KR20130030000A - 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치 - Google Patents

비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비경쟁 구간을 최대 크기로 고정하고, 고정된 비경쟁 구간내에서 보장 타임 슬롯을 가변하여 남은 비경쟁 구간의 타임 슬롯을 우선 순위에 따른 단말기의 데이터 전송에 할당하는 네트워크 장치에 관한 것으로, 프레임 내의 비경쟁 구간을 사전에 설정된 크기로 고정시키고, 요청에 따라 보정 타임 슬롯(Guarantee Time slot;GTS)을 상기 고정된 비경쟁 구간에서 설정하여 할당하는 코디네이터; 및 상기 코디네이터와 네트워크를 형성하여, 상기 코디네이터에 보정 타임 슬롯을 요청하여 할당받은 보정 타임 슬롯에 데이터를 전송하는 적어도 하나의 단말기를 갖는 단말기 그룹를 포함하는 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치를 제공한다.

Description

비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치{NETWORK APPARATUS FOR CHANNEL ACCESS IN CONTENTION FREE PERIOD}
본 발명은 비경쟁 구간에서 채널을 억세스하는 네트워크 장치에 관한 것이다.
최근 들어, IEEE 802.15.4 표준 기반의 지그비 네트워크는 저속, 저가 및 저전력을 소모하는 이점으로 인해 산업 제어, 재난 관리 및 바이오 센서등을 이용한 U-헬스케어(healthcare) 및스마트 그리드(smart grid) 로 불리는 지능형 전력망의 무선 통신 기술로 각광받고 있다.
이러한 IEEE 802.15.4 표준 기반의 지그비 네트워크는 근거리 영역에서 저전력 소모 및 저렴한 구축 비용으로 산업용, 가정용 등의 어플리케이션을 위한 네트워크 구성이 가능하며 스마트 그리드 분야의 홈 네트워크(Home Area Network;HAN)에 적용될 수 있다.
상술한 홈 네트워크는 댁내에서 지그비 통신 모듈을 탑재한 최종 스마트 기기간의 네트워크를 정의하며, 이러한 네트워크는 Advanced Metering Infrastructure(AMI)를 통해 외부 네트워크와 연결될 수 있다.
한편, 이러한 지그비 통신 방식의 채널 억세스 방법은 주로 비콘(beacon)을 사용하는데, 단말기는 slotted-CSNA/CA 방식으로 코디네이터와 통신하며, 다른 단말기와 충돌 해결을 위한 백오프 등이 비콘 전송에 의해 정렬될 수 있다.
이러한 코디네이터는 네트워크 내부의 디바이스들에게 비콘 프레임을 주기적으로 브로드캐스팅하여 단말의 동기화, 네트워크 식별 및 슈퍼프레임 구조를 알리게되는데, 프레임의 구조는 단말기가 데이터를 전송할 수 있는 구간이 경쟁구간(Contention Access Period;CAP)와 비경쟁 구간(Contention Free Period;CFP)으로 구성되며, 비경쟁 구간은 전송되는 데이터에 따라 가변될 수 있다.
그러나, 스마트 그리드 분야에서는 실시간으로 데이터를 전송하여야 하는 경우가 빈번한데, 경쟁구간을 사용하면 다른 단말기와 충돌이 발생할 수 있으며, 비경쟁 구간을 사용하는 경우에도 먼저 시도한 단말기 순으로 데이터가 전송되어 지연이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 비경쟁 구간을 최대 크기로 고정하고, 고정된 비경쟁 구간내에서 보장 타임 슬롯을 가변하여 남은 비경쟁 구간의 타임 슬롯을 우선 순위에 따른 단말기의 데이터 전송에 할당하는 네트워크 장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 프레임 내의 비경쟁 구간을 사전에 설정된 크기로 고정시키고, 요청에 따라 보정 타임 슬롯(Guarantee Time slot;GTS)을 상기 고정된 비경쟁 구간에서 설정하여 할당하는 코디네이터; 및
상기 코디네이터와 네트워크를 형성하여, 상기 코디네이터에 보정 타임 슬롯을 요청하여 할당받은 보정 타임 슬롯에 데이터를 전송하는 적어도 하나의 단말기를 갖는 단말기 그룹
를 포함하는 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 비경쟁 구간은 프레임 내에서 최대 크기로 고정될 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 코디네이터는 상기 프레임의 비경쟁 구간에서 상기 보정 타임 슬롯을 할당하고 남은 슬롯을 사전에 설정된 우선 순위에 따라 상기 단말기 그룹의 다른 단말기에 할당할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 코디네이터는 상기 비경쟁구간의 크기, 상기 프레임의 크기, 상기 프레임 내의 경쟁 구간의 크기 및 할당된 보정 타임 슬롯의 크기를 이용하여 남을 슬롯을 판단할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 우선 순위는 상기 단말기 그룹 중 실시간으로 전송하고자 하는 데이터의 수 또는 빈도 중 적어도 하나에 따라 설정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 비경쟁 구간을 최대 크기로 고정하고, 고정된 비경쟁 구간내에서 보장 타임 슬롯을 가변하여 남은 비경쟁 구간의 타임 슬롯을 우선 순위에 따른 단말기의 데이터 전송에 할당함으로써 한정된 무선 채널을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 네트워크 장치의 채널 엑세스 방법을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 네트워크 장치에 채용된 프레임의 구성도.
도 3은 본 발명의 네트워크 장치에서 우선 순위에 따른 채널 억세스 방법을 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 네트워크 장치의 채널 엑세스 방법을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 네트워크 장치(100)는 코디네이터(110)와 단말기 그룹(120)를 포함할 수 있다.
코디네이터(110)는 단말기 그룹(120)의 각 단말기와 무선 통신하여 네트워크를 형성하고, 상기 네트워크 내에서의 단말기의 데이터 전송을 관장할 수 있다.
이를 위해, 코디네이터(110)는 비콘(beacon)을 브로드 캐스트(broadcast)하여 단말기가 데이터를 전송하도록 슬롯을 할당할 수 있다.
도 2는 본 발명의 네트워크 장치에 채용된 프레임의 구성도이다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 코디네이터(110)는 비콘(beacon)을 브로드 캐스트(broadcast)하여 단말기가 데이터를 전송하도록 슬롯을 할당할 수 있는데, 이때, 무선 통신에서 송수신 되는 프레임의 구조를 도 2와 같이 설정할 수 있다.
즉, 프레임은 경쟁 구간(Contention Access Period;CAP)와 비경쟁 구간(Contention Free Period;CFP)으로 설정될 수 있는데, 여기서 경쟁 구간은 각 단말기가 서로 사용하기 위해 경쟁할 수 있으며, 충돌이 발생할 경우 백오프(backoff)에 의해 충돌을 해결할 수 있으나, 매 프레임마다 경쟁 구간에서 전송을 시도하여야 한다.
비경쟁 구간은 단말기의 요청에 의해 보장 타임 슬롯을 설정할 수 있으며, 코디네이터(110)는 요청한 단말기에 보장 타임 슬롯을 통해 데이터를 전송할 수 있게 한다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 코디네이터(110)는 보장 타임 슬롯을 요청하는 단말기가 있는지 비콘(beaconj)을 브로드 캐스트하며, 예를 들어 단말기 그룹(120)의 제1 단말기(121)는 코디네이터(110)에 보장 타임 슬롯(GTS)을 요청할 수 있고, 코디네이터(110)는 이에 관한 응답(ACK)을 요청한 제1 단말기(121)에 전송할 수 있다.
이후, 코디네이터(110)는 요청에 따라 구성된 프레임 정보를 담은 비콘(beacon(j+1))을 브로드 캐스트하며, 제1 단말기(121)는 비콘(beacon(j+1))에 담긴 정보에 따라 할당된 보장 타임 슬롯(GTS)에 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 비경쟁 구간은 사전에 설정된 크기로 고정될 수 있으며, 바람직하게는 최대 크기로 고정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 프레임에서 경쟁구간(CAP)과 비경쟁구간(CFP)이 총 16의 타임 슬롯을 갖는다면, 경쟁 구간이 8의 타임 슬롯을 갖고 비경쟁 구간이 나머지 8의 타임 슬롯을 갖도록 설정할 수 있다.
이때, 보장 타임 슬롯(GTS)은 가변되어 설정될 수 있으며, 보장 타임 슬롯(GTS)의 가변되는 크기는 요청하는 단말기의 전송하고자 하는 데이터의 크기에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 제1 단말기(121)에서 보장 타임 슬롯(GTS)으로 4개의 타임 슬롯을 할당해달라고 코디네이터(110)에 요청하면, 비경쟁 구간에서 나머지 4개의 타임 슬롯이 비할당될 수 있다.
이때, 단말기 그룹(120)의 다른 단말기 중 사전에 설정된 우선 순위에 따라서 비할당된 타임 슬롯에 데이터를 전송할 수 있다.
코디네이터(110)는 비경쟁구간의 크기, 상기 프레임의 크기, 상기 프레임 내의 경쟁 구간의 크기 및 할당된 보정 타임 슬롯의 크기를 이용하여 남을 슬롯을 판단할 수 있는데, 이는 다음의 수식과 같다.
(수식)
Figure pat00001
여기서, Scp는 경쟁 구간의 크기, Stf는 프레임의 크기(예를 들어 16개의 타임 슬롯으로 가정할 수 있다.), Scfp는 비경쟁구간의 크기, Sg는 할당된 보정 타임 슬롯의 크기이며, Sp는 비할당된 타임 슬롯의 크기 즉 우선 순위에 따라 단말기가 데이터를 전송할 수 있는 크기를 의미한다.
도 3은 본 발명의 네트워크 장치에서 우선 순위에 따른 채널 억세스 방법을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2와 함께 도 3을 참조하면, 본 발명의 네트워크 장치(100)의 코디네이터(110)가 제1 단말기(121)의 요청에 따라 보장 타임 슬롯(GTS)을 5개의 타임 슬롯을 할당하였다면, 비경쟁 구간(CFP)의 총 8개의 타임 슬롯 중 3개의 타임 슬롯을 우선 순위에 따른 단말기의 데이터 전송에 사용할 수 있다.
우선 순위에 따른 단말기는 단말기 그룹 중 실시간으로 전송하고자 하는 데이터의 수 또는 빈도 중 적어도 하나에 따라 설정된 우선 순위 리스트에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어, 우선 순위 리스트는 도시된 바와 같이, 스마트 그리드 환경의 홈 네트워크에서 전송할 데이터가 발생할 경우 가장 먼저 데이터를 전송하여야 하는 가스 누출기, 스마트 냉 난방 기기, 사용 전력을 표시하는 스마트 미터(smart meter) 인 홈 디스플레이(in home display;IHD), TV, 오디오, 세탁기 등의 스마트 가전 순으로 우선 순위를 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 비경쟁 구간을 최대 크기로 고정하고, 고정된 비경쟁 구간내에서 보장 타임 슬롯을 가변하여 남은 비경쟁 구간의 타임 슬롯을 우선 순위에 따른 단말기의 데이터 전송에 할당함으로써 한정된 무선 채널을 효율적으로 사용할 수 있으며, 스마트 그리드 환경의 홈 네트워크에서 가스 누출 또는 냉난방 제어와 같은 실시간으로 데이터 전송이 필요한 단말기의 무선 통신을 원활하게 하도록 보장할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100...네트워크 장치
110...코디네이터
120...단말기 그룹
121...제1 단말기
122...제2 단말기

Claims (5)

  1. 프레임 내의 비경쟁 구간을 사전에 설정된 크기로 고정시키고, 요청에 따라 보정 타임 슬롯(Guarantee Time slot;GTS)을 상기 고정된 비경쟁 구간에서 설정하여 할당하는 코디네이터; 및
    상기 코디네이터와 네트워크를 형성하여, 상기 코디네이터에 보정 타임 슬롯을 요청하여 할당받은 보정 타임 슬롯에 데이터를 전송하는 적어도 하나의 단말기를 갖는 단말기 그룹
    를 포함하는 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비경쟁 구간은 프레임 내에서 최대 크기로 고정되는 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코디네이터는 상기 프레임의 비경쟁 구간에서 상기 보정 타임 슬롯을 할당하고 남은 슬롯을 사전에 설정된 우선 순위에 따라 상기 단말기 그룹의 다른 단말기에 할당하는 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코디네이터는 상기 비경쟁구간의 크기, 상기 프레임의 크기, 상기 프레임 내의 경쟁 구간의 크기 및 할당된 보정 타임 슬롯의 크기를 이용하여 남을 슬롯을 판단하는 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 우선 순위는 상기 단말기 그룹 중 실시간으로 전송하고자 하는 데이터의 수 또는 빈도 중 적어도 하나에 따라 설정하는 비경쟁 구간에서 채널을 엑세스하는 네트워크 장치.
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