KR101213534B1 - Remote control system and method for underwater robot - Google Patents

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KR101213534B1
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박수현
남궁정일
윤남열
조희진
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강릉원주대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 다수의 수중로봇을 원격으로 제어할 수 있는 수중로봇 원격 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 원격 제어방법은 게이트웨이에서 수중통신 프로토콜의 광고구간에서 프리엠블 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계; 상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 그 선정된 클러스터에 가입을 위한 요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 수중로봇의 위치정보에 따라 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 단계; 상기 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 제어구간에서 각각 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 및 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 데이터 전송구간에서 상위 노드로부터 전송받은 상기 수중로봇에 대한 제어 메시지를 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계를 포함한다.
The present invention relates to an underwater robot remote control system and method capable of remotely controlling a plurality of underwater robots.
The remote control method of the present invention includes the steps of: broadcasting a preamble message to a plurality of underwater robots in a cluster to which the gateway belongs in the advertisement section of the underwater communication protocol; Selecting a cluster to join each of the plurality of underwater robots in a join section of the underwater communication protocol, and transmitting a join message including request information for joining the selected cluster and location information thereof to the gateway; Allocating a beacon frame to the plurality of underwater robots in the beacon section of the underwater communication protocol in the gateway and allocating a time slot for data transmission according to the location information of the underwater robot; Transmitting, by the underwater robot, the underwater information collection data to the gateway through time slots respectively allocated in the control section of the underwater communication protocol; And broadcasting, at the gateway, a control message for the underwater robot received from an upper node in the data transmission section of the underwater communication protocol to the plurality of underwater robots.

Description

수중로봇 원격 제어 시스템 및 방법{REMOTE CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR UNDERWATER ROBOT}Underwater robot remote control system and method {REMOTE CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR UNDERWATER ROBOT}

본 발명은 수중로봇 원격 제어시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 수중음파신호를 이용하여 수중로봇으로 비주기적으로 제어 메시지를 전송함으로써 다수의 수중로봇을 원격으로 제어할 수 있도록 하는 수중로봇 원격 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an underwater robot remote control system and method, and more particularly, to a remote underwater robot remote control system that can remotely control a plurality of underwater robots by transmitting a control message to the underwater robot using a sonar signal and It is about a method.

수중환경에서의 통신은 해양 데이터 수집, 해저 탐사 및 개발, 재난방지, 해양 환경 모니터링, 군사 전술 감시, 경로 탐색 등 다양한 분야에 활용이 가능하다. 이러한 수중통신은 AUV(Autonomous Underwater Vehicle)와 ROV(Remotely Operated Vehicle) 등과 같은 수중로봇에 의해 더욱 활성화되고 있다. 해저 탐사 및 개발 시스템의 효율적인 운용을 위해서는 수중 무선 통신을 이용한 수중로봇에 대한 제어 시스템 구축이 필수적이다. Communication in the aquatic environment can be used in a variety of areas, including marine data collection, seabed exploration and development, disaster prevention, marine environmental monitoring, military tactical monitoring, and route discovery. Such underwater communication is further activated by underwater robots such as AUV (Autonomous Underwater Vehicle) and ROV (Remotely Operated Vehicle). For efficient operation of the seabed exploration and development system, it is essential to build a control system for underwater robots using underwater wireless communication.

그러나, 수중통신은 지상에서 사용되는 무선(RF)통신과는 달리 전자파 및 광파가 급속하게 감쇄하기 때문에 수중음파에 의한 제한적인 통신만이 가능하다. 수중에서 사용되는 음파통신은 매우 제한된 대역폭을 지니므로 한 번에 전송할 수 있는 데이터량이 적고 다중경로와 페이딩 현상으로 인해 수중채널을 손상시킬 수 있다는 단점이 있다. 또한, 수중음파통신은 긴 전송지연과 패킷충돌로 인하여 배터리 소모에 대한 문제점도 지닌다. However, underwater communication, unlike radio (RF) communication used on the ground, because electromagnetic waves and light waves rapidly attenuate only limited communication by underwater sound waves. Acoustic wave communication used underwater has a very limited bandwidth, so there is a small amount of data that can be transmitted at one time and damage the underwater channel due to multipath and fading. In addition, sonar communication has a problem of battery consumption due to long transmission delay and packet collision.

종래에 노드들이 채널을 미리 확보하여 주어진 채널을 통해 데이터를 전송함으로써 수중환경에 적합하며 에너지 효율을 고려한 수중음파통신이 연구되어 왔다. 이는 초기화 구간에서 채널확보를 위해 제어 메시지를 전송하여 인접한 노드들에게 자신의 채널 사용시간을 알림으로써 각 노드의 전송채널을 설정하게 된다. 그러나, 채널을 미리 설정하므로 전송할 데이터가 없을 경우에는 채널의 불필요한 낭비가 발생하게 되고 노드의 수가 많아져서 채널의 수가 많아질 경우 채널 충돌에 의한 에너지 소모와 전송 지연이 발생한다는 단점이 있다. In the past, nodes have secured channels in advance and transmit data through a given channel, which is suitable for underwater environments, and has been studied for energy efficiency. This sets the transmission channel of each node by transmitting a control message to secure the channel in the initialization section and notifying adjacent nodes of their channel usage time. However, since the channel is set in advance, when there is no data to be transmitted, unnecessary waste of the channel is generated, and when the number of nodes increases due to the number of nodes, energy consumption and transmission delay due to channel collision occur.

또한, 이러한 문제를 보완하여 데이터 전송시 충돌을 최소화하기 위한 방법으로서 수중환경에서의 높은 전송지연과 낮은 대역폭을 고려하여 에너지 소모를 최소화하고 처리율을 최대화하는 기술이 제시되었다. 이러한 기술에서는 전송 사이클 구간을 슬롯예약 구간과 데이터 전송 구간으로 나뉘어져 있으며, 슬롯 예약 구간은 실제 데이터를 전송하기 위해 경쟁기반으로 필요한 슬롯을 예약하기 위한 구간이고 데이터 전송 구간에서는 데이터 전송이 이루어질 때를 제외하고 비활성 상태를 유지하므로 에너지 소모를 최소화하게 된다. 그러나 모든 노드가 슬롯 예약 구간에서 활성 상태를 유지해야하므로 불필요한 에너지 손실이 발생할 수 있으며, 같은 전송 범위 내의 노드가 동시에 동일한 예약 슬롯을 사용하여 예약 메시지를 전송하면 충돌이 발생하는 문제점이 있다.
In addition, as a method of minimizing collisions during data transmission to overcome this problem, a technique for minimizing energy consumption and maximizing throughput is proposed in consideration of high transmission delay and low bandwidth in an underwater environment. In this technology, the transmission cycle section is divided into a slot reservation section and a data transmission section. The slot reservation section is a section for reserving slots necessary for contention on the basis of contention, and data transmission section is excluded when data transmission is performed. And inactive, minimizing energy consumption. However, since all nodes must remain active in the slot reservation interval, unnecessary energy loss may occur, and if nodes within the same transmission range transmit reservation messages using the same reservation slot at the same time, a collision occurs.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 수중환경에서 미리 할당된 타임슬롯에 따라 다수의 수중로봇에서 데이터를 전송함으로써 충돌발생을 방지할 수 있도록 하는 수중로봇 원격 제어시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, a remote underwater robot remote control system for preventing collisions by transmitting data from a plurality of underwater robots according to a pre-allocated time slot in the underwater environment and The purpose is to provide a method.

또한, 본 발명은 다수의 수중로봇으로 비주기적인 제어메시지를 전송하여 수중로봇을 비주기적으로 제어함으로써 수중로봇 제어의 실시간성을 보장할 수 있는 수중로봇 원격 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an underwater robot remote control system and method capable of guaranteeing real-time control of the underwater robot control by asynchronously controlling the underwater robot by transmitting an aperiodic control message to a plurality of underwater robots. have.

또한, 본 발명은 상위 노드로부터 전달받은 각 수중로봇별 제어 메시지를 버퍼링 과정을 처려 하나의 메시지로 통합(merging)하여 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅(broadcasting)함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 수중로봇 원격 제어시스템 및 방법을 제공하는데 추가적인 목적이 있다.In addition, the present invention is a remote underwater robot that can increase the energy efficiency by broadcasting the control messages for each underwater robot received from the upper node into a single message through the buffering process (merging) to a single message It is an additional object to provide a control system and method.

나아가, 본 발명은 클러스터 내외로 수중로봇이 진입 및 이탈하는 경우에 다른 수중로봇들의 불필요한 에너지 소모를 방지할 수 있도록 하는 수중로봇 원격 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
Furthermore, another object of the present invention is to provide an underwater robot remote control system and method for preventing unnecessary energy consumption of other underwater robots when the robot enters and leaves the cluster.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

게이트웨이에서 수중통신 프로토콜의 광고구간에서 프리엠블 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계; 상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 그 선정된 클러스터에 가입을 위한 요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 수중로봇의 위치정보에 따라 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 단계; 상기 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 제어구간에서 각각 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 및 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 데이터 전송구간에서 상위 노드로부터 전송받은 상기 수중로봇에 대한 제어 메시지를 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계; 를 포함하는 수중로봇의 원격 제어방법을 제공한다.Broadcasting a preamble message to a plurality of underwater robots in a cluster to which the gateway belongs in the advertisement section of the underwater communication protocol; Selecting a cluster to join each of the plurality of underwater robots in a join section of the underwater communication protocol, and transmitting a join message including request information for joining the selected cluster and location information thereof to the gateway; Allocating a beacon frame to the plurality of underwater robots in the beacon section of the underwater communication protocol in the gateway and allocating a time slot for data transmission according to the location information of the underwater robot; Transmitting, by the underwater robot, the underwater information collection data to the gateway through time slots respectively allocated in the control section of the underwater communication protocol; And broadcasting, at the gateway, a control message for the underwater robot received from an upper node in the data transmission section of the underwater communication protocol to the plurality of underwater robots. It provides a remote control method of the underwater robot comprising a.

본 발명의 실시 예에서, 상기 타임슬롯을 할당하는 단계는 상기 조인 메시지에 포함된 수중로봇의 위치정보를 이용하여 상기 게이트웨이로부터 상기 수중로봇까지의 거리가 가까운 순서로 타임슬롯을 할당한다.In an embodiment of the present disclosure, the allocating the timeslots may include allocating the timeslots in the order in which the distances from the gateway to the underwater robots are close using the position information of the underwater robots included in the join message.

본 발명의 실시 예에서, 상기 게이트웨이에서 상기 상위 노드로부터 상기 수중로봇에 대한 제어 메시지를 비주기적으로 수신한다.In an embodiment of the present invention, the gateway receives aperiodic control message for the underwater robot from the upper node.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇에 대한 제어 메시지를 브로드캐스팅하는 단계는, 상기 게이트웨이에서 상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 각 수중로봇별 제어 메시지를 미리 설정된 시간 동안 버퍼링하는 단계; 상기 버퍼링된 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하는 단계; 상기 통합 제어 메시지를 암호화하는 단계; 및 상기 암호화된 통합 제어 메시지를 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계를 포함한다.In an embodiment of the present disclosure, the broadcasting of the control message for the underwater robot may include: buffering each of the underwater robot control messages received aperiodically from the upper node at the gateway for a preset time; Merging the buffered control message to produce one unified control message; Encrypting the integration control message; And broadcasting the encrypted integrated control message to the plurality of underwater robots.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇 원격 제어방법은, 새로운 수중로봇이 상기 클러스터 내로 진입하여 상기 게이트웨이로부터 브로드캐스팅되는 비콘 프레임을 수신하는 경우 상기 새로운 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 유지/슬립 구간에서 상기 클러스터에 가입을 위한 가입요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the underwater robot remote control method, when the new underwater robot enters into the cluster and receives the beacon frame broadcast from the gateway, the new underwater robot maintenance / sleep interval of the underwater communication protocol The method may further include transmitting a join message including the subscription request information for joining the cluster and its location information to the gateway.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇 원격 제어방법은, 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 다음 주기의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 각 수중로봇별 위치정보에 따라 타임슬롯을 할당하는 단계; 및 상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 다음 주기의 제어구간에서 상기 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 를 더 포함할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the underwater robot remote control method, the beacon frame in the beacon interval of the next period of the underwater communication protocol in the gateway broadcasts each of the underwater robot by broadcasting a plurality of underwater robot including the new underwater robot Allocating a timeslot according to the position information; And transmitting the underwater information collection data to the gateway through the allocated timeslot in a control section of a next period of the underwater communication protocol in a plurality of underwater robots including the new underwater robot. As shown in FIG.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇 원격 제어방법은, 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 다음 주기의 데이터 전송구간에서 상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 수중로봇별 제어 메시지를 상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the underwater robot remote control method, the new underwater robot to the control message for each underwater robot received aperiodically from the upper node in the data transmission section of the next period of the underwater communication protocol in the gateway The method may further include broadcasting to a plurality of underwater robots, including.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계는, 상기 게이트웨이에서 상기 각 수중로봇별 제어 메시지를 버퍼링하는 단계; 상기 버퍼링된 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하는 단계; 상기 통합 제어 메시지를 암호화하는 단계; 및 상기 암호화된 통합 제어 메시지를 상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계를 포함한다.In an embodiment of the present disclosure, broadcasting to the underwater robot may include: buffering each of the underwater robot control messages at the gateway; Merging the buffered control message to produce one unified control message; Encrypting the integration control message; And broadcasting the encrypted integrated control message to a plurality of underwater robots, including the new underwater robot.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇 원격 제어방법은, 상기 다수의 수중로봇이 위치를 이동하여 상기 게이트웨이와의 거리가 변경되는 경우 상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 및 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 수중로봇의 변경된 위치정보에 따라 타임슬롯을 할당하는 단계; 및 상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 제어구간에서 상기 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 를 더 포함한다.In an embodiment of the present invention, the underwater robot remote control method, when the plurality of underwater robot moves the position and the distance to the gateway is changed in the joining section of the underwater communication protocol in the plurality of underwater robot Transmitting a join message including location information to the gateway; And at the gateway, broadcasting a beacon frame to the plurality of underwater robots in a beacon section of the underwater communication protocol, and allocating a time slot according to the changed position information of the underwater robot; And transmitting the underwater information collection data to the gateway through the allocated timeslot in a control section of the underwater communication protocol in the plurality of underwater robots. .

본 발명의 실시 예에서, 상기 타임슬롯을 할당하는 단계는 상기 조인 메시지에 포함된 수중로봇의 변경된 위치정보를 이용하여 상기 게이트웨이로부터 상기 수중로봇까지의 거리가 가까운 순서로 타임슬롯을 할당함이 바람직하다.In an embodiment of the present disclosure, the allocating the timeslots may include allocating the timeslots in the order in which the distances from the gateway to the underwater robots are close using the changed position information of the underwater robots included in the join message. Do.

본 발명의 실시 예에서, 상기 타임슬롯을 할당받을 필요가 없는 수중로봇은 상기 수중통신 프로토콜의 유지/슬립 구간에서 슬립모드로 작동하여 비활성화 상태로 유지한다.
In an embodiment of the present invention, the underwater robot, which does not need to be allocated the timeslot, operates in a sleep mode in the maintenance / sleep period of the underwater communication protocol and maintains the inactive state.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,In addition, the present invention for achieving the above object,

수중통신 프로토콜의 광고구간에서 프리엠블 메시지를 자신이 속한 클러스터 내로 브로드캐스팅하고 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 클러스터 내로 브로드캐스팅하여 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하며 상기 수중통신 프로토콜의 데이터 전송구간에서 전송받은 다수의 제어 메시지를 상기 클러스터 내로 브로드캐스팅하는 게이트웨이; 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 그 선정된 클러스터에 가입을 위한 요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하고, 상기 수중통신 프로토콜의 제어구간에서 상기 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 다수의 수중로봇; 및 상기 다수의 수중로봇별 제어 메시지를 무선망을 통하여 상기 게이트웨이로 비주기적으로 전송하는 상위 노드를 포함하는 수중로봇의 원격 제어시스템을 제공한다.In the advertisement section of the underwater communication protocol, broadcast a preamble message into the cluster to which it belongs, and broadcast the beacon frame into the cluster in the beacon section of the underwater communication protocol to allocate a time slot for data transmission. A gateway for broadcasting a plurality of control messages received in a data transmission section into the cluster; In the join section of the underwater communication protocol, each of the clusters to which it joins is selected, and a join message including request information and its location information for joining the selected cluster is transmitted to the gateway, and the control section of the underwater communication protocol A plurality of underwater robots for transmitting the underwater information collection data to the gateway through the assigned timeslot; And an upper node that transmits the plurality of underwater robot-specific control messages aperiodically to the gateway through a wireless network.

본 발명의 실시 예에서, 상기 게이트웨이는 상기 다수의 수중로봇으로부터 수신된 조인 메시지에 포함된 수중로봇의 위치정보를 이용하여 상기 게이트웨이에서 상기 각 수중로봇까지의 거리가 가까운 순서로 타임슬롯을 할당한다.In an embodiment of the present invention, the gateway allocates timeslots in the order of distance from the gateway to each of the underwater robots using location information of the underwater robots included in the join messages received from the plurality of underwater robots. .

본 발명의 실시 예에서, 상기 게이트웨이는 상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 다수의 수중로봇별 제어 메시지를 미리 설정된 시간 동안 버퍼링하고 상기 버퍼링된 다수의 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하고, 상기 통합 제어 메시지를 암호화한 후 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅한다.In an embodiment of the present invention, the gateway buffers the plurality of underwater robot-specific control messages received aperiodically from the upper node for a predetermined time and merges the buffered plurality of control messages into one to integrate one. A control message is generated, and the integrated control message is encrypted and broadcasted to the plurality of underwater robots.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇 원격 제어시스템은 새로운 수중로봇이 상기 클러스터 내로 진입하여 상기 게이트웨이로부터 브로드캐스팅되는 비콘 프레임을 수신하는 경우 상기 새로운 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 유지/슬립 구간에서 상기 클러스터에 가입을 위한 가입요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송한다.In an embodiment of the present invention, the underwater robot remote control system is a new underwater robot enters into the cluster and receives a beacon frame broadcast from the gateway in the new underwater robot in the maintenance / sleep interval of the underwater communication protocol The join message including the subscription request information and its location information for joining the cluster is transmitted to the gateway.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중통신 프로토콜은 상기 광고구간 및 조인구간으로 이루어진 초기화 구간과, 상기 제어구간, 데이터 전송구간 및 유지/슬립 구간으로 이루어진 수퍼프레임 구간을 포함하는 프레임으로 이루어진다.In an embodiment of the present invention, the underwater communication protocol includes a frame including an initialization section consisting of the advertisement section and the join section, and a superframe section consisting of the control section, the data transmission section, and the maintenance / sleep section.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇 원격 제어시스템은 상기 다수의 수중로봇이 위치를 이동하여 상기 게이트웨이와의 거리가 변경되는 경우 상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하고 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 수중로봇의 변경된 위치정보에 따라 타임슬롯을 할당한다.
In an embodiment of the present invention, the underwater robot remote control system has its own position in the join section of the underwater communication protocol in the plurality of underwater robots when the distance from the gateway is changed by moving the plurality of underwater robots position A join message including information is transmitted to the gateway, and the beacon frame is broadcast to the plurality of underwater robots in the beacon section of the underwater communication protocol, and the timeslot is allocated according to the changed position information of the underwater robot.

또한, 본 발명은 In addition,

게이트웨이에서 프리엠블 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 광고구간; 상기 다수의 수중로봇에서 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 그 선정된 클러스터에 가입을 위한 요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 조인구간; 상기 게이트웨이에서 상기 다수의 수중로봇 정보, 타임슬롯 할당정보를 포함한 비콘 프레임을 생성하여 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅함으로써 상기 수중로봇의 위치정보에 따라 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 비콘구간; 상기 다수의 수중로봇에서 각각 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 제어구간; 상기 게이트웨이에서 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 수중로봇별 제어 메시지를 상기 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 데이터 전송구간; 및 새로운 수중로봇이 상기 클러스터 내부로 진입한 경우 상기 새로운 수중로봇에서 클러스터에 가입하기 위한 가입요청정보 및 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전달하는 유지/슬립 구간을 포함하는 수중로봇의 원격 제어를 위한 수중통신 프로토콜을 제공한다.An advertisement section in which the gateway broadcasts the preamble message to a plurality of underwater robots in its cluster; A join section for selecting a cluster to be joined by the plurality of underwater robots and transmitting a join message including request information for joining the selected cluster and location information thereof to the gateway; A beacon section for generating a beacon frame including the plurality of underwater robot information and time slot assignment information at the gateway and broadcasting to the plurality of underwater robots to allocate time slots for data transmission according to the position information of the underwater robot; A control section for transmitting the underwater information collection data to the gateway through timeslots assigned by the plurality of underwater robots; A data transmission section for broadcasting the underwater robot control message received aperiodically from the upper node in the gateway to the underwater robot; And a maintenance / sleep section that transmits a join message including subscription request information and location information for joining the cluster from the new underwater robot to the gateway when a new underwater robot enters the cluster. It provides an underwater communication protocol.

본 발명의 실시 예에서, 상기 데이터 전송구간에서 상기 게이트웨이는 상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 다수의 수중로봇별 제어 메시지를 일정시간 동안 버퍼링하고 상기 버퍼링된 다수의 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하여 상기 통합 제어 메시지를 암호화한 후 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅한다.
In an embodiment of the present invention, in the data transmission section, the gateway buffers the plurality of underwater robot-specific control messages transmitted aperiodically from the upper node for a predetermined time and merges the buffered plurality of control messages. It generates a single integrated control message to encrypt the integrated control message and broadcast it to the plurality of underwater robots.

본 발명에 따른 수중로봇 원격 제어시스템 및 방법은 하기와 같은 효과를 갖는다.Underwater robot remote control system and method according to the present invention has the following effects.

먼저, 본 발명은 수중환경에서 다수의 수중로봇에서 주기적으로 전송하는 데이터 간의 충돌발생을 방지할 수 있다.First, the present invention can prevent collisions between data periodically transmitted from a plurality of underwater robots in an underwater environment.

또한, 본 발명은 수중환경의 다수의 수중로봇을 원격지에서 원하는 시간에 비주기적으로 제어할 수 있다.In addition, the present invention can control a plurality of underwater robots in the aquatic environment aperiodically at a desired time at a remote location.

또한, 본 발명은 수중환경에서 다수의 수중로봇으로 전송할 다수의 제어 메시지를 하나의 메시지로 통합(merging)하여 브로드캐스팅함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve energy efficiency by merging and broadcasting a plurality of control messages to be transmitted to a plurality of underwater robots in an underwater environment.

나아가, 본 발명은 다수의 수중로봇이 자신의 클러스터 내외로 진입 및 이탈하는 경우에도 기존 수중로봇의 불필요한 에너지 소모를 방지할 수 있다.
Furthermore, the present invention can prevent unnecessary energy consumption of existing underwater robots even when a plurality of underwater robots enter and leave their clusters.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇 원격 제어 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중통신 프로토콜의 구조도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트웨이에서 제어 메시지의 통합에 의한 통합 제어 메시지 생성과정을 보이는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 수중로봇의 원격 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 새로운 수중로봇이 클러스터 내로 진입하는 경우에 대한 네트워크 토폴로지의 예시도.
도 6은 도 5에서의 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수중로봇의 원격 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수중로봇이 클러스터 내에서 이동하는 경우에 대한 네트워크 토폴로지의 예시도.
도 8은 도 7에서의 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수중로봇의 원격 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
1 is a schematic configuration diagram of an underwater robot remote control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a structural diagram of an underwater communication protocol according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a process of generating an integrated control message by integrating a control message in a gateway according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a remote control method of a plurality of underwater robots according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram of a network topology for a case where a new underwater robot enters into a cluster according to another embodiment of the present invention.
6 is a flow chart for explaining a remote control method of the underwater robot according to another embodiment of the present invention in FIG.
7 is an exemplary diagram of a network topology for a case where an underwater robot moves in a cluster according to another embodiment of the present invention.
8 is a flow chart for explaining a remote control method of the underwater robot according to another embodiment of the present invention in FIG.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 수중음파통신을 기반으로 다수의 수중로봇으로 비주기적으로 제어 메시지를 전송하고 각각의 수중로봇에서 자신에 할당된 타임슬롯을 이용하여 주기적으로 수중정보 수집 데이터를 전송하도록 한다. 이를 위하여 본 발명은 통신채널의 상태변화에 적응적이고 수중로봇의 이동성에 따른 토폴로지(topology)의 변화에 유연한 맥(MAC) 프로토콜을 제공한다. 또한 본 발명은 수중환경에 적합한 시분할다중접속(TDMA:Time Division Multiple Access) 기반의 MAC 프로토콜을 이용하여 수중로봇을 원격으로 제어하는 최적의 통신방식을 제공한다.
The present invention transmits a control message aperiodically to a plurality of underwater robots based on sonar communication, and periodically transmits underwater information collection data by using a time slot assigned to each underwater robot. To this end, the present invention provides a MAC (MAC) protocol that is adaptive to changes in the state of a communication channel and flexible to changes in topology according to the mobility of underwater robots. In addition, the present invention provides an optimal communication method for remotely controlling the underwater robot using a Time Division Multiple Access (TDMA) based MAC protocol suitable for aquatic environments.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇 원격 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram of an underwater robot remote control system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1에서와 같이 본 발명의 수중로봇 원격 제어 시스템은 지상노드(110), 다수의 게이트웨이(120) 및 다수의 수중로봇(130)을 포함하여 구성된다. 본 발명에서는 클러스터링(clustering) 기반의 구조화된 수중네트워크 토폴로지가 형성됨을 알 수 있다. 본 실시 예에서 네트워크 토폴로지는 2개의 클러스터(140,141)가 구비되고 각각의 클러스터(140,141)는 게이트웨이(120) 및 다수의 수중로봇(130)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the underwater robot remote control system of the present invention includes a ground node 110, a plurality of gateways 120, and a plurality of underwater robots 130. In the present invention, it can be seen that a clustering-based structured underwater network topology is formed. In the present embodiment, the network topology includes two clusters 140 and 141, and each cluster 140 and 141 includes a gateway 120 and a plurality of underwater robots 130.

수중로봇(130)은 수중환경에서 각종 수중정보를 주기적으로 수집하고 이를 무선음파신호를 이용하여 자신이 속한 클러스터에 위치한 게이트웨이(120)에게 전송한다. 게이트웨이(120)는 자신이 속한 클러스터의 헤드의 역할을 수행하고 다수의 수중로봇(130)으로부터 무선음파신호로 주기적으로 전송되는 수중정보 수집 데이터를 수신하여 무선망을 통해 지상노드(110)로 전송한다. 본 발명의 실시 예에서 이러한 무선망은 코드분할다중접속(CDMA:code division multiple access) 망을 이용할 수 있다. 이를 위해 기지국, 기지국제어기 등의 장치를 구비함으로써 넓은 범위까지 데이터를 전송하도록 할 수 있다.The underwater robot 130 periodically collects a variety of underwater information in the underwater environment and transmits it to the gateway 120 located in the cluster to which it belongs using a radio wave signal. The gateway 120 serves as a head of the cluster to which it belongs, receives underwater information collection data periodically transmitted as a radio wave signal from a plurality of underwater robots 130 and transmits it to the ground node 110 through a wireless network. do. In an embodiment of the present invention, such a wireless network may use a code division multiple access (CDMA) network. To this end, by providing a device such as a base station, a base station controller, it is possible to transmit data to a wide range.

또한, 게이트웨이(120)는 다수의 수중로봇(130)으로부터 주기적으로 전송되는 수중정보 수집데이터를 이용하여 수중정보 기반의 MAC 계층을 생성하고 이를 지속적으로 갱신한다. 게이트웨이(120)는 이와 같이 MAC 계층에 축적되는 수중정보를 바탕으로 각 수중로봇(130)의 수중 통신채널의 변화를 추정하여 자신이 속한 클러스터 내의 각 수중로봇(130)이 데이터 송수신시 충돌이 발생하지 않도록 시간 동기화 및 타임슬롯 할당을 수행한다. In addition, the gateway 120 generates a MAC layer based on the underwater information using the underwater information collection data periodically transmitted from the plurality of underwater robots 130 and continuously updates it. The gateway 120 estimates a change in the underwater communication channel of each underwater robot 130 based on the underwater information accumulated in the MAC layer, thereby causing a collision when each underwater robot 130 in the cluster to which it belongs transmits and receives data. Do time synchronization and time slot assignments.

본 발명에서는 상기와 같은 네트워크 토폴로지 구조에서 수중환경에 적합한 수중통신 프로토콜이 제공되어 게이트웨이(120)와 수중로봇(130) 간의 데이터 통신이 이루어지게 된다. 이러한 수중통신 프로토콜은 수중환경에 적합하며 적응적이고 동적인 맥(MAC) 프로토콜로서 P-MAC(Preamble-MAC) 프로토콜이라 한다. 본 발명에서는 이러한 P-MAC 프로토콜을 이용하여 수중음파통신을 수행하며 이를 통해 다수의 수중로봇(130)을 원격적으로 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다.
In the present invention, an underwater communication protocol suitable for an underwater environment is provided in the network topology structure as described above, thereby performing data communication between the gateway 120 and the underwater robot 130. This underwater communication protocol is suitable for the underwater environment and is called P-MAC (Preamble-MAC) protocol as an adaptive and dynamic MAC (MAC) protocol. The present invention provides a system and method for performing a sonic communication using the P-MAC protocol to remotely control a plurality of underwater robots 130 through this.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중통신 프로토콜의 구조도이다.2 is a structural diagram of an underwater communication protocol according to an embodiment of the present invention.

도 2와 같이 본 발명에 따른 수중통신 프로토콜은 초기 토폴로지 형성 및 시간 동기화를 위한 구간으로서 게이트웨이(120)는 내부의 데이터베이스를 생성 및 갱신하며 이를 기초로 시간 동기화 작업을 수행하고 다수의 수중로봇(130)은 적절한 클러스터에 가입하는 초기화 구간(initializaion period)(200)과, 데이터 전송을 수행하고 초기화 구간(200)에 의해 형성된 네트워크 토폴리지의 유지보수를 위한 수퍼프레임 구간(superframe period)(270)으로 이루어진다. As shown in FIG. 2, the underwater communication protocol according to the present invention is an interval for initial topology formation and time synchronization, and the gateway 120 creates and updates an internal database, and performs time synchronization based on this. ) Is an initialization period 200 that joins the appropriate cluster, and a superframe period 270 for performing data transmission and for maintaining the network topology formed by the initialization period 200. Is done.

초기화 구간(200)은 광고구간(advertisement period)(210) 및 조인구간(join period)(270)으로 구분된다. The initialization period 200 is divided into an advertisement period 210 and a join period 270.

광고구간(210)은 적응적 맥 프로토콜 기반의 프리엠블 메시지(preamble message)를 생성하고 게이트웨이(120)가 이를 일정 시간간격으로 다수의 수중로봇(130)으로 브로드캐스팅(broadcasting)하는 구간이다. 프리엠블 메시지는 시퀀스 넘버, 시간 간격, 반복 카운트, 송신이력 등의 정보가 포함된다. 이러한 프리엠블 메시지의 브로드캐스팅에 따라 다수의 수중로봇(130)은 채널상태 및 채널변이 등의 정보를 측정할 수 있고, 이를 통해 게이트웨이(120)가 자신이 속한 클러스터를 동적으로 구성하는데 필요한 정보로 활용된다. The advertisement section 210 generates a preamble message based on the adaptive MAC protocol and is a section in which the gateway 120 broadcasts it to the plurality of underwater robots 130 at predetermined time intervals. The preamble message includes information such as sequence number, time interval, repetition count, and transmission history. According to the broadcasting of the preamble message, the plurality of underwater robots 130 may measure information such as channel status and channel variation, and through this, the gateway 120 may provide information necessary for dynamically configuring a cluster to which the gateway 120 belongs. Are utilized.

조인구간(220)은 광고구간(210)에 의해 수집된 정보를 기초로 네트워크 토폴리지를 형성하는 구간이다. 이 구간(220)에서 다수의 수중로봇(130)은 자신이 가입할 클러스터를 선정하고, 그 클러스터에 가입하기를 희망하는 조인 메시지(join message)를 게이트웨이(120)로 전송한다. 조인 메시지에는 클러스터 가입요청정보, 각 수중로봇(130)의 위치정보, 채널상태, 채널변이, 수신이력 등의 정보가 포함된다. 이로써 게이트웨이(120)는 조인 메시지의 내용을 통해 수중로봇(130)의 전송 지연 시간(propagation delay time)을 예측할 수 있다. 또한, 게이트웨이(120)는 다수의 수중로봇(130)으로부터 전송받은 조인 메시지를 통해 후술하는 비콘 프레임(beacon frame)을 생성한다. 비콘 프레임(130)은 클러스터에 참여한 수중로봇(130)의 정보, 타임슬롯(time slot)의 할당정보, 수퍼프레임의 간격 및 반복주기, 활성화 및 비활성화 정보 등을 포함한다. 따라서, 게이트웨이(120)는 수중로봇(130)의 위치정보를 이용하여 다음 수퍼프레임 구간의 제어구간에서 각각의 수중로봇(130)에 관한 적절한 타임슬롯을 할당하게 된다. The join section 220 is a section for forming a network topology based on the information collected by the advertisement section 210. In this section 220, the plurality of underwater robots 130 selects a cluster to join, and transmits a join message to the gateway 120 to be joined to the cluster. The join message includes cluster subscription request information, location information of each underwater robot 130, channel status, channel variation, reception history, and the like. As a result, the gateway 120 may predict the propagation delay time of the underwater robot 130 through the contents of the join message. In addition, the gateway 120 generates a beacon frame, which will be described later, through join messages received from the plurality of underwater robots 130. The beacon frame 130 includes information of the underwater robot 130 participating in the cluster, allocation information of a time slot, interval and repetition period of the superframe, activation and deactivation information, and the like. Accordingly, the gateway 120 allocates an appropriate time slot for each underwater robot 130 in the control section of the next superframe section using the location information of the underwater robot 130.

다음으로, 수퍼프레임 구간(270)은 크게 비콘구간(beacon period)(230), 제어구간(control period)(240), 데이터전송구간(data transmission period)(250) 및 유지/슬립 구간(maintenance & sleep period)(260)으로 구분된다. Next, the superframe period 270 is largely beacon period (230), control period (240), data transmission period (data transmission period) 250 and maintenance / sleep period (maintenance & sleep period) 260.

비콘구간(230)은 상기와 같이 생성된 비콘 프레임을 발송하는 구간이다. The beacon section 230 is a section for sending the beacon frame generated as described above.

제어구간(240)은 초기화 구간(210)에서 획득한 다수의 수중로봇(130)의 위치정보를 통해 적절한 타임슬롯(241)을 할당하는 구간이다. 이때, 할당할 수 있는 타임슬롯(241)의 개수는 가변적이며 정책적으로 최대 노드 수를 설정해 놓는 것이 바람직하다. 그 이유는 제한 없이 많은 개수의 타임슬롯을 할당하게 된다면 많은 시간을 데이터 수신에 할당하게 되어 실시간성을 보장하는데 어려움이 있기 때문이다. 또한, 제어구간(240)은 다수의 수중로봇(130)이 각자 할당된 타임슬롯(241)을 통해 각 수중로봇(130)의 위치정보, 수중정보 수집 데이터 등을 포함한 데이터를 게이트웨이(120)로 전송하는 구간이다. 여기서, 각 수중로봇(130)의 위치정보는 수중로봇(130)의 이동에 따른 위치변화를 주기적으로 통보하기 위한 것이다. The control section 240 is a section for allocating an appropriate timeslot 241 through the location information of the plurality of underwater robots 130 obtained in the initialization section 210. At this time, the number of assignable timeslots 241 is variable and it is desirable to set the maximum number of nodes in a policy. The reason is that if a large number of timeslots are allocated without restriction, a large amount of time is allocated to data reception, which makes it difficult to guarantee real time. In addition, the control section 240 to the gateway 120, the data including the location information, underwater information collection data, etc. of each of the underwater robot 130 through the time slot 241 each of which is assigned a plurality of underwater robot (130) It is a section to transmit. Here, the position information of each underwater robot 130 is for periodically notifying the change in position according to the movement of the underwater robot (130).

데이터 전송구간(250)은 게이트웨이(120)가 지상노드(110)로부터 비주기적으로 전달받은 수중로봇(130)별 제어 메시지를 암호화(encapsulation) 과정을 거쳐 다수의 수중로봇(130)으로 브로드캐스팅하는 구간이다. 이때, 게이트웨이(120)는 지상노드(110)로부터 각각의 수중로봇(130)별로 제어 메시지를 비주기적으로 전달받는데, 내부의 버퍼장치에서 버퍼링한 후 하나의 제어 메시지로 통합(merging)하는 과정을 거쳐 통합 제어 메시지를 생성하고 이러한 통합 제어 메시지를 다수의 수중로봇(130)으로 브로드캐스팅한다. 따라서, 상기한 암호화 과정에서도 각 수중로봇(130)별 제어 메시지마다 각각 암호화 과정을 수행하는 것이 아니라 하나의 통합 제어 메시지에 대하여 암호화 과정을 수행하면 된다. 이로써 각 수중로봇(130)으로 통합 제어 메시지의 암호화 및 브로드캐스팅을 처리하므로 상대적으로 적은 에너지 소모를 발생시키고 데이터 처리 측면에서도 효율성이 향상된다.The data transmission section 250 broadcasts the control message for each underwater robot 130 received aperiodically from the ground node 110 to the plurality of underwater robots 130 through an encapsulation process. It is a section. At this time, the gateway 120 receives a control message for each underwater robot 130 aperiodically from the ground node 110. The gateway 120 performs a process of merging into a single control message after buffering in an internal buffer device. After generating the integrated control message and broadcasts the integrated control message to a number of underwater robot (130). Therefore, in the above encryption process, the encryption process may be performed on one integrated control message instead of performing the encryption process for each control message for each underwater robot 130. As a result, each underwater robot 130 processes encryption and broadcasting of the integrated control message, thereby generating relatively low energy consumption and improving efficiency in terms of data processing.

유지/슬립 구간(260)은 새로운 수중로봇(130)이 클러스터 내부로 진입할 경우 해당 수중로봇(130)이 유지모드로 작동하여 활성화 상태에서 클러스터에 가입하기 위한 가입 메시지를 생성하여 게이트웨이(120)로 전달하는 구간이다. 이로써 게이트웨이(120)는 다음 제어구간(240)에서 새로 가입한 수중로봇(130)을 위한 새로운 타임슬롯(241)을 할당하게 된다. 이때, 새로운 타임슬롯을 할당받을 필요가 없는 기존의 수중로봇(130)은 슬립모드로 작동하여 비활성화 상태를 유지하므로 불필요한 에너지 소모를 방지한다.
When the new underwater robot 130 enters into the cluster, the maintenance / sleep section 260 generates a subscription message for joining the cluster in the activated state by operating the underwater robot 130 in the maintenance mode. It is a section to transmit to. As a result, the gateway 120 allocates a new timeslot 241 for the newly joined underwater robot 130 in the next control section 240. At this time, the existing underwater robot 130 that does not need to be assigned a new timeslot operates in the sleep mode to maintain an inactive state to prevent unnecessary energy consumption.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트웨이에서 제어 메시지의 통합에 의한 통합 제어 메시지 생성과정을 보이는 도면이다.3 is a view illustrating a process of generating an integrated control message by integrating a control message in a gateway according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 게이트웨이(120)는 무선망을 통해 지상노드(110)로부터 각각의 수중로봇(130)별 제어 메시지를 비주기적으로 수신한다. 이를 통해 지상노드(110)는 각각의 수중로봇(130)별로 원격 제어를 수행할 수 있게 된다. 이때, 게이트웨이(120)는 각 수중로봇(130)별 제어 메시지를 비주기적으로 수신하게 되면 내부의 버퍼장치(미도시)를 이용하여 일정시간(t) 동안 제어 메시지를 버퍼링한 후 하나의 통합 제어 메시지로 생성한다. 이러한 통합 제어 메시지는 바람직하게는 프레임 구조로 생성될 수 있다. 이후, 통합 제어 메시지는 암호화 과정을 거친 후 다수의 수중로봇(130)으로 브로드캐스팅된다.
Referring to FIG. 3, the gateway 120 according to the present invention aperiodically receives a control message for each underwater robot 130 from the ground node 110 through a wireless network. Through this, the ground node 110 may perform remote control for each underwater robot 130. In this case, when the gateway 120 receives the control message for each underwater robot 130 aperiodically, the integrated control device buffers the control message for a predetermined time t using an internal buffer device (not shown). Create as a message. Such an integrated control message may preferably be generated in a frame structure. Thereafter, the integrated control message is broadcast to a plurality of underwater robot 130 after the encryption process.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 수중로봇의 원격 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a remote control method of a plurality of underwater robots according to an embodiment of the present invention.

도 4에서는 본 발명의 일 실시 예에 따라 게이트웨이(G/W)에서 수중음파신호를 이용하여 다수의 수중로봇(R1,R2,R3)과 메시지를 송수신하는 과정을 통해 다수의 수중로봇(R1,R2,R3)을 원격 제어하는 방법이 도시된다.In FIG. 4, a plurality of underwater robots R1, through a process of transmitting and receiving messages with the plurality of underwater robots R1, R2, and R3 using a sonic signal at the gateway G / W according to an embodiment of the present invention. A method of remotely controlling R2, R3) is shown.

도 4에서와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트웨이(G/W)는 초기화 구간(200)의 광고구간(210)에서 프리엠블 메시지(410)를 생성하고 이를 미리 설정된 일정 시간간격으로 다수의 수중로봇(R1,R2,R3)에 브로드캐스팅한다(S101). 이로써 수중로봇(R1,R2,R3)은 조인구간(220)에서 이와 같이 브로드캐스팅된 프리엠블 메시지(410)를 수신하여 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고, 그 선정된 클러스터에 가입하기 위하여 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 생성하여 게이트웨이(G/W)로 전송한다(S103).As shown in FIG. 4, the gateway G / W generates a preamble message 410 in the advertisement section 210 of the initialization section 200 and generates a plurality of preamble messages at predetermined time intervals. Broadcast to the underwater robot (R1, R2, R3) (S101). As a result, the underwater robots R1, R2, and R3 receive the broadcast preamble message 410 thus broadcasted in the joining section 220, respectively, to select a cluster to join each other, and to join the selected cluster. Create a join message including the location information of the transmission to the gateway (G / W) (S103).

이후에, 게이트웨이(G/W)는 비콘구간(230)에서 비콘 프레임을 생성하여 다수의 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅한다(S105). 이러한 비콘 프레임을 이용하여 각 수중로봇(R1,R2,R3)의 위치정보에 따라 각 수중로봇(R1,R2,R3)별 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당한다. 이후 수중로봇(R1,R2,R3)은 제어구간(240)에서 각자 할당된 타임슬롯(241)을 통해 수중정보 수집 데이터(420)를 게이트웨이(G/W)로 전송한다(S107). Thereafter, the gateway G / W generates a beacon frame in the beacon section 230 and broadcasts it to the plurality of underwater robots R1, R2, and R3 (S105). Using the beacon frame, time slots for data transmission for each underwater robot R1, R2, and R3 are allocated according to the location information of each underwater robot R1, R2, and R3. Subsequently, the underwater robots R1, R2, and R3 transmit the underwater information collection data 420 to the gateway G / W through the timeslot 241 allocated in the control section 240 (S107).

이때, 지상노드(110)에서 게이트웨이(G/W)를 통해 수중로봇(R1,R2,R3)에 대한 제어 메시지를 비주기적으로 전송할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(G/W)는 데이터 전송구간(250)에서 지상노드(110)로부터 비주기적으로 전송받은 각각의 수중로봇(R1,R2,R3)별 제어 메시지를 일정시간 동안 버퍼링한 후 통합(merging)과정을 거쳐 통합 제어 메시지로 생성하고 이를 암호화된 메시지(blocked message)(430)로 변환하여 다수의 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅한다(S109).At this time, the ground node 110 may transmit a control message for the underwater robot (R1, R2, R3) aperiodically through the gateway (G / W). In this case, the gateway G / W buffers the control messages for each underwater robot R1, R2, and R3 received aperiodically from the ground node 110 in the data transmission section 250 for a predetermined time, and then integrates them. Through the process of merging, an integrated control message is generated and converted into an encrypted message (blocked message) 430 and broadcasted to a plurality of underwater robots R1, R2, and R3 (S109).

이후에, 계속하여 게이트웨이(G/W)에서 다음 제어구간에서 새로운 비콘 프레임을 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅하고(S111), 수중로봇(R1,R2,R3)은 자신의 위치정보 및 수중정보 수집 데이터를 자신의 타임슬롯을 통해 게이트웨이(G/W)로 전송한다(S113). 이러한 위치정보는 각 수중로봇(R1,R2,R3)의 이동에 따른 위치변화를 주기적으로 통보하기 위한 것이다.
After that, the gateway G / W continuously broadcasts a new beacon frame to the underwater robots R1, R2, and R3 at the next control section (S111), and the underwater robots R1, R2, and R3 are at their positions. The collected information and the underwater information are transmitted to the gateway G / W through its time slot (S113). The location information is for periodically notifying the change of position according to the movement of each underwater robot (R1, R2, R3).

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 새로운 수중로봇이 클러스터 내로 진입하는 경우에 대한 네트워크 토폴로지의 예시도이다.5 is an exemplary diagram of a network topology when a new underwater robot enters into a cluster according to another embodiment of the present invention.

도 5에는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 다수의 클러스터(A,B,C,D)가 예시되어 있다. 각 클러스터(A,B,C,D)는 게이트웨이(G/W)와 다수의 수중로봇(R1~R11)을 포함한다. 이때, 클러스터별로 수중로봇의 개수는 변할 수 있음은 당연하다.5 illustrates a plurality of clusters A, B, C, and D according to another embodiment of the present invention. Each cluster A, B, C, and D includes a gateway G / W and a plurality of underwater robots R1 to R11. At this time, it is natural that the number of underwater robots can be changed for each cluster.

수중로봇(R1~R11)은 이동성이 보장되므로 임무수행 중에 자신이 최초에 속한 클러스터에서 다른 클러스터로 진입할 수 있다. 예컨대, 도면에 수중로봇(R4)이 기존 자신의 클러스터(C)에서 벗어나 다른 클러스터(A) 내로 진입하는 일례가 도시되어 있다. 이 경우, 수중로봇(R4)은 초기에 클러스터(C)에 속한 게이트웨이(GW2)와 수중통신을 수행하다가 나중에는 새로 진입한 클러스터(A)에 속한 게이트웨이(GW1)와 수중통신을 수행하게 된다.
Underwater robots R1 to R11 are guaranteed mobility so that they can enter another cluster from the cluster they belong to during the mission. For example, there is shown an example in which the underwater robot R4 leaves the existing cluster C and enters another cluster A. In this case, the underwater robot R4 initially performs underwater communication with the gateway GW2 belonging to the cluster C, and later performs underwater communication with the gateway GW1 belonging to the newly entered cluster A.

도 6은 도 5에서의 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수중로봇의 원격 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a remote control method of the underwater robot according to another embodiment of the present invention in FIG. 5.

도 6에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 새로운 수중로봇(R4)이 클러스터 내부로 진입하는 경우 게이트웨이(120)에서 수중음파신호를 이용하여 다수의 수중로봇(130)과 메시지를 송수신하는 과정을 통해 다수의 수중로봇(130)을 원격 제어하는 방법이 도시된다.In FIG. 6, when a new underwater robot R4 enters a cluster according to another embodiment of the present invention, the gateway 120 transmits and receives a message to and from a plurality of underwater robots 130 using a sonar signal. A method of remotely controlling a number of underwater robots 130 is shown.

도 5 및 도 6에서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트웨이(G/W1,G/W2)는 광고구간(210)에서 프리엠블 메시지를 생성하고, 이를 미리 설정된 시간간격으로 각각 자신이 속한 클러스터(A,C) 내의 수중로봇(R1,R2,R3,R4,R5,R6)으로 브로드캐스팅한다. 즉, 도면의 예시에서 클러스터(A)에서는 제1 게이트웨이(G/W1)에서 수중로봇(R1,R2,R3)으로, 그리고 클러스터(C)에서는 제2 게이트웨이(G/W2)에서 수중로봇(R4,R5,R6)으로 프리엠블 메시지를 각각 브로드캐스팅한다. 이로써, 각각의 수중로봇(R1~R6)은 조인구간(220)에서 이와 같이 브로드캐스팅된 프리엠블 메시지를 수신하여 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고, 그 선정된 클러스터에 가입하기 위하여 각각 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 게이트웨이(G/W1,G/W2)로 전송한다.5 and 6, the gateways G / W1 and G / W2 according to another embodiment of the present invention generate a preamble message in the advertisement section 210, and the clusters to which the gateways belong to each other at preset time intervals. Broadcast to underwater robots R1, R2, R3, R4, R5, and R6 in (A, C). That is, in the example of the drawing, in the cluster A, the first robot G / W1 to the underwater robots R1, R2, and R3, and in the cluster C, the underwater gateway R4 in the second gateway G / W2. Broadcast a preamble message with R5 and R6). Accordingly, each of the underwater robots R1 to R6 receives the preamble message broadcasted in this way in the joining section 220, selects clusters to join each of them, and joins the selected clusters to join the selected clusters. The join message including the location information is transmitted to the gateways G / W1 and G / W2.

이후, 제1게이트웨이(G/W1)에서 비콘 프레임을 생성하여 자신이 속한 클러스터(A) 내의 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅하여 각 수중로봇(R1,R2,R3)별로 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하고, 제2게이트웨이(G/W2)에서도 비콘 프레임을 생성하여 자신이 속한 클러스터(C) 내 수중로봇(R4,R5,R6)으로 브로드캐스팅함으로써 각 수중로봇(R4,R5,R6)의 위치정보에 따라 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당한다(S201). 이후 각각의 수중로봇(R1~R6)은 제어구간(240)에서 각자 할당된 타임슬롯(241)을 통해 수중정보 수집 데이터를 해당 게이트웨이(G/W1,G/W2)로 전송한다(S203). Thereafter, the first gateway G / W1 generates a beacon frame and broadcasts it to the underwater robots R1, R2, and R3 in the cluster A to which the first gateway G / W1 transmits data for each underwater robot R1, R2, and R3. Allocate the time slots for each of the underwater robots (R4, R5 and R5) by generating beacon frames in the second gateway (G / W2) and broadcasting them to the underwater robots (R4, R5, R6) in the cluster (C) to which they belong. In operation S201, a time slot for data transmission is allocated according to the location information of R 6. Afterwards, each of the underwater robots R1 to R6 transmits the underwater information collection data to the corresponding gateways G / W1 and G / W2 through the timeslot 241 allocated in the control section 240 (S203).

계속해서, 각 게이트웨이(G/W1,G/W2)는 데이터 전송구간(250)에서 지상노드(110)로부터 비주기적으로 전송받은 각 수중로봇(R1~R6)별 제어 메시지를 통합 제어 메시지로 생성하고 이를 암호화된 메시지(BM:blocked message)로 변환하여 각각의 해당 수중로봇(R1~R6)으로 브로드캐스팅한다(S205).Subsequently, each gateway G / W1 and G / W2 generates a control message for each underwater robot R1 to R6 received aperiodically from the ground node 110 in the data transmission section 250 as an integrated control message. Then, it is converted into an encrypted message (BM: blocked message) and broadcasted to the respective underwater robots R1 to R6 (S205).

이후에, 특정 수중로봇(R4)이 기존의 클러스터(C)를 이탈하여 새로운 클러스터(A)로 진입한 경우, 다음 제어구간(240)에서 제1게이트웨이(G/W1)가 비콘 프레임을 자신의 클러스터(A) 내의 수중로봇(R1,R2,R3,R4)으로 브로드캐스팅하여 각 수중로봇(R1,R2,R3,R4)별로 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당한다(S207). 그러면 해당 제어구간(240)에서 기존의 수중로봇(R1,R2,R3)은 수중정보 수집 데이터를 제1게이트웨이(G/W1)로 전송하고(S209), 데이터 전송구간(250)에서 제1게이트웨이(G/W1)가 지상노드(110)로부터 비주기적으로 전송받은 각 수중로봇(R1,R2,R3)의 통합 제어 메시지를 암호화된 메시지(BM:blocked message)로 변환하여 각각의 해당 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅한다(S211).Subsequently, when the specific underwater robot R4 leaves the existing cluster C and enters the new cluster A, the first gateway G / W1 may determine the beacon frame in the next control section 240. By broadcasting to the underwater robots R1, R2, R3, and R4 in the cluster A, time slots for data transmission for each underwater robot R1, R2, R3, and R4 are allocated (S207). Then, in the control section 240, the existing underwater robots R1, R2, and R3 transmit the underwater information collection data to the first gateway G / W1 (S209), and the first gateway in the data transmission section 250. (G / W1) converts the integrated control message of each underwater robot (R1, R2, R3) received aperiodically from the ground node (110) into an encrypted message (BM: blocked message) to convert the respective underwater robot ( Broadcast to R1, R2, R3 (S211).

이후에, 유지/슬립 구간(260)에서 새로운 클러스터(A) 내로 진입한 특정 수중로봇(R4)은 S207 단계에서 수신한 비콘 프레임을 수신하고 자신의 클러스터(A)에 참여하기 위한 조인 메시지를 제1게이트웨이(G/W1)로 전송한다(S213). 이로써, 다시 그 다음 제어구간(240)에서 제1게이트웨이(G/W1)는 자신의 클러스터(A) 내의 수중로봇(R1,R2,R3,R4)으로 비콘 프레임을 전송하고, 각 수중로봇(R1,R2,R3,R4)은 자신에게 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터 및 위치정보를 제1게이트웨이(G/W1)로 전송한다(S215). 이러한 과정들을 통해 수중로봇(R4)은 새로운 클러스터(A)에 참여하여 제1게이트웨이(G/W1)와 데이터를 송수신하게 된다.Thereafter, the specific underwater robot R4 entering into the new cluster A in the maintenance / sleep section 260 receives a beacon frame received in step S207 and issues a join message for joining its cluster A. FIG. It transmits to one gateway G / W1 (S213). Accordingly, in the next control section 240, the first gateway G / W1 transmits a beacon frame to the underwater robots R1, R2, R3, and R4 in its cluster A, and each underwater robot R1. , R2, R3, and R4 transmit the underwater information collection data and the location information to the first gateway G / W1 through the timeslot assigned thereto (S215). Through these processes, the underwater robot R4 participates in the new cluster A and transmits and receives data with the first gateway G / W1.

한편, S207 단계에서 수중로봇(R4)이 다른 클러스터로 이동하였으므로 제2게이트웨이(G/W2)에서 브로드캐스팅하는 비콘 프레임을 수중로봇(R4)은 수신하지 않으므로 기존의 수중로봇(R5,R6)만 제2게이트웨이(G/W2)와 데이터를 송수신하게 된다.
Meanwhile, since the underwater robot R4 is moved to another cluster in step S207, only the existing underwater robots R5 and R6 are not received because the underwater robot R4 does not receive the beacon frame broadcasted by the second gateway G / W2. Data is transmitted and received with the second gateway G / W2.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수중로봇이 클러스터 내에서 이동하는 경우에 대한 네트워크 토폴로지의 예시도이다.7 is an exemplary diagram of a network topology for a case where an underwater robot moves in a cluster according to another embodiment of the present invention.

도 7의 예시도에서 좌측의 클러스터에는 게이트웨이(G/W)(120)로부터 각 수중로봇(R1,R2,R3)(130)까지의 거리를 살펴보면 R3>R2>R1의 순으로 되어 있다. 이후 우측의 클러스터와 같이 수중로봇(R1,R2,R3)이 이동함으로써 게이트웨이(G/W)로부터 각 수중로봇(R1,R2,R3)까지의 거리를 살펴보면 R2>R3>R1의 순으로 되어 있다. 물론, 이러한 순서는 일례이며 거리의 순서는 변경이 가능하다.
In the example cluster of FIG. 7, the distance from the gateway (G / W) 120 to the underwater robots R1, R2, and R3 130 is in the order of R3>R2> R1. Subsequently, when the underwater robots R1, R2, and R3 move as shown in the cluster on the right, the distance from the gateway G / W to the respective underwater robots R1, R2, and R3 is in the order of R2>R3> R1. . Of course, this order is an example and the order of the distances can be changed.

도 8은 도 7에서의 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수중로봇의 원격 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 8 is a flowchart illustrating a method for remotely controlling an underwater robot according to still another exemplary embodiment of the present disclosure in FIG. 7.

도 8에서는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 특정 수중로봇(130)이 이동하는 경우 게이트웨이(G/W)(120)에서 수중음파신호를 이용하여 다수의 수중로봇(130)과 메시지를 송수신하는 과정을 통해 다수의 수중로봇(R1,R2,R3)(130)을 원격 제어하는 방법이 도시된다.In FIG. 8, when a specific underwater robot 130 moves according to another embodiment of the present invention, a gateway (G / W) 120 transmits and receives a message to and from a plurality of underwater robots 130 using a sonar signal. A method of remotely controlling a plurality of underwater robots (R1, R2, R3) 130 through the process is shown.

도 7 및 도 8에서, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 게이트웨이(G/W)는 광고구간(210)에서 프리엠블 메시지를 생성하고, 이를 미리 설정된 시간간격으로 각각 자신이 속한 클러스터 내의 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅한다. 이로써, 각 수중로봇(R1,R2,R3)은 조인구간(220)에서 이와 같이 브로드캐스팅된 프리엠블 메시지를 수신하여 클러스터에 가입하기 위한 조인 메시지를 게이트웨이로(G/W)로 전송한다.7 and 8, the gateway G / W according to another embodiment of the present invention generates a preamble message in the advertisement section 210, and at each preset time interval, the underwater robot in the cluster to which it belongs. Broadcast to (R1, R2, R3). Thus, each of the underwater robots R1, R2, and R3 receives the preamble message broadcasted in the join section 220 and transmits the join message to the gateway (G / W) to join the cluster.

이후에, 게이트웨이(G/W)에서 비콘 프레임을 생성하여 클러스터 내의 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅함으로써 각 수중로봇(R1,R2,R3)별 위치정보에 따라 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당한다(S301). 이때, 이러한 타임슬롯은 각 수중로봇(R1,R2,R3)의 거리에 따라 순차적으로 할당한다. 예컨대, 도 7의 좌측 클러스터의 경우 R1,R2,R3의 순으로 타임슬롯을 할당한다. 이로써, 수중로봇(R1,R2,R3)은 제어구간(240)에서 자신에게 할당된 타임슬롯(241)을 통해 게이트웨이(G/W)로 순차적으로 수중정보 수집 데이터를 전송한다(S303). Thereafter, the gateway G / W generates a beacon frame and broadcasts it to the underwater robots R1, R2, and R3 in the cluster, thereby transmitting data according to the location information of each of the underwater robots R1, R2, and R3. Allocates a slot (S301). At this time, these timeslots are assigned sequentially according to the distance of each underwater robot (R1, R2, R3). For example, in the left cluster of FIG. 7, timeslots are allocated in the order of R1, R2, and R3. Accordingly, the underwater robots R1, R2, and R3 sequentially transmit the underwater information collection data to the gateway G / W through the time slot 241 assigned to the control section 240 (S303).

계속해서, 게이트웨이(G/W)는 데이터 전송구간(250)에서 지상노드(110)로부터 비주기적으로 전송받은 수중로봇(R1,R2,R3)별 제어 메시지를 통합(merging)하여 통합 제어 메시지로 생성하고 이를 암호화된 메시지(BM:blocked message)로 변환하여 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅한다(S305).Subsequently, the gateway G / W merges the control messages for the underwater robots R1, R2, and R3 aperiodically transmitted from the ground node 110 in the data transmission section 250 to form an integrated control message. It generates and converts it into an encrypted message (BM: blocked message) and broadcasts it to underwater robots R1, R2, and R3 (S305).

이후의 S307~S311 단계에서 게이트웨이(G/W)는 수중로봇(R1,R2,R3)으로 비콘 프레임을 브로드캐스팅하고, 수중로봇(R1,R2,R3)이 게이트웨이(G/W)로 위치정보 및 수중정보 수집 데이터를 전송하며, 게이트웨이(G/W)에서 암호화된 통합 제어 메시지를 수중노드(R1,R2,R3)로 브로드캐스팅한다.Subsequent S307 to S311, the gateway G / W broadcasts the beacon frame to the underwater robots R1, R2, and R3, and the underwater robots R1, R2, and R3 locate the gateway G / W. And transmits the underwater information collection data and broadcasts the integrated control message encrypted at the gateway G / W to the underwater nodes R1, R2, and R3.

여기서, 도 7의 우측 클러스터와 같이 수중로봇(R1,R2,R3)의 거리가 변경된 경우, 즉 R2>R3>R1으로 변경된 경우에는 게이트웨이(G/W)에서 비콘 프레임을 수중로봇(R1,R2,R3)으로 브로드캐스팅하여 각 수중로봇(R1,R2,R3)의 변경된 위치정보에 따라 타임슬롯 순서를 변경하여 할당한다(S313). 즉, 각 수중로봇(R1,R2,R3)의 거리에 따라 타임슬롯을 순차적으로 할당한다. 예컨대, 도 7의 우측 클러스터의 경우 R1,R3,R2의 순서대로 타임슬롯을 할당한다. 이로써, 수중로봇(R1,R2,R3)은 제어구간(240)에서 자신에게 할당된 타임슬롯(241)의 순서(R1-R3-R2)에 따라 해당 게이트웨이(G/W)로 순차적으로 수중정보 수집 데이터를 전송한다(S315). Here, when the distances of the underwater robots R1, R2, and R3 are changed, that is, changed to R2> R3> R1, as shown in the right cluster of FIG. 7, the beacon frame is changed to the underwater robots R1 and R2. Broadcasts to R3), and changes the order of time slots according to the changed position information of each of the underwater robots R1, R2, and R3 (S313). That is, time slots are sequentially assigned according to the distance of each underwater robot R1, R2, R3. For example, in the right cluster of FIG. 7, timeslots are allocated in the order of R1, R3, and R2. Accordingly, the underwater robots R1, R2, and R3 sequentially receive the underwater information to the corresponding gateway G / W according to the order R1-R3-R2 of the timeslot 241 allocated to the underwater robot R1, R2, and R3. The collected data is transmitted (S315).

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope of the appended claims, The genius will be so self-evident. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

최근 해양자원의 개발이 요구됨에 따라 수중통신 기술에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 수중통신 기술은 다양한 분야로 확대되고 있다. 최근 다수의 응용분야가 융합화됨에 따른 수중통신 기술도 고려되고 있다. 특히, 수중환경에 이동성이 보장되는 수중로봇을 투입하여 더 넓은 지역에서 더 다양한 정보를 수집할 수 있게 되었다.Recently, as the development of marine resources is required, research and development on underwater communication technology is actively progressing. Such underwater communication technology is expanding to various fields. Recently, underwater communication technology is also being considered as a plurality of applications are converged. In particular, by incorporating mobile robots into the underwater environment, it is possible to collect more information in a wider area.

이에 이러한 융합분야에서는 다수의 수중로봇을 수중로봇에 대한 비주기적인 원격 제어가 필요하게 된다. 이러한 측면에서 본 발명은 수중환경에서 다수의 수중로봇을 원격지에서 비주기적으로 제어할 수 있으므로 수중자원 개발 분야에서 매우 유용하게 적용될 수 있다.
Accordingly, in this convergence field, a plurality of underwater robots require aperiodic remote control of the underwater robots. In this aspect, the present invention can be very useful in the field of underwater resource development because it can control a plurality of underwater robots in a remote place aperiodically in the remote environment.

110 : 지상노드 120 : 게이트웨이(G/W)
130 : 수중로봇 200 : 초기화구간
210 : 광고구간 220 : 조인구간
230 : 비콘구간 240 : 제어구간
250 : 데이터 전송구간 260 : 유지/슬립구간
270 : 수퍼프레임구간
110: ground node 120: gateway (G / W)
130: underwater robot 200: initialization section
210: advertising section 220: signing section
230: beacon section 240: control section
250: Data transmission section 260: Maintenance / sleep section
270: Super frame section

Claims (19)

게이트웨이에서 수중통신 프로토콜의 광고구간에서 프리엠블 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계;
상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 그 선정된 클러스터에 가입을 위한 요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계;
상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 수중로봇의 위치정보에 따라 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 단계;
상기 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 제어구간에서 각각 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 및
상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 데이터 전송구간에서 상위 노드로부터 전송받은 상기 수중로봇에 대한 제어 메시지를 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계; 를 포함하고,
상기 타임슬롯을 할당하는 단계는, 상기 조인 메시지에 포함된 수중로봇의 위치정보를 이용하여 상기 게이트웨이로부터 상기 수중로봇까지의 거리가 가까운 순서로 타임슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
Broadcasting a preamble message to a plurality of underwater robots in a cluster to which the gateway belongs in the advertisement section of the underwater communication protocol;
Selecting a cluster to join each of the plurality of underwater robots in a join section of the underwater communication protocol, and transmitting a join message including request information for joining the selected cluster and location information thereof to the gateway;
Allocating a beacon frame to the plurality of underwater robots in the beacon section of the underwater communication protocol in the gateway and allocating a time slot for data transmission according to the location information of the underwater robot;
Transmitting, by the underwater robot, the underwater information collection data to the gateway through time slots respectively allocated in the control section of the underwater communication protocol; And
Broadcasting, at the gateway, a control message for the underwater robot received from an upper node in the data transmission section of the underwater communication protocol to the plurality of underwater robots; Including,
The step of assigning the timeslot, remote control of the underwater robot, the time slots are assigned in the order that the distance from the gateway to the underwater robot using the position information of the underwater robot included in the join message Way.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 게이트웨이에서 상기 상위 노드로부터 상기 수중로봇에 대한 제어 메시지를 비주기적으로 수신하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
The method of claim 1,
And remotely receiving a control message for the underwater robot from the upper node in the gateway.
제3항에 있어서,
상기 수중로봇에 대한 제어 메시지를 브로드캐스팅하는 단계는,
상기 게이트웨이에서 상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 각 수중로봇별 제어 메시지를 미리 설정된 시간 동안 버퍼링하는 단계;
상기 버퍼링된 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하는 단계;
상기 통합 제어 메시지를 암호화하는 단계; 및
상기 암호화된 통합 제어 메시지를 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
The method of claim 3,
Broadcasting a control message for the underwater robot,
Buffering a control message for each of the underwater robots aperiodically transmitted from the upper node at the gateway for a preset time;
Merging the buffered control message to produce one unified control message;
Encrypting the integration control message; And
Broadcasting the encrypted integrated control message to the plurality of underwater robots; Remote control method of the underwater robot comprising a.
제1항에 있어서,
새로운 수중로봇이 상기 클러스터 내로 진입하여 상기 게이트웨이로부터 브로드캐스팅되는 비콘 프레임을 수신하는 경우 상기 새로운 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 유지/슬립 구간에서 상기 클러스터에 가입을 위한 가입요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
The method of claim 1,
When a new underwater robot enters into the cluster and receives a beacon frame broadcast from the gateway, the new underwater robot receives subscription request information and its location information for joining the cluster in the maintenance / sleep period of the underwater communication protocol. The remote control method of the underwater robot further comprising the step of transmitting a join message including a.
제5항에 있어서,
상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 다음 주기의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 각 수중로봇별 위치정보에 따라 타임슬롯을 할당하는 단계; 및
상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 다음 주기의 제어구간에서 상기 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
The method of claim 5,
At the gateway, broadcasting a beacon frame to a plurality of underwater robots including the new underwater robot in a beacon section of the next period of the underwater communication protocol and allocating a time slot according to the location information of each underwater robot; And
Transmitting underwater information collection data to the gateway through the allocated timeslot in a control section of a next period of the underwater communication protocol in a plurality of underwater robots including the new underwater robot; Remote control method of the underwater robot, characterized in that it further comprises.
제6항에 있어서,
상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 다음 주기의 데이터 전송구간에서 상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 수중로봇별 제어 메시지를 상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
The method according to claim 6,
And broadcasting, by the gateway, the plurality of underwater robots including the new underwater robot, the control messages for each of the underwater robots aperiodically transmitted from the upper node in the data transmission section of the next period of the underwater communication protocol. Remote control method of the underwater robot, characterized in that.
제7항에 있어서, 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계는,
상기 게이트웨이에서 상기 각 수중로봇별 제어 메시지를 버퍼링하는 단계;
상기 버퍼링된 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하는 단계;
상기 통합 제어 메시지를 암호화하는 단계; 및
상기 암호화된 통합 제어 메시지를 상기 새로운 수중로봇을 포함한 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
The method of claim 7, wherein broadcasting to the plurality of underwater robots,
Buffering the control message for each underwater robot at the gateway;
Merging the buffered control message to produce one unified control message;
Encrypting the integration control message; And
Broadcasting the encrypted integrated control message to a plurality of underwater robots, including the new underwater robot; Remote control method of the underwater robot comprising a.
제1항에 있어서,
상기 다수의 수중로봇이 위치를 이동하여 상기 게이트웨이와의 거리가 변경되는 경우 상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 및
상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 수중로봇의 변경된 위치정보에 따라 타임슬롯을 할당하는 단계; 및
상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 제어구간에서 상기 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
The method of claim 1,
When the plurality of underwater robots move their positions and the distance to the gateway is changed, transmitting a join message including their location information to the gateway in a join section of the underwater communication protocol by the plurality of underwater robots; And
At the gateway, broadcasting a beacon frame in the beacon section of the underwater communication protocol to the plurality of underwater robots and allocating a time slot according to the changed position information of the underwater robot; And
Transmitting the underwater information collection data to the gateway through the allocated timeslot in the control section of the underwater communication protocol in the plurality of underwater robots; Remote control method of the underwater robot, characterized in that it further comprises.
제9항에 있어서, 상기 타임슬롯을 할당하는 단계는,
상기 조인 메시지에 포함된 수중로봇의 변경된 위치정보를 이용하여 상기 게이트웨이로부터 상기 수중로봇까지의 거리가 가까운 순서로 타임슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
10. The method of claim 9, wherein assigning the timeslots comprises:
And assigning time slots in the order of close proximity to the underwater robot from the gateway by using the changed position information of the underwater robot included in the join message.
제6항 또는 제9항에 있어서,
상기 타임슬롯을 할당받을 필요가 없는 수중로봇은 상기 수중통신 프로토콜의 유지/슬립 구간에서 슬립모드로 작동하여 비활성화 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어방법.
10. The method according to claim 6 or 9,
The underwater robot, which does not need to be assigned the timeslot, operates in a sleep mode in a maintenance / slip section of the underwater communication protocol and maintains the inactive state.
수중통신 프로토콜의 광고구간에서 프리엠블 메시지를 자신이 속한 클러스터 내로 브로드캐스팅하고 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 클러스터 내로 브로드캐스팅하여 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하며 상기 수중통신 프로토콜의 데이터 전송구간에서 전송받은 다수의 제어 메시지를 상기 클러스터 내로 브로드캐스팅하는 게이트웨이;
상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 그 선정된 클러스터에 가입을 위한 요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하고, 상기 수중통신 프로토콜의 제어구간에서 상기 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 다수의 수중로봇; 및
상기 다수의 수중로봇별 제어 메시지를 무선망을 통하여 상기 게이트웨이로 비주기적으로 전송하는 상위 노드; 를 포함하고,
상기 게이트웨이는, 상기 다수의 수중로봇으로부터 수신된 조인 메시지에 포함된 수중로봇의 위치정보를 이용하여 상기 게이트웨이에서 상기 각 수중로봇까지의 거리가 가까운 순서로 타임슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어시스템.
In the advertisement section of the underwater communication protocol, broadcast a preamble message into the cluster to which it belongs, and broadcast the beacon frame into the cluster in the beacon section of the underwater communication protocol to allocate a time slot for data transmission. A gateway for broadcasting a plurality of control messages received in a data transmission section into the cluster;
In the join section of the underwater communication protocol, each of the clusters to which it joins is selected, and a join message including request information and its location information for joining the selected cluster is transmitted to the gateway, and the control section of the underwater communication protocol A plurality of underwater robots for transmitting the underwater information collection data to the gateway through the assigned timeslot; And
An upper node for aperiodically transmitting the plurality of underwater robot control messages to the gateway through a wireless network; Including,
The gateway assigns time slots in order of close proximity to each of the underwater robots using the location information of the underwater robots included in the join messages received from the plurality of underwater robots. Remote control system.
삭제delete 제12항에 있어서, 상기 게이트웨이는,
상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 다수의 수중로봇별 제어 메시지를 미리 설정된 시간 동안 버퍼링하고 상기 버퍼링된 다수의 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하고, 상기 통합 제어 메시지를 암호화한 후 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어시스템.
The method of claim 12, wherein the gateway,
The plurality of underwater robot-specific control messages received from the upper node are buffered for a predetermined time and merged the buffered control messages into a single integrated control message, and the integrated control message is generated. The remote control system of the underwater robot, characterized in that for encrypting and broadcasting to the plurality of underwater robots.
제12항에 있어서,
새로운 수중로봇이 상기 클러스터 내로 진입하여 상기 게이트웨이로부터 브로드캐스팅되는 비콘 프레임을 수신하는 경우 상기 새로운 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 유지/슬립 구간에서 상기 클러스터에 가입을 위한 가입요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어시스템.
The method of claim 12,
When a new underwater robot enters into the cluster and receives a beacon frame broadcast from the gateway, the new underwater robot receives subscription request information and its location information for joining the cluster in the maintenance / sleep period of the underwater communication protocol. Remote control system of the underwater robot, characterized in that for transmitting a join message including the gateway.
제15항에 있어서,
상기 수중통신 프로토콜은 상기 광고구간 및 조인구간으로 이루어진 초기화 구간과, 상기 제어구간, 데이터 전송구간 및 유지/슬립 구간으로 이루어진 수퍼프레임 구간을 포함하는 프레임으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어시스템.
16. The method of claim 15,
The underwater communication protocol is a remote control system of the underwater robot consisting of a frame comprising an initialization section consisting of the advertising section and the join section, and a super frame section consisting of the control section, data transmission section and maintenance / sleep section. .
제12항에 있어서,
상기 다수의 수중로봇이 위치를 이동하여 상기 게이트웨이와의 거리가 변경되는 경우 상기 다수의 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 조인구간에서 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하고 상기 게이트웨이에서 상기 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 비콘 프레임을 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하여 상기 수중로봇의 변경된 위치정보에 따라 타임슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어시스템.
The method of claim 12,
When the plurality of underwater robots move their positions and the distance from the gateway is changed, the plurality of underwater robots transmit a join message including their location information to the gateway in the join section of the underwater communication protocol, and at the gateway Broadcasting a beacon frame to the plurality of underwater robots in the beacon section of the underwater communication protocol, the remote control system of the underwater robot, characterized in that to allocate a time slot according to the changed position information of the underwater robot.
게이트웨이에서 프리엠블 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 광고구간을 형성하는 단계;
상기 다수의 수중로봇에서 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 그 선정된 클러스터에 가입을 위한 요청정보 및 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전송하는 조인구간을 형성하는 단계;
상기 게이트웨이에서 상기 다수의 수중로봇 정보, 타임슬롯 할당정보를 포함한 비콘 프레임을 생성하여 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅함으로써 상기 수중로봇의 위치정보에 따라 데이터 전송을 위한 타임슬롯을 할당하는 비콘구간을 형성하는 단계;
상기 다수의 수중로봇에서 각각 할당된 타임슬롯을 통해 수중정보 수집 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 제어구간을 형성하는 단계;
상기 게이트웨이에서 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 수중로봇별 제어 메시지를 상기 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 데이터 전송구간을 형성하는 단계; 및
새로운 수중로봇이 상기 클러스터 내부로 진입한 경우 상기 새로운 수중로봇에서 클러스터에 가입하기 위한 가입요청정보 및 위치정보를 포함한 조인 메시지를 상기 게이트웨이로 전달하는 유지/슬립 구간을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어를 위한 수중통신 프로토콜의 형성방법.
Forming, at the gateway, an advertisement section for broadcasting the preamble message to a plurality of underwater robots in a cluster to which the gateway belongs;
Selecting a cluster to be joined by the plurality of underwater robots and forming a join section for transmitting a join message including request information for joining the selected cluster and location information thereof to the gateway;
The gateway generates a beacon frame including the plurality of underwater robot information and timeslot allocation information and broadcasts the information to the plurality of underwater robots to allocate time slots for data transmission according to the position information of the underwater robot. Forming;
Forming a control section for transmitting the underwater information collection data to the gateway through timeslots allocated by the plurality of underwater robots;
Forming a data transmission section for broadcasting the underwater robot control message received aperiodically from an upper node in the gateway to the underwater robot; And
When the new underwater robot enters into the cluster, forming a maintenance / sleep section for transmitting a join message including subscription request information and location information for joining the cluster from the new underwater robot to the gateway; Method of forming an underwater communication protocol for remote control of the underwater robot comprising a.
제18항에 있어서,
상기 데이터 전송구간에서 상기 게이트웨이는 상기 상위 노드로부터 비주기적으로 전송받은 상기 다수의 수중로봇별 제어 메시지를 미리 설정된 시간 동안 버퍼링하고 상기 버퍼링된 다수의 제어 메시지를 통합(merging)하여 하나의 통합 제어 메시지로 생성하여 상기 통합 제어 메시지를 암호화한 후 상기 다수의 수중로봇으로 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 원격 제어를 위한 수중통신 프로토콜의 형성방법.
19. The method of claim 18,
In the data transmission section, the gateway buffers the plurality of underwater robot-specific control messages received from the upper node periodically for a predetermined time and merges the buffered plurality of control messages into one integrated control message. And encrypting the integrated control message and broadcasting to the plurality of underwater robots, wherein the underwater communication protocol for remote control of the underwater robot is generated.
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