KR20200073977A - 수중환경에 적응적인 수중통신 시스템 - Google Patents

Abstract

수중환경의 변화에 적응적인 수중통신 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 수중통신 시스템은, 수중정보를 검출하는 복수의 센서노드; 및 각각의 상기 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드;를 포함하되, 복수의 상기 센서노드 및 상기 중앙노드 중 송신측이 수신측에서 전송한 기준신호 또는 상기 수신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여, 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 제1과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 제2과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 상기 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 제3과정, 및 전력제어방식을 적용하는 제4과정을 실행하여 통신을 수행하며, 통신성능이 목표성능을 만족하는지 판단하여 상기 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하고, 판단되는 결과에 따라 상기 제1과정 내지 상기 제4과정을 다시 실행하여 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중환경에 적응적인 수중통신 시스템{UNDERWATER COMMUNICATION SYSTEM ADAPTIVE TO UNDERWATER ENVIRONMENT}

본 발명은 수중통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중환경에 적응적인 수중통신 시스템에 관한 것이다.

최근 해양 자원 탐사, 해양 환경 감시, 수중 군사 방어 등에 대한 관심과 중요성이 높아지면서, 해양에서 다양한 수중 정보를 수집할 수 있는 수중 통신에 대한 수요가 증가하고 있다.

이와 같은 수중 통신은 매체의 특성상 음파를 이용하여 통신을 수행한다. 여기서, 수중 정보 전송을 위한 통신망은 수중환경에 수중정보의 송수신을 수행할 수 있는 센서노드를 설치하고, 설치된 센서노드로부터 수중정보를 취득하고 제어하는 구성으로 이루어진다.

수중 통신망은 음파를 이용한 수중 통신 환경 때문에, 육상 통신에 비해 상대적으로 전송되는 신호의 대역폭이 작고, 거리에 대한 신호감쇠도 매우 크다. 즉, 수 km에서 수십 km까지의 거리에서 신뢰성 있는 통신을 수행하기 위해서 수중 통신망에 이용되는 주파수는 매우 제한적일 수 밖에 없다.

수중에서의 통신 채널 환경은 지리적, 지질적인 요인 등에 따라 공간적인 특성이 크게 다르며, 수온, 염도, 수심 등에 의해 해당 특성 시간적으로도 변화가 심하다. 지상 통신에서는 전파가 빛의 속도로 전달되지만 수중 통신에서 사용되는 음파의 전달 속도는 약 1500m/s로서 빛보다 훨씬 느리다. 따라서 수중통신 환경에서는 통신 채널의 변화를 실시간으로 파악하기가 매우 어렵다. 수중 통신망을 이용한 수중 정보 취득에 대한 수요가 증가하게 되면, 이에 따라 수중에서 통신을 수행하는 센서노드의 수가 증가하게 된다. 이 경우 각 센서 노드가 겪는 수중 통신 채널 환경의 변화를 실시간으로 파악하여 대응하는 것은 매우 큰 한계를 갖는다.

따라서, 시간 및 공간적으로 변화가 심한 수중통신의 환경에서 적응적으로 대응하여 신뢰성 있는 통신 링크를 확보할 수 있는 새로운 방법이 모색되어야 한다.

공개특허공보 제10-2010-0031445호 (공개일자: 2010.03.22)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 공간적으로 서로 다른 장소에서의 수중환경에 따라 적응적으로 최적의 수중통신채널을 선택할 뿐만 아니라 시간적으로 계속 변화하는 수중채널 환경에서, 각 채널 환경에 맞는 최적의 수중통신방식을 선택할 수 있는, 수중환경에 적응적인 수중통신 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수중통신 시스템은, 수중통신 시스템에 있어서, 수중정보를 검출하는 복수의 센서노드; 및 각각의 상기 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드;를 포함하되, 복수의 상기 센서노드 및 상기 중앙노드 중 송신측이 수신측에서 전송한 기준신호 또는 상기 수신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여, 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 제1과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 제2과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 상기 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 제3과정, 및 전력제어방식을 적용하는 제4과정을 실행하여 통신을 수행하며, 통신성능이 목표성능을 만족하는지 판단하여 상기 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하고, 판단되는 결과에 따라 상기 제1과정 내지 상기 제4과정을 다시 실행하여 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 수중통신 시스템은, 수중정보를 검출하는 복수의 센서노드; 및 각각의 상기 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드;를 포함하되, 복수의 상기 센서노드 및 상기 중앙노드 중 수신측이 송신측에서 전송한 기준신호 또는 상기 송신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여, 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 제1과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 제2과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 상기 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 제3과정, 및 전력제어방식을 적용하는 제4과정을 실행하여 통신을 수행하며, 통신성능이 목표성능을 만족하는지 판단하여 상기 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하고, 판단되는 결과에 따라 상기 제1과정 내지 상기 제4과정을 다시 실행하여 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 한다.

전술한 수중통신 시스템은, 상기 설정된 조건에 부합하는 경우, 상기 제1과정 내지 상기 제4과정을 다시 실행한다.

전술한 수중통신 시스템은, 상기 설정된 조건에 부합하지 않는 경우, 상기 제4과정을 다시 실행한다.

전술한 수중통신 시스템은, 상기 목표성능을 만족하는 경우, 현재의 전력제어방식 및 통신방식을 유지하여 통신을 수행한다.

여기서, 수중통신 시스템은, 채널상황, 배터리상태, SNR(Signal to Noise Ratio), SINR(Signal to Interference Noise Ratio), EVM(Error Vector Magnitude) 중의 적어도 하나에 기반하여 상기 다중 주파수 통신방식 또는 상기 단일 주파수 통신방식을 결정한다.

상기 다중 주파수 통신방식은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), FBMC(Filter Bank Multi Carrier), FMT(Filtered Multi Tone), UFMC(Universal filtered Multi Carrier), GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 중의 하나이다.

상기 단일 주파수 통신방식은 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)을 포함하는 통신방식 중의 하나이다.

상기 프레임 구조 파라미터는, 상기 다중 주파수 통신방식이 결정된 경우에 CP(Cyclic Prefix)를 선택하며, 파일럿 심볼의 간격을 선택한다.

전술한 수중통신 시스템은, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 길이를 갖는 CP 중 하나의 상기 CP를 선택한다.

또한, 전술한 수중통신 시스템은, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 주파수 및 시간 영역에서 각각 상기 파일럿 심볼의 간격을 선택한다.

상기 프레임 구조 파라미터는 상기 단일 주파수 통신방식이 결정된 경우에 확산인자(spreading factor)를 선택하고, 파일럿 심볼의 밀도를 선택하여 결정한다.

전술한 수중통신 시스템은, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 확산인자 중 하나의 상기 확산인자를 선택한다.

전술한 수중통신 시스템은, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 프레임 내에서 상기 파일럿 심볼의 밀도를 선택한다.

상기 통신 파라미터는, 반복 전송 횟수를 선택하며, 변조 방식 및 코드율을 선택하여 결정한다.

전술한 수중통신 시스템은, 상기 다중 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 주파수 및 시간 영역에서 각각 상기 반복 전송 횟수를 선택한다.

전술한 수중통신 시스템은, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 기 설정된 상기 변조방식 및 상기 코드율을 선택한다.

전술한 수중통신 시스템은, 상기 단일 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 시간 영역에서의 상기 반복 전송 횟수를 선택한다.

본 발명에 따르면, 공간적으로 서로 다른 장소에서의 수중환경에 따라 적응적으로 최적의 수중통신채널을 선택할 뿐만 아니라 시간적으로 계속 변화하는 수중채널 환경에서, 각 채널 환경에 맞는 최적의 수중통신방식을 선택할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해 도시한 수중 통신에 이용되는 일반적인 수중 통신망을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위하여 구현된 중앙 제어형 수중 통신망을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 수중 통신을 위하여 주파수 대역을 분할한 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 통신거리에 따라서 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 전체적으로 설명하기 위한 개략적인 구성도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 센서노드의 대략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 중앙노드의 대략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중통신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중통신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 수중통신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 송신측 노드가 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우의 수신측과의 상호 관계를 나타낸다.
도 12는 수신측 노드가 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우의 송신측과의 상호 관계를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 수중통신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 14는 도 13에 나타낸 수중통신 방법 중 프레임구조 파라미터 결정 및 통신 파라미터 결정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

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. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부" 와"노드", '축' 과 '차원'은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 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.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 도시하고 있는 수중 통신에 이용되는 일반적인 수중 통신망을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 수중 통신망은, 복수개의 센서노드(1)와, 싱크노드(5), 그리고 상기 센서노드(1)와 싱크노드(5) 사이의 정보 전달 역할을 수행하는 중간노드(3)를 포함하여 구성된다. 이와 같이 구성되는 수중 통신망에서 수중 정보의 전송은 다음과 같이 이루어진다.

도 1을 참조하면, 상기 복수개의 센서노드(1) 중, 검출한 수중정보를 전송하고자 하는 센서 노드(1)는 여러 단계로 구성되어 있는 중간노드(3)를 통해서 싱크노드(5)로 수중정보를 전송한다.

그러나 이와 같이 구성되는 수중 통신망은, 센서노드(1)에서 싱크노드(5)까지 검출한 수중정보를 전달함에 있어서 여러 단계의 중간노드(3)를 거쳐야만 한다. 따라서 센서노드(1)와 여러 단계의 중간노드(3) 그리고 싱크노드(5)까지 연결되는 수중 통신망에서, 검출한 수중정보를 전송하기 위한 라우팅 알고리즘이 복잡하게 구현된다.

또한 이와 같은 수중 통신망은, 센서노드(1)에서 싱크노드(5)까지 수중정보를 전달하는 과정에서 전송 에러가 발생하게 되면, 검출한 수중정보의 재전송을 위한 과정이 번거롭다.

또한, 이와 같은 수중 통신망은 여러 단계의 중간노드(3)를 거쳐야만 하는 문제 때문에, 수중 정보를 전달하는 중간노드에 문제가 발생하면, 문제가 발생된 중간노드와 관련된 센서노드의 사용이 불가능하다.

이러한 부분들 때문에 도 1에 도시된 일반적인 수중 통신망은 다양한 수중정보를 취득, 전달하는 과정에서 데이터 전송 효율을 비롯한 장비의 이용 효율이 떨어질 수 밖에 없다. 이와 같은 문제를 해결하고자 하는 것이 중앙 제어형 수중 통신망이다.

이하 본 발명의 설명에서 "주파수 대역" 그리고 "주파수"가 혼용하여 사용되는 경우가 있다. 여기서, "주파수"는 "주파수 대역"에 포함되고 있는 주파수를 지칭하고 있고, 주파수는 그 주파수의 일정 범위 안에 포함되는 주파수에는 거의 같은 신호가 실리므로, 두 단어는 같은 의미를 갖는 것으로 볼 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위하여 구현된 중앙 제어형 수중 통신망을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에서 이용하는 중앙 제어형 수중 통신망은, 수중 환경에서 중앙 집중형으로 센서노드들을 연결하여 구성된다.

여기서, 중앙 제어형 수중 통신망은, 하나 이상의 센서노드(10)를 포함한다. 이때, 센서노드(10)는 수중환경에 고정 또는 이동 가능하도록 설치된다. 또한, 센서노드(10)는 많은 수중 정보를 취득하기 위해서 가능한 한 많은 수가 설치된다.

중앙 제어형 수중 통신망은, 복수의 센서노드(10)에서 취득한 수중 정보를 취합하는 중앙노드(20)를 포함한다. 여기서, 중앙노드(20)는, 복수의 센서노드(10)에서 취합한 수중정보를 지상의 네트워크(도시하지 않음)로 전송하는 기능을 수행한다.

이와 같이 구성되는 중앙 제어형 수중 통신망은 전체적으로 다음과 같이 제어된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신을 제어하기 위해서 제한된 주파수 대역 내에서 일정한 수의 작은 주파수 대역으로 분할한 과정을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서 이루어지는 수중 통신은 기본적으로 음파로 수행된다. 그리고 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역은 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할된다.

여기서, 중앙노드(20)가 사용 가능한 전체 주파수 대역이라 함은, 중앙노드(20)로부터 각각 다른 거리에 설치되어 있는 센서노드(10)들에 대해 중앙노드(20)와 수중 통신이 가능하도록 하는 주파수 대역을 말한다. 즉, 중앙노드(20)에서 임의의 위치에 설치된 센서노드(10)로 신호 전송이 가능하고, 센서노드(10)에서 전송한 신호를 중앙노드(20)에서 수신 가능하도록 이용되는 주파수 대역을 표현한다.

또한, 순방향 주파수 대역은 중앙노드(20)에서 복수의 센서노드(10)로 신호를 전송할 때 사용한다. 이때 사용되는 주파수 대역은, 중앙노드(20)가 사용 가능한 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역(f0)으로 설정한다.

통상적으로 수중 통신 환경에서는 송수신되는 주파수가 낮을수록 통신범위가 증가한다. 따라서 중앙노드(20)에서 센서노드(10)로 신호를 전송할 때에는 거리에 관계없이 모든 센서노드(10)에서 신호 수신이 가능해야만 한다. 그러므로 가장 낮은 주파수를 갖는 주파수 대역(f0)이 순방향 주파수 대역으로 결정되어서, 중앙노드(20)에서 복수의 센서노드(10)로 신호를 전송할 때에 이용된다.

또한, 역방향 주파수 대역은 각각의 복수개의 센서노드(10)에서 중앙노드(20)로 신호 전송을 수행할 때 사용된다. 여기서 사용 가능한 전체 주파수 대역 중에서, 순방향 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역 전체가 역방향 주파수 대역에 포함된다.

역방향 주파수 대역은, 다시 복수의 작은 주파수 대역으로 분할된다. 이때 작은 주파수 대역으로의 분할은, 중앙노드(20)를 기준으로 센서노드(10)와의 거리 사이에서 동일한 주파수 대역으로 신호 송수신이 가능한 센서노드를 같은 영역으로 묶고, 분할된 영역 수만큼 작은 주파수 대역 수(후술되는 영역 M 개)로 분할한다.

이때, 각각의 분할된 작은 주파수 대역은 각기 다른 위치에 설치된 센서노드(10)의 신호전송에 이용되도록 할당된다. 예를 들면, 중앙노드(20)와 가장 먼 거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에 주파수 대역 (f1)이 할당된다. 그리고 중앙노드(20)와 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에 주파수 대역(fM)이 할당된다.

이 경우, 중앙노드(20)를 기준으로 가장 먼 거리에 위치하고 있는 센서노드(10)일수록, 역방향 주파수 대역에 포함된 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역이 할당된다. 반대로, 중앙노드(20)를 기준으로 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에, 역방향 주파수 대역에 포함된 주파수 대역 중에서 가장 높은 주파수 대역이 할당된다. 이는 앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 수중 통신 환경에서는 송수신되는 주파수가 낮을수록 통신범위가 증가하기 때문에, 낮은 주파수 대역의 주파수(f1)가 가장 장거리 통신용 주파수로 할당된다. 그리고 가장 높은 주파수 대역의 주파수(fM)가 가장 단거리 통신용 주파수로 할당된다.

이와 같은 과정으로 각각의 센서노드(10)에 수중 통신을 위한 주파수 대역이 할당되며, 이후 센서노드(10)에서 검출한 수중정보가 할당된 주파수 대역을 이용하여 중앙노드(20)로의 수중정보의 전송이 이루어지는 수중통신이 수행된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 과정을 나타내는 도면이다.

수중 통신은 지상 통신과 비교해서 더 많이 환경적인 요인에 영향을 받는다. 그렇기 때문에 센서노드(10) 내에서 수중 센서를 이용하여 수중 정보를 검출하는 과정에서, 환경적인 영향으로 센서노드(10)의 분실 상황이 발생될 수 밖에 없다. 또한 임의의 센서노드(10)가 수중 정보를 정상적으로 검출하였다고 해도, 센서노드(10)가 검출한 수중 정보를 중앙노드(20)까지 전송되는 과정에서 데이터 전송 성공률이 항상 100% 만족될 수가 없다. 따라서 수중 통신망의 여건이 허락만 된다면, 센서노드(10)의 수를 가능한 많이 설치하는 것이, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 얻는 것이 가능해진다.

한편, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 사이에는 같은 주파수 대역으로 신호의 전송이 가능한 영역이 존재한다. 즉, 중앙노드(20)를 기준으로 가장 가까운 거리에 포함되는 영역1에 존재하는 센서노드(10)들에는 분할된 주파수 대역(fM)이 동일하게 할당된다. 그리고 중앙노드(20)를 기준으로 가장 먼 거리에 포함되는 영역(M)에 존재하는 센서노드(10)들에는 분할된 주파수 대역(f1)이 동일하게 할당된다.

중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 동일 영역 또는 다른 영역으로의 영역 분할은, 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 신호 송수신이 가능한 범위 내에서 이루어진다. 즉, 동일한 주파수 대역(fM)으로 수중 통신이 가능한 센서노드들이 영역1에 포함된다. 그리고 동일한 주파수 대역(f1)으로 수중 통신이 가능한 센서노드들이 영역M에 포함된다.

이와 같이 여러 개의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 것은, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 주파수 대역은 한계가 있기 때문이다. 일 예로, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 취득하기 위해서는, 센서노드 수를 늘릴 수 밖에 없다. 이런 경우 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역 내에 설치되고 있는 센서노드(10)의 수가 분할된 역방향 주파수 대역 수보다 많을 경우가 발생될 수 있다. 이와 같은 경우, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 동일 영역에 존재하는 센서노드에는 동일한 주파수 대역을 할당해서 수중 통신을 제어한다.

한편, 상기와 같이 여러 개의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당한 경우, 같은 주파수 대역을 할당 받은 같은 영역에 있는 복수의 센서노드(10)는 중앙노드(20)의 제어에 의해 다양한 다중접속 방식(주파수 분할 다중접속방식, 시분할 다중 접속 방식, 코드 분할 다중 접속 방식, 캐리어 센싱 다중접속 방식 등)을 이용하여 중앙노드(20)와의 통신을 수행한다. 여기서, 공지된 다중 접속 방식에 대한 부연 설명은 생략하기로 한다.

다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신망에서 중앙노드와 센서노드 사이의 거리에 따른 적응형 통신이 가능하기 위해서는 중앙노드에서 센서노드 사이의 거리 정보를 검출하는 과정을 필요로 한다. 이러한 설명에 앞서서 본 발명의 중앙노드와 센서 노드 사이의 수중정보 송수신을 위한 대략적인 구성을 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 다수개의 센서노드(10)들은 수중 정보를 채집하고, 채집된 수중 정보를 중앙노드(20)로 전송한다. 이때, 다수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이에는 수중 통신망(50) 내에서 매체의 특성상 신호 전송을 가능하도록 하는 음파를 이용한 수중정보의 송수신이 이루어진다. 이 경우, 각각의 센서노드(10)는 중앙노드(20)로 수중정보의 신호를 전송할 시, 중앙노드(20)가 식별할 수 있도록, 기 설정된 식별정보를 수중정보와 함께 전송하는 것이 바람직하다.

중앙노드(20)는 다수개의 센서노드(10) 들로부터 취합한 수중정보를 지상으로 전송한다. 여기서, 중앙노드(20)는 지상 통신망(60)의 관리노드(64)로 취득한 수중 정보를 전송한다. 따라서, 중앙노드(20)는 수중 통신망(50) 내에서 복수의 센서노드(10)들과 수중 통신을 수행함과 동시에 지상의 관리노드(64)와 통신을 수행하게 된다. 그리고 관리노드(64)는 중앙노드(20)를 통해서 전송받은 수중정보를 무선신호를 이용하여 지상통신망(62)과 연결하는 기능을 수행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되는 센서노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 센서노드(10)는 수중에서 필요한 데이터를 수집하기 위한 하나 이상의 센서부(30), 각 센서부(30)에 의해 센싱된 데이터를 변조하고, 음파로 변환한 후 중앙노드(20)로 전송하는 데이터 송신부(36), 중앙노드(20)에서 전송한 음파신호를 수신해서 복조하는 데이터 수신부(38)를 포함한다. 여기서, 데이터 송신부(36)와 데이터 수신부(38)는 송수신부(40)에 포함된다. 센서노드(10)는 센서부(30)와 송수신부(40) 사이의 제어를 수행하는 제어부(32)를 더 포함할 수 있다. 또한, 센서노드(10)는 전체적인 동작 제어를 위해 필요로 하는 각종 데이터 및 알고리즘을 저장하고, 센서부(30)로부터 검출한 수중정보를 저장하는 메모리(34)를 포함할 수도 있다.

복수의 센서부(30)는 자신의 목적에 맞게 물의 온도, 용존산소량, 지진파를 비롯한 각종 수중 정보를 센싱하고, 센싱한 데이터를 제어부(32)로 출력한다. 센서부(30)는 디지털 센서일 수도 있지만, 아날로그 신호로 센싱한 데이터를 디지털로 변환해서 출력할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 센서부(30)는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 모든 구성에서 신호 처리된 데이터는 디지털 신호임을 기본으로 한다.

송수신부(40)는, 수중에서 음파를 이용하여 데이터를 송신하거나 수신받는 기능을 수행한다. 즉, 데이터 송신부(36)는 센서부(30)에서 검출한 수중정보를 변조하고, 초음파신호로 변환한 후 중앙노드(20)로 송신한다. 그리고 데이터 수신부(38)는 중앙노드(20)에서 송신한 초음파신호를 수신하고 복조한 후, 제어부(32)로 출력한다.

센서노드(10)는 데이터 수신부(38)를 통해서, 중앙노드(20)에서 전송한 수중정보를 수신한다. 이때 중앙노드(20)에서 전송한 신호의 수신을 가능케 하기 위하여 데이터 수신부(38)는, 순방향 주파수 대역에 포함된 주파수로 주파수 설정이 이루어진다. 또한 데이터 송신부(36)는, 이후 자신에게 할당된 주파수 대역에 포함된 특정 주파수로 설정되며, 중앙노드(20)로 전송하기 위한 정보를 설정된 특정 주파수에 실어서 전송하게 된다. 따라서, 송수신부(40)는 제어부(32)의 제어 하에 주파수를 설정하는 구성이 포함된다. 이러한 구성은 이미 공지되어 있는 기술에 의해서 이루어지므로 부연설명은 생략한다. 그리고 각 센서노드(10)의 주파수 설정이 이루어지지 않은 상태인 초기 설정과정에서는 중앙노드(20)로부터의 신호 수신 시에는 순방향 주파수 대역으로 설정되고, 초기 설정 전에 중앙노드(20)로 신호 전송 시에는 분할된 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되도록 제어한다.

한편, 센서노드(10)는 설정된 주기에 따라 중앙노드(20)에 수중정보를 전송하거나, 중앙노드(20)로부터의 요청에 대응하여 수중정보를 중앙노드(20)에 전송할 수 있다. 그러나, 수중환경은 시간적 및 공간적으로 변화가 심하기 때문에, 센서노드(10)가 설정된 주기에 따라 또는 수중정보의 요청이 있는 경우에 중앙노드(20)로 수중정보를 전송하는 경우에는 수중환경의 변화시점과 수중정보의 전송시점에 차이가 발생할 수 있다.

또한, 센서노드(10)는 설정된 주기로 수중정보를 측정하며, 수중정보가 측정될 때마다 측정된 수중정보를 중앙노드(20)로 전송할 수도 있다. 그러나 이 경우, 수중정보의 측정주기를 짧게 설정하면 수중환경의 변화에 신속한 대응을 할 수 있으나, 중앙노드(20)는 다수의 센서노드(10)로부터 수중정보를 수신하여 처리하여야 하므로 트래픽의 혼잡을 초래할 수 있다.

따라서, 센서노드(10)는 설정된 주기로 수중정보를 측정하되, 이전에 측정된 수중정보와 현재 측정되는 수중정보를 비교하여, 비교되는 결과가 설정된 차이 이상인 경우에 중앙노드(20)에 수중정보를 전송할 수 있다. 또한, 센서노드(10)는 전술한 방식들을 조합하여 비교적 긴 시간간격으로 설정된 주기로 수중정보를 전송하며, 중앙노드(20)로부터의 요청신호가 있는 경우와 수중정보에 설정된 값 이상의 변화가 있는 경우에도 중앙노드(20)에 수중정보를 전송할 수 있다. 이때, 센서노드(10)의 수중정보의 측정과 수중정보의 전송은 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나 수중정보 측정의 실시간 제어가 불합리할 경우, 수중 통신이 이루어지는 시간을 피해서 일정시간 간격으로 반복 측정하는 것도 가능하다. 이때, 거리 대비 사용 주파수가 변경될 수 있으므로, 센서노드(10)는, 중앙노드(20)와의 수중통신을 위하여 사용 가능한 주파수 대역을 실시간으로 가변 제어할 필요성이 있다.

이와 같은 부분에서 센서노드(10)의 송수신부(40)는, 설정 주파수를 가변 제어 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 센서노드(10)의 설치된 위치에 따라서 정보의 송신을 위한 주파수가 가변 제어되어 전송하고자 하는 정보를 중앙노드(20)로 전송 가능하도록 구성된다.

제어부(32)는 센서부(30)에서 검출된 각종 수중 정보를 메모리(34)에 저장하는 제어를 수행하거나, 송수신부(40)를 통해서 이루어지는 수중정보의 송수신을 제어하는 기능을 수행한다.

또한, 제어부(32)는 센서부(30)의 수중정보의 측정을 위한 제어를 수행한다. 이를 위해서 제어부(32)는 중앙노드(20)에서 수중정보의 측정을 위해 송신한 기준신호를 데이터 수신부(38)에 의해 수신하고, 수중정보의 연산을 위한 구성을 포함한다. 수중정보의 연산은 센서부(30)가 측정하고자 하는 수중정보 예를 들어, 해수온도, 해수염도 등에 대응하여 다양한 연산기로 적용될 수 있으며, 이에 대해서는 공지되어 있는 기술을 이용하므로 상세한 부연 설명은 생략한다.

메모리(34)는 센서노드(10)에서 이용하거나 필요로 하고 검출한 각종 정보를 저장한다. 바람직하게는 센서부(30)에 의해 검출된 수중정보도 메모리(34)에 저장된다. 특히, 메모리(34)는 센서노드(10)가 센서부(30)에 의해 측정된 수중정보를 직접 중앙노드(20)에 전송하고자 할 때, 중앙노드(20)에 전송할 각종 정보들을 저장하게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되는 중앙노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 중앙노드(20)는 센서노드(10)와 음파로 수중신호의 송수신을 수행하기 위한 제1 송수신부(22)와, 관리노드(64)와 신호의 송수신을 수행하기 위한 제 2 송수신부(21)를 포함하여 구성된다. 또한, 중앙노드(20)는 제 1,2 송수신부의 제어를 수행하고, 정보 저장을 제어하는 제어부(28)와, 각종 정보를 저장하는 메모리(29)를 포함한다. 여기서, 제2 송수신부(21)는 중앙노드(20)의 위치가 수면 위인지 또는 수면 아래인지에 따라서 초음파로 전송 가능토록 구성되거나, 무선 신호 등으로 전송 가능토록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 중앙노드(20)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 구분하고, 다시 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하기 위한 주파수 분할기(27)를 포함하고 있다. 이때, 주파수 분할기(27)는 센서노드(10)와 수중정보를 송수신할 때 이용되므로 제1 송수신부(22)에 포함될 수도 있다.

주파수 분할기(27)는 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역을 영역수(M개) 만큼 작은 주파수 대역으로 분할 가능하도록 구성된다. 따라서, 제어부(28)는 주파수 분할기(27)의 주파수 분할을 제어하고, 이후 임의의 센서노드(10)와의 신호 송수신시에 주파수 분할기(27)의 주파수를 해당 주파수로 분할토록 제어하여 신호의 송수신이 정상적으로 이루어지도록 제어한다.

제1 송수신부(22) 내의 데이터 송신부(26)는 모든 센서노드(10)로의 신호 전송이 가능하도록 순방향 주파수대역(f0)으로 설정하고 있다. 그리고 제1 송수신부(22) 내의 데이터 수신부(24)는 수중 통신이 행해질 임의의 센서노드에 할당된 주파수 대역 내에 존재하는 모든 역방향 주파수로 설정된다. 단, 각 센서노드(20)에 주파수가 설정되지 않은 초기 설정과정에서는, 데이터 수신부(24)는 분할된 역방향 주파수 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정된다. 이것은, 센서노드(10)가 주파수 설정이 이루어지기 전이므로, 모든 거리에 존재하는 센서노드에서 송신한 신호를 수신 가능하도록 하기 위함이다.

이를 위해서 제어부(28)의 제어하에 주파수 분할기(27)를 통해서 주파수 분할되고, 분할된 주파수로 데이터 수신부(24)의 주파수가 설정되는 일련의 과정을 제어한다. 주파수분할기의 주파수 분할 동작은 디지털 방식으로 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 데이터 수신부(24)는 모든 센서노드와의 신호 송수신과정에서 정상적인 신호 수신이 가능하도록 주파수 가변 제어 구성을 포함한다.

또한, 제어부(28)는 각 센서노드(10)에 대한 전력관리, 트래픽 제어와 유사한 거리에 존재하는 센서노드(10)에 대한 다중접속 제어 및 필요에 의해서 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 거리검출을 위한 제어를 수행한다. 본 발명의 실시예에서는 센서노드(10)의 제어부(32)에서 거리 검출과정을 수행하는 경우도 실시 가능하나, 중앙노드(20)의 제어부(28)에서 거리 검출과정을 수행하는 경우도 실시 가능하다.

따라서, 제어부(28)는 센서노드의 주파수 설정이 이루어지지 않은 초기설정과정에서, 센서노드(10)에서 거리 검출을 위해 송신한 기준신호를 데이터 수신부(24)에 의해 수신하고, 수신전력의 크기를 검출 가능한 구성을 포함한다. 여기서, 수신신호의 전력세기는, 수신신호의 전력을 직접 검출하거나 또는 전류, 전압 등을 검출하여 간단한 연산과정으로 검출 가능하다. 또한, 수신전력 크기 검출구성은 공지되고 있는 파워 검출기를 포함한 다양한 기술에 의해서 적용 가능하다. 또한, 수신전력 크기 검출은, 센서노드에서 수행하고 그 검출정보만을 제공 받는 것도 물론 가능하다. 또한, 전류크기는 수신부에 전류 검출용 저항을 설치하는 것에 의해서 간단하게 검출 가능하다. 마찬가지로 상기 전류크기 검출도 센서노드에서 수행하고 그 검출정보만을 제공받는 것도 가능하다. 이러한 검출부분들은 공지되고 있는 기술을 이용하므로 상세한 부연 설명은 생략하기로 한다. 그리고 검출된 수신신호의 전력세기를 이용한 거리 추정은 메모리(29)에 기 저장된 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

제어부(28)는 거리 검출을 위한 다른 방법으로서, 센서노드(10)에서 신호를 송신한 후 중앙노드(20)에 도착하기까지 소요된 지연시간을 검출해서 이용하는 것이 가능하다. 여기서, 지연시간 검출은 일 예로, 센서노드(10)에서 신호 송신을 시작하는 시점정보와 중앙노드(20)에 신호가 도착한 시점정보를 비교하여 그 차에 의해서 검출 가능하다. 그리고 도착한 시점 정보를 검출하기 위해서, 상기 제어부(28)에 시간 계수 기능 등을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 검출된 지연시간을 이용한 거리 추정은, 메모리(29)에 기 저장된 지연시간 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

그리고 메모리(29)는 센서노드(10)에서 이용하거나 필요로 하고 검출한 각종 정보 저장에 이용된다. 특히, 메모리(29)는 중앙노드(20)에서 거리 검출이 이루어질 때, 거리 검출에 이용될 각종 정보들을 저장한다. 일 예로, 센서노드(10)로부터 제공받은 수신전력의 세기, 지연시간등을 이용하여 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 거리를 판단하기 위한 정보, 그리고 추정된 거리정보에 따라서 할당 가능한 수중 통신이 가능한 주파수 대역 정보 등을 저장한다. 이렇게 메모리(29)에 저장된 각종 정보들을 이용하여 제어부(28)는 거리를 추정하고, 임의의 센서노드에 할당할 특정 주파수 대역을 선택하게 된다. 그리고, 메모리(29)는 주파수 분할을 위한 제어정보를 저장하며, 분할된 주파수 대역과 그에 설정된 센서노드 등의 연관된 정보들도 저장할 수 있다. 또한, 메모리(29)는 센서노드들로부터 취합한 수중정보도 저장할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중통신 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 8은 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되는 제어방법을 나타낸다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수중 통신망에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10) 간의 거리 정보를 검출해야 한다. 그리고 검출된 거리정보에 따라서 센서노드(10)에 특정 주파수 대역이 할당된다. 즉, 검출된 거리 정보에 따라 적응적으로 특정 주파수가 할당될 필요성이 있다.

먼저 중앙노드(20)의 제어부(28)는 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 확인된 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(200 단계)

또한, 제어부(28)는 도 4에 도시한 바와 같이, 영역의 수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(205 단계). 200 단계와 205 단계는 중앙노드의 성능에 따라 기 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜 저장할 수 있다. 그리고 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호를 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 저장할 수 있다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장되며, 이후 주파수 설정과정에서 이용될 수 있다.

제어부(28)는 기 저장된 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리(29)로부터 읽어온다. 기준신호는 순방향 주파수 대역에 실리며, 데이터 송신부(26)를 통해 초음파신호로 변환되어 중앙노드(20)의 사용 가능한 전체 주파수 대역에 포함된 모든 센서노드(10)로 송신되고, 센서노드(10)의 수신부(38)가 해당 기준신호를 수신한다(210 단계).

210 단계에서 기준신호를 수신한 센서노드(10)들은 수신신호의 전력세기, 신호전송에 이용된 시간 지연 등을 검출하고, 검출신호를 이용하여 중앙노드(20)와의 거리를 추정한다(220 단계). 센서노드(10)와 중앙노드(20)의 거리 추정은, 수신신호의 전력세기를 이용해서 추정된다.

220 단계에서 거리 추정이 이루어진 후, 센서노드(10)는 중앙노드(20)로 추정된 거리에 해당하는 주파수 대역을 자신의 주파수 대역으로 할당해 줄 것을 요청한다(230 단계). 230 단계에서 특정 주파수 대역 요청 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전이므로, 이 경우에 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정된 주파수 대역을 이용하여 주파수 대역 요청신호가 송신된다. 또한 230 단계에서 추정된 거리에 해당하는 주파수 대역값도 메모리(34)의 저장값에 근거하여 선택이 이루어진다.

이후, 중앙노드(20)는 복수개의 센서노드(10)로부터 요청된 주파수 대역 정보를 취합하고, 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당하고, 할당된 주파수 정보를 해당하는 센서 노드 측으로 전송한다(240 단계). 따라서 240 단계까지 중앙노드(20)의 데이터 수신부(24) 또한 순방향 주파수 대역으로 설정된다.

이후부터 센서노드(10)는 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당된 주파수대역(f0)에 실린 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당된 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.

이러한 과정으로 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 거리정보에 따라 적응적으로 적정한 주파수 대역이 할당되어 수중 정보 통신이 수행된다. 따라서 본 발명은 한정된 주파수 대역 내에서 복수의 센서노드(10)에 각각의 거리에 따른 적정 주파수가 할당되므로, 할당 주파수가 불합리함에 따른 사용 불가능한 센서노드가 발생되지 않게 된다. 즉, 복수의 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 수중 통신이 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 통신 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 9는 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되는 제어방법으로서, 중앙노드(20)가 자신의 판단하에 각 센서노드(10)와의 거리를 추정하고, 추정된 거리에 따라서 각각의 센서노드(10)에 주파수를 할당하기 위한 제어 과정을 나타낸다.

먼저 중앙노드(20)의 제어부(28)는 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(300 단계).

그리고 제어부(28)는 도 4에 도시한 바와 같이, 영역 수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(305 단계). 300 단계와 305 단계는, 중앙노드(20)의 성능에 따라서 기 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 저장한다. 그리고 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장되며, 이후 주파수 설정과정에서 이용될 수 있다.

제어부(28)는 기 저장된 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리로부터 읽어온다. 기준신호는 순방향 주파수 대역에 실리며, 초음파신호로 변환되어 모든 센서노드(10)로부터 중앙노드(20)로 송신되도록 제어된다. 복수의 센서노드(10)로부터 송신된 기준신호를 데이터수신부(24)를 통해서 수신한 중앙노드(20)는, 각 센서노드로부터의 수신신호의 전력세기, 전송시간에 이용된 지연시간 등을 검출한다. 검출신호를 위한 신호 송수신 과정은 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전 상태이다. 따라서 센서노드(10)의 데이터송신부(36) 및 중앙노드(20)의 데이터수신부(24)는 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정된 주파수 대역을 이용하여 신호의 송수신을 수행한다(310 단계). 한편, 신호 검출 동작을 직접 센서노드(10)에서 수행하고, 그 검출제어정보를 중앙노드(20)에서 입력해서 이후 거리 추정에 이용하는 것도 가능하다.

310 단계에서 거리 추정을 위한 신호를 검출한 중앙노드(20)는, 각각의 센서노드의 수신신호의 전력세기, 신호전송에 이용된 시간 지연 등을 이용하여 중앙노드와 각각의 센서노드와의 거리를 추정한다(320 단계). 이때의 거리 추정은 메모리(29)에 기 저장된 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다. 또한 메모리(29)에 기 저장된 시간지연 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

이후, 중앙노드(20)는, 추정된 거리에 따라서 적응적으로 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당하고, 할당된 주파수 정보를 해당하는 센서 노드 측으로 전송한다(330 단계, 340 단계).

이후, 센서노드(10)는 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당된 주파수대역(f0)에 실린 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당된 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.

이러한 과정으로 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 거리정보에 따라 적응적으로 적정한 주파수 대역이 할당되어 수중 정보 통신이 수행된다. 따라서 본 발명은 한정된 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20)의 수중 통신이 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 수중 통신 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 10은 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되는 제어방법을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서는 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역이 설정 가능함을 보여준다.

중앙노드(20)의 제어부(28)는 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(400 단계).

또한, 제어부(28)는 도 4에 도시한 바와 같이, 영역 수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(405 단계). 400 단계와 405 단계는 중앙노드의 성능에 따라서 기 설정될 수 있다. 즉, 중앙노드(20)는 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 저장한다. 또한, 중앙노드(20)는 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호를 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장되며, 이후 주파수 설정과정에서 이용될 수 있다.

제어부(28)는 기 저장된 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리(29)로부터 읽어온다. 기준신호는, 순방향 주파수 대역에 실리며, 데이터 송신부(26)를 통해 초음파신호로 변환되고, 중앙노드(20)의 사용 가능한 전체 주파수 대역에 포함된 모든 센서노드(10)로 송신된다(410 단계).

410 단계에서 송신된 기준신호를 데이터수신부(38)를 통해서 수신한 센서노드(10)들은 수신신호의 전력세기, 또는/및 신호전송에 이용된 시간 지연 등을 검출하고, 검출신호를 중앙노드(20)로 송신한다. 검출신호 송신 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전이므로, 이 경우에서는 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역을 이용하여 검출신호가 중앙노드(20)로 송신된다.

검출신호를 수신한 중앙노드(20)의 제어부(28)는, 각각의 센서노드로부터 입력된 수신신호의 전력세기 또는/및 신호전송에 이용된 시간 지연 등을 이용하여 중앙노드와 각각의 센서노드와의 거리를 추정한다(420 단계). 이때의 거리 추정은 메모리(29)에 기 저장된 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다. 또한 메모리(29)에 기 저장된 시간지연 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

이후, 중앙노드(20)는, 추정된 거리에 따라서 적응적으로 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당한다(430 단계). 430 단계에서 센서노드(10)에 주파수 할당시, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 동일거리 또는 유사 거리에 있는 센서 노드에 같은 주파수 대역을 할당한다. 이때 중앙노드(20)는 자신을 기준으로 해서 동일한 주파수 대역으로 신호의 송수신이 가능한 센서노드를 동일 영역으로 묶는다. 그리고 동일 영역에는 동일한 주파수 대역을 할당한다.

그리고 430 단계에서 각 영역에 따라서 할당된 주파수 대역 정보를 복수의 센서노드로 전송한다(440 단계).

센서노드(10)는 이후 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당된 주파수대역(f0)에 실린 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당된 주파수 대역에 수중정보를 실어 초음파신호로 송신한다.

한편, 동일 영역 내에 존재하는 센서노드는 동일한 주파수대역을 가지고 수중신호의 전송이 이루어진다. 따라서 이 경우 중앙노드(20) 내 제어부(28)는, 동일 영역 내에 존재하는 복수개의 센서노드와의 수중 통신을 적절히 제어할 필요성이 있다. 이 경우에 앞서 설명한 바와 같이 다중 접속 방식에 따른 수중 통신 제어가 이루어진다(450 단계).

이와 같이 여러 개의 센서노드에 동일한 주파수를 할당하는 것은, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 주파수 대역은 한계가 있기 때문이다. 일 예로, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 취득하기 위해서는, 센서노드 수를 늘릴 수 밖에 없다. 이런 경우 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역 내에 설치되고 있는 센서노드(10)의 수가 분할된 역방향 주파수 대역 수보다 많을 경우가 발생된다. 이때 도 4에 도시한 바와 같이, 동일 영역에 존재하는 센서노드에는 동일한 주파수 대역을 할당해서 수중 통신을 제어한다.

도 10의 실시예에 따르면, 본 발명은 한정된 주파수 대역 내에서 복수의 센서노드(10)에 동일한 주파수 대역을 할당하고, 중앙노드(20)의 다중 접속 방식의 제어로 복수개의 센서노드들을 효율적으로 제어하여 수중 통신을 수행한다. 따라서 분할된 주파수 대역 수보다 많은 센서노드에 대해서도 효율적인 수중 통신 제어를 가능하게 한다.

한편, 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 송신측으로 이용될 노드와 수신측으로 이용될 노드가 결정된다. 본 발명의 실시예에 따른 수중통신의 동작 알고리즘과 운용방식에 따라서 중앙노드가 송신측으로 동작할 수 있으며, 센서노드가 송신측으로 동작할 수도 있다. 중앙노드 및 센서노드 중 송신측이 결정되면, 송신측과 대응하여 통신하는 노드는 수신측으로 결정된다. 예를 들어, 신호 전송을 먼저 요구하는 노드가 송신측으로 동작할 수 있고, 신호 전송을 요구받은 다른 한 쪽은 수신측으로 동작할 수 있다. 즉, 중앙노드와 센서노드는 송신과 수신이 모두 가능하며, 동작 상태에 따라서 송신측으로 또는 수신측으로 운용될 수 있도록 구성된다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서는 중앙노드와 임의의 센서노드 사이의 수중통신에 사용할 작은 주파수 대역이 할당된다.

송신측 노드와 수신측 노드가 결정되어 있는 상태에서, 도 11은 송신측으로 결정된 노드에서 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우의 수신측과의 상호 관계를 나타낸다.

먼저, 송신측(TX)과 수신측(RX) 사이에서는 서로의 상태 확인을 위하여 기준신호를 주고 받는 기본 과정이 수행된다. 이 과정은 송신측과 수신측에서 서로 사용할 채널을 확인하는 등, 신호의 송수신이 가능한 상태인지를 시험/확인하는 과정이라고 할 수 있다. 송신측은 이 과정에서 수신측으로부터 피드백 받은 신호에 기초하여 적응형 수중통신 방법의 수행을 결정할 수 있다.

통상적으로 수중통신의 상황은 시간적 및 공간적으로 매우 유동적이다. 따라서, 신호를 송수신하는 송신측과 수신측 사이에서 먼저 기준신호들을 주고받는 과정을 통해서 수중통신 상황을 판단하고, 수중통신 상황에 변화가 있는 경우에는 그에 따라 즉각적이며 적응적으로 수중통신 방법을 조절하는 것이다.

이때, 적응형 수중통신 방법을 결정함에 있어서, 수중통신 환경에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요소들을 고려할 수 있다. 이와 같은 요소들로는 해수 온도, 계절, 염도, 채널특성 파라미터, 송신측의 배터리 상태, 지연확산(delay spread), 도플러 확산(Doppler spread), 도플러 스케일링(Doppler scaling), SNR(Signal to Noise Ratio), SINR(Signal to Interference Noise Ratio), EVM(Error Vector Magnitude)등을 포함할 수 있다. 그러나 수중통신 환경에 영향을 미치는 요소들은 기재된 것들에 한정되는 것은 아니며, 다양한 요소들이 고려될 수 있음은 물론이다.

송신측에서 적응형 수중통신방법이 결정되면, 송신측은 결정된 적응형 수중통신 방법에 대한 정보를 수신측으로 전송한다. 전송된 적응형 수중통신 방법에 대하여 수신측의 확인이 이루어지면, 송신측은 전송하고자 하는 데이터를 결정된 적응형 수중통신 방법에 따라 수신측에 전송한다. 이때, 송신측은 결정된 적응형 수중통신 방법에 대한 정보를 전송하고자 하는 데이터와 함께 멀티플렉싱(multiplexing) 하여 전송할 수도 있다.

도 12는 송신측 노드와 수신측 노드가 결정되어 있는 상태에서, 수신측으로 결정된 노드에서 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우의 송신측과의 상호 관계를 나타낸다.

송신측에서 기준신호 또는 통신링크에 관한 피드백 정보를 수신측으로 전송하면, 이를 수신한 수신측은 수신한 기준신호 또는 통신링크에 관한 피드백 정보에 기초하여 적응형 수중통신 방법을 결정하며, 결정된 적응형 수중통신 방법에 대한 정보를 송신측으로 제공한다. 이 경우, 송신측은 수신측이 전송한 적응형 수중통신 방법 정보에 따라 전송하고자 하는 데이터를 수신측에 전송한다. 여기서, 수신측이 적응형 수중통신 방법을 결정할 때에 고려하는 요소는 전술한 송신측이 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우와 동일하므로, 반복되는 설명은 생략한다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 수중통신 방법을 나타낸 흐름도이다. 여기서, 도 13은 수중환경의 변화에 적응적으로 통신을 수행하기 위한 제어방법을 나타내며, 도 14는 도 11에 나타낸 수중통신 방법 중 프레임구조 파라미터 결정 및 통신 파라미터 결정의 방법을 나타낸다.

송신측 또는 수신측이 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우(502 단계), 먼저 수중통신 방식을 다중 주파수 통신으로 할 것인지 또는 단일 주파수 통신으로 할 것인지 결정한다. 여기서, 다중 주파수 통신방식은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), FBMC(Filter Bank Multi Carrier), FMT(Filtered Multi Tone), UFMC(Universal filtered Multi Carrier), GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 중의 하나일 수 있다. 또한, 단일 주파수 통신방식은 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 통신방식일 수 있다. 그러나, 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식은 기재된 통신방식에 한정되는 것은 아니며, 이외에 다양한 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식일 수 있다.

다중 주파수 통신방식이 결정되면(504 단계), 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 다중 주파수 통신방식에 따른 프레임 구조 파라미터를 결정한다(506 단계).

이때, 송신측 또는 수신측은 결정된 다중 주파수 통신방식에 따른 CP(Cyclic Prefix)를 선택할 수 있다(506-1 단계). 이 경우, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 서로 다른 길이를 갖는 CP 중 하나의 CP를 선택할 수 있다. 이때, 지연확산 값보다 큰 CP 중 가장 작은 CP를 선택하거나, 지연확산 값이 선택 가능한 모든 CP보다 클 경우에는 가장 큰 CP를 선택하는 등의 다양한 선택기준을 이용하여 CP를 선택할 수 있다. 또한, 채널상황은 채널의 RMS(Root Mean Square) 지연확산, 최대 지연확산, 도플러(Doppler) 확산, 도플러 스케일링(Doppler scaling), 도플러 천이(Doppler shift), 채널 공분산 행렬(covariance matrix) 등을 포함한다.

또한, 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 결정된 다중 주파수 통신방식에 따른 파일럿 심볼의 간격을 선택한다(506-2 단계). 이 경우, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 주파수 및 시간 영역에서 각각 파일럿 심볼의 간격을 선택할 수 있다. 이때, 지연확산 값이 설정된 값보다 크면 주파수 영역에서의 파일럿 간격을 작게 하거나, 도플러 확산 값이 크면 시간 영역에서의 파일럿 간격을 작게 하거나, 다양한 방법들을 조합하여 파일럿 심볼의 간격을 선택할 수 있다.

프레임구조 파라미터가 결정되면, 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 다중 주파수 통신에 따른 통신 파라미터를 결정한다(508 단계). 이때, 송신측 또는 수신측은 수중통신에서 신호를 반복 전송하기 위한 반복전송의 횟수를 결정한다(508-1 단계). 이 경우, 송신측 또는 수신측은 먼저 기준신호를 주고 받는 과정을 통해서 수중통신의 상황을 판단하고, 실제 데이터를 전송할 반복 전송 횟수를 결정할 수 있다. 이때, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 주파수 및 시간영역에서 각각 반복 전송 횟수를 결정할 수 있다.

또한, 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 변조 방식 및 코드율을 선택한다(508-2 단계). 이때, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 기 설정된 변조방식 및 코드율 내에서 변조방식 및 코드율을 선택할 수 있다. 이 경우, 송신측 또는 수신측은 지연확산 값이 크면 낮은 레벨의 변조방식과 코드율을 선택하거나, 도플러 확산 값이 크면 낮은 레벨의 변조방식과 코드율을 선택하는 등의 다양한 기준을 이용하여 변조방식 및 코드율을 선택할 수 있다.

송신측 및 수신측은 전력제어방식을 적용하여 수중통신을 수행한다(510 단계, 512 단계). 이때, 전력제어방식은 공지된 전력제어방식을 이용할 수 있으며, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

송신측 또는 수신측은 데이터가 송신 또는 수신될 때마다, 또는 주기적으로 수행되는 수중통신이 목표성능을 만족하는지 판단한다(514 단계). 이때, 현재 수행되는 수중통신이 목표성능을 만족하면, 송신측 및 수신측 사이의 수중통신은 현재의 수중통신 방법으로 지속적으로 수행된다.

만일, 현재 수행되는 수중통신이 목표성능을 만족하지 않으면, 현재의 수중통신이 기 설정된 조건에 부합하는지를 판단한다(516 단계). 현재의 수중통신이 기 설정된 조건에 부합하는지의 여부는 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 등에 설정된 값 이상의 변경이 발생하였는지의 여부, 기 설정된 전력제어방식을 모두 적용하였는지의 여부 등이 적용될 수 있다. 여기에 기재된 현재의 수중통신이 기 설정된 조건에 부합하는지 여부의 판단방법은 이해를 돕기 위한 예를 기술한 것이며, 이외에 현재의 수중통신을 다양한 기준조건과 비교하여 판단할 수 있음은 물론이다. 이 경우, 현재의 수중통신이 기 설정된 조건에 부합하면 수중통신의 환경에 변화가 발생한 것으로 판단하며, 그에 따라 502 단계를 다시 수행하여 적응적으로 수중통신 방법을 결정한다. 또한, 현재의 수중통신이 기 설정된 조건에 부합하지 않으면 현재의 수중통신의 전력제어방식을 조절하여 통신을 지속적으로 수행한다. 이를 위해, 송신측 또는 수신측은 수중통신 환경의 변화를 판단하기 위한 기준조건을 설정하여 저장하는 것이 바람직하다.

단일 주파수 통신방식이 결정되면(504 단계), 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 단일 주파수 통신방식에 따른 프레임 구조 파라미터를 결정한다(518 단계).

이때, 송신측 또는 수신측은 결정된 단일 주파수 통신방식에 따른 확산인자(spreading factor)를 선택할 수 있다(518-1 단계). 이 경우, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 서로 다른 확산인자 중 하나의 확산인자를 선택할 수 있다. 이때, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등에 반비례하여 확산인자의 값을 결정하거나 다양한 선택기준을 이용하여 확산인자를 선택할 수 있다.

또한, 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 결정된 단일 주파수 통신방식에 따른 파일럿 심볼의 밀도를 선택한다(518-2 단계). 이 경우, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 프레이 내에서 파일럿 심볼의 밀도를 선택할 수 있다. 이때, 지연확산 값이 설정된 값보다 크면 파일럿 심볼의 밀도를 크게 하거나, 도플러 확산 값이 설정된 값보다 크면 파일럿 심볼의 밀도를 작게 하거나, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등에 반비례하여 파일럿 심볼의 밀도를 선택하거나 다양한 방법들을 조합하여 파일럿 심볼의 밀도를 선택할 수 있다.

프레임구조 파라미터가 결정되면, 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 단일 주파수 통신에 따른 통신 파라미터를 결정한다(520 단계). 이때, 송신측 또는 수신측은 수중통신에서 신호를 반복 전송하기 위한 반복전송의 횟수를 결정한다(520-1 단계). 이 경우, 송신측 또는 수신측은 먼저 기준신호를 주고 받는 과정을 통해서 수중통신의 상황을 판단하고, 실제 데이터를 전송할 반복 전송 횟수를 결정할 수 있다. 이때, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 시간영역에서의 반복 전송 횟수를 결정할 수 있다. 또한, 지연확산 값이 클수록 많은 수의 반복 전송 횟수를 선택하거나 도플러 확산 값이 클수록 많은 수의 반복 전송 회수를 선택하는 등의 다양한 방법을 적용하여 반복전송 횟수를 선택할 수 있다.

또한, 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 변조 방식 및 코드율을 선택한다(520-2 단계). 이때, 송신측 또는 수신측은 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 등의 적어도 하나의 수중통신 환경의 요건을 고려하여, 기 설정된 변조방식 및 코드율 내에서 변조방식 및 코드율을 선택할 수 있다. 이 경우, 송신측 또는 수신측은 지연확산 값이 설정된 값보다 크면 낮은 레벨의 변조방식과 코드율을 선택하거나, 도플러 확산 값이 설정된 값보다 크면 낮은 레벨의 변조방식과 코드율을 선택하는 등의 다양한 기준을 이용하여 변조방식 및 코드율을 선택할 수 있다.

단일주파수 통신방식에서의 522 단계 내지 528 단계의 과정은 다중주파수 통신방식에서의 510 단계 내지 516 단계와 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 센서노드 20: 중앙노드
21, 22, 40: 송수신부 23, 26, 36: 데이터 송신부
24, 25, 38: 데이터 수신부 27: 주파수 분할기
28, 32: 제어부 29, 34: 메모리

Claims (18)

1. 수중통신 시스템에 있어서,
   수중정보를 검출하는 복수의 센서노드; 및
   각각의 상기 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드;
   를 포함하되,
   복수의 상기 센서노드 및 상기 중앙노드 중 송신측이 수신측에서 전송한 기준신호 또는 상기 수신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여, 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 제1과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 제2과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 상기 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 제3과정, 및 전력제어방식을 적용하는 제4과정을 실행하여 통신을 수행하며, 통신성능이 목표성능을 만족하는지 판단하여 상기 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하고, 판단되는 결과에 따라 상기 제1과정 내지 상기 제4과정을 다시 실행하여 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
2. 수중통신 시스템에 있어서,
   수중정보를 검출하는 복수의 센서노드; 및
   각각의 상기 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드;
   를 포함하되,
   복수의 상기 센서노드 및 상기 중앙노드 중 수신측이 송신측에서 전송한 기준신호 또는 상기 송신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여, 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 제1과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 제2과정, 상기 제1과정에 의해 결정된 상기 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 제3과정, 및 전력제어방식을 적용하는 제4과정을 실행하여 통신을 수행하며, 통신성능이 목표성능을 만족하는지 판단하여 상기 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하고, 판단되는 결과에 따라 상기 제1과정 내지 상기 제4과정을 다시 실행하여 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 설정된 조건에 부합하는 경우, 상기 제1과정 내지 상기 제4과정을 다시 실행하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 설정된 조건에 부합하지 않는 경우, 상기 제4과정을 다시 실행하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 목표성능을 만족하는 경우, 현재의 전력제어방식 및 통신방식을 유지하여 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   채널상황, 배터리상태, SNR(Signal to Noise Ratio), SINR(Signal to Interference Noise Ratio), EVM(Error Vector Magnitude) 중의 적어도 하나에 기반하여 상기 다중 주파수 통신방식 또는 상기 단일 주파수 통신방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 다중 주파수 통신방식은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), FBMC(Filter Bank Multi Carrier), FMT(Filtered Multi Tone), UFMC(Universal filtered Multi Carrier), GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 단일 주파수 통신방식은 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)을 포함하는 통신방식 중의 하나인 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 프레임 구조 파라미터는, 상기 다중 주파수 통신방식이 결정된 경우에 CP(Cyclic Prefix)를 선택하며, 파일럿 심볼의 간격을 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
   
10. 제9항에 있어서,
    채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 길이를 갖는 CP 중 하나의 상기 CP를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
11. 제9항에 있어서,
    채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 주파수 및 시간 영역에서 각각 상기 파일럿 심볼의 간격을 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프레임 구조 파라미터는 상기 단일 주파수 통신방식이 결정된 경우에 확산인자(spreading factor)를 선택하고, 파일럿 심볼의 밀도를 선택하여 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
13. 제12항에 있어서,
    채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 확산인자 중 하나의 상기 확산인자를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
14. 제12항에 있어서,
    채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 프레임 내에서 상기 파일럿 심볼의 밀도를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통신 파라미터는, 반복 전송 횟수를 선택하며, 변조 방식 및 코드율을 선택하여 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 다중 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 주파수 및 시간 영역에서 각각 상기 반복 전송 횟수를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
17. 제15항에 있어서,
    채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 기 설정된 상기 변조방식 및 상기 코드율을 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
18. 제15항에 있어서,
    상기 단일 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 시간 영역에서의 상기 반복 전송 횟수를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 시스템.
    
    

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