[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2016153278A1 - 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2016153278A1
WO2016153278A1 PCT/KR2016/002948 KR2016002948W WO2016153278A1 WO 2016153278 A1 WO2016153278 A1 WO 2016153278A1 KR 2016002948 W KR2016002948 W KR 2016002948W WO 2016153278 A1 WO2016153278 A1 WO 2016153278A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
message
information
bluetooth
role
mesh network
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/002948
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
권영환
임진권
최진구
Original Assignee
엘지전자(주)
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 엘지전자(주) filed Critical 엘지전자(주)
Priority to US15/560,886 priority Critical patent/US10182327B2/en
Publication of WO2016153278A1 publication Critical patent/WO2016153278A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/50—Service provisioning or reconfiguring
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/24—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/24—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update
    • H04W40/248—Connectivity information update
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W8/00—Network data management
    • H04W8/005—Discovery of network devices, e.g. terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for transmitting and receiving data in a mesh network using Bluetooth, which is a short-range technology in a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting and receiving data by setting a device role in a Bluetooth mesh network. .
  • Bluetooth is a short-range wireless technology standard that can transmit and receive data by wirelessly connecting various devices in a short distance.
  • a user When performing wireless communication between two devices using Bluetooth communication, a user performs a procedure of searching for a Bluetooth device and requesting a connection. do.
  • the device may mean an apparatus and an apparatus.
  • the user may perform a connection after searching for the Bluetooth device according to the Bluetooth communication method to use using the Bluetooth device.
  • the Bluetooth communication method includes a basic rate / enhanced data rate (BR / EDR) method and a low energy (LE) method, which is a low power method.
  • the BR / EDR scheme may be referred to as Bluetooth Classic.
  • the Bluetooth classic includes Bluetooth technology that has been adopted since Bluetooth 1.0 using Basic Rate and Bluetooth technology that has used Enhanced Data Rate supported since Bluetooth 2.0.
  • Bluetooth Low Energy (hereinafter referred to as Bluetooth LE) technology has been applied since Bluetooth 4.0, and can consume hundreds of kilobytes (KB) of information stably with low power consumption.
  • the Bluetooth low energy energy technology uses an attribute protocol to exchange information between devices. This Bluetooth LE method can reduce energy overhead by reducing the header overhead and simplifying the operation.
  • Some Bluetooth devices do not have a display or a user interface.
  • the complexity of connection / management / control / disconnection between various kinds of Bluetooth devices and similarly applied Bluetooth devices is increasing.
  • Bluetooth can achieve a relatively high speed at a relatively low power, low cost, but the transmission distance is generally limited to a maximum of 100m, it is suitable for use in a limited space.
  • An object of the present invention is to provide a method for transmitting and receiving data by using Bluetooth Low Energy (LE) technology.
  • LE Bluetooth Low Energy
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for setting a role of a device when forming a mesh network using Bluetooth.
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for transmitting and receiving data through a routing technique by setting a role of a device in a mesh network using Bluetooth.
  • Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for setting a relay role by comparing capacities between devices in forming a mesh network using Bluetooth.
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for transmitting and receiving routing table information between devices in order to transmit and receive data through a routing scheme in a mesh network using Bluetooth.
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for minimizing the number of update of the routing table by determining whether to transmit or receive routing table information according to a device type in a mesh network using Bluetooth.
  • a method for setting a role of a first device in a mesh network of Bluetooth comprising: receiving a write request message including configuration information for setting a role of the first device from a control device Making; Sending a response message in response to the write request; Transmitting an advertisement message including role information set by the setting information to a second device; And transmitting to the second device a first message comprising first information associated with the first device.
  • the first information when the second device performs a relay function, includes first routing information for updating a routing table.
  • the first routing information includes destination information of the message and device information indicating a next device for transmitting the message according to the destination information.
  • the present invention also provides a method comprising: transmitting a request message for requesting second information related to the second device to the second device; And receiving a second message including the second information in response to the request message, wherein the second information includes an ID indicating the second device.
  • the second information includes second routing information for routing table setting.
  • the second routing information includes destination information of a message and device information indicating a next device for transmitting the message according to the destination information.
  • the first information when the second device does not perform a relay function, includes control information for controlling the first device.
  • the present invention also includes receiving a second message from the second device, the second message including second information related to the second device; And transmitting a response message in response to the second message, wherein the second information includes an ID indicating the second device.
  • the invention also includes transmitting the second message to at least one device in the vicinity.
  • the present invention also includes receiving a request message for requesting network information related to the mesh network from the second device; And transmitting a response message including the network information in response to the request message, wherein the network information includes at least one of routing information associated with a routing table of the second device or a network ID representing the mesh network. It includes one.
  • the present invention also includes receiving a read request message requesting role information of the first device from the control device; And transmitting a response message including the role information in response to the read request message.
  • the communication unit for communicating with the outside by wireless or wired; And a processor operatively connected with the communication unit, the processor comprising: receiving a write request message including setting information for setting a role of the first device from a control device; Sending a response message in response to the write request; Transmitting an advertisement message including role information set by the setting information to a second device; And a device for controlling to transmit to the second device a first message comprising first information associated with the first device.
  • transmission and reception of routing information may be set according to a device type, thereby minimizing the number of update of the routing table.
  • the present invention can reduce the energy consumption of the devices constituting the mesh network by minimizing the number of updates of the routing table in the mesh network.
  • the present invention can improve network performance by minimizing data transmission for updating a routing table in a mesh network.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a wireless communication system using a Bluetooth low power energy technology to which the present invention can be applied.
  • FIG. 2 shows an example of an internal block diagram of a device to which the present invention can be applied.
  • FIG. 3 shows an example of a Bluetooth low power energy topology.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a Bluetooth communication architecture to which the present invention can be applied.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a structure of a GATT (Generic Attribute Profile) based profile of Bluetooth low power energy.
  • GATT Generic Attribute Profile
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a method of forming a connection using Bluetooth low energy (LE) between devices.
  • LE Bluetooth low energy
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a Bluetooth mesh network to which the present invention may be applied.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a protocol stack of a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a method for a device to which the present invention may be applied to participate in a Bluetooth mesh network.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a method for updating a routing table in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method for setting a role of a device in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • 12 and 13 are flowcharts illustrating an example of device operation in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • 14 and 15 are flowcharts illustrating still another example of device operation in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of an operation of a device after setting a role of the device in a Bluetooth mesh network to which the present invention may be applied.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating still another example of operation of a device after setting a role of the device in a Bluetooth mesh network to which the present invention may be applied.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating still another example of operation of a device after setting a role of the device in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • FIG. 19 illustrates an example of a method for transmitting a message in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • 20 is a diagram illustrating another example of a method for transmitting a message in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • FIG. 21 illustrates another example of a method for transmitting a message in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a wireless communication system using a Bluetooth low power energy technology to which the present invention can be applied.
  • the wireless communication system 100 includes at least one server device 120 and at least one client device 110.
  • the server device and the client device perform Bluetooth communication using Bluetooth Low Energy (BLE) technology.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • BLE technology Compared to Bluetooth Basic Rate / Enhanced Data Rate (BR / EDR) technology, BLE technology has a relatively small duty cycle, enables low-cost production, and significantly reduces power consumption through low data rates. If you use a coin cell battery, it can operate for more than a year.
  • BR / EDR Bluetooth Basic Rate / Enhanced Data Rate
  • the BLE technology simplifies the connection procedure between devices, and the packet size is smaller than that of the Bluetooth BR / EDR technology.
  • the number of RF channels is 40
  • the data rate supports 1Mbps
  • the topology is a scatternet structure
  • latency is 3ms
  • (6) output power is less than 10mW (10dBm)
  • (7) is mainly used in applications such as mobile phones, watches, sports, healthcare, sensors, device control.
  • the server device 120 may operate as a client device in relation to other devices, and the client device may operate as a server device in relation to other devices. That is, in the BLE communication system, any one device may operate as a server device or a client device, and if necessary, operate as a server device and a client device.
  • the server device 120 may include a data service device, a slave device device, a slave, a server, a conductor, a host device, a gateway, and a sensing device.
  • a sensing device a monitoring device (monitoring device), the first device, the second device, etc.
  • the client device 110 may be a master device (master device), master (master), client, member ), A sensor device, a sink device, a collector, a control device, a first control device, a second control device, and the like.
  • the server device and the client device correspond to the main components of the wireless communication system, and the wireless communication system may include other components in addition to the server device and the client device.
  • the server device When the server device receives data from the client device and directly communicates with the client device, and receives a data request from the client device, the server device provides the data to the client device through a response.
  • the server device sends a notification message and an indication message to the client device to provide data information to the client device.
  • the server apparatus transmits an instruction message to the client apparatus, the server apparatus receives a confirmation message corresponding to the instruction message from the client.
  • the server device provides data information to the user through a display unit or receives a request input from the user through a user input interface in the process of transmitting and receiving notification, instruction, and confirmation messages with the client device. can do.
  • the server device may read data from a memory unit or write new data to a corresponding memory in a process of transmitting and receiving a message with the client device.
  • one server device may be connected to a plurality of client devices, and may be easily reconnected (or connected) with client devices by using bonding information.
  • the client device 110 refers to a device that requests data information and data transmission from a server device.
  • the client device receives data from the server device through a notification message, an instruction message, and the like, and when receiving an instruction message from the server device, sends a confirmation message in response to the instruction message.
  • the client device may provide information to the user through an output unit or receive an input from the user through an input unit in the process of transmitting and receiving messages with the server device.
  • the client device may read data from a memory or write new data to a corresponding memory in a process of transmitting and receiving a message with the server device.
  • Hardware components such as an output unit, an input unit, and a memory of the server device and the client device will be described in detail with reference to FIG. 2.
  • the wireless communication system may configure Personal Area Networking (PAN) through Bluetooth technology.
  • PAN Personal Area Networking
  • the wireless communication system by establishing a private piconet between devices, files, documents, and the like can be exchanged quickly and securely.
  • FIG. 2 shows an example of an internal block diagram of a device to which the present invention can be applied.
  • the server device may include an output unit 111, a user input interface 112, a power supply unit 113, a processor 114, and a memory unit. , 115), a Bluetooth interface 116, another communication interface 117, and a communication unit (or a transceiver unit 118).
  • the output unit 111, the input unit 112, the power supply unit 113, the processor 114, the memory 115, the Bluetooth interface 116, the other communication interface 117 and the communication unit 118 are proposed herein. It is functionally linked to perform the method.
  • the client device may include a display unit 121, a user input interface 122, a power supply unit 123, a processor 124, a memory unit 125, and a Bluetooth interface. (Bluetooth Interface) 126 and a communication unit (or a transceiver unit 127).
  • Bluetooth Interface Bluetooth Interface
  • the output unit 121, the input unit 122, the power supply unit 123, the processor 124, the memory 125, the Bluetooth interface 126, and the communication unit 127 are used to perform the method proposed in this specification. Functionally connected
  • the Bluetooth interface 116, 126 refers to a unit (or module) capable of transmitting data or request / response, command, notification, indication / confirmation message, etc. between devices using Bluetooth technology.
  • the memories 115 and 125 are units implemented in various types of devices and refer to units in which various kinds of data are stored.
  • the processor 114, 124 refers to a module that controls the overall operation of the server device or the client device, and controls to process a message request and a received message through a Bluetooth interface and another communication interface.
  • the processors 114 and 124 may be represented by a controller, a control unit, a controller, or the like.
  • the processors 114 and 124 may include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, and / or data processing devices.
  • ASICs application-specific integrated circuits
  • the processor 114, 124 controls the communication unit to receive an advertising message from a server device, transmits a scan request message to the server device, and scans in response to the scan request from the server device.
  • the communication unit controls the communication unit to receive a scan response message, and controls the communication unit to transmit a connect request message to the server device for establishing a Bluetooth connection with the server device.
  • the processor 114 and 124 may also read or write data from the server device using a property protocol after a Bluetooth LE connection is formed through the connection procedure. To control.
  • the memories 115 and 125 may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory cards, storage media, and / or other storage devices.
  • ROM read-only memory
  • RAM random access memory
  • flash memory memory cards, storage media, and / or other storage devices.
  • the communication unit 118 and 127 may include a baseband circuit for processing a radio signal.
  • the above-described technique may be implemented as a module (process, function, etc.) for performing the above-described function.
  • the module may be stored in memory and executed by a processor.
  • the memories 115 and 125 may be inside or outside the processors 114 and 124, and may be connected to the processors 114 and 124 by various well-known means.
  • the output units 111 and 121 refer to modules for providing device status information and message exchange information to a user through a screen.
  • the power supply unit refers to a module for supplying power required for the operation of the components by receiving the external power, the internal power under the control of the controller.
  • BLE technology has a small duty cycle, and the low data rate can greatly reduce power consumption, so that the power supply is required for the operation of each component with less output power (10 mW (10 dBm or less)). Can supply power.
  • the input units 112 and 122 refer to a module that provides a user's input to the controller like a screen button so that the user can control the operation of the device.
  • FIG. 3 shows an example of a Bluetooth low power energy topology.
  • device A corresponds to a master in a piconet (piconet A, shaded portion) having device B and device C as slaves.
  • a piconet means a set of devices occupying a shared physical channel in which any one of a plurality of devices is a master and the remaining devices are connected to the master device.
  • the BLE slave does not share a common physical channel with the master and other slaves. That is, each slave communicates with the master through a separate physical channel.
  • piconet F Another piconet with master device F and slave device G.
  • a scatternet means a group of piconets in which connections between other piconets exist.
  • Device K is a master of device L and a slave of device M.
  • Device O is also on scatternet O.
  • Device O is a slave of device P and a slave of device Q.
  • Device D is an advertiser and device A is an initiator (group D).
  • Device E is a scanner and device C is an advertiser (group C).
  • Device H is an advertiser and devices I and J are scanners (group H).
  • Device K is also an advertiser and device N is an initiator (group K).
  • Device R is the advertiser and device O is the initiator (group R).
  • Devices A and B use one BLE piconet physical channel.
  • Devices A and C use another BLE piconet physical channel.
  • device D advertises using an advertisement event connectable onto an advertising physical channel, and device A is an initiator.
  • Device A may establish a connection with device D and add the device to piconet A.
  • device C advertises on the ad physical channel using some type of advertisement event captured by scanner device E.
  • Group D and Group C may use different advertising physical channels or use different times to avoid collisions.
  • Piconet F has one physical channel. Devices F and G use one BLE piconet physical channel. Device F is the master and device G is the slave.
  • Group H has one physical channel. Devices H, I and J use one BLE advertising physical channel. Device H is an advertiser and devices I and J are scanners.
  • devices K and L use one BLE piconet physical channel.
  • Devices K and M use another BLE piconet physical channel.
  • device K advertises using an advertisement event connectable onto an advertising physical channel
  • device N is an initiator.
  • Device N may form a connection with device K.
  • device K becomes a slave of two devices and simultaneously becomes a master of one device.
  • devices O and P use one BLE piconet physical channel.
  • Devices O and Q use another BLE piconet physical channel.
  • device R advertises using an advertisement event connectable onto an advertising physical channel, and device O is an initiator.
  • Device O may form a connection with device R.
  • device O becomes a slave of two devices and simultaneously becomes a master of one device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a Bluetooth communication architecture to which the present invention can be applied.
  • FIG. 4 shows an example of a protocol stack of Bluetooth Basic Rate (BR) / Enhanced Data Rate (EDR), and (b) shows a protocol stack of Bluetooth Low Energy (LE). An example is shown.
  • BR Basic Rate
  • EDR Enhanced Data Rate
  • LE Bluetooth Low Energy
  • the Bluetooth BR / EDR protocol stack has an upper controller stack 10 and a lower controller stack based on a host controller interface (HCI) 18. It may include a host stack (20) of.
  • HCI host controller interface
  • the host stack (or host module) 20 refers to a wireless transceiver module for receiving a 2.4 GHz Bluetooth signal and hardware for transmitting or receiving a Bluetooth packet.
  • the host stack (or host module) 20 is connected to a Bluetooth module which is the controller stack 10 to connect a Bluetooth module. Control and perform actions.
  • the host stack 20 may include a BR / EDR PHY layer 12, a BR / EDR baseband layer 14, and a link manager layer 16.
  • the BR / EDR PHY layer 12 is a layer for transmitting / receiving a 2.4 GHz radio signal and may transmit data by hopping 79 RF channels when using Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) modulation.
  • GFSK Gaussian Frequency Shift Keying
  • the BR / EDR baseband layer 14 plays a role of transmitting a digital signal, selects a channel sequence hopping 1400 times per second, and transmits a 625us length time slot for each channel.
  • the link manager layer 16 controls the overall operation (link setup, control, security) of the Bluetooth connection by using a link manager protocol (LMP).
  • LMP link manager protocol
  • the link manager layer 16 may perform the following functions.
  • the host controller interface layer 18 provides an interface between the host module and the controller module so that the host can provide commands and data to the controller, and the controller can provide events and data to the host.
  • the host stack (or host module) 20 may include a logical link control and adaptation protocol (L2CAP, 21), an attribute protocol (Protocol, 22), a generic attribute profile (GATT, 23), and a generic access profile. Profile, GAP, 24), BR / EDR profile 25.
  • L2CAP logical link control and adaptation protocol
  • Protocol 22
  • GATT generic attribute profile
  • GAP BR / EDR profile
  • the logical link control and adaptation protocol (L2CAP) 21 may provide one bidirectional channel for transmitting data to a specific protocol or profile.
  • the L2CAP 21 may multiplex various protocols, profiles, etc. provided by a higher layer of Bluetooth.
  • L2CAP of Bluetooth BR / EDR uses dynamic channel, supports protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode, and provides segmentation, reassembly, per-channel flow control, and error control.
  • the generic attribute profile (GATT) 23 may be operable as a protocol describing how the attribute protocol 22 is used in the construction of services.
  • the general attribute profile 23 may be operable to specify how ATT attributes are grouped together into services, and may be operable to describe features associated with the services.
  • the generic attribute profile 23 and the attribute protocol ATT 22 may use features to describe the state and services of a device and to describe how features relate to each other and how they are used.
  • the attribute protocol 22 and the BR / EDR profile 25 define a service (or profile) using Bluet's BR / EDR and an application protocol for sending and receiving these data, and the generic access profile , GAP, 24) define how devices are discovered, connected, and informed, and provide privacy.
  • the Bluetooth LE protocol stack is a controller stack 30 operable to handle timing-critical radio interface and a host operable to process high level data. It contains a stack (Host stack, 40).
  • the controller stack 30 may be implemented using a communication module that may include a Bluetooth radio, for example, a processor module that may include a processing device such as a microprocessor.
  • the host stack may be implemented as part of an OS running on a processor module, or as an instance of a package on the OS.
  • controller stack and the host stack can be operated or executed on the same processing device in the processor module.
  • the controller stack 30 includes a physical layer (PHY) 32, a link layer 34, and a host controller interface 36.
  • PHY physical layer
  • link layer 34 link layer
  • host controller interface 36 host controller interface
  • the physical layer (PHY) 32 is a layer that transmits and receives a 2.4 GHz radio signal and uses GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation and a frequency hopping technique composed of 40 RF channels.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the link layer 34 which transmits or receives a Bluetooth packet, creates a connection between devices after performing advertising and scanning functions using three advertising channels, and generates up to 257 bytes of data packets through 37 data channels. Provides the ability to send and receive.
  • the host stack includes a generic access profile (GAP) 40, a logical link control and adaptation protocol (L2CAP, 41), a security manager (SM, 42), an attribute protocol (ATT, 440), and a general attribute profile.
  • GAP generic access profile
  • L2CAP logical link control and adaptation protocol
  • SM security manager
  • ATT attribute protocol
  • 440 general attribute profile
  • GATT Generic Attribute Profile
  • GATT Generic Access Profile
  • LE profile 466
  • the host stack 40 is not limited to this and may include various protocols and profiles.
  • the host stack uses L2CAP to multiplex the various protocols, profiles, etc. provided by Bluetooth.
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol 41 may provide one bidirectional channel for transmitting data to a specific protocol or profile.
  • the L2CAP 41 may be operable to multiplex data among higher layer protocols, segment and reassemble packages, and manage multicast data transmission.
  • Bluetooth LE uses three fixed channels (one for the signaling channel, one for the Security Manager, and one for the Attribute protocol).
  • BR / EDR Base Rate / Enhanced Data Rate
  • the SM (Security Manager) 42 is a protocol for authenticating a device and providing key distribution.
  • Attribute Protocol (ATT) 43 defines a rule for accessing data of a counterpart device in a server-client structure. ATT has six message types (Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation).
  • the Request message is a message for requesting specific information from the client device to the server device
  • the Response message is a response message to the request message, which is a message transmitted from the server device to the client device.
  • Command message A message sent from the client device to the server device to indicate a command of a specific operation.
  • the server device does not transmit a response to the command message to the client device.
  • Notification message This message is sent from the server device to the client device for notification such as an event.
  • the client device does not transmit a confirmation message for the notification message to the server device.
  • Indication and Confirm message This message is transmitted from the server device to the client device for notification such as an event. Unlike the notification message, the client device transmits a confirmation message for the Indication message to the server device.
  • the present invention transmits a value for the data length when a long data request is made in the GATT profile using the attribute protocol (ATT, 43) so that the client can know the data length clearly, and from the server using the UUID (Characteristic) Can receive the value.
  • ATT attribute protocol
  • UUID Consumer User Data
  • the General Access Profile (GAP) 45 is a newly implemented layer for Bluetooth LE technology, and is used to control role selection and multi-profile operation for communication between Bluetooth LE devices.
  • the general access profile 45 is mainly used for device discovery, connection creation, and security procedures, and defines a method of providing information to a user, and defines the type of an attribute as follows.
  • UUID Universal Unique Identifier, value type
  • the LE profile 46 is mainly applied to a Bluetooth LE device as profiles having a dependency on GATT.
  • the LE profile 46 may be, for example, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, Object Delivery Service, and the like. Details of GATT-based Profiles are as follows.
  • the generic attribute profile GATT 44 may be operable as a protocol describing how the attribute protocol 43 is used in the construction of services.
  • the generic attribute profile 44 may be operable to specify how ATT attributes are grouped together into services, and may be operable to describe features associated with the services.
  • the generic attribute profile 44 and the attribute protocol may use features to describe the state and services of a device, and how features relate to each other and how they are used.
  • the BLE procedure may be classified into a device filtering procedure, an advertising procedure, a scanning procedure, a discovery procedure, a connecting procedure, and the like.
  • the device filtering procedure is a method for reducing the number of devices performing a response to a request, an indication, a notification, and the like in the controller stack.
  • the controller stack can control the number of requests sent, reducing power consumption in the BLE controller stack.
  • the advertising device or scanning device may perform the device filtering procedure to limit the device receiving the advertising packet, scan request or connection request.
  • the advertising device refers to a device that transmits an advertising event, that is, performs an advertisement, and is also referred to as an advertiser.
  • the scanning device refers to a device that performs scanning and a device that transmits a scan request.
  • the scanning device when the scanning device receives some advertising packets from the advertising device, the scanning device should send a scan request to the advertising device.
  • the scanning device may ignore the advertisement packets transmitted from the advertisement device.
  • the device filtering procedure may also be used in the connection request process. If device filtering is used in the connection request process, it is not necessary to transmit a response to the connection request by ignoring the connection request.
  • the advertising device performs an advertising procedure to perform a non-directional broadcast to the devices in the area.
  • undirected advertising is advertising directed to all (all) devices, not broadcast to a specific device, and all devices scan advertising to request additional information. You can make a connection request.
  • the device designated as the receiving device can scan an advertising and request an additional information or a connection request.
  • the advertising procedure is used to establish a Bluetooth connection with a nearby initiating device.
  • the advertising procedure may be used to provide periodic broadcast of user data to the scanning devices that are listening on the advertising channel.
  • the advertising devices may receive a scan request from listening devices that are listening to obtain additional user data from the advertising device.
  • the advertising device transmits a response to the scan request to the device that sent the scan request through the same advertising physical channel as the received advertising physical channel.
  • Broadcast user data sent as part of an advertisement packet is dynamic data, while scan response data is generally static data.
  • the advertising device may receive a connection request from the initiating device on the advertising (broadcast) physical channel. If the advertising device used a connectable advertising event and the initiating device was not filtered by the device filtering procedure, the advertising device stops the advertising and enters the connected mode. The advertising device may start advertising again after the connected mode.
  • the device performing the scanning i.e., the scanning device, performs a scanning procedure to listen to the non-directional broadcast of the user data from the advertising devices using the advertising physical channel.
  • the scanning device sends a scan request to the advertising device via the advertising physical channel to request additional user data from the advertising device.
  • the advertising device transmits a scan response that is a response to the scan request, including additional user data requested by the scanning device over the advertising physical channel.
  • the scanning procedure can be used while connected to other BLE devices in the BLE piconet.
  • the scanning device If the scanning device is in an initiator mode that can receive the broadcasted advertising event and initiate a connection request, the scanning device sends the connection request to the advertising device via the advertising physical channel to the advertising device. You can start a Bluetooth connection with.
  • the scanning device When the scanning device sends a connection request to the advertising device, the scanning device stops initiator mode scanning for further broadcast and enters the connected mode.
  • Bluetooth devices Devices capable of Bluetooth communication (hereinafter referred to as “Bluetooth devices”) perform an advertisement procedure and a scanning procedure to find devices that are nearby or to be found by other devices within a given area.
  • the discovery procedure is performed asymmetrically.
  • a Bluetooth device that attempts to find another device around it is called a discovering device and listens for devices that advertise a scannable advertisement event.
  • Bluetooth devices discovered and available from other devices are referred to as discoverable devices, and actively broadcast advertising events so that other devices can scan through an advertising (broadcast) physical channel.
  • Both the discovering device and the discoverable device may already be connected with other Bluetooth devices in the piconet.
  • connection procedure is asymmetric, and the connection procedure requires the other Bluetooth device to perform the scanning procedure while the specific Bluetooth device performs the advertisement procedure.
  • the advertising procedure can be the goal, so that only one device will respond to the advertising.
  • the connection may be initiated by sending a connection request to the advertising device via the advertising (broadcast) physical channel.
  • the link layer LL enters the advertisement state by the instruction of the host (stack). If the link layer is in the advertisement state, the link layer sends advertisement packet data units (PDUs) in the advertisement events.
  • PDUs advertisement packet data units
  • Each advertising event consists of at least one advertising PDU, which is transmitted via the advertising channel indexes used.
  • the advertisement event may terminate when the advertisement PDU is transmitted through each of the advertisement channel indexes used, or may terminate the advertisement event earlier when the advertisement device needs to make space for performing another function.
  • the link layer enters the scanning state by the indication of the host (stack). In the scanning state, the link layer listens for advertising channel indices.
  • scanning states There are two types of scanning states: passive scanning and active scanning, each scanning type being determined by the host.
  • ScanInterval is defined as the interval (interval) between the starting points of two consecutive scan windows.
  • the link layer must listen for completion of all scan intervals in the scan window as instructed by the host. In each scan window, the link layer must scan a different advertising channel index. The link layer uses all available advertising channel indexes.
  • the link layer When passive scanning, the link layer only receives packets and does not transmit any packets.
  • the link layer When active scanning, the link layer performs listening to rely on the advertising PDU type, which may request advertising PDUs and additional information related to the advertising device from the advertising device.
  • the link layer enters the initiation state by the indication of the host (stack).
  • the link layer When the link layer is in the initiating state, the link layer performs listening for the advertising channel indexes.
  • the link layer listens for the advertising channel index during the scan window period.
  • the link layer enters the connected state when the device performing the connection request, i.e., the initiating device, sends the CONNECT_REQ PDU to the advertising device or when the advertising device receives the CONNECT_REQ PDU from the initiating device.
  • connection After entering the connected state, the connection is considered to be created. However, it does not need to be considered to be established at the time the connection enters the connected state. The only difference between the newly created connection and the established connection is the link layer connection supervision timeout value.
  • the link layer that performs the master role is called a master, and the link layer that performs the slave role is called a slave.
  • the master controls the timing of the connection event, and the connection event is the point in time when the master and the slave are synchronized.
  • BLE devices use the packets defined below.
  • the link layer has only one packet format used for both advertisement channel packets and data channel packets.
  • Each packet consists of four fields: Preamble, Access Address, PDU, and CRC.
  • the PDU When one packet is sent on an advertising physical channel, the PDU will be an advertising channel PDU, and when one packet is sent on a data physical channel, the PDU will be a data channel PDU.
  • Advertising channel PDU (Advertising Channel PDU )
  • the advertising channel PDU Packet Data Unit
  • PDU Packet Data Unit
  • the PDU type field of the advertising channel PDU included in the header indicates a PDU type as defined in Table 1 below.
  • Advertising PDU (Advertising PDU )
  • advertising channel PDU types are called advertising PDUs and are used in specific events.
  • ADV_IND Connectable Non-Oriented Ads Event
  • ADV_DIRECT_IND Connectable Directional Advertising Event
  • ADV_NONCONN_IND Non-Connectable Non-Oriented Ads Event
  • ADV_SCAN_IND Scannable Non-Oriented Ads Event
  • the PDUs are transmitted at the link layer in the advertisement state and received by the link layer in the scanning state or initiating state.
  • the advertising channel PDU type below is called a scanning PDU and is used in the state described below.
  • SCAN_REQ Sent by the link layer in the scanning state and received by the link layer in the advertising state.
  • SCAN_RSP Sent by the link layer in the advertising state and received by the link layer in the scanning state.
  • the advertising channel PDU type below is called the initiating PDU.
  • CONNECT_REQ Sent by the link layer in the initiating state and received by the link layer in the advertising state.
  • the data channel PDU has a 16-bit header, payloads of various sizes, and may include a message integrity check (MIC) field.
  • MIC message integrity check
  • the procedure, state, packet format, etc. in the BLE technology may be applied to perform the methods proposed herein.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a structure of a GATT (Generic Attribute Profile) based profile of Bluetooth low power energy.
  • GATT Generic Attribute Profile
  • the GATT Generic Attribute Profile
  • a peripheral device for example, a sensor device serves as a GATT server, and has a definition of a service and a characteristic.
  • the GATT client sends a data request to the GATT server, and all transactions begin at the GATT client and receive a response from the GATT server.
  • the GATT-based operating structure used in the Bluetooth LE is based on Profile, Service, and Characteristic, and may form a vertical structure as shown in FIG. 5.
  • the profile consists of one or more services, and the service may consist of one or more features or other services.
  • the service divides data into logical units and may include one or more characteristics or other services.
  • Each service has a 16-bit or 128-bit identifier called the Universal Unique Identifier (UUID).
  • UUID Universal Unique Identifier
  • the characteristic is the lowest unit in the GATT based operation structure.
  • the property contains only one data and has a UUID of 16 bits or 128 bits similar to the service.
  • the property is defined as a value of various pieces of information and requires one attribute to contain each piece of information. Multiple properties of the above properties can be used.
  • the attribute consists of four components and has the following meaning.
  • Type the type of attribute
  • Bluetooth LE has a variable link quality due to the characteristics of wireless transmission, and may cause a shadow area exceeding the radio propagation distance due to the one-to-one connection characteristic. Therefore, in order to solve such a problem, Bluetooth can form a mesh network with devices equipped with Bluetooth as a method for controlling a multi-hop connection between multiple devices.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of forming a connection using Bluetooth low energy (LE) between devices.
  • LE Bluetooth low energy
  • the server device 110 transmits an advertising message to the client device 120 for a Bluetooth LE connection between the server device 110 and the client device 120 ( S6010).
  • the advertisement message is used to provide its own information to other devices using Bluetooth LE, and may include various information such as service information and user information provided by the device.
  • the client device 120 may transmit a scan request message to the server device when additional information about the server device is needed ( S6020).
  • the server device 110 When the server device 110 receives the scan request message from the client, the server device 110 includes the requested additional information in the scan response message and transmits it to the client device 120 (S6030).
  • step S6020 and the step S6030 are optional steps and are not essential steps.
  • the server device 110 When the server device 110 is a device to which the client device 120 is to be connected, based on the information included in the advertisement message and / or the scan response message transmitted from the server device, the server device 110 The connection request message for the connection is transmitted (S6040).
  • server device 110 and the client device 120 form a Bluetooth Low Energy (LE) connection (S6030).
  • LE Bluetooth Low Energy
  • This procedure allows Bluetooth devices to form a Bluetooth LE connection.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a Bluetooth mesh network to which the present invention may be applied.
  • the mesh network refers to a network in which a plurality of devices are connected like a network through Bluetooth to transmit and receive data.
  • the Bluetooth mesh network technology includes one or more devices for relaying (or relaying) a message between a source device 200-1 transmitting data and a destination device 200-2 receiving data.
  • the source device and the destination device may be referred to as edge nodes 200-1 and 200-2, and one or more devices relaying messages in the middle may relay relay messages. ) May be called.
  • non-mobile devices such as mobile devices 200-1 and 200-2 that have mobility and easy to change positions, and fixed TVs, light bulbs or switches that are initially installed in the absence or absence of mobility. It may consist of stationary devices.
  • Each relay node contains a message cache of recently received messages. If the received message already exists in the message cache, the message is not relayed.
  • the message is relayed and the message is stored in the message cache.
  • Edge nodes are usually powered by a battery and can normally sleep and then wake up or interact periodically.
  • the edge node can process the received message if the following conditions are met.
  • the message is authenticated by a known network key.
  • the destination of the message is the unicast address of the edge node, or the broadcast address or group address is the address to which the edge node belongs.
  • Relay nodes are usually mains powered devices that are always awake and can transmit data they receive for other nodes.
  • the relay node may retransmit the received message to another node if the following conditions are met.
  • the message is authenticated by a known network key.
  • a field indicating whether or not the message is relayed is a value that allows relaying.
  • the destination address is not a unicast address assigned to the relay node.
  • the Bluetooth mesh network it may be classified into a floating method and a routing method according to a data transmission method of relay nodes.
  • the floating method refers to a method in which relay nodes receiving a message shoot the air again in the air by using a property in which radio waves spread in all directions in the air.
  • the source device 200-1 transmits a message to the relay nodes through broadcast channels, and the relay nodes receiving the message transmit the message to neighboring relay nodes again to the destination device 200-2.
  • the way of transmission is, the source device 200-1 transmits a message to the relay nodes through broadcast channels, and the relay nodes receiving the message transmit the message to neighboring relay nodes again to the destination device 200-2. The way of transmission.
  • a broadcasting channel is used to receive and retransmit a message, and the transmission range of the message can be extended.
  • the mesh network of the floating scheme is a dynamic network, and in the floating mesh network, a device may be able to receive and transmit (or retransmit) a message at any time as long as the device's density is satisfied.
  • the floating scheme has an advantage of being easy to implement, since a message is transmitted without direction, scalability problems may occur as the network expands.
  • a device when a device transmits a message, a plurality of devices receive the message and transmit the received message to another plurality of devices.
  • the number of devices constituting the mesh network can be adjusted between 100 and 1000, and the exact number of devices can be determined by various factors.
  • it may be determined by network capacity, traffic load of data sources, network latency and reliability requirements, and the like.
  • the floating method can easily deliver a message without the cost of establishing a routing table.
  • the floating method increases network traffic due to the retransmission of the received message. exist.
  • the source device 200-1 transmits a message to a specific relay node, and the specific relay node which has received the message has information of another relay node or destination node 200-2 to resend the message. Will be sent.
  • the routing method uses a broadcasting channel or a point-to-point connection method for receiving and retransmitting a message.
  • the routing device receiving the message determines the best routing route (s) for sending the message to an intermediate device or a destination device, and to which route to send the message based on the determined routing table. Determine whether or not.
  • the routing scheme has the advantage of scalability, but since each node has to maintain a routing table and transmit a message, the complexity increases as the message increases, requires more memory, and is less than the floating scheme.
  • the disadvantage is that it is dynamic and more difficult to implement.
  • routing information request and response messages for searching whether to transmit through which nodes and which path is an optimal path are frequently transmitted to the peripheral device through a floating scheme.
  • Mobile Device 200-1 and 200-2 For example, if the location of the mobile device (hereinafter referred to as Mobile Device 200-1 and 200-2) is continuously changed in FIG. 7, the routing table must be continuously updated whenever the location is changed. .
  • the present invention proposes a method for classifying and setting the roles of a mobile device and a mobile device.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a protocol stack of a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • the protocol stack of the mesh network includes a bearer layer 81, a network layer 82, a transport layer 83, and an application layer 84.
  • the bearer layer 81 defines how messages are transmitted between nodes. That is, it determines the bearer to which the message is transmitted in the mesh network.
  • a mesh network there are an advertising bearer and a GATT bearer for transmitting a message.
  • the network layer 82 defines how a message is sent to one or more nodes in a mesh network and the format of network messages transmitted by the bearer layer 81.
  • the network layer 82 also defines whether the message is to be relayed or forwarded and how to authenticate and encrypt network messages.
  • the transport layer 83 provides the confidentiality of application messages to define the encryption and authentication of application data.
  • the application layer 84 defines a method, an application operation code and parameters related to how the upper layer application uses the transport layer 73.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a method for a device to which the present invention may be applied to participate in a Bluetooth mesh network.
  • a new device or a non-provisioned device must go through a provisioning procedure in order to join and operate in the mesh network.
  • the provisioning procedure refers to a procedure for authenticating an unauthenticated device and providing basic information (eg, a unicast address, various keys, etc.) for participating in a mesh network.
  • the provisioning procedure is a procedure for providing a provisioner (second device 400) of the mesh network to participate in the mesh network
  • the first device 300 is a network through the provisioning procedure
  • the address, keys, device identifier and various information for operating as part of the mesh network can be obtained.
  • the provisioning procedure is composed of an invitation step, an exchanging public key step, an authentication step, and a provisioning data distribution step.
  • the provisioning procedure may be performed through various kinds of bearers. For example, it may be performed by an advertising-based bearer, a mesh provisioning service-based bearer, or a mesh-based bearer.
  • the bearer based on the advertisement is a bearer that is essentially established and does not support the bearer based on the advertisement, or the bearer based on the provisioning service or the mesh based bearer when the provisioning data cannot be transmitted through the bearer based on the advertisement. It can be used for provisioning procedures.
  • the bearer based on the provisioning service means a bearer for exchanging and receiving provisioning data through the GATT Protocol of the existing Bluetooth LE, and the bearer based on the mesh is directly connected by the first device 300 and the second device 400. If there is no distance to send and receive data, it means a bearer that can send and receive provisioning data through a mesh network.
  • the first device 300 may be provisioned through the following provisioning procedure.
  • the inviting step begins with the second device 400 scanning the first device 300.
  • the first device transmits a beacon message to the second device 400 (S9010).
  • the beacon message includes the UUID of the first device 300.
  • the second device 400 scanning the first device 300 through the beacon message transmits an invitation message to the first device 300 (S9020).
  • the invitation message asks whether the first device 300 performs a provisioning procedure. If the first device 300 does not want the first device 300 to perform the provisioning procedure, the invitation message is ignored.
  • the first device 300 when the first device 300 wants to perform the provisioning procedure, that is, when it wants to participate in the mesh network, the first device 300 transmits a capability message in response thereto. (S9030).
  • the capability message includes information indicating whether the first device 300 supports setting of a security algorithm, a public key, information indicating whether a value can be output to a user, and whether a value can be input from the user. It may include information indicating the.
  • the second device 400 transmits a start message for starting provisioning to the first device 300 (S9040).
  • the second device 400 and the first device 300 exchange public keys (S9050, S9060).
  • the second device 400 transmits an epoxy public key to the first device 300 and the first device 300.
  • Static public keys can be read from using out-of-band technology.
  • the second device 400 authenticates the first device 300 by performing an authentication procedure with the first device 300 (S9070).
  • the second device 400 and the first device 300 calculates and generates a session key.
  • the second device 400 transmits provisioning data to the first device 300 (S9080).
  • the provisioning data may include an application key, a device key, a network key, an IVindex, a unicast address, and the like.
  • the first device 300 Upon receiving the provisioning data, the first device 300 transmits a completion message in response to the provisioning data, and the provisioning procedure is terminated (S9090).
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a method for updating a routing table in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • non-mobility devices exchange routing information with each other to maintain a routing table and transmit a message based on the routing table.
  • a mobile device does not relay the message but transmits the data for the first time or becomes the destination of the message.
  • the type of devices in the mesh network is a non-movable stationary type in which position change does not occur frequently because of mobility, as shown in FIGS.
  • Table 2 below shows an example of roles and device types according to device types.
  • the stationary type device may serve as a router.
  • the router role performs a relay node function and, if necessary, may also serve as an end node.
  • the device when a device performs the relay node function, the device may maintain a routing table, receive a message from other nodes in the vicinity, and forward the received message to adjacent devices, and the end When performing a node function, data may be generated or may be a destination of the data.
  • the device may not relay data transmitted from another device.
  • the stationary device may exchange routing information between the devices of the stationary device type, set a routing table based on the exchanged information, and send a message based on the set routing table. I can deliver it.
  • the routing information of the node is less likely to change.
  • the routing information may be changed.
  • Table 3 below shows an example of routing information of A.
  • Table 4 below is a table showing an example of the routing information of the H.
  • the routing table must be updated and maintained according to the movement of the mobile type devices, and may be a device that is always powered because it receives data traffic transmitted from other nodes from time to time.
  • the mobile type and energy efficient type devices may perform a leaf role in a mesh network.
  • the leaf role may perform an end node function.
  • the energy efficient devices operate in a sleep mode that minimizes energy consumption periodically in order to reduce energy consumption, the devices of the energy efficient type cannot perform a relay function for receiving and transmitting data of other nodes.
  • the routing information of neighboring nodes may change frequently, and thus the relay function cannot be performed.
  • the mobile and energy efficient devices may perform only the function of the end node so that the routing information does not change even if the location of the device changes, thereby ensuring the stability of the connection of the mesh network.
  • the device serving as the leaf node When the device serving as the leaf node is connected to the mesh network, it may exchange messages with the devices serving as the router.
  • the device serving as the leaf node may search for a device serving as a router which performs a relay function whenever a location is changed, and connect to the found device to exchange messages.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method for setting a role of a device in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • control device may set roles of the devices described with reference to FIG. 10, and may know an operation state of each device, that is, a role currently set.
  • the control device 400 requests a write to the first device 300.
  • the role of the first device 300 may be set by transmitting a write request message (S11010).
  • the control device 400 may set the role of the first device 300 by requesting the writing of the characteristic related to the role of the device included in the GATT data base of the first device 300 through the write request message. have.
  • the write request message may include setting information indicating a role to be set, and the setting information may have a data format as shown in FIG.
  • control device 400 transmits the configuration information to the first device 300 by setting the bit of the role to be set to '1', the first device 300 is assigned to the bit set to '1'. You can play the corresponding role.
  • control device 400 may receive information related to the first device 300 from the first device 300 before setting the role, and set the role based on the received information. .
  • the first device 300 when the first device 300 is a mobile type having a lot of mobility or an energy efficient type that emphasizes energy efficiency, the first device 300 may not be set as a router.
  • the first device 300 Upon receiving the write request message, the first device 300 transmits a response message to the control device 400 (S11020), and sets a device mode (or role) based on the write request message to a router or a leaf. Can be changed (or set).
  • the first device 300 that has changed the mode of the device may transmit role information indicating the changed or set role to other devices through an advertisement message.
  • the control device 400 may transmit a read request message to the first device 300 in order to check the role or operation state of the first device 300 (S11030).
  • the first device 300 may transmit characteristic information related to a role included in the GATT data base of the first device 300 in the response message to the control device 400. (S11040).
  • control device 400 Upon receiving the response message, the control device 400 can check whether a role of the first device 300 is set and a current operation state.
  • the role of the first device 300 may be set in the Bluetooth mesh network based on the information of the first device 300, and the role and operation state of the first device may be known.
  • control device may set a role of a relay node for relaying data in the above-described floating scheme.
  • control device may control the first device 300 to perform the relay role or not to transmit the control message to the first device 300.
  • control device may turn on / off the relay function of the first device 300 by transmitting the control message.
  • control message may be transmitted in the form of an advertisement message when the Bluetooth LE connection is not established with the first device 300, and in the form of a write request message based on a GATT data base when the Bluetooth LE connection is established. Can be sent.
  • control message may include an operation code to control the on / off of the relay operation of the first device 300.
  • 12 and 13 are flowcharts illustrating an example of device operation in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • the role of a device when the role of a device is set as a router through the method of FIG. 11, it may be connected to other devices around by Bluetooth LE and exchange routing information according to the role of the connected device. Or transmit network information.
  • the first device 300 configured as a router through the control device may search for the other device by receiving an advertisement message transmitted from other devices in the vicinity.
  • the advertisement message may be transmitted to other devices nearby to notify the existence and the role of the first device 300 (S12010).
  • connection request message may be received from the peripheral device, or the connection request message may be transmitted to the peripheral device, and the peripheral device may be connected through Bluetooth LE (S12020).
  • the first device 300 may transmit routing information (first routing information) related to its routing table to the connected device (second device). Information related to the connected device may be received (S12030).
  • the first device 300 may update its own routing table (S12040). .
  • the first device 400 may transmit the received information to other peripheral devices through the procedure of FIG. 13 (S12050).
  • the first device 400 may transmit a message transmitted through routing information related to the updated routing table to the next node.
  • the first device 400 determines whether the connected device has been previously connected.
  • the first device 400 may perform a configuration procedure of the mesh network with the connected device and assign an address of the mesh network to the connected device. (S12060).
  • information related to the connected device may be received from the connected device.
  • the first device 400 transmits the first routing information to the connected device (S12070), and when the connected device transmits a message through a routing scheme in a mesh network, the first device 400 is based on the first routing information. To send the message.
  • the first device 400 may transmit the message through the procedure of FIG. 13 when it is necessary to transmit the received message to a nearby device (S12050).
  • FIG. 13 illustrates an example of a procedure for transmitting information and / or a message received from a device to which the first device 400, which performs the role of a router, in the procedure of FIG. 12 to another device of the mesh network.
  • the first device 400 may receive an advertisement message transmitted from a peripheral device in order to search for a device for transmitting the received information and / or message (S13010).
  • the first device 400 may identify the device that transmitted the advertisement message through the information included in the received advertisement message.
  • the first device 400 determines whether the device that has transmitted the advertisement message is a device to which the advertisement is to be connected. If the device is not a device to which the advertisement is to be connected, the first device 400 may receive an advertisement message again and search for a neighboring device (S13010). .
  • the first device 400 may transmit a connection request message to the device to form a Bluetooth LE connection (S13020).
  • the first device may transmit the received information and / or message to a device connected via Bluetooth LE (S13030).
  • a device acting as a router may update routing tables by exchanging routing information when the connected device acts as a router, and update routing tables in the case of leaf nodes. You can't.
  • 14 and 15 are flowcharts illustrating still another example of device operation in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • the device when the role of a device is set as a leaf through the method of FIG. 11, the device may be connected to a peripheral device through Bluetooth LE to transmit and receive a message.
  • the first device 300 when the first device 300 is configured to perform a leaf role through the procedure described with reference to FIG. 11, the first device 300 may serve as another Bluetooth LE device (for example, a router function). Scanning is performed to search for a device) (S14010).
  • S14010 Bluetooth LE device
  • the first device 300 may have previously connected the device (second device) that has transmitted the advertisement message through the information included in the advertisement message. Determine whether the device is present.
  • the first device 300 transmits a connection request message to the second device if there is a message or data to be transmitted to the second device.
  • An LE connection may be formed (S14060).
  • the first device 300 transmits a message and / or data to the second device (S14070).
  • the first device 300 may go back to the discovery procedure and search for another device.
  • the first device 300 transmits a connection request message to the second device to form a Bluetooth LE connection (S14030) and sets up an environment with the second device.
  • Configuration Procedure can be performed.
  • the first device 300 may transmit its information to the second device, and the first device 300 may be assigned an address from the second device through an environment setting procedure (S14040).
  • the first device 300 transmits a request message for requesting network information (for example, routing information related to a routing table of the first device or a network ID representing the mesh network) to the second device.
  • a response message including the network information may be received (S14050).
  • the first device 300 may transmit the message to the second device to transmit the message to the specific device.
  • the message transmitted from the specific device may be received through the second device.
  • the first device 300 may periodically receive an advertisement message transmitted from a device acting as a router included in the mesh network, and may be connected to the device transmitting the received advertisement message through Bluetooth LE.
  • the first device 300 When the first device 300 does not receive an advertisement message from a device included in the mesh network through the step S14010, the first device 300 serves as a router included in the mesh network through the procedure described in FIG. 15.
  • a Bluetooth LE connection may be formed with the device (S14020).
  • the first device 300 when the first device 300 does not receive an advertisement message from a device serving as a router included in a mesh network through a discovery procedure, the first device 300 transmits an advertising message to nearby devices ( S15010).
  • the first device 300 When the first device 300 receives a connection request message in response to the advertisement message from a device acting as a router included in a mesh network, the first device 300 connects to a device (second device) that transmits the connection request message.
  • a Bluetooth LE connection may be formed through the procedure (S15020).
  • the first device 300 transmits a message and / or data to the second device without a separate configuration procedure (S15030).
  • the updated routing information may be received from the second device.
  • a network configuration procedure may be performed with the second device.
  • the first device 300 may transmit its information to the second device, and the first device 300 may be assigned an address from the second device through an environment setting procedure (S15040).
  • the first device 300 transmits a request message for requesting network information (eg, routing information associated with a routing table of the first device) to the second device, and in response thereto, the network information.
  • a response message including a may be received (S15050).
  • the first device 300 may transmit the message to the second device to transmit a message to the specific device (S15030).
  • the message transmitted from the specific device may be received through the second device.
  • the first device 300 may periodically receive an advertisement message transmitted from a device acting as a router included in the mesh network, and may be connected to the device transmitting the received advertisement message through Bluetooth LE.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of an operation of a device after setting a role of the device in a Bluetooth mesh network to which the present invention may be applied.
  • the first device 300 may include role information indicating the set role in the advertisement message and transmit the same to the second device 400 (S16010).
  • the second device 400 may perform a role of a router or a role of a leaf.
  • the second device 300 may transmit a connection request message to the first device when the second device 300 wants to connect with the first device 300 through the Bluetooth LE (S16020).
  • the first device 300 and the second device 400 may form a Bluetooth LE connection through an authentication procedure and a security procedure.
  • the connection request from the second device 400 may be rejected.
  • the first device 300 that has established a Bluetooth LE connection with the second device 400 transmits a first message to the second device 400 including information (first information) related to the first device.
  • a second message including information (second information) related to the second device may be received from the second device (S16040).
  • the first information and the second information is information for forming a Bluetooth mesh network and transmitting and receiving data, and may vary depending on the roles of the first device 300 and the second device 400.
  • the second information may include ID information indicating the second device 400.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating still another example of operation of a device after setting a role of the device in a Bluetooth mesh network to which the present invention may be applied.
  • routing tables may be updated by exchanging routing information.
  • step S17010 and step S17020 are the same as step S16010 and step S16020 of FIG. 16, description thereof will be omitted.
  • the advertisement message transmitted by the first device may include role information indicating the role of the first device in the Bluetooth mesh network.
  • the first device 300 and the second device 400 may form a Bluetooth LE connection through an authentication procedure and a security procedure.
  • the connection request from the second device 400 may be rejected.
  • the first device 300 having a Bluetooth LE connection with the second device 400 may transmit information (first information) related to the first device to the second device 400 (S17030).
  • the information of the first device may include routing information related to the routing table of the first device.
  • the first device 300 may transmit a request message to the second device 400 in order to request information (second information) related to the second device (S17040), and in response thereto, the second information. It may be received (S17050).
  • second information related to the second device
  • the second information may include routing information related to the routing table of the second device.
  • the first device 300 and the second device 400 may update a routing table based on the received information, and transmit a message to a device included in the Bluetooth mesh network through the updated routing table. Can be.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating still another example of operation of a device after setting a role of the device in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • the second device 400 may serve as the first device.
  • the connection with the 300 may transmit a message to a specific device in the mesh network.
  • step S18010 and step S18020 are the same as step S16010 and step S16020 of FIG. 16, description thereof will be omitted.
  • the advertisement message transmitted by the first device may include role information indicating the role of the first device in the Bluetooth mesh network.
  • the first device 300 and the second device 400 may form a Bluetooth LE connection through an authentication procedure and a security procedure.
  • the connection request from the second device 400 may be rejected.
  • the second device 400 having a Bluetooth LE connection with the first device 300 may transmit information (second information) related to the second device to the first device 300 (S18030). In response to this, a response may be received (S18040).
  • the second device 400 may receive an address for use in a mesh network from the first device as described with reference to FIGS. 14 and 15, and routing information related to a routing table for transmitting a message. Can be received.
  • the second device 400 may transmit the message to the specific device by transmitting the message to the first device 300. .
  • the specific device is located outside the connection range through the second device and the Bluetooth LE.
  • the second device 400 when the second device 400 wants to transmit a control message to the specific device in order to control the operation of the specific device, the second device 400 sends the message to the first device 300. Send the control message.
  • the first device 300 Upon receiving the control message, the first device 300 transmits the control message to the next device for transmitting to the specific device based on a routing table.
  • the method described with reference to FIG. 18 may be applied in the following situations.
  • the second device 400 When the second device 400 first joins the mesh network and connects with a device serving as a router.
  • the present invention is not limited thereto and may be used in various cases.
  • FIG. 19 illustrates an example of a method for transmitting a message in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • a message may be transmitted to a destination without updating a separate routing table.
  • the mobile device 1800-1 with mobility serves as a leaf, and the bulbs and switches without mobility serve as routers.
  • the switches, light bulbs and mobile devices form a Bluetooth mesh network.
  • the mobile device 1900-1 may transmit a control message for controlling a specific operation of the bulb C to the switch A.
  • the control message for turning off the light bulb C may be transmitted.
  • the switch A acting as a router performs a relay operation to transmit the control message received from the mobile device to another adjacent relay function device.
  • the switch A transmits the control message based on the routing table, and the mobile device 1800-1 plays a role of a leaf, so that the routing table is not updated by the mobile device movement.
  • the control message is transmitted to the bulb C as a destination through the relay operation, and the bulb C receives the control message and turns off the power.
  • the mobile device 1800-1 may be connected to the switch A through Bluetooth LE.
  • the mobile device may move to another location.
  • the mobile device 1900-1 performs a leaf role
  • the routing table of the switch A is not updated due to the movement of the mobile device 1900-1.
  • the mobile device 1900-1 When the mobile device 1900-1 wants to control the bulb C at the moved position, the mobile device 1900-1 transmits a control message to the bulb C, which is a device serving as a neighboring router.
  • the mobile device 1900-1 may transmit a control message for turning off the light bulb C.
  • Bulb B acting as a router performs a relay operation to transmit the control message received from the mobile device to a device serving as another relay function.
  • the light bulb B transmits the control message based on a routing table, and the mobile device 1800-1 plays a role of a leaf, so that the mobile device has moved to the location of the light bulb B.
  • the routing table is not updated.
  • the control message is transmitted to the bulb C as a destination through the relay operation, and the bulb C receives the control message and turns on the power.
  • the mobile device 1800-1 may be connected to the bulb B through Bluetooth LE.
  • the routing table may not be updated frequently even if the location of the mobile device is changed.
  • 20 is a diagram illustrating another example of a method for transmitting a message in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • the routing table may be updated by exchanging routing information with another device serving as an adjacent routing role.
  • a mobile device having mobility plays a role of a leaf, and bulbs and switches having no mobility play a role of a router.
  • the switches, light bulbs and mobile devices form a Bluetooth mesh network.
  • FIGS. 12, 13, and 17 are performed. As shown in, routing information and device information can be exchanged with bulb A acting as an adjacent router.
  • the bulb A may transmit the information and the routing information of the switch B 2000-1 to other adjacent devices, and the bulb A and the other devices that receive the routing information may update the routing table.
  • the information of the switch B 2000-1 and the routing information may be transmitted to neighboring devices through a floating scheme.
  • the message when the message is transmitted through a routing scheme in the mesh network, the message may be transmitted based on the updated routing table.
  • FIG. 21 illustrates another example of a method for transmitting a message in a Bluetooth mesh network to which the present invention can be applied.
  • another device serving as another routing role may update a routing table.
  • a mobile device having mobility plays a role of a leaf, and bulbs and switches having no mobility play a role of a router.
  • the switches, light bulbs and mobile devices form a Bluetooth mesh network.
  • a switch B serving as a router adjacent to the bulb A, a bulb C and bulb D may update the routing table.
  • the switch B, the light bulb C, and the light bulb D may transmit the updated routing information to other adjacent devices, and the other devices that receive the updated routing information may update the routing table.
  • the switch B, the bulb C, and the bulb D may transmit the updated routing information to neighboring devices through a floating scheme.
  • the message when the message is transmitted through a routing scheme in the mesh network, the message may be transmitted based on the updated routing table.
  • the present specification relates to Bluetooth data transmission and reception, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting a message between devices in a mesh network using Bluetooth Low Energy (LE) technology.
  • LE Bluetooth Low Energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

블루투스의 메쉬 네트워크(mesh network)에서 디바이스의 역할을 설정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 제어 디바이스로부터 제 1 디바이스의 역할을 설정하기 위한 설정 정보를 포함하는 기입 요청 메시지(Write Request message)를 수신하고, 상기 기입 요청에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하며, 상기 설정 정보에 의해서 설정된 역할 정보를 포함하는 광고 메시지를 제 2 디바이스에게 전송하며, 상기 제 2 디바이스로 상기 제 1 디바이스와 관련된 제 1 정보를 포함하는 제 1 메시지를 전송하는 방법 및 장치를 제공한다.

Description

블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신시스템에서 근거리 기술인 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로써, 특히 블루투스 메쉬 네트워크에서 디바이스의 역할을 설정하여 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
블루투스는 근거리에서 각종 디바이스들을 무선으로 연결하여 데이터를 주고 받을 수 있는 근거리 무선 기술 규격이다. 블루투스(Bluetooth) 통신을 이용하여 두 기기간 무선 통신을 수행하고자 하는 경우, 사용자(User)는 통신하고자 하는 블루투스(Bluetooth) 디바이스(Device)들을 검색(Discovery)하고 연결(Connection)을 요청하는 절차를 수행한다. 본 발명에서 디바이스는 기기, 장치를 의미할 수 있다.
이때, 사용자는 블루투스 디바이스를 이용하여 사용하고자 하는 블루투스 통신방법에 따라 블루투스 디바이스를 검색한 후 연결을 수행할 수 있다.
블루투스 통신방법에는 BR/EDR (Basic Rate/Enhanced Data Rate)방식과 저전력 방식인 LE (Low Energy)방식이 있다. BR/EDR 방식은 블루투스 클래식 (Bluetooth Classic)라고 호칭될 수 있다. 블루투스 클래식 방식은 베이직 레이트(Basic Rate)를 이용하는 블루투스 1.0부터 이어져온 블루투스 기술과 블루투스 2.0에서부터 지원되는 인핸스드 데이터 레이트(Enhanced Data Rate)를 이용하는 블루투스 기술을 포함한다.
블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low energy, 이하 블루투스 LE라고 한다.)기술은 블루투스 4.0부터 적용되어 적은 전력을 소모하여 수백 키로바이트(KB)의 정보를 안정적으로 제공할 수 있다. 이러한 블루투스 저전력 에너지 기술은 속성 프로토콜(Attribute Protocol)을 활용해서 디바이스(Device) 간 정보를 교환하게 된다. 이러한 블루투스 LE 방식은 헤더의 오버헤드(overhead)를 줄이고 동작을 간단하게 해서 에너지 소비를 줄일 수 있다.
블루투스 기기들 중에는 디스플레이(Display)나 유저인터페이스(User Interface)가 없는 제품들도 있다. 다양한 종류의 블루투스 기기들과 그 중에서도 유사기술이 적용된 블루투스 기기들 간의 연결 / 관리 / 제어 / 분리 (Connection / Management / Control / Disconnection)의 복잡도가 증가하고 있다.
또한, 블루투스는 비교적 저전력, 저비용으로 비교적 빠른 속도를 낼 수 있으나, 전송 거리가 일반적으로 최대 100m로 한정적이므로, 한정된 공간에서 사용하기 적합하다.
본 발명은, 블루투스 LE(Low Energy) 기술을 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 블루투스를 이용하여 메쉬 네트워크(mesh network)를 형성할 때, 디바이스의 역할을 설정하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크(mesh network)에서 디바이스의 역할을 설정하여 라우팅 기법을 통해 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크(mesh network) 형성에 있어서, 디바이스간 능력(Capability)을 비교하여 릴레이 역할을 설정하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크(mesh network)에서 라우팅 기법을 통해 데이터를 송수신하기 위해 디바이스간 라우팅 테이블 정보를 송수신하는 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크(mesh network)에서 디바이스의 타입에 따라 라우팅 테이블 정보의 송수신 여부를 결정함으로써 라우팅 테이블의 업데이트 횟수를 최소화 하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
블루투스의 메쉬 네트워크(mesh network)에서 제 1 디바이스의 역할을 설정하기 위한 방법에 있어서, 제어 디바이스로부터 상기 제 1 디바이스의 역할을 설정하기 위한 설정 정보를 포함하는 기입 요청 메시지(Write Request message)를 수신하는 단계; 상기 기입 요청에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하는 단계; 상기 설정 정보에 의해서 설정된 역할 정보를 포함하는 광고 메시지를 제 2 디바이스에게 전송하는 단계; 및 상기 제 2 디바이스로 상기 제 1 디바이스와 관련된 제 1 정보를 포함하는 제 1 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서, 상기 제 2 디바이스가 릴레이 기능을 수행하는 경우, 상기 제 1 정보는 라우팅 테이블을 업데이트하기 위한 제 1 라우팅 정보를 포함한다.
또한, 본 발명에서, 상기 제 1 라우팅 정보는 메시지의 목적지 정보 및 상기 목적지 정보에 따라 상기 메시지를 전송하는 다음 디바이스를 나타내는 디바이스 정보를 포함한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 2 디바이스로 상기 제 2 디바이스와 관련된 제 2 정보를 요청하는 요청 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 제 2 정보를 포함하는 제 2 메시지를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 제 2 정보는 상기 제 2 디바이스를 나타내는 ID를 포함한다.
또한, 본 발명에서, 상기 제 2 정보는 라우팅 테이블 설정을 위한 제 2 라우팅 정보를 포함한다.
또한, 본 발명에서, 상기 제 2 라우팅 정보는 메시지의 목적지 정보 및 상기 목적지 정보에 따라 상기 메시지를 전송하는 다음 디바이스를 나타내는 디바이스 정보를 포함한다.
또한, 본 발명에서, 상기 제 2 디바이스가 릴레이 기능을 수행하지 않는 경우, 상기 제 1 정보는 상기 제 1 디바이스를 제어하기 위한 제어 정보를 포함한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 2 디바이스로부터 상기 제 2 디바이스와 관련된 제 2 정보를 포함하는 제 2 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 제 2 메시지에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하되, 상기 제 2 정보는 상기 제 2 디바이스를 나타내는 ID를 포함한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 2 메시지를 주변의 적어도 하나의 디바이스로 전송하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 2 디바이스로부터 상기 메쉬 네트워크와 관련된 네트워크 정보를 요청하는 요청 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 네트워크 정보를 포함하는 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하되, 상기 네트워크 정보는 상기 제 2 디바이스의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보 또는 상기 메쉬 네트워크를 나타내는 네트워크 ID 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 본 발명은, 상기 제어 디바이스로부터 상기 제 1 디바이스의 역할 정보를 요청 하는 판독 요청 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 판독 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 역할 정보를 포함하는 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명은, 외부와 무선 또는 유선으로 통신하기 위한 통신부; 및 상기 통신부와 기능적으로 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 제어 디바이스로부터 상기 제 1 디바이스의 역할을 설정하기 위한 설정 정보를 포함하는 기입 요청 메시지(Write Request message)를 수신하는 단계; 상기 기입 요청에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하는 단계; 상기 설정 정보에 의해서 설정된 역할 정보를 포함하는 광고 메시지를 제 2 디바이스에게 전송하는 단계; 및 상기 제 2 디바이스로 상기 제 1 디바이스와 관련된 제 1 정보를 포함하는 제 1 메시지를 전송하도록 제어하는 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스의 메쉬 네트워크(mesh network)에서 디바이스의 역할을 설정하기 위한 방법에 따르면, 디바이스 타입에 따라 라우팅 정보의 송수신을 설정할 수 있어 라우팅 테이블의 업데이트 횟수를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명은 메쉬 네트워크에서 라우팅 테이블의 업데이트 횟수를 최소화 함으로써, 메쉬 네트워크를 구성하는 디바이스들의 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 메쉬 네트워크에서 라우팅 테이블의 업데이트를 위한 데이터 전송을 최소화 함으로써, 네트워크 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 저전력 에너지 기술을 이용하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 디바이스의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 3은 블루투스 저전력 에너지 토폴로지(Topology)의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 5는 블루투스 저전력 에너지의 GATT(Generic Attribute Profile)기반 프로파일(Profile)의 구조의 일 예를 나타낸 도이다.
도 6은 디바이스간 블루투스 LE(Low Energy)를 이용하여 커넥션을 형성하는 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 7 은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타낸 도이다.
도 9은 본 발명이 적용될 수 있는 디바이스가 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에 참여하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 10는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 라우팅 테이블을 업데이트하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 도이다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 12 및 도 13는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스 동작의 일 예를 나타낸 순서도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스 동작의 또 다른 일 예를 나타낸 순서도이다.
도 16은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정한 후에 디바이스의 동작의 일 예를 나타낸 흐름도 이다.
도 17은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정한 후에 디바이스의 동작의 또 다른 일 예를 나타낸 흐름도 이다.
도 18은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정한 후에 디바이스의 동작의 또 다른 일 예를 나타낸 흐름도 이다.
도 19은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 메시지를 전송하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 도이다.
도 20는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 메시지를 전송하기 위한 방법의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
도 21은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 메시지를 전송하기 위한 방법의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명과 관련된 방법 및 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 저전력 에너지 기술을 이용하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 개략도이다.
무선 통신 시스템(100)은 적어도 하나의 서버 디바이스(Server Device, 120) 및 적어도 하나의 클라이언트 디바이스(Client Device, 110)를 포함한다.
서버 장치와 클라이언트 장치는 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy:BLE, 이하 편의상 ‘BLE’로 표현한다.) 기술을 이용하여 블루투스 통신을 수행한다.
먼저, BLE 기술은 블루투스 BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate) 기술과 비교하여, 상대적으로 작은 duty cycle을 가지며 저 가격 생산이 가능하고, 저속의 데이터 전송률을 통해 전력 소모를 크게 줄일 수 있어 코인 셀(coin cell) 배터리를 이용할 경우 1년 이상 동작이 가능하다.
또한, BLE 기술에서는 디바이스 간 연결 절차를 간소화하였으며, 패킷 사이즈도 블루투스 BR/EDR 기술에 비해 작게 설계되어 있다.
BLE 기술에서, (1) RF 채널수는 40개이며, (2) 데이터 전송 속도는 1Mbps를 지원하며, (3) 토폴로지는 스캐터넷 구조이며, (4) latency는 3ms 이며, (5) 최대 전류는 15mA이하이며, (6) 출력 전력은 10mW(10dBm)이하이며, (7) 휴대폰, 시계, 스포츠, 헬스케어, 센서, 기기제어 등의 어플리케이션에 주로 사용된다.
상기 서버 장치(120)는 다른 장치와의 관계에서 클라이언트 장치로 동작할 수 있고, 상기 클라이언트 장치는 다른 장치와의 관계에서 서버 장치로 동작할 수 있다. 즉, BLE 통신 시스템에서 어느 하나의 장치는 서버 장치 또는 클라이언트 장치로 동작하는 것이 가능하며, 필요한 경우, 서버 장치 및 클라이언트 장치로 동시에 동작하는 것도 가능하다.
상기 서버 장치(120)는 데이터 서비스 장치(Data Service Device), 슬레이브 디바이스(slave device) 디바이스, 슬레이브(slave), 서버, 컨덕터(Conductor), 호스트 디바이스(Host Device), 게이트웨이(Gateway), 센싱 장치(Sensing Device), 모니터링 장치(monitoring device), 제 1 디바이스, 제 2 디바이스 등으로 표현될 수 있으며, 상기 클라이언트 디바이스(110)는 마스터 디바이스(master device), 마스터(master), 클라이언트, 멤버(Member), 센서 디바이스, 싱크 디바이스(Sink Device), 콜렉터(Collector), 제어 디바이스, 제 1 제어 디바이스, 제 2 제어 디바이스 등으로 표현될 수 있다.
서버 장치와 클라이언트 장치는 상기 무선 통신 시스템의 주요 구성요소에 해당하며, 상기 무선 통신 시스템은 서버 장치 및 클라이언트 장치 이외에도 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
상기 서버 장치는 클라이언트 장치로부터 데이터를 제공 받고, 클라이언트 장치와 직접 통신을 수행함으로써, 클라이언트 장치부터 데이터 요청을 수신하는 경우, 응답을 통해 클라이언트 장치로 데이터를 제공하는 장치를 말한다.
또한, 상기 서버 장치는 클라이언트 장치로 데이터 정보를 제공하기 위해 클라이언트 장치에게 알림(Notification) 메시지, 지시(Indication) 메시지를 보낸다. 또한, 상기 서버 장치는 상기 클라이언트 장치로 지시 메시지를 전송하는 경우, 상기 클라이언트로부터 상기 지시 메시지에 대응하는 확인(Confirm) 메시지를 수신한다.
또한, 상기 서버 장치는 알림, 지시, 확인 메시지들을 클라이언트 디바이스와 송수신하는 과정에서 출력부(Display Unit)을 통해서 사용자에게 데이터 정보를 제공하거나 입력부(User Input Interface)를 통해 사용자로부터 입력되는 요청을 수신할 수 있다.
또한, 상기 서버 장치는 상기 클라이언트 장치와 메시지를 송수신하는 과정에서 메모리(memory unit)로부터 데이터를 읽어 오거나 새로운 데이터를 해당 메모리에 쓸 수 있다.
또한, 하나의 서버 장치는 다수의 클라이언트 장치들과 연결될 수 있으며, 본딩(Bonding) 정보를 활용하여 클라이언트 장치들과 쉽게 재 연결(또는 접속)이 가능하다.
상기 클라이언트 장치 (110)는 서버 장치에게 데이터 정보 및 데이터 전송을 요청하는 장치를 말한다.
클라이언트 장치는 상기 서버 장치로부터 알림 메시지, 지시 메시지 등을 통해 데이터를 수신하고, 지시 메시지를 상기 서버 디바이스로부터 수신하는 경우, 상기 지시 메시지에 대한 응답으로 확인 메시지를 보낸다.
상기 클라이언트 장치도 마찬가지로 상기 서버 장치와 메시지들을 송수신하는 과정에서 출력부를 통해서 사용자에게 정보를 제공하거나 입력부를 통해서 사용자로부터의 입력을 수신할 수 있다.
또한, 상기 클라이언트 장치는 상기 서버 장치와 메시지를 송수신하는 과정에서 메모리로부터 데이터를 읽어 오거나 새로운 데이터를 해당 메모리에 쓸 수 있다.
상기 서버 장치 및 클라이언트 장치의 출력부, 입력부 및 메모리 등과 같은 하드웨어 구성요소에 대해서는 도 2에서 구체적으로 살펴보기로 한다.
또한, 상기 무선 통신 시스템은 블루투스 기술을 통해 개인 영역 네트워킹(Personal Area Networking:PAN)을 구성할 수 있다. 일 예로, 상기 무선 통신 시스템에서는 디바이스 간 개인적인 피코넷(private piconet)을 확립함으로써 파일, 서류 등을 신속하고 안전하게 교환할 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 디바이스의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서버 디바이스는 출력부(Display Unit, 111), 입력부(User Input Interface, 112), 전력 공급부(Power Supply Unit, 113), 프로세서(Processor, 114), 메모리(Memory Unit, 115), 블루투스 인터페이스(Bluetooth Interface, 116), 다른 통신 인터페이스(Other Interface, 117) 및 통신부(또는 송수신부, 118)를 포함한다.
상기 출력부(111), 입력부(112), 전력 공급부(113), 프로세서(114), 메모리(115), 블루투스 인터페이스(116), 다른 통신 인터페이스(117) 및 통신부(118)는 본 명세서에서 제안하는 방법을 수행하기 위해 기능적으로 연결되어 있다.
또한, 클라이언트 디바이스는 출력부(Display Unit, 121), 입력부(User Input Interface, 122), 전력 공급부(Power Supply Unit, 123), 프로세서(Processor, 124), 메모리(Memory Unit, 125), 블루투스 인터페이스(Bluetooth Interface, 126) 및 통신부(또는 송수신부, 127)를 포함한다.
상기 출력부(121), 입력부(122), 전력 공급부(123), 프로세서(124), 메모리(125), 블루투스 인터페이스(126), 및 통신부(127)는 본 명세서에서 제안하는 방법을 수행하기 위해 기능적으로 연결되어 있다.
상기 블루투스 인터페이스(116,126)는 블루투스 기술을 이용하여 디바이스들 간의 요청/응답, 명령, 알림, 지시/확인 메시지 등 또는 데이터 전송이 가능한 유닛(또는 모듈)을 말한다.
상기 메모리(115,125)는 다양한 종류의 디바이스에 구현되는 유닛으로서, 다양한 종류의 데이터가 저장되는 유닛을 말한다.
상기 프로세서(114,124)는 서버 디바이스 또는 클라이언트 디바이스의 전반적인 동작을 제어하는 모듈을 말하며, 블루투스 인터페이스 및 다른 통신 인터페이스로 메시지를 전송 요청 및 수신받은 메시지를 처리하도록 제어한다.
상기 프로세서(114,124)는 제어부, 제어 유닛(Control Unit), 컨트롤러 등으로 표현될 수 있다.
상기 프로세서(114,124)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(114,124)는 서버 디바이스로부터 광고(Advertising) 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며, 상기 서버 디바이스로 스캔 요청(Scan Request) 메시지를 전송하고, 상기 서버 디바이스로부터 상기 스캔 요청에 대한 응답으로 스캔 응답(Scan Response) 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며, 상기 서버 디바이스와 블루투스 연결 설정을 위해 상기 서버 디바이스로 연결 요청(Connect Request) 메시지를 전송하도록 상기 통신부를 제어한다.
또한, 상기 프로세서(114,124)는 상기 연결 절차를 통해 블루투스 LE 커넥션(Connection)이 형성된 이후, 상기 서버 디바이스로부터 속성 프로토콜을 이용하여 데이터를 읽어오거나(Read), 기록(Write)할 수 있도록 상기 통신부를 제어한다.
상기 메모리(115,125)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다.
상기 통신부(118,127)는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
상기 메모리(115,125)는 프로세서(114,124) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(114,124)와 연결될 수 있다.
상기 출력부(111,121)는 디바이스의 상태 정보 및 메시지 교환 정보 등을 화면을 통해서 사용자에게 제공하기 위한 모듈을 말한다.
상기 전력 공급부(전원 공급부, 113, 123)는 제어부의 제어 하에 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급해주는 모듈을 말한다.
앞에서 살핀 것처럼, BLE 기술에서는 작은 duty cycle을 가지며, 저속의 데이터 전송률을 통해 전력 소모를 크게 줄일 수 있어, 상기 전력 공급부는 적은 출력 전력으로도(10mW(10dBm)이하) 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
상기 입력부(112,122)는 화면 버튼과 같이 사용자의 입력을 제어부에게 제공하여 디바이스의 동작을 사용자가 제어할 수 있게 하는 모듈을 말한다.
도 3은 블루투스 저전력 에너지 토폴로지(Topology)의 일 예를 나타낸다.
상기 도 3을 참조하면, 디바이스 A는 디바이스 B와 디바이스 C를 슬레이브(slave)로 가지는 피코넷(피코넷 A, 음영부분)에서 마스터(master)에 해당한다.
여기서, 피코넷(Piconet)이란, 다수의 디바이스들 중 어느 하나가 마스터이고, 나머지 디바이스들이 마스터 디바이스에 연결되어 있는 공유된 물리 채널을 점유하고 있는 디바이스들의 집합을 의미한다.
BLE 슬레이브는 마스터 및 다른 슬레이브와 공통 물리 채널을 공유하지 않는다. 즉, 각각의 슬레이브는 별개의 물리 채널을 통해 마스터와 통신한다. 마스터 디바이스 F와 슬레이브 디바이스 G를 가지는 또 다른 피코넷(피코넷 F)이 있다.
디바이스 K는 스캐터넷(scatternet K)에 있다. 여기서, 스캐터넷(scatternet)은 다른 피코넷들 간 연결이 존재하는 피코넷의 그룹을 의미한다.
디바이스 K는 디바이스 L의 마스터이면서, 디바이스 M의 슬레이브이다.
디바이스 O 역시 스캐터넷(scatternet O)에 있다. 디바이스 O는 디바이스 P의 슬레이브이면서, 디바이스 Q의 슬레이브이다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 5개의 다른 디바이스 그룹들이 존재한다.
1. 디바이스 D는 광고자(advertiser)이고, 디바이스 A는 개시자(initiator)이다(그룹 D).
2. 디바이스 E는 스캐너(scanner)이며, 디바이스 C는 광고자이다(그룹 C).
3. 디바이스 H는 광고자이며, 디바이스 I 및 J는 스캐너들이다(그룹 H).
4. 디바이스 K 또한 광고자이며, 디바이스 N은 개시자이다(그룹 K).
5. 디바이스 R은 광고자이며, 디바이스 O는 개시자이다(그룹 R).
디바이스 A와 B는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
디바이스 A와 C는 또 다른 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
그룹 D에서, 디바이스 D는 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고하며, 디바이스 A는 개시자이다. 디바이스 A는 디바이스 D와 연결을 형성할 수 있고, 피코넷 A로 디바이스를 추가할 수 있다.
그룹 C에서, 디바이스 C는 스캐너 디바이스 E에 의해 캡쳐되는 광고 이벤트의 어떤 타입을 사용하여 광고 물리 채널 상으로 광고를 한다.
그룹 D와 그룹 C는 충돌을 피하기 위해 서로 다른 광고 물리 채널을 사용하거나 다른 시간을 사용할 수 있다.
피코넷 F에는 하나의 물리 채널이 있다. 디바이스 F와 G는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 F는 마스터이고, 디바이스 G는 슬레이브이다.
그룹 H에는 하나의 물리 채널이 있다. 디바이스 H, I 및 J는 하나의 BLE 광고 물리 채널을 사용한다. 디바이스 H는 광고자이며, 디바이스 I 및 J는 스캐너이다.
스캐터넷 K에서, 디바이스 K와 L은 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 K와 M은 또 다른 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
그룹 K에서, 디바이스 K는 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고를 하며, 디바이스 N은 개시자이다. 디바이스 N은 디바이스 K와 연결을 형성할 수 있다. 여기서, 디바이스 K는 두 디바이스들의 슬레이브가 되면서 동시에 한 디바이스의 마스터가 된다.
스캐터넷 O에서, 디바이스 O와 P는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 O와 Q는 또 다른 BLE 피코넷 물리채널을 사용한다.
그룹 R에서, 디바이스 R은 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고를 하며, 디바이스 O는 개시자이다. 디바이스 O는 디바이스 R과 연결을 형성할 수 있다. 여기서, 디바이스 O는 두 디바이스들의 슬레이브가 되면서 동시에 한 디바이스의 마스터가 된다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 4을 참고하면, 상기 도 4의 (a)는 블루투스 BR(Basic Rate)/EDR(Enhanced Data Rate)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타내며, (b)는 블루투스 LE(Low Energy)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타낸다.
구체적으로, 상기 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 블루투스 BR/EDR 프로토콜 스택은 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, HCI, 18)를 기준으로 상부의 컨트롤러 스택(Controller stack, 10)과 하부의 호스트 스택(Host Stack, 20)을 포함할 수 있다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈)(20)은 2.4GHz의 블루투스 신호를 받는 무선 송수신 모듈과 블루투스 패킷을 전송하거나 수신하기 위한 하드웨어를 말하며, 상기 컨트롤러 스택(10)인 블루투스 모듈과 연결되어 블루투스 모듈을 제어하고 동작을 수행한다.
상기 호스트 스택(20)은 BR/EDR PHY 계층(12), BR/EDR Baseband 계층(14), 링크 매니저 계층(Link Manager, 16)을 포함할 수 있다.
상기 BR/EDR PHY 계층(12)은 2.4GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로, GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation을 사용하는 경우 79 개의 RF 채널을 hopping 하여 데이터를 전송할 수 있다.
상기 BR/EDR Baseband 계층(14)은 Digital Signal을 전송하는 역할을 담당하며, 초당 1400번 hopping 하는 채널 시퀀스를 선택하며, 각 채널 별 625us 길이의 time slot을 전송한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 LMP(Link Manager Protocol)을 활용하여 Bluetooth Connection의 전반적인 동작(link setup, control, security)을 제어한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 아래와 같은 기능을 수행할 수 있다.
- ACL/SCO logical transport, logical link setup 및 control을 한다.
- Detach: connection을 중단하고, 중단 이유를 상대 디바이스에게 알려준다.
- Power control 및 Role switch를 한다.
- Security(authentication, pairing, encryption) 기능을 수행한다.
상기 호스트 컨트롤러 인터페이스 계층(18)은 Host 모듈과 Controller 모듈 사이의 인터페이스 제공하여 Host 가 command와 Data를 Controller에게 제공하게 하며, Controller가 event와 Data를 Host에게 제공할 수 있도록 해준다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈, 20)은 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21), 속성 프로토콜(Protocol, 22), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 23), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 24), BR/EDR 프로파일(25)을 포함한다.
상기 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21)은 특정 프로토콜 또는 포로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(21)은 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 멀티플렉싱(multiplexing)할 수 있다.
블루투스 BR/EDR의 L2CAP에서는 dynamic 채널 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode를 지원하고, Segmentation 및 reassembly, per-channel flow control, error control을 제공한다.
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 23)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(22)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(23)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(23) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 22)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
상기 속성 프로토콜(22) 및 BR/EDR 프로파일(25)은 블루트스 BR/EDR를 이용하는 서비스 (또는 프로파일)의 정의 및 이들 데이터를 주고 받기 위한 application 프로토콜을 정의하며, 상기 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 24)은 디바이스 발견, 연결, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, privacy를 제공한다.
상기 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 블루투스 LE 프로토콜 스택은 타이밍이 중요한 무선장치 인터페이스를 처리하도록 동작 가능한 컨트롤러 스택(Controller stack, 30)과 고레벨(high level) 데이터를 처리하도록 동작 가능한 호스트 스택(Host stack, 40)을 포함한다.
먼저, 컨트롤러 스택(30)은 블루투스 무선장치를 포함할 수 있는 통신 모듈, 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있는 프로세서 모듈을 이용하여 구현될 수 있다.
호스트 스택은 프로세서 모듈 상에서 작동되는 OS의 일부로서, 또는 OS 위의 패키지(package)의 인스턴스 생성(instantiation)으로서 구현될 수 있다.
일부 사례들에서, 컨트롤러 스택 및 호스트 스택은 프로세서 모듈 내의 동일한 프로세싱 디바이스 상에서 작동 또는 실행될 수 있다.
상기 컨트롤러 스택(30)은 물리 계층(Physical Layer, PHY, 32), 링크 레이어(Link Layer, 34) 및 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, 36)를 포함한다.
상기 물리 계층(PHY, 무선 송수신 모듈, 32)은 2.4 GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로 GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation과 40 개의 RF 채널로 구성된 frequency hopping 기법을 사용한다.
블루투스 패킷을 전송하거나 수신하는 역할을 하는 상기 링크 레이어(34)는 3개의 Advertising 채널을 이용하여 Advertising, Scanning 기능을 수행한 후에 디바이스 간 연결을 생성하고, 37개 Data 채널을 통해 최대 257bytes 의 데이터 패킷을 주고 받는 기능을 제공한다.
상기 호스트 스택은 GAP(Generic Access Profile, 40), 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 41), 보안 매니저(Security Manager, SM, 42), 속성 프로토콜(Attribute Protocol, ATT, 440), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 44), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, 25), LE 프로파일(46)을 포함할 수 있다. 다만, 상기 호스트 스택(40)은 이것으로 한정되지는 않고 다양한 프로토콜들 및 프로파일들을 포함할 수 있다.
호스트 스택은 L2CAP을 사용하여 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 다중화(multiplexing)한다.
먼저, L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41)은 특정 프로토콜 또는 프로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(41)은 상위 계층 프로토콜들 사이에서 데이터를 다중화(multiplex)하고, 패키지(package)들을 분할(segment) 및 재조립(reassemble)하고, 멀티캐스트 데이터 송신을 관리하도록 동작 가능할 수 있다.
블루투스 LE 에서는 3개의 고정 채널(signaling CH을 위해 1개, Security Manager를 위해 1개, Attribute protocol을 위해 1개)을 사용한다.
반면, BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate)에서는 동적인 채널을 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode 등을 지원한다.
SM(Security Manager, 42)은 디바이스를 인증하며, 키 분배(key distribution)를 제공하기 위한 프로토콜이다.
ATT(Attribute Protocol, 43)는 서버-클라이언트(Server-Client) 구조로 상대 디바이스의 데이터를 접근하기 위한 규칙을 정의한다. ATT에는 아래의 6가지의 메시지 유형(Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation)이 있다.
① Request 및 Response 메시지: Request 메시지는 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 정보를 요청하기 위한 메시지이며, Response 메시지는 Request 메시지에 대한 응답 메시지로서, 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 전송되는 메시지를 말한다.
② Command 메시지: 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 동작의 명령을 지시하기 위해 전송하는 메시지로, 서버 디바이스는 Command 메시지에 대한 응답을 클라이언트 디바이스로 전송하지 않는다.
③ Notification 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, 클라이언트 디바이스는 Notification 메시지에 대한 확인 메시지를 서버 디바이스로 전송하지 않는다.
④ Indication 및 Confirm 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, Notification 메시지와는 달리, 클라이언트 디바이스는 Indication 메시지에 대한 확인 메시지(Confirm message)를 서버 디바이스로 전송한다.
본 발명은 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)을 사용하는 GATT 프로파일에서 긴 데이터 요청 시 데이터 길이에 대한 값을 전송하여 클라이언트가 데이터 길이를 명확히 알 수 있게 하며, UUID를 이용하여 서버로부터 특성(Characteristic) 값을 전송 받을 수 있다.
상기 일반 접근 프로파일(GAP, 45)은 블루투스 LE 기술을 위해 새롭게 구현된 계층으로, 블루투스 LE 디바이스들 간의 통신을 위한 역할 선택, 멀티 프로파일 작동이 어떻게 일어나는지를 제어하는데 사용된다.
또한, 상기 일반 접근 프로파일(45)은 디바이스 발견, 연결 생성 및 보안 절차 부분에 주로 사용되며, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, 하기와 같은 attribute의 type을 정의한다.
① Service: 데이터와 관련된 behavior의 조합으로 디바이스의 기본적인 동작을 정의
② Include: 서비스 사이의 관계를 정의
③ Characteristics: 서비스에서 사용되는 data 값
④ Behavior: UUID(Universal Unique Identifier, value type)로 정의된 컴퓨터가 읽을 수 있는 포맷
상기 LE 프로파일(46)은 GATT에 의존성을 가지는 profile 들로 주로 블루투스 LE 디바이스에 적용된다. LE 프로파일(46)은 예를 들면, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, Object Delivery Service 등이 있을 수 있으며, GATT-based Profiles의 구체적인 내용은 하기와 같다.
① Battery: 배터리 정보 교환 방법
② Time: 시간 정보 교환 방법
③ FindMe: 거리에 따른 알람 서비스 제공
④ Proximity: 배터리 정보 교환 방법
⑤ Time: 시간 정보 교환 방법
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 44)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(43)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(44)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(44) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
이하에서, 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy:BLE) 기술의 절차(Procedure)들에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
BLE 절차는 디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure), 광고 절차(Advertising Procedure), 스캐닝 절차(Scanning Procedure), 디스커버링 절차(Discovering Procedure), 연결 절차(Connecting Procedure) 등으로 구분될 수 있다.
디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure)
디바이스 필터링 절차는 컨트롤러 스택에서 요청, 지시, 알림 등에 대한 응답을 수행하는 디바이스들의 수를 줄이기 위한 방법이다.
모든 디바이스에서 요청 수신 시, 이에 대해 응답하는 것이 불필요하기 때문에, 컨트롤러 스택은 요청을 전송하는 개수를 줄여서, BLE 컨트롤러 스택에서 전력 소비가 줄 수 있도록 제어할 수 있다.
광고 디바이스 또는 스캐닝 디바이스는 광고 패킷, 스캔 요청 또는 연결 요청을 수신하는 디바이스를 제한하기 위해 상기 디바이스 필터링 절차를 수행할 수 있다.
여기서, 광고 디바이스는 광고 이벤트를 전송하는 즉, 광고를 수행하는 디바이스를 말하며, 광고자(Advertiser)라고도 표현된다.
스캐닝 디바이스는 스캐닝을 수행하는 디바이스, 스캔 요청을 전송하는 디바이스를 말한다.
BLE에서는, 스캐닝 디바이스가 일부 광고 패킷들을 광고 디바이스로부터 수신하는 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 상기 광고 디바이스로 스캔 요청을 전송해야 한다.
하지만, 디바이스 필터링 절차가 사용되어 스캔 요청 전송이 불필요한 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 전송되는 광고 패킷들을 무시할 수 있다.
연결 요청 과정에서도 디바이스 필터링 절차가 사용될 수 있다. 만약, 연결 요청 과정에서 디바이스 필터링이 사용되는 경우, 연결 요청을 무시함으로써 상기 연결 요청에 대한 응답을 전송할 필요가 없게 된다.
광고 절차(Advertising Procedure)
광고 디바이스는 영역 내 디바이스들로 비지향성의 브로드캐스트를 수행하기 위해 광고 절차를 수행한다.
여기서, 비지향성의 브로드캐스트(Undirected Advertising)는 특정 디바이스를 향한 브로드캐스트가 아닌 전(모든) 디바이스를 향한 광고(Advertising)이며, 모든 디바이스가 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
이와 달리, 지향성 브로드캐스트(Directed advertising)는 수신 디바이스로 지정된 디바이스만 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
광고 절차는 근처의 개시 디바이스와 블루투스 연결을 확립하기 위해 사용된다.
또는, 광고 절차는 광고 채널에서 리스닝을 수행하고 있는 스캐닝 디바이스들에게 사용자 데이터의 주기적인 브로드캐스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스트된다.
광고 디바이스들은 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 얻기 위해 리스닝을 수행하고 있는 리스닝 디바이스들로부터 스캔 요청을 수신할 수 있다. 광고 디바이스는 스캔 요청을 수신한 광고 물리 채널과 동일한 광고 물리 채널을 통해, 스캔 요청을 전송한 디바이스로 스캔 요청에 대한 응답을 전송한다.
광고 패킷들의 일 부분으로서 보내지는 브로드캐스트 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 디바이스는 광고 (브로드캐스트) 물리 채널 상에서 개시 디바이스로부터 연결 요청을 수신할 수 있다. 만약, 광고 디바이스가 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하였고, 개시 디바이스가 디바이스 필터링 절차에 의해 필터링 되지 않았다면, 광고 디바이스는 광고를 멈추고 연결 모드(connected mode)로 진입한다. 광고 디바이스는 연결 모드 이후에 다시 광고를 시작할 수 있다.
스캐닝 절차(Scanning Procedure)
스캐닝을 수행하는 디바이스 즉, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 사용하는 광고 디바이스들로부터 사용자 데이터의 비지향성 브로드캐스트를 청취하기 위해 스캐닝 절차를 수행한다.
스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 요청 하기 위해, 광고 물리 채널을 통해 스캔 요청을 광고 디바이스로 전송한다. 광고 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 스캐닝 디바이스에서 요청한 추가적인 사용자 데이터를 포함하여 상기 스캔 요청에 대한 응답인 스캔 응답을 전송한다.
상기 스캐닝 절차는 BLE 피코넷에서 다른 BLE 디바이스와 연결되는 동안 사용될 수 있다.
만약, 스캐닝 디바이스가 브로드캐스트되는 광고 이벤트를 수신하고, 연결 요청을 개시할 수 있는 개시자 모드(initiator mode)에 있는 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 광고 디바이스와 블루투스 연결을 시작할 수 있다.
스캐닝 디바이스가 광고 디바이스로 연결 요청을 전송하는 경우, 스캐닝 디바이스는 추가적인 브로드캐스트를 위한 개시자 모드 스캐닝을 중지하고, 연결 모드로 진입한다.
디스커버링 절차(Discovering Procedure)
블루투스 통신이 가능한 디바이스(이하, ‘블루투스 디바이스’라 한다.)들은 근처에 존재하는 디바이스들을 발견하기 위해 또는 주어진 영역 내에서 다른 디바이스들에 의해 발견되기 위해 광고 절차와 스캐닝 절차를 수행한다.
디스커버링 절차는 비대칭적으로 수행된다. 주위의 다른 디바이스를 찾으려고 하는 블루투스 디바이스를 디스커버링 디바이스(discovering device)라 하며, 스캔 가능한 광고 이벤트를 광고하는 디바이스들을 찾기 위해 리스닝한다. 다른 디바이스로부터 발견되어 이용 가능한 블루투스 디바이스를 디스커버러블 디바이스(discoverable device)라 하며, 적극적으로 광고 (브로드캐스트) 물리 채널을 통해 다른 디바이스가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스트한다.
디스커버링 디바이스와 디스커버러블 디바이스 모두 피코넷에서 다른 블루투스 디바이스들과 이미 연결되어 있을 수 있다.
연결 절차(Connecting Procedure)
연결 절차는 비대칭적이며, 연결 절차는 특정 블루투스 디바이스가 광고 절차를 수행하는 동안 다른 블루투스 디바이스는 스캐닝 절차를 수행할 것을 요구한다.
즉, 광고 절차가 목적이 될 수 있으며, 그 결과 단지 하나의 디바이스만 광고에 응답할 것이다. 광고 디바이스로부터 접속 가능한 광고 이벤트를 수신한 이후, 광고 (브로트캐스트) 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 연결을 개시할 수 있다.
다음으로, BLE 기술에서의 동작 상태 즉, 광고 상태(Advertising State), 스캐닝 상태(Scanning State), 개시 상태(Initiating State), 연결 상태(connection state)에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
광고 상태(Advertising State)
링크 계층(LL)은 호스트 (스택)의 지시에 의해, 광고 상태로 들어간다. 링크 계층이 광고 상태에 있을 경우, 링크 계층은 광고 이벤트들에서 광고 PDU(Packet Data Unit)들을 전송한다.
각각의 광고 이벤트는 적어도 하나의 광고 PDU들로 구성되며, 광고 PDU들은 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 전송된다. 광고 이벤트는 광고 PDU가 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 각각 전송되었을 경우, 종료되거나 광고 디바이스가 다른 기능 수행을 위해 공간을 확보할 필요가 있을 경우 좀 더 일찍 광고 이벤트를 종료할 수 있다.
스캐닝 상태(Scanning State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 스캐닝 상태로 들어간다. 스캐닝 상태에서, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들을 리스닝한다.
스캐닝 상태에는 수동적 스캐닝(passive scanning), 적극적 스캐닝(active scanning)의 두 타입이 있으며, 각 스캐닝 타입은 호스트에 의해 결정된다.
스캐닝을 수행하기 위한 별도의 시간이나 광고 채널 인덱스가 정의되지는 않는다.
스캐닝 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우(scanWindow) 구간(duration) 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다. 스캔인터벌(scanInterval)은 두 개의 연속적인 스캔 윈도우의 시작점 사이의 간격(인터벌)으로서 정의된다.
링크 계층은 스케쥴링의 충돌이 없는 경우, 호스트에 의해 지시되는 바와 같이 스캔윈도우의 모든 스캔인터벌 완성을 위해 리스닝해야한다. 각 스캔윈도우에서, 링크 계층은 다른 광고 채널 인덱스를 스캔해야한다. 링크 계층은 사용 가능한 모든 광고 채널 인덱스들을 사용한다.
수동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 단지 패킷들만 수신하고, 어떤 패킷들도 전송하지 못한다.
능동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 광고 디바이스로 광고 PDU들과 광고 디바이스 관련 추가적인 정보를 요청할 수 있는 광고 PDU 타입에 의존하기 위해 리스닝을 수행한다.
개시 상태(Initiating State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 개시 상태로 들어간다.
링크 계층이 개시 상태에 있을 때, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들에 대한 리스닝을 수행한다.
개시 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우 구간 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다.
연결 상태(connection state)
링크 계층은 연결 요청을 수행하는 디바이스 즉, 개시 디바이스가 CONNECT_REQ PDU를 광고 디바이스로 전송할 때 또는 광고 디바이스가 개시 디바이스로부터 CONNECT_REQ PDU를 수신할 때 연결 상태로 들어간다.
연결 상태로 들어간 이후, 연결이 생성되는 것으로 고려된다. 다만, 연결이 연결 상태로 들어간 시점에서 확립되도록 고려될 필요는 없다. 새로 생성된 연결과 기 확립된 연결 간의 유일한 차이는 링크 계층 연결 감독 타임아웃(supervision timeout) 값뿐이다.
두 디바이스가 연결되어 있을 때, 두 디바이스들은 다른 역할로 활동한다.
마스터 역할을 수행하는 링크 계층은 마스터로 불리며, 슬레이브 역할을 수행하는 링크 계층은 슬레이브로 불린다. 마스터는 연결 이벤트의 타이밍을 조절하고, 연결 이벤트는 마스터와 슬레이브 간 동기화되는 시점을 말한다.
이하에서, 블루투스 인터페이스에서 정의되는 패킷에 대해 간략히 살펴보기로 한다. BLE 디바이스들은 하기에서 정의되는 패킷들을 사용한다.
패킷 포맷(Packet Format)
링크 계층(Link Layer)은 광고 채널 패킷과 데이터 채널 패킷 둘 다를 위해 사용되는 단지 하나의 패킷 포맷만을 가진다.
각 패킷은 프리앰블(Preamble), 접속 주소(Access Address), PDU 및 CRC 4개의 필드로 구성된다.
하나의 패킷이 광고 물리 채널에서 송신될 때, PDU는 광고 채널 PDU가 될 것이며, 하나의 패킷이 데이터 물리 채널에서 전송될 때, PDU는 데이터 채널 PDU가 될 것이다.
광고 채널 PDU (Advertising Channel PDU )
광고 채널 PDU(Packet Data Unit)는 16비트 헤더와 다양한 크기의 페이로드를 가진다.
헤더에 포함되는 광고 채널 PDU의 PDU 타입 필드는 하기 표 1에서 정의된 바와 같은 PDU 타입을 나타낸다.
Figure PCTKR2016002948-appb-T000001
광고 PDU (Advertising PDU )
아래 광고 채널 PDU 타입들은 광고 PDU로 불리고 구체적인 이벤트에서 사용된다.
ADV_IND: 연결 가능한 비지향성 광고 이벤트
ADV_DIRECT_IND: 연결 가능한 지향성 광고 이벤트
ADV_NONCONN_IND: 연결 가능하지 않은 비지향성 광고 이벤트
ADV_SCAN_IND: 스캔 가능한 비지향성 광고 이벤트
상기 PDU들은 광고 상태에서 링크 계층(Link Layer)에서 전송되고, 스캐닝 상태 또는 개시 상태(Initiating State)에서 링크 계층에 의해 수신된다.
스캐닝 PDU (Scanning PDU )
아래 광고 채널 PDU 타입은 스캐닝 PDU로 불리며, 하기에서 설명되는 상태에서 사용된다.
SCAN_REQ: 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
SCAN_RSP: 광고 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
개시 PDU (Initiating PDU )
아래 광고 채널 PDU 타입은 개시 PDU로 불린다.
CONNECT_REQ: 개시 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
데이터 채널 PDU (Data Channel PDU )
데이터 채널 PDU는 16 비트 헤더, 다양한 크기의 페이로드를 가지고, 메시지 무결점 체크(Message Integrity Check:MIC) 필드를 포함할 수 있다.
앞에서 살펴본, BLE 기술에서의 절차, 상태, 패킷 포맷 등은 본 명세서에서 제안하는 방법들을 수행하기 위해 적용될 수 있다.
도 5는 블루투스 저전력 에너지의 GATT(Generic Attribute Profile)기반 프로파일(Profile)의 구조의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 5를 참조하면 블루투스 저전력 에너지의 프로파일 데이터(Profile Data) 교환을 위한 구조를 살펴볼 수 있다.
구체적으로, GATT(Generic Attribute Profile)는 블루투스 LE 장치간의 서비스(Service), 특성(Characteristic)을 이용해서 데이터를 주고 받는 방법을 정의한 것이다.
일반적으로, 페리페럴(Peripheral) 장치(예를 들면, 센서 장치)가 GATT 서버(Server)역할을 하며, 서비스(Service), 특성(Characteristic)에 대한 정의를 가지고 있다.
데이터를 읽거나 쓰기 위해서 GATT 클라이언트는 GATT 서버로 데이터 요청을 보내게 되며, 모든 동작(Transaction)은 GATT client에서 시작되어 GATT 서버로부터 응답을 받게 된다.
블루투스 LE에서 사용하는 GATT 기반 동작구조는 프로파일(Profile), 서비스(Service), 특성(Characteristic)에 기초하며, 상기 도 5와 같은 수직 구조를 이룰 수 있다.
상기 프로파일(Profile) 하나 또는 그 이상의 서비스들로 구성되어 있으며, 상기 서비스는 하나 이상의 특성 또는 다른 서비스들로 구성되어 있을 수 있다.
상기 서비스(Service)는 데이터를 논리적인 단위로 나누는 역할을 하며 하나 이상의 특성(Characteristic) 또는 다른 서비스들을 포함하고 있을 수 있다. 각 서비스는 UUID(Universal Unique Identifier)라 불리는 16bit 또는 128bit의 구분자를 가지고 있다.
상기 특성(Characteristic)은 GATT 기반 동작 구조에서 가장 하위 단위이다. 상기 특성은 단 하나의 데이터를 포함하며, 상기 서비스와 유사하게 16 bit 또는 128 bit의 UUID를 가지고 있다.
상기 특성은 여러 가지 정보들의 값으로 정의되고, 각각의 정보를 담기 위해서 속성(Attribute) 하나씩을 필요로 한다. 상기 특성 여러 개의 연속된 속성을 사용할 수 있다.
상기 속성(Attribute)는 네 개의 구성 요소로 이루어지며, 아래와 같은 의미를 가진다.
- handle: 속성의 주소
- Type: 속성의 유형
- Value: 속성의 값
- Permission: 속성에 대한 접근 권한
하지만, 블루투스 LE는 무선 전송의 특성상 링크 품질이 가변적이며 1대 1연결 특성상 무선 전파 거리를 초과하는 음영 지역이 발생할 수 있다. 따라서, 이런 문제점을 해결 하기 위해서 블루투스는 여러 기기간에 멀티 홉 연결을 통한 제어를 하기 위한 방안으로 블루투스가 탑재된 디바이스들로 메쉬 네트워크(mesh network)를 형성할 수 있다.
이하, 메쉬 네트워크에 대해 살펴보도록 한다.
도 6은 디바이스간 블루투스 LE(Low Energy)를 이용하여 커넥션을 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 서버 디바이스(110)와 클라이언트 디바이스(120)간 블루투스 LE 연결을 위해서 상기 서버 디바이스(110)는 상기 클라이언트 디바이스(120)에게 광고 메시지(Advertising Message)를 전송한다(S6010).
상기 광고 메시지는 앞에서 살펴본 바와 같이, 블루투스 LE를 활용해서 자신의 정보를 다른 디바이스에게 제공하기 위해 사용되며, 디바이스가 제공하는 서비스 정보, 사용자 정보 등 다양한 정보가 포함될 수 있다.
상기 클라이언트 디바이스(120)는 상기 서버 디바이스(110)가 전송한 상기 광고 메시지에 포함된 정보를 확인 후, 상기 서버 디바이스에 대한 추가적인 정보가 필요한 경우, 상기 서버 디바이스에게 스캔 요청 메시지를 전송할 수 있다(S6020).
상기 서버 디바이스(110)는, 상기 클라이언트로부터 스캔 요청 메시지를 수신하면, 요청 받은 추가 정보를 스캔 응답 메시지에 포함하여 상기 클라이언트 디바이스(120)로 전송한다(S6030).
상기 단계(S6020), 및 상기 단계(S6030)은 선택적인 단계로써, 필수적인 단계는 아니다.
상기 클라이언트 디바이스(120)는 상기 서버 디바이스로부터 전송된 광고 메시지, 및/또는 스캔 응답 메시지에 포함된 정보를 기초로, 상기 서버 디바이스(110)가 연결하고자 하는 디바이스인 경우, 상기 서버 디바이스(110)로 연결을 위한 연결 요청 메시지를 전송한다(S6040).
이후, 상기 서버 디바이스(110)와 상기 클라이언트 디바이스(120)는 블루투스 LE(Low Energy) 커넥션을 형성하게 된다(S6030).
이와 같은 절차를 통해서 블루투스 디바이스들은 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다.
도 7 은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)의 일 예를 나타낸 개략도이다.
상기 도 7에 도시된 바와 같이 메쉬 네트워크는 다수의 디바이스들이 블루투스를 통해서 그물망처럼 연결되어 데이터를 송수신할 수 있는 네트워크를 말한다.
블루투스 메쉬 네트워크 기술은 데이터를 전송하는 소스 디바이스(200-1)와 데이터를 수신하는 데스티네이션 디바이스(200-2) 중간에 메시지를 중계(또는 릴레이)하는 하나 또는 그 이상의 디바이스들이 존재한다.
이때, 소스 디바이스 및 데스티네이션 디바이스는 엣지 노드(Edge node, 200-1, 200-2)로 호칭될 수 있으며, 중간에 메시지를 중계하는 하나 또는 그 이상의 디바이스들은 메시지를 릴레이하는 릴레이 노드(Relay node)로 호칭될 수 있다.
또는, 이동성을 가지고 있어 위치의 변경이 쉬운 이동 단말기 등과 같은 모바일 디바이스(mobile device, 200-1, 200-2) 및 이동성이 적거나 없어 초기에 설치된 상태에서 고정된 TV, 전구 또는 스위치 등과 같은 비유동성 디바이스(stationary device)들로 구성될 수 있다.
각 릴레이 노드들은 최근에 수신한 메시지의 메시지 캐시(message cache)를 포함하고 있다. 만약 수신된 메시지가 이미 메시지 캐시에 존재하는 경우, 상기 메시지는 릴레이 되지 않는다.
하지만, 상기 수신된 메시지가 메시지 캐시에 존재하지 않는 다면, 메시지는 릴레이 되고, 메시지는 메시지 캐시에 저장되게 된다.
엣지 노드는 일반적으로 배터리를 통해서 전력을 공급 받고, 평소에는 슬립 상태로 존재하다가 상호 작용 또는 주기적으로 깨어날 수 있다.
상기 엣지 노드는 아래의 조건을 만족하면 수신된 메시지를 처리할 수 있다.
- 메시지가 메시지 캐시에 존재하지 않음.
- 메시지가 알려진 네트워크 키에 의해서 인증됨.
- 메시지의 목적지가 상기 엣지 노드의 유니 캐스트 주소 이거나, 브로드캐스트 주소 또는 그룹 주소가 상기 엣지 노드가 속해 있는 곳의 주소인 경우.
릴레이 노드는 일반적으로 메인 파워를 공급 받는 디바이스로써, 항상 깨어 있으며, 다른 노드들을 위해서 수신한 데이터를 전송할 수 있다.
릴레이 노드는 아래의 조건을 만족하면 수신한 메시지를 다른 노드로 재 전송할 수 있다.
- 메시지가 메시지 캐시에 존재하지 않음.
- 메시지가 알려진 네트워크 키에 의해서 인증됨.
- 메시지의 릴레이 여부를 나타내는 필드(예를 들면, 릴레이 횟수 값)가 릴레이를 허용하는 값인 경우.
- 목적지 주소가 상기 릴레이 노드에게 할당된 유니 캐스트 주소가 아닌 경우.
블루투스 메쉬 네트워크에서는 릴레이 노드들의 데이터 전송 방식에 따라 플로딩(flooding) 방식과 라우팅(routing) 방식으로 구분할 수 있다.
상기 플로딩 방식은 무선 전파가 공기 중에서 사방으로 퍼지는 특성을 이용하여 메시지를 수신하는 릴레이 노드들이 이를 다시 공기 중에 쏘는 방식을 말한다.
즉, 소스 디바이스(200-1)가 브로드캐스트 채널들을 통해서 메시지를 릴레이 노드들로 전송하고, 이를 수신한 릴레이 노드들은 상기 메시지를 다시 인접 릴레이 노드들로 전송하여 데스티네이션 디바이스(200-2)로 전송하는 방식을 말한다.
상기 플로딩 방식에서는 메시지의 수신 및 재전송을 위해서 브로드캐스팅 채널을 사용하며, 메시지의 전송범위를 확장 시켜줄 수 있다.
상기 플로딩 기법의 메쉬 네트워크는 동적 네트워크로써, 상기 플로딩 방식의 메쉬 네트워크에서 디바이스는 어느 때라도 디바이스의 밀도(density)가 만족하는 한 메시지를 수신하고 전송(또는 재 전송)하는 것이 가능할 수 있다.
상기 플로딩 기법은 구현이 쉽다는 장점이 있지만 메시지들이 방향성이 없이 전송되기 때문에 네트워크가 확장될수록 확장성 문제가 발생할 수 있다.
즉, 상기 플로딩 방식의 메쉬 네트워크는 디바이스가 메시지를 전송하면 다수의 디바이스들이 상기 메시지를 수신하고, 수신된 메시지를 다시 또 다른 다수의 디바이스들에게 전송한다.
이를 방지 하기 위해서, 메쉬 네트워크를 구성하는 디바이스들의 숫자는 100개에서 1000개 사이로 조절될 수 있으며, 정확한 디바이스들의 숫자는 여러가지 요소에 의해서 결정될 수 있다.
예를 들면, 네트워크 커패시티, 데이터 소스들의 트래픽 부하, 네트워크의 Latency 및 신뢰성 요구사항 등에 의해서 결정될 수 있다.
또한, 플로딩 방식은 라우팅 방식과 다르게 라우팅 테이블의 구축 비용 없이 쉽게 메시지의 전달이 가능하지만, 메시지를 받은 릴레이 디바이스들 모두가 다시 전송 받은 메시지를 재 전송하는 특성으로 인하여 네트워크 트래픽을 증가시키는 단점이 존재한다.
상기 라우팅 방식은 소스 디바이스(200-1)는 특정 릴레이 노드로 메시지를 전송하고, 이를 수신한 상기 특정 릴레이 노드는 메시지를 재 전송할 다른 릴레이 노드 또는 데스티네이션 노드(200-2)의 정보를 가지고 메시지를 전송하게 된다.
상기 라우팅 방식은 메시지의 수신 및 재전송을 위해서 브로드캐스팅 채널 또는 Point-to-Point 연결 방식을 사용한다.
또한, 상기 라우팅 방식에서 메시지를 수신한 라우팅 디바이스는 중간 디바이스 또는 목적지 디바이스로 상기 메시지를 전송하기 위한 가장 최선의 라우팅 루트(들)를 결정하고, 결정된 라우팅 테이블에 기초하여 메시지를 어떤 루트로 전송할지 여부를 결정한다.
상기 라우팅 방식은 확장성이 좋다는 장점이 있지만, 각 노드들은 라우팅 테이블들을 유지하며 메시지를 전송해야 되기 때문에, 메시지가 증가함에 따라 복잡성(Complexity)이 커지고, 많은 메모리를 요구하며, 플로딩 방식보다 덜 동적이고 구현하는데 더 어렵다는 단점이 존재한다.
또한, 상기 라우팅 테이블을 빈번히 업데이트 하는 경우, 어떤 노드들을 통해서 전송할지 여부 및 어떤 경로가 최적의 경로인지 탐색하기 위한 라우팅 정보 요청 및 응답 메시지가 빈번히 플로딩 방식을 통해서 주변 디바이스로 전송되게 되어 네트워크의 성능 저하 및 배터리 소모가 크다는 단점이 존재한다.
예를 들면, 상기 도 7에서 이동성을 가진 디바이스(이하, Mobile Device라 한다. 200-1, 200-2)의 위치가 계속해서 변경되면, 위치가 변경될 때마다 라우팅 테이블이 계속해서 업데이트 되어야 한다.
따라서, 라우팅 정보를 포함하는 메시지를 빈번히 플로딩 방식을 통해서 주변 디바이스로 전송해야 되기 때문에, 각 노드들의 에너지 소비가 증가하게 되고, 메시지들 간의 충돌이 발생할 수 있다는 문제점이 존재한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 이동성이 있는 디바이스와 이동성이 없는 디바이스의 역할을 각각 분류하여 설정하기 위한 방법을 제안한다.
도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 8을 참조하면, 메쉬 네트워크의 프로토콜 스택은 베어러 계층(81), 네트워크 계층(82), 전송 계층(83), 어플리케이션 계층(84)으로 구성된다.
상기 베어러 계층(81)은 노드간에 메시지가 전송되는 방법을 정의한다. 즉, 메쉬 네트워크에서 메시지가 전송되는 베어러를 결정한다.
메쉬 네트워크에서는 메시지 전송을 위한 애드버타이징 베어러(advertising bearer) 및 GATT 베어러(GATT Bearer)가 존재한다.
상기 네트워크 계층(82)은 메쉬 네트워크에서 메시지가 하나 또는 그 이상의 노드들로 보내지는 방법 및 상기 베어러 계층(81)에 의해서 전송되는 네트워크 메시지들의 포맷을 정의한다.
또한, 상기 네트워크 계층(82)은 메시지가 릴레이 또는 포워딩될지 여부 및 네트워크 메시지들의 인증 및 암호화 방법을 정의한다.
상기 전송 계층(83)은 어플리케이션 메시지의 기밀성(Confidentiality)을 제공하여 어플리케이션 데이터의 암호화 및 인증을 정의한다.
상기 어플리케이션 계층(84)은 상위 계층 어플리케이션이 상기 전송 계층(73)을 어떻게 사용하는지 여부와 관련된 방법 및 어플리케이션 동작 코드(Opcode), 파라미터들을 정의한다.
도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 디바이스가 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에 참여하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
새로운 디바이스 또는 프로비저닝 되지 않은 디바이스가 메쉬 네트워크에 참여(join)하여 동작하기 위해서는 프로비저닝(Provisioning) 절차를 거쳐야 한다.
상기 프로비저닝 절차는 인증되지 않은 디바이스를 인증하고, 메쉬 네트워크에 참여하기 위한 기본적인 정보(예를 들면, 유니캐스트 주소(Unicast Address), 각종 키들 등)을 제공하기 위한 절차를 의미한다.
즉, 상기 프로비저닝 절차는 메쉬 네트워크의 프로비저너(Provisioner, 제 2 디바이스(400))가 메쉬 네트워크에 참여하기 위한 정보를 제공하는 절차로써, 상기 프로비저닝 절차를 통해서 상기 제 1 디바이스(300)는 네트워크의 주소, 키들, 디바이스 식별자 및 메쉬 네트워크의 일부로써 동작하기 위한 다양한 정보를 획득할 수 있다.
상기 프로비저닝 절차는, 초대 단계(Invitation Step), 공용 키 교환 단계(Exchanging Public Key Step), 인증 단계(Authentication Step) 및 프로비저닝 데이터 배포 단계(Distribution of Provisioning Step)으로 구성된다.
상기 프로비저닝 절차는 다양한 종류의 베어러들을 통해서 수행될 수 있다. 예를 들면, 광고에 기초한 베어러(advertising-based bearer), 메쉬 프로비저닝 서비스에 기초한 베어러(Mesh Provisioning Service-based bearer) 또는 메쉬에 기초한 베어러(Mesh-based bearer)에 의해서 수행될 수 있다.
상기 광고에 기초한 베어러는 필수적으로 설립되는 베어러로 상기 광고에 기초한 베어러를 지원하지 않거나, 프로비저닝 데이터가 상기 광고에 기초한 베어러를 통해서 전송될 수 없는 경우에 상기 프로비저닝 서비스에 기초한 베어러 또는 메쉬에 기초한 베어러가 프로비저닝 절차에 사용될 수 있다.
상기 프로비저닝 서비스에 기초한 베어러는 기존의 블루투스 LE의 GATT Protocol을 통해서 프로비저닝 데이터를 주고 받기 위한 베어러를 의미하며, 상기 메쉬에 기초한 베어러는 상기 제 1 디바이스(300)와 상기 제 2 디바이스(400)가 직접적으로 데이터를 주고 받을 수 있는 거리에 존재하지 않는 경우, 메쉬 네트워크를 통해서 프로비저닝 데이터를 주고 받을 수 있는 베어러를 의미한다.
상기 광고에 기초한 베어러의 설립 절차는 이후에 살펴보도록 한다.
상기 베어러가 제 1 디바이스(300)와 상기 제 2 디바이스(400)사이에 설립된 뒤에, 아래의 프로비저닝 절차를 통해서 상기 제 1 디바이스(300)는 프로비전될 수 있다.
초대 단계(Invitation Step)
상기 초대 단계는 상기 제 2 디바이스(400)가 상기 제 1 디바이스(300)를 스캐닝(Scanning)하면서 시작된다. 상기 제 1 디바이스는 비콘 메시지를 상기 제 2 디바이스(400)로 전송한다(S9010). 상기 비콘 메시지는 상기 제 1 디바이스(300)의 UUID를 포함한다.
상기 비콘 메시지를 통해서 상기 제 1 디바이스(300)를 스캐닝한 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)로 초대 메시지(Invite message)를 전송한다(S9020).
상기 초대 메시지는 상기 제 1 디바이스(300)가 프로비저닝 절차를 수행할 지 여부를 묻는 것으로써, 상기 제 1 디바이스(300)가 상기 프로비저닝 절차를 수행하는 것을 원하지 않을 경우, 상기 초대 메시지를 무시한다.
하지만, 상기 제 1 디바이스(300)가 상기 프로비저닝 절차를 수행하는 것을 원하는 경우, 즉, 메쉬 네트워크에 참여하려는 경우, 상기 제 1 디바이스(300)는 이에 대한 응답으로 능력 메시지(Capability message)를 전송한다(S9030).
상기 능력 메시지는 상기 제 1 디바이스(300)가 보안 알고리즘의 설정을 지원하는지 여부, 공개 키(Public Key), 사용자에게 값을 출력할 수 있는지 여부를 나타내는 정보 및 사용자로부터 값을 입력 받을 수 있는지 여부를 나타내는 정보 등을 포함할 수 있다.
공용 키 교환 단계(Exchanging Public Key Step)
이후, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)로 프로비저닝 시작을 위한 시작 메시지를 전송한다(S9040).
만약, 대역 외 기술(Out of band technology)를 사용하여 공개 키(Public Key)를 이용할 수 없는 경우, 상기 제 2 디바이스(400)와 상기 제 1 디바이스(300)는 공개 키들을 교환한다(S9050, S9060).
하지만, 대역 외 메커니즘을 통해서 공개 키를 이용할 수 있는 경우, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)로 임시 공개 키(ephemeral public key)를 전송하고, 상기 제 1 디바이스(300)로부터 대역 외 기술을 사용하여 스태틱 공개 키를 읽어올 수 있다.
이후, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)와 인증 절차를 수행하여 상기 제 1 디바이스(300)를 인증한다(S9070).
프로비저닝 데이터 배포 단계(Distribution of Provisioning Data Step)
상기 제 1 디바이스(300)가 인증되면, 상기 제 2 디바이스(400)와 상기 제 1 디바이스(300)는 세션 키를 계산하여 생성한다.
이후, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)로 프로비저닝 데이터를 전송한다(S9080).
상기 프로비저닝 데이터는 어플리케이션 키, 디바이스 키, 네트워크 키, IVindex, 및 유니캐스트 주소 등을 포함할 수 있다.
상기 프로비저닝 데이터를 수신한 상기 제 1 디바이스(300)는 이에 대한 응답으로 완료 메시지를 전송하고, 프로비저닝 절차는 종료되게 된다(S9090).
도 10는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 라우팅 테이블을 업데이트하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 10을 참조하면, 이동성이 없는 디바이스들은 서로 라우팅 정보를 교환하여 라우팅 테이블을 유지하고, 상기 라우팅 테이블을 기초로 메시지를 전송한다. 하지만, 이동성이 있는 디바이스는 메시지를 릴레이 하지 않고 최초로 데이터를 전송하거나, 메시지의 목적지가 된다.
메쉬 네트워크에서 디바이스들의 타입은 상기 도 10의 A 내지 I와 같이 이동성이 없어 위치 변화가 빈번히 일어나지 않은 비 유동적인 Stationary Type과 상기 도 10의 J(200-1)와 같이 이동성이 많이 위치가 빈번히 일어나는 유동적인 Mobile Type 및 에너지 효율이 중시되는 Energy Efficient Type이 존재할 수 있다.
아래 표 2는 각 디바이스 타입에 따른 역할 및 디바이스 종류의 일 예를 나타낸 표이다.
타입 Stationary Mobile, Energy Efficient
역할(Role) 라우터(릴레이 노드 및/또는 엔드 노드) 리프(엔드 노드)
디바이스 종류 TV, 전등, 스위치, 에어컨 등 Mobile: 이동통신 단말, 태블릿, 랩탑, 시계 등Energy Efficient: 센서, 도어 벨, 알람 등
라우팅 정보 업데이트 라우팅 정보의 업데이트가 빈번하게 발생하지 않음 디바이스가 이동하는 경우 라우팅 정보가 업데이트 됨
라우팅 정보 디바이스에서 라우팅 정보가 유지될 수 있음 고정된 Stationary 타입의 디바이스 정보만 알고 있음.
상기 표 2를 참조하면, Stationary 타입의 디바이스는 라우터 역할을 수행할 수 있다.
상기 라우터 역할은 릴레이 노드(Relay Node) 기능을 수행하며, 필요한 경우 엔드 노드(End Node)의 역할도 수행할 수 있다.
이때, 디바이스가 상기 릴레이 노드 기능을 수행하는 경우, 상기 디바이스는 라우팅 테이블을 보유할 수 있으며, 주변의 다른 노드들로부터 메시지를 수신하고, 수신된 메시지를 인접한 디바이스들에게 다시 전달할 수 있으며, 상기 엔드 노드 기능을 수행하는 경우, 데이터가 발생하거나, 데이터의 목적지가 될 수 있다.
하지만, 상기 엔드 노드 기능을 수행하는 경우, 디바이스는 다른 디바이스로부터 전송되는 데이터를 중계할 수 없다.
상기 Stationary 타입의 디바이스는 블루투스 메쉬 네트워크를 형성할 때, 상기 Stationary Device Type의 디바이스들 간에 라우팅 정보를 교환할 수 있고, 교환된 정보를 기초로 라우팅 테이블을 설정하고, 설정된 라우팅 테이블에 기초하여 메시지를 전달할 수 있다.
또한, 이동성이 없거나 적어, 해당 노드의 라우팅 정보가 변경될 가능성이 적다. 다만, 상기 Stationary Device Type의 디바이스들이 추가 되거나, 삭제될 경우 상기 라우팅 정보는 변경될 수 있다.
아래 표 3은 상기 A의 라우팅 정보의 일 예를 나타낸 표이다.
Destination Next Hop
F D
G B, D
H B, D
I B, D
... ...
아래 표 4는 상기 H의 라우팅 정보의 일 예를 나타낸 표이다.
Destination Next Hop
A G
B G
C G, I
D G
E G, I
F G
... ...
하지만, mobile 타입의 디바이스들의 이동에 따라 라우팅 테이블을 갱신하여 유지하여야 하며, 다른 노드들로부터 전송되는 데이터 트래픽을 수시로 수신하애하기 때문에 상시 전원이 공급되는 디바이스일 수 있다.
상기 mobile 타입 및 energy efficient 타입의 디바이스들은 메쉬 네트워크에서 리프(Leaf)역할을 수행할 수 있다.
상기 리프 역할은 엔드 노드(end Node) 기능을 수행할 수 있다.
하지만, 상기 energy efficient 타입의 디바이스들은 에너지 소모를 줄이기 위해서 주기적으로 에너지 소모를 최소화 할 수 있는 슬립 모드로 동작하기 때문에 다른 노드들의 데이터를 수신하여 전달하는 릴레이 기능을 수행할 수 없다.
또한, mobile type 역시 위치가 자주 변경되기 때문에 릴레이 기능을 수행하는 경우 주변 노드들의 라우팅 정보가 자주 변경될 수 있으므로, 릴레이 기능을 수행할 수 없다.
이와 같이, mobile 및 energy efficient 타입의 디바이스들은 엔드 노드의 기능만 수행하게 함으로써, 디바이스의 위치가 변경되더라도 라우팅 정보는 변경되지 않도록 함으로써, 메쉬 네트워크의 연결의 안정성을 확보할 수 있다.
상기 리프 노드 역할을 수행하는 디바이스가 메쉬 네트워크에 연결되는 경우, 라우터 역할을 수행하는 디바이스들과 메시지를 주고 받을 수 있다.
또한, 상기 리프 노드 역할을 수행하는 디바이스는 위치가 변경될 때마다 릴레이 기능을 수행하는 라우터 역할의 디바이스를 검색하고, 검색된 디바이스와 연결하여 메시지를 주고받을 수 잇다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
상기 도 11을 참조하면, 제어 디바이스는 상기 도 10에서 살펴본 디바이스들의 역할을 설정할 수 있으며, 각 디바이스들의 동작 상태 즉, 현재 설정되어 있는 역할을 알 수 있다.
구체적으로, 제어 디바이스(400)와 제 1 디바이스(300)가 상기 도 6에서 살펴본 연결 절차를 통해서 블루투스 LE 연결을 형성한 뒤, 상기 제어 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)로 기입 요청 메시지(Write Request message)를 전송하여 상기 제 1 디바이스(300)의 역할을 설정할 수 있다(S11010).
상기 제어 디바이스(400)는 상기 기입 요청 메시지를 통해서 상기 제 1 디바이스(300)의 GATT Data base에 포함된 디바이스의 역할과 관련된 Characteristic의 기입을 요청함으로써 상기 제 1 디바이스(300)의 역할을 설정할 수 있다.
이때, 상기 기입 요청 메시지는 설정하고자 하는 역할을 나타내는 설정 정보를 포함할 수 있으며, 상기 설정 정보는 상기 도 11의 (a)와 같은 데이터 포맷을 가질 수 있다.
상기 제어 디바이스(400)는 설정하고자 하는 역할의 bit를 ‘1’로 설정하여 상기 설정 정보를 상기 제 1 디바이스(300)에게 전송하면, 상기 제 1 디바이스(300)는 ‘1’로 설정된 bit에 해당하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 상기 제어 디바이스(400)는 상기 역할을 설정하기 전에 제 1 디바이스(300)로부터 상기 제 1 디바이스(300)와 관련된 정보를 수신할 수 있으며, 수신된 정보에 기초하여 상기 역할을 설정할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 디바이스(300)가 이동성이 많은 mobile 타입이거나 에너지 효율을 중요시 하는 energy efficient 타입인 경우에는 상기 제 1 디바이스를 라우터 역할로 설정하지 않을 수 있다.
상기 기입 요청 메시지를 수신한 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제어 디바이스(400)로 이에 대한 응답 메시지를 전송하고(S11020), 상기 기입 요청 메시지에 기초하여 디바이스 모드(또는 역할)을 라우터 또는 리프로 변경(또는 설정)할 수 있다.
상기 디바이스의 모드를 변경한 상기 제 1 디바이스(300)는 변경된 또는 설정된 역할을 나타내는 역할 정보를 주변의 다른 디바이스들로 전송 광고 메시지(advertising message)를 통해서 전송할 수 있다.
상기 제어 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)의 역할 또는 동작 상태를 확인하기 위해서 상기 제 1 디바이스(300)로 판독 요청 메시지(read request message)를 전송할 수 있다(S11030).
상기 판독 요청 메시지를 수신한 제 1 디바이스(300)는 상기 제 1 디바이스(300)의 GATT Data base에 포함된 역할과 관련된 Characteristic의 정보를 응답 메시지에 포함하여 상기 제어 디바이스(400)로 전송할 수 있다(S11040).
상기 응답 메시지를 수신한 상기 제어 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)가 어떤 역할로 설정되어 있는지 여부 및 현재의 동작 상태를 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기 제 1 디바이스(300)의 정보를 기초로 블루투스 메쉬 네트워크에서 상기 제 1 디바이스(300)의 역할을 설정할 수 있으며, 현재 제 1 디바이스의 역할 및 동작 상태를 알 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 상기 제어 디바이스는 앞에서 살펴본 플로딩 기법에서 데이터를 릴레이 하기 위한 릴레이 노드의 역할을 설정할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어 디바이스는 상기 제 1 디바이스(300)로 제어 메시지를 전송하여 상기 제 1 디바이스(300)가 릴레이 역할을 수행하도록 또는 수행하지 않도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어 디바이스는 상기 제어메시지를 전송함으로써, 상기 제 1 디바이스(300)의 릴레이 기능을 ON/OFF 할 수 있다.
이때, 상기 제어 메시지는 상기 제 1 디바이스(300)와 블루투스 LE 연결이 형성되어 있지 않은 경우 광고 메시지 형태로 전송될 수 있으며, 블루투스 LE 연결이 형성되어 있는 경우 GATT Data base 기반의 기입 요청 메시지 형태로 전송될 수 있다.
또한, 상기 제어 메시지는 상기 제 1 디바이스(300)의 릴레이 동작의 On/Off를 제어하기 위해서 동작코드(Operation Code)를 포함할 수 있다.
도 12 및 도 13는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스 동작의 일 예를 나타낸 순서도이다.
상기 도 12 및 상기 도 13을 참조하면, 상기 도 11의 방법을 통해서 디바이스의 역할이 라우터로 설정된 경우, 주변의 다른 디바이스와 블루투스 LE를 통해서 연결될 수 있으며, 연결된 디바이스의 역할에 따라 라우팅 정보를 교환하거나, 네트워크 정보를 전송할 수 있다.
구체적으로, 상기 도 11에서 살펴본 바와 같이 제어 디바이스를 통해서 라우터 역할로 설정된 제 1 디바이스(300)는 주변의 다른 디바이스로부터 전송되는 광고 메시지를 수신하여 상기 다른 디바이스를 탐색 할 수 있다.
또한, 주변의 다른 디바이스로 광고 메시지를 전송하여, 상기 제 1 디바이스(300)의 존재 및 역할을 알릴 수 있다(S12010).
이후, 상기 주변의 디바이스로부터 연결 요청 메시지를 수신하거나, 상기 주변의 디바이스로 연결 요청 메시지를 전송하여, 상기 주변의 디바이스와 블루투스 LE를 통해 연결될 수 있다(S12020).
만약, 상기 연결된 디바이스가 라우터 역할을 수행하는 경우, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 연결된 디바이스(제 2 디바이스)로 자신의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보(제 1 라우팅 정보)를 전송할 수 있으며, 상기 연결된 디바이스와 관련된 정보를 수신할 수 있다(S12030).
만약, 상기 연결된 디바이스와 관련된 정보가 상기 연결된 디바이스의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보(제 2 라우팅 정보)를 포함하는 경우, 상기 제 1 디바이스(300)는 자신의 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다(S12040).
상기 제 1 디바이스(400)는 상기 제 2 디바이스로부터 수신한 정보를 주변의 다른 디바이스로 전송할 필요가 있는 경우, 도 13의 절차를 통해서 수신한 정보를 주변의 다른 디바이스로 전송할 수 있다(S12050).
이후, 상기 제 1 디바이스(400)는 업데이트된 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보를 통해서 전송되는 메시지를 다음 노드로 전송할 수 있다.
만약, 상기 연결된 디바이스가 리프 역할을 수행하는 경우, 상기 제 1 디바이스(400)는 상기 연결된 디바이스가 이전에 연결된 적이 있는지 여부를 판단한다.
상기 연결된 디바이스가 이전에 연결된 적이 없는 경우, 상기 제 1 디바이스(400)는 상기 연결된 디바이스와 메쉬 네트워크의 환경 설정 절차(Configuration Procedure)를 수행하고, 상기 연결된 디바이스에게 메쉬 네트워크의 주소를 할당할 수 있다(S12060).
또한, 상기 연결된 디바이스로부터 상기 연결된 디바이스와 관련된 정보를 수신할 수 있다.
이후, 상기 제 1 디바이스(400)는 상기 연결된 디바이스로 상기 제 1 라우팅 정보를 전송하고(S12070), 상기 연결된 디바이스는 메쉬 네트워크에서 메시지를 라우팅 기법을 통해 전송하는 경우, 상기 제 1 라우팅 정보에 기초하여 상기 메시지를 전송할 수 있다.
상기 제 1 디바이스(400)는 상기 연결된 디바이스로부터 메시지를 전송 받은 경우 수신한 메시지를 주변의 디바이스로 전송해야 되는 경우, 상기 도 13의 절차를 통해서 상기 메시지를 전송할 수 있다(S12050).
상기 도 13은 상기 도 12의 절차에서 라우터 역할을 수행하는 상기 제 1 디바이스(400)가 연결된 디바이스로부터 수신한 정보 및/또는 메시지를 메쉬 네트워크의 다른 디바이스로 전송하기 위한 절차의 일 예를 나타낸다.
구체적으로, 상기 제 1 디바이스(400)는 수신한 정보 및/또는 메시지를 전송하기 위한 디바이스를 탐색하기 위해서, 주변 디바이스로부터 전송되는 광고 메시지를 수신할 수 있다(S13010).
수신된 광고 메시지에 포함된 정보를 통해서 상기 제 1 디바이스(400)는 상기 광고 메시지를 전송한 디바이스를 식별할 수 있다.
상기 제 1 디바이스(400)는 상기 광고 메시지를 전송한 디바이스가 연결 하고자 하는 디바이스인지 여부를 판단하여, 연결하고자 하는 디바이스가 아닌 경우, 다시 광고 메시지를 수신하여 주변 디바이스를 탐색할 수 있다(S13010).
상기 제 1 디바이스(400)는 상기 광고 메시지를 전송한 디바이스가 연결 하고자 하는 디바이스인 경우, 상기 디바이스로 연결 요청 메시지를 전송하여 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다(S13020).
이후, 상기 제 1 디바이스는 블루투스 LE를 통해서 연결된 디바이스로 상기 수신한 정보 및/또는 메시지를 전송할 수 있다(S13030).
상기 도 12 및 상기 도 13에서 설명한 방법을 통해서, 라우터 역할을 하는 디바이스는 연결된 디바이스가 라우터 역할을 하는 경우, 라우팅 정보를 교환하여 라우팅 테이블을 업데이트할 수 있으며, 리프 노드인 경우에는 라우팅 테이블을 업데이트 하지 않을 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스 동작의 또 다른 일 예를 나타낸 순서도이다.
상기 도 14 및 상기 도 15을 참조하면, 상기 도 11의 방법을 통해서 디바이스의 역할이 리프로 설정된 경우, 주변의 디바이스와 블루투스 LE를 통해서 연결되어 메시지를 송수신할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 디바이스(300)가 상기 도 11에서 살펴본 절차를 통해서 리프 역할을 수행하도록 설정되면, 상기 제 1 디바이스(300)는 주변의 다른 블루투스 LE 디바이스(예를 들면, 라우터 역할을 하는 디바이스)를 검색하기 위해서 탐색(Scanning)을 수행한다(S14010).
탐색 결과, 주변 디바이스로부터 디바이스 탐색을 위한 광고 메시지를 수신하면, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 광고 메시지에 포함된 정보를 통해서 상기 광고 메시지를 전송한 디바이스(제 2 디바이스)가 이전에 연결된 적이 있는 디바이스인지 여부를 판단한다.
만약, 상기 제 2 디바이스가 이전에 연결된 적이 있는 디바이스인 경우, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로 전송 해야 되는 메시지 또는 데이터가 존재하면 상기 제 2 디바이스로 연결 요청 메시지를 전송하여 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다(S14060).
이후, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로 메시지 및/또는 데이터를 전송한다(S14070).
하지만, 상기 제 2 디바이스로 전송해야 되는 메시지 또는 데이터가 없는 경우, 상기 제 1 디바이스(300)는 다시 탐색 절차로 돌아가서 다른 디바이스를 탐색할 수 있다.
만약, 상기 제 2 디바이스가 연결된 적이 없는 디바이스인 경우, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로 연결 요청 메시지를 전송하여 블루투스 LE 연결을 형성하고(S14030), 상기 제 2 디바이스와 환경 설정 절차(Configuration Procedure)를 수행할 수 있다.
상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로 자신의 정보를 전송할 수 있으며, 환경 설정 절차를 통해서 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로부터 주소를 할당 받을 수 있다(S14040).
이후, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로 네트워크 정보(예를 들면, 상기 제 1 디바이스의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보 또는 상기 메쉬 네트워크를 나타내는 네트워크 ID)를 요청하는 요청 메시지를 전송하고, 이에 대한 응답으로 상기 네트워크 정보를 포함하는 응답 메시지를 수신할 수 있다(S14050).
상기 제 1 디바이스(300)는 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 먼 거리의 특정 디바이스로 메시지를 전송해야 하는 경우, 상기 메시지를 상기 제 2 디바이스로 전송하여 상기 특정 디바이스로 메시지를 전송할 수 있다.
또한, 상기 특정 디바이스로부터 전송되는 메시지를 상기 제 2 디바이스를 통해서 전송 받을 수 있다.
상기 제 1 디바이스(300)는 주기적으로 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 라우터 역할을 하는 디바이스로부터 전송되는 광고 메시지를 수신할 수 있으며, 수신된 광고 메시지를 전송한 디바이스와 블루투스 LE를 통해서 연결될 수 있다.
상기 제 1 디바이스(300)는 상기 단계(S14010)를 통해서 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 디바이스로부터 광고 메시지를 수신하지 못한 경우, 상기 도 15에 설명된 절차를 통해서 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 라우터 역할을 하는 디바이스와 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다(S14020).
이하, 상기 도 15의 절차를 구체적으로 살펴본다.
상기 도 14에서 상기 제 1 디바이스(300)는 탐색 절차를 통해서 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 라우터 역할을 하는 디바이스로부터 광고 메시지를 수신하지 못한 경우, 주변의 디바이스로 광고 메시지(advertising message)를 전송한다(S15010).
상기 제 1 디바이스(300)는 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 라우터 역할을 하는 디바이스로부터 상기 광고 메시지에 대한 응답으로 연결 요청 메시지를 수신하는 경우, 상기 연결 요청 메시지를 전송한 디바이스(제 2 디바이스)와 연결 절차를 통해 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다(S15020).
만약, 상기 제 2 디바이스가 이전에 연결된 적이 있는 디바이스인 경우, 상기 제 1 디바이스(300)는 별도의 환경 설정 절차 없이 상기 제 2 디바이스로 메시지 및/또는 데이터를 전송한다(S15030).
또한, 상기 제 2 디바이스의 라우팅 정보가 이전과 비교하여 업데이트 된 경우, 상기 제 2 디바이스로부터 업데이트된 라우팅 정보를 수신할 수 있다.
만약, 상기 제 2 디바이스가 연결된 적이 없는 디바이스인 경우, 상기 제 2 디바이스와 네트워크 환경 설정 절차(Configuration Procedure)를 수행할 수 있다.
상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로 자신의 정보를 전송할 수 있으며, 환경 설정 절차를 통해서 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로부터 주소를 할당 받을 수 있다(S15040).
이후, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스로 네트워크 정보(예를 들면, 상기 제 1 디바이스의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보)를 요청하는 요청 메시지를 전송하고, 이에 대한 응답으로 상기 네트워크 정보를 포함하는 응답 메시지를 수신할 수 있다(S15050).
상기 제 1 디바이스(300)는 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 먼 거리의 특정 디바이스로 메시지를 전송해야 하는 경우, 상기 메시지를 상기 제 2 디바이스로 전송하여 상기 특정 디바이스로 메시지를 전송할 수 있다(S15030).
또한, 상기 특정 디바이스로부터 전송되는 메시지를 상기 제 2 디바이스를 통해서 전송 받을 수 있다.
상기 제 1 디바이스(300)는 주기적으로 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 라우터 역할을 하는 디바이스로부터 전송되는 광고 메시지를 수신할 수 있으며, 수신된 광고 메시지를 전송한 디바이스와 블루투스 LE를 통해서 연결될 수 있다.
도 16은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정한 후에 디바이스의 동작의 일 예를 나타낸 흐름도 이다.
상기 도 16을 참조하면, 상기 도 11에서 살펴본 절차를 통해서 제 1 디바이스의 역할이 설정된 이후, 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 다른 디바이스와 연결된 경우, 디바이스 정보를 교환할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 도 11에서 제어 디바이스에 의해 역할이 설정된 이후, 설정된 역할을 나타내는 역할 정보를 광고 메시지에 포함하여 제 2 디바이스(400)로 전송할 수 있다(S16010).
이때, 상기 제 2 디바이스(400)는 라우터 역할 또는 리프 역할을 수행할 수 있다.
상기 광고 메시지를 수신한 상기 제 2 디바이스(300)는 상기 제 1 디바이스(300)와 블루투스 LE를 통해서 연결하고자 하는 경우, 상기 제 1 디바이스로 연결 요청 메시지를 전송할 수 있다(S16020).
이후, 상기 제 1 디바이스(300)와 상기 제 2 디바이스(400)는 인증 절차(Authentication procedure) 및 보안 절차(Security Procedure)를 통해서 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다.
만약, 상기 제 1 디바이스(300)가 상기 제 2 디바이스(400)와 연결하고자 하지 않는 경우, 상기 제 2 디바이스(400)로부터의 연결 요청을 거부할 수 있다.
상기 제 2 디바이스(400)와 블루투스 LE 연결을 형성한 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 1 디바이스와 관련된 정보(제 1 정보)를 포함하는 제 1 메시지를 상기 제 2 디바이스(400)로 전송하고(S16030), 상기 제 2 디바이스로부터 상기 제 2 디바이스와 관련된 정보(제 2 정보)를 포함하는 제 2 메시지를 수신할 수 있다(S16040).
이때, 상기 제 1 정보 및 상기 제 2 정보는 블루투스 메쉬 네트워크의 형성 및 데이터 송수신을 위한 정보로써, 상기 제 1 디바이스(300) 및 상기 제 2 디바이스(400)의 역할에 따라 달라질 수 있다.
예를 들면, 상기 제 2 정보는 상기 제 2 디바이스(400)를 나타내는 ID 정보를 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정한 후에 디바이스의 동작의 또 다른 일 예를 나타낸 흐름도 이다.
상기 도 17을 참조하면, 상기 제 1 디바이스(300) 및 상기 제 2 디바이스(400)가 블루투스 메쉬 네트워크에서 라우팅 역할을 하는 경우, 라우팅 정보를 교환하여 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다.
먼저, 단계(S17010) 및 단계(S17020)은 상기 도 16의 단계(S16010) 및 단계(S16020)과 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.
상기 제 1 디바이스가 전송하는 광고 메시지는 블루투스 메쉬 네트워크에서 상기 제 1 디바이스의 역할을 나타내는 역할 정보를 포함할 수 있다.
이후, 상기 제 1 디바이스(300)와 상기 제 2 디바이스(400)는 인증 절차(Authentication procedure) 및 보안 절차(Security Procedure)를 통해서 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다.
만약, 상기 제 1 디바이스(300)가 상기 제 2 디바이스(400)와 연결하고자 하지 않는 경우, 상기 제 2 디바이스(400)로부터의 연결 요청을 거부할 수 있다.
상기 제 2 디바이스(400)와 블루투스 LE 연결을 형성한 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 1 디바이스와 관련된 정보(제 1 정보)를 상기 제 2 디바이스(400)로 전송할 수 있다(S17030).
이때, 상기 제 1 디바이스의 정보는 상기 제 1 디바이스의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보를 포함할 수 있다.
상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스와 관련된 정보(제 2 정보)를 요청하기 위해서 상기 제 2 디바이스(400)로 요청 메시지를 전송할 수 있으며(S17040), 이에 대한 응답으로 상기 제 2 정보를 수신할 수 있다(S17050).
이때, 상기 제 2 정보는 상기 제 2 디바이스의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보를 포함할 수 있다.
이후, 상기 제 1 디바이스(300) 및 상기 제 2 디바이스(400)는 전송 받은 정보를 기초로 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있으며, 업데이트된 라우팅 테이블을 통해서 블루투스 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 디바이스로 메시지를 전송할 수 있다.
도 18은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 디바이스의 역할을 설정한 후에 디바이스의 동작의 또 다른 일 예를 나타낸 흐름도 이다.
상기 도 17을 참조하면, 블루투스 메쉬 네트워크에서 상기 제 1 디바이스(300)가 라우팅 역할을 하고, 상기 제 2 디바이스(400)가 리프 역할을 하는 경우, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)와 연결을 통해서 메쉬 네트워크 내의 특정 디바이스로 메시지를 전송할 수 있다.
먼저, 단계(S18010) 및 단계(S18020)은 상기 도 16의 단계(S16010) 및 단계(S16020)과 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.
상기 제 1 디바이스가 전송하는 광고 메시지는 블루투스 메쉬 네트워크에서 상기 제 1 디바이스의 역할을 나타내는 역할 정보를 포함할 수 있다.
이후, 상기 제 1 디바이스(300)와 상기 제 2 디바이스(400)는 인증 절차(Authentication procedure) 및 보안 절차(Security Procedure)를 통해서 블루투스 LE 연결을 형성할 수 있다.
만약, 상기 제 1 디바이스(300)가 상기 제 2 디바이스(400)와 연결하고자 하지 않는 경우, 상기 제 2 디바이스(400)로부터의 연결 요청을 거부할 수 있다.
상기 제 1 디바이스(300)와 블루투스 LE 연결을 형성한 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 2 디바이스와 관련된 정보(제 2 정보)를 상기 제 1 디바이스(300)로 전송할 수 있으며(S18030), 이에 대한 응답을 수신할 수 있다(S18040).
이후, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 도 14 및 상기 도 15에서 살펴본 바와 같이 상기 제 1 디바이스로부터 메쉬 네트워크에서 사용하기 위한 주소를 할당 받을 수 있으며, 메시지를 전송하기 위한 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보를 수신할 수 있다.
이후, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 메쉬 네트워크에 포함되어 있는 특정 디바이스에게 메시지를 전송하고자 하는 경우, 상기 제 1 디바이스(300)에게 상기 메시지를 전송함으로써, 상기 특정 디바이스에게 메시지를 전송할 수 있다.
이때, 상기 특정 디바이스는 상기 제 2 디바이스와 블루투스 LE를 통한 연결 범위 밖에 위치 하고 있다고 가정한다.
예를 들어, 상기 제 2 디바이스(400)가 상기 특정 디바이스의 동작을 제어하기 위해서, 상기 특정 디바이스로 제어 메시지를 전송하고자 하는 경우, 상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)로 상기 제어 메시지를 전송한다.
상기 제어 메시지를 수신한 상기 제 1 디바이스(300)는 라우팅 테이블에 기초하여 상기 제어 메시지를 상기 특정 디바이스로 전송하기 위한 다음 디바이스로 전송한다.
상기 도 18에서 설명한 방법은 아래와 같은 상황에서 적용될 수 있다.
- 상기 제 2 디바이스(400)가 최초로 메쉬 네트워크에 참여하여 라우터 역할을 하는 디바이스와 연결 하는 경우.
- 연결된 라우터 역할을 하는 디바이스로부터 광고 메시지를 일정 시간 동안 받지 못하고 다른 라우터 역할을 하는 디바이스로부터 광고 메시지를 수신한 경우.
- 전송하고자 하는 메시지가 발생하여 주변의 라우터 역할을 하는 디바이스와 연결하고자 하는 경우.
하지만, 이에 한정되지 않고, 다양한 경우에 사용될 수 도 있다.
도 19은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 메시지를 전송하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 19를 참조하면, 상기 도 10에서 살펴본 리프 역할을 하는 디바이스가 메쉬 네트워크에서 다른 위치로 이동한 경우 별도의 라우팅 테이블의 업데이트 없이도 메시지를 목적지까지 전송할 수 있다.
먼저, 이동성을 가지는 모바일(mobile) 디바이스(1800-1)은 리프 역할을 수행하고, 이동성이 없는 전구 및 스위치는 라우터 역할을 수행한다고 가정한다.
상기 스위치, 전구 및 모바일 디바이스는 블루투스 메쉬 네트워크를 형성하고 있다.
이때, ① 상기 모바일 디바이스(1900-1)가 상기 스위치 A로 전구 C의 특정 동작을 제어하기 위한 제어 메시지를 전송할 수 있다. 예를 들면, 상기 전구 C의 전원을 OFF하기 위한 제어 메시지를 전송할 수 있다.
상기 라우터 역할을 하는 스위치 A는 릴레이 동작을 하여 상기 모바일 디바이스로부터 전송 받은 상기 제어 메시지를 인접한 다른 릴레이 기능을 하는 디바이스로 전송한다.
이때, 상기 스위치 A는 라우팅 테이블에 기초하여 상기 제어 메시지를 전송하며, 상기 모바일 디바이스(1800-1)는 리프 역할을 수행하므로, 상기 모바일 디바이스 이동에 의해서 라우팅 테이블이 업데이트 되지는 않는다.
상기 제어 메시지는 이와 같은 릴레이 동작을 통해서 목적지인 전구 C로 전송되며, 상기 전구 C는 상기 제어 메시지를 수신하여 전원을 OFF 하게 된다.
이때, 상기 모바일 디바이스(1800-1)은 상기 스위치 A와 블루투스 LE를 통해서 연결되어 있을 수 있다.
② 이후, 상기 모바일 디바이스가 다른 위치로 이동할 수 있다. 하지만 상기 모바일 디바이스(1900-1)는 리프 역할을 수행하므로, 상기 모바일 디바이스(1900-1)의 이동에 의해서 상기 스위치 A의 라우팅 테이블은 업데이트 되지 않는다.
상기 모바일 디바이스(1900-1)은 이동한 위치에서 상기 전구 C를 제어하고자 하는 경우, 주변의 라우터 역할을 하는 디바이스인 전구 C로 제어 메시지를 전송한다.
예를 들면, 상기 모바일 디바이스(1900-1)는 상기 전구 C의 전원을 OFF하기 위한 제어 메시지를 전송할 수 있다.
상기 라우터 역할을 하는 전구 B는 릴레이 동작을 하여 상기 모바일 디바이스로부터 전송 받은 상기 제어 메시지를 인접한 다른 릴레이 기능을 하는 디바이스로 전송한다.
이때, 상기 전구 B는 라우팅 테이블에 기초하여 상기 제어 메시지를 전송하며, 상기 모바일 디바이스(1800-1)는 리프 역할을 수행하므로, 상기 모바일 디바이스가 상기 전구 B의 위치로 이동하였다고 하여 상기 전구 B의 라우팅 테이블은 업데이트 되지는 않는다.
상기 제어 메시지는 이와 같은 릴레이 동작을 통해서 목적지인 전구 C로 전송되며, 상기 전구 C는 상기 제어 메시지를 수신하여 전원을 ON 하게 된다.
이때, 상기 모바일 디바이스(1800-1)은 상기 전구 B와 블루투스 LE를 통해서 연결되어 있을 수 있다.
이와 같이, 메쉬 네트워크를 구성하는 디바이스들의 역할을 각각 설정함으로써, 이동성이 많은 디바이스의 위치가 변경되더라도 라우팅 테이블을 빈번히 업데이트 하지 않을 수 있다.
도 20은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 메시지를 전송하기 위한 방법의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 20을 참조하면, 상기 도 10에서 살펴본 라우팅 역할을 하는 디바이스가 메쉬 네트워크에 참여하는 경우, 인접한 다른 라우팅 역할을 하는 디바이스와 라우팅 정보를 교환하여 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다.
먼저, 이동성을 가지는 모바일(mobile) 디바이스은 리프 역할을 수행하고, 이동성이 없는 전구 및 스위치는 라우터 역할을 수행한다고 가정한다.
상기 스위치, 전구 및 모바일 디바이스는 블루투스 메쉬 네트워크를 형성하고 있다.
이때, 라우팅 역할을 수행할 수 있는 디바이스가 메쉬 네트워크에 참여하는 경우, 예를 들면, 스위치 B(2000-1)가 설치되어 메쉬 네트워크에 참여하는 경우, 상기 도 12, 상기 도 13 및 상기 도 17에 살펴본 바와 같이 인접한 라우터 역할을 하는 전구 A와 라우팅 정보 및 디바이스 정보를 교환할 수 있다.
이후, 상기 전구 A는 상기 스위치 B(2000-1)의 정보 및 라우팅 정보를 인접한 다른 디바이스들로 전송할 수 있으며, 상기 전구 A 및 상기 라우팅 정보를 수신한 다른 디바이스들은 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다.
이때, 상기 스위치 B(2000-1)의 정보 및 상기 라우팅 정보는 플로딩 방식을 통해서 인접 디바이스들로 전송될 수 있다.
이후, 상기 메쉬 네트워크에서 라우팅 기법을 통해서 메시지가 전송되는 경우, 업데이트된 라우팅 테이블에 기초하여 메시지가 전송될 수 있다.
도 21은 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 메쉬 네트워크(Mesh Network)에서 메시지를 전송하기 위한 방법의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 21을 참조하면, 상기 도 10에서 살펴본 라우팅 역할을 하는 디바이스가 메쉬 네트워크에서 제외되는 경우, 인접한 다른 라우팅 역할을 하는 디바이스가 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다.
먼저, 이동성을 가지는 모바일(mobile) 디바이스은 리프 역할을 수행하고, 이동성이 없는 전구 및 스위치는 라우터 역할을 수행한다고 가정한다.
상기 스위치, 전구 및 모바일 디바이스는 블루투스 메쉬 네트워크를 형성하고 있다.
이때, 라우팅 역할을 수행할 수 있는 디바이스가 메쉬 네트워크에서 제외되는 경우, 예를 들면, 전구 A(2100-1)가 메쉬 네트워크에서 제외되는 경우, 상기 전구 A와 인접한 라우터 역할을 하는 스위치 B, 전구 C 및 전구 D는 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다.
이후, 상기 스위치 B, 전구 C 및 전구 D는 업데이트된 라우팅 정보를 인접한 다른 디바이스들로 전송할 수 있으며, 상기 업데이트된 라우팅 정보를 수신한 다른 디바이스들은 라우팅 테이블을 업데이트 할 수 있다.
이때, 상기 스위치 B, 전구 C 및 전구 D는 상기 업데이트된 라우팅 정보를 플로딩 방식을 통해서 인접 디바이스들로 전송할 수 있다.
이후, 상기 메쉬 네트워크에서 라우팅 기법을 통해서 메시지가 전송되는 경우, 업데이트된 라우팅 테이블에 기초하여 메시지가 전송될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 명세서는 블루투스 데이터 송수신에 관한 것으로서, 특히 블루투스 LE(Low Energy) 기술을 이용하여 메쉬 네트워크에서 디바이스간 메시지를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Claims (12)

  1. 블루투스의 메쉬 네트워크(mesh network)에서 제 1 디바이스의 역할을 설정하기 위한 방법에 있어서, 제 1 디바이스에 의해 수행되는 방법은,
    제어 디바이스로부터 상기 제 1 디바이스의 역할을 설정하기 위한 설정 정보를 포함하는 기입 요청 메시지(Write Request message)를 수신하는 단계;
    상기 기입 요청에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하는 단계;
    상기 설정 정보에 의해서 설정된 역할 정보를 포함하는 광고 메시지를 제 2 디바이스에게 전송하는 단계; 및
    상기 제 2 디바이스로 상기 제 1 디바이스와 관련된 제 1 정보를 포함하는 제 1 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 디바이스가 릴레이 기능을 수행하는 경우, 상기 제 1 정보는 라우팅 테이블을 업데이트하기 위한 제 1 라우팅 정보를 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 라우팅 정보는 메시지의 목적지 정보 및 상기 목적지 정보에 따라 상기 메시지를 전송하는 다음 디바이스를 나타내는 디바이스 정보를 포함하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 디바이스로 상기 제 2 디바이스와 관련된 제 2 정보를 요청하는 요청 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 제 2 정보를 포함하는 제 2 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제 2 정보는 상기 제 2 디바이스를 나타내는 ID를 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 정보는 라우팅 테이블 설정을 위한 제 2 라우팅 정보를 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 라우팅 정보는 메시지의 목적지 정보 및 상기 목적지 정보에 따라 상기 메시지를 전송하는 다음 디바이스를 나타내는 디바이스 정보를 포함하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 디바이스가 릴레이 기능을 수행하지 않는 경우, 상기 제 1 정보는 상기 제 1 디바이스를 제어하기 위한 제어 정보인 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 디바이스로부터 상기 제 2 디바이스와 관련된 제 2 정보를 포함하는 제 2 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 제 2 메시지에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제 2 정보는 상기 제 2 디바이스를 나타내는 ID를 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 메시지를 주변의 적어도 하나의 디바이스로 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 디바이스로부터 상기 메쉬 네트워크와 관련된 네트워크 정보를 요청하는 요청 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 네트워크 정보를 포함하는 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하되,
    상기 네트워크 정보는 상기 제 2 디바이스의 라우팅 테이블과 관련된 라우팅 정보 또는 상기 메쉬 네트워크를 나타내는 네트워크 ID 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스로부터 상기 제 1 디바이스의 역할 정보를 요청 하는 판독 요청 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 판독 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 역할 정보를 포함하는 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 블루투스의 메쉬 네트워크(mesh network)에서 디바이스의 역할을 설정하기 위한 제 1 디바이스에 있어서,
    외부와 무선 또는 유선으로 통신하기 위한 통신부; 및
    상기 통신부와 기능적으로 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    제어 디바이스로부터 상기 제 1 디바이스의 역할을 설정하기 위한 설정 정보를 포함하는 기입 요청 메시지(Write Request message)를 수신하는 단계;
    상기 기입 요청에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하는 단계;
    상기 설정 정보에 의해서 설정된 역할 정보를 포함하는 광고 메시지를 제 2 디바이스에게 전송하는 단계; 및
    상기 제 2 디바이스로 상기 제 1 디바이스와 관련된 제 1 정보를 포함하는 제 1 메시지를 전송하도록 제어하는 디바이스.
PCT/KR2016/002948 2015-03-24 2016-03-23 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치 WO2016153278A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/560,886 US10182327B2 (en) 2015-03-24 2016-03-23 Method and device for transmitting/receiving data in mesh network using bluetooth

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562137777P 2015-03-24 2015-03-24
US62/137,777 2015-03-24
US201562154741P 2015-04-30 2015-04-30
US62/154,741 2015-04-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016153278A1 true WO2016153278A1 (ko) 2016-09-29

Family

ID=56978169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/002948 WO2016153278A1 (ko) 2015-03-24 2016-03-23 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10182327B2 (ko)
WO (1) WO2016153278A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109168150A (zh) * 2018-08-24 2019-01-08 欧普照明股份有限公司 一种蓝牙快速组网方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10812993B2 (en) * 2017-07-31 2020-10-20 Silicon Laboratories Inc. Systems and methods for configuring and providing mesh communication between wireless devices
KR102331886B1 (ko) * 2017-12-21 2021-11-29 삼성전자주식회사 네트워크에서 노드를 제어하는 전자 장치 및 제어 방법
CN108199905A (zh) * 2018-02-01 2018-06-22 乐鑫信息科技（上海）有限公司 Mesh网络及其mesh设备和配网方法
DE102018116339B4 (de) 2018-07-05 2021-11-11 Auma Riester Gmbh & Co. Kg Stellantrieb
KR20200110086A (ko) 2019-03-15 2020-09-23 삼성전자주식회사 무선 통신 링크의 설정 방법 및 이를 지원하는 전자 장치
KR102258323B1 (ko) * 2019-07-17 2021-05-31 (주) 로보라이즌 블루투스 디바이스의 군집을 형성하는 방법
CN112584364B (zh) * 2019-09-30 2024-03-08 阿里巴巴集团控股有限公司 蓝牙网络及其通信方法、设备和存储介质
CN112566213B (zh) * 2021-02-22 2021-05-14 成都鑫芯电子科技有限公司 一种低功耗无线灌溉控制系统的自动中继方法
CN114339621B (zh) * 2021-12-30 2023-06-20 上海庆科信息技术有限公司 控制蓝牙网状网设备的方法、装置及电子装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070035851A (ko) * 2005-09-28 2007-04-02 삼성전자주식회사 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신시스템에서 중계국 타입 정보를 제공하기 위한 장치 및방법
KR20070094229A (ko) * 2006-03-17 2007-09-20 삼성전자주식회사 다중 홉 중계 방식을 사용하는 광대역 무선 접속통신시스템에서 중계국 기능을 협상하기 위한 장치 및 방법
JP2008141508A (ja) * 2006-12-01 2008-06-19 Koyo Electronics Ind Co Ltd Ｐｌｃシステムおよび該システムに用いるｐｌｃ
KR20140114751A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 한국전자통신연구원 공통의 제어 채널을 이용한 무선 통신 장치 및 이를 이용한 무선 통신 방법
US20150081840A1 (en) * 2013-09-13 2015-03-19 Qualcomm Incorporated System and method for multihop service discovery with member station proxy service advertisements

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8300565B2 (en) * 2006-05-08 2012-10-30 Nokia Corporation Multi mode host interface for and remote register and memory access of a wireless communication module
US9754002B2 (en) * 2014-10-07 2017-09-05 Excalibur Ip, Llc Method and system for providing a synchronization service

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070035851A (ko) * 2005-09-28 2007-04-02 삼성전자주식회사 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신시스템에서 중계국 타입 정보를 제공하기 위한 장치 및방법
KR20070094229A (ko) * 2006-03-17 2007-09-20 삼성전자주식회사 다중 홉 중계 방식을 사용하는 광대역 무선 접속통신시스템에서 중계국 기능을 협상하기 위한 장치 및 방법
JP2008141508A (ja) * 2006-12-01 2008-06-19 Koyo Electronics Ind Co Ltd Ｐｌｃシステムおよび該システムに用いるｐｌｃ
KR20140114751A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 한국전자통신연구원 공통의 제어 채널을 이용한 무선 통신 장치 및 이를 이용한 무선 통신 방법
US20150081840A1 (en) * 2013-09-13 2015-03-19 Qualcomm Incorporated System and method for multihop service discovery with member station proxy service advertisements

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109168150A (zh) * 2018-08-24 2019-01-08 欧普照明股份有限公司 一种蓝牙快速组网方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20180124550A1 (en) 2018-05-03
US10182327B2 (en) 2019-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016175638A1 (ko) 블루투스 메쉬 네트워크에서 디바이스의 주소를 할당하기 위한 방법 및 장치
WO2016175454A1 (ko) 블루투스 메쉬 네트워크를 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2016175640A1 (ko) 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2016167541A1 (ko) 블루투스 저전력 기술을 이용하여 디바이스를 연결하기 위한 방법 및 장치
WO2015194854A1 (ko) 블루투스 le(low energy) 기술을 이용하여 디바이스 간 커넥션을 형성하기 위한 방법 및 장치
WO2016153278A1 (ko) 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2016039598A1 (ko) 블루투스 기술을 이용하여 디바이스를 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2016182404A1 (ko) 블루투스 저전력 에너지 기술을 이용하여 대체 통신 수단을 연결하기 위한 방법 및 장치
WO2018097687A1 (ko) 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2018074892A1 (ko) 블루투스 기술을 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2016175575A1 (ko) 블루투스 메쉬 네트워크를 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2016122186A1 (ko) 블루투스 기술을 이용하여 디바이스를 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2018038459A1 (ko) 블루투스 기술을 이용하여 디바이스를 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2018169380A1 (ko) 블루투스 기술을 이용하여 오디오 신호를 처리하기 위한 방법 및 장치
WO2016175471A1 (ko) 블루투스를 이용한 메쉬 네트워크에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2018135926A1 (ko) 블루투스 통신 방법 및 장치
WO2016036139A2 (ko) 블루투스 le(low energy) 기술을 이용하여 디바이스를 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2016178542A1 (ko) 블루투스에서 데이터를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2018048268A1 (ko) 블루투스 기술을 이용하여 디바이스를 연결하기 위한 방법 및 장치
WO2016010347A1 (ko) 블루투스 le(low energy) 기술을 이용하여 디바이스의 위치를 측정하기 위한 방법 및 장치
WO2016017909A1 (ko) 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 전자기기를 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2016017908A1 (ko) 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 전자기기를 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2016017907A1 (ko) 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 전자기기를 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2018222024A1 (ko) 블루투스 le 기술을 이용하여 디바이스를 연결하기 위한 방법 및 장치
WO2016108646A1 (ko) 블루투스 le 기술을 이용하여 디바이스를 제어하기 위한 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16769096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15560886

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16769096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1