KR102667456B1 - Apparatus and Method for Designing LoRa Network Protocol without Network Server for Constructing Local Wireless IoT Network - Google Patents

Apparatus and Method for Designing LoRa Network Protocol without Network Server for Constructing Local Wireless IoT Network Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선IoT 망에 적용 가능한 무선 통신 IoT 프로토콜 설계 기술에 관한 것으로, 프로토콜 전문의 버전 정보, 데이터 송수신 기능을 수행하는 디바이스의 노드 네임 정보, 디바이스 관리를 위한 네트워크 네임 정보, 메시지 식별을 위한 메시지 ID 정보, 메시지 생명 주기 관리를 위해 호퍼(Hopper) 통과시 1씩 감소되는 TTL 정보, 페이로드 길이 정보를 나타내는 전문 길이 정보를 포함하는 헤더부를 생성하는 단계 및 사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성하는 단계를 포함하는, 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법에 의해 LoRa 통신 모듈의 특징인 저전력, 장거리 통신 기능을 이용하여 쉽게 디바이스 간에 통신이 자유로운 소규모의 Cell을 쉽게 구축할 수 있다.The present invention relates to wireless communication IoT protocol design technology applicable to wireless IoT networks, including version information of the protocol full text, node name information of devices performing data transmission and reception functions, network name information for device management, and messages for message identification. A step of generating a header containing ID information, TTL information that is reduced by 1 when passing through the hopper for message life cycle management, full text length information indicating payload length information, and a payload containing a user-defined full text message. By using the LoRa network protocol design method that does not require a network server for building a local wireless IoT network, including the step of creating a load, the low-power, long-distance communication function that is characteristic of the LoRa communication module is used to easily communicate between devices in a small scale. Cells can be easily built.

Description

로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치 및 방법{Apparatus and Method for Designing LoRa Network Protocol without Network Server for Constructing Local Wireless IoT Network}Apparatus and Method for Designing LoRa Network Protocol without Network Server for Constructing Local Wireless IoT Network}

실시예는 프로토콜 설계 기술에 관한 것으로 보다 상세하게는 무선IoT 망에 적용 가능한 무선 통신 IoT 프로토콜 설계 기술에 관한 것이다. The embodiment relates to protocol design technology, and more specifically, to wireless communication IoT protocol design technology applicable to a wireless IoT network.

일반적으로 전세계적으로 사물인터넷 수요가 전 산업분야에서 확산되고 있다. 기존 사물인터넷 기술은 방대한 양의 데이터, 멀티미디어 데이터, 실시간 빠른전송을 위하여 설계되며 매우 많은 자원과 비용을 필요로 한다. 사물인터넷의 확산 및 수요 증가에 따라 저비용의 IoT망 구축 필요성이 증가하고 있다. In general, demand for IoT is spreading globally across all industries. Existing IoT technology is designed for fast, real-time transmission of massive amounts of data, multimedia data, and requires a lot of resources and costs. As the Internet of Things spreads and demand increases, the need to build a low-cost IoT network is increasing.

특히 중소기업을 위한 소규모 무선 IoT 통신망을 쉽고 편리하게 구축하기 위해, 저비용 저전력, 장거리 무선통신 기술인 LoRa 기반의 프로토콜을 설계 및 개발할 필요성이 대두되고 있다. In particular, in order to easily and conveniently build small wireless IoT communication networks for small and medium-sized businesses, there is an emerging need to design and develop protocols based on LoRa, a low-cost, low-power, long-distance wireless communication technology.

그러나 대부분 기업등의 현장에서 IoT를 위한 많은 센서 디바이스에서 수집되는 데이터의 양은 대부분 매우 소량이며, 매우 긴급하지 않은 경우가 많고 넓은 구역을 커버해야하기 때문에 장기적인 데이터 수집을 위하여, 저전력 광역 통신을 위한 LPWAN(Low Power Wide Area Network) 기술이 발전하고 있다.However, the amount of data collected from many sensor devices for IoT in most corporate sites is mostly very small, and in many cases it is not very urgent and needs to cover a large area, so for long-term data collection, LPWAN for low-power wide area communication is used. (Low Power Wide Area Network) technology is advancing.

LPWAN은 적은 배터리로도 수 년동안 지속될 수 있을 정도로 전력소모가 적고, 산업용이나 캠퍼스처럼 장거리를 지원할 수 있다. Sigfox, LoRa, NB-IoT등이 대표적인 LPWAN 기술이다. 또한 LPWAN은 저전력이고 전송 속도가 낮기 때문에, 센서가 넓은 범위에 흩어져 있는 네트워크에서 사용하기 좋고, 특히 LoRa는 LPWAN 기술 중 핵심적인 사물인터넷용 무선 통신 기술이다.LPWAN consumes so little power that it can last for several years even with a small battery, and can support long distances such as industrial or campus applications. Sigfox, LoRa, and NB-IoT are representative LPWAN technologies. In addition, LPWAN has low power and low transmission speed, so it is good for use in networks where sensors are scattered over a wide area. In particular, LoRa is a core wireless communication technology for the Internet of Things among LPWAN technologies.

다수의 중소기업 또는 스마트 농장등에서 소규모의 IoT 시스템을 저비용, 저전력, 장거리형 무선 IoT 망을 구축하고자 하지만 기존 기술(LoRaWAN)으로는 망이 복잡하고 상대적으로 비용이 많이 들어 접근이 어렵다는 한계가 있었다. Many small businesses or smart farms want to build a low-cost, low-power, long-distance wireless IoT network using small-scale IoT systems, but the existing technology (LoRaWAN) has limitations in that the network is complex and relatively expensive, making access difficult.

KRKR 10-2145009 10-2145009 B1B1 KRKR 10-2118254 10-2118254 B1B1

본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 도출된 것으로, LoRaWAN의 어려움과 비용, WiFi의 제한(공유기의 개입, 송수신 거리 제한 문제 및 복잡성)을 극복하면서 저전력으로 먼 거리를 디바이스 끼리 쉽게 송수신 할 수 있는 IoT 무선 기술을, LoRa무선 통신기술을 이용하여 구현하여 상대적으로 네트워크 지식이 없이도 쉽게 저비용으로 IoT 시스템을 구축 유지/보수할 수 있는 기술을 제안함에 그 목적이 있다. The present invention was derived from this technical background, and is an IoT wireless device that can easily transmit and receive between devices over long distances with low power while overcoming the difficulties and costs of LoRaWAN and limitations of WiFi (intervention of routers, transmission and reception distance limitation issues and complexity). The purpose is to propose a technology that can be implemented using LoRa wireless communication technology to easily build and maintain/repair an IoT system at low cost without relatively network knowledge.

즉, 저전력 장거리 IoT를 위한 LoRa 무선 통신 모듈의 저전력, 장거리 통신 기능을 이용하여 쉽게 디바이스간 통신이 자유로운 소규모(FemtoCell: 1~300 노드수)의 Cell을 쉽게 구축할 수 있는 무선통신 IoT 프로토콜을 설계하는 기술을 제공하고자 한다. In other words, we designed a wireless communication IoT protocol that can easily build a small-scale (FemtoCell: 1 to 300 nodes) cell with easy inter-device communication using the low-power, long-distance communication function of the LoRa wireless communication module for low-power, long-distance IoT. We want to provide the technology to do this.

또한, IoT를 위한 WiFi(통신 거리 문제), LTE-CatM1(관리 및 경제적 문제)의 단점을 보완할 수 있는 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다. In addition, we provide a LoRa network protocol design device and method that does not require a network server for building a local wireless IoT network that can compensate for the shortcomings of WiFi (communication distance problems) and LTE-CatM1 (management and economic problems) for IoT. It has a purpose.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다. The present invention for achieving the above problems includes the following configuration.

즉 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법은 하나의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 방법에 있어서, 프로토콜 전문의 버전 정보, 데이터 송수신 기능을 수행하는 디바이스의 노드 네임 정보, 디바이스 관리를 위한 네트워크 네임 정보, 메시지 식별을 위한 메시지 ID 정보, 메시지 생명 주기 관리를 위해 호퍼(Hopper) 통과시 1씩 감소되는 TTL 정보, 페이로드 길이 정보를 나타내는 전문 길이 정보를 포함하는 헤더부를 생성하는 단계 및 사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성하는 단계를 포함한다.That is, the LoRa network protocol design method that does not require a network server for building a local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention includes one processor and a memory that stores one or more programs executed by the one or more processors. In a method performed in a computing device, the version information of the protocol text, node name information of the device performing data transmission and reception functions, network name information for device management, message ID information for message identification, and message life cycle management are provided. In order to do this, it includes TTL information that is reduced by 1 when passing through the hopper, generating a header containing full text length information indicating payload length information, and creating a payload containing a user-defined full text message. .

한편, 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치는 하나 이상의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨터 장치로서, 프로토콜 전문의 버전 정보, 데이터 송수신 기능을 수행하는 디바이스의 노드 네임 정보, 디바이스 관리를 위한 네트워크 네임 정보, 메시지 식별을 위한 메시지 ID 정보, 메시지 생명 주기 관리를 위해 호퍼(Hopper) 통과시 1씩 감소되는 TTL 정보, 페이로드 길이 정보를 나타내는 전문 길이 정보를 포함하는 헤더부를 생성하는 헤더 생성부 및 사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성하는 페이로드 작성부를 포함한다.Meanwhile, according to one embodiment, a LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network includes one or more processors and a memory that stores one or more programs executed by the one or more processors. As a computer device, it includes version information of the protocol text, node name information of the device performing data transmission and reception functions, network name information for device management, message ID information for message identification, and message passing through the hopper for life cycle management. It includes a header generation unit that generates a header containing TTL information reduced by 1, full text length information indicating payload length information, and a payload creation unit that creates a payload containing a user-defined full text message.

본 발명에 따르면 LoRa 통신 모듈의 특징인 저전력, 장거리 통신 기능을 이용하여 쉽게 디바이스 간에 통신이 자유로운 소규모(FemtoCell: 1~300 노드 수)의 Cell을 쉽게 구축할 수 있는 무선 통신 IoT 프로토콜을 설계 및 구현이 가능한 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치 및 방법을 제공하는 효과가 있다. According to the present invention, a wireless communication IoT protocol that can easily build a small cell (FemtoCell: 1 to 300 nodes) with free communication between devices is designed and implemented using the low-power and long-distance communication functions that are characteristic of the LoRa communication module. This has the effect of providing a LoRa network protocol design device and method that does not require a network server for building a local wireless IoT network.

또한, IoT를 위한 WiFi(통신 거리 문제), LTE-CatM1(관리 및 경제적 문제)의 단점을 보완할 수 있는 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, we will provide a LoRa network protocol design device and method that does not require a network server for building a local wireless IoT network that can compensate for the shortcomings of WiFi (communication distance problems) and LTE-CatM1 (management and economic problems) for IoT. You can.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜 구조를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜의 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 네트워크 프로토콜로 구성된 IoT 망 구성의 예시도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 네트워크 프로토콜로 구성된 IoT 망에서 디바이스간 양방향 통신 또는 디바이스와 서버간 게이트웨이를 통한 양방향 통신 방법을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜이 적용된 센서모니터링 시스템의 예시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법의 흐름도이다.
Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary diagram illustrating a LoRa network protocol structure for building a small-scale local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an overall configuration diagram of the LoRa network protocol for building a small and medium-sized local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary diagram of an IoT network configuration configured with the LoRa network protocol according to an embodiment of the present invention.
Figures 5A to 5E are exemplary diagrams showing a method of two-way communication between devices or a two-way communication method through a gateway between a device and a server in an IoT network configured with the LoRa network protocol according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an example diagram of a sensor monitoring system using the LoRa network protocol for building a small and medium-sized local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart of a LoRa network protocol design method that does not require a network server for building a local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention, unless specifically defined in a different sense in the present invention, should be interpreted as meanings generally understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains, and are not overly comprehensive. It should not be interpreted in a literal or excessively reduced sense.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명의 실시예들에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치는 적어도 하나의 컴퓨터 장치에 의해 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법은 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치에 포함되는 적어도 하나의 컴퓨터 장치를 통해 수행될 수 있다. 이때, 컴퓨터 장치에는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 프로그램이 설치 및 구동될 수 있고, 컴퓨터 장치는 구동된 컴퓨터 프로그램의 제어에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법을 수행할 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 장치와 결합되어 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위해 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장될 수 있다.The LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network according to embodiments of the present invention can be implemented by at least one computer device, and can be implemented by at least one computer device, and the local wireless IoT network according to embodiments of the present invention. The LoRa network protocol design method that does not require a network server for construction can be performed through at least one computer device included in the LoRa network protocol design device that does not require a network server for construction of a local wireless IoT network. At this time, a computer program according to an embodiment of the present invention may be installed and driven in the computer device, and the computer device may operate a network for constructing a local wireless IoT network according to embodiments of the present invention under the control of the driven computer program. A server-free LoRa network protocol design method can be performed. The above-described computer program can be combined with a computer device and stored in a computer-readable recording medium to enable the computer to execute a LoRa network protocol design method that does not require a network server for building a local wireless IoT network.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치의 구성을 도시한 블록도이다. Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.

일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치(10)는 저렴하고 최적화된 IoT Network망을 구축하기 위해 LoRa 기술을 적용하여 IoT LoRa LAN구축을 통해 Simple한 IoT LPLAM 및 IoT LPWAN Network를 구현한 것으로, 통신환경이 좋지 않거나 더 넓은 구간을 동일 구간으로 묶어야 할 경우 전파 Hopping(TTL) 기능을 구현하고, Internet 접속을 위한 LoRa CoCoNET Gateway기능(MessageID의 부여, 중복 메시지 제거)을 수행하며, Gateway 개입 없이 Node간 Naming 방식의 Simple 전문 송수신 기능을 가능케할 수 있다. According to one embodiment, the LoRa network protocol design device 10, which does not require a network server for building a local wireless IoT network, applies LoRa technology to build a low-cost and optimized IoT network to build a simple IoT LoRa LAN. Implementing IoT LPLAM and IoT LPWAN Network, it implements radio wave hopping (TTL) function when the communication environment is poor or a wider section needs to be grouped into the same section, and LoRa CoCoNET Gateway function for Internet access (granting of MessageID, duplication) message removal), and can enable simple professional transmission and reception functions between nodes using naming method without gateway intervention.

이에 따라 일 실시예에 따른 중소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜 개발 기술은 기존의 LoRaWAN 기술의 복잡성을 축소하여 단순하고 저비용의 망구성이 가능하다. Accordingly, the LoRa network protocol development technology for building a small and medium-sized local wireless IoT network according to one embodiment reduces the complexity of the existing LoRaWAN technology, enabling a simple and low-cost network configuration.

즉 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치(10)는 중소기업을 위한 소규모 무선 IoT 망을 쉽고 편리하게 구축하기 위하여, 저비용 저전력, 장거리 무선통신 기술인 LoRa 기반의 프로토콜 설계 및 개발을 제안할 수 있다. 일 실시예에 따르면 기존 LoRaWAN기술의 복잡성을 축소하여 단순하고 저비용의 망 구성이 가능하고, Name 및 Role 기반 디바이스의 Device to Device 무선 송수신 기능 개발로 망 구축 용이해진다. That is, according to one embodiment, the LoRa network protocol design device 10, which does not require a network server for building a local wireless IoT network, uses LoRa, a low-cost, low-power, long-distance wireless communication technology, to easily and conveniently build a small wireless IoT network for small and medium-sized businesses. Based protocol design and development can be proposed. According to one embodiment, a simple and low-cost network configuration is possible by reducing the complexity of the existing LoRaWAN technology, and network construction becomes easier through the development of Device to Device wireless transmission and reception functions for Name and Role-based devices.

또한, 소규모 Local IoT(Femtocell)망을 위한 프로토콜이지만 Hopping기술 적용으로 망확장이 가능하고, 통신사에 독립적인 중소규모(100~300 디바이스)의 LoRa 망 구성이 가능하다. In addition, although it is a protocol for small-scale Local IoT (Femtocell) networks, network expansion is possible by applying hopping technology, and it is possible to configure a small- to medium-sized LoRa network (100 to 300 devices) independent of the telecommunication company.

일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치는 OSI 7 Layer의 2층에서 4층을 지원할 수 있는 프로토콜을 설계, 구현할 수 있다. According to one embodiment, a LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network can design and implement a protocol that can support layers 2 to 4 of OSI 7 Layer.

도 1 과 같이 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치(10)는 프로토콜 전문의 버전 정보, 데이터 송수신 기능을 수행하는 디바이스의 노드 네임 정보, 디바이스 관리를 위한 네트워크 네임 정보, 메시지 식별을 위한 메시지 ID 정보, 메시지 생명 주기 관리를 위해 호퍼(Hopper) 통과시 1씩 감소되는 TTL 정보, 페이로드 길이 정보를 나타내는 전문 길이 정보를 포함하는 헤더부를 생성하는 헤더 생성부(110) 및 사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성하는 페이로드 작성부(120)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the LoRa network protocol design device 10, which does not require a network server for building a local wireless IoT network according to an embodiment, includes version information of the protocol text, node name information of the device performing the data transmission and reception function, and device management. A header that generates a header containing network name information for message identification, message ID information for message identification, TTL information that is reduced by 1 when passing through the hopper for message life cycle management, and full text length information indicating payload length information. It includes a creation unit 110 and a payload creation unit 120 that creates a payload containing a user-defined professional message.

일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계장치는 저비용 저전력의 IoT를 위하여 장거리용 LoRa 무선통신 기술을 사용한다. 그리고 중소 기업 및 스마트 농장을 위하여 관리 및 구성이 쉬우면서도 저비용으로 IoT기술을 적용 할 수 있는 기기 및 프로토콜 설계가 가능하다. According to one embodiment, a LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network uses long-distance LoRa wireless communication technology for low-cost, low-power IoT. And for small and medium-sized businesses and smart farms, it is possible to design devices and protocols that are easy to manage and configure and can apply IoT technology at low cost.

일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계장치(10)는 Name 및 Role 기반 디바이스의 Device to Device 무선 송수신 기능을 수행하고 소규모 Local IoT(Femtocell:1~300)망을 위한 프로토콜이지만 Hopping 기술을 적용하여 망 확장이 가능하며, 통신사에 독립적인 중소규모(100~300 디바이스)의 LoRa 망 구성이 가능하다. According to one embodiment, the LoRa network protocol design device 10, which does not require a network server for building a local wireless IoT network, performs the Device to Device wireless transmission and reception function of Name and Role-based devices and supports small-scale Local IoT (Femtocell: 1 to 300). ) network, but it is possible to expand the network by applying hopping technology, and it is possible to configure a small to medium-sized LoRa network (100 to 300 devices) independent of the telecommunication company.

일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치(10)는 무선 채널, 전송Power, SF, Bandwidth 등의 무선 설정 설계를 수행한다. The LoRa network protocol design device 10, which does not require a network server for building a local wireless IoT network according to an embodiment, designs wireless settings such as wireless channel, transmission power, SF, and bandwidth.

헤더 생성부(110)는 이웃 망으로 전송을 위해 미리 설정된 호퍼(Hopper) 정보에 따라 이웃한 LoRa 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 호퍼 네임 정보를 더 포함시킨다. The header generator 110 further includes hopper name information for performing a transmission function to a neighboring LoRa network according to hopper information preset for transmission to a neighboring network.

또한 헤더 생성부(110)는 고정된 길이의 헤더부를 생성한다. 일 실시예에 있어서 헤더 생성부(110)가 생성하는 head 부분은 프로토콜 버전을 포함하는 4 Byte 길이의 Node Name과 4 Byte 길이의 Network Name을 포함 하며 ACK전송을 위한 항목과 메시지의 유일성을 위한 Message id, 메시지 생명을 위한 TTL로 구성 된다.Additionally, the header generator 110 generates a header portion of a fixed length. In one embodiment, the head part generated by the header generation unit 110 includes a 4-byte long Node Name including the protocol version and a 4-byte long Network Name, an item for ACK transmission, and a Message for uniqueness of the message. It consists of id, TTL for message life.

그리고 헤더 생성부(110)는 게이트웨이 디바이스가 미리 설정된 인터넷 정보에 따라 인터넷 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 게이트웨이 네임 정보를 더 포함시킨다. And the header generator 110 further includes gateway name information for the gateway device to perform a transmission function to the Internet network according to preset Internet information.

페이로드 작성부(120)는 사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성한다.페이로드 작성부(120)는 목적을 달성하기 위해 전송되는 데이터 또는 정보를 포함하며 웹 애플리케이션에 데이터를 주고받거나 동작을 수행하는 데 사용되는 정보 또는 보안 분야에서 악성 코드나 해킹 공격에 사용되는 데이터등을 포함할 수 있다. The payload creation unit 120 creates a payload containing a user-defined professional message. The payload creation unit 120 contains data or information transmitted to achieve the purpose and provides data to the web application. It may include information used to receive or perform operations, or data used for malicious code or hacking attacks in the security field.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜 구조를 도시한 예시도이다. Figure 2 is an exemplary diagram illustrating a LoRa network protocol structure for building a small-scale local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.

도 2 에서와 같이 일 실시예에 따른 프로토콜 구조는 OSI 7 Layer 3~4층의 프로토콜 packet 구조로 구현될 수 있다. As shown in FIG. 2, the protocol structure according to one embodiment may be implemented as a protocol packet structure of OSI 7 Layer 3 to 4 layers.

도 2와 같이 프로토콜은 전체적으로 Head 부분과 Payload 지역으로 구분할 수 있다. 프로토콜 헤드 지역은 고정된(Fixed) 길이를 기반으로 하고, 페이로드 지역은 디바이스 업무 기능에 따라 설정된다. As shown in Figure 2, the protocol can be divided into a head part and a payload area. The protocol head area is based on a fixed length, and the payload area is set according to the device business function.

구체적으로 프로토콜 헤드 구조 설계는 LoRa 통신 모듈 기능별 정의 설계에 의한다. Role기반 Device 기능별 역할을 설계하도록 구현된다. 네임(Name) 기반 디바이스로 구현되며, 1:1, 1:N 및 N:1을 위한 Node 및 네트워크 개념이 적용 가능하고, 센서 단말기, Actuator 단말기, 게이트웨이(Gateway), 호퍼(Hopper)를 포함한다.Specifically, the protocol head structure design is based on the definition design for each LoRa communication module function. It is implemented to design roles for each role-based device function. It is implemented as a name-based device, and node and network concepts for 1:1, 1:N, and N:1 are applicable, and includes sensor terminals, actuator terminals, gateways, and hoppers. .

이외에 메세지 생명 주기 기능(TTL), 메시지 id를 사용한 Unique 기능, 전송 확신을 위한 ACK 기능, 채널을 이용한 physical 망 분리 및 Network 그룹을 이용한 Logical 망 분리 기능, LoRa무선 설정에 따른 페이로드(Payload) 길이 설정 기능을 수행할 수 있다. In addition, message life cycle function (TTL), unique function using message ID, ACK function to ensure transmission, physical network separation using channel and logical network separation function using network group, payload length according to LoRa wireless settings. Setting functions can be performed.

일 실시예에 따른 소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치(10)는 무선 설정 기능 설계, 프로토콜 기능에 따른 API 설계, Device에서의 송수신 채널 설정, No ACK Device, ACK Device(Actuator), Set TTL, ACK, MSG-ID, SendTo A Device, Recv From A Device, SendTo A Group Device, Recv From Any 프로토콜 기능을 설계한다. The LoRa network protocol design device 10 for building a small-scale local wireless IoT network according to an embodiment includes wireless setting function design, API design according to protocol function, transmission/reception channel setting in the device, No ACK Device, and ACK Device (Actuator). , Set TTL, ACK, MSG-ID, SendTo A Device, Recv From A Device, SendTo A Group Device, Recv From Any protocol functions are designed.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜의 Head 부분은 프로토콜 버전을 포함하는 4 Byte 길이의 노드 네임(Node Name)과 4 Byte 길이의 네트워크(Network Name)을 포함하며 ACK전송을 위한 항목과 메시지의 유일성을 위한 Message id, 메시지 생명을 위한 TTL로 구성 된다.Specifically, the head part of the LoRa network protocol for building a small-scale local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention includes a 4-byte long Node Name and a 4-byte long Network Name including the protocol version. It includes items for ACK transmission, Message id for message uniqueness, and TTL for message life.

헤드(Head) 항목 내에 맨 처음에는 프로토콜 전문의 버전이 위치한다. 그리고 노드 네임(Node Name)은 IoT 통신에 사용하는 Device가 Role기반으로 정의 됨으로 Device는 Network (또는 Group)내에서 유일한 이름을 가져야 하며 구현될 API에서 Name을 지정하여 Send/Recv 기능을 수행한다.The full text version of the protocol is located first within the Head item. And since the node name is defined based on the role of the device used in IoT communication, the device must have a unique name within the network (or group), and the Send/Recv function is performed by specifying the name in the API to be implemented.

논리적으로 Device를 관리하기 위한 네트워크 이름을 지정해야 하며 전체 프로젝트(Project)에서 유일하게 설정된 네트워크 이름(Network Name)을 포함한다. 그리고 구현될 API에서 Name을 지정하여 Send/Recv 기능을 수행한다. Logically, a network name must be specified to manage the device, and it includes the network name uniquely set in the entire project. Then, the Send/Recv function is performed by specifying the name in the API to be implemented.

ACK Flag는 전송 후 Ack를 받을 지를 지정하는 Flag이고, Message id는 메세지는 생성 시에 설정된 메시지를 식별하기위한 유일한 id 정보이다. 이는 향후 메시지 중복 제거에 사용된다. TTL 정보는 메세지의 생명 주기를 관리하며 Hopper 통과 시 1씩 감소하여 0일 때 소멸 된다. 전문 길이는 전문에 따른 사용자의 Payload길이이고, Payload는 사용자 편의에 따르는 전문 메시지로 구현된다. ACK Flag is a flag that specifies whether to receive an Ack after transmission, and Message ID is the only ID information used to identify the message set at the time of message creation. This is used for future message deduplication. TTL information manages the life cycle of the message and decreases by 1 when it passes through the Hopper and is destroyed when it reaches 0. The length of the full text is the length of the user's payload according to the full text, and the payload is implemented as a full text message according to the user's convenience.

일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치는 LoRa 프로토콜 개발에 해당하며, OSI 7 Layer의 2층에서 4층을 지원할 수 있는 프로토콜을 설계 하는 것이다. According to one embodiment, the LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network corresponds to LoRa protocol development and designs a protocol that can support layers 2 to 4 of OSI 7 Layer.

LoRa Packet 구조에 따른 OSI 7 Layer 2층에 대한 프로토콜은 현재 Semtech LoRa SX1276 Transceiver Chip를 사용하여 구현하며 이에 따른 구현은 SX1276 Register 맵을 통한 Low Level API로 구현 된다.The OSI 7 Layer 2nd layer protocol according to the LoRa Packet structure is currently implemented using the Semtech LoRa SX1276 Transceiver Chip, and the implementation is implemented as a Low Level API through the SX1276 Register map.

Low level API는 설정 레지스터(Configuration Register), 상태 레지스터(Status Register), FIFO 데이터 버퍼(FIFO Data Buffer)과 같은 Semtech LoRa SX1276 Transceiver의 3가지 디지털 인터페이스를 조작하는 함수로 이루어진다.The low level API consists of functions that manipulate the three digital interfaces of the Semtech LoRa SX1276 Transceiver, such as Configuration Register, Status Register, and FIFO Data Buffer.

그리고 Low level API에서 무선 설정으로서 제일 중요한 무선 파라미터는 사용 주파수(Frequency), 신호 대역폭(Signal Bandwidth), 확산 계수(Spread Factor), 오류검출코드(Cording Rate)를 포함한다. And the most important wireless parameters for wireless settings in the Low level API include Frequency, Signal Bandwidth, Spread Factor, and Cording Rate.

표 1 은 일실시예에 따른 LoRa KR920 주파수 테이블의 예시도이다. Table 1 is an example diagram of a LoRa KR920 frequency table according to an embodiment.

표 1에 도시된 테이블은 LoRa통신을 위해 사용 가능한 KR920 주파수 테이블로서 총 13개의 채널을 사용할 수 있다.The table shown in Table 1 is the KR920 frequency table available for LoRa communication, and a total of 13 channels can be used.

Center frequency(MHz)Center frequency (MHz) Bandwidth(kHz)Bandwidth(kHz) Maximum EIRP output power(dBm)Maximum EIRP output power(dBm) for end-devicefor end-device For gatewayFor gateway 920.9920.9 125125 1010 2323 921.1921.1 125125 1010 2323 921.3921.3 125125 1010 2323 921.5921.5 125125 1010 2323 921.7921.7 125125 1010 2323 921.9921.9 125125 1010 2323 922.1922.1 125125 1414 2323 922.3922.3 125125 1414 2323 922.5922.5 125125 1414 2323 922.7922.7 125125 1414 2323 922.9922.9 125125 1414 2323 923.1923.1 125125 1414 2323 923.3923.3 125125 1414 2323

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜의 전체 구성도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 LoRa 네트워크 프로토콜로 구성된 IoT 망 구성의 예시도이다. Figure 3 is an overall configuration diagram of the LoRa network protocol for building a small and medium-sized local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is an example diagram of an IoT network configuration composed of the LoRa network protocol according to an embodiment of the present invention.

일 실시예에 따르면 LoRaWAN의 어려움과 비용, WiFi의 제한(공유기의 개입, 송수신 거리 제한 문제 및 복잡성)을 극복하면서 저전력으로 먼 거리를 디바이스 끼리 쉽게 송수신 할 수 있는 IoT 무선 기술을 LoRa무선 통신기술을 이용하여 구현하여 상대적으로 네트워크 지식이 없이도 쉽게 저비용으로 IoT 시스템을 구축 유지/보수가 가능한 중소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜 개발 기술을 도출할 수 있다. According to one embodiment, the LoRa wireless communication technology is an IoT wireless technology that can easily transmit and receive between devices over long distances with low power while overcoming the difficulties and costs of LoRaWAN and limitations of WiFi (intervention of routers, transmission and reception distance limitation issues and complexity). By using this method, LoRa network protocol development technology can be derived for building a small to medium-sized local wireless IoT network that can easily build and maintain/repair an IoT system at low cost without relatively network knowledge.

또한, 중소 규모 LoRaWAN의 복잡한 아키텍쳐의 한계와 소규모 Local LoRa망을 위하여 LoRaWAN네트워크서버가 필요없는 Simple LoRa(Femtocell)망 구성 프로토콜을 설계할 수 있다. In addition, due to the limitations of the complex architecture of small and medium-sized LoRaWAN and small-scale local LoRa networks, a simple LoRa (Femtocell) network configuration protocol that does not require a LoRaWAN network server can be designed.

이에 따라 LoRa 통신의 장점을 활용하여 저전력 장거리 IoT망을 쉽게 구축할 수 있으며 구축과 유지보수에 따른 비용이 매우 절감된다. 또한 무선으로 WiFi의 공유기 또는 게이트웨이(Gateway) 없이 디바이스간에 통신이 가능하므로 업무에 따른 디바이스 간 송수신을 쉽게 구현 할 수 있다. Accordingly, by utilizing the advantages of LoRa communication, a low-power, long-distance IoT network can be easily built, and the costs of construction and maintenance are greatly reduced. In addition, since wireless communication between devices is possible without a WiFi router or gateway, transmission and reception between devices according to work can be easily implemented.

일 실시예에 따르면 하나의 게이트웨이(Gateway)에 1~300(Femtocell)개의 디바이스 연결을 연결 할 수 있으므로 유선 작업보다 기술적인 면이나 비용 면에서 유리하고, Role 및 Name 기반으로 쉽게 IoT 디바이스 끼리 송수신 하므로 전문 지식 없이도 관리가 수월하다는 효과가 있다. IoT는 전 산업분야에 적용되므로, IoT 시스템 구축 접근이 쉬워지고 사회적 경제적 비용이 절감될 수도 있다. According to one embodiment, 1 to 300 (Femtocell) devices can be connected to one gateway, which is advantageous in terms of technology and cost over wired work, and can easily transmit and receive between IoT devices based on role and name. The effect is that it is easy to manage without specialized knowledge. Since IoT is applied to all industrial fields, it becomes easier to build an IoT system and social and economic costs can be reduced.

도 4에서와 같이 일 실시예에 따른 LoRa 네트워크 프로토콜로 구성된 IoT 망은 그 역할(Role)을 기반으로 한 IoT 디바이스들로 구성된다. As shown in FIG. 4, an IoT network composed of the LoRa network protocol according to an embodiment is composed of IoT devices based on their roles.

단순 측정 데이터 전송 및 ACK를 전송하는 Oneway Device, 다른 Device로부터 명령을 받고 수행하며 능동형 Device ACK를 전송하는 Actuator Device, 인터넷 연결을 위한 Gateway Device, 채널 분리에 의한 망 확장을 수행하는 Hopper Device를 포함한다. It includes a Oneway Device that transmits simple measurement data and ACK, an Actuator Device that receives and executes commands from other devices and transmits an active Device ACK, a Gateway Device for Internet connection, and a Hopper Device that performs network expansion by channel separation. .

Oneway Device는 전력소모를 최소화하기 위해 전송 주기시에만 wake up되고, 그 외의 시간은 전력을 save하기 위해서 Sleep mode 상태로 진입한다. 그 외에 다른 Device들은 항시 수신 대기해야하므로 wake up상태로 수신대기한다. Oneway Device wakes up only during the transmission period to minimize power consumption, and enters sleep mode to save power at other times. Other devices must always be on standby for reception, so they are in a wake up state and are waiting for reception.

각각의 Device는 고유의 이름을 가지며 logical한 Network 그룹에 속한다.Each Device has a unique name and belongs to a logical Network group.

이는 중계장치가 불필요한 Device간의 통신, WiFi의 공유기, LoRaWAN의 Network Server, Gateway의 개입없이 Device간의 통신이 가능하고, 기존의 Device간에 통신을 위한 중계 및 관리 장치 없이 쉽게 Device 이름을 사용하여 무선 통신이 가능하다. 이에 따라 1:1, 1:N, N:1 통신 기능을 수행할 수 있다. This allows communication between devices without the need for a relay device, communication between devices without the intervention of a WiFi router, LoRaWAN network server, or gateway, and wireless communication can be easily performed using the device name without the existing relay or management device for communication between devices. possible. Accordingly, 1:1, 1:N, and N:1 communication functions can be performed.

각각의 Device가 이름 및 그룹을 가지므로 1:1 기능 또는 그룹 단위의 Broadcast 통신 기능을 수행할 수 있고, AES128 암호화 기능을 지원한다. Since each device has a name and group, it can perform 1:1 function or group broadcast communication function, and supports AES128 encryption function.

Device는 게이트웨이의 중계 없이 Device Name으로 서로 통신할 수 있고 필요에 따라 메시지의 전송 보장을 위해 서로 메시지 Ack Request와 Ack Response를 사용하여 전송을 보장할 수 있다. Devices can communicate with each other by Device Name without gateway relay, and if necessary, they can use the messages Ack Request and Ack Response to ensure message transmission.

그리고 인터넷 통한 메시지는 목적지를 Gateway Name으로 하여 전송하면 Gateway Device는 미리 설정된 Internet 정보에 따라 Internet망으로 전송 한다. Internet 통신은 Gateway에 구현 된 TCP, UDP, MQTT, COAP등의 Client가 될 수 있다. And when a message via the Internet is sent with the destination set to the Gateway Name, the Gateway Device transmits it to the Internet network according to the preset Internet information. Internet communication can be a client of TCP, UDP, MQTT, COAP, etc. implemented in the gateway.

또한 이웃한 다른 망으로의 전송은 목적지로 Hopper Name으로 하여 전송하면 Hopper Device가 미리 설정된 Hopper 정보에 따라 이웃한 LoRa 망으로 전송(Relay: 채널 변경) 한다.Additionally, when transmitting to another neighboring network, the Hopper Name is used as the destination, and the Hopper Device transmits (Relay: channel change) to the neighboring LoRa network according to the preset Hopper information.

일 실시예에 있어서 LoRa Data Rate는 DR0부터 DR5까지 총 6가지가 있으며, LoRa 단말은 6개의 DR 중 하나를 선택해서 동작한다. 각 DR별로 Spreading Factor, Maximum Data Rate, Maximum Application Payload Size는 표 2 와 같이 나타낼 수 있다. In one embodiment, there are a total of six LoRa Data Rates from DR0 to DR5, and the LoRa terminal selects one of the six DRs to operate. Spreading Factor, Maximum Data Rate, and Maximum Application Payload Size for each DR can be shown in Table 2.

Data RateData Rate Spreading FactorSpreading Factor Max. Data RateMax. Data Rate Max.Application PayloadMax.Application Payload DR0DR0 SF12SF12 293bps293bps 65bytes65bytes DR1DR1 SF11SF11 537bps537bps 151bytes151bytes DR2DR2 SF10SF10 977bps977bps 247bytes247bytes DR3DR3 SF9SF9 1.76kbps1.76kbps 247bytes247bytes DR4DR4 SF8SF8 3.13kbps3.13kbps 247bytes247bytes DR5DR5 SF7SF7 5.47kbps5.47kbps 247bytes247bytes

일 실시예에 따르면 통신비 부담을 줄일 수 있고, LoRaWAN 대비 저렴한 비용으로 자가 IoT망을 구축 할 수 있으며, LoRaWAN에 필수적인 네트워크서버가 없으므로 망 구성이 단순화되고, 자가망이기 때문에 관리범위의 일원화로 유지보수도 편리해진다. 호퍼(Hopper)를 이용한 망 확장이 용이하고, 통신 커버리지가 넓으므로 Internet 연결 역시 더 용이하다. 그리고 게이트웨이나 네트워크서버 없이 Device간 Simple한 송수신 가능하다. According to one embodiment, the burden of communication costs can be reduced, and a self-IoT network can be built at a lower cost than LoRaWAN. Network configuration is simplified because there is no network server essential for LoRaWAN, and since it is a self-network, maintenance is performed by unifying the management scope. It also becomes more convenient. Network expansion using Hopper is easy, and because communication coverage is wide, Internet connection is also easier. And simple transmission and reception between devices is possible without a gateway or network server.

또한 여러가지 설비들이 모여 있는 장소에서도, 무선으로 센서 데이터의 안정적인 수집이 가능하다. 센서기기는 무선 및 배터리 방식으로 번잡한 케이블 작업이 불필요하여 설치 및 이동이 매우 편리하고, 넓은 곳에 설치된 수백대(100~300대정도)의 센서기기 데이터를 게이트웨이 1대로 안정적 수집 가능하다. LoRa는 건물의 층간 통신, 장거리(5km) 통신도 가능한 무선 통신이고, Hopper를 이용하여 망 확장이 가능하므로 더 넓게 수십 km까지 확장 가능하다. In addition, stable collection of sensor data wirelessly is possible even in places where various facilities are gathered. Sensor devices are wireless and battery-based, so they do not require complicated cable work, making them very convenient to install and move. Data from hundreds of sensor devices (about 100 to 300) installed in a wide area can be collected reliably with one gateway. LoRa is a wireless communication that enables communication between floors of a building and long-distance (5 km) communication, and since the network can be expanded using Hopper, it can be expanded to dozens of km.

또한, LoRaWAN에 필수적인 네트워크서버가 불필요하여 망 구성을 단순화하여 유지보수가 편리하고, LoRaWAN 대비 저렴한 비용으로 자가 IoT망 구축이 가능하다. In addition, since the network server essential for LoRaWAN is not required, network configuration is simplified, maintenance is convenient, and it is possible to build an own IoT network at a lower cost than LoRaWAN.

또한 자가망이므로 관리범위의 일원화로 유지보수가 편리하고, wifi의 경우 필수적인, 통신을 위한 AP접속 설정이 불필하고, 센서 기기의 설정이 필요 없으며, 기기 설치 시 게이트웨이와 자동 연결되며, LoRaWAN 대비 저렴한 비용으로 구현가능하다. In addition, since it is a private network, maintenance is convenient due to the unification of the management scope, AP connection settings for communication, which are essential in the case of wifi, are not required, sensor device settings are not required, the device is automatically connected to the gateway when installed, and it is cheaper than LoRaWAN. It can be implemented at cost.

도 5a 내지 도 5e는 일 실시예에 따른 LoRa 네트워크 프로토콜로 구성된 IoT 망에서 디바이스간 양방향 통신 또는 디바이스와 서버간 게이트웨이를 통한 양방향 통신 방법을 나타낸 예시도이다.Figures 5A to 5E are exemplary diagrams showing a method of two-way communication between devices or a two-way communication method through a gateway between a device and a server in an IoT network configured with the LoRa network protocol according to an embodiment.

구체적으로 IoT 망에서 디바이스간 양방향 통신 방법, 게이트웨이를 이용하여 서버와의 양방향 통신 방법, Hopper를 이용한 양방향 통신 방법을 나타낸 예시도이다. Specifically, this is an example showing a two-way communication method between devices in an IoT network, a two-way communication method with a server using a gateway, and a two-way communication method using Hopper.

도 5a는 디바이스간 1:1 양방향 통신을 나타낸 예시도이고, 도 5b는 디바이스간 1:N 양방향 통신을 나타낸 예시도이며, 도 5c는 디바이스간 N:1 양방향 통신을 나타낸 예시도이고, 도 5d는 디바이스에서 게이트웨이를 통하여 서버와 양방향 통신하는 방법을 나타낸 예시도이다. 서버는 인터넷이나 내부 네트워크에 연결된 게이트웨이를 통하여 원격에서 디바이스로부터 데이터를 수신할 뿐만 아니라 디바이스에게 제어 명령등의 데이터를 송신하여 Actuator 단말기를 제어할 수도 있다. Figure 5a is an example diagram showing 1:1 two-way communication between devices, Figure 5b is an example diagram showing 1:N two-way communication between devices, Figure 5c is an example diagram showing N:1 two-way communication between devices, and Figure 5d is an example diagram showing a method for two-way communication from a device to a server through a gateway. The server not only receives data from the device remotely through a gateway connected to the Internet or an internal network, but can also control the actuator terminal by sending data such as control commands to the device.

도 5e는 LoRa의 통신 가능 범위를 벗어난 원격의 디바이스끼리 Hopper를 이용하여 1:1 통신하는 방법을 나타낸 예시도이다. 원거리에 있는 디바이스끼리 1:1 통신하고자 하나 직접 통신하기에는 거리가 멀 경우 통신망 간에 연결 기능을 수행하는 Hopper를 이용함으로써 망 확장 효과를 볼수 있는 것이다. 이 Hopper를 이용한 망 확장 기능은 디바이스간 1:1뿐만 아니라 1:N, N:1 통신에도 적용할 수 있다.Figure 5e is an example diagram showing a method of 1:1 communication between remote devices outside the communication range of LoRa using Hopper. If you want to communicate 1:1 between devices at a distance, but the distance is too far to communicate directly, you can see the effect of network expansion by using Hopper, which performs a connection function between communication networks. This network expansion function using Hopper can be applied not only to 1:1 communication between devices, but also to 1:N and N:1 communication.

도 6은 일 실시예에 따른 중소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜이 적용된 센서모니터링 시스템의 예시도이다. Figure 6 is an example diagram of a sensor monitoring system to which the LoRa network protocol is applied for building a small and medium-sized local wireless IoT network according to an embodiment.

도 6에서와 같이 일 실시예에 따른 중소규모 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 LoRa 네트워크 프로토콜이 적용된 센서기기들 간 노드간 통신이 가능하다. As shown in FIG. 6, inter-node communication is possible between sensor devices to which the LoRa network protocol is applied for building a small and medium-sized local wireless IoT network according to an embodiment.

즉, 사설 LoRa 망 구성이 가능하고, 네트워크 서버가 불필요하며 게이트웨이의 채널 개수가 1채널로 구현가능하다. 또한 멀티 hopping을 통해 망 연장이 가능하며 Application 서버에서 메시지 중복 제거 기능을 수행할 수 있다. 또한 LoRa 네트워크 프로토콜을 통해 장치간 직접 통신이 가능하여 1:1, 1:N, N:1 통신이 가능하고 망구성이 단순해진다. 또한 저비용으로 Femtocell 구조로 구현되며, Device 및 관리를 단순한 절차에 의해 수행가능하다. In other words, a private LoRa network can be configured, a network server is not required, and the number of gateway channels can be implemented as 1 channel. Additionally, network extension is possible through multi-hopping, and the application server can perform a message deduplication function. In addition, direct communication between devices is possible through the LoRa network protocol, enabling 1:1, 1:N, and N:1 communication and simplifying network configuration. In addition, it is implemented with a femtocell structure at low cost, and device and management can be performed through simple procedures.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법의 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart of a LoRa network protocol design method that does not require a network server for building a local wireless IoT network according to an embodiment of the present invention.

일 실시예에 따른 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법은 하나의 프로세서들, 및 기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 방법으로 프로토콜 전문의 버전 정보, 데이터 송수신 기능을 수행하는 디바이스의 노드 네임 정보, 디바이스 관리를 위한 네트워크 네임 정보, 메시지 식별을 위한 메시지 ID 정보, 메시지 생명 주기 관리를 위해 호퍼(Hopper) 통과시 1씩 감소되는 TTL 정보, 페이로드 길이 정보를 나타내는 전문 길이 정보를 포함하는 헤더부를 생성하는 단계(S710), 및 사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성하는 단계(S720)를 포함한다.According to one embodiment, a LoRa network protocol design method that does not require a network server for building a local wireless IoT network includes a computing device having one processor and a memory that stores one or more programs executed by one or more processors. This method is performed in the protocol full text version information, node name information of the device performing data transmission and reception functions, network name information for device management, message ID information for message identification, and passing through the hopper for message life cycle management. It includes TTL information decremented by 1 per hour, a step of generating a header portion including full text length information indicating payload length information (S710), and a step of creating a payload containing a user-defined full text message (S720). do.

일 양상에 있어서, 헤더부(head)를 생성하는 단계는, 이웃 망으로 전송을 위해 미리 설정된 호퍼(Hopper) 정보에 따라 이웃한 LoRa 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 호퍼 네임 정보를 더 포함시킨다. In one aspect, the step of generating a header further includes hopper name information for performing a transmission function to a neighboring LoRa network according to hopper information preset for transmission to a neighboring network.

그리고 헤더부를 생성하는 단계는 고정된 길이의 헤더부를 생성한다. And the step of generating the header section generates a header section of a fixed length.

또한 헤더부를 생성하는 단계는 게이트웨이 디바이스가 미리 설정된 인터넷 정보에 따라 인터넷 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 게이트웨이 네임 정보를 더 포함시킨다.In addition, the step of generating the header part further includes gateway name information for the gateway device to perform a transmission function to the Internet network according to preset Internet information.

전술한 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.The above-described method may be implemented as an application or in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the computer software field.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. media), and hardware devices specifically configured to store and perform program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform processing according to the invention and vice versa.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following patent claims. You will be able to.

10 : 프로토콜 설계 장치 110 : 헤더 생성부
120 : 페이 로드 생성부
10: Protocol design device 110: Header generation unit
120: Payload generation unit

Claims (5)

하나의 프로세서들, 및
상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 방법에 있어서,
프로토콜 전문의 버전 정보, 데이터 송수신 기능을 수행하는 디바이스의 노드 네임 정보, 디바이스 관리를 위한 네트워크 네임 정보, 메시지 식별을 위한 메시지 ID 정보, 메시지 생명 주기 관리를 위해 호퍼(Hopper) 통과시 1씩 감소되는 TTL 정보, 페이로드 길이 정보를 나타내는 전문 길이 정보를 포함하는 헤더부를 생성하는 단계; 및
사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성하는 단계;를 포함하고,
상기 헤더부를 생성하는 단계는,
이웃 망으로 전송을 위해 미리 설정된 호퍼(Hopper) 정보에 따라 이웃한 LoRa 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 호퍼 네임 정보를 더 포함시키며,
상기 헤더부를 생성하는 단계는,
게이트웨이 디바이스가 미리 설정된 인터넷 정보에 따라 인터넷 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 게이트웨이 네임 정보를 더 포함시키는, 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법.
one processor, and
In a method performed on a computing device having a memory storing one or more programs executed by the one or more processors,
Version information of the protocol text, node name information of the device performing data transmission and reception functions, network name information for device management, message ID information for message identification, and message life cycle management, which is decreased by 1 when passing through the hopper. Generating a header portion including full text length information indicating TTL information and payload length information; and
Comprising: creating a payload containing a customized professional message,
The step of creating the header part is,
It further includes hopper name information to perform the transmission function to the neighboring LoRa network according to the hopper information preset for transmission to the neighboring network,
The step of creating the header part is,
A LoRa network protocol design method that does not require a network server for building a local wireless IoT network, further including gateway name information for the gateway device to perform a transmission function to the Internet network according to preset Internet information.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 헤더부를 생성하는 단계는,
고정된 길이의 헤더부를 생성하는, 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 방법.
According to claim 1,
The step of creating the header part is,
A LoRa network protocol design method that generates a fixed-length header and does not require a network server for building a local wireless IoT network.
삭제delete 하나 이상의 프로세서들, 및
상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨터 장치로서,
프로토콜 전문의 버전 정보, 데이터 송수신 기능을 수행하는 디바이스의 노드 네임 정보, 디바이스 관리를 위한 네트워크 네임 정보, 메시지 식별을 위한 메시지 ID 정보, 메시지 생명 주기 관리를 위해 호퍼(Hopper) 통과시 1씩 감소되는 TTL 정보, 페이로드 길이 정보를 나타내는 전문 길이 정보를 포함하는 헤더부를 생성하는 헤더 생성부; 및
사용자 정의에 의한 전문 메시지가 포함되는 페이로드를 작성하는 페이로드 작성부;를 포함하고,
상기 헤더 생성부는,
이웃 망으로 전송을 위해 미리 설정된 호퍼(Hopper) 정보에 따라 이웃한 LoRa 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 호퍼 네임 정보를 더 포함시키며,
상기 헤더 생성부는,
게이트웨이 디바이스가 미리 설정된 인터넷 정보에 따라 인터넷 망으로 전송 기능을 수행하기 위한 게이트웨이 네임 정보를 더 포함시키는, 로컬 무선 IoT 망 구축을 위한 네트워크 서버가 필요없는 LoRa 네트워크 프로토콜 설계 장치.
one or more processors, and
A computer device having a memory storing one or more programs to be executed by the one or more processors,
Version information of the protocol text, node name information of the device performing data transmission and reception functions, network name information for device management, message ID information for message identification, and message life cycle management, which is decreased by 1 when passing through the hopper. a header generation unit that generates a header unit including full text length information indicating TTL information and payload length information; and
It includes a payload creation unit that creates a payload containing a user-defined professional message,
The header generator,
It further includes hopper name information to perform the transmission function to the neighboring LoRa network according to the hopper information preset for transmission to the neighboring network,
The header generator,
A LoRa network protocol design device that does not require a network server for building a local wireless IoT network, further including gateway name information for the gateway device to perform a transmission function to the Internet network according to preset Internet information.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102118254B1 (en) 2018-07-24 2020-06-02 울산대학교 산학협력단 Apparatus and method for multi-hop communication protocol based on lora
KR102145009B1 (en) 2019-05-30 2020-08-14 동의대학교 산학협력단 LoRaWAN Communication Network System Supporting MultiHop Protocol and Method for Communicating the same
KR102271232B1 (en) * 2020-08-05 2021-07-01 주식회사 첫눈 Non-urban bus information provision system and method thereof
CN113507703A (en) * 2021-07-05 2021-10-15 中国人民解放军国防科技大学 LoRa multi-hop communication method and system for field rescue

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102118254B1 (en) 2018-07-24 2020-06-02 울산대학교 산학협력단 Apparatus and method for multi-hop communication protocol based on lora
KR102145009B1 (en) 2019-05-30 2020-08-14 동의대학교 산학협력단 LoRaWAN Communication Network System Supporting MultiHop Protocol and Method for Communicating the same
KR102271232B1 (en) * 2020-08-05 2021-07-01 주식회사 첫눈 Non-urban bus information provision system and method thereof
CN113507703A (en) * 2021-07-05 2021-10-15 中国人民解放军国防科技大学 LoRa multi-hop communication method and system for field rescue

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