KR100761935B1 - Apparatus and method for congestion control using dynamic packet bursting in mobile ad hoc networks - Google Patents

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KR100761935B1 KR1020060111014A KR20060111014A KR100761935B1 KR 100761935 B1 KR100761935 B1 KR 100761935B1 KR 1020060111014 A KR1020060111014 A KR 1020060111014A KR 20060111014 A KR20060111014 A KR 20060111014A KR 100761935 B1 KR100761935 B1 KR 100761935B1
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이상헌
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(재)대구경북과학기술연구원
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Abstract

An apparatus and a method for congestion control by using dynamic packet bursting in mobile Ad hoc networks are provided to increase the actual amount of traffic, not the simple concession of a bandwidth, thereby quickly solving congestion and reducing the packet transmission delay of the whole network, and improving its processing amount capacity. An apparatus for congestion control comprises the followings: an IP(Internet Protocol)(20) which manages Ad hoc routing through an Ad hoc routing protocol(10) in a mobile terminal; an MAC(Media Access Control)(40) based on IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 which interacts with a data link layer; a monitoring unit(50) which determines a congestion state by monitoring the number of packets settled on an interface buffer and the number of active connections of each mobile terminal in the IP; and a resource allocating unit(60) which performs packet bursting by instructing the number and method of the packet bursting to the MAC if the congestion is recognized through the monitoring unit.

Description

모바일 애드혹 네트워크에서 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Congestion Control using Dynamic Packet Bursting in Mobile Ad Hoc Networks}Apparatus and Method for Congestion Control using Dynamic Packet Bursting in Mobile Ad Hoc Networks}

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 장치를 나타낸 도면1 illustrates a congestion control apparatus using dynamic packet bursting in a mobile ad hoc network according to an embodiment of the present invention.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법을 설명하기 위한 노드간 연결 관계를 나타낸 도면2 is a diagram illustrating a connection relationship between nodes for explaining a congestion control method using dynamic packet bursting according to an embodiment of the present invention.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따라 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법을 나타낸 흐름도3 is a flowchart illustrating a congestion control method using dynamic packet bursting according to an embodiment of the present invention;

도 4 는 도 2의 노드 I를 지나는 연결들을 저장하는 큐를 통해 패킷을 버스팅하는 방법을 설명하기 위한 도면4 is a diagram illustrating a method of bursting a packet through a queue storing connections passing through node I of FIG.

도 5 는 본 발명의 실시예에 따라 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법으로 패킷을 전송한 타이밍도5 is a timing diagram of packet transmission in a congestion control method using dynamic packet bursting according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 애드혹 라우팅 프로토콜 20 : IP10: ad hoc routing protocol 20: IP

30 : 데이터 링크 40 : MAC30: Data Link 40: MAC

50 : 모니터링부 60 : 지원 할당부50: monitoring unit 60: support allocation unit

70 : 노드 80, 90 : 버스트 패킷70: node 80, 90: burst packet

본 발명은 모바일 애드혹 네트워크(mobile ad-hoc networks)에 관한 것으로, 특히 동적인 패킷 버스팅(packet bursting)을 이용하여 트래픽(traffic)의 혼잡을 해결하고 서비스 품질(QoS)을 향상시키기 위한 혼잡 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to mobile ad-hoc networks, and in particular, congestion control for solving congestion of traffic and improving quality of service (QoS) using dynamic packet bursting. An apparatus and method are provided.

모바일 애드혹 네트워크는 단말기들이 독립적으로 자신이 인식하는 주변 단말기를 연결해 네트워크화 하는 기술로 별도의 액세스 포인트(Access point : AP) 없이 단말기끼리 직접 데이터를 주고받을 수 있는 첨단 네트워킹 기술을 말한다. 따라서 모바일 애드혹 네트워크는 모든 노드들이 이동성을 가지며 자가 구성이 가능한 네트워크로써 군사적 통신에서부터 재난지역 등 액세스 포인트(AP)와 같은 기반(infrastructure)이 없는 환경에서 노드간의 통신이 가능하다.Mobile ad hoc network is a technology that enables devices to independently connect and network peripheral devices they recognize, and is an advanced networking technology that enables devices to directly exchange data without access points (APs). Therefore, the mobile ad hoc network is mobile and self-configurable, which enables communication between nodes in an environment without an infrastructure such as an access point (AP) such as military communication or disaster area.

이러한 애드혹 네트워크상에서의 통신을 위해서 DSR, AODV, DLAR 및 라우팅 프로토콜이 제안되었으며, 대표적인 예로 참고문헌1(“The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Network(DSR)," David B. Johnson, David A. Maltz, Yih-Chun Hu)에서 제시하는 DSR과, 참고문헌2("Ad-hoc on-demand Distance Vector Routing," C. E. Perkins and E. Royer)에서 제시하는 AODV와, 참고문헌3(Sung-ju Lee and Mario Gerla, "Dynamic Load-Aware Routing in Ad hoc network," ICC 2001)에서 제시하는 DLAR과, 참고문헌4(A Workload Based Adaptive Load Balancing Technique for Mobile Ad Hoc Networks" Young J. Lee and George F. Riley)에서 제시하는 워크로드 베이스트(Workload Based) 기법이 있다.DSR, AODV, DLAR, and routing protocols have been proposed for communication on such ad hoc networks. Representative examples include “The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Network (DSR),” David B. Johnson, David A. DSR from Maltz, Yih-Chun Hu), AODV from "Ad-hoc on-demand Distance Vector Routing," CE Perkins and E. Royer, and Sung-ju Lee and Mario Gerla, DLAR, presented in "Dynamic Load-Aware Routing in Ad hoc Network," ICC 2001, and A Workload Based Adaptive Load Balancing Technique for Mobile Ad Hoc Networks, Young J. Lee and George F. There is a workload based technique proposed by Riley.

이때, 참고문헌1, 2에서 제시하고 있는 DSR, AODV는 온-디맨드(On-Demand) 방식의 라우팅 프로토콜로써, 네트워크의 혼잡상황은 고려하지 않고 최소홉 기반의 경로를 선택한다. 그리고 참고문헌3에서 제시하고 있는 DLAR은 소스라우팅 기법을 이용하여 경로 탐색시 중간노들의 버퍼링된 패킷의 개수를 구하여 최소합을 가지는 경로를 선택한다. 또한 참고문헌4에서 제시하는 워크로드 베이스트(Workload Based) 기법은 혼잡이 발생한 노드에서 단순히 경로요청패킷(RREQ)을 드롭(drop)시킴으로써 혼잡이 발생한 경로를 피하여 경로를 선택한다.At this time, DSR and AODV presented in References 1 and 2 are on-demand routing protocols and select a minimum hop-based path without considering a network congestion situation. In addition, the DLAR presented in Ref. 3 selects the path having the minimum sum by obtaining the number of buffered packets of intermediate nodes during the path search using the source routing technique. In addition, the workload based technique proposed in Reference 4 selects a route by avoiding a congested path by simply dropping a route request packet (RREQ) at the congested node.

이처럼 애드혹 네트워크에서 혼잡 해결을 위한 여러 기법들이 제시되었지만 대부분 최소홉 기반의 최소 경로를 찾는 라우팅이며, 네트워크 내의 혼잡은 고려하고 있지 않다. 이는 실시간 통신을 요구하는 어플리케이션에는 적합하지 않으며 혼잡발생시 급격한 성능저하를 보인다. Although several techniques for congestion resolution in the ad hoc network have been proposed, most of them are routing to find the minimum path based on the minimum hop, and congestion in the network is not considered. It is not suitable for applications that require real-time communication and shows a sudden decrease in performance when congestion occurs.

최근에 이러한 문제점을 해결하고자 많은 로드밸런싱 라우팅 알고리즘들이 제안되었으며, 대표적인 예로 참고문헌5(K. Chadran, S. Raghunathan, S. Venkatesan and R. Prakash, "A feedback basd scheme for improving TCP performance in ad-hoc wireless networks", in Proc. 18th International Conference on Distributed Computing Systems.)에 제시된 TCP-F(TCP-Feedback)는 중간노드를 이용한 일종의 피드백 메커니즘이다.Recently, many load-balancing routing algorithms have been proposed to solve this problem. TCP-Feedback (TCP-Fedback), presented in hoc wireless networks ", in Proc. 18th International Conference on Distributed Computing Systems.

참고문헌5에 제시된 TCP-F는 TCP 계층에서 성능향상 기법들이 있지만, 경로가 끊어졌을 때 기존의 혼잡 창(congestion window)을 보전하는 것에 초점을 맞추는 것이다. 이는, 단순히 라우팅을 수행할 때 혼잡이 발생되거나 예상되는 경로를 피하여 새로운 경로를 찾는 것으로, 트래픽 혼잡 발생의 완벽한 해결책이 될 수 없다. 특히 찾은 새로운 경로가 길어질 경우 오히려 패킷 전송 지연이 길어지는 문제점이 발생된다. The TCP-F presented in Ref. 5 focuses on preserving existing congestion windows when the path is broken, although there are performance enhancement techniques in the TCP layer. This is simply to find a new path by avoiding the path where congestion occurs or is expected when performing routing, and cannot be a perfect solution to traffic congestion. In particular, when the new path found is long, a problem arises in that a packet transmission delay is long.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 모바일 애드혹 네트워크에서 트래픽 혼잡이 일어날 때, 혼잡이 일어난 해당노드에서 패킷 버스팅을 이용하여 한 번에 여러 개의 패킷을 전송함으로써 혼잡 상태를 빠르게 해결하기 위한 혼잡 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and when the traffic congestion occurs in the mobile ad hoc network, the congestion state is transmitted by transmitting several packets at a time by using packet bursting on the node where the congestion occurs. It is an object of the present invention to provide a congestion control device and method for solving the problem quickly.

본 발명의 다른 목적은 단순한 대역폭 양보가 아닌 실제적인 트래픽 량을 증가시킴으로써 혼잡 상태를 빨리 해결할 수 있는 혼잡 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a congestion control device and method that can quickly solve a congestion state by increasing the actual traffic amount rather than simply yielding bandwidth.

본 발명의 또 다른 목적은 한 번의 채널획득으로 여러 개의 패킷을 버스트(burst)하게 보냄으로써 불필요한 경로 재설정을 막을 수 있는 혼잡 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a congestion control apparatus and method that can prevent unnecessary rerouting by bursting multiple packets with one channel acquisition.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 장치 및 방법의 특징은 모바일 단말 에서 애드혹 라우팅 프로토콜을 통해 애드혹 라우팅을 담당하는 망간 프로토콜(Internet Protocol : IP)과, 데이터 링크 계층과 상호 작용할 수 있는 IEEE 802.11기반의 MAC(Media Access Control)와, 상기 IP에서 인터페이스 버퍼에 쌓여있는 패킷 개수 및 각 모바일 단말의 활성 연결(active connection) 개수를 모니터링하여 혼잡상태여부를 결정하는 모니터링부와, 상기 모니터링부를 통해 혼잡상태가 인식되면 상기 MAC로 패킷 버스팅의 개수와 방법을 지시하여 패킷 버스팅(packet bursting)을 수행시키는 자원 할당부를 포함하는데 있다.Features of a congestion control device and method using dynamic packet bursting in a mobile ad hoc network according to the present invention for achieving the above object is a manganese protocol (Advanced Protocol) in charge of ad hoc routing through the ad hoc routing protocol in the mobile terminal (Internet Protocol: IP), IEEE 802.11 based MAC (Media Access Control) that can interact with the data link layer, and the number of packets accumulated in the interface buffer in the IP and the number of active connections of each mobile terminal And a resource allocator configured to perform packet bursting by instructing the MAC and the number and method of packet bursting when the congestion state is recognized through the monitoring unit.

바람직하게 상기 모니터링부는 미리 정의된 임계치 값과 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수를 비교하여 트래픽의 혼잡상태여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the monitoring unit compares a predefined threshold value with the number of monitored packets and the number of active connections to determine whether the traffic is congested.

바람직하게 상기 패킷 버스팅은 각 패킷별 요청신호(Request-to-Send : RTS) 및 수락신호(Clear-to-Send : CTS)가 제외된 한 패킷 단위의 데이터 및 확인신호(Acknowledgment : ACK)로 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the packet bursting includes data and acknowledgment signals (ACK) of one packet unit except for a request signal (Request-to-Send: RTS) and an accept signal (Clear-to-Send: CTS) for each packet. It is characterized in that the configuration.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법의 특징은 (a) 전송을 위하여 각 노드들의 큐(queue)에 대기하고 있는 패킷의 개수 및 노드를 지나는 활성 연결(active connection)의 개수를 모니터링 하는 단계와, (b) 미리 정의된 임계치 값과 상기 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수를 서로 비교하여 혼잡 여부를 판단하는 단계와, (c) 상기 판단 결과, 해당 노드가 혼잡한 것으로 판단되면 해당 노드의 버퍼에 저장된 다수의 패킷을 하나로 버스팅하는 단계와, (d) 채널 경 쟁을 통하여 해당 노드가 채널을 획득하면, 패킷 버스팅 기법을 통해 상기 버스팅된 패킷을 이웃하는 연결 노드로 전송하는 단계를 포함하는데 있다.The congestion control method using dynamic packet bursting in the mobile ad hoc network according to the present invention for achieving the above object is (a) the number of packets waiting in the queue of each node for transmission and Monitoring the number of active connections passing through the node; (b) comparing a predefined threshold value with the number of monitored packets and the number of active connections to determine congestion; c) if it is determined that the node is congested, bursting a plurality of packets stored in a buffer of the node into one; and (d) packet bursting when the node acquires a channel through channel competition. And transmitting the bursted packet to a neighboring connection node through a technique.

바람직하게 상기 (b) 단계는 상기 임계치 값이 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수보다 크면 해당 노드는 혼잡한 것으로 판단하고, 상기 임계치 값이 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 수보다 크지 않으면 해당 노드는 혼잡하지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (b) determines that the node is congested if the threshold value is greater than the number of monitored packets and the number of active connections, and if the threshold value is not greater than the number of monitored packets and the number of active connections. The node may be determined not to be congested.

바람직하게 상기 (c) 단계는 해당 노드의 활성 연결의 개수만큼 패킷을 버스팅하는 것을 특징으로 한다.Preferably, step (c) is characterized in that bursting packets by the number of active connections of the corresponding node.

바람직하게 상기 버스팅된 패킷은 각 패킷별 요청신호(Request-to-Send : RTS) 및 수락신호(Clear-to-Send : CTS)가 제외된 한 패킷 단위의 데이터 및 확인신호(Acknowledgment : ACK)로 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the bursted packet includes data and an acknowledgment signal (ACK) for each packet except for a request signal (Request-to-Send: RTS) and an accept signal (Clear-to-Send: CTS) for each packet. Characterized in that consists of.

바람직하게 상기 (d) 단계는 한 번의 채널획득으로 여러 개의 패킷을 버스트(burst)하게 전송하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (d) is characterized in that a burst of transmitting a plurality of packets with a single channel acquisition.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이다.A preferred embodiment of a congestion control apparatus and method using dynamic packet bursting in a mobile ad hoc network according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 장치를 나타낸 도면이다.1 illustrates a congestion control apparatus using dynamic packet bursting in a mobile ad hoc network according to an embodiment of the present invention.

도 1과 같이, 애드혹 네트워크를 구성하는 모바일 단말에서 애드혹 라우팅 프로토콜(10)을 통해 애드혹 라우팅을 담당하는 망간 프로토콜(Internet Protocol : IP)(20)과, 데이터 링크 계층(30)과 상호 작용할 수 있는 IEEE 802.11기반의 MAC(Media Access Control)(40)와, 상기 IP(20)에서 인터페이스 버퍼에 쌓여있는 패킷의 개수 및 각 모바일 단말이 지연되는 활성 연결(active connection)의 개수를 모니터링하여 혼잡상태여부를 결정하는 모니터링부(50)와, 상기 모니터링부(50)를 통해 혼잡상태가 인식되면 MAC(40)으로 패킷 버스팅의 개수와 방법을 지시하여 패킷 버스팅(packet bursting)을 수행시키는 자원 할당부(60)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a mobile terminal constituting an ad hoc network may interact with a network protocol (IP) 20 and an data link layer 30 in charge of ad hoc routing through an ad hoc routing protocol 10. Congestion is monitored by monitoring the number of packets accumulated in the interface buffer in the IEEE 802.11-based MAC (Media Access Control) 40 and the IP 20 and the number of active connections delayed by each mobile terminal. When the congestion state is recognized by the monitoring unit 50 and the monitoring unit 50 to determine the resource allocation to instruct packet bursting (packet bursting) by indicating the number and method of packet bursting to the MAC (40) It comprises a part 60.

이때, 모니터링부(50)는 특정 임계치 값을 미리 정의하고, 상기 정의된 임계치 값과 상기 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수를 비교하여 트래픽의 혼잡상태여부를 결정한다. 상기 특정 임계치 값은 구현된 모바일 애드혹 네트워크에서 보장하는 서비스 품질에 따라 조절되는 값으로 변경 가능한 수치이므로 한정되지 않는다. 또한, 상기 패킷 버스팅은 데이터를 전송하기 전에 두 노드간에 주고받는 요청신호(Request-to-Send : RTS) 및 수락신호(Clear-to-Send : CTS)가 제외되고 한 패킷 단위의 데이터와 각 데이터의 전송이 완료됨을 응답하는 확인신호(Acknowledgment : ACK)만으로 구성된다. In this case, the monitoring unit 50 defines a specific threshold value in advance, and compares the defined threshold value with the number of monitored packets and the number of active connections to determine whether the traffic is congested. The specific threshold value is not limited because it is a value that can be changed to a value adjusted according to the quality of service guaranteed by the implemented mobile ad hoc network. In addition, the packet bursting excludes a request signal (Request-to-Send: RTS) and an accept signal (Clear-to-Send: CTS) between two nodes before transmitting data. It consists only of an acknowledgment (ACK) acknowledging that the transmission of data is completed.

이와 같은 모바일 애드혹 네트워크는 특성상 모든 노드들이 송신자와 수신자가 되기도 하지만, 통신에 참여하는 라우터의 역할을 하게 된다. 즉, 임의의 노드들이 자신의 트래픽이 아닌 다른 노드들의 트래픽을 전송할 수 있게 되어 자신의 자원(resource)을 많이 소비할 수 있다.Such a mobile ad hoc network is characterized by the fact that all nodes become senders and receivers, but act as a router participating in the communication. That is, any node can transmit traffic of other nodes other than its own traffic, thus consuming much of its resources.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 모바일 애드혹 네트워크에서 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The congestion control method using dynamic packet bursting in the mobile ad hoc network according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 는 본 발명의 실시 예에 따라 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법을 설명하기 위한 노드간 연결 관계를 나타낸 도면이고, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따라 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a connection relationship between nodes for explaining a congestion control method using dynamic packet bursting according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating dynamic packet bursting according to an embodiment of the present invention. A flowchart illustrating a congestion control method.

먼저 노드간 연결 관계를 살펴보면 도 2와 같이, 애드혹 네트워크 내에 12개의 노드로 구성되고, 이 중 3개의 소스 노드와, 3개의 목적지 노드와, 이를 잇는 여러 개의 연결(connection)들이 구성된다. 이때, 노드 I가 트래픽이 집중될 수 있는 연결 구조를 갖고 있다. 따라서 노드 I는 심각한 혼잡 현상을 겪게 될 가능성이 있다. First, as shown in FIG. 2, the connection relationship between the nodes is composed of 12 nodes in the ad hoc network, among which three source nodes, three destination nodes, and several connections are formed. At this time, the node I has a connection structure in which traffic can be concentrated. Node I is therefore likely to experience severe congestion.

즉, 노드 I에 트래픽이 집중되면 노드 I를 지나는 트래픽들은 전송 시간이 지연되게 될 것이다. 게다가 혼잡으로 인한 버퍼 오버플로가 발생하는 경우는 패킷손실로 인하여 심각한 성능저하를 보이게 된다.In other words, if traffic is concentrated at node I, the traffic passing through node I will be delayed in transmission time. In addition, in case of buffer overflow due to congestion, there is a serious performance degradation due to packet loss.

이를 해결하기 위한 방법으로 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method for solving this problem will be described with reference to FIG. 3 as follows.

먼저, 모니터링부(50)를 통해 현재 전송을 위하여 각 노드들의 큐(queue)에 대기하고 있는 패킷의 개수 및 노드를 지나는 활성 연결(active connection)의 개수를 모니터링 한다(S10). First, the monitoring unit 50 monitors the number of packets waiting in the queue of each node for transmission and the number of active connections passing through the node (S10).

이어 모니터링부(50)는 미리 정의된 임계치 값과 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수를 서로 비교하여 혼잡 여부를 판단하게 된다(S20). Subsequently, the monitoring unit 50 compares the predefined threshold value, the number of monitored packets, and the number of active connections with each other to determine whether congestion occurs (S20).

즉, 임계치 값이 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수보다 크면 해당 노드는 혼잡한 것으로 판단하고, 반대로 임계치 값이 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수보다 크지 않으면 해당 노드는 혼잡하지 않은 것으로 판단한다. In other words, if the threshold value is greater than the number of monitored packets and the number of active connections, the node is considered congested. On the contrary, if the threshold value is not greater than the number of monitored packets and the number of active connections, the node is not congested. To judge.

이때, 모니터링부(50)는 특정 임계치 값을 미리 정의하고 있는데, 상기 특정 임계치 값은 구현된 모바일 애드혹 네트워크에서 보장하는 서비스 품질에 따라 조절되는 값으로 변경 가능한 수치이므로 한정되지 않는다. 또한 상기 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수 중 어느 하나의 개수만을 임계치 값과 비교하여 혼잡 여부를 판단할 수도 있다. 그리고 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수를 동일한 임계치 값과 비교할 수도 있고 아니면, 서로 다른 2개의 임계치 값을 정의하여 각각 비교할 수도 있다. In this case, the monitoring unit 50 defines a specific threshold value in advance, and the specific threshold value is not limited because it is a value that can be changed to a value adjusted according to the quality of service guaranteed by the implemented mobile ad hoc network. In addition, it is also possible to determine whether or not there is congestion by comparing only one of the number of monitored packets and the number of active connections with a threshold value. The number of packets and the number of active connections may be compared with the same threshold value, or two different threshold values may be defined and compared.

이처럼 혼잡 여부 판단 결과(S20), 해당 노드가 혼잡하지 않은 것으로 판단되면 일반적인 애드혹 라우팅 프로토콜(10)을 통한 노드간 전송을 수행한다(S30). As a result of congestion determination (S20), if it is determined that the corresponding node is not congested, the inter-node transmission through the general ad hoc routing protocol 10 is performed (S30).

그리고 혼합 여부 판단 결과(S20), 해당 노드가 혼잡한 것으로 판단되면 해당 노드에서 병목현상이 발생함을 인지하여 자원 할당부(60)를 통해 버스팅의 개수 와 방법을 설정하여 해당 노드의 활성 연결의 개수만큼 버퍼에 저장된 다수의 패킷을 하나로 버스팅 한다(S40). In addition, if it is determined in the mixed state (S20) that the corresponding node is congested, the node recognizes that a bottleneck occurs in the node, and sets the number and method of bursting through the resource allocator 60 to establish an active connection of the corresponding node. Burst a plurality of packets stored in the buffer as the number of (S40).

도 4 는 도 2의 노드 I를 지나는 연결들을 저장하는 큐를 통해 패킷을 버스팅하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram illustrating a method of bursting a packet through a queue storing connections passing through node I of FIG. 2.

도 4와 같이, 노드 I가 혼잡한 것으로 판단된 경우에는 모니터링하여 노드 I를 지나는 활성 연결(active connection)의 개수가 n 개 연결되었음을 파악하여 다수의 큐(queue)로 이루어진 버퍼에 저장된 n 개의 패킷들(D1 내지 Dn)을 하나의 버스트 패킷(80)으로 생성한다.As shown in FIG. 4, when it is determined that the node I is congested, the number of active connections through the node I is monitored to determine that n are connected, and n packets stored in a buffer composed of a plurality of queues are connected. Fields D1 to Dn are generated as one burst packet 80.

이어 IEEE 802.11에 명시된 채널 경쟁을 통하여 해당 노드가 채널을 획득하면(S50), 프레임 버스팅(frame Bursting) 기법을 이용하여 추가적인 경쟁 없이 버스팅된 여러 개의 패킷을 한 번에 이웃하는 연결 노드로 전송시키는 패킷 버스팅을 수행한다(S60).Subsequently, when the node acquires the channel through the channel contention specified in IEEE 802.11 (S50), the bursted packets are transmitted to the neighboring connection nodes at once without additional contention using the frame bursting technique. Packet bursting is performed (S60).

이를 통해 혼잡상황이 해결되어는지 판단하고, 이 혼잡상황이 해결될 때까지 위의 과정을 반복한다(S70). This determines whether the congestion situation is solved, and repeats the above process until the congestion situation is resolved (S70).

도 5 는 본 발명의 실시예에 따라 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 방법으로 패킷을 전송한 타이밍도이다.5 is a timing diagram of transmitting a packet in a congestion control method using dynamic packet bursting according to an embodiment of the present invention.

도 5와 같이, 먼저 노드간 통신을 위해 아이들(idle) 주기가 DIFS(Distributed inter-frame space)와 같아질 때까지 모니터링 한다. 그리고 이이들(idle) DIFS를 감지한 후에, 소정시간 랜덤 백오프 간격(random backoff interval)을 기다린다. As shown in FIG. 5, first, an idle period is monitored until the idle period becomes equal to a distributed inter-frame space (DIFS) for inter-node communication. After detecting the idle DIFS, a random backoff interval is waited for a predetermined time.

이어, 앞단 노드는 노드 I와 요청신호(Request-to-Send : RTS) 및 수락신호(Clear-to-Send : CTS)를 주고받은 후에, 한 패킷 단위로 데이터를 전송하고, 노드 I는 데이터 전송된 데이터를 큐에 저장하고, 전송이 완료됨을 확인신호(Acknowledgment : ACK)로 앞단 노드에 응답한다. 그리고 노드 I는 동일한 방법으로 큐에 저장된 데이터를 다음단 노드와 RTS 및 CTS를 주고받은 후에, 역시 한 패킷 단위로 데이터를 전송하게 된다. 한편 각 신호 사이에는 SIFS(Shorter Inter Frame Space)를 두어 하나의 프레임 전송 완료 후, ACK, CTS 등의 다음 프레임을 받을 수 있는 상태까지의 시간을 고려해 물리 계층에 따라 고정된 값으로 시간 간격을 유지시키고 있다. Subsequently, the front node transmits data in one packet unit after transmitting and receiving a request signal (Request-to-Send: RTS) and an accept signal (Clear-to-Send: CTS) with node I, and node I transmits data. The stored data is stored in the queue, and an acknowledgment (ACK) acknowledgment signal is sent to the preceding node. After the node I exchanges the data stored in the queue with the next node RTS and CTS in the same manner, the node I also transmits data in one packet unit. On the other hand, the SIFS (Shorter Inter Frame Space) is placed between each signal to maintain a fixed time interval according to the physical layer in consideration of the time until completion of one frame transmission and the next frame such as ACK or CTS. I'm making it.

이와 같은 방법을 통해 소스 노드에서 목적지 노드로 데이터를 전송하게 된다.In this way, data is transmitted from the source node to the destination node.

이때, 노드 I가 도 2와 같이 트래픽이 집중될 수 있는 연결 구조를 갖고 있고, 또한 실제로 트래픽이 노드 I로 집중되어 노드 I가 심각한 혼잡 현상을 겪고 있는 것을 가정한다.In this case, it is assumed that the node I has a connection structure in which traffic can be concentrated as shown in FIG. 2, and the traffic is concentrated to the node I and the node I suffers a serious congestion.

이 경우, 노드 I는 모니터링부(50)를 통해 현재 전송을 위하여 다수의 큐(queue)에 대기하고 있는 패킷의 개수 및 자신을 지나는 활성 연결(active connection)의 개수가 모니터링 된다. 그리고 모니터링부(50)는 미리 정의된 임계치 값과 모니터링된 활성 연결의 수를 서로 비교하여 혼잡 여부를 판단하게 된다.In this case, the node I monitors the number of packets currently waiting in a plurality of queues for transmission and the number of active connections passing through the monitoring unit 50. In addition, the monitoring unit 50 compares the predefined threshold value and the number of monitored active connections with each other to determine whether the congestion occurs.

이를 통해 노드 I가 혼잡 현상을 격고 있는 것으로 판단되면 자원 할당부(60)를 통해 버스팅의 개수와 방법을 설정하여 활성 연결의 수만큼 버퍼에 저장 된 여러 개의 패킷을 하나의 버스트 패킷(90)으로 버스팅 한다. When it is determined that the node I is congested, the bursting unit 90 sets the number and method of bursting through the resource allocator 60 to store several packets stored in the buffer as many as the number of active connections. Burst

이렇게 버스팅된 버스트 패킷(90)은 데이터를 전송하기 전에 두 노드간에 패킷 별로 주고받는 요청신호(Request-to-Send : RTS) 및 수락신호(Clear-to-Send : CTS)가 제외되고 한 패킷 단위의 데이터와 각 데이터의 전송이 완료됨을 응답하는 확인신호(Acknowledgment : ACK)로 구성한다. The burst packet 90 bursted as described above excludes one request signal (Request-to-Send: RTS) and an accept signal (Clear-to-Send: CTS) between two nodes before transmitting data. It consists of unit data and an acknowledgment (ACK) acknowledging that the transmission of each data is completed.

그리고 n 개의 패킷을 하나의 버스트 패킷(90)으로 생성한 후에, IEEE 802.11에 명시된 채널 경쟁을 통하여 채널을 획득하면 패킷 버스팅 기법을 이용하여 추가적인 경쟁 없이 여러 개의 패킷을 한 번의 채널획득으로 버스트(burst)하게 보낸다. 이때 보내는 패킷의 수는 자신을 지나는 활성 연결의 수만큼 버스팅을 할 수 있다.After generating n packets as one burst packet 90, if a channel is acquired through channel contention specified in IEEE 802.11, the packet bursting technique is used to burst multiple packets into one channel acquisition without additional contention. to burst). In this case, the number of packets sent may be burst as many as the number of active connections passing through it.

도 5를 통하여 단위 시간당 프레임을 전송할 수 있는 개수를 살펴보면, 프레임을 전송하기 위해 경쟁하는 노드의 개수가 n 이라고 했을 때, 전송 레이지(transmission rage) 안의 집합인 S={s1, s2, …, sn}이 되며, 채널을 얻을 수 있는 확률은 다음 수학식 1과 같다.Referring to the number of frames that can be transmitted per unit time through FIG. 5, when the number of nodes competing for transmitting frames is n, S = {s1, s2,..., Which is a set in a transmission rage. , sn}, and the probability of obtaining a channel is given by Equation 1 below.

Figure 112006082417967-pat00001
Figure 112006082417967-pat00001

이때, 각 노드 Si가 전송하고자 하는 프레임의 집합을 F={f1, f2, …, fn}이 라 하면, 단위 시간 당 전송 가능한 프레임의 개수 F(n)는 다음 수학식 2 및 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.At this time, the set of frames to be transmitted by each node Si is F = {f1, f2,... , fn}, the number of frames F (n) that can be transmitted per unit time can be expressed by Equation 2 and Equation 3 below.

Figure 112006082417967-pat00002
Figure 112006082417967-pat00002

Figure 112006082417967-pat00003
Figure 112006082417967-pat00003

이처럼 특정 노드에서 혼잡이 발생하였을 때, 한 번의 채널획득으로 여러 개의 패킷을 버스트(burst)하게 보냄으로써, 노드의 혼잡을 줄일 수 있으며 불필요한 경로 재설정을 막을 수 있어 지연시간을 줄일 수 있음을 알 수 있다.When congestion occurs at a specific node, bursting multiple packets with one channel acquisition can reduce node congestion and prevent unnecessary rerouting, thus reducing latency. have.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 본 발명의 실시예에 따라 동적인 패킷 버스팅을 이용한 혼잡 제어 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.Congestion control apparatus and method using dynamic packet bursting according to the embodiment of the present invention as described above has the following advantages.

첫째, 단순한 대역폭 양보가 아닌 실제적인 트래픽 량을 증가시킴으로써 혼잡 상태를 빨리 해결하고 전체 네트워크의 패킷 전송지연 및 처리량 성능을 향상시킬 수 있다.First, by increasing the actual traffic volume rather than simply yielding bandwidth, it is possible to resolve congestion quickly and improve the packet transmission delay and throughput performance of the entire network.

둘째, 한 번의 채널획득으로 여러 개의 패킷을 버스트(burst)하게 보냄으로써 불필요한 경로 재설정을 막을 수 있어 애드혹 네트워크 통신의 성능을 향상시킬 수 있다.Second, by bursting multiple packets in one channel acquisition, unnecessary rerouting can be prevented, thereby improving the performance of ad hoc network communication.

셋째, 애드혹 네트워크 통신의 성능 향상을 통해 모바일 단말 및 4G 네트워크에 적용하여 상용화가 가능하다.Third, commercialization is possible by applying to mobile terminal and 4G network through performance improvement of ad hoc network communication.

Claims (8)

모바일 단말에서 애드혹 라우팅 프로토콜을 통해 애드혹 라우팅을 담당하는 망간 프로토콜(Internet Protocol : IP)과, Network protocol (Internet Protocol: IP) that is responsible for ad hoc routing through the ad hoc routing protocol in the mobile terminal, 데이터 링크 계층과 상호 작용할 수 있는 IEEE 802.11기반의 MAC(Media Access Control)와,IEEE 802.11-based Media Access Control (MAC) that can interact with the data link layer, 상기 IP에서 인터페이스 버퍼에 쌓여있는 패킷 개수 및 각 모바일 단말의 활성 연결(active connection) 개수를 모니터링하여 혼잡상태여부를 결정하는 모니터링부와,A monitoring unit configured to determine whether a congestion state is monitored by monitoring the number of packets accumulated in an interface buffer in the IP and the number of active connections of each mobile terminal; 상기 모니터링부를 통해 혼잡상태가 인식되면 상기 MAC로 패킷 버스팅의 개수와 방법을 지시하여 패킷 버스팅(packet bursting)을 수행시키는 자원 할당부를 포함하는 혼잡 제어 장치.And a resource allocating unit configured to perform packet bursting by indicating the number and method of packet bursting to the MAC when the congestion state is recognized through the monitoring unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 모니터링부는 미리 정의된 임계치 값과 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수를 비교하여 트래픽의 혼잡상태여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 혼잡 제어 장치.And the monitoring unit determines whether the traffic is congested by comparing a predefined threshold value with the number of monitored packets and the number of active connections. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 패킷 버스팅은 각 패킷별 요청신호(Request-to-Send : RTS) 및 수락신 호(Clear-to-Send : CTS)가 제외된 한 패킷 단위의 데이터 및 확인신호(Acknowledgment : ACK)로 구성되는 것을 특징으로 하는 혼잡 제어 장치. The packet bursting consists of data and acknowledgment signal (ACK) of one packet unit except for the request signal (Request-to-Send: RTS) and the acknowledgment signal (Clear-to-Send: CTS) for each packet. A congestion control device, characterized in that. (a) 전송을 위하여 각 노드들의 큐(queue)에 대기하고 있는 패킷의 개수 및 노드를 지나는 활성 연결(active connection)의 개수를 모니터링 하는 단계와, (a) monitoring the number of packets waiting in each node's queue for transmission and the number of active connections through the node; (b) 미리 정의된 임계치 값과 상기 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수를 서로 비교하여 혼잡 여부를 판단하는 단계와,(b) comparing a predefined threshold value with the number of monitored packets and the number of active connections to determine congestion; (c) 상기 판단 결과, 해당 노드가 혼잡한 것으로 판단되면 해당 노드의 버퍼에 저장된 다수의 패킷을 하나로 버스팅하는 단계와,(c) if it is determined that the node is congested, bursting a plurality of packets stored in a buffer of the node into one; (d) 채널 경쟁을 통하여 해당 노드가 채널을 획득하면, 패킷 버스팅 기법을 통해 상기 버스팅된 패킷을 이웃하는 연결 노드로 전송하는 단계를 포함하는 혼잡 제어 방법.(d) if the node acquires a channel through channel contention, transmitting the bursted packet to a neighboring connection node through a packet bursting technique. 제 4 항에 있어서, 상기 (b) 단계는 The method of claim 4, wherein step (b) 상기 임계치 값이 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 개수보다 크면 해당 노드는 혼잡한 것으로 판단하고, If the threshold value is larger than the number of monitored packets and the number of active connections, the node is determined to be congested. 상기 임계치 값이 모니터링된 패킷의 개수 및 활성 연결의 수보다 크지 않으면 해당 노드는 혼잡하지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.And if the threshold value is not greater than the number of monitored packets and the number of active connections, the node determines that the node is not congested. 제 4 항에 있어서, 상기 (c) 단계는 The method of claim 4, wherein step (c) 해당 노드의 활성 연결의 개수만큼 패킷을 버스팅하는 것을 특징으로 하는 혼합 제어 방법. And bursting packets as many as the number of active connections of the corresponding node. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 버스팅된 패킷은 각 패킷별 요청신호(Request-to-Send : RTS) 및 수락신호(Clear-to-Send : CTS)가 제외된 한 패킷 단위의 데이터 및 확인신호(Acknowledgment : ACK)로 구성되는 것을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.The bursted packet consists of data and acknowledgment signal (ACK) of one packet unit except for the request signal (Request-to-Send: RTS) and the accept signal (Clear-to-Send: CTS) for each packet. Congestion control method characterized in that. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 (d) 단계는 한 번의 채널획득으로 여러 개의 패킷을 버스트(burst)하게 전송하는 것을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.In step (d), a congestion control method characterized in that a burst of transmitting a plurality of packets with a single channel acquisition.
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