KR20100065052A - 무선 센서노드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에 관한 것으로, 특히 센서노드의 여러 기능을 기능별로 분할하고, 분할된 각 기능을 수행하기 위한 모듈들이 조합되어 동작하는 무선 센서노드에 관한 것으로, 제어노드와 무선 송수신하기 위한 무선 송수신부와, 제어노드와의 통신에 따라 노드고유주소를 설정하기 위한 1차 환경설정부와, 상기 노드고유주소를 이용하여 제어노드에 등록하고 그 제어노드가 할당한 통신용 고유주소를 설정하기 위한 2차 환경설정부와, 통신 및 센서 제어를 위해 동작해야 하는 구성요소들로 필요 전원을 공급하기 위한 필수전원 공급부와, 데이터 송수신처리 및 센서제어를 처리하기 위해 필요한 단위 기능모듈들과, 수신된 데이터의 종류에 따라 혹은 데이터 송신을 위해 동작해야 하는 단위 기능모듈을 찾아 활성화시키기 위한 기능모듈 활성화부를 포함함을 특징으로 한다.

센서 노드, 단위 모듈, 환경 설정.

Description

무선 센서노드{SENSOR NODE}

본 발명은 무선 센서 네트워크에 관한 것으로, 특히 센서노드의 여러 기능을 기능별로 분할하고, 분할된 각 기능을 수행하기 위한 모듈들이 조합되어 동작하는 무선 센서노드에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-106-04, 과제명: RFID/USN용 센서 태그 및 센서 노드 기술 개발].

무선 센서 네트워크 기술은 컴퓨팅 능력과 무선 통신 능력을 갖춘 무선 센서노드를 자연 환경이나 전장 등에 뿌려 자율적인 네트워크를 형성하고, 서로 간에 무선 네트워크로 획득한 센싱 정보를 송수신함으로서 네트워크를 통해 원격지에서 특정 지점의 환경변화 혹은 장치 상태를 감시한다거나 특정 디바이스의 제어 용도로 활용할 수 있는 기술이다. 이러한 무선 센서 네트워크는 유비쿼터스 네트워크의 기반을 이루는 핵심 기술로서 환경감시, 의료 시스템, 텔레메틱스, 홈네트워크, 물류시스템 등 다양한 응용분야에서 널리 활용되고 있다.

일반적으로 무선 센서노드는 센서와 더불어 MCU, 무선통신 모듈을 별도 모듈 로 하여 제작되거나, MCU와 무선통신 모듈이 물리적으로 결합된 형태로 제작되어 사용되고 있다. 이러한 센서노드들에서는 MCU의 구동과 센서노드의 응용 기능을 수행하기 위해 소프트웨어의 탑재가 필요하다.

그러나 MCU와 무선통신 모듈을 함께 사용하는 기존의 센서노드에서는 통상의 무선 센서노드가 요구하는 저가/소형/저전력의 특성을 만족하기에는 어려움이 따른다. 그 이유로써 기존 센서노드의 경우에는 기능 수행여부와 상관 없이 모든 구성요소들에 동작전원이 공급되는 관계로 대기전원의 소비가 지속되기 때문에 저전력 디바이스를 구현하는데 있어 한계가 따른다. 또한 기존의 센서노드 디바이스들은 디바이스 제어 및 응용 기능 수행을 위해 MCU의 구비가 필수적이므로, MCU 및 메모리 탑재로 인해 저가 및 소형 디바이스를 구현하는데 있어 한계가 따른다. 설령 MCU 탑재 없이 소정의 하드웨어만으로 원하는 응용 기능을 구현할 수도 있으나, 하드웨어의 기능 혹은 동작 변경을 위해서는 결과적으로 또 다시 하드웨어 칩을 회수, 교환하여야 한다.

따라서 저가이면서 소형, 그리고 저전력 특성 모두를 만족시킬 수 있는 새로운 형태의 센서노드 및 하드웨어 칩 교환 없이 소정 하드웨어의 동작 변경이 기능한 센서노드의 개발이 요구되는 바이다.

이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 디바이스 전체의 동작을 제어하기 위한 별도의 프로세서 구비 없이도 특정 기능을 수행하기 위한 각각의 단위 기능모듈을 조합하여 저가 및 소형, 저전력의 무선 센서노드를 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 구획된 각각의 단위 기능모듈을 필요에 따라 독립적으로 구동하여 소비전력을 최소화할 수 있는 무선 센서노드를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 프로세서 및 운영 소프트웨어 없이 독립적으로 원격 제어노드의 제어에 따라 동작할 수 있는 무선 센서노드를 제공함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 구성은,

제어노드와 무선 송수신하기 위한 무선 송수신부와;

제어노드와의 통신에 따라 노드고유주소를 설정하기 위한 1차 환경설정부와;

상기 노드고유주소를 이용하여 제어노드에 등록하고 그 제어노드가 할당한 통신용 고유주소를 설정하기 위한 2차 환경설정부와;

통신 및 센서 제어를 위해 동작해야 하는 구성요소들로 필요 전원을 공급하기 위한 필수전원 공급부와;

데이터 송수신처리 및 센서제어를 처리하기 위해 필요한 단위 기능모듈들과;

수신된 데이터의 종류에 따라 혹은 데이터 송신을 위해 동작해야 하는 단위 기능모듈을 찾아 활성화시키기 위한 기능모듈 활성화부;를 포함함을 특징으로 하며,

더 나아가 상기 단위 기능모듈들은,

네트워크 기준 클럭에 동기되어 동작하는 타이머와;

CRC 발생 및 점검과 수신데이터를 유효성 여부를 판별하기 위한 데이터 송수신 모듈과;

송신하기 위한 데이터 패킷을 만들거나 수신 데이터 패킷에서 유용한 정보를 추출하기 위한 패킷 조립/분해 모듈과;

분해된 패킷 포맷을 체크하여 수신 데이터의 종류를 판별하기 위한 프로토콜 처리모듈과;

데이터 송신시 필요한 난수를 발생하기 위한 난수 발생 모듈과;

센서를 제어하기 위한 센서 제어모듈과;

센서를 통해 획득된 정보를 처리하기 위한 센서정보 처리모듈과;

시각 동기 기준을 제공하기 위한 타임스탬프 모듈;을 포함함을 특징으로 한다.

또 다른 실시예에 따른 무선 센서노드의 단위 기능모듈들은,

지정 시간을 대기하기 위한 대기처리모듈과;

수신 패킷의 보안여부를 체크하기 위한 보안처리모듈과;

데이터를 저장하기 위한 데이터베이스;를 더 포함함을 특징으로 한다.

위 모든 경우에 있어서 기능모듈 활성화부는,

수신된 데이터의 종류가 센서 제어 데이터이면 상기 센서 제어모듈과 센서정보 처리모듈을 추가로 활성화시킴을 특징으로 하며,

2차 환경설정부는 제어노드로 등록요구 메시지를 전송하여 통신용 고유주소를 할당받거나, 제어노드의 등록명령 메시지에 응답하여 통신용 고유주소를 할당받 음을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 센서노드의 여러 기능을 기능별로 분할하고, 분할된 각 기능을 수행하기 위한 모듈들을 원격 제어노드로부터 수신된 데이터의 종류에 따라 선별적으로 활성화시킴으로써 저전력의 센서노드를 구현할 수 있는 효과가 있다.

더 나아가 본 발명은 센서노드의 여러 기능을 수행하기 위한 블럭들을 구획하여 이를 하드웨어로 설계하여 활성화시킴으로써 별도의 프로세서나 기능 수행을 위해 필요한 소프트웨어의 저장수단이 불필요하기 때문에 저가 및 소형의 무선 센서노드를 구현할 수 있다.

아울러 본 발명은 원격 제어노드의 요청에 따라 센서노드의 주소를 설정할 수 있어 설치 및 운영관리가 용이한 부대 효과를 얻을 수 있으며, 더 나아가 본 발명은 원격 제어노드로부터 수신한 데이터에 따라 각 하드웨어 블록의 동작 특성을 변경할 수 있기 때문에 종전 기술에서와 같이 하드웨어 기능 및 동작 특성 변경을 위해 하드웨어 칩 자체를 교환해야 하는 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 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. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

우선 본 발명은 센서노드의 여러 기능을 기능별로 분할하고, 분할된 각 기능을 수행하기 위한 모듈들이 조합되어 동작하도록 무선 센서노드를 설계하였다. 이러한 무선 센서노드의 구성을 도 1을 참조하여 설명하면,

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서노드의 블럭 구성도를 예시한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서노드는 원격지에 위치한 제어노드와 데이터를 무선 송수신하기 위한 무선 송수신부(100)와, 제어노드와의 통신에 따라 IEEE 64비트 주소와 같이 노드고유주소를 설정하기 위한 1차 환경설정부(110)와, 상기 노드고유주소를 이용하여 제어노드에 등록하고 그 제어노드가 할당한 통신용 고유주소를 설정하기 위한 2차 환경설정부(115)와, 통신 및 센서 제어를 위해 동작해야 하는 구성요소들로 필요 전원을 공급하기 위한 필수전원 공급부(105)와, 데이터 송수신처리 및 센서제어를 처리하기 위해 필요한 단위 기능모듈들(130)과, 수신된 데이터의 종류에 따라 혹은 데이터 송신을 위해 동작해야 하는 단위 기능모듈을 찾아 활성화시키기 위한 기능모듈 활성화부(120)를 포함한다.

보다 상세하게 상기 단위 기능모듈들(130)은 도시된 바와 같이 데이터 송신 시 필요한 난수를 발생하기 위한 난수 발생 모듈(130A)을 포함한다. 이러한 난수 발생 모듈(130A)은 이동통신에서 널리 사용되는 경쟁에 의한 대역확보 방법의 하나인 CSMA/CA 동작을 위해서 반드시 필요한 난수를 제공하기 위함이다. 한편 단위 기능모듈들(130)은 네트워크 기준 클럭에 동기되어 동작하는 타이머(130C)와, 시각 동기 기준을 제공하기 위한 타임스탬프 모듈(130D), 센서를 제어하기 위한 센서 제어모듈(130F), 센서를 통해 획득된 정보를 처리하기 위한 센서정보 처리모듈(130G), CRC 발생 및 점검과 정해진 규칙을 만족하는 패킷만을 수신하기 위한 즉, 수신데이터의 유효성 여부를 판별하기 위한 데이터 송수신 모듈(130I)과, 송신하기 위한 데이터 패킷을 만들거나 수신 데이터 패킷에서 유용한 정보를 추출하기 위한 패킷 조립/분해 모듈(130J), 분해된 패킷 포맷을 체크하여 수신 데이터의 종류를 판별하기 위한 프로토콜 처리모듈(130K)을 기본적으로 포함한다.

변형 실시예로서 상기 단위 기능모듈들(130)은 지정 시간을 대기하기 위한 대기처리모듈(130E)과, IEEE802.15.4 등에서 규정하는 AES-CCM과 같이 수신 패킷의 보안여부를 체크하기 위한 보안처리모듈(130H)과, 그리고 센서 데이터 혹은 제어노드로부터 수신된 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스(130B)를 더 포함할 수도 있다.

상술한 구성을 가지는 무선 센서노드에서 프로토콜 처리모듈(130K)은 패킷 포맷에서 특정 비트의 세트여부로 수신 데이터의 종류를 판별하며, 판별결과에 따라 수신 데이터를 환경설정부들(110,115), 기능모듈 활성화부(120), 센서제어모듈(130F) 및 데이터베이스(130B)중 어느 하나로 전달한다. 참고적으로 기능모듈 활 성화부(120)는 프로토콜 처리 모듈(130K)에서 판별된 데이터가 센서 제어 데이터이면 센서 제어모듈(130F)과 센서정보 처리모듈(130G)을 추가로 활성화시킨다. 활성화 이전에는 동작전원이 차단되어 그 만큼 소비전력을 저감시킬 수 있다. 이러한 방식으로 기능모듈 활성화부(120)는 수신 패킷의 보안여부 체크를 위해 필요한 경우에만 보안처리모듈(130H)을 추가로 활성화시킨다. 후술하겠지만 2차 환경설정부(115)는 제어노드로 등록요구 메시지를 전송하여 통신용 고유주소를 할당받거나, 제어노드의 등록명령 메시지에 응답하여 통신용 고유주소를 할당받을 수 있다.

이하 상술한 구성을 가지는 무선 센서노드의 동작을 도 2 내지 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서노드의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서노드가 정상 동작하기 위해서는 제어노드와의 상호 통신에 의해 2가지의 환경을 설정하는 과정이 필요다. 즉, 무선 센서노드는 S10단계에서 1차 환경설정이 완료되었는지를 체크하여 완료되었다면 S14단계로 진행하여 2차 환경설정이 완료되었는지를 체크한다. 만약 S10단계의 판별결과 1차 환경설정이 완료되지 않았다면 S12단계로 진행하여 1차 환경을 설정하게 된다. 이러한 1차 환경설정은 후술하겠지만 1차 환경설정부(110)에 의해 이루어진다.

참고적으로 1차 환경설정은 하나의 노드에 대해 IEEE 64비트 주소와 같이 노드 고유의 주소를 설정하는 과정으로서, 통상 공장 출고 후 단 한번만 이루어 진 다. 노드 고유 주소를 설정하는 기능이므로 기본적으로 하나의 노드에 대해 환경설정이 이루어지나, 대량생산의 경우는 다수의 노드에 대한 CSMA/CA와 같은 충돌회피 기법으로도 환경설정이 가능하다. CSMA/CA를 사용하기 위해 적절한 난수 발생기능이 필요하다. 노드마다 동일한 난수발생모듈(130A)이 사용됨에 따라 동일한 난수가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 두 가지 방법중 하나를 이용할 수 있다.

첫째는 난수 발생을 위해 센서노드 전원이 온 된 후 환경설정이 끝나 논리적인 연결이 완료될 때까지 난수발생 기능을 유지하는 것이다. 현실적으로 최초 가동시작 시간이 동일한 노드의 존재 가능성은 없다. 따라서 최초 전원이 켜진 후 지속적으로 난수를 발생한다면, 난수의 일치 가능성은 무시할 수 있다. 그러나 이 방법은 지속적인 난수 발생을 위해 전력 소모가 문제시 된다.

또 다른 방법으로 동일한 난수의 발생을 방지하기 위해 시드(seed)를 서로 다르게 하여 랜덤 특성을 가지도록 하는 것이다. 본 발명은 후자의 방법을 이용한다.

한편 2차 환경설정은 1차 환경설정시 이용된 노드 고유주소를 이용하여 제어노드에 등록하고 제어노드로부터 통신을 위해 필요한 주소를 할당받는 것을 말한다. 2차 환경설정은 1차 환경설정이 완료된(64비트의 고유 주소가 할당된) 모든 노드에서 수행되어야 한다.

따라서 S12단계에서 1차 환경 설정이 완료되었다면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서노드는 S14단계 및 S16단계를 통해 2차 환경을 설정한후 제어노드로부터 수신된 데이터의 종류에 따라 센서노드 선택기능이 동작(S18단계)된다. 상기 ' 센서노드 선택기능'이라 함은 제어노드로부터 수신된 데이터의 종류에 따라 센서노드에서 수행되어야 하는 기능들을 선택(활성화)하여 동작케 한다는 의미로 이해하는 것이 바람직하다. 이후 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서노드는 제어노드로부터의 2차 환경 설정 초기화 요구 여부(S20단계)에 따라 2차 환경 설정을 다시 시작하거나, 센서노드 선택기능 동작을 반복한다.

이상 도 2에서는 무선 센서노드가 우선적으로 1차 환경설정을 완료한후 2차 환경설정을 완료해야 하고, 그 이후에 정상적으로 센서노드 선택기능을 동작시킬 수 있다는 것을 개략적으로 설명한 것이다. 그러면 1차 환경설정과 2차 환경 설정이 어떠한 방식으로 이루어지는지를 도 3과 도 4를 참조하여 순차적으로 설명하기로 한다.

도 3은 도 2에 도시한 1차 환경설정 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다. 1차 환경설정에서 사용되는 3개의 메시지는 "1차 환경설정 명령 메시지, 1차 환경설정 요청 메시지, 1차 환경설정 응답 메시지"이다.

도 3을 참조하면, 우선 1차 환경설정 명령 메시지는 제어노드가 주기적으로 센서노드에게 보내는 메시지로서, 1차 환경설정을 완료치 않은 노드가 1차 환경설정을 완료할 수 있도록 유도한다. 그리고 1차 환경설정 요청 메시지는 1차 환경설정 명령 메시지를 수신한 노드가 제어노드에게 초기화를 요청하는 메시지이며, 1차 환경설정 응답 메시지는 센서노드가 전송한 요청에 대한 제어노드의 응답 메시지이다. 상기 메시지를 이용하는 동작은 다음과 같다.

최초 전원이 켜지면 1차 환경 설정부(110)는 1차 환경설정 정보를 먼저 확 인한다. 만약 1차 환경설정이 완료되지 않았다면 1차 환경설정 명령 메시지의 수신을 기다린다(S30단계). 만약 1차 환경설정 명령 메시지가 수신되면 CSMA/CA절차에 따라 임의시간 지연 후 1차 환경설정 요청 메시지를 송신(S34단계)한 후 응답을 기다린다. 이를 위해 1차 환경 설정부(110)는 S32단계에서 n의 값을 N(1)값으로 초기화 한 후 응답을 기다리는 동안 n을 1씩 줄여(n=n-1) 나가며 정해진 절차에 따라 응답이 수신될 때까지 요청을 반복(S34단계 내지 S40단계)한다. 만약 n이 0이 되어 정해진 시간이 경과할 때까지 응답이 없다면 다시 1차 환경설정 명령 메시지를 기다린다(S36, S30단계).

별도로 정해진 횟수를 초과하여 연속으로 1차 환경설정에 실패하고, 1차 환경설정 명령 메시지를 수신하면, 예정된 시간이 경과하지 않아도 충돌방지를 위한 최소의 임의시간 지연 후 1차 환경설정 요청 메시지를 발송한다. 1차 환경설정 요청 메시지에는 자체 발생한 임의의 값을 자신의 ID로 송신한다. 1차 환경설정 응답 메시지는 1차 환경설정 요청 메시지를 사용한 ID에 대해 발송하며, ID가 동일한 노드만 1차 환경설정 절차를 시작한다. 이때 제어노드는 2개 이상의 노드가 1차 환경설정 절차를 시도하게 되면 오류 메시지를 송신하고, 최소 임의시간 지연 후 절차를 다시 시작한다. 1차환경설정 동작은 원격제어 메시지로 노드의 정해진 위치에 고유 정보를 저장하는 작업이 핵심이며, 전원이 차단되어도 값을 유지하는 저장매체를 사용하는 것이 일반적이다. 전원 차단 후 지워지는 저장매체를 사용하는 경우에는 전원이 공급되는 경우마다 환경설정을 다시 시작한다.

이상과 같은 과정을 통해 1차 환경 설정부(110)는 노드고유의 주소를 설정 한다.

도 4는 도 2에 도시한 2차 환경설정 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 우선 2차 환경설정부(115)는 제어노드로부터 2차 환경설정 명령메시지의 수신이 있는가를 검사(S50단계)한다. 2차 환경설정 명령 메시지가 수신되면, 2차 환경설정응답 메시지를 기다릴 때 사용하는 카운터 n을 N(2)로 초기화(S52단계)하고, 2차 환경설정요청 메시지를 송신(S54단계)한다. 응답을 기다리는 동안 n을 1씩 줄여(n=n-1) 나가면서 2차 환경설정 응답 메시지가 수신되는지를 체크(S56단계 내지 S60단계)한다.만약 2차 환경설정 응답메시지가 수신되면 2차 환경설정을 시작(S62단계)하고, 수신에 실패하면 다시 처음의 2차 환경설정 명령 메시지 수신단계로 되돌아 간다.

모든 노드는 접속하려는 네트워크를 제어하는 제어노드로부터 접속허가를 받은 후 통신이 가능하다. 따라서 모든 센서노드는 제어노드에 등록과정을 거치게 되며, 등록 후 할당 받은 주소(통신용 고유주소로 정의함)를 사용하여 통신을 한다. 이러한 등록과정이 바로 상술한 2차 환경설정이며, 할당받은 주소는 예를 들어 IEEE802.15.4-2006에서는 16비트 주소가 된다.

참고적으로 제어노드에 등록이 안된 센서노드의 2차 환경설정부(115)는 도 4에서 설명한 방법과는 달리 제어노드로 등록요구 메시지(2차 환경설정 요청 메시지에 대응)를 전송하여 통신용 고유주소를 할당받거나, 상술한 바와 같이 제어노드의 등록명령 메시지(2차 환경설정 명령 메시지에 대응)에 응답하여 통신용 고유주 소를 할당받을 수 있다. 통신용 고유주소를 할당받기 까지는 1차 환경설정에서 결정된 고유주소를 이용하며, 제어노드에 등록 후에는 할당받은 통신용 고유주소를 이용한다.

등록 이후에는 송수신 데이터의 유무와 무관하게, 등록 과정에서 결정된 시간간격에 따라 통신이 주기적으로 이루어져야 하며, 주기적 통신에 실패하면 등록된 연결의 손실로 인정하여 다시 등록 절차를 시작해야 한다. 연결 손실 판단 기준은 따로 정한다. 이러한 과정에서 IEEE802.15.4-2006에서 16비트 아이디를 설정하는 것과 같이 노드 등록과 ID 할당과정이 결정되어 있는 경우는, 도 4의 방법뿐만 아니라 기존 방법을 사용하는 것도 가능하다.

이상 설명한 방법으로 1차 환경설정부(110)와 2차 환경설정부(115)는 각각 제어노드와의 통신에 따라 노드고유주소를 설정한후, 그 노드고유주소를 이용하여 제어노드에 센서노드로 등록하고 그 제어노드가 할당한 통신용 고유주소를 설정하여 통신시 이용한다.

이하 제어노드로부터 수신되는 데이터를 처리하여 1차 환경 설정 및 2차 환경설정이 어떠한 방식으로 이루어지는가를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 5는 데이터 수신모드에서의 센서노드 전체 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 우선 센서노드의 전원이 "온"되면 필수 전원 공급부(105)와 기능모듈 활성화부(120)에 의해 최소의 통신 및 수신 데이터를 처리하기 위한 기능모듈들에 동작전원이 공급된다. 이러한 상태에서 무선 송/수신부(100)를 통해 제어노드로부터 데이터가 수신(S70단계)되면, 이러한 수신 데이터는 데이터 송수신 모듈(130I)과 타임스탬프 모듈(130D)로 전달된다. 이에 데이터 송수신 모듈(130I)은 수신 패킷의 CRC를 점검하고 정해진 규칙을 만족하는 패킷인지, 즉 유효 데이터인지를 판단하여 유효 데이터이면 보안처리모듈(130H)로 전달한다. 이에 보안처리모듈(130H)은 수신 패킷의 보안여부를 체크(S76단계)하고, 패킷 조립/분해 모듈(130J)은 보안사항 확인된 패킷에 대해 폐기할 것인지 수신할 것인지를 결정(S78단계)한다.

만약 수신키로 결정한 패킷이라면 이는 프로토콜 처리모듈(130K)로 전달되어 수신데이터의 종류가 판별된다. 판별방법은 패킷 포맷에서 특정 비트의 세트여부로 판별할 수 있다. 즉, 프로토콜 처리모듈(130K)은 수신데이터가 1차 환경 혹은 2차 환경 설정을 요구하는 디바이스 제어 데이터이면 해당 데이터를 기능모듈 활성화부(120)와 1차 환경설정부(110) 혹은 2차 환경설정부(115)로 전달(S82단계)한다. 이에 기능모듈 활성화부(120)는 1차 환경설정부(110) 혹은 2차 환경설정부(115)를 활성화시키고 각 환경설정부에서 메시지의 요청이 이루어질 수 있도록 필요한 기능모듈을 활성화시킨다.

이와 같이 기능모듈 활성화부(120)에 의해 활성화된 환경설정부(110,115)의 구동으로 도 3 혹은 도 4에 도시한 방식으로 센서노드의 초기화 및 제어노드의 등록이 완료될 수 있게 되는 것이다. 이와 같이 수신 데이터가 처리되는 과정에서 동작하지 않아도 되는 기능모듈들, 예를 들면 센서제어모듈(130F), 센서정보처리모 듈(130G)은 활성화상태에 놓이지 않기 때문에 결과적으로 그 만큼 소비전력은 절감될 수 있게 되는 것이다.

만약 수신 데이터가 센서제어 데이터라면(S84단계), 프로토콜 처리모듈(130K)에 의해 해당 데이터가 센서제어모듈(130F) 및 센서정보처리모듈(130G)로 전달(S86단계)되고, 이때 기능모듈 활성화부(120)에 의해 센서정보처리모듈(130G) 및 센서제어모듈(130F)이 활성화되어 센서제어 데이터에 맞는 처리가 이루어질 수 있다.

그리고 수신된 데이터가 디바이스 제어 데이터 혹은 센서제어 데이터가 아니라면 프로토콜 처리모듈(130K)은 수신 데이터를 데이터베이스 모듈(S86단계)로 전달하여 저장토록 유도한다.

이상과 같은 방식으로 센서노드의 각 기능모듈이 수신데이터의 종류에 맞게 활성화됨으로서, MCU와 같은 프로세서의 구비 없이도 본 발명의 실시예에 따른 센서노드는 정상적으로 수신데이터를 각 기능 모듈별로 처리할 수 있게 되는 것이다.

도 6은 데이터 송신모드에서의 센서노드 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.

수신 데이터의 요청에 따라 1차 환경설정 혹은 2차 환경 설정시 제어노드로 송신해야 하는 메시지는 도 6에 도시한 과정을 통해 송신된다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서노드는 무선자원 공유를 위해 일반적으로 사용하는 CSMA/CA기법을 적용하여 패킷을 송신한다. 이를 위해서는 기본적으로 2번의 임의 지연절차(S92단계, S104단계)를 거친다. 즉, 기능모듈 활성화부(120)는 데이터 패킷의 송신을 위 해 그리고 임의 지연을 위해 난수발생 모듈(130A)과 대기처리모듈(130E)을 활성화한다. 이에 난수발생 모듈(130A)은 데이터 패킷 송신을 위해 필요한 난수를 발생시키며, 대기처리모듈(130E)에 의해 임의 시간이 지연된 후 RF자원의 가용 여부를 확인(S94단계, S106단계)하여, 가용하지 않은 경우, N(4) 또는 N(5)회 이내에서 반복하여 가용 여부를 확인한다. 만약 실패한다면 송신실패로 포기하고, 성공한다면 패킷 조립/분해 모듈(130J)과 데이터 송수신 모듈(130I)을 활성화시켜 송신하고자 하는 데이터를 패킷처리하여 송신(S114단계)한다.

이와 같은 절차를 통해 무선 센서노드는 제어노드측으로 전송해야 하는 데이터 패킷을 정상적으로 송신할 수 있다.

이상 도 3 내지 도 6에서 설명한 본 발명의 센서노드 동작에 따르면, 본 발명은 센서노드의 여러 기능을 기능별로 분할하여 모듈화하고, 분할된 각 기능을 수행하기 위한 모듈들을 원격 제어노드로부터 수신한 데이터의 종류에 따라 선별적으로 활성화시킴으로써 저전력의 센서노드를 구현할 수 있게 되는 것이다. 더 나아가 본 발명은 센서노드의 여러 기능을 수행하기 위한 블럭들을 구획하여 이를 하드웨어 모듈로 설계하여 활성화시킴으로써, 별도의 프로세서나 기능 수행을 위해 필요한 소프트웨어의 저장수단이 불필요하기 때문에 저가 및 소형의 무선 센서노드를 구현할 수 있으며, 원격 제어노드의 요청에 따라 센서노드의 주소를 설정할 수도 있어 설치 및 운영관리가 용이한 효과를 얻을 수도 있을 것이다.

더 나아가 상기 실시예에 따르면 원격 제어노드로부터 수신한 데이터에 따라 각 하드웨어 블록의 동작 특성을 변경할 수 있기 때문에 종전 기술에서와 같이 하 드웨어 기능 및 동작 특성 변경을 위해 하드웨어 칩 자체를 교환해야 하는 문제를 원천적으로 해결할 수 있다.

이상 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 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.

무선 센서 네트워크의 센서노드에 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서노드의 블럭 구성 예시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서노드의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도.

도 3은 도 2에 도시한 1차 환경설정 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.

도 4는 도 2에 도시한 2차 환경설정 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.

도 5는 데이터 수신모드에서의 센서노드 동작을 설명하기 위한 흐름도.

도 6은 데이터 송신모드에서의 센서노드 동작을 설명하기 위한 흐름도.

Claims (7)

1. 제어노드와 무선 송수신하기 위한 무선 송수신부와;

   제어노드와의 통신에 따라 노드고유주소를 설정하기 위한 1차 환경설정부와;

   상기 노드고유주소를 이용하여 제어노드에 등록하고 그 제어노드가 할당한 통신용 고유주소를 설정하기 위한 2차 환경설정부와;

   통신 및 센서 제어를 위해 동작해야 하는 구성요소들로 필요 전원을 공급하기 위한 필수전원 공급부와;

   데이터 송수신처리 및 센서제어를 처리하기 위해 필요한 단위 기능모듈들과;

   수신된 데이터의 종류에 따라 혹은 데이터 송신을 위해 동작해야 하는 단위 기능모듈을 찾아 활성화시키기 위한 기능모듈 활성화부;를 포함함을 특징으로 하는 무선 센서노드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 단위 기능모듈들은,

   네트워크 기준 클럭에 동기되어 동작하는 타이머와;

   CRC 발생 및 점검과 수신데이터의 유효성 여부를 판별하기 위한 데이터 송수신 모듈과;

   송신하기 위한 데이터 패킷을 만들거나 수신 데이터 패킷에서 유용한 정보를 추출하기 위한 패킷 조립/분해 모듈과;

   분해된 패킷 포맷을 체크하여 수신 데이터의 종류를 판별하기 위한 프로토콜 처리모듈과;

   데이터 송신시 필요한 난수를 발생하기 위한 난수 발생 모듈과;

   센서를 제어하기 위한 센서 제어모듈과;

   센서를 통해 획득된 정보를 처리하기 위한 센서정보 처리모듈과;

   시각 동기 기준을 제공하기 위한 타임스탬프 모듈;을 포함함을 특징으로 하는 무선 센서노드.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 단위 기능모듈들은,

   지정 시간을 대기하기 위한 대기처리모듈과;

   수신 패킷의 보안여부를 체크하기 위한 보안처리모듈과;

   데이터를 저장하기 위한 데이터베이스;를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 센서노드.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 프로토콜 처리모듈은,

   판별된 수신 데이터의 종류에 따라 해당 데이터를 상기 환경설정부들, 기능모듈 활성화부, 센서제어모듈 및 데이터베이스중 어느 하나로 전달함을 특징으로 하는 무선 센서노드.
5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 기능모듈 활성화부는,

   수신된 데이터의 종류가 센서 제어 데이터이면 상기 센서 제어모듈과 센서정 보 처리모듈을 추가로 활성화시킴을 특징으로 하는 무선 센서노드.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 기능모듈 활성화부는 수신 패킷의 보안여부 체크를 위해 보안처리모듈을 추가로 활성화시킴을 특징으로 하는 무선 센서노드.
7. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 환경설정부는,

   제어노드로 등록요구 메시지를 전송하여 통신용 고유주소를 할당받거나, 제어노드의 등록명령 메시지에 응답하여 통신용 고유주소를 할당받음을 특징으로 하는 무선 센서노드.

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