KR102549373B1 - 무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 무인기의 운항 제어 방법 - Google Patents

무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 무인기의 운항 제어 방법 Download PDF

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Abstract

무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 무인기의 운항 제어 방법이 개시된다. 무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템은 지상의 지정된 위치에 설치되어, 설치된 위치의 환경에 대한 센싱 정보를 습득하는 복수의 지상 센서 노드 및 복수의 지상 센서 노드가 배치된 위치를 따라 비행하며, 각 지상 센서 노드로부터 센싱 정보를 수신하여 저장하는 무인기를 포함한다.

Description

무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 무인기의 운항 제어 방법{Sensor network system using UAV(Unmanned Aerial Vehicle) and method for controlling flight of UAV}
본 발명은 센서 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 무인기의 운항 제어 방법에 관한 것이다.
종래에는, 넓은 지역에 조밀하게 센서 노드가 설치되어, 센서들간의 네트워크가 형성되어 게이트웨이라는 외부 네트워크와 연결되는 장치를 통해, 외부 네트워크로 센싱 정보를 전달하는 구조로 센서 네트워크가 구성되었다. 이와 같은 센서 네트워크 구성 방법은 넓은 지역의 센싱 정보 수집을 위해서는 많은 수의 센서 노드가 필요하고, 센서 노드 간 통신 거리를 늘리기 위해서는 이웃한 센서 노드들의 안테나 사이에 장애물이 없이 바로 시야가 확보되어야 하는데, 산악 지역이나 산림이 울창한 지역에서는 센서 노드가 설치된 지면의 수평 방향으로 시야 확보가 거의 불가능한 경우가 많다. 따라서, 센서 노드들은 실제로 더욱 조밀하게 설치되어야 해서, 넓은 지역에서의 센서 네트워크 운용은 많은 비용을 발생시키게 된다.
한편, 종래에 무인기는 주로 카메라 등과 같이 자체에 설치된 센서들을 활용한, 지상 환경에 대한 센싱 정보 수집에 활용되고 있다. 카메라를 통해 수집된 정보는 실시간으로 사람이 눈으로 분석하기에는 좋으나, 수집 정보가 장기간에 걸쳐 누적되면, 분석되기에 어렵고, 특히, 지상의 온도나 습도와 같은 정확한 환경 정보 수집이 불가능하여 센싱 정보 수집에 한계가 있다. 또한, 무인기는 지속적으로 이동하며, 넓은 지역을 커버해야 하므로, 특정 지역에서 수집된 정보는 매우 짧은 시간의 정보로 한정된다.
본 발명은 지상 센서 노드와 통신 가능한 무인기를 이용하여 구성된 센서 네트워크 시스템 및 무인기의 운항 제어 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템은 지상의 지정된 위치에 설치되어, 설치된 위치의 환경에 대한 센싱 정보를 습득하는 복수의 지상 센서 노드 및 상기 복수의 지상 센서 노드가 배치된 위치를 따라 비행하며, 각 지상 센서 노드로부터 상기 센싱 정보를 수신하여 저장하는 무인기를 포함한다.
본 발명은 지상 센서 노드와 통신 가능한 무인기를 이용하여 센서 네트워크 시스템을 구성함으로써, 넓은 지역에서 저비용으로 운용 가능하고 다양한 센싱 정보를 수집할 수 있다.
도 1은 무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 예시한 도면.
도 2는 지상 센서 노드의 구성을 개략적으로 예시한 블록도.
도 3은 무인기의 운항 제어 및 통신 시스템 구성을 개략적으로 예시한 도면.
도 4는 무인기와 지상 센서 노드간의 통신 방법을 예시한 도면.
도 5는 무인기의 운항 제어 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다. 기존 센서 네트워크 시스템은 이웃 센서 노드 간에 무선 통신이 가능하게 하기 위하여, 하나의 센서 노드의 무선 통신 반경 내에 최소 1개 이상의 이웃한 센서 노드가 존재하도록 센서 노드들이 배치되어야 한다. 하지만, 본 발명에 따른 센서 네트워크 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 이웃한 센서 노드의 위치에 상관없이, 센싱 정보가 필요한 위치에만 센서 노드가 설치됨으로써, 넓은 지역에서 설치 위치에 대한 제약이 없어 적은 수의 센서 노드가 자유롭게 설치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 센서 네트워크 시스템은 복수의 지상 센서 노드(100) 및 무인기(200)를 포함한다.
복수의 지상 센서 노드(100)는 지상의 지정된 위치에 설치되어, 설치된 위치의 환경에 대한 센싱 정보를 습득하고, 습득한 센싱 정보를 무선 통신을 통해 무인기(200)로 전송한다. 이때, 각 지상 센서 노드(100)는 이웃한 지상 센서 노드(100)와 통신 가능한 거리를 벗어나 배치될 수 있다. 예를 들어, 지상 센서 노드(100)의 설치자는 지상 센서 노드(100)의 통신 가능 거리와 무관하게 센싱 정보의 습득이 필요한 위치에 지상 센서 노드(100)들을 설치할 수 있으며, 지상 센서 노드(100)는 온도나 습도와 같은 센싱 정보를 습득할 수 있다.
무인기(200)는 복수의 지상 센서 노드(100)가 배치된 위치를 따라 비행하며, 각 지상 센서 노드(100)로부터 센싱 정보를 수신하여 저장한다.
예를 들어, 무인기(200)는 자동 항법 장치에 의하여 미리 정해진 순서에 따라 복수의 지상 센서 노드(100)의 위를 지나가게 된다. 즉, 도 1을 참조하면, 무인기(200)는 지상 센서 노드(100)와 무선 통신이 가능한 A, B 및 C 지점을 통과할 때, 1번 지상 센서 노드(100), 2번 지상 센서 노드(100) 및 3번 지상 센서 노드(100)와 차례대로 무선 통신을 수행하여, 각각의 지상 센서 노드(100)로부터 그 동안 수집돼있던 센싱 정보를 수집할 수 있다. 지상 센서 노드(100)는 통신 반경이 이웃한 지상 센서 노드(100)에 미치지 못하여, 이웃한 지상 센서 노드(100)와 무선 통신을 수행할 수 없으나, 지상 센서 노드(100)의 위쪽 상공을 통과하는 무인기(200)로 무선 통신을 통해 센싱 정보를 전달할 수 있다.
그리고, 무인기(200)는 미리 정해진 운항 계획에 따라 모든 지상 센서 노드(100)의 상공을 지나면서 센싱 정보를 수집한 후에, 원래의 출발지로 귀환한다.
도 2는 지상 센서 노드의 구성을 개략적으로 예시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 지상 센서 노드(100)는 전원부(110), 제어부(120), 통신부(130), 저장부(140) 및 센서부(150)를 포함한다.
전원부(110)는 지상 센서 노드(100)에 전원 공급을 수행한다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 전원부(110)는 태양 전지판(111), 충전 회로(112) 및 충전지(113)를 포함할 수 있다. 무인기(200)와 무선 통신을 수행해야 하는 지상 센서 노드(100)는 주로 사회 기반 시설이 부족한 지역에 설치될 가능성이 높다. 통신 시설뿐만 아니라, 전기 공급 시설이 없는 경우가 많을 것을 고려하여, 태양 전지판(111)을 이용하여 자가 전원을 획득하도록 지상 센서 노드(100)를 구성할 수 있다. 즉, 태양 전지판(111)은 태양으로부터 전기 에너지를 생성하고, 생성된 전기 에너지는 충전 회로(112)를 통해 충전지(113)에 저장될 수 있다.
제어부(120)는 지상 센서 노드(100)의 구성부(전원부(110), 통신부(130), 저장부(140), 센서부(150) 등)를 전반적으로 제어하며, 특히, 통신부(130)를 통해 송수신되는 정보를 처리한다. 예를 들어, 제어부(120)는 저전력을 소모하는 마이크로 프로세서(121)일 수 있다.
통신부(130)는 무인기(200)와 무선 통신을 수행하여, 지상 센서 노드(100)에서 수집한 센싱 정보를 송신한다. 예를 들어, 통신부(130)는 제어부(120)에 의하여 동작이 제어되는 안테나(131), 무선 앰프 회로(132) 및 무선 트랜시버(133)를 포함할 수 있다.
저장부(140)는 제어부(120)의 동작을 위한 프로그램 또는 동작을 통해 생성된 데이터를 저장한다. 특히, 저장부(140)는 통신부(130)를 통해 지상 센서 노드(100)로부터 수신되는 센싱 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(140)는 센싱 정보를 저장하여 보관하는 센싱 정보 장기 저장소(141)를 포함할 수 있다.
센서부(150)는 지상 센서 노드(100)가 설치된 위치의 환경에 대한 각종 센싱 정보를 획득한다. 예를 들어, 센서부(150)는 농작물의 생장 환경이나 산림의 생태 환경의 모니터링에 적합한 온도 센서(151), 습도 센서(152), 일사량 센서(153) 및 토양 센서(154)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 마이크로 프로세서(121)는 무선 트랜시버(133)와 무선 앰프 회로(132)를 가동하여, 안테나(131)를 통해 무인기(200)와 무선 통신을 실행할 수 있다. 특히, 지상 센서 노드(100)는, 무인기(200)가 통신 가능 반경 내로 근접하는 시점에서만 무선 통신이 가능한 점을 고려하여, 무인기(200) 운항 주기 동안 센싱 정보를 장기 보관할 수 있는 센싱 정보 장기 저장소(141)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 상시 전원 공급 없이, 신재생 에너지에만 의존하는 경우, 저전력 동작은 필수이다. 이를 위해, 마이크로 프로세서(121)는 센싱이 반드시 필요한 시점에서만, 센서에 전원을 공급하여 센서를 동작시키고, 센싱 정보를 획득한 뒤에 바로 센서로의 전원을 차단할 수 있다. 무인기(200)와의 무선 통신의 경우도, 마이크로 프로세서(121)는 일정 주기로 잠시 무선 트랜시버(133)에 전원을 공급하여, 무인기(200)로부터 신호가 수신되는지를 확인한 후, 신호가 수신되지 않으면, 전원을 차단하고, 일정시간 동안 무선 트랜시버(133)를 포함한 지상 센서 노드(100)의 모든 동작 상태를 슬립 모드로 진입시킬 수 있다. 그리고, 마이크로 프로세서(121)는 무선 트랜시버(133)를 동작시켜 무인기(200)로부터 신호가 수신되는지를 확인하는 동안에도, 좀 더 저전력 동작을 수행하기 위하여, 무선 신호를 증폭하는 무선 앰프 회로(132)는 동작시키지 않을 수 있다. 무선 앰프 회로(132)는 무인기(200)의 신호를 확인한 후, 센싱 정보를 더 멀리 송신할 필요가 있을 때에 이용될 수 있다.
도 3은 무인기의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다. 보다 상세하게는, 도 3은 무인기(200)의 운항 제어 및 통신 장치의 구성을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 무인기(200)는 운항 제어부(210), GPS 장치부(220), 항법 장치부(230), 지상 관제소 통신부(240), 운항 일정 조정부(250), 지상 센서 노드 통신부(260) 및 센싱 정보 저장부(270)를 포함한다.
운항 제어부(210)는 GPS 장치부(220)를 통해 무인기(200)의 현재 위치를 수시로 확인하고, 항법 장치부(230)를 통해 무인기(200)의 운항을 제어한다.
GPS 장치부(220)는 무인기(200)의 위치 정보를 획득한다.
항법 장치부(230)는 무인기(200)의 운항을 위한 항법 정보를 제공한다.
지상 관제소 통신부(240)는 지상 관제소와 통신을 수행한다.
운항 일정 조정부(250)는 지상 센서 노드(100)로부터 원활하게 센싱 정보를 수집하기 위하여 무인기(200)의 운항 일정을 조정한다.
지상 센서 노드 통신부(260)는 지상 센서 노드(100)와 무선 통신을 수행하여 지상 센서 노드(100)로부터 센싱 정보를 수신한다.
센싱 정보 저장부(270)는 수신된 센싱 정보를 저장한다.
예를 들어, 무인기(200)의 운항 제어는 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 지상 관제소 통신부(240) 없이, 운항 제어부(210)는 사전에 운항 위치들의 GPS 좌표들을 입력받고, 입력된 GPS 좌표들을 이용하여 자동 항법을 수행할 수 있다. 또는, 운항 제어부(210)는 지상 관제소 통신부(240)를 통해 지상 관제소로부터 지시를 받고, 받은 지시에 따라 운항을 제어할 수도 있다. 물론, 이 두 가지 방법이 혼용될 수 있다. 지상 관제소 통신부(240)가 있어서, 지상 관제소의 운항 지시가 가능한 경우, 무인기(200)의 무게를 줄이고 좀 더 다양한 상황을 고려할 수 있도록, 운항 일정 조정부(250)나 센싱 정보 저장부(270)가 지상 관제소에 위치될 수도 있다.
본 명세서에서는 발명의 이해와 설명의 편의를 위하여, 지상 관제소의 운항 지시가 없이 무인기(200)가 자동 항법을 실행하는 경우로 가정하여 설명한다.
도 4는 무인기와 지상 센서 노드간의 통신 방법을 예시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 무인기(200)의 통신 가능 거리는 원호 형태로 표시되며, 반경 r0이다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 지상 센서 노드(100)의 통신 가능 거리는 반원 형태로 표시되며, 무선 앰프 회로(132)가 사용되지 않은 경우, 통신 가능 거리는 반경 r1이고, 무선 앰프 회로(132)가 사용되는 경우, 통신 가능 거리는 r2이다. 지상 센서 노드(100)에 비하여, 항상 새로 충전하고 비행에 나설 수 있는 무인기(200)는 상대적으로 전력 소모에 여유가 있으므로, 무인기(200)의 통신 가능 거리인 반경 r0는 최소한 무선 앰프 회로(132)를 사용한 지상 센서 노드(100)의 통신 가능 거리인 반경 r2보다 같거나 크도록 한다. 이를 통해, 무인기(200)가 지상 센서 노드(100)의 통신 가능 거리에 도달하기 전부터, 지상 센서 노드(100)가 무인기(200)가 다가오는 것을 인식할 수 있게 하여, 사전에 지상 센서 노드(100)가 무인기(200)와의 무선 통신을 준비할 수 있게 할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무인기(200)는 지상 센서 노드(100)의 상공을 통과하게 되면, 무인기(200)가 지상 센서 노드(100)와 무선 통신이 가능한 시간은 t초이다. 따라서, 지상 센서 노드(100)는 t초 이내에, 무인기(200)가 통과하고 있음을 감지해야 한다. 실제로는 r0>r2로, 무인기(200)의 송신 출력을 더 높게 가정하고 있기 때문에, 지상 센서 노드(100)가 무인기(200)의 신호를 감지하는 구간은 r2보다 더 큰 r0가 되므로, t초 보다는 감지할 수 있는 시간이 더 길다. 하지만, 설명을 단순화하기 위해, r0=r2로 가정하고, 통신 가능 시간을 t초로 가정한다.
지상 센서 노드(100)의 전력 소모를 최소화 하기 위하여, 무인기(200)는 프리앰블 신호를 짧은 주기 및 강한 강도로 송출하고, 지상 센서 노드(100)는 이러한 프리앰블 신호를 감지하기 위하여, t1초를 주기로 잠시만 무선 트랜시버(133)에 전원을 인가한다. 이때, 지상 센서 노드(100)는 최소한의 전력 사용을 위하여 무선 앰프 회로(132)는 사용하지 않는다.
지상 센서 노드(100)는 무인기(200)의 프리앰블 신호를 감지하면, 센싱 정보의 송신을 위하여, 무인기(200)로 요청 신호(req)를 송신하며, 무인기(200)는 이에 대한 응답 신호(ack)를 지상 센서 노드(100)로 송신한다. 무인기(200)의 응답 신호를 수신한 지상 센서 노드(100)는 센싱 정보에 대한 데이터(data)를 무인기(200)로 전송한다. 프리앰블 신호의 감지로부터 센싱 정보에 대한 데이터 송출이 완료되는 시간을 t2초라고 하면, 지상 센서 노드(100)가 안전하게 무인기(200)로 센싱 정보에 대한 데이터를 송출하기 위해서는, t > t1 + t2의 수식이 만족되어야 한다. 즉, 지상 센서 노드(100)가 매우 늦게 프리앰블 신호를 감지하더라도, 데이터 송출 시간이 보장되어야 한다. 따라서, 지상 센서 노드(100)의 프리앰블 신호의 감지 주기인 t1 값은 t1 < t - t2 이도록 설정되어야 한다.
이와 같은 방법을 통해, 지상 센서 노드(100)는 무인기(200)와 안정적이면서도 저전력으로 무선 통신을 수행함으로써, 이전에 무인기(200)로 송출을 완료했던 센싱 정보에 대한 데이터 이후에 수집된 센싱 정보를 무인기(200)로 송신할 수 있다.
도 5는 무인기의 운항 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 5의 운항 제어 방법은 무인기(200)의 운항 일정 조정부(250)에 의하여 수행될 수 있다. 무인기(200)는 운항 제어부(210)에 의하여 자동 항법이 수행되어 운항될 수 있으며, 운항 일정 조정부(250)가 운항 일정에 대한 정보를 운항 제어부(210)로 전달하여, 무인기(200)가 목적지로의 운항을 수행하게 할 수 있다.
S510 단계에서, 무인기(200)는 운항 계획을 수립한다. 예를 들어, 운항 일정 조정부(250)는 입력된 지상 센서 노드(100)의 배치도에 따라 운항 계획을 수립할 수 있다. 그리고, 운항 일정 조정부(250)는 수립된 운항 계획을 운항 제어부(210)로 전달함으로써, 무인기(200)가 첫 번째 지상 센서 노드(100)의 위치를 첫 번째 목적지로 지정하여 운항을 하고, 두 번째 지상 센서 노드(100)의 위치를 두 번째 목적지로 지정하여 운항을 하여, 순차적으로 각 지상 센서 노드(100)의 상공을 지날 수 있게 할 수 있다.
S512 단계에서, 무인기(200)는 목적지가 되는 지상 센서 노드(100)의 통신 가능 위치에 도달될 때까지 대기한다.
S514 단계에서, 무인기(200)는 지상 센서 노드(100)의 통신 가능 위치에 도달하면, 프리앰블 신호를 송출한다. 이때, 무인기(200)는 미리 설정된 짧은 주기로 프리앰블 신호를 송출하면서, 지상 센서 노드(100)로부터 프리앰블 신호에 대한 응답 신호가 수신될 때까지 대기한다.
S516 단계에서, 무인기(200)는 지상 센서 노드(100)로부터 프리앰블 신호에 대한 응답 신호가 수신되는지 여부를 판단한다. 여기서, 프리앰블 신호에 대한 응답 신호는 지상 센서 노드(100)의 명시적인 응답 신호일 수 있다. 또는, 지상 센서 노드(100)는 명시적인 응답 신호 없이, 센싱 정보 데이터 전송에 대한 요청 신호(req)를 바로 무인기(200)로 송출할 수도 있다.
S518 단계에서, 무인기(200)는 지상 센서 노드(100)로부터 응답 신호의 수신에 따라 지상 센서 노드(100)로부터 센싱 정보를 수신하고 저장한다.
S520 단계에서, 무인기(200)는 지상 센서 노드(100)의 상공을 통과하면서, 지상 센서 노드(100)의 통신 가능 범위에 위치하는지 여부를 판단한다. 통신 가능 범위에 위치하는 경우, S514 단계로 진입함으로써, 무인기(200)는 짧은 주기의 프리앰블 신호의 송출을 반복한다.
S522 단계에서, 무인기(200)는 통신 가능 범위를 벗어나는 경우, 통신 장애가 발생한 것으로 간주하고, 재접근 횟수가 정해진 횟수(예를 들어, 3회)를 초과하는지 여부를 판단한다.
S524 단계에서, 무인기(200)는 재접근 횟수가 정해진 횟수를 초과하지 않은 경우, 다시 해당 지상 센서 노드(100)로 접근하도록 운항 일정을 조정하여, 해당 지상 센서 노드(100)로 재접근한다.
S526 단계에서, 무인기(200)는 재접근 횟수가 정해진 횟수를 초과한 경우, 즉, 정해진 횟수 동안 지상 센서 노드(100)로 재접근을 해도 통신에 실패하면, 해당 지상 센서 노드(100)에 대한 정보를 통신 불가 상태로 설정한다. 예를 들어, 무인기(200)는 센서 네트워크 시스템의 관리 차원에서 통신 불가 상태로 설정된 지상 센서 노드(100)의 점검을 센서 네트워크 시스템의 관리자에게 요청할 수 있다.
S528 단계에서, 무인기(200)는 현재 통과한 상공에 해당하는 지상 센서 노드(100)가 마지막 지상 센서 노드(100)인지 여부를 판단한다.
S530 단계에서, 무인기(200)는 현재 통과한 상공에 해당하는 지상 센서 노드(100)가 마지막 지상 센서 노드(100)가 아닌 경우, 다른 지상 센서 노드(100)로 접근하도록 운항 일정을 조정하여, S512 단계로 진입한다.
S532 단계에서, 무인기(200)는 현재 통과한 상공에 해당하는 지상 센서 노드(100)가 마지막 지상 센서 노드(100)인 경우, 출발지로 귀환하도록 운항 일정을 조정하여, 출발지로 귀환한다.
이와 같은 방법으로, 무인기(200)가 주기적으로 각 지상 센서 노드(100)의 상공 위를 지나가게 함으로써, 센싱 정보 수집 및 지상 센서 노드(100)의 상태 관리가 주기적으로 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무인기의 운항 제어 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 지상 센서 노드
110: 전원부
120: 제어부
130: 통신부
140: 저장부
150: 센서부
200: 무인기
210: 운항 제어부
220: GPS 장치부
230: 항법 장치부
240: 지상 관제소 통신부
250: 운항 일정 조정부
260: 지상 센서 노드 통신부
270: 센싱 정보 저장부

Claims (20)

  1. 지상의 지정된 위치에 설치되어, 설치된 위치의 환경에 대한 센싱 정보를 습득하는 복수의 지상 센서 노드; 및
    상기 복수의 지상 센서 노드가 배치된 위치를 따라 비행하며, 상기 복수의 지상 센서 노드에 포함된 각 지상 센서 노드로부터 상기 센싱 정보를 수신하여 저장하는 무인기를 포함하고,
    상기 무인기는,
    상기 복수의 지상 센서 노드의 배치도에 따라 운항 계획을 수립하고,
    상기 운항 계획에 따라 순차적으로 상기 복수의 지상 센서 노드의 상공을 운항하며,
    상기 각 지상 센서 노드의 통신 가능 위치에 도달하면 상기 각 지상 센서 노드에 프리앰블 신호를 송출하고,
    상기 프리앰블 신호에 대한 응답 신호의 수신에 따라 상기 각 지상 센서 노드로부터 상기 센싱 정보를 수신하고 저장하며,
    현재 통과한 상공에 해당하는 지상 센서 노드가 마지막 지상 센서 노드인지 여부를 판단하고, 마지막 지상 센서 노드이면 출발지로 귀환하고, 그렇지 않을 경우 다음 지상 센서 노드로 운항하는 것을 특징으로 하는
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지상 센서 노드는
    이웃한 지상 센서 노드와 통신 가능한 거리를 벗어나 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지상 센서 노드는
    상기 지상 센서 노드에 전원 공급을 수행하는 전원부;
    상기 지상 센서 노드가 설치된 위치의 환경에 대한 각종 센싱 정보를 획득하는 센서부;
    상기 무인기와 무선 통신을 수행하여, 상기 지상 센서 노드에서 수집한 상기 센싱 정보를 송신하는 통신부;
    상기 지상 센서 노드의 구성부를 전반적으로 제어하며, 상기 통신부를 통해 송수신되는 정보를 처리하는 제어부; 및
    상기 제어부의 동작을 위한 프로그램, 상기 제어부의 동작을 통해 생성된 데이터 또는 상기 센싱 정보를 저장할 수 있는 저장부를 포함하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무인기는
    상기 무인기의 위치 정보를 획득하는 GPS 장치부;
    상기 무인기의 운항을 위한 항법 정보를 제공하는 항법 장치부;
    지상 관제소와 통신을 수행하는 지상 관제소 통신부;
    상기 지상 센서 노드로부터 원활하게 상기 센싱 정보를 수집하기 위하여 상기 무인기의 운항 일정을 조정하는 운항 일정 조정부;
    상기 지상 센서 노드와 무선 통신을 수행하여 상기 지상 센서 노드로부터 상기 센싱 정보를 수신하는 지상 센서 노드 통신부;
    상기 수신된 센싱 정보를 저장하는 센싱 정보 저장부; 및
    상기 GPS 장치부를 통해 상기 무인기의 현재 위치를 수시로 확인하고, 상기 항법 장치부를 통해 상기 무인기의 운항을 제어하는 운항 제어부를 포함하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전원부는 태양 전지판, 충전 회로 및 충전지를 포함하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 통신부는 안테나, 무선 신호를 증폭하는 무선 앰프 회로 및 무선 트랜시버를 포함하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무인기의 통신 가능 거리는 최소한 상기 무선 앰프 회로를 사용한 상기 지상 센서 노드의 통신 가능 거리보다 같거나 크도록 하는 것을 특징으로 하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 저장부는 무인기 운항 주기 동안 센싱 정보를 보관할 수 있는 센싱 정보 장기 저장소가 구비되는 것을 특징으로 하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 센서부는 온도 센서, 습도 센서, 일사량 센서, 토양 센서 중 적어도 하나를 포함하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    센싱이 반드시 필요한 시점에서만 센서에 전원을 공급하여 상기 센서를 동작시키고, 상기 센싱 정보를 획득한 뒤에 바로 상기 센서로의 전원을 차단하는 기능;
    일정 주기로 상기 무선 트랜시버에 전원을 공급하여, 상기 무인기로부터 신호가 수신되는지를 확인한 후, 신호가 수신되지 않으면, 전원을 차단하는 기능;
    일정시간 동안 상기 무선 트랜시버를 포함한 상기 지상 센서 노드의 모든 동작 상태를 슬립 모드로 진입시키는 기능; 및
    상기 무선 트랜시버를 동작시켜 상기 무인기로부터 신호가 수신되는지를 확인하는 동안에도, 상기 무선 앰프 회로는 동작시키지 않는 기능 중
    적어도 하나의 기능을 수행할 수 있는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  11. 제3항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 마이크로 프로세서인,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 운항 제어부는
    입력된 운항 위치들의 GPS 좌표들을 이용한 자동 항법 또는
    상기 지상 관제소 통신부를 통해 상기 지상 관제소로부터 지시를 받고, 그 지시에 따라 운항을 제어하는 방법 중 어느 하나를 수행하거나
    상기 두 가지 방법을 병용하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 운항 일정 조정부 또는 상기 센싱 정보 저장부 중 적어도 어느 하나는 상기 지상관제소에 위치하는,
    무인기를 이용한 센서 네트워크 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 지상에 설치되어, 환경 정보를 습득하는 복수의 지상 센서 노드가 배치된 위치를 따라 비행하며, 각 지상 센서 노드로부터 센싱 정보를 수신하여 저장하는 무인기의 운항 제어 방법에 있어서,
    입력된 상기 복수의 지상 센서 노드의 배치도에 따라 운항 계획을 수립하는 단계;
    상기 운항 계획에 따라 순차적으로 상기 지상 센서 노드의 상공을 운항하는 단계;
    상기 지상 센서 노드의 통신 가능 위치에 도달하면, 프리앰블 신호를 송출하는 단계;
    상기 지상 센서 노드로부터 상기 센싱 정보를 수신하고 저장하는 단계; 및
    현재 통과한 상공에 해당하는 상기 지상 센서 노드가 마지막 지상 센서 노드인지 여부를 판단하고, 마지막 지상 센서 노드이면 출발지로 귀환하고, 그렇지 않을 경우 다음 지상 센서 노드로 운항하는 단계를 포함하는 무인기의 운항 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 프리앰블 신호를 송출하는 단계 이후에, 상기 지상 센서 노드로부터 프리앰블 신호에 대한 응답 신호가 수신되는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 센싱 정보를 수신하고 저장하는 단계는 상기 지상 센서 노드로부터 상기 응답 신호가 수신되면, 상기 지상 센서 노드로부터 상기 센싱 정보를 수신하고 저장하는 것인 무인기의 운항 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프리앰블 신호에 대한 응답 신호가 수신되는지 여부를 판단하는 단계 이후에, 상기 지상 센서 노드로부터 상기 프리앰블 신호에 대한 응답 신호가 수신되지 않으면, 상기 지상 센서 노드의 통신 가능 범위에 위치하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 통신 가능 범위에 위치하는 경우, 다시 프리앰블 신호를 송출하는 단계;
    상기 통신 가능 범위를 벗어나는 경우, 재접근 횟수가 정해진 회수를 초과하는지 여부를 판단하여, 초과하였으면 상기 지상 센서 노드에 대한 정보를 통신 불가 상태로 설정하고, 초과하지 않은 경우 상기 지상 센서 노드로 재접근하는 단계; 및
    상기 지상 센서 노드에 대한 정보를 통신 불가 상태로 설정한 경우, 상기 지상 센서 노드가 마지막 지상 센서 노드인지 여부를 판단하고, 마지막 지상 센서 노드이면 출발지로 귀환하고, 그렇지 않을 경우 다음 지상 센서 노드로 운항하는 단계를 더 포함하는 무인기의 운항 제어 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 프리앰블 신호에 대한 응답 신호는, 상기 지상 센서 노드가 상기 센싱 정보의 송신을 위하여 상기 무인기로 송신하는 요청 신호인 것인 무인기의 운항 제어 방법.
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