KR100975892B1 - 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의위치 인식 방법 및 시스템 - Google Patents

무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의위치 인식 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

무선 개인 영역 네트워크 환경에서 이동형 노드의 위치를 인식하는 방법 및 시스템이 개시된다. 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 시스템은, 이동하는 엔드 디바이스(End Device)로부터 엔드 디바이스 식별 정보를 MAC 계층 통신을 통해 수신하는 MAC 전송부와, 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 라우터 식별 정보를 지그비 네트워크 통신을 통해 송신하는 네트워크 전송부를 포함하며, 미리 지정된 위치에 설치되는 라우터(Router); 지그비 네트워크를 구성하고 관리하며, 상기 네트워크 전송부로부터 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 수신하는 코디네이터(Coordinator); 및 상기 코디네이터로부터 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 수신하고, 상기 라우터 식별 정보에 상응하여 상기 라우터의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나를 산출하고, 상기 산출된 위치 및 관할 지역 중 어느 하나를 상기 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하는 상기 엔드 디바이스의 위치로 결정하는 위치 인식 서버를 포함할 수 있다. 고정 설치된 라우터의 무선 송수신 대역을 별도로 지정함으로써 엔드 디바이스의 데이터를 보다 안정적으로 송신할 수 있다.
무선 개인 영역 네트워크, 이동, 고정, MAC 계층 통신

Description

무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 시스템{Method and system for identifying location of end device which moves under WPAN}
본 발명은 위치 인식 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 개인 영역 네트워크(WPAN: Wireless Personal Area Network) 환경에서 이동형 노드의 위치를 인식하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 개인 영역 네트워크는 PC, PDA, 휴대폰 등의 무선 이동 기기 간의 통신을 가능하게 하며, 다른 무선 통신 기술에 비해 에너지 소비가 적고 저가이므로 센서 네트워크에 도입되기 적합한 통신 기술로 부각되고 있다. 특히, 저속 무선 개인 영역 네트워크(LRWPANs: Low-rate Wireless Personal Area Network)에 대한 표준인 IEEE 802.15.4는 주파수 대역을 3개의 대역으로 구분하여 사용하고, 각 주파수 대역별로 확산(Spreading) 방식과 데이터율(Data rates)을 다르게 설정하여 통신을 하는 시스템을 말한다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN: Ubiquitous Sensor Network) 또는 무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network) 환경하에서 PHY(Physical) 계층과 MAC(Medium Access Control) 계층은 일반적으로 IEEE 802.15.4의 표준을 따른다. 본 표준을 토대로 MAC 계층보다 상위 계층인 네트워크 계층과 응용 계층은 TinyOS에서 제공되는 프로그램과 지그비 얼라이언스(ZigBee Alliance)에서 정의된 표준에 따라 구현되는 프로그램이 대표적이다.
현재 TinyOS에서 제공되는 프로그램이나 지그비 얼라이언스에서 제정된 표준안은 무선노드들이 고정되어 있고, 그 위치를 최초 무선노드의 설치 시부터 시스템에서 인지하고 있는 형태로 운용되고 있다.
그러나 무선노드가 이동할 때 변경된 위치를 인지하고 추적하는 방법은 실질적으로 지원되고 있지 않아 이동형 무선노드를 응용하는 시스템에는 적용할 수가 없는 문제점이 있다.
이동형 장치의 위치 인식은 일반적으로 다음과 같은 방법에 의해 수행된다.
첫째로, GPS(Global Position System)를 이용하여 이동형 장치의 위치를 인식하는 방법이 있다. GPS를 이용하는 경우 신호를 위성에서 수신한다. 따라서, 위치 인식의 대상이 되는 이동형 장치가 실내에 있는 경우에는 신호 수신이 불가능하여 위치 인식이 제대로 이루어지지 않는다.
둘째로, CDMA 이동통신 시스템에서 기지국을 통해 이동형 장치(예를 들어, 이동 통신 단말)의 위치를 인식하는 방법이 있다. 기지국을 이용하는 경우 기지국 간의 거리가 수백 미터 이상이므로, 기지국 위치에 근거한 이동 통신 단말의 위치는 그 오차 범위가 수백 미터에 달하게 된다. 따라서, USN이나 WSN 환경에서와 같이 수백 미터의 거리 한계가 있는 경우, 적용이 어려운 문제가 있다.
셋째로, 수백 미터 이내의 짧은 거리에서 위치 인식을 하기 위해 사용하는 방법으로 지역인식자(ZI: Zone Identifier)를 이용하는 방법이 있다. 이 방법은 미리 위치를 알고 있는 곳에 지역인식자를 두고, 지역인식자가 일정 시간 간격으로 자신의 ID(Identifier)를 송신한다. 이동형 장치에서 이 ID를 수신하면 자신의 현재 위치를 알게 되며, 이동형 장치의 식별 번호(예를 들어, 전화번호 등)를 지역인식자의 ID와 함께 SMS 등을 이용하여 서버로 송신하면 서버는 해당 이동형 장치의 위치를 인식하게 된다. 그러나 이 경우 지역인식자가 고장이 나서 ID 송신이 불가능하게 되면 이동형 장치가 ID 수신을 못하게 되어 위치 인식이 불가능하게 되는 문제가 있고, 또한 CDMA 망을 이용해야 하므로 어느 한 영역에 국한할 경우 적용이 어려운 문제를 안고 있다.
따라서, 본 발명은 고정 설치된 라우터의 물리적인 무선 송수신 대역을 두 가지로 설정하여 각각 이동하는 엔드 디바이스와의 MAC 계층 통신 및 지그비 네트워크 하에서의 네트워크 통신을 위한 대역으로 할당함으로써 일정 시간 동안 수신 가능한 엔드 디바이스의 데이터 양을 확장시킨 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 고정 설치된 라우터의 무선 송수신 대역을 별도로 지정함으로써 엔드 디바이스의 데이터를 보다 안정적으로 송신할 수 있는 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 위치 인식에 필요한 송수신 데이터가 줄어듦으로 인해 엔드 디바이스의 활성 시간(Active time)을 최소화시킬 수 있고, 배터리로 엔드 디바이스를 운용하는 경우 전류 소모를 감소시킬 수 있는 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 위치 인식을 하는 경우 필요로 하는 지역(Zone)의 구분을 라우터의 설치 위치에 따라 설정할 수 있는 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 엔드 디바이스의 위치정보를 축적하여 시간에 따른 엔드 디바이스의 이동 경로를 파악할 수 있는 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 개인 영역 네트워크에서의 위치 인식 시스템이 제공된다.
일 실시예에 따른 무선 개인 영역 네트워크에서의 위치 인식 시스템은, 이동하는 엔드 디바이스(End Device)로부터 엔드 디바이스 식별 정보를 MAC 계층 통신을 통해 수신하는 MAC 전송부와, 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 라우터 식별 정보를 지그비 네트워크 통신을 통해 송신하는 네트워크 전송부를 포함하며, 미리 지정된 위치에 설치되는 라우터(Router); 지그비 네트워크를 구성하고 관리하며, 상기 네트워크 전송부로부터 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 수신하는 코디네이터(Coordinator); 및 상기 코디네이터로부터 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 수신하고, 상기 라우터 식별 정보에 상응하여 상기 라우터의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나를 산출하고, 상기 산출된 위치 및 관할 지역 중 어느 하나를 상기 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하는 상기 엔드 디바이스의 위치로 결정하는 위치 인식 서버를 포함할 수 있다.
상기 MAC 전송부와 상기 네트워크 전송부는 서로 다른 무선 송수신 대역을 할당받을 수 있다. 상기 MAC 전송부에서의 수신 동작과, 상기 네트워크 전송부에서의 송신 동작은 동시에 수행 가능하다.
상기 MAC 전송부 및 상기 네트워크 전송부 중 적어도 하나는 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 일정 시간 동안 저장하고 있을 수 있다.
상기 MAC 전송부와 상기 네트워크 전송부는 유선 통신을 통해 데이터를 송 수신할 수 있다.
상기 엔드 디바이스 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 엔드 디바이스의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값일 수 있다.
상기 라우터 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 라우터의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값일 수 있다.
상기 코디네이터와 상기 라우터가 지그비 네트워크를 형성하고 있고, 상기 라우터 식별 정보는 상기 지그비 네트워크 하에서 상기 코디네이터로부터 할당받은 16비트의 네트워크 주소일 수 있다.
상기 위치 인식 서버는 상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하여 저장할 수 있다. 여기서, 상기 위치 인식 서버는 저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 변화 위치별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출할 수 있다.
한편, 상기 위치 인식 서버는 상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스의 식별 정보에 상응하여 산출 시간과 함께 저장할 수 있다. 상기 위치 인식 서버는 저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 시간대별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 위치 인식 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체가 제공된다.
일 실시예에 따른 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스 의 위치 인식 방법은, MAC 전송부가 상기 엔드 디바이스로부터 MAC 계층 통신을 통해 엔드 디바이스 식별 정보를 수신하는 단계-여기서, 라우터(Router)는 상기 MAC 전송부와 네트워크 전송부를 포함하며, 미리 지정된 위치에 설치된 고정형 노드임-; 상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보룰 전송하는 단계; 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터의 라우터 식별 정보를 코디네이터(Coordinator)로 전송하는 단계; 상기 코디네이터가 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 위치 인식 서버로 전송하는 단계; 상기 위치 인식 서버가 위치 테이블로부터 상기 라우터 식별 정보를 이용하여 상기 라우터의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나를 산출하는 단계-여기서, 상기 위치 테이블은 상기 라우터 식별 정보와, 상기 라우터의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나 간의 대응관계를 저장하고 있음-; 및 상기 라우터의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나를 상기 엔드 디바이스의 위치로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 MAC 전송부와 상기 네트워크 전송부는 서로 다른 무선 송수신 대역을 할당받을 수 있다.
일 엔드 디바이스로부터 상기 MAC 전송부가 수신하는 단계와, 상기 네트워크 전송부가 타 엔드 디바이스의 엔드 디비아스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 송신하는 단계는 동시에 수행가능하다.
상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 전송하는 단계 이전에, 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 일정 시간 동안 저장하 고 있는 단계를 더 포함할 수 있다.
또는 상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 전송하는 단계 이후에, 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 일정 시간 동안 저장하고 있는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 전송하는 단계는 유선 통신을 통해 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 엔드 디바이스 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 엔드 디바이스의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값일 수 있다.
상기 라우터 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 라우터의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값일 수 있다.
상기 코디네이터와 상기 라우터가 지그비 네트워크를 형성하고 있고, 상기 라우터 식별 정보는 상기 지그비 네트워크 하에서 상기 코디네이터로부터 할당받은 16비트의 네트워크 주소일 수 있다.
상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하여 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 변화 위치별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출할 수 있다.
한편, 상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스의 식별 정보에 상응하여 산출 시간과 함께 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 시간대별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출하 는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법 및 시스템은 고정 설치된 라우터의 물리적인 무선 송수신 대역을 두 가지로 설정하여 각각 이동하는 엔드 디바이스와의 MAC 계층 통신 및 지그비 네트워크 하에서의 네트워크 통신을 위한 대역으로 할당함으로써 일정 시간 동안 수신 가능한 엔드 디바이스의 데이터 양을 확장시키는 효과가 있다.
또한, 고정 설치된 라우터의 무선 송수신 대역을 별도로 지정함으로써 엔드 디바이스의 데이터를 보다 안정적으로 송신할 수 있다.
또한, 위치 인식에 필요한 송수신 데이터가 줄어듦으로 인해 엔드 디바이스의 활성 시간을 최소화시킬 수 있고, 배터리로 엔드 디바이스를 운용하는 경우 전류 소모를 감소시킬 수 있다.
또한, 위치 인식을 하는 경우 필요로 하는 지역의 구분을 라우터의 설치 위치에 따라 설정할 수 있다.
또한, 엔드 디바이스의 위치정보를 축적하여 시간에 따른 엔드 디바이스의 이동 경로를 파악할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 인식 시스템의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 위치 인식 시스템(100)은 위치 인식 서버(110), 코디네이터(Coordinator)(120), 라우터(Router)(130)를 포함한다. 위치 인식 시스템(100)은 이동하는 엔드 디바이스(End Device)(150)의 위치를 인식하고, 인식된 위치에 상응하는 부가 프로세스를 수행할 수 있다. 부가 프로세스의 수행에 의해, 예를 들어 해당 위치에 따른 부가서비스를 제공하거나 해당 엔드 디바이스(150)의 이동 경로가 파악될 수 있다.
위치 인식 서버(110)는 코디네이터(120)와 연결되며, 코디네이터(120)에 의해 형성된 네트워크 내의 노드들에 대한 정보를 전송받는다. 그리고 전송받은 정보를 기초로 하여 각 노드들의 위치를 파악하고 미리 정해진 동작을 수행한다.
코디네이터(120)는 IEEE 802.15.4에 따른 개인 영역 네트워크를 최초로 시작하고, 개인 영역 네트워크를 관리하는 노드(node)로서, 라우터(130)를 자식 노드로 가질 수 있다. 여기서, 코디네이터(120)에 의해 형성된 네트워크는 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하는 무선 개인 영역 네트워크이며, 예를 들어, 지그비 네트워크일 수 있다.
라우터(130)는 코디네이터(120)와 마찬가지로 자식 노드를 연결시킬 수 있고, 데이터를 중간에서 목적지의 노드로 포워딩하는 기능을 포함한다. 라우터(130)는 코디네이터(120)에 종속되도록 연결된다. 본 발명의 실시예에서, 라우터(130)는 사용자에 의해 미리 지정된 위치에 고정적으로 설치되는 고정형 무선노드이다. 각 라우터(130)들 각각의 통신 커버리지가 하나의 지역(Zone)이 되며, 각 라우터(130)들은 각 지역이 최소한으로 겹치도록 배치될 수 있다.
엔드 디바이스(150)는 이동형 무선노드로서, IEEE 802.15.4에 따른 MAC 계층 통신을 통해 인접한 라우터(130) 중 가장 근접한 라우터(130)(또는 최적의 통신 경로 상에 위치한 라우터(130))에 자신의 식별 정보를 전달한다. 엔드 디바이스 식별 정보는 엔드 디바이스(150)에 구비된 RF 칩마다 고유하게 부여된 64비트의 IEEE 주소이거나 위치 인식 시스템(100)의 사용자에 의해 미리 설정된 임의의 고유 식별값(문자, 숫자, 기호 혹은 이들의 결합으로 구성됨)일 수 있다.
라우터(130)는 네트워크 전송부(131)와 MAC 전송부(133)를 포함한다.
MAC 전송부(133)는 IEEE 802.15.4에 따른 MAC 계층 통신을 통해 엔드 디바이스(150)로부터 송신되는 엔드 디바이스 식별 정보를 포함하는 데이터를 수신한다. 네트워크 전송부(131)는 일정 시간 동안 수신한 하나 이상의 엔드 디바이스 식별 정보에 자신의 식별 정보, 즉 라우터 식별 정보를 부가하여 멀티 홉 네트워크로 코디네이터(120)를 거쳐 위치 인식 서버(110)로 전송한다. 라우터 식별 정보는 엔드 디바이스(150)에 구비된 RF 칩마다 고유하게 부여된 64비트의 IEEE 주소이거나 위치 인식 시스템(100)의 사용자에 의해 미리 설정된 임의의 식별값(문자, 숫자, 기호 혹은 이들의 결합으로 구성됨) 혹은 지그비 네트워크 하에서 할당된 16비트의 네트워크 주소일 수 있다.
라우터(130)는 둘 이상의 무선 송수신 대역을 가지고 있으며, MAC 전송부(133)와 네트워크 전송부(131)는 서로 다른 무선 송수신 대역을 할당받도록 설정된다. MAC 전송부(133)와 네트워크 전송부(131)는 각각 할당받은 무선 송수신 대역을 통해 순차적으로 또는 동시에 데이터의 송수신이 가능하다.
여기서, 서로 다른 무선 송수신 대역을 할당하는 것은 MAC 전송부(133)와 엔드 디바이스(150) 간의 네트워크의 ID 및 채널과, 네트워크 전송부(131)와 코디네이터(120) 간의 네트워크의 ID 및 채널을 다르게 할당하는 것을 의미한다.
코디네이터(120)와 라우터(130)는 엔드 디바이스(150)를 네트워크에 등록시키지 않는다. 네트워크에 접속을 시켜 통신 가능한 상태로는 허용하되, 엔드 디바이스(150)에 지그비 네트워크의 네트워크 주소를 할당하지는 않는다. 따라서, 코디네이터(120) 및/또는 라우터(130)는 엔드 디바이스(150)의 정보를 관리할 필요가 없어 보다 많은 수의 엔드 디바이스(150)의 데이터를 수집할 수 있다.
라우터(130)는 엔드 디바이스(150)로부터 수신한 엔드 디바이스 식별 정보를 전송함에 있어 실시간 전송 모드 또는 주기적 전송 모드로 전송을 수행할 수 있다.
실시간 전송 모드는 라우터(130)가 엔드 디바이스(150)로부터 엔드 디바이스 식별 정보를 수신하는 즉시 실시간으로 코디네이터(120)에 전송하는 것을 의미한다. 주기적 전송 모드는 하나 이상의 엔드 디바이스 식별 정보를 저장해 둔 후 일정 시간(예를 들어, 1초) 경과 후에 그 동안 저장된 엔드 디바이스 식별 정보를 한꺼번에 전송하는 것을 의미한다. 주기적 전송 모드에 의하는 경우 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance)에 의한 통신 환경 하에서 주파수 점유 시간을 줄일 수 있어 보다 안정적인 송수신 환경을 구현할 수 있다. 그리고 엔드 디바이스(150)의 수가 증가한 경우에도 데이터의 손실 없이 엔드 디바이스 식별 정보를 코디네이터(120)로 전송할 수 있다.
주기적 전송 모드에서 특정 엔드 디바이스(150)로부터 응급 상황이 발생하여 긴급 호출(Emergency call)이 수신된 경우에는, 이에 최상 순위를 할당하고 일정 시간이 경과하지 않았더라도 즉시 코디네이터(120)로 데이터를 전송하도록 설정될 수 있다.
IEEE 802.15.4 표준의 전송 프로토콜인 CSMA-CA 방식에 의할 때, 기존의 라우터는 여러 엔드 디바이스(150)로부터 송신되는 데이터의 수신과, 코디네이터(120)로 해당 엔드 디바이스(150)의 정보를 송신하는 것을 동시에 할 수 없었다. 이는 데이터 전송 시점에서 동일한 회선, 즉 동일한 무선 송수신 대역이 이미 사용중인 경우 데이터의 충돌을 회피하기 위해 정해진 내용이었다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따를 경우 라우터(130)는 네트워크 전송부(131)와 MAC 전송부(133)로 구분되고, 네트워크 전송부(131)와 MAC 전송부(133)는 서로 다른 무선 송수신 대역을 할당받음으로써 상술한 것과 같은 데이터 충돌을 피할 수 있는 효과가 있다. 따라서, MAC 전송부(133)를 통해 엔드 디바이스(150)로부터 데이터를 수신하는 과정과, 네트워크 전송부(131)를 통해 일정 시간 동안 저장된 엔드 디바이스(150)로부터 수신된 데이터를 코디네이터(120)로 송신하는 과정을 동시에 수행하는 것이 가능하게 된다. 이로 인해 일정 시간 동안 처리할 수 있는 엔드 디바이스(150)의 수가 확장되는 효과가 있다.
그리고 동일한 무선 송수신 대역을 사용하지 않기 때문에 데이터 충돌로 인한 재전송을 방지할 수 있다. 따라서, 재전송에 필요한 시간을 단축할 수 있으며, 데이터 송수신시 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
네트워크 전송부(131)와 MAC 전송부(133)는 각각 별도의 RF 칩으로 구현되며, 둘 간의 데이터 송수신은 네트워크 전송부(131)와 MAC 전송부(133) 사이에 유선 통신을 통해 이루어진다. 유선 통신으로는 비동기 직렬 통신 또는 I2C 통신 등 여러 통신 방법이 가능하다. 비동기 직렬 통신에 의할 때 네트워크 전송부(131)와 MAC 전송부(133)는 각각 범용 비동기 송수신기(UART)를 구비하고, 이를 통해 직렬 통신을 수행한다. 비동기 직렬 통신은 기준 클럭없이 데이터 비트의 유지 시간을 서로 약속해 전송하는 방법으로, 송신하는 장치가 약속된 주파수로 데이터를 보내면 수신하는 장치가 이에 맞춰 데이터를 읽는 방식이다. I2C 통신은 TWI(Two-wire Serial Interface) 통신으로, 두 선을 이용한 직렬 통신 방식이다.
위치 인식 서버(110)는 라우터 식별 정보를 이용하여 현재 엔드 디바이스(150)가 위치한 지역에 설치된 라우터(130)의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나를 파악하고, 해당 라우터(130)의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나를 통해 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하는 엔드 디바이스(150)의 위치 정보를 획득한다.
지그비 네트워크 하에서 지그비 장치들은 IEEE 802.15.4 표준에 해당하는 모든 기능을 포함하고 있는 FFD(Full Function Device) 모듈과, 필요에 따라 부분적인 기능만을 포함하고 있는 RFD(Reduced Function Device) 모듈로 구분된다.
FFD 모듈은 IEEE 802.15.4가 지원하는 모든 네트워크 토폴로지(스타(star) 토폴로지, 메쉬(mesh) 토폴로지, 피어투피어(peer-to-peer) 토폴로지)를 지원하며, 각 노드의 라우팅 기능을 가지고 있다. 그리고 FFD 모듈과 RFD 모듈 사이에서 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 개인 영역 네트워크(PAN: Personal Area Network) 의 코디네이터 역할을 수행할 수 있으며, IEEE 802.15.4에 기술된 모든 일을 수행한다. 이에 비해 RFD 모듈은 네트워크 토폴로지의 말단에서만 데이터의 전송이 가능하다. 즉, RFD 모듈은 라우팅 기능이 없으며, 개인 영역 네트워크의 코디네이터 역할을 수행할 수 없다.
지그비 장치 중 코디네이터(120)와 라우터(130)는 FFD 모듈로 구성되며, 엔드 디바이스(150)는 FFD 모듈 또는 RFD 모듈 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스(150)의 위치를 인식하는 방법에 대해 도 2 이하 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스(150)의 위치를 인식하는 방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 인식 시스템이 구비된 공간의 단면도이다.
여기서, 코디네이터(120)와 라우터(130)는 무선 개인 영역 네트워크, 특히 지그비 네트워크(160)를 형성하고 있는 것으로 가정한다.
단계 200에서, 엔드 디바이스(150)가 임의의 경로로 이동하면서 무선 출력을 통해 엔드 디바이스 식별 정보를 포함하는 데이터를 송신한다. 여기서, 엔드 디바이스(150)가 데이터를 송신하는 방법은 IEEE 802.15.4에 따른 MAC 계층 통신에 의한다. MAC 계층 통신에 대해서는 추후 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 엔드 디바이스(150)는 기본적으로 지정된 송신 출력으로 데이터를 송신하여 해당 범위 내에 모든 라우터(130)가 수신가능할 수 있다. 한편, 엔드 디 바이스(150)가 무선 출력 조절 기능을 가진 경우 적절한 무선 출력 조절을 통해 상기 송신한 데이터가 인접한 라우터(130) 중 가장 인접한 라우터(130)(또는 최적의 통신 경로 상에 위치한 라우터(130))에서만 수신되도록 할 수 있다. 특정 값으로 출력 조절하였으나 해당 출력시 수신 가능한 라우터(130)가 없는 경우에 엔드 디바이스(150)는 무선 출력을 순차적 증가시킴으로써 어느 하나의 라우터(130)가 데이터를 수신하도록 할 수 있다.
그리고 엔드 디바이스 식별 정보는 64비트의 IEEE 주소 혹은 사용자에 의해 임의로 지정된 고유 식별값일 수 있다.
여기서, 엔드 디바이스(150)로부터 송신되는 엔드 디바이스 식별 정보를 포함하는 데이터는 라우터(130)의 MAC 전송부(133)에서 수신한다.
라우터(130)는 실시간 전송 모드 또는 주기적 전송 모드로 설정되어, 엔드 디바이스(150)로부터 송신되는 데이터를 실시간으로 전송하거나 혹은 일정 시간 동안 저장한다(단계 205). 이 경우 데이터의 저장은 MAC 전송부(133) 또는 네트워크 전송부(131) 중 적어도 하나에 구비된 저장 장치에서 수행될 수 있다.
단계 210에서, 라우터(130)의 네트워크 전송부(131)는 이동하는 엔드 디바이스(150)로부터 수신한 엔드 디바이스 식별 정보에 추가적으로 자신의 라우터 식별 정보를 더 부가한 데이터를 코디네이터(120)로 전송한다. 여기서, 라우터 식별 정보는 64비트의 IEEE 주소 혹은 사용자에 의해 임의로 지정된 고유 식별값일 수 있다.
네트워크 전송부(131)는 MAC 전송부(133)와 유선 통신을 통해 엔드 디바이 스 식별 정보를 전송받는다. 일 실시예에 따르면, 일정 시간 동안의 엔드 디바이스 식별 정보의 저장이 MAC 전송부(133)에서 수행되는 경우에는 일정 시간 동안 저장된 하나 이상의 엔드 디바이스 식별 정보가 동시에 전송될 수 있다. 혹은 다른 실시예에 따르면, 일정 시간 동안의 엔드 디바이스 식별 정보의 저장이 네트워크 전송부(131)에서 수행되는 경우에는 MAC 전송부(133)가 엔드 디바이스 식별 정보를 수신한 후 바로 네트워크 전송부(131)로 엔드 디바이스 식별 정보를 전송할 수도 있다.
여기서, 엔드 디바이스(150)로부터 데이터를 수신한 라우터(130)는 코디네이터(120)에 직접 연결되어 있거나 혹은 다른 라우터(130)를 통해 IEEE 802.15.4 기반의 지그비 표준에 따른 멀티 홉 네트워크를 통해 릴레이 연결되어 있을 수 있다.
전자의 경우에는 바로 엔드 디바이스 식별 정보 및 라우터 식별 정보를 코디네이터(120)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같은 공간에서 엔드 디바이스(150)가 지역 A(ZONE #A) 또는 지역 D(ZONE #D)에 위치하고 있는 경우, 지역 A에 설치된 라우터(Ra) 또는 지역 D에 설치된 라우터(Rd)는 코디네이터(C)와 직접 연결되어 있어 엔드 디바이스 식별 정보 및 자신의 라우터 식별 정보(Ra 또는 Rd의 식별 정보)를 코디네이터(C)로 바로 전송할 수 있다.
이에 비해 후자의 경우에는 노드 간의 릴레이 전송을 통해 코디네이터(120)로 엔드 디바이스 식별 정보 및 라우터 식별 정보를 코디네이터(120)로 전달할 수 있다. 이 경우 중간에서 릴레이 역할을 하는 라우터(130)들은 단순히 정보만을 릴 레이 전송할 뿐이며, 자신의 라우터 식별 정보를 더 포함시키지는 않는다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 공간에서 엔드 디바이스(150)가 지역 E(ZONE #E) 또는 지역 C(ZONE #C)에 위치하는 경우, 지역 E에 설치된 라우터(Re) 또는 지역 C에 위치한 라우터(Rc)는 코디네이터(C)와 직접 연결되어 있지 않다. 지역 E에 설치된 라우터(Re)는 중간 노드로 Rd를 가지고 있으며, 지역 C에 설치된 라우터(Rc)는 중간 노드로 Ra, Rb를 가지고 있다. 따라서, 엔드 디바이스 식별 정보 및 엔드 디바이스(150)가 위치하는 지역에 설치된 라우터의 라우터 식별 정보(Re 혹은 Rc의 식별 정보)가 중간 노드(Re의 경우 Rd임. Rc의 경우 Ra, Rb임)를 거쳐 코디네이터(C)로 릴레이 전송될 수 있다(도 3의 경로 (A), (B) 참조). 여기서, 중간 노드의 라우터 식별 정보는 릴레이 전송되는 데이터에 포함되지 않는다. 단계 215에서, 코디네이터(120)는 라우터(130)로부터 전송되어 온 엔드 디바이스 식별 정보 및 라우터 식별 정보를 위치 인식 서버(110)로 전송한다.
단계 220에서, 위치 인식 서버(110)는 라우터 식별 정보를 이용하여 미리 저장된 위치 테이블로부터 해당 라우터(130)의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나를 산출한다. 위치 테이블은 위치 인식 시스템에 사용되기 위해 고정적으로 설치된 라우터(130)들의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나와, 해당 라우터(130)들의 라우터 식별 정보 간의 대응관계가 저장되어 있다. 여기서, 라우터(130)의 관할 지역은 도 3에 도시된 지역 A, 지역 B 등일 수 있다. 한편, 라우터(130)의 관할 지역은 라우터(130)가 설치된 위치를 포함하며, 라우터(130)가 설치된 위치로부터 라우터(130)의 통신 범위 등을 통해 산출될 수도 있다.
단계 225에서, 위치 인식 서버(110)는 산출된 라우터(130)의 위치 및 관할 지역 중 어느 하나를 수신한 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하는 엔드 디바이스(150)의 위치로 결정하고 저장할 수 있다.
여기서, 단계 200과 단계 210은 동시에 수행될 수 있다. 이는 MAC 전송부(133)와 네트워크 전송부(131)에 할당된 무선 송수신 대역이 서로 다르기 때문이다.
MAC 전송부(133)를 통해 수신되는 엔드 디바이스 식별 정보는 일정 시간 동안 저장이 되고, 이후 네트워크 전송부(131)를 통해 코디네이터(120)로 전송된다. 이와 동시에 MAC 전송부(133)는 라우터(130)에 접근한 다른 엔드 디바이스(150)의 엔드 디바이스 식별 정보를 수신하는 것이 가능하다.
엔드 디바이스(150)가 다른 지역으로 이동하게 되는 경우 이동한 후의 지역에 설치된 라우터(130)에 엔드 디바이스 식별 정보를 송신하며, 상술한 단계 200 내지 225를 반복 수행하게 된다. 위치 인식 서버(110)는 해당 엔드 디바이스(150)의 위치 정보를 반복적으로 갱신함으로써, 해당 엔드 디바이스(150)의 움직임을 변화된 위치별로 알 수 있게 된다.
또한, 위치 인식 서버(110)는 임의의 엔드 디바이스(150)의 위치 정보가 갱신되는 경우의 시간 정보를 함께 저장하는 경우 엔드 디바이스(150)에 대해서 저장된 위치 정보를 시간대별로 구분하여 분석함으로써 해당 엔드 디바이스(150)의 이동 경로를 파악하는 것도 가능하다.
본 발명에서 엔드 디바이스(150)가 코디네이터(120)와 라우터(130)로 구성 된 지그비 네트워크(160)에 등록되지 않고서도 자신의 식별 정보, 즉 엔드 디바이스 식별 정보를 간단하게 송신하는 것은 MAC 계층 통신에 의한다. 이러한 MAC 계층 통신에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터(120), 라우터(130) 및 엔드 디바이스(150)의 계층적 네트워크 모델이며, 도 5는 IEEE 802.15.4에 따른 MAC 계층 및 PHY 계층의 프레임 포맷을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, PHY 계층은 ISM 밴드를 기본 주파수 대역으로 한다. PHY 프레임은 PHY 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: PHY protocol data unit)으로, 동기화 헤더(Synchronization header), PHY 헤더, PHY 서비스 데이터 유닛(PSDU: PHY service data unit)으로 구성된다. 동기화 헤더는 PHY 계층의 송신측과 수신측의 싱크를 맞추기 위해 패킷의 시작점을 알린다. PHY 헤더는 PHY 서비스 데이터 유닛의 패킷 사이즈를 알리며, 페이로드 길이를 나타낸다. PHY 서비스 데이터 유닛은 PHY 계층을 통해 전송하고자 하는 MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU: MAC protocol data unit)을 포함한다.
MAC 계층은 다양한 응용과 네트워크 토폴로지를 위한 유연한 구조를 가진다. MAC 프레임은 MAC 프로토콜 데이터 유닛으로, MAC 헤더(MHR), MAC 서비스 데이터 유닛(MSDU: MAC service data unit), MAC 풋터(MFR)로 구성된다. MAC 헤더의 프레임 컨트롤 필드는 전송되는 프레임의 타입을 나타내며, 주소 필드 포맷을 규정하고 있다. MAC 헤더의 시퀀스 넘버(Sequence number) 필드와 MAC 풋터의 프레임 체크 시퀀스(Frame check sequence) 필드는 데이터의 전송에 있어서 에러 검출과 제 어에 사용된다. 주소(Address Info) 필드는 0 내지 20 바이트의 가변 길이로 응용에 따라 유연성을 가지고 있다. MAC 서비스 데이터 유닛은 페이로드(Payload)에 해당한다. 본 발명의 실시예에서, 엔드 디바이스(150)는 MAC 서비스 데이터 유닛 내에 엔드 디바이스 식별 정보를 포함시켜 데이터를 송신한다.
도 4를 참조하면, 코디네이터(120)와 라우터(130)의 네트워크 전송부(131)는 지그비 네트워크 내에 포함되어 지그비 표준에 따라 유선 또는 무선 통신을 통해 데이터를 송수신한다. 이 경우 코디네이터(120)와 네트워크 전송부(131)는 최상위 계층인 응용 계층(APP Layer)을 통해 통신한다. 즉, 네트워크 전송부(131)의 응용 계층에서부터 네트워크 계층(NWK Layer), MAC 계층(MAC Layer), PHY 계층(PHY Layer) 순으로 데이터가 전달된다. 그리고 네트워크 전송부(131)의 PHY 계층으로부터 유선 또는 무선 통신을 통해 코디네이터(120)의 PHY 계층으로 해당 데이터가 전달된다. 그리고 코디네이터(120)의 MAC 계층, 네트워크 계층, 응용 계층 순으로 데이터가 전달된다. 코디네이터(120)에서 네트워크 전송부(131)로 데이터를 전달하는 경우는 이와 반대가 된다.
이에 비해, 엔드 디바이스(150)는 IEEE 802.15.4 표준에 따른 MAC 계층을 이용한 무선(RF) 통신으로 데이터를 라우터(130)의 MAC 전송부(133)로 송신한다. 즉, 엔드 디바이스(150)의 MAC 계층 내의 MAC 프레임 내에 엔드 디바이스 식별 정보를 포함시켜 PHY 계층으로 전달하고, MAC 전송부(133)의 PHY 계층으로 송신함으로써 데이터 송신이 완료된다.
이는 코디네이터(120)와 네트워크 전송부(131) 간의 통신과 같은 별도의 네 트워크 접속 과정이 불필요하게 되므로, 데이터 전송 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 전체적인 데이터 전송 시간이 줄어듦으로 이동하는 엔드 디바이스(150)의 위치를 인식하는 필요로 하는 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
그리고 라우터(130) 내에서 네트워크 전송부(131)와 MAC 전송부(133)는 범용 비동기 송수신기를 이용한 비동기 직렬 통신으로 데이터를 송수신한다.
도 2에 도시된 방법에 의하는 경우 전송되는 라우터 식별 정보는 64비트의 IEEE 주소 또는 사용자에 의해 임의로 지정된 고유 식별값이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하는 경우 전송되는 라우터 식별 정보는 지그비 네트워크 하에서 주소 할당 방법에 의해 할당된 네트워크 주소일 수 있다. 이하에서는 네트워크 주소 할당 방법 및 이를 이용한 엔드 디바이스(150)의 위치 인식 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법의 순서도이고, 도 7은 본 발명에 따른 지그비 네트워크 하에서 네트워크 파라미터들의 정의 및 네트워크 주소 할당 기준을 나타낸 도면이다.
단계 600에서, 코디네이터(120)는 지그비 네트워크(160)를 생성한다. 지그비 네트워크 하에서 코디네이터(120)와 라우터(130)는 16비트의 네트워크 주소를 할당받게 된다. 도 7을 참조하여 네트워크 주소 할당에 대하여 설명하기로 한다.
코디네이터(C), 라우터(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, 이하 R로 통칭함), 엔드 디바이스(ED0, ED1, ED2, ED3, 이하 ED로 통칭함)가 계층적 연결 구조로 서, 지그비 네트워크(160)가 형성된다.
각각의 지그비 네트워크(160) 내에는 최소한 하나의 코디네이터(C)가 필요하다. 코디네이터(C)는 네트워크 정보를 초기화한다.
라우터(R)는 멀티 홉 라우팅을 하기 위해 필요하다. 하나의 지그비 네트워크(160) 내에는 하나 이상의 라우터(R)가 존재한다. 코디네이터(C) 혹은 이미 네트워크에 접속 중인 라우터(R)를 통해 네트워크에 참여한다.
엔드 디바이스(ED)는 라우팅에는 참여하지 않는다. 하나의 지그비 네트워크(160) 내에는 하나 이상의 엔드 디바이스(ED)가 존재한다. 코디네이터(C) 혹은 이미 네트워크에 접속중인 라우터(R)를 통해 네트워크에 참여한다. 엔드 디바이스(ED)는 가장 하위 장치로 타 장치의 네트워크 참여를 허락하지 않는다.
코디네이터(C), 라우터(R)는 네트워크 계층을 통해 네트워크 참여 또는 네트워크 이탈 기능을 제공한다.
코디네이터(C)와 라우터(R)는 추가적으로 다음과 같은 기능을 제공한다. 네트워크에 참여하고자 하는 노드들에게 허락을 내린다. 또한, 필요시 16비트의 네트워크 주소를 할당하고, 이웃 노드들의 정보를 관리할 수 있다. 이를 위해 지그비 네트워크(160)에서는 각각 노드들이 네트워크를 관리하고 유지하기 위한 목적의 정보를 테이블로 가지고 있을 수 있다. 이 테이블에 저장된 내용을 네트워크 정보 베이스(NWK IB)라 하며, 최대 자식의 개수, 네트워크 트리의 최대 깊이, 자식으로 가질 수 있는 최대 라우터의 개수, 이웃 노드의 정보를 가지고 있는 테이블(Neighbor Table) 등 중 하나 이상이 포함된다.
각 지그비 장치들은 자신의 모든 이웃 노드들의 정보를 테이블로 저장하고 있을 수 있다. 테이블에 저장되는 값으로는, 개인 영역 네트워크(PAN) 식별자, 자신의 부모 혹은 자식의 64비트 IEEE 주소, 16비트의 네트워크 주소, 장치의 형식(코디네이터, 라우터, 엔드 디바이스 중 무엇인지를 나타냄), 자신과 이웃 노드의 관계(부모, 자식, 이웃 중 무엇인지를 나타냄) 등 중 하나 이상이 있을 수 있다.
네트워크 주소의 할당 방법은 다음과 같다.
지그비 네트워크(160)에서는 IEEE 802.15.4 표준 MAC 계층에서 사용하는 16비트의 네트워크 주소를 네트워크 계층에서 할당한다. 지그비 장치를 가진 노드가 새롭게 지그비 네트워크(160)에 참여할 때 이 노드의 부모가 되는 노드가 정해진 식에 따라 네트워크 주소를 부여한다. 이를 분산 주소 할당(Distributed Address Assignment)이라 한다. 지그비 네트워크 코디네이터와 같이 하나의 노드가 모든 정보를 가지고서 주소를 부여할 수도 있으며, 또는 코디네이터(C) 혹은 라우터(R)가 자신의 자식이 될 노드에게 주소를 부여할 수도 있다. 후자의 경우에는 네트워크의 트래픽을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그리고 이 때 부여되는 주소는 하나의 지그비 네트워크(160) 내에서는 유일한 값이다.
지그비 네트워크(160) 내에서 분산 주소 할당을 위한 식에 사용되는 변수들은 다음과 같다. Cm은 최대 자식의 개수, Lm은 네트워크 트리의 최대 깊이, Rm은 자식으로 가질 수 있는 최대 라우터의 개수, d는 현재 노드의 깊이, Cskip(d)는 깊이 d의 노드가 가질 수 있는 주소의 부분 블록 크기이다.
지그비 네트워크(160) 내에서는 하기 수학식 1을 정의하여 분산 주소 할당이 수행된다.
Figure 112008000892191-pat00001
다음은 Cm = 20, Rm = 2, Lm = 4로 정의된 지그비 네트워크(160)에서 16비트의 네트워크 주소를 할당하는 예이다.
하기의 표 1은 네트워크의 깊이, d에 따른 해당 노드가 가질 수 있는 주소의 부분 블록 크기, Cskip(d)를 구하고 이를 이용하여 도 7에 도시된 것과 같이 각 노드들에게 네트워크 주소를 할당한다. 여기서, 지그비 코디네이터의 자식 노드들의 네트워크 깊이가 0이고, 이후 깊이가 깊어짐에 따라 1씩 증가한다.
Figure 112008000892191-pat00002
그리고 라우터(R)의 네트워크 주소는 하기의 수학식 2와 같이 결정되며, 엔드 디바이스(ED)의 네트워크 주소는 하기의 수학식 3과 같이 결정된다. 여기서, n은 특정 부모 노드를 통해 네트워크에 참여한 노드의 순서, Aparent는 부모 노드의 주소, Arn은 n번째 자식으로 네트워크에 참여한 라우터의 주소, Aen은 n번째 자식으로 네트워크에 참여한 엔드 디바이스의 주소이다.
Figure 112008000892191-pat00003
Figure 112008000892191-pat00004
코디네이터(C)의 네트워크 주소(SA)는 기본적으로 0으로 설정된다.
그리고 코디네이터(C)에 연결되는 자식 노드들 중에서 라우터(R)에 우선적으로 네트워크 주소를 할당한다. 코디네이터(C)에 연결되는 자식 노드들의 네트워크 깊이, d는 0이다. 이 경우 코디네이터(C)에 연결되는 자식 노드들이 가질 수 있는 주소의 부분 블록 크기, Cskip(0)은 수학식 1 및 표 1에 따라 141이 된다.
즉, 코디네이터(C)에 연결된 첫번째 자식 노드인 제1 라우터(R1)의 네트워크 주소는 수학식 2(여기서, Aparent = 0, n = 1, Cskip(0)= 141)에 의해 1이 된다. 그리고 제1 라우터(R1)가 가질 수 있는 주소의 부분 블록(161)의 크기는 141(=Cskip(0))이므로, 코디네이터(C)에 연결된 두번째 자식 노드인 제2 라우터(R2)의 네트워크 주소는 142(=1+141)가 된다. 이는 수학식 2(여기서, Aparent = 0, n = 2, Cskip(0) = 141)를 통해서도 확인할 수 있다. 그리고 코디네이터(C)에 연결된 세번째 이후 자식 노드인 엔드 디바이스들(ED0)의 네트워크 주소는 283(=142+141) 내지 300이 된다. 이는 수학식 3(여기서, Aparent = 0, Cskip(0) = 141, Rm = 2)을 통해서도 확인할 수 있다.
제1 라우터(R1) 하위에 연결된 첫번째 자식 노드인 제3 라우터(R3)의 네트워크 주소는 수학식 2(여기서, Aparent = 1, n = 1, Cskip(1)= 61)에 의해 2가 된다. 그리고 제3 라우터(R3)가 가질 수 있는 주소의 부분 블록(162)의 크기는 61(=Cskip(1))이므로, 제1 라우터(R1) 하위에 연결된 두번째 자식 노드인 제4 라우터(R4)의 네트워크 주소는 63(=2+61)이 된다. 이는 수학식 2(여기서, Aparent = 1, n = 2, Cskip(1) = 61)를 통해서도 확인할 수 있다. 그리고 제1 라우터(R1)에 연결된 세번째 이후 자식 노드인 엔드 디바이스들(ED1)의 네트워크 주소는 124(=63+61) 내지 141이 된다. 이는 수학식 3(여기서, Aparent = 1, Cskip(1) = 61, Rm = 2)을 통해서도 확인할 수 있다.
제3 라우터(R3) 하위에 연결된 첫번째 자식 노드인 제5 라우터(R5)의 네트워크 주소는 수학식 2(여기서, Aparent = 2, n = 1, Cskip(2)= 21)에 의해 3이 된다. 그리고 제5 라우터(R5)가 가질 수 있는 주소의 부분 블록(163)의 크기는 21(=Cskip(2))이므로, 제3 라우터(R3) 하위에 연결된 두번째 자식 노드인 제6 라우터(R6)의 네트워크 주소는 24(=3+21)이 된다. 이는 수학식 2(여기서, Aparent = 2, n = 2, Cskip(2) = 21)를 통해서도 확인할 수 있다. 그리고 제3 라우터(R3)에 연결된 세번째 이후 자식 노드인 엔드 디바이스들(ED2)의 네트워크 주소는 45(=24+21) 내지 62가 된다. 이는 수학식 3(여기서, Aparent = 2, Cskip(2) = 21, Rm = 2)을 통해서도 확인할 수 있다.
제5 라우터(R5) 하위에 연결된 첫번째 자식 노드인 제7 라우터(R7)의 네트워크 주소는 수학식 2(여기서, Aparent = 3, n = 1, Cskip(3)= 1)에 의해 4가 된 다. 그리고 제7 라우터(R7)가 가질 수 있는 주소의 부분 블록의 크기는 1(=Cskip(3))이므로, 제5 라우터(R5) 하위에 연결된 두번째 자식 노드인 제8 라우터(R8)의 네트워크 주소는 5(=4+1)이 된다. 이는 수학식 2(여기서, Aparent = 3, n = 2, Cskip(3) = 1)를 통해서도 확인할 수 있다. 그리고 제5 라우터(R5)에 연결된 세번째 이후 자식 노드인 엔드 디바이스들(ED3)의 네트워크 주소는 6(=5+1) 내지 23이 된다. 이는 수학식 3(여기서, Aparent = 3, Cskip(3) = 1, Rm = 2)을 통해서도 확인할 수 있다.
상술한 것과 같이 최대 자식의 개수, 네트워크 트리의 최대 깊이, 자식으로 가질 수 있는 최대 라우터의 개수가 정해지면, 하나의 지그비 네트워크(160) 내에서 코디네이터(120), 라우터(130), 엔드 디바이스(150)의 네트워크 주소는 각 지그비 장치들마다 고유하게 결정된다.
단계 605에서, 코디네이터(120)는 상술한 것과 같은 네트워크 주소 할당 방법을 이용하여 라우터(130)에 16비트의 네트워크 주소를 할당한다. 네트워크 주소의 크기가 16비트인 것으로 가정하여 설명하나, 네트워크 주소의 크기가 필요에 따라 변경 이용될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
그리고 단계 610에서, 코디네이터(120)는 라우터(130)가 설치된 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나와, 해당 라우터(130)에 할당된 네트워크 주소 간의 대응관계에 대한 정보를 위치 인식 서버(110)에 전송한다.
단계 615에서, 위치 인식 서버(110)는 코디네이터(120)로부터 수신한 라우 터(130)의 위치 및 관할 지역 중 적어도 하나와, 라우터(130)의 네트워크 주소 간의 대응관계를 위치 테이블 형태로 저장한다.
단계 620에서, 엔드 디바이스(150)가 이동 중 가장 인접한 라우터(130)(또는 최적의 통신 경로 상에 위치한 라우터(130))에 엔드 디바이스 식별 정보를 포함한 데이터를 MAC 계층 통신으로 송신한다. 여기서, MAC 계층 통신은 라우터(130)의 MAC 전송부(133)와 엔드 디바이스(150) 간에 수행된다.
단계 625에서, 엔드 디바이스 식별 정보를 수신한 라우터(130)는 실시간 전송 모드 또는 주기적 전송 모드로 설정되어, 엔드 디바이스(150)로부터 송신되는 데이터를 실시간으로 전송하거나 혹은 일정 시간 동안 저장한다. 이 경우 데이터의 저장은 MAC 전송부(133) 또는 네트워크 전송부(131) 중 적어도 하나에 구비된 저장 장치에서 수행될 수 있다.
단계 630에서, 라우터(130)의 네트워크 전송부(131)는 이동하는 엔드 디바이스(150)로부터 수신한 엔드 디바이스 식별 정보에 추가적으로 자신의 네트워크 주소(이하 '라우터 네트워크 주소'라 함)를 더 부가한 데이터를 코디네이터(120)로 전송한다.
네트워크 전송부(131)는 MAC 전송부(133)와 유선 통신을 통해 엔드 디바이스 식별 정보를 전송받는다. 일 실시예에 따르면, 일정 시간 동안의 엔드 디바이스 식별 정보의 저장이 MAC 전송부(133)에서 수행되는 경우에는 일정 시간 동안 저장된 하나 이상의 엔드 디바이스 식별 정보가 동시에 전송될 수 있다. 혹은 다른 실시예에 따르면, 일정 시간 동안의 엔드 디바이스 식별 정보의 저장이 네트워크 전 송부(131)에서 수행되는 경우에는 MAC 전송부(133)가 엔드 디바이스 식별 정보를 수신한 후 바로 네트워크 전송부(131)로 엔드 디바이스 식별 정보를 전송할 수도 있다.
단계 635에서, 코디네이터(120)는 수신한 엔드 디바이스 식별 정보 및 라우터 네트워크 주소를 위치 인식 서버(110)로 전송한다.
단계 640에서, 위치 인식 서버(110)는 단계 615에서 저장한 위치 테이블과 라우터 네트워크 주소를 이용하여 현재 엔드 디바이스(150)가 위치한 지역을 담당하는 라우터(130)의 위치 및 라우터(130)의 관할 지역 중 적어도 하나를 산출한다.
단계 645에서, 위치 인식 서버(110)는 산출된 라우터(130)의 위치 및 라우터(130)의 관할 지역 중 어느 하나를 수신한 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하는 엔드 디바이스(150)의 위치로 결정하고, 엔드 디바이스 식별 정보를 이용하여 엔드 디바이스(150)를 식별하고 앞서 라우터(130)의 위치 혹은 라우터(130)의 관할 지역과 동일하게 결정된 위치를 식별된 엔드 디바이스(150)에 매칭시켜 해당 엔드 디바이스(150)의 위치로 저장할 수 있다. 라우터(130)의 위치 및 관할 지역 중 하나를 엔드 디바이스(150)의 위치로 결정하고 매칭시켜 저장하는 것은, 본 발명에 따른 무선 개인 영역 네트워크에서는 해당 엔드 디바이스(150)에 대해서 네트워크 주소를 할당하지 않기 때문이다. 따라서, 엔드 디바이스(150)는 엔드 디바이스 식별 정보만을 전송하게 되어 위치 인식에 필요로 하는 송수신 데이터가 줄어드는 효과가 있고, 이로 인해 이동형 무선노드인 엔드 디바이스(150)는 그 활성 시간을 최소화할 수 있어 배터리로 운용하는 경우 전류 소모를 감소시킬 수 있어 저전력으로 구동시킬 수 있는 효과가 있다.
여기서, 단계 620과 단계 630은 동시에 수행될 수 있다. 이는 MAC 전송부(133)와 네트워크 전송부(131)에 할당된 무선 송수신 대역이 서로 다르기 때문이다.
엔드 디바이스(150)가 다른 지역으로 이동하게 되는 경우 이동한 후의 지역에 설치된 라우터(130)에 엔드 디바이스 식별 정보를 송신하며, 상술한 단계 620 내지 645를 반복 수행하게 된다. 위치 인식 서버(110)는 해당 엔드 디바이스(150)의 위치 정보를 반복적으로 갱신함으로써, 해당 엔드 디바이스(150)의 움직임을 변화된 위치별로 알 수 있게 된다.
또한, 위치 인식 서버(110)는 임의의 엔드 디바이스(150)의 위치 정보가 갱 신되는 경우의 시간 정보를 함께 저장하는 경우 엔드 디바이스(150)에 대해서 저장된 위치 정보를 시간대별로 구분하여 분석함으로써 해당 엔드 디바이스(150)의 이동 경로를 파악하는 것도 가능하다.
본 발명에서는 코디네이터와 위치 인식 서버는 별도로 구현된 것을 가정하여 설명하였으나, 일체로 구현되거나 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
또한, 본 발명에서 하나의 위치 인식 서버에 별도의 지그비 네트워크를 형성하고 관리하는 둘 이상의 코디네이터가 연결될 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 라우터가 데이터를 일정 기간 동안 저장한 후 전송하는 것은 엔드 디바이스의 식별 정보를 코디네이터로 전송하는 경우 이외에 코디네이터로부터 엔드 디바이스로 데이터를 전송하는 경우에도 적용 가능하다. 이 경우 코디네이터는 지그비 네트워크 상에서 해당 엔드 디바이스가 위치한 지역을 담당하는 라우터의 네트워크 주소를 이용하여 라우터로 데이터를 전송하고, 라우터는 일정 시간 동안 데이터를 저장한 후 엔드 디바이스의 식별 정보(IEEE 주소 혹은 고유 식별값)를 이용하여 해당 엔드 디바이스에 데이터를 전송한다. 이는 무선 개인 영역 네트워크에서 특정 노드의 무선 대역폭 점유 시간을 줄여주는 효과가 있다.
한편, 상술한 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매 체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 인식 시스템의 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치를 인식하는 방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 인식 시스템이 구비된 공간의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터, 라우터 및 엔드 디바이스의 계층적 네트워크 모델.
도 5는 IEEE 802.15.4에 따른 MAC 계층 및 PHY 계층의 프레임 포맷을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스의 위치 인식 방법의 순서도.
도 7은 본 발명에 따른 지그비 네트워크 하에서 네트워크 파라미터들의 정의 및 네트워크 주소 할당 기준을 나타낸 도면.

Claims (26)

  1. 이동하는 엔드 디바이스(End Device)로부터 엔드 디바이스 식별 정보를 MAC 계층 통신을 통해 수신하는 MAC 전송부와, 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 라우터 식별 정보를 지그비 네트워크 통신을 통해 송신하는 네트워크 전송부를 포함하며, 미리 지정된 위치에 설치되는 라우터(Router);
    지그비 네트워크를 구성하고 관리하며, 상기 네트워크 전송부로부터 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 수신하는 코디네이터(Coordinator); 및
    상기 코디네이터로부터 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 수신하고, 상기 라우터 식별 정보에 상응하여 상기 라우터의 위치 및 상기 라우터의 관할 지역 중 적어도 하나를 산출하고, 산출된 상기 라우터의 위치 및 상기 라우터의 관할 지역 중 어느 하나를 상기 엔드 디바이스 식별 정보에 상응하는 상기 엔드 디바이스의 위치로 결정하며, 결정된 상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 이용하여 식별되는 상기 엔드 디바이스에 매칭시켜 저장하는 위치 인식 서버를 포함하되,
    상기 MAC 전송부와 상기 네트워크 전송부는 서로 다른 무선 송수신 대역을 할당받은 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 MAC 전송부에서의 수신 동작과, 상기 네트워크 전송부에서의 송신 동작은 동시에 수행 가능한 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 MAC 전송부 및 상기 네트워크 전송부 중 적어도 하나는 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 일정 시간 동안 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 MAC 전송부와 상기 네트워크 전송부는 유선 통신을 통해 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 디바이스 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 엔드 디바이스의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값인 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 라우터 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 라우터의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값인 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코디네이터와 상기 라우터가 지그비 네트워크를 형성하고 있고,
    상기 라우터 식별 정보는 상기 지그비 네트워크 하에서 상기 코디네이터로부터 할당받은 16비트의 네트워크 주소인 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위치 인식 서버는 저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 변화 위치별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 위치 인식 서버는 상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스의 식별 정보에 상응하여 산출 시간과 함께 저장하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위치 인식 서버는 저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 시간대별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  13. 무선 개인 영역 네트워크 내에서 이동하는 엔드 디바이스(End Device)의 위치 인식 방법에 있어서,
    MAC 전송부가 상기 엔드 디바이스로부터 MAC 계층 통신을 통해 엔드 디바이스 식별 정보를 수신하는 단계-여기서, 라우터(Router)는 상기 MAC 전송부와 네트워크 전송부를 포함하며, 미리 지정된 위치에 설치된 고정형 노드임-;
    상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보룰 전송하는 단계;
    상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터의 라우터 식별 정보를 코디네이터(Coordinator)로 전송하는 단계;
    상기 코디네이터가 상기 엔드 디바이스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 위치 인식 서버로 전송하는 단계;
    상기 위치 인식 서버가 위치 테이블로부터 상기 라우터 식별 정보를 이용하여 상기 라우터의 위치 및 상기 라우터의 관할 지역 중 적어도 하나를 산출하는 단계-여기서, 상기 위치 테이블은 상기 라우터 식별 정보와, 상기 라우터의 위치 및 상기 라우터의 관할 지역 중 적어도 하나 간의 대응관계를 저장하고 있음-;
    상기 라우터의 위치 및 상기 라우터의 관할 지역 중 적어도 하나를 상기 엔드 디바이스의 위치로 결정하는 단계; 및
    상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 이용하여 식별되는 상기 엔드 디바이스에 매칭시켜 저장하는 단계를 포함하되,
    상기 MAC 전송부와 상기 네트워크 전송부는 서로 다른 무선 송수신 대역을 할당받은 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    일 엔드 디바이스로부터 상기 MAC 전송부가 수신하는 단계와, 상기 네트워크 전송부가 타 엔드 디바이스의 엔드 디비아스 식별 정보 및 상기 라우터 식별 정보를 송신하는 단계는 동시에 수행가능한 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 전송하는 단계 이전에, 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 일정 시간 동안 저장하고 있는 단계를 더 포함하는 위치 인식 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 전송하는 단계 이후에, 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 일정 시간 동안 저장하고 있는 단계를 더 포함하는 위치 인식 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 MAC 전송부가 상기 네트워크 전송부가 상기 엔드 디바이스 식별 정보를 전송하는 단계는 유선 통신을 통해 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 엔드 디바이스 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 엔드 디바이스의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값인 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 라우터 식별 정보는 IEEE 802.15.4에 따른 상기 라우터의 64비트 IEEE 주소이거나 임의로 지정된 고유 식별값인 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 코디네이터와 상기 라우터가 지그비 네트워크를 형성하고 있고,
    상기 라우터 식별 정보는 상기 지그비 네트워크 하에서 상기 코디네이터로부터 할당받은 16비트의 네트워크 주소인 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  22. 삭제
  23. 제13항에 있어서,
    저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 변화 위치별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출하는 단계를 더 포함하는 위치 인식 방법.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 엔드 디바이스의 위치를 상기 엔드 디바이스의 식별 정보에 상응하여 산출 시간과 함께 저장하는 단계를 더 포함하는 위치 인식 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    저장된 상기 엔드 디바이스의 위치를 시간대별로 분석하여 상기 엔드 디바이스의 이동 경로를 산출하는 단계를 더 포함하는 위치 인식 방법.
  26. 제13항 내지 제21항, 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 기재된 위치 인식 방법을 수행하기 위하여 컴퓨터 장치에서 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 기록되어 있으며, 상기 컴퓨터 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램이 기록된 기록매체.
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