KR102495379B1 - 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법 - Google Patents

6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 노드의 링크 품질 변경시에 루트 노드까지 향하는 고정 경로를 할당하여 이동 노드와 루트 노드 간 지연 시간을 최소화하는 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축을 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것으로, 이동 노드의 이동으로 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하도록 하는 링크해제 감지부;이동 노드가 공유 셀에서 DIS 메시지를 브로드캐스트하도록 하는 DIS 메시지 전송부;이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하여 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO 메시지를 이동 노드에 보내면 유니캐스트 DIO 메시지를 받는 유니캐스트 제어 메시지 수신부;이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 공유 셀에서 보내면 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는 DIO 메시지 수신부;이동 노드가 공유 셀에서 DIO 메시지 충돌을 최소화하며 선호 부모 노드와 라우팅 경로를 구성하도록 하는 선호부모 노드 설정부; 및 선호 부모 노드와 라우팅 경로가 구성되면 데이터 전송을 시작하는 패킷 송수신부;를 포함하는 것이다.

Description

6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법{Fast Cell Allocation Scheduling Devices and Method for Mobile Nodes in a 6TiSCH Network}
본 발명은 산업 IoT 네트워크에 관한 것으로, 구체적으로 통신 노드가 TSCH의 타임 슬롯 액세스와 다중 채널 및 채널 호핑 기술을 결합하여 높은 신뢰성과 저 전력 동작을 통해 산업 애플리케이션의 안정성 및 실시간 요구사항을 충족시킬 수 있도록 한 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.
IEEE 802.15.4e TSCH(Time Slotted Channel H IEEE 802.15.4 표준 프로토콜의 Media Access Control(MAC) 작동 모드 중의 하나로, 기존 WirelessHART 나 ISA100.11a와 같은 산업 무선 센서 네트워크를 위한 표준 프로토콜로 높은 신뢰성과 안정성을 제공한다.
시간을 타임 슬롯으로 나누는 매체 접근 제어 기술을 통해 무선 통신 중에 발생할 수 있는 충돌이나 경합을 해결한다. 또한 채널 호핑 기술을 통해 타임 슬롯이 증가하며 주파수가 변하여 충돌을 방지하여 다중 경로 페이딩 문제를 해결할 수 있다. 시분할 접근 특성과 여러 채널을 호핑 하는 채널 호핑 특성으로 금속 구조물이 많은 플랜트 환경에서도 높은 신뢰성을 가지며, 분할된 타임 슬롯에 대한 장치들의 접근을 스케줄에 맞는 통신을 제공하여 결정적 지연시간을 보장할 수 있다.
TSCH 네트워크에서는 각 노드는 모두 시간에 대하여 동기화(Synchronization)된다. 타임 슬롯과 채널로 이루어진 영역을 셀이라고 불리는데, 각 노드는 셀을 통하여 패킷의 교환이 이루어진다. 타임 슬롯과 전송 가능한 채널의 집합을 슬롯 프레임이라고 하며, 슬롯 프레임은 네트워크가 형성하는 동안 계속해서 반복한다. 절대 슬롯 번호 (Absolute Slot Number)는 네트워크가 형성된 이후로 지난 총 타임 슬롯의 수이며 전체 노드가 공유한다.
네트워크에서 각 노드가 실제로 사용하는 주파수는 수학식 1에 해당하는 식을 바탕으로 선택한다.
Figure 112020142303559-pat00001
도 1에서 6개의 노드가 TSCH 네트워크를 형성하여 데이터를 주고받는 모습을 보여준다. 슬롯 오프셋과 채널 오프셋으로 나누어진 한 셀에 Tx와 Rx, Sleep을 반복하며 패킷을 주고받는다. 공유 셀에서는 네트워크의 형성이나 유지를 도와주기 위한 제어 메시지를 주고받는다.
네트워크를 구성하기 위한 Enhanced Beacon(EB)이나 네트워크 토폴로지 형성을 위한 DODAG Information Object(DIO)가 대표적이다. 고정 셀에서 지정된 노드의 패킷을 주고받을 수 있다. 각 노드가 언제(어떤 타임 슬롯에서), 어떤 채널을 사용하여 패킷을 주고받는지 정하는 스케줄링 기법은 IEEE 802.15.4e TSCH 표준에서는 다루고 있지 않으며, 특정한 애플리케이션에 따라 다르다.
도 2는 고정 셀에서 지정된 노드의 패킷을 주고받는 것을 나타낸 구성도이다.
도 2에서와 같이, TSCH 표준상의 한 셀의 길이는 10ms이며, 이는 프레임을 전송하고 수신한 ACK를 받을 만한 시간이다.
미사용 셀에서는 어떠한 노드의 패킷 전송도 이루어지지 않으며, 각 노드는 Sleep 상태를 유지한다. IETF 6top은 6TiSCH Operation Sub layer로 IEEE 802.15.4e TSCH MAC 계층의 다음 상위 계층이다.
6TiSCH 네트워크의 분산 스케줄링을 통하여 서로 다른 두 노드 간 TSCH 셀을 추가 혹은 제거한다. 셀을 추가하거나 삭제하는 시기를 결정하는 규칙을 정의하는 Scheduling Function(SF)과 서로 다른 두 셀의 스케줄을 관리하는 6top Protocol(6P) 로 구성된다.
6P는 두 개의 인접 노드가 TSCH 스케줄에서 셀을 추가/삭제/재배치를 할 수 있도록 한다. 두 개의 인접 노드는 TSCH 스케줄에서 추가, 삭제 혹은 재배치할 셀의 위치를 협상한다. 이 협상 과정을 6P 트랜잭션(Transaction)이라고 부르는데 2단계 혹은 3단계로 구성된다.
다음 예시를 통하여 2단계 혹은 3단계 6P 트랜잭션(Transaction)을 설명한다.
도 3은 2단계 6P 트랜잭션(Transaction) 상황을 나타낸 구성도이다.
노드 A가 노드 B에게 셀 할당을 요청한다.
노드 A가 통신 가능한 셀을 요청하는 6P ADD 요청을 노드 B에게 보낸다. 6P ADD 명령어와 함께 B가 선택할 수 있는 셀 리스트와 원하는 셀 숫자를 보내면, B는 가장 적합한 셀을 선택하여 노드 A에게 6P Response 응답 메시지를 보낸다.
도 4는 3단계 6P 트랜잭션(Transaction) 상황을 나타낸 구성도이다.
노드 A가 노드 B에게 셀 할당을 요청한다.
통신이 가능한 셀을 요청하는 노드 A가 6P ADD를 요청을 노드 B에게 보낸다.
2단계 6P Transaction 상황과 다르게 노드 A는 6P ADD 명령어와 빈 셀 리스트, 그리고 협상이 필요한 셀 개수를 보내면, 노드 B는 가장 적합한 셀을 셀 리스트에 넣고 노드 A로 6P Response 응답 메시지를 보낸다.
노드 A는 셀 리스트 필드에서 자신이 적합한 셀 리스트를 셀 개수만큼 저장하여 ACK 한다.
IETF RPL(IPv6 Routing Protocol) 6TiSCH 네트워크 스택에서 3계층 프로토콜에 해당한다. RPL은 무선 센서 네트워크 환경에서 Destination Oriented Directed Acyclic Graph(DODAG)를 형성하며, 각 노드에서 센서를 수집하여 게이트웨이 역할을 하는 루트 노드를 단일 목적지로 하는 트리 형태의 토폴로지를 가지고 있다.
RPL은 네트워크의 사이클이나 루프 현상을 막기 위해 RANK를 사용한다.
RANK는 각 노드와 루트 노드까지의 상대적 거리를 나타내며, RANK를 계산하는 방법은 Objective Function(OF)에 따라 달라진다. RPL에서 표준으로 사용하는 OF는 OF0이며, Expected Transmission Count(ETX)와 수신 세기 강도(Received Signal Strength Indication, RSSI)에 따라 RANK를 결정한다.
ETX는 예상 전송 횟수로 두 노드 사이 링크의 품질 측정치이다.
이를 계산하는 방법은 수학식 2에서와 같다.
Figure 112020142303559-pat00002
도 5는 RANK를 계산한 노드가 이웃 노드들에 자신의 정보를 전파하는 패킷 구성도이다.
토폴로지를 형성하고 유지하기 위해 RPL은 주기적으로 브로드캐스트되는 제어 메시지를 활용한다.
토폴로지를 형성하기 위해 네트워크에 참여한 노드는 DODAG Information Solicitation(DIS) 메시지를 RPL 네트워크에 전파한다. 이는 DODAG Information Object (DIO) 메시지를 요청하기 위한 요청 메시지이다.
DIS 메시지를 받은 노드는 DIO를 브로드캐스트한다. DIO 메시지를 수신한 센서 노드는 OF를 계산하고, 가장 적은 RANK 값을 가지는 노드를 자신의 선호 부모 노드로 선택하고, DODAG를 형성한다.
RANK를 계산한 노드는 다시 도 5의 DIO 메시지 필드에 넣어서 정보를 전달하게 되며 통신 가능 거리에 있는 이웃 노드들에 자신의 정보를 전파한다.
선호 부모 노드를 선택하고, DODAG를 형성한 노드는 Destination Advertisement Object(DAO) 메시지를 TSCH 네트워크의 고정 셀에서 루트 노드에 전송하며 루트 노드는 DAO 메시지를 바탕으로 라우팅 테이블에 주소 정보를 저장한다. 루트 노드에서 받은 DAO 메시지와 형성된 라우팅 테이블을 참고하여 하향 경로를 형성할 수 있다.
그러나 이와 같은 종래 기술의 이동 노드의 셀 할당 스케줄링 방법은 다음과같은 문제가 있다.
작업자가 이동하며, 센서 작동 상황을 확인하고 센서와 지속해서 통신하는 상황일 때, 시설 점검에 대한 결과치를 중앙으로 보내는 상황이 있을 수 있다.
작업자에 부착된 이동 노드와 네트워크의 각 센서 노드의 링크 연결은 빠르게 할당해야 할 것이며, 그 결과값을 적은 지연 시간으로 중앙 노드에 패킷을 전송할 수 있어야 한다.
TSCH의 각 슬롯에서 스케줄을 만들고 유지하는 기법들이 다수 존재하지만, 이동성을 지원하기 위한 스케줄링 기법에 대한 연구는 활발히 진행되지 않고 있다.
이동 노드의 특성상 부모 노드와의 통신 링크가 자주 재할당 되는 경우가 발생한다. 이동 노드의 이동으로 기존 부모 노드와의 통신 링크가 일시적으로 해제되었을 때 부모 이동 노드에서 생성되는 패킷의 누락을 최소화할 필요가 있다.
따라서, 산업 애플리케이션의 안정성 및 실시간 요구사항을 충족시킬 수 있도록 하는 이동 노드의 셀 할당 스케줄링에 관한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0036760호 대한민국 공개특허 제10-2020-0071638호 대한민국 공개특허 제10-2017-0102707호
본 발명은 종래 기술의 산업 IoT 네트워크에서의 셀 스케줄링 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 통신 노드가 TSCH의 타임 슬롯 액세스와 다중 채널 및 채널 호핑 기술을 결합하여 높은 신뢰성과 저 전력 동작을 통해 산업 애플리케이션의 안정성 및 실시간 요구사항을 충족시킬 수 있도록 한 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이동 노드의 링크 품질 변경에 즉각적으로 대응하여 이웃 노드에 자신의 패킷을 전달하여 경로를 재설정하고 전송되는 패킷의 누락을 최소화할 수 있도록 한 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이동 노드를 포함하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 이동으로 인하여 이동 노드가 자신의 선호 부모 노드로 통신 링크가 자주 해제되는 상황에서 빠르게 통신 링크를 복구하여 이동 노드에서 생성되는 패킷의 누락을 최소화할 수 있도록 한 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이동 노드에서 패킷을 생성하여 루트 노드까지 향하는 고정 경로를 할당하여 이동 노드와 루트 노드 간 지연 시간을 최소화할 수 있도록 한 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치는 이동 노드의 이동으로 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하도록 하는 링크해제 감지부;이동 노드가 공유 셀에서 DIS(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Solicitation) 메시지를 브로드캐스트하도록 하는 DIS 메시지 전송부;이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하여 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Object) 메시지를 이동 노드에 보내면 유니캐스트 DIO 메시지를 받는 유니캐스트 제어 메시지 수신부;이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 공유 셀에서 보내면 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는 DIO 메시지 수신부;공유 셀에서의 DIO 메시지 충돌을 최소화하기 위하여 이동 노드가 미리 전파된 고정 셀을 통해 충돌없이 이웃 노드로부터 유니캐스트 DIO 메시지를 수신하여 선호 부모 노드와 라우팅 경로를 구성하도록 하는 선호부모 노드 설정부; 및 선호 부모 노드와 라우팅 경로가 구성되면 데이터 전송을 시작하는 패킷 송수신부;를 포함하고, 이동 노드의 링크 품질 변경시에 이동 노드와 루트 노드 간 지연 시간을 최소화하기 위하여, 미리 전파된 고정 셀을 통해 충돌없이 이웃 노드로부터 유니캐스트 DIO 메시지를 수신하여 새 선호 부모 노드를 선정하고 경로를 복구할 수 있도록 루트 노드까지 향하는 고정 경로를 할당하여 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축을 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축을 위하여, 새 노드가 네트워크에 참여하고 DAO 메시지를 루트 노드로 전송하면 루트 노드는 네트워크에 참여하는 노드의 MAC 주소를 수집하고, DAO 메시지에서 이동 Flag를 추가하여 정지 노드와 이동 노드를 판별하는 것을 특징으로 한다.
그리고 DAO 메시지를 루트 노드에서 수신하고 이 DAO 메시지가 이동 노드가 아니라면, DAO를 송신한 노드의 MAC 주소의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 자동 셀로 저장하여 이동 - 루트 노드 고정 경로를 형성할 때, 이동 노드의 Tx 셀을 할당하기 위한 기준이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 루트 노드는 자신이 가지고 있는 셀 정보를 바탕으로 스케줄에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 위치에 이동 - 루트 노드 고정 경로 시작 셀을 할당하는 것을 특징으로 한다.
그리고 루트 노드에는 공유 셀과 자동 셀이 저장되어 있고, 공유 셀은 EB나 DAO, DIO 제어 메시지를 주고받을 수 있는 전용 셀이고, 자동 셀은 루트 노드에서 이동 - 루트 노드 고정 경로에서 이동 노드의 Tx셀을 할당하기 위해 저장하고 있는 값으로, 해당 셀에서 통신은 이루어지지 않는 것을 특징으로 한다.
그리고 루트 노드까지 셀 협상 과정을 거쳤다면 루트 노드는 협상 완료 메시지와 이동 - 루트 고정 경로 라우팅 테이블을 DIO 프레임에 담아 전파하여, DIO를 네트워크에 참여하고 있는 모든 노드에 공유하고, 네트워크의 전체 노드는 이동 - 루트 고정 경로와 이동 노드의 MAC 주소를 저장하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법은 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하는 단계;이동 노드가 공유 셀에서 DIS(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Solicitation) 메시지를 브로드캐스트하는 단계;이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하면, 즉시 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Object) 메시지를 이동 노드에 보내고, 이동 노드에서 이웃 노드의 제어 전용 Rx 셀에서 라디오를 켜고 유니캐스트 DIO 메시지를 받는 단계;이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 공유 셀에서 보내면 이동 노드가 토폴로지를 유지하는 동안에 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는 단계;공유 셀에서의 DIO 메시지 충돌을 최소화하기 위하여 이동 노드가 미리 전파된 고정 셀을 통해 충돌없이 이웃 노드로부터 유니캐스트 DIO 메시지를 수신하여 선호 부모 노드와 라우팅 경로를 구성하는 단계; 및 선호 부모 노드와 라우팅 경로가 구성되면 데이터 전송을 시작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축을 위하여, 새 노드가 네트워크에 참여하고 DAO 메시지를 루트 노드로 전송하면 루트 노드는 네트워크에 참여하는 노드의 MAC 주소를 수집하고, DAO 메시지에서 이동 Flag를 추가하여 정지 노드와 이동 노드를 판별하는 것을 특징으로 한다.
그리고 DAO 메시지를 루트 노드에서 수신하고 이 DAO 메시지가 이동 노드가 아니라면, DAO를 송신한 노드의 MAC 주소의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 자동 셀로 저장하여 이동 - 루트 노드 고정 경로를 형성할 때, 이동 노드의 Tx 셀을 할당하기 위한 기준이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축후에, 이동 - 루트 노드 고정 경로에서 이웃 노드들에 전파하면서, 이동 노드의 MAC 주소도 함께 전달하고, 이동 - 루트 노드 고정 경로를 전파받은 이웃 노드 자신의 MAC 주소와 이동 노드의 MAC 주소의 합의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 결정하여 유니캐스트 제어 전용 Tx 셀을 할당하는 것을 특징으로 한다.
그리고 할당한 셀은 평상시 Sleep 상태로 유지되고 있다가, 이동 노드가 자신이 선호 부모와 연결이 해제되었고, 새로 토폴로지를 구성할 필요가 있다는 Flag를 DIS 메시지에 담아 공유 셀로 브로드캐스트하면, 이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 해당 셀에서 보내는 것을 특징으로 한다.
그리고 이동 노드가 토폴로지를 유지하는 동안에 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받고, 이동 노드가 DIO 메시지를 받을 때, 이웃 노드와 자신의 MAC 주소를 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 결정하여 유니캐스트 제어 전용 Rx 셀을 할당하여, 이웃 노드와 이동 노드의 MAC 주소를 서로 알고 있고 그 MAC 주소 해시값을 바탕으로 유니캐스트 제어 전용 셀을 할당하기 때문에, 이웃 노드 사이의 충돌은 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 통신 노드가 TSCH의 타임 슬롯 액세스와 다중 채널 및 채널 호핑 기술을 결합하여 높은 신뢰성과 저 전력 동작을 통해 산업 애플리케이션의 안정성 및 실시간 요구사항을 충족시킬 수 있도록 한다.
둘째, 이동 노드의 링크 품질 변경에 즉각적으로 대응하여 이웃 노드에 자신의 패킷을 전달하여 경로를 재설정하고 전송되는 패킷의 누락을 최소화할 수 있도록 한다.
셋째, 이동 노드를 포함하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 이동으로 인하여 이동 노드가 자신의 선호 부모 노드로 통신 링크가 자주 해제되는 상황에서 빠르게 통신 링크를 복구하여 이동 노드에서 생성되는 패킷의 누락을 최소화할 수 있도록 한다.
넷째, 이동 노드에서 패킷을 생성하여 루트 노드까지 향하는 고정 경로를 할당하여 이동 노드와 루트 노드 간 지연 시간을 최소화할 수 있도록 한다.
도 1은 6개의 노드가 TSCH 네트워크를 형성하여 데이터를 주고받는 과정을 나타낸 구성도
도 2는 고정 셀에서 지정된 노드의 패킷을 주고받는 것을 나타낸 구성도
도 3은 2단계 6P 트랜잭션(Transaction) 상황을 나타낸 구성도
도 4는 3단계 6P 트랜잭션(Transaction) 상황을 나타낸 구성도
도 5는 RANK를 계산한 노드가 이웃 노드들에 자신의 정보를 전파하는 패킷 구성도
도 6은 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치의 구성도
도 7a와 도 7b는 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법을 나타낸 동작 흐름도
도 8은 루트 노드는 자신이 가지고 있는 셀 정보를 바탕으로 이동 - 루트 노드 고정 경로 시작 셀을 할당하는 과정을 나타낸 구성도
도 9는 채널 오프셋과 관계없이, 각 슬롯 오프셋에 할당된 셀의 수를 확인하는 과정을 나타낸 구성도
도 10은 이동 노드의 현재 선호 노드의 이웃 중 한 노드와 이동 노드가 가지고 있는 스케줄 정보를 나타낸 구성도
도 11은 이웃 노드의 제어 전용 Rx 셀에서 라디오를 켜고 유니캐스트 제어 메시지를 받는 과정을 나타낸 구성도
도 12는 슬롯 오프셋의 제어 전용 Rx 셀의 라디오를 Off 하여 더 이상 다른 이웃 노드들의 유니캐스트 제어 메시지를 받지 못하도록 하는 과정을 나타낸 구성도
이하, 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법은 통신 노드가 TSCH의 타임 슬롯 액세스와 다중 채널 및 채널 호핑 기술을 결합하여 높은 신뢰성과 저 전력 동작을 통해 산업 애플리케이션의 안정성 및 실시간 요구사항을 충족시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 이동 노드의 링크 품질 변경에 즉각적으로 대응하여 이웃 노드에 자신의 패킷을 전달하여 경로를 재설정하고 전송되는 패킷의 누락을 최소화하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 이동 노드를 포함하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 이동으로 인하여 이동 노드가 자신의 선호 부모 노드로 통신 링크가 자주 해제되는 상황에서 빠르게 통신 링크를 복구하여 이동 노드에서 생성되는 패킷의 누락을 최소화하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 이동 노드에서 패킷을 생성하여 루트 노드까지 향하는 고정 경로를 할당하여 이동 노드와 루트 노드 간 지연 시간을 최소화하는 구성을 포함할 수 있다.
6TiSCH 네트워크의 각 노드는 동기화 과정 이후 6top 프로토콜을 통하여 셀을 할당하거나 제거한다. 이동 노드의 이동으로 선호 부모 노드가 변경될 경우, 이전 부모 노드와의 셀을 해제하고 선호 부모 노드와의 셀 협상 과정을 다시 거쳐야 한다. 이 과정에서 패킷 누락이 생기고 셀을 다시 할당하는 과정에서 지연 시간이 발생한다.
따라서, 이동 노드의 이동으로 자신의 선호 부모 노드가 변경되더라도 패킷의 누락을 최소화하기 위해서 이동 노드에서 시작하여 루트 노드로 향하는 트래픽을 위한 전용 경로인 이동 - 루트 노드 고정 경로를 구축하고, 선호 부모 노드의 이웃 노드에 그 고정 경로를 미리 전파하여 이동 노드의 선호 부모 노드가 변경되었을 때, 빠르게 고정 경로를 형성하여 패킷 누락과 지연시간을 최소화할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치는 도 6에서와 같이, 이동 노드의 이동으로 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하도록 하는 링크해제 감지부(10)와, 이동 노드가 공유 셀에서 DIS 메시지를 브로드캐스트하도록 하는 DIS 메시지 전송부(20)와, 이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하면, 즉시 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Object) 메시지를 이동 노드에 보내고, 이동 노드에서 이웃 노드의 제어 전용 Rx 셀에서 라디오를 켜고 유니캐스트 DIO 메시지를 받는 유니캐스트 제어 메시지 수신부(30)와, 이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 공유 셀에서 보내면 이동 노드가 토폴로지를 유지하는 동안에 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는 DIO 메시지 수신부(40)와, 이동 노드가 공유 셀에서 DIO 메시지 충돌을 최소화하며 선호 부모 노드와 라우팅 경로를 구성하도록 하는 선호부모 노드 설정부(50)와, 선호 부모 노드와 라우팅 경로가 구성되면 데이터 전송을 시작하는 패킷 송수신부(60)를 포함한다.
본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 7a와 도 7b는 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법은 도 7a에서와 같이 크게, 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하는 단계와, 이동 노드가 공유 셀에서 DIS 메시지를 브로드캐스트하는 단계와, 이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하면, 즉시 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO 메시지를 이동 노드에 보내고, 이동 노드에서 이웃 노드의 제어 전용 Rx 셀에서 라디오를 켜고 유니캐스트 DIO 메시지를 받는 단계와, 이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 공유 셀에서 보내면 이동 노드가 토폴로지를 유지하는 동안에 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는 단계와. 이동 노드가 공유 셀에서 DIO 메시지 충돌을 최소화하며 선호 부모 노드와 라우팅 경로를 구성하는 단계 및 선호 부모 노드와 라우팅 경로가 구성되면 데이터 전송을 시작하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 도 7b에서와 같이, 동기화를 하고 이동 노드가(S701) 부모노드로 자신이 이동 노드임을 알린다.(S702)
이어, 자신의 MAC 주소를 갖는 DIO 메시지를 전파하고(S703), 루트 고정 경로 구축을 한다.(S704)
그리고 네트워크 참여를 하여(S707) 링크 상태가 정상인지 판단한다.(S708)
링크 상태가 정상이 아니면 이동 노드가(S709) 유니캐스트 DIO 메시지를 전파하고(S710) DIO 메시지 수신여부를 판단한다.(S711)
(S701) 단계에서 이동 노드가 아니면 부모 모드로 자신의 MAC 주소를 전송하고(S705) 기본의 셀 할당 스케줄링을 수행한다.(S706)
도 8은 루트 노드는 자신이 가지고 있는 셀 정보를 바탕으로 이동 - 루트 노드 고정 경로 시작 셀을 할당하는 과정을 나타낸 구성도이다.
이동 - 루트 노드 고정 경로는 3가지 과정을 거쳐서 형성된다.
우선, 새 노드가 네트워크에 참여하고 DAO 메시지를 루트 노드로 전송하면 루트 노드는 네트워크에 참여하는 노드의 MAC 주소를 수집한다. DAO 메시지에서 이동 Flag를 추가하여 정지 노드와 이동 노드를 판별한다.
DAO 메시지를 루트 노드에서 수신하고 이 DAO 메시지가 이동 노드가 아니라면, DAO를 송신한 노드의 MAC 주소의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 자동 셀로 저장한다.
이는 이동 - 루트 노드 고정 경로를 형성할 때, 이동 노드의 Tx 셀을 할당하기 위한 기준이 된다. 루트 노드는 자신이 가지고 있는 셀 정보를 바탕으로 기존 스케줄에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 위치에 이동 - 루트 노드 고정 경로 시작 셀을 할당한다.
루트 노드에 도 8과 같은 공유 셀과 자동 셀이 저장되어 있다.
도 8에서 공유 셀은 EB나 DAO, DIO 제어 메시지를 주고받을 수 있는 전용 셀이고, 자동 셀의 알파벳은 루트 노드에서 저장하고 있는 네트워크에서 참여하고 있는 노드를 나타낸다.
자동 셀은 루트 노드에서 이동 - 루트 노드 고정 경로에서 이동 노드의 Tx셀을 할당하기 위해 저장하고 있는 값으로, 해당 셀에서 통신은 이루어지지 않는다.
도 9는 채널 오프셋과 관계없이, 각 슬롯 오프셋에 할당된 셀의 수를 확인하는 과정을 나타낸 구성도이다.
DAO 메시지를 루트 노드에서 수신하고 이 DAO 메시지가 이동 노드임을 판별하면, 채널 오프셋과 관계없이, 각 슬롯 오프셋에 할당된 셀의 수를 확인한다.
도 9에서 채널 오프셋과 관계없이 슬롯 오프셋 1 에서는 하나의 셀이 할당되어 있고, 슬롯 오프셋 2 에서 하나, 슬롯 오프셋 3 에서 하나, ... , 슬롯 오프셋 5에서는 0개의 셀, ... , 슬롯 오프셋 8 에서는 0개의 셀이 할당되어 있음을 알 수 있다.
이를 슬롯 오프셋 0부터 시작하여 슬롯 오프셋 길이까지 배열로 나타내면 [1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0]으로 나타낼 수 있다. 슬롯 오프셋 0 은 1로 계산한다.
이때 연속된 0이 가장 많은 슬롯 오프셋의 시작 슬롯에 이동 노드의 Tx셀을 할당한다. 이는 이동 - 루트 노드 고정 경로는 이동 노드에서 시작하여 루트 노드까지 가장 짧은 지연 시간을 가지는 패킷 전송 경로를 구축해야 하는데, 기존 정지 노드 간 스케줄의 영향을 최소화하면서 각 노드가 연속된 슬롯 오프셋에 할당이 되어 있어야 짧은 지연 시간이 가능하기 때문이다.
이동 - 루트 노드 고정 경로에서 이동 노드의 Tx셀을 할당하면 이동 노드로부터 루트 노드까지 차례대로 6Top 프로토콜의 셀 협상 과정을 거쳐 각 노드의 셀을 할당하게 된다.
이동 노드 M과 노드 E 사이에 6Top 프로토콜의 셀 협상 과정을 통하여 셀을 할당한다. 노드 E와 노드 B 사이 셀 협상 과정을 거치는데, 지연 시간을 최소화하기 위하여 셀 협상은 노드 E의 Rx 셀의 슬롯 오프셋인 7보다 1이 더 큰 8에서 협상할 수 있도록 우선순위를 둔다. 노드 B와 노드 A 사이 셀 협상 과정을 거친다.
루트 노드인 노드 A까지 셀 협상 과정을 거쳤다면 루트 노드는 협상 완료 메시지와 이동 - 루트 고정 경로 라우팅 테이블을 DIO 프레임에 담아 전파한다.
DIO를 네트워크에 참여하고 있는 모든 노드에 공유하고, 네트워크의 전체 노드는 이동 - 루트 고정 경로와 이동 노드의 MAC 주소를 저장한다.
이동 노드에서 패킷을 생성하여 선호 부모 노드를 거쳐, 루트 노드로 전달하는 알고리즘은 제시했지만, 이동 노드의 이동으로 기존의 선호 부모 노드와 링크 연결이 해제되어 패킷 전송이 되지 않는 경우가 존재한다.
선호 부모 노드와의 통신 링크가 해제되어 패킷의 누락이 발생하면 지속해서 데이터를 수집하는 애플리케이션에 크게 영향을 끼칠 수 있다.
따라서 이동 노드가 자신의 선호 부모 노드와의 링크 연결이 끊어졌다는 사실을 인식하면 이웃 노드에 알려, 자신이 토폴로지에 참여하고 싶다는 메시지를 보내고, 충돌 없이 DIO 메시지를 받아 빠르게 링크를 복구하도록 한다.
도 10은 이동 노드의 현재 선호 노드의 이웃 중 한 노드와 이동 노드가 가지고 있는 스케줄 정보를 나타낸 구성도이다.
이동 - 루트 노드 고정 경로 구축 알고리즘 이후 수행하는 알고리즘이다.
이동 - 루트 노드 고정 경로에서 이웃 노드들에 전파하면서, 이동 노드의 MAC 주소도 함께 전달한다.
이때 이동 - 루트 노드 고정 경로를 전파받은 이웃 노드 자신의 MAC 주소와 이동 노드의 MAC 주소의 합의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 결정하여 유니캐스트 제어 전용 Tx 셀을 할당한다.
할당한 셀은 평상시 Sleep 상태로 유지되고 있다가, 이동 노드가 자신이 선호 부모와 연결이 해제되었고, 새로 토폴로지를 구성할 필요가 있다는 Flag를 DIS 메시지에 담아 공유 셀로 브로드캐스트하면, 이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 해당 셀에서 보낸다.
이동 노드 역시 토폴로지를 유지하는 동안에 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는다. 이동 노드가 DIO 메시지를 받을 때, 이웃 노드와 자신의 MAC 주소를 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 결정하여 유니캐스트 제어 전용 Rx 셀을 할당한다.
이웃 노드와 이동 노드의 MAC 주소를 서로 알고 있고 그 MAC 주소 해시값을 바탕으로 유니캐스트 제어 전용 셀을 할당하기 때문에, 이웃 노드 사이의 충돌은 발생하지 않는다.
도 10은 이동 노드의 현재 선호 노드의 이웃 중 한 노드와 이동 노드가 가지고 있는 스케줄 정보이다.
(슬롯 오프셋, 채널 오프셋) = (2, 3) 인 셀에서 현재 이동 노드의 선호 부모 노드의 이웃 노드 F가 MAC 주소를 바탕으로 이동 노드를 향하는 제어 전용 Tx 셀을 할당하고 있다. 이동 노드 역시 (슬롯 오프셋, 채널 오프셋) = (2, 3) 인 셀에서 이웃 노드로부터 제어 전용 Rx 셀을 할당하고 있다. 아직 선호 노드와 통신을 지속하고 있음으로 제어 전용 셀은 할당하고 있지만, 라디오는 Off 하여 해당 셀에서 패킷 교환은 이루어지지 않는다.
도 11은 이웃 노드의 제어 전용 Rx 셀에서 라디오를 켜고 유니캐스트 제어 메시지를 받는 과정을 나타낸 구성도이고, 도 12는 슬롯 오프셋의 제어 전용 Rx 셀의 라디오를 Off 하여 더 이상 다른 이웃 노드들의 유니캐스트 제어 메시지를 받지 못하도록 하는 과정을 나타낸 구성도이다.
이동 노드의 이동으로 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하면, 이동 노드는 공유 셀에서 DIS 메시지를 브로드 캐스트하고, 이동 노드의 제어 전용 셀 Rx 라디오를 켠다.
다음 슬롯 프레임으로부터 이웃 노드가 해당 셀에서 유니캐스트 DIO 메시지를 수신할 수 있다. 이웃 노드는 공유 셀에서 Rx 라디오를 켜고 있고, 이동 노드의 DIS 메시지를 수신한다.
이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하면, 즉시 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO 메시지를 이동 노드에 보낸다.
이동 노드에서는 도 11에서와 같이 이웃 노드의 제어 전용 Rx 셀에서 라디오를 켜고 유니캐스트 DIO 메시지를 받는다. 해당 알고리즘의 목적은 충돌 없이 DIO 메시지를 받아 빠르게 링크를 복구하는 것이므로, 제어 전용 Rx 셀 중 하나라도 수신을 한다면, 도 12에서와 같이 슬롯 오프셋의 제어 전용 Rx 셀의 라디오를 Off 하여 더 이상 다른 이웃 노드들의 유니캐스트 DIO 메시지를 받지 못하도록 한다.
유니캐스트 전용 Tx셀에서 DIO 메시지에 대한 ACK를 받은 이웃 노드는 다음 슬롯 프레임 공유 셀에서 DIO 메시지를 보내고, ACK를 받지 못한 이웃 노드는 DIO 메시지를 보내지 않는다. 이동 노드는 공유 셀에서 DIO 메시지 충돌을 최소화하며 선호 부모 노드와 라우팅 경로 구성이 가능하고, 데이터 전송을 시작한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치 및 방법은 통신 노드가 TSCH의 타임 슬롯 액세스와 다중 채널 및 채널 호핑 기술을 결합하여 높은 신뢰성과 저 전력 동작을 통해 산업 애플리케이션의 안정성 및 실시간 요구사항을 충족시킬 수 있도록 한 것으로, 이동 노드의 링크 품질 변경에 즉각적으로 대응하여 이웃 노드에 자신의 패킷을 전달하여 경로를 재설정하고 전송되는 패킷의 누락을 최소화할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 링크해제 감지부
20. DIS 메시지 전송부
30. 유니캐스트 제어 메시지 수신부
40. DIO 메시지 수신부
50. 선호부모 노드 설정부
60. 패킷 송수신부

Claims (12)

  1. 이동 노드의 이동으로 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하도록 하는 링크해제 감지부;
    이동 노드가 공유 셀에서 DIS(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Solicitation) 메시지를 브로드캐스트하도록 하는 DIS 메시지 전송부;
    이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하여 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Object) 메시지를 이동 노드에 보내면 유니캐스트 DIO 메시지를 받는 유니캐스트 제어 메시지 수신부;
    이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 공유 셀에서 보내면 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는 DIO 메시지 수신부;
    공유 셀에서의 DIO 메시지 충돌을 최소화하기 위하여 이동 노드가 미리 전파된 고정 셀을 통해 충돌없이 이웃 노드로부터 유니캐스트 DIO 메시지를 수신하여 선호 부모 노드와 라우팅 경로를 구성하도록 하는 선호부모 노드 설정부; 및 선호 부모 노드와 라우팅 경로가 구성되면 데이터 전송을 시작하는 패킷 송수신부;를 포함하고,
    이동 노드의 링크 품질 변경시에 이동 노드와 루트 노드 간 지연 시간을 최소화하기 위하여, 미리 전파된 고정 셀을 통해 충돌없이 이웃 노드로부터 유니캐스트 DIO 메시지를 수신하여 새 선호 부모 노드를 선정하고 경로를 복구할 수 있도록 루트 노드까지 향하는 고정 경로를 할당하여 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축을 하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축을 위하여,
    새 노드가 네트워크에 참여하고 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지를 루트 노드로 전송하면 루트 노드는 네트워크에 참여하는 노드의 MAC 주소를 수집하고, DAO 메시지에서 이동 Flag를 추가하여 정지 노드와 이동 노드를 판별하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, DAO 메시지를 루트 노드에서 수신하고 이 DAO 메시지가 이동 노드가 아니라면,
    DAO를 송신한 노드의 MAC 주소의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 자동 셀로 저장하여 이동 - 루트 노드 고정 경로를 형성할 때, 이동 노드의 Tx 셀을 할당하기 위한 기준이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 루트 노드는 자신이 가지고 있는 셀 정보를 바탕으로 이동 - 루트 노드 고정 경로 시작 셀을 할당하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 루트 노드에는 공유 셀과 자동 셀이 저장되어 있고,
    공유 셀은 EB(Enhanced Beacon)나 DAO(Destination Advertisement Object), DIO(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Object) 제어 메시지를 주고받을 수 있는 전용 셀이고,
    자동 셀은 루트 노드에서 이동 - 루트 노드 고정 경로에서 이동 노드의 Tx셀을 할당하기 위해 저장하고 있는 값으로, 해당 셀에서 통신은 이루어지지 않는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 루트 노드까지 셀 협상 과정을 거쳤다면 루트 노드는 협상 완료 메시지와 이동 - 루트 고정 경로 라우팅 테이블을 DIO 프레임에 담아 전파하여,
    DIO를 네트워크에 참여하고 있는 모든 노드에 공유하고, 네트워크의 전체 노드는 이동 - 루트 고정 경로와 이동 노드의 MAC 주소를 저장하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 장치.
  7. 이동 노드가 선호 부모 노드와의 링크 해제를 감지하는 단계;
    이동 노드가 공유 셀에서 DIS(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Solicitation) 메시지를 브로드캐스트하는 단계;
    이동 노드에서 보내는 DIS 메시지임을 이웃 노드의 공유 셀에서 감지하면, 즉시 유니캐스트 전용 Tx 셀에서 유니캐스트 DIO(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph) Information Object) 메시지를 이동 노드에 보내고, 이동 노드에서 이웃 노드의 제어 전용 Rx 셀에서 라디오를 켜고 유니캐스트 DIO 메시지를 받는 단계;
    이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 공유 셀에서 보내면 이동 노드가 토폴로지를 유지하는 동안에 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받는 단계;
    공유 셀에서의 DIO 메시지 충돌을 최소화하기 위하여 이동 노드가 미리 전파된 고정 셀을 통해 충돌없이 이웃 노드로부터 유니캐스트 DIO 메시지를 수신하여 선호 부모 노드와 라우팅 경로를 구성하는 단계; 및 선호 부모 노드와 라우팅 경로가 구성되면 데이터 전송을 시작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축을 위하여,
    새 노드가 네트워크에 참여하고 DAO(Destination Advertisement Object) 메시지를 루트 노드로 전송하면 루트 노드는 네트워크에 참여하는 노드의 MAC 주소를 수집하고, DAO 메시지에서 이동 Flag를 추가하여 정지 노드와 이동 노드를 판별하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, DAO 메시지를 루트 노드에서 수신하고 이 DAO 메시지가 이동 노드가 아니라면,
    DAO를 송신한 노드의 MAC 주소의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 자동 셀로 저장하여 이동 - 루트 노드 고정 경로를 형성할 때, 이동 노드의 Tx 셀을 할당하기 위한 기준이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 이동 - 루트 노드 고정 경로 구축후에,
    이동 - 루트 노드 고정 경로에서 이웃 노드들에 전파하면서, 이동 노드의 MAC 주소도 함께 전달하고,
    이동 - 루트 노드 고정 경로를 전파받은 이웃 노드 자신의 MAC 주소와 이동 노드의 MAC 주소의 합의 해시값을 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 결정하여 유니캐스트 제어 전용 Tx 셀을 할당하는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 할당한 셀은 평상시 Sleep 상태로 유지되고 있다가, 이동 노드가 자신이 선호 부모와 연결이 해제되었고, 새로 토폴로지를 구성할 필요가 있다는 Flag를 DIS 메시지에 담아 공유 셀로 브로드캐스트하면, 이동 노드를 향한 유니캐스트 DIO 메시지를 해당 셀에서 보내는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 이동 노드가 토폴로지를 유지하는 동안에 이웃 노드가 전파하는 자신의 MAC 주소가 포함된 DIO 메시지를 받고,
    이동 노드가 DIO 메시지를 받을 때, 이웃 노드와 자신의 MAC 주소를 이용하여 슬롯 오프셋과 채널 오프셋을 결정하여 유니캐스트 제어 전용 Rx 셀을 할당하여,
    이웃 노드와 이동 노드의 MAC 주소를 서로 알고 있고 그 MAC 주소 해시값을 바탕으로 유니캐스트 제어 전용 셀을 할당하기 때문에, 이웃 노드 사이의 충돌은 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 6TiSCH 네트워크에서 이동 노드의 고속 셀 할당 스케줄링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180124812A1 (en) 2016-11-02 2018-05-03 Cisco Technology, Inc. Per-packet, time slotted channel hopping (tsch), meta-timeslot
US20200145897A1 (en) 2018-11-07 2020-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba METHOD AND DEVICE FOR ROUTING DATA IN 6TiSCH NETWORKS

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101961049B1 (ko) 2014-07-31 2019-03-21 콘비다 와이어리스, 엘엘씨 타임 슬롯화 채널 홉핑 네트워크에서의 효율적인 중앙 집중식 자원 및 스케줄 관리
US10117267B2 (en) * 2014-12-11 2018-10-30 Texas Instruments Incorporated Scheduler for power-efficient time slotted protocol
KR101988861B1 (ko) 2016-03-02 2019-06-13 한국전자통신연구원 네트워크 접속 방법 및 네트워크 장치
KR101970271B1 (ko) * 2016-10-26 2019-04-18 부산대학교 산학협력단 ＴＳＣＨ 및 ＲＰＬ 기반의 산업 ＩｏＴ 네트워크에서의 스케줄링을 위한 장치 및 방법
US10749786B2 (en) * 2017-03-01 2020-08-18 Cisco Technology, Inc. Path optimization based on reducing dominating set membership to essential parent devices
KR101903058B1 (ko) * 2017-03-30 2018-10-02 서울대학교산학협력단 셀 스케쥴링 방법 및 장치
KR102165318B1 (ko) 2018-12-11 2020-10-14 부산대학교 산학협력단 Tsch 환경에서 다중 경로 전송 지원을 위한 방법 및 다중 경로 전송 tsch 환경의 노드장치
US10904097B2 (en) * 2019-03-14 2021-01-26 Cisco Technology, Inc. Concurrent network reformation for low-power and lossy networks

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180124812A1 (en) 2016-11-02 2018-05-03 Cisco Technology, Inc. Per-packet, time slotted channel hopping (tsch), meta-timeslot
US20200145897A1 (en) 2018-11-07 2020-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba METHOD AND DEVICE FOR ROUTING DATA IN 6TiSCH NETWORKS

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jae-Young Kim et al., "Collision Minimization Beacon Scheduling Scheme using RPL in Dense TSCH-based IoT Environment", Research Square, 2020. 07. 17.
YUVIN HA et al., "Enhanced 6P Transaction Methods for Industrial 6TiSCH Wireless Networks", IEEE ACCESS, pp. 174115-174131, 2020. 10.02.

Also Published As

Publication number Publication date
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