KR102312874B1 - 이종 무선 네트워크에서의 지그비 검출 방법 및 지그비 장치 - Google Patents

이종 무선 네트워크에서의 지그비 검출 방법 및 지그비 장치 Download PDF

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Abstract

이종 무선 네트워크에서 지그비 수신 장치에 관한 것이다. 일 실시예에 따르면, 지그비 수신 장치는 웨이크업(wakeup) 상태에서 RSSI에 기초하여 채널의 상태를 평가하는 채널 상태 평가부, 웨이크업 상태에서 수신된 신호에 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 지그비 서명 체크부와, 채널 상태 및 지그비 서명의 존재 여부 중의 적어도 하나에 기초하여 다음 상태로 전환하는 듀티 사이클 제어부를 포함할 수 있다.

Description

이종 무선 네트워크에서의 지그비 검출 방법 및 지그비 장치{METHOD FOR DETECTING ZIGBEE IN HETEROGENEOUS WIRELESS NETWORK AND ZIGBEE APPARATUS}
이종 무선 네트워크에서의 지그비 검출 방법 및 지그비 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종 무선 네트워크 간섭 환경에서 효율적으로 전력 소모를 감소시키는 기술과 관련된다.
최근 홈 네트워크에서는 근거리 통신을 목적으로 하는 지그비(ZigBee) 네트워크를 많이 활용하고 있다. 지그비 네트워크는 다른 무선 통신 기술에 비해 전력 소비가 적고, 비교적 저렴하게 구현된 통신 기술이다. 이러한 특징으로 인하여 지그비 네트워크는 산업, 과학, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
지그비 네트워크의 물리(PHY) 계층 및 매체 접근 제어(MAC) 계층은 IEEE 802.15.4 표준에 의해 정의된다. IEEE 802.15.4의 물리 계층에서 정의된 2.4 GHz의 ISM(Industrial, Science, and Medical) 대역은 산업, 과학, 의료 등에 많이 사용되는 비허가 주파수 대역으로 블루투스(Bluetooth), 무선랜(WiFi) 등이 사용하고 있다. 특히 스마트폰과 타블렛 PC 등의 보급으로 인해 무선랜의 사용이 증가함에 따라 동일한 주파수 대역을 사용하는 지그비 네트워크에 많은 간섭을 주게 되었다. 지그비 네트워크는 송신 출력이 작기 때문에 비교적 송신 출력이 큰 무선랜에 의한 간섭의 영향을 많이 받게 된다. 이기종 네트워크에 의한 간섭은 지그비 네트워크에서 전송의 실패를 야기시키며 에너지 효율성에 치명적인 영향을 주게 된다.
이종 무선 네트워크 환경에서 이종 무선 기기들의 간섭에 의한 전력 소모를 효율적으로 감소시키기 위한 지그비 검출 방법 및 지그비 장치가 제시된다.
일 양상에 따르면, 이종의 무선 네트워크에서의 지그비 송신 장치는 주변의 이종 무선 기기의 간섭 강도를 기초로 미리 정의된 지그비 서명을 삽입하여 데이터 패킷을 생성하는 패킷 생성부 및 생성된 데이터 패킷을 전송하는 패킷 송신부를 포함할 수 있다.
다른 양상에 따르면, 지그비 송신 장치는 주변의 이종 무선 기기의 간섭 여부를 판단하고, 간섭이 존재하면 간섭 강도를 측정하는 간섭 판단부를 더 포함할 수 있다.
패킷 생성부는 간섭 판단부의 판단 결과, 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면 지그비 서명을 삽입하지 않을 수 있다.
패킷 생성부는 간섭 판단부의 판단 결과, 이종 무선 기기의 간섭이 존재하면 측정된 간섭 강도에 기초하여 지그비 서명의 사이즈를 결정하고, 결정된 사이즈에 해당하는 미리 정의된 지그비 서명을 삽입할 수 있다.
이때, 데이터 패킷은 프리앰블 앞에 지그비 서명을 삽입하기 위한 7 비트의 지그비 서명 필드 및 1 비트의 더미 필드를 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 이종의 무선 네트워크 환경에서의 지그비 수신 장치는 웨이크업(wakeup) 상태에서 RSSI에 기초하여 채널의 상태를 평가하는 채널 상태 평가부, 웨이크업 상태에서 수신된 신호에 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 지그비 서명 체크부 및, 채널 상태 및 지그비 서명의 존재 여부 중의 적어도 하나에 기초하여 다음 상태로의 전환을 제어하는 듀티 사이클 제어부를 포함할 수 있다.
지그비 서명 체크부는 수신된 신호에서 소정 비트의 시퀀스와 미리 정의된 신호 샘플의 시퀀스에 대한 상관 값을 산출하고, 상기 산출된 상관 값을 기초로 지그비 서명의 존재 여부를 체크할 수 있다.
듀티 사이클 제어부는 채널 상태가 비지 상태이고, 지그비 서명이 존재하면 리스닝(listening) 상태로 전환하고, 그렇지 않으면 슬리프(sleep) 상태로 전환하도록 제어할 수 있다.
듀티 사이클 제어부는 주변 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면, 채널 상태가 비지 상태인 경우에 리스닝 상태로 전환하도록 제어할 수 있다.
이때, 지그비 서명은 소정 비트의 PN(Pseudo-random Noise) 시퀀스로 구성되며, 지그비 전송 장치에 의해 프리앰블 신호 앞의 미리 예약된 필드에 삽입될 수 있다.
이때, 소정 비트의 크기는 주변 이종 무선 기기의 간섭 강도에 따라 최대 7 비트를 가질 수 있다.
일 양상에 따르면, 이종 무선 네트워크에서의 지그비 검출 방법은 지그비 수신 장치가 웨이크업(wakeup) 상태로 전환하는 단계, 웨이크업 상태에서 RSSI에 기초하여 채널의 상태를 평가하는 단계, 수신된 신호에 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 단계 및, 채널 상태 및 지그비 서명의 존재 여부 중의 적어도 하나에 기초하여 다음 상태로 전환하는 단계를 포함할 수 있다.
채널의 상태를 평가하는 단계는 RSSI 레지스터로부터 RSSI 샘플의 시리즈를 수집하는 단계 및 수집된 RSSI 샘플의 시리즈를 처리하여, 채널 상태를 유휴(idle) 상태 또는 비지(busy) 상태로 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 단계는 수신된 신호 내의 소정의 시퀀스와 미리 정의된 신호 샘플의 시퀀스에 대한 상관 값을 산출하는 단계를 포함하고, 산출된 상관 값을 기초로 지그비 서명의 존재 여부를 체크할 수 있다.
다음 상태로 전환하는 단계는 채널 상태가 비지 상태이고, 지그비 서명이 존재하면 리스닝(listening) 상태로 전환하고, 그렇지 않으면 슬리프(sleep) 상태로 전환할 수 있다.
다음 상태로 전환하는 단계는 주변 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면 채널 상태가 비지 상태인 경우에 리스닝 상태로 전환할 수 있다.
이때, 지그비 서명은 소정 비트의 PN(Pseudo-random Noise) 시퀀스로 구성되며, 지그비 전송 장치에 의해 프리앰블 신호 앞의 미리 예약된 필드에 삽입될 수 있다.
이때, 소정 비트의 크기는 이종 무선 기기의 간섭 강도에 따라 최대 7 비트를 가질 수 있다.
이종 무선 네트워크 환경에서 이종 무선 기기들의 간섭에 의한 전력 소모를 효율적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 이종 무선 네트워크에서 일반적인 지그비 시스템의 동작을 예시한 것이다.
도 2는 이종 무선 네트워크의 간섭 환경에서 일 실시예에 따른 지그비 시스템의 동작을 예시한 것이다.
도 3은 일 실시예에 따른 지그비 송신 장치의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 지그비 수신 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 지그비 송신 장치가 수행하는 지그비 패킷 생성 방법의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 지그비 수신 장치가 수행하는 지그비 검출 방법의 흐름도이다.
도 7은 다른 실시예에 따라 지그비 송신 장치가 수행하는 지그비 패킷 생성 방법의 흐름도이다.
도 8은 다른 실시예에 따라 지그비 수신 장치가 수행하는 지그비 검출 방법의 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 이종 무선 네트워크에서의 지그비 검출 방법 및 지그비 장치의 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 이종 무선 네트워크에서 일반적인 지그비 시스템의 동작을 예시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 지그비 시스템은 유휴 리스닝(idle listening)에 따른 에너지 소모를 최소화하기 듀티 사이클링 메커니즘을 채용한다. 듀티 사이클링에서는 각 지그비 장치(110,120)가 미리 정해진 웨이크업(wakeup)/슬리프(sleep) 상태를 반복함으로써 유휴 리스닝 시간을 줄인다. 듀티 사이클링 기반의 MAC 프로토콜은 동기(synchronous)와 비동기(asynchronous) 방식으로 나누어지고, 이때, 비동기 듀티 사이클링은 저전력 리스닝(Low Power Listening: LPL) 방식에 기반하고 있다.
도 1을 참조하면, 지그비 송신 장치(110)와 지그비 수신 장치(120)가 듀티-사이클링 메커니즘에 따라 데이터 패킷을 교환할 때 다른 무선 기기(130)의 간섭(I)이 있게 되면, 지그비 수신 장치(120)의 오동작이 발생한다.
예를 들어, 지그비 송신 장치(110)는 전송할 데이터가 있으면, 의도된 지그비 수신 장치(120)로부터 ACK를 수신할 때까지 연속적인 데이터 패킷을 보내는 전송 절차를 착수한다. 이때, 채널 폴링 간격(channel polling interval)과 같은 제한 시간을 초과하게 되면, 지그비 송신 장치(110)는 다음 기회에 데이터를 전송한다.
지그비 수신 장치(120)는 주기적으로 깨어나서, IEEE 802.15.4에서 정의된 CCA(Clear Channel Assessment) 방법을 기반으로 미디어 상태를 체크한다. 즉, 지그비 수신 장치(120)는 미디어의 에너지 레벨을 측정하고, 데이터를 수신할지 슬리프 상태로 전환할 지를 결정한다. 하지만, 다른 무선 기기(130)에 의한 간섭(I)이 유휴 미디어의 채널 평가 임계치보다 더 높은 에너지 수준을 발생시키게 되면, 지그비 수신 장치(120)는 불필요하게 깨어나서 유휴 리스닝 상태가 되고, 존재하지 않는 다음 데이터 패킷을 기다리게 된다. 이로 인해, 지그비 수신 장치(120)는 불필요한 에너지 손실이 발생하게 된다.
도 2는 이종 무선 네트워크의 간섭 환경에서 일 실시예에 따른 지그비 시스템의 동작을 예시한 것이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 지그비 시스템은 이종 무선 기기(230)에 의한 간섭이 발생하는 경우에도 바로 슬리프 상태로 전환함으로써 유휴 리스닝 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 지그비 전송 장치(210)는 전송할 데이터 패킷에 미리 정의된 지그비 서명(ZigBee Signature)을 삽입하여 전송할 수 있다. 이때, 지그비 서명은 지그비 수신 장치(220)가 처리해야 할 지그비 전송임을 나타낸다. 지그비 서명은 데이터 패킷의 프리앰블(preamble) 앞의 미리 예약된 필드에 삽입될 수 있다.
일 실시예에 따른 지그비 수신 장치(220)는 지그비 전송을 효율적으로 검출하기 위해 구현된 지그비 검출 기법(CoSense)을 이용하여 이종 무선 네트워크 환경에서 수신되는 신호들이 지그비 전송 장치(210)에 의해 전송된 데이터 패킷인지를 판단할 수 있다. 이때, 자세히 후술하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 지그비 검출 기법(CoSense)은 RSSI(Received Signal Strength Indication)에 기반한 채널 평가(Channel Assessment) 기법, 신호 상관(Signal Correlation) 기법 등을 활용하여 수신되는 신호들이 지그비 전송인지, 이종의 무선 기기(230)에 의한 간섭(I)인지를 판단할 수 있다.
즉, 지그비 수신 장치(220)는 듀티 사이클 간격마다 주기적으로 웨이크업 상태로 전환하고, 이종의 무선 기기(230)에 의해 간섭(I)이 발생하게 되면 지그비 전송인지 여부를 판단한다. 이때, 간섭(I)은 지그비 전송이 아니므로 유휴 리스닝 상태로 전환하지 않고 바로 슬리프 상태로 전환할 수 있다. 이에 따라, 유휴 리스닝 상태로 대기하는 시간이 줄어들게 되어 지그비 수신 장치(220)의 에너지 소모가 감소될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 지그비 송신 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 지그비 송신 장치(300)는 간섭 판단부(310), 패킷 생성부(320) 및 패킷 송신부(330)를 포함할 수 있다.
간섭 판단부(310)는 이종의 무선 네트워크 환경에서 간섭이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 간섭이 존재하는 것으로 판단되면 그 간섭 강도 즉, 간섭을 발생시키는 이종의 무선 기기로부터 발생되는 신호 세기를 측정할 수 있다. 여기서, 간섭 판단부(310)는 필요에 따라 생략이 가능하다.
패킷 생성부(320)는 전송할 데이터가 있으면 데이터 패킷을 생성한다. 이때, 데이터 패킷은 IEEE 802.15.4에 정해진 바를 따르도록 생성할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 데이터 패킷은 프리앰블(preamble)의 앞에 지그비 서명을 삽입하기 위한 소정 비트 크기의 예약된 필드를 포함할 수 있다. 이때, 미리 예약된 필드는 지그비 서명을 나타내는 최대 7 비트의 지그비 서명 필드와 1 비트의 더미 필드를 포함할 수 있다.
패킷 생성부(320)는 전송할 데이터에 대한 패킷을 생성할 때, 미리 정의된 지그비 서명을 그 데이터 패킷에 삽입할 수 있다. 이때, 지그비 서명은 미리 정의된 7 비트의 PN(Pseudo-random Noise) 시퀀스일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면 패킷 생성부(320)는 간섭 판단부(310)의 판단 결과에 기초하여 지그비 서명의 삽입 여부를 결정하고, 삽입하는 것으로 결정하는 경우 그 지그비 서명의 크기를 결정할 수 있다.
일 예로, 간섭 판단부(310)가 주변의 이종 무선 기기들의 간섭이 전혀 없는 것으로 판단하게 되면 패킷 생성부(320)는 데이터 패킷에 지그비 서명을 삽입하지 않을 수 있다.
다른 예로, 간섭 판단부(310)가 주변의 이종 무선 기기들의 간섭이 존재하는 것으로 판단하여 그 간섭 기기들의 간섭 강도를 측정한 경우에는 그 간섭 강도에 기초하여 데이터 패킷에 삽입할 지그비 서명의 크기를 결정할 수 있다. 즉, 간섭 강도가 매우 약한 경우에는 미리 정의된 1 비트의 지그비 서명을 삽입하고, 간섭 강도가 매우 강한 경우에는 미리 정의된 7 비트의 지그비 서명을 삽입하는 것이 가능하다. 이와 같이, 패킷 생성부(320)는 간섭 강도에 따라 1 비트에서 7 비트의 미리 정의된 지그비 서명을 지그비 서명 필드에 삽입할 수 있다.
패킷 송신부(330)는 생성된 데이터 패킷을 지그비 수신 장치로 송신한다. 이때, 지그비 수신 장치로부터 ACK를 수신할 때까지 연속적인 데이터 패킷을 송신할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 지그비 수신 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 지그비 수신 장치(400)는 지그비 송수신부(410), 채널 상태 평가부(420), 지그비 서명 체크부(430) 및 듀티 사이클 제어부(440)를 포함할 수 있다.
지그비 송수신부(410)는 듀티 사이클 제어부(440)에 의해 온(on)되어 웨이크업 상태가 되고, 지그비 신호를 포함하는 각종 신호를 수신한다. 이때, 지그비 송수신부(410)는 RF 트랜시버(transceiver)일 수 있다.
채널 상태 평가부(420)는 RSSI에 기초하여 채널 상태가 유휴(idle) 상태인지 비지(busy) 상태인지를 평가할 수 있다.
예를 들어, 채널 상태 평가부(420)는 지그비 송수신부(410)의 RSSI 레지스터로부터 RSSI 샘플의 시리즈를 수집하는 RSSI 샘플러(sampler)와 RSSI 샘플들의 시리즈를 처리하여 채널 상태를 평가하는 채널 평가자(channel estimator)를 포함할 수 있다. 채널 평가자는 RSSI 샘플들의 시리즈를 처리한 RSSI 값이 미리 설정된 채널 평가 임계치 보다 낮으면 채널이 유휴 상태임을 나타내는 값을 반환하고, 그렇지 않으면 채널이 비지 상태임을 나타내는 값을 반환할 수 있다.
지그비 서명 체크부(430)는 수신된 신호에 지그비 서명이 존재하는지를 체크할 수 있다.
예를 들어, 지그비 서명 체크부(430)는 신호의 원 샘플들(raw samples)을 수집하는 신호 샘플러(signal sample)와, 수집된 원 샘플들을 미리 정의된 지그비 서명과 상관시켜(correlate) 지그비 전송의 존재 여부를 체크하는 특징 검출자(feature detector)를 포함할 수 있다.
이때, 지그비 서명 체크부(430)는 아래의 수학식 1과 같은 신호 상관 기법을 적용하여 지그비 서명의 존재 여부를 체크할 수 있다. 수학식 1은 미리 정의된 길이 L의 기호 시퀀스(symbol sequences)에 대하여, 쉬프트 위치 델타(△)에서의 상관을 계산한 수식이다.
Figure 112015031446558-pat00001
여기서, 샘플(s[k], 1≤k≤L)는 미리 정의된 기호를 나타내고, s*[k]는 공액 복소수(complex conjugate)를 나타낸다.
이때, 수신된 지그비 서명(signature)이 완전하게 s의 시작에 맞춰지면, 상관 값은 급등한다. 즉, 지그비 서명 체크부(430)는 상관 값이 상관 임계치 이상이면 지그비 서명이 존재하는 것으로 인식할 수 있다.
듀티 사이클 제어부(440)는 평가된 채널의 상태 및 지그비 서명의 존재 여부 중의 적어도 하나를 기초로 지그비 송수신부(410)의 전원을 온/오프 제어하여 다음 상태로 전환시킬 수 있다. 예컨대, 듀티 사이클 제어부(440)는 채널의 상태 및 지그비 서명의 존재 여부에 기초하여 수신된 신호가 지그비 전송인지를 판단하고, 지그비 전송으로 판단되면 지그비 송수신부(410)의 전원이 온 상태로 유지되도록 하여 지그비 송수신부(410)를 리스닝 상태로 전환하고, 그렇지 않으면 지그비 송수신부(410)의 전원이 오프되도록 하여, 지그비 송수신부(410)를 슬리프 상태로 전환할 수 있다.
일 예에 따르면, 듀티 사이클 제어부(440)는 채널의 상태가 비지 상태이고, 지그비 서명이 존재하는 경우 수신된 신호를 지그비 전송으로 판단할 수 있다. 이와 같이, 듀티 사이클 제어부(440)는 RSSI에 기초하여 평가된 채널 상태 뿐만 아니라, 상관 기법을 적용하여 지그비 서명의 존재 여부를 체크함으로써, RSSI가 큰 이종 무선 기기의 간섭이 발생하더라도 유휴 리스닝 상태의 대기없이 바로 슬리프 상태로 전환되는 것이 가능하다.
다른 예에 따르면, 듀티 사이클 제어부(440)는 이종 무선 기기의 간섭 여부를 판단할 수 있고, 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면 지그비 서명의 존재 여부를 고려하지 않고 채널의 상태가 비지 상태인 경우 바로 리스닝 상태로 전환할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따라 지그비 송신 장치가 수행하는 지그비 패킷 생성 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 지그비 송신 장치는 전송할 데이터가 존재하면 미리 정의된 지그비 서명을 데이터 패킷에 삽입할 수 있다(510). 이때, 지그비 데이터 패킷은 IEEE 802.15.4에 정해진 바에 따라 생성될 수 있으며, 프리앰블 앞에 지그비 서명의 삽입을 위해 미리 예약된 필드를 포함할 수 있다. 이때, 예약된 필드는 7 비트의 지그비 서명 필드와 1 비트의 더미 필드를 포함할 수 있으며, 7 비트의 지그비 필드에는 이종 무선 네트워크 환경에서 지그비 장치들끼리 공유할 미리 정의된 지그비 서명을 나타내는 최대 7 비트의 PN 시퀀스가 삽입될 수 있다.
그 다음, 생성된 데이터 패킷을 지그비 수신 장치에 송신한다(520).
도 6은 일 실시예에 따라 지그비 수신 장치가 수행하는 지그비 검출 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 지그비 수신 장치는 듀티 사이클 단위로 주기적으로 깨어나서 웨이크업 상태로 전환한다(610).
그 다음, RSSI에 기초하여 채널의 상태를 평가한다(620). 이때, CCA(Clear Channel Assessment) 기법이 활용될 수 있다. 지그비 수신 장치는 웨이크업 상태에서 지그비 트랜시버의 RSSI 레지스터로부터 RSSI 샘플들을 수집하고, 수집된 샘플들의 시리즈를 처리하여 채널 상태를 평가할 수 있다. 지그비 수신 장치는 처리 결과 RSSI 값이 미리 설정된 채널 평가 임계치보다 낮으면 채널이 유휴 상태(idle state)임을 나타내는 값을 반환하고, 그렇지 않으면 채널이 비지 상태(busy state)임을 나타내는 값을 반환할 수 있다.
그 다음, 수신되는 신호들에 지그비 서명이 존재하는지 여부를 체크할 수 있다(630). 지그비 서명은 지그비 전송 장치에 의해 데이터 패킷의 프리앰블 앞에 삽입될 수 있다. 이때, 신호의 원 샘플(raw sample)을 수집하고, 수집된 원 샘플과 수신된 신호 내의 미리 예약된 필드의 PN 시퀀스를 상관하는 신호 상관 기법을 활용하여 예약된 필드에 미리 정의된 지그비 서명이 존재하는지 판단할 수 있다. 이때, 전술한 수학식 1과 같은 신호 상관 함수에 의해 신호 상관 값을 산출하고, 산출된 신호 상관 값과 미리 정의된 임계치를 비교하여 지그비 서명의 존재 여부를 판단할 수 있다.
그 다음, 채널 평가 단계(620)에서의 평가된 채널 상태가 비지(busy) 상태인지를 판단하고(640), 비지 상태가 아니면 지그비 트랜시버의 전원을 오프함으로써, 유휴 리스닝 상태가 되어 다음 패킷을 기다리는 대신 바로 슬리프 상태로 전환할 수 있다(670).
이때, 채널 상태가 비지 상태이면, 단계(630)에서 지그비 서명이 존재하는 것으로 판단하였는지를 확인하고(650), 지그비 서명이 존재하면 지그비 트랜시버의 전원을 온 상태로 유지하여 지그비 전송 장치로부터 다음 패킷을 수신하기 위한 리스닝 상태로 전환할 수 있다(660). 이때, 단계(650)에서 수신된 신호에 지그비 서명이 존재하지 않는 것으로 판단하면 유휴 리스닝 상태로 대기하지 않고 바로 슬리프 상태로 전환할 수 있다(670).
이와 같이, RSSI 값이 미리 정의된 채널 평가 임계치 이상이라고 하더라도 지그비 서명의 존재 여부를 함께 고려하므로 간섭에 의한 RSSI가 채널 평가 임계치 이상인 상황에서도 불필요하게 유휴 리스닝 상태로 대기할 필요가 없어 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따라 지그비 송신 장치가 수행하는 지그비 패킷 생성 방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 지그비 송신 장치는 전송할 데이터가 존재하는 경우 데이터 패킷을 생성하기 전에 주변의 이종 무선 기기의 간섭이 있는지 여부를 판단할 수 있다(710).
판단 결과(710) 주변 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면(720), 데이터 패킷에 지그비 서명을 삽입하지 않고 바로 데이터 패킷을 생성하고(760), 생성된 데이터 패킷을 지그비 수신 장치(770)에 송신할 수 있다.
판단 결과(710) 주변 이종 무선 기기의 간섭이 존재하면(720), 그 간섭의 강도를 측정할 수 있다(730).
그 다음, 측정된 간섭 강도에 기초하여 데이터 패킷에 삽입할 지그비 서명의 크기를 결정할 수 있다(740). 이때, 간섭 강도에 따라 삽입할 지그비 서명들이 1 비트에서 7 비트 크기로 미리 정의될 수 있다.
그 다음, 결정된 크기에 해당하는 지그비 서명을 데이터 패킷에 삽입하여 전송할 데이터 패킷을 생성할 수 있다(750). 이때, 데이터 패킷의 프리앰블 앞에 8 비트의 영역은 지그비 데이터 패킷의 전송임을 나타내는 지그비 서명의 삽입을 위한 필드로서 미리 예약될 수 있다. 이때, 8 비트 중의 7 비트는 지그비 서명을 삽입하기 위한 지그비 필드이고 1 비트는 더미 필드일 수 있다.
그 다음, 생성된 데이터 패킷을 지그비 수신 장치에 송신할 수 있다(770). 이때, 지그비 수신 장치로부터 ACK를 수신할 때까지 연속적으로 송신할 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 지그비 송신 장치가 주변의 이종 무선 기기의 간섭 여부 및 간섭 강도를 고려하여 지그비 서명의 삽입할지 여부를 결정함으로써, 지그비 서명을 매번의 데이터 패킷에 삽입함으로써 발생하는 오버헤드를 감소시킬 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따라 지그비 수신 장치가 수행하는 지그비 검출 방법의 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 지그비 수신 장치는 듀티 사이클마다 주기적으로 깨어나서 웨이크업 상태로 전환한다(810).
그 다음, RSSI에 기초하여 채널의 상태를 평가할 수 있다(820). 예를 들어, 지그비 트랜시버의 RSSI 레지스터로부터 RSSI 샘플들을 수집하고, 수집된 RSSI 샘플들을 처리하여 채널 상태를 비지(busy) 상태 또는 유휴(idle) 상태로 평가할 수 있다.
그 다음, 수신된 신호에 지그비 서명이 존재하는지를 체크할 수 있다(830). 예를 들어, 수학식 1과 같은 신호 상관 기법을 활용하여 수신된 신호 내의 예약된 필드 위치에 지그비 서명이 존재하는지를 판단할 수 있다. 이때, 데이터 패킷에 미리 예약된 7 비트 영역에 삽입된 PN 시퀀스와 수집된 신호의 원 샘플(raw sample)을 신호 상관하여, 상관 값이 임계치 이상인 경우 지그비 서명이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
그 다음, 단계(820)에서 평가된 채널 상태가 비지 상태인지를 판단하고(840), 비지 상태가 아니면 바로 슬리프 상태로 전환하고(880), 비지 상태이면 이종 무선 기기의 간섭이 존재하는지를 판단할 수 있다(850).
이때, 이종 무선 기기의 간섭이 존재하게 되면(850), 단계(830)에서 지그비 서명이 존재하는지 여부의 판단 결과를 확인하고 지그비 서명이 존재하면(860), 리스닝 상태로 전환하고(870), 그렇지 않으면 슬리프 상태로 전환할 수 있다(880).
만약, 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면(850), 지그비 서명의 존재 여부 확인없이 바로 리스닝 상태로 전환할 수 있다(870).
또한, 단계(860)에서 확인 결과 지그비 서명이 존재하지 않으면 바로 슬리프 상태로 전환할 수 있다(880).
이상 상세히 설명한 바와 같이, 전술한 실시예들은 센더 주도(sender initiated) 랑데뷰 메커니즘에 적용될 수 있다. 이에 따르면, 지그비 장치들은 지그비 전송 유무를 확인함으로써 불필요한 유휴 리스닝 상태를 최소화함으로써 효율적으로 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 다만, 이상에서 기술한 실시예들에 제한되는 것은 아니며 리시버 주도(receiver initiated) 랑데뷰 메커니즘에 적용될 수 있음은 자명하다.
예를 들어, 리시버 주도 랑데뷰 메커니즘에서는 일반적으로 지그비 수신 장치가 먼저 프로빙 패킷(probing packet)을 잠재적인 지그비 송신 장치에 송신한다. 이때, 프로빙 패킷이 간섭에 의해 방해를 받게 되면, 의도된 지그비 송신 장치는 프로빙 패킷을 기다리게 되고 이로 인해 상당한 전력 소모가 발생하게 된다. 또한, 지그비 송신 장치가 프로빙 패킷을 디코딩하는 것은 CCA 기법에 비해 간섭에 보다 취약하고, 이로 인해 지그비 송신 장치는 전송 기회를 잃게 된다.
따라서, 전술한 바와 마찬가지로 지그비 수신 장치가 전송될 프로빙 패킷에 미리 정의된 지그비 서명을 삽입하고, 지그비 송신 장치는 수신된 패킷을 디코딩할 필요없이 지그비 서명을 체크하는 것으로써 프로빙 패킷을 검출하는 것이 가능하다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
300: 지그비 송신 장치 310: 간섭 판단부
320: 패킷 생성부 330: 패킷 송신부
400: 지그비 수신 장치 410: 지그비 송수신부
420: 채널 상태 평가부 430: 지그비 서명 체크부
440: 듀티 사이클 제어부

Claims (18)

  1. 주변의 이종 무선 기기의 간섭 여부를 판단하고, 상기 주변의 이종 무선 기기의 간섭이 존재하면 상기 간섭의 강도를 측정하는 간섭 판단부;
    상기 측정된 간섭 강도를 기초로 미리 정의된 지그비 서명을 삽입하여 데이터 패킷을 생성하는 패킷 생성부; 및
    생성된 데이터 패킷을 전송하는 패킷 송신부;를 포함하고,
    상기 패킷 생성부는
    상기 간섭 판단부에 의해 상기 이종 무선 기기의 간섭이 존재한다고 판단되면, 상기 측정된 간섭 강도에 기초하여 지그비 서명의 사이즈를 결정하고, 상기 결정된 사이즈에 해당하는 미리 정의된 지그비 서명을 삽입하는 이종의 무선 네트워크에서의 지그비 송신 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패킷 생성부는
    상기 간섭 판단부의 판단 결과, 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면 지그비 서명을 삽입하지 않는 지그비 송신 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 패킷은 프리앰블 앞에 지그비 서명을 삽입하기 위한 7 비트의 지그비 서명 필드 및 1 비트의 더미 필드를 포함하는 지그비 송신 장치.
  6. 웨이크업(wakeup) 상태에서 RSSI에 기초하여 채널의 상태를 평가하는 채널 상태 평가부;
    상기 웨이크업 상태에서 수신된 신호에 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 지그비 서명 체크부; 및
    상기 채널 상태 및 상기 지그비 서명의 존재 여부 중의 적어도 하나에 기초하여 다음 상태로의 전환을 제어하는 듀티 사이클 제어부를 포함하고,
    상기 지그비 서명은 소정 비트의 PN(Pseudo-random Noise) 시퀀스로 구성되며, 지그비 전송 장치에 의해 데이터 패킷의 프리앰블 신호 앞의 미리 예약된 필드에 삽입되고,
    상기 소정 비트의 크기는 주변 이종 무선 기기의 간섭 강도에 따라 최대 7 비트를 갖는 것을 특징으로 하는 이종 무선 네트워크에서의 지그비 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지그비 서명 체크부는
    상기 수신된 신호에서 소정 비트의 시퀀스와 미리 정의된 신호 샘플의 시퀀스에 대한 상관 값을 산출하고, 상기 산출된 상관 값을 기초로 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 지그비 수신 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 듀티 사이클 제어부는
    상기 채널 상태가 비지 상태이고, 상기 지그비 서명이 존재하면 리스닝(listening) 상태로 전환하고, 그렇지 않으면 슬리프(sleep) 상태로 전환하도록 제어하는 지그비 수신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 듀티 사이클 제어부는
    주변 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면, 상기 채널 상태가 비지 상태인 경우에 리스닝 상태로 전환하도록 제어하는 지그비 수신 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 지그비 수신 장치가 웨이크업(wakeup) 상태로 전환하는 단계;
    웨이크업 상태에서 RSSI에 기초하여 채널의 상태를 평가하는 단계;
    수신된 신호에 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 단계; 및
    상기 채널의 상태 및 상기 지그비 서명의 존재 여부 중의 적어도 하나에 기초하여 다음 상태로 전환하는 단계;를 포함하고,
    상기 지그비 서명은 소정 비트의 PN(Pseudo-random Noise) 시퀀스로 구성되며, 지그비 전송 장치에 의해 프리앰블 신호 앞의 미리 예약된 필드에 삽입되고,
    상기 소정 비트의 크기는 이종 무선 기기의 간섭 강도에 따라 최대 7 비트를 갖는 이종 무선 네트워크에서의 지그비 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 채널의 상태를 평가하는 단계는
    RSSI 레지스터로부터 RSSI 샘플의 시리즈를 수집하는 단계; 및
    수집된 RSSI 샘플의 시리즈를 처리하여, 채널 상태를 유휴(idle) 상태 또는 비지(busy) 상태로 평가하는 단계를 포함하는 지그비 검출 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 단계는
    상기 수신된 신호 내의 소정의 시퀀스와 미리 정의된 신호 샘플의 시퀀스에 대한 상관 값을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 산출된 상관 값을 기초로 상기 지그비 서명의 존재 여부를 체크하는 지그비 검출 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 다음 상태로 전환하는 단계는
    상기 채널의 상태가 비지 상태이고, 상기 지그비 서명이 존재하면 리스닝(listening) 상태로 전환하고, 그렇지 않으면 슬리프(sleep) 상태로 전환하는 지그비 검출 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 다음 상태로 전환하는 단계는
    주변 이종 무선 기기의 간섭이 존재하지 않으면 상기 채널의 상태가 비지 상태인 경우에 리스닝 상태로 전환하는 지그비 검출 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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