KR20140139809A - 가로등 관제 시스템, 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법 - Google Patents

Abstract

가로등 관제 시스템, 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법에 대한 다양한 실시예들이 개시된다. 일실시예에 있어서, 가로등 관제 시스템은 각 가로등에 장착되며, 수신되는 제어 신호에 따라 해당 가로등을 제어하는 복수의 로컬 제어 유닛들; 및 무선 네트워크를 통하여 복수의 로컬 제어 유닛들과 통신하는 주 제어 유닛을 포함한다. 주 제어 유닛은 로컬 제어 유닛들 각각의 주변 채널 상태에 대한 정보를 수집하여, 네트워크 토폴로지를 설정하고, 설정된 네트워크 토폴로지에 따른 라우팅 정보를 로컬 제어 유닛들 각각에 송신할 수 있다. 로컬 제어 유닛들 각각은 주변 채널 상태에 대한 정보를 주 제어 유닛에 송신하고, 라우팅 정보를 수신하여 라우팅 테이블을 설정할 수 있다.

Description

가로등 관제 시스템, 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법{system for management and control of streetlights, and method for operating node in wireless network}

본 발명은 무선 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가로등 관제 시스템 및 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법에 관한 것이다.

최근, 가로등 관제 시스템과 같이, 멀티 홉 네트워크를 이용하는 응용 예가 많아지고 있다.

멀티 홉 네트워크의 경우, 네트워크 토폴로지를 설정하는 방식, 라우팅 방식등 다양한 관점에서 성능을 개선할 여지가 있다.

이러한 성능 개선은 멀티 홉 네트워크가 사용되는 응용 시스템의 특성을 고려하면 보다 극대화될 수 있다.

따라서, 효율적인 가로등 관제 시스템, 및 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법에 관련된 기술이 필요할 수 있다.

본 개시의 일 측면은 (a) 적어도 하나의 주변 노드와의 채널 상태를 측정하는 단계; (b) 루트 노드로의 라우팅 준비가 완료되었다는 제1 메시지를 수신하는 것에 응답하여, 측정된 채널 상태에 대한 정보를 포함하는 제2 메시지를 송신하는 단계; 및 (c) 라우팅 정보를 포함하는 제3 메시지를 수신하여, 라우팅 테이블을 설정하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법을 제공한다.

(a) 단계는 채널 상태 측정을 요구하는 메시지를 수신하는 것에 응답하여, 채널 상태를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

이 방법은 채널 상태 측정을 요구하는 메시지를 수신하는 것에 응답하여, 응용 계층에서 브로드캐스트 범위를 1홉으로 설정하여 채널 상태 측정을 요구하는 메시지를 브로드캐스트하는 단계를 더 포함할 수 있다.

채널 상태 측정을 요구하는 메시지는 메시지 중복 처리를 방지하기 위해 루트 노드에 의해 부여된 트랜잭션 식별자를 포함할 수 있다.

제1 메시지는 부모 노드가 확정된 노드로부터 수신될 수 있다.

제2 메시지는 주변 노드의 개수, 및 각 주변 노드와의 채널 상태 값을 포함할 수 있다.

이 방법은 라우팅 테이블을 설정하는 것에 응답하여, 루트 노드로의 라우팅 준비가 완료되었다는 제4 메시지를 브로드캐스트하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 제4 메시지를 수신한 노드로부터 측정된 채널 상태에 대한 정보를 포함하는 제5 메시지를 수신하는 단계; 및 라우팅 테이블에 따른 부모 노드로 제5 메시지를 중계하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 라우팅 테이블에 따른 부모 노드로부터 제4 메시지를 수신한 노드를 위한 라우팅 정보를 포함하는 메시지를 수신하여, 노드에게 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서, 라우팅 정보는 상향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드에 대한 정보를 포함할 수 있다. 다른 일실시예에 있어서, 라우팅 정보는 자식 노드의 하위 노드에 대한 정보를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 다른 측면은 (a) 무선 네트워크에 있는 노드들 각각의 주변 노드와의 채널 상태에 대한 정보를 수집하는 단계; 및 (b) 수집된 채널 상태에 대한 정보를 기초로, 각 노드마다 1개의 부모 노드만 존재하도록 네트워크 토폴로지를 설정하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법을 제공한다.

(b) 단계는 각 노드에 대해, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 개수가 최소가 되도록 네트워크 토폴로지를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

(b) 단계는 각 노드에 대해, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 개수가 최소가 되도록 네트워크 토폴로지를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

(a) 단계는 채널 상태 측정을 요구하는 측정 요구 메시지를1홉 브로드캐스트하는 단계를 포함하고, 측정 요구 메시지는 이를 수신한 노드의 응용 계층에서 브로드캐스트 범위가 1홉으로 설정되어 해당 노드로부터 재송신될 수 있다.

본 개시의 또 다른 측면은 (a) 상향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉 및 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드에 대한 정보를 포함하는 라우팅 테이블을 설정하는 단계; 및 (b) 라우팅 테이블을 기초로, 수신되는 메시지를 처리하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법을 제공한다.

(b) 단계는 상향 메시지가 수신되면, 상향 디폴트 다음 홉으로 중계하는 단계를 포함할 수 있다.

(b) 단계는 하향 메시지가 수신되면, 하향 메시지의 목적 주소가 수신한 노드 자신의 주소 및 자식 노드의 주소가 아닌 경우, 하향 디폴트 다음 홉으로 수신된 메시지를 중계하는 단계를 포함할 수 있다.

라우팅 테이블은 자식 노드의 하위 노드의 주소를 더 포함하고, (b) 단계는 하향 메시지가 수신되면, 하향 메시지의 목적 주소가 수신한 노드 자신의 주소, 자식 노드의 주소 및 자식 노드의 하위 노드의 주소가 아닌 경우, 하향 디폴트 다음 홉으로 수신된 메시지를 중계하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 또 다른 측면은 각 가로등에 장착되며, 수신되는 제어 신호에 따라 해당 가로등을 제어하는 복수의 로컬 제어 유닛들; 및 무선 네트워크를 통하여 복수의 로컬 제어 유닛들과 통신하는 주 제어 유닛을 포함하는 가로등 관제 시스템을 제공한다.

주 제어 유닛은 로컬 제어 유닛들 각각의 주변 채널 상태에 대한 정보를 수집하여, 네트워크 토폴로지를 설정하고, 설정된 네트워크 토폴로지에 따른 라우팅 정보를 로컬 제어 유닛들 각각에 송신할 수 있다.

로컬 제어 유닛들 각각은 주변 채널 상태에 대한 정보를 주 제어 유닛에 송신하고, 라우팅 정보를 수신하여 라우팅 테이블을 설정할 수 있다.

무선 네트워크는 지그비 통신 네트워크일 수 있다.

주 제어 유닛과 로컬 제어 유닛들 간에 전송되는 메시지는 응용 계층을 통하여 라우팅될 수 있다.

본 개시의 또 다른 측면은 인스트럭션들을 포함하는 유형의 컴퓨터 인식 가능 매체(tangible computer-readable medium containing instructions)를 제공한다. 이 인스트럭션들은 적어도 하나의 프로세서를 구비한 각종 무선 네트워크 장비(예컨대, LCU, MCU)에 의해 실행(execute)될 때, 본 개시의 방법이 수행(perform)될 수 있다.

본 개요는 이하의 상세한 설명에서 더 설명되는 개념들 중 선택된 것들을 단순한 형태로 소개하기 위해 제공된 것이다. 본 개요는 청구되는 발명의 주제의 핵심적인 특징 또는 본질적인 특징을 식별하도록 의도된 것이 아니며, 청구되는 발명의 주제의 범위를 제한하기 위해 사용되도록 의도된 것도 아니다. 또한, 청구되는 발명의 주제는 본 명세서의 임의의 부분에서 언급된 문제점들 중 일부 또는 전부를 해결하는 구현들로만 한정되지 않는다. 전술한 예시적인 양태들, 실시예들 및 특징들에 더하여, 추가적인 양태들, 실시예들, 및 특징들이 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조로 명확해질 것이다.

본 개시의 몇몇 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

몇몇 실시예에 따르면, 효율적인 가로등 관제 시스템, 및 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법이 제공된다.

몇몇 실시예에 따르면, 네트워크 부하가 감소될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 네트워크 전송 속도가 증가될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 라우팅 테이블의 크기에 대한 부담이 줄어들 수 있다.

도 1은 몇몇 실시예가 적용될 수 있는 가로등 관제 시스템을 예시한다.
도 2는 가로등 관제 시스템의 특징을 설명하기 위한 MCU와 LCU들의 배치를 예시한다.
도 3은 몇몇 실시예를 설명하기 위한 가로등 관제 시스템의 채널 상태를 나타낸다.
도 4는 MCU로부터의 홉 수에 따른 티어(tier) 구별을 예시한다.
도 5는 도 3을 기준으로 설정되는 일실시예에 따른 네트워크 토폴로지를 예시한다.
도 6은 MCU가 LCU들로부터 수집하는 채널 상태에 대한 정보를 예시한다.
도 7은 일실시예에 따른 측정 요구 메시지 및 측정 응답 메시지를 나타낸다.
도 8a 내지 8c는 측정 요구 메시지가 모든 LCU에 전달되는 과정을 나타낸다.
도 9는 일실시예에 따른 라우트 요구 메시지와 라우트 응답 메시지를 나타낸다.
도 10은 각 LCU로 향하는 라우트 요구 메시지에 포함되는 메시지 컨텐트를 설명하기 위한 테이블이다.
도 11은 일실시예에 따른 수신 메시지를 처리하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 12 및 13은 다른 일실시예에 따른 측정 요구 메시지를 예시한다.
도 14는 네트워크 형성을 위한 상위노드(A)와 하위노드(B)간의 메시지 전송을 예시한다.

이하의 상세한 설명에서, 본 개시의 일부를 구성하는 첨부 도면에 대해 참조가 이루어진다. 도면에서, 유사한 기호는, 문맥 상 다른 의미를 갖지 않는 한, 일반적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 기재된 예시적 실시예는 제한적으로 의도된 것이 아니다. 본 개시에 제시된 대상의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서, 다른 실시예가 사용될 수 있으며, 다른 변경들이 가해질 수 있다. 본 개시에서 일반적으로 기재되고 도면에 도시된 것과 같은 본 개시의 양상들은, 매우 다양한 서로 다른 구성에서 배열, 대체, 조합, 분리 및 설계될 수 있으며, 이 모두가 본 개시에서 명시적으로 고려되었음이 명백히 이해될 것이다.

도 1은 몇몇 실시예가 적용될 수 있는 가로등 관제 시스템을 예시한다.

도 1을 참조하면, 가로등 관제 시스템(100)은 가로등 관제 서버(130), 주 제어 유닛(Main Control Unit, 이하 MCU)(120) 및 가로등에 장착되는 로컬 제어 유닛(Local Control Unit, 이하 LCU)(110_1, 110_2, ..., 110_6)을 포함할 수 있다.

MCU(120)와 LCU(110_1, 110_2, ..., 110_6)는 제1 타입 네트워크로 연결되며, 가로등 관제 서버(130)와 MCU(120)는 제2 타입 네트워크로 연결될 수 있다. MCU(120)는 제1 타입 네트워크와 제2 타입 네트워크 간의 통신이 가능하도록 게이트웨이 기능을 구비할 수 있다. 일실시예에 있어서, 제1 타입 네트워크는 셀룰러 네트워크이고, 제2 타입 네트워크는 지그비(Zigbee) 네트워크이다.

일실시예에 있어서, 가로등 관제 서버(130)는 가로등을 제어하기 위한 신호(예컨대, 가로등을 점등 또는 소등하기 위한 신호)를 제1 타입 네트워크를 통하여 MCU(120)에 송신하고, MCU(120)는 수신된 제어 신호를 기초로, 개별 가로등을 제어하기 위한 신호 또는 가로등 전체를 제어하기 위한 신호를 제2 타입 네트워크를 통하여 해당 LCU(110_1, 110_2, ..., 및/또는 110_6)에게 송신한다. 일례로, 제2 타입 네트워크가 지그비 네트워크이고, MCU(120)가 제1 LCU(110_1)를 제어하기 위한 신호를 송신하는 경우, 그 경로 사이에 있는 LCU(예컨대, 110_3, 110_2)의 멀티 홉 중계를 통하여, 해당 제어 신호는 제1 LCU(110_1)에 도달될 수 있다.

본 개시에서는, 개시된 기술의 응용 예로서, 가로등 관제 시스템을 전제로 몇몇 실시예를 설명할 것이나, 개시된 기술은 이러한 응용 예에 국한되지 않음은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.

도 2는 가로등 관제 시스템의 특징을 설명하기 위한 MCU와 LCU들의 배치를 예시한다.

상술한 바와 같이, 가로등 관제를 위해서는, 일정 지역 (예컨대, Personal Area Network) 내의 가로등을 관리하고 관련 정보를 수집하는 MCU 및 각 가로등에 장착되어 해당 가로등을 관리하고 MCU와의 통신을 담당하는 LCU가 필요할 수 있다. 일실시예에 있어서, MCU와 LCU간의 정보 교환을 위해서 무선 릴레이가 가능한 지그비(Zigbee) 통신 방법이 적용된다.

지그비 프로 (Zigbee-Pro) 표준을 준수하는 지그비 모듈은 메쉬 네트워크를 위한 AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) 라우팅 알고리즘을 지원한다. AODV 라우팅 알고리즘은 네트워크 토폴로지가 변화하는 메쉬 네트워크에서 일반적으로 사용될 수 있는 라우팅 알고리즘이다.

그러나, i) 가로등은 한번 설치되면 추가 설치 또는 위치 변경이 빈번히 발생되지 않기 때문에, MCU와 LCU의 통신 경로는 가변적이기보다는 준고정적인 면, 및 ii) LCU들이 한 두 줄로 길게 늘어선 경우가 많기 때문에 라우팅에 있어서 노드의 총수는 많지 않지만 홉 수는 매우 커질 수 있다는 면에서, AODV 라우팅 알고리즘과 같은 범용 라우팅 알고리즘보다는 가로등 관제 시스템에 특화된 라우팅 알고리즘이 효율적일 수 있다.

따라서, 본 개시에서는 지그비 프로 표준을 만족하는 지그비 모듈을 기반으로 응용 계층에 가로등 관제에 최적화된 부가 라우팅 알고리즘을 추가함으로써, 보다 안정적이고 확장적인 가로등 제어 시스템의 실시예들을 포함한다.

도 3은 몇몇 실시예를 설명하기 위한 가로등 관제 시스템의 채널 상태를 나타낸다.

도 4는 MCU로부터의 홉 수에 따른 티어(tier) 구별을 예시한다.

보다 상세하게는, 도 4는 도 3의 채널 상태들을 기초로 MCU로부터 도달 가능한 최단 홉 수를 기준으로 티어(tier) 구분을 한 예시이다.

도 3을 참조하면, LCU1, LCU2, 및 LCU3은 MCU로부터 직접 전송이 가능하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 티어에 속한다. 도 3을 참조하면, LCU5, LCU7는 MCU로부터 직접 수신은 불가능하며 LCU1 또는 LCU3을 통해서 메시지를 수신할 수 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 티어에 속한다. 또한 도 3을 참조하면, LCU4와 LCU6은 LCU2를 통해서 MCU와 통신이 가능하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 티어 에 속한다. 나머지 LCU들에 대해서도 유사한 방식으로 그룹화가 가능하다.

도 5는 도 3을 기준으로 설정되는 일실시예에 따른 네트워크 토폴로지를 예시한다.

도 5는 도 4보다 좀더 구체적으로 설정된 네트워크 토폴로지(또는 지그비 라우팅 토폴로지)로서, 멀티 홉 라우팅에서 이전 홉과 다음 홉을 특정한다.

MCU는 LCU의 주변 노드들의 채널 상태에 대한 정보를 수집하여, 도 3과 같은 채널 상태를 파악한 후, 도 5와 같은 네트워크 토폴로지를 설정할 수 있다.

채널 상태의 예로는, 지그비 MAC/PHY 표준에서 정의하는 LQI (link-quality indicator) 혹은 RSSI (received signal strength indicator)를 들 수 있다. 표준에 따르면 지그비 모듈은 최근 수신된 패킷에 대한 LQI 및 RSSI를 측정할 수 있다. 이를 이용하면 주변 노드와의 채널 상태에 대한 정보 수집이 가능하다.

도 6은 MCU가 LCU들로부터 수집하는 채널 상태에 대한 정보를 예시한다.

예를 들어 LCU들이 보고하는 LQI 값들이 도 6과 같다고 가정하면, LQI가 high인 것을 기준으로 도 5 의 네트워크 토폴로지 설정이 가능하다. 도 3 및 도 6을 참조하면, LCU8의 경우 LCU4와 LCU6으로부터의 수신 채널 상태(예컨대, LQI 또는 RSSI)가 모두 양호하지만 하나의 티어에서 상위 티어로의 경로를 최소화하는 것이 라우팅 테이블 관리에 유리하므로, MCU는, 도 5에 예시된 바와 같이, LCU8의 부모 노드로서 LCU6을 선택하였다. 이러한 원리를 통하여, LCU8, LCU10, LCU12, LCU14가 모두 하나의 부모 노드인 LCU6을 가질 수 있다.

도 7은 일실시예에 따른 측정 요구 메시지 및 측정 응답 메시지를 나타낸다.

측정 요구 메시지는 각 LCU의 주변 채널 상태 정보를 수집하기 위해 MCU로부터 브로드캐스트되며, 모든 LCU에 전달될 수 있다.

도 8a 내지 8c는 측정 요구 메시지가 모든 LCU에 전달되는 과정을 나타낸다.

먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, MCU가 측정 요구 메시지를 브로드캐스트하면, 이를 수신한 LCU1, LCU2 및 LCU3이, 도 8b에 도시된 바와 같이, 측정 요구 메시지를 브로드캐스트한다. 마찬가지로, LCU1, LCU2 및/또는 LCU3으로부터 송신된 측정 요구 메시지를 수신한 LCU4, LCU5, LCU6 및 LCU7이, 도 8c에 도시된 바와 같이, 측정 요구 메시지를 브로드캐스트한다. 이러한 과정을 통하여, 측정 요구 메시지는 모든 LCU에 도달될 수 있다.

측정 요구 메시지는 주기적으로 네트워크에 브로드캐스트될 수 있다. 측정 요구 메시지는, 도 7을 참조하면, 측정 요구 메시지임을 나타내는 메시지 식별자를 포함하며, MCU 주소 및 브로드캐스트 주소를 각각 소스 주소(source address) 및 목적 주소(destination address)로 한다.

측정 응답 메시지는 측정 요구 메시지를 수신한 LCU가 주변의 채널 상태를 측정하여 그 측정 결과를 MCU에 보고할 때 사용되는 메시지이다. 측정 응답 메시지는, 도 7을 참조하면, 측정 응답 메시지임을 나타내는 메시지 식별자를 포함하며, 해당 LCU 주소 및 MCU 주소를 각각 소스 주소 및 목적 주소로 한다. 또한, 측정 응답 메시지는, 도 7을 참조하면, 해당 LCU의 주변 노드의 개수 및, 각 주변 노드와의 채널 상태(예컨대, LQI, RSSI)를 메시지 컨텐트로서 포함할 수 있다. LCU는 측정 요구 메시지를 포함한 모든 메시지 수신 시 채널 상태 정보(예컨대, LQI및 RSSI)를 모뎀으로부터 획득하여 저장할 수 있다. LCU는 주변 채널 상태를 관리하기 위해 노드 별 채널 상태 테이블을 가질 수 있다. LCU는 동일 노드로부터 여러 차례 메시지를 수신하는 경우, 평균값을 구하여 채널 상태 정보로서 저장할 수 있다.

MCU는 각 LCU로부터 생성/송신된 측정 응답 메시지를 수신하여, 도 6과 같은 테이블을 작성하고, 작성된 테이블을 기초로, 도 5와 같은 네트워크 토폴로지를 설정할 수 있다.

MCU는 설정된 네트워크 토폴로지를 기초로 각 LCU에 대한 라우팅 정보를 작성하여 전송한다. 라우팅 정보는 라우트 요구 메시지를 통하여 전송될 수 있다.

도 9는 일실시예에 따른 라우트 요구 메시지와 라우트 응답 메시지를 나타낸다.

라우트 요구 메시지는 MCU가 각 LCU에 대한 라우팅 정보를 제공하기 위해 사용되는 메시지로서, 각 LCU를 향하여 유니캐스트된다. 이를 수신한 LCU는 응답으로 도 9에 예시된 라우트 응답 메시지를 MCU에 유니캐스트할 수 있다.

라우트 요구 메시지는, 도 9를 참조하면, 라우트 요구 메시지임을 나타내는 메시지 식별자를 포함하며, MCU 주소 및 해당 LCU 주소를 각각 소스 주소 및 목적 주소로 한다. 또한, 라우트 요구 메시지는, 도 9를 참조하면, 하향 디폴트 다음 홉, 상향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 개수, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 주소, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 개수, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 주소를 포함할 수 있다.

도 10은 각 LCU로 향하는 라우트 요구 메시지에 포함되는 메시지 컨텐트를 설명하기 위한 테이블이다.

도 10에 따른 테이블을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

LCU1는 자식 노드가 없으므로 하향 관련 값이 존재하지 않으며, MCU를 부모 노드로 가지고 있으므로 상향 디폴트 다음 홉이 MCU가 된다.

마찬가지로, LCU3은 MCU를 부모 노드로 가지고 있으므로 상향 디폴트 다음 홉이 MCU가 된다. MCU는 LCU3의 자식 노드인 LCU5 및 LCU7 중에서, 보다 많은 하위 노드를 가진 LCU7을 하향 디폴트 다음 홉으로, 나머지 자식 노드인 LCU5를 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드'로 정한다. 또한, '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드'에 해당하는 LCU5는 LCU9를 하위 노드로 가지고 있으므로, MCU는 LCU3에서 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 개수'를 1로, LCU9로 향하는 메시지는 LCU5로 전달하는 것을 나타내도록 LCU9:LCU5를 '하향 디폴트 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 주소 및 자식 노드의 주소'에 기록할 수 있다.

도 11은 일실시예에 따른 수신 메시지를 처리하는 방법을 예시하는 흐름도이다.

LCU는 메시지를 수신하면(S1105), 하향 메시지인지를 확인한다(S1110).

수신된 메시지가 상향 메시지이면(S1110), 상술한 바와 같이, 모든 LCU는 하나의 상향 디폴트 다음 홉을 가지므로 LCU는 항상 상향 디폴트 다음 홉으로 중계(릴레이)한다.

수신된 메시지가 하향 메시지이면(S1110), LCU는 그 목적주소가 수신 LCU 자신의 주소인지를 확인한다(S1120).

수신된 메시지의 목적주소가 수신 LCU 자신의 주소이면(S1120), LCU는 직접 처리하고(S1125), 그렇지 않으면(S1120), LCU는 라우팅 테이블에서 하향 디폴트 다음 홉이 존재하는지를 확인한다(S1130).

라우팅 테이블에 하향 디폴트 다음 홉이 없으면(S1130), LCU는 해당 메시지를 폐기(discard)하고(S1135), 그렇지 않으면(S1130), 목적 주소가 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 주소'인지를 확인한다(S1140).

목적주소가 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 주소'이면(S1140), LCU는 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드'로 수신 메시지를 직접 전송하며(S1145), 그렇지 않으면(S1140), 목적 주소가 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 주소'인지를 확인한다(S1150).

목적 주소가 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 주소'이면, 목적지와 연결된 '하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드'로 전송하고(S1155), 그렇지 않으면(S1150), 하향 디폴트 다음 홉으로 전송한다(S1160).

일례로, LCU1은 하향 디폴트 다음 홉이 없으므로, MCU로부터 메시지를 수신하면 더 이상 중계 기능을 수행하지 않는다. 만약 LCU1이 상향 메시지를 수신한 경우 LCU1은 상향 디폴트 다음 홉인 MCU로 메시지를 중계한다.

이와 같은 방법으로 각 LCU들은 작은 크기의 라우팅 테이블만을 가지고 최적의 데이터 전달을 수행 할 수 있다. 특히 네트워크(예컨대, PAN) 내에서 메시지 전달 홉 수에 제약이 없기 때문에 MCU 하나로 많은 수의 LCU가 제어될 수 있다.

또한 라우팅 테이블의 크기를 작게 할 수 있기 때문에 16 비트의 짧은 주소뿐만 아니라 64 비트의 긴 주소를 사용하여도 메모리 제약에 별 부담이 없다. 참고로 16 비트의 짧은 주소는 지그비 프로 표준에서 정의된 확률적 주소 지정(stochastic addressing) 알고리즘에 의해 선택되므로 그 값이 변경될 수 있으나, 64 비트의 긴 주소는 지그비 모뎀 별로 고유한 번호이므로 라우팅 수행이 보다 강인(robust)할 수 있다.

상술한 바와 같이, MCU는 주기적으로 측정 요구 메시지를 네트워크에 브로드캐스트하여 LCU간 채널 상태 정보 획득을 유발한다. 하지만 네트워크 계층(network layer)에서 브로드캐스트 메시지가 전송될 수 있는 홉 수가 제한되어 있기 때문에, 네트워크가 너무 길어지면(즉, 많은 홉을 가진 경로가 존재하면) 네트워크 전체에 대한 브로드캐스트가 불가능할 수 있다.

이를 극복하기 위하여, 일실시예에 있어서, 응용 계층(application layer)에서 1-hop 브로드캐스트를 수행하는 방식이 사용될 수 있다.

해당 방식을 지원하기 위한 측정요구 메시지를 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 12는 다른 일실시예에 따른 측정 요구 메시지(홉수에 제한이 없는 측정 요구 메시지)를 예시한다.

예를 들어, 도 3에서 MCU가 브로드캐스트 범위(broadcast range)를 1 홉으로 설정하여 측정 요구 메시지를 네트워크에 브로드캐스트하면 LCU1, LCU2, LCU3만이 해당 메시지를 수신할 수 있다. 그럼 해당 측정 요구 메시지를 수신한 LCU들이 다시 브로드캐스트 범위를 1-hop으로 설정하여 해당 메시지를 네트워크에 브로드캐스트한다. 물론 동일한 메시지 (트랜잭션 식별자로 구분 가능)를 수신할 경우 LCU는 해당 메시지를 브로드캐스트 없이 폐기할 수 있다. 이런 과정에 의해서 네트워크의 홉 수가 네트워크 계층에서 지원하는 홉 수보다 큰 경우도 문제없이 해당 메시지의 브로드캐스트가 가능하다. 물론 이러한 과정이 네트워크 계층에서의 브로드캐스트보다 느리지만 가로등 관제 시스템이라는 특수한 응용을 고려할 경우 별 문제가 되지 않는다.

이러한 과정을 통하여 측정 요구 메시지를 수신한 각 LCU들은 MCU로 측정 응답 메시지를 송신해야 한다. 이때 아직 상위 노드의 라우팅 테이블이 형성되어 있지 않을 경우, 네트워크 계층 라우팅(network layer routing)에 의존할 수 밖에 없으며 네트워크의 크기가 최대 지원 홉 수를 넘어설 경우 전송이 불가능하다. 이를 극복하기 위하여 측정 요구 메시지의 "Routing table ready flag"와 라우트 레디(Route Ready) 메시지를 활용한다.

"Routing table ready flag"는 LCU가 측정 요구 메시지를 1 홉 브로드캐스트할 때 자신이 라우팅 정보(특히 상향 디폴트 다읍 홉)를 가지고 있는지를 나타낸다. 만약 "Routing table ready flag"가 0인 측정 요구 메시지를 수신할 경우 해당 LCU는 측정 응답 메시지를 즉시 보내지 않고 해당 상위 LCU가 라우트 레디 메시지를 브로드캐스트할 때까지 기다린다. 만약 준비된 측정 응답 메시지를 송신하지 못한 LCU들은 라우트 레디 메시지를 수신하면 해당 측정 응답 메시지를 해당 상위 LCU에 전송한다. 이를 위하여 LCU는 라우팅 테이블이 준비되는 시점에 라우트 레디 메시지를 1-hop 브로드캐스트하여 주변 노드들에게 응용 중계(application relay)가 가능함을 알린다. 이러한 과정을 통하여 MCU는 네트워크 토폴로지를 제1 티어로부터 점진적으로 설정해 나갈 수 있다. 물론 새로운 노드로부터 측정 응답 메시지를 수신할 경우 네트워크 토폴로지 변경이 발생할 수 있으며, 그에 따라 일부 LCU의 라우팅 테이블이 변경될 수 있다.

또 다른 일실시예에 있어서, 측정 요구 메시지는, 도 13에 도시된 바와 같이, "# of hops"를 메시지 컨텐트로 더 포함할 수 있다. "# of hops"는 LCU가 응용 계층에서 릴레이를 수행할 때마다 1씩 증가시키는데, 만약 그 값이 네트워크 계층에서 지원하는 최대 홉 수보다 작다면 상위 LCU의 "Routing table ready flag"가 설정되지 않았다 하더라도 측정 요구 메시지에 대한 응답을 MCU로 전송할 수 있다. 이 경우 응용 계층에서의 릴레이 대신 네트워크 계층에서의 중계가 수행된다.

일실시예에 있어서, MCU는 "Routing table ready flag"를 항상 1로 설정하여 측정 요구 메시지를 전송한다.

도 14는 네트워크 형성을 위한 상위노드(A)와 하위노드(B)간의 메시지 전송을 예시한다.

도 14의 각 노드(A, B)에서, 회색 음영의 원은 라우팅 테이블이 준비된 노드를 나타내고, 회색 음영이 아닌 원은 라우팅 테이블이 아직 준비되지 않은 노드를 나타낸다.

일실시예에 있어서, 측정 요구 메시지와 라우트 레디 메시지는 1 홉 브로드캐스트로 전송되며, 측정 응답 메시지와 라우트 요구 메시지는 유니캐스트로 전송된다.

일실시예에 있어서, 임의의 LCU에 대해서 측정 응답 메시지와 그에 대한 라우트 요구 메시지의 전송 LCU의 네트워크 엔트리 과정에 활용될 수 있다.

한편, 모든 LCU에 전송될 공통 데이터(예컨대, 각 LCU의 펌웨어 이미지)가 있는 경우, 개시된 토폴로지를 사용하는 실시예를 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 각 LCU의 펌웨어 이미지(firmware image)를 업데이트하기 위해서는 MCU가 LCU로 유니캐스트 전송을 수행해야 하지만, 이 경우 많은 홉을 거쳐 큰 용량의 이미지를 다운로드해야 하기 때문에 네트워크 부하(load)가 증가하고 다운로드 시간이 매우 길어질 수 있다. 따라서, 네트워크 부하를 줄이고 다운로드 시간을 줄일 수 있는 공통 데이터의 전송 방법을 개시한다.

일례로, 도 3의 토폴로지 시나리오에서 MCU는 먼저 자식 노드인 LCU1, LCU2 및 LCU3에 펌웨어 이미지를 이루는 데이터 블록들을 다운로드한다. 이 과정은 각 LCU에 대한 유니캐스트 혹은 세 LCU에 대한 1 홉 브로드캐스트를 통하여 수행될 수 있다. 1 홉 브로드캐스트를 이용되는 경우, 다운로드 종료 후 각 LCU는 수신 실패한 데이터 블록의 리스트를 MCU로 전송함으로써 수신 실패한 데이터 블록에 대한 추가적인 유니캐스트 전송(즉, 재전송)이 수반될 수 있다.

MCU가 첫째 티어의 노드들에 대한 이미지 다운로드를 종료하면 첫째 티어의 각 노드에게 둘째 티어의 노드들에 대한 이미지 다운로드를 지시한다. 이러한 지시에 응답하여, LCU2는 LCU4와 LCU6에 자신이 방금 수신 완료한 펌웨어 이미지를 전송하며 LCU3는 LCU5와 LCU7에 대한 펌웨어 이미지 다운로드를 수행한다. LCU2, LCU3의 전송에도 유니캐스트 혹은 1 홉 브로드캐스트가 이용될 수 있다. 한편, LCU1은 리프 노드(leaf node)이므로 하위 티어 노드들에 대한 이미지 다운로드을 수행할 필요가 없다. 이러한 과정은 LCU2를 통한 이미지 다운로드와 LCU3을 통한 이미지 다운로드를 동시에 수행할 수 있게 함으로써 다운로드 시간이 단축 가능하다. 이미지 다운로드가 완료되면, LCU2와 LCU3은 작업 완료를 MCU에 보고한다. 이와 같은 과정을 반복하여 전체 네트워크에 이미지 다운로드에 따른 네트워크 부하를 최소화할 수 있다.

일반적으로 N번째 티어 노드들에 대한 이미지 다운로드가 완료되면, 각 N 번째 티어 노드들에 (N+1) 번째 티어 노드들에 대한 이미지 다운로드가 지시된다. 이러한 지시는, 일례로 N-1번째 티어 노드들로부터 생성될 수도 있으며, 다른 일례로 MCU로부터 생성되어 N-1번째 티어 노드들로부터 전달받을 수 있다.

한편, 티어가 다르다 하더라도 토폴로지 상의 부모 노드가 다른 그룹에 대해서는 동시에 이미지 다운로드가 가능하다. 일례로, 도 3에서 LCU6이 LCU8, LCU10, LCU12, LCU14에 이미지를 다운로드하는 동안 LCU11이 LCU13과 LCU15에 이미지 다운로드를 수행할 수 있으며 LCU5는 LCU9에 이미지 다운로드를 수행할 수 있다.

1 홉 브로드캐스트를 통한 이미지 다운로드 수행시, 수신 데이터가 부모 노드(라우팅 테이블에서 상향 디폴트 다음 홉) 로부터 전송된 것이 아닐 경우 폐기할 수 있다.

당업자는 여기서 개시된 본 프로세스 및 방법 및 다른 프로세스 및 방법에 있어서, 그 프로세스 및 방법에서 실행되는 기능이 다른 순서에 따라 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 개략 설명된 단계 및 동작은 예로서만 제공된 것이며, 여기서 개시된 실시예의 본질로부터 벗어나지 않으면서, 일부 단계 및 동작은 선택적이며, 더 적은 수의 단계 및 동작으로 조합될 수 있거나 추가적인 단계 및 동작으로 확장될 수 있다.

예시적 실시예에서, 본 개시에 기재된 동작, 프로세스 등의 어떤 것도 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 판독가능 명령어로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 명령어는, 모바일 장치의 프로세서, 네트워크 구성요소 및/또는 다른 어떤 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 수 있다.

이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (22)

1. (a) 적어도 하나의 주변 노드와의 채널 상태를 측정하는 단계;
   (b) 루트 노드로의 라우팅 준비가 완료되었다는 제1 메시지를 수신하는 것에 응답하여, 상기 측정된 채널 상태에 대한 정보를 포함하는 제2 메시지를 송신하는 단계; 및
   (c) 라우팅 정보를 포함하는 제3 메시지를 수신하여, 라우팅 테이블을 설정하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
   채널 상태 측정을 요구하는 메시지를 수신하는 것에 응답하여, 채널 상태를 측정하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
3. 제1항에 있어서,
   채널 상태 측정을 요구하는 메시지를 수신하는 것에 응답하여, 응용 계층에서 브로드캐스트 범위를 1홉으로 설정하여 채널 상태 측정을 요구하는 메시지를 브로드캐스트하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 채널 상태 측정을 요구하는 메시지는
   메시지 중복 처리를 방지하기 위해 상기 루트 노드에 의해 부여된 트랜잭션 식별자를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 메시지는 부모 노드가 확정된 노드로부터 수신되는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 메시지는 주변 노드의 개수, 및 각 주변 노드와의 채널 상태 값을 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 라우팅 테이블을 설정하는 것에 응답하여, 루트 노드로의 라우팅 준비가 완료되었다는 제4 메시지를 브로드캐스트하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제4 메시지를 수신한 노드로부터 측정된 채널 상태에 대한 정보를 포함하는 제5 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 라우팅 테이블에 따른 부모 노드로 상기 제5 메시지를 중계하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 라우팅 테이블에 따른 부모 노드로부터 상기 제4 메시지를 수신한 노드를 위한 라우팅 정보를 포함하는 메시지를 수신하여, 상기 노드에게 전달하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 라우팅 정보는
    상향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드에 대한 정보를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 라우팅 정보는
    상기 자식 노드의 하위 노드에 대한 정보를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
12. (a) 무선 네트워크에 있는 노드들 각각의 주변 노드와의 채널 상태에 대한 정보를 수집하는 단계; 및
    (b) 상기 수집된 채널 상태에 대한 정보를 기초로, 각 노드마다 1개의 부모 노드만 존재하도록 네트워크 토폴로지를 설정하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    각 노드에 대해, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 개수가 최소가 되도록 네트워크 토폴로지를 설정하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    각 노드에 대해, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드의 하위 노드의 개수가 최소가 되도록 네트워크 토폴로지를 설정하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
15. 제12항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 채널 상태 측정을 요구하는 측정 요구 메시지를 1홉 브로드캐스트하는 단계를 포함하고,
    상기 측정 요구 메시지는 이를 수신한 노드의 응용 계층에서 브로드캐스트 범위가 1홉으로 설정되어 해당 노드로부터 재송신되는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
16. (a) 상향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉, 하향 디폴트 다음 홉이 아닌 자식 노드에 대한 정보를 포함하는 라우팅 테이블을 설정하는 단계; 및
    (b) 상기 라우팅 테이블을 기초로, 수신되는 메시지를 처리하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상향 메시지가 수신되면, 상기 상향 디폴트 다음 홉으로 중계하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    하향 메시지가 수신되면, 하향 메시지의 목적 주소가 수신한 노드 자신의 주소 및 상기 자식 노드의 주소가 아닌 경우, 상기 하향 디폴트 다음 홉으로 수신된 메시지를 중계하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
19. 제16항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은 상기 자식 노드의 하위 노드의 주소를 더 포함하고,
    상기 (b) 단계는 하향 메시지가 수신되면, 하향 메시지의 목적 주소가 수신한 노드 자신의 주소, 상기 자식 노드의 주소 및 상기 자식 노드의 하위 노드의 주소가 아닌 경우, 상기 하향 디폴트 다음 홉으로 수신된 메시지를 중계하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 노드 동작 방법.
20. 각 가로등에 장착되며, 수신되는 제어 신호에 따라 해당 가로등을 제어하는 복수의 로컬 제어 유닛들; 및
    무선 네트워크를 통하여 상기 복수의 로컬 제어 유닛들과 통신하는 주 제어 유닛을 포함하고,
    상기 주 제어 유닛은 상기 로컬 제어 유닛들 각각의 주변 채널 상태에 대한 정보를 수집하여, 네트워크 토폴로지를 설정하고, 설정된 네트워크 토폴로지에 따른 라우팅 정보를 상기 로컬 제어 유닛들 각각에 송신하고,
    상기 로컬 제어 유닛들 각각은 주변 채널 상태에 대한 정보를 상기 주 제어 유닛에 송신하고, 상기 라우팅 정보를 수신하여 라우팅 테이블을 설정하는 가로등 관제 시스템.
21. 제20항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 지그비 통신 네트워크인 가로등 관제 시스템.
22. 제20항에 있어서,
    상기 주 제어 유닛과 상기 로컬 제어 유닛들 간에 전송되는 메시지는 응용 계층을 통하여 라우팅되는 가로등 관제 시스템.

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