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KR101704822B1 - Apparatus and method for routing based on cross-layer - Google Patents

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KR101704822B1
KR101704822B1 KR1020100122153A KR20100122153A KR101704822B1 KR 101704822 B1 KR101704822 B1 KR 101704822B1 KR 1020100122153 A KR1020100122153 A KR 1020100122153A KR 20100122153 A KR20100122153 A KR 20100122153A KR 101704822 B1 KR101704822 B1 KR 101704822B1
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KR
South Korea
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packet
probe packet
link quality
transmission period
parent node
Prior art date
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Inventor
박현
지샨
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한국전자통신연구원
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Abstract

크로스 레이어 기반의 라우팅 방법 및 장치가 제공된다. 라우팅 방법은 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하고, 데이터 트래픽의 흐름과 전환점(turning Point: TP)을 이용하여 전송에 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정할 수 있다. 그리고, 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 계산된 링크 비용(Link Cost)과 트래픽 가중치를 이용하여 링크 품질(Link Quality)을 예측하고, 예측된 링크 품질에 기초하여 부모 노드를 결정할 수 있다.A cross layer based routing method and apparatus are provided. The routing method may adaptively determine the transmission period of the probe packet based on the flow of the data traffic, and may determine whether to retransmit the failed packet using the flow of data traffic and the turning point (TP). Then, the link quality can be predicted using the link cost and the traffic weight calculated based on the flow of the data traffic, and the parent node can be determined based on the predicted link quality.

Description

크로스 레이어 기반의 라우팅 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR ROUTING BASED ON CROSS-LAYER}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR ROUTING BASED ON CROSS-LAYER [0002]

본 발명은 센서 네트워크에서 실시간 응용(Application)을 위해 신뢰성(reliability) 및 에너지 효율성(energy efficient)을 향상시키는 라우팅 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a routing technique that improves reliability and energy efficiency for real-time applications in sensor networks.

국방 감시 경계와 같은 실시간 응용(Application) 서비스는 대규모의 군인들을 대처하는 응용으로, 대규모의 센서 노드들로 구성될 수 있다. 이때, 센서 노드들 간에 실시간 데이터 전달이 요구된다. 이러한 실시간 응용들은 데이터 패킷의 실시간 전송 및 에너지 효율을 고려한 패킷 전송 성공율 100%의 라우팅 기술을 필요로 한다. 이때, 데이터 전송 제어로 인해 많은 네트워크 부하(overhead)가 발생하며, 이러한 부하로 인해 실제 100%의 실시간 전송 성공율을 목표로 하는데 어려움이 존재한다.A real-time application service such as a defense surveillance boundary is an application that copes with large-scale soldiers, and can be composed of a large number of sensor nodes. At this time, real-time data transfer between sensor nodes is required. These real-time applications require 100% packet transmission success rate considering real-time transmission of data packets and energy efficiency. At this time, a lot of network overhead occurs due to data transmission control, and there is a difficulty in aiming at a real-time transmission success rate of 100% due to such load.

또한, 실시간 응용은 목표물 인지와 같이 우선적으로 중요하게 전달해야 할 정보들을 실시간으로 빠르게 원거리의 지휘 통제소에 전송해야 한다. 더욱이, 노드의 에너지 소모를 최소화하여 네트워크의 수명을 최대화 해야 한다.In addition, real-time applications should transmit the important information, such as the target, which should be important, to the remote command center quickly in real time. Furthermore, the energy consumption of the nodes should be minimized to maximize the lifetime of the network.

이처럼, 응용의 실시간 전송을 보장하기 위해 지연시간이 보장되도록 고 신뢰성(high reliability)을 갖고 에너지 효율을 유지할 수 있는 라우팅 기술이 요구된다. 이를 위해, QoS(Quality Of Service)와 같이 대역을 미리 예약하거나 노드 별로 지연 시간을 계산하여 각 연결(data flow) 마다 보장 시간이 달성되도록 유지해야 한다. 그러나 QoS와 에너지 효율성 간의 상반 관계(trade-off)로 인해 고신뢰성을 가지면서 에너지 효율을 유지할 수 있는 라우팅을 실현하는데 어려움이 존재한다.In order to guarantee real-time transmission of applications, there is a need for a routing technology capable of maintaining high reliability and energy efficiency so as to ensure a delay time. To this end, it is necessary to reserve bandwidth in advance, such as QoS (Quality of Service), or to calculate a delay time for each node and maintain the guarantee time for each connection (data flow). However, due to the trade-off between QoS and energy efficiency, there is a difficulty in realizing high-reliability routing that can maintain energy efficiency.

따라서, 중요 데이터의 실시간 전송 시, 단 대 단(end-to-end)에서 중요 데이터의 송수신 성공율을 높이기 위해 고신뢰성을 가지면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 라우팅 기술이 필요하다. Therefore, in order to increase the success rate of transmission and reception of important data at the end-to-end in real-time transmission of important data, a routing technology capable of improving energy efficiency while having high reliability is needed.

본 발명은 실시간으로 데이터 전송 시, 단 대 단(end-to-end)에서 중요 데이터의 송수신 성공율을 높이기 위해 고신뢰성을 가지면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 라우팅 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a routing method and apparatus capable of improving energy efficiency while achieving high reliability in order to increase the success rate of transmission and reception of important data in end-to-end data transmission in real time.

또한, 크로스 레이어를 기반으로 하는 각 계층 간의 수행 절차를 간소화할 수 있는 라우팅 방법 및 장치를 제공한다.In addition, a routing method and apparatus are provided that can simplify the procedure of performing cross layers based on each layer.

또한, 네트워크에서 생성되는 데이터 트래픽 흐름에 따라 적응적으로 경로를 선정하여 데이터 및 제어 패킷을 전송할 수 있는 라우팅 방법 및 장치를 제공한다.The present invention also provides a routing method and apparatus capable of adaptively selecting a path according to a flow of data traffic generated in a network and transmitting data and control packets.

본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 방법은, 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 단계, 상기 데이터 트래픽의 흐름과 전환점(turning Point: TP)을 이용하여 전송에 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정하는 단계, 상기 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 계산된 링크 비용(Link Cost)과 트래픽 가중치를 이용하여 링크 품질(Link Quality)을 예측하는 단계, 및 상기 예측된 링크 품질에 기초하여 부모 노드를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.A routing method according to an exemplary embodiment of the present invention includes adaptively determining a transmission period of a probe packet based on a flow of data traffic, transmitting the data traffic using a turning point (TP) Determining whether a failed packet is retransmitted, estimating a link quality using a link cost calculated based on the flow of the data traffic and a traffic weight, And determining a parent node based on the parent node.

또한, 상기 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 단계는, 네트워크 초기화를 통해 프로브(probe) 패킷의 전송 주기를 임계 값으로 설정하는 단계 -상기 프로브 패킷은 상기 링크 품질을 예측하는데 이용되는 검침 패킷임-, 상기 임계 값으로 설정된 프로브 패킷의 전송주기에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드로 전송하는 단계, 및 상기 프로브 패킷의 전송에 따른 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 새로운 프로브 패킷의 전송 주기를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of adaptively determining the transmission period of the probe packet may include: setting a transmission period of a probe packet as a threshold value through initialization of a network, the probe packet including a meter reading Transmitting a probe packet to a neighbor node according to a transmission period of the probe packet set to the threshold value and calculating a transmission period of a new probe packet based on the flow of the data traffic according to the transmission of the probe packet Step < / RTI >

또한, 상기 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 단계는, 상기 새로운 프로브 패킷의 전송 주기가 상기 임계 값보다 큰 경우, 상기 프로브 패킷의 전송 주기를 상기 새로운 프로브 패킷의 전송 주기로 재설정하는 단계, 상기 재설정된 프로브 패킷의 전송 주기에 따라 상기 프로브 패킷을 상기 이웃 노드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step of adaptively determining the transmission period of the probe packet may include resetting the transmission period of the probe packet to a transmission period of the new probe packet when the transmission period of the new probe packet is greater than the threshold, And transmitting the probe packet to the neighbor node according to a transmission period of the reconfigured probe packet.

또한, 상기 데이터 패킷의 재전송 여부를 결정하는 단계는, 상기 데이터 트래픽의 흐름이 상기 전환점보다 큰 경우, 상기 전송에 실패한 패킷을 재전송하는 것으로 결정하는 단계, 상기 데이터 트래픽의 흐름이 상기 전환점보다 작은 경우, 상기 전송에 실패한 패킷을 재전송하지 않는 것으로 결정하는 단계, 및 상기 재전송 결정에 기초하여 상기 전송에 실패한 패킷 및 데이터 패킷 중 적어도 하나를 이웃 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.The determining whether to retransmit the data packet may include determining to retransmit the packet that failed transmission if the flow of the data traffic is greater than the switch point, if the flow of data traffic is less than the switch point Determining to not retransmit the packet that failed to transmit, and transmitting at least one of the packets and data packets that failed to transmit based on the retransmission determination to a neighboring node.

또한, 상기 부모 노드를 결정하는 단계는, 이웃 노드들로부터 라우팅 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 라우팅 정보에 포함된 홉 카운트에 기초하여 현재 부모 노드 및 하나 이상의 후보 부모 노드 중에서 어느 하나를 상기 부모 노드로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the parent node may include receiving routing information from neighboring nodes, determining a current parent node and one or more candidate parent nodes based on the hop count included in the received routing information, As a node.

또한, 상기 부모 노드로 선택하는 단계는, 상기 현재 부모 노드의 링크 품질과 상기 후보 부모 노드의 링크 품질을 비교하는 단계, 상기 링크 품질을 비교한 결과에 기초하여 상기 현재 부모 노드의 링크 품질과 상기 후보 부모 노드의 링크 품질이 기설정된 기준 레벨 이내에 포함되는 경우, 상기 현재 부모 노드의 홉 카운트 및 상기 후보 부모 노드의 홉 카운트를 비교하는 단계, 상기 홉 카운트를 비교한 결과에 따라 선택된 노드를 상기 부모 노드로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The selecting of the parent node may further include comparing the link quality of the current parent node with the link quality of the candidate parent node, comparing the link quality of the current parent node with the link quality of the current parent node, Comparing the hop count of the current parent node and the hop count of the candidate parent node if the link quality of the candidate parent node is within a predetermined reference level, comparing the hop count of the current parent node with the hop count of the candidate parent node, As a node.

본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 장치는, 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 프로브 패킷의 전송 주기를 결정하는 주기 결정부, 상기 데이터 트래픽의 흐름과 전환점(turning Point: TP)을 이용하여 전송에 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정하는 재전송 결정부, 상기 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 계산된 링크 비용(Link Cost)과 트래픽 가중치를 이용하여 링크 품질(Link Quality)을 예측하는 링크 품질 예측부, 및 상기 예측된 링크 품질에 기초하여 결정된 부모 노드를 통해 라우팅을 제공하는 라우팅부를 포함할 수 있다.
상기 주기 결정부는, 네트워크 초기화를 통해 프로브(probe) 패킷의 전송 주기를 임계 값으로 설정하는 주기 설정부; 및 상기 임계 값으로 설정된 프로브 패킷의 전송 주기에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드로 전송하는 전송 제어부를 포함한다.
상기 주기 결정부는, 상기 프로브 패킷의 전송에 따른 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 새로운 프로브 패킷의 전송 주기를 계산하는 주기 계산부를 더 포함하고,
상기 전송 제어부는, 상기 계산된 새로운 프로브 패킷의 전송 주기 및 상기 설정된 프로브 패킷의 전송 주기 중 어느 하나에 따라 상기 프로브 패킷을 상기 이웃 노드로 전송한다.
상기 주기 설정부는, 상기 새로운 프로브 패킷의 전송 주기가 상기 임계 값보다 큰 경우, 상기 프로브 패킷의 전송 주기를 상기 새로운 프로브 패킷의 전송 주기로 재설정하고, 상기 전송 제어부는, 상기 재설정된 프로브 패킷의 전송 주기에 따라 상기 데이터 패킷을 상기 이웃 노드로 전송한다.
상기 재전송 결정부는, 상기 데이터 트래픽의 흐름이 상기 전환점보다 큰 경우, 상기 전송에 실패한 패킷을 재전송하는 것으로 결정하고, 상기 데이터 트래픽의 흐름이 상기 전환점보다 작은 경우, 상기 전송에 실패한 패킷을 재전송하지 않는 것으로 결정한다.
상기 재전송 결정부는, 상기 재전송 결정에 기초하여 상기 전송에 실패한 패킷 및 데이터 패킷 중 적어도 하나를 이웃 노드로 전송한다.
상기 라우팅부는, 이웃 노드들로부터 수신된 라우팅 정보에 포함된 홉 카운트에 기초하여 현재 부모 노드 및 하나 이상의 후보 부모 노드 중에서 어느 하나를 부모 노드로 결정한다.
상기 라우팅부는, 상기 현재 부모 노드의 링크 품질과 상기 후보 부모 노드의 링크 품질을 비교하는 링크 품질 비교부; 상기 링크 품질 비교를 통해 링크 품질이 유사한 후보 부모 노드들의 홉 카운트를 비교하는 홉 카운트 비교부; 및 상기 홉 카운트 비교를 통해 상기 홉 카운트가 가장 짧은 노드를 상기 부모 노드로 결정하는 부모 노드 결정부를 포함한다.
상기 홉 카운트 비교부는, 상기 현재 부모 노드보다 링크 품질이 좋은 후보 부모 노드들 중에서 링크 품질이 유사한 후보 부모 노드들이 존재하는지 확인하고, 상기 홉 카운트 비교부는, 상기 유사한 후보 부모 노드들이 존재하는 것으로 확인됨에 따라, 상기 유사한 후보 부모 노드들의 홉 카운트를 비교한다.
상기 라우팅부는, 상기 결정된 부모 노드를 통해 크로스 레이어(Cross-Layer) 기반의 라우팅을 제공한다.
A routing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a period determination unit that determines a transmission period of a probe packet based on a flow of data traffic, a period determination unit that determines a transmission period of the probe packet based on the data traffic flow and a turning point A link quality predicting unit for predicting a link quality using a link cost and a traffic weight calculated on the basis of the flow of the data traffic, And a routing unit that provides routing through the determined parent node based on the determined link quality.
Wherein the period determining unit includes: a period setting unit configured to set a transmission period of a probe packet as a threshold value through network initialization; And a transmission controller for transmitting a probe packet to a neighbor node according to a transmission period of the probe packet set to the threshold value.
Wherein the period determining unit further includes a period calculating unit that calculates a transmission period of a new probe packet based on a flow of data traffic according to the transmission of the probe packet,
The transmission control unit transmits the probe packet to the neighbor node according to any one of a transmission period of the calculated new probe packet and a transmission period of the set probe packet.
Wherein the period setting unit resets the transmission period of the probe packet to a transmission period of the new probe packet if the transmission period of the new probe packet is greater than the threshold value, And transmits the data packet to the neighboring node according to the data packet.
Wherein the retransmission determining unit determines to retransmit the packet that failed the transmission if the flow of the data traffic is greater than the switching point and does not retransmit the packet that failed the transmission if the flow of the data traffic is smaller than the switching point .
And the retransmission determination unit transmits at least one of the packet and the data packet failed in the transmission to the neighboring node based on the retransmission determination.
The routing unit determines either the current parent node or one or more candidate parent nodes as the parent node based on the hop count included in the routing information received from the neighboring nodes.
Wherein the routing unit comprises: a link quality comparing unit comparing a link quality of the current parent node with a link quality of the candidate parent node; A hop count comparing unit comparing the hop counts of candidate parent nodes having similar link quality through the link quality comparison; And a parent node determining unit determining the node having the shortest hop count as the parent node through the hop count comparison.
The hop count comparison unit determines whether there are candidate parent nodes having similar link quality among candidate parent nodes having better link quality than the current parent node and the hop count comparison unit determines that similar candidate parent nodes exist And then compares the hop counts of the similar candidate parent nodes.
The routing unit provides cross-layer-based routing through the determined parent node.

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본 발명에 따르면, 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 조정된 프로브 패킷의 전송 주기에 따라 데이터 패킷을 전송함으로써, 노드 또는 네트워크 내의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the energy efficiency in a node or a network by transmitting a data packet according to the transmission period of the adjusted probe packet based on the flow of the data traffic.

또한, 링크 품질 및 홉 카운트를 이용하여 선택된 부모 노드를 통해 라우팅을 제공함에 따라, 지연 시간이 보장되면서 신뢰성을 높이는 라우팅을 제공할 수 있다.In addition, by providing the routing through the selected parent node using the link quality and the hop count, it is possible to provide a routing which increases the reliability while guaranteeing the delay time.

또한, 크로스 레이어를 기반으로 하는 라우팅을 제공함에 따라, 각 계층 간의 수행 절차를 간소화할 수 있다.In addition, by providing cross-layer-based routing, it is possible to simplify the procedure of execution between layers.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 방법을 제공하는 레이어 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 링크 레벨의 재전송 여부를 결정하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 재전송 결정을 위해 패킷 생성 간격에 대한 성공율을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 재전송 결정을 위해 패킷 생성 간격에 대한 종단간 지연을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 링크 품질을 예측하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 부모 노드를 결정하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 장치의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 도 9의 주기 결정부의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 도 9의 링크 품질 예측부의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 도 9의 라우팅부의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
FIG. 1 is a diagram for explaining a routing method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a diagram illustrating a layer configuration for providing a routing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a configuration for adaptively determining a transmission period of a probe packet according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
4 is a flowchart illustrating a configuration for determining whether to retransmit a link level according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a success rate for a packet generation interval for retransmission determination according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an end-to-end delay for a packet generation interval for retransmission determination according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart provided to illustrate a configuration for predicting link quality according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a configuration for determining a parent node according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a routing apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram showing a detailed configuration of the period determining unit of FIG. 9 according to an embodiment of the present invention.
11 is a block diagram showing a detailed configuration of the link quality predicting unit of FIG. 9 according to an embodiment of the present invention.
12 is a block diagram showing a detailed configuration of the routing unit of FIG. 9 according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다. FIG. 1 is a diagram for explaining a routing method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

먼저, 110 단계에서, 라우팅 장치는 프로브 패킷의 전송 주기(Probe Interval: PI)를 결정할 수 있다. 여기서, 프로브 패킷은, 링크 품질(Link Quality)를 예측하기 위한 검침 패킷으로, 헬로우(Hello) 패킷 등이 이용될 수 있다. 이때, 라우팅 장치로는 센서 노드가 이용될 수 있다.First, in step 110, the routing device may determine a probe interval (PI) of a probe packet. Here, the probe packet is a probe packet for predicting the link quality, and a hello packet or the like can be used. At this time, a sensor node may be used as a routing device.

일례로, 라우팅 장치는 네트워크 초기화를 통해 프로브 패킷의 전송 주기를 임계값(Threshold)으로 설정할 수 있다. 여기서, 임계값은 네트워크의 부하(overhead)에 영상을 미치지 않는 범위 내로 기설정될 수 있다. 그러면, 라우팅 장치는 기설정된 기준 시간 동안 데이터 트래픽의 흐름을 점검하고, 점검된 데이터 트래픽의 흐름에 따라 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 조정할 수 있다. 이때, 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 조정하는 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.For example, the routing device may set the transmission period of the probe packet to a threshold value through network initialization. Here, the threshold value may be preset within a range that does not lead to an image overhead of the network. Then, the routing device can check the flow of data traffic for a predetermined reference time, and adaptively adjust the transmission period of the probe packet according to the flow of the checked data traffic. A detailed description of adaptive adjustment of the transmission period of the probe packet will be given later with reference to FIG.

이어, 120 단계에서, 라우팅 장치는 링크 레벨(link level)의 재전송 여부를 결정할 수 있다. 이때, 라우팅 장치는 데이터 트래픽의 흐름과 전환점(Turning Point: TP)를 이용하여 전송에 실패한 패킷을 재전송할지 여부를 결정할 수 있다. Then, in step 120, the routing device may determine whether to retransmit the link level. At this time, the routing device can determine whether to retransmit the packet that failed to transmit using the flow of data traffic and the turning point (TP).

일례로, 라우팅 장치는, 계층 간 부하 축소 및 에너지 효율을 위한 크로스 레이어를 설계함에 따라, 전송에 실패한 패킷의 재전송 및 데이터 패킷의 전송을 제어할 수 있다.For example, a routing device may control the retransmission of a packet that failed to transmit and the transmission of a data packet, by designing a cross layer for energy efficiency and reduction of inter-layer load.

그리고, 130 단계에서, 라우팅 장치는 링크 비용 (link cost) 및 트래픽 가중치를 이용하여 링크 품질을 예측할 수 있다.In step 130, the routing device can estimate the link quality using the link cost and the traffic weight.

이어, 140 단계에서, 라우팅 장치는 후보 부모 노드들의 링크 품질 및 홉 카운트(hop count)에 기초하여 부모 노드를 결정할 수 있다.Then, in step 140, the routing device may determine the parent node based on the link quality and the hop count of the candidate parent nodes.

그러면, 150 단계에서, 라우팅 장치는, 결정된 부모 노드를 통해 라우팅을 제공할 수 있다.Then, in step 150, the routing device may provide routing through the determined parent node.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 방법을 제공하는 레이어 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a layer configuration for providing a routing method according to an embodiment of the present invention.

도 2에 따르면, 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 방법을 제공하기 위해 응용 계층(210), 네트워크 계층(220), MAC 계층(230), 및 RF 모듈(240)이 상호 동작할 수 있다. 2, an application layer 210, a network layer 220, a MAC layer 230, and an RF module 240 may cooperate to provide a routing method according to an exemplary embodiment of the present invention.

응용 계층(210)은 데이터 패킷을 생성하고, 센싱 데이터 또는 노드 미들웨어(Node Middleware) 패킷을 생성할 수 있다. The application layer 210 may generate data packets and generate sensing data or node middleware packets.

네트워크 계층(220)은 라우팅을 위한 주요 기능들을 수행 및 제어할 수 있다. 일례로, 네트워크 계층(220)은 데이터 트래픽의 흐름을 파악하여 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 조정하고, 프로브 패킷의 전송을 제어할 수 있다. 그리고, 네트워크 계층(220)은 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 전송 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정할 수 있다. 그리고, 네트워크 계층(220)은 부모 노드를 결정하고, 라우팅 테이블을 관리할 수 있다.The network layer 220 may perform and control key functions for routing. For example, the network layer 220 can control the transmission of the probe packet by adaptively adjusting the transmission period of the probe packet by grasping the flow of the data traffic. The network layer 220 may then determine whether to retransmit the failed packet based on the flow of data traffic. The network layer 220 may then determine the parent node and manage the routing table.

MAC 계층(230)은 네트워크 계층에서 결정된 재전송 여부에 따라 전송에 실패한 패킷의 재전송 및 데이터 패킷의 전송을 제어할 수 있다. 이때, RF 모듈(240)은 MAC 계층(230)의 제어에 기초하여 실질적으로 데이터 패킷을 전송하고, 전송에 실패한 패킷을 재전송할 수 있다. 그러면, MAC 계층(230)은 전송한 데이터 패킷에 대한 ACK를 수신할 수 있다.The MAC layer 230 can control retransmission of a packet that failed in transmission and transmission of a data packet according to retransmission determined in the network layer. At this time, the RF module 240 can substantially transmit the data packet based on the control of the MAC layer 230, and retransmit the packet that failed to transmit. Then, the MAC layer 230 can receive an ACK for the transmitted data packet.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a configuration for adaptively determining a transmission period of a probe packet according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

먼저, 310 단계에서, 라우팅 장치는 네트워크 초기화를 통해 프로브 패킷의 전송 주기(PI)를 임계값(threshold)로 설정할 수 있다. 이때, 링크 품질의 정확한 예측을 위해 헬로우 패킷을 프로브 패킷으로 이용할 수 있다.First, in step 310, the routing device may set the transmission period (PI) of the probe packet to a threshold value through network initialization. At this time, a hello packet can be used as a probe packet for accurate prediction of link quality.

그리고, 320 단계에서, 라우팅 장치는 임계값으로 설정된 PI에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다.In step 320, the routing device may transmit the probe packet to the neighboring nodes according to the PI set as the threshold value.

이어, 330 단계에서, EWMA(Exponential Weighted Moving Average)를 이용하여 새로운 프로브 패킷의 주기(new PI)를 계산할 수 있다.In step 330, a new probe packet period (new PI) may be calculated using Exponential Weighted Moving Average (EWMA).

이때, 라우팅 장치는, 네트워크 운용 동안 생성되거나, 네트워크로 전달되는 프로브 패킷의 전송 주기를 계산할 수 있다.  At this time, the routing device can calculate the transmission period of the probe packet generated during network operation or transmitted to the network.

일례로, 라우팅 장치는, 기설정된 기준 시간 동안 전송되는 프로브 패킷의 전송을 점검하여 데이터 트래픽의 흐름을 파악하고, 데이터 트래픽의 흐름의 빈도에 따라 EWMA를 이용하여 PI를 증가 또는 감소시켜 새로운 PI를 계산할 수 있다.For example, the routing device checks the transmission of the probe packet transmitted during a predetermined reference time, determines the flow of data traffic, and increases or decreases the PI using EWMA according to the frequency of the flow of data traffic. Can be calculated.

보다 상세하게는, 데이터 트래픽의 흐름이 높은 경우, 라우팅 장치는 임계값으로 설정된 PI를 감소시키고, 감소된 PI를 새로운 PI로 계산할 수 있다. 즉, 기설정된 기준 시간 동안 전송되는 프로브 패킷이 많은 경우, 라우팅 장치는 임계값으로 설정된 프로브 패킷의 전송 주기를 줄이고, 줄어든 프로브 패킷의 전송 주기를 새로운 PI로 계산할 수 있다.More specifically, when the flow of data traffic is high, the routing apparatus can reduce the PI set to the threshold value and calculate the reduced PI with the new PI. That is, when there are a large number of probe packets transmitted during a preset reference time, the routing device may reduce the transmission period of the probe packet set to the threshold value and calculate the transmission period of the reduced probe packet as a new PI.

이때, 데이터 트래픽의 흐름이 낮은 경우, 라우팅 장치는 임계값으로 설정된 PI를 증가시키고, 증가된 PI를 새로운 PI로 계산할 수 있다. 즉, 기설정된 기준 시간 동안 전송되는 프로브 패킷이 드문 경우, 라우팅 장치는 임계값으로 설정된 프로브 패킷의 전송 주기를 늘리고, 늘어난 프로브 패킷의 전송 주기를 새로운 PI로 계산할 수 있다.At this time, if the flow of data traffic is low, the routing apparatus can increase the PI set as the threshold value and calculate the increased PI as a new PI. That is, when a probe packet transmitted during a preset reference time is rare, the routing device may increase the transmission period of the probe packet set to the threshold value and calculate the transmission period of the increased probe packet as a new PI.

이어, 340 단계에서, 라우팅 장치는 새로운 PI와 임계값을 비교하여 PI를 재설정할 수 있다.Then, in step 340, the routing device can reset the PI by comparing the new PI with a threshold value.

보다 상세하게는, 새로운 PI가 임계값보다 큰 경우(340:YES), 라우팅 장치는 새로운 PI를 PI로 재설정할 수 있다. 다시 말해, 라우팅 장치는 임계값으로 설정된 PI를 330단계에서 계산된 새로운 PI로 업데이트할 수 있다. 그러면, 360 단계에서, 라우팅 장치는 재설정된 PI에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다.More specifically, if the new PI is greater than the threshold (340: YES), the routing device may reset the new PI to PI. In other words, the routing device can update the PI set to the threshold to the new PI calculated in step 330. [ Then, in step 360, the routing device may transmit the probe packet to the neighboring nodes according to the reset PI.

이때, 새로운 PI가 임계값 이하인 경우(340: NO), 370단계에서, 라우팅 장치는 이전에 설정된 PI에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다. 여기서, 이전에 설정된 PI는 임계값으로 설정된 PI이거나, 또는 새로운 PI로 재설정된 PI일 수 있다.At this time, if the new PI is less than or equal to the threshold value (340: NO), in step 370, the routing device can transmit the probe packet to neighboring nodes according to the previously set PI. Here, the previously set PI may be the PI set as the threshold value, or the PI set as the new PI.

일반적으로, 프로브 패킷을 이용하여 링크 품질을 예측함에 있어서, 긴 시간(long term) 동안 링크 품질을 예측하는 경우, 링크 품질이 나쁜 링크에 대해서는 계속적인 패킷 유실이 발생할 수 있다. 반면, 짧은 시간(short term) 동안 링크 품질을 예측하는 경우, 부모 노드 선택에 따라 라우팅 경로가 변경되므로 패킷 손실 및 에너지 소모가 발생할 수 있다. 이에 따라, 도 3과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 장치는 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 프로브 패킷의 전송 주기(PI)를 적응적으로 조정하고, 조정된 PI에 따라 프로브 패킷의 전송 빈도를 조정할 수 있다. 그러면, 프로브 패킷의 빈번한 전송으로 인한 에너지 소모 및 패킷 손실을 감소시킬 수 있다.Generally, in predicting the link quality using a probe packet, if the link quality is predicted for a long term, continuous packet loss may occur for a link with bad link quality. On the other hand, when link quality is predicted during a short term, packet loss and energy consumption may occur because the routing path is changed according to the parent node selection. Accordingly, as shown in FIG. 3, the routing apparatus according to an embodiment of the present invention adaptively adjusts the transmission period (PI) of the probe packet based on the flow of data traffic, and transmits the probe packet according to the adjusted PI The frequency can be adjusted. This can reduce energy consumption and packet loss due to frequent transmission of probe packets.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 링크 레벨의 재전송 여부를 결정하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a configuration for determining whether to retransmit a link level according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 먼저, 라우팅 장치는 이웃 노드들로부터 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 그리고, 라우팅 장치는 수신된 데이터 패킷이 로컬 데이터 패킷인 경우, 수신된 데이터 패킷을 응용 계층으로 전달할 수 있다.Referring to FIG. 4, first, a routing device may receive data packets from neighboring nodes. The routing device may then forward the received data packet to the application layer if the received data packet is a local data packet.

그러면, 410 단계에서, 라우팅 장치는 EWMA를 이용하여 데이터 패킷의 생성 간격을 계산할 수 있다. Then, in step 410, the routing apparatus can calculate the generation interval of the data packet using the EWMA.

이때, 라우팅 장치는 패킷 생성 간격에 대한 라우팅 성공율에 기초하여 전환점(Turning Point: TP)을 설정할 수 있다. 여기서, 전환점은, 도 6과 같이, 패킷 생성 간격 대비 라우팅 성공율이 역전되는 지점을 나타낸다. 또한, 라우팅 장치는, 패킷 생성 간격에 대한 종단간 지연에 기초하여 전환점(Turning Point: TP)을 설정할 수도 있고, 패킷 생성 간격에 대한 라우팅 성공율 및 패킷 생성 간격에 대한 종단간 지연을 모두 이용하여 전환점을 설정할 수도 있다.At this time, the routing apparatus can set a turning point (TP) based on the routing success rate for the packet generation interval. Here, the switching point indicates a point where the routing success rate is reversed with respect to the packet generation interval as shown in FIG. In addition, the routing apparatus may set a turning point (TP) based on the end-to-end delay for the packet generation interval, and may use the routing success rate for the packet generation interval and the end- .

보다 상세하게는, 전송에 실패한 패킷의 재전송이 잦은 경우, 데이터 전송 지연 및 에너지 소모가 증가할 수 있다. 이에 따라, 라우팅 장치는 데이터 트래픽의 흐름에 따라 TP를 설정하고, TP를 이용하여 전송에 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정할 수 있다. 이때, 라우팅 장치는 패킷 생성 간격에 대한 라우팅 성공율 및 패킷 생성 간격에 대한 종단간 지연 중 적어도 하나에 기초하여 TP를 설정할 수 있다.More specifically, if retransmission of a packet that has failed in transmission is frequent, data transmission delay and energy consumption may increase. Accordingly, the routing apparatus sets the TP according to the flow of the data traffic, and can determine whether to retransmit the packet that failed to transmit using the TP. At this time, the routing apparatus can set the TP based on at least one of the routing success rate for the packet generation interval and the end-to-end delay for the packet generation interval.

일례로, 도 5를 참조하면, 패킷 생성 간격(packet generation interval: 32, 16, 8, 4, 2,1초)이 약 3초 이상인 경우, 재전송을 수행하는 프로토콜(Reliable_Route)은 성공율이 증가하는 반면, 최단거리(shortest) 라우팅 프로토콜(Mint_Route, Standard)은 성공율이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 패킷 생성 간격이 약 3초 미만인 경우, 최단거리 라우팅 프로토콜의 성공율이 더 높은 것을 확인할 수 있다.For example, referring to FIG. 5, when the packet generation interval (32, 16, 8, 4, 2, 1 second) is about 3 seconds or more, a protocol for performing retransmission (Reliable_Route) On the other hand, the shortest routing protocol (Mint_Route, Standard) shows that the success rate decreases. At this time, if the packet generation interval is less than about 3 seconds, it can be confirmed that the success rate of the shortest distance routing protocol is higher.

또한, 도 6을 참조하면, 재전송을 수행하는 프로토콜(Surage_Reliable)의 경우, 종단간 지연(end-to-end)이 약 3초 이상일 때 보다 3초 미만인 경우에 2배의 지연을 가짐을 확인할 수 있다. 이처럼, 도 5 및 도 6에 따르면, 약 3초의 전환점(TP)이 존재하므로, 라우팅 장치는 TP를 3초로 설정하고, 설정된 TP와 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 재전송 여부를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 6, in the case of the protocol (Surage_Reliable) for performing retransmission, it is confirmed that the end-to-end delay is twice as long as that in the case of less than 3 seconds have. Thus, according to FIGS. 5 and 6, since there is a switching point TP of about 3 seconds, the routing device can set the TP to 3 seconds and determine whether to retransmit based on the flow of data traffic or TP set.

이어, 420 단계에서, 데이터 패킷의 생성 간격이 TP 보다 큰 경우, 430 단계에서, 라우팅 장치는, 전송에 실패한 패킷을 재전송하는 것으로 결정할 수 있다. 그러면, 440 단계에서, 라우팅 장치는 전송에 실패한 패킷을 이웃 노드들로 재전송하고, 데이터 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다. 여기서, 데이터 패킷은 온도 정보, 위치 정보 등의 센싱 데이터이다.In step 420, if the interval of generating the data packet is greater than TP, the routing apparatus can determine to retransmit the packet that failed in transmission. Then, in step 440, the routing device may retransmit the failed transmission packet to the neighboring nodes and transmit the data packet to the neighboring nodes. Here, the data packet is sensing data such as temperature information and position information.

이때, 420 단계에서, 데이터 패킷의 생성 간격이 TP 이하인 경우, 440 단계에서, 라우팅 장치는, 전송에 실패한 패킷을 재전송하지 않는 것으로 결정할 수 있다. 그러면, 460 단계에서, 라우팅 장치는 데이터 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다. 다시 말해, 라우팅 장치는 전송에 실패한 패킷의 재전송 없이 데이터 패킷 만을 전송할 수 있다.If it is determined in step 420 that the interval of generating the data packet is equal to or less than TP, the routing apparatus can determine not to retransmit the failed packet in step 440. Then, in step 460, the routing device may transmit the data packet to neighboring nodes. In other words, the routing device can only transmit data packets without retransmission of packets that failed to transmit.

이상의 도 4에 따르면, 라우팅 장치는 네트워크 계층(220)에서 전송에 실패한 패킷을 재전송하기 위한 재전송 명령을 함수 호출(function call)을 이용하여 직접 MAC 계층(230)으로 전달할 수 있다. 다시 말해, 라우팅 장치는 네트워크 계층에서 계층 간 프로토콜 인터페이스를 사용하지 않고, 함수 호출을 이용할 수 있도록 크로스 레이어 기반의 라우팅을 제공할 수 있다. 이처럼, 라우팅 장치는, 네트워크 계층에서 MAC 계층으로 재전송 명령을 바로 전송함에 따라, 노드내 계층 간 제어 부하를 축소하여 에너지 효율을 높일 수 있다. Referring to FIG. 4, the routing apparatus can directly transmit a retransmission command for retransmission of a packet that failed in the network layer 220 to the MAC layer 230 using a function call. In other words, a routing device can provide cross-layer-based routing to use function calls without using inter-layer protocol interfaces at the network layer. As described above, the routing apparatus directly transmits the retransmission command from the network layer to the MAC layer, thereby reducing the control load between layers in the node, thereby enhancing the energy efficiency.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 링크 품질을 예측하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.7 is a flowchart provided to illustrate a configuration for predicting link quality according to an embodiment of the present invention.

먼저, 710 단계에서, 라우팅 장치는 복수의 이웃 노드들 중에서 하나 이상의 후보 노드를 결정할 수 있다.First, in step 710, the routing device may determine one or more candidate nodes among a plurality of neighbor nodes.

이어, 720 단계에서, 라우팅 장치는 송신 링크 비용(Tx Link Cost), 및 수신 링크 비용을 획득할 수 있다.Then, in step 720, the routing device may obtain the Tx Link cost, and the received link cost.

일례로, 라우팅 장치는 송신 방향의 데이터 트래픽에 따라 가중치를 두어 송신 링크 비용을 계산할 수 있다. 그리고, 라우팅 장치는 후보 부모 노드들로부터 수신한 라우팅 정보로부터 수신 링크 비용을 추출함에 따라 획득할 수 있다.In one example, the routing device can weight transmit link costs by weighting the data traffic in the transmit direction. Then, the routing apparatus can acquire the received link cost by extracting the received link cost from the routing information received from the candidate parent nodes.

이때, 730 단계에서, 라우팅 장치는 EWMA를 이용하여 송신 트래픽 가중치 및 수신 트래픽 가중치를 각각 계산할 수 있다. At this time, in step 730, the routing apparatus can calculate transmission traffic weight values and reception traffic weight values using EWMA, respectively.

일례로, 이전에 획득된 송/수신 링크 비용이 현재 송/수신 링크 비용보다 중요한 경우, 라우팅 장치는 EWMA를 이용하여 이전에 획득된 송/수신 링크 비용에 가중치를 부가할 수 있다. 마찬가지로, 이전에 획득된 송/수신 링크 비용보다 현재 송/수신 링크 비용이 중요한 경우, 라우팅 장치는 EWMA를 이용하여 현재 송/수신 링크 비용에 가중치를 부가할 수 있다.For example, if the previously acquired transmit / receive link cost is more important than the current transmit / receive link cost, the routing device may weight the previously obtained transmit / receive link cost using EWMA. Similarly, if the current transmit / receive link cost is more important than the previously obtained transmit / receive link cost, the routing device may weight the current transmit / receive link cost using EWMA.

그리고, 740 단계에서, 라우팅 장치는 트래픽 가중치 및 링크 비용에 기초하여 후보 부모 노드들의 링크 품질을 예측할 수 있다.Then, in step 740, the routing device can predict the link quality of the candidate parent nodes based on the traffic weight and the link cost.

이때, 예측된 링크 품질이 동일한 후보 부모 노드가 존재하는 경우, 라우팅 장치는 후보 부모 노드들 중에서 데이터 패킷을 전송하려는 특성에 따라 가중치를 부가하여 링크 품질을 예측할 수 있다. 다시 말해, 후보 부모 노드들 중에서 데이터 패킷을 전송하려는 특성이 존재하는 노드에 가중치를 부가함에 따라 후보 부모 노드의 링크 품질을 예측할 수 있다. 이에 따라, 라우팅 장치는 실제 센서 네트워크에서의 환경에 잘 적응되어 부모 노드를 추출할 수 있다. 그러면, 데이터 패킷의 송수신 성공율이 높아져서, 데이터를 실시간으로 전송하는 데 유리하다.At this time, if there is a candidate parent node having the same predicted link quality, the routing apparatus can estimate the link quality by adding a weight according to a characteristic of transmitting the data packet among the candidate parent nodes. In other words, the link quality of the candidate parent node can be predicted by weighting the node having the characteristic of transmitting the data packet among the candidate parent nodes. Accordingly, the routing apparatus can adapt to the environment in the actual sensor network and extract the parent node. This increases the transmission / reception success rate of the data packet, which is advantageous in transmitting the data in real time.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 부모 노드를 결정하는 구성을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다. 도 8에서, TP 이하에서 최단 거리 라우팅 패스는 성공율이 높다는 상황을 고려하여, 라우팅 장치는 동일 레벨의 링크 품질을 갖는 이웃 노드들 중에서 홉 카운트를 이용하여 부모 노드로 결정할 수 있다.8 is a flowchart illustrating a configuration for determining a parent node according to an embodiment of the present invention. In FIG. 8, considering the situation that the shortest distance routing path is higher than the TP, the routing apparatus can determine the parent node as a parent node using the hop count among the neighbor nodes having the same level of link quality.

보다 상세하게는, 810 단계에서, 라우팅 장치는 이웃 노드들로부터 수신된 라우팅 정보에 기초하여 라우팅 테이블을 업데이트할 수 있다. 이때, 라우팅 정보는 홉 카운트(hop count)를 포함할 수 있다. More specifically, in step 810, the routing device may update the routing table based on the routing information received from the neighboring nodes. At this time, the routing information may include a hop count.

그리고, 820 단계에서, 라우팅 장치는 후보 부모 노드들의 링크 품질과 현재 부모 노드의 링크 품질을 각각 비교할 수 있다. In step 820, the routing device may compare the link quality of the candidate parent node with the link quality of the current parent node, respectively.

이때, 후보 부모 노드들의 링크 품질이 현재 부모 노드의 링크 품질보다 큰 경우, 830 단계에서, 라우팅 장치는 후보 부모 노드들 중에서 링크 품질이 유사한 후보 부모 노드가 존재하는지 확인할 수 있다.In this case, if the link quality of the candidate parent node is greater than the link quality of the current parent node, the routing apparatus can check whether there is a candidate parent node having similar link quality among the candidate parent nodes in step 830.

일례로, 라우팅 장치는 후보 부모 노드들 중에서 링크 품질이 현재 부모 노드보다 좋은 후보 부모 노드를 선택할 수 있다. 이때, 선택된 후보 부모 노드들의 링크 품질 간의 차이값이 기설정된 기준 범위 내에 포함된 경우, 라우팅 장치는, 선택된 후보 부모 노드들의 링크 품질이 유사한 것으로 판단할 수 있다. For example, the routing device may select a candidate parent node among the candidate parent nodes whose link quality is better than the current parent node. At this time, when the difference value between the link qualities of the selected candidate parent nodes is included in the predetermined reference range, the routing apparatus can determine that the link qualities of the selected candidate parent nodes are similar.

그러면, 840 단계에서, 라우팅 장치는 링크 품질이 유사한 후보 부모 노드들의 홉 카운트를 이용하여 부모 노드를 결정할 수 있다.Then, in step 840, the routing device may determine the parent node using the hop count of candidate parent nodes with similar link quality.

일례로, 라우팅 장치는 링크 품질이 유사한 후보 부모 노드들 중에서 홉 카운트가 가장 작은 노드를 부모 노드로 결정할 수 있다.For example, the routing device may determine a node having the smallest hop count among the candidate parent nodes having similar link quality as the parent node.

이어, 850 단계에서, 라우팅 장치는 결정된 부모 노드를 통해 라우팅을 제공할 수 있다.Next, in step 850, the routing device may provide routing through the determined parent node.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 라우팅 장치의 세부 구성을 도시한 블록도이다.9 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a routing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 9에 따르면, 라우팅 장치(900)는 주기 결정부(910), 재전송 결정부(920), 링크 품질 예측부(930), 라우팅부(940), 및 라우팅 테이블(950)을 포함할 수 있다.9, the routing apparatus 900 may include a period determination unit 910, a retransmission determination unit 920, a link quality estimation unit 930, a routing unit 940, and a routing table 950 .

주기 결정부(910)는 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 프로브 패킷의 전송 주기(PI)를 적응적으로 결정할 수 있다. 이때, 도 10을 참조하면, 주기 결정부(910)는 주기 설정부(911), 전송 제어부(912), 및 주기 계산부(913)를 포함할 수 있다.The period determining unit 910 can adaptively determine the transmission period (PI) of the probe packet based on the flow of the data traffic. Referring to FIG. 10, the period determining unit 910 may include a period setting unit 911, a transmission control unit 912, and a period calculating unit 913.

일례로, 주기 설정부(911)는 네트워크 초기화를 통해 PI를 기설정된 임계 값으로 설정할 수 있다. 그러면, 전송 제어부(912)는 임계 값으로 설정된 PI에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다. 이어, 주기 계산부(913)는 프로브 패킷의 전송에 따른 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 새로운 프로브 패킷의 전송 주기(new PI)를 계산할 수 있다. 일례로, 데이터 트래픽의 흐름이 높은 경우, 주기 계산부(913)는 PI를 낮추어 새로운 PI를 계산할 수 있다. 그리고, 데이터 트래픽의 흐름이 낮은 경우, 주기 계산부(913)는 PI를 증가함에 따라 새로운 PI를 계산할 수 있다. For example, the period setting unit 911 may set the PI to a preset threshold value through network initialization. Then, the transmission control unit 912 can transmit the probe packet to the neighbor nodes according to the PI set as the threshold value. Next, the period calculator 913 may calculate a transmission period (new PI) of a new probe packet based on the flow of data traffic according to the transmission of the probe packet. For example, when the flow of data traffic is high, the period calculator 913 can calculate a new PI by lowering the PI. If the flow of data traffic is low, the period calculator 913 may calculate a new PI as the PI increases.

그러면, 주기 설정부(911)는 임계값 및 새로운 PI 중 어느 하나로 PI를 재설정할 수 있다. 일례로, 새로운 PI가 임계 값보다 큰 경우, 주기 설정부(911)는 PI를 임계 값에서 새로운 PI로 재설정할 수 있다. 그러면, 전송 제어부(912)는 새로운 PI로 재설정된 PI에 따라 데이터 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다. 이때, 새로운 PI가 임계 값 이하인 경우, 주기 설정부(911)는 임계값으로 설정된 PI를 유지할 수 있다. 그러면, 전송 제어부(912)는 임계값으로 설정된 PI에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다.Then, the period setting unit 911 can reset the PI with either a threshold value or a new PI. For example, if the new PI is larger than the threshold value, the period setting unit 911 can reset the PI from the threshold value to the new PI. Then, the transmission control unit 912 can transmit the data packet to the neighboring nodes according to the PI reset with the new PI. At this time, when the new PI is less than or equal to the threshold value, the period setting unit 911 can maintain the PI set as the threshold value. Then, the transmission control unit 912 can transmit the probe packet to the neighbor nodes according to the PI set as the threshold value.

재전송 결정부(920)는 데이터 트래픽의 흐름과 전환점(TP)을 이용하여 전송에 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정할 수 있다. 이때, 도 5 및 도 6과 같이, 재전송 결정부(920)는 패킷 생성 간격에 대한 라우팅 성공율 및 패킷 생성 간격에 대한 종단간 지연 중 적어도 하나에 기초하여 전환점(Turning Point: TP)을 설정할 수 있다.The retransmission determining unit 920 can determine whether to retransmit the packet that failed to transmit using the data traffic flow and the switching point TP. 5 and 6, the retransmission determining unit 920 may set a turning point (TP) based on at least one of the routing success rate for the packet generation interval and the end-to-end delay for the packet generation interval .

일례로, 데이터 트래픽의 흐름이 전환점 보다 큰 경우, 재전송 결정부(920)는 전송에 실패한 패킷의 재전송을 결정할 수 있다. 이때, 데이터 트래픽의 흐름이 전환점 이하인 경우, 재전송 결정부(920)는 전송에 실패한 패킷을 재전송하지 않는 것으로 결정할 수 있다. 여기서, 데이터 트래픽의 흐름은 주기 결정부(910)에서 결정된 PI에 따라 전송되는 데이터 패킷을 기설정된 기준 시간 동안 점검함으로써 결정될 수 있다.For example, when the flow of data traffic is greater than the switching point, the retransmission determination unit 920 may determine retransmission of a packet that failed transmission. At this time, when the flow of the data traffic is less than the switching point, the retransmission decision unit 920 can decide not to retransmit the packet which failed in transmission. Here, the flow of the data traffic can be determined by checking the data packet transmitted according to the PI determined by the period determining unit 910 for a preset reference time.

그리고, 재전송 결정부(920)는 재전송 결정에 기초하여 전송에 실패한 패킷 및 데이터 패킷 중 적어도 하나를 이웃 노드들로 전송할 수 있다. The retransmission determination unit 920 may transmit at least one of the packet and the data packet that failed to be transmitted to the neighboring nodes based on the retransmission determination.

일례로, 재전송으로 결정된 경우, 재전송 결정부(920)는 전송에 실패한 패킷을 이웃 노드들로 재전송하면서, 데이터 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다. For example, when the retransmission is determined, the retransmission determining unit 920 may transmit the data packet to the neighboring nodes while retransmitting the failed transmission packet to the neighboring nodes.

다른 예로, 재전송하지 않는 것으로 결정된 경우, 재전송 결정부(920)는 전송에 실패한 패킷은 재전송하지 않고, 데이터 패킷을 이웃 노드들로 전송할 수 있다.As another example, when it is determined not to retransmit, the retransmission determining unit 920 can transmit the data packet to the neighboring nodes without retransmission of the packet that failed to transmit.

링크 품질 예측부(930)는 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 계산된 링크 비용과 트래픽 가중치를 이용하여 링크 품질을 예측할 수 있다. 여기서, 도 11을 참조하면, 링크 품질 예측부(930)는 링크 비용 계산부(931), 가중치 계산부(932), 및 예측부(933)를 포함할 수 있다.The link quality prediction unit 930 can predict the link quality using the link cost and the traffic weight calculated based on the flow of the data traffic. Referring to FIG. 11, the link quality prediction unit 930 may include a link cost calculation unit 931, a weight calculation unit 932, and a prediction unit 933.

링크 비용 계산부(931)는 송신 방향의 데이터 트래픽에 따라 가중치를 두어 송신 링크 비용을 계산할 수 있다. 그리고, 링크 비용 계산부(931)는 후보 부모 노드들로부터 수신한 라우팅 정보로부터 링크 비용을 추출하여 수신 링크 비용을 획득할 수 있다.The link cost calculator 931 can calculate the transmission link cost by assigning a weight according to the data traffic in the transmission direction. The link cost calculator 931 can extract the link cost from the routing information received from the candidate parent nodes and obtain the reception link cost.

가중치 계산부(932)는 EWMA를 이용하여 송신 트래픽 가중치 및 수신 트래픽 가중치를 계산할 수 있다. 이때, 가중치 계산부(932)는 후보 부모 노드들의 송신 트래픽 가중치를 각각 계산하고, 후보 부모 노드들의 수신 트래픽 가중치를 각각 계산할 수 있다.The weight calculation unit 932 can calculate the transmission traffic weight and the reception traffic weight using the EWMA. At this time, the weight calculation unit 932 may calculate transmission traffic weights of the candidate parent nodes and calculate reception traffic weights of the candidate parent nodes, respectively.

예측부(933)는 송신 및 수신 링크 비용과 송신 및 수신 트래픽 가중치에 기초하여 후보 부모 노드의 링크 품질을 예측할 수 있다. 다시 말해, 예측부(933)는 후보 부모 노드들의 링크 품질을 각각 예측할 수 있다. 여기서, 후보 부모 노드는 라우팅 장치 주변에 위치하는 이웃 노드들 중에서 선택될 수 있다.The predicting unit 933 can predict the link quality of the candidate parent node based on the transmission and reception link costs and the transmission and reception traffic weights. In other words, the prediction unit 933 can predict the link quality of the candidate parent nodes, respectively. Here, the candidate parent node may be selected from neighboring nodes located around the routing device.

라우팅부(940)는 예측된 링크 품질 및 이웃 노드들로부터 수신된 라우팅 정보에 기초하여 부모 노드를 결정하고, 결정된 부모 노드를 통해 라우팅을 제공할 수 있다. 이때, 라우팅부(940)는 크로스 레이어 기반의 라우팅을 제공할 수 있다. The routing unit 940 may determine the parent node based on the predicted link quality and the routing information received from the neighboring nodes, and may provide routing through the determined parent node. At this time, the routing unit 940 can provide cross-layer-based routing.

그리고, 라우팅부(940)는 이웃 노드들로부터 수신된 라우팅 정보에 기초하여 라우팅 테이블(950)을 업데이트할 수 있다. 여기서, 도 12를 참조하면, 라우팅부(940)는 링크 품질 비교부(941), 홈 카운트 비교부(942), 및 부모 노드 결정부(943)를 포함할 수 있다.The routing unit 940 may update the routing table 950 based on the routing information received from the neighboring nodes. 12, the routing unit 940 may include a link quality comparison unit 941, a home count comparison unit 942, and a parent node determination unit 943. [

먼저, 링크 품질 비교부(941)는 현재 부모 노드의 링크 품질과 후보 부모 노드들의 링크 품질을 각각 비교할 수 있다.First, the link quality comparison unit 941 can compare the link quality of the current parent node with the link quality of the candidate parent nodes, respectively.

일례로, 현재 부모 노드의 링크 품질이 후보 부모 노드들의 링크 품질보다 더 좋은 경우, 부모 노드 결정부(943)는 현재 부모 노드를 부모 노드로 결정할 수 있다. 그러면, 라우팅부(940)는 현재 부모 노드를 통해 계속하여 라우팅을 제공할 수 있다.For example, if the link quality of the current parent node is better than the link quality of the candidate parent nodes, the parent node determination unit 943 can determine the current parent node as the parent node. Then, the routing unit 940 can continue to provide routing through the current parent node.

다른 예로, 후보 부모 노드들의 링크 품질이 현재 부모 노드의 링크 품질보다 더 좋은 경우, 링크 품질 비교부(941)는 후보 부모 노드들 중에서 링크 품질이 유사한 후보 부모 노드가 존재하는지 확인할 수 있다. 이때, 링크 품질 비교부(941)는 현재 부모 노드보다 좋은 링크 품질을 갖는 후보 부모 노드들을 선택하고, 선택된 후보 부모 노드들 간의 링크 품질 차이값을 계산할 수 있다. 그리고, 계산된 차이값이 기설정된 기준 범위 내에 포함된 경우, 차이값이 기준 범위 내에 포함되는 후보 부모 노드들을 링크 품질이 유사한 노드로 확인할 수 있다.  As another example, if the link quality of the candidate parent nodes is better than the link quality of the current parent node, the link quality comparison unit 941 can check whether there is a candidate parent node having similar link quality among the candidate parent nodes. At this time, the link quality comparator 941 may select candidate parent nodes having better link quality than the current parent node, and calculate the link quality difference value between the selected candidate parent nodes. If the calculated difference value is within the preset reference range, the candidate parent nodes included in the reference range may be identified as nodes having similar link quality.

그러면, 홉 카운트 비교부(942)는 링크 품질이 유사한 후보 부모 노드들의 홉 카운트를 비교할 수 있다. 이때, 부모 노드 결정부(943)는 링크 품질이 유사한 후보 노드들 중에서 홉 카운트가 가장 작은 노드를 부모 노드로 결정할 수 있다. 그러면, 라우팅부(940)는 결정된 부모 노드를 통해 계속하여 라우팅을 제공할 수 있다. 이처럼, 라우팅부(940)는 후보 부모 노드들 중에서 링크 품질이 현재 부모 노드보다 좋고, 홉 카운트가 짧은 노드를 부모 노드로 결정하고, 결정된 부모 노드를 이용하여 라우팅을 제공함에 따라 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The hop count comparator 942 may then compare the hop counts of candidate parent nodes with similar link quality. At this time, the parent node determination unit 943 can determine a node having the smallest hop count among the candidate nodes having similar link quality as the parent node. Then, the routing unit 940 may continue to provide routing through the determined parent node. As described above, the routing unit 940 improves the reliability of the candidate parent node by determining the node having a shorter link count than the current parent node and having a shorter hop count as the parent node, and providing the routing using the determined parent node have.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

910: 주기 결정부
920: 재전송 결정부
930: 링크 품질 예측부
940: 라우팅부
950: 라우팅 테이블
910:
920:
930: link quality prediction unit
940:
950: Routing table

Claims (17)

라우팅 장치가 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 단계;
라우팅 장치가 상기 데이터 트래픽의 흐름과 전환점(turning Point: TP)을 이용하여 전송에 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정하는 단계;
라우팅 장치가 상기 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 계산된 링크 비용(Link Cost)과 트래픽 가중치를 이용하여 링크 품질(Link Quality)을 예측하는 단계; 및
라우팅 장치가 상기 예측된 링크 품질에 기초하여 부모 노드를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 단계는,
네트워크 초기화를 통해 프로브(probe) 패킷의 전송 주기를 임계 값으로 설정하는 단계-프로브 패킷은 상기 링크 품질을 예측하는데 이용되는 검침 패킷임-; 및
상기 임계 값으로 설정된 프로브 패킷의 전송주기에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드로 전송하는 단계
를 포함하는 라우팅 방법.
The routing device adaptively determining a transmission period of a probe packet based on a flow of data traffic;
Determining whether a routing device retransmits a packet that fails to transmit using the flow of data traffic and a turning point (TP);
Estimating a link quality using a link cost and a traffic weight calculated based on the flow of the data traffic; And
Wherein the routing device determines a parent node based on the predicted link quality
Lt; / RTI >
Wherein the step of adaptively determining the transmission period of the probe packet comprises:
Setting a transmission period of a probe packet as a threshold value through a network initialization, the probe packet being a metering packet used for predicting the link quality; And
Transmitting a probe packet to a neighbor node according to a transmission period of the probe packet set to the threshold value
/ RTI >
제1항에 있어서,
상기 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 단계는,
네트워크 초기화를 통해 프로브(probe) 패킷의 전송 주기를 임계 값으로 설정하는 단계 -상기 프로브 패킷은 상기 링크 품질을 예측하는데 이용되는 검침 패킷임-;
상기 임계 값으로 설정된 프로브 패킷의 전송주기에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드로 전송하는 단계; 및
상기 프로브 패킷의 전송에 따른 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 새로운 프로브 패킷의 전송 주기를 계산하는 단계
를 포함하는 라우팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of adaptively determining the transmission period of the probe packet comprises:
Setting a transmission period of a probe packet as a threshold value through network initialization, wherein the probe packet is a probe packet used for predicting the link quality;
Transmitting a probe packet to a neighboring node according to a transmission period of the probe packet set to the threshold value; And
Calculating a transmission period of a new probe packet based on a flow of data traffic according to transmission of the probe packet
/ RTI >
제2항에 있어서,
상기 프로브 패킷의 전송 주기를 적응적으로 결정하는 단계는,
상기 새로운 프로브 패킷의 전송 주기가 상기 임계 값보다 큰 경우, 상기 프로브 패킷의 전송 주기를 상기 새로운 프로브 패킷의 전송 주기로 재설정하는 단계;
상기 재설정된 프로브 패킷의 전송 주기에 따라 상기 프로브 패킷을 상기 이웃 노드로 전송하는 단계
를 더 포함하는 라우팅 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the step of adaptively determining the transmission period of the probe packet comprises:
Resetting the transmission period of the probe packet to a transmission period of the new probe packet if the transmission period of the new probe packet is greater than the threshold value;
Transmitting the probe packet to the neighbor node according to a transmission period of the re-established probe packet
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 패킷의 재전송 여부를 결정하는 단계는,
상기 데이터 트래픽의 흐름이 상기 전환점보다 큰 경우, 상기 전송에 실패한 패킷을 재전송하는 것으로 결정하는 단계;
상기 데이터 트래픽의 흐름이 상기 전환점보다 작은 경우, 상기 전송에 실패한패킷을 재전송하지 않고, 데이터 패킷을 이웃 노드들로 전송하는 것으로 결정하는 단계-상기 패킷은 라우팅 방법을 제공하기 위해 응용 계층에서 생성된 패킷임-; 및
상기 재전송 결정에 기초하여 상기 전송에 실패한 패킷 및 상기 패킷 중 적어도 하나를 이웃 노드로 전송하는 단계
를 포함하는 라우팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of determining whether to retransmit the packet comprises:
Determining to retransmit the packet that failed to transmit if the flow of data traffic is greater than the switch point;
Determining that a data packet is to be transmitted to neighboring nodes without retransmitting the failed transmission packet if the flow of data traffic is less than the switch point, the packet being generated in an application layer to provide a routing method A packet; And
Transmitting at least one of the packet and the packet that failed in the transmission based on the retransmission determination to a neighboring node
/ RTI >
제1항에 있어서,
상기 부모 노드를 결정하는 단계는,
이웃 노드들로부터 라우팅 정보를 수신하는 단계;
상기 수신된 라우팅 정보에 포함된 홉 카운트에 기초하여 현재 부모 노드 및 하나 이상의 후보 부모 노드 중에서 어느 하나를 상기 부모 노드로 선택하는 단계
를 포함하는 라우팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein determining the parent node comprises:
Receiving routing information from neighboring nodes;
Selecting one of the current parent node and one or more candidate parent nodes as the parent node based on the hop count included in the received routing information
/ RTI >
제5항에 있어서,
상기 부모 노드로 선택하는 단계는,
상기 현재 부모 노드의 링크 품질과 상기 후보 부모 노드의 링크 품질을 비교하는 단계;
상기 링크 품질 비교를 통해 상기 현재 부모 노드의 링크 품질과 상기 후보 부모 노드의 링크 품질이 기설정된 기준 레벨 이내에 포함되는 경우, 상기 현재 부모 노드의 홉 카운트 및 상기 후보 부모 노드의 홉 카운트를 비교하는 단계;
상기 홉 카운트 비교를 통해 선택된 노드를 상기 부모 노드로 결정하는 단계
를 포함하는 라우팅 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step of selecting as the parent node comprises:
Comparing the link quality of the current parent node with the link quality of the candidate parent node;
Comparing the hop count of the current parent node and the hop count of the candidate parent node when the link quality of the current parent node and the link quality of the candidate parent node are included within a predetermined reference level through the link quality comparison ;
Determining a node selected through the hop count comparison as the parent node
/ RTI >
데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 프로브 패킷의 전송 주기를 결정하는 주기 결정부
상기 데이터 트래픽의 흐름과 전환점(turning Point: TP)을 이용하여 전송에 실패한 패킷의 재전송 여부를 결정하는 재전송 결정부;
상기 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 계산된 링크 비용(Link Cost)과 트래픽 가중치를 이용하여 링크 품질(Link Quality)을 예측하는 링크 품질 예측부; 및
상기 예측된 링크 품질에 기초하여 결정된 부모 노드를 통해 라우팅을 제공하는 라우팅부
를 포함하고,
상기 주기 결정부는,
네트워크 초기화를 통해 프로브(probe) 패킷의 전송 주기를 임계 값으로 설정하는 주기 설정부;
상기 임계 값으로 설정된 프로브 패킷의 전송 주기에 따라 프로브 패킷을 이웃 노드로 전송하는 전송 제어부
를 포함하는 라우팅 장치.
A period determiner for determining a transmission period of the probe packet based on the flow of the data traffic,
A retransmission determining unit for determining whether to retransmit a packet that failed in transmission using the flow of data traffic and a turning point (TP);
A link quality predicting unit for predicting a link quality using a link cost calculated based on the flow of the data traffic and a traffic weight; And
A routing unit for providing routing via a parent node determined based on the predicted link quality,
Lt; / RTI >
Wherein the period determiner determines,
A period setting unit setting a transmission period of a probe packet as a threshold value through network initialization;
A transmission control unit for transmitting a probe packet to a neighboring node according to a transmission period of the probe packet set to the threshold value;
.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 주기 결정부는,
상기 프로브 패킷의 전송에 따른 데이터 트래픽의 흐름에 기초하여 새로운 프로브 패킷의 전송 주기를 계산하는 주기 계산부
를 더 포함하고,
상기 전송 제어부는,
상기 계산된 새로운 프로브 패킷의 전송 주기 및 상기 설정된 프로브 패킷의 전송 주기 중 어느 하나에 따라 상기 프로브 패킷을 상기 이웃 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 라우팅 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the period determiner determines,
A period calculation unit for calculating a transmission period of a new probe packet based on the flow of data traffic according to the transmission of the probe packet,
Further comprising:
The transmission control unit,
And transmits the probe packet to the neighboring node according to any one of a transmission period of the calculated new probe packet and a transmission period of the set probe packet.
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