KR101040116B1 - Magnetic field communication method for managing node with low power consumption - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크의 통신의 성능과 효율을 개선한 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic field communication method for low power node management that improves the performance and efficiency of communication in a low frequency band wireless network.
잘 알려진 바와 같이, 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크((Magnetic Field Area Network; MFAN)은 저주파 대역(30KHz~300KHz)에서 자기장 신호를 이용하여 정보를 송수신하는 무선 네트워크이다. 무선 통신의 동작 중심 주파수는 128KHz이며, 변조 방식은 주로 이진위상편이(Binary Phase Shift Keying; BPSK) 방식을 이용한다. 데이터율을 다양화하기 위하여 맨체스터(Manchester) 코딩과 비제로 복귀 레벨(Non-Return-to-Zero Level; NRZ-L) 코딩을 사용함으로써 수 m의 거리에서 수 Kbps의 데이터율을 제공한다.As is well known, a magnetic field communication low frequency band wireless network (MFAN) is a wireless network that transmits and receives information using magnetic field signals in a low frequency band (30 KHz to 300 KHz). The modulation scheme mainly uses Binary Phase Shift Keying (BPSK), which uses Manchester coding and Non-Return-to-Zero Level (NRZ-) to vary the data rate. L) Coding provides data rates of several Kbps at a distance of several meters.
한편, MFAN에 참여한 기기들은 그 역할에 따라 MFAN 코디네이터(MFAN Cordinator; MFAN-C)와 MFAN 노드(MFAN Node; MFAN-N)로 나뉘어진다. 하나의 MFAN 안에는 오직 하나의 MFAN-C만 존재하며, MFAN-C를 중심으로 다수의 MFAN-N 장치가 네트워크를 형성한다. MFAN-C는 MFAN-N의 접속 및 해제를 관리한다. MFAN에서는 시간 분할 다중 접속(Time Division Multiple Access; TDMA) 방식을 사용한다. MFAN-C가 MFAN에서의 접속을 관리하며, MFAN-N의 접속시, MFAN-C의 판단에 의해서 시간 자원이 분배된다. 이러한 MFAN 기술은 센서 네트워크, 홈 네트워크 및 건설, 농업, 교통 등 응용 서비스 분야에 적용될 수 있다.On the other hand, the devices participating in the MFAN are divided into MFAN Coordinator (MFAN-C) and MFAN Node (MFAN-N) according to their role. Only one MFAN-C exists in one MFAN, and a plurality of MFAN-N devices form a network around the MFAN-C. MFAN-C manages the connection and release of MFAN-N. The MFAN uses a time division multiple access (TDMA) scheme. The MFAN-C manages the connection in the MFAN, and at the time of the connection of the MFAN-N, time resources are distributed by the judgment of the MFAN-C. This MFAN technology can be applied to sensor networks, home networks and application services such as construction, agriculture and transportation.
이러한 MFAN와 관련하여 본 출원인은 "자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성방법"(출원번호: 10-2008-131920; 이하 '선행출원'이라 한다)을 앞서 출원한 바 있다.In connection with such MFAN, the applicant has previously filed a "physical layer construction method of magnetic field-based low frequency band wireless communication" (application number: 10-2008-131920; hereinafter referred to as a "prior application").
전술한 선행출원은 종래 MFAN에서 데이터율이나 코딩 방식이 고정되어 있어서 효율적인 통신을 수행할 수 없는 문제점을 감안하여 주변 환경에 따라 가변적인 데이터율이나 코딩 방식으로 무선 통신을 수행할 수 있도록 물리계층을 구성하는 방법을 제안하고 있다. 전술한 선행출원1에서는 물리계층의 프레임 포맷을 크게 3개의 구성요소, 즉 프리앰블, 헤더 및 페이로드로 구성한다. 패킷이 전송될 때 프리앰블이 먼저 전송되고, 이에서 헤더가 전송되고 마지막으로 페이로드가 전송된다. 최하위 비트(Least Significant Bit; LSB)부터 전송이 이루어진다. 한편, 프리앰블은 도 1에 도시한 바와 같이 여기에서 프리앰블은 종래 일반 요청 포맷이나 일반 응답 포맷의 프레임 시작(Start Of Frame; SOF) 필드와 동일한 기능을 수행한다. 이러한 프리앰블은 다시 최하위 비트(Least Significant Bit: LSB)부터 최상위 비트(Most Significant Bit: MSB)의 순서로 이루어지되, 예를 들어 사용자에 의해 길이가 지정되는 0, 4, 8 또는 12 비트의 '0'의 수열, 4비트의 '0000' 수열 및 4비트의 '1010' 수열로 이루어질 수 있을 것이다. 결국, 사용자 지정 수열이 0비트인 경우에는 사용자 지정 수열이 존재하지 않는 것이 되어 프리앰블은 4비트의 '0000' 수열과 4비트의 1010' 수열로 이루어지게 될 것이다.In the above-mentioned prior application, in consideration of the problem that efficient communication cannot be performed because the data rate or coding method is fixed in the conventional MFAN, the physical layer can be used to perform wireless communication at a variable data rate or coding method according to the surrounding environment. We are proposing how to configure. In the above-described
한편, 종래의 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크의 통신 방법에서 모든 MFAN-N은 MFAN-C에서 전송하는 캐리어 주파수를 검출하여 웨이크업을 수행하고 있다.On the other hand, in the communication method of the conventional magnetic field communication low frequency band wireless network, all the MFAN-N performs the wake-up by detecting the carrier frequency transmitted from the MFAN-C.
그러나 전술한 바와 같은 종래의 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크의 통신 방법에 따르면, MFAN-N이 별도의 웨이크업 신호에 의하지 않고 단순히 캐리어 주파수를 검출하여 웨이크업되기 때문에, 예를 들어 다른 MFAN-N들이 MFAN-C에 전송하는 캐리어에 의해서도 웨이크업되는 등 불필요하게 그리고 빈번하게 웨이크업됨으로써 MFAN-N의 전력 소비가 많아지는 문제점이 있었다.However, according to the communication method of the conventional magnetic field communication low frequency band wireless network as described above, since the MFAN-N wakes up by simply detecting the carrier frequency instead of a separate wake-up signal, for example, other MFAN-Ns are There is a problem in that power consumption of the MFAN-N is increased by waking up unnecessarily and frequently, for example, by the carrier transmitting to the MFAN-C.
나아가, 종래의 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크의 통신 방법에 따르면, MFAN-C의 동작 과정 중에 에러가 계속 발생하더라도 그 과정을 적절하게 중지시키는 절차가 마련되어 있지 않기 때문에 전력 소비가 많아지는 문제점이 있었다.Furthermore, according to the conventional communication method of the magnetic field communication low frequency band wireless network, even if an error continues during the operation of the MFAN-C, there is a problem in that power consumption is increased because a procedure for appropriately stopping the process is not provided.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크의 통신 성능과 효율을 개선시킨 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법을 제공함을 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a magnetic field communication method for low power node management that improves communication performance and efficiency of a magnetic field communication low frequency band wireless network.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 자기장 통신 방법은, 웨이크업 비트열을 수신하여 하이버네이션(hibernation) 상태에서 활성화(activation) 상태로 천이하는 단계 및 응답 요청 패킷을 분석하여, 상기 응답 요청 패킷에 따른 응답 패킷을 전송하는 단계를 포함하되, 상기 웨이크업 비트열은 상기 응답 요청 패킷의 프리엠블에 존재하는 것이다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a magnetic field communication method comprising: receiving a wake-up bit string and transitioning from a hibernation state to an activation state and analyzing a response request packet, And transmitting a response packet according to the request packet, wherein the wakeup bit string is present in the preamble of the response request packet.
여기서, 상기 응답 패킷을 전송하는 단계는 상기 응답 요청 패킷을 분석하는 단계와, 상기 분석결과, 상기 응답 요청 패킷의 목적지, 상기 노드가 속한 그룹의 ID및 상기 노드의 ID가 일치하면, 상기 응답 요청 패킷에 따른 응답 패킷을 생성하는 단계 및 상기 생성된 응답 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.The transmitting of the response packet may include analyzing the response request packet, and if the destination of the response request packet, the ID of the group to which the node belongs, and the ID of the node match, the response request. Generating a response packet according to the packet and transmitting the generated response packet.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 자기장 통신 방법은, 슈퍼프레임은 상기 코디네이터가 상기 복수의 노드들이 응답 요청 패킷을 전송하는 요청 구간과, 상기 복수의 노드들이 상기 응답 요청 패킷에 따라 응답하는 응답 구간과, 상기 복수의 노드들이 자발적으로 데이터를 전송하는 자발적 구간으로 구성되며, 상기 요청 구간에 전송된 웨이크업 비트열을 수신하여 하이버네이션(hibernation) 상태에서 활성화(activation) 상태로 천이하는 단계 및 상기 응답 구간에 응답 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.Magnetic field communication method according to another aspect of the present invention for achieving the above object, the superframe is the request period in which the coordinator transmits a response request packet from the plurality of nodes, and the plurality of nodes in the response request packet According to the response period, and a plurality of nodes the spontaneous period for transmitting data spontaneously, and receives the wake-up bit string transmitted in the request interval transitions from the hibernation state (activation state) And transmitting a response packet in the response period.
여기서 상기 슈퍼프레임은 상기 코디네이터가 응답 요청 패킷을 전송함에 따라 시작되는 것이고, 상기 응답 요청 패킷의 프리엠블에 상기 웨이크업 비트열이 존재하는 것이다.In this case, the superframe starts when the coordinator transmits a response request packet, and the wakeup bit string is present in a preamble of the response request packet.
본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에 따르면, MFAN-N이 웨이크업 신호에 의해서만 절전 상태에서 활성화 상태로 전환되기 때문에 종래 캐리어 주파수 검출에 의한 웨이크업 방식에 비해 MFAN-N의 전력 소비가 줄어들게 된다.According to the magnetic field communication method for low power node management of the present invention, since the MFAN-N is switched from the power saving state to the active state only by the wake-up signal, the power consumption of the MFAN-N is higher than that of the wake-up method by the conventional carrier frequency detection. Will be reduced.
나아가, 웨이크업 비트열을 ASK 방식에 의해 변조하기 때문에 MFAN-N의 전력 소비를 줄일 수가 있다. 또한 MFAN-C나 MFAN-N의 동작 과정 중에 에러나 주소 불일치 등이 소정 횟수 이상 발생한 경우에 그 과정을 강제적으로 중지시킴으로써 전력 소비를 줄일 수가 있다.Furthermore, the power consumption of the MFAN-N can be reduced because the wake-up bit string is modulated by the ASK method. In addition, when an error or address mismatch occurs more than a predetermined number of times during the operation of the MFAN-C or MFAN-N, the process can be forcibly stopped to reduce power consumption.
도 1은 종래 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크의 통신 방법에 따른 물리계층의 프레임 포맷을 보인 도,
도 2는 MFAN의 시간적인 구성요소인 슈퍼프레임의 구조도,
도 3은 MFAN의 물리적인 구성요소인 네트워크의 구조도,
도 4는 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에 따른 물리계층의 프레임 포맷,
도 5는 본 발명의 MFAN에서 물리계층 프레임의 프리앰블 포맷,
도 6은 ASK 변조 방식을 설명하기 위한 도,
도 7은 BPSK 변조 방식을 설명하기 위한 도,
도 8은 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에서 프리앰블의 코딩 및 변조 방식을 설명하기 위한 도,
도 9는 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에서 MFAN-C의 상태 천이도,
도 10은 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법 MFAN-C의 상태 천이도이다.1 illustrates a frame format of a physical layer according to a communication method of a conventional magnetic field communication low frequency band wireless network;
2 is a structural diagram of a superframe that is a temporal component of an MFAN;
3 is a structural diagram of a network that is a physical component of an MFAN;
4 is a frame format of a physical layer according to the magnetic field communication method for low power node management of the present invention;
5 is a preamble format of a physical layer frame in the MFAN of the present invention,
6 is a view for explaining an ASK modulation scheme;
7 is a view for explaining a BPSK modulation scheme;
8 is a diagram illustrating a coding and modulation scheme of a preamble in a magnetic field communication method for low power node management according to the present invention;
9 is a state transition diagram of the MFAN-C in the magnetic field communication method for low power node management of the present invention,
10 is a state transition diagram of the magnetic field communication method MFAN-C for low power node management of the present invention.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the magnetic field communication method for low power node management of the present invention.
MFAN을 구성하는 중요한 구성요소는 시간적인 요소와 물리적인 요소로 나누어 볼 수 있다. 시간적인 요소는 요청 구간, 응답 구간 및 비활성 구간으로 구성되는 슈퍼프레임을 말하고 물리적인 요소는 MFAN-C와 MFAN-N으로 구성되는 네트워크를 의미한다. 물리적인 요소의 가장 기본이 되는 요소는 노드이다. 노드의 종류에는 네트워크를 관리하는 MFAN-C와 네트워크의 구성 요소인 MFAN-N이 있다.Important components that make up MFAN can be divided into temporal and physical elements. The temporal element refers to a superframe including a request period, a response period, and an inactive period, and a physical element means a network composed of MFAN-C and MFAN-N. The most basic element of a physical element is a node. There are two types of nodes: MFAN-C, which manages the network, and MFAN-N, a component of the network.
MFAN에서 제일 먼저 결정되어야 하는 노드는 MFAN-C 이며, MFAN-C가 요청 구간에서 요청 패킷을 전송함으로써 MFAN의 슈퍼프레임이 시작된다. MFAN-C는 통신 영역 안에 있는 MFAN-N들의 구성, 합류, 분리, 해제 및 송수신 구간을 관리하는 역할을 담당한다. MFAN은 통신 영역 내에서 하나의 채널을 사용할 수 있으므로 하나의 네트워크만 존재한다. MFAN 안에서 MFAN-C를 제외한 나머지 노드는 MFAN-N이 된다. MFAN-C와 각 MFAN-N 간에는 1:1로 연결되어 있으며, MFAN에 참여한 노드들은 그 역할에 따라 MFAN-C와 MFAN-N로 나누지만, 모든 노드는 MFAN-C 또는 MFAN-N의 역할을 할 수 있다.The first node to be determined in the MFAN is MFAN-C, and the MFAN-C starts the superframe of the MFAN by transmitting a request packet in the request interval. The MFAN-C manages the configuration, joining, separation, release, and transmission / reception intervals of the MFAN-Ns in the communication area. Since MFAN can use one channel in the communication area, only one network exists. The remaining nodes in the MFAN except MFAN-C become MFAN-N. There is a 1: 1 connection between MFAN-C and each MFAN-N. Nodes participating in MFAN are divided into MFAN-C and MFAN-N according to their role, but all nodes share the role of MFAN-C or MFAN-N. can do.
도 2는 MFAN의 시간적인 구성요소인 슈퍼프레임의 구조를 나타낸다. MFAN에서 활용할 수 있는 시간적인 요소는 시간 분할 다중 접속(TDMA) 방식에서의 시간 슬롯(Time Slot)이다. MFAN-C는 응답 구간에서 데이터를 전송하는 MFAN-N의 그룹을 관리하고, 선택된 그룹의 MFAN 안에 있는 MFAN-N들에 의해 시간 슬롯은 자율적으로 관리된다. MFAN 슈퍼프레임 구조는 도 2에 도시한 바와 같이, 요청 구간, 응답 구간, 비활성 구간으로 이루어지며 요청 구간과 응답 구간의 길이는 가변적이다. 슈퍼프레임은 MFAN-C가 요청 구간에서 응답 요청 패킷을 전송함으로써 시작된다. 응답 요청 패킷에는 응답 구간 동안 응답 패킷을 전송할 수 있는 MFAN-N들에 대한 정보를 가지고 있으며, MFAN-N들은 응답 요청 패킷에 있는 정보를 사용하여 응답 구간 동안 응답 패킷을 전송한다.2 shows the structure of a superframe that is a temporal component of an MFAN. A temporal element that can be utilized in the MFAN is a time slot in a time division multiple access (TDMA) scheme. The MFAN-C manages a group of MFAN-Ns that transmit data in response intervals, and time slots are autonomously managed by the MFAN-Ns in the MFAN of the selected group. As illustrated in FIG. 2, the MFAN superframe structure includes a request period, a response period, and an inactive period, and the lengths of the request period and the response period are variable. Superframe is started by the MFAN-C sending a response request packet in the request period. The response request packet has information on the MFAN-Ns that can transmit the response packet during the response interval, and the MFAN-Ns transmit the response packet during the response interval using the information in the response request packet.
요청 구간은 MFAN-C가 응답 구간 동안 응답 프레임을 전송하기 위한 MFAN-N들에 대한 정보를 가지고 있는 응답 요청 프레임을 전송하는 구간이다.The request period is a period during which the MFAN-C transmits a response request frame having information on the MFAN-Ns for transmitting the response frame during the response period.
응답 구간은 MFAN-C의 응답 요청에 따라 MFAN-N이 응답 프레임을 전송할 수 있는 구간이며, MFAN 안에 있는 MFAN-N의 개수에 따라 여러 개의 시간 슬롯으로 나뉘어 질 수 있다. 각 시간 슬롯의 길이는 응답 프레임의 길이와 수신확인 프레임의 길이에 따라 가변적이다. 슬롯 번호는 분할된 시간 슬롯의 순서에 따라 정해지며 각 시간 슬롯에서 전송할 MFAN-N은 MFAN-C에 의해 할당된다. MFAN-C는 응답 구간의 사용을 위해 특정 그룹에게 응답 구간을 할당하고 할당된 그룹의 노드들은 응답 구간을 통해 자율적으로 데이터 프레임을 전송한다.The response section is a section in which the MFAN-N can transmit a response frame according to the response request from the MFAN-C, and may be divided into several time slots according to the number of MFAN-Ns in the MFAN. The length of each time slot varies with the length of the response frame and the length of the acknowledgment frame. The slot number is determined according to the order of the divided time slots, and the MFAN-N to be transmitted in each time slot is allocated by the MFAN-C. The MFAN-C allocates a response section to a specific group for use of the response section, and nodes in the assigned group autonomously transmit data frames through the response section.
다음으로 비활성 구간은 일정 시간 동안 응답 패킷을 전송하는 노드가 없으면 시작되며, MFAN-C의 요청 없이도 노드들이 데이터를 전송할 수 있는 구간이다. 이 구간은 MFAN-C가 요청 패킷을 송신하기 전까지 지속된다.Next, the inactivity section starts when there is no node transmitting a response packet for a certain time, and the nodes can transmit data without requesting MFAN-C. This interval lasts until the MFAN-C sends a request packet.
도 3은 MFAN의 물리적인 구성요소인 네트워크의 구조를 나타낸다. MFAN을 구성하는 물리적인 요소는 MFAN-C를 중심으로 하는 스타 토폴로지 네트워크에서의MFAN-C와 MFAN-N을 포함하는 노드이다. MFAN은 MFAN-C를 중심으로 각각의 MFAN-N들과 데이터를 전송할 수 있는 네트워크이고 MFAN의 기본 구성 요소는 노드이다. 노드는 그 역할에 따라 MFAN-C와 MFAN-N로 나누어진다. MFAN-C는 MFAN 전체를 관리하고 하나의 네트워크 안에서 오직 하나만 존재하여야 한다. MFAN-C는 응답 요청 패킷을 모든 MFAN-N에게 동시에 브로드캐스팅함으로써 MFAN-N을 제어한다. MFAN-N은 MFAN-C의 통제에 따라 응답 패킷을 송수신하여야 한다.3 shows the structure of a network that is a physical component of the MFAN. The physical elements that make up MFAN are nodes that include MFAN-C and MFAN-N in a star topology network around MFAN-C. MFAN is a network that can transmit data with each MFAN-N around MFAN-C. The basic component of MFAN is a node. Nodes are divided into MFAN-C and MFAN-N according to their role. MFAN-C manages the entire MFAN and there must be only one in a network. The MFAN-C controls the MFAN-N by broadcasting a response request packet to all the MFAN-Ns simultaneously. The MFAN-N shall send and receive response packets under the control of the MFAN-C.
한편, MFAN에서는 각각의 MFAN-N을 구별하기 위해서 MFAN ID, UID(unique identifier), 그룹 주소 및 노드 주소 등의 주소체계를 사용한다. MFAN ID는 MFAN을 구별해주는 고유 ID이고 그 값은 다른 MFAN의 ID와 중복되지 않는 유일한 값이며, MFAN이 지속되는 동안 그 값이 유지된다. UID는 64 비트로 구성된 고유 식별자로써 그룹 주소, IC 생산자 코드 및 IC 생산자 시리얼 번호로 구성된다. MFAN-N은 UID에 의해 구별된다. 그룹 주소는 분류된 MFAN-N 그룹의 식별자로써 패킷 전송 시 그룹 단위로 데이터 전송 요청을 할수 있어 충돌을 최소화하기 위한 방법에 활용되며 0x00~0x2F의 값을 갖는다. 노드 주소는 UID 대신 각 노드를 구별하기 위해 사용하는 식별자로써 네트워크 합류 시, MFAN-C에 의해서 할당되는 16 비트 주소이다.In order to distinguish each MFAN-N, MFAN uses an address system such as a MFAN ID, a unique identifier (UID), a group address, and a node address. The MFAN ID is a unique ID that distinguishes the MFAN, and its value is the only value that does not overlap with the ID of other MFANs. The value is maintained for the duration of the MFAN. The UID is a 64-bit unique identifier consisting of a group address, IC producer code, and IC producer serial number. MFAN-N is distinguished by UID. The group address is an identifier of the classified MFAN-N group, and can be used for the method of minimizing the collision since the data transmission request can be requested in group units during packet transmission, and has a value of 0x00 ~ 0x2F. Node address is an identifier used to distinguish each node instead of UID. It is a 16-bit address allocated by MFAN-C when joining a network.
도 4는 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에 따른 물리계층의 프레임 포맷이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 MFAN의 각각의 물리계층 프레임은 3개의 구성요소, 즉 종래와 마찬가지로 프리앰블(preamble), 헤더(head) 및 페이로드(payload)로 구성된다. 패킷이 전송될 때 프리앰블이 먼저 전송되고, 이에서 헤더가 전송되고 마지막으로 페이로드가 전송된다. 최하위 비트(Least Significant Bit; LSB)부터 전송이 이루어진다.4 is a frame format of a physical layer according to the magnetic field communication method for low power node management of the present invention. As shown in Fig. 4, each physical layer frame of the MFAN according to the present invention is composed of three components, namely, a preamble, a header, and a payload as in the prior art. When a packet is sent, a preamble is sent first, in which headers are sent and finally payloads. Transmission takes place from the least significant bit (LSB).
도 5는 본 발명의 MFAN에서 물리계층 프레임의 프리앰블 포맷이다. 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 프리앰블은 종래와 달리 2부분, 즉 [0000 0000]의 8비트로 이루어진 웨이크업 비트열(wakeup swquence) 및 [000000000000]의 12비트열과 이어지는 [1010]의 4비트열로 이루어진 동기 비트열(synchronization swquence)로 구성된다. 전술한 구성에서, 웨이크업 비트열은 MFAN-C가 MFAN-Ns에 후술하는 절전 상태에서 활성화 상태로 진입하도록 하기를 원할 때만 존재할 수 있다. 동기 비트열은 패킷 인식, 심볼 타이밍과 캐리어 주파수 추정용으로 사용될 수 있다. 프리앰블은 아래의 표 1에 정의된 TYPE 0 방식으로 코딩된다.5 is a preamble format of a physical layer frame in the MFAN of the present invention. As shown in FIG. 5, the preamble according to the present invention has a wakeup swquence consisting of two parts, that is, eight bits of [0000 0000] and a 12-bit sequence of [000000000000] and four of [1010]. It is composed of a synchronization bit string (synchronization swquence) consisting of a bit string. In the above configuration, the wakeup bit string may only exist when the MFAN-C wants to enter the active state from the power save state described below in the MFAN-Ns. The sync bitstream can be used for packet recognition, symbol timing and carrier frequency estimation. The preamble is coded in the
다음으로, 헤더는 도 4에 도시한 바와 같이 데이터율 및 코딩, 페이로드 데이터 길이의 2 개의 데이터 영역과 8 비트의 헤더 검사 수열로 이루어지며, 이에 대한 사항은 아래의 표 1에 정리되어 있다. 헤더는 LSB 부터 전송되므로 데이터율 및 코딩의 LSB가 제일 먼저 전달되고 헤더 검사 수열의 최상위 비트(Most Significant Bit; MSB)가 가장 나중에 전달된다. 헤더는 아래의 표 2에 정의된 TYPE 0 방식으로 코딩된다.Next, as shown in FIG. 4, the header is composed of two data regions of data rate, coding, and payload data length, and an 8-bit header check sequence. The details are summarized in Table 1 below. Since the header is transmitted from the LSB, the LSB of data rate and coding is transmitted first, and the most significant bit (MSB) of the header check sequence is transmitted last. The header is coded in the
한편, 데이터율 및 코딩 방식은 총 8 가지가 정의되어 있는데, 이에 따라 표 2와 같이 3비트로 표현된다.On the other hand, a total of eight data rates and coding schemes are defined, and accordingly, three bits are represented as shown in Table 2.
다음으로 변조 방식에 대해 설명한다. 본 발명에 따르면, 종래와는 달리 프리앰블의 웨이크업 비트열과 동기 비트열을 다른 변조 방식을 사용하여 변조, 즉 웨이크업 비트열은 진폭 편이(Amplitude Shift Keying; ASK) 변조 방식을 사용하여 변조하고, 나머지 동기 비트열은 종래와 마찬가지로 BPSK 변조 방식을 사용하여 변조하고 있다.Next, a modulation method will be described. According to the present invention, unlike the prior art, the wake-up bit string and the sync bit string of the preamble are modulated using different modulation schemes, that is, the wake-up bit string is modulated by using an amplitude shift keying (ASK) modulation scheme. The remaining sync bit streams are modulated using the BPSK modulation scheme as in the prior art.
도 6은 ASK 변조 방식을 설명하기 위한 도이다. 도 6에 도시한 바와 같이 코딩된 직렬 입력 데이터는 2개의 ASK 성좌점(constellation point) 중 1개를 나타내는 수로 변환된다(f_c는 MFAN의 캐리어 주파수이다).6 is a diagram for explaining an ASK modulation scheme. The serial input data coded as shown in FIG. 6 is converted into a number representing one of two ASK constellation points (f_c is the carrier frequency of the MFAN).
도 7은 BPSK 변조 방식을 설명하기 위한 도이다. 도 7에 도시한 바와 같이 코딩된 직렬 입력 데이터는 2개의 BPSK 성좌점 중 1개를 나타내는 수로 변환된다(f_c는 MFAN의 캐리어 주파수이다).7 is a diagram for explaining a BPSK modulation scheme. As shown in Fig. 7, the coded serial input data is converted into a number representing one of two BPSK constellation points (f_c is a carrier frequency of MFAN).
도 8은 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에서 프리앰블의 코딩 및 변조 방식을 설명하기 위한 도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 프리앰블 비트열은 TYPE 0을 사용하여 코딩된 후에 웨이크업 비트열은 ASK 방식에 의해 변조되는 반면에 동기 비트열은 BPSK 방식에 의해 변조된다. 이와 같이, 프리앰블의 웨이크업 비트열을 ASK 방식을 사용하여 변조하는 이유는 웨이크업 신호를 저전력으로 간단하게 구별해내기 위함이다. 즉, 웨이크업 신호를 BPSK 방식으로 변조할 경우에 MFAN-Ns이 웨이크업 비트열을 검출하기 위해서는 위상을 구별하는 내부 블록을 구동해야 하고 이에 따라 전력 소비가 증가하는데 반하여, 웨이크업 신호를 ASK 방식으로 변조하는 경우에는 상기한 위상 구별 블록을 구동시키지 않고도, 즉 많은 전력을 소비하지 않고도 신호의 높낮이에 의해 간단하게 웨이크업 비트열을 검출할 수 있기 때문이다.8 is a diagram illustrating a coding and modulation scheme of a preamble in a magnetic field communication method for low power node management according to the present invention. As shown in Fig. 8, after the preamble bit stream is coded using
이하에서는 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에 따른 MFAN-C와 MFAN-N의 상태 천이도에 대해 설명한다.Hereinafter, a state transition diagram of the MFAN-C and the MFAN-N according to the magnetic field communication method for low power node management of the present invention will be described.
도 9는 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에서 MFAN-C의 상태 천이도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 먼저 MFAN-C가 대기(standby) 상태에서 캐리어를 검출하는 동안 MFAN-Ns로부터 패킷이 수신되면 패킷분석(packet analysis) 상태로 천이한다(S10). 이때 MFAN-C의 노드 ID와 수신된 데이터 패킷의 목적지 주소가 일치하면 MFAN-C는 패킷생성(packet generation) 상태(S11)로 천이하여 DA(Data receiving Acknowledgement; 데이터 수신 확인) 패킷을 생성한 후에 MFAN-N에게 보낸다. 이후 MFAN-C는 대기 상태(S12)로 복귀한다.9 is a state transition diagram of the MFAN-C in the magnetic field communication method for low power node management of the present invention. As shown in FIG. 9, when a packet is received from the MFAN-Ns while the MFAN-C detects a carrier in the standby state, the UE transitions to a packet analysis state (S10). At this time, if the node ID of the MFAN-C and the destination address of the received data packet match, the MFAN-C transitions to a packet generation state (S11) and generates a DA (Data receiving Acknowledgement) packet. Send to MFAN-N. The MFAN-C then returns to the standby state S12.
한편, 패킷분석 상태에서 MFAN-C의 노드 ID와 수신된 데이터 패킷의 목적지 주소가 일치하지 않거나 데이터 패킷에 에러가 발생했을 경우 MFAN-C는 바로 대기 상태(S13)로 복귀한다. 패킷분석 상태에서 수신된 응답 패킷에 에러가 발생했거나 MFAN-C의 노드 ID와 수신된 응답 패킷의 목적지 주소가 일치하지 않으면 MFAN-C는 패킷생성 상태에서 RR(Response Request; 응답 요청) 패킷을 재생성하여 MFAN-N으로 재전송한다. 만약 이러한 에러가 연속해서 발생할 경우 패킷분석 상태의 절차가 요구되는 횟수(최대 N), 예를 들어 3회만큼 반복 실행(S14)된다. 이 상태에서 절차가 N+1 횟수에 도달할 때 MFN-C는 RR 패킷의 재전송을 더 이상 반복 실행하는 것이 의미가 없다고 판단하고 전력 소비를 줄이기 위해 패킷분석 상태에서 대기 상태(S13)로 복귀한다.On the other hand, in the packet analysis state, if the node ID of the MFAN-C and the destination address of the received data packet do not match or an error occurs in the data packet, the MFAN-C immediately returns to the standby state (S13). If an error occurs in the response packet received in the packet analysis state, or if the node ID of MFAN-C and the destination address of the received response packet do not match, MFAN-C regenerates a Response Request (RR) packet in the packet generation state. Resend to MFAN-N. If such an error occurs continuously, it is repeatedly executed (S14) for the number of times that the procedure of the packet analysis state is required (maximum N), for example, three times. In this state, when the procedure reaches N + 1 times, the MFN-C determines that it is meaningless to repeat the retransmission of the RR packet and returns to the standby state (S13) from the packet analysis state to reduce power consumption. .
한편, 상위 시스템 등으로부터 임의의 시스템 명령(system command)을 수신하는 경우에 MFAN-C는 대기 상태에서 패킷생성 상태(S15)로 천이하여 해당하는 요청 패킷을 전송한 후에 대기 상태(S16)로 복귀한다. 이 상태에서 시스템 명령에 에러가 발생했거나 MFAN-C의 노드 ID와 수신된 시스템 명령의 목적지 주소가 일치하지 않으면 RR 패킷을 전송한 후에 대기 상태(S17)로 복귀한다.On the other hand, when receiving an arbitrary system command (system command) from the host system or the like, the MFAN-C transitions from the standby state to the packet generation state (S15) and transmits the corresponding request packet and returns to the standby state (S16). do. In this state, if an error occurs in the system command or if the node ID of the MFAN-C and the destination address of the received system command do not match, the RR packet is transmitted and then the process returns to the standby state (S17).
도 10은 본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법에서 MFAN-N의 상태 천이도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 모든 MFAN-N은 지속적으로 캐리어를 체크한다. MFAN-N은 전원이 온되면 절전(hibernation) 상태(S20)로 진입한다. 이 상태에서 웨이크업 신호(비트열)가 검출되면 MFAN-N은 활성화(activation) 상태(S21)로 천이한다. 이 상태에서 RR 패킷이 수신되면 MFAN-N은 패킷분석 상태로 들어가서 수신된 RR 패킷을 분석한다.10 is a state transition diagram of the MFAN-N in the magnetic field communication method for low power node management of the present invention. As shown in Fig. 10, all MFAN-Ns constantly check the carrier. The MFAN-N enters a hibernation state S20 when the power is turned on. In this state, when a wake-up signal (bit string) is detected, the MFAN-N transitions to an activation state (S21). In this state, when the RR packet is received, the MFAN-N enters the packet analysis state and analyzes the received RR packet.
이때 RR 패킷의 목적지 주소가 그룹 ID 및 MFAN-N의 노드 ID와 일치하면 MFAN-N은 패킷생성 상태(S23)로 천이하여 MFAN-C에게 응답 패킷을 보낸 다음 대기 상태(S24)로 천이한다. 반면에 SQ 패킷의 목적지 주소가 그룹 ID 및 MFAN-N의 노드 ID와 일치하지 않으면 바로 절전 상태(S25)로 복귀한다. 대기 상태에서 캐리어 검출을 수행(S26)하는 동안 자기 노드에 대한 SA(response acknowledgement; 응답 확인) 패킷을 수신한 경우 MFAN-N은 절전 상태(S27)로 복귀하는 반면에, 다른 노드에 대한 SA 패킷이 수신된 경우에는 패킷생성 상태로 천이(S28)한다.At this time, if the destination address of the RR packet matches the group ID and the node ID of the MFAN-N, the MFAN-N transitions to the packet generation state (S23), sends a response packet to the MFAN-C, and then transitions to the standby state (S24). On the other hand, if the destination address of the SQ packet does not match the group ID and the node ID of the MFAN-N, it immediately returns to the power saving state (S25). If a SA (response acknowledgment) packet is received for its own node while performing carrier detection in the standby state (S26), the MFAN-N returns to the power saving state (S27), while the SA packet for another node. If this is received, the state transitions to the packet generation state (S28).
대기 상태에서 슬롯 넘버가 할당되지 않고 타임아웃 주기가 경과할 때 MFAN-N은 절전 상태(S29)로 바로 복귀하는 반면에, 슬롯 넘버가 할당되는 경우에는 타임아웃 주기의 경과 횟수가 연속해서 최대 N회가 될 때까지 패킷생성 상태(S30)로 천이하여 응답 패킷을 생성하여 재전송하며, 대기 상태에서 슬롯 넘버가 할당되고 타임 아웃 주기의 경과 횟수가 N+1회가 될 때는 더 이상의 반복적인 응답 패킷 생성이 무의미하다고 판단하고 전력 소비를 줄이기 위해 절전 상태((S31)로 복귀한다. 만약 대기 상태에서 캐리어 검출을 수행하는 동안 RR 패킷을 수신하면 MFAN-N은 패킷분석 상태(S32)로 천이한다.When the slot number is not assigned in the standby state and the timeout period elapses, the MFAN-N returns directly to the power save state (S29), whereas when the slot number is assigned, the number of elapsed times of the timeout period is continuously up to N. Transition to the packet generation state (S30) until the number of times to generate a response packet and retransmit, when the slot number is assigned in the standby state, when the number of elapsed times of the timeout period is N + 1 more repetitive response packet It is determined that the generation is meaningless and returns to the power saving state (S31) to reduce the power consumption. If the RR packet is received while performing the carrier detection in the standby state, the MFAN-N transitions to the packet analysis state (S32).
한편, 시스템 인터럽트가 발생하면, MFAN-N은 절전 상태에서 활성화 상태(S33)로 천이한다. 이 경우에 MFAN-N이 시스템으로부터 데이터를 수신하면 패킷생성 상태(S34)로 이동하여 데이터 패킷을 생성한 후에 MFAN-C에 전송하고, 이후에 패킷생성 상태에서 대기 상태(S35)로 천이한다. 이 상태에서 만약 DA 패킷이 수신되면 MFAN-N은 절전 상태(S36)로 복귀한다.On the other hand, when a system interrupt occurs, the MFAN-N transitions from the power saving state to the activation state (S33). In this case, when the MFAN-N receives data from the system, the MFAN-N moves to the packet generation state S34, generates a data packet, transmits the data packet to the MFAN-C, and then transitions from the packet generation state to the standby state S35. In this state, if the DA packet is received, the MFAN-N returns to the power saving state (S36).
만약 DA 패킷이 타임아웃 주기 동안 수신되지 않으면 MFAN-N은 MFAN-C에게 데이터 패킷을 재생성하여 재전송한 후에 패킷생성 상태에서 대기 상태(S37)로 들어가는데, 이렇게 DA 패킷이 타임아웃 주기가 경과할 때까지 수신되지 경우가 연속해서 발생할 경우 패킷생성 상태의 절차가 요구되는 횟수(최대 N), 예를 들어 3회만큼 반복 실행된다. 절차가 N+1 횟수에 도달할 때 MFAN-N은 대기 상태에서 절전 상태(S38)로 복귀한다.If the DA packet is not received during the timeout period, the MFAN-N regenerates and retransmits the data packet to the MFAN-C and enters the standby state (S37) from the packet generation state. If the case is not received until successively, the procedure of the packet generation state is repeatedly executed as many times as required (for example, N maximum). When the procedure reaches N + 1 times, the MFAN-N returns from the standby state to the power saving state S38.
심볼 및 약어 정의Symbol and Acronym Definition
AQ : association request - 합류 요청AQ: association request-join request
AS : association response - 합류 응답AS: association response
ASA : association response acknowledgement - 합류 응답 확인ASA: association response acknowledgement
ASC : association status check - 합류 상태 체크ASC: association status check-join status check
ASQ : association status request - 합류 상태 요청ASQ: association status request-join status request
ASS : association status response - 합류 상태 응답ASS: association status response
ASSA : association status response acknowledgement- 합류 상태 응답ASSA: association status response acknowledgement
확인Confirm
DA : data receiving acknowledgement - 데이터 수신 확인DA: data receiving acknowledgment
DAQ : disassociation request - 분리 요청DAQ: disassociation request-disassociation request
DAS : disassociation response - 분리 응답DAS: disassociation response
DASA : disassociation response acknowledgement - 분리 응답 확인DASA: disassociation response acknowledgement
DQ : data request - 데이터 요청DQ: data request-data request
DS : data response - 데이터 응답DS: data response
DSA : data response acknowledgement - 데이터 응답 확인DSA: data response acknowledgement
LSB : least significant bit - 최하위 비트LSB: least significant bit
MFAN : Magnetic Field Area Network) -자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크MFAN: Magnetic Field Area Network-Magnetic Field Communication Low Frequency Band Wireless Network
MFAN-C : Magnetic Field Area Network Coordinator - 자기장 통신 네트워크 코디네이터MFAN-C: Magnetic Field Area Network Coordinator-Magnetic Field Communication Network Coordinator
MFAN-N : Magnetic Field Area Network Nod -자기장 통신 네트워크 노드MFAN-N: Magnetic Field Area Network Nod-Magnetic Field Communication Network Node
SA : response acknowledgement - 응답 확인SA: response acknowledgement
SQ : response request - 응답 요청SQ: response request
UID : unique identifier - 고유 식별자UID: unique identifier
본 발명의 저전력 노드 관리를 위한 자기장 통신 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The magnetic field communication method for low power node management of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
Claims (4)
웨이크업 비트열을 수신하여 하이버네이션(hibernation) 상태에서 활성화(activation) 상태로 천이하는 단계; 및
응답 요청 패킷을 분석하여, 상기 응답 요청 패킷에 따른 응답 패킷을 전송하는 단계를 포함하되,
상기 웨이크업 비트열은 상기 응답 요청 패킷의 프리엠블에 존재하는 것
인 자기장 통신 방법.A magnetic field communication method performed by each node in a magnetic field communication network including a coordinator and a plurality of nodes,
Receiving a wake-up bit string and transitioning from a hibernation state to an activation state; And
Analyzing the response request packet and transmitting a response packet according to the response request packet;
The wakeup bit string is present in a preamble of the response request packet.
Magnetic field communication method.
상기 응답 요청 패킷을 분석하는 단계;
상기 분석결과, 상기 응답 요청 패킷의 목적지가 상기 노드가 속한 그룹의 ID 및 상기 노드의 ID와 일치하면, 상기 응답 요청 패킷에 따른 응답 패킷을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 응답 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 것
인 자기장 통신 방법.The method of claim 1, wherein transmitting the response packet
Analyzing the response request packet;
Generating a response packet according to the response request packet if a destination of the response request packet matches the ID of the node to which the node belongs and the ID of the node as a result of the analysis; And
Transmitting the generated response packet.
Magnetic field communication method.
슈퍼프레임은 상기 코디네이터가 상기 복수의 노드들이 응답 요청 패킷을 전송하는 요청 구간과, 상기 복수의 노드들이 상기 응답 요청 패킷에 따라 응답하는 응답 구간과, 상기 복수의 노드들이 자발적으로 데이터를 전송하는 자발적 구간으로 구성되며,
상기 요청 구간에 전송된 웨이크업 비트열을 수신하여 하이버네이션(hibernation) 상태에서 활성화(activation) 상태로 천이하는 단계; 및
상기 응답 구간에 응답 패킷을 전송하는 단계
를 포함하는 자기장 통신 방법.A magnetic field communication method performed by each node in a magnetic field communication network including a coordinator and a plurality of nodes,
The superframe includes a request period in which the coordinator transmits a response request packet by the plurality of nodes, a response period in which the plurality of nodes responds according to the response request packet, and a spontaneous transmission of data by the plurality of nodes. Section,
Receiving a wake-up bit string transmitted in the request period and transitioning from a hibernation state to an activation state; And
Transmitting a response packet in the response section
Magnetic field communication method comprising a.
상기 슈퍼프레임은 상기 코디네이터가 응답 요청 패킷을 전송함에 따라 시작되는 것이고, 상기 응답 요청 패킷의 프리엠블에 상기 웨이크업 비트열이 존재하는 것
인 자기장 통신 방법.The method of claim 3,
The superframe starts when the coordinator transmits a response request packet, and the wakeup bit string is present in a preamble of the response request packet.
Magnetic field communication method.
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