KR101334270B1 - Neighbor Assisted WiFi beacon detection method using ZigBee - Google Patents

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Abstract

지그비 인터페이스를 이용하여 WiFi 액세스 포인트를 발견한 모바일 장치가 주위의 다른 장치에게 WiFi 액세스 포인트의 채널 정보를 제공하여 WiFi 액세스 포인트를 발견할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 액세스 포인트 탐색 방법은, WiFi 액세스 포인트를 발견하지 못한 제1 모바일 장치가 상기 제1 모바일 장치 주위에 위치하며 상기 WiFi 액세스 포인트를 발견한 제2 모바일 장치로부터 상기 WiFi 액세스 포인트의 채널 정보를 수신하는 단계와, 상기 제1 모바일 장치가 수신한 상기 채널 정보를 이용하여 상기 WiFi 액세스 포인트를 발견하는 단계를 포함한다.Using a ZigBee interface, a mobile device that discovers a WiFi access point can provide the surrounding device with channel information of the WiFi access point to discover the WiFi access point. According to an embodiment of the present invention, a method for discovering an access point may include channel information of a WiFi access point from a second mobile device in which a first mobile device that has not found a WiFi access point is located around the first mobile device and discovers the WiFi access point. And receiving the WiFi access point using the channel information received by the first mobile device.

Description

이웃 지그비 노드의 도움을 통한 액세스 포인트 탐색 방법{Neighbor Assisted WiFi beacon detection method using ZigBee}Neighbor Assisted WiFi beacon detection method using ZigBee}

본 발명은 무선 인터넷 접속을 위한 액세스 포인트 탐색 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 저전력인 지그비(ZigBee) 인터페이스를 이용하여 효율적으로 액세스 포인트를 탐색할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for searching for an access point for a wireless Internet connection, and more particularly, to a method for efficiently searching for an access point using a low power ZigBee interface.

최근 스마트폰 및 무선 통신이 가능한 소형 모바일 장치들에 다수의 무선 인터페이스(WiFi, Bluetooth, Cellular, 지그비 등)가 장착되는 것이 일반화 되고 있으며, 이러한 환경에서 WiFi 인터페이스를 통한 무선 인터넷 접속이 큰 관심사가 되고 있다. WiFi 인터페이스를 통한 무선 인터넷 접속은 Bluetooth, 지그비 인터페이스보다 더욱 높은 처리량을 제공해 줄 뿐만 아니라 2.4 GHz 대역에 존재하는 다른 표준들과의 Cross Technology Interference에 대해서도 적은 영향을 받는 장점이 있다. Recently, many wireless interfaces (WiFi, Bluetooth, Cellular, Zigbee, etc.) are becoming common in smartphones and small mobile devices capable of wireless communication. In such an environment, wireless Internet access through the WiFi interface has become a great concern. have. Wireless Internet access via the WiFi interface provides higher throughput than the Bluetooth and Zigbee interfaces, but also has the advantage of being less affected by Cross Technology Interference with other standards in the 2.4 GHz band.

특히 최근 스마트폰의 대중화로 인하여 모바일 환경에서 무선 인터넷 접속을 제공하기 위해 더욱 많은 WiFi 기반시설이 설치되고 있다. 이를 통하여 소형 모바일 장치들을 이용하는 사용자들은 이동 중에도 WiFi 인터페이스를 이용하여 인터넷 망에 접속하고 매 순간 필요한 다양한 서비스(이메일 확인, 파일 전송, 웹 검색 등)를 제공받을 수 있다. 하지만 WiFi를 이용할 수 있는 장소가 제한적이므로 수시로 주변의 WiFi AP를 발견하는 동작을 수행하거나 현재 연결 중인 WiFi AP의 적용 반경을 벗어난 경우 새로운 WiFi AP를 발견하고 연결을 맺어야 한다. In particular, due to the popularity of smart phones, more WiFi infrastructures are being installed to provide wireless Internet access in mobile environments. Through this, users who use small mobile devices can access the Internet network using the WiFi interface and receive various services (email checking, file transfer, web search, etc.) necessary every moment. However, since there are a limited number of places where WiFi can be used, it is necessary to discover a nearby WiFi AP from time to time, or find a new WiFi AP and establish a connection when it is out of the applicable radius of the currently connected WiFi AP.

WiFi AP를 주기적으로 확인하기 위한 일반적인 방법은 WiFi 인터페이스를 이용하여 주기적으로 WiFi AP가 존재하는 채널을 탐색(Scanning)하는 것이다. 하지만 주기적인 WiFi AP 발견을 위하여 WiFi 인터페이스를 켜놓는 것은 많은 양의 에너지를 소모하는 단점이 있다. 무선 통신이 가능한 소형 모바일 장치들은 배터리로 동작하는 특성을 가지고 있으므로 처리량과 더불어 에너지 효율성을 높이는 것이 가장 중요한 과문제 중 하나이다. A general method for periodically checking a WiFi AP is to scan a channel in which the WiFi AP exists periodically by using a WiFi interface. However, turning on the WiFi interface for periodic WiFi AP discovery consumes a lot of energy. Small mobile devices capable of wireless communication have a battery-operated feature, so increasing energy efficiency and throughput is one of the most important challenges.

WiFi 네트워크 발견을 위해 WiFi 인터페이스를 Idle 상태로 두어 에너지 소모가 심해지는 문제를 해결하기 위하여 저전력 무선 통신 인터페이스를 활용하는 다양한 방법들이 제안되어왔다. 주로 WiFi 인터페이스는 실제 통신에만 사용하고 주기적인 저전력 무선 통신 인터페이스의 센싱을 통해 WiFi 인터페이스의 에너지 소모를 줄이는 기법들이다. Various methods have been proposed to utilize low-power wireless communication interface to solve the problem that energy consumption is increased by leaving the WiFi interface in the idle state to discover the WiFi network. Primarily, the WiFi interface is used only for actual communication and is a technique for reducing energy consumption of the WiFi interface by periodically sensing a low power wireless communication interface.

WiFi 인터페이스는 데이터 전송에 관한 처리량, 전송 범위, 에너지 효율성(일정량의 데이터를 전송하는데 드는 에너지의 량)은 다른 기술에 비해 높게 나타나지만 트래픽이 없는 Idle 상태, 새로운 AP를 찾는데 드는 에너지 효율성이 낮다. 이에 비해 지그비 인터페이스의 경우 Bluetooth 인터페이스보다 지원하는 데이터 전송률은 낮지만 송, 수신 및 idle 상태에서의 에너지 소모량이 더 적다. 따라서 WiFi 인터페이스를 사용하지 않고 지그비 인터페이스를 사용하여 주변에 이용가능한 WiFi AP를 찾는 것이 에너지 관점에서 더욱 효율적이다. 하지만 WiFi 인터페이스와 지그비 인터페이스는 수신 감도에 차이가 있고 서로 다른 대역폭(WiFi 20Mhz, 지그비 2 Mhz)을 이용하므로, WiFi AP를 지그비 인터페이스로 발견하는데 문제를 야기시킬 수 있다.The WiFi interface shows higher throughput, transmission range, and energy efficiency (the amount of energy required to transmit a certain amount of data) for data transmission, but the idle state with no traffic, and the energy efficiency of finding a new AP. In comparison, the Zigbee interface supports lower data rates than the Bluetooth interface, but consumes less energy in transmit, receive, and idle states. Therefore, it is more efficient from an energy standpoint to find a WiFi AP available around you using the Zigbee interface instead of using the WiFi interface. However, since the WiFi interface and the Zigbee interface have different reception sensitivity and use different bandwidths (WiFi 20Mhz, Zigbee 2Mhz), there may be a problem in detecting a WiFi AP as a Zigbee interface.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 본 발명에서는 저전력인 지그비 인터페이스를 이용하여 효율적으로 WiFi AP를 탐색할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above technical background, and an object of the present invention is to provide a method for efficiently searching for a WiFi AP using a low power Zigbee interface.

본 발명의 다른 과제는 WiFi와 지그비 인터페이스가 수신 감도에 차이가 있고 서로 다른 대역폭을 이용하는 것에 의하여 지그비 인터페이스가 WiFi AP를 발견할 수 없는 지역에서 이웃 지그비 노드의 도움으로 AP를 탐색할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is a method for discovering an AP with the help of a neighboring Zigbee node in an area where the Zigbee interface cannot discover the WiFi AP by using different bandwidths between the WiFi and the Zigbee interface. It is to provide.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 지그비 인터페이스를 이용하여 WiFi 액세스 포인트를 발견한 모바일 장치가 주위의 다른 장치에게 WiFi 액세스 포인트의 채널 정보를 제공하여 WiFi 액세스 포인트를 발견할 수 있도록 한다. In order to solve such a problem, the present invention enables a mobile device that discovers a WiFi access point using a Zigbee interface to discover the WiFi access point by providing channel information of the WiFi access point to other devices around it.

즉, 본 발명의 일 면에 따른 액세스 포인트 탐색 방법은, 모바일 장치가 지그비 인터페이스를 이용하여 WiFi 액세스 포인트를 탐색하는 방법으로서, WiFi 액세스 포인트를 발견하지 못한 제1 모바일 장치가 상기 제1 모바일 장치 주위에 위치하며 상기 WiFi 액세스 포인트를 발견한 제2 모바일 장치로부터 상기 WiFi 액세스 포인트의 채널 정보를 수신하는 단계와, 상기 제1 모바일 장치가 수신한 상기 채널 정보를 이용하여 상기 WiFi 액세스 포인트를 발견하는 단계를 포함한다.That is, the method for searching for an access point according to an aspect of the present invention is a method in which a mobile device searches for a WiFi access point by using a Zigbee interface, wherein a first mobile device that does not find a WiFi access point is located around the first mobile device. Receiving channel information of the WiFi access point from a second mobile device that is located at and discovers the WiFi access point, and discovering the WiFi access point using the channel information received by the first mobile device It includes.

여기에서, 상기 제2 모바일 장치는 자신이 직접 상기 WiFi 액세스 포인트를 발견한 장치인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the second mobile device is a device which has found the WiFi access point directly.

또한, 상기 채널 정보는 WiFi 전체 채널에 대하여 각 채널별로 발견, 미발견, 알수없음의 정보를 포함할 수 있다. In addition, the channel information may include information of the discovery, not found, unknown for each channel for the entire WiFi channel.

본 발명에 따르면, 전력소모가 적은 지그비 인터페이스를 활용하여 WiFi 사용 빈도가 높은 모바일 장치의 높은 에너지 효율성을 유지하면서 WiFi AP 발견 가능 지역을 확장할 수 있다. 이에 따라 협력 통신 기법을 통해 더욱 많은 클라이언트들이 WiFi AP를 효과적으로 발견 할 수 있다. According to the present invention, it is possible to expand the WiFi AP discovery area while maintaining high energy efficiency of the mobile device with high WiFi usage by utilizing the Zigbee interface with low power consumption. As a result, more clients can effectively discover WiFi APs through cooperative communication techniques.

도 1은 802.15.4와 802.11 표준의 채널 구성을 나타낸다.
도 2와 도 3은 실내 실험실 환경에서 실험용 WiFi AP를 켜지 않았을 때 클라이언트에 장착된 지그비 인터페이스로 노이즈 레벨을 측정한 결과로서, 도 2는 측정 클라이언트를 실험실 안에 두고 외부 신호들과 장애물(철문)로 단절된 상황에서 측정한 결과이며, 도 3은 측정 클라이언트를 실험실 외부에 두고 주변 간섭들에 영향을 받는 상황에서 측정한 결과이다.
도 4는 WiFi 인터페이스와 지그비 인터페이스의 수신 감도 차이를 나타내는 도면이다.
도 5는 하나의 AP가 존재하는 상황에서 모바일 장치에 장착된 지그비 인터페이스가 AP를 발견 가능한 Red Zone과 발견 불가능한 Grey Zone을 나타내는 도면이다.
도 6은 각 노드가 WiFi AP의 존재를 알려주는 협력 통신 메시지의 구성을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 AP 탐색 방법에서 1홉 이득을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 1홉 협력 통신의 이득 비율을 나타낸다.
도 9는 WiFi AP의 신호를 지그비 인터페이스로 센싱하는 결과에 따른 Grey Zone을 나타낸다.
1 shows a channel configuration of the 802.15.4 and 802.11 standards.
2 and 3 show noise levels measured by a Zigbee interface mounted on a client when the experimental WiFi AP is not turned on in an indoor lab environment. FIG. 2 shows external signals and obstacles (iron gates) with the measurement client in the laboratory. The measurement results in the disconnected situation, Figure 3 is the measurement results in a situation affected by the ambient interference with the measurement client outside the laboratory.
4 is a diagram illustrating a difference in reception sensitivity between a WiFi interface and a Zigbee interface.
FIG. 5 is a diagram illustrating a red zone in which a Zigbee interface mounted in a mobile device and a gray zone in which no AP is found when one AP exists.
6 shows a configuration of a cooperative communication message in which each node indicates the presence of a WiFi AP.
7 shows a 1-hop gain in the AP discovery method according to an embodiment of the present invention.
8 illustrates a gain ratio of one-hop cooperative communication according to an embodiment of the present invention.
9 illustrates a gray zone according to a result of sensing a signal of a WiFi AP through a Zigbee interface.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 이웃 지그비 노드의 도움을 통한 액세스 포인트 탐색 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the access point search method with the help of the neighbor Zigbee node according to an embodiment of the present invention.

지그비와 WiFi는 각각 802.15.4와 802.11 표준에서 정의되고 있다. 802.15.4와 802.11 표준은 unlicensed 2.4 Ghz 대역에서 적용되도록 제안되었으며, 802.15.4는 16개의 2 Mhz 채널을 정의하고 802.11b/g 표준은 13개의 20 Mhz 채널을 정의하고 있다. ZigBee and WiFi are defined in the 802.15.4 and 802.11 standards, respectively. The 802.15.4 and 802.11 standards are proposed to be applied in the unlicensed 2.4 Ghz band. 802.15.4 defines 16 2 Mhz channels and the 802.11b / g standard defines 13 20 Mhz channels.

도 1은 802.15.4와 802.11 표준의 채널 구성을 나타낸다. 1 shows a channel configuration of the 802.15.4 and 802.11 standards.

도 1에 나타난 바와 같이, 802.11 1개의 채널은 4개의 802.15.4 채널과 오버랩되어 있다. 따라서 802.11 한 채널에 대해 4개의 802.15.4 채널이 전송신호를 감지할 수 있는 기회를 갖는다. As shown in Figure 1, one 802.11 channel overlaps four 802.15.4 channels. Therefore, four 802.15.4 channels for one 802.11 channel have an opportunity to detect a transmission signal.

802.15.4가 적용된 대표적인 센서 노드 TelosB의 경우 매 32us마다 8 심볼(128us) 단위로 평균을 취하여 채널을 샘플링 한다. 이는 80 ~ 200 Bytes의 범위를 갖는 작은 비콘 프레임에 대해서도 여러 번 센싱할 수 있는 충분한 시간을 제공할 수 있다.In the case of typical sensor node TelosB with 802.15.4, channels are sampled by taking an average of 8 symbols (128us) every 32us. This can provide enough time for multiple sensing, even for small beacon frames in the range of 80 to 200 Bytes.

동일한 표준(802.15.4)을 따르는 무선 장치들 사이에서도 무선 인터페이스의 종류 및 안테나의 특성에 따라 다양한 수신 감도의 차이를 보일 수 있으며, 전송 노드와 수신 노드 안테나의 각도, 안테나의 형태 및 특성에 따라 10dB 이상의 신호세기 차이와 서로 다른 power spectral density(PSD)를 가질 수 있다. 또한 송, 수신 노드의 밴드 패스 필터의 차이는 수신된 신호의 세기를 더욱 감소시킬 수 있다.Even among wireless devices that follow the same standard (802.15.4), various reception sensitivity may be different according to the type of antenna and the characteristics of the antenna. It may have a signal strength difference of 10 dB or more and different power spectral density (PSD). In addition, the difference between the band pass filters of the transmitting and receiving nodes may further reduce the strength of the received signal.

WiFi AP 신호를 지그비 인터페이스로 에너지 센싱을 할 경우 상술한 바와 유사하게 수신 감도 차이가 나타날 수 있으며, RSSI 자체의 부정확성은 이러한 차이를 더욱 심화시킬 수 있다. 즉, 이로 인하여 지그비 인터페이스로 WiFi AP가 존재하는 것을 발견할 수 없는 Grey Zone이 발생하게 된다. Energy sensing of the WiFi AP signal using the Zigbee interface may result in a difference in reception sensitivity similar to the above, and the inaccuracy of the RSSI itself may further deepen the difference. That is, this causes a gray zone in which a WiFi AP cannot be found as a Zigbee interface.

이러한 Grey Zone의 존재를 실험적으로 확인하기 위하여 WiFi 인터페이스를 이용 가능한 리눅스 기반의 노트북에 TelosB 노드를 연결하여 WiFi 인터페이스와 지그비 인터페이스로 에너지 센싱을 수행하였다. In order to confirm the existence of the gray zone experimentally, the TelosB node was connected to a Linux-based laptop capable of using the WiFi interface, and energy sensing was performed using the WiFi interface and the Zigbee interface.

최근 제안된 ZiFi에서는 WiFi AP의 신호가 -90dBm보다 더 작은 경우 클라이언트와 AP간의 상호연결이 불가능하거나 통신 효율성이 높지 않다고 판단하여 Threshold를 -90dBm으로 정의하고 있다. Recently proposed ZiFi defines Threshold as -90dBm because it determines that the connection between client and AP is impossible or communication efficiency is not good when the signal of WiFi AP is smaller than -90dBm.

도 2와 도 3은 실내 실험실 환경에서 실험용 WiFi AP를 켜지 않았을 때 클라이언트에 장착된 지그비 인터페이스로 노이즈 레벨을 측정한 결과이다. 도 2는 측정 클라이언트를 실험실 안에 두고 외부 신호들과 장애물(철문)로 단절된 상황에서 측정한 결과이며, 도 3은 측정 클라이언트를 실험실 외부에 두고 주변 간섭들에 영향을 받는 상황에서 측정한 결과이다. 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 주변 환경에 따라 노이즈 레벨의 변화가 나타나는 것을 알 수 있다. 2 and 3 show the noise level measured by the Zigbee interface mounted on the client when the experimental WiFi AP is not turned on in the indoor laboratory environment. FIG. 2 is a measurement result in a situation where the measurement client is placed inside the laboratory and disconnected from external signals and obstacles (iron gate), and FIG. 3 is a measurement result in a situation where the measurement client is outside the laboratory and affected by ambient interferences. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, it can be seen that a change in the noise level occurs according to the surrounding environment.

WiFi AP 신호를 감지할 때 WiFi 인터페이스와 지그비 인터페이스를 통해 에너지 센싱된 RSSI 차이를 알아보기 위하여 여러 가지 경우에 대하여 실험해 보았다. Case 1은 실험실 외부의 장애물이 별로 없는 복도에 WiFi AP와 클라이언트를 LOS(line-of-sight)로 배치하고 두 노드간 거리를 약 63m 정도 두고 실험한 경우이며, Case 2는 다수의 장애물이 존재하는 실험실 내부에 WiFi AP와 클라이언트를 NLOS(non-line-of-sight)로 배치하고 두 노드간 거리를 약 13m 정도 두고 실험한 경우이다. Case 3은 실험실 내부에 WiFi AP를 배치하고 실험실과 약 37m 떨어진 다른 실험실 내부에 클라이언트를 배치한 경우로서, 두 노드 사이의 통신을 위해서는 견고한 철문 2개를 통과해야 한다. 본 실험에서 WiFi AP는 Linksys WRT54G AP를 802.11b 모드로 동작하도록 설정하여 WiFi 인터페이스와 지그비 인터페이스로 각각 신호세기를 측정하였다. In order to find out the difference of RSSI sensed by WiFi interface and Zigbee interface when detecting WiFi AP signal, we experimented with various cases. Case 1 is a case where a wireless AP and a client are placed as line-of-sight (LOS) in a corridor with few obstacles outside the laboratory, and the distance between the two nodes is about 63m, and Case 2 has a large number of obstacles. In this case, the WiFi AP and the client are placed as non-line-of-sight (NLOS) inside the lab, and the distance between the two nodes is about 13m. Case 3 is a case where a WiFi AP is placed inside a laboratory and a client is located inside another laboratory about 37 meters away from the laboratory, and two nodes must pass through two sturdy steel gates for communication between the two nodes. In this experiment, the WiFi AP set the Linksys WRT54G AP to operate in 802.11b mode and measured the signal strength with the WiFi interface and the Zigbee interface.

도 4는 이러한 실험 결과를 나타낸다.4 shows the results of these experiments.

도 4에 나타난 바와 같이, WiFi 인터페이스와 지그비 인터페이스의 측정 결과가 8~10 dB 정도 차이나는 것을 볼 수 있다. 즉, WiFi AP의 신호를 지그비 인터페이스가 일정 수준 이하로 낮게 측정함으로서 WiFi AP가 존재함에도 불구하고 발견할 수 없는 Grey Zone이 존재하게 된다. As shown in FIG. 4, it can be seen that the measurement results of the WiFi interface and the Zigbee interface differ by about 8 to 10 dB. In other words, by measuring the signal of the WiFi AP lower than the Zigbee interface below a certain level, there is a gray zone that cannot be found despite the presence of the WiFi AP.

지그비 인터페이스는 WiFi 인터페이스에 비해 전력소모가 적으므로, 평상시에 WiFi 인터페이스를 꺼놓고 지그비 인터페이스로 WiFi AP를 발견하는 방법을 사용하면 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, Grey Zone이 발생하게 되면 WiFi 이용 기회가 많이 줄어드는 문제가 발생하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 이와 같은 Grey Zone 현상을 해결하기 위하여 이웃 지그비 노드의 협력을 이용한다.Since the ZigBee interface consumes less power than the WiFi interface, you can significantly increase energy efficiency by turning off the WiFi interface and using the ZigBee interface to discover WiFi APs. However, as described above, when the gray zone occurs, there is a problem in that the opportunity to use WiFi is greatly reduced. In an embodiment of the present invention, coordination of neighboring Zigbee nodes is used to solve such a gray zone phenomenon.

도 5는 하나의 AP가 존재하는 상황에서 모바일 장치에 장착된 지그비 인터페이스가 AP를 발견 가능한 Red Zone과 발견 불가능한 Grey Zone을 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a red zone in which a Zigbee interface mounted in a mobile device and a gray zone in which no AP is found when one AP exists.

도 5에 나타난 바와 같이, 하나의 AP(100) 주위에 다수의 모바일 장치가 존재하며, 이 중 상대적으로 AP(100)에 가까이 위치하여 모바일 장치에 장착된 지그비 인터페이스가 AP를 발견할 수 있는 Red Zone(310)과 모바일 장치에 장착된 지그비 인터페이스가 AP를 발견할 수 없는 Grey Zone(320)이 구분되어 나타난다. As shown in FIG. 5, a plurality of mobile devices exist around one AP 100, and a Zigbee interface mounted on the mobile device relatively close to the AP 100 may discover an AP. The zone 310 and the gray zone 320 where the Zigbee interface mounted on the mobile device cannot discover the AP appear separately.

각 클라이언트들은 WiFi 인터페이스를 끄고 지그비 인터페이스를 이용하여 WiFi 1~N번 채널까지 각 채널에 근접한 지그비 채널을 통해 WiFi 채널별 AP의 존재 여부를 주기적으로 모니터링한다. 이때 최소 1개 이상의 WiFi 채널에서 AP를 직접 발견한 노드는 주변에 현재 발견 못한 노드에게 주기적으로 AP의 존재를 알려주는 Red 노드(210_1, 210_2, 210_3)가 된다. 모니터링 중인 채널에 AP가 존재하지 않는다고 판단하는 노드들은 Grey 노드(220_1, 220_2)가 되어 주변에 Red 노드(210_1, 210_2)가 있는 경우 Red 노드(210_1, 210_2)의 도움을 받아 자신이 직접 발견하지 못한 AP에 대한 채널 정보를 제공 받아 WiFi AP를 발견하게 된다. Grey 노드의 경우 Red 노드로부터 전달받은 AP의 정보를 추가적으로 다른 Grey 노드들에게 전달하게 되면 Grey Zone을 벗어나 실제 AP가 존재하지 않는 지역의 노드들에게 잘못된 정보를 전달할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 직접 AP를 발견한 Red 노드만 포워딩하는 전략을 취한다. Each client turns off the WiFi interface and periodically monitors the existence of AP for each WiFi channel through the ZigBee channel close to each channel using the Zigbee interface. At this time, a node that directly discovers an AP in at least one WiFi channel becomes a red node 210_1, 210_2, and 210_3 which periodically informs the neighboring nodes of the presence of the AP. Nodes that determine that the AP does not exist in the channel being monitored become gray nodes 220_1 and 220_2, and if there are red nodes 210_1 and 210_2 in the vicinity, they are not directly discovered by the help of the red nodes 210_1 and 210_2. Wi-Fi AP is found by receiving channel information about the failed AP. In the case of the gray node, if the AP information received from the red node is additionally delivered to other gray nodes, wrong information may be transmitted to the nodes of the region where the real AP does not exist, because the AP information may be transmitted to the other gray nodes. The strategy is to forward only the Red nodes that find the AP directly.

각 노드가 WiFi AP의 존재를 알려주는 메시지는 도 6에 나타난 바와 같이 구성된다. Each node informs the presence of the WiFi AP is configured as shown in FIG.

WiFi 전체 채널에 대하여 각 채널 별로 WiFi AP를 발견했다면 11(detected), 발견하지 못했다면 10(not detected), 아직 판단이 명확하지 않다면 00(unknown)으로 표기한다. 802.11 b/g의 경우 총 13개의 채널에 대하여 26bits의 데이터를 주기적으로 전송하게 된다.For the entire WiFi channel, if a WiFi AP is found for each channel, 11 (detected), 10 (not detected) if not found, 00 (unknown) if not yet determined. In the case of 802.11 b / g, 26 bits of data are periodically transmitted over 13 channels.

지그비 인터페이스는 칩의 특성상 송신 에너지가 수신 에너지보다 적으므로 WiFi AP의 존재 여부를 알려주는 협력 통신 메시지를 주기적으로 전송하는 것은 에너지 효율성을 감소시키지 않는다. 또한 지그비 인터페이스를 통하여 WiFi AP의 힌트 교환을 위해서는 쿼럼 기반의 모니터링 및 전송 기법을 적용한다.Since the Zigbee interface transmits less energy than the received energy due to the characteristics of the chip, periodically transmitting a cooperative communication message indicating whether a WiFi AP exists does not reduce energy efficiency. In addition, a quorum-based monitoring and transmission scheme is applied to hint exchange of WiFi APs through the Zigbee interface.

본 발명의 실시에에 따르면, WiFi AP 발견 반경을 증가시키기 위하여 지그비 인터페이스의 1 홉 협력 통신 기법을 사용한다. 이 때 1 홉 협력 통신 기법으로 얻을 수 있는 이득은 WiFi AP에 대한 Red Zone 바깥 지역부터 지그비 인터페이스의 1홉 통신 거리(TXR~TXR+TXZ) 내에 존재하는 클라이언트들 중 본 발명의 실시예에 따른 방법을 통해 WiFi AP를 발견할 수 있게 되는 노드들의 비율로 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a 1 hop cooperative communication technique of a Zigbee interface is used to increase the WiFi AP discovery radius. In this case, the gain that can be obtained by the 1-hop cooperative communication scheme is an embodiment of the present invention among the clients existing within the 1-hop communication distance (TX R to TX R + TX Z ) of the Zigbee interface from the region outside the Red Zone for the WiFi AP. It can be represented by the ratio of the nodes that can discover the WiFi AP through the method according to.

도 7에 나타난 바와 같이, TXR 에서 TXR+TXZ사이에 존재하는 클라이언트들에게 도움을 줄 수 있는 노드들의 영역을 AI로 정의할 수 있으며 이 면적은 다음의 [수학식 1]과 같이 표현된다.As shown in FIG. 7, an area of nodes that may help clients existing between TX R and TX R + TX Z may be defined as A I , and this area is represented by Equation 1 below. Is expressed.

Figure 112011102694288-pat00001
Figure 112011102694288-pat00001

해당 영역에서 노드 배치가 밀도 l의 프아송 포인트 프로세스를 따른다고 가정하면 AI 영역의 노드들이 TXR 에서 TXR+TXZ사이의 클라이언트들에게 도움을 줄 수 있는 평균 확률은 다음의 [수학식 2]와 같다. 여기서 Pr(AI)는 최소 1개 이상의 협력 노드가 AI 영역에 존재하는 확률로

Figure 112011102694288-pat00002
가 된다.Assuming that node placement in the region follows a Poisson point process of density l, the average probability that nodes in region A I can assist clients between TX R and TX R + TX Z is given by 2]. Where Pr (A I ) is the probability that at least one cooperating node exists in the region A I
Figure 112011102694288-pat00002
.

Figure 112011102694288-pat00003
Figure 112011102694288-pat00003

클라이언트의 1 홉 관점에서 존재하는 노드의 개수에 따라 TXR 에서 TXR+TXZ 사이에 특정 클라이언트가 존재할 때 도움을 받을 수 있는 노드들의 비율은 도 8에 나타나 있다. 노드가 20개 존재하는 경우에도 1 홉 협력 통신 기법을 통해 약 81%정도의 클라이언트들이 WiFi AP를 추가적으로 발견할 수 있음을 알 수 있다. The ratio of nodes that can be assisted when there is a particular client between TX R and TX R + TX Z according to the number of nodes present from the 1 hop perspective of the client is shown in FIG. 8. Even when there are 20 nodes, it can be seen that about 81% of clients can additionally discover the WiFi AP through the 1-hop cooperative communication technique.

실내 자유 공간 에서의 path-loss exponent의 경우 주변 환경에 따라 1.6~3.5 사이로 다르게 나타날 수 있다. 개방형 복도의 경우 파장 가디언스가 존재하여 작게 나타나는 성향이 있으며, 실내에 가구가 많은 경우 자유 공간 손실 이외에도 다양한 멀티패스 페이딩이 함께 발생해서 path-loss exponent가 크게 나타날 수도 있다. Path-loss exponents in indoor free spaces can vary between 1.6 and 3.5, depending on the environment. In the case of open corridors, there is a tendency to appear small due to the presence of wavelength guardian, and in the case of a large number of furniture in the room, various paths of multipath fading may occur in addition to the loss of free space, resulting in a large path-loss exponent.

이러한 환경에 대해 고려하였을 때 WiFi AP의 신호를 WiFi 인터페이스로 센싱한 결과는 자유 공간에서의 단순화된 path-loss 모델([수학식 3])을 통하여 구할 수 있다. [수학식 3]에서 K는 안테나의 특성들과 평균 채널 감쇄에 의해 결정되며, g는 Path-loss exponent, d0는 안테나 파 필드에 대한 레퍼런스 디스턴스를 의미한다. 또한, WiFi AP의 신호를 지그비 인터페이스로 센싱하는 결과는 실험에 의해서 얻어진 수신 감도의 오차가 추가적으로 고려되어 도 9와 같이 나타난다. Considering this environment, the result of sensing the signal of the WiFi AP through the WiFi interface can be obtained through a simplified path-loss model (Equation 3) in the free space. In Equation 3, K is determined by the characteristics of the antenna and the average channel attenuation, g is a path-loss exponent, and d 0 is a reference distance to the antenna wave field. In addition, the result of sensing the signal of the WiFi AP to the Zigbee interface is shown as shown in Figure 9 in consideration of the error in the reception sensitivity obtained by the experiment in addition.

Figure 112011102694288-pat00004
Figure 112011102694288-pat00004

통상 WiFi 유효 통신 거리를 100m 정도로 보고 있으므로, 100m 미만에서 발생하는 Grey Zone 영역이 실제 WiFi AP 발견에 영향을 주는 부분이다. Path-loss exponent 3 인 환경에서는 지그비 인터페이스가 WiFi AP를 인지하는 Threshold -90dBm이 되는 지점이 약 89m 이므로 지그비 인터페이스의 1홉 협력만으로도 대부분의 영역을 커버할 수 있으며, 4인 경우에는 1홉 협력의 범위를 벗어나게 된다. 즉, 지그비 인터페이스로는 약 29m 지점까지 WiFi AP를 발견할 수 있으나 실제 WiFi AP의 신호도달 거리는 약 50m 지점이다. Since the effective WiFi communication distance is generally about 100m, the gray zone that occurs below 100m affects the actual WiFi AP discovery. In the path-loss exponent 3 environment, the Zigbee interface becomes a threshold of -90dBm at which the Zigbee interface recognizes the WiFi AP. Thus, one hop cooperation of the Zigbee interface can cover most areas. It is out of range. That is, with the Zigbee interface, the WiFi AP can be found up to about 29m, but the signal delivery distance of the actual WiFi AP is about 50m.

이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the apparatus and method of the present invention are not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims are intended to embrace all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

Claims (3)

모바일 장치가 지그비 인터페이스를 이용하여 WiFi 액세스 포인트를 탐색하는 방법으로서,
제1 모바일 장치가 상기 WiFi 액세스 포인트의 존재 여부를 알려주는 지그비 협력 통신 메시지를 주기적으로 전송하는 단계;
상기 WiFi 액세스 포인트를 발견하지 못한 제2 모바일 장치가 상기 제1 모바일 장치로부터 상기 지그비 협력 통신 메시지를 수신하는 단계; 및
상기 제2 모바일 장치가 수신한 상기 지그비 협력 통신 메시지에 포함된 채널 정보를 이용하여 상기 WiFi 액세스 포인트를 발견하는 단계를 포함하는 액세스 포인트 탐색 방법.
A method for a mobile device to discover a WiFi access point using a Zigbee interface,
Periodically transmitting, by a first mobile device, a Zigbee cooperative communication message indicating whether the WiFi access point exists;
Receiving a Zigbee cooperative communication message from the first mobile device by a second mobile device that does not find the WiFi access point; And
And discovering the WiFi access point using channel information included in the Zigbee cooperative communication message received by the second mobile device.
제1항에 있어서,
상기 제1 모바일 장치는 자신이 직접 상기 WiFi 액세스 포인트를 발견한 장치인 액세스 포인트 탐색 방법.
The method of claim 1,
And the first mobile device is a device for which the first mobile device has found the WiFi access point directly.
제1항에 있어서, 상기 채널 정보는,
WiFi 전체 채널에 대하여 각 채널별로 발견, 미발견, 알수없음의 정보를 포함하는 액세스 포인트 탐색 방법.

The method of claim 1, wherein the channel information,
A method for discovering an access point that includes discovery, not found, and unknown information for each channel for all WiFi channels.

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