본 기술은 전파 환경이 열악한 환경에서 최적화된 무선통신 인프라를 제공하기 위한 LoRaWANTM 표준이 적용된 Private LoRa 네트워크를 운용할 수 있는 기술로서 기본적인 네트워크의 구성요소는 LoRa End Device, LoRa Relay, LoRa Gateway, LoRa Network Server이며, 다른 시스템과의 호환을 위해서 서로 다른 무선 통신 기술을 적용할 수 있도록 한다. LoRa Gateway에 직접 연결된 LoRa End Device와 LoRa Relay를 통해서 정보를 전달하는 LoRa End Device가 있으며, LoRa 이외의 통신시스템을 가지고 있는 장비의 연결도 LoRa Gateway에서 지원해 준다. 해당 LoRa Gateway를 통해서 수집된 정보는Wi-Fi, Ethernet, LTE 등의 IP 네트워크를 통해서 원격지에 위치하고 있는 LoRa Network Server에 전달이 되며, 해당 정보는 Database 등을 통해서 외부 시스템과 연동된다. LoRa Network Server는 LoRa Network에 접속된 단말의 상태 모니터링이 가능하며, 각 단말의 네트워크 설정 관리 기능을 통해서 원활한 네트워크 관리가 가능하도록 지원한다. 본 기술이전은 기존 Private LoRa 기반의 TDMA 기술을 적용하여 다수의 단말이 충돌없이 데이터를 전송할 수 있도록 한다.
- 선박건조 및 해양 플랜트 작업장과 같이 위험이 산재한 작업현장에서 작업장 및 작업자 상태, 작업현황 등 온/오프라인 정보를 기반으로 작업자의 안전과 작업장의 환경을 모니터링하고, 작업자의 위험을 예측하여 안전사고를 예방하기 위한 시스템이 요구됨.
- 특히 조선해양 작업 환경에서는 전체 구조물이 여러 형태의 블록으로 나누어 건설될 뿐 아니라 다양한 작업용 시설물이 설치 및 제거되는 등 작업장의 구조가 크게 변하는 특징을 가지므로 고정된 유선망을 활용한 통신 시스템 구축은 현실적으로 어려움. 또한 다수의 철골 구조물로 인해 전파 환경이 나쁘고 특히 밀폐공간의 경우 음영지역이 발생하여 기존의 LTE, Zigbee 등과 같은 무선 통신 기반의 통신 시스템은 적용이 불가능함.
- 따라서 통신환경이 열악한 작업장에서 작업자의 안전 및 작업장의 환경을 모니터링 하기 위해서는 작업장 구조나 환경적 특징과 관계없이 다수의 단말들이 충돌없이 안정적인 통신을 제공할 수 있는 TFMA 기반 LoRa의 필요성이 대두되고 있음.
- 상용 LoRa 서비스의 경우 높은 밀도의 산업용으로 사용을 고려하지 않기 때문에 잦은 충돌로 인한 성능 저하가 발생하고 있어 TDMA 기반의 충돌 방지를 위한 기술이 반드시 필요 함
- 통신 모듈레이션 방식은 LoRaTM을 사용해 LoRa Gateway로 데이터를 전송
- TDMA 기반으로 송수신 타이밍 슬롯이 스케쥴
- 트래픽이 높은 통신환경에서도 패킷 충돌의 가능성을 현저하게 감소
- LoRa Network Server / LoRa Gateway / LoRa End Device v2 기반의 모듈 업그레이드 제공
-기존의 ALOHA 기반의 LoRa 프로토콜과는 다르게 노드별로 TDMA 기반으로 송수신 타이밍 슬롯이 할당되어 있으며 할당된 스케쥴에 따라 통신을 수행함으로써 트래픽이 높은 통신환경에서도 패킷 충돌의 가능성을 현저하게 감소할 수 있는 기술, 슬롯을 할당하는 기술 및 Gatewat의 시간 동기화 수행 방법이 포함되어 있음
- Private LoRa 통신시스템 v2 기반의 업그레이드 모듈만 제공
1)기술문서
- Private LoRa TDMA 프로토콜 요구사항 정의서
- Private LoRa TDMA 프로토콜 시험 절차서/결과서
2)소프트웨어
- Private LoRa TDMA 프로토콜 소스
- 작업자 및 작업장의 상태정보를 안정적으로 수집할 수 있는 LoRa 표준 기반 네트워크를 자체적으로 운용하는 방법을 제공하고 Relay 등의 특수 기능을 통해 LoRa 표준이 제공하지 못하는 특수한 통신환경에서의 안정적인 통신을 제공함으로써 고위험 작업장에서 작업장/작업자 안전관리 시스템을 구축할 수 있도록 돕는다.
- LoRa 통신기술은 패킷의 긴 전송시간으로 인해 데이터 충돌 가능성이 큰 문제점을 가지며 데이터 충돌 문제는 데이터 트래픽이 증가하면 더욱 악화된다. LoRaWAN에서 사용하는 ALOHA 기반의 단순 프로토콜을 산업현장과 같이 노드의 밀도가 높은 통신환경에서 사용할 경우 데이터 충돌로 인해 통신의 신뢰성은 더욱 떨어진다. <그림 2>에서와 같이 제안하는 프로토콜의 경우 기존의 ALOHA 기반의 LoRa 프로토콜과는 다르게 노드별로 TDMA 기반으로 송수신 타이밍 슬롯이 할당되어 있으며 할당된 스케쥴에 따라 통신을 수행함으로써 트래픽이 높은 통신환경에서도 패킷 충돌의 가능성을 현저하게 감소시킬 수 있다.