KR20120072287A - 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법 및 통신시스템 - Google Patents

수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법 및 통신시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 통합 통신시스템은 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 자신이 속한 클러스터 내 다수의 다른 노드로 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 다수의 다른 노드로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하는 싱크노드; 및 상기 비콘 메시지를 수신하여 상기 비콘 메시지에 포함된 자신에게 각각 할당된 데이터 전송시간을 확인하고 상기 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간에서 상기 할당된 데이터 전송시간에 따라 미리 수집한 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 주기적으로 전송하는 다수의 센서노드;를 포함한다.

Description

수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법 및 통신시스템{NTEGRATION COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM FOR PERIOD DATA AND APERIOD DATA IN UNDERWATER}
본 발명은 수중환경에서의 데이터 통신방법 및 통신시스템에 관한 것으로서, 특히 수중환경에서 다수의 수중노드 간에 주기적으로 송수신하는 데이터 및 비주기적으로 송수신하는 데이터를 함께 통합적으로 처리할 수 있도록 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
아직 미개척 분야로 남아있는 해양이 자원의 보고로 각광받으면서 개발이 본격화되고, 이를 위하여 최근에는 수중환경에서 다양한 수중정보를 수집할 수 있도록 하기 위한 수중통신에 대한 연구 및 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 수중통신은 해양 데이터 수집, 해저 탐사 및 개발, 재난방지, 해양 환경 모니터링, 경로 탐색 등 다양한 분야에 활용되고 있다.
수중 네트워크는 지상의 네트워크에 비해 열악한 통신환경을 가진다. 따라서 수중 네트워크는 수중에서의 다양한 환경적 요소를 고려하여 설계하는 것이 중요하며, 특히 수중 네트워크 설계시에는 수중통신에 적합한 통신 프로토콜의 연구도 함께 고려되어야 한다. 예컨대, 수중 네트워크는 무선 전송매체의 제한된 무선 대역폭, 높은 에너지 비용, 긴 전파지연, 낮은 음파속도, 높은 전송 에러율 등의 수중통신의 특성을 고려해야 한다.
종래에 수중 네트워크에 적합한 수중통신 프로토콜에 대한 연구는 시작단계에 불과하다. 그래서, 대부분의 수중 네트워크를 이루는 다수의 수중노드들은 노드 간 채널의 변화에 상관없이 초기 설정한 통신 프로토콜에 의해 일관된 방식으로 다른 노드 또는 상위 노드와 통신을 수행하고 있는 실정이다.
특히, 최근에 다양한 분야의 융합이 진행되면서 수중환경에서의 수중통신도 서로 다른 응용분야 간 이질적인 데이터를 동시에 통합적으로 처리 및 관리할 수 있는 하이브리드 기능의 필요성이 강하게 대두되고 있다.
본 발명은 수중환경에서 다수의 수중노드 간의 이질적인 주기적 데이터와 비주기적인 데이터를 함께 통합적으로 처리하도록 하는 수중환경에서의 주기적 및 비주기적 데이터 통합 통신방법 및 통합 통신시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수중노드 간의 데이터 송수신시 발생할 수 있는 충돌 현상을 방지할 수 있는 수중 프로토콜을 적용하여 수중노드 간 원활한 데이터 통신이 가능하도록 하는 수중노드 간 통합 통신방법 및 통합 통신시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 상기한 통합 통신방법 및 통신시스템을 구현하기 위한 수중통신 프로트콜을 제공하는데 추가적인 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
싱크노드에서 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 다수의 수중센서 및 수중로봇의 데이터 전송시간을 포함한 비콘 메시지를 브로드캐스팅하는 단계; 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇에서 상기 비콘 메시지를 수신하여 각각에 할당된 데이터 전송시간을 확인하고 상기 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간에서 상기 할당된 데이터 전송시간에 따라 미리 수집한 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 주기적으로 전송하는 단계; 및 상기 싱크노드에서 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하는 단계; 를 포함하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 싱크노드는 상기 수중통신 프로토콜의 데이터 전송구간에서 상기 수중센서 및 수중로봇으로부터 수신된 수중정보 수집 데이터를 상위노드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 싱크노드로 상기 제어 데이터에 대한 응답 데이터를 비주기적으로 전송하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수중통신 프로토콜을 IEEE 802.15.4 표준 기반의 수퍼프레임 구조를 갖는다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간은 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇에서 주기적으로 수집한 수중정보 수집 데이터를 시분할다중접속(TDMA) 방식으로 전송하기 위한 슬롯을 할당하는 구간임을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 자신이 속한 클러스터 내 다수의 다른 노드로 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 다수의 다른 노드로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하는 싱크노드; 및 상기 비콘 메시지를 수신하여 상기 비콘 메시지에 포함된 자신에게 각각 할당된 데이터 전송시간을 확인하고 상기 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간에서 상기 할당된 데이터 전송시간에 따라 미리 수집한 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 주기적으로 전송하는 다수의 센서노드; 를 포함하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 센서노드는 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 제어 데이터에 대한 응답 데이터를 비주기적으로 상기 싱크노드로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 센서노드는 위치가 고정된 수중센서 및 이동가능한 수중로봇을 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
다수의 지상노드를 포함하는 지상네트워크; 상기 싱크노드와 연결된 다수의 수중센서 및 수중로봇으로 이루어진 하나 이상의 클러스터를 포함하는 수중네트워크; 및 상기 지상네트워크 및 수중네트워크 간의 통신을 중계하는 게이트웨이; 를 포함하고, 상기 싱크노드는 자신이 속한 클러스터 내 다수의 수중센서 및 수중로봇의 데이터 전송시간을 포함한 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하며, 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇은 상기 수신된 비콘 메시지에 포함된 자신의 데이터 전송시간을 확인하고 상기 데이터 전송시간에 따라 미리 수집한 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 주기적으로 전송하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 싱크노드는 IEEE 802.15.4 표준의 수퍼프레임의 비콘구간에 상기 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고, 경쟁구간에 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하며, 비경쟁구간에 상기 수중센서 및 수중로봇으로부터 주기적으로 수집 데이터를 수신한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 싱크노드는 상기 경쟁구간에 상기 수중로봇으로부터 상기 제어 데이터에 대한 응답 데이터를 비주기적으로 수신한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 싱크노드는 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇으로부터 수신한 데이터를 상기 게이트웨이로 전송한다.
나아가, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
싱크노드에서 다수의 수중센서 및 수중로봇으로 비콘 메시지를 브로드캐스팅하여 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇과 시간 동기화를 수행하고 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇으로 각각의 데이터 전송시간을 할당하는 비콘구간; 상기 싱크노드에서 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하는 경쟁구간; 및 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇에서 상기 비콘 메시지에 포함된 자신의 데이터 전송시간에 따라 할당된 타임슬롯을 통해 주기적으로 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 전송하는 비경쟁구간; 을 포함하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합적인 통신을 위한 프로토콜을 제공한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 경쟁구간은 상기 수중로봇에서 상기 제어 데이터에 대한 응답으로서 응답 데이터를 비주기적으로 상기 싱크노드로 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 수중환경에서의 주기적인 데이터 및 비주기적인 데이터의 통합 통신방법은 다음과 같은 효과들이 있다.
먼저, 본 발명에서는 다수의 수중 노드가 존재하는 수중환경에서 주기적으로 전송되는 데이터와 비주기적으로 전송되는 데이터를 함께 동시에 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 수중환경에서 수중노드 간에 충돌 현상이 발생하지 않도록 각종 데이터를 송수신할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의하면 위치가 고정된 수중노드와 이동가능한 수중노드가 혼재하는 수중환경에서 각 수중노드에 대한 데이터 송수신 및 이동가능한 수중노드에 대한 실시간 제어를 통합적으로 수행할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템을 나타낸 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중네트워크의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 수중통신 프로토콜의 프레임 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법에 따른 수중통신 프로토콜의 예시적인 프레임 구조도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법을 보이는 흐름도.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템을 나타낸 블럭 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 통합 통신시스템은 지상네트워크(110), 게이트웨이(120), 수중네트워크(130)를 포함하여 구성된다.
지상네트워크(110)는 지상에서 무선신호로 데이터를 송수신한다. 예컨대, 코드분할다중접속(CDMA:code division multiple access)망을 이용하여 무선통신을 수행할 수 있다. 지상네트워크(110)는 다수의 지상노드(111)를 포함한다. 이러한 지상노드(111)는 수중환경을 관리하기 위한 관리서버, 광범위한 통신범위를 구축하기 위한 다수의 기지국, 기지국 제어기 등을 포함할 수 있다.
수중네트워크(130)는 수중환경에서 통신하는 네트워크를 형성한다. 수중네트워크(130)는 하나 이상의 수중노드(131)를 포함하며 각 노드(131) 간에는 음파신호를 이용하여 통신을 수행한다. 수중노드(131)는 지상노드(111)에 비하여 더 많은 에너지가 필요하므로 비교적 단거리 상에 배치되어 서로 통신하도록 한다. 본 발명의 실시 예에서 각 수중노드(131) 간에는 수중통신 프로토콜을 이용하여 주기적인 데이터 및 비주기적인 데이터를 충돌없이 동시에 또는 함께 송수신하도록 한다.
게이트웨이(120)는 지상네트워크(110)와 수중네트워크(130)를 연결하는 기능을 수행한다. 이를 위하여 게이트웨이(120)는 지상노드(111)에 의한 무선(RF) 신호를 음파 신호로 변환하거나 수중노드(131)에 의한 음파 신호를 무선 신호로 변환할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중네트워크의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 클러스터링(clustering) 기반의 구조화된 수중네트워크(130)에 적용된다. 본 발명의 실시 예에서 수중네트워크(130)는 1개의 클러스터(210)로 이루어진 일례를 도시하고 있지만, 클러스터의 개수는 변경될 수 있음은 당연하다. 이러한 클러스터(210)는 수중노드(131)로서 싱크노드(211) 및 이에 연결된 다수의 센서노드(213)를 포함하여 구성된다.
센서노드(213)는 수중환경에 설치되어 각종 센싱 데이터를 주기적으로 수집하고 이를 자신이 속한 클러스터(210)에 위치한 싱크노드(211)로 전송한다. 본 발명의 실시 예에서, 이러한 센서노드(213)는 바람직하게는 위치가 고정된 다수의 수중센서(213a) 및 위치이동이 가능한 다수의 수중로봇(213b)으로 구성된다. 이들 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)는 예컨대 수온, 염도, 조류 등 다양한 물리적인 데이터를 주기적으로 수집하여 싱크노드(211)로 전송한다.
싱크노드(211)는 클러스터 헤드의 역할을 수행하며, 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b) 등의 센서노드(213)가 전송한 수중환경 정보를 주기적으로 수집하여 내부의 데이터베이스에 저장 및 갱신하며, 이를 다시 게이트웨이(120)를 통해 지상네트워크(110)로 전송한다. 또한, 싱크노드(211)는 데이터베이스에 저장된 정보를 기초로 하여 싱크노드(211)와 센서노드(213) 간에 데이터 송수신시 발생할 수 있는 충돌 현상을 방지하기 위한 동작도 제어한다.
한편, 싱크노드(211) 및 센서노드(213) 간에는 미리 정의된 수중통신 프로토콜이 제공되어 노드(211,213) 간 데이터 통신을 수행하게 된다. 이런 수중통신 프로토콜은 수중환경에 적합한 적응적이고 동적인 맥(MAC:Media Access Control) 프로토콜로서 P-MAC(Preamble MAC)이라 칭하며, 바람직하게는 IEEE 802.15.4 표준 기반의 수퍼프레임(superframe) 구조를 가진다.
도 3은 본 발명에 따른 수중통신 프로토콜의 프레임 구조도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 수중통신 프로토콜은 다수의 수퍼프레임구간(superframe period)(310)으로 이루어진다. 각 수퍼프레임구간(310)은 다시 비콘구간(beacon period)(311), 경쟁구간(CAP:contention access period)(313) 및 비경쟁구간(CFP:contention free period)(313)으로 구분된다. 이러한 본 발명의 수중통신 프로토콜은 시분할다중접속(TDMA:Time Division Multiple Access)방식을 기반으로 하며 싱크노드(211) 및 센서노드(213)는 할당된 전송시간에 따라 데이터 송수신이 이루어진다.
비콘구간(311)에서는 싱크노드(211)가 수중네트워크(130)의 구성에 필요한 제어정보 및 각각의 센서노드(213)에 보내는 데이터 등을 비콘 메시지에 담아 다수의 수중노드(213)로 브로드캐스팅한다. 이때, 비콘 메시지에는 자신의 해당 클러스터(210)에 포함된 센서노드(213)의 정보, 타임슬롯(time slot) 할당정보, 슈퍼프레임의 간격(interval) 및 반복주기, 활성화/비활성화(active/inactive) 정보 등을 포함한다. 이로써 해당 클러스터에 참여한 노드들간의 시간 동기화가 이루어지며, 센서노드(213)(즉, 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b))에서 싱크노드(211)로의 수중정보 수집 데이터의 전송시간이 할당된다. 이에 각각의 센서노드(213)는 싱크노드(211)로부터 비콘 메시지를 수신함으로써 동기화된 데이터 전송시간에 맞춰 자신이 수집한 수중정보 수집 데이터를 주기적으로 스케줄링한다.
경쟁구간(313)은 하나 이상의 슬롯으로 구성되며 각 슬롯별로 데이터 전송에 의한 충돌 현상을 방지하도록 랜덤하게 액세스할 수 있다. 이는 싱크노드(211)에서 수중로봇(213b)으로 비주기적인 제어 데이터를 전송하기 위해 하나 이상의 슬롯에 액세스하는 것이다. 이때, 각 슬롯별 충돌 현상을 줄일 수 있도록 하는 것이 중요하다. 이를 위하여 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)은 주기적인 슬립(sleep)에서 깨어나 데이터 전송을 위한 슬롯 확보를 위한 경쟁을 수행하고 확보된 슬롯을 통해 데이터를 전송한다. 이러한 경쟁구간(313)에서의 데이터 전송은 비주기적으로 발생하므로 싱크노드(211)에서 수중로봇(213b)을 비주기적으로 제어하기 위한 제어 데이터의 전송 및 수중로봇(213b)에서 싱크노드(211)로 비주기적인 응답 데이터의 전송에 적합하다. 이와 같이 싱크노드(211)는 수중로봇(213b)에 비주기적인 제어 데이터를 상기와 같이 경쟁을 통해 획득된 슬롯을 통해 전송하도록 한다. 또한, 수중로봇(213b)에서 싱크노드(211)로 비주기적인 응답 데이터를 전송할 수도 있다.
비경쟁구간(315)에서는 경쟁구간(313)에서 경쟁방식으로 슬롯을 할당받는 것과는 달리 싱크노드(211)로부터 전송된 비콘 메시지에 데이터 전송시간이 할당되므로 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)에서는 보증된 타임슬롯(GTS:guaranteed time slot) 구간을 이용하여 싱크노드(211)로 데이터를 전송한다. 이와 같이 비경쟁구간(315)은 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)에서 미리 할당된 데이터 전송시간에 맞춰 수중정보 수집 데이터를 주기적으로 전송하는데 이용된다.
도 4는 본 발명에 따른 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법에 따른 수중통신 프로토콜의 예시적인 프레임 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 수중통신 프로토콜은 싱크노드(211)에서 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)와의 데이터 송수신을 위한 구간이 설정된다. 경쟁구간(CAP)(313)은 싱크노드(211)에서 수중로봇(213b)으로 비주기적으로 보내는 제어 데이터의 전송을 위한 구간으로 설정되고, 비경쟁구간(CFP)(315)은 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)에서 싱크노드(211)로 주기적으로 보내는 수중정보 수집 데이터의 전송을 위한 구간으로 설정된다. 즉, 싱크노드(211)에서는 경쟁구간(313)에서 수중로봇(213b)으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하고 비경쟁구간(315)에서 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)로부터 주기적으로 수중정보 수집 데이터를 수신하도록 한다. 이때, 본 발명의 다른 실시 예에서 상기 경쟁구간(313)은 다수의 수중노드(213b)에서 싱크노드(211)로 상기한 제어 데이터에 대한 응답으로 비주기적으로 보내는 응답 데이터의 전송을 위한 구간으로도 설정될 수도 있다.
도면에서 싱크노드(211)에서 수중로봇(213b)로 비주기적인 데이터를 전송하는 구간의 개수와, 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)에서 싱크노드(211)로 주기적인 데이터를 전송하는 구간의 개수는 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)의 개수에 맞게 변경가능하다. 이는 싱크노드(211)에서 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)의 개수에 맞게 타임슬롯을 설정함으로써 가능하다.
또한, 도 4에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 수중통신 프로토콜 프레임은 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)로부터 수신한 데이터를 상위노드로 전송하는 구간(data transmission period)(411)이 설정된다. 싱크노드(211)는 이 구간에서 수집한 데이터를 게이트웨이(120)로 전송함으로써 지상노드(111)에서 이를 모니터링할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법을 보이는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 주기적 데이터 및 비주기적 데이터 통합 통신방법은 싱크노드(211)와 이와 연결된 다수의 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)가 하나의 클러스터(210)를 구성하는 수중네트워크(130)에서 구현된다. 이러한 수중네트워크(130)에서는 싱크노드(211)가 수중통신 프로토콜을 이용하여 비주기적인 제어 데이터를 수중로봇(213b)으로 전송하여 수중로봇(213b)의 동작을 제어하고 다수의 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)으로부터 주기적으로 전송되는 수중정보 수집 데이터를 수신한다.
도면을 참조하면, 싱크노드(211)는 수중통신 프로토콜의 비콘구간(311)에서 비콘 메시지를 생성하여 다수의 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)으로 브로드캐스팅한다(S101). 이러한 비콘 메시지는 수중네트워크(130)의 구성에 필요한 각종 제어정보를 비롯하여 다수의 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)으로 보내는 데이터를 포함한다. 또한, 비콘 메시지는 각각의 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)이 싱크노드(211)로 수중정보 수집 데이터를 주기적으로 보내기 위한 할당된 데이터 전송시간을 더 포함한다. 이때, 이러한 데이터 전송시간은 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간(315)에 할당된다.
다수의 수중센서(213a) 및 수중로봇(213b)은 브로드캐스팅된 비콘 메시지를 수신하여 자신에게 할당된 데이터 전송시간을 확인하며 싱크노드(211)와 시간 동기화를 수행하고(S103), 자신에 할당된 데이터 전송시간을 확인한다(S105).
또한, 싱크노드(211)는 수중통신 프로토콜의 경쟁구간(313)에서 다수의 수중로봇(213b)로 제어를 위한 데이터를 비주기적으로 전송한다(S107). 이러한 제어 데이터는 수중로봇(213b)의 자체동작, 이동, 방향전환 등 각종 명령정보를 포함한다.
이어, 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간(315)에서 각자에 할당된 데이터 전송시간에 수중정보 수집 데이터를 싱크노드(211)로 주기적으로 전송한다(S109).
이때, 본 발명의 다른 실시 예에서 상기 S107 단계는 비주기적으로 구현되므로 S109 단계와는 독립적으로 수행되며, 또한 S109 단계 이후에 구현될 수도 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나 다수의 수중로봇(213b)은 수중통신 프로토콜의 경갱구간(313)에서 싱크노드(211)로 상기 제어 데이터에 대한 응답으로서 응답 데이터를 비주기적으로 전송할 수도 있다. 이는 각각의 수중로봇(213b)이 싱크노드(211)로 주기적으로 전송하는 수중정보 수집 데이터를 전송할 때 응답 데이터를 함께 전송할 수도 있고, 필요에 따라 응답 데이터만 비주기적으로 전송할 수도 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 수중환경에서 다수의 노드 간에 주기적으로 전송하는 데이터 및 비주기적으로 전송하는 데이터를 통합적으로 동시에 처리가능한 통신방법 및 통신시스템을 제공한다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에서는 바람직하게는 IEEE 802.15.4 표준 기반의 수퍼프레임 구조를 갖는 프로토콜을 이용하여 경쟁구간은 비주기적인 데이터를 전송하고 비경쟁구간은 TDMA 기반으로 미리 할당된 타임슬롯을 통해 주기적인 데이터를 전송하도록 한다. 여기서, 주기적인 데이터는 예컨대 다수의 노드에서 주기적으로 보내는 수중정보 수집 데이터이고 비주기적인 데이터는 다수의 노드로 비주기적으로 보내는 제어 데이터일 수 있다. 이로써 수중환경에서 주기적 및 비주기적인 데이터를 충돌없이 동시에 통합적으로 처리할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
최근 해양자원의 개발이 요구됨에 따라 수중통신 기술에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 수중통신 기술은 다양한 분야로 확대되고 있다. 최근 다수의 응용분야가 융합화되면서 이에 따른 수중통신 기술도 고려되고 있다. 즉, 기존의 수중센서를 이용하여 수중정보를 수집하는 수중 네트워크에 위치이동이 가능한 수중로봇을 투입함으로써 이동성이 보장된 수중로봇을 이용하여 더 넓은 지역에서 더 다양한 정보를 수집할 수 있게 되었다.
그런데, 이러한 융합분야에서는 수중센서가 주기적으로 데이터를 상위로 전송함과 동시에 수중로봇에 대한 비주기적인 제어가 필요하게 된다. 이러한 측면에서 본 발명은 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터를 동시에 통합적으로 처리할 수 있으므로 수중자원 개발 분야에서 매우 유용하게 적용될 수 있다.
110 : 지상네트워크 111 : 지상노드
120 : 게이트웨이 130 : 수중네트워크
131 : 수중노드 210 : 클러스터
211 : 싱크노드 213 : 센서노드
213a : 수중센서 213b : 수중로봇
211 : 비콘구간 313 : 경쟁구간
315 : 비경쟁구간

Claims (15)

  1. 싱크노드에서 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 다수의 수중센서 및 수중로봇의 데이터 전송시간을 포함한 비콘 메시지를 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 다수의 수중센서 및 수중로봇에서 상기 비콘 메시지를 수신하여 각각에 할당된 데이터 전송시간을 확인하고 상기 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간에서 상기 할당된 데이터 전송시간에 따라 미리 수집한 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 주기적으로 전송하는 단계; 및
    상기 싱크노드에서 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 싱크노드는 상기 수중통신 프로토콜의 데이터 전송구간에서 상기 수중센서 및 수중로봇으로부터 수신된 수중정보 수집 데이터를 상위노드로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수중로봇에서 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 싱크노드로 상기 제어 데이터에 대한 응답 데이터를 비주기적으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수중통신 프로토콜을 IEEE 802.15.4 표준 기반의 수퍼프레임 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간은 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇에서 주기적으로 수집한 수중정보 수집 데이터를 시분할다중접속(TDMA) 방식으로 전송하기 위한 슬롯을 할당하는 구간임을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신방법.
  6. 수중통신 프로토콜의 비콘구간에서 자신이 속한 클러스터 내 다수의 다른 노드로 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 다수의 다른 노드로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하는 싱크노드; 및
    상기 비콘 메시지를 수신하여 상기 비콘 메시지에 포함된 자신에게 각각 할당된 데이터 전송시간을 확인하고 상기 수중통신 프로토콜의 비경쟁구간에서 상기 할당된 데이터 전송시간에 따라 미리 수집한 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 주기적으로 전송하는 다수의 센서노드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센서노드는 상기 수중통신 프로토콜의 경쟁구간에서 상기 제어 데이터에 대한 응답 데이터를 비주기적으로 상기 싱크노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 센서노드는 위치가 고정된 수중센서 및 이동가능한 수중로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신 시스템.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 수중통신 프로토콜을 IEEE 802.15.4 표준 기반의 수퍼프레임 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템.
  10. 다수의 지상노드를 포함하는 지상네트워크;
    상기 싱크노드와 연결된 다수의 수중센서 및 수중로봇으로 이루어진 하나 이상의 클러스터를 포함하는 수중네트워크; 및
    상기 지상네트워크 및 수중네트워크 간의 통신을 중계하는 게이트웨이; 를 포함하고,
    상기 싱크노드는 자신이 속한 클러스터 내 다수의 수중센서 및 수중로봇의 데이터 전송시간을 포함한 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하며, 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇은 상기 수신된 비콘 메시지에 포함된 자신의 데이터 전송시간을 확인하고 상기 데이터 전송시간에 따라 미리 수집한 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 주기적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 싱크노드는 IEEE 802.15.4 표준의 수퍼프레임의 비콘구간에 상기 비콘 메시지를 브로드캐스팅하고, 경쟁구간에 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하며, 비경쟁구간에 상기 수중센서 및 수중로봇으로부터 주기적으로 수집 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 싱크노드는 상기 경쟁구간에 상기 수중로봇으로부터 상기 제어 데이터에 대한 응답으로서 응답 데이터를 비주기적으로 수신하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 싱크노드는 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇으로부터 수신한 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합 통신시스템.
  14. 싱크노드에서 다수의 수중센서 및 수중로봇으로 비콘 메시지를 브로드캐스팅하여 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇과 시간 동기화를 수행하고 상기 다수의 수중센서 및 수중로봇으로 각각의 데이터 전송시간을 할당하는 비콘구간;
    상기 싱크노드에서 상기 수중로봇으로 비주기적으로 제어 데이터를 전송하는 경쟁구간; 및
    상기 다수의 수중센서 및 수중로봇에서 상기 비콘 메시지에 포함된 자신의 데이터 전송시간에 따라 할당된 타임슬롯을 통해 주기적으로 수중정보 수집 데이터를 상기 싱크노드로 전송하는 비경쟁구간; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합적인 통신을 위한 프로토콜.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 경쟁구간은 상기 수중로봇에서 상기 제어 데이터에 대한 응답으로서 응답 데이터를 비주기적으로 상기 싱크노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 수중환경에서 주기적 데이터 및 비주기적 데이터의 통합적인 통신을 위한 프로토콜.
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