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저전력 손실 네트워크를 위한 노드 균형 CNC 라우팅 프로토콜
Node Balanced CNC Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.5, 2019년, pp.123 - 128  

김태정 (상명대학교 컴퓨터과학과) ,  정진우 (상명대학교 휴먼지능정보공학과)

초록
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IETF(Internet Engineering Task Force)는 LLN(Low power and Lossy Networks)의 라우팅 프로토콜로 RPL(IPv6 Routing Protocol for Low-power Lossy Network)을 제안하였다. RPL을 사용하는 네트워크에서는 하나의 parent 노드가 많은 child 노드와 연결되어, 일부 노드로 연결이 몰리는 Thundering Herd Phenomenon이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 CNC(Child Number Count)를 사용하여 노드 당 연결되는 최대 child 노드 수를 제한하는 방법이 고려되었으나 여전히 일부 parent 노드에 최대 child 노드 수 만큼 붙을 수 있다는 문제와 최대 child 노드 수를 몇으로 결정하는가 하는 문제가 남아있다. 따라서 본 논문에서는 노드 당 연결되는 child 노드 수를 고르게 분배하는 알고리즘을 제안하여, Thundering Herd Phenomenon 문제를 해결하고자 한다. 기존 CNC를 사용하는 알고리즘과 성능 비교를 진행하였고, 그 결과 제안하는 알고리즘이 load balancing 측면에서 더 좋은 성능을 보이는 것을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Internet Engineering Task Force (IETF) proposed IPv6 Routing Protocol for Low-power Lossy Network (RPL) as a routing protocol for Low Power and Lossy Networks (LLN). In RPL networks, only a few parent nodes are connected to many child nodes, which is called Thundering Herd Phenomenon. To solve t...

주제어

#CNC   #Load balancing   #RPL  

표/그림 (6)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 NBC-RPL의 성능평가를 위해 CNC-RPL 과 비교를 진행하였다. 토폴로지의 노드는 root 노드 1개와 19개의 일반 노드로 이루어져 있으며, root 노드의 rank를 0부터 rank 3까지로 구성된다.
  • 본 논문에서는 Parent 당 child 수를 고르게 연결하는 라우팅 프로토콜을 제시하였다. 이 프로토콜을 통해 네트워크의 load balancing과 안전성을 얻을 수 있다.
  • 본 논문에서는 링크의 연결성과 child 노드 수를 바탕으로 load balancing을 할 수 있는 라우팅 프로토콜을 제안한다. 본 논문은 다음과 같이 구성되었다.
  • 위에서 설명한 CNC-RPL은, 일부 노드에 child 노드들이 집중적으로 연결되는 congestion을 해결할 수 있으나, MAX_CNC까지 연결되면 congestion이 발생하는 문제는 해결되지 않는다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 NBC-RPL(Node Balanced CNC-RPL)을 제안한다. NBC-RPL은 네트워크의 노드에 고른 수의 child 노드가 연결되는 알고리즘으로 노드에 고른 child 노드들이 연결되면 일부 노드로 집중되는 traffic이 네트워크 전체로 분배되기 때문에, congestion 문제를 해결할 수 있다.
  • 이 방법은 DIO에 IPv6 주소를 넣어야 하므로 control message의 overhead가 커질 수 있으며, 노드들이 자기보다 rank가 낮은 노드의 DIO를 확인해야 하는 처리 과정이 별도로 필요하다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 기존 DAO의 전달 방법과 형태를 일부 수정하는 방법을 제시한다. DAO를 기존 preferred parent 노드와 변경하려는 preferred parent 노드에게 전달한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Thundering Herd Phenomenon를 해결하기 위해 CNC(Child Number Count)를 사용하여 노드 당 연결되는 최대 child 노드 수를 제한하는 방법이 가지는 문제점은? RPL을 사용하는 네트워크에서는 하나의 parent 노드가 많은 child 노드와 연결되어, 일부 노드로 연결이 몰리는 Thundering Herd Phenomenon이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 CNC(Child Number Count)를 사용하여 노드 당 연결되는 최대 child 노드 수를 제한하는 방법이 고려되었으나 여전히 일부 parent 노드에 최대 child 노드 수 만큼 붙을 수 있다는 문제와 최대 child 노드 수를 몇으로 결정하는가 하는 문제가 남아있다. 따라서 본 논문에서는 노드 당 연결되는 child 노드 수를 고르게 분배하는 알고리즘을 제안하여, Thundering Herd Phenomenon 문제를 해결하고자 한다.
RPL을 사용하는 네트워크에서는 하나의 parent 노드가 많은 child 노드와 연결되어 생기는 문제점은? IETF(Internet Engineering Task Force)는 LLN(Low power and Lossy Networks)의 라우팅 프로토콜로 RPL(IPv6 Routing Protocol for Low-power Lossy Network)을 제안하였다. RPL을 사용하는 네트워크에서는 하나의 parent 노드가 많은 child 노드와 연결되어, 일부 노드로 연결이 몰리는 Thundering Herd Phenomenon이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 CNC(Child Number Count)를 사용하여 노드 당 연결되는 최대 child 노드 수를 제한하는 방법이 고려되었으나 여전히 일부 parent 노드에 최대 child 노드 수 만큼 붙을 수 있다는 문제와 최대 child 노드 수를 몇으로 결정하는가 하는 문제가 남아있다.
IoT 기술로 인해 바뀐 네트워크 환경은? 최근 IoT(Internet of Things) 기술을 바탕으로 무선 네트워크 센서가 스마트 홈, 스마트 팩토리 등 다양한 분야에 적용되며 기존 통신환경에서보다 훨씬 더 많은 수의 기계들이 네트워크에 연결되고 있다. [1]에 따르면 기존 정적 센서로 구성된 네트워크보다 움직임이 있는 센서로 구성된 네트워크의 더 높은 효율성을 가질 수 있고, 또한 [2]는 생활 공간뿐 아니라, 산림 공간에서 정보통신 기술 제공을 위한 IoT 네트워크 구축의 필요성을 보여주듯 과거와는 네트워크의 요구 조건이 많이 달라졌다.
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참고문헌 (10)

  1. Kim, Tae-Rim, Jong-Gyu Song, Hyun-Jae Im, and Bum-Su Kim. "Drone Deployment;Unmanned Aerial Vehicle;Wireless Sensor Network;System Modeling;Network Coverage;Network Energy;Priority Mapping.",Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society(JKAIS), Vol. 20, No. 8 pp. 15-22., 2019 DOI : 10.5762/KAIS.2019.20.8.15. 

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  2. Dae-Sik Ko, "Comparative Analysis of IoT Network Implementing Method for Information and Communication Service in Forest Area", The Journal of KIIT, Vol. 17, No. 9, pp. 57-64, 2019 DOI : 10.14801/jkiit.2019.17.9.57 

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  3. Dongwon Kim, Mi-Hee Youn, "Performance Evaluation on the Power Consumption of IEEE802.15.4e TSCH," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 18, No. 1, pp.37-41, 2018 DOI:https://doi.org/10.7236/JIIBC.2018.18.1.37 

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  6. Q. Le, T. Ngo-Quynh and T. Magedanz, "RPL-based multipath Routing Protocols for Internet of Things on Wireless Sensor Networks," 2014 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC 2014), Hanoi, 2014, pp. 424-429. DOI: 10.1109/ATC.2014.7043425 

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  7. Kim, S., Joung, J.. "Adaptive Multipath Routing Algorithm for Low-power Lossy Networks.",The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication,Vol. 19, No. 2, 91-96, Apr 2019. DOI: 10.7236/JIIBC.2019.19.2.91. 

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  8. Sebastian, A., Sivagurunathan, S. (2018). Bandwidth Allocation based Load Balancing for RPL (BA-LBRPL). International Journal of Computer Sciences and Engineering International Journal of Computer Sciences and Engineering, (2). Retrieved from www.ijcseonline.org DOI: 10.14419/ijet.v7i2.22.11806 

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  9. J. Hou, Ed., R. Jadhav, Z. Luo, "Optimization of Parent-node Selection in RPL-based Networks draft-hou-roll-rpl-parent-selection-00", ROLL Working Group INTERNET-DRAFT,Expires: September 13, 2017 DOI: https://tools.ietf.org/html/draft-hou-roll-rpl-parent-selection-00 

  10. Sebastian, Alphonse, Sivagurunathan, S."Load balancing metric based routing protocol for low power and lossy networks (lbRPL)." International Journal of Engineering and Technology(UAE). 7. 39-44. 10.14419/ijet.v7i2.22.11806., January 2018 DOI: 10.14419/ijet.v7i2.22.11806 

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