KR100971184B1 - 무선 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명의 무선 통신 시스템은 코디네이터 및 코디네이터와 접속된 다수의 센서 노드를 포함한다. 코디네이터는 다수의 센서 노드 중 하나로서, 다수의 센서 노드를 동기화시키며, 데이터의 송수신 제어를 수행하고, 센서 노드는 무선 개인 네트워크에 접속되어 데이터를 송수신한다. 센서 노드 내부에 2개로 구현된 대기열 중에서, GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열에 우선순위를 설정하여, GTS 요청 프레임이 저장될 경우에 GTS 요청 프레임을 일반 데이터 프레임보다 먼저 코디네이터로 전송한다. 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템은 코디네이터 및 코디네이터와 접속된 다수의 센서 노드를 포함한다. 코디네이터는 슈퍼프레임의 CAP 구간이 경과된 직후에 GTS 요청에 대한 할당 정보를 각 센서 노드로 브로드캐스트 한다. 센서 노드는 CAP 구간에서 GTS 요청 프레임을 코디네이터로 전송하고, CAP 구간이 경과된 직후에 코디네이터로부터 GTS 할당 정보를 수신하여, CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 할당된 GTS 구간에서 데이터를 전송한다. 또한, 센서 노드는 센서 노드 내부에 2개로 구현된 대기열 중에서, GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열에 우선순위를 설정하여, GTS 요청 프레임이 저장될 경우에 상기 CAP 구간에서 GTS 요청 프레임을 일반 데이터 프레임보다 먼저 코디네이터로 전송할 수 있다. 이러한 구성으로, 센서 노드들의 GTS 사용에 대한 승인 지연 시간을 단축하여 QoS를 요구하는 응용 프로그램들의 프레임을 신속히 전송할 수 있다.
무선 통신, IEEE 802.15.4, 지그비

Description

무선 통신 시스템 및 방법{Wireless communication system and method}
본 발명은 무선 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GTS 서비스 지연시간을 단축하여 신속하게 프레임을 전송하기 위한 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 병원, 학교 또는 회의 장소와 같은 인구 밀집 지역에서 무선 통신의 필요성이 늘어감에 따라 무선 개인영역 네트워크(WPAN, Wireless Personal Area Networks) 환경에서 쓰이는 기술들이 소규모 지역에 효율적인 통신 방식을 위한 유력한 대안으로 3G/4G 방식과 연계하여 크게 주목받고 있다.
특히, 그 중에서도 저속의 데이터 특성을 만족하면서 저 전력 특성을 지닌 소규모 네트워크를 구성하고 그것을 효율적으로 운영하는 측면에서 중요한 기술을 담당하게 될 MAC 프로토콜을 새롭게 접근하려는 시도가 여러 방면에서 대두되고 있으며, 대표적으로는 IEEE 802.15.4 표준이 있다.
IEEE 802.15.4 표준은 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 비콘 프레임(beacon frame)에 의해 구분되는 슈퍼프레임(superframe) 단위로 동작하도록 규정된다.
도 1은 IEEE 802.15.4 표준에 따른 슈퍼프레임의 구조를 도시한 도면이다.
네트워크가 운용되는 시간 단위인 슈퍼프레임을 이용하면 데이터 전송이 타임 슬롯 구조로 운영되며, 코디네이터(coordinator)가 사전에 예정된 간격으로 비콘을 브로드캐스트(broadcast)하면 슈퍼프레임이 설정된다.
이러한 슈퍼프레임은 코디네이터가 브로드캐스트를 하는 비콘 프레임, 각 노드들이 데이터 송수신 행위를 할 수 있는 활성 구간(active), 및 각 노드들이 전력 소모를 최소화하기 위한 슬립(sleep) 또는 스탠바이(standby)하는 비활성 구간(inactive)으로 구성된다.
비콘 프레임은 WPAN에 접속된 노드들의 송, 수신 동기를 맞추는데 사용되는데, WPAN에 접속된 노드들은 비콘 프레임 수신을 시작으로 이후의 타임 슬롯의 시간을 맞추고 제어 정보 및 메시지들을 바탕으로 송수신 준비를 한다.
활성 구간은 항상 16개의 슬롯으로 나누어지며, 슬롯의 최소 주기는 15.36㎳이고, 경쟁 기반의 CAP(Contention Access Period) 구간과 비경쟁 기반의 CFP(Contention Free Period) 구간으로 세분된다.
CAP 구간에서는 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance) 알고리즘을 이용하여 각 노드들로부터 데이터가 경쟁적으로 전송된다.
CSMA-CA 알고리즘은 노드가 데이터 프레임이나 MAC 명령어를 전송할 때마다, 임의의 시간 동안 기다렸다가 데이터 전송을 시도한다. 만약 채널이 사용되지 않고 있으면, 임의의 백오프(backoff) 지연 후에 노드가 데이터를 전송하고, 만약 채널이 사용되고 있으면, 임의의 백오프(backoff) 지연 후에 노드가 데이터를 전송하려 하지만, 채널이 사용되고 있으므로 노드는 채널에 다시 접근을 시도하기까지 또 다른 임의의 시간 동안을 기다린다. CSMA-CA는 경합 방식이므로 제일 먼저 접근을 시도한 노드가 먼저 데이터를 전송할 수 있다.
또한, CFP 구간에서는 예약에 의해 원하는 노드들에게 미리 시간을 할당하여 비경쟁적으로 데이터 전송이 이루어진다. CFP 구간은 할당된 타임 슬롯(GTS, Guaranteed Time Slot)라는 일정한 크기의 시간 간격으로 나누어지는데, GTS의 개수는 관련 노드들의 요구에 따라 가변적이고, 최대 7개까지 할당이 가능하다.
도 1에서는 두 개의 노드가 GTS를 3개, 2개씩 각각 할당받은 상태를 나타낸다. 또한, GTS는 일반적으로 양질의 서비스(QoS, Quality-of-Service)를 요구하는 응용 프로그램들의 신속한 프레임 전송을 보장하기 위하여 사용된다.
QoS를 요구하는 응용 프로그램은 데이터를 전송하기 전에 필요한 수의 GTS를 미리 예약하고, 승인된 GTS 구간에서만 데이터를 전송한다. 이를 위하여 GTS 전송을 원하는 센서 노드들은 이전 슈퍼프레임의 CAP에서 일반적인 데이터 전송 방식과 동일한 방식으로 CSMA-CA 알고리즘을 이용하여 개인 영역 네트워크(PAN, Personal Area Network) 코디네이터에게 GTS 서비스를 요청하며, 코디네이터는 GTS 서비스 요청에 대한 응답을 다음 슈퍼프레임의 시작을 알리는 비콘 프레임을 이용하여 해당 노드들에게 알려준다.
그러나 이와 같은 센서 노드들의 GTS 예약을 요청하고 승인하는 절차에서는 동일한 대기열을 이용하여 GTS 요청 프레임과 일반적인 데이터 프레임 중, 먼저 접속된 프레임이 전송된다. 이로 인해, GTS 요청 프레임의 전송이 지연될 수 있고, 더불어 GTS 요청에 대한 응답 또한 지연될 수 있으므로 QoS를 요하는 데이터 전송에 긴급성을 부여하기가 어려웠다.
또한, 종래 기술에 따르면, GTS 예약 요청에 대한 응답은 CAP 구간에서 GTS 요청 프레임이 전송된 후, 최소한 하나의 비콘 프레임의 구간 뒤에 제공(즉, 다음 슈퍼프레임의 시작인 비콘 프레임에서 제공) 된다. 이로 인해, GTS 예약 요청에 대한 응답이 지연되므로, 실질적인 QoS 요구를 충족하기 어렵다는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 센서 노드들의 GTS 사용에 대한 승인 지연 시간을 단축하여 QoS를 요구하는 응용 프로그램들의 프레임을 신속히 전송하기 위한 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템은 코디네이터 및 코디네이터와 접속된 다수의 센서 노드를 포함한다.
코디네이터는 다수의 센서 노드 중 하나로서, 다수의 센서 노드를 동기화시키며, 데이터의 송수신 제어를 수행하고, 센서 노드는 무선 개인 네트워크에 접속되어 데이터를 송수신하며, 센서 노드 내부에 2개로 구현된 대기열 중에서, GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열에 우선순위를 설정하여, GTS 요청 프레임이 저장될 경우에 GTS 요청 프레임을 일반 데이터 프레임보다 먼저 코디네이터로 전송한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템은 코디네이터 및 코디네이터와 접속된 다수의 센서 노드를 포함한다.
코디네이터는 슈퍼프레임의 CAP 구간이 경과된 직후에 GTS 요청에 대한 할당 정보를 각 센서 노드로 브로드캐스트하고, 센서 노드는 CAP 구간에서 GTS 요청 프레임을 코디네이터로 전송하고, CAP 구간이 경과된 직후에 코디네이터로부터 GTS 할당 정보를 수신하여, CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 할당된 GTS 구간에서 데이터를 전송한다.
또한, 센서 노드는 센서 노드 내부에 2개로 구현된 대기열 중에서, GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열에 우선순위를 설정하여, GTS 요청 프레임이 저장될 경우에 상기 CAP 구간에서 GTS 요청 프레임을 일반 데이터 프레임보다 먼저 코디네이터로 전송할 수 있다.
상술한 센서 노드는 송수신부, 프레임 분류부, 프레임 저장부, 및 우선순위 설정부를 포함할 수 있다.
송수신부는 코디네이터와의 통신 인터페이스를 제공할 수 있으며, 프레임 분류부는 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 코디네이터로 전송할 경우, QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 GTS 요청 프레임 및 일반 데이터 프레임으로 분류할 수 있다.
또한, 프레임 저장부는 분류된 프레임을 각각 저장하는 센서 노드 내에 구현된 2개의 대기열로 구성될 수 있고, 우선순위 설정부는 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 우선순위를 설정할 수 있다.
이때, 센서 노드는 상술한 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열보다 적은 백오프 지연 시간을 설정할 수 있고, 백오프 지연 시간의 설정은 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에, 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열의 최소 BE값보다 작은 값을 갖도록 설정될 수 있다.
만약, 백오프 지연 시간이 같게 설정될 경우, 우선순위가 높게 설정된 대기열에 저장된 프레임이 전송될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신방법은,
(a) 센서 노드가 코디네이터로부터 비콘을 수신하는 단계, (b) 센서 노드가 CAP 구간에서 GTS 요청 프레임을 코디네이터로 전송하는 단계, (c) 코디네이터가 CAP 구간 직후에 설정된 GTS 확인 구간에서 센서 노드로 GTS 요청에 대한 GTS 할당 정보를 전송하는 단계, 및 (d) 센서 노드가 GTS 할당 정보에 따라서 CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 할당된 GTS 구간에 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 또 다른 무선 통신방법은, (e) 센서 노드가 코디네이터로부터 비콘을 수신하는 단계, (f) 센서 노드가 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 코디네이터로 전송할 경우, QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 GTS 요청 프레임 및 일반 데이터 프레임으로 분류하는 단계, (g) 센서 노드가 분류된 프레임을 센서 노드 내에 구현된 2개의 대기열에 각각 저장하는 단계, (h) 센서 노드가 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 우선순위를 설정하는 단계, 및 (i) GTS 요청 프레임을 수신한 코디네이터가 GTS 요청에 대한 GTS 할당 정보를 센서 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, (i) 단계에서 GTS 요청 프레임을 수신한 코디네이터는 GTS 요청에 대한 응답을 CAP 구간 직후에 설정된 GTS 확인 구간에서 다수의 센서 노드로 전송하고, 센서 노드는 GTS 확인 구간에 수신된 GTS 할당 정보에 따라서 CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 할당된 GTS에서 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 센서 노드는 상술한 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열보다 적은 백오프 지연 시간을 설정할 수 있고, 백오프 지연 시간은 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에, 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열의 최소 BE값보다 작은 값을 갖도록 설정될 수 있다.
만약, 백오프 지연 시간이 같게 설정될 경우, 우선순위가 높게 설정된 대기열에 저장된 프레임이 전송될 수 있다.
또한, 상술한 GTS 확인 구간은, 동일 슈퍼프레임 내의 CAP 구간과 CFP 구간 사이에 위치할 수 있다.
본 발명은 센서 노드 내의 프레임 분류부에서 코디네이터로 전송되는 프레임을 GTS 요청 프레임과 일반 데이터 프레임으로 분류하고, 분류된 각 프레임을 센서 노드 내에 미리 구현된 2개의 대기열로 구성되는 프레임 저장부에서 저장하며, 우선순위 설정부에서 GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열에 우선순위를 설정하여, GTS 요청 프레임을 일반 데이터보다 먼저 코디네이터로 전송함으로써, GTS 요청 프레임이 코디네이터에 도달할 때까지의 지연시간을 단축한다.
또한, 본 발명은 CAP 구간과 CFP 구간 사이에 GTS 요청에 대한 할당 여부를 확인할 수 있는 구간을 삽입함으로써, CAP 구간이 종료된 직후에 GTS 요청 확인을 가능하게 하고, 이로 인해, 센서 노드들의 GTS 사용에 대한 승인 지연 시간을 단축하여 QoS를 요구하는 응용 프로그램들의 프레임을 신속히 전송할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 발명의 이해를 보다 명확하게 하기 위해 동일한 구성요소에 대해서는 상이한 도면에서도 동일한 부호를 사용하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템의 실시 예를 나타낸 개략적인 블록도이다.
GTS 서비스 지연시간을 단축하여 신속하게 프레임을 전송하기 위한 본 발명의 무선 통신 시스템은 코디네이터(200) 및 코디네이터(200)와 접속된 다수의 센서 노드(100)를 포함한다.
코디네이터(200)는 다수의 센서 노드(100) 중 하나로서, 다수의 센서 노드(100)를 동기화시키며, 데이터의 송수신 제어를 수행한다.
센서 노드(100)는 무선 개인 네트워크에 접속되어 데이터를 송수신하며, 센서 노드(100) 내부에 2개로 구현된 대기열 중에서, GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열에 우선순위를 설정하여, GTS 요청 프레임이 저장될 경우에 GTS 요청 프레임을 일반 데이터 프레임보다 먼저 코디네이터(200)로 전송한다.
이러한, 다수의 센서 노드(100)는 송수신부(110), 프레임 분류부(120), 프레임 저장부(130), 및 우선순위 설정부(140)를 포함할 수 있다.
송수신부(110)는 코디네이터(200)와의 통신 인터페이스를 제공할 수 있으며, 프레임 분류부(120)는 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 코디네이터(200)로 전송할 경우, QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 GTS 요청 프레임 및 일 반 데이터 프레임으로 분류할 수 있다.
또한, 프레임 저장부(130)는 분류된 프레임을 각각 저장하는 센서 노드(100) 내에 구현된 2개의 대기열로 구성될 수 있고, 우선순위 설정부(140)는 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 우선순위를 설정할 수 있다.
우선순위의 설정은 각 대기열에 서로 다른 CSMA-CA 파라미터를 갖게 하여 설정할 수 있는데, CSMA-CA 알고리즘은 NB(Number of Backoff), CW(Connection Window), BE(Backoff Exponent)의 파라미터를 갖는다.
NB는 CSMA-CA 알고리즘이 현재의 전송을 시도하는 동안 얼마나 많은 수의 백오프를 요구하는가를 나타내는 지수이며, 각각의 전송이 시도되기 전에 0으로 초기화된다.
또한, CW는 윈도우 접속 길이를 말하는데, 전송이 시작되기 전에 채널 활동이 없는 것을 필요로 하는 백오프 기간들을 정의하고, 각 전송 이전에는 2로 초기화되어 있으며, 채널이 사용 중이면 2로 리셋 된다.
또한, BE는 백오프 지수로 센서 노드가 데이터를 전송하기 전의 지연 대기시간을 결정하는 지수이다.
도 3은 센서 노드(100) 내에 구현된 2개의 대기열을 통해 분류된 프레임이 전송되는 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하여 상술한 우선순위 설정을 설명하면, 프레임 분류부(120)에서 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임이 GTS 요청 프레임과 일반 데이터 프레임으로 분류된 이후, 미리 구현된 2개의 대기열 A와 대기열 B(프레임 저장부(130))에 각각 최소 BE값(macMinBE)을 설정함으로써 우선순위를 설정할 수 있다.
즉, GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열 A의 최소 BE값을 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열 B의 최소 BE값보다 작은 값을 갖도록 설정하여, 프레임 저장부(130)에서 대기열 A에 저장된 GTS 요청 프레임이 먼저 코디네이터(200)로 전송되도록 할 수 있다.
예컨대, 대기열 A의 최소 BE값을 1로 설정하고 대기열 B의 최소 BE값을 2로 설정하였을 경우, 대기열 A는 1 슬롯만큼 대기후에 GTS 요청 프레임을 코디네이터(200)로 전송하고 대기열 B는 2 슬롯만큼 대기후에 일반 데이터 프레임을 코디네이터(200)로 전송한다.
결론적으로, 데이터 전송 신호가 충돌을 일으켰을 때 다시 전송을 시도하기까지의 지연 시간인 평균 백오프 지연시간을 최소 BE값을 작게 설정함으로써 줄일 수 있다.
또한, 대기열 A, B의 지연 카운터가 동시에 0으로 될 경우(반드시 지연 카운터가 0인 경우에만 해당되는 것이 아니라, 지연 카운터가 같은 값이 될 경우), 우선순위 설정부(140)에 의해 우선순위가 높은 대기열 A의 GTS 요청 프레임이 일반 데이터 프레임보다 먼저 전송될 수 있다.
이와 같이, 센서 노드(100) 내부에 2개로 구현된 대기열 중에서 GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열 A에 우선순위가 설정되면, 대기열 A에 GTS 요청 프레임이 저장될 경우, 즉시 GTS 요청 프레임이 코디네이터(200)로 전송된다.
그리고 나서, 대기열 A에 저장된 GTS 요청 프레임이 모두 전송되면, 대기열 B에 저장된 일반 데이터 프레임이 전송된다.
또한, 코디네이터(200)는 CAP 구간이 경과된 직후, GTS 요청에 대한 할당 정보를 각 센서 노드(100)로 브로드캐스트하고, 센서 노드(100)는 CAP 구간이 경과된 직후에 코디네이터(200)로부터 GTS 할당 정보를 수신하여, CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 할당된 GTS 구간에서 데이터를 전송할 수 있게 할 수 있다.
이러한 센서 노드(100)와 코디네이터(200)의 구성으로, 센서 노드(100)들의 GTS 사용에 대한 승인 지연 시간(즉, GTS 요청 지연 시간 및 GTS 확인 지연 시간)을 단축하여 QoS를 요구하는 응용 프로그램들의 프레임을 신속히 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 방법의 일 실시 예를 나타낸 흐름도이다.
WPAN 내의 센서 노드들의 데이터 송수신의 동기를 맞추기 위해, 먼저, 코디네이터(200)는 다수의 센서 노드(100)로 비콘을 브로드캐스트한다(S100).
코디네이터(200)로부터 비콘을 수신하고 동기화된 다수의 센서 노드(100) 중 일부에서 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 일반 데이터 프레임 및 GTS 요청 프레임을 코디네이터(200)로 동시에 전송하고자 할 경우, GTS 요청 프레임 및 일반 데이터 프레임으로 분류하고(S200), 분류된 GTS 요청 프레임 및 일반 데이터 프레임을 센서 노드(100) 내에 구현된 2개의 대기열에 각각 저장한다(S300). 그리고 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 우선순위를 설정하고(S400), 우선순위에 따라서 각 대기열에 저장된 데이터 프레임을 전송한다.
상술한 단계 S200 내지 단계 S400으로부터 CAP 구간에서 센서 노드(100)가 전송한 GTS 요청 프레임이 CSMA-CA 방식으로 경쟁을 통해 코디네이터(200)에게 도착했을 때까지의 시간을 의미하는 GTS 요청 지연 시간을 단축할 수 있다.
코디네이터(200)가 CAP 구간 동안 각 센서 노드(100)들로부터 GTS 요청 프레임을 수신하고(S500), 코디네이터(200)가 다음 주기의 비콘 프레임의 GTS Specification 필드를 사용하여 PAN 내의 모든 센서 노드(100)들에게 GTS 할당 사실을 확인해주기까지의 시간을 의미하는 GTS 확인 지연 시간을 단축하기 위해, 기본적인 IEEE 802.15.4 표준에는 없는 부가적인 GTS 확인 구간을 두게 된다.
IEEE 802.15.4 표준에서는 PAN 코디네이터(200)가 센서 노드(100)로부터 GTS 요청 프레임을 수신한 후에 GTS 할당 여부를 다음 주기의 비콘 프레임을 통해 알려주기 때문에 이로 인한 지연 시간이 발생하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 CAP 구간이 종료된 즉시 GTS 확인 구간을 두어 코디네이터(200)가 GTS를 요청한 각 센서 노드(100)들에 대해 GTS를 할당한 GTS 할당 정보를 PAN 내의 센서 노드들(100)에게 알려줌으로써(S600) GTS 요청 확인이 다음 주기의 비콘 프레임까지 지연되지 않도록 할 수 있다.
한편, 각 센서 노드(100)들은 GTS 할당 정보 확인을 통해 할당된 GTS 구간에서 QoS 데이터를 전송한다(S700).
도 5는 IEEE 802.15.4 표준에 따른 슈퍼프레임 상에 나타낸 GTS 확인 구간을 도시한 도면이다.
총 GTS 구간(CFP 구간)은 요청에 따라 변동적으로 적용되므로 GTS 확인 구간은 CAP 구간이 지난 직후로 결정하며, 할당된 GTS 구간이 최대 GTS 할당 구간(7개 의 GTS)보다 작을 경우, 센서 노드들(100)은 나머지 시간을 CAP 구간으로 이용할 수 있다.
즉, 도 1을 첨부하여 상술한 바에 따르면, GTS의 최대 할당 개수는 7개이지만, 도 1에 도시한 바와 같이 두 개의 센서 노드(100)가 GTS를 3개, 2개씩 각각 할당받은 상태의 경우, 나머지 2개의 GTS를 CAP 구간으로 이용할 수 있다.
이러한 방식으로, 각 센서 노드(100)들은 GTS를 코디네이터(200)로 요청한 동일한 슈퍼프레임 내에서 GTS 요청 정보를 확인할 수 있고, GTS 확인 구간 이후의 CFP 구간에 사용되지 않는 GTS가 있다면, GTS를 코디네이터(200)로 요청한 CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 사용되지 않는 GTS 구간에서 QoS 패킷을 전송할 수 있게 되므로 데이터 전송 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, IEEE 802.15.4 표준에서는 슈퍼프레임에서 비활성 구간이 차지하는 비율이 커질수록 GTS 예약 확인 지연시간이 길어지지만, GTS 확인 구간을 CAP 구간과 CFP 구간 사이에 위치시킴으로써 비활성 구간이 차지하는 비율에 따른 영향이 미치지 않게 할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 IEEE 802.15.4 표준에 따른 슈퍼프레임의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 시스템의 일 실시 예를 나타낸 개략적인 블록도.
도 3은 센서 노드 내에 구현된 2개의 대기열을 통해 분류된 프레임이 전송되는 일 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신 방법의 일 실시 예를 나타낸 흐름도.
도 5는 IEEE 802.15.4 표준에 따른 슈퍼프레임 상에 나타낸 GTS 확인 구간을 도시한 도면.

Claims (13)

  1. 코디네이터 및 상기 코디네이터와 접속된 다수의 센서 노드를 포함하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 코디네이터는,
    상기 다수의 센서 노드 중 하나로서, 상기 다수의 센서 노드를 동기화시키며, 데이터의 송수신 제어를 수행하고,
    상기 센서 노드는,
    무선 개인 네트워크에 접속되어 데이터를 송수신하며, 상기 센서 노드 내부에 2개로 구현된 대기열 중에서, GTS 요청 프레임이 저장되는 대기열에 우선순위를 설정하여, GTS 요청 프레임이 저장될 경우에 GTS 요청 프레임을 일반 데이터 프레임보다 먼저 상기 코디네이터로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코디네이터는,
    슈퍼프레임의 CAP 구간이 경과된 직후에 GTS 요청에 대한 할당 정보를 각 센서 노드로 브로드캐스트하고,
    상기 센서 노드는,
    상기 CAP 구간에서 GTS 요청 프레임을 상기 코디네이터로 전송하고, 상기 CAP 구간이 경과된 직후에 상기 코디네이터로부터 GTS 할당 정보를 수신하여, 상기 CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 할당된 GTS 구간에서 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    상기 코디네이터와의 통신 인터페이스를 제공하는 송수신부;
    QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 상기 코디네이터로 전송할 경우, 상기 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 GTS 요청 프레임 및 일반 데이터 프레임으로 분류하는 프레임 분류부;
    상기 분류된 프레임을 각각 저장하는 센서 노드 내에 구현된 2개의 대기열로 구성되는 프레임 저장부; 및
    상기 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 우선순위를 설정하는 우선순위 설정부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    상기 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에, 상기 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열보다 적은 백오프 지연 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    백오프 지연 시간의 설정은,
    상기 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에, 상기 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열의 최소 BE값보다 작은 값을 갖도록 함으로써 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 백오프 지연 시간이 같게 설정될 경우,
    우선순위가 높게 설정된 대기열에 저장된 프레임이 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  8. 삭제
  9. (e) 센서 노드가 코디네이터로부터 비콘을 수신하는 단계;
    (f) 상기 센서 노드가 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 상기 코디네이터로 전송할 경우, 상기 QoS를 요구하는 응용 프로그램의 프레임을 GTS 요청 프레임 및 일반 데이터 프레임으로 분류하는 단계;
    (g) 상기 센서 노드가 상기 분류된 프레임을 센서 노드 내에 구현된 2개의 대기열에 각각 저장하는 단계;
    (h) 상기 센서 노드가 상기 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에 우선순위를 설정하여 CAP 구간에 전송하는 단계; 및
    (i) 상기 GTS 요청 프레임을 수신한 상기 코디네이터가 GTS 요청에 대한 GTS 할당 정보를 상기 센서 노드로 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 (i) 단계에서,
    상기 GTS 요청 프레임을 수신한 상기 코디네이터는 GTS 요청에 대한 응답을 상기 CAP 구간 직후에 설정된 GTS 확인 구간에서 센서 노드로 전송하고, 상기 센서 노드는 상기 GTS 확인 구간에 수신된 GTS 할당 정보에 따라서 상기 CAP 구간과 동일한 슈퍼프레임 내에 할당된 GTS에서 데이터를 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    상기 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에, 상기 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열보다 적은 백오프 지연 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    백오프 지연 시간의 설정은,
    상기 GTS 요청 프레임을 저장하기 위한 대기열에, 상기 일반 데이터 프레임을 저장하기 위한 대기열의 최소 BE값보다 작은 값을 갖도록 함으로써 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 백오프 지연 시간이 같게 설정될 경우, 우선순위가 높게 설정된 대기열에 저장된 프레임이 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
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