KR101505101B1 - 지그비 네트워크에서 라우팅 장치 및 방법 - Google Patents

지그비 네트워크에서 라우팅 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지그비 네트워크에서의 라우팅에 관한 것으로 지그비 통신 시스템에서 노드의 라우팅 경로 설정 방법에 있어서 자신을 포함하는 적어도 하나의 노드의 위치 정보 및 배터리 전력 레벨을 획득하는 과정과 상기 위치 정보 및 상기 배터리 전력 레벨을 기반으로 최소의 라우팅 경로 비용을 가지는 라우팅 경로를 결정하는 과정을 포함하는 것으로 지그비 네트워크에서 지그비 노드가 데이터 프레임을 전송할 경우에 모든 배터리 에너지를 소비하지 않아도 되는 이점이 있다.
Zigbee, FFD, PFD, Rouniting, Battery.

Description

지그비 네트워크에서 라우팅 장치 및 방법{ROUTING APPARATUS AND METHOD IN ZIGBEE NETWORK}
본 발명은 지그비 네트워크에서 배터리 전력 레벨을 고려하여 최소 비용의 라우팅을 수행하게 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
위치 엔진(location engine)은 지그비 네트워크에서 매우 중요한 응용이다. 위치 엔진의 역할은 지그비 네트워크에서 노드의 위치를 계산하는 것이다. 여기서, 라우팅 전략은 지그비 표준 규격에 명시되어 있다.
지그비 라우팅 알고리즘은 path cost metric을 루트(route) 발견과 유지동안에 사용한다. 상기 지그비 라우팅 알고리즘에서 링크 코스트라는 라우팅 비용을 계산하기 위해서, 상기 라우팅 비용은 경로상의 각각의 링크와 연관되어 있고, 링크 코스트 값은 전체적인 경로에 대해 라우팅 비용을 구하기 위해 더해진다.
지그비 네트워크에서 링크 코스트는 두 가지 방법으로 정의된다. 첫 번째로, 단순 링크 코스트는 7 이라는 상수 값으로 정하는 것이다. 그리고 두 번째는 수신 처에서 PL 확률을 나타내는 값으로 설정하는 것이다.
상기 PL 은 수신한 비콘 및 데이터 프레임의 수를 시간에 대해 측정하고 손실 프레임에 대한 시퀀스 넘버를 측정함으로써 구할 수 있다.
이러한 방법은 수신 확률을 계산한느가장 정확한 측정 방법으로 간주되고 있다. 그러나, 가장 직관적인 방법은 프레임마다의 LQI(Link Quality Indicator)에 대한 평균을 기반으로 계산하는 것이다. 상기 LQI 값은 IEEE 802.15.4-2003 MAC and PHY 에서 확인할 수 있다. 설사 다른 방법을 사용하더라도, 초기 비용은 평균 LQI 값을 기반으로 계산할 것이다. 평균 LQI 값을 링크 비용인 C{l} 로 매핑하기 우해 table-driven 기능이 사용될 것이다.
기존의 방법은 각각의 링크의 LQI만을 고려한다. 하지만, 이러한 방법은 Zigbe 노드의 배터리 에너지가 얼마 없는 경우에는 신뢰성 있고 안정적인 데이터 프레임 릴레이가 곤란한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 지그비 네트워크에서 라우팅 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 안정적이 신뢰성이 잇는 데이터 프레임의 릴레이를 위해서, 위치 정보와 각각의 지그비 노드의 배터리 에너지를 모두 고려하는 라우팅 비용을 계산하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 지그비 통신 시스템에서 노드의 라우팅 경로 설정 방법에 있어서 자신을 포함하는 적어도 하나의 노드의 위치 정보 및 배터리 전력 레벨을 획득하는 과정과 상기 위치 정보 및 상기 배터리 전력 레벨을 기반으로 최소의 라우팅 경로 비용을 가지는 라우팅 경로를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 지그비 통신 시스템에서 노드의 라우팅 경로를 설정하는 노드의 장치에 있어서 다른 노드와 통신 하기 위한 신호를 송수신하는 통신 모듈과 상기 통신 모듈을 통해 자신을 포함하는 적어도 하나의 노드의 위치 정보 및 배터리 전력 레벨을 획득하고, 상기 위치 정보 및 상기 배터리 전력 레벨을 기반으로 최소의 라우팅 경로 비용을 가지는 라우팅 경로를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면 지그비 통신 시스템에서 노드의 동작 방법에 있어서 상태 정보 또는 위치 정보를 요청받는 경우, 상기 상태 정보 또는 위치 정보를 결정하는 과정과 상기 결정한 상태 정보 및 위치 정보를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 지그비 통신 시스템에서 노드의 장치에 있어서 다른 노드와 통신 하기 위한 신호를 송수신하는 통신 모듈과 상기 통신 모듈을 통해 상태 정보 또는 위치 정보를 요청받는 경 우, 상기 상태 정보 또는 위치 정보를 결정하고, 상기 결정한 상태 정보 및 위치 정보를 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지그비 네트워크에서 지그비 노드가 데이터 프레임을 전송할 경우에, 모든 배터리 에너지를 소비하지 않아도 되는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 지그비 네트워크에서 라우팅 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다.
본 발명에서는 위치 엔진이 제공하는 위치 정보도 라우팅 비용을 계산할 때 사용한다. 하지만, 여기서 위치 정보만을 고려하는 것은 충분하지 않다. 안정적이고, 신뢰성있는 데이터 프레임의 중계를 위해서, 위치 정보 및 각각의 지그비 노드의 배터리 에너지를 고려하는 것이 필요하다. 그리고, 이것은 노드가 데이터 프레임을 전송할 경우에 모든 베터리 에너지를 사용하는 것을 방지한다.
먼저, 지그비 통신 시스템에서의 시스템 장치에 대해 설명하면 하기와 같다.
도 1은 본 발명에 따른 지그비 네트워크 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 완전 기능 장치(FFD:Full Function Device)(100)는 지그비 라우터(및 지그비 코디네이터)로 동작하고, 데이터의 라우팅과 네트워크의 관리를 담당한다. 그리고 상기 완전 기능 장치(110)은 센싱도 가능하다.
축소 기능 장치(RFD:Reduced Function Device)(140)는 라우터로 동작하지 못하고, 하나의 완전 기능 장치에만 연결할 수 있고, 종단 노드로 사용될 수 있다.예를 들어, 이러한 장치는 센서, 액츄에이터 등이 될 수 있다.
개인 영역 네트워크(PAN:Personal Area Network) 코디네이터(120)는 상기 완전 기능 장치의 기능외에 주파수 설정, 망 구성, 다른 노드의 조인, 탈퇴 등의 기능을 관장할 수 있다.
지그비 네트워크에서는 표준으로 라우팅 경로를 선택하기 위해 경로 손실(path lost)을 축적하는 것이 사용된다. 경로(P)의 길이를 L이라고 할때, 축적된 경로 손실은 하기 <수학식 1> 과 같다.
Figure 112008081828054-pat00001
여기서,
Figure 112008081828054-pat00002
는 링크 코스트(link cost)이다. 즉, 링크 l에 대 한 링크 코스트 C{l} 는 [0...7] 사이의 값을 가지는 함수이고, 하기 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure 112008081828054-pat00003
Pl을 계산하는 방법은 지그비 규격에서는 명시되어 있지 않다. 당업자가 개발시의 요구에 따라경로 손실을 정의하여 사용할 수 있다. 예를 들어, Pl은 LQI 에 의해 계산되거나, 또는 상수 7이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 Pl은 위치 정보를 기반으로 계산된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 정보를 기반으로하는 라우팅 코스트 계산과정을 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 소스 노드(S)에 목적 노드(D)로의 라우팅 코스트를 도시한 것이다. 도면에서, RREQ는 ROUTE-REQ를 나타내고, 소스 노드에서 목적 노드까지의 경로 코스트(라우팅 코스트)가 11(6+5)이 소요된다는 것을 나타낸다. 그리고, RREP는 ROUTE-RSP을 나타내고, 목적 노드에서 소스 노드까지의 경로 코스트(라우팅 코스트)가 17(6+5+6)이 소요된다는 것을 나타낸다.
지그비 규격에서의 배터리 에너지 표시자(Battery Energy Indicator)값은 하기 <표 1>과 같이 명시되어 있다.
Current Power source
Level Field b3 b2 b1 b0 		Charge Level
0000 Critical
0100 33%
1000 66%
1100 100%
All other value Reserved
본 발명에서 고려하는 배터리 에너지 표시자의 값은 하기 <표 2>와 같다.
Current Power source
Level Field b3 b2 b1 b0
Charge Level		 Battery Energy Indicator
0000 Critical #
0010 20% 5
0100 40% 4
0110 60% 3
1000 80% 2
1010 100% 1
All other value Reserved #
즉, 본 발명은 기존의 배터리 전력 관리 단계를 5단계로 더 세분화하여 사용한다.
위치 정보(LI:Location Information)와 배터리 에너지 표시자(BEI:Battery Energy Indicator)를 기반으로 하는 본발명의 라우팅 코스트 계산 과정은 하기와 같다. 본 발명의 라우팅 코스트 계산 과정에서, 노드 I 와 인접 노드 J의 링크 손실(link loss)(Pl) 은 하기 <수학식 3>과 같다.
Figure 112008081828054-pat00004
여기서, f(BEI) 는 배터리 에너지 표시자의 함수이고, k(LI)는 위치 엔진에 의해 계산되는 함수이다. 그리고, α와 β는 지수값으로 실험 또는 실제 구현 상황에 따라 변경될 수 있다. 본 발명에서 전술한 α와 β는 1로 설정한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소스 노드 에서 목적 노드로의 라우팅 코스트 구하는 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 도 2와 비교할 경우, 최적 라우팅 경로는 변경됨을 알 수 있다. 도면에서 4 개의 참조 노드(310, 320, 330, 340)가 네트워크 상에 존재한다.
그리고, 소스 노드(370)에서 목적 노드(380)로의 경로는 2종류가 존재한다. 첫 번째 경로(P1)은 소스노드(370)-노드1(360)-노드2(362)-코디네이터(350)-목적노드(380)이고, 두 번째 경로(P2)는 소스노드(370)-노드3(364)-노드4(366)-목적노드(380)이다.
두 노드 사이의 연결 선 중 상중하 중에서 중간에 위치한 숫자는, 위치 엔진이 계산한 두 노드 사이의 거리이다. 그리고, 노드 내부의 숫자는 각각의 노드의 배터리 전력 레벨이다.
P1의 라우팅 코스트는 29(=(3+5)+(3+4)+(2+3)+(5+4))이고, P2는 25(=(6+2)+(5+2)+(6+4))이다. 따라서, 최적의 라우팅 경로는 P2가 된다.
이제, 노드의 위치 검출에 대해 설명하면 하기와 같다. 먼저 노드의 종류에 대해 설명하면 하기와 같다.
참조 노드(Reference node)는 정적인 장치로 알려져 있고, 그 위치 또한 정적이다(X/Y 위치), 그리고 다른 노드가 요청하는 경우, 상기 다른 노드에게 정적인 위치를 알려 준다. 일반적으로 3 개 또는 15 대의 참조 노드가 블라인드 노드의 위치를 계산하기 위해 필요하다(참조 노드의 수가 더 많을 수록 정확도는 높아진다).
블라인드 노드(Blind Node)는, 요청 받은 경우에, 위치를 계산한다. 상기 블라인드 노드는 위치 엔진을 구비하고 있다. 분산화를 이용하여 각각의 블라인드 노드에서의 위치 계산을 수행하는 위치 엔진을 사용하는 것은 네트워크에서 전송되는 데이터의 양을 줄일 수 있는 이점이 있다. 왜냐하면, 계산을 수행하는데 필요한 데이터가 아니라 계산된 위치만이 전송되기 때문이다.
위치 동글(location dongle)은 상기 블라인드 노드 및 상기 참조 노드와 통신하는 장치로서, 자세한 위치 정보를 수집하여 SNA 응용에 이를 제공한다. 상기 SNA 응용은 블라인드 노드와 참조 노드를 설정하기 위해 상기 위치동글을 이용할 수 있다.
본 발명에서 노드의 위치 설정 과정은 하기와 같다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 위치 설정 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 1 단계로, 블라인드 노드(위치 엔진 장치)(460)는 무선 범위 내의 모든 참조 노드들(410, 320,430, 440)에게로의 요청을 방송한다(상기 참조 노드들(410, 320,430, 440)은 상기 블라인드 노드(460)가 위치한 영역의 말단 내에 위치해야 한다).
2 단계로, 상기 참조 노드들(410, 320,430, 440)는 상기 블라인드 노드(460)에게 상기 참조 노드들(410, 320,430, 440)의 위치 정보(X/Y) 및 상기 블라인드 노드 노드(460)의 요청에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 응답으로 제공한다.
3 단계로, 상기 블라인드 노드(460)는 위치 엔진을 이용하여, 상기 위치 정보 및 RSSI를 기반으로 위치를 계산한다.
4 단계로, 위치 동글은 계산한 위치 정보를 제어 소프트웨어 응용(이 경우는 SNA)으로 전달한다. 이후, 상기 소프트웨어 응용은 상기 블라인드 노드(460)의 위치를 구분하기 쉬운 형태로 제공할 수 있게 된다.
위치 엔진의 동작 과정을 설명하면 하기와 같다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 엔진의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 5a를 참조하면, 위치를 알기 원하는 노드는 NLME-Get-My-Coordinate.request를 참조 노드로 전송한다 상기 참조 노드가 위치 검출을 수행할 준비가 되어 있을 경우, 상기 참조 노드는 상기 노드로 성공 상태를 알릴 것이다(505 단계).
이후, 상기 노드는 위치 엔진을 구동하고(510 단계), 각각의 참조 노드에게 프레임을 전송한다(515 단계). 상기 참조 노드는 전술한 정보를 상기 노드로 응답 한다.
이후, 상기 노드의 위치 엔진은 상기 노드의 위치(coordinate (X,Y))를 계산한 후에는(525 단계), 상기 노드는 위치(좌표) 정보를 코디네이터로 전송하여 상기 장치의 위치를 등록한다(530). 이때, NIBAttributeValue(Mycoordinate)을 설정하기 위해, NLME-SET.request 를 사용한다.
이후, 상기 노드의 위치 엔진은 라우팅 경로 계산시, 중간 경로 상 노드의 배터리 전력 레벨 및 위치 정보를 이용하여 전술한 수학식을 이용하여 최적의 경로를 계산한다(530 단계). 이를 위해 상기 노드는 자신을 포함하는 주변 노드의 배터리 전력 레벨 및 위치 정보를 미리 획득하고 있다.
이후, 상기 노드는 패킷(프레임) 전송시 상기의 최적 경로를 이용한다(535 단계).
그리고, 상기 장치의 이웃 노드의 위치(좌표)를 구하는 방법은 하기와 같다.
상기 노드는 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.request 를 이웃 노드 각각으로 전송한다. 이후, 상기 이웃 노드는 NLME-GET.request을 사용하여 NIBAttributeValue(Mycoordinate)를 얻고, 이 정보를 상기 노드로 응답한다.
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 참조 노드의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 5b를 참조하면, 상기 참조 노드는 상태 정보 요청을 받는 경우(550 단계), 상태 정보를 제공한다(555 단계).
상기 참조 노드가 위치 정보를 요청 받는 경우(560 단계), 위치 정보를 제공한다(565 단계).
전술된 프리미티브를 정리하면 하기와 같다
NLME-Set.request
Parameter Description
NIBAttribute The identifier of the NIB attribute to be writen.
NIBAttributeLength The length of the attribute value being set.
NIBAttributeValue The value of the NIB attribute that should be written.
NLME-Set.confirm
Parameter Description
Status The result of the request to write the NIB attribute
NIBAttribute The identifier of the NIB attribute that was writen.
NLME-Get.request
Parameter Description
NIBAttribute The identifier of the NIB attribute to read.
NLME-Get.confirm
Parameter Description
Status The results of the request to read a NIB attribute value.
NIBAttribute The identifier of the NIB attribute that was read.
NIBAttributeLength The length of the attribute value being returned.
NIBAttributeValue The value of the NIB attribute that was read
상기에서 NLME.Set 프리미티브는 노드가 코디네이터로 위치를 등록 할 경우에 사용하는 것으로, .req 프리미티브는 요청시 사용되는 것이다. 그리고, .cmf 파라미터는 응답시 사용된다.
상기에서 NLME.Get 프리미티브는 노드가 코디네이터로부터 위치를 획득할 경우에 사용하는 것으로, .req 프리미티브는 요청시 사용되는 것이다. 그리고, .cmf 파라미터는 응답시 사용된다.
이하, .request는 .req 와 같고 .confirm은 .cmf와 같으며, .indication은 .ind와 같고, .response는 .rsp와 같다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 NLME-Get-My-Coordinate 프리미티브의 동작 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하여 장치(Device)(610)노드에서의 동작을 설명하면, 응용(APL:Application) 계층은 NLME-Get-My-Coordinate.req 프리미티브를 네트워크 계층(NWK:Network)으로 전달한다.
상기 네트워크 계층은 상기 전달받은 NLME-Get-My-Coordinate.req 프리미티브를 MCPS-DATA.req 프리미티브에 포함시켜 맥(MAC) 계층으로 전달한다.
상기 NLME-Get-My-Coordinate.req 프리미티브의 파라미터는 참조 노드의 네트워크 주소 리스트이다. 그리고, 상기 NLME-Get-My-Coordinate.req 프리미티브는 상기 네트워크 주소 리스트에 포함된 참조 노드가 위치 계산을 수행할 준비가 되었는지를 확인하는 프리미티브이다. 그리고, 상기 MCPS-DATA.req 프리미티브는 데이터를 다른 엔터티로 전달하는데 사용되는 프리미티브이다.
상기 MAC 계층은 상기 MCPS-DATA.req 프리미티브를 수신하고, 상기 MCPS-DATA.req 프리미티브에 포함된 상기 NLME-Get-My-Coordinate.req 프리미티브를 데이터 프레임에 포함시켜 물리 계층을 통해 해당 참조 노드(620)로 전송한다.
동시에, 상기 MAC 계층은 상기 MCPS-DATA.req 프리미티브를 수신한 결과를 포함하는 MCPS-DATA.cmf 프리미티브를 상기 네트워크 계층으로 전달한다.
이후, 상기 MAC 계층은 상기 해당 참조 노드(610)부터 상기 NLME-Get-My- Coordinate.req 프리미티브에 대한 응답인 NLME-Get-My-Coordinate.rsp 프리미티브를 포함한 데이터 프레임을 수신한 경우, 해당 참조 노드(620)의 위치 계산 준비 상태를 나타내는 정보를 포함하는 상기 NLME-Get-My-Coordinate.rsp 프리미티브를 MCPS-DATA.ind 프리미티브에 포함시켜 상기 네트워크 계층으로 전달한다. 상기 MCPS-DATA.ind 프리미티브는 특정 엔터티로부터 데이터를 수신한 경우, 이를 네트워크 계층으로 전달하기 위해 사용하는 프리미티브이다.
상기 네트워크 계층은 상기 NLME-Get-My-Coordinate.rsp 프리미티브의 요청 결과를 포함시킨 NLME-Get-My-Coordinate.cmf 프리미티브를 상기 응용 계층으로 전달한다.
상기 도 6을 참조하여 참조 노드(Reference Node)(620)노드에서의 동작을 설명하면, 맥 계층은 물리 계층을 통해 상기 NLME-Get-My-Coordinate.req 프리미티브를 포함하는 데이터 프레임을 수신한 경우, 이를 MCPS-DATA.ind 프리미티브에 포함시켜 네트워크 계층으로 전달한다.
상기 네트워크 계층은 상기 NLME-Get-My-Coordinate.req 프리미티브를 전달받은 후, 여기에 포함된 파라미터를 포함하는 NLME-Get-My-Coordinate.ind 프리미티브를 생성하여 응용 계층으로 전달한다.
상기 응용 계층은 상기 NLME-Get-My-Coordinate.ind 프리미티브를 수신한 경우, 자신의 위치 계산 가능 여부 및 자신의 위치를 나타내는 정보를 NLME-Get-My-Coordinate.rsp 프리미티브에 포함시켜 상기 네트워크 계층으로 전달한다.
상기 네트워크 계층은 상기 NLME-Get-My-Coordinate.rsp 프리미티브를 수신 하고, 이를 MCPS-DATA.req 프리미티브에 포함시켜 상기 맥 계층으로 전달한다.
이후, 상기 맥 계층은 NLME-Get-My-Coordinate.rsp 프리미티브를 포함시킨 MCPS-DATA.req 프리미티브를 성공적으로 전달받은 경우, 이를 MCPS-DATA.cmf 프리미티브에 포함시켜 상기 네트워크 계층으로 전달한다.
그리고, 동시에 상기 맥 계층은 상기 NLME-Get-My-Coordinate.rsp 프리미티브를 포함한 데이터 프레임을 물리 계층을 통해 상기 장치 노드(610)로 전송한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 NLME-Get-Neighbor-Coordinate 프리미티브의 동작 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 7을 참조하여 장치(Device)(710)노드에서의 동작을 설명하면, 응용(APL:Application) 계층은 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브를 네트워크 계층(NWK:Network)으로 전달한다.
상기 네트워크 계층은 상기 전달받은 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브를 MCPS-DATA.req 프리미티브에 포함시켜 맥(MAC) 계층으로 전달한다. 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브의 파라미터는 이웃 노드의 네트워크 주소 리스트이다. 그리고, 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브는 상기 네트워크 주소 리스트에 포함된 이웃 노드의 위치를 요청하는 프리미티브이다. 그리고, 상기 MCPS-DATA.req 프리미티브는 데이터를 다른 엔터티로 전달하는데 사용되는 프리미티브이다.
상기 MAC 계층은 상기 MCPS-DATA.req 프리미티브를 수신하고, 상기 MCPS- DATA.req 프리미티브에 포함된 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브를 데이터 프레임에 포함시켜 물리 계층을 통해 해당 이웃 노드(720)로 전송한다.
동시에, 상기 MAC 계층은 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 를 포함하는 MCPS-DATA.cmf 프리미티브를 상기 네트워크 계층으로 전달한다.
이후, 상기 MAC 계층은 상기 해당 이웃 노드(710)부터 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브에 대한 응답인 상기 이웃 노드(710)의 위치를 포함하는 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.rsp 프리미티브를 포함한 데이터 프레임을 수신한 경우, 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.rsp 프리미티브를 MCPS-DATA.ind 프리미티브에 포함시켜 상기 네트워크 계층으로 전달한다. 상기 MCPS-DATA.ind 프리미티브는 특정 엔터티로부터 데이터를 수신한 경우, 이를 네트워크 계층으로 전달하기 위해 사용하는 프리미티브이다.
상기 네트워크 계층은 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.rsp 프리미티브의 파라미터를 포함시킨 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.cmf 프리미티브를 상기 응용 계층으로 전달한다.
상기 도 7을 참조하여 이웃 노드(Neighbor Node)(720)노드에서의 동작을 설명하면, 맥 계층은 물리 계층을 통해 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브를 포함하는 데이터 프레임을 수신한 경우, 이를 MCPS-DATA.ind 프리미티브에 포함시켜 네트워크 계층으로 전달한다.
상기 네트워크 계층은 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.req 프리미티브 를 전달받은 후, 여기에 포함된 파라미터를 포함하는 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.ind 프리미티브를 생성하여 응용 계층으로 전달한다.
상기 응용 계층은 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.ind 프리미티브를 수신한 경우, 자신의 위치를 나타내는 정보를 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.rsp 프리미티브에 포함시켜 상기 네트워크 계층으로 전달한다.
상기 네트워크 계층은 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.rsp 프리미티브를 수신하고, 이를 MCPS-DATA.req 프리미티브에 포함시켜 상기 맥 계층으로 전달한다.
이후, 상기 맥 계층은 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.rsp 프리미티브를 포함시킨 MCPS-DATA.req 프리미티브를 성공적으로 전달받은 경우, 이를 MCPS-DATA.cmf 프리미티브에 포함시켜 상기 네트워크 계층으로 전달한다.
그리고, 동시에 상기 맥 계층은 상기 NLME-Get-Neighbor-Coordinate.rsp 프리미티브를 포함한 데이터 프레임을 물리 계층을 통해 상기 장치 노드(710)로 전송한다.
전술된 프리미티브를 정리하면 하기와 같다.
NLME-GET-My-Coordinate.request
Parameter Description
RefNodAddrList The network address list of reference node
NLME-GET- My-Coordinate.confirm
Parameter Description
Status The status of corresponding request
NLME-GET- My-Coordinate.indication
Parameter Description
Status The status of corresponding request
NLME-GET- My-Coordinate.response
Parameter Description
Status The status of corresponding request
NLME-Get-Neighbor-Coordinate.request
Parameter Description
NeighborsAddrList The network address list of device's neighbors
NLME-Get-Neighbor-Coordinate.confirm
Parameter Description
Status The status of corresponding request
NeighborsCoordinate The coordinate of neighbors
NLME-Get-Neighbor-Coordinate.indication
Parameter Description
Status The status of corresponding request
NLME-Get-Neighbor-Coordinate.response
Parameter Description
Coordinate The coordinate of device
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 블록 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 노드는 물리부(830), MAC부(820), 네트워크부(810), 제어부(840), 및, 저장부(850)을 포함하여 구성된다.
상기 물리부(830)는 다른 노드와의 지그비 통신을 위한 물리 계층의 모듈로서, 무선처리부 및 기저대역처리부 등을 포함하여 구성된다. 상기 무선처리부는 안테나를 통해 수신되는 신호를 기저대역신호로 변경하여 상기 기저대역처리부로 제공하고, 상기 기저대역처리부로부터의 기저대역신호를 실제 무선 경로 상에서 전송할 수 있도록 무선신호로 변경하여 상기 안테나를 통해 송신한다. 상기 기저대역처 리부는 제공받은 기저대역신호를 데이터 프레임으로 변환하여 상기 MAC부(820)로 제공하고, 상기 MAC부(820)가 제공한 데이터 프레임을 무선 신호로 변환한다. 상기 물리부(830)는 다른 노드와 통신하는 통신 모듈의 기능을 수행한다.
상기 MAC부(820)는 상기 물리부(930)으로부터 데이터 프레임을 제공받고, 상기 데이터 프레임에 포함된 프리미티브를 추출하여, 정해진 프리미티브(예를 들어,MCPS_DATA 프리미티브)에 포함시켜 상기 네트워크부(810)로 전달한다. 그리고, 상기 MAC부(820)는 상기 네트워크부(810)로부터 제공받은 프리미티브를 정해진 프리미티브(예를 들어,MCPS_DATA 프리미티브)에 포함시키고 데이터 프레임으로 변환하여 상기 물리부(930)로 전달한다.
상기 네트워크부(810)는 상기 MAC부(820)로부터 프리미티브를 제공받고, 여기에 포함된 프리미티브를 추출하여, 정해진 프리미티브에 포함시켜 또는 정해진 프리미티브로 생성하여 응용 계층(800)으로 전달한다. 그리고, 상기 네트워크부(810)는 상기 응용 계층(800)으로부터 제공받은 프리미티브를 정해진 프리미티브(예를 들어,MCPS_DATA 프리미티브)에 포함시켜 상기 MAC부(820)로 전달한다.
상기 제어부(840)는 상기 노드의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 본 발명에 따라 상기 MAC부(820), 네트워크부(810) 및 응용 계층(800)을 제어한다.
상기 응용 계층(800)은 상기 노드가 참조 노드일 경우, 요청에 의해 자신의 위치를 요청한 노드로 알린다. 그리고 상기 응용 계층(800)은 상기 노드가 블라인드 노드인 경우, 참조 노드로 위치 정보를 요청하고 수신한 뒤, 위치 엔진을 이용하여 본 발명의 최적의 라우팅 경로를 계산한다.
상기 저장부(850)는 상기 노드의 전반적인 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 프로그램 수행 중 발생하는 일시적인 데이터를 저장하는 기능을 수행한다.
상술한 블록 구성에서, 상기 제어부(840)는 상기 MAC부(820), 네트워크부(810) 및 응용 계층(800)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다.
따라서, 실제로 제품을 구현하는 경우에 상기 MAC부(820), 네트워크부(810) 및 응용 계층(800)의 기능 모두를 상기 제어부(840)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 상기 기능 중 일부만을 상기 제어부(840)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지그비 네트워크 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 정보를 기반으로하는 라우팅 코스트 계산과정을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소스 노드 에서 목적 노드로의 라우팅 코스트 구하는 과정을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 위치 설정 과정을 도시한 도면,
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 엔진의 동작 과정을 도시한 흐름도,
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 참조 노드의 동작 과정을 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 NLME-Get-My-Coordinate 프리미티브의 동작 과정을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 NLME-Get-Neighbor-Coordinate 프리미티브의 동작 과정을 도시한 도면, 및,
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 블록 구성을 도시한 도면.

Claims (22)

  1. 지그비(Zigbee) 통신 시스템에서 노드(node)의 동작 방법에 있어서,
    적어도 하나의 고정된 참조(reference) 노드의 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 위치 정보 및 상기 수신 신호 세기에 관한 정보에 기초하여 상기 노드의 위치 정보를 결정하는 과정과,
    적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보를 수신하는 과정과,
    상기 노드의 위치 정보, 상기 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 다른 노드를 포함하는 최소의 라우팅 경로 비용을 가지는 라우팅 경로를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보를 수신하는 과정은,
    상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드의 배터리 전력 레벨을 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 라우팅 경로를 결정하는 과정은,
    상기 노드의 위치 정보, 상기 노드의 배터리 전력 레벨, 상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드의 위치 정보, 상기 적어도 하나의 다른 노드의 배터리 전력 레벨에 기초하여 상기 적어도 하나의 다른 노드를 포함하는 최소의 라우팅 경로 비용을 가지는 라우팅 경로를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신 신호 세기에 관한 정보는,
    상기 적어도 하나의 참조 노드가 상기 노드로부터 수신한 신호에 기초하여 측정한 수신 신호 세기인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보는,
    상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드의 위치 정보 및 상기 수신 신호 세기에 관한 정보에 기초하여 결정된 정보인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드로 상태 정보를 요청하는 메시지를 송신하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드로부터 상기 상태 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상태 정보는,
    상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드가, 자신의 위치 정보를 결정하고, 상기 위치 정보를 상기 노드로 송신할 수 있는지 여부를 알리는 정보인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 지그비(Zigbee) 통신 시스템에서 노드(node) 장치에 있어서,
    적어도 하나의 고정된 참조(reference) 노드의 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보, 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보를 수신하는 통신 모듈과,
    상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드의 위치 정보 및 상기 수신 신호 세기에 관한 정보에 기초하여 상기 노드의 위치 정보를 결정하고, 상기 노드의 위치 정보, 상기 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 다른 노드를 포함하는 최소의 라우팅 경로 비용을 가지는 라우팅 경로를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 통신 모듈은, 상기 적어도 하나의 다른 노드의 배터리 전력 레벨을 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 노드의 위치 정보, 상기 노드의 배터리 전력 레벨, 상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드의 위치 정보, 상기 적어도 하나의 다른 노드의 배터리 전력 레벨에 기초하여 상기 적어도 하나의 다른 노드를 포함하는 최소의 라우팅 경로 비용을 가지는 라우팅 경로를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 수신 신호 세기에 관한 정보는, 상기 적어도 하나의 참조 노드가 상기 노드로부터 수신한 신호에 기초하여 측정한 수신 신호 세기인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보는, 상기 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보 및 상기 수신 신호 세기에 관한 정보에 기초하여 결정된 정보인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 통신 모듈은, 상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드로 상태 정보를 요청하는 메시지를 송신하고, 상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드로부터 상기 상태 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상태 정보는, 상기 적어도 하나의 고정된 참조 노드가, 자신의 위치 정보를 결정하고, 상기 위치 정보를 상기 노드로 송신할 수 있는지 여부를 알리는 정보인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 지그비(Zigbee) 통신 시스템에서 고정된 참조(reference) 노드(node)의 동작 방법에 있어서,
    적어도 하나의 다른 노드로부터 상기 적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보를 결정하기 위해 사용되는 상기 참조 노드의 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보를 요청하는 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 적어도 하나의 다른 노드로 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 수신 신호 세기에 관한 정보는,
    상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 수신한 신호에 기초하여 측정한 수신 신호 세기인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 상태 정보를 요청하는 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 다른 노드로 상기 상태 정보를 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상태 정보는,
    상기 노드가 상기 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보를 결정하고, 상기 적어도 하나의 다른 노드로 상기 위치 정보 및 상기 수신 신호 세기에 관한 정보를 송신할 수 있는지 여부를 나타내는 정보인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 지그비(Zigbee) 통신 시스템에서 고정된 참조(reference) 노드(node) 장치에 있어서,
    적어도 하나의 다른 노드의 위치 정보를 결정하기 위해 사용되는 상기 참조 노드의 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보를 결정하는 제어부와,
    상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 상기 참조 노드의 위치 정보 및 상기 수신 신호 세기에 관한 정보를 요청하는 메시지를 수신하고, 상기 위치 정보 및 상기 수신 신호 세기에 관한 정보를 상기 적어도 하나의 다른 노드로 송신하는 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수신 신호 세기에 관한 정보는, 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 수신한 신호에 기초하여 측정한 수신 신호 세기인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 통신 모듈은, 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 상태 정보를 요청하는 메시지를 수신하고, 상기 적어도 하나의 다른 노드로 상기 상태 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 상태 정보는, 상기 참조 노드가 상기 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보를 결정하고, 상기 적어도 하나의 다른 노드로 상기 위치 정보 및 수신 신호 세기에 관한 정보를 송신할 수 있는지 여부를 나타내는 정보인 것을 특징으로 하는 장치.
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