KR20110029996A - 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 확장 방법, 이를 위한 중계 로봇 및 무선 센서 네트워크 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 확장 방법, 이를 위한 중계 로봇 및 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 일 실시예로, 이동하면서 주변을 감지하는 센서 로봇; 센서 로봇으로 주행 제어 명령 메시지를 송신하여 센서 로봇의 이동을 원격 조정하고, 센서 로봇에 의해 감지된 주변의 감지 데이터를 수신하는 사용자 단말기; 및 센서 로봇 및 사용자 단말기 사이에 투입되어, 주행 제어 명령 메시지가 사용자 단말기에서 센서 로봇으로 송신되고, 감지 데이터가 센서 로봇에서 사용자 단말기로 송신되도록, 통신 중계 기능을 수행하는 하나 이상의 중계 로봇을 포함하되, 센서 로봇, 하나 이상의 중계 로봇 및 사용자 단말기의 순으로 멀티홉의 무선 센서 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 센서 로봇과 사용자 단말기 간의 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 효과가 있다.
로봇, 센서, 멀티홉
Description
본 발명의 일 실시예는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 확장 방법, 이를 위한 중계 로봇 및 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 센서 로봇과 사용자 단말기 간의 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 확장 방법, 이를 위한 중계 로봇 및 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것이다.
요즈음, 화재나 재난 상황 발생시, 구조 대원을 투입하기 어려운 지하공간 또는 실내위험공간 등에 원격 조정 가능한 로봇을 투입하여 투입한 로봇이 지하공간 또는 실내위험공간 등에서의 주변을 감지하여 감지된 감지 데이터를 구조 센터로 송신해줌으로써, 로봇이 구조 대원을 대신하여 임무를 수행하는 로봇 기반의 구조 시스템이 개발되었다. 이러한 로봇 기반의 구조 시스템에서 구조 대원을 투입하 기 어려운 지하공간 또는 실내위험공간 등에 투입한 로봇을 이용하여 구조 활동을 효율적이고 원활하게 수행하기 위해서는, 투입되어 임무를 수행하는 로봇에 대한 원격 조정과 로봇으로부터 감지된 감지 데이터의 수신이 정확하고 신뢰성 있게 이루어져야 하는 요구 사항이 있다.
이러한 요구 사항에 대하여, 종래의 로봇 기반의 구조 시스템에서는, 사용자 단말기를 통해 원격 조정되는 로봇의 경우, 가시권 내에서는 무선 통신의 기술 스펙에 따라 10m ~ 1,000m까지의 통신 도달 거리의 성능을 보이지만, 실내 또는 지하 공간의 경우 신호의 도달거리는 급격히 감쇄하여 실내 10~20m 이내로 제한되는 문제점이 있다. 이는 로봇이 실내 장애물 및 모퉁이 등을 지나는 경우에는, 신호의 지연, 단절 또는 중첩 등의 현상에 의해, 무선 통신 상태가 더욱 열악해지는 문제점이 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 일 실시예의 목적은, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 센서 로봇과 사용자 단말기 간의 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 데 있다.
또한 본 발명의 일 실시예의 다른 목적은, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 센서 로봇과 사용자 단말기 사이에 한 개 이상의 중계 로봇을 투입하여, 센서 로봇과 사용자 단말기 간(즉, 종단간) 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 통신 범위 확장 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 이동하면서 주변을 감지하는 센서 로봇; 상기 센서 로봇으로 주행 제어 명령 메시지를 송신하여 상기 센서 로봇의 이동을 원격 조정하고, 상기 센서 로봇에 의해 감지된 주변의 감지 데이터를 수신하는 사용자 단말기; 및 상기 센서 로봇 및 상기 사용자 단말기 사이에 투입되어, 상기 주행 제어 명령 메시지가 상기 사용자 단말기에서 상기 센서 로봇으로 송신되고, 상기 감지 데이터가 상기 센서 로봇에서 상기 사용자 단말기로 송신되도록, 통신 중계 기능을 수행하는 하나 이상의 중계 로봇을 포함하되, 상기 센서 로봇, 상기 하나 이상의 중계 로봇 및 상기 사용자 단말기의 순으로 멀티홉의 무선 센서 네트워크를 구성하고, 상기 하나 이상의 중계 로봇의 개수는, 상기 멀티홉의 무선 센서 네트워크에서의 각 홉 간의 신호 세기가 임계값 이상이 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 센서 로봇 및 사용자 단말기를 노드로 포함하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 무선 센서 네트워크 구성 단계; 상기 구성된 무선 센서 네트워크에 포함된 노드 간의 신호 세기를 노드 쌍마다 측정하여, 상기 측정된 신호 세기가 임계값 미만이 되는 노드 쌍이 존재하면, 상기 측정된 신호 세기가 상기 임계값 미만이 되는 노드 쌍에 포함된 두 노드 사이에 추가적인 노드로서 중계 로봇을 한 개 이상 투입하는 중계 로봇 투입 단계; 및 상기 투입된 한 개 이상의 중계 로봇이 상기 구성된 무선 센서 네트워크에 포함되도록 상기 구성된 무선 센서 네트워크를 재구성함으로써, 상기 구성된 무선 센서 네트워크를 확장하는 무 선 센서 네트워크 확장 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 확장 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 무선 센서 네트워크에 포함되고 센서 로봇, 중계 로봇, 사용자 단말기 중 하나인 주변의 노드와 송수신 되는 신호 세기를 측정하는 신호 세기 측정부; 상기 측정된 신호 세기가 임계값 이하인 경우, 상기 임계값을 초과하는 신호 세기로 신호를 송수신 가능한 다른 중계 로봇을 검색하는 중계 로봇 검색부; 상기 검색된 다른 중계 로봇을 통해 상기 주변의 노드와 통신하기 위해, 상기 검색된 다른 중계 로봇이 상기 무선 센서 네트워크에 포함되도록 네트워크 구성을 변경하는 네트워크 구성 변경부; 상기 사용자 단말기가 상기 센서 로봇의 이동을 원격 조정하기 위해, 상기 사용자 단말기에서 송신되어 상기 센서 로봇으로 향하는 주행 제어 명령 메시지를 중계하는 주행 제어 명령 중계부; 및 상기 센서 로봇에 의해 감지된 감지 데이터를 상기 센서 로봇에서 상기 사용자 단말기로 전달하기 위해 상기 감지 데이터를 중계하는 감지 데이터 중계부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 로봇을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 한 개 이상의 중계 로봇을 이용하여 센서 로봇과 사용자 단말기 간의 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 센서 로봇과 사용자 단말기 사이에 한 개 이상의 중계 로봇을 투입하여, 센서 로봇과 사용자 단말기 간(즉, 종단간) 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 통신 범위 확장 기술을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 센서 로봇과 사용자 단말기 사이에 한 개 이상의 중계 로봇을 투입하여, 센서 로봇, 한 개 이상의 중계 로봇 및 사용자 단말기를 노드로 하는 멀티홉의 무선 센서 네트워크를 구성할 수 있도록 하여, 뒷 노드가 앞 노드의 이동정보를 전달받아 앞 노드를 따라 종속 주행할 수 있도록 해주는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 센서 로봇과 사용자 단말기 사이에 한 개 이상의 중계 로봇을 투입하여, 센서 로봇, 한 개 이상의 중계 로봇 및 사용자 단말기를 노드로 하는 멀티홉의 무선 센서 네트워크를 구성하고, 사용자 단말기로부터 중계 로봇을 경유하여 센서 로봇으로 주행 제어 명령 메시지를 우선 순위 기반의 제어 메시지 라우팅 프로토콜을 이용하여 전달해줌으로써, 사용자가 원격에 있는 센서 로봇을 정확하게 원격 조정할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템(Wireless Sensor Network System based Robots)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템은, 이동하면서 주변을 감지하는 "센서 로봇(S: Sensor Robot)"과, 이러한 센서 로봇(S)에서 감지된 주변의 감지 데이터를 수신하고 센서 로봇(S)의 이동을 원격 조정하는 "사용자 단말기(U: User Terminal)"를 포함하는 무선 센서 네트워크를 구축하고, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 간의 통신 범위를 확장하기 위하여, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 사이에 한 개 이상의 "중계 로봇(R: Repeater Robot)"을 투입하여 멀티홉(Hop)의 무선 센서 네트워크로 확장하여 구축하는 것을 특징으로 한다. 위에서 언급한 센서 로봇(S), 한 개 이상의 중계 로봇(R) 및 사용자 단말기(U) 각각은 무선 센서 네트워크에서 하나의 "노드(Node)"라 고도 한다.
위에서 언급한 센서 로봇(S)은, 주변을 감지하기 위해 가장 앞서서 주행한다고 하여 선두 로봇(Leader Robot)이라고도 하고, 중계 로봇(R)은 이러한 리더 로봇(Leader Robot)인 센서 로봇(S)을 뒤따른다 하여 추정 로봇(Follower Robot)이라고도 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템이 화재나 재난 등의 구조 상황에 적용된 경우, 사용자 단말기(U)는, 구조대원 단말기일 수 있다.
도 1의 (a)는 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U)만으로 이루어진 1홉의 무선 센서 네트워크(110)를 나타낸 도면이다.
도 1의 (b)는, 센서 로봇(S)이 주행하여 사용자 단말기(U)와의 거리가 멀어져서 유효 통신 거리를 벗어난 상황에서, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 간의 통신이 가능해지도록 통신 범위를 확장하기 위해, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 사이에 한 개의 중계 로봇(R1)이 투입되어, 센서 로봇(S), 중계 로봇(R1) 및 사용자 단말기(U)의 순서로 서로 연결되어 2홉의 무선 센서 네트워크(120)가 구축된 것을 나타낸 도면이다.
도 1의 (c)는, 센서 로봇(S)이 주행하여, 센서 로봇(S)과 중계 로봇(R1)과의 거리가 멀어져서 유효 통신 거리를 벗어난 상황에서, 센서 로봇(S)과 중계 로봇(R1) 간의 통신이 가능해지도록 통신 범위를 확장하기 위해, 센서 로봇(S)과 중계 로봇(R1) 사이에 추가적인 중계 로봇(R2)이 한 개 더 투입되어, 센서 로봇(S), 중계 로봇(R1), 중계 로봇(R2) 및 사용자 단말기(U)의 순서로 서로 연결되어 3홉의 무선 센서 네트워크(130)가 구축된 것을 나타낸 도면이다. 즉, 도 1의 (c)는, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 간의 통신이 가능해지도록 통신 범위를 확장하기 위해 2개의 추가적인 중계 로봇(R1, R2)이 투입되어 3홉의 무선 네트워크(130)가 구축된 것이다.
도 1에서는, 무선 센서 네트워크의 홉 수를 1홉에서 3홉까지 확장하는 것으로 예시적으로 보였으나, 동일한 방식으로 4 홉 이상으로 무선 센서 네트워크의 홉 수를 확장할 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 무선 센서 네트워크의 확장 범위를 1홉에서, 2홉 그리고 3홉으로 한정하여, 무선 센서 네트워크의 통신 범위 확장과, 이러한 상황에서의 주변 데이터 송수신과, 주행 제어 명령 메시지 송수신과, 주행 제어 등을 설명한다.
이러한 멀티홉으로 확장 가능한 무선 센서 네트워크에서 노드로 동작하는 센서 로봇(S), 중계 로봇(R: R1, R2) 및 사용자 단말기(U)의 동작을 아래에서 설명한다.
전술한 센서 로봇(S)은, 이동하면서 주변을 감지하고, 감지된 주변의 감지 데이터를 구축된 무선 센서 네트워크(110, 120 및 130 중 하나)를 통해 사용자 단말기(U)로 송신하고, 사용자 단말기(U)에서 송신된 주행 제어 명령 메시지를 구축된 무선 센서 네트워크(110, 120 및 130 중 하나)를 통해 수신하여 수신된 주행 제어 명령 메시지에 근거하여 특정 이동 방향 또는 특정 이동 속도로 주행한다.
전술한 사용자 단말기(U)는, 센서 로봇(S)으로 주행 제어 명령 메시지를 무선 센서 네트워크(110, 120, 130 중 하나)를 통해 송신하여 센서 로봇(S)의 이동을 원격 조정하고, 센서 로봇(S)에 의해 감지된 주변의 감지 데이터를 무선 센서 네트워크(110, 120 및 130 중 하나)를 통해 수신한다.
전술한 중계 로봇(R: R1 또는 R2)은, 센서 로봇(S) 및 사용자 단말기(U) 사이에 투입되어, 주행 제어 명령 메시지가 사용자 단말기(U)에서 센서 로봇(S)으로 무선 센서 네트워크(110, 120 및 130 중 하나)를 통해 송신되고, 감지 데이터가 센서 로봇(S)에서 사용자 단말기(U)로 무선 센서 네트워크(110, 120 및 130 중 하나)를 통해 송신되도록, 통신 중계 기능을 수행할 수 있다.
이러한 중계 로봇(R)이 한 개 이상 투입된 경우, 센서 로봇(S), 하나 이상의 중계 로봇(R1, 또는 R1/R2) 및 사용자 단말기(U)의 순으로 멀티홉의 무선 센서 네트워크(120 또는 130)를 구성하고, 이때, 투입되는 하나 이상의 중계 로봇의 개수는, 멀티홉의 무선 센서 네트워크에서의 각 홉 간의 신호 세기가 임계값 이상이 되도록 결정된다. 여기서, 임계값은 각 노드 간의 유효 통신 거리의 최대값과 대응되는 신호 세기 값이다.
전술한 사용자 단말기(U)는, 우선 순위 기반의 제어 메시지 라우팅 프로토콜을 통해, 하나 이상의 중계 로봇(R1 또는 R1/R2)을 경유하여 센서 로봇(S)으로 "주행 제어 명령 메시지"를 송신할 수 있다.
하나 이상의 중계 로봇에 포함된 각 중계 로봇(R1 또는 R2)은, 앞 단에 1홉(Hop)으로 연결된 센서 로봇(S) 또는 앞 단의 중계 로봇으로부터 "이동정보"를 전달받아, 뒷 단에 1홉으로 연결된 뒷 단의 중계 로봇 또는 사용자 단말기(U)로 전달해준다. 여기서, "앞"이라는 방향은 센서 노드(S)를 향하는 방향을 의미하고, " 뒤"라는 방향은 사용자 단말기(U)를 향하는 방향을 의미한다.
이러한 이동정보의 전달 방식을 도 1의 (b) 및 (c)를 참조하여 아래에서 예시적으로 설명한다. 도 1의 (b)를 참조하면, 중계 로봇(R1)은, 앞 단에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S)으로부터 센서 로봇(S)의 이동정보를 전달받아, 뒷 단에 1홉으로 연결된 사용자 단말기(U)로 전달해준다.
또한, 도 1의 (c)에 도시된 3홉의 무선 센서 네트워크(130)에서, 중계 로봇(R2)은, 앞 단에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S)으로부터 센서 로봇(S)의 이동정보를 전달받아, 뒷 단에 1홉으로 연결된 중계 로봇(R1)로 전달해준다. 이후, 중계 로봇(R1)은 앞 단에 1홉으로 연결된 중계 로봇(R2)으로부터 중계 로봇(R2)의 이동정보를 전달받아, 뒷 단에 1홉으로 연결된 사용자 단말기(U)로 전달해준다. 이러한 3홉의 무선 센서 네트워크(130)에서의 이동 정보의 전달은 도 2를 통해 확인할 수 있다.
전술한 이동정보의 전달을 통해, 센서 로봇(S), 하나 이상의 중계 로봇(R1, R2) 및 사용자 단말기 각각은 앞선 노드를 종속 주행한다.
일 예로서, 하나 이상의 중계 로봇에 포함된 각 중계 로봇(R1 또는 R2)은, 앞 단에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S) 또는 앞 단의 중계 로봇으로부터 이동정보를 전달받아, 뒷 단에 1홉으로 연결된 뒷 단의 중계 로봇 또는 사용자 단말기(U)로 전달해주는 기능 이외에, 전달받은 "이동정보"에 근거하여, 앞 단에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S) 또는 앞 단의 중계 로봇을 "종속 주행"할 수 있다.
또한, 하나 이상의 중계 로봇에 포함된 각 중계 로봇(R1 또는 R2)은, 앞 단 에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S) 또는 앞 단의 중계 로봇으로부터 전달받은 이동정보에 근거하여 앞 단에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S) 또는 앞 단의 중계 로봇을 종속 주행할 때, 앞 단에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S) 또는 앞 단의 중계 로봇으로부터 전달받은 "이동정보"뿐만 아니라, 주변 장애물에 대한 감지에 따라 획득된 "장애물 회피 정보"에도 근거하여, 앞 단에 1홉으로 연결된 센서 로봇(S) 또는 앞 단의 중계 로봇을 "종속 주행"할 수 있다.
전술한 이동정보의 전달을 통해, 센서 로봇(S), 하나 이상의 중계 로봇(R1, R2) 및 사용자 단말기(U) 각각이 앞선 노드를 종속 주행하는 것 이외에, 이동 정보에 근거하여 사용자 단말기(U)가 센서 로봇(S)의 이동을 원격에서 제어할 수 있다. 일 예로서, 사용자 단말기(U)는, 앞 단에 1홉으로 연결된 앞 단의 중계 로봇(도 1의 (b)에서는 R1, 도 1의 (c)에서는 R2)으로부터 전달받은 이동정보에 근거하여, 센서 로봇(S)을 향해 주행 제어 명령 메시지를 송신함으로써, 센서 로봇(S)의 이동을 원격 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (c)에 예시적으로 도시된 3홉의 무선 센서 네트워크(130)에서의 이동 정보의 전달 및 그에 따른 주행 제어 명령 메시지의 송신은, 도 2를 통해 확인할 수 있다.
위에서 언급한 각 노드(센서 로봇(S), 중계 로봇(R1, R2), 사용자 단말기(U))는 센서 노드일 수 있으며, 각 노드는 자신의 위치를 인식하여 자신의 이동정보를 획득할 수 있고, 이렇게 각 노드에서 획득된 각 노드의 이동정보는, 이동 방향 정보 및 이동 속도 정보 등을 포함할 수 있다.
도 1에 예시적으로 도시된 1홉의 무선 센서 네트워크(110) 또는 2홉 이상의 멀티홉의 무선 센서 네트워크(120, 130)는, IEEE 802.11 무선 통신 규격을 이용하는 WLAN(Wireless Local Area Network)로 구성되거나, IEEE 802.15 무선 통신 규격을 이용하는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 등의 어떠한 무선 네트워크의 형태로도 구성이 가능하다. 도 1에 예시적으로 도시된 1홉의 무선 센서 네트워크(110) 또는 2홉 이상의 멀티홉의 무선 센서 네트워크(120, 130)가 IEEE 802.15 무선 통신 규격을 이용하는 WPAN(Wireless Personal Area Network)로 구성되는 경우, 도 1에 예시적으로 도시된 1홉의 무선 센서 네트워크(110) 또는 2홉 이상의 멀티홉의 무선 센서 네트워크(120, 130)에 포함된 센서 로봇(S), 하나 이상의 중계 로봇(R1, R2) 및 사용자 단말기(U)는, IEEE 802.15 무선 통신 모듈을 포함하여 IEEE 802.15 무선 통신 규격에 따라 서로 통신할 수 있다. IEEE 802.15 무선 통신 규격을 이용하는 WPAN(Wireless Personal Area Network)은, IrDA(Infrared Data Association), Bluetooth, UWB(Ultra-wideband), Z-Wave 및 ZigBee 등과 같은 네트워크 기술들을 이용하여 구성될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템은, 위치 인식 저전력 무선 센서 네트워크에 대한 무선 통신 규격을 정의한 IEEE 802.15.4a 무선 통신 규격에 따라 무선 센서 네트워크를 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하는 방법에 대한 흐름도이다. 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장한다는 것은, 도 1의 (a)에서와 같이 센서 노드(S)와 사용자 단말기(U)로만 이루어진 무선 센서 네트워크(110)에서, 한 개의 중계 로봇(R1)을 투입한 2홉의 무선 센서 네트워 크(120)로 확장하거나, 센서 노드(S), 중계 로봇(R1) 및 사용자 단말기(U)를 포함하는 2홉의 무선 센서 네트워크(120)에서, 한 개의 중계 로붓(R2)를 추가로 더 투입하여 3홉의 무선 센서 네트워크(130)로 확장하는 것처럼, 센서 노드(S)와 사용자 단말기(U) 사이에 중계 로봇을 한 개 이상을 투입시켜 센서 노드(S)와 사용자 단말기(U) 간의 통신을 투입된 한 개 이상의 중계 로봇이 중계할 수 있게 하는 것을 말한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하는 방법은, 센서 로봇(S) 및 사용자 단말기(U) 등을 노드로 포함하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 무선 센서 네트워크 구성 단계(S300); 무선 센서 네트워크 구성 단계(S300)에서 구성된 무선 센서 네트워크에 포함된 노드 간의 신호 세기를 노드 쌍마다 측정하여, 측정된 신호 세기가 임계값 미만이 되는 노드 쌍이 존재하면, 측정된 신호 세기가 임계값 미만이 되는 노드 쌍에 포함된 두 노드 사이에 추가적인 노드로서 중계 로봇을 한 개 이상 투입하는 중계 로봇 투입 단계(S302); 및 투입된 한 개 이상의 중계 로봇이 무선 센서 네트워크 구성 단계(S300)에서 구성된 무선 센서 네트워크에 포함되도록, 무선 센서 네트워크 구성 단계(S300)에서 구성된 무선 센서 네트워크를 재구성함으로써, 무선 센서 네트워크 구성 단계(S300)에서 구성된 무선 센서 네트워크를 확장하는 무선 센서 네트워크 확장 단계(S304) 등을 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하기 위한 중계 로봇(400)에 대한 블록 구성도이다. 도 4에서는, 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하기 위한 중계 로봇(400)을 설명하기 위해서, 도 1의 (b)에서 도 1의 (c)로의 통신 범위 확장과 같이, 일단, 중계 로봇(400)이 무선 센서 네트워크에 포함된 것으로 가정하고, 중계 로봇(400)이 포함된 무선 센서 네트워크에서 통신 범위를 확장하기 위하여 다른 중계 로봇을 투입하여 확장하는 상황을 가정하여, 중계 노드(R1)에 대한 기능들을 블록 구성도로 예시적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하기 위한 중계 로봇(400)은, 무선 센서 네트워크에 포함되고 센서 로봇, 중계 로봇, 사용자 단말기 중 하나인 주변의 노드와 송수신 되는 신호 세기를 측정하는 신호 세기 측정부(410); 측정된 신호 세기가 임계값 이하인 경우, 임계값을 초과하는 신호 세기로 신호를 송수신 가능한 다른 중계 로봇(통신 범위를 확장하기 위하여 새로 투입된 중계 로봇)을 검색하는 중계 로봇 검색부(420); 검색된 다른 중계 로봇을 통해 주변의 노드와 통신하기 위해, 검색된 다른 중계 로봇이 무선 센서 네트워크에 포함되도록 네트워크 구성을 변경하는 네트워크 구성 변경부(430); 사용자 단말기(U)가 센서 로봇(S)의 이동을 원격 조정하기 위해, 사용자 단말기(U)에서 송신되어 센서 로봇(S)으로 향하는 주행 제어 명령 메시지를 중계하는 주행 제어 명령 중계부(440); 및 센서 로봇(S)에 의해 감지된 감지 데이터를 센서 로봇(S)에서 사용자 단말기(U)로 전달하기 위해 감지 데이터를 중계하는 감지 데이터 중계부(450) 등을 포함한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하기 위한 중계 로봇(400)은, 센서 로봇(S)을 향하는 방향으로 바로 앞 단에 연결된 노드 또는 상기 센서 로봇으로부터 이동정보를 수신하여, 수신된 이동정보에 근거하여, 센서 로봇(S)을 향하는 방향으로 바로 앞 단에 연결된 노드(다른 중계 로봇) 또는 센서 로봇(S)을 종속 주행하도록 주행 장치를 제어하고, 사용자 단말기(U)를 향하는 방향으로 바로 뒷 단에 연결된 노드(다른 중계 로봇)나 사용자 단말기로 수신된 이동정보나 자신의 이동정보를 전달하는 종속 주행 제어부(460)를 더 포함할 수 있다.
도 5에 예시적으로 도시된 블록 구성도는, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템에 포함된 각 노드들(센서 로봇(S), 중계 로봇(R) 및 사용자 단말기(U))의 각 기능별 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 이상에서 전술한 로봇 기반의 무선 센서 네트워크의 통신 범위 확장 방법은, 도 5에서의 각 노드들(센서 로봇(S), 중계 로봇(R) 및 사용자 단말기(U))의 각 기능별 블록 중에서 자동 확장(Auto Spacing) 모듈에서 수행될 수 있다.
이상에서 전술한 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템과, 이러한 무선 센서 네트워크 시스템에 의해 수행되는 통신 범위 확장 방법 등은, 화재나 재난 상황 등에서 구조 대원을 투입하기 어려운 지하공간 또는 실내위험 공간 등에 센서 로봇(S)을 대신 투입하고, 투입한 센서 로봇(S)을 통한 지하공간 또는 실내위험 공간 등에서의 임무 수행을 하기 위해서, 적용될 수 있다.
이와 같이, 화재나 재난 상황 등에서, 구조 대원을 투입하기 어려운 지하공간 또는 실내위험 공간 등에 센서 로봇(S)을 대신 투입하여 임무 수행을 하기 위해서는, 지하공간 또는 실내위험 공간 등에 투입한 센서 로봇(S)의 이동을 원격에서 정확하게 조정할 수 있어야 하고, 지하공간 또는 실내위험 공간 등에 투입한 센서 로봇(S)에 의해 감지되어 획득된 감지 데이터를 신뢰성 있게 수신할 수 있어야한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는, 센서 로봇(S)이 아무리 멀리 또는 통신 환경이 열악한 위치로 이동하더라도, 센서 로봇(S)의 정확한 원격 조정과, 센서 로붓(S) 간의 신뢰성 있는 주변 데이터 송수신이 가능한 사용자 단말기(U)와 센서 로봇(S) 간의 지속적인(Seamless) 통신을 제공해 줄 수 있는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크에서의 통신 범위 확장 방법, 이를 위한 중계 로봇(R) 및 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 한 개 이상의 중계 로봇(R)을 이용하여 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 간의 신뢰성 있는 통신을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실내 또는 지하공간 등과 같이 열악한 통신 상태일 수 있는 환경에서도, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 사이에 한 개 이상의 중계 로봇(R)을 투입하여, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 간(즉, 종단간(End-to-End)) 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 통신 범위 확장 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 사이에 한 개 이상의 중계 로봇(R)을 투입하여, 센서 로봇(S), 한 개 이상의 중계 로봇(R) 및 사용자 단말기(U)를 노드로 하는 멀티홉의 무선 센서 네트워크를 구성할 수 있도록 하여, 뒷 노드가 앞 노드의 이동정보를 전달받아 앞 노드를 따라 종속 주행할 수 있도록 해준다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 센서 로봇(S)과 사용자 단말기(U) 사이에 한 개 이상의 중계 로봇을 투입하여, 센서 로봇(S), 한 개 이상의 중계 로봇(R) 및 사용자 단말기(U)를 노드로 하는 멀티홉의 무선 센서 네트워크를 구성하고, 사용자 단말기(U)로부터 중계 로봇(R)을 경유하여 센서 로봇(S)으로 주행 제어 명령 메시지를 우선 순위 기반의 제어 메시지 라우팅 프로토콜을 이용하여 전달해줌으로써 사용자가 원격에 있는 센서 로봇(S)을 정확하게 원격 조정할 수 있는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크에서의 이동정보 및 주행 제어 명령 메시지의 송수신을 예시적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하는 방법에 대한 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크를 확장하기 위한 중계 로봇에 대한 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템에 포함된 각 노드들의 기능별 블록 구성도를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110, 120, 130: 무선 센서 네트워크
400: 중계 로봇
410: 신호 세기 측정부
420: 중계 로봇 검색부
430: 네트워크 구성 변경부
440: 주행 제어 명령 중계부
450: 감지 데이터 중계부
460: 종속 주행 제어부
Claims (11)
- 이동하면서 주변을 감지하는 센서 로봇;상기 센서 로봇으로 주행 제어 명령 메시지를 송신하여 상기 센서 로봇의 이동을 원격 조정하고, 상기 센서 로봇에 의해 감지된 주변의 감지 데이터를 수신하는 사용자 단말기; 및상기 센서 로봇 및 상기 사용자 단말기 사이에 투입되어, 상기 주행 제어 명령 메시지가 상기 사용자 단말기에서 상기 센서 로봇으로 송신되고, 상기 감지 데이터가 상기 센서 로봇에서 상기 사용자 단말기로 송신되도록, 통신 중계 기능을 수행하는 하나 이상의 중계 로봇을 포함하되,상기 센서 로봇, 상기 하나 이상의 중계 로봇 및 상기 사용자 단말기의 순으로 멀티홉의 무선 센서 네트워크를 구성하고,상기 하나 이상의 중계 로봇의 개수는, 상기 멀티홉의 무선 센서 네트워크에서의 각 홉 간의 신호 세기가 임계값 이상이 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 사용자 단말기는,우선 순위 기반의 제어 메시지 라우팅 프로토콜을 통해, 상기 하나 이상의 중계 로봇을 경유하여 상기 센서 로봇으로 상기 주행 제어 명령 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 하나 이상의 중계 로봇에 포함된 각 중계 로봇은,앞 단에 1홉(Hop)으로 연결된 상기 센서 로봇 또는 앞 단의 중계 로봇으로부터 이동정보를 전달받아,뒷 단에 1홉으로 연결된 뒷 단의 중계 로봇 또는 상기 사용자 단말기로 전달해주는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 제 3항에 있어서,상기 하나 이상의 중계 로봇에 포함된 각 중계 로봇은,앞 단에 1홉으로 연결된 상기 센서 로봇 또는 상기 앞 단의 중계 로봇으로부터 이동정보를 전달받아,상기 전달받은 이동정보에 근거하여, 앞 단에 1홉으로 연결된 상기 센서 로봇 또는 상기 앞 단의 중계 로봇을 종속 주행하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 제 4항에 있어서,상기 하나 이상의 중계 로봇에 포함된 각 중계 로봇은,앞 단에 1홉으로 연결된 상기 센서 로봇 또는 상기 앞 단의 중계 로봇으로부터 상기 전달받은 이동정보와, 주변 장애물에 대한 감지에 따라 획득된 장애물 회피 정보에 근거하여,앞 단에 1홉으로 연결된 상기 센서 로봇 또는 상기 앞 단의 중계 로봇을 종속 주행하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 제 3항에 있어서,상기 사용자 단말기는,앞 단에 1홉으로 연결된 앞 단의 중계 로봇으로부터 전달받은 이동정보에 근거하여, 상기 센서 로봇을 향해 상기 주행 제어 명령 메시지를 송신함으로써, 상기 센서 로봇의 이동을 원격 조정하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 제 3항에 있어서,상기 이동정보는,이동 방향 정보 및 이동 속도 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 멀티홉의 무선 센서 네트워크에 포함된 상기 센서 로봇, 상기 하나 이 상의 중계 로봇 및 상기 사용자 단말기는,IEEE 802.15 무선 통신 규격에 따라 통신하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 시스템.
- 센서 로봇 및 사용자 단말기를 노드로 포함하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 무선 센서 네트워크 구성 단계;상기 구성된 무선 센서 네트워크에 포함된 노드 간의 신호 세기를 노드 쌍마다 측정하여, 상기 측정된 신호 세기가 임계값 미만이 되는 노드 쌍이 존재하면, 상기 측정된 신호 세기가 상기 임계값 미만이 되는 노드 쌍에 포함된 두 노드 사이에 추가적인 노드로서 중계 로봇을 한 개 이상 투입하는 중계 로봇 투입 단계; 및상기 투입된 한 개 이상의 중계 로봇이 상기 구성된 무선 센서 네트워크에 포함되도록 상기 구성된 무선 센서 네트워크를 재구성함으로써, 상기 구성된 무선 센서 네트워크를 확장하는 무선 센서 네트워크 확장 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 기반의 무선 센서 네트워크 확장 방법.
- 무선 센서 네트워크에 포함되고 센서 로봇, 중계 로봇, 사용자 단말기 중 하나인 주변의 노드와 송수신 되는 신호 세기를 측정하는 신호 세기 측정부;상기 측정된 신호 세기가 임계값 이하인 경우, 상기 임계값을 초과하는 신호 세기로 신호를 송수신 가능한 다른 중계 로봇을 검색하는 중계 로봇 검색부;상기 검색된 다른 중계 로봇을 통해 상기 주변의 노드와 통신하기 위해, 상기 검색된 다른 중계 로봇이 상기 무선 센서 네트워크에 포함되도록 네트워크 구성을 변경하는 네트워크 구성 변경부;상기 사용자 단말기가 상기 센서 로봇의 이동을 원격 조정하기 위해, 상기 사용자 단말기에서 송신되어 상기 센서 로봇으로 향하는 주행 제어 명령 메시지를 중계하는 주행 제어 명령 중계부; 및상기 센서 로봇에 의해 감지된 감지 데이터를 상기 센서 로봇에서 상기 사용자 단말기로 전달하기 위해 상기 감지 데이터를 중계하는 감지 데이터 중계부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 로봇.
- 제 10항에 있어서,상기 센서 로봇을 향하는 방향으로 바로 앞 단에 연결된 노드 또는 상기 센서 로봇으로부터 이동정보를 수신하여, 상기 수신된 이동정보에 근거하여,상기 센서 로봇을 향하는 방향으로 바로 앞 단에 연결된 노드 또는 상기 센서 로봇을 종속 주행하도록 주행 장치를 제어하고,상기 사용자 단말기를 향하는 방향으로 바로 뒷 단에 연결된 노드나 상기 사용자 단말기로 상기 수신된 이동정보나 자신의 이동정보를 전달하는 종속 주행 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 중계 로봇.
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