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KR20150051061A - Method and System for transmitting ACK message in a Wireless Personal Area Network based on Beacon - Google Patents

Method and System for transmitting ACK message in a Wireless Personal Area Network based on Beacon Download PDF

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Publication number
KR20150051061A
KR20150051061A KR1020130132477A KR20130132477A KR20150051061A KR 20150051061 A KR20150051061 A KR 20150051061A KR 1020130132477 A KR1020130132477 A KR 1020130132477A KR 20130132477 A KR20130132477 A KR 20130132477A KR 20150051061 A KR20150051061 A KR 20150051061A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
ack
frame
beacon
coordinator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020130132477A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김한나
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
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Abstract

The present invention relates to a method for transmitting ACK to save electric power by selectively using an ACK message if a device transmits data to a coordinator. The present invention calculates a receipt reliability by estimating a frame, which is not received from a device, according to the data frame information, which a coordinator receives instead of sending a replay request message and uses the calculated receipt reliability information as significant data that reflect the current network environment situation to effectively manage a network.

Description

무선 개인 영역 네트워크에서 Beacon 기반 ACK 메시지 전송 시스템 및 그 방법 {Method and System for transmitting ACK message in a Wireless Personal Area Network based on Beacon}[0001] The present invention relates to a beacon-based ACK message transmission system and a method thereof in a wireless personal area network,

ACK 전송 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 무선 개인 영역 네트워크에서 데이터 송수신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디바이스가 코디네이터로 데이터를 송신 할 경우에, ACK 메시지를 선택적으로 사용함으로써 전력 소모를 감소하기 위한 ACK 전송 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of transmitting and receiving data in a wireless personal area network, and more particularly, to a method of transmitting and receiving data in a wireless personal area network ACK transmission method.

데이터 전송 방식에는 CSMA-CA를 통하여 다른 디바이스들과의 경쟁을 통해 데이터를 송신할 수 있는 시간을 확보하여 데이터를 전송하는 방식과 다른 디바이스들과 경쟁하지 않고 데이터 송수신 할 수 있는 고유의 시간인 GTS를 코디네이터에게 할당 받아 데이터를 전송 할 수 있다. CSMA-CA를 통하여 데이터를 전송 할 경우 다른 디바이스들과의 충돌 확률이 높아지기 때문에 ACK를 사용하여야 한다. 하지만 GTS를 통해 데이터를 송수신 하는 경우는 다른 디바이스들과의 경쟁 없이 데이터를 송수신하기 때문에 데이터를 잃어버리는 확률이 적다. 특히 디바이스가 코디네이터로 데이터를 송신하는 경우에는 코디네이터에서 설정한 슈퍼프레임의 동기를 맞추기 위해 주기적으로 수신되는 beacon을 추적하고 있다. 만약 beacon이 추적이 되지 않으면 디바이스가 orphan으로 판정하고 orphan scan을 수행하게 된다. 즉 디바이스는 GTS를 추적하기 위해 beacon을 계속적으로 코디네이터로부터 수신하고 있기 때문에 디바이스에서 코디네이터로 데이터를 송신하는 경우에 무선 채널 환경이 좋지 않아 데이터를 잃어버리는 확률이 적다. 이러한 환경에서 ACK를 사용하게 되면 ACK를 송수신하기 위한 전력이 소비되고 불필요한 트래픽을 유발하여 네트워크에 패킷 오버헤드를 발생시키게 된다.The data transmission method includes a method of transmitting data by securing a time to transmit data through competition with other devices through CSMA-CA and a method of transmitting data by using a GTS To the coordinator and transmit the data. When data is transmitted through CSMA-CA, the probability of collision with other devices increases, so ACK should be used. However, when transmitting / receiving data through GTS, data is transmitted / received without competition with other devices, so there is less chance of losing data. In particular, when the device transmits data to the coordinator, it tracks the beacon periodically received in order to synchronize the superframe set by the coordinator. If the beacon is not tracked, the device will determine it as orphan and perform an orphan scan. That is, since the device continuously receives the beacon from the coordinator to track the GTS, the probability of losing data is low because the wireless channel environment is poor when data is transmitted from the device to the coordinator. If ACK is used in this environment, power for transmitting and receiving ACK is consumed and unnecessary traffic is generated, which causes packet overhead in the network.

본 발명은 본 발명은 코디네이터가 응답 요청 메시지를 송신하지 않는 대신에 수신한 데이터 프레임의 정보에 따라 디바이스로부터 수신하지 못한 프레임을 추측하여 계산된 수신 신뢰도를 정보를 현재 네트워크 환경 상황을 반영하는 중요한 정보로 사용함으로써 효율적으로 네트워크를 관리하는 데 그 목적이 있다.The present invention is characterized in that the coordinator does not transmit a response request message, but instead estimates a frame that the coordinator does not receive from the device according to the information of the received data frame, and transmits the calculated reception reliability information to important information To manage the network efficiently.

ACK 메세지 전송 방법은 무선 개인 영역 네트워크에서의 ACK 메시지 전송 방법에 있어서, beacon 프레임을 수신하여 수신율을 산출하는 단계, beacon 수신율이 좋지 않을 경우 ACK 메시지를 요청하거나 beacon 수신율이 좋을 경우 ACK 메시지를 요청하지 않는 단계, ACK 메시지의 요청이 없을 경우 수신한 데이터의 정보를 바탕으로 데이터 송수신 신뢰도를 산출하는 단계, ACK 메시지의 요청이 있을 경우 산출한 수신 신뢰도를 바탕으로 ACK 메시지를 구성하여 디바이스에게 전송하는 단계, ACK 메시지의 포함된 정보에 따라 데이터를 전송하는 방식을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. A method of transmitting an ACK message in a wireless personal area network, the method comprising: receiving a beacon frame to calculate a reception ratio; requesting an ACK message when the beacon reception rate is not good or requesting an ACK message if the beacon reception rate is good A step of calculating reliability of data transmission / reception based on the information of the received data when there is no ACK message, a step of constructing an ACK message based on the calculated reliability of the ACK message and transmitting the ACK message to the device , And determining a method of transmitting data according to the included information of the ACK message.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슈퍼프레임의 구조에 대한 도면이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 ACK프레임의 구조에 대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크에 대한 구성도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 ACK 메시지의 요청여부 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도5은 본 발명의 실시 예에 따른 코디네이터에서의 데이터 프레임 처리방법을 나타낸 흐름도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 ACK 메시지 전송 시스템의 구성도이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 ACK 프레임 포맷을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a super frame according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a structure of an ACK frame according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of determining whether to request an ACK message according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a data frame processing method in a coordinator according to an embodiment of the present invention.
6 is a configuration diagram of an ACK message transmission system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an ACK frame format according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 ACK 메시지 전송 시스템 및 그 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an ACK message transmission system and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슈퍼프레임(100)의 구조에 대한 도면이다.1 is a view showing a structure of a super frame 100 according to an embodiment of the present invention.

무선 개인 영역 네트워크(Wireless Personal Area Network: WPAN)는 다수의 디바이스들이 하나의 무선 네트워크를 구성하여 언제 어디서나 다양한 정보를 제공할 수 있다.A wireless personal area network (WPAN) can provide a variety of information at any time and place by configuring a single wireless network by a plurality of devices.

이를 위하여 IEEE 표준 단체에서는 다양한 표준들을 제안하였으며 이중에서 IEEE 802.15.4(지그비) 규격은 저전력, 저비용과 저속 전송 속도를 가지는 표준이다. IEEE 802.15.4 표준은 홈 네트워크, 모니터링이나 자동화와 같은 산업, 재난, 센서 분야 등과 같은 다양한 분야에 적용되고 있다. To this end, the IEEE standard group proposed various standards. Among them, the IEEE 802.15.4 (ZigBee) standard is a low power, low cost, and low speed transmission standard. The IEEE 802.15.4 standard has been applied to various fields such as home network, monitoring and automation, industrial, disaster, sensor, and so on.

IEEE 802.15.4 규격에서 사용하는 주파수 대역은 ISM 대역인 2.4GHz와 유럽과 미국의868/915MHz 대역을 사용하도록 규정하고 있으면 물리(PHY) 계층과 데이터링크(MAC) 계층에 관해서만 정의하고 있다. The frequency band used in the IEEE 802.15.4 standard defines only the physical (PHY) layer and the data link (MAC) layer if the ISM band 2.4 GHz and the European and US 868/915 MHz band are used.

IEEE 802.15.4 규격은 둘 이상의 디바이스들이 동일한 물리 채널을 사용하여 하나의 WPAN을 구성한다. 각각의 디바이스는 FFD(Full function Device)와 RFD(Reduced Function Device) 타입으로 나눌 수 있다.In the IEEE 802.15.4 standard, two or more devices configure one WPAN using the same physical channel. Each device can be divided into FFD (full function device) and RFD (Reduced Function Device) type.

FFD는 RFD와 또 다른 FFD와 서로 통신 할 수 있고 PAN 코디네이터(Coordinator), 단일 코디네이터와 단일 디바이스의 역할을 할 수 있다. RFD는 오직 FFD와 통신 할 수 있으며 단일 디바이스의 역할만 할 수 있다. 하나의 WPAN에는 하나의 중앙 제어 장치(PAN 코디네이터) 역할을 수행하는 디바이스가 존재하고 PAN 코디네이터를 중심으로 다양한 네트워크 토폴로지가 구성될 수 있다. The FFD can communicate with the RFD and another FFD, and can act as a single coordinator and a single device with the PAN coordinator. RFD can only communicate with FFDs and can only serve as a single device. A device acting as one central control unit (PAN coordinator) exists in one WPAN, and various network topologies can be configured around the PAN coordinator.

PAN 코디네이터만 WPAN 네트워크를 개설하여 PAN ID를 선택하고 자신의 네트워크에 참가하려는 모든 디바이스들은 수용한다. Only the PAN coordinator establishes a WPAN network to select the PAN ID and accepts all devices that will join the network.

하나의 WPAN은 beacon 가용 PAN과 beacon 비가용 PAN 중에서 하나의 방식으로만 이용할 수 있다. Beacon 가용 PAN은 WPAN의 정보를 포함하는 beacon를 주기적으로 브로드캐스팅 함으로써, PAN과 디바이스들간의 동기화를 지원하기 위해 운용이 된다. Beacon 비가용 PAN은 주기적으로 beacon을 전송하지 않기 때문에 동기 동작이 필요하지 않을 경우에 사용이 된다.A single WPAN can only be used in one of the beacon-enabled and beacon-unavailable PANs. A beacon-enabled PAN is operated to periodically broadcast a beacon containing the information of the WPAN to support synchronization between the PAN and the devices. Beacon Unavailable PANs are used when synchronization is not needed because the beacon is not transmitted periodically.

Beacon 비가용 PAN 에서 디바이스가 데이터 전송을 원한다면, unslotted CSMA-CA 알고리즘을 이용해서 다른 디바이스들이 주파수 채널을 사용 중인지 파악하고 데이터를 송신하고자 하는 다른 디바이스들과 경쟁하여 채널을 확보한 후 데이터를 전송할 수 있다.If a device wants to transmit data in a non-beacon PAN, the unslotted CSMA-CA algorithm can be used to determine if other devices are using the frequency channel and to compete with other devices that want to transmit data, have.

반면, beacon 가용 PAN은 슈퍼프레임(100)을 사용하여 다른 디바이스들과 통신한다. 슈퍼프레임(100)은 오직 PAN 코디네이터에서만 정의 할 수 있고 구조는 도1과 같이 beacon, ACTIVE 구간과 INACTIVE 구간으로 나누어 사용 할 수 있다.  On the other hand, the beacon-enabled PAN communicates with other devices using the super frame 100. The super frame 100 can be defined only by the PAN coordinator, and the structure can be divided into beacon, ACTIVE, and INACTIVE as shown in FIG.

INACTIVE 구간에서 코디네이터는 저전력 모드로 동작하고 오직 ACTIVE 구간에서만 채널에 접근하여 데이터를 송수신 할 수 있다. 이 ACTIVE 구간은 전송 방식에 따라 경쟁 구간(Contention Access Period: CAP)과 비경쟁구간(Contention Free Period:CFP)로 나눌 수 있다. 경쟁 구간 동안 통신을 원하는 디바이스는 slotted CSMA-CA 알고리즘을 이용하여 다른 디바이스들간의 경쟁을 통해 데이터를 송수신하게 된다. CFP 구간에서는 코디네이터가 GTS(Guaranteed Time Slot)을 할당하여 특정 디바이스들에게 데이터 송수신 시간을 할당해줌으로써 다른 디바이스들과의 경쟁을 피할 수 있다.In the interval of INACTIVE, the coordinator operates in the low power mode and can access and transmit data only in ACTIVE section. This ACTIVE interval can be divided into a contention access period (CAP) and a contention free period (CFP) according to a transmission scheme. A device that wants to communicate during a contention period transmits and receives data through competition between different devices using a slotted CSMA-CA algorithm. In the CFP period, the coordinator allocates a GTS (Guaranteed Time Slot) to allocate data transmission / reception time to specific devices, thereby avoiding competition with other devices.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 ACK프레임(200)의 구조에 대한 도면이다.2 is a diagram illustrating a structure of an ACK frame 200 according to an embodiment of the present invention.

데이터 전송 방식에는 CSMA-CA를 통하여 다른 디바이스들 경쟁을 통해 데이터를 송신할 수 있는 시간을 확보하여 데이터를 전송하는 방식과 다른 디바이스들과 경쟁하지 않고 데이터 송수신 할 수 있는 고유의 시간인 GTS를 코디네이터에게 할당 받아 데이터를 전송 할 수 있다.The data transmission method includes a method of transmitting data by securing a time for transmitting data through competition of other devices through the CSMA-CA and a GTS which is a unique time for data transmission / reception without competing with other devices. And transmits the data.

CSMA-CA를 통하여 데이터를 전송 할 경우 다른 디바이스들과의 충돌 확률이 높아지기 때문에 ACK를 사용하여야 한다. 하지만 GTS를 통해 데이터를 송수신 하는 경우는 다른 디바이스들과의 경쟁 없이 데이터를 송수신하기 때문에 데이터를 잃어버리는 확률이 적다. 특히 디바이스가 코디네이터로 데이터를 송신하는 경우에는 코디네이터에서 설정한 슈퍼프레임(100)의 동기를 맞추기 위해 주기적으로 수신되는 beacon을 추적하고 있다.When data is transmitted through CSMA-CA, the probability of collision with other devices increases, so ACK should be used. However, when transmitting / receiving data through GTS, data is transmitted / received without competition with other devices, so there is less chance of losing data. In particular, when the device transmits data to the coordinator, beacons periodically received are tracked to synchronize the superframe 100 set by the coordinator.

만약 beacon이 추적이 되지 않으면 디바이스가 orphan으로 판정하고 orphan scan을 수행하게 된다. 즉 디바이스는 GTS를 추적하기 위해 beacon을 계속적으로 코디네이터로부터 수신하고 있기 때문에 디바이스에서 코디네이터로 데이터를 송신하는 경우에 무선 채널 환경이 좋지 않아 데이터를 잃어버리는 확률이 적다.If the beacon is not tracked, the device will determine it as orphan and perform an orphan scan. That is, since the device continuously receives the beacon from the coordinator to track the GTS, the probability of losing data is low because the wireless channel environment is poor when data is transmitted from the device to the coordinator.

이러한 환경에서 ACK를 사용하게 되면 ACK를 송수신하기 위한 전력이 소비되고 불필요한 트래픽을 유발하여 네트워크에 패킷 오버헤드를 발생시키는 문제점이 있다. 특히, 센서 네트워크와 같이 다수의 디바이스들이 하나의 코디네이터로 측정한 모든 정보를 보고 하는 경우에는 이러한 문제점이 커진다. 센서 네트워크에서의 노드들은 배터리로 동작이 되기 때문에 가능한 에너지를 적게 소모하여 네트워크를 장시간 지속시키는 것이 중요하다. If ACK is used in this environment, there is a problem that power for transmitting and receiving an ACK is consumed and unnecessary traffic is generated, causing packet overhead in the network. Particularly, when a plurality of devices, such as a sensor network, reports all the information measured by one coordinator, this problem becomes large. Since the nodes in the sensor network are battery operated, it is important to consume as little energy as possible and to maintain the network for a long time.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크(300)에 대한 구성도이다. 3 is a configuration diagram of a wireless sensor network 300 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크(300)는 PAN 코디네이터(310), 코디네이터(320)와 디바이스(330)를 포함한다.3, the wireless sensor network 300 to which the present invention is applied includes a PAN coordinator 310, a coordinator 320, and a device 330.

PAN 코디네이터(310)는 하나의 PAN을 형성하고 코디네이터와 디바이스를 관리하는 역할을 담당 할 수 있다. 코디네이터(320)는 PAN에 참여하여 데이터를 송수신 할 수 있으며, 다른 디바이스들의(코디네이터(320), 디바이스(330), PAN 코디네이터(310)) 데이터를 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 디바이스(330)는 오직 데이터를 송신하거나 필요 시 데이터를 수신 할 수 있으며, 네트워크의 구성 방식은 네트워크 통신이 가능하기만 하면 어느 특정한 방식에 한정되지 아니한다.The PAN coordinator 310 may form a single PAN and take charge of managing the coordinator and the device. The coordinator 320 can participate in the PAN and transmit and receive data and can transmit data of other devices (the coordinator 320, the device 330, and the PAN coordinator 310). The device 330 can only transmit data or receive data if necessary, and the manner in which the network is configured is not limited to any particular mode as long as network communication is possible.

도4는 본 발명의 실시 예에 따른 ACK 메시지의 요청여부 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of determining whether to request an ACK message according to an embodiment of the present invention.

디바이스(330)가 코디네이터(320)(PAN 코디네이터(310) 및 코디네이터(320)를 모두 지칭함)로 데이터를 송신 할 경우, ACK 메시지의 요청 여부 결정 방법은 먼저 디바이스(330)는 코디네이터(320)로부터 자신이 할당 받은 GTS 동기를 맞추기 위해 주기적으로 beacon 프레임을 수신 한다(S10). When the device 330 transmits data to the coordinator 320 (both the PAN coordinator 310 and the coordinator 320), the device 330 first determines whether to request the ACK message from the coordinator 320 The beacon frame is periodically received in order to synchronize the GTS with the GTS (S10).

만약 beacon 프레임을 수신 하지 못할 경우, beacon 프레임 수신 실패 수(LostBE)를 카운트 한다(S15). 즉 LostBE 수는 디바이스와 코디네이터와의 통신 환경을 파악할 수 있는 파라미터이다. If the beacon frame is not received, the beacon frame reception failure number (LostBE) is counted (S15). That is, the LostBE number is a parameter that can grasp the communication environment between the device and the coordinator.

만약 송신 데이터가 존재할 경우(S20), beacon frame 수신 실패 수와 미리 지정해둔 최대 beacon 실패 수(MaxLostBE)와 비교한다(S30). MaxLostBE와 비교(S40)하여 beacon 프레임 수신 실패 수(LostBE)가 클 경우(S50), 무선 통신 환경이 불안하다고 판단하여 MAC 프레임의 ACK 요청 파라미터인 ACK request를 1로 설정하고(S65), 할당 받은 GTS를 통해 데이터를 코디네이터(320)에게 송신한다.If there is transmission data (S20), the beacon frame reception failure number is compared with a predetermined maximum beacon failure number (MaxLostBE) (S30). If the beacon frame reception failure number LostBE is large (S50), it is determined that the wireless communication environment is unstable and the ACK request parameter of the MAC frame is set to 1 (S65) And transmits the data to the coordinator 320 through the GTS.

반대로 beacon 프레임 수신 실패 수(LostBE)가 최대 beacon 실패 수(MaxLostBE)보다 작을 경우에는, ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수(NoACKFrame)와 ACK 요청 없이 송신 가능한 최대 frame의 수와 (threshold ACK) 비교한다(S65). 만약 ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수가(NoACKFrame) ACK 요청 없이 송신 가능한 최대 프레임의 수(threshold ACK) 보다 크면 MAC frame의 ACK 요청 파라미터인 ACK request를 1로 설정하여 데이터를 코디네이터에게 송신한다. 이는 송신 신뢰도를 파악할 수 있다. On the other hand, when the beacon frame reception failure number (LostBE) is smaller than the maximum beacon failure number (MaxLostBE), the number of frames (NoACKFrame) transmitted without ACK request is compared with the threshold ACK number of maximum frames that can be transmitted without ACK request (S65). If the number of frames transmitted without an ACK request is greater than the maximum number of frames (threshold ACK) that can be transmitted without an ACK request (NoACKFrame), the ACK request parameter of the MAC frame is set to 1 to transmit data to the coordinator. This can grasp the transmission reliability.

이와 반대로 ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수가(NoACKFrame) ACK 요청 없이 송신 가능한 최대 프레임의 수(threshold ACK) 보다 작으면, MAC frame의 ACK 요청 파라미터인 ACK request를 0으로 설정하여 ACK 요청하지 않고 데이터를 코디네이터에게 송신하고 ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수를 카운트 한다(S70).On the contrary, if the number of frames transmitted without an ACK request is smaller than the maximum number of frames (threshold ACK) that can be transmitted without an ACK request (NoACKFrame), the ACK request parameter of the MAC frame is set to 0, The number of frames transmitted to the coordinator and transmitted without an ACK request is counted (S70).

도5은 본 발명의 실시 예에 따른 코디네이터(320)에서의 데이터 프레임 처리방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a data frame processing method in the coordinator 320 according to an embodiment of the present invention.

디바이스(330)로부터 전송된 데이터 프레임을 수신한 코디네이터(320)는 ACK 요청 여부에 따라 ACK 프레임(200)을 구성한다(S110). Upon receiving the data frame transmitted from the device 330, the coordinator 320 configures the ACK frame 200 according to the ACK request (S110).

디바이스로부터 ACK 요청여부를 판단하여(S120) 요청이 없을 경우, 수신 데이터 프레임의 시퀀스(St)를 저장하고(S130), 저장한 프레임의 시퀀스와 이전 시간에 마지막으로 수신한 프레임의 시퀀스(St-1)를 서로 비교하여(S140), 두 프레임의 시퀀스가 연속여부를 판단하여(S150), 연속되어 있지 않다면 두 프레임의 시퀀스를 바탕으로 수신하지 못한 데이터 프레임의 시퀀스와 수를 저장해두고(S160) 마지막으로 수신한 프레임의 시퀀스를 갱신한다(S160). If there is no request from the device, it is determined whether an ACK is requested (S120). If there is no request, a sequence (St) of a received data frame is stored (S130), and the sequence of the stored frame and the sequence 1) are compared with each other (S140), the sequence of two frames is determined (S150), and if not, the sequence and the number of data frames that are not received based on the sequence of two frames are stored (S160) Finally, the sequence of the received frame is updated (S160).

이때 코디네이터(320)에서는 각각의 디바이스마다 마지막 수신 데이터 시퀀스, 수신하지 못한 데이터 시퀀스와 수신하지 못한 데이터의 수를 테이블로 저장하고 있어야 한다. At this time, the coordinator 320 must store the last received data sequence for each device, the data sequence that it has not received, and the number of data that it has not received in a table.

예를 들어 설명하면, 표1과 같이 0x0001이라는 주소를 가진 디바이스(330)로부터 마지막으로 수신한 데이터 시퀀스는 325이고 수신하지 못한 데이터가 시퀀스가 324인 1개이라고 가정한다. 만약 시퀀스가 328인 ACK를 요청하지 않은 데이터 프레임을 수신 할 경우, 현재 수신한 데이터의 시퀀스 (St)인 328과 마지막 수신 데이터 시퀀스인 325와 비교한다. For example, it is assumed that the last data sequence received from the device 330 having the address 0x0001 is 325 and the data that is not received is one 324 sequence as shown in Table 1. If a sequence of 328 data frames that do not request an ACK is received, the current sequence of data (St) 328 and the last sequence of received data 325 are compared.

송수신 신뢰도 테이블의 예시Example of transmission / reception reliability table 디바이스
주소device
address 마지막 수신 데이터sequence(St-1)The last received data sequence (S t-1 ) 수신하지 못한 데이터 sequenceData sequence not received 수신하지 못한 데이터 수Data not received 현재 수신한
데이터 sequence (St)Currently received
The data sequence (S t ) 0x00010x0001 325325 324324 1One 328328 0x00020x0002 200200 00 204204 0x00040x0004 100100 00 101101

비교한 결과 시퀀스가 326,327을 가지는 2개의 데이터 프레임을 수신하지 못하였음을 알 수 있고, 수신하지 못한 데이터의 시퀀스와 수에 관한 정보를 표2와 같이 갱신하고 마지막 수신 데이터도 328로 갱신한다. 이 표 정보는 해당 디바이스(330)와 코디네이터(320)와의 데이터 송수신 신뢰도를 나타낸다. As a result of comparison, it can be known that two data frames having a sequence of 326,327 have not been received, and the information on the sequence and number of data that has not been received is updated as shown in Table 2 and the last received data is also updated to 328. This table information indicates the reliability of data transmission / reception between the device 330 and the coordinator 320.

반대로 수신 데이터 프레임의 시퀀스(St)와 이전 시간에 마지막으로 수신한 프레임의 시퀀스 (St-1)를 서로 비교하여 두 프레임의 시퀀스가 연속되어 있다면 마지막 수신 데이터 시퀀스만 갱신한다. 표1과 같이 0x0004이라는 주소를 가진 디바이스(330)의 경우 마지막으로 수신한 데이터 시퀀스와 현재 수신한 데이터 시퀀스가 연속할 경우에는 표2와 같이 마지막으로 수신 데이터 시퀀스만 갱신한다. Conversely, if the sequence (St) of the received data frame is compared with the sequence (St-1) of the last received frame at the previous time, only the last received data sequence is updated if the sequence of two frames is continuous. In the case of the device 330 having the address 0x0004 as shown in Table 1, when the last received data sequence and the currently received data sequence are continuous, only the last received data sequence is updated as shown in Table 2.

송수신 신뢰도 테이블의 예시Example of transmission / reception reliability table 디바이스
주소device
address 마지막 수신 데이터sequence(St-1)The last received data sequence (S t-1 ) 수신하지 못한 데이터 sequenceData sequence not received 수신하지 못한 데이터 수Data not received 현재 수신한
데이터 sequence (St)Currently received
The data sequence (S t ) 0x00010x0001 328328 324,326,327324,326,327 33 0x00020x0002 204204 201,202,203201,202,203 33 0x00040x0004 101101 00 00

만약 디바이스(330)로부터, ACK 요청이 있을 때 관련 정보를 포함한 ACK 프레임(200)을 구성하여(S135), 해당 디바이스에게 ACK 프레임(200)을 송신하고(S145), 해당 디바이스(330)에 수신 신뢰도를 알려주고 해당 디바이스(330)의 테이블을 표3과 같이 초기화한다(S155).If there is an ACK request from the device 330, the ACK frame 200 including the related information is configured (S135), and the ACK frame 200 is transmitted to the device (S145) And the table of the corresponding device 330 is initialized as shown in Table 3 (S155).

송수신 신뢰도 테이블의 예시Example of transmission / reception reliability table 디바이스
주소device
address 마지막 수신 데이터sequence(St-1)The last received data sequence (S t-1 ) 수신하지 못한 데이터 sequenceData sequence not received 수신하지 못한 데이터 수Data not received 현재 수신한
데이터 sequence (St)Currently received
The data sequence (S t ) 0x00010x0001 resetreset resetreset 00 0x00020x0002 204204 201,202,203201,202,203 33 0x00040x0004 101101 00 00

도6은 본 발명의 실시 예에 따른 ACK 메시지 전송 시스템(600)의 구성도이다.6 is a configuration diagram of an ACK message transmission system 600 according to an embodiment of the present invention.

도6을 참조하면 ACK 전송 시스템(600)은 ACK 메시지 요청 결정부(610) 및 데이터 프레임(620)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the ACK transmission system 600 may include an ACK message request determiner 610 and a data frame 620.

ACK 메시지 요청 결정부(610)는 만약 beacon 프레임을 수신하여 만약 beacon 프레임의 수신 실패수와 미리 지정해둔 만약 beacon 실패수를 비교하여 beacon 프레임의 수신 실패수가 beacon 실패수보다 큰 경우에는 ACK 메시지를 요청하고 beacon 프레임의 수신 실패수가 beacon 실패수보다 큰 경우에는 ACK 메시지를 요청하지 않는다.The ACK message request determinator 610 receives the beacon frame and compares the beacon frame failure number with the beacon failure number. If the beacon frame reception failure number is greater than the beacon failure number, the ACK message request determiner 610 requests the ACK message If the number of beacon frames received is greater than the number of beacon frames, an ACK message is not requested.

ACK 메시지 요청 결정부(610)는 beacon 프레임 수신부(611)와 beacon 프레임비교부(612)를 포함할 수 있다.The ACK message request determining unit 610 may include a beacon frame receiving unit 611 and a beacon frame comparing unit 612.

beacon 프레임 수신부(611)는 코디네이터(320)로부터 자신이 할당 받은 GTS 동기를 맞추기 위해 주기적으로 beacon 프레임을 수신 하여, 만약 beacon 프레임을 수신 하지 못할 경우, beacon 프레임 수신 실패 수(LostBE)를 카운트 할 수 있다.The beacon frame receiving unit 611 periodically receives the beacon frame in order to align the GTS synchronization allocated thereto from the coordinator 320. If the beacon frame receiving unit 611 fails to receive the beacon frame, the beacon frame receiving unit 611 may count the beacon frame receiving failure number (LostBE) have.

즉 LostBE 수는 디바이스(330)와 코디네이터(320)와의 통신 환경을 파악할 수 있는 파라미터를 의미하게 된다.That is, the LostBE number means a parameter that can grasp the communication environment between the device 330 and the coordinator 320.

beacon 프레임비교부(612)는 만약 송신 데이터가 존재할 경우, beacon frame 수신 실패 수와 미리 지정해둔 최대 beacon 실패 수(MaxLostBE)와 비교하고 MaxLostBE와 비교하여 beacon 프레임 수신 실패 수(LostBE)가 클 경우, 무선 통신 환경이 불안하다고 판단하여 MAC 프레임의 ACK 요청 파라미터인 ACK request를 1로 설정하여 할당 받은 GTS를 통해 데이터를 코디네이터(320)에게 송신할 수 있다.If there is transmission data, the beacon frame comparison unit 612 compares the beacon frame reception failure number with a predetermined maximum beacon failure number (MaxLostBE). If the beacon frame reception failure number (LostBE) is larger than MaxLostBE, It is determined that the wireless communication environment is unstable and the ACK request parameter of the MAC frame is set to '1' to transmit the data to the coordinator 320 through the allocated GTS.

반대로 beacon 프레임 수신 실패 수(LostBE)가 최대 beacon 실패 수(MaxLostBE)보다 작을 경우에는, ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수(NoACKFrame)와 ACK 요청 없이 송신 가능한 최대 frame의 수와 (threshold ACK) 비교할 수 있다.Conversely, when the number of beacon frame reception failures (LostBE) is smaller than the maximum beacon failure number (MaxLostBE), the number of frames transmitted without an ACK request (NoACKFrame) and the maximum number of frames have.

만약 ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수가(NoACKFrame) ACK 요청 없이 송신 가능한 최대 frame의 수(threshold ACK) 보다 크면 MAC frame의 ACK 요청 파라미터인 ACK request를 1로 설정하여 데이터를 코디네이터(320)에게 송신할 수 있고. 이를 통해 송신 신뢰도를 파악할 수 있다.If the number of frames transmitted without an ACK request is greater than the maximum number of frames (threshold ACK) that can be transmitted without an ACK request (NoACKFrame), the ACK request parameter of the MAC frame is set to 1 to transmit data to the coordinator 320 I can. This allows the transmission reliability to be determined.

이와 반대로 ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수가(NoACKFrame) ACK 요청 없이 송신 가능한 최대 frame의 수(threshold ACK) 보다 작으면, MAC frame의 ACK 요청 파라미터인 ACK request를 0으로 설정하여 ACK 요청하지 않고 데이터를 코디네이터(320)에게 송신하고 ACK 요청 없이 송신한 프레임의 수를 카운트 할 수 있다.On the other hand, if the number of frames transmitted without an ACK request is smaller than the maximum number of frames (threshold ACK) that can be transmitted without an ACK request (NoACKFrame), the ACK request parameter of the MAC frame is set to 0, It is possible to count the number of frames transmitted to the coordinator 320 and transmitted without an ACK request.

데이터 프레임 처리부(620)는 ACK 메시지 수신부(621), 시퀀스 갱신부(622)신뢰도 제공부(623)을 포함할 수 있다.The data frame processing unit 620 may include an ACK message receiving unit 621 and a sequence updating unit 622 reliability providing unit 623. [

데이터 프레임 처리부(620)는 ACK 메시지 요청 여부를 판단하여 요청되지 않은 경우 수신 데이터 프레임의 시퀀스를 저장하고 이를 이전시간에 수신한 프레임과 비교하여 두 시퀀스가 연속되어 있으면 마지막으로 수신한 데이터의 시퀀스만 갱신 할 수 있다.The data frame processor 620 determines whether or not the ACK message is requested. If the ACK message is not requested, the data frame processor 620 stores the sequence of the received data frame and compares the received sequence with the frame received at the previous time. If two sequences are continuous, Can be updated.

ACK 메시지 수신부(621)는 디바이스(330)로부터 전송된 데이터 프레임을 수신한 ACK 요청 여부에 따라 ACK 프레임(200)을 구성할 수 있다. 디바이스로부터 ACK 요청이 없을 경우에는 시퀀스 갱신부(622)로 수신한 데이터 프레임을 전송하여 시퀀스의 연속성을 비교하도록 할 수 있고, 디바이스(330)로부터, ACK 메시지 요청이 있을 경우에는 관련 정보를 신뢰도 제공부(623)으로 전송할 수 있다.The ACK message receiving unit 621 can configure the ACK frame 200 according to whether an ACK is received or not when the data frame transmitted from the device 330 is received. If there is no ACK request from the device, the sequence update unit 622 can transmit the received data frame to compare the continuity of the sequence. If there is an ACK message request from the device 330, Study 623, as shown in FIG.

시퀀스 갱신부(622)는 수신 데이터 프레임의 시퀀스(St)와 이전 시간에 마지막으로 수신한 프레임의 시퀀스 (St-1)를 서로 비교하여 두 프레임의 시퀀스 가 연속되어 있지 않다면, 두 프레임의 시퀀스를 바탕으로 수신하지 못한 데이터 프레임의 시퀀스와 수를 저장해두고 마지막으로 수신한 프레임의 시퀀스를 갱신할 수 있다.The sequence update unit 622 compares the sequence of received data frames St with the sequence of the last frame received at the previous time St-1 and if the sequences of two frames are not consecutive, It is possible to store the sequence and the number of the data frames which are not received on the basis and to update the sequence of the last received frame.

신뢰도 제공부(623)는 디바이스(330)로부터, ACK 메시지 요청이 있을 때 관련 정보를 포함한 ACK 프레임(200)을 구성하여, 이를 통해 해당 디바이스(330)에게 수신 신뢰도를 알려주고 해당 디바이스(330)의 테이블을 표3과 같이 초기화할 수 있다.The reliability providing unit 623 constructs an ACK frame 200 including the related information when an ACK message is requested from the device 330 and informs the corresponding device 330 of the reliability of the ACK frame 200, The table can be initialized as shown in Table 3.

도7은 본 발명의 실시 예에 따른 ACK 프레임 포맷을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating an ACK frame format according to an embodiment of the present invention.

기존의 IEEE 802.15.4 규격에서의 ACK 프레임(200)은 프레임의 제어정보를 포함하는 MAC 헤더(MHR)와 프레임 검사를 위한 FCS(Frame Check Sequence)가 포함되어 있는 MAC footer(MFR)로 구성된다. 본 발명에서는 코디네이터(320)에서 ACK 프레임(200)을 구성할 때, MAC payload를 MHR 뒤에 위치 시켜 송수신 신뢰도의 내용을 포함할 수 있다.The conventional ACK frame 200 in the IEEE 802.15.4 standard is composed of a MAC header (MHR) including control information of a frame and a MAC footer (MFR) including a frame check sequence (FCS) . In the present invention, when the ACK frame 200 is configured in the coordinator 320, the MAC payload may be placed behind the MHR to include the contents of the transmission / reception reliability.

예를 들어 설명해보면, 도4와 같이 MAC payload에 코디네이터(320)가 수신하지 못한 데이터의 수와 해당 프레임의 sequence를 포함하여 구성할 수 있다. 이때 MAC payload 안에 포함되는 정보는 다양할 수 있으며, 코디네이터(320)와 해당 디바이스간의 데이터 송수신 신뢰도를 나타내는 정보가 될 수 있다,For example, as shown in FIG. 4, the MAC payload may include the number of data that the coordinator 320 has failed to receive and the sequence of the corresponding frame. At this time, the information included in the MAC payload may be various and may be information indicating the reliability of data transmission / reception between the coordinator 320 and the corresponding device.

디바이스(330)에서는 ACK를 수신 할 경우, ACK 프레임(200)의 payload에 포함된 정보에 따라 수신하지 못한 데이터를 다시 보내주거나 혹은 데이터 송수신 신뢰도 상태에 따라 데이터를 송신하는 다른 경로를 탐색할 수 있다.Upon receiving the ACK, the device 330 may retransmit data not received according to the information included in the payload of the ACK frame 200 or search for another path for transmitting data according to the data transmission / reception reliability state .

일 실시 예에 따르면, 디바이스(330)가 ACK 프레임(200)의 payload를 통해 코디네이터가 360과 361 sequence를 가진 데이터 프레임을 수신한지 못했다면 디바이스(330)는 360 과 361 sequence에 보낸 데이터를 다시 송신해 줄 수 있다.According to one embodiment, if the device 330 fails to receive a data frame with sequences 360 and 361 via the payload of the ACK frame 200, the device 330 may retransmit the data sent in sequence 360 and 361 You can do it.

또 다른 일 실시 예에 따르면, 디바이스(330)가 다른 디바이스(330)를 통해 목적지로 데이터를 송신한다면, ACK 프레임(200) 정보를 바탕으로 데이터 수신률을 추측하여 다른 경로를 탐색하여 데이터를 전송 할 수 있다. 즉 현재 네트워크 환경을 반영하는 중요한 정보로 사용하여 효율적으로 네트워크를 관리하도록 할 수 있다.According to another embodiment, if the device 330 transmits data to a destination through another device 330, it is possible to estimate the data reception rate based on the ACK frame 200 information, . That is, it can be used as important information that reflects the current network environment to efficiently manage the network.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention are also within the scope of the present invention.

100 : 슈퍼 프레임 200 : ACK 프레임
300 : 무선 센서 네트워크 310 : PAN 코디네이터
320 : 코디네이터 330 : 디바이스
600 : ACK 메시지 전송시스템 610 : ACK 메시지 요청 결정부
611 : Beacon 프레임 수신부 612 : Beacon 프레임 비교부
620 : 데이터프레임 처리부 621 : ACK 메시지 수신부
622 : 시퀀스 갱신부 623 : 신뢰도 제공부100: super frame 200: ACK frame
300: wireless sensor network 310: PAN coordinator
320: Coordinator 330: Device
600: ACK message transmission system 610: ACK message request decision unit
611: Beacon frame receiving unit 612: Beacon frame comparing unit
620: Data frame processing unit 621: ACK message receiving unit
622: sequence updating unit 623: reliability providing unit

Claims (1)

무선 개인 영역 네트워크에서의 ACK 메시지 전송 방법에 있어서,
beacon 프레임을 수신하여 수신율을 산출하는 단계;
beacon 수신율이 좋지 않을 경우 ACK 메시지를 요청하거나 beacon 수신율이 좋을 경우 ACK 메시지를 요청하지 않는 단계;
ACK 메시지의 요청이 없을 경우 수신한 데이터의 정보를 바탕으로 데이터 송수신 신뢰도를 산출하는 단계;
ACK 메시지의 요청이 있을 경우 산출한 수신 신뢰도를 바탕으로 ACK 메시지를 구성하여 디바이스에게 전송하는 단계; 및
ACK 메시지의 포함된 정보에 따라 데이터를 전송하는 방식을 결정하는 단계를 포함하는 ACK 메시지 전송 방법.A method for transmitting an ACK message in a wireless Personal Area Network,
receiving a beacon frame and calculating a reception ratio;
requesting an ACK message when the beacon reception rate is not good or not requesting an ACK message when the beacon reception rate is good;
Calculating a reliability of data transmission / reception based on information of the received data if there is no ACK message;
Constructing and transmitting an ACK message to the device based on the calculated reliability of the received ACK message; And
And determining a method of transmitting data according to information included in the ACK message.
KR1020130132477A 2013-11-01 2013-11-01 Method and System for transmitting ACK message in a Wireless Personal Area Network based on Beacon Withdrawn KR20150051061A (en)

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