KR101042006B1 - 단편 패킷을 송수신하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단편 패킷을 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 무선 센서 네트워크상에서 단편 헤더의 크기를 감소시키고 감소된 만큼 페이로드를 위한 공간을 확보하는 단편 패킷을 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 단편 패킷을 송수신하는 장치는 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 제 1 단편 패킷(Fragmentation Packet)의 단편 정보를 참조하여 목적지 주소 대신 라우팅 테이블의 식별자인 테이블 식별자로 구성된 헤더를 포함하는 제 2 단편 패킷을 생성하는 패킷 관리부와, 상기 제 2 단편 패킷을 송신하는 통신부를 포함한다.
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network), 센서 노드(Sensor Node), 단편 패킷(Fragmentation Packet)

Description

단편 패킷을 송수신하는 장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting/receiving fragmentation packet}
본 발명은 단편 패킷을 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 센서 네트워크상에서 단편 헤더의 크기를 감소시키고 감소된 만큼 페이로드를 위한 공간을 확보하는 단편 패킷을 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(WSN; Wireless Sensor Network)는 별도의 유선 네트워크를 구성하지 않고도 원격에서 온도, 습도, 조도, 압력 등 다양한 상태 및 환경 정보를 측정, 감지할 수 있는 무선 기술이다. 이에, 무선 센서 네트워크는 환경 상태 감시, 구조물 및 빌딩 상태 감시, 화산 활동 감시, 정밀한 식물 재배, 지역 및 시설 보안 등 사람의 접근이 어렵거나 상시적으로 측정, 감시, 제어를 필요로 하는 지역 및 대상물에 대한 정보 수집에 효과적으로 활용될 수 있다.
원격에서의 대상물 감시 및 제어를 위해서는 많은 무선 센서 노드가 일정한 영역에 분포되어 하나의 무선 네트워크를 형성하고, 그것이 기존의 PCS(Personal Communications Services), WLAN(Wireless Local Area Network) 및 DSL(Digital Subscriber Line) 등 유무선 네트워크를 통해 별도의 서버에 연결되어야 한다. 따라서, 사용자는 현장에 가지 않더라도 서버로 접속하여 해당 지역 및 대상물의 감시, 관리 등을 수행할 수 있게 된다.
무선 센서 네트워크는 센서, 데이터 프로세싱 모듈 및 무선 통신 모듈을 구비하는 센서 노드로 구성되는데, 배터리 등을 사용함에 따라 센서 노드의 사용 전원이 제한되어 있다. 따라서, 센서 노드는 그 동작 수명을 최대화하기 위하여 낮은 송신 출력에 의한 짧은 무선 반경과 에너지 효율적인 무선 프로토콜 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다.
한편, 무선 센서 네트워크와 인터넷간의 연동을 위하여 IP계층과 네트워크 계층 사이에서 6LoWPAN(IPv6-based Low-power Wireless Personal Area Networks) 프로토콜이 이용될 수 있다.
여기서, 6LoWPAN 프로토콜은 단편(fragmentation) 및 재조합(reassembly)의 기능을 제공하는데, 이는 인터넷과 무선 센서 네트워크 사이에서 데이터의 크기가 서로 상이한 패킷들을 전송하기 위해 개발된 기술로서, 송신측 노드에서는 데이터를 단편화하여 단편 패킷을 송신하고 수신측 노드에서는 단편 패킷을 재조합하여 원래의 데이터로 복원하는 기술이다.
그런데, 단편 또는 재조합이 발생함에 따라 센서 노드는 이에 대한 처리를 수행하여야 하는데, 이에 따른 전력 소모가 발생하게 된다.
따라서, 단편 또는 재조합의 발생을 감소시켜 센서 노드의 전력 소모를 감소시킬 수 있는 발명의 등장이 요구된다.
본 발명은 무선 센서 네트워크상에서 단편 헤더의 크기를 감소시키고 감소된 만큼 페이로드를 위한 공간을 확보하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 단편 패킷을 송수신하는 장치는 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 제 1 단편 패킷(Fragmentation Packet)의 단편 정보를 참조하여 목적지 주소 대신 라우팅 테이블의 식별자인 테이블 식별자로 구성된 헤더를 포함하는 제 2 단편 패킷을 생성하는 패킷 관리부와, 상기 제 2 단편 패킷을 송신하는 통신부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 단편 패킷을 송수신하는 방법은 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 제 1 단편 패킷(Fragmentation Packet)의 단편 정보를 참조하여 목적지 주소 대신 라우팅 테이블의 식별자인 테이블 식별자로 구성된 헤더를 포함하는 제 2 단편 패킷을 생성하는 단계와, 상기 제 2 단편 패킷을 송신하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 단편 패킷을 송수신하는 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 무선 센서 네트워크상에서 단편 헤더의 크기를 감소시키고 감소된 만큼 페이로드를 위한 공간을 확보함으로써 단편 횟수를 감소시키는 장점이 있다.
둘째, 단편 횟수를 감소시킴에 따라 단편 작업에 처리되는 전력 소모를 감소시키는 장점도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 나타낸 개념도이다.
기존의 인터넷망과 호환성이 뛰어난 IP(Internet Protocol) 기반의 유비쿼터스 센서 네트워크(USN; Ubiquitous Sensor Network)는 수많은 센서를 통해 환경 정보를 수집하고 센서 네트워크를 통하여 실시간 정보를 수집/관리하는 기반 기술로서 현재 유비쿼터스 도시(U-City) 등 대규모 네트워크에 적합한 기술로 주목 받고 있다.
하지만, 기존의 센서 네트워크 기술들은 개발 비용이 많이 들고 IP망과 호환성이 떨어지는 반면, IP-USN 기술 중 하나인 6LoWPAN(IPv6-based Low-power Wireless Personal Area Networks)은 기존의 IPv4(IP version 4) 및 IPv6(IP version 6)의 인프라와 상호 운용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 무선 센서 네트워크는 하드웨어적인 제한 사항이 많기 때문에 수많은 센서 노드들이 특정한 환경에 배치되어 네트워크를 효율적으로 구성하기 위해서는 적은 전력 소모와 데이터 처리량이 많지 않은 기술이 요구된다.
앞서 언급한 6LoWPAN의 특징은 IEEE 802.15.4 MAC/PHY 상에 IP 계층을 올려 센서 네트워크 환경에서 IP 패킷을 전송하고자 하는 기술로서, 기존의 IP 인프라를 재사용할 수 있다는 장점과 더불어 IPv6의 특징으로 들 수 있는 많은 수의 주소 공간, 자동 주소 할당 등의 장점도 가지고 있다. 이러한 특징들은 시스템 자원을 최소화하고 또한 동시에 많은 수의 센서 노드를 설치해야 하는 센서 네트워크 환경에 가장 적합한 기술이라 할 수 있다.
하지만, 센서 네트워크에 적합한 프로토콜임에도 불구하고 하드웨어 자원의 제한 사항들로 인하여 IP 기술과 접목하기 위해서는 아직까지 기술이 부족한 실정이다. 특히, 데이터 크기가 큰 IPv6 데이터를 센서 네트워크에서 전송하기 위해 단편화(Fragmentation) 기술이 제안되었지만, 과도한 단편 패킷 전송은 센서 노드의 에너지를 급격히 소모시키는 결과를 초래하게 된다. 단편 패킷 전송은 센서 네트워크와 IP 네트워크 사이에서 데이터 전송을 위해 반드시 제공되어야 할 기능이기 때문에 데이터 전송에 따른 에너지 소모를 최소화할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.
6LoWPAN에서 사용되는 디바이스 노드의 특징을 보면, IEEE 802.15.4에서 사용 가능한 물리계층의 패킷 크기가 최고 127바이트이지만, MAC 헤더 25바이트, 링크 계층에서 제공하는 보안(예를 들면, AES-SSM-128) 21바이트를 제외하면 결과적 으로 상위 계층에서 사용할 수 있는 패킷의 크기는 81바이트로 제한된다. 사용되는 주소 형식은 MAC 계층에서 제공되는 16비트와 64비트 주소를 사용하며, 센서 네트워크 내에서 멀티홉 전송에 사용될 수 있다. 또한, 물리적 계층 2.4GHz, 915MHz, 868MHz에 대하여 각각 250kbps, 40kbps, 20kbps의 적은 대역폭을 지원한다.
이와 같은 디바이스의 제약 사항들로 인하여 전송 속도가 느린 IEEE 802.15.4 MAC/PHY 기술을 통해 IPv6 패킷을 효율적으로 안전하게 전달하는 방안에 대하여 정의하는 것을 목표로 6LoWPAN WG(Working Group)에서 6LoWPAN이라는 표준을 진행하였다.
6LoWPAN은 IP 계층과 MAC 계층 사이에 적응 계층이라는 별개의 계층에서 동작하는 프로토콜로서 두 계층 사이간의 패킷 전달을 지원한다.
6LoWPAN의 가장 중요한 특징으로는 단편화 기법을 들 수 있다. 단편화 기법에서 사용되는 단편과 재조합은 적응 계층이 존재하는 주된 이유로서 IEEE 802.15.4 MAC/PHY에서 전송 가능한 프로토콜 데이터 단위(PDU; Protocol Data Unit)가 81바이트 정도로 작은 크기이기 때문에 IPv6의 최대 전송 크기(MTU; Maximum Transmission Unit)인 1280바이트의 데이터를 전달하기 위해 지원되는 기능이다. IPv6 프로토콜에서 패킷 단편화를 지원하지 않기 때문에 두 프로토콜 사이의 적응 계층에서 단편화와 재조합을 담당하게 된다.
두 번째 특징으로는 헤더 압축이 있다. 헤더 압축은 헤더 크기가 큰 IPv6 헤더를 압축하여 전송 가능한 페이로드 공간을 더 많이 확보하는 기술로서, 데이터가 수십 바이트에 불과하더라도 과도한 단편화와 재조립에 따른 상당한 자원의 낭비를 감소시키기 위하여 IPv6 헤더 및 다른 헤더의 압축은 필연적으로 수반되는 것이 바람직하다.
세 번째 특징으로는 주소 자동 할당이다. 이는 이동 노드 스스로가 IP 주소 생성 기능을 수행하여 주소를 할당하는 방법으로서, 노드가 동작을 시작하게 되면 MAC 계층에서 얻어온 주소를 사용하여 RFC2464에 명시된 방법에 따라 스스로 IPv6 주소의 인터페이스 식별자(Interface Identifier)를 생성하는 것이다. 이와 같은 방식을 비상태형(stateless) 자동 주소 생성 방식이라 하는데, 호스트에 대하여 작은 생성 오버헤드를 지니고 있기 때문에 LoWPAN에 적합한 특징을 가진다. 또한 프리픽스(Prefix)를 추가하면 IPv6 주소를 사용할 수 있기 때문에 외부 네트워크와 연결 시 하나의 장치를 식별하기 위한 추가적인 기능을 필요로 하지 않는다는 장점을 가지고 있다.
네 번째 특징은 LOAD 라우팅 프로토콜을 사용하는 것으로서, 이는 멀티 홉 메시 네트워크에 적합한 라우팅 기술로 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector)에 기반한 요구 기반 라우팅 프로토콜이다. 6LoWPAN에서는 IP 라우팅이 아닌 그 하위 계층인 적응 계층에서 라우팅 처리를 수행하게 된다. 적응 계층에서 라우팅을 수행하게 되면 효율적인 IPv6 헤더 압축을 제공할 뿐만 아니라 64비트 확장형 주소 또는 16비트 주소 사용이 가능하여 라우팅 테이블의 크기도 줄일 수 있다.
마지막으로, 보안이 적용 가능하다. 센서 노드가 배치되는 위치와 제한된 디스플레이, 고밀도 같은 측면에서 장치들을 안전한 네트워크 안에서 구동하기 위해서는 보안적인 요소는 필수 사항으로 지원된다.
도 1에 도시된 구성에 대하여 설명하면, 무선 센서 네트워크는 싱크 노드(130) 및 센서 노드(201, 202, 203, 204)로 구성되는데, 적어도 하나 이상의 센서 노드(201, 202, 203, 204)는 무선 센서 네트워크상의 광범위한 지역에 배포된다.
그리고, 이러한 센서 노드(201, 202, 203, 204)는 주변의 환경 정보를 수집하여 무선 통신을 통해 싱크 노드(130)로 전달하고, 싱크 노드(130)는 센서 노드들로부터 수신된 데이터를 수집하여 저장한다.
수집된 데이터는 공중 네트워크(public network)를 통하여 제어 서버(120)로 송신되는데, 사용자(110)는 자신의 단말기를 이용하여 제어 서버(120)에 접속하고, 센서 노드들(201, 202, 203, 204)에 의하여 감지된 환경 정보를 모니터링할 수 있게 된다.
한편, 수많은 수의 센서 노드(201, 202, 203, 204)가 넓은 지역에 걸쳐 분포될 수 있는데, 이에 따라 센서 노드(201, 202, 203, 204)의 배터리를 교환하는 것이 용이하지 않으므로 센서 노드(201, 202, 203, 204)의 에너지 효율을 향상시키려는 연구가 지속적으로 진행되고 있다.
센서 노드(201, 202, 203, 204)에 의한 동작 중 전력 소모가 가장 높은 비중을 차지하는 것 중 하나가 통신 동작인데, 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 센서 노드(201, 202, 203, 204)는 패킷 헤더의 크기를 감소시키고 감소된 헤더 크기만큼 페이로드의 크기를 증가시킴으로써, 단편 패킷의 생성 및 송수신을 감소시킨다.
즉, 송신하고자 하는 원본 패킷의 크기가 한번에 송신하기에 큰 경우 센서 노드(201, 202, 203, 204)는 원본 패킷을 여러 개의 단편 패킷으로 분할하여 송신하는데, 최초 원본 패킷을 송신하는 센서 노드뿐만 아니라 목적지 노드까지의 경로상에 존재하는 모든 센서 노드가 감소된 크기의 패킷 헤더 및 그만큼 증가된 크기의 페이로드를 포함하는 단편 패킷을 생성하여 송신하는 것이다.
한편, 도 1은 센서 노드(201, 202, 203, 204)가 싱크 노드(130)와 직접 통신하는 것으로 도시되어 있으나, 트리 구조로 센서 노드간의 데이터 경로가 형성될 수도 있음은 물론이다. 즉, 특정 센서 노드가 센싱 정보를 싱크 노드(130)로 전달하기 위해서는 적어도 하나 이상의 센서 노드가 센싱 정보를 전달받아 싱크 노드(130)로 전달할 수 있는 것이다.
이와 같은 구조(메시 네트워크) 상에서, 각각의 센서 노드에 의하여 생성된 센싱 정보는 상위 센서 노드로 전달되고, 상위 센서 노드는 적어도 하나 이상의 하위 센서 노드로부터 전달받은 센싱 정보를 종합하여 자신의 상위 센서 노드로 전달한다. 그리하여, 최상위 센싱 노드는 자신의 하위 계층에 있는 모든 센싱 노드로부터 센싱 정보를 수신하여 싱크 노드(130)로 전달할 수 있게 된다.
단편 패킷을 전송하는 이유는 IP 계층에서 전송하고자 하는 데이터를 패킷 크기가 작은 IEEE 802.15.4 MAC/PHY에서 전송 가능하게 하기 위함이다. 하지만, 단편 패킷 전송의 특성상 데이터 크기가 큰 하나의 IP 데이터를 전송하기 위해서 여러 번의 단편 패킷을 전송해야만 한다.
이러한 전송은 극심한 전력 소모를 가져오게 되며 노드의 수명을 단축시키는 원인이 된다. 센서 노드의 에너지 측면에서 이러한 문제점을 고려하지 않을 수는 없으며 에너지 절약적인 측면에서 패킷을 효율적으로 전송할 필요가 대두된다.
메시 네트워크의 특성상 원홉 전송보다는 멀티홉 전송이 많이 이루어지게 된다. 그러한 측면에서 볼 때, 단편 패킷의 전송은 하나의 센서 노드만이 전력을 집중 소모하는 것이 아니라 경로상의 모든 노드들이 단편 패킷 전송에 있어서 많은 전력을 소모하게 된다. 전체 네트워크 측면에서 보면, 단편 패킷 전송에 많은 에너지 소모가 발생하는 것이다.
따라서, 멀티홉 전송과 단편 패킷 전송이 동시에 이루어지는 상황에서 패킷의 단편 횟수를 최소화하여 전송 횟수를 감소시키는 것이 바람직한데, 본 발명의 실시예에 따른 센서 노드는 원본 패킷 중 첫 번째 단편 패킷의 형식은 그대로 유지하고, 두 번째 이후부터 도착된 단편 패킷들은 기 저장된 단편 정보를 이용하여 목적지까지 전달될 수 있도록 한다.
이와 같이 단편 패킷의 전송에 필요한 단편 정보를 단편 패킷에 포함시키지 않고 센서 노드가 유지함으로써, 각 단편 패킷은 단편 정보만큼의 공간을 페이로드에 할당할 수 있게 되고 단편화 횟수 및 전력 소모가 감소하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 다른 단편 패킷을 송수신하는 장치를 나타낸 블록도로서, 본 발명에서 무선 센서 네트워크상에서 단편 패킷을 송수신하는 장치(200)의 기능은 센서 노드에 의하여 수행될 수 있으므로, 이하 센서 노드라 한다.
센서 노드(200)는 패킷 관리부(210), 통신부(220), 저장부(230), 제어 부(240), 테이블 관리부(250) 및 센서부(260)를 포함하여 구성된다.
센서부(260)는 주변 환경을 감지하는 역할을 수행한다. 여기서, 감지 대상인 주변 환경으로는 온도, 습도, 조도, 압력, 산소량, 가스량 및 잔여 배터리량 등이 포함될 수 있는데 이를 위하여 센서부(260)는 적어도 하나 이상의 센서를 구비할 수 있다. 즉, 각각의 센서는 서로 다른 주변 환경을 감지할 수 있는 것으로서 예를 들어, 센서부(260)가 제 1 센서 및 제 2 센서로 구성되어 있는 경우, 제 1 센서는 온도를 감지하고 제 2 센서는 산소량을 감지할 수 있는 것이다.
패킷 관리부(210)는 단편 패킷을 생성하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 센서부(260)에 의한 감지에 따라 센싱 정보가 발생하는 경우 이에 대한 원본 패킷은 단편화되어 송신되는데, 패킷 관리부(210)가 이러한 단편 패킷을 생성하는 것이다.
센싱 정보를 송신하고자 하는 송신측의 적응 계층에서는 IP 계층으로부터 데이터를 받기 전까지 대기 상태로 존재하다가, 만일 IP 계층으로부터 IEEE 802.15.4 MAC/PHY에서 전송 가능한 페이로드 공간 보다 큰 데이터를 받게 되면, 적응 계층은 IP 데이터에 대한 단편화 작업을 수행하게 된다.
그리고, 페이로드 크기에 맞게 단편된 패킷은 MAC 계층으로 전달되며, 단편된 패킷을 모두 전송할 때까지 작업을 수행한다.
따라서, 패킷 관리부(210)는 센서 노드(200)의 적응 계층에 존재하는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 단편 패킷을 수신하는 수신측의 적응 계층은 MAC 계층에서 패킷을 수신할 때까지 대기 상태로 존재하다가, 만일 수신된 패킷이 단편 패킷인 경우 재조 합 과정을 수행하는데, 본 발명에서는 패킷 관리부(210)가 재조합을 수행할 수 있다.
여기서, 수신된 패킷이 단편 패킷인지 여부는 전달된 패킷에 포함된 단편 디스패치(Fragmentation Dispatch)와 데이터그램 태그(Datagram Tag) 필드를 통하여 확인될 수 있다.
수신측 적응 계층에서 단편 패킷을 받게 되면 재조합 타이머가 동작을 하게 된다. 정해진 시간 내에 재조합을 수행하게 되면 완성된 IP 데이터를 IP 계층에 전달하게 된다. 그러나, 만일 정해진 시간 내에 재조합을 수행하지 못하게 되면 해당 단편 패킷에 대한 재조합이 실패로 간주되어 재조합 과정이 종료되고 단편 패킷들은 폐기된다.
단편 패킷의 재조합에는 데이터그램 크기 필드와 데이터그램 오프셋(Datagram Offset) 필드가 이용될 수 있는데, 여기서 데이터그램 크기 필드는 단편이 이루어지기 전의 전체 패킷의 크기 즉 원본 패킷의 크기를 나타내는 필드로서 전체 재조합된 IP 데이터의 크기를 알 수 있게 된다. 또한, 데이터그램 오프셋 필드가 가리키는 순서에 따라 적절한 위치에 단편된 패킷들을 배치함으로써 단편된 패킷의 순서를 보장받게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 단편 패킷은 크게 두 가지로 구분될 수 있다. 즉, 원본 패킷에 대하여 최초로 송수신되는 단편 패킷인 첫 번째 단편 패킷과 그 외의 단편 패킷이 그것이다.
여기서, 첫 번째 단편 패킷은 종래의 형태를 그대로 유지하는데, 이에 따라 패킷 관리부(210)는 종래의 형태대로 첫 번째 단편 패킷을 생성한다.
도 3은 원본 패킷에 대하여 최초로 송신되는 종래의 첫 번째 단편 패킷의 헤더를 나타낸 도면으로서, 첫 번째 단편 패킷(이하, 제 1 단편 패킷이라 한다)의 헤더(300)는 디스패치(310), 데이터그램 크기(320) 및 데이터그램 태그(330)를 포함하여 구성된다.
여기서, 디스패치(310)의 상위 5비트는 11000으로 표시되는데, 이는 해당 단편 패킷이 제 1 단편 패킷임을 나타낸다. 이에 반하여, 이후의 단편 패킷(이하, 제 2 단편 패킷이라 한다)에 포함된 디스패치의 상위 5비트는 11100으로 표시되는데, 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 패킷 관리부(210)는 제 2 단편 패킷을 생성한다. 즉, 패킷 관리부(210)는 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 제 1 단편 패킷의 단편 정보를 참조하여 목적지 주소 대신 라우팅 테이블의 식별자인 테이블 식별자로 구성된 헤더를 포함하는 제 2 단편 패킷을 생성하는 것으로서, 도 4는 제 1 단편 패킷 이후에 송신되는 제 2 단편 패킷의 헤더(400)를 나타내고 있다.
제 2 단편 패킷의 헤더(400)는 멀티홉 전송에 사용되는 메시 헤더와 단편화 헤더를 동시에 식별할 수 있도록 구성된다. 즉, 제 2 단편 패킷의 헤더(400)는 제 2 단편 패킷이 전달되는 경로상의 라우팅 정보가 저장된 테이블을 나타내는 테이블 식별자(420), 제 2 단편 패킷이 단편 패킷임을 나타내는 디스패치(410), 제 2 단편 패킷과 다른 단편 패킷간의 관계를 나타내기 위한 데이터그램 태그(430) 및 원본 패킷상에서 제 2 단편 패킷의 순서를 나타내는 데이터그램 오프셋(440)을 포함하여 구성되는 것이다.
여기서, 디스패치(410)는 제 2 단편 패킷이 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 단편 패킷 즉, 제 1 단편 패킷이 아님을 나타내는 비트(411), 제 2 단편 패킷이 멀티홉 전송인지 여부를 나타내는 비트(412) 및 목적지 주소의 크기를 나타내는 비트(413)를 포함하여 구성된다.
종래의 메시 헤더의 크기를 보면 16비트 주소를 사용하는 경우 5바이트의 헤더, 64비트 주소를 사용하는 경우 17바이트 크기의 헤더를 가지고, 이에 단편화 헤더를 더하면 최소한 10바이트에서 22바이트의 크기를 가지게 된다.
한편, 도 4와 같이 단편 패킷의 헤더(400)를 구성하게 되면 5바이트만의 공간이 필요하게 되며, 이에 따라 페이로드 공간을 더욱 많이 확보할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 패킷 관리부(210)는 라우팅 테이블의 식별자인 테이블 식별자로 구성된 헤더(400)를 포함하는 제 2 단편 패킷을 생성하는데, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 테이블을 나타내고 있다.
라우팅 테이블(500)은 테이블 식별자(510), 목적지 주소(520), 목적지로 향하는 경로상의 다음 노드의 주소인 다음 홉 주소(530), 경로 상태(540) 및 경로의 유효 시간(550) 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 유효 시간(550)은 해당 경로가 삭제되거나 만료되기까지의 시간으로 이해될 수 있다.
또한, 패킷 관리부(210)는 제 1 단편 패킷에 포함된 정보 중 일부로 구성된 단편 테이블을 참조하여 제 2 단편 패킷을 생성하는데, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단편 테이블을 나타내고 있다.
단편 테이블(600)은 테이블 식별자(610), 원본 패킷의 크기인 데이터그램 크 기(620), 제 2 단편 패킷과 다른 단편 패킷간의 관계를 나타내기 위한 데이터그램 태그(630), 원본 패킷에 대한 단편 패킷의 개수인 데이터그램 개수(640) 및 단편 테이블(600)의 유효 시간(650) 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 데이터그램 개수(640)는 데이터그램의 크기를 페이로드 크기로 나눈 값으로 이해될 수 있으며, 유효 시간(650)은 단편 테이블(600)이 삭제되거나 만료되기까지의 유효 시간으로 이해될 수 있다.
이와 같은 라우팅 테이블(500) 및 단편 테이블(600)은 테이블 관리부(250)에 의하여 유지/관리될 수 있다.
즉, 제 1 단편 패킷이 수신되는 경우, 테이블 관리부(250)는 제 1 단편 패킷에 포함된 단편 정보를 추출하여 라우팅 테이블(500) 및 단편 테이블(600)을 생성하고 갱신하는 것이다.
종래의 방식에 따라 멀티홉 전송을 위해서는 출발지 노드의 주소와 목적지 노드의 주소를 단편 패킷에 모두 포함시켜야만 패킷 전송이 가능하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 센서 노드(200)는 라우팅 테이블(500) 및 단편 테이블(600)을 직접 유지하고 테이블 식별자를 이용하므로 출발지 노드의 주소와 목적지 노드의 주소를 단편 패킷에 포함시키지 않을 수 있게 된다.
단편 테이블(600)에 포함된 데이터그램 크기는 목적지 노드만 유지하고 있을 수 있는데, 이는 재조합된 크기를 확인하기 위하여 이용될 수 있다. 여기서, 단편 패킷의 재조합은 패킷 관리부(210)에 의하여 수행될 수 있다.
또한, 데이터그램 개수는 전체 단편 패킷의 개수를 나타내는데, 전송 시마다 1만큼 감소하여 그 값이 0이 되면 단편 테이블(600)은 삭제된다. 이 때, 단편 테이블(600)의 유효 시간을 단편 처리 수행 시간과 동일하게 설정함으로써 단편 테이블(600)의 지속성을 방지할 수 있다.
통신부(220)는 단편 패킷을 송신하고 수신하는 역할을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 센서 노드(200)는 센서 정보의 발생에 따라 단편 패킷을 생성하는 센서 노드일 수 있는 반면, 단순히 싱크 노드(130)로 단편 패킷을 전달하는 역할을 수행할 수도 있다.
이에 따라, 통신부(220)는 하위 계층의 센서 노드로부터 단편 패킷을 수신하고, 패킷 관리부(210)에 의하여 생성된 단편 패킷을 상위 계층의 센서 노드로 송신하는 역할을 수행할 수 있는 것이다.
저장부(230)는 라우팅 테이블(500) 및 단편 테이블(600)을 저장하는 역할을 수행하며, 수신된 단편 패킷을 임시로 저장하는 역할을 수행할 수 있다.
제어부(240)는 패킷 관리부(210), 통신부(220), 저장부(230), 테이블 관리부(250) 및 센서부(260)에 대한 전반적인 제어를 수행하며, 각 모듈간의 데이터 전달을 관리하는 역할을 수행한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 라우트 응답 패킷을 나타낸 도면이다.
기존의 라우트 응답 패킷은 경로 설정 과정 중에 목적지 노드에 의해 선택된 경로로 응답을 주는 용도로만 사용되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 라우트 응답 패킷(700)에는 테이블 식별자(710)가 포함되어 단편 테이블(600)의 생성에 이용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 센싱 정보가 발생된 센서 노드에 의한 단편 패킷의 송신 과정을 나타낸 흐름도이다.
센싱 정보가 발생(S810)함에 따라 특정 센서 노드에서 전송할 데이터가 존재하면 패킷 전송에 앞서 라우팅 테이블(500)을 참조하여 목적지로 향하는 경로 정보를 획득하는 절차를 거치게 된다. 단편 패킷뿐만 아니라 다른 종류의 패킷을 전송하더라도 라우팅 테이블(500)의 정보를 필요로 하게 되는데, 센서 노드(200)는 라우팅 정보의 존재를 확인하여(S820) 라우팅 테이블(500)에 필요한 정보가 없는 경우, 센서 노드는 라우팅 과정을 수행할 수도 있다(S830).
한편, 송신측 센서 노드에서 목적지 센서 노드로 향하는 경로 정보가 라우팅 테이블(500)에 존재하면, 우선 제 1 단편 패킷을 송신한다(S840). 전술한 바와 같이, 제 1 단편 패킷의 형식과 기능은 종래와 변함이 없다.
이후, 제 2 단편 패킷을 송신할 때에는 테이블 식별자와 데이터그램 태그를 이용하여 패킷을 전송하게 된다(S850). 여기서, 이미 한번의 단편 패킷 전송이 수행되었기 때문에 데이터그램 오프셋은 1 증가한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 센싱 정보를 중계하는 센서 노드에 의한 단편 패킷의 송수신 과정을 나타낸 흐름도이다.
제 1 단편 패킷을 수신(S910)한 센서 노드(200)는 라우팅 테이블(500)의 테이블 식별자와 동일한 번호로 단편 테이블(600)을 생성한다(S920). 출발지 노드에서 목적지 노드로 향하는 경로상의 모든 센서 노드(200)들이 유지하고 있는 라우팅 테이블(500)에는 동일한 테이블 식별자가 명시되어 있는데, 이는 라우팅 처리 시에 라우트 응답 패킷에 의해 이미 확인된 값이다.
단편 테이블(600)에 추가되는 정보(단편 정보)는 제 1 단편 패킷에 포함된 정보들을 테이블에 기록한 것이다.
그리고, 제 2 단편 패킷을 수신하면(S930) 센서 노드(200)는 수신된 제 2 단편 패킷 헤더에 포함된 테이블 식별자를 참조하여 라우팅 테이블(500)을 검색한다(S940).
이 때, 라우팅 테이블(500)에 기록되어 있는 목적지 노드의 주소가 자신의 주소와 일치하는지를 확인하여(S950), 목적지 노드의 주소가 자신의 주소와 일치하면 목적지에 도착한 것으로 판단하고, 단편 패킷에 대한 재조합을 수행한다(S970).
여기서, 단편 패킷 재조합 시에는 단편 테이블(600)의 데이터그램 크기와 데이터그램 오프셋을 참조할 수 있다.
한편, 라우팅 테이블(500)에 기록되어 있는 목적지 노드의 주소가 자신의 주소와 일치하지 않는 경우, 센서 노드(200)는 라우팅 테이블(500)의 다음 노드 주소를 확인한 후 해당 주소로 단편 패킷을 송신한다(S960).
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 다른 단편 패킷을 송수신하는 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 원본 패킷에 대하여 최초로 송신되는 종래의 첫 번째 단편 패킷의 헤더를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 첫 번째 단편 패킷 이후에 송신되는 본 발명의 실시예에 따른 단편 패킷의 헤더를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 라우팅 테이블을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단편 테이블을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 라우트 응답 패킷을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 센싱 정보가 발생된 센서 노드에 의한 단편 패킷의 송신 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 센싱 정보를 중계하는 센서 노드에 의한 단편 패킷의 송수신 과정을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
210 : 패킷 관리부 220 : 통신부
230 : 저장부 240 : 제어부
250 : 테이블 관리부 260 : 센서부

Claims (10)

  1. 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 제 1 단편 패킷(Fragmentation Packet)의 단편 정보를 참조하여 목적지 주소 대신 라우팅 테이블의 식별자인 테이블 식별자로 구성된 헤더를 포함하는 제 2 단편 패킷을 생성하는 패킷 관리부;
    상기 제 2 단편 패킷을 송신하는 통신부를 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 단편 패킷의 헤더는 상기 제 2 단편 패킷이 전달되는 경로상의 라우팅 정보가 저장된 테이블을 나타내는 상기 테이블 식별자;
    상기 제 2 단편 패킷이 단편된 패킷임을 나타내는 디스패치;
    상기 제 2 단편 패킷과 다른 단편 패킷간의 관계를 나타내기 위한 데이터그램 태그; 및
    상기 원본 패킷상에서 상기 제 2 단편 패킷의 순서를 나타내는 데이터그램 오프셋을 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 디스패치는 상기 제 2 단편 패킷이 상기 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 단편 패킷이 아님을 나타내는 비트;
    상기 제 2 단편 패킷이 멀티홉 전송인지 여부를 나타내는 비트; 및
    상기 목적지 주소의 크기를 나타내는 비트를 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은 상기 테이블 식별자, 상기 목적지 주소, 상기 목적지로 향하는 경로상의 다음 노드의 주소인 다음 홉 주소, 경로 상태 및 경로의 유효 시간 중 적어도 하나를 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 패킷 관리부는 상기 제 1 단편 패킷에 포함된 정보 중 일부로 구성된 단편 테이블을 참조하여 상기 제 2 단편 패킷을 생성하는데,
    상기 단편 테이블은 상기 테이블 식별자;
    상기 원본 패킷의 크기인 데이터그램 크기;
    상기 제 2 단편 패킷과 다른 단편 패킷간의 관계를 나타내기 위한 데이터그램 태그;
    상기 원본 패킷에 대한 단편 패킷의 개수인 데이터그램 개수; 및
    상기 단편 테이블의 유효 시간 중 적어도 하나를 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 장치.
  6. 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 제 1 단편 패킷(Fragmentation Packet)의 단편 정보를 참조하여 목적지 주소 대신 라우팅 테이블의 식별자인 테이블 식별자로 구성된 헤더를 포함하는 제 2 단편 패킷을 생성하는 단계;
    상기 제 2 단편 패킷을 송신하는 단계를 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 단편 패킷의 헤더는 상기 제 2 단편 패킷이 전달되는 경로상의 라우팅 정보가 저장된 테이블을 나타내는 상기 테이블 식별자;
    상기 제 2 단편 패킷이 단편된 패킷임을 나타내는 디스패치;
    상기 제 2 단편 패킷과 다른 단편 패킷간의 관계를 나타내기 위한 데이터그램 태그; 및
    상기 원본 패킷상에서 상기 제 2 단편 패킷의 순서를 나타내는 데이터그램 오프셋을 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 디스패치는 상기 제 2 단편 패킷이 상기 원본 패킷에 대하여 최초로 수신된 단편 패킷이 아님을 나타내는 비트;
    상기 제 2 단편 패킷이 멀티홉 전송인지 여부를 나타내는 비트; 및
    상기 목적지 주소의 크기를 나타내는 비트를 포함하는 단편 패킷을 송수신하 는 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은 상기 테이블 식별자, 상기 목적지 주소, 상기 목적지로 향하는 경로상의 다음 노드의 주소인 다음 홉 주소, 경로 상태 및 경로의 유효 시간 중 적어도 하나를 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 단편 패킷을 생성하는 단계는 상기 제 1 단편 패킷에 포함된 정보 중 일부로 구성된 단편 테이블을 참조하여 상기 제 2 단편 패킷을 생성하는 단계를 포함하는데,
    상기 단편 테이블은 상기 테이블 식별자;
    상기 원본 패킷의 크기인 데이터그램 크기;
    상기 제 2 단편 패킷과 다른 단편 패킷간의 관계를 나타내기 위한 데이터그램 태그;
    상기 원본 패킷에 대한 단편 패킷의 개수인 데이터그램 개수; 및
    상기 단편 테이블의 유효 시간 중 적어도 하나를 포함하는 단편 패킷을 송수신하는 방법.
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