KR100953056B1 - 메쉬 네트워크에서 동작 슬롯을 선택하는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메쉬 네트워크에서 동작하는 통신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통신 장치가 데이터를 전송하거나 수신하는 시간 슬롯을 선택하는 장치에 관한 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 통신 노드들을 포함하는 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드에 있어서, 상기 접속 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 있는 제1 통신 노드로부터 상기 제1 통신 노드의 제1 동작 슬롯 정보 및 상기 제1 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 있고, 상기 접속 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 없는 제2 통신 노드의 제2 동작 슬롯 정보를 수신하는 수신부, 상기 제1 동작 슬롯 정보 및 상기 제2 동작 슬롯 정보에 기반하여 상기 접속 통신 노드의 동작 슬롯을 선택하는 슬롯 선택부, 및 상기 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 상기 제1 통신 노드로 전송하는 슬롯 정보 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드를 제공한다.
본 발명에 따르면 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드는 이미 메쉬 네트워크에 속한 통신 단말과 서로 중복되지 않는 동작 슬롯을 선택하여 메쉬 네트워크에 접속할 수 있다.
센서 네트워크, 지그비, 메쉬 네트워크, 통신 노드, 동작 슬롯

Description

메쉬 네트워크에서 동작 슬롯을 선택하는 장치{APPARATUS FOR SELECTING WORKING TIME SLOT IN MESH NETWORK}
본 발명은 메쉬 네트워크에서 동작하는 통신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통신 장치가 데이터를 전송하거나 수신하는 시간 슬롯을 선택하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT 신성장동력 핵심 기술 개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-601-02, 과제명: u-City 적용 센서네트워크 시스템 개발].
센서 네트워크는 감지(sensing), 처리(processing), 통신(communication)능력을 가진 복수의 통신 노드들을 이용하여 감시, 추적, 정찰, 자동화 등의 서비스를 제공하는 기술이다. 센터 네트워크를 구성하기 위하여 세계 각국의 회사 및 단체들은 지그비 연합(Zigbee Alliance)를 구성하여 IEEE802.15.4표준에 근거하여 저전력, 고효율의 무선 네트워크를 구현하려고 하고 있다.
센서 네트워크를 구성하는 복수의 통신 노드들은 그 크기와 형태상의 제약으로 인하여 배터리를 이용하여 동작 하는 경우가 대부분이다. 센서 네트워크는 그 유지, 관리의 어려움으로 인하여 최소한의 전력으로 최대한 오래 동작해야 하는 제한 조건을 가지고 있다.
센서 네트워크를 구성하기 위하여 기존의 점 대 점, 점 대 다점의 무선 통신 방식과는 달리, 메쉬(mesh) 형태의 네트워크를 이용하여 적은 전력을 소모하면서도 신뢰성 있는 통신망을 구성하는 방법이 제안 되었다. 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드들은 전력 소모를 최소화 하기 위하여 통신 노드의 수명 주기(Life Cycle)중의 대부분의 시간 동안 비활성화 되고, 일부 시간 구간에만 데이터를 송수신한다.
메쉬 네트워크를 구성하는 복수의 통신 노드들이 데이터를 전송하기 위해서는 데이터를 전송하는 노드와 데이터를 수신하는 노드가 서로 같은 시간에 동작해야 한다. 따라서 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드는 이미 메쉬 네트워크에 접속하여 데이터를 전송하는 통신 노드의 동작 시간 구간과 충돌하지 않는 동작 시간 구간을 선택해야 한다.
또, 특정한 수신 노드로 복수의 전송 노드가 데이터를 전송하면, 데이터가 서로 충돌하여 수신 노드는 데이터를 수신할 수 없다. 따라서 메쉬 네트워크를 구성하는 각각의 통신 노드는 선택된 동작 시간 구간에 대한 정보를 다른 통신 노드로 통지 하여야 한다.
메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드는 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드의 동작 시간과 충돌하지 않는 동작 시간을 선택하고, 선택된 동작 시간 구간에 대한 정보를 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드로 전송해야 한다.
메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드가 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드의 동작 시간 구간과 충돌하지 않는 동작 시간 구간을 선택하는 기술이 필요하나, 현재까지는 실용적인 동작 시간 구간 선택 기술이 제안되지 않아 문제가 있었다.
본 발명은 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 네트워크를 위한 동작 시간 구간 선택기술을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 동작 시간 구간 선택 기술은 IEEE 802. 15표준에도 적용이 가능하다.
본 발명은 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드가 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드의 동작 시간과 충돌하지 않는 동작 시간을 선택하고, 선택된 동작 시간 구간에 대한 정보를 메쉬 네트워크를 구성하는 다른 통신 노드로 전송하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 서로 충돌하는 동작 슬롯을 선택하여 메쉬 네트워크에 접속하는 복수의 접속 통신 노드 중에서 어느 한 접속 통신 노드를 선택하여 우선적으로 메쉬 네트워크에 접속시키는 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 통신 노드들을 포함하는 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드에 있어서, 상기 접속 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 있는 제1 통신 노드로부터 상기 제1 통신 노드의 제1 동작 슬롯 정보 및 상기 제1 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 있고, 상기 접속 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 없는 제2 통신 노드의 제2 동작 슬롯 정보를 수신하는 수신부, 상기 제1 동작 슬롯 정보 및 상기 제2 동작 슬롯 정보에 기반하여 상기 접속 통신 노드의 동작 슬롯을 선택하는 슬롯 선택부, 및 상기 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 상기 제1 통신 노드로 전송하는 슬롯 정보 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드를 제공한다.
본 발명의 일측에 따르면 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드에 있어서, 상기 통신 노드의 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 제1 접속 통신 노드로 직접 전송하는 동작 슬롯 정보 전송부, 상기 전송된 동작 슬롯 정보에 기반하여 상기 제1 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯에 대한 제1 동작 슬롯 정보를 상기 제1 접속 통신 노드로부터 수신하는 수신부, 상기 통신 노드로부터 데이터를 직접 수신할 수 있고, 상기 제1 접속 통신 노드로부터 데이터를 수신할 수 없는 제2 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯에 대한 제2 동작 슬롯 정보를 상기 제1 동작 슬롯 정보와 비교하는 선택 슬롯 제어부, 및 상기 비교 결과에 따라서 비충돌 확인 메시지를 상기 제1 접속 통신 노드로 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 노드가 제공된다.
본 발명의 일측에 따르면 복수의 통신 노드를 포함하는 메쉬 네트워크에 있어서, 상기 메쉬 네트워크에 접속하려는 제1 접속 통신 노드, 제2 접속 통신 노드를 포함하고, 상기 제1 통신 노드가 선택한 동작 슬롯과 상기 메쉬 네트워크에 접속하려는 제2 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 경우에 우선 접속 노드를 선택하고, 상기 우선 접속 노드로 비충돌 확인 메시지를 전송하는 제1 통신 노드를 포함하고, 상기 제1 접속 통신 노드는 상기 비충돌 확인 메시지에 따라서 상기 선택한 동작 슬롯 구간에 상기 제1 통신 노드로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 메쉬 네트워크가 제공된다.
본 발명의 일측에 따르면 메쉬 네트워크를 구성한 통신 노드에 있어서, 상기 통신 노드의 동작 슬롯 구간에 상기 통신 노드로부터 데이터를 직접 수신할 수 있 는 제2 통신 노드로 제1 데이터를 전송하는 전송부, 및 상기 제2 통신 노드의 동작 슬롯 구간에 상기 제2 통신 노드로부터 제2 데이터를 수신하는 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 노드가 제공된다.
본 발명에 따르면 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드는 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드의 동작 시간과 충돌하지 않는 동작 시간을 선택하고, 선택된 동작 시간 구간에 대한 정보를 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드로 전송할 수 있다.
본 발명에 따르면 서로 충돌하는 동작 슬롯을 선택하여 메쉬 네트워크에 접속하는 복수의 접속 통신 노드 중에서 어느 한 접속 통신 노드를 선택하여 우선적으로 메쉬 네트워크에 접속시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비콘 주기를 복수의 동작 슬롯으로 구분한 것을 도시한 도면이다. 도 1에서 도시된 바와 같이 하나의 비콘 주기(120)는 복수의 동작 슬롯(110, 111, 112)로 구분될 수 있다. 본 발명에 따른 메쉬 네트워크는 비콘 주기 및 동작 슬롯에 기반하여 데이터를 전송한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드는 비콘 주기에 포함된 복수의 동작 슬롯 중에서 적어도 하나 이상의 동작 슬롯을 선택하고, 선택된 동작 슬롯 구간에서 데이터를 전송하거나 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 지그비(Zigbee) 네트워크 계층 표준의 BO와 SO파라미터를 각각 '7'과 '0'으로 하였다면, 비콘 주기는 약 '2'초, 각각의 동작 슬롯 구간은 '15ms'로 결정된다. 이 경우에, 하나의 비콘 주기는 128개의 동작 슬롯을 포함한다.
본 명세서에서는 메쉬 네트워크를 구성하여 데이터를 전송하는 노드는 '통신 노드'로, 메쉬 네트워크에 접속하기 위하여 동작 슬롯을 선택하는 노드는 '접속 통신 노드'로 구분하여 설명하기로 한다. 메쉬 네트워크에 접속하려는 '접속 통신 노드'가 메쉬 네트워크를 구성하는 '통신 노드'의 동작 슬롯과 충돌하지 않는 동작 슬롯을 선택하면, 이제 '접속 통신 노드'는 메쉬 네트워크의 일부분이 되어 '새로운 통신 노드'로서 선택한 동작 슬롯 구간에 다른 '기존 통신 노드'로 데이터를 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드는 하나의 비콘 주기 중에서 적어도 하나 이상의 동작 슬롯을 선택할 수 있다. 통신 노드는 선택한 동작 슬롯 구간에는 인접한 통신 노드로 데이터를 전송하거나 인접한 통신 노드로부터 데이터를 수신하고, 다른 동작 슬롯 구간에는 데이터를 송, 수신하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 메쉬 네트워크를 구성하는 통신 노드는 장시간 동작하기 위하여 극히 적은 전력으로 데이터를 전송한다. 송신 전력의 제한으로, 데이터 전송 거리도 제한받는다. 따라서 메쉬 네트워크를 구성하는 모든 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수는 없고, 인접한 통신 노드로 데이터를 전송한다. 데이터 전송하는 통신 노드로부터 데이터를 수신한 통신 노드는 다시 인접한 통신 노드로 데이터를 포워딩 한다. 데이터는 메쉬 네트워크를 구성하는 복수의 통신 노드를 경유하여 최종 목적 통신 노드로 전송될 수 있다.
본 명세서에서 '통신 노드간에 데이터를 직접 전송할 수 있다' 라고 함은 데이터 전송 통신 노드의 최대 전송 가능 거리 내에 데이터 수신 통신 노드가 위치하고, 데이터 전송 통신 노드와 데이터 수신 노드간에 통신 방해를 받지 않아 데이터 전송 통신 노드로부터 전송되는 전파, 적외선 등을 데이터 수신 통신 노드가 수신할 수 있는 것을 말한다.
본 명세서에서의 '1-홉 거리'는 '데이터 전송 통신 노드로부터 데이터를 직접 수신할 수 있는 거리'로 정의 된다. 따라서 '1-홉 거리'는 데이터 전송 통신 노드의 최대 전송 전력뿐만이 아니라, 데이터 전송 노드와 데이터 수신 노드간의 무선 링크의 전파 특성(propagation characteristics)도 고려하여 결정되는 개념으로서, 데이터 전송 통신 노드의 최대 전송 전력만을 고려하여 결정되는 최대 전송 가능 거리와는 구별 되는 개념이다. 즉, 데이터 전송 통신 노드의 최대 전송 가능 거리 내에 위치하는 데이터 수신 통신 노드도 '1-홉 거리'에 위치한 데이터 수신 통신 노드가 아닐 수 있다
일 예로서, 데이터 전송 통신 노드로부터 데이터 수신 통신 노드가 데이터를 직접 수신할 수 있다면 데이터 전송 통신 노드와 데이터 수신 통신 노드는 1-홉 거리에 위치한다고 볼 수 있으며, 데이터 전송 통신 노드와 데이터 수신 통신 노드는 서로 1-홉 이웃한 통신 노드라고 정의할 수 있다.
또, 본 명세서에서 '통신 노드간에 데이터를 직접 전송할 수 없다' 라고 함은 데이터 전송 통신 노드의 최대 데이터 전송 거리 내에 데이터 수신 통신 노드가 위치하지 않는 경우 또는 최대 데이터 전송 거리 내에 데이터 수신 통신 노드가 위치하지만, 방해물 등으로 인하여 데이터 전송 통신 노드로부터 전송되는 전파, 적외선 등을 데이터 수신 통신 노드가 수신할 수 없는 경우를 말한다.
통신 노드간에 데이터를 직접 전송할 수 없는 경우에, 데이터 전송 통신 노드는, 데이터 전송 통신 노드로부터 데이터를 직접 수신할 수 있는 데이터 포워딩 통신 노드로 데이터를 직접 전송하고, 데이터 포워딩 통신 노드는 데이터 수신 통신 노드로 수신한 데이터를 직접 전송할 수 있다. 이를 통신 노드간에 데이터를 간접적으로 전송한다고 말한다. 특정 데이터를 전송하기 위하여 수개의 데이터 포워딩 통신 노드가 이용될 수 있다.
일 예로서, 데이터 전송 통신 노드로부터 데이터 수신 통신 노드까지 1개의 데이터 포워딩 통신 노드가 사용된 경우에, 데이터 전송 통신 노드와 데이터 수신 통신 노드는 2-홉 거리에 위치하는 통신 노드라고 하며, 데이터 전송 통신 노드와 데이터 수신 통신 노드는 서로 2-홉 이웃한 통신 노드라고 정의 할 수 있다. 같은 방법으로 n-1개의 데이터 포워딩 통신 노드를 이용하여 데이터를 간접적으로 전송하는 경우, 데이터 전송 통신 노드와 데이터 수신 통신 노드는 n-홉 거리 내에 위치하는 통신 노드이며 서로 n-홉 이웃한 통신 노드로 정의할 수 있다.
메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드는 주변의 통신 노드를 탐색한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 접속 통신 노드는 가용 주파수들을 충분한 시간 동안 스캔하여 메쉬 네트워크에 접속한 통신 노드가 존재하는지 파악할 수 있다.
접속 통신 노드는 탐색한 노드 중에서 적절한 하나의 통신 노드를 부모 노드로 선택한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 접속 통신 노드는 통신 노드로부터 수신한 신호가 가장 강한 통신 노드를 부모 노드로서 선택할 수 있다.
접속 통신 노드는 부모 노드로부터 수신한 신호에 기반하여 부모 노드에 시간 동기를 맞춘다. 본 발명의 일실시예에 따르면 부모 노드로 선택된 통신 노드는 비콘 신호를 주기적으로 전송하고, 접속 통신 노드는 비콘 신호를 이용하여 부모 노드에 시간 동기를 맞출 수 있다.
접속 통신 노드는 선택된 부모 노드에 어소시에이션 리퀘스트(association request) 메시지를 전송하고, 부모 노드는 네트워크의 특징을 기술하는 파라미터 또는 접속 통신 노드에 할당된 네트워크 주소값 등을 포함하는 어소시에이션 리스폰스(association response) 메시지를 접속 통신 노드로 전송한다.
접속 통신 노드는 주변 노드 탐색 과정에서 파악한 1-홉 및 2-홉 이웃한 통신 노드의 동작 슬롯과 충돌하지 않는 동작 슬롯을 선택하여 통신 노드로 데이터를 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라서, 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드가 인접한 통신노드가 선택한 동작 슬롯과 충돌하지 않는 동작 슬롯을 선택하는 개념을 도시한 도면이다. 도 2에서는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 통신 노드들(210, 220, 230, 240, 250)이 메쉬 네트워크를 구성하고 있다.
접속 통신 노드(260)로서, 메쉬 네트워크에 접속하려고 한다. 제1, 제2, 제 3, 제4, 제5 통신 노드들(210, 220, 230, 240, 250)은 이미 각각의 동작 슬롯을 결정하고, 각각 결정된 동작 슬롯 구간에 데이터를 송신하거나 수신한다. 그러나 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드(260)는 특정 동작 슬롯을 선택하고, 선택된 동작 슬롯이 메쉬 네트워크를 구성하는 기존 통신 노드의 동작 슬롯과 충돌하는지 여부를 확인한 이후에 선택된 동작 슬롯의 동작 슬롯 구간에 데이터를 전송하여야 한다.
만약 접속 통신 노드(260)가 제4 통신 노드(240)의 동작 슬롯과 충돌하는 동작 슬롯을 선택하면, 제4 통신 노드(240)가 제1 통신 노드(210) 또는 제3 통신 노드(230)로 데이터를 전송하는 시간에 접속 통신 노드(260)가 제4 통신 노드(240)로 데이터를 전송할 수 있다. 이 경우 제4 통신 노드(240)는 데이터를 수신할 수 없으므로, 접속 통신노드(260)가 메쉬 네트워크에 접속하여 데이터를 송수신 하기 위해서는 1-홉 이웃 통신 노드인 제4 통신 노드(240)의 동작 슬롯과 충돌하지 않는 동작 슬롯을 선택해야 한다.
또 접속 통신 노드(260)는 2-홉 이웃 통신 노드인 제1 통신 노드(210) 및 제3 통신 노드(230)의 동작 슬롯도 고려해야 한다. 만약 접속 통신 노드(260)가 제3 통신 노드(230)와 충돌하는 동작 슬롯을 선택한 경우에는 접속 통신 노드(260)와 제3 통신 노드(230)는 동일한 동작 슬롯 구간에 제4 통신 노드(240)로 데이터를 전송하게 된다. 접속 통신 노드(260)로부터 전송된 데이터와 제3 통신 노드(230)로부터 전송된 데이터는 서로 충돌하므로 제4 통신 노드(240)는 어느 데이터도 수신할 수 없다.
따라서 접속 통신 노드(260)는 1-홉 이웃 통신 노드는 물론, 2-홉 이웃 통신 노드의 동작 슬롯 정보를 모두 고려하여 동작 슬롯을 선택하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 메쉬 네트워크의 일부분에 포함된 통신 노드의 동작 슬롯 정보에 기반하여 메쉬 네트워크에 접속 하려는 접속 통신 노드의 동작 슬롯을 결정하는 개념을 도시한 도면이다.
도 3의 메쉬 네트워크는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7 통신 노드(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370)로 구성된다. 이중에서 제4, 제6 제7 통신 노드(340, 360, 370)는 서로 3-홉 이웃한 통신 노드로서, 서로 충돌하는 동작 슬롯의 동작 슬롯 구간에 각각 데이터를 전송하는 경우에도, 전송된 데이터가 서로 충돌하지 않으므로 동일한 동작 슬롯을 선택할 수 있다.
그러나 메시 네트워크에 접속 통신 노드(380)가 접속하려는 경우에, 접속 통신 노드(380)로 인하여 제4, 제6 제7 통신 노드(340, 360, 370)는 서로 2-홉 이웃한 통신 노드가 된다. 따라서 제4, 제6 제7 통신 노드(340, 360, 370)는 서로 충돌하는 동작 슬롯의 동작 슬롯 구간에 각각 데이터를 전송할 수 없다.
따라서 이와 같은 상황을 방지 하기 위해서는 3-홉 이상 이웃한 통신 노드의 동작 슬롯이 서로 충돌하지 않도록 결정되어야 한다. 그러나 3-홉 이상 이웃한 통신 노드의 동작 슬롯 정보를 모두 수집하는 것은 비효율 적이고, 3-홉 이상 이웃한 통신 노드의 동작 슬롯 충돌 가능성은 매우 낮으므로, 현실적으로 1-홉 내지 2-홉 이웃한 통신 노드의 동작 슬롯 정보에 기반하여 접속 통신 노드의 동작 슬롯을 결정하는 것이 효율적이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비콘 주기를 구분하기 위한 최소한의 동작 슬롯 개수를 설명하기 위한 도면이다.
제1 통신 노드(410)의 주위에는 제1 통신 노드(410)로부터 데이터를 직접 수신할 수 있는 제2, 제3, 제4, 제5 통신 노드(420, 430, 440, 450)가 존재한다. 제2, 제3, 제4, 제5 통신 노드(420, 430, 440, 450)는 제1 통신 노드(410)를 중심으로 1-홉 거리를 반지름으로 하는 원의 내부에 위치한다.
제1 통신 노드(410)를 중심으로 1-홉 거리의 2배를 반지름으로 가지는 2-홉 거리 의 원(460)을 가정하면, 2-홉 거리 원(460)은 1-홉 거리 원(411)의 4배의 면적을 가진다. 따라서 1-홉 거리 원(411)의 내부에 k개의 1-홉 노드가 존재한다면, 2-홉 거리 원(460)내에 존재하는 1-홉 또는 2-홉 통신 노드의 개수는 는 4k개이다.
메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드와 접속 통신 주변의 4k개의 1-홉 통신 노드 또는 2-홉 통신 노드를 위하여 최소한 하나씩의 동작 슬롯이 필요하므로 접속 통신 노드가 정상적으로 동작 슬롯을 선택하고 선택된 동작 슬롯의 동작 슬롯 구간에 데이터를 전송하기 위해서는 하나의 비콘 주기에 포함된 동작 슬롯의 개수는 4k+1개 이상이어야 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 특정 통신 노드에 인접한 통신 노드 중에서 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 통신 노드의 개수를 도시한 도면이다.
메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드의 주변에 k개의 1-홉 이웃 노드가 있다고 가정하자. 또, k개의 1-홉 이웃 노드는 접속 통신 노드가 메쉬 네트워크에 접속하기 전에는 모두 3-홉 이상 이웃한 통신 노드로서 각각의 동작 슬롯은 다 른 통신 노드의 동작 슬롯 정보를 고려하여 결정된 것은 아니라고 가정한다.
k개의 1-홉 이웃 노드의 동작 슬롯은 서로 독립적으로 결정된다고 볼 수 있으므로, 선점 문제(Occupancy Problem)로 모델링 할 수 있다. 따라서 k개의 1-홉 이웃 통신 노드 중에서 동작 슬롯이 충돌하는 통신 노드의 수의 기대값은 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure 112007078806808-pat00001
여기서, s는 하나의 비콘 주기를 구성하는 동작 슬롯의 개수로서, 도 1d의 실시예의 경우에는 s는 128이 된다. 또
Figure 112007078806808-pat00002
의 값은 하기 수학식 2와 같이 정해지고,
Figure 112007078806808-pat00003
의 값은 하기 수학식 3과 같이 정해진다.
[수학식 2]
Figure 112007078806808-pat00004
[수학식 3]
Figure 112007078806808-pat00005
여기서, a는 하나의 비콘 주기를 구성하는 s개의 동작 슬롯 중에서 k개의 노드가 평균적으로 점유하는 슬롯의 수로서, 하기 수학식 4와 같이 정해진다.
[수학식 4]
Figure 112007078806808-pat00006
도 5는 하나의 비콘 주기를 128개의 동작 슬롯으로 구분한 경우에 k개의 1-홉 이웃 통신 노드 중에서 동작 슬롯이 충돌하는 통신 노드의 수의 기대값을 도시하고 있다. 이 경우 s의 값은 128이다. 가로축은 접속 통신 노드의 1-홉 이웃 통신 노드의 수이고, 세로축은 1-홉 이웃 노드 중에서 동작 슬롯이 서로 충돌하는 통신 노드의 수이다. 그래프에 따르면 접속 통신 노드에 20개의 1-홉 이웃 통신 노드가 있는 경우, 평균적으로 3개 이하의 노드들에서 동작 슬롯이 중복되고, 다른 17개의 통신 노드는 중복되지 않는 고유한 동작 슬롯을 가진다. 이는 네트워크 구성에 치명적인 영향을 미치지 않는 수치이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 메쉬 네트워크에 접속 하려는 복수의 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 개념을 도시한 도면이다.
도 6의 메쉬 네트워크는 6개의 통신 노드(610, 620, 630, 640, 650, 660)로 구성된다. 3개의 접속 통신 노드(670, 680, 690)가 메쉬 네트워크에 접속하기 위하여 동작 슬롯을 선택한다. 제1 접속 통신 노드(670) 는 이미 메쉬 네트워크에 접속하여 데이터를 전송하고 있는 6개의 통신 노드(610, 620, 630, 640, 650, 660) 중에서 제1 접속 통신 노드(670)로부터 1-홉 이웃하거나, 2-홉 이웃한 통신 노드들(610, 620, 630, 640, 660)의 동작 슬롯 정보에 기반하여 제1 접속 통신 노드(670)의 동작 슬롯을 선택한다. 제2, 제3 접속 통신 노드(680, 690)는 제2, 제3 접속 통신 노드(680, 690)로부터 1-홉 이웃하거나, 2-홉 이웃한 통신 노드들(610, 620, 630, 640, 650, 660)의 동작 슬롯 정보에 기반하여 제2, 제3 접속 통신 노드(680, 690)의 동작 슬롯을 각각 선택할 수 있다.
접속 통신 노드(670, 680, 690)가 동작 슬롯을 선택하는 경우에, 각각의 접속 통신 노드(670, 680, 690)는 다른 접속 통신 노드(670, 680, 690)가 선택한 동작 슬롯에 대한 정보는 수집할 수 없다. 따라서 각각의 접속 통신 노드(670, 680, 690)가 선택한 동작 슬롯은 서로 충돌할 수 있다.
제2 접속 통신 노드(680)는 이미 메쉬 네트워크에 접속하여 데이터를 전송하는 통신 노드의 동작 슬롯 정보에 기반하여 동작 슬롯을 선택할 뿐만 아니라, 선택한 동작 슬롯이 메쉬 네트워크에 접속하려는 다른 접속 통신 노드(670, 690)가 선택한 동작 슬롯과 충돌하지 않는지 여부를 확인 하여야 한다.
도 7은 본 발명의 따른, 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드의 구조를 도시한 블록도이다. 이하 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 접속 통신 노드의 구조를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 접속 통신 노드(700)는 수신부(710), 슬롯 선택부(720) 및 슬롯 정보 전송부(730)를 포함한다.
수신부(710)는 접속 통신 노드(700)로 직접 데이터 전송할 수 있는 제1 통신 노드로부터 제1 통신 노드(740)의 제1 동작 슬롯 정보를 수신하고 제1 통신 노드(740)로 직접 데이터를 전송할 수 있고, 접속 통신 노드(700)로 직접 데이터를 전송할 수 없는 제2 통신 노드(750)의 제2 동작 슬롯 정보를 수신한다. 제1 통신 노드(740)는 접속 통신 노드(700)로부터 1-홉 이웃한 통신 노드로서 접속 통신 노드(700)로 직접 데이터 전송이 가능하고, 제2 통신 노드(750)는 접속 통신 노드(700)로부터 2-홉 이웃한 통신 노드로서 제1 통신 노드(740)를 경유하여 접속 통신 노드(700)로 동작 슬롯 정보를 전송한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 수신부(710)는 제1 통신 노드로부터 제1 동작 슬롯 정보 및 제2 동작 슬롯 정보를 포함하는 비콘 신호를 수신할 수 있다.
슬롯 선택부(720)는 제1 동작 슬롯 정보 및 제2 동작 슬롯 정보에 기반하여 접속 통신 노드(700)의 동작 슬롯을 선택한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 슬롯 선택부(720)는 비콘 주기를 구성하는 복수의 동작 슬롯 중에서 제1 통신 노드(740)의 제1 동작 슬롯 및 제2 통신 노드(750)의 제2 동작 슬롯과 충돌하지 않는 동작 슬롯을 선택할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 외부 잡음이 있거나 접속 통신 노드(700)와 동 시에 네트워크에 접속하려는 제2 접속 통신 노드가 있다면, 제1 통신 노드로부터 비콘 신호를 수신할 수 없다. 제1 통신 노드로부터 제1 동작 슬롯 정보 또는 제2 동작 슬롯 정보를 수신할 수 없으므로, 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯은 제1 통신 노드 또는 제2 통신 노드가 선택한 동작 슬롯과 충돌할 수 있다. 제1 통신 노드 또는 제2 통신 노드가 선택한 동작 슬롯과 충돌하는 것으로 판단된 경우에, 슬롯 선택부(720)는 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 새로운 동작 슬롯을 재선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 슬롯 선택부(720)가 선택한 동작 슬롯 구간에 수신부(710)가 제1 통신 노드(740)로부터 비콘 신호를 수신한다면, 상기 선택한 동작 슬롯은 제1 통신 노드(740)의 제1 동작 슬롯과 충돌하는 것으로 판단할 수 있다.
수신부(710)가 제1 통신 노드(740)로부터 비콘 신호를 수신하지 아니한 경우에, 슬롯 선택부(720)는 선택한 동작 슬롯이 제1 통신 노드(740)의 제1 동작 슬롯과 충돌하지 않는 것으로 판단하고, 슬롯 정보 전송부(730)는 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 제1 통신 노드(740)로 전송할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 슬롯 정보 전송부(730)는 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 비콘 신호에 포함하여 전송할 수 있다. 동작 슬롯은 비콘 주기마다 반복되므로, 슬롯 정보 전송부(730)는 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 비콘 주기마다 반복하여 주기적으로 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 슬롯 정보 전송부(730)는 지그비 표준에 정의 된 트리 라우팅을 이용하여 선택된 동작 슬롯에 대한 정보를 전송할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 메쉬 네트워크에 접속하려는 복수의 접속 통신 노드 중에서 어느 한 노드로 비충돌 확인 메시지를 전송하는 통신 노드의 구조를 도시한 블록도이다. 이하 도 8을 참조하여 통신 노드의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 통신 노드(800)는 동작 슬롯 정보 전송부(810), 수신부(820), 선택 슬롯 제어부(830) 및 전송부(840)를 포함한다.
동작 슬롯 정보 전송부(810)는 통신 노드(800)의 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 통신 노드(800)로부터 1-홉 거리 이내의 거리에 위치한 1-홉 이웃한 제1 접속 통신 노드(850)로 직접 전송한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 동작 슬롯 정보 전송부(810)는 자신의 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보뿐만 아니라, 1-홉 거리 이내의 거리에 위치한 제2 통신 노드의 동작 슬롯에 대한 제2 동작 슬롯 정보를 제1 접속 통신 노드(850)로 전송할 수 있다.
수신부(820)는 동작 슬롯 정보 전송부(810)가 전송한 동작 슬롯 정보에 기반하여 제1 접속 통신 노드(850)가 선택한 동작 슬롯에 대한 제1 동작 슬롯 정보를 제1 접속 통신 노드(850)로부터 수신한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 접속 통신 노드(850)는 통신 노드(800)로부터 1-홉 거리 이내의 거리에 위치한 제2 통신 노드의 동작 슬롯에 대한 제2 동작 슬롯 정보에 기반하여 동작 슬롯을 선택할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 수신부(820)는 통신 노드(800)의 동작 슬롯 구간에 제1 접속 통신 노드(850)로부터 제1 동작 슬롯 정보를 수신할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 수신부(820)는 지그비 표준에 정의된 트리 라우팅을 이용하여 제1 동작 슬롯 정보를 수신할 수 있다.
선택 슬롯 제어부(830)는 통신 노드(800)로부터 직접 데이터를 수신할 수 있고, 제1 접속 통신 노드(850)로부터 데이터를 직접 수신할 수 없는 제2 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯에 대한 제2 동작 슬롯 정보를 제1 동작 슬롯 정보와 비교한다. 즉, 제1 접속 통신 노드(850)와 제2 접속 통신 노드(860)는 2-홉 이웃한 접속 통신 노드이다. 2-홉 이웃한 접속 통신 노드는 서로가 선택한 동작 슬롯에 대한 정보를 직접 교환할 수 없다. 따라서, 중간에 위치한 통신 노드(800)는 두 접속 통신 노드(850, 860)가 선택한 동작 슬롯 정보를 비교하고, 어느 하나의 접속 통신 노드(850, 860)로 동작 슬롯을 재선택할 것을 지시한다.
전송부(840)는 선택 슬롯 제어부(830)의 비교 결과에 따라서 선택 슬롯 제어부(830)가 생성한 비충돌 확인 메시지를 제1 접속 통신 노드(850)로 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯과 제2 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 충돌하지 않는 경우에, 선택 슬롯 제어부(830)는 제1 접속 통신 노드(850) 및 제2 접속 통신 노드(860)로 전송할 비충돌 확인 메시지를 각각 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1 접속 통신 노드(850)가 선택한 동작 슬롯과 제2 접속 통신 노드(860)가 선택한 동작 슬롯이 충돌하는 경우에, 선택 슬롯 제어부(830)는 제1 접속 통신 노드(850)와 제2 접속 통신 노드(860)중에서 메시 네트 워크에 우선적으로 접속시킬 우선 접속 노드를 선택할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 선택 슬롯 제어부(830)는 우선 접속 노드로 전송할 비충돌 확인 메시지를 생성하고, 전송부(840)는 생성한 비충돌 확인 메시지를 우선 접속 노드로 전송할 수 있다.
비충돌 확인 메시지를 수신한 제1 접속 통신 노드(850)는 제1 접속 통신 노드(850)가 선택한 제1 동작 슬롯이 제2 접속 통신 노드(860)가 선택한 제2 동작 슬롯과 충돌하지 않는다고 판단하고, 제1 동작 슬롯 구간에 통신 노드(800)로 데이터를 전송하거나 통신 노드(800)로부터 데이터를 수신할 수 있다.
비충돌 확인 메시지를 수신하지 못한 제2 접속 통신 노드(860)는 제2 동작 슬롯이 제1 동작 슬롯과 충돌하는 것으로 판단하고, 선택된 제2 동작 슬롯을 취소하고, 제2 동작 슬롯을 재선택 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 수신부(820)는 제1 접속 통신 노드(850) 및 제2 접속 통신 노드(860)로부터 각각 할당된 네트워크 주소값을 수신하고, 선택 슬롯 제어부(830)는 각각의 접속 통신 노드(850, 860)에 할당된 네트워크 주소값에 기반하여 우선 접속 노드를 선택할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 할당된 네트워크 주소값이 더 높은 접속 통신 노드를 우선 접속 노드로서 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전송부(840)는 선택 슬롯 제어부(830)의 비교 결과에 따라서 충돌 확인 메시지를 우선 접속 노드로 선택되지 않은 제2 접속 통신 노드(860)로 전송할 수 있다. 제1 접속 통신 노드(850)가 선택한 동작 슬롯과 제2 접속 통신 노드(860)가 선택한 동작 슬롯이 동일하여 충돌하는 경우에, 전송 부(840)는 우선 접속 노드로 선택되지 않는 제2 접속 통신 노드(860)로 충돌 확인 메시지를 전송할 수 있다. 충돌 확인 메시지는 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 다른 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯과 충돌하므로, 이미 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 재선택할 것을 지시한다. 충돌 확인 메시지를 수신한 제2 접속 통신 노드(860)는 제1 접속 통신 노드(850)가 선택한 동작 슬롯과 제2 접속 통신 노드(860)가 선택한 동작 슬롯이 동일하여 충돌하는 것으로 판단하고, 선택된 동작 슬롯을 취소하고 재선택 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 동일한 동작 슬롯을 선택한 두 접속 통신 노드가 동작 슬롯의 충돌을 해결하는 것을 도시한 도면이다. 제8 접속 통신 노드(680)와 제9 접속 통신 노드(690)는 서로 1-홉 거리 이내의 거리에 위치하는 1-홉 이웃한 접속 통신 노드이므로 직접 데이터 전송이 가능한 접속 통신 노드이다. 본 발명에 따르면 접속 통신 노드(680, 690)는 선택한 동작 슬롯에 대한 정보를 1-홉 이웃한 접속 통신 노드(680, 690)로 전송한다. 1홉 이웃한 접속 통신 노드(680, 690)의 동작 슬롯 정보를 수신하고. 동작 슬롯이 서로 충돌 하는지 여부를 검토한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 동작 슬롯이 서로 충돌하는 경우에, 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 동작 슬롯을 재선택 할 수 있다.
제8 접속 통신 노드(680)는 선택된 동작 슬롯 구간의 비콘 신호 수신 구간(920)에 1-홉 이웃한 통신 노드(640, 660)로부터 비콘 신호를 수신한다. 만약 비콘 신호를 성공적으로 수신한 경우에는 선택한 동작 슬롯이 1-홉 이웃한 통신 노드(640, 660)의 동작 슬롯과 충돌하는 것으로 판단한다. 1-홉 이웃한 통신 노 드(640, 660)의 동작 슬롯과 충돌하는 경우에는 선택한 동작 슬롯을 취소하고, 재선택 한다.
만약 비콘 신호를 수신하지 못한 경우(921, 922)는, 제8 접속 통신 노드(680)는 제8 접속 통신 노드(680)가 선택한 동작 슬롯이 제8 접속 통신 노드(680)로부터 1-홉 이웃한 통신 노드(640, 660)의 동작 슬롯과 충돌하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 그러나, 제8 접속 통신 노드(680)와 1홉 이웃한 제9 접속 통신 노드(690)가 제8 접속 통신 노드(680)가 선택한 동작 슬롯과 동일한 동작 슬롯을 선택했을 가능성도 있으므로, 제8 접속 통신 노드(680)는 아직 선택한 동작 슬롯 구간에 데이터를 전송하거나 수신할 수는 없다.
도 9에서는 제8 접속 통신 노드(680) 및 제9 접속 통신 노드(690)가 각각의 1-홉 이웃한 통신 노드로부터 비콘 신호를 수신하지 못한 실시예가 도시된다.
제8 접속 통신 노드(680)의 수신부(710)는 선택된 동작 슬롯 구간의 시작 시점으로부터 임의의 시간 지연(931)동안 제8 접속 통신 노드(680)로부터 1-홉 이웃한 제9 접속 통신 노드(690)로부터 동작 슬롯 정보의 수신을 위해 대기한다. 제8 접속 통신 노드(680)가 제9 접속 통신 노드(690)의 동작 슬롯 정보를 임의의 시간 지연(931) 내에 수신하지 아니한 경우에, 슬롯 정보 전송부(730)는 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 1-홉 이웃한 제9 접속 통신 노드로 전송할 수 있다(941).
도 9에서는 제9 접속 통신 노드(690)가 설정한 임의의 길이의 시간(932)이 제8 접속 통신 노드(680)가 설정한 임의의 길이의 시간(931)보다 더 긴 실시예가 도시되었다.
동작 슬롯 정보를 전송(941)한 제8 접속 통신 노드(680)는 1-홉 이웃한 '접속 통신 노드'와 동작 슬롯이 서로 충돌하지 않는다고 판단할 수 있다.
제9 접속 통신 노드(690)의 수신부(710)가 제8 접속 통신 노드(680)의 동작 슬롯 정보를 임의의 시간 지연(932) 내에 수신(942)한 경우에, 슬롯 선택부(720)는 선택된 동작 슬롯이 1-홉 인접한 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯과 충돌한다고 판단할 수 있다.
제9 접속 통신 노드(690)는 설정한 임의의 시간(932)내에 1-홉 이웃한 제8 접속 통신 노드(680)로부터 동작 슬롯 정보를 수신(942)하였으므로, 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 동작 슬롯을 재선택할 수 있다(950).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라서 메쉬 네트워크에 접속하려는 복수의 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 경우에, 통신 노드가 어느 한 접속 통신 노드로 비충돌 확인 메시지를 전송하는 동작을 도시한 도면이다.
제7 접속 통신 노드(670) 및 제8 접속 통신 노드(680)는 서로 2-홉 인접한 접속 통신 노드이다. 도 9에서 설명한 1-홉 인접한 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 경우에 충돌을 해결하는 방법으로는 제7 접속 통신 노드(670)와 제8 접속 통신 노드(680)가 동일한 동작 슬롯을 선택한 경우에 발생하는 동작 슬롯의 충돌을 해결할 수 없다.
각각의 접속 통신 노드(670, 680)는 1-홉 이웃한 접속 통신 노드가 없거나, 또는 선택된 동작 슬롯이 1-홉 이웃한 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯과 충돌 하지 않는 경우에 자신의 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 1-홉 이웃한 통신 노드(610, 640, 660)으로 전송한다.
각각의 접속 통신 노드(670, 680)로부터 1-홉 이웃한 통신 노드(610, 640, 660)중에서, 제4 통신 노드(640) 및 제6 통신 노드(660)는 제7 접속 통신 노드(670) 및 제8 접속 통신 노드(680)로부터 모두 1-홉 이웃하므로, 각각의 접속 통신 노드(670, 680)가 전송한 동작 슬롯 정보를 모두 수신한다. 이는, 각각의 접속 통신 노드(670, 680)가 동일한 동작 슬롯 구간에 데이터를 전송하는 경우, 전송된 데이터가 서로 충돌하므로, 제4 통신 노드(640) 및 제6 통신 노드(660)는 어떤 접속 통신 노드(670, 680)로부터도 성공적으로 데이터를 수신할 수 없음을 의미한다.
각각의 접속 통신 노드(670, 680)의 슬롯 정보 전송부(730)는 각각 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 제4 통신 노드(640)로 전송할 수 있다(1011, 1012).
본 발명의 일실시예에 따르면 각각의 접속 통신 노드(670, 680)의 슬롯 정보 전송부(730)는 제4 통신 노드(640)의 동작 슬롯 구간(1001)에 각각의 접속 통신 노드(670, 680)가 선택한 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 제4 통신 노드(640)로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 각각의 접속 통신 노드(670, 680)의 슬롯 정보 전송부(730)는 지그비 표준에 정의된 트리 라우팅을 이용하여 각각의 접속 통신 노드(670, 680)가 선택한 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 제4 통신 노드(640)로 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제4 통신 노드(640)는 각각의 접속 통신 노드(670, 680)로부터 동작 슬롯 정보를 수신하고 동작 슬롯 수신 확인 메시지를 각각의 접속 통신 노드(670, 680)로 전송할 수 있다(1021, 1022).
본 발명의 일실시예에 따르면 제4 통신 노드(640)는 수신한 각각의 동작 슬롯 정보를 비교한다. 만약 각각의 접속 통신 노드(670, 680)가 선택한 동작 슬롯 정보가 동일하다면 제4 통신 노드(640)는 접속 통신 노드(670, 680)중에서 어느 한 접속 통신 노드를 우선 접속 노드로 선택할 수 있다.
도 10에서는 제4 통신 노드(640)가 제7 접속 통신 노드(670)를 우선 접속 노드로 선택한 실시예가 도시되었다. 제4 통신 노드(640)는 우접 접속 노드로 선택된 제7 접속 통신 노드(670)로 비충돌 확인 메시지를 전송할 수 있다(1030). 비충돌 확인 메시지를 수신한 제7 접속 통신 노드(670)는 제4 통신 노드(640)로 수신 확인 메시지를 전송할 수 있다(1031).
본 발명의 일실시예에 따르면 제7 접속 통신 노드(670)의 수신부(710)는 전송된 동작 슬롯 정보에 응답하여 제4 통신 노드(640)로부터 제7 접속 통신 노드(670)가 선택한 동작 슬롯이 제8 접속 통신 노드(680)가 선택한 동작 슬롯과 충돌되지 않는다는 비충돌 확인 메시지를 수신하고, 제7 접속 통신 노드(670)의 슬롯 선택부(720)는 비충돌 확인 메시지에 따라서 상기 선택된 동작 슬롯을 상기 접속 통신 노드의 동작 슬롯으로 결정할 수 있다. 제7 접속 통신 노드(670)는 결정된 동작 슬롯 구간에 데이터를 전송하거나 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제8 접속 통신 노드(680)의 수신부(710)가 제4 통신 노드(640)로부터 제8 접속 통신 노드(680)가 선택한 동작 슬롯이 상기 제7 접속 통신 노드(670)가 선택한 동작 슬롯과 충돌하지 않는다는 비충돌 확인 메시지를 수신하지 못한 경우에, 슬롯 선택부(720)는 상기 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 새로운 동작 슬롯을 재선택할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제8 접속 통신 노드(680)는 새로운 동작 슬롯을 재선택하고, 제8 접속 통신 노드(680)로부터 1-홉 인접한 제6 통신 노드(660)로 동작 슬롯 정보(1040)를 전송할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 제8 접속 통신 노드(680)는 제6 통신 노드(660)의 동작 슬롯 구간(1002)에 동작 슬롯 정보를 제6 통신 노드(660)로 전송할 수 있다.
도 10에서는 2개의 접속 통신 노드(670, 680)가 동일한 동작 슬롯을 선택하여 메쉬 네트워크에 접속하는 실시예가 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 3개 이상의 접속 통신 노드가 동일한 동작 슬롯을 선택하여 메쉬 네트워크에 접속할 수 있다. 이 경우에도 제4 통신 노드(640)는 3개 이상의 접속 통신 노드 중에서 우선 접속 노드를 선택하고, 선택된 우선 접속 노드로 비충돌 확인 메시지를 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제4 통신 노드(640)의 전송부(840)는 우선 접속 노드로 선택되지 않은 제8 접속 통신 노드(680)로 충돌 확인 메시지를 전송할 수 있다. 충돌 확인 메시지는 제7 접속 통신 노드(670)가 선택한 동작 슬롯과 제8 접속 통신 노드(680)가 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌함을 의미한다. 충돌 확인 메시지를 수신한 제8 접속 통신 노드(680)는 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 새로운 동작 슬롯을 재선택 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 3개 이상의 접속 통신 노드가 동일한 슬롯을 선택하여 메쉬 네트워크에 접속하는 경우에, 제4 통신 노드(640)의 전송부(840)는 우선 접속 노드로 선택되지 않는 모든 노드로 충돌 확인 메시지를 전송할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 결정된 동작 슬롯을 이용하여 데이터를 전송하는 통신 노드의 구조를 도시한 블록도이다. 이하 도 11을 참조하여 데이터를 전송하는 통신 노드의 구조를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 통신 노드(1100)는 전송부(1110), 수신부(1120), 및 제어부(1130)를 포함한다.
전송부(1110)는 통신 노드(1100)의 동작 슬롯 구간에 통신 노드(110)로부터 1-홉 거리 내에 위치한 제2 통신 노드(1140)로 제1 데이터를 전송한다. 통신 노드(1100)의 전력 소모를 줄이기 위하여 출력 신호의 세기를 제한하므로, 1-홉 거리 내에 위치한 통신 노드(1140)들 만이 통신 노드(1100)로부터 신호를 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전송부(1110)는 제2 통신 노드(1140)의 동작 슬롯 구간에 제2 통신 노드(1140)로 제1 데이터를 전송할 수 있다.
수신부(1120)는 제2 통신 노드(1140)의 동작 슬롯 구간에 제2 통신 노드(1140)로부터 제2 데이터를 수신한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 수신부(1120)는 통신 노드(1100)의 동작 슬롯 구간에 제2 통신 노드(1140)로부터 제2 데이터를 수신할 수 있다.
제어부(1130)는 통신 노드(1100)의 동작 슬롯 구간 또는 제2 통신 노드(1140)의 동작 슬롯 구간이 아닌 동작 슬롯 구간에서는 전송부(1110) 및 수신부(1120)를 비활성화 시킬 수 있다. 통신 노드(1100)가 데이터를 전송하지 않는 동작 슬롯 구간에서 전송부(1110) 및 수신부(1120)를 비활성화하고, 전력 공급을 차단함으로써, 일정한 전력으로 더 오랜 시간 동안 통신 노드(1100)가 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제2 통신 노드(1140)는 선택된 동작 슬롯 구간이 시작하는 시점에 전송할 데이터의 존재에 대한 정보를 통신 노드(1100)로 전송할 수 있다.
제2 통신 노드(1140)의 동작 슬롯 구간에, 제2 통신 노드(1140)가 전송할 데이터가 없는 경우에는, 제2 통신 노드(1140)는 제2 통신 노드(1140)의 동작 슬롯 구간의 시작 시점에 데이터 비전송 메시지를 통신 노드(1100)로 전송할 수 있다.
수신부(1120)는 제2 통신 노드(1140)로부터 데이터 비전송 메시지를 수신하고, 제어부(1130)는 데이터 비전송 메시지에 기반하여 제2 통신 노드(1140)의 동작 슬롯 구간 동안 수신부(1120)를 비활성화하여 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제2 통신 노드(1140)는 선택된 동작 슬롯이 시작하는 시점에 제2 통신 노드(1140)로부터 데이터를 수신하는 제3 통신 노드의 주소값을 1-홉 이웃한 통신 노드(1100)들로 전송할 수 있다.
수신부(1110)는 2 통신 노드의 동작 슬롯 구간에 제2 통신 노드로부터 데이터를 수신하는 제3 통신 노드의 네트워크 주소값을 수신하고, 제어부(1130)는 수신 한 네트워크 주소값에 기반하여 수신부(1110)를 비활성화 시킬 수 있다. 제어부(1130)는 수신한 제3 통신 노드의 네트워크 주소값과 통신 노드(1100)에 할당된 주소값을 비교하고, 수신한 제3 통신 노드의 네트워크 주소값과 통신 노드(1100)에 할당된 주소값이 동일하지 않거나, 수신한 제3 통신 노드의 네트워크 주소값에 통신 노드(1100)에 할당된 주소값이 포함되어 있지 않다면, 제2 통신 노드(1140)로부터 수신할 데이터가 없는 것으로 판단할 수 있다. 제어부(1130)는 제2 통신 노드(1140)의 동작 슬롯 구간 동안 수신부(1120)를 비활성화하여 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라서 결정된 동작 슬롯 구간에 데이터를 전송하는 메쉬 네트워크의 구조를 도시한 블록도이다. 이하 도 12를 참조하여 메쉬 네트워크의 동작을 상세히 설명한다.
메쉬 네트워크는 6개의 통신 노드로 구성된다. 각각의 통신 노드는 자신의 동작 슬롯과 1-홉 인접한 통신 노드의 동작 슬롯에 따라서 서로 다른 동작 슬롯 구간에 데이터를 전송하거나 수신한다.
제1 통신 노드(1211)는 동작 슬롯은 제1 슬롯이다(1231). 제1 통신 노드(1211)가 데이터를 전송하는 제1 슬롯(1231)에는 제1 통신 노드(1211)로부터 1-홉 인접한 제2 통신 노드(1212), 제3 통신 노드(1213), 제4 통신 노드(1214)는 제1 통신 노드(1211)로부터 데이터를 수신한다.
제2 통신 노드(1212)의 동작 슬롯은 제4 슬롯이다(1251). 제4 슬롯에서 제2 통신 노드(1212)는 데이터를 전송하고, 제2 통신 노드(1212)로부터 1-홉 인접한 제 1 통신 노드(1211), 제3 통신 노드(1213), 제5 통신 노드(1215)는 제2 통신 노드(1212)로부터 데이터를 수신한다(1252).
같은 방법으로, 각각의 통신 노드(1213, 1214, 1215, 1216)의 동작 슬롯 구간(1271, 1261, 1241)에서, 각각의 통신 노드(1213, 1214, 1215, 1216)로부터 1-홉 인접한 각각의 통신 노드는 각각의 통신 노드(1213, 1214, 1215, 1216)로부터 데이터를 수신한다(1272, 1262, 1242).
각각의 통신 노드(1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216)는 자신의 동작 슬롯 구간 또는 1-홉 인접한 다른 통신 노드의 동작 슬롯 구간이 아닌 시간 구간에는 데이터를 전송하거나 수신하지 않으므로, 전력소모를 줄일 수 있다. 각각의 통신 노드(1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216)의 수명 주기(life cycle)중에서 전력을 상대적으로 많이 소모하는 동작 슬롯 구간의 비율(duty cycle)을 낮출 수 있으므로 통신 노드의 수명 주기가 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비콘 주기를 복수의 동작 슬롯으로 구분한 것을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라서, 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드가 인접한 통신노드가 선택한 동작 슬롯과 충돌하지 않는 동작 슬롯을 선택하는 개념을 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 메쉬 네트워크의 일부분에 포함된 통신 노드의 동작 슬롯 정보에 기반하여 메쉬 네트워크에 접속 하려는 접속 통신 노드의 동작 슬롯을 결정하는 개념을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비콘 주기를 구분하기 위한 최소한의 동작 슬롯 개수를 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 특정 통신 노드에 인접한 통신 노드 중에서 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 통신 노드의 개수를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 메쉬 네트워크에 접속 하려는 복수의 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 개념을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른, 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드의 구조를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 메쉬 네트워크에 접속하려는 복수의 접속 통신 노드 중에서 어느 한 노드로 비충돌 확인 메시지를 전송하는 통신 노드의 구조를 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 동일한 동작 슬롯을 선택한 두 접속 통신 노드가 동작 슬롯의 충돌을 해결하는 것을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라서 메쉬 네트워크에 접속하려는 복수의 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯이 서로 충돌하는 경우에, 통신 노드가 어느 한 접속 통신 노드로 비충돌 확인 메시지를 전송하는 동작을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 결정된 동작 슬롯을 이용하여 데이터를 전송하는 통신 노드의 구조를 도시한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라서 결정된 동작 슬롯을 이용하여 데이터를 전송하는 메쉬 네트워크의 구조를 도시한 블록도이다.

Claims (24)

  1. 복수의 통신 노드들을 포함하는 메쉬 네트워크에 접속하려는 접속 통신 노드에 있어서,
    상기 접속 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 있는 제1 통신 노드로부터 상기 제1 통신 노드의 제1 동작 슬롯 정보 및 상기 제1 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 있고 상기 접속 통신 노드로 데이터를 직접 전송할 수 없는 제2 통신 노드의 제2 동작 슬롯 정보를 수신하는 수신부;
    상기 제1 동작 슬롯 정보 및 상기 제2 동작 슬롯 정보에 기반하여 상기 접속 통신 노드의 동작 슬롯을 선택하는 슬롯 선택부; 및
    상기 선택된 동작 슬롯에 대한 제3 동작 슬롯 정보를 상기 제1 통신 노드로 전송하는 슬롯 정보 전송부
    를 포함하고,
    상기 수신부가 상기 메쉬 네트워크에 접속하려는 제2 접속 통신 노드가 선택한 동작 슬롯에 대한 제4 동작 슬롯 정보를 상기 슬롯 선택부가 선택한 동작 슬롯 구간의 시작 시점으로부터 임의의 시간 내에 상기 제2 접속 통신 노드로부터 직접 수신한 경우에, 상기 슬롯 선택부는 상기 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 새로운 동작 슬롯을 재선택 하고,
    상기 수신부가 상기 제4 동작 슬롯 정보를 상기 임의의 시간 내에 상기 제2 접속 통신 노드로부터 직접 수신하지 아니한 경우에, 상기 슬롯 정보 전송부는 상기 제3 동작 슬롯 정보를 상기 제2 접속 통신 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 선택부는,
    상기 선택된 동작 슬롯이 상기 제1 동작 슬롯 또는 상기 제2 동작 슬롯과 충돌하는 경우에 상기 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 새로운 동작 슬롯을 재선택 하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신부가 상기 선택된 동작 슬롯 구간에 상기 제1 통신 노드로부터 비콘(beacon) 신호를 수신한 경우에,
    상기 슬롯 선택부는 상기 선택된 동작 슬롯이 상기 제1 동작 슬롯과 충돌하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 정보 전송부는,
    상기 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 비콘 신호에 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 정보 전송부는
    상기 선택된 동작 슬롯에 대한 동작 슬롯 정보를 주기적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 정보 전송부는,
    상기 제1 통신 노드의 제1 동작 슬롯 구간에 상기 선택된 동작 슬롯의 동작 슬롯 정보를 상기 제1 통신 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 전송된 동작 슬롯 정보에 응답하여 상기 제1 통신 노드로부터 상기 선택된 동작 슬롯이 상기 제2 동작 슬롯과 충돌되지 않는다는 비충돌 확인 메시지를 수신하고,
    상기 슬롯 선택부는 상기 비충돌 확인 메시지에 따라서 상기 선택된 동작 슬롯을 상기 접속 통신 노드의 동작 슬롯으로 결정하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수신부가 상기 전송된 동작 슬롯 정보에 응답하여 상기 제1 통신 노드로부터 상기 선택된 동작 슬롯이 상기 제2 동작 슬롯과 충돌하지 않는다는 비충돌 확인 메시지를 수신하지 못한 경우에,
    상기 슬롯 선택부는 상기 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 새로운 동작 슬롯을 재선택 하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수신부가 상기 전송된 동작 슬롯 정보에 응답하여 충돌 확인 메시지를 수신한 경우에,
    상기 슬롯 선택부는 상기 선택된 동작 슬롯을 취소하고, 새로운 동작 슬롯을 재선택 하는 것을 특징으로 하는 접속 통신 노드.
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