KR101837684B1 - LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CRQ(Contention Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율을 높인 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 경쟁 구간에서 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하고, 자신의 플래그인지 판단하여 ARS 전송을 하는 경쟁 구간 데이터 처리부;피드백 구간에서 DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하고, 자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하고, 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 확인하는 피드백 구간 데이터 처리부;데이터 전송 구간에서 DTQ에 자신의 플래그 삽입을 하고, 라운드마다 DTQ에서 하나씩 꺼내며 자신의 플래그일 경우 데이터 전송을 하는 데이터 전송부;를 포함하는 것이다.

Description

LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법{System and Method for Acquisitioning Fast Multi Channel Data based on LoRaWAN}
본 발명은 고속 다중 채널 데이터 수집에 관한 것으로, 구체적으로 CRQ(Contention Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율을 높인 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
인터넷의 발전과 더불어 사물인터넷(Internet of Thing, IoT) 서비스가 대중화되면서 저전력 소모 설계, 저가 단말 공급, 낮은 구축비용, 안정적 커버리지 제공, 대규모의 단말기 접속 구현 등을 지원하는 저전력 장거리통신(Low Power Wide-Area, LPWA)을 필수적으로 요구하게 되었다.
현재 활용 가능한 서비스 중 LoRa Alliance가 제공하는 LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)은 독자적인 저전력 사물인터넷 통신망을 구축하여 서비스를 제공하고 있다.
1GHz 이하 대역을 활용하여 장애물이 많은 환경에서 서비스 제공이 용이하고, 상대적으로 커버리지가 넓어 통신망 구축비용을 절감하는 등 안정적인 커버리지를 확보하였다.
LoRaWAN은 다국적으로 이동통신 사업자 및 주요 하드웨어, 소프트웨어 업체가 참여하여 기술 개발을 주도 하고 있다.
이와 같은 LoRaWAN 기반의 데이터 전송에 있어서 집중된 채널 트래픽에 의한자원 낭비 문제가 있어 고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 모든 데이터 채널의 제어를 통한 자원 사용의 효율성을 높인 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1742997호 대한민국 공개특허 제10-2017-0042947호 대한민국 공개특허 제10-2012-0127725호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 고속 다중 채널 데이터 수집 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, CRQ(Contention Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율을 높인 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 현재 라운드에서 ARS(Access Request Sequence) 전송 여부 결정하는 CRQ(Contention Resolution Queue) 및 현재 라운드에서 데이터 전송 여부 결정하는 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 자원의 효율적인 사용이 가능하도록 한 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하고 경쟁 구간에서 CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하여 분산된 채널 트래픽으로 자원 사용을 최대화할 수 있도록 한 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 피드백 구간에서 FBP(FeedBack Packet)를 통해 경쟁결과를 수신하고 경쟁 결과에 따라 채널을 선택하여 데이터 전송을 하여 고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율을 높인 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치는 경쟁 구간에서 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하고, 자신의 플래그인지 판단하여 ARS 전송을 하는 경쟁 구간 데이터 처리부;피드백 구간에서 DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하고, 자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하고, 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 확인하는 피드백 구간 데이터 처리부;데이터 전송 구간에서 DTQ에 자신의 플래그 삽입을 하고, 라운드마다 DTQ에서 하나씩 꺼내며 자신의 플래그일 경우 데이터 전송을 하는 데이터 전송부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 경쟁 구간 데이터 처리부는, 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하는 플래그 삽입부와,CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 판단하여 ARS 전송 여부를 판단하는 ARS 전송 판단부와,CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그이면 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 ARS 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 피드백 구간 데이터 처리부는, FBP를 수신하는 FBP 수신부와,DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하는 플래그 확인부와,자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하는 경쟁 결과 확인부와,다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 확인하는 타 슬롯 경쟁 결과 확인부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 ARS 전송은, CRQ가 비었을 경우와, CRQ 헤드의 내용이 전송을 허용할 경우에 ARS 전송을 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 채널은 경쟁 슬롯과 피드백 슬롯, 데이터 슬롯으로 구성되는 제어 및 데이터 전송 채널과, 데이터 슬롯으로만 구성되는 데이터 전송 채널로 분리되는 것을 특징으로 한다.
그리고 모든 단말은 동일한 제어 및 데이터 전송 채널에서만 경쟁을 하고, 게이트웨이는 LoRaWAN 표준에 표기되어 있는 물리 채널을 동시에 수신 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고 게이트웨이는 경쟁이 해소된 단말을 순차적으로 데이터 채널에 할당하여 채널 트래픽 부하를 분산시키고, 게이트웨이는 단말들의 시간 동기화와 경쟁 슬롯의 개수를 알리는 동기화 패킷(FBP)을 전송하고, 경쟁을 위하여 전송한 ARS의 충돌 여부를 단말들에게 전송하고, 경쟁이 해소된 단말에게 데이터 전송 채널과 전송 시점에 대한 정보(FBP)를 전송하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법은 단말에서의 프로세스가 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하는 단계;CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 단계;FBP를 통해 경쟁결과를 수신한 후 자신의 경쟁이 해소되지 않았을 경우 CRQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계;자신의 경쟁이 해소되었을 경우 데이터 전송 채널과 DTQ 업데이트 및 DTQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계;DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하며, 자신의 플래그인 경우 해당 채널로 데이터를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 단계에서, 자신의 플래그가 아니면 경쟁 구간 동안 대기를 하고, 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고 FBP를 통해 경쟁결과를 수신한 후 자신의 경쟁이 해소되지 않았을 경우 CRQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계에서, 자신의 경쟁 결과가 아니면 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 판단하여, 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있다면 CRQ 크기를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 FBP를 통해 경쟁결과를 수신한 후 자신의 경쟁이 해소되지 않았을 경우 CRQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계에서, 자신의 경쟁 결과이면 자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하고, 자신의 경쟁이 해소되지 않은 경우에는 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 판단하고, 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있다면 CRQ 크기를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 ARS를 전송하는 단계에서 ARS 전송은, CRQ가 비었을 경우와, CRQ 헤드의 내용이 전송을 허용할 경우에 ARS 전송을 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 채널은 경쟁 슬롯과 피드백 슬롯, 데이터 슬롯으로 구성되는 제어 및 데이터 전송 채널과, 데이터 슬롯으로만 구성되는 데이터 전송 채널로 분리되는 것을 특징으로 한다.
그리고 단말에서의 프로세스가 진행되는 동안에, 게이트웨이는 경쟁이 해소된 단말을 순차적으로 데이터 채널에 할당하여 채널 트래픽 부하를 분산시키고, 게이트웨이는 단말들의 시간 동기화와 경쟁 슬롯의 개수를 알리는 동기화 패킷(FBP)을 전송하는 단계와,경쟁을 위하여 전송한 ARS의 충돌 여부를 단말들에게 전송하는 단계와,경쟁이 해소된 단말에게 데이터 전송 채널과 전송 시점에 대한 정보(FBP)를 전송하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, CRQ(Contention Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율을 높일 수 있다.
둘째, 현재 라운드에서 ARS(Access Request Sequence) 전송 여부 결정하는 CRQ(Contention Resolution Queue) 및 현재 라운드에서 데이터 전송 여부 결정하는 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 자원의 효율적인 사용이 가능하도록 한다.
셋째, 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하고 경쟁 구간에서 CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하여 분산된 채널 트래픽으로 자원 사용을 최대화할 수 있도록 한다.
넷째, 피드백 구간에서 FBP(FeedBack Packet)를 통해 경쟁결과를 수신하고 경쟁 결과에 따라 채널을 선택하여 데이터 전송을 하여 고속 다중 채널 환경에서의 데이터 수집 효율을 높인다.
도 1은 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
도 3a 내지 도 3d는 DQ(Distributed Queueing)구조 및 DQ 프로토콜을 설명하기 위한 구성도
도 4a 내지 도 4d는 다중 채널 기반 LoRaWAN의 채널 트래픽 및 고속 다중 채널 데이터 수집을 설명하기 위한 구성도
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집에 의한 심볼 정의 및 성능 분석을 위한 구성도
이하, 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 DQ(Distributed Queueing)구조 및 DQ 프로토콜을 설명하기 위한 구성도이고, 도 4a 내지 도 4d는 다중 채널 기반 LoRaWAN의 채널 트래픽 및 고속 다중 채널 데이터 수집을 설명하기 위한 구성도이다.
본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법은 현재 라운드에서 ARS(Access Request Sequence) 전송 여부 결정하는 CRQ(Contention Resolution Queue) 및 현재 라운드에서 데이터 전송 여부 결정하는 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 자원의 효율적인 사용이 가능하도록 한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하고 경쟁 구간에서 CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 피드백 구간에서 FBP(FeedBack Packet)를 통해 경쟁결과를 수신하고 경쟁 결과에 따라 채널을 선택하여 데이터 전송을 하는 구성을 포함할 수 있다.
이하의 설명에서 '경쟁 구간'은 단말이 무작위로 경쟁 슬롯을 선택하여 경쟁하는 구간이고, '피드백 구간'은 경쟁 결과를 알려주는 구간이고, '데이터 구간'은 충돌없이 데이터 전송 가능한 구간을 의미한다.
이와 같은 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3a는 DQ(Distributed Queueing) 구조를 나타낸 것으로, 증앙집중형 큐 및 분산 큐 구성을 나타낸 것이다.
도 3b는 DQ(Distributed Queueing) 구조를 나타낸 것으로, DQ는 단말이 무작위로 경쟁 슬롯을 선택하여 경쟁하는 경쟁 구간 및 경쟁 결과를 알려주는 피드백 구간 및 충돌없이 데이터 전송이 가능한 데이터 구간을 갖는다.
도 3c는 DQ(Distributed Queueing) 구조를 나타낸 것으로, 제어 채널과 데이터 채널이 분리되는 구조를 나타낸 것이다.
도 3d는 DQ 프레임 구조를 나타낸 것으로, 경쟁 구간,피드백 구간,데이터 구간을 라운드로 정의한다.
경쟁 구간은 데이터 슬롯 획득을 위해 경쟁하는 구간으로 단말의 경쟁 도구(Preamble)가 되는 ARS(Access Request Sequence)의 전송을 한다.
그리고 피드백 구간은 단말들의 경쟁 결과를 알려주는 구간으로 경쟁 결과를 담고 있는 패킷 FBP(FeedBack Packet)를 전송한다.
그리고 단말이 지닌 큐의 역할을 보면, CRQ(Contention Resolution Queue)는 현재 라운드에서 ARS 전송 여부를 결정하는 것이고, DTQ(Data Transmission Queue): 현재 라운드에서 데이터 전송 여부를 결정하는 것이다.
ARS 전송 조건은 CRQ가 비었을 경우와, CRQ 헤드의 내용이 전송을 허용할 경우에 ARS 전송을 한다.
그리고 도 4a 내지 도 4d는 다중 채널 기반 LoRaWAN의 채널 트래픽 및 고속 다중 채널 데이터 수집을 설명하기 위한 것이다.
도 4a에서와 같이, 다중 채널 기반 LoRaWAN은 N개의 단말이 K개의 채널을 랜덤하게 선택하여 데이터 전송을 하는데, 일반적으로 채널수(K)보다 단말수(N)가 많다.
도 4b는 분산된 채널 트래픽에 의해 자원 사용을 최대화할 수 있는 이상적인 형태를 나타낸 것이다.
도 4c는 N개의 단말이 하나의 채널에 집중되는 것을 나타낸 것으로, 집중된 채널 트래픽으로 자원이 낭비되는 것을 나타낸 것이다.
도 4d는 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 나타낸 것으로, 제어 채널과 데이터 채널이 분리되는 구조를 갖고, 경쟁 구간에서 단말의 경쟁 도구(Preamble)가 되는 ARS(Access Request Sequence)의 전송을 하고, 피드백 구간에서 경쟁 결과를 담고 있는 패킷 FBP(FeedBack Packet)를 전송하여 모든 데이터 채널을 제어할 수 있도록한 것이다.
본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법에서 채널은 (제어 및 데이터 전송 채널), (데이터 전송 채널)로 분리되고, 단말은 (제어 및 데이터 전송 채널)에서만 경쟁을 한다.
(제어 및 데이터 전송 채널)은 경쟁 슬롯과 피드백 슬롯, 데이터 슬롯으로 구성되고, (데이터 전송 채널)은 데이터 슬롯으로만 구성된다.
그리고 게이트웨이는 LoRaWAN 표준에 표기되어 있는 물리 채널을 동시에 수신 가능해야 하고, 모든 단말은 동일한 채널에서 경쟁을 한다.
게이트웨이는 경쟁이 해소된 단말을 순차적으로 데이터 채널에 할당하여 채널 트래픽 부하를 분산시킨다.
게이트웨이 프로세스는 다음과 같이 진행된다.
먼저, 게이트웨이는 단말들의 시간 동기화와 경쟁 슬롯의 개수를 알리는 동기화 패킷(FBP)을 전송한다.
그리고 경쟁을 위하여 전송한 ARS의 충돌 여부를 단말들에게 전송한다.
경쟁이 해소된 단말에게 데이터 전송 채널과 전송 시점에 대한 정보(FBP)를 전송한다.
도 1은 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치는 도 1에서와 같이, 경쟁 구간에서의 데이터 수집 처리를 수행하는 경쟁 구간 데이터 처리부가, 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하는 플래그 삽입부(10)와, CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 판단하여 ARS 전송 여부를 판단하는 ARS 전송 판단부(11)와, CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그이면 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 ARS 전송부(12)를 포함한다.
그리고 피드백 구간에서의 데이터 수집 처리를 수행하는 피드백 구간 데이터 처리부가, FBP를 수신하는 FBP 수신부(21)와, DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하는 플래그 확인부(23)와, 자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하는 경쟁 결과 확인부(22)와, 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 확인하는 타 슬롯 경쟁 결과 확인부(20)를 포함한다.
그리고 데이터 전송 구간에서 DTQ에 자신의 플래그 삽입을 하고, 라운드마다 DTQ에서 하나씩 꺼내며 자신의 플래그일 경우 데이터 전송을 하는 데이터 전송부(30)를 포함한다.
본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법은 단말 프로세스가 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하는 단계; CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 단계; FBP를 통해 경쟁결과를 수신한 후 자신의 경쟁이 해소되지 않았을 경우 CRQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계; 자신의 경쟁이 해소되었을 경우 데이터 전송 채널과 DTQ 업데이트 및 DTQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계;라운드가 DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하며, 자신의 플래그인 경우 해당 채널로 데이터를 전송하는 단계;를 포함하는 것이다.
구체적으로 도 2에서와 같이, 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입한다.(S201)
CRQ에서 정보를 꺼내고(S202) CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 판단한다.(S203)
자신의 플래그가 아니면 경쟁 구간 동안 대기를 하고(S204), 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송한다.(S205)
그리고 피드백 구간에서 FBP를 통해 경쟁결과를 수신하고(S206), 자신의 경쟁 결과인지 확인하고(S207), 자신의 경쟁 결과가 아니면 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 판단한다.(S208)
다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있다면 CRQ 크기를 증가시킨다.(S209)
그리고 자신의 경쟁 결과이면 자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하고(S210), 자신의 경쟁이 해소되지 않은 경우에는 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 판단한다.(S211)
다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있다면 CRQ 크기를 증가시킨다.(S212)
자신의 경쟁이 해소되었다면, 데이터 전송 구간에서 DTQ에 자신의 플래그 삽입을 하고, 라운드마다 DTQ에서 하나씩 꺼내며 자신의 플래그일 경우 데이터 전송을 한다.(S213)
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집에 의한 심볼 정의 및 성능 분석을 위한 구성도이다.
본 발명에서 경쟁 슬롯 수(W)의 설정은,
Figure 112017129649115-pat00001
Figure 112017129649115-pat00002
은 N개의 경쟁 해소에 필요한 평균 라운드 수이다.
그리고 본 발명에 따른 고속 다중 채널 데이터 수집에 의한 성능은 수학식 2에서와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112017129649115-pat00003
여기서, N은 단말 수, K는 채널 수, W은 경쟁 슬롯 수, Tω는 ARS 전송 시간, Tf, Tfjoint는 FBP 전송 시간, Td는 데이터 전송 시간, Tc, Tcjoint는 제어 구간 시간, TR은 한 라운드 시간이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치 및 방법은 ARS(Access Request Sequence) 전송 여부 결정하는 CRQ(Contention Resolution Queue) 및 현재 라운드에서 데이터 전송 여부 결정하는 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 자원의 효율적인 사용이 가능하도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 플래그 삽입부 11. ARS 전송 판단부
12. ARS 전송부 20. 타슬롯 경쟁 결과 확인부
21. FBP 수신부 22. 경쟁 결과 확인부
23. 플래그 확인부 30. 데이터 전송부

Claims (14)

  1. 경쟁 구간에서 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하고, 자신의 플래그인지 판단하여 ARS 전송을 하는 경쟁 구간 데이터 처리부;
    피드백 구간에서 DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하고, 자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하고, 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 확인하는 피드백 구간 데이터 처리부;
    데이터 전송 구간에서 DTQ에 자신의 플래그 삽입을 하고, 라운드마다 DTQ에서 하나씩 꺼내며 자신의 플래그일 경우 데이터 전송을 하는 데이터 전송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 경쟁 구간 데이터 처리부는,
    초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하는 플래그 삽입부와,
    CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 판단하여 ARS 전송 여부를 판단하는 ARS 전송 판단부와,
    CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그이면 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 ARS 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 피드백 구간 데이터 처리부는,
    FBP를 수신하는 FBP 수신부와,
    DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하는 플래그 확인부와,
    자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하는 경쟁 결과 확인부와,
    다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 확인하는 타 슬롯 경쟁 결과 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, ARS 전송은,
    CRQ가 비었을 경우와, CRQ 헤드의 내용이 전송을 허용할 경우에 ARS 전송을 하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 채널은 경쟁 슬롯과 피드백 슬롯, 데이터 슬롯으로 구성되는 제어 및 데이터 전송 채널과,
    데이터 슬롯으로만 구성되는 데이터 전송 채널로 분리되는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 모든 단말은 동일한 제어 및 데이터 전송 채널에서만 경쟁을 하고,
    게이트웨이는 LoRaWAN 표준에 표기되어 있는 물리 채널을 동시에 수신 가능한 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 게이트웨이는 경쟁이 해소된 단말을 순차적으로 데이터 채널에 할당하여 채널 트래픽 부하를 분산시키고,
    게이트웨이는 단말들의 시간 동기화와 경쟁 슬롯의 개수를 알리는 동기화 패킷(FBP)을 전송하고, 경쟁을 위하여 전송한 ARS의 충돌 여부를 단말들에게 전송하고,
    경쟁이 해소된 단말에게 데이터 전송 채널과 전송 시점에 대한 정보(FBP)를 전송하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 장치.
  8. 단말에서의 프로세스가 초기 CRQ에 자신을 표시하는 플래그를 삽입하는 단계;
    CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 단계;
    FBP를 통해 경쟁결과를 수신한 후 자신의 경쟁이 해소되지 않았을 경우 CRQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계;
    자신의 경쟁이 해소되었을 경우 데이터 전송 채널과 DTQ 업데이트 및 DTQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계;
    DTQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그인지 확인하며, 자신의 플래그인 경우 해당 채널로 데이터를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, CRQ에서 꺼낸 정보가 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 단계에서,
    자신의 플래그가 아니면 경쟁 구간 동안 대기를 하고, 자신의 플래그일 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS를 전송하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, FBP를 통해 경쟁결과를 수신한 후 자신의 경쟁이 해소되지 않았을 경우 CRQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계에서,
    자신의 경쟁 결과가 아니면 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 판단하여, 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있다면 CRQ 크기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, FBP를 통해 경쟁결과를 수신한 후 자신의 경쟁이 해소되지 않았을 경우 CRQ에 자신의 플래그를 삽입하는 단계에서,
    자신의 경쟁 결과이면 자신의 경쟁이 해소되었는지 확인하고, 자신의 경쟁이 해소되지 않은 경우에는 다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있는지 판단하고,
    다른 슬롯에서 경쟁이 해소되지 않은 슬롯이 있다면 CRQ 크기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, ARS를 전송하는 단계에서 ARS 전송은,
    CRQ가 비었을 경우와, CRQ 헤드의 내용이 전송을 허용할 경우에 ARS 전송을 하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 채널은 경쟁 슬롯과 피드백 슬롯, 데이터 슬롯으로 구성되는 제어 및 데이터 전송 채널과,
    데이터 슬롯으로만 구성되는 데이터 전송 채널로 분리되는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 단말에서의 프로세스가 진행되는 동안에,
    게이트웨이는 경쟁이 해소된 단말을 순차적으로 데이터 채널에 할당하여 채널 트래픽 부하를 분산시키고,
    게이트웨이는 단말들의 시간 동기화와 경쟁 슬롯의 개수를 알리는 동기화 패킷(FBP)을 전송하는 단계와,
    경쟁을 위하여 전송한 ARS의 충돌 여부를 단말들에게 전송하는 단계와,
    경쟁이 해소된 단말에게 데이터 전송 채널과 전송 시점에 대한 정보(FBP)를 전송하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 LoRaWAN 기반의 고속 다중 채널 데이터 수집을 위한 방법.
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