무선 센서 네트워크 기술은 다양한 e-비즈니스 환경을 가능케 하는 차세대 기반 기술이다. 무선 센서 네트워크가 갖춰야 할 중요한 특징 중 하나는 에너지 효율성이다. 무선 센서 네트워크의 대표적인 국제표준인 IEEE 802.15.4는 에너지 효율을 위해 비컨 가능 모드를 제공하고 있다. 그러나 메쉬 토폴로지 같은 멀티 홉 네트워크에서 비컨 가능 모드를 이용하면 비컨끼리 충돌하여 센서 노드가 동기화하지 못할 수도 있다. 동기화하지 못한 노드는 통신에 참여할 수 없으므로 네트워크 내의 다른 노드에도 영향을 미친다. 본 논문에서는 메쉬 토폴로지를 이용하는 무선 센서 네트워크에서도 비컨 가능 모드를 이용하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 비컨 스케줄링 기법을 제안한다. 이 기법을 이용하여 노드들이 비활성 구간에는 전원을 꺼서 에너지를 절약할 수 있게 하고, 비컨간의 충돌을 방지할 수 있다. 제안하는 기법의 성능평가를 위해 QualNet 시뮬레이터를 사용하여 구현하였으며, 센서 네트워크의 대표적인 응용인 모니터링 상황을 가정하여 실험하였다. 실험을 통해 제안하는 기법을 이용하여 메쉬 토폴로지를 이용하는 네트워크에서도 에너지를 효율적으로 사용할 수 있음을 증명하였다.
그래프 시각화 이론에 근간을 둔 네트워크 토폴로지 시각화는 복잡한 네트워크의 전체 구조와 노드간의 상호작용을 보다 이해하기 쉽게 만든다. 네트워크 토폴로지를 시각화하는 도구는 과거부터 많이 개발되었지만, 일정 수준의 기능을 갖춘 도구들은 도구마다 고유한 네트워크 구성 정보(노드의 식별자, 종류, 속성, 연결된 노드 등)를 입력으로 요구하기 때문에 범용적으로 사용하기 어렵다. 반면에 최소한의 네트워크 구성 정보인 노드간의 연결만을 사용하는 도구들은 네트워크의 실제 연결 형태를 표시하는 기능이 부족하다. 본 논문에서는 네트워크 노드간의 연결 정보만을 이용하여 토폴로지를 시각화하는 효율적인 방법을 제안한다. 이 방법은 네트워크에서 노드의 영향력을 나타내는 중심성 지수를 활용하여 중심노드를 찾고, 자식노드의 가중치를 이용하여 전체 노드들의 표시 영역을 동적 분할한 후 3D 공간 상에 노드들을 배치함으로써 토폴로지를 시각화한다. 매우 간단한 방법이지만 노드간의 연결 정보만으로 실제 네트워크 연결 형태를 시각화할 수 있다.
SoC내의 IP 개수 및 데이터 통신량이 증가함에 따라 온칩 크로스바 네트워크가 SoC의 중추 연결망으로서 널리 사용되어지고 있다. 온칩 크로스바 네트워크는 여러 개의 크로스바 스위치들과 이들간의 연결로 이루어지는데, 시스템의 복잡도가 증가함에 따라 IP들과 스위치들간의 연결 형태를 결정하는 것, 즉 토폴로지를 결정하는 것이 점점 복잡해지고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 목표 시스템의 칩내 통신 특성을 고려하여 최적의 온칩 크로스바 네트워크의 토폴로지를 찾아주는 방법을 제안한다. 제안하는 토폴로지 합성 방법은 mixed integer linear programming(MIILP)를 이용하여 다른 휴리스틱 합성 방법과 달리 전역 최적점(global optimum)을 찾을 수 있는 장점이 있다. 또한, 기존에 제안 되었던 MILP를 이용한 토폴로지 합성 방법들이 토폴로지를 표현하는데 IP 노드들과 스위치들 간의 인접 행렬들을 이용했던 것과 달리, 본 논문에서는 IP들 간통신을 표현하는 엣지들을 기본으로 하는 새로운 표현 방식을 제안한다. 실험 결과 본 논문에서 제안하는 새로운 MILP 표현 방식을 이용할 경우 기존 MILP 표현 방식을 이용했을 때보다 4개의 예제들에 대해 합성 속도가 평균 77.1 배 향상되었다.
IEEE 802.15.4는 저전력 무선 개인 네트워크(LR-WPAN, Low Rate-Wireless Personal Area Network)를 위한 표준으로 무선 센서 네트워크 기술에서 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 IEEE 802.15.4는 멀티홉 네트워크나 여러 개의 PAN(Personal Area Network)으로 구성된 네트워크에 대해서는 상세하게 기술하고 있지 않다. 본 논문에서는 IEEE 802.15.4를 기반으로 하는 ZigBee RF4CE 네트워크에서 사용하는 multiple star 토폴로지를 주목하였다. multiple star 토폴로지처럼 여러 개의 PAN 간에 통신이 이루어질 경우, 이를 에너지 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 비컨 간격(Beacon Interval)과 슈퍼프레임 시간(Superframe Duration)을 분석한다. 이를 위해 QualNet 시뮬레이터를 이용하여 multiple star 토폴로지 네트워크를 형성하고, 비컨 간격과 슈퍼프레임 시간을 결정하는 요소에 대해 분석하였다.
DNA칩 기술로 얻어지는 대규모 섭동데이터(perturbation data)는 생물학적시스템(biological system)의 유전자네트워크(genetic network)를 재구성(reverse-engineering)하는데 있어 유용하다. 그러나 기존의 연구는 유전자 조절 관계의 규명이나 혹은 데이터를 설명하는 최적의 모델을 찾는 방향에만 관심을 두고 있고. 실험적인 한계로 인한 DNA칩 데이터의 오류가 재구성된 네트워크의 구조에 미치는 영향에 대해서는 중요하게 다루고 있지 않다. 본 논문에서는 유전자 네트워크의 멱함수(power-low) 분포 구조를 이용하여, 섭동 데이터의 오류가 재구성된 네트워크의 토폴로지(topology)에 미치는 영향을 분석하였다. 가상의 네트워크에 대한 데이터를 사용하여 실험한 결과, 데이터의 오류 정도에 따른 네트워크 토폴로지의 변형 양상을 관측할 수 있었다.
자율구성 계층구조 에드혹 네트워크(Self-organizing hierarchical ad hoc network, SOHAN)는 편평구조 에드혹 네트워크의 확장성을 향상시키기 위해 설계된 새로운 형태, 즉, 액세스 포인트, 전달 노드, 이동 노드의 3 계층의 애드혹 노드로 구성된 네트워크 구조이다. 본 논문에서는 SOHAN의 자율구성을 위한 토폴로지 탐색과 라우팅 프로토콜을 소개한다. 또한 높은 전송 용량을 갖는 최적의 클러스터 기반 계층구조 토폴로지를 형성하기 위한 링크 품질 및 MAC 지연 시간 기반의 크로스레이어 설계방식의 경로 척도를 제안한다. 토폴로지 탐색 프로토콜은 2.5 계층에서 MAC 주소를 기반으로 동작하는 라우팅 프로토콜을 위한 기본적인 정보를 제공한다. 이 라우팅 프로토콜은 AODV 프로토콜을 기반으로 하며, 계층구조의 장점을 활용하기 위해 토폴로지 탐색 프로토콜과 상호 연동하도록 설계된다. 시뮬레이션을 통해 전송용량, 종단간 지연시간, 패킷 전달률, 제어 오버헤드 관점에서 SOHAN의 우수한 성능과 확장성을 보인다.
토폴로지 정보는 망에서 계층적으로 구성될 수 있으며, 토폴로지 정보를 요약하는 과정을 토폴로지 요약(TA : Topology Aggregation)이라 한다. 이는 라우팅과 네트워크의 확장성에 매우 중요한 요소이다. 특히, 사설망 인터페이스(PNNI : Private Networks - Networks Interface)에서 라우팅 알고리즘과 토폴로지 요약 알고리즘은 네트워크의 성능에 중요한 변수가 된다. 따라서 본 논문에서는 사설망 인터페이스에서 토폴로지 요약을 위한 라우팅 시뮬레이터를 설계 및 구현하였다.
STP는 토폴로지 구성방법에 따라 네트워크의 성능이 달라진다. 따라서 효율적인 네트워크 환경을 위하여 최적의 토폴로지를 구성할 필요가 있다. 본 논문은 이더넷에서 스위치들 사이의 효율적인 네트워크 구축을 위한 최적의 토폴로지 구성방법을 제안하였다 루트스위치에서 송신한 프레임을 같은 도메인 안에 있는 스위치들이 프레임을 수신하는 시간을 수학적 모델로 계산하여 최적의 토폴로지 구성 방법을 도출하였다. 그리고 최적의 토폴로지에서의 루트 스위치의 위치에 따른 성능을 분석하였다. 성능 분석 결과 정방형으로 설계된 망에서 루트스위치가 중앙에 위치하게 설계하는 것이 효과적이라는 결론을 얻을 수 있었다.
기존 능동 네트워크 기술 분야에서 능동 네트워크 라우팅은 정석인 토폴로지 구성을 가정하고 있다. 그렇지만 IP 라우팅 영역에서와 같이 능동 네트워크 영역에서도 능동 패킷의 네트러크 상태에 따른 동적인 라우팅이 이루어져야 한다. 현재까지 SLRP와 TCOM500 PLA 프로젝트와 같은 프로토콜들이 제시되어 있지만, 두 프로토콜 모두 정적으로 구성되어 있는 토폴로지를 기반으로 하기 때문에 완전하게 동적인 프로토콜은 아니다. 본 논문에서는 좀더 동적이고 기존 프로토콜과의 호환성을 갖춘 능동 네트워크 라우팅 프로토콜로서 AOSPF를 제안한다. AOSPF는 능동 네트워크 라우팅을 위해 새로운 LSA를 추가함으로서 OSPF를 확장한 것이다. 새로운 LSA는 해당 라우터가 능동 라우터임을 명시하며, 이를 위해 LSA 패킷내의 OPTION 필드를 가운데 사용되고 있지 않은 비트 가운데 하나를 능등 라우터 명시 비트로 사용한다. 이러한 개념은 멀티캐스트를 위해 OSPF를 확장한 것으로부터 가져왔다. 본 논문에서는 AOSPF의 동작 과정과 AOSPF를 통해 구성된 능동 네트워클 토폴로지 정보를 기반으로 하는 능동 패킷의 전단 방법에 대해 기술한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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