KR20090056481A - 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법에 관한 것으로, 가상(virtual) 팬(PAN : Personal Area Network) 개념을 도입하여 센서 네트워크와 연결된 외부 네트워크를 가상의 팬으로 보고 센서 네트워크와 외부 네트워크 간에 동일한팬(PAN) 주소 체계를 사용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법은 센서 네트워크에서의 센서 노드에 추가적인 계층 구현 없이 이종망, 외부 네트워크의 노드에 가상의 팬 주소 할당을 통하여 효과적으로 통신할 수 있다.
데이터 통신, 센서 네트워크, 팬(PAN : Personal Area Network)

Description

센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법{Apparatus and method for connecting heterogeneous network in sensor network}
본 발명은 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서네트워크와 주소체계가 상이한 외부 네트워크의 효과적인 접속을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법은 제한된 자원을 갖고 동작하는 센서 네트워크의 센서 노드에 있어서 통신 효율의 중요한 요소인 주소체계를 효과적으로 구축하여 이종망, 외부 네트워크와 연결하기 위한 장치 및 방법이다.
본 발명은 정보통신부의 IT 성장동력 기술 개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-038-03, 과제명: UHF RF-ID 및Ubiquitous 네트워킹 기술 개발].
통신 기술의 발달은 사용자가 컴퓨터나 네트워크를 의식하지 않고 장소에 상관없이 자유롭게 네트워크를 접속할 수 있는 환경을 만들어 가고 있다. 이를 일명 유비쿼터스라 하여 근래 통신기술 분야의 연구는 이런 유비쿼터스를 실생활에 접목 시키는데 그 목표를 두고 발전하고 있다.
유비쿼터스의 핵심 기술은 센서 네트워크 시스템이다.
센서 네트워트는 필요한 모든 사물에 전자태그를 부착하고, 전자태그를 통하여 기본적인 사물의 인식 정보는 물론 주변의 환경 정보(온도, 습도, 오염정보, 균열정보 등)까지 탐지하여 이를 실시간으로 네트워크로 연결하고, 그 정보를 관리하는 것을 의미한다.
궁극적으로는 모든 사물에 computing 및 communication 기능을 부여하여 anytime, anywhere, anything 통신이 가능한 환경을 구현하기 위한 것이다.
센서 네트워크 시스템은 특정 장소 또는 불특정 장소 등에 배치되는 센싱 디바이스(노드)가 지리적,환경적,사회적 변화등의 정보를 감지하고, 감지된 정보데이터를 근접하는 다른 센싱 디바이스 또는 다수의 센싱 디바이스가 지정된 범위의 공간 내에서 군집하는 클러스터로 전송하거나, 최종적으로 기지국으로 전송하도록 하는 것이다.
일반적인 이동통신 시스템은 이동단말(mobile element)과 기지국(base station)간에 서로 데이터를 송수신한다. 이동단말과 기지국은 다른 이동단말 또는 노드(node)들을 경유하지 않고 직접 데이터를 송수신한다. 하지만, 센서 네트워크는 센서 노드의 데이터를 싱크 노드(sink node)로 전달하고 할 경우 다른 센서 노드들을 이용한다.
도 1 은 센서 네트워크의 구성를 보여주는 도면이다.
센서 네트워크는 싱크 노드와 복수개의 센서 노드들로 구성된다.
도 1은 하나의 싱크 노드만을 도시하고 있으나, 사용자의 설정에 따라 센서 네트워크는 적어도 2개 이상의 싱크 노드들로 구성되는 것이 가능하다.
센서 노드는 지정된 사용자가 설정한 타겟(traget) 영역에 관한 정보를 수집한다.
센서 노드가 수집하는 타겟영역의 정보로는 주위의 온도, 습도나 물체의 이동 및 가스의 유출 등이 있다.
센서 노드는 타겟 영역에서 수집된 정보의 데이터를 싱크 노드로 전송한다.
싱크 노드는 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드들이 전송한 데이터들을 전달받는다. 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있는 센서 노드는 전송할 데이터를 직접 싱크 노드로 전달한다.
하지만 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 수집된 데이터를 싱크 노드로 직접 전달하는 대신 싱크 노드에 인접한 센서 노드들로 전송한다.
한편, 최근 정보통신 기술의 발전으로 통신 네트워크 서비스가 융합되면서 이종망간의 융합화 현상이 일어나고 있다.
기존의 음성 위주의 통신망은 보다 저렴한 인터넷전화(VoIP)망으로 변화하고 있고, 유선과 무선 통신망도 통합화를 추구하고, 아날로그 TV는 디지털 TV로 발전하고, 인터넷은 광대역화와 IPv6으로 발전하고 있다.
USN(Ubiquitous Sensor Network)는 센서네트워크와 IPv6 기반의 BcN(Broadband Convergence Network)가 결합된 네트워크이다.
USN이 완성되기 위해 우선 주목해야 하는 부분은 센서 네트워크 부분이다.
센서 네트워크에서 센서 노드들이 주고 받는 데이터는 크기가 작고 데이터의 발생 빈도 또한 매우 낮아 통신하는 양이 많지 않다.
따라서 센서 노드의 작은 사이즈에 의하더라도 센서 노드의 에너지 효율성을 크게 문제되지 않는다.
센서 네트워크만을 단독으로 운용을 하는 경우 센서 네트워크 내의 최대 노드 숫자만큼을 표현할 수 있는 주소체계를 갖추어 운용하더라도 문제되지 않는다.
그러나 외부 네트워크, 이종망과 결합하여 운용하는 경우 상호 주소체계가 다르기 때문에 제어 신호의 오버헤드가 커져서 에너지 소비의 근원이 된다.
센서 네트워크를 다른 종류의 외부 네트워크와 연결하여 이종망과의 상호운용을 하는 경우, 센서 네트워크의 노드는 이종망의 주소체계에 맞게 데이터 패킷을 만들어 전송을 해야 한다.
대표적인 인터넷 주소체계인 IPv4 (Internet Protocol version 4)인 경우는 32비트의 주소체계를, IPv4 주소의 주소고갈 문제로 새로 등장한 IPv6 (Internet Protocol version 6)인 경우는 128비트의 주소를 사용한다.
IPv4 나 IPv6주소는 센서 네트워크에서 많이 사용하는 팬 주소체계가 동일 팬에서 16비트를 많이 쓰는 것에 비하면, 매우 큰 주소 비트값을 사용하고 있다.
센서 네트워크의 노드들은 보통 작은 크기에 작은 배터리에 의존하여, 센서로 동작하는 경우가 많다.
따라서 오랫동안 센서 네트워크를 유지하며 센서로 동작하기 위해서는, 배터리 절약 기술이 필수적이다.
에너지 효율성을 증가시키기 위해서는 통신의 양과 빈도를 줄여야 하는데, 데이터 패킷의 오버헤더의 주소부분의 크기를 줄여야 센서 네트워크에서의 효율적인 통신이 가능해진다.
종래의 기술은 전송 효율 보다는 상호운용에 중점을 두고 있었다.
대표적으로 인터넷 표준화 단체인 IETF[Internet Engineering Task Force]의 6LoWPAN 분과에서는 센서 네트워크와 IPv6와의 상호운용을 표준화하고 있다.
이 단체에서는 IPv6 헤더의 일부를 압축해서 만든 헤더를 사용해서, 센서 네트워크와 통신을 하는 방식을 제안하고 있다.
IPv6 헤더의 일부를 압축해서 만든 헤더를 사용하는 방식은 상호운용의 측면에는 도움이 될 지 모르나, 또 다른 새로운 포맷의 헤더를 도입함에 따라, 센서 노드는 이를 해석할 통신 계층을 추가로 구현해야 하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 센서 네트워크와 연결된 이종망을 가상의 팬으로 센서 네트워크의 노드들이 외부 네트워크의 노드를 마치 센서 네트워크 내의 다른 팬에 있는 노드와 통신하는 것처럼 동작시켜 센서 네트워크의 에너지 효율 및 데이터 전송 효율을 높일 수 있는 이종망 접속 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법은 제한된 자원을 갖고 동작하는 센서 노드가 외부네트워크와의 접속에 있어서 효과적인 주소체계를 구축하여 데이터 전송 효율을 증가시키고자 함에 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치의 일 실시예는,외부 네트워크 노드에 대해 가상 팬(virtual PAN) 주소를 할당하는 가상 팬 주소 생성기; 상기 가상 팬(virtual PAN) 주소를 포함하여 상기 외부 네트워크 노드에서 센서 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버 헤더를 생성하는 팬 헤더 생성기; 상기 가상 팬(virtual PAN) 주소에 매핑되는 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 저장하는 주소 매핑 테이블; 상기 주소 매핑 테이블에서 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 조회하는 가상 팬 주소 조회기; 및 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 포함하여 상기 센서 네트워크 노드에서 상기 외부 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버 헤더를 생성하는 헤더 생성기;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 방법의 일 실시예는,외부 네트워크 노드에 대해 가상 팬(virtual PAN) 주소를 할당하는 가상 팬 주소 할당 단계; 상기 가상 팬(virtual PAN) 주소를 포함한 상기 외부 네트워크 노드에서 센서 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버 헤더를 생성하여 상기 센서 네트워크 노드로 전송하는 단계; 상기 가상 팬(virtual PAN) 주소에 매핑되는 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 저장하는 주소 매핑 단계; 상기 주소 매핑 테이블에서 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 조회하는 가상 팬 주소 조회 단계; 및 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 포함한 상기 센서 네트워크 노드에서 상기 외부 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버헤더를 생성하여 상기 외부 네트워크 노드로 전송하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법은 PAN ID(16bit) + Short ID(16bit)의 센서 네트워크 주소체계로 IP망의 노드를 지정할 수 있어서 별도의 인캡슐레이션 과정 없이 작은 헤더 크기로 IP망과 통신을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법에 의하면 센서 노드에 추가적인 계층 삽입 없이 외부 네트워트의 노드와 효율적인 데이터 전송이 가능하다.
또한 범용 환경의 센서 네트워크에 적용이 가능하며 데이터 전송에서의 오버헤드를 줄여 센서 노드의 에너지 효율성을 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 설명하고자 한다.
도 2는 게이트웨이를 통해 센서 네트워크와 이종망,외부 네트워크과 연결된 구조를 보여주는 도면이다.
일반적으로 센서 네트워크는 도 2 에서와 같이, 여러 종류의 노드로 구성된다.
도 2 에서는 Tree 기반의 연결 구조를 보여주고 있으며 센서 네트워크는 4개의 팬(PAN : Personal Aera Network)(PAN1,PAN2,PAN3,PAN4)로 구성된다.
각각의 팬(PAN)은 라우팅 기능이 없는 제한된 기능을 갖는 노드인 RFD (Reduced Function Device)(2106~2109, 2205, 2206, 2305~2307, 2406~2408), 라우팅 기능을 갖는 노드인 FFD (Full Function Device)(2101~2105, 2201~2204, 2301~2308, 2401~2405), RFD와 FFD를 하나의 팬으로 관리하는 팬 코디네이터 (PAN Coordinator)(2100,2200,2300,2400) 로 구성된다.
게이트웨이는 센서 네트워크의 노드들이 외부네트워크와 통신하고자 할 때, 양쪽를 연결하는 통로 역할을 수행한다.
즉 게이트웨이를 통해 센서네트워크와 외부 네트워크, 이종망과 통신이 가능해진다.
센서 네트워크에서의 통신은 전원 등의 제약사항에 의해서, PAN ID(16bit) + Short ID(16bit) 등의 작은 bit를 사용하는 주소체계를 갖는다.
이에 비해, 인터넷망은 IPv4인 경우 32bit, IPv6는 128bit에 이르는 주소체계를 갖고 있다.
두 망의 상이한 주소체계 때문에 패킷 안에 상대방의 주소값을 다시 담는, 인캡슐레이션 방식이 사용된다.
결과적으로 인캡슐레이션 방식은 패킷에서 헤더의 크기를 크게 하여 전송효율을 떨어뜨린다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 통신은 전원 등의 제약사항에 의해서, PAN ID(16bit) + Short ID(16bit) 등의 작은 bit를 사용하는 주소체계를 갖는다. 이에 비해, 인터넷망은 IPv4인 경우 32bit, IPv6는 128bit에 이르는 주소체계를 갖고 있다.
이러한 두 망의 상이한 주소체계 때문에, 패킷 안에 상대방의 주소값을 다시 담는 인캡슐레이션 방식이 사용된다.
인캡슐레이션 방식은 패킷에서 헤더의 크기를 크게 하여, 전송효율을 떨어뜨린다.
이를 해결하기 위한 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치 및 방법은 IP망에 virtual PAN ID를 할당하고, 센서 네트워크와 통신하는 IP망의 노드들에 각각 개별적인 Short ID 할당한다.
주소 할당 및 변환은 센서 네트워크와 IP망을 연결하는 게이트웨이가 담당하 며, PAN ID(16bit) + Short ID(16bit)의 센서 네트워크 주소체계로 IP망의 노드를 지정할 수 있어서 별도의 인캡슐레이션 과정 없이 작은 헤더 크기로 IP망과 통신을 수행할 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치, 게이트웨이(300)는 일반적인 게이트웨이와는 달리, 패킷의 캡슐화 작업, 즉 인캡슐레이션과 디캡슐레이션 과정이 없다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치, 게이트웨이(300)는팬 헤더 생성기(310), 가상 팬 주소 생성기(320), 주소 매핑 테이블(330), 가상 팬 주소 조회기(340), IP 헤더 생성기(350)으로 구성된다.
가상 팬 주소 생성기(320)는 외부 IP 네트워크의 노드에 대해 가상 팬(virtual PAN) 주소를 할당한다.
주소 할당시 외부망을 표시하는 특정 팬 ID를 부여함으로써 센서 네트워크의 노드들이 특정 팬 ID를 갖는 노드 주소는 외부망 주소임을 인지할 수 있도록 한다.
외부망을 위한 특정 팬 ID값은 하나 일수도 있고, 외부망과의 통신이 잦은 센서 네트워크인 경우는 여러 개의 팬 ID값을 외부망에 할당하여 사용할 수 있다.
팬 헤더 생성기(310)는 가상 팬 주소를 포함한 외부 IP네트워크에서 센서 네트워크 노드로 전송되는 데이터의 제어를 위한 헤더를 생성한다.
주소 매핑 테이블(330)은 외부 IP 네트워크 노드들의 실제 주소를 가상 팬 ID에 대응,매핑시켜 저장한다.
가상 팬 주소 조회기(340)은 주소 매핑 테이블(330)을 조회하여 센서 네트워크에서 외부 IP네트워크로 나가는 패킷에 실린 가상 팬(virtual PAN) ID에 대응되는 외부 IP 네트워크 노드의 실제 주소를 읽는다.
IP 헤더 생성기(350)는 센서 네트워크에서 외부 IP네트워크로 전송되는 데이터의 제어를 위한 헤더를 생성한다.
도 4 는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 방법의 흐름도를 보여주는 도면이다.
Step 410단계는 외부 IP 네트워크로부터 센서 네트워크로의 데이터 전송을 위한 주소 할당 흐름을 보여주는 것이다.
외부 IP 네트워크에서 센서 네트워크로 유입되는 데이터 전송을 위해 외부 IP 네트워크 노드에 가상 팬(virtual PAN) ID를 할당한다(S411).
센서 네트워크 노드와 통신하는 IP망의 노드들 각각 개별적인 Short ID 할당한다(S412).
센서 네트워크로 전달되는 데이터의 제어를 위한 헤더를 첨부하여 센서 네트워크의 노드로 전송한다(S413).
Step 420단계는 센서 네트워크에서 외부 IP 네트워크로의 데이터 전송을 위한 주소 할당 흐름을 보여주는 것이다.
주소 매핑 테이블(330)을 조회하여 센서 네트워크에서 외부 IP네트워크로 나가는 데이터 패킷에 실린 가상 팬(virtual PAN) ID 및 short ID에 대응되는 외부 IP 네트워크 노드의 실제 주소를 읽는다(S421).
센서 네트워크에서 외부 IP네트워크로 전송되는 데이터의 제어를 위한 헤더를 첨부하여 외부 IP 네트워크로 전송한다(S422).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀 질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치등이 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.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 센서 네트워크의 구성를 보여주는 도면이다.
도 2는 게이트웨이를 통해 센서 네트워크와 이종망,외부 네트워크과 연결된 구조를 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 이종망 접속 방법의 흐름도를 보여주는 도면이다.

Claims (6)

  1. 외부 네트워크 노드에 대해 가상 팬(virtual PAN) 주소를 할당하는 가상 팬 주소 생성기;
    상기 가상 팬(virtual PAN) 주소를 포함하여 상기 외부 네트워크 노드에서 센서 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버 헤더를 생성하는 팬 헤더 생성기;
    상기 가상 팬(virtual PAN) 주소에 매핑되는 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 저장하는 주소 매핑 테이블;
    상기 주소 매핑 테이블에서 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 조회하는 가상 팬 주소 조회기; 및
    상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 포함하여 상기 센서 네트워크 노드에서 상기 외부 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버헤더를 생성하는 헤더 생성기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 네트워크는 32비트의 주소체계를 가지는 IPv4 (Internet Protocol version 4)이거나 128비트의 주소체계를 가지는 IPv6 (Internet Protocol version 6)인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 팬 주소 생성기는 상기 외부 네트워크 노드에 대해 숏(short) 주소를 동시에 할당하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 팬 헤더 생성기, 상기 가상 팬 주소 생성기, 상기 주소 매핑 테이블, 상기 가상 팬 주소 조회기, 상기 헤더 생성기는 상기 외부 네트워크와 상기 센서네크워크를 접속하는 게이트웨이(Gateway) 내에 구현되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 이종망 접속 장치.
  5. 외부 네트워크 노드에 대해 가상 팬(virtual PAN) 주소를 할당하는 가상 팬 주소 할당 단계;
    상기 가상 팬(virtual PAN) 주소를 포함한 상기 외부 네트워크 노드에서 센서 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버 헤더를 생성하여 상기 센서 네트워크 노드로 전송하는 단계;
    상기 가상 팬(virtual PAN) 주소에 매핑되는 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 저장하는 주소 매핑 단계;
    상기 주소 매핑 테이블에서 상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 조회하는 가상 팬 주소 조회 단계; 및
    상기 외부 네트워크 노드 실제 주소를 포함한 상기 센서 네트워크 노드에서 상기 외부 네트워크 노드로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 오버헤더를 생성하여 상기 외부 네트워크 노드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 이종망 접속 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부 네트워크 노드에 대해 숏(short) 주소를 할당하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 이종망 접속 방법..
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