KR100744932B1 - 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어방법 - Google Patents

지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명을 저전력 특성을 요구하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 레벨을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 네트워크 코디네이터 및 이와 무선 통신하는 적어도 하나의 네트워크 디바이스로 이루어진 지그비 시스템에서 상기 네트워크 디바이스의 송신 전력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 네트워크 디바이스에서 상기 네트워크 코디네이터로 소정의 전력 레벨을 갖는 신호를 전달하는 단계; 상기 네트워크 코디네이터에서 상기 신호의 수신 신호 강도 지시값(RSSI)을 검출하는 단계; 상기 네트워크 코디네이터에서, 상기 수신 신호 강도 지시값과 상기 코디네이터가 수신 가능한 신호 강도값을 비교하여 송신 전력 레벨 제어값을 생성하는 단계; 상기 네트워크 코디네이터에서 상기 네트워크 디바이스로 상기 송신 전력 레벨 제어값을 전달하는 단계; 및 상기 네트워크 디바이스에서, 상기 송신 전력 레벨 제어값에 따라 제어된 신호를 송신하는 단계를 포함하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법을 제공한다.
지그비(ZIGBEE), 네트워크 코디네이터, 네트워크 디바이스, 송신 전력 레벨

Description

지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법{METHOD OF CONTROLLING TX POWER OF NETWORK DEVICE IN ZIGBEE SYSTEM}
도 1은 통상적인 지그비 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 레벨 제어 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 3은 지그비 시스템에서 이용되는 신호의 패킷 프레임을 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11: 네트워크 코디네이터 12: 네트워크 디바이스
31: MAC 헤더 311: 프레임 컨트롤 필드
311-1: 예비 비트
본 발명은 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 레벨을 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스에 서 송신된 신호를 네트워크 코디네이터가 수신한 후 수신된 신호에 대한 수신 신호 강도 지시값(Received Signal Strength Indication: RSSI)을 검출하고, 이 수신 신호 강도값에 따라 네트워크 디바이스의 송신 전력 레벨을 제어하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법에 관한 것이다.
무선사설망(Wireless Personal Area Network: WPAN) 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 2.4GHz, 915MHz, 868MHZ의 주파수대역을 사용하며, 주파수별로 250kbps(2.4GHz ISM 대역에서 16개의 채널), 40kbps/20kbps(915MHz 대역에서 10개의 채널/868MHz 대역에서 1개의 채널) 전송속도를 가질 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 단순화되어, 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 도입함으로 써, 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 디바이스(12)로 이루어질 수 있다.
이러한 무선 사설망의 구성에서, 네트워크 코디네이터(11)는 컴퓨터 혹은 홈네트워크의 주제어장치등에 구비되는 것으로서, 다수의 네트워크 디바이스(12)에 대한 데이타의 송수신의 제어를 수행하며, 다수의 네트워크 디바이스(12)는 실제 데이타를 입출력하는 부분으로서, 홈오토메이션의 경우, 난방, 환기, 에이컨, 보안, 전등이나 센서등이 해당된다.
이러한 지그비 시스템에서, 네트워크 코디네이터(11)는 다수의 네트워크 디바이스(12)와 통신하고 이들을 관리하기 위해 항상 전원이 공급되는 상태로 유지되므로 별도의 전력관리를 필요로 하지 않는다. 이에 비해 다수의 네트워크 디바이스(12)는 전력소모를 최소화 하기 위해 동기화에 필요한 시간을 제외한 대부분의 시간 동안 수신기를 오프 시킨 상태로 운용된다. 따라서, 지그비 시스템의 저전력 특성은 상기 네트워크 디바이스(12)의 운용 방법에 따라 크게 좌우된다고 할 수 있다.
그러나, 종래의 지그비 시스템에서는, 네트워크 디바이스(12)에서 네트워크 코디네이터로 신호를 전송할 때 이 전송 신호의 전력 레벨을 제어하기 위한 기술이 제공되지 않는다. 따라서, 통상적으로 네트워크 디바이스(12)가 송신할 수 있는 최대 전력 레벨로 신호를 송신하거나, 네트워크의 운용자가 모든 네트워크 디바이스(12)의 송신 전력 레벨을 직접 수작업으로 조정함으로써 전력 관리가 이루어졌다.
이러한 종래의 전력 관리 방식은, 네트워크 디바이스가 최대 송신 전력을 취하는 경우 전력의 낭비를 가져오거나, 운용자의 주관적인 판단과 수작업으로 송신 레벨의 제어가 이루어져 전력관리가 효율적이지 못한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스에서 송신된 신호를 네트워크 코디네이터가 수신한 후 수신된 신호에 대한 수신 신호 강도값을 검출하고, 이 수신 신호 강도값에 따라 네트워크 디바이스의 송신 전력 레벨을 제어할 수 있는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,
네트워크 코디네이터 및 이와 무선 통신하는 적어도 하나의 네트워크 디바이스로 이루어진 지그비 시스템에서 상기 네트워크 디바이스의 송신 전력을 제어하는 방법에 있어서,
상기 네트워크 디바이스에서 상기 네트워크 코디네이터로 소정의 전력 레벨을 갖는 신호를 전달하는 단계;
상기 네트워크 코디네이터에서 상기 신호의 수신 신호 강도 지시값(RSSI)을 검출하는 단계;
상기 네트워크 코디네이터에서, 상기 수신 신호 강도 지시값과 상기 코디네이터가 수신 가능한 신호 강도값을 비교하여 송신 전력 레벨 제어값을 생성하는 단계;
상기 네트워크 코디네이터에서 상기 네트워크 디바이스로 상기 송신 전력 레벨 제어값을 전달하는 단계; 및
상기 네트워크 디바이스에서, 상기 송신 전력 레벨 제어값에 따라 제어된 신호를 송신하는 단계를 포함하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 수신 신호 강도 지시값을 검출하는 단계는, 복수회 수신된 신호의 수신 신호 강도 지시값을 검출하여 그 평균값을 계산하는 단계이다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 송신 전력 레벨 제어값은, 상기 네트워크 코디네이터가 수신 가능한 신호 전력 레벨에 사전 설정된 마진값을 더한 값이 상기 수신 신호 강도값과 동일해지도록, 상기 네트워크 디바이스의 송신 신호 전력 레벨 을 제어하는 값이다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 송신 전력 레벨 제어값을 전달하는 단계는, 상기 네트워크 코디네이터에서 상기 네트워크 디바이스로 전달되는 신호의 헤더에 포함된 프레임 컨트롤 필드 중 예비(reserved) 필드에 상기 송신 전력 레벨 제어값을 실어 전달하는 단계인 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 상기 송신 전력 레벨 제어값은, 상기 프레임 컨트롤 필드의 예비 필드 중 7 내지 9번 비트의 3 비트로 표현될 수 있다.
본 발명은 지그비 시스템에서, 네트워크 디바이스가 네트워크 코디네이터로 신호를 송신할 때, 이 송신 신호의 전력 레벨을 적절하게 제어함으로써, 전력 소비의 절감을 가장 필요로 하는 네트워크 디바이스에서 소모되는 전력을 최소화 하는 것을 특징으로 한다.
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.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스 의 송신 전력 레벨 제어 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시형태에 따른 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 레벨 제어 방법을 설명한다.
먼저, 네트워크 디바이스(12)에서 네트워크 코디네이터(11)로 신호를 전달한다(S21). 상기 네트워크 디바이스(12)에서 송신되는 신호는 네트워크 디바이스(12)에서 사전에 설정된 소정의 전력 레벨을 갖는다. 상기 신호는 네트워크 코디네이터(11)에서 송신한 비콘 신호에 대한 확인 신호일 수도 있고, 특정 데이터가 포함된 신호일 수도 있다. 네트워크 코디네이터(11)는 네트워크 디바이스(12)에서 송신된 신호를 수신한다.
이어, 네트워크 코디네이터(11)는 네트워크 디바이스(12)에서 송신한 신호를 수신하여 이 수신된 신호에 대한 수신 신호 강도 지시값(RSSI)을 검출한다(S22). 이 수신 신호 강도 지시값은 각 네트워크 디바이스(12)로부터 송신되는 신호에 8 비트(bit)의 값으로 포함되어 있는 것으로, 네트워크 코디네이터(11)가 네트워크 디바이스(12)로부터 수신한 신호에서 이 수신 신호 강도 지시값을 검출한다.
이 때, 네트워크 코디네이터(11)는 복수회 수신된 신호의 수신 신호 강도 지시값을 검출하여 그 평균값을 계산하고, 이 평균 수신 신호 강도 지시값을 다음 단계에서 송신 전력 레벨 제어값을 생성하는데 사용할 수 있다. 네트워크 디바이스(12)로부터 송신되는 신호의 수신 신호 강도 지시값은 네트워크 환경 등이 일시적 으로 변화하는 등의 외부적 요인으로 인해 일시적으로 그 값이 변동될 수 있으므로, 복수회 수신된 신호로부터 각각 검출된 수신 신호 강도 지시값을 이용하여 네트워크 디바이스(11)의 송신 전력 레벨을 제어하는 것이 더 바람직하다.
이어, 네트워크 코디네이터(11)는 상기 수신 신호 강도 지시값과 상기 코디네이터가 수신 가능한 신호 강도값을 비교하여 송신 전력 레벨 제어값을 생성한다(S23). 네트워크 코디네이터(11)는 자신이 수신할 수 있는 최소의 신호 전력 레벨을 가진다. 네트워크 코디네이터(11)는 이 수신 가능한 신호 전력 레벨에 소정의 마진값을 더한 값과 이전 단계(S22)에서 검출한 수신 신호 강도 지시값을 비교한다. 예를 들어, 네트워크 코디네이터(11)는 수신 신호 강도 지시값이 수신 가능한 신호 전력 레벨에 소정의 마진값을 더한 값보다 큰 경우, 네트워크 코디네이터(11)는 네트워크 디바이스(12)의 송신 전력 레벨이 필요 이상으로 큰 것으로 판단하고 네트워크 디바이스(12)의 송신 전력 레벨을 감소시키기 위한 송신 전력 레벨 제어값을 생성한다. 이 송신 전력 레벨 제어값은, 네트워크 코디네이터(11)가 검출한 수신 신호 강도 지시값과 네트워크 코디네이터(11)의 수신 가능한 신호 전력 레벨에 소정의 마진값을 더한 값이 동일하게 되도록 결정되는 것이 가장 바람직하다. 반대로, 수신 신호 강도 지시값이 수신 가능한 신호 전력 레벨에 소정의 마진값을 더한 값보다 작은 경우, 상기 송신 전력 레벨 제어값은 네트워크 디바이스(12)의 송신 전력 레벨을 높이도록 송신 전력 레벨 제어값이 결정될 수도 있다.
이어, 상기 네트워크 코디네이터(11)는 이전 단계(S23)에서 생성한 송신 전력 레벨 제어값을 네트워크 디바이스(12)로 전달한다. 상기 송신 전력 레벨 제어값은 별도의 데이터 패킷 신호로 전달될 수도 있으나, 네트워크 코디네이터(11)에서 네트워크 디바이스(12)로 전달되는 다른 데이터 패킷 신호(예를 들어, 비콘 신호)의 헤더에 포함되어 전달되는 것이 바람직하다.
도 3은 지그비 시스템에서 이용되는 신호의 패킷 프레임을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 지그비 시스템에 이용되는 신호의 패킷 프레임은, 크게 MAC 헤더(MHR)(31), MAC 페이로드(MAC payload)(32) 및 MAC 푸터(MAC footer)(33)으로 이루어진다.
상기 MAC 헤더(31)는 프레임 컨트롤 필드(Frame Control field)(311), 현재 프레임에 대한 시퀀스 넘버를 나타내는 시퀀스 넘버필드(Sequence Number field)(312), 목적지-소스 어드레스 등을 포함하는 어드레싱 필드(Addressing field)(313)를 포함한다.
상기 MAC 헤더(31)에 포함된 프레임 컨트롤 필드(311)는, 프레임 형식 등을 표시하는 다수의 필드로 이루어진다. 지그비 표준에 따르면, 2 옥텟(octet)(=16 비트)으로 이루어지는 상기 프레임 컨트롤 필드(311)에서 7~9번 비트, 12~13번 비트는 특별한 정보를 담고있지 않은 예비(reserved) 필드로 남겨두고 있다. 본 발명에서는 이 예비 필드에 상기 송신 전력 레벨 제어값을 실어 전달할 수 있다. 특히, 상기 프레임 컨트롤 필드의 예비 필드 중 7 내지 9번 비트의 3 비트로 표현되는 것이 바람직하다. 이 경우 이용되는 예비 필드는 3 비트이므로, 총 8개의 레벨 제어 정보를 전송할 수 있다.
다시, 도 2를 참조하면, 네트워크 디바이스(12)는 네트워크 코디네이터(11)로부터 전달받은 송신 전력 레벨 제어값을 참조하여 다음 신호 전송시 상기 송신 전력 레벨 제어값에 따라 조정된 송신 출력 레벨으로 신호를 전송하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 네트워크 코디네이터(11)가 수신하는 신호의 수신 신호 강도 지시값(RSSI)에 따라 네트워크 디바이스(12)의 송신 전력 레벨을 적절하게 제어함으로써, 네트워크 디바이스(12)에서 신호 송신시 과도한 전력으로 송신하는 것을 자동으로 방지하여 전력 소모의 낭비를 방지할 수 있다. 더하여, 네트워크 디바이스(12)의 송신 전력 레벨이 낮아 네트워크 코디네이터(11)가 네트워크 디바이스(12)로부터 신호를 전달 받지 못하는 오류를 사전에 예방할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 지그비 시스템에서 네트워크 코디네이터가 수신하는 신호의 수신 신호 강도 지시값(RSSI)에 따라 네트워크 디바이스 송신 전력 레벨을 자동으로 제어할 수 있으므로, 네트워크 디바이스에서 신호 송신시 과도한 전력으로 송신하는 것을 자동으로 방지하여 전력 소모의 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 네트워크 운용자가 다수의 네트워크 디바이스를 직접 관리하지 않아도 되므로 네트워크 관리의 효율을 향상시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따르면, 네트워크 디바이스의 송신 전력 레벨이 낮은 경우에도 송신 전력 레벨을 높이도록 제어할 수 있으므로, 네트워크 코디네이터가 네트워크 디바이스로부터 신호를 전달 받지 못하는 오류가 발생하는 것을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 네트워크 코디네이터 및 이와 무선 통신하는 적어도 하나의 네트워크 디바이스로 이루어진 지그비 시스템에서 상기 네트워크 디바이스의 송신 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 네트워크 디바이스에서 상기 네트워크 코디네이터로 소정의 전력 레벨을 갖는 신호를 전달하는 단계;
    상기 네트워크 코디네이터에서 상기 신호의 수신 신호 강도 지시값(RSSI)을 검출하는 단계;
    상기 네트워크 코디네이터에서, 상기 수신 신호 강도 지시값과 상기 코디네이터가 수신 가능한 신호 강도값을 비교하여 송신 전력 레벨 제어값을 생성하는 단계;
    상기 네트워크 코디네이터에서, 상기 네트워크 디바이스로 전달되는 신호의 헤더에 포함된 프레임 컨트롤 필드 중 예비(reserved) 필드에 상기 송신 전력 레벨 제어값을 실어 상기 네트워크 디바이스로 상기 송신 전력 레벨 제어값을 전달하는 단계; 및
    상기 네트워크 디바이스에서, 상기 송신 전력 레벨 제어값에 따라 제어된 신호를 송신하는 단계
    를 포함하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신 신호 강도 지시값을 검출하는 단계는,
    복수회 수신된 신호의 수신 신호 강도 지시값을 검출하여 그 평균값을 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송신 전력 레벨 제어값은,
    상기 네트워크 코디네이터가 수신 가능한 신호 전력 레벨에 사전 설정된 마진값을 더한 값이 상기 수신 신호 강도값과 동일해지도록, 상기 네트워크 디바이스의 송신 신호 전력 레벨을 제어하는 값인 것을 특징으로 하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 송신 전력 레벨 제어값은,
    상기 프레임 컨트롤 필드의 예비 필드 중 7 내지 9번 비트의 3 비트로 표현되는 것을 특징으로 하는 지그비 시스템에서 네트워크 디바이스의 송신 전력 제어 방법.
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