KR100941325B1

KR100941325B1 - 애드-혹 통신 시스템에서 팬텀 칠드런을 제거하기 위한방법 및 장치

Info

Publication number: KR100941325B1
Application number: KR1020087008188A
Authority: KR
Inventors: 오레그 앤드릭; 버논 에이. 알렌; 웨인 더블유. 치오우; 랄프 엘. 드소우자; 얀 후앙; 민 티. 팜
Original assignee: 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2010-02-11
Also published as: EP1929709A2; KR20080053354A; WO2007030195A2; WO2007030195A3; US20070066308A1

Abstract

애드-혹 네트워크에서 팬텀 칠드런을 제거하기 위한 방법 및 장치가 본원에 서술된다. 동작중, 패런트 및 챠일드 노드들 사이의 메시징은 노드가 팬텀 노드가 될 때를 패런트 노드가 검출하도록 하고 이를 정정하도록 하는 동작을 취하도록 한다. 특히, 유지 메시지(maintenance message)는 네트워크 내 모든 노드에 의해 패런트에 주기적으로 전송된다. 상기 유지 메시지는 적어도 챠일드의 고유 식별자를 패런트에게 통지하도록 디자인된다. 그 후, 챠일드가 실제 챠일드이거나 팬텀 챠일드인지를 결정하기 위하여 패런트는 자신과 관련된(associated) 칠드런들과 상기 챠일드의 고유 식별자를 비교할 수 있다. 팬텀 노드가 검출될 때 정정 동작이 취해진다.

팬텀 노드, 챠일드, 패런트, 고유 식별자, 유지 메시지

Description

애드-혹 통신 시스템에서 팬텀 칠드런을 제거하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for removing phantom children in an ad-hoc communication system}

본 발명은 일반적으로 애드-혹 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 애드-혹 통신 시스템에서의 팬텀 칠드런(phantom children)을 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

많은 애드-혹 통신 시스템들은 클러스터 트리 프로토콜을 기반으로 하는데, 라우팅은 어드레스를 기반으로 한다. 클러스터 트리 토폴로지에 대한 기초는 스패닝(spanning) 트리 네트워크 디자인을 기반으로 한다. IEEE 802.15.4 프로토콜을 기반으로 하는 애드-혹 네트워크에서, 패런트 노드들은 그들의 칠드런 노드들에 비콘(beacons)을 주기적으로 브로드캐스트 한다. 상기 칠드런 노드들은 패런트의 비콘을 항상 추적한다. 만약 패런트의 비콘이 몇몇의 연속적인 프레임들 동안 추적될 수 없다면, 챠일드 노드는 고아(orphaned)가 되어 네트워크로부터 그 자신을 접속해제시킨다. 고아가 된 노드는 다시 접속하려고 노력할 것이다. 패런트 노드가 리셋되는 경우 문제가 존재하는데, 동일한 어드레스 또는 어떤 다른 노드 하에서 네트워크로의 리턴은 이전 칠드런이 변경을 인식하지 않고 동일한 어드레스 갖는 위치를 취한다. 리셋이(예를 들어, 전원 오프/온) 급하게 일어남에 따라 칠드런은 패런트의 비콘이 일시적으로 사라지는 것을 인지하지 못하며(즉, 칠드런은 고아가 되지 않는다), 이 칠드런은 패런트의 합법적인 칠드런이며 네트워크의 일부라고 생각하는 반면, 패런트는 전혀 칠드런을 갖고 있지 않다고 생각한다. 그 후, 패런트는 이전의 칠드런에게 이미 주어진 동일한 논리 어드레스에 그들을 할당하여 새로운 칠드런을 받아들일 수 있다. 그 후, 이전의 칠드런은 그들이 패런트 노드와 여전히 관련되어 있다고 믿지만, 패런트 노드는 이 추정된 관계를 인식하지 못하기 때문에 팬텀 칠드런(phantom children)이라 칭한다. 애드-혹 네트워크에서 팬텀 칠드런을 제거하기 위한 방법 및 장치가 필요로 된다.

상술된 필요성을 해결하기 위하여, 애드-혹 네트워크에서 팬텀 칠드런을 제거하기 위한 방법 및 장치가 본원에 설명된다. 동작중, 패런트 및 칠드런 노드들 사이의 메시징(messaging)은 노드가 팬텀 노드가 될 때를 패런트 노드가 검출하도록 하고 이를 정정하도록 하는 동작을 취하도록 한다. 특히, 유지 메시지(maintenance message)는 네트워크 내 매 노드마다 패런트에 주기적으로 전송된다. 상기 유지 메시지는 적어도 챠일드의 고유 식별자를 패런트에게 통지하도록 디자인된다. 그 후, 챠일드가 실제 챠일드이거나 팬텀 챠일드인지를 결정하기 위하여 패런트는 자신과 관련된(associated) 칠드런들과 상기 챠일드의 고유 식별자를 비교할 수 있다. 팬텀 노드가 검출될 때 정정 동작이 취해진다.

더욱 구체적으로, 챠일드 노드가 패런트와 관련될 때, 이들은 챠일드의 고유 식별자(예를 들어, 물리적 또는 IEEE 어드레스, 매체 액세스(MAC) 어드레스,..., 등)을 취급하는데, 그 이유는 이 식별자가 그 당시에 그가 갖고 있는 유일한 어드레스이기 때문이다. 물리적 어드레스는 항상, 노드를 고유하게 식별하는 식별자이다. 물리적 어드레스는 패런트 노드에 저장된다. 패런트는 물리적 어드레스에 논리적 어드레스(예를 들어, 인터넷 프로토콜(IP) 어드레스)를 할당한다. 그러므로 패런트는 칠드런의 논리적 및 물리적 어드레스 둘 다를 인식한다. 패런트가 챠일드 노드로부터 유지 메시지를 수신하면, 패런트는 메시지로부터 챠일드 노드의 물리적 어드레스를 얻어 패런트 노드가 메모리에 저장된 물리적 어드레스를 갖는지를 결정한다. 만약 물리적 어드레스를 갖는다면, 패런트 노드는 챠일드 노드의 패런트로서 그 자신을 인식하여 챠일드에게 다시 확인(acknowledgment)를 전송할 수 있다. 그러나, 패런트 노드가 메모리 내 물리적 어드레스를 발견하지 못하면, 챠일드는 팬텀으로 가정되고 챠일드에게 관계해제 메시지(disassociate message)를 전송한다. 이 관계해제 메시지는 챠일드의 물리적(예를 들어, IEEE) 어드레스에 전송되어, 동일한 논리적 어드레스를 갖는 다른 노드들로부터 챠일드 노드를 구별한다.

본 발명은 통신 시스템에서 팬텀 노드를 제거하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 노드로부터 노드의 물리적 어드레스를 포함하는 유지 메시지를 수신하는 단계; 노드의 물리적 어드레스가 챠일드 노드의 물리적 어드레스에 대응하는지를 결정하기 위하여 데이터베이스에 액세스하는 단계; 및 노드의 물리적 어드레스가 챠일드 노드의 물리적 어드레스에 대응하지 않으면, 관계해제 메시지를 상기 노드에 전송하고 대응하면 확인 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명은 통신 시스템에서 팬텀 노드를 제거하기 위한 방법을 추가로 포함한다. 상기 방법은 노드로부터 유지 메시지를 수신하는 단계; 및 노드의 어드레스가 챠일드 노드의 어드레스에 대응하는 지를 결정하기 위하여 이웃 리스트에 액세스하는 단계를 포함한다. 상기 유지 메시지는 네트워크의 각 노드를 고유하게 식별하고 변하지 않는 하드웨어 어드레스를 포함한다. 노드의 어드레스가 인식된 챠일드 노드의 물리적 어드레스에 대응하지 않으면, 관계해제 메시지가 노드로 전송되고 대응하면 확인 메시지를 전송한다.

본 발명은 노드로부터 노드의 물리적 어드레스를 포함하는 유지 메시지를 수신하는 수신하는 수신기를 포함하는 장치를 추가로 포함한다. 상기 장치는 노드의 물리적 어드레스가 챠일드 노드의 물리적 어드레스에 대응하는지를 결정하기 위하여 데이터베이스에 액세스하는 논리 회로 및 노드의 물리적 어드레스가 챠일드 노드의 물리적 어드레스에 대응하지 않으면 노드에 관계해제 메시지를 전송하고 대응하면 확인 메시지를 전송하는 송신기를 추가로 포함한다.

도 1은 통신 시스템의 블록도.

도 2는 도 1의 통신 시스템의 보다 상세한 블록도.

도 3은 도 1의 통신 시스템을 위한 전송 방식을 도시한 도면.

도 4는 비콘 전송을 도시한 도면.

도 5는 도 1의 통신 시스템 내의 노드의 블록도.

도 6은 도 5의 노드의 동작을 도시한 흐름도.

지금부터, 동일한 소자에 동일한 참조번호를 병기한 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 따른 통신 시스템(100)을 도시한다. 상기 통신 시스템(100)은 802.15.3 Wireless Personal Area Networks for High Data Rates 또는 IEEE 802.15.4 Low Rate Wireless Personal Area Networks로 규정된 애드-혹 통신 시스템 프로토콜을 가급적 사용한다. 그러나, 당업자는 다른 통신 시스템 프로토콜들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 통신 시스템(100)은 Ad-hoc On Demand Distance Vector Routing(AODV), Dynamic Source Routing(DSR), Temporally Ordered Routing Algorithm(TORA), 및 Bluetooth^TM표준(IEEE 표준 802.15.1).. 등과 같은 통신 시스템 프로토콜들을 사용할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 도시된 바와 같이, 통신 시스템(100)은 다수의 피코넷들을 포함하는데, 각 피코넷은 코디네이팅 장치(coordinating device; 10) 및 상기 코디네이팅 장치(10)와 통신하는 많은 수의 슬레이브 노드들(20)을 포함한다. 노드들(20)은 코디네이팅 장치들(10)에 의해 제공되는 동기화를 통해서 상호 통신하는 장치들을 나타낸다. 노드들(20)은 운송(이동)될 수 있거나 주어진 장소에 고정될 수도 있다.

팬텀-노드 문제를 완화하기 위하여 앞서 서술된 기술들에서, 아래에 서술된 기술을 이용하기에 필요한 배경이 이하에 정의된다.

·물리적 어드레스: 물리적 어드레스는 네트워크의 각 노드를 고유하게 식별 하고 변하지 않는 하드웨어 어드레스이다. 이와 같은 어드레스는 제조 중에 노드로 통상적으로 "하드-와이어(hard-wired)"된다. IEEE 802 네트워크에서, OSI 참조 모델의 데이타 링크 컨트롤(DLC: data link control) 층은 하기 두 개의 서브 층들로 나뉜다: 논리적 링크 컨트롤(LLC: logical link control) 층 및 매체 액세스 컨트롤(MAC: media access control)층. 상기 MAC 층는 네트워크 매개물과 직접적으로 인터페이스한다. 결과적으로, 각각 다른 형태의 네트워크 매체는 다른 MAC 층를 필요로 한다. IEEE 802 표준에 따르지 않지만 OSI 참조 모델을 따르는 네트워크에서, 물리적 어드레스는 데이터 링크 컨트롤 (DLC) 어드레스라 일컬을 수 있다.

·논리적 어드레스: 논리적 어드레스는 통신 네트워크에 접속하는 동안 디바이스에 할당된 어드레스이다. 이와 같은 어드레스는 네트워크에서 변경/재할당될 수 있다. IEEE 802 네트워크에서, 논리적 어드레스는 "관련" 공정 동안 할당된다. 일반적으로, 논리적 어드레스는 이를 할당하는 디바이스(상기 "패런트" 또는 "마스터" 디바이스)에 특정되지만, 다수의 네트워크들이 동일한 위치에 있거나 디바이스 리셋과 같은 보기 드문 상황에 처했을 때 되풀이될 수 있다. IEEE 802 표준에 따르지 않지만 OSI 참조 모델을 따르는 네트워크에서, 논리적 어드레스는 논리적 링크 제어(LLC) 어드레스라 일컬을 수도 있다.

·고아 노드: 패런트 노드와의 관계를 고의적으로 상실한 노드.

·팬텀 노드: 패런트 노드와의 관계를 무의식적으로 상실한 노드.

도 2는 하나의 코디네이터 및 코디네이터 하의 몇 개의 노드들을 도시한 시스템(100)을 보다 상세하게 설명한다. 상기 코디네이터 및 상기 코디네이터 하의 노드들은 전형적으로 피코넷(piconet)이라 칭한다. 피코넷 내에서, 모든 노드들은 논리적 어드레스(PAN ID 및 NODE ID), 깊이(depth) 및 부가적인 임의의 서술 정보(예를 들어, 칠드런을 수용하는 경우, 위치 결정을 위한 참조 노드인 경우, 이의 위치 좌표, 등)를 알리는 비콘 메시지와 함께 프레임당 한 번 비콘을 보낸다. 상기 칠드런 노드들은 항상 패런트의 비콘을 추적한다.

도 3은 도 2의 통신 시스템에 대한 전송 방식을 도시한 것이다. 노드들 사이의통신 동안, 특정 전송 프로토콜은 통신 시스템(100)에 의해 사용되는데, 각 피코넷은 본원에 참조된 미국 특허 출원 제 10/414,838에서 서술된 바와 같은 특정 비중첩 슈퍼프레임(301 및 302) 내에서 통신한다. 도 2를 참조하면, 제 1 피코넷은 슈퍼프레임(301) 내에서 모든 필요한 전송을 완료하는 반면, 제 2 피코넷은 슈퍼프레임(302) 내에서 모든 필요한 전송을 완료한다. 슈퍼프레임 동안, 피코넷의 특정 제어기는 비콘 필드 내에서 피코넷 타이밍 및 제어 정보를 브로드캐스트 하는 반면, 각 노드(제어기를 포함하는)는 전송을 위하여 IEEE 802.15.3의 채널 타임 할당(CTA: channel time allocation) 기능의 일부인 비경쟁 구간 슬롯(CFP: contention free period slot)을 가질 것이다. 보장된 타임 슬롯 동안, 특정 노드는 어떤 특정 노드에 실행되기를 원하는 어떤 명령(COM)을 브로드캐스트하거나 단일 노드 또는 노드들의 셋트에 대해 의도된 데이터를 보낼 것이다. 이는 GTS 304의 확대도로 도 3에 도시되어 있다. 당업자는 이용되는 프레임의 바이트 길이, 일반적인 데이터를 브로드캐스트하기 위하여 이용될 수 있는 비콘 페이로드, 등과 같은 다른 요소들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다.

상술된 바와 같이, 패런트 노드가 리셋되는 경우 문제가 존재하는데, 동일한 어드레스 또는 어떤 다른 노드 하에서 네트워크로의 리턴은 이전 칠드런이 변경을 인식함이 없이 동일한 어드레스 갖는 위치를 취한다. 리셋이(예를 들어, 전원 오프/온) 급하게 일어남에 따라 칠드런은 패런트의 비콘이 일시적으로 사라지는 것을 인지하지 못하며(즉, 칠드런은 고아 노드가 되지 않는다), 이 칠드런은 패런트의 합법적인 칠드런이며 네트워크의 일부라고 생각하는 반면, 패런트는 전혀 칠드런을 갖고 있지 않다고 생각한다.

이 문제를 해결하기 위하여, 모든 노드들은 보장된 타임 슬롯 동안 유지 메시지를 그들의 패런트 노드로 주기적으로 전송할 것이다. 상기 유지 메시지는 적어도 챠일드의 고유 식별자(예를 들어, 물리적 어드레스)를 패런트에게 통지하도록 디자인된다. 그 후, 챠일드가 실제 챠일드이거나 팬텀 챠일드인지를 결정하기 위하여 패런트는 이웃 리스트에 저장된 고유 식별자들과 수신된 고유 식별자를 비교한다. 팬텀 챠일드가 검출될 때 정정 동작이 취해진다. 특히, 챠일드 노드가 팬텀으로 인식되면, 이를 패런트 노드와 관계해제하도록 관계해제 메시지가 팬텀 노드로 전송된다. 추가적으로, 노드가 합법적인 챠일드 노드로서 인식되면, 확인은 상기 노드에 임의로 전송되어, 유지 메시지의 수신을 확인한다.

도 4는 노드가 팬텀 노드인지를 결정하는 것을 지원하도록 DATA/COMMAND 필드의 일부로서 유지 메시지(MMSG)(402)를 통합하는 비콘(401)을 도시한다. 상기 MMSG는 주기적으로(예를 들면, 5번째 비콘 마다 한 번) 전송되거나 요청될 때 대안적으로 전송될 것이다. 패런트 노드는 그들의 MMSG들을 전송할 칠드런이라고 믿는 모든 노드들로부터 노드까지 요청할 수 있다. 이 요청은 그들의 MMSG들을 전송하는 모든 노드의 칠드런(실제 및 팬텀)이 되어, 실제 또는 팬텀 칠드런 각각으로의 확인 또는 관계해제 메시지를 갖는 각 개별 MMSG에 대해 패런트 노드가 동작하도록 한다. MMSG에서의 고유 식별자는 일반적으로 노드의 물리적 어드레스이지만, 특정의 드문 경우들에, 고유 식별자는 네트워크에서 고유하다면 노드의 논리적 어드레스일 수 있다. 예를 들어, 노드는 네트워크에 결합할 수도 있으며 그 순간에는 어떤 칠드런도 가지지 않는 것은 물론이다.(어떤 칠드런의 노드에 어떤 논리적 어드레스도 할당되지 않는다). 그러므로, 상기 노드들에 할당된 어떤 논리적 어드레스라도 그 칠드런은 고유하다고 간주되는데 (그 이유는 패런트 노드가 이들을 어떤 실제 칠드런에게 할당하지 않기 때문), 그 결과 논리적 어드레스들은 이 시점에서 고유한 식별자들로 간주될 수 있다. 상기 패런트는 어떤 칠드런도 가지지 않으므로 팬텀 칠드런으로부터 모든 수신된 MMSG로 간주될 것이다. 그러므로 이 경우의 고유 식별자는 칠드런의 논리적 어드레스일지도 모른다.

도 5는 노드(500)의 블록도이다. 명백한 바와 같이, 노드(500)은 논리 회로 (501), 송신기/수신기 (송수신기)(505), 및 데이터베이스(507)을 포함한다. 챠일드 노드로서 동작하는 동안, 논리 회로(501)는 GTS에서 DATA/COMMAND 필드의 일부로서 유지 메시지를 브로드캐스트하도록 송수신기에 명령한다. 서술된 바와 같이, 이는 주기적으로 이루어지며, 또는 대안적으로, 이와 같이 행하도록 하는 요청에 응답하여 행해질 수 있다.

패런트 노드로서 작용할 때, 송수신기(505)는 유지 메시지를 수신하며 이를 논리 회로(501)로 전달한다. 논리 회로(501)는 유지 메시지의 발송자에 대한 물리적 어드레스를 결정하고 이를 데이터베이스(507) 내 이웃 리스트의 일부로서 저장된 메시지들과 비교한다. 보다 상세하게, 챠일드 노드가 패런트 노드와 관련될 때마다, 상기 패런트 노드는 패런트 노드와 관련된 이들 노드들의 물리적 어드레스를 포함하는 이웃 리스트를 생성할 것이다. 따라서, 패런트 노드와 통신하는 모든 챠일드 노드들은 이웃 리스트에 위치된 그들의 물리적 어드레스를 가지게 될 것이다. 만약 물리적 어드레스가 이웃 리스트 상에 없는 챠일드 노드들로부터 유지 메시지를 패런트 노드가 수신하면, 상기 챠일드 노드들은 팬텀 노드라고 가정할 수 있다. 관계해제 메시지는 패런트 노드로부터 이들을 관계해제하도록 명령하는 챠일드 노드로 전송 될 것이다.

도 6은 패런트 노드로서 동작할 때 도 5의 노드의 동작을 보여주는 흐름도이다. 상기 논리 흐름은 유지 메시지가 송수신기(505)에 의해 수신되고 논리 회로 (501)로 전달되는 단계(601)에서 시작한다. 단계(603)에서, 논리 회로(501)는 유지 메시지 내에서 고유 식별자를 결정한다. 상술된 바와 같이, 상기 고유 식별자는 노드의 물리적 어드레스를 포함하는 것이 바람직하다. 단계(605)에서 논리 회로(501)는 고유 식별자가 데이터베이스(507)내에 포함되는지를 결정한다. 포함되지 않으면, 관계해제 메시지는 송수신기(505)(단계607)를 통해서 전송되고 포함되면, 선택적인 확인 메시지가 전송된다(단계 609).

본 출원은 특정 실시예와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 형태 및 세부사항들은 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 이와 같은 변경들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

통신 시스템에서 팬텀 노드(phantom node)를 제거하기 위한 방법에 있어서:

노드로부터 유지 메시지를 수신하는 단계로서, 상기 유지 메시지는 상기 노드의 변하지 않는 하드웨어 어드레스를 포함하는, 상기 유지 메시지 수신 단계;

상기 노드의 변하지 않는 하드웨어 어드레스가 데이터베이스에 저장된 챠일드 노드(child node)의 변하지 않는 하드웨어 어드레스에 대응하는지를 결정하기 위해 상기 데이터베이스를 액세싱하는 단계; 및

상기 노드의 변하지 않는 하드웨어 어드레스가 상기 데이터베이스에 저장된 상기 챠일드 노드의 상기 변하지 않는 하드웨어 어드레스에 대응하지 않으면, 관계해제 메시지(disassociate message)를 상기 노드에 전송하는 단계를 포함하는, 팬텀 노드 제거 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 유지 메시지 수신 단계는 상기 유지 메시지를 주기적으로 수신하는 단계를 포함하는, 팬텀 노드 제거 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 유지 메시지 수신 단계는 보장된 타임 슬롯의 일부로서 상기 유지 메시지를 수신하는 단계를 포함하는, 팬텀 노드 제거 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 변하지 않는 하드웨어 어드레스는, 네트워크의 각각의 노드를 고유하게 식별하고 변하지 않는 하드웨어 어드레스를 포함하는, 팬텀 노드 제거 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 데이터베이스 액세싱 단계는 이웃 리스트를 액세싱하는 단계를 포함하는, 팬텀 노드 제거 방법.
노드로부터 유지 메시지를 수신하는 수신기로서, 상기 유지 메시지는 상기 노드의 변하지 않는 하드웨어 어드레스를 포함하는, 상기 수신기;

상기 노드의 변하지 않는 하드웨어 어드레스가 데이터베이스에 저장된 챠일드 노드의 변하지 않는 하드웨어 어드레스에 대응하는지를 결정하기 위해 상기 데이터베이스를 액세싱하는 논리 회로; 및

상기 노드의 변하지 않는 하드웨어 어드레스가 상기 데이터베이스에 저장된 상기 챠일드 노드의 상기 변하지 않는 하드웨어 어드레스에 대응하지 않으면, 관계해제 메시지를 상기 노드에 전송하는 전송기를 포함하는 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 유지 메시지는 주기적으로 수신되는, 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 유지 메시지는 보장된 타임 슬롯의 일부로서 수신되는, 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 변하지 않는 하드웨어 어드레스는, 네트워크의 각각의 노드를 고유하게 식별하고 변하지 않는 하드웨어 어드레스를 포함하는, 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 데이터베이스는 이웃 리스트를 포함하는, 장치.