[논문]전술 Ad-hoc 네트워크에서 노드 생존성 향상을 위한 프로토콜 설계

김영안; 박건우

doi:10.9766/kimst.2013.16.1.056

전술 Ad-hoc 네트워크에서 노드 생존성 향상을 위한 프로토콜 설계
A Routing Protocol for Improving Node Survivability in Tactical Ad-hoc Network 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.16 no.1, 2013년, pp.56 - 64

김영안 (국방대학교) , 박건우 (합동군사대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

TICN, a next-generation tactical communication network based on a wireless network, acts as the backbone of the whole network. TICN requires the routing which takes both survivability of passage, reliability, and safety of wireless link into consideration. A tactical network like TICN may maintain the passage for just a short period of time due to topology's frequent changes; In this process all nodes, dependent on batteries for their necessary energy, are restricted by batteries' durability in due course. To overcome this shortcoming, the up-to-date protocols consider only either of diminishing or balancing out energy consumptions. Thus there was a limitation to enhancing both throughput and energy efficiency. The thesis proposes a protocol which regards both throughput and energy efficiency, and enhances node survivability by means of minimizing and balancing energy consumption of the whole network. The protocol brings out an improvement in throughput and makes each node's energy usage more effective.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 처리량과 에너지 효율성을 동시에 고려하여 네트워크 전체의 에너지 소모를 최소화하고 균형된 에너지 소모를 통해 노드의 생존성을 향상시킬 수 있는 프로토콜을 제안한다. 제안방식은 처리량의 향상과 각 노드들의 에너지 사용에 대한 효율성을 증가시킨다.

가설 설정

배터리 용량이 감소함에 따라 노드 n_i에 대한 비용함수의 값은 증가할 것이다. D_j개의 노드들로 구성된 경로 i에 대한 전원 비용 R_j은 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다.
본 논문에서 제안하는 라우팅 프로토콜은 노드별 배터리 잔량을 산출하여 그에 대한 평균 노드수를 나타낸 그래프의 기울기 변화로 임계치(LB : Lower Bound, UB : Upper Bound)를 정한다. 여기서는 LB값을 30, UB값을 70으로 가정했다.

제안 방법

Fig. 2에서와 같이 본 논문은 처리량과 에너지 효율성을 동시에 고려하여 네트워크 전체의 에너지 소모를 최소화하고 균형된 에너지 소모를 통해 노드의 생존성을 향상시킬 수 있는 프로토콜을 제안한다.
먼저, 제안 프로토콜은 한 홉(one hop) 거리에 있는노드의 최대 배터리 잔량과 신호세기에 대한 정보를 얻는다. 다음, 각 노드의 배터리 잔량이 충분한지를 배터리 잔량의 임계치(LB, UB)를 이용함으로써 구분한다. 충분하다고 판단되면 최단 경로로 경로가 연결된다.
먼저, 제안 프로토콜은 한 홉(one hop) 거리에 있는노드의 최대 배터리 잔량과 신호세기에 대한 정보를 얻는다. 다음, 각 노드의 배터리 잔량이 충분한지를 배터리 잔량의 임계치(LB, UB)를 이용함으로써 구분한다.
본 논문에서 제안하는 라우팅 프로토콜은 노드별 배터리 잔량을 산출하여 그에 대한 평균 노드수를 나타낸 그래프의 기울기 변화로 임계치(LB : Lower Bound, UB : Upper Bound)를 정한다. 여기서는 LB값을 30, UB값을 70으로 가정했다.
패킷 전송률은 경로의 전달 길이에 반비례한다. 본 논문에서 제안한 방식에서는 최단 경로를 사용과 d와 Pt을 작은 값으로 사용한다. 결과적으로 낮은 에너지 소모 및 높은 데이터 전송률을 가지므로 노드 생존성 보장이 가능하다.
소스 노드는 목적지 노드까지의 경로를 찾기 위해 이웃노드들에게 배터리 잔량에 대한 판단 기준인 임계치, 자신의 배터리 잔량(RB_itself), 다음 노드와 신호세기 중 최대값을 갖는 신호세기{MAX(Next_SS)}에 대한 정보를 RREQ 메시지에 LB, UB를 첨부하여 브로드캐스트 한다.
제안방식에서는 RREQ 및 RREP 사이클을 사용하여 최단 경로를 찾는다. 각 모바일 노드(Ni)는 RREP가 다음 노드(Ni+1)의 에너지 정보를 가지고 있다.

데이터처리

제안기법을 평가하기 위해서 NS-2를 사용하였으며, Table 2의 시뮬레이션 조건에 의해 기존 프로토콜들과의 성능을 비교 평가하였다.

성능/효과

실험결과 제안프로토콜이 처리량과 에너지 효율성 측면에서 다른 프로토콜보다 우수하다는 것을 증명했다. 결론적으로 처리량과 에너지 효율성을 동시에 고려하므로 안정적인 경로를 설정하고 잔여 배터리 용량에 대한 임계값을 지정하여 라우팅 횟수가 많은 노드를 통제하므로 전술 애드혹 네트워크에서 노드들의 에너지 사용에 대한 효율성을 증가시켜 모바일 노드의 생존성 향상에 기여한다.
단말간 지연은 이동성이 큰 환경일수록 배터리 잔량과 신호세기를 동시에 고려한 제안방식의 성능이 Fig. 10과 같이 우수하게 나타났다. 기존 방식은 이동성이 커질수록 배터리의 비효율적 사용에 의한 turn-off되는 노드가 많아져 경로 재설정과정이 빈번하게 이루어짐으로써 단말간 지연시간이 증가하는 것으로 볼 수 있다.
실험결과 제안프로토콜이 처리량과 에너지 효율성 측면에서 다른 프로토콜보다 우수하다는 것을 증명했다. 결론적으로 처리량과 에너지 효율성을 동시에 고려하므로 안정적인 경로를 설정하고 잔여 배터리 용량에 대한 임계값을 지정하여 라우팅 횟수가 많은 노드를 통제하므로 전술 애드혹 네트워크에서 노드들의 에너지 사용에 대한 효율성을 증가시켜 모바일 노드의 생존성 향상에 기여한다.
이와 같은 결과는 신호세기에 의한 링크의 안정성과 배터리의 균등한 사용에 따른 링크 단절의 최소화가 패킷 전송률에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.
정지시간에 따른 평균 에너지 소모율에 대한 그래프로 이동성이 큰 환경에서 제안방식은 기존방식에 비해 Fig. 11과 같이 MTPR에 비해 2%, MBCR에 비해 4%, BECT에 비해 2%의 성능 향상을 보인다. 정적인 환경에서는 MBCR에 비해 2%, BECT에 비해 2%의 성능향상을 보인다.
제안방식과 BECT는 비슷한 성능을 나타내며 정적인 환경에서 보다 이동성이 큰 환경에서 MTPR, MBCR에 비해 더 큰 성능을 보이고 있다. 정적인 환경에서는 전력의 소모에 따른 turn-off되는 노드의 수량이 패킷 전송률에 미치는 영향보다 라우팅 경로 변경에 의한 링크 단절로부터 발생하는 데이터 손실이 패킷 전송률에 더 큰 영향을 미치기 때문에 이동성이 큰 환경에서 보다는 성능에 있어서 작은 차이를 나타낸다.
전원 비용 측면을 고려한 MBCR과 에너지의 균등한 사용을 추구하는 BECT는 유사한 지연을 나타내고 있다. 제안방식은 이동성이 큰 환경에서 링크의 안정성과 각 노드의 수명주기를 연장시킴으로써 노드의 turn-off에 의해 발생하는 경로 재설정 과정이 감소함에 따라 단말간 지연시간이 감소됨을 알 수 있다. 또한 경로 재설정시 처음부터 다시 경로탐색과정을 거치지 않고 바로 대체 경로를 통한 데이터 전송이 가능하므로 그에 따른 지연이 감소됨을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 처리량과 에너지 효율성을 동시에 고려하여 네트워크 전체의 에너지 소모를 최소화하고 균형된 에너지 소모를 통해 노드의 생존성을 향상시킬 수 있는 프로토콜을 제안한다. 제안방식은 처리량의 향상과 각 노드들의 에너지 사용에 대한 효율성을 증가시킨다.
하지만 제안방식의 경우 배터리 잔량과 신호세기가 동시에 고려되기 때문에 신호세기가 양호한 경로는 노드간의 전송 거리가 가까워 적은 전송파워를 통해 데이터 패킷을 전송할 수 있기 때문에 배터리 소모를 줄일 수 있다. 즉 소모되는 배터리 량을 줄이기 위해서는 두 노드간의 거리, 배터리 잔량, 노드간의 신호세기 등에 대한 다양한 정보를 적용하는 것이 에너지를 보다 적게 사용하는 것을 확인 할 수 있다.

후속연구

TICN과 같은 전술 애드혹 네트워크에서 모바일 노드의 생존성은 중요한 문제이다. 이러한 문제 해결을 위해 본 논문에서는 노드의 생존성을 향상시키는 라우팅 프로토콜을 제한했다. 제안 프로토콜은 처리량과 에너지 효율성을 동시에 고려하여 네트워크 전체의 에너지 소모를 최소화하고 균형된 에너지 소모를 통해 네트워크 수명을 좀 더 오래 지속시킬 수 있는 방식이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MBCR이란 무엇인가?	MBCR(Minimum Battery Cost Routing)은 전체적인 잔여 배터리 용량을 고려하여 경로를 설정하는 프로토콜로 전원 비용함수를 사용한다[6]. 시간 t일 때 노드 ni의 배터리 용량을 #라고 하고, 노드 ni의 전원 비용함수를 fi(#) 라고 하자.
	MTPR이란 무엇인가?	MTPR(Minimum Transmission Power Routing)은 경로에 참가한 노드들의 전체적인 전송 전력 소모량을 고려하여 경로를 설정하는 프로토콜로 전송 전략함수를 사용한다[6]. 일반적인 경로 rd = n0, n1, .
	네트워크 중심의 지휘통제를 위해 우리군이 구축중인 체계는 무엇이 있는가?	현재 정보통신 기술 및 네트워크 인프라의 발전으로 미래의 전장 환경은 플랫폼 중심에서 통신망과 응용체계가 통합된 네트워크 중심의 지휘통제가 이루어지는 NCW(Network Centric Warfare)로 이동하고 있다. 이에 우리군에서도 현재 운용중인 SPIDER와 통합군 차원의 전략 기동통신체계의 제한사항을 극복하고, NCW 환경에서 군이 요구하는 정보통신 지원능력의 중추적 역할을 담당할 정보통신 기반체계를 구축하기위한 차기 전술통신체계인 TICN(Tactical Information Communication Network) 체계를 구축 중에 있다[1]. TICN은 현재 전술망에 비해 대용량 전송능력 및 기동성을 바탕으로 네트워킹 능력의 획기적 향상을 목표로 하고 있다.

참고문헌 (9)

"Total of TICN System", ROK Headquarter, 2008. 4.
Young C. Park, "A Study of Survivable Routing in Tactical Networks", International Conference on Computing, Communications and Control Technologies (CCCT) 2007, pp. 246-249, 2007.
A. M. Hegland, E. Winjum, S. F. Mjolsnes, C. Rong, O. Kure. and P. Spiling, "A survey of key Management in Ad Hoc Networks", IEEE Communications Surveys & Tutorials, 3rd Quarter 2006.
Marco M. Mostrel, "Issues on the Design of Survivable Common Channel Signaling Networks", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 12, No 3, pp. 526-532, 1994.

상세보기
J. Chang, J. Jang, "BECT : A Balanced Energy Consumption Algorithm by Threshold-Tuning for Mobile Ad Hoc Networks", 13th Joint Conference on Communication and Information 2003(JCCI2003), Apr. 2003.
Weifa Liang, Yang Y., "Maximing Battery Life Routing in Wireless Ad Hoc Networks", Proc. of the 37th Hawaii Conference, 2004.
Xiang-Yang Li, Yu Wang, Haiming Chen, Xiaowen Chu, Yanwei Wu, and Yong Qi, "Reliable and Energy Efficient Routing for Static Wireless Ad Hoc Networks with Unreliable Links", IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems(TPDS), Vol. 20, pp. 1408-1421, Oct. 2009.

상세보기
L. Cao, T. Dahlberg, Y. Wang, "Performance Evaluation of Energy-Efficient Ad Hoc Routing Protocols", in Proc. IPCCC, IEEE, pp. 306-313, 2007.
Hagen Woesner, Jean-Pierre Ebert, Morten Schlager, Adam Wolisz, "Power Saving Mechanisms in Emerging Standards for Wireless LANs : The MAC Level Perspective", IEEE Personal Communications, Vol. 5, pp. 40-48, Jun. 1998.

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증