KR20130053468A - Method for frequency channel selection of zigbee network - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A frequency channel selecting method of a zigbee network is provided to minimize packet loss and network resource waste by using a table storing the numbers of interference in a frequency channel. CONSTITUTION: An interference detecting table is generated(S101). The interference detecting table records the interference generation number of a heterogeneous network during fixed time in a frequency channel of a zigbee network. The state of the interference is detected in a frequency channel used by a zigbee network(S103). When the interference is generated, a frequency channel is selected by referring to the interference detecting table(S107). The zigbee network is selected as the selected frequency channel (S109). The interference detecting table is updated(S111). [Reference numerals] (AA) Start; (BB) No; (CC) Yes; (S101) Generate an interference detecting table; (S103) Detect the generation of interference in a current channel; (S105) Is interference generated?; (S107) Select a hopping frequency channel by referring to the interference detecting table; (S109) Reset a channel; (S111) Update the interference detecting table

Description

지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법{METHOD FOR FREQUENCY CHANNEL SELECTION OF ZIGBEE NETWORK}How to Select Frequency Channel in Zigbee Network {METHOD FOR FREQUENCY CHANNEL SELECTION OF ZIGBEE NETWORK}

본 발명은 지그비(Zigbee) 네트워크의 주파수 채널 선택 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ISM(Industrial Scientific Medical) 대역을 사용하는 이종 네트워크와의 간섭을 회피하기 위한 지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a frequency channel selection method of a Zigbee network, and more particularly, to a frequency channel selection method of a Zigbee network for avoiding interference with heterogeneous networks using an Industrial Scientific Medical (ISM) band. .

최근 홈 네트워크에서는 근거리 통신을 목적으로 지그비 네트워크를 많이 활용하고 있다. 지그비 네트워크는 기존의 다른 무선 통신 기술과 달리 전력 소비를 최소화하면서 소량의 정보를 전송하며, 저렴하게 구현된 통신 기술이다.Recently, home networks use Zigbee networks for short-range communication. ZigBee Network is a low cost communication technology that transmits a small amount of information while minimizing power consumption unlike other existing wireless communication technologies.

지그비 네트워크의 물리 계층 및 매체 접근 제어 계층은 IEEE 802.15.4 표준에 의해 정의된다. IEEE 802.15.4의 물리 계층에서 정의된 2.4 GHz의 ISM (Industrial Science Medical) 대역은 산업, 과학, 의료 등에 많이 사용되는 비 허가 주파수 대역으로 블루투스(Bluetooth), 무선랜(Wireless LAN) 등이 사용하고 있다. 특히 스마트폰의 보급과 더불어 무선랜의 사용이 증가함에 따라 동일한 주파수 대역을 사용하는 지그비 네트워크에 많은 간섭을 주게 되었다.The physical layer and media access control layer of a Zigbee network are defined by the IEEE 802.15.4 standard. The 2.4 GHz ISM (Industrial Science Medical) band, defined in the IEEE 802.15.4 physical layer, is an unlicensed frequency band widely used in industry, science, and medicine, and is used by Bluetooth and Wireless LAN. have. In particular, as the use of wireless LANs increases with the spread of smart phones, much interference has been given to Zigbee networks using the same frequency band.

지그비 네트워크는 송신 출력이 적기 때문에 비교적 송신 출력이 큰 무선랜에 의한 간섭의 영향을 많이 받게 된다. 이와 같은 이종 네트워크에 의한 간섭은 패킷 전송의 실패를 야기하며 네트워크의 신뢰성을 감소시키는 요인이 된다.Since the Zigbee network has a small transmission power, the Zigbee network is affected by interference by a wireless LAN having a relatively large transmission power. Such interference by heterogeneous networks causes a failure in packet transmission and reduces the reliability of the network.

이에 따라, 동일한 주파수를 사용하는 네트워크 환경에서 이종 네트워크 간의 간섭을 최소화하기 위한 방법으로서 에너지 스캔을 통해 채널의 간섭 여부를 파악하는 기법과 랜덤(random)한 채널 호핑(hopping)을 통해 간섭을 회피하는 기법이 제안되었다.Accordingly, as a method for minimizing interference between heterogeneous networks in a network environment using the same frequency, a method of identifying an interference of channels through energy scan and avoiding interference through random channel hopping Techniques have been proposed.

그러나, 에너지 스캔 기법의 경우 스캔의 주기를 짧게 하면 보다 정확하게 간섭 여부를 감지할 수 있지만 잦은 에너지 스캔으로 인해 네트워크의 자원 낭비가 심화된다. 또한, 랜덤 채널 호핑 기법의 경우 불확실한 채널 간섭 회피로 인해 채널 호핑 시간이 증가할 수 있는 문제점이 있다.
However, in the case of the energy scan technique, if the scan period is shortened, the interference can be detected more accurately. However, the frequent energy scan increases the resource waste of the network. In addition, the random channel hopping technique has a problem in that the channel hopping time may increase due to uncertain channel interference avoidance.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 주파수 채널 별로 간섭 발생 횟수를 저장하는 테이블을 이용함으로써 네트워크 자원 낭비와 패킷 손실을 최소화할 수 있는 지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a frequency channel selection method of a Zigbee network that can minimize network resource waste and packet loss by using a table that stores the number of interference occurrences for each frequency channel. It is done.

본 발명의 일 실시예에 의한 지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법은, 주파수 채널 별로 일정 시간 동안 이종 네트워크와의 간섭 발생 횟수를 누적시켜 기록하는 간섭 탐지 테이블을 생성하는 단계, 상기 지그비 네트워크가 사용 중인 주파수 채널에서 간섭 발생 여부를 탐지하는 단계, 상기 탐지 결과 간섭이 발생한 경우, 상기 간섭 탐지 테이블을 참조하여 호핑(hopping)할 주파수 채널을 선택하는 단계, 상기 지그비 네트워크를 상기 선택된 주파수 채널로 재설정하는 단계 및 상기 간섭 탐지 테이블을 업데이트하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method for selecting a frequency channel of a Zigbee network includes generating an interference detection table for accumulating and recording the number of occurrences of interference with a heterogeneous network for a predetermined time for each frequency channel, and the frequency being used by the Zigbee network. Detecting whether an interference occurs in the channel, selecting a frequency channel to hopping with reference to the interference detection table when the interference occurs, resetting the Zigbee network to the selected frequency channel; Updating the interference detection table.

상기 간섭 발생 여부를 탐지하는 단계에서, 패킷 전송시 실패가 발생하여 재전송하는 횟수가 일정값 이상일 경우 간섭이 발생한 것으로 판단할 수 있다.In the step of detecting whether the interference occurs, it may be determined that the interference has occurred when the number of times of retransmission due to a failure in the packet transmission is a predetermined value or more.

상기 호핑할 주파수 채널을 선택하는 단계는, 상기 간섭 탐지 테이블에서 간섭 발생 횟수가 최소인 주파수 채널을 검색하는 단계 및 상기 검색된 채널이 1개일 경우 해당 채널을 선택하고, 2개 이상일 경우 임의로 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
The selecting of the frequency channel to be hopped may include: searching for a frequency channel having the minimum number of interference occurrences in the interference detection table, selecting a corresponding channel when the detected channel is one, and randomly one channel when two or more are detected. It may include the step of selecting.

본 발명에 의하면, ACK 메커니즘을 통한 패킷 재전송 횟수를 기준으로 간섭 발생 여부를 탐지하고, 일정 시간 동안 주파수 채널 별로 간섭 발생 횟수를 누적시킨 간섭 탐지 테이블을 사용함으로써 지그비 네트워크의 채널 간섭으로 인한 패킷 재전송 횟수 및 전송 지연 시간을 줄일 수 있다.According to the present invention, the number of packet retransmissions due to channel interference of the Zigbee network is detected by using an interference detection table that detects whether interference occurs based on the number of packet retransmissions through the ACK mechanism and accumulates the number of interferences for each frequency channel for a predetermined time. And a transmission delay time.

또한, 동일 주파수 대역에 지그비, 무선랜 및 블루투스 등 이종 네트워크가 혼재하는 환경에서 상호 간섭을 최소화할 수 있게 되므로 전체 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있다.
In addition, in the environment where heterogeneous networks such as Zigbee, WLAN and Bluetooth are mixed in the same frequency band, mutual interference can be minimized, thereby improving the performance of the entire network.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 도 1의 S107 단계를 상세히 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 간섭 탐지 테이블을 나타낸 도면.
도 4는 도 2의 S205 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 2의 S207 단계를 설명하기 위한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 주파수 채널 선택 방법의 성능 분석 수행 결과를 설명하기 위한 도면.1 is a flowchart illustrating a frequency channel selection method of a Zigbee network according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing in detail step S107 of FIG.
3 is a diagram illustrating an interference detection table according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining step S205 of FIG.
FIG. 5 is a view for explaining step S207 of FIG. 2;
6 and 7 are diagrams for explaining the performance analysis performance results of the frequency channel selection method according to the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings, which are not intended to limit the scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 도 1의 S107 단계를 상세히 나타낸 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a frequency channel selection method of a Zigbee network according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating step S107 of FIG. 1 in detail.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법은, 주파수 채널 별로 일정 시간 동안 이종 네트워크와의 간섭 발생 횟수를 누적시켜 기록하는 간섭 탐지 테이블을 생성하는 단계(S101), 지그비 네트워크가 사용 중인 주파수 채널에서 간섭 발생 여부를 탐지하는 단계(S103), 탐지 결과 간섭이 발생한 경우(S105), 간섭 탐지 테이블을 참조하여 호핑할 주파수 채널을 선택하는 단계(107), 지그비 네트워크를 선택된 주파수 채널로 재설정하는 단계(S109) 및 간섭 탐지 테이블을 업데이트하는 단계(S111)를 포함한다.Referring to FIG. 1, in the method of selecting a frequency channel of a Zigbee network according to an embodiment of the present invention, generating an interference detection table for accumulating and recording the number of occurrences of interference with heterogeneous networks for a predetermined time for each frequency channel (S101). ), Detecting whether interference occurs in the frequency channel being used by the Zigbee network (S103), when interference occurs as a result of detection (S105), selecting a frequency channel to hop with reference to the interference detection table (107), and Zigbee Resetting the network to the selected frequency channel (S109) and updating the interference detection table (S111).

도 2를 참조하면, 호핑할 주파수 채널을 선택하는 단계(S107)는, 간섭 탐지 테이블에서 간섭 발생 횟수가 최소인 주파수 채널을 검색하는 단계(S201) 및 검색된 채널이 1개일 경우(S203) 해당 채널을 선택하고(S205), 2개 이상일 경우 임의로 하나의 채널을 선택하는 단계(S207)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the step of selecting a frequency channel to be hopped (S107) may include searching for a frequency channel having the minimum number of occurrences of interference in the interference detection table (S201), and if the searched channel is one (S203), the corresponding channel. Select (S205), and if there are two or more may optionally include the step of selecting one channel (S207).

본 발명에서는 ACK 메커니즘을 통한 패킷의 재전송 횟수를 이용하여 현재 지그비 네트워크가 사용하고 있는 채널에 간섭이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 데이터 송신단에서 패킷 전송 후 일정 시간 내에 수신단으로부터 ACK 신호를 받지 못해 재전송을 하는 횟수가 3회 이상일 경우 간섭이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
In the present invention, it is possible to determine whether interference has occurred in a channel currently used by the Zigbee network using the number of retransmissions of packets through the ACK mechanism. For example, it may be determined that the interference has occurred when the data transmitting end does not receive the ACK signal from the receiving end within a predetermined time after transmitting the packet and the number of retransmissions is three or more times.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 간섭 탐지 테이블을 나타낸 도면이다. 본 실시예에서 지그비 네트워크는 2.4 GHz 대의 ISM 대역을 사용하며, 중심 주파수 2.405 GHz 부터 2.480 GHz 까지 5MHz 간격으로 총 16개의 채널을 사용하는 것으로 가정한다.3 is a diagram illustrating an interference detection table according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, it is assumed that the Zigbee network uses an ISM band of 2.4 GHz and uses a total of 16 channels at 5 MHz intervals from a center frequency of 2.405 GHz to 2.480 GHz.

도 3에 도시된 바와 같이, 간섭 탐지 테이블에는 각 채널 별로 일정 시간 동안 누적된 간섭 발생 횟수가 기록된다.As shown in FIG. 3, the number of interference occurrences accumulated for a predetermined time for each channel is recorded in the interference detection table.

S103 단계에서 현재 사용 중인 채널에 간섭이 발생한 것으로 판단되면, S111 단계에서 간섭 탐지 테이블의 해당 채널을 찾아 간섭 발생 횟수를 1 더해주게 된다. 다만, 이렇게 간섭 발생 횟수가 누적되는 시간을 일정 값으로 정해 놓고 그 시간 이전에 발생한 간섭 횟수는 누적된 값에서 빼 줌으로써 지그비 네트워크가 현재 시점에서 가장 간섭이 적은 채널을 선택할 수 있도록 테이블을 관리하는 것이 바람직하다.
If it is determined in step S103 that interference has occurred in the currently used channel, in step S111, the corresponding channel of the interference detection table is found and the number of occurrences of interference is added by one. However, it is recommended to manage the table so that the Zigbee network can select the channel with the least interference at the present time by setting the time when the number of interference occurrences is set to a constant value and subtracting the number of interferences generated before that time from the accumulated value. desirable.

도 4는 도 2의 S205 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 2의 S207 단계를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining step S205 of FIG. 2, and FIG. 5 is a view for explaining step S207 of FIG. 2.

현재 사용 중인 주파수 채널에서 간섭이 발생하여 간섭 탐지 테이블을 검색한 결과 간섭 발생 횟수가 최소인 채널이 1개일 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 곧바로 해당 채널을 선택하여 네트워크 연결을 재설정한다.As a result of searching the interference detection table due to interference occurring in the currently used frequency channel, when there is only one channel having the minimum number of interference occurrences, as shown in FIG. 4, the channel is immediately selected to reset the network connection.

반면에, 현재 사용 중인 주파수 채널에서 간섭이 발생하여 간섭 탐지 테이블을 검색한 결과 간섭 발생 횟수가 최소인 채널이 2개 이상일 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 임의의 채널을 선택하여 네트워크 연결을 재설정한다. 이 때, 무선랜의 채널 1개에 지그비 네트워크 채널 4개가 겹쳐 있기 때문에, 현재 채널에서 4개 이상의 채널을 호핑하여 채널을 선택하는 것이 바람직하다. 따라서, 호핑할 채널 선택시 4 ~ 8 중 임의의 값을 정하여 현재 채널에서 그 값을 더한 만큼의 다음 채널을 선택하도록 설정할 수 있다.
On the other hand, when interference occurs in the frequency channel currently being used and the interference detection table is searched and there are two or more channels with the minimum number of interference occurrences, as shown in FIG. 5, an arbitrary channel is selected to establish a network connection. Reset. In this case, since four Zigbee network channels overlap one channel of the WLAN, it is preferable to select a channel by hopping four or more channels from the current channel. Accordingly, when selecting a channel to be hopped, a random value of 4 to 8 may be set to select the next channel as much as the current channel plus the value.

도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 주파수 채널 선택 방법의 성능 분석 수행 결과를 설명하기 위한 도면이다.6 and 7 are diagrams for explaining the performance analysis performance results of the frequency channel selection method according to the present invention.

본 발명을 적용한 지그비 네트워크의 성능 분석을 위해, 무선랜 간섭 환경에서 종래의 랜덤 채널 호핑을 통한 간섭 회피 기법과 본 발명에 의한 테이블 기반의 채널 호핑 기법을 각각 적용한 지그비 노드가 1800초 동안 패킷을 전송하였을 때 재전송 횟수와 전송 지연 시간을 비교하였다.In order to analyze the performance of the Zigbee network to which the present invention is applied, a Zigbee node, which employs the conventional random channel hopping scheme and the table-based channel hopping scheme of the present invention, transmits packets for 1800 seconds in a WLAN interference environment. The number of retransmissions and the transmission delay time were compared.

도 6은 각 기법의 재전송 횟수를 비교한 결과이다. 종래의 랜덤 회피 기법에 비해 본 발명의 재전송 횟수가 적은 것을 확인할 수 있다. 이는 테이블을 통해 관리되는 간섭 횟수 누적값들이 채널의 상태를 확률적으로 나타내고 있기 때문에 안정적인 채널로의 빠른 이동이 가능하기 때문이다.6 is a result of comparing the number of retransmissions of each scheme. It can be seen that the number of retransmissions of the present invention is smaller than that of the conventional random avoidance scheme. This is because the cumulative values of the interference counts managed through the table probabilistically represent the state of the channel, so that the fast movement to the stable channel is possible.

도 7은 각 기법의 패킷 전송 지연 시간을 시간에 따라 나타낸 결과이다. 본 발명이 종래 기법에 비해 짧은 지연 시간을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는 패킷 재전송 횟수가 종래 기법에 비해 적기 때문에 재전송에 필요한 자원과 시간이 더 적게 소비되기 때문이다.7 shows the results of packet transmission delay time for each scheme over time. It can be seen that the present invention has a shorter delay time than the conventional technique. This is because the number of packet retransmissions is less than that of the conventional scheme, and therefore, less resources and time are required for retransmission.

이와 같이, 본 발명에 의한 테이블 기반의 채널 선택 방법을 사용할 경우 이종 네트워크에 의한 채널 간섭이 발생했을 때 더욱 빠르게 안정된 채널을 선택하여 통신할 수 있는 효과가 있다.
As such, when the table-based channel selection method according to the present invention is used, a stable channel can be selected and communicated more quickly when channel interference due to heterogeneous networks occurs.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (5)

지그비(Zigbee) 네트워크의 주파수 채널 별로 일정 시간 동안 이종 네트워크와의 간섭 발생 횟수를 누적시켜 기록하는 간섭 탐지 테이블을 생성하는 단계;
상기 지그비 네트워크가 사용 중인 주파수 채널에서 간섭 발생 여부를 탐지하는 단계;
상기 탐지 결과 간섭이 발생한 경우, 상기 간섭 탐지 테이블을 참조하여 호핑(hopping)할 주파수 채널을 선택하는 단계;
상기 지그비 네트워크를 상기 선택된 주파수 채널로 재설정하는 단계; 및
상기 간섭 탐지 테이블을 업데이트하는 단계
를 포함하는 지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법.
Generating an interference detection table for accumulating and recording the number of occurrences of interference with heterogeneous networks for a predetermined time for each frequency channel of a Zigbee network;
Detecting whether interference occurs in a frequency channel in which the Zigbee network is in use;
Selecting a frequency channel to hopping with reference to the interference detection table when interference occurs as a result of the detection;
Resetting the Zigbee network to the selected frequency channel; And
Updating the interference detection table
Frequency channel selection method of the Zigbee network comprising a.
제 1항에 있어서,
상기 간섭 발생 여부를 탐지하는 단계는
패킷 전송시 실패가 발생하여 재전송하는 횟수가 일정값 이상일 경우 간섭이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는
지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법.
The method of claim 1,
Detecting whether the interference occurs
Characterized in that interference occurs when the number of times of retransmission due to a failure in the packet transmission is a predetermined value or more
How to choose a frequency channel in a Zigbee network.
제 1항에 있어서,
상기 호핑할 주파수 채널을 선택하는 단계는
상기 간섭 탐지 테이블에서 간섭 발생 횟수가 최소인 주파수 채널을 검색하는 단계; 및
상기 검색된 채널이 1개일 경우 해당 채널을 선택하고, 2개 이상일 경우 임의로 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함하는
지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법.
The method of claim 1,
The step of selecting a frequency channel to hop
Searching for a frequency channel having the minimum number of interference occurrences in the interference detection table; And
Selecting the corresponding channel when the searched channel is one, and randomly selecting one channel when the searched channel is two or more.
How to choose a frequency channel in a Zigbee network.
제 1항에 있어서,
상기 지그비 네트워크는 2.4 GHz 대의 ISM 대역을 사용하며, 중심 주파수 2.405 GHz 부터 2.480 GHz 까지 5 MHz 간격으로 16개의 채널을 사용하는
지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법.
The method of claim 1,
The Zigbee network uses the ISM band of 2.4 GHz and uses 16 channels at 5 MHz intervals from the center frequency of 2.405 GHz to 2.480 GHz.
How to choose a frequency channel in a Zigbee network.
제 1항에 있어서,
상기 이종 네트워크는 무선랜(Wireless LAN) 및 블루투스(Bluetooth) 중 적어도 하나를 포함하는
지그비 네트워크의 주파수 채널 선택 방법.
The method of claim 1,
The heterogeneous network includes at least one of a wireless LAN and a Bluetooth.
How to choose a frequency channel in a Zigbee network.
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