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LPWAN 선형 네트워크 시뮬레이션 기술

전수책임자
음호민
참여자
기술이전수
0
이전연도
2023
협약과제
● LPWAN(Low Power Wide Area Network)은 다수의 IoT 디바이스와 센서들를 이용하여 저전력으로 넓은 지역에서 센서 데이터를 전송하고, 통신하기 위한 무선 네트워크 기술이다. 일반적으로 센서 설치 지점에는 상시전원이 없으므로 센서와 디바이스는 저전력으로 동작하며 주로 건전지를 전원으로 사용한다.
● 저전력으로 동작하는 LPWAN의 특성상 센싱 데이터 전송 소요시간은 네트워크 설계에 있어 중요한 고려사항이다. 특히, 선형 네트워크의 경우 센싱 데이터를 릴레이하는 디바이스의 수가 증가할수록 전송 소요시간이 기하급수로 증가하므로 시뮬레이션을 통한 추정이 매우 중요하다.
● 본 이전기술은 센싱 데이터 전송 소요시간에 영향을 미치는 주요 RF 변수를 포함하는 시뮬레이터로서 무선 선형 네트워크 아키텍쳐 설계 시 IoT 디바이스의 종류와 디바이스간 거리 및 수, 송신출력, 송수신 안테나 등을 선택하는데에 활용될 수 있다.
● 본 과제인 “철도시설물 전력설비 배전선로에 대한 무전원·무선 안점감시 기술 개발” 과제에서는 그림 1과 같이 철도 배전선로 안전감시 센서에서 수집되는 배전선로 안전감시 데이터를 무전원, 무선으로 전송하고 데이터 융합 분석을 통한 고장 예측 및 실시간 고장 대응 서비스를 개발하고 있다.
● 배전선로 안전감시 데이터는 저전력 무선통신 네트워크를 통해 안전감시 서버로 전송되며, 저전력 무선통신 모듈은 약 500m 간격으로 철로변에 설치된다. 철도 배전선로 접속점에 상시전원이 없기 때문에 저전력 무선통신 방식을 사용하며, 저전력 무선통신 방식의 후보기술로는 LoRa, Wi-Fi HaLow, FLRC 등이 있다. 전송채널은 900MHz, 2.4GHz 등 비면허 대역을 사용한다.
● 저전력 무선통신 방식은 상시전원이 없는 철도 배전선로 접속점에서 운용하기 적합하나 매우 작은 데이터를 전송하는 것을 목적으로 설계되어 상대적으로 데이터의 크기가 큰 배전선로 안전감시 데이터를 전송하는 데에는 한계가 있다.
● 전송할 데이터가 크기가 클수록 전송 소요시간과 디바이스의 동작시간이 길어지며, 그에 따라 전력 소모량 또한 커지게 되어 저전력 네트워크 운용에 어려움이 따른다. 이에 철도 배전선로 안전감시에 특화된 선형 무선네트워크 아키텍쳐 설계 시 시뮬레이션을 통한 데이터 전송 소요시간 및 그에 따른 배터리 소모량 예측이 필요하다.
● 본 이전기술은 다수의 IoT 디바이스와 최대 1개 또는 2개의 게이트웨이로 구성되는 무선 선형 네트워크에서 최적경로를 탐색하여 센싱 데이터 전송 소요시간 및 그에 따른 전력 소모량을 계산하는 시뮬레이터이다.
● 디바이스간 거리와 채널모델에 따른 PSR(Packet Success Rate)을 기반으로 특정 디바이스로부터 게이트웨이까지의 최적 라우팅 경로를 도출한다. 또한, 실제 디바이스의 고장을 모사하여 각 디바이스의 고장코드(수신불량, 송신불량)를 입력할 수 있다.
● 기존의 네트워크 시뮬레이터와 달리 복잡한 네트워크 프로토콜 설정 없이 최적 라우팅 경로와 PSR, 디바이스의 데이터 전송률을 기반으로 모든 디바이스의 센싱 데이터를 전송하는데 소요되는 시간과 각각의 디바이스 동작시간을 추정하며, 동작시간에 따라 전력소모량을 추정한다.
● 또한, 디바이스의 수신전력 대비 PER(Packet Error Rate)과 데이터 전송률을 입력하도록 하여 모든 종류의 디바이스를 적용할 수 있다.
[기술이전의 내용]
● LPWAN 선형 네트워크 시뮬레이션 기술
- 선형 네트워크 토폴로지 구성
- 최적 라우팅 경로 탐색
- 데이터 전송 소요시간 추정
- 디바이스 동작시간 및 전력 소모량 추정

[기술이전의 범위]
● LPWAN 선형 네트워크 시뮬레이터 관련 기술문서 및 프로그램
[적용분야]
배전선로 안전감시 LPWAN 선형 네트워크 구축 분야
[기대효과]
- IoT 디바이스 선정
- 선형 무선 네트워크 구성
- 송신전력/안테나게인 등 RF 파라미터 설정
- 최적 라우팅 경로 탐색
- 데이터 전송 소요시간 추정
- 디바이스 동작시간 및 전력 소모량 추정