KR20170030442A - 드론 기지국과 드론 기지국 관리 방법 및 장치 - Google Patents

드론 기지국과 드론 기지국 관리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공중에 비행하여 셀 커버리지를 형성하는 드론 기지국과 드론 기지국 관리 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 기지국은, 하나 이상의 프로펠러; 무선 백홀망을 형성하는 액세스 장치와 무선 통신하는 백홀 통신부; 셀 커버리지를 형성하는 소형 기지국; 및 상기 프로펠러의 움직임을 제어하여 지정된 지역에 드론 기지국을 공중 이동시키고, 상기 소형 기지국을 통해서 상기 지역에서 셀 커버리지를 형성하여, 상기 셀 커버리지에 위치하는 이동통신단말에서 발생된 데이터를 상기 소형 기지국을 통해서 수신하고, 상기 수신한 데이터를 상기 백홀 통신부를 통해 상기 액세스 장치로 전송하는 제어부를 포함한다.

Description

드론 기지국과 드론 기지국 관리 방법 및 장치{DRONE BASE STATION AND METHOD AND APPARATUS FOR MANAGING DRONE BASE STATION}
본 발명은 드론 기지국에 관한 것으로서, 공중에 비행하여 셀 커버리지를 형성하는 드론 기지국과 드론 기지국 관리 방법 및 장치에 관한 것이다.
산업화 사회 이후로 석유화학 등 공업단지뿐만 아니라 차량, 철도, 선박, 항공 등 교통 인프라 역시 대규모화되고 있으며 노후화되고 있다. 게다가, 도시의 인구 밀집도는 더욱 증가하여 작은 사고에도 대형 참사로 이어지는 사고가 경험되고 있다.
이러한 사고 및 자연재해 등으로 통신망이 단절 경우, 인명구조에 혼선이 발생하게 된다.
재난 사항에서 긴급하게 통신망을 복구하는 방안이 고려되어왔는데 이동 기지국이 그 대표적인 사례이다. 아래의 특허문헌은 이동 기지국을 이용한 셀룰러 통신 시스템에 대해서 개시하고 있다.
그러나 이동 기지국은 일반적으로 차량에 탑재되는 형태로, 산악 지형이나, 건물 등의 구조물 등이 붕괴된 장소에서는 제한이 따를 뿐만 아니라, 제공 용량에도 한계가 있다.
한국공개특허 제10-2003-0096614호
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 재난 지역 같은 음영 지역에 비행하면서 해당 지역에서 이동통신 서비스를 제공하는 드론 기지국 및 드론 기지국 관리 방법과 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따른, 지정된 지역에서 공중에 비행하며, 셀 커버리지를 형성하는 드론 기지국으로서, 하나 이상의 프로펠러; 무선 백홀망을 형성하는 액세스 장치와 무선 통신하는 백홀 통신부; 셀 커버리지를 형성하는 소형 기지국; 및 상기 프로펠러의 움직임을 제어하여 지정된 지역에 드론 기지국을 공중 이동시키고, 상기 소형 기지국을 통해서 상기 지역에서 셀 커버리지를 형성하여, 상기 셀 커버리지에 위치하는 이동통신단말에서 발생된 데이터를 상기 소형 기지국을 통해서 수신하고, 상기 수신한 데이터를 상기 백홀 통신부를 통해 상기 액세스 장치로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따른, 시스템에서 소형 기지국이 탑재된 하나 이상의 드론 기지국을 관리하는 방법은, 하나 이상의 드론 기지국을 제어하여 상기 하나 이상의 드론 기지국을 지정된 지역에 공중 이동시켜, 상기 지역에서 하나 이상의 드론 기지국의 소형 기지국을 통해서 셀 커버리지를 형성시키는 단계; 드론 기지국으로부터 상태 정보를 수신하는 단계; 상기 수신한 상태 정보를 분석하여, 드론 기지국의 교체 필요성을 판별하는 단계; 및 판별 결과 드론 기지국의 교체가 필요한 경우, 타 드론 기지국을 상기 지정된 지역으로 공중 이동시켜, 상기 타 드론 기지국과 교체가 요구되는 드론 기지국의 임무를 교대시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 측면에 따른 소형 기지국이 탑재된 하나 이상의 드론 기지국을 관리하는 장치는, 하나 이상의 드론 기지국을 제어하여 상기 하나 이상의 드론 기지국을 지정된 지역에 공중 이동시켜, 이 지정된 지역에서 하나 이상의 드론 기지국의 소형 기지국을 통해서 셀 커버리지를 형성시키는 기지국 관리부; 및 상기 하나 이상의 드론 기지국으로부터 수신한 상태 정보를 분석하는 각 드론 기지국의 상태를 모니터링하는 상태 확인부를 포함하고, 상기 기지국 관리부는, 상기 상태 확인부에서 확인된 드론 기지국의 상태를 토대로, 각 드론 기지국을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 재난 등으로 통신 인프라에 파괴된 지역에 드론 기지국을 출동시켜 해당 지역에서의 원활한 이동통신 서비스를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 편대 비행하는 드론 기지국들을 이용하여 셀 커버리지를 형성함으로써, 넓은 면적을 대상으로 서비스 커버리지를 확보할 수 있으며 기지국 용량의 증설이 용이한 장점이 있다.
게다가, 본 발명은 드론 기지국의 상태정보를 지속적으로 모니터링하여, 배터리가 부족한 드론 기지국을 다른 드론 기지국으로 교체하여, 재난 지역 등과 같이 이동통신이 필요한 지역에서 계속적으로 이동통신 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국을 이용하여 통신 서비스를 제공하는 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국이 재난 지역에서 셀 커버리지를 형성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 드론 기지국이 재난 지역에서 추가적으로 출동하여 접속자 수용량을 확대하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국이 재난 지역에서 출동된 후에 복귀되는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기지국 관리 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기지국 관리 장치에서 드론 기지국을 관리하고 제어하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국을 이용하여 통신 서비스를 제공하는 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템은 복수의 드론 기지국(200-N), 액세스 장치(300) 및 기지국 관리 장치(400)를 포함한다.
상기 드론 기지국(200-N)은 무인으로 비행 가능한 비행기에 소형 기지국이 탑재한 장치로서, 재난 지역에 공중 이동하여 해당 지역에서 셀 커버리지를 형성한다. 상기 드론 기지국(200-N)은 저주파 대역의 주파수를 이용하여 액세스 장치(300)와 통신한다. 즉, 드론 기지국(200-N)은 셀 커버리지에 위치한 이동통신단말(100)과 공용 이동통신 규격(예컨대, LTE 규격, WCDMA 규격 등)으로 통신하고, 더불어 액세스 장치(300)와 TV 유휴대역(TVWS: TV white space) 같은 저주파 대역의 주파수를 이용하여 액세스 장치(300)와 통신함으로써, 재난 지역에 위치한 사용자의 이동통신단말(100)로 통신 서비스를 제공한다.
상기 드론 기지국(200-N)은 자신의 배터리 상태, 위치 정보, 접속중인 이동통신단말의 개수, 운영 파라미터 등이 포함된 상태 정보를 기지국 관리 장치(400)로 실시간 또는 주기적으로 전송한다. 상기 드론 기지국(200-N)은 주변 영상을 촬영하여 이 주변 영상을 기지국 관리 장치(400)로 전송할 수 있다. 상기 운영 파라미터에는 상태 정보의 보고 주기, 영상 촬영 유무 등과 같은 정보가 기록될 수 있다.
또한, 상기 드론 기지국(200-N)은 편대 비행을 수행할 수도 있으며, 이 경우 각 드론 기지국(200-N)은 D2D(Device to Device)을 통신을 수행하여, 서로 간의 위치정보와 상태 정보를 공유한다. 복수의 드론 기지국(200-N)이 편대 비행을 수행하는 경우, 무선 액세스망을 구축하기 위한 협력작업을 수행할 수도 있으며, 편대 비행하는 드론 기지국(200-N)은 애드혹 모드로 동작하여, 애드 혹 네트워크를 형성할 수도 있다.
복수의 드론 기지국(200-N)이 편대 비행을 수행하는 경우, 공유된 위치정보를 토대로 임계거리 이하로 근접된 타 드론 기지국(200-N)이 존재하는지 여부를 판별하여 존재하면, 해당 드론 기지국(200-N)은 상기 임계거리를 초과되어 이격되도록 자신의 비행 위치를 보정하여 서로 간의 충돌을 예방한다. 즉, 편대 비행중인 각각의 드론 기지국(200-N)은 D2D 통신을 통하여, 주변의 드론 기지국의 위치와 거리를 파악하여, 서로 간에 충돌이 예방되도록 비행 간격을 서로 조정한다.
복수의 드론 기지국(200-N)이 편대 비행하여 셀 커버리지를 형성하는 경우, 하나의 드론 기지국(200-N)이 형성하는 셀 커버리지보다 넓은 커버리지가 재난 지역에 형성되고, 더불어 접속자 수용 용량도 증가된다.
액세스 장치(300)는 무선 백홀(backhaul) 망을 형성하기 장치로서, 백본망인 네트워크(500)와 연결된다. 상기 액세스 장치(300)는 수십 Km로 전파도달 거리를 가지는 저주파의 TV 유휴대역(TVWS: TV white space)을 이용하여 드론 기지국(200-N)과 통신하며, 네트워크(500)와 광선로를 통해서 연결될 수 있다. 액세스 장치(300)는 저주파 대역을 이용하여 드론 기지국(200-N)과 통신할 수 있는 안테나를 구비한다.
상기 액세스 장치(300)는 지정된 장소(예컨대, 매크로 기지국)에 사전에 설치될 수 있으며, 또는 관리자에 의해 재난 지역 근방에 임시적으로 설치될 수 있다. 상기 액세스 장치(300)는 재난 지역 근방에 네트워크(500)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있는 장소라면 한정되지 않고 설치되어, 드론 기지국(200-N)과 네트워크(500) 사이에서 무선 백홀망을 형성할 수 있다. 예컨대, 재난 지역이 발생하여 재난 지역에서 통신 인프라가 파괴된 경우, 관리자는 재난 지역 근방에 상기 액세스 장치(300)를 설치하여 무선 백홀망을 구축할 수 있다.
기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국을 관리하기 위한 컴퓨팅 장치로서, 네트워크(500)와 유선 또는 무선으로 통신하며, 각 드론 기지국(200-N)을 관리하는 기능을 수행한다. 상기 기지국 관리 장치(400)는 하나 이상의 드론 기지국(200-N)을 재난 지역으로 출동시키며, 또한 재난 지역에 출동되어 임무를 수행하는 드론 기지국(200-N)을 드론 기지국 센터로 복귀시키기도 한다.
상기 드론 기지국 센터는 드론 기지국(200-N)이 대기하는 장소로서, 드론 기지국(200-N)의 충전과 유지 보수가 진행된다. 상기 드론 기지국 센터에는 기지국 관리 장치(400)가 설치될 수도 있다.
상기 기지국 관리 장치(400)는 재난 지역에서 임무를 수행하는 드론 기지국(200-N)로부터 상태 정보를 수신하여, 드론 기지국(200-N)의 상태(즉, 비행 상태, 위치, 배터리 잔여량, 장애 여부, 접속자 수, 운영 파라미터 등)를 모니터링한다. 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국(200-N)의 배터리 잔여량이 임계값(예컨대, 20%) 이하이거나 장애가 발생한 경우에, 새로운 드론 기지국(200-N)을 재난 지역으로 파견하여 상기 새로운 드론 기지국(200-N)이 상기 드론 기지국(200-N)의 임무를 교대하게 하고, 더불어 기존의 드론 기지국(200-N)을 드론 기지국 센터로 복귀시킨다.
또한, 기지국 관리 장치(400)는 재난 지역에서 임무를 수행중인 드론 기지국(200-N)의 상태를 모니터링하여, 상기 드론 기지국(200-N)의 접속 단말 개수가 임계개수를 초과하면, 새로운 드론 기지국(200-N)을 해당 재난 지역을 출동시켜, 재난 지역에서의 접속자 수용량을 증대시킨다.
한편, 기지국 관리 장치(400)는 복수의 드론 기지국(200-N)이 군집 비행(즉, 편대 비행) 중이면, 각 드론 기지국(200-N)의 위치정보를 토대로 드론 기지국(200-N)의 비행 위치를 원격으로 제어하여 드론 기지국(200-N) 간의 충돌을 방지할 수 있다. 또한, 기지국 관리 장치(400)는 편대 비행중인 각 드론 기지국(200-N)에 설정된 핸드오버 파라미터를 드론 기지국(200-N)별로 원격으로 설정할 수 있다. 상기 핸드오버 파라미터는 드론 기지국(200-N)에 핸드오버를 진행하는 이용되는 참조 데이터로서, 네이버 리스트, 핸드오버 임계값, TTL(Time-to-Trigger) 등을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국이 재난 지역에서 셀 커버리지를 형성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면 설명에서, 참조부호 200-1을 가지는 드론 기지국1(200-1)이 재난 지역으로 우선 출동되고, 드론 기지국1(200-1)의 임무를 대신하기 위하여 참조부호 200-2를 가지는 드론 기지국2(200-2)가 추후 재난 지역으로 출동되는 것으로 설명된다.
도 2를 참조하면, 도로 유실, 건물 붕괴 등과 같이 이동통신 인프라가 파괴된 재난 지역이 발생하면, 기지국 관리 장치(400)는 출동 지시 메시지를 하나 이상의 드론 기지국(200-N)으로 전송한다(S201). 도 2를 참조한 설명에서는 드론 기지국1(200-1)로 출동 지시 메시지가 전송되는 것으로 설명된다. 상기 출동 지시 메시지는 액세스 장치(300)를 통해서 드론 기지국1(200-1)으로 전송될 수 있으며, D2D 기능을 통해서 드론 기지국1(200-1)으로 다이렉트 전송될 수 있다. 상기 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국1(200-1)으로 출동 지시를 전송할 때, 재난 지역의 위치정보(즉, GPS 좌표)를 드론 기지국1(200-1)으로 전송할 수 있다.
그러면, 드론 기지국1(200-1)은 수신된 재난 지역의 위치정보를 토대로, 해당 재난 지역으로 비행하여 이동한다(S203). 이어서, 드론 기지국1(200-1)은 재난 지역으로 이동되면, 이 재난 지역의 일정 높이(예컨대, 20m ~ 30m)의 공중에 정지한다. 그리고 드론 기지국1(200-1)은 자체 탑재된 소형 기지국을 동작시켜 재난 지역에서 셀 커버리지를 형성하고, 백홀 통신 기능을 통해 액세스 장치(300)와 통신한다(S205).
이렇게 드론 기지국1(200-1)에 의해 셀 커버리지가 재난 지역에서 형성되면, 재난 지역에 위치한 이동통신단말(100)에서 발생하는 상향 데이터는, 드론 기지국(200-N), 액세스 장치(300)를 경유하여 백본망인 네트워크(500)로 전송되고, 이동통신단말(100)로 향하는 데이터는 네트워크(500), 액세스 장치(300) 및 드론 기지국(200-N)을 경유하여 이동통신단말(100)로 전송된다.
드론 기지국1(200-1)은 자신의 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수, 현 위치정보, 운영 파라미터 등을 확인하고, 상기 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수, 현 위치정보 및 운영 파라미터가 포함된 상태 정보를 기지국 관리 장치(400)로 일정 주기 간격으로 전송한다(S207). 상기 상태 정보는 액세스 장치(300) 및 네트워크(500)를 경유하여 기지국 관리 장치(400)로 전송된다.
상기 기지국 관리 장치(400)는 수신한 상태 정보를 분석하여, 드론 기지국1(200-1)의 상태를 모니터링한다(S209). 이때, 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국1(200-1)의 위치 변경이 필요하면, 드론 기지국1(200-1)로 새로운 위치정보(즉, GPS 좌표)를 전송하여, 드론 기지국1(200-1)을 원격으로 이동시킬 수 있다. 또한, 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국1(200-1)의 배터리 잔여량을 확인하고(S211), 드론 기지국1(200-1)의 배터리 잔여량이 사전에 설정된 임계값(예컨대, 20%) 이하이면, 배터리 잔여량 부족으로 인하여 드론 기지국1(200-1)이 더 이상 임무를 수행하지 못하는 것으로 인식하여, 드론 기지국1(200-1)의 임무를 교대하고자 하는 새로운 드론 기지국을 선정한다. 바람직하게, 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국 센터에서 대기중인 드론 기지국 중에서 배터리 충전이 완료된 드론 기지국을 임무 교대용 드론 기지국으로 선정할 있다. 도 2를 참조하면 설명에서는 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국2(200-2)를 선정하는 것으로 설명된다.
이어서, 기지국 관리 장치(400)는 재난 지역의 위치정보가 포함된 출동 지시 메시지를 상기 선정된 드론 기지국2(200-2)로 전송한다(S213).
그러면, 드론 기지국2(200-2)는 수신된 재난 지역의 위치정보를 토대로, 해당 재난 지역으로 비행하여 이동한다(S215). 이어서, 드론 기지국2(200-2)는 재난 지역으로 이동되면, 이 재난 지역의 일정 높이(예컨대, 20m ~ 30m)의 공중에 정지한다. 그리고 드론 기지국1(200-1)은 자체 탑재된 소형 기지국을 동작시켜 재난 지역에서 셀 커버리지를 형성하고, 백홀 통신 기능을 통해 액세스 장치(300)와 통신한다(S217). 상기 드론 기지국2(200-2)는 드론 기지국1(200-1)과 D2D 통신하여 자신의 위치정보를 드론 기지국1(200-1)으로 전송하고 드론 기지국1(200-1)의 위치 정보를 수신하여, 드론 기지국1(200-1)과 임계거리 이하로 가까워지는지 여부를 판별하여 임계거리 이하로 가까워지면 드론 기지국1(200-1)과 다른 방향으로 이동하여 드론 기지국1(200-1)과의 충돌을 예방할 수 있다.
드론 기지국2(200-2)에 의해 셀 커버리지가 재난 지역에서 형성되면, 드론 기지국2(200-2)는 현재의 위치정보, 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수 및 운영 파라미터가 포함된 상태 정보를 기지국 관리 장치(400)로 전송한다(S219).
기지국 관리 장치(400)는 수신한 상태 정보를 토대로 드론 기지국2(200-2)가 재난 지역에 위치하고 있음을 인지하고, 배터리 잔여량이 부족한 드론 기지국1(200-1)로 복귀 명령 메시지를 전송한다(S221). 이때, 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국2(200-2)에 탑재된 소형 기지국 식별정보 및 드론 기지국 센터의 위치정보(즉, 좌표정보)를 드론 기지국1(200-1)으로 전송할 수 있다.
그러면, 드론 기지국1(200-1)은 드론 기지국2(200-2)의 소형 기지국 식별정보를 토대로 타깃 기지국(즉, 드론 기지국2의 소형 기지국)를 식별하고, 드론 기지국2(200-2)의 소형 기지국으로 핸드오버를 지시하는 메시지를 자신에게 접속중인 모든 이동통신단말(100)로 전송함으로써, 이동통신단말(100)을 드론 기지국2(200-2)로 핸드오버시킨다(S223).
이어서, 드론 기지국1(200-1)은 기지국 센터로 이동 비행하여 착륙함으로써, 드론 기지국 센터로 복귀한다(S225). 상기 드론 기지국 센터로 복귀된 드론 기지국1(200-1)은 배터리 충전이 진행되어 재출동을 대기한다.
다른 실시예로서, 드론 기지국1(200-1)은 드론 기지국2(200-2)과 통신하여, 자체적으로 이동통신단말(100)의 핸드오버를 진행할 수 있다. 이 경우, 드론 기지국1(200-1)은 드론 기지국2(200-2)와 D2D 통신을 수행하여, 드론 기지국2(200-2)의 위치정보와 소형 기지국 식별정보를 획득하고, 드론 기지국2(200-2)이 근방에 위치하고 있는지 여부를 모니터링한다. 그리고 드론 기지국1(200-1)은 드론 기지국2(200-2)가 인접한 것으로 확인되면, 드론 기지국2(200-2)의 소형 기지국으로 핸드오버를 지시하는 메시지를 자신에게 접속중인 모든 이동통신단말(100)로 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 드론 기지국이 재난 지역에서 추가적으로 출동하여 접속자 수용량을 확대하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참조하면 설명에서, 드론 기지국1(200-1)이 재난 지역으로 우선 출동되고, 드론 기지국1(200-1)이 접속자 수용량을 증설하기 위하여 추후 재난 지역으로 출동되는 것으로 설명된다. 또한, 도 3을 참조한 설명에서 있어서, 도 2를 참조한 설명과 중복되는 부분은 압축하여 요약하기로 한다.
도 3을 참조하면, 기지국 관리 장치(400)는 재난 지역의 위치정보가 포함된 출동 지시 메시지를 드론 기지국1(200-1)으로 전송한다(S301).
그러면, 드론 기지국1(200-1)은 상기 재난 지역의 위치정보를 토대로, 해당 재난 지역으로 비행하여 이동한다(S303). 이어서, 드론 기지국1(200-1)은 재난 지역으로 이동되면, 이 재난 지역의 일정 상공에 정지한 후, 탑재된 소형 기지국을 동작시켜 재난 지역에서 제1셀 커버리지를 형성하고, 백홀 통신 기능을 통해서 액세스 장치(300)와 통신한다.
이어서, 드론 기지국1(200-1)은 자신의 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수, 현 위치정보, 운영 파라미터 등을 확인하고, 상기 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수, 현 위치정보 포함된 및 운영 파라미터가 포함된 상태 정보를 기지국 관리 장치(400)로 실시간 또는 일정 주기 간격으로 전송한다(S307).
상기 기지국 관리 장치(400)는 수신한 상태 정보를 분석하여, 드론 기지국1(200-1)의 상태를 모니터링한다(S309). 이어서, 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국1(200-1)에 접속중인 단말 개수가 임계개수를 초과하는지 여부를 확인하여 임계개수를 초과된 것으로 확인되면, 접속자 수용량을 증대시키기 위하여, 추가 출동되는 드론 기지국을 선정한다(S311). 도 3을 참조하면 설명에서는 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국2(200-2)를 선정하는 것으로 설명된다.
이어서, 기지국 관리 장치(400)는 재난 지역의 위치정보가 포함된 출동 지시 메시지를 상기 선정된 드론 기지국2(200-2)로 전송한다(S313).
그러면, 드론 기지국2(200-2)는 수신된 재난 지역의 위치정보를 토대로, 해당 재난 지역으로 비행하여 이동한다(S315). 이어서, 드론 기지국2(200-2)는 재난 지역으로 이동되면, 이 재난 지역의 상공에 정지한다. 그리고 드론 기지국2(200-2)는 자체 탑재된 소형 기지국을 동작시켜 재난 지역에서 제2셀 커버리지를 형성하고, 백홀 통신 기능을 동작시켜 액세스 장치(300)와 통신한다(S317). 상기 드론 기지국2(200-2)는 드론 기지국1(200-1)과 D2D 통신하여 자신의 위치정보를 드론 기지국1(200-1)으로 전송하고 드론 기지국1(200-1)의 위치 정보를 수신하여, 드론 기지국1(200-1)과 임계거리 이하로 가까워지는지 여부를 판별하여 임계거리 이하로 가까워지면 드론 기지국1(200-1)과 다른 방향으로 이동하여 드론 기지국1(200-1)과의 충돌을 예방할 수 있다. 드론 기지국2(200-2)에 의해 제2셀 커버리지가 재난 지역에서 형성되면, 드론 기지국1(200-1)과 드론 기지국2(200-2)가 재난 지역에서 편대 비행을 하게 되고, 재난 지역에서의 가입자 수용용량이 증설되어, 보다 많은 이동통신단말(100)이 통신 서비스를 이용할 수 있다.
다음으로, 드론 기지국2(200-2)는 현재의 위치정보, 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수 및 운영 파라미터가 포함된 상태 정보를 기지국 관리 장치(400)로 전송한다(S319).
기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국2(200-2)의 접속 단말 개수와 드론 기지국1(200-1)의 접속 단말 개수를 확인하여, 각 드론 기지국(200-N)의 단말 개수를 조정할 수도 있다. 부연하면, 드론 기지국2(200-2)가 재난 지역에서 제2셀 커버리지를 형성한 초기에는 드론 기지국2(200-2)에 접속중인 단말이 상대적으로 적고, 드론 기지국1(200-1)에 접속중인 단말 개수가 상대적으로 많다. 이에 따라, 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국1,2(200-1, 200-2)의 접속자 수 밸런싱을 수행하기 위하여, 드론 기지국1(200-1)에 접속중인 일부 이동통신단말(100)을 드론 기지국2(200-2)로 핸드오버 시키기 위해, 드론 기지국1(200-1)으로 일부 핸드오버 지시 메시지를 전송할 수도 있다. 이 경우, 드론 기지국1(200-1)은 자신에게 접속중인 일부 이동통신단말(100)로 핸드오버를 지시하는 메시지를 전송함으로써, 일부 이동통신단말(100)을 드론 기지국2(200-2)의 소형 기지국으로 핸드오버시킨다.
도 2 및 도 3을 참조한 설명에서, 하나의 드론 기지국이 먼저 재난 지역으로 충돌하는 것으로 설명하였지만, 복수의 드론 기지국이 재난 지역으로 동시적으로 편대 비행하면서 충돌하여, 재난 지역에서 복수의 드론 기지국(200-N)이 셀 커버리지를 형성할 수도 있다. 이 경우, 기지국 관리 장치(400)는 드론 기지국 간에 일정 거리 이격되는 목적지 좌표 정보를 각 드론 기지국(200-N)에 전송하여, 공중에 정지된 드론 기지국(200-N)의 충돌을 예방하고, 전체 셀 커버리지를 보다 확대할 수도 있다. 또한, 기지국 관리 장치(400)는 편대 비행중인 드론 기지국(200-N)의 기지국 식별정보가 서로 공유될 수 있도록, 이웃 기지국 식별정보가 기록된 네이버 리스트를 생성하고 이 네이버 리스트가 포함된 핸드오버 파라미터를 각각의 드론 기지국(200-N)에게 전송할 수도 있다.
또한, 편대 비행중인 드론 기지국들(200-N)은 서로 간에 D2D 통신을 수행하여, 위치정보를 공유하고, 이 공유된 위치정보를 토대로 임계거리 이하로 근접된 타 드론 기지국(200-N)이 존재하는지 여부를 판별하여 존재하면, 드론 기지국(200-N)은 상기 임계거리를 초과되어 이격되도록 자신의 비행 위치를 보정하여 서로 간의 충돌을 예방한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 기지국(200-N)은 GPS 수신기(210), 하나 이상의 프로펠러(220), 백홀 통신부(230), 저장부(240), 카메라(250), 소형 기지국(260) 및 제어부(270)를 포함하며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합을 통해서 구현될 수 있다.
상기 드론 기지국(200-N)은 하나 이상의 프로세서와 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 제어부(270)에서 드론 기지국(200-N)의 제어하기 위한 기능/알고리즘은, 상기 메모리에 저장되어, 상기 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행되는 프로그램 형태로 구현될 수 있다.
GPS 수신기(210)는 드론 기지국(200-N)의 위치에서 GPS(Global Positioning System) 신호를 획득하는 기능을 수행한다. 상기 GPS 수신기(210)에서 수신된 GPS 신호는 제어부(270)로 전달되고, 제어부(270)은 상기 수신된 GPS 신호를 분석하여, 드론 기지국(200-N)의 현재 위치(즉, GPS 좌표 정보)를 파악한다.
프로펠러(220)는 드론 기지국(200-N)의 공중으로 부양시키고 비행시키기 위한 비행수단으로서, 하나 이상이 드론 기지국(200-N)에 구비된다. 각 프로펠러(220)는 회전 속도와 방향이 제어부(270)에 의해 제어된다.
저장부(240)는 메모리 등과 같은 저장수단으로서, 핸드오버 파라미터, 주변 드론 기지국의 위치정보 등과 같은 각종 데이터를 저장하고, 드론 기지국(200-N)의 제어하기 위한 알고리즘과 명령어(또는 명령 세트) 등을 저장한다.
카메라(250)는 드론 기지국의 일면에 탑재되며, 드론 기지국(200-N) 주변의 영상을 촬영한다.
소형 기지국(260)은 셀 커버리지를 형성하는 기지국으로서, 드론 기지국(200-N)의 하부에 설치될 수 있다. 상기 소형 기지국(260)은 무선 신호를 송수신하기 위한 안테나를 구비하고 있다. 상기 소형 기지국(260)은 제어부(270)에 제어 따라 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 상기 소형 기지국(260)는 펨토셀을 형성하는 펨토 기지국이 이용될 수 있다.
백홀 통신부(230)는 TV 유휴대역(TVWS)에 할당된 저대역 주파수를 이용하여 액세스 장치(300)와 통신함으로써, 무선 백홀망을 액세스 장치(300)와 형성하는 기능을 수행한다.
상기 백홀 통신부(230)에서 수신된 데이터는 소형 기지국(260)을 통해서 송출되어 이동통신단말(100)로 전달될 수 있으며, 소형 기지국(260)에서 수신된 데이터는 백홀 통신부(230)를 통해서 액세스 장치(300)로 전달되어 네트워크(500)를 통해 지정된 목적지로 라우팅된다.
제어부(270)는 드론 기지국(200-N)의 구성요소를 제어하여, 드론 기지국(200-N)이 이동통신 서비스를 재난 지역에서 제공되게 하고, 더불어 드론 기지국(200-N)의 움직임을 제어한다.
상기 제어부(270)는 다수의 프로펠러(220)를 구동하여 드론 기지국(200-N)의 비행 상태와 움직임을 제어한다. 상기 제어부(270)는 프로펠러 회전속도를 프로펠러(220)별로 상이하게 제어하여, 원하는 장소로 드론 기지국(200-N)을 이동시킬 수 있다.
또한, 제어부(270)는 기지국 관리 장치(400)의 원격 조작에 대응하여, 프로펠러(220)의 움직임을 제어하여 드론 기지국(200-N)의 비행 방향을 제어할 수 있다. 게다가, 제어부(270)는 주변의 리모트 컨트롤러의 움직임 제어 신호에 따라, 프로펠러(220)의 움직임을 제어할 수도 있다.
또한, 제어부(270)는 백홀 통신부(230)를 통해 기지국 관리 장치(400)로부터 메시지를 수신하면, 이 메시지에 대응되는 기능을 수행한다. 구체적으로, 제어부(270)는 기지국 관리 장치(400)로부터 핸드오버 지시 메시지가 수신되면, 현재 소형 기지국(260)에 접속중인 일부 이동통신단말(100) 또는 전체 이동통신단말(100)을 타 드론 기지국(200-N)의 소형 기지국으로 핸드오버시킨다. 또한, 제어부(270)는 기지국 관리 장치(400)로부터 복귀 명령이 수신되면, 프로펠러(220)를 제어하여 드론 기지국(200-N)으로 드론 기지국 센터로 복귀시킨다.
제어부(270)는 백홀 통신부(230)로부터 데이터가 수신되면, 이 데이터를 소형 기지국(260)을 통하여 이동통신단말(100)로 전송한다. 또한, 제어부(270)는 재난 지역에 위치한 이동통신단말(100)의 데이터가 소형 기지국(260)을 통해 수신되면, 이 데이터를 백홀 통신부(230)를 통하여 액세스 장치(300)로 무선 전송하여, 해당 데이터가 네트워크(500)를 통해 지정된 목적지로 라우팅되게 한다.
제어부(270)는 GPS 수신기(210)를 통해서 드론 기지국(200-N)의 위치정보를 수집하고, 현재 배터리 잔여량을 확인하고, 소형 기지국(260)에 접속중인 이동통신단말 개수를 확인하여, 상기 위치정보, 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수 및 드론 기지국의 운영 파라미터가 포함된 상태 정보를 기지국 관리 장치(400)로 주기적으로 전송한다. 또한, 제어부(270)는 카메라(250)를 통해 촬영된 주변 영상을 기지국 관리 장치(400)로 전송할 수도 있다. 상기 제어부(270)는 기지국 관리 장치(400)와 통신할 때, 백홀 통신부(230)를 이용하여 통신할 수 있다.
또한, 제어부(270)는 D2D 통신을 통해서, 자신의 위치정보를 타 드론 기지국(200-N)에게 제공하고, 타 드론 기지국(200-N)의 위치정보를 획득한 후, 타 드론 기지국(200-N)의 위치정보와 자신의 위치정보를 비교함으로써, 비행시 타 드론 기지국(200-N)과 충돌이 방지될 수 있도록 드론 기지국(200-N)의 비행 방향을 제어한다. 제어부(270)는 D2D 통신 모듈(도면에 도시되지 않음)이 이용하여 타 드론 기지국(200-N)과 D2D 통신을 수행할 수 있으며, 다른 실시형태로서 소형 기지국(260)의 통신 기능을 이용하여 타 드론 기지국(200-N)과 D2D 통신을 수행할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 드론 기지국이 재난 지역에서 출동된 후에 복귀되는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 드론 기지국(200-N)은 드론 기지국 센터에서 대기중에 있는 상태에서, 재난 지역의 위치정보가 포함된 출동 지시 메시지를 기지국 관리 장치(400)로부터 수신한다(S501). 기지국 관리 장치(400)에서 발송된 출동 지시 메시지는, 네트워크(500)와 액세스 장치(300)를 경유되어 드론 기지국(200-N)의 백홀 통신부(230)에서 수신될 수 있다. 또한, 기지국 관리 장치(400)에서 발송된 출동 지시 메시지는, 기지국 관리 장치(400)와 드론 기지국(200-N)의 D2D 통신을 통해서, 드론 기지국(200-N)에서 다이렉트로 수신할 수 있다.
다음으로, 드론 기지국(200-N)의 제어부(270)는 출동 지시 메시지에 포함된 위치정보를 확인한 후, 하나 이상의 프로펠러(220)를 가동하고, 프로펠러(220)의 움직임을 제어하여 재난 지역으로 드론 기지국(200-N)을 공중 이동시킨다(S503). 이때, 드론 기지국(200-N)의 제어부(270)는 각 프로펠러(220)의 회전속도를 제어함으로써, 드론 기지국(200-N)의 비행 방향을 제어할 수 있으며, 더불어 GPS 수신기(210)를 통해서 드론 기지국(200-N)의 위치정보를 지속적으로 확인하고, 이 확인된 위치정보와 상기 재난 지역의 위치정보를 비교함으로써, 재난 지역 방향으로 드론 기지국(200-N)이 이동되도록 프로펠러(220)의 움직임을 자동적으로 제어할 수 있다. 또한, 드론 기지국(200-N)은 기지국 관리 장치(400) 또는 리모트 컨트롤러로부터 이동 신호를 원격으로 수신할 수 있으면, 이 경우 제어부(270)는 상기 이동 신호에 근거하여 프로펠러(220)의 움직임을 제어하여, 드론 기지국(200-N)을 재난 지역으로 이동시킬 수도 있다.
제어부(270)는 GPS 수신기(210)를 통해서 획득한 드론 기지국(200-N)의 위치정보와 재난 지역의 위치정보와 일치하면, 드론 기지국이 현 위치(즉, 재난 지역의 위치)에서 일정 높이(예컨대, 20m ~ 30m)의 공중에 정지되도록, 각 프로펠러(220)의 움직임을 제어한다(S505).
다음으로, 제어부(270)는 소형 기지국(260)을 가동시켜, 재난 지역에서 셀 커버리지를 형성시키고, 재난 지역에서의 이동통신 서비스를 이동통신단말(100)로 제공한다(S507, S509). 이렇게 드론 기지국(200-N)에 의해 셀 커버리지가 재난 지역에서 형성되면, 재난 지역에 위치한 이동통신단말(100)에서 발생하는 상향 데이터는, 드론 기지국(200-N)의 소형 기지국(260), 백홀 통신부(230) 및 액세스 장치(300)를 경유하여 백본망인 네트워크(500)로 전송되고, 이동통신단말(100)로 향하는 데이터는 네트워크(500), 액세스 장치(300), 드론 기지국(200-N)의 백홀 통신부(230) 및 소형 기지국(260)을 경유하여 이동통신단말(100)로 전송된다.
이어서, 제어부(270)는 드론 기지국(200-N)의 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수, 현 위치정보 등을 일정 간격으로 수집하고, 상기 배터리 잔여량, 접속중인 단말 개수 및 현 위치정보 포함된 상태 정보를 기지국 관리 장치(400)로 전송한다(S511).
셀 커버리지를 형성중인 드론 기지국(200-N)의 배터리 잔여량이 부족하면, 제어부(270)는 임무 교대된 타 드론 기지국의 식별정보(즉, 소형 기지국 식별정보) 및 드론 기지국 센터의 위치정보가 포함된 복귀 명령 메시지를 기지국 관리 장치(400)로부터 수신할 수 있다(S513). 그러면, 제어부(270)는 상기 기지국 식별정보를 가지는 타 드론 기지국이 접근하는지 여부를 드론 기지국 간의 D2D 통신을 통해서 모니터링한다. 이어서, 제어부(270)는 상기 타 드론 기지국이 재난 지역에 진입한 것으로 인식되면, 이 타 드론 기지국의 소형 기지국을 타깃 기지국으로 설정하여, 이 타 드론 기지국의 소형 기지국으로 핸드오버를 지시하는 메시지를 자신이 제어하는 소형 기지국(260)에 접속된 모든 이동통신단말(100)에서 전송하여, 임무 교대된 타 드론 기지국의 소형 기지국으로 이동통신단말을 핸드오버시킨다(S515).
제어부(270)는 드론 기지국(200-N)의 소형 기지국(260)에 접속된 이동통신단말(100)이 타 드론 기지국의 소형 기지국으로 핸드오버되면, 프로펠러(220)의 움직임을 제어하여 드론 기지국 센터로 복귀한다(S517). 상기 드론 기지국 센터로 복귀된 드론 기지국(200-N)은 배터리 충전이 실행되고, 관리자에 의해서 점검을 받을 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기지국 관리 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 관리 장치(400)는 송수신부(410), 상태 확인부(420), 기지국 관리부(430) 및 데이터베이스(440)를 포함하며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합을 통해서 구현될 수 있다.
또한, 기지국 관리 장치(400)는 하나 이상의 프로세서와 메모리를 포함할 수 있으며, 상태 확인부(420)와 기지국 관리부(430)는 상기 메모리에 저장되어, 상기 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행되는 프로그램 형태로 구현될 수 있다.
송수신부(410)는 유선 또는 무선 통신 모듈을 이용하여, 네트워크(500)를 통신 선로를 형성하고, 이 통신 선로를 이용하여 드론 기지국(200-N) 및 또 다른 네트워크 장치와 통신하는 기능을 수행한다. 또한, 송수신부(410)는 D2D 통신을 통하여 드론 기지국(200-N)과 다이렉트 통신할 수도 있다.
데이터베이스(440)는 디스크 장치, 스토리지와 같은 저장수단으로서, 드론 기지국(200-N)으로부터 수신된 상태 정보를 축적하고 저장한다. 또한, 데이터베이스(440)는 드론 기지국(200-N)으로부터 수신한 영상 데이터를 저장한다.
상태 확인부(420)는 각 드론 기지국(200-N)으로부터 수신한 상태 정보를 분석하여, 각 드론 기지국(200-N)의 배터리 잔여량, 위치정보, 접속중인 단말 개수, 운영 파라미터 등을 확인하는 기능을 수행한다. 상기 상태 확인부(420)는 드론 기지국(200-N)별 상태정보(즉, 배터리 잔여량, 위치정보, 접속중인 단말 개수 등)을 모니터에 출력하여, 관리자로 하여금 각 드론 기지국의 상태를 확인할 수 있게 한다.
특히, 상태 확인부(420)는 재난 지역에서 임무를 수행중인(즉, 셀 커버리지를 형성중인), 특정 드론 기지국(200-N)의 배터리 잔여량이 임계값 이하인 것으로 확인되면, 기지국 관리부(430)로 상기 특정 드론 기지국(200-N)의 교체를 요청한다. 또한, 상태 확인부(420)는 재난 지역에서 임무를 수행중인 드론 기지국(200-N)의 접속 단말 개수가 임계개수를 초과하면, 추가 드론 기지국(200-N)의 출동을 기지국 관리부(430)로 요청할 수 있다.
기지국 관리부(430)는 드론 기지국(200-N)의 비행 움직임, 출동 여부 등과 같이 각 드론 기지국(200-N)의 제어하고 관리한다. 기지국 관리부(430)는 하나 이상의 드론 기지국(200-N)을 재난 지역으로 출동시킬 수 있으며, 재난 지역에서 기지국으로 임무를 수행중인 특정 드론 기지국(200-N)의 복귀를 지시할 수도 있다. 또한, 기지국 관리부(430)는 각 드론 기지국(200-N)의 핸드오버 파라미터 또는 운영 파라미터를 원격으로 설정하거나 변경할 수 있다.
특히, 기지국 관리부(430)는 상태 확인부(420)로부터 드론 기지국 교체를 요청받으면, 드론 기지국 센터에 대기중인 새로운 드론 기지국(200-N)으로 출동 지시 메시지를 전송하여, 상기 새로운 드론 기지국(200-N)을 재난 지역으로 출동시킨다. 또한, 기지국 관리부(430)는 새로운 드론 기지국(200-N)이 재난 지역으로 비행 완료하면, 배터리 잔여량이 임계값 이하인 드론 기지국(200-N)으로 복귀 명령 메시지를 전송하여, 해당 드론 기지국(200-N)을 드론 기지국 센터로 복귀시킨다.
또한, 기지국 관리부(430)는 상태 확인부(420)로부터 드론 기지국의 추가 충돌을 요청받으면, 드론 기지국 센터에 대기중인 새로운 드론 기지국(200-N)으로 출동 지시 메시지를 전송하여, 상기 새로운 드론 기지국(200-N)을 재난 지역으로 추가적으로 출동시킨다.
상기 기지국 관리부(430)는 재난 지역으로의 출동 지시 메시지를 복수의 드론 기지국(200-N) 각각으로 전송하여, 복수의 드론 기지국(200-N)이 편대 비행하여 재난 지역으로 출동되도록 드론 기지국(200-N)을 제어할 수 있다. 기지국 관리부(430)는 복수의 드론 기지국(200-N)이 편대 비행하는 경우, 각각의 이웃 기지국 식별정보가 기록된 네이버 리스트를 생성하고, 이 네이버 리스트가 포함된 핸드오버 파라미터를 편대 비행중인 각각의 드론 기지국(200-N)에게 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기지국 관리 장치에서 드론 기지국을 관리하고 제어하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 도로 유실, 건물 붕괴 등과 같이 이동통신 인프라가 파괴된 재난 지역이 발생하면, 기지국 관리부(430)는 송수신부(410)를 통해 재난 지역의 위치정보가 포함된 출동 지시 메시지를, 드론 기지국 센터에 대기중인 하나 이상의 드론 기지국(200-N)으로 전송한다(S701). 이때, 기지국 관리부(430)는 관리자의 조작에 근거하여 출동시키고자 하는 드론 기지국의 개수를 설정할 수 있으며, 재난 지역의 범위에 비례하여 자체적으로 출동시키고자 하는 드론 기지국의 개수를 설정할 수 있다.
기지국 관리부(430)는 출동 대상 드론 기지국(200-N)이 복수이고, 이 복수의 드론 기지국(200-N)이 편대 비행하여 재난 지역으로 비행하는 경우, 타 드론 기지국(200-N)의 소형 기지국 식별정보가 기록된 네이버 리스트를 작성하여, 이 네이버 리스트가 포함된 핸드오버 파라미터를 편대 비행중인 드론 기지국(200-N)으로 전송하여, 각 드론 기지국(200-N)의 핸드오버 파라미터를 원격으로 설정할 수 있다. 또한, 기지국 관리부(430)는 출동 대상 드론 기지국(200-N)이 복수인 경우, 각 드론 기지국(200-N)의 소형 기지국에서 형성하는 셀 커버리지가 중첩되는 것이 예방되고 보다 넓은 셀 커버리지를 재난 지역에 형성시키기 위해, 서로 간에 일정 거리 이격되도록 서로 상이한 재난 지역 위치정보(즉, 목적지 좌표 정보)를 설정하여, 각각의 드론 기지국(200-N)으로 전송할 수 있다. 이에 따라 복수의 드론 기지국(200-N)이 재난 지역에 위치하는 경우, 재난 지역에 형성되는 전체 셀 커버리지가 더욱 확대될 수 있다.
하나 이상의 드론 기지국(200-N)이 재난 지역으로 이동 완료하여 셀 커버리지를 형성하는 경우, 송수신부(410)는 각 드론 기지국(200-N)으로부터 상태 정보를 주기적으로 수신한다(S703).
그러면, 상태 확인부(420)는 수신한 상태 정보를 분석하여 드론 기지국(200-N)별 현재 상태, 즉 배터리 잔여량, 현재 위치, 접속중인 단말 개수 등을 모니터링한다(S705).
이어서, 상태 확인부(420)는 모니터링된 각 드론 기지국(200-N)의 현재 상태를 토대로, 특정 드론 기지국(200-N)의 배터리 잔여량이 임계값 미만인지 여부를 판별하여, 임계값 미만이면 상기 특정 드론 기지국(200-N)의 교체가 필요한 것으로 판단하여, 기지국 관리부(430)로 드론 기지국(200-N)의 교체를 요청한다(S707). 이때, 상태 확인부(420)는 배터리 잔여량이 임계값 미만인 드론 기지국(200-N)의 식별정보와 위치정보를 기지국 관리부(430)로 전달한다.
그러면, 기지국 관리부(430)는 드론 기지국 센터에 대기중인 새로운 드론 기지국(200-N)으로 출동 지시 메시지를 전송하여, 상기 새로운 드론 기지국(200-N)으로 상기 재난 지역으로 출동시킨다(S709). 이때, 기지국 관리부(430)는 상태 확인부(420)로부터 전달받은 기존 드론 기지국(200-N)의 위치정보를 확인하고, 이 위치정보와 일정 거리 이격되거나 동일한 위치정보를 새로운 드론 기지국(200-N)으로 제공하여, 새로운 드론 기지국(200-N)을 상기 기 출동된 드론 기지국(200-N)의 근방에 공중 정지하게 한다.
또한, 기지국 관리부(430)는 새로운 드론 기지국(200-N)이 재난 지역으로 이동 완료하면, 배터리 잔여량이 임계값 미만인 기존 드론 기지국(200-N)으로 복귀 명령 메시지를 전송하여, 해당 드론 기지국(200-N)을 드론 기지국 센터로 복귀시킨다(S711). 이때, 기지국 관리부(430)는 상기 새로운 드론 기지국(200-N)에 탑재된 소형 기지국 식별정보를 확인하고, 이 소형 기지국 식별정보를 상기 기존 드론 기지국(200-N)으로 전송함으로써, 상기 기존 드론 기지국(200-N)의 소형 기지국에 접속중인 모든 이동통신단말(100)을 상기 새로운 드론 기지국(200-N)의 소형 기지국으로 핸드오버시킨다.
한편, S707 단계에서, 재난 지역에서 임무를 수행중인 모든 드론 기지국(200-N)의 배터리 잔여량이 임계값을 초과하면, 접속 단말 개수가 임계개수를 초과하는 드론 기지국(200-N)이 존재하는지 여부를 확인하여(S713), 접속 단말 개수가 임계개수를 초과하는 드론 기지국(200-N)이 존재하면 기지국 증설이 필요한 것으로 판단하여, 기지국 관리부(430)로 드론 기지국(200-N)의 증설을 요청한다(S713). 이때, 상태 확인부(420)는 접속 단말 개수가 임계개수를 초과하는 드론 기지국(200-N)의 식별정보와 현재 위치정보를 기지국 관리부(430)로 전달한다.
그러면, 기지국 관리부(430)는 상태 확인부(420)로부터 드론 기지국의 증설을 요청받으면, 드론 기지국 센터에 대기중인 새로운 드론 기지국(200-N)으로 출동 지시 메시지를 전송하여, 상기 새로운 드론 기지국(200-N)을 재난 지역으로 추가적으로 출동시킨다(S715). 이때, 기지국 관리부(430)는 상기 상태 확인부(420)로부터 전달받은 기 출동된 드론 기지국(200-N)의 위치정보를 확인하고, 이 위치정보와 일정 거리 이격되거나 동일한 위치정보를 상기 새로운 드론 기지국(200-N)으로 제공하여, 새로운 드론 기지국(200-N)을 상기 기 출동된 드론 기지국(200-N)의 근방에 공중 정지하게 한다.
도 7에 따른 절차는 1 사이클을 따른 나타나는 것으로서, 기지국 관리 장치(400)는 재난 지역에 출동한 각 드론 기지국(200-N)으로 상태 정보를 계속적으로 수신하고 이 상태정보를 분석하는 S703 단계 이후를 계속적으로 진행할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서, 드론 기지국(200-N)이 재난 지역으로 출동하여 셀 커버리지를 형성하는 것으로서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 전파가 미치지 않은 음영 지역, 일시적인 기지국 증설 필요 지역, 해양 등과 같은 장소에 드론 기지국(200-N)이 출동하여 공중에서 셀 커버리지를 형성할 수 있음을 분명히 해 둔다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 이동통신단말 200 : 드론 기지국
210 : GPS 수신기 220 : 프로펠러
230 : 백홀 통신부 240 : 저장부
250 : 카메라 260 : 소형 기지국
270 : 제어부 300 : 액세스 장치
400 : 기지국 관리 장치 410 : 송수신부
420 : 상태 확인부 430 : 기지국 관리부
440 : 데이터베이스 500 : 네트워크

Claims (19)

  1. 지정된 지역에서 공중에 비행하며, 셀 커버리지를 형성하는 드론 기지국으로서,
    하나 이상의 프로펠러;
    무선 백홀망을 형성하는 액세스 장치와 무선 통신하는 백홀 통신부;
    셀 커버리지를 형성하는 소형 기지국; 및
    상기 프로펠러의 움직임을 제어하여 지정된 지역에 드론 기지국을 공중 이동시키고, 상기 소형 기지국을 통해서 상기 지역에서 셀 커버리지를 형성하여, 상기 셀 커버리지에 위치하는 이동통신단말에서 발생된 데이터를 상기 소형 기지국을 통해서 수신하고, 상기 수신한 데이터를 상기 백홀 통신부를 통해 상기 액세스 장치로 전송하는 제어부;를 포함하는 드론 기지국.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 드론 기지국의 배터리 잔여량, 상기 드론 기지국의 위치 정보, 접속중인 단말 정보 중에서 하나 이상을 수집하여 기지국 관리 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 드론 기지국.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    주변의 타 드론 기지국으로부터 상기 타 드론 기지국의 위치정보를 수신하여, 이 위치정보와 자신의 위치정보를 비교하여 충돌 가능성을 판별하여, 충돌이 예상되는 경우에 상기 하나 이상의 프로펠러를 제어하여 상기 드론 기지국의 비행 위치를 변경시키는 것을 특징으로 하는 드론 기지국.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기지국 관리 장치로부터 핸드오버 파라미터를 수신하여 적용하는 것을 특징으로 하는 드론 기지국.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 드론 기지국과 임무가 교대되는 타 드론 기지국이 상기 지역에 위치하면, 상기 소형 기지국에 접속중인 이동통신단말을 상기 타 드론 기지국의 소형 기지국으로 핸드오버시키는 것을 특징으로 하는 드론 기지국.
  6. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타 드론 기지국의 소형 기지국으로 핸드오버가 완료되면, 드론 기지국 센터로 복귀하는 것을 특징으로 하는 드론 기지국.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 백홀 통신부는,
    저주파 대역의 주파수를 이용하여 상기 액세스 장치와 통신하는 것을 특징으로 하는 드론 기지국.
  8. 시스템에서 소형 기지국이 탑재된 하나 이상의 드론 기지국을 관리하는 방법으로서,
    하나 이상의 드론 기지국을 제어하여 상기 하나 이상의 드론 기지국을 지정된 지역에 공중 이동시켜, 상기 지역에서 하나 이상의 드론 기지국의 소형 기지국을 통해서 셀 커버리지를 형성시키는 단계;
    드론 기지국으로부터 상태 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신한 상태 정보를 분석하여, 드론 기지국의 교체 필요성을 판별하는 단계; 및
    판별 결과 드론 기지국의 교체가 필요한 경우, 타 드론 기지국을 상기 지정된 지역으로 공중 이동시켜, 상기 타 드론 기지국과 교체가 요구되는 드론 기지국의 임무를 교대시키는 단계;를 포함하는 기지국 관리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 임무를 교대시키는 단계는,
    상기 타 드론 기지국에 탑재된 소형 기지국을 통해서 셀 커버리지를 형성시키는 단계; 및
    상기 교체 요구되는 드론 기지국의 소형 기지국에 접속중인 이동통신단말을 상기 타 드론 기지국의 소형 기지국으로 핸드오버시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 핸드오버시키는 단계 이후에,
    상기 교체 요구되는 드론 기지국을 드론 기지국 센터로 복귀시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교체 필요성을 판별하는 단계는,
    상기 상태 정보를 분석하여 드론 기지국의 배터리 잔여량이 임계값 미만인지 여부를 확인하여 임계값 미만인 경우에 드론 기지국의 교체가 필요한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신한 상태 정보를 분석하여, 드론 기지국 증설이 필요한지 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 확인 결과 드론 기지국 증설이 필요한 경우 새로운 드론 기지국을 상기 지정된 지역으로 공중 이동시켜 상기 새로운 드론 기지국에 탑재된 소형 기지국을 통해 추가적인 셀 커버리지를 형성시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 드론 기지국 증설이 필요한지 여부를 확인하는 단계는,
    상기 상태 정보를 분석하여 드론 기지국의 소형 기지국에 접속중인 이동통신단말 개수가 임계개수를 이상인지 여부를 확인하여 임계개수 이상인 경우에 드론 기지국의 증설이 필요한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 방법.
  14. 소형 기지국이 탑재된 하나 이상의 드론 기지국을 관리하는 장치로서,
    하나 이상의 드론 기지국을 제어하여 상기 하나 이상의 드론 기지국을 지정된 지역에 공중 이동시켜, 이 지정된 지역에서 하나 이상의 드론 기지국의 소형 기지국을 통해서 셀 커버리지를 형성시키는 기지국 관리부; 및
    상기 하나 이상의 드론 기지국으로부터 수신한 상태 정보를 분석하는 각 드론 기지국의 상태를 모니터링하는 상태 확인부;를 포함하고,
    상기 기지국 관리부는,
    상기 상태 확인부에서 확인된 드론 기지국의 상태를 토대로, 각 드론 기지국을 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기지국 관리부는,
    드론 기지국의 교체가 필요 여부를 확인하여 드론 기지국 교체가 필요한 경우, 타 드론 기지국을 상기 지정된 지역으로 공중 이동시켜, 상기 타 드론 기지국과 교체가 요구되는 드론 기지국의 임무를 교대시키는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기지국 관리부는,
    상기 타 드론 기지국에 탑재된 소형 기지국을 통해서 셀 커버리지를 형성시키고, 상기 교체가 요구되는 드론 기지국의 소형 기지국에 접속중인 이동통신단말을 상기 타 드론 기지국의 소형 기지국으로 핸드오버시키는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기지국 관리부는,
    상기 지역에서 셀 커버리지를 형성중인 드론 기지국 중에서 배터리 잔여량이 임계값 미만인 드론 기지국이 존재하면, 이 드론 기지국을 교체가 필요한 기지국인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 기지국 관리부는,
    상기 지역에 드론 기지국 증설이 필요한지 여부를 판별하여 증설이 필요한 경우, 새로운 드론 기지국을 상기 지정된 지역으로 공중 이동시켜 상기 새로운 드론 기지국에 탑재된 소형 기지국을 통해 추가적인 셀 커버리지를 형성시키는 것을 특징으로 하는 기지국 관리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기지국 관리부는,
    상기 지역에서 셀 커버리지를 형성중인 드론 기지국 중에서 접속 단말 개수가 임계개수를 초과하는 드론 기지국이 존재하면, 드론 기지국의 증설이 필요한 것으로 판별하는 것을 특징으로 기지국 관리 장치.
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