이동 애드 혹 망에서 다중 전송속도를 갖는 MAC 기반의 효율적인 반응형 라우팅 프로토콜 An Efficient Reactive Routing Protocol based on the Multi-rate Aware MAC for Mobile Ad Hoc Networks원문보기
이동 애드 혹 망(MANET)은 유선 인프라스트럭처의 도움 없이 이동 노드들 간에 서로 협력하여 무선 다중-홉으로 통신을 할 수 있도록 해주는 네트워크이다. 따라서 MANET에서는 서로의 전파 범위에 있지 않은 노드들 간에 통신할 수 있도록 해주는 경로 설정 방법이 필수적이며, MANET의 특성을 고려한 반응형(reactive) 라우팅 프로토콜 중의 하나로 AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector)가 제안되었다. 이 방식은 경로 설정을 위한 메트릭으로 홉 수를 사용하며, 결과적으로 거리가 먼 인접 노드를 경로 상의 다음 노드로 선택하게 되어 상대적으로 낮은 전송 속도를 갖는 경로가 설정되어 망 전체 처리율이 저하되는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 다중 전송속도를 갖는 MAC 기반의 효율적인 반응형 경로 설정 기법을 제안한다. 모의실험을 통하여 제안된 기법의 성능을 분석하였으며, 실험 결과로부터 제안 기법이 기존 방법에 비해서 우수한 성능을 제공하는 것을 알 수 있었다.
이동 애드 혹 망(MANET)은 유선 인프라스트럭처의 도움 없이 이동 노드들 간에 서로 협력하여 무선 다중-홉으로 통신을 할 수 있도록 해주는 네트워크이다. 따라서 MANET에서는 서로의 전파 범위에 있지 않은 노드들 간에 통신할 수 있도록 해주는 경로 설정 방법이 필수적이며, MANET의 특성을 고려한 반응형(reactive) 라우팅 프로토콜 중의 하나로 AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector)가 제안되었다. 이 방식은 경로 설정을 위한 메트릭으로 홉 수를 사용하며, 결과적으로 거리가 먼 인접 노드를 경로 상의 다음 노드로 선택하게 되어 상대적으로 낮은 전송 속도를 갖는 경로가 설정되어 망 전체 처리율이 저하되는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 다중 전송속도를 갖는 MAC 기반의 효율적인 반응형 경로 설정 기법을 제안한다. 모의실험을 통하여 제안된 기법의 성능을 분석하였으며, 실험 결과로부터 제안 기법이 기존 방법에 비해서 우수한 성능을 제공하는 것을 알 수 있었다.
Mobile ad hoc networks (MANETs) allow mobile nodes to communicate among themselves via wireless multiple hops without the help of the wired infrastructure. Therefore, in the MANET, a route setup mechanism that makes nodes not within each other's transmission range communicate is required and, for th...
Mobile ad hoc networks (MANETs) allow mobile nodes to communicate among themselves via wireless multiple hops without the help of the wired infrastructure. Therefore, in the MANET, a route setup mechanism that makes nodes not within each other's transmission range communicate is required and, for this, the Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) was proposed as one of the reactive routing protocols well suited for the characteristics of the MANET. AODV uses the hop count as the routing metric and, as a result, a node selects the farthest neighbor node as its next hop on a route, which results in a problem of deteriorating the overall network throughput because of selecting a relatively low data rate route. In this paper, we propose an efficient reactive routing protocol based on the multi-rate aware MAC. Through the simulations, we analyze the performance of our proposed mechanism and, from the simulation results, we show that our proposed mechanism outperforms the existing mechanism.
Mobile ad hoc networks (MANETs) allow mobile nodes to communicate among themselves via wireless multiple hops without the help of the wired infrastructure. Therefore, in the MANET, a route setup mechanism that makes nodes not within each other's transmission range communicate is required and, for this, the Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) was proposed as one of the reactive routing protocols well suited for the characteristics of the MANET. AODV uses the hop count as the routing metric and, as a result, a node selects the farthest neighbor node as its next hop on a route, which results in a problem of deteriorating the overall network throughput because of selecting a relatively low data rate route. In this paper, we propose an efficient reactive routing protocol based on the multi-rate aware MAC. Through the simulations, we analyze the performance of our proposed mechanism and, from the simulation results, we show that our proposed mechanism outperforms the existing mechanism.
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문제 정의
본 논문에서는 다중 전송속도를 갖는 MAC 기반의 효율적인 반응형 경로 설정 기법을 제안하고자 한다. 제안된 기법은 많은 수의 RREQ 브로드캐스트로 인한 오버헤드를 줄이면서도 기존의 홉 기반의 반응형 경로 설정 기법보다 좋은 성능을 제공한다.
이 논문에서는 경로 설정을 위한 메트릭으로 참고문헌 [10]에서 정의된 MTM을 이용하고자 한다. 즉, 한 노드는 이웃 노드로부터 전송된 메시지를 수신할 때 측정될 수 있는 SNR을 이용하여 전송 속도를 계산하고, 이를 기반으로 이웃 노드 간 링크에 대한 메트릭을 계산한다.
이 논문에서는 다중 전송속도를 갖는 MAC 기반의 MANET 환경에서 AODV 기반의 효율적인 경로 설정 기법을 제안하였다. 논문에서는 참고문헌 [10]에서 정의된 MTM을 경로 설정을 위한 메트릭으로 정의하였다.
제안 방법
이와 같은 방법으로 RREQ 메시지는 MANET 내에서 브로드캐스트되어 목적지 노드에게로 전달된다. RREQ를 수신한 목적지 노드는 소스 노드로 RREP((Route Reply) 메시지를 유니캐스트 방식으로 전송하며, 중간 노드들은 RREP 메시지를 전달함으로써 경로를 설정한다. 기존의 AODV 기반의 경로 설정 기법에서는 경로를 설정하기 위한 메트릭으로 홉 수(hop count)를 사용한다.
만일 같으면, 노드는 RREQ 메시지가 포함되어 있는 패킷을 수신할 때 측정할 수 있는 SNR을 이용하여 계산된 메트릭과 RREQ 메시지에 들어있는 메트릭을 더한 값을 경로 테이블 엔트리에 있는 메트릭 필드에 있는 값과 비교하여, 만일 더한 값이 크면 수신한 RREQ 메시지를 버린다. 만일 더한 값이 작으면, 이 노드는 경로 테이블 엔트리의 업스트림 노드 필드의 값을 RREQ 메시지를 전송한 노드 주소로 변경하고, 또한 메트릭도 RREQ 메시지를 수신할 때 측정된 SNR 값을 이용하여 계산된 값으로 변경한다.
이렇게 하면 오버헤드의 수는 적지만, 노드 3에서 노드 5로의 경로가 1 Mbps로 설정되어 낮은 전송속도의 경로가 선택된다는 단점이 있다. 반면, 두 번째 방법은 비록 노드 5가 이미 RREP 메시지를 전송했다 하더라도 노드 4로부터 수신한 RREQ 메시지를 이용하여 노드 3으로부터 노드 5로의 직접 경로보다, 노드 3에서 노드 4를 거쳐 노드 5로 오는 경로가 더 좋다고 판단되면, 노드 5는 자신의 경로 테이블 엔트리의 업스트림 노드 필드를 당초의 3에서 4로 수정한 후에 노드 4에게로 RREP 메시지를 전송하는 것이다. 노드 5로부터 전송된 RREP 메시지를 수신한 노드 4는 자신의 경로 테이블 엔트리를 갱신하고 또한 RREP 메시지를 노드 3에게로 전송한다.
Fan [11]에서 제안된 기법, 그리고 본 논문에서 제안된 기법의 성능을 비교 평가하였다. 본 논문에서 제안된 기법은 2장에서 설명한 바와 같이 목적지 노드가 RREP 메시지 전송 후 수신되는 RREQ 메시지를 무시하는 방법(제안 방법 I)과, 목적지 노드가 RREP 메시지를 전송했다 하더라도 더 좋은 경로를 위한 RREQ 메시지가 수신되면 새로운 업스트림 노드에게 RREP 메시지를 전송하는 방법(제안 방법 II), 두 가지를 모두 실험하였다. 성능 평가 요소로는 처리율과 제어 오버헤드를 사용하였다.
본 논문에서 제안된 기법은 2장에서 설명한 바와 같이 목적지 노드가 RREP 메시지 전송 후 수신되는 RREQ 메시지를 무시하는 방법(제안 방법 I)과, 목적지 노드가 RREP 메시지를 전송했다 하더라도 더 좋은 경로를 위한 RREQ 메시지가 수신되면 새로운 업스트림 노드에게 RREP 메시지를 전송하는 방법(제안 방법 II), 두 가지를 모두 실험하였다. 성능 평가 요소로는 처리율과 제어 오버헤드를 사용하였다. 처리율은 전체 노드의 처리율을 합한 값이며, 제어 오버헤드는 제어 메시지의 총 개수를 뜻한다.
이 장에서는 모의실험을 통하여 기존의 최소 홉 수 기반의 AODV 프로토콜과 Z. Fan [11]에서 제안된 기법, 그리고 본 논문에서 제안된 기법의 성능을 비교 평가하였다. 본 논문에서 제안된 기법은 2장에서 설명한 바와 같이 목적지 노드가 RREP 메시지 전송 후 수신되는 RREQ 메시지를 무시하는 방법(제안 방법 I)과, 목적지 노드가 RREP 메시지를 전송했다 하더라도 더 좋은 경로를 위한 RREQ 메시지가 수신되면 새로운 업스트림 노드에게 RREP 메시지를 전송하는 방법(제안 방법 II), 두 가지를 모두 실험하였다.
각 실험 시 사용된 평균 정지 시간은 0초이다. 제어 오버헤드는 가장 작은 제어 오버헤드 값 (속도가 1m/s일 때 original aodv 값)을 기준으로 정규화하였다. 앞서 살펴본 바와 같이 노드의 이동성이 높아질수록(10m/s) Fan 프로토콜은 이동성이 낮을 때(1m/s)에 비하여 제어 오버헤드가 2.
이 논문에서는 경로 설정을 위한 메트릭으로 참고문헌 [10]에서 정의된 MTM을 이용하고자 한다. 즉, 한 노드는 이웃 노드로부터 전송된 메시지를 수신할 때 측정될 수 있는 SNR을 이용하여 전송 속도를 계산하고, 이를 기반으로 이웃 노드 간 링크에 대한 메트릭을 계산한다. 또한 이 논문에서 제안된 기법은 AODV를 기반으로 이루어져 있다.
이 경우 노드는 다음과 같은 두 가지 방법의 하나로 동작할 수 있다. 첫 번째 방법은 일단 노드가 RREP 메시지를 전송하고 나면, 그 이후에 들어오는 RREQ 메시지를 무시하는 것이다. 이 방법의 경우 제어 정보 전송으로 인한 오버헤드는 적지만 목적지 노드에게로 가까이 가면 갈수록 낮은 속도의 경로를 선택할 가능성이 높아진다.
이론/모형
모의실험을 위하여 네트워크 시뮬레이터 ns-2[12]를 사용하였으며, 실험에 사용된 파라미터는 <표 1>과 같다. 또한 링크의 비용 계산을 위하여 [10]에서 제안된 MTM을 사용하였다.
즉, 한 노드는 이웃 노드로부터 전송된 메시지를 수신할 때 측정될 수 있는 SNR을 이용하여 전송 속도를 계산하고, 이를 기반으로 이웃 노드 간 링크에 대한 메트릭을 계산한다. 또한 이 논문에서 제안된 기법은 AODV를 기반으로 이루어져 있다. 그렇지만, 제안 기법은 DYMO와 같은 반응형 경로 설정 기법에 모두 적용될 수 있다.
모의실험을 위하여 네트워크 시뮬레이터 ns-2[12]를 사용하였으며, 실험에 사용된 파라미터는 과 같다.
성능/효과
제어 오버헤드의 경우 기존의 최소 홉 수 기반의 AODV 프로토콜을 중심으로 제안된 프로토콜이 평균 22% 정도 더 많은 오버헤드를 발생시킨다. 그러나 이러한 추가적인 제어 오버헤드로 인하여 더 높은 속도의 경로 설정이 가능해지며 이로 인하여 전체적인 처리율이 평균 37% 증가되는 효과를 얻을 수 있음을 그림 2에서 확인하였다. 반면 Fan 프로토콜의 경우는 20%의 성능향상을 얻기 위하여 6배 정도의 높은 제어 오버헤드를 요구한다.
5배 정도 증가하며, 또한 기존 AODV와 이 논문에서 제안된 프로토콜에 비해서 각각 최대 5배와 72%정도 많은 오버헤드를 발생시키므로 처리율은 55% 감소하게 된다. 반면 제안된 프로토콜도 이동성이 낮을 때에 비하여 이동성이 높을 때가 제어 오버헤드 측면에서 2.2배 정도 증가하지만, 전체 제어 오버헤드 측면에서 기존 AODV에 비하여 40% 정도 추가적인 오버헤드를 보이기 때문에 Fan 프로토콜에서처럼 성능에 치명적인 영향을 미치지 않으며, 대신 높은 속도의 경로 설정이 가능해짐으로써 기존 AODV에 비하여 60%, Fan 프로토콜에 비하여 30%의 처리율 향상을 보인다.
제어 오버헤드는 가장 작은 제어 오버헤드 값 (속도가 1m/s일 때 original aodv 값)을 기준으로 정규화하였다. 앞서 살펴본 바와 같이 노드의 이동성이 높아질수록(10m/s) Fan 프로토콜은 이동성이 낮을 때(1m/s)에 비하여 제어 오버헤드가 2.5배 정도 증가하며, 또한 기존 AODV와 이 논문에서 제안된 프로토콜에 비해서 각각 최대 5배와 72%정도 많은 오버헤드를 발생시키므로 처리율은 55% 감소하게 된다. 반면 제안된 프로토콜도 이동성이 낮을 때에 비하여 이동성이 높을 때가 제어 오버헤드 측면에서 2.
제안 기법의 성능은 ns-2를 이용한 모의실험을 통하여 분석하였으며, 분석한 결과는 기존의 AODV 기법뿐만 아니라 기존에 제안된 기법보다 좋은 성능을 제공한다는 것을 볼 수 있었다.
본 논문에서는 다중 전송속도를 갖는 MAC 기반의 효율적인 반응형 경로 설정 기법을 제안하고자 한다. 제안된 기법은 많은 수의 RREQ 브로드캐스트로 인한 오버헤드를 줄이면서도 기존의 홉 기반의 반응형 경로 설정 기법보다 좋은 성능을 제공한다.
그러나 노드가 이동성을 가지게 되면 중간 노드가 여러 개의 RREQ 메시지를 브로드캐스트할 수 있는 Fan 프로토콜은 많은 제어 오버 헤드를 일으킬 수 있으므로 이로 인하여 처리율이 급격하게 저하된다. 제안된 프로토콜의 경우 프로토콜 II가 목적지 노드의 다중 RREP 전송으로 인하여 프로토콜 I에 비하여 최신 정보 갱신이 추가로 발생하게 되므로 프로토콜 I에 비하여 약간 좋은 성능을 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
MANET은 무엇인가?
MANET(mobile ad-hoc network)은 유선 인프라스트럭처의 도움 없이 노드들 간에 서로 협력하여 다중-홉(multi-hop)으로 정보를 전달할 수 있도록 해주는 네트워크이다[1]. MANET은 이전에는 군용통신에서 사용할 목적으로 고려되었지만, 최근에는 센서 네트워크나 홈 네트워크와 같은 일반적인 상용 망에서도 적용되고 있다.
MANET에서의 경로 설정 기법은 어떻게 구분할 수 있나?
즉, 종단간 경로를 결정하기 위한 경로 설정 기법이 필수적이라 할 수 있다. 현재 MANET에서의 경로 설정 기법은 크게 예방형(proactive) 방식과 반응형(reactive)방식으로 구분할 수 있다[1]. 예방형 방식은 노드들이 경로 관련 정보를 MANET 내의 다른 모든 노드들에게 주기적으로 전송함으로써 경로를 설정하는 방식이다.
MANET에서의 경로 설정 기법 중 예방형 방식은 어떤 단점이 있나?
예방형 방식은 노드들이 경로 관련 정보를 MANET 내의 다른 모든 노드들에게 주기적으로 전송함으로써 경로를 설정하는 방식이다. 이 방식에서는모든 노드가 주기적으로 경로 관련 제어 메시지를 전송하기 때문에 특히 노드의 이동성으로 인하여 토폴로지가 변화하는 경우에는 오버헤드가 많이 발생한다는 단점이 있다. 반면 반응형 방식은 상위 계층으로부터 트래픽을 전송하라는 요청을 수신했을 때 비로소 노드가 종단까지의 경로를 찾는 방식이다.
참고문헌 (12)
C. Perkins, Ad Hoc Networking, Addison Wesley, 2001
IEEE Std. 802.11, Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 1999
Bluetooth Core Specification v2.0, Bluetooth Special Interest Group, http://www.bluetooth.org
IEEE Computer Society. 802.11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: High Speed Physical Layer in the 5 GHz Band, Sep. 1999
A Kamerman and L. Monteban,'WaveLAN-II: A highperformance wireless LAN for the unlicensed band,' Bell Labs Technical Journal, pp. 118-133, Summer 1997
G. Holland, N. H. Vaidya and P Bahl,'A rate-Adaptive MAC protocol for multi-hop wireless networks,' Mobile Computing and Networking, pp.236-251, 2001
C. Perkins, C. Belding-Royer and S. Das,'Ad hoc On- demand Distance Vector (AODV) Routing,' RFC 3561, July 2003
I. Chakeres and C. Perkins,'Dynamic MANET On-demand (DYMO) Routing,' work in progress, May 2007
Y. Seok, J. Park and Y. Choi,'Multi-rate Aware Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks,' Proc. IEEE Vehicular Technology Conf., pp. 1749-1752, Spring 2003
B Awebuch, D. Holmer and H. Rubens,'High Throughput Route Selection in Multi-rate Ad Hoc Wireless Networks,' Proc. IFIPTC Working Conf. WONS 2004, pp. 253-270, 2004
Z. Fan,'High throughput reactive routing in multi-rate ad hoc networks,' IEE Electronics Letters, vol.40, no.25, pp. 1591-1592, Dec. 2004
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