KR20180122816A - 장거리 및 저전력 전송을 지원하는 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법 - Google Patents

장거리 및 저전력 전송을 지원하는 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

장거리 및 저전력 전송을 지원하는 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법이 개시된다. 게이트웨의 동작 방법은, 상기 게이트웨이에 연결된 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#1의 데이터 메시지#1이 수신되지 않은 경우, 상기 데이터 메시지#1의 중계를 위해 사용되는 중계 파라미터들을 설정하는 단계, 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#2의 데이터 메시지#2가 수신된 경우, 상기 중계 파라미터들을 포함하는 ACK 메시지를 생성하는 단계, 및 상기 데이터 메시지#2의 응답으로 상기 ACK 메시지를 상기 엔드-디바이스#2에 전송하는 단계를 포함한다. 따라서 통신 네트워크의 성능이 향상될 수 있다.

Description

장거리 및 저전력 전송을 지원하는 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법{OPERATION METHOD OF COMMUNICATION NODE IN NETWORK SUPPORTING LONG-RANGE AND LOW-POWER TRANSMISSION}
본 발명은 장거리 및 저전력 전송을 지원하는 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 네트워크의 음영 지역에 위치한 엔드-디바이스(end-device)의 통신을 지원하기 위한 통신 기술에 관한 것이다.
최근 통신 기술의 패러다임은 사물 인터넷(Internet of Things; IoT) 기술에서 소물 인터넷(Internet of Small Things; IoST) 기술로 변화하고 있다. 여기서, 소물(small thing)은 사물 인터넷을 구성하는 사물들 중에서 소량의 데이터를 전송하는 사물을 의미하며, 소물 인터넷은 소물들로 구성된 네트워크를 지시할 수 있다.
소물 인터넷을 위해 LPWAN(low power wide area network) 기술이 사용될 수 있으며, LPWAN 기술은 장거리/저전력/저속 통신(long-range/low-power/low-data rate communications)을 지원할 수 있다. LPWAN을 위한 사실상 표준(de facto standard) 기술은 시그폭스(SigFox), 로라(LoRa), 인제뉴(Ingenu) 등이 있으며, LPWAN을 위한 셀룰러(cellular) 표준 기술은 NB(narrowband)-IoT, NB-CIoT(cellular IoT), LTE(long term evolution)-M 등이 있다.
한편, 로라 기술을 지원하는 통신 네트워크는 엔드-디바이스(end-device), 게이트웨이(gateway) 등을 포함할 수 있다. 엔드-디바이스들과 게이트웨이 간의 연결 구조는 스타 토폴로지(star topology)일 수 있다. 예를 들어, 엔드-디바이스들 각각은 데이터 메시지(data message)를 게이트웨이에 전송할 수 있다. 게이트웨이는 엔드-디바이스들 각각으로부터 데이터 메시지를 수신할 수 있고, 수신된 데이터 메시지에 대한 응답 메시지를 엔드-디바이스들 각각에 전송할 수 있다.
로라 기술을 지원하는 통신 네트워크에서 엔드-디바이스의 개수가 증가하고, 엔드-디바이스와 게이트웨이 간의 길이가 증가하는 경우, 음영 지역이 발생될 수 있다. 따라서 게이트웨이와 음영 지역에 위치한 엔드-디바이스 간의 통신 장애가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 통신 네트워크에 복수의 게이트웨이들이 설치될 수 있으나, 이 경우에 통신 네트워크의 구축 비용이 증가하게 된다. 게이트웨이의 추가 설치 없이 게이트웨이와 음영 지역에 위치한 엔드-디바이스 간의 통신 장애를 해소하기 위한 기술들이 필요할 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 게이트웨이와 음영 지역에 위치한 엔드-디바이스 간의 통신 장애를 해소하기 위한 통신 방법들을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 네트워크에서 게이트웨의 동작 방법은, 상기 게이트웨이에 연결된 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#1의 데이터 메시지#1이 수신되지 않은 경우, 상기 데이터 메시지#1의 중계를 위해 사용되는 중계 파라미터들을 설정하는 단계, 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#2의 데이터 메시지#2가 수신된 경우, 상기 중계 파라미터들을 포함하는 ACK 메시지를 생성하는 단계, 상기 데이터 메시지#2의 응답으로 상기 ACK 메시지를 상기 엔드-디바이스#2에 전송하는 단계, 및 상기 엔드-디바이스#2로부터 상기 데이터 메시지#1에 포함된 데이터를 포함하는 데이터 메시지#3을 수신하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 중계 파라미터들은 상기 게이트웨이와 상기 엔드-디바이스#1 간에 통신 장애가 발생된 것을 지시하는 지시자, 상기 엔드-디바이스#1의 주소, 상기 엔드-디바이스#1의 네트워크 세션 키 및 상기 엔드-디바이스#1의 애플리케이션 세션 키를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 중계 파라미터들은 상기 데이터 메시지#1의 수신 실패 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우에 설정될 수 있다.
여기서, 상기 중계 파라미터들은 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1을 제외한 나머지 엔드-디바이스들에 전송될 수 있고, 상기 데이터 메시지#1에 포함된 데이터는 상기 나머지 엔드-디바이스들로부터 수신될 수 있고, 상기 엔드-디바이스#2는 상기 나머지 엔드-디바이스들에 속할 수 있다.
여기서, 상기 엔드-디바이스#2는 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1에 가장 인접한 엔드-디바이스일 수 있다.
여기서, 상기 게이트웨이의 동작 방법은 상기 중계 파라미터들의 설정 전에, 상기 복수의 엔드-디바이스들 각각의 위치 정보를 포함하는 조인-리퀘스트 메시지를 상기 복수의 엔드-디바이스들 각각으로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 네트워크에서 게이트웨이에 연결된 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#1의 동작 방법은, 상기 엔드-디바이스#1의 데이터 메시지#1을 미리 설정된 전송 주기에 따라 상기 게이트웨이에 전송하는 단계, 상기 데이터 메시지#1이 상기 게이트웨이에서 수신되지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 동작 모드를 노멀 모드에서 긴급 전송 모드로 변경하는 단계, 및 상기 긴급 전송 모드를 위해 미리 설정된 전송 방식에 기초하여 상기 데이터 메시지#1를 연속적으로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 노멀 모드에서 상기 데이터 메시지#1은 상기 미리 설정된 주기에 따라 전송되고, 상기 긴급 전송 모드에서 상기 데이터 메시지#1은 상기 미리 설정된 주기에 관계없이 연속적으로 전송된다.
여기서, 상기 엔드-디바이스#1의 동작 방법은 상기 데이터 메시지#1의 응답으로 ACK 메시지를 수신하는 단계 및 상기 ACK 메시지가 수신된 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 상기 동작 모드를 상기 긴급 전송 모드에서 상기 노멀 모드로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 ACK 메시지는 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1에 가장 인접한 엔드-디바이스로부터 수신될 수 있다.
여기서, 상기 ACK 메시지는 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1을 제외한 나머지 엔드-디바이스들로부터 수신될 수 있다.
여기서, 상기 엔드-디바이스#1의 상기 동작 모드는 상기 데이터 메시지#1의 전송 실패 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우에 상기 노멀 모드에서 상기 긴급 전송 모드로 변경될 수 있다.
여기서, 상기 미리 설정된 전송 방식에서 SF는 12일 수 있고, 주파수 대역폭은 125KHz일 수 있고, PHY 비트 레이트는 250bit/s일 수 있다.
여기서, 상기 긴급 전송 모드에서 상기 데이터 메시지#1은 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 통해 전송될 수 있으며, 상기 미리 설정된 시간 및 주파수 자원은 상기 게이트웨이에 의해 설정될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 네트워크에서 게이트웨이에 연결된 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#1의 동작 방법은, 상기 엔드-디바이스#1의 데이터 메시지#1을 미리 설정된 전송 주기에 따라 상기 게이트웨이에 전송하는 단계, 상기 게이트웨이로부터 상기 데이터 메시지#1의 응답으로 ACK 메시지#1을 수신하는 단계, 상기 ACK 메시지#1이 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#2의 데이터 메시지#2의 중계를 위해 사용되는 중계 파라미터들을 포함하는 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 동작 모드를 노멀(normal) 모드에서 긴급 수신 모드로 변경하는 단계, 및 상기 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 방식에 기초하여 상기 데이터 메시지#2를 탐색하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 엔드-디바이스#1의 동작 방법은, 상기 데이터 메시지#2의 탐색 결과 상기 데이터 메시지#2가 수신된 경우, 상기 데이터 메시지#2의 응답으로 ACK 메시지#2를 상기 엔드-디바이스#2에 전송하는 단계, 상기 데이터 메시지#2에 포함된 데이터를 포함하는 데이터 메시지#3을 생성하는 단계, 및 상기 미리 설정된 전송 주기에 따라 상기 데이터 메시지#3을 상기 게이트웨이에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 메시지#2의 탐색 결과 상기 데이터 메시지#2가 수신된 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 상기 동작 모드는 상기 긴급 수신 모드에서 상기 노멀 모드로 변경될 수 있다.
여기서, 상기 중계 파라미터들은 상기 게이트웨이와 상기 엔드-디바이스#2 간에 통신 장애가 발생된 것을 지시하는 지시자, 상기 엔드-디바이스#2의 주소, 상기 엔드-디바이스#2의 네트워크 세션 키 및 상기 엔드-디바이스#2의 애플리케이션 세션 키를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 미리 설정된 수신 방식에서 SF는 12일 수 있고, 주파수 대역폭은 125KHz일 수 있고, PHY 비트 레이트는 250bit/s일 수 있다.
여기서, 상기 데이터 메시지#2는 상기 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우 동안 탐색될 수 있으며, 상기 미리 설정된 수신 윈도우는 상기 게이트웨이에 의해 설정될 수 있다.
여기서, 상기 엔드-디바이스#1은 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#2에 가장 인접한 엔드-디바이스일 수 있다.
본 발명에 의하면, 게이트웨이 및 엔드-디바이스들을 포함하는 통신 네트워크에서 게이트웨이와 엔드-디바이스#1 간의 통신 장애가 발생된 경우, 엔드-디바이스#1의 데이터는 다른 엔드-디바이스를 통해 게이트웨이에 전송될 수 있다. 따라서 다른 게이트웨이의 추가 없이도 통신 네트워크의 통신 장애가 해소될 수 있다. 결국, 통신 네트워크의 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 통신 네트워크의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 네트워크를 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 통신 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.
도 4는 메시지 포맷의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5는 전송 방식 1에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S501 내지 단계 S514를 도시한 순서도이다.
도 6은 전송 방식 1에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S515 내지 단계 S527을 도시한 순서도이다.
도 7은 중계 필드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 전송 방식 2에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S801 내지 단계 S812를 도시한 순서도이다.
도 9는 전송 방식 2에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S813 내지 단계 S817을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 통신 네트워크의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 네트워크는 서버(server)(110), 게이트웨이(gateway)(120), 엔드-디바이스(end-device)(131, 132, 133, 134) 등을 포함할 수 있다. 게이트웨이(120)는 컨센트레이터(concentrator), 기지국(base station), AP(access point) 등으로 지칭될 수 있다. 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 터미널(terminal), 스테이션(station), UE(user equipment) 등으로 지칭될 수 있다. 게이트웨이(120)는 서버(110)에 연결될 수 있고, 게이트웨이(120)와 서버(110) 간의 통신은 IP(internet protocol)에 기초하여 수행될 수 있다.
엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 게이트웨이(120)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)와 게이트웨이(120) 간의 연결 구조는 스타 토폴로지(star topology)일 수 있다. 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)와 게이트웨이(120) 간의 통신은 LPWAN(low power wide area network) 프로토콜(예를 들어, 로라(LoRa) 프로토콜)에 기초하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 로라 프로토콜을 사용하여 데이터 메시지(data message)를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다. 데이터 메시지는 컨펌드(confirmed) 데이터 또는 언컨펌드(unconfirmed) 데이터를 포함할 수 있다. 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)로부터 데이터 메시지를 수신할 수 있고, 수신된 데이터 메시지를 서버(110)에 전송할 수 있다. 한편, 컨펌드 데이터를 포함하는 데이터 메시지가 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 데이터 메시지의 응답으로 ACK(acknowledgment) 메시지를 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)에 전송할 수 있다. 반면, 컨펌드 데이터를 포함하는 데이터 메시지가 수신되지 않은 경우, 게이트웨이(120)는 데이터 메시지의 응답으로 NACK(negative ACK) 메시지를 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)에 전송할 수 있다. 언컨펌드 데이터를 포함하는 데이터 메시지가 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 수신된 데이터 메시지에 대한 응답 메시지(예를 들어, ACK 메시지)를 전송하지 않을 수 있다.
한편, 통신 네트워크에 많은 엔드-디바이스들이 존재하고, 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스 간의 거리가 긴 경우, 음영 지역이 발생될 수 있다. 예를 들어, 통신 네트워크에서 엔드-디바이스#2(132)가 음영 지역에 위치한 경우, 엔드-디바이스#2(132)와 게이트웨이(120) 간의 통신 장애가 발생될 수 있다.
한편, 도 1의 통신 네트워크에 포함된 통신 노드는 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 2는 통신 네트워크를 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 도 1에 도시된 서버(110), 게이트웨이(120), 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 등일 수 있다. 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다음으로, 로라 프로토콜 기반의 통신 네트워크에서 통신 장애를 해소하기 위한 방법들이 설명될 것이다. 통신 노드들 중에서 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 메시지의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 메시지의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 즉, 게이트웨이의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 엔드-디바이스는 게이트웨이의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 엔드-디바이스의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 게이트웨이는 엔드-디바이스의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 통신 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 통신 네트워크는 게이트웨이(120), 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 등을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 각각은 도 1에 도시된 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)와 동일 또는 유사할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 각각은 도 2에 도시된 통신 노드(200)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.
게이트웨이(120)와 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 간의 통신은 로라 프로토콜에 기초하여 수행될 수 있다. 로라 프로토콜에 기초한 통신이 수행되는 경우, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 각각은 노멀 모드(normal mode), 긴급 전송 모드(emergency transmission mode), 긴급 수신 모드(emergency reception mode) 등으로 동작할 수 있다. 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)의 기본 동작 모드는 노멀 모드일 수 있고, 특정 이벤트가 발생된 경우에 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)의 기본 동작 모드는 노멀 모드에서 긴급 전송 모드 또는 긴급 수신 모드로 변경될 수 있다. 예를 들어, 노멀 모드는 로라 프로토콜에서 규정된 클래스(class) A일 수 있고, 긴급 전송 모드 및 긴급 수신 모드 각각은 로라 프로토콜에서 규정된 클래스 A-C 이외의 클래스일 수 있다.
노멀 모드로 동작하는 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지를 전송할 수 있다. 긴급 전송 모드로 동작하는 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 미리 설정된 전송 주기에 관계없이 데이터 메시지를 연속적으로 전송할 수 있다. 여기서, 데이터 메시지의 연속 전송 동작은 긴급 전송 모드를 위해 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 사용하여 수행될 수 있다. 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 미리 설정된 수신 윈도우(receive window) 동안 통신 장애 상태인 엔드-디바이스의 데이터 메시지를 탐색할 수 있다. 여기서, 데이터 메시지의 탐색 동작은 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 사용하여 수행될 수 있다. 긴급 전송 모드 또는 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 시간 및 주파수 자원은 "긴급 모드 자원"으로 지칭될 수 있다.
로라 프로토콜을 지원하는 통신 네트워크에서 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 각각은 미리 설정된 메시지를 사용하여 통신을 수행할 수 있다. 미리 설정된 메시지의 포맷(format)은 다음과 같을 수 있다.
도 4는 메시지 포맷의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 메시지(400)는 프리앰블(410), PHDR(physical header)(420), PHDR_CRC(cyclic redundancy check)(430), PHY 페이로드(payload)(440) 및 CRC(450)를 포함할 수 있다. 메시지(400)가 하향링크 전송을 위해 사용되는 경우, CRC(450)는 생략될 수 있다. 예를 들어, 하향링크 전송을 위해 사용되는 메시지(400)는 프리앰블(410), PHDR(420), PHDR_CRC(430) 및 PHY 페이로드(440)를 포함할 수 있다. 반면, 메시지(400)가 상향링크 전송을 위해 사용되는 경우에 CRC(450)는 생략되지 않으며, 상향링크 전송을 위해 사용되는 메시지(400)는 프리앰블(410), PHDR(420), PHDR_CRC(430), PHY 페이로드(440) 및 CRC(450)를 포함할 수 있다.
PHY 페이로드(440)는 MHDR(MAC(medium access control) header)(441), MAC 페이로드(442) 및 MIC(message integrity code)(443)를 포함할 수 있다. MHDR(411)은 메시지(400)의 타입을 지시하는 MType 필드(field) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, MType 필드는 아래 표 1에 기초하여 설정될 수 있다.
Figure pat00001
MAC 페이로드(442)는 FHDR(frame header)(442-1), FPort(442-2) 및 FRM(frame) 페이로드(442-3)를 포함할 수 있다. FHDR(442-1)은 엔드-디바이스의 주소, 프레임 제어 정보, 프레임 카운터(counter) 정보 등을 포함할 수 있다. FPort(442-2)는 FRM 페이로드(442-3)가 존재하는 경우에 존재할 수 있다. 예를 들어, "0"으로 설정된 FPort(442-2)는 FRM 페이로드(442-3)가 MAC 커맨드(command)를 포함하는 것을 지시할 수 있다. FRM 페이로드(442-3)는 데이터(예를 들어, 컨펌드 데이터 또는 언컨펌드 데이터)를 포함할 수 있으며, FRM 페이로드(442-3)는 MIC(443)의 계산 전에 암호화(encryption)될 수 있다. FRM 페이로드(442-3)의 암호화 동작은 AppSKey(application session key) 등에 기초하여 수행될 수 있다. MIC(443)는 메시지(400)에 포함된 필드들을 사용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, MIC(443)는 MHDR(441), FHDR(442-1), FPort(442-2), FRM 페이로드(442-3) 등에 기초하여 계산될 수 있다. MIC(443)의 인테그러티(integrity)는 NwkSKey(network session key)에 의해 확인될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 간의 조인 절차(join procedure)가 수행될 수 있다(S301). 이 경우, 엔드-디바이스#1(131)은 조인-리퀘스트 메시지(join-request message)를 생성할 수 있다. 조인-리퀘스트 메시지는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "000"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 조인-리퀘스트 메시지는 엔드-디바이스#1(131)의 글로벌 유니크(global unique) 식별자(DevEUI), 애플리케이션 식별자(AppEUI), 논스(DevNonce) 등을 포함할 수 있다. 또한, 조인-리퀘스트 메시지는 엔드-디바이스#1(131)의 위치 정보를 더 포함할 수 있다. 위치 정보는 엔드-디바이스#1(131)에 의해 포함된 GPS(global positioning system) 모듈(module)에 의해 획득될 수 있다.
게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#1(131)로부터 조인-리퀘스트 메시지를 수신할 수 있고, 조인-리퀘스트 메시지를 서버(예를 들어, 도 1의 서버(110))에 전송할 수 있다. 서버는 게이트웨이(120)로부터 엔드-디바이스#1(131)의 조인-리퀘스트 메시지를 수신할 수 있고, 엔드-디바이스#1(131)가 통신 네트워크에 참여(join)하는 것이 허용되는지를 결정할 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)가 통신 네트워크에 참여하는 것이 허용되는 경우, 서버는 조인-리퀘스트 메시지의 응답으로 조인-억셉트 메시지(join-accept message)를 생성할 수 있다. 조인-억셉트 메시지는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "001"로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 조인-억셉트 메시지는 애플리케이션 논스(AppNonce), 통신 네트워크 식별자(NetID), 통신 네트워크에서 사용되는 엔드-디바이스#1(131)의 주소(DevAddr), 전송 동작과 수신 동작 간의 지연(delay) 정보(RxDelay), 통신 네트워크에서 사용되는 채널 주파수의 리스트(CFlist) 등을 포함할 수 있다. 또한, 조인-억셉트 메시지는 긴급 모드 자원의 정보를 더 포함할 수 있다.
서버는 엔드-디바이스#1(131)의 조인-억셉트 메시지를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다. 게이트웨이(120)는 서버로부터 엔드-디바이스#1(131)의 조인-억셉트 메시지를 수신할 수 있고, 수신된 조인-억셉트 메시지를 엔드-디바이스#1(131)에 전송할 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)은 조인-리퀘스트 메시지의 응답인 조인-억셉트 메시지를 게이트웨이(120)로부터 수신할 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)의 조인-억셉트 메시지가 수신된 경우, 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스#1(131) 각각은 엔드-디바이스#1(131)이 통신 네트워크에 참여하는 것으로 판단할 수 있고, 조인-억셉트 메시지에 기초하여 엔드-디바이스#1(131)의 주소(DevAddr)를 확인할 수 있다. 또한, 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스#1(131) 각각은 조인-리퀘스트 메시지와 조인-억셉트 메시지에 포함된 정보(예를 들어, DevNonce, AppNonce, NetID 등)에 기초하여 엔드-디바이스#1(131)을 위한 NwkSKey 및 AppSKey를 계산할 수 있다.
엔드-디바이스#2 내지 #4(132 내지 134) 각각의 조인 절차는 앞서 설명된 엔드-디바이스#1(131)의 조인 절차와 동일 또는 유사하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 조인 절차를 통해 엔드-디바이스#2(132)가 통신 네트워크에 참여하는 것으로 판단된 경우, 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스#2(132) 각각은 조인-억셉트 메시지에 기초하여 엔드-디바이스#2(132)의 주소(DevAddr)를 확인할 수 있고, 조인-리퀘스트 메시지와 조인-억셉트 메시지에 포함된 정보(예를 들어, DevNonce, AppNonce, NetID 등)에 기초하여 엔드-디바이스#2(132)를 위한 NwkSKey 및 AppSKey를 계산할 수 있다.
조인 절차를 통해 엔드-디바이스#3(133)이 통신 네트워크에 참여하는 것으로 판단된 경우, 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스#3(133) 각각은 조인-억셉트 메시지에 기초하여 엔드-디바이스#3(133)의 주소(DevAddr)를 확인할 수 있고, 조인-리퀘스트 메시지와 조인-억셉트 메시지에 포함된 정보(예를 들어, DevNonce, AppNonce, NetID 등)에 기초하여 엔드-디바이스#3(133)을 위한 NwkSKey 및 AppSKey를 계산할 수 있다.
조인 절차를 통해 엔드-디바이스#4(134)가 통신 네트워크에 참여하는 것으로 판단된 경우, 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스#4(134) 각각은 조인-억셉트 메시지에 기초하여 엔드-디바이스#4(134)의 주소(DevAddr)를 확인할 수 있고, 조인-리퀘스트 메시지와 조인-억셉트 메시지에 포함된 정보(예를 들어, DevNonce, AppNonce, NetID 등)에 기초하여 엔드-디바이스#4(134)를 위한 NwkSKey 및 AppSKey를 계산할 수 있다.
게이트웨이(120)는 통신 네트워크에 참여하는 엔드-디바이스들(131, 132, 133, 134)의 정보를 포함하는 리스트를 생성할 수 있으며, 리스트는 아래 표 2와 같을 수 있다. 또한, 리스트는 조인 절차를 통해 획득된 엔드-디바이스들(131, 132, 133, 134) 각각의 위치 정보를 포함할 수 있다. 참고로, 아래 표 2의 값은 설명의 편의를 위해 심플하게 표현되었으며, 실제 통신 네트워크에서 사용되는 DevAddr, NwkSKey 및 AppSKey는 아래 표 2와 다르게 설정될 수 있다.
Figure pat00002
DevAddr, NwkSKey 및 AppSKey는 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 별로 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 엔드-디바이스#1(131)의 DevAddr, NwkSKey 및 AppSKey 각각은 "00", "0100" 및 "1000"으로 설정될 수 있고, 엔드-디바이스#2(132)의 DevAddr, NwkSKey 및 AppSKey 각각은 "01", "0101" 및 "1001"로 설정될 수 있다. 엔드-디바이스#3(133)의 DevAddr, NwkSKey 및 AppSKey 각각은 "10", "0110" 및 "1010"으로 설정될 수 있고, 엔드-디바이스#4(134)의 DevAddr, NwkSKey 및 AppSKey 각각은 "11", "0111" 및 "1011"로 설정될 수 있다.
조인 절차가 완료된 경우, 통신 네트워크에서 미리 설정된 주기에 따라 데이터 메시지가 송수신될 수 있다. 예를 들어, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 미리 설정된 시간에 주기적으로 웨이크업(wakeup)될 수 있으며, 웨이크업 상태인 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 미리 설정된 전송 구간(예를 들어, 0.4초)에서 데이터 메시지를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다. 미리 설정된 전송 구간에서 주파수 자원(예를 들어, 채널)을 점유한 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 미리 설정된 전송 구간 이후의 전송 제한 구간(예를 들어, 20초) 동안 주파수 자원을 점유하지 못할 수 있다.
또한, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)의 데이터 메시지 전송을 위해 사용되는 채널의 주파수 대역은 900MHz 대역일 수 있고, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 주파수 호핑(hopping) 방식을 사용하여 데이터 메시지를 전송할 수 있다. 이 경우, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 데이터 메시지의 전송시 마다 다른 주파수 자원(예를 들어, 채널)을 사용할 수 있다. ADR(adaptive data rate)이 사용되는 경우, 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)는 아래 표 3에 기재된 데이터 레이트 인덱스(data rate index)에 대응하는 SF(spreading factor), 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 데이터 메시지를 전송할 수 있다.
Figure pat00003
아래에서, 데이터 메시지의 전송 순서가 "엔드-디바이스#1(131)→엔드-디바이스#2(132)→엔드-디바이스#3(133)→엔드-디바이스#4(134)"인 경우, 통신 방법이 설명될 것이다. 아래 설명에서, 엔드-디바이스#1(131)에 의해 생성되는 데이터 메시지는 "데이터 메시지#1"로 지칭될 수 있고, 데이터 메시지#1은 엔드-디바이스#1(131)의 컨펌드 데이터를 포함할 수 있고, 데이터 메시지#1에 대한 응답 메시지는 "ACK 메시지#1" 또는 "NACK 메시지#1"로 지칭될 수 있다. 엔드-디바이스#2(132)에 의해 생성되는 데이터 메시지는 "데이터 메시지#2"로 지칭될 수 있고, 데이터 메시지#2는 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함할 수 있고, 데이터 메시지#2에 대한 응답 메시지는 "ACK 메시지#2" 또는 "NACK 메시지#2"로 지칭될 수 있다.
또한, 엔드-디바이스#3(133)에 의해 생성되는 데이터 메시지는 "데이터 메시지#3"으로 지칭될 수 있고, 데이터 메시지#3은 엔드-디바이스#3(133)의 컨펌드 데이터를 포함할 수 있고, 데이터 메시지#3에 대한 응답 메시지는 "ACK 메시지#3" 또는 "NACK 메시지#3"으로 지칭될 수 있다. 엔드-디바이스#4(134)에 의해 생성되는 데이터 메시지는 "데이터 메시지#4"로 지칭될 수 있고, 데이터 메시지#4는 엔드-디바이스#4(134)의 컨펌드 데이터를 포함할 수 있고, 데이터 메시지#4에 대한 응답 메시지는 "ACK 메시지#4" 또는 "NACK 메시지#4"로 지칭될 수 있다.
엔드-디바이스#1(131)은 미리 설정된 시간에 웨이크업된 경우에 데이터 메시지#1을 생성할 수 있다. 데이터 메시지#1은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#1을 전송할 수 있다(S302). 데이터 메시지#1은 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 통해 전송될 수 있고, 표 3에 기재된 데이터 레이트 인덱스에 대응하는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 전송될 수 있다.
게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#1(131)로부터 데이터 메시지#1을 수신할 수 있다. 데이터 메시지#1이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 데이터 메시지#1에 대한 ACK 메시지#1을 엔드-디바이스#1(131)에 전송할 수 있다(S303). ACK 메시지#1은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)은 데이터 메시지#1을 전송한 후에 미리 설정된 수신 윈도우 동안 주파수 자원(예를 들어, 데이터 메시지#1이 전송된 주파수 자원)을 모니터링(monitoring)함으로써 응답 메시지(예를 들어, ACK 또는 NACK 메시지)의 수신 여부를 확인할 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)은 게이트웨이(120)로부터 ACK 메시지#1이 수신된 경우에 데이터 메시지#1이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
엔드-디바이스#2(132)는 미리 설정된 시간에 웨이크업된 경우에 데이터 메시지#2를 생성할 수 있다. 데이터 메시지#2는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#2(132)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#2를 전송할 수 있다(S304). 데이터 메시지#2는 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 통해 전송될 수 있고, 표 3에 기재된 데이터 레이트 인덱스에 대응하는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 전송될 수 있다.
엔드-디바이스#2(132)가 음영 지역에 위치하는 경우, 게이트웨이(120)는 데이터 메시지#2를 수신하지 못할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(120)는 데이터 메시지#2가 수신되지 않은 것을 지시하는 NACK 메시지#2를 생성할 수 있고, NACK 메시지#2를 엔드-디바이스#2(132)에 전송할 수 있다(S305). NACK 메시지#2는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, NACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#2(132)는 데이터 메시지#2를 전송한 후에 미리 설정된 수신 윈도우 동안 주파수 자원(예를 들어, 데이터 메시지#2가 전송된 주파수 자원)을 모니터링함으로써 응답 메시지(예를 들어, ACK 또는 NACK 메시지)의 수신 여부를 확인할 수 있다.
게이트웨이(120)로부터 NACK 메시지#2가 수신된 경우 또는 미리 설정된 수신 윈도우 동안 응답 메시지가 수신되지 않은 경우, 엔드-디바이스#2(132)는 데이터 메시지#2가 게이트웨이(120)에서 수신되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 엔드-디바이스#2(132)는 다음 전송 주기에서 데이터 메시지#2를 재전송할 수 있다.
엔드-디바이스#3(133)은 미리 설정된 시간에 웨이크업된 경우에 데이터 메시지#3을 생성할 수 있다. 데이터 메시지#3은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#3(133)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#3을 전송할 수 있다(S306). 데이터 메시지#3은 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 통해 전송될 수 있고, 표 3에 기재된 데이터 레이트 인덱스에 대응하는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 전송될 수 있다.
게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#3(133)으로부터 데이터 메시지#3을 수신할 수 있다. 데이터 메시지#3이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 데이터 메시지#3에 대한 ACK 메시지#3을 엔드-디바이스#3(133)에 전송할 수 있다(S307). ACK 메시지#3은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#3(133)은 데이터 메시지#3을 전송한 후에 미리 설정된 수신 윈도우 동안 주파수 자원(예를 들어, 데이터 메시지#3이 전송된 주파수 자원)을 모니터링함으로써 응답 메시지(예를 들어, ACK 또는 NACK 메시지)의 수신 여부를 확인할 수 있다. 엔드-디바이스#3(133)은 게이트웨이(120)로부터 ACK 메시지#3이 수신된 경우에 데이터 메시지#3이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
엔드-디바이스#4(134)는 미리 설정된 시간에 웨이크업된 경우에 데이터 메시지#4를 생성할 수 있다. 데이터 메시지#4는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#4(134)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#4를 전송할 수 있다(S308). 데이터 메시지#4는 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 통해 전송될 수 있고, 표 3에 기재된 데이터 레이트 인덱스에 대응하는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 전송될 수 있다.
게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#4(134)로부터 데이터 메시지#4를 수신할 수 있다. 데이터 메시지#4가 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 데이터 메시지#4에 대한 ACK 메시지#4를 엔드-디바이스#4(134)에 전송할 수 있다(S309). ACK 메시지#4는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#4(134)는 데이터 메시지#4를 전송한 후에 미리 설정된 수신 윈도우 동안 주파수 자원(예를 들어, 데이터 메시지#4가 전송된 주파수 자원)을 모니터링함으로써 응답 메시지(예를 들어, ACK 또는 NACK 메시지)의 수신 여부를 확인할 수 있다. 엔드-디바이스#4(134)는 게이트웨이(120)로부터 ACK 메시지#4가 수신된 경우에 데이터 메시지#4가 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
앞서 설명된 단계 S302 내지 단계 S309는 데이터 메시지의 미리 설정된 전송 주기에 따라 주기적으로 수행될 수 있다. 따라서 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#1(131), 엔드-디바이스#3(133) 및 엔드-디바이스#4(134)의 데이터 메시지들을 수신할 수 있다. 그러나 통신 네트워크에서 엔드-디바이스#2(132)가 음영 지역에 위치하는 경우, 데이터 메시지#2의 재전송이 수행되는 경우에도 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2를 수신하지 못할 수 있다. 이 경우, 엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2에 포함된 컨펌드 데이터는 다른 엔드-디바이스(예를 들어, 엔드-디바이스#1(131), 엔드-디바이스#3(133) 또는 엔드-디바이스#4(134))를 통해 게이트웨이(120)에 전송될 수 있다.
예를 들어, 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터는 통신 네트워크에 참여하는 모든 엔드-디바이스들을 통해 게이트웨이(120)에 전송될 수 있다(이하, "전송 방식 1"이라 함). 또는, 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터는 통신 네트워크에 참여하는 모든 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#2(132)에 인접한 엔드-디바이스를 통해 게이트웨이(120)에 전송될 수 있다(이하, "전송 방식 2"라 함). 통신 네트워크에서 전송 방식 1에 따른 통신 노드의 동작 방법들은 다음과 같다.
■ 전송 방식 1
도 5는 전송 방식 1에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S501 내지 단계 S514를 도시한 순서도이고, 도 6은 전송 방식 1에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S515 내지 단계 S527을 도시한 순서도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5 및 도 6에 도시된 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 각각은 도 3에 도시된 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)와 동일할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 단계들은 도 3에 도시된 단계 S309 이후에 수행될 수 있다.
앞서 설명된 단계 S302 내지 단계 S309가 미리 설정된 전송 주기에 따라 주기적으로 수행되고, 데이터 메시지#2의 전송 실패 횟수가 미리 설정된 횟수(예를 들어, 3회) 이상인 경우, 엔드-디바이스#2(132)는 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스#2(132) 간에 통신 장애가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 엔드-디바이스#2(132)는 긴급 전송 모드로 동작할 수 있다(S501). 즉, 엔드-디바이스#2(132)의 동작 모드는 노멀 모드에서 긴급 전송 모드로 변경될 수 있다. 예를 들어, 긴급 전송 모드로 동작하는 엔드-디바이스#2(132)는 통신 성능이 가장 우수한 물리적 파라미터들(parameters)(예를 들어, 표 3의 데이터 레이트 인덱스 0에 의해 지시되는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트)에 기초하여 데이터 메시지#2를 연속적으로 전송할 수 있다(S502). 데이터 메시지#2는 긴급 모드 자원(예를 들어, 조인-억셉트 메시지에 의해 지시되는 긴급 모드 자원)을 통해 전송될 수 있고, 데이터 메시지#2는 긴급 전송 모드의 종료 시점(예를 들어, 데이터 메시지#2에 대한 응답인 ACK 메시지#2의 수신 시점)까지 전송될 수 있다.
데이터 메시지#2의 수신 실패 횟수가 미리 설정된 횟수(예를 들어, 3회) 이상인 경우, 게이트웨이(120)는 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스#2(132) 간에 통신 장애가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터의 중계를 위해 필요한 중계 파라미터들(parameters)을 설정할 수 있다(S503). 중계 파라미터들은 다음과 같이 설정될 수 있다.
도 7은 중계 필드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 중계 필드(700)는 중계 파라미터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중계 필드(700)는 통신 장애 필드(710), DevAddr 필드(720), NwkSKey 필드(730) 및 AppSKey 필드(740)를 포함할 수 있다. 통신 장애 필드(710)는 통신 장애의 발생 여부를 지시할 수 있다. 예를 들어, "0"으로 설정된 통신 장애 필드(710)는 통신 장애가 발생되지 않은 것을 지시할 수 있고, "1"로 설정된 통신 장애 필드(710)는 통신 장애가 발생된 것을 지시할 수 있다. 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스#2(132) 간에 통신 장애가 발생되었으므로, 통신 장애 필드(710)는 "1"을 지시할 수 있다.
DevAddr 필드(720)는 통신 장애가 발생한 엔드-디바이스의 주소를 지시할 수 있고, NwkSKey 필드(730)는 통신 장애가 발생한 엔드-디바이스의 NwkSKey를 지시할 수 있고, AppSKey 필드(740)는 통신 장애가 발생한 엔드-디바이스의 AppSKey를 지시할 수 있다. 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스#2(132) 간에 통신 장애가 발생되었으므로, DevAddr 필드(720), NwkSKey 필드(730) 및 AppSKey 필드(740) 각각은 엔드-디바이스#2(132)의 주소(예를 들어, 표 2에서 "01"), NwkSKey(예를 들어, 표 2에서 "0101") 및 AppSKey(예를 들어, 표 2에서 "1001")를 지시할 수 있다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 엔드-디바이스#1(131)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#1을 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S504). 단계 S504에서 엔드-디바이스#1(131)의 동작은 단계 S302에서 엔드-디바이스#1(131)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)의 데이터 메시지#1이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 포함하는 ACK 메시지#1을 생성할 수 있다. ACK 메시지#1은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, ACK 메시지#1의 MType 필드는 ACK 메시지#1이 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, "110"으로 설정된 MType 필드는 ACK 메시지#1이 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다.
게이트웨이(120)는 ACK 메시지#1을 엔드-디바이스#1(131)에 전송할 수 있다(S505). ACK 메시지#1이 게이트웨이(120)로부터 수신된 경우, 엔드-디바이스#1(131)은 데이터 메시지#1이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#1(131)은 ACK 메시지#1에 포함된 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 확인할 수 있고, 중계 파라미터들에 기초하여 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터의 중계가 요청되는 것을 확인할 수 있다.
이 경우, 엔드-디바이스#1(131)은 긴급 수신 모드로 동작할 수 있다(S506). 즉, 엔드-디바이스#1(131)의 동작 모드는 노멀 모드에서 긴급 수신 모드로 변경될 수 있고, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#1(131)은 가상 게이트웨이처럼 동작할 수 있다. 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#1(131)은 긴급 모드 자원에서 모니터링 동작을 수행함으로써 엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2를 탐색할 수 있다. 긴급 모드 자원은 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우를 지시할 수 있다. 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우의 듀레이션(duration)은 20초일 수 있다. 또한, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#1(131)은 표 3의 데이터 레이트 인덱스 0에 의해 지시되는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 동작할 수 있다.
엔드-디바이스#2(132)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#2를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S507). 예를 들어, 엔드-디바이스#2(132)는 단계 S502에 따른 데이터 메시지#2의 연속 전송 동작뿐만 아니라 단계 S507에 따른 데이터 메시지#2의 주기적 전송 동작을 수행할 수 있다. 단계 S507에서 엔드-디바이스#2(132)의 동작은 단계 S304에서 엔드-디바이스#2(132)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 또는, 엔드-디바이스#2(132)가 긴급 전송 모드로 동작하는 경우, 단계 S507은 생략될 수 있다. 엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2가 수신되지 않은 경우, 게이트웨이(120)는 NACK 메시지#2를 생성할 수 있고, 생성된 NACK 메시지#2를 엔드-디바이스#2(132)에 전송할 수 있다(S508). 데이터 메시지#2의 응답 메시지(예를 들어, ACK 메시지 또는 NACK 메시지)가 미리 설정된 수신 윈도우 동안 수신되지 않은 경우 또는 NACK 메시지#2가 수신된 경우, 엔드-디바이스#2(132)는 게이트웨이(120)에서 데이터 메시지#2가 성공적으로 수신되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
엔드-디바이스#3(133)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#3을 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S509). 단계 S509에서 엔드-디바이스#3(133)의 동작은 단계 S306에서 엔드-디바이스#3(133)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 엔드-디바이스#3(133)의 데이터 메시지#3이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 포함하는 ACK 메시지#3을 생성할 수 있다. ACK 메시지#3은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, ACK 메시지#3의 MType 필드는 ACK 메시지#3이 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, "110"으로 설정된 MType 필드는 ACK 메시지#3이 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다.
게이트웨이(120)는 ACK 메시지#3을 엔드-디바이스#3(133)에 전송할 수 있다(S510). ACK 메시지#3이 게이트웨이(120)로부터 수신된 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 데이터 메시지#3이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#3(133)은 ACK 메시지#3에 포함된 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 확인할 수 있고, 중계 파라미터들에 기초하여 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터의 중계가 요청되는 것을 확인할 수 있다.
이 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 긴급 수신 모드로 동작할 수 있다(S511). 즉, 엔드-디바이스#3(133)의 동작 모드는 노멀 모드에서 긴급 수신 모드로 변경될 수 있고, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#3(133)은 가상 게이트웨이처럼 동작할 수 있다. 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#3(133)은 긴급 모드 자원에서 모니터링 동작을 수행함으로써 엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2를 탐색할 수 있다. 긴급 모드 자원은 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우를 지시할 수 있다. 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우의 듀레이션은 20초일 수 있다. 또한, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#3(133)은 표 3의 데이터 레이트 인덱스 0에 의해 지시되는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 동작할 수 있다.
엔드-디바이스#4(134)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#4를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S512). 단계 S512에서 엔드-디바이스#4(134)의 동작은 단계 S308에서 엔드-디바이스#4(134)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 엔드-디바이스#4(134)의 데이터 메시지#4가 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 포함하는 ACK 메시지#4를 생성할 수 있다. ACK 메시지#4는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, ACK 메시지#4의 MType 필드는 ACK 메시지#4가 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, "110"으로 설정된 MType 필드는 ACK 메시지#4가 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다.
게이트웨이(120)는 ACK 메시지#4를 엔드-디바이스#4(134)에 전송할 수 있다(S513). ACK 메시지#4가 게이트웨이(120)로부터 수신된 경우, 엔드-디바이스#4(134)는 데이터 메시지#4가 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#4(134)는 ACK 메시지#4에 포함된 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 확인할 수 있고, 중계 파라미터들에 기초하여 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터의 중계가 요청되는 것을 확인할 수 있다.
이 경우, 엔드-디바이스#4(134)는 긴급 수신 모드로 동작할 수 있다(S514). 즉, 엔드-디바이스#4(134)의 동작 모드는 노멀 모드에서 긴급 수신 모드로 변경될 수 있고, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#4(134)는 가상 게이트웨이처럼 동작할 수 있다. 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#4(134)는 긴급 모드 자원에서 모니터링 동작을 수행함으로써 엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2를 탐색할 수 있다. 긴급 모드 자원은 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우를 지시할 수 있다. 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우의 듀레이션은 20초일 수 있다. 또한, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#4(134)는 표 3의 데이터 레이트 인덱스 0에 의해 지시되는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 동작할 수 있다.
한편, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#1, #3 및 #4(131, 133, 134)는 엔드-디바이스#2(132)로부터 데이터 메시지#2를 수신할 수 있다(S515). 예를 들어, 데이터 메시지#2의 MHDR에 포함된 DevAddr이 엔드-디바이스#2(132)의 주소(예를 들어, 표 2에서 "01")를 지시하는 경우, 엔드-디바이스#1, #3 및 #4(131, 133, 134)는 데이터 메시지#2가 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#1, #3 및 #4(131, 133, 134)는 엔드-디바이스#2(132)의 NwkSKey(예를 들어, 표 2에서 "0101")를 사용하여 데이터 메시지#2의 MIC에 대한 인테그러티 검사를 수행할 수 있다. MIC에 대한 인테그러티 검사가 완료된 경우, 엔드-디바이스#1, #3 및 #4(131, 133, 134)는 엔드-디바이스#2(132)의 AppSKey(예를 들어, 표 2에서 "1001")를 사용하여 데이터 메시지#2의 FRM 페이로드를 복호화함으로써 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 획득할 수 있다.
엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2가 성공적으로 수신된 경우, 엔드-디바이스#1, #3 및 #4(131, 133, 134)는 데이터 메시지#2의 ACK 메시지#2를 생성할 수 있고, ACK 메시지#2를 엔드-디바이스#2(132)에 전송할 수 있다(S516 내지 S518). ACK 메시지#2는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#2(132)는 데이터 메시지#2의 응답으로 ACK 메시지#2를 수신한 경우에 데이터 메시지#2가 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, ACK 메시지#2가 수신된 경우, 엔드-디바이스#2(132)의 동작 모드는 긴급 전송 모드에서 노멀 모드로 변경될 수 있다.
한편, 엔드-디바이스#1(131)은 엔드-디바이스#1(131)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 데이터 메시지#1을 생성할 수 있다(S519). 예를 들어, 엔드-디바이스#1(131)은 엔드-디바이스#1(131) 및 엔드-디바이스#2(132) 각각의 DevAddr, NwkSKey, AppSKey 등에 기초하여 데이터 메시지#1을 생성할 수 있다. 데이터 메시지#1은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, 데이터 메시지#1은 데이터 메시지#1이 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 것을 지시하는 지시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시자는 데이터 메시지#1의 PHDR, MHDR 또는 FHDR에 포함될 수 있다.
엔드-디바이스#1(131)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#1을 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S520). 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#1(131)로부터 데이터 메시지#1을 수신할 수 있고, 데이터 메시지#1로부터 엔드-디바이스#1(131)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 획득할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#1(131)의 중계에 의해 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터가 획득된 것으로 판단할 수 있다. 데이터 메시지#1이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#1을 생성할 수 있고, 데이터 메시지#1의 응답으로 ACK 메시지#1을 엔드-디바이스#1(131)에 전송할 수 있다(S521). ACK 메시지#1이 수신된 경우, 엔드-디바이스#1(131)은 데이터 메시지#1이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#1(131)의 동작 모드는 단계 S515, 단계 S516 또는 단계 S521 이후에 긴급 수신 모드에서 노멀 모드로 변경될 수 있다.
엔드-디바이스#3(133)은 엔드-디바이스#3(133)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 데이터 메시지#3을 생성할 수 있다(S522). 예를 들어, 엔드-디바이스#3(133)은 엔드-디바이스#3(133) 및 엔드-디바이스#2(132) 각각의 DevAddr, NwkSKey, AppSKey 등에 기초하여 데이터 메시지#3을 생성할 수 있다. 데이터 메시지#3은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, 데이터 메시지#3은 데이터 메시지#3이 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 것을 지시하는 지시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시자는 데이터 메시지#3의 PHDR, MHDR 또는 FHDR에 포함될 수 있다.
엔드-디바이스#3(133)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#3을 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S523). 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#3(133)으로부터 데이터 메시지#3을 수신할 수 있고, 데이터 메시지#3으로부터 엔드-디바이스#3(133)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 획득할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#3(133)의 중계에 의해 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터가 획득된 것으로 판단할 수 있다. 데이터 메시지#3이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#3을 생성할 수 있고, 데이터 메시지#3의 응답으로 ACK 메시지#3을 엔드-디바이스#3(133)에 전송할 수 있다(S524). ACK 메시지#3이 수신된 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 데이터 메시지#3이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#3(133)의 동작 모드는 단계 S515, 단계 S517 또는 단계 S524 이후에 긴급 수신 모드에서 노멀 모드로 변경될 수 있다.
엔드-디바이스#4(134)는 엔드-디바이스#4(134)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 데이터 메시지#4를 생성할 수 있다(S525). 예를 들어, 엔드-디바이스#4(134)는 엔드-디바이스#4(134) 및 엔드-디바이스#2(132) 각각의 DevAddr, NwkSKey, AppSKey 등에 기초하여 데이터 메시지#4를 생성할 수 있다. 데이터 메시지#4는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, 데이터 메시지#4는 데이터 메시지#4가 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 것을 지시하는 지시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시자는 데이터 메시지#4의 PHDR, MHDR 또는 FHDR에 포함될 수 있다.
엔드-디바이스#4(134)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#4를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S526). 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#4(134)로부터 데이터 메시지#4를 수신할 수 있고, 데이터 메시지#4로부터 엔드-디바이스#4(134)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 획득할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#4(134)의 중계에 의해 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터가 획득된 것으로 판단할 수 있다. 데이터 메시지#4가 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#4를 생성할 수 있고, 데이터 메시지#4의 응답으로 ACK 메시지#4를 엔드-디바이스#4(134)에 전송할 수 있다(S527). ACK 메시지#4가 수신된 경우, 엔드-디바이스#4(134)는 데이터 메시지#4가 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#4(134)의 동작 모드는 단계 S515, 단계 S518 또는 단계 S527 이후에 긴급 수신 모드에서 노멀 모드로 변경될 수 있다.
통신 네트워크에서 전송 방식 2에 따른 통신 노드의 동작 방법들은 다음과 같다.
■ 전송 방식 2
도 8은 전송 방식 2에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S801 내지 단계 S812를 도시한 순서도이고, 도 9는 전송 방식 2에 따른 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예에서 단계 S813 내지 단계 S817을 도시한 순서도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8 및 도 9에 도시된 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134) 각각은 도 3에 도시된 게이트웨이(120) 및 엔드-디바이스(131, 132, 133, 134)와 동일할 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 단계들은 도 3에 도시된 단계 S309 이후에 수행될 수 있다.
앞서 설명된 단계 S302 내지 단계 S309가 미리 설정된 전송 주기에 따라 주기적으로 수행되고, 데이터 메시지#2의 전송 실패 횟수가 미리 설정된 횟수(예를 들어, 3회) 이상인 경우, 엔드-디바이스#2(132)는 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스#2(132) 간에 통신 장애가 발생된 것으로 판단할 수 있고, 긴급 전송 모드로 동작할 수 있다(S801). 예를 들어, 엔드-디바이스#2(132)의 동작 모드는 노멀 모드에서 긴급 전송 모드로 변경될 수 있다. 긴급 전송 모드로 동작하는 엔드-디바이스#2(132)는 통신 성능이 가장 우수한 물리적 파라미터들(예를 들어, 표 3의 데이터 레이트 인덱스 0에 의해 지시되는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트)에 기초하여 데이터 메시지#2를 연속적으로 전송할 수 있다(S802). 데이터 메시지#2는 긴급 모드 자원(예를 들어, 조인-억셉트 메시지에 의해 지시되는 긴급 모드 자원)을 통해 전송될 수 있고, 데이터 메시지#2는 긴급 전송 모드의 종료 시점(예를 들어, 데이터 메시지#2에 대한 응답인 ACK 메시지#2의 수신 시점)까지 전송될 수 있다.
데이터 메시지#2의 수신 실패 횟수가 미리 설정된 횟수(예를 들어, 3회) 이상인 경우, 게이트웨이(120)는 게이트웨이(120)와 엔드-디바이스#2(132) 간에 통신 장애가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터의 중계를 위해 필요한 중계 파라미터들 설정할 수 있다(S803). 게이트웨이(120)에 의해 설정된 중계 파라미터는 도 7에 도시된 중계 파라미터와 동일할 수 있다.
또한, 게이트웨이(120)는 통신 네트워크에 참여하는 엔드-디바이스들(131, 132, 133, 134) 중에서 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 중계할 중계 엔드-디바이스를 선택할 수 있다. 예를 들어, 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스들(131, 132, 133, 134)의 위치 정보에 기초하여 엔드-디바이스#2(132)와 가장 인접한 엔드-디바이스를 중계 엔드-디바이스로 선택할 수 있다. 아래 설명에서, 엔드-디바이스#3(133)이 중계 엔드-디바이스로 선택된 것으로 가정될 것이다.
한편, 엔드-디바이스#1(131)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#1을 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S804). 단계 S804에서 엔드-디바이스#1(131)의 동작은 단계 S302에서 엔드-디바이스#1(131)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)의 데이터 메시지#1이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#1을 생성할 수 있다. ACK 메시지#1은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#1(131)은 중계 엔드-디바이스가 아니기 때문에, ACK 메시지#1은 중계 파라미터들을 포함하지 않을 수 있다. 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#1을 엔드-디바이스#1(131)에 전송할 수 있다(S805). 게이트웨이(120)로부터 ACK 메시지#1이 수신된 경우, 엔드-디바이스#1(131)은 데이터 메시지#1이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
엔드-디바이스#2(132)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#2를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S806). 예를 들어, 엔드-디바이스#2(132)는 단계 S802에 따른 데이터 메시지#2의 연속 전송 동작뿐만 아니라 단계 S806 따른 데이터 메시지#2의 주기적 전송 동작을 수행할 수 있다. 단계 S806에서 엔드-디바이스#2(132)의 동작은 단계 S304에서 엔드-디바이스#2(132)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 또는, 엔드-디바이스#2(132)가 긴급 전송 모드로 동작하는 경우, 단계 S806은 생략될 수 있다.
엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2가 수신되지 않은 경우, 게이트웨이(120)는 NACK 메시지#2를 생성할 수 있고, 생성된 NACK 메시지#2를 엔드-디바이스#2(132)에 전송할 수 있다(S807). 데이터 메시지#2의 응답 메시지(예를 들어, ACK 메시지 또는 NACK 메시지)가 미리 설정된 수신 윈도우 동안 수신되지 않은 경우 또는 NACK 메시지#2가 수신된 경우, 엔드-디바이스#2(132)는 게이트웨이(120)에서 데이터 메시지#2가 성공적으로 수신되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
엔드-디바이스#3(133)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#3을 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S808). 단계 S808에서 엔드-디바이스#3(133)의 동작은 단계 S306에서 엔드-디바이스#3(133)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 엔드-디바이스#3(133)의 데이터 메시지#3이 성공적으로 수신된 경우, 엔드-디바이스#3(133)이 중계 엔드-디바이스기 때문에 게이트웨이(120)는 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 포함하는 ACK 메시지#3을 생성할 수 있다. ACK 메시지#3은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, ACK 메시지#3의 MType 필드는 ACK 메시지#3이 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, "110"으로 설정된 MType 필드는 ACK 메시지#3이 중계 파라미터들을 포함하는 것을 지시할 수 있다.
게이트웨이(120)는 ACK 메시지#3을 엔드-디바이스#3(133)에 전송할 수 있다(S809). 게이트웨이(120)로부터 ACK 메시지#3이 수신된 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 데이터 메시지#3이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#3(133)은 ACK 메시지#3에 포함된 중계 파라미터들(예를 들어, 도 7에 도시된 중계 필드(700))을 확인할 수 있고, 중계 파라미터들에 기초하여 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터의 중계가 요청되는 것을 확인할 수 있다.
이 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 긴급 수신 모드로 동작할 수 있다(S810). 즉, 엔드-디바이스#3(133)의 동작 모드는 노멀 모드에서 긴급 수신 모드로 변경될 수 있고, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#3(133)은 가상 게이트웨이처럼 동작할 수 있다. 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#3(133)은 긴급 모드 자원에서 모니터링 동작을 수행함으로써 엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2를 탐색할 수 있다. 긴급 모드 자원은 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우를 지시할 수 있다. 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우의 듀레이션은 20초일 수 있다. 또한, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#3(133)은 표 3의 데이터 레이트 인덱스 0에 의해 지시되는 SF, 주파수 대역폭 및 PHY 비트 레이트에 기초하여 동작할 수 있다.
엔드-디바이스#4(134)는 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#4를 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S811). 단계 S811에서 엔드-디바이스#4(134)의 동작은 단계 S308에서 엔드-디바이스#4(134)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 엔드-디바이스#4(134)의 데이터 메시지#4가 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#4를 생성할 수 있다. ACK 메시지#4는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#4(134)는 중계 엔드-디바이스가 아니기 때문에, ACK 메시지#4는 중계 파라미터들을 포함하지 않을 수 있다. 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#4를 엔드-디바이스#4(134)에 전송할 수 있다(S812). 게이트웨이(120)로부터 ACK 메시지#4가 수신된 경우, 엔드-디바이스#4(134)는 데이터 메시지#4가 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 긴급 수신 모드로 동작하는 엔드-디바이스#3(133)은 엔드-디바이스#2(132)로부터 데이터 메시지#2를 수신할 수 있다(S813). 예를 들어, 데이터 메시지#2의 MHDR에 포함된 DevAddr이 엔드-디바이스#2(132)의 주소(예를 들어, 표 2에서 "01")를 지시하는 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 데이터 메시지#2가 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#3(133)은 엔드-디바이스#2(132)의 NwkSKey(예를 들어, 표 2에서 "0101")를 사용하여 데이터 메시지#2의 MIC에 대한 인테그러티 검사를 수행할 수 있다. MIC에 대한 인테그러티 검사가 완료된 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 엔드-디바이스#2(132)의 AppSKey(예를 들어, 표 2에서 "1001")를 사용하여 데이터 메시지#2의 FRM 페이로드를 복호화함으로써 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 획득할 수 있다.
엔드-디바이스#2(132)의 데이터 메시지#2가 성공적으로 수신된 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 데이터 메시지#2의 ACK 메시지#2를 생성할 수 있고, ACK 메시지#2를 엔드-디바이스#2(132)에 전송할 수 있다(S814). ACK 메시지#2는 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, ACK을 지시하는 프레임 제어 정보를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 엔드-디바이스#2(132)는 데이터 메시지#2의 응답으로 ACK 메시지#2를 수신한 경우에 데이터 메시지#2가 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#2(132)의 동작 모드는 ACK 메시지#2가 수신된 경우에 긴급 전송 모드에서 노멀 모드로 변경될 수 있다.
엔드-디바이스#3(133)은 엔드-디바이스#3(133)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 데이터 메시지#3을 생성할 수 있다(S815). 예를 들어, 엔드-디바이스#3(133)은 엔드-디바이스#3(133) 및 엔드-디바이스#2(132) 각각의 DevAddr, NwkSKey, AppSKey 등에 기초하여 데이터 메시지#3을 생성할 수 있다. 데이터 메시지#3은 도 4에 도시된 메시지(400)(예를 들어, "100"으로 설정된 MType 필드를 포함하는 메시지(400))와 동일 또는 유사하게 생성될 수 있다. 또한, 데이터 메시지#3은 데이터 메시지#3이 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 포함하는 것을 지시하는 지시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시자는 데이터 메시지#3의 PHDR, MHDR 또는 FHDR에 포함될 수 있다.
엔드-디바이스#3(133)은 미리 설정된 전송 주기에 따라 데이터 메시지#3을 게이트웨이(120)에 전송할 수 있다(S816). 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#3(133)으로부터 데이터 메시지#3을 수신할 수 있고, 데이터 메시지#3으로부터 엔드-디바이스#3(133)의 컨펌드 데이터와 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터를 획득할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(120)는 엔드-디바이스#3(133)의 중계에 의해 엔드-디바이스#2(132)의 컨펌드 데이터가 획득된 것으로 판단할 수 있다. 데이터 메시지#3이 성공적으로 수신된 경우, 게이트웨이(120)는 ACK 메시지#3을 생성할 수 있고, 데이터 메시지#3의 응답으로 ACK 메시지#3을 엔드-디바이스#3(133)에 전송할 수 있다(S817). ACK 메시지#3이 수신된 경우, 엔드-디바이스#3(133)은 데이터 메시지#3이 게이트웨이(120)에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 엔드-디바이스#3(133)의 동작 모드는 단계 S813, 단계 S814 또는 단계 S817 이후에 긴급 수신 모드에서 노멀 모드로 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 통신 네트워크에서 게이트웨이(gateway)의 동작 방법으로서,
    상기 게이트웨이에 연결된 복수의 엔드-디바이스들(end-devices) 중에서 엔드-디바이스#1의 데이터 메시지#1이 수신되지 않은 경우, 상기 데이터 메시지#1의 중계를 위해 사용되는 중계 파라미터들을 설정하는 단계;
    상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#2의 데이터 메시지#2가 수신된 경우, 상기 중계 파라미터들을 포함하는 ACK(acknowledgement) 메시지를 생성하는 단계;
    상기 데이터 메시지#2의 응답으로 상기 ACK 메시지를 상기 엔드-디바이스#2에 전송하는 단계; 및
    상기 엔드-디바이스#2로부터 상기 데이터 메시지#1에 포함된 데이터를 포함하는 데이터 메시지#3을 수신하는 단계를 포함하는, 게이트웨이의 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중계 파라미터들은 상기 게이트웨이와 상기 엔드-디바이스#1 간에 통신 장애가 발생된 것을 지시하는 지시자, 상기 엔드-디바이스#1의 주소, 상기 엔드-디바이스#1의 네트워크 세션 키(network session key; NwkSKey) 및 상기 엔드-디바이스#1의 애플리케이션 세션 키(application session key; AppSKey)를 포함하는, 게이트웨이의 동작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 중계 파라미터들은 상기 데이터 메시지#1의 수신 실패 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우에 설정되는, 게이트웨이의 동작 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 중계 파라미터들은 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1을 제외한 나머지 엔드-디바이스들에 전송되고, 상기 데이터 메시지#1에 포함된 데이터는 상기 나머지 엔드-디바이스들로부터 수신되고, 상기 엔드-디바이스#2는 상기 나머지 엔드-디바이스들에 속하는, 게이트웨이의 동작 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔드-디바이스#2는 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1에 가장 인접한 엔드-디바이스인, 게이트웨이의 동작 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트웨이의 동작 방법은,
    상기 중계 파라미터들의 설정 전에, 상기 복수의 엔드-디바이스들 각각의 위치 정보를 포함하는 조인-리퀘스트(join-request) 메시지를 상기 복수의 엔드-디바이스들 각각으로부터 수신하는 단계를 더 포함하는, 게이트웨이의 동작 방법.
  7. 통신 네트워크에서 게이트웨이(gateway)에 연결된 복수의 엔드-디바이스들(end-devices) 중에서 엔드-디바이스#1의 동작 방법으로서,
    상기 엔드-디바이스#1의 데이터 메시지#1을 미리 설정된 전송 주기에 따라 상기 게이트웨이에 전송하는 단계;
    상기 데이터 메시지#1이 상기 게이트웨이에서 수신되지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 동작 모드를 노멀(normal) 모드에서 긴급 전송 모드로 변경하는 단계; 및
    상기 긴급 전송 모드를 위해 미리 설정된 전송 방식에 기초하여 상기 데이터 메시지#1를 연속적으로 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 노멀 모드에서 상기 데이터 메시지#1은 상기 미리 설정된 주기에 따라 전송되고, 상기 긴급 전송 모드에서 상기 데이터 메시지#1은 상기 미리 설정된 주기에 관계없이 연속적으로 전송되는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 엔드-디바이스#1의 동작 방법은,
    상기 데이터 메시지#1의 응답으로 ACK(acknowledgement) 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 ACK 메시지가 수신된 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 상기 동작 모드를 상기 긴급 전송 모드에서 상기 노멀 모드로 변경하는 단계를 더 포함하는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 ACK 메시지는 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1에 가장 인접한 엔드-디바이스로부터 수신되는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 ACK 메시지는 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#1을 제외한 나머지 엔드-디바이스들로부터 수신되는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 엔드-디바이스#1의 상기 동작 모드는 상기 데이터 메시지#1의 전송 실패 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우에 상기 노멀 모드에서 상기 긴급 전송 모드로 변경되는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 미리 설정된 전송 방식에서 SF(spreading factor)는 12이고, 주파수 대역폭은 125KHz이고, PHY 비트 레이트(bit rate)는 250bit/s인, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 긴급 전송 모드에서 상기 데이터 메시지#1은 미리 설정된 시간 및 주파수 자원을 통해 전송되며, 상기 미리 설정된 시간 및 주파수 자원은 상기 게이트웨이에 의해 설정되는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  14. 통신 네트워크에서 게이트웨이(gateway)에 연결된 복수의 엔드-디바이스들(end-devices) 중에서 엔드-디바이스#1의 동작 방법으로서,
    상기 엔드-디바이스#1의 데이터 메시지#1을 미리 설정된 전송 주기에 따라 상기 게이트웨이에 전송하는 단계;
    상기 게이트웨이로부터 상기 데이터 메시지#1의 응답으로 ACK(acknowledgement) 메시지#1을 수신하는 단계;
    상기 ACK 메시지#1이 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 엔드-디바이스#2의 데이터 메시지#2의 중계를 위해 사용되는 중계 파라미터들을 포함하는 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 동작 모드를 노멀(normal) 모드에서 긴급 수신 모드로 변경하는 단계; 및
    상기 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 방식에 기초하여 상기 데이터 메시지#2를 탐색하는 단계를 포함하는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 엔드-디바이스#1의 동작 방법은,
    상기 데이터 메시지#2의 탐색 결과 상기 데이터 메시지#2가 수신된 경우, 상기 데이터 메시지#2의 응답으로 ACK 메시지#2를 상기 엔드-디바이스#2에 전송하는 단계;
    상기 데이터 메시지#2에 포함된 데이터를 포함하는 데이터 메시지#3을 생성하는 단계; 및
    상기 미리 설정된 전송 주기에 따라 상기 데이터 메시지#3을 상기 게이트웨이에 전송하는 단계를 더 포함하는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 데이터 메시지#2의 탐색 결과 상기 데이터 메시지#2가 수신된 경우, 상기 엔드-디바이스#1의 상기 동작 모드는 상기 긴급 수신 모드에서 상기 노멀 모드로 변경되는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 중계 파라미터들은 상기 게이트웨이와 상기 엔드-디바이스#2 간에 통신 장애가 발생된 것을 지시하는 지시자, 상기 엔드-디바이스#2의 주소, 상기 엔드-디바이스#2의 네트워크 세션 키(network session key; NwkSKey) 및 상기 엔드-디바이스#2의 애플리케이션 세션 키(application session key; AppSKey)를 포함하는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 미리 설정된 수신 방식에서 SF(spreading factor)는 12이고, 주파수 대역폭은 125KHz이고, PHY 비트 레이트(bit rate)는 250bit/s인, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 데이터 메시지#2는 상기 긴급 수신 모드를 위해 미리 설정된 수신 윈도우(receive window) 동안 탐색되며, 상기 미리 설정된 수신 윈도우는 상기 게이트웨이에 의해 설정되는, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 엔드-디바이스#1은 상기 복수의 엔드-디바이스들 중에서 상기 엔드-디바이스#2에 가장 인접한 엔드-디바이스인, 엔드-디바이스#1의 동작 방법.
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