KR20180104488A - 다중홉 무선메쉬망을 기반으로 한 다수의 무인기 비행 제어방법 - Google Patents

다중홉 무선메쉬망을 기반으로 한 다수의 무인기 비행 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중홉 무선 메쉬망 기반의 통신 방식을 이용하여 다수의 무인기의 비행을 지상 관제소에서 효율적으로 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 복수의 통신모듈들을 이용하여, 지상관제시스템이 복수의 무인기들 각각에 대한 무선통신 가능 여부를 확인하는 단계, 상기 무인기들 중 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신 가능한 거리를 벗어나는 경우, 상기 무인기들 중 상기 통신모듈과 무선 통신 가능한 다른 하나의 무인기가 상기 어느 하나의 무인기와 애드-혹 연결을 수행하는 단계 및 상기 지상관제시스템이 상기 다른 하나의 무인기를 통해, 상기 어느 하나의 무인기에 제어명령을 송신하는 단계를 포함하는 다수의 무인기 제어방법을 제공한다. 본 발명을 통해 무인기를 제어함에 따라 동시에 운용 가능한 무인기의 운용 기수 제한을 극복할 수 있으며 또한, 물리적 제어 가능 범위를 증가시킬 수 있다. 이는 다양해지는 응용의 요구조건들을 충족시킬 수 있도록 하며, 반대로 응용의 다양성을 증가시킬 수 있다.

Description

다중홉 무선메쉬망을 기반으로 한 다수의 무인기 비행 제어방법{METHOD FOR CONTROLING MULTIPLE UAV BASED ON MULTI-HOP WIRELESS MESH NETWORK}
본 발명은 다중홉 무선 메쉬망 기반의 통신 방식을 이용하여 다수의 무인기의 비행을 지상 관제소에서 효율적으로 제어하는 방법에 관한 것이다.
다양해지는 IoT(Internet of Things)의 응용, 취미생활 등의 수요로 인해 무인기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 수요의 증가 속에서, 무인기를 제어하는 기술에 대한 연구도 꾸준히 진행되고 있고, 지금 상용화 되고 있는 기반 기술로는 제어기와 무인기의 일대일 통신을 통해 무인기를 제어하고 있다. 위의 방식은 비 면허 대역(ISM band)을 이용하며 제조사에 따라 다양한 규약(Protocol)을 만들어 제공하고 있다.
이러한 종래의 무인기 제어 체계는 한정된 비 면허 대역을 효율적으로 활용하기 위해 다양한 주파수 사용 방식을 사용하고 있고, 그중 대표적으로는 주파수 도약(Frequency hopping) 방식을 이용하고 있다. 주파수 도약 방식은 한정된 주파수 자원 내에서 통신을 요하는 단말끼리 정해진 순서대로 주파수를 옮겨가며 통신하는 방식으로서 다수의 사용자들이 주파수를 효율적으로 사용하기 위한 방식으로 고안되었다.
따라서 무인기를 제어하는 제어기와 무인기 쌍의 수가 증가함에 따라 확률적으로 주파수의 겹침 현상이 발생하게 된다. 주파수 겹침 현상은 무인기 제어에 영향을 주며, 제어를 상실한 무인기는 여러 위험한 상황을 발생시킬 수 있다. 실제로, 무인기 시장을 선도하고 있는 중국, 미국의 회사들은 다수의 무인기를 동시에 조종하지 않도록 권고하고 있는 상황이다.
이러한 상황에서, 다수의 무인기를 동시에 제어하는 제어 방식들이 제시되고 있다. 하지만, 제시되고 있는 방식은, 무인기 대수의 한계가 있거나, 일대일 통신을 위해 무인기의 물리적 제어 범위가 한정적인 상황이다. 즉, 제어 가능한 무인기 대수의 한계를 극복하고, 물리적 제어 범위를 급진적으로 확장시키는 데에는 어려운 점이 있었다.
본 발명은 다수의 무인기를 제어함에 있어서, 어느 무인기가 통신모듈과 무선통신이 불가능한 상황이 되었을 때, 무선통신 불가능한 무인기를 제어할 수 있는 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수의 무인기들 간의 무선통신을 통해, 다수의 무인기들을 제어한다.
구체적인 실시 예에 있어서, 본 발명은 복수의 통신모듈들을 이용하여, 지상관제시스템이 복수의 무인기들 각각에 대한 무선통신 가능 여부를 확인하는 단계, 상기 무인기들 중 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신 가능한 거리를 벗어나는 경우, 상기 무인기들 중 상기 통신모듈과 무선 통신 가능한 다른 하나의 무인기가 상기 어느 하나의 무인기와 애드-혹 연결을 수행하는 단계 및 상기 지상관제시스템이 상기 다른 하나의 무인기를 통해, 상기 어느 하나의 무인기에 제어명령을 송신하는 단계를 포함하는 다수의 무인기 제어방법을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선 통신 가능한 거리를 벗어나는 경우, 상기 지상관제시스템이 상기 다른 하나의 무인기를 상기 어느 하나의 무인기와 무선통신 가능한 거리로 이동시키는 단계 및 상기 다른 하나의 무인기가 상기 어느 하나의 무인기와 무선 통신 가능한 거리로 이동한 후, 상기 어느 하나의 무인기와 상기 다른 하나의 무인기가 애드-혹 연결을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신 가능한 거리를 벗어난 상태에서, 상기 어느 하나의 무인기와 애드-혹 연결을 수행할 수 있는 상기 다른 하나의 무인기가 존재하지 않는 경우, 상기 어느 하나의 무인기가 기설정된 지점으로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선 통신 가능한 거리를 벗어난 후, 상기 어느 하나의 무인기가 시간 카운트를 시작하는 단계 및 기설정된 시간이 경과한 후에도 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들 또는 상기 다른 하나의 무인기와 무선통신을 할 수 없는 경우, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 기설정된 지점으로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신이 가능한 경우, 상기 어느 하나의 무인기가 일정한 시간 간격으로 상기 어느 하나의 무인기의 위치 정보를 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 기설정된 지점은 상기 저장된 위치정보에 대응하는 위치일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기설정된 지점이 복수 개인 경우, 상기 어느 하나의 무인기는 상기 복수의 지점들 중 상기 어느 하나의 무인기의 현재 위치와 가장 가까운 위치로 이동할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 통신모듈들 및 상기 지상관제시스템은 서로 애드-혹 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통해 무인기를 제어함에 따라 동시에 운용 가능한 무인기의 운용 기수 제한을 극복할 수 있으며 또한, 물리적 제어 가능 범위를 증가시킬 수 있다. 이는 다양해지는 응용의 요구조건들을 충족시킬 수 있도록 하며, 반대로 응용의 다양성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 지상관제시스템과 무인기 간 제어정보와 상태정보를 교환함에 있어 각 주체에서 생성하는 정보의 유통 흐름도이다.
도 2는 무인기 상태 정보를 업데이트하기 위한 TCP 패킷의 구성도이다.
도 3은 무인기 제어 정보를 전송하기 위한 TCP 패킷의 구성도이다.
도 4는 관제시스템에서 무인기를 제어함에 있어 무인기가 물리적 통신연결범위 밖에 위치할 경우 추가 무인기를 통해 관제시스템과 무인기들 간 연결성을 확보하고 제어하는 순서도이다.
도 5는 무인기에서 관제시스템으로부터 제어정보를 정상적으로 수신하는 경우와 그렇지 못한 경우의 행동방식에 대한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다수의 무인기를 제어하는 경우, 일부 무인기가 제어 수단과 물리적으로 무선통신이 불가능한 상황이 발생될 수 있다. 예를 들어, 무인기와 통신 모듈과의 무선 통신을 통해 무인기를 제어하는 도중, 무인기가 통신 모듈로부터 일정거리 이상 멀어지는 경우, 무인기와의 무선 통신이 불가능한 상황이 발생 될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제가 발생 되었을 때, 무인기를 제어할 수 있는 제어 방법을 제공한다.
먼저, 복수의 무인기들을 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
무인기는 지상관제 시스템으로부터 송신된 제어명령에 의하여 제어된다. 상기 지상관제 시스템은 복수의 통신모듈들을 이용하여 무인기에 제어명령을 송신한다. 또한, 무인기는 주기적으로 지상관제 시스템에 상태정보를 송신한다.
구체적으로, 무인기와 통신모듈들 사이에 무선통신을 위한 연결을 확립하는 단계가 진행된다. 도 1을 참조하면, 통신 모듈은 무선 통신을 통해 제어명령을 무인기로 송신하고, 무인기로부터 송신된 무인기 상태정보를 수신한다.
여기서, 무인기와 무선통신 가능한 복수의 통신모듈들은 서로 애드-혹 연결을 수행할 수 있다. 이를 통해, 지상관제 시스템은 복수의 통신모듈들 중 무인기와 무선통신 가능한 통신모듈을 선택적으로 활용하여 무인기에 제어명령을 송신할 수 있게 된다. 또한, 무인기는 통신모듈들을 선택적으로 이용하여 지상관제 시스템에 무인기의 상태정보를 송신할 수 있게 된다.
이때, 현재 운용되고 있는 무인기에 ID가 부여될 수 있으며, 무인기별 ID는 통신모듈들 및 지상관제 시스템에 저장된다. 지상관제 시스템으로부터 송신되는 제어 명령 및 무인기로부터 송신되는 상태정보에는 무인기의 ID가 포함되어 있을 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 무인기로부터 송신된 상태정보는 무인기의 ID 및 상태정보를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 지상관제 시스템에서 송신되는 제어명령은 제어하고자 하는 무인기의 ID 및 Control 정보를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 1 내지 3에서 설명한 방식에 따라, 지상관제 시스템은 주기적으로 무인기로부터 상태정보를 수신하고, 수신된 상태정보에 근거한 제어명령을 무인기로 송신함으로써, 무인기를 제어한다.
이상에서는, 지상관제 시스템인 무인기를 제어하는 제어방법에 대하여 설명하였다. 한편, 지상관제 시스템이 복수의 무인기들을 제어하는 도중 일부 무인기가 통신모듈들과 무선통신이 가능한 범위를 이탈하는 상황이 발생 될 수 있다. 제어 불가능한 무인기는 큰 위험을 초래할 수 있다.
이하에서는, 상술한 문제가 발생하였을 때, 무인기를 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 지상관제 시스템은 주기적으로 운용되고 있는 무인기들의 무선통신 가능 여부를 확인하는 단계가 진행된다. 상기 무인기들 중 어느 하나의 무인기가 통신모듈들과 무선통신 가능한 거리를 벗어나는 경우, 상기 무인기들 중 상기 통신모듈과 무선 통신 가능한 다른 하나의 무인기가 상기 어느 하나의 무인기와 애드-혹 연결을 수행하는 단계가 진행된다.
지상관제 시스템은 운용 중인 무인기를 통신모듈과 같이 활용하여, 무선통신이 불가능한 무인기를 제어한다. 다만, 상기 어느 하나의 무인기와 즉시 애드-혹 연결을 수행할 수 있는 무인기가 없는 경우, 지상관제 시스템이 상기 다른 하나의 무인기를 상기 어느 하나의 무인기와 무선통신 가능한 거리로 이동시킨다. 이후, 상기 다른 하나의 무인기가 상기 어느 하나의 무인기와 무선 통신 가능한 거리로 이동하는 경우, 상기 어느 하나의 무인기와 상기 다른 하나의 무인기가 애드-혹 연결을 수행한다.
이후, 지상관제 시스템은 상기 다른 하나의 무인기를 통해, 상기 어느 하나의 무인기에 제어명령을 송신하며, 상기 어느 하나의 무인기는 상기 다른 하나의 무인기를 통해, 상기 어느 하나의 무인기의 상태정보를 송신한다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 지상관제 시스템은 무인기 연결을 확인한 후, 연결이 단절된 경우, 추가 무인기를 연결 단절 지점으로 이동시킨다. 이후, 지상관제 시스템은 추가 무인기를 이용하여, 연결이 단절된 무인기를 도착지점까지 이동시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무인기 제어방법은 운용되고 있는 무인기들을 이용하여 연결이 단절된 무인기를 제어할 수 있도록 한다. 물리적인 이동이 자유로운 무인기들을 활용하는 경우, 위기 상황에 대한 대처를 빠르게 할 수 있으며, 이에 따라, 무인기들의 운용가능 범위가 넓어진다.
이상에서는, 연결이 단절된 무인기 주변으로 빠르게 이동 가능한 다른 무인가 존재하는 경우에 대하여 설명하였다. 하지만, 연결이 단절된 무인기 주변에 다른 무인기가 존재하지 않는 상황이 발생 될 수 있다.
이하에서는, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신 가능한 거리를 벗어난 상태에서, 상기 어느 하나의 무인기와 애드-혹 연결을 수행할 수 있는 상기 다른 하나의 무인기가 존재하지 않는 경우에 대하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 어느 하나의 무인기가 연결이 단절된 후, 상기 어느 하나의 무인기 주변에 위치하는 추가 무인기가 존재하지 않는 경우, 지상관제 시스템은 상기 어느 하나의 무인기가 기설정된 지점으로 귀환할 때까지 대기한다. 여기서, 기설정된 지점이란, 통신모듈들과의 무선통신이 가능한 지점이다. 상기 어느 하나의 무인기가 기설정된 지점으로 귀환하는 경우, 지상관제 시스템은 상기 어느 하나의 무인기를 다시 제어할 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 무인기가 기설정된 지점까지 귀환할 수 있도록, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선 통신 가능한 거리를 벗어난 후, 상기 어느 하나의 무인기가 시간 카운트를 시작하는 단계가 진행된다. 기설정된 시간이 경과한 후에도 상기 어느 하나의 무인기가 통신모듈들 또는 다른 무인기와 무선통신을 할 수 없는 경우, 상기 어느 하나의 무인기는 상기 기설정된 지점으로 이동한다.
한편, 상기 기설정된 지점은 복수 개일 수 있으며, 주기적으로 설정될 수 있다. 구체적으로, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신이 가능한 경우, 상기 어느 하나의 무인기가 일정한 시간 간격으로 상기 어느 하나의 무인기의 위치 정보를 저장한다. 일정한 시간 간격으로 저장된 위치들은 통신모듈들과 무선통신이 가능한 지점을 의미한다. 이에, 상기 저장된 위치들은 무인기의 복귀지점으로 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 기설정된 지점이 복수 개로 설정되는 경우, 연결이 단절된 무인기는 무인기의 현재 위치와 가장 가까운 위치로 이동할 수 있다. 이를 통해, 연결이 단절된 무인기는 빠른 시간 내에 통신모듈과 무선통신이 가능한 상태로 전환할 수 있게 된다. 또한, 복귀 지점을 주기적으로 업데이트할 경우, 무인기의 현재 위치에 적절한 복귀지점을 선정할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 통해 무인기를 제어함에 따라 동시에 운용 가능한 무인기의 운용 기수 제한을 극복할 수 있으며 또한, 물리적 제어 가능 범위를 증가시킬 수 있다. 이는 다양해지는 응용의 요구조건들을 충족시킬 수 있도록 하며, 반대로 응용의 다양성을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 복수의 통신모듈들을 이용하여 복수의 무인기를 제어하는 제어방법에 있어서,
    상기 통신모듈들을 이용하여, 지상관제 시스템이 상기 무인기들 각각에 대한 무선통신 가능 여부를 확인하는 단계;
    상기 무인기들 중 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신 가능한 거리를 벗어나는 경우, 상기 무인기들 중 상기 통신모듈과 무선 통신 가능한 다른 하나의 무인기가 상기 어느 하나의 무인기와 애드-혹 연결을 수행하는 단계; 및
    상기 지상관제 시스템이 상기 다른 하나의 무인기를 통해, 상기 어느 하나의 무인기에 제어명령을 송신하는 단계를 포함하는 다수의 무인기 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선 통신 가능한 거리를 벗어나는 경우, 상기 지상관제 시스템이 상기 다른 하나의 무인기를 상기 어느 하나의 무인기와 무선통신 가능한 거리로 이동시키는 단계; 및
    상기 다른 하나의 무인기가 상기 어느 하나의 무인기와 무선 통신 가능한 거리로 이동한 후, 상기 어느 하나의 무인기와 상기 다른 하나의 무인기가 애드-혹 연결을 수행하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 무인기 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신 가능한 거리를 벗어난 상태에서, 상기 어느 하나의 무인기와 애드-혹 연결을 수행할 수 있는 상기 다른 하나의 무인기가 존재하지 않는 경우, 상기 어느 하나의 무인기가 기설정된 지점으로 이동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 무인기 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선 통신 가능한 거리를 벗어난 후, 상기 어느 하나의 무인기가 시간 카운트를 시작하는 단계; 및
    기설정된 시간이 경과한 후에도 상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들 또는 상기 다른 하나의 무인기와 무선통신을 할 수 없는 경우, 상기 어느 하나의 무인기가 상기 기설정된 지점으로 이동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징을 하는 다수의 무인기 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어느 하나의 무인기가 상기 통신모듈들과 무선통신이 가능한 경우, 상기 어느 하나의 무인기가 일정한 시간 간격으로 상기 어느 하나의 무인기의 위치 정보를 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 기설정된 지점은 상기 저장된 위치정보에 대응하는 위치인 것을 특징으로 하는 다수의 무인기 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기설정된 지점이 복수 개인 경우, 상기 어느 하나의 무인기는 상기 복수의 지점들 중 상기 어느 하나의 무인기의 현재 위치와 가장 가까운 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 다수의 무인기 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통신모듈들 및 상기 지상관제 시스템은 서로 애드-혹 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다수의 무인기 제어방법.
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