KR102306404B1 - LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법 - Google Patents

LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, LoRaWAN 디바이스가 LoRaWAN 네트워크 서버로 LoRaWAN 접속을 위한 접속 요청 신호를 전송하고, LoRaWAN 네트워크 서버가 접속 응답 신호를 LoRaWAN 디바이스로 전송하고, LoRaWAN 디바이스가 접속 응답 신호에 기초하여 개별 메시지 송수신용 디바이스 어드레스를 설정하는 제1 단계; LoRaWAN 디바이스가 LoRaWAN 네트워크 서버로 멀티캐스팅 어드레스 요청 신호를 전송하고, LoRaWAN 네트워크 서버가 이를 어플리케이션 서버로 전달하는 제2 단계; 어플리케이션 서버가 복수개의 디바이스로 다운 메시지를 동시에 전송하기 위한 멀티캐스팅에 사용할 멀티캐스팅 어드레스를 설정하고, LoRaWAN 네트워크 서버로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송하는 제3 단계; 및 LoRaWAN 네트워크 서버가 LoRaWAN 디바이스로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송하고, LoRaWAN 디바이스가 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호에 기초하여 멀티캐스팅 메시지 수신에 사용되는 멀티캐스팅 어드레스를 저장함으로써 멀티캐스팅 어드레스를 설정하는 제4 단계를 포함하고, 어플리케이션 서버가 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 LoRaWAN 네트워크 서버를 통해 복수개의 LoRaWAN 디바이스로 동시에 다운 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법을 제공한다.

Description

LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법{METHOD FOR TRNASMITTING MULTICASTING MESSAGE ON LORA NETWORK}
본 발명은 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 LoRaWAN 프로토콜 표준을 확장하여, LoRa 망에 접속된 모든 LoRaWAN 디바이스에 동시 데이터 다운(Data Down) 메시지를 전송할 수 있는 멀티캐스팅 전송 방법을 제공할 수 있는 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
로라(LoRa)는 915Mhz의 무선통신으로 네트워크를 구성하는 중거리용(10Km 이상) 네트워크 통신으로 일명, LoRaWAN이라고 한다. 이러한 LoRa 통신의 가장 큰 특징은 저전력 장거리 통신기술 (LowPower Wide Area Network, LPWAN)기술 표준 중 하나로서, 전력 소모가 적고, 유효 통신 거리가 기존의 통신방식에 비해 길다는 장점이 있다.
도 1은 LoRaWAN 망의 구성도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, LoRaWAN 망은, 센서 단말로 동작하는 LoRaWAN 디바이스(10), 무선 중계 장치인 LoRaWAN 게이트웨이(20), 네트워크 join 제어 및 데이터 송수신을 제어하는 LoRaWAN 네트워크 서버(30) 및 센서 데이터의 응용 처리를 수행하는 어플리케이션 서버(40)로 구성된다.
이러한 LoRaWAN 망에서, LoRaWAN 네트워크 서버(30)에서 LoRaWAN 디바이스(10)로 데이터 다운(data down) 메시지를 전송할 경우, LoRaWAN 표준에서는 각각의 디바이스(10)에 하나씩 메시지를 송신하도록 정의되어 있다.
예컨대, 네트워크에 등록되어 있는 디바이스(10)가 10만개라고 가정할 경우, 각각의 디바이스(10)로 데이터 다운 메시지를 전송하기 위해서는 10만번의 전송 과정이 필요하다. 따라서, 하나의 디바이스(10)로 데이터를 전송하는 시간이 1초라고 하면, 모든 디바이스(10)로 데이터를 전송할 때까지 10만초라는 막대한 시간이 소요된다.
도 2는 LoRaWAN 표준 MAC 메시지 포맷을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, LoRaWAN 디바이스(10)와 LoRaWAN 네트워크 서버(30) 사이에서 송수신되는 모든 메시지는 도 2에 나타낸 바와 같이 DevAddr(디바이스 어드레스)를 포함하고 있음을 알 수 있다.
도 3은 LoRaWAN 표준에서 DevAddr(디바이스 어드레스)의 할당 규격을 나타낸 것이다.
DevAddr(디바이스 어드레스)는 LoRaWAN 디바이스(10)가 LoRaWAN 네트워크 Join시, LoRaWAN 네트워크 서버(30)에 의해 LoRaWAN 디바이스(10)별로 고유번호로 할당되며, Join Accept 메시지로 LoRaWAN 디바이스(10)로 전송된다.
LoRaWAN 디바이스(10)와 LoRaWAN 네트워크 서버(30)는 Join Request/Response 메시지에서 상호 교환하는 파리미터를 이용하여, 암호화를 위한 NwtSessionKey와 AppSessionKey를 생성한다. 또한, LoRaWAN 디바이스(10)와 LoRaWAN 네트워크 서버(30) 사이에서 주고 받는 메시지는 네트워크 접속시 디바이스(10)에 고유할당된 DevAddr로 송수신된다. 따라서, LoRaWAN 표준에서는 LoRaWAN 네트워크 서버(30)가 LoRaWAN 디바이스(10)로 데이터 다운(Data Down) 메시지를 전송하기 위해서는 디바이스(10)별로 각각 메시지를 전송할 수 밖에 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 LoRaWAN 프로토콜 표준을 확장하여, LoRa 망에 접속된 모든 LoRaWAN 디바이스에 동시 데이터 다운(Data Down) 메시지를 전송할 수 있는 멀티캐스팅 데이터 전송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법으로서, LoRaWAN 디바이스가 LoRaWAN 네트워크 서버로 LoRaWAN 접속을 위한 접속 요청 신호를 전송하고, LoRaWAN 네트워크 서버가 접속 응답 신호를 LoRaWAN 디바이스로 전송하고, LoRaWAN 디바이스가 접속 응답 신호에 기초하여 개별 메시지 송수신용 디바이스 어드레스를 설정하는 제1 단계; LoRaWAN 디바이스가 LoRaWAN 네트워크 서버로 멀티캐스팅 어드레스 요청 신호를 전송하고, LoRaWAN 네트워크 서버가 이를 어플리케이션 서버로 전달하는 제2 단계; 어플리케이션 서버가 복수개의 디바이스로 다운 메시지를 동시에 전송하기 위한 멀티캐스팅에 사용할 멀티캐스팅 어드레스를 설정하고, LoRaWAN 네트워크 서버로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송하는 제3 단계; 및 LoRaWAN 네트워크 서버가 LoRaWAN 디바이스로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송하고, LoRaWAN 디바이스가 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호에 기초하여 멀티캐스팅 메시지 수신에 사용되는 멀티캐스팅 어드레스를 저장함으로써 멀티캐스팅 어드레스를 설정하는 제4 단계를 포함하고, 어플리케이션 서버가 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 LoRaWAN 네트워크 서버를 통해 복수개의 LoRaWAN 디바이스로 동시에 다운 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 제3 단계에서, 상기 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호는 복수개의 LoRaWAN 디바이스로 다운 메시지를 동시에 전송하기 위한 멀티캐스팅에 사용할 멀티캐스팅 어드레스와 멀티캐스팅 어드레스에 대한 암호키를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 단계에서, 상기 LoRaWAN 디바이스는 디바이스 어드레스와 병행하여 상기 멀티캐스팅 어드레스를 저장할 수 있다.
또한, 상기 LoRaWAN 디바이스와 상기 LoRaWAN 네트워크 서버 사이에 결합하는 복수개의 LoRaWAN 게이트웨이 각각에 대해서, 인접하는 LoRaWAN 게이트웨이가 동일한 그룹에 속하지 않도록 그룹핑하여 복수개의 LoRaWAN 게이트웨이 그룹을 구성하고, 각각의 LoRaWAN 게이트웨이 그룹별로 미리 설정된 시간 간격을 두고 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 동시에 다운 메시지를 전송할 수 있다.
또한, 상기 각각의 LoRaWAN 게이트웨이 그룹에 속한 복수개의 LoRaWAN 게이트웨이에 결합하는 복수개의 LoRaWAN 디바이스들에 대해서 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 동시에 다운 메시지를 전송할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 LoRaWAN 프로토콜 표준을 확장하여, LoRa 망에 접속된 모든 LoRaWAN 디바이스에 동시 데이터 다운(Data Down) 메시지를 전송할 수 있는 멀티캐스팅 데이터 전송 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 LoRaWAN 망의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 LoRaWAN 표준 MAC 메시지 포맷을 나타낸 것이다.
도 3은 LoRaWAN 표준에서 DevAddr(디바이스 어드레스)의 할당 규격을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법의 일실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 의한 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에서 무선 채널의 충돌을 방지하기 위한 방법의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법의 일실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 4의 흐름도는, 도 1에서 설명한 바와 같은 구성에서 수행되는 것으로서, LoRaWAN 디바이스(10)와 LoRaWAN 네트워크 서버(30) 사이에서의 데이터 전송은 LoRaWAN 게이트웨이(20)를 통해 이루어지지만, 설명의 편의를 위해 LoRaWAN 게이트웨이(20)는 생략하였음을 유의해야 한다.
또한, 도 4의 구성에서는, 전술한 바와 같이, LoRaWAN 디바이스(10)는 센서 단말로 동작하고, LoRaWAN 게이트웨이(20)는 무선 중계 장치를 의미하고, LoRaWAN 네트워크 서버(30)는 네트워크 join 제어 및 데이터 송수신을 제어하는 기능을 수행한다. 또한, 어플리케이션 서버(40)는 센서 데이터의 응용 처리를 수행한다. 이러한 LoRaWAN 디바이스(10), LoRaWAN 게이트웨이(20), LoRaWAN 네트워크 서버(30) 및 어플리케이션 서버(40) 자체는 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이고 본 발명의 직접적인 구성은 아니므로 이에 대해서는 상세 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 우선 LoRaWAN 디바이스(10, 이하 간단히 "디바이스(10)"라 한다)가 LoRaWAN 네트워크 서버(30, 이하 간단히 "네트워크 서버(30)"라 한다)로 LoRaWAN 접속을 위한 접속 요청 신호를 전송한다(S100). 이 접속 요청 신호는 LoRa 표준에서 정해진 "JoinRequest" 메시지 형태로 전송될 수 있으며, "DevNonce", "DevEUI", "AppEUI"와 같은 정보를 포함할 수 있다.
접속 요청 신호를 수신한 네트워크 서버(30)는 "DevEUI", "AppEUI"에 의해 등록된 가입자임을 확인하고, 접속 응답 신호를 디바이스(10)로 전송한다(S110).
이 접속 응답 신호는 LoRa 표준에서 정해진 "JoinAccept" 메시지 형태로 전송될 수 있으며, "AppNonce", "NetID", "DevAddr", "DL Settings", "RXDelay", "ChanList" 등과 같은 정보를 포함할 수 있다. 여기에서, "DevAddr"는 앞서 설명한 바와 같은 디바이스 어드레스이다.
접속 응답 신호를 수신한 디바이스(10)는, 접속 응답 신호에 포함된 "DevAddr"에 기초하여 디바이스(10)별로 개별적인 메시지의 송수신에 사용되는 개별 메시지 송수신용 디바이스 어드레스를 설정한다(S120).
그리고, 디바이스(10)는 네트워크 서버(30)로 멀티캐스팅 어드레스 요청 신호를 전송하고(S130), 네트워크 서버(30)는 이를 어플리케이션 서버(40)로 전달한다(S140).
멀티캐스팅 어드레스 요청 신호를 수신한 어플리케이션 서버(40)는, 복수개의 디바이스(10)로 다운 메시지를 동시에 전송하기 위한 멀티캐스팅에 사용할 멀티캐스팅 어드레스를 설정하고, 네트워크 서버(30)로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송한다(S150).
여기에서, 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호는 "MulticastAddr" 및 "MulticastSessionKey"와 같은 정보를 포함할 수 있는데, "MulticastAddr"는 멀티캐스팅 어드레스를 의미하고, "MulticastSessionKey"는 멀티캐스팅 어드레스에 대한 암호키를 의미한다.
멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 수신한 네트워크 서버(30)는 디바이스(10)로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송한다. 이 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호 또한 멀티캐스팅 어드레스를 의미하는 "MulticastAddr"와 멀티캐스팅 어드레스에 대한 암호키를 의미하는 "MulticastSessionKey"를 포함한다.
디바이스(10)는 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호에 포함된 멀티캐스트 어드레스인 "MulticastAddr"에 기초하여 멀티캐스팅 메시지 수신에 사용되는 멀티캐스팅 어드레스를 저장함으로써 멀티캐스팅 어드레스를 설정한다(S170).
이를 위하여, 디바이스(10)는 복수개의 디바이스 어드레스와 암호키를 저장할 수 있어야 하는데, 최근 제안되고 있는 LoRa Transceiver 모뎀칩은 최대 5개의 DevAddr와 암호키를 저장할 수 있도록 지원하고 있으므로, 이 기능을 활용하여, 디바이스(10)에 개별 디바이스 어드레스(DevAddr)와 멀티캐스트 어드레스(MulticastAddr)를 병행하여 둘 다 저장할 수 있다.
이와 같이, 디바이스(10)에 복수개의 디바이스(10)에 대한 멀티캐스팅 메시지 송수신을 위한 멀티캐스팅 어드레스가 설정되면, 어플리케이션 서버(40)는 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 네트워크 서버(30)를 통해 복수개의 디바이스(10)로 동시에 다운 메시지를 전송할 수 있다.
또한 필요한 경우 어플리케이션 서버(40)는 디바이스 어드레스를 이용하여 네트워크 서버(30)를 통해 개별 디바이스(10)로 다운 메시지를 개별적으로 전송할 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 전송 방법에서 무선 채널의 충돌을 방지하기 위한 방법의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
LoRaWAN 표준에서는 데이터 다운(Data Down) 메시지는 Class C 단말 규격으로 정의되어 있으며, Class C 규격의 경우, 다운 링크(Down Link) 채널은 지정된 한 채널만 사용하도록 규정하고 있다, 기본 Class C 데이터 다운(Data Down) 채널은 CH 0번으로 설정된다. 따라서, 네트워크 서버(30)가 동시에 모든 LoRaWAN 게이트웨이(20, 이하 "게이트웨이(20)"라 한다)로 데이터 다운(Data Down) 명령을 내릴 경우, 무선 채널의 충돌이 발생하여, 데이터 손실이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 무선 채널 충돌이 발생하지 않는 게이트웨이(20)들을 그룹핑하고, 무선 충돌이 발생하는 게이트웨이(20)에는 소정의 시간, 예컨대 2초의 시간 간격을 두고 데이터를 전송하도록 하였다.
게이트웨이(20)를 그룹핑하는 방식은, 하나의 게이트웨이(20)를 중심으로 인접하는 6개의 게이트웨이(20)가 동일한 그룹에 속하지 않도록 복수개의 게이트웨이 그룹을 구성하는 방식을 사용할 수 있다. 복수개의 게이트웨이 그룹이 구성되면, 각각의 게이트웨이 그룹별로 미리 설정된 시간 간격을 두고 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 동시에 다운 메시지를 전송할 수 있다.
이와 같이 하면, 각 게이트웨이 그룹에 속한 게이트웨이(20)들에 결합하는 복수개의 디바이스(10)들에 대해서 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 동시에 다운 메시지를 전송할 수 있다. 예컨대 도 5와 같은 게이트웨이(20)들로 구성되는 LoRa 네트워크에서는 최대 6개 그룹의 게이트웨이(20)로 전체 지역을 커버할 수 있고, 최대 12초 후에는 모든 디바이스(20)들이 데이터 다운(Data Down) 메시지를 수신할 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 기타 다양한 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.
10...LoRaWAN 디바이스
20...LoRaWAN 게이트웨이
30...LoRaWAN 네트워크 서버
40...어플리케이션 서버

Claims (5)

  1. LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법으로서,
    LoRaWAN 디바이스가 LoRaWAN 네트워크 서버로 LoRaWAN 접속을 위한 접속 요청 신호를 전송하고, LoRaWAN 네트워크 서버가 접속 응답 신호를 LoRaWAN 디바이스로 전송하고, LoRaWAN 디바이스가 접속 응답 신호에 기초하여 개별 메시지 송수신용 디바이스 어드레스를 설정하는 제1 단계;
    LoRaWAN 디바이스가 LoRaWAN 네트워크 서버로 멀티캐스팅 어드레스 요청 신호를 전송하고, LoRaWAN 네트워크 서버가 이를 어플리케이션 서버로 전달하는 제2 단계;
    어플리케이션 서버가 복수개의 디바이스로 다운 메시지를 동시에 전송하기 위한 멀티캐스팅에 사용할 멀티캐스팅 어드레스를 설정하고, LoRaWAN 네트워크 서버로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송하는 제3 단계; 및
    LoRaWAN 네트워크 서버가 LoRaWAN 디바이스로 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호를 전송하고, LoRaWAN 디바이스가 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호에 기초하여 멀티캐스팅 메시지 수신에 사용되는 멀티캐스팅 어드레스를 저장함으로써 멀티캐스팅 어드레스를 설정하는 제4 단계
    를 포함하고,
    어플리케이션 서버가 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 LoRaWAN 네트워크 서버를 통해 복수개의 LoRaWAN 디바이스로 동시에 다운 메시지를 전송하되,
    상기 LoRaWAN 디바이스와 상기 LoRaWAN 네트워크 서버 사이에 결합하는 복수개의 LoRaWAN 게이트웨이 각각에 대해서, 인접하는 LoRaWAN 게이트웨이가 동일한 그룹에 속하지 않도록 그룹핑하여 복수개의 LoRaWAN 게이트웨이 그룹을 구성하고, 각각의 LoRaWAN 게이트웨이 그룹별로 미리 설정된 시간 간격을 두고 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 동시에 다운 메시지를 전송하고,
    상기 각각의 LoRaWAN 게이트웨이 그룹에 속한 복수개의 LoRaWAN 게이트웨이에 결합하는 복수개의 LoRaWAN 디바이스들에 대해서 멀티캐스팅 어드레스를 이용하여 동시에 다운 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 멀티캐스팅 어드레스 응답 신호는 복수개의 LoRaWAN 디바이스로 다운 메시지를 동시에 전송하기 위한 멀티캐스팅에 사용할 멀티캐스팅 어드레스와 멀티캐스팅 어드레스에 대한 암호키를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 LoRaWAN 디바이스는 디바이스 어드레스와 병행하여 상기 멀티캐스팅 어드레스를 저장하는 것을 특징으로 하는 LoRa 네트워크에서 멀티캐스팅 데이터 전송 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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KR101767889B1 (ko) * 2016-02-25 2017-08-14 에스케이텔레콤 주식회사 단말 식별 방법 및 이를 위한 장치

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