KR102430900B1 - 무선 네트워크를 구성하는 장치 및 이의 통신 방법을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 네트워크에서 통신하는 상위 노드 및 하위 노드 장치 및 그의 통신방법을 실행하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 관한 것으로, 상위 노드가 복수의 하위 노드의 우선순위를 판단하고, 상위 노드가 판단된 우선 순위에 대한 정보를 포함하는 비콘 메시지를 복수의 하위 노드로 전송하고, 복수의 하위 노드가 상위 노드로부터 수신된 비콘 메시지를 바탕으로 우선순위를 판단하고, 액티브 구간 중 제1 구간에서는, 상위 노드가 복수의 하위 노드로 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 전송하며, 상위 노드와 통신을 수행하는 액티브 구간 중 제2 구간에서는, 복수의 하위 노드가 판단된 우선 신호에 기초하여 상위 노드로 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하위 노드에서 배터리 전력이 낭비되는 것을 억제할 수 있다.
Description
본 발명은 무선 네트워크를 구성하는 장치 및 이의 통신 방법을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상위 노드 및 하위 노드로 구성된 네트워크 시스템에서 상위 노드와 하위 노드 사이의 통신 구간을 설정하는 무선 네트워크를 구성하는 장치 및 이의 통신 방법을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 관한 것이다.
최근 무선 네트워크가 IoT(Internet on Things) 구축, 홈 오토메이션, 산업 자동화 등과 같은 분야에서 핵심 지원 기술 중 하나로 많은 관심을 받고 있다.
특히, IoT는 여러 사물들이 네트워크로 연결되어, 서로 정보를 제공하거나 기기를 제어할 수 있는 통신을 지칭한다. 예를 들어, IoT가 구축된 기술은 스마트 홈에서 일상 가전 기기들이 무선 인터넷에 연결되어 상호간 데이터를 주고 받으며 유기적으로 반응하는 것이다. 즉, 최근의 IoT 기술은 네크워크로 연결된 여러 사물들이 서로 수집된 정보를 분석하고, 네트워크 상에 연결된 다른 사물의 정보를 예측하고 활용하는 기술로 확대되고 있다. 이에 따라, 무선 네트워크 상에서 연결된 IoT 기기들은 전력 소모를 최대한 줄여서 배터리 수명을 최대한 연장할 수 있는 기술을 필요로하고 있다.
본 발명은 무선 네트워크 상에서 상위 노드와 하위 노드가 데이터를 송수신 하는 액티브 구간 중, 상위 노드가 결정하는 하위 노드의 우선 순위에 따라, 하위 노드에 최적화된 저전력 스케줄링을 제공하고, 우선 순위가 높은 하위 노드에 QoS(Quality of Service)를 제공하는 장치 및 이의 통신 방법을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 네트워크에서 복수의 하위 노드와 통신을 수행하는 상위 노드는, 비콘 메시지를 이용하여 상기 복수의 하위 노드와 통신을 수행하는 통신부 및 비콘 메시지를 이용하여 복수의 하위 노드와 통신을 수행하는 액티브 구간 중 제1 구간에서는 복수의 하위 노드로 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 전송하고, 액티브 구간 중 제2 구간에서는 복수의 하위 노드의 우선 순위에 따라 복수의 하위 노드로부터 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 수신하도록 상기 통신부를 제어하는 프로세서를 포함한다.
그리고, 상기 제2 구간은, N 개의 타임 슬롯을 가질 수 있고, 상기 프로세서는, 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 상기 하위 노드들의 개수가 상기 N개 이하인 경우, 상기 상위 노드에 의해 결정된 상기 하위 노드의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 상기 하위 노드로부터 제2 데이터를 수신하도록 통신부를 제어할 수 있다.
또한, 프로세서는, 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 상기 하위 노드들의 개수가 상기 N개 초과인 경우, 상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 이하의 순위이면, 상기 제2 구간 중 상기 하위 노드와 대응되는 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 하위 노드로부터 수신하며, 상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N순위 초과의 순위이면, 상기 제1 구간에서 상기 제2 데이터를 상기 하위 노드로부터 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 수신하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 하위 노드에 대응되는 타임슬롯에서 상기 하위 노드가 온(on)이면, 상기 제2 데이터를 상기 하위 노드로부터 수신하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 제1 구간에서, 상기 상위 노드가 상기 하위 노드로 상기 제1 데이터를 전송하고, 상기 하위 노드가 온(on)일 때, 상기 하위 노드로부터 확인 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
상기 제1 구간은, 상기 액티브 구간 중 경쟁 통신 구간(CAP, Contention Access Period)이고, 상기 제2 구간은, 상기 액티브 구간 중 비경쟁 통신 구간(CFP, Contention Free Period)일 수 있다.
그리고, 무선 네트워크에서 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드는, 상기 상위 노드로부터 비콘 메시지를 수신하여 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 통신부를 포함한다. 또한, 상기 비콘 메시지를 수신하여 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 액티브 구간 중 제1 구간에서는 상기 상위 노드로부터 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 수신하고, 상기 액티브 구간 중 제2 구간에서는 상기 하위 노드의 우선 순위에 따라 상기 상위 노드로 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 프로세서를 포함한다.
상기 제2 구간은, N 개의 타임 슬롯을 가질 수 있고, 상기 프로세서는, 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드들의 개수가 상기 N 개 이하인 경우, 상기 상위 노드에 의해 결정된 상기 하위 노드의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송하도록 통신부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드들의 개수가 상기 N 개 초과인 경우, 상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 이하의 순위이면, 상기 제2 구간 중 상기 하위 노드와 대응되는 타임슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송하며, 상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 초과의 순위이면, 상기 제1 구간에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 제2 구간 중 상기 하위 노드와 대응되는 타임슬롯 구간에서 하위 노드를 온(On)하고, 상기 제2 구간 중 나머지 구간은 하위 노드를 오프(Off)하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 제1 구간에서, 상기 하위 노드가 상기 상위 노드로부터 수신하는 상기 제1 데이터가 있으면, 상기 하위 노드를 온(on)하고, 상기 상위 노드로부터 상기 제1 데이터를 수신하며, 상기 상위노드에 확인 메시지를 전송한 후, 상기 하위 노드를 오프(off)하고, 상기 제1 데이터가 없으면, 상기 하위 노드를 오프(off)하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
상기 제1 구간은, 상기 액티브 구간 중 경쟁 통신 구간(CAP, Contention Access Period)이고, 상기 제2 구간은, 상기 액티브 구간 중 비경쟁 통신 구간(CFP, Contention Free Period)일 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선 네트워크에서 상위 노드와 복수의 하위 노드가 통신을 수행하는 통신방법을 실행하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서, 상기 통신방법은, 상기 상위 노드가 상기 복수의 하위 노드의 우선순위를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 상위 노드가 상기 판단된 우선 순위에 대한 정보를 포함하는 비콘 메시지를 상기 복수의 하위 노드로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 하위 노드가 상기 상위 노드로부터 수신된 비콘 메시지를 바탕으로 우선순위를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 액티브 구간 중 제1 구간에서는, 상기 상위 노드가 상기 복수의 하위 노드로 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 전송하는 단계 및 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 액티브 구간 중 제2 구간에서는, 상기 복수의 하위 노드가 상기 판단된 우선 신호에 기초하여 상기 상위 노드로 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 제2 구간은, N 개의 타임 슬롯을 가질 수 있고, 상기 제2 데이터를 전송하는 단계는, 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 상기 복수의 하위 노드의 개수가 상기 N개 이하인 경우, 상기 하위 노드에 대응되는 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송할 수 있다.
상기 제2 데이터를 전송하는 단계는, 상기 복수의 하위 노드의 개수가 상기 N개 초과인 경우, 상기 복수의 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 이하의 순위이면, 상기 제2 구간 중 상기 하위 노드와 대응되는 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송하며, 상기 하위 노드의 우선 순위가 N순위 초과의 순위이면, 상기 제1 구간에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송할 수 있다.
상기 제1 구간에서 상기 제1 데이터를 전송하는 단계는, 상기 상위 노드가 상기 복수의 하위 노드로 상기 제1 데이터를 전송할 수 있다.
상기 통신 방법은, 상기 제2 구간 중, 상기 하위 노드에 대응되는 타임슬롯 구간에서 하위 노드를 온(On)하고, 상기 제2 구간 중 나머지 구간은 하위 노드를 오프(Off)할 수 있다.
상기 통신 방법은, 상기 제1 구간에서, 상기 하위 노드가 상기 상위 노드로부터 수신하는 상기 제1 데이터가 있으면, 상기 하위 노드를 온(on)하고, 상기 상위 노드로부터 상기 제1 데이터를 수신하고, 상기 상위노드에 확인 메시지를 전송한 후, 상기 하위 노드를 오프(off)하고, 상기 제1 데이터가 없으면, 상기 하위 노드를 오프(off)할 수 있다.
상기 제1 구간은, 상기 액티브 구간 중 경쟁 통신 구간(CAP, Contention Access Period)이고, 상기 제2 구간은, 상기 액티브 구간 중 비경쟁 통신 구간(CFP, Contention Free Period)일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크를 구성하는 장치 및 이의 통신 방법은, 무선 네트워크의 액티브 구간 전체에서 하위 노드에 최적화된 저전력 스케줄링을 제공하고, 우선 순위가 높은 하위 노드에 QoS(Quality of Service)를 제공하여, 액티브 구간에서 하위 노드의 전력 소모를 효과적으로 줄일 수 있다.
도 1a 및 1b는 IoT(Internet on Things) 서비스를 제공하기 위한 무선 네트워크 토폴로지의 일반적인 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 하위 노드의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 IEEE 802.15.4 시스템에서 사용되는 슈퍼프레임의 구조를 나타내는 도면,
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 상위 노드와 하위 노드에서 일대일로 수행되는 통신 절차를 도시하는 흐름도,
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 상위 노드에서 통신 절차를 도시하는 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 하위 노드에서 통신 절차를 도시하는 순서도,
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 이하인 경우 제2 구간 중 하위 노드의 타임 슬롯 할당을 설명하는 도면,
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 초과인 경우 제2 구간 중 하위 노드의 타임 슬롯 할당을 설명하는 도면,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 우선 순위에 따라, 액티브 구간 중 하위 노드의 전송 구간을 할당하는 방법을 설명하는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 메시지의 구조를 도시하는 구조도,
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드가 상위 노드로부터 제1 구간에서 제1 데이터를 수신하는 절차를 도시하는 순서도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드가 상위 노드로 제2 구간 중 제2 데이터를 전송하는 절차를 도시하는 순서도,
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드에서 제1 구간 중 제1 데이터의 전송 유무에 따른 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 13a 및 도 13b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 이하인 경우, 하위 노드에서 제2 구간 중 제2 데이터 수신에 따른 하위 노드의 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 14a 내지 도 14d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 이하인 경우, 액티브 구간 중 제1 데이터 및 제2 데이터 존재 유무에 따른 하위 노드의 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 15a 내지 도 15d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 초과인 경우, 제1 구간 중 제1 데이터 및 제2 데이터 존재 유무에 따른, 하위 노드의 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드의 간단한 블록도, 그리고,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드의 간단한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 하위 노드의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 IEEE 802.15.4 시스템에서 사용되는 슈퍼프레임의 구조를 나타내는 도면,
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 상위 노드와 하위 노드에서 일대일로 수행되는 통신 절차를 도시하는 흐름도,
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 상위 노드에서 통신 절차를 도시하는 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 하위 노드에서 통신 절차를 도시하는 순서도,
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 이하인 경우 제2 구간 중 하위 노드의 타임 슬롯 할당을 설명하는 도면,
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 초과인 경우 제2 구간 중 하위 노드의 타임 슬롯 할당을 설명하는 도면,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 우선 순위에 따라, 액티브 구간 중 하위 노드의 전송 구간을 할당하는 방법을 설명하는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 메시지의 구조를 도시하는 구조도,
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드가 상위 노드로부터 제1 구간에서 제1 데이터를 수신하는 절차를 도시하는 순서도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드가 상위 노드로 제2 구간 중 제2 데이터를 전송하는 절차를 도시하는 순서도,
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드에서 제1 구간 중 제1 데이터의 전송 유무에 따른 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 13a 및 도 13b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 이하인 경우, 하위 노드에서 제2 구간 중 제2 데이터 수신에 따른 하위 노드의 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 14a 내지 도 14d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 이하인 경우, 액티브 구간 중 제1 데이터 및 제2 데이터 존재 유무에 따른 하위 노드의 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 15a 내지 도 15d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 초과인 경우, 제1 구간 중 제1 데이터 및 제2 데이터 존재 유무에 따른, 하위 노드의 전력 소모를 나타내는 그래프,
도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드의 간단한 블록도, 그리고,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드의 간단한 블록도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1a 및 도 1b는 IoT(Internet on Things) 서비스를 제공하기 위한 무선 네트워크의 일반적인 네트워크 토폴로지의 예시를 나타낸 도면이다. 이때, 도 1a는 스타형(star topology) 네트워크 토폴로지를 도시하고, 도 1b는 트리형(tree topology) 네트워크 토폴로지를 도시하고 있다.
도 1a를 참조하면, 스타형 네트워크 토폴로지는 하나의 상위 노드(10)가 다수의 하위 노드(20-1 내지 20-n)와 통신을 한다. 도 1b를 참조하면, 트리형 네트워크 토폴로지는 복수의 상위 노드(10-1 내지 10-3)를 가지고 있으며, 복수의 상위 노드(10-1 내지 10-3)와 통신하는 적어도 하나의 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)를 가지고 있다.
이러한, 무선 네트워크 토폴로지 내에서, 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)는 상위 노드(10)의 관리 및 제어에 따라 데이터를 송수신한다. 상위 노드(10)는 주기적으로 비콘 메시지를 하위 노드(20)에 브로드캐스팅(broadcasting)하고, 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)는 비콘 메시지에 동기화되어 상위 노드(10)와 데이터를 송수신한다.
본 발명의 일 실시예로, 도 1a를 참조하면, 스타형 토폴로지는 하나의 상위 노드(10)를 포함하는 싱글 홉 타입의 사물인터넷(IoT, Internet on Things)이 구축된 스마트 홈일 수 있다. 예를 들어, 상위 노드(10)는 스마트 홈에서 무선 네트워크로 연결된 전자 기기들을 제어하는 스마트폰일 수 있다. 복수의 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)는 상위 노드(10)인 스마트 폰에 의해 제어되는 에어컨, 창문, 전원 스위치, 세탁기, 프린트 보일러, 또는 냉장고 등의 사물인터넷(IoT) 기술이 적용된 전자기기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 도 1b를 참조하면, 트리형 토폴로지는, 스마트 홈에서 각각의 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)에 무선 센서가 부착되어 있고, 각각의 전자 기기의 센서를 제어하는 상위 노드(10-2 및 10-3)가 존재하고, 센서를 제어하는 상위 노드(10-2 및 10-3)와 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)를 제어하는 상위 노드(10-1)를 예로 들 수 있다. 그러나, 이는 본 발명의 일 실시예일 뿐, 무선 네트워크 기술을 이용한, 병원, 사무실, 산업 현장 등 다양한 분야에서 사용되는 IoT 전자기기들이 상위 노드(10-1 내지 10-3)와 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 예를 들어, 사물인터넷(IoT, Internet on Things) 기반의 무선 네트워크 토폴로지는 IEEE 802.15.4에 기반한 기술을 사용할 수 있다. IEEE 802.15.4 표준은 무선 네트워크 상에서 하위 노드(20)와 상위 노드(10)가 통신을 할 때, 상위 노드(10)와 하위 노드(20)의 배터리를 사용하여 데이터를 송수신하는 액티브(active) 구간과 데이터를 송수신하지 않을 때는 슬립모드로 진입하여 전력을 소비하지 않도록 하는 인액티브(inactive) 구간을 제공한다.
IEEE 802.15.4 기반의 무선 네트워크는 PHY 계층(Physical layer)과 MAC 계층(Medium Access Control Layer)를 제공한다. MAC 계층은 데이터를 전송하기 위한 PHY 채널에 대한 액세스를 제공하는 채널 액세스 메커니즘(Channel Access Mechanism), GTS(Guaranteed Time Slot) 매니지먼트, 비콘(Beacon) 메니지먼트 등을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예로, 비콘을 사용하는 네트워크(beacon-enabled network)에서는, 액티브 구간 중에 하위 노드(20)가 상위 노드(10)와 통신할 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)가 브로드캐스팅(broadcasting)한 비콘 메시지에 동기화 되어 상위 노드(10)와 데이터를 송수신한다. 이때, 하위 노드(20)는 MAC에서 제공하는 채널 액세스 매커니즘인 슬롯을 사용한 CSMA-CA(Slotted CSMA-CA)를 사용하여 상위 노드(10)와 데이터를 송수신한다.
본 발명의 실시예에 따라, 액티브 구간은 제1 구간과 제2 구간으로 구분될 수 있다. 또한, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)와 통신할 때 제1 구간에서는 IEEE 802.15.4 표준이 제공하는 슬롯을 사용한 CSMA-CA를 사용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 하위 노드(20)가 상위 노드(10)와 통신할 때 제2 구간에서는 아래에서 상세히 설명할 본 발명의 실시예에 따른 저전력 스케줄링 통신 방법을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드(100)와 상위 노드(200)의 통신을 나타내는 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하위 노드(100)는 메모리(101), 프로세서(102), 통신부(103), 및 기능부(104)를 포함할 수 있다.
메모리(101)는, 하위 노드(100)를 제어하는 다양한 기능이 구현된 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(101)는 제어부(102)에 의해 상위 노드(200)로부터 하위 노드(100)의 우선 순위에 기초하여 할당된 하위 노드(100)의 타임 슬롯에 대한 정보를 저장할 수 있다. 또한 메모리(101)는 상위 노드(200)로부터 수신한 하위 노드(100)의 우선 순위 정보가 포함된 비콘 메시지를 저장할 수 있다.
통신부(103)는, 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로부터 비콘 메시지를 수신하고, 제어부(102)의 제어에 따라 할당된 하위 노드(100)에 대응되는 타임 슬롯에서 상위 노드(200)와 데이터를 송수신할 수 있다. 통신부(103)는 와이파이칩(미도시), 블루투스 칩(미도시), 무선 통신 칩(미도시), NFC 칩(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특히, 와이파이 칩(미도시), 블루투스 칩(미도시) 각각은 WiFi 방식, Bluetooth 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신칩(미도시)은 IEEE, Zigbee, LTE(Long Term Evolution) 등과 같은 다양한 통신 규격에 따라 통신을 수행하는 칩일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 무선 통신칩(미도시)으로 IEEE 802.14.5를 사용하였으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 다른 무선 통신칩으로 본 발명을 응용 변경하여 구현할 수 있다.
기능부(104)는, 하위 노드(100)의 유형에 따라 대응되는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사물인터넷(IoT) 환경의 스마트 홈 무선 네트워크에서 하위 노드(100)가 프린터일 경우, 기능부(140)는 프린팅 기능을 수행할 수 있으며, 하위 노드(100)가 에어컨일 경우 냉방 기능, 하위 노드(100)가 청소기일 경우 청소 기능을 수행할 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 하위 노드(100)가 다른 장치로 구현되면, 기능부(104)는 구현된 장치의 유형에 따라 해당 기능을 수행할 수 있다. 또한, 구현된 무선 네트워크 환경은 가정이 아닌, 병원, 공장, 사무실 등 다양한 유형의 IoT 기술 기반의 네트워크 환경일 수 있다.
프로세서(102)는, 하위 노드(100)의 동작 및 메모리(101), 통신부(103),
기능부(104)를 제어할 수 있다. 프로세서(102)는 상위 노드(200)가 하위 노드(100)의 우선 순위를 기초로 할당한 하위 노드(100)의 타임 슬롯에서, 하위 노드(100)가 상위 노드(200)와 데이터를 송수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(102)는 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로 제2 구간에서 직접 데이터 전송(Direct data transmission)으로 제2 데이터를 전송할 경우, 프로세서(102)는 하위 노드(100)에 대응된 타임슬롯에서 온 상태로 전환하도록 제어할 수 있다. 또한, 하위 노드(100)에 대응된 타임 슬롯에서 상위 노드(200)로 제2 데이터의 전송이 완료되면, 프로세서(102)는 하위 노드(100)를 오프 상태로 전환하도록 제어할 수 있다. 제2 구간에서 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로부터 우선 순위에 기초한 타임 슬롯을 할당받지 못한 경우, 프로세서(102)는 제1 구간에서 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2를 참조하면, 상위 노드(200)는 메모리(201), 프로세서(202), 통신부(203)를 포함할 수 있다. 메모리(201)는, 상위 노드(200)를 제어하는 다양한 기능이 구현된 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 특히, 메모리(201)는 프로세서(202)의 제어에 따라 하위 노드(100)의 유형 및 기능 등에 따른 하위 노드(100)의 우선 순위 정보 및 판단된 우선 순위에 따른 할당된 타임 슬롯에 대한 정보 등 관련된 정보를 저장할 수 있다.
통신부(203)는, 프로세서(202)의 제어에 따라 결정된 하위 노드(100)의 우선 순위를 기초로 할당된 타임 슬롯에서 특정 하위 노드(100)와 통신을 수행할 수 있다. 또한, 통신부(203)는 프로세서(202)의 제어에 따라 비콘 프레임을 물리 채널에 전송할 수 있다. 통신부(203)는 와이파이칩(미도시), 블루투스 칩(미도시), 무선 통신 칩(미도시), NFC 칩(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특히, 와이파이 칩(미도시), 블루투스 칩(미도시) 각각은 WiFi 방식, Bluetooth 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신칩(미도시)은 IEEE, Zigbee, LTE(Long Term Evolution) 등과 같은 다양한 통신 규격에 따라 통신을 수행하는 칩일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 무선 통신칩(미도시)으로 IEEE 802.14.5를 사용하였으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 다른 무선 통신칩으로 응용 변경하여 구현할 수 있다.
프로세서(202)는, 상위 노드(200)의 동작 및 메모리(201)와 통신부(203)를 제어할 수 있다. 프로세서(202)는 하위 노드(100)로부터 확인 메시지를 수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 프로세서(202)는 하위 노드(100)의 유형에 따라 하위 노드(100)의 우선 순위를 판단하고, 판단된 우선 순위에 근거하여 하위 노드(100)에 특정 타임 슬롯을 할당할 수 있다. 이때, 하위 노드(100)의 우선 순위는, 하위 노드(100)가 다른 하위 노드(100)와 통신을 할 때 주고 받는 신호 또는 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로 전송하는 신호 요청 등을 고려하여, 하위 노드(100)의 우선 순위를 결정할 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명의 일 실시예일 뿐, 상위 노드(200)는 다양한 방법과 하위 노드(100)의 기능 유형 등을 고려하여 하위 노드(100)의 우선 순위를 결정할 수 있다. 프로세서(202)는, 판단된 우선 순위와 관련된 정보를 하위 노드(100)로 전송할 수 있다. 이때, 우선 순위 정보는 비콘 메시지에 포함되어 전송할 수 있다.
프로세서(202)는, 상위 노드의 동작 및 메모리(201) 및 통신부(203)를 제어할 수 있다. 프로세서(202)는 상위 노드(200)가 하위 노드(100)의 우선 순위를 판단하여 할당한 타임 슬롯에서, 하위 노드(100)와 데이터를 송수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(202)는 상위 노드(200)가 하위 노드(100)로부터 제2 구간에서 본 발명의 통신 방법을 통하여 데이터를 수신할 경우, 프로세서(202)는 상위 노드(200)가 하위 노드(100)에 대응된 타임 슬롯이 온 상태인 하위 노드(100)로부터 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 제2 구간에서 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로부터 우선 순위에 따른 타임 슬롯을 할당받지 못한 경우, 프로세서(202)는 상위 노드(200)가 하위 노드(100)로부터 제1 구간 중 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 수신하도록 제어할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, IEEE 802.15.4를 이용한 무선 네트워크에서 사용되는 슈퍼 프레임(super frame)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 상위 노드(10)와 하위 노드(20)의 통신은 IEEE 802.15.4 기반의 슈퍼프레임에 따라 이루어진다.
슈퍼 프레임(300)은 연속된 비콘(beacon) 메시지(310, 340)들 사이에 액티브 구간(active period)(320)과 인액티브 구간(inactive period)(330)으로 구성된다. 액티브 구간(320)은 비콘 메시지 구간(310, 340)에 연속하여 이루어지는 CAP(Contention Access Period)(350), CAP구간에 연속하여 이어지는 CFP(Contention Free Period)(370)로 구분된다.
상위 노드(10) 또는 하위 노드(20)는 CAP(350) 또는 CFP(370)에서 데이터를 송수신하며, 액티브 구간(320)이 종료할 때마다 상위 노드(10) 및 하위 노드(20)들은 인액티브 구간(330)에서 수면 모드로 상태 변환하여 소비되는 전력을 절약하도록 제어된다. 즉, 액티브 구간(320)에서 하위 노드(20)가 온(on) 상태일 때, 상위 노드(10)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 인액티브 구간(330)에서는 하위 노드(20)는 오프(off) 상태로 전환되어 소비되는 전력을 절약한다.
본 발명의 일 실시예에서, IEEE 802.14.5 슈퍼 프레임의 액티브 구간(320)은 총 16개의 타임 슬롯으로 이루어진다. 데이터 전송 구간은제1 구간인 CAP(Contention Access Period) (350) 와 제2 구간인 CFP(Contention Free Period)(370)일 수 있다. 제2 구간(370)은 GTS(Guaranteed Time Slot)(381, 382,...,38n)들로 구성되고, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 요청 또는 하위 노드(20)의 성능 유형 등에 의해 GTS(381, 382,...,38n)를 특정 하위 노드(20)에 할당할 수 있다. 제2 구간(370)은 최대 7개(381, 382,..., 38n: n은 1부터 7)의 GTS 타임 슬롯을 가질 수 있다. 따라서, IEEE 802.15.4 표준 슈퍼프레임 구조에서 QoS(Quality of Service)를 지원할 수 있는 하위 노드(20)는 GTS에 할당되는 7개일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 비콘 기반의 IEEE 802.15.4(beacon-enabled IEEE 802.15.4) 무선 네트워크에서 상위 노드(10)와 하위 노드(20)의 동작 모드는 아래와 같다. 하위 노드(20)가 채널에 접근을 원할 경우, 하위 노드(20)는 지정된 타임 슬롯을 통한 스케줄링 기반의 채널 접근 방법을 사용한다.
이때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 상위 노드(10)가 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 할당한 GTS(381, 382,...,38n) 중 하나의 타임 슬롯(381, 382,...,38n: n은 1부터 7)을 할당받아 스케줄링 방식으로 통신을 수행한다. 이때, 상위 노드(10, 10-1)와 직접 통신할 수 있는 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)는, 상위 노드(10, 10-1)에 GTS 요청 프레임을 통해 독립적인 타임 슬롯을 요청할 수 있다. 이때, 상위 노드(10)는 비콘 메시지를 통해 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)에 타임 슬롯이 할당되었는지를 하위 노드(20)에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 구체적으로 사물인터넷(IoT) 환경의 스마트 홈 무선 네트워크를 예로 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상위 노드(10)는 스마트 홈에서 스마트폰이고, 하위 노드(20-1, 20-2,...,20-n)는 무선 청소기(20-1), 세탁기(20-2), 현관 잠금 장치(20-3), 전열기(20-4), 창문(20-5), 가정 내 전원 스위치(20-6), 에어컨(20-7) 등 7개의 사물인터넷 장치일 수 있다. 이때, 상위 노드(10)인 스마트폰은, 하위 노드(20)인 7개의 전자기기의 유형과 통신 방법 등을 고려하여 우선 순위를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상위 노드(10)인 스마트폰이 도난 방지를 위하여 현관 잠금 장치인 하위 노드(20-3)의 우선 순위를 1 순위로 판단하고, 화재 예방을 위해 전열기를 우선 순위가 2 순위인 하위 노드(20-4)로 판단할 수 있다. 이때, 우선 순위 1순위인 현관 잠금 장치(20-3)는 상위 노드(10)인 스마트폰으로 전송하고자 하는 제2 데이터가 존재할 경우, 우선 순위에 따라 할당된 타임슬롯(381) 구간에서 온 상태로 전환될 수 있다. 하위 노드(20-3)인 현관 잠금 장치는 할당된 타임슬롯(381)에서 온 상태일 때, 상위 노드(20)인 스마트폰으로 제2 데이터를 전송할 수 있다. 현관 잠금 장치(20-3)가 제2 데이터를 스마트폰으로 전송이 완료되면 현관 잠금 장치는 오프로 전환되고, 우선 순위가 2 순위인 전열기(20-4)가 다음 타임슬롯(383)에서 온 상태로 전환될 수 있다.
그러나, 위 예들은, 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예일 뿐, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 우선 순위를 다양한 방법으로 판단하도록 구현할 수 있다. 또한, 하위 노드(20)는 하위 노드(20)의 기능 및 통신 유형에 따라 다양한 방법으로 상위 노드(10)에 GTS 타임 슬롯(381, 382,...,38n)을 요청할 수 있도록 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, "제1 데이터"라는 용어는 "다운링크 데이터"를 의미할 수 있다. "다운링크 데이터"는 상위 노드(10)에서 하위 노드(20)로 전송되는 데이터를 의미할 수 있다. "제2 데이터"라는 용어는 "업링크 데이터"를 의미할 수 있다. "업링크 데이터"는 하위 노드(20)에서 상위 노드(10)로 전송하는 데이터를 의미할 수 있다.
또한, "간접 데이터 전송(indirect data transmission)"이라는 용어는 상위 노드(10)가 하위 노드(20)로 전송할 제1 데이터를 준비하고, 하위 노드(20)의 요청(ACK)이 있는 경우에 제1 데이터를 전송하는 것을 의미할 수 있다. "직접 데이터 전송(direct data transmission)"이라는 용어는 하위 노드(20)가 상위 노드(10)의 요청에 상관없이 제2 데이터를 전송하는 것을 의미할 수 있다. "제1 구간"이라는 용어는 "CAP(Contention Access Period)" 구간을 의미할 수 있다. "제2 구간"이라는 용어는 "CFP(Contention Free Period)"구간을 의미할 수 있다. 우선 순위에 기초한 하위 노드(20)의 타임 슬롯 할당은 "GTS(Guaranteed Time Slot)"의 타임 슬롯을 할당하는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 일 실시예일뿐, 본 발명은 제3 구간, 제3 데이터, 제4 구간, 제4 데이터 등으로 구현할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다양한 실시 예들에서, "온(on)" 및 "오프(off)"는 하위 노드(20)에 내장된 RF 트랜스시버 또는 하위 노드에 부착된 센서의 RF 트랜스시버를 온/오프하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 하위 노드(20) 자신이 사용하는 타임 슬롯에 해당되지 않을 때는, 하위 노드(20)가 RF 트랜스시버를 오프하는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명의 설명을 돕기 위한 일 실시예일 뿐, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)와 통신을 수행할 때 하위 노드(10)의 통신 제어하는 다른 칩에서 온/오프를 통해서도 구현될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 상위 노드와 하위 노드에서 일대일로 수행되는 통신 절차를 도시하는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 액티브 구간(320)에 진입 전, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)에 비콘 메시지를 전송한다(s410). 이 때, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)에 주기적으로 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 수신한 비콘 메시지를 파악하여 비콘 메시지에 동기화될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에서, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 기능 유형과 통신 유형 등 다양한 요소를 고려하여, 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단할 수 있고, 상위 노드(10)는 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위를 바탕으로 하위 노드(20)에 보증된 타임 슬롯(GTS)( 381, 382,...,38n)을 할당할 수 있다. 이 때, 상위 노드(10)에 의해 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위 정보 및 할당된 타임 슬롯 정보는 비콘 메시지에 포함되어 하위 노드(20)에 전송될 수 있다(410).
이 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 수신한 비콘 메시지를 분석하여, 상위 노드에 의해 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 할당된 보증된 타임 슬롯이 있는 지 판단할 수 있고, 확인 메시지를 상위 노드(10)에 전송할 수 있다(s420).
그리고, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)에 제1 데이터를 전송할 수 있다(s430). 이때, 제1 데이터는 액티브 구간(320) 중 제1 구간인 CAP(350) 구간에서 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 하위 노드(20)에 전송될 수 있다. 이 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에서 판단한 우선 순위에 따른 타임 슬롯 할당과 무관하게 상위 노드(10)와 통신을 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, IEEE 802.15. 4 표준에서, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)가 전송하는 제1 데이터인 다운링크 데이터를 제1 구간인 CAP(350)에서 경쟁 모드로 송수신할 수 있다. 즉, 상위 노드(10)에서 주기적으로 하위 노드(20)로 제1 데이터를 전송하여 데이터 수신 요청을 할 수 있다. 이 때, 하위 노드(20)는 제1 데이터가 있을 경우, 온 상태로 전환할 수 있다. 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 경우, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로 확인 메시지(ACK, acknowledgement)를 전송할 수 있다(s440). 이때, 하위 노드(20)는 온 상태에서 상위 노드(10)에 확인 메시지를 전송하여 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 수 있다. 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로부터 ACK를 수신한 후, 제1 데이터 송수신을 완료할 수 있다.
하위 노드(20)는 상위 노드(10)에 제2 데이터를 전송할 수 있다(s450). 이때,상위 노드(10)가 하위 노드(20)에 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 할당한 타임 슬롯이 있을 때, 하위 노드(20)는 대응되는 타임슬롯에서 상위 노드(10)와 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 송수신할 수 있다. 구체적으로, 상위 노드(10)가 지정한 할당된 타임 슬롯이 N개이고, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)위 수가 N개 이하일 때, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)가 제2 구간에서 제2 데이터를 전송할 수 있도록 보증된 타임 슬롯 N개를 하위 노드(20)에 할당할 수 있다. 하위 노드(20)는 대응된 타임슬롯에서 상위 노드(10)에 제2 데이터를 전송하고, 상위 노드(10)로부터 확인 메시지를 수신(s460)하여 제2 데이터의 송수신을 종료할 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, IEEE 802.15. 4 표준은 제2 구간인 CFP 구간(370)에서는 특정 하위 노드(20)에 QoS(Quality of Service)를 제공하기 위해 7개의 보증된 타임 슬롯(GTS) (381, 382,...,38n: n은 1부터 7)이 존재한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상위 노드(10)와 통신하는 N개의 하위 노드(20)가 7개 이하일 때, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단할 수 있다. 상위 노드(10)에 의해 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라, 상위 노드(10)는 N개 각각의 하위 노드(20)에 일대일 대응으로 동일한 구간의 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
이 때, N개 각각의 하위 노드(20)는 할당된 타임 슬롯에서 할당된 시간 동안 온 상태로 전환되고, 온 상태인 하위 노드(20)는 제2 구간에서 제2 데이터를 상위 노드(10)로 전송할 수 있다. 이 때, 제2 데이터는 상위 노드(10)의 데이터 요청과 무관한 직접 데이터 전송(Direct data transmission)으로 전송될 수 있다.
상위 노드(10)는 할당된 타임 슬롯에서 온 상태인 하위 노드(20)로부터 제2 데이터를 수신할 경우, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로 확인 메시지를 전송할 수 있다(s460). 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 확인 메시지를 수신한 후, 제2 데이터 전송을 완료할 수 있다.
한 편, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)의 N개의 수가 7개 초과일 때, 상위 노드(10)는 하위 노드(20) N개 중 우선 순위가 7순위까지인 하위 노드(20)에 보증된 타임 슬롯(381, 382,...,38n)을 할당할 수 있다.. 상위 노드(10)는 7순위까지의 하위 노드(20)에 일대일 대응으로 동일한 구간의 타임 슬롯(381, 382,...,387)을 할당할 수 있다.
이 때, 7개 각각의 하위 노드(20)는 자신에게 대응된타임 슬롯에서 할당된 시간 동안 온 상태로 전환되어, 제2 구간에서 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 제2 데이터를 상위 노드(10)로 전송할 수 있다. 상위 노드(10)는 하위 노드(20)에 대응된 타임 슬롯에서 온 상태인 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 전송하는 제2 데이터를 수신할 수 있다.
상위 노드(10)는 할당된 타임 슬롯에서 온 상태인 하위 노드(20)로부터 제2 데이터를 수신할 경우, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로 확인 메시지를 전송할 수 있다(s460). 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 확인 메시지를 수신한 후, 제2 데이터 전송을 완료할 수 있다.
그리고, 우선 순위 7순위에 들지 않은 N-7개의 하위 노드(20)는, 제1 구간에서 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 상위 노드(10)로 전송할 수 있다. 이때, 상위 노드(10)는 N-7개의 하위 노드(20)로부터 제2 데이터를 제1 구간에서 수신할 수 있다.
상위 노드(10)는 온 상태인 하위 노드(20)로부터 제2 데이터를 수신할 경우, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로 확인 메시지를 전송할 수 있다(s460). 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 확인 메시지를 수신한 후, 제2 데이터 전송을 완료할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 네트워크에서 상위 노드(10)의 데이터 송수신 절차를 나타내는 순서도이다. 먼저, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로 전송하기 위한 비콘 메시지를 생성하기 전, 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 할당할 타임 슬롯을 결정할 수 있다(s510). 그리고, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로 전송하기 위한 비콘 메시지를 생성할 수 있다(s520). 이때, 비콘 메시지는 하위 노드(20)의 우선 순위 정보 및 우선 순위에 따른 할당된 타임 슬롯 정보가 포함될 수 있다. 상위 노드(10)는 생성된 비콘 메시지를 하위 노드(s570)로 전송하고, 비콘 메시지에 포함된 정보를 바탕으로 상위 노드(10)는 하위 노드(20)와 데이터를 송수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상위 노드(10)는 상위 노드(10)와 통신하는 다수의 하위 노드(20)에 대해, 하위 노드(20)의 정보를 바탕으로 우선 순위를 판단하고 보증된 타임 슬롯을 할당할 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따라, IEEE 802.15.4 표준은 제2 구간인 CFP에서 하위 노드(20)에 QoS를 제공하기 위하여 특정 하위 노드(20)에 7개의 보증된 타임 슬롯(GTS, Guaranteed Time Slot)(381, 382,...,38n)을 제공한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예로, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로부터 상위 노드(10)의 데이터 요청과 무관하게 데이터를 전송하는 제2 데이터인 업링크 데이터를 제2 구간인 CFP(370)에서 수신할 수 있다. 따라서, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송할 제2 데이터가 있을 때, 상위 노드(20)는 상위 노드(10)가 판단한 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 최대 7개의 하위 노드(20)에 제2 구간에서 일대일로 동일한 간격의 타임 슬롯(381, 382,..., 38n: n은 1부터 7)을 할당할 수 있다.
예를 들어, 상위 노드(10)와 통신하는 N개의 하위 노드(20)가 7개 이하일 때, 상위 노드(10)는 N개의 하위 노드(20) 각각의 우선 순위를 판단할 수 있다. 상위 노드(10)는 판단한 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 하위 노드(20)의 타임 슬롯을 1부터 N까지 각각 할당할 수 있다.
한편, 상위 노드(10)와 통신하는 N개의 하위 노드(20)가 7개 초과일 때, 상위 노드(10)는 7개의 하위 노드(20) 각각의 우선 순위를 판단할 수 있다. 이 때, 상위 노드(10)는 판단된 우선 순위 중 제7 순위까지의 하위 노드(20)에 타임 슬롯을 1부터 7까지 각각 할당할 수 있다.
또한, 상위 노드(10)가 생성하는 비콘 메시지에는, 상위 노드(10)가 하위 노드(20)와 통신을 수행하기 위한 데이터 전송 구간 정보가 포함될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.15.4 표준에서, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)에 전송할 제1 데이터인 다운링크 데이터가 있을 경우, 제1 구간인 CAP(350)에서 제1 데이터를 하위 노드(20)로 전송할 수 있다. 한편, 하위 노드(20)에 상위 노드(10)로 전송할 제2 데이터인 업링크 데이터가 있을 경우, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)가 제2 구간인 CFP(370)에서 상위 노드(10)로 제2 데이터를 전송하도록 판단할 수 있다.
이 때, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)와 통신할 때, 제1 구간인 CAP(350)에서는 제1 데이터인 다운링크 데이터를 간접 데이터 전송(Indirect data transmission)으로 송수신하도록 판단할 수 있다. 또한, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)와 통신할 때, 제2 구간인 CFP(370)에서는 제2 데이터인 업링크 데이터를 직접 데이터 전송(Direct data transmission)으로 송수신하도록 판단할 수 있다.
또한, 상위 노드(10)는 제2 구간(370)에서는, 하위 노드(20)의 우선 순위에 의해 할당된 타임 슬롯에서 제2 데이터를 송수신하도록 판단할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따라, IEEE 802.15.4 표준은 제2 구간인 CFP에서 하위 노드(20)에 QoS를 제공하기 위하여, 상위 노드(10)와 통신하는 특정 하위 노드(20) N개 중, 최대 7개의 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 각각 일대일로 대응되는 동일한 구간의 보증된 타임 슬롯(GTS, Guaranteed Time Slot)(381, 382,...,38n)을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예로, 예를 들어, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)의 수가 5개일 때, 상위 노드(10)는 5개의 하위 노드(20)의 우선순위에 기초하여 하위 노드(20)에 보증된 타임슬롯(381, 382,...,38n)을 일대일 대응으로 할당할 수 있다.
예시적인 목적으로, 본 발명의 일 실시예로, 무선 네트워크 상의 IoT 기반 스마트 홈에서 상위 노드(10)는 스마트폰이고, 하위 노드(20)는 IoT기반의 에어컨(20-1), 세탁기(20-2), 창문(20-3), 온열기(20-4), 가스레인지(2-5)일 수 있다. 상위 노드(10)는 에어컨(20-1)의 우선 순위를 제1 순위, 세탁기(20-2)의 우선 순위를 제2 순위, 창문(20-3)의 우선 순위를 제3 순위, 온열기(20-4)의 우선 순위를 제4 순위, 그리고 가스레인지(20-5)의 우선 순위를 제5 순위로 판단할 수 있다. 이 때, 상위 노드(10)에 의한 하위 노드(20)의 우선 순위 판단은 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예일 뿐, 상위 노드(10)는 하위 노드(20-1, 20-2,..., 20-n)의 기능 및 통신 유형 등 다양한 방법으로 하위 노드(20-1, 20-2,..., 20-n)의 우선 순위를 구현할 수 있다.
이 때, 상위 노드(10)인 스마트폰은 판단된 하위 노드(20)인 에어컨(20-1), 세탁기(20-2), 창문(20-3), 온열기(20-4), 및 가스레인지(20-5)의 우선 순위에 따라, 타임 슬롯을 할당할 수 있다. 예를 들어, 스마트폰은 우선 순위 1순위로 판단된 에어컨(20-1)에 CFP에서 제공되는 7개의 타임 슬롯 중 제1 구간의 타임슬롯(381)을 할당하고, 우선 순위 2순위로 판단된 세탁기(20-2)에 제2 구간의 타임 슬롯(382)을 할당하고, 우선 순위 3순위로 판단된 창문(20-3)에 제3 구간의 타임 슬롯(383)을 할당하고, 우선 순위 4순위로 판단된 온열기(20-4)에 제4 구간의 타임 슬롯(384)을 할당하고, 우선 순위 5순위로 판단된 가스레인지(20-5)에 제5 구간의 타임 슬롯(385)을 할당할 수 있다.
또한, 하위 노드(20)인 각각의 기기들은 각자의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 온 상태로 전환되고, 상위 노드(10)인 스마트폰은 온 상태인 하위 노드(20)로부터 제2 구간인 CFP(370)에서 직접 데이터 전송(Direct data transmission)으로 제2 데이터인 업링크 데이터를 수신할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)가 8개 일 때, 상위 노드(10)는 7개의 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단하고, 판단된 우선순위에 따라 GTS 타임 슬롯(381, 382,...,38n)을 하나씩 일대일로 할당할 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 스마트 홈에서 상위 노드(10)는 스마트폰이고, 하위 노드(20)는 IoT기반의 에어컨(20-1), 세탁기(20-2), 창문(20-3), 온열기(20-4), 가스레인지(20-5), 청소기(20-6), 전등 스위치(20-7), TV(20-8)일 수 있다. 상위 노드(10)는 에어컨(20-1)의 우선 순위를 제1 순위, 세탁기(20-2)의 우선 순위를 제2 순위, 창문(20-3)의 우선 순위를 제3 순위, 온열기(20-4)의 우선 순위를 제4 순위, 가스레인지(20-5)의 우선 순위를 제5 순위, 청소기(20-6)의 우선 순위를 제6 순위, 전등 스위치(20-7)의 우선 순위를 제7 순위, TV(20-8)의 우선 순위를 제8 순위로 판단할 수 있다. 이 때, 상위 노드(10)에 의한 하위 노드(20)의 우선 순위 판단은 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예일 뿐, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 기능 및 통신 유형 등 다양한 방법으로 하위 노드(20)의 우선 순위를 구현할 수 있다.
이 때, 상위 노드(10)인 스마트폰은 판단된 하위 노드(20)인 에어컨(20-1), 세탁기(20-2), 창문(20-3), 온열기(20-4), 가스레인지(20-5), 청소기(20-6), 전등 스위치(20-7)의 우선 순위에 따라, 타임 슬롯을 할당할 수 있다. 예를 들어, 스마트폰은 우선 순위 1순위로 판단된 에어컨(20-1)에 CFP(370)에서 제공되는 7개의 타임 슬롯 중 제1 구간의 타임슬롯(381)을 할당하고, 우선 순위 2순위로 판단된 세탁기(20-2)에 제2 구간의 타임 슬롯(382)을 할당하고, 우선 순위 3순위로 판단된 창문(20-3)에 제3 구간의 타임 슬롯(383)을 할당하고, 우선 순위 4순위로 판단된 온열기(20-4)에 제4 구간의 타임 슬롯(384)을 할당하고, 우선 순위 5순위로 판단된 가스레인지(20-5)에 제5 구간의 타임 슬롯(385)을 할당하고, 제6 순위로 할당된 청소기(20-6)에 제6 구간의 타임 슬롯(386)을 할당하며, 제7 순위로 할당된 전등 스위치(20-7)에 제7 구간의 타임 슬롯(387)을 할당할 수 있다.
이때, 하위 노드(20)인 각각의 기기들은 각자의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯(381, 382,...,38n)에서 온 상태로 전환되고, 상위 노드(10)인 스마트폰은 온 상태인 하위 노드(20)로부터 제2 구간인 CFP(370)에서 직접 데이터 전송(Direct data transmission)으로 제1 데이터인 업링크 데이터를 수신할 수 있다. 또한, CFP(370)에서 제공하는 7개의 타임 슬롯에 포함되지 못한 제8 순위의 TV(20-8)의 경우, 하위 노드(20)인 TV(20-8)가 상위 노드(10)인 스마트폰으로 제2 데이터를 전송할 때, 상위 노드(10)는 TV(20-8)가 전송하는 제2 데이터를 제1 구간(350)에서 수신할 수 있다.
상술한 예시들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예들일 뿐, 스마트 홈이 아닌 다른 무선 네트워크 환경에 IoT 기술을 기반으로 연결된 전자기기들에도 본 발명의 일 실시예를 구현할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드(20)의 통신 절차를 도시한 순서도이다. 도 6을 참조하여, 하위 노드(20)는 오프 상태로 시작된다(s610). 하위 노드(20)는 상위 노드(10)와 통신하기 위하여 상위 노드(10)로부터 비콘 메시지를 수신한다(s620). 하위 노드(20)는 수신된 비콘 메시지를 판단할 수 있다(s630). 이때, 비콘 메시지를 판단하는 단계에서, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에서 하위 노드(20)의 성능과 유형 등 다양한 방법을 기초하여 판단한 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단할 수 있다. 또한, 하위 노드(20)는 판단된 우선 순위에 의해 상위 노드(10)가 제2 구간(370)에서 하위 노드(20)에 할당한 타임 슬롯을 판단할 수 있다.
하위 노드(20)는 수신한 비콘 메시지에 동기화되어 상위 노드(10)와 데이터를 송수신할 수 있다(s640). 이때, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)의 데이터 요청에 무관하게 제2 데이터를 전송하고자 할 때, 제2 데이터는 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송할 수 있다. 상위 노드(10)는 하위 노드(20)로 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 전송할 수 있다.
즉, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 제2 데이터를 전송할 때, 하위 노드(20)는 제2 구간에서 직접 데이터 전송으로 제2 데이터를 전송할 수 있다. 그리고, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 때, 하위 노드(20)는 제1 구간에서 간접 데이터 전송으로 제1 데이터를 수신할 수 있다.
그리고, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에 의해 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위에 따른 할당된 타임 슬롯에 따라, 하위 노드(20)의 데이터 전송 구간을 판단할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 하위 노드(20)에서 판단된 우선 순위 및 할당된 타임 슬롯은, 상위 노드(10)가 제2 구간에서 지정한 N개의 타임 슬롯 이하일 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로 제2 구간에서 제2 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)의 개수가 상위 노드(10)가 제2 구간에서 지정한 N개의 타임 슬롯 초과일 때, N개의 하위 노드(20)는 제2 구간에서 제2 데이터를 상위 노드(10)로 전송할 수 있다. 한편, N순위를 초과한 하위 노드(20)들은 제1 구간에서 제2 데이터를 상위 노드(10)로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 예를 들어, IEEE 802.15.4 표준은 제2 구간인 CFP(370)에서 하위 노드(20)에 QoS를 제공하기 위하여 특정 하위 노드(20)에 7개의 보증된 타임 슬롯(GTS, Guaranteed Time Slot)을 제공한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예로, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)의 데이터 요청과 무관하게 제2 데이터인 업링크 데이터를 제2 구간인 CFP(370)에서 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송할 수 있다. 따라서, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송할 제2 데이터가 있을 때, 최대 7개의 하위 노드(20)는 상위 노드(10)가 판단한 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 상위 노드(10)로부터 제2 구간에서 일대일로 동일한 간격의 타임 슬롯이 할당될 수 있다.
예를 들어, 상위 노드(10)와 통신하는 N개의 하위 노드(20)가 7개 이하일 때, N개의 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에 의해 판단된 각각의 우선 순위가 판단할 수 있다. 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에 의해 판단된 우선 순위에 따라 상위 노드(10)로부터 타임 슬롯을 1부터 N까지 일대일 대응으로 할당될 수 있다.
한편, 상위 노드(10)와 통신하는 N개의 하위 노드(20)가 7개 초과일 때, 7개의 하위 노드(20)는 상위 상위 노드(10)에 의해 판단된 각각의 우선 순위를 판단할 수 있다. 이 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에 의해 판단된 우선 순위 제7 순위까지의 하위 노드(20)에서 타임 슬롯을 제1 구간부터 제7 구간까지 각각 할당될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 예를 들어, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)가 5개 일 때, 상위 노드(10)는 5개의 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단하고, 판단된 우선순위에 따라 GTS 타임 슬롯을 하나씩 일대일로 할당할 수 있다.
구체적으로, 예를 들어, 스마트 홈에서 상위 노드(10)는 스마트폰이고, 하위 노드(20)는 IoT기반의 에어컨(20-1), 세탁기(20-2), 창문(20-3), 온열기(20-4), 가스레인지(20-5)일 수 있다. 하위 노드(20)인 IoT기기들은 상위 노드(10)인 스마트폰에 의해 에어컨(20-1)의 우선 순위는 제1 순위, 세탁기(20-2)의 우선 순위는 제2 순위, 창문(20-3)의 우선 순위는 제3 순위, 온열기(20-4)의 우선 순위는 제4 순위, 그리고 가스레인지(20-5)의 우선 순위는 제5 순위로 판단될 수 있다. 이 때, 상위 노드(10)에 의한 하위 노드(20)의 우선 순위 판단은 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예일 뿐, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 기능 및 통신 유형 등 다양한 방법으로 하위 노드(20)의 우선 순위를 구현할 수 있다.
또한, 하위 노드(20)인 각각의 기기들은 각자의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 온 상태로 전환되고, 상위 노드(10)인 스마트폰으로 제2 구간인 CFP(370) 중 할당된 타임 슬롯(381, 382, 383, 384, 385)에서 직접 데이터 전송(Direct data transmission)으로 제2 데이터인 업링크 데이터를 전송할 수 있다.
예를 들어, 우선 순위 1순위로 판단된 에어컨(20-1)은 CFP에서 제공되는 7개의 타임 슬롯 중 제1 구간의 타임슬롯(381)을 할당되고, 우선 순위 2순위로 판단된 세탁기(20-2)에 제2 구간의 타임 슬롯(382)을 할당되고, 우선 순위 3순위로 판단된 창문(20-3)에 제3 구간의 타임 슬롯(383)을 할당되고, 우선 순위 4순위로 판단된 온열기(20-4)에 제4 구간의 타임 슬롯(384)이 할당되고, 우선 순위 5순위로 판단된 가스레인지(20-5)에 제5 구간의 타임 슬롯(385)이 할당되도록 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)가 8개 일 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에 의해 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단하고, 판단된 우선순위에 따라 GTS 타임 슬롯(381, 382,...,387)을 하나씩 일대일로 할당할 수 있다.
예를 들어, 스마트 홈에서 상위 노드(10)는 스마트폰이고, 하위 노드(20)는 IoT기반의 에어컨(20-1), 세탁기(20-2), 창문(20-3), 온열기(20-4), 가스레인지(20-5), 청소기(20-6), 전등 스위치(20-7), TV(20-8)일 수 있다. 상위 노드(10)에 의해 하위 노드(20)인 에어컨(20-1)의 우선 순위는 제1 순위, 세탁기(20-2)의 우선 순위는 제2 순위, 창문(20-3)의 우선 순위는 제3 순위, 온열기(20-4)의 우선 순위는 제4 순위, 가스레인지(20-5)의 우선 순위는 제5 순위, 청소기(20-6)의 우선 순위는 제6 순위, 전등 스위치(20-7)의 우선 순위는 제7 순위, TV(20-8)의 우선 순위는 제8 순위로 판단될 수 있다. 이 때, 상위 노드(10)에 의한 하위 노드(20)의 우선 순위 판단은 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예일 뿐, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 기능 및 통신 유형 등 다양한 방법으로 하위 노드(20)의 우선 순위를 구현할 수 있다.
이 때, IoT 기기들인 하위 노드(20)는 상위 노드(10)인 스마트폰이 판단한 에어컨(20-1), 세탁기(20-2), 창문(20-3), 온열기(20-4), 가스레인지(20-5), 청소기(20-6), 전등 스위치(20-7)의 우선 순위에 따라, 제2 구간에서 일대일 대응으로 타임 슬롯이 할당될 수 있다. 예를 들어, 우선 순위 1순위로 판단된 에어컨(20-1)은 CFP에서 제공되는 7개의 타임 슬롯 중 제1 구간의 타임슬롯(381)을 할당되고, 우선 순위 2순위로 판단된 세탁기(20-2_에 제2 구간의 타임 슬롯(382)을 할당되고, 우선 순위 3순위로 판단된 창문(20-3)에 제3 구간의 타임 슬롯(383)을 할당되고, 우선 순위 4순위로 판단된 온열기(20-4)에 제4 구간의 타임 슬롯(384)이 할당되고, 우선 순위 5순위로 판단된 가스레인지(20-5)에 제5 구간의 타임 슬롯(385)이 할당되고, 제6 순위로 할당된 청소기(20-6)에 제6 구간의 타임 슬롯(386)이 할당되며, 제7 순위로 할당된 전등 스위치(20-7)에 제7 구간의 타임 슬롯(387)이 할당될 수 있다.
이때, 하위 노드(20)인 각각의 기기들은 각자의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 온 상태로 전환되고, 상위 노드(10)인 스마트폰으로 제2 구간인 CFP(370)에서 제1 데이터인 업링크 데이터를 직접 데이터 전송(Direct data transmission)으로 전송할 수 있다. 또한, CFP(370)에서 제공하는 7개의 타임 슬롯에 포함되지 못한 제8 순위의 TV(20-8)의 경우, 하위 노드(20)인 TV(20-8)는 상위 노드(10)인 스마트폰으로 제1 구간(350)에서 제2 데이터인 업링크 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)할 수 있다.
상술한 예시들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예들일 뿐, 스마트 홈이 아닌 다른 무선 네트워크 환경에 IoT 기술을 기반으로 연결된 전자기기들에도 본 발명의 일 실시예를 구현할 수 있다.
도7a 및 도 7b는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 개수가 우선 순위 N순위 이하 또는 초과인 경우 제2 구간 중 하위 노드(20)의 타임 슬롯 할당을 설명하는 도면이다.
무선 네트워크에서 제2 구간은 하위 노드의 유형에 따라 QoS(Quality of Service)를 제공하기 위하여 N개의 우선 순위를 지닌 타임 슬롯을 가질 수 있다. 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)가 N개 이하일 경우, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 우선 순위를 결정하고, 결정한 우선 순위에 기초하여 하위 노드(20)에 특정한 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
하위 노드(20)는 상위 노드(10)로 전송할 제2 데이터가 있을 경우, 상위 노드(10)로 특정한 타임 슬롯 할당 요청을 전송하여, 타임 슬롯 할당을 요청할 수 있다(미도시). 이때, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 데이터 전송 및 신호 이용 등의 유형을 고려하여, 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단할 수 있다(미도시).
그리고, 상위 노드(10)는 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위 정보가 포함한 비콘 메시지를 하위 노드(20)에 전송할 수 있다(미도시). 이 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에서 수신한 하위 노드(20)의 우선 순위에 따른 타임 슬롯 구간을 이용하여 상위 노드(10)와 제1 데이터를 송수신할 수 있다(미도시).
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따라, IEEE 802.15.4 표준은 액티브
구간 중, 제2 구간인 CFP 구간(370)에서 7개의 할당된 타임 슬롯인 GTS(Guaranteed Time Slot)를 제공한다. 상위 노드(10)는 하위 노드(20)의 유형 또는 하위 노드(20)가 다른 장치와 통신하는 방법 등을 고려하여 하위 노드(20)의 우선 순위를 결정할 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예일 뿐, 상위 노드(10)는 다양한 방법에 의해 하위 노드(20)의 우선 순위를 판단할 수 있고, 판단된 하위 노드(20)의 우선 순위에 따른 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 7a를 참조하면, IEEE 802.15.4 표준에서도 7a를 참조하면, 우선 순위를 가진 하위 노드(20) N개가 7개 이하일 때, 하위 노드(20)는 N개는 일대일 대응으로 동일한 간격의 GTS(Guranteed Time Slot) (70n, n=1,2,...,7)을 할당할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 우선순위를 가진 하위 노드(20) N개가 7개를 초과하면, 상위 노드(10)는 N개의 하위 노드(20) 중 높은 우선 순위를 가진 7개(701 내지 707)에 각각 하나의 GTS 타임 슬롯을 할당하고, N-7개의 하위 노드(20)에는 GTS를 할당하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 우선 순위가 높은 7개의 하위 노드(20)는 GTS 할당(701, 702,..., 707)을 통해 QoS를 제공할 수 있다.
이때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에 의해 결정된 하위 노드(20)의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯(701, 702,..., 707) 동안, 제2 구간(370)에서 제2 데이터를 직접 데이터 전송으로 상위 노드(10)로 전송할 수 있다. 그리고, 상위 노드(10)는 하위 노드(20)에 할당된 타임 슬롯(701, 702,..., 707) 동안, 하위 노드(10)로부터 제2 구간(370)에서 제2 데이터를 수신할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 우선 순위에 따라, 액티브 구간 중 하위 노드의 전송 구간을 할당하는 방법을 설명하는 도면이다. 데이터 전송 구간의 구분과 데이터 전송 모드는 상위 노드(10)에 의해 결정되어 비콘 메시지를 통하여 하위 노드(20)로 전달된다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 도 8a를 참조하면, 상위 노드(10)에 의해 결정된 우선 순위를 가진 하위 노드(20) N개가 7개 이하일 때, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송할 제2 데이터가 있을 경우, N개의 하위 노드(10)는 액티브 구간 중(800) 제2 구간(830)에서 제2 데이터를 상위 노드(10)로 하위 노드(10)에 대응된 타임 슬롯(701, 702,..., 70n:n은 1부터 7)에서 전송할 수 있다. 이 때, 제2 데이터인 업링크 데이터는 직접 데이터 전송(direct data transmission) 모드로 전송될 수 있다.
또한, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)에서 하위 노드(20)로 전송하는 제1 데이터가있을 때, 하위 노드(20)는 제1 구간(810)에서 간접 데이터 전송(810)으로 제1 데이터를 수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 도 8b를 참조하면, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)의 개수 N개가 보증된 타임슬롯(701, 702,..., 707) 7개 초과일 때, 하위 노드(20)는 우선 순위 7위까지인 일대일로 대응된 타임 슬롯(701, 702,..., 707)동안 제2 구간(870)에서 제2 데이터를 직접 데이터 전송(870)으로 상위 노드(10)에 전송할 수 있다.
또한, 상위 노드(10)와 통신하는 하위 노드(20)의 개수 N개가 보증된 타임슬롯(701, 702,..., 707) 7개 초과일 때, 상위 노드(10)에 의해 결정된 하위 노드(20)의 우선 순위가 7 순위 초과의 순위이면, (N-7)개의 하위 노드(20)는 제1 구간(850)에서 제2 데이터를 직접 데이터 전송으로 상위 노드(10)로 전송할 수 있다.
도9는, 본 발명의 일 실시예에 따라, IEEE 802.15.4 표준의 비콘 메시지 구조를 도시한 도면이다. 도 9을 참조하면, 프레임 컨트롤 필드(Frame Control Field)는 2 바이트(octets) 길이이고, 프레임 타입을 정의하는 정보, 어드레싱 필드, 및 다른 컨트롤 프래그들을 포함한다. 특히, 프레임 펜딩(Frame Pending) 서브필드(901)는 1 비트(bit) 길이이고, 상위 노드(10)가 하위 노드(20)에 보내는 프레임이 하나 이상의 데이터일 경우 펜딩 비트는 1로 설정된다. 여기서, 프레임이 하나 이상의 데이터라는 것은 상위 노드(10)가 하위 노드(20)로 전송하는 제1 데이터가 하나 이상이라는 의미일 수 있다. 이 때, 하위 노드(20)에서 제2 데이터(트래픽)가 존재할 수 있다.
한편, 상위 노드(10)가 하위 노드(20)에 보내는 프레임이 없을 경우, 펜딩 비트는 0으로 설정된다. 즉, 프레임 펜딩 서브 필드의 펜딩 비트를 통해 상위 노드(10)에서 특정 하위 노드(20)에 보내는 제2 데이터가 존재하는지 유무를 판단할 수 있다.
도 10는, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 9를 참조하여 설명한 프레임 펜딩 서브필드(901)를 통해, 액티브 구간 중, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 구간(350)에서 제1 데이터를 수신하는 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 10을 참조하면, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 비콘 프레임을 수신한다(s1000). 이때, 하위 노드(20)는 MAC 계층의 프레임 펜딩 서브필드를 이용하여, 상위 노드(10)가 전송하는 제1 데이터가 있는지 판단할 수 있다(s1010). 제1 데이터가 존재하면 프레임 펜딩이 1로 설정된다(미도시). 또한, 하위 노드(20)는 제1 데이터가 존재하면 IEEE 802.15.4 표준이 제공하는 CSMA/CA 알고리즘을 이용하여 채널에 접근할 수 있다(미도시).
하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 수신할 제1 데이터가 있을 때, 하위 노드는 온 상태로 전환될 수 있다(s1020). 하위 노드(20)가 온 상태일 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 수 있다(s1030). 또한, 비콘 프레임이 채널에 접근하는 것이 성공하면, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 수 있다(미도시). 이때, 하위 노드(20)는 제1 데이터를 수신한 후, 상위 노드(10)로 확인 메시지(ACK, acknowledgement)를 전송하고(s1040), 오프 상태로 전환하여(s1050) 데이터 수신을 종료할 수 있다.
한편, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 수신하는 제1 데이터가 없을 경우, 하위 노드(20)는 오프 상태로 전환되고(s1060), 제1 데이터가 있는지 판단하는(s1010) 단계를 반복할 수 있다. 즉, 상위 노드(10)가 하위 노드(20)로 전송하는 제1 데이터가 존재하지 않을 때, 프레임 펜딩은 0으로 설정된다.
따라서, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 수신할 제1 데이터가 존재할 때 하위 노드(20)를 온 상태로 전환(s1020)하고, 나머지는 하위 노드(20)를 오프 상태로 전환(s1060)하여 하위 노드(20)의 소비 전력을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로, 비콘 사용 가능한 IEEE 802.15.4(Beacon-enabled IEEE 802.14.5)는 하위 노드(20)가 데이터를 전송할 때 슬롯을 사용하는 CSMA/CA(slotted CSMA/CA) 알고리즘을 이용하여 채널에 접근을 시도한다. 본 발명의 일 실시예로, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)와 통신할 때, 제1 구간에서 제1 데이터 및 제2 데이터를 송수신할 경우, 비콘 프레임은 슬롯을 사용하는 CSMA/CA 알고리즘을 이용하여 채널에 접근을 시도할 수 있다. 이때, 하위 노드(20)가 CSMA/CA(slotted CSMA/CA)를 이용하고 채널 접근을 시도하였으나 실패할 경우에도(미도시) 하위 노드(20)는 오프 상태로 전환하여 소비 전력을 절약할 수 있다(미도시). 이때, 다음 슈퍼 프레임에서 하위 노드(20)를 온 상태로 전환하고(미도시), 다시 CSMA/CA 알고리즘을 사용하여 채널 접근을 시도할 수 있다(미도시).
이하에서는 도11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 제2 구간(370)에서 제2 데이터를 전송하는 방법을 설명하기로 한다. 도 11은, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 제2 구간 중 제2 데이터를 전송하는 절차를 도시하는 순서도이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송할 제2 데이터가 있는지 판단할 수 있다(s1100). 제2 데이터가 있을 때, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 하위 노드(20)의 우선 순위에 기초하여 대응된 타임 슬롯구간이 있는지 판단할 수 있다(s1110). 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 의해 할당된 타임 슬롯에 포함되면, 하위 노드(20)는 대응된 타임 슬롯동안 온 상태로 전환될 수 있다(s1120). 그리고, 하위 노드(20)는 할당된 타임 슬롯에서 제2 데이터를 상위 노드(10)로 전송할 수 있다(s1130). 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송한 제2 데이터에 대응하여, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 확인 메시지를 수신하면(s1140), 하위 노드(20)는 오프 상태로 전환된 후(s1150) 통신을 종료할 수 있다.
한편, 상위 노드(10)에 의해 할당된 타임 슬롯이 존재하지 않을 경우(s1110), 하위 노드(20)는 오프 상태로 전환될 수 있다(s1170). 이 때, 하위 노드(20)는 다음 타임 슬롯이 할당된 타임 슬롯인지 파악하는 단계를 반복할 수 있다(미도시).
또한, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송할 제2 데이터가 존재하지 않을 경우(s1100), 하위 노드(20)는 오프로 전환될 수 있다(s1180). 이 때, 하위 노드(20)는 다음 순위의 할당된 타임 슬롯 구간에서 온으로 전환될 수 있다(미도시). 그리고, 하위 노드(20)는 다음 순위의 할당된 타임 슬롯에서 상위 노드(10)에 전송할 제2 데이터가 존재하는지 판단하는 단계를 반복하여 통신을 수행할 수 있다(미도시).
또한, 하위 노드(20)가 전송한 제2 데이터에 대응하여 상위 노드(10)가 보낸 확인 메시지를 수신하지 못할 경우(s1140), 하위 노드(20)는 오프로 전환되어(s1160) 하위 노드(20)에서 소비되는 전력을 절약할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 12a 및 도 12b를 참조하여, 우선 순위를 가진 하위 노드(20)의 개수가 7개 이하일 때, 하위 노드(20)가 제1 구간(350)에서 데이터를 전송하는 동안의 소비 전력을 설명하기로 한다.
비콘 프레임이 CSMA/CA를 사용하여 채널에 성공적으로 접근하면, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 확인 메시지(ACK)를 전송한 이후 하위 노드(20)를 오프상태로 전환할 수 있다. 따라서, 하위 노드(20)는 제1 구간(350)에서, 채널에 접근하는 타임 슬롯(1210)과 제1 데이터를 수신하는 동안의 타임 슬롯(1230)에서 전력을 소비할 수 있다.
도 12a를 참조하면, 하위 노드(20)는 비콘 프레임이 성공적으로 채널에 접근하는 타임 슬롯(1210)과, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 구간(350)에서 제1 데이터를 수신하는 타임 슬롯(1230) 동안 전력을 소비하고, 나머지 구간에서는 오프 상태로 전환되어 소비 전력을 절약할 수 있다.
한편, 도 12b를 참조하면, 비콘 프레임이 채널에 접근하지 못하고, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 구간에서 제1 데이터를 수신하지 못할 때, 하위 노드(20)의 전력 소비를 나타내는 그래프이다. 하위 노드(20)는 채널에 접근을 시도하기까지의 타임 슬롯 동안(1210) 전력이 소비되고, 하위 노드(20)가 오프 상태로 전환되어 소비 전력을 절약할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는, 상위 노드(10)에서 판단한 우선 순위에 따라 보장된 타임 슬롯을 가진 하위 노드(20) N개가 7개 이하일 때, N개 중 하나의 하위 노드(20)가 제2 구간에서 제2 데이터를 전송하는 동안 소비 전력을 나타내는 그래프이다.
도 13a를 참조하면, 하위 노드(20)는 자신에게 할당된 GTS(381, 382,...,38n)에 진입하지 않을 경우, 하위 노드(20)가 오프 상태일 때 소비되는 저전력을 소비할 수 있다. 도 13b를 참조하면, 하위 노드(20)가 자신에게 할당된 GTS(381, 382,...,38n)에 진입할 때, 하위 노드(20)는 제2 데이터를 상위 노드(10)에 전송하는 전송 전력을 타임 슬롯 동안(1300) 소비한다.
즉, 하위 노드(20)의 우선 순위에 따라 할당한 타임 슬롯이 아닌 시간 동안에는 하위 노드(20)가 오프 상태로 전환되어, 하위 노드(20)의 소비 전력을 절약할 수 있다. 즉, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송하는 제2 데이터가 없을 경우 또는 상위 노드(10)에 의해 판단된 하위 노드(20)의 할당된 타임 슬롯이 아닐 경우, 하위 노드(20)는 오프 상태로 전환되어 하위 노드(20)의 소비 전력을 절약할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은 무선 네트워크의 액티브 구간 중 직접 데이터 전송 구간인 제2 구간(370)에서 하위 노드(20)에 저전력 스케줄링을 제공할 수 있다. 또한, 상위 노드(10)에서 결정한 하위 노드(20)의 우선 순위에 기초하여, 하위 노드(20)에 GTS를 할당함으로써 QoS를 제공할 수 있다.
도 14a 내지 도 14d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 액티브 구간 중 우선 순위를 가진 하위 노드(20) N개가 7개 이하일 때, 하위 노드(20)에서 제1 데이터 및 제2 데이터의 송수신이 발생하는 동안 소비 전력을 설명하는 그래프이다. 본 발명의 일 실시예로, 하위 노드(20)가 데이터를 송수신하는 동안 소비 전력량은 플랫폼에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, CC2420칩을 사용하는 하위 노드(20)의 경우, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 때 소비되는 전력량이 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 제2 데이터를 전송할 때 소비되는 전력량보다 크다.
도 14a를 참조하면, 하위 노드(20)는 상위 노드(10)로부터 제1 구간(350)에서 제1 데이터를 수신할 때, 비콘 프레임이 채널에 접근하는 타임 슬롯(1410)과 상위 노드(20)로부터 제1 데이터를 수신하는 타임 슬롯(1430) 동안에 소비 전력이 발생한다.
또한, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 제2 구간(370)에서 제2 데이터를 전송할 때, 하위 노드(20)는 7개의 GTS 타임 슬롯 중 자신에게 할당된 타임 슬롯(1450) 동안 오프 상태일 수 있다. 이때, 하위 노드(20)는 제2 데이터를 상위 노드(10)로 전송하는 할당된 타임 슬롯(1450) 동안 전력을 소비하게 된다.
도 14b는, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 전송할 제2 데이터가 존재하지 않고, 상위 노드(20)로부터 제1 데이터를 수신할 때, 하위 노드(20)의 소비 전력을 나타내는 그래프이다. 도 14b를 참조하면, 하위 노드(20)는 비콘 프레임이 채널에 접근하는 타임 슬롯(1410)과 상위 노드(10)로부터 제1 구간(350)에서 제1 데이터를 수신하는 타임 슬롯(1430) 동안에 소비 전력이 발생한다.
도 14c는, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 수신하는 제1 데이터가 없고, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 제2 데이터를 전송할 때, 하위 노드(20)가 소비하는 전력을 나타내는 그래프이다. 도 14c를 참조하면, 하위 노드(20)는 자신이 할당된 GTS 타임 슬롯(1450)에 진입했을 때, 제2 데이터를 상위 노드(10)에 전송하는 타임 슬롯(1450) 동안 전력을 소비한다.
도 14d를 참조하면, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 수신하는 제1 데이터가 없고, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 전송하는 제2 데이터가 없을 때, 하위 노드(20)는 오프 상태로 전환하여 저전력이 소비된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은 무선 네트워크의 액티브 구간 중 간접 데이터 전송 구간인 제2 구간(370)에서 하위 노드(20)에 저전력 스케줄링을 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 15a 내지 도 15d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 우선 순위를 가진 하위 노드 N개가 7개 초과일 때, 제1 구간(350)에서 하위 노드(20)의 소비 전력을 설명하기로 한다. 하위 노드(20)의 우선 순위가 7순위를 초과하는 (N-7)개의 하위 노드(20)는, 제2 데이터를 제1 구간에서 CSMA/CA 알고리즘을 이용하여 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 하위 노드(20)가 데이터를 송수신 하는 동안 소비 전력량은 플랫폼에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, CC2420칩을 사용하는 하위 노드(20)의 경우, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 데이터를 수신할 때 소비되는 전력량이 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 데이터를 전송할 때 소비되는 전력량보다 크다.
도 15a는, 제1 구간에 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신하고, 상위 노드(10)로 제2 데이터를 전송할 때, 하위 노드(20)에서 소비되는 전력을 나타내는 그래프이다. 도 15a를 참조하면, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신할 때, 하위 노드(20)는 비콘 프레임이 채널에 액세스하는 타임 슬롯(1510)과 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신하는 타임 슬롯(1530)에서 소비 전력이 발생한다.
또한, 제2 데이터를 전송하는 하위 노드(20) 중, GTS 타임 슬롯(381, 382,...,38n)에 할당되지 못한 하위 노드(20)는, 제1 구간에서 CSMA/MA 알고리즘을 이용하여 제2 데이터를 상위 노드(10)에 전송할 수 있다. 이때, 하위 노드(20)는 비콘 프레임이, 채널에 액세스하는 타임 슬롯(1550)과 제2 데이터를 상위 노드(10)로 전송하는 타임 슬롯(1570)에서 소비 전력이 발생할 수 있다.
도 15b는, 제1 구간(350)에 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 수신하는 제1 데이터가 있고, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)에 전송하는 제2 데이터가 없을 때, 하위 노드(20)의 소비 전력을 나타내는 그래프이다. 도 15b를 참조하면, 하위 노드(20)는 비콘 프레임이 채널에 액세스하는 타임 슬롯(1510)과 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 제1 데이터를 수신하는 타임 슬롯(1530) 동안 소비 전력이 발생할 수 있다.
도 15c는, 제1 구간(350)에서 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로부터 수신하는 제1 데이터는 없고, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)로 전송하는 제2 데이터가 있을 때, 하위 노드(20)의 전력 소비를 나타내는 그래프이다. 도 15c를 참조하면, 하위 노드(20)는 제1 구간(350)에서 CSMA/CA 알고리즘에 의해 비콘 프레임이 채널에 액세스하는 타임 슬롯(1550)과 제2 데이터를 상위 노드(10)에 전송하는 타임 슬롯(1570) 동안 소비 전력이 발생할 수 있다.
도 15d를 참조하면, 제1 구간(350)에 하위 노드(20)가 송수신하는 데이터가 존재하지 않을 때, 하위 노드(20)가 오프 상태로 전환되어 저전력을 소비할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은 무선 네트워크의 액티브 구간 중 간접 데이터 전송 구간인 제1 구간(350)에서 하위 노드(20)에 저전력 스케줄링을 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 16 및 도 17을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른, 상위 노드와 하위 노드의 블록 구성을 설명하기로 한다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따른 하위 노드(100)의 간단한 블록도이다. 통신부(103)는, 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로부터 비콘 메시지를 수신하여 상위 노드(100)와 통신을 수행할 수 있다. 또한, 통신부(103)는 상위 노드(200)에 의해 결정된 하위 노드(100)의 타임 슬롯에서 상위 노드(200)와 데이터를 송수신할 수 있다.
프로세서(102)는, 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로부터 비콘 메시지를 수신(310)하여 상위 노드(200)와 통신을 수행하는 액티브 구간(320) 중 제1 구간(350)에서는 상위 노드(200)로부터 제1 데이터를 수신하고, 제2 구간(370)에서는 하위 노드(100)의 우선 순위에 따라 상위 노드(200)로 제2 데이터를 전송하도록 통신부(103)를 제어할 수 있다.
프로세서(102)는, 하위 노드(200)가 제2 구간(350)에서 N 개의 타임 슬롯(381, 382,...,38n)을 가질 때, 상위 노드(100)와 통신을 수행하는 하위 노드(200)들의 개수가 상기 N 개 이하인 경우, 상위 노드(200)에 의해 결정된 하위 노드(100)의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯(381, 382,...,38n)에서 제2 데이터를 상위 노드(100)로 전송하도록 통신부(103)를 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(102)는, 상위 노드(100)와 통신을 수행하는 하위 노드(200)들의 개수가 N 개 초과인 경우, 하위 노드(100)의 우선 순위가 N 순위 이하의 순위이면, 제2 구간 중 하위 노드(100)와 대응되는 타임슬롯에서 상기 제2 데이터를 상위 노드(200)로 전송하며, 하위 노드(100)의 우선 순위가 상기 N 순위 초과의 순위이면, 제1 구간에서 제2 데이터를 상위 노드(200)로 전송하도록 상기 통신부(103)를 제어할 수 있다.
그리고, 프로세서(102)는, 제2 구간 중 상기 하위 노드(100)의 대응되는 타임슬롯 구간(381, 382,...,38n)에서 하위 노드(200)를 온(On)하고, 제2 구간 중 나머지 구간은 하위 노드(100)를 오프(Off)하도록 상기 통신부(103)를 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(102)는, 제1 구간(350)에서, 하위 노드(100)가 상위 노드(200)로부터 수신하는 제1 데이터가 있을 때, 하위 노드(100)를 온(on)하고, 상위 노드(200)로부터 상기 제1 데이터를 수신하며, 상위 노드(200)에 확인 메시지(ACK, acknowledgement)를 전송한 후, 상기 하위 노드(100)를 오프(off)하고, 제1 데이터가 없을 때, 상기 하위 노드(100)를 오프(off)하도록 통신부(103)를 제어할 수 있다.
도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따른 상위 노드(200)의 간단한 블록도이다. 통신부는, 상위 노드(200)가 비컨 신호를 이용하여 복수의 하위 노드(100)와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(203)는 상위 노드(200)가 결정한 하위 노드(100)의 우선순위를 통해 특정 하위 노드(100)와 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(202)는, 상위 노드(200)가 비컨 신호를 이용하여 복수의 하위 노드(100)와 통신을 수행하는 액티브 구간(320) 중 제2 구간에서는 복수의 하위 노드(100)의 우선 순위에 따라 복수의 하위 노드(100)로부터 제2 데이터를 수신하고, 상기 액티브 구간(320) 중 제1 구간에서는 복수의 하위 노드(100)로 제1 데이터를 전송하도록 통신부(203)를 제어할 수 있다.
프로세서(202)는, 하위 노드(100)가 제2 구간에서 N개의 타임 슬롯(381, 382,...,38n)을 가질 경우, 상위 노드(200)와 통신하는 하위 노드(100) 개수가 N개 이하일 경우, 상위 노드(100)에 의해 결정된 하위 노드(200)의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯(381, 382,...,38n)에서, 하위 노드(100)로부터 제2 데이터를 수신하도록 통신부(203)를 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(202)는, 하위 노드(100)가 제2 구간에서 N개의 타임 슬롯(381, 382,...,38n)을 가지고 상위 노드(200)와 통신하는 하위 노드(100) 개수가 N개 초과인 경우, 하위 노드(100)의 우선 순위가 N순위 이하의 순위이면, 상위 노드(200)는 제2 구간 중 하위 노드(100)와 대응되는 타임 슬롯(381, 382,...,38n)에서 하위 노드(100)로부터 제2 데이터를 수신하도록 통신부(203)를 제어할 수 있다.
그리고 프로세서(202)는, 제2 구간에서 하위 노드(100)에 대응되는 타임슬롯(381, 382,...,38n)에서 하위 노드(100)가 온(on)이면, 하위 노드(100)로부터 제2 데이터를 수신하도록 통신부(203)를 제어할 수 있다.
프로세서(202)는, 제1 구간에서, 상위 노드(200)가 하위노드(100)로 제1 데이터를 전송하고, 하위 노드(100)가 온(on)일 때, 하위 노드(200)로부터 확인 메시지(ACK, acknowledgement)를 수신하도록 통신부(203)를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 하위 노드(20)는 우선 순위에 따라 할당된 타임 슬롯(381, 382,...,38n)동안 온/오프 전환됨으로써, 하위 노드(20)에 대응된 타임 슬롯에서 데이터를 전송할 때 전력을 소비하도록 하여, 하위 노드(20)에서 발생하는 불필요한 전력의 소모를 방지할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따르면, 액티브 구간이 제1 구간과 제2 구간으로 분할될 수 있다. 상위 노드와 하위 노드는 제1 구간에서는 제1 데이터를 간접 데이터 전송으로 통신하고, 제2 구간에서는 제2 데이터를 직접 데이터 전송으로 통신한다. 이 때, 제2 구간에서는 상위 노드가 판단한 하위 노드의 우선 순위에 따라 특정 타임 슬롯을 일대일 대응으로 할당할 수 있다. 그리고, 하위 노드는 제1 구간과 제2 구간에서 전송할 데이터가 존재할 때, 해당 타임 슬롯의 시간 동안 온 상태로 전환되고, 나머지 시간 동안 오프 상태를 유지한다. 따라서, 액티브 구간 중 상위 노드와 통신하는 하위 노드의 배터리가 낭비되는 것을 줄일 수 있다.
이 때, 본 발명의 다양한 실시 예들에서, "온(on)" 및 "오프(off)"는 하위 노드(20)에 내장된 RF 트랜스시버 또는 하위 노드에 부착된 센서의 RF 트랜스시버를 온/오프하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 하위 노드(20) 자신이 사용하는 타임 슬롯에 해당되지 않을 때는, 하위 노드(20)가 RF 트랜스시버를 오프하는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명의 설명을 돕기 위한 일 실시예일 뿐, 하위 노드(20)가 상위 노드(10)와 통신을 수행할 때 하위 노드(10)의 통신 전원을 제어하는 다른 칩에서 온/오프를 통해서도 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 방법은 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 장치 또는 방법은, 예컨대, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer readable storage medium)에 유지되는(maintain) 프로그램들 중 적어도 하나의 프로그램에 포함된 명령어(instructions)를 실행하는 적어도 하나의 컴퓨터(예: 프로세서)에 의하여 수행될 수 있다.
상기 명령어가 컴퓨터(예: 프로세서)에 의해 실행될 경우, 상기 적어도 하나의 컴퓨터는 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 상기 메모리(230)가 될 수 있다.
프로그램은, 예로, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체 (optical media)(예: CD-ROM(compact disc read only memory), DVD (digital versatile disc), 자기-광 매체(magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크 (floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM (read only memory), RAM (random access memory), 또는 플래시 메모리 등) 등과 같은 컴퓨터로 읽을 수 저장 매체에 포함될 수 있다. 이 경우, 저장 매체는 일반적으로 전자 장치(200)의 구성의 일부로 포함되나, 전자 장치(200)의 포트(port)를 통하여 장착될 수도 있으며, 또는 전자 장치(200)의 외부에 위치한 외부 기기(예로, 클라우드, 서버 또는 다른 전자 기기)에 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 복수의 저장 매체에 나누어 저장될 수도 있으며, 이 때, 복수의 저장 매체의 적어도 일부는 전자 장치(200)의 외부 기기에 위치할 수도 있다.
명령어는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
10, 200: 상위 노드 202: 상위 노드 프로세서
20, 100: 하위 노드 203: 상위 노드 통신부
102: 하위 노드 프로세서 350: 제1 구간
103: 하위 노드 통신부 370: 제2 구간
20, 100: 하위 노드 203: 상위 노드 통신부
102: 하위 노드 프로세서 350: 제1 구간
103: 하위 노드 통신부 370: 제2 구간
Claims (19)
- 무선 네트워크에서 복수의 하위 노드와 통신을 수행하는 상위 노드에 있어서,
비콘 메시지를 이용하여 상기 복수의 하위 노드와 통신을 수행하는 통신부; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 복수의 하위 노드 각각에 대한 정보를 바탕으로 상기 복수의 하위 노드의 우선 순위를 결정하고,
상기 우선 순위에 대한 정보를 포함하는 비콘 메시지를 상기 복수의 하위 노드에 전송하도록 상기 통신부를 제어하고,
상기 비콘 메시지를 이용하여 제1 구간에서는 상기 복수의 하위 노드로 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 전송하도록 상기 통신부를 제어하고,
제2 구간에서는 상기 복수의 하위 노드 각각의 우선 순위에 따라 상기 복수의 하위 노드로부터 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 수신하도록 상기 통신부를 제어하는 상위 노드. - 제1항에 있어서,
상기 제2 구간은,
N 개의 타임 슬롯을 가지고,
상기 프로세서는,
상기 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드들의 개수가 상기 N개 이하인 경우, 상기 상위 노드에 의해 결정된 상기 하위 노드의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 상기 하위 노드로부터 제2 데이터를 수신하도록 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 상위 노드. - 제2항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드들의 개수가 상기 N개 초과인 경우, 상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 이하의 순위이면, 상기 제2 구간 중 상기 하위 노드와 대응되는 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 하위 노드로부터 수신하며,
상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N순위 초과의 순위이면, 상기 제1 구간에서 상기 하위 노드로부터 상기 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 수신하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 상위 노드. - 제2항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 하위 노드에 대응되는 타임슬롯에서 상기 하위 노드가 온(on)이면, 상기 제2 데이터를 상기 하위 노드로부터 수신하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 상위 노드. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 구간에서, 상기 상위 노드가 상기 하위 노드로 상기 제1 데이터를 전송하고, 상기 하위 노드가 온(on)일 때, 상기 하위 노드로부터 확인 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 상위 노드. - 제1항에 있어서,
상기 제1 구간은, 경쟁 통신 구간(CAP, Contention Access Period)이고,
상기 제2 구간은, 비경쟁 통신 구간(CFP, Contention Free Period)인 것을 특징으로 하는 상위 노드. - 무선 네트워크에서 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드에 있어서,
상기 상위 노드로부터 비콘 메시지를 수신하여 상기 상위 노드와 통신을 수행하는 통신부; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 상위 노드에 의해 복수의 하위 노드 각각에 대한 정보를 바탕으로 결정된 상기 복수의 하위 노드의 우선 순위에 대한 정보를 포함하는 비콘 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하고,
제1 구간에서는 상기 상위 노드로부터 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 수신하도록 상기 통신부를 제어하고,
제2 구간에서는 상기 하위 노드의 우선 순위에 따라 상기 상위 노드로 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 하위 노드. - 제7항에 있어서,
상기 제2 구간은,
N 개의 타임 슬롯을 가지고,
상기 프로세서는,
상기 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드들의 개수가 상기 N 개 이하인 경우, 상기 상위 노드에 의해 결정된 상기 하위 노드의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송하도록 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 하위 노드. - 제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 상위 노드와 통신을 수행하는 하위 노드들의 개수가 상기 N 개 초과인 경우, 상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 이하의 순위이면, 상기 제2 구간 중 상기 하위 노드와 대응되는 타임슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송하며,
상기 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 초과의 순위이면, 상기 제1 구간에서 상기 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 상기 상위 노드로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 하위 노드. - 제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제2 구간 중 상기 하위 노드의 대응되는 타임슬롯 구간에서 하위 노드를 온(On)하고, 상기 제2 구간 중 나머지 구간은 하위 노드를 오프(Off)하도록 상기 통신부를 제어하는 하위 노드. - 제7항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 구간에서, 상기 하위 노드가 상기 상위 노드로부터 수신하는 상기 제1 데이터가 있으면, 상기 하위 노드를 온(on)하고, 상기 상위 노드로부터 상기 제1 데이터를 수신하며, 상기 상위노드에 확인 메시지를 전송한 후, 상기 하위 노드를 오프(off)하고,
상기 제1 데이터가 없으면, 상기 하위 노드를 오프(off)하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 하위 노드. - 제7항에 있어서,
상기 제1 구간은, 경쟁 통신 구간(CAP, Contention Access Period)이고,
상기 제2 구간은, 비경쟁 통신 구간(CFP, Contention Free Period)인 것을 특징으로 하는 하위 노드. - 무선 네트워크에서 상위 노드와 복수의 하위노드가 통신을 수행하는 통신방법을 실행하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서,
상기 통신방법은,
상기 상위 노드가 상기 복수의 하위 노드 각각에 대한 정보를 바탕으로 상기 복수의 하위 노드의 우선순위를 결정하는 단계;
상기 상위 노드가 상기 결정된 우선 순위에 대한 정보를 포함하는 비콘 메시지를 상기 복수의 하위 노드로 전송하는 단계;
상기 복수의 하위 노드가 상기 상위 노드로부터 수신된 비콘 메시지를 바탕으로 우선 순위를 판단하는 단계;
제1 구간에서는, 상기 상위 노드가 상기 복수의 하위 노드로 제1 데이터를 간접 데이터 전송(indirect data transmission)으로 전송하는 단계;및
제2 구간에서는, 상기 복수의 하위 노드가 상기 결정된 우선 신호에 기초하여 상기 상위 노드로 제2 데이터를 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하는 단계;를 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체. - 제13항에 있어서,
상기 제2 구간은,
N 개의 타임 슬롯을 가지고,
상기 제2 데이터를 전송하는 단계는,
상기 상위 노드와 통신을 수행하는 상기 복수의 하위 노드의 개수가 상기 N개 이하인 경우, 상기 상위 노드에 의해 결정된 상기 하위 노드의 우선 순위에 기초하여 할당된 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체. - 제14항에 있어서,
상기 제2 데이터를 전송하는 단계는,
상기 복수의 하위 노드의 개수가 상기 N개 초과인 경우, 상기 복수의 하위 노드의 우선 순위가 상기 N 순위 이하의 순위이면, 상기 제2 구간 중 상기 하위 노드와 대응되는 타임 슬롯에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 전송하며,
상기 하위 노드의 우선 순위가 N순위 초과의 순위이면, 상기 제1 구간에서 상기 제2 데이터를 상기 상위 노드로 직접 데이터 전송(direct data transmission)으로 전송하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체. - 제13항에 있어서,
상기 제1 구간에서 상기 제1 데이터를 전송하는 단계는,
상기 상위 노드가 상기 복수의 하위 노드로 상기 제1 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체. - 제13항에 있어서,
상기 제2 구간 중, 상기 하위 노드에 대응되는 타임슬롯 구간에서 하위 노드를 온(On)하고, 상기 제2 구간 중 나머지 구간은 하위 노드를 오프(Off)하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체. - 제13항에 있어서,
상기 제1 구간에서, 상기 복수의 하위 노드 중 적어도 하나가 상기 상위 노드로부터 수신하는 상기 제1 데이터가 있으면, 상기 하위 노드를 온(on)하고, 상기 상위 노드로부터 상기 제1 데이터를 수신하고, 상기 상위 노드에 확인 메시지를 전송한 후, 상기 하위 노드를 오프(off)하고,
상기 제1 데이터가 없으면, 상기 하위 노드를 오프(off)하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체. - 제13항에 있어서,
상기 제1 구간은, 경쟁 통신 구간(CAP, Contention Access Period) 이고,
상기 제2 구간은, 비경쟁 통신 구간(CFP, Contention Free Period)인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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