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VANET에서 효율적이며 엄격한 데이터 일관성을 유지하는 캐쉬 관리 기법
Efficient Cache Management Scheme with Maintaining Strong Data Consistency in a VANET 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.17 no.5, 2012년, pp.41 - 48  

문성훈 (고려대학교 컴퓨터학과) ,  박광진 (원광대학교 정보통신학과, 원광대학교 공업기술 개발연구소)

초록
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차량용 애드혹 네트워크 (VANET: Vehicular Ad-hoc Network)는 차량으로 구성된 모바일 애드혹 네트워크로서 기간망의 도움 없이 차량 간 통신을 가능하게 한다. VANET에서 차량 노드는 네트워크의 일원으로 참여하면서 에너지와 자원을 사용한다. 지금까지 VANET에서 질의처리시간과 통신 과부하를 줄이기 위하여 데이터 복제와 협력 캐슁이 연구되어 왔다. 또한 VANET에서 협력 캐슁 기법 관련 연구는 주로 약한 일관성에 중점을 두고 있다. 이 논문에서는 VANET에서 엄격한 데이터 일관성을 유지하면서 효율적인 캐쉬 관리가 가능한 기법을 제안한다. 본 논문에서는 강한 데이터 일관성을 유지하면서 질의 지연과 통신 과부하를 줄일 수 있도록 IR (Invalidation Report)을 방송하는 스케줄링 기법을 제안한다. 성능 평가는 제안한 기법이 질의 지연과 통신 과부하에서 강점을 가지고 있음을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A Vehicular Ad-hoc Network (VANET) is a vehicular specific type of a mobile ad-hoc network, to provide temporary communications among nearby vehicles. Mobile node of VANET consumes energy and resource with participating in the member of network. In a VANET, data replication and cooperative caching h...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그 이유는 각 차량들이 매우 빠르고 역동적으로 이동하여 네트워크 단절이 매우 빈번히 발생하기 때문이다. 그러므로, 본 논문에서는 기존의 IR기반의 캐쉬 무효화 기법을 기반으로 효율적인 기법을 제안하려 한다.
  • m의 수는 VANET 환경에서 가장 빈번하게 생성될 수 있는 수를 기준으로 설정하였으며, 그 수는 평균 100대 정도로 설정하였다. 또한, 각 차량은 차량의 성격상 내부의 메모리는 충분히 크게 설정하였고, 본 실험은 고속도로가 아닌 시내의 일반 도로를 주로 주요 목적으로 함으로 각 차량의 속도는 10에서 50km/h으로 그 속도를 설정하였다.
  • 본 논문에서 제안하는 캐쉬 관리 기법은 IR 기반의 캐쉬무효화 기법에 기인한다. 본 기법의 가장 큰 목적은 낮은 통신 비용으로 질의 지연을 줄이는 것이다. 기존의 대표적인 IR 기반의 캐쉬 무효화 기법은 바로 VANET에 적용하기 힘들다.
  • 본 논문에서 제안하는 캐쉬 관리 기법은 IR 기반의 캐쉬무효화 기법에 기인한다. 본 기법의 가장 큰 목적은 낮은 통신 비용으로 질의 지연을 줄이는 것이다.
  • 이와 같이, 매우 자유롭게 서버들이 이동하는 환경에서 많은 IR이 복사본을 가지고 있는 노드들에게 전달되지 않아서, IR이 활용되지 못하는 상황이 빈번이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 IR 기반 캐쉬 무효화 기법의 장점인 통신부하를 최소화 시키면서 IR이 효과적으로 사용될 수 있는 기법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 VANET 환경에서 사고 정보, 위험 정보 등의 활용 시 엄격한 데이터 일관성이 요구되는 중요한 정보에 대한 캐쉬 관리 기법에 대해서 제안하였다. 제안하는 기법은 각 차량이 가지고 있는 캐쉬 데이터에 대해 엄격한 데이터 일관성을 유지시키면서 동시에 질의시간을 줄이고, 통신과부하를 줄이기 위한 방법을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 VANET에서 자주 요구되는 엄격한 데이터 일관성을 유지하는 효율적인 캐슁 관리 기법을 제안하려 한다. 즉, IR 브로드캐스팅을 기본적으로 수행하되 IR 브로드캐스팅 주기가 너무 길면 질의 지연이 심각하게 커지는 것을 막고 또한 IR 브로드캐스팅이 주기가 너무 짧으면 갱신되는 데이터를 방송하는 통신 트래픽이 너무 커지는 것을 막는 방법을 제안한다.
  • 본 연구에서 제안한 기법을 검증하기 위한 실험을 수행하였다. 실험은 성능평가를 위해 대표적인 네트워크 시뮬레이션툴인 NS-3 [8]를 사용하였다.
  • 기존의 대표적인 강한 일관성을 유지하는 PUSH 방식은 통신과부하는 적으나, 질의 지연이 길고, PULL 방식은 질의 지연은 적으나, 통신과부하가 많은 방식으로 알려져 있다. 이러한 PUSH와 PULL 방식을 본 논문에서 제안하는 Adaptive 방식과 비교하여 본 논문에서 제안한 방법이 엄격한 일관성을 유지하면서 얼마나 좋은 성능을 보이는지 알아보았다. 성능 비교를 위한 측정기준으로 질의 지연과 통신 과부하 정도를 측정하였다.
  • 하지만 자주 사용하는 데이터가 있고 덜 사용하는 데이터가 존재하므로 모두 다 같은 IR 주기를 가지는 것은 비효율적이다. 이에 IR 주기를 동적으로 조절하기 위해서 데이터에 대한 질의요청 시간을 고려한다. 즉, 질의 요청 시간이 늘어나고 있으면 데이터의 캐쉬 히트(cache hit)와 갱신이 느리게 일어나 원본을 가진 치량으로의 질의요청이 드물다는 것을 의미한다.

가설 설정

  • 본 논문에서는 VANET 모델링을 함에 있어 각 차량은 통신 가능한 거리에 있을 때 차량 간 통신경로가 생김을 가정하였다. 본 시스템에는 캐쉬 일관성을 검증하는 서버는 없고 무선 통신은 실제 상황과 비슷하게 페이딩과 멀티패스 효과를 가질 수 있게 설정하였다.
  • 각 차량은 원본 데이터를 하나 이상씩 가질 수 있으며, 다른 차량의 원본 데이터를 제한 없이 모두 요구할 수 있도록 하였다. 본 시스템은 각 차량이 모두 자신의 메모리 공간이 MANET에 비해 풍부한 VANET 환경으로 설정하였다. 각 차량은 질의를 피어-to-피어가 아닌 브로드캐스팅방식으로 전송할 수 있도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존 MANET에서 연구된 일관성 모델은 어떻게 분류할 수 있는가? 기존 MANET에서 연구된 일관성 모델은 느슨한 일관성(weak consistency), 엄격한 일관성 (strong consistency), 델타 일관성 (delta consistency)의 세 종류로 크게 분류할 수 있다. 느슨한 일관성은 사용자에게 전송된 데이터 아이템이 갱신되기 전의 아이템이 전송될 가능성이 있는 방법이다.
차량용 애드혹 네트워크는 무엇인가? 차량용 애드혹 네트워크 (VANET: Vehicular Ad-HocNetwork)는 이동 애드혹 네트워크 (MANET: Mobile Ad-Hoc Network)의 한 형태로 차량 간 통신 또는 차량과 노변 장치의 통신을 제공하는 네트워크를 말한다 [1, 2]. VANET은 주로 충돌 회피, 장애물 경고, 협업주행 등과 같이 운전자의 안전을 위한 기술과 데이터 전송과 음성, 영상 통화 등의 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하는 운전자의 편의를 위한 기술을 중심으로 발전하고 있다.
기존 MANET에서 연구된 일관성 모델 중 엄격한 일관성은 무엇인가? 반면에 엄격한 일관성은 원본의 데이터가 갱신되자마자 그 원본의 복제본을 가진 모든 차량이 이 데이터를 갱신하는 방법이다. VANET에서 사고 정보나, 장애물 경고 등은 안전과 관련된 중요한 정보이므로, 엄격한 일관성이 적용되어야하는 데이터로 볼 수 있다.
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참고문헌 (11)

  1. V. Namboodiri, M. Agarwal, and L. Gao, "A study on the feasibility of mobile gateways for vehicular ad-hoc networks," In Proc. of the First International Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks, pp. 66-75, Oct. 2004. 

  2. H. Fußler, M. Torrent-Moreno, A. Transier, M. Festag, and H. Hartenstein. "Thoughts on a Protocol Architecture for Vehicular Ad-Hoc Networks," In Proc. of WIT 2005, pp. 41-45, Mar. 2005. 

  3. J. Cao, Y. Zhang, G. Cao, and L. Xie, "Data Consistency for Cooperative Caching in Mobile Environments," IEEE Computer, vol. 40, no. 4, pp. 60-66, Apr. 2007. 

  4. W. Wu, J. Cao, and X. Fan, "Overhearing-Aided Data Caching in Wireless Ad Hoc Networks," In Proc. of IEEE International Conference on Distributed Computing Systems Workshops, pp.137-144, Jun. 2009 

  5. L. Yin and G. Cao, "Supporting cooperative caching in ad hoc networks," IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 5, no. 1, pp.77-89, Jan. 2006. 

  6. S. Lim, W. Lee, G. Cao, and C. Das, "Performance Comparison of Cache Invalidation Strategies for Internet based Mobile Ad Hoc Networks," In Proc. of IEEE International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems, pp.104-113, Oct. 2004. 

  7. G. Cao, "A scalable low-latency cache invalidation strategy for mobile environments," In Proc. of the 6th annual international conference on Mobile computing and networking, pp. 200-209, Aug. 2000. 

  8. The Network Simulator NS-3, http://www.nsnam. org/ 

  9. Atulya Mahajan, Niranjan Potnis, Kartik Gopalan, An-I A. Wang, "Urban mobility models for VANETs," In Proc. of the 2nd workshop on next generation wireless networks, pp. 1-8, Nov. 2006 

  10. Doohee Song, Kwangjin Park, "A Hierarchical Bitmap-based Spatial Index use k-Nearest Neighbor Query Processing on the Wireless Broadcast Environment," Korea Society of Computer Information, pp. 203-209, Jan. 2012. 

  11. Jae Soo Kim, Jeong Hong Kim, "Distance Ratio based Probabilistic Broadcasting Mechanism in Mobile Ad Hoc Network," Korea Society of Computer Information, pp. 75-84, Dec. 2010. 

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