KR102288331B1 - 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템 - Google Patents

무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템은 상기 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터와 상기 기지국 장치 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보 및 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보 중 하나 이상에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트 및 제2 제약 조건 세트 중 어느 하나를 만족시키도록 상기 복수의 무인항공기, 상기 기지국 장치 및 상기 복수의 IoT 데이터에 적용되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 기지국 장치; 및 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스에 기초하여 해당 송신 스케줄 개별 정보를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 상기 송신 스케줄 개별 정보가 확인되면 상기 복수의 IoT 장치로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 수신 개수 정보 및 상기 IoT 데이터를 송신한 횟수를 누적한 누적 횟수를 나타내는 송신 누적 횟수 정보 간의 대소를 비교하고, 상기 대소 비교 결과에 기초하여 상기 어느 하나의 IoT 데이터 또는 더미 IoT 데이터를 송신하는 복수의 무인항공기;를 포함할 수 있다.

Description

무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템{Apparatus for communicating between Internet of Things device and base station using unmanned aerial vhicle}
본 발명은 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 사물인터넷(Internet of Things; IoT) 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 무인항공기를 통해 원격지에 위치하는 기지국 장치로 송신할 수 있는 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 관한 것이다.
상업용 드론 이나 군사용 무인 항공기를 포함하는 광범위한 무인항공기 응용에서 드론 간의 정보 전달에 있어 정보의 소소에서 정보의 종단점 간에 직접 통신이 불가능할 경우 복수개의 무인항공기를 이용한 릴레이를 이용하는 에드혹 네트워크가 필요하게 된다.
무인 항공기 에드혹 네트워크의 라우팅 경로 설정에 있어 빠른 항공기의 이동과 이에 따른 잦은 경로 단절은 항공기 간의 데이터 통신 재설정 오버헤드를 증가시키므로 데이터 송신의 품질을 떨어뜨리게 된다.
또한, 전 방향으로 방사되는 옵니디렉션날 안테나를 이용한 경로 설정 프로토콜은 상대적으로 작은 전파 반경을 갖게 되어 항공기 이동에 따른 안정정인 경로 유지를 어렵게 한다.
따라서 효율적인 무인 항공기 네트워크의 데이터 경로 설정을 위하여 무인항공기의 송신 전력, 무인항공기와 기지국 장치 간의 거리를 고려하여 송신 스케줄과 송신 전력의 할당을 결정하는 방법이 필요하다.
본 발명은 IoT 데이터를 송신하는데 소요되는 송신 전력이 최소화되면서 IoT 데이터의 제한된 수신 시간 내에 모든 IoT 데이터가 기지국 장치에 수신되도록 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하여 IoT 데이터를 송신하는 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템은 복수의 무인항공기를 이용하여 복수의 사물인터넷(Internet of Things; IoT) 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 기지국 장치로 송신하는 시스템으로써, 상기 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터와 상기 기지국 장치 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보 및 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보 중 하나 이상에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트 및 제2 제약 조건 세트 중 어느 하나를 만족시키도록 상기 복수의 무인항공기, 상기 기지국 장치 및 상기 복수의 IoT 데이터에 적용되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 기지국 장치; 및 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스에 기초하여 해당 송신 스케줄 개별 정보를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 상기 송신 스케줄 개별 정보가 확인되면 상기 복수의 IoT 장치로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 수신 개수 정보 및 상기 IoT 데이터를 송신한 횟수를 누적한 누적 횟수를 나타내는 송신 누적 횟수 정보 간의 대소를 비교하고, 상기 대소 비교 결과에 기초하여 상기 어느 하나의 IoT 데이터 또는 더미 IoT 데이터를 송신하는 복수의 무인항공기;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 기지국 장치는 상기 복수의 IoT 장치로부터 상기 복수의 무인항공기로 수신된 IoT 데이터를 상기 복수의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치로 송신하는 구간이며 복수의 제1 타임 슬롯을 포함하는 IoT 데이터 전달 구간을 구획 개수 정보만큼의 상기 제1 타임 슬롯을 포함하는 하나 이상의 반복 구간으로 구획하고, 상기 하나 이상의 반복 구간 각각의 시작 시점 전에 상기 하나 이상의 반복 구간 각각에 포함된 상기 제1 타임 슬롯 각각에 대응되는 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 상기 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 기지국 장치는 상기 하나 이상의 반복 구간 각각의 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내는지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내지 않으면, 상기 제1 이격 거리 정보 및 상기 송신 전력 개별 정보에 기초하여 상기 송신 저항 정보를 산출하는 것으로 결정하고, 산출되는 상기 송신 저항 정보가 상기 최소 조건을 만족시키고, 상기 제1 제약 조건 세트를 만족시키도록 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 상기 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하고, 상기 확인 결과, 상기 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내면, 상기 송신 전력 개별 정보에 기초하여 상기 송신 저항 정보를 산출하는 것으로 결정하고, 산출되는 상기 송신 저항 정보가 상기 최소 조건을 만족시키고, 상기 제2 제약 조건 세트를 만족시키도록 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 상기 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 제약 조건 세트는 IoT 데이터를 송수신할 수 있는 링크가 존재하는지 여부를 나타내는 인접 정보 및 상기 제1 타임 슬롯의 시작단에서 상기 복수의 무인항공기 중 어느 하나의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 개별 정보에 기초하여 송신 스케줄 개별 정보를 결정하는 제1 제약 조건, IoT 데이터 전달 구간에 포함된 제1 타임 슬롯 동안 상기 복수의 무인항공기 및 상기 기지국 장치 각각이 최다 송수신 개수 정보가 나타내는 개수 이하의 IoT 데이터를 송신하거나 수신하는 제2 제약 조건, 상기 송신 전력 개별 정보가 나타내는 송신 전력의 최소 송신 전력을 제한하는 제3 제약 조건, 상기 송신 전력 개별 정보가 나타내는 송신 전력의 최대 송신 전력을 제한하는 제4 제약 조건, 상기 제1 타임 슬롯 동안 IoT 데이터가 송신되거나 미송신되는 것으로 상기 송신 스케줄 개별 정보가 결정되는 제5 제약 조건, 상기 송신 스케줄 개별 정보에 기초하여 상기 제1 타임 슬롯의 끝단에서 상기 복수의 무인항공기 중 어느 하나의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보가 결정되는 제6 제약 조건, 상기 송신 스케줄 개별 정보는 이진수이고 상기 기지국 장치는 IoT 데이터를 송신하지 않는 제7 제약 조건, 상기 제1 타임 슬롯의 끝단에서 상기 복수의 무인항공기 및 상기 기지국 장치 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 상태 매트릭스가 다음 제1 타임 슬롯의 시작단에서 상기 복수의 무인항공기 및 상기 기지국 장치 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 상태 매트릭스로 결정되는 제8 제약 조건 및 상기 제2 버퍼 개별 정보 중 상기 IoT 데이터 전달 구간(RI)의 마지막 제1 타임 슬롯에 대응되는 제2 버퍼 개별 정보 및 상기 IoT 데이터 전달 구간으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯에서 상기 복수의 무인항공기 중 어느 하나의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치와 상기 기지국 장치 간의 이격 거리를 나타내는 제2 이격 거리 정보에 기초하여 상기 제1 이격 거리 정보가 결정되는 제9 제약 조건 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 제약 조건 세트는 상기 제1 제약 조건, 상기 제2 제약 조건, 상기 제3 제약 조건, 상기 제4 제약 조건, 상기 제5 제약 조건, 상기 제6 제약 조건, 상기 제7 제약 조건, 상기 제8 제약 조건 및 상기 제2 버퍼 개별 정보 중 상기 IoT 데이터 전달 구간의 마지막 제1 타임 슬롯의 끝단에서 상기 기지국 장치에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보가 상기 기지국 장치에 상기 복수의 IoT 데이터 모두가 버퍼되는 것으로 결정되는 제10 제한 조건 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기지국 장치는 복수의 무인항공기를 이용하여 IoT 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 기지국 장치로 송신하는 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 포함되는 장치로써, 상기 복수의 IoT 데이터를 수신하는 통신부; 및 상기 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터와 상기 기지국 장치 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보 및 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보 중 하나 이상에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트 및 제2 제약 조건 세트 중 어느 하나를 만족시키도록 상기 복수의 무인항공기, 상기 기지국 장치 및 상기 복수의 IoT 데이터에 적용되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 무인항공기는 복수의 무인항공기를 이용하여 IoT 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 기지국 장치로 송신하는 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 포함되는 무인항공기로써, 상기 복수의 IoT 데이터를 수신하는 통신부; 및 상기 기지국 장치에 의해 결정된 송신 스케줄 결정 매트릭스에 기초하여 해당 송신 스케줄 개별 정보를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 상기 송신 스케줄 개별 정보가 확인되면 상기 복수의 IoT 장치로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 수신 개수 정보 및 상기 IoT 데이터를 송신한 횟수를 누적한 누적 횟수를 나타내는 송신 누적 횟수 정보 간의 대소를 비교하고, 상기 대소 비교 결과에 기초하여 상기 어느 하나의 IoT 데이터 또는 더미 IoT 데이터를 송신하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, IoT 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 최소 송신 전력으로 기지국 장치로 송신하고, 복수의 IoT 데이터 각각의 제한된 수신 시간 내에 IoT 데이터가 기지국 장치에 수신되도록 IoT 데이터를 IoT 장치에서 기지국 장치로 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템 및 사물인터넷 장치의 네트워크 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템이 이용하는 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 포함된 기지국 장치의 구성요소가 도시된 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 포함된 무인항공기의 구성요소가 도시된 블록도이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형 태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/ 또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대 해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현 은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는(3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중 요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성 요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합 한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성 (또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서 (generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한 정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 컨텍스트 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 컨텍스트 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템(10) 및 사물인터넷 장치(1)의 네트워크 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템(10)은 기지국 장치(100) 및 복수의 무인항공기(200)를 포함할 수 있다.
이러한, 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템(10)은 복수의 무인항공기(200)를 이용하여 복수의 사물인터넷(Internet of Things; IoT) 장치(1)에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 기지국 장치(100)로 송신할 수 있다.
여기서, 복수의 IoT 장치(1)는 기지국 장치(100)로 IoT 데이터를 직접 송신할 수 없는 거리만큼 이격된 원격지에 위치하고, 원격지로부터 센싱 데이터를 측정하며, 측정된 데이터를 변환 및 분석하여 IoT 데이터로 생성하는 센서 장치일 수 있다.
이때, 복수의 IoT 장치(1)가 위치하는 원격지의 종류 및 센싱 데이터의 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
한편, 복수의 IoT 장치(1)는 브로드캐스트 방식으로 복수의 무인항공기(200)로 IoT 데이터를 송신할 수 있다.
이에 따라, 복수의 IoT 장치(1)는 브로드캐스트 방식으로 IoT 데이터를 송신할 수 있는 최장 송신 거리 내에 위치하는 복수의 무인항공기(200)로 IoT 데이터를 브로드캐스트할 수 있다.
복수의 무인항공기(200)는 무선 통신 기능, 글로벌 포지셔닝 기능, 무인 비행 기능 및 연산 기능을 구비하는 비행 장치(예를 들어, 드론 장치)일 수 있다.
이러한, 복수의 무인항공기(200)는 미리 설정된 비행 경로에 대응하여 비행할 수 있으며, 복수의 IoT 장치(1) 또는 복수의 IoT 장치(1)로부터 IoT 데이터를 수신한 다른 무인항공기(200)로부터 IoT 데이터를 수신하고, 수신된 IoT 데이터를 또 다른 무인 항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 송신할 수 있다.
즉, 복수의 무인항공기(200)는 복수의 IoT 장치(1)과 기지국 장치(100) 사이에 멀티홉 네트워크를 구성하고, 멀티홉 네트워크의 노드 역할을 수행하여 복수의 IoT 장치(1)에서 기지국 장치(100)로 IoT 데이터를 전달할 수 있다.
이때, 복수의 무인항공기(200)는 기지국 장치(100)로부터 결정된 송신 스케줄 결정 매트릭스에 기초하여 IoT 데이터를 송수신하고, 송신 전력 할당 매트릭스에 기초하여 IoT 데이터를 송신하는데 소요되는 송신 전력을 할당받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템(10)이 이용하는 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템(10)은 IoT 데이터 수신 구간(RI) 및 IoT 데이터 전달 구간(RI)을 포함하는 프레임(Fr)에 대응하여 IoT 데이터를 송수신할 수 있다.
구체적으로, 프레임(Fr)은 복수의 IoT 장치(1)에서 복수의 무인항공기(200)로 IoT 데이터가 송신되는 IoT 데이터 수신 구간(LI) 및 IoT 데이터를 수신한 복수의 IoT 장치(1)에서 다른 복수의 IoT 장치(1) 또는 기지국 장치(100)로 IoT 데이터가 송신되어 IoT 데이터가 전달되는 IoT 데이터 전달 구간(RI)을 포함할 수 있다.
또한, IoT 데이터 수신 구간(LI)은 복수의 제2 타임 슬롯(TS2)으로 분할될 수 있고, IoT 데이터 전달 구간(RI)은 복수의 제1 타임 슬롯(TS1)으로 분할될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 기지국 장치(100)는 모든 복수의 무인항공기(200), 모든 IoT 데이터에 적용되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하고, 결정된 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 복수의 무인항공기(200)로 송신할 수 있다.
이에 따라, 기지국 장치(100)는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스에 대응하여 복수의 무인항공기(200)를 통해 송수신되는 IoT 데이터를 수신할 수 있다.
기지국 장치(100)가 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 과정은 후술하도록 한다.
한편, 본 명세서에서는 하기의 표 1과 같이 기호를 정의하도록 한다.
기호 정의
Figure 112020035680132-pat00001
 복수의 무인항공기(200)의 인덱스(여기서,
Figure 112020035680132-pat00002
가 0인 경우 기지국 장치(100)를 의미함)
Figure 112020035680132-pat00003
 IoT 데이터의 인덱스
Figure 112020035680132-pat00004
 복수의 제1 타임 슬롯(TS1)의 인덱스
Figure 112020035680132-pat00005
 기지국 장치(100)와 복수의 무인항공기(200) 간의 IoT 데이터를 송수신할 수 있는 링크가 존재하는지 여부를 나타내는 인접 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00006
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인접 매트릭스(여기서,
Figure 112020035680132-pat00007
)
Figure 112020035680132-pat00008
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00009
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100) 및 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00010
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100) 간의 IoT 데이터를 송수신할 수 있는 링크가 존재하는지 여부를 나타내는 인접 정보(여기서,
Figure 112020035680132-pat00011
이고,
Figure 112020035680132-pat00012
이고,
Figure 112020035680132-pat00013
)
Figure 112020035680132-pat00014
 IoT 데이터가 기지국 장치(100)로 수신되어야하는 시간을 제한하는 시간 제한 상수(여기서,
Figure 112020035680132-pat00015
이고,
Figure 112020035680132-pat00016
는 양의 정수이고,
Figure 112020035680132-pat00017
)
Figure 112020035680132-pat00018
 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00019
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00020
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 IoT 데이터를 송신하는 경우의 SINR(Signal to interference plus noise ratio)
Figure 112020035680132-pat00021
 기지국 장치(100)와 복수의 무인항공기(200) 간의 이격 거리를 나타내는
거리 벡터
Figure 112020035680132-pat00022
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 거리 벡터(여기서,
Figure 112020035680132-pat00023
)
Figure 112020035680132-pat00024
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00025
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)와 기지국 장치(100) 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보(여기서,
Figure 112020035680132-pat00026
)
Figure 112020035680132-pat00027
 채널 대역폭
Figure 112020035680132-pat00028
 IoT 데이터 수신 구간(LI)의 시간 길이
(여기서,
Figure 112020035680132-pat00029
)
Figure 112020035680132-pat00030
 IoT 데이터 전달 구간(RI)의 시간 길이
(여기서,
Figure 112020035680132-pat00031
)
Figure 112020035680132-pat00032
 제1 타임 슬롯(TS1) 및 제2 타임 슬롯(TS2)의 시간 길이
Figure 112020035680132-pat00033
 기지국 장치(100)와 복수의 무인항공기(200) 간의 채널 이득을 나타내는 채널 이득 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00034
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 채널 이득 매트릭스(여기서,
Figure 112020035680132-pat00035
)
Figure 112020035680132-pat00036
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00037
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00038
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로의 채널 이득 정보(여기서,
Figure 112020035680132-pat00039
)
Figure 112020035680132-pat00040
 IoT 데이터의 비트 수
Figure 112020035680132-pat00041
 IoT 장치(1)의 IoT 데이터 송신률 [개/sec]
Figure 112020035680132-pat00042
 어느 IoT 데이터가 어느 무인항공기(200)에 버퍼되는지를 나타내는 버퍼 상태 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00043
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 버퍼 상태 매트릭스(여기서,
Figure 112020035680132-pat00044
)
Figure 112020035680132-pat00045
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00046
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00047
인 IoT 데이터가 버퍼되는지 여부를 나타내는 버퍼 개별 정보
Figure 112020035680132-pat00048
 제1 타임 슬롯(TS1)의 시작단에서 버퍼 상태 매트릭스를 나타내는 제1 버퍼 상태 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00049
 제1 타임 슬롯(TS1)의 끝단에서 버퍼 상태 매트릭스 나타내는 제2 버퍼 상태 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00050
 1Hz 당 노이즈 전력
Figure 112020035680132-pat00051
 복수의 IoT 장치(1)의 개수
Figure 112020035680132-pat00052
 복수의 무인항공기(200)의 개수
Figure 112020035680132-pat00053
 IoT 데이터 송신 구간(LI) 동안 복수의 무인항공기(200)에 버퍼된 IoT 데이터의 개수
Figure 112020035680132-pat00054
 기지국 장치(100)와 복수의 무인항공기(200) 간의 IoT 데이터 송신에 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 할당 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00055
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 송신 전력 할당 매트릭스(여기서,
Figure 112020035680132-pat00056
)
Figure 112020035680132-pat00057
 제1 타임 슬롯(TS1) 동안 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00058
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00059
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보
Figure 112020035680132-pat00060
 복수의 무인항공기(200) 각각의 최대 송신 전력
Figure 112020035680132-pat00061
 IoT 데이터 수신 구간(LI) 동안 복수의 무인항공기(200)에 버퍼된 IoT 데이터의 인덱스 세트(여기서, 복수의 무인항공기(200)에 버퍼된 IoT 데이터의 인덱스 세트는
Figure 112020035680132-pat00062
으로 정의됨)
Figure 112020035680132-pat00063
 IoT 데이터 수신 구간(LI)의 끝단에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00064
인 무인항공기(200)에 버퍼된 IoT 데이터의 인덱스 세트(여기서, 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00065
인 무인항공기(200)에 버퍼된 IoT 데이터의 인덱스 세트는
Figure 112020035680132-pat00066
으로 정의되고,
Figure 112020035680132-pat00067
이고,
Figure 112020035680132-pat00068
이고,
Figure 112020035680132-pat00069
)
Figure 112020035680132-pat00070
 복수의 무인항공기(200)의 인덱스 세트(여기서, 복수의 무인항공기(200)의 인덱스 세트는
Figure 112020035680132-pat00071
으로 정의됨)
Figure 112020035680132-pat00072
Figure 112020035680132-pat00073
(여기서, 0은 기지국 장치(100)를 의미함)
Figure 112020035680132-pat00074
 기지국 장치(100)와 복수의 무인항공기(200) 간의 IoT 데이터 송신 여부를 나타내는 송신 스케줄 결정 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00075
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 송신 스케줄 결정 매트릭스(여기서,
Figure 112020035680132-pat00076
)
Figure 112020035680132-pat00077
 제1 타임 슬롯(TS1) 동안 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00078
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00079
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00080
인 IoT 데이터를 송신하는지 여부를 나타내는 송신 스케줄 개별 정보
한편, 기지국 장치(100)는 복수의 IoT 장치(1) 각각의 IoT 장치(1) 위치 및 최장 송신 거리, 복수의 무인항공기(200) 각각의 비행 경로, 최장 송신 거리에 기초하여 인접 매트릭스를 추정할 수 있다.
제1 타임 슬롯(TS1)에서 기지국 장치(100)와 복수의 무인항공기(200) 간의 인접 매트릭스는 제1 타임 슬롯(TS1) 별로 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00081
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)와 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00082
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100) 간의 IoT 데이터를 송수신할 수 있는 링크가 존재하는지 여부를 나타내는 인접 정보를 포함할 수 있다.
이러한, 인접 정보는
Figure 112020035680132-pat00083
으로 표기되며, 링크가 존재하는 경우,
Figure 112020035680132-pat00084
이고, 링크가 존재하지 않는 경우,
Figure 112020035680132-pat00085
일 수 있다.
어느 IoT 데이터가 어느 무인항공기(200)에 버퍼되는지를 나타내는 버퍼 상태 매트릭스는 제1 타임 슬롯(TS1) 별로 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00086
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00087
인 IoT 데이터가 버퍼되는지 여부를 나타내는 버퍼 개별 정보를 포함할 수 있다.
이러한, 버퍼 개별 정보는
Figure 112020035680132-pat00088
로 표기되며, 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00089
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00090
인 IoT 데이터가 버퍼된 경우,
Figure 112020035680132-pat00091
이고, 버퍼되지 않은 경우,
Figure 112020035680132-pat00092
일 수 있다.
한편, 버퍼 상태 매트릭스는 해당 제1 타임 슬롯(TS1)의 시작단에 대응되는 제1 버퍼 상태 매트릭스와 해당 제1 타임 슬롯(TS1)의 끝단에 대응되는 제2 버퍼 상태 매트릭스를 포함할 수 있다.
또한, 제1 버퍼 상태 매트릭스 및 제2 버퍼 상태 매트릭스는 대응하는 제1 타임 슬롯(TS1)의 순서가 특정될 수 있다. 예를 들어, 제1 버퍼 상태 매트릭스 및 제2 버퍼 상태 매트릭스는 IoT 데이터 전달 구간(RI)에 포함된 모든 제1 타임 슬롯(TS1), IoT 데이터 전달 구간(RI)의 첫번째 제1 타임 슬롯(TS1), IoT 데이터 전달 구간(RI)의 마지막 제1 타임 슬롯(TS1), IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간 중 어느 하나의 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1), IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 첫번째 제1 타임 슬롯(TS1) 및 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯(TS1)에 각각 대응될 수 있다.
송신 스케줄 결정 매트릭스는 제1 타임 슬롯(TS1) 별로 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00093
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00094
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00095
인 IoT 데이터를 송신하는지 여부를 나타내는 송신 스케줄 개별 정보를 포함할 수 있다.
이러한, 송신 스케줄 개별 정보는
Figure 112020035680132-pat00096
로 표기 되며, 제1 타임 슬롯(TS1) 동안 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00097
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00098
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00099
인 IoT 데이터를 송신하는 것으로 결정된 경우,
Figure 112020035680132-pat00100
이고, 송신하지 않는 것으로 결정된 경우,
Figure 112020035680132-pat00101
일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템(10)에 포함된 기지국 장치(100)의 구성요소가 도시된 블록도이다.
도 3을 더 참조하면, 기지국 장치(100)는 통신부(110), 저장부(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는데 필요한 정보를 수신할 수 있고, 결정된 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 복수의 무인항공기(200)로 송신하며, 송신 스케줄 결정 매트릭스에 대응하여 복수의 무인항공기(200)로부터 IoT 데이터를 수신할 수 있다.
이러한, 통신부(110)는 무선 통신을 이용하여 복수의 무인항공기(200)와 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신부(110)는 무선 통신을 수행하는 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다. 여기서, 무선 통신은 통신을 수행하는 한 통신 방식이 제한되지 않음을 유의한다. 예를 들어, 무선 통신은 와이파이(Wireless Fidelity), 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication) 및 적외선 통신 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
저장부(120)에는 기지국 장치(100)가 프로세서(130)에 의해 제어되기 위해 프로그래밍된 동작 프로그램을 저장할 수 있다.
이러한 저장부(120)는 비휘발성 메모리 및 휘발성 메모리를 포함할 수 있고, 동작 프로그램은 비휘발성 메모리에 저장되고 휘발성 메모리로 로드되어 동작할 수 있다.
프로세서(130)는 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터와 기지국 장치(100) 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보 및 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보 중 하나 이상에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트 및 제2 제약 조건 세트 중 어느 하나를 만족시키도록 복수의 무인항공기(200), 기지국 장치(100) 및 복수의 IoT 데이터에 적용되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
이를 위해, 프로세서(130)는 복수의 IoT 장치(1)로부터 복수의 무인항공기(200)로 수신된 IoT 데이터를 복수의 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 송신하는 구간이며 복수의 제1 타임 슬롯(TS1)을 포함하는 IoT 데이터 전달 구간(RI)을 구획 개수 정보(q)만큼의 제1 타임 슬롯(TS1)을 포함하는 하나 이상의 반복 구간으로 구획하고, 하나 이상의 반복 구간 각각의 시작 시점 전에 하나 이상의 반복 구간 각각에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1) 각각에 대응되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 구획 개수 정보(q)가 나타내는 구획 개수가 4개인 경우, 하나의 반복 구간에 제1 타임 슬롯(TS1)이 4개씩 포함되도록 시간 순으로 구획할 수 있다. 이때, 마지막 반복 구간을 제외한 나머지 반복 구간 각각에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 개수는 구획 개수 정보가 나타내는 구획 개수와 동일하고, 마지막 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 개수는 IoT 전달 구간(RI)에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 총 개수를 구획 개수 정보가 나타내는 구획 개수로 나눈 나머지와 동일할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 반복 구간 각각에 시간 순으로 구간 순서 정보를 할당할 수 있다. 여기서, 구간 순서 정보는 반복 구간 간의 순서를 나타내는 정보로써, 구간 순서 정보는 본 명세서에서
Figure 112020035680132-pat00102
로 표기되며,
Figure 112020035680132-pat00103
일 수 있다. 또한, 구획 개수 정보는 본 명세서에서
Figure 112020035680132-pat00104
로 표기될 수 있다.
이에 따라, 반복 구간 각각에 포함된 첫번째 제1 타임 슬롯(TS1)의 인덱스는
Figure 112020035680132-pat00105
일 수 있다.
또한, 반복 구간 중 마지막 반복 구간을 제외한 나머지 반복 구간 각각에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 인덱스는
Figure 112020035680132-pat00106
일 수 있다.
반복 구간 중 마지막 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 인덱스는
Figure 112020035680132-pat00107
일 수 있다.
여기서,
Figure 112020035680132-pat00108
는 IoT 데이터 전달 구간(RI)에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 개수를 구획 개수 정보가 나타내는 구획 개수로 나눈 나머지
Figure 112020035680132-pat00109
에서 구획 개수를 차감한 차감 값일 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, IoT 데이터 전달 구간(RI)에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 개수가 21개이고, 구획 개수가 4개인 경우,
Figure 112020035680132-pat00110
는 IoT 데이터 전달 구간(RI)에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 개수 21개를 구획 개수 정보가 나타내는 구획 개수 4개로 나눈 나머지인 1에서 구획 개수 4를 차감한 차감 값인 -3일 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하기 전에, IoT 데이터 수신 구간(LI) 동안 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200)에 복수의 IoT 장치(1)로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 추정한 수신 추정 개수 정보를 생성할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(130)는 제2 타임 슬롯(TS2) 동안 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200)로 IoT 데이터를 송신할 수 있는 IoT 장치(1)의 총 개수를 나타내는 송신 장치 개수 정보, 제2 타임 슬롯(TS1)의 시간 길이 및 IoT 장치(1)의 IoT 데이터 송신률에 기초하여 상술된 수신 추정 개수 정보를 생성할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 하기의 수학식 1을 이용하여 수신 추정 개수 정보를 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112020035680132-pat00111
여기서,
Figure 112020035680132-pat00112
는 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00113
인 무인항공기(200)의 수신 추정 개수 정보이고,
Figure 112020035680132-pat00114
는 IoT 데이터 수신 구간(LI)에 포함된 제2 타임 슬롯(TS2)의 개수이고,
Figure 112020035680132-pat00115
는
Figure 112020035680132-pat00116
번째 제2 타임 슬롯(TS2)에서의 송신 장치 개수 정보이고,
Figure 112020035680132-pat00117
는 IoT 데이터 수신 구간(LI)의 첫번째 제2 타임 슬롯(TS1)이고,
Figure 112020035680132-pat00118
는 제2 타임 슬롯(TS1)의 시간 길이이고,
Figure 112020035680132-pat00119
는 IoT 장치(1)의 IoT 데이터 송신률일 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 복수의 IoT 장치(1) 각각의 IoT 장치(1) 위치 및 최장 송신 거리, 복수의 무인항공기(200) 각각의 비행 경로, 최장 송신 거리에 기초하여 수신 추정 개수 정보를 추정하거나 인접 매트릭스에 기초하여 추정할 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 생성된 수신 추정 개수 정보에 기초하여 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 첫번째 제1 타임 슬롯의 시작단에서 복수의 무인항공기(200) 및 기지국 장치(100) 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 상태 매트릭스를 생성할 수 있다.
이어서, 프로세서(130)는 하나 이상의 반복 구간 각각의 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내는지 여부를 확인하고, 확인 결과, 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내지 않으면, 제1 이격 거리 정보 및 송신 전력 개별 정보에 기초하여 송신 저항 정보를 산출하는 것으로 결정할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 제1 이격 거리 정보 및 송신 전력 개별 정보에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트를 만족시키도록 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
여기서, 제1 제약 조건 세트는 IoT 데이터를 송수신할 수 있는 링크가 존재하는지 여부를 나타내는 인접 정보 및 제1 타임 슬롯의 시작단에서 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 개별 정보에 기초하여 송신 스케줄 개별 정보를 결정하는 제1 제약 조건, IoT 데이터 전달 구간(RI)에 포함된 제1 타임 슬롯 동안 복수의 무인항공기(200) 및 기지국 장치(100) 각각이 최다 송수신 개수 정보가 나타내는 개수 이하의 IoT 데이터를 송신하거나 수신하는 제2 제약 조건, 송신 전력 개별 정보가 나타내는 송신 전력의 최소 송신 전력을 제한하는 제3 제약 조건, 송신 전력 개별 정보가 나타내는 송신 전력의 최대 송신 전력을 제한하는 제4 제약 조건, 제1 타임 슬롯 동안 IoT 데이터가 송신되거나 미송신되는 것으로 송신 스케줄 개별 정보가 결정되는 제5 제약 조건, 송신 스케줄 개별 정보에 기초하여 제1 타임 슬롯의 끝단에서 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보가 결정되는 제6 제약 조건, 송신 스케줄 개별 정보는 이진수이고 기지국 장치(100)는 IoT 데이터를 송신하지 않는 제7 제약 조건, 제1 타임 슬롯의 끝단에서 복수의 무인항공기(200) 및 기지국 장치(100) 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 상태 매트릭스가 다음 제1 타임 슬롯의 시작단에서 복수의 무인항공기(200) 및 기지국 장치(100) 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 상태 매트릭스로 결정되는 제8 제약 조건 및 제2 버퍼 개별 정보 중 IoT 데이터 전달 구간(RI)의 마지막 제1 타임 슬롯에 대응되는 제2 버퍼 개별 정보 및 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯에서 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)와 기지국 장치(100) 간의 이격 거리를 나타내는 제2 이격 거리 정보에 기초하여 제1 이격 거리 정보가 결정되는 제9 제약 조건 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 하기의 수학식 2를 이용하여 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112020035680132-pat00120
여기서,
Figure 112020035680132-pat00121
는 구간 순서 정보(r)가 마지막 순서를 나타내지 않는 반복 구간 각각에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1) 각각의 송신 저항 정보이고,
Figure 112020035680132-pat00122
는 제1 이격 거리 정보 및 송신 전력 개별 정보 간의 가중치 상수이고,
Figure 112020035680132-pat00123
는 제1 이격 거리 정보의 제1 스케일 상수이고,
Figure 112020035680132-pat00124
는 송신 전력 개별 정보의 제2 스케일 상수일 수 있다.
한편, 상술된 수학식 2에 포함된 수학식 1b, 수학식 1c, 수학식 1d, 수학식 1e, 수학식 1f, 수학식 1g, 수학식 1h, 수학식 1i 및 수학식 7j는 각각 제1 제한 조건 세트에 포함된 제1 제한 조건, 제2 제한 조건, 제3 제한 조건, 제4 제한 조건, 제5 제한 조건, 제6 제한 조건, 제7 제한 조건, 제8 제한 조건 및 제9 제한 조건 각각을 나타낼 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 상술된 수학식 1d가 하기의 수학식 1d'로 대체된 제3 제약 조건을 이용하여 제1 이격 거리 정보 및 송신 전력 개별 정보에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트를 만족시키도록 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
<수학식 1d'>
Figure 112020035680132-pat00125
여기서,
Figure 112020035680132-pat00126
과
Figure 112020035680132-pat00127
은 인덱스가 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00128
및
Figure 112020035680132-pat00129
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)와 인덱스가 다른 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)의 인덱스일 수 있다.
여기서,
Figure 112020035680132-pat00130
는
Figure 112020035680132-pat00131
인 경우, 수학식 1d'의 오른쪽 항을 0으로 만드는 상수일 수 있다.
한편, 상술된 수학식 2에서 사용된 기호는 하기의 표 2와 같이, 정의하도록 한다.
Figure 112020035680132-pat00132
 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯(TS1)에서 복수의 IoT 데이터 중 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00133
인 어느 하나의 IoT 데이터와 기지국 장치(100) 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보
Figure 112020035680132-pat00134
 제1 타임 슬롯(TS1) 동안 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00135
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00136
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)로 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보
Figure 112020035680132-pat00137
 송신 스케줄 결정 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00138
 송신 전력 할당 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00139
 송신 스케줄 개별 정보
Figure 112020035680132-pat00140
 구획 개수 정보(q)
Figure 112020035680132-pat00141
 구간 순서 정보(r)
Figure 112020035680132-pat00142
 제1 타임 슬롯(TS1)에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00143
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100) 및 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00144
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100) 간의 IoT 데이터를 송수신할 수 있는 링크가 존재하는지 여부를 나타내는 인접 정보
Figure 112020035680132-pat00145
 제1 타임 슬롯의 시작단에서 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 개별 정보(즉, 제1 타임 슬롯의 시작단에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00146
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00147
인 IoT 데이터가 버퍼되는지 여부를 나타내는 제1 버퍼 개별 정보)
Figure 112020035680132-pat00148
 제1 타임 슬롯의 끝단에서 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보(즉, 제1 타임 슬롯의 끝단에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00149
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00150
인 IoT 데이터가 버퍼되는지 여부를 나타내는 제2 버퍼 개별
정보)
Figure 112020035680132-pat00151
 제1 타임 슬롯의 끝단에서 복수의 무인항공기(200) 및 기지국 장치(100) 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 상태 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00152
 다음 제1 타임 슬롯의 시작단에서 복수의 무인항공기(200) 및 기지국 장치(100) 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 상태 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00153
 제2 버퍼 개별 정보 중 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯에 대응되는 제2 버퍼 개별 정보(즉, 제2 버퍼 개별 정보 중 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯에서 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00154
인 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)에 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00155
인 IoT 데이터가 버퍼되는지 여부를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보)
Figure 112020035680132-pat00156
 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯에서 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200) 또는 기지국 장치(100)와 기지국 장치(100) 간의 이격 거리를 나타내는 제2 이격 거리 정보
상술된 과정을 통해, 프로세서(130)는 마지막 순서가 아닌 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯 각각에 대응되는 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 결정된 송신 전력 할당 매트릭스에 기초하여 마지막 순서가 아닌 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯 각각에 대응되는 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 하나 이상의 반복 구간 각각의 구간 순서 정보(r)가 마지막 순서를 나타내는지 여부를 확인하고, 확인 결과, 구간 순서 정보(r)가 마지막 순서를 나타내면, 송신 전력 개별 정보에 기초하여 송신 저항 정보를 산출하는 것으로 결정하고, 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제2 제약 조건 세트를 만족시키도록 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
여기서, 제2 제약 조건 세트는 제1 제약 조건, 제2 제약 조건, 제3 제약 조건, 제4 제약 조건, 제5 제약 조건, 제6 제약 조건, 제7 제약 조건, 제8 제약 조건 및 제2 버퍼 개별 정보 중 IoT 데이터 전달 구간(RI)의 마지막 제1 타임 슬롯의 끝단에서 기지국 장치(100)에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보가 기지국 장치(100)에 복수의 IoT 데이터 모두가 버퍼되는 것으로 결정되는 제10 제한 조건 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 하기의 수학식 3을 이용하여 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
<수학식 3>
Figure 112020035680132-pat00157
여기서,
Figure 112020035680132-pat00158
는 구간 순서 정보(r)가 마지막 순서를 나타내는 반복 구간 각각에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1) 각각의 송신 저항 정보일 수 있다.
한편, 상술된 수학식 3에 포함된 수학식 1b, 수학식 1c, 수학식 1d, 수학식 1e, 수학식 1f, 수학식 1g, 수학식 1h, 수학식 1i 및 수학식 5j는 각각 제2 제한 조건 세트에 포함된 제1 제한 조건, 제2 제한 조건, 제3 제한 조건, 제4 제한 조건, 제5 제한 조건, 제6 제한 조건, 제7 제한 조건, 제8 제한 조건 및 제10 제한 조건 각각을 나타낼 수 있다.
한편, 상술된 수학식 3에서 사용된 기호는 하기의 표 3과 같이, 정의하도록 한다.
Figure 112020035680132-pat00159

 제2 버퍼 개별 정보 중 IoT 데이터 전달 구간(RI)의 마지막 제1 타임 슬롯의 끝단에서 기지국 장치(100)에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보(즉, 제2 버퍼 개별 정보 중 IoT 데이터 전달 구간(RI)의 마지막 제1 타임 슬롯에서 기지국 장치(100)에 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00160
인 IoT 데이터가 버퍼되는지 여부를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보)
Figure 112020035680132-pat00161
 IoT 데이터 전달 구간(RI)에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 개수
Figure 112020035680132-pat00162
 구획 개수 정보
Figure 112020035680132-pat00163
 반복 구간의 개수
Figure 112020035680132-pat00164
 IoT 데이터 전달 구간(RI)에 포함된 제1 타임 슬롯(TS1)의 개수를 구획 개수 정보가 나타내는 구획 개수로 나눈 나머지
Figure 112020035680132-pat00165
에서 구획 개수를 차감한 차감 값(즉,
Figure 112020035680132-pat00166
)
상술된 과정을 통해, 프로세서(130)는 마지막 순서인 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯 각각에 대응되는 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 결정된 송신 전력 할당 매트릭스에 기초하여 마지막 순서인 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯 각각에 대응되는 송신 전력 할당 매트릭스를 결정할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스이 결정되면 반복 구간 마다 해당 반복 구간에 포함된 제1 타임 슬롯 각각의 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스을 복수의 무인항공기(200)로 송신하도록 통신부(110)를 제어할 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 복수의 무인항공기(200)로부터 IoT 데이터를 수신하면, IoT 데이터의 헤더에 포함되고 해당 IoT 데이터를 IoT 장치(1)로부터 수신한 무인항공기(200)의 식별정보를 나타내는 무인항공기(200) 식별정보를 검색할 수 있다.
프로세서(130)는 검색된 무인항공기(200) 식별정보에 기초하여 수신 추정 개수 정보를 IoT 데이터의 헤더에 포함된 수신 개수 정보로 업데이트할 수 있다.
여기서, 수신 개수 정보는 IoT 데이터 수신 구간(LI) 동안, 무인항공기(200)에 복수의 IoT 장치(1)로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 정보일 수 있다.
한편, 복수의 무인항공기(200)는 IoT 데이터 수신 구간(LI) 동안, IoT 데이터를 복수의 IoT 장치(1)로부터 수신하는 경우, 해당 IoT 데이터의 헤더에 무인항공기(200) 식별정보, 수신 개수 정보 및 해당 IoT 데이터의 식별정보를 나타내는 IoT 데이터 식별정보를 포함시킬 수 있다.
프로세서(130)는 상술된 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스의 결정 과정과 수신 개수 정보의 업데이트 과정을 하기의 알고리즘 1을 이용하여 수행할 수 있다.
<알고리즘 1>
Figure 112020035680132-pat00167
한편, 상술된 알고리즘 1에서 사용된 기호는 하기의 표 4와 같이, 정의하도록 한다.
Figure 112020035680132-pat00168
 IoT 데이터 수신 구간(LI) 동안 복수의 무인항공기(200) 중 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00169
인 어느 하나의 무인항공기(200)에 복수의 IoT 장치(1)로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 추정한 수신 추정 개수 정보
Figure 112020035680132-pat00170
Figure 112020035680132-pat00171
번째 제2 타임 슬롯(TS2)에서의 복수의 무인항공기(200) 중 어느 하나의 무인항공기(200)로 IoT 데이터를 송신할 수 있는 IoT 장치(1)의 총 개수를 나타내는 송신 장치 개수 정보
Figure 112020035680132-pat00172
 IoT 데이터 전달 구간(RI)으로부터 구획된 반복 구간의 첫번째 제1 타임 슬롯의 시작단에서 복수의 무인항공기(200) 및 기지국 장치(100) 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 상태 매트릭스
Figure 112020035680132-pat00173
 IoT 데이터 수신 구간(LI) 동안, 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00174
인 무인항공기(200)에 복수의 IoT 장치(1)로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 수신 개수 정보
Figure 112020035680132-pat00175
 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00176
인 IoT 데이터의 헤더에 포함된 수신 개수 정보
Figure 112020035680132-pat00177
 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00178
인 IoT 데이터의 헤더에 포함된 무인항공기(200) 식별정보
Figure 112020035680132-pat00179
 인덱스가
Figure 112020035680132-pat00180
인 IoT 데이터의 헤더에 포함된 IoT 데이터 식별정보
한편, 프로세서(130)는 중앙처리장치(Central Processing Unit (CPU)), 어플리케이션 프로세서(Application Processor (AP)) 및 커뮤니케이션 프로세서(Communication Processor (CP)) 중 하나 이상을 통해 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템(10)에 포함된 무인항공기(200)의 구성요소가 도시된 블록도이다.
도 4를 더 참조하면, 무인항공기(200)는 비행부(210), 센서부(220), 배터리부(230), 통신부(240), 저장부(250) 및 프로세서(260)를 포함할 수 있다.
비행부(210)는 무인항공기(200)가 비행 경로에 대응하여 비행하도록 구동되는 비행 모듈을 구비할 수 있다. 이러한, 비행 모듈은 프로펠러 및 모터를 포함할 수 있다. 비행부(210)는 무인항공기(200)가 비행 경로에 대응하여 비행하는 한 그 종류가 제한되지 않음을 유의한다.
센서부(220)는 무인항공기(200)의 비행을 위한 데이터를 측정하기 위한 센싱 모듈을 구비할 수 있다. 예를 들어, 센서부(220)는 자이로센서 및 GPS센서를 포함할 수 있다.
배터리부(230)는 무인항공기(200)가 비행하고, 통신을 수행하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 배터리부(230)는 무인항공기(200)가 비행하고, 통신을 수행하기 위한 전력을 공급하는 한 그 종류가 제한되지 않음을 유의한다.
통신부(240)는 기지국 장치(100)로부터 결정된 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 수신하고, IoT 장치(1)로부터 IoT 데이터를 수신하며, 다른 무인항공기(200)로부터 IoT 데이터를 수신할 수 있다.
이러한, 통신부(240)는 무선 통신을 이용하여 기지국 장치(100), 다른 무인항공기(200) 및 IoT 장치(1)와 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신부(240)는 무선 통신을 수행하는 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다. 여기서, 무선 통신은 통신을 수행하는 한 통신 방식이 제한되지 않음을 유의한다. 예를 들어, 무선 통신은 와이파이(Wireless Fidelity), 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication) 및 적외선 통신 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
저장부(250)에는 무선항공기(200)가 프로세서(260)에 의해 제어되기 위해 프로그래밍된 동작 프로그램을 저장할 수 있다.
이러한 저장부(250)는 비휘발성 메모리 및 휘발성 메모리를 포함할 수 있고, 동작 프로그램은 비휘발성 메모리에 저장되고 휘발성 메모리로 로드되어 동작할 수 있다.
프로세서(260)는 송신 스케줄 결정 매트릭스에 기초하여 해당 송신 스케줄 개별 정보를 확인하고, 확인 결과, 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 송신 스케줄 개별 정보가 확인되면 복수의 IoT 장치(1)로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 수신 개수 정보 및 이전 반복 구간에 IoT 데이터를 송신한 횟수를 누적한 누적 횟수를 나타내는 송신 누적 횟수 정보 간의 대소를 비교하고, 대소 비교 결과에 기초하여 어느 하나의 IoT 데이터 또는 더미 IoT 데이터를 송신할 수 있다.
이를 위해, 프로세서(260)는 최초에 현재 반복 구간의 구간 순서 정보가 첫번째를 나타내는지 여부를 확인하고, 확인 결과, 현재 반복 구간의 구간 순서 정보가 첫번째를 나타내면, 송신 누적 횟수 정보를 “0”으로 설정할 수 있다.
반대로, 프로세서(260)는 현재 반복 구간의 구간 순서 정보가 첫번째를 나타내지 않으면, 이전에 설정된 송신 누적 횟수 정보를 독출할 수 있다.
이후, 프로세서(260)는 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 송신 스케줄 개별 정보가 확인되고, 수신 개수 정보와 송신 누적 횟수 정보 모두가 “0”인 경우, 더미 IoT 데이터를 송신하고, 송신 누적 횟수 정보를 1만큼 가산하여 설정할 수 있다.
반대로, 프로세서(260)는 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 송신 스케줄 개별 정보가 확인되고, 수신 개수 정보가 송신 누적 횟수 정보 미만인 경우, 해당 IoT 데이터를 송신하고, 송신 누적 횟수 정보를 1만큼 가산하여 설정할 수 있다.
한편, 프로세서(260)는 IoT 데이터를 송신하지 않는 것으로 송신 스케줄 개별 정보가 확인되면, 해당 제1 타임 슬롯 동안 아이들 상태를 유지할 수 있다.
마지막으로, 프로세서(260)는 최종 설정된 송신 누적 횟수 정보를 저장시키고, 다음 반복 구간에서 최종 저장된 송신 누적 횟수 정보를 독출하여 상술된 IoT 데이터의 송신 과정을 수행할 수 있다.
프로세서(260)는 상술된 IoT 데이터의 송신 과정을 하기의 알고리즘 2를 이용하여 수행할 수 있다.
<알고리즘 2>
Figure 112020035680132-pat00181
여기서, TxCount는 이전 반복 구간에 IoT 데이터를 송신한 횟수를 누적한 누적 횟수를 나타내는 송신 누적 횟수 정보일 수 있다.
한편, 프로세서(260)는 중앙처리장치(CPU), 어플리케이션 프로세서(AP) 및 커뮤니케이션 프로세서(CP) 중 하나 이상을 통해 구현될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: IoT 장치
10: 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템
100: 기지국 장치
200: 무인항공기

Claims (7)

  1. 복수의 무인항공기를 이용하여 복수의 사물인터넷(Internet of Things; IoT) 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 기지국 장치로 송신하는 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 있어서,
    상기 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터와 상기 기지국 장치 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보 및 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보 중 하나 이상에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트 및 제2 제약 조건 세트 중 어느 하나를 만족시키도록 상기 복수의 무인항공기, 상기 기지국 장치 및 상기 복수의 IoT 데이터에 적용되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 기지국 장치; 및
    상기 송신 스케줄 결정 매트릭스에 기초하여 해당 송신 스케줄 개별 정보를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 상기 송신 스케줄 개별 정보가 확인되면 상기 복수의 IoT 장치로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 수신 개수 정보 및 상기 IoT 데이터를 송신한 횟수를 누적한 누적 횟수를 나타내는 송신 누적 횟수 정보 간의 대소를 비교하고, 상기 대소 비교 결과에 기초하여 상기 어느 하나의 IoT 데이터 또는 더미 IoT 데이터를 송신하는 복수의 무인항공기;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기지국 장치는
    상기 복수의 IoT 장치로부터 상기 복수의 무인항공기로 수신된 IoT 데이터를 상기 복수의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치로 송신하는 구간이며 복수의 제1 타임 슬롯을 포함하는 IoT 데이터 전달 구간을 구획 개수 정보만큼의 상기 제1 타임 슬롯을 포함하는 하나 이상의 반복 구간으로 구획하고, 상기 하나 이상의 반복 구간 각각의 시작 시점 전에 상기 하나 이상의 반복 구간 각각에 포함된 상기 제1 타임 슬롯 각각에 대응되는 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 상기 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 것을 특징으로 하는
    무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기지국 장치는
    상기 하나 이상의 반복 구간 각각의 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내는지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내지 않으면, 상기 제1 이격 거리 정보 및 상기 송신 전력 개별 정보에 기초하여 상기 송신 저항 정보를 산출하는 것으로 결정하고, 산출되는 상기 송신 저항 정보가 상기 최소 조건을 만족시키고, 상기 제1 제약 조건 세트를 만족시키도록 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 상기 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하고,
    상기 확인 결과, 상기 구간 순서 정보가 마지막 순서를 나타내면, 상기 송신 전력 개별 정보에 기초하여 상기 송신 저항 정보를 산출하는 것으로 결정하고, 산출되는 상기 송신 저항 정보가 상기 최소 조건을 만족시키고, 상기 제2 제약 조건 세트를 만족시키도록 상기 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 상기 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 것을 특징으로 하는
    무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제약 조건 세트는
    IoT 데이터를 송수신할 수 있는 링크가 존재하는지 여부를 나타내는 인접 정보 및 상기 제1 타임 슬롯의 시작단에서 상기 복수의 무인항공기 중 어느 하나의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 개별 정보에 기초하여 송신 스케줄 개별 정보를 결정하는 제1 제약 조건, IoT 데이터 전달 구간에 포함된 제1 타임 슬롯 동안 상기 복수의 무인항공기 및 상기 기지국 장치 각각이 최다 송수신 개수 정보가 나타내는 개수 이하의 IoT 데이터를 송신하거나 수신하는 제2 제약 조건, 상기 송신 전력 개별 정보가 나타내는 송신 전력의 최소 송신 전력을 제한하는 제3 제약 조건, 상기 송신 전력 개별 정보가 나타내는 송신 전력의 최대 송신 전력을 제한하는 제4 제약 조건, 상기 제1 타임 슬롯 동안 IoT 데이터가 송신되거나 미송신되는 것으로 상기 송신 스케줄 개별 정보가 결정되는 제5 제약 조건, 상기 송신 스케줄 개별 정보에 기초하여 상기 제1 타임 슬롯의 끝단에서 상기 복수의 무인항공기 중 어느 하나의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보가 결정되는 제6 제약 조건, 상기 송신 스케줄 개별 정보는 이진수이고 상기 기지국 장치는 IoT 데이터를 송신하지 않는 제7 제약 조건, 상기 제1 타임 슬롯의 끝단에서 상기 복수의 무인항공기 및 상기 기지국 장치 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 상태 매트릭스가 다음 제1 타임 슬롯의 시작단에서 상기 복수의 무인항공기 및 상기 기지국 장치 각각에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제1 버퍼 상태 매트릭스로 결정되는 제8 제약 조건 및 상기 제2 버퍼 개별 정보 중 상기 IoT 데이터 전달 구간(RI)의 마지막 제1 타임 슬롯에 대응되는 제2 버퍼 개별 정보 및 상기 IoT 데이터 전달 구간으로부터 구획된 반복 구간의 마지막 제1 타임 슬롯에서 상기 복수의 무인항공기 중 어느 하나의 무인항공기 또는 상기 기지국 장치와 상기 기지국 장치 간의 이격 거리를 나타내는 제2 이격 거리 정보에 기초하여 상기 제1 이격 거리 정보가 결정되는 제9 제약 조건 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
    무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 제약 조건 세트는
    상기 제1 제약 조건, 상기 제2 제약 조건, 상기 제3 제약 조건, 상기 제4 제약 조건, 상기 제5 제약 조건, 상기 제6 제약 조건, 상기 제7 제약 조건, 상기 제8 제약 조건 및 상기 제2 버퍼 개별 정보 중 상기 IoT 데이터 전달 구간의 마지막 제1 타임 슬롯의 끝단에서 상기 기지국 장치에 어느 IoT 데이터가 버퍼되는지를 나타내는 제2 버퍼 개별 정보가 상기 기지국 장치에 상기 복수의 IoT 데이터 모두가 버퍼되는 것으로 결정되는 제10 제한 조건 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
    무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템.
  6. 복수의 무인항공기를 이용하여 IoT 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 기지국 장치로 송신하는 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 포함되는 기지국 장치에 있어서,
    상기 복수의 IoT 데이터를 수신하는 통신부; 및
    상기 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터와 상기 기지국 장치 간의 이격 거리를 나타내는 제1 이격 거리 정보 및 IoT 데이터를 송신하는데 할당된 송신 전력을 나타내는 송신 전력 개별 정보 중 하나 이상에 기초하여 산출되는 송신 저항 정보가 최소 조건을 만족시키고, 제1 제약 조건 세트 및 제2 제약 조건 세트 중 어느 하나를 만족시키도록 상기 복수의 무인항공기, 상기 기지국 장치 및 상기 복수의 IoT 데이터에 적용되는 송신 스케줄 결정 매트릭스 및 송신 전력 할당 매트릭스를 결정하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    기지국 장치.
  7. 복수의 무인항공기를 이용하여 IoT 장치에서 생성된 복수의 IoT 데이터를 기지국 장치로 송신하는 무인항공기를 이용한 사물인터넷 장치 및 기지국 장치 간의 통신 시스템에 포함되는 복수의 무인항공기에 있어서,
    상기 복수의 IoT 데이터를 수신하는 통신부; 및
    상기 기지국 장치에 의해 결정된 송신 스케줄 결정 매트릭스에 기초하여 해당 송신 스케줄 개별 정보를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 복수의 IoT 데이터 중 어느 하나의 IoT 데이터를 송신하는 것으로 상기 송신 스케줄 개별 정보가 확인되면 상기 복수의 IoT 장치로부터 수신된 IoT 데이터의 개수를 나타내는 수신 개수 정보 및 상기 IoT 데이터를 송신한 횟수를 누적한 누적 횟수를 나타내는 송신 누적 횟수 정보 간의 대소를 비교하고, 상기 대소 비교 결과에 기초하여 상기 어느 하나의 IoT 데이터 또는 더미 IoT 데이터를 송신하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    복수의 무인 항공기.
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KR102500955B1 (ko) 2021-08-30 2023-02-17 광운대학교 산학협력단 IoT 네트워크를 위한 무인항공기를 활용한 동시 무선 정보 및 전력 전송방법

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KR20200017751A (ko) * 2018-08-09 2020-02-19 (주)아이티엔제이 자연꿀 수집을 위한 IoT 기반의 벌통 모니터링 시스템 및 그 방법

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