KR20080086770A - 트리 라우팅 기반 및 비컨 모드의 지그비 시스템에서데이터 충돌 방지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지그비 네트워크(Zigbee network)에 관한 것으로서, 트리 라우팅(tree routing) 기반의 비컨 모드(beacon mode)에서 2개 이상의 자식 노드가 동시에 부모 노드로 데이터를 전송할 때 발생하는 데이터 충돌 방지 방법에 관한 것이다.
트리 라우팅 기반의 비컨 모드의 지그비 시스템에서 부모 노드로의 데이터 통신은 부모 노드의 비컨 프레임에서 이루어진다. 이때, 하나의 부모에 여러 자식이 존재하는 경우 자식 노드들이 부모 노드의 비컨을 수신하는 순간 동시에 데이터를 송신하기 때문에, 부모의 비컨 프레임에 자식 노드들이 동시에 데이터를 전송하는 경우 데이터 충돌이 발생할 수 있다.
본 발명은 둘 이상의 자식 노드가 부모 노드로 데이터를 전송할 때 각 노드에 설정된 지연 시간(guard time) 동안 기다리도록 설정함으로써, 정상적인 슬롯형 CSMA-CA 동작을 유도하여 데이터 충돌을 방지할 수 있다.
지그비(Zigbee), 트리 라우팅(tree routing), 비컨(beacon), CSMA-CA, 데이터 충돌(data collision)

Description

트리 라우팅 기반 및 비컨 모드의 지그비 시스템에서 데이터 충돌 방지 방법{A data collision avoidance method in the tree-routing and beacon-enabled zigbee system}
도 1은 트리 라우팅 및 비컨 모드로 동작하도록 구성된 지그비 네트워크에서 자식 노드가 부모 노드로 데이터를 전송하는 경우의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 구성된 지그비 네트워크의 각 노드에서 비컨 프레임을 나타낸 도면이다.
도 3은 두 개의 자식 노드가 부모 노드의 비컨 프레임 동안 서로 다른 길이의 데이터를 전송했을 때 발생하는 데이터 충돌 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 두 개의 자식 노드가 부모 노드의 비컨 프레임 동안 서로 같은 길이의 데이터를 전송했을 때 발생하는 데이터 충돌 동작을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 랜덤 딜레이(random delay)를 이용한 보호 시간(guard time)을 생성했을 때의 정상적인 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 고정 보호 시간(static guard time) 생성을 위한 지그비 파라미터를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 데이터 충돌 방지 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 지그비 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 트리 라우팅(tree routing) 기반의 비컨 모드(beacon mode)에서 2개 이상의 자식 노드가 동시에 부모 노드로 데이터를 전송할 때 발생하는 데이터 충돌 방지 방법에 관한 것이다.
지그비(zigbee) 네트워크는 블루투스(Bluetooth)에 비해 송신 데이터 양은 적지만 하나의 배터리로 1년을 사용할 정도로 저전력 규격이고 소프트웨어 및 관련 부품들을 최소화해 원가가 블루투스의 2분의 1에 그치는 등 제어와 센서를 기본으로 하는 홈 네트워크에 적합한 무선 통신 기술이다. 또 수백 개를 네트워크화하는데 그친 블루투스와 달리 수 만개의 제품을 네트워크화할 수 있다는 장점이 있다.
지그비 네트워크는 크게 비컨 모드(beacon mode)와 넌비컨 모드(non-beacon mode)로 구분된다. 비컨 모드는 지그비 네트워크에서 정의된 FFD(Full Function Device) 노드들이 주기적으로 비컨을 송신함으로써 네트워크에 속한 노드들이 정해진 비컨 프레임 구간에만 데이터 송수신을 수행하는 것이다.
실제 지그비 네트워크에서 비컨 모드는 주로 노드들이 주기적으로 슬립(sleep)과 웨이크업(wake-up)을 수행함으로써 각 노드의 파워 소모를 줄이는 방법으로 특히 트리 라우팅 구조일 경우, 부모 노드의 비컨 프레임에 깨어서 부모 노드와 데이터 송수신을 수행하고 자신의 비컨 프레임에 깨어서 자식 노드들과 데이 터 송수신을 수행하게 된다. 이 외의 모든 프레임 구간 동안은 슬립(sleep)을 수행하여 파워 소모를 줄인다.
지그비 네트워크에서 데이터 송수신은 CSMA-CA 방법에 의해 이루어진다. CSMA-CA 방법은 현재 사용 주파수 채널이 클리어(clear)할 때, 즉 채널에 반송파가 없을 때, 큐(queue)의 데이터를 송신함으로써 데이터의 충돌을 방지하는 기법이다.
슬롯형 CSMA-CA(Slotted CSMA-CA) 방법의 경우, 비컨 구간과 백오프 슬롯(backoff slot)을 동기화시킨다. 그리고 데이터 송신이 가능한 슬롯에서 채널이 클리어한지 살펴본 후, 백오프 슬롯 다음에 데이터를 송신하게 된다. 만약, 채널이 클리어하지 않고 사용 중이라면 난수(random number)만큼의 백오프 슬롯 시간 동안 기다린 후 다시 채널이 클리어한 지 살피는 작업을 반복한다. 단, 데이터 전송 완료 시간이 비컨 프레임을 벗어나게 될 경우는 데이터를 보내지 않고 큐(queue)에 쌓은 후 다시 슬립에 들어가게 된다.
지그비 네트워크의 노드들이 비컨 모드로 동작할 경우 데이터 전송에는 이와 같은 슬롯형 CSMA-CA 기법을 사용한다. 자식 노드는 부모 노드의 비컨 시간에 깨어나 부모 노드의 비컨을 받아서 동기를 맞춘 후, 부모 프레임의 슬롯에 맞추어 슬롯형 CSMA-CA를 통해 데이터를 전송한다. 이때, 부모 노드는 데이터 수신이 끝난 후 Acknowledge(Ack) 신호를 이용하여 신호를 수신하였음을 자식 노드에게 알려주게 된다. 자식 노드는 데이터 전송 후 특정 기간 동안 Ack를 받지 못할 경우 데이터를 재전송한다. 부모 노드에서 자식 노드로 데이터를 전송할 경우에는 우선 부모 노드가 비컨에 전송할 데이터가 있음을 pending 메시지로 알려준다. 이때, 자식 노드는 부모 노드의 비컨을 수신한 후 데이터 요청 메시지를 슬롯형 CSMA-CA를 통해 부모 노드에 다시 알려주게 된다. 부모 노드는 자식 노드의 데이터 요청 메시지를 수신한 후 자식 노드에게로 슬롯형 CSMA-CA를 통하거나 혹은 수신 후 바로 데이터를 전송하게 된다. 단, 여기서 비컨과 Ack는 CSMA-CA를 사용하지 않고 보낸다.
비컨 모드에서 자식 노드가 부모 노드에 데이터를 보낼 경우 부모 노드의 비컨에 백오프 슬롯을 동기화시키게 되므로 한 부모 노드에 속한 모든 자식 노드들은 동일한 시간에 슬롯형 CSMA-CA를 수행하게 된다. 따라서 부모-자식 노드 간의 통신에서 데이터 충돌이 발생하게 된다.
도 1은 전술된 데이터 충돌이 발생하는 트리 라우팅 및 비컨 모드로 동작하는 지그비 네트워크의 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, p는 지그비 네트워크의 FFD(Full function device) 타입의 PAN 코디네이터(coordinator)를 나타내고, r1, r2, r3는 각각 코디네이터로 동작하는 FFD 타입의 라우팅 노드를 나타내고, e는 단말 장치(end device)로 동작하는 RFD(Reduced function device) 타입의 노드들을 나타낸다.
트리 라우팅으로 동작하는 지그비 네트워크에서 FFD 타입의 코디네이터들은 자신의 부모 노드 (또는 부모) 혹은 자신의 자식 노드 (또는 자식)들과만 통신할 수 있다. 반면 RFD 타입의 디바이스들은 자신의 부모 노드와만 통신할 수 있고, 그 외의 노드들과 통신하기 위해서는 부모 노드를 거쳐서 홉(hop)을 통해 데이터를 릴레이 함으로써 통신할 수 있다.
트리 라우팅으로 동작하는 동시에 비컨 모드로 지그비 네트워크가 형성된 경 우, 부모와의 통신은 부모의 비컨 프레임에서만 가능하며 자식과의 통신은 자신의 비컨 프레임에서만 가능하다. 비컨 모드로 동작하는 경우, 부모의 비컨 프레임과 자신의 비컨 프레임을 제외한 시간에서는 노드가 슬립(sleep)을 수행하여 RX를 OFF 시켜 파워를 절약한다. 도 1에서 r1, r2, e1 노드들이 각각 p로 전송할 데이터가 발생했을 경우 p의 비컨 프레임에 데이터를 전송하게 된다.
도 2는 도 1에서 구성된 지그비 네트워크의 비컨 프레임을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 비컨 모드로 구성된 지그비 네트워크에서는 전체 슈퍼프레임(superframe) 구간을 쪼개어 TDMA(Time division multiple access)와 같이 사용한다. 각 구간은 도 2에서 나타난 바와 같이 네트워크에 포함된 코디네이터들의 고유한 비컨 프레임 구간으로 사용하며 각 구간은 서로 겹치지 않도록 설정한다. 쪼개진 구간의 수는 초기 설정된 지그비 표준의 슈퍼프레임 오더(Superframe Order)(SO)와 비컨 오더(Beacon Order)(BO)값에 의해 결정된다. 각 코디네이터들의 비컨 프레임은 비컨 전송으로 시작한다.
도 3은 두 개의 자식 노드가 부모 노드의 비컨 프레임 동안 서로 다른 길이의 데이터를 전송했을 때의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 자식 노드들은 부모 노드로 전송할 데이터가 있을 경우 부모의 비컨을 수신할 때까지 기다렸다가 부모의 비컨을 수신한 후 데이터를 전송한다. 각 노드들은 부모 노드의 비컨이 송신되기 직전에 슬립(sleep)에서 깨어나 부모의 비컨 노드를 수신한다. 비컨 모드에서 각 자식 노드들은 부모의 비컨을 기준으로 항상 동기를 맞춘다. 따라서 동일한 부모에 속한 여러 자식 노드들은 부모 노 드로의 데이터 전송 시, CSMA-CA에서 채널이 클리어 하다고 판단하여 동시에 데이터를 전송하게 된다.
두 개의 노드가 서로 다른 길이의 데이터를 부모 노드로 전송할 경우, 우선 한 번의 데이터 충돌이 발생한 후 CSMA-CA를 통해 재전송함으로써 부모 노드로 데이터 전달을 수행한다. 이 경우 항상 첫 전송에서 충돌이 발생하므로 데이터 도달 시간이 지연될 뿐만 아니라 재전송을 수행해야 하므로 파워 소모가 더 커지게 된다. 뿐만 아니라 만약 자식 1의 데이터가 보다 더 길다면 부모의 비컨 프레임에 데이터를 모두 전송할 수 없으므로 다음 부모 비컨 프레임까지 기다렸다가 다음 프레임에 전달하게 된다. 이럴 경우 데이터의 도달 시간이 더 걸리므로 네트워크 전체의 성능이 저하되는 효과가 발생한다.
도 4는 두 개의 자식 노드가 부모 노드의 비컨 프레임 동안 서로 같은 길이의 데이터를 전송했을 때의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 두 노드가 전송하는 데이터의 길이가 같은 경우, 데이터는 영원히 부모 노드로 전송되지 못한다. 뿐만 아니라 두 노드가 부모의 비컨 프레임 구간 전체를 점유하고 있으므로 다른 자식 노드들까지 데이터를 전달하지 못한다. 이러한 경우가 한번이라도 발생할 경우 네트워크에서 해당 부모와 자식 간의 통신은 영원히 수행되지 못하는 문제가 발생한다.
본 예에서는 두 노드의 전송만을 고려하였지만 일반적으로 지그비 네트워크의 트리 라우팅 구조에서는 하나의 부모 노드 아래에 여러 자식 노드가 존재한다. 따라서 여러 자식 노드들 중 2개 이상의 노드가 한번이라도 동시에 같은 길이의 데 이터를 부모로 전송하게 되면 부모와 자식 간의 모든 통신이 마비되게 된다. 물론 서로 다른 길이의 데이터를 전송한다 하더라도 자식 노드의 수가 많다면 데이터 지연 및 파워 소모는 훨씬 커지게 된다. 이러한 데이터 충돌은 부모의 비컨 프레임에 동기화된 자식 노드들이 정상적인 CSMA-CA를 수행하지 못하기 때문에 발생하는 것이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 트리 라우팅 및 비컨 모드의 지그비 시스템에서 둘 이상의 자식 노드가 부모 노드로 데이터를 전송할 때 각 노드에 설정된 지연 시간 동안 기다려 데이터 전송을 서로 다른 시간에 시작함으로써, 정상적인 슬롯형 CSMA-CA 동작을 유도하여 데이터 충돌을 방지하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비컨 모드의 지그비 네트워크에서 하나의 부모 노드에 포함된 둘 이상의 자식 노드가 상기 부모 노드로 전송하는 데이터의 충돌을 방지하는 방법은, 상기 부모 노드로부터 수신한 비컨에 따라 동기화된 상기 둘 이상의 자식 노드 각각이 서로 다른 지연 시간을 설정하기 위해 동일한 함수의 연산을 수행하는 단계; 및 상기 설정된 지연 시간 경과 후 채널 내 반송파 존재 여부를 감지하고 상기 부모 노드로의 데이터 전송 여부를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 지연 시간은 난수를 기초로 설정될 수도 있고, 자식 노드의 주소와 부모 노드의 주소를 기초로 설정될 수도 있다.
보다 바람직하게, 상기 지연 시간은 [기본 시간 × mod(a, b)]의 함수 또는[기본 시간 × {(자식 노드의 주소 - 부모 노드의 주소)/Cskip(d)}]의 함수 연산에 의해 설정되며, 여기서, mod(a, b)는 a를 b로 나눈 나머지를 리턴하는 함수이고, a는 난수의 리턴 함수이고, b는 슬롯의 수이고, Cskip(d)는 깊이 d의 자식 노드가 가질 수 있는 주소의 부분 블록 크기이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 회피 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이로써 본 발명은 트리 라우팅 기반 및 비컨 모드의 지그비 시스템에서 두 개 이상의 자식 노드가 존재하는 경우 동시에 부모 노드로 데이터를 전송할 때 발생하는 데이터 충돌 문제를 해결할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명에서는 데이터 전송 직전에 CSMA-CA를 위한 지연 시간을 생성한다. 즉, 한 부모 노드에 속한 여러 자식 노드들의 데이터 전송 시작 시점이 조금씩 다르도록 각 자식 노드들이 보호 시간(guard time)을 생성함으로써 CSMA-CA에서 정상적으로 채널의 사용 여부를 판단할 수 있게 되어 데이터 지연 없이 부모 노드로의 데이터 전송이 가능해 진다. 상기 보호 시간(guard time) 생성 기법의 예로서 도 5 및 도 6에 도시된 다음의 2가지 방법을 제공한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 랜덤 딜레이(random delay)를 이용한 보호 시간(guard time)을 생성했을 때의 네트워크 내 노드의 동작을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 각 자식 노드들은 부모 노드로의 데이터 전송 전에 아래 식과 같은 보호 시간(guard time) 동안 기다린 후 CSMA-CA를 통해 데이터를 전송한다.
Figure 112007023313317-PAT00001
(1)
본 실시예는 난수(Random number)를 사용하여 자식 노드들에 설정될 보호 시간(guard time)을 서로 다르게 하는 방법이다. 여기서, 'guard_time_unit'은 기본 시간 단위를 나타낸다. 기본 시간은 CSMA-CA를 위한 백오프 슬롯(backoff slot) 길 이 이상의 값으로 설정한다.
식 (1)에서 mod(a,b)는 a를 b로 나눈 나머지를 리턴(return)하는 함수를 나타낸다. 파라미터 a에 해당하는 rand()는 난수를 리턴하는 함수를 나타낸다. 파라미터 b에 해당하는 '# of slot'은 슬롯의 수로서, 지그비 네트워크의 파라미터 중 라우팅 노드의 최대 자식 노드의 수인, nwkMaxChildren(Cm) 값 이상으로 설정하되, 데이터의 지연이 지나치게 길어지지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 b 값이 클수록 충돌 가능성은 낮아지며 보호 시간(guard time)에 의한 데이터 지연은 길어진다.
부모 노드의 비컨 수신에 의해 자식 노드 1 및 자식 노드 2는 웨이크업되고, 수신한 부모의 비컨에 동기화된다. 다음으로 각 자식 노드 1과 2는 상기 식 (1)에 의해 데이터 전송 직전에 대기하여야 하는 지연 시간인 보호 시간을 설정한다. 자식 노드 1은 설정된 소정의 보호 시간 경과 후 채널이 클리어하다고 판단되면 부모 노드로 데이터를 전송한다. 자식 노드 2는 자신에 설정된 소정의 보호 시간 경과 후 채널을 살펴보고, 자식 노드 1에 의한 데이터 전송 중에는 채널이 클리어하지 않은 것으로 판단하여 랜덤 백오프 슬롯 시간만큼 기다린 후 데이터를 전송한다.
본 실시예에서는 두 개의 자식 노드의 전송만을 고려하였지만 두 개 이상의 자식 노드의 경우에 각 자식 노드에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 방법을 이용할 경우 모든 자식 노드들에 대해 중요도를 유사하게 설정하는 대신 낮은 확률로 데이터 충돌이 발생할 수 있다. 데이터 충돌은 여러 자식들 중 'mod(rand(), # of slot)'의 결과 가장 작은 값이 중복될 때 발생한다. 즉, 가 장 작은 값만 중복이 되지 않으면 데이터 충돌은 발생하지 않는다. 또한, 이러한 데이터 충돌 확률은 굉장히 낮으므로 충돌이 발생했을 경우라 하더라도 다음 전송 때 다시 보호 시간(guard time)을 난수를 이용해 생성하므로 도 4에서와 같은 충돌의 연쇄 반응은 발생하지 않는다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 고정 보호 시간(static guard time) 생성을 위한 지그비 파라미터를 나타낸 도면이다.
본 실시예는 랜덤 딜레이(Random delay)가 아닌 지그비 네트워크의 파라미터를 이용하여 아래 식에 의해 보호 시간(guard time)을 생성한다.
Figure 112007023313317-PAT00002
(2)
식 (2)의 각 파라미터는 지그비 표준에 정의된 값이다. 여기서, nwkAddr는 자식 노드의 주소 값을 나타내고, parent_nwkAddr는 부모 노드의 주소 값을 나타내고, Cskip 은 깊이 d의 노드가 가질 수 있는 주소의 부분 블록 크기를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 지그비 표준에 따라 네트워크 주소가 할당된 경우, 예를 들어, PAN 코디네이터(p), p를 부모 노드로 하는 자식 노드(r1, r2, e1···)는 각각 n, n+1, n+1+Cskip, n+1+2Cskip ···의 주소를 갖는다.
식 (2)에 따라 자식 노드의 주소에서 부모 노드의 주소를 빼면 각각 1, CSkip+1, 2CSkip+1 ···의 값이 나온다. 다음으로 각 값을 CSkip(d)으로 나누어 줄 경우 각 자식 노드는 0, 1, 2, ···의 값을 갖는다. 따라서, 동일한 부모 노드를 가진 자식 노드들 중 주소 값이 작은 노드부터 보호 시간(guard time)을 짧게 기다리게 된다.
이와 같이 보호 시간(guard time)을 생성할 경우 자식 노드에서 부모 노드로의 데이터 전송에서 충돌은 모두 피할 수 있다. 단, 자식 노드의 주소값(nwkAddr)이 작을수록 데이터가 우선적으로 전송되므로 QoS(Quality of Service) 측면에서 좋지 않을 수 있다. 하지만, 지그비 네트워크의 경우 트리 라우팅 및 비컨 모드로 동작할 때 QoS를 고려하는 경우가 매우 드물기 때문에 QoS를 고려하지 않아도 되는 응용에는 도 5의 제1 실시예에 의한 랜덤 딜레이(random delay)를 이용하는 방법보다 적합할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그비 네트워크에서의 데이터 충돌 회피 기법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 부모 노드로부터 비컨을 수신하고 이에 동기화된 각 자식 노드들은 전송할 데이터 패킷을 생성한다(S710).
다음으로 상기 생성한 데이터 패킷이 부모 노드로 전송할 것인지 자신의 자식 노드로 전송할 것인지를 판단한다(S720).
만일 자신의 자식 노드로 전송할 것으로 판단된 경우에는 기존의 CSMA-CA의 간접 전송 방식에 의해 데이터 패킷을 전송한다(S730).
만일 부모 노드로 전송할 것으로 판단된 경우에는 데이터 전송 직전에 다른 자식 노드와 다른 지연 시간인 보호 시간(guard time)을 설정한다(S740). 상기 보호 시간 설정 방법은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 방법 중 하나를 선택하여 사 용할 수 있을 것이다. 이때, 구성된 네트워크에서 동일한 부모 노드에 속한 모든 자식 노드들은 보호 시간 생성시 동일한 방법을 사용(즉, 모든 자식 노드들이 랜덤 딜레이 방법을 사용하거나 또는 모든 자식 노드들이 지그비 파라미터를 이용한 딜레이 방법을 사용)해야 한다.
각 자식 노드들은 자신의 소정 보호 시간 경과 후 CSMA-CA에 의해 채널 탐지 및 데이터 전송을 수행한다(S750).
이와 같이 보호 시간을 생성함으로써 트리 라우팅 및 비컨 모드의 지그비 시스템에서 두 개 이상의 자식 노드가 부모 노드로 데이터를 동시에 전송할 때 발생하는 데이터 충돌을 방지함으로써, 데이터 충돌에 의해 발생되는 데이터의 전송 기간 지연, 재전송으로 인한 파워 소모 및 전송 데이터의 길이에 따라 비컨 프레임 동안 채널을 점유하여 모든 데이터 송수신을 블록킹하는 현상을 막을 수 있다.
본 발명은 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. 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 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분 야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
그러므로 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. 따라서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따라 한 부모 노드에 두 개 이상의 자식 노드가 있는 트리 라우팅 및 비컨 모드의 지그비 시스템인 경우, 각 자식 노드가 부모 노드로 데이터를 전송하기 바로 직전에 서로 다른 지연 시간을 설정함으로써 데이터의 전송 시작 시점을 다르게 하여, 부모 노드에 각 자식 노드가 동시에 데이터를 전송할 경우 발생하는 데이터 충돌을 방지할 수 있다.
따라서, 데이터 충돌에 의해 발생되는 데이터의 전송 기간 지연 및 재전송으로 인한 파워 소모를 줄일 수 있다.

Claims (7)

  1. 비컨 모드의 지그비 네트워크에서 하나의 부모 노드에 포함된 둘 이상의 자식 노드가 상기 부모 노드로 전송하는 데이터의 충돌을 방지하는 방법에 있어서,
    상기 부모 노드로부터 수신한 비컨에 따라 동기화된 상기 둘 이상의 자식 노드 각각이 서로 다른 지연 시간을 설정하기 위해 동일한 함수의 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 설정된 지연 시간 경과 후 채널 내 반송파 존재 여부를 감지하고 상기 부모 노드로의 데이터 전송 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 방지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지연 시간은 난수를 기초로 설정되는 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 방지 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지연 시간은 [기본 시간 × mod(a, b)]의 함수 연산에 의해 설정되며, 여기서, mod(a, b)는 a를 b로 나눈 나머지를 리턴하는 함수이고, a는 난수의 리턴 함수이고, b는 슬롯의 수인 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 방지 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬롯의 수는 상기 부모 노드가 갖는 최대 자식 노드의 수 이상인 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 방지 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지연 시간은 상기 자식 노드의 주소와 상기 부모 노드의 주소를 기초로 설정되는 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 방지 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지연 시간은 [기본 시간 × {(자식 노드의 주소 - 부모 노드의 주소)/Cskip(d)}]이 함수 연산에 의해 설정되며, 여기서 Cskip(d)는 깊이 d의 자식 노드가 가질 수 있는 주소의 부분 블록 크기인 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 방지 방법.
  7. 제3항 또는 제6항에 있어서,
    상기 기본 시간은 백오프 슬롯(backoff slot) 길이 이상인 것을 특징으로 하는 지그비 네트워크에서 데이터 충돌 방지 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101029496B1 (ko) * 2010-06-11 2011-04-18 엘아이지넥스원 주식회사 무선센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법과 그 시스템, 및 이를 기록한 기록매체
US8228845B2 (en) 2008-12-03 2012-07-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Sensor node of low power for monitoring application in mesh sensor network using time division access scheme, and routing method thereof
KR101652083B1 (ko) * 2015-04-09 2016-08-29 한국항공대학교산학협력단 지그비 기반 신호 도달 시간 추정 방법 및 장치

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4750644B2 (ja) * 2006-08-09 2011-08-17 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 無線システム、無線通信装置及び通信方法
US8908513B2 (en) * 2009-02-13 2014-12-09 Koninklijke Philips N.V. Method for communicating in a network comprising a batteryless zigbee device, network and device therefor
US20120066369A1 (en) * 2009-05-13 2012-03-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method for assigning a network address for communicating in a segmented network
KR101611157B1 (ko) * 2009-11-24 2016-04-11 삼성전자 주식회사 공기조화기 및 그 통신방법
US8559464B2 (en) * 2010-04-30 2013-10-15 International Business Machines Corporation Synchronizing nodes of a multi-hop network
JP2015026874A (ja) * 2011-11-15 2015-02-05 パナソニック株式会社 無線通信システム、親無線装置、及び子無線装置
US9214988B2 (en) 2012-02-06 2015-12-15 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for improving peer communications using an active communication mode
US9565575B2 (en) * 2013-07-25 2017-02-07 Honeywell International Inc. Interference avoidance technique for wireless networks used in critical applications
US10455368B2 (en) 2015-10-28 2019-10-22 Locix, Inc. Systems and methods for providing communications within wireless sensor networks based on at least one periodic guaranteed time slot for sensor nodes
US9706489B2 (en) 2015-01-27 2017-07-11 Locix Inc. Systems and methods for providing wireless asymmetric network architectures of wireless devices with anti-collision features
US10028220B2 (en) 2015-01-27 2018-07-17 Locix, Inc. Systems and methods for providing wireless asymmetric network architectures of wireless devices with power management features
US9529076B2 (en) 2015-01-27 2016-12-27 Dragonfly Technology Inc. Systems and methods for determining locations of wireless sensor nodes in an asymmetric network architecture
US10536901B2 (en) 2015-01-27 2020-01-14 Locix, Inc. Systems and methods for providing communications within wireless sensor networks based on a periodic beacon signal
US9380531B1 (en) 2015-01-27 2016-06-28 Dragonfly Technology Inc. Systems and methods for providing wireless sensor networks with an asymmetric network architecture
US10455350B2 (en) 2016-07-10 2019-10-22 ZaiNar, Inc. Method and system for radiolocation asset tracking via a mesh network
US10820349B2 (en) 2018-12-20 2020-10-27 Autonomous Roadway Intelligence, Llc Wireless message collision avoidance with high throughput
JP7241203B2 (ja) * 2019-04-12 2023-03-16 シグニファイ ホールディング ビー ヴィ ワイヤレスメッシュネットワークシステム
US10820182B1 (en) 2019-06-13 2020-10-27 David E. Newman Wireless protocols for emergency message transmission
US10939471B2 (en) 2019-06-13 2021-03-02 David E. Newman Managed transmission of wireless DAT messages

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100861127B1 (ko) * 2002-03-07 2008-09-30 삼성전자주식회사 충돌 방지 장치 및 방법
US7035276B2 (en) * 2002-04-17 2006-04-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Contention-resolution system for a command- response data network
KR100729617B1 (ko) * 2004-11-12 2007-06-19 삼성전자주식회사 네트워크 시스템에서의 비컨 스케쥴링 방법 및 그 시스템
KR100643323B1 (ko) * 2005-02-03 2006-11-10 삼성전자주식회사 지그비 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 그 방법을사용하는 코디네이터 및 디바이스

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8228845B2 (en) 2008-12-03 2012-07-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Sensor node of low power for monitoring application in mesh sensor network using time division access scheme, and routing method thereof
KR101029496B1 (ko) * 2010-06-11 2011-04-18 엘아이지넥스원 주식회사 무선센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법과 그 시스템, 및 이를 기록한 기록매체
KR101652083B1 (ko) * 2015-04-09 2016-08-29 한국항공대학교산학협력단 지그비 기반 신호 도달 시간 추정 방법 및 장치

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