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DTN에서 Hybrid Spray and Wait 라우팅 프로토콜

Hybrid Spray and Wait Routing Protocol in DTN

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.15 no.3, 2014년, pp.53 - 62  

현성수 (Computer Sceience Engineering, Incheon National Univ.) ,  정현진 (Computer Sceience Engineering, Incheon National Univ.) ,  최승식 (Computer Sceience Engineering, Incheon National Univ.)

초록
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DTN(Delay/Disruption Tolerant Network)은 행성과 행성 간의 통신, 행성과 인공위성과의 통신과 같이 종단 간 연결이 보장되지 않고, 빈번한 연결 부재가 발생하고 기존 인터넷 인프라가 충분히 갖춰지지 않는 네트워크에 적합한 차세대 네트워크이다. 본 논문에서는 DTN 환경에서의 노드 간에 접촉한 기록 데이터를 이용하여 주기적으로 만나는 것을 확인하고, 향후 만나는 시간을 예측하여, 예측한 시간을 토대로 메시지를 누구에게 보내야 효율적인지를 선별하여, 메시지를 보내도록 한다. 또한 기존 라우팅 기법인 Spray and Wait 라우팅을 선별된 노드에게 적용하는 Hybrid Spray and Wait 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘을 검증하기 위해 헬싱키 대학의 ONE(Opportunistic Network Environment) Simulator를 이용하여 이를 실험하였다. 제안하는 알고리즘의 전달성공률을 Binary Spray and Wait 라우팅의 성능과 비교하였고, 10% 적은 오버헤드를 보임을 확인하였다. 또한 불필요한 메시지의 복사를 줄일 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

DTN is the next generation network that is used in not guaranteed end-to-end connection such as communication between planet and satellite, frequent connection severance, and not enough for qualified network infrastructure. In this paper, we propose the hybrid Spray-and-Wait algorithm to predict the...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • TCP/IP 및 ad-hoc 네트워크 등의 공통적인 특징은 이질적으로 연결된 망들을 이용하여, 미리 라우팅 경로를 설정하고 이를 이용하여 메시지를 전송하게 된다. 또한 종단 간 연결된 상태에서 안정적인 데이터 전송을 보장해 준다. 하지만 기존의 인프라를 상실한 재난 상황, 전장 환경, 위성 또는 행성 간 통신과 같이 네트워크 단절이 빈번히 일어나며, 메시지가 종단 간 라우팅 경로를 미리 설정하지 못할 경우, 기존의 프로토콜을 이용하는 통신은 적용하기 어렵다.
  • 대표적으로 oracle 정보를 이용하여 전송을 수행하는 Oracle-based 기법[5]과 노드가 움직이는 경로를 미리 예측한 Space-time graph를 이용한 라우팅 기법[6]이 있다. 본 논문에서는 네트워크에 있는 모든 노드의 위치 및 이동성 정보를 알지 못하는 상황을 가정하므로, Deterministic 프로토콜의 라우팅기법과 추구하는 바가 다르다.
  • 이처럼 최근 연구들에서 노드의 주기성 및 과거 접촉 정보를 이용한 연구들이 활발히 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 노드 간의 접촉 데이터를 기반으로 한 Hybrid Spray and Wait 라우팅을 제안한다. 접촉 데이터를 이용하여 더 높은 확률로 메시지를 전달할 기회를 선별하며, 또한 이를 이용해 네트워크에 더 적은 메시지 복사를 유도하도록 목표를 둔다.
  • 기존의 라우팅 기법은 릴레이 노드 선별 과정이 존재하지 않아 더 높은 확률로 메시지를 전달할 기회를 잃을 경우가 발생 할 수 있다. 본 논문에서는 두 노드 간의 만난 기록을 기반으로 릴레이 노드를 선별하는 알고리즘을 제안한다. 또한 메시지 포워딩 과정을 기존 라우팅 기법을 활용 하여 메시지를 보내는 Hybrid Spray and Wait 라우팅 기법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 노드 간의 접촉 데이터를 기반으로 한 Hybrid Spray and Wait 라우팅을 제안한다. 접촉 데이터를 이용하여 더 높은 확률로 메시지를 전달할 기회를 선별하며, 또한 이를 이용해 네트워크에 더 적은 메시지 복사를 유도하도록 목표를 둔다. 이를 위해 메시지 복사 전달을 기반으로 하는 Spray and Wait 라우팅의 scheme를 기반으로 하며, 높은 확률의 노드들에게 빠른 메시지 복사를 유도 하기 위해 Binary Spray and Wait 라우팅 또한 기반으로 한다.
  • 또한 Spray and Wait 라우팅의 최대 복사본의 수를 최소한으로 하기 위해, 최대 복사본의 수를 단계에 따라 나눠 메시지를 복사하도록 하는 방법이 있다[12]. 최소한의 복사를 하고, 지정된 deadline 동안 메시지 전달이 이뤄지지 못하면 최대복사본의 수를 단계적으로 늘려 메시지의 복사를 최소화 시키도록 하는 데에 목적을 두었다. 이는 네트워크에 최소한의 메시지 복사를 유도할 수 있음을 입증하였다.

가설 설정

  • DTN 환경에서의 라우팅 프로토콜은 크게 Deterministic 라우팅 프로토콜과 Stochastic 라우팅 프로토콜로 나뉜다[3]. Deterministic 라우팅 프로토콜은 노드가 향후 이동하는 이동 정보나 위치 정보를 미리 알고 있는 상황을 가정한다. 이는 노드의 이동성 정보와 해당 노드별 사용 가능한 정보의 양을 이용하여 포워딩 경로를 설계하게 하는 알고리즘을 사용한다[4].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DTN이란 무엇인가? DTN(Delay/Disruption Tolerant Network)은 행성과 행성 간의 통신, 행성과 인공위성과의 통신과 같이 종단 간 연결이 보장되지 않고, 빈번한 연결 부재가 발생하고 기존 인터넷 인프라가 충분히 갖춰지지 않는 네트워크에 적합한 차세대 네트워크이다. 본 논문에서는 DTN 환경에서의 노드 간에 접촉한 기록 데이터를 이용하여 주기적으로 만나는 것을 확인하고, 향후 만나는 시간을 예측하여, 예측한 시간을 토대로 메시지를 누구에게 보내야 효율적인지를 선별하여, 메시지를 보내도록 한다.
Spray and Wait 라우팅은 메시지를 복사할 수 있는 횟수를 L로 제한하기 위해 무엇을 이용하는가? 하지만 만나는 모든 노드에게 메시지를 복사하는 Epidemic 라우팅과 다르게, Spray and Wait 라우팅은 메시지를 복사할 수 있는 횟수를 L로 제한 한다. 또한 이를 위해 spray phase 상태와 wait phase 상태를 이용한다. spray phase 상태는 최대로 복사할 수 있는 L만큼 메시지를 복사하고, 횟수 L만큼 복사과정을 했을 경우 wait phase 상태가 되어 더 이상 복사본을 만들지 않고 메시지가 목적지에 전달되기를 대기한다.
DTN 환경에서의 라우팅 프로토콜은 무엇으로 나뉘는가? DTN 환경에서의 라우팅 프로토콜은 크게 Deterministic 라우팅 프로토콜과 Stochastic 라우팅 프로토콜로 나뉜다[3]. Deterministic 라우팅 프로토콜은 노드가 향후 이동하는 이동 정보나 위치 정보를 미리 알고 있는 상황을 가정한다.
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참고문헌 (18)

  1. Delay Tolerant Networking research group http://www.dtnorg.org 

  2. A. Keranen, J.Ott, and T. Kakkainen, "The ONE Simulator for TEN Protocol Evaluation," Proceedings of the 2nd International Conference on Simulation Tools and Techniques, Mar. 2009. 

  3. Z. Zhang, "Routing in Intermittently Connected Mobile Ad Hoc Networks and Delay Tolerant Networks: Overview and Challenges," IEEE Communications Survey and Tutorial, pp. 24-37, Jan. 2006. 

  4. Sang Ho So, Man Kyu Park, Se Chul Park, Jae Yong Lee, Byung Chul Kim, Dae Young Kim, Min Su Shin, Dae Ig Chang, and Ho Jin Lee, "Delay Tolerant Network Routing Algorithm based on the Mobility Pattern of Mobile Nodes," IEEK, Vol.46 No.4, pp. 13-28, Apr. 2009. 

  5. T. Spyropoulos, K. Psounis, and C. S. Raghavendra, "Single-copy routing in intermittently connected mobile networks," In Proc. of IEEE Secon, Apr. 2004. 

  6. Huai-En Lian, Chien Chen, Je-Wei Chang, Chien-Chung Shen, Rong-Hong Jan, "Shortest Path Routing with Reliability Requirement in Delay Tolerant Networks," Future Information Networks, 2009. ICFIN 2009. First International Conference on, Oct. 2009. 

  7. T.Clausen and P.Jacquet, "Optimized Link State Routing Protocol(OLSR)," RFC 3626, IETF Network Working Group, Oct. 2003. 

  8. Spyropoulos, T., Psounis, K., and Raghavendra,C. S. "Single-copy routing in intermittently connected mobile networks," In Proc. Sensor and Ad Hoc Commmand Distance Vector (AODV) Routing, RFC 3561, IETF Network Working Group, July 2000. 

  9. C.Perkins, E.Belding-Royer, and S.Das, "Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing," RFC 3561, IETF Network Working Group, July 2000. 

  10. J. Burgess, B. Gallagher, D. Jensen, and B. N. Levine. "MaxProp: Routing for Vehicle-Based Disruption-Tolerant Networks," In Proc. IEEE Infocom, April 2006. 

  11. T. Spyropoulos, K. Psounis, and C. S. Raghavendra. "Spray and Wait: An Efficient Routing Scheme for Intermittently Connected Mobile Networks," In Proc. ACM WDTN, pages 252-.259, Aug. 2005. 

  12. Eyuphan Bulut, Zijian Wang, Boleslaw K. Szymanski, "Cost Effective Multi-Period Spraying for Routing in Delay Tolerant Networks," IEEE/ACM Transactions on, Oct. 2010. 

  13. M Hussein Mamoun, "Efficient DTN Routing Protocol", International Journal of Computer Applications pp. 0975-8887, vol. 80, no. 9, Oct. 2013. 

  14. Feng Li and Jie Wu, "LocalCom: A Community-based Epidemic Forwarding Scheme in Disruption-tolerant Networks,", IEEE Secon, Apr. 2009. 

  15. P. Hui, J. Crowcroft, and E. Yoneki, "BUBBLE Rap: Social-Based Forwarding in Delay Tolerant Networks," IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 10, no. 11, pp. 1576-1589, Nov. 2011. 

  16. Etienne C. R. de Oliveira and C' elio V. N. de Albuquerque, "NECTAR: A DTN Routing Protocol Based on Neighborhood Contact History," SAC '09. pp.8-12, Mar. 2009. 

  17. Guizhu WANG, Yingying YANG, Xin SONG, Jie WANG, Weiming LI and Dawei DING, "Research for Delay Tolerant Network Node Similarity-based on Social Network,", JCIS, pp.5189-5195, July 2013. 

  18. Rashid, S., Q. Ayub, M.S. Zahid and A.H. Abdullah, "E-DROP: An Effective Drop Buffer Management Policy for DTN Routing Protocols," International Journal of Computer Applications pp. 0975-8887, vol. 13, no. 7, Jan. 2011. 

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