀티-채널 무선 통신 네트워크에서 채널 활용을 최대화하는 시스템 및 방법(System and Method to Maximize Channel Utilization in a Multi-Channel Wireless Communication Network)"이라는 명칭으로 2004년 12월 23일에 공개된 미국특허출원공개 제20040258040호에 기술되어 있으며, 각각의 전체 내용은 여기에 참조에 의하여 합체된다. 본 발명의 실시예에 따른 루트 메트릭 계산은 이하에서 더 상세히 설명된다.
인프라스트럭처 모드에서, 노드들은 라우팅 패킷들의 교환을 통하여 IAP 외의 임의의 목적지로의 라우팅 메트릭을 찾아낸다. IAP로의 라우팅 메트릭들은 라우팅 패킷들의 교환에 의하여 발견될 수 있을 뿐만 아니라 인접들로부터 헬로 패킷들을 전해 들음(hearing)으로서 발견될 수 있다. 이 경우에, 헬로 메시지들로부터 계산되고 라우팅 패킷으로부터 헬로 메시지 정보가 사용되는 라우팅 메트릭들 간에 차이점이 존재한다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 루트 메트릭 계산 예들이다.
헬로 메시지들을 통한 IAP까지의 루트 메트릭들
앞서 언급된 프로토콜 후에 소스 노드는 헬로들 내의 이 정보를 주기적으로 방송하는 인접들로부터 그것에 도달하는 루트 메트릭들 및 IAP로의 루트들에 대하여 안다. 그 다음에, 이러한 메트릭은 IAP를 광고하는 특정 인접까지의 메트릭에 더해진다. 바이어스는 또한 상이한 노드들의 종류들을 구별하기 위하여 더해지며 다른 것에 비하여 바람직하다. 수학적으로, 이는 이하의 수식(1)로 표현될 수 있다.
Rsd = Rsn + Rnd + 다음의 홉 바이어스 (1)
여기서, Rsd 는 소스 및 목적지간의 루트 메트릭이며, Rdn은 소스 및 다음의 홉간의 루트 메트릭이며, Rnd는 다음의 홉 및 (다음의 홉이 보고한) 목적지 간의 루트 메트릭이며, Rsn, 즉 다음의 홉 또는 인접까지의 라우팅 메트릭은 이하의 수식(2)을 사용하여 계산된다.
Rsn = 상수 + 링크 및 데이터 레이트의 품질에 기초하는 다른 바이어스들
인접들 외의 목적지들로의 라우팅 메트릭은 추가 다음의 홉 바이어스는 인접의 종류에 기초하여 더해지는 수식(1)을 사용하여 계산된다.
간단하게, 수식은 다음과 같이 씌여질 수 있다.
목적지까지의 라우팅 메트릭 = 다음의 홉/인접까지의 라우팅 메트릭 + 다음의 홉/인접으로부터 목적지까지의 라우팅 메트릭 + 다음의 홉/인접의 종류에 기초한 바이어스들.
도 3에 도시된 이하의 예는 절차를 명백하게 설명하도록 표현된다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 헬로 패킷들을 통해 라우팅 메트릭 계산을 기술하는 예이다.
이 예에서, "s"(120)는 보통 IAP인 목적지까지의 루트를 찾기 시작하는 현재의 노드이며, "n"(130)은 헬로 패킷들을 통해 목적지까지의 루트를 광고(advertising)하는 인접 노드이다. 헬로 패킷(140)은 인접으로부터 Rnd인 목적지까지 라우팅 메트릭을 포함한다. "s"로부터 "n"까지의 라우팅 메트릭들은 Rsn 이며 "n"으로부터 "s"까지의 라우팅 메트릭은 Rns이다. 링크는 일정할 수 없으며 이에 따라 이들 값들은 다를 수 있다. 이러한 헬로 메시지를 수신할때, 노드 "s"는 Rsd인 목적지까지의 라우팅 메트릭을 찾기 위하여 앞의 수식(1)을 사용한다. 노드들 s 및 n은 임의의 디바이스(즉, SD, WR 또는 IAP)일 수 있다. IAP의 경우에 광고된 메트릭은 0이다.
라우팅 메시지들을 통한 다른 목적지들까지의 루트 메트릭들
루트 요청(PREQ: Route Request) 및 루트 응답(RREP: Route Reply)은 상이한노드들까지의 루트들을 획득하기 위하여 상기와 같은 종류의 네트워크에서 일반적으로 사용된다. 이들 메시지들은 이동되는 각각의 홉으로 업데이트되는 "라우팅 메트릭들(Routing Metrics)" 및 "홉 카운트(Hop Count)"라 불리는 필드를 가진다. 노드가 루트 요청을 초기화할 때, 노드는 이들 필드들의 둘 모두에 0을 입력한다. 지금, 이러한 패킷은 중간 노드 또는 목적지에 의하여 수신될 수 있다. 이들 양 경우에, 수신 노드는 "라우팅 메트릭들" 필드에 "인접까지의 라우팅 메트릭(routing metric to the neighbor)"을 더하고 "홉 카운트" 필드에 "1"을 더한 후에 RREQ의 소스까지의 복귀 루트를 생성한다. 그 다음에, 수신 노드는 PREQ를 전송하거나 또는 프로토콜에 지정된 바와 같이 RREP 메시지로 다시 복사된다. 만일 수신 노드가 RREQ를 전송하면, 수신 노드는 이전에 설명된 것과 동일하다(즉, 소스 루트를 더하고, RREQ 패킷의 "라우팅 메트릭들" 필드에 "인접까지의 라우팅 메트릭"을 더하며 이후에 소스 어드레스까지의 라우팅 메트릭을 획득한다).
노드는 그것이 목적지까지의 유효 루트를 가지거나 또는 그 자차게 목적지인 경우에만 응답할 수 있다. 만일 노드가 중간 노드이면, 노드는 RREP서 라우팅 테이블로부터 필드에 라우팅 메트릭을 입력한다. 이러한 RREP를 수신할 때, 노드는 이러한 RREP를 전송하는 인접까지의 라우팅 메트릭을 더한다. 그리고, 노드는 관련 목적지까지의 완료 라우팅 메트릭을 가진다. RREP는 현재의 노드가 소스가 아닌 경우에 소스에 전송된다. 응답 노드가 RREP에서 "라우팅 메트릭들" 필드에 0을 입력하는 사실을 제외하고 응답 노드가 목적지일 때 유사한 동작이 수행된다. 이러한 값은 상이한 노드들을 통해 RREP가 이동할 때 수정된다.
도 4에 도시된 이하의 예는 절차를 명확하게 설명하기 위하여 제시된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 라우팅 패킷들을 통해 라우팅 메트릭 계산을 기술하는 예이다.
도 4에 도시된 4개의 노드들, 즉 노드 A(150), B(160), C(170), 및 D(180)이 존재한다. 이들 노드 간의 라우팅 메트릭들이 또한 도면에 도시된다. RXY는 노드 X 및 Y간의 라우팅 메트릭을 나타낸다. 무선 링크들 내에 포함된 비대칭으로 인하여 RXY가 RYX와 다를 수 있다는 것에 유의해야 한다. 만일 노드 A가 노드 D와 통신을 원하면, 노드 A는 0으로 세팅된 "라우팅 메트릭" 필드를 사용하여 루트 요청 패킷을 초기화한다. 이러한 패킷이 노드 B에 의하여 수신될 때, 노드 B는 그것이 A 그자체인 경우에 RREQ 패킷을 전송한 인접까지의 라우팅 메트릭을 RREQ의 "라우팅 메트릭들" 필드에 더하며, 라우팅 프로토콜 후에 소스(즉 노드 A)까지의 루트를 생성/업데이트한다. 이러한 예에서, B는 A까지의 라우팅 메트릭을 획득하기 위하여 RBA 및 0 ("라우팅 메트릭들" 필드에 저장된 현재의 값)을 더할 것이다. 만일 B가 D까지의 루트를 알지못하면, B는 "라우팅 메트릭들" 필드에서 지금 RBA를 가지는 RREQ 패킷을 전송한다. 이러한 패킷을 수신할 때, C는 동일한 것이며, A까지의 라우팅 메트릭을 획득하기 위하여 RCB를 RBA에 더한다. 그러므로, C는 A까지의 라우팅 메트릭을 다음과 같이, 즉 RCA = RBA + RCB로서 계산한다.
만일 도 4의 예에서 C가 D까지의 "새로운 충분한(fresh enough)" 루트를 가지면, C는 라우팅 메트릭 RCD를 가진 미경과 루트를 가진다. 그 결과, C는 RREQ 패킷에 복사하며 이를 수행하기 위하여 RREP 패킷의 "라우팅 메트릭들" 필드에 라우팅 메트릭들 RCD를 입력하며 패킷을 노드 B에 단일 전송한다. 이러한 패킷을 수신할 때, 노드 B는 그것에 RREP 패킷을 전송한 인접까지의 라우팅 메트릭을 RREP의 "라우팅 메트릭들" 필드에 더한다. 이러한 경우에, 노드 B는 필드에 이미 제공된 RCD에 RBC를 더할 것이다. 그러므로, 노드 B는 D까지의 라우팅 메트릭을 다음과 같이, 즉 RBD = RBC + RCD로서 계산한다.
노드 A가 RREP를 최종적으로 수신할 때 노드 A에 의하여 유사한 절차가 사용될 수 있다. 그러므로, 노드 A는 노드 D까지의 라우팅 메트릭을 다음과 같이, 즉 RAD = RAB + RAB + RCD로서 계산한다.
앞의 라우팅 메트릭 계산들의 비교가 이하에서 계산된다. 선택이 주어질 때, 노드는 그것과 연관된 최소 루트 메트릭을 가진 루트를 사용해야 한다. 부모듈을 조절하는 인접은 IAP까지의 루트 메트릭을 증가하는 순서로 루트들의 리스트를 유지한다. 이 리스트에서 초기에 나타나는 루트는 곧 처리될 우선순위가 주어진다.
이러한 방법에 대한 여러 수정들이 존재할 수 있으며, 예컨대 일부 추가 바이어스 또는 가설이 루트들의 발진들을 방지하기 위하여 더해질 수 있다. "바이어스(bias)"는 상수값 또는 메트릭들 그 자체 또는 홉들의 수와 같은 함수일 수 있다. 바이어스의 사용은 다음과 같은 예로 설명된다.
만일 이러한 예에서 노드가 발진들을 방지하기 위하여 IAP까지의 유효 루트를 가지며 그와 연관된 메트릭 "x"를 가지면, 노드는 만일 현재의 1보다 낮은 "y"(바이어스)인 메트릭을 제공하지 않으면 새로운 루트의 설정을 시도하지 않아야 한다. 높은 바이어스는 루트가 임의의 다른 IAP쪽을 향하는 경우에 사용될 수 있 다.
앞서 식별된 메트릭들 외에, 배터리 수명, 대역폭, 정체 등과 같은 또 다른 메트릭들이 사용될 수 있다. 앞서 논의된 4개의 메트릭들을 포함하는 임의의 메트릭들의 카테고리가 사용될 수 있으며 앞서 기술된 바와 같이 헬로 메세지에서처럼 전파된다.
비록 본 발명의 단지 몇몇의 예시적인 실시예들이 앞에서 상세히 기술될지라도, 당업자는 본 발명의 신규한 기술 및 장점들을 벗어나지 않고 전형적인 실시예에 대한 많은 수정들이 가능하다는 것을 인식해야 한다. 따라서, 이러한 모든 수정들은 이하의 청구범위에서 한정된 본 발명의 범위 내에 속한다.

Claims (33)

  1. 무선 통신 네트워크에서의 노드들 간의 최적 루트를 계산하기 위한 방법에 있어서:
    상기 노드들 중 하나가 소스 노드로서 동작하고 상기 소스 노드와 직접 통신 범위내에 있지 않는 목적지 노드인 상기 노드들 중 다른 하나의 노드에 데이터 패킷의 전송을 시도할 때, 상기 소스 노드는 루트 요청 메시지를 전송하고,
    다른 노드들이 상기 루트 요청 메시지를 수신하고 그들 다른 노드들 중 하나가 상기 목적지 노드로의 루트를 가질 때, 상기 노드들 중 그 하나의 노드는 그들 다른 노드들을 포함하는 경로에 따른 전달을 위한 루트 응답 메시지를 전송하고, 상기 루트 응답 메시지는 그 하나의 노드와 상기 목적지 노드 간의 루트에 대한 루트 메트릭(route metric)을 포함하고, 그들 다른 노드들의 각각은, 상기 루트 응답 메시지의 수신시에 상기 소스 노드로 상기 루트 응답 메시지의 전달 전에 그 자신과 그 자신이 상기 루트 응답 메시지를 수신한 노드 간의 루트에 대한 개별의 루트 메트릭을 부가하고,
    상기 소스 노드는 상기 루트 응답 메시지에 기초하여 상기 목적지 노드로의 전달을 위해 데이터 패킷을 전송하는, 최적 루트 계산 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 노드에 의해 수신된 상기 루트 응답 메시지에 포함된 상기 목적지로의 상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 있어서의 다음의 홉/인접들의 종류에 기초하는 바이어스 성분(bias component)을 더 포함하는, 최적 루트 계산 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 노드 및 목적지 노드는 이동 노드들인, 최적 루트 계산 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 루트 요청 메시지 및 루트 응답 메시지 각각은 개별의 홉 카운트 정보 및 루트 메트릭 정보를 포함하고, 상기 정보는 각각의 메시지가 하나의 노드로부터 다른 노드로 전송될 때마다 업데이트되는, 최적 루트 계산 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드들 간의 홉들의 수, 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 링크 품질, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 최적 루트 계산 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 최적 루트 계산 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 네트워크는, 상기 노드들이 동작하는 애드혹 멀티호핑 피어-투-피어(ad-hoc multi-hopping peer-to-peer) 무선 통신 네트워크를 포함하는, 최적 루트 계산 방법.
  8. 무선 통신 네트워크에서의 노드들 간의 최적 루트를 계산하는 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체에 있어서:
    상기 노드들 중 하나가 소스 노드로서 동작하고 상기 소스 노드와 직접 통신 범위내에 있지 않는 목적지 노드인 상기 노드들 중 다른 하나에 데이터 패킷의 전송을 시도할 때, 루트 요청 메시지를 전송하기 위해 상기 소스 노드를 제어하는 제 1 세트의 명령들;
    다른 노드들이 상기 루트 요청 메시지를 수신하고, 그들 다른 노드들 중 하나가 상기 목적지 노드들로의 루트를 가질 때, 상기 노드들 중 하나의 노드가 그들 다른 노드들을 포함하는 경로에 따른 전달을 위한 루트 응답 메시지를 전송하는 것을 제어하고, 상기 루트 응답 메시지의 수신시, 상기 소스 노드로의 상기 루트 응답 메시지의 전송 전에, 그 자신과 그 자신이 상기 루트 응답 메시지를 수신한 노드 간의 루트에 대한 개별의 루트 메트릭을 부가하기 위해 그들 다른 노드들의 각각을 제어하는 제 2 세트의 명령들로서, 상기 루트 응답 메시지는 그 하나의 노드와 상기 목적지 노드 간의 루트에 대한 루트 메트릭을 포함하는, 상기 제 2 세트의 명령들; 및
    상기 루트 응답 메시지에 기초하여 상기 목적지 노드로의 전달을 위해 데이터 패킷을 전송하도록 상기 소스 노드를 제어하는 제 3 세트의 명령들을 포함하는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소스 노드에 의해 수신된 상기 루트 응답 메시지에 포함된 상기 목적지로의 상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 있어서의 다음의 홉/인접들의 종류에 기초하는 바이어스 성분을 더 포함하는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 소스 노드 및 목적지 노드는 이동 노드들인, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 루트 요청 메시지 및 루트 응답 메시지 각각은 개별의 홉 카운트 정보 및 루트 메트릭 정보를 포함하고, 상기 정보는 각각의 메시지가 하나의 노드로부터 다른 노드로 전송될 때마다 업데이트되는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 홉들의 수, 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 링크 품질, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 무선 통신 네트워크는, 상기 노드들이 동작하는 애드혹 멀티호핑 피어-투-피어 무선 통신 네트워크를 포함하는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  15. 무선 통신 네트워크에서의 노드들 간의 최적 루트를 계산하는 시스템에 있어서:
    소스 노드로서, 상기 소스 노드가 상기 소스 노드와 직접 통신 범위내에 있지 않는 목적지 노드인 상기 노드들 중 다른 하나로 데이터 패킷의 전송을 시도할 때, 루트 요청 메시지를 전송하도록 적응된, 상기 소스 노드; 및
    상기 루트 요청 메시지를 수신하도록 적응되는 복수의 다른 노드들로서, 상기 복수의 노드들 중 하나는 상기 목적지 노드들로의 루트를 갖고, 상기 루트를 갖는 그 노드가 그들 다른 노드들을 포함하는 경로에 따른 전달을 위한 루트 응답 메시지를 전송하도록 적응되며, 상기 루트 응답 메시지는 그 하나의 노드와 상기 목적지 노드 간의 루트에 대한 루트 메트릭을 포함하고, 그들 다른 노드들의 각각은 상기 루트 응답 메시지의 수신시, 상기 소스 노드로의 상기 루트 응답 메시지의 전송 전에, 그 자신과 그 자신이 상기 루트 응답 메시지를 수신한 노드 간의 루트에 대한 개별의 루트 메트릭을 부가하도록 적응되는, 상기 복수의 다른 노드를 포함하고,
    상기 소스 노드는 또한 상기 루트 응답 메시지에 기초하여 상기 목적지 노드로의 전달을 위해 데이터 패킷을 전송하도록 적응되는, 최적 루트 계산 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 소스 노드에 의해 수신된 상기 루트 응답 메시지 내에 포함된 상기 목적지로의 상기 루트 메트릭은 상기 소스와 목적지 노드 간의 루트에서의 다음의 홉/인접들의 종류에 기초하는 바이어스 성분을 더 포함하는, 최적 루트 계산 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 소스 노드 및 목적지 노드는 이동 노드들인, 최적 루트 계산 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 루트 요청 메시지 및 루트 응답 메시지 각각은 개별의 홉 카운트 정보 및 루트 메트릭 정보를 포함하고, 상기 정보는 각각의 메시지가 하나의 노드로부터 다른 노드로 전송될 때마다 업데이트되는, 최적 루트 계산 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 홉들의 수, 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 링크 품질, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 최적 루트 계산 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 최적 루트 계산 시스템.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 무선 통신 네트워크는 상기 노드들이 동작하는 애드혹 멀티호핑 피어-투-피어 무선 통신 네트워크를 포함하는, 최적 루트 계산 시스템.
  22. 무선 통신 네트워크에서의 노드와 다른 노드들 간의 최적 루트를 계산하는 방법에 있어서:
    상기 노드는 자신의 존재를 다른 노드들에게 통지하고, 상기 노드 자신으로의 라우팅 메트릭들을 포함하는 메시지를 방송하고,
    다른 노드들이 상기 메시지를 수신할 때, 그들 다른 노드들의 각각은 상기 메시지의 수신시 상기 메시지의 재방송(re-broadcasting) 전에 상기 메시지 내의 업데이트된 루트 메트릭을 생성하기 위해 그 자신과 그 자신이 상기 메시지를 수신한 노드 간의 루트에 대한 개별의 루트 메트릭을 상기 메시지 내의 상기 루트 메트릭에 부가하고, 이 업데이트된 루트 메트릭을 상기 노드로의 상기 루트에 대한 상기 루트 메트릭으로서 사용하는, 최적 루트 계산 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 메시지는 라우팅 메시지인, 최적 루트 계산 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 메시지는 헬로 메시지, 최적 루트 계산 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 최적 루트 계산 방법.
  26. 무선 통신 네트워크에서의 노드와 다른 노드들 간의 최적 루트를 계산하는 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체에 있어서:
    상기 노드의 존재를 다른 노드들에게 통지하고 상기 노드 자신으로의 라우팅 메트릭들을 포함하는 메시지를 방송하기 위해 상기 노드를 제어하도록 적응된 제 1 세트의 명령들; 및
    다른 노드들이 상기 메시지를 수신할 때, 상기 메시지의 수신시, 상기 메시지의 재방송 전에 상기 메시지 내의 업데이트된 루트 메트릭을 생성하기 위해 그 자신과 그 자신이 상기 메시지를 수신한 노드 간의 루트에 대한 개별의 루트 메트릭을 상기 메시지 내의 상기 루트 메트릭에 부가하도록 그들 다른 노드들의 각각을 제어하고, 이 업데이트된 루트 메트릭을 상기 노드로의 상기 루트에 대한 상기 루트 메트릭으로서 사용하는 제 2 세트의 명령들을 포함하는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 메시지는 라우팅 메시지인, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 메시지는 헬로 메시지인, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 명령들을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 매체.
  30. 무선 통신 네트워크에서의 노드와 다른 노드들 간에 최적 루트를 계산하는 시스템에 있어서:
    상기 노드는 상기 노드의 존재를 다른 노드들에게 통지하고, 상기 노드 자신으로의 라우팅 메트릭들을 포함하는 메시지를 방송하도록 적응되고,
    다른 노드들은 상기 메시지를 수신하고, 그들 다른 노드들의 각각은 상기 메시지의 수신시 상기 메시지를 재방송하기 전에 상기 메시지 내의 업데이트된 루트 메트릭을 생성하기 위해 그 자신과 그 자신이 상기 메시지를 수신한 노드 간의 루트에 대한 개별의 루트 메트릭을 상기 메시지 내의 상기 루트 메트릭에 부가하고, 이 업데이트된 루트 메트릭을 상기 노드로의 상기 루트에 대한 상기 루트 메트릭으로서 사용하는, 최적 루트 계산 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 메시지는 라우팅 메시지인, 최적 루트 계산 시스템.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 메시지는 헬로 메시지인, 최적 루트 계산 시스템.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 루트 메트릭은 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 데이터 레이트, 및 상기 소스 노드와 목적지 노드 간의 루트에 따른 노드들의 종류들을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 포함하는, 최적 루트 계산 시스템.
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