KR20140111744A - 태양광 발전 모니터링 시스템의 무선 통신 네트워크 설정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 태양전지패널을 사용하는 태양광발전 모니터링 시스템에서 디지털 무선 통신 기기의 네트워크 구성에 관한 것으로, PAN ID로 구별되는 복수개의 독립된 디지털 무선 통신 네트워크를 결합하며, 상위에 슈퍼 네트워크를 설치하여 거대한 단일 네트워크로 동작하도록 디지털 무선 네트워크를 구성하는 방법을 제시한다.

Description

태양광 발전 모니터링 시스템의 무선 통신 네트워크 설정 방법 {Method to set a wireless communication network for monitoring system of photovoltaic power generation}

본 발명은 태양광 발전 시스템의 무선 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 독립된 무선 통신 네트워크를 결합하여 거대한 단일 네트워크로 동작하도록 무선통신 네트워크를 확장하는 방법에 관한 것이다.

태양광발전은 광기전력효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 태양광발전은 연료가 불필요하고 열공해와 환경오염이 없으며 소음, 방사성, 폭발 위험이 없고 운전, 유지가 간편하고 무인화가 용이한 것이 큰 장점이다. 그러나 아직 발전단가가 높아 경제성이 약하고, 기상조건에 따라 발전량이 일정하지 않으며 한정된 일조시간(밤, 낮, 우천 시)으로 발전시간이 제한 받는 단점이 있다.

태양전지의 최소단위를 셀이라고 하며, 보통 셀 1개로부터 나오는 전압이 약 0.5V로 매우 작으므로 다수의 태양전지셀을 직렬로 연결하여 사용범위에 따라 실용적인 범위의 전압과 출력을 얻을 수 있도록 패키징하여 제작하며, 이를 태양전지모듈(PV Module)이라고 한다. 태양전지모듈 여러 장을 발전 용량에 맞게 직렬, 병렬로 연결하여 태양전지어레이(시스템)을 구성한다. 이렇게 태양광 발전 시스템은 전기로 변환하는 다수의 태양 전지 모듈로 구성되어 있으며, 이러한 다수의 태양 전지 모듈을 직렬 또는 병렬 연결하여 필요로 하는 전원을 얻고 있다. 그러나 다수의 태양 전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용하기 때문에 태양 전지 어레이를 구성하는 단위 모듈 하나가 이상이 발생하게 될 경우 해당 단위 모듈을 포함하는 태양 전지 어레이 전체가 이상 동작을 하게 되는 단점이 있다. 단위 모듈의 고장을 판별하기 위해 개별 모듈에 전압과 전류 등의 측정장치를 부가하고 이를 모니터링하기 위한 시스템에 근래에 제안되고 있다.

도 1은 태양광발전시스템 및 모니터링 구성도를 나타낸다. 태양전지모듈(101)의 패널단자부(107)는 발전된 전류를 전달하기 위한 단자이며, 여기에 전압과 전류를 측정할 수 있는 전력센서부(106)를 부가하고, 이 센서 데이터를 데이터수집기(116)를 통하여 모니터링서버(117)에 전송할 수 있는 장치로 무선통신부(105)를 부가한다. 본 발명에서는 지그비 무선통신 방식으로 설명하지만, Bluetooth, WIFI, FM 등과 같은 디지털 무선통신 방식으로 구성하여도 무방하다. 무선통신부(105)와 전력센서부(106), 패널단자부(107)는 태양전지모듈(101)의 후면에 일체형으로 구성할 수도 있으며, 열과 습기, 자외선 등으로부터 회로를 보호하기 위해 별도의 기구 장치로 구성할 수도 있으나, 어떤 형태이든지 개별 태양전지모듈(101)에 설치하여야 할 것이다. 전력센서부(106)는 가격 및 성능을 고려하여 인버터(111)에 사용한 전력센서부(112) 만큼 정밀한 성능이 아니어도 무방하지만 균일한 품질의 것을 사용하여야 한다.

태양전지모듈(101,102,103,104,108,109)는 발전용량에 맞추어 직렬 또는 병렬로 연결되는데, 이를 행렬로 표현하는 것이 관리에 용이하다.

무선통신부(105), 전력센서부(106), 패널단자부(107)를 부가한 태양전지모듈(101)을 발전 용량에 맞게 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양발전어레이를 구성한다. 태양발전어레이의 발전 전력은 배선(110)을 통하여 인버터(111)에 직류(DC)로 공급되고 인버터(111)는 직류를 교류(AC)로 변환하여 분전반(113)을 통하여 부하(114)에서 사용하도록 한다. 인버터(111)에는 전력센서부(112)가 있는데, 이 전력센서부(112)는 태양발전모듈(101)의 전력센서부(106) 보다 용량 및 정밀도가 우수한 것을 사용하며, 개별 모듈의 발전량이 아닌 전체 어레이의 발전량을 측정하는 용도이다. 태양전지모듈(101)의 전력센서값은 모듈의 무선통신부(105)를 통해 데이터수집기(116)의 무선통신부(115)로 전송되며, 최종적으로 모니터링서버(117)에 전송된다. 이와 같은 방식으로 모든 태양전지모듈(101,102,103,104,108,109)의 전력센서값이 모니터링서버에 전송된다. 데이터수집기(116)는 무선통신부(115)를 통해 입력된 전체 태양전지모듈의 전력값과 인버터(111)의 전력센서부(112)에서 측정된 전력값을 모두 모니터링서버(117)에 전달한다.

모니터링서버(117)는 데이터수집기(116)를 통해 전달된 개별 태양전지모듈(101,102,103,104,108,109)과 인버터(111)의 전력센서값을 축적하고 비교 분석하여 발전효율 계산 및 고장 판단을 한다.

도 2는 도1의 태양광발전시스템 및 모니터링 구성도에서 무선네트워크만 분리한 태양광발전 무선모니터링 시스템의 무선네트워크 설계도이다. 개별 태양전지모듈(201)의 무선통신부(205)는 지그비 네트워크에서는 종단기기(End Device)로 정의된다. 종단기기는 네트워크의 제일 하부에 존재하며, 네트워크 상부에 종속되지만, 네트워크 하부에 종속장치를 달고 있지 않는 독립된 장치를 말한다. 태양전지모듈 #1(201)의 무선통신부(205)에 할당된 종단기기를 D1이라 부르기로 하자. 다른 태양전지모듈 #2(201)의 무선통신부에 할당된 종단기기를 D2이라 부르기로 하자. 이와 같이 모든 태양전지모듈(201,202,203,204,206,207)에는 D1부터 D12까지 독립된 고유의 번호를 가진 종단기기(End Device)로 할당할 수 있다. 이를 네트워크로 도식화하면 도 2의 아래 그림과 같이 표현할 수 있다. 종단기기의 상위 장치인 무선통신부(208)는 라우터(Router), 또는 코디네이터(Coordinator)라고 부르는데, 라우터는 상부에 다른 라우터나 코디네이터를 가진 장치를 말하며 코디네이터는 자신이 최상부에 위치한 네트워크의 중심장치를 말한다. 네트워크 규격에서 기능적으로 라우터와 코디네이터의 차이는 크지 않으며, 지그비 표준에서는 라우터와 코디네이터를 모두 Full Function Device라고 통칭해서 부른다. 도 2의 예제에서는 코디네이터(C1)에 종속된 12개의 종단기기(D1~D12)가 직접 연결된 별형 네트워크(Star Network)로 구성되어 있다. 하지만 본 발명의 네트워크 방식은 별형네트워크 뿐 아니라 나무형 네트워크(Tree Network) 및 그물형 네트워크(Mesh Network)에도 모두 적용된다.

도 2의 네트워크는 태양전지패널12개로 이루어진 태양광발전시스템을 나타낸다. 하지만 실제적으로 태양광발전시스템은 대용량의 발전시스템으로 수백~수천개의 태양전지패널로 이루어 지는 것이 보통이므로 이를 고려하여 대용량의 네트워크 노드를 수용할 수 있도록 설계되어야 한다.

도 3은 종래 기술에 따른 지그비 무선 네트워크의 구성도이다. 종래 기술에 따르면 지그비 무선 네트워크는 1개의 코디네이터(300)를 중심으로 복수의 라우터(301,302,306)와 종단기기(303,304,305,307,308,309,310)로 구성되는 단일 네트워크를 가진다.

지그비 무선 통신 규격은 코디네이터(Coordinator), 라우터(Router), 종단기기(End Device) 라는 세가지 형식의 장치를 규정하고 있다. 코디네이터(300)는 지그비 네트워크에서 유일하게 1개만 존재해야 하며 네트워크를 초기화하고 생성(Formation)한다. 라우터(301,302,306)는 코디네이터(300)와 종단기기(303,304,305,307,308,309,310)의 중계기 역할을 하며, 네트워크에서 꼭 필요한 장치는 아니며 네트워크의 영역을 넓히기 위해 무선 통신을 중계 할 때만 필요한 선택 장치이다. 라우터(301,302,306)는 코디네이터(300) 또는 다른 라우터(302)의 자식 노드(Child Node)로 네트워크에 연결되며 네트워크를 발견(Discover)하거나 결합(Association)하는 네트워크 명령을 생성한다. 종단기기(303,304,305,307,308,309,310)는 네트워크의 최종단에 위치하며 자식 노드(Child Node)를 가지지 않고, 부모 노드(Parent Node)만을 가진다. 종단기기(303,304,305,307,308,309,310)의 부모 노드로는 코디네이터(300) 또는 라우터(301,302,306)가 있다. 지그비 네트워크에서 라우터(301,302,306)와 종단기기(303,304,305,307,308,309,310)의 개수는 최대 65,535까지 설정할 수 있으나, 실제적으로는 메모리의 한계 때문에 수십 개 이내로 설정하여 사용한다.

지그비 규격에서 하나의 네트워크는 하나의 PAN ID를 가지도록 한다. 즉 PAN ID가 같다면 동일한 네트워크인 것이다. PAN ID는 코디네이터(300)가 최초로 네트워크를 생성(formation)할 때 설정하며, 한번 설정된 PAN ID는 네트워크가 소멸되지 않는 한 바뀌지 않는다.

라우터를 이용하여 자식 노드를 생성할 때마다 네트워크의 Hop이 하나 증가하며 이를 네트워크의 깊이(depth)라고 한다. 지그비 네트워크를 구성할 때에 하나의 코디네이터(300)가 자식 노드로 가질 수 있는 최대의 라우터(301,302) 개수를 제한하고 있으며, 네트워크의 깊이(depth)도 제한하고 있다. 이러한 제한은 메모리 용량 때문에 불가피하게 생기는데, 만일 이러한 제한을 두지 않고 지그비 규격이 정한 최대 라우터와 종단기기를 모두 구현하기 위해서는 최대 라우터 개수가 65,535 이고, 최대 깊이(depth)가 65,535 이므로 이것의 곱인 4,294,836,225개의 엄청난 메모리가 필요하고 네트워크 노드가 8 바이트의 어드레스만 사용한다고 해도 34,358MByte라는 엄청난 메모리가 필요하므로 수 KByte 정도의 메모리만 사용하는 임베디드 장치에 이를 모두 구현할 수 가 없다. 따라서 지그비 네트워크에서는 최대 라우터 개수와 최대 깊이를 제한하여 구현하고 있다. 이런 메모리 제약으로 인해 하나의 네트워크에서는 일반적으로 수십 개에서 수백 개의 노드만 구현할 수 있다.

지그비가 근거리 무선 통신을 위한 규격이라 하더라도, 좁은 지역에 수백 개 이상의 노드가 밀집해 설치되어야 하는 경우가 많다. 태양광발전시스템에서도 수천개의 태양전지패널이 반경 500미터 내에 설치되어야 한다. 예를 들어 지그비를 이용하는 네트워크 시스템에서 하나의 네트워크에 최대 250개의 노드를 가지도록 설계되었다면, 5,000개의 노드를 수용할 수 없어서 단일의 지그비 네트워크를 사용할 수 없거나, 복수의 지그비 네트워크를 분리해서 제어하는 등의 다른 대책이 필요하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 태양광발전시스템에 사용하는 제한된 메모리를 가진 디지털 무선네트워크 기기에서 다수의 독립된 디지털 무선 네트워크를 결합하여 거대한 단일 디지털 무선 통신 네트워크를 구성하는 방법을 제시하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 무선 통신 네트워크 구성 방법은, 코디네이터를 이용해 독립된 PAN ID를 가진 지그비 네트워크를 구성하고, 상기 코디네이터의 메시지를 가진 종단기기로 구성된 또 다른 PAN ID를 가진 지그비 네트워크를 구성하여 네트워크를 결합하고, 이러한 상위 네트워크를 통해 PAN ID로 구별되는 하위 네트워크의 전체 디바이스에 메시지를 보낼수 있도록 디바이스 타입과 페이로드를 구성하고, 하위 네트워크의 코디네이터는 매번 메시지를 받을 때마다 페이로드에서 PAN ID를 추출하여 상위 네트워크로 전달하는 과정을 포함하는 방법을 구비한다.

본 발명에 따르면, 수백 개 이내로 제한된 디지털 무선 통신 네트워크의 접속기기 개수를 수만 개 이상으로 증대 할 수 있는 방법을 제공한다.

도 1은 복수개의 태양전지패널을 사용하는 태양광발전 무선 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 2는 태양광발전 무선 모니터링 시스템의 무선 네트워크 설계도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 디지털 무선 통신 네트워크의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 무선 통신 네트워크의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 슈퍼 네트워크의 구성도이다.
도 6은 지그비 네트워크를 구성하기 위한 소프트웨어 스택의 계층 구조이다.
도 7은 지그비 소프트웨어 계층간 지그비 메시지 전달 방식을 보여준다.
도 8은 네트워크를 구성하기 위해 NWK Layer에서 사용하는 함수표이다.
도 9는 지그비 소프트웨어 계층 구조의 각 계층에 해당하는 프레임 구조와 본 발명에서 추가된 프레임 페이로드(Frame Payload) 및 네트워크 주소 테이블(Association Table) 구조이다.
도 10은 본 발명의 네트워크를 생성(formation)하기 위한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 네트워크를 발견(discovery)하고 연결(join)하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명에 따른 코디네이터가 메시지를 전달하는 순서도이다.
도 13은 본 발명에 따른 슈퍼 디바이스의 하드웨어 구성도를 보인다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 지그비 무선 통신 네트워크 구성도를 나타낸다. 지그비는 별형 네트워크(Star Network), 나무형 네트워크(Tree Network)와 그물형 네트워크(Mesh Network)의 세가지 방식을 규정하고 있다. 이중 별형과 나무형은 초기의 지그비 표준부터 규정이 있었으나, 망형은 최근에 새로 생긴 규정으로 IEEE802.15.5에서 표준화 작업을 추진 중에 있는 형상이다.

지그비 표준은 네트워크 노드의 형태를 세가지로 규정하고 있다. 코디네이터는 네트워크의 중심 역할을 하며 네트워크에 연결된 모든 기기의 정보를 관리하며 FFD(Full Function Device)로 구성한다. 라우터(Router)는 별형에는 없으며, 나무형과 그물형에 적용할 수 있다. 라우터는 코디네이터와 종단기기(End Device)를 연결하여 주는 역할을 하며 FFD로 구성한다. 라우터 자체적으로 종단기기의 역할을 병행할 수도 있으며, 이 경우 이름은 중계기이지만 종단기기와 동일하게 취급되기도 한다. 종단기기(End Device)는 네트워크의 종단 노드를 구성하는 것으로 센서 데이터를 수집해서 전송하거나 코디네이터의 명령을 받아서 센서를 제어하는 등의 역할을 수행한다. 종단기기는 일반적으로 RFD(Reduced Function Device)로 구성한다. RFD는 FFD와 비교해서 적은 메모리를 사용하여 가격을 낮추고 전력소모를 줄이기 위해 주로 사용한다.

별형은 코디네이터가 중심에 있고, 그 밑으로 종단기기 들이 직접 연결된 망으로, 구현이 제일 간단하다. 종단기기를 코디네이터에 결합(Association)하기 위해서는 종단기기의 고유 번호(ID, Short Address)만 알면 되므로 네트워크 파라미터가 단순하며, 실제 접속되는 전체 노드도 크지 않게 사용하는 것이 일반적이다.

나무형은 코디네이터가 중심에 있고, 그 밑으로 종단기기 들이나 라우터 들이 연결되어 있고, 라우터 밑으로 또 다른 라우터들이 연결되기도 하고 종단기기가 직접 연결되기도 하면서 네트워크 망을 늘려갈 수 있는 형상을 말한다. 나무형의 네트워크에서는 네트워크에 결합(Network Association)되기 위해서는 결합하고자 하는 기기의 고유번호(ID, Short Address) 외에 기기의 역할(라우터 또는 종단기기), 부모 노드와 자식노드의 연결 정보, 네트워크 단계(Depth), 결합 모드 등 여러 가지의 네트워크 파라미터가 필요하게 되고, 이러한 파라미터가 모두 정확히 입력되어야 정상적으로 네트워크 안에서 동작하게 된다.

그물형은 나무형과 비슷하게 코디네이터가 중심에 있고, 그 밑으로 종단기기 들이나 라우터 들이 연결되고, 라우터 밑으로 또 다른 라우터 들이 연결되기도 하고 종단기기가 직접 연결되기도 하면서 네트워크 망을 늘려나가는 형상이다. 다만 나무형과 다른 점은 각각의 노드가 하나의 부모노드를 가지는 것이 아니라 여러 개의 부모노드를 가질 수 있다는 것이다. 예를 들어 나무형 구조에서는 라우터는 하나의 부모 노드만 가지지만, 그물형 구조에서는 라우터는 다른 라우터와 또 다른 라우터를 부모 노드로 가질 수 있다. 그물형은 네트워크 구성이 복잡하고 모든 노드에 대한 정보를 각각의 라우터가 모두 가지고 있어야 하므로 메모리를 많이 소비하는 단점이 있으나, 하나의 노드가 손실되더라도 우회경로를 즉시 확보할 수 있어서 네트워크 안정성이 향상되고, 코디네이터를 거치지 않고도 최단 경로로 데이터를 직접 전송할 수 있어서 전체 트래픽을 줄이는 장점이 있다. 그물형의 네트워크에서는 네트워크에 결합(Network Association)되기 위해서는 결합하고자 하는 기기의 고유번호(ID, Short Address) 외에 기기의 역할(중계기 또는 종단기기), 부모 노드와 자식노드의 연결 정보, 이웃 노드 연결정보, 네트워크 단계(Depth), 결합 모드 등 여러가지의 네트워크 파라미터가 필요하게 되고, 이러한 파라미터가 모두 정확히 입력되어야 정상적으로 네트워크 안에서 동작하게 된다.

도 3에 가장 보편적으로 사용되는 나무형 네트워크에 대해 예를 들어가며 설명한다. 하지만 본 방식의 무선 통신 네트워크 설정 방법은 네트워크 형식에 상관없이 모든 네트워크 형식에 적용할 수 있다.

도 3에서는 나무형 네트워크가 제시되어 있는데, 지그비 네트워크를 구성하기 위해서는 우선 한 개의 코디네이터(300)가 있어야 한다, 코디네이터(300)는 지그비 네트워크의 최고 부모 노드로서 네트워크의 정점에 위치하며, 하위 노드를 거느리게 된다. 코디네이터(300)는 하위에 라우터(301,302)와 종단기기(303)를 거느릴 수 있다. 라우터(301,302,306)는 코디네이터(300) 또는 다른 라우터(302)를 부모노드로 가지며, 하부 네트워크를 연결하는 역할을 한다. 종단기기(303,304,305,307,308,309,310)는 네트워크의 제일 하부에 위치하며, 더 이상의 하부 기기를 가질 수 없고 오직 부모 노드만을 가지게 된다. 도 1의 예를 보면, 코디네이터(300)아래에 두 개의 라우터(301,302)와 한개의 종단기기(303)를 가지며, 첫 번째 라우터(301) 아래 두개의 종단기기(304,305)가 있게 되고, 두 번째 라우터(302) 아래 하나의 라우터(306)과 하나의 종단기기(307)를 가진다. 라우터(301,302)로 인해 네트워크의 깊이(depth)는 1로 늘어나게 된다. 라우터(306) 아래 세 개의 종단기기(308,309,310)를 가진다. 라우터(306)로 인해 네트워크의 깊이(depth)는 2로 늘어나게 된다. 도 1의 네트워크에는 1개의 코디네이터(300), 3개의 라우터(301,302,306), 7개의 종단기기(303,304,305,307,308,309,310)로 모두 11개의 지그비 기기가 존재한다. 도 1의 네트워크 깊이(depth)는 2이다.

도 4는 본 발명에 따른 무선 통신 네트워크 구성도이다. 1개의 코디네이터(401), 3개의 라우터(402,403,407), 7개의 종단기기(404,405,406,408,409,410,411)로 구성된 단일의 지그비 네트워크(481)는 도 3과 동일하며, 하나의 완전한 지그비 무선 통신 네트워크를 구성하고 있다. 1개의 코디네이터(421), 2개의 라우터(422,424), 4개의 종단기기(423,425,426,427)로 구성된 단일의 지그비 네트워크(482) 역시 하나의 완전한 지그비 무선 통신 네트워크를 구성하고 있다. 1개의 코디네이터(431), 3개의 라우터(432,433,437), 6개의 종단기기(434,435,436,438,439,440)로 구성된 단일의 지그비 네트워크(483) 또한 하나의 완전한 지그비 무선 통신 네트워크를 구성하고 있다. 이러한 독립된 지그비 네트워크가 반복되면서 마지막으로 1개의 코디네이터(451), 3개의 라우터(452,453,457), 7개의 종단기기(454,455,456,458,459,460,461)로 구성된 n번째의 단일 지그비 네트워크(484)도 하나의 완전한 지그비 무선 통신 네트워크를 구성하고 있다.

이러한 각각의 네트워크(481,482,483,484)는 종래에는 각각 독립적으로 구성되었으며, 서로 연관성을 갖고 메시지를 주고 받을 수 없었다. 또한 각각의 네트워크(481,482,483,484)는 지리적으로 격리되어 완전히 분리된 전파환경에서 사용될 수 도 있지만, 동일한 구역내에 혼재하여 존재할 수 도 있다. 이 경우 무선 전파는 혼재하지만, 네트워크는 논리적으로 분리되어 있어서, 각각의 네트워크에서 전파는 공유하지만, 메시지나 데이터는 공유하지 않아야 한다. 이러한 네트워크의 분리는 각각의 네트워크에 할당된 PAN ID가 달라서 서로 다른 네트워크로 인식하도록 미리 설정되었기 때문이다. PAN ID는 16비트의 네트워크 아이디로 같은 PAN ID를 가진 기기들만 네트워크 통신을 할 수 있도록 하는 값이며, 코디네이터에 의해 네트워크 생성(formation) 단계에서 할당된다.

상위 네트워크(480)가 본 발명의 핵심 요소인데, 이 네트워크는 지그비 표준 네트워크와 동일한 또 하나의 평범한 네트워크로 기능적인 관점에서는 하위 네트워크(481,482,483,484)와 동일하다. 즉 하나의 코디네이터(470)와 n개의 라우터(400,420,430,450)로 구성된 나무형 네트워크이다. 하위 네트워크(481,482,483,484)와 상위 네트워크(480)는 동일한 토폴로지(topology)를 가진 대등한 네트워크이지만 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 상위 네트워크(480)는 슈퍼 네트워크(super network)라는 이름으로 부르기로 한다. 슈퍼 네트워크는 학계에서 널리 사용되는 공용어는 아니다. 슈퍼 네트워크의 코디네이터(470)는 슈퍼 코디네이터(SC)라고 부르며, 라우터(400,420,430,450)는 슈퍼 라우터(SR)라고 부르기로 한다. 슈퍼 네트워크 또한 일반 네트워크와 동일하게 메시지가 전달되며 네트워크의 생성(formation)과 발견(discovery), 연결(join)도 동일한 절차를 가진다. 특이한 것은 슈퍼 라우터(400,420,430,450)는 메시지에 사용하는 데이터로 하부의 코디네이터(401,421,431,451)에서 넘어오는 페이로드를 사용한다는 점이다. 슈퍼 라우터(400)는 코디네이터(401)와 도 13와 같이 연결되어 하나의 기기(412)로 작동하며, 코디네이터(401)는 도 12과 같은 순서도에 의해 메시지를 처리한다. 또 다른 슈퍼 라우터(420)도 코디네이터(421)와 결합하여 하나의 기기(428)로 작동하며, 이러한 방식으로 슈퍼 라우터와 코디네이터가 모두 결합되어 있다.

도 5은 슈퍼 네트워크를 보여준다. 도 5의 슈퍼 네트워크는 도 4의 전체 네트워크에서 본 발명의 핵심 구성을 보여주기 위해 슈퍼 네트워크로 명명한 상위 네트워크를 분리해서 보여준다. 슈퍼 네트워크는 코디네이터(500)와 라우터(501,502,503,504)로 이루어졌고, 종단기기는 없다. 코디네이터(500)와 라우터(501,502,503,504)는 FFD(Full Function Device)로 상시 전원이 공급되어야 하며, 자식 노드로 라우터나 종단기기를 가질 수 있다. 종단기기는 RFD(Reduced Function Device) 방식으로 배터리로 전원이 공급될 수 있으며, 자식 노드를 가질 수 없다. 슈퍼 네트워크에서 라우터(501,502,503,504)로 디바이스 타입을 정했지만, 종단기기로 디바이스 타입을 정할 수 도 있다. 하지만 일반적으로 라우터가 더 많은 메모리와 유연한 네트워크 연결성을 가지므로 본 발명에서는 라우터로 디바이스 타입을 설정한다. 슈퍼 네트워크는 기본적으로 지그비 무선 통신 방식으로 구성하였지만, 지그비 이외의 Bluetooth(블루투스), WLAN(무선랜) 과 같은 근거리 무선 통신 방식으로 구성할 수도 있다.

본 발명에서 슈퍼 라우터(501)과 일반 코디네이터(505)를 결합하여 슈퍼 디바이스(509)라고 명명하자. 슈퍼 라우터(501)와 일반 코디네이터(505)는 하나의 기기에서 각기 다른 통신 채널을 담당하며 이들 간의 통신은 시리얼 통신 방식인 SPI, I2C 또는 UART 통신을 이용한다. 슈퍼 디바이스(509)의 자세한 하드웨어 구성은 도 13에 보인다.

도 13은 본 발명의 슈퍼 디바이스의 하드웨어 구성도를 보인다. 슈퍼 디바이스는 일반 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1307)와 슈퍼 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1300)를 가지고 있으며, 중앙제어부(1314)가 이 두 개의 무선 송수신부(1300,1307)를 통합하여 제어하고 있다. 슈퍼 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1300)는 지그비 무선통신을 위한 수신부 Rx(1301)와 송신부 Tx(1304)를 가지고, 802.15.4 규격을 지원하는 PHY 부(1302)와 MAC 부(1305)를 거쳐서 지그비 변복조를 수행하며, Security(1303) 기능을 선택적으로 가지고 있다. 무선 송수신부(1300)는 외부 칩과 통신을 위한Interface 부(1306)를 이용하여 중앙제어부(1314)와 연결된다. Interface 부(1306)는 전원과 직렬통신을 관장한다. PHY 부(1302)는 도 6의 소프트웨어 스택 레이어에서 물리 계층인 Physical(PHY) Layer(604)에 해당하는 하드웨어를 가리킨다. MAC 부(1305)는 도 6의 소프트웨어 스택 레이어에서 물리 계층의 상위인 Medium Access(MAC) Layer(603)에 해당하는 하드웨어와 소프트웨어를 가리킨다. 일반 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1307)는 슈퍼 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1300)와 구조적으로 동일하다. 지그비 무선통신을 위한 수신부 Rx(1308)와 송신부 Tx(1311)를 가지고, 802.15.4 규격을 지원하는 PHY 부(1309)와 MAC 부(1312)를 거쳐서 지그비 변복조를 수행하며, Security(1313) 기능을 선택적으로 가지고 있다. 무선 송수신부(1307)는 외부 칩과 통신을 위한Interface 부(1310)를 이용하여 중앙제어부(1314)와 연결된다. Interface 부(1310)는 전원과 직렬통신을 관장한다. 일반 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1307)와 슈퍼 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1300)는 구조적으로 동일하지만 세부 특징은 다른데 특히 네트워크 안정성과 트래픽 용량을 증대하기 위해 슈퍼 네트워크 통신을 위한 무선 송수신부(1300)는 고속 통신 모드를 이용하거나, 전력증폭기(Power Amplifier)와 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)를 이용하여 고출력 송수신을 하도록 한다. 또한 설치 상황에 따라 지그비 무선 통신이 아닌 블루투스나 무선랜, Ethernet, RS-232, RS-485 등의 유.무선 통신 방식을 사용할 수 도 있다. 중앙제어부(1314)는 두 개의 무선 송수신부(1300,1307)를 제어하기 위한 신호를 송출하는 인터페이스 부(1315)와 중앙처리장치(1316) 및 메모리를 가진다. 메모리는 실행 코드를 저장하는 ROM(1320)과 실행 데이터를 저장하는 RAM(1319)를 가지면 전원이 꺼지더라도 변하지 않는 PAN ID, Device Type 등의 네트워크 데이터와 내부 상태 처리를 위해 비휘발성 메모리인 EEPROM(1318)를 가진다.

도 6은 지그비 네트워크를 구성하기 위한 소프트웨어 스택의 계층 구조를 보여준다. 소프트웨어 스택은 지그비 무선 통신을 규격에 맞도록 제어하는 모든 소프트웨어를 통칭하는 말이며, 도 13의 중앙제어부(1314)를 이루는 핵심 소프트웨어로 실행 코드는 ROM(1320)에, 실행 데이터는 RAM(1319)에 저장된다. 소프트웨어 스택 제일 아래 단의 Physical(PHY) Layer(604)는 물리계층으로 실제적인 송수신 데이터가 전송되는 하드웨어 계층으로 지그비인 경우는 IEEE802.15.4의 규격에 따른다. PHY Layer의 상위 계층인 Medium Access(MAC) Layer(603)는 하드웨어와 소프트웨어로 구성되는데 PHY Layer의 데이터를 상위단에서 인식할 수 있도록 패킷 처리를 한다. MAC Layer의 상위 계층인 Network (NWK) Layer(602)는 지그비 네트워크를 구성하기 위한 절차 및 메시지를 구성하며, 도 8에 나타난 네트워크 생성(formation), 네트워크 발견(discovery), 네트워크 연결(join) 네트워크 동기화(sync) 와 같은 여러 가지 네트워크 명령어를 생성하고 처리하는 역할을 수행한다. 최상위 계층인 Application Support(APP) Layer(601)는 네트워크 구성을 바탕으로 사용자의 응용 기능을 처리하는 부분으로 실제 사용자가 원하는 기능을 수행하는 부분이다. 예를 들어 무선 호출 기능을 위한 네트워크라면 원하는 무선 호출 상대방을 호출하는 서비스를 말하며, 조명 센서 네트워크라면 조명의 켜고 꺼짐을 제어하는 명령을 이르는 것이다. APP Layer(601)는 지그비 무선 통신 규격에 형식은 규정되어 있지만, 세부적인 명령은 규정이 없다. 이는 최종 사용자가 원하는 서비스를 구현하도록 하기 위한 것이기 때문이다.

도 7은 지그비 소프트웨어 계층간 지그비 메시지 전달 방식을 보여준다. 도 6의 지그비 소프트웨어 스택 구조에서 정의된 각 Layer 들은 이와 같은 방식으로 메시지를 전달하는데, 도 7의 좌측에 있는 Request message와 Confirm message는 사용자 구동 메시지(User Initiated Message)의 처리방식으로 Upper Layer(701)에서 필요한 메시지를 생성해서 Lower Layer(702)로 전달하면(Request message) Lower Layer(702)는 그 메시지 처리 결과를 답변(Confirm message)하는 방식이다. 도 7의 우측에 있는 Indication message와 Response message는 이벤트 구동 메시지(Event Initiated Message)의 처리방식으로 Lower Layer(702)에서 지정된 이벤트가 발생하면 그 내용을 Upper Layer(701)로 보고하고(Indication message), Upper Layer(701)는 그 처리 결과를 Lower Layer(702)에 통보(Response message)하는 방식이다. 지그비의 모든 메시지는 이와 같은 방식으로 각 층으로 전달되고, 최상위 APP Layer(601)에서 최하위 802.15.4 PHY(604)까지 연결되어 있다.

도 8은 네트워크를 구성하기 위해 NWK Layer(602)에서 사용하는 함수를 나타낸다. 지그비 네트워크를 구성하기 위해서는 최초로 코디네이터가 네트워크 생성(formation)을 해야 한다. 이때 NLME-NETWORK-FORMATION(817, 818) 함수를 사용한다. 네트워크 생성 함수는 무선 에너지 탐색을 하여 잡음이 적은 채널을 탐색하고 미사용인 PAN ID를 선정한 후 MAC Layer(603)를 호출하여 네트워크를 시작한다. 코디네이터가 네트워크 생성(formation)을 완료하면 라우터와 종단기기는 네트워크 발견(discovery)을 할 수 있다. 이때 NLME-NETWORK-DISCOVERY(819, 820) 함수를 사용한다. 네트워크 발견(discovery) 함수는 네트워크 연결(join)를 위해서 현존하는 네트워크를 발견하기 위한 것이다. 이 함수가 호출되면 MAC Layer에 비컨(beacon) 요청을 한다. 그러면 주위의 모든 지그비 기기에서 비컨(beacon ) 응답을 하며 이때 각 지그비 기기가 가지고 있는 네트워크 정보를 페이로드에 실어 보낸다. 페이로드에는 protocol ID와 version, 결합할 수 있는 라우터와 종단기기의 개수, 사용중인 프로필(profile) 등의 유용한 네트워크 정보를 포함한다. 네트워크 연결(join)은 네트워크 발견(discovery)에 이어 실제 네트워크를 구성하기 위한 단계로 NLME-JOIN(803, 804) 함수를 사용한다. 이 함수가 호출되면 신호 세기와 설정된 메모리 용량 등을 고려해서 수용할 수 있는 최적의 라우터를 선정하고, 라우터와 조합(association)하여 네트워크에서 주소(address)를 할당받으며, 필요하면 인증(authenticate) 과정도 수행한다. 네트워크 연결(join)은 결합을 하는 부모(parent) 노드와 자식(child) 노드에 따라 다른 절차를 거쳐서 이웃표(neighbor table)를 작성한다. 이 외에 비컨(beacon) 페이로드를 갱신하고 라우터를 시작하기 위한 NLME-START-ROUTER(821, 822) 함수, 네트워크 이탈을 위한 NLME-LEAVE(805, 806, 807) 함수, 네트워크를 초기화 하기 위해 코디네이터에서 사용하는 NLME-RESET(811, 812) 함수, 네트워크 파라미터를 설정하기 위한 NLME-SET(815, 816) 함수 등의 각종 네트워크 함수가 있다. 본 발명에서 네트워크 함수는 일반 네트워크와 슈퍼 네트워크가 동일하게 사용되도록 하는데, 슈퍼 네트워크라고 하더라도 네트워크 구성 및 결합 방식은 일반 네트워크와 동일하기 때문이다.

도 9는 도 6의 지그비 소프트웨어 계층 구조의 각 계층에 해당하는 프레임 구조와 본 발명에서 추가된 Frame Payload 및 Association Table을 계층구조에 맞추어 일목요연하게 보여준다. 도 9의 최하위 PHY Layer 프레임 구조는 도 6의 PHY Layer(604)에 해당하는 Frame Payload를 보여주고, 도 9의 Mac sublayer 프레임 구조는 도 6의 MAC Layer(603)에 해당하는 Frame Payload를 보여주고, 도 9의 NWK Layer 프레임 구조는 도 6의 NWK Layer(602)에 해당하는 Frame Payload를 보여주고, 도 9의 최상위 층인 Frame payload와 association table 프레임 구조는 도 6의 APP Layer(601)에 해당하는 Frame Payload를 보여주고 있다.

도 9의 최상단에 있는 Association Table에 본 발명이 필요로 하는 주요한 네트워크 파라미터를 정의해 두었다. 물론 이 Association Table 값은 예제이며, 필요에 따라 추가되거나 삭제될 수 있다. Association table에서 첫 번째 필요한 네트워크 파라미터는 RF Channel이 있다. RF Channel은 물리적인 주파수를 의미하며 IEEE802.15.4에 채널이 정의되어 있다. 이 채널이 동일해야 네트워크를 형성할 수 있으며 무선 통신이 정상적으로 이루어진다. Pan ID 는 네트워크를 논리적으로 분할하는데 사용하는 값으로, Pan ID가 다르면, 같은 RF Channel을 사용하더라도 다른 네트워크로 인식한다. 즉 네트워크가 동일하다는 것은 Pan ID가 동일하다는 의미이다. 네트워크를 분리할 때 물리적으로 다른 RF Channel을 분리하는 경우도 있지만, 대부분 같은 RF Channel을 사용하더라도 Pan ID를 이용해 논리적으로 네트워크를 분리해 사용하는 경우가 많다. 16 비트의 Short Addr와 64 비트의 Long Addr는 결합하고자 하는 기기의 대상 기기의 어드레스 이다. Short Addr와 Long Addr는 모든 기기에 고유하게 부여되며, 중복되어서는 안된다. Device ID는 대상 기기의 고유 번호로 용도에 따라 Short Addr와 중복되기도 한다. App ID는 대상 기기의 응용 번호를 나타내는데, 네트워크 안에서 주어진 역할과 목적에 따라 다르게 부여된다. Tx Mode는 송신 출력 크기, 출력 주기, 출력 시간 등의 출력 모드를 의미한다. Sleep Mode는 대상 기기의 Sleep mode를 나타내며, 대상 기기가 Sleep mode일 때는 일시적으로 네트워크가 정지되는 것처럼 송수신이 일어나지 않으므로, Sleep mode를 확인하여 Sleep일때는 Wake up이 되는 걸 확인하는 것과 같이 Sleep 에 대한 대응이 이루어 져야 한다. time stamp는 메시지가 전송되는 시간을 나타내는데, 메시지 중복이나 우선 순위 판단, 등을 하는데 사용되어 질 수 있다. 그 외에도 필요하면 Parent List나 Child List 등의 보다 세부적인 네트워크 파라미터를 Association Table에 추가할 수 있다.

도 9의 위에서 두번째 줄인 Frame Payload는 지그비 네트워크 층(NWK Layer)에서 정의된 프레임 데이터를 말한다. 제일 먼저 Command ID를 정의하였다. Command ID는 네트워크 설정에 필요한 여러 명령어의 ID를 규정한다. Mode는 파라미터 설정 모드, 테스트 모드, 파라미터 확인 모드, 초기화 모드, 슈퍼 유저 모드 등의 여러 가지 운용 모드를 나타낼 수 있다. Device Type은 대상 기기가 코디네이터, 라우터, 종단기기 중의 어떤 역할을 해야 하는지 지정하는 용도이다. Encryption Type은 보안을 위해 어떤 방식을 사용하는지 규정할 수 있다. 보안에 사용하는 Key 값에 대해서도 정의한다. 그리고 위에 언급한 Association Table을 따라온다. 본 발명에서는 Device Type을 앞에 언급한 코디네이터, 라우터, 종단기기 외에 슈퍼 네트워크를 위한 Device Type으로 슈퍼 코디네이터와 슈퍼 라우터, 이동기기(mobile device)의 세가지 타입을 추가한다. 즉 일반 네트워크를 위해서는 코디네이터, 라우터, 종단기기의 세가지 device type을 사용하고, 슈퍼 네트워크를 위해서는 슈퍼 코디네이터와 슈퍼 라우터, 이동기기(mobile device)의 세가지 device type을 사용한다. 도 4의 네트워크 예제인 경우 device type은 슈퍼 코디네이터(470), 슈퍼 라우터(400, 420, 430, 450), 이동기기(426, 435, 438, 459)는 슈퍼 네트워크를 위한 것이고, 코디네이터(401, 421, 431, 451), 라우터(402, 403, 407, 422, 424, 432, 433, 437), 종단기기(405, 406, 404, 408, 409, 410, 411, 423, 425, 427, 436, 434, 439, 440, 455, 456, 454, 458, 460, 461)는 일반 네트워크를 위한 것이다.

도 9의 세번째 줄은 지그비 표준에서 규정한 NWK 층이다. NWK Header에서 필수 항목은 Frame Control 2 바이트, Destination Address 2 바이트, Source Address 2 바이트, Radius 1 바이트, Sequence Number 1 바이트로 총 8 바이트가 필수항목이다.

도 9의 네번째 줄은 MAC 층으로 2 바이트의 Frame Control로 시작한다. 그리고 1 바이트 Sequence Number와 최소 4 바이트에서 최대 20 바이트를 가진 Addressing Fields가 있다. 본 발명은 Short Address나 PAN ID를 사용하여 구현하면 되므로 4바이트의 Addressing Fields가 필요하다. 그 뒤로 NWK 층의 데이터가 실려있는 Data Payload가 따라오고 마지막으로 FCS(Frame Check Sequence)를 이용해 프레임의 오류를 찾아낸다. Data Payload는 MSDU(MAC service data unit)이라고도 한다.

도 9의 마지막 줄인 다섯번째 줄은 PHY 층으로, 맨 처음엔 4 바이트의 Preamble Sequence와 1바이트의 Start of Frame Delimiter가 있어서, 프레임의 시작임을 알려준다. 상기 5 바이트는 SHR(Synchronization Header)라 불린다. 그 뒤로 1 바이트의 Frame Length 가 있어서 뒤에 따라오는 PSDU(PHY service data unit)의 길이를 알려준다.

도 9의 지그비 프레임 구조는 slotted-mode 와 non slotted-mode를 모두 지원한다. Slotted mode에서는 beacon을 사용하여 동기를 수행하며, non slotted-mode에서는 Preamble 신호를 이용해 프레임의 시작을 알아낸다. Slotted-mode는 동기신호를 공유하므로 네트워크 효율이 올라가는 장점이 있다. 본 발명은 slotted-mode와 non slotted-mode에 상관없이 모두 사용 가능하지만, 설명의 편의를 위해 non slotted-mode라고 전제하고 설명한다.

도 10은 본 발명의 네트워크를 생성(formation)하기 위한 세부적인 절차를 보여준다. 네트워크 생성은 오직 코디네이터만 할 수 있다. APP(1000)은 도 6의 Application Support(APP) Layer(601)에 해당하며, NWK(1001)은 도 6의 Network(NWK) Layer(602)에 해당한다. MAC(1002)는 도 6의 Medium Access(MAC) Layer(603)에 해당한다. APP(1000)에서 기존에 존재하는 무선 네트워크에 접속하지 않고 새로운 네트워크를 생성하기로 결정하면, 네트워크 생성(Network Formation)을 NWK(1001)에게 요청(request)(1003)한다. 요청(request)은 도 7에서 설명한 바와 같이 상위 레이어(701)에서 하위 레이어(702)에 명령을 내리는 것을 의미하며, 이 명령에 대한 수행 결과는 하위 레이어(702)에서 상위 레이어(701)로 확인(confirm)하여 주는 과정을 거친다. 네트워크 생성(formation) 함수가 호출되면 허용된 채널 리스트가 제공되어야 한다. 허용된 채널 리스트는 지그비에서는 2.4GHz 대역에서는 총 16개 채널이 존재하여 이중에서 사용자의 서비스에 적합하게 허용된 채널 리스트를 미리 비휘발성 메모리(1318)에 저장하여 둘 수 있다. 16개 모든 채널 리스트를 허용할 수 있지만 이런 경우 그만큼 채널 탐색하는 시간이 길어지고 채널 간 혼신의 가능성이 증대하므로 일반적으로 몇 개의 채널을 미리 허용된 채널 리스트에 등록하는 방법을 사용한다. NWK(1001)는 MAC(1002)에게 허용된 채널 리스트에 의거하여 각 채널에 대한 에너지 탐색(scan)을 요청(request)(1004)한다. MAC(1002)은 모든 허용된 채널에 대한 에너지를 탐색한다. 이때 동일 주파수 대역에 있는 802.11 무선랜 신호나 기타 다른 규격의 무선 신호도 잡음으로 간주해 이에 대한 간섭 정도도 같이 탐색한다(1005). MAC(1002)은 탐색(scan)된 채널 에너지 정보 및 네트워크 스캔 기재 사항(network scan descriptor)를 NWM(1001)에게 에너지 탐색 확인(confirm) 메시지로 전송한다(1006). 이 채널 정보를 바탕으로 네트워크 생성(formation) 함수는 결합할 채널을 결정한다. 일반적으로 가장 적은 에너지를 가진 채널을 선택한다. 이는 트래픽이 가장 적은 채널이 에너지가 가장 적기 때문에 새로운 채널로 할당하기에 적당하기 때문이다. 한 번 채널이 결정되면 NWK(1001)는 MAC(1002)에게 네트워크 탐색(scan) 요청(request)를 보낸다(1007). 그러면 MAC(1002)은 비컨 요청(1008)을 모든 기기에게 요청하고 각각의 개별 기기는 비컨 요청(1008)에 대한 응답으로 자신의 비컨 신호(beacon frame)를 응답한다(1009, 1010). MAC(1002)은 모든 비컨 신호를 수집한 뒤 NWK(1001)에게 네트워크 탐색(scan) 확인(confirm) 메시지를 전송한다(1011). 코디네이터의 NWK(1001)는 비어있거나 EEPROM(1318)에 미리 지정된 PAN ID로 네트워크 아이디를 선정하고 채널 탐색을 완료한다(1012). 이 후 NWK(1001)는 MAC(1002)에게 MAC 시작(start) 요청(request)를 제기하고(1013), MAC(1002)에게서 시작(start) 확인(confirm) 메시지를 받는다(1014). MAC 시작(start)은 MAC layer에서 네트워크를 시작하기 위한 초기화 과정을 수행하기 위해서 필요하다. 이러한 모든 과정이 성공적으로 종료되면 NWK(1001)은 APP(1000)에게 NWK 생성(formation) 확인(confirm) 메시지를 보냄으로써 전체적인 네트워크 생성 절차를 완료한다.

도 11은 본 발명의 네트워크를 발견(discovery)하고 연결(join)하기 위한 세부적인 절차를 보여준다. 네트워크 발견(discovery)은 라우터와 종단기기가 수행하는데, 일반적으로 연결(join)하기에 적당한 네트워크가 있는 지를 탐색하는 과정을 말한다. APP(1100)은 도 6의 Application Support(APP) Layer(601)에 해당하며, NWK(1101)은 도 6의 Network(NWK) Layer(602)에 해당한다. MAC(1102)는 도 6의 Medium Access(MAC) Layer(603)에 해당한다. APP(1100)에서 새로운 네트워크를 탐색하기로 결정하면, 네트워크 발견(Network Discovery)을 NWK(1101)에게 요청(request)(1103)한다. 네트워크 발견(discovery) 함수가 호출되면 NWK(1101)는 MAC(1102)에게 허용된 채널 리스트에 의거하여 각 채널에 대한 네트워크 탐색(scan)을 요청(request)(1104)한다. 그러면 MAC(1102)은 비컨 요청(1105)을 모든 기기에게 요청하고 각각의 개별 기기는 비컨 요청(1105)에 대한 응답으로 자신의 비컨 신호(beacon frame)를 응답한다(1106, 1107). MAC(1102)은 모든 비컨 신호를 수집한 뒤 NWK(1101)에게 네트워크 탐색(scan) 확인(confirm) 메시지를 전송한다(1108). NWK(1101)는 APP(1100)에게 모든 발견(discovery) 작업이 완료되었음을 확인(confirm)하는 메시지를 보낸다(1109). 네트워크 발견(discovery) 작업이 완료되면 네트워크 연결(join)을 해야 네트워크 초기화가 마무리되고 디지털 네트워크로 기기들이 결합된다. APP(1100)는 네트워크 연결(join)을 NWK(1101)에게 요청(request)한다. 이때 연결하고자 하는 네트워크의 PAN ID를 설정해야 하부층에서 원하는 PAN ID의 네트워크를 찾을 수 있다. 또한 자신의 Device ID를 비롯하여 Device Type, Association Table 등의 정보를 페이로드에 실어 보낸다. NWK(1101)는 네트워크 결합(association)을 MAC(1102)에게 요청(request)한다. 이때 자신의 주소(source address)와 결합을 원하는 목적지 주소(destination address)를 실어 보낸다. MAC(1102)에서 원하는 목적지 주소(destination address)로부터 확인(confirm) 메시지를 받으면, 결합(association)이 완료되었다는 확인(confirm) 메시지를 상위층인 NWK(1101)로 보낸다. NWK(1101)는 모든 네트워크 연결(join)이 마무리되었다는 확인(confirm) 메시지를 최상위 층인 APP(1100)에게 보냄으로써 전체적인 네트워크 결합 절차를 완료한다.

이상으로 네트워크를 설정하기 위한 절차를 도 10, 도 11로 나타내었다. 이러한 과정을 거쳐 네트워크가 설정이 되면, 데이터는 다음과 같이 여러 가지 경로를 통해 전달될 것이다. 데이터의 이동 경로는 두가지 경우로 나뉘게 된다. 첫번째 일반 네트워크 내부에서 데이터를 이동하는 경우이다. 제일 빈도가 많으며, 종래의 지그비 규격을 모두 만족하는 일반적인 경우이다. 두번째 슈퍼 네트워크를 이용하여 일반 네트워크를 뛰어 넘어 데이터를 전달하는 경우이다.

일반 네트워크 내부에서 데이터를 전달하는 경우를 예로 들어보자. 도 4의 종단기기인 D1,6(406)에서 또 다른 종단기기인 D1,5(409)로 데이터가 전달되어야 한다면, 이는 단일의 일반 네트워크(481)로 이루어져 있으므로 코디네이터 C1(401)에서 네트워크를 벗어나지 않고 내부로 데이터가 전달될 것이다. 순서를 보면 D1,6(406) -> R1,1(402) -> C1(401) -> R1,2(403) -> R1,3(407) -> D1,5(409) 의 순서를 가진다. 일반 네트워크를 벗어나는 데이터인지 아닌지를 코디네이터가 판단하는 방법은 도 12에 순서도로 제시되어있다.

슈퍼 네트워크를 통해서 일반 네트워크 외부로 데이터를 전달하는 경우를 예로 들어보자. 도 4의 종단기기인 D1,6(406)에서 또 다른 종단기기인 Dn,2(458)로 데이터가 전달되어야 한다면, 이는 일반 네트워크(481)를 벗어나서 다른 일반 네트워크(484)로 전달되므로 상위에 자리잡은 슈퍼 네트워크(480)를 거쳐야 한다. 따라서 도 12의 순서도를 바탕으로 코디네이터 C1(401)는 데이터를 슈퍼 네트워크(480)로 전달할 것이고, 슈퍼 네트워크에서는 목적지 주소(destination address)가 n번째 일반 네트워크를 가리키므로 n번째 일반 네트워크(484)의 코디네이터(451)에게 데이터가 전달될 것이다. 순서를 보면 D1,6(406) -> R1,1(402) -> C1(401) -> SR1(400) -> SR2(420) -> SR3(430) -> SC(470) -> SRn(450) -> Cn(451) -> Rn,2(453) -> Dn,2(458) 의 순서를 가진다.

도 12는 본 발명에서 코디네이터가 상위 네트워크로 메시지를 전달해야 하는지를 판단하는 순서도를 보여준다. 종래의 일반 네트워크에서 코디네이터는 접수한 메시지의 PAN ID를 비교하여 동일한 PAN ID가 아니면 메시지를 버린다. 이는 자신의 네트워크 메시지가 아니기 때문이다. 하지만 본 발명에서는 접수한 메시지의 PAN ID를 비교하여 동일한 PAN ID가 아니라고 하더라도 메시지를 버리지 않고, 상위의 슈퍼 네트워크로 메시지를 전달한다. 비록 자신의 네트워크 메시지는 아니라고 하더라도 슈퍼 네트워크를 통해 다른 네트워크로 메시지가 전달되어야 하기 때문이다. 슈퍼 네트워크에서는 PAN ID와 목적지 주소(destination address)를 분석하여 해당하는 PAN ID의 코디네이터로 메시지를 전달할 것이다. 순서도를 보면, 우선 하위 노드에서 메시지 요청(Message Request)를 접수한다(1200). 이 메시지를 분석하여 페이로드(Payload)를 추출한다(1201). 추출한 페이로드(Payload)에서 네트워크 단의 PAN ID를 추출한다(1202). PAN ID를 비교하여(1203) 자신과 동일하면 같은 네트워크이므로 Association table를 참고하여 목적지 주소(destination address)를 참조하는 하위 라우터나 종단기기로 메시지를 전달한다(1204). 만일 PAN ID가 자신의 PAN ID와 다르면 상위에 있는 슈퍼 네트워크로 메시지를 전달한다(1205). 이러한 처리를 모두 하고 나면 메시지 요청(message request)에 대응하는 메시지 확인(message confirm)으로 응답하고 종료한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안될 것이다.

Claims (3)

1. 복수의 태양전지패널을 사용하는 태양광발전 모니터링 시스템에서,
   복수의 디지털 무선 통신 네트워크를 구성하는 방법에 있어서,
   단일의 PAN ID로 연결된 코디네이터와 라우터와 종단기기가 독립된 디지털 무선통신 네트워크를 구성하는 단계를 포함하며,
   독립된 PAN ID를 가진 슈퍼 코디네이터와 슈퍼 라우터로 슈퍼 네트워크를 구성하는 단계를 포함하며,
   상기 디지털 무선통신 네트워크의 각각의 코디네이터가 슈퍼 네트워크의 슈퍼 라우터에 데이터를 전송하는 단계를 포함하며,
   상기 슈퍼 네트워크가 PAN ID를 이용하여 지그비 네트워크를 구별하고 지그비 네트워크의 코디네이터에 데이터를 전달하는 단계를 포함하는 디지털 무선 통신 네트워크 구성 방법.
2. 제1항에 있어서,
   지그비 네트워크를 이동할 수 있는 이동기기가 새로운 PAN ID를 가진 가장 좋은 무선 신호 환경을 가진 인근의 지그비 네트워크로 이동하기 위해 에너지 탐색(Energy scan)을 하는 단계와,
   새로운 PAN ID로 네트워크를 변경하기 위해 네트워크 발견(discovery)과 연결(join)을 하는 단계를 포함하는 지그비 디지털 무선 통신 네트워크 구성 방법.
3. 제1항에 있어서,
   메시지가 다른 지그비 네트워크로 전달되도록 하기 위해 PAN ID와 발신자주소(Source Address), 수신자주소(Destination Address)를 포함하여 네트워크 주소 테이블(Association Table)을 구성하는 단계를 포함하는 디지털 무선 통신 네트워크 구성 방법.
   

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