KR101056834B1 - 근거리 무선 네트워크와 그 네트워크에서의 메시지 전송방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지그비 네트워크(ZigBee network)에 관한 것으로서, 이동성을 가진 엔드 디바이스(end-device)가 지그비 네트워크에 접속(join)하지 않고 이웃 라우터(ZigBee Router)들에게 제한적인 브로드캐스트(Broadcast)를 수행함으로써, 보다 빠르게, 보다 안정적으로 데이터 전송을 수행하는 방법이다. 본 발명에서는 이동성을 가진 엔드 디바이스의 경우 네트워크 접속 절차를 수행하지 않고 데이터를 전송하고자 하는 네트워크의 PAN ID만을 획득한 후 제한적인 브로드캐스트를 이용하여 메시지를 전송하여, 주위 라우터들이 목표 노드에게 대신 전송하게 함으로써 보다 빠르고 안정적인 메시지 전송이 이루어지도록 하는 방법을 제안한다.

지그비(ZigBee), 무선(Wireless), 대리노드.

Description

근거리 무선 네트워크와 그 네트워크에서의 메시지 전송방법{ZIGBEE NETWORK SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING A MESSAGE IN THE NETWORK}

본 발명은 지그비(Zigbee)와 같은 근거리 무선 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동성을 가진 엔드 디바이스의 고속 데이터 전송을 위한 근거리 무선 네트워크와 그 네트워크에서의 메시지 전송방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-053-01, 과제명: QoS 및 확장성지원(S-MoRe) 센서네트워크 고도화 기술개발(표준화연계)].

지그비(Zigbee)와 같은 근거리 무선 네트워크에서 이동성을 가진 엔드 디바이스(end device)가 데이터 전송을 원할 경우 우선적으로 근거리 무선 네트워크에 접속하는 절차가 필요하며, 엔드 디바이스는 근거리 무선 네트워크에 접속 후 부모 노드를 통해 데이터 전송을 수행한다.

도 1은 일반적인 지그비 무선 네트워크 접속절차를 도시한 것이다. 참고적으로 일반적인 지그비 무선 네트워크는 넌비컨모드(Non-beacon enabled mode)에서 동작하며, 넌비컨모드에서 지그비 무선 네트워크에 접속하기 위해서는 도 1과 같은 액티브 스캔(Active Scan) 방식을 사용한다.

우선 접속을 원하는 노드(지그비 엔드 디바이스)는 비컨 요청을 전송(S1단계)한 후, 일정 기간동안 비컨을 수신(S2단계)한다. 수신된 비컨 중 하나를 선택하여 해당 노드에게 접속 요청(join request) 메시지를 전송(S3단계)한다. 해당 메시지에 대한 MAC 레이어의 Ack가 있을 경우, 해당 노드에게 다시 데이터 요청(data request)을 수행(S4단계)한다. 해당 라우터 노드(ZR, ZigBee Router)는 데이터 요청 메시지를 수신하면 접속 확인(join response) 메시지를 전송(S5단계)한다.

이상과 같은 일련의 액티브 스캔 방식에서 이동성이 있는 엔드 디바이스의 이동으로 인해 어느 하나의 메시지 전송이 실패하면 접속 절차를 다시 시작해야 한다. 예를 들어 도 2는 조인 절차 수행중 노드의 이동으로 인해 조인 절차가 실패한 경우를 예시한 것이고, 도 3은 접속에는 성공했지만 노드의 이동으로 인해 데이터 전송에 실패하고 재접속 절차가 수행되는 경우를 예시한 것이다.

예시한 바와 같이 액티브 스캔중 이동노드의 이동 혹은 주위 환경 변화로 인해 엔드 디바이스와 특정 지그비 라우터가 재접속되어야 한다면 그 만큼 재접속으로 인한 데이터 지연과 네트워크 트래픽(traffic)이 증가하는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이동성을 가진 엔드 디바이스들이 근거리 무선 네트워크의 접속 절차 없이도 소망하는 메시지를 목표 노드로 고속 전송할 수 있는 근거리 무선 네트워크와 그 네트워크에서의 메시지 전송방법을 제공함에 있다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 근거리 무선 네트워크를 구성하는 라우터 노드들이 이동 노드를 대리하여 이동 노드의 메시지를 전송할 수 있는 근거리 무선 네트워크와 그 네트워크에서의 메시지 전송방법을 제공함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 일실시예에 따른 근거리 무선 네트워크는,

근거리 무선 네트워크와의 접속 절차 없이 목표 노드의 어드레스정보 삽입된 메시지를 브로드캐스트하기 위한 이동성 엔드 디바이스와;

상기 브로드캐스트 메시지 수신에 응답하여 대리노드 알림 메시지를 전파하고, 상기 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드로 수신 메시지를 유니캐스트하기 위한 대리노드들;을 포함함을 특징으로 하며,

상기 이동성 엔드 디바이스는 자신의 IEEE 주소를 소스 어드레스로 설정하여 메시지 브로드캐스트함을 부가적인 특징으로 한다.

더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 근거리 무선 네트워크의 이동성 엔드 디 바이스는 비콘 요청에 응답하여 수신된 비콘으로부터 근거리 무선 네트워크 정보를 추출하고, 그 무선 네트워크 정보, 목표 노드의 어드레스 정보 및 소스 어드레스로써 자신의 IEEE 주소 삽입된 메시지를 브로드캐스트함을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 일실시예에 따른 근거리 무선 네트워크를 구성하는 라우터들과 메시지 송수신 가능한 이동성 엔드 디바이스의 메시지 전송방법은,

비콘 요청메시지를 전송하는 단계와;

비콘 수신여부를 체크하는 단계와;

수신된 비콘으로부터 근거리 무선 네트워크 정보를 추출하는 단계와;

추출된 근거리 무선 네트워크 정보, 목표 노드의 어드레스 정보 및 소스 어드레스 정보 삽입된 메시지를 브로드캐스트하는 단계;를 포함함을 특징으로 하며,

상기 소스 어드레스 정보는 이동성 엔드 디바이스의 IEEE 주소임을 부가적인 특징으로 한다.

또 다른 실시예로서 근거리 무선 네트워크를 구성하는 라우터의 메시지 전송방법은,

임의의 이동성 엔드 디바이스로부터 브로드캐스트 메시지를 수신하는 단계와;

수신된 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드의 어드레스가 라우팅 테이블에 존재하는가를 검색하는 단계와;

상기 검색결과에 따라 대리노드 알림 메시지를 브로드캐스트하는 단계와;

주위 노드로부터 대리노드 알림 메시지 수신이 없으면 상기 브로드캐스트 메 시지에 포함된 목표 노드로 수신 메시지를 유니캐스트하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 이동성을 가진 엔드 디바이스가 네트워크 접속 절차를 거치지 않고 목표 노드로 전송할 메시지를 브로드캐스트하고, 대리노드에 해당하는 라우터가 브로드캐스트 전파된 메시지를 수신하여 목표 노드로 전달함으로써, 보다 빠르고 안정적인 데이터 통신을 수행할 수 있는 이점이 있다.

더 나아가 본 발명은 이동성 엔드 디바이스가 네트워크 접속 절차를 수행하지 않고서도 원하는 데이터를 목표노드로 전파할 수 있는 효과를 얻을 수 있기 때문에, 재접속으로 인한 데이터 지연과 네트워크 트래픽(traffic)이 증가하는 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 참고적으로 하기 설명에서는 근거리 무선 네트워크의 일예로 도 4에 도시한 바 와 같이 지그비(ZigBee) 무선 네트워크를 가정하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

우선 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근거리 무선 네트워크 구성예시도로서, 보다 구체적으로는 지그비 무선 네트워크 구성 예시도이다. 도 4에 도시한 바와 같이 지그비 무선 네트워크는 이동노드에 해당하는 이동성을 가진 지그비 엔드 디바이스와, 대리노드에 해당하는 다수의 지그비 라우터들을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따라 상기 이동성 엔드 디바이스는 근거리 무선 네트워크의 일구성 요소인 라우터와의 일반적인 접속절차 없이 목표 노드의 어드레스정보 삽입된 메시지를 브로드캐스트하며, 대리노드에 해당하는 특정 지그비 라우터는 상기 브로드캐스트 메시지 수신에 응답하여 대리노드 알림 메시지를 전파하고, 상기 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드로 수신 메시지를 유니캐스트(unicast)한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 지그비 무선 네트워크를 구성하는 이동성 엔드 디바이스는 네트워크 접속 절차를 거치지 않고 목표 노드로 전송할 메시지를 브로드캐스트하고, 대리노드에 해당하는 라우터는 브로드캐스트 전파된 메시지를 수신하여 목표 노드로 전달함으로써, 보다 빠르고 안정적인 데이터 통신을 수행할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명의 기술적 특징을 첨부 도면 도 5와 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동성 엔드 디바이스의 메시지 전송 절차 흐름도를 도시한 것이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지그비 라우터의 메시지 전송 절차 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브로드캐스트 메시지를 수신한 지그비 라우터 노드들의 라우팅 알림을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그비 라우터 대리노드의 알림 메시지 전달을 나타낸 도면이다.

우선 도 5를 참조하면, 이동성을 가진 지그비 엔드 디바이스는 본 발명의 구현을 위해 초기 1번의 비콘 요청메시지를 전송(S10단계)한후 비콘 수신여부를 체크한다. 첫 번째 비콘이 수신(S11단계)되면, 지그비 엔드 디바이스는 수신된 비콘으로부터 지그비 네트워크의 PAN ID와 같은 무선 네트워크 정보를 추출하고, 전송할 메시지의 페이로드 구간 첫 부분에 실제 목표 노드의 어드레스 정보(Dst Address)(예를 들면, 목표 노드가 지그비 코디네이터(ZC, ZigBee Coordinator)인 경우 short address 0x00 )를 삽입(S12단계)한다. 그리고 지그비 엔드 디바이스는 S13단계로 진행하여 소스 어드레스(Src Address)에 엔드 디바이스의 64비트 IEEE 주소를 삽입하여 상기 추출된 근거리 무선 네트워크 정보, 목표 노드의 어드레스 정보 삽입된 메시지를 브로드캐스트한다. 단, 전송 패킷의 목표 주소(Dst Addr)는 0xFF가 아닌 reserved 주소 중 하나(ex. 0xFE, 0xFD, 0xFC, …)를 사용하며, 브로드캐스트 범위(broadcast radius)는 1로 한정한다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이동성 엔드 디바이스는 네트워크 접속 절차를 거치지 않고 목표 노드로 전송할 메시지를 브로드캐스트함으로써, 보다 빠르고 안정적인 데이터 통신을 수행할 수 있는 초석을 마련할 수 있다.

이하 상기 브로캐스트된 메시지를 수신하여 처리하는 대리노드의 동작을 도 6을 참조하여 설명하면,

우선 대리노드가 될 수 있는 지그비 라우터 노드들은 임의의 이동성 엔드 디바이스로부터 브로드캐스트 메시지가 수신되는가를 체크(S20단계)한다. 체크결과 브로드캐스트 메시지의 수신이 있으면, 수신된 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드의 어드레스(Dst Addr)가 라우팅 테이블에 존재하는가를 검색(S21단계)한다. 검색결과 추출된 목표 노드의 어드레스가 라우팅 테이블에 존재하면, 지그비 라우터는 대리노드 알림 메시지(routing announcement)를 도 7에 도시한 바와 같이 브로드캐스트(S22단계)한다. 이때 대리노드 알림 메시지는 해당 이동노드의 IEEE 주소와 목표 주소, 그리고 자신의 라우팅 테이블에 목표 주소가 있는지에 대한 여부를 명시한다. 참고적으로 상기 '대리노드 알림 메시지'는 이동노드를 대리하여 자신이 메시지를 전파할 것을 인접 라우터들에게 통지하는 메시지로 해석할 수 있다.

대리노드 알림 메시지를 전파한 지그비 라우터는 인접 노드, 즉 인접한 지그비 라우터들로부터 대리노드 알림 메시지의 수신이 있는지를 체크(S23단계)한다. 체크 결과 대리노드 알림 메시지의 수신이 없다면 자신이 대리노드가 되어 이동노드인 엔드 디바이스로부터 수신된 브로드캐스트 메시지를 목표 노드로 전달한다. 이를 위해 지그비 라우터는 S25단계로 진행하여 소스 어드레스(Src Addr)는 이동노드의 IEEE 어드레스로, 목적지 주소는 S21단계에서 추출된 목표 노드의 어드레스로 설정후 S20단계에서 수신된 메시지를 도 8에 도시한 바와 같이 목표 노드로 유니캐스트한다. 이로써 본 발명은 대리노드에 해당하는 라우터가 브로드캐스트 전파된 메시지를 수신하여 목표 노드로 전달함으로써, 보다 빠르고 안정적인 데이터 통신 을 수행할 수 있게 되는 것이다.

참고적으로 주위 노드로부터의 대리노드 알림 메시지가 수신되는 경우라면, 지그비 라우터는 라우팅 테이블을 검색하여 자신이 우위(예를 들면 목표 노드와 근접거리에 위치한 경우, 목표 노드까지 적은 홉수)에 있는 경우라면(S24단계) 대리노드로써 S25단계로 진행하여 수신 메시지를 유니캐스트한다. 그러나 만약 자신이 우위에 있지 않으면 수신 메시지를 유니캐스트하지 않고 수신 메시지를 무시한다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 지그비 라우터는 이동성을 가진 엔드 디바이스로부터 2개 이상의 데이터가 도착하면 늦게 온 메시지를 무시한다. 대리노드끼리 통신이 불가능한 경우라면 두 개 이상의 경로에서 동일한 메시지가 전송될 수 있다. 이 때, 라우팅 경로에 공통적으로 포함되는 노드는 먼저 도착한 메시지만을 목표 노드로 전송하며, 늦게 도착한 메시지는 전송하지 않는다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 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.

본 발명은 근거리 무선 네트워킹 기술분야에 이용될 수 있다.

도 1은 일반적인 지그비 네트워크에서의 접속절차 예시도.

도 2는 조인 절차 수행중 노드의 이동으로 인해 조인 절차가 실패한 경우를 예시한 도면.

도 3은 접속에는 성공했지만 노드의 이동으로 인해 데이터 전송에 실패하고 재접속 절차가 수행되는 경우를 예시한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근거리 무선 네트워크 구성 예시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동성 엔드 디바이스의 메시지 전송 절차 흐름도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지그비 라우터의 메시지 전송 절차 흐름도.

도 7은 본발명의 바람직한 실시예에 따른 브로드캐스트 메시지를 수신한 지그비 라우터 노드들의 라우팅 알림을 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그비 라우터 대리노드의 알림 메시지 전달을 나타낸 도면.

Claims (11)

1. 근거리 무선 네트워크와의 접속 절차 없이 목표 노드의 어드레스정보 삽입된 메시지를 브로드캐스트하기 위한 이동성 엔드 디바이스와;

   상기 브로드캐스트 메시지 수신에 응답하여 대리노드 알림 메시지를 전파하고, 상기 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드로 수신 메시지를 유니캐스트하기 위한 대리노드들;을 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선 네트워크.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 이동성 엔드 디바이스는 자신의 IEEE 주소를 소스 어드레스로 설정하여 메시지 브로드캐스트함을 특징으로 하는 근거리 무선 네트워크.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 이동성 엔드 디바이스는,

   비콘 요청에 응답하여 수신된 비콘으로부터 근거리 무선 네트워크 정보를 추출하고, 그 무선 네트워크 정보, 목표 노드의 어드레스 정보 및 소스 어드레스로써 자신의 IEEE 주소 삽입된 메시지를 브로드캐스트함을 특징으로 하는 근거리 무선 네트워크.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 대리노드 각각은 상기 브로드캐스트 메시지에 포함된 이동성 엔드 디바이스의 IEEE 주소를 소스 어드레스로 설정하여 수신 메시지를 유니캐스트함을 특징으로 하는 근거리 무선 네트워크.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 대리노드 각각은 임의의 대리노드로부터 대리노드 알림 메시지가 수신되면 라우팅 테이블을 비교하여 자신이 우위에 있는 경우에만 수신 메시지를 유니캐스트함을 특징으로 하는 근거리 무선 네트워크.
6. 청구항 1, 청구항 4, 청구항 5중 어느 한 항에 있어서, 상기 대리노드는 지그비 라우터임을 특징으로 하는 근거리 무선 네트워크.
7. 삭제
8. 삭제
9. 근거리 무선 네트워크를 구성하는 라우터의 메시지 전송방법에 있어서,

   임의의 이동성 엔드 디바이스로부터 브로드캐스트 메시지를 수신하는 단계와;

   수신된 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드의 어드레스가 라우팅 테이블에 존재하는가를 검색하는 단계와;

   상기 검색결과에 따라 대리노드 알림 메시지를 브로드캐스트하는 단계와;

   주위 노드로부터 대리노드 알림 메시지 수신이 없으면 상기 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드로 수신 메시지를 유니캐스트하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 라우터의 메시지 전송방법.
10. 청구항 9에 있어서, 주위 노드로부터 대리노드 알림 메시지가 수신되면 라우팅 테이블을 검색하여 대리노드 설정여부를 판단하는 단계와;

    대리노드 설정에 따라 상기 브로드캐스트 메시지에 포함된 목표 노드로 수신 메시지를 유니캐스트하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 라우터의 메시지 전송방법.
11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 유니캐스트 메시지는 소스 어드레스로써 이동성 엔드 디바이스의 IEEE 주소를 포함함을 특징으로 하는 라우터의 메시지 전송방법.

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