KR101475345B1 - 아이피 기반 저 전력 무선 개인 네트워크의 주소 설정 방법및 장치 - Google Patents

아이피 기반 저 전력 무선 개인 네트워크의 주소 설정 방법및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아이피 기반 저 전력 무선 개인 네트워크의 주소 설정 방법 및 장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소설정 방법에 있어서, 제1 디바이스가 프리픽스 정보를 포함하는 적응 RA 메시지를 생성하는 과정과, 상기 적응 RA 메시지를 비콘 프레임으로 전송하는 과정과, 제2 디바이스가 상기 적응 RA 메시지를 수신하여 수신한 적응 RA 메시지의 프리픽스 및 자신의 주소 정보를 이용하여 아이피 주소를 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소설정 방법 및 이에 따른 장치를 제공한다.
RA, RS, 6LoWPAN, IPv6

Description

아이피 기반 저 전력 무선 개인 네트워크의 주소 설정 방법 및 장치{An apparatus of configuration address in a IPv6-based Low-power Wireless Personal Area Network and a method thereof}
본 발명은 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크에 관한 것으로, 특히, 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크에서 자동으로 아이피 주소를 할당하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 급부상하고 있는 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network) 기술은 인터넷의 지속적인 성장과 저가형의 센서 개발, 국제 표준화 등의 환경 변화로 인해 다양한 산업분야에서 실용화가 진행되고 있다. 센서 네트워크는 유비쿼터스(ubiquitous) 컴퓨팅 구현을 위한 기반 네트워크로 초경량, 저전력의 많은 센서들로 구성된 무선 네트워크이다. 이는 특히 네트워크를 구성하는 센서의 수가 매우 많고 각 센서 노드들은 제한된 전력과 컴퓨팅 능력을 가지며, 빈번한 센서 노드들의 삽입과 제거에 의해 센서 네트워크의 토폴로지(topology)가 쉽게 변화될 수 있다는 특성을 갖는다.
이러한 센서 네트워크는 센서를 통한 정보 감지 및 감지된 정보를 처리하는 기능을 수행함으로써 우리 생활의 편리함 및 과학기술 응용을 위한 다양한 정보를 제공한다.
무선 센서 네트워크에서 각 센서 노드들의 통신을 위한 통신 프로토콜로 IEEE 802.15.4 표준이 규정되었다. IEEE 802.15.4는 LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network)의 MAC(Medium Access Control)와 PHY(Physical) 계층 표준이며 저속의 통신대역과 저전력을 목표로 하는 프로토콜로서 전송율이 낮고 전송 거리가 비교적 짧은 무선 개인영역의 네트워크 환경에 가장 적합한 통신기술로 인식되고 있다.
한편, 아이피 기반 저 전력 무선 개인 네트워크(IPv6-based Low-power Wireless Personal Area Network, 이하, 6LoWPAN으로 축약함)은 IEEE 802.15.4 위에 직접 IP를 매핑하기 위한 MAC/PHY의 상위 계층으로 IP 및 TCP/UDP 등의 환경을 구축하는 데에 있어서 주기적 수면을 포함한 라우팅, 적은 오버헤드, 작은 라우팅 테이블, 확장성 등을 구현한다. 일반적으로 6LoWPAN은 실제 현실 세계의 어플리케이션 환경에 물리적으로 연결되기 위하여 함께 동작하는 장치들을 포함한다. 무선 센서들이 그 예라 할 수 있으며 상기 무선 센서들은 IEEE 802.15.4 표준을 따른다. LoWPAN에 IPv6를 적용함을 주제로하는 6LoWPAN 워킹 그룹에서는 IETF 정기 회의를 통해 표준화 작업을 진행하고 있다.
이러한 6LoWPAN에서 각 노드들은 IPv6 주소를 생성하기 위해 무상태 주소 자동설정(Stateless Address Autoconfiguration, 이하, "주소 자동설정"으로 축약함) 기능을 사용한다. 이 기능은, DHCP(dynamic host configuration protocol)에 대응 하는 주소 설정 방법으로, DHCP와 달리 미리 IP 주소를 예약할 필요가 없다.
주소 자동설정은 팬 코디네이터(PAN coordinator)에 의해서 통지되는 라우터 메시지를 입수하고, 상기 라우터 메시지의 프리픽스(prefic)에 자신의 주소를 더해서 IP 주소로 한다. 이때, 자신의 주소는 MAC 주소를 사용한다. 이러한 주소 자동설정을 위해 네트워크는 다음의 두 가지 방법을 사용한다. 첫째로, RFD(Reduced Function Device)가 부트 업(boot up)되면, RFD는 프리픽스를 요청하는 RS(Router Solicitation) 메시지를 전송하고, 이러한 RS 메시지를 수신한 FFD인 PAN coordinator는 RA(Router Advertisement) 메시지를 해당 RFD로 전송한다. 둘째로, PAN coordinator는 주기적으로 RA 메시지를 해당 네트워크의 각 노드에 전송한다.
그러면, 일반적인 6LoWPAN에서 주소 자동설정을 위한 RA 메시지 전송에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 일반적인 6LoWPAN에서 주소 자동설정을 위한 RA 메시지 전송을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 무선 디바이스들(1 내지 6)을 도시하였다. 여기서, 도면 부호 1 내지 4는 FFD(full fuction device)이며, 5 및 6은 RFD(reduced fuction device)이다. 또한, 도면 부호 1은 팬 코디네이터(PAN coordinator)이며, 2 내지 4는 코디네이터(coordinator)라고 가정한다. 이때, 팬 코디네이터(1)의 전송 범위에는 코디네이터(2)만 속한다고 가정한다.
먼저, 팬 코디네이터(1)는 RFD(5, 6)에 프리픽스를 전달하기 위하여 RA 메시지를 전송한다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 6LoWPAN의 무선 디바이스들은 IEEE 802.15.4 표준을 따른다. 알려진 바와 같이, IEEE 802.15.4 표준은 멀티캐스트를 지원하지 않는다. 따라서 팬 코디네이터(1)는 IPv6 멀티캐스트 어드레스를 IEEE 15.4의 브로드캐스트 어드레스에 매핑하여 전송한다. 즉, 팬 코디네이터(1)는 프리픽스를 포함하는 RA 메시지를 네트워크에 브로드캐스트한다. 그러면, 팬 코디네이터(1)의 전송 범위에 속하는 코디네이터(2)는 RA 메시지를 수신하고, 이를 전달하기 위해 다시 브로드캐스트한다. 또한, 이러한 RA 메시지를 수신한 다른 코디네이터들(3, 4)도 RA 메시지를 전달하기 위하여 RA 메시지를 브로드캐스트하게 된다. 이와 같이 브로드캐스트가 계속 확산되어 네트워크 내에서는 트래픽이 증가하고 플러딩(flooding)이 발생하게 된다. 또한, RS 메시지의 경우에도 브로드캐스트 방식으로 전송함으로, 마찬가지로 플러딩을 유발하는 문제가 있다.
따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제를 감안한 본 발명의 목적은 주소 자동 설정시 플러딩을 방지할 수 있는 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소설정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 트래픽의 양을 줄일 수 있는 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소설정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소설정 방법은, 제1 디바이스가 프리픽스 정보를 포함하는 적응 RA 메시지를 생성하는 과정과, 상기 적응 RA 메시지를 비콘 프레임으로 전송하는 과정과, 제2 디바이스가 상기 적응 RA 메시지를 수신하여 수신한 적응 RA 메시지의 프리픽스 및 자신의 주소 정보를 이용하여 아이피 주소를 설정하는 과정을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제2 디바이스가 상기 적응 RA 메시지를 자신의 비콘 프레임으로 전송하는 과정과, 제3 디바이스가 상기 적응 RA 메시지를 수신하여 수신한 적응 RA 메시지의 프리픽스 및 자신의 주소 정보를 이용하여 아이피 주소를 설정하는 과정을 더 포함하여 이루어진다.
한편, 상기 제2 디바이스가 상기 적응 RA 메시지를 자신의 비콘 프레임으로 전송하는 과정과, 제3 디바이스가 상기 적응 RA 메시지를 수신하여 수신한 적응 RA 메시지의 프리픽스 정보를 추출하는 과정과, 제3 디바이스가 자신의 RS 메시지가 발생함에 따라 추출한 프리픽스와 자신의 주소 정보를 이용하여 아이피 주소를 설정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적응 RA 메시지는 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 디바이스는 FFD(full function device)이며, 상기 제3 디바이스는 RFD(reduced function device)인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 디바이스는 팬 코디네이터(PAN coordinator)이며, 상기 제2 디바이스는 코디네이터(coordinator)인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소설정 장치는, 프리픽스를 비콘 프레임으로 전송하는 제1 디바이스; 상기 프리픽스를 비콘 프레임으로 재전송하는 제2 디바이스; 및 상기 프리픽스 및 자신의 주소 정보를 이용하여 아이피 주소를 설정하는 제3 디바이스를 포함하여 구성된다.
상기 제2 디바이스는 상기 프리픽스 및 자신의 주소 정보를 이용하여 아이피 주소를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1, 제2, 및 제3 디바이스들은 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 전송하는 네트워크 계층; 상기 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 이용하여 적응 RA 메시지를 생성하고, 생성한 적응 RA 메시지를 이용하여 비콘 페이로드를 생성하는 적응 계층; 및 상기 비콘 페이로드를 비콘 프레임으로 전송하는 맥 계층을 포함하여 구성 된다.
상기 맥 계층은 비콘 프레임을 수신하면 수신한 비콘 프레임을 상기 적응 계층으로 전달한다. 그러면, 상기 적응 계층은 상기 비콘 페이로드를 수신하여 비콘 페이로드로부터 적응 RA 메시지를 추출하고, 추출한 적응 RA 메시지에서 RA 메시지 및 프리픽스를 추출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적응 계층은 적응 RA 메시지를 생성하는 RA 메시지 파서; 비콘 페이로드를 생성하고 생성한 비콘 페이로드를 맥 계층으로 전달하는 비콘 페이로드 제어부; 상기 맥 계층으로부터 비콘 페이로드를 수신하여 RA 메시지 및 프리픽스를 추출하는 RA 메시지 생성부; 및 상기 네트워크 계층으로부터 RS 메시지를 수신하여 상기 RA 메시지 생성부에 상기 RS 메시지에 대응하는 RA 메시지 및 프리픽스를 네트워크 계층으로 전달하도록 요청하는 RA 메시지 파서;를 포함하여 구성된다.
상기 제1 및 제2 디바이스는 FFD(full function device)이며, 상기 제3 디바이스는 RFD(reduced function device)인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 디바이스는 팬 코디네이터(PAN coordinator)이며, 상기 제2 디바이스는 코디네이터(coordinator)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 비콘 프레임을 통해 프리픽스를 전송함으로써, 플러딩을 방지할 수 있다. 또한, RS 메시지를 타 디바이스로 전송할 필요 없이 프리픽스를 얻을 수 있어 트래픽의 양이 줄어든다. 따라서 네트워크의 성능 향상을 가져오는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 6LoWPAN에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 6LoWPAN의 일 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 6LoWPAN의 프로토콜 스택 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 6LoWPAN(1000)은 게이트웨이(gateway)(2000)를 통해 IP 네트워크(30)와 연결된다. 6LoWPAN(1000)은 종단의 디바이스, 예컨대, 센서 노드들이 센싱한 데이터를 IP 네트워크(3000)를 통해 사용자에게 전달한다.
6LoWPAN(1000)이 IPv6를 이용하기 위해서는 해결해야 할 몇 가지 쟁점들이 있다. 이러한 쟁점들 중에 하나는 6LoWPAN(1000)의 패킷(packet) 크기의 제한이다. 즉, IEEE 802.15.4의 PDU는 127 바이트(byte)인 반면에 IPv6의 MTU는 1280 바이트이다. 이러한 제한을 해결하기 위해서 6LoWPAN(1000)은 맥 계층(MAC layer)과 네트워크 계층(Network layer) 사이에 적응 계층(Adaptation layer)을 두어 다음과 같은 기능을 수행하도록 한다.
적응 계층은 IPv6 헤더를 줄일 수 있는 헤더 압축(Header Compression) 기술을 제공하고, 패킷을 단편화(fragmentation) 또는 재조합(reassembly) 할 수 있도 록 한다. 또한, 적응 계층은 UDP/TCP/ICMPv6 헤더 압축, 적응 계층을 통한 메쉬 라우팅(Mesh routing) 및 IEEE 802.15.4의 16 비트(bit), 64 비트 주소를 이용한 IPv6 주소 자동설정(Stateless Address Autoconfiguration) 등의 기능을 수행하도록 한다.
또한, 게이트웨이(2000)는 6LoWPAN(1000)과 IP 네트워크(3000)의 연결을 위해 IP 네트워크(3000)의 호스트들과 통신을 위한 프로토콜 스택과 6LoWPAN(1000)의 디바이스들과의 통신을 위한 프로토콜 스택을 포함하는 두 종류의 스택(dual stack)을 가진다.
다음으로, 상술한 바와 같은 6LoWPAN(1000)에 속하는 디바이스들에 대해서 설명하기로 한다. 이러한 디바이스들은 앞서 설명한 적응 계층을 가진다.
본 발명의 실시 예에서, 디바이스들은 FFD(full function device)와 RFD(reduced function device)로 구분될 수 있으며, 또한, FFD는 팬 코디네이터(PAN coordinator)와 코디네이터(coordinator)로 구분할 수 있다.
우선 본 발명의 실시 예에서 디바이스들은 기본적으로 무선 통신을 위한 무선 인터페이스와 IEEE 802.15.4에 따르는 맥(MAC) 계층을 가지는 무선 통신 장치이다. 이러한 디바이스들은 초소형 저전력 장치로 1
Figure 112007091656839-pat00001
정도의 크기를 가질 수 있다. 각 디바이스는 그 장치적인 측면에서 센서 노드가 될 수 있다. 센서 노드는 특정 데이터 센싱을 위한 센서, 센싱한 데이터를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(Analog to Digital Converter), 데이터 가공 처리를 위한 프로세서와 메모리, 전원 공급을 위한 배터리, 그리고 데이터 송수신을 위한 무선 트랜시 버(transceiver)를 포함하여 구성된다.
또한, 이러한 디바이스 중, FFD는 라우팅 기능을 가지는 디바이스이며, RFD는 라우팅 기능이 없는 디바이스이다. 즉, FFD는 메시지를 전달(relay)할 수 있으며, RFD는 그렇지 않다.
또한, FFD는 다수의 코디네이터와 하나의 팬 코디네이터로 구성된다. 팬 코디네이터는 자신이 속한 PAN(Personal Area Network)을 관장하며, 본 발명의 실시 예에 따라 프리픽스를 전송한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 팬 코디네이터는 IEEE 802.15.4 네트워크 표준에 따라 하나 인 것으로 가정한다.
본 발명은 주소 자동설정을 위한 것으로, 팬 코디네이터는 주소 설정을 위해서, 프리픽스를 전송한다. 이러한 프리픽스는 RA 메시지를 가공한 적응 RA(adaptive Router Advertisement) 메시지를 비콘 프레임(beacon frame)에 포함시켜 전송한다. 따라서 비콘 프레임을 수신한 각 디바이스들은 프리픽스를 얻을 수 있다. 그러면, 프리픽스를 얻은 디바이스들은 프리픽스와 자신의 맥 주소를 결합하여 IP 주소를 자동 설정할 수 있으며, 또한, 프리픽스를 얻은 각 디바이스 중 FFD들은 자신이 비콘 프레임을 전송할 때에 맞춰 자신의 비콘 프레임에 수신한 프리픽스를 포함시켜 다시 전송함으로써, 네트워크 내에서 모든 디바이스들이 주소를 자동 설정할 수 있다. 또한, 디바이스들이 각각의 비콘 프레임 전송 시간에 비콘 프레임을 전송함으로써, 플러딩을 방지할 수 있다.
그러면, RA 메시지와 RA 메시지를 가공한 적응 RA 메시지 및 비콘 프레임에 대해서 설명하기로 한다. 다음의 <표 1>은 본 발명의 실시 예에 따른 RA 메시지의 구조를 설명하기 위한 것이며, <표 2>는 본 발명의 실시 예에 따른 프리픽스의 구조를 설명하기 위한 것이다.
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Type Code Checksum
Cur Hop Limit M O Reserved Router Lifetime
Reachable Time
Retrans Timer
Option
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Type Length Prefix Length L A Reserved1
Valid Lifetime
Preferred Lifetime
Prefix
<표 1>을 살펴보면, RA 메시지는 타입(Type), 코드(Length), 홉 제한(Cur Hop Limit), M 플래그, O 플래그, 라우터 시한(Router Lifetime), 도달 시간 타이머(Reachable Timer), 재전송 타이머(Retrans Timer), 및 옵션(Option) 필드를 포함한다.
<표 2>를 살펴보면, 프리픽스 정보는 타입(Type), 코드(Length), 프리픽스 길이(Prefix Length), L 플래그, A 플래그, 유효 시한(Valid Lifetime), 우선 시한(Preferred Lifetime), 및 프리픽스(Prefix) 필드를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, <표 1>과 같은 RA 메시지의 옵션(Option) 필드에 다음의 <표 2>와 같은 프리픽스 정보를 포함시켜 전송한다. 이를 적응 RA(adaptive RA) 메시지라 칭하기로 한다.
그러면, 이러한 적응 RA 메시지를 설명하기로 한다. 다음의 <표 3>은 이러한 적응 RA 메시지를 설명하기 위한 것이다.
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Type Length Cur Hop Limit M O L A Resvd
Prefix Length Reserved Router Lifetime
Reachable Time
Retrans Timer
Valid Lifetime
Preferred Lifetime
Prefix
<표 3>을 살펴보면, 적응 RA 메시지는 타입(Type), 코드(Length), 홉 제한(Cur Hop Limit), M 플래그, O 플래그, L 플래그, A 플래그, 프리픽스 길이(Prefix Length), 라우터 시한(Router Lifetime), 도달 시간 타이머(Reachable Timer), 재전송 타이머(Retrans Timer), 유효 시한(Valid Lifetime), 우선 시한(Preferred Lifetime), 및 프리픽스(Prefix) 필드를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 적응 RA 메시지는 비콘 프레임(beacon frame)을 이용하여 전송된다. 그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 비콘 프레임에 대해서 설명하기로 한다. 다음의 <표 4>는 본 발명의 실시 예에 따른 비콘 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
Octets
: 2		 1 4/10 0/5/6/10/14 2 variable variable variable 2
Frame Control Sequence Number Addressing fields Auxiliary security Header Superframe Specification GTS fields Pending address fields Beacon Payload FCS
MHR MAC Payload MFR
<표 4>는 특히, 맥 계층에서의 프레임 구조를 도시한 것이다. 비콘 프레임은 맥 페이로드(MAC payload)에 정보를 실어 전송하는데, 맥 페이로드는 맥 헤더(MHR, MAC header)에 의해서 정의 되어 지고, 맥 페이로드에 이어 맥 풋터(MFR, MAC footer)가 첨부된다. 즉, 비콘 프레임은 맥 헤더, 맥 헤더에 이어지는 맥 페이로드 및 맥 페이로드에 이어지는 맥 풋터를 포함하여 구성된다.
맥 헤더는 프레임 컨트롤(frame control), 비콘 시퀀스 넘버(BSN, beacon sequence number) 및 주소 필드(addressing field)를 포함한다. 또한, 맥 헤더는 선택적으로 보조 보안 헤더(auxiliary security header)를 더 포함할 수 있다.
맥 페이로드는 슈퍼프레임 스펙(the superframe specification), GTS 필드(guaranteed time slot field), 팬딩 어드레스 필드(pending address field) 및 비콘 페이로드(beacon payload)를 포함하여 구성된다.
맥 풋터는 16 비트의 프레임 체크 시퀀스(FCS, frame check sequence)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, <표 3>에서 설명한 바와 같은 적응적 RA 메시지를 비콘 프레임의 비콘 페이로드에 포함시켜 전송한다.
이상에서는 RA 메시지, 적응 RA 메시지 및 비콘 프레임에 대해서 살펴보았다.
본 발명의 실시 예에 따른 디바이스들은 상술한 메시지 및 프레임을 생성하고 전송하는 역할을 수행한다. 이러한 역할 수행을 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 디바이스들은 적응 계층 등을 포함한다. 그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 디바이스들의 프로토콜 스택에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디바이스에 구현된 프로토콜 스택을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디바이스에 구현되는 프로토콜 스택은 네트워크 계층(Network Layer)(100), 적응 계층(Adaptation Layer)(200), 및 맥 계층(MAC Layer)(300)을 포함한다. 또한, 맥 계층(300)의 하부에 물리 계층(Physical Layer), 네트워크 계층(100)의 상부에 순차로 전송 계층(Transfer Layer) 및 응용 계층(Application Layer)을 포함할 수 있다. 이때, 물리 계층, 전송 계층 및 응용 계층은 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시 예에서 전송 계층은 그 프로토콜로 TCP, UDP 및 ICMP를 이용하며, 네트워크 계층(100)은 IPv6를 이용한다. 또한, 맥 계층(300)과 물리 계층은 IEEE 802. 15.4를 따른다.
여기서, 적응 계층(200)은 메쉬 라우팅(Mesh Routing)부(210), 헤더 압축(Header Compression)부(220), 단편화부(Fragmentation)(230) 및 프록시(Proxy)부(240)를 포함한다.
메쉬 라우팅(Mesh Routing)부(210)는 메쉬 라우팅을 위한 것이며, 주로, M 및 O 플래그를 이용한다.
헤더 압축(Header Compression)부(220)는 헤더 압축을 위한 것이며, 헤더 압축은 네트워크 계층(100)과 전송 계층으로 나눌 수 있다. 즉, 헤더 압축(Header Compression)부(220)는 IPv6의 헤더 및 UDP/TCP/ICMPv6 헤더를 압축하기 위한 것이다. 특히, IPv6의 헤더 필드는 'Hop Limit'(8비트) 필드를 제외 하고 모든 필드가 압축가능하다. 단편화(Fragmentation)부(230)는 IPv6의 MTU를 IEEE 802.15.4의 물리 계층의 PDU(Protocol Data Unit)를 사용하여 전송하기 위해 패킷의 단편화(Fragmentation) 및 결합(Reassembly) 기능을 담당한다. 즉, 단편화(Fragmentation)부(230)에서는 하나의 IPv6 데이터 그램이 하나의 IEEE 802.15.4 패킷으로 전송 가능한 경우와 그렇지 않은 경우 각각의 구분 및 결합을 위한 정보를 기술한다.
프록시(Proxy)부(240)는 RS 메시지 파서(RS Message Parser)(241), RA 메시지 파서(RA Message Parser)(243), 비콘 페이로드 제어부(Beacon Payload control Part)(245) 및 RA 메시지 생성부(RA Message Generator)(247)를 포함하여 이루어진다.
RS 메시지 파서(241)는 네트워크 계층(100)으로부터 RS 메시지를 수신하여, RA 메시지 생성부(247)에 RA 메시지를 요청한다.
RA 메시지 파서(243)는 네트워크 계층(100)으로부터 RA 메시지를 수신하여, <표 3>에서 설명한 바와 같은 적응 RA 메시지를 생성하고, 생성한 적응 RA 메시지를 비콘 페이로드 제어부(245)에 전달한다.
비콘 페이로드 제어부(245)는 비콘 프레임의 비콘 페이로드에 적응 RA 메시지를 기술하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 비콘 페이로드 제어부(245)는 적응 RA 메시지를 이용하여 비콘 페이로드를 생성한다.
또한, 비콘 페이로드 제어부(245)는 외부로부터 비콘 프레임을 수신한 경우, 비콘 프레임으로부터 적응 RA 메시지를 검출한다. 그런 다음, 비콘 페이로드 제어부(245)는 검출한 적응 RA 메시지를 RA 메시지 생성부(247)로 전달하여, RA 메시지를 생성하도록 요청한다.
<표 4>에서 설명한 바와 같이, 비콘 프레임은 비콘 페이로드 필드를 정의하며, 이러한 비콘 페이로드는 aMaxBeaconPayloadLength = aMaxPHYPacketSize - aMaxBeaconOverhead의 크기로 정의된다. 이에 따라, 비콘 페이로드에 aMaxBeaconPayloadLength = 127 - 75 = 52 바이트를 실을 수 있다. 또한, 비콘 페이로드는 macBeaconPayloadAttribute를 통해 생성 할 수 있다. 그리고, 비콘 프레임으로부터의 비콘 페이로드 검출은 MLME-BEACON-NOTIFY.indicationPrimitive를 이용함이 바람직하다.
RA 메시지 생성부(247)는 수신한 비콘 페이로드에서 검출한 적응 RA 메시지를 전달 받아, RA 메시지를 생성하고, 메쉬 라우팅부(210)를 통해 네트워크 계층(100)으로 전달한다.
그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 디바이스들의 주소 자동 설정 방법을 설명하기로 한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따르면, 디바이스들은 적응 RA 메시지를 포함하는 비콘 프레임을 이용한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주소 자동설정 방법을 설명하기 위한 6LoWPAN(1000) 토폴리지의 일 예를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시 예 따른 주소 자동 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 제1 내지 제 5 디바이스(10 내지 50)가 도시되었다. 제1, 제2, 및 제4 디바이스(10, 20, 40)는 FFD이며, 제3 및 제5 디바이스(30, 50)는 RFD라고 가정한다. 또한, 제1 디바이스(10)는 팬 코디네이터이고, 제2 및 제4 디바이스(20, 40)는 코디네이터라고 가정한다.
도 6은 제1 디바이스(10)가 프리픽스를 전송하여, 제2 디바이스(20)를 거쳐 제3 디바이스(30)로 전송되는 과정을 설명하기 위한 것이다. 즉, 프리픽스가 하나의 코디네이터(20)를 거쳐 RFD(30)로 전송되는 과정을 설명한다. 또한, 도 6에 따른 방법은 일반적인 6LoWPAN(1000)에서 팬 코디네이터가 주기적으로 RA 메시지를 네트워크에 전송하여 주소를 자동 설정하는 방법에 대응한다.
도 6을 참조하면, 제1 디바이스(10)의 네트워크 계층(100)은 S601 단계에서 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 적응 계층(200)으로 전달한다. RA 메시지 및 프리픽스 정보는 <표 1> 및 <표 2>에서 설명한 바와 같다. 특히, 프리픽스 정보는 프리픽스(Prefix) 및 프리픽스 길이(Prefix Length)를 포함한다.
그러면, RA 메시지 및 프리픽스 정보를 수신한 제1 디바이스(10)의 적응 계층(200)은 S603 단계에서 적응 RA 메시지를 생성하고, S605 단계에서 비콘 페이로드를 생성한다. 이때, RA 메시지 파서(243)가 적응 RA 메시지를 생성하며, 비콘 제어부(245)가 비콘 프레임에 실을 비콘 페이로드를 생성한다. 이때, 비콘 페이로드는 macBeaconPayloadAttribute를 통해 생성함이 바람직하다.
그런 다음, 적응 계층(200)은 S607 단계에서 적응 RA 메시지를 포함하는 비콘 페이로드를 맥 계층(300)으로 전달한다. 그러면, 맥 계층(300)은 S609 단계에서 비콘 페이로드를 포함하는 비콘 프레임을 생성하고, 생성한 비콘 프레임을 제2 디바이스(20)로 전달한다. 여기서, 비콘 페이로드는 적응 RA 메시지를 포함하며, 적응 RA 메시지는 프리픽스를 포함한다.
비콘 프레임을 수신한 제2 디바이스(20)의 맥 계층(300)은 S611 단계에서 수신한 비콘 프레임의 비콘 페이로드를 적응 계층(200)으로 전달한다. 비콘 페이로드를 수신한 제2 디바이스(20)의 적응 계층(200)은 S613 단계에서 적응 RA 메시지로부터 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 추출하고, S615 단계에서 추출한 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 네트워크 계층(100)으로 전달한다. 이때, 적응 계층(200)은 RA 메시지 생성부(247)를 통해 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 추출하고, 메시 라우팅부(210)를 통해 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 네트워크 계층(100)으로 전달한다. 즉, RA 메시지 생성부(247)는 비콘 페이로드로부터 적응 RA 메시지를 추출한다. 그런 다음, RA 메시지 생성부(247)는 적응 RA 메시지로부터 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 도출한다. 그런 다음, RA 메시지 생성부(247)는 메시 라우팅부(210)를 통해 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 네트워크 계층(100)으로 전달한다.
이때, 제2 디바이스(20)는 프리픽스를 얻을 수 있으므로, 프리픽스(prefix)에 자신의 주소를 더해서 자동으로 IP 주소를 설정할 수 있다.
한편, 적응 계층(200)은 S617 단계에서 앞서(S) 추출한 적응 RA 메시지를 포함하는 비콘 페이로드를 생성한다. 비콘 페이로드 생성은 비콘 페이로드 제어부(245)를 통해 이루어진다.
그런 다음, 적응 계층(200)은 S619 단계에서 비콘 페이로드를 맥 계층(300)으로 전달하고, 맥 계층(300)은 S621 단계에서 비콘 페이로드를 포함하는 비콘 프레임을 제3 디바이스(30)로 전송한다.
비콘 프레임을 수신한 제3 디바이스(30)의 맥 계층(300)은 S623 단계에서 수신한 비콘 프레임의 비콘 페이로드를 적응 계층(200)으로 전달한다. 비콘 페이로드를 수신한 제2 디바이스(20)의 적응 계층(200)은 S625 단계에서 적응 RA 메시지로부터 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 추출하고, S627 단계에서 추출한 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 네트워크 계층(100)으로 전달한다. 이때, 적응 계층(200)의 RA 메시지 생성부(247) 및 메시 라우팅부(210)의 역할은 앞서 설명한 바와 같다. 즉, RA 메시지 생성부(247)는 비콘 페이로드로부터 적응 RA 메시지를 추출하고, 적응 RA 메시지로부터 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 도출한다. 그런 다음, RA 메시지 생성부(247)는 메시 라우팅부(210)를 통해 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 네트워크 계층(100)으로 전달한다.
이에 따라, 제3 디바이스(30)는 프리픽스 정보를 얻을 수 있으며, 프리픽스와 자신의 주소 정보를 이용하여 주소를 설정한다.
상술한 바와 같이, 비콘 프레임을 통하여 프리픽스를 전달하는 경우, 각 디바이스는 자신의 비콘 프레임을 생성하여 전송하는 시간에 프리픽스를 전송함으로써 플러딩 발생을 억제할 수 있다.
상술한 도 6을 참조로 하는 실시 예에서는 코디네이터가 제2 디바이스 하나인 토폴리지를 예를 들어 설명하였다. 그러나 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며, 코디네이터가 다수 개인 경우에도 마찬가지로 팬 코디네이터가 전송한 프리픽스를 각 코디네이터가 자신의 비콘 프레임을 이용하여 전송할 수 있다. 따라서 제1, 제2, 및 제4 디바이스가 순차로 비콘 프레임을 전송하여 제1, 제2, 제4 및 제5 디바이스가 모두 비콘 프레임을 수신하면, 비콘 프레임으로부터 프리픽스 정보를 얻을 수 있으므로, 프리픽스(prefix)에 자신의 주소를 더해서 자동으로 IP 주소를 설정할 수 있다.
도 6을 참조하는 실시 예에서는, 일반적인 6LoWPAN에서 주기적으로 전송되는 RA 메시지를 수신하여 RFD가 주소를 자동 설정하는 것에 대응하는 방법에 대해서 살펴보았다. 다음으로, RFD가 RS 메시지를 전송하고, 전송한 RS 메시지에 대응하는 RA 메시지를 수신하여 주소를 자동 설정하는 방법에 대해서 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예 따른 주소 자동 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 제3 디바이스(30)는 도 6에 설명한 바와 같이, 비콘 프레임을 수신한 상태라고 가정한다. 즉, 제3 디바이스(30)는 S621 단계에서 비콘 프레임을 수신하고, S625 단계에서 수신한 비콘 프레임의 적응 RA 메시지에서 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 추출한 상태라고 가정한다.
이때, 제3 디바이스의 네트워크 계층(100)은 S701 단계에서 RA 메시지를 요구하는 RS 메시지를 적응 계층(200)으로 전송한다.
그러면, RS 메시지를 수신한 적응 계층(200)의 RS 메시지 파서(241)는 S703 단계에서 RA 메시지를 RA 메시지 생성부(247)에 요청한다. 그러면, 하면, RA 메시지 생성부(247)는 S705 단계에서 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 네트워크 계층으로 전달한다. 여기서, RA 메시지 및 프리픽스 정보는 앞선 단계(S625)에서 추출한 것이다. 이에 따라, 제3 디바이스(30)는 프리픽스와 자신의 주소 정보를 이용하여 주소를 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 일반적인 6LoWPAN에서 RS 및 RA 메시지 교환으로 이루어지는 자동 주소설정과 달리, RFD가 RS 메시지를 팬 코디네이터로 전송할 필요가 없다. 따라서 네트워크 트래픽을 줄일 수 있는 이점이 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 일반적인 6LoWPAN에서 주소 자동설정을 위한 RA 메시지 전송을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 6LoWPAN의 일 예를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 6LoWPAN의 프로토콜 스택 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디바이스에 구현된 프로토콜 스택을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주소 자동설정 방법을 설명하기 위한 6LoWPAN 토폴리지의 일 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예 따른 주소 자동 설정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예 따른 주소 자동 설정 방법을 설명하기 위한 도면.

Claims (17)

  1. 적응 RA(Router Advertisement)메시지를 전송하는 디바이스로부터 상기 적응 RA 메시지를 수신하는 과정;
    수신한 상기 적응 RA 메시지로부터 프리픽스 정보를 추출하는 과정; 및
    자신의 RS(Router Solicitation) 메시지가 발생하는 경우, 상기 추출한 프리픽스 정보 및 자신의 주소 정보를 이용하여 아이피 주소를 설정하는 과정을 포함하는 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소 설정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적응 RA 메시지를 수신하는 과정은 상기 적응 RA 메시지를 비콘 프레임으로 수신하는 과정인 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소 설정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적응 RA 메시지는 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소 설정 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적응 RA 메시지를 전송하는 디바이스는 팬 코디네이터(PAN coordinator) 또는 코디네이터(coordinator) 중 적어도 하나를 포함하는 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소 설정 방법.
  5. RA 메시지 및 프리픽스 정보를 이용하여 적응 RA 메시지를 생성하는 과정;
    상기 생성한 적응 RA 메시지를 이용하여 비콘 페이로드를 생성하는 과정; 및
    상기 비콘 페이로드를 비콘 프레임으로 전송하는 과정을 포함하는 아이피 기반 저 전력 개인 네트워크의 자동 주소 설정 방법.
  6. 적응 RA(Router Advertisement)메시지를 전송하는 다른 디바이스로부터 상기 적응 RA 메시지를 수신하는 제1 계층;
    수신한 상기 적응 RA 메시지로부터 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 추출하는 제2 계층; 및
    자신의 RS(Router Solicitation) 메시지가 발생하는 경우, 상기 추출한 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 획득하는 제3계층을 포함하는 디바이스.
  7. 제 6항에 있어서,
    제1 계층은 상기 적응 RA 메시지를 비콘 프레임으로 수신하는 디바이스.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 적응 RA 메시지는 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 포함하는 디바이스.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 적응 RA 메시지를 전송하는 상기 다른 디바이스는 FFD(full function device)를 포함하고, 상기 적응 RA 메시지를 수신하는 상기 디바이스는 RFD(reduced function device)를 포함하는 디바이스.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 적응 RA 메시지를 전송하는 상기 다른 디바이스는 팬 코디네이터(PAN coordinator) 또는 코디네이터(coordinator) 중 적어도 하나를 포함하는 디바이스.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 계층은 맥 계층을 포함하고, 상기 제2 계층은 적응 계층을 포함하며, 상기 제3 계층은 네트워크 계층을 포함하는 디바이스.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 맥 계층은, 비콘 프레임으로부터 비콘 페이로드를 추출하여 상기 추출한 비콘 페이로드를 상기 적응 계층으로 전달하는 디바이스.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 적응 계층은, 상기 비콘 페이로드를 획득하여 상기 비콘 페이로드로부터 상기 적응 RA 메시지를 추출하고, 상기 추출한 적응 RA 메시지로부터 RA 메시지 및 프리픽스를 추출하는 디바이스.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 적응 계층은, 비콘 페이로드를 획득하여 적응 RA 메시지를 추출하는 비콘 페이로드 제어부;
    상기 적응 RA 메시지로부터 RA 메시지 및 프리픽스를 추출하는 RA 메시지 생성부; 및
    상기 네트워크 계층으로부터 자신의 RS 메시지를 획득하면, 상기 RA 메시지 생성부에 상기 RS 메시지에 대응하는 RA 메시지 및 프리픽스를 네트워크 계층으로 전달하도록 요청하는 RS 메시지 파서를 포함하는 디바이스.
  15. RA 메시지 및 프리픽스 정보를 전달하는 제3 계층;
    상기 RA 메시지 및 프리픽스 정보를 획득하여 적응 RA 메시지를 생성하고, 생성한 적응 RA 메시지를 이용하여 비콘 페이로드를 생성하는 제2 계층; 및
    상기 비콘 페이로드를 비콘 프레임으로 전송하는 제1 계층을 포함하는 디바이스.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 계층은 맥 계층을 포함하고, 상기 제2 계층은 적응 계층을 포함하며, 상기 제3 계층은 네트워크 계층을 포함하는 디바이스.
  17. 제 16항에 있어서
    상기 적응 계층은, 적응 RA 메시지를 생성하는 RA 메시지 파서; 및
    상기 적응 RA 메시지를 이용하여 비콘 페이로드를 생성하고 생성한 비콘 페이로드를 맥 계층으로 전달하는 비콘 페이로드 제어부를 포함하는 디바이스.
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