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1 차세대자동차를위한 ad hoc 네트워킹의설계및구현 The implementation of next generation vehicle network using ad hoc 2005 年 西江大學校大學院 電子工學科 金在炫

2 차세대자동차를위한 ad hoc 네트워킹의설계및구현 The implementation of next generation vehicle network using ad hoc 指導敎授 張柱旭 이論文을工學碩士學位論文으로提出함 2005 年 6 月 西江大學校大學院 電子工學科 金在炫

3 論文認准書 金在炫의工學碩士學位論文을認准함 2005 年 6 月 主審尹相元 印 副審張柱旭 印 副審金泳祿 印

4 제목차례 제목차례 i 표차례 ii 그림차례 iii Abstract iv 요약 v 제 1 장서론 1 제 2 장애드혹네트워크 Ad hoc network 의개념 모바일애드혹네트워크 프로액티브방식의애드혹프로토콜 리액티브방식의애드혹프로토콜 하이브리드방식의애드혹프로토콜 모바일통신을위한모빌리티모델 랜덤웨이포인트모델 그룹모빌리티모델 고속도로모빌리티모델 시가지모빌리티모델 2 제 3 장애드혹을이용한차량네트워크 애드혹을이용한차량네트워크의개요 기존연구의문제점 시뮬레이션을통한방법 테스트베드를이용한방법 차량네트워크에적합한애드혹시뮬레이션 시뮬레이션및실제실험값 시뮬레이션을통한실제망에서의유추 28 제 4 장애드혹모드에서의시뮬레이션및테스트베드구축 옵넷시뮬레이션 a 옵넷시뮬레이터 03

5 4.1.2 실험환경 실험결과및분석 테스트베드구축을통한실험 실험환경 실험결과및분석 시뮬레이션과실측실험의비교분석 41 제 5 장애드혹라우팅시뮬레이션 옵넷을이용한시뮬레이션 OPNET 10.5a 시뮬레이터 파라미터모델링 시뮬레이션결과 차량기반애드혹네트워크 52 제 6 장결론및향후연구과제 54 참고문헌 57

6 표차례 [ 표 4-1] 테스트베드구축을통한 ad hoc 네트워크실험 63 [ 표 4-2] TCP와 UDP를이용하여차량사이의거리에따른 throughput 83 [ 표 4-3] 강변북로와도심에서 TCP와 UDP를이용하여 throughput 측정 14 [ 표 5-1] 거리에따른전송율 50 [ 표 5-2] DSR 을이용한멀티전송 51 [ 표 5-3] AODV 을이용한멀티전송 51

7 그림차례 [ 그림 2-1] ad hoc network 의개념도 4 [ 그림 2-2] 라우팅방식에따른애드혹라우팅프로토콜의분류 6 [ 그림 2-3] DSDV 운영방식개념도 8 [ 그림 2-4] WRP 알고리즘의라우팅개념도 9 [ 그림 2-5] FSR 알고리즘계층화개념도 10 [ 그림 2-5] ZRP 라우팅프로토콜 1 [ 그림 2-6] DSR 에서의라우팅경로검색개념도 12 [ 그림 2-7] DSR 에서의라우팅경로유지개념도 13 [ 그림 2-7] 랜덤웨이포인트모빌리티모델의노드움직임 13 [ 그림 2-8] AODV 에서의경로설정개념도 14 [ 그림 2-9] ZRP 에서의라우팅개념도 16 [ 그림 2-10] LANMAR 에서의라우팅개념도 17 [ 그림 2-11] SHARP 라우팅프로토콜 18 [ 그림 2-12] 랜덤웨이포인트모빌리티모델의노드움직임 19 [ 그림 2-13] 그룹모빌리티모델 20 [ 그림 2-14] 고속도로모빌리티모델 21 [ 그림 2-15] 시가지모빌리티모델 2 [ 그림 3-1] 베이스스테이션및애드혹을이용한차량네트워크 24 [ 그림 3-2] 시스템구성 26 [ 그림 3-3] 측정시나리오 26 [ 그림 3-4] 애드혹라우팅적용결과도출방법 28 [ 그림 4-1] 옵넷시뮬레이터의인터페이스 30 [ 그림 4-2] 옵넷노드의특성 31 [ 그림 4-3] 시뮬레이션토폴로지 31 [ 그림 4-4] 각종파라미터입력창 32 [ 그림 4-5] 노드간전송율 3 [ 그림 4-6] 노드간전송지연시간 34 [ 그림 4-7] 시스템구성 35 [ 그림 4-8] 차량의거리에따른 throughput (TCP) 37 [ 그림 4-9] 차량의거리에따른 throughput (UCP) 83 [ 그림 4-10] 강변북로에서의 throughput (TCP) 93 [ 그림 4-11] 강변북로에서의 throughput (UDP) 93 [ 그림 4-12] 도심에서의 throughput (TCP) 04 [ 그림 4-13] 도심에서의 throughput (UDP) 04

8 [ 그림 5-1] 옵넷애드혹라우팅시뮬레이터 43 [ 그림 5-2] 고속도로모델 43 [ 그림 5-3] 시가지모델 4 [ 그림 5-4] 트랙픽생성 45 [ 그림 5-5] 이동속도및이동방향입력창 45 [ 그림 5-6] 라우팅경로변화에따른데이터전송 46 [ 그림 5-7] 라우팅메시지 47 [ 그림 5-8] 데이터전송 48 [ 그림 5-9] 애드혹을이용한데이터전송 49 [ 그림 5-10] 멀티미디어데이터전송 50 [ 그림 5-11] DSR 전송율 52 [ 그림 5-12] AODV 전송율 52

9 Abstract This thesis identifies experimental problems facing the engineers who are responsible for vehicle network using ad-hoc routing algorithm. A mobile ad-hoc network(manet) is a collection of wireless mobile nodes forming a temporary network without exiting infrastructure. Currently, Random waypoint is the commonly used mobility model in the vehicle to vehicle(v2v) network. However, it is not sufficient to capture some important mobility characteristics of scenarios in V2V network. So this paper analyzes the V2V network using Freeway and Manhattan mobility model with OPNET. Based on these models several group scenarios are carefully chosen to real V2V communication group. In this thesis, we have measured transmission characteristics for sending and receiving high data volumes using TCP and UDP in vehicles moving at different speeds that pass another car(a laptop with a PCMCIA IEEE b adapter). And we compare experimental result with OPNET simulation result over V2V network. In addition to we examine the performance of the TCP and UDP protocol to modify ad-hoc routing algorithm for data transfers in V2V network. Our results show that the mobility model and Ad-hoc routing algorithm are suitable for V2V network.

10 요약 본논문에서는차세대자동차의네트워크를구성하기위한방안으로 ad hoc 네트워 킹을설계및구현하였다. 차세대자동차의 ad hoc 네트워크에서는일반적인 ad hoc 네트워크환경과는달리차량의 mobility model을고려하여설계되어야한다. 하지만기존의 ad hoc 네트워크의 mobility model인 random waypoint mobility model은일반적인차량의움직임을고려하지못한다. 또한차량의움직임을고려한 highway mobility model 및 Manhattan mobility model 또한 ad hoc 네트워크에대한전체적인성능평가를분석하기용이하지만차량으로이루어진그룹의움직임및그룹내에서의성능평가를분석하기에는적합하지않다. 따라서본논문에서는 highway mobility model 및 Manhattan mobility model을이용하여그룹의이동시나리오를제시하고그룹내에서의데이터통신에고려되어야할점인컨트롤오버헤드및라우팅경로의발견등에관하여실험하고분석하였다. 또한본논문에서는차량에 b 기반의차량용테스트베드를구축하고이를이용하여실험한데이터와옵넷에서의데이터비교를통하여실제차량에애드혹라우팅알고리즘이적용되었을때의예상결과를도출하였다. 옵넷시뮬레이터를이용하여 b 기반에애드혹라우팅알고리즘을적용하고, TCP, UDP를이용하여 FTP 데이터및영상데이터를차량사이에주고받을수있는시뮬레이션네트워크를설계를하고이를이용하여성능을분석하였다. 시뮬레이션결과전송률이 3.3Mbps 이하에서는손실이거의없이전송되는것을확인할수있었다.

11 제 1 장서론 베이스스테이션이중심이된기존의네트워크와비교하여애드혹네트워크는자동차간에정보교환이잦은환경에서보다적합한네트워크이다. 이를구성하기위하여현재가장많이이용되고있는무선네트워크표준인 IEEE 을이용한다. 하지만이렇게고속으로이동중인자동차간의네트워크는일반적으로가정이나회사에서사용되고있는네트워크와의환경이다르기때문에이에대한분석이필요하다. 기존에는사무실같은실내환경에서 을기반으로한무선 LAN을이용한네트워크의성능분석을하였다 [2]. 이러한환경은고정된베이스스테이션이있고, 한정되고빠르지않은노드간의통신이기때문에고속으로이동중인자동차를이용한네트워크에서의환경과는다르다. 따라서속도, 이동성을고려한환경에서의네트워크성능분석이필요하다. 위에서설명한대로자동차에적용할수있는네트워크는두가지방식이있다. 하나는베이스스테이션을이용하여네트워크를구성하는방식이고 [3], 다른하나는애드혹네트워크를이용하여네트워크를구성하는방식이다. 그러나베이스스테이션을이용한방식은베이스스테이션을설치하는데너무많은비용이필요하다. 각거리의코너, 신호등, 주유소, 비상전화, 주차장등곳곳에베이스스테이션을설치해야한다. 또한이러한베이스스테이션을연결하기위한별도의비용도필요하다. 기존네트워크및베이스스테이션없이차량과차량사이의데이터전송을위한기술들이연구되고있으나대체로베이스스테이션을이용한연구가진행되고있다. 대표적인연구로 5.9 GHz 대역의 DSRC (Dedicated Short Range Communications) 가있다. DSRC는차량과차량, 차량과노변장치의통신을위한중 단거리기술표준으로차후진행될 ITS사업의핵심으로부상하고있다 [15]. 유럽을중심으로진행된 Fleetnet는 IPv6를이용하여도로상의고정된통신용게이트를통하여네트워크망에접속한는방법및가능성에대하여연구하였다 [16]

12 Hitachi는 IP 기반 및 GPS를이용하여차량애드혹네트워크를구현하여차량과차량을이용하여노변장치와통신할수있는네트워크를연구하였다 [17]. 기존연구가노변장치와움직이는차량과의전송율을측정함으로써그성능평가및유용성을검증하였다. 이는차량에서비스를제공하기위한관점에서바라본연구였다. 이러한연구는베이스스테이션이제공되어야하며따라서베이스스테이션이없는장소에서는새로이베이스스테이션을설치해야하는것과설치가용이하지않는지역에서는통신에안된다는단점이있다. 차량과차량의데이터통신이발생하는경우는대체로여러차량이움직이는경우, 차량이그룹을지어이동하는경우가많다. 회사내출장이나동호회등차량들간의그룹통신및차량과차량의데이터전송이많이요구되는경우가많다. 따라서베이스스테이션을이용하지않고자율적으로네트워크구성이가능한애드혹라우팅을차량에적용하는것이큰이점으로작용할것으로본다. 본논문에서는 b 기반, 베이스스테이션의도움이없이도자율적으로네트워크를구성하여통신이가능한애드혹라우팅알고리즘을차량에적용, 적합성을검증하였다. 먼저옵넷시뮬레이터를이용하여두차량간의전송율을측정하였다. 그리고두대의차량을이용하여실제테스트베드를구축하여서강대학교주변도로를실제로 5회씩주행하면서 TCP, UDP를이용한전송율을측정하였다. 이때시뮬레이션과같이 IEEE b 무선랜카드를이용하였으며, 트래픽생성기를이용하여한차량은서버가되고다른차량은클라이언트가되어데이터를주고받았을수있도록구현하였다. 테스트베드구현을통하여도출된결과와옵넷시뮬레이터를이용한애드혹라우팅알고리즘에서의결과를비교하고차이점을분석하였다. 이러한차이점을이용하여차량에애드혹라우팅알고리즘을적용할경우예상되는전송율등을예측하였다. 2장에서는현재까지제안된다양한모바일애드혹라우팅프로토콜과, 이의성능펼가를위한모빌리티모델에대해살펴보고, 3장에서는애드혹을이용한차량네트워크, 애드혹라우팅알고리즘의차량에대한적용방법및예상결과도출방 - 2 -

13 법에대하여살펴본다. 4장에서는옵넷시뮬레이터를이용한애드혹모드 ( 두노드간의통신 ) 에서의시뮬레이션결과와실제차량을이용한애드혹모드테스트베드구축을통한실험결과값을비교하여시뮬레이션과실제실험값과의차이에대하여논하고, 5장에서는옵넷시뮬레이터를이용하여고속도로및시가지모빌리티모델을이용하여애드혹라우팅알고리즘을적용한시뮬레이션을결과를보인다. 마지막으로 6장에서는결론및추후과제에대해논의한다

14 제 2 장 Mobile ad hoc network Ad hoc network 의개념 Ad hoc network란그림 1의왼쪽개념도와같이네트워크유지를위한기반시설없이네트워크가가능한노드들이스스로네트워크를구성하는방식을말한다. ad hoc network를구성하는노드들은자신의물리적인도달거리밖에있는다른노드와통신할수있으며, 이는중간노드들이직접통신이불가능한출발지노드와목적지노드사이에위치하여데이터를전달 (Forwarding) 해줌으로서가능해진다. [ 그림 2-1] ad hoc network 의개념도 Ad hoc network의가장큰특징은별도의기반시설 (infrastructure) 없이네트워크구성을하며, 네트워크의변화에쉽게대처가가능하다는것이다. 다시말해서네트워크를구성하는노드들만으로별도의시스템관리 (system administration) 없이네트워크상의다른노드들을발견하고네트워크를형성할수있음을의미한다. 또한기존의네트워크와같이별도의베이스스테이 - 4 -

15 션 (base station), 와이어 (Wire) 나통신케이블 (Cable), 라우터 (Router), 브리지 (Bridge) 등네트워크를구성하기위한기반시설없이네트워크구성이가능하다. 애드혹네트워크는분산운영기능을갖는다. 애드혹네트워크의노드들은보안및라우팅기능지원등을백본네트워크에의존할수가없기때문에이러한기능들은여러노드간의협력에의해분산운영된다. 일반적으로애드혹네트워크는무선, 이동, 임시네트워크에많이적용된다 모바일애드혹네트워크 (MANET : Mobile Ad-hoc Network) 모바일애드혹네트워크는이동단말기혹은이동통신시스템만으로구성된무선통신망구조로서, 이동단말기가라우터역할을수행하여패킷을송신, 수신및전달하며액세스포인트 (AP) 와같은무선기반시설을필요로하지않는다. 따라서기존의라우팅프로토콜을이용하여애드혹네트워크구성노드간통신을하게될경우, 이동성에의하여컨트롤메시지의무수한증가와그에따른채널대역폭의낭비, 그리고비효율성등의문제점이발생하여이를해결하기위해애드혹네트워크에서의 IP 라우팅을위한새로운라우팅프로토콜의개발이요구되고개발되고있다. [4,5,6,7,8,9,10,11,12,22] 그림 2와같이애드혹라우팅프로토콜은크게세가지방식으로분류되는데, 기존라우팅과유사하게항상목적지노드로의라우팅경로를라우팅테이블을이용하여유지하는프로액티브 (Proactive) 방식과애드혹네트워크의노드간에데이터를주고받을필요가발생하는경우에만라우팅테이블을만드는리액티브 (Reactive) 방식, 이두방식을적절히혼합한방식인하이브리드 (Hybrid) 방식등이있다. 이세가지방식에대해실제제안된프로토콜을중심으로좀더자세히살펴보도록하겠다

16 [ 그림 2-2] 라우팅방식에따른애드혹라우팅프로토콜의분류 프로액티브방식의애드혹프로토콜기존유선망에서의라우팅프로토콜과같이네트워크상의모든노드들이목적지로의라우팅테이블을항상유지하며이를위해일정시간간격을주기로다른노드들과라우팅정보교환을하여라우팅테이블 (Routing Table) 을업데이트한다. 시간설정과업데이트방식은제작하는방식에따라서각기다르다. 모든노드들은하나이상의라우팅테이블을유지하며라우팅업데이트메시지를브로드캐스트 (Broadcast) 하거나일정간격을통신을하여라우팅정보를교환한다. 그러나현재의유선망에서널리쓰이는라우팅프로토콜을애드혹네트워크에그대로적용할경우다음과같은문제가있다. OSPF(Open Shortest Path First) 는 Dijkstra의 SPF (Shortest Path First) 알고리즘을이용해소스와목적지간경로를설정하는방식으로링크의상태를유지하는프로토콜이다. 이방식에서의가정은각라우터에서네트워크전체의구성을알고있다는것이다. 그러므로 OSPF를운영하기위해서자신이알고있는모든라우팅정보를인접라우터들에게전달하는방식을취하므로교환하는라우팅정보의양이많다. 애드혹네트워크에이런방식이적용될경우유선망에비해상대적으로적은대역폭과노드들의큰이동성, 그리고매 - 6 -

17 체를이용하기위해서사용시간을선점, 할당받아야하는단점들로인해라우팅정보교환이어렵고대역폭낭비가심하기때문에적합하지않다. 대역폭이적기때문에단위시간동안전달가능한정보의양은제한될수밖에없으며이는통신매체를점유하는시간을늘어나게하고특정노드가통신을위해서오랜기간통신매체를점유하게되면다른노드들은전송해야할데이터를유실하게되며노드이동으로인해서변화하는네트워크구조에대해서계속주변노드에데이터를전송해야하기때문에악순환이계속되게된다.[19] RIP는이웃라우터간의정보교환을통하여라우팅테이블을설정하므로, OSPF에비하여각라우터에서유지해야하는라우팅정보의양과교환하는라우팅정보의양이적고대역폭의측면에서효율적이다. 그러나네트워크전체를대상으로올바른라우팅경로를만드는데오랜시간이소요되며 (Routing Convergence Delay) 노드연결에라우팅루프 (loop) 가발생할경우어떠한방식으로도이를수정할수없는 (Counting Infinity) 문제점이있다 [19]. 스플릿호라이즌 (Split-horizon) 과포이즌리버스 (Poisson reverse) 방식등이제안되었으나궁극적으로이문제를해결하지못하며링크상태가자주변하는애드혹네트워크의환경에서의느린라우팅수렴은치명적인문제점이된다 Destination Sequenced Distance Vector (DSDV) DSDV[5] 라우팅프로토콜은 RIP와유사하게 Bellman-Ford 라우팅알고리즘에기반하며테이블을이용한대표적인 Proactive 애드혹라우팅프로토콜로서, 네트워크내의모든노드는보낼패킷의유무와상관없이항상라우팅테이블에홉수와목적지노드의정보를유지하고있다. 애드혹네트워크에서앞서언급했던 RIP의라우팅루프 (loop) 를피할수있도록개선되었으며, 많은 - 7 -

18 양의라우팅정보교환의문제점을해결하기위해초기에만모든정보를받고 (full dump), 그이후에는변경된내용을전달하는패킷 (incremental packet) 을 사용하여라우팅정보교환을한다. [ 그림 2-3] DSDV 운영방식개념도 - 8 -

19 Wireless Routing Protocol (WRP) WRP[23] 는라우팅경로설정시에루프를피하기위한목적에서설계되기시작하였으며, 이를위해라우팅경로의두번째노드부터목적지바로이전노드까지와통신을하는특징이있고, count-to-infinity 문제점을해결하기위해각노드에서는자신의모든이웃노드로부터라우팅경로에서자신에선행하는노드 (Predecessor) 에대한정보를얻어일관성검사 (Consistency check) 를수행한다. 이웃노드와의통신을위해서 HELLO 메시지를주기적으로주고받으며, HELLO 메시지를받지못하면링크가끊어졌음을감지하는방식을취한다. WRP는거리테이블 (distance table), 라우팅테이블 (routing table), 링크비용테이블 (link-cost table), 메시지재전송리스트테이블 (message retransmission list, MRL table) 의네가지테이블을각노드에유지하며, 초기세팅후네트워크의변화가있을때업데이트메시지를통하여정보를교환한다. [ 그림 2-4] WRP 알고리즘의라우팅개념도 - 9 -

20 Fisheye State Routing (FSR) FSR[8] 은 OSPF과같이각노드에서네트워크의링크상태를유지하는 Proactive 방식의애드혹라우팅프로토콜로서, 중대규모애드혹네트워크에서라우팅정보교환으로인한네트워크트래픽증가와대역폭낭비의문제점을해결하기위해멀티레벨 fisheye 범위 (multi-level fisheye scope) 를정의하고, 목적지노드까지의거리에따른빈도를가지고이웃노드와링크상태정보를교환한다. 이웃노드로부터얻는링크상태정보로부터전체네트워크의토폴로지지도를구성하고, 목적지까지의최적의경로를계산한다. FSR은 DSDV 과같이 DBF(Distributed Bellman-Ford) 와유사한방법으로라우팅정보의업데이트를하고, 그정보를기반으로 OSPF와같이전체네트워크토폴로지맵을구성하는특징이있다. [ 그림 2-5] FSR 알고리즘계층화개념도

21 리액티브방식의애드혹프로토콜리액티브방식의애드혹라우팅프로토콜은소스노드에서네트워크로전송할데이터가생성될때까지네트워크라우팅의유지, 업데이트를위한어떠한노력도하지않는다. 전송할데이터가발생하면그때라우팅경로를검색하는작업을시작하며목적지노드까지경로를찾는다. 즉소스노드에서임의의목적지노드까지보낼데이터패킷이생성되면소스노드에서는네트워크상에서경로발견과정을통해목적지노드까지의경로를찾는다. 라우팅경로가설정되면, 데이터전송도중경로상의어떤노드의링크가유지되지않거나노드의전원이꺼지는등경로가유효하지않을때까지선택한경로를이용하여데이터를전송한다. 이러한리액티브방식의애드혹라우팅프로토콜은경로를발견하기까지의시간지연 (delay) 이있다는단점이있기는하지만네트워크구성및링크연결이동적 (dynamic) 으로변하는애드혹네트워크의특징에유연 (flexible) 하게적응할수있으며, 라우팅정보교환으로인한대역폭낭비측면에서프로액티브방식에비하여효율적이고, 라우팅루프의문제점극복에있어서쉽게대처가가능하다는장점이있다. 제안된모바일애드혹라우팅프로토콜중에서리액티브방식이프로액티브방식의프로토콜에비하여시뮬레이션또는실험결과우위를차지하고있으며, 꾸준히연구되고실제로네트워크표준안으로서구현되고있는추세이다. 리액티브모바일애드혹라우팅프로토콜에는다음과같은대표적인프로토콜이있다 Dynamic Source Routing (DSR) DSR[7] 은소스노드에서목적지노드로보낼데이터패킷이있는경우경로를찾아 (on-demand), 그경로를데이터패킷의 DSR 헤더부분에삽입하고해당경로를통하여데이터패킷을보내는소스라우팅방식의애드혹라우팅프로토콜이다. DSR에서는한번찾은경로는라우팅캐쉬 (routing cache) 에저

22 장하고, 이후에다시해당목적지노드로보낼패킷이있을경우에는새로경로를찾는과정을수행하기전에라우팅캐쉬를참조하며, 캐쉬에해당목적지노드로의경로를알고있으면이경로를통하여바로데이터패킷을전송한다. DSR은크게두가지단계 (phase) 로구성되는데, 경로발견 (Route Discovery) 와경로유지 (Route Maintenance) 가그것이다. 경로발견을위해서소스노드에서 RREQ(Route Request) 메시지를네트워크로브로드캐스트 (Broadcast) 하는데, RREQ 메시지에는목적지노드의주소와소스노드의주소, 그리고유일한식별번호 (unique identification number) 를포함한다. 브로드캐스트되는 RREQ 메시지를수신하는중간노드에서는자신의주소를메시지의경로내에추가하여다시브로드캐스트한다. [ 그림 2-6] DSR에서의라우팅경로검색개념도또한식별번호를체크하여자신이이미처리한식별번호를가지는 RREQ 이면, 자신이이미처리한 RREQ임을알고네트워크내의브로드캐스트스톰 (Broadcast Storm) 을피하기위하여패킷에대한처리를하지않고버린다 (silent drop). RREQ 메시지가목적지노드에도달하는경우, 또는중간노드에서 RREQ를받았을때목적지노드로의경로를자신의라우팅캐쉬를통하

23 여알고있는경우에는바로소스노드로 RREP(Route Reply) 메시지를보낸다. RREP 메시지를받은소스노드에서는해당경로를자신의라우팅캐쉬에추가하고데이터패킷을보내기시작한다. 데이터전송도중경로에속한중간노드의이동성 (Mobility) 또는다른이유로해당경로의연결이끊어지면 (link break), 이를감지한끊어진링크의바로이전노드에서는소스노드로 RERR(Route Error) 메시지를보내며, 이를수신한소스노드에서는라우팅캐쉬에서해당경로를지우고, 새로운경로를찾아데이터를보낸다. 링크가끊어짐을감지한중간노드에서는 RERR 메시지를보냄과동시에, 이때자신이가지고있는데이터패킷은소스로돌려보내지않고자신의라우팅캐쉬에있는라우팅경로를이용하거나또는새로운경로를찾아목적지노드로보내준다 (Packet Salvaging). [ 그림 2-7] DSR 에서의라우팅경로유지개념도

24 Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV) AODV[9] 는프로액티브로동작하는애드혹라우팅프로토콜인 DSDV를기반으로개발되었으며, DSDV와가장큰차이점은 on-demand를기반으로필요한브로드캐스트의수를줄인다는것이다. 소스노드에서보낼데이터가있는경우 DSR과마찬가지로경로를찾기위해경로발견과정을수행한다. [ 그림 2-8] AODV 에서의경로설정개념도 우선소스노드에서 RREQ (Route Request) 메시지를브로드캐스트하면 중간노드에서는이를수신시목적지노드에도달할때까지이를브로드캐스

25 트한다. 라우팅루프를방지하기위하여소스노드에서 RREQ를보낼때브로드캐스트 ID 이외에 RREQ에대한일련번호 (sequence number) 를사용하고, 중간노드에서같은 RREQ를두번이상수신하게되면이를무시한다. RREQ가목적지노드또는목적지노드로의경로를알고있는중간노드에도달하게되면해당노드에서는이전노드로 RREP(Route Reply) 를보낸다. 이때, RREP에는소스노드로의경로가기록되어있지않고, 중간노드들에서 RREQ를전달할때미리설정해놓았던역경로 (reverse path) 를통하여한홉씩 (hop-by-hop) 소스노드에게로전달된다. 즉중간노드에서 RREQ를전달할때이의일련번호에대한이전경로를유지하고있고이는일정시간이지난후에지운다. AODV는이와같은방식으로 RREP를소스노드로전달하므로대칭링크 (symmetric link) 일경우만지원하는특징이있다. 데이터전송도중링크브레이크등의이유로라우팅경로가유지되지않는경우에는라우팅경로상의바로이전노드 (upstream neighbor) 가이를감지하고링크실패통보 (link failure notification) 메시지를소스노드로보낸다. 이는별도의메시지를사용하지않고 RREP 메시지를사용하여목적지노드로의메트릭 (metric) 을무한대 (infinite) 로하여미리설정된경로를통하여전달한다. AODV는 HELLO 메시지를통하여자신이가지고있는라우팅정보를이웃노드들에게알려줄수있는데, 이는이웃노드들간에지역연결성 (local connectivity) 를유지하는데이용될수있다. 하지만 reactive 방식의 on-demand 방식으로동작이가능하므로, HELLO 메시지는 AODV의동작에있어서실제로는반드시필요하지는않다 하이브리드방식의애드혹프로토콜 프로액티브방식과리액티브방식을혼합한애드혹라우팅방식이다. 각각 의방식이가지는한계성으로인하여이를극복하기위한방안으로제시되고

26 있으며일부라우팅에는리액티브방식을적용하고일부라우팅에는프로액티 브방식을사용한다. LANMAR, ZRP 등이대표적이다 Zone Routing Protocol (ZRP) ZRP[11] 는 on-demand 애드혹라우팅프로토콜과 proactive 방식프로토콜의장점을모아제안된 hybrid 방식의애드혹라우팅프로토콜이다. 라우팅구역 (routing zone) 은 cluster와비슷한개념으로각노드가클러스터헤드 (cluster head) 의역할과다른클러스터의구성원으로동작할수있다는점이특징이다. 즉구역 (zone) 은중첩 (overlap) 될수있으며, 각노드는각구역의반경 (radius) 을라디오홉 (radio hop) 으로서설정한다. [ 그림 2-9] ZRP에서의라우팅개념도 ZRP에서라우팅구역 (routing zone) 은중심노드로부터하나, 둘또는그이상의적은홉이내의노드들로구성된다. 하나의구역안에서는테이블을사용하는 (table-driven-based) proactive 방식으로동작한다. 즉, 한구역안에서는노드들간에주기적으로라우팅정보를교환하여라우팅테이블을형성

27 하고, 같은구역에속한노드로의데이터전송시이를이용하여데이터를전송한다. 만약데이터의목적지노드가같은구역안에있지않을경우에는라우팅경로를찾기위하여 on-demand 방식으로동작한다. ZRP는한구역안에서사용하는테이블기반 (table-driven) 프로액티브방식인 IARP (Intrazone Routing Protocol) 과리액티브방식인 IERP (Interzone Routing Protocol), 그리고 BRP(Broadcast Resolution Protocol) 로구성되어있다 Land Mark Ad-hoc Routing Protocol (LANMAR) LANMAR는 ZRP와같이두가지라우팅프로토콜을동시에적용하여애드혹의네트워크범위를확장하였다. 랜드마크로컬내에서는링크스테이트 (Link State) 알고리즘을적용하여목적지로의경로에대한정확한정보를유지한다. 이는랜드마크로컬을담당하는랜드마크에저장된다. 랜드마크로컬에존재하지않는노드로의경로에대해서는디스턴스벡터 (Distance Vector) 알고리즘을사용하여찾아낸다. 이때, 랜드마크는존재하는모든랜드마크로의정확한경로를유지하고있어야하며. 랜드마크는각서브넷에서적절한노드를선출하는방식을선택한다. [ 그림 2-10] LANMAR 에서의라우팅개념도

28 Sharp Hybrid Adaptive Routing Protocol(SHARP) 기본방법은 ZRP와비슷하나노드와의거리에따라적응적라우팅영역을설정하는라우팅프로토콜이다. Proactive 라우팅프로토콜은네트워크망을위하여사용가능한모든라우팅경로를유지하기위하여주기적으로메시지를주고받거나라우팅경로가변화하였을경우메시지를주고받는다. 데이터전송에있어서라우팅경로를셋업하는시간이없다는장점을가지고있다. 이를이용하여영역내에서패킷유실율및전송지연시간을줄이는장점을이용하여가까이있는노드와의통신은 Proactive 라우팅알고리즘을이용하여신뢰성을높이고, 멀리있는노드와의통신은오버헤드를줄여서 Reactive 라우팅알고리즘을이용한다. 특히노드를찾는빈도가높은노드에한하여 Proactive 영역을넓게설정하고트래픽이적은노드는즉, 찾는빈도가낮은노드에서는 Proactive 영역을적게설정한다. Sharp[10] 는영역을조절함으로써신뢰성을높이고전송지연시간을적게요구하며라우팅오버헤드를줄일수있다. 그림 2-6은노드 A와노드 B에서찾는빈도에따른 Proactive 라우팅영역을설정한그림이다. 노드 C에서 A로데이터를전송할경우는 Proactive 라우팅프롵콜을 D에서 A로데이터를전송할경우는 Reactve 라우팅프로토콜을이용한다. [ 그림 2-11] SHARP 라우팅프로토콜

29 2.3 모바일통신을위한모빌리티모델애드혹라우팅프로토콜및알고리즘의성능을평가하기위해서는보통노드의움직임에따라전송율, 라우팅경로탐색시간및라우팅오버헤드등을측정해야한다. 이를위해서는모바일노드의특성을모델링하는데무엇보다도시뮬레이션대상이돼는노드가실제모바일노드의움직임과유사하게움직여야한다. 또한무선상에서전송가능한데이터트래픽의모델및데이터전송범위등이실제모델과유사하게모델링되어야한다. 이러한모바일노드의특성을나태내기위하여움직임패턴, 정지시간, 노드와노드사이의거리, 일정지역에분포되어있는노드의수 ( 밀도 ), 노드의이동속도, 노드와노드들간의커넥션등이주요파라미터로이용된다 [13,18,21]. 다음은이러한특성을고려하여랜덤웨이포인트, 그룹모빌리티, 고속도로모빌리티, 시가지모빌리티모델을좀더자세히살펴보도록하겠다 랜덤웨이포인트모델랜덤웨이포인트모빌리티모델 [18] 은애드혹라우팅알고리즘을실험하기위한모빌리티모델중가장간단한설정만으로시뮬레이션할수있는모델이다. 그러한이유로자주이용된다. [ 그림 2-12] 랜덤웨이포인트모빌리티모델의노드움지임 랜덤한움직임, 랜덤한데스트네이션의설정및랜덤하게속력등이변화하며,

30 또한각노드는속력을변화하면서이동하다가랜덤하게정지시간을갖는다. 그림 2-7는 (133, 180) 에서움직이기시작하여노드가이동하는방향및정지위치등을보여주는그림이다 [18]. 이때노드는최대속도와최소속도 [0, 10] 사이에서일정한분포를갖는다. 이때랜덤한정지시간이없고, [minspeed, maxspeed] = [speedmin, speedmax] 이면정지하지않고계속해서움직이는랜덤워크모빌리티모델하고유사한특성을갖는다 그룹모빌리티모델그림 2-8과같이그룹리더로부터움직임에제약을받는상황에서는랜덤웨이포인트모빌리티모델은더이상적합하지않다. 따라서 RPGM(Reference Point Group Mobility) 모델이제안되었다 [21]. 군대에서와같이팀단위로움직이는경우그룹리더의지시에의하여움직임에제약을받는무선노드들은그룹리더의특정한패턴에맞추어이동하게된다. 그룹모빌리티모델에서각그룹의리더가그룹의이동의 logical 중앙에위치한다. 초기모든구성원은그룹리더로부터균등하게분포되어있다. 모든그룹구성원은그룹리더를중심으로이동한다. 그룹구성원의이동속도는그룹리더의속도에랜덤한자신의속도를더해서이동한다 [2]. Vmember(t) = Vleader(t) + random() SDR Vmax (1) θmember(t) = θleader(t)+ random() ADR θmax (2) SDR(Speed Deviation Ratio) 는속도의표차, ADR(Angle Deviation Ratio) 는각편차이며, Vmax는그룹구성원의최대이동속도이다. 식 (1) 과 (2) 에서보듯모든구성원은그룹리더에의하여움직임속력및이동각이결정된다. [ 그림 2-13] 그룹모빌리티모델

31 2.3.3 고속도로모빌리티모델고속도로모빌리티모델은모바일노드인차량의고속도로위에서의움직임을모델링한것이다 [2]. 이모델은간단한지도를이용하여지도상에있는도로위를노드들이양방향으로움직일수있도록모델링한다. 다음은랜덤웨이포인트모델과의차이점이다. 첫째, 움직이는노드는제안된공간에서움직인다. 즉랜덤웨이포이트모델이방향성에재한없이움직이는반면고속도로모델은구현된차선위에서만움직이도록되어있다. 도로위가아니면차량은이동하지않는다. 두번째로움직이는노드는매순간앞차량의속도에영향을받는다. 랜덤웨이포인트모델이일정한속도및다른노드의움직임에상관없이이동하는반면고속도로모델은같은도로위를차량이움직이므로앞차량을앞질러이동할수없다. 앞지르기위해서는다른도로를이용하여추월해야한다. 셋째로같은도로위를달리는두차량이서로안전거리에있다면뒤에서따라가는차량은앞차량의속도이상으로움직이지않는다. 이상의정리로부터고속도로모빌리티모델은차량과차량간의거리및앞차량에의하여이동속도등이정해진다. 무엇보다도로위에서의이동은임의의방향으로움직이지않는다. 따라서모바일노드인차량의경우라우팅알고리즘의성능을평가하기에적합하다. [ 그림 2-14] 고속도로모빌리티모델

32 2.3.4 시가지모빌리티모델시가지모빌리티모델은지도상의시가지거리를중심으로움직이는모바일노드들을모델링한모빌리티모델이다 [2]. 그림 2-10와같이도시의거리를모델링한것으로휴대가능한모바일노드들의움직임등을모델링하였다. 이모빌리티모델또한고속도로모빌리티모델과같이차량의모빌리티모델에적용하기용이하다. 이보델은가로및세로로노드들이이동하도록구성되어있다. 각도로는양방향으로움직이도록되어있으며고속도로모빌리티모델과유사하지만각사거리에서직진, 좌회전및우회전이가능하다. 즉, 이동하는차량앞에다른차량이있으면이동속도및거리등의영향을앞차량에의하여영향받으며각사거리에서직진은 50%, 좌회전및우회전은 25% 의확률로이동한다. 고속도로모델과유사하지만방향성에서조금더자유롭다. [ 그림 2-15] 시가지모빌리티모델

33 제 3 장애드혹을이용한차량네트워크 3.1 애드혹을이용한차량네트워크의개요차량과차량사이에멀티미디어등의데이터전송을위하여, 기존의베이스스테이션을이용하거나새로운네트워크망을구축하지않고, 무선단말들간의통신만으로데이터전송이가능한애드혹라우팅알고리즘이이용되고있다 [4]. 빠르게이동하는차량에서다른차량으로데이터전송또는다른차량으로부터데이터를검색및수신하기위해서는많은기술이요구된다. 본논문에서는많은기술중차량과차량사이에데이터전송을위하여이용되는애드혹라우팅알고리즘을연구하였다. 차량용애드혹네트워크란무엇인가? 그림 3-1에서보는바와같이왼쪽은노변장치를이용하여다른차량에음성정보를전달하며, 오른쪽그림은무선망을이용하여음성정보를주고받는다. 노변장치를이용하는경우차량이이동한경로에노변장치를설치해야한다. 반면애드혹라우팅을이용하는경우이러한노변장치가필요없다는장점이있는반면애드혹라우팅을이용한차량네트워크에서전파전달거리가정해진무선네트워크에서유선네트워크처럼거리상으로멀리는데이터를가져오기위해서는중간에있는차량들이전송되는데이터를중간에받아서다음노드에전달해주어야하는문제들이있다. 따라서움직임이일정하지않은차량의경우중간에서데이터를수신하여목적지노드까지유실없이어떻게전달하느냐가문제가된다. 애드혹라우팅알고리즘을이용하게되면중간경로가바뀌게되는경우새로운경로를찾기위하여검색한다. 따라서중간경로가변화하도데이터전송이가능하다. 하지만차량을위한애드혹라우팅알고리즘적용에있어서의문제점은실제구현을통한결과를많은시간과비용이소요된다. 따라서시뮬레이션을통하여실제적용후여러파라미터를입력하여예상되는값을예측하여야한다. 차량을위한애드혹네트워크는차량과차량사이의데이터전송시전송율및

34 전송지연시간등에영향을미칠수있는요인들을반영하여시뮬레이션및실험을하여야한다 [1,3,13,22]. 특히시뮬레이터를활용한시뮬레이션에서는환경요인이중요하다. 실제와유사한모델을이용하여야하며데이터전달거리, 노드의이동속도및움직임패턴등이실제와유사하도록모델을세워시뮬레이션을수행하여야한다. [ 그림 3-1] 베이스스테이션및애드혹을이용한차량네트워크 3.2 기존연구의문제점실제테스트베드를구축하여실험을하기위해서는많은비용이들어가게된다. 따라서실제실험및측정을하지않고도비슷한결과를얻기위하여실제환경과유사한모델을세우고실제와같은데이터를전송하여실제실험에서얻을수있는결과를예측한다. 시뮬레이션을위한많은환경요인및모델들이있으나차량을위한시뮬레이션및실측실험은그비용을고려하여많은요인들을무시한채진행되었다. 또한차량을위한시뮬레이션모델은아직재대로구축되어있지많으며초기단계에서시뮬레이션을하는경우가많다. 다음은현재까지차량을위한시뮬레이션및실측실험에대하여분석하고실제차량을위한모델에서어느부분이잘못이용되고있는가에대하여아래와같이분석하였다

35 3.2.1 시뮬레이션을통한방법기존시뮬레이션의경우라우팅알고리즘의성능측정및분석을위하여통상적으로이용한랜덤웨이포인트모델및그룹모빌리티모델은차량의움직임특성을그대로반영하지못한다. 이러한모빌리티모델들은차량의특성을분석하여모델링하기보다는라우팅알고리즘의성능평가를목적으로제안된모델링들이다. 따라서차량의움직임을모델링한모델이필요하다. 특히, 차량의이동경로는랜덤한방향으로또는랜덤한속도로이동하지않는다. 차량의진행방향은정해져있으며앞에진행차량이있는경우노드를지나쳐추월할수없다. 랜덤웨이포인트모빌리티모델의경우노드와의겹치거나방향성없이움직이므로차량의움직임을반영하지못한다. 또한차량의경우앞차량및노면의상태에따라이동및정지등이영향을받는다. 최근들어차량기반통신을위한모빌리티모델들이제시되었다. 고속도로모빌리티 (Freeway Mobility) 및시가지모빌리티 (Manhattan Mobility) 모델은차량이고속도로및시가지에서주행하는이동패턴을모델링하였다 [2]. 또한차량과차량사이의간격, 양방향차량주행및앞차량에의한주행속도등의차량주행하는데반드시필요한요인을모델링하였다. 하지만시가지모델의경우신호등이있는위치즉, 사거리등에서의정지시간등을추가해주어야한다. 또주행시차간거리가멀어지는반면정차할경우차간거리가줄어드는부분도추가가필요하다. 차량에적합한애드혹라우팅프로토콜은무엇이있는가? 차량과같이노드간이동이자유로운경우 Proactive 라우팅프로토콜보도는 Reactive 라우팅프로토콜이효율이높을것으로생각된다 [19]. 전송하려는데이터가있는경우라우팅경로를찾고찾은경로로데이터를전송하는방법이효율적이라고판단된다. 따라서본논문에서는 Reactive 라우팅프로토콜중대표적인 DSR과 AODV 라우팅프로토콜를이용하여고속도로모빌리티및시가지모빌리티모델에서라우팅알고리즘의성능평가를하고자한다

36 3.2.2 테스트베드를이용한방법차량네트워크의성능분석을위하여통상적으로움직이는노드와고정된 AP를이용하여전송율을측정한다.. 그림 3-2는모바일노드와 AP간의전송율을측정하기위한시스템구성을나타낸다. 차량은길가에설치된 AP를통하여고정된서버로부터데이터를주고받는다. [ 그림 3-2] 시스템구성 [ 그림 3-3] 측정시나리오 그림 3-3은시스템구성후실험을하기위한시나리오로 AP로부터 300m 떨어진거리로부터시작해서데이터를주고받는다 [1]. 하지만이러한시뮬레이션구성은차량과차량사이의데이터전송및알고리즘성능분석을하기에는적합하지않다. 이러한실험은움직이는차량에서 AP에접속하여데이터송수신할경우전송율을측정하고모바일노드의이동속도에따라전송율등을측정한다. 이는차량과차량의통신의위한실험이아니라고정된베이스스테인셔과움직이모바일노드의전송율을측정하는것이다. 또한라우팅알고리즘을이용하지않고애드혹모드에서데이터를직접주고받으므로애드혹라우팅알고리즘을적용한실험이필요하다. 따라서위에서제시한모빌리티모델에라우팅알고리즘을적용하여시뮬레이션한결과에실질측정값을반영하고, 애드혹라우팅프로토콜의차량과차량을통신적합성을검증을위하여전송율및

37 데이터전송지연시간등을측정하여야한다. 3.3 차량네트워크에적합한애드혹시뮬레이션차량에적합한네트워크를구축하기위해서는차량의움직임, 차량에서일어날수있는일들을모델링하여야한다. 애드혹을이용한시뮬레이션은기존의애드혹시뮬레이션모빌리티모델에차량에적합한모델을적용하고간단한테스트베드를구축보정해주어야한다. 시뮬레이션은이상적인환경에서이루어지므로외부환경요인인반사, 간섭및라우팅경로중간에있는모바일노드에의한전송방해등이고려되지못한다. 따라서차량에이용하려는애드혹라우팅알고리즘적용의결과를예측하기위해서는애드혹모드 ( 두노드간통신 ) 에서의시뮬레이션및애드혹모드테스트베드구축을통한실험을통한결과를바탕으로라우팅알고리즘적용시뮬레이션결과에전송율을보정해주어야한다. 이에대한자세한사항은아래에서살펴보도록하겠다 시뮬레이션및실제실험값비교그림 3-4는애드혹라우팅알고리즘을차량에적용했을때예상되는결과를얻기위한과정을도식화한그림이다. 먼저옵넷시뮬레이터를이용하여속도변화및노드간거리에따른두노드간전송율및전송지연시간등을측정하고차량두대를이용하여실제테스트베드를구축, 데이터를전송, 전송율을측정, 비교한다. 시뮬레이션결과값과실제실험결과값의비교를통하여차이점을분석하고애드혹라우팅을이용한시뮬레이션결과에이차이를반영하여실제실험을하지않고도타당한예상결과값을예측하도록한다. 애드혹라우팅알고리즘 DSR 및 AODV를이용하여고속도로및시가지모델에서의전송율, 전달지연시간및라우팅경로변화에따른경로재설정시간등을측정한다. Proactive,Reactive 및 Hybrid 라우팅프로토콜중에서차량과같이

38 라우팅경로가자주변화하고그룹을지어이동하는경우에적합한오버헤드가 적고네트워크망구성에효율적인 DSR 과 AODV 를이용하여시뮬레이션을수행 한다. 라우팅 시뮬레이터를이용한결과는이상적이므로실제주행에서구축한 데이터베이스를이용하여전송율등을보정, 예상값을도출한다. 특히실제환경에서의테스트베드구축을통한실험은기존의 AP와모바일노드와의실험과달리움직이는두노드간의데이터베이스를구축함으로써라우팅알고리즘개발에따른시뮬레이션결과에반영을통하여실제망구축을하지않고도실제차량에적용하였을경우예상값을도출할수있다. [ 그림 3-4] 애드혹라우팅적용결과도출방법 시뮬레이션을통한실제망에서의유추시뮬레이터를이용한결과와실제망구축을통한결과는다를것으로예상되다. 외부환경요인 ( 전파의간섭, 반사파, 방해물등 ) 에의하여패킷전송율 (Packet delivery ratio) 이낮아진다. 따라서시뮬레이터를이용한결과는실제망구축을통하여얻은결과보다전송율이높게나올것으로예상된다. 실제망구축을통하여실험한결과다르게나왔다. 애드혹모드 ( 애드혹라우팅을이용하지않고단지두노드간데이터를주고받을수있는상태 ) 에서시뮬레이션을구축전송율

39 을측정하고실제애드혹모드테스트베드를구축전송율을서로비교하여애드혹라우팅알고리즘적용시얻어진결과에반영하여야한다. 반영방법은전송율의경우시뮬레이션결과값이 X이면실제실험값은 X' 이고애드혹라우팅알고리즘을적용한시뮬레이션값은 Y가된다. 또한실험예상값은 Y' 가되어 X:X'=Y:Y' 가된다. 실험에의한전송지연시간측정은두노드간커넥션을맺는데모바일노드인노트북의전원에의하여너무많은영향을받아서측정값이불명확하게나왔다. 따라서본논문에서는전송지연시간을반영하지않았다

40 제 4 장애드혹모드에서의시뮬레이션및테스트베드구축 4.1 옵넷시뮬레이션실제테스트베드를구축하여실험하기전에애드혹모드에서의시뮬레이션을하기위하여다음과같은옵넷 10.5a 시뮬레이터를사용하였다 a 옵넷시물레이터옵넷 Modeler는통신네트워크장비, 프로토콜, 어플리케이션을연구하고설계할수있도록해주는네트워크기술개발환경이다. Modeler의객체지향적모델링방법과그래픽편집기는실제네트워크와그구성요소들의구조를반영하고시스템은각모형들에직관적으로대응되도록함으로써이용자가보다쉽게시뮬레이션을할수있을뿐만아니라. 실제시뮬레이션을수행한것과비슷한결과를얻을수있다 [20]. [ 그림 4-1] 옵넷시뮬레이터인터페이스

41 그림 4-1은네트워크시뮬레이션을하기위한옵넷시물레이터의인터페이스로사용자가실제존재하는노드와같은모듈을이용하기쉽도록제공하고있다. 그림 4-2는옵넷시뮬레이터노드의구성으로각노드의프로세서계층까지설계할수있다. 노드의특성에따라실제와같은성능을보이도록설계가능하다. 시뮬레이션시나리오를구성하기위하여노드모델을그대로가져다적용함으로써쉽게이용할수있으면프로세서계층으로내려가서각노드의실제움직임에대하여새로이적용가능하다. [ 그림 4-2] 옵넷노드의특성 실험환경그림 4-3은애드혹모드에서의데이터전송시뮬레이션을위한토폴로지이다. 각노드는고속도로의도로를달리는것과같이정해진경로를일정한속도혹은노드가움직일수있는최대속도및최저속도로움직이도록설정하였다. 이때두노드가서로데이터를주고받을수있도록설정하였으며실제와유사한응용프로그램을수행하면서데이터를주고받는다. [ 그림 4-3] 시뮬레이션토폴로지

42 그림 4-4 는각종파라미터입력창으로이동경로및노드의이동속도등을입력 값으로정해줄수있으면또한실제어플리케이션을전송데이터로설정하여노 드사이에데이터를전송할수있는환경을구축하여시뮬레이션할수있다. [ 그림 4-4] 각종파라미터입력창 노드간거리를 100, 200 및 300m로다르게하여데이터전송, 이때노드의이동속도는 20에서 160km로 20km 간격으로하면서데이터전송율및데이터전송지연시간을측정하였다. 이때노드의이동경로는일정하며다른외부환경요인은없다. 아직까지블록및간섭신호등에대한시뮬레이션환경요인이구축되어있지않다. 트래픽생성은옵넷시뮬레이터에서제공하는영상데이터를 4.15Mbps, 2.61Mbps 및 1.4Mbps로전송하였다. 사용된무선대역폭은 b 표준을이용하였다. 시뮬레이션시간은 900sec로하였다 실험결과및분석실험결과는전송율및데이터전송지연시간을측정하였다. 자세한내용은다음과같이살펴보겠다 전송율 그림 4-5 는노드의이동속도및데이터 송신율의변화에따른전송율을측정 한그래프이다. 물리계층에서지원하는대역폭은 11Mbps 로 b 표준을따른

43 다. 실제사용가능한대역폭이상으로데이터를전송하게되면실제가용한대역폭만큼전송율이측정된다. 그림 4-5에서와같이차간거리가 100m에서 200m로멀어지더라도데이터전송전달거리내에있게되면전송율의변화는없다. 시뮬레이션에서각노드간의거리를 100m, 200m 간격으로두고실험하였으나각노드간의거리가 b의표준에있는전달거리 300m 내에있어시뮬레이터의경우데이터전송율에변화가없었다. 또한가용대역폭이하로보내게되면데이터유실없이모든데이터가전송됨을알수있다. 2.6Mbps 및 1.4Mbps로송신하는경우데이터가유실없이전달되는것을확인할수있다. 반면에 3.4Mbps 이상으로보내게되면그이상은전송실패가일어난다. 또한두노드의이동속도를변화시키면서전송율을측정한결과, 상대속도가 0일때데이터전송율에영향을주지않음을확인하였으며두노드간상대속도가다르더라도노드에서전달거리내에있으면모든팻킷이전달되는것을확인할수있었다.. [ 그림 4-5] 노드간전송율 지연시간 그림 4-6 은데이터송신율, 노드간거리및속도변화에따른데이터전달지 연시간을측정한그래프이다. 그림 4-6 에서와같이시뮬레이션에서는속도변화

44 및노드간거리에따른데이터전달지연시간의변화가거의없다 ( 속도는 20km/h~160km/h, 노드간거리는 100m, 200m로변화시키면서시뮬레이션을실해 ). 전달지연에가장큰영향을미치는요인은데이터송신율에따른영향이가장큰것으로보인다. 1.4Mbps로송신하는경우평균 0.02s, 2.6Mbps로송신하는경우 0.038s, 4.16Mbps인경우 0.045s가걸린다. 또한 4.26Mbps로송신하는경우 실제 3.4Mbps 이상전송율이나오지않으므로가용한대역폭내에서의 송신율 증가에따른전달지연시간은비례적으로증가하는것으로나타났다. 따라서전달지연시간이짧아야하는데이터 ( 음성데이터및화상회의영상등 ) 의경우송신율을낮게하고전달지연시간에무관한데이터 (FTP 등 ) 의경우송신율을높게해서전송하는것이응용프로그램의이용에용이할것으로예상된다. [ 그림 4-6] 노드간전송지연시간

45 4.2 테스트베드구축을통한시뮬레이션실제움직이는노드에서의실험을위하여다음과같이차량에노트북을이용하여테스트베드를구축하고트래픽생성기를이용하여 throughput을측정하였다 실험환경 [ 그림 4-7] 에서와같이실제차량에 ad hoc 테스트베드네트워크를구성하였다. 노트북에는 b를지원하는무선랜카드를설치하였고, 통신할수있는거리를늘리기위하여외부에실외용무지향성안테나를연결하였다. 무선랜카드는 IEEE b를지원하고외부안테나는실외용무지향성안테나를이용하였다. 무선랜카드는무선랜카드사이에통신할수있는애드혹모드로설정하여 Access Point를이용하지않도록하였다. 모든무선랜카드는같은 ESSID를사용하도록하고, WEP encryption은사용하지않았다. 또한대부분의 Access Point의기본설정처럼 1초의간격으로탐색신호를보낸다. 그리고노트북은고정주소를사용하도록하였다. [ 그림 4-7] 시스템구성 여기서는 UDP 와 TCP 두가지프로토콜을이용하여실험하였다. 프로그램은

46 직접제작한프로그램으로서하나의프로그램은패킷을생성하여전송하고, 다른한프로그램은전송된패킷을받는역할을수행한다. 실험은두가지환경에서실험하였다. 각실험은 [ 표 4-1] 에정리하였다. 첫번째실험은차량사이의거리에따른평균 throughput을측정하였다. 두차량의처음거리는 10m에서시작하여속도를각각 50km/h와 60km/h로유지한다. 시간이지날수록두차량사이의거리는점점늘어가게된다. 실험장소는강변북로에서실험하였으며, 실험은약 180초동안진행되었다. 두번쨰실험은주행환경에따른평균 throughput을측정하였다. 도심과같이주변환경의영향을많이받는환경과강변북로와같이주변환경의영향을거의받지않는곳에서의평균 throughput을측정하여이를비교하였다. 도심은아현 - 시청으로이어지는고가차로에서실험하였다. 강변북로는원효대교 - 상암월드컴경기장까지의강변북로에서실험하였다. 차량의속도는모두 50km/h로유지하였고실험시간은약 120초동안진행되었다. 실험목적변수측정값 실험 1 거리에대한 throughput 측정두차량간의거리 throughput 실험 2 주행환경에의한 throughput 측정주행환경 throughput [ 표 4-1] ad hoc 실험의목적

47 4.2.2 실험결과및분석 거리에따른 throughput의측정 [ 그림 4-8] 은 TCP를이용하여차량거리에따른 throughput을측정하였다. 차량의거리가약 120m 이내에서는약 3.2Mbps의 throughput으로통신을할수있는것을알수있다. 하지만차량의거리가 120m 보다멀어지면 throughput이급격하게감소하는것을알수있다. 여기서차량의거리가약 100m일때 throughput이급격하게감소하는것을볼수있는데, 이는실험할때에도로의굴곡으로두차량사이에직접통신을할수없었기때문이다. [ 그림 4-8] 차량의거리에따른 throughput (TCP) [ 그림 4-9] 는 UDP를이용하여차량거리에따른 throughput을측정하였다. 여기서는두차량사이의거리가약 80m 이내에서는 1.6Mbps의 throughput으로통신을할수있는것을알수있다. 또한두차량의거리가 80m 보다멀어지면 throughput이급격하게감소하는것을알수있다

48 [ 그림 4-9] 차량의거리에따른 throughput (UDP) [ 표 4-2] 는위의실험결과를요약한표이다. TCP 와 UDP 모두통신가능범위 내에서는각각 3.2Mbps 와 1.6Mbps 를나타내었다. 또한이거리를벗어나게되면 throughput 이급격하게하락하는것을알수있다. TCP UDP 통신가능범위 120m 80m throughput 3.2Mbps 1.6Mbps [ 표 4-2] TCP 와 UDP 를이용하여차량사이의거리에따른 throughput

49 주행환경에따른 throughput 의측정 [ 그림 4-10] ~ [ 그림 4-13] 은각각강변북로와도심에서 TCP와 UDP를이용하여 throughput을측정하였다. [ 그림 4-10] ~ [ 그림 4-11] 에서강변북로에서주행할때의평균 throughput은 TCP와 UDP를이용하여전송할때각각 2.923Mbps 와 1.733Mbps가측정되었다. 이는 UDP보다 TCP을이용하여전송할때의 throughput이더높게나온것을알수있다. [ 그림 4-10] 강변북로에서의 throughput (TCP) [ 그림 4-11] 강변북로에서의 throughput (UDP)

50 [ 그림 4-12] ~ [ 그림 4-13] 에서도심에서주행할때의평균 throughput은 TCP 와 UDP를이용하여전송할때각각 2.665Mbps와 1.583Mbps가측정되었다. 이는 UDP보다 TCP을이용하여전송할때의 throughput이더높게나온것을알수있다. [ 그림 4-12] 도심에서의 throughput (TCP) [ 그림 4-13] 도심에서의 throughput (UDP)

51 [ 표 4-3] 는강변북로와도심에서 TCP와 UDP를이용하여데이터를전송하였을때의전체평균 throughput을나타낸다. 두주행환경모두 UDP보다 TCP에서더높은 throughput을측정할수있었는데이는 TCP의 congestion control에의해성능이향상되기때문이다 [1]. 또한결과그래프를보면, throughput의변화는 TCP보다 UDP가더적은것을알수있다. 따라서전체평균 throughput은 TCP 가더높게나오지만, 안정적이고꾸준한전송을위해서는 UDP가더적합한것을알수있다. TCP UDP 강변북로 도심 [ 표 4-3] 강변북로와도심에서 TCP 와 UDP 를이용하여 throughput 측정 4.3 시뮬레이션과실측실험의비교분석표 4-1에서와같이시뮬레이터를이용한실험의경우 TCP의 throughput보다 UDP의 throughput이좋음을알수있다. 하지만실제실험에서는 TCP의 throughput이더높게나왔다. 또한실제테스트구축을통한실험의경우최대전송율을보이지만시뮬레이션에서는많이보내면보낼수록전송율이증가하였다. 애드혹라우팅알고리즘을적용하여시뮬레이션하게되면전송율의경우두노드를이용한애드혹모드에서와같은 throughput이측정될것이다. 하지만실제테스트베드를구축한다면 [ 표 4-2] 에서와같이 TCP의경우 2.9Mbps, UDP의경우 1.7Mbps의 throughput이측정될것으로보인다. 두노드간의통신에의한전송율의경우에위의값과유사한값이나오겠지만노드를건너전송되는경우에는위의값보다낮은 throughput이측정될것으로보인다

52 제 5 장애드혹라우팅시뮬레이션 5.1 옵넷을이용한시뮬레이션본장에서는차량그룹에대한시나리오를정의하고, 각시나리오를옵넷시뮬레터를통하여차량기반의애드혹환경시뮬레이션구축및분석하였다. 라우팅알고리즘성능평가를위한시뮬레이션역시아래사항에맞춰어시뮬레이션및결과도출, 분석하였다. 시뮬레이션은고속도로모빌리티모델및시가지모델을이용하여전송율및라우팅경로변화에따른라우팅오버헤드등을측정하였다. 고속도로및시가지모빌리티모델이차량의시뮬레이션모델에적합하므로이를이용하여시나리오를구성하고시뮬레이션하였다 OPNET-10.5a 시뮬레이터 그림 5-1은애드혹라우팅알고리즘을이용한시뮬레이션환경이다. 옵넷시뮬레이터는현재까지네트워크시뮬레이션을위한툴중에서정확도가가장우수한툴이다. 또한실제시판되고있는제품을선택할수있는장점도있어실제제품을가지고이상적인환경에서시뮬레이션하는결과와같은결과를도출할수있다. 하지만장애물등에의한간섭및전송방해요인이없으므로앞에서실시한애드혹모드의결과를이용하여근사한전송율을측정하여야한다

53 [ 그림 5-1] 옵넷애드혹라우팅시뮬레이터 그림 5-1 은애드혹모드에서시뮬레이션하기위한화면이다. 그림은 AODV 라 우팅프로토콜을이용하여서비스요구가있을때데이터요청및수신을위한 예제시뮬레이션이다. [ 그림 5-2] 고속도로모델 그림 5-2 는차량네트워크에애드혹라우팅알고리즘의적합성여부를옵넷시 뮬레이터를이용하기위한토폴로지이다. 이모델은고속도로에서차량이그룹을

54 지어이동하는동안노드 E 로부터노드 A 와 B 에게각각데이터를전송한다. 이 E 때노드 A 는노드 B, C, D 를추월하여노드 E 에가까이접근한다. 이때노드경 로의변화로인하여각라우팅알고리즘에따라라우팅경로가변화하게된다. [ 그림 5-3] 시가지모델 그림 5-3은본연구에서사용한시가지모델시뮬레이션토폴로지이다. 그룹노드 A, B, C, D가하나의그룹을이루고노드 A로부터노드 B와 C에데이터를전송한다. 이때각노드의이동경로및노드의이동속도는각노드의파라미터를몇개수정함으로써가능하다. 또한사용어플리케이션도제공되는비디오스트리밍데이터를사용하면돼며전송율을조절함으로써대역폭및라우팅결로발견시간등을측정할수있다. 시뮬레이터에는여러가지입력파라미터들이있으나, 본논문에서는중요한몇가지를소개한다. 우선, 각노드에서이동경로를움직일때속도를결정하는 Duration, 그리고각노드에서사용가능한어플리케이션을결정하는부분에서의 Arrival times와 Duration을설정하는부분, 서버에서지원하는어플리케이션및클라이언트에서이용하는어플리케이션을설정하는부분이있다. 그외다른파라미터설정들은디폴트를사용해도되고사용자의목적에맞게셋팅하면된다. 본

55 논문에서가장중요한것은입력모델선정과링크에서의전송율및라우팅탐색시걸리는시간등을측정하는것이므로노드의움직임모델을설정하는것이가장중요하다. 다음에서시뮬레이터의중요한입력파라미터들을어떠한방법으로모델링했는지살펴보도록한다 파라미터모델링애드혹라우팅알고리즘은옵넷시뮬레이터에서제공하는모듈을이용하였으며그림 5-4에서와같이파일크기및파일특성을달리하여전송하였다. 전송율의크기는파일크기와데이터요청시간을달리하여정하였다. 이때 TCP 및 UDP 의특성에맞도록파일특성을설정한다. 트래픽생성은 TCP의경우 400Kbps, UDP의경우 550Kbps 및 1.1Mbps로설정하였다. [ 그림 5-4] 트래픽생성 노드의이동속도및이동방향등은그림 5-5 와같이움직일좌표및이동속도 를설정해준다. 이때이동속도는 40~60km 내로설정하였다. [ 그림 5-5] 이동속도및이동방향입력창

56 5.1.3 시뮬레이션결과그림 5-6는고속도로모빌리티모델을이용한시뮬레이션결과로시뮬레이션시간을 900 초로하고 DSR 애드혹라우팅알고리즘을이용하여라우팅경로변화에따른데이터전송을측정한그래프이다. TCP를이용하였으며 FTP데이터전송에따른전송결과이다. 노드 E로부터노드 A, B로각각같은데이터를전송하며시간의변화에따른라우팅경로의변화및이때의전송결과및라우팅경로변화시라우팅오버헤드등을측정하였다. 그림 5-6에서수신노드 A의경로변화에따라라우팅경로가 5분, 10분에각각변화하지만데이터전송에아무런영향을주지않음을확인할수있다. [ 그림 5-6] 라우팅경로변화에따른데이터전송 5 회에걸쳐반복실뮬레이션한결과위와같은그래프가그려졌다. 이는라우팅 경로가빠르게변화하여데이터전송에거의영향을주지않는것으로보인다. 노드 A 의라우팅경로가변화하여도유실없이데이터전송이가능하다. 그림 5-7 은라우팅경로변화에따른라우팅메시지량을측정한그래프이다. 처음라우팅경로가셋팅될때라우팅메시지가증가하였으나시간이지남에

57 따라일정하다. 그러나라우팅경로가변하는시점 5분및 10분지점에서라우팅메시지량이증가하는것을볼수있다. 그래프를보면라우팅경로가변하지않은 E-C-B 경로에도메시지량이증가하는것을볼수있다. 이는노드 A의라우팅경로변화메시지를전달가능한모든노드에라우팅경로가변화한메시지를전송하기때문이다. 새로운라우팅경로를찾기위한방법으로대체경로를캐쉬에저장하고있다가경로가잘못됐다는메시지가발생하면대체경로로데이터를전송하나대체경로역시잘못되었다고메시지가발생하면새로운경로를찾기위하여모든노드에라우트디스커버리메시지를전송한다. 하지만노드수가적고, 진행방향이같은그룹내에서의데이터전송이므로상대속도가 0이다. 추월하는노드만이다른노드에비하여빠른편이지만상대속도는작다. 따라서라우트디스커버리에걸리는시간이작다. 시뮬레이션을통한평균값은약 0.005초였다. 이는데이터전송에크게영향을주지않은시간내에서라우트디스커버리가실행됨을의미한다. 따라서차량에서주로행해지는작은규모의그룹통신의경우라우팅경로가변화하여도데이터전송에크게영향을주지는않는다. [ 그림 5-7] 라우팅메시지 그림 5-8 는시가지모빌리티모델을이용한시뮬레이션결과이다. 가로, 세로 10km 지역에노드 25 개를노드의이동경로에배열한뒤시뮬레이션을수행하였 다. 전체노드중 4 개의노드를하나의그룹으로지정하고그룹내통신이이루어

58 지도록설정, 노드 A로부터노드 B와 D에각각데이터가전달되도록설정하였다. 이때노드 B는노드 A로부터직접적으로데이터를전송받으며노드 D는노드 A로부터노드 C를거쳐데이터를전송받도록하였다. 이때시뮬레이션시작후 12분정도가지났을때라우팅경로가변화하도록설정하여데이터전송을살펴보았다. 각교차로에서각노드들은 30초간정지시간을갖도록설정하고, 노드가이동하는중간에는랜덤한속도로이동하도록설정하여차량이실제주행하는효과를보이도록실험하였다. [ 그림 5-8] 데이터전송 그림 5-8에서보는것처럼노드가이동하면서중간노드 B를거처데이터를전송하더라도노드 D에서데이터를유실없이수신하는것을확인할수있다. 또한 12분정도가지났을경우노드간거리가변화하면서노드 B와노드 C의위치가변화하게된다. 이때라우팅경로를살펴보게되면라우팅경로 A->C->D에서경로 A->B->D로변화하는것을확인할수있다. 그에따라데이터송수신량이중간노드에서데이터전달만하는노드 C에서는수신데이터가없고, 노드 B에서는노드 A에서노드 D로전송하기위한데이터량이노드 B에더하여져측정되었다. 또한라우팅경로가변화하는시점및주기적으로검색하는시점에서 DSR

59 라우팅트래픽량이증가하는것을확인할수있다. 시가지모빌리티모델에서애드혹라우팅알고리즘에의해경로가정해진경우, 주위의차량에의한경로변화에민감하게반응하지않는다. 따라서애드혹라우팅알고리즘을이용하여경로가정해지고데이터가전송되게되면안정적으로데이터을전송할수있다. 또한대체경로를가지도록설정하면그룹내에서대체경로를갖고있을가능성이크므로데이터전송을위한결로선정을빠른시간내에선정할것으로예상된다. 또한앞서실험한결과로부터라우팅경로를찾는시간이그룹이작은경우 0.005초내에이루어지므로데이터전송을위한경로에문제가생긴다하더라도빠른시간내에재전송이이루어질것으로예상된다. 라우팅경로가변화할때 DSR라우팅트래픽이증가하는것을확인하였다. 이는라우팅경로가빈번하게바뀌는경우에전송율에영향을줄것으로여겨지나차량과같이소규모그룹을짓는경우에는영향이적을것으로예상된다. 표 5-1은애드혹라우팅알고리즘을이용하여광대역멀티미디어데이터전송의적합성분석을위한전송율을측정한표이다. 그림 5-9은시뮬레이션토폴로지로서버로부터노드 A와노드 B를거쳐노드 C로데이터를전송한다. UDP기반 1.1Mbps로데이터를송신했다. [ 그림 5-9] 애드혹을이용한데이터전송 각노드간거리는각각 100m, 200m, 350m로달리하면서노드를배치하여애드혹라우팅알고리즘에따른전송율을측정하였다. 표 5-1에서의결과와같이서버로부터중간노드를거쳐목적지노드에데이터를전송해도직접데이터를보내는것과같은결과를보여준다. 이는노드가다른노드를시뮬레이터를이용하므로전달거리내및최대허용대역폭을넘지않게되면모든데이터가전송됨을

60 알수있다. 하지만전달범위를넘게되는순간부터데이터전송율이급격히떨어지는것을확인할수있다. 또한 Reactive 애드혹라우팅이알고리즘의영향을크게받지않음을확인하였다. 거리가 350m가되면두노드간전송가능대역폭이크게감소한다. 하지만노드 A와노드 C의경우각전송되는데이터량이같다. 이는 350m가되는경우링크에서지원가능한대역폭이각노드와노드사이일정하며각노드를건너데이터가전송될때데이터전송에영향을주지않는다. [ 표 5-1] 거리에따른전송율 그림 5-10은하나의서버로부터동시에여러개의노드로데이터를전송할때애드혹라우팅알고리즘에따라어떠한성능을보이는지알아보기위한시뮬레이션을하기위한토폴로지이다. 서버에서클라이언트로데이터를 UDP를이용하여 1.1Mbps 및 550Kbps로전송하였다. 라우팅알고리즘을달리하고클라이언트수를홀수개로증가시키면서전송율을살펴보았다. 서버로부터수신노드는 50m간격으로배치하여모든노드가데이터를직접수신하도록하였다. [ 그림 5-10] 멀티미디어데이터전송 표 5-2 는 DSR 라우팅알고리즘을이용하여수신노드의수를증가시키면서 전송율을측정하였다. 표에서보는바와같이 1.1Mbps 로전송하는경우노두가

61 개까지증가하는경우모든노두가데이터를전부수신하였으나노드가 5개로증가하게되면급격히감소하는것을볼수있다. 또한노드수가 3개인경우최대대역폭이 3.3Mbps인것에반하여노드가 5개로증가하면 1.75Mbps가되며개인경우는 1.44Mbps인것을확인하였다. 이는허용수신노드수이상이수신하는경우에오히려망전체효율이낮아지는것을볼수있다. 또한 550Kbps로전송하는경우에도최대허용대역폭을넘어서는노드로수신하게되면오히려망전체효율이낮아지는것을볼수있다. 따라서 b를이용하여많은노드에데이터를전송하는경우가용대역폭을이하가되도록노드의수를허용하여야한다. [ 표 5-2] DSR 을이용한멀티전송 표 5-3은 AODV 라우팅알고리즘을이용하여측정한전송율이다. DSR을이용한경우와비슷한결과를보인다. 하지만노드수가많아지게되면모든노드가일정하게대역폭을공유하는거에비하여 DSR의경우 1개의노드또는 2개의노드가다른노드에비하여큰대역폭을공유하는것을볼수있었다. [ 표 5-3] AODV 을이용한멀티전송 그림 5-11 및 5-12 의라우팅알고리즘에따른전송율에서모든노드가데이터 를가용대역폭이상으로수신하는경우 AODV 에비하여 DSR 라우팅프로토콜 이모든노드에공정하게대역폭을할당하는것을볼수있다. DSR 및 AODV 를이용한시뮬레이션결과에서많은노드로데이터를전송하는

62 경우최대허용노드수까지데이터를전송하고그이상의노드는데이터전송 후재전송을통하는방법이효율을높일수있을것으로보인다. [ 그림 5-11] DSR 전송율 [ 그림 5-12] AODV 전송율 다음은속도변화에따른전송율및전송지연시간을측정하였다. 시뮬레이터를이용한결과데이터전달거리내에있는경우노드의속도가변화하여도데이터전송에는영향이없음을확인하였다. 전송율을증가시켜도전송에는크게변화가없었다. 속도변화에따른전달지연시간에도영향이없었다. 반면에전송데이터량이많아지게되면전달지연시간이증가하는것을확인하였다. 앞에서실제테스트베드를구축하여실험한결과와는크게다름을확인할수있다. 따라서이실험역시테스트베드를구축하여속도변화에따라전달지연및전송율을측정하여야한다. 5.2 차량기반애드혹네트워크위에애드혹라우팅시뮬레이션결과로라우팅경로변화에따른데이터전송및전송율은차량간그룹통신에적합하다. 라우팅경로변화에빠른시간에경로재설정이이루어지고 TCP를이용하는경우패킷의유실없이전송되는것을

63 확인하였다. UDP를이용한애드혹라우팅의대역폭측정에서 b를이한경우그룹내대역폭이 3.3Mbps 내에서데이터전송이가능한것으로측정되었다. 실제테스트베드구축을통한실험값이 TCP의경우 1.7Mbps, UDP의경우 1.4Mbps인것보다높게측정되었다. 실제애드혹라우팅을적용한테스트베드구축실험을한다면 TCP의경우 1.7Mbps, UDP의경우 1.4Mbps 이상대역폭측정이안될것으로예상된다. 라우팅경로발견시간이시뮬레이션의경우 0.005초인데반하여실제테스트베드구축을통한결가측정값은초기두노드간연결을맺는시간이오래걸려라우팅경로발견시간의대부분을점유할것으로보인다. DSR을이용하는경우그룹내통신을위하여초기라우팅경로설정시간은크지만캐쉬메모리를이용한대체경로를저장한다면라우팅경로의재발견시간은적을것으로예상된다

64 제 6 장결론및향후연구과제 본논문은차량과차량사이의데이터전송을위하여애드혹라우팅알고리즘을이용하여베이스스테이션없이자율적으로구성된차량네트워크를분석하였다. 애드혹라우팅알고리즘이베이스스테이션없이데이터를직접전송하는장점이있는반면, 중간노드들이데이터를전달해주므로중간노드의영향을많이받는다. 본논문에서는차량에애드혹라우팅의적용가능성검증을위해고속도로및시가지모델을이용하여중간노드의위치가변화에따른전송율및라우팅경로발견시간등을분석하였다. 먼저애드혹모드시뮬레이션및애드혹모드테스트베드구축을통하여전송율을측정하고차이점을분석하였다. 이때전송율이시뮬레이션의경우 TCP는 2.55Mbps, UDP는 3.41Mbps로측정되었으며테스트베드의경우 TCP와 UDP에서각각 2.923Mbps 및 1.733Mbps가측정되었다. 이때시뮬레이션과달리 TCP의성능이우수함을확인하였다. 이는 TCP의혼잡제어기능때문이다 [1]. 다음은애드혹라우팅알고리즘의적용시뮬레이션을수행하였다. 고속도로모델을이용, 차량이그룹으로이동하면서데이터를수신하는중간에다른차량을추월하는경우애드혹라우팅알고리즘에의하여중간경로가바뀌게되는경우의시나리오를적용실험하였다. 노드의경로가변화하여도데이터재설정시간이짧아데이터전송에영향을거의주지않는다. 따라서고속도로에서데이터전송에적합할것으로보인다. 라우팅경로가변화하는순간라우팅메시지가증가하나라우팅메시지의크기는극히작으므로라우팅오버헤드에크게영향을주지않는다. 두번째로시가지모빌리티모델을이용한시뮬레이션에서고속도로모델과유사한결과를얻었다. 즉노드가이동하는중간에정지하거나노드의위치가변화하여도데이터전송에영향을주지않았다. 고속도로및시가지모델에서중간에위치한노드의위치변화시라우팅경로

65 재설정평균시간이 0.005s 내에이루어졌다. 이는그룹을지어이동하는경우, 즉소수의노드가같은방향및비슷한속도로이동하게되면그룹내에서의라우팅경로탐색은빠른시간내에이루어진다. 하지만실제테스트베드를이용할경우시뮬레이션과달리데이터를주고받는전달지연시간에의하여영향을많이받을것으로보인다. 즉, 라우팅경로탐색시간보다라우팅경로탐색을위한메시지를주고받는시간이더욱클것이므로데이터전달지연시간의영향을최소화하는방법을연구할필요가있다. 세번째는애드혹라우팅을이용한차량에서전송데이터량및노드간거리에따른전송율을측정하였다. 서버로부터직접데이터를수신하는경우나중간노드를경유하여데이터를수신하는경우비슷한전송율을보였다. 또한전달거리내에서의데이터는모두송수신되는반면전달거리의가장자리에놓이게되면급격히전송율이감소하는것을볼수있다. 이는 DSR이나 AODV가거의비슷한성능을보였다. 네번째는애드혹프로토콜에따른가용대역폭의측정이다. 실험결과에서보듯최대허용이상의대역폭으로송수신하게되면네트워크전체의효율은낮아진다. 따라서망전체의걸친효율성을위하여전송대역폭을측정하고있다가최대대역폭을넘지않는내에서데이터를전송하는방법에대한연구가필요하다. 마지막으로차량의속도및차간거리에따른전송율을측정하였다. 차량의속도및차간거리에따른전송율변화는거의없는반면송신율이크면전송지연시간이크고, 송신율이작으면전송지연시간이짧은것을확인하였다. 차세대자동차를위한 ad hoc network을설계, 구축하였다. 실제테스트베드를구축한실험결과를바탕으로애드혹라우팅을적용한면애드혹망전송율은 1.5Mbps 정도의성능은기대할수있다. 이는그룹을지어이동하는차량의경우에데이터를전송하기에충분하다고본다. 차량에애드혹라우팅알고리즘을적용하게되면노드간거리가증가하거나상대속도가증가하게되면링크간연결지속시간이짧아지게되어라우팅오버헤드는증가하게되고전송율은감소할것으로예상된다. 반면에상대속도가일정하

66 게유지되면링크연결시간이길어지고전송율이증가하며라우팅오버헤드가감소할것이다. 따라서이동속도및노드간경로의변화등을고려한새로운라우팅알고리즘의연구가필요하며애드혹라우팅구현을통한테스트베드구축후실험이필요하다

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