KR20100004970A - 무선 센서 네트워크에서의 패밀리-기반 주소 부여 방법과, 이를 이용한 계층적 라우팅 경로설정 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크에서의 패밀리-기반 주소 부여 방법과, 이를 이용한 계층적 라우팅 경로설정 방법 Download PDF

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Abstract

무선 네트워크에서 패밀리-기반 주소 부여 방법과, 이를 이용한 계층적 라우팅 경로설정 방법이 개시된다. 노드로부터 주소 부여가 요청됨에 따라, 네트워크 정보 베이스(NWK IB)에서 추출한 최대 자식노드의 수와, 이웃 노드 테이블에서 추출한 현재 자식노드의 수가 비교된다. 상기 현재 자식노드의 수와 최대 자식노드의 수가 동일한 경우, 주소 부여를 거부한다. 상기 현재 자식노드의 수가 최대 자식노드의 수보다 작은 경우, 자신의 주소의 자리수를 한자리씩 증가시키고, 단단위 자리수의 수를 증가시키면서 자식노드의 주소를 부여한다. 이에 따라, 무선 센서 네트워크상에서 동적으로 부모 노드는 자식 노드의 주소 부여 요청에 응답하여 자신의 주소가 반영된 자식 노드의 주소를 부여하므로써, 라우팅 경로 설정을 용이하게 할 수 있다.

Description

무선 센서 네트워크에서의 패밀리-기반 주소 부여 방법과, 이를 이용한 계층적 라우팅 경로설정 방법{METHOD FOR ALLOWING A FAMILY-BASED ADDRESS IN A WIRELESS SENSOR NETWORK, AND METHOD FOR HIERARCHICAL ROUTING A PATH SETTING USING THE SAME}
본 발명은 무선 센서 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 네트워크에서 패밀리-기반 주소 부여 방법과, 이를 이용한 계층적 라우팅 경로설정 방법에 관한 것이다.
일반적인 이동통신 시스템은 이동단말(mobile terminal)과 기지국(base station)간의 데이터를 송수신한다. 상기 이동단말과 기지국은 다른 이동단말/노드(node)들을 경유하지 않고 직접 데이터를 송수신한다. 하지만, 센서(sensor) 네트워크는 센서 노드의 데이터를 싱크 노드(sink node)로 전달하고자 할 경우 다른 센서 노드들을 이용한다.
이하 도 1을 이용하여 상기 무선 센서 네트워크의 구조에 대해 알아본다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 무선 센서 네트워크는 싱크 노드와 복수의 센서 노드들로 구성된다. 상기 도 1은 하나의 싱크 노드만을 도시하고 있으나, 사용자의 설정에 따라 상기 무선 센서 네트워크는 적어도 2개의 싱크 노드들로 구성될 수 있다.
상기 센서 노드는 지정된 사용자가 설정한 타겟(target)에 관한 정보를 수집한다. 상기 센서 노드가 수집하는 타겟의 정보는 주위의 온도나 물체의 이동 등이 있다. 상기 센서 노드는 수집된 정보는 상기 싱크 노드로 전송한다.
상기 싱크 노드는 상기 무선 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드들이 전송한 데이터들을 전달받는다. 상기 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있는 센서 노드는 전송할 데이터를 직접 싱크 노드로 전달한다. 하지만 상기 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 상기 수집된 데이터를 싱크 노드로 직접 전달하는 대신 상기 싱크 노드에 인접한 센서 노드들로 전송한다.
상술한 바와 같이 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않는 노드가 인접 노드들을 이용하여 데이터를 전송하는 이유는 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화하기 위해서이다. 즉, 상기 싱크 노드와 센서 노드간의 거리와 상기 센서 노드가 싱크 노드로 데이터를 전송하는데 소모되는 전력은 일반적으로 상호 비례한다.
따라서, 상기 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 복수의 센서 노드들을 이용하여 상기 수집된 데이터를 전송함으로서 상기 데이터 전송에 따른 전력소모를 최소화할 수 있게 된다. 이하 다른 센서 노드의 데이터를 중계하는 역할을 수행하는 노드를 중계 노드(relay node)라 한다. 물론 상기 중계 노드 역시 자신이 수집한 데이터를 다른 중계 노드를 이용하여 또는 직접 상기 싱크 노드로 전송한다.
상술한 바와 같이 센서 노드는 타겟의 정보를 수집하여 싱크 노드로 전달한 다. 그러나, 일반적으로 상기 타겟과 싱크 노드는 고정되어 있는 것이 아니라 어느 정도 이동성이 보장된다.
도 2는 고정된 타겟에 관한 정보를 이동성이 보장된 싱크 노드로 전달하는 과정을 도시하고 있다. 일 예로, 특정 지역에 관한 온도 정보를 이동중인 차량 등에 전달하는 경우에 이에 해당된다. 이와 같이 함으로서 상기 차량은 상기 특정 지역에 관한 온도 정보를 실시간으로 전달받게 된다. 한편, 도 3은 이동성이 보장된 타겟에 관한 정보를 고정되어 있는 싱크 노드로 전달하는 과정을 도시하고 있다. 일 예로, 이동성 중인 물체에 관한 정보를 고정되어 있는 싱크 노드로 전달하는 경우가 이에 해당된다.
도 4는 일반적인 무선 센서 네트워크에서 센서 노드가 싱크 노드로 데이터를 전송하기 위한 라우팅 경로를 설정하는 과정을 나타내고 있다. 이하 상기 도 4를 이용하여 센서 노드1이 싱크 노드로 라우팅 경로를 설정하는 과정에 대해 알아본다.
상기 센서 노드1은 자신의 주소(소스 어드레스: source address) 정보와 싱크 노드의 주소(목적지 어드레스: destination address) 정보를 포함한 라우팅 요청(routing request: RREQ) 메시지를 생성한다. 상기 센서 노드1은 생성한 라우팅 요청 메시지를 인접 센서 노드들로 브로드캐스팅한다.
상기 도 4에 의하여 센서 노드2, 센서 노드4, 센서 노드5가 상기 RREQ 메시지를 수신한다. 상기 RREQ 메시지를 수신한 센서 노드들은 목적지 어드레스와 자신의 어드레스를 비교한다. 상기 목적지 어드레스와 자신의 어드레스가 동일하지 않 을 경우 상기 센서 노드들은 수신한 RREQ 메시지를 갱신한 후 인접 노드들로 브로드캐스팅한다. 상기 갱신되는 정보에는 홉 카운트 수가 포함된다.
또한, 상기 RREQ 메시지를 수신한 센서 노드는 수신한 RREQ 메시지를 이용하여 라우팅 테이블을 생성한다. 상기 라우팅 테이블에는 소스 노드의 어드레스, 목적지 노드의 어드레스, 홉 카운트 수, 상기 RREQ 메시지를 브로드캐스팅한 센서 노드의 어드레스 등이 포함된다.
상기 센서 노드1이 브로드캐스팅한 RREQ 메시지가 여러 경로를 거쳐 상기 싱크 노드로 전달된다. 상기 싱크 노드는 전달된 RREQ 메시지에 포함되어 있는 홉 카운트 수를 이용하여 라우팅 경로설정한다. 즉, 홉 카운트 수가 가장 작은 경로를 라우팅 경로로 설정한다. 따라서, 상기 싱크 노드는 센서 노드4로 라우팅 응답(routing reply: RREP)을 메시지를 전송한다. 상기 센서 노드4는 저장되어 있는 라우팅 테이블을 이용하여 상기 RREP 메시지를 센서 노드1로 전달한다. 상술한 바와 같은 과정들을 수행함으로서 상기 센서 노드1과 싱크 노드간 라우팅 경로가 설정된다. 상기 설정된 라우팅 경로를 이용하여 상기 센서 노드1은 싱크 노드로 수집된 정보를 전달한다.
기술적 과제
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 무선 센서 네트워크에서 부모 노드의 주소가 자식 노드의 주소에 반영된 패밀리-기반 주소 부여 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 패밀리-기반 주소 부여 방법을 이용하여 무선 센서 네트워크에서의 계층적 라우팅 경로설정 방법을 제공하는 것이다.
기술적 해결방법
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 패밀리-기반 주소 부여 방법은, (a) 노드로부터 주소 부여가 요청됨에 따라, 네트워크 정보 베이스(NWK IB)에서 추출한 최대 자식노드의 수와, 이웃 노드 테이블에서 추출한 현재 자식노드의 수를 비교하는 단계; (b) 상기 현재 자식노드의 수와 최대 자식노드의 수가 동일한 경우, 주소 부여를 거부하는 단계; 및 (c) 상기 현재 자식노드의 수가 최대 자식노드의 수보다 작은 경우, 자신의 주소의 자리수를 한자리씩 증가시키고, 단단위 자리수의 수를 증가시키면서 자식노드의 주소를 부여하는 단계를 포함한다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 계층적 라우팅 경로설정 방법은, (a) 복수의 노드들로 구성되고, 노드들간 패킷을 전송하는 무선 센서 네트워크상에서, 하나 이상의 상기 후손 노드들이 상기 선조 노드들에 가입을 요청함에 따라, 패밀리 기반으로 부모 노드의 주소가 자식 노드의 주소에 반영되도록 주소를 부여하는 단계; 및 (b) 상기 무선 센서 네트워크상에서 라우팅이 시작됨에 따라, 상기 패밀리-기반으로 반영된 주소를 이용하여 계층적 라우팅 경로를 설정하는 단계를 포함한다.
유리한 효과
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무선 센서 네트워크, 예를들어, 인터넷 프로토콜 버전6 기반의 저전력 무선 개인 영역 네트워크(6LoWPAN)상에서 동적으로 부모 노드는 자식 노드의 주소 부여 요청에 응답하여 자신의 주소가 반영된 자식 노드의 주소를 부여하므로써, 라우팅 경로 설정을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 무선 센서 네트워크의 구조를 설명하는 개념도이다.
도 2는 무선 센서 네트워크에서 이동중인 타겟을 도시한 개념도이다.
도 3은 무선 센서 네트워크에서 이동중인 싱크 노드를 도시한 개념도이다.
도 4는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 경로를 설정하는 과정을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명이 적용되기에 적합한 무선 센서 네트워크 구성을 설명하는 개념도이다.
도 6은 본 발명이 적용되기에 적합한 무선 센서 네트워크 프로토콜 스택의 예를 도시한다.
도 7은 일반적인 IPv6의 헤더 포맷을 도시한 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 MAC/PHY 계층의 데이터 프레임 포맷의 예를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 다중 홉 트리를 설명하는 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따른 패밀리 기반 주소 부여 방법에 의해 부여된 주소를 갖는 센서 노드를 설명하는 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 패밀리-기반 라우팅 주소 부여 방법을 설명하는 개념도이다.
도 12는 도 11에 도시된 패밀리-기반 라우팅 주소 부여 방법에 의한 라우팅 과정을 설명하는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 패밀리-기반 주소 부여 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 계층적 라우팅 경로설정 방법을 설명하는 흐름도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 관점들에 따른 패밀리-기반 주소 부여 방법과, 이를 이용한 계층적 라우팅 경로설정 방법 및 장치의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 발명과 관련하여 사용되는 주요 용어를 정의하면, 다음과 같다.
- 현재 노드(Current Node)는 무선 센서 네트워크 상의 어떤 노드 즉, IEEE 802.15.4 장치가 IPv6 패킷을 받았을 때 그 노드를 의미한다.
- 깊이(Depth)는 무선 센서 네트워크의 코디네이터(coordinator:10)로부터 해당 장치까지의 홉-거리를 의미한다. 예를들어, 코디네이터(10)의 깊이(depth)는 0이다.
- 최대 자식수(Maximum Number of Children: MC)는 해당 장치(예를들어, 노드)가 최대로 가질 수 있는 자식의 수이다.
- 이웃 테이블(Neighbor Table)은 개인동작영역(personal operating space: POS) 내의 이웃 장치들의 정보를 가지고 있는 테이블을 의미한다. 상기 이웃 테이블은 개인영역망아이디(Personal Area Network Id, PAN Id: 16 bits), 이웃의 짧은 주소(Neighbor.16 bit short address:16 bits), 이웃의 EIU 64주소(Neighbor.IEEE EUI 64 bit address:64 bits), 이웃 장치 타입(Neighbor.Device type:2 bits), 이웃 관계(Neighbor.Relationship: 2 bits), 이웃 깊이(Neighbor.Depth: 8 bits)와 같은 항목들을 포함한다. 상기 이웃 테이블에서, 이웃 장치 타입(Neighbor.Device type: 2 bits) 필드가 '00'이면 코디네이터(Coordinator), '01'이면 라우터(Router), '10'이면 종단장치(End device)를 나타내고, '11'은 유보(Reserved)되어 있다. 상기 이웃 테이블에서, 이웃 관계(Neighbor.Relationship: 2 bits) 필드가 '00'이면 부모(Parent), '01'이면 자식(Child)을 나타내고, '10'과 '11'은 유보(Reserved)되어 있다.
- 개인영역망아이디(PAN Id)는 관리를 위해 무선 센서 네트워크에 부여되는 무선 센서 네트워크 16비트 식별자를 의미한다. 여기서, 개인동작영역(Personal Operating Space: POS)은 IEEE 802.15.4 패킷의 무선 전송의 감지 범위 내 영역을 의미한다.
- 부분기능 장치(Reduced Function Device: RFD)는 라우터의 기능을 가지지 않은 무선 센서 네트워크의 IEEE 802.15.4 장치로서, IPv6 패킷들을 다음 홉 장치에 전송할 수 없다. 즉, 부분기능 장치는 무선 센서 네트워크 상에서 종단장치(End device)밖에 될 수 없다.
- 라우터(Router)는 무선 센서 네트워크 상에서 패킷을 다음 홉 장치에 라우팅해줄 수 있는 FFD이고, 짧은 주소(Short Address)는 부모로부터 동적으로 장치에 할당된 16비트 주소이다.
본 발명이 적용되기에 적합한 인터넷 프로토콜 버전 6 기반의 무선 센서 네트워크는 하기하는 도 5와 같다. 본 실시예에서, 상기 무선 센서 네트워크는 저전력 무선 개인 영역 네트워크(Low power Wireless Personal Area Networks; 이하, LoWPAN)이다.
도 5는 본 발명이 적용되기에 적합한 무선 센서 네트워크 구성을 설명하는 개념도이다. 도 6은 본 발명이 적용되기에 적합한 무선 센서 네트워크 프로토콜 스택의 예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 무선 센서 네트워크는 하나의 PAN 코디네이터(10)와, 다수의 라우터들(20a, 20b, 20c) 및 종단 장치들(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)로 이루어진다.
IEEE 802.15.4 규격에 따르면, 무선 센서 네트워크의 장치들은 IEEE 802.15.4의 완전한 프로토콜 셋을 구현한 전기능장치(Full Function Device: 이하, FFD)와, 라우터 기능을 가지지 않은 부분기능장치(Reduced Function Device: 이하, RFD)로 구분된다. PAN 코디네이터(10)와 라우터들(20a, 20b, 20c)은 FFD 장치이고, 종단장치(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)는 RFD 장치이다.
상기 FFD는 IEEE 802.15.4에서 지원하는 모든 네트워크 형태를 지원하며 FFD와 RFD사이에서 데이터를 주고받을 수 있고 PAN 코디네이터 역할을 수행할 수 있으 며 IEEE 802.15.4에 기술된 모든 기능을 수행한다.
이에 비해, 상기 RFD는 좀더 작고 가벼운 장치에 적합하도록 디자인되었다. 이러한 장치는 단순기능과 간단한 동작으로 에너지 소비율을 최대한 낮추고, 사용 자원을 최소화하여 칩 구현 가격을 낮추므로 장치 가격을 낮추는 효과를 가진다.
상기 RFD는 모든 네트워크형태에서 종단장치로만 활용할 수 있다. 이는 RFD가 라우팅 기능이 없어 피어-투-피어(Peer-to-Peer) 데이터를 전송할 수 없음을 의미하고, 더불어 PAN 코디네이터의 역할을 수행할 수 없음을 뜻한다.
하나의 PAN 코디네이터에 다양한 기능을 갖춘 RFD와 FFD로 구성된 스타(Star) 형태는 홈 네트워크, PC 주변장치, 장난감, 게임기, 건강보조기 등의 부족한 무선 인터페이스를 해결할 수 있다. 피어-투-피어(Peer-to-Peer) 통신은 네트워크 계층에서 제공하는 애드-훅(ad-hoc) 라우팅 기능을 활용할 수 있다. 이는 센서네트워크, 원격제어, 액추에이터(Actuator) 등에 다양하게 응용 가능하다.
IEEE 802.15.4 규격에 따른 무선 센서 네트워크의 장치들은 네트워크상에서 부모 장치와 자식 장치로 연결된다. 상기 자식 장치는 연관(Association)을 통해 부모 장치로부터 16비트의 짧은 주소를 동적으로 할당받는다.
즉, IEEE 802.15.4 장치는 부모 장치라고도 불리는 이웃 장치(또는 라우터)와의 연관(association) 동작 중에 16비트의 짧은 주소를 동적으로 할당받을 수 있다. 상기 할당받은 짧은 주소만을 가지고 부모 또는 자식과 통신을 알 수 있다. 한편, 디어소시에이션(Disassociation)은 이웃 장치와의 존재하는 연관(association)을 제거하는 절차이다.
PAN 코디네이터(Coordinator:10)는 무선 센서 네트워크의 가장 중요한 관리자가 되는 full-function device(FFD)로서, 비콘(beacon)의 전송을 통해 전체 무선 센서 네트워크의 동기를 초기화할 수 있다.
상기 종단장치들(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)은 라우터들(20a, 20b, 20c) 중 어느 하나에 연결되어 해당 라우터에 연결된 종단장치와 통신할 수 있다. 상기 라우터들(20a, 20b, 20c)은 종단장치들(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)중 적어도 하나 이상 혹은 다른 라우터로부터 수신된 패킷을 본 발명에 따른 계층적 라우팅 경로설정 방법에 따라 라우팅한다.
도 6은 본 발명이 적용되기에 적합한 무선 센서 네트워크 프로토콜 스택의 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 무선 센서 네트워크 프로토콜 스택에는 물리 계층(L1), 맥(MAC) 계층(L2), 적응 계층(Adaption layer; L3), IPv6 계층(L4)의 프로토콜이 탑재된다. 상기 IPv6(L4) 위에 TPC, UDP, ICMP가 있고, 그 위 응용 계층이 위치한다.
상기 물리계층(L1)과 MAC 계층(L2)은 IEEE 802.15.4-2003 규격에 따르고, 상기 적응 계층(L3)은 IETF 인터넷 드래프트(montenegro-lowpan-ipv6-over-802.15.4)로 규격에 따르며, 상기 IPv6 계층(L4)은 RFC 2460 및 관련 규격에 따른다.
본 발명에 적용되는 IPv6 헤더 포맷은 하기하는 도 7과 같다.
도 7은 본 발명에 적용되는 IPv6의 헤더 포맷을 도시한 도면이다. 도 8은 도 6에 도시된 MAC/PHY 계층의 데이터 프레임 포맷의 예를 도시한다.
도 7을 참조하면, IPv6 헤더 포맷은 10행 x 32비트= 40옥텟의 크기를 갖고 있고, 버젼, 우선순위, 흐름 레벨, 페이로드 길이, 다음 헤더, 홉 제한, 128비트의 소스 주소 및 128비트의 목적지 주소로 이루어진다.
또한, IEEE 802.15.4-2003 규격에 따른 프레임은 코디네이터에서 비콘을 송신하기 위한 비콘 프레임과, 데이터를 전송하기 위한 데이터 프레임, 상기 데이터 프레임을 성공적으로 수신하면 이를 상대방에 알려주는 응답 프레임, MAC 커맨드 프레임으로 구분된다.
도 8을 참조하면, MAC/PHY 계층의 데이터 프레임은 물리계층의 패킷 포맷과 MAC계층의 패킷 포맷을 포함한다.
상기 물리계층의 패킷 포맷은 프리앰블(Preamble Sequence)과 프레임 시작 식별자(Start of Frame Delimiter), 프레임길이(Frame Length) 및 MAC계층 데이터 유닛(MPDU)을 포함한다.
상기 MAC 계층의 패킷 포맷은 프레임 제어(Frame Control), 시퀀스번호(Sequence Number), 어드레싱 필드(Addressing Field), 데이터 페이로드(Data Payload) 및 프레임 체크 시퀀스(FCS)를 포함한다.
본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크의 각 장치들은 하기하는 도 9에 도시된 바와 같이, 다중 홉을 갖는 트리의 노드로 표현될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 다중 홉 트리를 설명하는 개념도이다. 설명의 편의를 위해 도 5에 도시된 무선 센서 네트워크의 구성과 동일하게 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 9를 참조하면, 트리 구조에서 루트(root)에 해당하는 노드A는 PAN 코디네 이터이고 깊이는 '0'이다. 노드B와, 노드D, 노드F는 라우터이고, 노드C와, 노드E, 노드G, 노드H, 노드I는 종단 장치이다.
상기 노드들은 각각 무선 통신기능을 가지고 있는 저전력을 사용하는 통신장치이다. 노드들은 각각 데이터를 발생시키는 소스 노드가 되거나 데이터를 목적지 노드 또는 중간에서 소스 노드와 목적지 노드의 데이터를 중계하는 중간 노드가 될 수가 있다. 또한, 각 노드들은 계층적(hierarchical) 구조로 다른 노드들과 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 계층적 라우팅 경로설정 방법을 수행하는 센서 노드를 설명하는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 계층적 라우팅 경로설정 방법을 수행하는 센서 노드는 논리 처리부(100), 하드웨어 처리부(200) 및 안테나(300)를 포함한다.
상기 논리 처리부(100)는 어플리케이션 모듈(110), 센싱 프로세싱 모듈(120), IP 프로세싱 모듈(130), 적응 계층 패킷 프로세싱 모듈(140), 라우팅 프로세싱 모듈(150), 이웃 노드 정보 관리 모듈(160), MAC 계층 모듈(170)을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 논리 처리부(100)는 논리적으로 분리되었을 뿐, 하드웨어적으로 분리된 것은 아니다.
상기 하드웨어 처리부(200)는 환경의 관측을 행하는 센서 디바이스(210), 중앙처리유닛(CPU)(220), 메모리(230), 통신을 행하는 네트워크 디바이스(240), 데이터의 장기 기록을 행하는 플래시 메모리(250)를 포함한다.
통상적으로, 무선 센서 네트워크, 예를들어, 지그비(ZigBee) 네트워크에서는 각각 노드들이 네트워크를 관리하고 유지하기 위한 정보를 테이블 형태로 구비된다. 상기 테이블에 저장된 정보를 네트워크 정보 베이스(NWK IB; network information base)라 칭한다. 상기 네트워크 정보 베이스는 상기 메모리에 저장될 수 있다.
상기 네트워크 정보 베이스는 최대 자식의 개수, 네트워크 트리의 최대 깊이, 자식으로 가질 수 있는 최대 지그비 라우터 개수, 브로드캐스트 전송과 관련된 정보, 이웃 노드의 정보를 가지고 있는 이웃 테이블, 경로 테이블 및 보안관련 정보를 포함한다.
상기 이웃 테이블에는 PAN 식별자, 자신의 부모 또는 자식의 64비트 주소, 16비트 네트워크 주소, 장치의 형식, 자신과 이웃 노드의 관계(예를들어, 부모, 자식, 이웃) 등의 정보들이 저장된다.
상기 이웃 테이블에는 이웃 노드의 수신기가 슈퍼프레임의 활동 기간 동안 상태, 모든 이웃의 64비트 주소, 비컨 명령어(오더), 네트워크에 참여시킬 수 있는 권한, 전송실패율, 잠재적 부모, 평균 링크 질 지시자(link quality indicator), 논리적 채널값, 비컨 프레임 도달시간 및 비컨전송시간 오프셋 등의 정보가 선택적으로 저장될 수 있다.
상기 경로 테이블에는 멀티홉 네트워크에서 목적지까지 데이터를 전송하기 위해 경로를 탐색할 때 사용하는 정보가 저장된다.
상기 메모리(230)는 이웃 노드의 정보는 저장한다. 상기 이웃 노드 정보는 MAC 계층 모듈(170)을 경유하여 제공받을 수 있다. 상기 MAC 계층 모듈(170)의 서 비스는 비코닝(beaconing)을 포함한다. 상기 이웃 노드 정보는 짧은 경로를 찾기 위해 라우팅 프로세싱 모듈 과정에서 사용된다.
한편, 상기 센서 디바이스(210)는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서, 적외선 센서 등을 포함할 수 있다.
상기 네트워크 디바이스(240)는 특정한 식별자를 갖는 다른 노드와 쌍방향 통신을 행할 수 있다. 예를들어, 상기 네트워크 디바이스(240)에는 Blue Tooth, IEEE802.15.4, ZigBee 등이 실장될 수 있다.
상기 네트워크 디바이스(240)에 도착된 패킷 정보는 상기 MAC 계층 모듈(170)을 거쳐 처리된 후, 상기 적응 계층 패킷 프로세싱 모듈(140)에 제공된다. 상기 적응 계층 패킷 프로세싱 모듈(140)은 패킷 프로세싱 과정을 수행한다. 상기 패킷 프로세싱 과정은 헤더 파싱, 패킷 단편화(분리/재조립), 헤더 압축 등을 포함한다.
적응 계층 패킷 프로세싱에 의해 자신에게 도착한 패킷은 상기 IP 프로세싱 모듈(130)을 거쳐 상기 어플리케이션 모듈(110)에 전달된다. 상기 IP 프로세싱 모듈(130)은 라우팅되어야할 패킷이라면 라우팅 프로세스가 진행된다.
상기 센서 노드는 패킷이 전송되는 출발지 노드로 동작될 수도 있고, 상기 패킷을 전달하는 다음 홉 노드(또는 중계 노드)로 동작될 수 있고, 상기 패킷을 전달받는 목적지 노드로 동작될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 패밀리-기반 라우팅 주소 부여 방법을 설명하는 개념도이다. 특히, 패밀리-기반 주소 방법에 의해 주소가 부여되고, 맥스 챠지(MC)가 3이고, 주소를 3진수로 정의한 경우를 도시한다.
도 11을 참조하면, 최상위에 0번 노드가 배치되고, 상기 0번 노드는 자식 노드로서, 1번 노드, 2번 노드 및 3번 노드(미도시)와 연결된다. 도 11에서, 설명의 편의를 위해 노드를 정의하는 원형내에 노드의 주소가 기재된다. 따라서, 상기 1번 내지 3번 노드는 부모 노드인 0번 노드와 연결된다.
상기 자식 노드란, 계층적 구조에서, 어느 하나의 노드(임의의 노드)에 대하여 상기 노드의 바로 하위에 연결되는 노드를 의미한다. 한편, 부모 노드란 자식 노드에 대비되는 개념으로, 어느 하나의 노드에 대하여 상기 노드의 바로 상위에 연결되는 노드를 의미한다. 여기서, 연결은 물리적 연결 또는 유선상의 연결이 아닌 논리적 연결 또는 무선상의 연결을 의미한다.
상기 1번 노드는 자식 노드로서, 10번 노드, 11번 노드 및 12번 노드와 연결되고, 상기 10번 노드는 자식 노드로서, 100번 노드, 101번 노드 및 102 노드와 연결되고, 11번 노드는 자식노드로서, 110번 노드, 111번 노드 및 112번 노드와 연결된다.
주소를 부여하는 노드는 부모 노드이다. 따라서, 새로운 노드로부터 주소 부여 요청이 있는 경우, 자신의 자식 유무를 판별하여 자식이 없는 경우, 자신의 주소 자리수를 한자리씩 올리고, 단단위 자리수의 수를 순차적으로 증가시켜 자식노드로서 주소를 부여한다. 또한, 자신의 자식이 최대 자식의 수보다 작은 경우, 여분의 주소를 부여한다. 이때, 기부여된 단단위 자리수에 1을 더하여 자식노드로서 주소를 부여한다.
물론, 현재 자신의 자식의 수가 최대 자식의 수와 동일한 경우, 주소 부여 요청에 응답하여 거부하는 것은 자명하다.
패밀리-기반 계층적 라우팅 경로설정 방법의 주소 부여 방법은 다음과 같다.
주소는 최대 자식(이하 MC)의 수를 기수로 하는 번호 체계를 사용한다. 예를들어, MC가 3일 경우 3진수를 주소의 번호 체계로 사용한다.
자식의 주소는 부모 노드의 주소에 자릿수를 한자리 올린 뒤 순차적으로 마지막 자릿수의 값을 증가시키는 방법으로 부여한다. 이때, 기존의 계층적 라우팅 경로설정 방법과 달리 트리의 루트 노드(Root node)(또는 최상위 노드)의 주소는 '0'이 부여되며, 깊이 2의 노드(뿌리 노드의 자식 노드들)는(MC-1)개로 구성된다.
이러한 방법을 사용하는 경우, 노드의 깊이는 [노드 주소의 자릿수+1]이 되며(단, 깊이 1과 2인 노드는 예외), 부모 노드의 주소는 [자식 노드의 주소/MC]이 된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 패밀리-기반 계층적 라우팅 경로설정 방법은 주소 부여 방법에 변화를 줌으로써, 보다 직관적이고, 간단한 계산을 통해 새로운 노드들에게 주소를 부여할 수 있고, 간단한 방법으로 라우팅이 가능하다.
도 12는 도 11에 도시된 패밀리-기반 라우팅 주소 부여 방법에 의한 라우팅 과정을 설명하는 개념도이다. 특히, 출발지 노드의 주소가 100(3) 이고, 목적지 노드의 주소가 112(3) 인 것을 도시한다.
도 12를 참조하면, 100(3) 번 노드부터 112(3) 번 노드로 패킷을 전송하고자 할 경우, 경로 선정 및 패킷 전송 방식은 일반적인 계층적 라우팅 경로설정 방법과 동일하다.
하지만, 패밀리-기반 라우팅에서는 현재 노드가 목적 노드의 선조 집단 또는 후손 집단에 속하는지 여부를 보다 쉽게 판단할 수 있어, 계산의 복잡도를 줄일 수 있다. 예를들어, 목적지 노드인 112(3) 번 노드는 100(3) 번 노드와 자릿수가 같으므로, 깊이가 동일하다. 또한, 출발지 노드 및 목적지 노드 각각의 주소 끝자리를 제거하여 부모 노드의 주소를 획득한다.
도 12에서, 목적지 노드인 112(3) 번 노드의 부모는 11(3) 번 노드이고, 출발지 노드인 100(3) 번 노드의 부모는 10(3) 번 노드이다. 따라서, 출발지 노드의 부모 노드와 목적지 노드의 부모 노드는 서로 다르므로 패킷을 전송하기 위해 홉 수가 증가되는 것을 간단히 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 패밀리-기반 주소 부여 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 새로운 노드로부터 주소 부여가 요청됨에 따라(단계 S105), 최대 자식 노드의 수와 현재 자식노드의 수를 추출한다(단계 S110). 상기 최대 자식 노드의 수는 네트워크 정보 베이스(network information base: NWK IB)로부터 추출된다. 상기 현재 자식노드의 수는 이웃 노드 테이블로부터 추출된다.
이어 최대 자식노드의 수가 현재 자식노드의 수가 동일한지의 여부를 체크한 다(단계 S115).
상기 단계 S115에서 최대 자식노드의 수와 현재 자식노드의 수가 동일한 것으로 체크되는 경우 주소 부여를 거부한 후(단계 S120), 종료한다.
상기 단계 S115에서 최대 자식노드의 수가 현재 자식 노드의 수가 동일하지 않은 것으로 체크되는 경우, 현재 자식 노드가 존재하는 지의 여부를 체크한다(단계 S125).
상기 단계 S125에서 현재 자식노드가 존재하지 않은 것으로 체크되는 경우, 신규로 자식 노드가 발생되는 경우이므로 자신의 주소 자리수를 한자리씩 올린다(단계 S130). 상기 자신의 주소는 MAC 계층의 MIB(MAC Information Base - MAC 정보 DB)에 저장된다. 상기한 자신의 주소는 일례로, 비트 단위의 데이터 형태, 예를들어 16비트 데이터 형태로 저장된다. 상기한 비트 단위로 주소를 저장하는 경우, 라우팅을 위한 계산 과정은 간단하다. 다른 일례로, 상기한 자신의 주소는 바이트 단위로 저장될 수도 있다. 상기한 바이트 단위로 주소를 저장하는 경우, MAC과의 주소 형태가 호환된다.
이어, 단단위 자리수를 증가시켜 자식노드의 주소를 부여한다(단계 S135). 이때, 첫 번째 자식 노드의 경우, 단단위 자리수에 '0'을 부여하고, 두 번째 자식 노드의 경우, 단단위 자리수에 '1'을 부여하며, 세 번째 자식 노드의 경우, 단단위 자리수에 '2'를 부여한다.
상기 단계 S125에서, 현재 자식노드가 존재하는 것으로 체크되는 경우, 이미 부여된 단단위 자리수에 1을 더하는 방식을 통해 자식 노드의 주소를 부여한다(단 계 S140).
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 계층적 라우팅 경로설정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 먼저 패밀리-기반 주소를 부여한다(단계 S205). 상기한 단계 S205는 도 15에서 설명된 바와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
패밀리-기반 주소가 부여된 후, 계층적 라우팅이 시작됨에 따라(단계 S210), 출발지 노드와 목적지 노드의 주소를 근거로 해당 노드들의 깊이를 판단한다(단계 S215). 여기서, 노드의 깊이는 [노드의 자리수+1]이 된다. 다만, 깊이가 1인 노드와 깊이가 2인 노드는 예외이다. 예를들어, 노드의 주소가 '101'인 경우, 노드의 깊이는 4이고, 노드의 주소가 '10310'인 경우, 노드의 깊이는 6이다.
이어, 출발지 노드와 목적지 노드의 주소에서 10＾N 자리수(여기서, N은 0과 자연수)를 제거하는 방식으로 해당 부모 노드들의 주소를 획득한다(단계 S220).
이어, 해당 부모 노드들을 서로 연결하는 경로를 라우팅 경로로 설정한다(단계 S225).
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
무선 센서 네트워크, 예를들어, 인터넷 프로토콜 버전6 기반의 저전력 무선 개인 영역 네트워크(6LoWPAN)상에서 동적으로 부모 노드는 자식 노드의 주소 부여 요청에 응답하여 자신의 주소가 반영된 자식 노드의 주소를 부여하므로써, 라우팅 경로 설정을 용이하게 할 수 있다.

Claims (9)

  1. (a) 노드로부터 주소 부여가 요청됨에 따라, 네트워크 정보 베이스(NWK IB)에서 추출한 최대 자식노드의 수와, 이웃 노드 테이블에서 추출한 현재 자식노드의 수를 비교하는 단계;
    (b) 상기 현재 자식노드의 수와 최대 자식노드의 수가 동일한 경우, 주소 부여를 거부하는 단계; 및
    (c) 상기 현재 자식노드의 수가 최대 자식노드의 수보다 작은 경우, 자신의 주소의 자리수를 한자리씩 증가시키고, 단단위 자리수의 수를 증가시키면서 자식노드의 주소를 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패밀리-기반 주소 부여 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(c)는
    (c-1) 현재 자식노드가 존재하는지의 여부를 체크하는 단계;
    (c-2) 현재 자식노드가 존재하지 않은 경우, 자신노드의 주소의 자리수를 한자리씩 올리고, 단단위 자리수의 수를 순차적으로 증가시켜 자식노드로서 주소를 부여하는 단계; 및
    (c-3) 현재 자식노드가 존재하는 경우, 기부여된 단단위 자리수에 1을 더하여 자식노드로서 주소를 부여하고, 상기 단계(a)로 피드백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패밀리-기반 주소 부여 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노드들 각각의 깊이는 해당 노드의 자리수와 동일한 것을 특징으로 하는 패밀리-기반 주소 부여 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 해당 노드들 각각의 부모 노드 주소는 해당 노드의 주소에서 10＾N자리수(여기서, N은 0)를 제거하는 방식을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 패밀리-기반 주소 부여 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노드들중 최상위 노드의 주소는 0인 것을 특징으로 하는 패밀리-기반 주소 부여 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 최상위 노드를 제외한 나머지 노드의 주소의 최상위수는 1이상인 것을 특징으로 하는 패밀리-기반 주소 부여 방법.
  7. (a) 복수의 노드들로 구성되고, 노드들간 패킷을 전송하는 무선 센서 네트워크상에서, 하나 이상의 상기 후손 노드들이 상기 선조 노드들에 가입을 요청함에 따라, 패밀리 기반으로 부모 노드의 주소가 자식 노드의 주소에 반영되도록 주소를 부여하는 단계; 및
    (b) 상기 무선 센서 네트워크상에서 라우팅이 시작됨에 따라, 상기 패밀리-기반으로 반영된 주소를 이용하여 계층적 라우팅 경로를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 경로설정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단계(b)는
    (b-1) 출발지 노드와 목적지 노드의 주소를 근거로 해당 노드들의 깊이를 판단하는 단계;
    (b-2) 출발지 노드와 목적지 노드의 주소에서 10＾N자리수(여기서, N은 0)를 제거하는 방식을 통해 해당 부모 노드의 주소를 획득하는 단계; 및
    (b-3) 해당 부모 노드들을 서로 연결하는 경로를 라우팅 경로로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 경로설정 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 노드의 깊이는 상기 노드의 자리수와 동일한 것을 특징으로 하는 계층적 라우팅 경로설정 방법.
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