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[국내논문] 무선 메쉬 네트워크에서 네트워크 설계 문제를 위한 타부 서치 알고리즘
A Tabu Search Algorithm for Network Design Problem in Wireless Mesh Networks 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.6, 2020년, pp.778 - 785  

장길웅 (Department of Data Informatics, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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무선 메쉬 네트워크는 메쉬 클라이언트와 메쉬 라우터, 메쉬 액세스 포인트로 구성된다. 메쉬 라우터는 메쉬 클라이언트에게 무선 네트워크 서비스를 연결해주며, 메쉬 액세스 포인트는 유선 링크를 사용하여 백본 네트워크에 연결하고 메쉬 클라이언트에게 인터넷 액세스 서비스를 제공한다. 본 논문에서는 제한된 수의 메쉬 라우터와 메쉬 액세스 포인트를 사용하여 무선 메쉬 네트워크에 대한 네트워크 설계를 위한 최적화 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안된 최적화 알고리즘은 메타휴리스틱방식의 하나인 타부서치 알고리즘을 적용하였으며, 라우터와 메쉬 액세스 포인트의 배치에 따른 전송지연을 최소화하고 적절한 수행 시간 안에 결과가 도출되도록 설계되었다. 제안된 타부서치 알고리즘은 메쉬 라우터와 메쉬 액세스 포인트의 배치를 위한 전송지연과 알고리즘 수행시간 관점에서 비교 평가되었으며, 성능평가에서 기존의 제안된 메타휴리스틱 방식에 비해 우수한 성능을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Wireless mesh networks consist of mesh clients, mesh routers and mesh access points. The mesh router connects wireless network services to the mesh client, and the mesh access point connects to the backbone network using a wired link and provides Internet access to the mesh client. In this paper, a ...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 각 노드에서 이용 가능한 복수의 무선 인터페이스와 채널이 있는 무선 메쉬 네트워크에 대하여 네트워크 설계를 위한 최적화 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서는 노드의 수가 많은 무선 메쉬 네트워크에서 최적화된 네트워크 설계를 위하여 메쉬 라우터와 메쉬 액세스 포인트에서 발생하는 경로상의 전송지연을 최소화하는 최적화 알고리즘을 제안한다.
  • 제안한다. 본 논문에서는 노드의 수가 많은 무선 메쉬 네트워크에서 최적화된 네트워크 설계를 위하여 메쉬 라우터와 메쉬 액세스 포인트에서 발생하는 경로상의 전송지연을 최소화하는 최적화 알고리즘을 제안한다. 무선 메쉬 네트워크에서의 네트워크 설계 문제는 이전 연구에서 NP-hard 문제로 증명되어 있다[6].
  • 연구들이 진행되었다. 고정된 토폴로지를 가진 무선 메쉬 네트워크에서 미리 정의된 노드의 위치와 특성 하에서 채널 할당 및 라우팅 또는 게이트웨이 배치에 드는 비용을 줄이기 위한 연구가 진행되었다. Tajima et al.
  • 논문에서 사용되는 전송지연은 노드 간의 거리에 비례하는 것으로 가정하며, 전송지연 값은 노드 간의 유클리드 거리를 계산하여 적용한다. 본 논문에서 사용되는 목적함수는 노드 간 연결에서 발생하는 전송지연과 메쉬 액세스 포인트가 유선 백본과 연결에서 발생하는 전송지연을 합한 값으로 정의한다. 따라서 무선 메쉬 네트워크에서 네트워크 설계 문제는 다음과 같이 목적 함수를 최소화하는 조합 최적화 문제로 정식화할 수 있다.
  • 본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크에서 네트워크 설계 문제를 위한 제안된 타부서치 알고리즘에 대하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 성능을 평가하였다 . 수행된 컴퓨터 시뮬레이션은 윈도우10 환경의 8GB 메모리와 3.
  • 본 논문은 무선 메쉬 네트워크에서 전송지연을 최소화하기 위한 네트워크 설계 문제를 최적화하는 타 부서치 알고리즘을 제안하였다. 제안된 타부서치 알고리즘은 메쉬 라우터와 메쉬 액세스 포인트에서 발생하는 전송지연을 최소화할 수 있는 해의 구조를 설계하였으며, 이를 적용하여 초기해를 생성하고, 초기해를 기반으로 4가지 이웃해 생성방식을 적용하였다.

가설 설정

  • 각 노드는 최대 전송범위 T 내에서 이웃한 노드와 연결가능하며, 네트워크에 존재하는 모든 노드는 다른 노드와 연결을 유지해야 한다. 논문에서 사용되는 전송지연은 노드 간의 거리에 비례하는 것으로 가정하며, 전송지연 값은 노드 간의 유클리드 거리를 계산하여 적용한다. 본 논문에서 사용되는 목적함수는 노드 간 연결에서 발생하는 전송지연과 메쉬 액세스 포인트가 유선 백본과 연결에서 발생하는 전송지연을 합한 값으로 정의한다.
  • 즉 모든 메쉬 클라이언트는 메쉬 라우터나 메쉬 액세스 포인트에 접속하여 네트워크 서비스를 받아야 한다. 또한 각 메쉬 라우터의 생존 가능성을 위해 메쉬 액세스 포인트는 노드 분리 경로가 최소한 두 개 이상으로 가정한다.
  • 노드의 최대 전송반경 T는 200으로 설정하였으며, 노드 밀도가 다양한 네트워크를 구성하기 위해 메쉬 클라이언트 수 Nc를 400에서 1000까지 200단위로 구성하였다. 메쉬 라우터와 메쉬 액세스 포인트를 합한 전체 노드의 수 Ne 30, 40, 50이며, 이 중 메쉬 액세스 포인트의 수는 전체의 10%로 가정하였다. 따라서 전체 노드의 수가 30인 경우에는 메쉬 액세스 포인트의 수는 3으로 설정하였다.
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참고문헌 (10)

  1. K. C.Karthika, "Wireless Mesh network: A survey," in International Conference on Wireless Communications, Signal Processing and Networking, pp. 1966-1970, March 2016. 

  2. A. Cilfone, L. Davoli, L. Belli, and G. Ferrari, "Wireless mesh networking: An IoT-Oriented perspective Survey on relevant technologies," Future Internet, vol. 11, no. 4, pp. 1-35, April 2019. 

  3. R. Jayaraman, G. Raja, A. K. Bashir, S. H. Chauhdary, A. Hassan, and M. A. Alqarni, "Interference mitigation based on radio aware channel assignment for wireless mesh networks," IEEE Wireless Communications, vol. 101, no. 3, pp 1539-1557, May 2018. 

  4. S. Y. Shahdad, A. Sabahath, and R. Parveez, "Architecture, issues and challenges of wireless mesh network," in Proceedings of International Conference on Wireless Communications, Signal Processing, pp. 557-560, April 2016. 

  5. W. Ahmad and A. S. Qazi, "Comparison of Routing Protocols in Wireless Mesh Network on the Basis of Performance," International Journal of Networks and Comunications, vol. 8, no. 2, pp. 29-33, February 2018. 

  6. M. R. Girgis, T. M. Mhmoud, B. A. Abdullatif, and A. M. Rabie, "Solving the wireless mesh network design problem using genetic algorithm and simulated annealing optimization methods," International Journal of Computer Applications, vol. 96, no. 11, pp. 1-10, June 2014. 

  7. S. Tajima, T. Higashino, N. Funabiki, and S. Yoshida, "An internet gateway access-point selection problem for wireless infrastructure mesh networks," in Proceedings of International Conference on Mobile Data Management, pp. 1-5, May 2006. 

  8. M. Kodialam and T. Nandagopal, "Characterizing the capacity region in multi-radio multi-channel wireless mesh networks," in Proceedings of International Conference on Mobile Computing and Networking, pp. 73-87, August 2005. 

  9. L. Badia, A. Botta, and L. Lenzini, "A genetic approach to joint routing and link scheduling for wireless mesh networks," Ad Hoc Networks, vol. 7, no. 4, pp 654-664, June 2009. 

  10. T. Vanhatupa, M. Hannikainen, and T. D. Hamalainen, "Performance model for IEEE 802.11s wireless mesh network deployment design," Journal of Parallel and Distributed Computing, vol. 68, no. 3, pp. 291-305, March 2008. 

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