KR20150002682A - 로우 듀티 사이클 엔드 노드들을 갖는 큰 ｗｓｎ들에 대한 스케일러블 프로토콜 - Google Patents

Abstract

메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법 및 시스템이 설명되며, 노드들은 센서들과 연관된다. 방법 및 시스템은 통신 채널들 ― 이 통신 채널들을 통해 메인 노드는 채널 홉핑 방식에 기초하여 노드들과 통신함 ―을 정의하고, 메인 노드에 의해 브로드캐스트는 전달 프레임들을 반송하는데 전용되는 적어도 하나의 전달 채널을 정의한다. 방법 및 시스템은 전달 메시지를 청취할 적어도 하나의 전달 채널을 로케이팅함으로써 연결 세션에 진입하도록 네트워크에서 포착되지 않은 비-포착 노드들을 구성한다. 전달 메시지는 활성화될 후속 통신 채널을 표시한다. 방법은 후속 통신 채널로 비-포착 노드들을 스위칭한다.

Description

로우 듀티 사이클 엔드 노드들을 갖는 큰 ＷＳＮ들에 대한 스케일러블 프로토콜 {SCALABLE PROTOCOL FOR LARGE WSNS HAVING LOW DUTY CYCLE END NODES}

본 출원은 2012년 3월 19일 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 제 61/612,801 호를 우선권 주장하고, 상기 가특허 출원의 전체 개시는 본원에 인용에 의해 포함된다.

본 발명의 실시예들은 일반적으로 무선 센서 네트워크들에 관한 것이고 보다 구체적으로 무선 센서 네트워크에서 직렬-병렬 채널 홉핑 방식을 구현하는 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.

멀티-티어드 무선 센서 네트워크들(multi-tiered wireless sensor networks(WSNs))은 큰 지리학적 영역들에 걸쳐 분포되게 존재한다. 종래의 멀티-티어 무선 센서 네트워크들은 제 1 티어를 형성하는 메인 노드(예를 들어, 조정자 노드, 또는 게이트웨이 노드)를 포함한다. 메인 노드는 논리적으로 제 2 티어의 노드들에 링크된다. 제 2 티어의 노드들은 엔드 노드들 또는 리피터 노드(repeater node)들일 수 있다. 제 2 티어의 리피터 노드들은 제 3 티어에 있는 하나 이상의 엔드-노드들에 논리적으로 링크될 수 있다. 엔드-노드들의 전체 컬렉션(collection)은 네트워크의 제 3 티어를 포함할 수 있다. IEEE 802.15.4 프로토콜 표준, 버젼 2(2006)는 "완전 기능적 노드들" 및 "부분 기능적 노드들" 사이를 구별한다. 다른 경우의 노드들은 페어런트-차일드(parent-child) 관계(예를 들어, "페어런트"는 메인 노드 또는 리피터 노드 같은 완전 기능적 노드이고, "차일드"는 엔드-노드 같은 부분 기능적 노드임)를 사용하여 표기된다. 메인 노드와 리피터 노드 사이의 관계는 또한 페이런트-차일드 관계로 지칭될 수 있고, 여기서 리피터는 보조 역할을 서빙한다. 종종 페이런트 노드들로서 서빙하거나 페이런트 노드들로서 서빙할 수 있는 완전-기능적 노드들은 더 높은 수신기 감도들 및 송신기 전력들 및 보다 우수한 채널 격리(즉, 보다 우수한 라디오들)를 사용하지만, 엔드-노드들(사실상 항상 칠드런 노드들의 역할을 하고 네트워크에서 훨씬 더 많은 수가 있음)은 일반적으로 보다 빈약한 성능을 가진 덜 비싼 라디오들을 사용한다. 상기 기술된 네트워크는 일반적으로 큰 물리적 영역에 걸쳐 펼쳐진다. 예를 들어, 두 개의 노드들(상기 두 개의 노드들 중 적어도 하나는 낮은-노이즈 증폭기 및 전력 증폭기를 가짐)은 거의 어려움 없이 몇 백 피트의 거리에 걸쳐 서로 통신할 수 있고, 따라서 전체 네트워크는 100,000 제곱 피트 또는 그 초과의 영역, 및 빌딩의 다수의 층들을 커버할 수 있다. 보다 일반적인 네트워크 토폴리지들은 또한, 애드 혹 네트워크 형성 동안 수행된 테스트들에서 결정된 바와 같이, 노드들의 다양한 쌍 조합들 사이에서 통신 링크들의 품질에 기초하여, 다양한 네트워크 티어들이 애드 혹 방식으로 구성되거나 그 자체들이 애드 혹 방식을 구성하게 존재한다. 실제 네트워크 토폴로지에 무관하게, 대부분의 실제 WSN 구현들에서 주어진 엔드 노드(예를 들어, 티어 N) 자체가 위에 있는 하나의 티어(예를 들어, 티어 N-1)인 몇몇 "페어런트" 노드에만 연결된다는 것을 알게 되는 것이 언급될 수 있다.

일반적으로, 무선 센서 네트워크는 국가 규제 같은 수단에 의해 규정된 보다 큰 주파수 범위에 걸쳐 확산된 주파수 범위들 또는 채널들을 사용한다. 예를 들어, 미국에서 902-928 MHz 범위에서 동작하는 무선 센서 네트워크는 숫자상으로 50개까지 채널들의 세트를 사용할 수 있다. 게다가, 네트워크는 "랜덤 홉핑" 방식으로 이들 채널들을 사용하여, 노드들은 다른 채널로 홉핑/점핑하기 전에 단기간의 시간 동안만(통상적으로 10분의 1초) 특정 채널을 통해 통신한다. 채널 점유의 순서는 랜덤이거나, 명백히 랜덤이다.

많은 타입들의 통신 프로토콜들(예를 들어, IEEE 802.15.4 표준 프로토콜)에 대해, 노드가 특정 채널 상에서 메시지를 전송할 수 있기 전에, 노드는 동일한 채널을 사용할 수 있는 다른 노드들을 청취하는 특정(단) 기간의 시간을 소비한다. 예를 들어, 802.15.4 표준은 구체적으로 이런 "LBT(listen-before-talk)" 프로세스에 대해 일종의 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance) 알고리즘을 사용한다.

그러나, 멀티-티어 무선 센서 네트워크들이 사용된 종래의 통신 프로토콜들은 특정 제한들을 경험한다. 예를 들어, 물리적으로 큰 무선 센서 네트워크들에서 종종 직면되는 일반적인 문제는 동일한 네트워크 내에 있고 그 네트워크의 물리적 공간의 두 개의 극단 에지들에 위치된 두 개의 노드들이 있을 수 있어서, 동일한 순간에 메시지를 전송할 필요가 있다는 것이다. 만약 두 개의 노드들이 서로의 메시지들을 청취하기에 너무 멀리 떨어지면, 노드들은 CSMA-CA 체크를 수행할 수 있고 상기 노드 둘 다는 그들 각각의 메시지들을 전송하는 것이 OK라는 것을 결정한다. 그러나, 두 개의 노드들이 메시지들을 전송할 때, 네트워크 내의 다른 노드들(대부분의 다른 노드들은 대략 두 개의 극단 노드들 사이에 위치됨)은 전송 노드들의 둘 다로부터 메시지들을 청취할 수 있다. 두 개의 메시지들은 서로 왜곡시키고 따라서 중간 노드들은 어느 하나의 메시지를 이해하지 못할 수 있다. 따라서, 종래의 네트워크 프로토콜들은 네트워크 내 노드들 모두가 모든 다른 노드들로부터 모든 메시지들을 들을 수 없을 때 메시지 오버랩을 방지할 수 없다. 이것은 특히 두 개의 엔드 노드들(엔드 노드 및 게이트웨이 또는 리피터 노드들, 또는 두 개의 리피터 노드들, 등과 반대)에 문제인데, 그 이유는 엔드 노드들은 최소 하드웨어(예를 들어, 제한된 수신 감도의 라디오 트랜시버, 및 예를 들어 로우-노이즈 증폭기(LNA)가 없음)를 가지는 경향이 있기 때문이다.

종래의 무선 네트워크들에서 다른 일반적인 문제는 대부분의 엔드-노드들이 배터리 전력 공급식이고, 낮은 듀티 사이클로 동작하고, 즉 엔드 노드들이 전력을 절약하기 위하여 대다수의 사간을 슬립 모드(sleep mode)에 있다는 사실에 관한 것이다. 많은 경우들에서 이들 낮은 듀티 사이클 노드들은 상기 노드들이 센서 이벤트를 경험할 때만(예를 들어, 모션 센서는 노드의 어웨이크닝을 조장함) "웨이크 업"한다. 그 다음 노드는 임의의 및 모든 적당한 메시지들을 전송하고 그 다음 슬립 모드로 리턴한다. 이것은 두 번째 문제를 유도하는데, 즉 상위-티어 관리 노드들(리피터 및 게이트웨이 노드들)은, 채널이 현재 활성인 것과 같은 대부분의 시간인 슬립 모드에 엔드-노드들이 있을 때 네트워크 관리 메시지들을 엔드-노드들에 전송할 수 없다. 엔드-노드가 대부분의 시간에, 네트워크에서 엔드-노드의 페이런트 노드로부터 임의의 관리 메시지들을 들을 수 없는 어슬립(asllep)이기 때문에, 그리고 엔드-노드가 네트워크의 제어 외의 이벤트들에 따라 랜덤 시간들에서 웨이크 업 하기 때문에, 엔드 노드는 임의의 하나의 시점에서 네트워크가 어느 채널을 사용하는지를 쉽게 추적할 수 없다. 따라서, 엔드-노드가 웨이크 업할 때, 종래의 접근 방식은 엔드-노드가 임의의 메시지들을 전송하기 전에 사용 중인 네트워크 채널을 발견하기 위해 충분한 다중-채널 스캔을 수행하게 한다. 충분한 다중-채널 스캔은 전력 관점에서 극히 비싸다. 예를 들어, 네트워크가 의사-랜덤 홉핑시 50 채널들의 각각에서 0.1 초를 소비하고, 엔드-노드가 역방향 채널 순서로 스캔하면, 활성 채널을 발견하기 위해 1 또는 2초가 걸릴 수 있다. 본 명세서의 실시예들에 따라, 엔드-노드들은 이상적으로 WSN 엔드-노드들에서 코인 셀(coin cell) 및 작은 충전 가능 배터리들이 실행 가능하게 하기 위해 시간 또는 날짜 당 제 2 몇 번 중 단지 10분의 1초 동안만 웨이크 업한다. 따라서, 장기간들의 슬립에서 어웨이크한 후, 엔드-노드들이 네트워크 내의 액티브 채널을 빠르게 발견할 수 없는 문제가 존재하고, 상기 액티브 채널에 걸쳐 엔드-노드들은 액티브 채널을 발견하는 전력을 통신하고 소모하도록 허용받는다. 즉, 엔드-노드들이 애플리케이션 지향 데이터를 실제로 전송 및 수신하는데 소비하는 것보다 엔드-노드들이 주파수 홉핑 네트워크들에서 액티브 채널을 탐색하는데 더 많은 시간 및 전력을 소비하는 경우들이 있다.

장래에 WSN들이 언젠가는 수천개 또는 어쩌면 심지어 수만개의 엔드-노드들을 포함할 수 있는 것이 가능하다. 위의 문제들은 매우 큰 네트워크에서의 엔드-노드들의 순수한 수에 의해 악화되어, 다른 문제를 초래한다. 종래의 네트워크 프로토콜들은, 확장가능한 방식으로, 예를 들어 거의 무제한의 수의 엔드-노드들을 이론적으로 지원할 수 있는 방식으로, 매우 많은 수의 노드들을 지원하는 것에 적합하지 않다.

무선 센서 네트워크들에서 메시지 충돌을 방지하는 표준 수단(standard means)은, IEEE 802.15.4 프로토콜의 CSMA-CA 알고리즘과 같은 "리슨-비포어-토크(listen-before-talk)"에 대한 다양한 접근법들 중 하나이다. 일 선택적인 구현(즉, 비컨 모드 선택)에서, 802.15.4 프로토콜은, 비컨 프레임들이 비컨 프레임들 사이에 시간 공간(time space)를 갖는 간격들로 송신되어 다수의 타임 슬롯들로 분할되는 채널 슬로팅(channel slotting)을 사용하는 큰 네트워크들을 가능하게 한다. 802.15.4 표준(예를 들어, 버전 2, 2006)은 2개의 타입들의 타임 슬롯들을 제공하며, 그 2개의 타입들의 타임 슬롯들은, CAP 또는 "경쟁 접근 기간(contention access period)"에서의 타임 슬롯들, 및 CFP 또는 "경쟁 프리 기간(contention free period)"에서의 타임 슬롯들이다. 후자는, 네트워크 코디네이터 노드(network coordinator node)가 특별히 타임 슬롯에 대해 액세스를 승인(grant)하지 않는 한 임의의 노드에 의해 사용될 수 없다. 전자는, 노드가 충돌-방지(anti-collision) 메커니즘 - CSMA-CA을 먼저 채용한다면, 임의의 노드에 의해 사용될 수 있다. CSMA-CA 및 시간 슬로팅 방법들은, 제한된 대역폭에 대한 노드들 사이의 경쟁을 관리하는 것을 돕지만, 네트워크의 크기가 (예를 들어, 분당 수백개의 메시지들 초과로) 실질적으로 증가되는 경우에 양호하게 스케일링되지 않는다. 예를 들어, 노드들이 부가됨에 따라, 이용가능한 슬롯들의 수가 빠르게 소모된다. 또한, 큰 압력이 큰 네트워크에서의 메인 노드에 대해 놓여지고, 리피터 노드들은 메인 노드와 엔드-노드 사이에서 메시지들을 단순히 리피팅하는 비교적 제한된 역할을 갖는다. 리피터 노드들은 리피터 노드의 즉각적인 네트워크(서브-네트워크) 내의 프로토콜 값들을 관리하지 않는다. 따라서, 결과적인 네트워크는 양호하게 스케일링되지 않는다.

대안적으로, 다수의 노드들이 대역을 공유하게 허용하고 보안을 증가시키는 방식으로서, 주파수 홉핑 확산 스펙트럼(frequency hopping spread spectrum; FHSS)이 아니라 종래의 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(direct sequence spread spectrum; DSSS) 기법들이 사용되었던 경우에, 위의 문제들이 여전히 존재할 것이다. 칩 세트들은, DSSS 비트 추출(extraction)이 2개의 정보학적으로(informatically) 상이한 칩 시퀀스들을 컨볼루션(convolute)할 수 없다는 것을 보장하기에 충분히 상이해야만 한다(칩 패턴들이 충분히 상이해야만 한다). FHSS 체계(scheme)에서 이용가능한 주파수 채널들의 유한한 수가 존재하는 것처럼, 허용된 DSSS 칩 시퀀스들의 유한한 수(즉, 궁국적인 부족(ultimate scarcity))가 존재한다.

로우 듀티 사이클 엔드 노드들에 대해 사용하기 위한 스케일링 가능한 개선된 WSN에 대한 필요성이 남아있다.

일 실시예에 따르면, 채널 홉핑(hopping) 상태에 관한 정보를 제공하도록 전송 채널들이 추가되어, 그에 따라 긴 활동 중지(long sleep)로부터 환기시키는(awakening) 엔드-노드에 대해 요구되는 채널 스캐닝 시간을 감소시키는 직-병렬형 채널 홉핑 프로토콜을 실시하는 무선 센서 네트워크 및 방법이 제공된다. 본 프로토콜은 계속 증가하는 갯수의 리피터 노드들을 이용하여 단순하고 균일하게 확장되며, 따라서 총 수천 개 및 심지어 수만 개의 엔드-노드들을 포함하는 네트워크들과 이용될 수 있다. 선택적으로, 이 방법들은 (주파수 채널들의 세트들에 대한 대안으로서) 상호 직교하는 DSSS 칩 시퀀스들의 컬렉션(collections)과 이용될 수 있다. 실시예에 따르면, 센서들과 연관되는 복수의 노드들과 메인 노드 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법이 기술된다. 이 방법은 메인 노드가 채널 홉핑 체계(scheme) 패턴에 기초한 노드들과 통신하는 통신 채널들을 규정하는 단계, 및 메인 노드에 의해 방송되는 전송 프레임들을 운반하는 것에 전용되는 적어도 하나의 전송 채널을 규정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 전송 메시지를 듣기 위해 전송 채널에 대해 튜닝함으로써 연결 세션에 들어가기 위해, 네트워크에 대해 획득(acquire)되지 않은 비-부착 노드들을 형성한다. 전송 메시지는 (예를 들어, 네트워크 홉핑 순서에서 사용될 후속 채널의 채널 번호를 지시함으로써) 능동 통신 채널을 지시한다. 이 방법은 전송 메시지에서 특정되지 않은 후속 능동 통신 채널로 입수되지 않은 노드들을 전환하고, 비콘 프레임(beacon frame)에 대해 들으며, 이 비콘 프레임(예를 들면, 전형적으로 비콘 프레임의 최종 바이트의 단부)을 타이밍 기준(reference)으로서 활용하여, 입수되지 않은 노드들이 IEEE 802.15.4 표준에서 특정된 그러한 메시지들과 같이, 네트워크 코디네이터와 부착 노드(attaching node) 사이에서 교환되는 일부 일련의 요구 및 반응 메시지들을 이용하는 네트워크를 획득하는 것을 가능하게 한다.

특정 실시예들에 따르면, 비컨 프레임은, 다른 필드들에 부가하여, 다음의 필들들: a) 얼마나 많은 전송 채널들이 존재하는 지를 표시하는 "이송 채널들의 총 넘버" 필드; b) 네트워크 내의 어느 채널들이 이송 채널들을 나타내는 지를 표시하는 "이송 채널 넘버" 필드; 및 c) 비컨 프레임(beacon frame)과 관련된 수퍼-프레임(모든 타임 슬롯들의 총 세트) 동안 네트워크를 상에서 통신하도록 허가받은 노드들과 관련된 우선순위 액세스 넘버들(priority access number)의 범위를 표시하는 우선순위 액세스 넘버 범위 필드들을 포함한다.

전송 메시지는, 액티브하게 될 다음 통신 채널에 대한 넘버를 표시하는 채널 넘버 필드를 포함한다. 다수의 부모 노드들(parent nodes)(예를 들어, 메인 노드 및 다수의 리피터 노드들)이 다수의 전송 채널들로 분할되는 경우들에서, 전송 메시지는 또한, 부모 노드의 아이덴티티에 대한 필드를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 부모 노드는, 채널 홉(channel hop) 바로 이전에, 자신의 할당된 전송 채널로 스위치할 것이며, 자신의 노드 ID 및 자신의 다음 홉의 채널 ID를 제공하는 메시지를 전송할 것이다. 그러한 부모 노드에 할당된 또는 그러한 부모 노드와 관련된 모든 자식 노드들(children node)은, 메시지를 전송 또는 수신하기 위해, 부모의 할당된 전송 채널로 가서, 노드 ID가 부모의 ID와 일치하는 전송 메시지를 기다릴 것이다. 자신의 부모로부터 전송 메시지를 듣으면(hearing), 자식 노드(child node)는 전송 메시지에 의해 특정되는 채널로 즉시 홉핑한다. 전송 메시지는 또한, 무빙(moving) 또는 종종 무빙 노드(moving node)가 다수의 부모 노드와 통신하는 것이 가능하도록 하기 위해 네트워크의 ID를 포함할 수 있는데, 이는 이들 부모 노드들 각각이, 무빙 또는 종종 또는 무빙 노드가 이전에 어태치된 동일한 네트워크와 관련되도록 보장하면서 이루어진다. 전송 메세지는 또한, 부모 노드들을 이동시키는 경우에(즉, 부모 노드들이 이동하고 자식 노드들 및/또는 엔드 노드들은 영구적으로 또는 임시적으로 고정된 물리적 위치들에 있다) 네트워크 ID 및 부모 노드 ID를 포함할 수 있고, 이에 따라 자식 노드들이 기회적 방식(opportunistic manner)(즉, 이동하는 리피터 노드가 근처에 로케이팅될 때)으로 네트워크(메인 노드)와 통신할 수 있게 한다. 방법은 충돌 없는 비컨 스케줄링을 실시하기 위해, 비-획득 엔드 노드들에서 및 획득 엔드 노드들에서 비컨 프레임을 사용하는 단계를 포함한다. 방법은 반송파 감지 다중 접속 - 충돌 회피 (CSMA-CA) 방법에서 비컨 프레임들을 사용하는 것을 더 포함한다. 방법은 적어도 2개의 전송 채널들을 정의하는 단계를 더 포함하고, 메인 노드는 전송 채널들의 각각을 통해 교대로 전송 프레임들을 송신하거나, 또는 둘 또는 그 초과의 채널들이 전송 채널들로 지정된 경우에 전송 채널 옵션들의 풀(pool)로부터 랜덤하게 선택된 전송 채널을 통해 전송 프레임들을 송신한다. 방법은, 각각의 자식 노드가, 그 부모 노드의 전송 메세지에서 그의 부모 노드에 의해서 지정된, 다음 활성 통신들 채널에 홉핑(hop)하도록 하고, 그런 다음에 새 활성 채널에서 비컨 프레임을 기다리게 하는 단계를 더 포함한다.

그 방법에서는, 채널 홉핑 방식이 메인 노드의 지시 하에 있다. 그 방법에서는, 메인 노드와 다른 페어런트 노드들 사이에서의 사용을 위해 제 1 전달 채널이 정의되고, 그러한 다른 페어런트(비-메인) 노드들과 그들의 각각의 칠드런 노드들 사이에서의 사용을 위해 상이한 제 2 전달 채널이 정의된다. 그 방법에서는, 새로운 페어런트(일반적으로, 중계기) 노드가 네트워크와 연관되는 때에 메인 노드에 의해서 또는 메인 노드로부터의 후속적인 중계기 노드 구성 메시지를 통해서, 각각의 페어런트 노드에 고유의 전달 채널이 할당되거나 페어런트 노드 사용을 위해 지정된 특정 전달 채널에 할당된다. 그 방법에서는, 전달 메시지가 비콘 프레임에 의해 개시되는 다음 슈퍼-프레임과 연관된 채널들의 세트 또는 활성 통신 채널을 나타낸다. 그 방법에서, 정의하는 단계는 제 3 티어(tier)에서 메인 노드, 제 2 티어에서 중계기 노드들 및 제 3 티어에서 종단 노드들을 정의하는 단계를 포함하고, 각각의 종단 노드는 페어런트-칠드런 관계에서 중계기 노드들 중 하나와 연관되고, 그 방법은 제 2 티어의 중계기/페어런트 노드들에 PA(priority access) 번호들을 제공하는 단계, 및 종단 노드들로 하여금 연관된 중계기 노드의 PA 번호를 인계하거나, 또는 네트워크로의 액세스를 제어하기 위해 PA 번호들을 활용하여 연관된 중계기 노드의 PA 번호의 함수인 PA 번호를 인계하게 하는 단계를 더 포함한다.

그 방법에서, 메인 노드와 각각의 추가적인 페어런트 노드들은 단일 전달 채널을 사용하거나, 페어런트 노드 네트워크 연결 및 구성 프로세스의 일부로서 메인 노드에 의해 둘 이상의 전달 채널들 간에 분배된다. 각각의 페어런트 노드는 랜던 또는 의사-랜덤 홉핑 방식에서 자신의 노드 ID 및 자신의 다음 채널 홉의 채널 ID를 나타내기 위해 모든 칠드런 노드들을 모니터링하기 위해서 전달 메시지를 전송할 목적으로 자신의 각각의 전달 채널을 사용한다. 페어런트 노드는 후속해서 다음 채널로 홉핑하고, 비콘 프레임을 전송하지 않고도, 홉핑 순서에 따라 다음 채널을 나타내기 위해 전달 채널로 다시 스위칭하기 이전에 일부 시간 기간 동안 페어런트 또는 칠드런 노드로부터의 메시지를 리스닝한다.

그 방법에서, 비연결된 종단 노드 또는 페어런트(중계기) 노드는 임의의 페어런트 노드의 전달 프레임을 리스닝하고 미리 결정된 기준 또는 기준들(예를 들어, 수 개의 강도 값들 중 임계 또는 최대 수신 신호 강도를 초과하는 수신 신호 강도)를 사용하여 채널들을 랜덤하게 스캐닝하고, 자신이 네트워크에 연결하려 시도할 페어런트 노드를 선택하고, 후속해서 선택된 페어런트 노드에 네트워크 연결 요청 메시지를 전송하기 위해 선택된(높은 신호 강도) 페어런트 노드의 전달 메시지에 표시된 채널로 간다. 그 방법에서, 전달 채널들의 수 및 전달 프레임의 길이는, 대체로 전달 채널의 총 네트워크 사용이 비-전달(홉핑 시퀀스) 채널들의 네트워크 사용과 본질적으로 동일하다는 것을 보장하도록 선택되고, 그로 인해서 네트워크에 의한 전달 채널의 과도한 사용을 회피한다.

그 방법에서, 상호 직교적인 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS) 칩 세트들/시퀀스들의 세트는, 주파수 홉들이 DSSS 칩세트 스위치들(칩 세트 "홉들")로 대체되고 하나 또는 소수의 이러한 칩 세트들이 전달 메시지들을 위해 예약되는 방식으로, 주파수 채널마다 홉핑하는 것에 대한 대안으로서 단일의 일정한 반송파 주파수(채널) 위에서만 사용되고, 그로 인해서 낮은-듀티 사이클 노드들에 의한 주파수 홉핑 기반 채널 변경 관리 및 네트워크 트래킹을 위해 본 문헌에 설명된 모든 애플리케이션들의 DSSS-기반 변경들을 가능하게 한다. 그 방법에서, DSSS 칩 세트들은 DSSS 칩 세트 선택 방식에 따라(일부 시간 패턴에 따라, 또는 분별가능한 타이밍 또는 패턴 없이) 주기적으로 변경되고, 그러한 변경은 규칙적인 네트워크 데이터 메시지들을 위해 사용될 업커밍 칩 세트들/시퀀스들을 공표하기 위해 하나 또는 소수의 미리 선택된 "전달 메시지" DSSS 칩 시퀀스들을 사용하여 미리 공표된다.

실시예에 따르면, 무선 센서 네트워크는 메인 노드로 구성된다. 메인 노드는 랜덤 또는 의사-랜덤 채널 홉핑 방식에 기초하여 메인 노드가 노드들과 통신하게 하는 통신 채널들을 정의하고, 메인 노드에 의해 브로드캐스팅되는 전달 프레임을 반송하는데 전용화되는 적어도 하나의 전달 채널을 정의하도록 구성된다. 메인 노드는 전달 프레임들을 전송하도록 구성되고 - 그 전달 프레임들 각각은 활성 통신 채널들을 나타냄 -, 활성 통신 채널을 통해 비콘 프레임을 전송하도록 구성되고, 비-연결 노드들은 센서들과 연관된다. 비-연결 노드들은 네트워크에 연결되지 않는다. 비-연결 노드들은 전달 메시지를 리스닝하기 위해 전달 채널로 튜닝함으로써 접속 세션에 진입하도록 구성된다. 비-연결 노드들은 활성 통신 채널로 스위칭하고 비콘 프레임을 리스닝하도록 구성된다. 비-연결 노드는 비-연결 노드가 네트워크에 연결할 수 있게 하기 위해 비콘 프레임을 타이밍 기준으로서 활용하도록 구성된다.

본원의 실시예들에 따르면, 종단 노드들은 WSN 종단-노드들에서 코인 셀 및 작은 재충전가능 배터리들을 실용적이게 하기 위해서 단지 수초 동안, 한 시간 또는 하루에 몇번 웨이크업한다.

선택적으로, 종단 노드는 특정 페어런트/중계기 노드를 사용하여 네트워크에 연결하지만, 중계기 노드와 영구적으로 연관되지는 않고, 시간 기간 동안 에너지-보존(슬립) 상태로 있은 이후에는, 종단 노드가 어웨이크하고 전달 채널들(주파수 홉핑을 위한 주파수 채널들 및 DSSS 기반 네트워크들을 위한 DSSS 칩 시퀀스들)(종단 노드가 네트워크 연결 프로세스 동안에 미리 학습한 주파수 채널들 또는 칩 시퀀스들)의 리스트를 스캐닝하고, 이어서 종단 노드는 종단 노드가 본래 네트워크에 연결되게 하는 동일한 노드일수 있거나 그렇지 않을 수 있는 최상(최고 신호 강도)의 페어런트/중계기 노드를 통해 메인 노드와 통신한다. 선택적으로, 종단 노드는 다수의 (광범위하게 분리된) 중계기 노드들에 의해 커버되는 공간을 통해 물리적으로 이동하면서 메인 노드와의 통신을 유지하기 위해서 그러한 방법(상이한 페어런트/중계기 노드들을 통해 메인 노드와 통신하는 방법)을 사용한다.

도 1은 일 실시예에 따라 형성된 다중 티어 무선 센서 네트워크(MT WSN: multi-tier wireless sensor network)를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따라 형성된 채널 홉핑 방법 또는 프로토콜을 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따라 이용되는 노드의 블록도를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따라 메인 노드로부터 전송된 비컨 프레임의 포맷을 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따라 노드들의 부착을 관리하기 위한 예시적인 프로세스를 나타낸다.
도 6은 네트워크 통신들을 관리하기 위한 대안적인 실시예에 따라 구현될 방법을 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따라 형성된 DSSS 칩 시퀀스 스위칭 방법 또는 프로토콜을 나타낸다.

도 1은 일 실시예에 따라 형성된 다중 티어 무선 센서 네트워크(MT WSN)(100)를 나타낸다. MT WSN(100)은 제 1 티어(102)를 정의하는 조정자 노드 또는 게이트웨이 노드와 같은 메인 노드(101)를 포함한다. 제 1 티어(102)는 부모(예를 들어, 리피터) 노드들(103)을 포함하는 제 2 티어(104)에 논리적으로 링크된다. 제 2 티어(104)의 노드들(103) 중 일부 또는 전부가 하나 또는 그보다 많은 자식(예를 들어, 종단) 노드들(105)에 논리적으로 링크된다. 노드들(101, 103, 105)은 무선 노드 대 노드 링크들을 형성한다. 선택적으로, 리피터 노드들이 서로 논리적으로 연결될 수도 있다. 선택적으로, 제 2 티어는 메인 노드(101)와 링크를 갖고 다른 노드들과는 다른 링크들을 갖지 않는 하나 또는 그보다 많은 종단 노드들을 포함할 수도 있다. 자식 노드들(105)의 전체 집합이 네트워크(100)의 제 3 티어(106)를 정의한다. 선택적으로, 하나보다 많은 티어 상에 리피터들이 사용된다면(즉, 리피터 대 리피터 티어 간 링크들이 존재한다면), 3개보다 많은 티어들이 이용될 수도 있다.

이 설명에서, "논리적으로 링크된"은 노드 대 노드 링크의 각각의 종단들 상의 2개의 노드들이 링크에서 다른 쪽 노드의 식별 번호를 포함하는 메시지들을 구체적으로 청취하고 있다는 사실을 의미한다. 예를 들어, 부모 노드(103A)는 자식 노드(105B)에 의해 전송된 메시지들을 청취하고 있고, 자식 노드(105B)는 부모 노드(103A)로부터의 메시지들을 청취하고 있다. 앞서 설명한 네트워크는 일반적으로 넓은 물리적 영역에 걸쳐 확산된다. 예를 들어, 2개의 노드들(이들 중 적어도 하나는 저잡음 증폭기 및 전력 증폭기를 구비함)이 수백 피트의 거리에 걸쳐 수십 또는 심지어 수백 kbps의 데이터 레이트로 별 어려움 없이 통신할 수 있으며, 이에 따라 전체 네트워크는 100,000 제곱피트 또는 이를 초과하는 면적, 및 건물의 여러 층들을 커버할 수 있다.

본 명세서에 개시된 네트워크 및 방법들은 주파수 홉핑 확산 스펙트럼(FHSS: frequency hopping spread spectrum) 및/또는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS: direct sequence spread spectrum)을 이용하여 관리될 수 있다. DSSS는 데이터 신호가 의사 랜덤 잡음 확산 코드와 다중화되는 기술이다. 예를 들어, "1"에 대한 이진 언어의 확산 코드는 길이가 10개의 칩들("0011001101")일 수 있으며, 이러한 순서의 이 10개의 칩들은 하나의 "칩 세트" 또는 "칩 시퀀스"를 구성한다. 수신기는 전송된 백색 잡음으로서 나타나는 것 사이에서 이러한 특정 칩 세트에 대해 필터링하도록 구성된다. DSSS, 특정 칩 세트들은 (데이터 메시지들 및 전송 메시지들과 같은) 메시지들을 전달하는데 사용될 수 있으며, 칩 세트들은 DSSS 칩 세트 선택 방식에 따라 메인 노드(101) 및/또는 부모 노드(103)로 교대될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, FHSS 방법과 DSSS 방법 모두에서 "채널" 및 "채널 홉핑"이 사용된다. FHSS에서의 "채널"은 주파수에 의해 정의되고, FHSS에서의 "채널 홉핑"은 주파수들의 스위칭들을 수반하는 반면, DSSS에서 "채널"은 칩 세트/시퀀스를 의미하고, "채널 홉핑"은 (단일 일정 반송파 주파수 내에서) 칩 세트들/시퀀스들의 변경을 수반한다.

무선 노드/라디오 인에이블 디바이스가 무선 네트워크를 통해 통신하고자 할 때, 무선 노드/라디오 인에이블 디바이스는 우선, 다양한 가능한 허용되는 대안들 중에서 어느 특정 주파수 그리고 잠재적으로는 어느 특정 DSSS(직접 시퀀스 확산 스펙트럼) 칩 세트가 사용되고 있는지를 결정해야 한다. 이는 (1) 노드가 결코 네트워크를 사용한 적 없고 네트워크 멤버가 아니며 현재 크리덴셜(credential) 및 보안 체크들을 통과함으로써 네트워크에 연결 또는 "부착"하려고 시도하고 있든, 아니면 (2) 노드가 이전에 네트워크에 연결했었고 네트워크 멤버든 간에 마찬가지이다. 다른 네트워크 노드들과의 통신을 허용하기 위해 네트워크를 찾는(즉, 현재 사용되는 주파수 채널 또는 DSSS 칩 세트 기반 "채널"을 결정하는) 프로세스는 여기서 네트워크 "포착"으로 지칭된다. 노드가 이전에 그렇게 했었다면, 특히 노드가 이전에 네트워크에 부착했거나 연결했던 경우에, 노드는 네트워크를 "재포착"할 수 있다. 즉, 네트워크를 "포착" 또는 "재포착"하는 것은 어떤 FHSS 채널 또는 DSSS 채널(칩 세트)이 현재 액티브한지를 결정하는 것을 의미한다. 네트워크에 "부착"하는 것은 용어의 일반적인 어법에서는, 모든 필수적인 보안 및 멤버십 규정 요건들을 통과함으로써 네트워크에 공식적으로 연결하는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 노드가 처음으로 네트워크에 "부착"하고 있든 아니면 네트워크를 "재포착"하거나 재연결하고 있든 간에, 네트워크를 "포착"하는 것은 일반적으로 노드가 네트워크에 연결하는 것을 의미할 수 있다.

"액티브"라는 용어는, 통신 채널들에 관련될 때는, (주파수 채널이든 아니면 DSSS 칩 세트이든 간에) 통신 채널― 이 통신 채널을 통해 또는 이 통신 채널에 의해 메인 또는 리피터 노드가 현재 비컨 프레임을 전송하고 있고 다른 리피터 노드들로부터 또는 종단 노드들로부터의 메시지들을 청취하고 있는 ―을 의미할 수 있다.

"메인 노드" 및 "네트워크 조정자"라는 용어는 동의어로 사용된다. 네트워크 조정자는 항상 메인 노드이다. 리피터 노드들 또는 심지어 (본 명세서에서는 명확히 언급되지 않는) 특별한 목적의 노드들과 같은 다른 노드들이 비컨 프레임들을 전송할 수도 있고 전송 채널들을 할당받을 수도 있지만, 이러한 다른 노드들은 네트워크에 대한 조정자들은 아니고― 단지 네트워크의 이러한 다른 노드들 자체의 작은 코너에서의 부관(lieutenant)들일 뿐임 ―, 이들의 구성 및 기능은 결국 네트워크 조정자에 의해 정의된다.

메인 노드(101)는 제 2 티어(104) 및 제 3 티어(106)와 호스트들(107)로 이루어진 서브네트워크 간의 게이트웨이를 나타낸다. 호스트들(107)은 다양한 컴포넌트들, 디바이스들, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이 게이트웨이 메인 노드(101)를 통해 무선 센서 네트워크(100)의 부모 및 자식 노드들(103, 105)과 연관된 다른 엘리먼트들과 상호 작용하는 외부 네트워크(108)를 나타낸다. 메인 노드(101)는 외부 네트워크와 서브네트워크 간의 프로토콜 브리지 역할을 할 수 있다(즉, 외부 네트워크는 TCP와 같은 종래의 전송 메커니즘과 함께, 유선 이더넷, WiFi, 또는 다른 어떤 비교적 높은 대역폭 네트워킹 프로토콜을 사용하고 있을 수 있는 한편, 서브네트워크는 단지 한 예로서, 가능하게는 UDP와 같은 전송 메커니즘과 함께, 802.15.4 또는 유사한 무선 프로토콜을 사용하고 있을 수도 있다).

메인 노드(101)는, 중계기 노드들 및 말단-노드들(즉, 멀티-티어 무선 센서 네트워크)로 이루어진 (예를 들어, 티어 2 및 티어 3 내의) 서브-네트워크에 대한 게이트웨이로서 기능한다. 외부 네트워크(108) 상의 호스트들(107)은 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트웨이(메인 노드)를 통해 무선 센서 네트워크의 엘리먼트들과 상호작용한다.

도 3은 일 실시예에 따라 활용되는 노드(300)의 블록도를 예시한다. 노드(300)는, 트랜시버 라디오(304) 및 마이크로프로세서(302)(하나의 칩에 집적되거나 2개의 별개의 칩들로 구현됨)를 호스팅하는 소형 회로 보드, 배터리(310) 및 전원 회로(312)를 포함한다. 안테나(320)는 매칭 아날로그 회로(322)에 커플링된다. 마이크로프로세서(302)에 입력들을 전송하는 주변기기 센서 또는 센싱 시스템(316)은 선택적으로 포함될 수 있다. 센싱 시스템들은, 온도 센서들, 압력 센서들, 모션 센선들, 3-축 가속도계들, 화학 센서들, 화학 센서들의 어레이들(예를 들어, "전자 코들(electronic noses)", AM-EAS 또는 RF-EAS 또는 RFID 태그 검출 시스템들, 또는 심지어 미리 정의된 타입, 강도 또는 특정한 임계치를 초과하는 것 각각에 대한 실제 이벤트들의 집합체의 발생 시에 가상의 이벤트를 정의하는 별개의 프로세서를 포함할 수 있다. 후자의 예는 비디오 감독 시스템에 접속된 DSP 프로세서일 수 있다. 이러한 것들은 센서 시스템들의 예들로서 제공되고, 이 리스트는 결코 포괄적인 것이 아님을 이해해야 한다. 센서(316)로부터의 입력은, 마이크로프로세서(302)를 "웨이크업"시켜서, 센서(316)에 의해 검출된 센서 데이터를 네트워크(100) 상에서 트랜시버 라디오(304)를 통해 전달하는 것과 같은 "리포트" 세션을 시작하게 할 수 있다.

트랜시버(304)는, DSSS 기술에서 이용하기 위한 다수의 칩셋들을 저장하는 메모리를 가질 수 있다. 칩셋들은 메모리에 펌웨어로 그리고/또는 소프트웨어로 저장될 수 있다. 새로운 채널로 홉핑하기 위해, 프로세서(302)는, 특정한 채널로 스위칭하도록 트랜시버(304)에 명령하도록 구성될 수 있다. 그 다음, 트랜시버(304)는, 자신의 메모리로부터 새로운 채널에 대한 정보, 예를 들어, FHSS의 주파수 또는 DSSS의 선택된 칩셋을 구성하는 칩들의 특정한 시퀀스를 리트리브한다.

통상적으로, 티어 1 및 티어 2 노드들은 종종, 무선 링크들의 물리적 범위를 증가시키기 위해 (송신용) 전력 증폭기들(306) 및 (수신용) 저잡음 증폭기들(308)을 구비한다. 메인 노드(티어 1 노드)는 또한 (이더넷 포트 및 드라이버 칩과 같은) 유선 네트워크 인터페이스(318) 또는 다른(외부) 네트워크로의 무선 링크를 위한 제 2 라디오(320)(예를 들어, WiFi 인터페이스)를 포함한다. 메인, 중계기 및 말단 노드들(101, 103, 105)은 노드(300)의 구조의 전부 또는 일부를 가질 수 있다.

실시예들은, 직렬-병렬 채널 홉핑 프로토콜(주파수 홉핑 프로토콜 또는 DSSS 칩 시퀀스 변경 프로토콜) 또는 채널 홉핑 상태(주파수 상태 또는 DSSS 칩 시퀀스 상태)에 대한 정보를 제공하기 위해 전송 채널들을 활용하는 방법을 수반하여, 슬립 모드로부터 어웨이큰된(awakended) 네트워크를 말단-노드가 한번 포착하는데 요구되는 채널/칩-시퀀스 탐색 스캐닝 시간을 감소시킨다. 각각의 새로 추가된 중계기 노드들은 자기 자신의 전송 채널 또는 채널들에 명령할 수 있기 때문에, 채널 홉핑 프로토콜은 증가하는 수의 중계기 노드들에 대해 단순히 그리고 균일하게 확대될 수 있고, 따라서, 총 수천개 및 심지어 수만개의 말단-노드들을 포함하는 네트워크들과 함께 이용될 수 있다. 네트워크의 "직렬-병렬" 성질은, 시간 관점에서, 자신의 종속하는 세트의 자(children) 노드들을 갖는 각각의 중계기가 "브랜치"를 표현하고, 상이한 브랜치들 내의 통신은 임의의 시점에 상이한 채널들(상이한 주파수 채널들 또는 상이한 칩 시퀀스들) 상에서 발생하고, 따라서 동시에(즉, 병렬로) 발생할 수 있다는 사실로부터 기인한다. 네트워크의 확장은 또한, 기존의 중계기 노드에 부착되어, 더 오래된 브랜치에 부착되는 새로운 브랜치를 생성하는 새로운 중계기 노드에 의해 발생할 수 있다. 새로운 브랜치를 올라가는 메시지들은 오래된 브랜치로 송신되기 전에 오픈 에어(open air)를 대기할 수 있고, 이 경우, 새로운 노드들이 추가되기 때문에 네트워크는 직렬-스케일링 특성을 갖는다. 이 방법이 점점 더 많은 수의 중계기들을 수용할 수 있는 방법을 이해하기 위해, 다음의 예들을 고려한다. 이 예들을 논의하기 전에, 주어진 채널(주파수 채널 또는 칩셋 채널)은, a) 하나의 부(parent) 노드(메인 노드 또는 중계기 노드)에 의한 전송 채널, 및 b) 모든 다른 부 노드들에 대한 정규의 통신(홉핑) 채널로서 이용될 수 있음을 주목해야 한다. 본 명세서의 실시예들에 따르면, CSMA-CA 또는 다른 "통화 전 청취" 충돌 방지 알고리즘이 모든 송신들(비콘 메시지, 전송 메시지 및 임의의 다른 타입의 메시지) 전에 이용될 수 있다.

제 1 예(주파수 홉핑 예)에서, 10개의 부/중계기 노드들 및 하나의 메인 노드가 존재한다. 메인 노드는 자신의 전송 채널로서 채널 49(마지막 채널)를 이용하고 있다. 제 1 부/중계기(Re1)가 먼저 네트워크에 부착되는 경우, 메인 노드는 Re1의 장래의 자 노드들과의 모든 Re1 통신들을 위해 Re1에 할당된 전송 채널로서 채널들 중 하나를 랜덤으로 선택한다. 유사하게, Re2, Re3, ... Re10은 메인 노드의 자체의 기준에 따라 이용가능한 채널들(0, 1, ..., 49)의 총 풀(pool)로부터 전송 채널들을 할당받는다. 이러한 기준은 단순히 "각각의 채널에 대해 동일한 확률로 채널들 0, 1, ..., 49로부터 랜덤으로 선택하는 것"일 수 있거나, 또는 덜 바람직한 채널들(예를 들어, 잡음있는 채널들, 또는 메인 노드에 의해 수행된 개별적 채널들에 대한 별개의 에너지 검출 테스트들에 의해 결정되는, 경합하는 네트워크들에 의해 종종 이용되는 채널들)에 대해 더 낮거나 제로의 확률을 또한 포함할 수 있다. 기준은 또한, 각각의 채널이 적어도 하나의 노드에 의한 전송을 위해 이용되기 전에 어떠한 채널도 전송 채널로서 이용되지 않는 것을 또한 보장할 수 있다(예를 들어, 채널들을 통한 노드 할당의 균등 분배).

제 2 주파수 홉핑 예에서, 49 개의 리피터들이 존재한다. 위에 서술된 추론을 사용하여, 메인 노드는, 리피터들 각각이 네트워크에 부착된 후에, 50 개의 이용 가능한 채널들 각각이 메인 노드 또는 하나의(및 단지 하나의) 리피터 중 어느 하나에 대한 전송 채널로서 서빙되도록 채널들을 랜덤하게 할당할 수 있다.

제 3 주파수 홉핑 예(다소 극한 상황)에서, 199 개의 리피터들이 존재한다. 이러한 경우에, 각각의 채널은 4 개의 상이한 리피터들에 대한 전송 채널로서 사용될 수 있다. 각각의 리피터는 각각의 홉 전에 전송 메시지를 전송하고, 그래서 평균적으로, 하나의 채널 드웰(dwell)(하나의 슈퍼-프레임 시간 기간)에 대응하는 시간 간격 동안에, 각각의 채널은, 자신의 주파수 홉핑 채널들의 리스트 중 하나로서 그 채널을 사용하는 다른 리피터들 중 임의의 리피터로 및 임의의 리피터로부터의 정상 메시징 이외에 (4 개의 상이한 리피터들로부터의) 4 개의 전송 프레임들을 볼 것이다. 물론, 그러한 대형 네트워크에서, 임의의 정해진 순간에, 대부분 또는 모든 채널들은 메인 노드 및 여러 리피터들에 의해 사용중에 있을 수 있다. 예를 들면, 리피터(27)는 메인 노드와 토킹(talking)하고 있을 수 있고, 리피터들(8, 56 및 184)은 그들의 각각의 전송 채널들 상에서 전송 프레임들을 전송하고 있을 수 있고, 나머지 리피터들 중 대부분은 또 다른 노드로부터의 메시지들에 대해 (어느 쪽이든 리피터들이 가장 최근에 홉핑된) 50 개의 채널들 중 임의의 채널 상에서 리스닝하고 있을 수 있다. 네트워크의 "직렬-병렬" 스케일링은, 네트워크가 크기 ― 폭(정해진 네트워크 계층 내의 리피터들의 수) 및 깊이(리피터들의 계층들 또는 네트워크 계층들) 둘 모두 ― 면에서 성장함에 따라, 네트워크가, 대략 동일한 트래픽 볼륨으로, 동일한 순간에 이용 가능한 채널들 모두를 실제로 사용한다는 사실에 관련된다.

다른 예들은 DSSS 기술을 사용하여 동일한 직렬-병렬 네트워크 스케일링을 달성하기 위해 단일 주파수 채널 및 큰 세트의 DSSS 칩 셋들을 사용할 수 있다. 주파수 홉핑 및 DSSS 칩 시퀀스 시프팅이 함께 구현되면, 이러한 직렬-병렬 네트워크 스케일링이 부가적인 차원들로 실현될 수 있다는 것이 또한 유의되어야 한다. 예를 들면, 주파수 홉핑 및 단일의 일정한 칩 시퀀스를 모두 사용하는, 네트워크 내의 많은 리피터들을 갖는 하나의 대형 직렬-병렬 네트워크를 갖는 것이 가능하다. 한편 또 다른 동일한 대형 네트워크는, 이러한 제 2 네트워크의 DSSS 칩 시퀀스가 네트워크들 사이의 어떠한 메시징-믹싱도 없다는 것을 보장하기 위해 제 1 네트워크로부터 충분히 상이하지만 매우 동일한 주파수 홉핑 방식(제 1 네트워크에 대해 모든 면들에서 동일함)을 사용할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따라 형성된 채널 홉핑 방법 또는 프로토콜을 예시한다. 도 2에 예시된 방법 또는 프로토콜은 FHSS 및/또는 DSSS 기술들에 사용될 수 있다. 예를 들면, 주파수 홉핑 프로토콜을 사용하면, DSSS는 물론 부가된 보안 및 네트워크 간 동작 가능성을 제공하도록 구현될 수 있다. 초기에, 네트워크는 IEEE 802.11, 802.15.2, 802.15.3, 802.15.4 표준들 등에 규정된 방식에서와 같이 미리 결정된 표준에 따라 생성된다. 네트워크를 생성하기 위해, (202)에서, 메인 노드(101)는 메인 노드(101)가 사용하고자 하는 한 세트의 채널들을 통해 기존의 네트워크들을 스캐닝할 수 있다. 채널들은 주파수 홉핑 프로토콜에 따른 주파수 채널들 또는 DSSS 칩 셋 스위칭 프로토콜에 따른 칩 셋들일 수 있다. (202)에서, 새로운 네트워크가 생성될 수 있다고 결정한 후에, 메인 노드(101)는 네트워크 ID 넘버를 선택한다. 메인 노드(101)는 한 그룹의 통신 채널들을 정의하고, 하나 이상의 "전송 채널들"을 정의한다. 메인 노드(101)는, 홉핑 및 보안 파라미터들을 패런트 및 칠드런 노드들(103 및 105) 및 비-네트워크 노드들(107)로 통신하는데에만 사용되는 전용 채널(들)을 나타내는 하나 이상의 "전송 채널들"을 지원/정의한다. 전송 채널들이 노드(101)가 관련된 한 전송 정보만을 위해 명확하게 지정되기 때문에, 어떠한 다른 네트워크 관리 메시지들 또는 데이터 패킷들도 노드(101)에 의해 전송 채널들 상에서 전송되지 않는다.

예를 들면, FHSS 기술에서, 네트워크(100)는 주파수 홉핑 방식에서 50 개의 채널들(예를 들면, 채널들 0 내지 49)을 사용할 수 있고, 50 개의 채널들로부터 2 개의 채널들(예를 들면, 채널들 48 및 49)과 같은 주파수 채널들의 서브세트는 전송 채널들로서 사용된다. 또 다른 예에서, 네트워크(100)는 DSSS 칩 셋 스위칭 방식에서 50 개의 채널들을 사용할 수 있고, 여기서 50 개의 채널들은 50 개의 상이한 칩 셋들에 의해 정의된다. 각각의 칩 셋은, 이진 문맥(binary context)에서, 2 개의 고유한 10-칩 시퀀스들을 포함할 수 있고, 하나의 시퀀스 코딩은 "1"에 대한 것이고, 다른 것은 "0"에 대한 것이다. 동작 동안에, 네트워크(100)는 50 개의 채널들/칩 셋들 사이에서 스위칭할 수 있고, 칩 셋들의 서브세트는 전송 채널들로서 사용된다. (204)에서, 메인 노드(101)는 동작 파라미터들을 결정한다.

(206)에서, 메인 노드는 선택 전송 채널(주파수 채널 또는 칩 셋)로 스위칭/홉핑하고, 채널 홉핑 시퀀스에서 다음 통신 채널의 채널 ID를 제공하는 전송 프레임을 전송한다. FHSS 프로토콜에서, 다음 통신 채널은 다음 주파수 채널일 수 있고, 메인 노드는 다음 주파수 채널을 통해 통신할 것이다. DSSS 프로토콜에서, 다음 통신 채널은 메시지들을 통신하는데 사용되는 다음 DSSS 칩 셋일 수 있고, 다음 통신 채널은 동일한 주파수 채널을 사용하는 동안에 활성 통신 채널에 상호 직교할 수 있다. 선택적으로, 메인 노드는, 전송 프레임에서, 메인 노드의 ID 및 네트워크 ID를 포함할 수 있다.

(208)에서, 메인 노드는 (206)에서 전송 프레임에 지정된 다음 통신 채널로 스위칭/홉핑한다. (210)에서, 메인 노드는 비코닝(beaconing)이 사용되고 있는지를 결정한다. 그렇지 않다면 흐름은 (214)로 이동한다. 그렇다면, 흐름은 (212)으로 이동한다. (212)에서, 메인 노드는 비콘 프레임을 생성하고, (206)에서 전송 프레임에 지정된 "다음" 통신 채널(이제 현재 활성 통신 채널임)을 통해 비콘 프레임을 전송한다.

214에서, 메인 노드는 현재 액티브 통신 채널을 통해 수신되는 메시지들을 리스닝하고 프로세싱한다. 216에서, 메인 노드는 최대 채널 드웰(dwell) 시간이 경과하였는지를 결정한다. 아닌 경우, 흐름은 메인 노드가 계속 리스닝하는 214로 리턴한다. 최대 드웰 시간이 경과한 경우, 흐름은 216으로부터 206으로 이동하고 프로세스는 반복된다.

206 내지 216에서, 메인 노드는 다음 통신 채널의 아이덴티티에 관해 임의의 청취 노드들에 알려주기 위해 전송 채널을 이용한 채널들의 랜덤 또는 의사-랜덤 리스트를 통한 홉핑(hopping)을 시작한다. 타임 슬롯들이 어떻게 이용되는지에 관한 메인 노드 및 그의 자식 노드들의 행동(어느 타임 슬롯들이 모두(at all) 이용되는지 그리고 이들이 경합 또는 비-경합 이용에 대해 이용 가능한지 여부, 그의 지속기간, 수 등)은 IEEE 802.15.4와 같은 표준 프로토콜에서 정의된 바와 같이 비콘 프레임 내의 다양한 필드들에 의해 규정(prescribe)될 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 메인 노드는 전송 채널에 대해 튜닝될 때 자신에 송신되는 메시지들을 리스닝하지 않는다. 전송 채널들은 어느 채널(주파수 채널 또는 DSSS 칩 세트)이 다음에 양방향 통신을 위해 이용될지에 관해 청취 노드에 알려주기 위한 일방향 통신(메인 노드로부터 임의의 청취 노드로)이다. 도 2의 단계(214)에서 언급된 수신된 메시지들의 프로세싱은 메인 노드와 관련된 부모 또는 자식 노드 간에 전달되는 임의의 수의 요청 및 응답 메시지들을 포함할 수 있고, 그 메시지의 프로세싱은 심지어 다른(제 3 자) 노드들 및 외부 네트워크 호스들과의 메시징을 개시할 수 있다.

본 명세서에서의 실시예들은 부모 및 자식 노드들 간에 일반적으로 존재하는 동기화 문제에 대한 해결책으로서 전송 채널들을 이용함으로써 뛰어난 활용성(great utility)을 제공한다는 것이 주의되어야 한다. 예를 들어, 전송 채널들의 이용 없이, 자식 노드는 일반적으로 시간 스케줄에 따른 미리-결정된(의사-랜덤) 순서로 채널로부터 채널로(주파수 채널 또는 DSSS 칩 세트든지 간에) 홉핑/스위칭하도록 프로그래밍된다. 부모 및 자식 노드들은 이들 채널 홉들에 대한 타이밍 동기화를 이들이 유지하는 경우 서로 통신할 수 있을 것이다. 이는 다수의 구현들에서, 자식 노드가 전력을 감소시키기 위해 긴 시간의 기간 동안 슬립(sleep)해야 하는 경우 실용적이지 않은 복잡한 PLL(phase-lock-loop) 타이밍 접근법의 이용을 고취(inspire)시킨다. 하나 또는 다수의 전송 채널(들)이 이용될 때, 자식 노드는 짧은 시간 기간(일반적으로 FHSS 프로토콜에서 하나 또는 소수(few)의 채널 드웰들 또는 "주파수 홉 인터벌들"의 시간 기간보다 더 길지 않음) 동안 전송 채널만을 리스닝할 필요가 있다. 어떠한 타이밍 동기화도 부모 및 자식 노드들 간에 요구되지 않는다. 사실상, 부모 노드는 이따금 부모 및 자신 노드들 간의 통신에 관한 심각한 영향 없이 하나의 채널에서의 추가 시간 작업(extra time working)(즉, 다음 채널로의 홉핑/스위칭에 있어서 늦음)을 이용할 수 있다. 즉, 자식은 그 정보를 획득하는데 얼마나 오래 걸리든지 간에, 단지 계속 대기하고 다음 통신 채널에 관한 정보가 도달할 때까지 전송 채널을 리스닝한다. 물론, 이러한 상황에서, 자식 노드가 불량한 전송 채널(예를 들어, 노이지(noisy) 전송 채널의 경우에, 또는 부모 노드가 장애가 있는 경우 등) 상에서 수 분 또는 수 시간 동안 대기하지 않고 이에 따라 배터리 소모를 방지하는 것을 보장할 수 있을 타임-아웃 타이머를 갖는 것이 바람직할 수 있다.

도 2에 관련된 메인 노드 행동에 관하여, 네트워크는 각각의 비콘 프레임과 함께 시작하는 수퍼-프레임들을 이용할 수 있다(도면의 단계들(210 및 212)). 전용 네트워크 조정기(예를 들어, 메인 노드(101))는 미리 결정된 인터벌들(예를 들어, 15ms만큼 짧거나 145s 만큼 긴 인터벌들)로 비콘 프레임들을 전송함으로써 수퍼-프레임들 내의 전송을 조정한다(단계(216)). 수퍼-프레임들은 타임 슬롯화된다. 2개의 비콘들 간의 시간은 수퍼-프레임의 지속기간에 독립적으로 동일한 타임 슬롯들로 분할된다. 타임 슬롯들은 CAP(contention access period) 및 CFP(contention free period)로 분할된다. GTS(Guaranteed time slots)는 연계된 경합 자유 슬롯들이다. 어떠한 비콘도 이용되지 않는 경우, 비콘 프레임들 간의 모든 시간 기간은, 임의의 노드가 CSMA-CA 또는 유사한 프로토콜-규정된 충돌 방지 알고리즘을 이용하여 메시징 특권들(messaging privileges)을 다툴 수 있는 단일의 큰 경합 타임 슬롯을 포함한다(단계들(214 및 216))

DSSS가 실제 네트워크들에서 구현될 때, 단일 칩 시퀀스가 단일 캐리어 주파수를 갖는 비교적 긴(수 분 또는 심지어 수 시간) 시간의 기간 동안 선택되고 이용될 수 있다. 이 주파수는 (예를 들어, 하나의 채널이 노이지가 될 때) 이따금 변경될 수 있다. 칩 시퀀스는 종종 긴 시간의 기간 동안 변경되지 않은 채로 남겨진다. 이러한 경우에, (알려진) 주파수 채널들 및 칩 시퀀스들의 단일 또는 작은 세트가 전송 메시징(transfer messaging)을 위해 이용될 수 있고, 전송 메시지들은 무슨 주파수 채널 홉핑 및 칩 시퀀스 시프팅 방식이 현재 이용중이거나 곧 이용하게 될지를 표시할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 대해 메인 노드(101)로부터 전송되는 각각의 비콘 프레임(402)의 포맷을 예시한다. 이 실시예에서, 모든 비콘 프레임들은 하나의 노드, 즉 메인 노드(네트워크 조정기 노드)로부터 발생한다. 비콘 프레임(402)은 다음의 필드들을 포함한다. 바이트들의 수(No) 필드는 메시지에서 바이트들의 수(예를 들어, 이 최초의 바이트를 카운트하지 않음)를 표시한다. 프레임 타입(T) 필드(407)는 현재의 메시지가 비콘 프레임 메시지라고 표시하는 번호 또는 코드를 표시한다. 네트워크 ID 필드(408)는 동일한 무선 프로토콜을 이용하여 다른 네트워크들로부터 현재의 네트워크를 구분하기 위한 고유한 ID를 포함한다. BSN(beacon sequence number) 필드(409)는 각각의 연속적인 비콘 프레임마다 1씩 증가하는 카운트를 포함한다. 새로운 일원 수락 코드(AC) 필드(410)는 어느 상황들 하에서 그리고 어느 타입(들)의 노드들이 네트워크에 부착될 수 있는지를 표시하는 코드를 포함한다.

비컨 프레임(402)은, "전송 채널들의 총 수" (TC) 필드(411), 각각의 전송 채널에 대한 "전송 채널 넘버"(#) 필드(412), 우선순위 액세스 넘버 범위, 즉 시작 넘버(우선순위 액세스 시작 또는 PAS) 필드(413), 및 우선순위 액세스 넘버 범위, 즉 종료 넘버(우선순위 액세스 종료 또는 PAE) 필드(414)를 더 포함한다. TC 필드(411)는, 전송 채널들이 얼마나 많이 존재하는지를 표시한다. TC 필드(411)는, (DSSS 프로토콜에서) 메시지들을 전송하기 위해 사용된 DSSS 칩 세트들/시퀀스들의 수 및/또는 (FHSS 프로토콜에서) 메시지들을 전송하기 위해 사용된 주파수 채널들의 수를 표시한다. 채널 넘버 필드(412)는, 네트워크 내의 어떤 채널들이 전송 채널들을 표현하는지를 표시한다. 예를 들어, 주파수 홉핑 방식에서, 메시지들을 전송하기 위해 사용된 3개의 주파수 채널들이 존재하면, 필드(412)는, 3개의 전송 채널들을 식별하는 3개의 넘버들을 포함할 것이다. DSSS 방식에서, 3개의 DSSS 전송 채널 칩 세트들이 존재했다면, 필드(412)는, 그들 3개의 DSSS 칩 시퀀스들을 식별하는 3개의 넘버들을 포함할 것이다. 우선순위 액세스 넘버는, 메인 노드(101)에 의해 각각의 리피터 노드(103)에 할당되는 고유 넘버를 제공한다. PAS 필드(413) 및 PAE 필드(414)는, 본 발명의 비컨 프레임과 연관된 활성 통신 채널을 이용하도록 인가된 우선순위 액세스 넘버들의 범위를 표현한다. 예를 들어, 비컨 프레임이 10 및 20의 PAS 및 PAE 값들을 각각 포함할 경우, 이것은, 10과 20 사이의 우선순위 액세스 넘버들을 할당받은 리피터 또는 엔드 노드들이 비컨 프레임에 후속하는 슈퍼-프레임의 타임 슬롯들에서 메시지들을 송신하도록 인가된다는 것을 표시한다. 10 미만 또는 20 초과의 우선순위 액세스 넘버들을 갖는 리피터 또는 엔드 노드들은, 현재의 비컨 프레임에 후속하여 메시지들을 송신하도록 인가되지 않을 것이다. 이것은, 한번에 하나의 피스(piece)씩 큰 네트워크와 통신하는 방법을 메인 노드에게 제공하며, 따라서, 큰 네트워크에서 네트워크 관리능력을 개선시키고, 높은-우선순위 네트워크의 레이턴시를 감소시킨다.

다른 실시예들에서, 비컨 프레임들은 리피터들로부터 발신할 수도 있다(이 시나리오는, 리피터가 메인 노드로부터 청취된 비컨을 단지 재송신 또는 "중계"하는 시나리오와 혼동되지 않아야 함). 리피터들이 메인 노드의 비컨 프레임을 간단히 재송신하는 심플 경우는, 엔드 노드들이 메인 노드의 메시지들을 물리적으로 청취할 수 없는 영역들로 네트워크를 물리적으로 확장시키도록 기능할 수 있다. 그러나, 리피터가 자신의 비컨들을 생성할 수 있는 다소 더 복잡한 경우에서, 네트워크 범위 및 스캐일은 단지 물리적으로가 아니라 다른 방식들로 확장될 수 있다. 예를 들어, 특정한 리피터 노드에 의해 서비스된 특정한 물리적 영역에서, 짧은 시간 기간 동안 일반적이지 않게 활성이게 된 많은 수의 엔드 노드들이 존재하면, 리피터는, PAS 및 PAE 값들을 변경시킴으로써, 즉 자신의 비컨 프레임들에 의해 관리된 슈퍼-프레임들 중 임의의 또는 모든 슈퍼-프레임에 참가할 수도 있는 우선순위 액세스 넘버들의 범위를 협소하게 함으로써, 그 네트워크 영역에서 메시지 트래픽을 완화시킬 수도 있다. 이것은, 네트워크의 그들의 영역 내의 리피터들에 특정한 양의 자율성을 제공함으로써 네트워크의 전력을 확장시킨다. 메인 노드와는 별개인 리피터 노드들 또는 임의의 다른 노드로부터 발신하는 비컨 프레임들을 포함하는 이러한 및 다른 실시예들에서, 비컨 프레임은, 비컨 프레임의 발신자를 식별하고, 엔드 노드로 하여금 그들 자신의 리피터로부터 발신하는 비컨 프리엠들과 인접한 피리터들로부터의 비컨들을 구별하게 하는 RID(리피터 ID) 필드(도 4에 도시되지 않음)를 포함할 수도 있다.

임의의 일 시간에서, 엔드 노드는 일반적으로, 그것이 매우 양호하게 청취할 수 있는 하나의 특정한 리피터 노드를 가질 것이다 (즉, 그 리피터로부터의 메시지들의 수신 신호 강도는 다른 리피터들로부터의 것보다 큼). 그 시간에서, 엔드 노드는, 강한 신호를 갖는 "그 리피터를 통해" 네트워크에 부착된 것으로 뷰잉될 수 있다. 노드들 내의 펌웨어에 의해 개별적으로 및 집합적으로 관리된 바와 같이, 네트워크 동작 법칙들은, 엔드 노드가 한번에 하나의 리피터를 통해서만, 또는 대안적으로 수신 신호 강도가 몇몇 임계치 값을 넘는 (즉, 엔드 노드는 다수의 부착 포인트들을 가짐) 임의의 리피터를 통해 응답할 수도 있도록 셋팅될 수 있다.

일 실시예에서, 다음의 기준들, 즉 (1) 리피터로부터의 비컨 메시지가 수신됨; (2) 비컨 메시지의 신호 강도가 임계값을 초과함; (3) 엔드 노드의 우선순위 액세스 넘버가 비컨 프레임에 의해 특정된 범위 (PAS 내지 PAE) 에 있음; 및 (4) 상술된 일반적인 방법들을 사용하여 자신의 특정한 전송 채널 또는 채널들을 통해 리피터에 의하여 특정된 채널(주파수 채널 및/또는 DSSS 칩 시퀀스) 상에서 메시지가 전송됨 모두가 충족되는 경우, 차일드(child) 또는 엔드 노드는, 임의의 페어런트(parent) 또는 리피터에 (또는 임의의 리피터를 통해 네트워크의 메인 노드에) 메시지를 전송할 수도 있다. 수 개의 구현 옵션들이 본 명세서에서 유의되어야 한다. 먼저, 엔드 노드가, 그것이 현재 또는 최근에 네트워크에 접속한 수 개의 리피터들 각각에 대한 별개의 그리고 상이한 우선순위 넘버를 보유하는 것이 가능하다. 둘째로, 노드가 매우 긴 시간 기간(아마도 하루) 동안 슬립하고, 네트워크 내의 노드들의 총 수가 매우 큰(수만 또는 수십만) 경우들에서, 본 명세서의 실시예들은, 긴 슬립 이후 네트워크에 합류하거나 네트워크에 재획득될 시에 우선순위 액세스 넘버를 할당받기보다는, 노드가 (아마도 엔드 노드의 타입의 함수인) 넓은 범위 또는 협소한 범위에서 자신의 우선순위 액세스 넘버를 랜덤하게 선택하는 알고리즘을 구현할 수도 있다.

모든 비컨 프레임들이 메인 노드로부터 발신하는 가장 간단한 실시예에서, 메인 노드(101)는, 주파수 홉핑/DSSS 칩 세트 스위칭 및 보안 파라미터들을 리피터 및 엔드 노드들(103 및 105) 및 비-네트워크 노드들(107)에 통신하기 위해서만 사용되는 전용 채널(들)을 표현하는 하나 또는 그 초과의 "전송 채널들"을 지원/정의한다. 전송 채널들이 정보를 전송하기 위해서만 특정하게 지정되는 경우, 어떠한 다른 네트워크 관리 메시지들 또는 데이터 패킷들도 전송 채널들을 통해 송신되지 않는다. 예를 들어, 네트워크(100)는, 2개의 채널들(예를 들어, 채널들 48 및 49)과 같은 채널들의 서브세트가 전송 채널들로서 사용되는 주파수 홉핑 방식으로 50개의 채널들(예를 들어, 채널들 0 내지 49)을 사용할 수도 있다.

개별 리피터들이 그들의 고유한 전송 채널 또는 채널들을 설정할 수 있는 더욱 복잡한 구현들에서, 그러한 전송 채널(들)은 일반적으로 메인 노드의 전송 채널(들)과 상이할 것이다. 비콘 프레임들을 생성할 수 있는 각각의 노드(예컨대, 메인, 및/또는 리피터)는, 자신의 고유한 전송 채널들을 사용하여, 각각의 비콘에 대한 다음 차례의 통신 채널 및 후속하는 슈퍼-프레임 메시징 간격을 예고할 수 있다. 또한, 이러한 각각의 비콘 발신자 노드들의 각각은, 전송 프레임들을 위해서만 그들의 고유한 전송 채널 또는 채널들을 사용할 수 있다(비록 다른 비콘 발신자 노드들이 정상 슈퍼-프레임 메시지 트래픽을 위해 동일한 채널(주파수 채널이든 또는 DSSS 칩 시퀀스이든)을 주기적으로 이용하고 있을지라도). 이러한 방식은, 적어도 부분적으로, 각각의 비콘 프레임 메시지, 전송 프레임 메시지, 또는 정규 메시지(즉, 특정 노드에 전송되는 메시지) 이전에 노드들이 각각 말하기 전에 듣는(listen-before-talk)(CSMA-CA) 프로세스 규칙들을 관찰할 수 있기 때문에 효과적이다.

특정 실시예들에서, 네트워크에 연결/네트워크를 취득하기를 원하고 메시지를 (예컨대, 메인 노드에, 또는 메인 노드를 통해 어떤 외부 네트워크 호스트에) 전송하기를 원하는 엔드 노드는, 먼저 특정 주파수 채널들 상에서 전송 프레임들을 스캐닝함으로써 그리고/또는 특정 DSSS 칩 시퀀스들을 사용함으로써, 그렇게 할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 특정 실시예들에서, 네트워크의 구현기들이, 전송 채널들을 위해 어느 채널들이 사용되는지에 관한 특정 컨벤션들을 생성하는 것이 원해질 수 있다. 모든 비콘 프레임들이 메인 노드로부터 발신되는 단순한 네트워크들에서, 주파수 채널 또는 DSSS 칩 시퀀스 목록의 시작 또는 종료에서의 하나 또는 두 개의 채널들이, 지정된 전송 채널들 또는 시퀀스들로서 사용될 수 있다.

그러나, 목록에 있는 많은(또는 심지어 모든) 채널들이, 전송 목적들을 위해 비콘 발신자들 중 적어도 몇몇에 의해 사용되고 있는 더욱 복잡한 구현들에서, 그리고 엔드 노드가 물리적으로 이동하고 있거나 또는 물리적으로 이동할 수 있고 그에 따라 항상 동일한 리피터와 연관되지 않는 일반적인 경우에, 수면에서 깨어날 때, 엔드 노드는 몇몇 또는 모든 채널들(주파수 채널들 및/또는 DSSS 칩 시퀀스들)을 스캐닝하여, 우수한/강한 신호 강도를 갖는 전송 프레임들을 찾을 필요가 있을 수 있다. 엔드 노드가 스캔 동안 최선(또는 적어도 우수한) 신호를 찾을 때, 엔드 노드는 전송 프레임의 발신자의 노드 ID를 주목할 수 있다. 그 지점에서, 특정 전송 채널 할당 컨벤션 때문에, 엔드 노드는 또한, 듣지 않고, 어떤 다른 채널들이 그 특정 비콘 발신자에 의해 전송 채널들로서 사용되고 있는지를 알 수 있다. 대안적으로, 엔드 노드는, 비콘 발신자에 의해 사용된 다른 전송 채널들의 사양을 요청하는 상기 비콘 발신자에 메시지를 전송하기 위해, 앞서 정의된 프로세스를 이용하여 하나의 전송 채널을 사용할 수 있다. 대안적으로, 엔드 노드는, 단순히 하나의 전송 채널을 사용하고 그리고 발신자에 의해 사용중일 수 있는 임의의 다른 전송 채널들을 잊어버리기로 결정할 수 있다. 이러한 후자의 컨벤션은 더 긴 대기 기간들을 야기할 수 있는데, 그 이유는 엔드 노드가 전송 프레임이 도달하기를 대기하고 있는 알려진 전송 채널에 있는 반면에, 비콘 발신자는 전송 메시지들을 전송할 때마다 한 번, 자신의 전송 채널들 목록을 통과해 이동하기 때문이다.

선택적으로, 비콘 프레임은, 그 비콘(도 4에 미도시)의 송신기에 의해 사용될 다음 차례의 전송 채널을 표시하는 부가 필드를 이용하여 증대될 수 있다. 이는, 스캐닝 엔드 노드가 단지 한 개의 전송 채널을 발견한 이후 주어진 비콘 발신자에 대한 전송 채널들 전부를 찾도록 인에이블링할 뿐만 아니라, 그것은, 그렇지 않으면 엔드 노드가 찾을 수 있었을 것보다 더욱 신속하게 상기 엔드 노드가 강한 리피터 신호를 찾도록 허용할 것이다. 그 이유는, 위에서 설명된 본래 방식 하에서, 엔드 노드가 전송 채널들(예컨대, 주파수 전송 채널들 및/또는 DSSS 칩 시퀀스 전송 채널들)만을 스캐닝할 것이기 때문이다. 이러한 선택적 경우에, 엔드 노드는 다수의 전송 채널들 내의 전송 프레임이든 또는 비콘 프레임이든 스캐닝할 수 있다. 일단 엔드 노드가 전송 채널들 중 하나의 채널에 있는 전송 프레임이든 또는 비콘 프레임이든 발견하면, 엔드 노드는 발신자 노드의, 주파수 또는 DSSS 칩 시퀀스 홉핑을 추적할 수 있다. 전송 프레임들은 다음 차례의 비콘 프레임의 채널을 표시하고, 각각의 비콘 프레임은 다음 차례의 전송 프레임의 채널을 표시한다.

네트워크 동작 동안, 도 2의 206-216에서, 노드들(101, 103, 105)은, 하나의 주파수 채널을 경유해 그리고/또는 하나의 DSSS 칩 세트/시퀀스를 이용하여, "채널 드웰 시간"으로 지칭되는 짧은 시간 기간 동안 통신한다. 예컨대, 채널 드웰 시간은 최대 0.2초일 수 있거나 또는 살짝 더 길 수 있고, 그에 따라 네트워크(100)가, 주파수 채널들 및/또는 DSSS 칩 세트 채널들에 대응하는 48개 통신 채널들(0 내지 47)의 세트를 경유한 통신을 순환하는데 약 9.8초가 걸릴 수 있다. 채널 드웰 시간이 경과된 이후, 통신은 다른 채널(즉, 다음 차례의 통신 채널)로 이동(홉핑 또는 스위칭으로 또한 지칭됨)한다. 각각의 채널 홉에 바로 앞서, 메인(게이트웨이) 노드(101)는, 208에서, "전송 메시지"로 불리는 짧은 메시지를, 다음 차례의 통신 채널로서 지정된 채널을 식별하는, 전송 채널들 중 하나의 채널(예컨대, 마지막 전송 메시지가 채널 49 상에서 나왔다면, 채널 48, 그리고 역도 또한 같음) 상에서 밖으로 전송한다. 그러므로, 전송 메시지를 수신하기 위하여, 네트워크에 취득되는 노드들(103, 105)은 전송 채널(예컨대, 채널 48)의 위치를 찾아내고, 그래서 노드들(103, 105)은, 네트워크를 경유한 통신을 유지시키기 위해, 다음 차례의 지정된 통신 채널로 홉핑할 수 있다.

도 4는 실시예에 따라, 메인 노드(101)에 의해 전송되는 전송 프레임(404)에 대한 포맷을 예시한다. 전송 프레임(404)은 전송 메시지 정보를 포함하고, 그래서 용어들 "전송 프레임" 및 "전송 메시지"는 본원에서 상호교환 가능하게 사용된다. 전송 메시지(404)는, 전송 메시지(404)에 있는 바이트들의 개수를 표시하기 위해 바이트들 개수(No) 필드(420)를 포함한다(이 첫 번째 바이트를 카운팅하지 않음). 프레임 타입(T) 필드(421)는, 현재 메시지가 전송 프레임 메시지임을 표시하는 넘버 또는 코드를 포함한다. 네트워크 ID 넘버(ID) 필드(422)는 상기 메시지를, 동일한 무선 프로토콜을 이용하는 다른 네트워크들에 대해 의도된 메시지들로부터 구별하기 위해 네트워크 ID를 포함한다. 통신 채널 넘버(CCN) 필드(423)는, 액티브하게 되는 다음 차례의 통신 채널의 개수, 및 네트워크에 취득된 채로 유지되기 위해 어느 노드들로 이동/홉핑해야 하는지를 표시한다.

전송/보안 코드(SC) 필드(424)는, 어느 주파수 채널 또는 DSSS 칩 세트 홉핑 시퀀스가 사용되고 있는지, 어떤 보안 키들이 그 순간에 사용되고 있는지 등등을 표시하는, 0 내지 255의 넘버를 포함한다. 선택적으로, 전송 프레임(404)은 또한, 특정 실시예들에서, 전송 프레임의 발신자의 노드 ID를 식별하는 필드를 포함할 수 있다. 이 필드는 도 4에 도시되지 않는다.

도 1로 리턴하여, 본 예시적인 단순한 실시예에 대하여, 모든 비컨 프레임들이 메인 노드로부터 발신된다고 가정하면, 리피터(repeater) 또는 엔드 노드(103, 105)가 웨이크업하여 네트워크(100)에 장착(attach)되거나 네트워크(100)를 재포착하기를 원할 때, 포착되지 않은 노드(103, 105)는 하나의 전송 채널을 랜덤하게 선택하고, 선택된 전송 채널로 스위칭하며, 메인 노드(101)로부터 전송될 다음 전송 메시지(404)에 대하여 청취를 시작한다. 메인 노드(101)가 대안적으로 전송 채널들 각각을 통해 전송 메시지들을 송신하면, 포착되지 않은 노드(103, 105)는 다음 2개의 전송 메시지들 중 하나를 청취할 것이다(2개의 지정된 전송 채널들이 존재한다고 가정함). 예를 들어, 채널 홉(CH) 시간(T) 동안 전송 채널에 대하여 청취하는 포착되지 않은 노드(103, 105)에 대하여, 장착되지 않은 노드(103, 105)는 CH 시간 T+l에서 전송 메시지를 청취할 것이다. 전송 메시지(404)는 다음 통신 채널을 포착된 그리고 포착되지 않은 리피터 및 엔드 노드들(103, 105)에 통지하고, 네트워크(100)는 네트워크(100)를 통해 (포착된 상태로 있는) 메시지들의 전송 및 수신을 계속하기 위해서, 다음 채널 홉핑 시간 인터벌 동안 홉핑(스위칭)할 것이다.

다시, 도 2를 참조하면, 206에서, 새로운(최근에 어웨이크 상태인) 포착되지 않은 리피터 또는 엔드 노드(103, 105)가 전송 메시지(404)를 수신 및 프로세싱한 이후, 리피터 또는 엔드 노드(103, 105)는 특정된 향후 액티브 통신 채널로 점프하며, 새롭게 지정된 통신 채널을 통해 메인 노드(101)에 의해 송신될 비컨 프레임(402)을 기다린다. 212에서, 메인 노드는, 미리 결정된 인터벌에서, 지정된 통신 채널을 통한 비컨 프레임(402)의 전송을 시작한다. 각각의 비컨 프레임(402)이 송신된 이후, 다음 214에서, 포착되지 않은 리피터 또는 엔드 노드(103, 105)는 비컨 프레임들(402) 사이의 이용가능한 타임 슬롯들에서 데이터 및 메시지들을 수신 및 송신함으로써 네트워크를 포착할 수 있다.

해당 메시지 교환 시간 기간의 종료를 기다리는 것을 체크하는 동안(단계(216)), 비컨 발신기와 비컨 사용자 노드들 사이의 모든 통신이 단계(214)에서 발생한다. 전송 메시지 접근법이 메시지들을 전송하기 위해서 가변 시간량을 제공한다는 점에 주목하여야 한다. 발신기 노드가 주어진 엔드 노드에 대하여 메시징하는 것으로 종료시킬 약간의 여분 시간이 필요하다면, 발신기 노드는 다음 전송 채널 상에서 다음 전송 프레임에 대하여 그 시간이 걸릴 수 있으며, 조금 늦을 수도 있다. 이것이 발생하여 여분 시간이 걸리면, 시스템은 "차단"을 하지 않을 것인데, 그 이유는 대기하는 노드들이 단지 조금 더 오래 기다리기 때문이다.

일례로서, 네트워크는 802.15.4 네트워크들에서, 각각의 비컨 프레임으로 시작하는 슈퍼-프레임들에 사용되는 것과 유사한 매체 액세스 제어 방식을 사용할 수 있다. 전용 네트워크 코디네이터(coordinator)(메인 노드(101))는 미리 결정된 인터벌들(예를 들어, 15 ms만큼 짧거나, 245초만큼 긴 인터벌들)에서 비컨 프레임들을 송신함으로써 슈퍼-프레임들 내에서의 송신을 관리한다. 슈퍼-프레임들은 타임 슬롯화될(time sloted) 수 있고, 노드는, 그 노드가 현재 그것이 배타적으로 소유한 보장된 타임 슬롯 내에 있지 않는 한, 어느 때라도 송신하기 전에 CSMA-CA를 사용할 수 있다. 2개의 비컨들 사이의 시간은 슈퍼-프레임의 듀레이션과는 별개인 동일한 타임 슬롯들로 분할된다. 타임 슬롯들은 경합 액세스 기간(CAP: contention access period) 및 경합 프리 기간(CFP: contention free period)으로 분리된다. GTS(Guaranteed time slots)는 특정한 노드에 의해 배타적으로 소유되는 경합 프리 슬롯들에 연접된다. 위의 예에서, 206에서 송신된 전송 메시지는 다음 슈퍼-프레임과 연관된 통신 채널을 식별한다. 포착되지 않은 엔드 노드들은 전송 메시지에서 식별된 통신 채널로 스위칭 및 이를 청취하며, 비컨 프레임 이후의 슈퍼-프레임에서 적절한 타임 슬롯들 상에서 메시지들을 송신한다.

일 실시예에서, 2개의 전송 채널들이 이용된다. 주파수 홉핑 시, FCC Part. 15-29A 규정들이 네트워크가 다른 채널 이상의 한 채널을 선호하여서는 안 된다면, 2개의 전송 채널들은 FHSS 방식에서 요구될 수 있다. 메인 노드(101)가 각각의 채널 홉 사이의 전송 채널들 중 하나를 사용하기 때문에, 메인 노드(101)는 비교적 짧은 기간의 시간 동안 전송 채널들 각각을 사용하고, 이로써, 대략 동일한 값이 평균인 모든 50개의 채널들에 대한 총 드웰 시간을 구성한다. 다수의 노드들이 비컨 프레임들을 발신할 수 있고, 각각의 이러한 발신기 노드가 할당되거나, 각각의 이러한 발신가 노드가 일부 적절한 알고리즘에 기초하여, 그것의 전송 채널들로서 사용될 채널들의 세트를 가정하는 더 일반적이고 복잡한 실시예들에서, 각각의 발신기 노드에 대한 전송에 사용되는 채널들의 수가 규정적 요건들이 충족되도록 선택될 수 있다는 점에 주목하여야 한다.

특정한 네트워크 구성들에서, 일 전송 채널은 주파수 홉핑 방식에서 충분한 드웰 시간을 제공하지 않을 수 있다. 예를 들어, 9.8초 기간 동안, 첫 번째 49개의 채널들은 각각 0.2초 동안 사용될 것이다. 그 9.8초 기간 동안, 단일 전송 채널이 존재할 때, 전송 채널은 49회 사용될 것이고, 이에 따라, 전송 메시지에 대한 채널 드웰 시간은 0.2/49 = 0.004초 초과가 아니거나, 단지 4 밀리초일 수 있다. 9.6 kbps의 데이터 레이트(즉, 초당 9600 비트들)에서, 메인 노드(101)는 4 밀리초 채널 드웰 제한 동안 5보다 약간 적은 바이트들을 전송할 수 있어서, 단일 전송 채널이 사용되었다면, 단일 전송 채널은 전체 전송 메시지(6 바이트 길이)의 전송을 허용하기에 충분한 시간을 제공하지 않을 것이다. 그러나, 네트워크가 하나이기보다는 2개의 전송 채널들을 사용할 때, 네트워크는 9.8초 동안 평균 24.5회 2개의 전송 채널들 각각을 사용할 것이어서, 전송 채널에서 허용된 드웰 시간은 0.2/24.8 = 8 밀리초이며, 이는 밀리초당 1.2 바이트들에서 6 바이트들을 전송하기에 충분한 시간이다.

그러나, 상기 제약들이 존재하지 않는다면, 단일 전송 채널이 사용될 수 있거나, 선택적으로 2개 초과의 전송 채널들이 사용될 수 있다. 또한, 위에서 설명된 바와 같이, 이 주파수 홉핑 방식은 DSSS 칩 시퀀스 스위칭 방식으로 대체되거나, DSSS 칩 시퀀스 스위칭 방식에 의해 증대(augment)될 수 있으며, 여기서 특정한 DSSS 칩 시퀀스들은 프레임들을 전송하는데 전용된다.

통신 채널들의 수가 변화한다면, 주파수 홉핑 상황들에서의 규정적 준수에 대한 위의 계산들이 변화할 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들어, (실제로 FCC 파트 15-29A에 대한 특정 환경들 하에서의 경우인) 50개의 채널들보다 25개의 통신 채널들이 주파수 홉핑에서 사용될 수 있다. 25개의 통신 채널들이 사용되면, 단일 전송 채널이 충분할 수 있다.

위의 예에서, (202에서) 네트워크가 생성될 때, 전송 채널들이 설정될 수 있다. 그러나, 전송 채널들은 때때로, 심한 노이즈를 경험할 수 있다. 예를 들어, 채널들의 세트에서의 마지막 2개의 채널들이 과도한 환경(EM) 노이즈에서 항상 자유로울 것이라고 확신할 수 없다. 대신에, 메인 노드(101)가, 예를 들어 신호 품질을 모니터링함으로써, 특정 채널들이 심한 노이즈를 경험하고 있는지를 결정할 수 있다. 전송 채널이 심한 노이즈를 경험하는 경우에, 메인 노드(101)는 노이즈를 식별하고, 프로토콜을 더 강건하게(robust) 하고 더 일반적으로 적용가능하게 하기 위해 전송 채널이 변경되어야 한다고 결정한다. 따라서, 각각의 채널 홉(hop)의 시작에서 메인 노드(101)에 의해 전송되는 비컨(beacon) 프레임(402)은, 얼마나 많은 통신/전송 채널들이 사용되는지 그리고 어떤 채널들이 채널 전송(들)을 위해 사용되고 있는지에 관한 정보를 포함할 것이다. 또한, 모든 비컨 프레임들이 메인 노드로부터 발신(originate)되는 것이 아닌 경우들에서, 메인 노드는 새로운 발신자(originator) 노드에게, 그 발신자 노드가 비컨 프레임들을 전송하는 것을 시작할 수 있기 전에, 허가를 줄 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 또한, 발신자 노드들은, 발신자 노드 커미셔닝(commissioning) 또는 리-커미셔닝(re-commissioning) 및 온-고잉(on-going) 관리 프로세스의 일부로서, 전송 채널 사용에 대한 특정 채널 할당(assignment)들을 메인 노드로부터 수신할 수 있다. 대안적으로, 메인 노드는, 이러한 커미셔닝 및 관리 프로세스의 일부로서, 알고리즘의 세트 또는 기준들의 세트 옵션들로부터 선택되는 특정한 알고리즘 또는 기준들의 세트를 특정할 수 있으며, 그러한 알고리즘 또는 기준들은 새로운 발신자 노드 그 자체에 의해, 그 자체의 고유한 전송 채널 또는 채널들을 선택하기 위해 사용될 수 있다.

선택적으로, 규제 요건들 또는 보안 요건들에 순응하기 위하여, 특정한 구현은, 특정한 발신자 노드에 대해 (주파수 전송 채널들 및/또는 DSSS 전송 칩 시퀀스들을 포함하는) 전송 채널 또는 채널들을 결정하기 위해 다른 ID 필드들 및 파라미터들에 대한 알고리즘 또는 "해시" 계산에서 사용될 수 있는, 모든 획득된 그리고 획득되지 않은 노드들에 의해 액세스 가능한 알고리즘 또는 외부 키 또는 표시자를 특정할 수 있고, 알고리즘 또는 해시 및 그것의 입력 파라미터들에 의해 통제되는(governed) 바와 같이, 때때로, 전송 채널 또는 채널들이, 주어진 발신자 노드에 대해 변경될 수 있다는 것을 특정할 수 있다. 예를 들어, 네트워크-하드웨어-특정 보안 키 및 네트워크 ID와 함께 (슬리핑 노드들에서 이용가능한 저전력 RC-타입 클록들과 함께) 네트워크 타임 스탬프는, 새롭게 어웨이크된(awoken) 엔드 노드에 의해, 특히, 새롭게 어웨이크된 엔드 노드가 특정한 발신자 노드에 대한 다소의(some) 히스토리를 갖는(예를 들어, 일 시점에서 그 발신자 노드에 의해 어떤 전송 채널 세트가 사용되고 있었는지를 알고 있는) 경우들에서, 주어진 발신자 노드의 전송 채널 또는 채널들을 예측(anticipate)하기 위해 사용될 수 있다. 전송 채널 할당들을 변화시키는 것에 대한 이러한 허용은, 네트워크 외부의 디바이스들에 대해 채널들의 일반적인 사용이 더 랜덤하게 나타나게 하고, 보안을 개선하며, 규제 준수를 더 실현 가능하게 한다.

엔드-노드 또는 리피터 노드(103, 105)가 처음으로 웨이크 업(wake up) 또는 부트 업(boot up)하는 경우에, 새로운(획득되지 않은) 리피터 또는 엔드 노드(103, 105)는, 주파수 채널들 및/또는 DSSS 칩 세트들을 포함하는 모든 채널들을 통해 완전한 네트워크 탐색(완전한 네트워크 스캔)을 행할 수 있다. 그러나, 비컨 프레임들에서의 정보에 의해, 새로운 리피터 또는 엔드 노드(103, 105)는 모든 채널들을 스캔할 필요가 없고, 그러나 대신에, 비컨 프레임(402) 및 전송 메시지(404)에서의 정보에 기초하여, 주어진 네트워크에 어떻게 조인(join)할지를 결정할 수 있다. 새롭게 부트되었지만 획득되지 않은 리피터 또는 엔드 노드(103, 105)가 전송 채널들을 알고 있으면, 새로운 리피터 또는 엔드 노드(103, 105)는 더 이상 전체 네트워크 스캔들을 행할 필요가 없고, 긴 채널 탐색들에 대해 에너지를 낭비하지 않으면서 어떤 통신 채널이 적절한 채널인지를 알기 위해 빠르게 전송 채널을 사용할 수 있다.

도 5는, DSSS 칩 세트-정의된 채널 스위칭 체계(scheme)들 및 주파수 채널 홉핑 체계들과 유사하게 적용될 수 있는 노드들의 부착을 관리하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한다. 이러한 경우에서, 예를 들어, 메인 노드만이 비컨 프레임들을 전송하게 허용된다. 메인 노드(501)는 통신 채널들(CC)(520-523) 및 전송 채널들(TC)(530, 531)을 이용하여 네트워크를 생성한다. (의사(pseudo)) 랜덤 순서로 액세스되는, 예를 들어 보통 수가 50까지인 다수의 통신 채널들이 존재할 수 있지만, 520, 521, 522, 및 523으로 레이블링된(labeled) 처음 3개 그리고 마지막 1개(채널 번호들 7, 34, 18, 그리고 마지막으로 23)만이 도면에 도시되어 있다. 도 5의 상단의 행(row)들은 각각의 채널에 대한 타임라인(timeline)들을 나타내며, 시간은 좌측에서 우측으로 증가된다. 도면이 모든 50개의 채널들을 도시하도록 확장된 경우에, 각각은, 순차적인 비컨 프레임들 사이의 균일한 시간 간격 및 고유한 시간 위치를 갖는 그 각각의 고유한 비컨 프레임 마커를 나타낼 것이다. 규칙적인 통신 채널들(520-523) 중 하나 상의 각각의 비컨 프레임 송신 직전에, 2개의 전송 채널들(530, 531) 중 하나 상에서 전송 프레임(544)이 전송된다는 것을 유의한다.

이전에 설명된 바와 같이, 각각의 전송 프레임(544)은 다음의 통신 채널의 채널 번호를 제공한다. 네트워크는 메인, 리피터, 및 엔드 노드들(501, 503, 505)을 각각 포함한다. 비컨 프레임들(542)은 또한, 우선순위(priority) 액세스 번호 범위(PA 번호 범위) 시작 및 엔드 번호들(PAS 및 PAE)에 대한 값들을 제공한다. PA 번호 범위들은 다음의 이유로 유용하다. 노드(503, 505)(리피터 노드 또는 엔드-노드)가 네트워크에 부착하는 경우에, 리피터 또는 엔드 노드(503, 505)에 할당된 번호들 중 하나가 "페어런트 노드(parent node)"의 ID 번호(네트워크 어드레스)이다. 엔드 노드(505)가 근방의 리피터 노드(503)를 통해 네트워크에 부착하는 경우에, 페어런트 노드는 일반적으로 그 리피터 노드(503)일 것이다. 때때로, 엔드 노드(505)는, 네트워크에 조인할 때, 메인 노드(501)에 직접적으로 부착할 것이다. 여하튼, 엔드 노드(505)가 네트워크에 조인할 때, 새로운 노드(505)는, 페어런트 노드의 노드 ID와 함께 PA 번호를 수신할 것이다. 일 실시예에서, 엔드 노드에 대한 PA 번호는 페어런트 노드의 PA 번호와 동일할 수 있다. 각각의 리피터 노드(503)가 메인 노드(501)에 부착함으로써 네트워크에 조인하기 때문에, 메인 노드(501)는 상이한 PA 번호를 리피터 노드들(503) 각각에 제공한다. 그 후에, 엔드 노드들(505)이 근방의 리피터 노드들(503)을 통해 네트워크에 부착하기 시작할 때, 각각의 엔드 노드(505)는 그것의 페어런트 노드의 PA 번호를 인계받는다(inherit).

예로서, 도 5에서, 3개의 리피터 노드들(503)(노드 RA, 노드 RB, 및 노드 RC)은 메인 노드(501)에 의해 새롭게 생성된 네트워크에 합류(join)할 수 있다. 3개의 리피터 노드들(503)이 합류시, 메인 노드(501)는 각각 PA 번호(535A-535C)(말하자면, 각각 10, 20, 및 30)를 할당한다. 그 다음으로, 9개의 엔드 노드들(505)이 부팅되어 네트워크에 합류한다고 추정한다. 이러한 새로운 엔드 노드들(505) 중 처음의 4개(1-4)는 리피터 노드 RA를 통해 합류하고, 그러므로 PA 번호 10을 수신한다. 다음번의 2개(5-6) 노드들(505)이 리피터 노드 RB를 이용하여 합류하고, PA 번호 20을 수신한다. 마지막 3개(7-9)의 엔드 노드들(505)은 마지막 리피터 RC를 이용하여 네트워크에 합류하고, 따라서 PA 번호 30을 수신한다. 각각의 PA 번호는 서브-네트워크 식별자의 역할을 하고, 각각의 리피터 노드(503)는 대응하는 서브-네트워크에 대한 헤드(게이트웨이)를 나타낸다. 이러한 리피터들(503)은 실제 조정자 노드들이 아닌데, 그 이유는 각각은 (이러한 실시예에서), 혹시라도 그것이 도달한다면, 메인 노드로부터의 비컨 프레임만을 리피트할 수 있기 때문이다(이러한 리피트의 세부사항들은 간략화를 위해 도 5에서 생략됨). 그러나, 상술된 더욱 복잡한 실시예들에서, 상술된 바와 같이, 각각의 주파수 홉을 예고하기 위해 그 자신의 전달 채널들의 세트를 이용하여, 그 자신의 (의사)랜덤 주파수 채널 홉핑 또는 DSSS 칩셋 스위칭 시퀀스에 따라 통신 채널들을 통해 그 자신의 비컨 프레임들을 발생시킬 권리가 각각의 비컨에 주어질 수 있다. 단순한 경우에 대해 도 5에 도시된 개념들은 유추에 의해 더욱 복잡한 경우들로 확장될 수 있다.

PA 번호들의 하나의 이용은 다음과 같다. 메인 노드(501)가 비컨 프레임(542)을 전송할 때, 비컨 프레임(542)은 PA 번호들의 범위에 대한 시작 및 종료 값들(PAE 및 PAE)을 포함한다. 비컨 프레임(542)과 연관된 인터벌 동안(0.2초 길이 채널 드웰 시간(channel dwell time)의 종료까지의 시간 기간), 전송된 범위 내에서 PA 번호들을 갖는 그러한 리피터 노드들(503A-503C)만이 비컨 프레임을 리피트할 허가를 갖고, 따라서, 자신들의 각각의 서브-네트워크 내에서 종료 노드들(505)의 송신을 가능하게 한다. 예를 들어, 하나의 비컨 프레임(542A) 동안, 메인 노드(501)는 RA 리피터 노드(503A)와 연관된 PA 번호 범위(535A)를 포함할 것이다. RA 리피터 노드(503A)만이 이러한 비컨 프레임(542A)을 리피트하고, 엔드 노드들(505A)만이 비컨 프레임(542A) 다음에 채널(520)을 통해 메시지들을 전송한다. 다음번 비컨 프레임(542B) 동안, PA 번호 범위 535B가 포함되고, 따라서 리피터 및 엔드 노드들(503B 및 505B)은 상응하게 응답한다. PA 번호들의 상기 이용은, 네트워크가 매우 커지고, 모든 노드들이 임의의 일 시점에서 동일한 비컨 프레임에 액세스하도록 허용하는 것은 현실적이지 않은 상황들에서 유용하다. 또한, PA 번호에 대한 다른 효용은, 네트워크의 노드들 중 모두가 아닌 노드들이 모든 다른 노드들로부터의 모든 메시지들을 청취할 수 있는 경우에, 메시지 오버랩을 방지하는 것과 관련하여, 메인 노드가 네트워크를 관리하도록 허용하는 것이다.

예를 들어, 4개의 리피터 노드들을 갖는 큰 그리고 물리적으로 분산된 네트워크(북쪽, 남쪽, 동쪽, 및 서쪽), 및 중앙의 메인 노드가 이용되는 경우, 북쪽의 리피터의 엔드 노드들 모두는 서로, 그리고 자신들의 리피터를 청취할 수 있다. 유사하게, 남쪽의 리피터의 엔드 노드들 모두는 서로, 그리고 또한 자신들의 리피터를 청취할 수 있다. 그리고, 동쪽 및 서쪽의 리피터들에 대해서도 그러하다. 각각의 서브-네트워크가 많은 수의 노드들을 포함하고 및/또는 많은 수의 네트워크 이벤트들(시간 기간 내의 많은 수의 메시지들)이 존재하는 상황들에서, 서로 청취할 수 없는 2개의 상이한 서브-네트워크들로부터의 2개의 엔드 노드들 양측 모두가 동시에 메시지들을 전송하도록 시도할 증가된 기회가 존재할 것이다. 이러한 잠재적인 메시지 충돌을 회피하기 위해, 메인 노드는, 각각의 비컨 프레임의 PA 번호 범위들을 이용함으로써, 2개의 서브-네트워크들 중 어느 서브-네트워크가 임의의 일 시점에서 액티브인지를 제한할 수 있다.

선택적으로, 방법은, 각각의 리피터(각각의 서브-네트워크)에 그 자신의 네트워크-특정 채널 홉핑/스위칭 순서를 할당할 수 있다. 모든 리피터들은, (전달 채널 방식이 FHSS 기법을 이용하든 DSSS 기법을 이용하든) 동일한 전달 채널 방식을 이용하여, 동일한 채널들 세트 상의 메인 노드와 계속 통신한다. 그러나, 액티브 리피터가 그의 엔드 노드들에 토킹(talk)하기 위해 턴 어라운드(turn around)하는 경우, 액티브 리피터는 상이한 전달 채널들 세트 상에서 이를 행하고 정규 통신 채널들 사이에서의 홉핑을 위해 상이한 순서를 이용할 수 있다. 이는, 네트워크의 노드들의 수가 극도로 커지는 경우에 매우 유용해진다. 예를 들어, 일 상황에서, 서브-네트워크들의 집합적 세트에 총 수천개의 엔드 노드들을 갖는, 30개의 리피터들(및 30개의 각각의 서브-네트워크들)이 존재할 수 있고, 메인 노드는, 임의의 주어진 순간에, 30개의 서브-네트워크들 중 5-10개의 서브-네트워크들만이 액티브이도록, 그리고 그러한 액티브 서브-네트워크들 중 어떠한 2개의 액티브 서브-네트워크도 동일한 주파수 채널 또는 DSSS 칩 시퀀스 홉핑 순서를 동시에 이용하지 않도록, PA 번호들을 각각의 리피터에 할당할 수 있다. 이는, 각각의 0.2 초 채널 드웰의 시작에서, 메인 노드와 통신하기 위해(Rx 및 Tx) 모든 리피터들이 동일한 채널(주파수 채널 또는 DSSS 칩셋)로 점프하는(사이클의 "직렬" 부분) "직렬-병렬" 어레인지먼트를 생성한다. 그 다음으로, 각각의 리피터가 메인 노드와의 자신의 비즈니스를 완료한 경우, 이는, 그 자신의 채널 순서 및 전달 채널 할당들을 이용하여, 그 자신의 엔드 노드들에 토킹하기 위해 그 자신의 서브-네트워크로 점프한다. DSSS 칩 시퀀스들 또는 주파수 채널들의 각각의 세트들이 서브-네트워크들 사이에서 상호 직교하기 때문에, 이러한 서브-네트워크 통신은 모두 일 시점(사이클의 "병렬" 부분)에서 발생할 수 있다.

도 6은 네트워크 통신들을 관리하기 위한 대안적인 실시예에 따라서 구현되는 방법을 예시한다. 이 방법은 FHSS 및/또는 DSSS 채널 홉핑 방식들에 따라 이용될 수 있다. 602에서 시작하면, 메인 노드는 티어 노드 1과 티어 노드 2 (이하, T1-2 전송 채널 또는 T1-2 TC로 지칭됨) 사이의 통신들과 연관된 전송 채널을 통해서 전송 메시지를 전송한다. 전송 메시지는, 메인 노드가 후속 비컨 프레임을 전송하도록 의도하는 통신 채널을 지정한다. 메인 노드에 의해 후속되는 홉핑 방식은, 티어 1 - 티어 2 통신 채널 홉핑 방식 및 전송 채널 관리 방식에 대응한다. 이하 설명되는 바와 같이, 메인 노드는, 리피터 노드들이 후속하여 말단 노드들과 통신하는 전송 채널들과는 분리된 그리고 별개의 하나 또는 그 초과의 전송 채널들을 통해서 제 2 티어에서의 리피터 노드들과 통신한다.

이러한 이유로, 도 6의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 티어 1 - 티어 2(T1-2) 전송 채널은 메인 노드와 리피터 노드 사이에서의 통신과 고유하게 연관된다. 분리된 그리고 별개의 티어 2 - 티어 3(T2-3) 전송 채널이 리피터 노드와 말단 노드 사이에 설계되고 유지된다. 선택적으로, 다수의 분리된 그리고 별개의 전송 채널들이 상이한 리피터 노드들을 통해 활용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 리피터 노드 또는 일 세트의 리피터 노드들이 하나의 전송 채널을 이용할 수 있고, 다른 리피터 노드 또는 다른 세트의 리피터 노드들은 분리된 그리고 별개의 전송 채널을 활용한다.

선택적으로, 메인 노드, 리피터 노드, 및 말단 노드에 의해 활용되는 통신 채널들은 동일한 채널들일 수 있지만, 간섭하지 않는 상이한 홉핑 방식들에 이용될 수 있다. 예를 들어, 메인 노드가 통신 채널들 사이에서의 홉핑 방식을 개시할 수 있지만 제 1 홉핑 순서(T1-2 홉핑 방식)를 뒤따르며, 리피터 노드들은 상이한 홉핑 순서(T2-3 홉핑 순서로 지칭됨)를 뒤따른다. 리피터 노드들은 T1-2 홉핑 순서에 이용되는 통신 채널을 간섭하거나 또는 그 통신 채널을 동시에 활용하는 것을 회피하기 위해 티어 2-3 홉핑 방식을 관리한다. 일반적으로, 비교적 많은 수의 리피터 노드들이 자신 소유의 홉핑 시퀀스들을 동작시키고 이용하는 경우, 이러한 홉핑 시퀀스들은 이들이 주파수 채널이든 또는 DSSS 칩 세트이든지 간에 보통 서로 직교하거나 또는 거의 서로 직교할 것임에 주목해야 한다. 즉, 홉핑 시퀀스들은, 세트로 간주될 때, 자신의 현재 액티브 채널로서 임의의 주어진 채널을 이용하는 하나 초과의 노드를 어느 때나 포함하지는 않을 것이다.

602에서 메인 노드가 T1-2 TC를 통해 전송 메시지를 전송하면, 메인 노드는 다음으로 T1-2 홉핑 방식에 따라 T1-2 통신 채널(T1-2 CC)을 통해 비컨 프레임을 전송한다.

604에서, 메인 노드로부터 전송 메시지를 수신한 후, 리피터 노드는 T2-3 홉핑 방식과 연관된 현재의 T2-3 통신 채널을 지정하기 위해 T2-3 전송 채널을 통해 수정된 전송 메시지를 전송한다. 리피터 노드에 의해 전달된 전송 메시지는, 메인 노드에 의해 현재 이용되는 것과 말단 노드들에 대해 동일한 액티브 통신 채널을 지정하는 것을 회피하기 위해 메인 노드에 의해 전달된 전송 메시지로부터 수정된다. 예를 들어, 메인 노드가 602에서 T1-2 액티브 통신 채널로서 채널 5를 지정하는 비컨 프레임을 전송하는 경우, 리피터 노드는 T2-3 액티브 통신 채널로서 채널 10을 지정하는 수정된 전송 메시지를 T2-3 전송 채널을 통해 전송할 수 있고, 이에 따라 메인 노드에 의해 지정되는 채널보다 더 많거나 또는 더 적은 미리-결정된 수의 채널들이 되도록 노드들 내에서 사용하기 위한 현재 통신 채널을 증분할 것이다.

606에서, 말단 노드는 수정된 전송 메시지에 따라서 그리고 T2-3 홉핑 방식에 따라서 지정된 T2-3 통신 채널로 점프한다.

608에서, 리피터 노드는 지정된 T2-3 통신 채널을 통해 T2-3 비컨 프레임을 전송한다. 610에서, 말단 노드는 리피터 노드로부터 비컨 프레임을 수신한 후에 지정된 T2-3 통신 채널을 습득한다. 그후, 말단 노드는 대응하는 말단 노드에 의해 수행될 또는 리포팅될 현재 동작들에 따라서 리피터 노드에 임의의 메시지들을 송신한다. 리피터 노드는 대응하는 비컨 프레임에 뒤따르는 타임 슬롯들에 따라서 608에서 송신된 비컨 프레임에 뒤따르는 하나 또는 그 초과의 말단 노드들로부터 하나 또는 그 초과의 메시지들을 수신한다. 리피터 노드가 비컨 프레임에 뒤따르는 타임 슬롯들 동안 연관 말단 노드들로부터 임의의 메시지들을 수신했을 때, 리피터 노드는 그후 612에서 이러한 정보를 메인 노드에 중계한다.

612에서, 리피터 노드는 임의의 말단 노드 메시지들을 리피터 노드에 부착된 말단 노드들 중 하나 또는 그 초과로부터 메인 노드로 중계한다. 이 메시지들은, 602에서 지정된 T1-2 통신 채널을 통해서 메인 노드에 중계된다.

도 6의 프로세스는, 메인 노드가 각각의 새로운 전송 메시지 및 각각의 새로운 비컨 프레임을 전달함에 따라서 리피터 노드들이 메인 노드에 의해 현재 이용되지 않는 액티브 통신 채널을 지정하기 위해 그 전송 메시지들을 수정하도록, 반복하여 동작한다. 상이한 통신 채널들 및 분리된 전송 채널들을 활용함으로써, 도 6의 방법은 앞서 언급된 직-병렬 통신 어레인지먼트를 형성한다.

선택적으로, PA 범위를 할당하는 경우(시작 및 종료 PA 넘버들), 메인 노드는 임의의 2개의 리피터들 사이의 물리적 거리를 고려할 수 있으며, 따라서, 2개의 상이한 서브-네트워크들이 우연히 동일한 채널(주파수 채널 또는 DSSS 칩 세트)을 사용하려 시도한다면, 서로의 메시지들을 재밍(jamming)하는 2개의 상이한 서브-네트워크들에서의 2개의 종단 노드들의 영향을 최소화한다. 즉, PA 넘버 범위는, 주어진 물리적 영역에서 동시에 하나의 리피터만이 활성이도록 선택된다. 도 7은, 일 실시예에 따라 형성된 DSSS 칩 시퀀스 스위칭 방법 또는 프로토콜을 도시한다. 방법 또는 프로토콜은 DSSS 칩 세트/시퀀스 스위칭 방식에 대해 특성화되지만, FHSS 주파수 홉핑 방식에 대해 적응가능하다. (702)에서, 네트워크를 생성하기 위해, 메인 노드(101)(도 1에 도시됨)는, 메인 노드(101)가 사용하기를 소망하는 채널들의 세트를 통해 기존의 네트워크들을 스캐닝할 수도 있으며, 여기서 채널들은 DSSS 칩 세트들에 의해 정의된다. 대안적으로, 네트워크는 DSSS-기반 네트워크를 설정하기 위한 임의의 종래의 기술에 따라 생성될 수도 있다. 새로운 네트워크가 생성될 수 있다는 것을 결정한 후에, 메인 노드(101)는 네트워크 ID 넘버를 선택한다.

(704)에서, 메인 노드(101)는 새로운 네트워크에 대한 동작 파라미터들을 선택한다. 또한, 메인 노드(101)는, 통신 채널 칩 세트들의 그룹 및 다른 노드들(예를 들어, 도 1에 도시된, 리피터 노드들(103), 종단 노드들(105), 및/또는 비-네트워크 노드들(107))과 홉핑 및 보안 파라미터들만을 통신하기 위한 네트워크에서 사용되는 적어도 하나의 전달 채널 칩 세트를 정의한다.

(706)에서, 차일드 노드는 전달 채널 칩 세트를 청취한다. 차일드 노드는, (i)네트워크에 참여하기를 처음으로 시도하는 비-연결 노드, (ii) 슬립으로부터 웨이크 후에 네트워크에 재참여하거나 네트워크를 재-획득하려는 연결된 노드, 또는 (iii) 네트워크에 현재 획득된 노드일 수도 있다. 차일드는 종단 노드(105) 또는 리피터 노드(103)일 수도 있는데, 둘 모두가 메인 노드(101)의 칠드런이기 때문이다. 차일드 노드는, 노드가 전송 채널 칩 세트를 이용하여 미리-프로그래밍되고, 전송 채널 칩 세트가 표준이거나 예측가능한 칩 세트이기 때문에 전송 채널 칩 세트를 알 수도 있고, 또는 차일드 노드는 전송 메시지를 청취하는 이용가능한 칩 세트들의 그룹을 스캐닝하도록 구성될 수도 있다.

(708)에서, 페어런트 노드는 전송 채널 칩 세트를 사용하여 전송 메시지를 송신한다. 페어런트 노드는 메인 노드(101) 및 리피터 노드들(103)일 수도 있는데, 메인 노드(101)가 리피터 노드들(103)에 전송 메시지를 송신할 수도 있고 리피터 노드들(103)이 종단 노드들(105)에 전송 메시지(또는 도 6에서와 같은 변형된 전송 메시지)를 재송신할 수도 있기 때문이다. 전송 채널 칩 세트를 알지 못하는 디바이스들에 대해, 전송 메시지는 의사-잡음처럼 사운딩되며 판독가능하지 않다. 전송 메시지는, 전송 채널 칩 세트를 아는 수신기들에 대해, 메인 노드(101)에 의해 지시되는 다음 통신 채널을 정의하는 칩 세트를 식별한다.

네트워크에 다수의 지정된 전송 채널 칩 세트들이 존재할 수도 있기 때문에, (706)에서, 차일드 노드는 특정 전송 메시지를 송신하기 위해 (708)에서 페어런트 노드에 의해 사용되지 않은 전송 채널 칩 세트를 청취할 수도 있다. 따라서, (710)에서, 차일드 노드는, 전송 채널 칩 세트를 청취함으로써 지금까지 전송 메시지를 수신했는지를 결정한다. 전송 메시지가, 차일드 노드가 청취하는 칩 세트(예를 들어, 채널 칩 세트 49)와는 다른 상이한 전송 채널 칩 세트(예를 들어, 채널 칩 세트 48)를 사용하여 페어런트 노드에 의해 전송되었다면, 차일드는 전송 메시지를 수신하지 않았을 것이고, 따라서, 플로우는 (706)으로 되돌아가며, 여기서 차일드 노드는 동일한 전송 채널 칩 세트를 계속해서 청취한다. 차일드 노드에 의해 청취되는 전송 채널 칩 세트는, 전송 메시지를 송신하기 위해 페어런트 노드에 의해 사용되는 다음 칩 세트일 수도 있다. 차일드 노드가, 페어런트 노드가 전송 메시지를 송신하기 위해 사용한 동일한 전송 채널 칩 세트를 청취했다면, 차일드 노드가 전송 메시지를 수신했기 때문에 플로우는 (712)로 이동한다.

일단 차일드 노드가 전달 메시지를 수신하면, 전달 프레임(404)의 (도 4에 도시된) 통신 채널 번호 필드(423)는 다음 통신 채널을 정의하는데 사용될 칩 세트의 차일드 노드를 알린다. 네트워크 파라미터들의 메인 노드(101)에 의해 지정되는 일정 시간량(an amount of time) 이후, 712에서의 차일드 노드는 "다음(next)" 통신 채널 칩 세트(이제 현재/활성 통신 채널 칩 세트)로 전환되어 네트워크의 메인 노드(101) 및/또는 다른 노드들로 메시지를 전송할 수 있다. 차일드 노드가 이전에 포착되지 않았다면, 차일드 노드는 "다음"/활성 통신 채널 칩 세트를 이용하여 통신함으로써 네트워크를 포착한다. 714에서, 페어런츠 노드는 활성 통신 채널 칩 세트를 이용하여 전송된, 차일드 노드들로부터의 메시지들에 대해 청취하고 이를 프로세싱한다.

716에서, 메인 노드(101) 및/또는 리피터(repeater) 노드들(103)은, 활성 통신 채널에 대한 최대 채널 드웰(dwell) 시간이 경과되었는지 여부를 결정한다. 경과되지 않았다면, 흐름 712-714로 복귀되며, 여기서 차일드 노드는 "다음"/활성 통신 채널 칩 세트를 이용하여 페이런츠 노드(들)과의 통신을 계속한다. 최대 드웰 시간이 경과되었다면, 흐름은 716에서 706으로 이동되며, 프로세스가 반복된다. 706으로 돌아가서, 현재 포착된 차일드 노드는 이제, 메인 노드(101)가 지정된 통신 채널들의 전환을 계속함에 따라, 새로운 다음 통신 채널 칩 세트를 식별할 새로운 전달 메시지를 포함하는 전달 채널 칩 세트에 대해 청취한다. 예를 들어, 2개의 지정된 전달 채널 칩 세트들(예를 들어, 48 및 49)이 있는 경우, 메인 노드(101)는 전달 채널 칩 세트들 사이에서 교번(alternate)할 수 있다. 따라서, 이전 전달 채널 칩 세트가 48이었다면, 706에서 네트워크에서의 현재 포착된 노드들은 네트워크에 대해 포착되는 것이 보류(stay)되도록 칩 세트(49)에 대해 청취하도록 구성될 수 있다.

선택적으로, 메인 노드(101)(또는 리피터 노드들(103))는, "다음"/활성 통신 채널 칩 세트를 이용하여 비콘 메시지들을 전송할 수 있다. 비콘 메시지들은 전달 채널들의 식별 및 칩 세트 타임 슬롯 타이밍과 같은 파라미터들을 조정할 수 있다.

대안적 실시예에서, 비콘 메시지는, DSSS 채널 홉핑 방식으로 다음 통신 채널 칩 세트를 식별하는 통신 채널 번호 필드(전달 프레임(404)의 CCN(423)과 유사하거나 동일함)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 포착된 노드들은, 네트워크를 포착한 후 전달 채널 칩 세트들에 대해 청취할 필요가 없을 수도 있다. 따라서, 716에서 최대 드웰 시간이 경과된 후, 포착된 노드들에 대한 흐름은, 스테이지들(706-710)을 스킵할 수 있고, 노드들이 이전의 활성 통신 채널 칩 세트로부터 직접, 이전의 활성 통신 채널 칩 세트를 이용하여 비콘 메시지에 의해 식별된 "다음"/활성 통신 채널 칩 세트로 전환하여, 712로 바로 복귀할 수 있다.

본원에 개시된 실시예들은, 다수의 무선 센서 노드들이 총체적으로, 판매용 소매 물품들, 가게 직원의 사람들(신체들), 툴들, 자산들, 고정된 감지 로케이션들(예컨대, 셸프(shelf) 에지들, 포탈들, 판매시점관리(point-of-sale) 큐들) 등에 사용되는 소매점들에서와 같이 다양한 필드들에서 이용될 수 있다.

적어도 하나의 실시예는, 리피터들의 수가 확대됨에 따라, 네트워크 용량에 대한 균일한 직병렬 확장의 동일한 잇점들을 제공하는 기술적 효과를 제공하기 위해, FHSS 방식에 부가하여 또는 대안으로, DSSS 칩 세트 선택 방식을 이용한다.

상기 설명은 예시적이며 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 앞서 설명된 실시예들(및/또는 이들의 양상들)은, 서로 협력하여 사용될 수 있다. 또한, 다수의 변형들은, 본원의 범주를 이탈하지 않고 본 발명의 교시들에 특정 상황 또는 재료가 적응되게 구성될 수 있다. 본원에 설명된 코드들 및 프로토콜들은 본원의 파라미터들을 정의하도록 의도되지만, 이들은 결코 제한이 아니며 예시적인 실시예들이다. 다수의 다른 실시예들은 상기 설명을 검토한 후 당업자들에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는, 첨부된 청구항들이 수반되는 등가물들의 전체 범주와 함께, 이러한 청구항들을 참조로 결정되어야 한다. 첨부된 청구항들에서, "포함하는(including)" 및 "~에서는(in which)"의 용어들은 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"의 각각의 용어들에 대한 알기쉬운 영어 등가물들로서 이용된다. 게다가, 하기 청구항들에서, "제 1", "제 2", 및 "제 3" 등의 용어들은, 단지 라벨들로서 이용되며, 이들의 객체들에 대한 수치적 요건들을 부여하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 하기 청구항들의 제한들은 수단+기능 포맷으로 기록되지 않으며 이들 청구항 제한들이 "~를 위한 수단"의 문구 이후에 추가 구조의 함수 보이드(function void)의 명령문을 명백히 이용하지 않는다면 그리고 이들을 이용할 때까지, 35 U.S.C. §112, 제 6 문단에 기초하여 해석되지 않는다.

Claims (23)

1. 메인 노드와 복수의 노드들 ― 상기 노드들은 센서들과 연관됨 ― 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법으로서,
   통신 채널들을 정의하는 단계 ― 상기 통신 채널들을 통해 상기 메인 노드는 상기 채널 홉핑 방식에 기초하여 상기 노드들과 통신함 ―;
   상기 메인 노드에 의해 브로드캐스트되는 전달 프레임들을 반송하는 것에 전용되는 적어도 하나의 전달 채널을 정의하는 단계;
   전달 메시지를 청취할 적어도 하나의 전달 채널을 로케이팅함으로써 연결 세션으로 진입하도록 상기 네트워크에서 포착되지 않은 비-포착 노드를 구성하는 단계 ― 상기 전달 메시지는 활성화될 후속 통신 채널을 표시함 ―; 및
   상기 후속 통신 채널로 상기 비-포착 노드들을 스위칭하는 단계를 포함하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 비-포착 노드들은 상기 후속 통신 채널을 통해 비컨 프레임을 청취하며, 상기 비-포착 노드들은 상기 비-포착 노드들이 상기 네트워크를 포착하는 것을 가능하게 하기 위한 타이밍 기준으로서 상기 비컨 프레임을 활용하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 비컨 프레임은,
   a) 얼마나 많은 전달 채널들이 존재하는지를 표시하는 전달 채널들의 총수 필드;
   b) 상기 네트워크내의 어느 채널들이 전달 채널들을 나타내는지를 표시하는 전달 채널 번호 필드; 및
   c) 상기 비컨 프레임과 연관된 수퍼-프레임 동안 상기 네트워크를 통해 통신하도록 허가되는 노드들과 연관된 우선순위 액세스 번호들의 범위를 표시하는 우선순위 액세스 번호 범위와 같은 필드들을 포함하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전달 메시지는 활성화될 상기 후속 통신 채널에 대한 번호를 표시하는 통신 채널 번호 필드를 포함하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 채널 홉핑 방식은 직접 시퀀스 스펙트럼 확산(DSSS) 칩 세트 선택 방식이며, 상기 통신 채널들 및 상기 적어도 하나의 전달 채널은 단일 일정 캐리어 파 주파수를 사용하는 상호 직교 DSSS 칩 세트들에 의해 정의되는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 메인 노드는 전달 채널 칩 세트를 사용하여 상기 전달 메시지를 송신하며, 상기 전달 메시지는 후속 통신 채널 칩 세트를 표시하며, 상기 후속 통신 채널 칩 세트는 상기 네트워크에서 상기 후속 통신 채널로서 상기 DSSS 칩 세트 선택 방식으로 지정되는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
7. 제 1항에 있어서, 적어도 2개의 전달 채널들을 정의하는 단계를 더 포함하며, 상기 메인 노드는 상기 전달 채널들 각각을 통해 전달 메시지를 교대로 전송하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 네트워크에서 현재 포착되는 포착 노드들을 더 포함하며, 상기 포착 노드들은 상기 전달 메시지들을 수신하기 위하여 상기 전달 채널들 각각을 교대로 로케이팅함으로써 상기 연결 세션을 계속하며, 상기 네트워크에서 다른 노드들과 통신하는 것을 계속하기 위하여 각각의 후속 통신 채널로 스위칭하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 채널 홉핑 방식은 상기 메인 노드의 지시하에 있는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
10. 제 1항에 있어서, 제 1 전달 채널은 상기 메인 노드와 부모 노드들사이에서 사용하기 위하여 정의되며, 상이한 제 2 전달 채널은 상기 부모 노드들과 자식 노드들 사이에서 사용하기 위하여 정의되는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
11. 제 1항에 있어서, 상기 전달 메시지는 비컨 프레임에 의해 개시되는 후속 수퍼-프레임과 연관된 상기 후속 통신 채널을 표시하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 정의하는 단계는 제 1 티어로 상기 메인 노드를 정의하고, 제 2 티어로 리피터 노드들을 정의하며 그리고 제 3 티어로 종료 노드들을 정의하는 단계를 포함하며, 각각의 종료 노드는 상기 리피터 노드들 중 하나와 연관되며;
    상기 방법은 상기 제 2 티어의 리피터 노드들에 우선순위 액세스(PA) 번호들을 제공하는 단계, 종료 노드들이 연관된 리피터 노드의 PA 번호를 인계받는 것을 야기하는 단계 및 상기 네트워크에 대한 액세스를 제어하기 위하여 상기 PA 번호들을 활용하는 단계를 더 포함하는, 메인 노드와 복수의 노드들 사이에 무선 센서 네트워크를 제공하기 위한 방법.
13. 무선 센서 네트워크로서,
    통신 채널들을 정의하도록 구성된 메인 노드 ― 상기 통신 채널들을 통해 상기 메인 노드는 채널 홉핑 방식에 기초하여 상기 노드들과 통신하며, 상기 메인 노드는 상기 메인 노드에 의해 브로드캐스트되는 전달 프레임들을 반송하는 것에 전용되는 적어도 하나의 전달 채널을 정의하며, 상기 전달 프레임들을 전송하도록 구성되며, 상기 전달 프레임들 각각은 후속 통신 채널을 표시하며, 상기 메인 노드는 상기 후속 통신 채널을 통해 비컨 프레임을 전송하도록 구성됨 ―; 및
    센서들과 연관되며 상기 네트워크에서 포착되지 않으며 상기 전달 프레임을 청취하기 위하여 상기 전달 채널을 로케이팅함으로써 연결 세션으로 진입하도록 구성되는 비-포착 노드들을 포함하며, 상기 비-포착 노드들은 상기 후속 통신 채널로 스위칭하며 상기 비컨 프레임을 청취하도록 구성되며, 상기 비-포착 노드들은 상기 비-포착 노드들이 상기 네트워크를 포착하는 것을 가능하게 하는 타이밍 기준으로서 상기 비컨 프레임을 활용하도록 구성되는, 무선 센서 네트워크.
14. 제 13항에 있어서, 상기 비컨 프레임은,
    a) 얼마나 많은 전달 채널들이 존재하는지를 표시하는 전달 채널들의 총수 필드;
    b) 상기 네트워크내의 어느 채널들이 전달 채널들을 나타내는지를 표시하는 전달 채널 번호 필드; 및
    c) 상기 비컨 프레임과 연관된 수퍼-프레임 동안 상기 네트워크를 통해 통신하도록 허가되는 노드들과 연관된 우선순위 액세스 번호들의 범위를 표시하는 우선순위 액세스 번호 범위와 같은 필드들을 포함하는, 무선 센서 네트워크.
15. 제 12항에 있어서, 상기 전달 프레임은 활성화될 상기 후속 통신 채널에 대한 번호를 표시하는 통신 채널 수 필드를 포함하는, 무선 센서 네트워크.
16. 제 12항에 있어서, 상기 네트워크에서 포착되는 포착 노드들을 더 포함하며, 상기 비-포착 노드들 및 상기 포착 노드들은 충돌 없는 비컨 스케줄링을 수행하기 위하여 상기 비컨 프레임을 사용하는, 무선 센서 네트워크.
17. 제 12항에 있어서, 상기 채널 홉핑 방식은 직접 시퀀스 스펙트럼 확산(DSSS) 칩 세트 선택 방식이며, 상기 통신 채널들 및 상기 적어도 하나의 전달 채널은 단일 일정 캐리어 파 주파수를 사용하는 상호 직교 DSSS 칩 세트들에 의해 정의되는, 무선 센서 네트워크.
18. 제 17항에 있어서, 상기 메인 노드는 적어도 2개의 전달 채널 칩 세트들을 정의하며, 상기 전달 채널 칩 세트들 각각을 통해 전달 메시지들을 교대로 전송하는, 무선 센서 네트워크.
19. 제 17항에 있어서, 상기 노드들은 상기 전달 프레임에서 상기 메인 노드에 의해 지정되는 후속 통신 채널 칩 세트로 스위칭하고, 상기 후속 통신 채널 칩 세트를 사용하여 상기 메인 노드에 의해 송신된 비컨 프레임을 청취하도록 구성되는, 무선 센서 네트워크.
20. 제 17항에 있어서, 상기 메인 노드는 상기 DSSS 칩 세트 선택 방식을 지시하는, 무선 센서 네트워크.
21. 제 17항에 있어서, 제 1 전달 채널 칩 세트는 상기 메인 노드와 부모 노드들사이에서 사용하기 위하여 정의되며, 상이한 제 2 전달 채널 칩 세트는 상기 부모 노드들과 자식 노드들 사이에서 사용하기 위하여 정의되는, 무선 센서 네트워크.
22. 제 17항에 있어서, 상기 전달 프레임은 비컨 프레임에 의해 개시되는 후속 수퍼-프레임과 연관된 상기 후속 통신 채널 칩 세트를 표시하는, 무선 센서 네트워크.
23. 제 12항에 있어서, 상기 메인 노드는 제 1 티어를 나타내며, 리피터 노드들은 제 2 티어를 나타내며, 그리고 종료 노드들은 제 3 티어를 나타내며, 각각의 종료 노드는 상기 리피터 노드들 중 하나와 연관되며, 상기 메인 노드는 상기 비컨 프레임을 통해 상기 제 2 티어의 리피터 노드들에 우선순위 액세스(PA) 번호들을 제공하며, 상기 종료 노드는 연관된 리피터 노드의 PA 번호를 인계받으며, 상기 메인 노드는 상기 네트워크에 대한 액세스를 제어하기 위하여 상기 PA 번호들을 활용하는, 무선 센서 네트워크.

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