KR100643323B1 - 지그비 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 그 방법을사용하는 코디네이터 및 디바이스 - Google Patents

지그비 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 그 방법을사용하는 코디네이터 및 디바이스 Download PDF

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Abstract

지그비 시스템에서 데이터 송수신 방법, 그 방법을 사용하는 코디네이터 및 디바이스를 개시한다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스와 디바이스를 중재(coordinate)하며, 데이터를 송수신하는 코디네이터를 포함하는 지그비 시스템에서 코디네이터의 데이터 송신 방법에 있어서, 비이콘 프레임 내의 프레임 펜딩 비트(Frame Pending bit) 값이 데이터의 직접 전송 방식을 의미하는 값으로 정해진 경우, 데이터를 수신할 디바이스의 주소와 데이터의 송신시점이 포함된 비이콘 프레임을 생성하여 송신하는 단계 및 송신시점에서 데이터를 송신하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 데이터를 송수신하는 시간 및 전력의 낭비를 방지할 수 있다.
직접 전송 방식, 슬롯, 비이콘 프레임

Description

지그비 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 그 방법을 사용하는 코디네이터 및 디바이스{Data transmission and reception method in zigbee system and coodinator and device thereof}
도 1은 일반적인 데이터 송수신 방식을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법을 사용하는 지그비 시스템의 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법을 설명하기 위한 개념도,
도 4는 본 발명에서 사용되는 비이콘 프레임의 일 실시예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 데이터 송수신시 n 개의 트랜잭션 데이터가 존재하는 경우를 설명하기 위한 개념도, 그리고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 방법을 도시한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 코디네이터 110 : 제1 송수신부
120 : 비이콘 생성부 130 제1 제어부
200 : 디바이스 210 : 제2 송수신부
220 : 슬롯 카운터부 230 : 데이터 요청 메시지 생성부
240 : 제2 제어부 300 : 통신 인터페이스
본 발명은 지그비 시스템에서 데이터 송수신 방법, 그 방법을 사용하는 코디네이터 및 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접 송수신 방식을 사용하는 데이터 송수신 방법 및 그 방법을 사용하는 코디네이터 및 디바이스에 관한 것이다.
지그비(zigbee)란, 블루투스(bluetooth)에 비해 송신 데이터 양은 적지만 하나의 배터리로 1년을 사용할 정도로 저전력 규격이며 소프트 웨어, 관련 부품들을 최소화해 원가가 블루투스의 2분의 1에 그치는 등 제어와 센서를 기본으로 하는 홈 네트워크에 적합한 무선 통신 기술이다. 또 수백 개를 네트워크화하는 데 그친 블루투스와 달리 수 만개의 제품을 네트워크화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 데이터 송수신 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 이하, 도 1을 참조하여 지그비 시스템에서의 일반적인 데이터 송수신 방식을 설명한다.
지그비의 기본적인 목표는 각 디바이스(device)(20)들의 전력소모를 최소한으로 사용하여 통신을 수행하는 것이다. 이러한 이유로 지그비 시스템과 각 디바이스(20)를 중재하는 코디네이터(coordinator)(10)는 RX_ON을 유지하지만, 각 디바이스(20)는 RX_OFF를 유지한다. 디바이스(20)에서 코디네이터(10)로 데이터를 송신하는 경우에는 직접 전송(direct transmission) 방식이 가능하지만, 코디네이터(10) 에서 디바이스(20)로 데이터를 송신하는 경우에는 직접 전송 방식이 불가능하다.
지그비 시스템에서 코디네이터(10)가 디바이스(20)에 송신할 데이터가 발생할 경우, 직접 데이터를 송신하는 것이 아니라 해당 디바이스(20)에 송신할 데이터의 존재를 비이콘 프레임(Beacon Frame)을 통해 알린다. 이어, 비이콘 프레임 내의 펜딩 어드레스 필드(Pending Address Field)에 해당 디바이스(20)의 어드레스가 기록됨으로써 비이콘 프레임을 수신한 해당 디바이스(20)는 수신할 데이터가 있다는 사실을 인지하여 코디네이터(10)에 데이터 요청 메세지(Data Request Command)를 송신하게 된다. 이와 같이, 디바이스(20)가 데이터 요청 메시지를 송신한 후에 RX_ON으로 유지하여 코디네이터(10)로부터 데이터를 수신받을 수 있다.
코디네이터(10)가 디바이스(20)에 송신할 데이터를 가지고 있다 하더라도 직접 송신하지 못하고 디바이스(20)로부터 데이터 요청 메시지를 수신한 후에야 데이터를 송신할 수 있다.
결국, 일반적인 지그비 시스템에서 코디네이터(10)가 디바이스(20)에 데이터를 송신하기 위해서는 간접 전송(indirect transmission) 방식으로 데이터를 전달해야 한다. 디비이스(20)가 데이터 요청 메시지를 송신하도록 함으로써 데이터 요청 메시지 및 그에 대한 응답(Acknowledgement: Ack)을 송신하기 위한 전력 및 복수의 디바이스(20)에 데이터를 송수신함에 있어, 송신하는 데이터와 데이터 요청 메시지의 충돌로 인한 전력이 낭비되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 코디네이터(10)가 디바이스(20)에 데이터를 직접 송신하지 못하고 디바이스(20)로부터 데이터 요청 메시지를 수신될 때까지 기다려야 하므로 데 이터를 송수신하는데 걸리는 시간이 지연된다는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 지그비 시스템에서 디바이스에 송신할 데이터가 존재하는 경우, 디바이스가 데이터 요청 메시지를 송신할 때까지 기다리지 않고 직접 코디네이터가 디바이스에 데이터를 송신할 수 있도록 하는 데이터 송수신 방법, 그 방법을 이용한 코디네이터 및 디바이스를 제공함에 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 코디네이터의 데이터 송신 방법은, 적어도 하나의 디바이스와 상기 디바이스를 중재(coordinate)하며, 데이터를 송수신하는 코디네이터를 포함하는 지그비 시스템에서 상기 코디네이터의 데이터 송신 방법에 있어서, 비이콘 프레임 내의 프레임 펜딩 비트(Frame Pending bit) 값이 데이터의 직접 전송 방식을 의미하는 값으로 정해진 경우, 상기 데이터를 수신할 상기 디바이스의 주소와 상기 데이터의 송신시점이 포함된 상기 비이콘 프레임을 생성하여 송신하는 단계; 및 상기 송신시점에서 상기 데이터를 송신하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 비이콘 프레임 내의 프레임펜딩 비트 값이 데이터의 직접 전송 방식을 의미하는 값 외에 상기 디바이스로부터 데이터 요청 메시지가 수신된 후 데이터를 송신하는 간접 전송 방식을 의미하는 값은, 상기 간접 전송 방식을 사용하는 시스템과의 호환을 가능하게 하기 위해 할당된다.
적어도 하나의 디바이스와 상기 디바이스를 중재하며, 데이터를 송수신하는 코디네이터를 포함하는 지그비 시스템에서 상기 디바이스가 상기 코디네이터로부터 상기 데이터를 수신하는 방법에 있어서, 수신한 비이콘 프레임이 수신할 데이터가 있음을 지시하는 정보와 상기 데이터의 수신시점을 포함하고 있는지 확인하는 단계; 및 상기 수신할 데이터가 있으면, 상기 데이터 수신 시점에서 RX_ON 상태를 유지하는 단계를 포함한다.
상기 비이콘 프레임을 기준으로 할당된 데이터 송신 슬롯(Data Transmmision Slot)은 최대 7개이며, 하나의 슬롯의 최대 길이는 4.8ms인 것을 특징으로 한다.
그리고, 지그비 시스템의 적어도 하나의 디바이스를 중재하는 코디네이터에 있어서, 상기 디바이스와의 통신 인터페이스를 제공하는 제1 송수신부; 데이터를 수신할 상기 디바이스의 주소가 포함된 비이콘 프레임을 생성하는 비이콘 생성부; 및 상기 데이터를 상기 주소가 기록된 순서대로 상기 디바이스에 송신하는 제1 제어부를 포함한다.
한편, 지그비 시스템의 코디네이터로부터 데이터를 수신하는 디바이스에 있어서, 상기 코디네이터와의 통신 인터페이스를 제공하는 제2 송수신부; 비이콘 프레임을 기준으로 할당된 데이터 송신 슬롯을 카운트하여 상기 데이터 송신 순서를 확인하는 슬롯 카운터부; 간접 전송 시스템과 호환시 사용되는 데이터 요청 메시지를 생성하는 데이터 요청 메시지 생성부; 및 상기 데이터 송신 순서에 맞추어 RX_ON 상태를 유지하는 제2 제어부를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체 적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법을 사용하는 지그비 시스템의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 지그비 시스템은 코디네이터(100) 및 코디네이터(100)와 통신 인터페이스(300)로 연결된 디바이스(200)로 구성된다. 코디네이터(100)는 제1 송수신부(110), 비이콘 생성부(120) 및 제1 제어부(130)를 구비한다.
제1 송수신부(110)는 디바이스(200)와의 통신 인터페이스(300)를 제공하며, 비이콘 생성부(120)는 동기신호로 사용되는 비이콘 프레임을 생성한다.
제1 제어부(130)는 코디네이터(100)를 구성하는 상기 각 부분의 동작을 제어하며, 비이콘 생성부(120)에서 생성한 동기 신호인 비이콘 프레임이 제1 송수신부(110)를 통해 브로드캐스트되도록 제어한다. 또한, 제1 제어부(130)는 데이터를 수신할 디바이스(200)에 정확하게 데이터를 송신하며, 복수의 디바이스(200)에 송신할 데이터가 존재하는 경우, 순서에 맞는 송신을 위한 제어를 수행한다.
여기서, 데이터를 송신하는 순서는 디바이스(200)에 대응되는 주소가 비이콘 프레임내 프레임 펜딩 어드레스 필드(Frame Pending address field)(도 4참조)에 기록된 순서에 따라 정해진다.
한편, 디바이스(200)는 제2 송수신부(210), 슬롯 카운터부(220) 및 제2 제어부(240)를 구비한다. 제2 송수신부(210)는 코디네이터(100)와의 통신 인터페이스(300)를 제공하며, 슬롯 카운터부(220)는 데이터 송신 슬롯(Data Transmmision Slot)을 카운팅하여 디바이스(200) 자신이 데이터를 수신할 순서를 확인하며, 순위에 해당하는 대기시간을 산출한다.
데이터 요청 메시지 생성부(230)는 Frame control 비트(도 4참조) 값이 '0'인 간접 전송 방식을 사용하는 종래의 시스템을 호환하는 경우 사용되며, 데이터 요청 메시지를 생성한다.
제2 제어부(240)는 디바이스(200)를 구성하는 상기 각 부분의 동작을 제어하며, 특히, 디바이스(200) 자신에 할당된 슬롯에서 RX_ON 상태를 유지하여 데이터를 수신할 수 있도록 제어를 수행한다.
도 3은 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명에서 사용되는 비이콘 프레임을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 디바이스(200)에 송신할 데이터가 존재하면, 코디네이터(100)는 비이콘 프레임의 주기에 맞추어 데이터를 송신한다.
이 때, 디바이스(200)는 해당 비이콘 프레임을 주기적으로 수신함으로써, 코디네이터(100)와의 동기화를 유지한다. 그리고, 디바이스(200)는 디바이스(200) 자신에 수신될 데이터의 유무를 확인한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 코디네이터(100)로부터 브로드 캐스트되는 비이콘 프레임은 MAC 헤더(MAC header) 필드, MAC 페이로드(MAC payroad) 필드 및 MAC 풋터(MAC footer)필드로 구성된다. 그리고, MAC 헤더 필드는 Frame control, Sequence number 및 Addressing fields 비트로 구성된다.
Frame control 비트는 종래의 간접 전송 방식을 사용하는 시스템과 호환이 가능하도록 0 및 1 중 어느 하나로 비트 값을 정한다. 비트 값이 '1'이면, 본 발명의 경우와 같이 코디네이터(100)로부터 디바이스(200)에 데이터를 송수신함에 있어 직접 전송 방식을 사용하는 경우를 의미하며, 그 값이 '0'이라면, 간접 전송 방식을 사용하는 경우를 의미한다. 그 반대로 비트 값을 정하는 경우도 본발명의 권리범위에 속하는 것은 물론이다.
MAC 페이로드 비트는, Superframe specification, GTS fields 및 Pending Address fields 비트로 구성된다.
Frame control 비트 값이 '1'인 경우, Pending Address fields에 데이터를 수신할 디바이스(200)의 주소를 기록하여 비이콘 프레임을 해당 디바이스(200)에 송신한다. 이 때, 해당 디바이스(200)는 자신에게 수신될 데이터가 있음을 인지하고 RX_ON 상태로 유지시킨다. 즉, 코디네이터(100)로부터 디바이스(200)에 송신할 데이터가 존재하는 경우, 비이콘 프레임의 Pending Address Field에 해당 디바이스(200)의 주소를 기록한 후, 비이콘 주기에 맞추어 데이터를 송신한다.
이 때, 복수의 디바이스(200)에 대해 송신할 데이터가 존재하는 경우, 각 해당 디바이스(200)에 데이터 송신 슬롯(Data Transmisson Slot)이 할당된다. 할당되는 슬롯의 순서는 송신할 데이터의 발생 순서와 일치하며, 해당 디바이스(200)의 주소가 기록되는 순서에 따라 코디네이터(100)는 데이터 송신 슬롯을 할당한다.
즉, 맨 처음의 주소에 할당된 디바이스(200)는 비이콘 프레임을 기준으로 첫 번째 슬롯에서 RX_ON 상태를 유지하며, 두 번째 주소에 할당된 디바이스(200)는 비이콘 프레임을 기준으로 두 번째 슬롯에서 RX_ON 상태를 유지한다.
도 5는 본 발명에 따른 데이터 송수신에 있어 n 개의 트랜잭션 데이터가 존재하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다. 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법에 따르면, n 값이 최대 7이 되는 트랜잭션 데이터(Transaction Data)를 저장 할 수 있다.
여기서, 데이터 송신 슬롯은 300 symbols(4.8ms) 길이를 가진다. 이 길이는 송신할 데이터의 최대 크기인 127 바이트(bytes)와 그에 대한 응답 데이터의 크기인 10 바이트를 더한 길이로서 코디네이터(100)가 디바이스(200)에 송신하는데 걸릴 수 있는 최대 길이를 정의한 것이다. 따라서, 7개의 프랜잭션 데이터가 존재하는 경우, 모든 데이터가 송신되는데 걸리는 시간은 최대 33.6 msec이다.
코디네이터(100)로 송신할 데이터를 가지고 있는 또 다른 디바이스(200)가 있다면, 해당 디바이스(200)는 7개의 디바이스(200)가 모두 수신을 마친 뒤에 데이터를 송신한다. 왜냐하면, 해당 디바이스(200) 역시 비이콘 프레임을 수신하여 펜딩(pending)된 패킷의 수를 알고, 코디네이터(100)의 송신 완료 시점을 알 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법은 일반적인 간접 전송 방식을 사용하는 시스템과도 호환이 가능한 송수신 방법으로서, 비이콘 프레임 내의 프레임 펜딩 비트 값이 '1'인 경우, 직접 전송 방식으로 데이터를 송신한다(S410, Y). 물론, 비트 값이 '0'인 경우를 직접 전송 방식으로 정할 수 있 다.
직접 전송 방식으로 데이터를 송신하는 경우, 적어도 하나의 디바이스(200) 중 데이터를 수신할 디바이스(200)에 대응되는 주소가 기록된 비이콘 프레임이 코디네이터(100)에 의해 일정 주기로 송신하면, 디바이스(200)에 의해 일정 주기로 수신된다(S420).
복수의 디바이스(200)에 대해 송신할 데이터가 존재하는 경우, 각 해당 디바이스(200)에 데이터 송신 슬롯(Data Transmisson Slot)이 할당되는데, 할당된 슬롯의 순서는 송신할 데이터의 발생 순서와 일치하며, 할당된 슬롯에서 디바이스(200)는 RX_ON 상태를 유지한다(S440). 코디네이터(100)에 의해 주소가 기록된 순서에 맞추어 데이터가 디바이스(200)에 수신된다(S450).
한편, 비이콘 프레임 내의 프레임펜딩 비트 값이 '0'인 경우, 간접 전송 방식으로 데이터를 송신한다(S410, N). 이 경우, 송신할 데이터가 존재하는 경우, 디바이스(200)에 의해 데이터 요청 메시지가 수신되고 나서야, 코디네이터(100)가 데이터를 송신하는 데이터 간접 전송 방식을 취한다(S460).
즉, 직접 데이터를 송신하는 것이 아니라 해당 디바이스(200)에 송신할 데이터의 존재를 비이콘 프레임(Beacon Frame)을 통해 알린다. 이어, 비이콘 프레임 내의 펜딩 어드레스 필드(Pending Address Field)에 해당 디바이스(200)의 어드레스가 기록됨으로써 비이콘 프레임을 수신한 해당 디바이스(200)는 수신할 데이터가 있다는 사실을 인지하여 코디네이터(100)에 데이터 요청 메세지(Data Request Command)를 송신하게 된다. 디바이스(200)에 의해 데이터 요청 메시지가 송신된 후 에 RX_ON으로 유지하여 코디네이터(100)로부터 데이터를 수신받을 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 데이터를 송수신함에 있어, 직접 전송 방식을 사용하여 데이터가 송수신되는 데 걸리는 시간 및 전력의 낭비를 방지할 뿐만 아니라, 간접 전송 방식을 사용하는 종래의 시스템과도 호환이 가능하게 하여 시스템의 사용성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 지그비 시스템에서 디바이스에 송신할 데이터가 존재하는 경우, 디바이스가 데이터 요청 메시지를 송신할 때까지 기다리지 않고 직접 데이터를 송신할 수 있다. 따라서, 디바이스가 데이터 요청 메시지를 송신할 때까지 기다리지 않으므로 데이터 송수신시 걸리는 시간이 절약된다.
뿐만 아니라, 데이터 요청 메시지를 송신하기 위한 전력 및 데이터와 데이터 요청 메시지가 동시에 송수신되는 경우에 소비되는 전력을 절약할 수 있다는 장점이 있다. 그리고, 종래의 시스템과도 호환이 가능하게 하여 시스템의 사용성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (6)

  1. 적어도 하나의 디바이스와 상기 디바이스를 중재(coordinate)하며, 데이터를 송수신하는 코디네이터를 포함하는 지그비 시스템에서 상기 코디네이터의 데이터 송신 방법에 있어서, 비이콘 프레임 내의 프레임 펜딩 비트(Frame Pending bit) 값이 데이터의 직접 전송 방식을 의미하는 값으로 정해진 경우,
    상기 데이터를 수신할 상기 디바이스의 주소와 상기 데이터의 송신시점이 포함된 상기 비이콘 프레임을 생성하여 송신하는 단계; 및
    상기 송신시점에서 상기 데이터를 송신하는 단계;를 포함하는 코디네이터의 데이터 송신 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비이콘 프레임 내의 프레임펜딩 비트 값이 데이터의 직접 전송 방식을 의미하는 값 외에 상기 디바이스로부터 데이터 요청 메시지가 수신된 후 데이터를 송신하는 간접 전송 방식을 의미하는 값은,
    상기 간접 전송 방식을 사용하는 시스템과의 호환을 가능하게 하기 위해 할당된 것을 특징으로 하는 코디네이터의 데이터 송신 방법.
  3. 적어도 하나의 디바이스와 상기 디바이스를 중재하며, 데이터를 송수신하는 코디네이터를 포함하는 지그비 시스템에서 상기 디바이스가 상기 코디네이터로부터 상기 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    수신한 비이콘 프레임이 수신할 데이터가 있음을 지시하는 정보와 상기 데이터의 수신시점을 포함하고 있는지 확인하는 단계; 및
    상기 수신할 데이터가 있으면, 상기 데이터 수신 시점에서 RX_ON 상태를 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 데이터 수신 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 비이콘 프레임을 기준으로 할당된 데이터 송신 슬롯(Data Transmmision Slot)은 최대 7개이며, 하나의 슬롯의 최대 길이는 4.8ms인 것을 특징으로 하는 디바이스의 데이터 수신 방법.
  5. 지그비 시스템의 적어도 하나의 디바이스를 중재하는 코디네이터에 있어서,
    상기 디바이스와의 통신 인터페이스를 제공하는 제1 송수신부;
    데이터를 수신할 상기 디바이스의 주소가 포함된 비이콘 프레임을 생성하는 비이콘 생성부; 및
    상기 데이터를 상기 주소가 기록된 순서대로 상기 디바이스에 송신하는 제1 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코디네이터.
  6. 지그비 시스템의 코디네이터로부터 데이터를 수신하는 디바이스에 있어서,
    상기 코디네이터와의 통신 인터페이스를 제공하는 제2 송수신부;
    비이콘 프레임을 기준으로 할당된 데이터 송신 슬롯을 카운트하여 상기 데이 터 송신 순서를 확인하는 슬롯 카운터부;
    간접 전송 시스템과 호환시 사용되는 데이터 요청 메시지를 생성하는 데이터 요청 메시지 생성부; 및
    상기 데이터 송신 순서에 맞추어 RX_ON 상태를 유지하는 제2 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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