KR100781678B1 - 6ＬｏＷＰＡＮ 기반 센서 네트워크의 네트워크이동성을지원하는 이동 라우터 - Google Patents

6ＬｏＷＰＡＮ 기반 센서 네트워크의 네트워크이동성을지원하는 이동 라우터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IPv6 네트워크 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크에 네트워크이동성(NEMO)을 제공하는 이동 라우터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터는 IPv6 네트워크를 통해 6LoWPAN 기반의 센서 노드와 IPv6 노드 또는 다른 센서 네트워크의 6LoWPAN 기반의 센서 노드와 통신가능하도록 하며, 이동 라우터를 구비하는 센서 네트워크의 6LoWPAN 기반 센서 노드가 이동성이 없더라도 NEMO 프로토콜을 가지는 이동 라우터를 통해 네트워크이동성을 지원한다.
IPv6 네트워크, NEMO, LoWPAN, 6LoWPAN

Description

6ＬｏＷＰＡＮ 기반 센서 네트워크의 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터{Mobile router for supporting the network mobility of sensor network based on 6LoWPAN}
도 1은 종래의 센서 네트워크와 IPv6 네트워크가 서로 접속되어 있는 통신 네트워크를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성이 지원되는 통신 네트워크를 도시하고 있다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성이 지원되는 통신 네트워크의 다른 예를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 이동 라우터의 통신 프로토콜 스택 구조를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 이동 라우터의 통신 프로토콜 스택 구조를 보다 구체적으로 도시하고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 이동 라우터의 통신 프로토콜 스택 구조의 다른 예를 도시하고 있다.
도 8은 외부 인터페이스를 통한 경로 최적화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 외부 인터페이스를 통한 멀티 호밍을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 네트워크 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크에 네트워크이동성(NEMO)을 제공하는 이동 라우터에 관한 것이다.
최근 급부상하고 있는 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network) 기술은 인터넷의 지속적인 성장과 저가형의 센서 개발, 국제 표준화 등의 환경 변화로 인해 다양한 산업분야에서 실용화가 진행되고 있다. 센서 네트워크는 유비쿼터스(ubiquitous) 컴퓨팅 구현을 위한 기반 네트워크로 초경량, 저전력의 많은 센서들로 구성된 무선 네트워크이다. 이는 특히 네트워크를 구성하는 센서의 수가 매우 많고 각 센서 노드들은 제한된 전력과 컴퓨팅 능력을 가지며, 빈번한 센서 노드들의 삽입과 제거에 의해 센서 네트워크의 토폴로지(topology)가 쉽게 변화될 수 있다는 특성을 갖는다. 이러한 센서 네트워크는 센서를 통한 정보 감지 및 감지된 정보를 처리하는 기능을 수행함으로써 우리 생활의 편리함 및 과학기술 응용을 위한 다양한 정보를 제공한다.
무선 센서 네트워크에서 각 센서 노드들의 통신을 위한 통신 프로토콜로 IEEE 802.15.4 표준이 규정되었다. IEEE 802.15.4는 LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network)의 MAC(Medium Access Control)와 PHY(Physical) 계층 표준 이며 저속의 통신대역과 저전력을 목표로 하는 프로토콜로서 전송율이 낮고 전송 거리가 비교적 짧은 무선 개인영역의 네트워크 환경에 가장 적합한 통신기술로 인식되고 있다.
한편, 6LoWPAN(IPv6 over LoWPAN)은 IEEE 802.15.4 위에 직접 IP를 매핑하기 위한 MAC/PHY의 상위 계층으로 IP 및 TCP/UDP 등의 환경을 구축하는 데에 있어서 주기적 수면을 포함한 라우팅, 적은 오버헤드, 작은 라우팅 테이블, 확장성 등을 구현한다. 일반적으로 6LoWPAN은 실제 현실 세계의 어플리케이션 환경에 물리적으로 연결되기 위하여 함께 동작하는 장치들을 포함한다. 무선 센서들이 그 예라 할 수 있으며 상기 무선 센서들은 IEEE 802.15.4 표준을 따른다.
LoWPAN에 IPv6를 적용함을 주제로하는 6LoWPAN 워킹 그룹에서는 IETF 정기 회의를 통해 표준화 작업을 진행하고 있다. 현재 IEEE 802.15.4 WPAN 상에 IPv6를 지원하기 위해 데이터 전송속도가 느린 IEEE 802.15.4 기술에서 어떻게 IPv6 패킷을 전달할 것인지 또한 IPv6 어드레스 구성에 대한 방법들을 제안하였다.
센서 네트워킹 기술은 센서 노드의 정확한 위치 정보를 기반으로 하고, 이동성의 지원과 동시에 인터넷과의 연결 유지를 필요로 하는 응용 분야 등에서 향후 전 세계적으로 그 수요가 급증하리라 예상된다.
도 1은 종래의 센서 네트워크와 IPv6 네트워크가 서로 접속되어 있는 통신 네트워크를 도시하고 있다.
도 1을 참고로, 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크(SN1)가 홈 네트워크를 벗어나 외부 네트워크로 이동한다. 센서 네트워크가 이동하더라도 이동 단위는 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드들이며 각 센서 노드들은 이동시 세션을 유지하며 계속하여 IPv6 네트워크와 통신하기 위해 독립적으로 자신의 위치 변경 사항을 홈 네트워크에 알려주어야 한다. 센서 네트워크가 이동하는 경우 각 센서 노드들이 자신들의 위치가 변경되었다는 것을 인식하는 시점은 거의 동일하므로, 매번 센서 네트워크가 이동하는 경우 한꺼번에 자신들의 홈 네트워크에 바인딩 업데이트 메시지를 송신하게 된다.
한편, 바인딩 업데이트 메시지를 수신한 홈 네트워크는 센서 네트워크를 구성하는 다수의 센서 노드들에 각각 바인딩 승인 메시지를 거의 동시에 송신한다.
상기 설명한 종래의 센서 네트워크와 IPv6 네트워크가 서로 접속되어 있는 통신 네트워크에서 센서 네트워크의 이동시 센서 네트워크를 구성하는 다수의 센서 노드들은 각각 바인딩 업데이트 메시지를 동시에 홈 네트워크로 송신하며, 바인딩 업데이트 메시지를 수신한 홈 네트워크는 다수의 센서 노드들에 바인딩 승인 메시지를 송신한다. 따라서, 센서 노드들이 많으며 센서 네트워크의 이동이 잦은 경우 홈 네트워크와 센서 노드들 사이의 시그널링 횟수가 증가하여 네트워크의 효율성을 현저히 감소시키게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크가 홈 네트워크를 벗어나 외부 네트워크로 이동하는 경우 센서 네트워크의 네트워크이동성(NEtwork MObility:NEMO)를 지원하는 이동 라우터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터는
6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 상기 센서 네트워크의 네트워크이동성(NEMO)을 제공하기 위한 네트워크 계층;
센서 네트워크와 IPv6 네트워크를 연동시키고 센서 네트워크의 센서 노드와 IPv6 네트워크 사이에서 송수신되는 IPv6 패킷을 결합 또는 분해하기 위한 적응 계층; 및
IPv6 네트워크와의 통신을 위한 인터넷 인터페이스 및 센서 네트워크의 센서 노드들 사이의 통신을 위한 내부 인터페이스를 구비하는 무선 매체 계층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명에 따른 이동 라우터에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성이 지원되는 통신 네트워크를 도시하고 있다.
도 2를 참고로, 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크(SN2)가 홈 네트워크를 벗어나 외부 네트워크로 이동한다.
센서 네트워크(SN2)는 6LoWPAN기반의 센서 노드들 및 센서 노드들이 접속되어 있는 이동 라우터(MR)를 포함한다. 이동 라우터(MR)를 포함하는 센서 네트워크(SN2)는 이동 라우터(MR)를 통해 네트워크이동성(Network Mobility:NEMO)을 지원 받는다. NEMO 기술은 네트워크 단위의 이동을 지원하는 기술로써 이동성을 위한 동작을 각각의 노드들이 실행하는 것이 아닌 이동 라우터(MR)에 전담시킴으로써 이동시 발생하는 시그널링 오버헤드를 줄이고, 단말의 가격을 낮출 수 있으며 보다 넓은 지역에서 끊김 없는 인터넷 접속을 보장할 수 있는 등 추후 유비쿼터스 네트워킹에 필수적인 기술이다.
센서 네트워크(SN2)가 이동하는 경우 본 발명에 따른 센서 네트워크의 이동 단위는 네트워크이며 센서 네트워크(SN2)가 이동시 이동 라우터(MR)만이 자신의 위치 변경 사항을 바인딩 업데이트 메시지를 통해 홈 네트워크에 알려주고 홈 네트워크는 바인딩 업데이트 메시지에 응답하여 이동 라우터(MR)에게만 바인딩 승인 메시지를 송신한다. 이동 라우터(MR)는 자신의 홈 네트워크에게 한 번의 바인딩 업데이트 메시지를 보냄으로써, 자신이 관리하는 센서 네트워크(SN2)의 센서 노드들의 이동성을 보장한다.
또한, 이동 라우터(MR)를 통해 센서 네트워크의 이동성을 관리함으로써, 센서 노드들이 이동성이 없는 일반적인 IPv6 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크인 경우에도 끊김없이 계속해서 IPv6 네트워크와 통신을 수행할 수 있다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성이 지원되는 통신 네트워크의 다른 예를 도시하고 있다.
도 3은 자동차에 장착되어 있는 많은 센서 노드들이 하나의 센서 네트워크(SN3)를 구성하는 예이며, 도 4는 사람이 소지하는 핸드폰, PDA 등과 같은 다양한 기구들에 부착된 센서 노드들이 하나의 센서 네트워크(SN4)를 구성하는 예이 다. 자동차에 장착된 센서 네트워크와 사람이 소지하는 기구들에 장착된 센서 네트워크는 이동 라우터를 통해 네트워크이동성이 지원된다.
도 5는 본 발명에 따른 이동 라우터의 통신 프로토콜 스택 구조를 도시하고 있다.
도 5를 참고로, 본 발명에 따른 이동 라우터의 통신 프로토콜 스택 구조는 무선 매체 계층(MAC/PHY), 적응 계층 및 네트워크 계층을 구비하고 있다. 네트워크 계층은 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크의 네트워크이동성(NEMO)을 제공한다. 적응 계층은 센서 네트워크와 IPv6 네트워크를 연동시키고 센서 네트워크의 센서 노드와 IPv6 네트워크 사이에서 송수신되는 IPv6 패킷을 결합 또는 분해한다. 한편 무선 매체 계층은 인터넷 인터페이스 및 내부 인터페이스를 구비하고 있으며, 인터넷 인터페이스를 통해 IPv6 네트워크와 통신하며 내부 인터페이스를 통해 센서 네트워크의 센서 노드들과 통신한다. 바람직하게, 상기 인터넷 인터페이스는 IEEE 802.16 또는 IEEE 802.11 규정에 따른 통신 인터페이스인 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 내부 인터페이스는 IEEE 802.15.4 규정에 따른 통신 인터페이스인 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 이동 라우터의 통신 프로토콜 스택 구조를 보다 구체적으로 도시하고 있다.
도 6을 참고로, 무선 매체 계층(14)은 IPv6 네트워크와 통신하기 위한 IEEE 802.16/ 802.11 규정에 따른 인터넷 인터페이스 및 센서 네트워크와 통신하기 위한 IEEE 802.15.4 규정에 따른 내부 인터페이스를 구비하고 있다.
적응 계층(12)은 IPv6 네트워크로부터 6LoWPAN 기반의 센서 노드로 데이터 패킷을 송신하거나 6LoWPAN 기반의 센서 노드로부터 IPv6 네트워크로 데이터 패킷을 송신할 때 IPv6 데이터 패킷을 단편화, 재결합하여 IPv6 패킷에 관한 처리를 수행한다.
한편, 네트워크 계층(10)은 송신되는 데이터 패킷의 라우팅을 관리하는 라우팅 관리부, 데이터 패킷의 송수신시 보안을 담당하는 보안부, 바인딩 갱신부 및 주소 매핑(mapping)부를 포함한다.
바인딩 갱신부는 센서 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 외부 네트워크로부터 획득한 CoA에 기초하여 이동 라우터의 주소와 CoA 사이의 바인딩 리스트를 갱신한다. 또한, 주소 매핑부는 갱신된 바인딩 정보에 기초하여 IPv6 패킷의 송수신시 상기 외부 네트워크로부터 획득한 CoA와 이동 라우터로부터 할당받은 16비트의 주소를 매핑시킨 매핑 주소 테이블을 생성한다.
매핑 주소 테이블은 내부 센서 노드의 내부 주소 매핑 테이블과 IPv6 네트워크 노드에 대한 외부 매핑 주소 테이블로 구성된다. 내부 매핑 테이블은 6LoWPAN 기반의 센서 노드들은 자신의 64비트의 주소와 이동 라우터로부터 할당받은 16비트 주소를 서로 매핑시킨다. 한편, 외부 매핑 테이블은 이동 라우터가 이동시 획득한 128 비트의 IPv6 CoA와 이동 라우터에 할당된 16비트 주소를 서로 매핑시킨다.
도 7은 본 발명에 따른 이동 라우터의 통신 프로토콜 스택 구조의 다른 예를 도시하고 있다.
도 7을 참고로, 무선 매체 계층(24)은 IPv6 네트워크와 통신하기 위한 IEEE 802.16/ 802.11 규정에 따른 인터넷 인터페이스, 센서 네트워크와 통신하기 위한 IEEE 802.15.4 규정에 따른 내부 인터페이스 및 다른 센서 네트워크의 센서 노드와 통신하기 위한 IEEE 802.15.4 규정에 따른 외부 인터페이스를 구비하고 있다.
적응 계층(22)은 도 6에서 설명한 적응 계층(12)과 동일한 기능을 수행하며 이하 설명을 생략한다.
네트워크 계층(20)은 데이터 패킷의 라우팅을 관리하는 라우팅 관리부, 데이터 패킷의 송수신시 보안을 담당하는 보안부, 바인딩 리스트를 갱신하는 바인딩 갱신부, 갱신된 바인딩 정보에 기초하여 IPv6 패킷의 송수신시 상기 외부 네트워크로부터 획득한 CoA와 이동 라우터로부터 할당받은 16비트의 주소를 매핑시킨 매핑 주소 테이블을 생성하는 주소 매핑(mapping)부를 포함한다. 또한 네트워크 계층(20)은 외부 인터페이스를 통해 다른 센서 네트워크와 통신시 멀티호밍을 제어하는 멀티 호밍부 및 경로 최적화를 위해 라우팅을 제어하는 라우팅 최적부를 더 포함한다.
도 8은 외부 인터페이스를 통한 경로 최적화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참고로, 센서 네트워크(SN5)가 센서 네트워크(SN1)에 결합(nested)될 때 센서 네트워크(SN5)의 센서 노드는 홈 네트워크를 통과하지 않고 이동 라우터(MR5)의 외부 인터페이스를 통해 센서 네트워트(SN1)의 센서 노드들과 직접 데이터 통신이 가능하다.
도 9는 외부 인터페이스를 통한 멀티호밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참고로, 센서 네트워크(SN7)와 고정 6LoWPAN 센서 네트워크(SN6)가 결합시 센서 네트워크(SN7)의 이동 라우터(MR7)가 인터넷 인터페이스를 통해 홈 네트워크와 통신이 불가능한 경우, 센서 네트워크(SN7)는 외부 인터페이스를 통해 고정 6LoWPAN 센서 네트워크(SN6)의 라우터(R)를 거쳐 홈 네트워크와 통신이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터는 IPv6 네트워크를 통해 6LoWPAN 기반의 센서 노드와 IPv6 노드 또는 다른 센서 네트워크의 6LoWPAN 기반의 센서 노드와 통신가능하도록 한다.
본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터는 이동 라우터를 구비하는 각 6LoWPAN 기반의 센서 노드가 이동성이 없더라도 NEMO 프로토콜을 가지는 이동 라우터를 통해 네트워크이동성을 지원한다.
본 발명에 따른 센서 네트워크의 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터는 외부 인터페이스를 통해 멀티호밍과 경로 최적화 기능을 지원한다.

Claims (5)

  1. 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 상기 센서 네트워크의 네트워크이동성(NEMO)을 제공하기 위한 네트워크 계층;
    상기 센서 네트워크와 IPv6 네트워크를 연동시키고 상기 센서 네트워크의 센서 노드와 IPv6 네트워크 사이에서 송수신되는 IPv6 패킷을 결합 또는 분해하기 위한 적응 계층; 및
    상기 IPv6 네트워크와의 통신을 위한 인터넷 인터페이스 및 상기 센서 네트워크의 센서 노드들 사이의 통신을 위한 내부 인터페이스를 구비하는 무선 매체 계층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 네트워크 계층은
    상기 센서 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 상기 외부 네트워크로부터 획득한 CoA에 기초하여 이동 라우터의 주소와 CoA 사이의 바인딩 리스트를 갱신하고,
    상기 갱신된 바인딩 정보에 기초하여 IPv6 패킷의 송수신시 상기 이동 라우터의 주소와 상기 외부 네트워크로부터 획득한 CoA를 매핑하는 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 무선 매체 계층은
    상기 센서 네트워크의 센서 노드와 다른 센서 네트워크의 센서 노드들 사이의 통신을 위한 외부 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 인터넷 인터페이스는
    IEEE 802.16 또는 IEEE 802.11 규정에 따른 인터넷 인터페이스인 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 내부 인터페이스와 외부 인터페이스는
    IEEE 802.15.4 규정에 따른 인터페이스인 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
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