[논문]무선 애드 혹 네트워크에서 가상위치정보 기반 라우팅 기법

윤주상

doi:10.9708/jksci.2013.18.2.077

무선 애드 혹 네트워크에서 가상위치정보 기반 라우팅 기법
Virtual Location Information based Routing Scheme in Wireless Ad-Hoc Networks 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.18 no.2, 2013년, pp.77 - 85

초록
AI-Helper

최근 무선 애드 혹 네트워크에서 경로 탐색을 위한 위치정보 기반 라우팅 프로토콜에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 위치정보 기반 라우팅 프로토콜은 모든 노드가 GPS 장치를 통해 자신의 위치정보를 습득하고 이를 이용해 제한적 영역으로만 플러딩을 수행한다. 따라서 기존 IP 기반 라우팅 프로토콜보다 라우팅 메시지 수를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 이 프로토콜은 네트워크를 구성하는 모든 노드가 자신의 위치정보를 습득해야만 라우팅에 참여할 수 있도록 가정하고 있다. 하지만 최근 소형화 되고 있는 센서 노드의 경우 GPS 장치가 없는 경우가 있다. 따라서 자신의 위치정보가 없는 센서 노드의 경우 네트워크 구성 및 위치기반 라우팅에 참여가 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 GPS 기능을 가진 노드와 그렇지 않은 노드가 서로 공존하는 무선 애드 혹 네트워크에서 GPS 기능을 가지고 있지 않은 노드가 위치정보 기반 라우팅 프로토콜에 참여할 수 있는 가상 위치정보 기반 라우팅 프로토콜을 제안한다. 이 프로토콜은 위치정보를 획득할 수 없는 노드가 자신의 주위 노드의 위치 정보를 획득하여 자신의 위치정보로 활용할 수 있는 기법이다. 따라서 제안하는 프로토콜은 GPS 기능을 가지고 있지 않은 무선 노드가 애드 혹 네트워크 구성에 참여하여 위치정보 기반 라우팅에 참여 할 수 있는 장점을 가지고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, location information based routing protocol has been studied to estimate end-to-end path in wireless ad-hoc network. This protocol assumes all nodes can get heir location information via GPS devices and floods only limited area with routing message through acquired location information. Therefore, this protocol has advantage that can reduce the number of routing message than the existing IP-based routing protocols. In addition, all nodes enabling this protocol must acquire their own location information to participate in the location-based routing. However, recent because of the miniaturization of sensor node, sensor node without GPS function has been launched. Therefore in case of the sensor node that does not know location information, it is impossible to participate in the ad hoc network configuration and location information based routing. In this paper, a virtual location information based routing scheme is proposed for wireless nodes without GPS function to be able to participate in location information based routing within ad hoc network environments consisting of wireless nodes with GPS function and wireless nodes without GPS function. Therefore, the proposed protocol has the advantage that a wireless node without a GPS function is able to participate in ad hoc network configuration and the location information based routing.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 이런 노드는 센서노드로 구성되는 애드 혹 네트워크에서 위치기반 라우팅 실행 시 네트워크 구성에 참여가 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 위치정보를 가지고 있지 않은 노드와 위치정보를 가지고 있는 노드들이 서로 공존하는 네트워크를 가정하고 위치 정보를 가지고 있지 않는 노드가 인접한 위치정보를 가진 노드의 위치 정보를 참고하여 위치 기반 라우팅에 참여할 수 있는 가상 위치정보 기반 라우팅 기법을 제안한다.
본 논문에서는 위치 정보가 없는 노드가 위치 기반 서비스를 받기 위해서 이 노드에 가상의 위치 정보를 설정하도록 기능을 제공한다. 이 기능을 Position Proxy Scheme (PPS)라 한다.
그러나 이런 가정은 소규모의 특정 목적을 가진 애드 혹 기반의 센서 네트워크에 한정될 수 있다. 본 논문에서는 위치정보를 가진 노드와 위치정보가 없는 노드가 서로 공존하는 네트워크 환경에서 모든 노드가 위치정보기반 라우팅에 참여할 수 있는 라우팅 프로토콜을 제안하였다. 또한 제안된 위치정보기반 라우팅 프로토콜은 위치기반 서비스를 제공하기 위해 필요한 네트워크 계층 관점에서의 위치정보기반 경로 탐색 서비스를 제공할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
소스 노드와 싱크 노드를 랜덤 하게 선택한다. 이 실험의 목적은 Position Proxy Scheme의 성능을 보는 데 있다. 그림 10에 보이는 것처럼 실험 결과는 기존 LAR 방식에 비해 경로선택 성공률이 향상됨을 보이고 있다.

가설 설정

▪모든 노드는 전송 매체가 공유됨.
본 논문에서 그림 1과 같은 네트워크 모델을 가정하고 있으며 다음과 같은 무선노드 및 무선 환경을 가정한다.
각 노드에서 라우팅 요청 메지시(RREQ message)를 이용한 경로 설정 과정은 다음과 같다. 우선 소스 노드는 목적지 영역의 위치 정보를 가지고 있다고 가정하고 이 정보를 이용하여 경로를 탐색한다. 제안된 라우팅 프로토콜은 proactive 방식과 reactive 방식을 혼합한 형태이다.

제안 방법

3. RREQ 메시지를 전달받은 2-홉 노드는 RREQ 메시지 내에 있는 목적지 위치 정보를 이용하여 자기를 중심으로 방향성을 결정한다.
GPSR은 다음과 같은 특징을 가지고 동작한다. 각 노드는 주기적으로 이웃노드 정보를 유지하기 위해 이웃노드 알림 메시지를 주위 노드에 전송하고 이웃노드 테이블을 구성한다. 이 테이블을 이용해서 데이터 전달 노드를 선택한다.
다음 실험은 고정된 500m*500m square region내에 location node와 locationless node로 구성된 네트워크 토플로지를 구성하여 성능 평가를 실시하였다. 우선, 총 노드 수는 150으로 고정하였으며 그 중에서 locationless node의 수를 변화 시켰다.
본 논문에서 제안하는 위치정보 기반 라우팅 프로토콜은 위치정보가 존재하지 않는 노드와 위치정보가 존재하는 노드가 함께 라우팅에 참여할 수 있는 가상위치 기반 라우팅 프로토콜이다. 제안하는 라우팅 프로토콜은 위치정보가 없는 노드의 1-hop 범위 내에 위치정보를 가진 노드가 존재할 경우 그 노드의 위치정보를 자신의 가상위치정보로 할당하여 자신과 목적지까지의 경로 탐색 시 자신의 위치정보로 활용한다.
본 연구의 성능을 검증하기 위해 NS-2 Simulator[5]를 이용하여 제안한 프로토콜을 구현하였다. 본 실험에서 성능측정 파마미터는 경로 탐색 시 success rate, end-to-end delay, RREQ 발생률 등이다. 또한 기존 방법인 location-aided routing (LAR) 기법과 비교 실험하였다.
우선 소스 노드는 목적지 영역의 위치 정보를 가지고 있다고 가정하고 이 정보를 이용하여 경로를 탐색한다. 제안된 라우팅 프로토콜은 proactive 방식과 reactive 방식을 혼합한 형태이다. proactive 방식은 모든 노드가 제안한 테이블 구성을 위해 미리 주기적 RUM을 주고받아 테이블을 구성하며 경로 탐색을 위해 라우팅 메시지로 RREQ/RREP 메시지를 사용하며 이 메시지 내에 목적지 정보를 위치정보로 색인한다.
본 논문에서 제안하는 위치정보 기반 라우팅 프로토콜은 위치정보가 존재하지 않는 노드와 위치정보가 존재하는 노드가 함께 라우팅에 참여할 수 있는 가상위치 기반 라우팅 프로토콜이다. 제안하는 라우팅 프로토콜은 위치정보가 없는 노드의 1-hop 범위 내에 위치정보를 가진 노드가 존재할 경우 그 노드의 위치정보를 자신의 가상위치정보로 할당하여 자신과 목적지까지의 경로 탐색 시 자신의 위치정보로 활용한다. 이와 같은 방법은 위치정보가 없는 노드가 위치정보기반 라우팅에 참여할 수 있으며 또한 경로 탐색 시 생성되는 라우팅 메시지의 플러딩 범위를 제한하는 제한적 플러딩 기법을 통해서 경로 탐색이 이루어진다.

대상 데이터

그림 3에서 보면 노드 3은 locationless 노드이다. 노드 3의 1-홉 이웃노드 중에서 물리적으로 가장 가까이에 있는 location 노드는 노드 6이며 노드 6에 대한 위치정보는 RUM를 통해서 수집된다. 따라서 노드 3은 노드 6의 위치정보를 자신의 가상위치정보로 설정한다.
또한 기존 방법인 location-aided routing (LAR) 기법과 비교 실험하였다. 실험 환경은 500m*500m square region에서 노드의 수를 50, 100, 150개로 구성하였다. 소스 노드와 목적지 노드는 랜덤 하게 선택하면 경로 요청 수는 모든 실험에서 100회 발생시켰다.

데이터처리

본 실험에서 성능측정 파마미터는 경로 탐색 시 success rate, end-to-end delay, RREQ 발생률 등이다. 또한 기존 방법인 location-aided routing (LAR) 기법과 비교 실험하였다. 실험 환경은 500m*500m square region에서 노드의 수를 50, 100, 150개로 구성하였다.
이 실험은 경로 요청 변화에 대한 제안 방식의 성능을 보기 위함이다. 본 실험에서는 소스 노드와 싱크노드 선택을 랜덤하게 선택하도록 설정하였으며 5번의 다른 실험을 통해서 얻은 결과를 평균한 값이다. 결과는 그림 8와 9에 도시하였다.

이론/모형

본 연구의 성능을 검증하기 위해 NS-2 Simulator[5]를 이용하여 제안한 프로토콜을 구현하였다. 본 실험에서 성능측정 파마미터는 경로 탐색 시 success rate, end-to-end delay, RREQ 발생률 등이다.

성능/효과

그림 6과 그림 7은 경로 요청에 대한 성공률 (success rate) 및 단대단 지연에 관한 실험 결과이다. 기존 LAR 방식에 비해 향상된 결과를 보여주고 있다. 성능 개선 이유는 존(ZONE)을 형성하여 경로요청 메시지를 플러딩하는 기존기법과 다르게 제안하는 방법은 이웃노드 테이블을 기반으로 경로가 존재하는 노드를 위치정보를 기반으로 선택하기 때문에 경로 탐색 과정에서 발생하는 오버해드인 PREQ/RREP 메시지 감소 효과와 함께 빠르고 정확하게 경로를 탐색하는 효과를 가지고 있기 때문이다.
하지만 LAR 방식은 locationless node 증가에 따른 성공률의 감소와 RREQ 메시지의 평균 발생 수가 증가함을 보인다. 따라서 본 실험을 통해서 제안한 기법이 위치정보를 가지고 있지 않은 노드들도 위치정보기반 라우팅에 참여할 수 있는 기법임을 확인할 수 있다.
결과는 그림 8와 9에 도시하였다. 실험 결과는 기존 LAR 방식 보다 성능 향상을 보이고 있다. 이유는 앞 실험 결과처럼 제안한 방법이 경로 탐색 과정에서 발생하는 오버해드인 PREQ/RREP 메시지 감소 효과와 함께 빠르고 정확하게 경로를 탐색하는 효과를 가지고 있기 때문이다.

후속연구

본 논문의 위치정보 기반 제한적 플러딩 기법을 이용한 라우팅 프로토콜은 그림 1에 도시한 위치정보 기반 센서 네트워크에서 경로 탐색에 필요한 과도한 경로 탐색 오버헤드를 줄여 네트워크 자원 사용률에 대한 효율성을 높이기 위한 라우팅 프로토콜이다. 따라서 제안하는 라우팅 프로토콜은 각 노드의 위치정보를 경로 탐색 수행 시 사용하기 위한 라우팅 테이블이 필요하다. 이 테이블을 본 논문에서는 이웃노드 테이블로 정의한다.
본 논문에서는 위치정보를 가진 노드와 위치정보가 없는 노드가 서로 공존하는 네트워크 환경에서 모든 노드가 위치정보기반 라우팅에 참여할 수 있는 라우팅 프로토콜을 제안하였다. 또한 제안된 위치정보기반 라우팅 프로토콜은 위치기반 서비스를 제공하기 위해 필요한 네트워크 계층 관점에서의 위치정보기반 경로 탐색 서비스를 제공할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
본 연구에서는 고정된 무선 노드를 가정하여 설계되었으나 추후 연구로 이동성 환경에서 사용할 수 있는 위치정보기반 라우팅 프로토콜로 확장을 할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	USN이란?	최근 통신서비스 시장은 USN(Ubiquitous Sensor Network)를 통한 다양한 서비스 모델이 개발 중이다. 여기서 USN은 네트워킹 기능을 가진 중, 소형 장치들로 구성된 네트워크이며 이런 네트워크 내에서는 서로 통신을 하기 위해 무선 애드 혹 네트워크 기술이 적용되고 있다. 또한 USN 기술은 미래 유비쿼터스 정보서비스 사회로 진화하기 위한 필수적인 기술 요소이다.
	USN은 네트워크 내에서 서로 통신을 하기 위해 어떤 기술이 적용되고 있는가?	최근 통신서비스 시장은 USN(Ubiquitous Sensor Network)를 통한 다양한 서비스 모델이 개발 중이다. 여기서 USN은 네트워킹 기능을 가진 중, 소형 장치들로 구성된 네트워크이며 이런 네트워크 내에서는 서로 통신을 하기 위해 무선 애드 혹 네트워크 기술이 적용되고 있다. 또한 USN 기술은 미래 유비쿼터스 정보서비스 사회로 진화하기 위한 필수적인 기술 요소이다.
	on-demand routing protocol의 단점은?	무선 애드 혹 네트워크에서는 전통적인 라우팅 프로토콜로 on-demand routing protocol이 사용되어 왔다. 이 방법은 IP 기반 라우팅 프로토콜로 라우팅 경로 결정을 위해 네트워크 전체에 경로요청 메시지를 플로딩 한다. 따라서 불필요한 위치까지 경로요청 메시지가 전달되는 단점을 가지고 있다. 따라서 이런 단점을 보완하기 위해 노드의 위치정보를 활용하는 위치정보기반 라우팅 프로토콜이 제안되었다[6, 7].

참고문헌 (7)

Young-Bae Ko, Nitin H. Vaidya, "Location-aided routing (LAR) in mobile ad hoc networks," Wireless Networks , Vol. 6 No 4, pp. 307-321, July 2000.
Brad K. and H. T. Kung, "GPSR: greedy perimeter stateless routing for wireless networks," Proceedings of the 6th annual international conference on Mobile Computing and Networking, pp. 243-254, 2000.
Witt, M. and V. Turau., "The Impact of Location Errors on Geographic Routing in Sensor Networks," Proceedings of the International Multi-Conference on Computing in the Global Information Technology, pp. 76, 2006.
Chia-Chang Hsu and Chin-Laung Lei, "Firework Search for Location Aided Routing Enhancement in Mobile Ad-Hoc Networks," Proceedings of the 8th ACM International Workshop on Mobility Management and Wireless Access, pp. 121-124, 2010.
NS Project, http://www.isi.edu/nsnam/ns/
Eun-Young Kang, "Node ID-based Service Discovery for Mobile Ad Hoc Networks," Journal of The Korea Society of Computer and Information, Vol. 14, No. 12, pp. 109-117, Dec. 2009.
Jae Soo Kim and Jeong Hong Kim, "Distance Ratio based Probabilistic Broadcasting Mechanism in Mobile Ad Hoc Network," Journal of The Korea Society of Computer and Information, Vol. 15, No. 12, pp. 75-84, Dec. 2010.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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