KR100838095B1 - ＩＰｖ6 노드와 통신하는 6ＬｏＷＰＡＮ 기반 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터 - Google Patents

ＩＰｖ6 노드와 통신하는 6ＬｏＷＰＡＮ 기반 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 네트워크에 관한 것으로, 보다 구체적으로 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크와 지그비 디바이스들로 구성된 지그비 네트워크가 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크와 지그비 네트워크에 네트워크이동성(NEMO)을 제공하는 이동 라우터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 6LoWPAN 기반 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터는 6LoWPAN 기반 센서 노드와 IPv6 노드 또는 다른 센서 네트워크의 6LoWPAN 기반 센서 노드 사이의 통신 서비스를 제공하거나 지그비 네트워의 지그비 디바이스와 IPv6 노드 또는 다른 지그비 네트워크의 지그비 디바이스 사이의 통신 서비스를 제공한다.
Figure R1020060070908
IPv6 네트워크, 지그비, IEEE 802.15.4, 6LoWPAN

Description

ＩＰｖ6 노드와 통신하는 6ＬｏＷＰＡＮ 기반 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터{Mobile router for supporting network mobility of sensor network based on 6LoWPAN and zigbee network communicating with IPv6 node}
도 1은 본 발명에 따른 IPv6 노드와 통신하는 6LoWPAN 기반의 센서 네트워크와 지그비 네트워크를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터의 스택 구조를 도시하고 있다.
본 발명은 통신 네트워크에 관한 것으로, 보다 구체적으로 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크와 지그비 디바이스들로 구성된 지그비 네트워크가 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크와 지그비 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.
이러한 센서 네트워크는 다음과 같은 특성을 갖는다. 첫째, 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 수가 매우 많다. 둘째, 각 센서 노드들은 제한된 전력과 컴퓨팅 능력을 가진다. 셋째, 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들은 자주 센서 네트워크에 삽입되거나 제거되어 센서 네트워크의 토폴로지(topology)가 쉽게 변화될 수 있다.
이러한 특성을 갖는 센서 네트워크에서 각 센서 노드들은 정보를 감지하고 감지한 정보를 처리함으로써 우리 생활의 여러 응용 분야에서 필요한 다양한 정보를 제공한다.
센서 네트워크에서 각 센서 노드들과 지그비 네트워크의 각 지그비 디바이스의 통신을 위한 통신 프로토콜로 IEEE 802.15.4 표준이 규정되었다. IEEE 802.15.4는 Lo-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network)의 MAC(Medium Access Control)와 PHY(Physical) 계층 표준이며 저속의 통신 대역과 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 센서 노드가 그 예라 할 수 있으며 무선 센서 노드는 IEEE 802.15.4 표준을 따른다.
6LoWPAN 워킹 그룹에서는 IETF 정기 회의를 통해 LoWPAN에 IPv6를 적용하기 위한 표준화 작업을 진행하고 있다. 현재 6LoWPAN 워킹 그룹은 IEEE 802.15.4 WPAN 상에 IPv6를 지원하기 위해 데이터 전송속도가 느린 IEEE 802.15.4 기술에서 어떻게 IPv6 패킷을 전달할 것인지 또한 어떻게 IPv6 어드레스를 구성할 것인지에 대한 여러 방안들을 제안하고 있다.
센서 네트워크와 IPv6 네트워크가 서로 접속되어 있는 종래의 통신 네트워크에서 센서 네트워크의 이동시 센서 네트워크를 구성하는 다수의 센서 노드들은 각각 바인딩 업데이트 메시지를 동시에 홈 에이전트로 송신한다. 홈 에이전트는 수신한 바인딩 업데이트 메시지에 응답하여 다수의 센서 노드들에 각각 바인딩 승인 메시지를 송신한다.
위에서 살펴본 바와 같이 센서 네트워크는 많은 수의 센서 노드들을 구비하고 있으며 이동성이 잦은 것이 특징이므로, 센서 네트워크가 이동할 때마다 센서 네트워크를 구성하는 많은 수의 센서 노드들은 각각 홈 에이전트로 바인딩 업데이트 메시지를 송신하고 홈 에이전트는 바인딩 업데이트 메시지에 응답하여 각 센서 노드들로 바인딩 승인 메시지를 송신하여야 한다. 따라서 센서 네트워크가 이동하는 경우, 홈 에이전트와 센서 노드들 사이에서 송수신되는 시그널링의 수가 증가하여 네트워크의 효율성은 현저히 감소한다.
또한 지그비 네트워크는 저전력 네트워크를 형성할 수 있지만 유비쿼터스 시대를 지향하는 현대에 있어서 외부 IPv6 네트워크와의 통신이 곤란하다. 또한, 지그비 네트워크가 이동하는 경우, 각 지그비 디바이스와 IPv6 노드의 계속적인 통신을 위하여 각 지그비 디바이스와 IPv6 노드 사이에서 필요한 바인딩 처리 과정은 지그비 네트워크와 IPv6 네트워크 사이에서 송수신되는 시그널링 수를 증가시켜 네트워크의 효율성을 크게 감소시킨다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 목적은 IPv6 네트워크를 통해 통신을 수행하는 6LoWPAN 기반의 센서 네트워크와 지그비 네트워크에서 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성(NEMO)을 지원하는 이동 라우터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이동 라우터는 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크와 지그비 디바이스들로 구성된 지그비 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크와 지그비 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 네트워크와 통신하며 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 이동성을 제공하는 인터넷 인터페이스, 센서 네트워크의 센서 노드들 사이의 통신을 위한 6LoWPAN 인터페이스와 지그비 네트워크의 지그비 디바이스들 사이의 통신을 위한 지그비 인터페이스를 구비하는 무선 매체 계층을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명에 따른 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른, IPv6 노드와 통신하는 6LoWPAN 기반의 센서 네트워크와 지그비 네트워크를 도시하고 있다.
도 1을 참고로, 6LoWPAN 기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크(SN)와 지그비 디바이스들로 구성된 지그비 네트워크(ZN)가 각각의 홈 네트워크를 벗어나 외부 네트워크로 이동한다. 센서 네트워크(SN)와 지그비 네트워크(ZN)는 각각 이동 라우터(MR)에 접속되어 있으며, 센서 네트워크(SN)와 지그비 네트워크(ZN) 및 이동 라우터(MR)은 하나의 통신 네트워크(CN)를 구성한다.
이동 라우터(MR)는 센서 네트워크(SN)와 지그비 네트워크(ZN)로 구성된 통신 네트워크(CN)에 네트워크이동성(Network Mobility:NEMO) 지원한다. NEMO 기술은 네트워크 단위의 이동성을 지원하는 기술로서, 이동성을 위하여 필요한 바인딩 처리 과정을 센서 네트워크의 각 센서 노드들 또는 지그비 네트워크의 각 지그비 디바이스가 실행하는 것이 아닌 이동 라우터(MR)가 전담한다. 따라서, 센서 네트워크 또는 지그비 네트워크의 이동시 바인딩 처리 과정에서 발생하는 시그널링 오버헤드를 줄이고, 단말의 가격을 낮출 수 있으며 넓은 지역에서 끊김 없는 인터넷 접속을 보장할 수 있는 등 추후 유비쿼터스 네트워킹에 필수적인 기술이다.
통신 네트워크(CN)가 이동하는 경우 본 발명에 따른 통신 네트워크의 이동 단위는 통신 네트워크이다. 통신 네트워크(CN)가 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시, 이동 라우터(MR)만이 자신의 위치 변경 사항을 바인딩 업데이트 메시지를 통해 홈 에이전트(HA)에 알려준다. 홈 에이전트(HA)는 이동 라우터(MR)로부터 수신한 바인딩 업데이트 메시지에 응답하여 이동 라우터(MR)에게만 바인딩 승인 메시지를 송신한다. 이동 라우터(MR)는 자신의 홈 에이전트(HA)로 한 번의 바인딩 업데이트 메시지를 송신함으로써, 이동 라우터(MR)에 접속되어 있는 센서 네트워크(SN)의 모든 센서 노드들과 지그비 네트워크(ZN)의 모든 지그비 디바이스들의 이동성을 보장한다.
또한, 이동 라우터(MR)를 통해 통신 네트워크(CN)의 이동성을 관리함으로써, 센서 네트워크(SN)가 이동성이 없는 센서 노드들로 구성되는 경우 또는 지그비 네트워크가 이동성이 없는 지그비 디바이스로 구성되는 경우에도 끊김없이 계속해서 IPv6 네트워크와 통신을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른, 네트워크이동성을 지원하는 이동 라우터의 스택 구조를 도시하고 있다.
도 2를 참고로, 이동 라우터는 응용 계층(20), 전송 계층(21), 네트워크 계층(22), 적응 계층(23), 무선 매체 계층(MAC/PHY: 24)를 포함하고 있다.
네트워크 계층(22)은 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크 또는 지그비 디바이스들로 구성된 지그비 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크 또는 지그비 네트워크의 네트워크이동성(NEMO)을 제공하기 위한 계층이다. 네트워크 계층(22)은 센서 네트워크의 네트워크이동성을 제공하기 위한 센서 네트워크 계층 및 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하기 위한 지그비 네트워크 계층을 포함한다.
센서 네트워크 계층은 센서 네트워크가 홈 네트워크에서 외부 네트워크로 이동시 센서 네트워크의 홈 에이전트로부터 획득한 바인딩 승인 메시지에 기초하여 바인딩 정보를 갱신하는 바인딩 갱신부 및 갱신된 바인딩 정보에 기초하여 패킷의 송수신시 이동 라우터의 주소와 외부 네트워크로부터 획득한 CoA를 매핑시킨 매핑 테이블을 생성하는 주소 매핑부를 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 외부 네트워크로부터 획득한 CoA와 이동 라우터로부터 할당받은 16비트의 주소를 매핑시킨 매핑 주소 테이블을 생성한다. 매핑 주소 테이블은 센서 노드의 내부 매핑 주소 테이블과 IPv6 네트워크 노드에 대한 외부 매핑 주소 테이블로 구성된다. 내부 매핑 주소 테이블은 6LoWPAN 기반의 센서 노드들의 64비트 주소와 이동 라우터로부터 할당받은 16비트 주소를 서로 매핑시킨다. 한편, 외부 매핑 주소 테이블은 이동 라우터가 이동시 획득한 128 비트의 IPv6 CoA와 이동 라우터에 할당된 16비트 주소를 서로 매핑시킨다.
한편 지그비 네트워크 계층은 지그비 네트워크가 이동시 획득한 CoA의 바인딩 정보의 리스트를 갱신하여 기록하는 바인딩 갱신부, IPv6 네트워크의 노드와 지그비 디바이스 사이에서 서로의 주소를 매핑시킨 매핑 테이블을 생성하는 주소 매핑부 및 IPv6 네트워크의 IPv6 패킷과 지그비 네트워크의 지그비 프레임을 서로 변환시켜주는 변환부를 포함한다.
이동 라우터(MR)를 포함하는 지그비 네트워크가 이동하는 경우, 이동 라우터(MR)는 홈 에이전트로 바이딩 업데이트 메시지를 송신하고 홈 에이전트는 바인딩 업데이트 메시지에 응답하여 바인딩 승인 메시지를 송신한다. 홈 에이전트는 바인딩 캐쉬에 이동 라우터의 홈 주소(HoA)와 이동 라우터가 획득한 주소(CoA)를 저장하고 지그비 코디네이터 테이블에 16 비트의 코디네이터 PAN 식별자, 16 비트의 압축 코디네이터 주소 및 64비트의 코디네이터 주소를 포함하는 지그비 네트워크 정보를 저장한다. 한편, 바인딩 승인 메시지를 수신한 이동 라우터(MR)는 바인딩 업데이트 리스트에 CoA의 바인딩 정보를 업데이트한다.
지그비 디바이스로 홈 에이전트를 소스 주소로 하고 CoA를 목적지 주소로 하 는 IPv6 패킷이 홈 에이전트(5)로부터 이동 라우터로 수신되는 경우, 수신된 IPv6 패킷의 지그비 네트워크 정보에서 지그비 디바이스의 주소를 추출하고 상기 추출된 지그비 디바이스의 주소와 홈 에이전트의 주소가 매핑되도록 매핑 테이블을 갱신한다. 상기 갱신된 매핑 테이블에 기초하여 상기 수신된 IPv6 패킷을 이동 라우터를 소스 주소로 하고 지그비 디바이스를 목적지 주소로 하는 지그비 프레임으로 변환하여 지그비 디바이스로 송신한다.
센서 네트워크 계층과 지그비 네트워크의 바인딩 갱신부 및 센서 네트워크 계층과 지그비 네트워크의 주소 매핑부는 각각 하나의 모듈로 통합될 수 있다.
적응 계층(23)은 센서 네트워크와 IPv6 네트워크를 연동시키고 센서 네트워크의 센서 노드와 IPv6 네트워크 사이에서 송수신되는 IPv6 패킷을 결합 또는 분해하기 위한 계층이다. 무선 매체 계층(24)은 IPv6 네트워크를 통해 6LoWPAN 기반의 센서 노드 또는 지그비 디바이스 사이의 통신을 지원하는 인터페이스 계층이다.
기본적으로 본 발명에 따른 무선 매체 계층(24)은 IPv6 네트워크와 통신하며 센서 네트워크 또는 지그비 네트워크의 이동성을 제공하는 인터넷 인터페이스, 6LoWPAN 기반 센서 네트워크의 센서 노드들 사이의 통신을 위한 6LoWPAN 인터페이스 및 지그비 네트워크의 지그비 디바이스들 사이의 통신을 위한 지그비 인터페이스를 구비하고 있다.
지그비 네트워크의 모든 계층은 종래의 IPv6 네트워크와 서로 다른 지그비 네트워크만의 통신 프로토콜 스택 구조를 가지므로 지그비 네트워크와 IPv6 네트워크와의 통신을 위해 응용 계층까지 지원되는 별도의 계층(25, 26)이 필요하다.
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 6LoWPAN 기반 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터는 6LoWPAN 기반 센서 노드와 IPv6 노드 또는 다른 센서 네트워크의 6LoWPAN 기반 센서 노드 사이의 통신 서비스를 제공하거나 지그비 네트워크의 지그비 디바이스와 IPv6 노드 또는 다른 지그비 네트워크의 지그비 디바이스 사이의 통신 서비스를 제공한다.
본 발명에 따른 6LoWPAN 기반 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터는 이동 라우터를 포함하는 통신 네트워크의 IPv6 센서 노드와 지그비 디바이스가 이동성이 없더라도 NEMO 프로토콜을 가지는 이동 라우터를 통해 네트워크이동성을 지원한다.

Claims (6)

  1. 6LoWPAN기반의 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크와 지그비 디바이스들로 구성된 지그비 네트워크가 IPv6 네트워크의 홈 에이전트에서 외부 에이전트로 이동시 상기 센서 네트워크와 지그비 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
    IPv6 네트워크와 통신하며 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 이동성을 제공하는 인터넷 인터페이스, 상기 센서 네트워크의 센서 노드들 사이의 통신을 위한 6LoWPAN 인터페이스 및 지그비 네트워크의 지그비 디바이스들 사이의 통신을 위한 지그비 인터페이스를 구비하는 무선 매체 계층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 네트워크 계층은
    센서 네트워크의 네트워크이동성을 제공하기 위한 센서 네트워크 계층; 및
    지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하기 위한 지그비 네트워크 계층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 센서 네트워크 계층은
    상기 센서 네트워크가 홈 에이전트에서 외부 에이전트로 이동시 센서 네트워크의 홈 에이전트로부터 획득한 바인딩 승인 메시지에 기초하여 바인딩 정보를 갱신하는 바인딩 갱신부; 및
    상기 갱신된 바인딩 정보에 기초하여 패킷의 송수신시 상기 이동 라우터의 주소와 상기 외부 에이전트로부터 획득한 CoA를 매핑시킨 매핑 테이블을 생성하는 주소 매핑부를 포함하는 것을 특징으로 이동 라우터.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 지그비 네트워크 계층은
    지그비 네트워크가 이동시 획득한 CoA의 바인딩 정보의 리스트를 갱신하여 기록하는 바인딩 갱신부;
    IPv6 네트워크의 노드와 지그비 디바이스 사이에서 서로의 주소를 매핑시킨 매핑 테이블을 생성하는 주소 매핑부; 및
    IPv6 네트워크의 IPv6 패킷과 지그비 네트워크의 지그비 프레임을 서로 변환시켜주는 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
  5. 삭제
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 6LoWPAN 인터페이스 또는 지그비 인터페이스는
    IEEE802.15.4 규정에 따른 인터페이스인 것을 특징으로 하는 이동 라우터.
KR1020060070908A 2006-07-27 2006-07-27 ＩＰｖ6 노드와 통신하는 6ＬｏＷＰＡＮ 기반 센서 네트워크와 지그비 네트워크의 네트워크이동성을 제공하는 이동 라우터 KR100838095B1 (ko)

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