Embed Size (px)
Citation preview
172 정보과학회논문지 : 정보통신 제 40 권 제 3 호(2013.6)
․이 논문은 2012년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 기
연구사업 지원을 받아 수행된 것임(2012R1A1A2041898)
․이 논문은 제39회 추계학술발표회에서 ‘모바일 P2P 환경에서 연결성 방향
성을 고려한 치 기반 라우 기법’의 제목으로 발표된 논문을 확장한 것임
†††† 정 회 원
논문 수
심사완료
:
:
:
동아방송 술 학교 인터랙티 콘텐츠과 교수
2012년 12월 3일
2013년 2월 5일
†
††
†††
학생회원
종신회원
정 회 원
:
:
:
충북 학교 정보통신학과
충북 학교 정보통신공학과 교수
(Corresponding author임)
충북 학교 정보통신공학과 교수
CopyrightⒸ2013 한국정보과학회ː개인 목 이나 교육 목 인 경우, 이 작
물의 체 는 일부에 한 복사본 혹은 디지털 사본의 제작을 허가합니다.
이 때, 사본은 상업 수단으로 사용할 수 없으며 첫 페이지에 본 문구와 출처
를 반드시 명시해야 합니다. 이 외의 목 으로 복제, 배포, 출 , 송 등 모든
유형의 사용행 를 하는 경우에 하여는 사 에 허가를 얻고 비용을 지불해야
합니다.
정보과학회논문지: 정보통신 제40권 제3호(2013.6)
모바일 에드혹 환경에서 치 기반
P2P 라우 기법(A Location based P2P Routing Scheme in
Mobile Ad-hoc Networks)
손 인 국† 유 재 수
†† 복 경 수
†††
(In Gook Son) (Jae Soo Yoo) (Kyoung Soo Bok)
이 석 희††††
임 종 태† 리 하
†
(Seok Hee Lee) (Jong Tae Lim) (He Li)
요 약 최근 무선 통신 기술 발 과 함께 PDA, 넷북, 스마트폰과 같은 모바일 기기의 등장으로 모바
일 P2P 네트워크에 한 심이 집 되고 있다. 이와 함께 모바일 P2P 서비스를 제공하기 해 모바일
기기의 이동성을 고려한 치 기반 라우 기법에 한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 기존 기법들은
이동 경로를 생성하기 해 모든 연결 가능한 피어와 통신을 수행하기 때문에 많은 통신 비용 소요되는
문제 이 있다. 본 논문에서는 모바일 기기의 이동성에 따라 라우 경로를 효과 으로 생성하기 한 새
로운 치 기반 라우 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 라우 경로 탐색 비용을 감소시키기 해 이
웃한 2-홉 내의 피어 정보를 활용한다. 한, 목 지 피어의 방향성을 고려하여 라우 경로를 탐색하고
피어들 사이의 연결성을 고려하여 라우 경로를 유지한다. 성능 평가 결과 제안하는 기법은 기존 기법에
비해 라우 경로 생성 비용을 감소시키면서 안정 인 라우 경로를 생성한다는 것 확인할 수 있었다.
키워드: 모바일 P2P, 치 기반 라우 , 이동성, 연결성
Abstract Recently, with the development of wireless communication technology and the wide
usage of mobile devices such as PDAs, netbooks, and smart phones, interests on mobile P2P networks
have been increased. Location based routing schemes considering the mobility of mobile devices in
order to provide mobile P2P services were proposed. However, the existing schemes cause high
communication costs since they broadcast the messages to a whole network to create routing paths.
In this paper, we propose a new location based routing scheme to efficiently create routing paths along
with the mobility of mobile devices. The proposed scheme maintains the information of peers within
2-hop in order to reduce the costs of routing path searches. The proposed scheme searches the routing
path considering the directionality of the destination peer and maintains it using the connectivity of
peers. It was shown through performance evaluation that the proposed scheme outperforms the
existing schemes.
Keywords: mobile P2P, location based routing, mobility, connectivity
모바일 에드혹 환경에서 치 기반 P2P 라우 기법 173
1. 서 론
90년 반 이후 인터넷의 발 으로 사용자들 사이에
음악, 동 상, 텍스트 형태의 정보를 상호 교환하고 가
공 처리하기 한 많은 서비스들이 개발되었다. 일반
으로 이러한 서비스들은 클라이언트/서버 구조로 서비스
사용자의 증가에 따라 서버 부하를 증가시킬 뿐만 아니
라 확장성, 신뢰성, 유연성에 문제가 발생한다[1]. 이러
한 문제를 해결하기 해 P2P 네트워크에 한 연구들
이 진행되고 있다. P2P는 기존의 클라이언트-서버 구조
의 특성을 보완하기 해 고안된 네트워크 모델로써 정
보를 유기 으로 교환할 수 있는 양방향 커뮤니 이션
모델이다. P2P 네트워크는 피어가 클라이언트와 서버
기능을 동시에 수행하면서 자율 으로 네트워크를 구성
하고 피어들 사이에 분산된 정보를 공유한다[2].
이동성에 기반한 서비스의 확장과 함께 단거리 무선
통신 기술의 발 으로 모바일 에드혹 네트워크에 한
연구들이 활발하게 진행되고 있다. 이에 따라 기존 P2P
서비스는 모바일 에드혹 기반의 P2P 서비스로 확장되어
활용되고 있다. 특히, PDA, 넷북, 스마트폰과 같은 모바
일 기기의 등장으로 모바일 P2P 네트워크에 한 심
이 집 되고 있다[3]. 모바일 P2P 네트워크는 IEEE
802.11, 블루투스(Bluetooth), UWB(Ultra Wide Band)
와 같은 단거리 무선 통신 기술을 이용하여 피어들 사
이에 자율 으로 네트워크를 구성하고 일 공유, 콘텐
츠 송, 추천 서비스 등을 제공한다. 모바일 P2P에 참
여하는 각 피어들은 유선 환경에 참여한 피어에 비해
제한된 CPU, 메모리, 역폭을 가지고 있다. 한, 피어
의 이동성에 따라 네트워크 토폴로지(topology)가 동
으로 변화하는 특성이 있다. 따라서 유선 환경에서 사용
되는 P2P 기술을 모바일 P2P 네트워크에 직 사용하
기 어렵다[4,5].
모바일 P2P 서비스를 제공하기 해서는 피어 이동
성에 따른 네트워크 토폴로지 변화에 응 이며 소스
피어에서 목 피어까지 안정 으로 데이터를 달할
수 있는 라우 기법이 필요하다. [6,7]에서는 슈퍼 피어
를 이용하여 라우 을 수행하기 한 기법들을 제안하
다. [6]에서는 피어의 에 지 잔여량, 홉 수 등을 이용
하여 라우 경로를 생성하는 기법을 제안하 으며 [7]
에서는 슈퍼 피어의 에 지 잔여량을 고려하여 라우
경로 상에 있는 슈퍼 피어를 교체하기 한 기법을 제
안하 다. [8]에서는 로딩 방식을 이용하여 통신 경로
를 생성하고 피어들 사이의 연결 시간을 고려하여 최
의 이동 경로를 설정하기 한 기법을 제안하 다.
LPBR[9]은 모바일 환경에서 모든 피어에 로드캐스
통신을 수행하여 최소 홉을 가지는 경로를 설정하는 방
식을 제안하 다. [10]에서는 로드캐스 방법을 사용
하여 피어의 연결 실패가 발생하 을 경우 새로운 경로
를 생성하는 방법을 제안하 다.
기존에 제안된 연구들은 라우 경로를 생성하고 유
지하기 해 체 네트워크에 메시지를 송하기 때문
에 많은 통신 비용이 요구되며 설정된 라우 경로를
통해 데이터 송이 불가능할 경우 새로운 경로를 생성
하기 한 추가 인 비용이 발생한다[8-10]. 이러한 문
제를 해결하기 해 본 논문에서는 방향성 연결성을
고려하여 라우 경로를 생성하고 유지하는 치 기반
라우 기법을 제안한다. 제안하는 기법에서는 이웃한
2-홉 정보를 이용하여 라우 경로 생성을 한 메시지
송을 감소시키고 소스 피어와 목 지 피어 사이에 홉
수와 연결성을 고려하여 최 의 라우 경로를 생성한
다. 한, 피어의 이동으로 데이터 송이 불가능할 경
우 라우 경로 생성 과정에서 수신한 정보를 이용하여
체 경로를 생성하기 때문에 체 경로 생성을 한
비용을 감소시킨다.
본 논문의 나머지 구성은 다음과 같다. 제2장에서는
모바일 P2P 네트워크에서 라우 경로를 생성하고 유지
하기 한 기존 기법에 해 기술한다. 제3장에서는 모
바일 P2P 환경에서 제안하는 라우 경로 생성, 경로
선택 그리고 체 경로 생성 기법을 기술한다. 제4장에
서는 실험 평가를 통해 제안하는 기법의 우수성을 입증
하고 마지막 5장에서는 본 논문의 결론 향후 연구에
해 기술한다.
2. 련연구
[9]에서는 모바일 P2P 환경에서 라우 경로를 생성
하기 해 RREQ(Route Request) 메시지를 로드캐스
한다. RREQ 메시지는 소스 피어 식별자, 목 지 피
어 식별자, RREQ 메시지 식별자, 피어 식별자로 구성
된 경로 리스트, RREQ 메시지를 송하는 과정에서 수
집한 각 피어의 치 정보와 벡터 정보를 장하는
LUV(Location Update Vectors)로 구성된다. RREQ
메시지는 목 지 피어에 도달할 때까지 로드캐스 되고
목 지 피어는 각 RREQ 메시지를 포함한 RREP(Route
Reply) 메시지를 소스 피어에게 송한다. 이때, RREP
메시지 송 경로는 RREQ 메시지에 등록된 경로 리스
트를 통하여 송하게 된다. RREP 메시지는 RREQ의
LUV 값을 제외하고 RREQ의 식별자를 포함하여 구성
된다[9]. 모든 RREP 메시지를 수신한 소스 피어는 다
수의 경로들 실제 데이터를 송할 최 의 경로를
선택한다. [9]에서는 다수의 경로들 최소 홉을 가지
는 경로를 선택하여 데이터를 송하게 된다. 데이터를
송하던 과정 피어의 이동으로 데이터 송이 불가
174 정보과학회논문지 : 정보통신 제 40 권 제 3 호(2013.6)
능할 경우가 발생한다. [9]에서는 각 피어의 치 정보
와 벡터 정보를 가지는 LUV를 활용하여 피어들 간의
연결이 불가능 해지는 시간을 계산하여 체 경로를 미
리 생성한다. 체 경로 생성 과정은 기 경로 생성 과
정과 동일하다.
[10]에서는 통신 지연 는 경로의 최 화보다는 경로
유지 시간을 최 화하기 한 목 으로 제안되었다. 경
로 생성시 [9]와 같은 방법으로 RREQ 메시지를 로드
캐스 하여 목 지 피어까지 송한 후 목 지 피어는
RREP 메시지를 소스 피어에게 송한다. 실제 라우
을 수행할 경로는 max_RET가 큰 값을 선택한다. RET
(Route Expiration Time)는 경로 만료 시간으로 피어
의 벡터 정보를 이용하여 경로 상에서 피어들 간의 연
결 유지 시간을 계산하여 가장 작은 연결 유지 시간 경
로의 RET로 설정한다. 선택된 경로를 사용하여 데이터
를 송 과정 CL_Zone(Critical LET Zone) 범
안에 LET(Link Expiration Time)가 포함된 피어가 존
재한다면 체 경로를 생성한다. 만약 CL_Zone 범
안에 포함된 피어들이 목 지 피어에 가깝게 존재할 경
우 재 피어의 바로 이 피어를 소스 피어로 가정하
고 새로운 경로를 생성하고 그 지 않을 경우 기 경
로 생성 과정을 통해 동일한 과정을 수행하여 체 경
로를 생성한다.
기존의 MANET 환경의 라우 연구는 소스 노드가
실제 데이터를 송하는 과정에서 라우 정보가 필요
할 때 RREQ 메시지를 로드캐스 하는 Reactive 방
식을 사용한다. 하지만 Reactive 방식은 데이터 송
는 정보 공유가 필요할 때 RREQ/RREP 메시지를 사용
하여 라우 경로를 탐색하는 과정을 수행하기 때문에
서비스 지연이 발생할 수 있다. 이에 반해 Proactive 방
식은 모든 노드가 라우 테이블을 유지하고 있기 때문
에 서비스 지연이 발생하지 않는다. 그러나 Proactive
방식은 최신의 라우 테이블을 구축하기 한 비용이
비용이 발생한다. [11]에서는 Proactive 방식과 Reactive
방식을 모두 사용한 혼합형 라우 기법을 제안하 다.
[11]에서 각 노드는 기본 으로 Proactive 방식을 사용
하여 라우 경로를 생성한다. 만약 이웃 노드의 수가
일정 수 이상으로 집된다면 Proactive 방식에서 라
우 테이블을 유지하는 비용이 감소시키기 해 Reac-
tive 방식을 사용한다.
[8]에서는 안정 인 라우 경로를 생성하기 해
RREP/RREQ 메시지를 수신할 때 피어들 사이의 거리
와 시간을 이용하여 이동 속도를 계산하고 이를 통해
두 피어들 사이에 연결성을 계산한다. 두 피어들 사이에
연결성을 이용하여 라우 경로의 MLT(Minimum
LifeTime)을 계산한다. MLT는 라우 경로 상에 존재
하는 피어들 사이의 연결성 가장 작은 값으로 설정한
다. 데이터 송 실패가 발생하는 확률을 향상시키기 해
특정 경로의 MLT가 실제 데이터를 송하는데 소요되
는 시간보다 작을 경우 라우 경로에서 제외시킨다.
기존에 제안된 기법들은 네트워크의 환경에 의존 으
로 메시지 수가 기하 수 으로 증가한다. 즉, 체 네
트워크에 경로 생성 메시지를 송하기 때문에 피어의
수가 증가되거나 네트워크의 크기가 증가할수록 송해
야 할 메시지 수가 증가하는 문제 이 있다. RREQ 메
시지를 달하는 과정에서 통신 가능한 피어가 존재하
지 않을 경우 우회하는 방법으로 Step&back 방법을 사
용하기 때문에 불필요한 메시지 재 송 비용이 증가한
다. 한, 실제 라우 을 수행할 경로는 최소 홉을 가지
는 경로를 선택하기 때문에 피어의 이동으로 인해 빈번
한 체 경로 생성 요청을 수행하는 단 이 있다.
3. 제안하는 치기반 라우 기법
3.1 개요
본 논문에서는 피어의 이동성에 따른 토폴로지의 변
화에 응 이며 경로 생성을 한 메시지 송 비용을
최소화하기 한 라우 기법을 제안한다. 제안하는 라
우 기법은 데이터 배포(data dissemination) 략
는 질의 처리(query processing)를 통해 목 지 피어에
한 정보를 미리 알고 있다고 가정한다. 한, 각 피어
는 GPS와 같은 치 인식 장치를 통해 자신의 치 정
보를 악하고 있다고 가정한다. 각 피어는 재 이동
방향에서 특정 임계치 이상 벗어나거나 피어와 연결 정
보가 변경될 때 이웃 피어와의 통신을 수행한다. 이를
통해 각 피어는 2-홉 통신 범 내에 있는 피어들에
한 정보를 유지한다. 이러한 2-홉 피어 정보를 이용하
여 라우 경로를 생성하기 한 RREQ 메시지를 송
하는 과정에서 목 지 방향에 존재하지 않는 피어들에
게는 RREQ 메시지를 송하지 않는다.
제안하는 라우 기법은 라우 경로 탐색, 라우 경
로 선택, 체 경로 생성 과정으로 구성된다. 그림 1은
제안하는 라우 기법의 체 인 처리 과정을 나타낸
것이다. 라우 경로 탐색 과정은 소스 피어 S가 목
지 피어 E로 라우 할 수 있는 모든 경로를 탐색하는
과정으로 목 지 피어의 방향에 존재하는 피어들에게만
RREQ 메시지를 송한다. RREQ 메시지에는 RREQ
메시지를 송하는 피어들에 한 정보가 장되어 있
다. 목 지 피어는 RREQ 메시지가 달된 경로를 따라
RREP 메시지를 소스 피어로 송한다. RREP 메시지
에는 RREQ 메시지가 송된 경로 정보와 RREQ 메시
지를 수신한 피어들에 한 정보가 장되어 있다. 각
피어는 목 지 피어로부터 달된 RREP 메시지에 포함
모바일 에드혹 환경에서 치 기반 P2P 라우 기법 175
그림 1 제안하는 라우 기법의 체 처리 과정
된 메시지 송 경로를 장한다. 이를 이용하여 라우
경로에 존재하는 피어들이 데이터를 송하지 못할 때
체 경로를 생성한다. 라우 경로 탐색 과정에서는 2-
홉 피어 정보를 이용하여 목 지 피어의 방향에 존재하
지 않은 피어 N1과 N2에게는 RREQ 메시지를 송하지
않는다. 라우 경로 선택 과정은 목 지 피어로부터 수
신한 RREP 메시지를 이용하여 라우 을 수행할 최 의
경로를 선택한다. 체 경로 생성 과정은 라우 경로
상에 존재하는 특정 피어가 데이터를 송하지 못할 때
데이터를 송할 우회 경로를 생성한다. 를 들어, 데
이터를 송할 라우 경로로 {S, N4, N5, E}가 선택되
었다고 할 때, 라우 경로 상에 존재하는 N5에서 데이
터를 송하지 못할 때 체 경로를 생성한다. 체 경
로는 RREP 메시지를 수신하는 과정에서 장한 경로
정보를 이용하여 생성한다. 만약 N5에서 체 경로로
선택할 우회 경로가 존재하지 않을 때에는 RREQ 메시
지를 재 송하여 경로 선택 과정을 다시 수행한다.
3.2 경로 탐색
기존 모바일 P2P 환경의 라우 기법은 로트 이
방식으로 사용하여 RREQ 메시지를 목 지 피어까
지 송하고 RREQ 메시지를 수신한 목 지 피어는 소
스 피어에게 RREP 메시지를 송한다. 그러나 이러한
과정은 네트워크 환경에 의존 으로 송해야 할 메시
지 수가 기하 수 으로 증가할 수 있다. 한, RREQ
메시지 송 과정에서 더 이상 RREQ 메시지를 송할
수 있는 피어가 존재하지 않을 경우에는 메시지를 우회
하여 송하거나 복 인 경로에 메시지를 재 송하게
된다. 이러한 문제 을 해결하기 해 제안하는 기법에
서는 피어의 RREQ 메시지를 목 지 피어에게 송할
때 목 지 피어와의 방향성을 고려한다. 이를 해 각
피어들은 2-홉 정보를 유지하고 2-홉 내에 존재하는 피
어의 치를 고려하여 목 지 피어 방향에 존재하는 피
어에게만 RREQ 메시지를 송한다.
본 논문에서는 멀티 홉 통신을 통해 라우 경로를
생성하기 한 RREQ 메시지를 달하는 피어를 포워
딩 피어(forwarding peer)라 하고 라우 경로에 따라
실제 데이터를 송하는 피어를 송 피어(delivery
peer)라 한다. 각 피어들은 자신의 2-홉 내에 존재하는
피어들의 정보를 라우 테이블과 치 테이블에 장
한다. 치 테이블에는 이웃한 피어들의 치 정보를
장하는 테이블로 <pid, pos, pvv> 구조로 장한다. 이
때, pid는 이웃 피어의 식별자, pos는 치 정보, pvv는
이동 방향 벡터를 나타낸다. 라우 테이블은 2-홉 존
재하는 피어들의 연결 정보를 장하는 테이블로 <hop,
pid, pass> 구조로 장한다. 이때, hop는 pid와 통신
홉 수, pass는 pid에 연결된 이웃 피어 정보 목록을
장한다.
소스 피어와 RREQ 메시지를 수신한 피어들은 2-홉
내에서 존재하는 피어들의 치와 통신 임계치를 고려
하여 포워딩 피어를 선택한다. RREQ 메시지를 수신한
피어 다음 조건 세가지를 모두 만족할 경우 RREQ
메시지를 송할 포워딩 피어로 선택한다.
(조건1) 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 통
신 임계치를 만족
(조건2) 자신의 1-홉 내에 존재하는 이웃 피어 목
지 피어 방향성을 만족
(조건3) 포워딩 피어의 이웃 피어는 목 지 피어 방
향성을 만족
통신 임계치는 RREQ 메시지를 수신한 피어들이 이
웃 피어와 데이터를 송할 때 소요되는 최소 시간이다.
통신 임계치를 만족하지 못할 경우 해당 피어는 실제
데이터를 송하는 과정에서 이웃 피어와 연결성이 보
장하지 못하여 데이터를 송하지 못한다. 따라서 통신
임계치를 만족하지 못하는 피어는 RREQ 메시지를
송할 포워딩 피어에서 제외된다. 목 지 피어 방향성은
자신의 이웃한 피어들 에서 목 지 피어 방향에 존재
하는 피어인지를 별하기 해 사용한다. RREQ 메시
지를 수신한 피어 Nr과 목 지 피어 Ns의 재 치
를 각각(xr, yr), (xe, ye)라 하고 피어 Nr의 1-홉 내에
존재하는 피어 Ni 의 치를 (xi, yi)하자. 목 지 피어
방향성은 식 (1)과 식 (2)를 만족해야 한다. 이때, 는
(xe - xr, ye - yr), 는 (xi - xr, yi - yr), R는 1-홉 통신
거리이다.
≤ (1)
cos ≤
≤ (2)
그림 2는 소스 피어 S에서 목 지 피어 E까지의
RREQ 메시지를 송하는 과정에서 포워딩 피어를 선
택하는 과정을 나타낸 것이다. 소스 피어 S의 1-홉 내
에는 N1, N2, N5가 존재한다고 가정하자. N5는 S를 기
으로 목 지 피어 방향에 존재하지 않기 때문에 포워
176 정보과학회논문지 : 정보통신 제 40 권 제 3 호(2013.6)
그림 2 RREQ 메시지 송 과정
딩 피어로 선택되지 않는다. 이에 반해 N2는 1-홉 내에
서 목 지 피어 방향성을 만족하면서 N2의 1-홉 내에
목 지 방향성을 만족하는 N3, N4가 존재하기 때문에
포워딩 피어로 선택된다. N1은 소스 피어를 기 으로
목 지 피어 방향성을 만족하지만 N1의 1-홉 내에 목
지 피어 방향성을 만족하는 피어가 존재하지 않기 때문
에 포워딩 피어로 선택하지 않는다. 즉, 재 RREQ 메
시지를 수신한 피어 2-홉 내에 존재하는 피어들이
모두 목 지 피어 방향성을 만족하는 N2만을 포워딩 피
어로 선택한다.
RREQ 메시지를 송하는 과정에서 1-홉 내의 피어
정보만을 이용하여 RREQ 메시지를 송할 경우 1-홉
내에 존재하는 피어의 이웃한 피어가 목 지 피어 방향
성을 만족하지 못할 경우 RREQ 메시지를 송할 우회
경로를 생성하거나 RREQ 메시지를 무시하는 과정을
수행해야 한다. 이러한 과정은 체 경로를 생성하기
해 추가 인 연산을 요구하거나 불필요한 RREQ 메시
지를 배포하는 문제 이 있다. 이러한 문제 을 해결하
기 해 각 피어들이 무 많은 이웃 피어 즉, 3-홉 이
상의 이웃한 피어 정보를 유지할 경우 이웃 피어 정보
를 유지하기 해 많은 비용이 소요된다. 따라서 제안하
는 기법에서는 제안하는 기법에서는 2-홉 정보만을 유
지한다. 이를 이용하여 1-홉 내에 존재하는 피어 Ni가
목 지 피어 방향에 존재하면서 Ni의 이웃한 피어
목 지 피어 방향으로 존재하는 피어가 존재할 때만
RREQ 메시지를 송한다. 즉, 이웃한 2-홉 피어 정보
를 이용하여 목 지 피어 방향성을 만족하는 피어가 존
재할 때만 포워딩 피어로 선택한다. 이러한 과정을 통해
우회 경로를 생성하기 한 추가 비용 불필요한 메
시지 송 비용을 감소시킬 수 있으며 안정 인 라우
경로를 생성할 수 있다. RREQ 메시지를 목 지 피어까
지 송한 후 목 지 피어는 소스 피어까지의 메시지
송 경로 정보를 포함한 RREP 메시지를 생성하여 소
스 피어에게 송한다. 소스 피어에게 RREP 메시지를
송하는 과정에서 RREP 메시지를 수신한 피어들은 자
신의 라우 테이블에 RREP 메시지에 포함된 목 지
피어까지의 이동 경로 정보를 장한다. 이러한 정보는
라우 경로 상에서 데이터를 송하지 못할 경우 체
경로를 생성하기 해 사용된다.
3.3 경로 선택
목 지 피어와의 방향성과 2-홉 정보를 사용하여
RREQ 메시지를 송하고 이에 한 응답으로 RREP
메시지를 수신하면 RREP 메시지에 포함된 경로 정보를
이용하여 목 지 피어로 데이터를 송할 최 의 라우
경로를 생성해야 한다. 만약 데이터 송이 가능한
다수의 경로가 존재할 경우 실제 데이터를 송할 최
의 라우 경로를 선택해야 한다. 데이터 송 비용은
소스 피어에서 목 지 피어로 데이터를 송하기 한
홉 수에 의해 결정된다. 그러나 피어들 사이에 연결성이
낮을 경우 즉, 두 피어들 사이에 통신 가능한 시간이 짧
을 경우 실제 데이터를 송하는 과정에서 체 경로를
생성하는 비용이 소요된다. 따라서, 제안하는 기법에서
는 경로 연결성과 홉 수를 모두 고려하여 실제 데이터
를 송할 라우 경로를 선택한다.
경로 연결성은 라우 경로 상에 존재하는 피어들 사
이에 연결 가능 최소 시간으로 정의한다. 소스 피어에서
목 지 피어로 데이터를 송하기 한 라우 경로 Ri가
{
⋯ }라고 할 때, 경로 연결성 CT(Ri)는
식 (3)과 같다. 식 (3)은 라우 경로 상에 존재하는 피
어들 사이에 안정 으로 통신이 가능한 시간을 계산한
것으로 이웃한 피어들 사이에 통신 가능한 시간 TIi 의
최소값으로 계산한다. 식 (3)에서 TIi 는 라우 경로 상
에서 이웃한 두 피어들 사이의 최 연결 가능 시간으
로 식 (4)와 같이 계산한다. 제안하는 기법에서는 RREP
메시지를 송하면서 RREP 메시지를 송하는 피어의
재 치와 치 벡터를 RREP 메시지에 포함하여
송한다. 이를 통해 각 피어에 한 t 시 의 치를 계
산한다. t 시 에서 피어 의 치를
라고
할 때 Max(t)는 | -
|≤R을 만족하
는 최 시각으로 이웃한 두 피어 와
의 최
통신 가능 시각을 나타낸다. 한, Tout는 재 시각
을 나타내며 | -
|는 t 시 에서 피
어 와
의 거리를 의미한다.
CT(Ri) = Min(TIi), 1≤ i≤ k - 1 (3)
TIi = Max(t) - Tout (4)
를 들어, 그림 3과 같이 라우 경로가 생성되었다
고 가정하자. 그림 3에서 피어들 사이의 숫자는 피어들
사이의 통신 가능 시간을 나타낸다. 소스 피어가 RREP
메시지를 수신하여 수집한 경로 정보가 표 1과 같다고
하자. 데이터 송이 가능한 6개의 경로 홉 수와 경
모바일 에드혹 환경에서 치 기반 P2P 라우 기법 177
그림 3 링크 연결성
표 1 소스 라우 테이블
경로명 경로 홉수 경로 연결성
R1 {S, N1, N4, N5, E} 4 16
R2 {S, N2, N3, N6, E} 4 15
R3 {S, N2, N4, N5, E} 4 15
R4 {S, N1, N2, N3, N6, E} 5 15
R5 {S, N1, N4, N3, N6, E} 5 16
R6 {S, N1, N3, N4, N5, E} 5 18
로 연결성이 가장 우수한 R1를 라우 경로를 선택한다.
3.4 체 경로 생성
모바일 P2P 환경에서는 피어의 이동성으로 인해
기 설정된 라우 경로로 데이터를 송하지 못하는 경
우가 발생한다. 따라서, 데이터 송을 수행할 체 경
로를 생성해야 한다. 만약 데이터를 송하는 과정에서
기 라우 경로를 생성하는 것과 동일한 과정을 통해
체 경로를 생성할 경우 데이터 송 지연은 물론
RREQ/RREP 메시지를 추가 으로 송해야 한다. 이
러한 문제 을 해결하기 해 제안하는 기법에서는
RREP 메시지를 송하는 과정에서 각 피어들이 장한
목 지 피어까지의 라우 정보를 이용하여 체 경로
를 생성한다.
를 들어, 그림 4(a)와 같이 데이터를 송하는 라우
경로로 {S, N2, N4, N5, E}가 사용되고 있다고 가정
하자. 재 경로를 통해 데이터를 송하는 과정에서 N4
가 이동을 할 경우 N2는 기존 라우 경로로 데이터
송이 불가능하다. 따라서 N2는 자신의 라우 테이블을
이용하여 체 경로를 생성한다. N2가 표 2와 같이 라
우 테이블에서 장하고 있다면 그림 4(b)와 같이 N4
를 포함하는 경로를 제외한 R1과 R2를 체 경로의 후
보로 사용할 수 있다. R1과 R2에 해 재 시 에서
피어들 사이의 경로 연결성을 계산하고 홉 수가 짧으면
서 경로 연결성이 좋은 경로를 체 경로를 생성한다.
그림 4에서는 홉 수가 은 R1을 체 경로를 선택한다.
만약 라우 테이블에 통신 임계치 내에서 통신이 가
능한 피어가 존재하지 않거나 라우 테이블에 체 경
로를 생성할 수 있는 경로가 존재하지 않을 경우 라우
N4가 이동하기
N4의 이동 후
그림 4 체 경로 생성 과정
표 2 N2 라우 테이블
경로명 경로 홉수 연결성
R1 {S, N2, N3, N6, E} 3 16
R2 {S, N2, N3, N6, N5, E} 4 18
R3 {S, N2, N3, N4, N5, E} 4 24
R4 {S, N2, N3, N4, N5, N6, E} 5 19
R5 {S, N2, N4, N3, N6, E} 4 16
R6 {S, N2, N4, N3, N6, N5, E} 5 21
R7 {S, N2, N4, N5, E} 3 18
R8 {N2, N4, N5, N6, E} 4 16
경로를 재생성한다. 이를 해 라우 경로 상에서
데이터를 송하지 못하는 피어는 소스 피어로 송 실
패 메시지를 달한다. 송 실패 메시지를 수신한 소스
피어는 기 라우 경로를 생성한 과정을 재수행한다.
4. 성능 평가
제안하는 기법의 우수성을 입증하기 해 치 기반
라우 기법 최근에 연구된 LPBR[9]과 성능 평가를
수행한다. 성능 평가는 피어 개수를 변화해 가면서 요청
/응답의 메시지 수를 비교하 다. 실험은 피어들 사이에
통신은 하나의 통신 채 을 통해 RREQ/RREP 메시지
를 멀티캐스 한다고 가정하고 시뮬 이션을 수행한다.
실험 환경은 표 3과 같이 400m×400m 환경에서 150～
250개의 피어를 생성하고 피어들의 기 치를 랜덤하
게 배치시킨다. 한, 각 피어들의 통신 반경은 40m로
고정하고 피어의 이동 방향과 속도를 랜덤하게 변화시
키면서 라우 비용을 평가한다. 시뮬 이션은 RAM
178 정보과학회논문지 : 정보통신 제 40 권 제 3 호(2013.6)
표 3 실험 환경
라미터 값
모바일 네트워크 크기(m*m) 400×400
배포된 피어 개수(개) 150, 200, 250
피어 통신 반경(m) 40
통신 각(radian) 30, 45, 60
6GB, CPU Intel Core(TM)2 Duo, Windows 7 Ultimate
K OS 컴퓨터에서 JAVA 언어로 개발하 다. LPBR은
체 네트워크에 라우 경로 생성을 한 RREQ 메시
지를 로드캐스 한다. 제안한 기법과 동일한 조건에서
성능 평가를 수행하기 해 LPBR의 통신 가능한 각을
제한하 다. 이때, 통신 각은 목 지 피어 방향성을 평
가하기 해 사용하는 기 으로 식 (2)에서 사용되는
값을 의미한다.
라우 경로 생성 비용을 평가하기 해 라우 경로를
생성하기 해 송되는 메시지 수를 측정하 다[12].
경로 생성 체 경로 선택의 효율성을 측정하기
해 통신 각과 피어 수를 변화하며 송되는 총 메시지
수를 측정하 다. 그림 5는 제안하는 기법에서 통신 각
과 피어 수의 변화에 따른 메시지 수를 비교한 것이다.
실험 평가 결과 통신 각과 피어 수에 변화에 따라 메시
지 수가 기하 수 으로 증가하는 것이 확인할 수 있다.
통신 가능한 범 즉, 통신 각을 감소시킬 경우 라우
경로 탐색과 체 경로 생성을 해 송되는 메시지
수가 감소되는 것을 확인할 수 있다.
그림 6은 LPBR과의 성능 평가를 해 같은 방향각
을 90도로 설정하여 피어 수에 따른 메시지 수를 비교
평가하 다. 제안하는 기법은 통신 가능 범 에 한 제
한 뿐만 아니라 2-홉 피어 정보를 이용하여 목 지 피
어 방향에 존재하는 피어에게만 RREQ 메시지를 송
한다. 한, 라우 경로 탐색하는 과정에서 RREP 메시
지에 포함된 목 지 피어까지의 경로 정보를 각 피어들
이 장하여 체 경로를 생성하는데 활용한다. 이로 인
해 LPBR과 성능 평가를 수행한 결과 우수한 성능을 나
그림 5 피어 수에 따른 라우 통신 비용
그림 6 기존 LPBR와의 메시지 수 비교
그림 7 생성된 라우 경로
타내었다. 비교 평가 결과 피어 수 250개의 환경에서
15%의 메시지 수가 감소한 것을 확인할 수 있었다.
그림 7은 피어의 수가 250개 일 때 LPBR과 제안하는
기법에서 설정한 라우 경로를 나타낸 것이다. 그림 7
에서 빨강색 선으로 표시한 것은 제안하는 기법에서 생
성한 라우 경로이며 녹색 선으로 표시한 것은 LPBR
에서 생성한 라우 경로이다. 라우 경로를 생성한 결
과 LPBR은 제안하는 기법에 비해 다양한 라우 경로
를 생성한다. 즉, 체 네트워크에서 데이터를 송 가능
한 다양한 우회 경로를 생성한다. 그러나 최 의 라우
경로를 생성하 을 때에는 라우 홉 수가 거의 유사함
을 보인다. 즉, 제안하는 기법은 은 메시지를 송하면
서도 LPBR와 실제 라우 비용이 거의 유사함을 확인
할 수 있다.
4. 결론 향후 연구
본 논문에서는 모바일 P2P 네트워크에서 라우 경
로생성 비용을 감소시키면서 안정 인 라우 경로 유
모바일 에드혹 환경에서 치 기반 P2P 라우 기법 179
지하기 한 치 기반 라우 기법을 제안하 다. 제안
하는 기법은 이웃한 2-홉 정보를 이용하여 방향성
연결성을 고려하여 라우 경로를 생성한다. 성능 평가
결과 제안하는 기법은 기존 기법에 비해 라우 경로
생성 비용을 감소시키면서 안정 인 라우 경로를 생
성한다는 것 확인할 수 있었다. 향후 연구로 통신 비용
라우 비용을 감소시키기 한 라우 경로 생성
기법을 진행할 정이며 이동성 토폴로지 변화에 따
른 다양한 실험을 추가 으로 실험할 정이다.
참 고 문 헌
[ 1 ] Y. Son, B. Cha, K. Kim, D. Han, "TP2P: Topo-
logy-based Peer-to-Peer System for Efficient
Resources Lookup," Journal of KIISE : Information
Networking, vol.34, no.2, pp.88-99, Apr. 2007. (in
Korean)
[ 2 ] D. T. Ahmed and S. Shirmohammadi, "Design
Issues of Peer-to-Peer Systems for Wireless Ad
Hoc Networks," Proc. International Conference on
Networking, p.26, 2007.
[ 3 ] K. S. Bok, D. W. Kwak, and J. S. Yoo, "A
Resource Discovery with Data Dissemination over
Unstructured Mobile P2P Networks," KSII
Transactions on Internet and Information Systems,
vol.6, no.3, pp.815-834, 2012.
[ 4 ] R. Haw, C. S. Hong, and D. S. Kim, "Group P2P
Network Organization in Mobile Ad-Hoc Network,"
Proc. Asia-Pacific Network Operations and Mana-
gement Symposium, pp.477-480, 2009.
[ 5 ] O. Wolfson, B. Xu, and R. M. Tanner, "Mobile
Peer-to-Peer Data Dissemination with Resource
Constraints," Proc. International Conference on
Mobile Data Management, pp.16-23, 2007.
[ 6 ] J. S. Han, J. W. Song, T. H. Kim and S. B.
Yang, "Double-layered Mobile P2P Systems Using
Energy-Efficient Routing Schemes," Proc. Tele-
communication Networks and Applications Confer-
ence, pp.122-127, 2008.
[ 7 ] J. H. Lee, J. W. Song, Y. H. Lee and S. B. Yang,
"An Energy-Effective Routing Protocol for Mobile
P2P Systems," Proc. International Symposium on
Wireless Pervasive Computing, pp.1-5, 2009.
[ 8 ] N. Shah and D. Qian, "Context-Aware Routing
for Peer-to-Peer Network on MANETs," Proc.
International Conference on Networking, Architec-
ture, and Storage, pp.135-139, 2009.
[ 9 ] N. Meghanathan, "A Location Prediction based
Routing Protocol and Its Extensions for Multicast
and Multi-path Routing in Mobile Ad Hoc Net-
works," Journal of Ad hoc Networks, vol.9, no.7,
pp.1104-1126, 2011.
[10] X. Hu, J. Wang, and C. Wang, "Mobility-adaptive
Routing for Stable Transmission in Mobile Ad
Hoc Networks," Journal of Communications, vol.6,
no.1, pp.79-86, 2011.
[11] M. Kang, D. Kum, J. Bae, Y. Z. Cho, and A. Le,
"Mobility Aware Hybrid Routing Protocol for
Mobile Ad Hoc Network," Proc. International
Conference on Information Network, pp.410-414,
2012.
[12] M. Woo, S. Singa, and C. S. Raghavendra, "Power-
Aware Routing in Mobile Ad Hoc Networks,"
Proc. International Conference on Mobile Compu-
ting and Networking, pp.181-190, 1998.
손 인 국
2012년 2월 충북 학교 정보통신공학과
공학사. 2012년 3월～ 재 충북 학교
정보통신공학과 석사과정. 심분야는 모
바일 네트워크, 무선 센서 네트워크,
치 기반 서비스, 빅 데이터, 클라우드 컴
퓨 등
유 재 수
정보과학회논문지 : 정보통신
제 40 권 제 1 호 참조
복 경 수
1998년 2월 충북 학교 수학과 이학사.
2000년 2월 충북 학교 정보통신공학과
공학석사. 2005년 2월 충북 학교 정보
통신공학과 공학박사. 2005년 3월～2008년
2월 한국과학기술원 산학과 Postdoc.
2008년 3월～2011년 2월 (주)가인정보기
술 연구소. 2011년 3월～ 재 충북 학교 정보통신공학과
빙부교수. 심분야는 데이터베이스 시스템, 자료 장 시
스템, 치기반서비스, 모바일 P2P 네트워크, 센서네트워크
RFID 등
이 석 희
1994년 2월 충북 학교 정보통신공학과
공학사. 1998년 2월 충북 학교 정보통
신공학과 공학석사. 2001년 2월 충북
학교 정보통신공학과 공학박사. 2000년
3월～ 재 동아방송 술 학교 인터랙티
콘텐츠과 부교수. 심분야는 정보검
색, 데이터베이스, 이동객체, SNS, Sensor Network 등
180 정보과학회논문지 : 정보통신 제 40 권 제 3 호(2013.6)
임 종 태
2009년 2월 충북 학교 정보통신공학과
공학사. 2011년 2월 충북 학교 정보통
신공학과 공학석사. 2011년 3월～ 재
충북 학교 정보통신공학과 박사과정.
심분야는 데이터베이스 시스템, 시공간
데이터베이스, 치기반 서비스, 모바일
P2P 네트워크 등
이 하
2006년 7월 운남 학교 컴퓨터공학과 공
학사. 2010년 8월 충북 학교 정보통신
공학과 공학석사. 2010년 8월～ 재 충
북 학교 정보통신공학과 박사과정. 심
분야는 데이터베이스 시스템, 모바일 네
트워크 등
