KR100649708B1 - Ｒｆｉｄ를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신방법 - Google Patents

Ｒｆｉｄ를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신방법 Download PDF

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Abstract

RFID 통신 방식을 이용하여 오프 상태인 네트워크 네트워크 디바이스를 웨이크업 시킴으로써 저전력 특성을 유지하면서 브로드캐스트 방식 패킷 전송의 신뢰성을 높일 수 있는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에 관한 것이다. 본 발명은, RFID 리더를 구비한 하나의 네트워크 코디네이터로부터 RFID 태그를 구비한 복수의 네트워크 디바이스로 동시에 패킷을 전송하는 RFID를, 이용한 지그비 단말의 브로드캐스트 전송 방법에 있어서, 상기 RFID 리더로부터 상기 RFID 태그로 웨이크업 신호를 전송하는 단계; 상기 웨이크업 신호를 수신한 상기 RFID 태그가 해당 네트워크 디바이스를 웨이크업 시킴으로써, 패킷 수신을 위해 상기 복수의 네트워크 디바이스가 온 상태를 유지하는 단계; 및 상기 네트워크 코디네이터로부터 상기 복수의 네트워크 디바이스로 동시에 패킷을 전송하고, 상기 복수의 네트워크 디바이스는 상기 패킷을 수신하는 단계를 포함하는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법을 제공한다.
지그비, IEEE 802.15.4, 웨이크업, 브로드캐스트, RFID

Description

ＲＦＩＤ를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법{BROADCAST COMMUNICATION METHOD USING RFID IN ZIGBEE SYSTEM}
도 1은 지그비 기술에 따른 무선 사설망의 일례를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에서 네트워크 코디네이터의 동작을 도시한 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에서 네트워크 디바이스의 동작을 도시한 플로우 차트이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 네트워크 코디네이터 및 네트워크 네트워크 디바이스를 각각 도시한 블럭구성도이다.
*본 발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11: 네트워크 코디네이터 12: 네트워크 디바이스
110, 210: 지그비 물리계층부 120: RFID 리더
220: RFID 태그 130, 230: 지그비 MAC 하드웨어 엔진
140, 240: 메모리 150, 250: MCU
160, 260: 애플리케이션 인터페이스
본 발명은 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, RFID 통신 방식을 이용하여 오프 상태인 네트워크 네트워크 디바이스를 웨이크업 시킴으로써 저전력 특성을 유지하면서 브로드캐스트 방식 패킷 전송의 신뢰성을 높일 수 있는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에 관한 것이다.
무선사설망(Wireless Personal Area Network: WPAN, 이하 WPAN이라 한다) 기술의 하나인 지그비(ZigBee)는 저전력, 저비용, 저속이 특징인 2.4GHz기반의 홈오토메이션 및 데이터를 위한 개인 무선 네트워크 규격으로서, IEEE 802.15.4에서 표준화가 진행되었다. 상기 표준안을 참조하면, 지그비는 240GHz, 915MHz, 868MHZ의 주파수대역을 사용하며, 주파수별로 250kbps(2.4GHz ISM 대역에서 16개의 채널), 40kbps/20kbps(915MHz 대역에서 10개의 채널/868MHz 대역에서 1개의 채널) 전송속도를 갖을 수 있으며, 모뎀방식은 DSSS(Direct Secure Spread Spectrum)로서 반경 30m 내에서 20~250kbps의 속도로 데이터를 전송하고, 하나의 무선 네트워크에 최대 255대까지의 기기를 연결하여, 실내외에 대규모 무선센서망을 구성할 수 있다.
지그비는 블루투스(Bluetooth) 혹은 UWB(Ultra Wide Band)와 같은 다른 WPAN기술과 대비할 때, 초저전력 소비가 가능하며, 무선 송수신 회로의 구성이 단순화 되어, 가장 저렴한 칩셋가격을 구현할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 센서 네트워크와 같은 버티컬 애플리케이션 영역에서 경쟁력 있는 단거리 무선 통신 기술이다.
예를 들어, 빌딩 내 조명/화재감지/냉난방 시스템 등에 지그비를 도입함으로써, 빌딩관리인은 관리실이 아닌 휴대용 장치를 통해 원격으로 빌딩 시스템 관리 및 제어 작업을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 이러한 지그비 기술에 따른 무선 사설망의 구성예를 보인 것으로서, 무선 사설망은, 하나의 네트워크 코디네이터(coordinator)(11)와, 상기 네트워크 코디네이터(11)에 각각 연결되어 데이타를 송수신하는 다수의 네트워크 네트워크 디바이스(12)로 이루어질 수 있다.
이러한 무선 사설망의 구성에서, 네트워크 코디네이터(11)는 컴퓨터 혹은 홈네트워크의 주제어장치등에 구비되는 것으로서, 다수의 네트워크 네트워크 디바이스(12)에 대한 데이타의 송수신의 제어를 수행하며, 다수의 네트워크 네트워크 디바이스(12)는 실제 데이타를 입출력하는 부분으로서, 홈오토메이션의 경우, 난방, 환기, 에이컨, 보안, 전등이나 센서등이 해당된다.
한편, 지그비에서는 저전력 특성을 구현하기 위해, 상기 다수의 네트워크 네트워크 디바이스(12)는 동기화에 필요한 시간을 제외한 대부분의 시간 동안 수신기를 오프 시킨 상태로 운용된다. 지그비에서는 이러한 단거리 무선 사설망에 있어서, 응용분야에 따라 처리지연 시간이 짧아 되는 서비스에 적용할 수 있도록 슈퍼 프레임(superframe)모드로 운용하도록 하고 있는데, 이 경우, 상기 네트워크 코디네이터(11)는 사전에 설정된 시간 간격으로 슈퍼프레임 비컨을 송신한다. 이때, 비컨 신호의 간격은 최소 15ms에서 최대 245msec가 될 수 있다. 다수의 네트워크 네트워크 디바이스(12)는 주기적인 비컨 신호를 수신하는 경우를 제외하고는 전력 소모를 절감하기 위해 오프 상태로 운용된다.
따라서, 하나의 코디네이터(11)에서 다수의 네트워크 네트워크 디바이스(12)로 동시에 브로드캐스트 방식으로 패킷을 전송하는 경우, 오프 상태에 있는 네트워크 네트워크 디바이스(12)는 브로드캐스트 방식으로 전송된 패킷을 완전히 수신할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, RFID 통신 방식을 이용하여 오프 상태인 지그비 시스템의 네트워크 네트워크 디바이스를 웨이크업 시킴으로써 저전력 특성을 유지하면서 브로드캐스트 방식 패킷 전송의 신뢰성을 높일 수 있는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은, RFID 리더를 구비한 하나의 네트워크 코디네이터로부터 RFID 태그를 구비한 복수의 네트워크 네트워 크 디바이스로 동시에 패킷을 전송하는 RFID를, 이용한 지그비 단말의 브로드캐스트 전송 방법에 있어서,
상기 RFID 리더로부터 상기 RFID 태그로 웨이크업 신호를 전송하는 단계;
상기 웨이크업 신호를 수신한 상기 RFID 태그가 해당 네트워크 네트워크 디바이스를 웨이크업 시킴으로써, 패킷 수신을 위해 상기 복수의 네트워크 네트워크 디바이스가 온 상태를 유지하는 단계; 및
상기 네트워크 코디네이터로부터 상기 복수의 네트워크 네트워크 디바이스로 동시에 패킷을 전송하고, 상기 복수의 네트워크 네트워크 디바이스는 상기 패킷을 수신하는 단계
를 포함하는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 네트워크 네트워크 디바이스가 상기 네트워크 코디네이터로부터 소정 시간동안 상기 패킷을 수신하지 못하는 경우, 상기 네트워크 네트워크 디바이스는 오프되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 소정의 무선신호를 전송하는 단계 이전에, 상기 네트워크 코디네이터는 상기 네트워크 네트워크 디바이스를 검색하고, 요청이 있는 네트워크 네트워크 디바이스를 포함하는 개인사설망(PAN)을 구성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 종래와 같이 비콘을 수신하기 위해 주기적으로 웨이크업 되는 시간 이외의 시간에 오프 상태에 있는 네트워크 디바이스가, 네트워크 코디네이터로부터 송신되는 브로드캐스트 방식의 패킷을 완전하게 수신할 수 있도록, RFID 통신 방식을 이용하여 브로드캐스트 패킷의 송신 이전에 네트워크 디바이스를 온 시키는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, RFID시스템은 전파 신호를 통해 비접촉식으로 얇은 평면 형태의 태그를 식별하여 정보를 처리하는 시스템으로서, 판독 및 해독기능을 하는 RF 리더(RF reader)와 고유 정보를 내장한 RFID 태그(RFID tag)를 포함한다.
상기 RFID 태그는 반도체로 된 트랜스폰더(transponder) 칩과 안테나로 구성되는 것으로서, 내부 전원 없이 상기 RF 리더로부의 전파신호로부터 에너지를 공급받아 동작하는 수동방식과, 전지가 포함되는 능동방식이 있다. 또한, 실리콘 반도체 칩을 이용한 칩 태그와 LC소자, 또는 플라스틱/폴리머 소자로만 구성된 무칩 태그로도 구현될 수 있다. 또 다른 형태로는, 고유 정보 기록방식에 따라서는 read-only 형과 read-write 형으로도 구현할 수 있다. 본 발명에 적용되는 RFID 태그의 경우, 오프 상태에서 네트워크 코디네이터로부터 웨이크업 신호를 수신할 수 있어야 하므로, 리더의 전파신호로부터 에너지를 공급받아 동작하는 수동방식이 바람직하며, 웨이크업 신호의 수신시 네트워크 디바이스를 온 시키면, read-only 타입으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 지그비 단말장치는, 네트워크 코디네이터측에 RFID 리더를 구비하고, 네트워크 디바이스측에 RFID 태그를 구비시킨다. 도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 네트워크 코디네이터 및 네트워크 디바이스를 각각 도시한 블럭구성도이다.
먼저, 상기 도 4의 (a)를 참조하면, 네트워크 코디네이터는 설정된 주파수대역의 주파수신호를 송수신하는 지그비 물리계층부(PHY)(110)과, 지그비 규약에 따른 데이타송수신을 제어하는 지그비 MAC 하드웨어 엔진(130)과, 지그비 통신을 위한 코드 및 네트워크 디바이스의 ID 등록정보등을 저장하는 메모리(140)와, 소정 제어플로우에 따라서 지그비 단말의 동작을 제어하는 MCU(150)와, 본 지그비 단말을 이용하는 어플리케이션과의 인터페이스를 구현하는 어플리케이션 인터페이스(160)로 이루어진 일반적인 네트워크 코디네이터의 구성에, 상기 지그비 MAC 하드웨어 엔진(130)으로부터 인가된 제어신호에 따라서 특정 ID의 RFID 태그가 활성화되도록 RFID 신호를 송출하는 RFID리더(120)를 더 구비한다.
다음으로, 도 4의 (b)를 참조하면, 네트워크 디바이스(12)는 설정된 주파수대역의 주파수신호를 송수신하는 지그비 물리계층부(210)과, 지그비 프로토콜에 따 라서 데이타 송수신을 처리하는 지그비 MAC 하드웨어 엔진(230)과, 지그비 통신단말의 제어데이타 및 코드가 저장되는 메모리(240)와, 설정된 제어 절차에 따라서 통신단말의 전체 동작을 제어하는 MCU(250)와, 상기 지그비 단말장치가 구비되는 네트워크 디바이스의 어플리케이션과 데이타통신을 가능하게 하는 어플리케이션 인터페이스(260)로 이루어진 일반적인 네트워크 디바이스의 구성에, 상기 RFID리더(도 4 (a)의 120)로부터 송신된 RFID 신호에 의해 활성화되어, 웨이크업신호를 상기 지그비 MAC 하드웨어 엔진(230)으로 전송하는 RFID 태그(220)를 더 구비한다.
이하, 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 본 발명에 따른 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에서 네트워크 코디네이터의 동작을 도시한 플로우 차트이고, 도 3은 본 발명에 따른 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법에서 네트워크 디바이스의 동작을 도시한 플로우 차트이다.
먼저, 네트워크 코디네이터는, 개인사설망(PAN)을 구성하기 위해 네트워크 디바이스를 검색(scan)한다(S21). 마찬가지로 네트워크 디바이스도 검색 과정을 통해 개인사설망에 포함되기 위해 네트워크 코디네이터를 검색한다(S31).
이러한 검색과정을 통해 개인사설망을 구성하기 위한 네트워크 코디네이터와 네트워크 디바이스가 검색되면, 네트워크 디바이스는 어소시에이션 과정(S32)를 통해 검색된 네트워크 코디네이터로 개인사설망에 포함될 것을 요청하게 되고, 네트 워크 코디네이터는 이러한 네트워크 디바이스의 요청을 수신하여 복수개의 네트워크 디바이스를 포함하는 개인사설망을 구성한다(S22).
하나의 네트워크 코디네이터와 복수의 네트워크 디바이스로 이루어진 개인사설망이 구성된 이후, 네트워크 코디네이터와 복수의 네트워크 디바이스는 이 후에 이루어질 동작에 대한 메세지나 이벤트를 대기하는 상태가 된다(S23, S33).
본 발명은 하나의 네트워크 코디네이터에서 복수의 네트워크 디바이스로 동시에 패킷을 전송하는 브로드캐스트 방식의 통신에 적용되는 것이므로, 이 후의 설명에서는 브로드캐스트 패킷을 송신하는 경우에 한하여 설명한다.
상기 대기 상태에서, 네트워크 코디네이터로부터 브로드캐스트 패킷을 전송하여야하는 경우가 발생하면, 상기 네트워크 코디네이터는 CAP 구간까지 기다렸다가(S25), RFID 리더를 이용하여 웨이크업 신호를 전송한다(S26). 상기 CAP 구간은, 지그비에 사용되는 슈퍼프레임 모드에서 비콘과 비콘 사이에 위치한 타임슬롯 중 접속 경합 구간으로 패킷의 전송이 이루어질 수 있는 구간이다.
한편, 네트워크 디바이스는 네트워크 코디네이터의 RFID 리더로부터 전송된 웨이크업 신호를 RFID 태그에서 수신하고, 웨이크업 신호를 수신한 RFID 태그의 지시에 의해 네트워크 디바이스가 온된다. 더욱 상세하게 설명하면, 네트워크 코디네이터로부터 전송되는 브로드캐스트 패킷을 수신할 수 있도록 네트워크 디바이스 내의 수신기가 온된다.
상기 네트워크 코디네이터는 패킷을 전송할 수 있는 CAP 구간이 되면, 브로드캐스트 패킷을 전송(S27)하고, 이를 복수의 네트워크 디바이스에서 각각 수신하 여 처리한다(S36). 네트워크 디바이스에서 브로드캐스트 패킷을 수신한 후 소정 시간이 경과하면, 패킷 수신이 완료된 것으로 판단하고 수신기를 오프시킨다. 한편, 웨이크업 신호를 수신한 RFID 태그에 의해 온 상태가 되었던 네트워크 디바이스가 수신 대기상태에서 소정 시간동안 패킷의 수신이 없는 경우에도, 수신기를 오프시켜 전력소모를 방지한다.
이와 같이, 본 발명은 브로드캐스트 패킷의 전송이 필요한 경우, 네트워크의 코디네이터에 포함된 RFID 리더에서 웨이크업 신호를 전송하고, 이 웨이크업 신호를 네트워크 디바이스에 포함된 RFID 태그에서 수신하여 네트워크 디바이스를 온 시킴으로써, 네트워크 디바이스가 오프 상태에 있음으로 인해 브로드캐스트 패킷을 수신할 수 없는 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 브로드캐스트 패킷의 수신 시에만 선택적으로 네트워크 디바이스를 온 시킴으로써, 전력 소모를 최소화할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 네트워크의 코디네이터에 포함된 RFID 리더에서 웨이크업 신호를 전송하고, 이 웨이크업 신호를 복수의 네트워크 디바이스에 각각 포함된 RFID 태그에서 수신하여 해당 네트워크 디바이스를 온 시킴으로써, 일부 네트워크 디바이스가 오프 상태에 있는 경우 브로드캐스트 패킷을 수신할 수 없는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
더하여, 브로드캐스트 패킷을 수신하여야 할 필요가 있는 경우에만, 네트워크 디바이스를 온 상태에 있게 함으로써, 전력 소모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. RFID 리더를 구비한 하나의 네트워크 코디네이터로부터 RFID 태그를 구비한 복수의 네트워크 디바이스로 동시에 패킷을 전송하는 RFID를, 이용한 지그비 단말의 브로드캐스트 전송 방법에 있어서,
    상기 RFID 리더로부터 상기 RFID 태그로 웨이크업 신호를 전송하는 단계;
    상기 웨이크업 신호를 수신한 상기 RFID 태그가 해당 네트워크 디바이스를 웨이크업 시킴으로써, 패킷 수신을 위해 상기 복수의 네트워크 디바이스가 온 상태를 유지하는 단계; 및
    상기 네트워크 코디네이터로부터 상기 복수의 네트워크 디바이스로 동시에 패킷을 전송하고, 상기 복수의 네트워크 디바이스는 상기 패킷을 수신하는 단계
    를 포함하는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 디바이스가 상기 네트워크 코디네이터로부터 소정 시간동안 상기 패킷을 수신하지 못하는 경우, 상기 네트워크 디바이스는 오프되는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 무선신호를 전송하는 단계 이전에, 상기 네트워크 코디네이터는 상기 네트워크 디바이스를 검색하고, 요청이 있는 네트워크 디바이스를 포함하는 개인사설망(PAN)을 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 지그비 시스템의 브로드캐스트 통신 방법.
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