KR100756781B1 - Method for determining delay for rebroadcasting a packet received in node via channel of wireless adhoc network - Google Patents

Abstract

본 방법은 무선 네트워크의 채널을 거쳐서 노드에 수신된 패킷을 리브로드캐스트하는 지연을 결정한다. 노드는, 패킷 수신 후, 네트워크의 채널의 품질을 측정한다. 수신 노드의 브로드캐스트 등급이 결정되고, 패킷을 리브로드캐스트하는 지연이 품질 및 브로드캐스트 등급에 따라 설정된다.

The method determines a delay for rebroadcasting packets received at a node over a channel of a wireless network. After receiving the packet, the node measures the quality of the channel of the network. The broadcast class of the receiving node is determined, and the delay for rebroadcasting the packet is set according to the quality and the broadcast class.

Description

리브로드캐스트 지연 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING DELAY FOR REBROADCASTING A PACKET RECEIVED IN NODE VIA CHANNEL OF WIRELESS ADHOC NETWORK}How to determine rebroadcast delay {METHOD FOR DETERMINING DELAY FOR REBROADCASTING A PACKET RECEIVED IN NODE VIA CHANNEL OF WIRELESS ADHOC NETWORK}

본 발명은 일반적으로 무선 네트워크에 관한 것이며, 특히 브로드캐스트 동안의 충돌 회피에 관한 것이다. The present invention relates generally to wireless networks, and more particularly to collision avoidance during broadcast.

무선 네트워크 전체의 노드에 걸쳐 패킷을 브로드캐스트하기 위해서, 노드가 네트워크 전체의 범위보다도 작은 통신 범위를 갖는 경우, 몇몇 노드가 패킷을 리브로드캐스트할 필요가 있다. 이것을 멀티 호핑(Multi-hopping)이라 한다. In order to broadcast packets across nodes throughout the wireless network, some nodes need to rebroadcast the packets if the nodes have a communication range that is smaller than the entire network range. This is called multi-hopping.

하나의 종래 기술에 의한 방법에서, 네트워크 내의 모든 노드가 정확히 1회, 수신 패킷을 리브로드캐스트한다. 그러나, 이 방법은 "브로드캐스트 폭주 문제"를 야기한다. In one prior art method, every node in the network rebroadcasts a received packet exactly once. However, this method causes a "broadcast runaway problem".

하나의 방법은, 패킷을 리브로드캐스트하기 전에 각 노드에게 다른 지연을 사용하게 하여 충돌을 피한다. 다른 방법은, 복제 패킷의 개수에 기초한 확률 방식을 이용하여 모두에게 패킷을 리브로드캐스트할 필요가 있는지 여부를 판단한다. Ni 등의 " The Broadcast Storm Problem in a Mobile Ad Hoc Network " MobiCom , August 1999. One approach is to avoid collisions by having each node use a different delay before rebroadcasting packets. Another method determines whether it is necessary to rebroadcast packets to everyone using a probabilistic scheme based on the number of duplicate packets. Ni et " The Broadcast Storm Problem in a Mobile Ad Hoc Network " MobiCom , August 1999.

다른 방법은, 랜덤 분포로부터 선택되는 지연을 이용한다. Williams 등의 "Comparison of Broadcasting Techniques for Mobile Ad Hoc Networks " MobiHoc , 2002. Another method uses a delay selected from a random distribution. Williams et al. "Comparison of Broadcasting Techniques for Mobile Ad Hoc Networks " MobiHoc , 2002.

다른 방법은, 랜덤 지연 및 송신기와 수신기의 상대적인 거리를 이용하여, 패킷을 리브로드캐스트할 지 여부를 판단한다. Tseng 등의 " Adaptive Approaches to Relieving Broadcast Storms in a Wireless Multi - hop Mobile Ad Hoc Network ," IEEE Trans . on Computers , 52(5) : pp .545-557, 2003. Another method determines whether to rebroadcast a packet using a random delay and the relative distance of the transmitter and receiver. Tseng et al. " Adaptive Approaches to Relieving Broadcast Storms in a Wireless Multi - hop Mobile Ad Hoc Network , "IEEE Trans . On Computers , 52 (5): pp . 545-557, 2003.

글로벌 네트워크 토폴로지 정보를 알고 있는 경우, 최소수의 리브로드캐스트 노드를 선택하는 문제는 NP 완전성(NP-complete)이다. 그러나, 노드 위치 정보가 이용가능한 경우, 이 문제는 상수비로 근사화할 수 있다. Lim 등의 " Flooding in Wireless Ad Hoc Networks ," Computer Communication Journal , 24(3-4), pp . 353-363, 2001. If global network topology information is known, the problem of selecting the minimum number of rebroadcast nodes is NP-complete. However, if node location information is available, this problem can be approximated by a constant ratio. Lim et al. " Flooding in Wireless Ad Hoc Networks , " Computer Communication Journal , 24 (3-4), pp . 353-363, 2001.

리브로드캐스트 폴리시(policy)는, 1 홉 인접 또는 2 홉 인접의 리스트 등의 로컬 네트워크 토폴로지 정보에 근거하는 것으로도 할 수 있다. Dai 등의 "Performance Analysis of Broadcast Protoco1s in Ad Hoc Networks Based on Self-Pruning," IEEE Trans . on Parallel and Distributed Systems , September 2004. 다른 방법으로서, 노드는 인접 서브셋을 패킷의 리브로드캐스트에 할당할 수 있다. Lou 등의 " Localized Broadcasting in Mobile Ad Hoc Networks Using Neighbor Designation ," Handbook of Mobile Computing , CRC Press , July 2003. 참조. The rebroadcast policy may also be based on local network topology information, such as a list of one hop contiguous or two hop contiguous. "Performance Analysis by Dai et al. of Broadcast Protoco1s in Ad Hoc Networks Based on Self-Pruning, " IEEE Trans . on Parallel and Distributed Systems , September 2004. Alternatively, the node may assign an adjacent subset to the rebroadcast of the packet. Lou et al. " Localized Broadcasting in Mobile Ad Hoc Networks Using Neighbor Designation , " Handbook of Mobile Computing , CRC See Press , July 2003 .

브로드캐스트의 에너지 효율에 대해서는 널리 연구되어 왔다. 하나의 방법은 집중화 절차(a centralized procedure)를 이용한다. Cagalj 등의 " Minimum -Energy Broadcast in All - Wireless Networks : NP - Completeness and Distribution Issues," MobiCom , 2002. 그러나, 이것은 NP 완전성 문제이다. 로컬 절차는 최적해를 근사화할 수가 없다. Cartigny 등의 " Localized Minimum - Energy Broadcasting in Ad - Hoc Networks ," InfoCom 2003. The energy efficiency of broadcasts has been widely studied. One method uses a centralized procedure. Cagalj et al. " Minimum- Energy Broadcast in All - Wireless Networks: NP - Completeness and Distribution Issues, " MobiCom , 2002. However, this is a NP integrity problem. Local procedures cannot approximate optimal solutions. " Localized by Cartigny et al . Minimum - Energy Broadcasting in Ad - Hoc Networks , " InfoCom 2003.

브로드캐스트 폭주는, Valdevit에게 1997년 6월 3일에 특허 부여된 미국 특허 제 5,636,345 호, Fowler에게 1998년 8월 11일에 특허 부여된 제 5,793,978 호, Bass 등에게 2001년 2월 6일에 특허 부여된 제 6,185,185 호 및 Joh에게 2001년 7월 3일에 특허 부여된 제 6,256,312 호에서도 취급되고 있다. Broadcast runaway was issued to U.S. Pat. 6,185,185 and 6,256,312, which were granted to Joh on 3 July 2001.

따라서, 종래 기술에 비해 개선된 리브로드캐스트 폴리시가 필요하다. Thus, there is a need for an improved ribbedcast policy compared to the prior art.

(발명의 개요)(Summary of invention)

하나의 방법은, 무선 네트워크의 채널을 거쳐서 노드에 수신된 패킷을 리브로드캐스트하는 지연을 결정한다. One method determines a delay for rebroadcasting packets received at a node over a channel of a wireless network.

노드는, 패킷 수신 후, 네트워크의 채널 품질을 측정한다. The node, after receiving the packet, measures the channel quality of the network.

수신 노드의 브로드캐스트 등급(broadcast degree)이 결정되어, 패킷을 리브로드캐스트하는 지연이 품질 및 브로드캐스트 등급에 따라 설정된다. The broadcast degree of the receiving node is determined so that the delay of rebroadcasting the packet is set according to the quality and the broadcast class.

또한, 노드는 트리 등급을 결정하여, 트리 등급이 O보다도 큰 경우에만 리브로드캐스트할 수 있다. The node can also determine the tree class and rebroadcast only if the tree class is greater than zero.

도 1은 무선 네트워크에 있어서 패킷의 리브로드캐스트를 지연하는 방법의 블럭도, 1 is a block diagram of a method of delaying rebroadcast of a packet in a wireless network;

도 2는 본 발명에 따른 순서도. 2 is a flow chart according to the present invention.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명은, 무선 네트워크의 노드에 있어서 패킷을 리브로드캐스트하는 지연(131)을 결정하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 채널의 품질(LQI)(111)을 측정하고(110), 브로드캐스트 등급(121)을 결정하여(120), 특정 노드가 수신 패킷을 리브로드캐스트하기 전에 지연 T(131)를 결정한다(130). 이 방법은 또한 트리 등급(141)을 결정한다(140). 트리 등급(141)이 0인 경우, 브로드캐스트는 없다. As shown in Fig. 1, the present invention provides a method for determining a delay 131 for rebroadcasting packets at a node of a wireless network. The method measures the quality of the channel (LQI) 111 (110) and determines the broadcast class 121 (120) to determine the delay T 131 before the particular node rebroadcasts the received packet. Determine 130. The method also determines 140 the tree rank 141. If the tree class 141 is zero, there is no broadcast.

(채널 품질) (Channel quality)

IEEE 802.15.4 규격에 따라서 설계된 네트워크에서는, 채널 또는 링크 품질 지수(LQI)를 신호 강도, 신호 대 잡음비(SNR)로부터, 또는 패킷이 간섭을 받아 저신호 강도 또는 고신호 강도로 인해 파손되는지를 판단할 필요가 있는 경우에는 신 호 강도 및 신호 대 잡음비(SNR) 둘 다로부터 추정할 수 있다. In networks designed according to the IEEE 802.15.4 specification, a channel or link quality index (LQI) can be determined from signal strength, signal-to-noise ratio (SNR), or if a packet is interrupted and broken due to low or high signal strength. If necessary, it can be estimated from both signal strength and signal-to-noise ratio (SNR).

채널의 품질이 비교적 좋은 경우, 지연은 비교적 길게 되고, 채널의 품질이 비교적 나쁜 경우, 지연은 비교적 짧아진다. 여기서의 가정은, 품질이 비교적 좋은 경우, 송신 노드는 수신 노드에 비교적 가깝고, 송신 노드 및 수신 노드의 브로드캐스트 범위가 실질적으로 중첩한다는 것이다. 이 경우, 리브로드캐스트는, 패킷을 수신하지 않은 노드에 도달할 가능성은 낮다. 그러나, 품질이 낮은 경우, 송신 노드와 수신 노드의 범위는 약간 중첩하여, 리브로드캐스트가, 패킷을 수신하지 않은 더 많은 노드에 도달할 가능성은 높다. If the quality of the channel is relatively good, the delay is relatively long, and if the quality of the channel is relatively poor, the delay is relatively short. The assumption here is that, if the quality is relatively good, the transmitting node is relatively close to the receiving node, and the broadcast ranges of the transmitting node and the receiving node substantially overlap. In this case, rebroadcast is unlikely to reach a node that has not received a packet. However, if the quality is low, the range of sending and receiving nodes overlaps slightly, so that rebroadcast is likely to reach more nodes that have not received a packet.

(브로드캐스트 등급) (Broadcast rating)

브로드캐스트 등급(broadcast degree)은, 네트워크의 로컬 토폴로지, 즉 1 홉 인접 노드의 리스트로부터 도출된다. 브로드캐스트 등급은, 패킷을 수신하지 않고 리브로드캐스트를 해야 되는 인접 노드의 개수이다. The broadcast degree is derived from the local topology of the network, the list of one hop neighbor nodes. The broadcast class is the number of neighboring nodes to be rebroadcasted without receiving a packet.

브로드캐스트 등급은, 각 노드가 유지하는 인접 노드의 리스트로부터 결정된다. 노드 리스트는, 네트워크 트래픽에서의 "도청(eavesdropping)"에 의해 구축될 수 있다. 본 발명에 따른 애드 혹(ad hoc) 네트워크에서는, 노드의 어드레스는, 네트워크가 구축될 때에, 계층적으로 분배된다. 즉, 각 모 노드(parent node)가 어떤 범위의 어드레스를 자 노드(child node)에 분배하여, 자 노드가 그 범위의 부분을 자신의 자 노드로 재분배하고, 이하 마찬가지이다. 따라서, 도청 노드는, 브로드캐스트 범위 내에 있는 노드의 계층을 "알게(learn)" 되어, 계층, 즉 모 노드 및 자 노드를 나타내는 인접 리스트를 구축할 수 있다. The broadcast grade is determined from the list of neighbor nodes maintained by each node. The node list can be built by "eavesdropping" in network traffic. In the ad hoc network according to the present invention, the addresses of nodes are distributed hierarchically when the network is established. That is, each parent node distributes a range of addresses to a child node, and the child node redistributes a portion of the range to its own child node. Thus, the eavesdropping node may "learn" the hierarchy of nodes that are within the broadcast range and build a neighbor list that represents the hierarchy, i.e., the parent node and the child node.

여기서, 특정 노드가, 이 특정 노드의 브로드캐스트 범위 내의 목적지 노드의 모 노드인 소스 노드로부터 패킷을 수신하는 경우, 자 노드도 그 패킷을 수신할 수 있기 때문에, 그 패킷의 리브로드캐스트는 자 노드에 대해서 유용하지 않을 것이다. Here, when a specific node receives a packet from a source node that is a parent node of a destination node within the broadcast range of this specific node, since the child node can also receive the packet, rebroadcasting the packet is performed by the child node. Wouldn't be useful for

따라서, 브로드캐스트 등급은 패킷을 수신하지 않은 노드의 총 개수이다. 브로드캐스트 등급이 비교적 큰 경우, 지연은 비교적 짧으며, 브로드캐스트 등급이 작은 경우, 지연은 길어야 한다. 본 발명은, 조기의 리브로드캐스트(an early rebroadcasting)가 패킷을 수신하지 않은 다수의 노드에 도달할 가능성이 높은 경우에 조기의 리브로드캐스트를 선호한다. Thus, the broadcast class is the total number of nodes that have not received a packet. If the broadcast class is relatively large, the delay is relatively short, and if the broadcast class is small, the delay should be long. The present invention prefers early rebroadcasting when it is highly likely that an early rebroadcasting will reach a number of nodes that have not received a packet.

(트리 등급) (Tree rating)

트리 등급(tree degree)은, 패킷을 수신하지 않을 가능성이 높은 노드의 트리 부근의 총 개수이다. 처음에, 트리 등급은 모 노드 및 리브로드캐스트를 해야되는 패킷을 수신하는 노드의 모든 형제(sibling) 노드를 포함한다. "도청"을 이용하면, 노드는, 트리 부근의 어느 것이 브로드캐스트 범위 내에 있는 지를 알 수 있다. 이러한 노드가 검출될 때마다, 트리 등급은 1씩 감소한다. 트리 등급이 0에 도달하면, 그 노드는 수신 패킷을 리브로드캐스트한다. The tree degree is the total number near the tree of nodes that are unlikely to receive a packet. Initially, the tree class includes all sibling nodes of the parent node and the node that receives the packet to be rebroadcasted. Using "taps", the node can know which one in the vicinity of the tree is within the broadcast range. Each time such a node is detected, the tree rank decreases by one. When the tree class reaches zero, the node rebroadcasts the received packet.

(지연 T)(Delay T)

지연 T은, Delay t,

와 같이 폐형태 함수(a closed form function)로 표현되며, 여기서, α 및 β은 가중치이며, 함수는, As a closed form function, where α and β are weights, and the function is

를 만족한다. Satisfies.

상기 조건을 만족하는 하나의 함수는 One function that satisfies the above condition

이며, 여기서, k은 T를 적절한 시간 분해능으로 스케일하는 파라미터이다.

및 브로드캐스트 등급은, 패킷 리브로드캐스트에 의한 충돌의 가능성을 저감할 때의 각각의 상대적인 효과를 반영하도록 가중치가 부여된다. 트리 등급 = 0의 노드는 결코 리브로드캐스트되지 않는다는 것을 알아야 한다. 또한, 대기 시간 T동안에, 트리 등급이 0으로 되는 경우, 노드는 리브로드캐스트되지 않을 것이다. Where k is a parameter that scales T to an appropriate time resolution.

And the broadcast class are weighted to reflect the respective relative effects of reducing the likelihood of a collision due to packet rebroadcast. Note that nodes with tree class = 0 are never rebroadcasted. Also, during the waiting time T, if the tree class goes to zero, the node will not be rebroadcasted.

도 2는, 본 발명에 따른 방법을 실시하는 과정의 의사 코드를 나타낸다. 패킷 p이 최초에 수신되는 경우(201), 패킷을 버퍼에 저장하고(202), 송신자 ID를 기록하고(203), 채널 품질(

)을 측정하고(204), 브로드캐스트 등급을 결정하여(205), 트리 등급이 0이 아닌 경우에 지연 T을 설정한다(206). 그렇지 않으면, 전에 패킷을 수신한 경우(207), 지연을 갱신하고(208), 그렇지 않으면, 패킷을 파기한다(209). 2 shows a pseudo code of a process for carrying out the method according to the invention. When packet p is initially received (201), the packet is stored in a buffer (202), the sender ID is recorded (203), and the channel quality (

) Is determined (204), the broadcast grade is determined (205), and the delay T is set (206) if the tree grade is not zero. Otherwise, if a packet was previously received (207), the delay is updated (208), otherwise the packet is discarded (209).

본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 예로서 설명했지만, 다른 여러 적응 및 변경을 본 발명의 사상 및 범위 내에서 실행하는 것이 가능하다는 것을 알아야 한다. 따라서, 첨부한 특허 청구 범위의 목적은, 본 발명의 참된 사상 및 범위 내에 있는 변형 및 변경을 전부 포함하는 것이다. While the preferred embodiments have been described by way of example, it should be understood that many other adaptations and modifications can be made within the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is the object of the appended claims to cover all such variations and modifications as fall within the true spirit and scope of this invention.

Claims (11)

무선 네트워크의 채널을 거쳐서 노드에 수신된 패킷을 리브로드캐스트하기 위한 지연을 결정하는 방법으로서, A method of determining a delay for rebroadcasting a packet received at a node over a channel of a wireless network, the method comprising: 수신 노드에서 패킷을 수신하는 단계와, Receiving a packet at a receiving node; 상기 수신 노드에서 네트워크의 채널 품질을 측정하는 단계와, Measuring channel quality of a network at the receiving node; 상기 수신 노드의 브로드캐스트 등급을 결정하는 단계와, Determining a broadcast class of the receiving node; 상기 품질 및 상기 브로드캐스트 등급에 따라 상기 패킷을 리브로드캐스트하기 위한 지연을 설정하는 단계Setting a delay for rebroadcasting the packet according to the quality and the broadcast class 를 포함하는 리브로드캐스트 지연 결정 방법. Rebroadcast delay determination method comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수신 노드의 트리 등급을 결정하는 단계와, Determining a tree class of the receiving node; 상기 트리 등급이 0보다도 큰 경우에만, 상기 패킷을 리브로드캐스트하는 단계Rebroadcasting the packet only if the tree class is greater than zero 를 더 포함하는 리브로드캐스트 지연 결정 방법.The rebroadcast delay determination method further comprising. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수신 패킷의 신호 강도로부터 상기 품질을 추정하는 단계를 더 포함하는 리브로드캐스트 지연 결정 방법. Estimating the quality from the signal strength of the received packet. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수신 패킷의 신호 대 잡음비로부터 상기 품질을 추정하는 단계를 더 포함하는 리브로드캐스트 지연 결정 방법. Estimating the quality from the signal-to-noise ratio of the received packet. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수신 패킷의 신호 강도와 신호 대 잡음비로부터 상기 품질을 추정하는 단계를 더 포함하는 리브로드캐스트 지연 결정 방법. Estimating the quality from the signal strength and signal to noise ratio of the received packet. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 지연은 상기 품질에 반비례하고, 상기 브로드캐스트 등급에 정비례하는 리브로드캐스트 지연 결정 방법. And wherein the delay is inversely proportional to the quality and directly proportional to the broadcast class. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 브로드캐스트 등급은 상기 패킷을 수신하지 않은 상기 수신 노드에 대한 인접 노드의 개수인 리브로드캐스트 지연 결정 방법. And wherein the broadcast class is the number of neighbor nodes for the receiving node that did not receive the packet. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 품질 및 상기 브로드캐스트 등급에는 각각 가중치가 부여되는 리브로드캐스트 지연 결정 방법. And weighting each of said quality and said broadcast class. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 트리 등급은, 상기 패킷을 수신하지 않은 상기 노드의 트리 부근의 총 개수인 리브로드캐스트 지연 결정 방법. And wherein the tree class is a total number in the vicinity of the tree of the node that has not received the packet. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 지연 T을 The delay T

와 같이 폐형태로 표현하는 단계를 더 포함하고, 여기서, α 및 β은 가중치이며, 이것은,

It further comprises the step of expressing in the form of lung, such that α and β are weights,

를 만족하는 리브로드캐스트 지연 결정 방법. How to determine the rebroadcast delay satisfying. 제 10 항에 있어서, The method of claim 10, 상기 함수 f는 The function f is

이며, , k은 상기 지연 T을 스케일링하는 파라미터인 리브로드캐스트 지연 결정 방법.k is a parameter for scaling the delay T.

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