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WO2010021451A1 - 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Publication number
WO2010021451A1
WO2010021451A1 PCT/KR2009/002846 KR2009002846W WO2010021451A1 WO 2010021451 A1 WO2010021451 A1 WO 2010021451A1 KR 2009002846 W KR2009002846 W KR 2009002846W WO 2010021451 A1 WO2010021451 A1 WO 2010021451A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
qos
beacon
superframe
frame
data transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2009/002846
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
심우진
박용길
유재황
홍성철
오세현
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Telecom Co Ltd
Original Assignee
SK Telecom Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SK Telecom Co Ltd filed Critical SK Telecom Co Ltd
Priority to US12/737,826 priority Critical patent/US8654671B2/en
Priority to CN200980141246.8A priority patent/CN102187622B/zh
Publication of WO2010021451A1 publication Critical patent/WO2010021451A1/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/16—Central resource management; Negotiation of resources or communication parameters, e.g. negotiating bandwidth or QoS [Quality of Service]
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
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    • H04W8/00—Network data management
    • H04W8/02—Processing of mobility data, e.g. registration information at HLR [Home Location Register] or VLR [Visitor Location Register]; Transfer of mobility data, e.g. between HLR, VLR or external networks
    • H04W8/04—Registration at HLR or HSS [Home Subscriber Server]
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    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network. More particularly, the present invention relates to a method of synchronizing a superframe with one node by configuring a superframe including a dedicated QoS data transmission interval, When QoS data transmission is required, the beacon frame is used to inform neighboring nodes whether or not QoS data is transmitted, and priority data is generated in the dedicated QoS data transmission section by generating priority data frames.
  • the present invention relates to a system and method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network that can be distinguished.
  • Ubiquitous Sensor Network is one of the core technologies of ubiquitous computing technology. It is a technology that connects data created by combining various sensor nodes with an application service server. The sensor itself has the ability to collect or process like an intelligent computer.
  • USN can be applied to detect various real-world phenomena such as disaster prevention, environmental monitoring, intelligent logistics management, real-time monitoring, mobile healthcare, home security, and machine failure diagnosis. This is possible.
  • USN is a large number of nodes are deployed for surveillance missions in a wide range of areas, and the data detected by the sensor is transferred to a remote manager after the data is processed into a higher-level event through the data processing inside the network, which is a low-speed, low-power multi Data is transmitted over a multi-hop wireless network.
  • Such wireless communication network technologies include Bluetooth, ZigBee, Motes, etc., but these technologies have various problems such as excessive association time, insufficient scalability to the mesh network, no mobility of the device, high power consumption, and difficulty in extending addressing. It is a technology that cannot be used for u-City Core service. To solve this problem, the Wireless Beacon-enabled Energy-Efficient Mesh network (WIBEEM) technology was developed.
  • WIBEEM Wireless Beacon-enabled Energy-Efficient Mesh network
  • Newly developed WiBEEM technology enables the entire network to be synchronized to a single network using beacons to support mesh network operation at low power based on beacon collision avoidance technology and to apply short address using NAA (Next Address Avaliable) based address allocation. Efficient allocation allows for the control of up to 65,536 devices, enabling the technology to be used in u-City, both inside and outside the home.
  • NAA Next Address Avaliable
  • the biggest feature of the WiBEEM technology is that the mesh network operates reliably even in beacon mode, making it an efficient wireless network with low power consumption.
  • the stable operation of the wireless mesh network is a step up from the conventional wireless communication that uses wired communication technology as a backbone network. All sensor network devices within the communication range as well as devices outside the RF range The presence of intermediate devices means that communication is possible through these intermediate nodes.
  • Such WiBEEM technology is a wireless protocol that provides an efficient communication method for WPAN applications and supports mobility for the ubiquitous environment.
  • the advantage of the mesh network operating in beacon mode is that each device can determine the period of inactive time that it can enter into the deep sleep mode. It can be increased.
  • This WiBEEM protocol also has the great advantage of supporting mobility. Mobility support will result in autonomy in the communication zone, allowing free communication anywhere in the WPAN.
  • the conventional WiBEEM standard is not a USN technology that supports stable quality of service (QoS).
  • QoS quality of service
  • a system that can provide a different kind of service and corresponding QoS than a healthy young person who needs very basic services for a small amount of money QoS support technology is very important in WiBEEM technology.
  • sensor information detecting city gas leakage requires a different level of QoS than sensor information for water supply management. It is necessary to apply a method of setting a different backoff time in the section.
  • An object of the present invention is to provide a system and method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network capable of supporting stable QoS for a WiBEEM device configured with a wireless communication network.
  • Another object of the present invention is to provide a system and method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network that can inform neighboring nodes of a wireless communication network of QoS data and can distinguish the importance of data by giving priority to the QoS data. .
  • Another object of the present invention is to separate the data from the data that requires QoS to ensure the improvement and stability of the data transmission quality, and to prioritize the QoS data so that the most important data among the QoS data is the fastest and most stable.
  • the present invention provides a system and method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network that can be transmitted.
  • Another object of the present invention is to provide a system and method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network that can guarantee the transmission of important data when many network devices using various wireless network technologies are scattered in a network.
  • a mesh coordinator for organizing a superframe including a dedicated QoS data transmission interval and synchronizing the superframe with each node in a network; and a beacon including QoS setting information. Generating a frame and broadcasting it to the beacon dedicated section of the superframe, and generates a priority set QoS data frame and transmits to the QoS data transmission dedicated section of the superframe; QoS support in the ubiquitous sensor network including a A system is provided.
  • the mesh coordinator is preferably the first node created in the configured network.
  • the mesh coordinator generates a beacon frame including the QoS setting information and broadcasts it to the beacon dedicated section of the superframe, and generates a priority set QoS data frame and transmits it to the QoS data transmission dedicated section of the superframe. It is preferable.
  • the superframe includes a beacon dedicated section (BOP), a section in which a beacon frame is transmitted, a QoS data transmission dedicated section (PQP) for QoS data transmission, a contention access section (CAP), and a general data transmission section (CFP) for general data transmission. ), It is preferably configured as an inactive section (DSP).
  • BOP beacon dedicated section
  • PQP QoS data transmission dedicated section
  • CAP contention access section
  • CCP general data transmission section
  • DSP inactive section
  • the mesh coordinator or the node transmits the QoS data generated by the mesh coordinator or the nodes to the QoS data transmission dedicated section in order of high priority.
  • the mesh coordinator or the node may arrange the mesh coordinator or the nodes in a higher priority order and transmit them to other nodes according to the order.
  • the priority of the QoS data frame is preferably set for each node by the mesh coordinator or defaulted for each node.
  • the node is activated if it corresponds to its address when the beacon frame is broadcast by the mesh coordinator or other node, and is otherwise inactive.
  • the communication unit for communication with the node;
  • a superframe structure coordinator unit for coordinating a superframe structure including a dedicated QoS data transmission interval and synchronizing the superframe with each node of one network;
  • a beacon frame control unit for generating a beacon frame including QoS setting information and broadcasting the beacon dedicated section of the super frame generated by the superframe structure coordinator; and whether or not the QoS setting of the beacon frame generated by the beacon frame control unit
  • a mesh coordinator for QoS support is provided in a ubiquitous sensor network including a QoS data processor configured to set a priority of a corresponding data frame according to information and transmit the QoS data in a dedicated data transmission interval of the superframe.
  • the mesh coordinator for QoS support enables the neighbor node to determine its beacon slot, so that the beacon scheduling information including the beacon slot information and the beacon slot information of the neighbor node is transferred to the neighbor node. It is preferable to further include a beacon scheduling information control unit to be transmitted.
  • the mesh coordinator for QoS support in the ubiquitous sensor network further includes a general data processor for transmitting a corresponding data frame to a general data transmission section of the superframe according to the QoS setting information of the beacon frame generated by the beacon frame controller. It is preferable.
  • the beacon frame controller may include a frame control field, a beacon sequence number field, a source address information field, a superframe specification field indicating whether QoS is set, a CFP field, It is preferable to generate a beacon frame including a Pending Address Field in which an address specification awaits transmission is indicated, a Beacon Payload field in which PQPL information is displayed, and an FCS field.
  • the superframe specification field includes a beacon order that defines the transmission interval of the beacon, a superframe order that defines the length of time during which the superframe is active, including a beacon frame transmission time, and a CAP. It is preferable that the subfields include a final cap slot indicating a duration, a battery life extension, a PQP enable indicating a QoS setting, a PAN coordinator, and an association permit.
  • the beacon payload field is a BOPL for determining how many beacons are to be transmitted within a BOP size, MyBTTS (BeaconTxTimeSlot) indicating a beacon transmission time of a device transmitting a beacon, and a BTTSL indicating a size of a beacon slot transmitted by the beacon.
  • Tx Time Slot Length Tx Time Slot Length
  • Depth indicating the depth information of the device sending the beacon
  • NAA Next Address Available
  • the enable value is configured as a subfield of PQPL that occurs when the value is '1'.
  • the beacon frame controller When transmitting the QoS data, the beacon frame controller sets the value of PQP Enabled in the superframe specification field of the beacon frame to 1, and determines which period in the superframe to transmit the QoS data to the beacon payload field. It is desirable to generate a beacon frame by indicating the PQPL value in the.
  • the QoS data processing unit includes a frame control field in which a QoS priority is set, a sequence number field indicating a unique sequence ID for a transmitted frame, four addressing fields, a frame payload field, and an error detection It is preferable to generate a QoS data frame including a Frame Check Sequence (FCS) field.
  • FCS Frame Check Sequence
  • the QoS data processor When two or more pieces of data are received within the QoS data transmission interval, the QoS data processor is arranged in order of priority and transmits the data to other nodes in order of priority.
  • the communication unit for performing beacons and data transmission and reception through a network using a superframe having a beacon dedicated section;
  • a superframe synchronization unit for synchronizing to the superframe transmitted from the mesh coordinator through the communication unit; Determining one's beacon slot in a section other than beacon slots of neighboring nodes among the beacon dedicated sections of the superframe synchronized by the superframe synchronization unit, and controlling the communication unit to transmit a beacon frame in the determined beacon slot of the superframe.
  • a beacon frame control unit for generating a beacon frame including the QoS setting information to be transmitted to the beacon slot determined by the beacon slot determination unit; and a beacon frame control unit to the corresponding data frame according to the QoS setting information of the beacon frame generated by the beacon frame control unit
  • a node for supporting QoS in a ubiquitous sensor network including a QoS data processor configured to set priority and transmit the QoS data in a dedicated data transmission interval of the superframe.
  • a node for QoS support transmits beacon scheduling information including its beacon slot information and beacon slot information of its neighbor node to the neighbor node so that the neighbor node can determine its beacon slot.
  • the apparatus further includes a beacon scheduling information controller.
  • the node for supporting QoS further includes a general data processor for transmitting a corresponding data frame to a general data transmission interval of the superframe according to the QoS setting information of the beacon frame generated by the beacon frame controller. desirable.
  • the QoS data processor When two or more pieces of data are received within the QoS data transmission interval, the QoS data processor is arranged in order of priority and transmits the data to other nodes in order of priority.
  • a method for transmitting a QoS data frame by the mesh coordinator (a) synchronizing a superframe with each node composed of a network by organizing a superframe including a dedicated data transmission interval of the QoS data Making; (b) generating a beacon frame in which QoS is set and transmitting the beacon dedicated section of the superframe, and generating a QoS data frame in which the priority is set; and (c) when the QoS data is transmitted in accordance with the superframe,
  • a method of transmitting a QoS data frame for supporting QoS in a ubiquitous sensor network comprising: transmitting the generated QoS data frame.
  • Step (a) may include calculating a beacon interval, a superframe duration, a beacon dedicated interval, a QoS data transmission interval, and a general data transmission interval; Superframe consisting of the beacon-only section (BOP), QoS data transmission-only section (PQP), contention access section (CAP), general data transmission section (CFP), inactive section (DSP) in order using the calculated section information And synchronizing the configured superframe with each node configured as one network.
  • BOP beacon-only section
  • PQP QoS data transmission-only section
  • CAP contention access section
  • CCP general data transmission section
  • DSP inactive section
  • the beacon frame in which the QoS is set is generated by setting the value of PQP Enabled in the superframe specification field to 1, and determining which period in the superframe to transmit the QoS data to indicate the PQPL value in the beacon payload field. It is preferable to be.
  • a method for organizing a superframe structure by a mesh coordinator comprising: calculating a beacon interval and a superframe duration; Obtaining a beacon-only section by calculating BTTSL and maxBeaconNumber included in the beacon frame; Obtaining a dedicated QoS data transmission section by calculating PQPL and aBaseDuration included in the beacon frame after the obtained beacon dedicated section; Calculating a general data transmission interval by calculating CFPL and aBaseDuration included in the beacon frame; Obtaining a CAP interval between the obtained normal data transmission interval and the QoS data transmission interval by subtracting the beacon-only interval, QoS data transmission-only interval, and general data transmission interval from a superframe duration; and
  • a superframe structure organization method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network comprising: setting a period excluding the superframe duration in a calculated beacon interval as a deep sleep mode (DSP) period. .
  • DSP deep sleep mode
  • a method for a node transmitting a QoS data frame comprising: (a) generating a beacon frame in which QoS is set and determining its beacon slot interval; (b) transmitting the generated beacon frame in the determined beacon slot interval, and generating a prioritized QoS data frame; and (c) in the dedicated dedicated QoS data transmission interval of the superframe synchronized by the mesh coordinator.
  • a method of transmitting a QoS data frame for supporting QoS in a ubiquitous sensor network is provided.
  • a system and method for supporting QoS in a ubiquitous sensor network capable of supporting stable QoS for a WiBEEM device configured with a wireless communication network can be provided.
  • data that requires QoS can be distinguished from general data to improve data transmission quality and stability, and priority is given to QoS data, so that the most important data among QoS data can be transmitted swiftly and reliably. It is possible to provide a system and method for QoS support in a sensor network.
  • QoS can guarantee the transmission of important data when many network devices using various wireless network technologies are scattered in the network, and provide ubiquitous sensors to provide more various services to users using ubiquitous networks.
  • Systems and methods for QoS support in a network can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for supporting QoS in a ubiquitous sensor network according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a mesh coordinator for QoS support according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a node configured with a mesh coordinator and a network for QoS support according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a superframe structure for QoS support according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a beacon frame for QoS setting according to the present invention.
  • FIG. 6 is a detailed view of a superframe specification field in a beacon frame shown in FIG. 5; FIG.
  • FIG. 7 illustrates the beacon payload field in the beacon frame shown in FIG. 5 in detail.
  • FIG 8 illustrates a QoS data frame structure in which QoS is set according to the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a QoS priority field value shown in FIG. 8; FIG.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method for transmitting a QoS data frame by a mesh coordinator according to the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method for organizing a superframe structure by a mesh coordinator according to the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method for transmitting a QoS data frame by a node configured with a ubiquitous sensor network according to the present invention.
  • WMC Wibeem mesh coordinator
  • beacon slot determination unit 314 beacon scheduling information control unit
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for supporting QoS in a ubiquitous sensor network according to the present invention.
  • a system for supporting QoS in a ubiquitous sensor network includes a sensor node 110 and a sensor node 110 including a sensor and a communication module that detects recognition information about a thing or environmental information of a surrounding in real time.
  • Sensor field 120, the sink node 140 receiving the information collected from the sensor field 120, and the information transmitted from the sink node 140 to route to the management server 180 through the communication network.
  • a WiBEEM mesh coordinator (WMC) 160 for transmitting is included.
  • one sink node 140 is responsible for one sensor field 120, and an inactive period, which is an unused period for efficiently managing power of each sensor node 110, is used.
  • the MAC protocol is configured to minimize the power of the sensor nodes 110 for a while, and to use the power only for an active period.
  • the sink node 140 refers to a general device (node) occurring in a wireless communication network and may be represented as a WiBEEM Routable Coordinator (WRC). However, hereinafter, the sensor node 110 and the sink node 140 will be described as nodes 110 and 140.
  • WRC WiBEEM Routable Coordinator
  • the wi-beam mesh coordinator 160 refers to a device (node) that is generated first in the ubiquitous sensor network and may be expressed as a gateway.
  • the wi-beam mesh coordinator 160 will be referred to as a mesh coordinator.
  • the mesh coordinator 160 configures a superframe including a dedicated QoS data transmission section and synchronizes the superframe with each node 110 and 140 of one wireless communication network.
  • the nodes 110 and 140 include a sensor node 110 and a sink node 140.
  • the mesh coordinator 140 generates a beacon frame including the QoS setting information according to whether QoS data transmission is required, and broadcasts it to the beacon-only section of the superframe, and sets the priority when the QoS data transmission is required.
  • a QoS data frame is generated and transmitted in a dedicated QoS data transmission section of the superframe.
  • the mesh coordinator 160 sets QoS in a beacon frame to inform that neighboring nodes will transmit QoS data, and sets priority in data frames to distinguish the importance of data.
  • the mesh coordinator 160 transmits the QoS data generated by the mesh coordinator 160 in a dedicated QoS data transmission section in order of high priority.
  • the mesh coordinator 160 arranges them in a high priority order and transmits them to other nodes or management servers 180 according to the order.
  • the priority may be set for each node by the mesh coordinator 160, or may be set for each node as a default, and for each data or application.
  • the nodes 110 and 140 generate a beacon frame including the QoS setting information according to whether QoS data transmission is required and broadcast it to the beacon-only section of the superframe.
  • a data frame is generated and transmitted in the dedicated QoS data transmission section of the superframe.
  • the nodes 110 and 140 set the QoS in the beacon frame to transmit the QoS data to neighboring nodes when the QoS data needs to be transmitted, and set the priority in the data frame to distinguish the importance of the data.
  • nodes 110 and 140 are activated if they correspond to their addresses when the beacon frame is broadcast by the mesh coordinator 160 or another node, and otherwise are inactive.
  • the nodes 110 and 140 may analyze the beacon frame from the mesh coordinator 160 or another node and generate a beacon frame including information on whether QoS is set by being activated when it corresponds to its own address. Broadcasts in a beacon-only section of the data stream, and if QoS is set, generates a priority data frame and transmits it to the QoS data transmission-only section of the superframe. Transmit in the transmission section.
  • the nodes 110 and 140 transmit the QoS data generated by the nodes 110 and 140 in a dedicated QoS data transmission section in order of high priority.
  • the nodes 110 and 140 sort them in a high priority order and transmit them to other nodes or the mesh coordinator 160 according to the order.
  • the mesh coordinators 110 and 140 and the nodes 110 and 140 give priority to QoS data so that the data having high priority is distinguished from general data and processed first.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a mesh coordinator for QoS support according to the present invention.
  • the mesh coordinator 160 for QoS support includes a communication unit 162 for communicating with a node, a superframe structure coordinator 164, a beacon frame control unit 166, a QoS data processing unit 168, General data processing unit 170 is included.
  • the superframe structure coordinator unit 164 coordinates the superframe structure including the QoS data transmission-only section to synchronize the superframe with each node of one network.
  • the superframe organized by the superframe structure coordinator unit 164 includes a beacon-only period (BOP) which is a section in which one or more beacon frames are transmitted, a dedicated QoS data transmission section (PQP) for QoS data transmission, Contention Access Period (CAP), General Data Transmission Period (CFP) for real time transmission of general data, and Inactivity Period (DSP, Deep Sleep Mode).
  • BOP beacon-only period
  • PQP dedicated QoS data transmission section
  • CAP Contention Access Period
  • CPP General Data Transmission Period
  • DSP Inactivity Period
  • DSP Deep Sleep Mode
  • the superframe structure configured as described above has the same structure and has the same spacing for the nodes in which one wireless communication network is completed, so that the superframe structure is synchronized and used.
  • the beacon frame control unit 166 In order to implement QoS, it is necessary to inform neighboring nodes about whether to set up QoS. To use QoS, the beacon frame control unit 166 generates a beacon frame in which QoS setting information is displayed. do.
  • the beacon frame control unit 166 generates a beacon frame including the QoS setting information according to whether the QoS data transmission is necessary and broadcasts to the beacon dedicated section of the superframe generated by the superframe structure coordinator unit 164. Cast.
  • the beacon frame generated by the beacon frame control unit 166 includes a frame control field, a beacon sequence number field, a source address information field, and a superframe specification indicating whether QoS is set. (Superframe Specification) field, CFP field, Pending Address Field (Pending Address Field) in which the address specification awaiting transmission is indicated, Beacon Payload Field (Peacon Payload) in which PQPL information is displayed, and FCS field.
  • beacon frame configured as described above will be made with reference to FIG. 5.
  • the beacon frame control unit 166 sets the value of PQP Enabled in the superframe specification field of the beacon frame to 1 to inform neighboring nodes to transmit QoS data to this superframe. Set the value of Enabled to 0 to inform neighboring nodes that they do not have QoS data.
  • the beacon frame control unit 166 sets the value of PQP Enabled in the superframe specification field of the beacon frame to 1, and determines which period in the superframe to use QoS. The value is displayed in the PQPL subfield in the beacon payload field to generate a beacon frame requiring QoS data transmission.
  • a beacon payload field of the beacon frame generated by the beacon frame controller 166 will be described with reference to FIG. 7.
  • the actual QoS data must be transmitted to the destination.
  • the first part of the actual transmission data should also indicate that the QoS data.
  • the most important data and the importance data may be higher than general data but lower than the most important data. Priority is also given within QoS data.
  • the classification of the QoS data and the general data as well as assigning priority to the QoS data are performed by the QoS data processing unit 168.
  • the QoS data processing unit 168 sets the priority of the data frame and transmits the priority to the QoS data transmission dedicated section of the superframe.
  • the QoS data frames set by the QoS data processor 168 may include a frame control field in which QoS priorities are set, a sequence number field in which unique sequence IDs for transmitted frames are displayed, and four It includes an addressing field, a frame payload field, and a frame check sequence (FCS) field for error detection.
  • a frame control field in which QoS priorities are set
  • a sequence number field in which unique sequence IDs for transmitted frames are displayed
  • FCS frame check sequence
  • the QoS data processor 168 transmits the data to other nodes in order of priority by sorting them according to priority.
  • the general data processing unit 170 transmits the data frame to the general data transmission section of the superframe.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a mesh coordinator and a node configured with a network for QoS support according to the present invention.
  • a node configured with a mesh coordinator and a network for supporting QoS described below refers to the sensor node 110 or the sink node 140 shown in FIG. 1.
  • the node 300 configured with the mesh coordinator and the network includes a communication unit 302, a superframe synchronization unit 304, a beacon slot determination unit 306, a beacon frame control unit 308, and a QoS data processing unit 310. ), A general data processor 312 and a beacon scheduling information controller 314.
  • the communication unit 302 performs beacon and data transmission and reception through a network using a superframe having a beacon dedicated section in which two or more beacons are transmitted in one superframe.
  • the superframe synchronization unit 304 synchronizes to the superframe transmitted from the mesh coordinator through the communication unit 302.
  • the beacon slot determiner 306 determines its beacon slot in a section excluding the beacon slots of neighboring nodes among the beacon dedicated sections of the superframe synchronized by the superframe synchronization unit 304, and determines the determined beacon of its own beacon.
  • the communication unit 302 is controlled to transmit a beacon frame in a slot.
  • the beacon frame controller 308 If there is data to be transmitted, the beacon frame controller 308 generates a beacon frame including QoS setting information according to whether QoS data transmission is required and transmits the beacon slot determined by the beacon slot determiner 306. do.
  • beacon frame generated by the beacon frame controller 308 corresponds to FIG. 5, a description thereof will be omitted.
  • the QoS data processor 310 sets a priority of the data frame and transmits the priority to the QoS data transmission dedicated section of the superframe.
  • the QoS data processor 310 arranges the data according to the priority and transmits the data to the other nodes in order of priority.
  • the beacon scheduling information controller 314 allows the beacon scheduling information including its beacon slot information and beacon slot information of its neighbor node to be transmitted to the neighbor node so that the neighbor node can determine its beacon slot. .
  • the general data processing unit 312 transmits the data frame in the general data transmission interval of the superframe.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a superframe structure for supporting QoS according to the present invention.
  • a superframe includes a beacon-only period (BOP) 410 which is a section in which one or more beacon frames are transmitted, a QoS data transmission dedicated section (PQP) 420 for QoS data transmission,
  • the contention access period (CAP) 430 is divided into a general data transmission period (CFP) 440 for real-time transmission of general data, and a deep sleep mode (DSP) 450.
  • BOP beacon-only period
  • PQP QoS data transmission dedicated section
  • CAP contention access period
  • CCP general data transmission period
  • DSP deep sleep mode
  • the beacon dedicated section 410 is a section required for beacon scheduling, and is obtained by multiplying the size of the beacon slot (BTTSL) and the maximum number of beacons (maxBeaconNumber) transmitted by the beacon.
  • the size of the beacon slot (BTTSL) transmitted by the self is indicated in the beacon frame.
  • the QoS data transmission dedicated section 420 is obtained by multiplying the PQP size (PQPL) by the symbol number (aBaseDuration) of the slots constituting the superframe when the superframe order is '0'.
  • the PQP size (PQPL) is indicated in the beacon frame.
  • the general data transmission interval (CFP) 440 is obtained by multiplying the CFP size (CFPL) by the symbol number (aBaseDuration) of the slots constituting the superframe when the superframe order is '0'.
  • the contention access section 430 is located between the QoS data transmission dedicated section 420 and the general data transmission section 440, and the beacon dedicated section 410 and the QoS data transmission dedicated section (SD) in the superframe durationg (SD). 420, minus the general data transmission interval 440.
  • the SD is obtained by a product of aBaseSuperframeduration and 2 SO , and the aBaseSuperframeduration refers to the number of symbols constituting the superframe when the superframe order is '0'.
  • the inactive section 450 is a section for utilizing a low power function, and refers to a section excluding the SD from a beacon interval (BI).
  • the beacon interval is obtained by multiplying the aBaseSuperframeduration by 2 BO .
  • the superframe structure configured as described above has the same structure and has the same spacing for nodes in which one network is completed, so that the superframe structure is synchronized.
  • Each node completes the transmission / reception of data required during one superframe period, and data transmission / reception occurs in the middle of the data transmission period of the superframe period unless the data is divided and transmitted. In case of data that cannot be transmitted, it is transmitted / received in the next superframe section.
  • the general data transmission interval (CFP) 440 is indicated as being present in the superframe, but the general data transmission interval (CFP) 440 may be an optional part, and the CAP may occupy the entire portion. have.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a beacon frame for QoS setting according to the present invention
  • FIG. 6 is a diagram illustrating in detail a superframe specification field in a beacon frame illustrated in FIG. 5
  • FIG. 7 is a diagram in a beacon frame illustrated in FIG. 5. Detailed description of the beacon payload field.
  • the beacon frame includes a frame control field, a beacon sequence number field, a source address information field, and a superframe specification field indicating whether QoS is set. , A CFP field, a Pending Address Field indicating an address specification waiting for transmission, a Beacon Payload field indicating PQPL information, and a FCS field.
  • the network node is only activated when it checks its own address when the beacon is broadcast, otherwise it returns to inactive mode.
  • the superframe specification field includes a beacon order that defines the transmission interval of the beacon, and a superframe order that defines the length of time during which the superframe is active, including a beacon frame transmission time. Order), a final CAP slot indicating the duration of the CAP, a battery life extension, and subfields of PQP enable, PAN coordinator, and association permit indicating whether to set QoS.
  • the Beacon Order subfield has a 4-bit length and defines a transmission interval of a beacon.
  • BO is the beacon transmission interval
  • BI is the beacon interval
  • BI aBaseSuperframeduration * 2 BO symbols, where 0 ⁇ BO ⁇ 14.
  • the Superframe Order subfield is 4 bits long and defines the length of time during which the superframe is active (when the receiver is available), including the beacon frame transmission time. Each node should be able to communicate with other nodes in the PAN only during the superframe active period.
  • the SO of Superframe Order and the SD of Superframe Duration are calculated as follows.
  • the superframe should not become an active section immediately after transmitting a beacon.
  • Final CAP Slot should be more than aMinCAPLength value. However, if it is necessary to increase the beacon frame length in order to perform CFP maintenance, an exception may be applied that may temporarily be smaller than the aMinCAPLength value.
  • the battery life extension subfield is 1 bit long.
  • the PQP Enabled subfield indicates whether QoS is used. If the value is 1, QoS is used, and if it is 0, it is determined that it is not used.
  • the PAN Coordinator subfield has 1 bit and a beacon frame is transmitted from the mesh coordinator, it is set to '1'. Otherwise, it is set to '0'.
  • the Association permit subfield is 1 bit long and set to 1 if macAssociationPermit is set to TRUE (if the coordinator allows association in the PAN). If the coordinator does not currently accept association requests in its network, set the association permit bit to zero.
  • the value of PQP Enabled in the superframe specification field of the beacon frame is set to 1, and it is determined for which interval in the superframe to use the QoS in the PQPL subfield in the beacon payload field. The value is displayed to generate a beacon frame that requires QoS data transmission.
  • the beacon payload field of the beacon frame will be described in detail with reference to FIG. 7.
  • the beacon payload field includes a BOPL for determining how many beacons are to be transmitted within a BOP size, MyBTTS (BeaconTxTimeSlot) indicating a beacon transmission time of a device transmitting a beacon, and the size of a beacon slot transmitted by the beacon.
  • Beacon Tx Time Slot Length BTTSL
  • Depth indicating the depth information of the device sending the beacon
  • Next Address Available NAA
  • PQP Length that contains the address value of the parent device corresponding to the address value of the child device. It consists of subfields of PQPL that occur when the PQP enable value in the frame specification display unit is one.
  • Beacon Tx Time Slot Length indicates the size of a beacon slot that it transmits. This means that one network must have the same value, and the size of the beacons it transmits plus the TxBeaconMargin value.
  • the overall size of the BOP may be calculated by multiplying the Max Beacon Number by the BTTSL value.
  • Child Short Address puts the address value of the child node of the parent-child relationship that requested the connection to the node sending the beacon.
  • the Parent Short Address is processed by putting its own address value, that is, the node of the parent position corresponding to the address value of the child node.
  • Child Device Type distinguishes between upper 4 bits and lower 4 bits.
  • the lower 4 bits indicate whether the child node is a mobile device or a fixed device. This creates a value consistent with the Mobility subfield of the MAC Capability data format.
  • the mobility subfield is a mobile device
  • the lower 4 bits of the child device type have a value of 1, and if it is a fixed type, it has a value of 0 to match the value of this field.
  • the upper 4 bits are needed for use in conjunction with routing table management at the network layer for the lower node with the child short address value.
  • the lower node When the lower node is connected to the node that transmits the beacon, it sends the upper 4 bits to 0 to inform other nodes that the connection is ongoing.If the lower node is disassociated, change this value to 1. This field is used to inform that the child node that has the Child Short Address value is currently disconnected and to update the routing table through this.
  • My Profile ID is a profile of WiBEEM and you can check whether it is a device using WiBEEM protocol.
  • the PQPL field is a field that occurs when the PQP Enable value in the superframe specification of the Beacon Frame is 1 as the PQP Length. This field is a value required to calculate the length of the QoS interval when using QoS.
  • the beacon payload field configured as described above may be designated up to aMaxBeaconPayloadLength octet. If maxBeaconPayloadLength is nonzero, the octet included in maxBeaconPayload should be put in this field.
  • a node receives a beacon with a beacon payload, it notifies the network layer and processes the information included in the superframe specification field and the address list field. If a beacon with no beacon payload is received by the MAC, it is interpreted immediately and the information contained in the superframe specification field and address list field is processed.
  • PQP Enabled in the superframe specification field of the beacon frame is 1, this indicates to neighboring nodes to transmit QoS data to this superframe. If the value is 0, it means that the QoS data is not included.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a QoS data frame structure in which QoS is set according to the present invention
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a QoS priority field value shown in FIG. 8.
  • a QoS data frame includes a frame control field in which QoS is set, a sequence number field indicating a unique sequence ID for a transmitted frame, four addressing fields, and a frame payload field. And a frame check sequence (FCS) field for error detection.
  • FCS frame check sequence
  • the Frame Control Field is composed of a frame type, a security enable field, frame pending, Ack Request, Intra PAN, Destination Addressing Mode, QoS Priority, and Source Addressing Mode.
  • Frame Type field is "001", it means data type, "010” means Acknowledgement type, "011” means MAC Command type, and "000” means Beacon type.
  • MIB MAC Information Base
  • Frame Pending is set to "1" when there is additional data after transmitting the current data and "0" when there is no more data.
  • the "Ack Request" assigned with 1 bit should send an Ack frame when the receiving terminal receiving the data or MAC Command Frame is set to "1".
  • Intra PAN is allocated 1 bit, and is determined according to whether to transmit MAC frame in the same PAN or MAC frame in another PAN.
  • the two bits of Destination Addressing Mode and Source Address Mode indicate that "00” means that there is no mesh ID and address fields, and "01" is not used. "10” represents a 16-bit Short Address field and "11” represents a 64-bit Extended Address field.
  • the "Sequence Number” field which has an 8-bit length, indicates a unique sequence ID for the frame being transmitted.
  • the QoS priority uses 2 bits, and the values in the MAC and NWK layers are compared with each other to have the same value.
  • the QoS priority divided into two bits is classified as shown in FIG. 9, and the number of backoffs is limited according to the priority.
  • Priority is divided into four cases because the data size allocated for QoS Priority is 2 bits.
  • Data with priority 0 has a backoff value between 0 and 5
  • data with priority 1 has a backoff value between 0 and 7
  • data with priority 2 has a backoff value.
  • the data with priority 3 has a backoff value between 0-15.
  • This Priority bit is a variable data bit that can use multiple bits according to the user's situation.
  • Management related to such priority is to select the QoS priority in the frame control field, and in case of data, determine the priority after the application is determined. At this time, the highest priority is not generally used when forming QoS data.
  • the node transmitting the QoS data frame first transmits the highest priority data among the QoS data generated by the node, and general data not given priority is transmitted during the CAP period.
  • the node receiving the QoS data frame transmits the higher priority even if the lower priority data received in the PQP is received before the higher data.
  • the Destination Mesh Identifier field represents a unique Mesh Id that has a 16-bit or 64-bit length and receives a frame.
  • the Destination Address field has a length of 16 bits or 64 bits and indicates an address of a node receiving a frame.
  • the 16-bit source mesh identifier identifies the unique mesh ID that transmits the frame.
  • a source address having a length of 16 bits or 64 bits is a field indicating an address of a node transmitting a frame.
  • the Frame Payload field has a variable length and has a maximum length of 114 bytes and a minimum of 102 bytes.
  • the data contained in the payload includes information indicating individual frame types. If the Security Enabled field is set to 1, the payload is protected by the Security Suite.
  • the FCS field is a field having a 16-bit CRC (Cycle Redundancy Code).
  • the QoS data frame configured as described above may assign priority to the QoS data as well as to distinguish between QoS data and general data.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of transmitting a QoS data frame by a mesh coordinator according to the present invention.
  • the mesh coordinator organizes a superframe including a QoS data transmission dedicated section and synchronizes the superframe with each node configured as one network (S1000).
  • the mesh coordinator calculates a beacon interval, a superframe duration, a beacon dedicated section, a QoS data transmission section, and a general data transmission section, and uses the calculated section information to beacon only section (BOP) and QoS.
  • a superframe consists of a data transmission only section (PQP), a contention access section (CAP), a general data transmission section (CFP), and an inactive section (DSP, Deep Sleep Mode).
  • the mesh coordinator determines whether QoS data transmission is necessary (S1002).
  • the mesh coordinator If the QoS data transmission is necessary as a result of the determination of S1002, the mesh coordinator generates a beacon frame in which QoS is set and transmits the beacon dedicated section of the superframe (S1004).
  • the mesh coordinator sets the value of PQP Enabled in the superframe specification field to 1, determines which period in the superframe to use, and displays the PQPL value in the beacon payload field to determine the QoS. Create a beacon frame. A detailed description of the beacon frame will be made with reference to FIG. 4.
  • the mesh coordinator After performing S1004, the mesh coordinator generates a QoS data frame having a priority setting (S1006), and determines whether a QoS data transmission interval has been reached using the superframe (S1008).
  • the mesh coordinator transmits the generated QoS data frame (S1010).
  • the mesh coordinator If it is determined in S1002 that the QoS data is not required to be transmitted, the mesh coordinator generates and transmits a beacon frame indicating that QoS is not used in the PQP enable field (S1012).
  • the mesh coordinator determines whether a general data transmission section is performed (S1014), and transmits the data frame in the general data transmission section (S1016).
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method for organizing a superframe structure by a mesh coordinator according to the present invention.
  • the mesh coordinator calculates a beacon interval and superframe duration (S1100).
  • the mesh coordinator calculates BTTSL and maxBeaconNumber included in the beacon frame to obtain a beacon-only section (S1102), and calculates the PQPL and aBaseDuration included in the beacon frame after the obtained beacon-only section, thereby providing QoS data transmission-only section. It is obtained (S1104).
  • the mesh coordinator calculates a general data transmission interval by calculating CFPL and aBaseDuration included in the beacon frame (S1106), and in the SD between the obtained general data transmission interval and the QoS data transmission interval in the SD beacon dedicated interval, QoS data A CAP interval is obtained by using a value obtained by subtracting a transmission only interval and a general data transmission interval (S1108).
  • the mesh coordinator sets a section excluding the aBaseSuperframeduration section to a deep sleep mode (DSP) section in the calculated beacon interval (S1110).
  • DSP deep sleep mode
  • the mesh coordinator is composed of a beacon dedicated section (BOP), QoS data transmission dedicated section (PQP), contention access section (CAP), general data transmission section (CFP), inactive section (DSP, Deep Sleep Mode) Superframe can be organized.
  • BOP beacon dedicated section
  • PQP QoS data transmission dedicated section
  • CAP contention access section
  • CCP general data transmission section
  • DSP Deep Sleep Mode
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method for transmitting a QoS data frame by a node configured with a ubiquitous sensor network according to the present invention.
  • the node determines whether QoS data transmission is necessary (S1200), and generates a beacon frame in which QoS is set when QoS data transmission is required (S1202). At this time, the node should be synchronized with the superframe organized by the mesh coordinator.
  • the node determines its own beacon slot interval in the beacon dedicated interval in the superframe in order to transmit the generated beacon frame (S1204). That is, the node determines its own beacon slot in the section excluding the beacon slot of the neighbor node among the beacon dedicated sections of the superframe.
  • the node transmits the generated beacon frame (S1208), and generates a QoS data frame having a priority set (S1210).
  • the node determines whether a QoS data transmission interval has been reached using the superframe (S1212).
  • the node transmits the generated QoS data frame (S1214). In this case, when two or more QoS data frames exist, the node transmits them in the QoS data transmission dedicated section in order of high priority.
  • the node If it is determined in S1200 that the QoS data is not required to be transmitted, the node generates a beacon frame indicating that QoS is not used in the PQP enable field (S1216).
  • the node determines its own beacon slot section in a beacon dedicated section within a superframe (S1218), and when the determined beacon slot section is reached (S1220), the generated beacon frame is generated. It transmits (S1222).
  • the node determines whether it becomes a general data transmission section (S1224), and transmits the corresponding data frame in the general data transmission section (S1226).
  • the system and method for QoS support in the ubiquitous sensor network can support stable QoS for devices in a wireless communication network, and set and prioritize QoS data to ensure data transmission quality and stability according to data importance. Applicable to the technology that needs to be secured.

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Abstract

본 발명은 QoS(Quality of Service) 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 상기 슈퍼프레임을 동기화하는 메쉬 코디네이터(Mesh Coordinator), QoS 데이터를 전송할 필요에 따라 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, QoS 데이터를 전송하는 경우 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 노드로 구성된 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, QoS 데이터의 경우 일반 데이터와 구분을 두어 데이터 전송 품질의 향상 및 안정성을 확보할 수 있고, QoS 데이터에 우선순위를 두어 QoS 데이터 간에도 가장 중요한 데이터의 경우 가장 빠르고 안정적으로 전송할 수 있다.

Description

유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법
본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 상기 슈퍼프레임을 동기화하고, QoS 데이터 전송이 필요한 경우 비컨 프레임을 이용하여 주변 노드에 QoS 데이터의 전송 여부를 알리고, 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 QoS 데이터 전송 전용 구간에 우선순위에 따라 전송하여 QoS 데이터간의 데이터 중요도를 구분할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network : USN)는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술의 핵심 기술 중 하나로서 다양한 센서 노드를 결합하여 생성된 데이터를 응용서비스 서버와 연동하는 기술로서, 일반적인 센서와는 다르게 발생하는 여러 경우의 데이터를 센서 자체에서 지능형 컴퓨터와 같이 수집 또는 처리를 할 수 있는 능력을 가지고 있다.
단일한 센서에 의한 감시는 하드웨어의 수준에 따라 감시 영역이나 정확도에서 제약이 발생한다. 그러나 여러 노드에서 수집되는 정보를 병합한다면 실세계의 상황을 보다 정확하고 신뢰성 있게 관찰이 가능할 것이다.
USN이 적용될 수 있는 분야는 재난방재, 환경감시, 지능형 물류관리, 실시간 감시, 모바일 헬스케어, 홈 시큐리티, 기계 고장 진단 등 실세계의 다양한 현상을 감지하는 것이며, 이외에도 원격 감시가 필요한 많은 응용 분야에 적용이 가능하다.
USN은 많은 수의 노드가 광범위한 지역에 감시임무를 위해 배포되고 센서를 통해 감지된 데이터는 네트워크 내부에서 데이터 처리를 통해 보다 상위의 이벤트로 변화된 후 원격의 관리자에게 전달되는데, 이때 저속, 저전력의 멀티 홉(Multi-Hop) 무선 네트워크를 통해 데이터가 전송된다.
한편, 우리나라는 차세대 네트워크인 USN을 IPv6, BcN과 함께 IT 839의 3대 인프라 기술 중 하나로 선정하여 기술 개발에 힘을 모으고 있는 실정이다.
이와 같은 무선 통신 네트워크 기술에는 Bluetooth, ZigBee, Motes 등과 같은 기술이 있지만 이 기술들은 지나치게 긴 Association 시간, 메쉬 네트워크로의 미흡한 확장성, 기기의 이동성 미지원, 높은 전력 소모, 어드레싱 확장의 곤란성 등 다양한 문제를 가지고 있어서 u-City Core 서비스에는 사용이 불가능한 기술이다. 이 문제를 해결하기 위해 WiBEEM (Wireless Beacon-enabled Energy-Efficient Mesh network) 기술이 개발되었다.
새로 개발된 WiBEEM 기술은 전체 네트워크가 비컨을 이용하여 하나의 네트워크로 동기화되어 비컨 충돌 회피 기술을 기반으로 저전력으로 Mesh Network 동작을 지원하며 NAA(Next Address Avaliable) 기반 주소 할당 방식을 적용하여 Short Address를 효율적으로 할당할 수 있어서 최대 65,536개 까지 많은 기기를 제어할 수 있게 되었으며 이를 기반으로 댁내는 물론 집 바깥으로 나온 u-City에서도 이 기술을 이용할 수 있게 되는 것이다.
WiBEEM 기술의 가장 큰 특징은 비컨 모드에서도 메쉬 네트워크가 안정적으로 동작하여 낮은 전력을 소모하는 효율적인 무선 네트워크라는 것이다. 무선 Mesh Network가 안정적으로 동작한다는 것은 기존의 무선 통신이 유선 통신 기술을 백본 네트워크로 사용하여 통신을 하는 것에서 한 단계 올라선 기술로 통신 범위 내에 있는 모든 센서 네트워크 기기는 물론 RF범위 바깥에 있는 기기도 중간의 기기들이 존재하면 이 중간 노드들을 통해 통신이 가능함을 의미한다.
이와 같은 WiBEEM 기술은 WPAN 응용을 위해 효율적인 통신 방법을 제공하고 유비쿼터스 환경에 맞도록 이동성을 지원하는 무선 프로토콜이다.
WiBEEM 프로토콜과 같이 비컨 모드로 메쉬 네트워크가 동작하게 되었을 때의 장점으로는 각 기기가 Deep Sleep Mode로 동작하는 구간으로 들어 갈 수 있는 비활동(Inactive) 구간의 시기를 정할 수 있으므로 전력 소모의 효율성을 높일 수 있다는 것이다.
이러한 WiBEEM 프로토콜은 또한 이동성을 지원한다는 큰 장점을 가지고 있다. 이동성이 지원되면 WPAN 내 어디서나 자유로운 통신이 가능하게 되는 통신 구역의 자율성을 가져오게 된다.
그러나 종래의 WiBEEM 규격은 안정적인 QoS(Quality of Service)를 지원해 주는 USN 기술이 아니다. 예를 들어 어떤 노인이 자신의 건강을 안정적으로 지켜달라며 다른 사람보다 많은 서비스료를 내는 경우 적은 돈만으로도 아주 기본적인 서비스만을 필요로 하는 건강한 젊은이와는 다른 종류의 서비스와 이에 따르는 QoS를 제공해 줄 수 있는 시스템이어야 하므로 WiBEEM 기술에서 QoS 지원 기술은 매우 중요한 의미를 갖는다.
또한, 지하 매설물 관리의 경우 도시가스 누출을 탐지하는 센서 정보는 상수도 관리를 위한 센서 정보와는 다른 수준의 QoS를 필요로 하게 되며 이러한 다른 서비스에 따라 QoS 파라미터를 다르게 정리하여 CAP (Contention Access Period) 구간에서 다른 Backoff Time을 설정하는 방식 등이 적용되어야 하는 필요가 있다.
본 발명의 목적은 무선 통신 네트워크가 구성된 WiBEEM 기기에 안정적인 QoS를 지원할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 네트워크에서 주변 노드에 QoS 데이터라는 것을 알릴 수 있고, QoS 데이터 간에 우선순위를 두어 데이터의 중요도를 구분할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 QoS가 필요한 데이터의 경우 일반 데이터와 구분을 두어 데이터 전송 품질의 향상 및 안정성을 확보할 수 있고, QoS 데이터에 우선순위를 두어 QoS 데이터 간에도 가장 중요한 데이터의 경우 가장 빠르고 안정적으로 전송할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 무선 네트워크 기술을 적용한 많은 네트워크 기기가 네트워크 내에 산재해 있을 때 중요 데이터의 전송을 보장해 줄 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하고 네트워크 내의 각 노드와 상기 슈퍼프레임을 동기화하는 메쉬 코디네이터;및 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 노드;를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템이 제공된다.
상기 메쉬 코디네이터는 상기 구성된 네트워크에서 가장 먼저 생성된 노드인 것이 바람직하다.
상기 메쉬 코디네이터는 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 것이 바람직하다.
상기 슈퍼프레임은 비컨 프레임이 전송되는 구간인 비컨 전용 구간(BOP), QoS 데이터 전송을 위한 QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP), 경쟁 접근 구간(CAP), 일반 데이터 전송을 위한 일반 데이터 전송 구간(CFP), 비활동 구간(DSP)으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 메쉬 코디네이터 또는 노드는 자신이 생성한 QoS 데이터를 우선순위가 높은 순으로 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 것이 바람직하다.
상기 메쉬 코디네이터 또는 노드는 복수의 데이터 프레임이 수신된 경우 우선순위가 높은 순위로 정렬하여 그 순서에 따라 다른 노드로 전송하는 것이 바람직하다.
상기 QoS 데이터 프레임의 우선순위는 메쉬 코디네이터에 의해 각 노드별로 설정되거나 각 노드별로 디폴트로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 노드는 상기 메쉬 코디네이터 또는 다른 노드에 의해 비컨 프레임이 브로드캐스팅될때 자신의 어드레스와 상응하는 경우 활성화되고, 그렇지 않은 경우 비활성화 상태(inactive)인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 노드와의 통신을 위한 통신부; QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임 구조를 코디네이터하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 슈퍼프레임을 동기화하는 슈퍼프레임 구조 코디네이터부; QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임 구조 코디네이터부에 의해 생성된 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하는 비컨 프레임 제어부;및 상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 QoS 데이터 처리부;를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터가 제공된다.
상기 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터는 이웃 노드가 자신의 비컨 슬롯을 결정할 수 있도록 하기 위해, 자신의 비컨 슬롯 정보 및 자신의 이웃 노드의 비컨 슬롯 정보를 포함하는 비컨 스케쥴링 정보가 이웃 노드로 전송되도록 하는 비컨 스케줄링 정보 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다
상기 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터는 상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임을 상기 슈퍼프레임의 일반 데이터 전송 구간에 전송하는 일반 데이터 처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 비컨 프레임 제어부는 프레임 제어(Frame Control) 필드, 비컨 시퀀스 넘버(Beacon Sequence Number) 필드, 소스 어드레스 정보(Source Address Information) 필드, QoS 설정 여부가 표시된 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드, CFP 필드, 전송을 기다리는 어드레스 사양이 표시된 팬딩 어드레스 필드(Pending Address Field), PQPL 정보가 표시된 비컨 페이로드 필드(Beacon Payload), FCS 필드를 포함하는 비컨 프레임을 생성하는 것이 바람직하다.
상기 슈퍼프레임 사양 필드는 비컨의 전송 간격을 규정한 비컨 오더(Beacon Order), 비컨 프레임 전송 시간을 포함하여 슈퍼프레임이 액티브 구간중의 시간의 길이를 규정하는 슈퍼프레임 오더(Superframe Order), CAP의 duration을 표시하는 Final CAP Slot, Battery life Extension, QoS 설정 여부를 나타내는 PQP 인에이블, PAN 코디네이터, association permit의 서브 필드로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 비컨 페이로드 필드는 BOP 크기 내에 몇 개의 비컨을 송신할 것인지를 결정하는 BOPL, 비컨을 전송하는 기기의 비컨 전송시간을 나타내는 MyBTTS(BeaconTxTimeSlot), 자신이 전송하는 비컨 슬롯의 크기를 나타내는 BTTSL(Beacon Tx Time Slot Length), 비컨을 전송하는 기기의 깊이 정보를 나타내는 Depth, 새로 할당해줄 주소값을 알리기 위한 NAA(Next Address Available), 비컨을 전송하는 기기에 연결을 요청한 부모-자식 관계의 자식 기기의 주소값을 넣는 Child Short Address, 자식 기기의 주소값에 대응하는 부모 기기의 주소값을 넣는 Parent Short Address, HOP count, Child device type, My profile ID, PQP Length로서 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양 표시부내 PQP 인에이블 값이 ‘1’일 때 발생하는 PQPL의 서브 필드로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 비컨 프레임 제어부는 QoS 데이터를 전송하는 경우 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하고, QoS 데이터를 슈퍼프레임내의 어느 구간 동안 전송할지를 결정하여 비컨 페이로드 필드내의 PQPL 값을 표시하여 비컨 프레임을 생성하는 것이 바람직하다.
상기 QoS 데이터 처리부는 QoS 우선 순위가 설정된 프레임 제어(Frame control) 필드, 전송되는 프레임에 대한 고유 시퀀스 ID가 표시된 시퀀스 넘버(Sequence Number) 필드, 4개의 어드레싱 필드, 프레임 페이로드 필드, 에러 검출을 위한 FCS(Frame Check Sequence) 필드를 포함하는 QoS 데이터 프레임을 생성하는 것이 바람직하다.
상기 QoS 데이터 처리부는 QoS 데이터 전송 구간내에 둘 이상의 데이터가 수신된 경우, 우선 순위에 따라 정렬하여 우선순위 순으로 다른 노드로 전송하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 비컨 전용구간을 갖는 슈퍼프레임을 사용하는 네트워크를 통해 비컨 및 데이터 송수신을 수행하는 통신부; 상기 통신부를 통해 메쉬 코디네이터로부터 전송된 슈퍼프레임에 동기화하는 슈퍼프레임 동기화부; 상기 슈퍼프레임 동기화부에 의해 동기화된 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간 중 이웃 노드의 비컨 슬롯을 제외한 구간에서 자신의 비컨 슬롯을 결정하고, 상기 결정된 자신의 비컨 슬롯에서 비컨 프레임이 전송되도록 상기 통신부를 제어하는 비컨 슬롯 결정부; QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 비컨 슬롯 결정부에서 결정된 비컨 슬롯에 전송되도록 하는 비컨 프레임 제어부;및 상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 QoS 데이터 처리부;를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 노드가 제공된다.
상기 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 노드는 이웃 노드가 자신의 비컨 슬롯을 결정할 수 있도록 하기 위해, 자신의 비컨 슬롯 정보 및 자신의 이웃 노드의 비컨 슬롯 정보를 포함하는 비컨 스케쥴링 정보가 이웃 노드로 전송되도록 하는 비컨 스케줄링 정보 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 노드는 상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임을 상기 슈퍼프레임의 일반 데이터 전송 구간에 전송하는 일반 데이터 처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 QoS 데이터 처리부는 QoS 데이터 전송 구간내에 둘 이상의 데이터가 수신된 경우, 우선 순위에 따라 정렬하여 우선순위 순으로 다른 노드로 전송하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 메쉬 코디네이터가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서, (a)QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 슈퍼프레임을 동기화하는 단계; (b) QoS가 설정된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 전송하고, 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하는 단계;및 (c)상기 슈퍼프레임에 따라 QoS 데이터 전송 전용 구간이 되면, 상기 생성된 QoS 데이터 프레임을 전송하는 단계;를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 QoS 데이터 프레임 전송 방법이 제공된다.
상기 (a)단계는, 비컨 인터벌, 슈퍼프레임 듀레이션, 비컨 전용 구간, QoS 데이터 전송 전용 구간, 일반 데이터 전송 구간을 계산하는 단계; 상기 계산된 구간 정보를 이용하여 비컨 전용 구간(BOP), QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP), 경쟁 접근 구간(CAP), 일반 데이터 전송 구간(CFP), 비활동 구간(DSP) 순으로 구성된 슈퍼프레임을 구성하는 단계;및 상기 구성된 슈퍼프레임을 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 동기화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 QoS가 설정된 비컨 프레임은 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하고, QoS 데이터를 슈퍼프레임내의 어느 구간 동안 전송할지를 결정하여 비컨 페이로드 필드내의 PQPL 값을 표시하여 생성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 메쉬 코디네이터가 슈퍼프레임 구조를 조직하는 방법에 있어서, 비컨 인터벌(Beacon Interval) 및 슈퍼프레임 듀레이션(Superframe Duration)을 계산하는 단계; 비컨 프레임에 포함된 BTTSL과 maxBeaconNumber을 연산하여 비컨 전용 구간을 구하는 단계; 상기 구해진 비컨 전용 구간 다음에 상기 비컨 프레임에 포함된 PQPL과 aBaseDuration을 연산하여 QoS 데이터 전송 전용 구간을 구하는 단계; 상기 비컨 프레임에 포함된 CFPL과 aBaseDuration을 연산하여 일반 데이터 전송 구간을 구하는 단계; 상기 구해진 일반 데이터 전송 구간과 상기 QoS 데이터 전송 구간 사이에 슈퍼프레임 듀레이션(Superframe Duration)에서 상기 비컨 전용 구간, QoS 데이터 전송 전용 구간, 일반 데이터 전송 구간을 뺀 값을 이용하여 CAP 구간을 구하는 단계;및 상기 계산된 비컨 인터벌에서 상기 슈퍼프레임 듀레이션(Superframe Duration) 구간을 제외한 구간을 DSP(Deep Sleep Mode) 구간으로 설정하는 단계;를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 슈퍼프레임 구조 조직 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 노드가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서, (a) QoS가 설정된 비컨 프레임을 생성하고 자신의 비컨 슬롯 구간을 결정하는 단계; (b)상기 결정된 비컨 슬롯 구간에 상기 생성된 비컨 프레임을 전송하고, 우선 순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하는 단계;및 (c)메쉬 코디네이터에 의해 동기화된 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 상기 생성된 QoS 데이터 프레임을 전송하는 단계;를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 QoS 데이터 프레임 전송 방법이 제공된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 무선 통신 네트워크가 구성된 WiBEEM 기기에 안정적인 QoS를 지원할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 무선 통신 네트워크에서 주변 노드에 QoS 데이터라는 것을 알릴 수 있고, QoS 데이터 간에 우선순위를 두어 데이터의 중요도를 구분할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, QoS가 필요한 데이터의 경우 일반 데이터와 구분을 두어 데이터 전송 품질의 향상 및 안정성을 확보할 수 있고, QoS 데이터에 우선순위를 두어 QoS 데이터 간에도 가장 중요한 데이터의 경우 가장 빠르고 안정적으로 전송할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, QoS의 구현은 다양한 무선 네트워크 기술을 적용한 많은 네트워크 기기가 네트워크 내에 산재해 있을 때 중요 데이터의 전송을 보장해 줄 수 있고, 유비쿼터스 네트워크를 사용하는 사용자에게 있어 더욱 다양한 서비스를 제공할 수 있는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터와 네트워크가 구성된 노드의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명에 따른 QoS 지원을 위한 슈퍼프레임 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 QoS 설정을 위한 비컨 프레임의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 도시된 비컨 프레임내 슈퍼프레임 사양 필드를 상세히 나타낸 도면.
도 7은 도 5에 도시된 비컨 프레임내 비컨 페이로드 필드를 상세히 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 QoS가 설정된 QoS 데이터 프레임 구조를 나타낸 도면.
도 9는 도 8에 도시된 QoS priority 필드 값을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 메쉬 코디네이터가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 11은 본 발명에 따른 메쉬 코디네이터가 슈퍼프레임 구조를 조직하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 12는 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크가 구성된 노드가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 센서노드 120 : 센서 필드
140 : 싱크노드
160 : 와이빔 메쉬 코디네이터(WMC, WiBEEM Mesh Coordinator)
162, 302 : 통신부 164 : 슈퍼프레임 구조 코디네이터부
166, 308 : 비컨 프레임 제어부 168, 310 : QoS 데이터 처리부
170, 312 : 일반 데이터 처리부 180 : 관리 서버
300 : 노드 304 : 슈퍼프레임 동기화부
306 : 비컨 슬롯 결정부 314 : 비컨 스케줄링 정보 제어부
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템은 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 실시간으로 감지하는 센서와 통신 모듈을 포함하여 구성되는 센서 노드(110), 센서 노드(110)의 집합으로 이루어진 센서 필드(120), 센서 필드(120)에서 수집된 정보를 전송받는 싱크 노드(140), 싱크 노드(140)로부터 전송된 정보를 라우팅하여 통신망을 통해 관리 서버(180)로 전송하는 와이빔 메쉬 코디네이터(WMC, WiBEEM Mesh Coordinator)(160)를 포함한다.
이러한 구성에 있어서 하나의 싱크 노드(140)가 하나의 센서 필드(120)를 책임지며, 이때 각 센서 노드(110)들의 전원을 효율적으로 관리하기 위하여 사용되지 않는 구간인 비사용 구간(Inactive Period)동안은 센서 노드(110)들의 전원을 최소로 하고, 사용하는 동안(Active Period)만 전원을 사용하도록 MAC 프로토콜이 구성된다.
상기 싱크 노드(140)는 무선 통신 네트워크내에 발생하는 일반적인 기기(노드)를 말하는 것으로, WiBEEM Routable Coordinator(WRC)로 표현될 수 있다. 그러나, 이하에서는 상기 센서 노드(110)와 싱크 노드(140)를 노드(110, 140)로 표현하여 설명하기로 한다.
상기 와이빔 메쉬 코디네이터(160)는 유비쿼터스 센서 네트워크내에서 가장 먼저 생성되는 기기(노드)를 말하는 것으로서, 게이트웨이라고 표현될 수 있다.
이하에서의 와이빔 메쉬 코디네이터(160)는 메쉬 코디네이터로 칭하여 설명하기로 한다.
상기 메쉬 코디네이터(160)는 QoS 데이터 전송이 필요한 경우 QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하여 하나의 무선 통신 네트워크로 구성된 각 노드(110, 140)와 슈퍼프레임을 동기화한다. 여기서, 상기 노드(110, 140)는 센서 노드(110)와 싱크 노드(140)를 포함한다.
또한, 상기 메쉬 코디네이터(140)는 QoS 데이터 전송 필요 여부에 따라 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, QoS 데이터 전송이 필요한 경우 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송한다.
즉, 상기 메쉬 코디네이터(160)는 QoS 데이터의 전송이 필요한 경우 비컨 프레임에 QoS를 설정하여 주변 노드에 QoS 데이터를 전송할 것이라는 것을 알리고, 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 데이터의 중요도를 구분한다.
또한, 상기 메쉬 코디네이터(160)는 자신이 생성한 QoS 데이터를 우선순위가 높은 순으로 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송한다.
또한, 상기 메쉬 코디네이터(160)는 복수의 QoS 데이터 프레임이 수신된 경우 우선순위가 높은 순위로 정렬하여 그 순서에 따라 다른 노드 또는 관리 서버(180)로 전송한다. 여기서, 상기 우선순위는 상기 메쉬 코디네이터(160)에 의해 각 노드별로 설정되거나 각 노드별로 디폴트로 설정, 데이터 또는 어플리케이션별로 설정될 수 있다.
상기 노드(110, 140)는 QoS 데이터 전송 필요 여부에 따라 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, QoS 데이터 전송이 필요한 경우 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송한다.
즉, 상기 노드(110, 140)는 QoS 데이터의 전송이 필요한 경우 비컨 프레임에 QoS를 설정하여 주변 노드에 QoS 데이터를 전송할 것이라는 것을 알리고, 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 데이터의 중요도를 구분한다.
또한, 상기 노드(110, 140)는 상기 메쉬 코디네이터(160) 또는 다른 노드에 의해 비컨 프레임이 브로드캐스팅될 때 자신의 어드레스와 상응하는 경우 활성화되고, 그렇지 않은 경우 비활성화(inactive) 상태이다.
또한, 상기 노드(110, 140)는 상기 메쉬 코디네이터(160) 또는 다른 노드로부터의 비컨 프레임을 분석하여 자신의 어드레스와 상응할 때 활성화되어 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, QoS가 설정된 경우에는 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하고, QoS가 설정되어 있지 않은 경우에는 해당 데이터를 일반 데이터 전송 구간에 전송한다.
또한, 상기 노드(110, 140)는 자신이 생성한 QoS 데이터를 우선순위가 높은 순으로 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송한다.
또한, 상기 노드(110, 140)는 복수의 QoS 데이터 프레임이 수신된 경우 우선순위가 높은 순위로 정렬하여 그 순서에 따라 다른 노드 또는 상기 메쉬 코디네이터(160)로 전송한다.
상기와 같은 메쉬 코디네이터(110, 140)와 노드(110, 140)는 QoS 데이터에 우선순위를 두어 우선순위가 높은 데이터를 일반 데이터와 구분하여 우선적으로 처리하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터(160)는 노드와의 통신을 위한 통신부(162), 슈퍼프레임 구조 코디네이터부(164), 비컨 프레임 제어부(166), QoS 데이터 처리부(168), 일반 데이터 처리부(170)를 포함한다.
상기 슈퍼프레임 구조 코디네이터부(164)는 QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임 구조를 코디네이터하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 슈퍼프레임을 동기화시키는 역할을 수행한다.
상기 슈퍼프레임 구조 코디네이터부(164)가 조직하는 슈퍼프레임은 하나 이상의 비컨 프레임이 전송되는 구간인 비컨 전용 구간(BOP, Beacon-Only Period), QoS 데이터 전송을 위한 QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP), 경쟁 접근 구간(CAP, Contention Access Period), 일반 데이터의 실시간 전송을 위한 일반 데이터 전송 구간(CFP), 비활동 구간(DSP, Deep Sleep Mode)으로 구분되어 있다.
상기 슈퍼프레임에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하기로 한다.
상기와 같이 구성된 슈퍼프레임 구조는 하나의 무선 통신 네트워크가 완성된 노드들에게 있어 모두 동일한 구조를 가지며 간격 또한 동일하여 슈퍼프레임 구조를 동기화하여 사용하게 된다.
또한, 이렇게 생성된 슈퍼프레임 구조를 이용하여 QoS 데이터를 구현하기 위해 QoS 데이터에는 우선순위를 두어 일반 데이터와 별개의 데이터로 처리할 수 있도록 한다.
QoS를 구현하기 위해서는 QoS 설정 여부에 대한 것을 주변 노드에게 알릴 수 있어야 하는데, QoS를 사용하고자 하는 경우 QoS 데이터를 가지고 있음을 알리기 위해 비컨 프레임 제어부(166)는 QoS 설정 여부 정보가 표시된 비컨 프레임을 생성한다.
즉, 상기 비컨 프레임 제어부(166)는 QoS 데이터 전송 필요 여부에 따라 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임 구조 코디네이터부(164)에 의해 생성된 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅한다.
상기 비컨 프레임 제어부(166)에 의해 생성되는 비컨 프레임은 프레임 제어(Frame Control) 필드, 비컨 시퀀스 넘버(Beacon Sequence Number) 필드, 소스 어드레스 정보(Source Address Information) 필드, QoS 설정 여부가 표시된 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드, CFP 필드, 전송을 기다리는 어드레스 사양이 표시된 팬딩 어드레스 필드(Pending Address Field), PQPL 정보가 표시된 비컨 페이로드 필드(Beacon Payload), FCS 필드를 포함한다.
상기와 같이 구성된 비컨 프레임에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하기로 한다.
상기 비컨 프레임 제어부(166)는 QoS 데이터 전송이 필요한 경우 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification)필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하여 QoS 데이터를 이번 슈퍼프레임에 전송할 것을 주변 노드에게 알리고, PQP Enabled의 값을 0으로 설정하여 QoS 데이터를 가지고 있지 않다는 것을 주변 노드에게 알린다.
즉, 상기 비컨 프레임 제어부(166)는 QoS 데이터 전송이 필요한 경우 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하고, QoS를 슈퍼프레임내의 어느 구간 동안 사용할지를 결정하여 비컨 페이로드 필드내의 PQPL 서브 필드에 그 값을 표시하여 QoS 데이터 전송이 필요한 비컨 프레임을 생성한다.
상기 비컨 프레임 제어부(166)에 의해 생성된 비컨 프레임의 비컨 페이로드 필드에 대해서는 도 7을 참조하기로 한다.
상기와 같은 비컨 프레임에 의해 QoS 데이터를 보내겠다고 한 후에는 실질적인 QoS 데이터가 목적지까지 전송되어야 한다. 이미 비컨을 통해 QoS 데이터를 전송할 것이라는 것을 알린 후지만 실질적인 전송 데이터의 앞부분에도 QoS 데이터라는 것을 알려주어야 한다. QoS 데이터의 경우에도 가장 중요한 데이터와 중요도가 일반 데이터보다는 높지만 가장 중요한 데이터보다는 낮은 데이터가 발생할 수 있다. 이에 QoS 데이터 내에서도 우선순위를 둔다.
QoS 데이터와 일반 데이터의 구분은 물론 QoS 데이터에 우선순위를 할당하는 것은 QoS 데이터 처리부(168)에 의해 이루어진다.
상기 QoS 데이터 처리부(168)는 상기 비컨 프레임 제어부(166)에서 생성된 비컨 프레임에 QoS가 설정되어 있는 경우 해당 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송한다.
상기 QoS 데이터 처리부(168)에 의해 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임은 QoS 우선 순위가 설정된 프레임 제어(Frame control) 필드, 전송되는 프레임에 대한 고유 시퀀스 ID가 표시된 시퀀스 넘버(Sequence Number) 필드, 4개의 어드레싱 필드, 프레임 페이로드 필드, 에러 검출을 위한 FCS(Frame Check Sequence) 필드를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 QoS 데이터 프레임에 대한 상세한 설명은 도 8을 참조하기로 한다.
상기 QoS 데이터 처리부(168)는 QoS 데이터 전송 구간내에 둘 이상의 데이터가 수신된 경우, 우선 순위에 따라 정렬하여 우선순위 순으로 다른 노드로 전송한다.
상기 일반 데이터 처리부(170)는 상기 비컨 프레임 제어부(166)에서 생성된 비컨 프레임에 QoS가 설정되어 있지 않은 경우 해당 데이터 프레임을 상기 슈퍼프레임의 일반 데이터 전송 구간에 전송한다.
도 3은 본 발명에 따른 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터와 네트워크가 구성된 노드의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
이하에서 설명되는 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터와 네트워크가 구성된 노드는 도 1에 표시된 센서 노드(110) 또는 싱크 노드(140)를 말한다.
도 3을 참조하면, 메쉬 코디네이터와 네트워크가 구성된 노드(300)는 통신부(302), 슈퍼프레임 동기화부(304), 비컨슬롯 결정부(306), 비컨 프레임 제어부(308), QoS 데이터 처리부(310), 일반 데이터 처리부(312), 비컨 스케줄링 정보 제어부(314)를 포함한다.
상기 통신부(302)는 하나의 슈퍼프레임(Superframe) 안에 둘 이상의 비컨이 전송되는 비컨 전용구간을 갖는 슈퍼프레임을 사용하는 네트워크를 통해 비컨 및 데이터 송수신을 수행한다.
상기 슈퍼프레임 동기화부(304)는 상기 통신부(302)를 통해 메쉬 코디네이터로부터 전송된 슈퍼프레임에 동기화한다.
상기 비컨 슬롯 결정부(306)는 상기 슈퍼프레임 동기화부(304)에 의해 동기화된 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간 중 이웃 노드의 비컨 슬롯을 제외한 구간에서 자신의 비컨 슬롯을 결정하고, 상기 결정된 자신의 비컨 슬롯에서 비컨 프레임이 전송되도록 상기 통신부(302)를 제어한다.
상기 비컨 프레임 제어부(308)는 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우 QoS 데이터 전송 필요 여부에 따라 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 비컨 슬롯 결정부(306)에서 결정된 비컨 슬롯에 전송되도록 한다.
상기 비컨 프레임 제어부(308)에 의해 생성된 비컨 프레임은 도 5와 상응하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
상기 QoS 데이터 처리부(310)는 상기 비컨 프레임 제어부(308)에서 생성된 비컨 프레임에 QoS가 설정되어 있는 경우 해당 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송한다.
상기 QoS 데이터 처리부(310)에 의해 생성된 QoS 데이터 프레임은 도 8과 상응하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
상기 QoS 데이터 처리부(310)는 QoS 데이터 전송 구간내에 둘 이상의 데이터가 수신된 경우, 우선 순위에 따라 정렬하여 우선순위 순으로 다른 노드로 전송한다.
상기 비컨 스케줄링 정보 제어부(314)는 이웃 노드가 자신의 비컨 슬롯을 결정할 수 있도록 하기 위해, 자신의 비컨 슬롯 정보 및 자신의 이웃 노드의 비컨 슬롯 정보를 포함하는 비컨 스케쥴링 정보가 이웃 노드로 전송되도록 한다.
상기 일반 데이터 처리부(312)는 상기 비컨 프레임 제어부(308)에서 생성된 비컨 프레임에 QoS가 설정되어 있지 않은 경우 해당 데이터 프레임을 상기 슈퍼프레임의 일반 데이터 전송 구간에 전송한다.
도 4는 본 발명에 따른 QoS 지원을 위한 슈퍼프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 슈퍼프레임은 하나 이상의 비컨 프레임이 전송되는 구간인 비컨 전용 구간(BOP, Beacon-Only Period)(410), QoS 데이터 전송을 위한 QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP)(420), 경쟁 접근 구간(CAP, Contention Access Period)(430), 일반 데이터의 실시간 전송을 위한 일반 데이터 전송 구간(CFP)(440), 비활동 구간(DSP, Deep Sleep Mode)(450)으로 구분되어 있다.
상기 비컨 전용 구간(410)은 비컨 스케줄링을 하기 위해 필요로 하는 구간으로, 자신이 전송하는 비컨 슬롯의 크기(BTTSL)와 최대 비컨 수(maxBeaconNumber)의 곱에 의해 구해진다. 상기 자신이 전송하는 비컨 슬롯의 크기(BTTSL)는 비컨 프레임내에 표시되어 있다.
상기 QoS 데이터 전송 전용 구간(420)은 PQP 크기(PQPL)와 슈퍼프레임 오더가 '0'일때 슈퍼프레임을 구성하는 슬롯의 심볼 개수(aBaseDuration)의 곱에 의해 구해진다. 상기 PQP 크기(PQPL)는 비컨 프레임내에 표시되어 있다.
상기 일반 데이터 전송 구간(CFP)(440)은 CFP 크기(CFPL)와 슈퍼프레임 오더가 '0'일 때 슈퍼프레임을 구성하는 슬롯의 심볼 개수(aBaseDuration)의 곱에 의해 구해진다.
상기 경쟁 접근 구간(430)은 상기 QoS 데이터 전송 전용 구간(420)과 상기 일반 데이터 전송 구간(440) 사이에 위치하고, SD(Superframe Durationg)에서 상기 비컨 전용 구간(410), QoS 데이터 전송 전용 구간(420), 일반 데이터 전송 구간(440)을 뺀 값이다. 상기 SD는 aBaseSuperframeduration과 2SO의 곱에 의해 구해지고, 상기 aBaseSuperframeduration는 슈퍼프레임 오더가 '0'일때 슈퍼프레임을 구성하는 심볼의 개수를 말한다.
상기 비활동 구간(450)은 저전력 기능을 활용하기 위한 구간으로 비컨 인터벌(BI, Beacon Interval)에서 상기 SD를 제외한 구간을 말한다. 상기 비컨 인터벌은 상기aBaseSuperframeduration과 2BO의 곱에 의해 구해진다.
상기와 같이 구성된 슈퍼프레임 구조는 하나의 네트워크가 완성된 노드들에게 있어 모두 동일한 구조를 가지며 간격 또한 동일하여 슈퍼프레임 구조를 동기화하여 사용하게 된다.
각 노드는 하나의 슈퍼프레임 구간 동안 필요로 하는 데이터의 송/수신을 완료하며, 데이터를 나누어 전송하지 않는 이상 슈퍼프레임 구간의 데이터 전송 구간 중간에 데이터 송/수신이 발생하는데, 슈퍼프레임 구간 내에 전송할 수 없는 데이터의 경우 다음 슈퍼프레임 구간으로 미루어 송/수신한다.
도 4에서는 슈퍼프레임에 일반 데이터 전송 구간(CFP)(440)이 존재하는 것으로 표시하였으나, 일반 데이터 전송 구간(CFP)(440)은 optional한 부분으로 없어도 무방하고, 이 부분을 CAP가 다 차지할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 QoS 설정을 위한 비컨 프레임의 구조를 나타낸 도면, 도 6은 도 5에 도시된 비컨 프레임내 슈퍼프레임 사양 필드를 상세히 나타낸 도면, 도 7은 도 5에 도시된 비컨 프레임내 비컨 페이로드 필드를 상세히 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 비컨 프레임은 프레임 제어(Frame Control) 필드, 비컨 시퀀스 넘버(Beacon Sequence Number) 필드, 소스 어드레스 정보(Source Address Information) 필드, QoS 설정 여부가 표시된 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드, CFP 필드, 전송을 기다리는 어드레스 사양이 표시된 팬딩 어드레스 필드(Pending Address Field), PQPL 정보가 표시된 비컨 페이로드 필드(Beacon Payload), FCS 필드를 포함한다.
상기와 같이 구성된 비컨 프레임을 사용함으로써 네트워크 노드는 비컨이 브로드캐스팅될 때 자기 자신의 어드레스를 확인할 때만 활성화되고 그렇지 않을 때는 비활성화(inactive) 모드로 돌아간다.
QoS 데이터 전송이 필요한 경우 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification)필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하여 QoS 데이터를 이번 슈퍼프레임에 전송할 것을 주변 노드에게 알리고, PQP Enabled의 값을 0으로 설정하여 QoS 데이터를 가지고 있지 않다는 것을 주변 노드에게 알린다.
상기 슈퍼프레임 사양 필드에 대해 도 6을 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 슈퍼프레임 사양 필드는 비컨의 전송 간격을 규정한 비컨 오더(Beacon Order), 비컨 프레임 전송 시간을 포함하여 슈퍼프레임이 액티브 구간중의 시간의 길이를 규정하는 슈퍼프레임 오더(Superframe Order), CAP의 duration을 표시하는 Final CAP Slot, Battery life Extension, QoS 설정 여부를 나타내는 PQP 인에이블, PAN 코디네이터, association permit의 서브 필드로 구성되어 있다.
상기 Beacon Order 서브 필드는 4비트 길이를 갖고 비컨의 전송 간격을 규정한다. BO가 비컨 전송 간격이고 BI가 비컨 간격일 때 다음과 같이 계산된다.
BI = aBaseSuperframeduration* 2BO symbols, where 0 ≤ BO ≤ 14.
Superframe Order 서브 필드는 4비트 길이를 갖고 비컨 프레임 전송 시간을 포함하여 슈퍼프레임이 액티브(수신기가 사용 가능한 경우) 구간중의 시간의 길이를 규정하는 것이다. 각 노드들은 슈퍼프레임이 액티브 구간 중에만 PAN에서 다른 노드들과 상호간에 통신할 수 있어야 한다. Superframe Order의 값인 SO와 Superframe Duration 값인 SD는 다음과 같이 계산된한다.
0 ≤ SO ≤ BO ≤ 14, SD = aBaseSuperframeduration * 2SO symbols.
여기서 SO = 15이면 슈퍼프레임은 비컨을 전송하고 나서 바로 액티브 구간이 되지 않아야 한다.
Final CAP Slot은 aMinCAPLength 값 이상이 되어야 한다. 그러나 CFP 유지 관리를 실행하기 위해 비컨 프레임 길이를 증가시킬 필요가 있을 경우에는 임시로 aMinCAPLength 값보다 작아질 수 있는 예외가 적용될 수 있다.
Battery life extension 서브 필드는 1 비트 길이를 갖는다.
PQP Enabled 서브 필드는 QoS의 사용여부를 알려주는 필드로, 그 값이 1이면 QoS를 사용하는 것이며, 0이면 사용하지 않는 것으로 판단한다.
PAN Coordinator 서브 필드는 1비트를 갖고 메쉬 코디네이터로부터 비컨 프레임이 전송되는 경우에는 '1'로 설정하고 그렇지 않은 경우에는 '0'으로 설정한다.
Association permit 서브 필드는 1비트 길이이며 macAssociationPermit이 TRUE로 설정(코디네이터가 PAN에서 association을 허용할 경우)되면 1로 설정한다. 코디네이터가 자신의 네트워크에서 association 요청을 현재 수용하지 않을 경우에는 Association permit 비트를 0으로 설정한다.
QoS 데이터 전송이 필요한 경우 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하고, QoS를 슈퍼프레임내의 어느 구간 동안 사용할지를 결정하여 비컨 페이로드 필드내의 PQPL 서브 필드에 그 값을 표시하여 QoS 데이터 전송이 필요한 비컨 프레임을 생성한다.
비컨 프레임의 비컨 페이로드 필드에 대하여 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 비컨 페이로드 필드는 BOP 크기 내에 몇 개의 비컨을 송신할 것인지를 결정하는 BOPL, 비컨을 전송하는 기기의 비컨 전송시간을 나타내는 MyBTTS(BeaconTxTimeSlot), 자신이 전송하는 비컨 슬롯의 크기를 나타내는 BTTSL(Beacon Tx Time Slot Length), 비컨을 전송하는 기기의 깊이 정보를 나타내는 Depth, 새로 할당해줄 주소값을 알리기 위한 NAA(Next Address Available), 비컨을 전송하는 기기에 연결을 요청한 부모-자식 관계의 자식 기기의 주소값을 넣는 Child Short Address, 자식 기기의 주소값에 대응하는 부모 기기의 주소값을 넣는 Parent Short Address, HOP count, Child device type, My profile ID, PQP Length로서 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양 표시부내 PQP 인에이블 값이 1일 때 발생하는 PQPL의 서브 필드로 구성된다.
BTTSL(Beacon Tx Time Slot Length)은 자신이 전송하는 비컨 슬롯의 크기를 나타낸다. 이는 하나의 네트워크가 동일한 값을 가지고 있어야 하며, 자신이 전송하는 비컨의 크기와 TxBeaconMargin 값을 합한 것을 나타낸다. 상기 Max Beacon Number와 BTTSL 값을 곱하여 BOP의 전체 크기를 계산할 수 있다.
MyBTTS(BeaconTxTimeSlot)는 비컨을 전송하는 노드 자신의 비컨 전송시간을 나타낸다. Depth는 비컨을 전송하는 노드의 깊이 정보를 나타낸다. NAA(Next Address Available)는 새로 할당해 줄 주소 값을 알리기 위해 사용하는 필드로 WiBEEM NWK계층의 Network Address Assign 메커니즘을 따른다.
Child Short Address는 비컨을 전송하는 노드에 연결을 요청한 부모-자식 관계의 자식 노드의 주소 값을 넣는다. Parent Short Address는 자식 노드의 주소 값에 대응하는 부모 위치의 노드, 즉, 자신의 주소 값을 넣어 처리를 한다.
Child Device Type은 상위 4 비트와 하위 4 비트를 구분하여 사용한다. 우선 하위 4 비트는 자식 노드가 이동형 기기인지 고정형 기기인지를 나타낸다. 이는 MAC Capability 데이터 포맷의 Mobility 서브필드와 일치하여 값을 생성한다.
즉, Mobility 서브필드가 이동형 기기이면 이 필드의 값과 일치하게 Child Device Type의 하위 4 비트는 1의 값을 가지며, 고정형일 경우에는 0의 값을 갖는다. 상위 4비트는 Child Short Address 값을 가지고 있는 하위 노드에 대한 네트워크 계층에서 이루어지는 라우팅 테이블 관리와 연관하여 사용하기 위해 필요하다.
이는 현재 하위 노드가 비컨을 전송하는 노드와 연결이 되어 있을 시에는 상위 4비트 값을 0으로 하여 전송하여 연결이 지속되고 있음을 다른 노드에게 알려주며, 하위 노드가 Disassociation되면 이 값을 1로 변경하여 Child Short Address 값을 가지고 있는 하위 노드가 현재 연결이 끊어졌음을 알려주며 이를 통해 라우팅 테이블에 대한 업데이트를 할 수 있도록 알려주기 위한 필드이다.
My Profile ID는 WiBEEM의 프로파일을 나타내며 이 값을 통해 WiBEEM 프로토콜을 사용하는 기기인지를 확인할 수 있다.
PQPL 필드는 PQP Length로서 Beacon Frame의 Superframe Specification내 PQP Enable값이 1일 때 발생하는 필드이다. 이 필드는 QoS를 사용할 때 QoS 구간의 길이를 계산하기 위해 필요한 값이다.
상기와 같이 구성된 비컨 페이로드 필드는 최대 aMaxBeaconPayloadLength 옥텟까지 지정될 수 있다. 만약 maxBeaconPayloadLength가 0이 아니라면 maxBeaconPayload에 포함된 옥텟을 이 필드에 넣어야 한다. 비컨 페이로드가 존재하는 비컨을 노드가 수신하면 네트워크 계층에 이를 알리고 superframe specification 필드와 address list 필드에 포함된 정보를 처리한다. 만약 비컨 페이로드가 존재하지 않는 비컨을 MAC에서 수신하면 이를 즉시 해석하고 superframe specification 필드와 address list 필드에 포함된 정보를 처리한다.
상기와 같은 비컨 프레임의 Superframe Specification 필드 내에 있는 PQP Enabled의 값이 1이면 QoS 데이터를 이번 슈퍼프레임에 전송할 것을 주변 노드에게 알리는 것이며, 그 값이 0이면 QoS 데이터를 가지고 있지 않다는 의미이다.
도 8은 본 발명에 따른 QoS가 설정된 QoS 데이터 프레임 구조를 나타낸 도면, 도 9는 도 8에 도시된 QoS priority 필드 값을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, QoS 데이터 프레임은 QoS 우선 순위가 설정된 프레임 제어(Frame control) 필드, 전송되는 프레임에 대한 고유 시퀀스 ID가 표시된 시퀀스 넘버(Sequence Number) 필드, 4개의 어드레싱 필드, 프레임 페이로드 필드, 에러 검출을 위한 FCS(Frame Check Sequence) 필드를 포함한다.
상기 Frame Control Field는 프레임 타입, 보안 인에이블 필드, 프레임 팬딩, Ack Request, Intra PAN, Destination Addressing Mode, QoS Priority, Source Addressing Mode로 구성된다.
Frame Type 필드가 "001" 일 때는 데이터 타입, "010"일 때는 Acknowledgement 타입, "011" 일 때는 MAC Command 타입, 그리고 "000" 일 때는 비컨 타입을 의미한다.
Security Enabled는 MIB(MAC Information Base)에 저장된 Key를 사용하여 프레임을 보호하는 암호화 동작을 사용하는 경우 "1"로 설정하고 그렇지 않을 경우는 "0"으로 설정한다.
Frame Pending은 현재 데이터를 전송한 후에 추가적인 데이터가 있을 때 "1"로 설정하고 더 이상 데이터가 없을 때는 "0"으로 설정한다. 1 비트가 할당된 "Ack Request"는 데이터 또는 MAC Command Frame을 수신하는 수신 단말기가 "1"로 설정될 때 Ack프레임을 보내야 한다.
Intra PAN은 1비트가 할당되어 있으며, 동일한 PAN 내에서 MAC 프레임을 전송하거나 다른 PAN에서 MAC 프레임을 전송하는지에 따라서 결정된다.
2비트인 Destination Addressing Mode와 Source Address Mode는 "00"은 Mesh ID와 어드레스 필드가 존재하지 않음을 의미하며, "01"은 사용하지 않는다. 그리고 "10"은 16비트 Short Address 필드를 나타내고 "11"은 64비트 Extended Address 필드를 나타낸다. 8비트 길이를 갖는 "Sequence Number" 필드는 전송되는 프레임에 대한 고유의 시퀀스 ID를 나타낸다.
QoS priority는 2비트를 사용하고, MAC과 NWK 계층에서의 값을 서로 비교가 되어 같은 값을 가지게 된다.
2비트로 나누어진 QoS priority는 도 9와 같이 분류되고, 우선순위에 따라 backoff의 수가 제한된다.
QoS Priority를 위해 할당된 데이터 크기가 2 비트이기 때문에 우선순위는 총 4 개의 경우로 구분된다. 우선순위 0순위를 가지는 데이터는 Backoff 값을 0-5 사이의 값을 가지고, 우선순위 1순위를 가지는 데이터는 Backoff 값을 0-7 사이의 값을 가지고, 우선순위 2순위를 가지는 데이터는 Backoff 값을 0-10 사이의 값을 가지고, 우선순위 3순위를 가지는 데이터는 Backoff 값을 0-15 사이의 값을 가진다.
QoS Priority 값이 높을수록 우선순위가 높은 데이터이며, 우선순위가 높은 데이터의 경우 Backoff의 개수가 작기 때문에 우선순위가 낮은 데이터보다 먼저 전송 기회를 가질 수 있게 되는 것이다. 이 Priority 비트의 경우 사용자의 상황에 맞춰 여러 비트를 사용할 수 있는 가변적인 데이터 비트이다.
이와 같은 우선순위에 있어서 Management에 관련된 것은 프레임 제어 필드에서 QoS 우선순위를 선택하는 것으로 하며, 데이터의 경우는 어플리케이션이 정해진 후에 우선순위를 결정하도록 한다. 이 때, 가장 최상위 Priority는 QoS 데이터를 형성할 때 일반적으로는 사용하지 않는 것으로 한다.
이는 우선순위의 상위 중에 최상위를 의미하는 것으로 매우 급박하고 정확하게 가야하는 데이터 또는 매니지먼트 패킷을 위해 사용하기 위해 비워두고 이와 같은 상황에 부합하는 데이터 또는 매니지먼트 패킷이 발생할 때 사용하도록 한다.
QoS 데이터 프레임을 송신하는 노드는 자신이 생성한 QoS 데이터 중 가장 우선순위가 높은 데이터를 먼저 전송하며, 우선순위를 부여 받지 않은 일반 데이터는 CAP 구간 동안 전송한다. QoS 데이터 프레임을 수신한 노드는 PQP내에서 수신한 우선순위가 낮은 데이터를 높은 데이터보다 먼저 수신하였어도 우선순위가 높은 것을 먼저 송신한다.
Destination Mesh Identifier 필드는 16비트 또는 64 비트 길이를 갖고 프레임을 수신하는 고유의 Mesh Id를 나타낸다. Destination Address 필드는 16비트 또는 64 비트 길이를 갖고 프레임을 수신하는 노드의 어드레스를 나타낸다.
16비트 길이를 갖는 Source Mesh Identifier는 프레임을 전송하는 유일한 Mesh ID를 나타낸다. 16비트 또는 64 비트 길이를 갖는 Source Address 는 프레임을 전송하는 노드의 주소를 나타내는 필드이다.
Frame Payload 필드는 가변 길이를 갖고 최대 114 바이트 최소 102 바이트로서 페이로드에 실리는 데이터는 개별적인 프레임 타입을 나타내는 정보를 포함하며 Security Enabled 필드가 1로 설정되면 Payload는 Security Suite에 의해 보호 받게 된다.
FCS 필드는 16 bit의 CRC(Cycle Redundancy Code)를 갖는 필드이다.
상기와 같이 구성된 QoS 데이터 프레임에 의해 QoS 데이터와 일반 데이터의 구분은 물론 QoS 데이터에 우선순위를 할당할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 메쉬 코디네이터가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 메쉬 코디네이터는 QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 슈퍼프레임을 동기화한다(S1000).
즉, 상기 메쉬 코디네이터는 비컨 인터벌, 슈퍼프레임 듀레이션(duration), 비컨 전용 구간, QoS 데이터 전송 전용 구간, 일반 데이터 전송 구간을 계산하고, 상기 계산된 구간 정보를 이용하여 비컨 전용 구간(BOP), QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP), 경쟁 접근 구간(CAP), 일반 데이터 전송 구간(CFP), 비활동 구간(DSP, Deep Sleep Mode) 순으로 구성된 슈퍼프레임을 구성한다.
상기 메쉬 코디네이터가 슈퍼프레임을 구성하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 10을 참조하고, 상기 조직된 슈퍼프레임에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하기로 한다.
상기 S1000의 수행 후, 상기 메쉬 코디네이터는 QoS 데이터의 전송이 필요한지의 여부를 판단한다(S1002).
상기 S1002의 판단결과 QoS 데이터 전송이 필요하면, 상기 메쉬 코디네이터는 QoS가 설정된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 전송한다(S1004).
즉, 상기 메쉬 코디네이터는 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification)필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하고, QoS를 슈퍼프레임내의 어느 구간 동안 사용할지를 결정하여 비컨 페이로드 필드내의 PQPL 값을 표시하여 QoS가 설정된 비컨 프레임을 생성한다. 상기 비컨 프레임에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하기로 한다.
상기 S1004의 수행 후, 상기 메쉬 코디네이터는 우선 순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하고(S1006), 상기 슈퍼프레임을 이용하여 QoS 데이터 전송 구간이 되었는지를 판단한다(S1008).
상기 S1008의 판단결과 QoS 데이터 전송 구간이 되면, 상기 메쉬 코디네이터는 상기 생성된 QoS 데이터 프레임을 전송한다(S1010).
만약, 상기 S1002의 판단결과 QoS 데이터의 전송이 필요하지 않으면, 상기 메쉬 코디네이터는 PQP 인에이블 필드에 QoS 사용하지 않음을 표시한 비컨 프레임을 생성하여 전송한다(S1012).
그런 다음 상기 메쉬 코디네이터는 일반 데이터 전송 구간이 되는지를 판단하여(S1014), 일반 데이터 전송 구간에 해당 데이터 프레임을 전송한다(S1016).
도 11은 본 발명에 따른 메쉬 코디네이터가 슈퍼프레임 구조를 조직하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 메쉬 코디네이터는 비컨 인터벌 및 슈퍼프레임 듀레이션을 계산한다(S1100).
그런 다음 상기 메쉬 코디네이터는 비컨 프레임에 포함된 BTTSL과 maxBeaconNumber을 연산하여 비컨 전용 구간을 구하고(S1102), 상기 구해진 비컨 전용 구간 다음에 상기 비컨 프레임에 포함된 PQPL과 aBaseDuration을 연산하여 QoS 데이터 전송 전용 구간을 구한다(S1104).
그런 다음 상기 메쉬 코디네이터는 비컨 프레임에 포함된 CFPL과 aBaseDuration을 연산하여 일반 데이터 전송 구간을 구하고(S1106), 상기 구해진 일반 데이터 전송 구간과 상기 QoS 데이터 전송 구간 사이에 SD에서 상기 비컨 전용 구간, QoS 데이터 전송 전용 구간, 일반 데이터 전송 구간을 뺀 값을 이용하여 CAP 구간을 구한다(S1108).
그런 다음 상기 메쉬 코디네이터는 상기 계산된 비컨 인터벌에서 상기 aBaseSuperframeduration 구간을 제외한 구간을 DSP(Deep Sleep Mode) 구간으로 설정한다(S1110).
그러면, 상기 메쉬 코디네이터는 비컨 전용 구간(BOP), QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP), 경쟁 접근 구간(CAP), 일반 데이터 전송 구간(CFP), 비활동 구간(DSP, Deep Sleep Mode) 순으로 구성된 슈퍼프레임을 조직할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크가 구성된 노드가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 노드는 QoS 데이터 전송이 필요한지의 여부를 판단하여(S1200), QoS 데이터 전송이 필요한 경우 QoS가 설정된 비컨 프레임을 생성한다(S1202). 이때, 상기 노드는 메쉬 코디네이터에 의해 조직된 슈퍼프레임과 동기화되어 있어야 한다.
그런 다음 상기 노드는 상기 생성된 비컨 프레임을 전송하기 위하여 슈퍼프레임내 비컨 전용 구간에서 자신의 비컨 슬롯 구간을 결정한다(S1204). 즉, 상기 노드는 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간 중 이웃 노드의 비컨 슬롯을 제외한 구간에서 자신의 비컨 슬롯을 결정한다.
그런 다음 상기 노드는 상기 결정된 비컨 슬롯 구간이 되면(S1206), 상기 생성된 비컨 프레임을 전송하고(S1208), 우선 순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성한다(S1210).
그런 다음 상기 노드는 상기 슈퍼프레임을 이용하여 QoS 데이터 전송 구간이 되었는지를 판단한다(S1212).
상기 S1212의 판단결과 QoS 데이터 전송 구간이 되면, 상기 노드는 상기 생성된 QoS 데이터 프레임을 전송한다(S1214). 이때, 상기 노드는 둘 이상의 QoS 데이터 프레임이 존재하는 경우 우선순위가 높은 순으로 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송한다.
만약, 상기 S1200의 판단결과 QoS 데이터의 전송이 필요하지 않으면, 상기 노드는 PQP 인에이블 필드에 QoS 사용하지 않음을 표시한 비컨 프레임을 생성한다(S1216).
그런 다음 상기 노드는 상기 생성된 비컨 프레임을 전송하기 위하여 슈퍼프레임내 비컨 전용 구간에서 자신의 비컨 슬롯 구간을 결정하고(S1218), 상기 결정된 비컨 슬롯 구간이 되면(S1220), 상기 생성된 비컨 프레임을 전송한다(S1222).
그런 다음 상기 노드는 일반 데이터 전송 구간이 되는지를 판단하여(S1224), 일반 데이터 전송 구간에 해당 데이터 프레임을 전송한다(S1226).
상기와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템 및 방법은 무선 통신 네트워크내의 기기에 안정적인 QoS를 지원할 수 있고, QoS 데이터에 우선순위를 설정하여 데이터 중요도에 따라 데이터 전송 품질 보장 및 안정성 확보가 필요한 기술에 적용할 수 있다.

Claims (26)

  1. QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하고 네트워크 내의 각 노드와 상기 슈퍼프레임을 동기화하는 메쉬 코디네이터;및
    QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 노드;
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬 코디네이터는 상기 구성된 네트워크에서 가장 먼저 생성된 노드인 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬 코디네이터는 QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하고, 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슈퍼프레임은 비컨 프레임이 전송되는 구간인 비컨 전용 구간(BOP), QoS 데이터 전송을 위한 QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP), 경쟁 접근 구간(CAP), 일반 데이터 전송을 위한 일반 데이터 전송 구간(CFP), 비활동 구간(DSP)으로 구성된 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬 코디네이터 또는 노드는 자신이 생성한 QoS 데이터를 우선순위가 높은 순으로 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬 코디네이터 또는 노드는 복수의 데이터 프레임이 수신된 경우 우선순위가 높은 순위로 정렬하여 그 순서에 따라 다른 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 QoS 데이터 프레임의 우선순위는 메쉬 코디네이터에 의해 각 노드별로 설정되거나 각 노드별로 디폴트로 설정되는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노드는 상기 메쉬 코디네이터 또는 다른 노드에 의해 비컨 프레임이 브로드캐스팅될때 자신의 어드레스와 상응하는 경우 활성화되고, 그렇지 않은 경우 비활성화 상태(inactive)인 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 시스템.
  9. 노드와의 통신을 위한 통신부;
    QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임 구조를 코디네이터하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 슈퍼프레임을 동기화하는 슈퍼프레임 구조 코디네이터부;
    QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임 구조 코디네이터부에 의해 생성된 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 브로드캐스팅하는 비컨 프레임 제어부;및
    상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 QoS 데이터 처리부;
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  10. 제9항에 있어서,
    이웃 노드가 자신의 비컨 슬롯을 결정할 수 있도록 하기 위해, 자신의 비컨 슬롯 정보 및 자신의 이웃 노드의 비컨 슬롯 정보를 포함하는 비컨 스케쥴링 정보가 이웃 노드로 전송되도록 하는 비컨 스케줄링 정보 제어부를 더 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임을 상기 슈퍼프레임의 일반 데이터 전송 구간에 전송하는 일반 데이터 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 비컨 프레임 제어부는 프레임 제어(Frame Control) 필드, 비컨 시퀀스 넘버(Beacon Sequence Number) 필드, 소스 어드레스 정보(Source Address Information) 필드, QoS 설정 여부가 표시된 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드, CFP 필드, 전송을 기다리는 어드레스 사양이 표시된 팬딩 어드레스 필드(Pending Address Field), PQPL 정보가 표시된 비컨 페이로드 필드(Beacon Payload), FCS 필드를 포함하는 비컨 프레임을 생성하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 슈퍼프레임 사양 필드는 비컨의 전송 간격을 규정한 비컨 오더(Beacon Order), 비컨 프레임 전송 시간을 포함하여 슈퍼프레임이 액티브 구간중의 시간의 길이를 규정하는 슈퍼프레임 오더(Superframe Order), CAP의 duration을 표시하는 Final CAP Slot, Battery life Extension, QoS 설정 여부를 나타내는 PQP 인에이블, PAN 코디네이터, association permit의 서브 필드로 구성된 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 비컨 페이로드 필드는 BOP 크기 내에 몇 개의 비컨을 송신할 것인지를 결정하는 BOPL, 비컨을 전송하는 기기의 비컨 전송시간을 나타내는 MyBTTS(BeaconTxTimeSlot), 자신이 전송하는 비컨 슬롯의 크기를 나타내는 BTTSL(Beacon Tx Time Slot Length), 비컨을 전송하는 기기의 깊이 정보를 나타내는 Depth, 새로 할당해줄 주소값을 알리기 위한 NAA(Next Address Available), 비컨을 전송하는 기기에 연결을 요청한 부모-자식 관계의 자식 기기의 주소값을 넣는 Child Short Address, 자식 기기의 주소값에 대응하는 부모 기기의 주소값을 넣는 Parent Short Address, HOP count, Child device type, My profile ID, PQP Length로서 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양 표시부내 PQP 인에이블 값이 ‘1’일 때 발생하는 PQPL의 서브 필드로 구성된 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 비컨 프레임 제어부는 QoS 데이터를 전송하는 경우 비컨 프레임의 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하고, QoS 데이터를 슈퍼프레임내의 어느 구간 동안 전송할지를 결정하여 비컨 페이로드 필드내의 PQPL 값을 표시하여 비컨 프레임을 생성하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 QoS 데이터 처리부는 QoS 우선 순위가 설정된 프레임 제어(Frame control) 필드, 전송되는 프레임에 대한 고유 시퀀스 ID가 표시된 시퀀스 넘버(Sequence Number) 필드, 4개의 어드레싱 필드, 프레임 페이로드 필드, 에러 검출을 위한 FCS(Frame Check Sequence) 필드를 포함하는 QoS 데이터 프레임을 생성하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 QoS 데이터 처리부는 QoS 데이터 전송 구간내에 둘 이상의 데이터가 수신된 경우, 우선 순위에 따라 정렬하여 우선순위 순으로 다른 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 메쉬 코디네이터.
  18. 비컨 전용구간을 갖는 슈퍼프레임을 사용하는 네트워크를 통해 비컨 및 데이터 송수신을 수행하는 통신부;
    상기 통신부를 통해 메쉬 코디네이터로부터 전송된 슈퍼프레임에 동기화하는 슈퍼프레임 동기화부;
    상기 슈퍼프레임 동기화부에 의해 동기화된 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간 중 이웃 노드의 비컨 슬롯을 제외한 구간에서 자신의 비컨 슬롯을 결정하고, 상기 결정된 자신의 비컨 슬롯에서 비컨 프레임이 전송되도록 상기 통신부를 제어하는 비컨 슬롯 결정부;
    QoS 설정 여부 정보가 포함된 비컨 프레임을 생성하여 상기 비컨 슬롯 결정부에서 결정된 비컨 슬롯에 전송되도록 하는 비컨 프레임 제어부;및
    상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임에 우선 순위를 설정하여 상기 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 전송하는 QoS 데이터 처리부;
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 노드.
  19. 제18항에 있어서,
    이웃 노드가 자신의 비컨 슬롯을 결정할 수 있도록 하기 위해, 자신의 비컨 슬롯 정보 및 자신의 이웃 노드의 비컨 슬롯 정보를 포함하는 비컨 스케쥴링 정보가 이웃 노드로 전송되도록 하는 비컨 스케줄링 정보 제어부를 더 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 노드.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 비컨 프레임 제어부에서 생성된 비컨 프레임의 QoS 설정 여부 정보에 따라 해당 데이터 프레임을 상기 슈퍼프레임의 일반 데이터 전송 구간에 전송하는 일반 데이터 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 노드.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 QoS 데이터 처리부는 QoS 데이터 전송 구간내에 둘 이상의 데이터가 수신된 경우, 우선 순위에 따라 정렬하여 우선순위 순으로 다른 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 노드.
  22. 메쉬 코디네이터가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
    (a)QoS 데이터 전송 전용 구간이 포함된 슈퍼프레임을 조직하여 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 슈퍼프레임을 동기화하는 단계;
    (b) QoS가 설정된 비컨 프레임을 생성하여 상기 슈퍼프레임의 비컨 전용 구간에 전송하고, 우선순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하는 단계;및
    (c)상기 슈퍼프레임에 따라 QoS 데이터 전송 전용 구간이 되면, 상기 생성된 QoS 데이터 프레임을 전송하는 단계;
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 QoS 데이터 프레임 전송 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    비컨 인터벌, 슈퍼프레임 듀레이션, 비컨 전용 구간, QoS 데이터 전송 전용 구간, 일반 데이터 전송 구간을 계산하는 단계;
    상기 계산된 구간 정보를 이용하여 비컨 전용 구간(BOP), QoS 데이터 전송 전용 구간(PQP), 경쟁 접근 구간(CAP), 일반 데이터 전송 구간(CFP), 비활동 구간(DSP) 순으로 구성된 슈퍼프레임을 구성하는 단계;및
    상기 구성된 슈퍼프레임을 하나의 네트워크로 구성된 각 노드와 동기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 QoS 데이터 프레임 전송 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 QoS가 설정된 비컨 프레임은 슈퍼프레임 사양(Superframe Specification) 필드 내의 PQP Enabled의 값을 1로 설정하고, QoS 데이터를 슈퍼프레임내의 어느 구간 동안 전송할지를 결정하여 비컨 페이로드 필드내의 PQPL 값을 표시하여 생성된 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 QoS 데이터 프레임 전송 방법.
  25. 메쉬 코디네이터가 슈퍼프레임 구조를 조직하는 방법에 있어서,
    비컨 인터벌(Beacon Interval) 및 슈퍼프레임 듀레이션(Superframe Duration)을 계산하는 단계;
    비컨 프레임에 포함된 BTTSL과 maxBeaconNumber을 연산하여 비컨 전용 구간을 구하는 단계;
    상기 구해진 비컨 전용 구간 다음에 상기 비컨 프레임에 포함된 PQPL과 aBaseDuration을 연산하여 QoS 데이터 전송 전용 구간을 구하는 단계;
    상기 비컨 프레임에 포함된 CFPL과 aBaseDuration을 연산하여 일반 데이터 전송 구간을 구하는 단계;
    상기 구해진 일반 데이터 전송 구간과 상기 QoS 데이터 전송 구간 사이에 슈퍼프레임 듀레이션(Superframe Duration)에서 상기 비컨 전용 구간, QoS 데이터 전송 전용 구간, 일반 데이터 전송 구간을 뺀 값을 이용하여 CAP 구간을 구하는 단계;및
    상기 계산된 비컨 인터벌에서 상기 슈퍼프레임 듀레이션(Superframe Duration) 구간을 제외한 구간을 DSP(Deep Sleep Mode) 구간으로 설정하는 단계;
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 슈퍼프레임 구조 조직 방법.
  26. 노드가 QoS 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
    (a) QoS가 설정된 비컨 프레임을 생성하고 자신의 비컨 슬롯 구간을 결정하는 단계;
    (b)상기 결정된 비컨 슬롯 구간에 상기 생성된 비컨 프레임을 전송하고, 우선 순위가 설정된 QoS 데이터 프레임을 생성하는 단계;및
    (c)메쉬 코디네이터에 의해 동기화된 슈퍼프레임의 QoS 데이터 전송 전용 구간에 상기 생성된 QoS 데이터 프레임을 전송하는 단계;
    를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 QoS 지원을 위한 QoS 데이터 프레임 전송 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104244433A (zh) * 2014-09-03 2014-12-24 北京航空航天大学 时延容忍的服务质量保证的多址接入方法、装置和系统

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5541639B2 (ja) * 2010-02-22 2014-07-09 サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド 無線通信ネットワークにおけるリソースを管理する方法及び装置
JP5488062B2 (ja) * 2010-03-10 2014-05-14 株式会社リコー 無線通信装置及び無線通信方法
US8509923B2 (en) * 2010-06-30 2013-08-13 Motorola Solutions, Inc. Methods for managing power consumption in a sensor network
JP5636861B2 (ja) * 2010-10-14 2014-12-10 富士通株式会社 通信装置、通信システム、及び通信方法
US11368190B2 (en) * 2011-04-18 2022-06-21 Texas Instruments Incorporated Beacon-enabled communications for variable payload transfers
CN103179656B (zh) * 2011-12-20 2017-11-17 中兴通讯股份有限公司 一种异构网络中业务流的同步传输方法及系统
US9191970B2 (en) * 2012-01-09 2015-11-17 Qualcomm Incorporated System and method of communication using distributed channel access parameters
US9699667B2 (en) * 2012-01-09 2017-07-04 Qualcomm Incorporated Systems and methods to transmit configuration change messages between an access point and a station
US9185726B2 (en) 2012-01-09 2015-11-10 Qualcomm Incorporated System and method of communication using distributed channel access parameters
US11026170B2 (en) * 2012-08-01 2021-06-01 Texas Instruments Incorporated Beacon scheduling for wireless networks
US9609594B2 (en) 2013-03-15 2017-03-28 Oneevent Technologies, Inc. Networked evacuation system
US10045181B2 (en) * 2013-11-11 2018-08-07 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for Bluetooth connection
US10028220B2 (en) 2015-01-27 2018-07-17 Locix, Inc. Systems and methods for providing wireless asymmetric network architectures of wireless devices with power management features
US10536901B2 (en) 2015-01-27 2020-01-14 Locix, Inc. Systems and methods for providing communications within wireless sensor networks based on a periodic beacon signal
US10455368B2 (en) 2015-10-28 2019-10-22 Locix, Inc. Systems and methods for providing communications within wireless sensor networks based on at least one periodic guaranteed time slot for sensor nodes
JP6702671B2 (ja) 2015-08-31 2020-06-03 キヤノン株式会社 通信装置、制御方法及びプログラム
CN107438280B (zh) * 2016-05-28 2022-05-17 富泰华工业（深圳）有限公司 Zigbee设备节能方法
US10455350B2 (en) 2016-07-10 2019-10-22 ZaiNar, Inc. Method and system for radiolocation asset tracking via a mesh network
KR102536586B1 (ko) * 2018-09-20 2023-05-26 삼성전자주식회사 와이파이 통신을 사용하는 전자 장치와 이의 동작 방법
US11005523B2 (en) 2018-09-24 2021-05-11 Texas Instruments Incorporated Wireless network with channel hopping
CN112995571B (zh) * 2021-02-09 2023-10-24 广东公信智能会议股份有限公司 用于无线会议系统的通信管理方法及通信管理装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090016314A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for transmitting and receiving data using beacon scheduling in wireless sensor network

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7136392B2 (en) * 2001-08-31 2006-11-14 Conexant Systems, Inc. System and method for ordering data messages having differing levels of priority for transmission over a shared communication channel
US7764617B2 (en) * 2002-04-29 2010-07-27 Harris Corporation Mobile ad-hoc network and methods for performing functions therein based upon weighted quality of service metrics
US7224679B2 (en) * 2002-05-10 2007-05-29 Texas Instruments Incorporated Dynamic update of quality of service (Qos) parameter set
CN100555964C (zh) * 2003-02-03 2009-10-28 索尼株式会社 通信方法、通信设备及计算机程序
US7564826B2 (en) * 2005-07-13 2009-07-21 Texas Instruments Incorporated Apparatus for and method of synchronization and beaconing in a WLAN mesh network
KR101184094B1 (ko) * 2005-07-15 2012-09-18 칭화대학교 무선랜 시스템에서의 스케줄링 방법
US8169998B2 (en) * 2006-12-21 2012-05-01 Broadcom Corporation Method and system for an AD HOC wireless network with master control of network parameters
US8320286B2 (en) * 2007-03-09 2012-11-27 Broadcom Corporation Infrastructure offload wake on wireless LAN (WOWL)
US8676219B2 (en) * 2007-04-13 2014-03-18 Hart Communication Foundation Combined wired and wireless communications with field devices in a process control environment
CN100550808C (zh) * 2007-06-14 2009-10-14 北京泛亚创知科技发展有限公司 一种短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法
JP4479813B2 (ja) * 2008-03-18 2010-06-09 ソニー株式会社 通信装置及び通信方法、通信システム、並びにコンピュータ・プログラム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090016314A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for transmitting and receiving data using beacon scheduling in wireless sensor network

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HO-IN JEON: "Core technology for implementing u-City public/private service'", TTA JOURNAL, July 2007 (2007-07-01), pages 46 - 54 *
HO-IN JEON: "WiBEEM Technology as the Best USN Architecture for Implementing u-City Public and Value-Added Services", KOREA INFORMATION SCIENCE SOCIETY JOURNALS, vol. 25, no. 12, December 2007 (2007-12-01), pages 49 - 59 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104244433A (zh) * 2014-09-03 2014-12-24 北京航空航天大学 时延容忍的服务质量保证的多址接入方法、装置和系统
CN104244433B (zh) * 2014-09-03 2017-11-24 北京航空航天大学 时延容忍的服务质量保证的多址接入方法、装置和系统

Also Published As

Publication number Publication date
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US8654671B2 (en) 2014-02-18
CN102187622A (zh) 2011-09-14
KR101281180B1 (ko) 2013-07-02

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