KR20230024096A - LoRa communication system for frequency automatic modulation on a single channel - Google Patents

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Abstract

A LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel is disclosed. The LoRa communication system comprises: a node which checks for interference while increasing a frequency in preset units within a frequency band of LoRa communication to search for an available empty channel, and if the empty channel is found, calculates a communication success rate of the frequency band of the empty channel; and a gateway which receives and collects the calculated communication success rate, analyzes the collected communication success rate to calculate a channel with the highest communication success rate, transmits frequency band information of the channel with the highest calculated communication success rate to the node, and commands the node to perform frequency modulation. The LoRa communication system automatically controls the frequency bandwidth of nodes by checking the operation of controllers connected thereto in real time.

Description

단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템{LoRa communication system for frequency automatic modulation on a single channel}LoRa communication system for frequency automatic modulation on a single channel

본 발명은 단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel.

기본적으로, 산업현장에서는 유선 통신 기반의 모드 버스(Modbus) 프로토콜과 저전력 장거리 무선통신인 로라(LoRa) 프로토콜을 융합한 통신 방법이 사용된다. 이것은, 프레임 자체가 간단하고 구현이 쉬우면서, 무선통신의 단점인 노이즈 및 주파수 점유의 문제점을 극복할 수 있으므로, 산업현장에서의 장거리 데이터 교환의 에러를 줄이기에 용이하다. 또한, 이는 제어기들의 데이터 수집의 성공률을 높이기 위하여 사용된다.Basically, a communication method in which a wired communication-based Modbus protocol and a low-power, long-distance wireless communication LoRa protocol are converged is used in an industrial field. Since the frame itself is simple and easy to implement, and the disadvantages of wireless communication, such as noise and frequency occupancy, can be overcome, it is easy to reduce errors in long-distance data exchange in industrial settings. Also, it is used to increase the success rate of data collection by controllers.

로라 무선통신은 데이터의 빠른 처리속도를 장점으로 내세우는 프로토콜로써, 저전력, 무선 장거리 통신 및 저비용이 특징이다. 특히, 로라 무선통신은 하나의 게이트웨이에 여러 대의 노드들을 연결하여 실시간으로 데이터를 주고받을 수 있어, 산업현장에서 문제점이 발견되었을 때 사용자의 빠른 대처가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 로라 무선통신은 기존의 Cat.M1 무선통신과 사용 방법이 비슷하여 이를 사용했던 사용자라면 무리 없이 활용할 수 있다. 이러한 이점을 이용하여, 산업현장에서 로라 무선통신을 이용함으로써, 게이트웨이 중심으로 실시간으로 제어기들을 제어하고, 파라미터 값들을 원격으로 전송하여 유연한 대처를 하는데 중점을 두고 있다.LoRa wireless communication is a protocol that boasts a fast data processing speed as an advantage, and is characterized by low power, wireless long-distance communication, and low cost. In particular, LoRa wireless communication has the advantage of being able to exchange data in real time by connecting several nodes to one gateway, so that users can easily respond quickly when a problem is discovered in an industrial field. In addition, LoRa wireless communication is similar to the existing Cat.M1 wireless communication, so users who have used it can use it without difficulty. Using these advantages, by using LoRa wireless communication in the industrial field, the controllers are controlled in real time centered on the gateway, and the parameter values are transmitted remotely to focus on flexible handling.

하지만, 상술한 바와 같이, 기존 로라 무선통신은 저전력 및 저비용 프로토콜이라는 장점을 내세우고 있으나, 산업현장에서 노이즈와 주파수 대역의 혼선으로 인하여 제한적인 이용을 보이고 있다. 이 때문에, 실질적으로 산업현장에서 노드들의 데이터 실시간 교환이 어려울 수 있는 문제점이 있다.However, as described above, the existing LoRa wireless communication has advantages of low power and low cost protocol, but shows limited use due to noise and interference in frequency bands in industrial settings. For this reason, there is a problem in that real-time exchange of data between nodes in an industrial field may be difficult.

이를 해결하기 위하여, 기존 게이트웨이를 917 ~ 923.3 MHz 주파수를 한 번에 받아들일 수 있는 하드웨어로 변경하였으나, 많은 비용이 발생하며, 사용자가 주파수 대역의 간섭 상황마다 노드들의 주파수 대역을 제어해야만 하는 어려움이 있다.In order to solve this problem, the existing gateway was changed to a hardware capable of accepting 917 ~ 923.3 MHz frequencies at once, but it is expensive and the user has to control the frequency band of nodes for each frequency band interference situation. there is.

따라서, 기존 노드들의 주파수 대역의 간섭 상황에서 데이터 전송 오류를 해소하고, 산업현장의 로라 기반 무선 통신 시스템에서 제어기들의 실시간 동작 확인 및 파라미터값 변경을 제어하는 주파수 자동 변조 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of an automatic frequency modulation technology that solves data transmission errors in the interference situation of frequency bands of existing nodes and controls real-time operation checks and parameter value changes of controllers in an industrial LoRa-based wireless communication system.

대한민국등록특허공보 제10-2038104호(2019.10.23)Republic of Korea Patent Registration No. 10-2038104 (2019.10.23)

본 발명은 사용자의 관여없이, 로라 통신 시스템에 연결된 제어기들의 동작을 실시간 확인하여 노드들의 주파수 대역폭을 자동으로 제어하는 단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel that automatically controls the frequency bandwidth of nodes by checking the operations of controllers connected to the LoRa communication system in real time without user intervention.

본 발명의 일 측면에 따르면, 단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템이 개시된다.According to one aspect of the present invention, a LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템은, 로라(LoRa) 통신의 주파수 대역에서 주파수를 미리 설정된 단위로 증가시키면서 혼선을 체크하여 사용 가능한 빈 채널을 탐색하고, 상기 빈 채널을 찾으면, 상기 빈 채널의 주파수 대역의 통신 성공률을 산출하는 노드 및 상기 산출된 통신 성공률을 수신하여 수집하고, 상기 수집된 통신 성공률을 분석하여 통신 성공률이 가장 높은 채널을 산출하고, 상기 산출된 통신 성공률이 가장 높은 채널의 주파수 대역 정보를 상기 노드로 송신하여 상기 노드가 주파수 변조를 수행하도록 명령하는 게이트웨이를 포함한다.The LoRa communication system according to an embodiment of the present invention searches for an available empty channel by checking for cross talk while increasing the frequency in a frequency band of LoRa communication by a preset unit, and when the empty channel is found, the empty channel A node that calculates the communication success rate of the frequency band of and receives and collects the calculated communication success rate, analyzes the collected communication success rate to calculate the channel with the highest communication success rate, and calculates the channel with the highest communication success rate and a gateway to transmit frequency band information to the node and instruct the node to perform frequency modulation.

상기 노드는, 상기 로라 통신 시스템에 연결된 산업현장 제어기들과 데이터를 송수신하는 노드 통신기, 상기 노드 통신기가 송수신하는 데이터의 처리 및 제어를 수행하는 노드 제어기, 상기 노드가 사용가능한 채널의 주파수 대역의 통신 성공률을 산출하는 주파수 자동 변조기 및 상기 산출된 통신 성공률을 상기 게이트웨이로 송신하는 노드 통신 제어기를 포함한다.The node includes a node communicator that transmits and receives data with industrial field controllers connected to the LoRa communication system, a node controller that processes and controls data transmitted and received by the node communicator, and communicates in a frequency band of a channel available to the node. and an automatic frequency modulator that calculates a success rate and a node communication controller that transmits the calculated communication success rate to the gateway.

상기 노드 통신 제어기는 상기 게이트웨이로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코딩하고, 디코딩된 데이터를 상기 노드 통신기로 전달하거나, 상기 노드 통신기로부터 전달받은 데이터를 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 로라 무선 패킷을 상기 게이트웨이로 송신한다.The node communication controller decodes the LoRa radio packet received from the gateway, transfers the decoded data to the node communicator, or encrypts and converts the data received from the node communicator into a LoRa radio packet, and converts the converted LoRa radio into a LoRa radio packet. Send packets to the gateway.

상기 게이트웨이는, 상기 노드 및 사용자 단말과 데이터를 송수신하는 게이트웨이 통신기, 상기 게이트웨이 통신기가 송수신하는 데이터의 처리 및 제어를 수행하는 게이트웨이 제어기, 상기 노드의 통신 성공률 데이터를 수집 및 분석하여 로라 통신의 통신 성공율이 가장 높은 주파수 대역을 산출하는 주파수 자동 변조기 및 상기 산출된 통신 성공율이 가장 높은 주파수 대역을 상기 노드로 송신하는 게이트웨이 통신 제어기를 포함한다.The gateway includes a gateway communicator that transmits and receives data with the node and user terminal, a gateway controller that processes and controls data transmitted and received by the gateway communicator, and collects and analyzes communication success rate data of the node to determine the communication success rate of LoRa communication An automatic frequency modulator that calculates the highest frequency band and a gateway communication controller that transmits the calculated frequency band with the highest communication success rate to the node.

상기 게이트웨이 통신 제어기는 상기 노드로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코딩하고, 디코딩된 데이터를 상기 게이트웨이 통신기로 전달하거나, 상기 게이트웨이 통신기로부터 전달받은 데이터를 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 로라 무선 패킷을 상기 노드로 송신한다.The gateway communication controller decodes the LoRa radio packet received from the node, transfers the decoded data to the gateway communicator, or encrypts and converts the data received from the gateway communicator into a LoRa radio packet, and converts the converted LoRa radio into a LoRa radio packet. Send packets to the node.

본 발명의 실시예에 따른 단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템은, 사용자의 관여없이, 로라 통신 시스템에 연결된 제어기들의 동작을 실시간 확인하여 노드들의 주파수 대역을 자동으로 제어함으로써, 노드들의 주파수 대역의 간섭 상황에서 데이터 전송 오류를 해소하고, 로라 통신의 한정적인 주파수 문제를 해결할 수 있다.The LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel according to an embodiment of the present invention checks the operation of the controllers connected to the LoRa communication system in real time without user involvement and automatically controls the frequency band of the nodes, thereby It is possible to solve the data transmission error in the interference situation of the frequency band and to solve the limited frequency problem of LoRa communication.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템의 게이트웨이의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템의 노드의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템의 게이트웨이 및 노드의 동작을 설명하기 위한 도면.1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating the configuration of a gateway of a LoRa communication system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating the configuration of a node of a LoRa communication system according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are diagrams for explaining operations of a gateway and a node of a LoRa communication system according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Singular expressions used herein include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or some of the steps It should be construed that it may not be included, or may further include additional components or steps. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템의 게이트웨이의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템의 노드의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템의 게이트웨이 및 노드의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템의 구성 및 동작에 대하여 설명하되, 도 2 내지 도 7을 참조하기로 한다.1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration of a gateway of the LoRa communication system according to an embodiment of the present invention 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of a node of a LoRa communication system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 7 are LoRa communication according to an embodiment of the present invention It is a diagram for explaining the operation of the gateway and node of the system. Hereinafter, the configuration and operation of a LoRa communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, but reference will be made to FIGS. 2 to 7.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신 시스템은, 게이트웨이(100) 및 노드(200)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a LoRa communication system according to an embodiment of the present invention may include a gateway 100 and a node 200.

게이트웨이(100)는 노드(200)로부터 수집된 통신 성공률 데이터를 분석하여 통신 성공률이 가장 높은 주파수 대역을 산출하여 메모리에 저장하고, 이후, 통신 성공률이 가장 높은 주파수 대역을 노드(200)로 전송 및 변조한 후 통신 성공률 데이터 외에 노드(200)로부터 수신된 파라미터, 상태 등을 이용하여 프레임을 구성한다.The gateway 100 analyzes the communication success rate data collected from the node 200, calculates a frequency band with the highest communication success rate and stores it in memory, and then transmits the frequency band with the highest communication success rate to the node 200 and After modulation, a frame is configured using parameters and states received from the node 200 in addition to communication success rate data.

노드(200)는 로라(LoRa) 통신의 주파수 대역(즉, 917.0 ~ 923.3MHz)에서 주파수를 0.1MHz 단위로 증가시키면서 혼선을 체크하여 빈 채널을 탐색하고, 탐색된 빈 채널의 통신 성공률을 계산하여 게이트웨이(100)로 전송하고, 게이트웨이(100)로부터 수신되는 통신 성공률이 가장 높은 주파수 대역을 이용하여 통신을 수행한다.The node 200 searches for an empty channel by checking crosstalk while increasing the frequency by 0.1 MHz in the frequency band of LoRa communication (i.e., 917.0 to 923.3 MHz), and calculates the communication success rate of the searched empty channel It is transmitted to the gateway 100, and communication is performed using a frequency band having the highest communication success rate received from the gateway 100.

사용자 단말(10)은 게이트웨이(100)와 통신을 수행하여 게이트웨이(100)로부터 데이터를 수신한다. 예를 들어, 사용자 단말(10)은 게이트웨이(100)를 통해 산업현장의 제어기들의 데이터를 모니터링할 수 있다.The user terminal 10 communicates with the gateway 100 to receive data from the gateway 100 . For example, the user terminal 10 may monitor data of industrial controllers through the gateway 100 .

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이(100)의 구성에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the gateway 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .

도 2를 참조하면, 게이트웨이(100)는 게이트웨이 통신기(110), 게이트웨이 제어기(115), 데이터 버퍼(120), 채널 버퍼(125), 주파수 자동 변조기(130), 게이트웨이 통신 제어기(135), 암호화기(140), 디코더(145), 로우 밴드 필터(150), 쏘우 밴드 필터(155), 안테나(160) 및 타이머(165)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the gateway 100 includes a gateway communicator 110, a gateway controller 115, a data buffer 120, a channel buffer 125, an automatic frequency modulator 130, a gateway communication controller 135, encryption It may include a device 140, a decoder 145, a low band filter 150, a saw band filter 155, an antenna 160, and a timer 165.

게이트웨이 통신기(110)는 사용자 단말(10) 및 노드(20)와 통신을 수행하여 데이터를 송수신한다.The gateway communicator 110 communicates with the user terminal 10 and the node 20 to transmit and receive data.

게이트웨이 제어기(115)는 게이트웨이 통신기(110)가 송수신하는 데이터의 처리 및 제어를 수행한다. 즉, 게이트웨이 제어기(115)는 사용자 단말(10) 및 노드(200)로부터 수신되는 데이터의 처리 및 제어를 수행할 수 있다.The gateway controller 115 processes and controls data transmitted and received by the gateway communicator 110 . That is, the gateway controller 115 may process and control data received from the user terminal 10 and the node 200 .

데이터 버퍼(120)는 노드(200)로부터 수신하는 산업현장 제어기들의 파라미터 값의 프레임을 저장한다. 데이터 버퍼(120)는 사용자가 산업현장 제어기들의 파라미터 값을 모니터링할 수 있도록 사용자 단말(10)로 데이터가 전송될 때 참조되는 메모리일 수 있다.The data buffer 120 stores a frame of parameter values of industrial site controllers received from the node 200 . The data buffer 120 may be a memory referred to when data is transmitted to the user terminal 10 so that the user can monitor parameter values of industrial site controllers.

채널 버퍼(125)는 현재 로라 통신의 통신 성공률이 가장 높은 주파수 대역을 저장하는 메모리이다.The channel buffer 125 is a memory that stores a frequency band with the highest communication success rate of current LoRa communication.

주파수 자동 변조기(130)는 후술할 게이트웨이 통신 제어기(135)로부터 전달받은 노드(200)의 통신 성공률 데이터를 수집 및 분석하여 로라 통신의 통신 성공율이 가장 높은 주파수 대역을 산출하고, 산출된 통신 성공율이 가장 높은 주파수 대역을 저장하도록 게이트웨이 통신기(110)로 전달한다.The automatic frequency modulator 130 collects and analyzes the communication success rate data of the node 200 received from the gateway communication controller 135 to be described later to calculate the frequency band with the highest communication success rate of LoRa communication, and the calculated communication success rate is It is transmitted to the gateway communicator 110 to store the highest frequency band.

게이트웨이 통신 제어기(135)는 노드(200)로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코더(145)를 이용하여 디코딩하고, 디코딩된 데이터를 게이트웨이 통신기(110)로 전달하거나, 게이트웨이 통신기(110)로부터 전달받은 데이터를 암호화기(140)를 이용하여 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환하고, 변환된 로라 무선 패킷을 노드(200)로 송신한다.The gateway communication controller 135 decodes the LoRa radio packet received from the node 200 using the decoder 145 and transfers the decoded data to the gateway communicator 110 or transmits the data received from the gateway communicator 110 is encrypted using the encrypter 140 and converted into LoRa wireless packets, and the converted LoRa wireless packets are transmitted to the node 200.

암호화기(140)는 게이트웨이 통신기(110)로부터 전달받은 데이터를 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환한다.The encryptor 140 encrypts the data received from the gateway communicator 110 and converts it into a LoRa wireless packet.

디코더(145)는 노드(200)로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코딩한다.Decoder 145 decodes LoRa radio packets received from node 200.

로우 밴드 필터(150)는 송수신 데이터의 노이즈를 상쇄시킨다.The low band filter 150 cancels noise of transmitted/received data.

쏘우 밴드 필터(155)는 송수신 데이터의 미리 설정된 주파수 대역만을 통과시킨다.The saw band filter 155 passes only a preset frequency band of transmission/reception data.

안테나(160)는 게이트웨이(100)의 내외부 데이터를 송수신한다.The antenna 160 transmits and receives internal and external data of the gateway 100 .

타이머(165)는 게이트웨이 통신기(110)가 수신 메시지를 받을 때까지의 대기시간 동안 미리 설정된 시간만큼 카운팅한다.The timer 165 counts a preset time during waiting time until the gateway communicator 110 receives the received message.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이(100)의 주파수 자동 변조 동작을 개략적으로 예시하여 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart schematically illustrating an automatic frequency modulation operation of the gateway 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 게이트웨이(100)는 전원이 온(ON)되면, 노드(200)로부터 빈 채널에 대한 통신 성공률 데이터를 수신하여 수집하고, 수집된 통신 성공률 데이터를 주파수 자동 변조기(130)를 통해 분석하여 현재 통신 성공률이 가장 높은 채널을 산출하여 채널 버퍼(125)에 저장한다. 이후, 게이트웨이(100)는 채널 버퍼(125)를 참조하여 통신 성공률이 가장 높은 채널의 주파수 대역 정보를 노드(200)로 송신하여 노드(200)가 주파수 변조를 수행하도록 명령하고, 통신 성공률이 가장 높은 주파수 대역으로 변조한다. 이후, 게이트웨이(100)는 모니터링 정보 요청과 같은 사용자 단말(10)로부터의 명령 수신을 대기하며, 노드(200)로부터 수신되는 산업현장 제어기들의 파라미터 및 상태를 종합하여 모니터링할 수 있도록, 사용자 단말(10)로 전송하기 위한 제어기들에 대한 모니터링 데이터를 구성한다.Referring to FIG. 4, when the power is turned on, the gateway 100 receives and collects communication success rate data for an empty channel from the node 200, and transmits the collected communication success rate data to the automatic frequency modulator 130. Through analysis, a channel with the highest current communication success rate is calculated and stored in the channel buffer 125. Thereafter, the gateway 100 refers to the channel buffer 125 and transmits the frequency band information of the channel with the highest communication success rate to the node 200, instructs the node 200 to perform frequency modulation, and modulates in the high frequency band. Thereafter, the gateway 100 waits to receive a command from the user terminal 10, such as a request for monitoring information, and collects and monitors the parameters and states of the industrial site controllers received from the node 200, so that the user terminal ( 10) configures the monitoring data for the controllers for transmission.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 노드(200)의 구성에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the node 200 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 .

도 3을 참조하면, 노드(200)는 노드 통신기(210), 노드 제어기(215), 데이터 버퍼(220), 채널 버퍼(225), 주파수 자동 변조기(230), 노드 통신 제어기(235), 암호화기(240), 디코더(245), 로우 밴드 필터(250), 쏘우 밴드 필터(255), 안테나(260) 및 타이머(265)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the node 200 includes a node communicator 210, a node controller 215, a data buffer 220, a channel buffer 225, an automatic frequency modulator 230, a node communication controller 235, encryption It may include a device 240, a decoder 245, a low band filter 250, a saw band filter 255, an antenna 260, and a timer 265.

노드 통신기(210)는 산업현장 제어기들과 통신을 수행하여 데이터를 송수신한다.The node communicator 210 communicates with industrial site controllers to transmit and receive data.

노드 제어기(215)는 노드 통신기(210)가 송수신하는 데이터의 처리 및 제어를 수행한다. 즉, 노드 제어기(215)는 산업현장 제어기들로부터 수신되는 데이터의 처리 및 제어를 수행할 수 있다.The node controller 215 processes and controls data transmitted and received by the node communicator 210 . That is, the node controller 215 may process and control data received from industrial site controllers.

데이터 버퍼(220)는 산업현장 제어기들로부터 수신하는 파라미터 값을 저장한다. 데이터 버퍼(220)는 게이트웨이(100)로부터 송신 명령이 수신될 경우 참조되는 메모리일 수 있다.The data buffer 220 stores parameter values received from industrial site controllers. The data buffer 220 may be a memory referenced when a transmission command is received from the gateway 100 .

채널 버퍼(225)는 현재 노드(200)가 사용 중인 채널의 주파수 대역의 통신 성공률을 저장하는 메모리이다. 채널 버퍼(225)는 게이트웨이 제어기(115)로부터 송신 명령이 수신될 경우 참조되는 메모리일 수 있다.The channel buffer 225 is a memory that stores a communication success rate of a frequency band of a channel currently being used by the node 200 . The channel buffer 225 may be a memory referenced when a transmission command is received from the gateway controller 115 .

주파수 자동 변조기(230)는 현재 노드(200)가 사용 중인 채널의 주파수 대역의 통신 성공률을 산출하고, 산출된 통신 성공률을 저장하도록 노드 통신기(210)로 전달한다. 그리고, 산출된 통신 성공률은 노드 통신 제어기(235)를 통해 게이트웨이(100)로 전송될 수 있다.The automatic frequency modulator 230 calculates the communication success rate of the frequency band of the channel currently being used by the node 200 and transfers the calculated communication success rate to the node communicator 210 for storage. And, the calculated communication success rate may be transmitted to the gateway 100 through the node communication controller 235 .

노드 통신 제어기(235)는 게이트웨이(100)로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코더(245)를 이용하여 디코딩하고, 디코딩된 데이터를 노드 통신기(210)로 전달하거나, 노드 통신기(210)로부터 전달받은 데이터를 암호화기(240)를 이용하여 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환하고, 변환된 로라 무선 패킷을 게이트웨이(100)로 송신한다.The node communication controller 235 decodes the LoRa radio packet received from the gateway 100 using the decoder 245 and transfers the decoded data to the node communicator 210 or the data received from the node communicator 210 is encrypted using the encrypter 240 and converted into LoRa wireless packets, and the converted LoRa wireless packets are transmitted to the gateway 100.

특히, 노드 통신 제어기(235)는 산출된 통신 성공률을 게이트웨이(100)의 게이트웨이 통신 제어기(135)로 송신할 수 있다.In particular, the node communication controller 235 may transmit the calculated communication success rate to the gateway communication controller 135 of the gateway 100 .

암호화기(240)는 노드 통신기(210)로부터 전달받은 데이터를 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환한다.The encryptor 240 encrypts the data received from the node communicator 210 and converts it into a LoRa wireless packet.

디코더(245)는 게이트웨이(100)로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코딩한다.The decoder 245 decodes the LoRa radio packet received from the gateway 100.

로우 밴드 필터(250)는 송수신 데이터의 노이즈를 상쇄시킨다.The low band filter 250 cancels noise of transmitted/received data.

쏘우 밴드 필터(255)는 송수신 데이터의 미리 설정된 주파수 대역만을 통과시킨다.The saw band filter 255 passes only a preset frequency band of transmission/reception data.

안테나(260)는 노드(200)의 내외부 데이터를 송수신한다.The antenna 260 transmits and receives data inside and outside the node 200 .

타이머(265)는 노드 통신기(210)가 수신 메시지를 받을 때까지의 대기시간 동안 미리 설정된 시간만큼 카운팅한다.The timer 265 counts a predetermined amount of time during the standby time until the node communicator 210 receives the received message.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노드(200)의 주파수 자동 변조 동작을 개략적으로 예시하여 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart schematically illustrating an automatic frequency modulation operation of node 200 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 노드(200)는 전원이 온(ON)되면, 로라 통신의 주파수 대역(즉, 917.0 ~ 923.3MHz)에서 주파수를 0.1MHz 단위로 증가시키면서 혼선을 체크하여 빈 채널을 탐색한다. 이후, 노드(200)는 사용 가능한 빈 채널을 찾으면, 주파수 자동 변조기(230)를 이용하여 사용 가능한 빈 채널의 주파수 대역의 통신 성공률을 산출하고, 채널 버퍼(225)를 참조하여 산출된 통신 성공률을 노드 통신 제어기(235)를 통해 게이트웨이 통신 제어기(135)로 송신한다.Referring to FIG. 5, when the power is turned on, the node 200 searches for an empty channel by checking for crosstalk while increasing the frequency by 0.1 MHz in the frequency band of LoRa communication (ie, 917.0 to 923.3 MHz) . Thereafter, when the node 200 finds an available free channel, it calculates the communication success rate of the frequency band of the available free channel using the automatic frequency modulator 230, and the communication success rate calculated by referring to the channel buffer 225 It is transmitted to the gateway communication controller 135 through the node communication controller 235.

예를 들어, 노드(200)가 게이트웨이(100)로 송신하는 데이터는 도 7에 도시된 바와 같은 데이터 프레임 구조를 가질 수 있다. 도 6은 범용 Modbus(RTU, ASCII) 데이터 프레임 구조를 나타내고, 도 7은 주파수 자동 변조를 위하여 변형된 범용 Modbus(RTU, ASCII) 데이터 프레임 구조를 나타낸다. 즉, 도 7의 데이터 프레임에서 빈 주파수 버퍼(vacant frequency buffer)에 사용 가능한 빈 채널의 주파수 대역 및 해당 주파수 대역의 통신 성공률이 저장될 수 있다.For example, data transmitted from the node 200 to the gateway 100 may have a data frame structure as shown in FIG. 7 . 6 shows a general-purpose Modbus (RTU, ASCII) data frame structure, and FIG. 7 shows a modified general-purpose Modbus (RTU, ASCII) data frame structure for automatic frequency modulation. That is, in the data frame of FIG. 7 , a frequency band of an available vacant channel and a communication success rate of the corresponding frequency band may be stored in a vacant frequency buffer.

이후, 노드(200)는 게이트웨이(100)로부터 통신 성공률이 가장 높은 채널의 주파수 대역 정보를 수신할 때까지 대기하고, 통신 성공률이 가장 높은 주파수 대역 정보를 수신하면, 통신 성공률이 가장 높은 주파수 대역으로 변조한 후, 산업현장 제어기들의 파라미터 값을 포함하는 데이터를 수집하여 게이트웨이(100)로 송신한다.Thereafter, the node 200 waits until it receives the frequency band information of the channel with the highest communication success rate from the gateway 100, and upon receiving the frequency band information with the highest communication success rate, moves to the frequency band with the highest communication success rate. After modulation, data including parameter values of industrial site controllers is collected and transmitted to the gateway 100.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.On the other hand, the components of the above-described embodiment can be easily grasped from a process point of view. That is, each component can be identified as each process. In addition, the process of the above-described embodiment can be easily grasped from the viewpoint of components of the device.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. A hardware device may be configured to act as one or more software modules to perform the operations of the embodiments and vice versa.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be considered to fall within the scope of the following claims.

10: 사용자 단말
100: 게이트웨이
110: 게이트웨이 통신기
115: 게이트웨이 제어기
130: 주파수 자동 변조기
135: 게이트웨이 통신 제어기
200: 노드
210: 노드 통신기
215: 노드 제어기
230: 주파수 자동 변조기
235: 노드 통신 제어기10: user terminal
100: gateway
110: gateway communicator
115: gateway controller
130: automatic frequency modulator
135: gateway communication controller
200: node
210: node communicator
215: node controller
230: automatic frequency modulator
235: node communication controller

Claims (5)

단일 채널에서의 주파수 자동 변조를 위한 로라 통신 시스템에 있어서,
로라(LoRa) 통신의 주파수 대역에서 주파수를 미리 설정된 단위로 증가시키면서 혼선을 체크하여 사용 가능한 빈 채널을 탐색하고, 상기 빈 채널을 찾으면, 상기 빈 채널의 주파수 대역의 통신 성공률을 산출하는 노드; 및
상기 산출된 통신 성공률을 수신하여 수집하고, 상기 수집된 통신 성공률을 분석하여 통신 성공률이 가장 높은 채널을 산출하고, 상기 산출된 통신 성공률이 가장 높은 채널의 주파수 대역 정보를 상기 노드로 송신하여 상기 노드가 주파수 변조를 수행하도록 명령하는 게이트웨이를 포함하는 로라 통신 시스템.
In a LoRa communication system for automatic frequency modulation in a single channel,
A node that searches for an available free channel by checking cross talk while increasing a frequency in a frequency band of LoRa communication by a preset unit, and when the free channel is found, calculates a communication success rate of the frequency band of the free channel; and
The calculated communication success rate is received and collected, the collected communication success rate is analyzed to calculate a channel with the highest communication success rate, and frequency band information of the channel with the highest communication success rate is transmitted to the node so that the node A LoRa communication system comprising a gateway instructing to perform frequency modulation.
 제1항에 있어서,
상기 노드는,
상기 로라 통신 시스템에 연결된 산업현장 제어기들과 데이터를 송수신하는 노드 통신기;
상기 노드 통신기가 송수신하는 데이터의 처리 및 제어를 수행하는 노드 제어기;
상기 노드가 사용가능한 채널의 주파수 대역의 통신 성공률을 산출하는 주파수 자동 변조기; 및
상기 산출된 통신 성공률을 상기 게이트웨이로 송신하는 노드 통신 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 로라 통신 시스템.
According to claim 1,
The node is
a node communicator for transmitting and receiving data with industrial field controllers connected to the LoRa communication system;
a node controller that processes and controls data transmitted and received by the node communicator;
an automatic frequency modulator for calculating a communication success rate of a frequency band of a channel available for use by the node; and
and a node communication controller for transmitting the calculated communication success rate to the gateway.
 제2항에 있어서,
상기 노드 통신 제어기는 상기 게이트웨이로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코딩하고, 디코딩된 데이터를 상기 노드 통신기로 전달하거나, 상기 노드 통신기로부터 전달받은 데이터를 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 로라 무선 패킷을 상기 게이트웨이로 송신하는 것을 특징으로 하는 로라 통신 시스템.
According to claim 2,
The node communication controller decodes the LoRa radio packet received from the gateway, transfers the decoded data to the node communicator, or encrypts and converts the data received from the node communicator into a LoRa radio packet, and converts the converted LoRa radio into a LoRa radio packet. LoRa communication system, characterized in that for transmitting the packet to the gateway.
 제1항에 있어서,
상기 게이트웨이는,
상기 노드 및 사용자 단말과 데이터를 송수신하는 게이트웨이 통신기;
상기 게이트웨이 통신기가 송수신하는 데이터의 처리 및 제어를 수행하는 게이트웨이 제어기;
상기 노드의 통신 성공률 데이터를 수집 및 분석하여 로라 통신의 통신 성공율이 가장 높은 주파수 대역을 산출하는 주파수 자동 변조기; 및
상기 산출된 통신 성공율이 가장 높은 주파수 대역을 상기 노드로 송신하는 게이트웨이 통신 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 로라 통신 시스템.
According to claim 1,
the gateway,
a gateway communicator for transmitting and receiving data to and from the node and user terminal;
a gateway controller for processing and controlling data transmitted and received by the gateway communicator;
an automatic frequency modulator that collects and analyzes communication success rate data of the node and calculates a frequency band having the highest communication success rate of LoRa communication; and
and a gateway communication controller transmitting the frequency band having the highest calculated communication success rate to the node.
 제4항에 있어서,
상기 게이트웨이 통신 제어기는 상기 노드로부터 수신되는 로라 무선 패킷을 디코딩하고, 디코딩된 데이터를 상기 게이트웨이 통신기로 전달하거나, 상기 게이트웨이 통신기로부터 전달받은 데이터를 암호화하여 로라 무선 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 로라 무선 패킷을 상기 노드로 송신하는 것을 특징으로 하는 로라 통신 시스템.According to claim 4,
The gateway communication controller decodes the LoRa radio packet received from the node, transfers the decoded data to the gateway communicator, or encrypts and converts the data received from the gateway communicator into a LoRa radio packet, and converts the converted LoRa radio into a LoRa radio packet. LoRa communication system, characterized in that for transmitting the packet to the node.
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