KR20080050966A - Method of expanding beacon interval in ieee802.15.4 for expanding lifetime of usn - Google Patents

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Abstract

A method for extending an operation time of a wireless sensor network is provided to lengthen an operation time of an overall sensor network system for the same power. A preliminary value of a BI(Beacon Interval) is calculated(S501) and compared with a maximum BI(S502). If the preliminary value of the BI is smaller than the maximum BI, a new BI is calculated by adding a value obtained by multiplying a weight value to the maximum BI(S503). In order to inform other nodes about the calculated new BI through a packet, a reserved field of a super-frame specification field is set as 1. If the preliminary value of the BI is larger than the maximum BI, the preliminary value of the BI is used as a new BI(S504).

Description

무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법{Method of expanding Beacon Interval in IEEE802.15.4 for expanding lifetime of USN}Method of expanding Beacon Interval in IEEE802.15.4 for expanding lifetime of USN

본 발명은 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Zigbee 및 IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN을 이용하여 USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템을 구축하는 경우 Beacon Enable 네트워크에서 Beacon Interval(BI)을 확장시켜 이를 통해 활성 구간(Active Period)과 비활성 구간(InActive Period)으로 구분되는 Superframe의 비활성 구간을 늘여 궁극적으로는 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드들의 동일 전력 대비 운영시간을 연장시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for extending an operating time of a wireless sensor network. When building a USN (Ubiquitous Sensor Network) system using Zigbee and IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN, the Beacon Enable network extends the Beacon Interval (BI), thereby enabling the active period and the inactive period. It is related to a method that can extend the operating time of the same power of nodes constituting the wireless sensor network by increasing the inactive interval of Superframe divided by).

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-106-02, 과제명: RFID/USN용 센서 태그 및 센서 노드 기술].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT new growth engine core technology development project of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Telecommunications Research and Development. And sensor node technology].

유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN)란, 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 감지할 수 있는 센서가 탑재된 센서 노드를 통해 무선 센서 네트워크를 구성하고, 다양한 센서들을 통해 입력되는 정보를 실시간으 로 네트워크를 통해 외부와 연결하여 정보를 처리하고 관리하는 네트워크 시스템을 의미한다. USN은 궁극적으로 모든 사물에 컴퓨팅 및 통신 기능을 부여함으로써, 언제(anytime), 어디서나(anywhere) 네트워크, 디바이스 또는 서비스에 관계없이 통신 가능한 환경의 구현을 목적으로 한다.Ubiquitous sensor network (USN) is a sensor node equipped with a sensor that can detect recognition information about objects or surrounding environment information, and forms a wireless sensor network, and inputs information from various sensors. It refers to a network system that processes and manages information by connecting to the outside through a network in real time. USN is ultimately aimed at realizing a communicable environment regardless of network, device or service anytime, anywhere (anywhere) by giving computing and communication functions to all things.

도 1은 일반적인 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a general ubiquitous sensor network USN.

USN의 구성은 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 실시간으로 감지하는 센서와 통신 모듈을 포함하여 구성되는 센서 노드(10), 센서 노드(10)의 집합으로 이루어진 센서 필드(20), 센서 필드(20)에서 수집된 정보를 전송받는 싱크 노드(30), 싱크 노드(30)로부터 전송된 정보를 라우팅하여 광대역 통신망을 통해 관리 서버(50)로 전송하는 게이트웨이(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 전술한 구성에서, 싱크 노드(30)는 위성통신, 무선랜, 블루투스, 유선 인터넷과 같은 기존의 인프라에 해당하는 것으로 게이트웨이(40)와 연결될 수 있다.The USN is composed of a sensor node 10, a sensor field 20 including a sensor node 10, a sensor module 10, and a sensor module configured to detect recognition information about an object or surrounding environment information in real time. The sink node 30 receiving the information collected in the field 20, the gateway 40 for routing the information transmitted from the sink node 30 to the management server 50 through the broadband communication network to be configured to include Can be. In the above configuration, the sink node 30 may correspond to the existing infrastructure such as satellite communication, wireless LAN, Bluetooth, and wired Internet, and may be connected to the gateway 40.

이러한 USN을 구성하기 위해 가장 중점을 두어야 할 사항은 USN을 구성하는 각 센서 노드(10)들의 운영시간(Lifetime)을 저 전력 소모를 통해 확장시키는(expanding) 것이다. 운영시간의 확장은 Beacon Interval(BI)의 확장을 통해 꾀할 수 있는데, 현재의 USN에서는 Beacon과 Beacon간의 시간 간격 즉, BI 값이 실제 센서 네트워크에 적용하기에는 너무 짧은 문제점이 있어, USN을 다양한 응용 프로그램들에 적용시키기에 부적합한 측면이 있다.The most important point to configure the USN is to expand the lifetime of each sensor node 10 constituting the USN through low power consumption. Operating time can be extended by expanding the Beacon Interval (BI). In the current USN, there is a problem that the time interval between Beacon and Beacon, that is, the BI value is too short to apply to the actual sensor network. There are aspects that are not suitable for application in the field.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적 및 이루고자 하는 기술적 과제는 IEEE802.15.4에 의한 USN을 구성하는 각 센서 노드들의 운영시간을 확장시켜 결국 동일 전력 대비 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장시킬 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention and the technical problem to be achieved is to extend the operating time of each sensor node constituting the USN by IEEE802.15.4, and eventually the same power versus wireless sensor network It is to provide a way to extend the operating time of the system.

상기와 같은 목적 및 기술적 과제를 달성하기 위해 본 명세서에서 개시하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법은Operation time extension method of the wireless sensor network disclosed herein to achieve the above object and technical problem is

(a)USN(Ubiquitous Sensor Network)의 싱크 노드로부터 각 센서 노드로 전송되는 Beacon Frame의 Superframe Specification 필드로부터 BO(Beacon Order)를 추출하는 단계; 및 (b)상기 BO를 계산인자로 하여 Superframe의 연장된 BI(Beacon Interval)를 산출하는 단계를 포함하여 본 발명의 목적 및 기술적 과제의 해결을 달성한다.(a) extracting a BO (Beacon Order) from a Superframe Specification field of a Beacon Frame transmitted from a sink node of a Ubiquitous Sensor Network (USN) to each sensor node; And (b) calculating the extended BI (Beacon Interval) of the superframe by using the BO as the calculation factor to achieve the object and technical problem of the present invention.

상기와 같은 목적 및 기술적 과제를 달성하기 위해 본 명세서에서 개시하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장의 또 다른 방법은Another method of extending the operating time of the wireless sensor network disclosed herein to achieve the above object and technical problem is

(a)USN(Ubiquitous Sensor Network)의 싱크 노드로부터 각 센서 노드로 전송되는 Beacon Frame의 Superframe Specification 필드로부터 BO(Beacon Order)를 추출하는 단계; (b)상기 BO를 계산인자로 하여 Superframe의 예비 BI(Beacon Interval)를 하기의 식에 의하여 산출하여 IEEE802.15.4에 정의된 최대 BI와의 대 소를 비교하는 단계; 및 (c)상기 예비 BI가 상기 최대 BI보다 큰 경우에는 상기 Superframe의 신규 BI로 상기 예비 BI를 그대로 지정하는 단계; 및 (d)상기 예비 BI가 상기 최대 BI보다 작은 경우에는 상기 예비 BI에 상기 최대 BI에 1 보다 큰 가중치를 곱한 값을 더한 값을 상기 신규 BI로 지정하는 단계를 포함하여 본 발명의 목적 및 기술적 과제의 해결을 달성한다.(a) extracting a BO (Beacon Order) from a Superframe Specification field of a Beacon Frame transmitted from a sink node of a Ubiquitous Sensor Network (USN) to each sensor node; (b) calculating a preliminary BI (Beacon Interval) of Superframe using the BO as a calculation factor and comparing the magnitude with the maximum BI defined in IEEE802.15.4; And (c) designating the spare BI as it is as a new BI of the Superframe when the spare BI is larger than the maximum BI. And (d) designating the new BI as a value obtained by multiplying the preliminary BI by a weight greater than 1 when the preliminary BI is smaller than the maximum BI as the new BI. Achieve the solution of the problem.

상기와 같은 목적 및 기술적 과제를 달성하기 위해 본 명세서에서 개시하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장의 또 다른 방법은Another method of extending the operating time of the wireless sensor network disclosed herein to achieve the above object and technical problem is

(a)USN(Ubiquitous Sensor Network)의 싱크 노드로부터 각 센서 노드로 전송되는 Beacon Frame의 Beacon Payload 필드에 SO(Superframe Order)와 BO(Beacon Order)를 설정하여 상기 각 센서노드로 상기 Beacon Frame을 전송하는 단계; 및 (b)상기 Beacon Frame의 Superframe의 SD(Superframe Duration)와 BI(Beacon Interval)를 상기 SO와 BO를 각각 계산인자로 하여 산출하는 단계를 포함하여 본 발명의 목적 및 기술적 과제의 해결을 달성한다.(a) Set the SO (Superframe Order) and BO (Beacon Order) in the Beacon Payload field of the Beacon Frame transmitted from the sink node of the Ubiquitous Sensor Network (USN) to each sensor node to transmit the Beacon Frame to each sensor node. Doing; And (b) calculating SD (Superframe Duration) and BI (Beacon Interval) of the Superframe of the Beacon Frame using the SO and BO as calculation factors, respectively, to achieve the object of the present invention and the technical problem. .

우선 이해의 편의를 위해 본 발명이 제공하는 기술적 해결 수단의 핵심을 제시하고자 한다.First, for the convenience of understanding, it is intended to present the core of the technical solution provided by the present invention.

본 발명이 제공하는 기술적 해결 수단의 핵심은 USN을 구성하기 위해 Zigbee 나 IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN 표준을 사용하는 경우, Beacon Interval이 짧아 USN 운영에 많은 전력 소모가 필요한 문제를 해결하기 위해 Beacon Interval을 늘리는 방안을 제시하는 것이다.The core of the technical solution provided by the present invention is the Beacon to solve the problem that the Beacon Interval is short and requires a lot of power to operate the USN when using the Zigbee or IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN standard to configure the USN The idea is to increase the interval.

이를 위해 본 발명은 IEEE 802.15.4 MAC프로토콜을 통해 전달되는 Beacon Interval의 산출에 필요한 BO(Beacon Order)의 확장을 통해 USN 노드들의 비활성 구간(InActive Period)을 증가시킴으로써 동일한 전력으로 상기 USN 노드들의 운영시간을 확장시킬 수 있는 방안을 제시한다.To this end, the present invention operates the USN nodes with the same power by increasing the Inactive Period of the USN nodes through the expansion of the BO (Beacon Order) required for calculating the Beacon Interval delivered through the IEEE 802.15.4 MAC protocol. Suggest ways to extend time.

본 발명은 Zigbee 및 IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN을 이용하는 Sensor Network 시스템에서 제한된 Beacon Interval을 확장하는 방법에 관한 것으로, 본 발명을 통해 센서 노드의 비활성 구간의 길이를 기존의 방식에 비해 늘려 Sensor Network 시스템의 각 노드의 운영시간을 증가시켜 결국 Sensor Network 시스템 전체의 운영시간을 동일 전력 대비 증가시킬 수 있는 효과를 볼 수 있다.The present invention relates to a method for extending a limited Beacon Interval in a Sensor Network system using Zigbee and IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN. Through the present invention, the length of an inactive section of a sensor node is increased compared to the conventional method. By increasing the operating time of each node of the system, the operating time of the entire Sensor Network system can be increased compared to the same power.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.Hereinafter, the configuration of the invention for clarifying the technical spirit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, based on the embodiments of the present invention. The same reference numerals are used even in different drawings, and it will be apparent that components of other drawings may be cited when necessary in describing the drawings.

도 2a는 본 발명이 적용되는 Zigbee 및 IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN에서 사용되는 Beacon Frame에 따른 Superframe의 구성도이다.2A is a configuration diagram of a superframe according to a beacon frame used in Zigbee and IEEE 802.15.4 low-rate WPAN to which the present invention is applied.

Superframe은, 도 2에 제시된 바와 같이, Beacon Framerks 삽입되는 프레임으로 그 구조는 도 1의 싱크 노드(30)에 의해 결정된다. 즉 Superframe은 싱크 노드(30)가 보내는 Beacon Frame(도 3a에 제시됨)에 의해 결정된다. 한 개의 Superframe은, 도 2a에 제시된 바와 같이, 노드의 전원이 들어와 센싱 및 송수신 모드로 동작하는 활성 구간(201, Active Period)과 최소의 전원만을 유지하는 상태의 Power down 모드로 동작하는 비활성 구간(202, InActive Period)으로 나누어지며, 활성 구간(201)은 16개의 동일한 슬롯 크기(slot size)로 나눠진다.As shown in FIG. 2, a superframe is a frame into which Beacon Framerks are inserted and its structure is determined by the sink node 30 of FIG. That is, Superframe is determined by the Beacon Frame (shown in FIG. 3A) sent by the sink node 30. As shown in FIG. 2A, one superframe includes an active period 201 (Active Period) operating in a sensing and transmitting / receiving mode, and an inactive period operating in a power down mode maintaining only a minimum power. 202, InActive Period), and the active period 201 is divided into 16 equal slot sizes.

Superframe을 활성 구간(201) 및 비활성 구간(202)으로 나누는 이유는 센서 노드(10)의 동작에 요구되는 전력의 소모를 최소로 하여 노드의 전체 운영시간을 증가시키기 위함이다. 즉 비활성 구간(202)이 증가할수록 전체 센서 네트워크 시스템의 동일 전력 대비 운영시간(동작시간)이 증가하게 된다.The reason why the superframe is divided into the active section 201 and the inactive section 202 is to increase the total operating time of the node by minimizing the power consumption required for the operation of the sensor node 10. In other words, as the inactivity section 202 increases, the operating time (operation time) of the same power of the entire sensor network system increases.

Superframe의 시간적 길이는, 도 2a에 제시된 바와 같이, 활성 구간(201)의 시간적 길이를 결정하는 SD(Superframe Duration)(203)와 Beacon과 Beacon간의 차이(Interval)를 결정하는 BI(Beacon Interval)(204)로 구성되며, 비활성 구간(202)은 BI와 SD 값의 차이에 의해 결정된다. 이때 SD와 BI는 현재의 방식에 의하면 다음의 식에 의해 결정된다.The temporal length of the superframe is, as shown in Figure 2a, the superframe duration (SD) that determines the temporal length of the active period 201 and the BI (Beacon Interval) (Bicon) that determines the interval (Interval) between Beacon and Beacon ( 204, the inactive section 202 is determined by the difference between the BI and SD values. SD and BI are determined by the following equation according to the current method.

SD = aBaseSuperframeDuration * 2SO symbols ----- 식(1)SD = aBaseSuperframeDuration * 2 SO symbols ----- Equation (1)

BI = aBaseSuperframeDuration * 2BO symbols ----- 식(2)BI = aBaseSuperframeDuration * 2 BO symbols ----- Formula (2)

식(1)과 식(2)에서 SO(macSuperframeOrder) 와 BO(macBeaconOrder)는 각각 SD와 BI를 계산하기 위한 인자(factor)로 싱크 노드(30)로부터 전송되는 Beacon Frame에 포함되어 각 노드(10)로 전송된다. 아울러 aBaseSuperframeDuration은 aBaseslotDuration*aNunsuperframeslots 값으로 결정되며, aBaseslotDuration은 Symbol time으로 주파수 대역에 따라 결정된다. 또한 aNunSuperframeslots은 16이다. 여기서 aBaseSuperframeDuration은 기본 슈퍼프레임 단위를, aBaseslotDuration은 기본슬롯 단위를 의미한다.In equations (1) and (2), SO (macSuperframeOrder) and BO (macBeaconOrder) are included in the Beacon Frame transmitted from the sink node 30 as a factor for calculating SD and BI, respectively. Is sent). In addition, aBaseSuperframeDuration is determined by the value of aBaseslotDuration * aNunsuperframeslots, and aBaseslotDuration is determined by the frequency band as symbol time. Also, aNunSuperframeslots is 16. Here, aBaseSuperframeDuration means basic superframe unit and aBaseslotDuration means basic slot unit.

도 2b는 전송 주파수로 2.4 GHz를 사용하는 경우에 있어 BO값에 따른 BI을 도시한 것이다.FIG. 2B illustrates BI according to a BO value when using 2.4 GHz as the transmission frequency.

최대 Beacon Interval은, 도 2b에 제시된 바와 같이, BO=14인 경우인 251658.2 msec가 된다. 하지만 실제 센서 네트워크에서 이보다 더 큰 Beacon Interval이 요구되는 경우가 많이 존재한다. 본 발명은 Zigbee 및 IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN를 사용하는 Sensor Network에서 상대적으로 큰 Beacon Interval이 요구되는 경우 IEEE 802.15.4 표준과 호환성(Backward compatibility)을 유지하면서 Beacon Interval을 늘릴 수 있는 몇 가지 방안에 대해서 제시한다.The maximum Beacon Interval is 251658.2 msec when BO = 14, as shown in FIG. 2B. However, there are many cases where a larger Beacon Interval is required in a real sensor network. According to the present invention, when a relatively large Beacon Interval is required in a Sensor Network using Zigbee and IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN, some of the Beacon Intervals can be increased while maintaining backward compatibility with the IEEE 802.15.4 standard. Present the plan.

도 3a는 본 발명이 적용되는 Beacon Frame을 제시한 도면이다.3a is a view showing a beacon frame to which the present invention is applied.

Zigbee 및 IEEE 802.15.4 Low-Rate에서는 목적에 따라 Beacon Frame, Command Frame, Data Frame 과 Ack Frame 등 총 4개의 Frame종류가 사용된다. 이중 도 3a는 Beacon Frame을 도시한 것이다.In Zigbee and IEEE 802.15.4 low-rate, a total of four frame types are used, including Beacon Frame, Command Frame, Data Frame and Ack Frame. 3A illustrates a Beacon Frame.

이중 본 발명의 구현과 연관이 되는 부분은 Superframe Specification(301)이며, 도 3a의 제시 목적은 Superframe Specification(301)의 beacon 프레임에서의 위치를 제시하기 위함이다. 다른 부분은 본 발명의 구현과 직접적인 관련이 없으므로 그 구체적인 설명은 생략한다.The part related to the implementation of the present invention is the Superframe Specification 301, and the purpose of presenting FIG. 3A is to present the position in the beacon frame of the Superframe Specification 301. Since other parts are not directly related to the implementation of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3b는 도 1의 싱크 노드로부터 각 노드에 전송되는 Beacon Frame에 포함된 Superframe Specification 필드의 포맷을 제시한 도면이다.FIG. 3B illustrates a format of a superframe specification field included in a beacon frame transmitted from the sink node of FIG. 1 to each node.

Superframe specification을 통해 Superframe을 구성하는 4 비트의 BO(Beacon Order)값과 4 비트의 SO(Superframe Order)값이 센서 네트워크를 구성하는 각 노드(10)들에게 전달되며, 각 노드들은 BO와 SO를 이용하여 SD와 BI를 계산하고, 이를 이용하여 활성 구간(201)과 비활성 구간(202)을 결정하게 된다.Superframe specification transfers 4 bits of BO (Beacon Order) value and 4 bits of SO (Superframe Order) value to each node 10 constituting sensor network. SD and BI are calculated, and the active period 201 and the inactive period 202 are determined using the SD and the BI.

다음 식들은 본 발명에 의한 SD와 BI를 산출하는 식이다.The following equations are used to calculate SD and BI according to the present invention.

SD = aBaseSuperframeDuration * 2SO symbols ----- 식(3)SD = aBaseSuperframeDuration * 2 SO symbols ----- Equation (3)

BI = aBaseSuperframeDuration * 4BO symbols ----- 식(4)BI = aBaseSuperframeDuration * 4 BO symbols ----- Equation (4)

SD(Superframe Duration)은 식(3)에 제시된 바와 같이 상기 식(1)과 동일하다. 왜냐하면 SD는 센서 노드들의 전원이 On되어 센싱 및 통신을 하는 기간인 활성 구간(201)에 해당하는 것으로 특별히 그 시간을 늘릴 이유가 없기 때문이다.SD (Superframe Duration) is the same as Equation (1) as shown in Equation (3). This is because the SD corresponds to the active period 201, which is a period in which the power of the sensor nodes is turned on to sense and communicate, and there is no reason to increase the time.

한편 Beacon Interval의 제한된 시간을 늘리기 위한 첫 번째 방안으로 상기 식(4)가 이용된다. 즉 기존의 BI = aBaseSuperframeDuration * 2BO symbols(상기 식(2)에 해당) 대신에 식(4)를 이용하여 BI값을 증가시킨다. 이를 통해 계산된 BI값의 연장된 일례가 도 4에 제시되어 있다. 이 경우 BI 간격은 지수적(exponential)으로 증가하게 되며 기존의 BI값보다 큰 값을 가지게 되므로 긴 Beacon Interval이 요구되는 경우에의 활용도를 배가시킬 수 있다.On the other hand, Equation (4) is used as the first method to increase the limited time of the Beacon Interval. That is, instead of the existing BI = aBaseSuperframeDuration * 2 BO symbols (corresponding to Equation (2)), the BI value is increased by using Equation (4). An extended example of the BI value calculated through this is shown in FIG. 4. In this case, the BI interval increases exponentially and has a larger value than the existing BI value, thereby doubling the utilization when a long beacon interval is required.

또한 상기 식(3)과 식(4)가 적용되는 것을 나타내기 위해 도 3b의 Superframe Specification Field의 13번째 비트인 ‘Reserved’ 필드를 ‘1’로 설 정하여 기존의 BI 산출 방식과 다르다는 것을 표시한다. 아울러 ‘Reserved’ 필드를 ‘1’로 설정하여 IEEE 802.15.4 표준과 호환성을 유지할 수 있다.In addition, to indicate that the above equations (3) and (4) are applied, the 'Reserved' field, which is the 13th bit of the superframe specification field of FIG. 3B, is set to '1' to indicate that it is different from the existing BI calculation method. . In addition, the 'Reserved' field can be set to '1' to maintain compatibility with the IEEE 802.15.4 standard.

도 5는 본 발명의 구현을 위한 두 번째 방안의 흐름을 제시한 도면이다.Figure 5 shows the flow of the second scheme for the implementation of the present invention.

다음 식들은 두 번째 방안의 구현을 위한 SD와 BI를 산출하는 식이다.The following equations calculate the SD and BI for the implementation of the second scheme.

SD = aBaseSuperframeDuration * 2SO symbols --------------- 식(5)SD = aBaseSuperframeDuration * 2 SO symbols --------------- Formula (5)

BI = aBaseSuperframeDuration * 4BO symbols + (N * MAXBI) --- 식(6)BI = aBaseSuperframeDuration * 4 BO symbols + (N * MAXBI) --- Equation (6)

SD(Superframe Duration)은 현재의 방식(상기 식(1))대로 산출한다. 그 이유는 상기 설명한 바와 마찬가지이다. Beacon Interval을 늘리기 위한 두 번째 방안으로 식(6)을 이용한다. 두 번째 방안에 의한 BI를 늘리는 절차가 도 5에 제시되어 있다. 우선 식(4)에 의한 BI의 예비값(BIpre)을 산출한다(S501).The SD (Superframe Duration) is calculated according to the current method (Equation (1) above). The reason is the same as described above. Equation (6) is used as a second way to increase the Beacon Interval. A procedure for increasing BI by the second method is shown in FIG. 5. First, BI pre value BI pre by Formula (4) is calculated (S501).

다음으로 BIpre와 MAXBI(MAXBI는 IEEE802.15.4에 정의된 최대 BI)의 대소를 비교하여(S502), BIpre가 MAXBI 보다 작은 경우에는 BIpre에 N * MAXBI를 더하여 증가된 새로운 BI(BInew)을 산출한다(S503). N은 사용자가 센서 네트워크 환경에 따라 설정할 수 있는 MAXBI에 부여되는 가중치로 1보다 큰 실수 값이며, MAXBI는 N 값에 따라 편차가 변하게 된다. 또한 산출된 새로운 BI(BInew)을 패킷을 통해 다른 노드들에게 알리기 위해 도 3b에 제시된 Superframe Specification Field의 13번째 비트인 ‘Reserved’ 필드를 ‘1’로 설정한다. 한편 BIpre가 MAXBI 보다 큰 경우에는 BIpre를 그대로 BInew로 한다(S504).Next, compare the size of BI pre and MAXBI (MAXBI is the maximum BI defined in IEEE802.15.4) (S502), and if BI pre is less than MAXBI, increase BI new by adding N * MAXBI to BI pre (BI new ) Is calculated (S503). N is a weight that is assigned to MAXBI, which can be set by the user according to the sensor network environment, and is a real value larger than 1, and MAXBI has a variation according to N value. Also, in order to inform other nodes of the calculated new BI (BI new ), the 'Reserved' field, which is the 13th bit of the Superframe Specification Field shown in FIG. 3B, is set to '1'. On the other hand, when BI pre is larger than MAXBI, BI pre is left as BI new (S504).

Beacon Interval을 늘리기 위한 세 번째 방안은 싱크 노드(30)로부터 전송되는 도 3a에 제시된 Beacon Frame의 Superframe Specification Field(301)를 이용하지 않고 n 비트의 Beacon Payload 필드에 SO와 BO를 설정하여 Beacon Interval을 늘리는 것이다.The third method to increase the Beacon Interval is to set the Beacon Interval by setting SO and BO in the n-bit Beacon Payload field without using the Superframe Specification Field 301 of the Beacon Frame shown in FIG. 3A transmitted from the sink node 30. It is increasing.

도 3b에 제시된 Superframe Specification Field(301)의 BO(Beacon Order)와 SO(Superframe Order) 필드는 각각 4 비트로 0~15의 제한된 값만 가질 수 있다. 이 값을 크게 하기 위하여 Beacon Frame내의 Superframe Specification Field의 BO 필드와 SO 필드는 모두 ‘0’으로 설정(초기화)하여 Beacon Payload 필드에 새로운 SO와 BO가 설정됨을 표시하고, 8 또는 16 비트의 SO와 BO 값을 Beacon Payload 필드에 넣어 각 노드(10)에 전달한다. 그리고 Superframe Specification Field의 13번째 비트인 Reserved 필드를 ‘1’로 설정하여 기존의 BI 산출 방식과 다르다는 것을 표시한다.The BO (Beacon Order) and SO (Superframe Order) fields of the Superframe Specification Field 301 shown in FIG. 3B may each have only a limited value of 0 to 15 with 4 bits. To increase this value, the BO and SO fields of the Superframe Specification Field in the Beacon Frame are both set to '0' (initialization), indicating that new SO and BO are set in the Beacon Payload field. The BO value is put in the Beacon Payload field and transmitted to each node 10. The reserved field, which is the 13th bit of the superframe specification field, is set to '1' to indicate that it is different from the existing BI calculation method.

세 번째 방안의 경우의 SD와 BI는 현재의 방식대로 상기 식(1)과 식(2)를 이용해서 산출한다. 특히 Beacon Payload 필드를 통해 BO, SO를 지정하는 경우 BO, SO을 신축적으로 설정할 수 있기 때문에 결국 SD, BI의 신축적 조절이 가능하다. 이는 SD 또는 BI를 응용 애플리케이션에 맞게 즉, 센서 네트워크의 환경에 적응적으로 조절이 가능하도록 할 수 있어 역시 동일 전력 대비 운용시간의 증가를 꾀할 수 있다.SD and BI in the third scheme are calculated using the above equations (1) and (2) in the present manner. In particular, when BO and SO are designated through the Beacon Payload field, the BO and SO can be set flexibly, so that the SD and BI can be flexibly adjusted. This allows the SD or BI to be adapted to the application, that is, adaptively to the environment of the sensor network, thus increasing the operating time compared to the same power.

본 방법발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.The present invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). Include. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention.

그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 일반적인 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a general ubiquitous sensor network USN.

도 2a는 본 발명이 적용되는 Zigbee 및 IEEE 802.15.4 Low-Rate WPAN에서 사용되는 Beacon 에 따른 Superframe의 구성도이다.2a is a configuration diagram of a superframe according to a beacon used in Zigbee and IEEE 802.15.4 low-rate WPAN to which the present invention is applied.

도 2b는 전송 주파수로 2.4 GHz를 사용하는 경우에 있어 BO값에 따른 BI을 도시한 것이다.FIG. 2B illustrates BI according to a BO value when using 2.4 GHz as the transmission frequency.

도 3a는 본 발명의 구현을 위해 이용되는 Beacon Frame을 제시한 도면이다.Figure 3a is a view showing a Beacon Frame used for the implementation of the present invention.

도 3b는 Beacon Frame에 포함된 Superframe Specification 필드의 포맷을 제시한 도면이다.3b is a diagram illustrating a format of a superframe specification field included in a beacon frame.

도 4는 본 발명의 구현을 위한 첫 번째 방안을 적용하여 산출한 BI의 일례를 제시한 도면이다.4 is a diagram showing an example of BI calculated by applying the first method for implementing the present invention.

도 5는 본 발명의 구현을 위한 두 번째 방안의 흐름을 제시한 도면이다.Figure 5 shows the flow of the second scheme for the implementation of the present invention.

Claims (5)

(a)USN(Ubiquitous Sensor Network)의 싱크 노드로부터 각 센서 노드로 전송되는 Beacon Frame의 Superframe Specification 필드로부터 BO(Beacon Order)를 추출하는 단계; 및(a) extracting a BO (Beacon Order) from a Superframe Specification field of a Beacon Frame transmitted from a sink node of a Ubiquitous Sensor Network (USN) to each sensor node; And (b)상기 BO를 계산인자로 하여 Superframe의 연장된 BI(Beacon Interval)를 하기의 식에 의하여 산출하는 단계를 포함하여, 상기 Superframe의 비활성 구간을 늘여 상기 USN의 동일 전력 대비 운영시간의 확장을 꾀하는 것을 그 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법.(b) calculating the extended BI (Beacon Interval) of the superframe by using the BO as a calculation factor by the following equation, and extending the inactive period of the superframe to extend the operation time of the same power of the USN. Method for extending the operating time of the wireless sensor network characterized in that the aim. BI = aBaseSuperframeDuration * 4BO symbols.BI = aBaseSuperframeDuration * 4 BO symbols. 여기서, aBaseSuperframeDuration은 기본 슈퍼프레임 단위를 의미한다.Here, aBaseSuperframeDuration means a basic superframe unit. (a)USN(Ubiquitous Sensor Network)의 싱크 노드로부터 각 센서 노드로 전송되는 Beacon Frame의 Superframe Specification 필드로부터 BO(Beacon Order)를 추출하는 단계;(a) extracting a BO (Beacon Order) from a Superframe Specification field of a Beacon Frame transmitted from a sink node of a Ubiquitous Sensor Network (USN) to each sensor node; (b)상기 BO를 계산인자로 하여 Superframe의 예비 BI(Beacon Interval)를 하기의 식에 의하여 산출하여 IEEE802.15.4에 정의된 최대 BI와의 대소를 비교하는 단계; 및(b) calculating the preliminary BI (Beacon Interval) of the Superframe using the BO as a calculation factor and comparing the magnitude with the maximum BI defined in IEEE802.15.4; And (c)상기 예비 BI가 상기 최대 BI보다 큰 경우에는 상기 Superframe의 신규 BI로 상기 예비 BI를 그대로 지정하는 단계; 및(c) if the preliminary BI is larger than the maximum BI, designating the preliminary BI as a new BI of the Superframe; And (d)상기 예비 BI가 상기 최대 BI보다 작은 경우에는 상기 최대 BI에 1 보다 큰 가중치를 곱한 값과 상기 예비 BI를 더한 값을 상기 신규 BI로 지정하는 단계를 포함하여, 상기 Superframe의 비활성 구간을 늘여 상기 USN의 동일 전력 대비 운영시간의 확장을 꾀하는 것을 그 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법.(d) if the preliminary BI is smaller than the maximum BI, designating the new BI as a value obtained by multiplying the maximum BI by a weight greater than 1 and adding the preliminary BI as the new BI. Extending the operating time of the wireless sensor network, characterized in that for extending the operating time of the same power of the USN. 예비 BI = aBaseSuperframeDuration * 4BO symbols.Preliminary BI = aBaseSuperframeDuration * 4 BO symbols. 여기서, aBaseSuperframeDuration은 기본 슈퍼프레임 단위를 의미한다.Here, aBaseSuperframeDuration means a basic superframe unit. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 Superframe Specification 필드의 Reserved 필드를‘1’로 설정함으로써, 상기 각 BI의 산출 방식이 IEEE 802.15.4에 규정된 방식과 다름을 상기 각 센서노드에 알리고 아울러 상기 IEEE 802.15.4 표준과 호환성을 유지할 수 있는 것을 그 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법.By setting the Reserved field of the Superframe Specification field to '1', informing each sensor node that the calculation method of each BI is different from the method defined in IEEE 802.15.4 and maintaining compatibility with the IEEE 802.15.4 standard. Method for extending the operating time of the wireless sensor network, characterized in that the. (a)USN(Ubiquitous Sensor Network)의 Beacon Frame의 Beacon Payload 필드에 SO(Superframe Order)와 BO(Beacon Order)를 설정하여 상기 USN의 각 센서노드로 상기 Beacon Frame을 전송하는 단계; 및(a) transmitting the beacon frame to each sensor node of the USN by setting a SO (superframe order) and a BO (beacon order) in a beacon payload field of a beacon frame of a ubiquitous sensor network (USN); And (b)상기 Beacon Frame의 Superframe의 SD(Superframe Duration)와 BI(Beacon Interval)를 상기 SO와 BO를 각각 계산인자로 하여 산출하는 단계를 포함하여, (b) calculating SD (Superframe Duration) and BI (Beacon Interval) of the Superframe of the Beacon Frame using the SO and BO as calculation factors, respectively. 상기 SD와 BI가 상기 SO와 BO의 설정치에 따라 신축적으로 산출되어 상기 Superframe의 비활성 구간의 신축적 조절이 가능하여 상기 USN의 동일 전력 대비 운영시간의 확장을 꾀하는 것을 그 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법.The SD and BI are elastically calculated according to the set values of the SO and BO, and thus the flexible control of the inactive section of the superframe is possible, thereby extending the operating time compared to the same power of the USN. How to extend your operating hours. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 Beacon Frame의 Superframe Specification 필드의 BO 필드와 SO 필드는 모두 ‘0’으로 설정하여 상기 Beacon Payload 필드에 SO와 BO가 설정됨을, 상기 Superframe Specification 필드의 13번째 비트인 Reserved 필드를 ‘1’로 설정하여 상기 SD와 BI의 산출 방식이 IEEE 802.15.4에 규정된 방식과 다름을 상기 각 센서노드에 알리고 아울러 상기 IEEE 802.15.4 표준과 호환성을 유지할 수 있는 것을 그 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 운영시간 확장 방법.Both the BO and SO fields of the superframe specification field of the beacon frame are set to '0' so that SO and BO are set in the beacon payload field, and the reserved field, which is the 13th bit of the superframe specification field, is set to '1'. Operating time of the wireless sensor network, characterized in that it informs each sensor node that the calculation method of the SD and BI is different from the method defined in IEEE 802.15.4 and maintains compatibility with the IEEE 802.15.4 standard. Extension method.
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