KR100924524B1 - Method for zigbee networks with enhanced self-configuration - Google Patents

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KR100924524B1
KR100924524B1 KR1020090041140A KR20090041140A KR100924524B1 KR 100924524 B1 KR100924524 B1 KR 100924524B1 KR 1020090041140 A KR1020090041140 A KR 1020090041140A KR 20090041140 A KR20090041140 A KR 20090041140A KR 100924524 B1 KR100924524 B1 KR 100924524B1
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황광일
김용배
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주식회사 레오테크
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Abstract

PURPOSE: A self-configuration method of an orphan node applied to a Zigbee network is provided to overcome the orphan propagation problem by quickly solving a problem in a tree. CONSTITUTION: By performing a passive rejoin scan in the first orphan node where the initial link breakdown occurs, the node receives beacon packets from surrounding nodes(S150). It is checked whether a beacon packet is received within a super frame period(S160). An orphan join request message signal is transmitted to one node which transmits the beacon packet(S170). By transmitting an orphan join confirm message signal, one node which responds to an orphan join accept message signal is modified into a parent node(S180). The join accept message signal is broadcast to the rest orphan nodes(S190).

Description

지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법{Method for zigbee networks with enhanced self-configuration}Method for zigbee networks with enhanced self-configuration

본 발명은 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 다양한 에러환경에 의해 링크 깨짐이 발생할 경우 유동적으로 클러스터 트리구조를 재구성할 수 있어 작은 오버헤드에도 불구하고 트리에서의 문제가 빨리 회복되기 때문에 고아전파문제를 해소시켜주는 지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법에 관한 것이다. According to the present invention, the cluster tree structure can be flexibly reconfigured in the case of a link failure due to various error environments in the Zigbee network based on the cluster tree structure. The present invention relates to a self-organizing method of an orphaned node applied to a solving Zigbee network.

일반적으로, 지그비(ZigBee)란 저가격 저전력, 단거리 무선 통신을 위한 산업국제표준이다. In general, ZigBee is the industry international standard for low cost, low power, short range wireless communications.

지그비의 이러한 특징들은 지그비 기술이 다양한 응용분야에서 폭넓게 활용되는 것을 가능케 하고, 특히, 저전력 특징은 작은 배터리로도 더욱 긴 수명을 유지하게 해주며, 다중 홉(hop) 통신을 지원함으로써 네트워크 범위의 확장 및 신뢰도를 증가 시킬 수 있다.These features of ZigBee enable ZigBee technology to be widely used in a wide variety of applications. In particular, the low-power feature allows longer battery life, even with smaller batteries, and extends network coverage by supporting multi-hop communication. And reliability can be increased.

그런데 지그비 네트워크를 구성하는 지그비 장비들은 메모리, 프로세싱, 전력등의 리소스 들이 극히 제한될 뿐만 아니라, 지그비 네트워크는 항상 사용자의 감시 또는 중재 없이 독립적으로 자율적인 네트워크로 운용된다.However, the ZigBee devices that make up the ZigBee network are extremely limited in resources such as memory, processing, and power, and the ZigBee network always operates as an autonomous network independently without user monitoring or arbitration.

이러한, 지그비 네트워크는 클러스터 트리, 스타, 메쉬를 포함하는 다양한 토폴로지(topology)를 지원하지만 대다수 지그비 어플리케이션에서는 구현의 간단함과 저전력 라우팅이 가능한 이유로 인해 트리기반의 토폴로지를 선호한다. While ZigBee networks support a variety of topologies, including cluster trees, stars, and meshes, many ZigBee applications prefer tree-based topologies for simplicity of implementation and low-power routing.

특히, 이 트리기반의 토폴로지는 코디네이터에서 주기적으로 전송되는 비콘을 기반으로 전체 네트워크가 같은 듀티 사이클을 유지함으로 인해 에너지를 보존하는 것을 가능케 한다.In particular, this tree-based topology allows the entire network to conserve energy because the entire network maintains the same duty cycle based on periodic beacons sent from the coordinator.

지그비 스탠다드는 PHY계층과 MAC 계층을 위해 IEEE802.15.4 표준을 도입하였으며, 지그비에서 제공하는 자가구성과 자가치유 기법은 하위 계층의 표준에서 제공되는 기법을 그대로 적용한다. ZigBee Standard introduced IEEE802.15.4 standard for PHY layer and MAC layer, and self-organization and self-healing techniques provided by ZigBee apply techniques provided by lower layer standard.

즉, 네트워크로의 모든 장비들의 연결절차가 끝난 후 코디네이터는 주기적으로 비컨 패킷을 전송하고, 이 비컨은 전체 네트워크로 릴레이되며, 각 노드는 이 비컨을 기준으로 네트워크를 동기화시킨다. 그것에 의하여 각 장비는 통신을 위한 활성주기 그리고 나머지 시간을 비활성주기(파워다운)로 만듦으로써 전력 소모를 줄일 수 있다. 만약 한 장비가 비컨 패킷을 연속적으로 받지 못한다면(표준에서는 기본값을 4로 한다.), 그것은 상위로의 링크가 깨졌음을 의미하고, 그리하여 동기화에 실패한 것으로 간주된다. 그리하여 해당 노드는 고아회생절차(Orphan scan procedure)를 시도한다. That is, after the connection process of all devices to the network is completed, the coordinator periodically transmits a beacon packet, which is relayed to the entire network, and each node synchronizes the network based on this beacon. This allows each device to reduce power consumption by making the active period for communication and the rest of the time inactive (power down). If a device does not receive beacon packets consecutively (the standard defaults to 4), it means that the link to the upstream is broken, and therefore is considered to have failed to synchronize. Thus, the node attempts an orphan scan procedure.

비록 IEEE802.15.4표준에서 제공하는 고아회생절차가 원 홉(one hop)에서는 몇몇 문제들에 대처할 수 있지만, 멀티홉(multi hop) 네트워크에서는 다양한 문제점을 야기시킬 수 있다. 이를, 도 1를 통해 설명하면 다음과 같다. Although the orphan rehabilitation procedures provided by the IEEE 802.15.4 standard can address some problems in one hop, they can cause various problems in multi-hop networks. This will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐으로 인해 야기되는 고아전파과정을 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating an orphan propagation process caused by a broken link in a Zigbee network based on a cluster tree structure.

도시된 바와 같이, 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크를 구성하는 부모를 나타내는 A노드(11)와 자신을 나타내는 C노드(21) 간의 링크 깨짐(link breakage)이 발생한다면, C노드(21)는 고아공지메세지(Orphan notification message)신호를 브로드캐스트 함으로써 고아회생절차를 시작한다. As shown, if a link breakage occurs between the A node 11 representing the parent constituting the Zigbee network based on the cluster tree structure and the C node 21 representing the self, the C node 21 is orphaned. The orphan rehabilitation process is initiated by broadcasting an Orphan notification message.

이때, 링크 깨짐은 연속된 비콘 손실과 데이터 패킷에 대한 ACK(acknowledge)의 무응답으로써 알 수 있다. At this time, the broken link can be known by continuous beacon loss and no response of acknowledgment for the data packet.

C노드(21)의 고아회생절차에서, 고아공지메세지신호의 응답을 기다리는 시간은 aResponseWaitTime(32*aBaseSuperframeDuration symbols)과 같이 정해진다. In the orphan regeneration procedure of the C node 21, the time to wait for the response of the orphan announcement message signal is determined as aResponseWaitTime (32 * aBaseSuperframeDuration symbols).

만약, C노드(21)가 기다리는 시간 동안 다른 노드들로부터 고아공지메세지에 대한 어떤 응답도 받지 못한다면, C노드(21)는 클러스터 트리구조 기반의 네트워크 내에서 연결이 완전히 끊긴 상태로 남게 된다. If the C node 21 does not receive any response to the orphaned announcement message from other nodes during the waiting time, the C node 21 remains completely disconnected in the network based on the cluster tree structure.

여기서 주목해야 할 점은 C노드(21)는 고아회생절차 동안 자신의 자식에 해당하는 D,E노드(31,32)들에게 비컨을 전송하지 못한다는 것이다. 그리하여 C노드(21)의 자식에 해당하는 D,E노드(31,32)들 또한 설정된 주기에 비컨을 들을 수 없음으로 그들 역시 고아 노드가 된다. It should be noted that the node C 21 may not transmit beacons to the D and E nodes 31 and 32 corresponding to its children during the orphan rehabilitation procedure. Thus, the D and E nodes 31 and 32 corresponding to the children of the C node 21 also cannot hear the beacon in the set period, so they are also orphaned nodes.

고아가 되면 해당 노드(31,32)들은 다시 자신들의 고아회생절차를 수행한다. 이로 인해, 초기 문제 노드인 C노드(21)로부터 시작된 고아상태는 최악의 경우 그것의 모든 자손 노드들인 D,E,F,G,H,I,J,K노드(31,32,41,42,43,51,52,61)로 전파되어진다. When orphaned, the nodes 31 and 32 perform their own orphan rehabilitation procedures. Because of this, the orphaned state originating from the C node 21, which is the initial problem node, is the worst case all of its descendant nodes D, E, F, G, H, I, J, K nodes (31, 32, 41, 42). , 43, 51, 52, 61).

결국 이러한 고아전파문제는 전체 네트워크에 심각한 혼란을 야기할 것이다. 지그비 표준에 따르면 이러한 문제가 발생시에 각 노드가 다시 새로운 연결을 수행할지 말지에 대해서 전적으로 해당 응용계층의 결정에 의존한다. 만약, 모든 고아 노드가 재연결을 수행할 경우 엄청난 양의 딜레이와 이로 인한 추가적인 에너지 손실이 야기된다. Eventually, these orphanage problems will cause serious confusion in the whole network. According to the ZigBee standard, when such a problem occurs, it is entirely up to the application layer to decide whether or not each node will try to connect again. If all orphan nodes reconnect, there is a huge amount of delay and additional energy loss.

더욱이, 클러스터 트리구조 기반의 지그비에서 사용되는 범용 무선 주파수 대역인 2.4GHz는 근처에 존재하는 무선랜, 블루투스, 다른 지그비 네트워크에 직접적으로 노출되어 있기 때문에, 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크는 잦은 링크 깨짐(Link breakage) 현상과 예측치 못한 시스템 불안을 가져오며, 결국 이것은 지그비 네트워크 전체로의 심각한 문제를 초래한다. Moreover, because 2.4GHz, the universal radio frequency band used in ZigBee based on cluster tree structure, is directly exposed to nearby WLAN, Bluetooth, and other ZigBee networks, ZigBee network based on cluster tree structure frequently breaks links. Link breakage and unforeseen system instability can lead to serious problems throughout the ZigBee network.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 다양한 에러환경에 의해 링크 깨짐이 발생할 경우 유동적으로 클러스터 트리구조를 재구성할 수 있어 작은 오버헤드에도 불구하고 트리에서의 문제가 빨리 회복되기 때문에 고아전파문제를 해소시켜주는 지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법을 제공하는데 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to reduce the overhead of the cluster tree structure can be flexibly reconfigured in the case of a link failure due to various error environment in the Zigbee network based on the cluster tree structure Nevertheless, the problem is that the tree recovers quickly, so it provides a self-organizing method for orphan nodes applied to Zigbee networks that solves orphan propagation problems.

본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명의 지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법에 관한 것으로, 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크를 구성하는 양 노드 간에 링크 깨짐이 발생하는 단계(S100)와; 링크 깨짐이 발생된 양 노드 중 자신에 해당하는 노드가 그 링크 깨짐을 인지하는 단계(S110)와; 자신에 해당하는 노드가 그 링크 깨짐을 인지 후, 자신에 해당하는 노드는 자식에 해당하는 노드로 결빙 메시지 신호를 전송하는 단계(S120)와; 상기 결빙 메시지 신호를 전송받은 자식에 해당하는 노드에서 상기 자신에 해당하는 노드로부터 일정시간 비컨 패킷이 전송되지 않아도 수퍼프레임을 유지하는 단계(S130)와; 일정시간 비컨 패킷이 전송되지 않아도 수퍼프레임을 유지하는 상기 자식에 해당하는 노드에서 자신의 비컨 패킷을 자손에 해당하는 노드 쪽으로 주기적으로 전송하는 단계(S140)와; 최초 링크 깨짐이 발생한 상기 자신에 해당하는 노드인 첫 번째 고아 노드에서 수동연결탐색(passive rejoin scan) 을 수행하여 인근의 노드로부터 비컨 패킷의 전송을 듣는 단계(S150)와; 상기 첫 번째 고아 노드에서 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되는지 확인하는 단계(S160)와; 상기 첫 번째 고아 노드에서 유지되는 수퍼프레임의 기간 내에 비컨 패킷이 수신된 경우 그 비컨 패킷을 수신한 첫 번째 고아 노드에서 고아연결요청(orphan join request) 메시지신호를 그 비컨 패킷을 송신한 하나의 노드에게 전송하는 단계(S170)와; 상기 고아연결요청 메시지신호를 수신한 하나의 노드에서 고아연결수락(orphan join confirm) 메시지신호로 응답함으로써, 상기 고아연결요청 메시지신호를 송신한 첫 번째 고아 노드가 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 하나의 노드를 부모 노드로 수정하는 단계(S180)와; 상기 고아연결요청 메시지신호를 송신한 첫 번째 고아 노드에서 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 하나의 노드를 부모 노드로 수정 후 나머지 고아 노드들에게 연결수락(join confirm) 메시지신호를 브로드캐스트 하는 단계(S190)와; 상기 연결수락 메시지신호를 전송받은 나머지 고아 노드들이 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 하나의 노드를 부모 노드로 수정하여 비컨전송시간을 재설정함으로써 네트워크의 동기화를 구현하는 단계(S200);로 이루어진다.The present invention relates to a self-organizing method of an orphan node applied to a Zigbee network according to the present invention, wherein link break occurs between nodes constituting a Zigbee network based on a cluster tree structure (S100) and ; (S110) recognizing the broken link of a node corresponding to the node among the two broken links; After the node corresponding to the node recognizes that the link is broken, the node corresponding to the node transmits an icing message signal to a node corresponding to the child (S120); Maintaining a superframe even if a beacon packet is not transmitted from a node corresponding to the node at a node corresponding to the child receiving the icing message signal (S130); Transmitting a beacon packet of its own to a node corresponding to a child at a node corresponding to the child maintaining a superframe even if a beacon packet is not transmitted for a predetermined time (S140); Performing a passive rejoin scan on the first orphan node corresponding to the node corresponding to the first link breakage to listen for transmission of a beacon packet from a neighboring node (S150); Checking whether a beacon packet is received within a period during which a superframe is maintained at the first orphan node (S160); If a beacon packet is received within the period of the superframe maintained at the first orphan node, the node that transmits the beacon packet with an orphan join request message signal at the first orphan node receiving the beacon packet Transmitting to (S170); One node receiving the orphan connection request message signal responds with an orphan join confirm message signal, so that the first orphan node transmitting the orphan connection request message signal responds with the orphan connection accept message signal. Modifying one node to a parent node (S180); Modifying one node responding with the orphan connection accept message signal from a first orphan node that has transmitted the orphan connection request message signal to a parent node, and then broadcasting a join confirm message signal to the other orphan nodes; (S190); And performing synchronization of the network by resetting the beacon transmission time by modifying one node responded by the orphan connection acceptance message signal to the parent node by the other orphan nodes receiving the connection acceptance message signal (S200).

본 발명은 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 다양한 에러환경 에 의해 링크 깨짐이 발생할 경우 유동적으로 클러스터 트리구조를 재구성할 수 있어 작은 오버헤드에도 불구하고 트리에서의 문제가 빨리 회복되기 때문에 고아전파문제가 극복될 뿐만 아니라, 일반 통신시 기존 지그비 표준과 같이 동작하기 때문에 본 발명은 데이터 통신에 있어 지그비 표준과도 상호호환이 가능한 효과를 발휘한다. According to the present invention, the cluster tree structure can be flexibly reconfigured in the Zigbee network based on the cluster tree structure due to various error conditions, so that the problems in the tree can be quickly recovered despite the small overhead. In addition to being overcome, the present invention exhibits the effect of being compatible with the ZigBee standard in data communication because it operates like the existing ZigBee standard.

이하에서는 본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐이 발생 시 본 발명의 고아 노드의 자가 구성 방법을 통해 고아회생절차를 나타낸 순서도이고, 도 3 및 도 4는 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐이 발생 시 고아 노드의 자가 구성 방법을 통해 고아회생절차의 세부적인 동작과 처리흐름을 나타낸 도면이며, 도 5는 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐이 발생 시 본 발명의 고아 노드의 자가 구성 방법을 통해 고아회생된 각 노드가 재배치됨으로써 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크가 동기화된 것을 나타낸 도면이다. 2 is a flowchart illustrating an orphan regeneration procedure through a self-organizing method of an orphan node according to the present invention when a link break occurs in a Zigbee network based on a cluster tree structure, and FIGS. 3 and 4 are links in a Zigbee network based on a cluster tree structure. FIG. 5 illustrates the detailed operation and processing flow of the orphan rehabilitation procedure through the self-organizing method of the orphan node when a break occurs. FIG. It is a diagram showing that the Zigbee network based on the cluster tree structure is synchronized by relocating each node orphaned by the configuration method.

먼저, 도 2를 참조하여, 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐(link breakage)이 발생(S100)하자마자, 링크가 깨진 양 노드 중 자신에 해당하는 노드인 C노드(21)가 이를 인지(S110)하고, 자식에 해당하는 노드인 D,E노 드(31,32)에게 결빙(freeze) 메시지 신호를 전송(S120)한다. First, referring to FIG. 2, as soon as a link breakage occurs in the ZigBee network based on the cluster tree structure (S100), the node C corresponding to the node whose link is broken is corresponding to its own (S100). S110) and transmits a freeze message signal to the D and E nodes 31 and 32, which are nodes corresponding to the children (S120).

여기서, 링크가 깨진 양 노드라 함은 먼저, 부모에 해당하는 A노드(11)와 자신에 해당하는 노드인 C노드(21)에 해당하고, 만약에 자신에 해당하는 노드가 C노드(21)와 더불어 여러 개가 트리구조로 존재할 경우 C노드(21)와 더불어 나머지 자신에 해당하는 노드(도면에 도시하지 않음)들도 동시에 결빙 메시지 신호를 자신의 자식에 해당하는 노드(도면에 도시하지 않음)들에게 전송한다.Here, both nodes with broken links correspond to the A node 11 corresponding to the parent and the C node 21 corresponding to the node, and the node corresponding to the node is the C node 21. In addition, when several are present in a tree structure, the nodes corresponding to the C node 21 and the remaining nodes (not shown in the drawing) simultaneously signal the icing message signal to their children (not shown in the drawing). Send them.

그리고 상기 결빙 메시지 신호는 C노드(21)가 고아가 되었음과 동시에 C노드(21)의 자식 노드인 D,E노드(31,32)에게 일정시간 비컨 패킷을 전송할 수 없음을 통보하는 정보이다. The icing message signal is information for notifying that the C node 21 is orphaned and that the D and E nodes 31 and 32, which are child nodes of the C node 21, cannot transmit a beacon packet for a predetermined time.

이때, 모든 자식 노드들인 D,E노드(31,32)는 수신된 결빙 메시지 신호를 참조하여, 현재 자신의 부모 노드에 해당하는 C노드(21)로부터 비컨 패킷을 수신하지 못하더라도 자신의 수퍼프레임(Superaframe)을 유지(S130)한다. At this time, all of the child nodes D and E nodes 31 and 32 refer to the received freezing message signal, even if they do not receive a beacon packet from the C node 21 corresponding to their parent node. Maintain (Superaframe) (S130).

즉, 이때부터 D,E노드(31,32)는 자신의 비컨 패킷을 해당 자손인 F,G,H노드(41,42,43)들로 이전과 같이 주기적으로 전송(S140)한다. That is, from this time, the D and E nodes 31 and 32 periodically transmit their beacon packets to their descendants F, G, and H nodes 41, 42, and 43 as before (S140).

또한, 결빙 메시지 신호를 전송한 C노드(21)는 자신의 영역(21a) 내에서 수동연결탐색(passive rejoin scan) 을 수행하여 인근의 노드로부터 비컨 패킷의 전송을 청취(S150)한다. In addition, the C node 21 transmitting the freezing message signal performs a passive rejoin scan in its region 21a to listen for transmission of a beacon packet from a neighboring node (S150).

즉, 기존의 고아 노드의 경우 고아공지 메시지신호를 보낸 후 응답을 기다리는 것과는 달리 본 발명에서는 첫 번째 고아 노드에 해당하는 C노드(21)가 수동적으로 근처의 다른 노드들로부터 비컨 패킷의 전송을 청취한다. That is, in the case of the existing orphan node, in contrast to waiting for a response after sending an orphan announcement message signal, in the present invention, the C node 21 corresponding to the first orphan node passively listens to the transmission of beacon packets from other nearby nodes. do.

이때에도, 첫 번째 고아 노드에 해당하는 C노드(21)와 더불어 첫 번째 고아 노드에 해당하는 노드가 C노드(21)와 더불어 여러 개가 트리구조로 존재할 경우 C노드(21)와 더불어 나머지 첫 번째 고아 노드에 해당하는 노드(도면에 도시하지 않음)들도 수동적으로 근처의 다른 노드들로부터 비컨 패킷의 전송을 청취한다. In this case, when the node corresponding to the first orphan node and the node corresponding to the first orphan node exist in a tree structure together with the node C and the node C 21, the remaining first node together with the node C 21 Nodes (not shown) corresponding to orphan nodes also passively listen for transmissions of beacon packets from other nearby nodes.

이후, 첫 번째 고아 노드에 해당하는 C노드(21)에서 수퍼프레임(superframe)이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되는지 확인(S160)하여 수퍼프레임 기간 내에 다른 노드(도면에 도시하지 않음)로부터 비컨이 수신되면, C노드(21)는 고아연결요청(orphan join request) 메시지신호를 비컨 패킷을 송신한 노드에게 전송(S170)한다. Thereafter, the C node 21 corresponding to the first orphan node checks whether a beacon packet is received within the period during which the superframe is maintained (S160), and then, from the other node (not shown in the figure) within the superframe period. When the C node 21 receives the orphan join request message signal, the C node 21 transmits an orphan join request message signal to the node that has transmitted the beacon packet (S170).

이때, 첫 번째 고아 노드에 해당하는 C노드(21)에서 다른 노드로부터의 비컨 수신예로 원 홉(hop) 이내에 다른 노드가 존재할 경우에 가능하다.At this time, the C node 21 corresponding to the first orphan node is possible when another node exists within one hop as an example of receiving beacons from another node.

그리고 고아연결요청 메시지신호를 수신한 노드는 고아연결수락(orphan join confirm) 메시지신호로 응답한다. 그리하여, 고아연결요청 메시지신호를 송신한 첫 번째 고아 노드인 C노드(21)가 고아연결수락 메시지신호로 응답한 하나의 노드를 부모 노드로 수정(S180)한다. The node receiving the orphan connection request message signal responds with an orphan join confirm message signal. Thus, the C node 21, which is the first orphan node that has transmitted the orphan connection request message signal, modifies one node that has responded with the orphan connection accept message signal to the parent node (S180).

이후, 첫 번째 고아 노드인 C노드(21)는 나머지 고아 노드들에게 연결수락(join confirm) 메시지신호를 브로드캐스트(S190)한다. Thereafter, the first node node C node 21 broadcasts a join confirm message signal to the remaining orphaned nodes (S190).

이로 인해, 연결수락 메시지신호를 전송받은 고아 노드들은 고아연결수락 메시지신호로 응답한 노드를 부모 노드로 수정하여 비컨전송시간을 재설정함으로써 네트워크의 동기화가 구현(S200)되어 변경된 내용으로 재운영된다. As a result, the orphan nodes receiving the connection accept message signal are re-operated with the changed contents by resynchronizing the node responding with the orphan connection accept message signal to the parent node and resetting the beacon transmission time (S200).

즉, 링크 깨짐이 발생하기 전의 부모와 자식으로 연결된 노드인 A노드(11)와 C노드(21) 간의 연결이 C노드(21)의 부모노드가 B노드(22)로 변경연결되어 유동적으로 클러스터 트리구조를 재구성됨으로써 작은 오버헤드에도 트리에서의 문제가 빨리 회복되기 때문에 고아전파문제를 용이하게 해소된다. That is, the connection between the node A and the node C, which is a node connected to the parent and the child before the broken link occurs, is changed into a cluster by changing the parent node of the node C to the node B 22. By reconstructing the tree structure, the problem of tree propagation can be easily solved because problems in the tree can be quickly recovered even with a small overhead.

그리고 첫 번째 고아 노드에 해당하는 C노드(21)에서 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되는지 확인(S160)하는 과정에서 C노드(21)에서 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되지 않은 경우, 이것은 자신의 원 홉(hop) 이내에 어떤 부모가 될 노드가 없다는 것을 의미한다. In the process of checking whether a beacon packet is received within the period during which the superframe is maintained at the C node 21 corresponding to the first orphan node (S160), the beacon packet is received within the period during which the superframe is maintained at the C node 21. If not, this means that there is no node to be a parent within its one hop.

이러한 경우 스테이지 1의 고아회생절차는 스테이지 2로 확장된다. In this case, the orphan rehabilitation procedure of stage 1 is extended to stage 2.

즉, C노드(21)의 자식에 해당하는 노드로 두 번째 고아 노드인 스테이지 2에 해당하는 D,E 노드(31,32)에서 다음 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 원 홉 이내에 있는 다른 노드로부터 비컨 패킷을 수신(S210)한다. That is, beacons from other nodes within one hop within the period in which the next superframe is maintained in the D and E nodes 31 and 32 corresponding to stage 2, the second orphan node, as the node corresponding to the child of the C node 21. Receive the packet (S210).

여기서, 두 번째 고아 노드인 D,E 노드(31,32)는 결빙 메시지 신호를 통해 결빙된(frozen) 상태이다. Here, the second orphan nodes D and E nodes 31 and 32 are frozen through the freezing message signal.

이 때문에, 두 번째 고아 노드인 D,E 노드(31,32)는 다음 수퍼프레임 기간 때까지 그것의 이전 부모 노드인 C노드(21)로부터 연결 수락(join confirm) 메시지 신호를 수신하지 못할 경우 자신들의 고아회생절차를 시작한다. Because of this, the second orphan nodes D and E nodes 31 and 32 are not able to receive a join confirm message signal from their previous parent node C node 21 until the next superframe period. Begins orphan rehabilitation procedures.

일예로, 두 번째 고아 노드인 D노드(32)가 자신의 영역(32a) 내에서 수동연결탐색(passive rejoin scan)을 수행하여 원 홉 이내에 있는 인근의 노드{여기서는 B노드(22)}로부터 비컨 패킷을 수신(S210)한다. As an example, a second orphan node, D node 32, performs a passive rejoin scan within its region 32a to beacon from nearby nodes (here B node 22) within one hop. Receive the packet (S210).

또한, 두 번째 고아 노드인 D,E 노드(31,32)와 더불어 동일레벨에 속하는 다른 노드(두 번째 고아 노드)가 추가로 있을 경우 추가되는 나머지 두 번째 고아 노드(도면에 도시하지 않음)에서도 인근의 노드로부터 비컨 패킷을 수신(S210)한다. In addition to the second orphan nodes D and E nodes 31 and 32, the other second orphan nodes (not shown) added when there are additional nodes belonging to the same level (second orphan node) are also present. Receive a beacon packet from a nearby node (S210).

그리고 B노드(22)의 경우 두 번째 고아 노드인 D,E 노드(31,32)보다 레벨이 한 단계 높은 즉, D,E 노드의 부모에 속하는 노드이되, 해당 D,E 노드가 속하지 않는 경로에 있는 노드를 뜻한다.In the case of node B 22, the node is one level higher than the second orphan node D and E nodes 31 and 32, that is, a node belonging to the parent of the node D and E, but the node D and E do not belong to the path. Refers to a node at.

비컨 패킷을 수신한 두 번째 고아 노드인 D노드(32)에서 고아연결요청(orphan join request) 메시지신호를 비컨 패킷을 송신한 B노드(22)에게 전송(S220)한다. The D node 32, which receives the beacon packet, transmits an orphan join request message signal to the B node 22 that transmits the beacon packet (S220).

고아연결요청 메시지신호를 수신한 B노드(22)는 고아연결수락(orphan join confirm) 메시지신호로 응답함으로써, 고아연결요청 메시지신호를 송신한 D노드(32)는 고아연결수락 메시지신호로 응답한 B노드(22)를 부모 노드로 수정(S230)한다.The node B 22 that receives the orphan connection request message signal responds with an orphan join confirm message signal, so that the node D 32 that transmits the orphan connection request message signal responds with an orphan connection accept message signal. The B node 22 is modified to a parent node (S230).

고아연결요청 메시지신호를 송신한 두 번째 고아 노드인 D노드(32)에서 고아연결수락 메시지신호로 응답한 B노드(22)를 부모 노드로 수정 후 나머지 고아 노드들에게 연결수락(join confirm) 메시지신호를 브로드캐스트(S240)한다. The second orphan node, which sent the orphan connection request message signal, modified the node B, which responded with the orphan connection accept message signal, as a parent node, and then joined the remaining orphan nodes with a join confirm message. The signal is broadcast (S240).

이로 인해, 연결수락 메시지신호를 전송받은 고아 노드들이 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 B노드(22)를 부모 노드로 수정하여 비컨전송시간을 재설정함으로써 네트워크의 동기화가 구현(S250)되어 변경된 내용으로 재운영된다. Accordingly, the synchronization of the network is implemented by resetting the beacon transmission time by modifying the B-node 22 responding to the orphan connection acceptance message signal to the parent node by the orphan nodes receiving the connection acceptance message signal (S250). To be rerun.

이로 인해, 링크 깨짐이 발생하기 전의 부모와 자식으로 연결된 노드인 A노 드(11)와 C노드(21) 간의 연결이 C노드(21)의 부모노드가 B노드(22)로 변경연결되어 유동적으로 클러스터 트리구조를 재구성됨으로써 작은 오버헤드에도 트리에서의 문제가 빨리 회복되기 때문에 고아전파문제를 용이하게 해소된다. As a result, the connection between the node A and the node C, which is a node connected to the parent and the child before the broken link occurs, is changed and the parent node of the node C is changed to the node B 22 and is fluid. By reconstructing the cluster tree structure, the problem of tree propagation can be easily solved because problems in the tree can be quickly recovered even with a small overhead.

도 1은 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐으로 인해 야기되는 고아전파과정을 나타낸 도면, FIG. 1 is a diagram illustrating an orphan propagation process caused by a broken link in a Zigbee network based on a cluster tree structure. FIG.

도 2는 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐이 발생 시 본 발명의 고아 노드의 자가 구성 방법을 통해 고아회생절차를 나타낸 순서도, 2 is a flowchart illustrating an orphan regeneration procedure through a self-configuration method of an orphan node of the present invention when a link break occurs in a Zigbee network based on a cluster tree structure.

도 3 및 도 4는 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐이 발생 시 고아 노드의 자가 구성 방법을 통해 고아회생절차의 세부적인 동작과 처리흐름을 나타낸 도면, 3 and 4 is a view showing the detailed operation and processing flow of the orphan rehabilitation procedure through the self-organization method of the orphan node when a broken link occurs in the Zigbee network based on the cluster tree structure,

도 5는 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크에서 링크 깨짐이 발생 시 본 발명의 고아 노드의 자가 구성 방법을 통해 고아회생된 각 노드가 재배치됨으로써 클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크가 동기화된 것을 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating that a ZigBee network based on a cluster tree structure is synchronized by relocating each orphaned node through a self-organizing method of an orphan node when a link break occurs in the ZigBee network based cluster tree structure.

Claims (4)

클러스터 트리구조 기반의 지그비 네트워크를 구성하는 양 노드 간에 링크 깨짐이 발생하는 단계(S100)와; Generating a broken link between both nodes constituting the Zigbee network based on the cluster tree structure (S100); 링크 깨짐이 발생된 양 노드 중 자신에 해당하는 노드가 그 링크 깨짐을 인지하는 단계(S110)와; (S110) recognizing the broken link of a node corresponding to the node among the two broken links; 자신에 해당하는 노드가 그 링크 깨짐을 인지 후, 자신에 해당하는 노드는 자식에 해당하는 노드로 결빙 메시지 신호를 전송하는 단계(S120)와; After the node corresponding to the node recognizes that the link is broken, the node corresponding to the node transmits an icing message signal to a node corresponding to the child (S120); 상기 결빙 메시지 신호를 전송받은 자식에 해당하는 노드에서 상기 자신에 해당하는 노드로부터 일정시간 비컨 패킷이 전송되지 않아도 수퍼프레임을 유지하는 단계(S130)와; Maintaining a superframe even if a beacon packet is not transmitted from a node corresponding to the node at a node corresponding to the child receiving the icing message signal (S130); 일정시간 비컨 패킷이 전송되지 않아도 수퍼프레임을 유지하는 상기 자식에 해당하는 노드에서 자신의 비컨 패킷을 자손에 해당하는 노드 쪽으로 주기적으로 전송하는 단계(S140)와; Transmitting a beacon packet of its own to a node corresponding to a child at a node corresponding to the child maintaining a superframe even if a beacon packet is not transmitted for a predetermined time (S140); 최초 링크 깨짐이 발생한 상기 자신에 해당하는 노드인 첫 번째 고아 노드에서 수동연결탐색(passive rejoin scan) 을 수행하여 인근의 노드로부터 비컨 패킷의 전송을 듣는 단계(S150)와; Performing a passive rejoin scan on the first orphan node corresponding to the node corresponding to the first link breakage to listen for transmission of a beacon packet from a neighboring node (S150); 상기 첫 번째 고아 노드에서 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되는지 확인하는 단계(S160)와; Checking whether a beacon packet is received within a period during which a superframe is maintained at the first orphan node (S160); 상기 첫 번째 고아 노드에서 유지되는 수퍼프레임의 기간 내에 비컨 패킷이 수신된 경우 그 비컨 패킷을 수신한 첫 번째 고아 노드에서 고아연결요청(orphan join request) 메시지신호를 그 비컨 패킷을 송신한 하나의 노드에게 전송하는 단계(S170)와; If a beacon packet is received within the period of the superframe maintained at the first orphan node, the node that transmits the beacon packet with an orphan join request message signal at the first orphan node receiving the beacon packet Transmitting to (S170); 상기 고아연결요청 메시지신호를 수신한 하나의 노드에서 고아연결수락(orphan join confirm) 메시지신호로 응답함으로써, 상기 고아연결요청 메시지신호를 송신한 첫 번째 고아 노드가 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 하나의 노드를 부모 노드로 수정하는 단계(S180)와;One node receiving the orphan connection request message signal responds with an orphan join confirm message signal, so that the first orphan node transmitting the orphan connection request message signal responds with the orphan connection accept message signal. Modifying one node to a parent node (S180); 상기 고아연결요청 메시지신호를 송신한 첫 번째 고아 노드에서 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 하나의 노드를 부모 노드로 수정 후 나머지 고아 노드들에게 연결수락(join confirm) 메시지신호를 브로드캐스트 하는 단계(S190)와;Modifying one node responding with the orphan connection accept message signal from a first orphan node that has transmitted the orphan connection request message signal to a parent node, and then broadcasting a join confirm message signal to the other orphan nodes; (S190); 상기 연결수락 메시지신호를 전송받은 나머지 고아 노드들이 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 하나의 노드를 부모 노드로 수정하여 비컨전송시간을 재설정함으로써 네트워크의 동기화를 구현하는 단계(S200);로 이루어진 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법.And performing synchronization of the network by resetting the beacon transmission time by modifying one node responded by the orphan connection acceptance message signal to a parent node by the other orphan nodes receiving the connection acceptance message signal (S200). Self-configuring method of orphan node applied to Zigbee Network. 청구항 1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 첫 번째 고아 노드에서 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되는지 확인하는 단계(S160)에 있어서, In step S160 of checking whether a beacon packet is received within a period during which a superframe is maintained at the first orphan node, 상기 첫 번째 고아 노드에서 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되지 않은 경우, 상기 첫 번째 고아 노드의 자식에 해당하는 노드인 두 번째 고아 노드의 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 원 홉 이내에 있는 다른 하나의 노드로부터 비컨 패킷을 수신하는 단계(S210)와; If a beacon packet is not received within the period during which the superframe is maintained at the first orphan node, another beacon within one hop within the period during which the superframe of the second orphan node, which is a node corresponding to the child of the first orphan node, is maintained. Receiving a beacon packet from one node (S210); 그 비컨 패킷을 수신한 두 번째 고아 노드에서 고아연결요청(orphan join request) 메시지신호를 그 비컨 패킷을 송신한 다른 하나의 노드에게 전송하는 단계(S220)와; Transmitting an orphan join request message signal from the second orphan node that has received the beacon packet to the other node that has transmitted the beacon packet (S220); 상기 고아연결요청 메시지신호를 수신한 다른 하나의 노드에서 고아연결수락(orphan join confirm) 메시지신호로 응답함으로써, 상기 고아연결요청 메시지신호를 송신한 두 번째 고아 노드가 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 다른 하나의 노드를 부모 노드로 수정하는 단계(S230)와;The other orphan node receiving the orphan connection request message signal responds with an orphan join confirm message signal, so that the second orphan node transmitting the orphan connection request message signal responds with the orphan connection accept message signal. Modifying one other node to a parent node (S230); 상기 고아연결요청 메시지신호를 송신한 두 번째 고아 노드에서 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 다른 하나의 노드를 부모 노드로 수정 후 나머지 고아 노드들에게 연결수락(join confirm) 메시지신호를 브로드캐스트 하는 단계(S240)와;The second orphan node that transmits the orphan connection request message signal modifies the other node responding with the orphan connection accept message signal to a parent node, and then broadcasts a join confirm message signal to the other orphan nodes. Step S240; 상기 연결수락 메시지신호를 전송받은 나머지 고아 노드들이 상기 고아연결수락 메시지신호로 응답한 다른 하나의 노드를 부모 노드로 수정하여 비컨전송시간을 재설정함으로써 네트워크의 동기화를 구현하는 단계(S250);로 이루어진 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법.(C) implementing synchronization of the network by resetting the beacon transmission time by modifying the other node responded with the orphan connection acceptance message signal to the parent node by the other orphan nodes receiving the connection acceptance message signal (S250); Self-configuring method of orphaned nodes applied to the Zigbee network. 청구항 1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 결빙 메시지 신호는 자신에 해당하는 노드가 고아가 되었음과 동시에 자신에 해당하는 노드가 자신에 해당하는 노드의 자식에 해당하는 노드에게 일정시간 비컨 패킷을 전송할 수 없음을 통보하는 정보인 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법.The freezing message signal is information indicating that a node corresponding to the node is orphaned and that a node corresponding to the node cannot transmit a beacon packet to a node corresponding to a child of the node corresponding to the node for a predetermined time. Self-configuring method for orphaned nodes applied to a Zigbee network. 청구항 1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 첫 번째 고아 노드에서 수퍼프레임이 유지되는 기간 내에 비컨 패킷이 수신되는지 확인하는 단계(S160)에 있어서, In step S160 of checking whether a beacon packet is received within a period during which a superframe is maintained at the first orphan node, 상기 첫 번째 고아 노드에서 유지되는 수퍼프레임의 기간 내에 비컨 패킷의 수신은 상기 첫 번째 고아 노드의 원 홉(hop) 이내에 부모가 될 노드가 존재할 경우 수신되는 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에 적용되는 고아 노드의 자가 구성 방법.Receiving a beacon packet within the period of the superframe maintained in the first orphan node is received if there is a node to be a parent within one hop of the first orphan node (orphan node) applied to the Zigbee network How to self-organize.
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