모바일 노드를 이용하여 넓은 범위를 센싱하기 위해서는 노드 배치의 균일성이 매우 중요한 이슈 중 하나이다. 본 논문에서는 희소 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서 빅 데이터 센싱을 위한 커버리지 문제에 대한 주제를 다룬다. 커버리지 문제에 관한 기존 연구에서는 넓은 범위를 센싱하기 위해 노드의 수가 충분히 많은 환경을 가정하였다. 하지만 희소 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서 센서 커버리지 문제는 노드들 간의 센싱 범위가 겹치는 범위를 최소화하기 위해 노드들 간의 거리가 충분히 멀어야 한다. 따라서 본 논문에서는 희소 모바일 애드 혹 네트워크 환경에서 센서 커버리지 문제를 정의하고 중앙 중재자 없이 자가 조직의 방식에 의한 해결 방안을 제시한다. 실험 결과를 통해 제안하는 방식은 커버리지 영역과 에너지 소비 관점에서 효율적임을 보인다.
애드혹 네트워크는 무선 모바일 기기들만으로 구성 가능한 네트워크로서 무선 모바일기기의 특성상 제한된 에너지를 사용하게 된다. On-Demand 방식의 DSR(Dynamic Source Routing), PSR(Power-aware Source Routing)은 애드 혹 네트워크의 특성에 적합한 라우팅 프로토콜로 경로 탐색 시 브로드 캐스팅을 통해 단말기의 이동성과 전력 보유량을 고려하여 경로를 설정한다. 이러한 경로 탐색 기법은 네트워크를 구성하는 노드 수에 비례하여 경로 탐색시 소모되는 에너지 오버헤드가 증가하므로 대량의 노드들로 이루어진 애드혹 네트워크에서는 상당한 에너지 낭비를 초래한다. HPSR(Hierarchical Power-aware Source Routing)은 이러한 경로 탐색 오버헤드 문제를 보조경로를 이용해 감소 시켰지만, 초기 주 경로가 결정되는 시간에 보조경로 역시 동시에 결정 되는 특성을 가지고 있어, 경로를 이루는 노드의 에너지 정보가 시간적으로 낙후되고 실제 사용 시에는 에너지 효율이 낮은 경로가 되는 문제점이 발생한다. 본 논문에서는 노드들의 최신 에너지 정보로 부분 경로 설정을 함으로써 경로 탐색 오버헤드를 감소시킴과 동시에 변경된 경로의 에너지 효율도 최적화 시킬 수 있는 기법을 제안 한다.
최근, 네트워크는 빠른 속도를 기반으로 다양한 형태 진화하고 있다. 이러한 다양한 네트워크 형태에서 모바일 애드혹 네트워크 (Mobile Ad Hoc Network)를 위한 연구는 라우팅 프로토콜을 중심으로 빠르게 진화되고 있다. 이러한 대부분의 라우팅 프로토콜은 IP주소와 같은 유일한 식별자를 요구하고 있다. 전통적으로 무선네트워크에서 사용되고 있는 중앙집중형 (DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol) 서버를 애드혹 네트워크에 적용 사용할 수 없기 때문에 IP주소를 사용하여 다양한 라우팅 프로토콜을 원활하게 수행할 수 있는 IP 주소 자동설정 프로토콜이 필요하다. 기존에 많은 연구들이 수행되었고, 본 연구에서는 기존 연구방법의 단점인 IP 주소의 낭비를 극복하기위한 그리드 기반 주소할당 알고리즘을 제안 한다.
애드 혹 네트워크는 인프라스트럭쳐를 가지지 않는 멀티 홉의 무선 모바일 노드들로 구성된다. 모바일 애드 혹 네트워크상의 노드들의 이동성 때문에 네트워크의 토폴로지는 빈번히 변화한다. 이러한 환경에서 멀티캐스트 프로토콜은 멀티 홉 경로 생성 및 대역폭 제한이라는 문제에 직면하게 된다. 많은 멀티캐스트 라우팅 프로토콜들이 이미 제안되었다. 우리는 두 가지 애드 훅 멀티캐스트 라우팅 프로토콜 - Serial Multiple Disjoint Tree Multicast Routing Protocol(Serial MDTRP)와 Adaptive Core Multicast Routing Protocol(ACMRP)의 성능을 비교분석하였다. 비교분석에 사용된 시뮬레이션툴은 GloMoSim을 사용하였다.
모바일 애드 혹 네트워크(Mobile Ad hoc Network)는 유동성을 가진 노드들로 구성된 네트워크로써 각 노드들은 라우팅의 역할을 하여 통신기반 시설이 없어도 스스로 네트워크를 구축하는 기능을 가진다. 이러한 모바일 애드 혹 네트워크에서는 노드의 유동성에 의한 토폴로지의 변화가 빈번하며, 토폴로지의 변화를 줄이기 위해 계층적 네트워크에 대한 연구가 진행되었다. 계층적 네트워크에서 클러스터 멤버노드는 클러스터 헤드노드를 통해 통신하며, 클러스터 헤드노드의 패킷 저장 공간에 비해 수신 받은 패킷의 양이 초과하였을 경우, 소속된 클러스터 멤버노드는 패킷을 베이스스테이션에게 전송할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 로드밸런싱을 이용하여 분산노드를 선정하는 Load Tolerance(LT)알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 클러스터 멤버노드가 로드밸런싱이 집중되어 있는 클러스터 헤드노드에 의해 통신을 할 수 없는 경우, 선정된 LT노드를 통해 지속적인 통신을 하는 알고리즘이다. 모의실험 결과, 클러스터가 형성된 계층적 네트워크에서 제안된 알고리즘의 전송률이 향상됨을 확인하였다.
모바일 애드혹 네트워크에서의 멀티캐스트는 멀티캐스트 그룹 내의 다중 노드들의 상호 협력을 필요로 하는 많은 응용분야에 기본적으로 사용되기 때문에 광범위하게 연구되어 오고 있다. 본 논문에서는 k-홉 중복 경로를 갖는 트리 기반 멀티캐스트 메쉬를 제안한다. 여기서, k 는 노드 이동성을 포함한 네트워크의 동적 특성에 따라 결정될 수 있다. 네트워크가 불안정하고 노드들이 활발히 움직이면, 멀티캐스트 패킷의 보다 확실한 전달을 위하여 k 값을 크게 설정한다. 성능 평가 결과에 의하면, 제안한 트리 기반 멀티캐스트 메쉬의 패킷 손실율은 낮은 노드 속도 및 높은 노드 속도 모두에서 멀티캐스트 트리의 패킷 손실율보다 낮다. 주어진 시뮬레이션 환경에서 수용 가능한 k 값은 2 이며, 이는 상당히 낮은 패킷 손실율을 달성하기에 충분한 값이다.
모바일 애드혹 네트워크의 노드는 일반적으로 에너지의 용량이 제한된 배터리를 사용한다. 경로의 안정성을 유지하기 위해 균형 잡힌 에너지 소비가 중요하다. 본 논문에서는 애드혹 네트워크에서 데이터 전송 경로의 안정성을 향상시키는 것을 목표로 한다. 이를 위해 데이터를 전송할 수 있는 최단 전송 경로 중에서 노드 에너지 잔량의 최소값이 가장 큰 경로를 선택하는 새로운 라우팅 프로토콜을 제안한다. 에너지 잔량의 최소값이 가장 큰 경로는 다른 경로보다 상대적으로 긴 수명을 갖게 되어 데이터 전송에 안정성을 향상 시킬 수 있다. NS-3 시뮬레이터를 사용하여 제안하는 라우팅 프로토콜이 AODV와 EA-AODV보다 수명이 긴 안정적인 경로를 제공하는 것을 확인한다.
모바일 애드혹 네트워크는 기존의 셀룰러 네트워크와는 다르게 고정된 기지국 없이 모바일 노드들로 구성된 네트워크이다. 또한 모바일 애드혹 네트워크의 각각의 노드들은 제한된 자원과 한정된 용량을 가진 배터리로 동작한다. 그렇기 때문에 만일 어느 한 노드가 배터리를 모두 소모하여 다운이 되서, 중간노드의 역할을 하지 못하게 되면 결과적으로 전체 네트워크가 단절되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 모바일 애드혹 네트워크에서 노드들의 한정된 전력에 대한 고려는 매우 중요하다고 할 수 있다. 기존의 단일 경로 요구 기반 라우팅 프로토콜(on-demand single path protocol)의 단점을 개선하기 위해 제안된 요구 기반 다중 경로 라우팅 프로토콜(on-demand multipath protocol)은 검색했던 모든 경로가 끊어졌을 경우에만 경로를 탐색하기 때문에, 단일 경로 라우팅 프로토콜과 비교해 봤을 때 경로 탐색으로 인한 오버헤드를 크게 줄일 수 있다. 그중 AOMDV(Ad hoc On-demand Multipath Distance Vector)는 AODV 기반의 다중 경로 라우팅 프로토콜로 AODV 보다 경로 탐색 횟수가 40% 가까이 줄어든다. 하지만 AOMDV에서는 모바일 애드혹 네트워크에서의 큰 이슈 중에 하나인 전력문제에 대해서는 전혀 고려하지 않아 전력 고갈에 의한 경로 탐색 횟수에 대한 고려는 전혀 찾아볼 수가 없다. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 경로 선택 시 응답하는 패킷(RREP)에 선택 경로상의 각 노드들의 전력량에 대해 평균 전력 값을 구하고 그 값을 본 논문의 제안방법의 최대 전력량 경로 선택 함수를 통해 구한 값이 가장 큰 경로를 동적으로 선택하는 기법을 제시하고 경로상의 각 노드의 전력이 위험할 때 에러 패킷을 발생하는 기법을 추가하였다. NS-2 시뮬레이터를 이용하여 실험을 한 결과, 제안한 기법이 AOMDV에 비해 경로 탐색 횟수가 최대 36.57% 까지 감소되었음을 알 수 있었다.
애드 혹 네트워크는 라우터처럼 동작하는 모바일 노드들로 이루어진 그룹이다. 이러한 애드 혹 노드는 이동성이 전제되어 있기 때문에, 데이터가 전송되는 도중 경로가 끊어지기 쉽고, 이로 인한 경로 재설정 및 패킷 재전송 등의 네트워크 오버헤드를 유발시킨다. 그러나, 대부분의 애드 혹 라우팅 프로토콜들은 홉 수만을 고려한 경로를 설정한다. 본 논문에서는 링크 신뢰도에 기반하여, 시작 노드에서 목적지 노드로 데이터 패킷을 전송하기 위해 경로상의 노드들이 실제로 패킷을 전송하는 횟수(SNT)를 비용 인자로 사용한다. 이것은 신뢰도가 낮은 링크로 인한 재전송 횟수를 포함한다. 본 논문에서는 새로운 인자 SNT를 통해 모바일 애드 혹 네트워크에 적합한 효율적인 라우팅 프로토콜을 제안한다.
모바일 애드혹 네트워크는 기존의 셀룰러 네트워크와는 달리 고정된 기지국이 존재하지 않고 모바일 노드들만으로 구성된 네트워크이다. 모바일 애드혹 네트워크의 각각의 노드들은 제한된 자원과 한정된 용량을 가진 배터리로 동작한다. 만일 이 배터리를 모두 소모하게 된다면 중간 노드들이 다운이 되고, 결과적으로 전체 네트워크가 단절되는 문제가 발생할 수 있다. 기존의 전송 전력을 고려하여 경로를 설정하는 기법인 CLUSTERPOW는 노드 간에 연결되는 전송 전력을 최소화함으로써 데이터 전송 시 소비되는 전력을 줄이고자 하였다. 그러나 이 기법은 proactive 방식의 라우팅 프로토콜에는 적합하나 reactive 방식의 라우팅 프로토콜에는 적합하지 않다. 따라서 본 논문에서는 reactive 방식의 특성에 맞는 전송 전력 설정 기법인 FSRS(Fast Search Reverse Setting) 기법을 제안하였다. FSRS 기법은 reactive 방식에서 사용하는 컨트롤 패킷 플라딩을 사용한 경로 설정에서의 오버헤드를 줄이고자 클러스터 간 플라딩을 통해 목적지 노드를 빠르게 찾고 한정된 클러스터 간 경로를 통해 전송 전력을 고려한 세부적인 경로를 설정한다. FSRS 기법은 기존의 CLUSTERPOW 기법과 마찬가지로 효율적인 전송 전력으로 경로를 설정하였으며 또한 네트워크 생존 시간을 CLUSTERPOW보다 평균 43% 연장시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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