KR102240504B1 - 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법이 제공된다. 상기 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법은 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성의 하나의 사이클(Cycle)로서, 네트워크에 결합된 하나 이상의 제1 노드가 인접한 노드의 결합을 허용하기 위해 하나 이상의 인접한 노드에게 전송하는 초기 메시지 송신 단계, 하나 이상의 제1 노드의 각 제1 노드가 상기 하나 이상의 인접한 노드 중 하나 이상의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신하는 단계, 상기 각 제1 노드가 결합 메시지를 송신한 상기 하나 이상의 제2 노드 중 특정한 하나의 제3 노드에게 결합을 확인하는 확인 메시지를 송신하는 단계 및 상기 각 제1 노드와 상기 제3 노드가 결합하고, 상기 제3 노드가 상기 각 제1 노드와의 통신을 위해 할당된 통신 셀 정보를 상기 제3 노드와 인접한 하나 이상의 인접 노드에 알리는 광고 메시지를 송신하는 단계를 포함한다.

Description

로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법{METHOD OF ORGANIZING AND CONTROLLING TREE NETWORKS USING LORA COMMUNICATION TECHNOLOGY}

본 발명은 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법에 관한 것이다.

최근 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술인 사물인터넷이 발달되고 있으며, 점차적으로 활용을 확대해 나가고 있다.

대표적으로는, 흔히 사용하는 홈 IoT(Internet of things) 서비스로서, 스마트폰을 이용해 원격으로 전기를 온/오프하거나, 음성인식 기능과 결합되어 집안에서 목소리 하나로 모든 것을 제어하는 등으로 활용되고, 홈 IoT 서비스 이외에도 다양한 분야에서 사물인터넷이 활용되고 있다.

사물인터넷이 사용하는 통신 기술에는 속도는 빠르지만 커버리지가 좁은 와이파이, 커버리지는 넓으나 소비 전력이나 비용 면에서 불리한 LTE, 소비전력과 비용 면에서 유리하지만 커버리지가 매우 적은 블루투스 등 많은 기술들이 사용되고 있다.

그러나, 적은 비용 및 적은 에너지로 넓은 범위에서 통신해야 하는 분야에서는 저전력과 넓은 커버리지를 동시에 구현하는 로라(Long Range) 통신이 많이 사용된다.

로라 통신에서 주로 센서 노드와 로라 게이트웨이 간의 데이터 송수신은 단일 홉 통신을 통해 수행된다. 단일 홉 통신거리는 통신 환경에 따라 다른데, 통신 환경이 좋은 실외에서는 수 킬로미터에서부터 장애물이 많은 실내에서는 수백미터 정도에 이른다.

로라 통신 거리를 넘는 넓은 영역을 커버하기 위해서는 필요한 곳마다 로라 게이트웨이를 설치해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 로라 센서 노드들 사이의 멀티 홉 통신을 이용하여 센서 노드부터 싱크 노드까지 데이터를 전송하기 위해 트리 네트워크를 구성하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구성된 트리 네트워크를 이용하여 센서 노드에서 싱크 노드까지 센서 데이터를 전송하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에 해결하고자 하는 과제는 구성된 트리 네트워크를 이용하여 싱크 노드에서 센서 노드까지 제어 메시지를 전송하여 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법은 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성의 하나의 사이클(Cycle)로서, 네트워크에 결합된 하나 이상의 제1 노드가 인접한 노드의 결합을 허용하기 위해 하나 이상의 인접한 노드에게 전송하는 초기 메시지 송신 단계, 하나 이상의 제1 노드의 각 제1 노드가 상기 하나 이상의 인접한 노드 중 하나 이상의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신하는 단계, 상기 각 제1 노드가 결합 메시지를 송신한 상기 하나 이상의 제2 노드 중 특정한 하나의 제3 노드에게 결합을 확인하는 확인 메시지를 송신하는 단계 및 상기 각 제1 노드와 상기 제3 노드가 결합하고, 상기 제3 노드가 상기 각 제1 노드와의 통신을 위해 할당된 통신 셀 정보를 상기 제3 노드와 인접한 하나 이상의 인접 노드에 알리는 광고 메시지를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 할당된 통신 셀 정보는, 타임 슬롯 및 채널을 포함하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법은 하나의 제1 노드가 인접한 복수의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신한 경우에는, 하나의 제2 노드만 선택되어 선택된 하나의 제2 노드만이 확인 메시지를 수신하는 상기 제3 노드에 해당되는 것이다.

상기 초기 메시지는, 송신자의 트리 깊이 및 송신자 ID를 포함하고, 상기 결합 메시지는, 송신자의 트리 깊이, 송신자 ID, 수신자 ID 및 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 포함하고, 상기 확인 메시지는, 송신자의 트리 깊이, 송신자 ID, 수신자 ID 및 할당된 통신 셀 정보를 포함하고, 상기 광고 메시지는, 송신자의 트리 깊이, 할당된 통신 셀 정보를 포함하는 것이다.

상기 확인 메시지를 송신하는 단계에서, 제1 노드는 하나 이상의 제2 노드들 중 결합메시지가 성공적으로 수신된 제2 노드를 결합할 제3 노드로 선택하며, 선택된 제3 노드와의 데이터 전송을 위한 셀을 자신의 인접 노드 사용 통신 셀 정보와 수신한 결합 메시지에 포함된 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 기반으로 사용하는 통신 셀이 서로 중복되지 않도록 결정되는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법은 상기 트리에 결합한 노드 및 상기 트리에 결합한 노드와 인접한 노드들 각각은 트리 구성을 위한 노드 정보를 포함하고, 상기 노드 정보는, 각 노드의 트리 깊이, 부모 노드와의 통신 셀 정보, 자식 노드와의 통신 셀 정보 및 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 포함하는 것이다.

상기 사이클이 1회 이상인 경우, 상기 노드 정보는 누적되는 것이다.

상기 사이클이 2회 이상인 경우에, 최초의 사이클에서 상기 하나 이상의 제1 노드는 하나의 싱크 노드이고, 상기 최초의 사이클 이후의 사이클에서, 상기 하나 이상의 제1 노드는, 트리에 결합된 하나 이상의 센서 노드를 포함하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법은 상기 트리 네트워크가 구성된 이후, 상기 구성된 트리 네트워크를 따라 하나 이상의 센서 노드가 싱크 노드로 센서 데이터를 일정 주기로 전송하는 단계를 더 포함한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 및 제어 방법은 상기 구성된 트리 네트워크를 따라 싱크 노드가 상기 센서 데이터를 전송한 센서 노드 중 하나 이상의 센서 노드에게 제어 메시지를 전송하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기 본 발명에 의하면, 로라 통신의 트리 네트워크 구성에 있어서, 타임 슬롯과 채널의 구분으로서, 메시지 충돌이 일어나지 않으며, 원활하고 빠르게 메시지가 전달될 수 있는 트리 네트워크를 구성할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 각 메시지의 구성 형태를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법의 예시를 단계적으로 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 구성된 트리 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 싱크 노드로부터 각 센서 노드들로 제어 메시지 전송 상태를 예시적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 '로라 통신'은 Long Range 통신으로서, 멀리 떨어진 거리에서도 통신이 가능하도록 하며, 사물들이 상호 통신하기 위한 통신을 의미한다.

본 명세서에서 '초기(INIT, initial) 메시지'는 트리 네트워크 상에서 새로운 노드의 결합을 위해 결합 요청의 메시지를 의미한다. 초기 메시지의 전송 방식은 전송하는 노드의 네트워크에 연결된 모든 노드에 전송되는 브로드캐스팅에 의한다.

본 명세서에서 '결합(JOIN) 메시지'는 상기 초기 메시지를 수신한 노드가 초기 메시지를 송신한 노드에 결합하기 위해 초기 메시지를 송신한 노드에게 보내는 메시지이다. 즉, 결합 메시지 상에서 송신 노드는 자식 노드이며, 수신 노드는 부모 노드이다.

본 명세서에서 '확인(CON, confirm) 메시지'는 상기 결합 메시지를 수신한 노드가 결합 메시지를 송신한 노드 중 결합 가능한 노드에게 결합의 확인으로서 보내는 메시지이다. 즉, 확인 메시지 상에서 송신 노드는 부모 노드이며, 수신 노드는 자식 노드이다. 이 때, 결합 가능한 노드에 대하여는 후술한다.

본 명세서에서 '광고(ADV, advertisement) 메시지'는 해당 노드가 부모 노드와 통신을 위해 할당 받은 통신 셀 정보를 인접 노드들에게 알리는 메시지이다. 상기 통신 셀 정보를 수신한 인접 노드들은 해당 정보를 보유한다.

본 명세서에서 '노드'는 하나 이상으로서, 부모 노드 및 자식 노드 중 적어도 하나를 포함하고, 싱크(sink) 노드 및 센서(sensor) 노드 중 적어도 하나를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 각 메시지의 구성 형태를 도시한 도면이다.

도 2의 (a)는 초기 메시지, 도 2의 (b)는 결합 메시지, 도 2의 (c)는 확인 메시지, 도 2의 (d)는 광고 메시지의 구성 형태를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성에서 하나의 사이클(Cycle)은 초기 메시지 송신 단계(S110), 결합 메시지 수신 단계(S130), 확인 메시지 송신 단계(S150) 및 광고 메시지 송신 단계(S170)를 포함한다.

도 1에서 설명하는 하나의 사이클이 1회 이상을 거쳐 트리 네트워크를 구성하는 것이다.

초기 메시지 송신 단계(S110)는 네트워크에 결합된 하나 이상의 제1 노드가 인접한 노드의 결합을 허용하기 위해 하나 이상의 인접한 노드에게 초기 메시지를 송신하는 것이다.

이 때, 초기 메시지는 도 2의 (a)를 참조하면, 초기 메시지를 의미하는 타입(10), 송신자의 트리 깊이(depth)(20) 및 송신자 ID(30)를 포함한다. 여기에서 송신자란, 하나 이상의 제1 노드를 의미하는 것이며 제1 노드는 싱크 노드 또는 센서 노드를 포함한다.

초기 메시지는 브로드캐스팅 방식으로 전송된다.

본 발명에서 구성하는 트리 네트워크에서, 트리에 결합한 노드 및 트리에 결합한 노드와 인접한 노드들 각각은 노드 정보를 포함한다. 노드 정보는 각 노드의 트리 깊이, 부모 노드와의 통신 셀 정보, 자식 노드와의 통신 셀 정보 및 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 포함한다.

또한, 도 1에서 설명하는 하나의 사이클이 1회 이상인 경우, 노드 정보는 사이클의 횟수마다 누적될 수 있다.

뿐만 아니라, 도 1에서 설명하는 하나의 사이클이 2회 이상인 경우에, 최초의 사이클에서 하나 이상의 제1 노드는 하나의 싱크 노드이고, 최초의 사이클이 구성된 이후의 사이클에서, 하나 이상의 제1 노드는, 하나 이상의 트리에 결합된 센서 노드를 포함하는 것이다.

즉, 사이클이 시작될 때에는 하나의 싱크 노드에서 초기 메시지를 인접한 노드들에게 전송하는 것이고, 하나의 사이클 이후의 새로운 사이클에서는 하나 이상의 센서 노드에서 초기 메시지를 각 인접한 노드들에게 전송할 수 있고, 트리에 결합되어 있으며, 인접한 노드와 결합이 가능한 노드가 초기 메시지를 전송하는 것이다.

결합 메시지 수신 단계(S130)는 하나 이상의 제1 노드의 각 제1 노드가 하나 이상의 인접한 노드 중 하나 이상의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신하는 것이다.

초기 메시지가 브로드캐스팅 방식으로 제1 노드와 연결된 모든 노드에 전송되면, 제1 노드는 초기 메시지를 수신한 노드 중 하나 이상의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신할 수 있다.

이 때, 결합 메시지는 도 2의 (b)를 참조하면, 결합 메시지를 의미하는 타입(10), 송신자의 트리 깊이(20), 송신자 ID(30), 수신자 ID(40) 및 인접 노드 사용 통신 셀 정보(50)를 포함한다.

여기에서 송신자란, 하나 이상의 제2 노드이고, 수신자는 제1 노드, 인접 노드는 결합 메시지 송신자에 인접한 모든 노드를 의미하며, 제2 노드는 센서 노드이다. 통신 셀 정보는, 통신이 이루어지는 타임 슬롯 및 채널을 포함하고, 여기에서의 타임 슬롯 및 채널은 인접한 노드들과 통신을 위해 사용되는 타임 슬롯 및 채널을 의미하는 것이다.

타임 슬롯은 하나의 노드가 다른 하나의 노드와 메시지를 송신 또는 수신하는 시간의 구분 단위이다. 즉, 타임 슬롯은 동시에 존재하는 것이 아니라, 순차적으로 존재하는 것이다. 본 발명에서 타임 슬롯은 연관된 트리 줄기에서 데이터를 순차적으로 전송할 때 데이터 전송의 순서를 정하기 위하여 구분되어 있다.

채널은 정보를 전달해주는 통로로서, 본 발명에서는 공간적인 통로를 의미하며, 동시에 여러 개의 채널을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다. 본 발명에서의 채널의 역할은, 인접 노드에서 데이터를 전송할 때에 통신로가 중복되지 않도록 채널을 달리 설정하는 것이다. 동일한 타임 슬롯에서 채널을 달리 설정하면, 통신로가 중복되지 않는다.

따라서, 본 발명은 타임 슬롯과 채널의 구분으로서, 로라 통신에서 트리 네트워크를 원활하고, 빠른 데이터 전송이 가능하도록 구성할 수 있다.

확인 메시지 송신 단계(S150)는 각 제1 노드가 결합 메시지를 송신한 상기 하나 이상의 제2 노드 중 특정한 하나의 제3 노드에게 결합을 확인하는 확인 메시지를 송신하는 것이다.

각 제1 노드는 하나 이상의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신하면, 제2 노드 중 제1 노드와 결합 가능한 특정한 제3 노드와 결합하기 위해 제3 노드에게 확인 메시지를 송신한다.

이 때, 확인 메시지는 도 2의 (c)를 참조하면, 확인 메시지를 의미하는 타입(10), 송신자의 트리 깊이(20), 송신자 ID(30), 수신자 ID(40) 및 할당된 통신 셀 정보로서 타임 슬롯(60)과 채널(70)을 포함한다.

여기에서 송신자란, 제1 노드이고, 수신자는 제3 노드, 통신 셀 정보는 상술한 바와 같다. 또한, 제3 노드는 제2 노드 중 하나로서, 제2 노드에 포함되는 노드이며, 센서 노드이다.

또한, 확인 메시지에서 타임 슬롯(60)과 채널(70)은 확인 메시지를 송수신한 제3 노드와 제1 노드와의 통신 셀 정보로서의 타임 슬롯(60)과 채널(70)이다.

만일, 하나의 제1 노드가 인접한 복수의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신한 경우에는, 하나의 특정 제2 노드만 선택되어 선택된 하나의 제2 노드만이 확인 메시지를 수신하는 제3 노드에 해당된다. 즉, 다시 설명하면, 초기 메시지를 송신한 하나의 제1 노드는 결합 메시지를 송신한 제2 노드 중 하나의 제2 노드만이 결합될 수 있고, 결합 가능한 제2 노드를 제3 노드로 지칭한다.

하나의 노드에는 인접한 각 노드가 동시에 결합되지 않고 순차적으로 결합되어야 채널이 겹치는 등의 메시지 충돌 문제가 발생되지 않아, 생성된 트리 네트워크 상에서 제어 메시지를 보냈을 때에도 메시지가 원하는 곳에 정확하게 전송될 수 있다.

따라서, 특정 노드는 하나의 타임 슬롯에서는 부모 노드로서 자식 노드에 결합을 제공하거나, 자식 노드로서 부모 노드에 결합하는 것 중 하나만이 가능하며, 또한, 하나의 타임 슬롯에서 하나의 인접 노드와 결합할 수 있다.

제1 노드는 하나 이상의 제2 노드들 중 결합메시지가 성공적으로 수신된 제2 노드를 결합할 제3 노드로 선택하며, 선택된 제3 노드와의 데이터 전송을 위한 셀을 자신의 인접 노드 사용 통신 셀 정보와 수신한 결합 메시지에 포함된 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 기반으로 중복되지 않는 셀을 선택한다. 제1 노드는 선택된 제3 노드에게 결합을 허용하는 확인메시지를 보내며, 이 메시지에 선택한 셀 정보를 포함하여 전송한다.

결과적으로, 하나의 제3 노드는, 하나 이상의 제2 노드 중에서 결정되는 것으로서, 결합 메시지의 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 기반으로 하여 인접 노드와 사용하는 통신 셀이 서로 중복되지 않도록 결정되는 것이다.

광고 메시지 송신 단계(S170)는 제1 노드와 상기 제3 노드가 결합하고, 제3 노드가 제1 노드와의 통신을 위해 할당된 통신 셀 정보를 제3 노드와 인접한 하나 이상의 인접 노드에 알리는 광고 메시지를 송신하는 것이다.

즉, 제3 노드 자신이 제1 노드인 부모 노드와 통신하기 위해 할당 받은 통신 셀 정보를 하나 이상의 인접 노드에 알려, 인접 노드들이 이를 인지하고 저장할 수 있도록 정보를 제공하는 것이다.

제3 노드로부터 광고 메시지를 수신한 인접 노드들은 자신의 노드 정보에 광고 메시지에 포함된 수신한 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 추가한다.

이 때 광고 메시지는, 도 2의 (d)를 참조하면, 광고 메시지를 의미하는 타입(10), 송신자의 트리 깊이(20), 할당된 통신 셀 정보인 타임 슬롯(60) 및 채널(70)을 포함한다. 여기에서 송신자란, 제3 노드이고, 제3 노드는 센서 노드이다.

광고 메시지에서의 타임 슬롯(60) 및 채널(70) 또한, 확인 메시지에서 타임 슬롯(60)과 채널(70)과 같이, 서로 결합한 제3 노드와 제1 노드와의 통신 셀 정보로서의 타임 슬롯(60)과 채널(70)이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법의 예시를 단계적으로 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 6은 하나의 예시로서, 트리 네트워크는 보다 복잡하게 구성될 수도 있다. 다만, 트리 네트워크 구성 과정은 본 예시의 방법과 동일하게 적용된다.

도 3은 트리 네트워크 구성의 제1 사이클, 도 4는 트리 네트워크 구성의 제2 사이클, 도 5는 트리 네트워크 구성의 제3 사이클, 도 6은 트리 네트워크 구성의 제4 사이클에 해당되고, 도 3의 (a), 도 4의 (a), 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)는 각 노드에 해당되는 메시지의 내용을 도시한 것이고, 도 3의 (b), 도 4의 (b), 도 5의 (b) 및 도 6의 (b)는 각 트리 구조에서 노드가 결합된 형태를 도시한 것이다. 노드 간에 표시된 점선의 경우에는 각 노드 들이 인접되어 있다는 상태를 도시한 것이고, 실선의 경우에는 각 노드 간에 결합된 상태를 도시한 것이다.

노드는 싱크 노드인 S 노드와 센서 노드인 A 노드, B 노드, C 노드, D 노드 및 E 노드로 구성되어 있다.

또한, 도 3 내지 도 6에서는 각 노드에 해당되는 메시지의 내용에서 초기 메시지는 IN으로 표현되어 IN(송신자ID, 송신자 트리 깊이)로 나타내고, 결합 메시지는 J로 표현되어 J(송신자ID, 수신자ID, 송신자 트리 깊이, 인접 노드 사용 통신 셀 정보)로 나타내고, 확인 메시지는 C로 표현되어 C(송신자 ID, 수신자 ID, 타임슬롯, 채널)로 나타내고, 광고 메시지는 AD로 표현되어 AD(타임슬롯, 채널)로 나타내었다.

도 3 내지 도 6에서 각 노드에 해당되는 메시지의 내용의 표기는 예시적일 뿐이며, 각 정보를 나타내는 표기이면 어느 형태든 가능하다.

먼저, 제1 사이클로서 도 3을 설명한다.

도 3의 (a)를 참조하면, 초기 메시지는 트리 깊이 0에 해당하는 S 노드가 메시지를 송신한다. 도 3의 (b)에서 S 노드는 A 노드와 B 노드와 결합될 수 있는 형태의 인접한 노드이므로, S 노드는 A 노드와 B 노드에 초기 메시지를 송신하는 것이다.

이후, 결합 메시지로서 트리 깊이 1에 해당하는 A 노드가 S 노드에 결합 메시지를 송신하고, 트리 깊이 1에 해당하는 B 노드 또한 S 노드에 결합 메시지를 송신한다.

이 때, S 노드는 A 노드 및 B 노드와 동시에 결합은 불가하며, 따라서 A 노드와 B 노드를 순차적으로 결합할 수 있다. 본 예시에서는 B 노드와 먼저 결합하는 것으로서, S 노드가 B 노드에 확인 메시지를 보내며, 이 때의 타임슬롯은 5이고, 채널은 0으로 표기한 메시지를 보낸다.

결합을 허용하는 노드가 결합을 요청한 노드와 통신을 위한 셀 할당은 타임슬롯은 현재까지 자신의 부모노드와 자식노드들에게 할당된 통신 셀의 타임슬롯 보다 1 작은 타임슬롯을 할당하고, 채널은 선택된 타임슬롯에서 인접 노드들이 사용하고 있지 않은 채널 중에서 가장 작은 채널을 할당한다. 싱크노드인 S는 부모노드가 없고 B 노드는 처음 결합하는 자식노드이기 때문에 타임슬롯은 마지막 타임슬롯인 5, 채널은 0번을 할당하는 것이다. 또한 S는 결합한 자식노드 B와 통신을 위해 할당된 셀 정보를 자신의 노드 정보에 기록한다.

S 노드와 결합한 B 노드는 인접한 노드들에게 S 노드와 통신하기 위해 할당된 통신셀 정보를 광고 메시지로 보내며, 이 때의 타임슬롯과 채널은 확인 메시지에서 S 노드가 B 노드에게 보낸 것과 동일하다.

제2 사이클로서 도 4를 설명한다.

도 4의 (a)를 참조하면, 초기 메시지는 트리 깊이 1에 해당하는, 제1 사이클에서 S 노드에 결합한 B 노드가 인접 노드에 메시지를 송신한다. 이 경우에 B 노드는 C 노드와 E 노드에 초기 메시지를 송신하는 것이다.

이후, 결합 메시지로서 트리 깊이 2에 해당하는 C 노드가 B 노드에 결합 메시지를 송신하고, 트리 깊이 2에 해당하는 E 노드 또한 S 노드에 결합 메시지를 송신한다. 또한, 제1 사이클에서 초기 메시지를 수신하였지만 S 노드와 결합하지 못하였던 A 노드가 S 노드에게 결합 메시지를 송신한다.

S 노드는 A 노드와 결합이 가능한 상태로서, A 노드와 통신을 위한 셀을 타임슬롯은 이전에 결합한 B노드에 할당된 타임슬롯 보다 1 작은 4번을, 채널은 0 번을 선택한다. S 노드는 A 노드에게 확인 메시지를 보내며, 이 때의 타임 슬롯은 4이고, 채널은 0으로 표기한 메시지를 보낸다.

또한, 결합 메시지를 수신한 B 노드는 C 노드 및 E 노드와 동시에 결합이 불가하며, 순차적으로 결합할 수 있다. 본 예시에서는 E 노드와 먼저 결합하는 것으로, B 노드는 E 노드와 통신을 위한 셀을 타임슬롯은 자신의 부모 노드인 S와 통신을 위해 할당된 타임슬롯 5 보다 1 작은 4번을, 채널은 0번을 할당한다. B 노드는 E 노드에 결합을 허용하는 확인 메시지를 보내며, 이 때의 타임슬롯은 4이고, 채널은 0으로 표기한 메시지를 보낸다.

B 노드와 결합한 E 노드는 인접한 노드들에게 B 노드와 통신하기 위해 할당된 통신셀 정보를 광고 메시지로 보내며, 이 때의 타임슬롯과 채널은 확인 메시지에서 B 노드가 E 노드에게 보낸 것과 동일하다.

제3 사이클로서 도 5를 설명한다.

도 5의 (a)를 참조하면, 초기 메시지는 트리 깊이 1에 해당하는 A 노드가 메시지를 송신하고, 이전 사이클에서 B 노드에 결합한 트리 깊이 2에 해당하는 E 노드가 동시에 메시지를 송신한다.

처음 초기 메시지를 수신한 노드는 이후 다른 노드로부터의 초기 메시지는 수신하지 않는다. 따라서 각 노드는 처음에 초기 메시지를 수신한 노드에게 결합을 요청한다. 도 5의 (a)에서 C 노드는 도 4의 (a)에서 B 노드로부터 초기 메시지를 수신하였으므로 A 노드 또는 E 노드로부터 초기 메시지를 수신하지 않고, 처음 초기 메시지를 수신한 B 노드에게 결합 메시지를 전송한다. D 노드의 경우 A 노드로부터 초기 메시지를 처음 수신하게되므로 A 노드에 결합 메시지를 전송한다.

본 사이클에서 C 노드와 D 노드의 결합 메시지에 따라 B 노드가 C 노드에게 결합을 허용하고, 통신 셀은 타임슬롯은 E 노드에 할당된 타임슬롯 4보다 1 작은 3번을, 채널은 0번을 할당한다. B 노드는 C 노드에게 확인 메시지를 송신하고, 이 때의 타임슬롯은 3이고, 채널은 0으로 표기한 메시지를 보낸다.

B 노드로부터 확인 메시지를 수신한 C 노드는 인접한 노드들에게 B 노드와 통신하기 위해 할당된 통신셀 정보를 광고 메시지로 보내며, 이 때의 타임슬롯과 채널은 확인 메시지에서 B 노드가 C 노드에게 보낸 것과 동일하다.

제4 사이클로서 도 6을 설명한다.

도 6의 (a)를 참조하면, 제4 사이클에서는 제3 사이클에서 B 노드에 결합한 트리 깊이 2에 해당하는 C 노드가 초기 메시지를 송신한다.

그러나 C 노드의 인접노드들인 A, B, E 노드들은 이미 결합한 노드들이기 때문에 더 이상 초기 메시지를 수신하지 않고, D 노드는 A 노드로부터 초기 메시지를 먼저 수신하였으므로 C 노드의 초기 메시지를 수신하지 않는다.

제3 사이클에서 결합 메시지 전송에 실패한 D 노드는 제4 사이클에서 다시 결합 메시지를 A 노드에게 전송하고, 결합 메시지를 수신한 A 노드는 D 노드에게 확인 메시지를 송신하며, 이 때의 타임슬롯은 3이고, 채널은 인접 노드인 C 노드가 B 노드와 통신을 위해 타임슬롯 3에서 채널 0번을 이미 사용하고 있기 때문에 다음 채널인 1번을 사용한다.

A 노드로부터 확인 메시지를 수신한 D 노드는 인접한 노드들에게 A 노드와 통신하기 위해 할당된 통신셀 정보를 광고 메시지로 보내며, 이 때의 타임슬롯과 채널은 확인 메시지에서 A 노드가 D 노드에게 보낸 것과 동일하다.

도 3 내지 도 6에서 상술한 내용은 트리 네트워크의 구성 방법의 예시를 설명한 것이다.

보다 복잡한 트리 네트워크 구성시에도 상술한 내용의 예시를 활용할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크를 제어하는 방법은, 트리 네트워크가 구성된 이후, 센서 노드가 싱크 노드로 센서 데이터를 전송하는 단계(S190)를 더 포함한다.

센서 노드가 싱크 노드로 센서 데이터를 전송하는 단계(S190)는 구성된 트리 네트워크를 따라 하나 이상의 센서 노드가 싱크 노드로 센서 데이터를 일정 주기로 전송하는 것이다.

센서 노드가 싱크 노드로 센서 데이터를 전송하는 것은 파이프라인 형태로 리프 노드들로부터 전송이 시작되며, 자신의 자식 노드들로부터 센서 데이터를 모두 수신하면, 각 노드는 수신한 모든 데이터들과 자기 자신의 데이터를 병합하여 자신의 부모 노드로 전송한다.

트리 네트워크가 구성되고, 상방향 데이터 전송 기간(UTP, Upward Transmission Period)에는 구성된 트리를 따라 센서 노드들이 싱크 노드로 센서 데이터를 전송한다. 이 때 센서 데이터는 일정 주기로 전송될 수 있고, 각 상방향 데이터 전송 기간마다 센서 노드들은 1개의 데이터만을 전송한다.

싱크 노드를 시작으로 복수의 센서 노드가 결합된 트리 네트워크 구조에서는, 리프 노드부터 싱크 노드 방향의 결합된 노드를 따라 싱크 노드까지 데이터를 전송한다. 여기에서 리프 노드는 자식노드가 없는 노드를 의미한다.

또한, 도 8을 참조하면, 본 발명의 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크를 제어하는 방법은, 관리자의 요구에 따라 싱크 노드가 센서 노드에게 제어 메시지를 전송하는 단계(S210)를 더 포함한다.

싱크 노드가 센서 노드에게 제어 메시지를 전송하는 단계(S210)는 구성된 트리 네트워크를 따라 싱크 노드가 센서 데이터를 전송한 센서 노드 중 하나 이상의 센서 노드에게 제어 메시지를 전송하는 것이다.

하방향 데이터 전송 기간(DTP, Downward Transmission Period)의 제어 메시지를 전송하기 위한 통신 셀은, 상방향 데이터 전송 기간의 센서 데이터를 전송하기 위한 통신 셀에서 타임슬롯은 역순으로, 즉 마지막 타임슬롯이 N번일 경우 K번 타임슬롯은 (N-K+1) 번으로 바꾸고, 채널은 변하지 않고, 송신자와 수신자를 바꾸면 된다.

예를 들어 후술하는 도 9의 (a)의 상방향 데이터 전송 기간에서 타임슬롯 5에서 채널 0번을 통해 B 노드가 S 노드로 전송하는 센서 데이터 전송 통신 셀은 도 9의 (b)의 하방향 데이터 전송 기간에서는 S 노드가 B 노드로 제어 메시지를 전송하는 통신 셀이 되며 이 때 타임슬롯은 1번, 채널은 0번이 사용된다.

하방향 데이터 전송 기간에서 제어 메시지 전송은 싱크 노드로부터 각 센서 노드로 전송되며 상방향 데이터 전송 기간의 센서 데이터 전송처럼 파이프라인 형태로 전송된다. 트리 네트워크가 구성되고, 상방향 데이터 전송 기간 이후, 하방향 데이터 전송 기간(DTP, Downward Transmission Period)에는 구성된 트리를 따라 싱크 노드가 센서 노드에게 제어메시지를 전송한다. 이 때, 제어 메시지는 일정한 개수만큼 전송되는 것이다.

싱크 노드를 시작으로 복수의 센서 노드가 결합된 트리 네트워크 구조에서는, 싱크 노드로부터 리프 노드 방향의 결합된 노드를 따라 센서 노드들에게 데이터를 전송한다.

도 9는 구성된 트리 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

진하게 표시된 박스는 데이터를 송신하는 것을 나타내고, 색이 표시되지 않은 박스의 경우에는 데이터를 수신하는 것을 나타낸 것이다.

가로축은 타임슬롯에 해당되고, 세로축은 각 노드를 구분한 것이다.

각 박스 안에서 괄호 안의 내용은 진하게 표시된 송신 데이터를 기준으로 하여 순차적으로 송신자 ID, 수신자 ID, 채널을 표시한 것이다. 색이 표시되지 않은 박스의 경우에도 송신 데이터와 같이 동일한 내용으로 표시된다. 따라서, 색이 표시되지 않은 박스 기준으로는 괄호 안의 내용은 순차적으로 송신자 ID, 수신자 ID, 채널이 된다.

도 9의 (a)는 상방향 데이터 전송 기간에서 각 노드들의 데이터 전송 상태를 예시적으로 나타낸 것이다.

도 9의 (a)를 참조하면, 타임슬롯 3에서 D 노드가 A 노드에게 채널 1번(즉, C1)에서 센서 메시지를 송신하며, C 노드가 B 노드에게 채널 0번(즉, C0)에서 센서 메시지를 송신한다. D 노드에서 A 노드로 센서 데이터를 전송하는 것과 C 노드에서 B 노드로 센서 데이터를 전송하는 것은 채널을 달리 설정해서 동시 전송함으로써 데이터 전송에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

D 노드로부터 센서 데이터를 송신한 A 노드는 타임슬롯 4에서 S 노드에게 채널 C0에서 센서 데이터를 송신하고, E 노드가 B 노드에게 채널 C0에서 센서 데이터를 송신한다.

타임슬롯 5에서는 C 노드와 E 노드로부터 센서 데이터를 수신한 B 노드는 해당 센서 데이터들과 자기 자신의 센서 데이터를 병합하고, 이 센서 데이터를 모두 S 노드에 송신한다. B 노드는 C 노드와 E 노드가 함께 결합하여 있으므로, C 노드와 E 노드로부터 센서 데이터를 모두 수신한 후, 센서 데이터를 합하여 S 노드에 송신하는 것이다.

도 9의 (b)는 하방향 데이터 전송 기간에서 싱크 노드로부터 각 센서 노드들로 제어 메시지를 전송하기 위한 통신 셀들을 나타낸 것이다. 하방향 데이터 전송 기간에서 제어 메시지는 싱크 노드로부터 하나 또는 그 이상의 센서 노드들로 전송될 수 있으며, 싱크 노드로부터 해당 센서노드까지 트리 링크를 따라 전송된다.

도 10은 싱크 노드로부터 각 센서 노드들로 제어 메시지 전송 상태를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 10 (a)는 싱크 노드에서 E 노드로 제어 메시지 전송 상태를 나타내고, 도 10 (b)는 싱크 노드에서 D 노드와 E 노드로 제어 메시지를 전송하는 상태를 나타낸다.

도 10의 (a)를 참조하면, S 노드가 E 노드에게 제어 메시지를 전송하기 위해, 타임슬롯 1에서 S 노드가 B 노드에게 채널 C0에서 제어 메시지를 송신하고, 타임슬롯 2에서 B 노드가 E 노드에게 채널 C0에서 제어 메시지를 송신한다.

S 노드는 하나 이상의 센서 노드들에게 제어 메시지를 전송할 수 있는데, 도 10의 (b)를 참조하면, 예를 들어 S 노드가 D 노드와 E 노드에게 제어 메시지를 전송하기 위해, 타임슬롯 1에서 S 노드가 B 노드에게 채널 C0에서 제어 메시지를 송신하고, 타임슬롯 2에서는 S 노드가 A 노드에게 채널 C0에서 제어 메시지를 송신하고 동시에 B 노드가 E 노드에게 채널 C0에서 제어 메시지를 송신한다. 이어 타임슬롯 3에서는 A 노드가 D 노드에게 채널 C1에서 제어 메시지를 송신한다. 본 발명과 같이 인접한 노드간에 타임슬롯이 중첩되지 않도록 하며, 동일한 타임슬롯 내에서는 채널로서 통신로를 분리함으로써, 메시지가 충돌되지 않고 안정적으로 전달될 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 타입
20 : 트리 깊이
30 : 송신자 ID
40 : 수신자 ID
50 : 인접 노드 통신 셀 정보
60 : 타임 슬롯
70 : 채널

Claims (9)

1. 로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성의 하나의 사이클(Cycle)로서,
   네트워크에 결합된 하나 이상의 제1 노드가 인접한 노드의 결합을 허용하기 위해 하나 이상의 인접한 노드에게 전송하는 초기 메시지 송신 단계;
   상기 제1 노드가 상기 하나 이상의 인접한 노드 중 하나 이상의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신하는 단계;
   상기 제1 노드가 결합 메시지를 송신한 상기 제2 노드 중 특정한 하나의 제3 노드에게 결합을 확인하는 확인 메시지를 송신하는 단계; 및
   상기 제1 노드와 상기 제3 노드가 결합될 경우, 상기 제3 노드가 상기 제1 노드와의 통신을 위해 할당된 타임슬롯 및 채널을 포함한 통신 셀 정보를 상기 제3 노드와 인접한 하나 이상의 인접 노드에 알리는 광고 메시지를 송신하는 단계;를 포함하고,
   상기 초기 메시지는, 상기 제1 노드의 트리 깊이, 상기 제1 노드의 ID 및 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 포함하고,
   상기 결합 메시지는, 상기 제2 노드의 트리 깊이, 상기 제2 노드의 ID, 상기 제1 노드의 ID 및 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 포함하고,
   상기 확인 메시지는, 상기 제1 노드의 트리 깊이, 상기 제1 노드의 ID, 상기 제3 노드의 ID 및 상기 제3 노드와 상기 제1 노드 간에 할당된 타임슬롯 및 채널을 포함한 통신 셀 정보를 포함하고,
   상기 광고 메시지는, 상기 제3 노드의 트리 깊이, 상기 제3 노드와 상기 제1 노드 간에 할당된 타임슬롯 및 채널을 포함한 통신 셀 정보를 포함하며,
   상기 확인 메시지를 송신하는 단계에서, 상기 제1 노드는,
   상기 제3 노드와의 데이터 통신을 위한 셀을 선택 시에, 자신의 인접 노드 사용 통신 셀 정보 및 상기 수신된 결합 메시지에 포함된 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 기반으로, 중복되지 않는 셀을 선택하고,
   상기 제3 노드와 데이터 통신을 위한 셀의 타임슬롯을 상기 제3 노드의 타임슬롯보다 1 작은 타임슬롯으로 할당하며,
   상기 제3 노드와 데이터 통신을 위한 셀의 채널을 인접 노드들이 사용하지 않는 채널 중 가장 작은 채널로 할당하는,
   로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 노드가 인접한 복수의 제2 노드로부터 결합 메시지를 수신한 경우에는, 하나의 제2 노드만이 선택되고, 상기 선택된 하나의 제2 노드만이 확인 메시지를 수신하는 상기 제3 노드에 해당되는 것인,
   로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 트리에 결합한 노드 및 상기 트리에 결합한 노드와 인접한 노드들 각각은 트리 구성을 위한 노드 정보를 포함하고,
   상기 노드 정보는,
   각 노드의 트리 깊이, 부모 노드와의 통신 셀 정보, 자식 노드와의 통신 셀 정보 및 인접 노드 사용 통신 셀 정보를 포함하는 것인,
   로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 사이클이 1회 이상인 경우,
   상기 노드 정보는 누적되는 것인,
   로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 사이클이 2회 이상인 경우에,
   최초의 사이클에서 상기 하나 이상의 제1 노드는 하나의 싱크 노드이고,
   상기 최초의 사이클 이후의 사이클에서,
   상기 하나 이상의 제1 노드는, 트리에 결합된 하나 이상의 센서 노드를 포함하는 것인,
   로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 트리 네트워크가 구성된 이후,
   상기 구성된 트리 네트워크를 따라 하나 이상의 센서 노드가 싱크 노드로 센서 데이터를 일정 주기로 전송하는 단계를 더 포함하는,
   로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 구성된 트리 네트워크를 따라 싱크 노드가 상기 센서 데이터를 전송한 센서 노드 중 하나 이상의 센서 노드에게 제어 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는,
   로라 통신 기술을 이용한 트리 네트워크 구성 방법.

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