KR100748094B1 - 802.15.4 wpan installation method and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 802.15.4 WPAN 기본 구조도,1 is a basic structure of 802.15.4 WPAN,
도 2a 내지 도 2e는 802.15.4 WPAN 통신에서 사용되는 프레임 포맷도,2A through 2E are frame format diagrams used in 802.15.4 WPAN communication;
도 3은 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 포설 방법의 전체 흐름도,3 is an overall flowchart of an 802.15.4 WPAN installation method according to the present invention;
도 4는 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 포설 방법에 있어서, PAN 코디네이터에서의 절차를 나타낸 흐름도, 4 is a flowchart illustrating a procedure in a PAN coordinator in the 802.15.4 WPAN installation method according to the present invention;
도 5는 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 포설 방법에 있어서, 하위 디바이스에서의 절차를 나타낸 흐름도,5 is a flowchart illustrating a procedure in a lower device in the 802.15.4 WPAN installation method according to the present invention;
도 6은 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN을 구성하는 코디네이터의 블럭구성도, 그리고6 is a block diagram of a coordinator constituting an 802.15.4 WPAN according to the present invention, and
도 7은 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN을 구성하는 하위 디바이스의 블럭 구성도이다.7 is a block diagram of a lower device constituting an 802.15.4 WPAN according to the present invention.
본 발명은 802.15.4 WPAN 포설 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 특히 이미 구축되어 있는 네트워크를 고려하면서 용이하게 새로운 802.15.4 WPAN를 구축할 수 있으며, 사용자의 개입을 최소화할 수 있는 802.15.4 WPAN 포설 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an 802.15.4 WPAN deployment method and apparatus therefor, in particular, 802.15.4 WPAN can be easily constructed while taking into consideration the network already established, and 802.15.4 capable of minimizing user intervention. It relates to a WPAN installation method and an apparatus therefor.
근거리 무선 네트워크 기술은 선 없는 무선 기기의 수요가 높아지면서 보편화되고 있으며 그 중에서 IEEE 802.15.4 WPAN은 저전력 무선 네트워크 방식으로서 최근에 주목받는 기술이다.Short-range wireless network technology is becoming more common as demand for wireless wireless devices increases. Among them, IEEE 802.15.4 WPAN is a low-power wireless network method that is recently attracting attention.
IEEE 802.15.4는 저속 데이터 전송 속도를 가지면서 저전력을 필요로 하는 곳을 위하여 제안된 것으로, 특히 센서 네트워크를 구성하여 전지로 구동되는 장치에 사용될 때 큰 효과를 나타낼 수 있다.IEEE 802.15.4 has been proposed for places requiring low power while having a low data transfer rate. In particular, IEEE 802.15.4 may have a great effect when used in a battery-powered device by constructing a sensor network.
상기 IEEE 802.15.4는 근거리 무선 네트워크이므로 전송 거리는 수십 미터 이내이며, 전송 속도는 20kb/s~250kb/s로 사용 주파수 대역에 따라서 구분된다. 또한 네트워크 구성 토폴로지는 별형 구조(start topology), 피어 투 피어 구조(peer-to-peer)로 크게 구분될 수 있다. 별형 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 코디네이터(coordinator)(11)를 중심으로 디바이스들(12)이 연결되는 구조로서, 하나의 코디네이터(11)가 마스터의 역할을 하며 하위에 연결되는 디바이스들(12)이 슬레이브의 역할을 한다. 피어 투 피어 구조는 상기 별형 구조로 하위 디바이스들이 연결되어 마스터 역할을 수행하는 다수의 코디네이터를 서로 연결한 구조이다.Since the IEEE 802.15.4 is a short-range wireless network, the transmission distance is within several tens of meters, and the transmission rate is 20kb / s to 250kb / s, and is classified according to the frequency band used. In addition, the network configuration topology may be broadly classified into a star topology and a peer-to-peer structure. As shown in FIG. 1, the
IEEE 802.15.4 네트워크에 연결된 장치들이 서로 통신하기 위해서는, 근거리 무선 네트워크를 구분하여 식별하기 위한 PAN(Personal Area Network) ID와, 해당 네트워크 내에 속하는 각 장치에 할당된 주소를 가져야 하며, 이를 위해 MAC 프레임에는 PAN ID 영역과 주소 영역이 포함된다. 도 2a 내지 도 2e는 지그비 통신에 사용되는 물리계층의 패킷 및 MAC 계층의 프레임의 구조를 나타낸 것이다. MAC 프레임은 PHY의 PSDU(Physical sublayer Service Data Unit) 영역에 MPDU(MAC Protocol Data Unit)의 이름으로 실려서 전송된다.In order for devices connected to an IEEE 802.15.4 network to communicate with each other, they must have a personal area network (PAN) ID for identifying and identifying a short-range wireless network, and an address assigned to each device within the network. Includes a PAN ID area and an address area. 2A to 2E illustrate the structure of a packet of a physical layer and a frame of a MAC layer used for Zigbee communication. The MAC frame is carried in the Physical Sublayer Service Data Unit (PSDU) area of the PHY with the name of the MAC Protocol Data Unit (MPDU).
도 2a는 PHY 프레임의 포맷을 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, PHY 프레임은 SHR(synchronization header), PHR(PHY header), PSDU(PHY 페이로드(payload))를 포함한다. 상기 SHR은 PHY 프레임의 동기를 맞추는 데 사용하고, PHR에서는 뒤에 이어지는 PHY 페이로드의 길이를 7비트로 나타낸다. FIG. 2A illustrates a format of a PHY frame. Referring to this, the PHY frame includes a synchronization header (SHR), a PHY header (PHR), and a PHY payload (PSDU). The SHR is used to synchronize PHY frames, and in the PHR, the length of a subsequent PHY payload is represented by 7 bits.
MAC 프레임 포맷은 비콘 프레임(beacon frame), 데이터 프레임(data frame), 응답 프레임(acknowledge frame), 명령 프레임(command frame)의 4가지 종류로 구분할 수 있다. 도 2b는 비콘 프레임의 포맷을 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 상기 비콘 프레임은, 프레임 제어(frame control) 필드와, 현 프레임의 순서를 나타내는 시퀀스 번호(sequence number) 필드와, 주소 필드(addreess)들과, MAC 페이로드와, 에러 정정을 위한 FCS 필드를 포함한다. 비콘 프레임의 주소 필드에는 목적지 PAN ID와 목적지 주소는 포함하지 않으며, 근원지 PAN ID(source PAN ID)와 근원지 주소(source address)만을 포함하고 있다. 상기 주소 필드는 해당 프레임이 송신되거나 전달될 PAN을 식별할 수 있고, 같은 PAN 내에서는 주소를 다르게 함으 로써 해당하는 디바이스들이 서로 구분될 수 있도록 한다. 이때 주소 체계는 16비트 또는 64비트를 사용할 수 있으며, 어떤 주소체계를 사용하는 지는 프레임 제어 필드(frame control)의 주소 모드(addressing mode)의 값을 선택함으로써 나타낼 수 있다. 상기 비콘 프레임내의 MAC 페이로드는 수퍼프레임 규격(superframe specification), GTS 필드, pending 주소 필드, beacon 페이로드로 구성된다.The MAC frame format can be classified into four types: beacon frame, beacon frame, data frame, acknowledgment frame, and command frame. FIG. 2B illustrates a format of a beacon frame. Referring to this, the beacon frame includes a frame control field, a sequence number field indicating an order of the current frame, and address fields. And a MAC payload and an FCS field for error correction. The address field of the beacon frame does not include a destination PAN ID and a destination address, but includes only a source PAN ID and a source address. The address field may identify a PAN to which a corresponding frame is to be transmitted or transmitted, and the corresponding devices may be distinguished from each other by different addresses within the same PAN. In this case, the address system may use 16 bits or 64 bits, and which address system is used may be indicated by selecting a value of an addressing mode of a frame control field. The MAC payload in the beacon frame is composed of a superframe specification, a GTS field, a pending address field, and a beacon payload.
도2c는 MAC 프레임중에서 데이터 프레임의 포맷을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 데이터 프레임은, 프레임 제어 필드, 시퀀스 번호 필드, 주소필드, 데이터 페이로드, FCS 필드로 구성된다. 상기 데이터 프레임 주소필드는 목적지 PAN ID와, 목적지 주소와, 근원지 PAN ID와, 근원지 주소로 구성되어 있다. 데이터 페이로드는 상위 계층에서 요청한 값을 가진다.Figure 2c shows the format of a data frame in a MAC frame. As shown, a data frame is composed of a frame control field, a sequence number field, an address field, a data payload, and an FCS field. The data frame address field is composed of a destination PAN ID, a destination address, a source PAN ID, and a source address. The data payload has the value requested by the upper layer.
도2d는 응답(acknowledgement) 프레임 포맷의 구조를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 응답 프레임은 프레임 제어 필드, 시퀀스 번호 필드, 및 FCS 필드로 단순하게 구성되어 있다. 상기 응답 프레임 포맷에서는 프레임 제어 필드의 pending 필드를 사용하여 보관하고 있는 데이터가 더 있는지 여부를 나타낸다.2D shows the structure of an acknowledgment frame format. As shown, the response frame is simply composed of a frame control field, a sequence number field, and an FCS field. The response frame format indicates whether there is more data stored using the pending field of the frame control field.
도2e는 MAC 프레임중 명령(command) 프레임 포맷을 나타낸다. 상기 명령 프레임은, 프레임 제어 필드, 시퀀스 번호 필드, 주소필드로 이루어진 MHR과, MAC 페이로드와, FCS로 구성된다. 상기 명령 프레임내의 주소 필드는 목적지 PAN ID와 목적지 주소, 근원지 PAN ID와 근원지 주소 중에서 둘 다 또는 하나만 있을 수 있다. MAC 페이로드는 명령 프레임의 종류를 나타내는 명령 프레임 ID와, 그에 해당하는 페이로드인 명령 페이로드로 구성된다. 2E shows a command frame format among MAC frames. The command frame includes an MHR consisting of a frame control field, a sequence number field, and an address field, a MAC payload, and an FCS. The address field in the command frame may include only one or both of a destination PAN ID and a destination address, a source PAN ID, and a source address. The MAC payload consists of a command frame ID indicating the type of command frame and a command payload corresponding to the payload.
일반적으로 PAN 네트워크를 구성할 때에는 사용자가 개입하여 임의의 PAN ID와 주소를 할당하여 네트워크를 구성하여 활용한다. 이와 같이 사용자가 임의로 PAN ID와 주소를 할당하는 경우, 다른 PAN 네트워크가 이미 존재하는 환경에서 새로운 PAN 네트워크를 포설하려고 할 때에는, 사용자가 일일이 기존의 PAN 네트워크를 검색하여 알아낸 후, 이미 포설되어 있는 PAN과는 다르게 PAN ID나 주소를 할당하여 구축해야 한다. In general, when constructing a PAN network, a user assigns an arbitrary PAN ID and address to intervene to configure and utilize the network. In this case, when a user arbitrarily assigns a PAN ID and address, when a user wants to install a new PAN network in an environment where another PAN network already exists, the user searches for an existing PAN network and finds out. Unlike PAN, it should be constructed by assigning PAN ID or address.
더하여, PAN 네트워크는 근거리 망이지만, 가깝게 근접해 있는 경우 이웃한 다른 PAN 네트워크와 중첩될 수 있기 때문에, 이웃한 다른 PAN 네트워크간의 영향을 감안하여 구축되어야 한다.In addition, the PAN network is a local area network, but since the PAN network may overlap with other neighboring PAN networks in close proximity, the PAN network should be constructed in consideration of the influence between other neighboring PAN networks.
PAN 네트워크의 구축 시에 상술한 여러 상황을 고려하여야 하는데, 사용자가 이러한 여러 상황을 고려하여 구축하기란 쉽지 않다.When constructing a PAN network, it is necessary to consider the various situations described above, and it is not easy for a user to construct such a situation.
특히, 간단한 가전 기기의 경우에 포설이 용이해야 단가가 낮아지고 실용성이 증대될 수 있기 때문에, 사용자의 개입을 최소화하고 쉽게 구축하는 방법이 제시될 필요가 있다.In particular, in the case of a simple home appliance, since the installation cost can be lowered and the practicality can be increased, there is a need for a method of minimizing user intervention and easily constructing the home appliance.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, PAN 네트워크의 구축 시 이미 구축되어 있는 다른 PAN 네트워크를 고려하면서 용이하게 구축할 수 있으며, 사용자의 개입을 최소화할 수 있는 802.15.4 WPAN 네트워크 포설 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems can be easily constructed while considering the other PAN network that is already built when the PAN network is established, the establishment of 802.15.4 WPAN network that can minimize user intervention To provide a method and apparatus therefor.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 코디네이터와 상기 코디네이터에 결합되는 하나 이상의 디바이스로 이루어지는 802.15.4 WPAN의 포설 방법에 있어서, 상기 코디네이터가The present invention for achieving the object of the present invention as described above, in the method of deploying 802.15.4 WPAN consisting of a coordinator and at least one device coupled to the coordinator,
설치 모드로 설정되면, 사용 가능한 채널 중에서 최소 에너지의 채널을 선택하여 자신이 사용할 채널로 설정하는 제1 단계;If the installation mode is set, the first step of selecting the channel of the minimum energy from the available channels to set the channel to use;
상기 설정된 채널에서 이미 설치되어 있는 다른 코디네이터들을 검색하여 사용되고 있지 않는 PAN ID를 자신의 PAN ID로 설정하는 제2 단계; 및A second step of searching for other coordinators already installed in the set channel and setting an unused PAN ID as its own PAN ID; And
사용할 채널 및 PAN ID가 설정되면, 상기 설치 모드를 코디네이터로서 동작하는 동작 모드로 변경하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.When the channel and the PAN ID to be used are set, a third step of changing the installation mode to an operation mode operating as a coordinator.
상기 본 발명의 802.15.4 WPAN 포설 방법에 있어서, 상기 제2 단계는, 상기 코디네이터가 자신의 PNA ID(macPANId)를 0xffff로 설정하는 과정과, 상기 제1 단계에서 설정된 채널을 통해 비컨 요청 명령(beacon request command)을 송신하는 과정과, 상기 채널을 통해 다른 코디네이터로부터 전송되는 비컨 프레임을 수신하는 과정과, 상기 수신된 비컨 프레임으로부터 PAN 디스크립터(descriptor)를 수집하여 각 코디네이터들에서 사용하는 PAN ID를 확인하는 과정과, 상기 확인된 PAN ID를 제외한 임의의 PAN ID를 자신이 사용한 PAN ID로 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the 802.15.4 WPAN installation method of the present invention, the second step, the coordinator sets its PNA ID (macPANId) to 0xffff, and the beacon request command through the channel set in the first step ( transmitting a beacon request command, receiving a beacon frame transmitted from another coordinator through the channel, collecting a PAN descriptor from the received beacon frame, and using the PAN IDs used in each coordinator. And a step of setting an arbitrary PAN ID except for the checked PAN ID to a PAN ID used by the user.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 구성 수단으로서, 본 발명은 코디네이터 와 상기 코디네이터에 결합되는 하나 이상의 디바이스로 이루어지는 802.15.4 네트워크의 포설 방법에 있어서, 상기 디바이스가In addition, as a configuration means for achieving the above object, the present invention provides a method for installing an 802.15.4 network comprising a coordinator and at least one device coupled to the coordinator,
설치 모드로 설정되면, 능동(active) 또는 수동(passive) 스캔 방법을 통해 주변의 코디네이터의 PAN descriptor를 수집하여 주변에 동작 중인 모든 PAN ID를 저장하고 그 중에서 하나를 자신의 PAN으로 설정하는 제1 단계; When set to the installation mode, the first to collect the PAN descriptors of the surrounding coordinator through an active or passive scanning method to store all the PAN IDs operating in the vicinity and set one of them as its own PAN step;
상기 할당된 PAN ID의 코디네이터로부터 주소를 할당받아 해당 주소를 자신이 사용할 주소로 설정하는 제2 단계; 및A second step of receiving an address from the coordinator of the allocated PAN ID and setting the corresponding address as an address to be used by the coordinator; And
PAN ID와 주소가 설정되면 설치 모드에서 802.15.4 WPAN을 통한 통신을 수행하는 동작 모드로 변환하는 제3 단계를 포함하는 방법을 제공한다.When the PAN ID and address are set, the method includes a third step of converting from the installation mode to an operation mode for performing communication through the 802.15.4 WPAN.
바람직하게는 상기 802.15.4 WPAN 포설 방법에 있어서, 상기 제1 단계는, 자신의 PAN ID(macPANId)를 0xffff로 설정하는 과정과, 사용 가능한 모든 채널에 대하여 차례대로 능동 또는 수동 스캔을 수행하여, 채널별로 비컨 프레임을 수신하는 과정과, 상기 수신된 비컨 프레임으로부터 결합 가능한 코디네이터의 PAN descriptor를 확인하는 과정과, 상기 확인된 코디네이터 중에서 하나의 코디네이터를 선택하여, 해당 코디네이터의 사용 채널과 PAN ID를 자신의 채널과 PAN ID로 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the 802.15.4 WPAN installation method, the first step includes setting a PAN ID (macPANId) to 0xffff and performing active or passive scanning on all available channels in order. Receiving a beacon frame for each channel, checking a PAN descriptor of a coordinator that can be combined from the received beacon frame, selecting one coordinator from the identified coordinator, and using the coordinator's used channel and PAN ID It characterized in that it comprises the step of setting to the channel and the PAN ID of.
또한, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 802.15.4 표준에 따라서 다른 코디네이터 및 디바이스들과 통신을 수행하는 통신부; 설치 모드를 설정하는 입력 수단을 포함하는 입력부; 상기 통신부를 통해 모든 통신 채널의 에너지를 측정하여 최소 에너지를 갖는 채널을 검색하는 채널 에너지 검색부; 상기 통신부를 통해 특정 채널을 통해 통신하는 다른 코디네이터 정보를 획득하는 채널 스캔부; 상기 입력부에서 설치 모드가 설정되면, 상기 채널 에너지 검색부 및 채널 스캔부를 제어하여 최소 에너지의 채널과, 주변 코디네이터가 사용하지 않는 PAN ID를 자신이 사용할 채널과 PAN ID로 설정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 설정된 PAN ID와 채널 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 802.15.4 장치를 제공한다.In addition, the present invention, communication unit for performing communication with other coordinators and devices in accordance with the 802.15.4 standard to achieve the above object; An input unit including input means for setting an installation mode; A channel energy searcher for searching for a channel having a minimum energy by measuring energy of all communication channels through the communication unit; A channel scan unit for obtaining other coordinator information communicating through a specific channel through the communication unit; A controller configured to control the channel energy search unit and the channel scan unit to set a channel of minimum energy and a PAN ID not used by a neighbor coordinator as a channel and a PAN ID to be used by the input unit when the installation mode is set in the input unit; And a storage unit for storing the PAN ID and the channel information set by the controller.
더하여, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 802.15.4 WPAN의 코디네이터와 802.15.4 표준에 따라 통신을 수행하는 통신부; 설치 모드를 선택하는 입력 수단을 포함한 입력부; 상기 통신부를 통해 모든 채널을 스캔하여 채널별 코디네이터의 PAN 설정 정보를 획득하는 능동 또는 수동 채널 스캔부; 상기 입력부에 의해 설치 모드로 설정되면, 상기 능동 또는 수동 채널 스캔부를 동작시켜 채널별 코디네이터의 PAN 설정자를 확인하고, 상기 확인된 코디네이터 중에서 한 코디네이터의 PAN ID를 자신의 PAN ID로 설정한 후 상기 코디네이터로부터 주소 할당을 요청하여 수신된 주소를 자신의 주소로 설정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 설정된 PAN ID와 주소 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 802.15.4 WPAN 장치를 제공한다.In addition, the present invention, communication unit for performing communication according to the 802.15.4 standard and the coordinator of 802.15.4 WPAN to achieve the above object; An input unit including an input means for selecting an installation mode; An active or passive channel scan unit which scans all channels through the communication unit to obtain PAN setting information of the coordinator for each channel; When the input unit is set to the installation mode, the active or passive channel scan unit is operated to confirm the PAN setter of the coordinator for each channel, and set the PAN ID of one coordinator among the checked coordinators as its own PAN ID. A controller for requesting an address assignment from the service and setting the received address as its own address; And it provides a 802.15.4 WPAN device including a storage unit for storing the PAN ID and address information set by the control unit.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings.
도 3은 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 포설 방법의 전체 흐름을 나타낸 것이다. Figure 3 shows the overall flow of the 802.15.4 WPAN installation method according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 포설 방법은, 새롭게 동작을 시작한 코디네이터가 사용할 채널과, PAN ID와, 주소를 설정하는 코디네이터 설치 과정(S100)과, 상기와 같이 구축된 코디네이터들 중에서 하나의 적합한 코디네이터를 선택하여 디바이스가 결합하는 디바이스 설치 과정(S200)으로 구분된다.As shown in FIG. 3, the 802.15.4 WPAN installation method according to the present invention includes a coordinator installation process (S100) for setting a channel, a PAN ID, and an address to be used by a newly started coordinator, as described above. Selected one of the appropriate coordinator from the coordinator is divided into a device installation process (S200) to combine the device.
참고로, IEEE 802.15.4의 starting and maintaining PANs라는 항목에서 채널 스캔(channel scan)에 대하여 상세히 설명하고 있으며, 본 발명은 상기 표준 문서에서 언급하는 내용을 활용하여 802.15.4 WPAN 네트워크를 포설한다.For reference, a channel scan is described in detail in starting and maintaining PANs of IEEE 802.15.4, and the present invention utilizes the contents mentioned in the standard document to establish an 802.15.4 WPAN network.
도 4는 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 네트워크 포설 방법에 있어서, 상기 과정(S100)에 대한 상세 흐름을 나타낸 흐름도로서, 이를 참조하여 코디네이터의 초기 동작 시 사용할 채널, PAN ID, 주소를 설정하는 과정을 설명한다.4 is a flowchart illustrating a detailed flow of the process (S100) in the 802.15.4 WPAN network installation method according to the present invention, the process of setting the channel, PAN ID, address to be used during the initial operation of the coordinator with reference to this Explain.
도 4를 참조하면, 코디네이터의 설치 과정(S100)은, 코디네이터를 설치 모드로 설정하는 단계(S110)와, 사용가능한 채널중에서 최소 에너지의 채널을 선택하는 단계(S120)와, 상기 선택한 채널을 통해, 기존의 다른 코디네이터들이 사용하고 있지 않는 PAN ID를 자신의 PAN ID로 설정하는 단계(S130)와, 설치를 완료하고 코디네이터를 동작 모드로 설정하는 단계(S140)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the installation process (S100) of the coordinator may include setting the coordinator to an installation mode (S110), selecting a channel of minimum energy among available channels (S120), and through the selected channel. The method may include setting a PAN ID not used by other existing coordinators as its own PAN ID (S130), and completing the installation and setting the coordinator to an operation mode (S140).
본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 포설 방법은, 코디네이터의 모드를 사용할 PAN ID 및 채널을 설정하는 설치 모드와, 설정된 PAN ID 및 채널을 가지고 코디네이터의 기능을 수행하는 동작 모드로 구분함으로써, 코디네이터의 설치가 완료된 후에는, 코디네이터가 재부팅되더라도 새로운 설치 과정이 이루어지지 않도록 한다.In the 802.15.4 WPAN installation method according to the present invention, the coordinator is installed by dividing it into an installation mode for setting a PAN ID and a channel to use the coordinator mode, and an operation mode for performing a coordinator function with the set PAN ID and channel. After is completed, even if the coordinator is rebooted to prevent the new installation process.
따라서, 상기 코디네이터를 설치 모드로 설정하는 단계(S110)를 통해, 새로이 설치할 코디네이터의 모드를 설정 모드로 설정한다. 이에 상기 코디네이터는 일반적으로 알려져 있는 코디네이터로서의 동작을 하지 않고 하기에서 설명하는 설치 동작을 수행한다. 또한 최초에 여러 802.15.4 WPAN 장치를 하나의 PAN으로 결합하려고 할 때, PAN 코디네이터로 동작할 802.15.4 WPAN 장치를 먼저 설치 모드로 설정하여, 주변에 이미 설치되어 있는 PAN과는 다른 PAN을 구성할 수 있도록 한다.Therefore, the step of setting the coordinator to the installation mode (S110), the mode of the newly installed coordinator is set to the setting mode. Accordingly, the coordinator performs the installation operation described below without operating as a coordinator generally known. In addition, when initially trying to combine several 802.15.4 WPAN devices into one PAN, the 802.15.4 WPAN device to act as a PAN coordinator is first set to the installation mode to configure a PAN different from the PANs already installed nearby. Do it.
상기와 같이 설치모드로 설정된 코디네이터는, 상기 최소 에너지 채널 선택 단계(S120)를 통해, 주변 PAN에서 최소 에너지 채널을 찾아서 선택한다. 이와 관련하여, IEEE 802.15.4의 표준에서 언급하고 있는 ED 채널 스캔을 사용하면 각 채널에서 에너지의 최대값을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 단계(S120)에서는, 사용 가능한 모든 채널에 대하여 ED 채널 스캔을 수행하여, 모든 채널에 대하여 에너지의 최대값을 확인한 후에, 상기 확인된 에너지 중에서 에너지가 가장 작은 채널을 선택하여 자신의 채널로 사용하도록 한다. 이에 의하면, 다른 PAN에 의한 사용율이 가장 낮은 채널을 선택함으로써, 주파수 효율성 및 채널의 안정성을 향상시킬 수 있다. The coordinator set to the installation mode as described above finds and selects the minimum energy channel in the surrounding PAN through the minimum energy channel selection step (S120). In this regard, the ED channel scan mentioned in the IEEE 802.15.4 standard allows the measurement of the maximum energy in each channel. Therefore, in the step S120, the ED channel scan is performed on all available channels, the maximum value of energy is confirmed for all channels, and then the channel having the smallest energy is selected among the identified energies and thus its own channel. To use. According to this, by selecting a channel having the lowest utilization rate by another PAN, it is possible to improve frequency efficiency and channel stability.
그리고 PAN ID를 설정하는 단계(S130)에서는 사용되지 않는 PAN ID를 찾기 위하여 IEEE 802.15.4의 표준의 능동 채널 스캔(active channel scan)을 이용한다. 상기 능동 채널 스캔 방식은 스캔하는 장치(즉, 코디네이터 또는 FFD)가 자신의 PNA ID(macPANId)를 0xffff로 설정하고 상기 선택된 채널로 설정하고 난 후, 비컨 요청 명령(beacon request command)를 송신함으로써 동작한다. 상기에서 macPANId를 0xffff로 설정하면 해당 채널에서 수신되는 모든 비컨 프레임(beacon frame)을 필터링하지 않고 받을 수 있다. 상기 비컨 요청 명령(Beacon request command)을 수신한 다른 PAN 코디네이터들은, beacon-enabled PAN 코디네이터인 경우, 그냥 평상시대로 비컨 프레임(beacon frame)을 전송하고, nonbeacon-enabled PAN 코디네이터인 경우에는 unslotted CSMA-CA 방식으로 단일 비컨 프레임(single beacon frame)을 전송한다. 새로운 코디네이터로 동작하려는 802.15.4 WPAN 장치는 상기와 같이 주변의 다른 코디네이터로부터 수신되는 비컨 프레임으로부터 PAN 디스크립터(descriptor)를 수집하고, 수집된 자료에서 주변에 이미 존재하는 PAN ID를 얻는다. 그리고 상기와 같이 확인된 주변에서 사용하고 있는 PAN ID를 제외한 하나의 PAN ID를 자신의 PAN ID로 설정한다.In step S130 of setting a PAN ID, an active channel scan of the IEEE 802.15.4 standard is used to find an unused PAN ID. The active channel scan method operates by transmitting a beacon request command after a scanning device (i.e., coordinator or FFD) sets its PNA ID (macPANId) to 0xffff and sets it to the selected channel. do. If macPANId is set to 0xffff, all beacon frames received on the channel can be received without filtering. The other PAN coordinators who have received the Beacon request command, if it is a beacon-enabled PAN coordinator, just transmit a beacon frame as usual, and if it is a nonbeacon-enabled PAN coordinator unslotted CSMA-CA In this manner, a single beacon frame is transmitted. The 802.15.4 WPAN device intending to operate as a new coordinator collects a PAN descriptor from a beacon frame received from another coordinator as described above, and obtains a PAN ID already existing around the collected data. In addition, the PAN ID is set to one's own PAN ID except for the PAN ID used in the vicinity.
이상과 같이 사용할 채널과 PAN ID를 설정함으로써, 사용자의 개입이 없이도 주변의 PAN과의 영향을 고려하여 적절한 채널 및 PAN ID를 자동으로 설정할 수 있다.By setting the channel and the PAN ID to be used as described above, an appropriate channel and the PAN ID can be automatically set in consideration of the influence of the surrounding PAN without user intervention.
상기와 같이 채널 및 PAN ID 설정이 완료되면, 해당 802.15.4 WPAN 장치의 코디네이터로서의 설치가 완료되며, 이후 상기 단계(S140)에서 설치 모드를 동작 모드로 변환함으로써, 해당 장치는 설치된 채널과 PAN ID를 사용하여 코디네이터로서 동작할 수 있게 된다.When the channel and PAN ID settings are completed as described above, the installation as the coordinator of the 802.15.4 WPAN device is completed, and then, in step S140, by changing the installation mode to the operation mode, the corresponding device is installed with the installed channel and PAN ID. Can be used as a coordinator.
동작 모드로 설정된 상태에서는, 해당 장치가 재부팅되거나 리셋되더라도 다시 PAN ID나 채널을 찾는 일 없이 상기 설치 모드에서 설정된 PAN ID와 채널을 그대로 가져와 동작한다.In the state set to the operation mode, even if the device is rebooted or reset, the PAN ID and the channel set in the installation mode are brought into operation without searching for a PAN ID or channel again.
상기와 같이 코디네이터의 설치가 완료된 후에는, 상기 설치된 코디네이터에 하위 디바이스들을 결합시킴으로써, 하나의 PAN이 구축된다. 소정의 802.15.4 WPAN 장치가 코디네이터와 통신할 수 있기 위해서는 해당 코디네이터와 같은 PAN ID를 가지고 있어야 가능하므로 상기 PAN 코디네이터로부터 PAN ID와 주소(address)를 부여 받는 것이 필요하다. 디바이스 설치 과정(S200)은 이를 수행하기 위한 과정이다.After the installation of the coordinator is completed as described above, one PAN is constructed by combining lower devices with the installed coordinator. In order for a given 802.15.4 WPAN device to communicate with the coordinator, it is necessary to have the same PAN ID as the coordinator. Therefore, it is necessary to obtain a PAN ID and an address from the PAN coordinator. The device installation process (S200) is a process for performing this.
도 5는 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN 포설 방법에 있어서, 코디네이터에 디바이스들을 결합하는 디바이스 설치 과정(S200)의 상세 절차를 보인 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a detailed procedure of the device installation process (S200) of coupling devices to a coordinator in the 802.15.4 WPAN installation method according to the present invention.
상기 디바이스 설치 과정(S200)은, 디바이스의 모드를 설치 모드로 설정하는 단계(S210)와, 주변에 존재하는 코디네이터들의 정보를 수집하는 단계(S220)와, 상기 수집된 코디네이터들중에서 적합한 코디네이터를 선택하여 PAN ID와 주소를 할당받는 단계(S230)와, 상기 PAN을 통해 통신하는 동작 모드로 변환하는 단 계(S240)를 포함한다.The device installation process (S200), the step of setting the mode of the device to the installation mode (S210), the step of collecting information of coordinators existing in the surrounding (S220), and selects a suitable coordinator from the collected coordinators Receiving a PAN ID and an address (S230), and converting to an operation mode communicating with the PAN (S240).
도 5를 참조하여 디바이스 설치 과정을 더 구체적으로 설명하면, 코디네이터에 결합하고자 하는 디바이스를 설치 모드로 설정하면(S210), 상기 디바이스는, 주변의 코디네이터로부터 PAN ID와 주소를 할당받을 수 있도록 동작한다. 즉, 상기 디바이스의 설치 모드 설정 단계(S210)는, 해당 장치가 코디네이터로부터 PAN ID와 주소를 할당받도록 허용하는 단계이다.Referring to FIG. 5, the device installation process will be described in more detail. When the device to be coupled to the coordinator is set to the installation mode (S210), the device operates to receive a PAN ID and an address from a nearby coordinator. . That is, the setting mode setting step (S210) of the device is a step of allowing the device to be assigned a PAN ID and address from the coordinator.
설치 모드로 설정된 디바이스는 주변의 코디네이터의 정보를 수집한다(S220). 상기 단계(S220)에서는 IEEE 802.15.4의 표준에서 언급하고 있는 능동 또는 수동 채널 스캔(active or passive channel scan) 방법을 이용한다. 상기 능동 또는 수동 채널 스캔 방법은 디바이스로 하여금 주변에서 비컨 프레임을 송신하는 코디네이터를 감지할 수 있도록 한다.The device set to the installation mode collects information of surrounding coordinators (S220). In step S220, an active or passive channel scan method mentioned in the IEEE 802.15.4 standard is used. The active or passive channel scan method allows the device to detect a coordinator that transmits a beacon frame in the vicinity.
더 구체적으로 설명하면, 상기 디바이스는, 능동 또는 수동 채널 스캔을 하기 전에, 자신의 PAN ID(macPANId)를 0xffff로 설정하여 모든 비컨 프레임을 수신할 수 있도록 한다.More specifically, the device sets its PAN ID (macPANId) to 0xffff to receive all beacon frames before performing an active or passive channel scan.
그리고 모든 채널에 대하여 차례대로 능동 또는 수동 스캔을 수행하여, 채널별로 비컨 프레임을 수신한 후, 수신된 비컨 프레임으로부터 PAN 디스크립터를 획득한다. 상기 획득한 PAN 디스크립터를 통하여 해당 디바이스는 주변에 존재하는 모든 코디네이터의 정보를 알 수 있다.Active channel scanning is sequentially performed on all channels to receive a beacon frame for each channel, and then a PAN descriptor is obtained from the received beacon frame. The device may know the information of all coordinators in the vicinity through the obtained PAN descriptor.
그리고 디바이스는, 상기와 같이 확인된 코디네이터 중의 하나를 선택하여 연결한 코디네이터로 선택한 후 PAN ID와 주소를 할당받는다(S230).The device selects one of the coordinators identified as above and selects the connected coordinator and is assigned a PAN ID and an address (S230).
상기 단계(S230)에서는 상기 수집된 코디네이터 중에서 한 코디네이터에 결합(association)을 시도한다. 상기 결합(Association) 과정은 802.15.4 표준의 7.5.3 절에 상세히 설명되어 있으며, 이하에서는 그 상세 설명을 생략한다. 상기와 같이 결합이 성공하면 해당 디바이스는 해당 코디네이터로부터 할당받은 PAN ID와 주소(address)를 가지게 되므로 상기 선택한 코디네이터와 통신 할 수 있다. 상기 코디네이터의 채택 여부는, 결합이 완료되어 통신이 가능해 지면, 상기 선택된 코디네이터에게 특정 반응을 요구하는 정보를 송신하고, 상기 정보에 따라서 특정 반응을 보이는 가에 따라서 결정한다. 더 구체적으로 해당 디바이스에, 설치 모드에서 장치를 제어할 수 있는 입력 수단(예를 들어 버튼)을 구비하고, 상기 디바이스가 선택된 코디네이터에게 차례로 특정 반응을 요구하는 신호를 송신하여, 해당 코디네이터가 특정 반응을 보이는 지를 육안으로 확인한다. 상기 확인 과정을 특정 반응이 나타나면, 사용자가 상기 입력 수단을 조작하여, 해당 디바이스에게 현재 통신하는 코디네이터를 선택하도록 알려주는 방식으로 이루어질 수 있다. 만일, 주변의 모든 코디네이터를 차례대로 결합한 후, 특정 반응 요구에 불응하면 다음 코디네이터로 진행하면서 적합한 코디네이터를 찾을 수 있다.In step S230, an association is attempted with one coordinator among the collected coordinators. The association process is described in detail in Section 7.5.3 of the 802.15.4 standard, and a detailed description thereof will be omitted below. If the association is successful as described above, the device has a PAN ID and address allocated from the coordinator and thus can communicate with the selected coordinator. When the coordinator is adopted, whether or not the coordination is completed and communication is possible, the information for requesting a specific response is transmitted to the selected coordinator, and it is determined according to whether the specific response is performed according to the information. More specifically, the device has an input means (for example, a button) for controlling the device in the installation mode, and the device transmits a signal requesting a specific response to the selected coordinator in turn, so that the coordinator responds to the specific response. Check visually if When a specific reaction occurs in the confirmation process, the user may operate the input means to inform the corresponding device to select a coordinator to communicate with. If all of the surrounding coordinators are combined in turn and then meet the specific reaction requirements, the next coordinator can proceed to find a suitable coordinator.
이와 같이, 상기 단계(S230)이 완료되어, 특정 코디네이터가 채택되면, 상기 디바이스는 상태를 해당 PAN을 통한 통신을 수행하는 동작 모드로 변경한다(S260). 동작 모드로 설정된 디바이스는, 재부팅 또는 리셋이 되더라도 다시 설치 과정을 수행하지 않고, 상기 설정된 PAN ID 및 주소를 이용하여 바로 해당 코디네이터와 통신할 수 있게 된다. As such, when the step S230 is completed and a specific coordinator is adopted, the device changes the state to an operation mode for performing communication through the corresponding PAN (S260). The device set to the operation mode may communicate with the coordinator using the set PAN ID and address without performing an installation process even after a reboot or reset.
도 6은 본 발명에 의해 구현된 코디네이터 장치의 블럭 구성도이다.6 is a block diagram of a coordinator device implemented by the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN의 코디네이터는, 802.15.4 표준에 따라서 다른 코디네이터 및 디바이스들과 통신을 수행하는 통신부(61)와, 설치 모드 및 동작모드로 설정하는 입력 수단을 포함하는 입력부(62)와, 상기 통신부(61)를 통해 사용 가능한 통신 채널의 에너지를 측정하여 최소 에너지를 갖는 채널을 검색하는 채널 에너지 스캔부(63)와, 상기 통신부(61)를 통해 특정 채널을 통해 통신하는 다른 코디네이터 정보를 획득하는 채널 스캔부(64)와, 상기 입력부(62)에서 설치 모드가 설정되면 상기 채널 에너지 검색부(63) 및 채널 스캔부(64)를 동작시켜 최소 에너지의 채널과, 주변 코디네이터가 사용하지 않는 PAN ID를 자신이 사용할 채널과 PAN ID로 설정하는 제어부(65)와, 상기 제어부(65)에 의해 설정된 PAN ID와 채널 정보를 저장하는 저장부(66)를 포함한다.Referring to Figure 6, the coordinator of the 802.15.4 WPAN according to the present invention, the
상기 채널 에너지 검색부(63)는 IEEE 802.15.4에서 제안된 ED 채널 스캔 방식에 의하여 사용가능한 모든 채널에서의 최대 에너지를 측정하며, 그 중에서 가장 작은 에너지를 갖는 채널을 선택한다.The
더하여, 상기 채널 스캔부(64)는 IEEE 802.15.4에서 제안된 능동 채널 스캔 방식에 따라서 상기 채널을 통해 통신하는 코디네이터들의 PAN 설정자를 획득하여, 주변에서 사용되는 PAN ID를 추출한다.In addition, the
상기 제어부(65)는 상술한 채널 에너지 검색부(63)와 채널 스캔부(64)를 이용하여 적절한 채널 및 PAN ID를 설정하여, 코디네이터로서 통신할 수 있는 기반을 자동으로 구축한다. 이때, 채널과 PAN ID가 설정되면, 자동으로 일반적으로 코디네이터로서 기능하는 동작 모드로 변경되거나, 상기 사용자가 설정 완료를 확인한 후 상기 입력부(62)를 통해 동작 모드로 변경함에 의해서 제어부(65)가 상태를 동작 모드로 변경하도록 할 수 있다. 이와 같이, 설치 모드와 동작 모드를 구분함으로써, 채널과 PAN ID가 설정된 후에는 해당 코디네이터가 재부팅되거나 리셋될 때 불필요한 설치 과정의 반복을 방지할 수 있다.The
도 7은 본 발명에 의한 802.15.4 WPAN에 있어서 디바이스의 블럭 구성도이다.7 is a block diagram of a device in the 802.15.4 WPAN according to the present invention.
도 7을 참조하면, 상기 디바이스는, 802.15.4 WPAN의 코디네이터와 802.15.4 표준에 따라 통신을 수행하는 통신부(71)와, 동작모드 및 설치 모드를 선택하는 입력 수단을 포함한 입력부(72)와, 상기 통신부(71)를 통해 모든 채널을 스캔하여 채널별 코디네이터의 PAN 설정 정보를 획득하는 채널 스캔부(73)와, 입력부(72)에 의해 설치 모드로 설정되면 상기 채널 스캔부(73)를 동작시켜 채널별 코디네이터의 PAN 디스크립터를 확인하고, 상기 확인된 코디네이터들에 차례대로 결합을 시도하여, 성공 시 해당 코디네이터에게 특정 반응을 보이도록 하고, 반응을 보이면 해당 코디네이터를 연결할 코디네이터로 설정하는 제어부(74)와, 상기 제어부(74)에 의해 설정된 PAN ID와 주소 정보를 저장하는 저장부(75)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the device may include a coordinator of an 802.15.4 WPAN and a
상기 채널 스캔부(73)는 IEEE 802.15.4 표준에서의 채널 스캔 방법에 따라서 디바이스가 사용 가능한 모든 채널에서 통신하는 코디네이터의 PAN 설정자를 확 인한다. The
그리고 상기 제어부(74)는 상기 채널 스캔부(73)를 통해 주변 코디네이터가 확인되면, 확인된 코디네이터들에게 차례대로 결합 과정을 시도하고, 상기에서 결합이 성공한 코디네이터에게 특정 반응을 요구하는 신호를 송신하고, 상기 송신신호에 반응하는 코디네이터를 디바이스가 연결할 코디네이터로 설정한다. 이때, 상기 입력부(72)에 코디네이터의 반응 확인시, 해당하는 코디네이터를 선택할 것인지 반응 확인을 계속할 것인지를 지시하는 입력 수단을 더 포함하여, 사용자가 코디네이터의 반응을 육안으로 확인하면서 상기 입력부(72)를 통해 적절한 코디네이터를 선택할 수 있도록 한다.When the peripheral coordinator is identified through the
따라서, 상기 제어부(74)는 상기 입력부(72)를 통해 반응확인을 계속하라는 지시가 오는 동안 상기 확인 코디네이터들에게 차례로 특정 반응을 요구하는 신호를 송신하고, 상기에 대한 코디네이터의 반응을 사용자가 확인한 후, 입력부(72)를 통해 코디네이터 선택지시가 오는 시점에서, 반응 요구 신호에 응답한 코디네이터의 PAN ID를 자신의 PAN ID로 설정한다. Therefore, the
더하여, 상기 제어부(74)는 PAN ID와 주소 설정이 완료되면 자동으로 설치모드에서 동작 모드로 상태를 변경하거나, PAN ID 및 주소 설정 완료를 확인한 사용자의 조작에 의해 입력부(72)로부터 동작 모드 설정 지시가 입력되면, 모드를 동작모드로 변경함으로써, 재부팅이나 리셋시의 불필요한 설치 동작 반복을 방지한다.In addition, when the PAN ID and address setting is completed, the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
상술한 바와 같이, 본 발명은 802.15.4 WPAN을 포설하는 경우, 코디네이터가 사용율이 낮은 채널과, 주변 PAN에서 사용되지 않는 PAN ID를 자동으로 찾아서 설정하도록 하고, 디바이스가 코디네이터에 결합하는 경우, 적절한 코디네이터를 찾아서 PAN ID 및 주소를 설정할 수 있도록 함으로써, 주파수의 효용성 및 채널 안정성을 높이면서 설치시의 사용자 편의를 높일 수 있다. As described above, the present invention allows the coordinator to automatically find and set a channel with low utilization rate and a PAN ID not used in the neighbor PAN when the 802.15.4 WPAN is installed, and when the device is coupled to the coordinator, By finding the coordinator and setting the PAN ID and address, it is possible to increase the user's convenience during installation while increasing the efficiency and frequency stability of the frequency.
더하여, 802.15.4 WPAN 포설이 간단하게 이루어지도록 함으로써, 802.15.4 WPAN 장치의 실용성 및 이용도를 높일 수 있는 우수한 효과가 있다.In addition, by simplifying the installation of the 802.15.4 WPAN, there is an excellent effect of increasing the practicality and utilization of the 802.15.4 WPAN device.
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