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KR102356673B1 - 비동기식 채널 호핑 네트워크들에서의 슬리피 디바이스 동작 - Google Patents

비동기식 채널 호핑 네트워크들에서의 슬리피 디바이스 동작 Download PDF

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KR102356673B1
KR102356673B1 KR1020187033740A KR20187033740A KR102356673B1 KR 102356673 B1 KR102356673 B1 KR 102356673B1 KR 1020187033740 A KR1020187033740 A KR 1020187033740A KR 20187033740 A KR20187033740 A KR 20187033740A KR 102356673 B1 KR102356673 B1 KR 102356673B1
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KR
South Korea
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channel
frame
hopping
hopping sequence
ahs
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쿠마란 비자야산카르
로버트 리앙
죠스나 쿤두루
광 섭 엄
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텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

설명된 예들에서, 라디오 통신 디바이스(300)는 [비동기식 채널 호핑 WPAN 내의 코디네이터 노드(CN)로부터] CN의 호핑 시퀀스를 포함하는 비동기식 호핑 시퀀스(AHS) 프레임을 수신하기 위해 슬립 동안에도 실행되도록 구성되는 실시간 클럭(RTC)(304)을 포함한다. CPU(301)는 비동기식 채널 호핑 네트워크 알고리즘(303a) 내에서 저장된 슬리피 디바이스 동작을 구현한다. 알고리즘은 AHS 프레임에 대한 타임 스탬프, 호핑 시퀀스 내에서의 CN의 초기 타이밍 위치를 결정하고; 타임 스탬프를 저장하고; 슬립하게 되고; 웨이크업한 때 자신의 수신(Rx) 채널의 주파수 대역을 업데이트된 고정 채널로 변경하기 위한 것이다. 데이터 요청 명령 프레임은 CN의 호핑 시퀀스, 타임 스탬프, CN의 초기 타이밍 위치, 및 현재 시간으로부터 계산되는 CN의 청취 채널 상에서 디바이스에 의해 전송되고, 디바이스는 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널에서 CN에 의해 전송되는 ACK 프레임을 수신한다.

Description

비동기식 채널 호핑 네트워크들에서의 슬리피 디바이스 동작
본 발명은 일반적으로 무선 개인 영역 네트워크들에 관한 것으로, 더 구체적으로는 그러한 네트워크들에서의 비동기식[비-슬롯(un-slotted)] 채널 호핑에 관한 것이다.
IEEE 802.15.4e는 저전력 및 저속 데이터 네트워크를 위해 설계된 IEEE 802.15.4의 향상된 미디어 액세스 제어(MAC: media access control) 계층 프로토콜이다. IEEE 802.15.4e 아키텍처는 표준을 간소화하기 위해 블록의 수의 측면에서 정의된다. 이러한 블록들은 계층들(layers)이라고 지칭된다. 각각의 계층은 표준의 한 부분을 담당하며, 더 높은 계층들에 서비스들을 제공한다. 계층들 간의 인터페이스들은 표준에 설명된 논리 링크들을 정의하는 역할을 한다. 저속(LR: low-rate) 라디오 개인 영역 네트워크(WPAN) 디바이스는 라디오 주파수(RF) 송수신기를 포함하는 그것의 저레벨 제어 메커니즘과 함께 적어도 하나의 PHY(물리 계층), 및 모든 유형의 전송들에 대해 물리적 채널에의 액세스를 제공하는 미디어 액세스 제어(MAC) 하위 계층을 포함한다.
IEEE 802.15.4e는 자원 제약들, 예를 들어 낮은 전력 소비, 낮은 계산 능력, 및 적은 메모리를 갖는 센서 디바이스들에 적합하다. 가정 및 사무실 환경에서 개인 영역 네트워크(PAN)에 의해 상호 접속되는 센서들 및 액추에이터들이 더 보편화됨에 따라, 각각의 디바이스의 전력 소산(power dissipation)을 제한하는 것이 중요하다. 일부 디바이스들은 배터리로 동작할 수 있으며, 이 경우 빈번한 배터리 변경은 바람직하지 않다. 일부 디바이스들은 태양 또는 다른 광원들로부터의 변환, 동작 또는 열 효과로부터의 스캐빈징(scavenging), 또는 주변 전자기장으로부터의 에너지의 수집을 사용하는 것과 같이, 디바이스 자체에 의해 발생되는 제한된 양의 전력으로 동작할 수 있다.
네트워크 용량을 개선하기 위한 채널 호핑이 알려져 있다. 채널 호핑은 여러 상이한 방법들에 의해 달성될 수 있다. 두 가지의 가장 흔한 알려진 호핑 방법은 시간 슬롯 채널 호핑(TSCH: time slotted channel hopping)이라고 지칭되는 동기식 방법, 및 IEEE 802.15.4e에서 정의된 비동기식 채널 호핑 방법이다. 상이한 애플리케이션들에 대해 MAC 프로토콜들을 정의하기 위해 그러한 채널 호핑 MAC을 사용하는 다수의 표준들이 또한 존재한다. 예를 들어, Wi-SUN™ Alliance는 스마트 그리드 애플리케이션들(smart grid applications)을 위한 비동기식 채널 호핑을 사용하는 방법을 지정하는 필드 영역 네트워크(FAN: Field Area Network) 사양을 공개했다.
TSCH에서, 시간은 시간 슬롯들로 분할되고, 모든 네트워크 디바이스는 네트워크 내의 루트 노드에 시간 동기화되고, 네트워크 내에서 통신/동기화하기 위해 시간 슬롯들을 사용한다. 디바이스는 시간 슬롯들 동안 주파수 호핑 시퀀스(FHS: frequency hopping sequence)에 따라 모든 채널들 사이에서 호핑한다. TSCH는 IEEE 802.15.4e 네트워크들에서 더 높은 용량을 달성하고 전력 절약을 위한 더 세분된 입도(finer granularity)를 제공할 수 있다.
비동기식 채널 호핑 네트워크들에서, 노드들은 전역적으로 비동기화된 방식으로 상이한 채널들(주파수 대역들)로 호핑한다. 그러므로, 그러한 네트워크들 내의 노드들은 상이한 노드 쌍들 사이의 복수의 채널을 통한 동시 데이터 전송을 촉진함으로써 증가된 네트워크 처리량을 달성하기 위한 채널 호핑을 가능하게 하기 위해, 또는 채널 다양성을 활용함으로써 까다로운 채널 조건들에서 신뢰성을 달성하기 위해, 항상 어웨이크 상태로 머물러야만 한다.
WPAN들은 비교적 짧은 거리에 걸쳐 정보를 전달하기 위해 사용된다. 무선 근거리 네트워크들(WLAN)과 달리, WPAN들을 통해 이루어지는 접속들은 기반구조를 거의 또는 전혀 수반하지 않는다. 이러한 특징은 작고 전력 효율적이며 저렴한 네트워크 솔루션들이 광범위한 디바이스들에 대해 구현되는 것을 허용한다. IEEE 802.15.4 네트워크에 참여할 수 있는 두 가지 상이한 디바이스 유형은 전 기능 디바이스(FFD: full-function device) 및 기능 감소 디바이스(RFD: reduced-function device)를 포함한다. FFD는 개인 영역 네트워크(PAN) 코디네이터의 역할을 할 수 있는 디바이스이다. RFD는 PAN 코디네이터 역할을 할 수 없는 디바이스이다. RFD는 많은 양의 데이터를 송신하고 한 번에 단일 FFD와만 연관될 필요가 없는 광 스위치 또는 수동 적외선 센서와 같이 단순한 애플리케이션들에 대해 의도된다. 결과적으로, RFD는 최소한의 자원들 및 메모리 용량을 이용하여 구현될 수 있다.
IEEE 802.15.4가 비동기식 채널 호핑 네트워크들을 지원하지만, 그러한 네트워크들에서 슬리피 노드 디바이스 동작을 위한 솔루션을 개시하거나 제안하지 않는다. 슬리피 노드들(sleepy nodes)은 그것들이 자신의 호핑 시퀀스를 유지할 수 없는 저전력 상태로 들어가야 하기 때문에, 이것은 IEEE 802.15.4 네트워크의 슬리피 노드 디바이스들이 채널 호핑 동작을 지원하기 위해 항상 어웨이크 상태로 머무를 것을 요구한다.
설명된 예들은 비동기식(또는 비-슬롯) 채널 호핑 네트워크들에서의 슬리피 노드 라디오 통신 디바이스(SN) 동작의 방법들을 포함한다. 설명된 예들은 스타(또는 트리) 기반 네트워크들에 대해 SN에서의 의사채널 호핑(pseudo-channel hopping)과 논-슬리피 코디네이터 노드 라디오 디바이스(CN)에서의 정규 비동기식 채널 호핑의 조합을 사용하며, 여기서 SN들은 논-슬리피 CN(부모)과 대화하지 않고, 그들 자신의 임의의 자식 노드들을 지원하지 않는다.
설명된 예들에서, SN은 자신이 Wi-SUN™ 표준과 같은 라디오 통신 표준에 명시된 바와 같이 CN의 채널을 추적하는 데 필요로 하는 호핑 정보를 획득한다. CN으로부터의 최종 수신 프레임(아래에 설명되는 도 2b에 도시된 t1)과 SN으로부터의 프레임의 전송 시간 사이의 시간 차(아래에 설명되는 도 2b에 도시된 Δt)만을 사용하여(그 사이에서의 SN에 대한 잠재적인 슬립의 시간 길이에 무관하게), SN은 그것의 CN의 호핑을 추적한다. SN은 항상 자신의 Rx 채널을 변경할 수 있고, 자신의 현재 Rx 채널 정보를 데이터 요청 명령 프레임에 추가함으로써 그 정보를 CN에 전달할 것이다.
SN은 슬립 동안에도 ON을 유지하는 하드웨어 실시간 클럭(RTC: real time clock)을 포함할 수 있고, SN은 일반적으로 하나보다 많은 순차 프레임에 걸쳐있는 슬립 시간 동안, 슬립하게 되도록 허용된다. 나중에, SN은 슬립으로부터 웨이크업하고, 자신의 수신(Rx) 채널의 주파수 대역을 동작의 업데이트된 고정 Rx 채널로 변경한 다음, 폴 요청(데이터 요청 프레임) 내에서 그것의 업데이트된 Rx 채널을 그것의 CN에 대해 교환할 수 있다. SN이 CN으로부터의 호핑 시퀀스 프레임을 자신의 RTC(또는 다른 클럭) 및 호핑 시퀀스 프레임으로부터의 타이밍 정보와 함께 수신하는 것은, SN이 슬립 기간들에 걸쳐서도 CN의 호핑 스케줄을 추적할 수 있게 해 준다. 이는 IEEE 802.15.4 슬립 모드 동작을 향상시켜, 이제는 SN들에게 비동기식 채널 호핑 네트워크(ACHN)에서 슬립 모드 동작의 특징을 허용한다.
도 1은 SN이 RFD로서 도시되고 CN이 PAN 코디네이터로서 도시되는 종래의 IEEE 802.15.4 간접 전송 절차의 동작 단계들을 도시한다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 ACHN 통신들에서의 SN 디바이스 동작의 예시적인 방법에 대한 흐름도이고, 도 2b는 그러한 방법에 대한 수반되는 연관된 타임라인이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, SN측 ACHN 동작 알고리즘을 갖는 설명된 통신 디바이스를 갖는 예시적인 비동기식 채널 호핑(ACH) 디바이스의 개략적인 블록도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라, ACHN에서의 SN 동작들에 대한 상세한 특정 실시예에서의 동작 단계들을 도시한다.
도면들은 반드시 비례에 맞게 그려진 것은 아니다. 예시적인 실시예들은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 여기에 제시된 실시예들에 제한되지 않는다.
IEEE 802.15.4는 SN과 논-슬리피 CN(또는 부모 노드) 사이의 메시지 교환에서 사용되는 간접 전송이라 지칭되는 방법을 제공한다. 도 1은 종래의 IEEE 802.15.4 간접 전송 절차의 동작 단계들을 도시하는데, 여기서 SN은 RFD(110)로서 도시되고 CN은 PAN 코디네이터(120)로서 도시된다.
SN들은 유휴 시간들 동안 그들의 수신기를 턴 오프하여 전력을 보존할 수 있는 특수한 유형의 RFD(110)이다. SN들은 그들이 어떠한 프레임들도 전송하거나 수신할 수 없는 슬립 동안 저전력 상태로 된다. SN들[예컨대, RFD(110)]이 네트워크 동작에 참여하기 위해, SN은 도 1에 도시된 이하의 단계들을 통상적으로 수행한다.
단계 1. 처음에, 비콘 요청(111)으로서 도시된 비콘 기반 능동 또는 수동 스캔 절차를 사용하여, 이용가능한 네트워크에 대해 스캐닝한다.
단계 2. PAN 코디네이터(120)로부터 적어도 하나의 비콘을 수신한 후, RFD(110)는 도시된 연관 요청(112a)을 송신함으로써 연관 절차를 수행하고 그러는 동안 그것이 PAN 코디네이터(120)에 대해 자신의 능력을 SN으로서 나타내며, 다음으로 RFD(110)는 MAC 데이터 요청(112b)으로서 도시된 데이터 요청 명령 프레임을 PAN 코디네이터(120)에 송신한다.
단계 3. PAN 코디네이터(120)는 그것이 그러한 SN과 함께 동작하는 것을 수락하는지 여부를 기술하는 연관 응답 메시지(113)를 사용하여 응답한다.
단계 4. PAN 코디네이터(120)가 RFD(110)와의 통신을 수락하는 연관 응답 메시지(113)로 종결된 성공적인 연관 시에, RFD(110)는 확인응답(ACK)을 송신하고, PAN 코디네이터(120)와 RFD(110) 사이의 데이터 교환은 다음과 같이 발생한다.
PAN 코디네이터(120)의 수신기는 항상 ON이기 때문에, RFD(110)는 언제든지 PAN 코디네이터(120)에 데이터를 전송할 수 있다. RFD(110)는 PAN 코디네이터(120)에 MAC 데이터 폴을 송신한다. RFD(110)에 MAC ACK(114a)를 송신한 후, PAN 코디네이터(120)는 간접 전송을 이용하여 데이터 프레임(114b)을 RFD(110)에 전송하고, 여기서 MAC ACK(114a)는 RFD(110)에 대한 데이터 프레임(114b)을 버퍼링한다. RFD(110)는 MAC 데이터 요청(112b)을 사용하여 슬립 모드로부터 웨이크업할 때마다 PAN 코디네이터(120)로부터 데이터를 폴링한다. 다음으로, PAN 코디네이터(120)의 MAC은 데이터 프레임(114b)을 RFD(110)에 전송한다.
그러나, SN들이 PAN 동작에 참여하기 위한 그러한 방법은 FAN 사양에 직접 적용될 수 없다. 이는 비동기식 채널 호핑의 구현을 방해하는 다음의 3가지 이유로 인해, SN들[예컨대, RFD(110)]이 비동기식 채널 호핑을 할 수 없기 때문이다.
1. Wi-SUN™ FAN 사양은 연관 및 간접 전송을 위한 IEEE 명령 프레임들을 기본적으로 지원하지 않는다.
2. SN[예컨대, RFD(110)]은 슬립 동작 후에 PAN 코디네이터(120)의 현재 수신기 채널을 추적하지 않는다. 이러한 ACH 모드에서, PAN 코디네이터(120)는 상이한 수신 채널들 상에서 호핑한다. onus는 PAN 코디네이터(120)가 패킷을 수신할 수 있도록 올바른 수신 채널 상에서 패킷을 송신하기 위해 SN[예컨대, RFD(110)] 송신기 상에 있다. 따라서, 데이터 요청 명령[MAC 데이터 요청(112b)]의 송신기인 SN[예컨대, RFD(110)]은 PAN 코디네이터(120)의 호핑 시퀀스를 추적할 수 없다.
3. SN[예컨대, RFD(110)]은 슬립 동안 자신의 유니캐스트 호핑 시퀀스를 추적하지 않는다.
Wi-SUN™ FAN에 따르면, 모든 디바이스 노드는 자기 자신의 시퀀스를 추적하고 그러한 시퀀스 상에서 호핑해야 하며, 그러면, 송신기는 전송들을 개시할 때 그것의 수신 채널을 결정하기 위해 동일한 시퀀스를 사용할 것이다. 따라서, SN[예컨대, RFD(110)]에 대한 슬립 동작에 걸쳐 PAN 코디네이터(120)의 호핑 시퀀스를 유지하기 위한 방식은 슬립 상태들 동안의 휴지 간격들(dwell intervals)의 유지를 요구할 수 있으며, 이는 SN이 슬립하게 될 수 있는 레벨을 저해할 수 있다(따라서, 그것이 소비하는 전력을 상승시킬 수 있다).
설명된 예들은 SN들이 ACHN들에서 동작하기 위한 구현을 방해하는 3가지 이유(위에서 설명됨) 각각을 해결하기 위한 통신 시퀀스(아래에 설명됨)를 사용한다. Wi-SUN™에 정의된 바와 같은 ACHN은 연관 및 간접 전송을 위해 명령 프레임들이 지원되는 것을 허용하는 IEEE 명령 프레임들의 교환을 허용하지 않는다. SN이 논-슬리피 CN의 호핑 스케줄을 추적하기 위해서, SN은 슬립 동안에도 온으로 유지되는 실시간 클록(RTC)을 가질 수 있고, SN은 CN으로부터의 최종 수신 프레임의 타임 스탬프를 자신의 RTC(또는 다른 클럭)를 사용하는 것의 측면에서 저장할 수 있다. SN이 프레임을 CN에 송신하려고 의도할 때, 그것은 RTC에 기초하여 시간 차이를 계산하고, 다음으로 CN의 현재 수신 채널을 계산하기 위해, CN으로부터의 최종 수신 프레임으로부터, 자신의 호핑 시퀀스에서의 노드의 현재 위치의 타이밍 정보를 포함하는 필드인 UFSI(Unicast Fractional Slot Interval)를 이용할 수 있다.
이것은 SN이 RTC의 랩어라운드 시간(wraparound time)을 초과하는 시간 동안 저전력 모드로 가 서는 안된다는 것을 암시한다. 랩어라운드 시간들은 4 바이트와 같은 소정 바이트 수의 데이터로서 구현되며, 그러면 그것은 232와 같은 최대값만을 저장하고, 그로부터 임의의 시간 후에 0으로 랩어라운드하고 계속 진행한다. 바람직하게는, SN은 CN으로부터 업데이트된 타이밍 정보를 수신하지 않고서 저전력 모드로 되돌아가지 않고, 또는 데이터 요청 동작을 수행하기 위해 랩어라운드 기간 내에 여러 번 웨이크업하지 않는다.
슬립 동작에 걸쳐 SN 자신의 호핑 스케줄을 유지해야 한다는 요구조건은 SN들의 설계를 복잡하게 하며, 그러면 SN들은 자신들의 슬립 시간들을 정확하게 추적해야 할 것이다. 이러한 제한을 극복하고 이 문제를 해결하기 위해, 설명된 SN들은 Rx 동작의 고정 채널을 사용한다. 그러나, 청취(Rx) 주파수의 변경을 달성하기 위해, SN들은 그들이 웨이크업할 때마다 Rx 동작의 고정 채널을 변경하다. SN이 동작하는 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널을 CN이 알기 위해서, SN은 자신의 데이터 요청 명령 내에서 유니캐스트 스케줄을 포함시킴으로써 그것의 Rx 동작의 고정 채널을 광고(반송)한다. 그러면, CN은 올바른 채널을 통해 간접 프레임을 SN에 전송하기 위해, 이러한 새롭게 업데이트된 채널 정보를 사용할 수 있다.
따라서, ACHN들에서의 SN 동작의 여기에 설명된 방법들은 다음의 조합을 사용한다.
1. Rx 채널이 애플리케이션, 상위 계층, 또는 MAC 중 어느 하나에 의해 임의의 호핑 시퀀스를 사용하여 데이터 요청 명령 프레임의 Tx 전에 변경되는, SN에서의 의사 채널 호핑. 이러한 호핑 시퀀스는 CN에 대해 교환되도록 요구되지 않는데, 왜냐하면 CN이 SN에 프레임을 송신하기를 원할 때, 그것은 SN의 현재 Rx 채널을 포함하는 데이터 요청 명령의 수신 이후에 발생하였기 때문이다.
2. 소정의 표준 호핑 시퀀스에 기초한 CN 디바이스의 비동기식 수신 채널 호핑 시퀀스는 비동기식 프레임[PAN 광고(PAN Advertisement)/PAN 구성(PAN Configuration) 프레임들]의 정보 요소들(IE: information elements)을 통해 SN에 대해 교환된다. SN은 CN 디바이스가 현재 청취하고 있는 채널을 결정하기 위해, 이러한 교환된 호핑 시퀀스 및 타임 스탬프들을 사용할 수 있다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 CN을 갖는 WPAN에서의 SN 동작의 예시적인 방법(200)에 대한 흐름도이고, 도 2b는 그에 대한 수반되는 연관된 타임라인이다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 방법(200)은 SN이 임의의 호핑을 실제로 수행하지 않고서 자신의 Rx 채널의 주파수를 변경할 수 있게 한다.
단계(201)는 SN이 CN으로부터 CN의 호핑 시퀀스, 및 호핑 시퀀스 내에서의 CN의 초기 타이밍 위치를 포함하는 AHS 프레임을 수신하는 것을 포함한다. 호핑 시퀀스 내에서의 CN의 타이밍 위치는 AHS 프레임 내에, 또는 CN으로부터 수신된 다른 통신 내에(예를 들어, CN으로부터의 최종 수신 데이터 또는 CN으로부터의 ACK 프레임으로부터) 포함된 타이밍 정보에 기초할 수 있다. SN은 AHS 프레임으로부터, CN으로부터의 AHS 프레임이 수신된 시간을 반영하는 타임 스탬프를 생성하는 슬립 모드 동작 동안에도 실행되도록 구성된 RTC를 포함할 수 있다.
도 2b의 타임라인에서, 251로서 도시된 시간에서, CN은 정보 요소들(IE)로서의 부가 정보와 함께 프레임(들)을 전송한다. IE들은 페이로드 데이터와 별도로 부가 정보를 전달하는 데 유용한 MAC 프레임 "유닛들"이다. 타이밍 IE로 지칭될 수 있는 특수한 IE는 단계(201)에서 AHS 프레임 내에서 CN에 의해 일반적으로 사용되어, 그 시간에서의 그것의 호핑 시퀀스 내에서의 그것의 현재 위치의 타이밍 정보를 반송한다. 251에서의 시간은 도 2b에서 시간 0으로서 도시된 소정의 기준 시간으로부터의 Δt로서 도시된다. Δt에서, CN은 CH2에 있는 것으로 나타난다.
단계(202)는 SN이 타임 스탬프 및 (예를 들어, AHS 프레임 내에서 보고된 대로의) CN의 초기 타이밍 위치를 저장한 다음, 슬립하게 되는 것을 포함한다. 타임 스탬프(위에서 설명됨)는 일반적으로 SN에서 RTC에 의해 제공될 수 있다.
단계(203)는 SN이 슬립으로부터 웨이크업한 다음, 자신의 Rx 채널의 주파수 대역을 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널로 변경하는 것을 포함한다. 예를 들어, 미국에서는 902-928MHz 대역이 129개의 200KHz 폭 채널로 분할될 수 있으며, 이들 중 임의의 채널이 SN에 의해 Rx 채널을 위해 사용될 수 있다. 도 2b의 타임라인에서, CN은 기간 = t1 동안 슬립한다.
단계(204)에서, SN은 (a) CN의 호핑 시퀀스, (b) 타임 스탬프, (c) CN의 초기 타이밍 위치, 및 (d) 현재 시간[예를 들어, SN의 RTC로부터 획득된 현재 시간, 이하에서 설명되는 도 3의 RTC(304) 참조]로부터 계산된 CN의 현재 청취 채널에 대응하는 채널에서 데이터 요청 명령 프레임을 전송한다. 임의로(optionally), 데이터 요청 명령 프레임은 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널을 CN에 광고하기 위해, CN에 대한 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널을 포함하는 부가적인 페이로드 정보를 포함할 수 있다. CN의 계산된 현재 청취 채널은 도 2b에서 CH4로서 도시된다. 데이터 요청 명령 프레임은 유니캐스트 전송으로서 전송된다. 도 2b의 타임라인에서, 252로 도시된 시간에서, SN은 (t1+Δt)/DT로서 계산된 도시된 CN의 현재 청취 채널(CH4)에서 CN에 프레임을 전송한다. DT는 노드가 다음 채널로 이동하기 전에 주어진 채널에서 머문 시간의 양인 휴지 시간을 의미한다.
단계(205)는 CN이 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널에서 ACK 프레임을 SN에 전송하는 것을 포함한다. 단계(205)에 후속하여, CN은 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널에서(따라서, ACK 프레임과 동일한 채널 상에서) SN에 데이터를 전송할 수 있고, 이에 후속하여 SN은 CN의 현재 청취 채널에서 CN에 데이터를 전송한다.
대안적인 실시예에서, SN이 웨이크업한 후 SN에 의해 선택되는 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널은 [단계(204)에서 데이터 요청 명령 프레임을 전송하기 위해 SN에 의해 계산되는] SN이 데이터 요청 명령을 전송하는 시간에서의 CN의 청취(Rx) 채널로 설정된다. 또 다른 대안적인 실시예에서, CN은 데이터 요청 명령 프레임을 통해 SN의 동작의 Rx 채널의 식별정보를 명시적으로 교환할 필요없이, SN의 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널이 CN이 데이터 요청 명령 프레임을 수신한 것과 동일한 채널임을 암묵적으로 안다(또는 "이해"한다). 이러한 실시예에서, SN은 자신의 청취(Rx) 채널을 데이터 요청 명령 프레임에 "첨부"하지 않는다. 대신에, CN은, SN이 CN이 데이터 요청 명령 프레임을 수신한 것과 동일한 채널에서 CN으로부터의 응답을 청취하고 있을 것임을 이해한다.
ACHN들에서의 설명된 SN 동작의 이점들은 (a) Wi-SUN™ 비-슬롯 채널 호핑 메커니즘의 현재 동작과 호환가능한 것; (b) SN 또는 CN 중 어느 것에도 임의의 엄격한 타이밍 요구조건을 부과하지 않는 것; (c) SN이 자신의 호핑 시퀀스를 추적 할 필요가 없는 것; 및 (d) SN 상에서 임의의 구현 특정적인 호핑 시퀀스의 사용을 허용하는 것을 포함한다.
도 3은 설명된 SN측 ACHN 동작 알고리즘(303a)을 갖는 예시적인 SN(300)의 개략적인 블록도이다. CN은 설명된 SN 디바이스 동작을 비동기식 채널 호핑 네트워크들에서 구현하기 위해 어떠한 변경(들)도 필요로 하지 않지만, IEEE 802.15.4에서 정의된 것과 같은 간접 전송들을 지원하고 RTC를 포함해야 한다. SN 디바이스(300)는 명령어들 및 데이터를 유지하기 위한 비휘발성 메모리(303)[예를 들어, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)]를 포함하는 시스템 프로세서[시스템 CPU](301)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(303)는 ACHN 동작 알고리즘(303a)을 실행하는 것과 같이 본 명세서에 설명된 네트워크 기능들의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 시스템 CPU(301) 및/또는 송수신기(302)에 의해 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 명령어들을 저장할 수 있다. SN(300)은 또한 필요한 상태 전이 단계들(311)(예를 들어, 라디오 셋업) 및 MAC 소프트웨어 블록(312)을 수행하는 웨이크업 핸들러 블록(310)을 구현하는 것으로 도시된다. 310-312를 위한 기능들은 시스템 CPU(301) 상에서 실행되는 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다. SN(300)은 배터리(323)에 의해 전력을 공급받는 것으로 도시된다. 하나 이상의 센서(306) 및/또는 하나 이상의 액추에이터 회로(308)는 물리적 세계에서 상호작용하기 위해 SN(300) 내에 포함될 수 있다.
버스(327)는 SN(300)의 각각의 컴포넌트들을 함께 연결한다. 송수신기(302)는 안테나(319)에 연결된다. 시스템 CPU(301)에 제공되는 하드웨어 RTC(304)가 SN(300)에 포함된다.
설명된 예들은 다양한 애플리케이션들에서 유용하다. 하나의 애플리케이션은 센서(306) 또는 액추에이터(308)를 포함하는 복수의 설명된 SN을 갖는다. 이러한 실시예에서, WPAN은 전기 사용의 국소적 변경들을 검출하고 이에 반응하기 위해 디지털 통신을 이용하는 전기 공급 네트워크를 포함할 수 있는 스마트 그리드의 일부이다. 다른 예들은 산업 자동화 및 홈 자동화를 포함한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라, ACHN에서의 SN 동작들에 대한 상세한 특정 실시예의 동작 단계들을 도시한다. 도 4의 SN은 RFD(110')로서 도시되고, CN은 PAN 코디네이터(PC)(120)로서 도시된다. RFD(110')는 연관 요청(411)을 송신하고, 그 동안 자신의 SN으로서의 능력을 PC(120)에 나타낸다. PC(120)로부터 ACK(412)를 수신한 후, RFD(110')는 MAC 데이터 요청(413)을 송신한다. MAC ACK(414) 후에, PC(120)는 IE와 함께 하는 AHS 프레임인 연관 응답을 전송하며, 이는 PC의 호핑 시퀀스, 및 호핑 시퀀스 내에서의 PC의 초기 타이밍 위치를 포함하는 방법(200) 내의 단계(201)에 대응한다. (표준 호핑 시퀀스에 기초하는) PAN 코디네이터의 비동기식 Rx 채널 호핑 시퀀스, 및 그것의 호핑 시퀀스 내에서의 그것의 위치의 타이밍 정보는 이러한 AHS 프레임 내의 IE들을 통해 RFD(110')에 제공된다. RFD(110')는 PC의 타이밍 위치 및 AHS 프레임에 대한 타임 스탬프를 저장한 다음, 일반적으로 하나를 초과하는 프레임에 대응하는 시간 동안 슬립하게 된다.
웨이크업 시에, RFD(110')는 자신의 Rx 채널의 자신의 주파수 대역을 F1으로서 도시된 Rx 동작의 제1의 업데이트된 고정 채널로 설정한다. RFD(110')는 CN의 호핑 시퀀스, 타임 스탬프, CN의 초기 타이밍 위치, 및 (예를 들어, 그것의 RTC로부터의) 현재 시간으로부터 계산된 PC(120)의 현재의 Rx 채널에 대응하는 채널에서 데이터 요청 명령 프레임을 PC(120)에 전송한다[단계(204')로서 도시됨]. 이에 응답하여, PC(120)는 RFD(110')의 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널(여기서는 F1)에서 RFD(110')에 ACK 프레임을 전송한다[단계(205')로서 도시됨]. 다음으로, PC(120)는 F1에서 RFD(110')에 데이터를 전송한다[단계(206')].
ACK를 송신한 후, RFD(110')는 다시 슬립하게 되고, 웨이크업 시에, RFD(110')는 자신의 Rx 채널의 자신의 주파수 대역을 F2로서 도시된 Rx 동작의 제2의 업데이트된(새로운) 고정 채널로 설정한다. RFD(110')는 이전에 저장된 CN의 호핑 시퀀스, 타임 스탬프, CN의 초기 타이밍 위치, 및 (예를 들어, RTC로부터의) 현재 시간으로부터 계산된 PC(120)의 현재 Rx(청취) 채널에 대응하는 채널에서 데이터 요청 명령 프레임을 PC(120)에 전송한다[단계(204")로 도시됨]. 이에 응답하여, PC(120)는 RFD(110')의 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널(여기서는 F2)에서 ACK 프레임을 RFD(110')에 전송한다[단계(205")로서 도시됨]. 다음으로, PC(120)는 F2에서 RFD(110')에 데이터를 송신한다[단계(206")].
청구항들의 범위 내에서, 설명된 실시예들에서 수정들이 가능하고, 다른 실시예들이 가능하다.

Claims (16)

  1. 코디네이터 노드 라디오 디바이스(CN: coordinator node radio device)를 갖는 비동기식 채널 호핑 무선 개인 영역 네트워크(WPAN: wireless personal area network)에서 슬리피 노드 통신 라디오 디바이스(SN: sleepy node communications radio device)를 동작시키는 방법으로서,
    상기 SN이 상기 CN으로부터 비동기식 호핑 시퀀스 프레임(AHS 프레임: asynchronous hopping sequence frame)을 수신하는 단계 - 상기 AHS 프레임은 상기 CN의 호핑 시퀀스, 및 상기 AHS 프레임 또는 상기 CN으로부터 수신된 다른 프레임으로부터의 상기 호핑 시퀀스 내에서의 상기 CN의 초기 타이밍 위치를 적어도 포함함 - ;
    상기 SN이 타임 스탬프, 및 상기 CN의 타이밍 위치를 저장한 다음, 슬립하게 되는 단계;
    상기 SN이 상기 슬립으로부터 웨이크업한 다음, 자신의 수신(Rx) 채널의 주파수 대역을 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널로 변경하는 단계;
    상기 SN이 상기 CN의 호핑 시퀀스, 상기 타임 스탬프, 상기 CN의 초기 타이밍 위치, 및 현재 시간으로부터 계산된 상기 CN의 현재 청취 채널에 대응하는 채널에서 데이터 요청 명령 프레임을 전송하고, 동일 채널 상에서 확인응답(ACK: acknowledgement)을 수신하는 단계; 및
    상기 CN이 상기 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널에서 응답 프레임을 상기 SN에 전송하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 SN은 하드웨어 실시간 클럭(RTC: real-time clock)을 사용하고, 상기 하드웨어 실시간 클럭은 상기 SN에 포함되며 상기 CN의 호핑 시퀀스를 지속적으로 추적하기 위해 슬립 모드 동작 동안에도 실행되도록 구성되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 요청 명령 프레임은 상기 CN에 대한 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널을 포함하는 페이로드 정보를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 타임 스탬프는 상기 AHS 프레임으로부터 또는 상기 CN으로부터의 최종 수신 데이터로부터 결정되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 호핑 시퀀스 내에서의 상기 CN의 타이밍 위치는 상기 AHS 프레임에 포함된 타이밍 정보에 기초하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 CN이 상기 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널에서 상기 SN에 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 SN이 상기 CN의 현재 청취 채널에서 상기 CN에 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 SN은 센서 또는 액추에이터를 포함하고, 상기 WPAN은 전기 사용의 국소적인 변경을 검출하고 그에 반응하기 위해 디지털 통신을 사용하는 전기 공급 네트워크를 포함하는 스마트 그리드의 일부인, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널은 상기 CN의 현재 청취 채널에 대응하는 채널로 설정되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 CN은 상기 데이터 요청 명령 프레임을 통해 상기 SN의 동작의 Rx 채널의 식별 정보를 명시적으로 교환할 필요 없이 상기 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널이 상기 CN의 현재 청취 채널에 대응하는 채널이라고 이해하는, 방법.
  11. 라디오 통신 디바이스로서,
    적어도 하나의 안테나에 연결되는 송수신기;
    비동기식 채널 호핑 무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 내의 코디네이터 노드 통신 디바이스(CN)로부터 비동기식 호핑 시퀀스 프레임(AHS 프레임)을 수신하기 위해 슬립 모드 동작 동안에도 실행되도록 구성되는 하드웨어 실시간 클럭(RTC) - 상기 AHS 프레임은 상기 CN의 호핑 시퀀스, 및 상기 AHS 프레임 또는 상기 CN으로부터 수신된 다른 프레임으로부터의 상기 CN의 호핑 시퀀스 내에서의 상기 CN의 초기 타이밍 위치를 적어도 포함함 - ; 및
    비동기식 채널 호핑 네트워크(ACHN) 알고리즘에서의 슬리피 디바이스 동작을 저장하는 메모리에 통신가능하게 연결되는 프로세서
    를 포함하고, 상기 ACHN 알고리즘은:
    상기 AHS 프레임에 대한 타임 스탬프, 및 상기 호핑 시퀀스 내에서의 상기 CN의 초기 타이밍 위치를 결정하고; 상기 타임 스탬프를 상기 메모리 내에 저장한 다음, 슬립하게 되고; 상기 슬립으로부터 웨이크업한 다음, 자신의 수신(Rx) 채널의 주파수 대역을 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널로 변경하고; 상기 CN의 호핑 시퀀스, 상기 타임 스탬프, 상기 CN의 초기 타이밍 위치, 및 현재 시간으로부터 계산된 상기 CN의 현재 청취 채널에 대응하는 채널에서 데이터 요청 명령 프레임을 전송하고; 상기 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널에서 상기 CN에 의해 전송되는 ACK 프레임을 수신하는, 라디오 통신 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 데이터 요청 명령 프레임은 상기 CN에 대한 상기 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널을 포함하는 페이로드 정보를 더 포함하는, 라디오 통신 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 타임 스탬프는 상기 AHS 프레임으로부터 또는 상기 CN으로부터의 최종 수신 데이터로부터 결정되는, 라디오 통신 디바이스.
  14. 제11항에 있어서, 상기 호핑 시퀀스 내에서의 상기 CN의 타이밍 위치는 상기 AHS 프레임에 포함된 타이밍 정보에 기초하는, 라디오 통신 디바이스.
  15. 제11항에 있어서, 상기 라디오 통신 디바이스는 센서 또는 액추에이터를 포함하고, 상기 WPAN은 전기 사용의 국소적인 변경을 검출하고 그에 반응하기 위해 디지털 통신을 사용하는 전기 공급 네트워크를 포함하는 스마트 그리드의 일부인, 라디오 통신 디바이스.
  16. 제11항에 있어서, 상기 Rx 동작의 업데이트된 고정 채널은 상기 CN의 현재 청취 채널에 대응하는 채널로 설정되는, 라디오 통신 디바이스.
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