KR20140094693A - 무선 네트워크에서 네트워크 가입 방법 - Google Patents

무선 네트워크에서 네트워크 가입 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라우터(router)와 종단기기(end device)로 구성되는 트리(tree) 구조의 무선 네트워크(Wireless Network: 이하 WN)에서 단말기기가 라우터나 종단기기로 네트워크에 가입하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 각 라우터는 자신의 자녀 라우터 및 자녀 종단 기기들에게 독립적으로 사용할 수 있는 주소들을 자신의 부모 라우터로부터 제공받고, 상기 주소를 각각 일반 주소와 특별 주소로 나누어 구분한다. 본 발명은 네트워크 가입을 원하는 기기가 종단 기기 일반 주소를 사용하여 가입이 불가능할 경우에만 종단 기기 특별 주소를 사용하여 가입하도록 함으로써 기기 가입에 사용할 주소 고갈 문제를 최소화하고 종단 기기의 네트워크 가입을 용이하게 한다. 또한 본 발명은 라우터가 주변 기기들의 종단 기기 가입이 모두 끝났다고 판단하면 수신 신호 크기(received signal strength: 이하 RSS)가 낮은 (즉, 원거리로 네트워크 확장이 용이한) 자녀 종단 기기들을 자녀 라우터에 사용 가능한 일반 주소 수만큼 선택하여 자녀 라우터로 전환하도록 함으로써 네트워크 깊이 증가에 따라 네트워크 확장성을 제공하는 한편, 라우터 특별 주소 사용을 최소화한다. 또한 본 발명은 종단 기기로 네트워크에 가입을 원하는 기기가 가입에 실패했거나 라우터로 가입했던 기기가 네트워크 재가입을 원할 경우 라우터를 위한 특별 주소를 사용해 네트워크에 가입하도록 함으로써 라우터의 네트워크 재가입을 용이하게 한다. 본 발명은 상기 두 단계 주소 할당 및 자녀 라우터 선택을 통해 기존 기법에 비해 대규모 WN의 네트워크 가입 성공률을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

무선 네트워크에서 네트워크 가입 방법 {A METHOD FOR NETWORK ASSOCIATION IN WIRELESS NETWORKS}
본 발명은 WN의 네트워크 확장성을 향상시키기 위한 분산적 네트워크 가입 방법에 관한 것이다.
WN의 단말 기기들은 네트워크에 가입할 때 고유의 주소를 부여 받아 이를 통해 서로를 인식하므로, 제한된 용량의 배터리 전력을 사용하는 단말 기기들을 사용하여 대규모 WN 구축을 하기 위해서는 낮은 메시지 교환 부담과 저전력을 사용하여 단말 기기들에게 고유의 주소를 할당하는 것이 바람직하다.
대표적인 WN 시스템인 지그비는 네트워크 가입 과정의 오버헤드를 줄이기 위해 다음과 같은 클러스터 트리 구조에 기반한 분산적 주소 할당 기법을 제공한다 [1]. 모든 기기는 네트워크 형성 전에 미리 결정된 최대 자녀 기기 수
Figure pat00001
, 최대 자녀 라우터 수
Figure pat00002
및 최대 네트워크 깊이
Figure pat00003
정보를 공유한다. 각 라우터는 균형 트리 구조에 의해
Figure pat00004
개의의 독립된 가용 주소를 가지게 되며, 그 중에서
Figure pat00005
개 만큼은 라우터에게, 나머지는
Figure pat00006
개는 종단 기기에게 할당할 수 있다. 각 기기는 부모 후보군들 중에 (즉, 통신 가능 범위 내의 라우터들) 부모 기기를 하나 선택하여 먼저 라우터로 가입을 요청하고, 모든 부모 후보들로부터 가입을 거부당하면 다시 종단 기기로 가입을 요청한다. 부모로 선택된 라우터는 가입을 요청한 기기가 원하는 기종(즉, 라우터 또는 종단 기기)에 할당된 가용 주소가 있으면 가입을 허용하고 상기 기기에 주소를 할당한 뒤 부모와 자녀의 관계를 맺는다.
또한 지그비에서는 확률적 주소 할당 기법을 제공한다 [1]. 상기 확률적 주소 할당 기법은 각 라우터에 독립된 가용 주소를 제공하지 않고, 부모로 선택된 라우터가 전체 주소 공간 내 임의의 주소를 선택하여 가입을 요청한 기기에 할당한 뒤 네트워크 전체에 상기 주소 정보를 포함한 메시지를 네트워크 내 모든 기기에 방송(broadcast)하여 주소 중복 사용 여부를 확인하고, 주소 중복 사용이 감지 되었을 경우 상기 주소 할당 및 중복 사용 확인 과정을 반복한다. 최근 인터넷 기반 WN 시스템인 6LoWPAN에서는 각 기기가 스스로 전체 주소 공간 내 임의의 주소를 선택한 뒤 모든 기기의 주소 정보를 보유하는 코디네이터에 직접 주소 중복 사용 여부를 확인 받는 중복 주소 감지 기법을 제안하였다 [2]. 상기 중복 주소 감지 기법은 중앙집중적으로 주소를 할당한다.
[1] ZigBee Alliance, "ZigBee specification," www.zigbee.org, Jan. 2008. [2] Z. Shelby, et al, "Neighbor discovery optimization for low power and lossy networks (6LoWPAN), IETF Internet draft, May 2011.
지그비의 분산적 네트워크 가입 과정은 부모로 선택된 라우터가 가입을 요청하는 기기를 제외한 다른 기기와 메시지 교환 없이 스스로 주소를 할당하고 네트워크 가입 허용 여부를 결정하므로 네트워크 가입 시간 및 제어 명령 메시지 교환을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 그러나 네트워크에 가입하고자 하는 기기가 부모 기기를 선택할 때 각 라우터에 남아 있는 가용 주소 수를 알지 못하므로 특정 라우터에 가입 요청이 집중될 수 있고, 이 경우 상기 라우터의 가용 주소가 고갈되어 네트워크 가입 성능이 열화된다. 또한 각 기기가 종단 기기로 가입할 경우 낮은 네트워크 깊이를 가질 수 있음에도 불구하고 주변의 모든 부모 후보들에게 가입을 거부 당할 때까지 (즉, 높은 네트워크 깊이를 가진 부모 후보들의 라우터 주소가 모두 고갈될 때까지) 라우터로 가입을 요청하기 때문에, 거리에 비해 비효율적으로 높은 네트워크 깊이를 갖게 되어 네트워크 깊이가 늘어나도 네트워크를 멀리까지 확장하기 어렵다는 단점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 지그비의 확률적 주소 할당 기법은 전체 주소 공간 내 모든 기기의 네트워크 가입을 보장할 수 있으나, WN 규모가 커질수록 주소 중복 사용 확률이 증가하여 주소 할당과 관련된 메시지 교환 방송 부하가 크게 증가하고, 주소의 독립성을 확보하는데 걸리는 시간이 길다는 문제점이 있다. 또한 부모 기기는 전체 주소 공간이 여유 있는 한 제한 없이 가입 요청을 허용하므로 모든 기기가 라우터로 가입하게 되어 전력 소모가 커진다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 6LoWPAN의 중복 주소 감지 기법은 중앙집중적으로 주소를 할당하므로 주소 할당과 관련된 메시지 방송 없이도 전체 주소 공간 내 모든 기기의 네트워크 가입을 보장할 수 있으나, 각 기기가 네트워크에 가입할 때 코디네이터와 다중 홉 메시지 교환이 필수적이므로 메시지 교환 부담 및 가입 시간 지연이 여전히 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 기존 기법들의 문제점을 개선하기 위한 WN에서 분산적 방식으로 네트워크에 가입하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 각 라우터에 독립된 가용 주소(즉, 라우터 자신의 자녀 라우터(child router) 를 위한 주소 및 자녀 종단 기기(child end device)를 위한 주소)를 제공하고, 자녀 라우터를 위한 주소와 자녀 종단 기기를 위한 주소를 각각 일반 주소 및 특별 주소로 구분한다. 네트워크에 가입하려는 단말 기기는 먼저 종단 기기 일반 주소 사용 모드로 가입을 요청하고, 모든 부모 후보군에게 가입을 거부 당하거나 종단 기기로 네트워크에 가입 후 재가입하려는 경우 종단 기기 특별 주소 사용 모드로 가입을 요청한다. 가입 요청을 받은 라우터는 다른 기기와 메시지 교환 없이 종단 기기 일반 주소 사용 모드 요청에는 종단 기기 일반 주소를, 종단 기기 특별 주소 사용 모드 요청에는 종단 기기 일반 주소 또는 특별 주소를 할당하고, 상기 주소 할당이 가능할 경우에만 네트워크 가입을 허용함으로써 종단 기기 특별 주소의 사용을 최소화한다. 또한 본 발명은 라우터가 주변 기기들이 모두 종단 기기로 네트워크에 가입하거나 종단 기기 일반 주소가 고갈되면 RSS가 작은 순서(즉, 상기 라우터와 거리가 먼 순서)로 자녀 종단 기기들을 선택하여 라우터 일반 주소를 할당하고 자녀 라우터로 전환하도록 함으로써 네트워크 깊이 증가에 따라 효율적으로 네트워크를 확장하며, 라우터 재가입 요청에 대하여 라우터 일반 주소 또는 특별 주소를 사용함으로써 라우터 특별 주소의 사용을 최소화한다. 본 발명은 상기 두 단계 주소 할당 및 자녀 라우터 선택을 통해 낮은 메시지 교환 부담으로도 기존 기법에 비해 WN의 네트워크 가입 성공률을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 WN을 위한 분산적 네트워크 가입 방법으로 주소 고갈을 최소화하는 주소 구분, 상기 구분된 주소를 고려한 네트워크 가입 및 재가입 과정, 네트워크 확장성을 용이하게 하는 부모 라우터의 자녀 라우터 선택 및 전환 과정으로 이루어져 있다. 본 발명은 이를 통해 낮은 메시지 교환 부담으로도 기존 기법에 비해 대규모 WN의 네트워크 가입 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 트리 구조 기반 WN을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 WN의 네트워크 가입 절차를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가입 시도 기기의 종단 기기 가입 과정을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부모 기기의 자녀 종단 기기 가입 수용 과정을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 종단 기기의 라우터 전환 과정을 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가입 시도 기기의 라우터 가입 과정을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 부모 기기의 자녀 라우터 가입 수용 과정을 도시한 도면
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 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.
본 발명은 도 1에서 보는 바와 같이 네트워크에 연결된 각 기기가 부모/자녀 관계로 맺어져 있고, 하나의 부모 기기가 다수의 자녀 기기로 하나의 클러스터를 구성하며, 여러 개의 클러스터가 부모/자녀 관계로 연결되어 네트워크 전체가 트리 구조로 구성되는 클러스터 트리 기반 WN 시스템을 고려한다. 자녀 기기는 부모 기기보다 네트워크 깊이가 1만큼 더 크다. 이 때 라우터는 부모 기기 및 자녀 기기로 동작할 수 있고, 종단 기기는 오직 자녀 기기로만 동작할 수 있다고 가정한다. 상기 WN 시스템은 각 라우터가 자녀 라우터 가입을 수용하고, 상기 자녀 라우터가 다시 부모 기기로 동작하며 다른 기기들의 가입을 수용함으로써 네트워크를 확장한다. 네트워크 가입을 원하는 단말 기기는 주변 라우터로부터 비컨(beacon) 메시지를 수신함으로써 통신 가능한 라우터 정보를 수집할 수 있다. 각 라우터는 자신의 자녀 기기에게 할당할 수 있는 독립된 주소 공간을 할당 받으며, 상기 주소 공간은 자녀 라우터를 위한 주소
Figure pat00007
개와 자녀 종단 기기를 위한 주소
Figure pat00008
개로 구분되어 있다고 가정한다 (일례로, 지그비의 분산 주소 할당 기법).
본 발명의 전체적인 구성은 다음과 같다. 본 발명은 먼저 상기 도 2의 201과정에서 각 라우터가 자녀 종단 기기를 위한 주소와 자녀 라우터를 위한 주소를 각각 일반 주소와 특별 주소로 구분한다. 본 발명은 상기 도 2의 202과정에서 상기 구분된 종단 기기 주소를 고려하여 두 단계로 단말 기기의 종단 기기 네트워크 가입 및 종단 기기의 네트워크 재가입 과정을 수행하며, 상기 도 2의 203과정에서 상기 구분된 라우터 주소 및 네트워크 확장성을 고려하여 종단 기기 중 일부를 선택하여 라우터로 전환 및 라우터의 네트워크 재가입 과정을 수행한다.
본 발명이 상기 201과정의 동작 원리는 다음과 같다. 각 라우터는 주소 임계 값
Figure pat00009
와
Figure pat00010
에 대하여, 자신이 보유한 자녀 종단 기기를 위한 주소
Figure pat00011
개를 종단 기기 일반 주소
Figure pat00012
개와 종단 기기 특별 주소
Figure pat00013
개로 구분하고 자녀 라우터를 위한 주소
Figure pat00014
개를 라우터 일반 주소
Figure pat00015
개와 라우터 특별 주소
Figure pat00016
개로 구분한다. 상기 라우터는 자신의 여분의 종단 기기 주소 상태
Figure pat00017
를 자녀 종단 기기를 위한 일반 주소 및 특별 주소가 모두 고갈 되었을 경우 0으로, 자녀 종단 기기를 위한 일반 주소는 고갈 되었고 특별 주소만 가용할 경우 1로, 자녀 종단 기기를 위한 일반 주소 및 특별 주소가 모두 가용할 경우 2로 결정한다. 상기 라우터는 자신의 여분의 라우터 주소 상태
Figure pat00018
을 자녀 라우터를 위한 일반 주소 및 특별 주소가 모두 고갈 되었을 경우 0으로, 자녀 라우터를 위한 일반 주소는 고갈 되었고 특별 주소만 가용할 경우 1로, 자녀 라우터를 위한 일반 주소 및 특별 주소가 모두 가용할 경우 2로 결정한다. 상기 라우터는 자신이 전송하는 비컨 메시지에 자신의 여분의 종단 기기 주소 상태와 여분의 라우터 주소 상태를 포함하여 전송한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 202과정의 동작 원리는 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같다. 상기 도 3은 상기 두 단계로 구분된 종단 기기 주소를 고려한 종단 기기 네트워크 가입 과정에서 가입 시도 기기의 동작 과정을 설명한다. 네트워크에 가입하고자 하는 기기는 상기 도 3의 301과정에서 네트워크 가입 과정을 시작하면, 먼저 상기 도 3의 302과정에서 주변 라우터의 비컨 메시지를 수신함으로써 통신 가능한 라우터 정보를 수집하고 상기 통신 가능한 라우터들 중에
Figure pat00019
인 라우터들(즉, 종단 기기 일반 주소 및 특별 주소가 모두 가용한 라우터)로 부모 후보군을 결정한다. 이후 상기 도 3의 303과정에서 부모 후보군 중에 부모 기기를 하나 선택하여 종단 기기 일반 주소 사용 모드로 가입을 요청하고, 상기 도 3의 304과정에서 가입이 성공하면(즉, 가입 수용 메시지를 수신하면) 상기 도 3의 311과정에서 종단 기기 기능을 수행한다. 반대로, 상기 304과정에서 가입에 실패하면(즉, 가입 거부 메시지를 수신하면) 상기 부모 기기를 부모 후보군에서 제거하고 상기 도 3의 305과정에서 부모 후보군이 아직 남아있으면 상기 303과정을 다시 수행함으로써 부모 후보군이 고갈될 때까지 종단 기기 일반 주소 사용 모드로 가입을 시도한다. 상기 305과정에서 부모 후보군이 고갈되면 상기 도 3의 306과정에서 주변 라우터의 비컨 메시지를 다시 수신함으로써 통신 가능한 라우터 정보를 갱신하고 상기 통신 가능한 라우터들 중에
Figure pat00020
인 라우터들(즉, 종단 기기 특별 주소가 가용한 라우터)로 부모 후보군을 결정하고, 상기 도 3의 307과정에서 상기 부모 후보군 중에 여분의 종단 기기 주소 상태 값이 큰 순서로 부모 기기를 하나 선택하여 종단 기기 특별 주소 사용 모드로 가입을 요청한다. 이후 상기 도 3의 308과정에서 가입이 성공하면 상기 311과정에서 종단 기기 기능을 수행하고, 반대로 가입이 실패하면 상기 부모 기기를 부모 후보군에서 제거하고 상기 도 3의 309과정에서 부모 후보군이 아직 남아있으면 상기 307과정을 다시 수행함으로써 부모 후보군이 고갈될 때까지 종단 기기 특별 주소 사용 모드로 가입을 시도한다. 상기 309과정에서 부모 후보군이 고갈되면 종단 기기로 네트워크 가입이 실패했다고 판단하고, 상기 도 3의 310과정에서 라우터 가입 과정을 수행함으로써 네트워크 가입을 재시도한다. 네트워크 가입이 성공하여 상기 311과정에서 종단 기기 동작을 수행하는 기기는 상기 312과정에서 부모 기기와 네트워크 연결이 끊기면 상기 307과정을 수행함으로써 종단 기기 특별 주소 사용 모드로 네트워크 재가입 과정을 시작한다.
상기 도 4는 상기 두 단계로 구분된 종단 기기 주소를 고려한 종단 기기 네트워크 가입 과정에서 부모 기기의 동작 과정을 설명한다. 부모 기기는 상기 도 4의 401과정에서 가입 시도 기기로부터 가입 요청 메시지를 수신하면, 상기 도 4의 402과정에서
Figure pat00021
이면 (즉, 종단 기기 일반 주소
Figure pat00022
개 중에 가용 주소가 있을 경우) 상기 도 4의 404단계에서 상기 가용 종단 기기 일반 주소 중에 하나를 선택하여 상기 가입 시도 기기의 주소로 할당하고 상기 도 4의 407과정에서 네트워크 가입을 수용한다 (즉, 가입 수용 메시지를 전송). 반대로 상기 402과정에서
Figure pat00023
이면 (즉, 종단 기기 일반 주소
Figure pat00024
개 중에 가용 주소가 없을 경우), 상기 도 4의 403과정에서 상기 가입 요청한 단말 기기의 가입 모드가 특별 주소 사용 모드이면 상기 도 4의 405과정을 수행하고, 상기 가입 모드가 특별 주소 사용 모드가 아니면 상기 도 4의 408과정에서 상기 가입 시도 기기의 네트워크 가입을 거부한다 (즉, 가입 거부 메시지 전송). 상기 405과정에서
Figure pat00025
이면 (즉, 종단 기기 특별 주소
Figure pat00026
개 중에 할당 가능한 주소가 있을 경우) 상기 도 4의 406과정에서 상기 가용 종단 기기 특별 주소 중에 하나를 선택하여 상기 가입 시도 기기의 주소로 할당하고, 상기 407과정에서 네트워크 가입을 수용하며(즉, 가입 수용 메시지를 전송), 반대로 상기 405과정에서
Figure pat00027
이면 (즉,
Figure pat00028
개의 종단 기기 주소가 모두 고갈 되었을 경우) 상기 408과정에서 상기 가입 시도 기기의 네트워크 가입을 거부한다 (즉, 가입 거부 메시지 전송). 본 발명은 각 라우터가 자신이 가지고 있는 독립된 주소 공간을 이용하여 네트워크 가입을 요청한 기기의 가입 수용 여부를 직접 결정하고 주소도 직접 할당하는 분산적 동작 방식으로 낮은 메시지 교환 부담을 요구한다. 또한 본 발명은 상기 두 단계로 구분된 주소를 고려한 종단 기기 가입 과정에서 가입 시도 기기가 모든 부모 후보에게 일반 주소 사용 모드로 가입을 거부 당한 후에 비로소 특별 주소 사용 모드 가입을 시도하고, 부모 기기가 종단 기기 특별 주소 사용 모드로 가입을 요청한 기기에 대하여 종단 기기 일반 주소가 모두 고갈 되었을 경우에만 종단 기기 특별 주소를 사용하여 가입을 수용함으로써 각 라우터의 종단 기기 특별 주소
Figure pat00029
개의 사용을 억제하여 라우터의 주소 고갈을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 203과정의 동작 원리는 도 5, 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같다. 상기 도 5는 두 단계로 구분된 라우터 주소 및 네트워크 확장성을 고려한 종단 기기의 라우터 전환 과정을 설명한다. 먼저 부모 기기는 상기 도 5의 501과정에서 종단 기기를 위한 일반 주소
Figure pat00030
개가 모두 고갈되었거나 시간 임계 값
Figure pat00031
에 대하여 최후 수신한 네트워크 가입 요청 메시지 이후
Figure pat00032
이상 네트워크 가입 요청 메시지를 수신하지 않았을 경우 종단 기기 가입이 완료되었다고 판단하고, 상기 도 5의 502과정에서 네트워크 깊이 소모를 최소화하면서 네트워크를 효율적으로 확장하기 위해 자녀 종단 기기의 RSS가 낮은 순서로 (즉, 부모 기기와 멀리 떨어진 순서로) 자녀 종단 기기 중 최대
Figure pat00033
개를 선택한다. 이후 상기 도 5의 503과정에서 상기 선택된 자녀 종단 기기에 기존에 할당했던 종단 기기 주소를 반환하고 라우터 일반 주소 중 하나를 할당하고, 상기 도 5의 504과정에서 부모 기기가 새로 할당한 주소 정보가 포함된 라우터 전환 메시지를 상기 선택된 자녀 종단 기기에 전송하면, 상기 자녀 종단 기기는 상기 라우터 전환 메시지를 수신한 뒤 상기 도 5의 505과정에서 자신의 주소를 상기 라우터 전환 메시지에 포함된 주소로 갱신하고 라우터로 기능을 수행한다. 상기 종단 기기의 라우터 전환 과정은 부모 기기가 주변 모든 기기의 종단 기기 가입이 끝난 후에 비로소 라우터 전환(즉, 네트워크 확장)을 수행하고, 자녀 라우터를 선택할 때 RSS를 고려함으로써 네트워크 깊이가 늘어남에 따라 효율적으로 네트워크를 확장할 수 있고, 라우터 일반 주소만 사용하여 라우터를 전환함으로써 라우터 특별 주소
Figure pat00034
개의 사용이 억제되어 라우터 주소 고갈을 최소화 할 수 있다.
상기 도 6은 두 단계로 구분된 라우터 주소를 구려한 라우터의 네트워크 가입 (즉, 상기 310과정) 및 재가입 과정에서 가입 시도 기기의 동작 과정을 설명한다. 상기 도 6의 601과정에서 라우터로 동작하는 기기는 상기 도 6의 602과정에서 부모 기기와 네트워크 연결이 끊기면 상기 도 6의 603과정에서 주변 라우터의 비컨 메시지를 수신함으로써 통신 가능한 라우터 정보를 갱신하고 상기 통신 가능한 라우터들 중에
Figure pat00035
인 라우터들(즉, 라우터 특별 주소가 가용한 라우터)로 부모 후보군을 결정하고, 상기 도 6의 604과정에서 상기 부모 후보군 중에 여분의 라우터 주소 상태 값이 큰 순서로 부모 기기를 하나 선택하여 가입을 요청한다. 이후 상기 도 6의 605과정에서 가입이 성공하면 상기 601과정에서 종단 기기 동작을 수행하고, 반대로 가입이 실패하면 상기 부모 기기를 부모 후보군에서 제거하고 상기 도 6의 606과정에서 부모 후보군이 아직 남아있으면 상기 604과정을 다시 수행함으로써 부모 후보군이 고갈될 때까지 라우터 특별 주소 사용 모드로 가입을 시도한다. 상기 605과정에서 부모 후보군이 고갈되면 라우터로 네트워크 연결이 최종 실패했다고 판단하고, 상기 도 6의 607과정에서 상기 도 3과 같이 종단 기기 네트워크 가입 과정(즉, 초기 네트워크 가입 과정)을 수행한다.
상기 도 7은 두 단계로 구분된 라우터 주소를 구려한 라우터의 네트워크 가입 및 재가입 과정에서 부모 기기의 동작 과정을 설명한다. 부모 기기는 상기 도 7의 701과정에서 가입 시도 기기로부터 라우터 재가입 요청 메시지를 수신하면, 상기 도 7의 702과정에서
Figure pat00036
이면 (즉, 라우터 일반 주소
Figure pat00037
개 중에 가용 주소가 있을 경우) 상기 도 7의 704과정에서 상기 가용 라우터 일반 주소 중에 하나를 선택하여 상기 가입 시도 기기의 주소로 할당하고 상기 도 7의 706과정에서 네트워크 가입을 수용한다 (즉, 가입 수용 메시지를 전송). 반대로 상기 702과정에서
Figure pat00038
이면 (즉, 라우터 일반 주소
Figure pat00039
개 중에 가용 주소가 없을 경우), 상기 도 7의 703과정에서
Figure pat00040
이면 (즉, 라우터 특별 주소
Figure pat00041
개 중에 할당 가능한 주소가 있을 경우) 상기 도 7의 705과정에서 상기 가용 라우터 특별 주소 중에 하나를 선택하여 상기 가입 시도 기기의 주소로 할당하고, 상기 706과정에서 네트워크 가입을 수용하며(즉, 가입 수용 메시지를 전송), 반대로 상기 703과정에서
Figure pat00042
이면 (즉,
Figure pat00043
개의 라우터 주소가 모두 고갈 되었을 경우) 상기 도 7의 707과정에서 상기 가입 시도 기기의 네트워크 가입을 거부한다 (즉, 가입 거부 메시지 전송). 본 발명은 각 라우터가 자신이 가지고 있는 독립된 주소 공간을 이용하여 네트워크 가입을 요청한 기기의 가입 수용 여부를 직접 결정하고 주소도 직접 할당하는 분산적 동작 방식으로 낮은 메시지 교환 부담을 요구한다. 또한 본 발명은 상기 두 단계로 구분된 주소를 고려한 라우터 가입 및 재가입 과정에서 상기 라우터 전환 과정에서 확보한 여분의 라우터 특별 주소를 사용하여 라우터 가입 성공률을 향상 시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 자신의 자녀 기기를 수용할 수 있는 단말 기기인 라우터(router)와 자신의 자녀 기기를 수용할 수 없는 단말 기기인 종단기기(end device)로 구성되는 트리(tree) 구조의 무선 네트워크(Wireless Network: 이하 WN)에서, 상기 단말 기기는 인근 라우터들로부터 전송된 동기 및 네트워크 정보가 포함된 비컨 신호를 수신하여 라우터에게 자녀기기로 네트워크 가입을 신청하고, 상기 라우터는 자신에게 할당된 사용 가능한 주소 공간을 상기 단말 기기에게 주소를 할당하고 네트워크에 가입 시켜 트리 구조의 WN을 분산적 방식으로 구축하는 방법에 있어서,
    (A) 라우터가 자신의 자녀 기기 가입 사용에 할당된 주소 공간을 자녀 라우터 가입에 사용할 자녀 라우터 주소 공간과 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 주소 공간으로 나누고, 이들을 다시 각각 일반 주소 공간 및 특별 주소 공간으로 나누는 주소 분할 과정과,
    (B) 상기 라우터가 종단 기기로 네트워크에 처음 가입하거나 또는 종단 기기로 네트워크에 가입 후에 연결이 끊어져 재가입을 원하는 단말 기기에게 상기 자신에게 할당된 자녀 종단 기기를 위한 일반 주소 공간 및 특별 주소 공간을 사용하여 네트워크에 가입시키는 과정과,
    (C) 상기 라우터가 자녀 라우터로 네트워크에 처음 가입하거나 또는 라우터로 네트워크에 가입 후에 연결이 끊어져 재가입을 원하는 단말 기기에게 상기 자신에게 할당된 자녀 라우터를 위한 일반 주소 공간 및 특별 주소 공간을 사용하여 네트워크에 가입시키는 과정과,
    (D) 상기 라우터가 네트워크 확장성을 확보하기 위해 상기 가입된 자신의 자녀 종단 기기 중 일부를 자신의 자녀 라우터로 전환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (A) 과정은,
    (A-1) 라우터가 자신의 부모 라우터로부터 자신의 자녀 기기 가입에 사용할 수 있도록 할당받은 주소 공간을 자신의 자녀 라우터 가입에 사용할 주소 공간과 종단기기 가입에 사용할 주소 공간으로 나누어 결정하는 과정과,
    (A-2) 상기 라우터가 상기 결정된 자신의 자녀 라우터 가입에 사용할 주소 공간을 일반적인 자녀 라우터 가입에 사용할 자녀 라우터 일반 주소 공간과 특별한 경우에 자녀 라우터 가입에 사용할 자녀 라우터 특별 주소 공간으로 나누고, 이를 네트워크 응용 환경에 따라 정해지는 주소 공간 비율에 따라 결정하는 과정과,
    (A-3) 상기 라우터가 상기 결정된 자신의 자녀 종단기기 가입에 사용할 주소 공간을 일반적인 자녀 종단기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 일반 주소 공간과 특별한 경우에 자녀 종단 기기 가입에 사용할 수 있는 자녀 종단 기기 특별 주소 공간으로 나누고, 이를 네트워크 응용 환경에 따라 정해지는 주소 공간 비율에 따라 결정하는 과정과,
    (A-4) 상기 라우터가 자신의 비컨 메시지를 전송할 때 자신의 상기 가용 주소 공간 상태에 관한 정보를 포함시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 (A-4) 과정은,
    상기 라우터가 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 가용 주소 공간에 관한 정보
    Figure pat00044
    를 상기 라우터가 사용할 수 있는 자녀 종단 기기 일반 주소와 자녀 종단 기기 특별 주소 모두가 고갈된 상태일 경우, 자녀 종단 기기 특별 주소만 가용한 상태일 경우, 그리고 자녀 종단 기기 일반 주소와 자녀 종단 기기 특별 주소 모두가 가용한 상태일 경우로 정의하는 과정과,
    상기 라우터가 자신의 자녀 라우터 가입에 사용할 가용 주소 공간에 관한 정보
    Figure pat00045
    을 상기 라우터가 사용할 수 있는 자녀 라우터 일반 주소와 자녀 라우터 특별 주소 모두가 고갈된 상태일 경우, 자녀 라우터 특별 주소만 가용한 상태일 경우, 그리고 자녀 라우터 일반 주소와 자녀 라우터 특별 주소 모두가 가용한 상태일 경우로 정의하는 과정과,
    상기 라우터가 상기 정의된
    Figure pat00046
    및
    Figure pat00047
    정보를 자신의 비컨 메시지에 포함시켜 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (B) 과정은,
    (B-1) 처음으로 네트워크에 가입을 시도하는 단말 기기가 네트워크에 가입하기 위해 부모 라우터 후보를 선택하는 과정과,
    (B-2) 상기 선택된 부모 라우터 후보가 자신이 사용할 수 있는 상기 자녀 종단 기기 일반 주소 공간을 사용하여 상기 단말 기기를 자신의 자녀 종단 기기로서 네트워크 가입을 진행시키는 과정과,
    (B-3) 상기 자녀 종단 기기 일반 주소를 사용하여 종단기기로 네트워크 가입하는 것이 실패했거나 또는 종단 기기로 이미 네트워크 가입했으나 순시적 통신장애 등으로 네트워크에서 끊어져 네트워크에 재가입을 시도하는 단말 기기가 상기 자녀 종단 기기 특별 주소를 사용하여 네트워크에 가입하기 위해 부모 라우터를 선택하는 과정과,
    (B-4) 상기 선택된 부모 라우터가 자신이 사용할 수 있는 상기 자녀 종단 기기 일반 주소 공간 및 자녀 종단 기기 특별 주소 공간을 사용하여 상기 단말 기기를 자신의 자녀 종단 기기로서 진행시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (B-1) 과정은,
    네트워크에 가입을 시도하는 단말 기기가 상용의 네트워크 탐색 방식을 사용하여 인접한 라우터들로부터 전송된 비컨 신호를 수신하는 과정과;
    상기 단말 기기가 상기 수신된 비컨 신호를 보낸 라우터들 중에서 수신 신호 크기가 임계값
    Figure pat00048
    이상이고, 상기 자녀 종단 기기 일반 주소 및 자녀 종단 기기 특별 주소 모두가 가용한 상태인 라우터들을 부모 라우터 후보군으로 결정하는 과정과,
    상기 단말 기기가 상기 결정된 부모 라우터 후보군에 속한 라우터중 하나를 부모 라우터로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법으로, 여기서
    Figure pat00049
    는 신뢰성 있는 통신을 보장하는 최소의 수신 신호 크기 값이다.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (B-2) 과정은,
    상기 단말 기기가 상기 선택한 부모 라우터에게 상기 자녀 종단 기기 일반 주소를 사용하여 네트워크 가입을 요청하는 과정과,
    상기 선택된 부모 라우터가 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 일반 주소가 있는 경우 상기 가용한 종단 기기 일반 주소 하나를 상기 단말 기기에게 할당하여 네트워크에 가입시키고, 반대로 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 일반 주소가 고갈된 경우 상기 단말 기기의 네트워크 가입을 거부하는 과정과,
    상기 단말 기기가 상기 부모 라우터로부터 종단 기기 일반 주소를 할당 받으면 상기 할당받은 주소를 사용하여 종단 기기 기능을 수행하고, 반대로 네트워크 가입을 거부 당하면 상기 선택된 부모 라우터를 상기 부모 라우터 후보 군에서 제거하고, 남은 부모 라우터 후보들 중 하나를 부모 라우터로 선택하여 상기 자녀 종단 기기로 네트워크 가입하는 과정을 다시 시도하는 과정과,
    상기 단말 기기가 모든 부모 라우터 후보들로부터 가입을 거부 당하면 상기 종단 기기 일반 주소를 사용한 네트워크 가입이 실패했다고 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (B-3) 과정은,
    상기 자녀 종단 기기 일반 주소를 사용하여 종단기기로 네트워크에 가입하는 것이 실패했다고 판단하거나, 기존에 종단기기로 네트워크에 가입했었으나 통신 장애 등으로 네트워크에서 연결이 끊어져 종단 기기로 네트워크에 재가입을 시도하는 단말 기기가 상용의 네트워크 탐색 방식을 사용하여 인접한 라우터들로부터 전송된 비컨 신호를 수신하는 과정과;
    상기 단말 기기가 상기 수신된 비컨 신호를 보낸 라우터들 중에서 수신된 비컨 신호의 수신 신호 크기가 임계값
    Figure pat00050
    이상이고, 상기 자녀 종단 기기 특별 주소가 가용한 상태인 라우터들을 부모 라우터 후보군으로 결정하는 과정과,
    상기 단말 기기가 상기 부모 라우터 후보군에서 사용 가능한 자녀 종단 기기 주소 상태가 가장 좋은 라우터를 부모 라우터로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 (B-4) 과정은,
    상기 단말 기기가 상기 선택한 부모 라우터에게 상기 자녀 종단 기기 특별 주소를 사용하여 네트워크 가입을 요청하는 과정과,
    상기 선택된 부모 라우터가 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 일반 및 자녀 종단 기기 특별 주소가 모두 남아 있는 경우 상기 단말 기기에게 상기 가용한 자녀 종단 기기 일반 주소를 할당하여 자신의 종단기기로 네트워크에 가입시키고, 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 특별 주소만 남아 있는 경우 상기 단말 기기에게 상기 가용한 자녀 종단 기기 특별 주소를 상기 단말 기기에게 할당하여 네트워크에 가입시키고, 반대로 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 일반 주소 및 자녀 종단 기기 특별 주소가 모두 고갈된 경우에는 상기 단말 기기의 네트워크 가입을 거부하는 과정과,
    상기 단말 기기가 상기 부모 라우터로부터 자녀 종단 기기 일반 주소 또는 자녀 종단 기기 특별 주소를 할당 받으면 상기 할당된 주소를 사용하여 종단 기기 기능을 수행하고, 반대로 네트워크 가입을 거부 당하면 상기 선택된 부모 라우터를 상기 부모 라우터 후보군에서 제거하고, 남은 부모 라우터 후보군에서 사용 가능한 자녀 종단 기기 주소 상태가 가장 좋은 라우터를 부모 라우터로 선택하여 상기 네트워크 가입 과정을 다시 시도하는 과정과,
    상기 단말 기기가 모든 부모 라우터 후보들로부터 가입을 거부 당하면 종단 기기로 네트워크 가입이 실패했다고 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 (C) 과정은,
    (C-1) 종단기기로 네트워크 가입하는 것이 실패했거나 또는 이미 라우터로 가입한 뒤 통신 장애 등으로 네트워크 연결이 끊어져 네트워크에 재가입을 시도하는 단말 기기가 라우터로 네트워크에 가입하기 위해 부모 라우터를 선택하는 과정과,
    (C-2) 상기 선택된 부모 라우터가 자신이 사용 가능한 상기 자녀 라우터 주소 공간을 사용하여 자신의 자녀 라우터로 상기 단말 기기의 네트워크 가입을 진행시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (C-1) 과정은,
    종단기기로 네트워크 가입하는 것이 실패했거나 또는 이미 라우터로 가입한 뒤 통신 장애 등으로 네트워크 연결이 끊어져 네트워크에 재가입을 시도하는 단말 기기가 상용의 네트워크 탐색 방식을 사용하여 인접한 라우터들로부터 전송된 비컨 신호를 수신하는 과정과;
    상기 단말 기기가 상기 수신된 비컨 신호를 보낸 라우터들 중에서 수신된 비컨 신호 크기가 임계값
    Figure pat00051
    이상이고 상기 자녀 라우터 특별 주소 공간을 사용할 수 있는 라우터들을 자신의 부모 라우터 후보군으로 결정하는 과정과,
    상기 단말 기기가 상기 부모 라우터 후보군에서 상기 자녀 라우터 주소 공간 상태가 가장 좋은 라우터를 부모 라우터로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 (C-2) 과정은,
    상기 단말 기기가 상기 선택한 부모 라우터에게 상기 자녀 라우터 주소를 사용하여 네트워크 가입을 요청하는 과정과,
    상기 선택된 부모 라우터가 자신의 자녀 라우터 가입에 사용할 자녀 라우터 일반 주소 및 자녀 라우터 특별 주소가 모두 있는 경우 상기 단말 기기에게 상기 가용한 자녀 라우터 일반 주소 하나를 할당하여 자신의 자녀 라우터로 네트워크에 가입시키고, 자신의 자녀 라우터 가입에 사용할 자녀 라우터 특별 주소만 남아 있는 경우 상기 가용한 자녀 라우터 특별 주소 하나를 상기 단말 기기에게 할당하여 자신의 자녀 라우터로 네트워크에 가입시키고, 반대로 자신의 자녀 라우터 가입에 사용할 자녀 라우터 일반 주소 및 자녀 라우터 특별 주소가 모두 고갈된 경우에는 상기 단말 기기의 자신의 자녀 라우터로 네트워크 가입을 거부하는 과정과,
    상기 단말 기기가 상기 부모 라우터로부터 상기 자녀 라우터 주소를 할당 받으면 상기 할당받은 주소를 사용하여 라우터 기능을 수행하고, 반대로 네트워크 가입을 거부 당하면 상기 선택된 부모 라우터를 상기 부모 라우터 후보군에서 제거하고, 남은 부모 라우터 후보들 중 사용 가능한 상기 자녀 라우터 주소 공간 상태가 가장 좋은 라우터를 부모 라우터로 선택하여 상기 자녀 라우터로 네트워크 가입 과정을 다시 시도하는 과정과,
    상기 단말 기기가 모든 부모 라우터 후보들로부터 가입을 거부 당하면 상기 네트워크 가입이 실패했다고 판단하고 상기 (B) 과정을 다시 수행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 (D) 과정은,
    (D-1) 라우터가 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 일반 주소가 고갈되거나 단말 기기들로부터 새로운 네트워크 가입 요청이 일정 시간 내에 없는 경우, 이미 가입된 자신의 자녀 종단 기기 중 일부를 자신의 자녀 라우터 가입에 사용할 수 있는 자녀 종단 기기 일반 주소 공간만큼 자녀 라우터로 선택하는 과정과,
    (D-2) 종단 기기가 자신의 부모 라우터로부터 상기 라우터 전환 메시지를 수신하면 상기 라우터 전환 메시지에 포함된 라우터 일반 주소로 자신의 주소를 갱신하고 라우터 기능을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 (D-1) 과정은,
    상기 부모 라우터가 자신의 자녀 종단 기기 가입에 사용할 자녀 종단 기기 일반 주소가 고갈되거나 단말 기기들로부터 새로운 네트워크 가입 요청이 일정 시간 내에 없는 경우, 향 후 네트워크 확장을 위해 상기 자녀 라우터 가입에 사용 가능한 자녀 라우터 일반 주소 공간만큼 이미 가입된 자신의 자녀 종단 기기들 중 수신 신호 크기가 작은 또는 자신으로부터 거리가 먼 순서로 자녀 종단기기를 선택하는 과정과,
    상기 부모 라우터가 상기 선택한 자녀 종단기기들에게 이미 할당된 자녀 종단 기기 주소 대신에 사용 가능한 자신의 자녀 라우터 일반 주소를 할당하는 과정과,
    상기 부모 라우터가 상기 선택한 자녀 종단기기들에게 상기 할당된 자녀 라우터 주소 정보를 포함한 라우터 전환 메시지를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 구축 방법.
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