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KR20070106097A - Method and apparatus for low power communications in a beacon-enabled wireless communications system - Google Patents

Method and apparatus for low power communications in a beacon-enabled wireless communications system Download PDF

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KR20070106097A
KR20070106097A KR1020060038550A KR20060038550A KR20070106097A KR 20070106097 A KR20070106097 A KR 20070106097A KR 1020060038550 A KR1020060038550 A KR 1020060038550A KR 20060038550 A KR20060038550 A KR 20060038550A KR 20070106097 A KR20070106097 A KR 20070106097A
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KR
South Korea
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node
data
beacon
upper node
transmitted
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Application number
KR1020060038550A
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Inventor
류지호
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오렌지로직 (주)
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Publication date
Application filed by 오렌지로직 (주) filed Critical 오렌지로직 (주)
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Abstract

A low power communication method in a beacon type wireless communication system is provided to allow a wireless device to analyze a beacon frame transmitted from an upper node and maintain an active state only when there is data to be received by the wireless device. A lower node receives a beacon frame from an upper node and analyzes a pending address field of the beacon frame. The lower node checks whether there is data to be transmitted from the upper node to the lower node because the beacon frame includes an address of the lower node in a pending address field or whether there is data to be transmitted by the lower node to the upper node. When there is data to be received from the upper node or when there is data to be transmitted to the upper node, the lower node maintains an active mode during an active interval set by a system or the upper node or time required for data transmission. When the active interval is terminated or when data transmission is completed, the lower node is converted into an inactive mode or a sleep mode.

Description

비콘 방식 무선통신 시스템에서의 저전력 통신 방법 {Method and Apparatus for low power communications in a beacon-enabled wireless communications system}Low power communication method in beacon wireless communication system {Method and Apparatus for low power communications in a beacon-enabled wireless communications system}

도 1은 통상의 무선통신 시스템에서 사용되는 비콘 방식의 전송 신호 프레임 구조도이다.1 is a beacon transmission signal frame structure diagram used in a conventional wireless communication system.

도 2는 통상의 무선통신 시스템 중 하나인 IEEE 802.15.4에 기반한 WPAN에서 사용되는 비콘 프레임의 구조도이다.2 is a structural diagram of a beacon frame used in the WPAN based on IEEE 802.15.4, which is one of conventional wireless communication systems.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 저전력 통신 방법의 신호 전송 흐름도이다.3A and 3B are signal transmission flowcharts of a low power communication method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 비콘 프레임의 펜딩 어드레스 필드의 구조도이다.4 is a structural diagram of a pending address field of a beacon frame in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 저전력 통신 방법의 흐름도이다.5 is a flowchart of a low power communication method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 무선통신 시스템에서의 통신 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하 게는 비콘 신호를 이용하는 비콘 방식 무선통신 시스템에서 전력소모를 최소화하며 통신하기 위한 저전력 통신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a communication method in a wireless communication system, and more particularly, to a low power communication method for minimizing power consumption in a beacon-type wireless communication system using a beacon signal.

일반적으로 무선 네트워크 기술은 인식 거리에 따라 크게 무선 근거리 통신망 WLAN(Wireless Local Area Network) 기술과 무선 개인영역 통신망 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기술로 구분한다. WLAN의 경우 IEEE 802.11에 기반한 기술로서 반경 100m 내외에서 기간망에 접속할 수 있는 기술임에 비해, WPAN의 경우 IEEE 802.15에 기반한 기술로서 개인 휴대 기기에 초점을 두고 반경 10m 내외에서 각종 기기 간의 무선 접속이 가능한 기술로서 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 초광대역통신(UWB, Ultra Wide Band) 등이 있다.In general, the wireless network technology is largely classified into a wireless local area network (WLAN) technology and a wireless personal area network (WPAN) technology according to a recognition distance. WLAN is a technology based on IEEE 802.11 that can connect to a backbone network within a radius of 100m, whereas WPAN is a technology based on IEEE 802.15 that enables wireless connection between various devices within a radius of 10m with a focus on personal mobile devices. The technologies include Bluetooth, ZigBee, and Ultra Wide Band (UWB).

도 1은 통상의 무선통신 시스템에서 사용되는 비콘 방식의 전송 신호 프레임 구조를 도시하고 있다.1 illustrates a beacon transmission signal frame structure used in a conventional wireless communication system.

도 1과 같이 연속된 2개의 비콘 프레임 사이의 시간을 액티브 구간과 인액티브 구간으로 분리하는 프레임 구조를 슈퍼프레임(Superframe)구조라 한다. As shown in FIG. 1, a frame structure that divides the time between two consecutive beacon frames into an active section and an inactive section is called a superframe structure.

WLAN 및 WPAN과 같은 무선 네트워크에서는, 상위 노드로 기능하는 고정기기는 통상 간선 전력을 공급받는데 비해 하위 노드로 기능하는 이동기기는 종종 배터리 전력으로 동작하므로, 이동기기에서는 배터리 전력 소모를 최소화하는 것이 매우 중요한 기능이 된다. 따라서, 많은 이동식 무선기기들이 동작모드로서 액티브 모드와 인액티브 모드(또는 슬립 모드)를 가지며, 이를 지원하기 위해 상기한 바와 같은 슈퍼프레임 구조의 전송 신호를 이용한다.In wireless networks such as WLANs and WPANs, it is very important to minimize battery power consumption in mobile devices because fixed devices that function as upper nodes typically receive trunk power, while mobile devices that function as lower nodes often operate on battery power. It becomes an important function. Accordingly, many mobile wireless devices have an active mode and an inactive mode (or sleep mode) as operating modes, and use the transmission signal of the superframe structure as described above to support this.

슈퍼프레임 구조에서는 액티브 구간에만 채널에의 접근 및 데이터의 송수신 이 허용되며, 인액티브 구간에서는 모든 무선기기들이 슬립 상태로 들어가기 때문에 디바이스의 전력 소모가 감소된다. 액티브 모드는 무선기기들이 채널에 접속하여 데이터를 송수신하는 활성 모드이며, 인액티브 모드는 무선기기들이 구성요소 일부 또는 전부의 동작을 중단하는 비활성 모드 또는 저전력 모드이다. 통상적으로, 무선기기들은 저전력 모드에서는 데이터를 송신 또는 수신할 수 없다. In the superframe structure, access to the channel and data transmission and reception are allowed only in the active period, and the power consumption of the device is reduced because all the wireless devices enter the sleep state in the inactive period. The active mode is an active mode in which wireless devices access a channel to transmit and receive data, and the inactive mode is an inactive mode or a low power mode in which the wireless devices stop operating some or all of the components. Typically, wireless devices cannot transmit or receive data in a low power mode.

액티브 구간과 인액티브 구간의 길이는 상위 노드에서 하위 노드로 발송하는 비콘 프레임의 정보에 의해 결정된다. 비콘 프레임은 통상 시스템의 동기의 제공, 무선 네트워크의 식별 및 프레임 포맷의 지정 등을 목적으로 상위 노드로부터 하위 노드로 주기적으로 전송된다. 하위 노드인 무선기기들은 상위 노드에서 발생된 비콘을 수신하여 이를 해석함으로써 액티브 구간의 길이를 알 수 있게 된다.The length of the active section and the inactive section is determined by the information of the beacon frame sent from the upper node to the lower node. The beacon frame is normally transmitted periodically from the upper node to the lower node for the purpose of providing synchronization of the system, identifying the wireless network, specifying the frame format, and the like. Wireless devices that are lower nodes receive the beacons generated by the upper nodes and interpret the beacons to determine the length of the active period.

액티브 구간은 동일한 무선 네트워크에 속한 모든 상위 노드와 하위 노드에 대해 동일하게 설정되며, 상위 노드와 하위 노드 사이의 통신은 이러한 비콘 프레임에 이어지는 액티브 구간 동안에만 수행된다.The active period is set identically for all upper nodes and lower nodes belonging to the same wireless network, and communication between upper nodes and lower nodes is performed only during the active period following this beacon frame.

도 2는 통상의 무선통신 시스템 중 하나인 IEEE 802.15.4에 기반한 WPAN에서 사용되는 비콘 프레임의 구조를 도시하고 있다.2 illustrates a structure of a beacon frame used in a WPAN based on IEEE 802.15.4, which is one of conventional wireless communication systems.

비콘 프레임은 MHR(MAC HeadeR), MSDU(MAC Service Data Unit), 및 MFR(MAC FooteR)로 구성된다. MHR은 MAC 프레임 제어 필드(Frame control), 비콘 시퀀스 넘버 필드(BSN, Beacon Sequence Number), 어드레스 정보 필드(Addressing Fields)로 구성되며, MSDU는 슈퍼프레임 구조 필드(Superframe specification), GTS 필드(GTS fields), 펜딩 어드레스 필드(Pending address fields), 및 비콘 페이로 드(Beacon payload) 필드로 구성되며, MFR은 16비트 프레임 체크 시퀀스(FCS)로 구성된다.The beacon frame is composed of a MAC HeadeR (MHR), a MAC Service Data Unit (MSDU), and a MAC FooteR (MFR). MHR consists of MAC frame control field, beacon sequence number field (BSN) and addressing fields (MSD), and MSDU includes superframe specification field and GTS field. ), Pending address fields, and Beacon payload fields, and the MFR is composed of a 16-bit frame check sequence (FCS).

MSDU의 펜딩 어드레스 필드는 상위 노드에서 전송하는 데이터를 수신할 하위 노드의 어드레스 리스트를 포함하고 있다. 하위 노드의 어드레스 리스트는 시스템의 동작 상황에 맞추어 매 비콘 프레임마다 변경될 수 있으며, 하위 노드들은 자신에게 전송될 데이터가 있는지를 확인하기 위해 항상 비콘을 수신한다.The pending address field of the MSDU includes an address list of a lower node to receive data transmitted from an upper node. The address list of the lower node can be changed every beacon frame according to the operation status of the system, and the lower node always receives the beacon to check whether there is data to be transmitted to it.

상위 노드에서 하위 노드로 전송될 데이터는 비콘 프레임에 이어지는 액티브 구간에 포함되며, 모든 하위 노드들은 상위 노드로부터의 데이터 수신을 위해 액티브 구간 동안 자체 무선기기를 액티브 모드로 유지한다.Data to be transmitted from the upper node to the lower node is included in an active period following the beacon frame, and all lower nodes maintain their wireless devices in the active mode during the active period for receiving data from the upper node.

그러나 어떤 액티브 구간 동안 상위 노드와 모든 하위 노드가 동시에 통신하는 것은 아니며, 해당 액티브 구간에 상위 노드로부터 전송받을 데이터가 있거나 상위 노드로 전송할 데이터가 있는 하위 노드만이 상위 노드와 통신을 하게 된다. 그동안, 다른 하위 노드들은 비콘 프레임에 의해 정해진 시스템 동기에 따른 액티브 구간의 설정에 따라 일정 시간 동안 액티브 모드를 유지한 후 인액티브 모드로 전환된다.However, during a certain active period, the upper node and all the lower nodes do not communicate at the same time, and only the lower node having data to be transmitted from the upper node or data to be transmitted to the upper node in the active period communicates with the upper node. In the meantime, the other lower nodes maintain the active mode for a predetermined time according to the setting of the active period according to the system synchronization determined by the beacon frame, and then switch to the inactive mode.

개별 하위 노드를 구성하는 무선기기는 자신과 상위 노드와의 통신이 필요한 특정 액티브 구간 동안에만 상위 노드와 통신을 하게 되며, 그 액티브 구간 동안 상위 노드와 데이터 통신을 하지 않는 대부분의 하위 노드들은 그 구간 동안 액티브 모드로 대기상태를 유지하게 된다. 결국, 개별 하위 노드를 구성하는 무선기기들은 비콘 프레임 주기 마다 액티브 모드와 인액티브 모드를 전환하면서 액티브 모 드에서 전력을 소비하게 되며, 이는 전체 시스템의 입장에서 볼 때 시스템 전력의 대부분이 불필요한 액티브 모드의 유지에 할당됨을 의미한다.A wireless device constituting an individual lower node communicates with a higher node only during a specific active period that requires communication between itself and a higher node, and most lower nodes that do not communicate data with a higher node during the active period are in the interval. It will remain in standby in active mode for a while. As a result, wireless devices constituting individual sub-nodes consume power in active mode by switching between active mode and inactive mode every beacon frame period, which is an active mode in which most of the system power is unnecessary from the perspective of the whole system. It is assigned to the maintenance of.

예들 들어, 비콘의 주기가 1초이고 액티브 구간이 1/8초이면, 인액티브 구간은 7/8초가 된다. 비콘 프레임의 통상적인 길이가 1/1000초임을 감안하면, 모든 하위 노드들은 매 1초마다 1/8초 동안 전력을 소모하게 된다. 즉, 모든 하위들은 통신이 필요하지 않은 순간에도 일정시간을 항시 액티브 상태를 유지하고 있으므로, 이와 같이 일률적으로 유지되는 액티브 상태는 시스템 전체적으로 볼 때 전력 소모 면에서 매우 비효율적이다.For example, if the period of the beacon is 1 second and the active period is 1/8 second, the inactive period is 7/8 seconds. Given that the typical length of the beacon frame is 1/1000 second, all lower nodes consume power for 1/8 second every 1 second. In other words, all the subordinates are always in an active state for a certain time even when communication is not necessary. Thus, the uniformly maintained active state is very inefficient in terms of power consumption as a whole.

본 발명은 비콘 방식 무선통신 시스템에서 전력소모를 최소화하기 위해 하위 노드들의 액티브 상태를 선택적으로 조절하는 저전력 통신 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a low power communication method and system for selectively adjusting the active state of lower nodes in order to minimize power consumption in a beacon-type wireless communication system.

또한, 본 발명은 비콘 방식 무선통신 시스템에서 전력소모를 최소화하기 위해 상위 노드에서 전송한 비콘 프레임을 분석하여 자신이 수신할 데이터가 있을 경우에만 액티브 상태를 유지하는 무선기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a wireless device that maintains an active state only when there is data to be received by analyzing a beacon frame transmitted from a higher node in order to minimize power consumption in a beacon-type wireless communication system. .

또한, 본 발명은 비콘 방식 무선 통신 시스템에서 전력소모를 최소화하기 위해, 상위 노드로부터 비콘을 받자마자 최단 시간 내에 상위 노드로의 신호 전송을 완료한 후 인액티브 상태로 전환되는 무선기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention to provide a wireless device that is switched to the inactive state after completing the signal transmission to the upper node in the shortest time as soon as receiving the beacon from the upper node in order to minimize the power consumption in the beacon wireless communication system. The purpose.

본 발명은, 상위 노드에서 다수의 하위 노드로 주기적으로 비콘 프레임을 전 송하며, 상기 비콘 프레임에 의해 상기 상위 노드와 상기 하위 노드 사이의 신호 전송에 관한 액티브 구간과 인액티브 구간이 정해지는 비콘 방식 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 각각의 하위 노드는 상기 비콘 프레임을 분석하여 자신에게 전송될 데이터가 있는 경우에는 상기 액티브 구간 동안 액티브 모드를 유지하며, 자신에게 전송될 데이터가 없는 경우에는 곧바로 인액티브 모드로 전환되는 것을 특징으로 한다.The present invention is a beacon scheme in which a beacon frame is periodically transmitted from an upper node to a plurality of lower nodes, and an active period and an inactive period related to signal transmission between the upper node and the lower node are determined by the beacon frame. In a wireless communication system, each of the sub-nodes analyzes the beacon frame and maintains an active mode during the active period when there is data to be transmitted to itself, and immediately in an inactive mode when there is no data to be transmitted to itself. Characterized in that the conversion.

또한, 본 발명은, 비콘 방식 무선 통신 시스템에서의 저전력 통신 방법에 있어서, 상위 노드에서 데이터 전송이 필요한 하위 노드의 확장 어드레스를 비콘 프레임에 삽입하는 단계; 상기 상위 노드에서 상기 무선 통신 시스템 내의 모든 하위 노드로 상기 비콘 프레임을 전송하는 단계; 상기 각각의 하위 노드에서 상기 비콘 프레임을 분석하여 데이터 전송 유무를 판단하는 단계; 및 상기 각각의 하위 노드는 자신에게로 전송될 데이터가 존재하거나 상기 상위 노드로 전송할 데이터가 존재하는 경우에만 액티브 모드를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a low power communication method in a beacon wireless communication system, comprising: inserting an extended address of a lower node requiring data transmission from an upper node into a beacon frame; Transmitting the beacon frame from the upper node to all lower nodes in the wireless communication system; Analyzing the beacon frame at each of the lower nodes to determine whether data is transmitted; And each of the lower nodes maintains an active mode only when there is data to be transmitted to the upper node or data to be transmitted to the upper node.

나아가, 본 발명은, 상위 노드에서 다수의 하위 노드로 주기적으로 비콘 프레임을 전송하며 상기 비콘 프레임에 의해 상기 상위 노드와 상기 하위 노드 사이의 신호 전송에 관한 액티브 구간과 인액티브 구간이 정해지는 비콘 방식 무선 통신 시스템에서 상기 하위 노드를 구성하는 무선기기에 있어서, 상기 상위 노드에서 전송한 비콘 프레임을 분석하여 자신이 수신할 데이터가 있거나 상기 상위 노드로 송신할 데이터가 있을 경우에만 액티브 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the present invention provides a beacon scheme in which a beacon frame is periodically transmitted from an upper node to a plurality of lower nodes, and an active period and an inactive period related to signal transmission between the upper node and the lower node are determined by the beacon frame. In a wireless device configuring the lower node in a wireless communication system, the beacon frame transmitted from the upper node is analyzed to maintain an active state only when there is data to be received or data to be transmitted to the upper node. It features.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 저전력 통신 방법, 시스템 및 무선기기에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a low power communication method, system, and wireless device of the present invention will be described with reference to the drawings showing an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 전송 신호 프레임 구조도이다.3A and 3B are structure diagrams of transmission signal frames in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 하나의 비콘 주기(Beacon Interval) 동안 상위 노드와 특정 하위 노드 사이에 데이터 통신이 존재할 경우의 전송 신호 프레임 구조이다.FIG. 3A illustrates a transmission signal frame structure when data communication exists between an upper node and a specific lower node during one beacon interval.

먼저, 상위 노드에서 특정 하위 노드로 전송할 데이터를 가지는 경우, 상위 노드에서 비콘 프레임을 전송하게 되면 해당 하위 노드인 무선기기는 비콘 프레임을 수신하고, 상위 노드에서 전송할 데이터가 있는 하위 노드를 표시하는 어드레스 리스트 필드에 자신이 포함되어 있는지를 확인하고, 자신의 동작 모드를 액티브 상태로 유지하며 액티브 구간 동안 데이터 수신을 수행한다.First, when the upper node has data to be transmitted to a specific lower node, when the upper node transmits a beacon frame, the wireless device, which is the lower node, receives the beacon frame and an address indicating a lower node having data to be transmitted from the upper node. It checks whether it is included in the list field, maintains its operation mode in an active state, and performs data reception during the active period.

또한, 특정 하위 노드에서 상위 노드로 전송할 데이터를 가지는 경우, 해당 하위 노드는 상위 노드로부터의 비콘 수신 후 액티브 구간 동안 데이터 송신을 수행한다. 이때, 하위 노드는 전력 소모를 최소화하기 위해 상위 노드로부터 비콘을 받자마자 최단 시간 내에 상위 노드로의 데이터 전송을 완료한 후 인액티브 상태로 또는 슬립 모드로 전환된다. 이 경우, 데이터 송신을 완료한 해당 하위 노드는 시스템에 의해 정해진 액티브 구간 내에서 인액티브 상태로 전환된다.In addition, when the specific lower node has data to be transmitted to the upper node, the lower node performs data transmission during the active period after receiving the beacon from the upper node. In this case, as soon as the lower node receives the beacon from the upper node in order to minimize power consumption, the lower node completes data transmission to the upper node in the shortest time and then switches to the inactive state or the sleep mode. In this case, the lower node which has completed the data transmission is switched to the inactive state within the active period defined by the system.

도 3b는 동일한 비콘 주기 동안 상위 노드와 특정 하위 노드 사이에 데이터 통신이 존재하지 않을 경우의 전송 신호 프레임 구조이다.3B is a transmission signal frame structure when there is no data communication between an upper node and a specific lower node during the same beacon period.

먼저, 상위 노드에서 해당 하위 노드로 전송할 데이터를 가지지 않는 경우, 상위 노드에서 비콘 프레임을 전송하게 되면 해당 하위 노드인 무선기기는 비콘 프레임을 수신하고, 어드레스 리스트 필드에 자신이 포함되어 있지 않음을 확인하고, 곧바로 인액티브 상태 또는 슬립 모드로 전환되어 전력소모를 최소화한다.First, if the upper node does not have data to be transmitted to the lower node, when the upper node transmits the beacon frame, the wireless device, the lower node receives the beacon frame, and confirms that it does not include itself in the address list field. It immediately goes into inactive or sleep mode to minimize power consumption.

또한, 어떤 하위 노드에서 상위 노드로 전송할 데이터를 가지지 않은 경우, 해당 하위 노드는 비콘 주기에 맞추어 주기적으로 비콘을 수신한 후 곧바로 인액티브 또는 슬립 모드로 전환되어 전력소모를 최소화한다.In addition, when a lower node does not have data to be transmitted to a higher node, the lower node receives a beacon periodically according to a beacon period and immediately goes into inactive or sleep mode to minimize power consumption.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 비콘 프레임의 펜딩 어드레스 필드의 구조도이다.4 is a structural diagram of a pending address field of a beacon frame in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

상위 노드에서 하위 노드로 전송하는 비콘 프레임의 구조 중 상위 노드에서 데이터를 전송하고자 하는 하위 노드의 어드레스 리스트를 포함하는 펜딩 어드레스 필드(Pending address fields)를 상세히 도시한 것이다.The structure of a beacon frame transmitted from an upper node to a lower node shows in detail a pending address field including an address list of a lower node to which data is to be transmitted from an upper node.

펜딩 어드레스 필드는 상위 노드에서 전송하는 데이터를 수신할 하위 노드의 어드레스 종류와 개수를 표시하는 펜딩 어드레스 구조(Pending Address Specification)필드와 어드레스 리스트(Address List)필드를 포함한다.The pending address field includes a pending address specification field and an address list field indicating the type and number of address of the lower node to receive data transmitted from the upper node.

어드레스 리스트 필드의 크기는 비콘 프레임의 펜딩 어드레스 구조 필드에서 정해진 값에 의해 결정되며, 현재 상위 노드에서 데이터를 전송하고자 하는 하위 노드의 어드레스 리스트를 포함한다. 펜딩 어드레스 구조 필드에서 펜딩된 쇼트 어드레스 개수(Number of short address pending) 서브필드는 비콘 프레임의 어드레스 리스트 필드에 포함된 16비트 쇼트 어드레스의 개수를 나타낸다. 또한, 펜딩된 확장 어드레스 개수(Number of extended address pending) 서브필드는 비콘 프 레임의 어드레스 리스트 필드에 포함된 64비트 확장 어드레스의 개수를 나타낸다.The size of the address list field is determined by a value determined in the pending address structure field of the beacon frame, and includes an address list of a lower node to which data is to be transmitted from the current upper node. The Number of short address pending subfield pending in the pending address structure field indicates the number of 16-bit short addresses included in the address list field of the beacon frame. In addition, the number of extended address pending subfields indicates the number of 64-bit extended addresses included in the address list field of the beacon frame.

통상적으로, 상위 노드가 동작하여 자신의 네트워크를 형성하면 하위 노드들은 어소시에이션 과정을 거쳐 네트워크에 편입된다. 이때 상위 노드는 해당 네트워크 내에서의 각 하위 노드의 상대적 주소를 16비트로 표시한 쇼트 어드레스를 각 하위 노드마다 할당한다. 어소시에이션이 이루어지지 않은 상태에서의 통신의 경우에는 상위 노드와 하위 노드 간에 네트워크 내에서의 상대적 위치가 결정되지 않았으므로 상위 노드와 하위 노드 모두 상대방의 확장 어드레스를 사용하여 통신한다.Typically, when an upper node operates to form its own network, lower nodes are incorporated into the network through an association process. At this time, the upper node allocates a short address for each lower node indicating the relative address of each lower node in the corresponding network by 16 bits. In the case of communication without association, since the relative position in the network is not determined between the upper node and the lower node, both the upper node and the lower node communicate using the other party's extension address.

본 실시예의 무선통신 시스템의 경우, 상위 노드와 특정 하위 노드 사이에 데이터 통신이 필요없는 동안에는, 해당 하위 노드는 비콘 주기에 맞추어 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환된 후 비콘 프레임을 수신한 후 곧바로 슬립 모드로 다시 복귀한다. 따라서, 상위 노드와 하위 노드 사이에 어소시에이션 과정이 수행되지 않을 수도 있으며, 이때에는 상위 노드는 하위 노드의 확장 어드레스를 사용하여 통신한다. 이 경우, 비콘 프레임의 펜딩 어드레스 구조 필드에서 펜딩된 쇼트 어드레스의 개수는 0으로 설정되며, 어드레스 리스트에는 확장 어드레스만이 존재한다.In the wireless communication system of the present embodiment, while data communication is not required between an upper node and a specific lower node, the lower node transitions from the sleep mode to the active mode according to the beacon period, and immediately after receiving the beacon frame, the sleep mode immediately. Return to. Therefore, the association process may not be performed between the upper node and the lower node, in which case the upper node communicates using the extension address of the lower node. In this case, the number of short addresses held in the pending address structure field of the beacon frame is set to 0, and only an extended address exists in the address list.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 저전력 통신 방법의 흐름도이다.5 is a flowchart of a low power communication method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

상위 노드에서는 다수의 하위 노드로 주기적으로 비콘 프레임을 전송하며, 각각의 하위 노드는 자체적으로 도 5에 도시된 단계를 수행한다.The upper node periodically transmits a beacon frame to a plurality of lower nodes, and each lower node performs the steps shown in FIG. 5 by itself.

먼저, 하위 노드는 상위 노드로부터의 비콘 프레임을 수신하여, 비콘 프레임의 펜딩 어드레스 필드를 분석한다(단계 S110).First, the lower node receives the beacon frame from the upper node, and analyzes the pending address field of the beacon frame (step S110).

이어서, 하위 노드는 비콘 프레임의 펜딩 어드레스 필드에 자신의 어드레스가 포함되어 있어서 상위 노드로부터 자신에게 전송될 데이터가 있는지 또는 자신이 상위 노드로 전송할 데이터가 있는지를 판단한다(단계 120).Subsequently, the lower node includes its own address in the pending address field of the beacon frame to determine whether there is data to be transmitted from the upper node to itself or whether the lower node has data to be transmitted to the upper node (step 120).

판단 결과 상위 노드로부터 전송받을 데이터가 있거나 상위 노드로 전송할 데이터가 있을 경우에는, 시스템에 또는 상위 노드에 의해 설정된 액티브 구간 동안 또는 데이터 전송에 필요한 시간 동안 액티브 모드를 유지한다(단계 130).If it is determined that there is data to be transmitted from the higher node or data to be transmitted to the higher node, the active mode is maintained in the system or during the active period set by the higher node or for a time required for data transmission (step 130).

이어서, 하위 노드는 액티브 구간의 종료 또는 데이터 전송의 완료에 따라 인액티브 모드 또는 슬립 모드로 전환된다(단계 140).Subsequently, the lower node switches to the inactive mode or the sleep mode according to the end of the active period or the completion of the data transmission (step 140).

한편, 단계 120에서 해당 비콘 주기 동안 데이터 전송이 필요하지 않다고 판단하면, 하위 노드는 곧바로 인액티브 모드 또는 슬립 모드로 전환되어 전력소모를 최소화한다(단계 150).On the other hand, if it is determined in step 120 that data transmission is not necessary during the beacon period, the lower node immediately switches to inactive mode or sleep mode to minimize power consumption (step 150).

인액티브 모드 또는 슬립 모드에서 하위 노드에 해당하는 무선기기는 RF칩과 같은 송수신 모듈, 주제어기(MCU) 등 구성요소의 일부 또는 전부를 선택적으로 슬립 모드로 전환할 수 있다.In the inactive mode or the sleep mode, the wireless device corresponding to the lower node may selectively switch some or all of the components, such as a transmit / receive module such as an RF chip and a main controller (MCU), to the sleep mode.

한편, 본 발명은 IEEE 802.15.4에 기반한 WPAN 네트워크인 지그비 네트워크에서 최적화되어 적용될 수 있는데, 지그비 네트워크에서 이용되는 디바이스는 네트워크에서 동작가능한 최소한의 프로토콜을 구비하여 동작하는 RFD(Reduced Functional Device)와 네트워크의 완전한 프로토콜 세트를 구비하여 동작하는 FFD(Full Functional Device)로 구분된다. RFD는 라우팅 기능이 없고, RFD간 통신 기능이 없으며 주로 제한된 자원과 메모리 및 배터리를 사용하는 간단한 애플리케이션에 단말기(End Device)로 이용도며, FFD는 복수의 주파수를 이용하는 멀티홉 라우팅 기능을 구비하여 다수의 RFD 및 FFD와 통신이 가능하며 비콘 신호를 전송할 수 있어서 코디네이터 및 라우터로 기능할 수 있다. 따라서, 지그비 네트워크의 경우 FFD인 코디네이터 또는 라우터가 주로 본 발명의 상위 노드에 해당되는 디바이스이며, RFD인 단말기가 주로 본 발명의 하위 노드에 해당되는 디바이스이다.Meanwhile, the present invention can be optimized and applied in a Zigbee network, which is a WPAN network based on IEEE 802.15.4. The devices used in the Zigbee network have a reduced functional device (RFD) and a network that operate with a minimum protocol that can operate in the network. It is classified as a Full Functional Device (FFD) that operates with a complete set of protocols. RFD has no routing function, no communication function between RFDs, and is mainly used as an end device for simple applications using limited resources, memory, and batteries. FFD has a multi-hop routing function using multiple frequencies. It can communicate with multiple RFDs and FFDs, and can transmit beacon signals to function as coordinators and routers. Therefore, in the Zigbee network, a coordinator or router which is an FFD is mainly a device corresponding to an upper node of the present invention, and a terminal which is an RFD is a device mainly corresponding to a lower node of the present invention.

지그비 단말기는 주로 네트워크의 하위 노드로서 배터리로 동작하는데, 배터리는 단말기 내에 내장되거나 단말기와 연결된 별도의 배터리로 제공될 수 있다. 지그비 네트워크는 주로 센서 네트워크로 사용되는바, 이에 따라 지그비 단말기는 센싱 대상인 물체 또는 그 물체의 포장재에 부착된 형태로 이용될 수 있다.ZigBee terminals operate as batteries mainly as sub-nodes of the network. The batteries may be provided as separate batteries connected to the terminals or embedded in the terminals. Since the Zigbee network is mainly used as a sensor network, the Zigbee terminal may be used in the form of being attached to an object to be sensed or a packaging material of the object.

본 발명에 따르면, 비콘 방식 무선통신 시스템에서 전력소모를 최소화하기 위해 하위 노드들의 액티브 상태를 선택적으로 조절하는 저전력 통신 방법 및 시스템이 제공된다.According to the present invention, there is provided a low power communication method and system for selectively adjusting the active state of lower nodes in order to minimize power consumption in a beacon wireless communication system.

또한, 본 발명에 따르면, 비콘 방식 무선통신 시스템에서 전력소모를 최소화하기 위해 상위 노드에서 전송한 비콘 프레임을 분석하여 자신이 수신할 데이터가 있을 경우에만 액티브 상태를 유지하는 무선기기가 제공된다.In addition, according to the present invention, in order to minimize power consumption in a beacon-type wireless communication system, a wireless device is provided that maintains an active state only when there is data to be received by analyzing a beacon frame transmitted from a higher node.

또한, 본 발명은 비콘 방식 무선 통신 시스템에서 전력소모를 최소화하기 위해, 상위 노드로부터 비콘을 받자마자 최단 시간 내에 상위 노드로의 신호 전송을 완료한 후 인액티브 상태로 전환되는 무선기기가 제공된다.In addition, the present invention provides a wireless device that is switched to the inactive state after completing the signal transmission to the upper node in the shortest time as soon as receiving the beacon from the upper node in order to minimize power consumption in the beacon wireless communication system.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상기 실시예나 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 첨부된 특허청구범위에 기재된 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.Although the present invention has been described above according to a preferred embodiment of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the above embodiments or the accompanying drawings, and is not limited to the scope of the present invention as set forth in the appended claims. Various variations are possible in.

Claims (10)

상위 노드에서 다수의 하위 노드로 주기적으로 비콘 프레임을 전송하며, 상기 비콘 프레임에 의해 상기 상위 노드와 상기 하위 노드 사이의 신호 전송에 관한 액티브 구간과 인액티브 구간이 정해지는 비콘 방식 무선 통신 시스템에 있어서,In a beacon wireless communication system in which a beacon frame is periodically transmitted from an upper node to a plurality of lower nodes, and an active period and an inactive period related to signal transmission between the upper node and the lower node are determined by the beacon frame. , 상기 각각의 하위 노드는 상기 비콘 프레임을 분석하여 자신에게 전송될 데이터가 있는 경우에는 상기 액티브 구간 동안 액티브 모드를 유지하며, 자신에게 전송될 데이터가 없는 경우에는 곧바로 인액티브 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 비콘 방식 무선 통신 시스템.Each of the lower nodes analyzes the beacon frame and maintains an active mode during the active period when there is data to be transmitted to itself, and immediately switches to an inactive mode when there is no data to be transmitted to itself. Beacon wireless communication system. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하위 노드에서 상기 상위 노드로 전송할 데이터가 있을 경우, 상기 하위 노드는 상기 비콘 프레임의 수신 후 상기 데이터를 상기 상위 노드로 전송하고 인액티브 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 비콘 방식 무선 통신 시스템.If there is data to be transmitted from the lower node to the upper node, the lower node transmits the data to the upper node after receiving the beacon frame, characterized in that the beacon-type wireless communication system. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 상위 노드는 데이터를 전송할 하위 노드의 확장 어드레스를 상기 비콘 프레임에 삽입하는 것을 특징으로 하는 비콘 방식 무선 통신 시스템.And the upper node inserts an extension address of a lower node to transmit data into the beacon frame. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 시스템은 IEEE 802.15 규격에 따른 WPAN 시스템인 것을 특징으로 하는 비콘 방식 무선 통신 시스템.The system is a beacon wireless communication system, characterized in that the WPAN system according to the IEEE 802.15 standard. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 시스템은 IEEE 802.15.4 규격에 따른 ZigBee 시스템인 것을 특징으로 하는 비콘 방식 무선 통신 시스템.The system is a beacon wireless communication system, characterized in that the ZigBee system according to the IEEE 802.15.4 standard. 비콘 방식 무선 통신 시스템에서의 저전력 통신 방법에 있어서,A low power communication method in a beacon wireless communication system, 상위 노드에서 데이터 전송이 필요한 하위 노드의 확장 어드레스를 비콘 프레임에 삽입하는 단계;Inserting an extended address of a lower node requiring data transmission in an upper node into a beacon frame; 상기 상위 노드에서 상기 무선 통신 시스템 내의 모든 하위 노드로 상기 비콘 프레임을 전송하는 단계;Transmitting the beacon frame from the upper node to all lower nodes in the wireless communication system; 상기 각각의 하위 노드에서 상기 비콘 프레임을 분석하여 데이터 전송 유무를 판단하는 단계; 및Analyzing the beacon frame at each of the lower nodes to determine whether data is transmitted; And 상기 각각의 하위 노드는 자신에게로 전송될 데이터가 존재하거나 상기 상위 노드로 전송할 데이터가 존재하는 경우에만 액티브 모드를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 통신 방법.And each lower node maintains an active mode only when there is data to be transmitted to it or data to be transmitted to the higher node. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 하위 노드는 상기 상위 노드로의 데이터 전송시 상기 상위 노드의 확장 어드레스를 이용하여 상기 데이터를 전송하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 통신 방법.The lower node further comprises the step of transmitting the data using the extension address of the upper node when transmitting data to the upper node. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 하위 노드는 상기 액티브 모드 중에 상기 데이터 전송이 완료되면 곧바로 인액티브 모드로 전환하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 통신 방법.The lower node further comprises the step of switching to an inactive mode as soon as the data transmission is completed during the active mode. 상위 노드에서 다수의 하위 노드로 주기적으로 비콘 프레임을 전송하며 상기 비콘 프레임에 의해 상기 상위 노드와 상기 하위 노드 사이의 신호 전송에 관한 액티브 구간과 인액티브 구간이 정해지는 비콘 방식 무선 통신 시스템에서 상기 하위 노드를 구성하는 무선기기에 있어서,In the beacon-type wireless communication system, a beacon frame is periodically transmitted from an upper node to a plurality of lower nodes, and an active period and an inactive period related to signal transmission between the upper node and the lower node are determined by the beacon frame. In a wireless device constituting a node, 상기 상위 노드에서 전송한 비콘 프레임을 분석하여 자신이 수신할 데이터가 있거나 상기 상위 노드로 송신할 데이터가 있을 경우에만 액티브 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 무선기기.And analyzing the beacon frame transmitted from the upper node and maintaining an active state only when there is data to be received or data to be transmitted to the upper node. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 무선기기는 상기 상위 노드로부터 비콘을 받자마자 최단 시간 내에 상위 노드와의 데이터 송수신을 완료한 후 인액티브 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 무선기기.The wireless device is converted to an inactive state after completing the data transmission and reception with the upper node in the shortest time as soon as receiving the beacon from the upper node.
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