KR101252486B1 - 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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KR101252486B1 KR1020120148622A KR20120148622A KR101252486B1 KR 101252486 B1 KR101252486 B1 KR 101252486B1 KR 1020120148622 A KR1020120148622 A KR 1020120148622A KR 20120148622 A KR20120148622 A KR 20120148622A KR 101252486 B1 KR101252486 B1 KR 101252486B1
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여명호
강태인
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국방과학연구소
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Abstract

본 명세서는 제한된 노드 수량, 노드 간 넓은 배치 간격 및, 장시간 운용 요구 등의 특성에 적합한 통신 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 명세서에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템은, 임의의 표적을 탐지할 때, 상기 탐지된 표적에 대응하는 탐지 정보를 생성하고, 데이터 전송을 위한 무선 주파수 상태를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 생성된 탐지 정보를 전송하는 센서 노드; 데이터 전송을 위한 단거리 무선 주파수 또는 장거리 무선 주파수 상태를 제어한 후, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 전송하는 중계 노드; 및 상기 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 분석하고, 상기 분석 결과를 출력하는 C2 단말기;를 포함한다.

Description

감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법{SURVEILLANCE AND RECONNAISSANCE SENSOR NETWORK SYSTEM AND CONTROLING METHOD THEREOF}
본 명세서는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 제한된 노드 수량, 노드 간 넓은 배치 간격 및, 장시간 운용 요구 등의 특성에 적합한 통신 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network : WSN)는, 사물이나 환경을 감지하고 제어할 수 있는 센서들 간 자율적 네트워크 구성을 통해 자동으로 원격 환경 정보의 수집이 가능하고 위치 기반으로 적이나 차량의 침입을 탐지하며 추적할 수 있는 시스템이다.
배터리로 운영되는 이러한 무선 센서 네트워크의 특성상 노드의 운영 시간 증대를 위해 저전력 하드웨어, 저전력 네트워크 프로토콜, 소프트웨어적인 저전력 관리 등과 같은 저전력 센서 네트워크에 관련된 연구 개발이 다양하게 진행되고 있다. 이러한 무선 센서 네트워크에서 적용되는 저전력 기술은, 보통 대규모 네트워크를 대상으로 하고, 작은 전송 전력을 통한 멀티 홉으로 탐지된 데이터를 전달한다.
또한, 침입자를 탐지하는 감시 정찰 센서 네트워크는, 네트워크 규모가 작고, 규모에 비해 시스템이 커버할 영역이 크다. 또한, 시스템 설치 지역은, 접근이 용이하지 않아서, 한번 설치가 되면 장시간 운용이 가능해야 한다.
따라서, 상기 무선 센서 네트워크에서 개발한 저전력 기술을 상기 감시 정찰 센서 네트워크 시스템에 그대로 적용할 경우, 상기 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다.
한국 특허 출원 번호 제10-2009-0089766호
본 명세서의 목적은, 제한된 노드 수량, 노드 간 넓은 배치 간격 및, 장시간 운용 요구 등의 특성에 적합한 통신 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 명세서의 다른 목적은, 노드별 운용 모드를 정의하고, 노드별 저전력 운용 방법을 제공하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템은, 임의의 표적을 탐지할 때, 상기 탐지된 표적에 대응하는 탐지 정보를 생성하고, 데이터 전송을 위한 무선 주파수 상태를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 생성된 탐지 정보를 전송하는 센서 노드; 데이터 전송을 위한 단거리 무선 주파수 또는 장거리 무선 주파수 상태를 제어한 후, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 전송하는 중계 노드; 및 상기 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 분석하고, 상기 분석 결과를 출력하는 C2 단말기;를 포함한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서 노드는, 상기 중계 노드와 1 홉(hop)으로 직접 연결할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서 노드는, 데이터 레이트(data rate)가 1.2kbps ~ 38.4kbps 일 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 중계 노드는, 상기 센서 노드와의 데이터 전송을 위한 듀티 사이클이 적용된 단거리 무선 주파수를 통해, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하며, 상기 장거리 무선 주파수를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 수신된 탐지 정보를 전송하는 제1 중계 노드(RNsr); 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제1 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하며, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 전송하는 제2 중계 노드(RNrr); 및 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제2 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하며, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 제3 중계 노드(RNrc2);를 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법은, 센서 노드와 중계 노드와 C2 단말기가 상호 연동하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 센서 노드를 통해, 임의의 표적을 탐지할 때, 상기 탐지된 표적에 대응하는 탐지 정보를 생성하는 단계; 상기 센서 노드를 통해, 상기 센서 노드와 상기 중계 노드 간의 데이터 전송을 위한 무선 주파수 상태를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 생성된 탐지 정보를 상기 중계 노드에 전송하는 단계; 및 상기 중계 노드를 통해, 데이터 전송을 위한 단거리 무선 주파수 또는 장거리 무선 주파수 상태를 제어한 후, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 단계;를 포함한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 C2 단말기를 통해, 상기 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 단계; 및 상기 C2 단말기를 통해, 상기 수신된 탐지 정보를 분석하고, 상기 분석 결과를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 단계는, 상기 중계 노드에 포함된 제1 중계 노드(RNsr)의 상기 센서 노드와의 데이터 전송을 위한 듀티 사이클이 적용된 단거리 무선 주파수를 통해, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 과정; 상기 제1 중계 노드를 통해, 중계 노드 간의 통신을 위한 장거리 무선 주파수를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 중계 노드에 포함된 제2 중계 노드(RNrr)에 전송하는 과정; 상기 제2 중계 노드를 통해, 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제1 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 과정; 상기 제2 중계 노드를 통해, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 상기 중계 노드에 포함된 제3 중계 노드(RNrc2)에 전송하는 과정; 상기 제3 중계 노드를 통해, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제2 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 과정; 및 상기 제3 중계 노드를 통해, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법은, 제한된 노드 수량, 노드 간 넓은 배치 간격 및, 장시간 운용 요구 등의 특성에 적합한 통신 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공함으로써, 감시 영역을 확대하고 운용 시간을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 및 그의 제어 방법은, 노드별 운용 모드를 정의하고, 노드별 저전력 운용 방법을 제공함으로써, 시스템 효율을 증가시키고, 실제 무기 체계에 적합한 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 센서 노드와 중계 노드의 1홉 연결(또는, 직접 연결)을 나타낸 도이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 전송 거리 및 장애물에 의한 전송 전력 차이를 나타낸 도이다.
도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 센서 노드 및 중계 노드의 스케줄링 방법을 나타낸 도이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 통신 과정을 보인 신호 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 감시 정찰 센서 네트워크 시스템(10)은, 센서 노드(100), 중계 노드(200) 및, C2 단말기(300)로 구성된다. 도 1에 도시된 감시 정찰 센서 네트워크 시스템(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 감시 정찰 센서 네트워크 시스템(10)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 감시 정찰 센서 네트워크 시스템(10)이 구현될 수도 있다.
상기 센서 노드(Sensor Node : SN)(100)는, 자기, 진동, 소리, 빛 및, 열 등을 감지할 수 있는 센서를 포함한다. 여기서, 상기 센서는, PIR(Pyroelectric Infrared Ray) 센서, 이미지 센서, 전자파 센서, 진동 센서, 음향 센서 및, 자기 센서 등을 포함한다. 이때, 상기 센서 노드(100)는, 탐지하려는 표적 종류, 센서 설치 지역 특성 등에 따라 적절한 센서를 선택하여 설치한다.
또한, 상기 센서 노드(100)는, 적 진영을 포함한 비우호 지역에서 네트워크를 구성할 수 있는 자기구성(self-configuration) 기능을 포함한다.
또한, 상기 센서 노드(100)는, 센서 파괴 및 고장에 대비한 자기복구(self-healing) 기능을 포함한다.
또한, 상기 센서 노드(100)는, 침입하는 표적을 탐지하고, 상기 탐지된 신호를 근거리 무선 통신을 통해 상기 중계 노드(200)에 전송(또는, 전달)한다.
또한, 상기 센서 노드(100)는, 기존에 비해 상기 센서 노드(100)의 전송 거리를 증가시켜, 상기 센서 노드(100)의 설치 가용 범위를 넓히도록 구성한다.
즉, 상기 센서 노드(100)의 전송 거리를 증가시키기 위한 방법으로는, 무선 주파수(Radio Frequency : RF) 신호를 증폭하거나 또는, 전송 속도를 낮추는 방법이 있다. 이때, 상기 센서 노드(100)가 임의의 침입자를 탐지하기 위해서 신호 처리에 많은 에너지를 소모하는 것을 고려하여, 상기 증폭기를 사용하는 방법보다 상기 전송 속도를 낮춰서 전송 거리를 증대시키는 방법이 더 효율적이다.
또한, 상기 전송 속도와 상기 전송 거리의 관계는, 비트 에러 발생 확률(Bit Error Rate : BER)을 통해 확인할 수 있다. 상기 비트 에러 발생 확률(PrGFSK)은, 신호 변조 방식에 따라 달라지며, GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)의 변조 방식을 사용하는 TI 사의 RF 칩인 CC1101의 비트 에러 발생 확률(PrGFSK)은 아래의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012105442711-pat00001
Figure 112012105442711-pat00002
여기서, 상기 Eb는 신호의 에너지이고, 상기 NO는 노이즈 전력 밀도이고, 상기 Ptx는 전송 전력값이고, 상기 d는 전송 거리이고, 상기 Tb는 비트 주기이고, 상기 α는 경로 손실 관계를 나타내는 상수로 자유 공간의 경우 2이고, 상기 Q는 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)를 나타낸다.
또한, 전송 거리에 따른 전송 속도의 변화를 알기 위해 상기 [수학식 1]을 상기 Tb로 정리하면 아래의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112012105442711-pat00003
상기 [수학식 2]에 나타난 바와 같이, 상기 전송 거리(d)와 상기 비트당 전송 시간(Tb 또는, 비트 주기)는, 비례 관계이다. 즉, 상기 전송 거리(d)가 증가하면 비트당 전송 시간(Tb)이 증가하며, 상기와 같은 특성은 데이터 레이트(data rate)가 감소하는 것이다. 즉, 상기 데이터 레이트를 줄이면(또는, 감소시키면) 상기 전송 거리(d)가 늘어난다(또는, 증가한다). 이때, 상기 데이터 레이트는, 1.2kpbs ~ 250kbps 범위를 포함하며, 바람직하게는 1.2kbps ~ 38.4kbps일 수 있다.
또한, 상기 센서 노드(100)는, 상기 센서 노드(100)와 상기 중계 노드(200)를 1 홉(hop)으로 연결해서 상기 센서 노드(100)의 에너지 소모율을 균등하게 구성한다.
즉, 상기 센서 노드(100)는, 적은 전송 전력으로 많은 멀티 홉을 통해 에너지 소모를 줄이던 기존 방식 대신에, 도 2에 도시한 바와 같이, 전송 전력을 높여서 1홉으로 상기 센서 노드(SN)(100)와 상기 중계 노드(RN)(200)를 연결한다.
이와 같이, 중계 노드에 가까이 있는 노드는 자신이 탐지한 정보뿐만 아니라, 다른 센서 노드가 탐지한 정보도 함께 전달해야하기 때문에 상대적으로 중계 노드에서 멀리 떨어진 노드에 비해 에너지 소모가 더 빨라져 네트워크 지속 시간이 감소하는 기존 방식에 비해, 전송 전력을 높여 상기 센서 노드(100)와 상기 중계 노드(200)를 1홉으로 직접 연결하여 데이터를 전송함에 따라, 중계 노드(200) 주변에 있는 센서 노드(100)의 에너지 소모량이 더 빨리 고갈되는 문제가 발생하지 않아 노드 운용 시간이 늘어나며, 상기 센서 노드(100)의 설치 가용 범위를 확대할 수 있다.
또한, 상기 센서 노드(100)는, 1홉으로 상기 센서 노드(100)와 상기 중계 노드(200)가 직접 연결이 안 될 경우에는, 상기 센서 노드(100)에 이웃한(또는, 인접한) 다른 센서 노드(100)를 통해 상기 중계 노드(200)와 연결한다. 이때, 상기 중계를 하는 상기 다른 센서 노드(100)는, 표적을 탐지하는 센서 역할 대신에 중계 역할로 변경하여 운용한다.
이와 같이, 상기 중계를 하는 상기 다른 센서 노드(100)가 센서 역할 대신에 중계 역할만을 수행함에 따라, 해당 센서 노드(100)가 탐지 역할과 중계 역할을 병행할 경우 에너지 소모량이 증가해서, 센서 노드 운용 시간이 줄어들어, 전체 네트워크 운용 시간에 영향을 주는 점을 방지할 수 있다.
또한, 상기 센서 노드(100)는, 해당 센서 노드(100)의 역할 및 운용 모드를 미리 설정(또는, 정의)한다.
즉, 상기 센서 노드(100)의 역할은, 임의의 표적을 탐지하는 표적 탐지 기능(또는, 표적 탐지 역할)과, 상기 탐지된 탐지 정보(또는, 탐지 신호/데이터)를 중계 노드(200)에 전송(또는, 전달)하는 탐지 정보 전달 기능(또는, 탐지 정보 전달 역할)을 포함한다.
또한, 상기 센서 노드(100)의 운용 모드는, 설치 모드, 탐지 모드 및, 중계 모드를 포함한다. 여기서, 상기 설치 모드(또는, 상기 센서 노드(100)의 설치 모드)는, 상기 센서 노드(100)에 전원이 인가된 초기 상태인 경우에 대응하며, 시스템 설정 시간을 최소화하기 위해서 통신 주기는 듀티 사이클(duty cycle)을 적용하지 않는다. 또한, 상기 초기 상태에서 임무 상태로 전환하면, 상기 센서 노드(100)의 운용 모드는, 상기 탐지 모드 또는 상기 중계 모드로 동작한다. 또한, 상기 탐지 모드(또는, 상기 센서 노드(100)의 탐지 모드)에서는, 평상시에는 무선 주파수(RF)를 오프하여 오프 상태(off state)(또는, 슬립 상태(sleep state)/대기 상태)를 유지하다가 임의의 표적을 탐지하여 탐지 정보가 생성될 경우, 상기 무선 주파수를 오프 상태에서 온 상태(또는, 웨이크 업(wake-up) 상태)로 전환한 후, 상기 탐지 정보를 상기 중계 노드(200)에 전송한다. 또한, 상기 탐지 모드에서 상기 센서 노드(100)는 상기 중계 노드(200)와 직접 연결을 우선하지만, 만약 자식 노드가 연결되면, 탐지 모드를 중계 모드로 전환하여 탐지 정보를 중계하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 센서 노드(100)가 상기 중계 모드로 전환하면, 통신 주기는 듀티 사이클을 적용한다.
또한, 상기 감시 정찰 센서 네트워크 시스템(10)에서, 보통 노드 간 통신 시 전송 전력은, 고정된 값을 설정한다. 이때, 상기 노드 간 통신 시 전송 전력값은, 도 3에 도시한 바와 같이, 전송 거리 및, 지형 등과 같은 공간적인 요소와, 날씨 조건 등과 같은 일시적인 요소에 따라 차이가 있으며, 최적의 전송 전력값을 찾아 유지할 경우, 에너지 소모량을 줄일 수 있다.
또한, 상기 최적의 전송 전력을 찾기 위한 방법은, 네트워크를 형성할 때는 노드의 전송 전력을 최대화하여 직접 연결 가능성을 판단한 후, 직접 연결이 가능할 경우 전송 전력값을 점차 줄여서 최적의 상태를 찾는다. 또한, 시스템을 운용하는 동안에도, 지속적으로 네트워크 연결 상태를 모니터링하여, 최적의 상태를 유지한다.
또한, 전송 전력값 조절은, 상기 도 3에 도시한 센서 노드와 중계 노드에 적용 가능하며, 상기 센서 노드의 경우에는 상기 센서 노드 RF 모듈을 평상시에 오프하는 경우가 많으므로 전력 소모량을 줄이는 효과가 다소 적으며, 증폭기를 사용하는 상기 중계 노드의 경우에는 상기 전송 전력값 조절 방법이 에너지 소모량을 줄이는 데 효과적이다.
상기 중계 노드(Relay Node : RN)(200)는, 상기 센서 노드(100)와 상기 C2 단말기(300) 간의 중계 역할을 수행한다.
또한, 상기 중계 노드(200)는, 단거리 무선 주파수(또는, 단거리 무선 통신)를 통해 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 탐지 정보(또는, 탐지 신호)를 수신하고, 장거리 무선 주파수(또는, 장거리 무선 통신)를 통해 상기 수신된 탐지 정보를 상기 C2 단말기(300)에 전송한다.
또한, 상기 중계 노드(200)는, 상기 중계 노드(200)의 역할 및 운용 모드를 미리 설정(또는, 정의)한다.
즉, 상기 중계 노드(200)의 역할은, 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 다른 중계 노드(200)에 전송(또는, 중계)하거나 또는, 상기 다른 중계 노드(200)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 상기 C2 단말기(300)에 전송하는 중계 기능(또는, 중계 역할)을 포함한다.
또한, 상기 중계 노드(200)는, 설치 위치를 근거로 3가지 형태로 구분한다. 여기서, 상기 3가지 형태의 중계 노드(200)는, 상기 센서 노드(100)와 연결하는 제1 중계 노드(RNsr)(210), 중계 노드 간(예를 들어, 상기 제1 중계 노드(RNsr)와 상기 제1 중계 노드(RNsr))을 연결하는 제2 중계 노드(RNrr)(220) 및, 중계된 상기 탐지 정보를 수신하여 C2 단말기(300)에 전송하는 제3 중계 노드(RNrc2)(230)를 포함한다.
또한, 상기 중계 노드(200)의 운용 모드는, 설치 모드 및, 중계 모드를 포함한다. 여기서, 상기 설치 모드(또는, 상기 중계 노드(200)의 설치 모드)는, 상기 중계 모드(200)에 전원이 인가된 초기 상태인 경우에 대응하며, 시스템 설정 시간을 최소화하기 위해서 듀티 사이클을 적용하지 않는다. 또한, 상기 제1 중계 노드(RNsr)(210)의 단거리 무선 주파수는, 듀티 사이클을 적용하여 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다. 또한, 상기 제1 중계 노드(RNsr)(210)의 장거리 무선 주파수는, 평상시에는 무선 주파수를 오프하여 오프 상태(또는, 슬립 상태/대기 상태)를 유지하다가 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하면 상기 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 제2 중계 노드(RNrr)(220)로 전송한다. 또한, 상기 제2 중계 노드(RNrr)(220)와 상기 제3 중계 노드(RNrc2)(230)는, 항상 수신 대기 상태를 유지하면서 듀티 사이클을 적용한다.
이와 같이, 모든 센서 노드와 중계 노드가 멀티 홉으로 연결되며 듀티 사이클 방식으로 통신하는 기존 시스템에 비해서, 상기 센서 노드(100)와 상기 중계 노드(200) 간의 연결을 1홉으로 제한하고, 듀티 사이클 방식 대신에 통신이 필요할 때만 무선 주파수를 온 상태로 전환하여 데이터를 보냄으로써, 에너지 소모량을 줄일 수 있다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 센서 노드(100)는, 평상시에는 슬립 상태(410)를 유지하며, 임의의 표적이 탐지되어 탐지 정보가 생성될 때, 상기 슬립 상태(410)에서 온 상태(420)로 전환하고, 상기 생성된 탐지 정보를 상기 중계 노드(200)에 전송한다.
또한, 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 센서 필드에 설치되는 중계 노드(예를 들어, 상기 제1 중계 노드(210))는, 듀티 사이클을 적용한 단거리 무선 주파수(430)를 통해서 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하도록 구성하고, 증폭기를 포함하는 장거리 무선 주파수를 통해서 송신할 데이터(예를 들어, 상기 탐지 정보)가 발생할 때만 온 상태(440)로 전환하여 상기 송신할 데이터를 전송하며 상기 송신할 데이터가 없을 때에는 슬립 상태(450)를 유지한다.
또한, 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 중계 노드(200) 간의 데이터 전송을 위한 상기 제2 중계 노드(220)와, 상기 C2 단말기(300)와의 데이터 전송을 위한 상기 제3 중계 노드(230)는, 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수(460)를 통해 데이터(예를 들어, 상기 탐지 신호)를 전송한다.
상기 중계 노드(200) 간의 데이터 전송을 위한 단거리 무선 주파수 또는 장거리 무선 주파수에 사용되는 듀티 사이클은, 동일하거나 또는 용도별로 서로 다르게 설정할 수 있다.
상기 C2 단말기(Command and Control Terminal)(300)는, 임의의 모니터링 장소에 설치한다.
또한, 상기 C2 단말기(300)는, 상기 중계 노드(200)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 상황도에 출력하고, 상기 센서 필드(또는, 상기 센서 노드(100) 및/또는 상기 중계 노드(200))를 제어한다.
또한, 상기 C2 단말기(300)는, 실제 운용자가 운용하기 용이한 인터페이스를 포함한다.
또한, 상기 C2 단말기(300)는, PC 형태 또는 휴대 가능한 소형 단말기 형태일 수 있으며, 상기 탐지 정보를 종합하고, 분석하여, 상기 분석 결과를 출력한다.
또한, 상기 센서 필드에서 탐지된 상기 탐지 정보는, 실시간으로 상기 센서 노드(100)에서 상기 중계 노드(200)를 통해 상기 C2 단말기(300)로 전송이 가능하다. 또한, 상기 C2 단말기(300)에서 상기 센서 필드를 제어하기 위한 제어 신호를 전송하는 것은, 상기 센서 노드(100)의 무선 주파수와 상기 중계 노드 중 일부(예를 들어, 상기 제1 중계 노드(210))의 무선 주파수가 오프 상태이므로 실시간 제어가 불가능하다. 따라서, 상기 C2 단말기(300)에서 생성된 제어 신호는, 노드 간 네트워크가 연결될 때까지 상기 중계 노드(200)의 메모리에 임시 저장되며, 상기 네트워크가 연결된 후 상기 임시 저장된 하나 이상의 제어 신호가 한번에 상기 센서 노드(100)(또는, 상기 중계 노드(200))에 전송된다.
이와 같이, 단거리 무선 주파수는, 센서 노드 간 통신 및, 센서 노드와 중계 노드(예를 들어, 상기 센서 노드와 연결된 중계 노드(상기 제1 중계 노드)) 간 통신에 사용한다. 또한, 장거리 무선 주파수는, 중계 노드 간 통신 및, 중계 노드와 C2 단말기 간 통신에 사용한다.
또한, 이와 같이, 제한된 노드 수량, 노드 간 넓은 배치 간격 및, 장시간 운용 요구 등의 특성에 적합한 통신 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공하여, 감시 영역을 확대하고 운용 시간을 향상시킬 수 있다.
또한, 이와 같이, 노드별 운용 모드를 정의하고, 노드별 저전력 운용 방법을 제공하여, 시스템 효율을 증가시키고, 실제 무기 체계에 적합한 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공할 수 있다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법을 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 통신 과정을 보인 신호 흐름도이다.
먼저, 임의의 센서 노드(100)는, 미리 설정된 탐지 모드 상태에서, 임의의 표적을 탐지한 경우, 상기 탐지된 표적에 대응하는 탐지 정보(또는, 탐지 신호)를 생성한다(SP510).
이후, 상기 센서 노드(100)는, 무선 주파수 상태를 온 상태로 전환한 후, 상기 생성된 탐지 정보를 중계 노드(200)(또는, 상기 중계 노드(200)에 포함된 제1 중계 노드(RNsr)(210))에 전송(또는, 전달)한다. 여기서, 상기 센서 노드(100)는, 상기 센서 노드(100)의 데이터 레이트를 미리 설정된 값으로 줄여 상기 센서 노드(100)의 설치 가용 범위(또는, 탐지 가용 범위)를 넓힌다. 또한, 상기 센서 노드(100)와 상기 중계 노드(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 1 홉(hop)으로 연결하여, 상기 센서 노드(100)의 에너지 소모율을 균등하게 한다.
일 예로, 상기 센서 노드(100)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 탐지 모드 상태에서 상기 무선 주파수 상태를 오프 상태(또는, 슬립 상태/대기 상태)(410)로 유지하다가, 상기 표적 탐지에 따른 상기 탐지 정보가 생성될 때, 상기 무선 주파수 상태를 오프 상태(410)에서 온 상태(420)로 전환하고, 상기 생성된 탐지 정보를 상기 제1 중계 노드(210)에 전송한다(SP520).
이후, 상기 중계 노드(200)(또는, 상기 제1 중계 노드(210))는, 미리 설정된 중계 모드 상태에서, 듀티 사이클이 적용된 상기 센서 노드(100)와 상기 중계 노드(200) 간의 데이터 전송을 위한 단거리 무선 주파수를 통해 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다.
또한, 상기 중계 노드(200)는, 중계 노드 간의 데이터 전송을 위한 장거리 무선 주파수 상태를 온 상태로 전환한 후, 상기 수신된 탐지 정보를 다른 중계 노드(200)(또는, 상기 중계 노드(200)에 포함된 제2 중계 노드(RNrr)(220))에 전송한다.
일 예로, 상기 제1 중계 노드(210)는, 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 중계 모드 상태에서 듀티 사이클이 적용된 상기 단거리 무선 주파수(430)를 통해 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다.
또한, 상기 제1 중계 노드(210)는, 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 중계 모드 상태에서 상기 장거리 무선 주파수 상태를 오프 상태(또는, 슬립 상태/대기 상태)(450)로 유지하다가, 상기 센서 노드(100)로부터 전송되는 상기 탐지 정보가 수신될 때, 상기 장거리 무선 주파수 상태를 오프 상태(450)에서 온 상태(440)로 전환하고, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 제2 중계 노드(220)에 전송한다(SP530).
이후, 상기 다른 중계 노드(200)(또는, 상기 제2 중계 노드(220))는, 듀티 사이클이 적용된 미리 설정된 중계 모드 상태에서, 상기 듀티 사이클이 적용된 중계 노드 간의 데이터 전송을 위한 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 중계 노드(200)(또는, 상기 제1 중계 노드(210))로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다.
또한, 상기 다른 중계 노드(200)는, 상기 장거리 무선 주파수를 통해 상기 수신된 탐지 정보를 또 다른 중계 노드(200)(또는, 상기 중계 노드(200)에 포함된 제3 중계 노드(RNrc2)(230))에 전송한다.
일 예로, 상기 제2 중계 노드(220)는, 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 중계 모드 상태에서 듀티 사이클이 적용된 상기 제1 중계 노드(210)와 상기 제2 중계 노드(220) 간의 데이터 전송을 위한 장거리 무선 주파수(460)를 통해 상기 제1 중계 노드(210)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다.
또한, 상기 제2 중계 노드(220)는, 상기 제2 중계 모드 상태에서 상기 장거리 무선 주파수(460)를 통해 상기 수신된 탐지 정보를 상기 제3 중계 노드(230)에 전송한다(SP540).
이후, 상기 또 다른 중계 노드(200)(또는, 상기 제3 중계 노드(230))는, 듀티 사이클이 적용된 미리 설정된 중계 모드 상태에서, 상기 듀티 사이클이 적용된 중계 노드 간의 데이터 전송을 위한 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 다른 중계 노드(200)(또는, 상기 제2 중계 노드(220))로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다.
또한, 상기 또 다른 중계 노드(200)(또는, 상기 제3 중계 노드(230))는, 듀티 사이클이 적용된 중계 노드(200)와 C2 단말기(300) 간의 데이터 전송을 위한 장거리 무선 주파수를 통해 상기 수신된 탐지 정보를 상기 C2 단말기(300)에 전송한다.
일 예로, 상기 제3 중계 노드(230)는, 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 제3 중계 모드 상태에서 듀티 사이클이 적용된 상기 제2 중계 노드(220)와 상기 제3 중계 노드(230) 간의 데이터 전송을 위한 장거리 무선 주파수(460)를 통해 상기 제2 중계 노드(220)로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다.
또한, 상기 제3 중계 노드(230)는, 상기 제3 중계 모드 상태에서 상기 듀티 사이클이 적용된 상기 장거리 무선 주파수(460)를 통해 상기 수신된 탐지 정보를 상기 C2 단말기(300)에 전송한다(SP550).
이후, 상기 C2 단말기(300)는, 상기 또 다른 중계 노드(200)(또는, 상기 제3 중계 노드(230))로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신한다.
또한, 상기 C2 단말기(300)는, 상기 수신된 탐지 정보를 분석하고, 상기 분석 결과를 출력한다.
또한, 상기 C2 단말기(300)는, 상기 센서 필드(또는, 상기 센서 노드(100) 및/또는 상기 중계 노드(200))를 제어한다(SP560).
본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 제한된 노드 수량, 노드 간 넓은 배치 간격 및, 장시간 운용 요구 등의 특성에 적합한 통신 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공하여, 감시 영역을 확대하고 운용 시간을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 노드별 운용 모드를 정의하고, 노드별 저전력 운용 방법을 제공하여, 시스템 효율을 증가시키고, 실제 무기 체계에 적합한 프로토콜과 저전력 운용 방법을 제공할 수 있다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 감시 정찰 센서 네트워크 시스템 100: 센서 노드
200: 중계 노드 300: C2 단말기
210: 제1 중계 노드(RNsr) 220: 제2 중계 노드(RNrr)
230: 제3 중계 노드(RNrc2)

Claims (9)

  1. 임의의 표적을 탐지할 때, 상기 탐지된 표적에 대응하는 탐지 정보를 생성하고, 데이터 전송을 위한 무선 주파수 상태를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 생성된 탐지 정보를 전송하는 센서 노드;
    데이터 전송을 위한 단거리 무선 주파수 또는 장거리 무선 주파수 상태를 제어한 후, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 전송하는 중계 노드; 및
    상기 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 분석하고, 상기 분석 결과를 출력하는 C2 단말기;를 포함하고,
    상기 센서 노드는,
    상기 센서 노드에 전원이 인가된 초기 상태에서는 상기 센서 노드, 중계 노드 및 C2 단말기를 포함하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 설정시간을 최소화하기 위하여 통신 주기로 듀티 사이클(duty cycle)을 적용하지 않는 설치 모드에서 동작하고,
    상기 초기 상태에서 임무 상태로 전환되면, 상기 센서 노드와 상기 중계 노드가 직접 연결되었는지에 따라 상기 임의의 표적을 탐지하는 탐지 모드에서 동작하고,
    상기 센서 노드에 자식 노드가 연결된 경우 중계 모드에서 동작하며,
    상기 중계 모드에서의 통신 주기는 상기 듀티 사이클에 대응되는 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 노드는,
    상기 중계 노드와 1 홉(hop)으로 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센서 노드는,
    데이터 레이트(data rate)가 1.2kbps ~ 38.4kbps 인 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중계 노드는,
    상기 센서 노드와의 데이터 전송을 위한 듀티 사이클이 적용된 단거리 무선 주파수를 통해, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하며, 상기 장거리 무선 주파수를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 수신된 탐지 정보를 전송하는 제1 중계 노드(RNsr);
    듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제1 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하며, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 전송하는 제2 중계 노드(RNrr); 및
    상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제2 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하며, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 제3 중계 노드(RNrc2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템.
  5. 센서 노드와 중계 노드와 C2 단말기가 상호 연동하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 센서 노드를 통해, 임의의 표적을 탐지할 때, 상기 탐지된 표적에 대응하는 탐지 정보를 생성하는 단계;
    상기 센서 노드를 통해, 상기 센서 노드와 상기 중계 노드 간의 데이터 전송을 위한 무선 주파수 상태를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 생성된 탐지 정보를 상기 중계 노드에 전송하는 단계; 및
    상기 중계 노드를 통해, 데이터 전송을 위한 단거리 무선 주파수 또는 장거리 무선 주파수 상태를 제어한 후, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 센서 노드는,
    상기 센서 노드에 전원이 인가된 초기 상태에서는 상기 센서 노드, 중계 노드 및 C2 단말기를 포함하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 설정시간을 최소화하기 위하여 통신 주기로 듀티 사이클(duty cycle)을 적용하지 않는 설치 모드에서 동작하고,
    상기 초기 상태에서 임무 상태로 전환되면, 상기 센서 노드와 상기 중계 노드가 직접 연결되었는지에 따라 상기 임의의 표적을 탐지하는 탐지 모드에서 동작하고,
    상기 센서 노드에 자식 노드가 연결된 경우 중계 모드에서 동작하며,
    상기 중계 모드에서의 통신 주기는 상기 듀티 사이클에 대응되는 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서 노드는,
    상기 중계 노드와 1 홉으로 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 센서 노드는,
    데이터 레이트가 1.2kbps ~ 38.4kbps 인 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 C2 단말기를 통해, 상기 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 C2 단말기를 통해, 상기 수신된 탐지 정보를 분석하고, 상기 분석 결과를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하고, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 단계는,
    상기 중계 노드에 포함된 제1 중계 노드(RNsr)의 상기 센서 노드와의 데이터 전송을 위한 듀티 사이클이 적용된 단거리 무선 주파수를 통해, 상기 센서 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 과정;
    상기 제1 중계 노드를 통해, 중계 노드 간의 통신을 위한 장거리 무선 주파수를 오프 상태에서 온 상태로 전환한 후, 상기 수신된 탐지 정보를 상기 중계 노드에 포함된 제2 중계 노드(RNrr)에 전송하는 과정;
    상기 제2 중계 노드를 통해, 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제1 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 과정;
    상기 제2 중계 노드를 통해, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 상기 중계 노드에 포함된 제3 중계 노드(RNrc2)에 전송하는 과정;
    상기 제3 중계 노드를 통해, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 제2 중계 노드로부터 전송되는 상기 탐지 정보를 수신하는 과정; 및
    상기 제3 중계 노드를 통해, 상기 듀티 사이클이 적용된 장거리 무선 주파수를 근거로 상기 탐지 정보를 상기 C2 단말기에 전송하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 정찰 센서 네트워크 시스템의 제어 방법.
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KR20070026990A (ko) * 2005-08-29 2007-03-09 (주)쉘컴정보통신 무선 센서 네트워크 모듈 및 그 제어방법

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