KR20090070676A - 공유 비콘 구간을 이용한 ＱｏＳ 제공 방법 - Google Patents

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Abstract

공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법을 제공한다. 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법은 공유 비콘 구간(BOP; Beacon Only Period)에 단말 디바이스인 제1 노드가 비콘 프레임에 QoS(Quality of Service)에 대한 정보를 포함시켜 상위 노드로 전송하는 단계와, 상위 노드가 코디네이터 노드이면, 코디네이터 노드가 제1 노드의 비콘 프레임의 페이로드에서 QoS에 대한 정보를 판독하고, 제1 노드에 발생한 이벤트에 대한 상태 정보를 판독하여 이벤트에 따른 소정 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
비콘 프레임, AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector), QoS(Quality of Service)

Description

공유 비콘 구간을 이용한 ＱｏＳ 제공 방법{A method for providing quality of service using beacon only period}
본 발명은 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법에 관한 것으로, 공유 비콘 구간에서 비콘 프레임에 QoS 정보를 포함시켜 전송함으로써 패킷의 중요도에 따라 효율적인 QoS 서비스를 제공하는 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크(sensor network)는 유비쿼터스 컴퓨팅 구현을 위한 초경량, 저전력의 많은 센서들로 구성된 유무선 네트워크로, 기본적으로 센서 노드(sensor node)와 싱크 노드(sink node)로 구성된다. 센서 노드는 환경, 물리계에서 센싱된 정보 또는 센서에 관련된 특정 이벤트를 유무선 통신 기술 기반으로 하여 전달하거나 컴퓨팅을 수행하는 센서, 프로세서, 통신소자로 구성되는 시스템이다. 각 센서 노드(모바일 또는 소스 노드)는 수집된 데이터를 목적지 노드로 전송하기 위하여 경로 설정 요청(RREQ; Route Request) 메시지를 플러딩(flooding)한다. 경로 설정 요청 메시지는 소스 노드가 목적지 노드를 찾기 위해(즉, 경로 생성을 요청하기 위해) 사용하는 제어 메시지타입이다. 경로 설정 요청 메시지를 발생시키는 노드는 데이터 전달을 처음에 요구한 소스 노드와 경로단절이 생겼을 때 경로 복구를 위해 경로 복구작업을 시작하는 중계 노드가 될 수 있다. 이들 노드들은 경로 설정 요청 메시지를 애드 혹 (Ad-Hoc) 네트워크 내에 플러딩하게 된다. 또한, 경로 설정 요청 메시지를 수신한 노드들은 자신이 갖고 있는 라우팅 테이블에 해당 경로가 있거나 또는 자신이 목적지 노드인 경우 경로 설정 응답(RREP; Route Reply) 메시지를 처음에 송신한 노드(소스 노드)에게 유니캐스트(unicast)로 전송한다. 또한, 경로 설정 요청 메시지를 수신한 노드가 목적지 노드도 아니고 목적지 노드까지의 경로를 알고 있지 않다면, 소스 노드까지의 역 경로(reverse route)를 라우팅 테이블에 저장한 후, 수신한 경로 설정 요청 메시지를 이웃 노드에게 전달하게 된다. 그리고, 위와 같은 과정을 통해 라우팅 경로를 설정(생성)하게 되면 각 노드로부터 목적지 노드까지의 홉(hop) 수가 결정되며, 이후 설정된 라우팅 경로를 통해 데이터 전송이 이루어지게 된다. 이와 같이, 라우팅 경로란 소스 노드와 목적지 노드간 통신을 위해 중계 노드들을 이용하여 설정된 경로를 의미한다.
한편, 센서 네트워크에서 현재 널리 사용되고 있는 MAC(Media Access Control: 매체 액세스 제어) 프로토콜은 TDMA(Time Division Multiple Access)방법과 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방법으로 분류될 수 있다. TDMA 방법은 중앙 집중 관리기(sink or coordinator node)가 자원 점유에 따라 각 (센서) 노드에게 타임 슬롯(time slot)을 할당하고, 각 노드가 상향/하향 데이터 패킷을 전송하도록 하는 방법이다. CSMA 방법은 경쟁(contention)을 기반으로 랜덤 백-오프(random back-off) 및 경쟁 윈도우(contention windows)에 따른　자원 공유 알고 리즘을 사용한다. 그리고, WPAN에서는 상기 TDMA 및 CSMA를 모두 수용할 수 있는 MAC 표준이 IEEE 802.15.4에서 진행되고 있다. 또한, 네트워크층에서는 업체 표준(de facto)으로 지그비 얼라이언스(zigbee alliance)가 진행 중이다.
또한, 센서 네트워크를 구현하기 위해 IEEE 표준의 IEEE 802.15.4는 물리 계층과 MAC 계층을 정의하고 있으며, 상위 계층으로 지그비 얼라이언스의 지그비에서 네트워크 계층과 애플리케이션 계층 및 그 밖의 부가적인 기능들을 정의하고 있다. 지그비는 라우팅을 할 때 AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector) 방법을 기본으로 사용하고 있다. 또한, 지그비는 센서가 메모리 부족이나 갑자기 경로를 잃는 등의 이유로 일시적으로 AODV를 지원할 수 없을 때 계층구조 라우팅(self routing)을 선택할 수 있다. 상기 AODV는 애드 혹 네트워크의 대표적인 요구기반 라우팅 프로토콜로서, 소스 노드가 목적지 노드에게 전달할 데이터가 발생하면 소스 노드가 경로 설정 요청 메시지(RREQ)를 목적지 노드에게 전송하고 목적지 노드가 경로 설정 응답 메시지(RREP)를 소스 노드에게 보내는 과정을 통해 경로를 생성하고 생성된 경로를 통해 데이터를 전송하게 된다.
이하, 도 1에서 상술된 내용을 기초로, IEEE 802.15.4에서 표준화 관련하여 제시된 공유 비콘 기반 슈퍼프레임 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래 공유 비콘 기반 슈퍼프레임 구조를 도시한다.
IEEE 802.15.4는 1홉 구간에서 지그비 코디네이터(ZC; Zigbee Coordinator)와 지그비 라우터(ZR; Zigbee Router) 또는 지그비 단말 디바이스(ZED; Zigbee End Device) 간 조인 부분에 관한 정의를 포함한다. 2홉 구간에서는 네트워크 개념이 필요하며 상기 지그비 얼라이언스에서 제공하는 규격을 참조하게 된다. 네트워크 구간에서는 필연적으로 경로 정보가 필요한 데, 이를 위해 라우팅 제어 패킷이 이용될 수 있다. 이하, 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 슈퍼프레임은 비콘 오더(BO; Beacon Order) 값에 의한 비콘 인터벌(BI; Beacon Interval) 구간(12)과 슈퍼프레임 오더(SO; Superframe Order) 값에 의한 슈퍼프레임 듀레이션(SD; Superframe Duration) 구간(14)으로 나뉘어진다. 슈퍼프레임 듀레이션 구간(14)에서 액티브 영역은 비콘 프레임 인터벌의 크기와 상관없이 16개의 슬롯(Slot)(13)으로 나뉘어지며, 또한 공유 비콘 구간(BOP; Beacon Only Period)(16), CAP(Contention Access Period)(18), CFP(Contention Free Period)(20)/GTS(Guaranteed Time Slot)(22) 구간으로 나뉘어진다.
공유 비콘 구간(BOP)(16)은 지그비 코디네이터(ZC; Zigbee Coordinator)와 복수개의 지그비 라우터(ZR)가 비콘 프레임을 전송하기 위한 구간일 수 있다. 비콘 프레임은 코디네이터에 의해 전송될 수 있으며, 네트워크 정보, 프레임 구조, 및 알려지지 않은 노드 메시지의 통지에 대한 정보들을 포함할 수 있다. 그리고, 공유 비콘 구간은 CSMA와 상관없이 비콘 프레임을 전송할 수 있다. 최종적인 패킷 주소는 지그비 단말 디바이스가 될 수 있으며, 하나의 슈퍼프레임 내에 복수개의 비콘 프레임이 동기화되어 있으므로 WPAN 네트워크에 존재하는 모든 기기들은 같은 슈퍼프레임 구조를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
상기 WPAN에서 기존 QoS(Quality of Service) 방식은 CAP(경쟁구간)(18)과 CFP(비경쟁구간)(20)으로 구분할 수 있다. CAP(18) 구간을 이용하는 경쟁기반 MAC 프로토콜 방식(CSMA 방식)은, 네트워크에 속한 복수개의 노드를 하나 이상의 그룹으로 분류하여 각 그룹별로 사용할 수 있는 하나 이상의 시간 슬롯들을 미리 지정하고, 각 노드들은 할당 받은 슬롯들 중에서 같은 그룹간의 노드들 간에도 충돌 발생을 줄일 수 있도록 랜덤하게 액세스한다. 구체적으로 설명하면, 경쟁기반의 MAC 프로토콜은 정지 상태일 때 현상을 관측하고 유휴 상태일 때 관측결과를 이웃한 노드에게 보내는 방식을 사용한다. 즉 정지 상태에서 센서 노드들은 현상들을 관측하고 관측한 데이터를 센서 노드 내부에 있는 버퍼(buffer)에 저장해 둔 다음, 자신의 통신 상태가 유휴 상태로 바뀌었을 때 이웃 노드에게 관측한 데이터를 보내기 위해 시도한다. 이웃 노드들에게 데이터를 보내려는 단계에서 센서 노드들은 반송파 검출(carrier sensing)과정을 수행한다. 주위의 이웃한 센서 노드들은 반송파 검출과정을 통하여, 현재 이웃한 노드들이 매체(media)를 점유하고 있는지 파악하고 뒤이어 보낼 데이터를 안전하게 보호하기 위하여 각종 제어 패킷들을 보내어 매체의 점유를 확인하였을 때 비로소 데이터를 보내는 것이다. 따라서 이웃한 센서 노드들이 같은 시간에 관측 결과를 보내려 할 때 매체를 점유하기 위해 경쟁(contention)이 발생하게 되고, 이는 충돌(collision)로 이어져 다시 관측 결과를 재전송하게 만드는 불필요한 과정을 겪게 된다.
한편, CFP(20) 구간을 이용하는 스케줄링 기반의 MAC 프로토콜 방식(TDMA 방식)은 복수개의 노드가 GTS(22) 구간을 사용하기 위해 지그비 코디네이터(네트워크 조정자)에게 GTS(22) 구간 사용을 요구하고 이를 할당 받아 사용한다. 스케줄링 기 반의 MAC 프로토콜들은 미리 정해진 계획에 맞추어 데이터를 송수신함으로 경쟁 기반의 MAC 프로토콜들에서 가졌던 문제들을 해결할 수 있다. 이러한 스케줄링 기반의 MAC 프로토콜들은 센서 노드와 노드간의 통신을 수행하기에 앞서 반드시 언제 통신을 수행할 것인지에 대한 스케줄링 작업을 수행한다. 이 과정을 거치면서 각각의 센서 노드들은 자신과 이웃하고 있는 모든 노드들과 언제 통신을 수행할 것인지에 대한 통신 시간을 확정하고 통신 시간을 확정한 다음 정해진 스케줄에 따라 정지 상태와 유휴 상태를 반복하면서 데이터를 송수신 한다. 즉 센서 노드들이 현재 시간에 이웃한 센서 노드들과 맺어진 통신스케줄이 존재하지 않으면 그 시간에는 센서 노드의 상태를 정지 상태로 유지하는 것이며 현재 시간이 통신을 수행해야 하는 시간이면 유휴 상태로 센서 노드의 상태를 변경하는 것이다. 그러므로, 해당 시간에 통신하기로 계획되어 있지 않은 모든 센서 노드들은 정지 상태에 있게 되므로, 유휴 상태에서 센서 노드들이 데이터를 송수신할 때 경쟁 기반의 MAC 프로토콜처럼 데이터 패킷이 충돌로 인해 손실되고 재전송으로 초래되는 불필요한 배터리 전력의 낭비를 사전에 막을 수 있는 것이다. 그러나 센서 노드들간의 통신 시간을 확정하는 스케줄링 작업이 선행되어야 한다는 문제점이 있다. 이 과정에서 센서 노드들은 이웃한 모든 센서 노드들과 통신 시간을 확정해야 하는데, 이 과정에서 사용되는 제어 패킷(control packet)의 수와 양이 많아지면 많아질수록 배터리 전력을 많이 소비하게 되는 것이고 경쟁 기반의 MAC 프로토콜에 비해 더 나쁜 성능을 보일 수도 있는 것이다. 한편, 경쟁 기반의 MAC 프로토콜들은 센서 노드들이 이웃한 센서 노드들로부터 데이터를 수신한 후 다음 노드로 데이터를 전달하기 위하여 경쟁하고 모든 센서 노드들이 데이터를 가능한 한 빨리 싱크 노드까지 전달 하기 위해 노력함으로, 특정 현상을 관측한 소스 노드에서부터 싱크 노드까지 데이터 패킷이 전달되는 지연시간은 스케줄 기반의 MAC 프로토콜보다 짧을 수 있다. 그러나 스케줄링 기반의 MAC 프로토콜은 이미 이웃한 모든 노드들과 통신을 수행할 시간을 약속하고 이에 따라 통신을 수행한다. 따라서 임의의 센서 노드로부터 데이터를 전달받았다 할지라도 다음 센서 노드로 데이터를 전달하는데 상당한 시간을 기다려야 한다면, 불가피하게 이웃한 센서 노드와 약속한 통신 시간까지 기다려야 하고 이는 소스 노드에서부터 싱크 노드까지의 지연시간을 증가 시키게 된다.
이와 같이, 상술된 종래의 방식들은 슈퍼프레임의 데이터 영역을 이용한 방식으로, 콘제스쳔(congestion)시 대역폭의 영향을 받으며, 기본적으로 전송 속도가 256Kbps 정도로 제약된 WPAN 환경에 있어서, 수집된 데이터 패킷의 중요도에 따라 차별화된 서비스를 제공하는 데에 한계가 있다. 또한, 비디오, 동영상 및 고품질 오디오와 같은 데이터의 지연과 지터(jitter), 그리고 대역폭 보장을 요구하는 서비스의 경우에는 QoS 측면에서 많은 서비스 저하를 유발할 수 있다.
따라서, 공유 비콘 구간에서 비콘 프레임에 QoS를 포함시켜 전송함으로써, 데이터 패킷의 중요도에 따라 효율적인 QoS를 지원할 필요성이 제기된다.
본 발명은 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법을 제공하여, 공유 비콘 구간에서 비콘 프레임에 QoS 정보를 포함시켜 전송함으로써 패킷의 중요도에 따라 차별화된 서비스를 제공하고, 대역폭 경쟁 및 상위 라우팅 계층 개입으로 인한 전송 시간 지연문제를 해소시키는 데에 그 목적이 있다.
또한, 비콘 프레임에 포함된 QoS를 통해 콘제스쳔(congestion)시 데이터 전송의 지연시간을 감소시키고, 효율적인 데이터 패킷 전송 및 우선 순위에 따른 노드에 발생한 이벤트에 대한 적절한 조치를 취하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법은 공유 비콘 구간(BOP; Beacon Only Period)에 단말 디바이스인 제1 노드가 비콘 프레임에 QoS(Quality of Service)에 대한 정보를 포함시켜 상위 노드로 전송하는 단계와, 상위 노드가 코디네이터 노드이면, 코디네이터 노드가 제1 노드의 비콘 프레임의 페이로드에서 QoS에 대한 정보를 판독하고, 제1 노드에 발생한 이벤트에 대한 상태 정보를 판독하여 이벤트에 따른 소정 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법은 공유 비콘 구간(BOP; Beacon Only Period)에 단말 디바이스인 제1 노드가 비콘 프레임의 페이로드에 QoS(Quality of Service)에 대한 정보를 포함시켜 라우터인 제2 노드로 전송하는 (a) 단계와, 제2 노드가 비콘 프레임의 페이로드에 포함된 QoS에 대한 정보를 포함하는 필드를 판독하여 QoS에 대한 정보의 존재 여부를 판단하는 (b) 단계와, 판단 결과 QoS에 대한 정보가 존재하는 경우, 제2 노드는 자신이 최종 목적지 노드인지 여부를 판단하고, 최종 목적지 노드가 아니면 QoS에 대한 정보를 자신의 비콘 프레임의 페이로드에 복사하여 자신의 상위 노드로 전송하는 (c) 단계 및 상위 노드가 코디네이터 노드이면, 코디네이터 노드가 제2 노드의 비콘 프레임의 페이로드에서 QoS에 대한 정보를 판독하고, 제1 노드에 발생한 이벤트에 대한 상태 정보를 판독하여 이벤트에 따른 소정 동작을 수행하는 (d) 단계를 포함한다.
본 발명의 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법에 따르면 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 공유 비콘 구간에서 비콘 프레임에 QoS 정보를 포함시켜 전송함으로써, 종래의 대역폭 경쟁으로 인한 충돌과 재전송의 문제점 및 상위 라우팅 계층 개입으로 인한 전송 시간 지연문제를 해소시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 비콘 프레임에 포함된 QoS를 통해, 종래의 노드의 불필요한 배터리 전력의 낭비 및 콘제스쳔(congestion)시 데이터 전송의 지연시간을 감소시키고, 효율적인 데이터 패킷 전송 및 우선 순위에 따른 노드에 발생한 이벤트에 대한 적절한 조치를 취할 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 프레임의 구조를 도시한다.
센서 네트워크에 있어서, 비콘 프레임의 페이로드(payload)에 차별화된 QoS에 대한 정보가 포함되어 공유 비콘 구간(BOP)에 전송될 수 있으며, 이를 통해 효율적인 QoS를 구현할 수 있다. 즉, 공유 비콘 구간에서 비콘 프레임에 QoS를 포함시켜 전송함으로써 기존의 라우팅 관리 메시지 및 GTS 구간 관리를 위한 메시지로 인한 네트워크 대역폭(자원) 소비의 문제점을 해소시킬 수 있다. 따라서, 센서 노드로부터 싱크 노드간 효율적인 QoS 서비스가 제공될 수 있다. 이를 위해 도 2의 비콘 프레임 구조(포맷)를 제안한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 비콘 프레임 포맷에 있어서, 비콘 프레임의 페이로드에 QoS에 대한 정보를 포함한 QoS 정보 필드(202)가 포함될 수 있다. 상기 QoS에 대한 정보는 이벤트가 발생한 노드 위치, 이벤트에 대한 상태 정보, 우선 순위, 및 제어 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 QoS 정보 필드(202)는 노드의 위치 정보에 대한 필드(204)와 EF(Expedited Forwarding) 필드(206)를 포함할 수 있다.
여기서, 노드의 위치 정보에 대한 필드(204)는 이벤트(비상 상황)가 발생한 노드의 위치를 나타낸다. 여기서, 소정 노드의 위치 정보가 2바이트로 표시될 수 있다.
또한, EF 필드(206)는 QoS 제어 정보를 포함하는 제1 필드(206a)와, QoS 데이터 정보를 포함하는 제2 필드(206b)를 포함할 수 있다. 제1 필드(206a)의 QoS 제어 정보는 지연 한계(delay bound), 지터 한계(jitter bound) 등에 대한 값들이 포함될 수 있다. 지터란 연속된 전송에 대한 지연 시간의 변동폭을 나타내는 수치로서, 음향과 같은 스트리밍 응용의 품질은 지연 지터에 의해 큰 영향을 받게 된다. 그리고, 제2 필드(206b)의 QoS 데이터 정보에는 이벤트에 대한 상태 정보를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이벤트에 대한 상태 정보 및 우선 순위 정보를 도시한다.
상술된 내용에 이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 필드(206b)의 QoS 데이터 정보에는 이벤트에 대한 상태 정보(210)가 포함될 수 있으며, 각 상태 정보(210)에는 우선 순위(212)가 부여되어 우선권(priority)이 높은 데이터의 송/수신 품질이 보장될 수 있다. 상기 상태 정보(210)는 화재(Fire), 침입(Intrusion), 범죄(Criminal), 연기(Smoke), 충돌(Collision) 등에 관한 정보들을 포함할 수 있으며, 각 상태 정보에 따라 우선 순위(212)가 부여될 수 있다.
상술된 QoS에 대한 정보는 비콘 프레임의 페이로드에 포함되어 공유 비콘 구간에 전송될 수 있으며, 상기 QoS 제어 정보에 따라 지정된 시간, 속도로 비콘 프레임이 소정 노드로 전송될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예를 통해, 각 노드 사이 동기를 목적으로 주기적으로 전송되는 비콘 프레임의 페이로드에 QoS에 대한 정보를 포함시켜 전송함으로 써, 소정 노드가 전송한 데이터의 우선권(우선 순위)에 따라 해당 노드의 발생한 이벤트 및 노드의 위치 정보 등을 높은 전송 품질로 싱크 노드로 전송할 수 있게 된다. 따라서, 종래의 대역폭 경쟁으로 인한 충돌과 재전송의 문제점 및 상위 라우팅 계층 개입으로 인한 전송 시간 지연문제를 해소시킬 수 있다. 이하, 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 동적 라우팅 및 QoS 제공의 예를 도시하며, 도 5는 도 4의 하향 동적 라우팅 과정 및 QoS를 사용하기 위해 라우터가 QoS에 대한 정보를 비콘 프레임에 포함시켜 전송하는 순서도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 QoS 제공 방법의 순서도이다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 지그비(zigbee) 무선 통신 프로토콜을 예를 들어 설명하기로 하지만, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
지그비 코디네이터 및 지그비 라우터는 비콘 프레임을 전송할 때, 추가될 노드가 사용할 수 있는 주소 값을 비콘 프레임의 페이로드에 설정하여 전송할 수 있다. 여기서, 공유 비콘 구간(BOP)은 상기 비콘 프레임을 전송하기 위한 구간일 수 있다. 그리고, 복수개의 노드는 비콘 프레임에 포함된 정보를 통하여 주소 값을 인지할 수 있다. 또한, 도 2 내지 도 3에 상술된 바와 같이, 비콘 프레임의 페이로드에 QoS에 대한 정보를 포함시켜 주기적으로 비콘 프레임을 상기 공유 비콘 구간(BOP)에 전송할 수 있다.
예를 들어, 지그비 단말 디바이스인 소정 노드가 비콘 프레임의 페이로드에 QoS에 대한 정보를 포함시켜 브로드캐스트할 경우, 해당 비콘 프레임을 수신한 이 웃 노드는 QoS에 대한 정보를 포함하는 비콘 프레임의 페이로드내의 소정 필드를 판독하고, QoS에 대한 정보가 존재하는 경우 해당 QoS에 대한 정보를 비콘 프레임의 페이로드에 복사하고 자신의 부모(상위) 노드로 비콘 프레임을 전송할 수 있다. 만약, QoS 정보가 존재하지 않는 경우에는 QoS 정보를 별도로 포함시켜 전송하지 않는다.
여기서, 상술된 QoS 제어 정보를 판독하여 지정된 속도와 시간에 따라 비콘 프레임을 전송할 수 있으며, 우선 순위를 참조하여 우선 순위가 높은 데이터의 송/수신 품질을 보장할 수 있다. 즉, 우선 순위를 통해 소정 노드는 다른 노드와의 경쟁에서 비교우위를 가지게 되어 비콘 프레임의 전송 확률을 높일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하향 동적 라우팅에 있어서, 지그비 단말 디바이스인 노드 E(402)는 스캔을 통해 조인(association)할 지그비 라우터로 노드 B(404)를 결정한다. 그리고, 노드 E(402)는 노드 B(404)로 조인 요청을 수행한다(S501).
그리고, 노드 B(404)는 비콘 프레임에 노드 E(402)가 사용할 주소 값(짧은 주소(short address))을 포함시켜 전송한다(S502). 여기서, 노드 E(402)는 비콘 프레임에 포함된 주소 값을 자신의 주소로 사용(인지)할 수 있다. 또한, 노드 B(404)는 QoS를 보장하기 위해 비콘 프레임에 QoS에 대한 정보를 포함할 수 있다. 참고로, 비콘(프레임)을 생성하는 장치는 코디네이터(노드) 또는 라우터(노드)가 생성할 수 있으며, 단말 디바이스(또는 엔드 노드)가 직접 코디네이터에 접속된 경우에는 코디네이터가, 라우터에 접속된 경우에는 라우터가 QoS를 보장할 수 있다. 한 편, 상기 노드 B(404)는 새로 접속하는 노드 E(402)가 사용할 주소 값을 비콘 프레임의 페이로드에 포함하여 전송함으로써, 노드 E(402)가 비콘 프레임 수신시 비콘 프레임에 포함된 주소를 사용할 수 있도록 한다. 그리고, 지그비 코디네이터 및 지그비 라우터는 주소 값을 라우팅 테이블에 저장할 수 있다. 상기 주소 값은 각 노드별로 순차적으로 증가된 값을 가지거나 또는 비어있어 네트워크 주소 공간(hole)을 사용할 수도 있다.
다음으로, 지그비 라우터인 노드 B(404)는 조인을 요청한 노드 E(402)의 조인 요청 정보를 라우팅 테이블에 저장한 후, 주소 할당 갱신 요청 패킷(메시지)을 지그비 코디네이터인 노드 A(406)로 전송한다(S503).　
다음으로, 노드 A(406)는 조인을 원하는 노드 E(402)의 정보를 포함하는 주소 할당 갱신 요청 패킷을 수신하면 노드 E(402)의 정보를 라우팅 테이블에 저장한다(S504).
그리고, 노드 A(406)는 현재 노드 E(402)에 할당된 주소 값과 라우팅 테이블에 저장된 정보(주소 값)를 고려한 후, 지그비 라우터인 노드 B(404)가 요청한 주소 값에 대한 조인 승인 여부를 판단한다(S505). 구체적으로 설명하면, 노드 A(406)는 라우팅 테이블 검색을 통하여 저장된 주소 값과 노드 E(402)에 할당된 주소 값을 비교하고, 이후 주소 할당 갱신 응답 패킷을 통하여 상기 노드 B(404)에게 네트워크 조인 승인 여부(요청한 주소 값의 사용 유무)에 대한 응답을 전송한다. 여기서, 노드 A(406)로부터 주소 할당 갱신 응답 패킷을 수신한 노드 B(404)는 주소 할당 응답 상태를 확인할 수 있다. 그리고, 주소 값에 있어서 충돌이 없는 경우 에는 조인을 시도한 지그비 단말 디바이스(예를 들어, 상기 노드 E(404))로 별도의 추가 명령을 전송하지 않으며(즉, 네트워크 조인에 대한 재확인 불 필요), 노드 E(404)는 노드 B(404)가 전송한 주소 값을 자신의 주소로 인식하고 조인을 완료하게 된다.
만약, 상기 지그비 코디네이터인 노드 A(406)가 주소 할당 갱신 응답 패킷 전송시, 라우팅 테이블 검색을 통하여 노드 E(404)에게 할당된 주소 값과 저장된 주소 값에 충돌이 발생할 경우, 새로운(수정된) 주소 값을 지그비 라우터인 노드 B(404)에게 전송(할당)할 수 있다(S506).
그리고, 이 경우 새로운 주소 값을 노드 E(402)에게 재 설정하기 위하여, 노드 B(404)는 주소 할당에 대한 재할당 요청 패킷을 지그비 단말 디바이스인 노드 E(402)로 전송하게 된다(S507).　
다음으로, 노드 B(404)로부터 재할당 요청 패킷을 수신한 노드 E(402)는 새로운 주소 값을 자신의 주소로 인식(설정)하게 되고, 따라서 주소 충돌 문제가 해결될 수 있다(S508). 따라서 노드 E(402)는 비콘 프레임을 이용한 짧은 주소를 할당받아 기존 (센서) 네트워크에 조인하게 되고, 종래의 경로 설정 요청 메시지에 따른 손실을 줄일 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 프레임의 페이로드에 QoS를 포함시켜 전송함으로써 QoS를 보장하는 순서도이다.
상술된 내용에 이어서, 도 5의 과정을 통해 라우팅 경로가 설정된 이후, 소정 이벤트가 발생한 노드 E(402)는 공유 비콘 구간에 비콘 프레임의 페이로드에 QoS에 대한 정보를 포함시켜 노드 B(404)로 전송한다(S601). 상기 QoS에 대한 정보는 이벤트가 발생한 노드 위치, 이벤트에 대한 상태 정보, 우선 순위, 및 제어 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 노드 B(404)는 노드 E(402)로부터 수신한 비콘 프레임의 페이로드에 포함된 QoS에 대한 정보를 포함하는 필드를 판독하여 QoS에 대한 정보의 존재 여부를 판단한다(S602). 예를 들어, 이벤트가 발생한 노드의 QoS에 대한 정보의 존재하는 경우 필드의 값이 1로 표기되고, 존재하지 않을 경우에는 0(zero)로 필드의 값이 표기될 수 있으며, 1의 값이 판독되면, 노드 B(404)는 해당 노드의 QoS에 대한 정보가 존재한다고 판단한다.
다음으로, 판단 결과 QoS에 대한 정보가 존재하는 경우, 노드 B(404)는 QoS에 대한 정보를 자신의 비콘 프레임의 페이로드에 복사하여 자신의 상위 노드로 전송한다(S603). 여기서, 노드 B(404)는 자신이 최종 목적지 노드인지 여부를 판단하고, 최종 목적지 노드가 아니면 QoS에 대한 정보를 자신의 비콘 프레임의 페이로드에 복사하여 자신의 상위 노드로 전송할 수 있다. 자신이 최종 목적지 노드인지 여부의 판단은 라우팅 테이블의 최종 목적지 노드에 대한 정보(예를 들어 주소 정보)를 통해 판단될 수 있다. 참고로, 다른 실시예에서 노드 B(404)는 이벤트가 발생한 복수개의 노드로부터 QoS에 대한 정보를 포함하는 비콘 프레임을 수신한 경우, QoS에 대한 정보를 포함하는 필드를 판독하여 QoS에 대한 정보에 포함된 우선 순위를 기초로 상기 우선 순위가 가장 높은 노드의 QoS에 대한 정보를 우선적으로 비콘 프레임의 페이로드에 복사하여 자신의 상위 노드로 전송할 수 있다.
다음으로, 노드 B(404)의 상위 노드인 노드 A(406)는 노드 B(404)를 경유하여 전송된 노드 E(402)의 QoS에 대한 정보를 판독하고, 노드 E(402)에 발생된 이벤트에 따른 소정 동작을 수행한다(S604). 예를 들어, 노드 E(402)에 화재(Fire)가 발생한 것으로 판단된 경우, 노드 A(406)는 노드 B(404)를 경유하여 전송된 노드 E(402)의 이벤트 정보를 경찰에 통보하는 동작을 취할 수 있다. 따라서, 공유 비콘 구간에서 비콘 프레임에 QoS 정보를 포함시켜 전송함으로써 패킷의 중요도에 따라 차별화된 서비스를 제공할 수 있다.
상기 방법에 따라 본 발명에서 제안한 방법을 따르면, 노드 E(402)와 노드 A(406) 사이에는 트래픽이 혼잡한 상황에서도, QoS를 포함한 비콘 프레임을 공유 비콘 구간(BOP)에서 전송함으로써, 차별화된 QoS 서비스가 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 종래 공유 비콘 기반 슈퍼프레임 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 프레임의 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이벤트에 대한 상태 정보 및 우선 순위 정보를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 동적 라우팅 및 QoS 제공의 예를 도시한다.
도 5는 도 4의 하향 동적 라우팅 과정 및 QoS를 사용하기 위해 라우터가 QoS에 대한 정보를 비콘 프레임에 포함시켜 전송하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 QoS 제공 방법의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
202: QoS 정보 필드
204: 노드의 위치 정보에 대한 필드
206: EF(Expedited Forwarding) 필드
402: 지그비 단말 디바이스
404: 지그비 라우터
406:지그비코디네이터

Claims (8)

  1. 공유 비콘 구간(BOP; Beacon Only Period)에 단말 디바이스인 제1 노드가 비콘 프레임에 QoS(Quality of Service)에 대한 정보를 포함시켜 상위 노드로 전송하는 단계;
    상기 상위 노드가 코디네이터 노드이면, 상기 코디네이터 노드가 상기 제1 노드의 비콘 프레임의 페이로드에서 상기 QoS에 대한 정보를 판독하고, 상기 제1 노드에 발생한 이벤트에 대한 상태 정보를 판독하여 이벤트에 따른 소정 동작을 수행하는 단계를 포함하는, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 QoS에 대한 정보는 상기 비콘 프레임의 페이로드에 포함된 정보인, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 QoS에 대한 정보는 이벤트가 발생한 노드 위치, 이벤트에 대한 상태 정보, 우선 순위, 및 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
  4. 공유 비콘 구간(BOP; Beacon Only Period)에 단말 디바이스인 제1 노드가 비 콘 프레임의 페이로드에 QoS(Quality of Service)에 대한 정보를 포함시켜 라우터인 제2 노드로 전송하는 (a) 단계;
    상기 제2 노드가 상기 비콘 프레임의 페이로드에 포함된 상기 QoS에 대한 정보를 포함하는 필드를 판독하여 상기 QoS에 대한 정보의 존재 여부를 판단하는 (b) 단계;
    판단 결과 상기 QoS에 대한 정보가 존재하는 경우, 상기 제2 노드는 자신이 최종 목적지 노드인지 여부를 판단하고, 최종 목적지 노드가 아니면 상기 QoS에 대한 정보를 자신의 비콘 프레임의 페이로드에 복사하여 자신의 상위 노드로 전송하는 (c) 단계; 및
    상기 상위 노드가 코디네이터 노드이면, 상기 코디네이터 노드가 상기 제2 노드의 비콘 프레임의 페이로드에서 상기 QoS에 대한 정보를 판독하고, 상기 제1 노드에 발생한 이벤트에 대한 상태 정보를 판독하여 이벤트에 따른 소정 동작을 수행하는 (d) 단계를 포함하는, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 노드는 이벤트가 발생한 복수개의 노드로부터 상기 QoS에 대한 정보를 포함하는 비콘 프레임을 수신한 경우, 상기 QoS에 대한 정보를 포함하는 필드를 판독하여 상기 QoS에 대한 정보에 포함된 우선 순위를 기초로, 상기 우선 순위가 가장 높은 노드의 QoS에 대한 정보를 우선적으로 비콘 프레임의 페이로드에 복사하여 자신의 상위 노드로 전송하는, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 노드가 상기 제1 노드로부터 조인(association) 요청을 수신하는 단계;
    상기 제2 노드가 상기 제1 노드가 사용할 제1 주소 값 및 사용할 QoS에 대한 정보를 비콘 프레임의 페이로드에 포함시켜 상기 제1 노드로 전송하는 단계; 및
    상기 제2 노드가 상기 코디네이터 노드로부터 상기 제1 노드의 조인 승인 여부에 대한 응답 패킷을 수신하여 상기 코디네이터 노드로부터 상기 제1 노드에 이르기까지의 라우팅 경로가 설정되는 단계를 더 포함하는, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 코디네이터 노드가 상기 제1 노드에 할당된 상기 제1 주소 값과 상기 코디네이터 노드에 저장된 주소 값을 비교하여 상기 조인 승인 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 코디네이터 노드가 상기 제1 주소 값과 상기 코디네이터 노드에 저장된 주소 값이 충돌할 경우 제2 주소 값을 포함한 응답 패킷을 상기 제2 노드로 전송하는 단계; 및
    상기 제2 노드가 상기 제2 주소 값을 비콘 프레임에 포함시켜 상기 제1 노드로 전송하여 상기 제2 주소 값을 상기 제1 노드에게 재 할당하는 단계를 더 포함하는, 공유 비콘 구간을 이용한 QoS 제공 방법.
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