ZigBee 기반의 무선 네트워크에서 이동성을 고려한

2009년 한국실천공학교육학회 학술발표대회 논문집. Vol.1, No.1, 2009

개선된 AODV 라우팅 프로토콜의 연구

성춘향*,  홍길동**

*한국대학교,  **나라대학교

*hankuk@han.ac.kr, **nara@nara.ac.kr

A Study on Improved AODV Routing Protocol for

Mobility based on ZigBee

Chun-Hyang Sung*,  Gil-Dong Hong**

*Hankuk University    **Nara University

요  약

본 논문에서는 기반 망 없이 네트워크 구축이 이루어지는 Ad-hoc 네트워크 기술이 다양한 방면에서 활용되고 있다. 특히 ZigBee는 저 전력 통신을 위하여 설계 되었으며 구조가 간단하여 데이터양이 많지 않은 분야에서 사용하기에 적합한 기술이다. 이러한 ZigBee 네트워크의 라우팅은 Ad-hoc 네트워크에서 널리 사용하는 AODV(Ad-hoc On Demand Distance Vector) 라우팅 프로토콜을 이용한다. AODV 라우팅 프로토콜은 데이터의 전송 요청이 있을 때에만 라우팅 경로를 탐색하는 Reactive 방식의 라우팅 프로토콜로, 노드의 이동이 빈번한 무선 Ad-hoc 네트워크에서 많이 사용된다. 하지만 한번 설정된 라우팅 경로는 Lifetime 필드의 값이 지정한 시간까지 변화하지 않기 때문에, 노드의 이동에 따른 새로운 최적의 경로가 발생하여도 Lifetime에 의하여 계속 기존의 라우팅 경로를 이용하여 데이터가 전송되어 이동성이 많은 ZigBee 환경에서 최적의 성능을 나타낼 수 없다.

이에, 본 논문에서는 ZigBee 기반의 무선 네트워크에서 빈번한 이동을 고려한 AODV 라우팅 프로토콜의 개선 방법을 제안하고 그 성능을 시험 하였다.

Key Words : AODV, ZigBee, Wireless Network, Mobility, Routing

Ⅰ. 서 론

무선 네트워크 기술의 급격한 발전으로 인하여 다양한 분야에서 기존의 유선 네트워크 환경을 무선 네트워크 환경으로 변화시키기 위한 많은 시도를 하고 있다. 특히, ZigBee는 저 전력 통신을 위하여 설계 되었으며 구조가 간단하여 데이터양이 많지 않은 분야에서 사용하기에 적합한 기술이다[1-3]. 또한, 별도의 라우터 없이 단말 노드 사이에서 라우팅이 이루어지는 Ad-hoc 네트워크 형태를 지원하여 노드의 이동이나 추가를 할 경우에 별도의 네트워크 구성을 위한 작업이 필요하지 않다. 이러한 네트워크의 라우팅을 지원하기 위하여 ZigBee에서는 Ad-hoc 네트워크에서 널리 사용하는 AODV 라우팅 프로토콜을 이용한다[4].

AODV 라우팅 프로토콜은 데이터의 전송 요청이 있을 때에만 라우팅 경로를 탐색하는 reactive 방식의 라우팅 프로토콜로 노드의 이동이 빈번한 무선 Ad-hoc 네트워크에서 많이 사용된다. 하지만 한번 설정된 라우팅 경로는 lifetime 필드의 값이 지정한 시간까지 변화하지 않아 노드의 이동에 따른 새로운 최적의 경로가 발생하여도 lifetime에 의하여 계속 기존의 라우팅 경로를 이용하여 데이터가 전송된다[5],[6].

2021년 한국실천공학교육학회 학술발표대회 논문집. Vol.13, No.1, 2021

이에, 본 논문에서는 기존의 AODV 라우팅 프로토콜의 문제점을 개선한 개선된 AODV 라우팅 프로토콜을 제안하고 QualNet 4.5 네트워크 시뮬레이션 프로그램을 활용하여 그 성능을 평가 하였다.  본 논문의 구성은 다음과 같다. 제 Ⅱ장에서는 ZigBee 기술에 대하여 알아본다. 제 Ⅲ장에서는 기존의 AODV 라우팅 프로토콜에 대하여 기술하고, 이동성이 빈번한 ZigBee 기반의 네트워크에서 성능을 향상시킬 수 있는 개선된 AODV 라우팅 프로토콜을 제안한다. Ⅳ장에서 성능 분석을 위한 네트워크 시뮬레이션 프로그램에 대한 소개와 시뮬레이션을 위한 시나리오를 설계한다. 그리고 정해진 시나리오에 맞추어 수행한 네트워크 시뮬레이션 결과를 분석한다. 마지막으로 제 Ⅴ장에서는 본 논문의 결론을 맺는다.

Ⅱ. 본 론

ZigBee 기술은 응용, 네트워크, MAC (Medium Access Control), 그리고 물리 계층으로 구성되어있다. ZigBee에서 MAC과 물리 계층은 IEEE 802.15.4에서 가져온 것으로 실질적으로 ZigBee가 직접 표준화한 것은 네트워크와 응용 계층이다.

1. ZigBee Alliance

ZigBee Alliance의 표준화 범위는 IEEE 802.15.4 에서 표준화를 마친 물리 계층과 MAC 계층의 상위계층으로, 네트워크 계층과 응용 계층에 대한 표준을 제정하였다[7]. 이 가운데 응용 계층은 서브레이어인 APS (Application Support Layer)와 APF (Application Framework) 그리고 ZDO (ZigBee Device Object)로 구성되어있다. 응용 계층은 ZigBee Alliance에서 APS와 ZDO까지 표준화를 하였고, APF는 벤더들에게 맡기고 있다.

그림 1. ZigBee Alliance의 표준화 범위

(1) 기존의 프로토콜과의 차이점

기존의 AODV 라우팅 프로토콜은 한 번 정해진 라우팅 경로가 물리적인 링크 해제로 인하여 파기되지 않는 한 지속적으로 유지된다.

표 1. 고정된 노드에서의 AODV 라우팅 테이블

Time	Source	DES	Next Hop	Hops
60	0	4	1	3
90		0	0	1
		4	1	3
100		4	1	3

2. ZigBee 개발을 위한 소프트웨어

ZigBee 개발을 위해서는 다음과 같은 세 가지 방법이 있다[8].

중간 생략

Ⅴ. 결 론

본 논문에서는 ZigBee 기반의 무선 네트워크에서 최적의 성능을 나타내기 위한 개선된 AODV 라우팅 프로토콜을 제안하고, ZigBee 기반의 무선 네트워크를 구성하여 QualNet4.5 네트워크 시뮬레이션 프로그램을 통해 그 성능을 시험하였다.

감사의 글

본 연구는 2013년 혁신사업으로 수행되었습니다.

참고문헌

[1] IEEE Std 802.15.4™-2003 Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC)    and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Are    a Networks (LR-WPANs), 2003.

[2] Jose A. Gutierrez, "IEEE 802.15.4 Tutorial", Document of IEEE 802.11   5-03/    036, Jan.  2003.

[3] 최동훈, 배성수, 최규태, “지그비 기술과 활용”, 도서출판 세화, 2007. 02.

[4] Ran Peng, Sun Mao-heng, Zou You-min,“ZigBee Routing Selection Strategy Based on Data Services and Energy-balanced ZigBee Routing”, Proceedings of the 2006 IEEE Asia-Pacific Conference on Services Computing, 2006.

[5] Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing. Available at: http://moment.cs.     ucsb.edu/AODV/aodv.html.

[6] C. Perkins, E. Belding-Royer, and S. Das,  "Ad hoc On-Demand Distance Vec     tor (AODV) Routing," IETF RFC3561, July 2003.