KR101668416B1 - 공중 운행체의 운행 제어 방법, 무인 공중 운행체 및 노드 장비 - Google Patents

공중 운행체의 운행 제어 방법, 무인 공중 운행체 및 노드 장비 Download PDF

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고영배
김재범
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아주대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 공중 운행체(aerial vehicle)의 운행 제어 방법으로서, 상기 공중 운행체와 무선 인프라망(wireless infrastructure network) 간의 네트워크 접속을 위한 인증을 수행하는 단계; 및 상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하고, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계를 포함하는 공중 운행체의 운행 제어 방법이 제공된다.

Description

공중 운행체의 운행 제어 방법, 무인 공중 운행체 및 노드 장비{METHOD FOR CONTROLLING FLIGHT OF AERIAL VEHICLE, UNMANNED AERIAL VEHICLE, AND NODE EQUIPMENT}
본 발명은 공중 운행체(aerial vehicle)의 운행 제어를 위한 방법으로서, 보다 구체적으로는 무선 인프라망(wireless infrastructure network)에서의 데이터 패킷의 전달 경로를 결정하는 라우팅 방법 및 알고리즘을 이용하여 공역 내의 공중 운행체에 관한 운행 인증과 추적, 운행 경로 생성, 교통 신호 체계 구축, 교통 흐름 제어 등을 실시하기 위한 방법에 관한 것이다.
무인 항공기(UAV : Unmanned Aerial Vehicle) 기술은 초기에 국방, 재난 현장 관리 등의 공적인 영역에서의 필요에 의해 활용되어 왔으나, 최근에는 물류, 농업 분야와 같은 사적인 영역에까지 그 활용도가 확대되고 있다. 이와 같은 응용 분야의 확대에 따라 보다 저가로 제작할 수 있는 특수 목적의 무인 항공기인 드론(drone)에 관한 연구, 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 향구 그 시장도 크게 확대될 것으로 예측되고 있다.
이와 같은 무인 드론(unmanned drone)은 사람의 조작 및 원격 조종을 통해서 제어되는 단계로부터 시작하여, 최근에는 사람의 제어를 필요로 하지 않고 능동적으로 상황을 판단하는 단계로까지 발전되고 있다.
현재의 대부분의 무인 드론의 경우 목적지 경로까지 운행하는 과정에서 GPS 측위 기술을 사용하여 왔다. 즉, 기존 기술의 무인 드론의 경우 장착된 GPS 모듈에 의해 측위된 좌표 정보와 타겟 좌표 정보(즉, 목적지 좌표 정보 또는/및 그 목적지까지의 운행 경로 좌표 정보들)를 이용하여 운행을 실시하는 방식을 주로 사용하였다. 그러나 위와 같은 GPS 측위 방식은 고층 빌딩이 다수 존재하는 도심지에서는 높은 오차율을 보이므로, 도심지에서의 무인 드론의 운용에는 적합하지 않은 문제가 있다.
또한, 현재의 대부분의 무인 드론의 경우 중앙의 관제 센터로부터 원격으로 경로 정보를 실시간 수신 받는 방식으로 운용되고 있다. 그러나 이와 같은 중앙 관제 센터에 의한 운용 통제 방식은 대규모의 지역을 관리하기 위해 고비용의 통신 위성 등이 활용되어야 하며, 시스템 부하가 중앙 관제 센터에 집중되는 점에서 비효율적이다. 또한 중앙 집중 제어 방식은 다양한 전파 방해 요인으로 인해 GPS 좌표 정보가 부정확해지는 도심지와 같은 환경에서의 안정성이 저하될 뿐 아니라, 다수의 드론이 지역 내에서 운용될 때 중앙 관제 센터의 통신량 부하로 인한 제어 지연 등의 문제로 인하여 드론의 교통 흐름 제어, 관제 등에 대한 신속한 처리가 어려운 단점이 있다.
또한 향후에는 다수의 무인 드론이 동일 상공에서 동시에 운용되는 구조로 진화될 것이 예상되는 바, 무인 드론 간의 충돌, 드론과 다른 사물 간의 충돌 등의 위험 요소를 최소화할 수 있도록 하는 드론 전용의 교통 신호 체계 및 시스템의 도입이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 무인 드론 등의 공중 운행체의 운행을 제어하기 위한 방법으로서 무선 인프라망의 데이터 라우팅 기술을 활용하여 공중 운행체의 인증, 추적, 운행 제어, 동적 경로 할당, 교통 흐름 제어, 교통 신호 체계 구축 등을 수행할 수 있는 공중 운행체의 운행 제어 방법, 이를 적용한 무인 공중 운행체와, 무선 인프라망 내의 통신 노드 장비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공중 운행체(aerial vehicle)의 운행 제어 방법으로서,
상기 공중 운행체와 무선 인프라망(wireless infrastructure network) 간의 네트워크 접속을 위한 인증을 수행하는 단계; 및 상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하고, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계를 포함하는 공중 운행체의 운행 제어 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 공중 운행체의 운행 인증을 수행하는 단계를 더 포함하고,
상기 운행 인증을 수행하는 단계는,
상기 무선 인프라망 내의 통신 노드가 비컨 메시지(beacon message)를 송출하는 단계-여기서, 상기 비컨 메시지에는 노드 식별 정보가 포함됨-; 및 상기 비컨 메시지를 수신한 상기 공중 운행체로부터 운행 인증 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 통신 노드가 상기 공중 운행체의 운행 허용 여부를 결정하는 응답 메시지를 송출하는 단계-여기서, 상기 운행 인증 요청 메시지에는 공중 운행체 식별 정보, 공중 운행체의 현 위치 정보, 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 무선 인프라망 내에서 상기 공중 운행체의 무선 접속 범위 내에 위치한 현 위치 인접의 통신 노드가 상기 공중 운행체로부터 운행 경로 요청 메시지를 수신하는 단계-여기서, 상기 운행 경로 요청 메시지에는 공중 운행체 식별 정보, 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-; 및 상기 운행 경로 요청 메시지 내의 상기 운행 목적지 위치 정보에 기초하여, 해당 운행 목적지 위치와 가장 인접한 위치에 존재하는 목적지 인접의 통신 노드를 결정하는 단계를 더 포함하고,
상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 단계는, 상기 현 위치 인접의 통신 노드로부터 상기 목적지 인접의 통신 노드까지 사전 정의된 기준에 따른 최적의 멀티홉(multi-hop) 데이터 라우팅 경로에 상응하여 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 단계는,
메시지 플러딩(message flooding)을 통해서 상기 현 위치 인접의 통신 노드를 시작점으로 하여 상기 목적지 인접의 통신 노드까지 운행 경로 탐색 메시지가 전달되는 단계-여기서, 상기 운행 경로 탐색 메시지에는 상기 목적지 인접의 통신 노드에 관한 정보가 포함됨-; 및 상기 목적지 인접의 통신 노드로부터 상기 현 위치 인접의 통신 노드까지 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로를 따라 경로 탐색 응답 메시지가 상기 현 위치 인접의 통신 노드로 전달되는 단계-여기서, 상기 경로 탐색 응답 메시지는 상기 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 위치한 각 통신 노드를 순차 경유하여 전달됨-를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계는,
상기 현 위치 인접의 통신 노드가 상기 공중 운행체로 운행 경로 응답 메시지를 전달하는 단계-여기서, 상기 운행 경로 응답 메시지에는 메시지 수신 대상인 공중 운행체의 식별 정보, 상기 운행 경로를 기준으로 할 때 상기 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 놓인 다음번 통신 노드의 식별 정보, 상기 다음번 통신 노드의 위치 정보가 포함됨-를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운행 경로 응답 메시지는, 상기 공중 운행체의 운행 속도, 운행 방향, 운행 고도 중 적어도 하나의 운항 정보가 더 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계는,
상기 무선 인프라망 내에서 상기 운행 경로에 대응 위치한 각 통신 노드 간에 상기 운행 경로의 상공에 운행 중인 타 공중 비행체에 관한 운용 정보를 교환하는 단계; 및
상기 공중 운행체와 무선 접속 중인 통신 노드가 상기 교환된 운용 정보에 기반하여 운행 제어 메시지를 생성하고, 생성된 운행 제어 메시지를 상기 공중 운행체에 전달하는 단계-여기서, 상기 운행 제어 메시지에는 혼잡 제어 또는 충돌 예방을 위한 교통 제어 정보가 포함되고, 상기 교통 제어 정보는 운행 정지, 운행 재개, 경로 우회 운행 중 적어도 하나를 지시하는 지시 정보가 포함됨-를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 무인 공중 운행체(unmanned aerial vehicle)에 있어서, 무선 통신 인터페이스 모듈; 및 무선 인프라망(wireless infrastructure network) 연동 모듈을 포함하고,
상기 무선 인프라망 연동 모듈은, 상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 무인 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 설정하는 운행 관리부를 포함하는, 무인 공중 운행체가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 무선 인프라망 연동 모듈은, 상기 무선 인프라망과의 네트워크 접속을 위한 인증을 수행하는 네트워크 접속 인증부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운행 관리부는,
상기 무선 인프라망 내의 통신 노드로부터 송출된 비컨 메시지(beacon message)가 수신된 경우, 상기 무인 공중 운행체의 운행 인증을 요청하는 운행 인증 요청 메시지를 생성하여 상기 운행 인증 요청 메시지가 해당 통신 노드로 전송되도록 상기 무선 통신 인터페이스 모듈을 제어하고-여기서, 상기 운행 인증 요청 메시지에는 무인 공중 운행체의 식별 정보, 무인 공중 운행체의 현 위치 정보, 무인 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-,
해당 통신 노드로부터 상기 무인 공중 운행체의 운행 허용 여부에 관한 응답 메시지가 수신된 경우, 수신된 응답 메시지에 상응하여 상기 무선 인프라망 내의 영역에 대응되는 상공에서의 운행 개시 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운행 관리부는,
상기 무선 인프라망 내에서 상기 무인 공중 운행체의 무선 접속 범위 내에 위치한 현 위치 인접의 통신 노드로 운행 경로 요청 메시지가 전송되도록 상기 무선 통신 인터페이스 모듈을 제어하고-여기서, 상기 운행 경로 요청 메시지에는 무인 공중 운행체 식별 정보, 무인 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-,
상기 현 위치 인접의 통신 노드로부터 운행 경로 응답 메시지가 수신된 경우, 상기 운행 경로 응답 메시지에 상응하여 상기 운행 경로를 설정할 수 있다. 여기서, 상기 운행 경로 응답 메시지에는 목적지 인접의 통신 노드까지의 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 놓인 다음번 통신 노드의 식별 정보, 상기 다음번 통신 노드의 위치 정보가 포함되고, 상기 목적지 인접의 통신 노드는 상기 무선 인프라망 내에서 상기 운행 목적지 위치와 가장 인접한 위치에 존재하는 통신 노드일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운행 경로 응답 메시지는 상기 무인 공중 운행체의 운행 속도, 운행 방향, 운행 고도 중 적어도 하나의 운항 정보가 더 포함되고,
상기 무선 인프라망 연동 모듈은, 상기 운항 정보에 상응하여 상기 무인 공중 운행체의 운행 제어를 수행하는 운행 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운행 제어부는, 상기 무인 공중 운행체와 무선 접속 중인 통신 노드로부터 운행 제어 메시지가 수신된 경우, 수신된 운행 제어 메시지에 기반하여 상기 무인 공중 운행체의 운행 제어를 수행할 수 있다. 여기서, 상기 운행 제어 메시지에는 혼잡 제어 또는 충돌 예방을 위한 교통 제어 정보가 포함되고, 상기 교통 제어 정보는 운행 정지, 운행 재개, 경로 우회 운행 중 적어도 하나를 지시하는 지시 정보가 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 무선 인프라망(wireless infrastructure network) 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비(node equipment)로서, 무선 통신 인터페이스 모듈; 및 공중 운행체(aerial vehicle) 통제 모듈을 포함하고,
상기 공중 운행체 통제 모듈은, 상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 운행 경로 획득부; 및 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 운용 제어부를 포함하는, 노드 장비가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 공중 운행체 통제 모듈은, 상기 공중 운행체의 운행 인증을 수행하는 인증부를 더 포함하고,
상기 인증부는, 상기 노드 장비의 식별 정보를 포함하는 비컨 메시지(beacon message)의 송출에 따라 상기 비컨 메시지를 수신한 상기 공중 운행체로부터 운행 인증 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 공중 운행체의 운행 허용 여부를 결정하는 응답 메시지를 생성하여 상기 공중 운행체로 전달되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 운행 인증 요청 메시지에는 공중 운행체 식별 정보, 공중 운행체의 현 위치 정보, 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운행 경로 획득부는,
상기 공중 운행체로부터 운행 경로 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 운행 경로 요청 메시지 내에 포함된 운행 목적지 위치 정보에 기초하여 해당 운행 목적지 위치와 가장 인접한 위치에 존재하는 목적지 인접의 통신 노드를 결정하고, 상기 목적지 인접의 통신 노드까지 사전 정의된 기준에 따른 최적의 멀티홉(multi-hop) 데이터 라우팅 경로에 상응하여 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운행 경로 획득부는, 메시지 플러딩(message flooding)을 통해서 운행 경로 탐색 메시지를 인접 통신 노드로 전달하고, 상기 운행 경로 탐색 메시지의 응답으로서 경로 탐색 응답 메시지가 수신된 경우 상기 경로 탐색 응답 메시지가 상기 공중 운행체의 현 위치 인접의 통신 노드로 전달되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 운행 경로 탐색 메시지에는 상기 목적지 인접의 통신 노드에 관한 정보가 포함되고, 상기 경로 탐색 응답 메시지는 상기 목적지 인접의 통신 노드로부터 상기 현 위치 인접의 통신 노드까지의 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 위치한 각 통신 노드를 순차 경유하여 상기 현 위치 인접의 통신 노드로 전달될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 노드 장비가 상기 공중 운행체의 현 위치 인접의 통신 노드에 해당되는 경우,
상기 운용 제어부는, 상기 공중 운행체로 운행 경로 응답 메시지를 전달할 수 있다. 여기서, 상기 운행 경로 응답 메시지에는 메시지 수신 대상인 공중 운행체의 식별 정보, 상기 운행 경로를 기준으로 할 때 상기 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 놓인 다음번 통신 노드의 식별 정보, 상기 다음번 통신 노드의 위치 정보가 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공중 운행체 통제 모듈은, 상기 공중 운행체의 운행 과정을 추적하는 추적부를 더 포함하고,
상기 운용 제어부는, 상기 추적 결과를 반영하여 상기 공중 운행체의 운행 속도, 운행 방향, 운행 고도 중 적어도 하나의 운항 정보를 결정하고, 결정된 운항 정보를 상기 공중 운행체에 전달되도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 운용 제어부는,
상기 무선 인프라망 내에서 상기 운행 경로에 대응 위치한 각 통신 노드 간에 상기 운행 경로의 상공에 운행 중인 타 공중 비행체에 관한 운용 정보를 교환하고, 상기 교환된 운용 정보에 기반하여 운행 제어 메시지를 생성하고, 생성된 운행 제어 메시지가 상기 공중 운행체에 전달되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 운행 제어 메시지에는 혼잡 제어 또는 충돌 예방을 위한 교통 제어 정보가 포함되고, 상기 교통 제어 정보는 운행 정지, 운행 재개, 경로 우회 운행 중 적어도 하나를 지시하는 지시 정보가 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 인프라망을 이용한 공중 운행체의 운행 제어, 운용 관제, 교통 신호 체계 구축 방식에 의하면, GPS 측위 방식의 도심지에서의 부정확성 및 오류의 문제, 기존의 중앙 집중형 제어 시스템의 비효율성의 문제 등을 극복하여, 기존의 기법 대비 운용 효율성 향상, 제어 망 구축 비용 감소 등의 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 무선 인프라망을 이용한 공중 운행체의 운행 제어, 운용 관제, 교통 신호 체계 구축 방식에 의하면, 무인 공중 운행체의 대규모 운용 과정에서 발생할 수 있는 충돌 사고 등의 위험 요소를 최소화하고 안전한 공중 교통 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공중 운행체의 운행 제어 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 인프라망 내의 무선 라우터와, 무선 라우터 간의 제어 메시지 교환 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 드론과, 무선 드론과 무선 라우터 간의 제어 메시지 교환 방식을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 무인 드론과 무선 라우터 간의 운행 인증, 운행 경로 제어 과정을 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 무선 라우터의 비컨 메시지, 운행 인증과 운행 경로 결정을 위한 요청(request) 및 응답(response) 메시지의 일 예시.
도 6 및 도 7은 드론 라우팅 테이블 및 위치 정보 매핑 테이블의 일 예시.
도 8은 무선 라우터에서의 공중 운행체의 운행 경로 생성 과정을 개략적으로 나타낸 도면.
도 9는 메시지 플러딩을 통한 운행 경로 탐색 과정을 설명하기 위한 예시 도면.
도 10은 운행 경로 탐색 메시지와 이에 관한 응답 메시지, 확장된 데이터 라우팅 메시지의 일 예시.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하나 이상의 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공중 운행체의 운행 제어 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 1은 무선 인프라망(wireless infrastructure network)이 구현된 도심지(예를 들어, 스마트 시티(smart city) 등)에서 물품 배달을 위해 무인 드론(unmanned drone)을 운용하는 경우를 예로 들고 있다. 도 1을 참조할 때, 격자(grid) 또는 메시(mesh) 형태로 구현된 무선 인프라망에서는 멀티 홉(multi-hop) 기술을 사용하여 각 통신 노드 간에 데이터 전달 경로를 구성하게 되며, 다양한 데이터 라우팅 기법을 통해서 데이터 전달 경로를 동적으로 생성 및 사용하게 된다. 이때, 무선 인프라망을 구성하는 각 무선 라우터(도 1의 도면번호 200 참조)는 설치된 위치 정보와 고유한 MAC 주소(Media Access Control address)를 갖고 있어 개체의 식별이 가능하다. 이러한 점에 착안하여, 본 발명의 실시예에서는 상술한 무선 인프라망의 멀티 홉 라우팅을 이용한 데이터 라우팅 경로를 공중 운행체(aerial vehicle)의 운행 제어를 위한 물리적 운행 경로로서 사용함을 핵심적 기술적 사상으로 한다.
이러한 본 발명의 핵심적 기술적 사상을 적용함에 있어서, 본 명세서 및 도면에서는 공중 운행체(aerial vehicle)로서 무인 드론(unmanned drone)을 주로 설명하겠지만 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 드론 이외의 무인 항공기(UAV : unmanned aerial vehicle)도 본 명세서에 정의하는 공중 운행체에 해당되며, 유인 항공기인 경우라도 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로를 물리적 운행 경로의 결정에 최소한 보조적으로 활용하는 경우라면 본 명세서에서 정의하는 공중 운행체에 해당된다고 볼 것이다. 또한 공중 운행체로는 무선 인프라망 내의 무선 라우터 등의 통신 노드 장비와 직접 무선 접속 가능한 저고도(low altitude) 또는 중고도(middle altitude)의 공중 운행체가 주를 이루기는 하겠지만, 이에 한정되는 것도 아님은 물론이다. 즉, 다른 통신 장비의 중계를 통해 무선 인프라망 내의 통신 노드 장비와의 무선 접속이 이루어질 수 있다면 고고도(high altitude) 공중 운행체의 경우에도 본 명세서에서 정의하는 공중 운행체에 해당된다고 볼 것이다.
본 발명의 핵심적 기술적 사상을 적용함에 있어서, 본 명세서 및 도면에서 무선 인프라망으로는 다수의 무선 라우터(wireless router)로 구성되는 무선 백본 네트워크(wireless backbone network)를 주로 설명하겠지만 이 또한 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 데이터 라우팅 경로를 생성하고 이러한 라우팅 경로를 이용하여 데이터 전달이 가능한 통신망이라면 모두 본 명세서에서 정의하는 무선 인프라망에 해당된다고 볼 것이다. 따라서 상술한 무선 백본 네트워크는 물론, 무선 메시 네트워크(wireless mesh network), 무선 멀티 홉 네트워크(wireless multi-hop network), 이더넷 통신 기능을 탑재한 셀룰러 네트워크(cellular network), 센서 네트워크(sensor network), 가상화 기반의 클라우드 네트워크(virtualized cloud network) 등과 이의 조합에 의한 이종 네트워크(heterogeneous network)도 본 명세서에서 정의하는 무선 인프라망에 해당될 수 있다. 또한 본 명세서에서 정의하는 무선 인프라망은 망 내의 통신 노드 간이 무선으로 연결되는 경우만에 한정되는 것도 아님은 물론이다. 즉, 일부 통신 노드 간이 유선으로 연결되거나 전부가 유선으로 연결되는 경우라 하더라도, 그 통신 노드와 공중 운행체 간에는 무선 접속이 이루어지는 경우라면 본 명세서에서 정의하는 무선 인프라망에 해당된다고 볼 것이다. 상술한 정의에 따를 때, 본 명세서 상에서 무선 인프라망을 구성하는 통신 노드 장비는 무선 라우터는 물론, 유선 라우터, 센서 노드 장비, 셀룰러 네트워크 내의 기지국 장비, 데이터 중계 장비 등 다양할 수 있음도 물론이다.
다만 이하에서는 설명의 편의 및 집중을 위해, 공중 운행체로서 무인 드론(도 1의 도면번호 100 참조)을, 무선 인프라망 내의 통신 노드 장비로서 무선 라우터(도 1의 도면번호 200 참조)를 가정하여 설명하기로 한다. 또한 유사한 취지에서, 이하에서는 설명의 편의 및 집중을 위해 물품 배송을 위해 배송 목적지까지의 운행 경로를 결정하고 그 운행 경로에 따라 무인 드론의 운행을 제어하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 인프라망 내의 무선 라우터와, 무선 라우터 간의 제어 메시지 교환 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 드론과, 무선 드론과 무선 라우터 간의 제어 메시지 교환 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선 인프라망 내의 각 무선 라우터(200-1, …, 200-n)는, 일 실시예에 따라, 데이터 패킷의 라우팅 경로의 동적 생성, 데이터 혼잡 제어 및 데이터 전달 등의 기존 데이터 통신을 위한 기능을 수행하는 네트워크 계층 모듈(210)과, 공중 운행체 통제 모듈(220)과, 무선 라우터 간의 데이터 교환과 드론 통제를 위한 제어 메시지 교환을 위해 매체 접근 및 MAC 주소 관리 등을 실시하는 MAC 계층 및 물리 계층 모듈(230)(즉, 무선 통신 인터페이스 모듈)을 포함한다.
여기서, 공중 운행체 통제 모듈(220)은 인증 및 추적부(222), 운행 경로 획득부(224), 운용 제어부(226) 등을 포함한다. 이를 통해서 공중 운행체 통제 모듈(220)은, 접속된 무인 드론의 인증 및 추적, 네트워크 라우터에 의한 데이터 라우팅 기법 및 데이터 혼잡 제어 알고리즘과 연동한 무인 드론의 운행 경로의 획득 및 제어, 무인 드론의 운용 제어 및 교통 신호 체계 구축을 실시할 수 있다. 또한 공중 운행체 통제 모듈(220)은 무인 드론의 운용 및 통제 과정에서 획득 및 생성된 정보를 소프트웨어 정의 네트워크(SDN : Software Defined Network) 기반의 제어 방법으로 다른 무선 라우터와 교환을 실시할 수 있다. 이에 따르면, 각 무선 라우터는 소프트웨어 정의 네트워크 기반 제어 기법을 사용하여 특별한 컨트롤러 없이 분산적으로 각 기능을 수행할 수 있다. 이러한 공중 운행체 통제 모듈(220)이 수행하는 각 기능들은 도 4 이하의 설명으로부터 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
또한 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공중 운행체의 운행 제어 방법에 의할 때, 무선 인프라망 내의 임의의 무선 라우터(200-k)와 무선 접속하는 무인 드론(100)은, 일 실시예에 따라, 애플리케이션 계층 모듈(110)과, 무선 인프라망 연동 모듈(120)과, MAC 계층 및 물리 계층 모듈(130) (즉, 무선 통신 인터페이스 모듈)을 포함한다. 또한 도 3을 통해서는 도시하지 않았지만, 무인 드론(100)은 자신의 현재 위치 정보를 획득하기 위한 위치 획득 모듈(예를 들어, 기존의 GPS 모듈, 무선 접속점 위치 추정 모듈 등)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 무선 인프라망 연동 모듈(1220)은 네트워크 접속 인증부(122), 운행 관리부(124), 운행 제어부(126) 등을 포함함으로써, 무선 인프라망(보다 구체적으로는 무선 라우터)과의 접속 인증 요청, 목적지로 향하는 운행 경로의 요청, 교통망의 제어 메시지(신호) 수신, 운행 및 운용 제어 등을 실시한다. 이 과정에서 생성 및 획득되는 정보는 상위의 애플리케이션 계층 모듈(110)로 전달되어 드론 움직임 제어 등에 사용되며, 다양한 매체 접근 방법 및 무선 통신 기법을 통해서 드론-드론 간의 통신 및 드론-라우터 간의 통신(또는 메시지 교환)에 사용될 수 있다. 이러한 무선 인프라망 연동 모듈(120)이 수행하는 각 기능들도 도 4 이하의 설명으로부터 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 장비 구성 및 시스템 구성을 통해서, 무인 드론은 출발 지점에서 무선 인프라망과의 접속 및 인증 절차를 통해 드론 운용에 대한 허가를 획득할 수 있으며, 운행 목적지 주소와 최 인접한 무선 인프라망 내의 라우터 장치에 자신의 목적지 위치 정보를 포함한 경로 획득 요청 정보를 전송한다. 이때, 라우터 장치는 요청받은 목적지 위치 정보와 최 인접한 라우터까지의 경로 정보를 획득하고, 해당 라우터까지 향하는 경로 정보를 드론에게 전달한다.
이에 따라, 목적지까지의 운행 경로 정보를 수신한 드론은 수신된 경로 정보에 따라 라우터의 위치를 기준으로 이동하며, 이때 무인 드론과 인접한 각 라우터는 드론의 위치를 추적하고, 경로를 유도할 수 있다. 이와 같이, 무선 인프라망 내의 각 라우터는 망 내에 접속된 모든 드론을 추적할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 실시예에 의하면 드론 간 충돌, 혼잡 상황 및 다양한 흐름을 통제하기 위한 교통 신호 체계를 네트워크 내에서 처리 및 구축하는 것이 가능하다.
이상에서 개략적으로 설명한 도 2의 무선 라우터 내의 공중 운행체 통제 모듈(220)과 도 3의 무인 드론 내의 무선 인프라망 연동 모듈(120)의 기능 및 역할, 그리고 구체적 운행 제어 과정에 관해서는, 이하 도 4 ~ 도 10을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이의 설명 과정에서 도 1을 함께 참조한다.
여기서, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 무인 드론과 무선 라우터 간의 운행 인증, 운행 경로 제어 과정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 무선 라우터의 비컨 메시지, 운행 인증과 운행 경로 결정을 위한 요청(request) 및 응답(response) 메시지의 일 예시이다. 그리고 도 6 및 도 7은 드론 라우팅 테이블 및 위치 정보 매핑 테이블의 일 예시이다. 그리고 도 8은 무선 라우터에서의 공중 운행체의 운행 경로 생성 과정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 메시지 플러딩을 통한 운행 경로 탐색 과정을 설명하기 위한 예시 도면이며, 도 10은 운행 경로 탐색 메시지와 이에 관한 응답 메시지, 확장된 데이터 라우팅 메시지의 일 예시이다. 다만, 도 5와 도 10의 메시지 포맷, 도 6 및 도 7의 테이블은 다양한 구현 방식 중 일 예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수 있는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 먼저 명확히 하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공중 운행체의 교통망 시스템 및 운행 제어 방법은 도 1과 같이 운용될 수 있다. 도 1에서 무인 드론(100)은 목적지까지 물품의 운송을 실시하기 위해, 최초, 목적지의 위치(좌표) 또는 목적지를 특정할 수 있는 정보(주소, 전화번호 등)를 운송 실시자로부터 획득할 수 있다. 이후, 드론이 무선 인프라망 내의 무선 라우터(200)와 통신할 수 있는 범위 내로 진입하게 되면, 드론의 현 위치와 인접한 해당 라우터가 무인 드론의 망 접속 허용과 지역 내 운용(운행) 허용 여부를 결정할 수 있다.
이 과정에서, 무인 드론(100)의 무선 인프라망 연동 모듈(120) 내의 네트워크 접속 인증부(122)는 무선 인프라망과의 네트워크 접속을 위한 접속 요청을 수행할 수 있으며, 이에 따라 인접 위치의 무선 라우터(200)의 공중 운행체 통제 모듈(220) 내의 인증부(222)는 네트워크 접속 인증 절차를 수행할 수 있다. 또한, 무인 드론(100)의 무선 인프라망 연동 모듈(120) 내의 운행 관리부(124)는 해당 무선 라우터(200)로 운행 인증 요청 메시지를 전달할 수 있다(도 4의 도면부호 S10 참조). 이 경우, 무선 라우터(200)의 공중 운행체 통제 모듈(200) 내의 인증부(222)는 해당 무인 드론의 운행 허용 여부를 결정하는 응답 메시지를 해당 무인 드론으로 전달할 수 있다(도 4의 도면부호 S20 참조).
상술한 인증 절차가 완료되면, 드론-라우터 상호 간에 운행 경로 요청 및 운행 경로 전달 과정이 실행될 수 있다. 즉, 망 내 접속(또는/및 운행 인증)이 허용된 드론은 목적지 위치 정보를 무선 라우터로 전달하고, 해당 무선 라우터는 해당 드론의 목적지에 최 인접한 무선 라우터까지의 운행 경로를 확인(획득)하여 드론에 전달함으로써, 무인 드론이 해당 운행 경로에 따라 운행을 실시할 수 있도록 한다.
이때, 상술한 접속 인증 절차, 운행 인증 절차, 운행 경로 획득 절차는 각각 별개의 절차로(즉, 각각 별개의 메시지 교환 과정을 통해서) 처리될 수도 있고, 그 중 어느 2개 이상의 절차가 하나의 동일 메시지에 의한 단일의 절차로 통합 처리되도록 구현될 수도 있다. 후자의 일 예로서, 도 5에는, 접속된 무선 인프라망에 의해 커버되는 지역 내에서의 운행 허용 여부를 결정하는 운행 인증 절차와, 운행 경로 획득 절차가 단일의 절차로 처리되는 경우에 사용되는 단일의 요청 메시지(request message)(도 5의 B 참조)와 응답 메시지(response message)(도 5의 C 참조)가 예시되고 있다. 다만, 도 5의 B의 요청 메시지 또는/및 도 5의 C의 응답 메시지의 데이터 포맷은 운행 인증 절차와 운행 경로 획득 절차가 도 4에서와 같이 분리되어 처리되는 경우에도 동일하게 또는 유사하게 사용될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도 4를 기준으로 운행 인증 절차 및 운행 경로 획득 절차에 관하여 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 무선 인프라망 내의 무선 라우터는 자신의 노드 식별 정보를 포함하는 비컨 메시지(beacon message)를 송출한다. 여기서, 무선 라우터가 송출하는 비컨 메시지의 일 예가 도 5의 A에 예시되고 있다. 도 5의 A를 참조하면, 무선 라우터가 송출하는 비컨 메시지에는 라우터 주소, 인증용 공개키, 라우터 위치 정보 등이 포함되고 있다. 여기서, 라우터 주소, 라우터 위치 정보 등이 상기 노드 식별 정보로서 이용될 수 있다.
이에 따라 무인 드론은 인접 위치의 무선 라우터가 송출한 비컨 메시지를 수신할 수 있으며, 비컨 메시지를 수신한 무인 드론은 운행 인증 요청 메시지를 생성하여 해당 무선 라우터로 전달한다[도 4의 S10 참조]. 여기서, 운행 인증 요청 메시지는 일 예시에 따라 도 5의 B와 같은 데이터 포맷을 가질 수 있으며, 적어도 자신의 식별 정보(예를 들어, 드론 식별 번호 등)와 운행 목적지의 위치 정보를 포함할 수 있다. 이외에도 운행 인증 요청 메시지에는 해당 드론 자신의 현 위치 정보가 더 포함될 수도 있다. 무선 라우터의 배치 간격에 따라서 2개 이상의 무선 라우터로부터 비컨 메시지가 수신될 수도 있으며, 보다 근접한 무선 라우터를 시작점으로 운행 경로가 설정되는 것이 유리한 경우라면 드론의 현 위치 정보가 유용하게 이용될 수도 있기 때문이다.
상술한 비컨 메시지는 각 라우터에서 주기적으로 송출됨으로써, 인접 라우터와 교통 신호의 정보 교환 및 공중 비행체의 망 내의 존재 여부를 알리는 용도로도 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 운행 인증 요청 메시지가 수신되면, 무선 라우터의 인증부(222)는 식별된 무인 드론의 운행 허용 여부를 결정하여 운행 인증 응답 메시지를 해당 무인 드론에게 송출한다[도 4의 S20 참조]. 운행 인증 응답 메시지를 수신한 무인 드론의 운행 관리부(124)는 운행 경로 요청 메시지를 생성하여 무선 라우터로 전달하고[도 4의 S30 참조], 이에 대한 응답으로서 무선 라우터로부터 운행 경로 응답 메시지가 수신되면[도 4의 S50 참조], 운행 경로 응답 메시지에 의해 지시된 운행 경로를 드론의 물리적 운행 경로로서 설정한다.
이때, 운행 경로 요청 메시지는 일 예로서 도 5의 B와 같은 데이터 포맷을 가질 수 있다. 여기서, 도 5의 B의 데이터 포맷의 '이동 우선 순위'정보의 경우, 복수의 운행 목적지가 존재하는 경우에 이에 관한 이동 순서를 알리기 위한 목적으로 이용될 수 있다.
또한 이때, 운행 경로 응답 메시지는 일 예로서 도 5의 C와 같은 데이터 포맷을 가질 수 있다. 도 5의 C를 참조하면, 운행 경로 응답 메시지에는 해당 메시지를 수신할 대상(객체)인 드론 식별번호와, 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 설정될 물리적 운행 경로 상의 다음번 목적지(즉, 다음번에 경유할 라우터)의 위치 정보, 다음번 라우터의 MAC 주소 및 인증 번호, 운항 정보 등이 포함되고 있다. 즉, 도 5의 C의 운행 경로 응답 메시지의 경우에는 최종 운행 목적지까지의 전체 운행 경로에 관한 정보가 포함되는 것이 아니라, 드론의 현 위치로부터(즉, 현 위치에 인접한 무선 라우터로부터) 운행 개시하여 바로 그 다음번에 경유할 무선 라우터에 관한 정보만을 무인 드론에 안내하는 경우를 예시하고 있다. 따라서 이러한 경우, 그 다음번 무선 라우터의 위치까지 운행한 이후에는 해당 무선 라우터로부터 다시 그 다음번의 무선 라우터의 위치를 전달받는 방식으로 운행 경로가 셋팅되게 될 것이다. 최종 운행 목적지까지의 운행 경로는 최적의 멀티 홉 데이터 라우팅 경로로서 설정될 것이므로, 최초 수신한 운행 경로 응답 메시지를 통해서 모든 운행 경로를 안내하는 방식이 사용될 수도 있을 것이다. 다만, 도 5의 C와 같은 운행 경로 응답 메시지에 의하는 경우, 해당 시점 마다의 교통 상황(즉, 상공의 교통 흐름, 혼잡도 등)을 고려하여 최적의 운행 경로를 동적으로 구성(갱신)할 수 있는 이점이 있다.
그리고 도 5의 C의 운행 경로 응답 메시지에는 다음번 라우터의 인증 번호가 포함되고 있는데, 이는 다음번 라우터와의 접속 또는/및 운행 인증에 이용될 수 있다. 앞서 설명한 접속 인증 절차 또는/및 운행 인증 절차는 최초 접속한 무선 라우터에 의해 실행된 이후에는 생략될 수도 있을 것이나, 무선 접속하는 라우터가 변경될 때마다 반복 수행될 수도 있을 것이다. 후자의 경우, 무선 라우터 별로의 인증 과정을 간소화하기 위해, 도 5의 C에서와 같이 다음번 라우터의 인증 번호를 무인 드론에게 직접 전달하는 방식이 이용될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 무인 드론의 운용 과정에서의 보다 적절한 운행 제어, 상공의 혼잡 제어, 충돌 예방, 교통 흐름 제어 등을 위해서, 운행 경로 응답 메시지에 도 5의 C의 데이터 포맷에서와 같이 운항 정보 혹은 교통 제어 정보가 더 포함될 수 있다. 여기서, 운항 정보로는 도 5의 C에 예시된 바와 같이 운행 속도, 운행 방위, 운행 고도 등에 관한 정보가 포함될 수 있다. 또한 교통 제어 정보로는 운행 정지(또는 대기), 운행 재개, 경로 우회 운행 등과 같은 지시 정보가 포함될 수 있다.
이와 같은 운항 정보 또는 교통 제어 정보는 무선 라우터의 운용 제어부(226)에 의해 생성될 수 있고, 이는 상술한 바와 같은 운행 경로 응답 메시지에 포함되어 무인 드론으로 전달될 수 있다. 이를 위해, 각 무선 라우터의 추적부(222)는 무인 드론의 운행 상황을 추적하고, 또한 운용 제어부(226)는 앞서 설명한 운행 인증 또는/및 경로 획득 절차에서 각 상공에 운행 중인 공중 운행체의 운용 정보를 라우터-라우터 간 메시지 교환을 통해 공유할 수 있다. 이에 따라, 무선 라우터는 무인 드론의 운행 경로 상의 혼잡 상황이나 위험 요소 판단 시, 무인 드론의 운행 속도, 방위, 고도 등의 변경을 지시하는 운항 정보 또는/및 무인 드론의 운행 정지, 운행 재개, 또는 경로 우회 등의 교통 제어 정보를 해당 무인 드론에게 즉각적으로 전달할 수 있다. 상기 운항 정보 또는/교통 제어 정보는 상술한 운행 경로 응답 메시지를 통해서 전달될 수 도 있지만, 무선 라우터의 운용 제어부(226)에 의해 별도 생성되는 운행 제어 메시지의 형태로서 무인 드론에 실시간 또는 주기적으로 전달될 수도 있다. 상술한 바에 따라 운항 정보 또는/및 교통 제어 정보가 수신되면, 무인 드론의 운행 제어부(126)는 해당 운항 정보 또는/및 교통 제어 정보에 상응하여 드론의 운행을 제어할 수 있다. 이러한 이유로 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체 교통망 시스템에서는 다수의 공중 운행체가 제한된 지역 내에서 집중되어 교통 흐름의 통제가 필요할 경우에도 시의적절한 운용 제어가 가능한 이점이 있다.
이상에서는 도 4 및 도 5를 중심으로 공중 운행체의 운행 제어 방법에 관하여 전반적인 과정을 설명하였는 바, 이하에서는 도 8을 중심으로 도 6, 도 7, 도 9, 도 10을 함께 참조하여 무선 인프라망 내의 무선 라우터들에 의한 운행 경로 결정 방법에 관하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 여기서, 도 8은 도 4의 S40 과정을 구체화한 것이다.
도 8을 참조하면, 무인 드론의 현 위치와 인접한 무선 라우터가 무인 드론으로부터 운행 경로 요청 메시지를 수신한 경우[S41 참조], 해당 무선 라우터는 운행 경로 요청 메시지 내에 포함된 운행 목적지의 위치(좌표)와 최 인접 노드(이하, 이를 목적지 인접의 통신 노드라 명명함)를 계산한다[S43 참조].
이때, 목적지 인접의 통신 노드(즉, 본 예에서는 특정 무선 라우터일 것임)의 계산에는 위치 정보 매핑 테이블(도 7의 예시 참조)이 이용될 수 있다. 이러한 위치 정보 매핑 테이블은 지역 내 라우터의 MAC 주소와 실제 물리 주소를 매핑시켜 저장한 테이블로서, 무인 드론으로부터 요청 받은 운행 목적지의 물리 좌표에 최 인접한 라우터를 탐색하기 위해 사용된다. 이러한 위치 정보 매핑 테이블은 각 무선 라우터에 사전 저장될 수도 있고, 무선 인프라망 내에서 라우터 간에 서로 교환하는 위치 정보를 저장한 것일 수도 있다.
이에 따라 무선 라우터의 운행 경로 획득부(224)에서는 상술한 위치 정보 매핑 테이블에 근거하여, 운행 목적지와 가장 인접한 목적지 인접의 라우터를 결정할 수 있다. 또한 무선 라우터의 운행 경로 획득부(224)는 하기 수학식 1과 같은 메트릭 연산을 통해서 종단 간(즉, 무인 드론의 현 위치 인접의 노드와 요청된 운행 목적지 인접의 노드 간)에 형성되는 경로 상의 모든 라우터의 길이가 가장 작은 값을 갖는 멀티 홉 데이터 라우팅 경로를 확인할 수 있다[S45 참조]. 이때, 하기 수학식 1의 x 및 y 변수의 경우, 네트워크의 거리정보가 아닌 다양한 네트워크의 변수가 사용될 수 있다.
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상술한 메트릭 연산을 통해서 최적의 멀티 홉 데이터 라우팅 경로가 확인되는 경우, 무선 라우터의 운행 경로 획득부(224)는 해당 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 무인 드론의 물리적 운행 경로를 결정할 수 있다. 이 경우, 운용 제어부(226)는 앞서 설명한 운행 경로 응답 메시지에 다음번 노드의 좌표 정보 등을 포함시켜 이를 무인 드론에 전달한다[S48 참조]. 그리고 이와 같이 다음번에 경유할 노드 정보 등을 무인 드론에 전달한 이후에는 각 무선 라우터는 도 6에 예시된 바와 같은 드론 라우팅 테이블을 업데이트하고 이를 상호간 교환할 수 있다[S49 참조].
그러나 앞서 설명한 단계 S45를 통해서 최적의 데이터 라우팅 경로의 확인이 어려운 경우, 무선 라우터의 운행 경로 획득부(224)는 운행 경로 탐색 메시지(도 8 ~ 도 10의 DronRoute Request 참조)의 전달 및 경로 탐색 응답 메시지(도 8 ~ 도 10의 DronRoute Response 참조)의 수신 과정을 통해서 최적의 데이터 라우팅 경로의 탐색을 수행할 수 있다[S46 참조].
이때, 운행 경로 탐색 메시지 및 경로 탐색 응답 메시지는 도 10에 예시된 바와 같이, 기존의 멀티 홉 라우팅 기법의 제어 메시지에 추가된 확장된 데이터 포맷의 형태로 데이터 라우팅 메시지와 함께 전달될 수 있다. 여기서, 운행 경로 탐색 메시지에는 도 10의 F에 예시된 바와 같이, 탐색할 라우터 정보(즉, 최종 운행 목적지에 최 인접한 목적지 인접의 라우터 정보)가 포함될 수 있다.
이러한 운행 경로 탐색 메시지는 드론 접속 위치의 무선 라우터(도 10의 경우, X:1, Y:1의 노드)를 시작점으로 하여 메시지 플러딩(message flooding)을 통해서 목적지 인접의 라우터(도 10의 경우, X:3, Y:3)까지 전달될 수 있다. 이에 따라 목적지 인접의 라우터는 경로 탐색 응답 메시지를 생성하여 드론 접속 위치의 무선 라우터까지 전달한다. 이때, 경로 탐색 응답 메시지의 전달 방법으로는, 도 10에 도시된 바와 같이, 미리 정의된 라우팅 알고리즘에 따라 최적(즉, 일 예로는 거리 상으로 가장 짧은 길이)의 데이터 라우팅 경로 상에 놓인 각 노드(즉, 라우터들)을 순차 경유하여 전달되는 방식이 이용될 수 있다. 이러한 경로 탐색 응답 메시지는 도 10의 G의 예시의 데이터 포맷을 가질 수 있다.
도 8의 단계 S46을 통한 경로 탐색 과정을 통해서 현 위치로부터 목적지 인접의 라우터까지의 최적의 데이터 라우팅 경로가 탐색되는 경우에는 앞서 설명한 단계 S48을 수행한다. 그러나 단계 S46을 통한 경로 탐색 과정에 의하더라도 최적의 데이터 라우팅 경로 전체의 탐색에는 실패한 경우라면 그 목적지 인접의 라우터에서 직접 확인 가능한 정보(즉, 자신과 가장 인접한 이웃 노드에 관한 정보 등)까지만을 무인 드론 또는 해당 이웃 노드로 전달할 수 있다[S47]. 이 경우, 무인 드론 또는 해당 이웃 노드는 전달된 정보를 기초로 경로 탐색 과정을 재수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 무선 인프라망(wireless infrastructure network) 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비(node equipment)에서 수행되는 공중 운행체(aerial vehicle)의 운행 제어 방법으로서,
    상기 공중 운행체와 상기 무선 인프라망 간의 네트워크 접속을 위한 인증을 수행하는 단계;
    상기 공중 운행체의 운행 인증을 수행하는 단계; 및
    상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하고, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 운행 인증을 수행하는 단계는,
    상기 무선 인프라망 내의 통신 노드가 비컨 메시지(beacon message)를 송출하는 단계-여기서, 상기 비컨 메시지에는 노드 식별 정보가 포함됨-; 및
    상기 비컨 메시지를 수신한 상기 공중 운행체로부터 운행 인증 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 통신 노드가 상기 공중 운행체의 운행 허용 여부를 결정하는 응답 메시지를 송출하는 단계-여기서, 상기 운행 인증 요청 메시지에는 공중 운행체 식별 정보, 공중 운행체의 현 위치 정보, 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-
    를 포함하는 공중 운행체의 운행 제어 방법.
  3. 무선 인프라망 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비에서 수행되는 공중 운행체의 운행 제어 방법으로서,
    상기 공중 운행체와 상기 무선 인프라망 간의 네트워크 접속을 위한 인증을 수행하는 단계; 및
    상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하고, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 무선 인프라망 내에서 상기 공중 운행체의 무선 접속 범위 내에 위치한 현 위치 인접의 통신 노드가 상기 공중 운행체로부터 운행 경로 요청 메시지를 수신하는 단계-여기서, 상기 운행 경로 요청 메시지에는 공중 운행체 식별 정보, 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-; 및
    상기 운행 경로 요청 메시지 내의 상기 운행 목적지 위치 정보에 기초하여, 해당 운행 목적지 위치와 가장 인접한 위치에 존재하는 목적지 인접의 통신 노드를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 단계는,
    상기 현 위치 인접의 통신 노드로부터 상기 목적지 인접의 통신 노드까지 사전 정의된 기준에 따른 최적의 멀티홉(multi-hop) 데이터 라우팅 경로에 상응하여 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 단계를 포함하는, 공중 운행체의 운행 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 단계는,
    메시지 플러딩(message flooding)을 통해서 상기 현 위치 인접의 통신 노드를 시작점으로 하여 상기 목적지 인접의 통신 노드까지 운행 경로 탐색 메시지가 전달되는 단계-여기서, 상기 운행 경로 탐색 메시지에는 상기 목적지 인접의 통신 노드에 관한 정보가 포함됨-; 및
    상기 목적지 인접의 통신 노드로부터 상기 현 위치 인접의 통신 노드까지 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로를 따라 경로 탐색 응답 메시지가 상기 현 위치 인접의 통신 노드로 전달되는 단계-여기서, 상기 경로 탐색 응답 메시지는 상기 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 위치한 각 통신 노드를 순차 경유하여 전달됨-
    를 포함하는 공중 운행체의 운행 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계는,
    상기 현 위치 인접의 통신 노드가 상기 공중 운행체로 운행 경로 응답 메시지를 전달하는 단계-여기서, 상기 운행 경로 응답 메시지에는 메시지 수신 대상인 공중 운행체의 식별 정보, 상기 운행 경로를 기준으로 할 때 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 놓인 다음번 통신 노드의 식별 정보, 상기 다음번 통신 노드의 위치 정보가 포함됨-
    를 포함하는 공중 운행체의 운행 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 운행 경로 응답 메시지는, 상기 공중 운행체의 운행 속도, 운행 방향, 운행 고도 중 적어도 하나의 운항 정보가 더 포함되는, 공중 운행체의 운행 제어 방법.
  7. 무선 인프라망 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비에서 수행되는 공중 운행체의 운행 제어 방법으로서,
    상기 공중 운행체와 상기 무선 인프라망 간의 네트워크 접속을 위한 인증을 수행하는 단계; 및
    상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하고, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 단계는,
    상기 무선 인프라망 내에서 상기 운행 경로에 대응 위치한 각 통신 노드 간에 상기 운행 경로의 상공에 운행 중인 타 공중 비행체에 관한 운용 정보를 교환하는 단계; 및
    상기 공중 운행체와 무선 접속 중인 통신 노드가 상기 교환된 운용 정보에 기반하여 운행 제어 메시지를 생성하고, 생성된 운행 제어 메시지를 상기 공중 운행체에 전달하는 단계-여기서, 상기 운행 제어 메시지에는 혼잡 제어 또는 충돌 예방을 위한 교통 제어 정보가 포함되고, 상기 교통 제어 정보는 운행 정지, 운행 재개, 경로 우회 운행 중 적어도 하나를 지시하는 지시 정보가 포함됨-
    를 포함하는 공중 운행체의 운행 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 무인 공중 운행체(unmanned aerial vehicle)에 있어서,
    무선 통신 인터페이스 모듈; 및
    무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 무인 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 설정하는 운행 관리부를 구비하는 무선 인프라망 연동 모듈;을 포함하고,
    상기 운행 관리부는,
    상기 무선 인프라망 내의 통신 노드로부터 송출된 비컨 메시지(beacon message)가 수신된 경우, 상기 무인 공중 운행체의 운행 인증을 요청하는 운행 인증 요청 메시지를 생성하여 상기 운행 인증 요청 메시지가 해당 통신 노드로 전송되도록 상기 무선 통신 인터페이스 모듈을 제어하고-여기서, 상기 운행 인증 요청 메시지에는 무인 공중 운행체의 식별 정보, 무인 공중 운행체의 현 위치 정보, 무인 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-,
    해당 통신 노드로부터 상기 무인 공중 운행체의 운행 허용 여부에 관한 응답 메시지가 수신된 경우, 수신된 응답 메시지에 상응하여 상기 무선 인프라망 내의 영역에 대응되는 상공에서의 운행 개시 여부를 결정하는, 무인 공중 운행체.
  11. 무인 공중 운행체에 있어서,
    무선 통신 인터페이스 모듈; 및
    무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 상기 무인 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 설정하는 운행 관리부를 구비하는 무선 인프라망 연동 모듈;을 포함하고,
    상기 운행 관리부는,
    상기 무선 인프라망 내에서 상기 무인 공중 운행체의 무선 접속 범위 내에 위치한 현 위치 인접의 통신 노드로 운행 경로 요청 메시지가 전송되도록 상기 무선 통신 인터페이스 모듈을 제어하고-여기서, 상기 운행 경로 요청 메시지에는 무인 공중 운행체 식별 정보, 무인 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-,
    상기 현 위치 인접의 통신 노드로부터 운행 경로 응답 메시지가 수신된 경우, 상기 운행 경로 응답 메시지에 상응하여 상기 운행 경로를 설정하는-여기서, 상기 운행 경로 응답 메시지에는 목적지 인접의 통신 노드까지의 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 놓인 다음번 통신 노드의 식별 정보, 상기 다음번 통신 노드의 위치 정보가 포함되고, 상기 목적지 인접의 통신 노드는 상기 무선 인프라망 내에서 상기 운행 목적지 위치와 가장 인접한 위치에 존재하는 통신 노드임-, 무인 공중 운행체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 운행 경로 응답 메시지는 상기 무인 공중 운행체의 운행 속도, 운행 방향, 운행 고도 중 적어도 하나의 운항 정보가 더 포함되고,
    상기 무선 인프라망 연동 모듈은, 상기 운항 정보에 상응하여 상기 무인 공중 운행체의 운행 제어를 수행하는 운행 제어부를 더 포함하는, 무인 공중 운행체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 운행 제어부는, 상기 무인 공중 운행체와 무선 접속 중인 통신 노드로부터 운행 제어 메시지가 수신된 경우, 수신된 운행 제어 메시지에 기반하여 상기 무인 공중 운행체의 운행 제어를 수행하는-여기서, 상기 운행 제어 메시지에는 혼잡 제어 또는 충돌 예방을 위한 교통 제어 정보가 포함되고, 상기 교통 제어 정보는 운행 정지, 운행 재개, 경로 우회 운행 중 적어도 하나를 지시하는 지시 정보가 포함됨-, 무인 공중 운행체.
  14. 삭제
  15. 무선 인프라망 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비로서,
    무선 통신 인터페이스 모듈; 및
    상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 운행 경로 획득부와, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 운용 제어부, 및 상기 공중 운행체의 운행 인증을 수행하는 인증부를 구비하는 공중 운행체 통제 모듈;을 포함하고,
    상기 인증부는,
    상기 노드 장비의 식별 정보를 포함하는 비컨 메시지(beacon message)의 송출에 따라 상기 비컨 메시지를 수신한 상기 공중 운행체로부터 운행 인증 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 공중 운행체의 운행 허용 여부를 결정하는 응답 메시지를 생성하여 상기 공중 운행체로 전달되도록 하는-여기서, 상기 운행 인증 요청 메시지에는 공중 운행체 식별 정보, 공중 운행체의 현 위치 정보, 공중 운행체의 운행 목적지 위치 정보가 포함됨-, 노드 장비.
  16. 무선 인프라망 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비로서,
    무선 통신 인터페이스 모듈; 및
    상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 운행 경로 획득부와, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 운용 제어부를 구비하는 공중 운행체 통제 모듈;을 포함하고,
    상기 운행 경로 획득부는,
    상기 공중 운행체로부터 운행 경로 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 운행 경로 요청 메시지 내에 포함된 운행 목적지 위치 정보에 기초하여 해당 운행 목적지 위치와 가장 인접한 위치에 존재하는 목적지 인접의 통신 노드를 결정하고, 상기 목적지 인접의 통신 노드까지 사전 정의된 기준에 따른 최적의 멀티홉(multi-hop) 데이터 라우팅 경로에 상응하여 상기 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는, 노드 장비.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 운행 경로 획득부는,
    메시지 플러딩(message flooding)을 통해서 운행 경로 탐색 메시지를 인접 통신 노드로 전달하고, 상기 운행 경로 탐색 메시지의 응답으로서 경로 탐색 응답 메시지가 수신된 경우 상기 경로 탐색 응답 메시지가 상기 공중 운행체의 현 위치 인접의 통신 노드로 전달되도록 하는-여기서, 상기 운행 경로 탐색 메시지에는 상기 목적지 인접의 통신 노드에 관한 정보가 포함되고, 상기 경로 탐색 응답 메시지는 상기 목적지 인접의 통신 노드로부터 상기 현 위치 인접의 통신 노드까지의 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 위치한 각 통신 노드를 순차 경유하여 상기 현 위치 인접의 통신 노드로 전달됨-, 노드 장비.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 노드 장비가 상기 공중 운행체의 현 위치 인접의 통신 노드에 해당되는 경우,
    상기 운용 제어부는, 상기 공중 운행체로 운행 경로 응답 메시지를 전달하는-여기서, 상기 운행 경로 응답 메시지에는 메시지 수신 대상인 공중 운행체의 식별 정보, 상기 운행 경로를 기준으로 할 때 최단 거리의 멀티홉 데이터 라우팅 경로 상에 놓인 다음번 통신 노드의 식별 정보, 상기 다음번 통신 노드의 위치 정보가 포함됨-, 노드 장비.
  19. 무선 인프라망 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비로서,
    무선 통신 인터페이스 모듈; 및
    상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 운행 경로 획득부와, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 운용 제어부, 및 상기 공중 운행체의 운행 과정을 추적하는 추적부를 구비하는 공중 운행체 통제 모듈;을 포함하고,
    상기 운용 제어부는, 상기 추적 결과를 반영하여 상기 공중 운행체의 운행 속도, 운행 방향, 운행 고도 중 적어도 하나의 운항 정보를 결정하고, 결정된 운항 정보를 상기 공중 운행체에 전달되도록 하는, 노드 장비.
  20. 무선 인프라망 내에서 데이터 라우팅 기능을 수행하는 노드 장비(node equipment)로서,
    무선 통신 인터페이스 모듈; 및
    상기 무선 인프라망의 데이터 라우팅 경로에 상응하도록 공중 운행체의 물리적 운행 경로를 결정하는 운행 경로 획득부와, 결정된 운행 경로에 기반하여 상기 공중 운행체에 관한 운용 제어를 수행하는 운용 제어부를 구비하는 공중 운행체 통제 모듈;을 포함하고,
    상기 운용 제어부는,
    상기 무선 인프라망 내에서 상기 운행 경로에 대응 위치한 각 통신 노드 간에 상기 운행 경로의 상공에 운행 중인 타 공중 비행체에 관한 운용 정보를 교환하고, 상기 교환된 운용 정보에 기반하여 운행 제어 메시지를 생성하고, 생성된 운행 제어 메시지가 상기 공중 운행체에 전달되도록 하는-여기서, 상기 운행 제어 메시지에는 혼잡 제어 또는 충돌 예방을 위한 교통 제어 정보가 포함되고, 상기 교통 제어 정보는 운행 정지, 운행 재개, 경로 우회 운행 중 적어도 하나를 지시하는 지시 정보가 포함됨-, 노드 장비.
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