KR20160049919A - Method for managing coordinator in wireless sensor network for minimizing sensor data losses - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 전송 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 센서 네트워크 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)는 센서 디바이스(sensor device)의 센서를 통해 사물에 대한 인식정보, 주변의 환경정보 등을 감지하고 이를 외부와 연결하여 센서 데이터(sensor data)를 처리하고 관리하는 네트워크이다. 예를 들어, 원격에서 온도, 습도, 조도, 압력 등 다양한 상태 및 환경 정보를 감지하여 이를 관리한다. 특히, 사람의 접근이 어렵거나 상시 측정, 감시, 제어를 필요로 하는 지역 또는 대상물의 관리에 유용하게 활용된다.A wireless sensor network is a network that senses object recognition information and surrounding environment information through a sensor device of a sensor device and processes and manages sensor data by connecting the sensor device to the outside. to be. For example, it remotely senses and manages various status and environmental information such as temperature, humidity, illumination, and pressure. Particularly, it is useful for the management of areas or objects requiring human accessibility or constant measurement, monitoring, and control.
무선 센서 네트워크의 표준 규격 중 하나인 IEEE 802.15.4 LR-WPANs(Low Rate Wireless Personal Area Networks)는 저전력을 사용하며 저속의 통신을 위한 개인 영역 네트워크(Private Area Network: PAN) 표준 프로토콜이다. 표준에서는 물리 계층(Physical Layer: PHY)과 매체 접근 제어 부계층(Media Access Control Sub-layer: MAC)을 정의하고 있다. IEEE 802.15.4 표준 규격에서는 간단한 무선 네트워크를 위한 단순한 패킷 데이터 프로토콜로 250kbps 등의 데이터 속도를 지원하고, 성형(star) 또는 점대점(peer-to-peer) 토폴로지를 지원한다. 또한, 채널 접근을 위해 반송파 감지 다중접속/충돌 회피(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance: CSMA/CA) 방식을 지원하며 64 비트 또는 16 비트 주소를 지원한다.IEEE 802.15.4 LR-WPANs (Low Rate Wireless Personal Area Networks), one of the standards of wireless sensor networks, is a private area network (PAN) standard protocol for low-speed communication using low power. The standard defines a physical layer (PHY) and a media access control sub-layer (MAC). The IEEE 802.15.4 standard is a simple packet data protocol for simple wireless networks that supports data rates such as 250kbps and supports a star or peer-to-peer topology. It also supports Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA) for channel access and supports 64-bit or 16-bit addresses.
일 실시 예에 따라, 센서 데이터 유실을 최소화하기 위한 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법을 제안한다.According to one embodiment, a coordinator management method in a wireless sensor network is proposed to minimize sensor data loss.
일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법은, 개인 영역 네트워크(Private Area Network: PAN, 이하 팬) 코디네이터가 자신이 관리하는 주 코디네이터의 상태를 판별하는 단계와, 상기 주 코디네이터가 비정상 상태로 판별되면, 상기 팬 코디네이터가 상기 주 코디네이터 대신에 보조 코디네이터와 무선 통신을 시작하는 단계를 포함한다.A method of managing a coordinator in a wireless sensor network according to an exemplary embodiment includes a step of determining a state of a primary coordinator managed by a private area network (PAN) coordinator, , The fan coordinator starts wireless communication with the auxiliary coordinator instead of the main coordinator.
일 실시 예에 따른 주 코디네이터의 상태를 판별하는 단계는, 상기 팬 코디네이터가 미리 설정된 구간 동안 센서 데이터를 주 코디네이터로부터 수신하지 못하면, 상기 주 코디네이터의 상태를 확인하기 위한 제어 메시지를 상기 주 코디네이터에 전송하는 단계와, 상기 팬 코디네이터가 미리 설정된 시간 동안 상기 주 코디네이터로부터 상기 제어 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하지 못하면, 제어 메시지를 재전송하는 단계와, 제어 메시지의 재전송 횟수가 미리 설정된 최대 전송횟수를 초과하면, 상기 팬 코디네이터가 상기 주 코디네이터가 비정상 상태인 것으로 판별하는 단계를 포함한다.The step of determining the state of the main coordinator according to an embodiment of the present invention includes the steps of transmitting a control message for checking the state of the main coordinator to the main coordinator when the fan coordinator does not receive sensor data from the main coordinator for a predetermined interval A step of retransmitting a control message if the PAN coordinator fails to receive a response message for the control message from the main coordinator for a predetermined time, and if the number of retransmissions of the control message exceeds a predetermined maximum number of transmissions , And the fan coordinator determines that the main coordinator is in an abnormal state.
이때, 상기 제어 메시지는 디바이스 킵 얼라이브 메시지일 수 있다. 상기 제어 메시지는 매체 접근 제어 계층에서 전송되는 매체 접근 제어 메시지일 수 있다. 상기 제어 메시지는 커맨드 프레임 식별자가 0x0a인 커맨드 프레임일 수 있다.At this time, the control message may be a device keep-alive message. The control message may be a medium access control message transmitted from the medium access control layer. The control message may be a command frame whose command frame identifier is 0x0a.
다른 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법은, 팬 코디네이터가 주 코디네이터의 상태가 비정상이라고 판별하면, 자신이 관리하는 보조 코디네이터에 제어 메시지를 전송하는 단계와, 대기 상태에서 상기 제어 메시지를 수신한 보조 코디네이터가 응답 메시지를 상기 팬 코디네이터에 전송하고, 능동 모드로 전환되는 단계와, 능동 모드로 전환된 보조 코디네이터가 자신이 관리하는 센서 디바이스들로부터 센서 데이터를 수신하여 수집하는 단계와, 상기 보조 코디네이터가 수집된 센서 데이터를 상기 팬 코디네이터에 전송하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of managing a coordinator in a wireless sensor network, the method comprising: transmitting a control message to an auxiliary coordinator managed by the fan coordinator when the pan coordinator determines that the state of the main coordinator is abnormal; The auxiliary coordinator transmits a response message to the fan coordinator and switches to the active mode; receiving and collecting sensor data from the sensor devices managed by the auxiliary coordinator switched to the active mode; And transmitting the sensor data collected by the auxiliary coordinator to the fan coordinator.
상기 제어 메시지는 보조 코디네이터가 센서 디바이스들에 비콘 메시지 전송을 시작하도록 제어하는 메시지로서, 비콘 트랜스퍼 스타트 메시지일 수 있다. 상기 제어 메시지는 매체 접근 제어 계층에서 전송되는 매체 접근 제어 메시지일 수 있다. 상기 제어 메시지는 커맨드 프레임 식별자가 0x0b인 커맨드 프레임일 수 있다.The control message is a message for controlling the auxiliary coordinator to start transmitting a beacon message to sensor devices, and may be a beacon transfer start message. The control message may be a medium access control message transmitted from the medium access control layer. The control message may be a command frame whose command frame identifier is 0x0b.
상기 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법은, 팬 코디네이터가 주 코디네이터의 비정상 상태를 관리 서버에 통지하는 단계와, 팬 코디네이터가 제어 메시지를 보조 코디네이터에 전송 이후, 주 코디네이터의 정보를 삭제하는 단계를 더 포함할 수 있다.The coordinator management method in the wireless sensor network further includes a step of notifying the management server of an abnormal state of the main coordinator by the pan coordinator and a step of deleting information of the main coordinator after the pan coordinator transmits the control message to the auxiliary coordinator .
또 다른 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 팬 코디네이터의 코디네이터 관리 방법은, 팬 코디네이터가 주 코디네이터에 할당된 구간 동안 센서 데이터를 수신하는 단계와, 수신 버퍼에 센서 데이터가 존재하는지 여부를 확인하고, 센서 데이터가 존재하지 않으면 응답 메시지 수신 대기시간과 제어 메시지 재전송 횟수 값을 초기화하는 단계와, 주 코디네이터에 제어 메시지를 전송하고 제어 메시지 재전송 횟수를 증가시키는 단계와, 제어 메시지 전송 이후, 최대 응답 메시지 수신 대기시간 내에 주 코디네이터로부터 응답 메시지를 수신했는지 여부를 확인하는 단계와, 최대 응답 메시지 수신 대기시간 내에 응답 메시지를 수신하면, 주 코디네이터의 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of managing a coordinator of a fan coordinator in a wireless sensor network, the method comprising: receiving sensor data during a period in which a pan coordinator is allocated to a main coordinator; checking whether sensor data exists in a receiving buffer; The method comprising: initializing a response message reception waiting time and a control message retransmission count value if sensor data does not exist; transmitting a control message to the main coordinator and increasing a control message retransmission count; Determining whether a response message is received from the main coordinator within a waiting time, and determining that the state of the main coordinator is normal upon receiving a response message within a maximum response message reception wait time.
상기 팬 코디네이터의 주 코디네이터 상태 판별방법은, 팬 코디네이터가 최대 응답 메시지 수신 대기시간 내에 주 코디네이터로부터 응답 메시지를 수신하지 못하면, 제어 메시지 재전송 횟수가 제어 메시지 최대 전송 횟수를 초과하는지 여부를 확인하는 단계와, 제어 메시지 재전송 횟수가 제어 메시지 최대 전송 횟수를 초과하지 않으면 주 코디네이터에 제어 메시지를 재전송하고, 제어 메시지 최대 전송 횟수를 초과하면 주 코디네이터가 비정상인 것으로 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.The main coordinator state determination method of the fan coordinator includes checking whether the control message retransmission number exceeds the maximum control message transmission number if the pan coordinator does not receive a response message from the main coordinator within the maximum response message reception waiting time, And retransmitting the control message to the primary coordinator if the number of control message retransmissions does not exceed the maximum number of control message transmissions and determining that the primary coordinator is abnormal if the control message maximum number of transmissions is exceeded.
일 실시 예에 따르면, 센서 데이터에 민감한 무선 센서 네트워크 환경에서 팬 코디네이터가 주 코디네이터의 비정상 상태를 신속하게 감지하고, 주 코디네이터 대신에 보조 코디네이터가 센서 데이터를 수집하게 함으로써 센서 데이터의 유실을 최소화할 수 있다.According to one embodiment, in a wireless sensor network environment sensitive to sensor data, the fan coordinator quickly detects an abnormal state of the main coordinator, and instead of the main coordinator, the auxiliary coordinator collects sensor data, thereby minimizing the loss of sensor data have.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계층적 무선센서 네트워크의 구조도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 구조도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 팬 코디네이터와 주 코디네이터 간 처리 프로세스를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 팬 코디네이터와 보조 코디네이터 간 처리 프로세스를 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 팬 코디네이터가 주 코디네이터의 상태를 판별하는 프로세스를 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MAC 제어 메시지에 새로 정의한 제어 메시지의 구조도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Device keep alive 메시지의 프레임 구조도,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Beacon transfer start 메시지의 프레임 구조도이다.1 is a structural diagram of a hierarchical wireless sensor network according to an embodiment of the present invention;
2 is a structural diagram of a wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flow chart illustrating a process between a fan coordinator and a main coordinator according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of processing between a fan coordinator and an auxiliary coordinator according to an embodiment of the present invention;
5 is a flowchart illustrating a process of determining a state of a main coordinator according to an exemplary embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a structure diagram of a control message newly defined in a MAC control message according to an embodiment of the present invention; FIG.
7 is a frame structure diagram of a Device keep alive message according to an embodiment of the present invention.
8 is a frame structure diagram of a Beacon transfer start message according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계층적 무선센서 네트워크(hierarchical wireless sensor network)의 구조도이다.1 is a structural diagram of a hierarchical wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 계층적 무선 센서 네트워크는 중앙의 팬 코디네이터(PAN Coordinator)(10)를 중심으로 각 장치들이 연결되어 구성되며, 각 장치들은 코디네이터(Coordinator)(20) 또는 센서 디바이스(Sensor device)(30)로 연결될 수 있다. 코디네이터(20)와 센서 디바이스(30)는 다수 개일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 무선센서 네트워크는 3개의 코디네이터(20-1,20-2,20-3)와 6개의 센서 디바이스(30-1,30-2,…,30-6)로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 예일 뿐, 그 형태와 수는 이에 한정되지 않는다. 일 실시 예에 따른 코디네이터(20)는 라우터 장치이고, 센서 디바이스(30)는 단말 장치일 수 있다.Referring to FIG. 1, a hierarchical wireless sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
코디네이터(20)는 센서 디바이스(30)로부터 센서 데이터를 수집하여 팬 코디네이터(10)에 전달한다. 만약 코디네이터(20)가 비정상적인 상태가 된다면, 예를 들어, 코디네이터(20)가 팬 코디네이터(10)와 무선 통신 상태가 좋지 않다든지 또는 코디네이터(20)의 오류 발생으로 인해 정상 동작을 할 수 없는 경우, 코디네이터(20)는 센서 데이터를 팬 코디네이터(10)에 전달할 수 없는 상황이 발생한다. 이로 인해 코디네이터(20)를 정상 상태로 변경하기 전까지 센서 데이터의 유실이 발생한다. 특히, 센서 디바이스(30)가 코디네이터(20)에 접속되어 있기 때문에 코디네이터(20)의 비정상 처리로 인한 센서 데이터 유실은, 민감하거나 중요한 센서 데이터를 전송해야 하는 무선 센서 네트워크에서 치명적이다. 따라서, 본 발명은 코디네이터(20)의 비정상 상태를 최대한 신속하게 감지하여 센서 데이터 유실을 최소화할 수 있는 기술을 제안한다.The
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 구조도다.2 is a block diagram of a wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 무선 센서 네트워크 시스템은 팬 코디네이터(10)와, 관리 서버(12)와, 주 코디네이터(main coordinator)(22)와 보조 코디네이터(auxiliary coordinator)(24)를 포함하는 코디네이터(20)와, 센서 디바이스(30)를 포함한다.2, the wireless sensor network system includes a
팬 코디네이터(20)는 개인 영역 네트워크(Private Area Network: PAN)를 구성하고, 주 코디네이터(22), 보조 코디네이터(24) 및 센서 디바이스(30)를 관리한다. 그리고, 수신한 센서 데이터를 처리하고 이를 관리 서버(12)에 전달한다.The PAN
관리 서버(12)는 무선센서 네트워크 환경에 따라 센서 데이터 모니터링 기능을 수행한다. 무선센서 네트워크 환경은 예를 들어, 철도, 교량, 항만, 차량 등이나, 이에 한정되지 않는다.The
코디네이터(20)는 주 코디네이터(22)와 보조 코디네이터(24)로 구성된다. 주 코디네이터(22)는 팬 코디네이터(10)로부터 비콘(beacon) 메시지를 수신함으로써 팬 코디네이터(10)와 동기화하고, 팬 코디네이터(10)가 할당해준 GTS(Guaranteed Time Slot) 구간에서 센서 디바이스(30)로부터 수신 후 수집된 센서 데이터를 팬 코디네이터(10)에 전송한다. 보조 코디네이터(24)는 팬 코디네이터(10)와 동기화하고, 주 코디네이터(22)가 비정상 상태이면 대기 모드에서 능동 모드로 전환된 후, 주 코디네이터(22)를 대신해서 센서 디바이스(30)로부터 수신되는 데이터를 수집하여 이를 팬 코디네이터(10)에 전송한다.The
센서 디바이스(30)는 상위 디바이스, 예를 들어 코디네이터(20) 또는 팬 코디네이터(10)로부터 비콘 메시지를 수신하고, 동기화한 후, 할당된 GTS 구간에 획득한 센서 데이터를 상위 디바이스에 전송한다. 센서 디바이스(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 센서 디바이스(30-1,30-2,…30-n)로 구성될 수 있다.The
각 구성요소의 하드웨어 구성은 에프피지에이(field-programmable gate array: FPGA) 칩과 무선 통신용 칩을 주요한 구성으로 결합하여 제작할 수 있다. 상세하게는 에프피지에이 반도체 칩 내에 프로세서(processor)와 메모리(memory) 기억장치를 포함한 컴퓨터 기술 수단들을 내장할 수 있고 다양한 사용자 환경을 위한 입출력 장치들을 선별적으로 구성할 수 있으며, 도 2에서 하드웨어 장치들의 구성을 별도로 표시하지 않았지만 본 발명의 기능을 수행하기 위하여 프로세서와 메모리들이 사용될 수 있다. 또한 사용자 편의성을 위하여 별도의 운영체제와 응용 소프트웨어들이 에프피지에이 하드웨어 내에 설치될 수 있다.The hardware configuration of each component can be fabricated by combining a field-programmable gate array (FPGA) chip and a chip for wireless communication in a main configuration. In detail, it is possible to embed computer technology means including a processor and a memory storage device in an FFE semiconductor chip, and to selectively configure input / output devices for various user environments. In FIG. 2, Although the configuration of the devices is not separately shown, a processor and memories can be used to perform the functions of the present invention. In addition, a separate operating system and application software can be installed in the firmware for user convenience.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 팬 코디네이터와 주 코디네이터 간 처리 프로세스를 도시한 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of processing between a fan coordinator and a main coordinator according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 주 코디네이터(22)가 비정상 상태(300)인 경우, 팬 코디네이터(10)는 센서 데이터를 주 코디네이터(22)로부터 수신할 수 없는 상태(310)가 된다. 비정상 상태(300)는 예를 들어, 무선통신 상태 두절 또는 주 코디네이터 오류 등일 수 있다.3, when the
팬 코디네이터(10)는 주 코디네이터(22)를 위해 할당된 GTS 구간 동안 센서 데이터를 주 코디네이터(22)부터 수신하지 못하면(320), 주 코디네이터(22)가 비정상 상태인지를 확인하기 위한 제어 메시지를 주 코디네이터(22)에 전송한다(330-1). 제어 메시지는 예를 들어, 디바이스 킵 얼라이브(Device Keep Alive: 이하 Device Keep Alive라 칭함) 메시지이다. Device Keep Alive 메시지는 매체 접근 제어 계층(Medium Access Control layer: MAC layer)에서 전송되는 MAC 프레임일 수 있다. Device Keep Alive 메시지 프레임 구조는 도 7을 참조로 하여 후술한다. 이하, 제어 메시지를 Device Keep Alive 메시지로 한정하여 설명하나, 이에 한정되지는 않는다.If the
팬 코디네이터(10)가 일정 시간 동안 주 코디네이터(22)로부터 Device Keep Alive 메시지에 대한 응답(Ack) 메시지를 수신하지 못하면, Device Keep Alive 메시지를 재전송한다(330-2,…,330-n). 이때, 재전송 횟수가 미리 설정된 최대 전송횟수(MaxFrameRetries)(340)를 초과하면, 팬 코디네이터(10)는 주 코디네이터(22)가 비정상 상태인 것으로 판단(350)하고 주 코디네이터(22) 대신에 보조 코디네이터와 무선 통신을 시작한다(360).If the
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 팬 코디네이터와 보조 코디네이터 간 처리 프로세스를 도시한 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of processing between a fan coordinator and an assistant coordinator according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 보조 코디네이터(24)는 팬 코디네이터(10)로부터 비콘 메시지를 수신(400)한 후, 연합(Association) 절차를 수행한다(402).Referring to FIG. 4, the
보조 코디네이터(24)는 팬 코디네이터(10)로부터 보조 코디네이터(24)가 센서 디바이스들(30-1,…,30-n)에 비콘 메시지 전송을 시작하도록 제어하는 메시지를 수신하기 전까지 대기 모드(Inactive mode)(404)이다. 전술한 제어 메시지는 예를 들어, 비콘 트랜스퍼 스타트(Beacon transfer start: 이하 Beacon transfer start라 칭함) 메시지이다. Beacon transfer start 메시지 프레임 구조는 도 8을 참조로 하여 후술한다. 이하, 제어 메시지를 Beacon transfer start 메시지로 한정하여 설명하나, 이에 한정되지는 않는다.The
보조 코디네이터(24)는 주기적으로 팬 코디네이터(10)로부터 비콘 메시지를 수신하기 위해 일시적으로 능동 모드(Active mode)(412)로 전환한다. 구체적으로, 팬 코디네이터(10)는 주 코디네이터의 상태가 비정상이라고 판단(406)되면, 즉시 보조 코디네이터(24)에 Beacon transfer start 메시지를 전송한다(408). Beacon transfer start 메시지를 수신한 보조 코디네이터는 응답(Ack) 메시지를 팬 코디네이터(10)에 전송(410)하고, 능동 모드로 전환된다(412).The
보조 코디네이터(24)는 이때부터 자신의 비콘 메시지를 센서 디바이스들(30-1,…,30-n)에 전송한다(414-1,…,414-n). 보조 코디네이터(24)와 센서 디바이스들(30-1,…,30-n) 간에 연합(Association) 절차와 GTS 요청 절차가 수행된다(416).Sub-coordinator 24 then transmits its beacon message to sensor devices 30-1, ..., 30-n (414-1, ..., 414-n). An association procedure and a GTS request procedure are performed 416 between the
보조 코디네이터(24)는 센서 디바이스들(30-1,…,30-n)로부터 수신한 GTS 요청에 의해 팬 코디네이터(10)에 보조 코디네이터(24)를 위한 GTS 요청 절차를 수행한다(420). 보조 코디네이터(24)는 센서 디바이스들(30-1,…,30-n)로부터 센서 데이터를 수신(422-1,…,422-n)하여 이를 수집(424)한 후, 팬 코디네이터(10)에 전송한다(426).The
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 팬 코디네이터가 주 코디네이터의 상태를 판별하는 프로세스를 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a process of determining a state of a main coordinator according to an embodiment of the present invention.
도 2와 도 5를 참조하면, 팬 코디네이터(10)는 PAN 구성을 위한 초기화(500)를 수행하고, 타이머(Timer)를 동작시킨다(502). 이어서, 주 코디네이터(22)를 위해 할당된 GTS 구간 동안 센서 데이터를 수신한다(504). 팬 코디네이터(10)는 수신 버퍼에 센서 데이터가 존재하는지 여부를 확인한다(506). 수신 버퍼에 센서 데이터가 존재하면 관리 서버(12)에 센서 데이터를 전송한다(508). 이에 비해, 수신 버퍼에 센서 데이터가 존재하지 않으면, 팬 코디네이터(10)는 주 코디네이터(22)의 상태를 확인하기 위한 동작을 수행한다.Referring to FIGS. 2 and 5, the
우선, 팬 코디네이터(10)는 응답 메시지 수신 대기시간(WaitAckTime)과 제어 메시지 재전송 횟수(TxNum) 값을 각각 0으로 초기화한다(510). 그리고, 주 코디네이터(22)에 Device keep alive 메시지를 전송(512)하고 제어 메시지 재전송 횟수(TxNum)을 증가시킨다(514).First, the
팬 코디네이터(10)는 최대 응답 메시지 수신 대기시간(MaxWaitAckTime) 내에 주 코디네이터(22)로부터 응답 메시지를 수신했는지 여부(WaitAckTime < MaxWaitAckTime)를 확인한다(516). 팬 코디네이터(10)가 최대 응답 메시지 수신 대기시간(MaxWaitAckTime) 내에 주 코디네이터(22)로부터 응답 메시지를 수신했다면, 주 코디네이터(22)의 상태가 정상인 것으로 판별하고 응답 메시지 수신 대기시간(WaitAckTime)과 제어 메시지 재전송 횟수(TxNum)을 0으로 초기화한다(518). 이에 비해, 팬 코디네이터(10)가 최대 응답 메시지 수신 대기시간(MaxWaitAckTime) 동안 주 코디네이터(22)로부터 응답 메시지를 수신하지 못했으면, 제어 메시지 재전송 횟수(TxNum)가 제어 메시지 최대 전송 횟수(MaxFrameRetries)를 초과했는지 여부(TxNum > MaxFrameRetries)를 확인한다(520).The
확인 결과에 따라, 제어 메시지 최대 전송 횟수(MaxFrameRetries)를 초과하지 않았다면, 주 코디네이터(22)에 Device keep alive 메시지를 재전송하기 위해 응답 메시지 수신 대기시간(WaitAckTime)을 0으로 초기화하고 제어 메시지 재전송 횟수(TxNum)를 증가시킨다(522). 이에 비해, 재전송 횟수가 제어 메시지 최대 전송 횟수(MaxFrameRetries)를 초과한 경우, 팬 코디네이터(10)는 주 코디네이터(22)가 비정상인 것으로 판별하고, 비정상 상태를 관리 서버(12)에 통지한다(524).(WaitAckTime) to 0 to retransmit the Device keep alive message to the
이어서, 팬 코디네이터(10)는 Beacon transfer start 메시지를 보조 코디네이터(24)에 전송한다(526). 그리고, 주 코디네이터(22)의 정보를 삭제(528)하고, 보조 코디네이터(24)와 무선 통신을 시작한다(530).Then, the
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MAC 제어 메시지에 새로 정의한 제어 메시지의 구조도이다.6 is a structural diagram of a control message newly defined in a MAC control message according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따라 새로 정의한 MAC 제어 메시지는 IEEE 802.15.4 규격을 따른다. IEEE 802.15.4 규격에는 리저브드(Reserved)로 0x0a~0xff 값이 정의되어 있다. 팬 코디네이터가 주 코디네이터의 상태를 알기 위해 정의한 제어 메시지로, Reserved 값 중 0x0a 값을 Device keep alive 메시지 값으로 정의한다(601). 팬 코디네이터는 보조 코디네이터가 센서 디바이스에 비콘 메시지 전송을 시작하도록 하기 위해 정의한 제어 메시지로, Reserved 값 중 0x0b 값을 Beacon transfer start 메시지 값으로 정의한다(602). 한편, 전술한 정의들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.Referring to FIG. 6, a newly defined MAC control message according to an exemplary embodiment conforms to the IEEE 802.15.4 standard. In the IEEE 802.15.4 standard, 0x0a ~ 0xff are defined as reserved. In the control message defined by the fan coordinator to know the state of the main coordinator, the value 0x0a of the reserved value is defined as the value of the device keep alive message (601). The pan coordinator is a control message defined in order for the auxiliary coordinator to start transmitting a beacon message to the sensor device, and defines a value 0x0b of reserved value as a beacon transfer start message value (602). Meanwhile, the above-described definitions are merely examples for facilitating understanding of the present invention, but are not limited thereto.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Device keep alive 메시지의 프레임 구조도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Beacon transfer start 메시지의 프레임 구조도이다.FIG. 7 is a frame structure diagram of a Device keep alive message according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a frame structure diagram of a Beacon transfer start message according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 Device keep alive 메시지(601)와 Beacon transfer start 메시지(602)는 IEEE 802.15.4 규격을 따른다. 이때, 각 제어 메시지들(601, 602)은 1 바이트의 커맨드 프레임 식별자(Command Frame Identifier)로 정의된다.Referring to FIGS. 7 and 8, the device keep
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments of the present invention have been described above. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
10: 팬 코디네이터 12: 관리 서버
20: 코디네이터 22: 주 코디네이터
24: 보조 코디네이터 30: 센서 디바이스10: Fan coordinator 12: Management server
20: Coordinator 22: Main Coordinator
24: Auxiliary coordinator 30: Sensor device
Claims (13)
상기 주 코디네이터가 비정상 상태로 판별되면, 상기 팬 코디네이터가 상기 주 코디네이터 대신에 보조 코디네이터와 무선 통신을 시작하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.Determining a state of a primary coordinator managed by a personal area network (PAN) coordinator; And
If the main coordinator is determined to be in an abnormal state, the fan coordinator starts wireless communication with the auxiliary coordinator instead of the main coordinator;
Wherein the coordinator management method comprises the steps of:
상기 팬 코디네이터가 미리 설정된 구간 동안 센서 데이터를 주 코디네이터로부터 수신하지 못하면, 상기 주 코디네이터의 상태를 확인하기 위한 제어 메시지를 상기 주 코디네이터에 전송하는 단계;
상기 팬 코디네이터가 미리 설정된 시간 동안 상기 주 코디네이터로부터 상기 제어 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하지 못하면, 제어 메시지를 재전송하는 단계; 및
제어 메시지의 재전송 횟수가 미리 설정된 최대 전송횟수를 초과하면, 상기 팬 코디네이터가 상기 주 코디네이터가 비정상 상태인 것으로 판별하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.2. The method of claim 1, wherein the step of determining the state of the main coordinator comprises:
Transmitting a control message to the main coordinator to check the status of the main coordinator if the fan coordinator fails to receive sensor data from the main coordinator during a predetermined interval;
Retransmitting a control message if the PAN coordinator does not receive a response message for the control message from the main coordinator for a predetermined time; And
Determining that the main coordinator is in an abnormal state if the number of retransmissions of the control message exceeds a preset maximum number of transmissions;
Wherein the coordinator management method comprises the steps of:
상기 제어 메시지는 디바이스 킵 얼라이브 메시지인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the control message is a device keep-alive message.
상기 제어 메시지는 매체 접근 제어 계층에서 전송되는 매체 접근 제어 메시지인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the control message is a medium access control message transmitted from a medium access control layer.
상기 제어 메시지는 커맨드 프레임 식별자가 0x0a인 커맨드 프레임인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the control message is a command frame having a command frame identifier of 0x0a.
대기 상태에서 상기 제어 메시지를 수신한 보조 코디네이터가 응답 메시지를 상기 팬 코디네이터에 전송하고, 능동 모드로 전환되는 단계;
능동 모드로 전환된 보조 코디네이터가 자신이 관리하는 센서 디바이스들로부터 센서 데이터를 수신하여 수집하는 단계; 및
상기 보조 코디네이터가 수집된 센서 데이터를 상기 팬 코디네이터에 전송하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.If the pan coordinator determines that the state of the main coordinator is abnormal, transmitting a control message to an auxiliary coordinator managed by the pan coordinator;
The auxiliary coordinator having received the control message in a standby state transmits a response message to the fan coordinator and switches to the active mode;
Receiving and collecting sensor data from the sensor devices managed by the assistant coordinator switched to the active mode; And
Transmitting the sensor data collected by the auxiliary coordinator to the pan coordinator;
Wherein the coordinator management method comprises the steps of:
상기 제어 메시지는 보조 코디네이터가 센서 디바이스들에 비콘 메시지 전송을 시작하도록 제어하는 메시지로서, 비콘 트랜스퍼 스타트 메시지인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.The method according to claim 6,
Wherein the control message is a message for controlling the auxiliary coordinator to start transmitting a beacon message to sensor devices, and is a beacon transfer start message.
상기 제어 메시지는 매체 접근 제어 계층에서 전송되는 매체 접근 제어 메시지인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.The method according to claim 6,
Wherein the control message is a medium access control message transmitted from a medium access control layer.
상기 제어 메시지는 커맨드 프레임 식별자가 0x0b인 커맨드 프레임인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the control message is a command frame having a command frame identifier of 0x0b.
팬 코디네이터가 주 코디네이터의 비정상 상태를 관리 서버에 통지하는 단계; 및
팬 코디네이터가 제어 메시지를 보조 코디네이터에 전송 이후, 주 코디네이터의 정보를 삭제하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 코디네이터 관리 방법.The method of claim 6, wherein the coordinator management method in the wireless sensor network
Notifying the management server of an abnormal state of the main coordinator by the fan coordinator; And
Deleting the information of the primary coordinator after the pan coordinator sends the control message to the secondary coordinator;
Wherein the coordinator management method further comprises:
수신 버퍼에 센서 데이터가 존재하는지 여부를 확인하고, 센서 데이터가 존재하지 않으면 응답 메시지 수신 대기시간과 제어 메시지 재전송 횟수 값을 초기화하는 단계;
주 코디네이터에 제어 메시지를 전송하고 제어 메시지 재전송 횟수를 증가시키는 단계;
제어 메시지 전송 이후, 최대 응답 메시지 수신 대기시간 내에 주 코디네이터로부터 응답 메시지를 수신했는지 여부를 확인하는 단계; 및
최대 응답 메시지 수신 대기시간 내에 응답 메시지를 수신하면, 주 코디네이터의 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 팬 코디네이터의 코디네이터 관리 방법.Receiving sensor data during a period allocated to the main coordinator by the fan coordinator;
Checking whether sensor data is present in the reception buffer, and initializing a response message reception waiting time and a control message retransmission count value if sensor data does not exist;
Transmitting a control message to the main coordinator and increasing the number of control message retransmissions;
Confirming whether a response message is received from the main coordinator within a maximum response message reception wait time after transmission of the control message; And
Determining that the state of the main coordinator is normal when receiving the response message within the maximum response message reception waiting time;
Wherein the coordinator management method comprises the steps of:
팬 코디네이터가 최대 응답 메시지 수신 대기시간 내에 주 코디네이터로부터 응답 메시지를 수신하지 못하면, 제어 메시지 재전송 횟수가 제어 메시지 최대 전송 횟수를 초과하는지 여부를 확인하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 팬 코디네이터의 코디네이터 관리 방법.The method of claim 11, wherein the main coordinator state determination method of the fan coordinator comprises:
Confirming whether the number of control message retransmissions exceeds the maximum number of control message transmissions if the PAN coordinator does not receive a response message from the main coordinator within the maximum response message reception waiting time;
The method of claim 1, wherein the coordinator comprises a plurality of coordinators.
제어 메시지 재전송 횟수가 제어 메시지 최대 전송 횟수를 초과하지 않으면 주 코디네이터에 제어 메시지를 재전송하고, 제어 메시지 최대 전송 횟수를 초과하면 주 코디네이터가 비정상인 것으로 판별하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 팬 코디네이터의 코디네이터 관리 방법.13. The method of claim 12, wherein the main coordinator state determination method of the fan coordinator comprises:
Retransmitting the control message to the primary coordinator if the number of control message retransmissions does not exceed the maximum number of transmissions of the control message and determining that the primary coordinator is abnormal if the control message maximum number of transmissions is exceeded;
The method of claim 1, wherein the coordinator comprises a plurality of coordinators.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140147739A KR20160049919A (en) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Method for managing coordinator in wireless sensor network for minimizing sensor data losses |
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KR102070301B1 (en) | 2018-08-28 | 2020-01-28 | 광운대학교 산학협력단 | Method and apparatus for improving system throughput in slotted CSMA/CA network |
KR20200027791A (en) | 2018-09-05 | 2020-03-13 | 광운대학교 산학협력단 | Method and apparatus for estimating the number of devices in a slotted CSMA/CA network |
WO2023153625A1 (en) * | 2022-02-08 | 2023-08-17 | 현대자동차주식회사 | Method and device for generating measurement value of vanishing sensor in m2m system |
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- 2014-10-28 KR KR1020140147739A patent/KR20160049919A/en not_active Application Discontinuation
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