KR20080073296A - 유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하는 방법 및시스템 - Google Patents

유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하는 방법 및시스템 Download PDF

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KR20080073296A
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마르코 키이스킬라
파드마쉘라 라야라
필리포 윌리엄 산
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실버 스프링 네트웍스, 인코포레이티드
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Abstract

유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하기 위한 방법 및 시스템에 대해 개시한다. 일실시예에서, 컴퓨터로 실행되는 방법은, 정전력 미터(constant powered meter)가 유틸리티 네트워크를 찾아내기 위해 네트워크 탐색 메시지를 송신하여, 상기 유틸리티 네트워크를 탐색하는 단계를 포함한다. 상기 정전력 미터가 헬로(hello) 메시지들을 주기적으로 송신하여, 이웃하는 미터들을 탐색한다. 상기 정전력 미터는 유틸리티 네트워크에 등록되다. 또한, 배터리 구동 미터는 정전력 미터를 찾아내어 자신을 배터리 전력 공급형 미터와 관련시킨다. 정전력 미터는 또한 그 관련 배터리 전력 공급형 미터를 유틸리티 네트워크에 등록한다. 정전력 미터는 유틸리티 네트워크의 게이트웨이 노드 등록 메시지를 송신한다. 정전력 미터는 게이트웨이 및 그 네트워크의 이웃들을 이용하여 공급 중지 문제(outage problem)를 감지하고, 검색하며, 대안의 네트워크로 이동할 수 있다.

Description

유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A NETWORK PROTOCOL FOR UTILITY SERVICES}
본 발명은 일반적으로 컴퓨터 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
자동 미터 판독(Automated Meter Reading; AMR) 방식은, 전기, 가스 및 물의 미터에 대한 수동식 미터 판독 방식에 비해, 유틸리티 미터 데이터 수집에 있어서 보다 효과적이고 정확한 방식으로서 출발하였다. 수동 미터 판독에 비해 AMR의 몇 가지 중요한 이점은 이 AMR을 데이터 통신 및 원격 측정 산업 분야의 특화된 분화(specialized branch)로 개발하는 데 일조한 것이다. 이러한 이점 중에서도 가치 있는 것으로는, 도달하기 어려운 미터 위치로부터 수집된 데이터뿐만 아니라 표준 미터 위치로부터 수집된 데이터를 계측하는 신뢰성, 정확성 및 규칙적인 이용 가능성; 높은 고객 보안성(가정에 들어갈 필요가 없음) 및 만족도(정확한 청구); 및 고객 서비스 콜센터 및 청구 분쟁을 해결하기 위한 서비스 하우스 콜에 대한 감소된 비용을 들 수 있다.
다양한 기술이 ARM로 구현된다. 모든 구현은, 소비를 감지하기 위해 미터와 인터페이싱하는 작업, 저장된 소비 데이터를 검색하고 그 저장된 소비 데이터를 중 앙 사이트(central site)에 다시 보내는 작업, 및 이 중앙 사이트에 있는 컴퓨터 시스템에 소비 데이터를 저장하는 작업을 수행한다. 설치 공정의 간이화, 및 많은 경우에 있어서, 시스템의 낮은 초기 비용 및 가동 비용으로 인해, 무선 기술은 AMR 시스템 구현에서 가장 흔하게 되었다.
AMR의 무선 구현 간에는, 모바일 데이터 수집 시스템과 고정 베이스 데이터 수집 시스템(fixed-base data collection system) 사이 또는 네트워크 사이에 분류(categorization)가 확립되었다. 고정 네트워크는 무선 또는 유선에 기초할 수 있다. 그렇지만, 실제의 이점은 고정 무선 네트워크에 기초한 시스템과 관련되어 있다. 고정 네트워크 시스템은, 청구(billing)의 목적을 위해 월별로 미터 판독을 수집하는 많은 신뢰성 있는 방법을 제공하기만 하는 모바일 시스템에 비해, 빈번한 (통상적으로 적어도 매일) 소비 데이터 수집에 의해 생기는, 상당히 중요하고 독특한 이점을 갖는다. 이러한 이점 중에서도 가치 있는 것으로는, 청구서 날짜의 유연성; 시간대별 차등 요금(time-of-use(TOU) rate)과 같은 마케팅 툴; 시장 분할(market setmentation)을 더 분명하게 할 수 있고, 유틸리티 리소스 생성을 더욱 정확하게 예상할 수 있게 하며, 에너지 보존 및 효과적인 소비의 목적을 제공하는, 수요 분석(demand analysis) 및 로드 프로파일링(load profiling); 및 유틸리티 리소스 누설 및 요금 체납(account delinquency)에 대한 즉시 통지와 같은 유지보수 툴(maintenance tool)을 들 수 있다. 이러한 이점들은, 유틸리티, 특히 유틸리티 서비스의 규제완화를 수행하는 지역에서의 유틸리티를 위한 고정 네트워크 데이터 수집 시스템에 관한 관심 및 상업 활동을 증가시켜 왔다.
유틸리티 미터와 같은 복수의 원격 기기로부터 중심 위치(central location)로 고정 네트워크 데이터 수집을 구현하는 몇 가지 방법 및 시스템이 지난 수년간 개발되고 도입되어 왔다. 분류(categorization)는, AMR 산업이 발전함에 따라, 단방향의 고정 무선 데이터 네트워크와 양방향의 고정 무선 데이터 네트워크를 일반적으로 차별화하면서 진화되어 왔다. 이전의 시스템은 네트워크상의 각각의 미터 모듈이 양방향 모듈인 것, 즉 수신기 회로가 미터 모듈 내에 포함되는 것을 필요로 한다. 온-디맨드 미터 판독(on-demand meter reading)과 같은 양방향 통신 특징 및 미터 구성 및 제어를 위한 그외 원격 명령들이 일반적으로 바람직하기는 하지만, 이것들은 전체적인 유틸리티의 미터 개체군(population)에는 필요하지 않을 수도 있다. 미터 모듈 내에 수신기를 포함시키면 모듈의 비용이 상당히 증가하기 때문에, 단방향 및 양방향 미터 모듈 모두를 포함하고 지원할 수 있는 AMR 네트워크를 유틸리티 서비스 회사가 유연하게 배치할 수 있게 하는 것이 가장 바람직하다. 데이터 수집 노드들 사이에 지능(intelligence)이 분배되어 있는 네트워크의 단점은 데이터 수집 노드들의 제한된 저장 및 처리 능력이다. 그러므로 미터 모듈로부터 네트워크의 중심 데이터베이스로 모든 미가공 데이터(raw data)를 효과적으로 전달할 수 있는 시스템이 바람직한 데, 그 이유는 더 많은 백업 및 옵션 저장 및 더 많은 복잡한 기능 계산 및 미가공의 미터 데이터 처리가 허용될 수 있기 때문이다.
유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하기 위한 방법 및 시스템에 대해 개시한다. 일실시예에서, 컴퓨터로 구현되는 방법(computer-implemented method)은 유틸리티 네트워크를 탐색하는 단계를 포함하는 데, 정전력 미터(constant powered meter)는 일부분인 유틸리티 네트워크를 찾아내기 위해 네트워크 탐색 메시지를 보낸다. 유틸리티 네트워크 내에서 인접하는 미터들이 탐색되는 데, 정전력 미터는 헬로 및 상태 메시지를 주기적으로 보낸다. 정전력 미터는 유틸리티 네트워크에 등록된다. 정전력 미터는 노드 등록 메시지를 게이트웨이에 보낸다. 게이트웨이는 네트워크 내의 중간 에이전트/중앙 노드가며, 이를 통해 정전력 미터의 집단(family) 및 배터리 전력 공급형 미터들이 유틸리티 네트워크의 중심 서버와 통신한다.
구성요소의 실행 및 조합에 대한 다양한 새로운 상세한 설명을 포함하는, 전술한 특징 및 다른 바람직한 특징들을, 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하고 청구의 범위에 나타낼 것이다. 여기에 개시된 특정한 방법 및 시스템은 단지 예시에 지나지 않으며 제한하려는 의도가 아님은 물론이다. 당업자는 이해할 수 있는 바와 같이, 여기에 개시된 원리 및 특징은 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 실시예에 적용될 수 있다.
본 발명의 일부로서 포함되고, 현재의 바람직한 실시예를 나타내는 첨부된 도면은, 위에서 언급된 일반적인 설명 및 이하에 언급되는 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 나타내는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적 유틸리티 네트워크의 블록도를 나 타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라, 현재의 시스템과 함께 사용하기 위한 예시적 컴퓨터 아키텍처를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적 공통 링크 계층 패킷 헤더를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적 네트워크 탐색 패킷 헤더를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적 헬로(hello) 메시지 헤더를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라, 네트워크에 등록할 때 사용되는 예시적 노드 등록 메시지를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적 노드 등록 수신응답 메시지를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라, CPD 노드에 대한 설정을 갱신하기 위해 게이트웨이에 의해 보내진 예시적 라우트 갱신 메시지를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적 라우트 갱신 수신응답 메시지를 나타낸다.
유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하기 위한 방법 및 시스템에 대해 개시한다. 일실시예에서, 컴퓨터로 구현되는 방법(computer-implemented method)은 유틸리티 네트워크를 탐색하는 단계를 포함하는 데, 정전력 미터(constant powered meter)는 일부분인 유틸리티 네트워크를 찾아내기 위해 네트워크 탐색 메시지를 보낸다. 유틸리티 네트워크 내에서 인접하는 미터들이 탐색되는 데, 정전력 미터는 헬로 및 상태 메시지를 주기적으로 보낸다. 정전력 미터는 유틸리티 네트워크에 등록된다. 정전력 미터는 노드 등록 메시지를 게이트웨이에 보낸다. 게이트웨이는 네트워크 내의 중간 에이전트/중앙 노드이며, 이를 통해 정전력 미터의 집단(family)이 유틸리티 네트워크의 중심 서버와 통신한다.
이하의 설명에서는, 설명의 목적상, 여기에 개시된 다양한 본 발명의 개념들을 완전히 이해할 수 있도록 하기 위해 구체적 명명법(nomenclature)을 언급한다. 그렇지만, 여기에 개시된 다양한 본 발명의 개념들을 실행하기 위해 이러한 구체적인 설명이 필요하지 않다는 것은 당업자에게는 자명하다.
이하의 상세한 설명 중 일부는 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트 단위에 대한 동작에 대한 알고리즘 및 기호 표시로 제공된다. 이러한 알고리즘적 설명 및 표시는 데이터 처리 분야의 당업자가 자신들의 작업의 요지를 다른 당업자에게 가장 효과적으로 전달하기 위해 사용하는 수단이다. 여기에 있는 알고리즘은 일반적으로, 원하는 결과를 이끌어내는 시리얼 및 패러렐 단계의 자체 모순 없는 시퀀스(self-consistent sequence)인 것으로 생각된다. 이러한 단계들은 물리량의 조작을 필요로 하는 단계들이다. 일반적으로, 반드시 필요한 것은 아니지만, 이러한 물리량들은 저장, 전송, 결합, 비교 및 그외 조작될 수 있는 자기 신호 또는 전기 신호의 형태를 취할 수 있다. 원리적으로 일반적인 용법의 이유로, 이들 신호를 때때로 비트, 바이트, 값, 요소, 심벌, 캐릭터, 항목, 수치, 픽셀 등으로 언급하는 것이 편리한 것으로 입증되었다.
그렇지만, 이들 모두 및 유사한 항목들은 적절한 물리량과 관련되어 있고 이러한 물리량에 적용하기에 편리한 레이블(label)에 지나지 않는다는 것을 명심해야 한다. 이하의 논의에서 분명한 바와 같이 별도로 구체적으로 언급하지 않으면, 명세서 전반에 걸쳐, "처리" 또는 "컴퓨팅" 또는 "계산" 또는 "결정" 또는 "디스플레잉" 등과 같은 용어를 사용하는 논의는, 컴퓨터 시스템의 레지스터 내에서의 물리(전자) 양으로 나타내어지는 데이터를 조작하고 변형하고, 마찬가지로 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터, 또는 저장 기기, 전송 기기 또는 디스플레이 기기 내에서의 물리량으로서 나타내어지는 다른 데이터로 저장하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 기기의 동작 및 처리를 언급하는 것임을 인정해야 한다.
본 발명은 또한 이러한 까닭으로 동작을 수행하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 그 필요한 목적에 따라 구체적으로 구성될 수 있거나, 또는 컴퓨터 내에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은, 플로피 디스크, 광 디스크, CD-ROM 및 자기 광학 디스크, 판독-전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), EPROM, EEPROM, 자기 카드 또는 광 카드를 포함하는 임의 형태의 디스크, 또는 전자 명령을 저장하는 데 적절한 임의 형태의 미디어와 같은, 컴퓨터가 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있으나, 이러한 것에 제한되지 않으며, 각각의 미디어는 컴퓨터 시스템 버스를 통해 결합된다.
여기에서 제공되는 알고리즘 및 디스플레이는 임의의 특별한 컴퓨터 또는 다른 장치에 본질적으로 관련되어 있는 것이 아니거나 제한되지 않는다. 여기에서 개시되어 있는 바에 따른 프로그램을 이용하여 다양한 범용의 시스템을 사용할 수 있거나, 필요한 방법 단계들을 수행하도록 더욱 전문화된 장치를 구성하는 것이 편리하다는 것이 입증될 수 있다. 다양한 이들 시스템을 위한 필요한 구조는 이하의 설명에 개시될 것이다. 또한, 본 발명은 임의의 특별한 프로그래밍 언어를 참조하여 서술하지 않는다. 다양한 프로그래밍 언어를 사용하여 여기에 개시된 본 발명을 실행할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적 유틸리티 네트워크(100)의 블록도를 도시한다. 유틸리티 네트워크(100)는 데이터 통신 네트워크(110), 적어도 하나의 게이트웨이(gateway)(120), 적어도 하나의 배터리 전력 공급형 기기(battery-powered device)(BPD)(130), 및 적어도 하나의 정전력 기기(constant powered device)(CPD)(140)를 포함한다. 중앙집중식 서버(150)는 배터리 전력 공급형 기기(130) 및 정전력 기기(140)로부터 데이터를 수집한다. 네트워크 유틸리티 프로토콜에 따라 유틸리티 네트워크(100) 내에서 노드와 서버(150) 사이에 데이터가 송수신된다.
일반적으로, 현재의 네트워크 통신 프로토콜은, 특정한 위치에 노드들이 고정되어 있는 밀집형 멀티-홉 무선 네트워크(dense multi-hop radio network)에서 동작하도록 설계되어 있다. 네트워크를 관리하는 데 있어서 중요한 역할을 하는 중앙 노드(예를 들어, 게이트웨이(120))가 있다. BPD(130) 및 CPD(140)는 매우 제 한된 양의 이용 가능한 메모리 및 처리 능력을 가진다.
게이트웨이(120)는 모든 다른 노드들과 직접적으로 또는 중계기를 거쳐 통신하는 중앙 노드가다. CPD(140)는 유틸리티 네트워크(100) 내의 하나 이상의 미터 및 중계기가 될 수 있다. 미터들은 다른 미터들(CPD(140) 및 BPD(130)) 사이에 그리고 미터들과 게이트웨이(120) 사이에 패킷을 중계할 수 있다. BPD(130)는 하나 이상의 동력 미터 및 중계기가 될 수 있다. 이것들은 CPD(140)에 비해, 송신 전력, 가동 시간(uptime), 및 처리 능력 면에서 제한된다. 일실시예에 따르면, BPD(130)는 패킷들을 중계할 수 없다. BPD(130) 패킷은 통상의 미터(regular meter)에 의해 중계될 수 있다.
네트워크(100)의 토폴로지는 천천히 변할 것으로 예상된다. BPD(130) 및 CPD(140)와 같은 노드는 수년간 네트워크에 머무르고, 이들 사이의 무선 링크의 특성은 RF 전파에 대한 일시적인 소음원(noise source) 및 장애물을 제외하곤, 매우 급속히 변한다. 네트워크(100)를 사용하는 어플리케이션은, 유틸리티 미터 판독, 이러한 미터들에 필요한 관리, 및 유틸리티 회사들이 소유하고 있는 그 밖의 기기에 대한 관리이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라, 본 발명과 함께 사용하기 위한 예시적 컴퓨터 아키텍처를 도시한다. 컴퓨터 아키텍처(200)를 사용하여 도 1의 게이트웨이(120), BPD(130), CPD(140) 또는 서버(150)를 실행할 수 있다. 아키텍처(200)의 일실시예는 정보를 송수신하는 시스템 버스(220), 및 이 시스템 버스(220)에 결합되어 정보를 처리하는 프로세서(210)를 포함한다. 아키텍처(200)는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 버스(220)에 결합되어 프로세서(210)에 의해 실행될 정보 및 명령을 저장하는 그 밖의 동적 저장 기기(225)(여기서는 메인 메모리로 칭함)를 더 포함한다. 메인 메모리(225)는 또한 변수를 일시적으로 저장하거나 또는 프로세서(210)에 의한 명령의 실행 동안 그 밖의 중간 정보를 저장하는 데도 사용될 수 있다. 아키텍처(200)는 또한 버스(220)에 결합되어 프로세서(210)에 의해 사용되는 정적 정보 및 명령을 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM) 및/또는 그 밖의 정적 저장 기기(226)를 포함할 수 있다.
자기 디스크 또는 광 디스크와 같은 데이터 저장 기기(227) 및 이에 대응하는 기기는 또한 컴퓨터 시스템(200)에 결합되어 정보 및 명령을 저장할 수 있다. 아키텍처(200)는 또한 I/O 인터페이스(230)를 통해 제2 I/O 버스(250)에 결합될 수 있다. 복수의 I/O 기기는 디스플레이 기기(243), 입력 기기(예를 들어, 문자 숫자 입력 기기(242) 및/또는 커서 제어 기기(241))를 포함하는 I/O 버스(250)에 결합될 수 있다.
통신 기기(240)는 네트워크를 통해 다른 컴퓨터(서버 또는 클라이언트)에 대한 액세스를 허용한다. 통신 기기(240)는, 이더넷, 토큰 링(token ring), 스트레이트(straight) IP, 그 밖의 형태의 네트워크에 결합하기 위해 사용되는 것들과 같이, 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드, 무선 네트워크 인터페이스 또는 그 밖의 잘 알려진 인터페이스 기기를 포함할 수 있다.
개관
BPD(130) 및 CPD(140)와 같은 노드는 이용 가능한 네트워크(네트워크(110)) 를 탐색하고, 연결할 수 있는 네트워크를 선택한 다음, 게이트웨이(120)에 등록한다. 이 중앙 노드 게이트웨이(120)는 네트워크 토폴로지 및 그 제어 내의 모든 기기들의 성능 및 다른 기기들의 성능을 계속 추적한다. 이 정보에 기초하여, 게이트웨이는 경로 및 그외 상태 파라미터를 계산하고, BPD(130) 및 CPD(140)와 같은 모든 등록된 기기에 분배한다. 노드들은 로컬 상태(local state) 및 인접한 이웃(immediate neighbor)들의 상태들을 유지하고, 로컬 상태에 관한 갱신을 중앙 노드(120)에 주기적으로 보낸다.
중앙 노드(120)는 일련의 라우트를 미리 계산하고, 패킷을 전송할 목적으로 어느 특별한 노드가 어느 이웃들과 연락하는지를 알아낸다. 각각의 기기(130, 140)에 있어서, 중앙 노드(120)는 패킷 송신 전력 세팅을 계산하고 이웃들 간의 무선 간섭량을 최소화하려 한다. 이러한 상태를 네트워크 내의 모든 기기에 분배하고 필요할 때 그것을 갱신한다. 일실시예에 따르면, 네트워크 계층 프로토콜에 대하여 IPv6를 사용한다. 중앙 노드(120)에 등록되어 있는 노드(130, 140)는 논리 서브넷(logical subnet)을 형성하고 중앙 노드(120)는 디폴트 라우터로서 작동한다.
RF 링크 계층
링크 계층 어드레싱
각각의 노드(130, 140)는 그 무선 인터페이스에 할당된 고유의 링크 계층 어드레스에 의해 식별된다. 통상적으로 각각의 노드는 단지 단일의 인터페이스를 가진다. 게이트웨이는 복수의 인터페이스를 가질 수 있으며, 각각의 인터페이스는 별도의 채널에 전용된다. 링크 계층 어드레스는 통상적으로 6 바이트 길이이다. 링크 계층 방송 어드레스는 16진수 ff:ff:ff:ff:ff:ff(모두 같다)로 되어 있다. 로컬 방송으로 예정된 패킷들은 이것들을 수신하는 모두에 의해 처리된다.
링크 계층 헤더
도 3은 일실시예에 따른 예시적 공통 링크 계층 패킷 헤더(300)를 도시한다. 링크 계층 헤더(300)는 이하의 필드를 포함한다:
Vers : 버전 번호.
PID : 프로토콜 ID; 상위계층 프로토콜에 대한 식별자.
R : 보류.
TTL : 패킷의 유효기간(티티엘)(Time-to-live).
R : 보류.
CurOff : 현재의 오프셋값; 현재의 홉의 위치를 식별하는 소스 어드레스 어레이에 대한 인덱스.
P : 우선순위 비트; 1은 높은 우선순위를 나타낸다.
S : 소스 라우트 비트; 1은 소스 라우트가 뒤따른다는 것을 나타낸다.
Addr Cnt : 뒤따르는 어드레스 요소의 번호는 소스 라우트가 없는 패킷의 경우 2로 설정된다. 소스 라우트를 가진 패킷의 경우에는 >=2가 될 것이다.
Source Address : 패킷의 발신자(originator)의 네트워크 어드레스. 이것은 방송 어드레스가 될 수 없다.
Hop Address1..N : 소스 라우팅된 메시지에 대한 중간 홉의 어드레스.
목적지 어드레스 : 목적지의 네트워크 어드레스. 이것은 방송 어드레스가 될 수 있다.
프로토콜 ID - 프로토이드(protoid)는 패킷이 전송되는 프로토콜을 식별한다. 이것은 사용되고 있는 특정한 네트워크 프로토콜이나, 링크 계층 라우팅 프로토콜일 수 있다.
ID 값을 가진 프로토콜의 목록
- 0x03: 라우팅 프로토콜,
- 0x04: IPv4 네트워킹 프로토콜,
- 0x06: IPv6 네트워킹 프로토콜,
- 0x07: 데이터링크 트레이스.
TTL - 이것은 패킷이 생성되는 노드마다 설정된다. 초기값은 "디폴트 TTL"로 설정되어 있고, 구성 가능하다. TTL은 L2-fwd에 따라 감소된다. [L2-fwd를 통한 경우에만 L2-pkt-out]
커런트 오프셋(Current Offset) - 이것은 소스 라우트를 사용하지 않는 패킷들에 대해 0으로 설정된다. 이것은 패킷이 먼저 네트워크로 전송될 때 0으로 설정된다. L2-fwd를 통과할 때 증가된다[L2-fwd를 통과한 후의 L2-pkt-out].
우선순위 비트(Priority Bit) - 우선순위 비트가 설정되면, 이러한 메시지들에 대해 우선순위 처리가 요청된다. 이것은 MAC/PHY 층에 의해 제공된 우선순위의 2개의 레벨에 매핑된다.
소스 라우트 비트(Source Route Bit) - 소스와 목적지 사이에서 사용될 전체 적인 홉-바이-홉(hop-by-hop) 라우트를 패킷이 포함하는지를 나타낸다.
어드레스 카운트(Address Count) - 소스, 목적지, 및 소스 라우팅된 패킷에 대한 임의의 중간 어드레스를 포함하는 데이터 링크 헤더 내에 포함된 어드레스의 총수를 나타낸다.
소스 어드레스(Source Address) - 이것은 노드 생성의 어드레스이다. 일실시예에 따르면, 방송 어드레스에는 설정될 수 없다.
홉 어드레스(Hop Addresses) - 이것은 소스 라우팅된 메시지들에 대한 어드레스의 목록이다. 방송 어드레스를 포함할 수 있다.
목적지 어드레스(Destination Address) - 이것은 의도된 패킷 수령인의 어드레스이다. 이것은 방송 어드레스가 될 수 있다.
링크 계층 포워딩(Link Layer Forwarding) - 소스 라우트 비트가 설정되면, 패킷 헤더는 패킷이 취할 완전한 경로를 포함한다. 중간 홉 없이 하나의 패킷이 2개의 노드들 사이에서 소스 라우팅 될 수 있음을 유념해야 한다(즉, AddrCnt는 2이고, 목적지 어드레스(destination address)는 노드 또는 방송 어드레스이다). 이것은 디버깅 이동국(debugging mobile station)과 같은 단말로부터 개별의 노드(120, 140)에 질문하기 위해 사용된 메커니즘이다.
소스 라우트 비트가 설정되지 않으면, 패킷의 목적지 어드레스와 관계없이 의도된 목적지는 게이트웨이(120)이다. 목적지 어드레스가 방송 어드레스인 경우, 순방향 경로는 패킷이 국부적으로 수신되지 않기 때문에 진행되지 못한다. TTL은 패킷이 노드의 L2-fwd를 통과할 때 감소한다. L2-fwd을 통과하는 패킷들은 TTL이 제로로 될 때 드롭된다. 로컬 호스트로 정해진 제로 TTL을 가진 메시지들은 스택(stack)을 넘겨받는다. 완전한 소스 라우트를 사용하지 않고 메시지를 게이트웨이(120)에 전송하는 노드(130, 140)는, 게이트웨이(120)로 안내되는 가장 긴 경로 상에서 홉 중 최소의 수가 되도록 TTL을 설정한다. 최대 TTL은 관리자에 의해 구성될 수 있다. 일실시예에 따르면, L2 방송에 설정된 목적지 어드레스와 함께 송신된 패킷들은 전송되지 않는다.
MAC 계층 동작
유니캐스트 패킷(unicast packet)의 송신은 일반적으로 MAC 계층에 의해 수신응답된다(acknowledged). 방송된 패킷은 수신응답되지 않으며 미수신응답된 유니캐스트 패킷을 송신하는 것이 가능하다. 노드(130, 140)가 패킷을 이웃에 송신할 때, MAC 계층은 재시도의 횟수 및 송신의 최종 성공을 보고한다. 네트워크 층은 이 정보의 카운터를 이웃마다 유지한다.
라우팅 서브시스템
라우팅 시스템은 3개의 컴포넌트로 분할된다:
- 네트워크 탐색
- 이웃 탐색(neighbour discovery) 및 유지관리
- 노드 등록 및 라우트 분배
네트워크 탐색
CPD(140)는 이하의 경우에 네트워크 탐색을 개시한다:
- 게이트웨이와 관련이 없는 경우,
- 그 업스트림의 이웃들과의 그 통신 링크가 단절되어 있는 경우,
- 게이트웨이(120)에 대한 그 주기적인 NREG 메시지가 연속적으로 3회 수신응답되지 않는 경우.
BPD(130)는 그 지명된 매스터(CPD 노드(140))와의 링크가 단절되어 있는 경우에 네트워크 탐색을 개시한다.
채널 스캔(Channel Scan) - 노드가 네트워크 탐색을 개시할 때 채널 상의 2개의 네트워크 탐색(ND) 메시지를 송신한다:
- 제1 메시지는 네트워크를 탐색하고 임의의 네트워크의 가시성(visibility)에 관한 고속의 피드백을 제공한다.
- 제2 메시지는 이웃들의 온전한 목록을 수집하는 데 사용된다.
CPD 노드(140)는 모든 채널을 시험함으로써 활성 네트워크를 검색하면서, 방송된 네트워크 탐색(ND) 메시지를 송신하고 수신응답을 대기한다. CPD(140)는 이러한 메시지를 수신하고, 'Fast ND Time' 내에서 유니캐스트 수신응답에 응답한다. 이들 ND 메시지, 및 그것들의 수신응답은 최대 TX 전력 세팅에 의해 송신된다. 이 제1 ND는 'All flag' 리셋과 함께 송신되고, 노드가 어떤 다른 노드로부터 들어오는 수신응답을 도청하면, 제2 수신응답을 전송하지 않는다. CPD(140)는 이것이 사용중이지 않으면 고속으로 다음의 채널로 이동할 능력이 있다.
CPD(140)가 활성 네트워크를 탐색하면, 그 채널 상에서 중지하고, 느린 스캔을 행한다. 이 느린 스캔은 더 긴 응답 시간 'Slow ND Time'을 가진 다른 ND 메시지를 사용하여 행해지고, 'All flag'는 세팅된다. 이에 따라 모든 이웃들이 응답 하게 된다. 이 채널 상의 모든 이웃들 중에서, 네트워크를 나타낼 최상의 이웃을 선택한다. 네트워크의 양호함(goodness)은 수신응답(acks)에서 보고된 정보(info)를 봄으로써 결정되며, 공식 '(15-(RSSI_from_hello+RSSI_from_ack)/2) * 4 + # of hops * 8 + gw_load'로부터의 값을 최소화하는 노드가 선택된다. 'gw_load'는 게이트웨이에 의해 분배된 값이며, 0->128의 범위에서 변하며, 여기서 0은 최소의 부하(least load)를 나타낸다. CPD(140)는 모든 채널을 시험하고, 이러한 네트워크들에 관한 정보를 수집한다. 채널에 대한 시험은 3회 실시되고; 네트워크 정보가 탐색된 채널들은 다시는 방문하지 않는다.
모든 채널로부터 수집된 정보에 기초하여, 전술한 값을 최소화하는 네트워크가 선출된다. CPD(140)는 이 채널로 복귀하여, 이웃들에 관한 정보를 수집하기 위해 HELLO 메시지를 이용하여 스캔을 행한다. HELLO의 응답 타이머는 'Slow ND Time'으로 설정된다. 그런 다음 노드 등록(NREG) 메시지 내의 이웃들에 관한 목록이 게이트웨이(120)로 송신된다.
네트워크 탐색 메시지 포맷
ND 메시지는 이웃 검출 및 네트워크 탐색에 사용된다. 도 4는 일실시예에 따른 예시적인 네트워크 탐색 패킷 헤더(400)를 도시한다. 네트워크 탐색 메시지 헤더(400)는 이하의 필드를 포함한다.
Vers : 버전 번호.
Type : 타입; ND의 경우는 1, ND_ACK의 경우는 2.
Seq Number : 일련 번호; 메시지의 송신기에서 기입되고(filled in), 이것 으로서 수신응답에 복사된다.
Hop Cnt : 홉의 수에 있어서 게이트웨이(120)로부터의 거리. ND에 0을 설정하고, 게이트웨이(120)로부터의 거리를 채운다. 게이트웨이(120)에 대한 경로가 존재하지 않는 경우에는 0x7f를 기입한다.
A : 모든 플래그; 이 ND를 듣는 모든 사람이 수신응답해야 하는 경우에는 1에 설정되고, 이중 수신응답이 억제되어야 하는 경우에는 0에 설정된다. 억제를 요청받은 경우, 그 수신응답은 방송 어드레스에 보내진다.
Resp Timer : 수신응답을 전송하는 타이머. 값은 초 단위이며, 0은 수신응답이 필요 없다는 것을 의미한다.
GW Load : 게이트웨이(120)의 부하를 나타낸다; NREG_ACK 또는 RUPD를 통해 게이트웨이(120)로부터 수신된 최신의 'GW load'로 채워진 ND_ACK에서, ND의 송신기에 의해 0에 설정된다. 이용 가능한 정보가 없는 경우에는 Oxfe로 채워진다.
RSSI : 이 메시지를 보낼 때는 0에 설정되고, 수신응답에 있어서는 수신된 ND의 RSSI로 채워진다.
노드(130, 140)는 ND 메시지를 송신하는 속도를 제한한다. Resp 타이머 필드는 ND 수령인의 송신기에 의해 채워진다. 이것은 타임 윈도(time window)를 나타내는 데, 이 타임 윈도 내에서 ND_ACK(400)는 수령인에 의해 송신된다. 고속 채널 스캔 동안에는 'Fast ND Time'에 설정되고, 이웃들의 목록 수집 동안에는 'Slow ND Time'에 설정된다.
이웃 탐색 및 유지보수
주기적인 HELLO - 네트워크(100)의 맵은 HELLO 프로토콜 및 트래픽의 수동 모니터링(passive monitoring)을 사용하여 유지된다. CPD(140) 및 게이트웨이(120)는 주기적으로 HELLO 메시지를 방송하고, 이 메시지는 이웃들에 의해 사용되어 링크 품질 정보를 수집한다. 주기적인 HELLO는, 라우트 갱신(RUPD) 메시지에서 게이트웨이(120)에 의해 이 노드를 나타내는 TX 전력에서 송신된다. 이 노드가 라우트 갱신(RUPD) 메시지를 수신하지 않았다면, 구성된 TX 전력값 또는 최대 TX 전력 세팅 중 어느 하나를 사용한다. 주기적인 HELLO는 'HELLO Interval' 당 1회씩 전송된다.
수동 스캐닝
노드는 자신이 수신하는 트래픽에 의해 이웃의 존재를 확인하는 데, 구체적으로:
- 그 이웃으로부터 주기적으로 보낸 HELLO 메시지.
- 그 이웃으로부터 임의의 노드로 향해진 유니캐스트 트래픽.
- 그 이웃으로부터의 방송 트래픽.
일실시예에 따르면, 네트워크 탐색을 처리 중인 노드들로부터 보내지는 메시지는 시간의 경과에 따라 다음의 홉을 리셋하지 않는다.
이웃 테이블 유지보수 및 능동 스캐닝
노드는, 'Link Max Idle Time'의 시간 주기 동안 이웃으로부터의 트래픽을 보지 못했으면 그 이웃과의 연결이 끊어진 것으로 가정한다. 이러한 일이 발생하면, 노드의 이웃 테이블로부터 이웃이 제거된다. 업스트림 노드들에 대한 링크가 특별한 경우인데, CPD(140)가 그 업스트림의 이웃들로부터 임의의 데이터를 수신할 수 없었다면, 이것은 네트워크(100) 내의 다른 노드들에 의해 송신된 트래픽으로부터의 자기-간섭(self-interference)으로 인한 것일 수 있다. 노드(140)는, 여전히 존재하고 있음을 증명하기 위해, 유니캐스트 HELLO 메시지를 적어도 하나의 업스트림 이웃에 송신하기 시작한다. 이것은 아이들 타임(idle time)의 'Link Max Idle Time'/2에서 시작된다. 수집된 정보는 게이트웨이(120)에 주기적으로 보내진다. CPD(140)는 모든 업스트림 이웃들이 다운되었는지를 국부적으로 결정하고, 이 채널에서 이웃 탐색 프로세스를 시작한다. 게이트웨이(120)에 대한 새로운 라우트가 탐색되지 않는 경우에는, 노드는 네트워크 탐색 단계(netwrok discovery phase)로 진입한다.
HELLO 메시지 포맷
도 5는 일실시예에 따른 예시적인 HELLO 메시지 헤더(500)를 도시한다. HELLO 메시지(500)는 링크의 존재를 검색 및/또는 보고하는 데 사용된다. HELLO 메시지 헤더(500)는 이하의 필드를 포함한다:
Vers : 버전 번호.
Type : 타입; HELLO의 경우는 3, HELLO_ACK의 경우는 4.
Seq Number : 일련 번호; 메시지의 송신기에서 기입되고, 이것으로서 수신응답에 복사된다.
R : 라우트 OK 플래그; HELLO의 송신기에 의해 0에 설정되고, 수신응답 시, 이웃 목록을 게이트웨이(120)에 보내기 위해 이 이웃을 사용하는 것이 OK인 경 우에는 1에 설정된다.
Hop Cnt : 홉의 수에 있어서 게이트웨이(120)로부터의 거리. ND에 0을 설정하고, 게이트웨이(120)로부터의 거리를 기입한다. 게이트웨이(120)에 대한 경로가 존재하지 않는 경우에는 0x7f를 채운다.
A : 모든 플래그; 이 HELLO를 듣는 모든 사람이 수신응답해야 하는 경우에는 1에 설정되고, 이중 수신응답이 억제되어야 하는 경우에는 0에 설정된다. 억제를 요청받은 경우, 그 수신응답은 방송 어드레스에 보내진다.
Resp Timer : 수신응답을 송신하기 위한 타이머. 값은 초 단위이며, 0은 수신응답이 필요 없다는 것을 의미한다.
노드 등록 및 라우트 분배
네트워크 탐색 단계 후에는, 게이트웨이(120)에 대한 유효한 라우트가 없을 수 있다. 또한, 게이트웨이(120)는 노드(130, 140)가 존재하는지 모른다. 노드(130, 140)는 초기에 게이트웨이(120)에 등록하고 그 존재를 게이트웨이에 주기적으로 보고한다.
등록 메시지에서, 노드(130, 140)는 네트워크 프로토콜이 예를 들어 IPv6를 사용하기를 원한다는 것을 알린다. 노드(130, 140)는 만일 이 프로토콜을 취급할 수 없으면 등록을 거부한다. 노드(130, 140)는 노드 레지스터 메시지(Node Register message; NREG)를 보냄으로써 자신을 등록한다. 등록의 'NREG 재시도 카운트' 번호가 성공적이지 않은 경우에는, 노드(130, 140)는 게이트웨이(120)가 도달불가인 것으로 가정한다. 이 경우, 노드(130, 140)는 네트워크 탐색 단계로 재 진입한다.
초기의 NREG 메시지는 그 ND_ACK에서 게이트웨이(120)에 대한 유효한 경로를 소유하기를 요청하는 이웃에 보내진다. 그러한 이웃이 존재하지 않는 경우 또는 이 NREG에 대한 수신응답이 도착하지 않은 경우에는, '네트워크 탐색 간격' 시간 주기가 경과한 후 탐색 프로세스가 다시 시작된다. 일실시예에 따르면, 네트워크 탐색을 행하는 프로세스 중이거나, 또는 게이트웨이(120)에 대한 그 라우트가 이 HELLO의 소스를 경로 요인들 중 하나로서 포함하는 노드는, 게이트웨이(120)에 대한 유효한 라우트를 가지고 있다고 주장하지 않는다. NREG 메시지는 노드(130, 140)의 바로 이웃들에 관한 정보를 포함하고, 이 정보는 게이트웨이(120)가 네트워크(100) 내의 이 노드 또는 다른 노드에 대한 라우트를 계산하고, 끊임없이 갱신된 노드가 네트워크에 대한 테이블을 발송하는 것을 유지하는 데 사용된다.
게이트웨이(120)가 '노드 도달불가 타임(Node Unreachable Time)' 내에 NREG 메시지를 수신하지 못하면, 노드(130, 140)는 네트워크(100)로부터 사라진 것으로 가정한다. 노드로부터 이웃 정보가 순서를 벗어나서 처리되지 않았다는 것을 확실하게 하기 위해 일련 번호를 사용한다. 일련 번호는 단조롭게 증가하다가, 롤리팝 모델(lollipop model)의 규칙에 따라 증가된다. 게이트웨이(120)는 이전에 본 NREG 일련 번호를 저장하고, 순서를 벗어나 도착하는 메시지는 버린다. 게이트웨이(120)가 'N 플래그 세트'를 가지는 'NREG_ACK'에 의해 주기적인 NREG 메시지에 응답하면, CPD(140)는 완전한 TX 전력을 사용하여 그 채널을 다시 천천히 스캔하고, 모든 것을 그 이웃들에게 보고한다. 또한, 게이트웨이는 관련되어 있는 모든 BPD(130)를 다시 등록한다.
NREG 메시지에서 보고하기 위해 일련의 이웃들이 하나의 메시지가 링크 MTU 사이즈(1500 바이트)를 초과하게 할 때 복수의 메시지가 필요하다. 노드(130, 140)는 일련의 메시지 세트를 등록 동안 모든 이웃들에게 보고한다.
노드(130, 140)는 NREG 메시지를 한번에 보내고, 다른 것을 보내기 전에 수신응답을 대기한다. 'NREG 재송신(rexmit) 시간' 내에 수신응답이 도착하지 않으면, NREG 메시지를 재송신한다. 실패한 시도의 'NREG 재송신 시간 카운트' 번호가 하나의 메시지로 만들어진 후에는, 등록 시도를 포기하고 'NREG 간격' 후에 다시 시도한다. 일련 번호는 새로운 메시지마다 증가한다. '더 많은 플래그(More flag)'는 여러 부분(multipart)의 NREG의 최종 메시지를 제외한 모두에 설정된다. 메시지 번호는 제로로부터 시작하여, 분리된 NREG 보고에서 메시지마다 1씩 증가한다.
여러 부분의 NREG 메시지에서, 가장 중요한 이웃들에 관한 정보가 제1 세그먼트에 포함된다. 이것들은 NREG 메시지가 보내지는 노드들이고, 노드의 모든 업스트림 이웃들이다. 제1 세그먼트 내의 사라진(missing) 업스트림 이웃 엔트리는, 노드가 이 제1 세그먼트와 연결이 끊어졌음을 나타내는 것이고, 게이트웨이(120)는 NREG_ACK를 보낼 때 그것을 사용하지 않아야 한다. 게이트웨이(120)는 제1 세그먼트가 보내지고 NREG의 모든 부분들이 수신되면 그 라우팅 테이블을 갱신한다.
노드 레지스터 메시지 포맷
도 6은 일실시예에 따라 네트워크(100)에 등록할 때 사용되는 예시적인 NREG 메시지(600)를 나타낸다. NREG 메시지(600)를 사용하여 네트워크(100)의 게이트웨이(120)의 맵을 갱신한다. NREG 메시지 헤더(600)는 이하의 필드를 포함한다.
Vers : 버전 번호.
Type : 타입; NREG의 경우에는 5.
Seq Number : 일련 번호; NREG의 송신기에서 기입되고, 이것으로서 NREG_ACK의 수신응답에 복사된다.
NType : 노드 타입; CPD의 경우에는 0, BPD의 경우에는 1, 배터리를 통한 예비 전력(backup power)을 가진 CPD의 경우에는 2.
M : 더 많은 플래그; 모든 이웃들에 보고하기 위해 복수의 NREG 메시지가 필요한 경우에, 이 플래그는 이들 메시지들의 최종 메시지를 제외한 모든 메시지에 설정된다.
N : 새로운 등록 플래그; 완전한 TX 전력을 사용하여 채널 스캔이 행해진 후 이 메시지가 보내지면 NREG에 설정된다. 이전에 이 미터를 보지 못한 경우에 게이트웨이(120)는 이것을 NREG_ACK에 설정한다.
Device ID : 할당된 기기 타입 식별기. GE KV2c 전기 미터의 경우 0x17, 가스 IMU의 경우 0x08, 물 IMU의 경우 0x09, 중계기의 경우 0x0B.
Node L2 Addres : 이 등록을 보내기 위한 노드의 어드레스.
PID : 프로토 ID; 이 노드에 의해 사용되는 네트워크 프로토콜에 대한 식별기. 유효 ID는 IPv4 또는 IPv6이다.
MsgN : 메시지 번호; 복수의 NREG 메시지가 등록을 위해 사용될 때 메시 지를 순차적으로 식별한다.
Neighbour L2 Address : 이웃의 어드레스. 이 어레이에서 하나의 이웃이 복수 회 나타날 수 있다.
Tx_SR : 송신 성공률; 이것은 모든 송신 시도에 비교되는 송신 성공률을 보고한다. 값은 0 내지 15이다.
N_RSSI : 수신된 메시지의 RSSI.
각각의 이웃 정보(L2 어드레스 및 RSSI)가 모든 이웃에 대해 송신된다. 이 노드에 의해 얼마나 많이 보고되는지를 결정하는 데 패킷의 크기가 사용된다. 노드들은 NREG 메시지(600)를 보내는 속도를 제한해야 한다. BPD(130)에 대해 송신된 NREG 메시지(600)는 단일의 이웃만을 포함하고, 이것은 BPD가 그 매스터로서 선택한 CPD(140)에 대한 엔트리이다.
노드 레지스터 수신응답 메시지 포맷
도 7은 일실시예에 따른 NREG 메시지에 응답해서 송신된 예시적인 NREG_ACK 메시지(700)를 도시한다. NREG_ACK 메시지 헤더(700)는 이하의 필드를 포함한다.
Vers : 버전 번호.
Type : 타입; NREG_ACK의 경우에는 6.
Seq Number : 일련 번호; NREG로부터 복사된다.
GW Load : 게이트웨이(120)의 부하를 나타낸다. RUPD 상의 게이트웨이(120)의 현재의 부하에 설정되고, RUPD_ACK 상에서 무시된다. (RUPD는 라우트 갱신 메시지(Route Update message)를 나타낸다.)
노드(130, 140)는 RUPD, NREG_ACK 메시지를 수신할 때마다 자신들의 현재의 TX 전력 세팅을 갱신한다. gw 부하 0xff를 가진 NREG_ACK를 보내는 것을 노드에 명령하여 현재의 네트워크를 떠나 네트워크 탐색을 다시 시작하게 하는 것이다.
라우트 계산 및 분배
라우트 분배는 CPD(140)에서 수행된다. 라우트는 라우트 갱신(RUPD) 메시지를 통해 노드(140)에 보내진다. 이들 메시지는 상이한 업스트림 이웃들을 통해 3개의 완전한 노드-게이트웨이(120) 경로까지 포함한다. 게이트웨이(120)는 라우트를 다시 계산한다:
- '라우트 계산 간격(Route Calculation Interval)'마다 주기적으로,
- 모든 그 업스트림 이웃들이 도달불가임을 NREG에서 노드가 보고할 때.
라우트 계산은 먼저 최단 경로를 사용해서 수행되고, 단일 경로가 선택된다. 복수의 경로가 계산되고, CPD마다 최적화된 송신 전력 세팅이 제공된다. 게이트웨이(120)로부터의 경로 정보가 순서를 벗어나서 처리되지 않았다는 것을 확실하게 하기 위해 일련 번호를 사용한다. 게이트웨이(120)에서, 경로 정보는 목적지마다 저장되고, 증가된다. 게이트웨이(120)는 RUPD 내의 추가의 구성 정보를 포함한다. 게이트웨이(120)는 RUPD 메시지를 송신하는 속도를 최적의 기능 레벨들에 제한한다.
라우트 갱신( RUPD ) 메시지 포맷
도 8은 일실시예에 따라, CPD(140) 노드에 대한 세팅을 갱신하기 위해 게이트웨이(120)에 의해 송신된 예시적인 라우트 갱신 메시지(800)를 도시한다. RUPD 메시지(800)는 이하의 필드를 포함한다:
Vers : 버전 번호.
Type : 타입; RUPD의 경우에는 7.
Seq Number : 일련 번호; RUPD에 할당되고, 이것으로서 RUPD_ACK의 수신응답에 복사된다.
TXPwr : 이 노드에 의해 규칙적인 통신에 사용되어야 하는 송신 전력.
PC : 경로 카운트; 이 메시지에 포함된 경로의 수
GW Load : 게이트웨이(120)의 부하를 나타낸다. RUPD 상의 게이트웨이(120)의 현재의 부하에 설정되고, RUPD_ACK 상에서 무시된다.
노드(130, 140)는 RUPD 메시지(600)를 수신할 때마다, 게이트웨이(200)로부터 최신의 송신 전력 정보로 자신들의 TX 전력 세팅을 갱신한다. 경로 목록은 선택 사항이다. 최신의 RUPD 메시지에 경로들이 포함되는 경우 노드의 현재의 경로들이 대체된다. 4 바이트 얼라인먼트로 경로 디스크립터(path descriptor)들이 채워진다. 경로 요인은 노드(130, 140)로부터 게이트웨이(120) 쪽으로 순서대로 되어 있고; 노드(130, 140)의 어드레스 및 게이트웨이(120)는 목록에서 제외된다. 경로 메트릭은 경로의 양호함을 나타낸다. RUPD 메시지는 롤리팝 시퀀스 넘버링(lollipop sequence numbering)을 사용한다. gw 부하 0xff를 가진 RUPD를 보내는 것은 노드에 명령하여 현재의 네트워크를 떠나 네트워크 탐색을 다시 시작하게 하는 것이다.
라우트 갱신 수신응답( RUPD _ ACK ) 메시지 포맷
도 9는 일실시예에 따른 예시적인 라우트 갱신 수신응답 메시지(900)를 도시한다. RUPD_ACK 메시지(900)는 이하의 필드를 포함한다:
Vers : 버전 번호.
Type : 타입; RUPD_ACK의 경우에는 8.
Seq Number : 일련 번호; RUPD에 할당되고, 이것으로서 RUPD_ACK에 복사된다.
Status : RUPD 처리의 상태; 성공에는 0, 실패에는 논제로(nonzero)를 설정한다. 노드가 에러를 복귀시키는 경우, 경로 정보는 받아들여지지만, 구성정보는 받아들이지 않았다.
에러 코드:
0 - 성공
1 - 미인식된 파라미터
2 - 무효한 파라미터 값
RUPD 에서의 롤리팝 시퀀스 넘버링
RUPD 메시지에서의 시퀀스 번호 할당은 롤리팝 모델에 따른다. 게이트웨이(120)는 네트워크(100) 내의 각각의 CPD 노드(140)에 대해 단조롭게 증가하는 시퀀스 번호를 유지한다. 처음으로 노드와 통신할 때, 일련 번호는 0xff에 설정된다. 메시지 내용의 이후의 변화는 이값을 증가시킨다; 즉 경로 목록, TX 전력 또는 GW 부하에서 변화한다. 번호가 0xfe에 도달하면, 세트를 얻는 다음 값은 0x00이다. 메시지의 일련 번호가 이전 메시지의 일련 번호보다 큰 경우 노드들은 라우 트 및 구성 세팅 갱신를 허용해야만 할 뿐이다. 게이트웨이(120)는 그 RUPD 메시지가 오랫동안 갱신되지 않았을 때 이 번호를 뒤집지 않는다(즉, 할당된 일련 번호와 수신응답된 일련 번호 사이의 차이가 2^7-1보다 크게 되도록 성장해서는 안 된다). 그렇게 되면, 일련 번호는 0xff에서부터 다시 시작된다.
동일한 방식이 NREG 일련 번호에 적용된다. 기기(130, 140)가 네트워크에 참가하기로 결정된 후 최초로 게이트웨이(120)와 통신할 때, 그 일련 번호가 0xff로 시작된다. 이것은 NREG_ACK가 수신되었을 때까지는 증가되지 않는다. 이 후, 일련 번호는 노드가 NREG를 송신할 때마다 증가한다.
라우트 갱신 추가 구성 항목
게이트웨이(120)는 RUPD 메시지에 구성 변수(configuration variable)를 분배한다. 이 변수 값은 노드(130, 140)가 네트워크 탐색을 다시 시작할 때 리셋된다. 후속의 RUPD 메시지 내의 정보는 이전의 설정된 정보에 덮어쓰기 된다. 이것은 네트워크 프로토콜의 비상태형 자동구성(stateless autoconfiguration)을 제공할 때 사용된다.
배터리 전력 공급형 디바이스
BPD(130)는 CPD(140)와 동일한 방식으로 게이트웨이(120)를 탐색한다. BPD(130)는 네트워크를 선택한 후, 그 채널로 다시 가서, 그 제2 HELLO를 그 마스터로서 수신응답하는 노드들 중 하나를 선택하고, 유니캐스트된 '어소시에이트' 메시지(unicated 'associate' message)를 그 노드에 보낸다. 복수의 CPD(140)가 이 HELLO 메시지를 수신응답할 때, RSSI 및 현재 등록된 BPD(130)의 수에 기초하여 순 위를 매긴다. CDP(130)가 (예를 들어, 리소스가 충분하지 않기 때문에) NAK를 송신하면, 제2의 최상의 디바이스가 계속 시도된다. 이 BPD(130)를 다룰 수 있는 디바이스가 하나도 없는 경우, 채널 스캔이 계속된다. 어소시에이션이 성공적이면, CPD(140)는 이 BPD(130)를 네트워크(100)의 게이트웨이(120)에 등록한다. CPD(140)는 그것과 관련 있는 BPD(130)를 저장하고, 게이트웨이(120)를 변경하거나, 게이트웨이(120)가 그 상태를 잃어버린 것으로 판단한 경우에는(N 플래그는 NREG_ACK에 설정됨), 모든 그 BPD를 다시 등록한다.
라우팅 컴포넌트
게이트웨이(120), 또는 그 업스트림 이웃들과의 접속이 단절되어 있다면, 전술한 프로토콜은 노드들이 하나의 네트워크로부터 다른 네트워크로 이동하는 것을 허용하지 않는다. 다른 실시예에 따르면, 새로운 네트워크를 찾을 수 있는지를 알기 위해 완전한 채널 스캔이 주기적으로 발생한다. 대량의 노드 이동을 갖는 것은 gw 부하 컴포넌트를 상당히 변경시키는 데, 그 원래의 네트워크가 이동을 한 네트워크보다 기능적으로 우수한 것으로 판단되면, 그 동일한 노드를 원래의 채널로 다시 이동하게 할 수도 있다.
따라서, 노드들이 자신들의 일차 경로(primary route)로부터 이차 경로(secondary route)로 이동할 때, 패킷이 라우팅 루프 내에서 끝나게 될 수 있다. 2차/3차 경로 상에서 패킷들을 송신하면, 패킷 내에 게이트웨이(120)에 대한 완전한 경로가 포함된다. 게이트웨이(120)가 실패하면, 모든 노드들이 새로운 채널로 이동하는 것이 오래 걸릴 것이다. 이것은, 새로운 네트워크를 탐색한 후의 노 드(130, 140)의 경우에 빨라질 수 있으며, 기능 네트워크(100)는 그 예전의 채널로 복귀하고 그 바로 옆의 이웃에게 이동하려고 한다는 메시지를 방송한다. 그런 다음 이웃들은 이러한 즉시 도달할 수 없는 이웃에 표시를 하고, 네트워크 탐색을 다시 시작한다.
정전의 경우에는, 많은 노드(130, 140)가 동시에 활성이 된다. 네트워크 탐색 메시지의 혼란을 경감시키기 위해, 노드(130, 140)는 네트워크 정보를 영구 저장 장치에 저장한다. NREG가 게이트웨이(120)에 도착함으로 인해 경로들이 변경되면, NREG_ACK 및 RUPD를 보내고, 이것은 등록을 행하는 노드에 의해 차례로 수신응답된다. 최적화는 NREG_ACK와 함께 경로 정보를 포함한다. 이것은 라우트 갱신과 동일한 공간(space)으로부터의 일련 번호를 포함한다. 그렇지 않으면, 경로 갱신은 다시 주문될 수 있다.
네트워크 프로토콜
개념적으로, LAN은 NBMA(non-broadcast-multiple-access) 네트워크를 형성한다. 멀티캐스트 및 방송 송신이 가능하지만, 그 송신은 중앙 노드(120)를 통해서 정해져야만 한다. 라우터 광고 메시지, 라우터 선전 메시지, 및 방향전환 메시지(redirect message)가 지원된다. CPD(140) 및 BPD(130)는 라우팅 헤더들이 최종 목적지에 있을 때 이 라우팅 메시지를 처리하고, 라우팅 헤더들이 패킷을 다른 노드로 보내도록 하는 것을 라우팅 헤더의 처리에서 필요로 하면 에러를 귀환시킨다. 이것은 패킷을 보다 큰 인터넷으로 중계할 때, 또는 DoS 공격의 컴포넌트와 같이, 노드들이 부적절하게 사용되지 않게 한다.
비상태형 어드레스( stateless address ) 자동 구성
EUI-64 식별기는 이더넷 인터페이스에 대해 수행된 방법에 관해서는 링크 계층 어드레스와 유사하게 구성된다. MAC 어드레스의 최초 3 옥테트(octet) 후 MAC 어드레스의 FFFE 및 최종 3 옥테트가 뒤를 잇는다. RUPD 메시지는 추가의 네트워크 접두어(prefix)를 포함하고, 노드들은 인터페이스 식별기를 이 접두어에 붙임으로써 이로부터 자신들의 어드레스를 발생한다.
이웃 캐시
IPv6 이웃 캐시는 공유된 링크의 어드레스의 네트워크 접두어에 의해 표시된 바와 같이 온-링크(on-link)인 노드들에 대한 엔트리를 포함한다. 이것은 멀티홉(multihop) 네트워크라면 이웃 캐시들은 직접적으로 도착할 수 없을 수도 있다. IPv6 내의 이웃의 정의는 링크 계층에 있는 것과는 다르다. IPv6 이웃 캐시는 링크 계층 목적지가 단일 어드레스 또는 링크 계층 어드레스의 어레이 중 어느 하나인 엔트리를 포함한다. 이 어레이는 네트워크(100)를 통해 패킷을 소스-라우팅하기 위한 것이고, 모든 중간 홉의 어드레스를 포함한다. 엔트리는 게이트웨이(120)로부터 RUPD 메시지를 수신한 결과로서 또는 ICMP 방향전환에 따라 부가될 것이다.
어드레스 리솔루션 및 넥스트홉 선택
노드에 대한 넥스트홉 선택은 먼저 일치하는 엔트리에 대해 이웃 캐시와 상담함으로써 수행된다. 그러한 엔트리가 존재하지 않는 경우, 링크 계층 이웃 목록에서 상담을 받는다. 이 노드로부터 직접적으로 도달가능한 노드에 대한 IPv6 어드레스는 자신들의 MAC 어드레스에 기초하여 구성된다. 목적지에 대한 라우트가 아직도 탐색되지 않은 경우, 게이트웨이(120)에 패킷을 송신한다. 게이트웨이(120)는 목적지가 로컬 네트워크 내에 위치하는 경우 ICMP 방향전환에 응답하거나, 소스를 대표해서 패킷을 송신한다. 이들 노드에 의해 발생된 멀티캐스트 트래픽은 항상 게이트웨이(120)에 직접 송신된다.
구성 파라미터
디폴트 TTL : 링크 계층 헤더에서의 TTL 값. 디폴트: 8, 최소 2, 최대 64.
최초 ND 타임 : 네트워크를 탐색하는 데 사용된 ND에 얼마의 응답시간이 주어지는지를 나타낸다. 디폴트: 1초, 최소 1초, 최대 127초.
슬로우 ND 타임 : 이웃을 탐색하는 데 사용된 ND에 얼마의 응답시간이 주어지는지를 나타낸다. 디폴트: 10초, 최소 1초, 최대 127초.
HELLO 간격 : 등록 후 노드들이 HELLO 메시지를 얼마나 빈번하게 방송해야 하는지를 나타낸다. 이것들을 송신하는 것에 무작위도(randomness)를 가산하여야 하며, 랜덤 컴포넌트는 주기의 ＋－1/3이어야 한다. 디폴트 : 360초, 최소 10초, 최대 7200초.
Link Max Idle Time : 이 기간 동안 이웃으로부터 수신된 패킷이 없는 경우, 더 이상의 패킷이 없는 것으로 판정한다. 디폴트 : 5*HELLO 간격 최소 3*HELLO 간격, 최대 10*HELLO 간격.
NREG 간격 : 이웃들의 갱신된 목록을 얼마나 빈번하게 게이트웨이(120)에 송신해야 하는지를 나타낸다. 이것들을 송신하는 것에 무작위도를 가산하여야 하 며, 랜덤 컴포넌트는 주기의 ＋－1/3이어야 한다. 디폴트 : 240초, 최소 10분, 최대 3600분.
NREG Rerty Count : 게이트웨이(120)가 다운되기 전에 노드가 시도한 등록 횟수를 나타내며, 다른 채널들로부터 검색을 시작해야 한다. 디폴트: 2, 최소 1, 최대 15.
NREG Rexmit Count : 이 등록 시도를 포기하기 전에 노드가 NREG를 송신한 횟수를 나타낸다. 디폴트: 3, 최소 2, 최대 15.
NREG Rexmit Time : 재송신을 시도하기 전에 또는 포기하기 전에 NREG를 송신한 후 노드가 얼마나 NREG_ACK를 대기하였는지를 나타낸다. 디폴트: 10초, 최소 3초, 최대 60초.
네트워크 탐색 간격 : 탐색된 네트워가 존재하지 않는 경우, 채널 스캔을 다시 시작하기 전에 노드가 얼마나 대기하여야만 하는지를 나타낸다. 랜덤 컴포넌트는 대기 시간에 가산되어야만 하며, 주기의 ＋－1/3이어야 한다. 디폴트 : 60분, 최소 10분, 최대 3600분.
노드 도달불가 시간 : 네트워크로부터 사라진 것으로 결정되기 전에 게이트웨이(120)가 노드로부터 NREG 메시지를 얼마 동안 기다리고 있어야 하는지를 나타낸다. 디폴트 : 6*NREG 간격, 최소 4*NREG 간격, 최대 64*NREG 간격.
노드 데드 타임 : 노드에 관한 상태를 클리어하기 전에 게이트웨이(120)가 노드로부터 NREG 메시지를 얼마 동안 기다리고 있어야 하는지를 나타낸다. 디폴트 : 64*NREG 간격, 최소 4*NREG 간격, 최대 없음.
라우트 계산 간격 : 게이트웨이(120)가 네트워크에 대한 라우트를 얼마나 빈번하게 다시 계산하는지를 나타낸다.
본 발명의 방법 및 시스템을 유틸리티 관리 및 분배 시스템과 관련해서 설명하였으나, 당업자는 여기에 개시된 기술은 다양한 유틸리티를 효과적으로 관리하고 조직하여야 하는 어떠한 상황에서도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
유틸리티 서비스에 네트워크 프로토콜을 제공하기 위한 방법 및 시스템에 대해 개시하였다. 본 발명의 방법 및 시스템을 특정한 예 및 서브시스템과 관련해서 설명하였으나, 이러한 특정한 예 및 서브시스템에 제한되는 것이 아니라 다른 실시예에도 마찬가지로 적용될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명하다.
본 발명의 방법 시스템을 유틸리티 관리 및 분배 시스템과 관련해서 설명하였으나, 당업자는 개시된 기술들을, 각각의 디바이스, CPD(130), BPD(140)가 배치되어 있는 위치에서 발생하는 어떠한 형태의 정보라도 감시하고 등록하도록 배치된 다른 형태의 디바이스를 효과적으로 관리하고 조직하여야 하는 어떠한 상황에서도 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (22)

  1. 컴퓨터로 실행되는 방법에 있어서,
    정전력 미터(constant powered meter)가 유틸리티 네트워크를 찾아내기 위해 네트워크 탐색(discovery) 메시지를 송신하여, 상기 유틸리티 네트워크를 탐색하는 단계;
    상기 정전력 미터가 헬로(hello) 메시지들을 주기적으로 송신하여, 이웃하는 미터들을 탐색하는 단계; 및
    상기 정전력 미터가 노드 등록 메시지를 게이트웨이에 송신하여, 상기 유틸리티 네트워크에 상기 정전력 미터를 등록하는 단계
    를 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유틸리티 네트워크를 탐색하는 단계는,
    활성 네트워크에 대한 하나 이상의 채널을 스캐닝하는 단계; 및
    하나 이상의 상기 이웃하는 미터 및 상기 게이트웨이로부터 네트워크 탐색 수신응답(acknowledgment) 메시지를 대기하는 단계
    를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이웃하는 미터들을 탐색하는 단계는, 하나 이상의 상기 이웃하는 미터로부터 상태 정보(sate information)를 수신하는 단계, 및 이웃 테이블(neighbor table)을 유지하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 정전력 미터를 등록하는 단계는 등록 수신응답 메시지를 대기하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    이웃 엔트리와 관련된 이웃으로부터 미리 결정된 시간 기간 동안 데이터가 수신되지 않으면, 상기 이웃 테이블로부터 상기 이웃 엔트리를 제거하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정전력 미터가 상기 이웃 테이블과 관련된 모든 이웃들이 활성 상태가 아닌 것으로 판단하면, 제2 유틸리티 네트워크를 탐색하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    하나 이상의 이웃하는 디바이스가 상기 게이트웨이에 대한 유효한 경로를 가 지고 있다는 것을 나타내는 이웃 탐색 수신응답 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이에 상기 이웃하는 미터들에 관한 정보를 제공하는 단계;
    상기 게이트웨이로부터 라우팅 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 게이트웨이로부터 최적화된 설정(optimized setting)들을 수신하는 단계
    를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    배터리 전력 공급형 미터(battery powered meter)와 통신하는 단계 및 상기 게이트웨이에 배터리 전력 공급형 노드 등록 메시지를 전달하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터로 실행되는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이가 도달될 수 없을 때 상기 유틸리티 네트워크를 탐색하는 단계를 더 포함하는 컴퓨터로 실행되는 방법.
  11. 유틸리티 네트워크;
    상기 유틸리티 네트워크를 통해 통신하는 정전력 미터;
    상기 정전력 미터와 관련된 배터리 전력 공급형 미터; 및
    상기 유틸리티 네트워크를 통해 통신하는 게이트웨이
    를 포함하며,
    상기 정전력 미터는, 상기 유틸리티 네트워크를 탐색하고, 상기 유틸리티 네트워크를 찾기 위해 네트워크 탐색 메시지를 송신하고, 이웃하는 미터들을 탐색하고, 헬로 메시지를 주기적으로 송신하고, 상기 유틸리티 네트워크를 등록하며, 노드 등록 메시지를 게이트웨이에 송신하도록 구성되어 있는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정전력 미터는 활성 네트워크에 대한 하나 이상의 채널을 스캐닝하며; 하나 이상의 상기 이웃하는 미터들 및 상기 게이트웨이로부터 네트워크 탐색 수신응답 메시지를 대기하는, 시스템
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정전력 미터는 이웃 테이블(neighbor table)을 포함하는, 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 정전력 미터는 등록 수신응답 메시지를 대기하는, 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    이웃 엔트리와 관련된 이웃으로부터 미리 결정된 시간 주기 동안 데이터가 수신되지 않으면 상기 이웃 테이블로부터 상기 이웃 엔트리를 제거하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정전력 미터는, 상기 이웃 테이블과 관련된 모든 이웃들이 활성 상태가 아니면, 제2 유틸리티 네트워크를 탐색하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 정전력 미터는, 하나 이상의 이웃하는 디바이스가 상기 게이트웨이에 대한 유효한 경로를 가지고 있다는 것을 나타내는 이웃 탐색 수신응답 메시지를 수신하는, 시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 정전력 미터는, 상기 게이트웨이에 상기 이웃하는 미터들에 관한 정보를 제공하고; 상기 게이트웨이로부터 라우팅 정보를 수신하며; 상기 게이트웨이로부터 시스템 설정(system setting)들을 수신하는, 시스템.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 정전력 미터는 배터리 전력 공급형 미터와 통신하고 상기 게이트웨이에 배터리 전력 공급형 노드 등록 메시지를 통과시키는, 시스템.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 정전력 미터는 상기 게이트웨이가 도달될 수 없을 때 상기 유틸리티 네트워크를 탐색하는, 시스템.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 정전력 미터는 채널 스캐닝에 의해 다른 유틸리티 네트워크들을 탐색하고, 상기 정전력 미터가 대안의 유틸리티 네트워크로 이동하는 일련의 과정을 초기화하는, 시스템.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 이웃하는 미터들은, 상기 정전력 미터가 더 이상 상기 유틸리티 네트워크의 일부가 아니라는 것을, 상기 유틸리티 네트워크 및 상기 게이트웨이에 알리는 일련의 과정을 초기화하는, 시스템.
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