KR101916328B1 - ＴＳＣＨ 기반의 ＩｏＴ 환경에서 ＲＰＬ을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀집된 산업 환경에서 네트워크 혼잡 없이 네트워크 형성 시간을 줄일 수 있는 충돌 최소화 스케줄링을 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것으로, EB(Enhanced Beacon)를 수신한 노드를 미리 약속한 기본 채널로 설정을 하고 주변의 노드들이 보낸 DIO(DODAG Information Object)메시지를 받는 RF 송수신 모듈;주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받아서 OF에 따라 부모노드를 선정하는 채널 설정 모듈;부모 RANK 값을 기준으로 자신의 RANK 값을 계산하는 RANK 계산 모듈;RANK 계산 모듈에서 계산된 RANK값을 기준으로 타임슬롯 depth 설정을 하고 ROOT로부터 DAO ACK 메시지가 도착하면 타임슬롯 변경에 대한 정보의 유무에 따라 타임슬롯을 변경하는 타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈;타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈에서 타임슬롯 계산 공식에 따라 RANK에 맞는 타임슬롯이 결정되면 depth 정보와 함께 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지에 담아서 ROOT로 보내는 DAO 생성 모듈;을 포함하는 것이다.

Description

ＴＳＣＨ 기반의 ＩｏＴ 환경에서 ＲＰＬ을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법{System and Method for Beacon Scheduling using ＲＰＬ in ＴＳＣＨ based ＩｏＴ Environment}

본 발명은 RPL을 이용한 비콘 스케줄링에 관한 것으로, 구체적으로 밀집된 산업 환경에서 네트워크 혼잡 없이 네트워크 형성 시간을 줄일 수 있는 충돌 최소화 스케줄링을 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.

오늘날 IoT(Internet of Things)는 주변에서 흔히 찾아볼 수 있는 것이 되었다. 생활공간의 가전제품끼리의 간단한 연결을 구성하는 홈 네트워크부터 대규모 공장에서 대규모의 데이터가 송수신하는 산업 네트워크까지 IoT의 필요성이 증가하면서 과거의 소규모 센서 네트워크보다는 다량의 센서들이 하나의 무리를 구성하고 있는 대규모 밀집 IoT 네트워크가 많이 생겨났다.

엄격한 기준과 높은 신뢰성을 필요로 하는 산업분야에서 ISA100.11a 와 Wireless HART 같은 다양한 무선 표준이 사용되고 있다. 2012년 기존의 IEEE는 802.15.4의 확장 버전인 IEEE802.15.4e 표준을 배포했다. 이 표준에는 산업 환경에서의 임베디드 어플리케이션을 위한 다양한 기술이 추가되었다.

그러한 기술 중 하나로 멀티채널(multi-channel)과 채널 이동(channel hopping) 기술을 가지고 있는 TSCH(Time Slotted Channel Hopping) 모드를 정의 하였다. 이 기술은 네트워크 전체가 동기화하여 통신하기 때문에 에너지 소비를 줄여 줄 수 있다.

뿐만 아니라, 물리적 채널을 16개로 구분하여 매 통신마다 채널 이동을 하기 때문에 혼잡한 환경에서도 뛰어난 신뢰성을 보장 할 수 있다.

TSCH는 메시(mesh), 트리(tree), 스타(star) 네트워크 구조에서 모두 동작 가능하다. 인터넷과의 데이터 교환에 대한 필요성이 증가하면서, IETF 6TiSCH WG(IPv6 over the TSCH mode of IEEE 802.15.4e)은 IPv6를 적용 가능한 CoAP, 6LoWPAN, RPL과 같은 기술들을 IEEE802.15.4e 표준 안에서 사용할 수 있게 하였다.

TSCH의 네트워크 형성 과정은 현재 네트워크의 상태를 주기적으로 외부에 알리는 과정을 뜻하며, 네트워크에 합류를 원하는 새로운 노드들의 참여 할 수 있는 시작점이 된다.

네트워크에 참여되어 있는 노드들은 Enhanced Beacon(EB)라고 하는 메시지를 주변에 방송한다. 이 메시지 안에는 네트워크에 대한 정보가 담겨 있다. 그래서 네트워크에 처음 참여하는 노드들은 이 메시지의 내용을 기초로 네트워크 참여 과정을 진행한다.

하지만, IEEE802.15.4e 표준에서는 EB를 어떤 채널에 어떤 비율로 보내야 한다는 전략에 대한 내용을 포함하고 있지 않다.

TSCH 네트워크 형성 과정은 에너지 소비 측면에서 매우 중요한 요소이다. 일반적으로 네트워크에 새롭게 합류하기를 원하는 노드들은 표준에 따라 16개 채널 중 하나의 채널을 선택하여 라디오 동작시키고, EB 수신을 기다리게 된다.

따라서, EB 메시지 수신 대기 시간이 길어질수록 에너지 소비량이 늘어나게 된다. 이는 적은 용량의 배터리로 동작하는 장치에 치명적인 문제가 될 수 있다.

TSCH 네트워크 형성 과정은 다수의 네트워크가 있는 넓은 환경에서도 중요한 역할을 차지한다.

대규모의 공장의 경우 하나의 네트워크가 전체의 공장 시설을 커버 할 수 없기 때문에 다수의 네트워크를 형성하게 된다.

각종 기기에서 발생되는 데이터를 수집하는 공장 시설이나, 이동성을 가진 기기들이 많이 있는 현대의 공장 환경에서는 이동성으로 인한 네트워크 이동이 빈번하게 발생한다. 이 경우는 여러 번의 네트워크 참여 과정을 거치게 된다. 이러한 과정에서 네트워크 형성 속도의 차이는 데이터의 수집과 기기의 성능에 민감한 요소로 작용한다. 따라서 빠른 네트워크 형성을 위한 전략이 반드시 필요하다.

TSCH는 시간을 타임슬롯(timeslot) 단위로 나누고, 채널을 16개로 나누어 통신하는 특징을 가지고 있다. 따라서 일반적인 통신의 경우 노드와 노드가 통신하는 링크(link) 단위로 타임슬롯(timeslot)과 채널 오프셋(channelOffset)을 할당하여 충돌을 최소화하고 있다.

하지만, EB에 경우 shared slot에서 동작을 진행하여 충돌 방지를 보장하지 않아 적절한 전략을 사용하지 않을 경우 EB 충돌에 의한 채널 혼잡이 발생할 가능성이 있다.

표준에는 EB 방송에 관련된 어떠한 전략도 나와 있지 않아 일반적으로 슬롯프레임(slotframe)의 첫 번째 타임슬롯(timeslot)에 채널 오프셋(channelOffset)을 0으로 설정하고 네트워크에 합류한 노드들이 모두 EB를 방송한다. 이러한 방법으로 EB를 방송할 경우 표준에서 제시한 시간 이내에 16개의 채널을 모두 순회할 수 있다.

하지만, 이러한 방법은 많은 충돌을 야기하기 때문에 네트워크에 새로운 노드가 진입하는 시간은 자연스럽게 길어질 수밖에 없다.

이에 종래 기술에서는 다른 전략을 제시하여 네트워크 진입 속도를 줄이기 위한 시도를 하고 있다. 기존에 존재하던 기술들은 모두 랜덤 기반의 전략을 취하고 있다. 랜덤 기반의 전략의 경우 확률을 기초로 하여 효율적으로 충돌을 회피할 수 있다.

하지만, 이는 최악의 상황일 때 네트워크 합류 시간을 알 수 없다는 것이다.

네트워크 참여를 원하는 노드는 랜덤으로 채널을 선택하여 EB 메시지를 기다리고 있다. 네트워크에 참여하고 있는 노드들은 그 존재를 모르기 때문에 표준은 16개의 채널을 순차적으로 순회하여 EB를 방송한다. 그렇게 되면 네트워크 참여를 원하는 노드는 반드시 표준에서 제시하는 최대 시간 안에 참여를 보장받게 된다.

하지만, 랜덤 기반의 전략의 경우 16개의 채널 중 하나를 매 순간 선택하기 때문에 16개를 모두 순회하는 것에 대한 보장은 되지 않는다. 랜덤 기반 전략의 경우 일정 숫자 이상 동작하였을 경우 그 확률로 수렴하는 경향성을 보이지만, 최악의 상황(Worst case)을 예측할 수 없다.

일반적인 경우에는 문제가 되지 않으나, 민감한 데이터를 수신하거나 송신하는 경우 네트워크에 참여하기 위한 최대 시간을 예측할 수 없다면, 시스템을 디자인 시 문제가 발생할 수 있다. 따라서 네트워크의 안정성을 위해서 최악의 상황 일 때의 합류 시간을 예측 가능해야 한다.

다른 문제점은 네트워크 전역에 고른 EB 방송을 하지 못한다.

네트워크에 참여하는 모든 노드들이 16개의 채널을 순회하며 EB를 방송하는 표준의 경우 주변 이웃 노드의 변화에 상관없이 반드시 노드의 통신 범위가 미치는 범위에는 고르게 EB가 방송된다.

하지만, 기존 기술들에서 제시하는 전략들의 경우 모두 다수의 노드가 통신 범위를 공유하고 있는 지역만 대상으로 적용된다는 문제가 있다. 이는 네트워크의 정보를 알리는 EB의 비율이 달라서 네트워크의 구성이 편향적으로 이루어 질 수 있는 가능성을 가지고 있다.

도 1은 통신 범위에 따른 알고리즘 적용 상태를 보여주는 예시이다.

A노드와 B노드의 통신 범위가 각각 있다고 하자. 둘의 통신 범위가 겹치는 1번 범위는 옆에 나와 있는 A와 B의 EB가 모두 전송된다.

하지만, A노드의 개별적인 통신 범위인 2번과 B노드의 개별적인 통신 범위인 3번은 각 노드의 개별적인 EB를 방송하게 된다. 이 경우 다수의 노드가 다수의 채널에 EB를 방송하여 새로운 노드의 진입 시간을 줄이겠다는 전략은 적용되지 않는다. 즉 2번과 3번 공간에서 다리는 새로운 노드는 표준보다 낮은 확률도 EB 수신을 하게 되는 것이다.

또 다른 문제는 무작위를 기반으로 선택한 채널에서 EB를 보내는 경우, 기기들이 밀집한 상황에서는 충돌을 방지할 수 있는 방법도 존재하지 않는다.

실제로 IEEE802.15.4e 표준에서 사용하고 있는 2.4Ghz ISM band의 경우 ZigBee, WiFi를 포함한 많은 통신 프로토콜이 동일 대역을 사용하고 있다. 따라서 어느 정도에 혼잡이 발생하는 상태에서 EB끼리의 충돌은 이를 더 심화시킨다. 하지만 종래 기술들은 이런 상황에 대한 고려를 하지 않고 있다.

한국공개특허번호 10-2013-0039183호 한국공개특허번호 10-2014-0060098호 한국공개특허번호 10-2013-0104426호

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 비콘 스케줄링의 문제를 해결하기 위한 것으로, 밀집된 산업 환경에서 네트워크 혼잡 없이 네트워크 형성 시간을 줄일 수 있는 충돌 최소화 스케줄링을 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 네트워크를 구성하는 EB만 Adv 슬롯에서 방송을 하며, 새로운 노드의 합류에 연관된 EB의 경우는 일반적인 데이터 교환에 사용되는 TX 슬롯에서 방송을 하여 슬롯프레임의 모든 슬롯을 사용할 수 있도록 한 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 EB와 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 또 다른 EB로 EB 타입을 구분하여 새로운 참여를 원하는 노드를 위한 EB만을 스케줄링 대상으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 RPL 프로토콜에서 사용되고 있는 RANK를 이용하여 타임슬롯을 각 노드에 배치하고, 슬롯프레임을 N개의 부분으로 나누고 타임슬롯을 할당할 때 구분해서 사용하여 노드 사이에 EB 방송으로 인한 충돌을 최소화할 수 있도록 한 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치는 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여, EB(Enhanced Beacon)를 수신한 노드를 미리 약속한 기본 채널로 설정을 하고 주변의 노드들이 보낸 DIO(DODAG Information Object)메시지를 받는 RF 송수신 모듈;주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받아서 OF에 따라 부모노드를 선정하는 채널 설정 모듈;부모 RANK 값을 기준으로 자신의 RANK 값을 계산하는 RANK 계산 모듈;RANK 계산 모듈에서 계산된 RANK값을 기준으로 타임슬롯 depth 설정을 하고 ROOT로부터 DAO ACK 메시지가 도착하면 타임슬롯 변경에 대한 정보의 유무에 따라 타임슬롯을 변경하는 타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈;타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈에서 타임슬롯 계산 공식에 따라 RANK에 맞는 타임슬롯이 결정되면 depth 정보와 함께 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지에 담아서 ROOT로 보내는 DAO 생성 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치는 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여, 네트워크에 합류한 노드가 보내는 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지를 수신하는 RF 송수신 모듈;DAO 메시지가 수신되면 노드 ID를 확인하고 DAO ACK 메시지를 생성하는 DAO 메시지 확인 및 DAO ACK 생성 모듈;타임슬롯의 숫자와 depth를 확인하는 타임슬롯 depth 확인 모듈;네트워크 전체에서 동일한 타임슬롯과 depth를 사용하는지를 찾아보고 중복이 된다면, 타임슬롯의 번호가 0에 가까운 순서로 빈 타임슬롯을 결정하여 DAO ACK에 보내고, 중복되지 않는다면, 타임슬롯을 그대로 DAO ACK에 담에서 보내도록 하는 타임슬롯 중복확인 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법은 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여, EB(Enhanced Beacon)를 수신한 노드는 미리 약속한 기본 채널로 설정을 하고 주변 노드들에서 DIO(DODAG Information Object)를 받을 준비를 하는 단계;주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받아서 OF에 따라 부모노드를 선정하는 단계;그 후에 부모 RANK 값을 기준으로 자신의 RANK 값을 계산하고, 부모 노드의 depth 값에서 하나 증가시킨 값을 자신의 depth 값으로 하는 단계;타임슬롯 계산 공식에 따라 RANK에 맞는 타임슬롯이 결정되고 depth 정보와 함께 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지에 담아서 ROOT로 보내는 단계;ROOT로부터 DAO ACK 메시지가 도착하면 타임슬롯 변경에 대한 정보의 유무에 따라 타임슬롯을 변경하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법은 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여, ROOT가 네트워크에 합류한 노드가 보내는 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지 수신을 대기하는 단계;DAO 메시지가 수신되면 노드 ID를 확인하고 타임슬롯의 숫자와 depth를 확인하는 단계;네트워크 전체에서 동일한 타임슬롯과 depth를 사용하는지를 확인하는 단계;중복되면 타임슬롯을 확인하여 타임슬롯의 번호가 0에 가까운 순서로 빈 타임슬롯을 결정하여 새로운 타임슬롯을 할당하고, 중복되지 않는다면, DAO ACK에 타임슬롯 및 승인 정보를 기록하고 타임슬롯을 그대로 DAO ACK에 담아서 보내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 밀집된 산업 환경에서 네트워크 혼잡 없이 네트워크 형성 시간을 줄일 수 있는 충돌 최소화 스케줄링을 구현한다.

둘째, 네트워크를 구성하는 EB만 Adv 슬롯에서 방송을 하며, 새로운 노드의 합류에 연관된 EB의 경우는 일반적인 데이터 교환에 사용되는 TX 슬롯에서 방송을 하여 슬롯프레임의 모든 슬롯을 사용할 수 있도록 하여 더 증가된 확장성을 갖는다.

셋째, 처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하여 EB 메시지간의 충돌을 고려한 스케줄링으로 네트워크에 혼잡을 발생 시키지 않아, 통신 성공률을 높일 수 있다.

넷째, IEEE802.15.4e 표준에 근거하여 네트워크 합류 시간을 예측할 수 있다.

다섯째, 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 EB와 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 또 다른 EB로 EB 타입을 구분하여 새로운 참여를 원하는 노드를 위한 EB만을 스케줄링 대상으로 하여 스케줄링으로 네트워크에 혼잡을 발생 시키지 않는다.

여섯째, RPL 프로토콜에서 사용되고 있는 RANK를 이용하여 타임슬롯을 각 노드에 배치하고, 슬롯프레임을 N개의 부분으로 나누고 타임슬롯을 할당할 때 구분해서 사용하여 노드 사이에 EB 방송으로 인한 충돌을 최소화할 수 있다.

도 1은 통신 범위에 따른 알고리즘 적용 상태를 나타낸 구성도
도 2는 노드 밀집 정도에 따른 EB 방송 빈도 수 증가 예시를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정 모듈의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정 알고리즘을 나타낸 플로우 차트
도 5는 본 발명에 따른 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정 모듈의 구성도
도 6은 본 발명에 따른 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정 알고리즘을 나타낸 플로우 차트

이하, 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 2는 노드 밀집 정도에 따른 EB 방송 빈도 수 증가 예시를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법은 밀집된 산업 환경에서 네트워크 혼잡 없이 네트워크 형성 시간을 줄일 수 있는 충돌 최소화 스케줄링을 구현하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 네트워크를 구성하는 EB만 Adv 슬롯에서 방송을 하며, 새로운 노드의 합류에 연관된 EB의 경우는 일반적인 데이터 교환에 사용되는 TX 슬롯에서 방송을 하여 슬롯프레임의 모든 슬롯을 사용할 수 있도록 하는 구성을 포함할 수 있다.

본 발명은 처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하는 구성을 포함할 수 있다.

본 발명은 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 EB와 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 또 다른 EB로 EB 타입을 구분하여 새로운 참여를 원하는 노드를 위한 EB만을 스케줄링 대상으로 하는 구성을 포함할 수 있다.

본 발명은 RPL 프로토콜에서 사용되고 있는 RANK를 이용하여 타임슬롯을 각 노드에 배치하고, 슬롯프레임을 N개의 부분으로 나누고 타임슬롯을 할당할 때 구분해서 사용하여 노드 사이에 EB 방송으로 인한 충돌을 최소화하는 구성을 포함할 수 있다.

TSCH(Time Slotted Channel Hopping)는 IEEE802.15.4e 표준에 정의된 기술 중 하나이다.

TSCH은 시 분할 기법을 기반으로 동작하며, 16개의 분리된 채널을 매 통신마다 바꿔가며 동작하기 때문에 높은 신뢰성을 보장한다.

네트워크 전체가 동기화되어 동작하기 때문에 네트워크 참여 과정이 반드시 필요하다. 하지만 TSCH의 채널 변경 기술 때문에 네트워크 참여를 원하는 새로운 노드의 네트워크 참여 시간이 길어지는 현상이 발생한다.

무작위로 채널을 선택하여 네트워크 형성 시간을 빠르게 하는 접근은 노드 10개 이하의 네트워크에서 효과가 있지만 20개 이상의 네트워크에서는 비콘 메시지들의 충돌로 인하여 네트워크 혼잡이 크게 발생하여, 네트워크 참여 시간이 증가하게 된다.

또한, 확률적으로 채널이 선택되기 때문에 네트워크 전체에 고르게 비콘을 방송 할 수 없다. 이를 해결하기 위해 본 발명은 밀집된 산업 환경에서 네트워크 혼잡 없이 네트워크 형성 시간을 줄일 수 있는 충돌 최소화 스케줄링 기법을 제안한다.

먼저, RPL 기술에 대한 설명을 하면 다음과 같다.

RPL(IPv6 Routing Protocol for Low-power Lossy Networks)은 저 전력 그리고 잡음이 매우 심한 수백 대 규모의 네트워크를 목표로 설계 되었다.

RPL은 다대일, 일대다, 일대일 트래픽에 대한 지원이 가능하게 만들어져 있다.

RPL의 기본적인 아이디어는 네트워크에 참여한 노드들이 모두 하나의 중심 노드(Root)쪽으로 DODAGs(Destination Oriented DAGs)를 생성하는 것이다.

이렇게 만들어진 DODAGs는 하나의 유일한 ID를 가지고 관리된다.

DODAGs를 만들고 운영하는 기준은 OF(Objective Function)에 맞춰서 이루어진다.

OF(Objective Function)은 hop count, latency, energy 등 다양한 기준에 따라 변경할 수 있으며, 네트워크 개발자의 선택으로 결정된다. 각각의 노드는 네트워크에서 상대적인 위치를 나타내는 RANK 값을 부여받는다. 이것은 네트워크가 가장 처음 시작되는 ROOT에서 멀어 질수록 그 값이 늘어난다.

RPL은 upward 라우팅 경로를 DIO(DODAG Information Object) 메시지를 전송을 통해서 만들고 유지한다. DIO 메시지는 RPL INSTANCE, DODAGID, RANK, DODAGVersion 숫자를 담고 있다. DIO 메시지의 전송은 주로 노드의 작은 타이머를 이용하여 주기적으로 전송된다. 각 노드는 DODAG에 참여하기 전에 주변 이웃들의 DIO 메시지를 수집한다. 그 다음, OF의 정책에 따라 가장 우선순위가 높은 이웃을 선택하여 DODAG 부모로 선택한다. 그리고 부모로부터 받은 RANK 값을 기준으로 자신의 RANK 값을 계산한다.

DAO(Destination Advertisement Object) 메시지는 downward 라우팅 경로를 만들고 유지하는 것에 사용된다. DIO 메시지를 통해 DODAG가 구성된 이후에 참여한 노드는 필수적으로 ROOT에게 DAO 메시지를 전송한다.

DAO 메시지는 자기 자신부터 ROOT까지의 경로 정보를 가지고 있다.

DAO 메시지에 ROOT까지 메시지가 전달될 때 경유하는 모든 경로를 저장하여 ROOT까지 전달된다. 메시지를 전달받은 ROOT의 경우 메시지 있는 플래그(flag)의 형태에 따라 DAO ACK를 보내는 과정을 진행하기도 한다. DAO 메시지를 받는 ROOT의 경우는 모든 네트워크의 라우팅 정보를 알 수 있게 된다.

본 발명은 처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행한다.

이를 통해 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하는 순서로 진행이 된다.

충돌 최소화 메커니즘은 기존에 구분없이 사용하고 있는 EB의 타입을 두 가지로 구분하여 사용한다.

기존 네트워크 상태를 유지를 위한 EB는 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송된다.

또 다른 EB는 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송된다. 본 발명에서는 이를 구분하여 새로운 참여를 원하는 노드를 위한 EB만을 스케줄링 대상으로 한다.

IEEE 802.15.4e TSCH 표준에서는 TX slot, RX slot, Sleep slot, Adv slot으로 타임슬롯의 타입을 구분하고 있다.

일반적인 TX, RX slot의 경우는 데이터 교환에 사용되며, Sleep slot의 경우는 데이터 교환이 일어나지 않을 때 할당된다.

EB는 Adv slot에서만 방송할 수 있게 되어 있다.

하지만, 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법에서는 네트워크를 구성하는 EB만 Adv slot에서 방송을 하며, 새로운 노드의 합류에 연관된 EB의 경우는 일반적인 데이터 교환에 사용되는 TX slot에서 방송을 하게 된다.

이에 따라 EB 스케줄링은 TSCH의 일반적인 스케줄링 범주로 포함되며, 슬롯프레임의 모든 슬롯을 사용할 수 있다.

각 노드는 어떤 특별한 기준에 의해 슬롯을 선택해야 한다. 일반적인 데이터 교환에 사용되는 노드 사이의 Link는 데이터의 교환 유/무에 따라 빈번하게 변화하고, 수신과 송신을 하는 주체가 확실하기 때문에 채널 오프셋(channelOffset)과 타임슬롯을 동적으로 스케줄링 하는 것이 유리하다.

하지만, EB 스케줄링에 경우는 네트워크 참여를 원하는 노드가 존재하는지, 어떤 채널에서 참여를 기다리고 있는지에 대한 정보를 알지 못한다.

즉, 송신자는 확실히 존재하지만 수신자의 존재를 알지 못하는 상태에서 스케줄링을 해야 한다. 따라서 EB에 대한 스케줄링을 동적으로 분배하는 것을 불가능에 가깝다.

본 발명에서는 제시하는 스케줄링 방법은 RANK 값과 무작위 값을 이용하여 타임슬롯을 노드에 정적으로 할당한다.

즉, 네트워크 전체에서 하나의 타임슬롯에 EB를 방송하는 노드는 하나가 된다. 따라서 전체 네트워크에서 이웃과 EB의 충돌이 일어날 확률은 없다는 장점을 가지고 있다.

RANK 부여받는 각 노드들은 해당 RANK를 이용하여 타임슬롯 선택 메커니즘을 사용하여 타임슬롯을 선택한다. 그 후에 채널 오프셋(channelOffset) 0으로 설정하고, ASN(Absolute Slot Number)에 증가에 따라 채널을 바꾸면서 자신의 주위에 EB를 방송한다.

그래서 각 노드는 표준에서 제시하는 16개의 채널에 EB를 자신의 범위 안에 모두 전송할 수 있다. 이런 기준에 따라 시간을 계산해 보면 네트워크 참여를 위해 대기하고 있는 노드들이 EB를 수신하는 최대 시간은 표준에서 제시하는 시간을 초과하지 않는다.

이 메커니즘의 또 하나의 장점은 노드들의 밀집도가 높아질수록 통신 범위가 겹치는 부분의 합류 시간은 짧아진다는 것이다.

도 2의 (가)는 3개의 노드가 통신 범위가 겹치는 범위에 있는 것을 나타내고 있다.

도 2의 (나)는 A, B, C 노드가 각각 RANK를 기준으로 타임슬롯을 할당 받은 것을 나타낸 것이다.

먼저, 각 노드는 다른 타임슬롯에 EB를 방송하기 때문에 EB끼리의 충돌 가능성은 없다. 그리고 모든 노드가 채널 오프셋(channelOffset)을 0으로 설정하고 EB를 방송하게 된다. 간단하게 16개의 채널을 모두 순회하는 시간이 16 슬롯프레임이라고 가정한다.

도 2의 (가)에서 각 EB가 방송되는 범위를 찾아보면, A가 방송하는 EB는 4, 2, 6, 7 범위에 방출된다. 같은 방식으로 B노드는 1, 4, 5, 7, C노드는 5, 3, 6, 7에 EB를 각각 방출한다. 2, 3, 1 영역은 각각의 노드의 EB가 하나씩 영향을 미치는 범위이다.

따라서, 이 구역의 최대 네트워크 합류 시간은 표준에서 제시하는 최대 합류 시간이다.

다음으로 4, 6, 5 의 경우 2개의 노드의 EB가 중복하여 방송하는 지역이다.

따라서, 채널당 총 2번의 EB가 방송되며, 최대 네트워크 합류 시간은 표준에서 제시하는 최대 합류시간 이하가 된다.

마지막으로 7번 구역의 경우는 A, B, C 노드의 EB가 모두 방송되는 지역으로 여기는 채널당 총 3번 이하의 EB가 방송된다. 따라서 최대 네트워크 합류 시간도 그 만큼 줄어든다.

다음으로는 RANK 기반 타임슬롯 선택 메커니즘에 대해서 설명한다.

본 발명에서 제시하는 스케줄링 기법은 충돌을 최소화하는 것을 목표로 한다.

따라서, 노드 사이에 EB 방송으로 인한 충돌을 최소화하기 위한 메커니즘을 도입한다.

RPL 프로토콜에서 사용되고 있는 RANK를 이용하여 타임슬롯을 각 노드에 배치한다. 타임슬롯은 시간 단위로 구분되어 있기 때문에 EB로 인한 충돌의 가능성을 현저히 낮춘다.

하지만, 이렇게 타임슬롯을 각 노드에 할당하다 보면 네트워크에 참여할 수 있는 노드의 개수가 타임슬롯의 개수로 한정된다. 이를 해결하기 위해서 슬롯프레임을 N개의 부분으로 나누고 타임슬롯을 할당할 때 구분해서 사용한다.

타임슬롯 선택 메커니즘을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

슬롯프레임의 크기는 네트워크를 처음 설계할 때부터 동일하게 지정되어 있는 값이다. 이를 N개의 부분으로 나누어 각 부분의 가장 첫 번째 타임슬롯의 숫자를 기준 값으로 설정한다.

RANK 값은 수학식 1에서와 같이 정의된다.

수학식 1에서 얻은 R(N) 값을 수학식 2에 대입하여 OFFSET을 계산한다.
여기서, R(N)은 자신의 랭크 값이고, R(P)는 부모의 랭크 값이다.

은 slotframe의 숫자를 나타내며,

는 slotframe을 분할 개수를 나타낸다. 간섭의 영향으로 4이상 분할하여야 한다.

다음으로 인접한 부모 노드와 자식 노드 간의 타임슬롯 중복을 방지하고, 타임슬롯 재사용을 용이하기 위해서 DIO 메시지 전달 과정에 슬롯프레임 분할 넘버를 넣어 전달한다.

자식 노드는 이웃 노드들로부터 DIO 메시지를 받는다.

그리고 OF의 계산 방식에 따라 부모 노드를 선택하게 되는데 부모 노드의 slotframe depth 넘버를 하나 증가시킨 값을 자신의 depth 넘버로 결정하고 그 depth 넘버의 기준 값에 수학식 2에서 구한 OFFSET 값을 더한 값을 자신의 Timeslot으로 선정한다.

수학식 3에서

은 분할 넘버를 나타내며 K 함수는 분할 넘버를 넣었을 때, 대표값이 출력된다. 그것에서 수학식 2에서 계산된 OFFSET을 더해 최종적으로 타임슬롯을 결정한다.

타임슬롯의 재사용은

재 등장할 때 다시 사용될 수 있다.

다음은 중복 타임슬롯 수정 메커니즘에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

RANK 기반 타임슬롯 측정 기술은 노드 스스로가 부모의 RANK 값을 이용하여 자신의 타임슬롯을 결정하는 메커니즘이다.

하지만, 이와 같은 메커니즘은 다음 두 가지 경우에서 문제가 발생한다.

첫째, 슬롯프레임의 크기의 부족 때문에 depth에 담을 수 있는 타임슬롯의 크기가 부족하여 같은 depth의 있는 노드의 개수를 모두 수용할 수 없을 때이다.

두 번째는 OFFSET의 값이 동일하게 나와 같은 타임슬롯으로 할당된 경우이다.

이 두 가지 문제는 빈번한 노드의 출입이 일어날 때마다 발생한다.

이와 같은 두 가지 문제를 보완하는 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.

RANK 기반 타임슬롯 메커니즘의 가장 마지막에는 항상 Root로 자신의 경로를 알리는 DAO 메시지를 전송하게 된다.

이 DAO 메시지에 계산으로 선택한 자신의 타임슬롯과 depth 값을 담아서 보낸다.

본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정 모듈의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정 알고리즘을 나타낸 플로우 차트이다.

표 1에서 알고리즘 2는 타임슬롯을 계산한 Node가 DAO를 보내고 DAO ACK를 받는 것을 나타낸다.

1번 줄은 앞에서 이야기한 RANK 기반 타임슬롯 선택 알고리즘으로 타임슬롯을 설정한다. 2~3번 줄은 DAO에 타임슬롯과 자신이 속한 depth 번호를 담아서 ROOT에 보내고 ACK를 기다린다.

4~5번은 ACK를 받고 중복일 경우 ROOT가 보낸 새로운 타임슬롯으로 변경을 하고, default 답변이 올 경우는 처음 자신이 설정했던 타임슬롯을 확정하고 EB를 방송하기 시작한다.

본 발명에 따른 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정 모듈의 구성은 도 3에서와 같이, EB(Enhanced Beacon)를 수신한 노드를 미리 약속한 기본 채널로 설정을 하고 주변 노드들에서 DIO(DODAG Information Object)를 받을 준비를 하고, 주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받는 RF 송수신 모듈(31)과, 주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받아서 OF에 따라 부모노드를 선정하는 채널 설정 모듈(35)과, 부모 RANK 값을 기준으로 자신의 RANK 값을 계산하는 RANK 계산 모듈(32)과, RANK 계산 모듈(32)에서 계산된 RANK값을 기준으로 타임슬롯 depth 설정을 하고 ROOT로부터 DAO ACK 메시지가 도착하면 타임슬롯 변경에 대한 정보의 유무에 따라 타임슬롯을 변경하는 타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈(33)과, 타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈(33)에서 타임슬롯 계산 공식에 따라 RANK에 맞는 타임슬롯이 결정되면 depth 정보와 함께 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지에 담아서 ROOT로 보내는 DAO 생성 모듈(34)을 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정 알고리즘은 도 4에서와 같이, EB를 수신한 노드는 미리 약속한 기본 채널로 설정을 하고 주변 노드들에서 DIO를 받을 준비를 한다.(S401)

이어, 주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받아서(S402) OF에 따라 부모노드를 선정한다.(S403)

그리고 그 후에 부모의 RANK 값 R(P)을 기준으로 자신의 RANK 값 R(N)을 계산하고, 부모 노드의 depth 값에서 +1한 값을 자신의 depth 값으로 정한다.(S404)

타임슬롯 계산 공식에 따라 RANK에 맞는 타임슬롯이 결정되면 depth 정보와 함께 DAO 메시지에 담아서 ROOT로 보낸다.(S405)

이어, ROOT로부터 DAO ACK 메시지가 도착하면(S406) 타임슬롯 변경에 대한 정보의 유무에 따라(S407) 타임슬롯을 변경하거나(S408), 유지하여 최종적으로 네트워크 합류 과정을 수행한다.(S409)

본 발명에 따른 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정 모듈의 상세 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정 모듈의 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정 알고리즘을 나타낸 플로우 차트이다.

표 1에서 알고리즘 3은 Root 관점에서 DAO를 수신하고 DAO ACK를 보내는 과정을 나타낸 것이다.

1번에서 Node로부터 DAO 메시지를 받는다. 2번 줄은 DAO에 타임슬롯과 section 정보를 이용하여 네트워크에 타임슬롯을 중복으로 사용하는 노드가 있는 지 확인하는 과정이다. 3~8줄은 타임슬롯이 사용되고 있는 경우 그것이 같은 depth 인가 아닌가를 판단하는 것으로 5번줄의 타임슬롯을 사용하고 있는 기존 타임슬롯을 사용하고 있는 노드의 depth를 현재 사용하려고 하는 노드의 depth와 비교한다.

같은 depth 일 경우에는 다른 타임슬롯을 할당한다.

같은 Depth가 아닐 경우는 타임슬롯 재사용이라고 간주하고, 8번째 줄과 같이 기본 메시지를 DAO에 담는다. 10번째줄은 타임슬롯이 사용되지 않았을 때 기존 메시지를 DAO에 담아서 보내는 것을 나타낸다.

마지막으로 DAO ACK를 DAO를 보낸 노드로 보낸다.

여기서 6번째 줄 새로운 타임슬롯을 결정하는 방법은 section 구분없이 슬롯프레임의 0번 슬롯부터 비어 있는 곳을 차례로 사용한다.

본 발명에 따른 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정 모듈은 도 5에서와 같이, 네트워크에 합류한 노드가 보내는 DAO 메시지를 수신하는 RF 송수신 모듈(51)과, DAO 메시지가 수신되면 노드 ID를 확인하고 DAO ACK 메시지를 생성하는 DAO 메시지 확인 및 DAO ACK 생성 모듈(52)과, 타임슬롯의 숫자와 depth를 확인하는 타임슬롯 depth 확인 모듈(53)과, 네트워크 전체에서 동일한 타임슬롯과 depth를 사용하는지를 찾아보고 중복이 된다면, 타임슬롯의 번호가 0에 가까운 순서로 빈 타임슬롯을 결정하여 DAO ACK에 보내고, 중복되지 않는다면, 타임슬롯을 그대로 DAO ACK에 담에서 보내도록 하는 타임슬롯 중복확인 모듈(54)을 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정 알고리즘은 도 6에서와 같이, ROOT는 네트워크에 합류한 노드가 보내는 DAO 메시지를 기다린다.(S601)

DAO 메시지가 수신되면 노드 ID를 확인하고 타임슬롯의 숫자와 depth를 확인한다.(S602)

그 후에 네트워크 전체에서 동일한 타임슬롯과 depth를 사용하는지를 찾아보고(S603) 중복이 되는지 판단하여(S604), 같은 depth이면(S605) 타임슬롯을 확인하여 타임슬롯의 번호가 0에 가까운 순서로 빈 타임슬롯을 결정하여 새로운 타임슬롯을 할당한다.(S607)

중복되지 않는다면, DAO ACK에 타임슬롯 및 승인 정보를 기록하고(S606) 타임슬롯을 그대로 DAO ACK에 담아서 보낸다.(S608)

이상에서 설명한 본 발명에 따른 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치 및 방법은 처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하는 것이다.

특히, 본 발명은 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 EB와 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 또 다른 EB로 EB 타입을 구분하여 새로운 참여를 원하는 노드를 위한 EB만을 스케줄링 대상으로 하는 EB 방송으로 인한 충돌을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

31. RF 송수신 모듈 32. RANK 계산 모듈
33. 타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈 34. DAO 생성 모듈
35. 채널 설정 모듈

Claims (14)

1. 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여,
   EB(Enhanced Beacon)를 수신한 노드를 미리 약속한 기본 채널로 설정을 하고 주변의 노드들이 보낸 DIO(DODAG Information Object)메시지를 받는 RF 송수신 모듈;
   주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받아서 OF(Objective Function)에 따라 부모노드를 선정하는 채널 설정 모듈;
   부모 RANK 값을 기준으로 자신의 RANK 값을 계산하는 RANK 계산 모듈;
   RANK 계산 모듈에서 계산된 RANK값을 기준으로 타임슬롯 depth 설정을 하고 ROOT로부터 DAO ACK 메시지가 도착하면 타임슬롯 변경에 대한 정보의 유무에 따라 타임슬롯을 변경하는 타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈;
   타임슬롯 depth 설정 및 변경 모듈에서 타임슬롯 계산 공식에 따라 RANK에 맞는 타임슬롯이 결정되면 depth 정보와 함께 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지에 담아서 ROOT로 보내는 DAO 생성 모듈;을 포함하고,
   EB(Enhanced Beacon)를 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 네트워크를 구성하는 EB와, 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 EB로 구분하여 사용하고,
   처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 네트워크를 구성하는 EB만 Adv slot에서 방송을 하고, 새로운 노드의 합류에 연관된 EB의 경우는 데이터 교환에 사용되는 TX slot에서 방송을 하여 새로운 참여를 원하는 노드를 위한 EB만을 스케줄링 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치.
4. 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여 EB(Enhanced Beacon)를 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 네트워크를 구성하는 EB와, 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 EB로 구분하여 사용하고, 처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하고,
   ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여,
   네트워크에 합류한 노드가 보내는 depth 정보를 포함하는 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지를 수신하는 RF 송수신 모듈;
   DAO 메시지가 수신되면 노드 ID를 확인하고 DAO ACK 메시지를 생성하는 DAO 메시지 확인 및 DAO ACK 생성 모듈;
   타임슬롯의 숫자와 depth를 확인하는 타임슬롯 depth 확인 모듈;
   네트워크 전체에서 동일한 타임슬롯과 depth를 사용하는지를 찾아보고 중복이 된다면, 타임슬롯의 번호가 0에 가까운 순서로 빈 타임슬롯을 결정하여 DAO ACK에 보내고, 중복되지 않는다면, 타임슬롯을 그대로 DAO ACK에 담에서 보내도록 하는 타임슬롯 중복확인 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 타임슬롯 선택을 위하여,
   네트워크를 처음 설계할 때 동일하게 지정되어 있는 슬롯프레임의 크기 값을 N개의 부분으로 나누어 각 부분의 가장 첫 번째 타임슬롯의 숫자를 기준 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치.
6. 제 1 항에 있어서, RANK 값은,
   

   

   으로 정의되고,
   R(N) 값을

   

   에 적용하여 OFFSET을 계산하고,
   

   

   은 slotframe의 숫자를 나타내며,

   

   는 slotframe을 분할 개수를 나타내고, R(N)은 자신의 랭크 값이고, R(P)는 부모의 랭크 값인 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 인접한 부모 노드와 자식 노드 간의 타임슬롯 중복을 방지하고, 타임슬롯 재사용을 위하여 DIO 메시지 전달 과정에 슬롯프레임 분할 넘버를 넣어 전달하고, 자식 노드는 이웃 노드들로부터 DIO 메시지를 받는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치.
8. 제 7 항에 있어서, OF(Objective Function)의 계산 방식에 따라 부모 노드를 선택하고 부모 노드의 slotframe depth 넘버를 하나 증가시킨 값을 자신의 depth 넘버로 결정하고,
   

   

   와 같이 depth 넘버의 기준 값에 OFFSET 값을 더한 값을 자신의 타임슬롯으로 선정하고,
   

   

   은 분할 넘버를 나타내며 K 함수는 분할 넘버를 넣었을 때, 대표값이 출력되는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 장치.
9. 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여,
   EB(Enhanced Beacon)를 수신한 노드는 미리 약속한 기본 채널로 설정을 하고 주변 노드들에서 DIO(DODAG Information Object)를 받을 준비를 하는 단계;
   주변의 노드들이 보낸 DIO 메시지를 받아서 OF(Objective Function)에 따라 부모노드를 선정하는 단계;
   그 후에 부모 RANK 값을 기준으로 자신의 RANK 값을 계산하고, 부모 노드의 depth 값에서 하나 증가시킨 값을 자신의 depth 값으로 하는 단계;
   타임슬롯 계산 공식에 따라 RANK에 맞는 타임슬롯이 결정되고 depth 정보와 함께 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지에 담아서 ROOT로 보내는 단계;
   ROOT로부터 DAO ACK 메시지가 도착하면 타임슬롯 변경에 대한 정보의 유무에 따라 타임슬롯을 변경하는 단계;를 포함하고,
   EB(Enhanced Beacon)를 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 네트워크를 구성하는 EB와, 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 EB로 구분하여 사용하고,
   처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법.
10. 노드 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여 EB(Enhanced Beacon)를 네트워크에 포함되어 있는 다른 이웃들에게 자신의 존재를 전파하고, ASN(Absolute Slot Number)을 공유하기 위한 유지 목적으로 방송되는 네트워크를 구성하는 EB와, 새롭게 네트워크에 참여하기를 원하는 노드를 위하여 방송되는 EB로 구분하여 사용하고, 처음 네트워크에 진입하여 부모 노드의 RANK와 무작위로 선택된 값을 더해서 나온 값을 이용하여 타임슬롯을 정하고, 그 정보를 ROOT까지 DAO 메시지를 보내어 타임슬롯 중복을 막는 과정을 진행하여 네트워크에서 각 노드가 가진 타임슬롯의 독립성을 확정하고, 그 지정된 타임슬롯에서 EB를 방송하고,
    ROOT 기준의 타임슬롯 중복 수정을 위하여,
    ROOT가 네트워크에 합류한 노드가 보내는 depth 정보를 포함하는 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지 수신을 대기하는 단계;
    DAO 메시지가 수신되면 노드 ID를 확인하고 타임슬롯의 숫자와 depth를 확인하는 단계;
    네트워크 전체에서 동일한 타임슬롯과 depth를 사용하는지를 확인하는 단계;
    중복되면 타임슬롯을 확인하여 타임슬롯의 번호가 0에 가까운 순서로 빈 타임슬롯을 결정하여 새로운 타임슬롯을 할당하고, 중복되지 않는다면, DAO ACK에 타임슬롯 및 승인 정보를 기록하고 타임슬롯을 그대로 DAO ACK에 담아서 보내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 타임슬롯 선택을 위하여,
    네트워크를 처음 설계할 때 동일하게 지정되어 있는 슬롯프레임의 크기 값을 N개의 부분으로 나누어 각 부분의 가장 첫 번째 타임슬롯의 숫자를 기준 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법.
12. 제 9 항에 있어서, RANK 값은,
    

    

    으로 정의되고,
    R(N) 값을

    

    에 적용하여 OFFSET을 계산하고,
    

    

    은 slotframe의 숫자를 나타내며,

    

    는 slotframe을 분할 개수를 나타내고, R(N)은 자신의 랭크 값이고, R(P)는 부모의 랭크 값인 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 인접한 부모 노드와 자식 노드 간의 타임슬롯 중복을 방지하고, 타임슬롯 재사용을 위하여 DIO 메시지 전달 과정에 슬롯프레임 분할 넘버를 넣어 전달하고, 자식 노드는 이웃 노드들로부터 DIO 메시지를 받는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법.
14. 제 13 항에 있어서, OF(Objective Function)의 계산 방식에 따라 부모 노드를 선택하고 부모 노드의 slotframe depth 넘버를 하나 증가시킨 값을 자신의 depth 넘버로 결정하고,
    와 같이 depth 넘버의 기준 값에 OFFSET 값을 더한 값을 자신의 타임슬롯으로 선정하고,
    

    

    은 분할 넘버를 나타내며 K 함수는 분할 넘버를 넣었을 때, 대표값이 출력되는 것을 특징으로 하는 TSCH 기반의 IoT 환경에서 RPL을 이용한 비콘 스케줄링 방법.
    

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