KR102452353B1 - 저전력 무선 네트워크 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 관리자 노드(Manager node), 태그 영역 네트워크(Tag Area Network)를 통해 수집한 데이터를 전송하는 노드들(nodes) 및 상기 관리자 노드의 명령으로 선택되며, 상기 노드들에서 전송된 상기 데이터를 상기 관리자 노드로 전송하는 싱크 노드(Base station)를 포함하고, 상기 싱크 노드는, 상기 노드들 각각에 설정된 웨이크업 주기(wakeup interval)를 기반으로, 상기 노드들과 통신을 개별 수행하여 상기 데이터를 수신하는 저전력 무선 네트워크 시스템을 제공한다.

Description

저전력 무선 네트워크 시스템{Low power wireless network system}
본 발명은 저전력 무선 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 전원을 사용하는 노드들 각각에 대한 에너지 효율을 향상시키고, 추가되는 뉴 노드의 경로 등록 및 등록 해제가 용이한 저전력 무선 네트워크 시스템에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network) 기술이 진보함에 따라, 이를 활용한 다양한 IoT(사물인터넷, Internet of Things) 서비스가 실 세계에 널리 사용되고 있다.
대표적인 서비스로 스마트 홈/빌딩/시티/팜/그리드/팩토리/전력 분전반 등 명령/응답을 주고 받으며, 주기적으로 센서 데이터를 수집하는 서비스들이 있으며, 각 서비스의 목적에 따라 다양한 센서와 프로토콜이 적용될 수 있다.
그러나, 무선 센서 네트워크는 "저전력으로 동작"이라는 요구사항을 갖기에 많은 제약을 받는다. 이를 해결하기 위해 다양한 기법/기술 등이 적용되는데, 예로써 통신거리의 제약을 극복하기 위해 통신 장비들이 서로 다중 홉(Multi-hop)으로 연결되어 통신하는 기술, 평소에 라디오를 오프 상태로 유지하다가 필요한 순간에만 온 상태로 전환시키는 Radio Duty Cycling 기술 등이 존재한다.
일반적으로, 저전력 무선 네트워크에서 동작하는 통신장치(이하, "노드"로 칭함)들의 자원(전력 또는 대역폭)은 매우 제한적이다. 이 중 노드들의 전력 소모를 줄이기 위한 연구로 RDC(Radio Duty Cycling)기반 LPL(Low Power Listening)이 있다.
도 1은 일반적인 비동기식 RDC/LPL의 동작을 도식화한 도이다.
도 1을 참조하면, RDC/LPL은 노드의 전력소모를 최소화하기 위한 것으로, RDC 기술의 핵심은 전송할 데이터 패킷이 있거나, 주기적으로 수신할 데이터 패킷이 있는지 확인하는 특정한 상황이 아니면 통신 칩을 웨이크업(wakeup)하지 않고, 전력소모의 최소화를 위해 항상 슬립(sleep) 상태로 유지한다. 이때, 수신자는 웨이크업 상태에서만 데이터 패킷을 수신할 수 있다.
RDC/LPL 기술은 동기식(Synchronous) 방식과 비동기식(Asynchronous) 방식이 존재한다. 동기식 방식은 노드 사이의 시간을 동기화하여 수신자가 어느 시간에 웨이크업 상태로 전환되는지를 정확히 파악하여 해당 타이밍에만 데이터 패킷을 전송하는 방식이며, 비동기식 방식은 상대방과의 시간 동기를 맞출 필요 없이, 수신자가 슬립 상태에서 웨이크업 상태로 돌입하는 웨이크업 주기(wakeup interval)까지 연속적으로 중복되는 데이터를 전송하는 방식이다.
비동기식 방식에서 송신자는 웨이크업 주기(wakeup interval)까지 데이터 패킷을 전송하였거나, 중간에 수신자가 데이터 패킷을 정상적으로 수신하였다는 확인응답(Acknowledge)을 받으면 전송을 종료한다. 동기식 방식과 비동기식 방식에는 각자 장단점이 있으나, 일반적인 저전력 무선 네트워크에서는 노드 간의 데이터 패킷 교환이 빈번하게 일어나지 않기 때문에 시간 동기를 위한 추가적인 데이터 패킷 교환(Overhead)이 필요한 동기식 방식보다 비동기식 방식을 채택한다.
상술한 바와 같이, 노드들의 자원은 매우 제한적이기에 송신세기 역시 제한적이고, 이로 인해 통신거리에 대한 한계의 문제점이 초래될 수 있다.
따라서, 이러한 통신거리에 대한 한계를 극복하기 위한 방법으로 주로 다중 홉 방식의 라우팅 기법(Multi-hop Routing)이 사용된다. 상기 라우팅 기법은 크게 메쉬 구조와 트리 구조로 나눌 수 있다.
도 2는 일반적인 라우팅 기법 중 트리 구조를 도식화한 도이다.
도 2을 참조하면, 트리 구조는 하나 이상의 싱크 노드(Base station)가 존재하고 각 노드들은 부모-자식 관계를 맺어, 자신의 데이터를 부모 노드에게 전달하는 방식으로 동작한다.
트리 구조 기반의 다중 홉 방식을 설명하기 위한 방법으로는 정적(static) 방법 및 동적(dynamic) 방법이 존재한다.
먼저, 정적 방법은 설치 단계에서 노드가 다른 노드에게 연결될 것인지를 수동으로 설정하는 방식으로, 네트워크 관리자가 원하는 구조로 설치할 수 있는 장점이 있지만, 유지 보수가 매우 힘들뿐더러 관리자가 예상치 못한 변수로 인해 해당 경로의 품질(Link quality)이 매우 좋지 않을 수 있기 때문에 주로 노드들이 자동으로 경로를 탐색하고 연결하는 동적 방법이 사용된다.
동적 방법은 노드들이 효율적인 경로를 전파 및 발견하고 갱신할 수 있다.
도 3은 일반적인 트리 구조 기반의 다중 홉 방식으로 동적 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 3을 참조하면, 노드들(B, C, D, E, F) 각각은 싱크 노드(A, base station)으로 상태정보를 알리기 위해 주기적으로 비콘(Beacon)을 전송하여, 자신이 싱크 노드(A)까지 도달하기 위한 가장 효율적인 경로를 발견할 수 있다.
주기적인 비콘의 전송은 싱크 노드(A)까지 도달하기 위한 좋은 품질의 경로를 찾을 수 있다는 장점이 있으나, 추가적인 데이터의 전송이 필요하다는 단점이 있다.
즉, 비콘은 전송주기가 짧다면 상태정보가 빠르게 업데이트되지만 전력소모가 극심해지며, 전송주기가 길다면 상태정보의 실시간성이 보장되지 못한다.
반면, 주기적인 비콘의 전송이 특별한 스케줄에 따르지 않고 임의로 보내지게 되면 비콘끼리 서로 충돌이 일어날 수 있다. 비콘 충돌의 경우 주기적으로 비콘을 기다리는 노드들의 입장에선 그들의 싱크 노드와 동기를 상실하게 되는 것이며 궁극적으로 네트워크에서 통신이 불가하게 된다.
최근들어, 네트워크 상에서 노드들과 싱크 노드 사이에 통신이 원활하게 이루어지도록 하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
본 발명의 목적은, 다양한 전원을 사용하는 노드들 각각에 대한 에너지 효율을 향상시키고, 추가되는 뉴 노드의 경로 등록 및 등록 해제가 용이한 저전력 무선 네트워크 시스템을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 목적은, 하나의 싱크 노드에 연결된 노드들의 집합인 태그 영역 네트워크를 형성하고, 싱크 노드가 연결된 노드들을 탐색하여 등록 및 등록 해제하기 용이한 저전력 무선 네트워크 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템은, 관리자 노드(Manager node), 태그 영역 네트워크(Tag Area Network)를 통해 수집한 데이터를 전송하는 노드들(nodes) 및 상기 관리자 노드의 명령으로 선택되며, 상기 노드들에서 전송된 상기 데이터를 상기 관리자 노드로 전송하는 싱크 노드(Base station)를 포함하고, 상기 싱크 노드는, 상기 노드들 각각에 설정된 웨이크업 주기(wakeup interval)를 기반으로, 상기 노드들과 통신을 개별 수행하여 상기 데이터를 수신할 수 있다.
상기 웨이크업 주기는, 상기 노드를 각각의 슬립(sleep) 상태에서 통신이 가능한 웨이크업(wakeup) 상태로의 전환주기일 수 있다.
상기 태그 영역 네트워크에 제1, 2 뉴 노드(new node)가 설치되는 경우, 상기 관리자 노드는, 상기 싱크 노드로 상기 제1, 2 뉴 노드의 설치 확인을 위한 스캔(scan) 명령을 전송할 수 있다.
상기 스캔 명령을 수신하는 경우, 상기 싱크 노드는, 상기 스캔 명령에 대응하는 스캔 패킷(scan packet)를 상기 태그 영역 네트워크로 전송하고, 상기 제1, 2 뉴 노드로부터 전송된 제1, 2 경로 알림 패킷(route notification packet)를 수신하여, 상기 제1, 2 뉴 노드를 설치 확인할 수 있다.
상기 스캔 패킷을 수신하는 경우, 상기 제1, 2 뉴 노드 각각은, 상기 싱크 노드와의 우선 경로를 설정등록하고, 상기 제1, 2 경로 알림 패킷을 상기 싱크 노드로 전송할 수 있다.
상기 제1, 2 뉴 노드를 설치 확인하는 경우, 상기 싱크 노드는, 상기 태그 영역 네트워크에 통신을 위한 경로 등록을 위해 상기 제1, 2 뉴 노드의 제1, 2 ID를 요청하는 요청 패킷(request packet)을 상기 관리자 노드로 전송할 수 있다.
상기 요청 패킷을 수신하고, 상기 제1, 2 뉴 노드 중 제1 뉴 노드만 상기 태그 영역 네트워크에 경로 등록하는 경우, 상기 관리자 노드는, 상기 제1 뉴 노드의 경로 등록을 위해 상기 제1 ID 및 경로 등록 명령을 상기 싱크 노드로 전송하며, 상기 싱크 노드는, 상기 경로 등록 명령에 따라 상기 제1 ID를 설정된 경로 테이블에 등록하여 갱신하고, 상기 제1 뉴 노드로 경로 등록 패킷을 전송할 수 있다.
상기 경로 등록 패킷을 수신하는 경우, 상기 제1 뉴 노드는, 상기 우선 경로의 설정등록을 알리는 제1 우선 경로 설정 패킷을 상기 싱크 노드로 전송할 수 있다.
상기 제2 뉴 노드는, 상기 경로 등록 패킷을 설정된 시간 동안 수신하지 않으면, 상기 우선 경로의 설정등록을 등록 해제할 수 있다.
상기 요청 패킷을 수신하고, 상기 제1, 2 뉴 노드를 상기 태그 영역 네트워크에 경로 등록하는 경우, 상기 관리자 노드는, 상기 제1, 2 노드의 경로 등록을 위해 상기 제1, 2 ID 및 경로 등록 명령을 상기 싱크 노드로 전송하며, 상기 싱크 노드는, 상기 경로 등록 명령에 따라 상기 제1, 2 ID를 설정된 경로 테이블에 등록하여 갱신할 수 있다.
상기 경로 등록 패킷을 수신하는 경우, 상기 제1, 2 뉴 노드 각각은, 상기 우선 경로의 설정 등록을 알리는 제1, 2 우선 경로 설정 패킷을 상기 싱크 노드로 전송할 수 있다.
상기 노드들 중 특정 노드를 상기 태그 영역 네트워크에서 등록 해제하는 경우, 상기 관리자 서버는, 상기 특정 노드의 특정 ID 및 상기 특정 노드가 등록 해제되게 등록 해제 명령을 상기 싱크 노드로 전송할 수 있다.
상기 싱크 노드는, 상기 등록 해제 명령에 따라 상기 특정 노드로 등록 해제 패킷을 전송하고, 상기 노드들의 ID가 설정된 경로 테이블에서 상기 특정 ID를 등록 해제할 수 있다.
상기 등록 해제 패킷을 수신하는 경우, 상기 특정 노드는, 상기 태그 영역 네트워크에 경로 등록된 우선 경로를 삭제하고, 상기 태그 영역 네트워크로 설정 등록 해제됨을 알리는 경로 해제 알림 패킷을 전송할 수 있다.
상기 노드들 중 제1 노드는, 상기 노드들 중 제2 노드 및 상기 싱크 노드 중 적어도 하나로 설정된 제1 웨이크업 주기 및 상기 데이터를 포함하는 제1 데이터 패킷을 전송할 수 있다.
상기 제2 노드 및 상기 싱크 노드 중 적어도 하나는, 상기 제1 데이터 패킷에 포함된 상기 제1 웨이크업 주기를 설정된 웨이크업 테이블에 등록하고, 상기 제1 웨이크업 주기에 따라 제2 데이터 패킷을 상기 제1 노드로 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템은, 싱크 노드(Base station)가 관리자 노드(Manager node)의 명령에 따라 태그 영역 네트워크(Tag Area Network)로 연결되는 노드들(nodes)을 탐색(스캔)하여, 노드들 중 적어도 하나의 노드를 태그 영역 네트워크로 연결하여 통신을 수행할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템은, 태그 영역 네트워크에 연결된 노드들 각각에 설정된 웨이크업 주기를 포함하는 데이터 패킷을 송신함으로써, 데이터 패킷을 수신한 수신자가 웨이크업 주기에 따라 데이터 패킷을 송신하도록 함으로써, 노드들 각각의 전력 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템은, 싱크 노드가 태그 영역 네트워크에 경로 등록된 노드를 등록 해제할 수 있는 이점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 일반적인 비동기식 RDC/LPL의 동작을 도식화한 도이다.
도 2는 일반적인 라우팅 기법 중 트리 구조를 도식화한 도이다.
도 3은 일반적인 트리 구조 기반의 다중 홉 방식으로 동적 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템을 개략적으로 나타낸 시스템도이다.
도 5는 본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템에서 송수신되는 데이터패킷을 간략하게 나타낸 도이다.
도 6 내지 도 8은 도 4에 나타낸 싱크 노드의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 9는 도 4에 나타낸 노드의 상태 변화를 나타낸 개념도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템을 개략적으로 나타낸 시스템도이고, 도 5는 본 발명에 따른 저전력 무선 네트워크 시스템에서 송수신되는 데이터패킷을 간략하게 나타낸 도이고, 도 6 내지 도 8은 도 4에 나타낸 싱크 노드의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 저전력 무선 네트워크 시스템(100)은 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118), 관리자 노드(120) 및 싱크 노드(130)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 각각은 통신이 가능한 통신 장치, IoT 센서 등일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
실시 예에서, 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118)는 4개인 것으로 설명하지만, 노드의 개수에 대하여 한정을 두지 않는다.
제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 각각은 싱크 노드(130)로 수집된 데이터를 포함하는 제1 내지 제4 데이터 패킷(data1 내지 data4)을 전송할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제4 데이터 패킷(data1 내지 data4)에는 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 각각에 설정된 웨이크업 주기(wakeup interval)을 포함할 수 있다.
상기 웨이크업 주기는 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 각각이 슬립(sleep) 상태에서 통신이 가능한 웨이크업(wakeup) 상태로 전환하는 전환주기를 나타내며, 데이터패킷을 수신하는 수신자가 데이터 패킷을 웨이크업 주기에 따라 송신하도록 할 수 있으므로, 전력을 효율적으로 사용할 수 있게 할 수 있다.
실시 예에서, 제1, 2 노드(112, 114)는 싱크 노드(130)와 연결되고, 제3, 4 노드(116, 118)은 제1 노드(112)와 경로로 연결될 수 있다.
여기서, 제3, 4 노드(116, 118) 각각은 제3, 4 데이터 패킷(data3, data4)을 제1 노드(112)를 통하여 싱크 노드(130)로 전송하는 경로가 등록될 수 있다.
도 5에 나타낸 데이터 패킷, 즉 제1 내지 제4 데이터 패킷(data1 내지 data4)는 프레임 컨트롤 필드(FCF), 데이터 시퀀스 넘버 필드(DSN), 노드 ID 필드(ID), 어드레스 정보 필드(Addr), 웨이크업 주기 필드(Wakeup interval) 및 전송 데이터 필드(Payload)를 포함할 수 있다.
여기서 프레임 컨트롤 필드(FCF)는 전송되는 프레임 타입을 나타내는 필드이며, 데이터 시퀀스 넘버 필드(DSN)는 전송되는 데이터의 순서를 나타내는 필드이며, 노드 ID 필드(ID)는 데이터를 전송하는 노드 ID를 나타내며, 어드레스 정보 필드(Addr)은 어드레스 필드의 포맷을 규정하는 필드이며, 웨이크업 주기 필드(Wakeup interval)는 데이터를 수신하는 수신 노드에 송신자의 웨이크업 주기를 제공하는 필드이며, 전송 데이터 필드(Payload)는 데이터가 실리는 필드를 나타낼 수 있다.
여기서, 웨이크업 주기 필드(Wakeup interval)는 데이터를 송수신할 수 있는 웨이크업 주기를 포함함으로써, 데이터를 송신하는 노드가 데이터를 수신하는 노드의 웨이크업 주기를 확인할 수 있음으로써, 데이터의 송신시 전력 소모를 줄일 수 있다.
제1 노드(112)는 제3, 4 노드(116, 118)와 부모-자식 관계로 연결될 수 있다. 여기서, 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118)은 서로 동일한 네트워크 계층 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
예를 들어, 네트워크 계층 구조는 어플리케이션 레이어(Application layer), 네트워크 레이어(Network layer) 및 링크 레이어(Link layer)로 이루어질 수 있다.
먼저, 어플리케이션 레이어(Application layer)는 싱크 노드(130)의 제어 명령(control packet)에 따라 수집한 데이터를 포함하는 데이터 패킷을 싱크 노드(130)로 전송할 수 있다.
또한, 어플리케이션 레이어(Application layer)는 제어 명령(control packet)에 따라 노드의 설정을 제어하고 상태를 보고할 수 있다.
네트워크 레이어(Network layer)는 라우팅, 포워딩, 큐잉 및 멀티캐스트를 담당하며, 싱크 노드(130)와의 연결 및 다른 노드들의 정보를 취합할 수 있다. 또한, 네트워크 레이어(Network layer)는 데이터 패킷, 제어 패킷 및 네트워크 계획 패킷 드을 전송할 수 있으며, 링크 레이어(Link layer)를 통해 멀티플렉싱(Multiplexing)할 수 있다.
링크 레이어(Link layer)는 CSMA/CA, ACK, 재전송 등의 기전 기술인 기본 링크 기능과 RDC 기능을 제공할 수 있다.
제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 각각은 라우팅 정보, 전원환경, 수신자의 웨이크업 주기 등의 여러 상태정보를 이용하여 적절한 RDC 설정에 따라 패킷을 전송할 수 있으며, 충돌 및 간섭을 방지하기 위해 기본적인 CSMA/CA를 사용할 수 있다.
여기서, 싱크 노드(130)는 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118)의 네트워크 계층 구조와 동일할 수 있다. 다만, 싱크 노드(130)의 어플리케이션 레이어(Application layer)는 고유의 어플리케이션이 동작하는 것이 아니며 관리자 노드(110) 또는 게이트웨이로부터 전달받은 데이터에 대응하는 명령을 해석 및 전달 조건을 파악하여 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118)로 전송할 수 있다.
먼저, 관리자 노드(120)는 관리자가 사용하는 통신 장치로써, 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 및 싱크 노드(130)에 대한 정보가 설정되며, 태그 영역 네트워크(Tag Area Network)의 형성 시 싱크 노드(130)를 선택할 수 있다.
실시 예에서, 싱크 노드(130)는 관리자 노드(120)의 명령으로 선택된 노드임을 개시한다.
먼저, 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 각각은 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 및 싱크 노드(130)로 형성된 태그 영역 네트워크(Tag Area Network)에서, 제1, 2 노드(112, 144) 각각에 새로 설치되는 경우에 대하여 하기와 같이 설명한다.
관리자 노드(120)는 제1, 2 뉴 노드(142, 144)가 태그 영역 네트워크에 설치되는 경우, 제1, 2 뉴 노드(142, 144)를 탐색을 위한 스캔 명령(scan)을 싱크 노드(130)로 전송할 수 있다.
싱크 노드(130)로부터 경로 등록을 위한 요청 패킷(request packet)을 수신하는 경우, 관리자 노드(120)는 태그 영역 네트워크에 경로 등록되는 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 중 적어도 하나에 대한 뉴 노드의 ID 및 경로 등록 명령(set-root)을 싱크 노드(130)로 전송할 수 있다.
또한, 태그 영역 네트워크에 연결된 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 중 제3 노드(116)를 등록 해제하는 경우, 관리자 노드(120)는 제3 노드(116)의 ID 및 제3 노드(116)의 등록 해제를 위한 등록 해제 명령(unset-root)를 싱크 노드(130)로 전송할 수 있다.
이와 같이, 관리자 노드(120)는 싱크 노드(130)를 선택할 수 있으며, 선택된 싱크 노드(130)에서 노드에 대한 경로 등록을 위한 탐색, 등록 및 등록 해제가 수행되게 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 관리자 노드(120)로부터 스캔 명령(scan)이 전송되는 경우, 싱크 노드(130)는 제1, 2 뉴 노드(142, 144)의 탐색(설치 확인)을 위하여 스캔 명령(scan)에 대응하는 스캔 패킷(scan packet)을 태그 영역 네트워크로 전송할 수 있다.
이때, 싱크 노드(130)는 스캔 패킷(scan packet)을 유, 무선 통신으로 전송할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
먼저, 스캔 패킷(scan packet)을 수신하는 경우, 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 각각은 싱크 노드(130)와의 우선 경로를 설정 등록한 후 제1, 2 경로 알림 패킷(route notification packet, rnp1, rnp2)를 싱크 노드(130)로 전송할 수 있다.
제1, 2 뉴 노드(142, 144) 각각으로부터 전송된 제1, 2 경로 알림 패킷(rnp1, rnp2)을 수신하는 경우, 싱크 노드(130)는 제1, 2 노드(142, 144) 각각의 경록 등록을 위해 관리자 모드(120)로 요청 패킷(request packet)을 전송할 수 있다.
도 6와 같이, 관리자 노드(120)로부터 전송된 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 중 적어도 하나에 대한 뉴 노드의 ID 및 경로 등록 명령(set-root)를 수신하는 경우, 싱크 노드(130)는 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 중 적어도 하나에 대한 뉴 노드의 ID를 설정된 경로 테이블에 등록하여 갱신하고, 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 중 적어도 하나의 뉴 노드로 경로 등록 패킷(route notification set packet, rnsp)을 전송할 수 있다.
이때, 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 중 적어도 하나에 대한 뉴 노드는 경로 등록 패킷(rnsp)을 수신하면 설정 등록된 우선 경로의 설정등록을 알리는 우선 경로 설정 패킷(route set packet, rsp)를 싱크 노드(130)로 전송할 수 있다.
우선 경로 설정 패킷(route set packet, rsp)을 수신하는 경우, 싱크 노드(130)는 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 및 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 중 적어도 하나에 대한 뉴 노드와 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 도 6과 다르게 제1, 2 뉴 노드(142, 144) 중 관리자 노드(120)에서제1 뉴 노드(142)만 태그 영역 네트워크에 경로 등록하는 경우, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에서 싱크 노드(130)는 관리자 노드(120)로 제1, 2 노드(142)의 경로 등록을 위해 관리자 모드(120)로 요청 패킷(request packet)을 전송할 수 있다.
싱크 노드(130)는 관리자 노드(120)로부터 제1 뉴 노드(142)의 ID 및 경로 등록 명령(set-root)를 수신하면, 제1 뉴 노드(142)의 ID를 설정된 경로 테이블에 등록하여 갱신하고, 제1 뉴 노드(142)로 경로 등록 패킷(route notification set packet, rnsp)을 전송할 수 있다.
이때, 제2 뉴 노드(144)는 싱크 노드(130)로부터 설정된 시간 동안 경로 등록 패킷(route notification set packet, rnsp)이 송신되지 않으면, 설정 등록된 우선 경로를 설정 해제할 수 있다.
그리고, 제1 뉴 노드(142)는 경로 등록 패킷(rnsp)을 수신하면 설정 등록된 우선 경로의 설정등록을 알리는 우선 경로 설정 패킷(route set packet, rsp)를 싱크 노드(130)로 전송할 수 있다.
싱크 노드(130)는 우선 경로 설정 패킷(rsp)를 수신하면, 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 및 제1 뉴 노드(142)와 통신을 수행할 수 있다.
또한, 태그 영역 네트워크에 구성하며 경로 등록된 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 중 제3 노드(116)에 대한 경로 등록을 해제하는 경우에 대하여 설명한다.
도 8과 같이, 싱크 노드(130)는 관리자 노드(120)로부터 전송된 제3 노드(116)의 ID 및 제3 노드(116)의 등록 해제를 위한 등록 해제 명령(unset-root)을 수신할 수 있다. 도 7은 제1 내지 제4 노드(112, 114, 116, 118) 및 싱크 노드(130)가 하나의 태그 영역 네트워크를 구성하는 것으로 설명한다.
이때, 싱크 노드(130)는 등록 해제 명령(unset-root)에 따라 제3 노드(116)로 등록 해제 패킷(unset packet)을 전송하고, 제1, 2, 4 노드(112, 114, 118)의 ID가 설정된 경로 테이블에서 제3 노드(116)의 ID를 등록 해제할 수 있다.
여기서, 제3 노드(116)는 등록 해제 패킷(unset packet)을 수신하면, 설정 등록된 우선 경로를 삭제하고 태그 영역 네트워크로 설정 등록 해제됨을 알리는 경로 해제 알림 패킷(route unset notification packet, runp)을 전송하여, 제1, 2, 4 노드(112, 114, 116) 및 싱크 노드(130)가 인식하도록 할 수 있다.
또한, 제3 노드(116)는 해제 알림 패킷(route unset notification packet, runp)을 전송하지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이, 싱크 노드(130)는 관리자 노드(120)에 의해 선택되며, 노드들을 탐색, 등록 및 등록해제할 수 있다.
도 9는 도 4에 나타낸 노드의 상태 변화를 나타낸 개념도이다.
도 9는 태그 영역 네크워크의 통신 문제를 해결하기 위한 리커버리 모드recovery mode)를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 노드는 디스커버리 상태(discovery state), 액티브 상태(active state) 및 리커버리 상태(recovery state)로 나누어질 수 있다.
파워-온(power-on)된 노드는 디스커버리 상태(discovery state)이며, 디스커버리 상태(discovery state)인 노드는 주변 노드 및 싱크 노드에 대한 라우팅 정보를 가지고 있지 않은 상태일 수 있다.
이때, 디스커버리 상태(discovery state)인 노드는 어느 싱크 노드로부터 전송된 스캔 패킷(scan packet) 및 경로 등록 패킷(route notification set packet, rnsp)을 수신할 수 있다.
스캔 패킷(scan packet) 및 경로 등록 패킷(route notification set packet, rnsp)을 수신한 노드는 라우팅 정보(우선 경로 등록)를 갱신한 후 액티브 상태(active state)로 전환될 수 있다.
액티브 상태(active state)에 있는 노드는 자신의 태그 영역 네트워크에 속한 노드가 아닌 다른 노드로부터 받은 데이터 패킷을 무시하며, 등록된 경로로부터만 제어명령을 받을 수 있다.
만약, 노드가 액티브 상태(active state)에서 자신의 부모 노드(또는, 싱크 노드)의 고장 또는 교체가 발생해 10분동안 Routing beacon을 받지 못한다면, 해당 노드는 리커버리 상태(recovery state)로 전환될 수 있다.
리커버리 상태(recovery state)에 있는 노드는 디스커버리 상태(discovery state)와 마찬가지로 모든 싱크 노드에게 전송된 스캔 패킷(scan packet) 및 경로 등록 패킷(route notification set packet, rnsp)을 수신할 수 있다.
만약 리커버리 상태(recovery state)에서 등록 해제 패킷(unset packet)를 수신하는 경우, 노드는 새로운 싱크 노드에 대한 경로 등록을 설정하여 다시 액티브 상태(active state)로 전환할 수 있다.
하지만, 만약 기존 경로가 복구되어 해당 경로에서 Beacon 또는 스캔 패킷(scan packet)을 수신하는 경우, 해당 노드는 다시 설정된 싱크 노드를 우선 경로 등록하여 액티브 상태(active state)로 전환될 수 있다.
상술한, 노드의 상태는 싱크 노드로부터 전송된 스캔 패킷(scan packet), 경로 등록 패킷(route notification set packet, rnsp) 및 등록 해제 패킷(unset packet)에 의해 변화됨을 알 수 있다.
이와 같이, 노드는 태그 영역 네트워크의 통신 문제에 대하여 원할한 통신 상태를 유지할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 관리자 노드(Manager node);
    태그 영역 네트워크(Tag Area Network)를 통해 수집한 데이터를 포함하는 데이터 패킷들을 전송하는 노드들(nodes); 및
    상기 관리자 노드의 명령으로 선택되며, 상기 노드들에서 전송된 상기 데이터 패킷들을 상기 관리자 노드로 전송하는 싱크 노드(Base station)를 포함하고,
    상기 데이터 패킷은,
    상기 데이터 패킷을 전송한 노드의 웨이크업 주기를 제공하는 웨이크업 주기 필드를 포함하고,
    상기 데이터 패킷을 수신한 상기 싱크 노드 또는 적어도 하나의 다른 노드는,
    상기 데이터 패킷에 포함된 웨이크업 주기 필드에 근거하여, 상기 데이터 패킷을 전송한 노드의 웨이크업 주기를 식별하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이크업 주기는,
    상기 노드를 각각의 슬립(sleep) 상태에서 통신이 가능한 웨이크업(wakeup) 상태로의 전환주기인,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 태그 영역 네트워크에 제1, 2 뉴 노드(new node)가 설치되는 경우,
    상기 관리자 노드는,
    상기 싱크 노드로 상기 제1, 2 뉴 노드의 설치 확인을 위한 스캔(scan) 명령을 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캔 명령을 수신하는 경우,
    상기 싱크 노드는,
    상기 스캔 명령에 대응하는 스캔 패킷(scan packet)를 상기 태그 영역 네트워크로 전송하고, 상기 제1, 2 뉴 노드로부터 전송된 제1, 2 경로 알림 패킷(route notification packet)를 수신하여, 상기 제1, 2 뉴 노드를 설치 확인하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스캔 패킷을 수신하는 경우,
    상기 제1, 2 뉴 노드 각각은,
    상기 싱크 노드와의 우선 경로를 설정등록하고, 상기 제1, 2 경로 알림 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1, 2 뉴 노드를 설치 확인하는 경우,
    상기 싱크 노드는,
    상기 태그 영역 네트워크에 통신을 위한 경로 등록을 위해 상기 제1, 2 뉴 노드의 제1, 2 ID를 요청하는 요청 패킷(request packet)을 상기 관리자 노드로 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 요청 패킷을 수신하고, 상기 제1, 2 뉴 노드 중 제1 뉴 노드만 상기 태그 영역 네트워크에 경로 등록하는 경우,
    상기 관리자 노드는,
    상기 제1 뉴 노드의 경로 등록을 위해 상기 제1 ID 및 경로 등록 명령을 상기 싱크 노드로 전송하며,
    상기 싱크 노드는,
    상기 경로 등록 명령에 따라 상기 제1 ID를 설정된 경로 테이블에 등록하여 갱신하고, 상기 제1 뉴 노드로 경로 등록 패킷을 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 경로 등록 패킷을 수신하는 경우,
    상기 제1 뉴 노드는,
    상기 우선 경로의 설정등록을 알리는 제1 우선 경로 설정 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 뉴 노드는,
    상기 경로 등록 패킷을 설정된 시간 동안 수신하지 않으면, 상기 우선 경로의 설정등록을 등록해제하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 요청 패킷을 수신하고, 상기 제1, 2 뉴 노드를 상기 태그 영역 네트워크에 경로 등록하는 경우,
    상기 관리자 노드는,
    상기 제1, 2 노드의 경로 등록을 위해 상기 제1, 2 ID 및 경로 등록 명령을 상기 싱크 노드로 전송하며,
    상기 싱크 노드는,
    상기 경로 등록 명령에 따라 상기 제1, 2 ID를 설정된 경로 테이블에 등록하여 갱신하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 경로 등록 패킷을 수신하는 경우,
    상기 제1, 2 뉴 노드 각각은,
    상기 우선 경로의 설정 등록을 알리는 제1, 2 우선 경로 설정 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 노드들 중 특정 노드를 상기 태그 영역 네트워크에서 등록 해제하는 경우,
    상기 관리자 노드는,
    상기 특정 노드의 특정 ID 및 상기 특정 노드가 등록 해제되게 등록 해제 명령을 상기 싱크 노드로 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 싱크 노드는,
    상기 등록 해제 명령에 따라 상기 특정 노드로 등록 해제 패킷을 전송하고, 상기 노드들의 ID가 설정된 경로 테이블에서 상기 특정 ID를 등록 해제하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 등록 해제 패킷을 수신하는 경우,
    상기 특정 노드는,
    상기 태그 영역 네트워크에 경로 등록된 우선 경로를 삭제하고, 상기 태그 영역 네트워크로 설정 등록 해제됨을 알리는 경로 해제 알림 패킷을 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 노드들 중 제1 노드는,
    상기 노드들 중 제2 노드 및 상기 싱크 노드 중 적어도 하나로 설정된 제1 웨이크업 주기 및 상기 데이터를 포함하는 제1 데이터 패킷을 전송하고,
    상기 제2 노드 및 상기 싱크 노드 중 적어도 하나는,
    상기 제1 데이터 패킷에 포함된 상기 제1 웨이크업 주기를 설정된 웨이크업 테이블에 등록하고, 상기 제1 웨이크업 주기에 따라 제2 데이터 패킷을 상기 제1 노드로 전송하는,
    저전력 무선 네트워크 시스템.
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