KR20090102277A - 무선통신을 이용해 지그비 네트워크를 설정하는 방법 - Google Patents

Abstract

　　　 1. 발명의 기술분야 및 종래기술

　　　　　　본 발명은 지그비와 같은 개인영역무선네트워크(WPAN, Wireless Personal Area Network)에서 무선 기기의 네트워크 파라미터를 무선으로 설정하는 방법에 관한 것이다. 종래의 기술은 공장 출하시점에 무선 네트워크 파라미터를 확정지어 제품을 출시하거나, 스위치 등을 이용하여 설치 현장에서 원하는 무선 네트워크 기기들은 결합하는 방법으로 파라미터를 간접적으로 설정하였으나, 무선 기기의 무선 기능을 직접 이용하여 내부 네트워크 파라미터를 직접 설정하는 방법은 사용되지 않았다.

　　　　2. 발명의 목적

　　　　　　본 발명의 목적은 개인영역무선네트워크 기기에 무선을 이용하여 네트워크 파라미터를 설정하는 방법을 제공하여, 종래의 복잡하고 제한적이며 고가인 설정 방법을 저가의 단순하고 다양한 방법을 제공하여, 디지털 개인영역무선기기의 보급에 기여하는데 있다.

　　　　3. 청구범위에 기재한 해결 수단

　　　　　　본 발명은 지그비 무선설정기(200)를 이용해 설정하고자 하는 지그비무선기기를 제어하도록 구성한 도 4와 설정모드로 전환해서 지그비무선기기를 설정하도록 하는 방법을 제시하는 도 5가 제시된다.

　　　　　4. 발명의 중요한 용도 및 효과

　　　　　　본 발명은 지그비를 이용한 개인영역무선통신기기에 적용하여, 어떠한 설치 환경에서도 손쉽게 대상 기기의 무선 파라미터를 설정하는 방법을 제공하여, 다양한 네트워크를 저비용으로 고속으로 설정할 수 있게 한다.

Description

무선통신을 이용해 지그비 네트워크를 설정하는 방법 {Wireless method to set the ZigBee network}

　　　　　본 발명은 지그비 표준 기술을 이용한 무선개인영역네트워크(WPAN, Wireless Personal Area Network)에서 무선으로 네트워크 파라미터를 설정하는 방법에 관한 것이다. 특히, 종래의 공장 출하시의 고정된 네트워크 방식이나, 스위치를 이용한 방식에 비해 저비용으로 다양한 네트워크에 적용할 수 있게, 무선 방식으로 직접 대상 기기를 설정하므로, 기기의 설치기 용이하고, 네트워크 변경이나 수리가 용이하게 되었다.

　　　　　개인영역 네트워크라고 불리는 PAN(Personal Area Network)는 근거리통신망(LAN, Local Area Network)보다 좁은 범위에서 이루어 지는 통신망을 말한다. PAN에서는 각각의 기기마다 고유한 네트워크 ID를 가지며, 주로 개인의 일상범위 안에서 편리하고 안전한 생활을 위한 네트워크로 많이 활용된다. 이러한 PAN을 무선으로 구현하기 위한 노력으로 IEEE802.15 워킹그룹(Working Group)은 단거리무선네트워크의 표준으로 WPAN(Wireless Personal Area Network)을 정하고, 그 아래 5개의 TG(Task Group)을 두고 있다. IEEE802.15.1은 널리 알려진 블루투스(Bluetooth)이며, IEEE802.15.3은 고속 WPAN이며, IEEE802.15.4는 지그비(ZigBee)로 알려진 250Kbps이하의 저속 WPAN에 대한 표준화 작업을 하는 그룹이다.

지그비는 저가격이지만, 고효율, 대규모 네트워크 용량, 저전력 등을 장점으로 홈 네트워크나 센서 네트워크 등에서 활용이 늘어나고 있다.

도 1은 지그비 무선네트워크 구성도를 나타낸다. 지그비는 별형 네트워크(Star Network), 나무형 네트워크(Tree Network)와 그물형 네트워크(Mesh Network)의 세가지 방식을 규정하고 있는데, 여기서는 가장 보편적으로 사용되는 나무형 네트워크에 대해 예를 들어가며 설명한다. 하지만 본 방식의 무선 설정 방법은 네트워크 형식에 상관없이 모든 네트워크 형식에 적용할 수 있다.

도 1에서는 두 개의 네트워크가 제시되어 있는데, A Network(109)와 B Network(119) 이다. 지그비 네트워크를 구성하기 위해서는 우선 한 개의 코디네이터가 있어야 한다, 코디네이터는 지그비 네트워크의 최고 부모 노드로서 네트워크의 정점에 위치하며, 하위 노드를 거느리게 된다. 코디네이터는 하위에 중계기(Router)와 종단기기(End Device)를 거느릴 수 있다. 중계기(Router)는 코디네이터 또는 다른 중계기를 부모노드로 가지며, 하부 네트워크를 연결하는 역할을 한다. 종단기기(End Device)는 네트워크의 제일 하부에 위치하며, 더 이상의 하부 기기를 가질 수 없고 오직 부모 노드만을 가지게 된다. 도 1의 예를 보면, A Network(109)는 코디네이터(100)아래에 한 개의 중계기(104)와 네개의 종단기기(101,102,103,105)를 가지며, 중계기(104) 아래 하나의 종단기기(106)가 있게 되므로, 총 7개의 지그비 기기가 존재한다. B Network(119)는 A Network와 지리적으로 격리되어 완전히 분리된 전파환경에서 사용될 수 도 있지만, 동일한 구역내에 혼재하여 존재할 수 도 있다. 이 경우 무선 전파는 혼재하지만, 네트워크는 논리적으로 분리되어 있어서, A Network의 지그비 무선기기가 B Network의 지그비 무선기기와 전파는 공유하지만, 데이터는 공유하지 않아야 한다. 이러한 네트워크는 각각의 기기에 네트워크 설정을 미리 해두어야 함은 물론이다.

도 2는 DIP 스위치를 사용하여 네트워크를 설정하는 방법에 관한 구성도이다. 도 1의 기기와 비교 설명하기 위해 기기들을 대응해 보면, A Network(109)의 코디네이터(100)에 대응하는 것이 120(A-Coord)이며, A Network(109)의 종단기기(101)에 대응하는 것이 122(A-E.D)이다. A Network(109)의 다른 종단기기(102,103,105 등)은 여기에 표시하지 않았다. B Network(119)의 코디네이터(110)에 대응하는 것이 124(B-Coord)이며, B Network(119)의 종단기기(111)에 대응하는 것이 126(B-E.D)이다. B Network(119)의 다른 종단기기(112,113,115 등)은 여기에 표시하지 않았다. 각 기기에는 DIP 스위치가 있어서 네트워크를 설정하는데 사용된다. 121은 A Network(109)의 코디네이터(120)에 있으며, 이 설정과 동일한 DIP 스위치 값을 가진 모든 기기는 A Network(109)를 구성하도록 할 수 있다. 따라서 121과 동일한 스위치 값(123)을 가진 122 종단기기는 A Network(109)에 연결되며, 130의 연결을 가지게 된다. 그 외의 연결인 132,134는 스위치 값이 121과 다르므로 무선전파가 도달하더라도 같은 네트워크로 허용하지 않는다. 동일한 과정에 따라, 121은 A Network(109)의 코디네이터(120)에 있으며, 이 설정과 동일한 DIP 스위치 값을 가진 모든 기기는 A Network(109)를 구성하도록 할 수 있다. 따라서 125와 동일한 스위치 값(127)을 가진 126 종단기기는 B Network(119)에 연결되며, 131의 연결을 가지게 된다. 그 외의 연결인 132,135는 스위치 값이 125와 다르므로 무선전파가 도달하더라도 같은 네트워크로 허용하지 않는다. 이렇게 A Network(109)와 B Network(119)가 같은 장소에 혼재하더라도, 논리적으로 네트워크를 분리하여 설정할 수 있다.

도 3은 종래의 스위치를 이용한 지그비 네트워크 파라미터 설정방법에 대한 순서도를 나타낸다. 도 2에 표시된 4대의 기기가 동일한 공간에서 혼재하는 상태라고 가정하고, 아직 네트워크 설정이 이루어 지지 않은 상태라고 가정한다. A-Coord(140)은 도 2의 120에 대응하고, A-E.D(141)은 도 2의 122에 대응하고, B-E.D(142)는 도 2의 126에 대응하고, B-Coord(143)은 도 2의 124에 대응하며, 도 3은 이들 기기 간의 메시지 전달을 나타낸다.

A-Coord(140)과 B-Coord(143)은 코디네이터 이므로, 네트워크의 제일 부모노드로서 DIP 스위치를 설정하는 것만으로 네트워크의 파라미터를 이미 할당한 것으로 간주할 수 있다. 이 코디네이터에 연결되는 하부 노드를 설정하는 것이 결국 네트워크를 연결하는 것으로 간주된다. 우선 B-E.D(142)를 먼저 연결하여 보자. B-E.D(142,126)의 DIP 스위치(127)를 B-Coord(124)의 DIP 스위치(125)와 동일하게 설정해 두고 주변에 있는 지그비 기기를 탐색하기 위해 Beacon Request를 날린다(144). Beacon은 동일한 방식의 기기를 탐색하기 위해 미리 약속한 신호로서, 모든 지그비 기기는 이 Beacon을 요청(Request)할 수 있고, Beacon을 응답(Confirm)할 수도 있다. 주위에 있는 모든 지그비 기기는 이 Beacon Request 신호를 받게 되며, 여기에 대한 응답을 하게 된다. 여기서는 A-E.D(141)과 B-Coord(143)이 Beacon Confirm이라는 응답 메시지를 보낸다(145). A-Coord(140)은 전파가 도달하지 않거나 꺼져 있어서 응답하지 않은 경우이다. B-E.D(142)는 수신된 Beacon List를 비교하게 된다(146). 이 과정을 거쳐 상대편의 기기가 가진 DIP 스위치 값을 읽어서, 자신의 DIP 스위치와 같은 값을 가진 것 만 동일 네트워크로 인정하고, 다른 값을 가진 기기는 네트워크를 거절하도록 한다. 도 2에 보였듯이, B-E.D(142, 126)와 동일한 DIP 스위치(127) 값을 가진 기기는 B-Coord(143, 124)이므로, Beacon List 비교 후 B-Coord(143)에게만 네트워크를 연결하기 위한 JOIN.request 메시지를 보낸다(147). B-Coord(143)은 네트워크 연결을 허락하기 위해 JOIN.confirm 메시지를 보내, 네트워크 연결이 정상적으로 완료되도록 한다(148).

B-E.D(142)에 적용된 것과 동일한 과정을 거쳐 A-E.D(141)도 네트워크를 구성할 수 있다. A-E.D(141, 122)의 DIP 스위치(123)를 A-Coord(120)의 DIP 스위치(121)와 동일하게 설정해 두고 주변에 있는 지그비 기기를 탐색하기 위해 Beacon Request를 날린다(150). 여기서는 A-Coord(140)과 B-Coord(143), B-E.D(142) 세개 모두에게서 Beacon Confirm 응답 메시지를 받게된다(151). A-E.D(141)는 수신된 Beacon List를 비교하게 된다(152). 이 과정을 거쳐 상대편의 기기가 가진 DIP 스위치 값을 읽어서, 자신의 DIP 스위치와 같은 값을 가진 것 만 동일 네트워크로 인정하고, 다른 값을 가진 기기는 네트워크를 거절하도록 한다. 도 2에 보였듯이, A-E.D(141, 122)와 동일한 DIP 스위치(123) 값을 가진 기기는 A-Coord(140, 120)이므로, Beacon List 비교 후 A-Coord(140)에게만 네트워크를 연결하기 위한 JOIN.request 메시지를 보낸다(153). A-Coord(140)는 네트워크 연결을 허락하기 위해 JOIN.confirm 메시지를 보내, 네트워크 연결이 정상적으로 완료되도록 한다(154).

이 과정을 거치면, 각 기기의 네트워크 파라미터가 교환되고 등록되어, 전원이 꺼진 후에도 기억되어, 다시 전원이 켜졌을 때, 별도의 네트워크 등록 과정 없이도, 기억된 네트워크 파라미터를 이용해서 네트워크를 자동으로 구성한다. 도 2의 130 연결선은 A-Coord(120)와 A-E.D(122)가 A Network으로 연결되었음을 나타내고, 131 연결선은 B-Coord(124)와 B-E.D(126)는 B Network으로 연결되었음을 나타낸다. 다른 연결선 132, 133,134,135는 전파가 도달하기는 하지만, 네트워크가 연결되지 않았으므로, 동일 네트워크로 인정받지 못해 정상적인 통신을 하지못하도록 금지되어 있다.

이와 같이 지그비 무선기기를 특정 네트워크에 편입시키는 일련의 과정을 네트워크 결합(Network Association) 또는 네트워크 짝짓기(Network Pairing)이라 한다.

　　　　　종래에는 지그비 네트워크를 설정하기 위해 공장 출하시에 고정된 네트워크 파라미터를 할당하거나, DIP 스위치 등을 사용하여 제품 설치 현장에서 네트워크를 연결하는 방식을 사용하였다. 지그비 자체는 저가격을 장점으로 내세우지만, 제품의 관점에서 보면, DIP 스위치를 이용하거나, 키패드를 이용하거나 하는 등의, 네트워크를 설정하기 위한 비용이 상대적으로 많이 소요되므로 제품가격의 많은 부분을 네트워크 설정용 장치를 만드는데 소요되어 가격에 부담이 되고, 네트워크 설정도 제한이 많게 되어 있다. 그리고 1:1, 1:n, n:n, multi-hop network 등 여러가지 네트워크 형식중 미리 설정된 특정한 경우에만 적용할 수 있어서, 별형, 나무형, 그물형 등 다양한 지그비 네트워크의 장점을 활용하는데 많은 제약이 따르고, 지그비 기기의 보급 및 확산에 걸림돌로 작용되었다. 도 7에 보인 별형 네트워크에는 종래의 방식이 실용적으로 사용되고 있지만, 망형이나 나무형 네트워크에 적용하기에는 DIP 스위치 방식등은 비효율적이며, 너무 많은 DIP 스위치가 필요하여 실제적으로 사용되기도 힘든 상태이다.

　　　　　　상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 네트워크 역할 및 세부 내역 등 지그비가 규정한 모든 파라미터를 규격화하여 Association Table로 만들고, 이를 Frame Payload에 할당하여, 지그비 메시지로 전달되도록 구성한 도 6의 지그비 프레임과 네트워크 파라미터를 무선으로 직접 대상 기기에 전송하는 도 4의 지그비 무선설정기(200)를 이용하며, 대상 기기와 도 5에 나타난 메시지 전송 과정을 거쳐 네트워크를 식별하고 정의하는 과정을 포함하는 방법을 이용한다.

　　　　　이하, 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 7은 지그비 무선네트워크의 형상(Topology)을 나타낸 것이다. 지그비 표준은 성형(Star), 나무형(Tree), 망형(Mesh)의 3가지 네트워크 형상(Topology)를 규정한다. 이중 성형과 나무형은 초기의 지그비 표준부터 규정이 있었으나, 망형은 최근에 새로 생긴 규정이고 IEEE802.15.5에서 표준화 작업을 추진 중에 있는 형상이다.

지그비 표준은 네트워크 노드의 형태를 세가지로 규정하고 있다. 코디네이터는 네트워크의 중심 역할을 하며 네트워크에 연결된 모든 기기의 정보를 관리하며 FFD(Full Function Device)로 구성한다. 중계기(Router)는 성형에는 없으며, 나무형과 망형에 적용할 수 있다. 중계기는 코디네이터와 종단기기(End Device)를 연결하여 주는 역할을 하며 FFD로 구성한다. 중계기 자체적으로 종단기기의 역할을 병행할 수도 있으며, 이 경우 이름은 중계기이지만 종단기기와 동일하게 취급되기도 한다. 종단기기(End Device)는 네트워크의 종단 노드를 구성하는 것으로 센서 데이터를 수집해서 전송하거나 코디네이터의 명령을 받아서 센서를 제어하는 등의 역할을 수행한다. 종단기기는 일반적으로 RFD(Reduced Function Device)로 구성한다. RFD는 FFD와 비교해서 적은 메모리를 사용하여 가격을 낮추고 전력소모를 줄이기 위해 주로 사용한다.

성형은 코디네이터(302)가 중심에 있고, 그 밑으로 종단기기(301,303,304) 들이 직접 연결된 망으로, 구현이 제일 간단하다. 종단기기(301)를 코디네이터(302)에 결합(Association)하기 위해서는 종단기기(301)의 고유 번호(ID, Short Address)만 알면 되므로 네트워크 파라미터가 단순하며, 실제 접속되는 전체 노드도 크지 않게 사용하는 것이 일반적이다.

나무형은 코디네이터(313)가 중심에 있고, 그 밑으로 종단기기(318) 들이나 중계기(312,314) 들이 연결되어 있고, 중계기(312) 밑으로 또 다른 중계기(311)들이 연결되기도 하고 종단기기가 직접 연결되기도 하면서 네트워크 망을 늘려갈 수 있는 형상을 말한다. 나무형의 네트워크에서는 네트워크에 결합(Network Association)되기 위해서는 결합하고자 하는 기기의 고유번호(ID, Short Address) 외에 기기의 역할(중계기 또는 종단기기), 부모 노드와 자식노드의 연결 정보, 네트워크 단계(Depth), 결합 모드 등 여러가지의 네트워크 파라미터가 필요하게 되고, 이러한 파라미터가 모두 정확히 입력되어야 정상적으로 네트워크 안에서 동작하게 된다.

망형은 나무형과 비슷하게 코디네이터(333)가 중심에 있고, 그 밑으로 종단기기(338) 들이나 중계기(332,334) 들이 연결되고, 중계기(332) 밑으로 또 다른 중계기(331,335) 들이 연결되기도 하고 종단기기가 직접 연결되기도 하면서 네트워크 망을 늘려나가는 형상이다. 다만 나무형과 다른 점은 각각의 노드가 하나의 부모노드를 가지는 것이 아니라 여러 개의 부모노드를 가질 수 있다는 것이다. 예를 들어 나무형 구조에서는 중계기(315)는 중계기(314)라는 하나의 부모 노드만 가지지만, 망형 구조에서는 중계기(335)는 중계기(334)와 또 다른 중계기(332)를 부모 노드로 가질 수 있다. 망형은 네트워크 구성이 복잡하고 모든 노드에 대한 정보를 각각의 중계기가 모두 가지고 있어야 하므로 메모리를 많이 소비하는 단점이 있으나, 하나의 노드가 손실되더라도 우회경로를 즉시 확보할 수 있어서 네트워크 안정성이 향상되고, 코디네이터를 거치지 않고도 최단 경로로 데이터를 직접 전송할 수 있어서 전체 트래픽을 줄이는 장점이 있다. 망형의 네트워크에서는 네트워크에 결합(Network Association)되기 위해서는 결합하고자 하는 기기의 고유번호(ID, Short Address) 외에 기기의 역할(중계기 또는 종단기기), 부모 노드와 자식노드의 연결 정보, 이웃 노드 연결정보, 네트워크 단계(Depth), 결합 모드 등 여러가지의 네트워크 파라미터가 필요하게 되고, 이러한 파라미터가 모두 정확히 입력되어야 정상적으로 네트워크 안에서 동작하게 된다.

IEEE802.15.4에서는 PHY 층(Physical Layer)과 MAC 층(Medium Access Control Layer)을 규정하고 있고, 지그비 협회에서는 NWK 층(Network Layer)을 규정하고 있다. 도 6은 상기 3개 층의 프레임 구조와 본 발명에서 추가된 Frame Payload 및 Association Table을 일목요연하게 보여준다.

도 6의 최상단에 있는 Association Table에 본 발명이 필요로 하는 주요한 네트워크 파라미터를 정의해 두었다. 물론 이 Association Table 값은 예제이며, 필요에 따라 추가되거나 삭제될 수 있다. 필요한 네트워크 파라미터는 우선 RF Channel이 있다. 공장 출하시의 초기 채널을 이용해 무선 설정기(200)와 무선 통신을 하겠지만, 이 후 정상적인 상황에서 통신할 채널이 정의되어야 할 것이다. Pan ID 는 네트워크를 논리적으로 분할하는데 사용하는 값으로, Pan ID가 다르면, 같은 RF Channel을 사용하더라도 다른 네트워크로 인식한다. 도 1의 A Network(109)와 B Network(119)는 서로 분리된 네트워크 인데, 다른 물리적으로 RF Channel을 이용해 네트워크를 분리할 수 있지만, 대부분 같은 RF Channel을 사용하더라도 Pan ID를 이용해 논리적으로 네트워크를 분리해 사용하는 경우가 많다. 16 비트의 Short Addr와 64 비트의 Long Addr는 결합하고자 하는 기기의 대상 기기의 어드레스 이다. Short Addr와 Long Addr는 모든 기기에 고유하게 부여되며, 중복되어서는 안된다. Device ID는 대상 기기의 고유 번호로 용도에 따라 Short Addr와 중복되기도 한다. App ID는 대상 기기의 응용 번호를 나타내는데, 네트워크 안에서 주어진 역할과 목적에 따라 다르게 부여된다. Tx Mode는 송신 출력 크기, 출력 주기, 출력 시간 등의 출력 모드를 의미한다. Sleep Mode는 대상 기기의 Sleep mode를 나타내며, 대상 기기가 Sleep mode일 때는 일시적으로 네트워크가 정지되는 것처럼 송수신이 일어나지 않으므로, Sleep mode를 확인하여 Sleep일때는 Wake up이 되는 걸 확인하는 것과 같이 Sleep 에 대한 대응이 이루어 져야 한다. time stamp는 메시지가 전송되는 시간을 나타내는데, 메시지 중복이나 우선 순위 판단, 등을 하는데 사용되어 질 수 있다. 그 외에도 필요하면 Parent List나 Child List 등의 보다 세부적인 네트워크 파라미터를 Association Table에 추가할 수 있다.

도 6의 위에서 두번째 줄인 Frame Payload는 지그비 네트워크 층(NWK Layer)에서 정의된 프레임 데이터를 말한다. 본 발명에서는 네트워크 파라미터를 설정하기 적합하도록 Payload를 정의하였는데, 제일 먼저 Command ID를 정의하였다. Command ID는 네트워크 설정에 필요한 여러 명령어의 ID를 규정하는데, 예를 들어 도 5의 설정명령어 전송(227)인 경우 ID를 2로, 확인메시지 전송(228)인 경우 ID를 3으로 설정 할 수 있을 것이다. Mode는 파라미터 설정 모드, 테스트 모드, 파라미터 확인 모드, 초기화 모드, 슈퍼 유저 모드 등의 여러 가지 운용 모드를 나타낼 수 있다. Device Type은 대상 기기가 코디네이터, 중계기, 종단기기 중의 어떤 역할을 해야 하는지 지정하는 용도이다. Encryption Type은 보안을 위해 어떤 방식을 사용하는지 규정할 수 있다. 보안에 대해서는 뒤에 추가로 설명한다. 그리고 위에 언급한 Association Table을 따라온다.

도 6의 세번째 줄은 지그비 표준에서 규정한 NWK 층이다. NWK Header에서 필수 항목은 Frame Control 2 바이트, Destination Address 2 바이트, Source Address 2 바이트, Radius 1 바이트, Sequence Number 1 바이트로 총 8 바이트가 필수항목이다.

도 6의 네번째 줄은 MAC 층으로 2 바이트의 Frame Control로 시작한다. 그리고 1 바이트 Sequence Number와 최소 4 바이트에서 최대 20 바이트를 가진 Addressing Fields가 있다. 본 발명은 Short Address나 PAN id를 사용하여 구현하면 되므로 4바이트의 Addressing Fields가 필요하다. 그 뒤로 NWK 층의 데이터가 실려있는 Data Payload가 따라오고 마지막으로 FCS(Frame Check Sequence)를 이용해 프레임의 오류를 찾아낸다. Data Payload는 MSDU(MAC service data unit)이라고도 한다.

도 6의 마지막 줄인 다섯번째 줄은 PHY 층으로, 맨 처음엔 4 바이트의 Preamble Sequence와 1바이트의 Start of Frame Delimiter가 있어서, 프레임의 시작임을 알려준다. 상기 5 바이트는 SHR(Synchronization Header)라 불린다. 그 뒤로 1 바이트의 Frame Length 가 있어서 뒤에 따라오는 PSDU(PHY service data unit)의 길이를 알려준다.

도 6의 지그비 표준의 프레임 구조는 slotted-mode 와 non slotted-mode를 모두 지원한다. Slotted mode에서는 beacon을 사용하여 동기를 수행하며, non slotted-mode에서는 Preamble 신호를 이용해 프레임의 시작을 알아낸다. Slotted-mode는 동기신호를 공유하므로 네트워크 효율이 올라가는 장점이 있다. 본 발명은 slotted-mode와 non slotted-mode에 상관없이 모두 사용 가능하지만, 설명의 편의를 위해 non slotted-mode라고 전제하고 설명한다.

도 4는 본 발명의 무선 설정기(200)를 사용한 지그비 파라미터 설정방법에 대한 구성도이다. 도 1의 기기와 비교 설명하기 위해 기기들을 대응해 보면, A Network(109)의 코디네이터(100)에 대응하는 것이 201(A-Coord)이며, A Network(109)의 종단기기(101)에 대응하는 것이 203(A-E.D)이다. A Network(109)의 다른 종단기기(102,103,105 등)은 여기에 표시하지 않았다. B Network(119)의 코디네이터(110)에 대응하는 것이 205(B-Coord)이며, B Network(119)의 종단기기(111)에 대응하는 것이 207(B-E.D)이다. B Network(119)의 다른 종단기기(112,113,115 등)은 여기에 표시하지 않았다. 각 기기에는 모드 스위치(202,204,206,208)가 있어서 네트워크 설정모드로 전환하는데 사용된다. 모드 스위치가 눌러지게 되면 해당 지그비 기기가 네트워크 설정모드로 전환되게 하고, 다시 눌러지면 해제되어 일반 동작모드로 전환하게 하는데 사용된다. 모드 스위치는 본 발명에서 제시하는 하나의 모드 설정 방법일 뿐이며, 시간동기화, 무선세기 식별법, ID tag 입력법, Master Key 사용법 등 스위치를 사용하지 않고도 모드 설정을 할 수 있는 방법은 많으며, 어떠한 방법이라도 모드 설정이 되는 방법을 갖추어야 한다. 무선설정기(200)는 구역내에 존재하는 모든 무선 기기(201,203,205,207)에 신호를 주고 받을 수 있으며, 각 무선기기가 무선설정모드로 된 상태에서 네트워크 파라미터를 임의로 할당할 수 있도록 하는 지그비 무선기기이다. 도 4의 연결선인 210, 211, 212, 213을 보면, 범위 안의 네 무선기기(201,203,205,207)는 모두 물리적으로 무선신호를 주고 받을 수 있는 상태임을 나타내며, 네트워크 설정이 이루어 지기 전에는 어떤 기기이던지 상대 기기에 대한 검색 상태를 항상 유지하도록 한다. 도 5의 절차에 따라 무선 네트워크 파라미터 설정이 완료되면 자동으로 네트워크가 완성되며, 도 1의 경우에 해당되도록 구성하면, 210은 A Network(109)를 연결하며, 212는 B Network(119)를 연결한다. 반면, 그 외의 연결인 211과 213은 무선전파가 도달하더라도 같은 네트워크로 허용하지 않는다. 이렇게 A Network(109)와 B Network(119)가 같은 장소에 혼재하더라도, 논리적으로 네트워크를 분리하여 설정할 수 있다.

무선설정기(200)는 모든 무선 채널에 대해 검색 및 송수신을 할 수 있으며, 특정 네트워크에 종속되는 것이 아니고, 모든 지그비 데이터를 캡쳐(capture) 및 로그(log) 할 수 있어야 한다. 무선설정기(200)는 다양한 네트워크 파라미터를 설정 및 관리해야 하므로, 키패드와 LCD를 비롯한 독자적인 사용자 인터페이스(User Interface)를 가져야 하며, 대규모 자료 처리 및 데이터 베이스 연동을 위해 PC와 같은 외부 기기와 케이블 또는 무선으로 접속할 수 있으면 좋다. 무선설정기(200)는 설정하고자 하는 지그비 기기와 무선 접속이 가능한 거리에 존재해야 하며, 실제적으로 바로 옆에서 설치하는 경우가 대부분이다. 무선 설정기는 어떠한 설치장소에도 사용되도록 베터리로 구동되는 것이 좋으며, 방수와 대비책을 세워 실외에서도 사용할 수 있도록 외형을 설계하는 것이 실용적일 것이다.

도 5는 본 발명에서 사용하는 무선설정기(200)를 이용한 지그비 파라미터 설정방법에 대한 순서도이다. 도 4에 표시된 4대의 기기가 동일한 공간에서 혼재하는 상태라고 가정하고, 아직 네트워크 설정이 이루어 지지 않은 상태라고 가정한다. 무선설정기(220)은 도 4의 200에 대응하고, A-Coord(221)은 도 4의 201에 대응하고, A-E.D(222)는 도 4의 203에 대응한다. 편의상 도 4의 B Network에 해당하는 B-Coord(205)와 B-E.D(207)는 A Network에 대한 과정과 동일하므로 여기서는 따로 설명하지 않는다. 도 5는 A Network의 A-Coord(221, 201)와 A-E.D(222, 203)을 네트워크로 설정하는 방법에 대한 순서도이다.

우선 A-Coord(221)를 코디네이터로 설정해 보자. A-Coord(201)기기의 모드설정스위치인 202를 눌러 설정모드로 전환한다(223). 설정모드 상태에서는 네트워크 탐색을 중지하고, 슬립 모드로 진입하지도 않고 항상 깨어 있으며, 무선설정기(220)에서 발신되는 Beacon Request를 기다리게 된다. 무선설정기(220)에서 Beacon Request를 송신하면 A-Coord(221)과 A-E.D(222)에서 수신하게 된다(224). A-Coord(221)과 A-E.D(222)는 각각 Beacon confirm이라는 응답 메시지를 Beacon을 요청한 무선설정기(220)에게 보내게 된다(225). 도 4의 환경을 기준으로 하면 주위의 모든 지그비 기기에서 응답이 오므로 4개가 될 수도 있으나, 앞서 전재한 대로 B Network에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 무선설정기(220)는 수신된 Beacon List를 비교하고, 응답된 메시지 내용 중 설정모드로 되어 있는지를 확인한다(226). 그리고 무선설정기(220)는 A-Coord(221)를 설정할 것이라는 것을 확인한 후 A-Coord(221)에게 해당하는 Frame Payload와 Association Table을 도 6에 제시한 것과 같은 형식으로 메시지를 생성한 후, 설정명령어를 A-Coord(221)에게만 전송한다(227). A-Coord(221)은 수신된 설정명령어를 해독하여 명령어를 수행하여 네트워크 파라미터를 지정된 값으로 설정한 후 확인 메시지를 무선설정기(220)에게 전송한다(228). A-Coord(221)는 설정 완료 즉시 일반 모드로 전환하여(229) 지정된 네트워크를 탐색하게 된다.

A-Coord(221)와 동일한 방법이 A-E.D(222)에도 적용된다. A-E.D(222) 기기의 모드설정스위치인 204를 눌러 설정모드로 전환한다(230). 무선설정기(220)에서 Beacon Request를 송신하면 A-Coord(221)과 A-E.D(222)에서 수신하게 된다(231). A-Coord(221)과 A-E.D(222)는 각각 Beacon confirm이라는 응답 메시지를 Beacon을 요청한 무선설정기(220)에게 보내게 된다(232). 무선설정기(220)는 수신된 Beacon List를 비교하고, 응답된 메시지 내용 중 설정모드로 되어 있는지를 확인한다(233). 그리고 무선설정기(220)는 A-E.D(222)를 설정할 것이라는 것을 확인한 후 A-E.D(222)에게 해당하는 Frame Payload와 Association Table을 도 6에 제시한 것과 같은 형식으로 메시지를 생성한 후, 설정명령어를 A-E.D(222)에게만 전송한다(234). A-E.D(222)는 수신된 설정명령어를 해독하여 네트워크 파라미터를 지정된 값으로 설정한 후 확인 메시지를 무선설정기(220)에게 전송한다(235). A-E.D(222)는 설정 완료 즉시 일반 모드로 전환하여(236) 지정된 네트워크를 탐색하게 된다.

A-Coord(221)와 A-E.D(222)에 대한 네트워크 파라미터 설정이 완료되면, 해당 기기는 실제로 통신을 하여 네트워크를 구성해야 한다. 먼저 A-E.D(222)가 Beacon Request를 보내고(237), Beacon confirm 메시지를 기다려서 수신한다(238). Beacon List 비교 후 A-Coord(221)에게만 네트워크를 연결하기 위해 JOIN.request 메시지를 보낸다(240). A-Coord(221)는 네트워크 연결을 허락하기 위해 JOIN.confirm 메시지를 보내, 네트워크 연결이 정상적으로 완료되도록 한다(241). 이 과정을 모두 거치면 A Network의 A-Coord(201)과 A-E.D(203)이 네트워크로 결합되고, 도 4의 210 연결선이 유효하게 된다.

이러한 네트워크 결합 과정을 모두 거치면, 각 기기의 네트워크 파라미터가 교환되고 등록되어, 전원이 꺼진 후에도 기억되고, 다시 전원이 켜졌을 때, 별도의 네트워크 등록 과정 없이도, 기억된 네트워크 파라미터를 이용해서 네트워크를 자동으로 구성한다.

도 7의 나무형 네트워크에 존재하는 모든 기기에 대해 위의 과정을 거치면, 하나의 네트워크가 완성된다.

무선으로 네트워크를 설정할 때 우려되는 것이 보안문제이다. 즉 정해진 무선설정기가 아닌 임의의 무선설정기가 마음대로 네트워크 설정을 할 수 있다면, 상업적으로 사용할 수 없을 것이다. 이러한 점을 고려하여 지그비가 자랑하는 특징중의 하나인 AES-128 보안 알고리즘을 적용하여, 허가받지 않은 무선설정기는 메시지를 정상적으로 주고 받을 수 없도록 해야 할 것이며, AES-128알고리즘의 Key를 도 6의 Frame Payload에 설정함으로써 최소한의 보안 기능이 동작하도록 하였다. 보안이 필요한 구간은 설정명령어 전송이 이루어 지는 227과 228, 234와 235 과정이며, 이 구간에서는 반드시 AES-128 보안 알고리즘을 적용하는 것이 좋다. 그 외의 일반적인 사용에 있어서는 용도에 따라 보안 알고리즘을 선택적으로 적용한다. AES-128 알고리즘은 IEEE 802.15.4에서 정의되어 있으며, 지그비에서 표준으로 지원하는 보안 방식이다.

　　　　　　이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 지그비를 이용한 개인영역 무선네트워크에서 무선을 이용해 직접 대상기기의 네트워크 파라미터를 입력하여, 다양한 네트워크에 손쉽게 결합할 수 있는 방법을 제공한다.

본 발명은, 지그비 네트워크 형상 중 특히 나무형이나 망형 네트워크의 기기 들을 쉽게 네트워크에 결합(Association)할 수 있는 방법을 제공함으로써, 종래의 DIP 스위치를 이용한 방법이 제공하기 힘든 다양한 네트워크를 손쉽게 결합하고 수정, 제거 할 수 있게 되었다. 특히 센서 같은 단순기능 기기인 경우 키패트(Keypad), 출력화면(LCD) 등의 UI를 부가하지 않아도 현장에서 즉석으로 네트워크를 설정하므로, 제품 구성을 간단히 할 수 있고, 설치 비용 절감과 사후 서비스 비용의 절감을 가져올 수 있다.

본 발명은 특정한 실시 예에 대해 설명하고 있는 부분이 많은데, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 의도나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에 종사하며 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

　　　　도 1은 지그비 무선네트워크 구성도이며, 두 개의 네트워크를 예로 들고 있다.

도 2는 종래의 스위치를 이용한 지그비 파라미터 설정방법에 대한 구성도이다.

　　　　도 3은 종래의 스위치를 이용한 지그비 파라미터 설정방법에 대한 예제의 순서도이다.

도 4는 본 고안에서 사용하는 무선설정기를 이용한 지그비 파라미터 설정방법에 대한 구성도이다.

도 5는 본 고안에서 사용하는 무선설정기를 이용한 지그비 파라미터 설정방법에 대한 순서도이다.

도 6은 본 고안에서 사용하는 지그비 표준의 프레임 구조 및 파라미터 설정데이터이다.

도 7은 지그비 표준의 무선 네트워크 형상이다.

　　　　　　< 도면의 주요부분에 대한 설명 >

110 : 지그비 코디네이터 (지그비 네트워크의 최고 부모 노드로서 개별 네트워크에 최소한 하나씩 존재한다. 110은 B Network(119)의 코디네이터이며, A Network(109)의 코디네이터는 100이다)

114 : 지그비 중계기 (코디네이터(110)를 부모 노드로 가지고, 지그비 종단기기(115,116)를 자식 노드로 가진다. 112도 지그비 중계기이며, 112는 자식노드가 없는 경우이다.)

115 : 지그비 종단기기 (코디네이터와 중계기를 제외한 모든 지그비 기기는 지그비종단기기가 되며, B Network(119)의 지그비종단기기는 115이외에 116,111,112,113이 있고, A Network(109)의 지그비종단기기는 106,105,103,102,101이다. 지그비 종단기기는 센서나 스위치 등에 부착되어, 부여받은 고유의 역할을 지그비네트워크 안에서 하게 된다.)

120 : A Network(109)의 코디네이터(100)에 해당하며, 종래의 방식대로, 8bit의 DIP 스위치(121)를 파라미터 설정용으로 가지고 있다.

122 : A Network(109)의 지그비 종단기기(101)에 해당하며, 종래의 방식대로, 8bit의 DIP 스위치(123)를 파라미터 설정용으로 가지고 있다. 지그비 종단기기는 영어로 E.D(End Device)라고 한다.

130 : A Network(109)의 설정이 정상적으로 이루어져서 네트워크가 연결되어 있는 것을 표시한다. 코디네이터(120)와 지그비종단기기(122)이외의 무선연결은 무선신호가 발생하더라도 네트워크 허용이 되지 않으므로 모두 무시한다(131,132,133,134,135인 경우)

202 : 스위치 (본 방식의 설정방법에 따라 무선설정모드로 전환하기 위해 사용하는 모드 설정 스위치이며, 설정하고자 하는 모든 지그비 기기에 설치할 수 있다)

200 : 본 발명의 방식으로 무선 파라미터를 설정하기 위한 별도의 무선 설정기이다. 지그비 무선 신호를 송수신할 수 있으며, 일반 용도의 기기가 아니고, 무선 설정용도이므로 특정네트워크에 종속되지 않고, 모든 네트워크의 무선 신호를 검색하고 설정할 수 있어야 한다.

Claims (5)

1. 　　　　　　지그비 표준 방식의 개인영역무선네트워크 장치에서,

   네트워크 설정에 필요한 주요 파라미터를 외부 기기에서 생성하고, 이 파라미터를 무선으로 전송받아 네트워크 설정을 완성하는 것을 특징으로 하는 지그비 무선네트워크장치.
2. 　　　　　　청구항 1에 있어서, 네트워크 파라미터를 설정하기 위해 Command ID, RF Channel, PAN ID, Short Address, Device Type을 포함하는 지그비 결합 테이블을 생성하는 방법.
3. 　　　　　　청구항 1에 있어서, 네트워크 파라미터를 생성하고, 그 파라미터를 무선 전송하는 것을 특징으로 하는 지그비 무선설정기.
4. 　　　　　　청구항 1에 있어서, 설정하고자 하는 대상 기기를 무선설정모드로 전환하고, 이후 비컨을 비롯한 메시지를 주고 받으며, 설정하고자 하는 대상 기기를 선정하고, 이 대상기기에 네트워크 파라미터가 포함된 설정명령어를 전송하여 네트워크를 구성하고, 일반 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 지그비 무선네트워크장치.
5. 　　　　　　청구항 1에 있어서, 무선설정기와 대상기기가 네트워크 파라미터를 주고 받을 때, 보안 알고리즘을 사용하여 데이터를 보호하고, 인증된 기기 간에만 통신이 이루어 지는 것을 특징으로 하는 지그비 무선네트워크장치.