애드 혹 네트워크는 노드의 이동에 의해 데이터 수신율의 저하, 지연 시간의 증가, 그리고 라우팅 오버헤드의 증가 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위한 보조 경로 기법은 노드의 이동에 의한 통신 성능 저하를 방지하기 위해 사전에 보조 경로를 설정해두어 링크 손상이 발생하더라도 패킷 손실이 없는 신속한 경로 복구가 가능하다. 보조 경로 기법은 노드의 이동이 잦은 상황에서 단일 경로 기법보다 데이터 수신율, 지연 시간, 및 라우팅 오버헤드 측면에서 더 좋은 성능을 보인다. 하지만 보조 경로 기법은 경로 탐색 단계에 설정된 보조경로만을 사용하기 때문에 네트워크 토폴로지 변화에 의한 새로운 보조경로를 사용하지 못한다. 본 논문에서 제안하는 리액티브 보조 경로 알고리즘(Reactive Backup RoutingAlgorithm, RBR)은 선택적 보조 경로 유지와 보조 경로 재 탐색을 통해 적은 오버헤드로 이동이 잦은 환경에서도 안정적인 데이터 수신율과 지연 시간을 보장하는 알고리즘이다. RBR은 설정된 모든 보조 경로를 주기적으로 확인하는 기존 방식과는 달리 보조 경로의 우선순위를 결정하고 보조 경로의 선택적 유지 및 사용으로 라우팅 오버헤드를 감소시킨다. 또한, RBR은 노드의 이동에 의해 보조 경로가 모두 손상되거나 경로가 변경되면 토폴로지 변화에 따라 새롭게 보조 경로를 설정하여 데이터 수신율을 높이고 지연 시간을 감소시킨다. 본 논문에서는 성능 검증을 위해 OPNET을 사용하여 단일 경로 기법 및 기존 보조 경로 기법과 RBR의 성능을 비교 분석한다.
애드 혹 네트워크는 노드의 이동에 의해 데이터 수신율의 저하, 지연 시간의 증가, 그리고 라우팅 오버헤드의 증가 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위한 보조 경로 기법은 노드의 이동에 의한 통신 성능 저하를 방지하기 위해 사전에 보조 경로를 설정해두어 링크 손상이 발생하더라도 패킷 손실이 없는 신속한 경로 복구가 가능하다. 보조 경로 기법은 노드의 이동이 잦은 상황에서 단일 경로 기법보다 데이터 수신율, 지연 시간, 및 라우팅 오버헤드 측면에서 더 좋은 성능을 보인다. 하지만 보조 경로 기법은 경로 탐색 단계에 설정된 보조경로만을 사용하기 때문에 네트워크 토폴로지 변화에 의한 새로운 보조경로를 사용하지 못한다. 본 논문에서 제안하는 리액티브 보조 경로 알고리즘(Reactive Backup Routing Algorithm, RBR)은 선택적 보조 경로 유지와 보조 경로 재 탐색을 통해 적은 오버헤드로 이동이 잦은 환경에서도 안정적인 데이터 수신율과 지연 시간을 보장하는 알고리즘이다. RBR은 설정된 모든 보조 경로를 주기적으로 확인하는 기존 방식과는 달리 보조 경로의 우선순위를 결정하고 보조 경로의 선택적 유지 및 사용으로 라우팅 오버헤드를 감소시킨다. 또한, RBR은 노드의 이동에 의해 보조 경로가 모두 손상되거나 경로가 변경되면 토폴로지 변화에 따라 새롭게 보조 경로를 설정하여 데이터 수신율을 높이고 지연 시간을 감소시킨다. 본 논문에서는 성능 검증을 위해 OPNET을 사용하여 단일 경로 기법 및 기존 보조 경로 기법과 RBR의 성능을 비교 분석한다.
Due to the movement of nodes, ad-hoc networks suffer from the problems such as the decrease of data delivery ratio, the increase of end-to-end delay, and the increase of routing overhead. The backup routing schemes try to solve these problems by finding the backup routes during the route discovery p...
Due to the movement of nodes, ad-hoc networks suffer from the problems such as the decrease of data delivery ratio, the increase of end-to-end delay, and the increase of routing overhead. The backup routing schemes try to solve these problems by finding the backup routes during the route discovery phase and using them when a route fails. Generally the backup routing schemes outperform the single-path routing schemes in terms of data delivery ratio, end-to-end delay, and routing overhead when the nodes move rapidly. But when the nodes don't move rapidly, the backup routing schemes generate more routing traffics than the single-path routing schemes because they need to exchange packets to find the backup route. In addition, when the backup route fails earlier than the main route, it can not use the backup route because in many backup route algorithms, the backup route is found only at the initial route discovery phase. RBR(Reactive Backup Routing Algorithm) proposed in this paper is an algorithm that provides more stable data delivery than the previous backup routing schemes through the selective maintenance of backup route and the backup route rediscovery. To do that RBR prioritize the backup routes, and maintain and use them selectively Thus it can also decrease the routing overheads. Also, RBR can increase data delivery ratio and decrease delay because it reestablishes the backup route when the network topology changes. For the performance evaluation, OPNET simulator is used to compare RBR with the single-path routing scheme and some of the well known backup routing schemes.
Due to the movement of nodes, ad-hoc networks suffer from the problems such as the decrease of data delivery ratio, the increase of end-to-end delay, and the increase of routing overhead. The backup routing schemes try to solve these problems by finding the backup routes during the route discovery phase and using them when a route fails. Generally the backup routing schemes outperform the single-path routing schemes in terms of data delivery ratio, end-to-end delay, and routing overhead when the nodes move rapidly. But when the nodes don't move rapidly, the backup routing schemes generate more routing traffics than the single-path routing schemes because they need to exchange packets to find the backup route. In addition, when the backup route fails earlier than the main route, it can not use the backup route because in many backup route algorithms, the backup route is found only at the initial route discovery phase. RBR(Reactive Backup Routing Algorithm) proposed in this paper is an algorithm that provides more stable data delivery than the previous backup routing schemes through the selective maintenance of backup route and the backup route rediscovery. To do that RBR prioritize the backup routes, and maintain and use them selectively Thus it can also decrease the routing overheads. Also, RBR can increase data delivery ratio and decrease delay because it reestablishes the backup route when the network topology changes. For the performance evaluation, OPNET simulator is used to compare RBR with the single-path routing scheme and some of the well known backup routing schemes.
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문제 정의
하지만 Non-RBRe 그림 11 에서 보듯이 지연 시간이 증가하는 문제를 가진다. Non-RBRe 최우선 보조 경로가 손상된 경우에만 다른 보조 경로의 손상 여부를 확인한다. 그렇기 때문에 중간노드가 최우선 보조 경로의 손상이 감지하지 못한 채 데이터 전송을 시도할 경우 가능한 보조 경로를 순서대로 확인하여 지연 시간이 증가하는 단점을 가진다.
또한, 기존 보조 경로 기법들은 모든 보조 경로의 손상 여부를 주기적으로 확인하기 때문에 보조 경로 유지에 많은 비용이 든다. 따라서 본 논문에서는 효과적인 보조 경로 유지와 능동적인 보조 경로 재탐색을 수행하는 RBR(Reactive Backup Routing)을제안한다. RBRe 능동 보조 경로 재탐색을 통해 네트워크 토폴로지 변화에 따라 새로운 보조 경로를 설정하며, 모든 보조 경로에 대해서 보조 경로 유지를 수행하는 BSR과는 달리 보조 경로에 우선순위를 부여하고 이에 따라 선택적으로 보조 경로를 유지한다.
설정에 관하여 소개한다. 본 논문에서는 노드의 이동에 의한 패킷 손실을 분석하기 위해 다양한 이동속도에서 시뮬레이션을 하였다. 또한, 이동에 의한 패킷손실에 대한 쉬운 분석을 위하여 트래픽 부하에 의한 패킷 손실이 발생하지 않도록 트래픽 부하를 비교적 낮게 설정하였다.
본 논문에서는 성능 검증을 위해 OPNET 10.0 的에 구현된 DSR을 기반으로 AODV-BR, BSR, 그리고 曲日을 구현하고 이들의 성능을 비교하였다. 기존의 DSR 및 보조 경로 기법인 AODV-BR, BSR과의 비교를 통해 RBR의 보조 경로 설정의 효율성을 검증하였다.
애드혹 통신망 분야에서는 불안정한 링크 특성 해결방안, TCP 성능 향상 기법'I QoS 보장을 위한 메커니즴邪叫 애드혹 라우팅 기술网回, 경로 특성 연구如丄 보안과 인증 등에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 이동성이 높은 환경을 위한 애드 혹 라우팅 기술에 초점을 맞춘다.
그렇기 때문에 기존 방식들은 네트워크의 토폴로지 변화에 따른 최적의 보조 경로를 사용하기에는 한계가 있다. 본 논문에서는 토폴로지 변화를 인식하여 능동적으로 보조 경로를 재설정하는 능동 보조 라우팅(Reactive Backup Routing, RBR) 을 제안한다.
경로 캐쉬(Route Cache)를 유지한다. 한 이동 노드가 다른 이동 노드로 데이터를 보낼 때, 소스 노드는 우선 목적지를 향하는 경로가 경로 캐쉬 안에 존재하는지 검사한다. 만약 경로가 발견되지 않을 경우, 목적지에 도달하는 경로를 찾는 단계를 경로 탐색 단계(Route Discovery Phase)라고 한다.
가설 설정
11 Distributed Coordination Function(DCF)'2”로 가정한다. 각 노드의 전송 범위는 250미터로 가정하고, 채널 용량은 2Mbps 로 가정한다. 또한, 본 논문에서는 데이터의 전송에 RTS(Request-To-Send)와 CTS(Clear-To-Send)[191 제어 패킷을 사용한다.
데이터링크 프로토콜은 IEEE 802.11 Distributed Coordination Function(DCF)'2”로 가정한다. 각 노드의 전송 범위는 250미터로 가정하고, 채널 용량은 2Mbps 로 가정한다.
하지만 이동성이 높은 시나리오에서 큰 캐쉬 타이머 값을 설정하는 것은 노드의 이동에 의해 이미 손상된 경로를 캐쉬로부터 사용되도록 하기 때문에 불가능한 데이터 전송을 시도하는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이동성이 높은 시나리오까지 실험하기 위하여 비교적캐쉬 타이머 값을 작은 30초로 설정하였다.
우선, 동일한 소스 노드로부터의 중복된 RREQ를수신한 경우, 보조 경로가 존재한다고 판단할 수 있다. 하지만 보조 경로의 홉 수가 주경로의 홉 수보다 클 경우, 효율성이 떨어지기 때문에 보조 경로의 홉 수가 주요 경로의 홉 수와 동일한 경우에만 보조 경로가 존재하는 것으로 가정한다.
제안 방법
관하여 소개한다. 첫 번째로 대표적인 On- Demand 방식이자 RBR의 기반이 되는 DSR1"을 소개한다. 그 다음으로 기존에 제안된 보조 경로 라우팅 기법인 AODV-BR’刼과 BSR(Backup Source Routing)® 을 각각의 소절에서 소개한다.
그렇기 때문에 보조 경로 유지에 사용되는 라우팅 트래픽을 최소화하기 위해서는 각 보조경로에 대한 랭킹 (Ranking) 과정을 통해 우선순위의 보조 경로를 먼저 사용하는 것이 바람직하다. RBRe 가장 오래 지속될 수 있는 보조 경로를 우선하기 위하여, 보조 경로설정 단계에 각 홉의 수신 전력을 토대로 보조 경로의 우선순위를 결정한다. 이를 위해 RRREP에 수신 전력 필드가 추가되고, RRREP을 수신한 각 노드는 자신의 수신 전력값의 역수가 RRREP의 수신 전력 필드값 보다 클 경우 수신 전력 필드 값을 자신의 수신 전력의 역수로 수정한다.
본 논문의 구성은 다음과 같다. RBR의 이해를 돕기위해 II절에서 기존 보조 경로 기법에 대해 살펴본 후, HI절에서 RBR의 동작 및 특성에 관해 자세히 살펴본다. 그리고 IV 절에서는 성능 검증을 위하여 OPNET 10.
첫 번째로 대표적인 On- Demand 방식이자 RBR의 기반이 되는 DSR1"을 소개한다. 그 다음으로 기존에 제안된 보조 경로 라우팅 기법인 AODV-BR’刼과 BSR(Backup Source Routing)® 을 각각의 소절에서 소개한다.
기존에 제안된 BSRe 모든 보조 경로에 대한 확인과정을 주기적으로 수행한다. 이는 다양한 보조 경로를 사전에 확인해두기 때문에 링크가 손상되었을 때 보조 경로를 신속하게 사용할 수 있도록 해준다.
0 的에 구현된 DSR을 기반으로 AODV-BR, BSR, 그리고 曲日을 구현하고 이들의 성능을 비교하였다. 기존의 DSR 및 보조 경로 기법인 AODV-BR, BSR과의 비교를 통해 RBR의 보조 경로 설정의 효율성을 검증하였다. 또한, RBR의 선택적 보조 경로 유지에 의한 성능을 기존 방식과 비교하기 위해 보조 경로 재탐색은 수행하지 않고, 선택적 보조 경로 유지만을 수행하는 알고리즘(Non-RBR)의 성능도 함께 비교한다.
하지만 보조 경로를 재설정하기 위해서는 라우팅 트래픽이 증가하게 된다. 따라서 라우팅 트래픽을 최소화하면서 보조 경로의 사용을 최적화하기 위해 RBRe 다음 두 경우에 보조 경로를 재탐색한다. 첫째로 설정된 보조 경로가 노드의 이동에 의해 모두 삭제될 경우, 보조 경로의 재탐색을 수행한다.
그렇기 때문에 링크 손상이 발생할 때마다 경로를 다시 탐색하는 AODV-BR과는 달리 BSRe 경로 탐색 수를 줄여 라우팅 오버헤드가 감소한다. 또한, BSRe 노드의 이동에 의한 보조 경로의 손상을 감지하기 위해 주경로 상의 각 노드는 주기적으로 보조 경로의 존재를 확인하여 잘못된 보조 경로 정보를 삭제한다.
기존의 DSR 및 보조 경로 기법인 AODV-BR, BSR과의 비교를 통해 RBR의 보조 경로 설정의 효율성을 검증하였다. 또한, RBR의 선택적 보조 경로 유지에 의한 성능을 기존 방식과 비교하기 위해 보조 경로 재탐색은 수행하지 않고, 선택적 보조 경로 유지만을 수행하는 알고리즘(Non-RBR)의 성능도 함께 비교한다. 성능 비교 항목으로 이동성에 따른 각 알고리즘의 데이터 수신율, 라우팅 오버헤드, 그리고 RREQ의 발생을 비교한다.
또한, 본 논문에서는 DSR과 기타 알고리즘의 경로 탐색 단계에 사용되는 RREQ의 TTL(Time-to-Live) 값을 7홉으로 설정하였으며, 많은 보조 경로와 보조 경로홉수의 증가로 인한 보조 경로 유지비용 증가를 방지하기 위해 RBR의 보조 경로 탐색 단계에 .사용되는 BRRQ의 TTL값을 2홉으로 작게 설정하였다.
각 노드의 전송 범위는 250미터로 가정하고, 채널 용량은 2Mbps 로 가정한다. 또한, 본 논문에서는 데이터의 전송에 RTS(Request-To-Send)와 CTS(Clear-To-Send)[191 제어 패킷을 사용한다.
비교 대상으로 대표적인 On- Demand 방식인 DSR, AODV에 보조 경로 기능을 추가한 AODV-BR, 그리고 DSR에 보조 경로 기능을 추가한 BSR이 사용된다. 또한, 선택적 보조 경로 유지가 RBR의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 보조 경로 재탐색을 수행하지 않고 오직 선택적 보조 경로 유지를 수행하는 RBR의 성능을 비교한다.
본 논문에서는 노드의 이동에 의한 패킷 손실을 분석하기 위해 다양한 이동속도에서 시뮬레이션을 하였다. 또한, 이동에 의한 패킷손실에 대한 쉬운 분석을 위하여 트래픽 부하에 의한 패킷 손실이 발생하지 않도록 트래픽 부하를 비교적 낮게 설정하였다. 자세한 시뮬레이션 설정은 다음 표 1과 표 2에서와 같다.
노드가 그 지점에 도달하면, 정지 시간(Pause Time)을기다린 후 다시 다른 지점을 선택하여 동일한 방식으로 이동한다. 본 논문에서는 정지 시간을 10초로 설정하고, 이동 속도를 0m/s에서 2(Ws까지 달리하여 성능을 비교한다.
반면, 이동 속도가 느릴수록 보조 경로 유지 기능은 적은 라우팅 트래픽으로 유사한 전송 지연을 보이기 때문에 더 효율적이다. 본 논문에서의 시뮬레이션에서는 선택적 보조 경로에서 하나의 보조 경로만을 주기적으로 확인한다. 하지만 노드의 이동이 빠른 환경에서는 하나 이상의 보조 경로를 유지하는 것이 바람직하다.
본 소절에서는 RBR의 성능 검증을 위해 노드의 이동 속도에 따른 데이터 수신율, RREQ 전송 횟수, 라우팅 오버헤드 비율, 그리고 종단 간 전송지연을 기존 알고리즘들과 비교한다. 비교 대상으로 대표적인 On- Demand 방식인 DSR, AODV에 보조 경로 기능을 추가한 AODV-BR, 그리고 DSR에 보조 경로 기능을 추가한 BSR이 사용된다.
또한, RBR의 선택적 보조 경로 유지에 의한 성능을 기존 방식과 비교하기 위해 보조 경로 재탐색은 수행하지 않고, 선택적 보조 경로 유지만을 수행하는 알고리즘(Non-RBR)의 성능도 함께 비교한다. 성능 비교 항목으로 이동성에 따른 각 알고리즘의 데이터 수신율, 라우팅 오버헤드, 그리고 RREQ의 발생을 비교한다. 이번 절에서는 시뮬레이션 환경 설정을 먼저 살펴본 후, 각각의 결과를 분석한다.
단일 경로 기법은 플러딩이발생하면 RREQ가 네트워크 전체로 브로드캐스트되기 때문에 이는 상당한 라우팅 오버헤드의 증가를 야기한다. 이러한 플러딩 발생을 비교하기 위해 각 알고리즘의 RREQ 발생량이 비교되었다. 그림 9는 노드의 이동속도에 따른 RJREQ의 브로드캐스드 횟수를 보여준다.
보조 경로 정보를 가진 보조 노드는 그림5에서와 같이 보조 경로로 BMRQ(Backup Maintenance Request) 메시지를 보낸다. 이를 수신한 보조 경로의 노드는 BMRP(Backup Maintenance Reply) 메시지로 응답한다. 만약 주경로 상의 노드가 BMRP 메시지를 들으면, 보조 경로가 사용 가능한 것으로 판단하여 이를 유지한다.
RBRe 가장 오래 지속될 수 있는 보조 경로를 우선하기 위하여, 보조 경로설정 단계에 각 홉의 수신 전력을 토대로 보조 경로의 우선순위를 결정한다. 이를 위해 RRREP에 수신 전력 필드가 추가되고, RRREP을 수신한 각 노드는 자신의 수신 전력값의 역수가 RRREP의 수신 전력 필드값 보다 클 경우 수신 전력 필드 값을 자신의 수신 전력의 역수로 수정한다. 최종적으로 보조 경로를 저장하는 중재 노드는 수신 전력 필드의 값이 작은 보조 경로에 대해이 값이 큰 보조 경로보다 높은 우선순위를 둔다.
하지만 기존 방식은 경로 탐색 단계 동안에 설정된 보조 경로만을 사용하기 때문에 네트워크의 변화에 최적화된 보조 경로의 사용에는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 RBRe 필요에 따라 새로운 보조 경로를 능동적으로 탐색한다. 그렇기 때문에 RBRe 이동이 잦은 네트워크에서 기존 방식보다 보조 경로의 사용이 많아져 데이터 수신율과 지연시간 측면에서 더 좋은 성능을 보인다.
대상 데이터
네트워크는 가로 750m, 세로 750m의 지역에 50개의 노드를 포함한다. 또한, 총 세션(Session)의 수는 3개이며, 각 세션은 5packet/sec의 전송 속도로 512byte의 패킷을 전송한다.
데이터처리
RBR의 이해를 돕기위해 II절에서 기존 보조 경로 기법에 대해 살펴본 후, HI절에서 RBR의 동작 및 특성에 관해 자세히 살펴본다. 그리고 IV 절에서는 성능 검증을 위하여 OPNET 10.0을 사용하여 RBR과 기존 알고리즘의 성능을 비교한다. 그리고 마지막으로 결론을 맺는다.
이론/모형
비교한다. 비교 대상으로 대표적인 On- Demand 방식인 DSR, AODV에 보조 경로 기능을 추가한 AODV-BR, 그리고 DSR에 보조 경로 기능을 추가한 BSR이 사용된다. 또한, 선택적 보조 경로 유지가 RBR의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 보조 경로 재탐색을 수행하지 않고 오직 선택적 보조 경로 유지를 수행하는 RBR의 성능을 비교한다.
이동성을 지원하기 위해 랜덤 방향 이동 모델 (Random waypoint mobility model)㎛이 사용된다. 랜덤 방향 이동 모델은 네트워크의 노드가 랜덤하게 선택된 한 지점으로 이동한 후 멈추고 일정 시간 후 다시 이동을 반복하는 모델이다.
성능/효과
Non-RBRe 보조 경로 재탐색을 사용하지 않고 기존 방식에 선택적 보조 경로 유지 기능만을 추가한 알고리즘의 성능을 의미한다. 그림8에서 보듯이 이동 속도가 Om/s일 때에는 모든 알고리즘이 100%의 데이터 수신율을 보여주지만, 이동 속도가 점차 증가할수록 RBRe 기존 알고리즘보다 우수한 성능을 보여준다. DSRe 보조 경로의 사용이 전혀 이루어지지 않기 때문에 한 링크만 손상되더라도 무조건적인 데이터 손실 발생으로 인하여 데이터 수신율이 가장 낮다.
기존 보조 경로 기법과 RBRe 이동이 잦은 네트워크에서 보조 경로의 사용을 통해 DSR보다 더 좋은 데이터 수신율을 보인다. 하지만 이는 이동이 적은 네트워크에서는 불필요한 보조 경로의 설정 및 유지비용으로 라우팅 오버헤드가 증가하는 단점이 있었다.
이와는 달리 BSR과 RBRe경로 탐색 단계에 RRREP를 통해 보조 경로를 능동적으로 설정하기 때문에 보조 경로가 AODV-BR보다 많이 설정되어 잦은 링크 손상에도 높은 데이터 수신율을 보인다. 본 논문에서 제안한 RBRe 경로 탐색 단계에서의 보조 경로 설정 이외에도 보조 경로가 네트워크 토폴로지 변화에 의해 모두 삭제될 경우, 새롭게 보조 경로를 탐색한다. 그렇기 때문에 RBR의 데이터 수신율이 가장 높게 나타나는 것을 그림에서 확인할 수 있다.
본 논문에서는 네트워크 토폴로지 변화에 따른 능동적 보조 경로 설정 기법과 보조 경로 유지 기법에 관한 RBR을 제안하였고, OPNET을 사용하여 RBR이 기존보조 경로 기법보다 더 효율적인 보조 경로 탐색 및 유지로 데이터 수신율, 라우팅 오버헤드, 그리고 지연시간 측면에서 더 좋은 성능을 나타냄을 검증하였다.
후속연구
하지만 이는 이동이 적은 네트워크에서는 불필요한 보조 경로의 설정 및 유지비용으로 라우팅 오버헤드가 증가하는 단점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 네트워크의 이동성에 따른 적절한 보조 경로 탐색 및 유지의 주기를 설정할 수 있는 방법이 지속적으로 연구되어야 할 것이다.
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