KR102301411B1 - 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 WLAN 통신모듈(11)을 통해 무선랜망컨트롤러부(40)와 연결을 시도하여 연결이 이루어질 경우 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 망(20)으로 무선랜망컨트롤러부(40)와 무선통신을 유지토록 하고, 나아가 WLAN 통신모듈(11)을 통해 무선랜망컨트롤러부(40)와 연결이 안 될 경우나 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 망(30)으로 이동통신망컨트롤러부(50)와 무선통신토록 하여, 무인이동체(10)의 통신시스템의 제약 및 한계를 극복하고, WLAN 망(20)의 통달거리의 한계를 극복하기 위하여 LTE/5G 망(30)을 사용함으로써 전국망으로 사용 가능케 할 수 있고, 특히 원거리 LTE/5G 망(30)과 근거리 WLAN 망(20)을 동시에 지원함으로써 데이터 이용요금(통신요금)을 절감할 수 있으며, LTE/5G 망(30)을 사용함에 있어 유동 IP 할당에 따른 예를 들어 드론↔무선랜망컨트롤러부[이동형 GCS(Ground Control Station); 40]간 1:1 통신불가 문제의 해결을 위해 이동통신망컨트롤러부(관제센터; 50)를 경유하여 전달토록 할 수 있고, 관제센터의 관제/제어 traffic을 다른 이동형 관제 또는 스마트폰(52c) 등으로 확장하여 다중제어/모니터링 시스템을 지원할 수 있는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법에 관한 발명이다.

Description

무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법{SYSTEM FOR CONTROLING UNMANNED MOBILE AND THEREOF CONTROLING METHOD}
본 발명은 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인이동체의 무선통신에 대한 통달거리가 확보되는 근거리일 경우 WLAN 망을 사용하여 1:1 통신을 수행토록 하는 대신 무인이동체의 무선통신에 대한 통달거리를 벗어나는 경우 LTE/5G 망으로 전환하여 무선통신토록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무인이동체는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle), UGV(Unmanned Ground Vehicle) 또는 USV(Unmanned Surface Vehicle) 등이 있고, 예를 들어 무인이동체인 드론을 제어하는 기술로서 대한민국 공개특허공보 제2017-0081349호(선행기술문헌)가 소개되어 있다.
도 5는 선행기술문헌에 따른 드론을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 드론(100)은 무선 통신부(110), 센싱부(120), 카메라(130), 출력부(140), 메모리(150), GPS 모듈(160), 영상 처리부(170), 제어부(180) 및 전원공급모듈(190)를 포함한다.
무선 통신부(110)는 드론(100)과 외부 장치 사이의 무선 통신 기능을 제공하는 모듈로서, 드론(100)을 제어하기 위한 이동 단말기 또는 타겟 객체에 착용된 웨어러블 장치 등과 무선 통신을 가능하게 한다.
센싱부(120)는 충격 감지 센서(121) 또는 고도 감지 센서(122) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있고, 고도 감지 센서(122)는 드론(100)의 비행 고도 변화를 감지하는 센서로, 단위 시간 동안의 비행 고도 변화가 미리 설정된 기준값 이상인 경우 위험 상황이 발생한 것으로 판단하여 외부로 출력을 제공한다.
드론(100)은 적어도 하나의 카메라(130)를 구비할 수 있고, 카메라(130)를 통해 운행 중 또는 운행 정지 중 영상을 촬영하여 메모리(150)에 저장할 수 있고, 출력부(140)는 디스플레이부(141), 음향 출력부(142), IR 출력부(143) 또는 LED 출력부(144) 중 적어도 하나를 포함하여 구성된다.
디스플레이부(141)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 드론(100)과 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부로써 기능함과 동시에, 드론(100)과 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
음향 출력부(142)는 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(150)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있고, IR 출력부(143)는 적어도 하나의 적외선 센서를 포함하여 구성될 수 있고, 설정된 제어 신호에 따라 적외선 센서를 구동시켜 적외선을 출력할 수 있다.
LED 출력부(144)는 적어도 하나의 LED로 구성될 수 있고, 설정된 제어 신호에 따라 설정된 기호, 문자, 숫자 등을 출력하도록 LED 출력부를 제어할 수 있다.
메모리(150)는 드론(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(150)는 드론(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 드론(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다.
GPS 모듈(160)은 드론(100)의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 드론의 위치를 획득할 수 있다.
영상 처리부(170)는 카메라(130)에서 촬영한 영상의 데이터를 분석하여 타겟 객체를 검출하거나, 촬영한 영상의 화질을 필터링하는 등의 촬영 영상의 처리를 수행할 수 있다.
제어부(180)는 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 드론(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(150)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(150)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 5와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 드론(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 드론(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다.
본원 출원인은 선행기술문헌에 따른 드론에 대한 제어 기술을 더욱 발전시켜 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제안하고자 한다.
대한민국 공개특허공보 제2017-0081349호
본 발명의 목적은 무인이동체의 무선통신에 대한 통달거리가 확보되는 근거리일 경우 WLAN 망을 사용하여 1:1 통신을 수행토록 하는 대신 무인이동체의 무선통신에 대한 통달거리를 벗어나는 경우 LTE/5G 망으로 전환하여 통신토록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상일 경우 WLAN 망으로 천이하여 무선랜망컨트롤러부와 무선통신토록 하여 근거리에서의 무인이동체의 제어를 가능케 하고, WLAN 통신모듈의 RSSI 값이 기준치 이하일 경우 LTE/5G 망으로 천이하여 이동통신망컨트롤러부와 무선통신토록 하여 원거리에서의 무인이동체의 제어를 가능케 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 무인이동체의 통신시스템의 제약 및 한계를 극복하고, WLAN의 통달거리의 한계를 극복하기 위하여 WLAN 망과 더불어 LTE/5G 망를 사용함으로써 전국망으로 사용 가능케 할 수 있고, 특히 원거리 LTE/5G 망과 근거리 WLAN 망을 동시에 지원함으로써 데이터 이용요금(통신요금)을 절감할 수 있으며, LTE/5G 망을 사용함에 있어 유동 IP 할당에 따른 예를 들어 드론↔무선랜망컨트롤러부[이동형 GCS(Ground Control Station)]간 1:1 통신불가 문제의 해결을 위해 이동통신망컨트롤러부(관제센터)를 경유하여 전달토록 하고, 관제센터의 관제/제어 traffic을 다른 이동형 관제 또는 스마트폰 등으로 확장하여 다중제어/모니터링 시스템을 지원할 수 있도록 하며, WLAN 망과 LTE/5G 망의 자동 절체를 통한 연속성으로 드론 등과 같은 무인이동체의 무선통신의 통달거리 문제로 인한 활동범위 제약을 해소할 수 있도록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 거리적 제약이 발생할 경우 WLAN 통신을 전국망을 지원하는 이동통신망인 LTE/5G 망으로 수행함으로써 통달거리의 한계를 극복할 수 있도록 미들웨어서버의 중재를 통하여 드론과 지상 통신장치간의 통신을 가능하게 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 근거리에서 통신을 수행할 경우 WLAN 망을 사용하여 무선통신하고, RSSI 값을 이용하여 일정 범위 이상 통신품질이 떨어지면 이를 이동통신망, 즉 LTE/5G 망으로 변경하여 사용할 수 있도록 하여 데이터 요금까지 절감케 할 수 있는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 미들웨어서버의 앞단에 존재하는 NAT(Network Address Translation) router로 인하여 외부의 사설망으로부터 내부의 공인망으로의 접속이 차단되는 현상을 hole punching 네트워킹 기술을 이용하여 외부에서 접근을 지속할 수 있도록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 관제컨트롤러로 하여금 미들웨어서버로 keep-alive packet을 주기적으로 송신하여 LTE/5G 통신모듈의 session을 유지할 수 있도록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 WLAN 통신모듈을 통해 무선랜망컨트롤러부와 연결을 시도하여 연결이 이루어질 경우 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 망으로 무선랜망컨트롤러부와 무선통신을 유지토록 하고, 나아가 WLAN 통신모듈을 통해 무선랜망컨트롤러부와 연결이 안 될 경우나 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 망으로 이동통신망컨트롤러부와 무선통신토록 하여, 무인이동체의 통신시스템의 제약 및 한계를 극복하고, WLAN 망의 통달거리의 한계를 극복하기 위하여 LTE/5G 망을 사용함으로써 전국망으로 사용 가능케 할 수 있는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 WLAN 통신모듈과 무선랜망컨트롤러부가 WLAN 망으로 통신을 유지한 상태에서, WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 통신모듈로 하여금 WLAN 망으로 무선랜망컨트롤러부와 통신을 지속토록 하고, 다른 한편으로 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 통신모듈로 하여금 LTE/5G 망으로 이동통신망컨트롤러부와 통신토록 하여, WLAN RSSI 값에 따라 WLAN 통신모듈 또는 이동통신망컨트롤러부를 선택하면서 무선통신을 실현케 하여 통신품질을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 근거리에 무선랜망컨트롤러부가 존재할 경우 무인이동체의 WLAN 통신모듈에서 이를 감지하고 WLAN 망으로 연결을 유지하고, 연결은 되었으나 통신품질이 임계치보다 낮을 경우에는 해당 통신방법을 사용하지 않고 LTE/5G 망으로 천이하여 데이터를 전달하여 통신품질의 극대화를 보장케 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 WLAN 통신모듈 또는 LTE/5G 통신모듈로 하여금 신호품질의 상태를 지속적으로 모니터링하여 WLAN RSSI 값이 기준치(threshold)보다 아래로 떨어지면 해당 WLAN connection을 datapath로 사용하던 선로를 LTE/5G 망으로 천이할 수 있도록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 WLAN RSSI 값만으로 판단할 수 없는 선로의 품질을 keep-alive를 이용한 loss rate를 품질판단 요소로 활용함으로써 신호세기는 좋으나 신호품질이 좋지 못한 경우에 대한 조건도 함께 체크할 수 있도록 하고, 이와 반대로 LTE/5G 망으로 연결되어 있던 선로를 WLAN connection의 신호세기가 임계치보다 상회하거나 loss rate가 작아져 신호품질이 좋아진 경우, 다시 WLAN connection을 주 통신선로로 설정할 수 있도록 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 WLAN을 LTE/5G 망로 천이하는 동작에서 WLAN 신호세기 임계치에 하향 가중치를 둬 빈번한 선로변경을 막을 수 있는 효과가 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 WLAN의 연결 특성상(Infrastructure mode)연결의 단절을 즉시 감지할 수 없는 문제, 그리고 신호품질의 저하를 판단하는 시간 간격의 resolution으로 인하여 약간의 시간지연이 발생하는 문제를 LTE/5G 망→WLAN 망으로의 절체를 WLAN 망에 대한 연결이 준비됐다고 판단된 시점에 천이되도록 하여 지연이나 loss 없이 천이를 가능케 할 수 있는 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템은,
WLAN 통신모듈 및 LTE/5G 통신모듈을 지닌 무인이동체와,
상기 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상일 경우 WLAN 망으로 천이하여 무선통신하는 무선랜망컨트롤러부와,
상기 WLAN 통신모듈과의 RSSI 값이 기준치 이하일 경우 LTE/5G 망으로 천이하여 무선통신하는 이동통신망컨트롤러부를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인이동체 컨트롤 방법은,
WLAN 통신모듈 및 LTE/5G 통신모듈을 지닌 무인이동체의 기동을 대기하는 스텝과,
상기 무인이동체의 WLAN 통신모듈 및 LTE/5G 통신모듈의 구동 여부를 확인하는 스텝과,
상기 WLAN 통신모듈을 통해 무선랜망컨트롤러부와 연결을 시도하여 연결이 이루어질 경우 상기 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 망으로 무선랜망컨트롤러부와 무선통신을 유지하는 반면 상기 WLAN 통신모듈을 통해 무선랜망컨트롤러부와 연결이 안 될 경우나 상기 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 망으로 이동통신망컨트롤러부와 무선통신하는 스텝을 포함하는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.
본 발명은 무인이동체의 무선통신에 대한 통달거리가 확보되는 근거리일 경우 WLAN 망을 사용하여 1:1 통신을 수행토록 하는 대신 무인이동체의 무선통신에 대한 통달거리를 벗어나는 경우 LTE/5G 망으로 전환하여 통신토록 하는 효과가 있다.
본 발명은 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상일 경우 WLAN 망으로 천이하여 무선랜망컨트롤러부와 무선통신토록 하여 근거리에서의 무인이동체의 제어를 가능케 하고, WLAN 통신모듈의 RSSI 값이 기준치 이하일 경우 LTE/5G 망으로 천이하여 이동통신망컨트롤러부와 무선통신토록 하여 원거리에서의 무인이동체의 제어를 가능케 하는 효과가 있다.
본 발명은 무인이동체의 통신시스템의 제약 및 한계를 극복하고, WLAN의 통달거리의 한계를 극복하기 위하여 WLAN 망과 더불어 LTE/5G 망를 사용함으로써 전국망으로 사용 가능케 할 수 있고, 특히 원거리 LTE/5G 망과 근거리 WLAN 망을 동시에 지원함으로써 데이터 이용요금(통신요금)을 절감할 수 있으며, LTE/5G 망을 사용함에 있어 유동 IP 할당에 따른 예를 들어 드론↔무선랜망컨트롤러부[이동형 GCS(Ground Control Station)]간 1:1 통신불가 문제의 해결을 위해 이동통신망컨트롤러부(관제센터)를 경유하여 전달토록 하고, 관제센터의 관제/제어 traffic을 다른 이동형 관제 또는 스마트폰 등으로 확장하여 다중제어/모니터링 시스템을 지원할 수 있도록 하며, WLAN 망과 LTE/5G 망의 자동 절체를 통한 연속성으로 드론 등과 같은 무인이동체의 무선통신의 통달거리 문제로 인한 활동범위 제약을 해소할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 거리적 제약이 발생할 경우 WLAN 통신을 전국망을 지원하는 이동통신망인 LTE/5G 망으로 수행함으로써 통달거리의 한계를 극복할 수 있도록 미들웨어서버의 중재를 통하여 드론과 지상 통신장치간의 통신을 가능하게 하는 효과가 있다.
본 발명은 근거리에서 통신을 수행할 경우 WLAN 망을 사용하여 무선통신하고, RSSI 값을 이용하여 일정 범위 이상 통신품질이 떨어지면 이를 이동통신망, 즉 LTE/5G 망으로 변경하여 사용할 수 있도록 하여 데이터 요금까지 절감케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 미들웨어서버의 앞단에 존재하는 NAT(Network Address Translation) router로 인하여 외부의 사설망으로부터 내부의 공인망으로의 접속이 차단되는 현상을 hole punching 네트워킹 기술을 이용하여 외부에서 접근을 지속할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 관제컨트롤러로 하여금 미들웨어서버로 keep-alive packet을 주기적으로 송신하여 LTE/5G 통신모듈의 session을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 WLAN 통신모듈을 통해 무선랜망컨트롤러부와 연결을 시도하여 연결이 이루어질 경우 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 망으로 무선랜망컨트롤러부와 무선통신을 유지토록 하고, 나아가 WLAN 통신모듈을 통해 무선랜망컨트롤러부와 연결이 안 될 경우나 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 망으로 이동통신망컨트롤러부와 무선통신토록 하여, 무인이동체의 통신시스템의 제약 및 한계를 극복하고, WLAN 망의 통달거리의 한계를 극복하기 위하여 LTE/5G 망을 사용함으로써 전국망으로 사용 가능케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 WLAN 통신모듈과 무선랜망컨트롤러부가 WLAN 망으로 통신을 유지한 상태에서, WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 통신모듈로 하여금 WLAN 망으로 무선랜망컨트롤러부와 통신을 지속토록 하고, 다른 한편으로 WLAN 통신모듈과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 통신모듈로 하여금 LTE/5G 망으로 이동통신망컨트롤러부와 통신토록 하여, WLAN RSSI 값에 따라 WLAN 통신모듈 또는 이동통신망컨트롤러부를 선택하면서 무선통신을 실현케 하여 통신품질을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 근거리에 무선랜망컨트롤러부가 존재할 경우 무인이동체의 WLAN 통신모듈에서 이를 감지하고 WLAN 망으로 연결을 유지하고, 연결은 되었으나 통신품질이 임계치보다 낮을 경우에는 해당 통신방법을 사용하지 않고 LTE/5G 망으로 천이하여 데이터를 전달하여 통신품질의 극대화를 보장케 하는 효과가 있다.
본 발명은 WLAN 통신모듈 또는 LTE/5G 통신모듈로 하여금 신호품질의 상태를 지속적으로 모니터링하여 WLAN RSSI 값이 기준치(threshold)보다 아래로 떨어지면 해당 WLAN connection을 datapath로 사용하던 선로를 LTE/5G 망으로 천이할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 WLAN RSSI 값만으로 판단할 수 없는 선로의 품질을 keep-alive를 이용한 loss rate를 품질판단 요소로 활용함으로써 신호세기는 좋으나 신호품질이 좋지 못한 경우에 대한 조건도 함께 체크할 수 있도록 하고, 이와 반대로 LTE/5G 망으로 연결되어 있던 선로를 WLAN connection의 신호세기가 임계치보다 상회하거나 loss rate가 작아져 신호품질이 좋아진 경우, 다시 WLAN connection을 주 통신선로로 설정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 WLAN을 LTE/5G 망으로 천이하는 동작에서 WLAN 신호세기 임계치에 하향 가중치를 둬 빈번한 선로변경을 막을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 WLAN의 연결 특성상(Infrastructure mode)연결의 단절을 즉시 감지할 수 없는 문제, 그리고 신호품질의 저하를 판단하는 시간 간격의 resolution으로 인하여 약간의 시간지연이 발생하는 문제를 LTE/5G 망→WLAN 망으로의 절체를 WLAN 망에 대한 연결이 준비됐다고 판단된 시점에 천이되도록 하여 지연이나 loss 없이 천이를 가능케 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인이동체를 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템에서 미들웨어서버의 동작을 설명하기 위한 개념도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 방법을 나타내는 흐름도.
도 5는 선행기술문헌에 따른 드론을 설명하기 위한 블록도.
본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 무인이동체(10)를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
무인이동체(10)는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle), UGV(Unmanned Ground Vehicle) 또는 USV(Unmanned Surface Vehicle) 등이 있고, 예를 들어 무인이동체(10)로서 드론은 대부분 WLAN을 사용하기 때문에 통신거리에 많은 제약을 가지고 있으며, 나아가 ISM band(Industrial Scientific Medical band)를 사용하기 때문에 간섭에도 취약한 문제를 안고 있다.
이러한 통신시스템의 거리 제한 극복을 위하여 LTE(Long Term Evolution) 또는 5G와 같은 이동통신망을 이용하는 방법을 생각해 볼 수 있다.
하지만, 사설망(31)을 사용하는 이동통신단말의 망 관리 구조 때문에 양방향의 통신에 활용하기가 어려운 문제가 있으며, 통신요금에 대한 비용적인 부담도 문제가 되고 있다.
그리고, 기존의 무인이동체(10)는 영상 및 제어정보를 WLAN(Wireless Local Area Net-work) 또는 전용통신 방식으로 전송하고 있고, 하나의 무인 이동체에 대해서 하나의 관제센터가 존재하여 영상수신 및 제어를 수행하고 있다(1:1 모니터링/제어).
그런데, 기존의 무인이동체(10)에 대한 장거리 통신을 지원할 경우 통신장치가 커지는 단점이 있으며, 이렇게 통신장치를 구축하더라도 통달거리에 한계가 발생할 수밖에 없는 문제점이 있다.
이에 따라, 통달거리가 확보되지 않는 거리에서 무인이동체(10)의 감시 및 제어가 불가능한 문제가 발생하고, 하나 이상의 관제센터가 필요한 상황에서는 이를 위한 별도의 시스템을 구축하여야 하는 또 다른 문제점을 낳을 수밖에 없다.
본 발명에서는 이러한 한계와 문제점을 극복하기 위하여 무인 이동체 컨트롤 시스템 및 그 컨트롤 방법을 제안하고자 한 것이다.
구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 무인이동체(10)를 나타내는 블록도로서, Main CPU(13)는 외부 I/O 처리를 고속으로 수행하기 위하여 고사양 embedded CPU를 사용함과 동시에 특히 WLAN 및 LTE, 영상을 자체적으로 실시간 처리해야 하기 때문에 고성능을 지원할 수 있도록 하고, 드론에서 촬영된 영상은 영상 codec chip(14)에서 stream으로 변환하여 WLAN 통신모듈(11) 또는 LTE/5G 통신모듈(12)을 통해 IP 통신으로 remote 전달할 수 있도록 설계한다.
이때, Stream으로 변환된 영상정보는 후술되는 WLAN 망(20)을 통해 무선랜망컨트롤러부(40)로 또는 후술되는 LTE/5G 망(30)을 통해 이동통신망컨트롤러부(50)로 실시간 전달될 수 있도록 한다.
그리고, 무인이동체(10)에서 수집한 영상 등과 같은 데이터를 무선랜망컨트롤러부(40) 또는 이동통신망컨트롤러부(50)로 전달하기 위하여 사용되는 통신방법은 WLAN 망(20)과 LTE/5G 망(30)를 사용할 수 있도록 WLAN 통신모듈(11) 및 LTE/5G 통신모듈(12)을 구비하고, 구체적으로 통달거리가 확보되는 근거리 통신을 위해서는 WLAN 망(20)을 사용하여 1:1 통신을 수행토록 하며, 통달거리를 벗어나는 경우 LTE/5G 망(30)으로 전환하여 수집데이터를 전달하도록 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 WLAN 통신모듈(11) 및 LTE/5G 통신모듈(12)을 지닌 무인이동체(10)와, WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI(Received Signal Strength Indication) 값이 기준치 이상일 경우 WLAN 망(20)으로 천이하여 무선통신하는 무선랜망컨트롤러부(40)와, WLAN 통신모듈(11)과의 RSSI 값이 기준치 이하일 경우 LTE/5G 망(30)으로 천이하여 무선통신하는 이동통신망컨트롤러부(50)를 포함한다.
WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치, 예를 들면 10dBm 이상일 경우 WLAN 망(20)으로 천이하여 무선랜망컨트롤러부(40)와 무선통신토록 하여 근거리에서의 무인이동체(10)의 제어를 가능케 하고, WLAN 통신모듈(11)의 RSSI 값이 기준치(10dBm) 이하일 경우 LTE/5G 망(30)으로 천이하여 이동통신망컨트롤러부(50)와 무선통신토록 하여 원거리에서의 무인이동체(10)의 제어를 가능케 하는 것이다.
이와 같이 무인이동체(10)의 통신시스템의 제약 및 한계를 극복하고, WLAN의 통달거리의 한계를 극복하기 위하여 WLAN 망(20)와 더불어 LTE/5G 망(30)를 사용함으로써 전국망으로 사용 가능케 할 수 있고, 특히 원거리 LTE/5G 망(30)과 근거리 WLAN 망(20)을 동시에 지원함으로써 데이터 이용요금(통신요금)을 절감할 수 있으며, LTE/5G 망(30)을 사용함에 있어 유동 IP 할당에 따른 예를 들어 드론↔무선랜망컨트롤러부[이동형 GCS(Ground Control Station); 40]간 1:1 통신불가 문제의 해결을 위해 이동통신망컨트롤러부(관제센터; 50)를 경유하여 전달토록 하고, 관제센터의 관제/제어 traffic을 다른 이동형 관제 또는 스마트폰(52c) 등으로 확장하여 다중제어/모니터링 시스템을 지원할 수 있도록 하며, WLAN 망(20)과 LTE/5G 망(30)의 자동 절체를 통한 연속성으로 드론 등과 같은 무인이동체(10)의 무선통신의 통달거리 문제로 인한 활동범위 제약을 해소할 수 있도록 하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 시스템에서 미들웨어서버(52d)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 이동통신망컨트롤러부(50)는 LTE/5G 망(30)의 사설망(31) 및 공인망(32) 사이에 개재되어 사설 IP address를 공인 IP address로 전환시키는 NAT router(51)를 경계로 LTE/5G 통신모듈(12)과 무선통신하는 관제컨트롤러(52)와, LTE/5G 통신모듈(12) 및 관제컨트롤러(52) 사이에서 hole punching 기술을 활용하여 LTE/5G 망(30)의 사설망(31) 및 공인망(32)에 대한 양방향 무선통신을 실현시키는 미들웨어서버(52d)를 포함한다.
이때, 관제컨트롤러(52)는 미들웨어서버(52d) 및 LTE/5G 통신모듈(12)을 통해 LTE/5G 망(30)으로 무인이동체(10)를 제어하고, LTE/5G 통신모듈(12)은 hole punching 기술을 활용하여 LTE/5G 망(30) 및 미들웨어서버(52d)를 통해 데이터를 관제컨트롤러(52)로 전송토록 한다.
예를 들어, 드론과 같은 무인이동체(10)는 WLAN을 중심으로 이와 유사한 방식의 1:1 통신을 통한 제어 및 모니터링 방식을 사용하고 있는데, 이들은 WLAN의 통달거리의 한계로 인하여 최대 수 ㎞의 거리 밖으로 드론이 이동하게 되면, 통달거리를 벗어나 통신이 이루어지지 않게 되고, 더욱이 WLAN의 특성상 지상통신장치와 물리적으로 이격된 다른 장소에서 모니터링 및 제어를 수행하려면 복잡한 과정을 거쳐야 한다.
이를 극복하기 위하여 거리적 제약이 발생할 경우 WLAN 통신을 전국망을 지원하는 이동통신망인 LTE/5G 망(30)으로 수행함으로써 통달거리의 한계를 극복할 수 있도록 하는 것이다.
하지만, 이들 이동통신망은 접속과 동시에 임의 할당되는 유동 IP address로 인하여 peer-to-peer 통신이 불가능한 문제점을 안고 있다.
이를 보완하기 위해서 인터넷 상에 존재하는 서버가 필요하며, 본 발명에서는 미들웨어서버(52d)의 중재를 통하여 드론과 지상 통신장치간의 통신을 가능하게 한 것이다.
그리고, LTE/5G 망(30)의 이동통신망을 사용하게 되면, 이에 따른 요금이 발생하게 되는데, 본 발명에서는 근거리에 무인이동체(10)가 존재함에도 불구하고 LTE/5G 망(30)을 사용함으로써 발생하는 유/무선 자원의 소비를 줄이기 위하여 WLAN 망(20)을 통한 무선통신까지 사용할 수 있도록 한 것이다.
즉, 근거리에서 통신을 수행할 경우 WLAN 망(20)을 사용하여 무선통신하고, RSSI 값을 이용하여 일정 범위 이상 통신품질이 떨어지면 이를 이동통신망, 즉 LTE/5G 망(30)으로 변경하여 사용할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 미들웨어서버(52d)의 경우 공인 IP address를 사용하면 문제가 되지 않으나, 사설 IP address를 사용할 경우에는 외부에서 접속할 수 없는 문제가 발생한다.
즉, 미들웨어서버(52d)의 앞단에 존재하는 NAT(Network Address Translation router(51)로 인하여 외부의 사설망(31)으로부터 내부의 공인망(32)으로의 접속이 차단되는데, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 hole punching 네트워킹 기술을 이용하여 외부에서 접근을 지속할 수 있도록 한 것이다.
이렇게 구성된 미들웨어서버(52d)는 드론, 즉 무인이동체(10)에서 수집되는 모든 모니터링 정보를 합체시켜 중앙관제서버(52a), 이동형단말기(52b) 및 스마트폰(52c) 등의 관제컨트롤러(52)로 전달하고, 거꾸로 여러 관제를 통하여 무인이동체(10)의 제어를 가능토록 한다.
한편, 본 발명에 따라 관제컨트롤러(52)는 미들웨어서버(52d)로 keep-alive packet을 주기적으로 송신하여 LTE/5G 통신모듈(12)의 session을 유지할 수 있도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 무인 이동체 컨트롤 방법은 도 4a에 도시된 바와 같이 WLAN 통신모듈(11) 및 LTE/5G 통신모듈(12)을 지닌 무인이동체(10)의 기동을 대기하는 스텝(S10)과, 무인이동체(10)의 WLAN 통신모듈(11) 및 LTE/5G 통신모듈(12)의 구동 여부를 확인하는 스텝(S20)과, WLAN 통신모듈(11)을 통해 무선랜망컨트롤러부(40)와 연결을 시도하여 연결이 이루어질 경우 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 망(20)으로 무선랜망컨트롤러부(40)와 무선통신을 유지하는 반면 WLAN 통신모듈(11)을 통해 무선랜망컨트롤러부(40)와 연결이 안 될 경우나 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 망(30)으로 이동통신망컨트롤러부(50)와 무선통신하는 스텝(S30)을 포함한다.
무인이동체(10)의 기동과 더불어 WLAN 통신모듈(11) 및 LTE/5G 통신모듈(12)의 구동 여부를 확인한 후 WLAN 망(20) 및 LTE/5G 망(30) 중에서 어떤 통신방법을 사용할 것인지에 대한 결정이 필요하다.
WLAN 통신모듈(11)을 통해 무선랜망컨트롤러부(40)와 연결을 시도하여 연결이 이루어질 경우 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 망(20)으로 무선랜망컨트롤러부(40)와 무선통신을 유지토록 하고, 나아가 WLAN 통신모듈(11)을 통해 무선랜망컨트롤러부(40)와 연결이 안 될 경우나 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 망(30)으로 이동통신망컨트롤러부(50)와 무선통신토록 하여, 무인이동체(10)의 통신시스템의 제약 및 한계를 극복하고, WLAN 망(20)의 통달거리의 한계를 극복하기 위하여 LTE/5G 망(30)을 사용함으로써 전국망으로 사용 가능케 할 수 있고, 특히 원거리 LTE/5G 망(30)과 근거리 WLAN 망(20)을 동시에 지원함으로써 데이터 이용요금(통신요금)을 절감할 수 있으며, LTE/5G 망(30)을 사용함에 있어 유동 IP 할당에 따른 예를 들어 드론↔무선랜망컨트롤러부[이동형 GCS(Ground Control Station); 40]간 1:1 통신불가 문제의 해결을 위해 이동통신망컨트롤러부(관제센터; 50)를 경유하여 전달토록 할 수 있고, 관제센터의 관제/제어 traffic을 다른 이동형 관제 또는 스마트폰(52c) 등으로 확장하여 다중제어/모니터링 시스템을 지원할 수 있으며, WLAN 망(20)과 LTE/5G 망(30)의 자동 절체를 통한 연속성으로 드론 등과 같은 무인이동체(10)의 무선통신의 통달거리 문제로 인한 활동범위 제약을 해소할 수 있도록 한 것이다.
이때, 상기 S30 스텝 중 WLAN 통신모듈(11)과 무선랜망컨트롤러부(40)가 WLAN 망(20)으로 통신을 유지한 상태에서, WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 통신모듈(11)로 하여금 WLAN 망(20)으로 무선랜망컨트롤러부(40)와 통신을 지속(S31a)토록 하는 반면 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 통신모듈(12)로 하여금 LTE/5G 망(30)으로 이동통신망컨트롤러부(50)와 통신(S31b)토록 하는 스텝(S31)을 포함한다.
WLAN 통신모듈(11)과 무선랜망컨트롤러부(40)가 WLAN 망(20)으로 통신을 유지한 상태에서, WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이면 WLAN 통신모듈(11)로 하여금 WLAN 망(20)으로 무선랜망컨트롤러부(40)와 통신을 지속토록 하고, 다른 한편으로 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이하이면 LTE/5G 통신모듈(12)로 하여금 LTE/5G 망(30)으로 이동통신망컨트롤러부(50)와 통신토록 하여, WLAN RSSI 값에 따라 WLAN 통신모듈(11) 또는 이동통신망컨트롤러부(50)를 선택하면서 무선통신을 실현케 하여 통신품질을 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.
즉, 근거리에 무선랜망컨트롤러부(40)가 존재할 경우 무인이동체(10)의 WLAN 통신모듈(11)에서 이를 감지하고 WLAN 망(20)으로 연결을 유지하고, 연결은 되었으나 통신품질이 임계치보다 낮을 경우에는 해당 통신방법을 사용하지 않고 LTE/5G 망(30)로 천이하여 데이터를 전달하여 통신품질의 극대화를 보장케 하는 것이다.
이때, 초기 무인이동체(10)의 기동과 동시에 WLAN 망(20)을 통한 연결의 가능 여부를 판단하기 위해서 5회에 걸쳐 WLAN 연결을 시도할 수 있고, 그래도 연결이 되지 않으면 통신방법을 LTE/5G 망(30)으로 변경토록 하며, 나아가 연결이 정상적으로 되었더라도 WLAN RSSI 값(threshold)을 기준으로 신호세기가 기준치보다 높으면 WLAN을 계속 사용하고, 기준치보다 낮으면 LTE/5G 망(30) 연결로 천이토록 한다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 S30 스텝 중 LTE/5G 통신모듈(12)과 이동통신망컨트롤러부(50)가 LTE/5G 망(30)으로 통신을 유지한 상태에서, WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이되 신호 Loss가 기준치 미만일 경우 WLAN 통신모듈(11)로 하여금 WLAN 망(20)으로 무선랜망컨트롤러부(40)와 통신(S32a)토록 하는 반면 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상이되 신호 Loss가 기준치 이상일 경우 LTE/5G 통신모듈(12)로 하여금 LTE/5G 망(30)으로 이동통신망컨트롤러부(50)와 통신을 지속(S32b)토록 하는 스텝(S32)을 더 포함할 수 있다.
무인이동체(10), 예를 들어 드론은 초기에 대부분 근거리에서 기동하기 때문에 WLAN으로 연결이 이루어진 상태를 유지하게 될 것이다.
하지만, 드론이 기동하여 거리 이격이 발생하게 되면 WLAN의 신호품질이 떨어지게 된다. WLAN 통신모듈(11) 또는 LTE/5G 통신모듈(12)은 신호품질의 상태를 지속적으로 모니터링하여 WLAN RSSI 값이 기준치(threshold)보다 아래로 떨어지면 해당 WLAN connection을 datapath로 사용하던 선로를 LTE/5G 망(30)으로 천이할 수 있도록 한다.
이때, WLAN RSSI 값만으로 판단할 수 없는 선로의 품질을 keep-alive를 이용한 loss rate를 품질판단 요소로 활용함으로써 신호세기는 좋으나 신호품질이 좋지 못한 경우에 대한 조건도 함께 체크하게 된다.
이와 반대로 LTE/5G 망(30)으로 연결되어 있던 선로를 WLAN connection의 신호세기가 임계치보다 상회하거나 loss rate가 작아져 신호품질이 좋아진 경우, 다시 WLAN connection을 주 통신선로로 설정할 수 있다.
정해진 임계치 RSSI threshold 값에서 신호세기가 근접하게 상/하로 변경되는 경우, WLAN 연결과 LTE/5G 망(30) 연결을 지속적으로 매우 빠르게 교차하는 상황이 발생할 수 있다. 이는 절체로 인한 loss가 빈번하게 발생하여 서비스 불가의 상태를 유지할 수 있게 된다. 이를 방지하기 위해 WLAN을 LTE/5G 망(30)으로 천이하는 동작에서 WLAN 신호세기 임계치에 하향 가중치를 둠으로써 이런 빈번한 선로변경을 막을 수 있도록 한다.
WLAN의 연결 특성상(Infrastructure mode)연결의 단절을 즉시 감지할 수 없는 문제가 있으며, 신호품질의 저하를 판단하는 시간 간격의 resolution으로 인하여 약간의 시간지연이 발생할 수 있으며, 이는 WLAN 망(20)→LTE/5G 망(30) 과정에서 나타난다. 반대로 LTE/5G 망(30)→WLAN 망(20)은 WLAN 망(20)에 대한 연결이 준비됐다고 판단된 시점에 천이되기 때문에 지연이나 loss 없이 천이가 일어날 수 있게 된다.
본 발명은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle), UGV(Unmanned Ground Vehicle) 또는 USV(Unmanned Surface Vehicle) 등과 같은 무인이동체(10)를 컨트롤하는 산업분야에 이용될 수 있다.
10 : 무인이동체 11 : WLAN 통신모듈
12 : LTE/5G 통신모듈 13 : Main CPU
14 : 영상 codec chip 20 : WLAN 망
30 : LTE/5G 망 31 : 사설망
32 : 공인망 40 : 무선랜망컨트롤러부
50 : 이동통신망컨트롤러부 51 : NAT router
52 : 관제컨트롤러 52a : 중앙관제서버
52b : 이동형단말기 52c : 스마트폰
52d : 미들웨어서버

Claims (8)

  1. 삭제
  2. WLAN 통신모듈(11) 및 LTE/5G 통신모듈(12)을 지닌 무인이동체(10)와, 상기 WLAN 통신모듈(11)과의 WLAN RSSI 값이 기준치 이상일 경우 WLAN 망(20)으로 천이하여 무선통신하는 무선랜망컨트롤러부(40)와, 상기 WLAN 통신모듈(11)과의 RSSI 값이 기준치 이하일 경우 LTE/5G 망(30)으로 천이하여 무선통신하는 이동통신망컨트롤러부(50)를 포함하는 무인 이동체 컨트롤 시스템에 있어서,
    상기 이동통신망컨트롤러부(50)는
    상기 LTE/5G 망(30)의 사설망(31) 및 공인망(32) 사이에 개재되어 사설 IP address를 공인 IP address로 전환시키는 NAT router(51)를 경계로 상기 LTE/5G 통신모듈(12)과 무선통신하는 관제컨트롤러(52)와,
    상기 LTE/5G 통신모듈(12) 및 관제컨트롤러(52) 사이에서 hole punching 기술을 활용하여 상기 LTE/5G 망(30)의 사설망(31) 및 공인망(32)에 대한 양방향 무선통신을 실현시키는 미들웨어서버(52d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 관제컨트롤러(52)는 상기 미들웨어서버(52d) 및 LTE/5G 통신모듈(12)을 통해 상기 LTE/5G 망(30)으로 상기 무인이동체(10)를 제어하고,
    상기 LTE/5G 통신모듈(12)은 hole punching 기술을 활용하여 상기 LTE/5G 망(30) 및 미들웨어서버(52d)를 통해 데이터를 상기 관제컨트롤러(52)로 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 관제컨트롤러(52)는 상기 미들웨어서버(52d)로 keep-alive packet을 주기적으로 송신하여 상기 LTE/5G 통신모듈(12)의 session을 유지하는 것을 특징으로 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관제컨트롤러(52)는 중앙관제서버(52a), 이동형단말기(52b) 또는 스마트폰(52c)인 것을 특징으로 하는 무인 이동체 컨트롤 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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