KR102008208B1 - 무선 네트워크 구축 방법 - Google Patents

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KR102008208B1 KR1020180013531A KR20180013531A KR102008208B1 KR 102008208 B1 KR102008208 B1 KR 102008208B1 KR 1020180013531 A KR1020180013531 A KR 1020180013531A KR 20180013531 A KR20180013531 A KR 20180013531A KR 102008208 B1 KR102008208 B1 KR 102008208B1
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예들은 클러스터 트리 구조 기반의 무선 네트워크를 구축하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 네트워크 가입을 시도하는 단말 기기가 주 전송 경로를 구축할 수 있는 하나 이상의 부모 기기 후보를 선택하는 단계, 단말 기기가 선택된 부모 기기 후보에 대하여 네트워크 가입을 요청하는 단계, 단말 기기에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간 유무에 대한 부모 기기 후보의 판단에 따라, 단말 기기가 부모 기기 후보의 자녀 기기로 가입하는 단계, 최상위 부모 기기인 코디네이터로부터 전송된 예비 전송 경로 구축 명령에 응답하여, 단말 기기가 자신의 부모 기기와 상이한 하나 이상의 클러스터 헤드(cluster head; 이하 CH)를 예비 부모 기기 후보로 선택하는 단계, 단말 기기가 선택된 예비 부모 기기 후보에 대하여 네트워크 예비 가입을 요청하는 단계, 단말 기기에 할당할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간 유무에 대한 예비 부모 기기 후보의 판단에 따라, 단말 기기가 예비 부모 기기 후보의 예비 자녀 기기로 가입하는 단계, 및 단말 기기가 자신의 부모 기기와 구축된 주 전송 경로가 정상적으로 사용 불가능하다고 판단한 경우, 자신의 예비 부모 기기에게 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청하여 네트워크 주 전송 경로를 새롭게 구축하는 단계를 포함한다.

Description

무선 네트워크 구축 방법{METHOD FOR CONFIGURING WIRELESS NETWORK}
본 발명은 무선 네트워크 구축 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 트리(tree) 구조의 다중-홉(multi-hop) 무선 네트워크를 구성하고 운용하는 방법에 관한 것이다.
최근 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기반의 센서 기술, 저전력 아날로그 및 디지털 전자 기술, 저전력 RF 설계 기술 등의 발전에 힘입어 저비용/저전력 무선 센서들을 이용한 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Networks; 이하 "WSN") 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
WSN은 네트워크 운영을 제어하는 기기인 하나의 주 통신 기기(access point; 이하 "AP")와 다수의 센서 노드(sensor node; 센싱, 연산, 통신 기능 등을 갖춘 단말 기기)들로 구성될 수 있다. 센서 노드들은 가용할 수 있는 전력이 제한되며 또한 그 통신 거리가 한정됨에 따라, 저전력 센서 노드들로 대규모 WSN을 구축하기 위해서는 AP와 센서 노드들을 다중 홉(multi-hop)으로 연결하는 것이 불가피하다. 다중 홉으로 WSN을 구축하는 경우 다음 문제들이 고려되어야 한다.
첫 번째로, 제한된 용량의 배터리 전력을 사용하는 센서 노드들이 적은 메시지 교환과 전력을 적게 사용하여 네트워크를 자가 구축(self-configuration)할 수 있어야 한다. WSN 자가 구축은 각 센서 노드에게 고유의 주소를 할당하고, AP와의 전송 경로를 구축하는 것을 의미한다. 두 번째로, 링크 상태(link condition) 변화, 센서 노드의 배터리 고갈이나 위치 변경 등으로 인한 전송 경로 손실이 발생하는 경우에도 에너지를 최소한으로 소모하며 빠르게 자가 치료(self-healing)하여 망 연결성을 유지할 수 있어야 한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 트리 구조의 다중 홉 무선 네트워크를 구성함에 있어서 부모 기기와 자녀 기기 사이에 평상 시 데이터 전송에 사용하는 주 전송 경로와 주 전송 경로가 손상되는 경우에 이를 대체할 예비 전송 경로를 구축하여 네트워크 운용 환경 변화로 전송 경로의 단절이 일어나는 경우에도 효과적으로 망 손상을 복구할 수 있는 무선 네트워크 구축 방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 각 단말 기기들이 주 전송 경로와 예비 전송 경로를 구축하기 때문에 망 변경 시에 불특정한 다수의 새로운 기기들과 신호를 송수신하는 등의 동작을 수행할 필요가 없다. 따라서 망 손상을 복구하는 데에 소요되는 시간과 전력 소모를 크게 줄일 수 있다.
본 발명은 클러스터 트리 구조 기반의 무선 네트워크를 구축하는 방법에 관한 것으로, 상기 무선 네트워크 구축 방법은, 네트워크 가입을 시도하는 단말 기기가 주 전송 경로를 구축할 수 있는 하나 이상의 부모 기기 후보를 선택하는 단계, 상기 단말 기기가 상기 선택된 부모 기기 후보에 대하여 네트워크 가입을 요청하는 단계, 상기 단말 기기에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간 유무에 대한 상기 부모 기기 후보의 판단에 따라, 상기 단말 기기가 상기 부모 기기 후보의 자녀 기기로 가입하는 단계, 최상위 부모 기기인 코디네이터로부터 전송된 예비 전송 경로 구축 명령에 응답하여, 상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 상이한 하나 이상의 클러스터 헤드(cluster head; 이하 CH)를 예비 부모 기기 후보로 선택하는 단계, 상기 단말 기기가 상기 선택된 예비 부모 기기 후보에 대하여 네트워크 예비 가입을 요청하는 단계, 상기 단말 기기에 할당할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간 유무에 대한 상기 예비 부모 기기 후보의 판단에 따라, 상기 단말 기기가 상기 예비 부모 기기 후보의 예비 자녀 기기로 가입하는 단계, 및 상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 구축된 주 전송 경로가 정상적으로 사용 불가능하다고 판단한 경우, 자신의 예비 부모 기기에게 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청하여 네트워크 주 전송 경로를 새롭게 구축하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 상기 주 전송 경로를 구축할 수 있는 하나 이상의 부모 기기 후보를 선택하는 단계는, 상기 단말 기기가 자신과 인접한 CH들로부터, 해당 CH의 네트워크 깊이와 사용 가능한 주소 공간 정보를 포함하는 비컨 신호를 수신하는 단계, 상기 단말 기기가 상기 수신한 비컨 신호에 기초하여 자신이 필요로 하는 크기 이상의 사용 가능한 주 전송 경로 주소 공간이 있고 전송 링크 상태가 기 설정된 기준 값 이상으로 양호한 CH들을 부모 기기 후보군으로 결정하는 단계, 및 상기 단말 기기가 상기 부모 기기 후보군에 포함된 해당 CH의 네트워크 깊이와 전송 링크 상태에 기초하여 부모 기기 후보를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 상기 네트워크 가입을 요청한 후에 상기 부모 기기 후보로부터 네트워크 가입 허가 가부 신호를 수신하는 단계, 및 상기 단말 기기가, 상기 네트워크 가입 요청을 허가하는 신호를 수신함에 따라, 자신의 식별 정보와 할당된 주 전송 경로 주소 정보를 포함하는 네트워크 가입 완료 메시지를 상기 부모 기기를 통하여 최상위 부모 기기인 코디네이터에게 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가, 상기 네트워크 가입 요청을 거부하는 신호를 수신함에 따라, 상기 부모 기기 후보군에서 상기 거부 신호를 전송한 부모 기기 후보를 제외하고 부모 기기 후보를 다시 선택하여 주 전송 경로 구축을 다시 시도하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 상이한 하나 이상의 예비 부모 기기 후보를 선택하는 단계는, 상기 단말 기기가 자신과 인접한 CH들 중 자신의 부모 기기를 제외한 CH들로부터, 해당 CH의 네트워크 깊이와 사용 가능한 주소 공간 정보를 포함하는 비컨 신호를 수신하는 단계, 상기 단말 기기가 상기 수신한 비컨 신호에 기초하여 자신이 필요로 하는 크기 이상의 사용 가능한 예비 전송 경로 주소 공간이 있고 전송 링크 상태가 기 설정된 기준 값 이상으로 양호한 CH들을 예비 부모 기기 후보군으로 결정하는 단계, 및 상기 단말 기기가 자신의 부모 기기의 네트워크 깊이, 상기 예비 부모 기기 후보군에 포함된 해당 CH의 네트워크 깊이와 전송 링크 상태에 기초하여 예비 부모 기기 후보를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 필요로 하는 예비 전송 경로 주소 공간의 크기는, 상기 단말 기기 자신과 자신의 클러스터 네트워크에 속한 모든 기기들의 주 전송 경로 주소 할당에 사용할 주소 공간보다 크거나 같을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 상기 네트워크 주 전송 경로를 새롭게 구축하는 단계는, 상기 단말 기기가 상기 자신의 예비 부모 기기에게 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청하는 단계, 상기 예비 부모 기기가 상기 단말 기기에 할당된 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하고 상기 단말 기기를 자신의 자녀 기기로 변경함에 따라, 상기 단말 기기가 자신의 새로운 부모 기기와 네트워크 주 전송 경로를 새롭게 구축하는 단계, 및 상기 단말 기기가 새로운 예비 부모 기기 후보를 선택하고, 새로운 예비 부모 기기의 예비 자녀 기기로 가입하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라 본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 상기 단말 기기가, 자신의 부모 기기와의 신호 송수신이 기 설정된 시간 이내에 발생하였는지 확인하는 단계, 및 상기 기 설정된 시간 동안에 자신의 부모 기기와의 신호 송수신이 없었다면, 주 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 알려주는 신호를 자신의 부모 기기에게 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 구축된 주 전송 경로가 정상적으로 사용 불가능하다고 판단하는 단계는, 상기 단말 기기가 상기 부모 기기와의 신호 송수신을 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 실패한 경우, 상기 부모 기기와의 신호 송수신 성능이 기 설정된 기준 값 이하가 된 경우, 상기 부모 기기로부터 비컨 신호를 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 미수신한 경우, 그리고 상기 부모 기기로부터 네트워크 재가입 명령을 수신한 경우 중 적어도 하나에 해당하면 상기 부모 기기와의 주 전송 경로가 정상적으로 사용 불가능한 경우로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라 본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 상기 단말 기기가, 상기 예비 부모 기기에 대하여 예비 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 알려주는 신호를 기 설정된 주기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라 본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 상기 단말 기기가 상기 예비 부모 기기와의 신호 송수신을 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 실패한 경우, 상기 예비 부모 기기 후보를 선택하는 단계를 반복하여 새로운 예비 부모 기기를 선택할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 상기 자신의 예비 부모 기기에 대하여 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청하는 단계는, 상기 단말 기기가 상기 네트워크의 최대 깊이, 상기 부모 기기의 네트워크 깊이, 그리고 상기 예비 부모 기기의 네트워크 깊이에 기초하여 주 전송 경로 변경에 자신과 동행할 자녀 기기들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단말 기기가 상기 주 전송 경로 변경에 자신과 동행할 자녀 기기들을 결정하는 단계는, 상기 네트워크의 최대 깊이를
Figure 112018012131933-pat00001
, 상기 부모 기기의 네트워크 깊이를
Figure 112018012131933-pat00002
Figure 112018012131933-pat00003
, 그리고 상기 예비 부모 기기 후보의 네트워크 깊이를
Figure 112018012131933-pat00004
라 할 때,
Figure 112018012131933-pat00005
인 경우, 상기 단말 기기가 동행할 자녀 기기들 없이 홀로 종단 기기로서 상기 주 전송 경로 변경을 요청하고, 자신의 모든 자녀 기기들에게 네트워크 재가입 명령을 전달하는 단계,
Figure 112018012131933-pat00006
이면서
Figure 112018012131933-pat00007
인 경우, 상기 단말 기기가 자신의 자녀 기기들을 모두 동행하여 클러스터 네트워크 연결 구조를 그대로 유지하는 단계,
Figure 112018012131933-pat00008
이면서
Figure 112018012131933-pat00009
인 경우, 상기 단말 기기가 자녀 종단 기기만을 동행하고, 자신의 모든 자녀 라우터들에게 그들의 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경하라는 네트워크 재가입 명령을 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 상기 예비 부모 기기의 자녀 기기로 변경한 상기 단말 기기가, 상기 예비 부모 기기로부터 할당 받았던 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하고 상기 동행한 자녀 기기들의 주 전송 경로 주소를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 클러스터 트리 구조 기반의 무선 네트워크를 구축하는 방법에 관한 것으로, 상기 무선 네트워크 구축 방법은, 클러스터 헤드(cluster head; 이하 CH)가, 자신에게 할당된 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간(address space for main transmission links)과 예비 전송 경로 주소 공간(address space for reserved transmission links)으로 분할하는 단계, 상기 CH가, 제1 단말 기기로부터 네트워크 가입 요청을 받으면, 상기 제1 단말 기기에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간 유무를 판단하는 단계, 상기 CH가, 상기 판단 결과에 기초하여 선택적으로 상기 제1 단말 기기와의 주 전송 경로를 구축하고 상기 제1 단말 기기를 자신의 자녀 기기로 가입시키는 단계, 상기 CH가, 자신의 자녀 기기가 아닌 제2 단말 기기로부터 네트워크 예비 가입을 요청 받으면, 상기 제2 단말 기기에 할당할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간 유무를 판단하는 단계, 상기 CH가, 상기 판단 결과에 기초하여 선택적으로 상기 제2 단말 기기와의 예비 전송 경로를 구축하고 상기 제2 단말 기기를 자신의 예비 자녀 기기로 가입시키는 단계, 및 상기 CH가, 자신의 예비 자녀 기기로 가입된 제3 단말 기기로부터 자신과 구축한 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청 받으면, 상기 제3 단말 기기에 할당된 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하여 자신의 자녀 기기로 전환시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 상기 CH가, 상기 자녀 기기로 가입된 단말 기기의 단말 기기 식별 정보와 해당 단말 기기에 할당된 주 전송 경로 주소 정보를 포함하는 네트워크 가입 완료 메시지를 자신의 부모 기기를 통하여 최상위 부모 기기인 코디네이터에게 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법에 있어서, 상기 코디네이터는, 무선 네트워크를 구성하는 모든 단말 기기들로부터 네트워크 가입 완료 메시지를 수신한 경우 또는 기 설정된 시간 동안에 새로운 네트워크 가입 완료 메시지 수신이 없는 경우에 상기 예비 전송 경로 구축 명령을 전송할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 네트워크 예비 가입 요청은, 상기 CH가, 상기 코디네이터가 무선 네트워크를 구성하는 모든 단말 기기들의 네트워크 주 전송 경로가 구축되었다고 판단함에 따라 전송된 예비 전송 경로 구축 명령에 응답하여 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 상기 CH가 기 설정된 주기로 자신의 자녀 기기와의 신호 송수신이 발생하였는지를 확인하는 단계, 상기 CH가, 상기 자녀 기기와의 신호 송수신이 기 설정된 기준 횟수 이상 연속적으로 미발생한 경우, 해당 자녀 기기를 고아 기기로 인지하고 해당 자녀 기기에 할당하였던 주 전송 경로 주소 공간을 다시 사용할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간으로 전환하는 단계, 상기 CH가 기 설정된 주기로 자신의 예비 자녀 기기와의 신호 송수신이 발생하였는지를 확인하는 단계, 및 상기 CH가, 상기 예비 자녀 기기와의 신호 송수신이 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 미발생한 경우, 해당 예비 자녀 기기를 고아 기기로 인지하고 해당 예비 자녀 기기에 할당하였던 예비 전송 경로 주소 공간을 다시 사용할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간으로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 상기 CH가, 자신의 네트워크 깊이와 자신이 사용 가능한 주소 공간 정보가 포함된 자신의 클러스터 네트워킹 관련 정보를 비컨 신호에 포함시켜 전송하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 단말 기기, 상기 제2 단말 기기, 또는 상기 제3 단말 기기가 상기 비컨 신호에 기초하여 상기 네트워크 가입 또는 상기 네트워크 예비 가입을 요청할 CH를 선택할 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 네트워크 구축 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함할 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 네트워크 구축 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 프로그램을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 네트워크를 구성함에 있어서 각 기기들이 사용하는 전력을 최소화할 수 있으며, 주 통신 기기와의 거리에 관계없이 네트워크를 확장할 수 있으므로 대규모의 무선 네트워크 구성이 가능하다.
본 발명에 따르면, 주 통신 기기를 비롯한 다양한 라우터들이 부모 기기로서, 자녀 기기로부터의 가입 요청을 수신하고 이에 대한 수락을 하는 과정에 따라 트리 구조의 다중-홉 네트워크를 구성하는바, 중앙 집중 방식의 네트워크 구축 방식에 비해 네트워크 구축 시간을 최소화할 수 있으며 네트워크 손상을 단 시간에 복구할 수 있으므로 네트워크의 수명 연장이 가능해진다.
본 발명은 클러스터 트리 구조의 다중 홉 네트워크를 세미 메쉬(semi-mesh) 기능을 갖도록 자가 구성할 수 있는 무선 네트워크 구축 방법에 관한 것으로, 주 전송 경로 주소 공간(address space for main transmission links)과 예비 전송 경로 주소 공간(address space for reserved transmission links)을 분할하고 각 분할된 주소 공간을 활용해 주 전송 경로와 예비 전송 경로 구성한다. 본 발명에 따르면 주 전송 경로의 단절을 인지한 경우 즉시 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 대체하여 데이터 전송을 끊김이 없이 수행하고, 새로운 예비 전송 경로를 구축하게 한다. 이에 따라 기존 클러스터 트리 구조 네트워크의 장점인 제어 명령 메시지 교환에 의한 트래픽 및 라우팅 링크 탐색 부담 감소 등을 유지하는 한편으로 클러스터 트리 구조 네트워크의 일대일 연결 취약성 문제를 최소화하여 망 단절 문제가 발생시에 기존의 메쉬 네트워크와 비슷한 성능을 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명이 적용되는 트리 구조 기반의 무선 네트워크를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 시퀀스 도면이다.
도 3은 주 전송 경로를 구축하는 과정의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 예비 전송 경로 구축 과정의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 경로 복구 과정을 보다 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명이 적용되는 클러스터 트리 구조 기반의 무선 네트워크를 개념적으로 나타낸 도면들이다. 구체적으로 도 1a는 무선 네트워크를 물리적인 관점에서 개념적으로 도시한 도면이고, 도 1b는 무선 네트워크를 논리적인 관점에서 개념적으로 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 무선 네트워크를 구성하는 다수의 단말 기기들은 부모 기기와 자녀 기기의 관계를 맺고, 이러한 부모 기기와 자녀 기기의 관계가 트리 구조를 이룰 수 있다. 각 부모 기기와 자녀 기기는 상대적인 관점에서 일컬어 질 수 있다. 예를 들어, 무선 네트워크를 구성하는 단말 기기(200)를 기준으로, 자신이 속한 네트워크 깊이보다 상위 계층의 단말 기기(100)에 대해서는 자신이 자녀 기기가 되고, 자신이 속한 네트워크 깊이보다 하위 계층의 단말 기기(300)에 대해서는 자신이 부모 기기가 될 수 있다. 또한 네트워크 깊이가 더 깊어짐에 따라 단말 기기(200)는 다른 단말 기기들(400, 500)의 부모 기기일 수 있다.
하나의 부모 기기는 적어도 하나 이상의 자녀 기기와 연결되어 하나의 클러스터(A)를 구성할 수 있다. 복수 개의 클러스터들을 구성하는 라우터들("클러스터 헤드(Cluster head, CH)"라고도 일컫는다. 라우터들 뿐만 아니라 코디네이터도 클러스터 헤드로 일컬어질 수 있다.)이 서로 부모-자녀 관계를 맺어 전체적으로 다수의 클러스터(A)들이 트리 구조를 갖는 클러스터 트리 구조의 무선 네트워크를 형성할 수 있다.
최상위 부모 기기는 주 통신 기기(Access point) 또는 코디네이터로 일컬어질 수 있으며, 라우터는 부모 기기와 자녀 기기 중 어느 하나가 될 수 있으나, 자녀 기기를 가질 수 없는 종단 기기는 자녀 기기로서만 기능한다.
네트워크 깊이는 이러한 트리 구조의 상위 계층과 하위 계층을 구분 지을 수 있는 개념으로 이해할 수 있다.
대표적인 무선 센서 네트워크 시스템인 지그비(ZigBee)는 네트워크 구축 과정의 신호 부담(signaling overhead)를 줄이는 분산 방식(distributed method)을 사용하여 클러스터 트리 구조의 네트워크를 구축할 수 있다. 모든 단말 기기는 네트워크 구축 전에 미리 결정된 최대 자녀 기기 수 Cm, 최대 자녀 라우터 수 Rm 및 네트워크 깊이 Lm 정보를 공유할 수 있다. 각 단말 기기는 Cm 개의 독립된 가용 주소를 부모 기기로부터 제공받으며, 그 중에서 Rm 개 만큼은 자신의 자녀 라우터에게, 나머지 (Cm-Rm) 개는 라우팅 기능이 없는 자신의 자녀 종단 기기에게 할당할 수 있다. 각 단말 기기는 통신 가능 범위 내에 있는 주변의 라우터들 중에서 부모 기기 후보를 선택하여 라우터로 가입을 요청하고, 모든 부모 기기 후보들로부터 가입을 거부당하면 다시 종단 기기로 가입을 요청한다.
부모 기기 후보로 선택된 라우터는 가입을 요청한 단말 기기의 기종(즉, 라우터 또는 종단 기기)에 대하여 할당 가능한 주소 공간이 있으면 선착순으로 상기 기기에 주소 공간을 할당하여 자신의 자녀 기기로 받아 들인다. 이 때 라우터는 새로운 기기의 가입 요청에 대해 허용 여부를 자신이 결정하고 주소를 할당하므로, 중앙 집중 방식의 네트워크 구축 방식에 비해 네트워크 가입 시간 및 메시지 교환을 크게 줄일 수 있고 주소 구조의 특성을 이용한 트리 라우팅(tree routing)을 사용할 수 있어 별도의 전송 경로 탐색이나 라우팅 표 관리가 필요 없다는 장점이 있다.
그러나 각 단말 기기가 주변의 모든 부모 기기 후보들에게 가입을 거부당할 때까지 라우터들로 가입을 요청하고, 부모 기기 후보로 선택된 라우터는 가입 요청을 선착순으로 허용하기 때문에, 코디네이터와의 실제 거리에 비해 비효율적으로 높은 네트워크 깊이(network depth)를 갖게 되어 네트워크를 멀리까지 확장하기 어렵다는 단점이 있어, 규모가 큰 네트워크를 자가 구축하는 데에는 한계가 있다.
또한, 지그비는 자녀 기기가 부모 기기와의 연결이 손상된 경우 새로운 전송 경로를 구축하기 위해 상기 네트워크 가입 과정을 다시 수행해야 하므로 연결 복구 시간이 매우 길 뿐만 아니라 에너지 소모량이 커서 실제 운용 환경에서 수시로 발생하는 네트워크 손상에 효과적으로 대처하지 못하고 네트워크 수명이 단축되는 문제점이 있다.
지그비 프로(ZigBee PRO)는 중앙 집중 방식의 확률적 주소 할당 기법을 이용하여 전체 주소 공간 내 모든 기기의 네트워크 가입을 보장할 수 있으나, 네트워크 규모가 커질수록 주소를 중복하여 사용하는 확률이 증가하여 주소 할당과 관련된 메시지 교환 부하가 크게 증가하고 주소의 독립성을 확보하는데 걸리는 시간이 길다는 문제점이 있다. 또한 클러스터 트리 네트워크의 일대일 연결 취약성 문제(single point of failure problem)를 완화시키기 위해 메쉬 네트워킹 기술을 사용하나, 메쉬 라우팅 관리를 위해 라우터 기기들이 항시 운용되어야 하므로 배터리 기반의 저전력 센서 노드를 사용하는 무선 센서 네트워크 환경에는 적용이 어렵다.
Z-Wave는 가정 자동화를 목적으로 개발된 메쉬 네트워킹 기술이나, 기기들을 네트워크에 가입시키기 위해 주 통신 기기인 컨트롤러를 일일이 해당 기기 주변에 가져가 등록한 후 전송 경로를 지정하는 수동 네트워크 구축을 지원하므로 대규모 무선 센서 네트워크 구축에는 적용이 어렵다.
RPL(Routing Protocols for Low-power & lossy networks)은 기기들의 자율적인 망 구축을 지원하나, 중앙 집중적으로 주소를 할당하므로 각 기기가 네트워크에 가입할 때 코디네이터와의 다중 홉 메시지 교환이 필수적이므로 메시지 교환 부담과 가입 시간 지연이 크다는 문제점이 있다.
이와 같이 네트워크 망 구축을 중앙 집중 방식으로 수행하고, 메쉬 네트워킹을 위해 전원을 공급받는 라우터를 이용하거나 중앙 집중형으로 메쉬 라우팅 링크를 지정하는 수준에 머물러 있어, 저비용/저전력 통신 기기들을 이용한 대규모 망 구축에 적용하기 매우 어려운 실정이다.
본 발명은 클러스터 트리 구조의 다중 홉 무선 네트워크를 자율적으로 구성하는 방법에 관한 것으로, 자녀 기기를 가질 수 있는 부모 기기가 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간을 분할하여 관리하며, 이렇게 분할된 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간을 단말 기기들의 요청에 따라 할당하여 무선 네트워크를 구축하도록 한다. 본 명세서에서 주소 공간(住所 空間)이라고 하는 것은 물리 메모리나 가상 메모리, 레지스터, 네트워크 호스트, 주변 기기, 디스크 섹터, 다른 논리적 실체나 물리적 실체에 대응되는 주소의 범위를 정의한 공간을 의미한다.
따라서 본 발명에서는 단말 기기들의 부모-자녀 관계가 적어도 주 전송 경로와 예비 전송 경로로 이루어져 있기 때문에 주 전송 경로가 손상된 경우에 즉시 예비 전송 경로로 이를 대체하여 주 전송 경로를 새롭게 구축함으로써 무선 네트워크를 안정적으로 운용할 수 있다. 또한, 주 전송 경로가 예비 전송 경로로 대체됨에 따라 다시 새로운 예비 전송 경로를 구성하게 할 수 있어 네트워크의 망 손상을 복구하는 데에 소요되는 시간과 전력 소모를 크게 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 시퀀스 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선 네트워크 구축 방법은 코디네이터, 부모 기기, 단말 기기, 예비 부모 기기, 그리고 새로운 예비 부모 기기에 의해 수행될 수 있다. 여기서 코디네이터(CDN)가 네트워크 깊이가 가장 낮고, 부모 기기(PT), 예비 부모 기기(RPT), 그리고 새로운 예비 부모 기기(NRPT) 사이의 네트워크 깊이, 그리고 이들 기기들과 무선 네트워크를 구성하는 단말 기기의 네트워크 깊이는 어느 부모 기기와 부모-자녀 관계를 형성하는지에 따라 상이해질 수 있다. 부모 기기(PT), 예비 부모 기기(RPT), 및 새로운 예비 부모 기기(NRPT)들은 모두 자녀 기기를 가질 수 이는 라우터들로, 클러스터 헤드에 상응할 수 있다. 그리고 단말 기기(ET)는 라우팅 기능을 가지거나 가지지 않을 수도 있다. 도 2에서는 단말 기기(ET)와의 사이에서 구축되는 부모-자녀 관계를 설명하기 위해 부모 기기들의 각 명칭을 사용하였으나, 이는 상대적인 개념으로 여기서의 부모 기기들(PT, RPT, NRPT)은 절대적인 클러스터 헤드에 상응할 수 있다.
부모 기기(PT, RPT, NRPT)가 활용할 수 있는 전송 경로 주소 공간을, 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간으로 분할한다(단계 S210). 전송 경로 주소 공간의 분할은 부모 기기(PT, RPT, NRPT)에서 이루어지거나 코디네이터(CDN)에 의해 이루어져 분할된 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간으로 부모 기기(PT, RPT, NRPT)에 전달될 수 있다. 코디네이터(CDN)를 제외한 부모 기기들(PT, RPT, NRPT)은 모두 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간을 분할하여 관리할 수 있다.
실시예에 따라, 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간은 서로 중복되지 않도록 네트워크 응용 환경에 따라 분할될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법은, 분할된 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간을 이용하여 우선 주 전송 경로를 구축하고 (단계 S210), 주 전송 경로 구축이 완료되면 예비 전송 경로를 구축한다 (단계 S220), 그리고 구축된 전송 경로에 문제가 발생한 경우 이를 복구하는, 즉 새로운 주 전송 경로를 구축하는 (단계 S230) 과정으로 크게 구분될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법에 있어서, 주 전송 경로를 구축하는 과정을 우선 살펴보도록 한다.
부모 기기(PT, RPT, NRPT)는 클러스터 네트워킹 환경에 관한 정보를 포함하는 동기 신호인 비컨(beacon) 신호를 전송할 때, 가용 주소에 대한 정보를 포함시켜 전송할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이 다수의 부모 기기들(PT, RPT, NRPT)이 비컨 신호를 송신하면, 단말 기기(ET)는 후에 부모 기기들이 될 클러스터 헤드들을 포함하여 인접한 클러스터 헤드들로부터 비컨 신호를 수신하여 해당 클러스터 헤드들이 단말 기기(ET)에 대하여 할당할 수 있는 전송 경로 주소 공간이 있는지, 또는 전송 링크 상태가 일정한지를 판단할 수 있다 (단계 S211).
실시예에 따라, 비컨 신호에 포함되는 가용 주소 공간에 대한 정보는, 전체 주 전송 경로 주소 개수 대비 가용 주 전송 경로 주소 개수의 비율, 및 전체 예비 전송 경로 주소 개수 대비 가용 예비 전송 경로 주소 개수의 비율을 각각 N 비트(N은 자연수)로 양자화되어 표현될 수 있다.
단말 기기(ET)는 수신한 비컨 신호에 기초하여 부모 기기 후보군(group) 중에서 부모 기기 후보를 선택할 수 있다 (단계 S212).
단말 기기(ET)는 선택된 부모 기기 후보에 대해 네트워크 가입을 요청한다 (단계 S213). 네트워크 가입을 요청받은 부모 기기(PT)는, 단말 기기(ET)에 대하여 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간 유무를 판단하여 주 전송 경로 주소 공간을 할당하고 (단계 S214), 해당 단말 기기(ET)를 자신의 자녀 기기로 가입시킨다. 실시예에 따라, 부모 기기(PT)는 단말 기기(ET)에 대하여 미리 결정된 최대 자녀 기기수에 기초하거나, 단말 기기(ET)에 연결된 자녀 기기들의 수를 파악하여 단말 기기(ET)가 필요한 주 전송 경로 주소 공간 크기 이상의 주 전송 경로 주소 공간이 사용 가능한지를 판단하고, 이를 다시 말하면 부모 기기(PT)가 단말 기기(ET)에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간의 유무를 판단하는 과정에 상응할 수 있다. 예를 들어, 단말 기기(ET)는 복수 개의 주 전송 경로 주소들을 포함하는 주 전송 경로 주소 공간을 할당받고 그 중 하나의 주 전송 경로 주소를 자신에게 할당하고 나머지 주 전송 경로 주소들을 자녀 기기들에 할당할 수 있다.
자신이 자녀 기기로 가입한 부모 기기(PT)로부터 주 전송 경로 주소 공간을 할당받음에 따라, 단말 기기(ET)는 네트워크 가입 완료 메시지를 코디네이터(CDN)에 전송한다. 실시예에 따라 네트워크 가입 완료 메시지에는 단말 기기(ET)의 식별 정보 및 구축된 주 전송 경로 주소 공간 정보가 포함될 수 있다. 네트워크 가입 완료 메시지는 단말 기기(ET)로부터 부모 기기(PT)를 거쳐 코디네이터(CDN)에 전송될 수 있다.
네트워크 가입 완료 메시지를 수신한 코디네이터(CDN)는 무선 네트워크 내 모든 단말 기기들로부터 네트워크 가입 완료 메시지를 수신하는 경우에 주 전송 경로 구축이 완료되었다고 판단할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 코디네이터(CDN)는 기 설정된 시간 동안 네트워크 가입 완료 메시지를 수신하지 않게 되면 더 이상 네트워크 가입이 필요없는 것으로 판단하여 주 전송 경로 구축이 완료되었다고 판단할 수 있다.
도 3은 주 전송 경로를 구축하는 과정의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 실시예에 따라 도 3의 흐름도는 도 2에 나타낸 주 전송 경로 구축 과정을 구체적으로 나타낸 것으로 이해될 수 있다.
단말 기기(ET)는 자신에게 할당되기 위해 필요한 주 전송 경로 주소 공간을 판단할 수 있다 (단계 S2111). 실시예에 따라 단말 기기(ET)에 필요한 주 전송 경로 주소 공간은 단말 기기(ET) 자체에 대해 네트워크 구축 전에 미리 결정된 최대 자녀 기기수, 또는 단말 기기(ET)가 이루는 클러스터를 구성하는 단말 기기의 개수 및 종류에 따라서 상이해질 수 있다.
단말 기기(ET)는 인접한 클러스터 헤드들로부터 수신한 비컨 신호에 기초하여 부모 기기 후보군을 결정한다 (단계 S2112). 부모 기기 후보군은 사용 가능한 주 전송 경로 주소 공간이 존재하며, 전송 링크 상태가 기 설정된 기준 값 이상인 클러스터 헤드들을 포함할 수 있다.
단말 기기(ET)는 부모 기기 후보군에 포함된 클러스터 헤드들의 네트워크 깊이 및 전송 링크 상태에 기초하여 적어도 하나의 부모 기기 후보를 선택할 수 있다 (단계 S212). 실시예에 따라 네트워크 깊이가 가장 작거나 전송 링크 상태가 가장 우수한 클러스터 헤드를 부모 기기 후보로 선택할 수 있다. 단말 기기(ET)는 네트워크 깊이와 전송 링크 상태에 각각 우선 순위를 부여하거나 해당 수치에 대한 가중치를 부여하여 부모 기기 후보를 선택하는 데에 활용할 수 있다.
단말 기기(ET)는 선택된 부모 기기 후보에 대하여 우선적으로 네트워크 가입을 요청한다 (단계 S213).
단말 기기(ET)의 네트워크 가입 요청에 따라, 부모 기기 후보는 단말 기기(ET)에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간의 유무를 판단하고 그에 따라 네트워크 가입 허가 가부 신호를 전송할 수 있다. 해당 단말 기기(ET)를 자녀 기기로 가입하는 것을 승인하는 경우, 네트워크 가입 허가 가부 신호에는 해당 단말 기기(ET)에 할당된 주 전송 경로 주소 공간이 포함될 수 있다.
부모 기기 후보가 단말 기기(ET)에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간이 없거나 부족한 경우에, 부모 기기 후보는 단말 기기(ET)의 가입을 거부할 수 있다.
네트워크 가입을 요청한 부모 기기 후보로부터 수신한 네트워크 가입 허가 가부 신호에 기초하여, 단말 장치(ET)가 네트워크 가입 요청을 허가하는 신호를 수신한 경우 (단계 S214', 예), 단말 장치(ET)는 네트워크 가입 완료 메시지를 코디네이터(CDN)에 전송한다 (단계 S215). 단말 기기(ET)는 가입 요청을 승인한 부모 기기 후보의 자녀 기기로 가입되고 단말 기기(ET)가 자녀 기기로 가입된 클러스터 헤드, 즉 부모 기기 후보는 이제 해당 단말 기기(ET)의 부모 기기가 된다.
네트워크 가입을 요청한 부모 기기 후보로부터 수신한 네트워크 가입 허가 가부 신호에 기초하여, 네트워크 가입 요청이 거부된 경우 (단계 S214', 아니오), 단말 기기(ET)는 단계 S2112에서 결정한 부모 기기 후보군이 고갈되었는지를 판단하여 부모 기기 후보군이 고갈되지 않은 경우 (단계 S2113, 아니오), 해당 부모 기기 후보군 중에서 네트워크 가입 요청이 거부된 클러스터 헤드를 제외하고 새롭운 부모 기기 후보를 선택하여 네트워크 가입을 요청하는 단계를 반복할 수 있다. 예를 들어 이러한 과정은 부모 기기 후보군이 고갈될 때까지 반복될 수 있다.
부모 기기 후보군이 고갈된 경우 (단계 S2113, 예), 단말 장치(ET)는 클러스터 헤드들로부터 다시 비컨 신호를 수신하여 부모 기기 후보군을 결정하는 단계부터 되풀이할 수 있다.
부모 기기 후보군을 다시 결정하거나 부모 기기 후보군 중에서 부모 기기 후보를 선택하여 네트워크 가입을 요청하는 단계는 주 전송 경로가 구축될 때까지 계속될 수 있다.
무선 네트워크에 포함된 모든 단말 기기들 사이에 주 전송 경로가 구축된 것으로 판단되면, 코디네이터(CDN)는 예비 전송 경로 구축 명령을 전송(단계 S221)하여 예비 전송 경로 구축(단계 S220)을 개시한다.
코디네이터(CDN)는 단말 기기들에 대하여 각자 임의의 시간이 경과한 후에 예비 전송 경로를 구축하도록 명령하거나 순차적으로 예비 전송 경로를 구축하도록 지시할 수 있다. 예를 들어, 예비 전송 경로 구축을 완료한 단말 기기가 자신의 자녀 기기에 대하여 예비 전송 경로 구축을 지시하는 방식에 따라 계층을 이루는 단말 기기들에 대해 순차적으로 예비 전송 경로가 구축될 수 있다.
예비 전송 경로 구축 명령을 수신한 단말 기기(ET)는, 자신이 자녀 기기로 가입한 부모 기기를 제외한 클러스터 헤드들, 도 2에서는 예비 부모 기기(RPT) 및 새로운 예비 부모 기기(NRPT)로부터 비컨 신호를 수신하고 (단계 S222), 예비 부모 기기 후보군 중 예비 부모 기기 후보를 선택한다 (단계 S223).
단말 기기(ET)는 선택된 예비 부모 기기 후보에 대하여 네트워크 예비 가입을 요청하고 (단계 S224), 네트워크 예비 가입을 요청한 예비 부모 기기 후보가 단말 기기(ET)에 대하여 예비 전송 경로 주소 공간을 할당하는 등으로 네트워크 가입을 수락함에 따라 (단계 S225), 해당 예비 부모 기기 후보의 예비 자녀 기기로 가입된다. 단말 기기(ET)가 예비 자녀 기기로 가입한 부모 기기는 이제 단말 기기(ET)의 예비 부모 기기가 된다.
도 4는 예비 전송 경로 구축 과정의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 도 3과 마찬가지로 도 4는 도 2에 나타낸 예비 전송 경로 구축 과정을 구체적으로 나타낸 것으로 이해될 수 있다.
도 4를 참조하면, 단말 기기(ET)는 자신이 예비 자녀 기기로 가입하기 위해 클러스터 헤드에 필요한 예비 전송 경로 주소 공간의 크기를 판단할 수 있다 (단계 S2211). 실시예에 따라 단말 기기(ET)에 대해 미리 결정된 최대 자녀 기기 수에 기초하여 단말 기기(ET)에 필요한 예비 전송 경로 주소 공간 크기가 결정될 수 있다. 실시예에 따라 단말 기기(ET)에 대해 필요한 예비 전송 경로 주소 개수는 주 전송 경로 주소 개수보다 같거나 더 많을 수 있다.
단말 기기(ET)는 부모 기기를 제외한 클러스터 헤드들로부터 비컨 신호를 수신하여 예비 부모 기기 후보군을 결정할 수 있다 (단계 S2212). 상술한 부모 기기 후보군을 결정하는 것과 유사하게, 단말 기기(ET)는 사용 가능한 예비 전송 경로 주소 공간이 존재하거나 그리고/또는 전송 링크 상태가 기 설정된 기준 값 이상인 클러스터 헤드들을 포함하여 예비 부모 기기 후보군을 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 클러스터 헤드들은 자신의 네트워크 깊이와 사용 가능한 주소 공간 정보가 포함된 자신의 클러스터 네트워킹과 관련된 정보를 비컨 신호에 포함시켜 전송할 수 있다.
단말 기기(ET)는 예비 부모 기기 후보군 중에서 예비 부모 기기 후보를 선택할 수 있다 (단계 S223). 구체적으로, 단말 기기(ET)는 자신이 자녀 기기로 가입한 부모 기기의 네트워크 깊이와 같은 깊이를 가지는 클러스터 헤드, 그 다음으로는 가장 작은 네트워크 깊이를 가지는 클러스터 헤드를 예비 부모 기기 후보로 선택할 수 있다. 예를 들어, 단말 기기(ET)가 자녀 기기로 가입한 부모 기기의 네트워크 깊이가 2이고, 예비 부모 기기 후보군에 포함된 A, B, C, 및 D 클러스터 헤드들의 네트워크 깊이가 각각 1, 2, 3, 및 4이며 이들 예비 부모 기기 후보군에 포함된 클러스터 헤드들의 전송 링크 상태가 모두 같다고 가정한다. 이 경우, 단말 기기(ET)는 부모 기기와 네트워크 깊이가 동일한 B 클러스터 헤드를 최우선으로 예비 부모 기기 부호로 선택하며, 그 이후로는 네트워크 깊이가 작은, A, C, 및 D 클러스터 헤드의 순서로 예비 부모 기기 후보를 선택할 수 있다.
다른 실시예에 있어서 단말 기기(ET)는 전송 링크 상태가 가장 양호한 클러스터 헤드를 예비 부모 기기 후보로 선택할 수 있다. 단말 장치(ET)는 네트워크 깊이와 전송 링크 상태에 각각 우선 순위를 부여하여 예비 부모 기기 후보를 선택하는 기준으로 삼을 수 있으며, 네트워크 깊이와 전송 링크 상태 수치에 대한 가중치를 부여하여 예비 부모 기기 후보를 선택하는 기준으로 활용할 수 있다.
단말 기기(ET)는 선택된 예비 부모 기기 후보에 대해 네트워크 예비 가입을 요청한다 (단계 S224). 단말 기기(ET)로부터 네트워크 예비 가입을 요청받은 예비 부모 기기 후보는, 단말 기기(ET)에 할당할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간 유무를 판단하여 단말 기기(ET)를 예비 자녀 기기로 가입시킬 수 있다.
예비 부모 기기 후보가 단말 기기(ET)를 예비 자녀 기기로 가입시키는 과정은, 예비 부모 기기 후보가 단말 기기(ET)에 대하여 할당하는 예비 전송 경로 주소 공간을 포함하는 네트워크 가입 허가 가부 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
예비 부모 기기로부터 네트워크 예비 가입 요청을 허가하는 신호를 수신함에 따라, 즉 단말 기기(ET)에 대한 네트워크 가입이 수락되면 (단계 S225', 예), 단말 기기(ET)는 예비 부모 기기의 예비 자녀 기기로서의 운용을 시작하고 예비 전송 경로 구축을 완료할 수 있다.
실시예에 따라 단말 기기(ET)는 복수의 클러스터 헤드들에 대하여 예비 자녀 기기로 가입할 수도 있다. 이 경우에는 하나의 예비 부모 기기에 대해 예비 자녀 기기로 가입이 완료된 경우라고 하더라도 단말 기기(ET)는 다른 예비 부모 기기 후보를 선택하여 추가로 네트워크 예비 가입을 요청할 수도 있다.
예비 부모 기기 후보로부터 네트워크 예비 가입 요청이 거절되면, 즉 네트워크 가입 요청을 거부하는 신호를 수신하면 (단계 S225', 아니오), 단말 기기(ET)는 예비 부모 기기 후보군으로부터 네트워크 예비 가입 요청을 거절당한 클러스터 헤드를 제외한 다른 예비 부모 후보를 선택하여 네트워크 예비 가입을 요청하는 단계를 되풀이한다. 이러한 단계는 예비 부모 기기 후보에 대하여 예비 자녀 기기로 가입되거나 예비 부모 기기 후보군이 고갈될 때까지 반복될 수 있다.
예비 부모 기기 후보군이 고갈되면 (단계 S2213, 예), 단말 기기(ET)는 클러스터 헤드들로부터 다시 비컨 신호를 수신하여 예비 부모 기기 후보군을 결정하는 단계를 반복할 수 있다. 실시예에 따라 반복적인 예비 전송 경로 구축에 따른 에너지 손실을 줄이기 위해 단말 기기(ET)는 기 설정된 시간이 경과된 후에 예비 부모 기기 후보군을 결정할 수 있다.
이와 같이 주 전송 경로와 예비 전송 경로가 모두 구축되면, 무선 네트워크 구축이 완료되어 네트워킹이 시작될 수 있다. 본 발명에 따르면 무선 네트워킹을 하는 과정에서 부모 기기와 자녀 기기의 전송 경로가 정상적으로 유지되고 있는지 지속적으로 관리될 수 있다. 한편 자녀 기기를 갖는 부모 기기(클러스터 헤드)에 할당된 주 전송 경로 주소 공간과 예비 전송 경로 주소 공간은 한정되어 있으므로 이러한 전송 경로 주소 공간을 효율적으로 관리할 필요도 있다.
실시예에 따라, 부모 기기는 자신의 자녀 기기에 대하여 기 설정된 주기
Figure 112018012131933-pat00010
마다 신호 송수신이 이루어지고 있는지를 확인할 수 있다. 만일 자녀 기기와의 신호 송수신이 발생하지 않은 횟수가 연속적으로 기 설정된 기준 값
Figure 112018012131933-pat00011
이상에 이른 경우, 부모 기기는 자녀 기기를 고아 기기로 인지하고 해당 자녀 기기에 대해 할당했던 주 전송 경로 주소 공간을 다시 가용 주 전송 경로 주소 공간으로 전환할 수 있다. 또한 해당 자녀 기기를 고아 기기로 코디네이터(CDN)에 보고할 수 있다.
그리고 자녀 기기도 부모 기기와 기 설정된 주기
Figure 112018012131933-pat00012
마다신호 송수신이 이루어졌는지를 확인하고 부모 기기와 기 설정된 주기
Figure 112018012131933-pat00013
동안에 신호 송수신이 없었다면 자신의 주 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 알리기 위하여 부모 기기에 대하여 신호를 송신한다. 이 때 자녀 기기가 부모 기기에 보내는 신호는 자녀 기기와 부모 기기 사이의 주 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 알리는 것이면 족하기 때문에 Null 패킷과 같이 정보를 담지 않는 신호이어도 무방하다. 이러한 신호 송수신을 통해 자녀 기기는 자신에게 할당된 주 전송 경로 주소 공간이 회수되는 것을 방지하거나 신호 송수신이 기 설정된 기준 값
Figure 112018012131933-pat00014
이상 횟수만큼 연속적으로 실패한 경우에는 부모 기기와의 주 전송 경로에 이상이 있는 것으로 감지할 수 있다.
이러한 경우를 포함하여 네트워킹 과정 중에 주 전송 경로의 이상이 발견될 수 있다 (단계 S231). 주 전송 경로의 이상이 발생함에 따라 전송 경로 복구 과정, 즉 새로운 주 전송 경로 구축 과정 (단계 S230) 이 개시될 수 있다.
단말 기기(ET)는 주 전송 경로 전송 환경이 기 설정된 기준 값 이하로 나빠진 것을 인식하여 주 전송 경로 이상을 감지할 수 있다. 예를 들어, 부모 기기(PT)와의 데이터 또는 비컨 신호의 송수신이 연속적으로 기 설정된 횟수 이상 실패하거나 버퍼 상황 및 전송 지연이 심한 경우, 부모 기기(PT)로부터 네트워크 재가입 명령을 수신한 경우, 부모 기기(PT)와의 신호 송수신 성능이 기 설정된 기준 값 이하가 된 경우 중 적어도 하나에 해당하면 주 전송 경로에 이상이 발생한 것으로 판단하여 예비 부모 기기(RPT)에 대하여 네트워크 변경 가입을 요청할 수 있다 (단계 S232).
상술한 바와 같이 단말 장치(ET)가 부모 기기(PT)에 대하여 자신의 주 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 지시하는 신호를 송신하였으나, 이러한 신호 송신이 연속적으로 기 설정된 횟수
Figure 112018012131933-pat00015
이상 실패한 경우에는 부모 기기(PT)에 대한 자녀 기기로서의 운용을 중지하고 예비 부모 기기(RPT)에 대하여 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청할 수 있다. 단말 장치(ET)가 예비 자녀 기기로 가입한 예비 부모 기기가 존재하지 않으면 단말 장치(ET)는 주 전송 경로 구축 과정(단계 S210)을 다시 수행할 수 있다.
예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경하는 요청을 수신하면, 예비 부모 기기(RPT)는 단말 장치(ET)에 할당된 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하여 단말 기기(ET)에 변경된 주소 공간을 제공할 수 있다 (단계 S233).
실시예에 따라, 예비 부모 기기(RPT)는 단말 장치(ET)에 대하여 할당되었던 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하고 주 전송 경로를 구축하여 단말 장치(ET)를 자녀 기기로 가입시킨다.
새로운 예비 부모 기기(RPT)와 주 전송 경로를 구축한 단말 장치(ET)는, 예비 부모 기기로부터 할당 받았던 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 전환하고 예비 부모 기기를 부모 기기로 변경한다. 이러한 과정은 단말 기기(ET)가 자신에게 할당된 예비 전송 경로 주소를 주 전송 경로 주소로 변경하고, 자신의 자녀 기기들에 할당된 예비 전송 경로 주소들을 주 전송 경로 주소로 갱신하는 과정으로 이루어질 수 있다.
단말 기기(ET)는 정상적으로 주 전송 경로를 복구하였다는 취지의 네트워크 가입 완료 메시지를 예비 부모 기기(RPT)를 통해 코디네이터(CDN)에 전송할 수 있다 (단계 S234).
종전 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 대체한 단말 기기(ET)는, 새로운 예비 부모 기기를 탐색하여 예비 전송 경로를 구축해 놓을 필요가 있다. 실시예에 따라, 단말 장치(ET)는, 예비 전송 경로를 구축했던 과정 (단계 S220)와 유사하게 부모 기기(PT), 그리고 새롭게 부모 기기가 된 예비 부모 기기(RPT)를 제외한 새로운 클러스터 헤드들을 새로운 예비 부모 기기 후보로 선택하여 그들에 대하여 네트워크 예비 가입을 요청하고 (단계 S235), 이에 따라 새로운 예비 부모 기기(NRPT)로부터 예비 전송 경로 주소 공간을 할당받을 수 있다 (단계 S236).
새롭게 예비 전송 경로 구축을 요청하는 새로운 예비 부모 기기(NRPT)는, 예비 전송 경로 구축 과정과 동일하게, 단말 기기(ET)가 클러스터 헤드들로부터 비컨 신호를 수신하여 예비 부모 기기 후보군을 결정하고 예비 부모 기기 후보를 선택하여 결정될 수 있으나, 상술한 바와 같이 예비 전송 경로 구축 과정 (단계 S220)에서 단말 기기(ET)에 대하여 다수의 예비 부모 기기들이 관리된 경우에는 이러한 탐색 과정이 필요하지 않을 수도 있다.
실시예에 따라, 부모 기기의 예비 전송 경로 주소 공간도 주 전송 경로 주소 공간과 유사하게 관리될 수 있다. 예비 부모 기기는 기 설정된 주기
Figure 112018012131933-pat00016
마다 예비 자녀 기기와의 신호 송수신이 이루어졌는지를 확인하고, 예비 자녀 기기와의 신호 송수신이 연속적으로 기 설정된 기준 값
Figure 112018012131933-pat00017
이상 이루어지지 않은 것으로 판단하면 해당 예비 자녀 기기를 고아 기기로 인지하고 그 예비 자녀 기기에 할당하였던 예비 전송 경로 주소 공간을 다시 가용 예비 전송 경로 주소 공간으로 회수한다.
예비 자녀 기기 또한 기 설정된 주기
Figure 112018012131933-pat00018
마다 자신의 예비 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 지시하는 신호를 예비 부모 기기에 송신한다. 예비 부모 기기에 대한 신호 송신에 연속적으로 기 설정된 기준 값
Figure 112018012131933-pat00019
이상 실패한 경우, 해당 예비 부모 기기에 대한 예비 자녀 기기로서의 운용을 중지할 수 있다.
이에 따라서 예비 부모 기기와 예비 자녀 기기의 관계가 구축되고 난 이후에 상황 변경에 의해 그 관계가 유실된 것을 일정한 시간 이내에 확인할 수 있다. 만일의 경우 주 전송 경로에 문제가 생겨 예비 전송 경로를 사용하려고 하였을 때에 이르러서 비로소 해당 예비 전송 경로 또한 사용할 수 없다는 것을 알게 되면 본 발명에서 주 전송 경로와 예비 전송 경로를 구성하여 전송 경로 복구에 즉각적으로 활용하고자 하는 목적을 달성하기 어려울 수 있다. 그렇지만 예비 전송 경로의 상태 또한 주기적으로 확인하면, 예비 전송 경로를 전송 경로 복구에 활용하지 못하게 될 가능성을 최소화할 수 있다. 즉, 주 전송 경로에 이상이 발생한 이후에 예비 전송 경로를 이용하려고 했을 때에 그 구축된 예비 전송 경로의 신뢰성을 보장할 수 있다. 나아가 본 발명에 따르면 한정된 예비 전송 경로 주소를 효과적으로 관리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 경로 복구 과정을 보다 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
단말 장치(ET)가 주 전송 경로 이상을 감지하면 (단계 S231'), 네트워크 변경 가입을 요청할 때에 동행할 자녀 기기를 결정할 수 있다 (단계 S2311). 예를 들어, 단말 장치(ET)는 무선 네트워크의 최대 깊이, 네트워크 변경 가입 요청을 할 예비 부모 기기의 네트워크 깊이 중 적어도 하나에 기초하여 네트워크 변경 가입 요청에 동행할 자녀 기기들을 결정할 수 있다.
구체적으로, 네트워크 최대 깊이를
Figure 112018012131933-pat00020
, 단말 장치(ET)가 자녀 기기로 가입한 부모 기기의 네트워크 깊이를
Figure 112018012131933-pat00021
Figure 112018012131933-pat00022
, 그리고 단말 장치(ET)가 예비 자녀 기기로 가입한 예비 부모 기기의 네트워크 깊이를
Figure 112018012131933-pat00023
라 하자.
Figure 112018012131933-pat00024
인 경우, 단말 기기(ET)는 동행할 자녀 기기들이 없는 것으로 결정한다.
Figure 112018012131933-pat00025
이면서
Figure 112018012131933-pat00026
인 경우, 단말 기기(ET)는 자신의 자녀 기기들을 모두 동행하여 클러스터 네트워크 연결 구조를 그대로 유지하는 것으로 결정할 수 있다.
Figure 112018012131933-pat00027
이면서
Figure 112018012131933-pat00028
인 경우, 단말 기기(ET)는 자녀 종단 기기만을 동행하고 자녀 라우터 기기는 동행하지 않는 것으로 결정할 수 있다.
이러한 결정은 전체 무선 네트워크 구성의 효율성을 위한 것이다. 단말 기기(ET)는 예비 부모 기기(RTP)에 대하여 자신과 더불어 결정된 동행 자녀 기기에 대한 네트워크 변경 가입을 요청한다 (단계 S232).
상술한 바와 같이 예비 부모 기기(RPT)는 단말 기기(ET)에 할당된 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하고 마찬가지로, 단말 장치(ET)는 예비 부모 기기(RPT)를 부모 기기로 하여 해당 부모 기기에 대한 자녀 기기로 운용한다.
전송 경로 주소의 변경이 완료되면 (단계 S233', 예), 단말 장치(ET)는 동행한 자녀 기기들의 주 전송 경로 주소를 갱신할 수 있다 (단계 S2312). 구체적으로 단말 장치(ET)는 자신의 과거 주 전송 경로 주소 정보와 현재 변경된 주 전송 경로 주소 정보를 이용하여 동행한 자녀 기기들의 주 전송 경로 주소를 갱신할 수 있다.
그리고 동행하지 않은 자녀 기기들에게 네트워크 변경 명령을 전송한다. 구체적으로 네트워크 변경 명령은,
Figure 112018012131933-pat00029
인 경우, 단말 기기(ET)가 아무런 자녀 기기도 동행하지 않았으므로 단말 기기(ET)의 자녀 기기들 모두에게 네트워크 재가입하라는 명령에 상응할 수 있다. 네트워크에 재가입하라는 명령은 자녀 기기들에 대해서 주 전송 경로에 문제가 생겼으니 이에 따라 예비 전송 경로로 주 전송 경로로 대체하는 것과 같이 주 전송 경로에 문제가 생긴 것을 알려주는 신호일 수 있다.
Figure 112018012131933-pat00030
이면서
Figure 112018012131933-pat00031
인 경우, 단말 기기(ET)가 동행하지 않은 자녀 기기들이 없으므로 네트워크 변경 명령은 전송되지 않을 수 있다.
Figure 112018012131933-pat00032
이면서
Figure 112018012131933-pat00033
인 경우, 네트워크 변경 명령은, 단말 기기(ET)가 동행하지 않은 자녀 라우터 기기에 대해서 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경하는 명령에 상응할 수 있다.
실시예에 따라, 예비 부모 기기에 대해 네트워크 변경 가입을 요청하였으나, 예비 부모 기기가 주 전송 경로 주소로의 변경을 수락하지 않는 경우가 있을 수 있다 (단계 S233, 아니오). 단말 장치(ET)가 복수의 예비 부모 기기에 가입되어 있는 경우라면 다른 예비 부모 기기에 대해 네트워크 변경 가입을 요청할 수 있다.
다른 실시예에 있어서 단말 장치(ET)가 모든 예비 부모 기기로부터 네트워크 변경 가입을 거부당하거나 단말 장치(ET)가 오직 하나의 예비 부모 기기에 대해서만 예비 자녀 기기로 가입되어 있는 경우였다면, 단말 장치(ET)는 처음부터 주 전송 경로 구축 과정(도 2의 단계 S210)을 수행할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법에 따르면, 단말 기기에 대하여 주 전송 경로와 예비 전송 경로가 구축됨에 따라 주 전송 경로에 이상이 발생한 경우에도 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 대체하여 곧바로 네트워크를 새롭게 구축할 수 있으며, 이는 곧 손상된 네트워크를 복구하는 것으로도 이해할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 무선 네트워크 구축 방법에 따르면 네트워크 복구에 소요되는 시간이나 소모 전력이 최소화될 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체, 광학적 판독 매체 등 모든 물리적인 저장매체를 포함한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 메시지의 데이터 포맷을 기록 매체에 기록하는 것이 가능하다. 실시예에 따라 본 발명에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 매체에 저장된 프로그램도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다. 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 정보를 저장하는 물리적 매체로, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 광학 저장 매체, 자기 디스크 저장 매체 등을 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 다양한 실시 예들은 상술한 방법들을 수행하는 명령어들이 기록된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 포함할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (21)

  1. 클러스터 트리 구조 기반의 무선 네트워크를 구축하는 방법에 있어서,
    네트워크 가입을 시도하는 단말 기기가 주 전송 경로를 구축할 수 있는 하나 이상의 부모 기기 후보를 선택하는 단계;
    상기 단말 기기가 상기 선택된 부모 기기 후보에 대하여 네트워크 가입을 요청하는 단계;
    상기 단말 기기에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간 유무에 대한 상기 부모 기기 후보의 판단에 따라, 상기 단말 기기가 상기 부모 기기 후보의 자녀 기기로 가입하는 단계;
    최상위 부모 기기인 코디네이터로부터 전송된 예비 전송 경로 구축 명령에 응답하여, 상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 상이한 하나 이상의 클러스터 헤드(cluster head; 이하 CH)를 예비 부모 기기 후보로 선택하는 단계;
    상기 단말 기기가 상기 선택된 예비 부모 기기 후보에 대하여 네트워크 예비 가입을 요청하는 단계;
    상기 단말 기기에 할당할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간 유무에 대한 상기 예비 부모 기기 후보의 판단에 따라, 상기 단말 기기가 상기 예비 부모 기기 후보의 예비 자녀 기기로 가입하는 단계; 및
    상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 구축된 주 전송 경로가 정상적으로 사용 불가능하다고 판단한 경우, 자신의 예비 부모 기기에게 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청하여 네트워크 주 전송 경로를 새롭게 구축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단말 기기가 상기 주 전송 경로를 구축할 수 있는 하나 이상의 부모 기기 후보를 선택하는 단계는,
    상기 단말 기기가 자신과 인접한 CH들로부터, 해당 CH의 네트워크 깊이와 사용 가능한 주소 공간 정보를 포함하는 비컨 신호를 수신하는 단계;
    상기 단말 기기가 상기 수신한 비컨 신호에 기초하여 자신이 필요로 하는 크기 이상의 사용 가능한 주 전송 경로 주소 공간이 있고 전송 링크 상태가 기 설정된 기준 값 이상으로 양호한 CH들을 부모 기기 후보군으로 결정하는 단계; 및
    상기 단말 기기가 상기 부모 기기 후보군에 포함된 해당 CH의 네트워크 깊이와 전송 링크 상태에 기초하여 부모 기기 후보를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단말 기기가 상기 네트워크 가입을 요청한 후에 상기 부모 기기 후보로부터 네트워크 가입 허가 가부 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 단말 기기가, 상기 네트워크 가입 요청을 허가하는 신호를 수신함에 따라, 자신의 식별 정보와 할당된 주 전송 경로 주소 정보를 포함하는 네트워크 가입 완료 메시지를 상기 부모 기기를 통하여 최상위 부모 기기인 코디네이터에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단말 기기가, 상기 네트워크 가입 요청을 거부하는 신호를 수신함에 따라,
    상기 부모 기기 후보군에서 상기 거부 신호를 전송한 부모 기기 후보를 제외하고 부모 기기 후보를 다시 선택하여 주 전송 경로 구축을 다시 시도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 상이한 하나 이상의 예비 부모 기기 후보를 선택하는 단계는,
    상기 단말 기기가 자신과 인접한 CH들 중 자신의 부모 기기를 제외한 CH들로부터, 해당 CH의 네트워크 깊이와 사용 가능한 주소 공간 정보를 포함하는 비컨 신호를 수신하는 단계;
    상기 단말 기기가 상기 수신한 비컨 신호에 기초하여 자신이 필요로 하는 크기 이상의 사용 가능한 예비 전송 경로 주소 공간이 있고 전송 링크 상태가 기 설정된 기준 값 이상으로 양호한 CH들을 예비 부모 기기 후보군으로 결정하는 단계; 및
    상기 단말 기기가 자신의 부모 기기의 네트워크 깊이, 상기 예비 부모 기기 후보군에 포함된 해당 CH의 네트워크 깊이와 전송 링크 상태에 기초하여 예비 부모 기기 후보를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단말 기기가 필요로 하는 예비 전송 경로 주소 공간의 크기는, 상기 단말 기기 자신과 자신의 클러스터 네트워크에 속한 모든 기기들의 주 전송 경로 주소 할당에 사용할 주소 공간보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단말 기기가 상기 네트워크 주 전송 경로를 새롭게 구축하는 단계는,
    상기 단말 기기가 상기 자신의 예비 부모 기기에게 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청하는 단계;
    상기 예비 부모 기기가 상기 단말 기기에 할당된 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하고 상기 단말 기기를 자신의 자녀 기기로 변경함에 따라, 상기 단말 기기가 자신의 새로운 부모 기기와 네트워크 주 전송 경로를 새롭게 구축하는 단계; 및
    상기 단말 기기가 새로운 예비 부모 기기 후보를 선택하고, 새로운 예비 부모 기기의 예비 자녀 기기로 가입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단말 기기가, 자신의 부모 기기와의 신호 송수신이 기 설정된 시간 이내에 발생하였는지 확인하는 단계; 및
    상기 기 설정된 시간 동안에 자신의 부모 기기와의 신호 송수신이 없었다면, 주 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 알려주는 신호를 자신의 부모 기기에게 전송하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 구축 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단말 기기가 자신의 부모 기기와 구축된 주 전송 경로가 정상적으로 사용 불가능하다고 판단하는 단계는,
    상기 단말 기기가 상기 부모 기기와의 신호 송수신을 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 실패한 경우, 상기 부모 기기와의 신호 송수신 성능이 기 설정된 기준 값 이하가 된 경우, 상기 부모 기기로부터 비컨 신호를 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 미수신한 경우, 그리고 상기 부모 기기로부터 네트워크 재가입 명령을 수신한 경우 중 적어도 하나에 해당하면 상기 부모 기기와의 주 전송 경로가 정상적으로 사용 불가능한 경우로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단말 기기가, 상기 예비 부모 기기에 대하여 예비 전송 경로 상태가 양호하다는 것을 알려주는 신호를 기 설정된 주기로 전송하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 구축 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단말 기기가 상기 예비 부모 기기와의 신호 송수신을 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 실패한 경우, 상기 예비 부모 기기 후보를 선택하는 단계를 반복하여 새로운 예비 부모 기기를 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 단말 기기가 상기 자신의 예비 부모 기기에 대하여 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청하는 단계는,
    상기 단말 기기가 상기 네트워크의 최대 깊이, 상기 부모 기기의 네트워크 깊이, 그리고 상기 예비 부모 기기의 네트워크 깊이에 기초하여 주 전송 경로 변경에 자신과 동행할 자녀 기기들을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단말 기기가 상기 주 전송 경로 변경에 자신과 동행할 자녀 기기들을 결정하는 단계는,
    상기 네트워크의 최대 깊이를
    Figure 112019045082632-pat00034
    , 상기 부모 기기의 네트워크 깊이를
    Figure 112019045082632-pat00035
    Figure 112019045082632-pat00036
    , 그리고 상기 예비 부모 기기의 네트워크 깊이를
    Figure 112019045082632-pat00037
    라 할 때,
    Figure 112019045082632-pat00038
    인 경우, 상기 단말 기기가 동행할 자녀 기기들 없이 홀로 종단 기기로서 상기 주 전송 경로 변경을 요청하고, 자신의 모든 자녀 기기들에게 네트워크 재가입 명령을 전달하는 단계,
    Figure 112019045082632-pat00039
    이면서
    Figure 112019045082632-pat00040
    인 경우, 상기 단말 기기가 자신의 자녀 기기들을 모두 동행하여 클러스터 네트워크 연결 구조를 그대로 유지하는 단계,
    Figure 112019045082632-pat00041
    이면서
    Figure 112019045082632-pat00042
    인 경우, 상기 단말 기기가 자녀 종단 기기만을 동행하고, 자신의 모든 자녀 라우터들에게 그들의 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경하라는 네트워크 재가입 명령을 전달하는 단계를 포함하는 무선 네트워크 구축 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 예비 부모 기기의 자녀 기기로 변경한 상기 단말 기기가,
    상기 예비 부모 기기로부터 할당 받았던 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하고 주 전송 경로 변경에 자신과 동행한 자녀 기기들의 주 전송 경로 주소를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  15. 클러스터 트리 구조 기반의 무선 네트워크를 구축하는 방법에 있어서,
    클러스터 헤드(cluster head; 이하 CH)가, 자신에게 할당된 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간(address space for main transmission links)과 예비 전송 경로 주소 공간(address space for reserved transmission links)으로 분할하는 단계;
    상기 CH가, 제1 단말 기기로부터 네트워크 가입 요청을 받으면, 상기 제1 단말 기기에 할당할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간 유무를 판단하는 단계;
    상기 CH가, 상기 주 전송 경로 주소 공간 유무의 판단 결과에 기초하여 선택적으로 상기 제1 단말 기기와의 주 전송 경로를 구축하고 상기 제1 단말 기기를 자신의 자녀 기기로 가입시키는 단계;
    상기 CH가, 자신의 자녀 기기가 아닌 제2 단말 기기로부터 네트워크 예비 가입을 요청 받으면, 상기 제2 단말 기기에 할당할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간 유무를 판단하는 단계;
    상기 CH가, 상기 예비 전송 경로 주소 공간 유무의 판단 결과에 기초하여 선택적으로 상기 제2 단말 기기와의 예비 전송 경로를 구축하고 상기 제2 단말 기기를 자신의 예비 자녀 기기로 가입시키는 단계; 및
    상기 CH가, 자신의 예비 자녀 기기로 가입된 제3 단말 기기로부터 자신과 구축한 예비 전송 경로를 주 전송 경로로 변경할 것을 요청 받으면, 상기 제3 단말 기기에 할당된 예비 전송 경로 주소 공간을 주 전송 경로 주소 공간으로 변경하여 자신의 자녀 기기로 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 CH가, 상기 자녀 기기로 가입된 단말 기기의 단말 기기 식별 정보와 해당 단말 기기에 할당된 주 전송 경로 주소 정보를 포함하는 네트워크 가입 완료 메시지를 자신의 부모 기기를 통하여 최상위 부모 기기인 코디네이터에게 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 코디네이터가 무선 네트워크를 구성하는 모든 단말 기기들로부터 네트워크 가입 완료 메시지를 수신한 경우 또는 기 설정된 시간 동안에 새로운 네트워크 가입 완료 메시지 수신이 없는 경우에 예비 전송 경로 구축 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 네트워크 예비 가입 요청은,
    상기 CH가, 상기 코디네이터가 무선 네트워크를 구성하는 모든 단말 기기들의 네트워크 주 전송 경로가 구축되었다고 판단함에 따라 전송된 예비 전송 경로 구축 명령에 응답하여 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 CH가 기 설정된 주기로 자신의 자녀 기기와의 신호 송수신이 발생하였는지를 확인하는 단계;
    상기 CH가, 상기 자녀 기기와의 신호 송수신이 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 미발생한 경우, 해당 자녀 기기를 고아 기기로 인지하고 해당 자녀 기기에 할당하였던 주 전송 경로 주소 공간을 다시 사용할 수 있는 주 전송 경로 주소 공간으로 전환하는 단계;
    상기 CH가 기 설정된 주기로 자신의 예비 자녀 기기와의 신호 송수신이 발생하였는지를 확인하는 단계; 및
    상기 CH가, 상기 예비 자녀 기기와의 신호 송수신이 기 설정된 횟수 이상 연속적으로 미발생한 경우, 해당 예비 자녀 기기를 고아 기기로 인지하고 해당 예비 자녀 기기에 할당하였던 예비 전송 경로 주소 공간을 다시 사용할 수 있는 예비 전송 경로 주소 공간으로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 CH가, 자신의 네트워크 깊이와 자신이 사용 가능한 주소 공간 정보가 포함된 자신의 클러스터 네트워킹 관련 정보를 비컨 신호에 포함시켜 전송하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 단말 기기, 상기 제2 단말 기기, 또는 상기 제3 단말 기기가 상기 비컨 신호에 기초하여 상기 네트워크 가입 또는 상기 네트워크 예비 가입을 요청할 CH를 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 구축 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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