KR102054731B1 - Underwater communication apparatus using seamless DTN (Delay Tolerant Network) protocol and method thereof - Google Patents

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신수영
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Abstract

본 발명은 심리스(seamless) DTN(Delay Tolerant Network) 프로토콜을 사용하여 수중의 다이버들 간에 끊어짐이 없는(seamless) 수중통신이 가능하도록 하는 심리스 DTN 프로토콜을 이용한 수중통신 장치 및 그 수중통신방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 이용한 수중통신 장치는, 다수의 다이버들에 각각 탑재되고 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 수중통신장치에 있어서, 하위의 데이터링크계층과 연결되어 외부장치와의 인터페이스를 제공하는 데이터링크추상계층; 및 수중통신을 위한 DTN 기능을 수행하기 위해 전송된 데이터를 버퍼에 저장한 후 수신확인까지 보관 및 재전송하는 DTN 기능부, 수중 MANET 기반의 DN 토폴로지를 형성하고 관리하는 기능을 수행하는 네트워크토폴로지 형성 및 관리부, 다중통신매체에 대한 오버히어링(Overhearing)을 통해 수신된 패킷을 주기적으로 분석한 주변상황정보를 수집 및 관리하는 주변상황정보 수집 및 관리부, 상기 수집 및 관리되는 주변상황정보를 저장하는 주변상황정보저장부, 상기 주변상황정보 수집 및 관리부 및 주변상황정보저장부에서 수집 및 저장되는 주변상황정보를 기반으로 기설정된 기계학습을 통해 다중 데이터링크계층을 선정하고 운용정책을 수립하는 데이터링크계층 선정 및 운용부를 포함하는 S-DTN계층을 포함한다.
The present invention relates to an underwater communication apparatus using a seamless DTN protocol that enables seamless underwater communication between divers in underwater using a seamless Delay Tolerant Network (DTN) protocol, and a method for underwater communication. .
The underwater communication device using the seamless DTN protocol according to the present invention is an underwater communication device mounted on a plurality of divers and constitutes a diver network (DN), which is connected to a lower data link layer to interface with an external device. Providing a data link abstract layer; And a DTN function that stores and retransmits the transmitted data in a buffer to perform DTN function for underwater communication, and forms a network topology that forms and manages a DN topology based on underwater MANET. The management unit, the environment information collection and management unit for collecting and managing the environment information by periodically analyzing the packets received through the overhearing of multiple communication media, the environment for storing the environment information collected and managed Selecting the data link layer through the machine learning based on the surrounding situation information collected and stored in the information storage unit, the surrounding situation information collection and management unit and the surrounding situation information storage unit, and establishing an operation policy And an S-DTN layer including an operation unit.

Description

심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치 및 그 통신방법{Underwater communication apparatus using seamless DTN (Delay Tolerant Network) protocol and method thereof}Underwater communication apparatus using seamless DTN (Delay Tolerant Network) protocol and method

본 발명은 수중통신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 심리스(seamless) DTN(Delay Tolerant Network) 프로토콜을 사용하여 수중의 다이버들 간에 끊어짐이 없는(seamless) 수중통신이 가능하도록 하는 심리스 DTN 프로토콜을 이용한 수중통신 장치 및 그 수중통신방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underwater communication apparatus and method, and in particular, to seamless underwater communication between divers by using a seamless Delay Tolerant Network (DTN) protocol. A communication device and a method for underwater communication thereof.

일반적으로 다이버(diver)들은 열악한 수중환경에서 작업 및 활동을 하므로 잠수복 못지 않게 서로 간의 수중통신이 매우 중요하다. 다이버 네트워크에서는 수심, 조류, 부유물 등에 의한 안전문제가 수시로 발생할 수 있으므로 다이버 간의 실시간 및 신뢰성 있는 통신이 반드시 필요하다.Divers generally work and work in poor underwater environments, so underwater communication between them is just as important as wetsuits. In diver networks, safety problems such as depth, tides, and floats can occur from time to time, so real-time and reliable communication between divers is essential.

기존에는 다이버들이 수중에서 활동하는 경우 수중 탁도에 의해 시계 확보가 어렵고 조류에 따라 위험한 지역으로 이동될 수 있으므로 상황에 따라서는 동료 다이버들의 상태나 위급 상황을 적시에 인지하지 못하여 안전사고를 야기하는 문제점이 있다.Conventionally, when divers are underwater, it is difficult to secure a watch due to underwater turbidity and can be moved to a dangerous area according to the current. Therefore, depending on the situation, it is not possible to recognize the status or emergency situation of fellow divers in a timely manner, causing a safety accident. There is this.

또한, 다이버들 간의 통신이 손으로 이루어지는 경우가 많아 수중에서 다이버 간 대화가 제한적이라는 문제점이 있다.In addition, the communication between the divers is often made by hand, there is a problem that the conversation between divers in the water is limited.

이에, 해당 기술분야에서는 수중에서 다이버들의 안전한 수중활동을 위해 다이버 네트워크를 형성하여 실시간 및 신뢰성 있는 수중통신을 가능하게 하는 기술의 개발이 요구되어 오고 있다.Accordingly, in the technical field, there has been a demand for the development of a technology that enables the real-time and reliable underwater communication by forming a diver network for safe underwater activities of divers.

대한민국 등록특허 제10-1296744호Republic of Korea Patent No. 10-1296744 대한민국 등록특허 제10-1475926호Republic of Korea Patent No. 10-1475926 대한민국 공개특허 제10-2013-0030970호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0030970

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점과 기술개발의 요구에 대응하여 수중환경에서 심리스(seamless) DTN 프로토콜을 통해 다이버 네트워크에서 다이버들의 이동성을 지원하면서 실시간 및 신뢰성 있는 통신을 지원할 수 있는 수중통신장치 및 그 통신방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is an underwater communication apparatus capable of supporting real-time and reliable communication while supporting the mobility of divers in a diver network through a seamless DTN protocol in an underwater environment in response to the problems of the prior art and the demand of technology development and Its purpose is to provide the communication method.

또한, 본 발명은 다이버들의 이동성을 보장하기 위하여 수중환경에 적합한 P2P 기반 핸드오버(handover)를 제공하여 끊어짐 없는(seamless) 통신이 가능하도록 하는 심리스(seamless) DTN 프로토콜을 사용한 수중통신장치 및 그 통신방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention provides a P2P-based handover (suitable for the underwater environment) to ensure the mobility of divers underwater communication device using a seamless DTN protocol to enable seamless communication (seamless) and its communication There is another purpose in providing a method.

또한, 본 발명은 기존의 수중통신 프로토콜의 헤더에 심리스 DTN 프로토콜을 위한 경량 확장헤더 및 주소체계를 적용한 압축체계(compression scheme)를 통해 오버헤드 및 통신 트래픽을 최소화하도록 하는 수중통신장치 및 그 통신방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다. The present invention also provides an underwater communication apparatus and a communication method for minimizing overhead and communication traffic through a compression scheme using a lightweight extension header and an address scheme for a seamless DTN protocol in a header of an existing underwater communication protocol. There is another purpose to provide.

본 발명의 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치는, 다수의 다이버들에 각각 탑재되고 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 수중통신장치에 있어서, 하위의 데이터링크계층과 연결되어 외부장치와의 인터페이스를 제공하는 데이터링크추상계층; 및 수중통신을 위한 DTN 기능을 수행하기 위해 전송된 데이터를 버퍼에 저장한 후 수신확인까지 보관 및 재전송하는 DTN 기능부, 수중 MANET 기반의 DN 토폴로지를 형성하고 관리하는 기능을 수행하는 네트워크토폴로지 형성 및 관리부, 다중통신매체에 대한 오버히어링(Overhearing)을 통해 수신된 패킷을 주기적으로 분석한 주변상황정보를 수집 및 관리하는 주변상황정보 수집 및 관리부, 상기 수집 및 관리되는 주변상황정보를 저장하는 주변상황정보저장부, 상기 주변상황정보 수집 및 관리부 및 주변상황정보저장부에서 수집 및 저장되는 주변상황정보를 기반으로 기설정된 기계학습을 통해 다중 데이터링크계층을 선정하고 운용정책을 수립하는 데이터링크계층 선정 및 운용부를 포함하는 S-DTN계층; 을 포함한다.In the underwater communication device using the seamless DTN protocol according to an embodiment of the present invention, in the underwater communication device which is mounted on a plurality of divers and constitutes a diver network (DN), it is connected to a lower data link layer and connected to an external device. A data link abstract layer providing an interface of the; And a DTN function that stores and retransmits the transmitted data in a buffer to perform DTN function for underwater communication, and forms a network topology that forms and manages a DN topology based on underwater MANET. The management unit, the environment information collection and management unit for collecting and managing the environment information by periodically analyzing the packets received through the overhearing of multiple communication media, the environment for storing the environment information collected and managed Selecting the data link layer through the machine learning based on the surrounding situation information collected and stored in the information storage unit, the surrounding situation information collection and management unit and the surrounding situation information storage unit, and establishing an operation policy And an S-DTN layer including an operation unit. It includes.

본 발명에서, 상기 데이터링크추상계층은 상기 다이버 네트워크(DN)에서 운용되는 통신프로토콜이 다중통신매체에 대한 다중 인터페이스를 접근하기 위한 단일화된 공통 표준인터페이스를 제공하는 데이터링크계층 공통인터페이스; 상기 다중통신매체를 위한 상기 데이터링크계층의 프로토콜의 중복된 기능을 공통기능으로 제공하는 데이터링크계층 공통기능부; 및 상기 데이터링크계층을 통한 다중통신매체로의 접근을 지원하는 데이터링크계층 어댑터;를 포함한다.In an embodiment of the present invention, the data link abstract layer may include: a data link layer common interface for providing a unified common standard interface for accessing multiple interfaces to multiple communication media by a communication protocol operated in the diver network (DN); A data link layer common function unit providing redundant functions of the protocol of the data link layer for the multiple communication media as a common function; And a data link layer adapter supporting access to multiple communication media through the data link layer.

본 발명에서, 상기 S-DTN계층은 기설정된 외부장치로부터 데이터의 전송요청을 받으면 상기 데이터링크계층 선택 및 운용부에서 상기 주변상황정보를 기반으로 상기 데이터의 전송에 대한 실시간 제약을 만족할 수 있는 다중통신매체를 선정한 후 상기 선정된 다중통신매체를 통해 상기 데이터의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달한다.In the present invention, when the S-DTN layer receives a data transmission request from a preset external device, the data link layer selection and operation unit may satisfy a real-time restriction on the transmission of the data based on the surrounding situation information. After selecting a communication medium, the data transmission request is transmitted to the data link abstract layer through the selected multiple communication mediums.

본 발명에서, 상기 데이터링크추상계층은 상기 데이터의 전송요청이 수신되면 상기 선정된 다중통신매체에 맞는 패킷을 생성하여 상기 패킷을 외부장치로 전송한다.In the present invention, the data link abstraction layer generates a packet suitable for the selected multi-communication medium and transmits the packet to an external device when the transmission request of the data is received.

본 발명에서, 상기 S-DTN계층은 상기 선정된 다중통신매체의 최대전송크기(MTU)보다 상기 데이터의 크기가 더 큰 경우 단편화(fragmentation)를 수행한 후 상기 단편화된 데이터의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달하고, 상기 데이터링크추상계층은 상기 단편화된 데이터에 따라 상기 선정된 다중통신매체에 맞는 패킷을 생성하여 상기 패킷을 외부장치로 전송한다.In the present invention, the S-DTN layer performs a fragmentation (fragmentation) when the size of the data is larger than the maximum transmission size (MTU) of the selected multi-communication medium after receiving the transmission request of the data The data link abstraction layer transmits the packet to the link abstraction layer, and generates a packet suitable for the selected multiple communication media according to the fragmented data and transmits the packet to an external device.

본 발명에서, 상기 S-DTN계층은 외부로부터 상기 패킷을 수신하면 상기 패킷에 포함된 단편화된 데이터를 재조립하여 원래의 데이터로 복원한다.In the present invention, when the S-DTN layer receives the packet from the outside, the S-DTN layer reassembles the fragmented data included in the packet and restores the original data.

본 발명에서, 상기 주변상황정보 수집 및 관리부는 상기 다중통신매체의 시간대별로 수신된 패킷수, 패킷의 오류정보, 동일 통신매체의 경우 다양한 주파수 대역별 수신율 및 오류율 정보, 수신패킷에 피기백된 주변상황정보 확장헤더를 통해 다이버 네트워크(DN)의 정보를 수집하여 상기 주변상황정보저장부에 저장 및 갱신한다.In the present invention, the surrounding information collection and management unit the number of packets received for each time zone of the multi-communication medium, error information of the packet, the reception rate and error rate information for various frequency bands in the case of the same communication medium, the surrounding piggybacked on the receiving packet Collect the information of the diver network (DN) through the context information header to store and update the surrounding situation information storage unit.

본 발명에서, 상기 S-DTN계층은 상기 다이버 네트워크(DN) 토폴로지 형성시 복수의 클러스터 내 클러스터 헤드를 선정하는 클러스터헤드 선정부 또는 다이버 네트워크(DN)에 적합한 경량 주소체계의 압축 및 복원 기능을 수행하는 경량주소체계 압축 및 복원부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the S-DTN layer performs a compression and decompression function of a cluster head selector or a lightweight address system suitable for a diver network (DN) to select cluster heads in a plurality of clusters when the diver network (DN) topology is formed. It may further include at least one of the lightweight address system compression and recovery unit.

본 발명에서, 상기 경량주소체계 압축 및 복원부는 수중 IoT(IoUT)와 지상 IoT 간의 연동을 위해 수중 및 지상 IoT 간의 상호호환이 가능한 주소체계를 제공한다.In the present invention, the lightweight address system compression and recovery unit provides an address system that is compatible between the underwater and the ground IoT for interworking between the underwater IoT (IoUT) and the ground IoT.

본 발명에서, 상기 S-STN계층은 상기 다이버 네트워크(DN)에서 제1 클러스터 내의 다이버가 제2 클러스터로 이동시 끊김 없는(seamless) 수중통신이 가능하도록 핸드오버 기능을 수행하는 경량 P2P기반 핸드오버 기능부를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the S-STN layer is a lightweight P2P-based handover function to perform a handover function to enable seamless underwater communication when a diver in a first cluster moves to a second cluster in the diver network (DN). It may further include wealth.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법은, S-DTN계층에서 게이트웨이 및 클러스터 내 복수의 다이버를 포함하는 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 단계; 데이터링크추상계층을 통해 복수의 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계; 상기 S-DTN계층에서 외부장치로부터 위험감지에 따른 긴급메시지의 전송요청을 수신하면 상기 저장된 주변상황정보를 기반으로 상기 긴급메시지의 전송에 따른 실시간 제약을 만족할 수 있는 다중통신매체를 선정하는 단계; 상기 S-DTN계층에서 상기 긴급메시지의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달하는 단계; 및 상기 데이터링크추상계층에서 상기 긴급메시지에 대응하여 상기 선정된 다중통신매체에 맞는 패킷을 생성하고 상기 생성된 패킷을 상기 다중통신매체를 통해 외부로 전송하는 단계; 를 포함한다.In addition, the underwater communication method using the seamless DTN protocol according to an embodiment of the present invention, comprising: configuring a diver network (DN) including a plurality of divers in the gateway and the cluster in the S-DTN layer; Collecting and storing a plurality of surrounding situation information through the data link abstraction layer; Selecting a multi-communication medium capable of satisfying a real-time constraint according to the transmission of the emergency message based on the stored surrounding situation information when the S-DTN layer receives an emergency message transmission request according to a risk detection from an external device; Transmitting, at the S-DTN layer, a request for transmission of the emergency message to the data link abstract layer; Generating a packet suitable for the selected multiple communication media in response to the emergency message and transmitting the generated packet to the outside through the multiple communication media in the data link abstract layer; It includes.

본 발명에서, 상기 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계는, 상기 다중통신매체의 시간대별로 수신된 패킷수, 패킷의 오류정보, 동일 통신매체의 경우 다양한 주파수 대역별 수신율 및 오류율 정보, 수신패킷에 피기백된 주변상황정보 확장헤더를 통해 다이버 네트워크(DN)의 정보를 수집하여 주변상황정보저장부에 저장 및 갱신한다.In the present invention, the step of collecting and storing the surrounding situation information, the number of packets received for each time zone of the multi-communication medium, the error information of the packet, the reception rate and error rate information for various frequency bands, the reception packet in the same communication medium Collects the information of the diver network (DN) through the piggybacked surrounding situation information expansion header and stores and updates the surrounding situation information storage unit.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법은, S-DTN계층에서 게이트웨이 및 클러스터 내 복수의 다이버를 포함하는 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 단계; 데이터링크추상계층을 통해 복수의 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계; 상기 S-DTN계층에서 외부장치로부터 사진/영상의 전송요청을 수신하면 상기 저장된 주변상황정보를 기반으로 상기 사진/영상의 전송에 따른 신뢰성 있는 전송이 가능한 다중통신매체를 선정하는 단계; 상기 S-DTN계층에서 상기 선정된 다중통신매체의 최대전송크기(MTU)와 상기 사진/영상의 크기를 비교하여 상기 사진/영상의 단편화(fragmentation)를 수행하는 단계; 상기 S-DTN계층에서 상기 단편화된 사진/영상의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달하는 단계; 및 상기 데이터링크추상계층에서 상기 단편화된 사진/영상에 대응하여 상기 선정된 다중통신매체에 맞는 패킷을 생성하고 상기 생성된 패킷을 상기 다중통신매체를 통해 외부장치로 전송하는 단계;를 포함한다.In addition, the underwater communication method using the seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention, comprising: configuring a diver network (DN) including a plurality of divers in the gateway and the cluster in the S-DTN layer; Collecting and storing a plurality of surrounding situation information through the data link abstraction layer; Selecting a multi-communication medium capable of reliable transmission according to the transmission of the picture / video based on the stored surrounding situation information when the S-DTN layer receives a picture / video transmission request from an external device; Performing fragmentation of the photo / image by comparing the maximum transmission size (MTU) of the selected multi-communication medium with the size of the photo / image in the S-DTN layer; Transmitting a transmission request of the fragmented photo / video to the data link abstract layer by the S-DTN layer; And generating, by the data link abstraction layer, a packet corresponding to the selected multi-communication medium corresponding to the fragmented picture / video and transmitting the generated packet to an external device through the multi-communication medium.

본 발명에서, 상기 단편화는 상기 선정된 다중통신매체의 MTU보다 상기 사진/영상의 크기가 큰 경우 수행된다.In the present invention, the fragmentation is performed when the size of the picture / video is larger than the MTU of the selected multiple communication medium.

본 발명에서, 상기 패킷을 외부장치로 전송하는 단계 이후에, 상기 외부장치에서 상기 패킷을 수신하면 상기 외부장치의 S-DTN계층에서 상기 패킷에 포함된 단편화된 사진/영상을 재조립하여 원래 사진/영상으로 복원하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the present invention, after the step of transmitting the packet to the external device, when receiving the packet at the external device, the original picture by reassembling the fragmented picture / video included in the packet in the S-DTN layer of the external device The method may further include restoring the image.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법은, S-DTN계층에서 게이트웨이 및 클러스터 내 복수의 다이버를 포함하는 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 단계; 데이터링크추상계층을 통해 복수의 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계; 제1 다이버에 탑재된 수중통신장치의 데이터링크추상계층에서 제1 클러스터 내의 다른 다이버들과의 통신을 수행하는 단계; 상기 통신을 수행하는 도중에 상기 제1 다이버가 제1 클러스터에서 제2 클러스터로 이동함에 따라 상기 데이터링크추상계층에서 상기 제1 클러스터의 제1 클러스터 헤드와의 통신단절 및 상기 제2 클러스터의 제2 클러스터 헤드와의 통신시작을 통해 제1,2 클러스터 간의 이동을 감지하는 단계; 상기 데이터링크추상계층에서 상기 S-DTN계층으로 상기 제1,2 클러스터 간 이동감지 및 통신시작을 통한 수신정보를 통보하는 단계; 상기 S-DTN계층에서 상기 통보된 수신정보를 저장하고, 주변상황정보저장부에 저장된 주변상황정보를 기반으로 상기 제1 다이버가 현재 이동한 제2 클러스터의 정보를 인지하는 단계; 상기 S-DTN계층에서 상기 제2 클러스터 헤드로 상기 제2 클러스터에 대한 조인요청을 전송하는 단계; 상기 제2 클러스터 헤드가 자신에 대응되는 DN 게이트웨이로 클러스터 정보 갱신을 통보하고 상기 S-DTN계층으로 상기 제2 클러스터의 조인승인을 전송하는 단계; 및 상기 제1 다이버는 상기 제2 클러스터 내의 다른 다이버들과 통신을 수행하는 단계를 포함한다.In addition, the underwater communication method using the seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention, comprising: configuring a diver network (DN) including a plurality of divers in the gateway and the cluster in the S-DTN layer; Collecting and storing a plurality of surrounding situation information through the data link abstraction layer; Performing communication with other divers in the first cluster at a data link abstract layer of the underwater communication device mounted on the first diver; During the communication, as the first diver moves from the first cluster to the second cluster, the data link abstraction layer loses communication with the first cluster head of the first cluster and the second cluster of the second cluster. Sensing movement between the first and second clusters through communication with the head; Notifying the S-DTN layer from the data link abstract layer to the received information through the first and second cluster movement detection and communication start; Storing the informed reception information in the S-DTN layer and recognizing information of a second cluster to which the first diver currently moves based on the surrounding situation information stored in the surrounding situation information storage unit; Transmitting a join request for the second cluster from the S-DTN layer to the second cluster head; The second cluster head notifying the DN gateway corresponding to the second cluster head of updating cluster information and transmitting a join approval of the second cluster to the S-DTN layer; And the first diver communicating with other divers in the second cluster.

본 발명에 의하면 수중에서 활동하는 다이버들 간의 네트워크에서 실시간 및 신뢰성 있는 수중통신을 가능하게 하여 다이버들의 안전을 보장한다.According to the present invention, the safety of divers is guaranteed by enabling real-time and reliable underwater communication in a network between divers who are underwater.

또한, 본 발명에 의하면 다이버들 간의 신뢰성 있는 수중통신을 가능하게 하여 관련 시장의 활성화에 크게 기여할 수 있다.In addition, according to the present invention it is possible to contribute to the activation of the relevant market by enabling reliable underwater communication between divers.

또한, 본 발명에 의하면 심리스 DTN 프로토콜의 실시간 신뢰성 제공 및 이동성 기능을 통하여 기존에 다이버가 수중에서 겪을 수 있는 위험과 활동의 제약 등을 완화 및 극복할 수 있도록 한다.In addition, according to the present invention, through the real-time reliability and mobility features of the seamless DTN protocol, it is possible to mitigate and overcome the risks and limitations of activities that divers can experience underwater.

나아가, 본 발명에 의하면 심리스 DTN 프로토콜을 수중 IoT 환경에 적용함으로써 다양한 응용 도메인의 활성화를 가능하게 한다.Furthermore, the present invention enables the activation of various application domains by applying the seamless DTN protocol to the underwater IoT environment.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 심리스 DTN 기반 다이버 네트워크 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치의 구성 블럭도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법을 보인 흐름도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법을 보인 흐름도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법을 보인 흐름도.
1 is a diagram illustrating a seamless DTN based diver network according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram illustrating an underwater communication apparatus using a seamless DTN protocol according to an embodiment of the present invention;
3 is a flow chart showing an underwater communication method using the seamless DTN protocol according to an embodiment of the present invention;
4 is a flowchart illustrating an underwater communication method using a seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention;
5 is a flowchart showing a method of underwater communication using the seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used to refer to the same components as much as possible, even if displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related well-known configuration or function disturbs the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결 합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiments of the present disclosure, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only to distinguish the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 심리스 DTN 기반 다이버 네트워크의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 심리스 DTN 기반의 다이버 네트워크(DN, Diver Network)는 복수의 다이버(10), 복수의 게이트웨이(20), 통신망(30), DN 서비스 관리서버(40)를 포함하여 구성된다. 이때, 다이버(10)는 수중에서 이동하면서 활동 및 작업을 하는 주체로서 실질적으로 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 또는 ROV(Remotely Operated Vehicle) 등과 같은 수중로봇이 될 수 있다. 또한, 실질적으로 잠수사, 다이버 등이 부착 또는 착용하면서 각종 기능을 수행하는 장치를 의미한다. 본 실시 예에서는 설명의 편의상 이들을 다이버로 통칭한다.1 is a block diagram of a seamless DTN based diver network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a seamless DTN-based diver network (DN, Diver Network) according to the present invention includes a plurality of divers 10, a plurality of gateways 20, a communication network 30, and a DN service management server 40. It is configured to include. At this time, the diver 10 may be an underwater robot such as an AUV (Autonomous Underwater Vehicle) or a ROV (Remotely Operated Vehicle) as a subject who moves and moves underwater. In addition, it means a device that performs various functions while being attached or worn by a diver, diver, and the like. In the present embodiment, these are collectively referred to as divers for convenience of description.

본 발명에 따른 DN 네트워크는 도면의 예시와 같이 클러스터 기반의 구조화된 다이버 네트워크 토폴로지로 형성됨이 바람직하다. 도면에는 일례로 DN 토폴로지는 일부 클러스터가 도시되어 있으나 그 개수는 변경가능하다.DN network according to the present invention is preferably formed of a cluster-based structured diver network topology as shown in the figure. In the figure, some clusters of DN topologies are shown as an example, but the number thereof may be changed.

서로 간에 수중통신을 하는 일부 복수의 다이버들(10)은 DN 클러스터(11)를 형성한다. 각각의 클러스터(11)에는 각각 클러스터 헤드(10a)가 존재한다. 클러스터 헤드(10a)는 해당 클러스터(11)에 포함된 다수의 다이버들(10) 중 하나로 설정된다. 이러한 클러스터 헤드(10a)는 자신도 수중에서 활동 및 작업을 하면서 다른 다이버들(10)과 통신을 수행하여 데이터를 수신한 후 상위의 DN 게이트웨이(20)로 수중통신을 통해 전송한다.Some plurality of divers 10 in underwater communication with each other form a DN cluster 11. Each cluster 11 has a cluster head 10a, respectively. The cluster head 10a is set to one of the plurality of divers 10 included in the cluster 11. The cluster head 10a also communicates with other divers 10 while performing activities and tasks underwater, receives data, and transmits the data to the upper DN gateway 20 through underwater communication.

각 게이트웨이(20)는 적어도 하나의 클러스터(11)에 대응된다. 즉, 최소 하나의 클러스터 헤드(10a)로부터 데이터를 수신하여 통신망(30)을 통해 지상의 DN 서비스 관리서버(40)로 전송한다. DN 서비스 관리서버(40)는 지상에서 수중의 각 다이버들(40)로부터 수신된 데이터를 가공 및 관리한다.Each gateway 20 corresponds to at least one cluster 11. That is, the data is received from at least one cluster head 10a and transmitted to the DN service management server 40 on the ground through the communication network 30. The DN service management server 40 processes and manages the data received from the divers 40 underwater in the ground.

각각의 다이버들(10)은 이동성이 보장된다. 따라서, 도면에 '이동'으로 표시된 바와 같이 원래 자신의 속한 DN 클러스터(11)에서 다른 DN 클러스터(11)로 이동할 수도 있다. 도면에는 일례로 다이버(#1.1.4)가 DN 클러스터(#1.1)에서 DN 클러스터(#1.2)로 이동하였다가 다시 DN 클러스터(#2.1)로 이동한 예를 도시하고 있다.Each of the divers 10 is guaranteed for mobility. Thus, as shown in the figure 'move' may move from the original DN cluster 11 to its own DN cluster (11). The drawing shows an example in which the diver # 1.1.4 moves from the DN cluster # 1.1 to the DN cluster # 1.2 and then to the DN cluster # 2.1.

여기서, 다이버들(40)은 수중통신을 통해 각각 데이터 송수신을 위한 수중통신 장치를 구비한다. 이러한 수중통신 장치는 심리스(seamless) DTN 프로토콜을 이용하여 서로 간 및 DN 게이트웨이(20) 간에 데이터를 송수신한다. 이때, 본 발명에 따른 수중통신 장치는 데이터 송신시 끊어짐이 없는(seamless) 실시간 및 신뢰성 있는 수중통신이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 실시 예에 적용되는 수중통신은 다양한 다중통신매체를 이용한다. 예컨대, 음파, 가시광, 자기장, 저주파 등의 통신매체를 적용한다. Here, the divers 40 are each provided with an underwater communication device for transmitting and receiving data through underwater communication. These underwater communication devices transmit and receive data between each other and between the DN gateway 20 using a seamless DTN protocol. In this case, the underwater communication apparatus according to the present invention is characterized in that the seamless real-time and reliable underwater communication is possible when transmitting data. Underwater communication applied to the present embodiment uses a variety of multiple communication media. For example, communication media such as sound waves, visible light, magnetic fields, and low frequencies are applied.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치의 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치(100)(이하, 편의상 수중통신장치라 한다)는 데이터링크추상계층(110), 네트워크계층(120), 전송계층(130), S-DTN계층(140) 및 교차계층 인터페이스(150)를 포함하여 구성된다.2 is a block diagram illustrating an underwater communication apparatus using a seamless DTN protocol according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the underwater communication device 100 (hereinafter, referred to as an underwater communication device for convenience) using the seamless DTN protocol according to the present invention includes a data link abstract layer 110, a network layer 120, and a transmission layer 130. ), S-DTN layer 140 and the cross-layer interface 150 is configured.

이러한 수중통신장치(100)는 하위의 데이터링크계층(210)과 연결되고 데이터링크계층(210)은 지상/수중 통신모델(220)과의 통신을 담당하도록 한다. 이러한 통신모뎀은 음파, 가시광, 저주파, 자기장 모뎀 등을 포함할 수 있다. 또한, 수중통신장치(100)는 상위의 다이버 네트워크(DN) 응용계층(230)과 연결된다. The underwater communication device 100 is connected to the lower data link layer 210 and the data link layer 210 is responsible for communication with the ground / underwater communication model 220. Such communication modems may include sound waves, visible light, low frequency, magnetic field modems, and the like. In addition, the underwater communication device 100 is connected to the upper diver network (DN) application layer 230.

데이터링크추상계층(110)은 하부의 데이터링크계층(210)과의 인터페이스를 제공하는 계층(layer)로서, 데이터링크계층 공통인터페이스(111), 데이터링크계층 공통기능부(112) 및 데이터링크계층 어댑터(113)를 포함한다. 데이터링크계층 공통인터페이스(111)는 다이버 네트워크(DN)에서 운용되는 통신프로토콜이 다중통신매체(예:음파, 가시광, 자기장, 저주파 등)에 대한 다양한 다중 인터페이스를 접근하기 위한 단일화된 공통 표준인터페이스(standard interface)를 제공한다. 데이터링크계층 공통기능부(112)는 상기와 같이 다양한 다중통신매체를 위한 데이터링크계층(210)의 프로토콜의 중복된 기능을 공통기능으로 제공하여 자원 낭비를 최소화한다. 데이터링크계층 어댑터(113)는 데이터링크계층(210)를 통한 다양한 매체로의 접근을 지원한다.The data link abstract layer 110 is a layer that provides an interface with the underlying data link layer 210. The data link abstract layer 110, the data link layer common functional unit 112, and the data link layer And an adapter 113. The data link layer common interface 111 is a unified common standard interface for a communication protocol operating in a diver network (DN) to access various multiple interfaces for multiple communication media (for example, sound wave, visible light, magnetic field, low frequency, etc.) standard interface). The data link layer common function unit 112 minimizes waste of resources by providing a redundant function of a protocol of the data link layer 210 for various multiple communication media as a common function as described above. The data link layer adapter 113 supports access to various media through the data link layer 210.

네트워크계층(120)은 수중 다이버 네트워크(DN)에 적합한 경량 네트워크 계층으로 선택적으로 적용될 수 있으며, 최소한의 기본 기능만 포함되거나 S-DTN 계층(140)으로 기능을 위임하는 것이 가능하다.The network layer 120 may be selectively applied as a light weight network layer suitable for the underwater diver network (DN), and may include only minimal basic functions or delegate functions to the S-DTN layer 140.

전송계층(130)도 역시 DN에 적합한 경량 네트워크 계층으로 선택적으로 적용될 수 있으며, 최소한의 기본 기능만 포함되거나 S-DTN 계층(140)으로 기능을 위임하는 것이 가능하다.The transport layer 130 may also be selectively applied as a lightweight network layer suitable for the DN, and it may be possible to include only minimal basic functions or delegate functions to the S-DTN layer 140.

S-DTN계층(140)은 DTN 기능부(141), 네트워크토폴로지 형성 및 관리부(142), 클러스터헤드 선정부(143), 경량주소체계 압축 및 복원부(144), 주변상황정보 수집 및 관리부(145), 주변상황정보 저장부(146), 데이터링크계층 선정 및 운용부(147), 경량 P2P기반 핸드오버 기능부(148)를 포함한다.The S-DTN layer 140 includes a DTN function unit 141, a network topology forming and managing unit 142, a cluster head selecting unit 143, a lightweight address system compression and restoration unit 144, and a surrounding situation information collecting and managing unit ( 145, a peripheral situation information storage unit 146, a data link layer selection and operation unit 147, and a lightweight P2P based handover function unit 148.

DTN 기능부(141)는 수중 환경에서의 통신을 보장하기 위한 경량 DTN 기능을 수행하는 구성으로서 Store and Forward 메커니즘 등을 이용하여 송신단에서 전송된 메시지를 버퍼에 저장한 후 수신확인까지 보관 및 재전송 기능을 수행한다.The DTN function unit 141 performs a lightweight DTN function for ensuring communication in the underwater environment. The DTN function unit 141 stores and retransmits a message transmitted from the transmitting end in a buffer using a store and forward mechanism, and then acknowledges the message. Do this.

네트워크토폴로지 형성 및 관리부(142)는 데이터링크계층(210), 네트워크계층(120), 전송계층(130) 등에서 수중 MANET(Underwater Mobile Ad-hoc Network)를 위한 개별적 토폴로지를 채택 및 운용하는 과부하 및 자원낭비를 최소화하기 위해 S-DTN 계층(140)에서 수중 MANET 기반의 DN 토폴로지를 형성하고 관리하는 기능을 수행한다.The network topology formation and management unit 142 is overloaded and resources to adopt and operate a separate topology for the Underwater Mobile Ad-hoc Network (MANET) in the data link layer 210, network layer 120, transport layer 130, etc. In order to minimize waste, the S-DTN layer 140 performs a function of forming and managing a DN topology based on an underwater MANET.

클러스터헤드 선정부(143)는 클러스터 기반의 DN 토폴로지 형성시 각 클러스터에서의 클러스터 헤드를 선정하는 기능을 수행한다.The cluster head selecting unit 143 selects a cluster head in each cluster when forming a cluster-based DN topology.

경량주소체계 압축 및 복원부(144)는 다이버 네트워크(DN)에 적합한 경량 주소체계의 압축 및 복원 기능을 수행하는 구성으로서, 수중 IoT(IoUT, Internet of Underwater Things)와 지상 IoT 간의 연동을 위해 수중 및 지상 IoT 간의 상호호환이 가능한 주소체계를 지원하도록 한다. 지상 IoT에서 사용하는 IPv6 체계의 경우 주소체계를 수중환경에 적용하는 것은 불가능하다. 물론 지상에서도 6LoWPAN과 같은 제약환경에서의 운용을 고려하여 IPv6의 주소체계에 대한 압축기법(Compression Scheme)를 적용하고 있으나, 이 또한 수중환경에 바로 적용하기에는 제한이 있다.Lightweight address system compression and restoration unit 144 is a configuration that performs the compression and recovery function of the lightweight address system suitable for the diver network (DN), underwater for the interworking between the Internet of Things (IoUT, Internet of Underwater Things) and the ground IoT And to support the interoperable address system between the ground IoT. In the case of the IPv6 system used in the terrestrial IoT, it is impossible to apply the address system to the underwater environment. Of course, on the ground, the Compression Scheme for IPv6 addressing system is applied in consideration of the operation in the constrained environment such as 6LoWPAN, but this also has a limitation in applying it directly to the underwater environment.

이를 극복하기 위해서 6LoWPAN의 압축기법을 기반으로 다이버 네트워크(DN)에 적합한 환경요소(예: 클러스터 내 다이버의 수, 식별자 길이, 토폴로지 구조 등)를 반영하여 불필요한 부분을 생략하고 필드의 비트수를 줄이는 등 압축 효율을 더욱 개선하도록 한다.To overcome this, based on the 6LoWPAN compressor method, it reflects the environmental factors suitable for the diver network (eg, the number of divers in the cluster, the identifier length, the topology structure, etc.), omitting unnecessary parts and reducing the number of bits in the field. To further improve the compression efficiency.

주변상황정보 수집 및 관리부(145)는 수중에서의 다중통신매체에 대한 오버히어링(Overhearing)을 통해 수신되는 패킷을 주기적으로 분석한 주변상황정보를 수집하여 관리 및 저장하는 기능을 수행한다. 다중통신매체의 시간대별로 수신된 패킷수, 패킷의 오류정보, 동일매체의 경우에도 다양한 주파수 대역별 수신율 및 오류율 등의 LQI(Link Quality Indicator) 정보를 수집하고 이를 주변상황정보저장부(146)에 저장 및 갱신하도록 한다. 또한 수신패킷에 피기백된 주변상황정보 확장헤더를 통해 다이버 네트워크(DN) 관련 정보(예: 클러스터, 클러스터 헤드, 다이버 등)를 수집하여 역시 주변상황정보저장부(146)에 저장 및 갱신하도록 한다.The surrounding situation information collection and management unit 145 collects, manages, and stores surrounding situation information, which periodically analyzes packets received through overhearing of multiple communication media in the water. Collects LQI (Link Quality Indicator) information such as the number of packets received in each time slot of the multi-communication medium, error information of the packet, reception rate and error rate for various frequency bands even in the same medium, and transmits the information to the peripheral information storage unit 146. Save and update. In addition, it collects the diver network (DN) -related information (eg, cluster, cluster head, diver, etc.) through the surrounding information expansion header piggybacked in the reception packet to be stored and updated in the surrounding information storage unit 146 as well. .

데이터링크계층 선정 및 운용부(147)는 주변상황정보 수집 및 관리부(145) 및 주변상황정보저장부(146)에서 수집, 저장 및 갱신되는 주변상황정보를 기반으로 기계학습을 통하여 실시간 및 신뢰성 있는 수중통신을 위해 적절한 다중 데이터링크계층을 선정하고 운용정책을 수립하는 기능을 수행한다. 상기 기계학습은 예컨대 딥러닝 알고리즘을 적용할 수 있다. The data link layer selection and operation unit 147 is a real-time and reliable through machine learning based on the surrounding situation information collected, stored and updated by the surrounding situation information collection and management unit 145 and the surrounding situation information storage unit 146. It performs the function of selecting the appropriate multiple data link layer and establishing the operation policy for underwater communication. The machine learning may apply a deep learning algorithm, for example.

또한, 데이터링크계층 선정 및 운용부(147)는 실시간 긴급 통신의 경우 최신 주변상황정보를 분석하여 실시간 제약조건을 만족할 수 있는 다중 데이터링크계층 및 다중 주파수대역을 선정하여 통신을 수행할 수 있도록 한다. In addition, the data link layer selection and operation unit 147 analyzes the latest ambient situation information in case of real-time emergency communication to select a multi-data link layer and multiple frequency bands that can satisfy the real-time constraints to perform communication. .

또한, 데이터링크계층 선정 및 운용부(147)는 신뢰성있는 통신의 경우, 최신 주변상황정보를 분석하여 신뢰성있는 데이터 전송이 가능한 다중 데이터링크계층 및 다중 주파수대역을 선정하여 통신을 수행할 수 있도록 한다. In addition, in the case of reliable communication, the data link layer selection and operation unit 147 analyzes the latest ambient situation information and selects a multiple data link layer and multiple frequency bands capable of reliable data transmission to perform communication. .

나아가, 데이터링크계층 선정 및 운용부(147)는 데이터의 분할이 필요한 경우 송신측에서는 다중 데이터링크계층의 최대전송크기(MTU: Maximum Transmission Unit) 크기를 고려한 데이터의 단편화(fragmentation)를 수행하여 다중통신매체로 전송이 이루어질 수 있도록 한다. 이에 수신측에선 일부 패킷 손실이 발생하여도 다른 매체에서 수신된 패킷을 활용하여 재조립하여 신뢰성있는 통신이 가능하게 된다.Further, when data division is required, the data link layer selection and operation unit 147 performs fragmentation of data in consideration of the maximum transmission unit (MTU) size of the multiple data link layer at the transmitting side. Allows transmission to the medium. Therefore, even if some packet loss occurs on the receiving side, reliable communication is possible by reassembling using packets received from other media.

경량 P2P기반 핸드오버 기능부(148)는 다이버 네트워크(DN)에 적합한 경량 P2P기반의 핸드오버 기능을 수행한다. 이는 DN에서 특정 클러스터에 소속된 다이버가 다른 클러스터로 이동하더라도 끊김 없는(seamless) 수중통신이 가능하도록 핸드오버 기능을 수행하는 것이다.The lightweight P2P based handover function unit 148 performs a lightweight P2P based handover function suitable for a diver network (DN). This is to perform a handover function so that seamless underwater communication is possible even if a diver belonging to a cluster in the DN moves to another cluster.

또한, 경량 P2P기반 핸드오버 기능부(148)는 네트워크토폴로지 형성 및 관리부(142)에서 경량 P2P기반의 오버레이 네트워크, 즉 다이버 네트워크(DN)가 형성되고 다이버의 이동시 경량 P2P 기반의 핸드오버를 수행하도록 한다.In addition, the lightweight P2P-based handover function unit 148 is configured to form a lightweight P2P-based overlay network, that is, a diver network (DN) in the network topology forming and managing unit 142 and perform a lightweight P2P-based handover when the diver moves. do.

또한, 특정 클러스터에서 다른 클러스터로 이동한 다이버의 경우 주변상황정보 수집 및 관리부(145)를 통해서 다중통신매체로 수신되는 다수의 수신패킷의 피기백된 확장헤더의 주변상황정보를 활용하여 현재 이동한 클러스터를 인지하고 핸드오버를 수행하도록 한다.In addition, in the case of the diver moving from one cluster to another cluster, the current situation is moved by utilizing the surrounding context information of the piggybacked extended header of the plurality of receiving packets received through the multiple communication media through the surrounding situation information collecting and managing unit 145. Recognize clusters and perform handovers.

한편, S-DTN계층(140)는 예컨대 다양한 센서, 카메라, 스마트기기 등과 같은 외부장치로부터 메시지 또는 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 메시지 또는 데이터는 바람직하게는 다이버의 위험을 알리는 긴급메시지 또는 긴급데이터가 될 수 있다. 즉, 본 실시 예에서는 긴급상황, 위급상황을 감지하기 위해 각종 센서를 통해 위험을 감지하도록 하고 카메라를 통해 위급상황으로 영상으로 촬영하여 전송하도록 할 수도 있다.Meanwhile, the S-DTN layer 140 may receive a message or data from an external device such as various sensors, cameras, smart devices, and the like. Such messages or data may preferably be emergency messages or emergency data informing the diver of danger. That is, in the present exemplary embodiment, in order to detect an emergency situation or an emergency situation, a risk may be detected through various sensors, and an image may be captured and transmitted as an emergency situation through a camera.

이러한 구성을 갖는 수중통신장치(100)의 통신과정을 설명하면, 다이버에 장착된 수중통신장치(100)가 다이버 네트워크(DN)에 추가되어 특정 클러스터로 진입하게 되면 네트워크 토폴로지 형성 및 관리부(142)에서 다이버 네트워크 형성과정을 수행한다. 주변상황정보 수집 및 관리부(145)에서 데이터링크 추상계층(110)을 통해 수집되는 다양한 주변상황정보를 지속적으로 수집하여 분석 및 갱신한다.Referring to the communication process of the underwater communication device 100 having such a configuration, if the underwater communication device 100 mounted on the diver is added to the diver network (DN) to enter a specific cluster network topology forming and management unit 142 Performs the diver network formation process. The surrounding situation information collection and management unit 145 continuously collects, analyzes and updates various surrounding situation information collected through the data link abstract layer 110.

이때, 특정 다이버에 장착된 기설정된 외부장치에서 위험이 감지되거나 사진/영상이 촬영되면 S-DTN 계층(140)으로 위험감지 긴급메시지 또는 사진/영상 전송을 요청한다. 그러면 데이터링크계층 선정 및 운영부(142)에서는 이러한 전송요청에 따라 주변상황정보를 기반으로 긴급메시지 또는 사진/영상 전송에 대해 실시간 제약을 만족할 수 있는 다중통신매체를 선정한다. 그리고 선정된 다중통신매체를 통해 데이터링크추상계층(110)으로 긴급메시지 또는 사진/영상 전송을 요청한다. At this time, if a risk is detected from a preset external device mounted on a specific diver or a picture / image is taken, the S-DTN layer 140 requests a risk detection emergency message or a picture / image transmission. Then, the data link layer selection and operation unit 142 selects a multi-communication medium that can satisfy real-time constraints on emergency message or picture / video transmission based on the surrounding situation information according to the transmission request. In addition, an emergency message or a picture / video transmission request is made to the data link abstract layer 110 through the selected multiple communication media.

여기서, 전송할 대상이 사진/영상인 경우 필요시 S-DTN계층(140)에서 상기와 같이 선정된 다중통신매체의 MTU를 고려하여 사진/영상의 단편화(Fragmentation)를 수행할 수도 있다. 그러면 상기 사진/영상의 전송요청은 단편화된 사진/영상 데이터의 전송요청이 된다.In this case, when the transmission target is a picture / video, the S-DTN layer 140 may perform fragmentation of the picture / video by considering the MTU of the multi-communication medium selected as described above. The picture / video transmission request is then a fragmentation picture / video data transmission request.

데이터링크추상계층(110)은 선정된 다중통신매체에 맞는 패킷을 생성하여 선정된 다중통신매체를 통해 클러스터헤드 또는 다른 다이버의 수중통신장치(100)로 전송한다. 이러한 전송은 브로드캐스팅으로 실시될 수 있다. 다른 다이버의 수중통신장치(100)에서는 데이터링크추상계층(110)을 통해 패킷을 수신하도록 한다.The data link abstract layer 110 generates a packet suitable for the selected multiple communication medium and transmits the packet to the underwater communication device 100 of the cluster head or another diver through the selected multiple communication medium. This transmission may be done by broadcasting. Underwater communication apparatus 100 of another diver to receive the packet through the data link abstract layer (110).

이에, 데이터링크추상계층(110)은 수신된 패킷을 수신하자마자 다이버에 장착된 외부장치 등을 통해 경보를 출력함으로써 다이버가 긴급상황 발생을 알도록 하고 지원요청을 알리도록 한다. 클러스터헤드는 패킷을 수신하자마자 주변상황정보를 활용하여 전파할 인접 다이버, 클러스터헤드 및/또는 DN 게이트웨이를 선정하고 선정된 대상으로 패킷을 전송하도록 한다.Accordingly, as soon as the data link abstract layer 110 receives the received packet, the data link abstract layer 110 outputs an alarm through an external device mounted on the diver so that the diver knows the occurrence of an emergency and notifies the support request. As soon as the clusterhead receives the packet, the cluster head selects the neighboring diver, the clusterhead and / or the DN gateway to propagate using the context information and transmits the packet to the selected target.

만약, 단편화된 사진/영상 데이터를 포함한 패킷을 수신하는 경우에는 S-DTN계층(140)에서 단편화된 사진/영상 데이터를 원래 사진/영상으로 재조립하여 복원한 후외부장치로 그 복원된 사진/영상을 전송하도록 함으로써 다이버에게 지원요청을 알리도록 한다.If a packet including fragmented photo / image data is received, the fragmented photo / image data in the S-DTN layer 140 is reassembled and restored to the original photo / image, and then the restored photo / Instruct the diver to request assistance by sending a video.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법을 보인 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법에서는 특정 다이버에 위험이 감지되는 경우 이웃한 다이버 간에 이를 알리기 위해 실시간 및 신뢰성 있는 패킷전송과정을 제공한다.3 is a flowchart illustrating an underwater communication method using a seamless DTN protocol according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the underwater communication method using the seamless DTN protocol according to an embodiment of the present invention provides a real-time and reliable packet transmission process to notify a neighboring diver when a danger is detected.

먼저 DN 게이트웨이(20) 및 클러스터 내의 복수의 다이버(10) 간에 다이버 네트워크(DN)의 형성과정을 수행한다(S101). 이러한 DN 형성과정은 다이버의 수중통신장치(100) 중 네트워크토폴로지 형성 및 관리부(142)에서 진행한다. DN 형성과정에서는 예컨대 클러스터에 소속된 복수의 다이버 결정, 복수의 다이버 중 클러스터 헤드 결정, 클러스터와 대응되는 DN 게이트웨이 결정 등이 이루어진다.First, a process of forming a diver network DN is performed between the DN gateway 20 and the plurality of divers 10 in the cluster (S101). The DN formation process is performed in the network topology formation and management unit 142 of the underwater communication device 100 of the diver. In the DN forming process, for example, a plurality of divers belonging to a cluster, a cluster head decision among a plurality of divers, and a DN gateway decision corresponding to the cluster are made.

이어, 수중환경정보 수집 및 관리부(145)에서 데이터링크추상계층(110)을 통해 수집되는 다양한 주변상황정보를 지속적으로 수집하여 분석 및 갱신한다(S103). 이러한 분석 및 갱신결과는 주변상황정보 저장부(146)에 저장하도록 한다.Subsequently, the underwater environment information collection and management unit 145 continuously collects, analyzes and updates various surrounding situation information collected through the data link abstract layer 110 (S103). The analysis and update results are stored in the surrounding situation information storage unit 146.

이후에, 다이버에 장착된 외부장치(예:위험감지센서)로부터 다이버의 위험이 감지되면(S105), 외부장치는 위험감지 긴급메시지의 전송요청을 수중통신장치(100)의 S-DTN계층(140)으로 전달한다(S107). 이에 S-DTN계층(140)는 주변상황정보를 기반으로 긴급메시지의 전송에 대한 실시간 제약을 만족할 수 있는 적절한 다중통신매체를 선정한다(S109). 그리고 선정된 다중통신매체를 통해 긴급메시지 전송요청을 데이터링크추상계층(110)으로 전달한다(S111).Subsequently, when the danger of the diver is detected from an external device (eg, a danger detection sensor) mounted on the diver (S105), the external device transmits a request for transmitting a danger detection emergency message to the S-DTN layer of the underwater communication device 100 ( 140) (S107). Accordingly, the S-DTN layer 140 selects an appropriate multi-communication medium that can satisfy the real-time constraint on the transmission of the emergency message based on the surrounding situation information (S109). Then, the emergency message transmission request is transmitted to the data link abstract layer 110 through the selected multiple communication media (S111).

그러면, 데이터링크추상계층(110)은 선정된 다중통신매체에 맞는 패킷을 생성하여(S113), 해당 패킷을 다른 다이버의 수중통신장치(100) 및 클러스터 헤드로 전송한다(S115). 이러한 전송은 브로드캐스트로 이루어질 수 있으며, 이러한 패킷은 수중통신장치(100)의 데이터링크추상계층(110)을 통해 S-DTN계층(140)으로 전달된다(S117). 그리고 S-DTN계층(140)은 이를 다시 외부장치로 전달한다(S119). 이에 외부장치는 수신된 패킷에 대응하여 경보를 출력한다(S121). 이러한 경보를 통해 다이버가 이웃 다이버가 위험상황임을 감지하고 지원을 할 수 있도록 한다.Then, the data link abstract layer 110 generates a packet suitable for the selected multi-communication medium (S113), and transmits the packet to the underwater communication device 100 and the cluster head of another diver (S115). This transmission may be made by broadcast, and the packet is transmitted to the S-DTN layer 140 through the data link abstract layer 110 of the underwater communication device 100 (S117). In addition, the S-DTN layer 140 transfers it back to the external device (S119). In response, the external device outputs an alert in response to the received packet (S121). These alerts allow divers to detect and assist neighboring divers in dangerous situations.

뿐만 아니라 클러스터 헤드는 상기와 같이 패킷을 수신하면 상기와 같이 주변상황정보를 기반으로 패킷을 전송할 인접 다이버, 클러스터 헤드 또는 DN 게이트웨이 등을 선정하고(S123), 선정된 대상으로 해당 패킷을 전송한다(S125). In addition, when the cluster head receives the packet as described above, the cluster head selects an adjacent diver, a cluster head, or a DN gateway to transmit the packet based on the surrounding situation information as described above (S123), and transmits the packet to the selected object (S123). S125).

이러한 과정을 통해 다이버에 위험상황이 발생하면 다른 다이버, 클러스터 헤드, DN 게이트웨이로 위험상황을 알리는 패킷을 실시간으로 끊김 없이 전송할 수 있게 되는 것이다.Through this process, if a diver's danger occurs, the packet can be sent in real time to other divers, cluster heads, and DN gateways.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법을 보인 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법에서는 특정 다이버에 위험에 따른 사진 또는 영상이 촬영되는 경우 이웃한 다이버 간에 이를 알리기 위한 실시간 및 신뢰성 있는 패킷전송과정을 제공한다.4 is a flowchart illustrating a method of underwater communication using a seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, in the underwater communication method using the seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention, a real-time and reliable packet transmission process for notifying a diver between neighboring divers when a picture or video according to a risk is taken To provide.

먼저 도 3과 동일하게 DN 게이트웨이(20) 및 클러스터 내 복수의 다이버(10) 간에 다이버 네트워크(DN)의 형성과정을 수행한다(S201). 이어, 수중환경정보 수집 및 관리부(145)에서 데이터링크추상계층(110)을 통해 수집되는 다양한 주변상황정보를 지속적으로 수집하여 분석 및 갱신한다(S203). 이러한 분석 및 갱신결과는 주변상황정보 저장부(146)에 저장하도록 한다.First, as in FIG. 3, a process of forming a diver network DN is performed between the DN gateway 20 and the plurality of divers 10 in the cluster (S201). Subsequently, the underwater environment information collection and management unit 145 continuously collects, analyzes and updates various surrounding situation information collected through the data link abstract layer 110 (S203). The analysis and update results are stored in the surrounding situation information storage unit 146.

이후에, 다이버에 장착된 외부장치(예:카메라)에서 사진 또는 영상(사진/영상)이 촬영되면(S205), 외부장치는 촬영된 사진/영상의 전송요청을 해당 다이버의 수중통신장치(100)의 S-DTN계층(140)으로 전달한다(S207). 이에 S-DTN계층(140)는 주변상황정보를 기반으로 사진/영상의 전송에 대한 신뢰성 있는 전송이 가능한 다중통신매체를 선정한다(S209). 그리고 선정된 다중통신매체를 통해 사진/영상의 전송요청을 데이터링크추상계층(110)으로 전달한다(S213).Subsequently, when a picture or video (photo / video) is taken from an external device (for example, a camera) mounted on the diver (S205), the external device transmits the received picture / video transmission request to the underwater communication device 100 of the diver. S-DTN layer 140 of the transfer to (S207). Accordingly, the S-DTN layer 140 selects a multi-communication medium capable of reliable transmission of a picture / video transmission based on the surrounding situation information (S209). Then, the transmission request of the picture / video is transmitted to the data link abstract layer 110 through the selected multi-communication medium (S213).

이때, S209 단계 이후에 사진/영상의 전송요청에 앞서 필요한 경우 선택적으로 사진/영상 데이터의 단편화 작업을 수행할 수도 있다(S211). 이는 S209 단계에서 전성된 다중통신매체의 최대전송크기(MTU)와 사진/영상 데이터의 크기를 비교하여 사진/영상 데이터의 크기가 더 큰 경우에 이루어진다. 왜냐하면 다중통신매체의 MTU보다 사진/영상 크기가 더 큰 경우 한번에 다 보낼 수 없기 때문이다. 이는 위급한 상황에서 사진/영상의 일부만 전송되거나 데이터가 깨지는 경우 위급상황을 제대로 알려주지 못하는 경우가 발생하기 때문이다. 따라서, 또 다른 실시 예에서는 S211 단계와 같이 단편화 작업이 이루어지는 경우 S213 단계에서는 단편화된 사진/영상의 전송요청이 데이터링크추상계층(110)으로 전달되는 것이다. In this case, if necessary prior to the request for transmitting the picture / video after step S209, it is also possible to selectively perform fragmentation of the picture / video data (S211). This is performed when the size of the photo / image data is larger by comparing the maximum transmission size (MTU) of the multi-communication medium configured in step S209 with the size of the photo / image data. This is because a picture / video size larger than the MTU of a multi communication medium cannot be sent all at once. This is because in an emergency situation, when only a part of the picture / video is transmitted or the data is broken, the emergency situation may not be properly informed. Therefore, in another embodiment, when the fragmentation operation is performed as in step S211, the request for transmission of the fragmented picture / video is transmitted to the data link abstract layer 110 in step S213.

이후, 데이터링크추상계층(110)은 선정된 다중통신매체에 맞는 패킷을 생성하여(S215), 해당 패킷을 다른 다이버의 수중통신장치(100)로 전송한다(S217). 이러한 전송은 브로드캐스트로 이루어질 수 있다. 계속해서 다른 다이버의 수중통신장치(100)의 데이터링크추상계층(110)을 통해 S-DTN계층(140)으로 사진/영상이 전달된다(S219). S-DTN계층(140)은 이를 다시 외부장치로 전달한다(S223). 이에 외부장치는 수신된 패킷에 대응하여 사진/영상을 출력할 수 있고 물론 경보도 함께 출력할 수도 있다. 이러한 사진/영상을 다른 다이버가 확인함으로써 이웃한 다른 다이버가 위험상황임을 감지하고 지원을 할 수 있도록 한다.Thereafter, the data link abstract layer 110 generates a packet suitable for the selected multi-communication medium (S215), and transmits the packet to the underwater communication device 100 of another diver (S217). This transmission can be done by broadcast. Subsequently, a picture / video is transmitted to the S-DTN layer 140 through the data link abstract layer 110 of the underwater communication device 100 of another diver (S219). The S-DTN layer 140 transfers it back to the external device (S223). Accordingly, the external device may output a picture / video in response to the received packet and may also output an alarm. Other divers will be able to identify these photos / videos so they can detect and assist other divers in danger.

이때, 상기 다른 실시 예에서와 같이 단편화된 사진/영상을 포함하는 패킷을 S-DTN계층(140)에서 수신하는 경우에는 S223 단계에서는 외부장치로 패킷을 전달하기에 앞서 S-DTN계층(140)에서 단편화된 사진/영상을 재조립하여 원래의 영상으로 조립한 후(S221), 이를 외부장치로 전달한다(S223).In this case, when receiving the packet including the fragmented picture / video in the S-DTN layer 140 as in the other embodiment, in step S223 before transmitting the packet to the external device S-DTN layer 140 After reassembling the fragmented picture / video in the original image is assembled (S221), it is transferred to the external device (S223).

뿐만 아니라 클러스터 헤드는 상기와 같이 패킷을 수신하면 상기와 같이 주변상황정보를 기반으로 패킷을 전송할 인접 다이버, 클러스터 헤드 또는 DN 게이트웨이 등을 선정하고, 그 선정된 대상으로 해당 패킷을 전송할 수도 있다. In addition, when the cluster head receives the packet as described above, the cluster head may select a neighbor diver, a cluster head, or a DN gateway to transmit the packet based on the surrounding situation information as described above, and transmit the packet to the selected target.

이러한 과정을 통해 다이버에 위험상황이 발생하면 다른 다이버, 클러스터 헤드, DN 게이트웨이로 위험상황을 알리는 패킷을 실시간으로 끊김 없이 전송할 수 있게 되는 것이다.Through this process, if a diver's danger occurs, the packet can be sent in real time to other divers, cluster heads, and DN gateways.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법을 보인 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법에서는 도 1의 예시와 같이 제1 다이버가 제1 클러스터에서 다른 제2 클러스터로 이동하는 경우 제1 다이버의 핸드오버를 위한 수중통신장치 간의 통신과정을 나타낸다.5 is a flowchart illustrating a method of underwater communication using a seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, in the underwater communication method using the seamless DTN protocol according to another embodiment of the present invention, when the first diver moves from the first cluster to another second cluster as shown in FIG. Represents a communication process between underwater communication devices for handover.

먼저 도 3 및 도 4와 동일하게 DN 게이트웨이(20) 및 클러스터 내 복수의 다이버(10) 간에 다이버 네트워크(DN)의 형성과정을 수행한다(S301). 이어, 수중환경정보 수집 및 관리부(145)에서 데이터링크추상계층(110)을 통해 수집되는 다양한 주변상황정보를 지속적으로 수집하여 분석 및 갱신한다(S303). 이러한 분석 및 갱신결과는 주변상황정보 저장부(146)에 저장하도록 한다.First, a process of forming a diver network DN is performed between the DN gateway 20 and the plurality of divers 10 in the cluster as in FIGS. 3 and 4 (S301). Subsequently, the underwater environment information collection and management unit 145 continuously collects, analyzes and updates various surrounding situation information collected through the data link abstract layer 110 (S303). The analysis and update results are stored in the surrounding situation information storage unit 146.

제1 다이버에 탑재된 수중통신장치(100)의 데이터링크추상계층(110)에서 제1 클러스터 내의 다른 다이버들과의 통신을 수행하는 중(S305), 제1 다이버가 제1 클러스터에서 제2 클러스터로 이동함에 따라 데이터링크추상계층(110)에서 제1 클러스터 헤드와의 통신단절 및 제2 클러스터 헤드와 정보수신으로 클러스터의 이동을 감지한다(S307).While performing communication with other divers in the first cluster in the data link abstract layer 110 of the underwater communication device 100 mounted on the first diver (S305), the first diver receives the second cluster from the first cluster. In operation S307, the data link abstraction layer 110 detects the communication disconnection with the first cluster head and the movement of the cluster by receiving information with the second cluster head.

이에, 데이터링크추상계층(110)은 S-DTN계층(140)으로 클러스터 간 이동감지 및 통신시작을 통한 수신정보를 통보한다(S309). 그러면 S-DTN계층(140)의 주변상황정보 수집 및 관리부(145)가 상기 통보된 수신정보를 주변상황정보저장부(146)에 저장하고(S311), 경량 P2P기반 핸드오버 기능부(148)에서 주변상황정보저장부(146)에 저장된 주변상황정보를 기반으로 제1 다이버가 현재 이동한 제2 클러스터의 정보를 인지한다(S313).Accordingly, the data link abstract layer 110 notifies the S-DTN layer 140 of the reception information through the inter-cluster movement detection and communication start (S309). Then, the surrounding situation information collection and management unit 145 of the S-DTN layer 140 stores the received information in the surrounding situation information storage unit 146 (S311), and the lightweight P2P based handover function unit 148. In operation S313, the first diver recognizes information about the second cluster to which the first diver has moved based on the surrounding situation information stored in the surrounding situation information storage unit 146.

이후에 제1 다이버의 수중통신장치(100)의 S-DTN계층(140)은 제2 클러스터의 제2 클러스터 헤드로 클러스터 조인요청을 전송한다(S315). 그러면 제2 클러스터 헤드는 자신에 대응되는 DN 게이트웨이로 클러스터 정보갱신을 통보하고(S317), S-DTN계층(140)으로 클러스터 조인승인을 전송한다(S319). 이로써 제1 다이버는 제2 클러스터 내의 다른 다이버들과 통신을 수행하게 된다.Thereafter, the S-DTN layer 140 of the underwater communication apparatus 100 of the first diver transmits the cluster join request to the second cluster head of the second cluster (S315). Then, the second cluster head notifies the DN gateway corresponding to the cluster information update (S317), and transmits the cluster join approval to the S-DTN layer 140 (S319). This allows the first diver to communicate with other divers in the second cluster.

이어, 제1 클러스터 헤드는 제2 다이버의 S-DTN계층(140)으로 해당 클러스터 정보갱신을 통지하고(S321), 제2 클러스터로 이동한 제1 다이버는 제2 클러스터 내의 다른 다이버와 통신을 수행하게 된다(S323).Subsequently, the first cluster head notifies the S-DTN layer 140 of the second diver to update the corresponding cluster information (S321), and the first diver who moves to the second cluster communicates with other divers in the second cluster. It is made (S323).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 수중에서 다이버들 간의 안전한 수중활동을 위해 다이버 네트워크(DN)를 형성하여 실시간 및 신뢰성 있는 통신을 가능하도록 하는 수중통신 프로토콜을 제공하고 이러한 프로토콜을 기반으로 수중통신을 수행하는 수중통신장치 및 그 통신방법을 제공하고 있다. 특히, 본 발명에서는 실시간 긴급메시지 전송방법, 실시간 신뢰성 있는 메시지 전송방법, 그리고 다이버의 핸드오버를 위한 통신방법을 제공함으로써 수중에서 다이버들 간의 끊어짐이 없는(seamless) 수중통신이 가능함으로 보여주고 있다.As described above, the present invention provides an underwater communication protocol that enables real-time and reliable communication by forming a diver network (DN) for safe underwater activities between divers and performs underwater communication based on these protocols. An underwater communication device and a communication method thereof are provided. In particular, the present invention shows that a seamless underwater communication between divers is possible by providing a real-time emergency message transmission method, a real-time reliable message transmission method, and a divers handover communication method.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In the foregoing description, all elements constituting the embodiments of the present invention are described as being combined or operating in combination, but the present invention is not necessarily limited to the embodiments. In other words, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively operated in combination with one or more. In addition, the terms "comprise", "comprise" or "having" described above mean that the corresponding component may be inherent unless specifically stated otherwise, and thus excludes other components. It should be construed that it may further include other components instead. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise defined. Terms used generally, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted to coincide with the contextual meaning of the related art, and shall not be interpreted in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 다이버
10a : 클러스터 헤드
11 : 클러스터
20 : DN 게이트웨이
30 : 통신망
40 : DN 서비스 관리서버
110 : 데이터링크추상계층
111 : 데이터링크계층 공통 인터페이스
112 : 데이터링크계층 공통기능부
113 : 데이터링크 계층 어댑터
120 : 네트워크 계층
130 : 전송계층
140 : S-DTN계층
141 : DTN기능부
142 : 네트워크토폴로지 형성 및 관리부
143 : 클러스터헤드 선정부
144 : 경량주소체계 압축 및 복원부
145 : 주변상황정보 수집 및 관리부
146 : 주변상황정보저장부
150 : 교차계층 인터페이스
210 : 데이터링크계층
220 : 지상/수중 통신모뎀
230 : 다이버 네트워크 응용계층
10: diver
10a: cluster head
11: cluster
20: DN gateway
30: communication network
40: DN service management server
110: data link abstract layer
111: common interface of data link layer
112: common function part of data link layer
113: data link layer adapter
120: network layer
130: transport layer
140: S-DTN layer
141: DTN function part
142: Network Topology Formation and Management Department
143: cluster head selection unit
144: Lightweight address system compression and restoration unit
145: Collection and management of surrounding situation information
146: surrounding information storage
150: cross-layer interface
210: data link layer
220: ground / underwater communication modem
230: diver network application layer

Claims (16)

다이버 네트워크(DN)를 구성하는 수중통신장치에 있어서,
수중통신을 위한 DTN 기능을 수행하기 위해 데이터를 버퍼에 저장한 후 수신확인까지 보관 및 재전송하는 DTN 기능부, 수중 MANET 기반의 DN 토폴로지를 형성하고 관리하는 기능을 수행하는 네트워크토폴로지 형성 및 관리부, 적어도 둘 이상의 통신매체들을 통해 수신된 패킷을 주기적으로 분석한 주변상황정보-여기서, 상기 주변상황정보는 상기 통신매체들을 통한 통신 상태 관련 정보 및 상기 DN 관련 정보를 포함함-를 수집 및 관리하는 주변상황정보 수집 및 관리부, 상기 주변상황정보를 저장하는 주변상황정보저장부, 상기 주변상황정보를 기반으로 기설정된 기계학습을 통해 상기 통신매체들에 대응하는 다수의 데이터링크계층들 중에서 적어도 하나의 통신매체에 대응하는 데이터링크계층을 선정하고 운용정책을 수립하는 데이터링크계층 선정 및 운용부를 포함하는 S-DTN계층; 및
상기 S-DTN 계층과 상기 데이터링크계층들 사이의 인터페이스를 제공하며, 상기 선정된 데이터링크계층에 대응하는 통신 프로토콜에 따라 상기 데이터를 처리하는 데이터링크추상계층;
을 포함하는 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
In the underwater communication device constituting the diver network (DN),
DTN function for storing and retransmitting data in buffer to perform DTN function for underwater communication, network topology formation and management unit for forming and managing DN topology based on underwater MANET, at least Peripheral context information that periodically analyzes packets received through two or more communication media, wherein the peripheral context information includes communication status related information and the DN related information through the communication media At least one communication medium among a plurality of data link layers corresponding to the communication media through the information collection and management unit, the environment information storage unit for storing the environment information, the machine learning based on the environment information based on the environment information Data link layer selection and operation policy selection and An S-DTN layer including an operation unit; And
A data link abstract layer providing an interface between the S-DTN layer and the data link layers and processing the data according to a communication protocol corresponding to the selected data link layer;
Underwater communication device using a seamless DTN protocol comprising a.
제1항에 있어서,
상기 데이터링크추상계층은,
상기 데이터링크계층들에 대해 단일화된 공통 표준인터페이스를 제공하는 데이터링크계층 공통인터페이스;
상기 데이터링크계층들의 통신 프로토콜들의 중복된 기능을 공통기능으로 제공하는 데이터링크계층 공통기능부; 및
상기 데이터링크계층들을 통한 상기 통신매체들로의 접근을 지원하는 데이터링크계층 어댑터;를 포함하는 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 1,
The data link abstract layer,
A data link layer common interface providing a unified common standard interface for the data link layers;
A data link layer common function unit providing redundant functions of communication protocols of the data link layers as a common function; And
And a data link layer adapter to support access to the communication media through the data link layers.
제1항에 있어서,
상기 S-DTN계층은,
기설정된 외부장치로부터 데이터의 전송요청을 받으면, 상기 데이터링크계층 선정 및 운용부에서 상기 주변상황정보를 기반으로 상기 통신매체들 중에서 상기 데이터의 전송에 대한 실시간 제약을 만족할 수 있는 통신매체를 선정한 후 상기 선정된 통신매체를 통해 상기 데이터의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 1,
The S-DTN layer,
When receiving a data transmission request from a preset external device, the data link layer selection and operation unit selects a communication medium that satisfies the real-time constraints on the data transmission among the communication media based on the surrounding situation information. Underwater communication device using a seamless DTN protocol for transmitting the data transmission request to the data link abstract layer through the selected communication medium.
제3항에 있어서,
상기 데이터링크추상계층은,
상기 데이터의 전송요청이 수신되면, 상기 선정된 통신매체에 맞는 패킷을 생성하여 상기 패킷을 외부로 전송하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 3,
The data link abstract layer,
When the transmission request of the data is received, generates a packet suitable for the selected communication medium and transmits the packet to the outside, the underwater communication device using a seamless DTN protocol.
제4항에 있어서,
상기 S-DTN계층은,
상기 선정된 통신매체의 최대전송크기(MTU)보다 상기 데이터의 크기가 더 큰 경우, 단편화(fragmentation)를 수행한 후 상기 단편화된 데이터의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달하고,
상기 데이터링크추상계층은,
상기 단편화된 데이터에 따라 상기 선정된 통신매체에 맞는 패킷을 생성하여 상기 패킷을 외부로 전송하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 4, wherein
The S-DTN layer,
When the size of the data is larger than the maximum transmission size (MTU) of the selected communication medium, after performing fragmentation (fragmentation) and transmits the transmission request of the fragmented data to the data link abstract layer,
The data link abstract layer,
And generating a packet suitable for the selected communication medium according to the fragmented data to transmit the packet to the outside.
제5항에 있어서,
상기 S-DTN계층은,
외부로부터 상기 패킷을 수신하면 상기 패킷에 포함된 단편화된 데이터를 재조립하여 원래의 데이터로 복원하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 5,
The S-DTN layer,
And receiving the packet from the outside, reassembling the fragmented data contained in the packet to restore the original data.
제1항에 있어서,
상기 통신 상태 관련 정보는,
상기 통신매체들에 대한 시간대별 수신 패킷수, 패킷 오류정보, 주파수 대역별 수신율 및 오류율 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 DN 관련 정보는,
상기 DN에 대한 클러스터, 클러스터 헤드, 및 다이버 관련 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 1,
The communication state related information,
At least one of the number of received packets per time slot, packet error information, frequency band reception rate and error rate information for the communication medium,
DN related information,
And at least one of a cluster, a cluster head, and diver related information for the DN.
제1항에 있어서,
상기 S-DTN계층은,
상기 DN 토폴로지 형성 시 복수의 클러스터 내 클러스터 헤드를 선정하는 클러스터헤드 선정부, 또는 상기 DN에 적합한 경량 주소체계의 압축 및 복원 기능을 수행하는 경량주소체계 압축 및 복원부 중 적어도 하나를 더 포함하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 1,
The S-DTN layer,
Further comprising at least one of a cluster head selecting unit for selecting a cluster head in a plurality of clusters when forming the DN topology, or a lightweight addressing system compression and restoration unit for performing a compression and restoration function of the lightweight addressing system suitable for the DN, Underwater communication device using seamless DTN protocol.
제8항에 있어서,
상기 경량주소체계 압축 및 복원부는,
수중 IoT(IoUT)와 지상 IoT 간의 연동을 위해 수중 및 지상 IoT 간의 상호호환이 가능한 주소체계를 제공하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 8,
The lightweight address system compression and recovery unit,
Underwater communication device using the seamless DTN protocol, which provides an interoperable address system between the underwater and the ground IoT for interworking between the underwater IoT (IoUT) and the ground IoT.
제9항에 있어서,
상기 S-DTN 계층은,
상기 DN에서 제1 클러스터 내의 다이버가 제2 클러스터로 이동시 끊김 없는(seamless) 수중통신이 가능하도록 핸드오버 기능을 수행하는 경량 P2P기반 핸드오버 기능부를 더 포함하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 장치.
The method of claim 9,
The S-DTN layer is,
And a lightweight P2P based handover function for performing a handover function to enable seamless underwater communication when the diver in the first cluster moves to the second cluster in the DN.
S-DTN계층에서 게이트웨이 및 클러스터 내 복수의 다이버를 포함하는 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 단계;
데이터링크추상계층을 통해 복수의 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계;
상기 S-DTN계층에서 외부장치로부터 위험감지에 따른 긴급메시지의 전송요청을 수신하면 상기 저장된 주변상황정보를 기반으로 다수의 통신매체들 중에서 상기 긴급메시지의 전송에 따른 실시간 제약을 만족할 수 있는 통신매체를 선정하는 단계;
상기 S-DTN계층에서 상기 긴급메시지의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달하는 단계; 및
상기 데이터링크추상계층에서 상기 긴급메시지에 대응하여 상기 선정된 통신매체에 맞는 패킷을 생성하고 상기 생성된 패킷을 상기 선정된 통신매체를 통해 외부로 전송하는 단계;
를 포함하는 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법.
Configuring a diver network (DN) including a gateway and a plurality of divers in a cluster at the S-DTN layer;
Collecting and storing a plurality of surrounding situation information through the data link abstraction layer;
When the S-DTN layer receives an emergency message transmission request according to a risk detection from an external device, a communication medium capable of satisfying real time constraints of the emergency message transmission among a plurality of communication media based on the stored surrounding situation information Selecting a;
Transmitting, at the S-DTN layer, a request for transmission of the emergency message to the data link abstract layer; And
Generating a packet suitable for the selected communication medium in response to the emergency message and transmitting the generated packet to the outside through the selected communication medium in the data link abstract layer;
Underwater communication method using a seamless DTN protocol comprising a.
제11항에 있어서, 상기 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계는,
상기 통신매체들의 시간대별 수신 패킷수, 패킷 오류정보, 주파수 대역별 수신율 및 오류율 정보, 및 수신패킷에 피기백된 주변상황정보 확장헤더를 통해 상기 DN의 정보를 수집하여 저장 및 갱신하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법.
The method of claim 11, wherein the collecting and storing the surrounding situation information comprises:
Seamless DTN for collecting, storing and updating the information of the DN through time slots of the communication media, packet error information, frequency band reception and error rate information, and surrounding situation information expansion header piggybacked on the reception packet. Underwater communication method using protocol.
S-DTN계층에서 게이트웨이 및 클러스터 내 복수의 다이버를 포함하는 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 단계;
데이터링크추상계층을 통해 복수의 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계;
상기 S-DTN계층에서 외부장치로부터 사진/영상의 전송요청을 수신하면 상기 저장된 주변상황정보를 기반으로 다수의 통신매체들 중에서 상기 사진/영상의 전송에 따른 신뢰성 있는 전송이 가능한 통신매체를 선정하는 단계;
상기 S-DTN계층에서 상기 선정된 통신매체의 최대전송크기(MTU)와 상기 사진/영상의 크기를 비교하여 상기 사진/영상의 단편화(fragmentation)를 수행하는 단계;
상기 S-DTN계층에서 상기 단편화된 사진/영상의 전송요청을 상기 데이터링크추상계층으로 전달하는 단계; 및
상기 데이터링크추상계층에서 상기 단편화된 사진/영상에 대응하여 상기 선정된 통신매체에 맞는 패킷을 생성하고 상기 생성된 패킷을 상기 선정된 통신매체를 통해 상기 외부장치로 전송하는 단계;
를 포함하는 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법.
Configuring a diver network (DN) including a gateway and a plurality of divers in a cluster at the S-DTN layer;
Collecting and storing a plurality of surrounding situation information through the data link abstraction layer;
When the S-DTN layer receives a request for transmitting a picture / video from an external device, the S-DTN layer selects a communication medium capable of reliable transmission according to the picture / video transmission among a plurality of communication media based on the stored surrounding situation information. step;
Performing fragmentation of the photo / image by comparing the maximum transmission size (MTU) of the selected communication medium with the size of the photo / image in the S-DTN layer;
Transmitting, by the S-DTN layer, the transmission request of the fragmented picture / video to the data link abstract layer; And
Generating a packet corresponding to the selected communication medium in response to the fragmented picture / video in the data link abstract layer and transmitting the generated packet to the external device through the selected communication medium;
Underwater communication method using a seamless DTN protocol comprising a.
제13항에 있어서,
상기 단편화는, 상기 선정된 통신매체의 MTU보다 상기 사진/영상의 크기가 큰 경우 수행되는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법.
The method of claim 13,
The fragmentation is performed when the size of the picture / video is larger than the MTU of the selected communication medium, underwater communication method using a seamless DTN protocol.
제13항에 있어서,
상기 패킷을 상기 외부장치로 전송하는 단계 이후에,
상기 외부장치에서 상기 패킷을 수신하면 상기 외부장치의 S-DTN계층에서 상기 패킷에 포함된 단편화된 사진/영상을 재조립하여 원래 사진/영상으로 복원하는 단계를 더 포함하는, 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법.
The method of claim 13,
After transmitting the packet to the external device,
Receiving the packet from the external device, the S-DTN layer of the external device further comprises the step of reassembling the fragmented picture / video contained in the packet to restore the original picture / video, using the seamless DTN protocol Underwater communication method.
S-DTN계층에서 게이트웨이 및 클러스터 내 복수의 다이버를 포함하는 다이버 네트워크(DN)를 구성하는 단계;
데이터링크추상계층을 통해 복수의 주변상황정보를 수집하여 저장하는 단계;
제1 다이버에 탑재된 수중통신장치의 데이터링크추상계층에서 제1 클러스터 내의 다른 다이버들과의 통신을 수행하는 단계;
상기 통신을 수행하는 도중에 상기 제1 다이버가 제1 클러스터에서 제2 클러스터로 이동함에 따라 상기 데이터링크추상계층에서 상기 제1 클러스터의 제1 클러스터 헤드와의 통신단절 및 상기 제2 클러스터의 제2 클러스터 헤드와의 통신시작을 통해 제1,2 클러스터 간의 이동을 감지하는 단계;
상기 데이터링크추상계층에서 상기 S-DTN계층으로 상기 제1,2 클러스터 간 이동감지 및 통신시작을 통한 수신정보를 통보하는 단계;
상기 S-DTN계층에서 상기 통보된 수신정보를 저장하고, 주변상황정보저장부에 저장된 주변상황정보를 기반으로 상기 제1 다이버가 현재 이동한 제2 클러스터의 정보를 인지하는 단계;
상기 S-DTN계층에서 상기 제2 클러스터 헤드로 상기 제2 클러스터에 대한 조인요청을 전송하는 단계;
상기 제2 클러스터 헤드가 자신에 대응되는 DN 게이트웨이로 클러스터 정보 갱신을 통보하고 상기 S-DTN계층으로 상기 제2 클러스터의 조인승인을 전송하는 단계; 및
상기 제1 다이버는 상기 제2 클러스터 내의 다른 다이버들과 통신을 수행하는 단계를 포함하는 심리스 DTN 프로토콜을 사용한 수중통신 방법.
Configuring a diver network (DN) including a gateway and a plurality of divers in a cluster at the S-DTN layer;
Collecting and storing a plurality of surrounding situation information through the data link abstraction layer;
Performing communication with other divers in the first cluster at a data link abstract layer of the underwater communication device mounted on the first diver;
During the communication, as the first diver moves from the first cluster to the second cluster, the data link abstraction layer loses communication with the first cluster head of the first cluster and the second cluster of the second cluster. Sensing movement between the first and second clusters through communication with the head;
Notifying the S-DTN layer from the data link abstract layer to the received information through the first and second cluster movement detection and communication start;
Storing the informed reception information in the S-DTN layer and recognizing information of a second cluster currently moved by the first diver based on the surrounding situation information stored in the surrounding situation information storage unit;
Transmitting a join request for the second cluster from the S-DTN layer to the second cluster head;
The second cluster head notifying the DN gateway corresponding to the second cluster head of updating cluster information and transmitting a join approval of the second cluster to the S-DTN layer; And
And said first diver communicating with other divers in said second cluster.
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