KR102344859B1 - 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법 - Google Patents

저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 게이트웨이 및 복수의 IoT단말을 포함하는 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법으로서, 하나의 게이트웨이와 연결된 복수개의 IoT단말 중 필요한 IoT단말에 대해서만 선별적으로 노멀모드로 전환시킨 후 단일 주체 간의 통신을 수행할 수 있는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법에 관한 것이다.

Description

저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법{The Communication Method Using Both Unicast and Broadcast in Low Power Wide Area Communication System}
본 발명은 게이트웨이 및 복수의 IoT단말을 포함하는 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법으로서, 하나의 게이트웨이와 연결된 복수개의 IoT단말 중 필요한 IoT단말에 대해서만 선별적으로 노멀모드로 전환시킨 후 단일 주체 간의 통신을 수행할 수 있는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법에 관한 것이다.
지난 수년간, 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하여 정보를 상호 소통하는 지능형 기술인 사물인터넷(Internet of Internet, IoT)을 이용한 서비스가 비약적으로 증가하였다. 그러나, 대다수의 사물인터넷 기술은 블루투스, IEEE 802.15.4, 및 Wi-Fi(IEEE 802.11)와 같은 단거리 통신을 기반으로 하였고, 이러한 단거리 통신 기술을 기반으로 하는 IoT 애플리케이션의 범위 제한은 통신의 신뢰성 저하를 야기시켰고, 이에 따른 넓은 통신 커버리지에 대한 요구가 증가하였다.
또한, 사물인터넷을 통해 연결되어 있는 디바이스는 다양한 장소 또는 환경에 위치해 있으며, 따라서 상시전원과 연결되어 전원을 지속적으로 공급받지 못하고 배터리에 의해 구동되는 경우가 많고, 사물인터넷을 통해 다양한 부가가치를 창출하기 위해서는 많은 수의 IoT단말이 네트워크 상에 연결되어야 하므로, 넓은 통신 범위를 가지면서 동시에 전력소모가 적은 저전력 광역 통신기술이 각광받고 있다.
이와 같이, 넓은 통신 범위를 가지면서 전력소모가 적은 저전력 광역 통신 기술로는 기존의 LTE 주파수 대역을 활용하는 LTE-M(machine Type Communication)과 비면허 대역의 주파수를 사용하는 Lora WAN(Long Range Wide Area Network)이 있다. 한편, 상술한 저전력 광역 통신 기술을 사용하는 것 외에도 IoT단말의 소모전력을 최소화함으로써 해당 단말의 라이프 사이클을 연장시키기 위한 다양한 접근방법들이 개발되고 있다. 이와 같은 방법 중 하나로써, IoT단말이 게이트웨이와 통신할 때만 노멀모드로 작동하고, 통신을 수행하지 않을 때는 슬립모드로 작동함으로써 IoT단말의 소비전력 중 큰 부분을 차지하고 있는 대기전력을 최소화하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있는 상황이다.
본 발명은 게이트웨이 및 복수의 IoT단말을 포함하는 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법으로서, 하나의 게이트웨이와 연결된 복수개의 IoT단말 중 필요한 IoT단말에 대해서만 선별적으로 노멀모드로 전환시킨 후 단일 주체 간의 통신을 수행할 수 있는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 게이트웨이 및 복수의 IoT단말을 포함하는 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법으로서, 상기 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법은, 상기 저전력 광역 통신시스템에서 상기 복수의 IoT단말 중 특정 IoT단말을 네트워크에 등록하기 위한 네트워크등록단계; 및 상기 네트워크에 등록된 상기 특정 IoT단말 및 상기 게이트웨이가 유니캐스트 통신 방식으로 통신하는 유니캐스트통신단계;를 포함하고, 상기 네트워크등록단계는, 상기 게이트웨이에 의하여, 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제1웨이크업프레임을 상기 복수의 IoT단말로 송신하는, 제1등록단계; 상기 제1웨이크업프레임을 수신한 특정 IoT단말에 의하여, 업링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 업링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 해당 IoT단말을 특정할 수 있는 디바이스 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제1노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이로 상기 제1노멀프레임을 송신하는 제2등록단계; 및 상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제1노멀프레임을 수신하는 경우에, 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 특정 IoT단말로 상기 제2노멀프레임을 송신하는 제3등록단계;를 포함하고, 상기 유니캐스트통신단계는, 상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말 각각에 저장된 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 사용하여, 상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말이 유니캐스트 방식으로 통신을 수행할 수 있는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 제1등록단계에서 송신되는 상기 제1웨이크업프레임은, 새로운 IoT단말이 상기 네트워크등록단계를 수행할 수 있도록 기설정된 주기로 브로드캐스트되고, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하는 상기 IoT단말은 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 식별하여, 슬립모드에서 노멀모드로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 제2등록단계에서는, 상기 IoT단말에 의하여, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하여 획득한 무선채널정보를 활용함으로써 송신채널이 선택될 수 있고, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하여 획득한 주파수오차정보를 미리 보상함으로써 상기 제1노멀프레임이 송신되는 데 활용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 제3등록단계에서, 상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제1노멀프레임에 응답하는 상기 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이의 식별정보 및 상기 디바이스 식별정보를 상기 제2노멀프레임의 헤더에 포함하고, 상기 유니캐스트통신단계에서 슬립모드인 IoT단말이 웨이크업하는데 사용되는 웨이크업ID를 상기 제2노멀프레임의 헤더 혹은 페이로드에 더 포함하고, 상기 제3등록단계 이후, 상기 IoT단말은 노멀모드보다 적은 전력으로 동작하는 슬립모드로 대기할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 제3등록단계에서, 상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제2노멀프레임의 헤더 혹은 페이로드에는, 슬립모드인 IoT단말이 웨이크업하는데 사용되는 웨이크업ID가 더 포함되고, 상기 유니캐스트통신단계는, 상기 게이트웨이에 의하여, 상기 웨이크업ID를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제2웨이크업프레임을 생성하고, 상기 웨이크업ID에 해당하는 IoT단말로 상기 제2웨이크업프레임을 송신하는, 제1웨이크업단계; 및 상기 게이트웨이에 의하여, 상기 웨이크업ID에 해당하는 상기 게이트웨이 및 상기 IoT단말의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제3노멀프레임을 생성하고, 상기 제3노멀프레임을 상기 IoT단말로 송신하는 제2웨이크업단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 제3등록단계 이후, 상기 IoT단말은 노멀모드보다 적은 전력으로 동작하는 슬립모드로 대기하고, 상기 제1웨이크업단계 이후, 상기 IoT단말에 의하여, 상기 제2웨이크업프레임을 수신하는 경우에, 상기 제2웨이크업프레임에 포함되는 웨이크업ID를 검증하고, 상기 제2웨이크업프레임에 포함되는 웨이크업ID가 상기 제3등록단계에서의 상기 제2노멀프레임에 포함되는 웨이크업ID와 일치하는 경우에만 상기 IoT단말이 슬립모드에서 노멀모드로 전환될 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법을 수행하고, 게이트웨이 및 복수의 IoT단말을 포함하는 저전력 광역 통신 시스템으로서, 상기 저전력 광역 통신 시스템은, 상기 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법에 포함되는, 상기 복수의 IoT단말 중 특정 IoT단말을 네트워크에 등록하기 위한 네트워크등록단계; 및 상기 네트워크에 등록된 상기 특정 IoT단말 및 상기 게이트웨이가 유니캐스트 통신 방식으로 통신하는 유니캐스트통신단계;를 수행하고, 상기 네트워크등록단계는, 상기 게이트웨이에 의하여, 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제1웨이크업프레임을 상기 복수의 IoT단말로 송신하는, 제1등록단계; 상기 제1웨이크업프레임을 수신한 특정 IoT단말에 의하여, 업링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 업링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 해당 IoT단말을 특정할 수 있는 디바이스 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제1노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이로 상기 제1노멀프레임을 송신하는 제2등록단계; 및 상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제1노멀프레임을 수신하는 경우에, 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 특정 IoT단말로 상기 제2노멀프레임을 송신하는 제3등록단계;를 포함하고, 상기 유니캐스트통신단계는, 상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말 각각에 저장된 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 사용하여, 상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말이 유니캐스트 방식으로 통신을 수행할 수 있는, 저전력 광역 통신 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 게이트웨이에 연결된 복수의 IoT단말 중 많은 통신이 필요한 IoT단말만 선별적으로 노멀모드로 전환시켜 망 전체의 소모 전력을 최소화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이크업프리앰블로만 구성된 웨이크업프레임을 송수신함으로써 불필요한 데이터 통신을 줄여 망 전체의 효율을 높이고 통신 소비 전력을 최소화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 네트워크등록단계에서 특정한 게이트웨이 및 IoT단말의 식별정보에 근거하여 네트워크등록 후에는 유니캐스트로 통신을 수행함으로써 망 전체의 통신 효율을 높이고 전력 소모를 감소시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이크업프레임 및 노멀프레임의 크기를 줄여 통신에 필요한 연산량을 줄임으로써 통신장비를 소형화할 수 있고, 이를 통해 다양한 장소 및 환경에서 사용될 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트주차, 지능형 거리 조명, 수도시설, 또는 스마트농업과 같이 열악한 주파수 환경에서 다양하고 짧은 메시지 정보를 송수신하는 서비스를 운영하는 데 있어서 저전력 광역 무선통신을 통해 넓은 서비스 커버리지를 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 IoT단말에만 업데이트가 필요하거나 리셋을 수행해야하는 경우, 해당 IoT단말에게만 업데이트 혹은 리셋을 수행시킬 수 있는 메시지를 송신할 수 있어, 망 전체의 통신효율을 향상시키고 게이트웨이에 부하되는 연산량을 줄일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, IoT단말이 대부분의 시간을 노멀모드보다 전력소모가 적은 슬립모드로 동작함으로써, IoT단말의 구동시간을 최대화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 광역 통신시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크등록단계에서의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT단말에서의 네트워크등록과정을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 몇 실시예에 따른 네트워크등록단계에서 송수신되는 제1웨이크업프레임, 제1노멀프레임, 및 제2노멀프레임의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니캐스트통신단계에서의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT단말에서의 웨이크업ID검증단계를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니캐스트통신단계에서 송수신되는 제2웨이크업프레임, 및 제3노멀프레임의 구성을 개략적으로 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 광역 통신시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 저전력 광역 통신시스템은 게이트웨이(2000) 및 상기 게이트웨이(2000)와 통신하는 복수의 IoT단말(1000.1 내지 1000.N, 이하 1000)을 포함한다.
구체적으로, 상기 게이트웨이(2000)는 복수개의 IoT단말(1000)과 무선으로 통신할 수 있다. 상기 게이트웨이(2000)는 저전력 광역 무선 통신(Low Power Wide Area, LPWA)기술을 이용하여 넓은 커버리지를 가질 수 있으며, 바람직하게는, 상기 커버리지는 상기 게이트웨이(2000)를 기준으로 반경 10km의 크기를 가질 수 있다. 상기 게이트웨이(2000)와 무선통신을 수행할 수 있는 IoT단말(1000)의 수는 상기 게이트웨이(2000)에 설치된 통신용 소프트웨어 혹은 펌웨어에 따라 결정될 수 있고, 추가적으로 상기 게이트웨이(2000)에 구비된 통신용 하드웨어의 성능에 따라 결정될 수 있다. 상기 게이트웨이(2000)는 더 넓은 서비스 커버리지 및 더 좋은 통신 품질을 위해 높은 고도를 가지고 주변에 장애물이 적은 장소에 설치되는 것이 바람직하다.
상시 게이트웨이(2000)는 상기 복수의 IoT단말(1000)과의 통신을 위한 송신부 및 수신부를 포함하며, 추가적으로 서비스서버(미도시)와의 통신을 위한 송신부 및 수신부를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 게이트웨이(2000)에 구비된 상기 송신부 및 수신부에는 배열안테나를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 배열안테나를 통해 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000)간에 브로드캐스트(Broadcast) 혹은 유니캐스트(Unicast)로 통신을 수행할 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 송신부 및 상기 수신부에는 유니캐스트 통신을 위하여 상기 배열안테나를 이용한 빔-포밍(Bean-forming) 장치가 더 구비될 수 있다.
상기 서비스서버는 복수의 게이트웨이(2000)와 연결되어 있으며, 바람직하게는, 상기 게이트웨이(2000)는 상기 서비스서버와 유선네트워크를 통해 연결되어 있다. 상기 서비스서버는 1 이상의 메모리 및 1 이상의 프로세서를 포함하는 1 이상의 컴퓨팅 장치에 의하여 구성될 수 있으며, 단일 컴퓨팅 장치로 구성될 수 있지만, 본 발명의 몇 실시예에서는 물리적으로 분리된 복수의 컴퓨팅 장치로 구성될 수도 있다. 상기 서비스서버는 1 이상의 게이트웨이(2000)와 통신할 수 있고, 상기 서비스서버의 운영자는 상기 서비스서버를 통해 본 발명을 이용한 응용서비스를 운영할 수 있다.
상기 IoT단말(1000)은, 본 발명의 일 실시예로서, 배터리를 통해 전력을 공급받아 운용되는 것이 바람직하며, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, AC전원을 통해 전력을 공급받을 수도 있다. 상기 IoT단말(1000)이 배터리를 이용하여 전력을 공급받는 경우, 상기 저전력 광역 무선통신기술을 이용함으로써 다양한 장소 및 환경에서 사용될 수 있는 기술적 특징을 가질 수 있으며, 이와 같은 기술적 특징을 이용하여, 예를 들어, 상기 IoT단말(1000)은 스마트주차, 혹은 지능형 거리 조명과 같이 넓은 통신 커버리지가 요구되는 응용서비스에 사용될 수 있으며, 추가적으로, 수도시설, 또는 스마트 농업과 같이 열악한 주파수 환경에서 다양하고 짧은 메시지 정보를 송수신하는 응용서비스에 사용될 수 있다.
상기 복수의 예에 있어서, 각각의 응용서비스에 사용되는 IoT단말(1000)은 각각의 서비스 목적에 상응하는 센서를 포함하는 것이 바람직하며, 더 구체적으로는, 상기 지능형 거리 조명에는 사람이 지나다닐 때만 조명이 작동될 수 있도록 움직임 감지센서가 IoT단말(1000)에 포함될 수 있고, 스마트 농업에서 사용되는 IoT단말(1000)은 온도, 습도, 혹은 일조량 센서 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 게이트웨이(2000) 및 복수의 IoT단말(1000)을 포함하는 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법으로서, 상기 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법은, 상기 저전력 광역 통신시스템에서 상기 복수의 IoT단말(1000) 중 특정 IoT단말(1000)을 네트워크에 등록하기 위한 네트워크등록단계(S100); 및 상기 네트워크에 등록된 상기 특정 IoT단말(1000) 및 상기 게이트웨이(2000)가 유니캐스트 통신 방식으로 통신하는 유니캐스트통신단계(S200);를 포함한다.
개략적으로, 상기 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법은, 상기 IoT단말(1000)이 처음 설치된 이후 상기 IoT단말(1000)이 네트워크에 등록되기 위한 네트워크등록단계(S100) 및 상기 네트워크등록단계(S100) 이후 상기 특정 IoT단말(1000)과 상기 게이트웨이(2000)가 1 대 1로 통신할 수 있는 유니캐스트통신단계(S200)로 구성된다.
구체적으로, 상기 네트워크등록단계(S100)는, 상기 유니캐스트통신단계(S200)를 위해 수행되는 단계로서, 새로 설치되거나 혹은 리셋 된 IoT단말(1000)은 상기 IoT단말(1000)이 속한 네트워크의 게이트웨이(2000)에 대한 정보를 입력 받고, 상기 게이트웨이(2000)는 상기 IoT단말(1000)에 대한 정보를 입력 받아 서로에 대한 정보를 저장할 수 있는 단계이며, 상기 IoT단말(1000)이 네트워크등록을 마치면, 상기 IoT단말(1000)과 상기 게이트웨이(2000) 간에 상기 유니캐스트통신단계(S200)가 수행될 수 있다.
상기 네트워크등록단계(S100) 및 상기 유니캐스트통신단계(S200)는 상기 저전력 광역 통신시스템에 포함되는 게이트웨이(2000)가 IoT단말(1000)과 통신하는 것으로 수행될 수 있다.
상기 네트워크등록단계(S100)는 상기 IoT단말(1000)이 네트워크에 접속하기 위해 최초 1회에만 수행되는 단계이며, 상기 네트워크등록단계(S100)가 수행된 이후에 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000)은 유니캐스트로 통신할 수 있는 상기 유니캐스트통신단계(S200)가 반복 수행될 수 있다.
상기 네트워크등록단계(S100)는 브로드캐스트 통신방식을 사용하고, 상기 유니캐스트통신단계(S200)는 유니캐스트 통신방식을 사용하며, 상기 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법은, 상기 게이트웨이(2000)가 상기 게이트웨이(2000)와 연결된 복수의 IoT단말(1000) 중 통신이 필요한 IoT단말(1000)만 선별적으로 노멀모드로 전환시켜 유니캐스트로 통신할 수 있는 기술적 특징을 가지고 있고, 상기 기술적 특징에 의하여, 망 전체의 통신 효율을 높이고 전력 소모를 감소시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 상기 네트워크등록단계(S100) 및 상기 유니캐스트통신단계(S200)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크등록단계(S100)에서의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 네트워크등록단계(S100)는, 상기 게이트웨이(2000)에 의하여, 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제1웨이크업프레임을 상기 복수의 IoT단말(1000)로 송신하는, 제1등록단계(S110); 상기 제1웨이크업프레임을 수신한 특정 IoT단말(1000)에 의하여, 업링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 업링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 해당 IoT단말(1000)을 특정할 수 있는 디바이스 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제1노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이(2000)로 상기 제1노멀프레임을 송신하는 제2등록단계(S120); 및 상기 게이트웨이(2000)에 의하여, 상기 제1노멀프레임을 수신하는 경우에, 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이(2000)의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 특정 IoT단말(1000)로 상기 제2노멀프레임을 송신하는 제3등록단계(S130);를 포함한다.
구체적으로, 상기 제1등록단계(S110) 이전, 상기 IoT단말(1000)은 새로 설치되거나 리셋 상태이기 때문에 슬립모드로 작동된다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 IoT단말(1000)은 상기 슬립모드에서 상기 게이트웨이(2000)로부터 웨이크업프레임을 수신하기 위한 장치만 작동되고, 그 외의 장치는 모두 오프(off)상태로 대기한다. 즉, 상기 슬립모드에서는 상기 IoT단말(1000)에 포함된 송신부 및 센서 등은 작동하지 않고, 수신부 및 수신부와 연결된 연산장치 등 상기 웨이크업프레임 수신을 위한 최소한의 장치만 작동될 수 있다.
상기 제1등록단계(S110)에서는, 상기 게이트웨이(2000)가 제1웨이크업프레임을 주기적으로 브로드캐스트한다. 상기 브로드캐스트되는 상기 제1웨이크업프레임은 상기 게이트웨이(2000)의 커버리지 내에 존재하는 모든 IoT단말(1000)에게 전달된다. 상기 제1웨이크업프레임은 프리앰블로만 구성되어 있는데, 이는 일반적인 통신 시스템에서 사용되는 프레임이 프리앰블, 헤더, 및 페이로드로 구성되어 있는 것에 비해 단순한 구조를 가지는 것이 특징이다. 상기 특징으로 인해 상기 제1웨이크업프레임을 송신 또는 수신할 때 소모되는 전력이 일반적인 통신 시스템에서 사용되는 프레임을 송수신할 때 소모되는 전력보다 적게 소모되며, 송수신 이후에도 상기 IoT단말 혹은 상기 게이트웨이에서 상기 제1웨이크업프레임을 처리하는 시간 및 부하되는 연산량도 줄어드는 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 상기 제1웨이크업프레임의 프리앰블에는 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함한다. 이 때, 상기 IoT단말(1000)은 상기 다운링크브로드캐스트식별정보가 저장되어 있기 때문에, 상기 IoT단말(1000)은 슬립모드에서 상기 제1웨이크업프레임을 수신할 수 있다. 상기 제1웨이크업프레임에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 제1등록단계(S110)에서 상기 IoT단말(1000)이 상기 게이트웨이(2000)로부터 상기 제1웨이크업프레임을 수신하게 되면, 상기 IoT단말(1000)은 슬립모드에서 노멀모드로 전환된다. 상기 노멀모드에서는 상기 IoT단말(1000)에 포함된 센서, 송신부 및 수신부를 포함하는 모든 장치가 정상적으로 작동한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 게이트웨이(2000)에서는 상기 제1웨이크업프레임을 다양한 전송방식으로 브로드캐스트할 수 있으며, 바람직하게는 다양한 전송방식 중 가장 주파수 오차에 덜 민감한 전송방식으로 브로드캐스트하며, 더 바람직하게는 D-BPSK(Differential - Binary Phase Shift Keying) 전송방식으로 브로드캐스트할 수 있다. 만약, 상기 게이트웨이(2000)가 주파수 오차에 덜 민감한 전송방식으로 브로드캐스트하는 경우, 상기 IoT단말(1000)은 상기 웨이크업프레임의 주파수 탐지 범위를 좁힘으로써, 상기 제1웨이크업프레임의 수신과정을 더 효율적이고, 더 적은 전력소모로 수행할 수 있다.
노멀모드로 전환된 상기 IoT단말(1000)은 상기 제1웨이크업프레임에 응답하는 제1노멀프레임을 생성하고, 상기 제1노멀프레임을 상기 게이트웨이(2000)로 송신하는 제2등록단계(S120)를 수행한다. 상기 제1노멀프레임은 상기 제1웨이크업프레임과 달리 프리앰블, 헤더, 및 페이로드로 구성되는 구조를 가진다. 상기 프리앰블에는 업링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 업링크브로드캐스트식별정보가 포함되고, 상기 헤더에는 상기 IoT단말(1000)을 특정할 수 있는 디바이스 식별정보가 포함된다. 상기 제1노멀프레임에 대한 보다 자세한 사항은 후술하도록 한다. 상기 IoT단말(1000)은 상기 제1노멀프레임을 생성한 후, 상기 게이트웨이(2000)로 상기 제1노멀프레임을 송신한다.
상기 IoT단말(1000)은, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하여 획득한 무선채널정보를 활용함으로써 송신채널을 선택할 수 있고, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하여 획득한 주파수오차정보를 미리 보상함으로써 상기 제1노멀프레임을 송신하는데 활용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1웨이크업프레임에 포함된 무선채널정보는 263MHz 대역에 해당한 반면, 상기 IoT단말(1000)이 상기 제1웨이크업프레임을 수신한 무선채널은 263.4MHz 대역인 경우, 약 400KHz의 주파수오차가 발생한 것이기 때문에, 상기 IoT단말(1000)이 상기 게이트웨이(2000)로 상기 제1노멀프레임을 보낼 경우 400KHz의 주파수오차를 미리 보상하여 송신함으로써 통신의 질을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 상기 게이트웨이(2000)는 언제든지 새로운 IoT단말(1000)을 받아들일 수 있도록 상기 업링크브로드캐스트식별정보가 포함된 프레임에 대해서 항상 수신 대기한다.
상기 제1노멀프레임을 수신한 상기 게이트웨이(2000)는, 상기 제1노멀프레임에 응답하는 제2노멀프레임을 생성하고 상기 제2노멀프레임을 상기 IoT단말(1000)로 송신하는 제3등록단계(S130)를 수행한다. 상기 게이트웨이(2000)는 상기 제1노멀프레임에 포함된 상기 디바이스 식별정보를 통해 네트워크에 접속하려는 IoT단말(1000)의 식별정보를 알 수 있다. 하지만, 상기 IoT단말(1000)은 상기 게이트웨이(2000)의 식별정보를 알지 못하기 때문에, 상기 유니캐스트통신단계(S200)를 위해 상기 게이트웨이(2000)는 상기 게이트웨이(2000)의 식별정보를 포함하는 상기 제2노멀프레임을 상기 IoT단말(1000)로 송신한다.
상기 제2노멀프레임은 상기 제1노멀프레임과 같이 프리앰블, 헤더, 및 페이로드로 구성되어 있으며, 상기 프리앰블에는 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보가 포함되고, 상기 헤더에는 상기 게이트웨이(2000)를 특정할 수 있는 게이트웨이(2000) 식별정보 및 상기 디바이스 식별정보가 포함된다. 바람직하게는, 상기 게이트웨이(2000) 식별정보를 송신ID로 사용할 수 있고, 상기 디바이스 식별정보를 수신ID로 사용하여 상기 제2노멀프레임에 인코딩할 수 있다.
한편, 상기 게이트웨이(2000)에서는 상기 IoT단말(1000)의 식별정보인 상기 디바이스 식별정보를 획득하였기 때문에, 후술할 유니캐스트통신단계(S200)에서 사용될 웨이크업ID를 생성할 수 있다. 상기 웨이크업ID는 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이(2000) 식별정보에 기초하여 생성할 수 있고, 상기 웨이크업ID를 통해 같은 웨이크업ID를 가진 게이트웨이(2000) 및 IoT단말(1000)은 유니캐스트로 통신 가능하다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 게이트웨이(2000)는 상기 웨이크업ID를 상기 제2노멀프레임의 헤더에 포함시킬 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 게이트웨이(2000)는 상기 제2노멀프레임의 페이로드에 상기 웨이크업ID를 포함시킬 수 있다. 추가적으로, 상기 게이트웨이(2000)는 상기 제2노멀프레임의 헤더 혹은 페이로드에는 암호화정보 및 보안과 관련된 필요정보를 포함시킬 수 있다.
상기 제3등록단계(S130) 이후, 상기 IoT단말(1000)은 미리 저장되어 있는 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 통해 상기 제2노멀프레임을 수신할 수 있고, 상기 제1등록단계(S110)에서 획득한 주파수오차정보를 활용함으로써 주파수오차를 보상할 수 있다. 또한, 상기 IoT단말(1000)은 제2노멀프레임을 수신함으로써, 상기 제2노멀프레임에 포함된 상기 게이트웨이(2000) 식별정보 및 상기 웨이크업ID를 입력 받을 수 있기 때문에, 해당 게이트웨이(2000)와 유니캐스트로 통신 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 IoT단말(1000)은 상기 제2노멀프레임에 응답하는 프레임을 생성하여 상기 게이트웨이(2000)로 송신할 수 있으며, 상기 제2노멀프레임에 응답하는 프레임의 헤더에는 상기 게이트웨이(2000) 식별정보 및 상기 디바이스 식별정보가 각각 수신ID 및 송신ID로 설정되어 포함될 수 있고, 상기 제3등록단계(S130) 이후에는 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000) 모두 웨이크업ID를 공유하고 있기 때문에 유니캐스트로 통신이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT단말(1000)에서의 네트워크등록과정을 개략적으로 도시한다.
개략적으로, 상기 IoT단말(1000)은 슬립모드에서 상기 게이트웨이(2000)와의 통신에 따라 상기 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 상기 네트워크등록단계(S100)를 통해 노멀모드로 전환되어 네트워크에 등록될 수 있고, 네트워크등록을 마친 IoT단말(1000)은 기설정된 시간동안 통신을 수행하지 않는 경우 슬립모드로 동작된다.
구체적으로, 도 3에 대한 설명을 참고하여, 처음 설치되거나 리셋 된 IoT단말(1000)은 슬립모드로 동작되고, 상기 슬립모드에서는 상기 IoT단말(1000)에 포함된 송신부 및 센서 등은 작동하지 않고, 수신부 및 수신부와 연결된 연산장치 등 상기 웨이크업프레임 수신을 위한 최소한의 장치만 작동될 수 있다. 슬립모드 상태인 상기 IoT단말(1000)은 게이트웨이(2000)가 주기적으로 송신하는 웨이크업프레임을 수신할 수 있고, 상기 웨이크업프레임을 수신한 상기 IoT단말(1000)은 노멀모드로 전환되고, 상기 제2 내지 제3등록단계(S130)를 수행함으로써 네트워크에 등록될 수 있다. 상기 웨이크업프레임은, 도 3에 대한 설명에서 서술한 제1웨이크업프레임에 해당한다. 상기 네트워크등록단계(S100)를 통해 상기 IoT단말(1000)과 상기 게이트웨이(2000)는 각각의 식별정보에 기초하여 생성된 상기 웨이크업ID를 공유하게 되고, 이 후 상기 IoT단말(1000)과 상기 게이트웨이(2000)는 유니캐스트로 통신할 수 있다.
한편, 상기 IoT단말(1000)은 상기 네트워크등록단계(S100) 이후, 노멀모드로 대기하다가 기설정된 시간동안 통신이 없는 경우 슬립모드로 전환된다. 본 발명의 일 실시예로서, 네트워크등록을 마친 상기 IoT단말은 슬립모드에서 웨이크업프레임을 수신하기 위한 최소한의 장치 및 상기 IoT단말(1000)에 구비된 센서 등이 동작할 수 있으며, 추가적으로, 상기 IoT단말의 대기전력을 최소화하기 위하여, 상기 슬립모드에서는 상기 게이트웨이(2000)로 통신 프레임을 송신하기 위한 송신부는 오프상태일 수 있다. 슬립모드로 대기 중인 상기 IoT단말(1000)은 대부분의 시간을 노멀모드보다 전력소모가 적은 슬립모드로 동작함으로써, IoT단말(1000)의 구동시간을 최대화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 5는 본 발명의 몇 실시예에 따른 네트워크등록단계(S100)에서 송수신되는 제1웨이크업프레임, 제1노멀프레임, 및 제2노멀프레임의 구성을 개략적으로 도시한다.
개략적으로, 도 5의 (a)는 제1웨이크업프레임의 구성을 도시하고, 도 5의 (b)는 제1노멀프레임의 구성을 도시하고, 도 5의 (c)는 제2노멀프레임의 구성을 도시한다.
구체적으로, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 도 3에 대한 설명을 참고하여, 상기 제1등록단계(S110)에서 상기 게이트웨이(2000)에 의해 기설정된 주기로 브로드캐스트되는 상기 제1웨이크업프레임은, 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블로만 구성되며, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하는 상기 IoT단말(1000)은 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 식별하여, 슬립모드에서 노멀모드로 전환될 수 있다.
즉, 상기 제1웨이크업프레임은 웨이크업프리앰블로만 구성된 단순한 구조를 가지며, 상기 웨이크업프리앰블에는 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하고 있다. 네트워크에 새로 등록되려는 IoT단말(1000)들은 기저장된 다운링크브로드캐스트식별정보를 이용하여 상기 웨이크업프리앰블에 포함된 다운링크브로드캐스트식별정보와 상기 IoT단말(1000)에 기저장된 다운링크브로드캐스트식별정보가 일치할 경우 상기 웨이크업프레임을 수신할 수 있다. 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 가진 웨이크업프레임은 IoT단말(1000)만 수신할 수 있으며, 게이트웨이(2000)는 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 가진 웨이크업프레임을 수신할 수 없다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 웨이크업프리앰블은 PN 시퀀스 혹은 아다마르(Hadamard) 코드와 같은 랜덤 시퀀스를 단독 또는 복합적으로 조합함으로써 생성될 수 있고, 상기 랜덤 시퀀스를 생성할 때 사용하는 정보를 상기 웨이크업프레임의 식별정보로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 웨이크업프레임의 식별정보는 브로드캐스트 및 유니캐스트를 구분할 때 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 웨이크업프레임의 식별정보를 통해 게이트웨이(2000)를 특정하는데 사용할 수 있는데, 이는 단순히 게이트웨이(2000)의 식별정보를 포함하는 것이 아니라, 상기 IoT단말(1000)이 등록하려는 네트워크를 다른 네트워크와 구분하기 위해 상기 네트워크에 속한 게이트웨이(2000)를 구분하는 데 사용할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1웨이크업프레임은 제1 내지 제2노멀프레임보다 작은 크기를 가지는 것이 바람직하며, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 제1웨이크업프레임과 상기 제1 내지 제2노멀프레임은 같은 크기일 수 있고, 이 경우 상기 제1웨이크업프레임은 상기 웨이크업프리앰블을 제외한 나머지 주소에 빈(null) 데이터가 할당될 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 도 3에 대한 설명을 참고하여, 상기 제2등록단계(S120)에서는 상기 제1웨이크업프레임을 수신한 특정 IoT단말(1000)에 의하여, 업링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 업링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 해당 IoT단말(1000)을 특정할 수 있는 디바이스 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제1노멀프레임을 생성한다.
상기 제1노멀프레임 및 뒤에서 상세히 서술할 제2노멀프레임은 노멀프리앰블, 헤더, 및 페이로드로 구성된 구조를 가지며, 상기 노멀프리앰블은 상기 웨이크업프리앰블과 마찬가지로 랜덤 시퀀스를 단독 또는 복합적으로 조합함으로써 생성될 수 있고, 상기 랜덤 시퀀스를 생성할 때 사용하는 정보를 노멀프레임의 식별정보로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 노멀프레임의 식별정보는 브로드캐스트 및 유니캐스트를 구분할 때 사용되거나, 상술한 바와 같이 게이트웨이(2000)를 특정하는 용도로 사용될 수 있다. 상기 업링크브로드캐스트식별정보를 가진 상기 노멀프레임은 게이트웨이(2000)만 수신할 수 있으며, 주변의 다른 IoT단말(1000)은 수신할 수 없다.
상기 헤더에는 송신하는 주체의 식별정보 및 수신하는 주체의 식별정보가 포함될 수 있고, 상기 송신하는 주체 및 수신하는 주체는 게이트웨이(2000) 및 IoT단말(1000)에 해당한다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 송신하는 주체의 식별정보 및 수신하는 주체의 식별정보는 상기 헤더의 특정 주소에 매핑함으로써, 송신ID 및 수신ID로 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트웨이(2000)가 상기 제1노멀프레임을 수신하는 경우, 상기 헤더의 송신ID에 해당하는 주소에 매핑된 식별정보를 통하여 어떤 IoT단말(1000)이 네트워크등록을 하려는 지 알 수 있다.
다만, 네트워크등록을 시도하는 IoT단말(1000)은 상기 게이트웨이(2000)의 식별정보를 알 수 없기 때문에 상기 수신ID에 해당하는 주소에는 어떠한 정보도 매핑하지 않으며, 송신ID에 해당하는 주소에만 상기 IoT단말(1000)의 식별정보에 해당하는 디바이스 식별정보를 매핑할 수 있다. 또한, 상기 IoT단말(1000)은 수신하는 게이트웨이(2000)를 특정하지 않고 상기 제1노멀프레임을 송신하기 때문에, 상기 노멀프리앰블에 상기 업링크브로드캐스트식별정보를 포함시켜, 제1노멀프레임을 브로드캐스트한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 헤더에는 상기 페이로드를 수신하기 위한 설정정보 등이 더 포함될 수 있으며, 상기 페이로드는, 통신 시스템을 통해 전송하려는 전송정보를 포함한다. 상기 전송정보는, 예를 들어, 상기 IoT단말(1000)에 구비된 센서를 통해 센싱된 센싱정보 혹은 상기 게이트웨이(2000)가 상기 IoT단말(1000)에게 센싱정보를 요청하는 정보 등에 해당할 수 있다.
도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 도 3에 대한 설명을 참고하여, 상기 제3등록단계(S130)에서, 상기 게이트웨이(2000)에 의하여, 상기 제1노멀프레임에 응답하는 상기 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이(2000)의 식별정보 및 상기 디바이스 식별정보를 상기 제2노멀프레임의 헤더에 포함하고, 상기 유니캐스트통신단계(S200)에서 슬립모드인 IoT단말(1000)이 웨이크업하는데 사용되는 웨이크업ID를 상기 제2노멀프레임의 헤더 혹은 페이로드에 더 포함한다.
상술한 바와 같이, 상기 제2노멀프레임은 상기 제1노멀프레임과 동일한 구성을 가지며, 상기 제2노멀프레임과 상기 제1노멀프레임의 구성에서 두드러지는 차이점은 수신ID 및 웨이크업ID의 포함 유무이다.
상기 게이트웨이(2000)는 상기 제2등록단계(S120)를 통해 네트워크에 등록하려는 IoT단말(1000)을 입력 받았지만, 상기 IoT단말(1000)은 상기 게이트웨이(2000)의 식별정보를 모르기 때문에 상기 게이트웨이(2000)는 상기 게이트웨이(2000)의 식별정보를 포함하는 상기 제2노멀프레임을 상기 IoT단말(1000)로 송신해야 한다. 따라서, 상기 제2노멀프레임의 수신ID에 해당하는 주소에는 상기 IoT단말(1000)의 디바이스 식별정보가 매핑되고, 송신ID에 해당하는 주소에는 상기 게이트웨이(2000) 식별정보가 매핑될 수 있다. 따라서, 상기 IoT단말(1000)은 상기 제2노멀프레임을 수신함으로써 상기 IoT단말(1000)이 등록하려는 네트워크에 포함되는 게이트웨이(2000)의 식별정보를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제2노멀프레임의 헤더 또는 페이로드에는 상기 웨이크업ID를 포함할 수 있다. 도 3에 대한 설명을 참고하여, 상기 웨이크업ID는 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이(2000) 식별정보에 기초하여 생성할 수 있고, 상기 웨이크업ID를 통해 같은 웨이크업ID를 가진 게이트웨이(2000) 및 IoT단말(1000)은 유니캐스트로 통신 가능하다. 즉, 상기 IoT단말(1000)은 상기 제3등록단계(S130)에서 상기 게이트웨이(2000)로부터 상기 제2노멀프레임을 수신하면, 상기 IoT단말(1000)과 상기 게이트웨이(2000)는 같은 웨이크업ID를 공유할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 상기 제1웨이크업프레임, 및 제1 내지 제2노멀프레임은 설명을 위해 개념적인 부분만을 개략적으로 도시한 것이며, 실제로 통신 되는 프레임의 구조와는 상이할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니캐스트통신단계(S200)에서의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 유니캐스트통신단계(S200)는, 상기 게이트웨이(2000)에 의하여, 상기 웨이크업ID를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제2웨이크업프레임을 생성하고, 상기 웨이크업ID에 해당하는 IoT단말(1000)로 상기 제2웨이크업프레임을 송신하는, 제1웨이크업단계(S210); 및 상기 게이트웨이(2000)에 의하여, 상기 웨이크업ID에 해당하는 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000)의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제3노멀프레임을 생성하고, 상기 제3노멀프레임을 상기 IoT단말(1000)로 송신하는 제2웨이크업단계(S230);를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유니캐스트통신단계(S200)는, 도 2에 대한 설명을 참고하여, 상기 네트워크등록단계(S100)를 마친 게이트웨이(2000) 및 IoT단말(1000)에 대해서 수행될 수 있다. 상기 IoT단말(1000)은 상기 네트워크등록단계(S100) 이후, 슬립모드로 대기하고 있으며, 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000)은 서로 같은 웨이크업ID를 공유하고 있다. 또한, 상기 유니캐스트통신단계(S200)를 통해 상기 IoT단말(1000)이 슬립모드에서 노멀모드로 전환되는 웨이크업모드가 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000) 간의 유니캐스트 방식의 통신에 의해 운용될 수 있다.
상기 제1웨이크업단계(S210)에서는, 상기 게이트웨이(2000)가 상기 IoT단말(1000)로 상기 제2웨이크업프레임을 송신함으로써 수행된다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 게이트웨이(2000)는 상기 IoT단말(1000)에서 센싱된 센싱정보를 주기적으로 수신해야 한다. 하지만 상기 IoT단말(1000)의 경우 대기전력을 최소화하기 위해 슬립모드로 동작하고 있고, 상기 슬립모드에서는 상기 IoT단말(1000)이 센싱하고 있는 센싱정보를 상기 게이트웨이(2000)로 송신할 수 없기 때문에, 상기 게이트웨이(2000)가 상기 IoT단말(1000)로 상기 제2웨이크업프레임을 송신함으로써 상기 IoT단말(1000)을 슬립모드에서 노멀모드로 전환시켜야 한다. 바람직하게는, 상기 게이트웨이(2000)가 주기적으로 상기 IoT단말(1000)로부터 센싱정보를 수신해야 하므로, 상기 게이트웨이(2000)는 기설정된 주기로 상기 제2웨이크업프레임을 상기 IoT단말(1000)로 송신할 수 있다.
상기 게이트웨이(2000)는 상기 제1웨이크업프레임과 마찬가지로 프리앰블로만 구성된 제2웨이크업프레임을 생성한다. 다만, 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000)이 서로에 대한 식별정보를 알지 못하여 다운링크브로드캐스트식별정보가 포함되었던 상기 제1웨이크업프레임과 달리, 상기 네트워크등록단계(S100) 이후에는 서로에 대한 식별정보 및 웨이크업ID를 공유하기 때문에 상기 게이트웨이(2000)는 상기 제2웨이크업프레임의 프리앰블에 상기 웨이크업ID를 포함시킴으로써 유니캐스트로 통신이 가능하다.
상기 IoT단말(1000)은, 상기 네트워크등록단계(S100) 이후, 슬립모드로 동작하고 있다가, 상기 게이트웨이(2000)로부터 상기 제2웨이크업프리앰블을 수신하면, 상기 제2웨이크업프레임에 포함된 웨이크업ID가 상기 IoT단말(1000)에 해당하는 웨이크업ID와 일치하는지 검증하는 웨이크업ID검증단계(S220)를 수행할 수 있다. 상기 웨이크업ID검증단계(S220)에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 제2웨이크업단계(S230)는, 상기 게이트웨이(2000)가 상기 제2웨이크업프레임을 상기 IoT단말(1000)로 송신한 이후, 기설정된 시간이 지난 후에 제3노멀프레임을 송신함으로써 수행된다. 상기 기설정된 시간은 상기 웨이크업ID검증단계(S220)의 소요시간 혹은 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000) 간의 통신 소요 시간 등을 고려하여 설정되는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 일 실시예로서, 상기 제2웨이크업단계(S230)는 상기 IoT단말(1000)이 슬립모드에서 노멀모드로 전환되는 웨이크업모드 이후에 수행되는 것이 바람직하다.
상기 제3노멀프레임의 헤더에는, 도 5에 대한 설명을 참고하여, 상기 네트워크등록단계(S100)에서 사용한 상기 게이트웨이(2000) 식별정보 및 상기 디바이스 식별정보를 이용하여, 송신ID에 해당하는 주소에 상기 디바이스 식별정보가 매핑되고, 수신ID에 해당하는 주소에 상기 게이트웨이(2000) 식별정보가 매핑된다. 상기 제3노멀프레임에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT단말(1000)에서의 웨이크업ID검증단계(S220)를 개략적으로 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제3등록단계(S130) 이후, 상기 IoT단말(1000)은 노멀모드보다 적은 전력으로 동작하는 슬립모드로 대기(S300)하고, 상기 제1웨이크업단계(S210) 이후, 상기 IoT단말(1000)에 의하여, 상기 제2웨이크업프레임을 수신(S310)하는 경우에, 상기 제2웨이크업프레임에 포함되는 웨이크업ID를 검증(S330)하고, 상기 제2웨이크업프레임에 포함되는 웨이크업ID가 상기 제3등록단계(S130)에서의 상기 제2노멀프레임에 포함되는 웨이크업ID와 일치하는 경우에만 상기 IoT단말(1000)이 슬립모드에서 노멀모드로 전환(S340)된다.
구체적으로, 단계 S300은, 상기 제3등록단계(S130) 이후의 상기 IoT단말(1000) 상태에 해당하며, 상기 IoT단말(1000)은 대기 전력을 최소화하기 위하여 노멀모드에서 기설정된 시간동안 통신을 수행하지 않는 경우, 슬립모드로 전환되어 동작한다.
단계 S310에서는, 슬립모드로 동작 중인 상기 IoT단말(1000)이 상기 게이트웨이(2000)로부터 상기 제2웨이크업프레임을 수신한다. 상기 단계 S310은, 도 6에 대한 설명을 참고하여, 상기 제1웨이크업단계(S210)에 해당할 수 있다.
단계 S320에서는, 상기 IoT단말(1000)이 상기 제2웨이크업프레임에 포함된 웨이크업ID를 검출한다. 상기 IoT단말(1000)은 상기 제2웨이크업프레임의 프리앰블에서 상기 웨이크업ID가 매핑된 위치를 알고 있으므로, 상기 제2웨이크업프레임으로부터 상기 웨이크업ID를 검출할 수 있다.
단계 S330에서는, 상기 IoT단말(1000)이 상기 제2웨이크업프레임에서 검출한 웨이크업ID와 상기 네트워크등록단계(S100)에서 상기 게이트웨이(2000)로부터 받은 상기 제2노멀프레임에서 검출한 웨이크업ID를 비교 검증한다. 상기 제2웨이크업프레임에서 검출한 웨이크업ID와 상기 제2노멀프레임에서 검출한 웨이크업ID를 비교하였을 때, 일치하는 경우 상기 IoT단말(1000)은 슬립모드에서 노멀모드로 전환(S340)되고, 도 6에 대한 설명에서 서술한 상기 웨이크업모드가 단계 S340에 해당한다. 한편, 상기 비교검증 결과 각각의 웨이크업ID가 일치하지 않는 경우, 상기 IoT단말(1000)은 노멀모드로 전환되지 않고, 슬립모드로 동작(S300)하게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니캐스트통신단계(S200)에서 송수신되는 제2웨이크업프레임 및 제3노멀프레임의 구성을 개략적으로 도시한다.
개략적으로, 도 8의 (a)는 상기 제2웨이크업프레임의 구성을 도시하고, 도 8의 (b)는 상기 제3노멀프레임의 구성을 도시한다.
구체적으로, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제2웨이크업프레임은, 도 5의 (a)에 도시된 제1웨이크업프레임과 동일한 구성을 가진다. 다만, 다운링크브로드캐스트식별정보가 포함된 제1웨이크업프리앰블과 달리, 상기 제2웨이크업프레임에는 웨이크업ID를 포함시킴으로써, 상기 게이트웨이(2000) 및 상기 IoT단말(1000) 간에 유니캐스트로 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제2웨이크업프레임의 웨이크업프리앰블에는 다운링크 유니캐스트임을 식별할 수 있는 다운링크유니캐스트식별정보가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 제2웨이크업프레임의 웨이크업프리앰블은, 도 5에 대한 설명을 참고하여, 상기 제1웨이크업프레임과 마찬가지로, 랜덤 시퀀스를 단독 또는 복합적으로 조합함으로써 생성될 수 있다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제3노멀프레임은, 도 5의 (b) 및 (c)에 도시된 제1노멀프레임 및 제2노멀프레임과 동일한 구성을 가진다. 상기 게이트웨이(2000)는 상기 제3노멀프레임에 상기 게이트웨이(2000)가 상기 IoT단말(1000)로 전달하고 싶은 전송정보를 상기 제3노멀프레임의 페이로드에 포함시킬 수 있으며, 상기 전송정보는, 예를 들어, 상기 IoT단말(1000)이 수집한 센싱정보 혹은 상기 IoT단말(1000)의 업데이트 정보 등에 해당될 수 있다.
상기 제3노멀프레임의 웨이크업프리앰블에는, 상기 제2웨이크업프레임과 마찬가지로 상기 웨이크업ID가 포함되며, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 다운링크유니캐스트식별정보가 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 제3노멀프레임의 헤더에는 수신ID에 해당하는 주소에 상기 IoT단말(1000)의 디바이스 식별정보가 매핑되고, 송신ID에 해당하는 주소에 상기 게이트웨이(2000) 식별정보가 매핑된다.
한편, 도 8에 도시된 상기 제2웨이크업프레임, 및 제3노멀프레임은 설명을 위해 개념적인 부분만을 개략적으로 도시한 것이며, 실제로 통신 되는 프레임의 구조와는 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 게이트웨이(2000)에 연결된 복수의 IoT단말(1000) 중 많은 통신이 필요한 IoT단말(1000)만 선별적으로 노멀모드로 전환시켜 망 전체의 소모 전력을 최소화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이크업프리앰블로만 구성된 웨이크업프레임을 송수신함으로써 불필요한 데이터 통신을 줄여 망 전체의 효율을 높이고 통신 소비 전력을 최소화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 네트워크등록단계(S100)에서 특정한 게이트웨이(2000) 및 IoT단말(1000)의 식별정보에 근거하여 네트워크등록 후에는 유니캐스트로 통신을 수행함으로써 망 전체의 통신 효율을 높이고 전력 소모를 감소시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이크업프레임 및 노멀프레임의 크기를 줄여 통신에 필요한 연산량을 줄임으로써 통신장비를 소형화할 수 있고, 이를 통해 다양한 장소 및 환경에서 사용될 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트주차, 지능형 거리 조명, 수도시설, 또는 스마트농업과 같이 열악한 주파수 환경에서 다양하고 짧은 메시지 정보를 송수신하는 서비스를 운영하는 데 있어서 저전력 광역 무선통신을 통해 넓은 서비스 커버리지를 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 IoT단말(1000)에만 업데이트가 필요하거나 리셋을 수행해야하는 경우, 해당 IoT단말(1000)에게만 업데이트 혹은 리셋을 수행시킬 수 있는 메시지를 송신할 수 있어, 망 전체의 통신효율을 향상시키고 게이트웨이(2000)에 부하되는 연산량을 줄일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, IoT단말(1000)이 대부분의 시간을 노멀모드보다 전력소모가 적은 슬립모드로 동작함으로써, IoT단말(1000)의 구동시간을 최대화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (7)

  1. 게이트웨이 및 복수의 IoT단말을 포함하는 저전력 광역 통신시스템에서 수행되는 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법으로서,
    상기 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법은,
    상기 저전력 광역 통신시스템에서 상기 복수의 IoT단말 중 특정 IoT단말을 네트워크에 등록하기 위한 네트워크등록단계; 및 상기 네트워크에 등록된 상기 특정 IoT단말 및 상기 게이트웨이가 유니캐스트 통신 방식으로 통신하는 유니캐스트통신단계;를 포함하고,
    상기 네트워크등록단계는,
    상기 게이트웨이에 의하여, 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제1웨이크업프레임을 상기 복수의 IoT단말로 송신하는, 제1등록단계;
    상기 제1웨이크업프레임을 수신한 특정 IoT단말에 의하여, 업링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 업링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 해당 IoT단말을 특정할 수 있는 디바이스 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제1노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이로 상기 제1노멀프레임을 송신하는 제2등록단계; 및
    상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제1노멀프레임을 수신하는 경우에, 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 특정 IoT단말로 상기 제2노멀프레임을 송신하는 제3등록단계;를 포함하고,
    상기 유니캐스트통신단계는,
    상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말 각각에 저장된 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 사용하여, 상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말이 유니캐스트 방식으로 통신을 수행할 수 있는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1등록단계에서 송신되는 상기 제1웨이크업프레임은,
    새로운 IoT단말이 상기 네트워크등록단계를 수행할 수 있도록 기설정된 주기로 브로드캐스트되고, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하는 상기 IoT단말은 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 식별하여, 슬립모드에서 노멀모드로 전환되는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2등록단계에서는,
    상기 IoT단말에 의하여, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하여 획득한 무선채널정보를 활용함으로써 송신채널이 선택될 수 있고, 상기 제1웨이크업프레임을 수신하여 획득한 주파수오차정보를 미리 보상함으로써 상기 제1노멀프레임이 송신되는 데 활용될 수 있는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3등록단계에서,
    상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제1노멀프레임에 응답하는 상기 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이의 식별정보 및 상기 디바이스 식별정보를 상기 제2노멀프레임의 헤더에 포함하고, 상기 유니캐스트통신단계에서 슬립모드인 IoT단말이 웨이크업하는데 사용되는 웨이크업ID를 상기 제2노멀프레임의 헤더 혹은 페이로드에 더 포함하고,
    상기 제3등록단계 이후,
    상기 IoT단말은 노멀모드보다 적은 전력으로 동작하는 슬립모드로 대기하는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3등록단계에서,
    상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제2노멀프레임의 헤더 혹은 페이로드에는, 슬립모드인 IoT단말이 웨이크업하는데 사용되는 웨이크업ID가 더 포함되고,
    상기 유니캐스트통신단계는,
    상기 게이트웨이에 의하여, 상기 웨이크업ID를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제2웨이크업프레임을 생성하고, 상기 웨이크업ID에 해당하는 IoT단말로 상기 제2웨이크업프레임을 송신하는, 제1웨이크업단계; 및
    상기 게이트웨이에 의하여, 상기 웨이크업ID에 해당하는 상기 게이트웨이 및 상기 IoT단말의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제3노멀프레임을 생성하고, 상기 제3노멀프레임을 상기 IoT단말로 송신하는 제2웨이크업단계;를 포함하는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3등록단계 이후,
    상기 IoT단말은 노멀모드보다 적은 전력으로 동작하는 슬립모드로 대기하고,
    상기 제1웨이크업단계 이후,
    상기 IoT단말에 의하여, 상기 제2웨이크업프레임을 수신하는 경우에, 상기 제2웨이크업프레임에 포함되는 웨이크업ID를 검증하고, 상기 제2웨이크업프레임에 포함되는 웨이크업ID가 상기 제3등록단계에서의 상기 제2노멀프레임에 포함되는 웨이크업ID와 일치하는 경우에만 상기 IoT단말이 슬립모드에서 노멀모드로 전환되는, 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법.
  7. 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법을 수행하고, 게이트웨이 및 복수의 IoT단말을 포함하는 저전력 광역 통신 시스템으로서,
    상기 저전력 광역 통신 시스템은,
    상기 유니캐스트 및 브로드캐스트를 혼용한 통신방법에 포함되는, 상기 복수의 IoT단말 중 특정 IoT단말을 네트워크에 등록하기 위한 네트워크등록단계; 및 상기 네트워크에 등록된 상기 특정 IoT단말 및 상기 게이트웨이가 유니캐스트 통신 방식으로 통신하는 유니캐스트통신단계;를 수행하고,
    상기 네트워크등록단계는,
    상기 게이트웨이에 의하여, 다운링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블로만 구성된 제1웨이크업프레임을 상기 복수의 IoT단말로 송신하는, 제1등록단계;
    상기 제1웨이크업프레임을 수신한 특정 IoT단말에 의하여, 업링크 브로드캐스트임을 알 수 있는 업링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 해당 IoT단말을 특정할 수 있는 디바이스 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제1노멀프레임을 생성하고, 상기 게이트웨이로 상기 제1노멀프레임을 송신하는 제2등록단계; 및
    상기 게이트웨이에 의하여, 상기 제1노멀프레임을 수신하는 경우에, 상기 다운링크브로드캐스트식별정보를 포함하는 프리앰블; 및 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 포함하는 헤더;를 포함하는 제2노멀프레임을 생성하고, 상기 특정 IoT단말로 상기 제2노멀프레임을 송신하는 제3등록단계;를 포함하고,
    상기 유니캐스트통신단계는,
    상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말 각각에 저장된 상기 디바이스 식별정보 및 상기 게이트웨이의 식별정보를 사용하여, 상기 게이트웨이 및 상기 특정 IoT단말이 유니캐스트 방식으로 통신을 수행할 수 있는, 저전력 광역 통신 시스템.

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