KR100870651B1

KR100870651B1 - 센서네트워크에서 계층적 주소할당방법

Info

Publication number: KR100870651B1
Application number: KR1020070011310A
Authority: KR
Inventors: 김기형; 유승화; 박준성
Original assignee: 김기형
Priority date: 2007-02-03
Filing date: 2007-02-03
Publication date: 2008-11-26
Also published as: KR20080072779A

Abstract

센서 네트워크에서 디바이스에 주소를 계층적으로 할당하는 방법을 개시한다. 본 발명의 방법은 자식으로 가입하고자 하는 디바이스가 라우팅 가능 디바이스인지 아니면 엔드 디바이스인지를 판별하고, 이웃 테이블에 작성된 최대 자식의 수와 라우팅 가능 자식의 수를 참조하여 수용 가능한 자식 숫자 범위인지를 판단하고, 자신의 부모가 존재하고 현존하는 자식이 없을 경우에는 상기 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 다음 수학식(FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1)(여기서 중괄호 안의 수식은 정수연산을 수행하고, FA는 자식의 어드레스, AC는 자신의 어드레스, MC는 최대 자식의 수, RC는 자식들 중에서 라우팅 가능한 자식의 수임)에 의해 생성한다. 따라서 디바이스 종류에 따라 계층적 주소할당을 관리함으로써 네트워크의 주소자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

센서네트워크에서 계층적 주소할당방법{Method for Hierarchically Assigning Address in Sensor Network}

도 1은 종래의 계층적 주소할당방법을 설명하기 위한 도면

도 2는 본 발명에 의한 6LoWPAN 센서 네트워크의 망 개념도.

도 3은 도 2의 6LoWPAN 센서 네트워크의 각 센서 노드들 사이의 통신 프로토콜을 설명하기 위한 계층도.

도 4는 도 3의 물리계층 및 링크계층의 패킷구조를 설명하기 위한 도면.

도 5는 적응계층의 프레임 헤더 구조를 설명하기 위한 도면

도 6은 본 발명에 의한 각 센서 노드들 사이의 어소시에이션 동작에 의해 작성된 이웃 테이블을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명에 의한 엔드 디바이스를 고려한 계층적 주소할당방법을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 통신 네트워크 시스템의 계층적 주소할당 방법에 관한 것으로 특히 인터넷 기반 6LoWPAN(6LoWPAN : Low power Wireless Personal Area Networks- IPv6) 네트워크 상에서 멀티 홉 라우팅 기능에 의한 계층적 노드들 간의 라우팅을 위한 주소할당 방법에 관한 것이다.

본 출원인은 출원번호 제2005-062896호에 인터넷 프로토콜 버전 6 기반의 저전력 무선 개인 영역 네트워크 상에서 계층적 라우팅 방법을 출원한 바 있다.

일반적으로, 개인 영역 네트워크(Personal Area Network: PAN)는 널리 알려진 근거리통신망(LAN)이나 원거리통신망(WAN)과 대비되는 개념으로 개인마다 각각 고유한 네트워크를 갖게 하는 것으로, 무선 센서 네트워크와 홈 네트워크 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.

이러한 PAN을 무선으로 구현하기 위한 노력에 따라 IEEE 802.15.3 표준으로 고속 무선 개인 영역 네트워크 규격이 발표됨과 아울러 IEEE 802.15.4-2003 표준으로 센서 네트워크의 하나인 저전력 무선 개인 영역 네트워크(Low power Wireless Personal Area Networks; LoWPAN) 규격이 발표되었다.

IEEE 802.15.4는 LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network)의 MAC과 PHY에 대한 표준이며 저속의 통신대역과 저전력을 목표로 하는 프로토콜로서 현재 센서네트워크 구현에 가장 적합한 통신기술로 인식되고 있다. IEEE 802.15.4는 전송율이 낮고 전송 거리가 비교적 짧은 무선 개인영역 네트워크 환경에 적합하도록 설계가 되었으며 센서네트워크에 적합한 기술을 가지고 있다.

저전력 센서 네트워크로는 대표적으로 ZigBee가 각광을 받고 있다. 그러나 ZigBee Alliance의 중심 멤버 중 하나인 Invensys가 ZigBee로는 더 많은 응용범위를 창출하기 힘들다는 것을 인식하고 ZigBee Alliance에서 탈퇴해서 61번째 IETF 회의를 통해 센서네트워크와 IPv6 네트워크의 컨버젼스를 위한 BoF를 결성하게 되었다. IPv6가 IETF를 통해 논의를 시작한 후 대부분의 규격이 완성되어 IPv6를 실제적으로 적용하고자 하는 노력이 강화되고 있고, 이러한 노력의 일환으로 저전력 무선 개인 영역 네트워크(LoWPAN : Low power Wireless Personal Area Networks)를 통해 IPv6 패킷을 전송하고자 하는 '6LoWPAN Working Group'이 탄생되어 IPv6 패킷 전달을 위해 IEEE802.15.4 MAC 계층과 IPv6 계층 사이에 적응계층(Adaptation Layer)을 두는 IETF 인터넷 드래프트(montenegro lowpan - ipv6 - over - 802.15.4)를 발표한 바 있다.

이러한 인터넷 드래프트(montenegro-lowpan-ipv6-over-802.15.4)에 따르면, 6LoWPAN 장치의 인터페이스 식별자는 EUI-64 [EUI64]를 기초로 하고 있다. 인터페이스 식별자는 6LoWPAN에서의 멀티-홉 라우팅을 위한 라우팅 테이블 작성에 사용될 수 있다.

그러나 6LoWPAN 장치들의 제한적인 기능들( 즉, 저전력, 제한된 메모리 공간, 작은 패킷 크기)을 고려해 보았을 때, 라우팅 테이블과 EUI-64 식별자를 사용한 온-디맨드 멀티-홉 라우팅(on-demand multi-hop routing)의 광범위한 사용이 제한될 수 있다. 게다가 6LoWPAN에 많은 수의 장비들이 배치될 것으로 기대될 경우 라우팅 테이블을 사용하는 것은 더욱 어려워진다. 즉, 온-디맨드 라우팅 방법은 애드 혹(Ad-hoc) 혹은 메쉬 타입 무선 네트워크에서 효율적인 경로를 설정할 수 있으나, 이러한 라우팅 방법은 데이터 패킷의 중계를 위해 각 노드가 라우팅 테이블(routing table)을 구비해야 하는데, 6LoWPAN의 디바이스는 한정된 메모리 공간 을 갖고 있는 경우가 대부분이므로, 제약된 메모리 공간 내에 라우팅 테이블을 구축하기 어려운 문제점이 있다.

계층적 라우팅 프로토콜은 IEEE 802.15.4의 MAC과 PHY를 기반으로 센서 네트워크를 ad-hoc 네트워크로 효율적으로 운영하는 프로토콜이다.

계층적 라우팅 프로토콜은 센서노드가 네트워크에 참여하면서 할당 받은 주소를 기반으로 트리형태의 네트워크 토폴로지를 형성한다. 따라서 센서노드는 부모와 자식으로 관계를 가지고 할당 받은 주소를 이용하여 보내고자하는 센서노드에게 데이터를 전송하는 역할을 한다. 이러한 특성으로 각 센서노드는 목적 노드에게 데이터를 전송하기 위하여 별도의 라우팅 테이블이 불필요하여 센서노드와 같이 하드웨어적 메모리가 부족한 시스템에 효율적인 프로토콜이다.

앞에서 서술한 주소할당 방식은 일반 적인 모든 센서 노드가 라우팅 역할을 수행 할 수 있으며 모든 노드가 네트워크에서 부모 노드로 자식 노드를 가질 수 있다는 전제의 이상적인 토폴로지를 나타낸 것이다.

그러나 센서 네트워크에서 특정 노드의 기능 제약으로 라우팅을 할 수 없는 노드가 존재 한다.

기능 제약으로 라우팅 역할이 제한될 수 있는 노드들로는 다음과 같이 노드들이 있을 수 있다.

1. 하드웨어의 제한으로 라우팅 기능을 수행 할 수 없는 노드

2. 센서 노드의 이동이 잦아 자식 노드를 가질 수 없는 노드

3. 에너지의 고갈로 오랫동안 네트워크 구성에 참여가 어려운 노드

4. 좁은 지역 많은 노드를 고려하여 자식노드를 높아 자식 노드는 많으나 자식의 깊이를 깊게 할 필요가 있을 경우.

도 1은 6LoWPAN 네트워크 상에서 라우팅이 가능한 디바이스와 라우팅을 할 수없는 엔드 디바이스 등 모든 디바이스에 일률적으로 주소를 할당하는 방법을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 종래의 계층적 주소할당방법은 현재 자신의 주소(AC)에 최대 자식의 수(MC)를 곱하고 그 결과에 +1을 하여 생성한다. 따라서 후손으로 내려갈수록 MC의 곱으로 주소값이 증가하게 된다.

6LoWPAN 네트워크의 16비트 주소체계에서 이와 같은 주소할당방법은 라우팅 기능이 없는 디바이스까지 주소자원을 할당함으로써 불필요하게 주소자원이 낭비되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 라우팅 기능이 없는 엔드 디바이스에는 자식 주소를 할당하지 않고 라우팅이 가능한 디바이스만 자식 주소를 할당함으로서 주소자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 계층적 라우팅 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기위하여 본 발명의 방법은 자식으로 가입하고자 하는 디바이스가 라우팅 가능 디바이스인지 아니면 엔드 디바이스인지를 판별하고, 이웃 테이블에 작성된 최대 자식의 수와 라우팅 가능 자식의 수를 참조하여 수용 가능한 자식 숫자 범위인지를 판단하고, 자신의 부모가 존재하고 현존하는 자식이 없을 경우에는 상기 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 다음 수학식(FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1)(여기서 중괄호 안의 수식은 정수연산을 수행하고, FA는 자식의 어드레스, AC는 자신의 어드레스, MC는 최대 자식의 수, RC는 자식들 중에서 라우팅 가능한 자식의 수임)에 의해 생성한다.

그리고 현존하는 자식이 있을 경우에는 현존하는 자식들의 주소 중 가장 큰 주소값에 +1을 하여 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 생성한다.

따라서 본 발명에서는 주소 생성시 MC의 곱에서 엔드 디바이스에 할당된 자식 주소를 감산하여 주소자원의 낭비를 줄임으로서 네트워크의 주소자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

주소자원을 보다 효율적으로 사용하기 위해서는 라우팅이 가능한 디바이스들을 엔드 디바이스에 비해 우선순위를 앞서서 주소를 할당하는 것이 바람직하다.

이와 같이 우선순위를 고려할 경우 주소 할당 방법은 아래와 같다.

a. 자식으로 가입하고자 하는 디바이스가 라우팅 가능 디바이스인지 아니면 엔드 디바이스인지를 판별하는 단계

b. 이웃 테이블에 작성된 최대 자식의 수와 라우팅 가능 자식의 수를 참조하여 수용 가능한 자식 숫자 범위인지를 판단하는 단계;

c. 자신의 부모가 존재하고 현존하는 자식이 없고 라우팅 가능 디바이스일 경우에는 상기 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 다음 수학식1에 의해 생성하는 단계

d. 자신의 부모가 존재하고 현존하는 자식이 없고 엔드 디바이스일 경우에는 상기 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 다음 수학식2에 의해 생성하는 단계

[수학식1]

FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1

[수학식2]

FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1 + RC

그리고 현존하는 자식이 있고 라우팅 가능한 디바이스인 경우에는 현존하는 라우팅 가능한 자식들의 주소 중 가장 큰 주소값에 +1을 하여 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 생성하며, 현존하는 자식이 있고 엔드 디바이스인 경우에는 현존하는 엔드 자식들의 주소 중 가장 큰 주소값에 +1을 하여 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 생성한다.

즉 라우팅이 가능한 자식의 어드레스가 라우팅이 불가능한 자식의 어드레스에 비해 우선 할당되도록 함으로써 주소자원을 보다 효율적으로 할당할 수 있다.

본 발명에서 사용하고자 하는 용어들을 다음과 같이 정의한다.

< 용어 정의 >

인터넷 기반 저전력 무선 개인 영역 네트워크(6LoWPAN : Low power Wireless Personal Area Networks based IPv6)

- IPv6 패킷 전달을 위해 IEEE802.15.4 MAC 계층과 IPv6 계층 사이에 적응계층(Adaptation Layer)을 가진 무선 개인 영역 네트워크

디바이스 교신 가능 범위(POS:Personal Operating Space)

- IEEE 802.15.4 packet의 무선 전송의 수신 범위이내의 영역.

주소((Short) Address)

- 부모로부터 디바이스에 다이나믹하게 할당된 16비트 숏 어드레스로 이하 "주소"라 통칭함.

어소시에이션(Association)

- A IEEE 802.15.4 디바이스가 이웃 디바이스(또는 라우터)와 교신하여 16비트 다이나믹 숏 어드레스를 할당받는 일련의 통신 절차.

디스어소시에이션(Disassociation)

- 이웃 디바이스와 현존하는 어소시에이션 동작을 제거하는 절차.

풀 기능 디바이스(FFD:Full Function Device)

- 완전하게 IEEE 802.15.4 프로토콜 세트를 실행할 수 있는 디바이스로 어소시에이션된 이웃 디바이스를 위하여 멀티 홉 포워딩이 가능한 라우터로 동작이 가능

부분 기능 디바이스(RFD:Reduced Function Device)

- 라우팅 테이블을 유지하기 위한 충분한 메모리 공간과 파워를 가지지 않는 6LoWPAN의 IEEE 802.15.4 디바이스.

코디네이터(Coordinator)

- 6LoWPAN의 주제어기인 풀-기능 디바이스(FFD: Full-Function Device)로 PAN coordinator이라 칭하며 비콘 전송에 의해 전체 6LoWPAN의 동기를 초기화시킴.

라우터(Router)

- 6LoWPAN에서 다음 홉 디바이스로 패킷을 라우팅할 능력을 가진 풀 기능 디바이스.

엔드 디바이스(End Device)

- 코디네이터 및 라우터가 아닌 RFD or FFD.

이웃 테이블(Neighbor Table)

- 디바이스 무선 교신 가능 범위에서 이웃 디바이스들의 정보가 작성된 테이블

네트워크 식별자(PAN Id)

- 6LoWPAN에서 할당된 16 bit 6LoWPAN identifier.

최대 자식의 수(MC: Maximum Number of Children)

- 부모가 가질 수 있는 최대 자식의 수.

라우팅 기능이 가능한 최대 자식의 수(RC: Maximum Number of Router Children)

- 부모가 가질 수 있는 라우팅 기능이 가능한 최대 자식의 수.

깊이(Depth (D))

- 6LoWPAN의 코디네이터로부터 디바이스까지의 홉 거리로 코디네이터의 깊이는 제로임.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하고자 한다. 이 실시예는 이 기술에 숙련된 자들이 본 발명을 실시할 수 있게 충분히 상세하게 기술한다.

도 2는 본 발명에 의한 6LoWPAN 센서 네트워크의 망 개념도를 나타낸다.

도 2를 참조하면 6LoWPAN(100)은 게이트웨이(130)를 통하여 기존의 인터넷 망(200)과 접속된다. 6LoWPAN(100)은 복수의 센서 노드들, 즉 하나의 PAN 코디네이터(102)와, 다수의 라우터(104, 106, 108, 110), 및 엔드 디바이스(112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128)들로 이루어진다. IEEE 802.15.4 규격에 따르면, 6LoWPAN(100)의 디바이스들은 IEEE 802.15.4 의 완전한 프로토콜 셋을 구현한 FFD와, 라우터 기능을 가지지 않은 RFD로 구분되는데, PAN 코디네이터(102)와 라우터들((104, 106, 108, 110)은 FFD 디바이스이고, 엔드 디바이스((112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128)는 RFD 디바이스이다.

그리고 IEEE 802.15.4 규격에 따른 6LoWPAN의 디바이스들은 네트워크상에서 부모와 자식으로 연결되는 계층적 트리구조로 구성된다. 자식은 어소시에이션을 통해 부모로부터 16비트의 주소를 동적으로 할당받는다. 즉, IEEE 802.15.4 장치는 부모장치라고도 불리는 이웃장치(또는 라우터)와의 어소시에이션 동작 중에 16비트주소를 동적으로 할당받을 수 있고, 이 할당받은 주소만을 가지고 부모 또는 자식과 통신을 알 수 있다.

PAN 코디네이터(102)는 6LoWPAN의 가장 중요한 관리자가 되는 FFD 디바이스로, 비콘(beacon)의 전송을 통해 전체 6LoWPAN의 동기를 초기화할 수 있다. 엔드 디바이스는 라우터에 연결되어 다른 라우터에 연결된 엔드 디바이스와 통신할 수 있고, 라우터는 엔드 디바이스 혹은 다른 라우터로부터 수신된 패킷을 계층적 라우팅 방법에 따라 라우팅한다.

도 3은 도 2의 6LoWPAN 센서 네트워크의 각 센서 노드들 사이의 통신 프로토콜을 설명하기 위한 계층도를 나타낸다.

각 센서노드들은 물리계층(160, 180)으로 IEEE 802.15.4 PHY 프로토콜, 링크계층(162, 182)으로 IEEE 802.15.4 MAC 프로토콜, 적응계층(164, 184)으로 어뎁테이션 프로토콜, 네트워크 계층(166, 186)으로 IPv6 프로토콜, 전송계층(168, 188)으로 TCP/UDP/ICMP 프로토콜, 응용계층(170, 190)으로 각종 응용 프로토콜을 구비한다.

6LoWPAN 센서 노드들은 IPv6 패킷을 처리하기 위하여 적응계층을 포함하는 것이 특징이다. 적응계층의 프로토콜은 IETF 인터넷 드래프트(montenegro - lowpan - ipv6 - over - 802.15.4)의 규격에 따르며 IPv6 패킷의 단편화 재결합 기능을 가진다. 네트워크 계층의 IPv6 프로토콜은 RFC 2460 및 관련 규격에 따른다.

6LoWPAN망에서 IEEE 802.15.4-2003 규격에 따른 프레임은 코디네이터에서 비콘을 송신하기 위한 비콘 프레임과, 데이터를 전송하기 위한 데이터 프레임, 프레임을 성공적으로 수신하면 이를 상대방에 알려주는 응답 프레임, MAC 커맨드 프레임으로 구분된다.

도 4는 도 3의 물리계층 및 링크계층의 패킷 포맷 및 데이터 프레임 구조를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이 물리계층의 패킷 데이터 유닛(PPDU)은 5옥텟(octet)의 동기헤더(SHR : Synchronization Header)(402), 1옥텟의 물리층 헤더(PHR : Physical layer Header)(404), 물리층 서비스 데이터 유닛(PSDU : PHY Service Data Unit)(406)으로 구성된다. 동기헤더(402)는 4옥텟의 프리앰블(Preamble Sequence)과 1옥텟의 , 프레임 시작 식별자(SOFD:Start of Frame Delimiter)로 구성된다. 물리층 헤더(404)는 프레임 길이(FL:Frame Length) 정보를 포함한다. PSDU(406)은 5 + (4~20) + n 옥텟의 길이를 가지며 MAC 패킷 데이터 유닛(MPDU)으로 이루어진다.

물리계층(160, 180)에서는 PPDU를 수신하여 링크계층(162, 182)에 MPDU를 보내거나 링크계층(162, 182)로부터 제공된 MPDU를 PPDU로 구성하여 송신한다.

물리계층(162, 182)에서 MAC 계층의 데이터 프레임 포맷은 MAC 헤더(MHR: MAC Header)(412), MAC 서비스 데이터 유닛(MSDU:MAC Service Data Unit)(414), MAC 풋터(MFR:MAC Footer)(416)로 구성된다. 헤더(412)는 2옥텟의 프레임 제어(FC:Frame Control), 1옥텟의 시퀀스번호(SN:Sequence Number), 4 내지 20 옥텟의 어드레싱 필드(AD:Addressing Field)를 포함한다. MSDU(414)는 n 옥텟의 데이터 페이로드(Data Payload) 필드이고 풋터(416)는 2옥텟의 프레임 체크 시퀀스(FCS)로 이루어진다.

도 5는 적응계층의 분리되지 않은 인캡술레이션 헤더 포맷을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 링크계층에서 적응계층으로 전달된 프레임은 헤더필 드(502)와 데이터 필드(504)로 이루어진다. 헤더필드(502)는 2비트 링크 프래그먼트(LF:Link Fragment), 7비트 프로토콜 타입(prot_type), 1비트 엠(M:Mesh routing) 및 최종 목적지 필드(FD:Final Destination)로 이루어진다.

LF가 '00'이면 분리되지 않은 패킷(Unfragmented)을 나타내고, '01'이면 첫 번째 분해한 패킷(First Fragment), '10'이면 마지막 분해한 패킷(Last Fragment), '11'이면 중간 분해한 패킷(Interior Fragment)을 나타낸다.

프로토 타입(prot_type)의 7비트 필드는 이 프레임 이후에 오는 데이터의 특성을 나타낸다. 16진수 1일 경우에는 IPv6를 위한 prot_type을 의미하며 16진수 2일 경우에는 헤더 압축 prot_type을 의미한다.

"M" 비트는 애드 혹 메시(ad hoc mesh) 라우팅 또는 계층적 라우팅을 위해 사용되는 "Final Destination(최종 목적지)" 필드가 있는지를 알리는데 사용한다. 만약, M이 '1'로 설정될 경우 최종 목적지(Final Destination) 필드는 IPv6 패킷을 우선한다.

FD는 1비트 주소종류(S:Short address)(512), 7비트 홉레프트(hops-left)(514), 최종 목적지 주소필드(516)으로 구성된다.

"S" 필드(512)는 만약 주소 필드가 EUI-64일 경우 '0'이고, 16비트 짧은 주소일 경우는 '1'이다.

" Hops Left"의 7비트 필드(514)는 다음 홉으로 패킷을 전송하기 전 각각의 포워딩 노드에서 1씩 감소시킨다. 만약, Hops Left가 '0'이 되면 패킷은 버려진다.

"Address"필드(516)는 최종 목적지의 16비트 짧은 주소 또는 EUI-64인 링크 계층 주소이다.

도 6은 본 발명에 의한 각 센서 노드들 사이의 어소시에이션 동작에 의해 작성된 이웃 테이블을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 이웃 테이블은 개인 영역 망 아이디(PAN Id: 16 bits), 이웃의 짧은 주소( SAD : Short ADdress:16 bits), 이웃의 EIU 64주소( EAD : IEEE EUI Extended ADdress:64 bits), 이웃 디바이스 타입( Neighbor.Device type : 2 bits), 이웃 관계(Neighbor.Relationship: 2 bits), 이웃 깊이( Neighbor.Depth: 8 bits), 최대 자식 수(MC : Maximum number of children), 라우팅 가능 최대 자식 수(RC : Maximum Number of Router Children)와 같은 항목들을 포함한다.

이웃 테이블의 이웃 디바이스 타입(Neighbor.Device type: 2 bits) 필드는 '00'이면 코디네이터(Coordinator), '01'이면 라우터(Router), '10'이면 엔드 디바이스를 나타내고, '11'은 유보(Reserved)되어 있다. 이웃 테이블의 이웃 관계(Neighbor.Relationship: 2 bits) 필드는 '00'이면 부모(Parent), '01'이면 자식(Child)을 나타내고, '10'과 '11'은 유보(Reserved)되어 있다.

도 7은 본 발명에 의한 엔드 디바이스를 고려한 계층적 주소할당방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.

도 7을 참조하면 주소 "0"은 PAN 코디네이터의 주소이다. 도면에서 빗금쳐진 센서 노드들은 엔드 디바이스이고 나머지 노드들은 라우터들이다.

디바이스가 6LoWPAN에 조인하고 싶다면 현존하는 6LoWPAN 발견을 시도한다. 이 발견동작은 액티브 또는 패시브 스캐닝 절차에 따라 수행된다. 디바이스는 POS 내에 6LoWPAN이 있는지 없는지를 결정한다. POS 내에 6LoWPAN이 없다면 새로운 6LoWPAN의 초기자(코디네이터)가 된다. 즉 디바이스 자신이 코디네이터가 되어 주소 "0"을 할당한다.

최초의 센서노드가 네트워크를 구성하기 위해서는 기본적으로 MC를 기본 정책으로 MC 만큼의 자식을 가지게 된다. 예를 들어 MC를 '4'로 정의 했다면 최초의 센서 노드, 즉 PAN 코디네이터는 자신의 주소를 '0'으로 정하고 MC만큼의 자식을 가지게 된다.

본 발명의 실시예에서는 '4'로 정의하였기 때문에 4명의 자식노드를 가진다. 여기에서 라우터에 참여하는 자식(RC)이 '2'이면 부모 주소'0'은 4명의 자식을 가지지만 4명의 자식 중 다시 부모가 될 수 있는 노드가 2가 되고 나머지2는 자식을 가질 수 없는 노드가 된다.

디바이스는 현존하는 6LoWPAN의 멤버인 이웃이 발견되면, IEEE 802.15.4 MAC 계층에서 어소시에이션 동작을 시도한다. 디바이스는 발견된 이웃노드와 어소시에이션 동작을 통해 16비트 어드레스를 할당받는다.

부모는 주소 할당 스키머에 의해 자식에게 어드레스를 할당한다.

예를 들어 MC가 4이고 RC가 2이면 첫 번째 자식은 자신의 주소 ■ MC + 1을 더하여 첫 번째 자식 주소를 '1' 로 부여하고 두 번째 자식은 첫 번째 자식 주소 + 1을 더하여 '2'를 부여한다. RC가 2이므로 두 번째 자식 까지는 다시 부모로써 자식을 가질 수 있으나 세 번째 부터는 자식을 가질 수 없이 부모로부터 주소만 할당 받는 엔드 노드가 된다. 세 번째 자식은 두 번째 자식 +1을 더하여 '3'을 부여하게 된다. 마지막 네 번째 자식은 세 번째 자식 +1을 하여 '4'를 부여한다. 주소 '0'의 자식은 따라서 '1','2','3','4'로 MC 만큼의 자식을 가지고 주소 '3','4'번은 자식을 가질 수 없는 엔드 노드이다.

주소'0'의 첫 번째 자식'1'은 부모인 주소'0'으로부터 주소를 할당 받고 자신의 자식을 가지게 되는데 주소'1'의 첫 번째 라우팅 가능 자식은 다음 수학식(1)에 의해 주소를 할당받는다.

[수학식 1]

FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1

여기서 중괄호 안의 수식은 정수연산을 수행하는 floor 함수이고, FA는 자식의 어드레스, AC는 자신의 어드레스, MC는 최대 자식의 수, RC는 자식들 중에서 라우팅 가능한 자식의 수이다.

첫 번째 자식의 주소는 수학식1에 의해 '5'라는 첫 번째 주소를 가지게 된다. 두 번째 자식은 첫 번째 자식 주소 + 1을 더하여 '6'을 부여한다. 라우팅 가능 자식들이 최대 2개를 만족하였으므로 다음에 추가되는 자식들은 모두 엔드 디바이스만 가능하다. 그러므로 세 번째 자식은 두 번째 자식 +1을 더하여 '7'을 부여하게 된다. 마지막 네 번째 자식은 세 번째 자식 +1을 하여 '8'를 부여한다. 주소 '1'의 자식은 따라서 '5','6','7','8'로 MC 만큼의 자식을 가지고 '7','8'번은 자식을 가질 수 없는 엔드 노드이다.

만약 주소 '1'의 첫 번째 자식으로 엔드 디바이스가 접속한 경우에는 다음 수학식2에 의해 주소를 할당한다.

[수학식2]

FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1 + RC

첫 번째 엔드 자식의 주소는 수학식2에 의해 '7'이라는 첫 번째 엔드 주소를 가지게 된다. 두 번째 엔드 자식은 첫 번째 엔드 자식 주소 + 1을 더하여 '8'을 부여한다. 엔드 자식이 모두 연결된 상태이므로 이후 세 번째 자식은 라우팅 가능자식일 수밖에 없다 그러므로 세 번째 자식은 수학식1에 의해 '5'을 부여하게 된다. 마지막 네 번째 자식은 세 번째 자식의 주소에 +1을 하여 '6'을 부여한다.

수학식 1에 의해서만 자식의 주소를 할당할 수도 있으나 이 경우에는 라우터 자식과 엔드 자식의 순서가 뒤섞일 수 있다. 즉 순서가 바뀌어 주소 '1'에서 엔드 자식의 주소가 '5'및'6'으로 할당되고 라우터 자식의 주소가 '7' 및'8'로 할당되면 주소'7'의 자식들의 주소는 수학식1에 의해 '21','22','23','24'로 할당된다.

그러므로 '5'로 할당되었을 때의 자식 주소들'13','14','15','16'보다 큰 값을 가지게 된다.

따라서 가장 바람직하기로는 자식의 디바이스 종류를 판별하여 라우터 자식인 경우에는 수학식1을 사용하고 엔드 자식인 경우에는 수학식2를 사용하여 주소를 할당하는 것이 주소 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 주소 생성시 MC의 곱에서 엔드 디바이스에 할당된 자식들 주소를 감산하여 주소자원의 낭비를 줄임으로서 네트워크의 주소자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Claims

센서 네트워크에서 디바이스에 주소를 계층적으로 할당하는 방법에 있어서,

자식으로 가입하고자 하는 디바이스가 라우팅 가능 디바이스인지 아니면 엔드 디바이스인지를 판별하는 단계;

이웃 테이블에 작성된 최대 자식의 수와 라우팅 가능 자식의 수를 참조하여 수용 가능한 자식 숫자 범위인지를 판단하는 단계;

자신의 부모가 존재하고 현존하는 자식이 없을 경우에는 상기 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 다음 수학식에 의해 생성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 네트워크의 자동 주소할당방법.

[수학식]

FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1

(여기서 중괄호 안의 수식은 정수연산을 수행하고, FA는 자식의 어드레스, AC는 자신의 어드레스, MC는 최대 자식의 수, RC는 자식들 중에서 라우팅 가능한 자식의 수임)
제1항에 있어서, 현존하는 자식이 있을 경우에는

현존하는 자식들의 주소 중 가장 큰 주소값에 +1을 하여 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 생성하는 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 네트워크의 자동 주소할당방법.
센서 네트워크에서 디바이스에 주소를 할당하는 방법에 있어서,

자식으로 가입하고자 하는 디바이스가 라우팅 가능 디바이스인지 아니면 엔드 디바이스인지를 판별하는 단계;

이웃 테이블에 작성된 최대 자식의 수와 라우팅 가능 자식의 수를 참조하여 수용 가능한 자식 숫자 범위인지를 판단하는 단계;

자신의 부모가 존재하고 현존하는 자식이 없고 라우팅 가능 디바이스일 경우에는 상기 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 다음 수학식1에 의해 생성하는 단계; 및

자신의 부모가 존재하고 현존하는 자식이 없고 엔드 디바이스일 경우에는 상기 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 다음 수학식2에 의해 생성하는 단계 를 구비하는 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 네트워크의 자동 주소할당방법.

[수학식1]

FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1

[수학식2]

FA = (AC × MC) - [{(AC - 1) / MC} × (MC-RC) × MC] +1 + RC

(여기서 중괄호 안의 수식은 정수연산을 수행하고, FA는 자식의 어드레스, AC는 자신의 어드레스, MC는 최대 자식의 수, RC는 자식들 중에서 라우팅 가능한 자식의 수임)
제3항에 있어서, 현존하는 자식이 있고 라우팅 가능한 디바이스인 경우에는

현존하는 라우팅 가능한 자식들의 주소 중 가장 큰 주소값에 +1을 하여 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 생성하는 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 네트워크의 자동 주소할당방법.
제3항에 있어서, 현존하는 자식이 있고 엔드 디바이스인 경우에는 현존하는 엔드 자식들의 주소 중 가장 큰 주소값에 +1을 하여 자식으로 가입하고자 하는 디바이스의 주소를 생성하는 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 네트워크의 자동 주소할당방법.