KR20080057870A - Apparatus and method for power control of wireless network - Google Patents

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KR20080057870A KR1020060131710A KR20060131710A KR20080057870A KR 20080057870 A KR20080057870 A KR 20080057870A KR 1020060131710 A KR1020060131710 A KR 1020060131710A KR 20060131710 A KR20060131710 A KR 20060131710A KR 20080057870 A KR20080057870 A KR 20080057870A
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Abstract

An apparatus and a method for controlling power in a wireless network are provided to save energy effectively by minutely controlling power in units of frames. A communication controller(21) communicates with a different device through a certain time interval of a frame structure including a plurality of time intervals. A transmission module(22) performs physical layer processing to allow the communication controller to transmit data wirelessly. A power controller(23) controls power of the transmission module with respect to each time interval of the frame structure according to a time interval at which the communication controller can transmit data. The frame structure includes a beacon interval, and a CAP(Contention Access Period), a CFP(Contention Free Period). The CAP is controlled according to a CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) method.

Description

무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치 및 그 방법{ Apparatus and Method for Power Control of Wireless Network }Apparatus and method for power control in wireless network and method thereof

도 1은 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)의 개요,1 is an overview of a wireless personal area network (WPAN),

도 2는 본 발명에 따른 전력 제어 장치의 일 실시예,2 is an embodiment of a power control device according to the present invention;

도 3은 전력제어부의 동작에 관한 일 실시예,Figure 3 is an embodiment of the operation of the power control unit,

도 4는 슈퍼 프레임의 구조,4 is a structure of a super frame,

도 5는 전력제어부의 동작에 관한 또 다른 실시예,5 is another embodiment of the operation of the power control unit;

도 6은 송신모듈의 전원이 시간 단위로 제어되는 것을 보이는 예,6 is an example showing that the power of the transmission module is controlled in units of time

도 7은 본 발명이 적용되는 디바이스의 구성 예,7 is a configuration example of a device to which the present invention is applied;

도 8은 본 발명에 따른 전력 제어 방법의 일 실시예이다.8 is an embodiment of a power control method according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

11: PAN 코디네이터 20: 전력제어장치11: PAN coordinator 20: power controller

21: 통신제어부 22: 송신모듈21: communication control unit 22: transmitting module

23: 전력제어부 70: 디바이스23: power control unit 70: device

71: 수신모듈 72: 메모리부71: receiving module 72: memory

73: 주 제어부 74: 버스73: main controller 74: bus

본 발명은 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 시간 구간을 포함하는 프레임 구조를 통해 타 장치와 통신하는 각 디바이스가 자신이 데이터를 전송하는 시간 구간에서는 송신모듈의 전원을 켜고 송신모듈이 켜있을 필요가 없는 시간 구간에서는 전원을 끄도록 함으로써, 프레임을 구성하는 시간 구간 단위로 전력을 제어하여 무선 네트워크에서의 에너지를 절약하기 위한 것이다.The present invention relates to a power control device in a wireless network. In particular, each device communicating with another device through a frame structure including a plurality of time intervals turns on the transmission module in a time interval in which it transmits data. In order to save power in the wireless network by controlling the power in units of time intervals constituting the frame by turning off the power in a time interval in which the transmission module does not need to be turned on.

통신 기술의 발전에 따라 근거리의 각종 장치들이 서로 통신할 수 있도록 하는 다양한 기술이 개발되고 있다. 일 예로서, 개인 영역 네트워크(PAN:Personal Area Network)는 종래의 LAN(Local Area Network)이나 WAN(Wide Area Network)과는 달리 개인별로 자신이 가지고 있는 각종 기기들을 이용하여 고유 네트워크를 형성할 수 있도록 해준다. 이와 관련하여 IEEE 802.15 워킹 그룹(Working Group)은 단거리 무선 네트워크의 표준으로 무선 개인 영역 네트워크를 정하고, 그 아래 4개의 테스크 그룹(Task Group)을 두고 있다.With the development of communication technology, various technologies are being developed to enable various devices in a short distance to communicate with each other. For example, unlike a conventional local area network (LAN) or wide area network (WAN), a personal area network (PAN) may form a unique network using various devices owned by each individual. To make sure. In this regard, the IEEE 802.15 Working Group sets the wireless personal area network as the standard for short-range wireless networks, with four task groups beneath it.

무선 개인 영역 네트워크(WPAN:Wireless Personal Area Network)는 기존의 개인 영역 네트워크(PAN:Personal Area Network)를 무선으로 구현하기 위한 것이다. IEEE 802.15.1이 블루투스(Bluetooth)이며, IEEE 802.15.3은 고속(High Rate) WPAN, IEEE 802.15.4는 저속(Low Rate) WPAN을 다루고 있다.A wireless personal area network (WPAN) is to wirelessly implement an existing personal area network (PAN). IEEE 802.15.1 is Bluetooth, IEEE 802.15.3 deals with High Rate WPAN, and IEEE 802.15.4 deals with Low Rate WPAN.

특히, IEEE 802.15.4에 규정된 저속 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)는 단거리 통신을 위해 개발된 기술로서, 대표적인 응용분야로는 유비쿼터스 환경을 구현하는데 있어서 핵심 기술로써 각광받고 있는 센서 네트워크가 있다.In particular, a low-speed wireless personal area network (WPAN), which is defined in IEEE 802.15.4, is a technology developed for short-range communication, and a representative application field is a sensor network that is spotlighted as a key technology in implementing a ubiquitous environment.

물론 센서 네트워크에서 사용되는 MAC(Media Access Control) 프로토콜로는 여러 가지가 있을 수 있으나, 지그비(Zigbee) 연합 등에 의해서 IEEE 802.15.4가 표준으로 자리 잡고 있다. 이러한 센서 네트워크는 에너지 제약이 큰 상황을 가정하고 있기 때문에 IEEE 802.15.4 MAC이 가장 적합하다 할 수 있으며 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.Of course, there can be a number of media access control (MAC) protocols used in the sensor network, but IEEE 802.15.4 is becoming a standard by Zigbee Alliance. Since such a sensor network assumes a high energy constraint, IEEE 802.15.4 MAC may be the most suitable, and much research is being conducted on this.

도 1은 스타형 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하는 예를 도시한 것으로서, 디바이스 #1 내지 디바이스 #n은 PAN 코디네이터(11)와 연결되어 데이터를 무선 송수신한다. 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)는 필요에 따라 다양한 형태로 구성할 수 있는 것이며, PAN 코디네이터(11)는 각 디바이스가 통신할 수 있는 시간 구간을 할당해 주는 등 데이터의 송수신을 제어한다.1 illustrates an example of configuring a star type wireless personal area network (WPAN), wherein devices # 1 to #n are connected to a PAN coordinator 11 to wirelessly transmit and receive data. Wireless personal area network (WPAN) can be configured in various forms as needed, the PAN coordinator 11 controls the transmission and reception of data, such as by allocating a time interval that each device can communicate.

홈 오토메이션 시스템의 예를 들자면, 각 디바이스는 난방, 환기, 전등, 보안과 같이 댁내의 각종 기기나 센서로 이루어질 수 있다. 스타형 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)에서 각 디바이스들은 PAN 코디네이터(11)와의 사이에서만 통신이 이루어진다. 이 때, 각 디바이스들은 PAN 코디네이터(11)와의 무선 통신을 위하여 물리계층(Physical Layer) 처리를 수행하는 송신모듈과 수신모듈을 포함하여 구성되는데, 송신모듈과 수신모듈은 디바이스의 타 구성요소에 비하여 훨씬 더 큰 에너지를 소모한다.As an example of a home automation system, each device may be comprised of various devices or sensors in the home, such as heating, ventilation, lighting, and security. In a star wireless personal area network (WPAN), each device communicates only with the PAN coordinator 11. In this case, each device includes a transmitting module and a receiving module for performing physical layer processing for wireless communication with the PAN coordinator 11, and the transmitting module and the receiving module are compared with other components of the device. Consumes much more energy.

한편, IEEE 802.15.4와 같은 무선 개인 영역 네트워크 기술에 있어서는 자원 절약이 가장 중요한 연구 과제로 부각되고 있다. 이에 따라 전력 소모를 줄이려는 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 더욱 효과적으로 전력 소모를 줄일 수 있는 다양한 방법의 개발이 요구되고 있다.On the other hand, in the wireless personal area network technology such as IEEE 802.15.4, resource saving has emerged as the most important research problem. Accordingly, various attempts have been made to reduce power consumption, and development of various methods for more effectively reducing power consumption is required.

이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, IEEE 802.15의 슈퍼 프레임 구조와 같이 복수의 시간 구간을 포함하는 프레임 구조를 통해 타 장치와 통신할 때 각 디바이스가 프레임을 구성하는 시간 구간 단위로 전력을 제어하도록 하여 무선 네트워크에서의 에너지를 절약할 수 있는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to meet the above needs, and the time interval in which each device configures a frame when communicating with other devices through a frame structure including a plurality of time intervals, such as a super frame structure of IEEE 802.15. It is an object of the present invention to provide a power control apparatus and method in a wireless network that can save power in a wireless network by controlling power in units.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치는, 복수의 시간 구간을 포함하는 프레임 구조의 일정 시간 구간을 통해 타 장치와 통신하는 통신제어부; 물리계층 처리를 수행하여 상기 통신제어부가 상기 타 장치로 데이터를 무선 전송할 수 있도록 하는 송신모듈; 및 상기 통신제어부가 데이터를 전송할 수 있는 시간 구간에 따라, 상기 프레임 구조의 각 시간 구간에 대해 상기 송신모듈의 전원을 제어하는 전력제어부를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a power control apparatus in a wireless network according to the present invention, the communication control unit for communicating with other devices through a predetermined time interval of the frame structure including a plurality of time intervals; A transmission module for performing physical layer processing so that the communication controller can wirelessly transmit data to the other device; And a power control unit controlling power of the transmission module for each time period of the frame structure according to a time period during which the communication control unit can transmit data.

상기 프레임 구조는 비콘(Beacon) 구간, 자유경쟁구간(CAP: Contention Access Period), 비경쟁구간(CFP: Contention Free Period)을 포함할 수 있다.The frame structure may include a beacon section, a contention access period (CAP), and a contention free period (CFP).

상기 자유경쟁구간은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식에 따라 제어되도록 구성될 수 있다.The free competition section may be configured to be controlled according to a carrier sense multiple access / collision avoidance (CSMA / CA) scheme.

상기 비경쟁구간은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식에 따라 구분되는 하나 이상의 타임 슬롯을 포함하여 구성될 수 있다.The non-competition section may include one or more time slots classified according to a time division multiple access (TDMA) scheme.

상기 전력제어부는 상기 비경쟁구간의 타임 슬롯을 할당받은 경우, 상기 비경쟁구간의 해당 타임 슬롯 구간에서는 상기 송신모듈의 전원을 켜고 상기 자유경쟁구간 및 상기 비경쟁구간의 타 타임 슬롯에서는 상기 송신모듈의 전원을 끄도록 구성될 수 있다.When the time slot section of the non-competition section is allocated, the power control unit turns on the power of the transmission module in the corresponding time slot section of the non-competition section, and turns on the power of the transmission module in the other time slots of the free competition section and the non-competition section. Can be configured to turn off.

상기 전력제어부는 상기 비경쟁구간의 타임 슬롯을 할당받지 못한 경우, 상기 자유경쟁구간에서는 상기 송신모듈의 전원을 켜고 상기 비경쟁구간에서는 상기 송신모듈의 전원을 끄도록 구성될 수 있다.The power controller may be configured to turn on the power of the transmission module in the free competition section and to turn off the power of the transmission module in the non-competition section when the time slot of the non-competition section is not allocated.

한편, 본 발명에 따른 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 방법에 관한 일 실시예는, 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하는 어느 디바이스가 PAN 코디네이터로부터 비콘 메시지를 수신하는 단계; 상기 디바이스가 슈퍼 프레임의 비경쟁구간에서 GTS(Guaranteed Time Slots)를 할당받지 못한 상태이면 자유경쟁구간에서 송신모듈의 전원을 켜진 상태로 유지하는 단계; 및 상기 디바이스는 상기 비경쟁구간이 종료하면 상기 송신모듈의 전원을 끄는 단계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, one embodiment of a power control method in a wireless network according to the present invention, the device comprising a wireless personal area network (WPAN) receiving a beacon message from the PAN coordinator; If the device has not been allocated GTS (Guaranteed Time Slots) in the non-competition section of the super frame, maintaining a power-on state of the transmission module in the free competition section; And turning off the power of the transmission module when the non-competition section ends.

본 발명에 따른 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 방법에 관한 또 다른 실시예는, 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하는 어느 디바이스가 PAN 코디네 이터로부터 비콘 메시지를 수신하는 단계; 상기 디바이스가 슈퍼 프레임의 비경쟁구간에서 GTS를 할당받은 경우에는 상기 GTS 구간의 시작 시점에 송신모듈의 전원을 켜는 단계; 및 상기 디바이스는 상기 GTS 구간이 종료하면 상기 송신모듈의 전원을 끄는 단계를 포함하여 이루어진다.Another embodiment of a power control method in a wireless network according to the present invention comprises the steps of: a device constituting a wireless personal area network (WPAN) receiving a beacon message from a PAN coordinator; If the device is allocated a GTS in a non-competition section of a super frame, turning on a power of a transmission module at the start of the GTS section; And turning off the power of the transmission module when the GTS interval ends.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치(20: 이하, 전력 제어 장치라 한다)에 관한 일 실시예를 설명하자면, 전력 제어 장치(20)는 통신제어부(21), 송신모듈(22), 전력제어부(23)를 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 2, an embodiment of a power control device 20 (hereinafter, referred to as a power control device) in a wireless network according to the present invention will be described. The power control device 20 includes a communication control unit 21, The transmission module 22 may include a power control unit 23.

전력 제어 장치(20)는 도 1에 도시한 예와 같이 PAN 코디네이터(11, PAN Coordinator) 등 네트워크 조정자의 역할을 수행하는 타 장치와 무선 통신하는 각 디바이스에 구비된다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 디바이스는 PAN 코디네이터(11)에서 전송하는 신호를 수신하는 수신모듈, 디바이스의 어플리케이션 계층(Application Layer) 처리를 수행하는 구성요소 등 디바이스의 형태에 따라 다양한 기타 구성요소를 포함할 수 있음은 물론이다.The power control device 20 is provided in each device that performs wireless communication with another device that performs a role of a network coordinator such as a PAN coordinator as shown in FIG. 1. As described below, the device includes various other components according to the type of device, such as a receiving module for receiving a signal transmitted from the PAN coordinator 11, a component for performing application layer processing of the device, and the like. Of course you can.

통신제어부(21)는 복수의 시간 구간을 포함하는 프레임 구조를 통해 PAN 코디네이터(11) 등의 타 장치와 통신할 수 있도록 처리하는 역할을 수행한다.The communication controller 21 performs a process of communicating with other devices such as the PAN coordinator 11 through a frame structure including a plurality of time intervals.

여기서 프레임 구조는 복수의 시간 구간을 포함하도록 구성되는데, 각 시간 구간은 어느 디바이스가 PAN 코디네이터(11)로 데이터를 전송할 수 있는 시간을 의미한다. 즉, 각 디바이스는 자신에게 허락된 시간 구간에서만 PAN 코디네이터(11)에게 데이터를 전송할 수 있다. 각 시간 구간을 어떻게 각 디바이스에게 할당할 것인지는 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있는 것이다.Here, the frame structure is configured to include a plurality of time intervals, each time interval means a time at which a device can transmit data to the PAN coordinator (11). That is, each device may transmit data to the PAN coordinator 11 only in the time interval allowed by the device. How to allocate each time interval to each device can be configured in various ways as needed.

송신모듈(22)은 물리계층(Physical Layer) 처리를 수행하며, 통신제어부(21)가 PAN 코디네이터(11)와 같은 네트워크 조정자에게 데이터를 무선 전송할 수 있도록 한다.The transmission module 22 performs a physical layer process, and enables the communication controller 21 to wirelessly transmit data to a network coordinator such as the PAN coordinator 11.

그리고, 전력제어부(23)는 상기 프레임 구조의 각 시간 구간에 대하여 송신모듈(22)의 전원을 제어한다. 송신모듈(22)의 전원 제어는 통신제어부(21)가 데이터를 전송할 수 있는 시간 구간에 맞추어 이루어진다.In addition, the power control unit 23 controls the power of the transmission module 22 for each time period of the frame structure. Power control of the transmission module 22 is performed according to a time interval in which the communication controller 21 can transmit data.

도 3을 참조하여 전력제어부(23)의 동작 과정에 관한 일 실시예를 설명하자면, 전력제어부(23)는 프레임 구조 중 각 시간 구간 단위로 송신모듈(22)의 전원을 제어한다. 즉, 전력제어부(23)는 통신제어부(21)에서 데이터를 전송할 시간이 되었는지를 판단하고(S31), 통신제어부(21)에서 데이터를 전송할 시간 구간이면 송신모듈(22)의 전원을 켜진 상태로 유지한다(S32).Referring to FIG. 3, an embodiment of an operation process of the power control unit 23 will be described. The power control unit 23 controls the power of the transmission module 22 in units of time periods in a frame structure. That is, the power controller 23 determines whether it is time to transmit data from the communication controller 21 (S31), and if the time is to transmit data from the communication controller 21, the power of the transmission module 22 is turned on. Hold (S32).

그러나, 단계 S31에서의 판단 결과 통신제어부(21)에서 데이터를 전송할 시간 구간이 아니면 현재 송신모듈(22)의 전원이 켜진 상태인지의 여부를 확인하고(S33), 송신모듈(22)의 전원이 켜진 상태이면 송신모듈(22)의 전원을 끈 후 단계 S31로 진행하며(S34), 그렇지 않은 경우에는 그대로 단계 S31로 진행한다.However, if it is determined in step S31 that the communication control unit 21 is not a time interval to transmit data, it is checked whether the power of the transmission module 22 is currently turned on (S33), and the power of the transmission module 22 is turned off. If the state is turned on, the power of the transmission module 22 is turned off and then the process proceeds to step S31 (S34). Otherwise, the process proceeds to step S31.

이와 같은 실시예를 통해 송신모듈(22)의 전원이 통신제어부(21)에서 데이터 전송이 이루어질 수 있는 시간 구간에만 켜지도록 제어할 수 있다.Through such an embodiment, the power of the transmission module 22 may be controlled to be turned on only during a time interval in which data transmission can be made by the communication controller 21.

도 4를 참조하여, 비콘(Beacon) 구간, 자유경쟁구간(CAP: Contention Access Period), 비경쟁구간(CFP: Contention Free Period)을 포함하여 구성되는 슈퍼 프레임 구조의 예를 설명하기로 한다.An example of a super frame structure including a beacon section, a contention access period (CAP), and a contention free period (CFP) will be described with reference to FIG. 4.

IEEE 802.15.4 기반의 네트워크는 비콘 메시지를 사용하는 방식과 비콘 메시지를 사용하지 않는 방식으로 구분될 수 있는데, 스타(Star) 형의 토폴로지로 구성하기 위해서는 비콘 메시지를 사용해야 한다. 이 경우 통신을 하기 위한 기본적인 단위는 슈퍼 프레임이 된다.IEEE 802.15.4-based networks can be classified into a method using a beacon message and a method not using a beacon message. To configure a star type topology, a beacon message must be used. In this case, the basic unit for communication is a super frame.

슈퍼 프레임은 두 개의 비콘 메시지 사이에 하나의 슈퍼 프레임이 들어가는 구조를 가지며, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 기반으로 하는 자유경쟁구간(CAP)과 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 기반으로 하는 비경쟁구간(CFP)을 가지고 있다.Super frame has a structure in which one super frame is interposed between two beacon messages, and a free competition interval (CAP) and a time division multiple access (TDMA) based on a carrier sense multiple access / collision avoidance (CSMA / CA) scheme. It has a non-competition section (CFP) based on the method.

PAN 코디네이터(11)는 주기적으로 슈퍼 프레임의 비콘 메시지를 송신하는데, 이 간격은 최소 15ms에서 최대 245msec가 될 수 있다. 두 개의 비콘 메시지 사이의 시간은 슈퍼 프레임의 주기와 무관하게 16개의 동일한 타임 슬롯(Time Slot)으로 나누어진다. 각 디바이스는 해당 타임 슬롯 동안 언제라도 데이터를 보낼 수 있으나, 다음 슈퍼 프레임의 비콘이 수신되기 전에 해당 데이터의 송수신을 완료하여야 한다.The PAN coordinator 11 periodically transmits a beacon message of a super frame, which may be from 15 ms to 245 msec maximum. The time between two beacon messages is divided into 16 identical time slots regardless of the period of the super frame. Each device can send data at any time during its time slot, but must complete the transmission and reception of the data before the next superframe's beacon is received.

이러한 비콘 구간에서는 PAN 코디네이터(11)가 네트워크 운영에 필요한 제어 정보 및 네트워크 내부의 디바이스들에게 보내는 데이터를 비콘 메시지에 담아 네트워크에 전송하고, 각 디바이스들은 비콘 메시지의 수신을 시작으로 서로 동기를 맞추고 송수신 준비를 한다.In this beacon section, the PAN coordinator 11 transmits control information necessary for network operation and data sent to devices in the network to the network in a beacon message, and each device synchronizes and transmits with each other by receiving a beacon message. Be prepared.

슈퍼 프레임의 자유경쟁구간(CAP)에서는 각 디바이스들이 경쟁적으로 타임 슬롯에 대한 채널 액세스를 하게 되며, 자유경쟁구간(CAP)은 하나 이상의 타임 슬롯으로 이루어진다.In a free competition section (CAP) of a super frame, each device competitively has channel access to a time slot, and the free competition section (CAP) includes one or more time slots.

그러나, 지정된 대역폭이나 낮은 처리 지연이 요구되는 디바이스에는 주변 디바이스들이 우선 순위를 가지고 신뢰성 높은 전송을 할 수 있도록 하기 위하여 비경쟁구간(CFP)에 GTS(Guaranteed Time Slots)를 할당함으로써, 경쟁 없이 채널을 액세스할 수 있도록 하여 대역폭을 보장해준다. 비경쟁구간(CFP)에서 할당되는 타임 슬롯의 수는 관련 디바이스들의 요구에 따라 가변적이다. 이 때, 자유경쟁구간(CAP)과 비경쟁구간(CFP)을 합하여 총 16개의 타임 슬롯이 존재하며, 자유경쟁구간(CAP)에서 일정 부분을 획득한 나머지를 비경쟁구간(CFP)에서 획득하고, 그 중에서 우선 순위를 가지는 디바이스들이 GTS를 할당받는다.However, devices that require a specified bandwidth or low processing delay access the channel without contention by assigning GTSs (Guaranteed Time Slots) to the non-competition intervals (CFPs) in order to allow peripheral devices to have high priority and reliable transmission. To ensure bandwidth. The number of time slots allocated in the non-competition section (CFP) is variable depending on the needs of the relevant devices. In this case, there are a total of 16 time slots in which the CAP and the non-competition section (CFP) are combined, and the remaining portion of the CAP obtained from the non-competition section (CAP) is obtained from the non-competition section (CFP). Among the devices having the highest priority are assigned the GTS.

또한 각 디바이스들은 가중치를 가질 수 있으며, 도 4에는 4개의 디바이스에 각각 3(GTS1):2(GTS2):4(GTS3):3(GTS4)의 가중치가 적용된 예가 나타나 있다.In addition, each device may have a weight, and FIG. 4 shows an example in which a weight of 3 (GTS1): 2 (GTS2): 4 (GTS3): 3 (GTS4) is applied to four devices.

도 5를 참조하여, 상기와 같이 비콘 구간, 자유경쟁구간(CAP), 비경쟁구간(CFP)을 포함하여 구성되는 슈퍼 프레임 구조를 사용할 때 전력 제어 장치(20)가 동작하는 과정에 관한 실시예를 설명하기로 한다.Referring to FIG. 5, an embodiment of a process of operating the power control apparatus 20 when using a super frame structure including a beacon section, a free competition section (CAP), and a non-competition section (CFP) as described above will be described. Let's explain.

이 때, 통신제어부(21)는 PAN 코디네이터(11)와 같은 네트워크 조정자로부터 자신이 슈퍼 프레임의 어느 구간에서 데이터를 전송할 수 있는지를 할당받게 된다.At this time, the communication control unit 21 is assigned by the network coordinator such as the PAN coordinator 11 in which section of the super frame it can transmit data.

즉, 통신제어부(21)는 비경쟁구간(CFP) 중 하나 이상의 타임 슬롯(GTS)을 할당받아 안정적인 대역폭을 보장받은 상태로 데이터를 전송할 수도 있고, 비경쟁구간(CFP)에서의 타임 슬롯을 할당받지 못하여 자유경쟁구간(CAP)에서 타 디바이스와 경쟁적으로 데이터를 전송하게 될 수도 있다. 그러면, 전력제어부(23)는 통신제어부(21)에서 할당받은 구간이 어떤 것인지에 따라 송신모듈(22)의 전원을 제어하게 된다.That is, the communication controller 21 may transmit data in a state where stable bandwidth is secured by receiving one or more time slots (GTS) of the non-competition section (CFP), or may not be allocated a time slot in the non-competition section (CFP). In the CAP, data may be transmitted competitively with another device. Then, the power control unit 23 controls the power of the transmission module 22 according to what the interval assigned by the communication control unit 21.

먼저, 전력제어부(23)는 통신제어부(21)가 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받은 상태인지를 판단한다(S51).First, the power controller 23 determines whether the communication controller 21 is assigned a GTS in the non-competition section (CFP) (S51).

전력제어부(23)는 단계 S51에서의 판단 결과 통신제어부(21)가 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받지 못한 상태라면 타 디바이스와 경쟁적으로 통신 채널을 획득해야 하므로 자유경쟁구간(CAP) 동안 송신모듈(22)을 켜진 상태로 유지시킨 후(S52), 송신모듈(22)의 전원을 끈다(S55).The power control unit 23 transmits during the free competition period CAP because the communication control unit 21 must obtain a communication channel competitively with another device if the communication control unit 21 has not been allocated the GTS in the non-competition period CFP as a result of the determination in step S51. After maintaining the module 22 in the on state (S52), the power of the transmission module 22 is turned off (S55).

그러나, 단계 S51에서의 판단 결과 통신제어부(21)가 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받은 상태라면, 할당받은 GTS의 타임 슬롯이 시작되는지의 여부를 판단한다(S54).However, if the communication control unit 21 is assigned the GTS in the non-competition section (CFP) as a result of the determination in step S51, it is determined whether or not the time slot of the allocated GTS starts (S54).

그리고, 전력제어부(23)는 단계 S53에서의 판단 결과 할당받은 GTS의 타임 슬롯이 시작된 경우에는 해당 GTS의 타임 슬롯이 진행되는 동안 송신모듈(22)의 전원을 켜진 상태로 유지한 후(S54), 송신모듈(22)의 전원을 끈다(S55).When the time slot of the allocated GTS starts as a result of the determination in step S53, the power controller 23 maintains the power of the transmission module 22 while the time slot of the corresponding GTS is in progress (S54). The power of the transmission module 22 is turned off (S55).

즉, 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받은 디바이스들은 ID 순서대로 통신하기 때문에 단계 S54는 자유경쟁구간(CAP)이 경과하고 자신보다 선행하는 ID를 갖는 디바이스들에게 할당된 GTS 구간이 모두 지난 후, 그 시점으로부터 자신이 할당받은 GTS 구간만큼 송신모듈(22)의 전원을 켜게 된다.That is, since the devices assigned the GTS in the non-competition section (CFP) communicate with each other in the order of ID, in step S54, after the free competition section (CAP) has elapsed and all the GTS sections assigned to the devices having an ID preceding the self have passed, From that point on, the transmitter module 22 is turned on by the allocated GTS interval.

도 6을 참조하자면, 현재 디바이스가 PAN 코디네이터(11)로부터 비경쟁구간(CFP)의 타임 슬롯 4개(GTS3)를 할당받았다고 가정할 때, 전력제어부(23)는 비경쟁구간(CFP)의 9번째 타임 슬롯 내지 12번째 타임 슬롯 구간(W)에서는 송신모듈(22)의 전원을 켜진 상태로 유지한다. 그리고, 자유경쟁구간(CAP), 비경쟁구간(CFP)의 4번째 내지 8번째 타임 슬롯, 및 13번째 타임 슬롯 내지 15번째 타임 슬롯 구간에서는 송신모듈(22)의 전원을 꺼진 상태로 유지하게 된다.Referring to FIG. 6, assuming that the current device has been allocated four time slots GTS3 of the non-competition section CFP from the PAN coordinator 11, the power control unit 23 receives the ninth time of the non-competition section CFP. In the slot through the 12th time slot section W, the power of the transmission module 22 is kept on. The transmission module 22 is powered off in the fourth to eighth time slots and the thirteenth to fifteenth time slot sections of the free competition section CAP, the non-competition section CFP.

이 때, 비콘 구간에서의 송신모듈(22) 제어는 필요에 따라 임의적으로 제어할 수 있는 것이지만, 비콘 구간에서는 송신모듈(22)의 전원이 꺼져 있도록 제어하여 전력 소모를 최소화할 수 있다.At this time, the control of the transmission module 22 in the beacon period can be arbitrarily controlled as needed, but in the beacon period can be controlled so that the power of the transmission module 22 is turned off to minimize the power consumption.

이와 같은 과정을 통해 송신모듈(22)의 전원이 통신제어부(21)에서 데이터 전송이 이루어질 수 있는 시간 구간에만 켜지도록 제어할 수 있으며, 이에 따라 슈퍼 프레임의 시간 구간 단위로 전력 소모를 제어할 수 있게 된다.Through this process, the power of the transmission module 22 may be controlled to be turned on only in a time section in which the data transmission can be made by the communication control unit 21, and accordingly, power consumption may be controlled in units of time sections of the super frame. Will be.

한편, 각 디바이스의 수신모듈은 PAN 코디네이터(11)가 전송하는 비콘 메시지를 받지 못하여 다음 슈퍼 프레임의 전송을 인식하지 못할 확률이 존재하기 때문에 켜진 상태로 유지할 수 있다.On the other hand, the receiving module of each device may be kept on because there is a probability that the PAN coordinator 11 does not receive the beacon message transmitted and does not recognize the transmission of the next super frame.

도 7을 참조하여 전력 제어 장치가 적용되는 디바이스(70)의 구성 예를 설명하기로 한다.A configuration example of the device 70 to which the power control apparatus is applied will be described with reference to FIG. 7.

송신모듈(22)과 수신모듈(71)은 일정 주파수 대역의 신호를 송수신하는데, 일 예로서 IEEE 802.15.4의 물리계층(Physical Layer) 처리를 수행한다. 이 때, 통신처리부(21)는 IEEE 802.15.4의 통신 프로토콜에 따라 송신모듈(22)과 수신모듈(71)을 통해 데이터를 송수신하며, MAC(Media Access control) 계층 처리를 담당할 수 있다. 전력제어부(23)는 위에서 설명한 바와 같이 통신제어부(21)가 데이터를 전송할 수 있는 시간 구간에 따라 슈퍼 프레임 구조의 각 시간 구간에 대해 송신모듈(22)의 전원을 제어한다.The transmission module 22 and the reception module 71 transmit and receive a signal of a predetermined frequency band. For example, the physical layer processing of IEEE 802.15.4 is performed. At this time, the communication processor 21 transmits and receives data through the transmission module 22 and the reception module 71 according to the communication protocol of IEEE 802.15.4, and may be in charge of MAC (Media Access control) layer processing. As described above, the power control unit 23 controls the power of the transmission module 22 for each time period of the super frame structure according to the time period during which the communication control unit 21 can transmit data.

디바이스(70)를 제어하기 위한 각종 제어 데이터와 프로그램 코드, 동작 데이터 등이 저장되는 메모리부(72)와 통신제어부(21)는 버스(74)를 통해 주 제어부(73)의 제어를 받는다. 주 제어부(73)는 메모리부(72)에 저장된 프로그램 코드와 제어 데이터에 따라 디바이스(70)를 총괄적으로 제어하는 역할을 수행하며, 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit)나 마이크로 컴퓨터(Micro Computer)를 이용하여 구성될 수 있다.The memory unit 72 and the communication control unit 21, which store various control data, program codes, and operation data for controlling the device 70, are controlled by the main control unit 73 through the bus 74. The main controller 73 collectively controls the device 70 according to the program code and control data stored in the memory unit 72 and includes a central processing unit (CPU) or a microcomputer. It can be configured using).

어플리케이션 인터페이스부(75)는 어플리케이션 계층(Application Layer)을 수행하는 각종 구성요소와 인터페이스하여 데이터를 주고 받을 수 있도록 한다.The application interface 75 may interface with various components that perform an application layer to exchange data.

전력 제어 장치(20) 이외에 상기와 같은 각 구성요소를 통해 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하고, 슈퍼 프레임 구조를 이용하여 서로 통신하는 과정은 잘 알려져 있는 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.In addition to the power control apparatus 20, a process of configuring a wireless personal area network (WPAN) through each of the above components and communicating with each other using a super frame structure is well known. .

이제 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 방법에 관한 실시예를 설명하기로 한다. 초기에 디바이스(70)를 구성하는 송신모듈(22)의 전원은 꺼져 있는 상태이다.An embodiment of a power control method in a wireless network according to the present invention will now be described with reference to FIG. 8. Initially, the power of the transmission module 22 constituting the device 70 is turned off.

먼저, 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하는 디바이스(70)가 PAN 코디네이터(11)로부터 비콘 메시지를 수신하면(S80), 통신제어부(21)가 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받았는지를 판단한다(S81-1).First, when the device 70 constituting the wireless personal area network (WPAN) receives a beacon message from the PAN coordinator 11 (S80), whether the communication control unit 21 has been assigned a GTS in the non-competition section (CFP). It judges (S81-1).

단계 S81-1에서의 판단 결과 통신제어부(21)가 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받지 못한 상태라면 타 디바이스와 경쟁적으로 통신 채널을 획득해야 하므로 자유경쟁구간(CAP) 동안 송신모듈(22)을 켜진 상태로 유지시킨 후(S81-2), 송신모듈(22)의 전원을 끈다(S81-3).As a result of the determination in step S81-1, if the communication control unit 21 does not receive the GTS in the non-competition section (CFP), the transmission module 22 is required during the free competition section (CAP) because the communication channel must be acquired competitively with another device. After maintaining the on state (S81-2), the power of the transmission module 22 is turned off (S81-3).

그러나, 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하는 디바이스(70)가 PAN 코디네이터(11)로부터 비콘 메시지를 수신하였을 때 통신제어부(21)가 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받은 상태라면, 할당받은 GTS의 타임 슬롯이 시작되는지의 여부를 판단하여 할당받은 GTS의 타임 슬롯이 시작되는 시점에서 송신모듈(22)의 전원을 켠다(S82-1).However, when the device 70 constituting the wireless personal area network (WPAN) receives the beacon message from the PAN coordinator 11, the communication control unit 21 is assigned a GTS in the non-competition section (CFP), It is determined whether the time slot of the GTS starts or not, and the power of the transmitting module 22 is turned on at the time when the allocated time slot of the GTS starts (S82-1).

그리고, 해당 GTS 구간이 종료하면 송신모듈(22)의 전원을 끈다(S82-2,S82-3). 즉, 비경쟁구간(CFP)에서 GTS를 할당받은 디바이스들은 ID 순서대로 통신하기 때문에 자유경쟁구간(CAP)이 경과하고 자신보다 선행하는 ID를 갖는 디바이스들에게 할당된 GTS 구간이 모두 지난 후, 그 시점에 단계 S82-1이 수행되고, 자신이 할당받은 GTS 구간만큼 송신모듈(22)의 전원을 켜게 된다.When the corresponding GTS section ends, the power of the transmission module 22 is turned off (S82-2, S82-3). That is, since the devices assigned the GTS in the non-competition section (CFP) communicate in the order of ID, after the free competition section (CAP) has elapsed and all the GTS sections assigned to the devices having the ID preceding the self have passed, the point in time In step S82-1, the power of the transmission module 22 is turned on by the allocated GTS period.

이상에서 설명한 바와 같이, 전력소모가 많은 송신모듈의 전원을 데이터 전송에 필요한 시간 구간에서만 켜도록 하여, 통신의 기본이 되는 프레임 단위 내에서의 세밀한 전력 제어가 가능하다.As described above, the power of the transmission module with high power consumption is turned on only in a time interval required for data transmission, so that detailed power control within a frame unit that is the basis of communication is possible.

이에 따라 센서 네트워크 시스템, 교통 시스템, 홈 네트워킹 시스템 등 각종 무선 네트워크에서 효과적으로 에너지를 절약할 수 있다.Accordingly, energy can be effectively saved in various wireless networks such as sensor network systems, transportation systems, and home networking systems.

Claims (9)

복수의 시간 구간을 포함하는 프레임 구조의 일정 시간 구간을 통해 타 장치와 통신하는 통신제어부;A communication controller communicating with another device through a predetermined time interval of a frame structure including a plurality of time intervals; 물리계층 처리를 수행하여 상기 통신제어부가 데이터를 무선 전송할 수 있도록 하는 송신모듈; 및A transmission module for performing physical layer processing so that the communication controller can wirelessly transmit data; And 상기 통신제어부가 데이터를 전송할 수 있는 시간 구간에 따라, 상기 프레임 구조의 각 시간 구간에 대해 상기 송신모듈의 전원을 제어하는 전력제어부를 포함하여 이루어지는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치.And a power control unit for controlling a power supply of the transmission module for each time section of the frame structure according to a time section during which the communication control section can transmit data. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프레임 구조는 비콘(Beacon) 구간, 자유경쟁구간(CAP: Contention Access Period), 비경쟁구간(CFP: Contention Free Period)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치.The frame structure includes a beacon period, a contention access period (CAP), and a contention free period (CFP), the power control device in a wireless network, characterized in that the configuration. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 자유경쟁구간은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식에 따라 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치.The free competition section is a power control device in a wireless network, characterized in that configured to be controlled according to the carrier sense multiple access / collision avoidance (CSMA / CA) scheme. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 비경쟁구간은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식에 따라 구분되는 하나 이상의 타임 슬롯을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치.And the non-competition section includes one or more time slots classified according to a time division multiple access (TDMA) scheme. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전력제어부는 상기 비경쟁구간의 타임 슬롯을 할당받은 경우, 상기 비경쟁구간의 해당 타임 슬롯 구간에서는 상기 송신모듈의 전원을 켜고 상기 자유경쟁구간 및 상기 비경쟁구간의 타 타임 슬롯에서는 상기 송신모듈의 전원을 끄도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치.When the time slot section of the non-competition section is allocated, the power control unit turns on the power of the transmission module in the corresponding time slot section of the non-competition section, and turns on the power of the transmission module in the other time slots of the free competition section and the non-competition section. Power control device in a wireless network, characterized in that configured to turn off. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전력제어부는 상기 비경쟁구간의 타임 슬롯을 할당받지 못한 경우, 상기 자유경쟁구간에서는 상기 송신모듈의 전원을 켜고 상기 비경쟁구간에서는 상기 송신모듈의 전원을 끄도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치.In the wireless network, the power control unit is configured to turn on the power of the transmission module in the free competition section, and to turn off the power of the transmission module in the non-competition section when the time slot of the non-competition section is not allocated. Power control device. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전력제어부는 상기 비콘 구간에서 상기 송신모듈의 전원을 끄도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 장치.The power control unit in the wireless network, characterized in that configured to turn off the power of the transmission module in the beacon period. 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하는 어느 디바이스가 PAN 코디네이터로부터 비콘 메시지를 수신하는 단계;Receiving a beacon message from a PAN coordinator by any device constituting a wireless personal area network (WPAN); 상기 디바이스가 슈퍼 프레임의 비경쟁구간에서 GTS(Guaranteed Time Slots)를 할당받지 못한 상태이면 자유경쟁구간에서 송신모듈의 전원을 켜진 상태로 유지하는 단계; 및If the device has not been allocated GTS (Guaranteed Time Slots) in the non-competition section of the super frame, maintaining a power-on state of the transmission module in the free competition section; And 상기 디바이스는 상기 비경쟁구간이 종료하면 상기 송신모듈의 전원을 끄는 단계를 포함하여 이루어지는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 방법.And the device turning off the transmission module when the non-competition period ends. 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 구성하는 어느 디바이스가 PAN 코디네이터로부터 비콘 메시지를 수신하는 단계;Receiving a beacon message from a PAN coordinator by any device constituting a wireless personal area network (WPAN); 상기 디바이스가 슈퍼 프레임의 비경쟁구간에서 GTS를 할당받은 경우에는 상기 GTS 구간의 시작 시점에 송신모듈의 전원을 켜는 단계; 및If the device is allocated a GTS in a non-competition section of a super frame, turning on a power of a transmission module at the start of the GTS section; And 상기 디바이스는 상기 GTS 구간이 종료하면 상기 송신모듈의 전원을 끄는 단계를 포함하여 이루어지는 무선 네트워크에 있어서의 전력 제어 방법.The device comprises the step of turning off the power of the transmission module when the GTS interval ends.
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