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KR102078943B1 - Underwater communication method adaptive to underwater environment - Google Patents

Underwater communication method adaptive to underwater environment Download PDF

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KR102078943B1
KR102078943B1 KR1020180161650A KR20180161650A KR102078943B1 KR 102078943 B1 KR102078943 B1 KR 102078943B1 KR 1020180161650 A KR1020180161650 A KR 1020180161650A KR 20180161650 A KR20180161650 A KR 20180161650A KR 102078943 B1 KR102078943 B1 KR 102078943B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
underwater
communication
frequency
node
information
Prior art date
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Active
Application number
KR1020180161650A
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Korean (ko)
Inventor
고학림
조용호
임태호
Original Assignee
호서대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 호서대학교 산학협력단 filed Critical 호서대학교 산학협력단
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Priority to KR1020190124062A priority patent/KR102268063B1/en
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    • HELECTRICITY
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Abstract

수중환경의 변화에 적응적인 수중통신 방법 및 수중통신 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 수중통신 방법은, 수중정보를 검출하는 복수의 센서노드, 및 각각의 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드를 포함하는 수중통신 시스템의 수중통신 방법에 있어서, (a) 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 단계; (b) 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 단계; (c) 결정된 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 단계; (d) 전력제어방식을 적용하여 통신을 수행하는 단계; 및 (e) 통신 성능이 목표성능을 만족하는지를 판단하며, 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하며, (e) 단계에 의해 판단되는 결과에 따라 수중환경에 적응적으로 수중통신을 수행한다.Disclosed are an underwater communication method and an underwater communication system that are adaptive to changes in the underwater environment. Underwater communication method according to the present invention, a plurality of sensor nodes for detecting the underwater information, and underwater communication of the underwater communication system including a central node that collects the underwater information detected by each sensor node and transmits to the terrestrial network A method comprising: (a) determining a multi-frequency communication scheme or a single frequency communication scheme; (b) determining a frame structure parameter corresponding to the determined communication scheme; (c) determining a communication parameter corresponding to the determined communication scheme; (d) performing communication by applying a power control scheme; And (e) determining whether the communication performance satisfies the target performance, and determining whether the communication condition satisfies the set condition when the target performance is not satisfied. Perform underwater communication adaptively to the environment.

Description

수중환경에 적응적인 수중통신 방법{UNDERWATER COMMUNICATION METHOD ADAPTIVE TO UNDERWATER ENVIRONMENT}Underwater communication method adaptive to underwater environment {UNDERWATER COMMUNICATION METHOD ADAPTIVE TO UNDERWATER ENVIRONMENT}

본 발명은 수중통신 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중환경에 적응적인 수중통신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater communication method, and more particularly, to an underwater communication method adaptive to the underwater environment.

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. Recently, with increasing interest and importance in marine resource exploration, marine environment monitoring, underwater military defense, etc., the demand for underwater communication that can collect various underwater information in the ocean is increasing.

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. Such underwater communication performs communication using sound waves due to the characteristics of the medium. Here, the communication network for underwater information transmission comprises a sensor node capable of transmitting and receiving underwater information in the underwater environment, and obtaining and controlling the underwater information from the installed sensor node.

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. Underwater communication networks have a relatively small bandwidth of transmitted signals and attenuation over distance due to the underwater communication environment using sound waves. In other words, the frequency used in the underwater communication network in order to perform reliable communication at a distance of several km to several tens of kilometers is very limited.

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. The communication channel environment in water varies greatly in spatial characteristics according to geographic and geological factors, and the characteristic changes in time due to water temperature, salinity, and depth. In terrestrial communications, radio waves travel at the speed of light, but the speed of sound waves used in underwater communications is about 1500 m / s, much slower than light. Therefore, it is very difficult to grasp the change of the communication channel in real time in the underwater communication environment. As the demand for underwater information acquisition using an underwater communication network increases, the number of sensor nodes performing underwater communication increases accordingly. In this case, it is very difficult to identify and respond to changes in the underwater communication channel environment experienced by each sensor node in real time.

따라서, 시간 및 공간적으로 변화가 심한 수중통신의 환경에서 적응적으로 대응하여 신뢰성 있는 통신 링크를 확보할 수 있는 새로운 방법이 모색되어야 한다.Therefore, a new method for acquiring a reliable communication link by adaptively responding to an underwater communication environment that changes in time and space must be sought.

공개특허공보 제10-2010-0031445호 (공개일자: 2010.03.22)Publication No. 10-2010-0031445 (Publishing date: March 22, 2010)

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 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above-described problems, and in addition to selecting the optimal underwater communication channel adaptively according to the underwater environment in spatially different places, in the underwater channel environment continuously changing in time, each channel environment It is an object of the present invention to provide an underwater communication method adaptive to the underwater environment in which an optimal underwater communication method can be selected.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수중통신 방법은, 수중정보를 검출하는 복수의 센서노드, 및 각각의 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드를 포함하는 수중통신 시스템의 수중통신 방법에 있어서, (a) 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 단계; (b) 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 단계; (c) 결정된 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 단계; (d) 전력제어방식을 적용하여 통신을 수행하는 단계; 및 (e) 통신 성능이 목표성능을 만족하는지를 판단하며, 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하며, (e) 단계에 의해 판단되는 결과에 따라 수중환경에 적응적으로 수중통신을 수행한다.Underwater communication method according to an aspect of the present invention for achieving the above object, a plurality of sensor nodes for detecting the underwater information, and the center of collecting the underwater information detected by each sensor node to transmit to the ground network An underwater communication method in an underwater communication system comprising a node, comprising: (a) determining a multi-frequency communication method or a single frequency communication method; (b) determining a frame structure parameter corresponding to the determined communication scheme; (c) determining a communication parameter corresponding to the determined communication scheme; (d) performing communication by applying a power control scheme; And (e) determining whether the communication performance satisfies the target performance, and determining whether the communication condition satisfies the set condition when the target performance is not satisfied. Perform underwater communication adaptively to the environment.

여기서, 전술한 수중통신 방법은 설정된 조건에 부합하는 경우, (a) 단계를 다시 수행한다.Here, when the above-described underwater communication method satisfies the set condition, step (a) is performed again.

또한, 설정된 조건에 부합하지 않는 경우, (d) 단계를 다시 수행하여 전력을 제어한다.In addition, if the set conditions do not meet, step (d) is performed again to control power.

또한, 목표성능을 만족하는 경우, 현재의 전력제어방식 및 통신방식을 유지하여 통신을 수행한다.In addition, when the target performance is satisfied, communication is performed by maintaining the current power control method and communication method.

이때, 전술한 수중통신 방법은, 복수의 센서노드 및 중앙노드 중 송신측이 적응적인 수중통신의 수행을 결정할 수 있다.At this time, in the above-described underwater communication method, the transmitting side of the plurality of sensor nodes and the central node may determine to perform the adaptive underwater communication.

여기서, 송신측은 수신측에서 전송한 기준신호 또는 수신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여 적응적인 수중통신의 수행을 결정한다.Here, the transmitter determines to perform adaptive underwater communication based on the reference signal transmitted from the receiver or feedback information about the communication link transmitted from the receiver.

또한, 송신측은 적응형 수중통신정보 및 통신데이터를 시간/주파수/공간 자원에 따로 분리하여 전송하거나 멀티플렉싱(multiplexing)하여 같이 전송할 수도 있다. In addition, the transmitting side may transmit adaptive underwater communication information and communication data separately in time / frequency / spatial resources or transmit them by multiplexing.

또한, 전술한 수중통신 방법은, 복수의 센서노드 및 중앙노드 중 수신측이 적응적인 수중통신의 수행을 결정할 수도 있다.In addition, in the above-described underwater communication method, the receiving side of the plurality of sensor nodes and the central node may determine to perform the adaptive underwater communication.

이때, 수신측은 송신측에서 전송한 기준신호 또는 송신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여 적응적인 수중통신의 수행을 결정한다.At this time, the receiver determines to perform adaptive underwater communication based on the reference signal transmitted from the transmitter or feedback information about the communication link transmitted from the transmitter.

(a) 단계는, 채널상황, 배터리상태, SNR(Signal to Noise Ratio), SINR(Signal to Interference Noise Ratio), EVM(Error Vector Magnitude) 중의 적어도 하나에 기반하여 통신방식을 결정할 수 있다.In step (a), the communication method may be determined based on at least one of a channel condition, a battery state, a Signal to Noise Ratio (SNR), a Signal to Interference Noise Ratio (SINR), and an Error Vector Magnitude (EVM).

또한, 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.In addition, the multi-frequency communication method is Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Filter Bank Multi Carrier (FBMC), Filtered Multi Tone (FMT), Universal filtered Multi Carrier (UFMC), Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM), SC-FDMA ( Single Carrier Frequency Division Multiple Access).

또한, 단일 주파수 통신방식은 통신데이터가 주어진 대역폭을 전부 차지하는 방식으로서 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)을 포함하는 통신방식 중의 하나일 수 있다.In addition, the single frequency communication method may be one of communication methods including Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) as a method in which communication data occupies a given bandwidth.

(b) 단계는, (b-1) 다중 주파수 통신방식이 결정된 경우에 CP(Cyclic Prefix)를 선택하는 단계; 및 (b-2) 파일럿 심볼의 간격을 선택하는 단계;를 포함할 수 있다.(b) step (b-1) selecting a cyclic prefix (CP) when the multi-frequency communication scheme is determined; And (b-2) selecting an interval of pilot symbols.

여기서, (b-1) 단계는, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 길이를 갖는 CP 중 하나의 CP를 선택한다.Here, step (b-1) selects one CP among CPs having different lengths based on at least one of a channel condition, an SNR, an SINR, an EVM, and a battery state.

또한, (b-2) 단계는, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 주파수 및 시간 영역에서 각각 파일럿 심볼의 간격을 선택한다.In addition, step (b-2) selects the interval of the pilot symbol in the frequency and time domain, respectively, based on at least one of the channel condition, the SNR, the SINR, the EVM, and the battery status.

(b) 단계는, (b-3) 단일 주파수 통신방식이 결정된 경우에 확산인자(spreading factor)를 선택하는 단계; 및 (b-4) 파일럿 심볼의 밀도를 선택하는 단계;를 더 포함할 수도 있다.The step (b) includes (b-3) selecting a spreading factor when a single frequency communication scheme is determined; And (b-4) selecting the density of the pilot symbol.

여기서, (b-3) 단계는, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 확산인자 중 하나의 확산인자를 선택한다.Here, step (b-3) selects one of the spreading factors among different spreading factors based on at least one of a channel condition, an SNR, an SINR, an EVM, and a battery state.

또한, (b-4) 단계는, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 프레임 내에서 파일럿 심볼의 밀도를 선택한다.In addition, step (b-4) selects the density of the pilot symbol in the frame based on at least one of the channel condition, the SNR, the SINR, the EVM, and the battery status.

(c) 단계는, (c-1) 반복 전송 횟수를 선택하는 단계; 및 (c-2) 변조 방식 및 코드율을 선택하는 단계;를 포함할 수 있다.(c) step (c-1) selecting the number of repetitive transmissions; And (c-2) selecting a modulation scheme and a code rate.

여기서, (c-1) 단계는, 다중 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 중의 적어도 하나에 기반하여 주파수 및 시간 영역에서 각각 반복 전송 횟수를 선택한다.Here, in step (c-1), when the multi-frequency communication method is selected, the number of repetitive transmissions is selected in the frequency and time domains based on at least one of channel conditions, SNRs, SINRs, EVMs, and battery conditions.

또한, (c-2) 단계는, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 중의 적어도 하나에 기반하여 기 설정된 변조방식 및 코드율을 선택한다.In addition, step (c-2) selects a preset modulation scheme and code rate based on at least one of channel conditions, SNRs, SINRs, EVMs, and battery conditions.

이때, (c-1) 단계는, 단일 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리상태 중의 적어도 하나에 기반하여 시간 영역에서의 반복 전송 횟수를 선택한다.In this case, in step (c-1), when the single frequency communication method is selected, the number of repetitive transmissions in the time domain is selected based on at least one of channel conditions, SNRs, SINRs, EVMs, and battery conditions.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수중통신 시스템은, 수중정보를 검출하는 복수의 센서노드; 및 각각의 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드;를 포함하되, 복수의 센서노드 및 중앙노드 중 송신측이 수신측에서 전송한 기준신호 또는 수신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여, 수중환경의 변화에 적응적인 수중통신의 수행을 결정한다.Underwater communication system according to an aspect of the present invention for achieving the above object, a plurality of sensor nodes for detecting underwater information; And a central node that collects the underwater information detected by each sensor node and transmits the information to a terrestrial network, including a reference signal transmitted from a receiving side or a receiving side of the plurality of sensor nodes and the central node. Based on the feedback information about a communication link, it determines to perform underwater communication adaptive to changes in the underwater environment.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 수중통신 시스템은, 수중정보를 검출하는 복수의 센서노드; 및 각각의 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드;를 포함하되, 복수의 센서노드 및 중앙노드 중 수신측이 송신측에서 전송한 기준신호 또는 송신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여, 수중환경의 변화에 적응적인 수중통신의 수행을 결정한다.Underwater communication system according to another aspect of the present invention for achieving the above object, a plurality of sensor nodes for detecting underwater information; And a central node that collects the underwater information detected by each sensor node and transmits the information to a terrestrial network, including a reference signal transmitted from a transmitting side or a transmitting side of the plurality of sensor nodes and the central node. Based on the feedback information about a communication link, it determines to perform underwater communication adaptive to changes in the underwater environment.

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.According to the present invention, not only the optimal underwater communication channel is adaptively selected according to the underwater environment in spatially different places, but also in the underwater channel environment that changes continuously in time, the optimal underwater communication method is selected for each channel environment. It becomes possible.

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.
1 is a view showing a general underwater communication network used in the underwater communication shown to help the understanding of the present invention.
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating a centrally controlled underwater communication network implemented to explain an underwater communication method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a process of dividing a frequency band for underwater communication within a limited frequency bandwidth according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a process of allocating the same frequency band to a plurality of sensor nodes according to a communication distance within a limited frequency bandwidth according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating the underwater communication method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a sensor node for explaining the underwater communication method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a central node for explaining the underwater communication method according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of underwater communication according to a first embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of underwater communication according to a second embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating an underwater communication method according to a third embodiment of the present invention.
11 shows a mutual relationship with a receiving side when the transmitting node determines the adaptive underwater communication method.
12 shows the mutual relationship with the transmitting side when the receiving node determines the adaptive underwater communication method.
13 is a flowchart illustrating a method of underwater communication according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating frame structure parameter determination and communication parameter determination in the underwater communication method shown in FIG. 13.

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. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "part", "node", "axis" and "dimension" for components used in the following description are given or used in consideration of ease of specification, meanings or roles distinguished from each other in themselves. Does not have

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. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.

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.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

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.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 도시하고 있는 수중 통신에 이용되는 일반적인 수중 통신망을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a general underwater communication network used for underwater communication, which is shown for better understanding of the present invention.

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. In the underwater communication network shown in FIG. 1, a plurality of sensor nodes 1, a sink node 5, and an intermediate node 3 which serves to transfer information between the sensor node 1 and the sink node 5 are illustrated. It is configured to include. In the underwater communication network configured as described above, the transmission of underwater information is performed as follows.

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. Referring to FIG. 1, a sensor node 1 to transmit detected underwater information among the plurality of sensor nodes 1 is underwater to a sink node 5 through an intermediate node 3 composed of several steps. Send the information.

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.However, the underwater communication network configured in this way must pass through the intermediate node 3 of several stages in transferring the underwater information detected from the sensor node 1 to the sink node 5. Therefore, in the underwater communication network connected to the sensor node 1, the intermediate node 3 of various stages, and the sink node 5, a routing algorithm for transmitting the detected underwater information is complicated.

또한 이와 같은 수중 통신망은, 센서노드(1)에서 싱크노드(5)까지 수중정보를 전달하는 과정에서 전송 에러가 발생하게 되면, 검출한 수중정보의 재전송을 위한 과정이 번거롭다. In addition, in such an underwater communication network, if a transmission error occurs in the process of transferring the underwater information from the sensor node 1 to the sink node 5, the process for retransmission of the detected underwater information is cumbersome.

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.In addition, such an underwater communication network has a problem of having to pass through the intermediate node 3 of several stages, and thus, if a problem occurs in the intermediate node for transmitting underwater information, the use of the sensor node associated with the intermediate node in which the problem occurs is impossible.

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. Due to these parts, the general underwater communication network shown in FIG. 1 inevitably decreases the use efficiency of equipment including data transmission efficiency in the process of acquiring and transmitting various underwater information. To solve this problem is a centrally controlled underwater communication network.

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.In the following description of the present invention, "frequency band" and "frequency" may be used interchangeably. Here, "frequency" refers to a frequency included in the "frequency band," and since the frequency includes almost the same signal at a frequency included in a predetermined range of the frequency, the two words may be considered to have the same meaning. .

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위하여 구현된 중앙 제어형 수중 통신망을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating a centrally controlled underwater communication network implemented to explain a method of underwater communication according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서 이용하는 중앙 제어형 수중 통신망은, 수중 환경에서 중앙 집중형으로 센서노드들을 연결하여 구성된다. The central control underwater communication network used in the embodiment of the present invention is configured by connecting sensor nodes centrally in an underwater environment.

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. Here, the central control underwater communication network includes one or more sensor nodes 10. At this time, the sensor node 10 is installed to be fixed or movable in the underwater environment. In addition, the sensor node 10 is provided as many as possible in order to acquire a lot of underwater information.

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.The central control type underwater communication network includes a central node 20 which collects underwater information acquired from a plurality of sensor nodes 10. Here, the central node 20 performs a function of transmitting the underwater information collected by the plurality of sensor nodes 10 to a terrestrial network (not shown).

이와 같이 구성되는 중앙 제어형 수중 통신망은 전체적으로 다음과 같이 제어된다.The central control type underwater communication network comprised in this way is controlled as follows as a whole.

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.3 is a diagram illustrating a process of dividing a predetermined number of small frequency bands within a limited frequency band to control underwater communication according to an embodiment of the present invention.

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. Referring to FIG. 3, underwater communication between the central node 20 and the plurality of sensor nodes 10 is basically performed by sound waves. The entire frequency band usable in the central node 20 is divided into a forward frequency band and a reverse frequency band.

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.Here, the entire frequency band usable by the central node 20 means that underwater communication with the central node 20 is possible for the sensor nodes 10 installed at different distances from the central node 20. Refers to the frequency band. That is, it is possible to transmit a signal from the central node 20 to the sensor node 10 installed at an arbitrary position, and express the frequency band used to receive the signal transmitted from the sensor node 10 at the central node 20. do.

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.In addition, the forward frequency band is used when transmitting signals from the central node 20 to the plurality of sensor nodes 10. The frequency band used at this time is set to the lowest frequency band f0 among the frequency bands available to the central node 20.

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.In general, the lower the frequency of the transmission and reception in the underwater communication environment increases the communication range. Therefore, when transmitting a signal from the central node 20 to the sensor node 10, it should be possible to receive the signal from all sensor nodes 10 regardless of the distance. Therefore, the frequency band f0 having the lowest frequency is determined as the forward frequency band and used when transmitting signals from the central node 20 to the plurality of sensor nodes 10.

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. In addition, the reverse frequency band is used when performing signal transmission from each of the plurality of sensor nodes 10 to the central node 20. Of all the frequency bands usable herein, all of the remaining frequency bands except the forward frequency band are included in the reverse frequency band.

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. The reverse frequency band is further divided into a plurality of small frequency bands. At this time, the division into smaller frequency bands, the sensor nodes capable of transmitting and receiving signals in the same frequency band between the distance to the sensor node 10 with respect to the center node 20 in the same area, the frequency band as small as the number of divided areas It divides into numbers (M area | regions mentioned later).

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. At this time, each divided small frequency band is allocated to be used for signal transmission of the sensor node 10 installed at different positions. For example, the frequency band f1 is allocated to the sensor node 10 which is located farthest from the central node 20. The frequency band fM is allocated to the sensor node 10 located at the closest distance to the central node 20.

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.In this case, the sensor node 10 located at the longest distance from the center node 20 is allocated the lowest frequency band among the frequency bands included in the reverse frequency band. On the contrary, the highest frequency band among the frequency bands included in the reverse frequency band is allocated to the sensor node 10 located at the closest distance with respect to the central node 20. As mentioned earlier, since the communication range increases as the frequency to be transmitted and received is lower in the underwater communication environment, the frequency f1 of the low frequency band is allocated as the frequency for the long-distance communication. The frequency fM of the highest frequency band is allocated to the frequency for the short-range communication.

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.In this process, each sensor node 10 is assigned a frequency band for underwater communication, and then the underwater information to the central node 20 is assigned using the frequency band to which the underwater information detected by the sensor node 10 is assigned. Underwater communication is carried out in which the transmission takes place.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 과정을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a process of allocating the same frequency band to a plurality of sensor nodes within a limited frequency bandwidth according to an embodiment of the present invention.

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.Underwater communication is more affected by environmental factors than land communication. Therefore, in the process of detecting the underwater information using the underwater sensor in the sensor node 10, due to environmental impact, the loss situation of the sensor node 10 is bound to occur. In addition, even if any sensor node 10 detects the underwater information normally, the success rate of data transmission may not always be 100% satisfied in the process of transmitting the underwater information detected by the sensor node 10 to the central node 20. Therefore, if the conditions of the underwater communication network are allowed, it is possible to install the number of the sensor nodes 10 as much as possible, so that the underwater information can be obtained more accurately and variously.

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. On the other hand, as shown in Figure 4, between the central node 20 and the sensor node 10, there is an area capable of transmitting signals in the same frequency band. That is, the divided frequency band fM is equally allocated to the sensor nodes 10 existing in the area 1 included in the closest distance with respect to the central node 20. The divided frequency band f1 is equally allocated to the sensor nodes 10 existing in the region M that is included at the longest distance with respect to the central node 20.

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.The division of the area between the center node 20 and the sensor node 10 into the same area or another area is performed within a range in which signals can be transmitted and received between the center node 20 and the sensor node 10. That is, the sensor nodes capable of underwater communication in the same frequency band fM are included in the region 1. In addition, sensor nodes capable of underwater communication in the same frequency band f1 are included in the area M. FIG.

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.The allocation of the same frequency band to multiple sensor nodes in this way is because the frequency band usable in the central node 20 is limited. For example, in order to acquire the underwater information more accurately and variously, the number of sensor nodes has to be increased. In this case, a case where the number of sensor nodes 10 installed in the entire frequency band usable by the central node 20 is larger than the divided number of reverse frequency bands may occur. In such a case, as shown in Fig. 4, the same frequency band is assigned to the sensor node existing in the same area to control underwater communication.

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.On the other hand, when the same frequency band is assigned to a plurality of sensor nodes as described above, the plurality of sensor nodes 10 in the same area assigned the same frequency band is controlled by various control methods of the central node 20 ( A frequency division multiple access method, a time division multiple access method, a code division multiple access method, a carrier sensing multiple access method, etc.) are performed to communicate with the central node 20. Here, the description of the known multiple access scheme will be omitted.

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.Next, in order to enable adaptive communication according to the distance between the central node and the sensor node in the underwater communication network according to an embodiment of the present invention, a process of detecting distance information between the sensor node and the central node is required. Prior to this description, an approximate configuration for transmitting and receiving underwater information between the central node and the sensor node of the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a schematic configuration diagram for explaining the underwater communication method according to an embodiment of the present invention.

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.Referring to FIG. 5, the plurality of sensor nodes 10 collect underwater information and transmit the collected underwater information to the central node 20. In this case, transmission and reception of underwater information using sound waves are performed between the plurality of sensor nodes 10 and the central node 20 to enable signal transmission due to the characteristics of the medium within the underwater communication network 50. In this case, each sensor node 10 preferably transmits the predetermined identification information together with the underwater information so that the central node 20 can identify when transmitting the signal of the underwater information to the central node 20. .

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. The central node 20 transmits the underwater information collected from the plurality of sensor nodes 10 to the ground. Here, the central node 20 transmits the underwater information acquired to the management node 64 of the terrestrial communication network 60. Accordingly, the central node 20 performs underwater communication with the plurality of sensor nodes 10 in the underwater communication network 50 and simultaneously with the ground management node 64. The management node 64 connects the underwater information received through the central node 20 with the terrestrial communication network 62 using a radio signal.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되는 센서노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a schematic configuration diagram of a sensor node applied to the underwater communication method according to an embodiment of the present invention.

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.Referring to FIG. 6, the sensor node 10 modulates data sensed by one or more sensor units 30 and each sensor unit 30 to collect necessary data in water, converts the data into sound waves, and then converts the center node into a central node. A data transmitter 36 for transmitting to 20, and a data receiver 38 for receiving and demodulating the sound wave signals transmitted from the central node 20. FIG. Here, the data transmitter 36 and the data receiver 38 are included in the transceiver 40. The sensor node 10 may further include a controller 32 that performs control between the sensor unit 30 and the transceiver unit 40. In addition, the sensor node 10 may include a memory 34 that stores various data and algorithms required for overall operation control and stores underwater information detected by the sensor unit 30.

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.The plurality of sensor units 30 sense various kinds of underwater information including water temperature, dissolved oxygen amount, seismic wave, and output the sensed data to the controller 32 according to its purpose. Although the sensor unit 30 may be a digital sensor, the sensor unit 30 may be configured to convert the data sensed as an analog signal to digital output. In this case, the sensor unit 30 may include an analog / digital converter for converting an analog signal into a digital signal. In all the configurations of the present invention, the signal processed data is based on digital signals.

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.The transceiver 40 performs a function of transmitting or receiving data using sound waves underwater. That is, the data transmitter 36 modulates the underwater information detected by the sensor unit 30, converts the underwater information into an ultrasonic signal, and transmits the ultrasonic signal to the central node 20. The data receiver 38 receives and demodulates the ultrasonic signal transmitted from the central node 20 and outputs the demodulated signal to the controller 32.

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.The sensor node 10 receives the underwater information transmitted from the central node 20 through the data receiver 38. At this time, in order to enable the reception of the signal transmitted from the central node 20, the data receiver 38 is frequency set to the frequency included in the forward frequency band. In addition, the data transmitter 36 is then set to a specific frequency included in the frequency band allocated to itself, and transmits the information for transmission to the central node 20 on the set specific frequency. Therefore, the transceiver 40 includes a configuration for setting a frequency under the control of the controller 32. Since this configuration is made by a known technique, the description is omitted. In the initial setting process in which the frequency setting of each sensor node 10 is not made, the signal is set to the forward frequency band when receiving the signal from the central node 20, and the signal is transmitted to the central node 20 before the initial setting. Is controlled to be set to the lowest frequency band among the divided reverse frequency bands.

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.On the other hand, the sensor node 10 may transmit the underwater information to the central node 20 according to the set period, or may transmit the underwater information to the central node 20 in response to a request from the central node 20. However, since the underwater environment is severely changed in time and space, when the sensor node 10 transmits the underwater information to the central node 20 according to a set cycle or when there is a request for underwater information, the underwater environment changes. Differences can occur between the time of transmission and the time of transmission of underwater information.

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.In addition, the sensor node 10 may measure the underwater information at a set cycle, and may transmit the measured underwater information to the central node 20 whenever the underwater information is measured. In this case, however, if the measurement period of the underwater information is set short, it can respond quickly to the change of the underwater environment, but the central node 20 must receive and process the underwater information from the plurality of sensor nodes 10, thereby congesting traffic. May result.

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. Therefore, the sensor node 10 measures the underwater information at a set period, but compares the previously measured underwater information and the currently measured underwater information, and when the comparison result is more than the set difference to the underwater information to the central node 20 Can transmit In addition, the sensor node 10 transmits the underwater information in a period set at a relatively long time interval by combining the above-described schemes, when there is a request signal from the central node 20 and when there is a change more than the value set in the underwater information Edo can also transmit underwater information to the central node 20. At this time, the measurement of the underwater information of the sensor node 10 and the transmission of the underwater information is preferably made in real time. However, if the real-time control of underwater information measurement is unreasonable, it is also possible to repeat the measurement at regular time intervals, avoiding the time when underwater communication is performed. In this case, since the use frequency may be changed relative to the distance, the sensor node 10 needs to variably control a usable frequency band in real time for underwater communication with the central node 20.

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. In such a part, the transceiver 40 of the sensor node 10 is preferably configured to be able to variably control the set frequency. That is, the frequency for transmitting information is variably controlled according to the installed position of the sensor node 10 so that the information to be transmitted can be transmitted to the central node 20.

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. The controller 32 performs a control for storing various kinds of underwater information detected by the sensor unit 30 in the memory 34, or performs a function of controlling transmission and reception of underwater information made through the transceiver unit 40.

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. In addition, the controller 32 performs control for measuring the underwater information of the sensor unit 30. To this end, the control unit 32 receives a reference signal transmitted by the central node 20 for the measurement of the underwater information by the data receiving unit 38 and includes a configuration for calculating the underwater information. The calculation of the underwater information may be applied to a variety of calculators corresponding to the underwater information to be measured by the sensor unit 30, for example, seawater temperature, seawater salinity, and the like, and thus, a detailed description thereof will be omitted. .

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. The memory 34 stores various information used or needed and detected by the sensor node 10. Preferably, the underwater information detected by the sensor unit 30 is also stored in the memory 34. In particular, the memory 34 stores various information to be transmitted to the central node 20 when the sensor node 10 intends to directly transmit the underwater information measured by the sensor unit 30 to the central node 20. .

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되는 중앙노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.7 is a view showing a schematic configuration diagram of a central node applied to the underwater communication method according to an embodiment of the present invention.

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.Referring to FIG. 7, the central node 20 may be configured to perform transmission and reception of signals with the sensor node 10 and the first transmission / reception unit 22 for performing transmission and reception of an underwater signal with sound waves, and the management node 64. It is configured to include a second transceiver 21. In addition, the central node 20 includes a control unit 28 that controls the first and second transceivers, controls information storage, and a memory 29 that stores various kinds of information. Here, the second transceiver 21 may be configured to be transmitted by ultrasonic waves or may be configured to be transmitted by a wireless signal, depending on whether the position of the central node 20 is above or below the surface of the water.

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.In addition, the central node 20 includes a frequency divider 27 for dividing the entire frequency band which can be used by the forward frequency band and the reverse frequency band, and dividing the reverse frequency band into smaller frequency bands. In this case, since the frequency divider 27 is used to transmit and receive the underwater information with the sensor node 10, the frequency divider 27 may be included in the first transceiver 22.

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. As shown in FIG. 4, the frequency divider 27 is configured to divide the entire frequency band usable by the central node 20 into frequency bands as small as the number of regions (M). Therefore, the controller 28 controls the frequency division of the frequency divider 27, and then controls the frequency of the frequency divider 27 to be divided into the corresponding frequency when transmitting and receiving a signal with an arbitrary sensor node 10 to transmit and receive a signal. This is controlled to be done normally.

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.The data transmitter 26 in the first transceiver 22 is set to the forward frequency band f0 to enable signal transmission to all the sensor nodes 10. The data receiver 24 in the first transceiver 22 is set to all reverse frequencies existing in the frequency band assigned to any sensor node to which underwater communication is to be performed. However, in the initial setting process in which no frequency is set in each sensor node 20, the data receiver 24 is set to the lowest frequency band among the divided reverse frequencies. This is to enable the sensor node 10 to receive a signal transmitted from the sensor node existing at all distances since the sensor node 10 is set before the frequency is set.

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.To this end, a frequency divider is performed through the frequency divider 27 under the control of the controller 28, and a series of processes in which the frequency of the data receiver 24 is set to the divided frequency is controlled. The frequency division operation of the frequency divider is preferably performed digitally. In addition, the data receiver 24 includes a variable frequency control configuration to enable normal signal reception in the process of transmitting and receiving signals with all sensor nodes.

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.In addition, the control unit 28 may control the sensor node 10 and the central node 20 according to the power management for each sensor node 10, multiple access control for the sensor node 10 existing at a similar distance to the traffic control, and the need. Control to detect the distance between In the exemplary embodiment of the present invention, the distance detection process may be performed by the control unit 32 of the sensor node 10, but the distance detection process may be performed by the control unit 28 of the central node 20. Do.

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. Therefore, the controller 28 receives the reference signal transmitted by the sensor node 10 for distance detection by the data receiver 24 in the initial setup process in which the frequency of the sensor node is not set, and the magnitude of the received power. It includes a detectable configuration. Here, the power strength of the received signal can be detected by a simple calculation process by directly detecting the power of the received signal or by detecting current or voltage. Also, the received power magnitude detection configuration can be applied by various techniques including known power detectors. In addition, the detection of the received power magnitude may be performed by the sensor node and receive only the detection information. In addition, the current size can be detected simply by providing a current detecting resistor in the receiver. Similarly, the current magnitude detection may be performed at the sensor node and provided with only the detection information. Since these detection parts use a known technique, a detailed description thereof will be omitted. The distance estimation using the power intensity of the detected received signal may be estimated using the distance value compared to the power intensity previously stored in the memory 29.

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. As another method for detecting the distance, the controller 28 may detect and use a delay time required to arrive at the central node 20 after transmitting a signal from the sensor node 10. Here, for example, the delay time detection may be detected by comparing the time point information at which the sensor node 10 starts transmitting a signal with the time point information signal arriving at the central node 20. In order to detect the arrival time information, the control unit 28 preferably includes a time counting function or the like. In addition, the distance estimation using the detected delay time can estimate the distance using the distance value compared with the delay time previously stored in the memory 29.

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.The memory 29 is used for storing various types of information used or needed and detected by the sensor node 10. In particular, the memory 29 stores various information to be used for distance detection when the distance detection is performed at the central node 20. For example, by using the received power strength, delay time, etc. received from the sensor node 10, the information for determining the distance between the central node 20 and the sensor node 10, and the allocation according to the estimated distance information It stores frequency band information that can be communicated underwater. The controller 28 estimates the distance using various kinds of information stored in the memory 29 and selects a specific frequency band to be allocated to any sensor node. The memory 29 may store control information for frequency division, and may also store related information such as a divided frequency band and a sensor node set therein. The memory 29 may also store underwater information collected from sensor nodes.

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.8 is a flowchart illustrating a method of underwater communication according to the first embodiment of the present invention. 8 illustrates a control method used when the central node 20 allocates a specific frequency to the sensor node 10.

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.Referring to FIG. 8, in the underwater communication network according to the embodiment of the present invention, distance information between the central node 20 and the sensor node 10 should be detected. A specific frequency band is allocated to the sensor node 10 according to the detected distance information. In other words, it is necessary to adaptively allocate a specific frequency according to the detected distance information.

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)First, the control unit 28 of the central node 20 checks all available frequency bands of the central node 20, and divides the identified available all frequency bands into a forward frequency band and a reverse frequency band, as shown in FIG. (200 steps)

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.In addition, as shown in FIG. 4, the controller 28 performs control to divide the reverse frequency band into smaller frequency bands by the number of regions (M) (step 205). Steps 200 and 205 are preferably preset according to the performance of the central node. That is, when the central node 20 transmits and receives a signal in the underwater environment, the central node 20 may store and store a frequency that can be transmitted farthest in the forward frequency band. In addition, when the central node 20 transmits and receives a signal in an underwater environment, each use frequency may distinguish and store a distance (area) in which a signal can be transmitted. The divided distance and frequency values are stored in the memory 29 of the central node 20 and the memory 34 of the sensor node 10, and may be used later in the frequency setting process.

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). The controller 28 reads from the memory 29 a reference signal to be used for detecting previously stored distance information. The reference signal is carried in a forward frequency band, and is converted into an ultrasonic signal through the data transmitter 26 and transmitted to all sensor nodes 10 included in all available frequency bands of the central node 20, and the sensor node 10 In operation 210, the receiving unit 38 receives the reference signal.

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.The sensor nodes 10 receiving the reference signal in step 210 detect the power strength of the received signal, the time delay used for signal transmission, and estimate the distance from the central node 20 using the detection signal (step 220). ). The distance estimation between the sensor node 10 and the center node 20 is estimated using the power strength of the received signal.

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.After the distance estimation is made in step 220, the sensor node 10 requests to allocate a frequency band corresponding to the distance estimated by the central node 20 to its frequency band (step 230). In a specific frequency band request process in step 230, the frequency band request signal is transmitted using the frequency band set to the lowest frequency band among the reverse frequency bands since the frequency band is assigned to the corresponding sensor node. In addition, the frequency band value corresponding to the distance estimated in step 230 is also selected based on the stored value of the memory 34.

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.Thereafter, the central node 20 collects the requested frequency band information from the plurality of sensor nodes 10, allocates a suitable frequency band to each sensor node 10, and sends the allocated frequency information to the corresponding sensor node. Transmit (step 240). Accordingly, the data receiver 24 of the central node 20 is also set to the forward frequency band until step 240.

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. Thereafter, the sensor node 10 receives an ultrasonic signal carried in the frequency band f0 allocated to the forward frequency band from the central node 20 when transmitting and receiving underwater information with the central node 20, and the central node 20. ) Transmits the ultrasonic wave information with the underwater information in the frequency band allocated to the frequency band in the reverse frequency band.

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.In this process, an appropriate frequency band is adaptively allocated between the central node 20 and the plurality of sensor nodes 10 according to the distance information between the central node 20 and the sensor node 10 to perform underwater information communication. Therefore, in the present invention, since a proper frequency according to each distance is allocated to the plurality of sensor nodes 10 within a limited frequency band, an unusable sensor node is not generated due to an unreasonable allocation frequency. That is, underwater communication between the plurality of sensor nodes 10 and the central node 20 can be efficiently performed.

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.9 is a flowchart illustrating a method of underwater communication according to a second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a control method used when the central node 20 allocates a specific frequency to the sensor node 10. The central node 20 estimates the distance from each sensor node 10 at its own discretion and estimates. A control process for allocating a frequency to each sensor node 10 according to the specified distance is shown.

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).First, the control unit 28 of the central node 20 checks all the available frequency bands and divides all the available frequency bands into a forward frequency band and a reverse frequency band as shown in FIG. 3 (300). step).

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. As shown in FIG. 4, the controller 28 performs control to divide the reverse frequency band into smaller frequency bands by the number of regions (M) (step 305). Steps 300 and 305 are preferably preset according to the performance of the central node 20. That is, when the central node 20 transmits and receives a signal in the underwater environment, the central node 20 stores the frequency that can be transmitted farthest in the forward frequency band. When the central node 20 transmits and receives a signal in the underwater environment, each frequency used in advance distinguishes and stores a distance (area) in which a signal can be transmitted. The divided distance and frequency values are stored in the memory 29 of the central node 20 and the memory 34 of the sensor node 10, and may be used later in the frequency setting process.

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. The controller 28 reads from the memory a reference signal to be used for detecting previously stored distance information. The reference signal is carried in a forward frequency band, and is converted into an ultrasonic signal and controlled to be transmitted from all sensor nodes 10 to the central node 20. The central node 20 receiving the reference signals transmitted from the plurality of sensor nodes 10 through the data receiver 24 detects the power strength of the received signal from each sensor node, the delay time used for the transmission time, and the like. do. The signal transmission / reception process for the detection signal is a state before the frequency band is allocated to the corresponding sensor node. Accordingly, the data transmitter 36 of the sensor node 10 and the data receiver 24 of the central node 20 transmit and receive signals using the frequency band set to the lowest frequency band among the reverse frequency bands (step 310). . On the other hand, it is also possible to perform a signal detection operation directly in the sensor node 10, and input the detection control information in the central node 20 to be used for subsequent distance estimation.

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. The central node 20 that detects the signal for distance estimation in step 310 is the distance between the central node and each sensor node using the power strength of the received signal of each sensor node and the time delay used for signal transmission. Estimate (step 320). At this time, the distance can be estimated using the distance value compared to the power strength previously stored in the memory 29. In addition, it is possible to estimate the distance using the distance value compared to the time delay previously stored in the memory 29.

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).Thereafter, the central node 20 adaptively allocates a frequency band suitable for each sensor node 10 according to the estimated distance, and transmits the allocated frequency information to the corresponding sensor node (steps 330 and 340). ).

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. Subsequently, the sensor node 10 receives an ultrasonic signal carried in the frequency band f0 allocated to the forward frequency band from the central node 20 when transmitting and receiving underwater information with the central node 20, and the central node 20. ) Transmits the ultrasonic wave information with the underwater information in the frequency band allocated to the frequency band in the reverse frequency band.

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.In this process, an appropriate frequency band is adaptively allocated between the central node 20 and the plurality of sensor nodes 10 according to the distance information between the central node 20 and the sensor node 10 to perform underwater information communication. Accordingly, the present invention enables efficient underwater communication between the plurality of sensor nodes 10 and the central node 20 within a limited frequency band.

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.10 is a flowchart illustrating an underwater communication method according to a third embodiment of the present invention. 10 illustrates a control method used when the central node 20 allocates a specific frequency to the sensor node 10. The embodiment of the present invention shows that the same frequency band can be set for the plurality of sensor nodes.

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). The control unit 28 of the central node 20 checks all the available frequency bands and divides all the available frequency bands into a forward frequency band and a reverse frequency band as shown in FIG. ).

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.In addition, as shown in FIG. 4, the controller 28 performs a control to divide the reverse frequency band into smaller frequency bands by the number of regions (M) (step 405). Steps 400 and 405 may be preset according to the performance of the central node. That is, when performing the transmission and reception of signals in the underwater environment, the central node 20 includes the frequency that can be transmitted farthest in the forward frequency band and stores it. In addition, when performing the transmission and reception of the signal in the underwater environment, the central node 20 distinguishes and stores the distance (area) in which each frequency can transmit the signal in advance. The divided distance and frequency values are stored in the memory 29 of the central node 20 and the memory 34 of the sensor node 10, and may be used later in the frequency setting process.

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). The controller 28 reads from the memory 29 a reference signal to be used for detecting previously stored distance information. The reference signal is carried in the forward frequency band, is converted into an ultrasonic signal through the data transmitter 26, and transmitted to all the sensor nodes 10 included in all available frequency bands of the central node 20 (step 410). ).

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. The sensor nodes 10 receiving the reference signal transmitted in step 410 through the data receiver 38 detect the power strength of the received signal, and / or the time delay used for signal transmission, and detect the detected signal as a central node. 20). In the detection signal transmission process, since the frequency band is assigned to the corresponding sensor node, in this case, the detection signal is transmitted to the central node 20 using the lowest frequency band among the reverse frequency bands.

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. The control unit 28 of the central node 20 receiving the detection signal uses the power level of the received signal input from each sensor node and / or the time delay used for signal transmission, and the like. Estimate the distance with (step 420). At this time, the distance can be estimated using the distance value compared to the power strength previously stored in the memory 29. In addition, it is possible to estimate the distance using the distance value compared to the time delay previously stored in the memory 29.

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. Thereafter, the central node 20 adaptively allocates a frequency band suitable for each sensor node 10 according to the estimated distance (step 430). When assigning a frequency to the sensor node 10 in step 430, as shown in Figure 4, the same frequency band is assigned to the sensor node at the same or similar distance. At this time, the central node 20 binds the sensor node capable of transmitting and receiving signals in the same frequency band to the same area based on the reference. The same frequency band is allocated to the same area.

그리고 430 단계에서 각 영역에 따라서 할당된 주파수 대역 정보를 복수의 센서노드로 전송한다(440 단계).In operation 430, the frequency band information allocated to each region is transmitted to the plurality of sensor nodes.

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. When the sensor node 10 transmits and receives underwater information with the central node 20, the sensor node 10 receives an ultrasonic signal from the central node 20 in the frequency band f0 allocated to the forward frequency band, and the central node 20. The furnace loads the underwater information in the frequency band assigned to it in the reverse frequency band and transmits it as an ultrasonic signal.

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).On the other hand, sensor nodes existing in the same area have the same frequency band and the underwater signal is transmitted. Therefore, in this case, the control unit 28 in the central node 20 needs to appropriately control underwater communication with a plurality of sensor nodes existing in the same area. In this case, the underwater communication control according to the multiple access scheme is performed as described above (step 450).

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.In this way, the same frequency is allocated to several sensor nodes because the frequency band usable in the central node 20 is limited. For example, in order to acquire the underwater information more accurately and variously, the number of sensor nodes has to be increased. In this case, the number of sensor nodes 10 installed in the entire frequency band usable by the central node 20 may be larger than the divided number of reverse frequency bands. At this time, as shown in Figure 4, the sensor node existing in the same area is assigned the same frequency band to control the underwater communication.

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.According to the embodiment of FIG. 10, the present invention allocates the same frequency band to the plurality of sensor nodes 10 within a limited frequency band, and efficiently controls the plurality of sensor nodes by controlling the multiple access method of the central node 20. Controlling to perform underwater communication. Therefore, it is possible to efficiently control the underwater communication even for more sensor nodes than the number of divided frequency bands.

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.Meanwhile, a node to be used as a transmitting side and a node to be used as a receiving side are determined between the central node and any sensor node. According to an operation algorithm and operation method of underwater communication according to an embodiment of the present invention, the central node may operate as a transmitting side, and the sensor node may operate as a transmitting side. When the transmitting side is determined among the central node and the sensor node, the node communicating with the transmitting side is determined as the receiving side. For example, a node that first requests signal transmission may operate as the transmitting side, and the other side that is requested to transmit the signal may operate as the receiving side. That is, the central node and the sensor node can both transmit and receive, and are configured to be operated by the transmitting side or the receiving side according to the operating state.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서는 중앙노드와 임의의 센서노드 사이의 수중통신에 사용할 작은 주파수 대역이 할당된다. In addition, as described above, a small frequency band to be used for underwater communication between the central node and any sensor node is allocated between the central node and any sensor node.

송신측 노드와 수신측 노드가 결정되어 있는 상태에서, 도 11은 송신측으로 결정된 노드에서 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우의 수신측과의 상호 관계를 나타낸다.In a state where the transmitting node and the receiving node are determined, FIG. 11 shows the mutual relationship with the receiving side when the adaptive underwater communication method is determined at the node determined as the transmitting side.

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.First, a basic process of transmitting and receiving a reference signal is performed between the transmitting side TX and the receiving side RX to check the status of each other. This process may be referred to as a process of testing / confirming whether a signal can be transmitted and received, such as checking a channel to be used by the transmitting side and the receiving side. In this process, the transmitting side may determine to perform the adaptive underwater communication method based on the signal fed back from the receiving side.

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. In general, the situation of underwater communication is very flexible both temporally and spatially. Therefore, the situation of underwater communication is first determined through the process of sending and receiving reference signals between the transmitting side and the receiving side transmitting and receiving signals, and when there is a change in the underwater communication situation, the underwater communication method is immediately and adaptively adjusted accordingly. It is.

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.In determining the adaptive underwater communication method, various factors that may affect the underwater communication environment may be considered. These factors include seawater temperature, season, salinity, channel characteristic parameters, sender battery condition, delay spread, Doppler spread, Doppler scaling, signal to noise ratio, SNR, Signal to Interference Noise Ratio (SINR), Error Vector Magnitude (EVM), and the like. However, the factors affecting the underwater communication environment are not limited to those described, and of course, various factors may be considered.

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.When the adaptive underwater communication method is determined at the transmitting side, the transmitting side transmits information on the determined adaptive underwater communication method to the receiving side. When the receiving side confirms the transmitted adaptive underwater communication method, the transmitting side transmits the data to be transmitted to the receiving side according to the determined adaptive underwater communication method. In this case, the transmitting side may multiplex and transmit the information on the determined adaptive underwater communication method together with the data to be transmitted.

도 12는 송신측 노드와 수신측 노드가 결정되어 있는 상태에서, 수신측으로 결정된 노드에서 적응형 수중통신 방법을 결정하는 경우의 송신측과의 상호 관계를 나타낸다.Fig. 12 shows the mutual relationship with the transmitting side when the adaptive underwater communication method is determined at the node determined as the receiving side in a state where the transmitting node and the receiving node are determined.

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.When the transmitting side transmits feedback information about the reference signal or the communication link to the receiving side, the receiving side determines the adaptive underwater communication method based on the received reference signal or the feedback information about the communication link, and the determined adaptive underwater Information on the communication method is provided to the sender. In this case, the transmitting side transmits the data to be transmitted to the receiving side according to the adaptive underwater communication method information transmitted by the receiving side. Here, the factors considered when the receiver determines the adaptive underwater communication method are the same as those in the case where the above-mentioned transmitter determines the adaptive underwater communication method, and thus repeated description is omitted.

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.13 and 14 are flowcharts illustrating an underwater communication method according to a fourth embodiment of the present invention. Here, FIG. 13 shows a control method for adaptively communicating with changes in the underwater environment, and FIG. 14 shows a method of determining frame structure parameters and determining communication parameters in the underwater communication method shown in FIG.

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.When the transmitting side or the receiving side determines the adaptive underwater communication method (step 502), it is first determined whether the underwater communication method is multi-frequency communication or single frequency communication. Here, the multi-frequency communication method is Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Filter Bank Multi Carrier (FBMC), Filtered Multi Tone (FMT), Universal filtered Multi Carrier (UFMC), Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM), SC-FDMA ( Single Carrier Frequency Division Multiple Access). In addition, the single frequency communication method may be a direct sequence spread spectrum (DSSS) communication method. However, the multi-frequency communication method or the single-frequency communication method is not limited to the described communication method, but may be various multi-frequency communication methods or a single frequency communication method.

다중 주파수 통신방식이 결정되면(504 단계), 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 다중 주파수 통신방식에 따른 프레임 구조 파라미터를 결정한다(506 단계). When the multi-frequency communication method is determined (step 504), the transmitting side or the receiving side determining the adaptive underwater communication method determines a frame structure parameter according to the multi-frequency communication method (step 506).

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.In this case, the transmitting side or the receiving side may select a cyclic prefix (CP) according to the determined multi-frequency communication method (step 506-1). In this case, the transmitting side or the receiving side may select one CP among CPs having different lengths in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel status, SNR, SINR, EVM, battery status, and the like. In this case, the CP may be selected using various selection criteria such as selecting the smallest CP among CPs larger than the delay spread value or selecting the largest CP when the delay spread value is larger than all selectable CPs. Channel conditions also include root mean square (RMS) delay spread, maximum delay spread, Doppler spread, Doppler scaling, Doppler shift, channel covariance matrix, etc. do.

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.In addition, the transmitting side or the receiving side determining the adaptive underwater communication method selects an interval of pilot symbols according to the determined multi-frequency communication method (step 506-2). In this case, the transmitting side or the receiving side may select the interval of the pilot symbol in the frequency and time domain, respectively, in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel status, SNR, SINR, EVM, battery status, and the like. In this case, when the delay spread value is larger than the set value, the pilot interval in the frequency domain may be reduced, or when the Doppler spread value is large, the pilot interval in the time domain may be decreased, or the pilot symbol interval may be selected by combining various methods.

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.When the frame structure parameter is determined, the transmitting side or the receiving side determining the adaptive underwater communication method determines the communication parameter according to the multi-frequency communication (step 508). At this time, the transmitting side or the receiving side determines the number of repetitive transmissions for repetitive transmission of signals in underwater communication (step 508-1). In this case, the transmitting side or the receiving side may first determine the situation of the underwater communication through the process of sending and receiving the reference signal, and determine the number of repetitive transmissions to transmit the actual data. In this case, the transmitting side or the receiving side may determine the number of repetitive transmissions in the frequency and time domains in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel status, SNR, SINR, EVM, battery status, and the like.

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.In addition, the transmitting side or the receiving side having determined the adaptive underwater communication method selects a modulation scheme and a code rate (step 508-2). In this case, the transmitting side or the receiving side may select a modulation scheme and a code rate within a preset modulation scheme and code rate in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel condition, SNR, SINR, EVM, battery state, and the like. . In this case, the transmitting side or the receiving side uses a variety of criteria such as selecting a low level modulation method and a code rate when the delay spread value is large, or selecting a low level modulation method and a code rate when the Doppler spread value is large. And code rate can be selected.

송신측 및 수신측은 전력제어방식을 적용하여 수중통신을 수행한다(510 단계, 512 단계). 이때, 전력제어방식은 공지된 전력제어방식을 이용할 수 있으며, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.The transmitting side and the receiving side apply underwater power control to perform underwater communication (steps 510 and 512). In this case, the power control method may use a known power control method, and a detailed description thereof will be omitted.

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.The transmitting side or the receiving side determines whether each time data is transmitted or received or periodically performed underwater communication satisfies the target performance (step 514). At this time, if the currently performed underwater communication satisfies the target performance, the underwater communication between the transmitting side and the receiving side is continuously performed by the current underwater communication method.

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. If the currently performed underwater communication does not satisfy the target performance, it is determined whether the current underwater communication satisfies a preset condition (step 516). Whether the current underwater communication meets the preset conditions may be applied by changing the channel status, SNR, SINR, EVM, battery status, etc., and whether the preset power control method is applied. Can be. The method of determining whether the present underwater communication meets a predetermined condition described herein has been described for the purpose of understanding, and besides, the present underwater communication can be judged by comparing with various reference conditions. In this case, if the current underwater communication meets a preset condition, it is determined that a change has occurred in the environment of the underwater communication, and accordingly, the method is repeatedly performed to determine the underwater communication method. In addition, if the current underwater communication does not meet the preset conditions, the communication is continuously performed by adjusting the power control method of the current underwater communication. To this end, it is preferable that the transmitting side or the receiving side sets and stores reference conditions for determining a change in the underwater communication environment.

단일 주파수 통신방식이 결정되면(504 단계), 적응형 수중통신 방법을 결정한 송신측 또는 수신측은 단일 주파수 통신방식에 따른 프레임 구조 파라미터를 결정한다(518 단계). When the single frequency communication method is determined (step 504), the transmitting side or the receiving side having determined the adaptive underwater communication method determines a frame structure parameter according to the single frequency communication method (step 518).

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.In this case, the transmitting side or the receiving side may select a spreading factor according to the determined single frequency communication method (step 518-1). In this case, the transmitting side or the receiving side may select one spreading factor among different spreading factors in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel status, SNR, SINR, EVM, battery condition, and the like. In this case, the spreading factor may be determined in inverse proportion to the SNR, the SINR, the EVM, the battery state, or the like, or the spreading factor may be selected using various selection criteria.

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.In addition, the transmitting side or the receiving side determining the adaptive underwater communication method selects the density of pilot symbols according to the determined single frequency communication method (step 518-2). In this case, the transmitting side or the receiving side may select the density of the pilot symbols in the frame in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel status, SNR, SINR, EVM, battery status, and the like. At this time, if the delay spread value is larger than the set value, the pilot symbol density is increased; if the Doppler spread value is larger than the set value, the pilot symbol density is decreased; The density of pilot symbols may be selected by selecting or combining various methods.

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.When the frame structure parameter is determined, the transmitting side or the receiving side determining the adaptive underwater communication method determines the communication parameter according to the single frequency communication (step 520). At this time, the transmitting side or the receiving side determines the number of repetitive transmissions for repetitive transmission of signals in underwater communication (step 520-1). In this case, the transmitting side or the receiving side may first determine a situation of underwater communication through a process of sending and receiving a reference signal, and determine the number of repetitive transmissions to transmit the actual data. In this case, the transmitting side or the receiving side may determine the number of repetitive transmissions in the time domain in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel status, SNR, SINR, EVM, battery status, and the like. In addition, the number of repetitive transmissions may be selected by applying various methods such as selecting a larger number of repetitive transmissions as the delay spread value is larger or selecting a larger number of repetitive transmissions as the Doppler spreading value is larger.

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.In addition, the transmitting side or the receiving side determining the adaptive underwater communication method selects a modulation scheme and a code rate (step 520-2). In this case, the transmitting side or the receiving side may select a modulation scheme and a code rate within a preset modulation scheme and code rate in consideration of the requirements of at least one underwater communication environment such as channel condition, SNR, SINR, EVM, battery state, and the like. . In this case, the transmitting side or the receiving side selects a low level modulation scheme and a code rate when the delay spread value is larger than the set value, or selects a low level modulation scheme and code rate when the Doppler spread value is larger than the set value. The criteria can be used to select the modulation scheme and code rate.

단일주파수 통신방식에서의 522 단계 내지 528 단계의 과정은 다중주파수 통신방식에서의 510 단계 내지 516 단계와 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.Since the processes of steps 522 to 528 in the single frequency communication method are the same as steps 510 to 516 in the multi-frequency communication method, detailed descriptions thereof are omitted here.

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.Although embodiments according to the present invention have been described above, these are merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments of the present invention are possible therefrom. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined not only by the following claims, but also by their equivalents.

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
10: sensor node 20: center node
21, 22, 40: transceiver 23, 26, 36: data transmitter
24, 25, 38: data receiver 27: frequency divider
28, 32: control unit 29, 34: memory

Claims (24)

수중정보를 검출하는 복수의 센서노드, 및 각각의 상기 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드를 포함하는 수중통신 시스템의 수중통신 방법에 있어서,
(a) 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 단계;
(b) 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 단계;
(c) 결정된 상기 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 단계;
(d) 전력제어방식을 적용하여 통신을 수행하는 단계; 및
(e) 통신 성능이 목표성능을 만족하는지를 판단하며, 상기 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하는 단계;
를 포함하며, 상기 (b) 단계는,
(b-1) 상기 다중 주파수 통신방식이 결정된 경우에 CP(Cyclic Prefix)를 선택하는 단계; 및
(b-2) 파일럿 심볼의 간격을 선택하는 단계;
를 포함하고,
상기 (e) 단계에 의해 판단되는 결과에 따라 수중환경에 적응적으로 수중통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
In the underwater communication method of the underwater communication system comprising a plurality of sensor nodes for detecting underwater information, and a central node for collecting and transmitting the underwater information detected by each of the sensor nodes,
(a) determining a multi-frequency communication scheme or a single frequency communication scheme;
(b) determining a frame structure parameter corresponding to the determined communication scheme;
(c) determining a communication parameter corresponding to the determined communication method;
(d) performing communication by applying a power control scheme; And
(e) determining whether the communication performance satisfies the target performance, and determining whether or not the predetermined condition is met when the communication performance does not satisfy the target performance;
It includes, step (b),
(b-1) selecting a cyclic prefix (CP) when the multi-frequency communication scheme is determined; And
(b-2) selecting an interval of pilot symbols;
Including,
Underwater communication method characterized in that for performing the underwater communication adaptive to the underwater environment according to the result determined by step (e).
제1항에 있어서,
상기 설정된 조건에 부합하는 경우, 상기 (a) 단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
If the set condition is met, the method of underwater communication, characterized in that performing step (a) again.
제1항에 있어서,
상기 설정된 조건에 부합하지 않는 경우, 상기 (d) 단계를 다시 수행하여 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
If it does not meet the set condition, the underwater communication method characterized in that to perform the step (d) again to control the power.
제1항에 있어서,
상기 목표성능을 만족하는 경우, 현재의 전력제어방식 및 통신방식을 유지하여 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
If the target performance is satisfied, the underwater communication method characterized in that for performing communication by maintaining the current power control method and communication method.
제1항에 있어서,
복수의 상기 센서노드 및 상기 중앙노드 중 송신측이 적응적인 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
Underwater communication method characterized in that the transmitting side of the plurality of the sensor node and the central node determines to perform the adaptive underwater communication.
제5항에 있어서,
상기 송신측은 수신측에서 전송한 기준신호 또는 상기 수신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여 적응적인 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 5,
And wherein the transmitting side determines to perform adaptive underwater communication based on the reference signal transmitted from the receiving side or feedback information about the communication link transmitted from the receiving side.
제5항에 있어서,
상기 송신측은 적응형 수중통신정보 및 통신데이터를 멀티플렉싱(multiplexing)하여 전송하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 5,
And said transmitting side transmits the adaptive underwater communication information and communication data by multiplexing.
제1항에 있어서,
복수의 상기 센서노드 및 상기 중앙노드 중 수신측이 적응적인 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
Underwater communication method characterized in that the receiving side of the plurality of the sensor node and the central node determines the performance of the adaptive underwater communication.
제8항에 있어서,
상기 수신측은 송신측에서 전송한 기준신호 또는 상기 송신측에서 전송한 통신링크에 관한 피드백 정보에 기반하여 적응적인 수중통신의 수행을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 8,
And the receiving side determines to perform adaptive underwater communication based on the reference signal transmitted from the transmitting side or feedback information on the communication link transmitted from the transmitting side.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
채널상황, 배터리상태, SNR(Signal to Noise Ratio), SINR(Signal to Interference Noise Ratio), EVM(Error Vector Magnitude) 중의 적어도 하나에 기반하여 통신방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
In step (a),
An underwater communication method comprising determining a communication method based on at least one of a channel condition, a battery state, a signal to noise ratio (SNR), a signal to interference noise ratio (SINR), and an error vector magnitude (EVM).
제1항에 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 방법.
The method of claim 1,
The multi-frequency communication method is Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Filter Bank Multi Carrier (FBMC), Filtered Multi Tone (FMT), Universal filtered Multi Carrier (UFMC), Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM), SC-FDMA (Single) Underwater communication method, characterized in that one of the Carrier Frequency Division Multiple Access.
제1항에 있어서,
상기 단일 주파수 통신방식은 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)을 포함하는 통신방식 중의 하나인 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
The single frequency communication method is one of the communication method including a DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (b-1) 단계는,
채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 길이를 갖는 CP 중 하나의 CP를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
Step (b-1),
And selecting one CP among CPs having different lengths based on at least one of a channel condition, an SNR, an SINR, an EVM, and a battery condition.
제1항에 있어서,
상기 (b-2) 단계는,
채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 주파수 및 시간 영역에서 각각 파일럿 심볼의 간격을 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 1,
Step (b-2),
And selecting intervals of pilot symbols in the frequency and time domains, respectively, based on at least one of channel conditions, SNRs, SINRs, EVMs, and battery conditions.
수중정보를 검출하는 복수의 센서노드, 및 각각의 상기 센서노드에 의해 검출된 수중정보를 취합하여 지상의 네트워크로 전송하는 중앙노드를 포함하는 수중통신 시스템의 수중통신 방법에 있어서,
(a) 다중 주파수 통신방식 또는 단일 주파수 통신방식을 결정하는 단계;
(b) 결정된 통신방식에 대응하여 프레임 구조 파라미터를 결정하는 단계;
(c) 결정된 상기 통신방식에 대응하여 통신 파라미터를 결정하는 단계;
(d) 전력제어방식을 적용하여 통신을 수행하는 단계; 및
(e) 통신 성능이 목표성능을 만족하는지를 판단하며, 상기 목표성능을 만족하지 않는 경우에 설정된 조건에 부합하는지 여부를 판단하는 단계;
를 포함하며, 상기 (b) 단계는,
(b-3) 상기 단일 주파수 통신방식이 결정된 경우에 확산인자(spreading factor)를 선택하는 단계; 및
(b-4) 파일럿 심볼의 밀도를 선택하는 단계;
를 포함하고,
상기 (e) 단계에 의해 판단되는 결과에 따라 수중환경에 적응적으로 수중통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
In the underwater communication method of the underwater communication system comprising a plurality of sensor nodes for detecting underwater information, and a central node for collecting and transmitting the underwater information detected by each of the sensor nodes,
(a) determining a multi-frequency communication scheme or a single frequency communication scheme;
(b) determining a frame structure parameter corresponding to the determined communication scheme;
(c) determining a communication parameter corresponding to the determined communication method;
(d) performing communication by applying a power control scheme; And
(e) determining whether the communication performance satisfies the target performance, and determining whether or not the predetermined condition is met when the communication performance does not satisfy the target performance;
It includes, step (b),
(b-3) selecting a spreading factor when the single frequency communication scheme is determined; And
(b-4) selecting the density of the pilot symbol;
Including,
Underwater communication method characterized in that for performing the underwater communication adaptive to the underwater environment according to the result determined by step (e).
제16항에 있어서,
상기 (b-3) 단계는,
채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 서로 다른 확산인자 중 하나의 확산인자를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 16,
Step (b-3),
And a spreading factor of one of different spreading factors, based on at least one of a channel condition, an SNR, an SINR, an EVM, and a battery state.
제16항에 있어서,
상기 (b-4) 단계는,
채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여, 프레임 내에서 파일럿 심볼의 밀도를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 16,
Step (b-4) is,
And selecting a density of a pilot symbol in a frame based on at least one of a channel condition, an SNR, an SINR, an EVM, and a battery condition.
제1항 또는 제16항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c-1) 반복 전송 횟수를 선택하는 단계; 및
(c-2) 변조 방식 및 코드율을 선택하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method according to claim 1 or 16,
In step (c),
(c-1) selecting the number of repetitive transmissions; And
(c-2) selecting a modulation scheme and a code rate;
Underwater communication method comprising a.
제19항에 있어서,
상기 (c-1) 단계는,
상기 다중 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 주파수 및 시간 영역에서 각각 반복 전송 횟수를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 19,
Step (c-1),
And selecting the number of repetitive transmissions in the frequency and time domains based on at least one of channel conditions, SNRs, SINRs, EVMs, and battery conditions when the multi-frequency communication scheme is selected.
제19항에 있어서,
상기 (c-2) 단계는,
채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 기 설정된 변조방식 및 코드율을 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 19,
Step (c-2),
And a predetermined modulation scheme and a code rate based on at least one of a channel condition, an SNR, an SINR, an EVM, and a battery state.
제19항에 있어서,
상기 (c-1) 단계는,
상기 단일 주파수 통신방식이 선택된 경우, 채널상황, SNR, SINR, EVM, 배터리 상태 중의 적어도 하나에 기반하여 시간 영역에서의 반복 전송 횟수를 선택하는 것을 특징으로 하는 수중통신 방법.
The method of claim 19,
Step (c-1),
And selecting the number of repetitive transmissions in the time domain based on at least one of channel conditions, SNRs, SINRs, EVMs, and battery conditions when the single frequency communication scheme is selected.
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