초장거리 LoRa 통신 모듈 설계 및 구현

김동현,허준환,이창홍,김광덕,김종덕 한국정보통신학회 2022 한국정보통신학회논문지 Vol.26 No.2

사물인터넷은 통신 기능이 없는 사물에 통신 기능을 추가하여 사물의 정보를 원격에서 수집 및 사물의 기능을 제어하는 통신기술이다. 이를 위해 Wi-Fi, 3GPP, 블루투스 등 다양한 통신기술이 사용 가능하며 NB-IoT와 LoRa(Long Range)는 사물인터넷 개념에 특화된 통신기술이다. LoRa는 장거리, 저전력, 저속 통신을 지원하는 통신기술로 원거리의 사물에서 생성되는 정보를 수집하고 장비를 제어하기에 적합하다. 이러한 특징 때문에 많은 응용 분야에서 활용되고 있으며 다양한 성능 향상 연구가 진행 중이다. 본 논문은 더욱더 넓은 응용 분야에서 활용하기 위한 초장거리 LoRa 통신 모듈을 제안하고자 한다. 초장거리 LoRa 통신 모듈을 개발하기 위해 하드웨어, 펌웨어 및 테스트를 위한 응용 소프트웨어를 설계 및 구현한다. 구현된 장비는 실제 환경에서 테스트를 통해 성능을 검증하여 활용도를 확인하겠다.

LoRa, Sensor Node, Cloud Platform을 활용한 계측관리에 관한 연구

이강중(Lee, KangJung),김지환(Kim, JiHwan),하민수(Ha, MinSoo),조국환(Cho, KookHwan) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

최근 4차 산업혁명으로 통신분야와 센서분야는 눈부시게 발전하고 있다. 그 중 LoRa LPWAN은 저전력 IoT 전용기술로기존의 LTE 망보다 저렴하며, 근거리 통신방식(Bluetooth/WiFi/Zigbee)보다 넓은 커버리지를 제공하는 통신기술이다. 이번연구에서 LoRa LPWAN 통신을 활용한 계측관리 시스템을 제안하였다. 지상구간과 지하구간에 각각 공용망(Public), 자가망(Private)을 활용한 하이브리드 계측시스템으로 구축하였다. 각 메카니즘에 맞는 센서를 선정하여 고유신호를 처리할 수 있는센서노드를 개발하였으며, 원시 데이터를 Cloud Platform에 저장할 수 있는 통합 모니터링 프로그램을 개발하였다. 연구결과 통신 성공률은 1차 송수신시 90%, 2차 송수신시 99%로 나타났으며, 센서에서의 측정치와 센서노드 연결 후 통신 완료시측정치가 정확히 일치하는 것으로 확인되었다. With the recent Fourth Industrial Revolution, communication and sensor fields are developing remarkably. Among them, LoRa low-power wide-area network (LPWAN) uses low-power Internet-of-things-only technology, which is cheaper than the existing long-term evolution network, and it is a communication technology that provides wider coverage than short-range communication methods (such as Bluetooth, WiFi, and Zigbee). In this study, a measurement management system was developed using LoRa LPWAN communication. It was constructed as a hybrid measurement system using public and private networks for the ground and underground sections, respectively. We developed a sensor node that could process unique signals by selecting sensors suitable for each mechanism and an integrated monitoring program that could store raw data in the Cloud Platform. The results showed that the communication success rate was 90% for the first transmission and reception and 99% for the second transmission and reception. It was confirmed that the measured values at the sensor and when communication was completed after connecting the sensor node were equal.

Long range-based low-power wireless sensor node

Komal Devi,Rita Mahajan,Deepak Bagai Electronics and Telecommunications Research Instit 2023 ETRI Journal Vol.45 No.4

Sensor nodes are the most significant part of a wireless sensor network that offers a powerful combination of sensing, processing, and communication. One major challenge while designing a sensor node is power consumption, as sensor nodes are generally battery-operated. In this study, we proposed the design of a low-power, long range-based wireless sensor node with flexibility, a compact size, and energy efficiency. Furthermore, we improved power performance by adopting an efficient hardware design and proper component selection. The Nano Power Timer Integrated Circuit is used for power management, as it consumes nanoamps of current, resulting in improved battery life. The proposed design achieves an off-time current of 38.17309 nA, which is tiny compared with the design discussed in the existing literature. Battery life is estimated for spreading factors (SFs), ranging from SF7 to SF12. The achieved battery life is 2.54 years for SF12 and 3.94 years for SF7. We present the analysis of current consumption and battery life. Sensor data, received signal strength indicator, and signal-to-noise ratio are visualized using the ThingSpeak network.

A Deep Learning Approach to Channel Selection for Reliable Maritime Communications

Shrutika Sinha,G. Pradeep Reddy,Soo-Hyun Park 대한산업공학회 2024 대한산업공학회 춘계학술대회논문집 Vol.2024 No.5

The channel selection mechanism plays an important role as it optimizes performance, minimizes interference, and maximizes range in wireless communication applications. With the rapidly increasing usage of wireless communication in maritime, it is important to identify a suitable technology that provides lower cost, energy efficient, long-range and reliable communication link. For safety and navigation, the reliability of communication is vital at sea. However, traditional single-channel wireless networks remain susceptible to link failures, disrupting critical data transmission. Despite advancements, current approaches frequently fail to meet expectations. Manual switching can lead to human errors and struggles to adapt to dynamic conditions encountered in nautical environments. Keeping this in view, this paper proposes a deep learning-based channel selection mechanism between Wi-Fi and LoRa (Long Range). Further, deep learning-based techniques are used to learn the best channel based on data collected in maritime scenarios. This is useful in dynamic environments such as maritime, where the conditions change abruptly. To validate the proposed idea, classifiers such as LSTM and CNN considered for the research. The experimental results show that CNN has better performance with an accuracy of 97%.

무선통신망 기반 어구자동식별 모니터링 시스템 구현 및 시험환경 구축

정주명(JooMyeong Joung),박혜정(HyeJung Park),김민석(MinSeok Kim),곽명신(Myoung-Shin Kwak),선휘준(Hwi-Joon Seon) 한국전기전자학회 2021 전기전자학회논문지 Vol.25 No.1

불법어업 방지와 유실어구 저감을 위해 해양환경에서 상시적이고 연속적인 어구 모니터링 시스템 개발이 필요하며, 본 논문에서는 수산자원 고갈로 점차 어로활동 범위가 넓어지는 현실과 열악한 해상환경을 고려한 25Km 이상의 통신 커버리지를 갖는 장기적 운용 가능한 신뢰성 있는 시스템 모델을 설계하고, 설계결과를 구현하여 14Km 떨어진 해상환경에 부이와 무선노드를 각각 설치하여 상용망과 Private LoRa망을 통한 통신 성공률을 구분 확인하고 수집된 위치정보를 통한 각 관제시스템의 관제기능을 확인함으로써 시스템의 운용 가능성을 검증하였다. In order to prevent illegal fishing and reduce lost fishing gear, it is necessary to develop a constant and continuous fishing gear monitoring system in the marine environment. In this paper, we design a long-term operational, reliable system model with communication coverage of more than 25Km considering the reality of gradually expanding fishing activity due to the depletion of fishery resources and marine environments. The design results are implemented to verify the operability of the system by separating the communication success rate of SKT and private LoRa networks and verifying the control function of each control system through the collected location information, respectively.

A Deep Learning Approach to Channel Selection for Reliable Maritime Communications

Shrutika Sinha,G. Pradeep Reddy,Soo-Hyun Park 한국경영과학회 2024 한국경영과학회 학술대회논문집 Vol.2024 No.5

The channel selection mechanism plays an important role as it optimizes performance, minimizes interference, and maximizes range in wireless communication applications. With the rapidly increasing usage of wireless communication in maritime, it is important to identify a suitable technology that provides lower cost, energy efficient, long-range and reliable communication link. For safety and navigation, the reliability of communication is vital at sea. However, traditional single-channel wireless networks remain susceptible to link failures, disrupting critical data transmission. Despite advancements, current approaches frequently fail to meet expectations. Manual switching can lead to human errors and struggles to adapt to dynamic conditions encountered in nautical environments. Keeping this in view, this paper proposes a deep learning-based channel selection mechanism between Wi-Fi and LoRa (Long Range). Further, deep learning-based techniques are used to learn the best channel based on data collected in maritime scenarios. This is useful in dynamic environments such as maritime, where the conditions change abruptly. To validate the proposed idea, classifiers such as LSTM and CNN considered for the research. The experimental results show that CNN has better performance with an accuracy of 97%.

어구 자동식별 모니터링시스템의 해상IoT 통신시험 및 성능 분석

박혜정(HyeJung Park),정주명(JooMyeong Joung),스타핏 프라네시(Sthapit Pranesh),김민석(MinSeok Kim),김기선(Kiseon Kim) 한국전기전자학회 2020 전기전자학회논문지 Vol.24 No.4

본 논문에서는 폐어구의 체계적 관리를 위해 개발 중인 어구 자동식별 모니터링 시스템의 신뢰성을 확인코자 서해어업관리단의 어업지도선에 승선하여 해상에서 시제품의 기능별 동작확인과 통신 시험을 진행하였다. 또한 수집 데이터를 분석하여 어구 자동식별 모니터링 시스템에서 활용되는 LoRa통신망에 대한 해상에서의 신뢰성을 확인하고 시스템의 안정성을 검토하고자 하였다. This paper presents the performance analysis of a long-range marine communication system developed for monitoring the fishing gears. LoRa based buoys were developed to monitor fishing gears. The buoy sends its coordinates along with other relevant information to the central monitoring station via a gateway. During the experiment, a up to 30 km of communication between a buoy and a gateway was successfully tested.

고위험 직업군의 안전을 위한 IoT/ICT융합 스마트 안전관리 시스템에 관한 연구

김승용,황인철,김동식,문병무,오세용 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 논문집 Vol.15 No.1

연구목적: 본 연구에서는 재난현장 또는 산업현장에 투입되는 고위험 직업군의 안전을 위하여 IoT/ICT 융합기반의 스마트 안전관리 시스템을 연구하고 이의 성능을 분석・제시하였다. 연구방법: 연구에서 제시된 고위험 직업군의 안전을 위해 부동상태 감지센서, 각 대원간에 통신을 위한 LoRa기반의 리피팅 기술, 전체를 모니터링할 수 있는 LoRa Gateway를 개발하여 기능을 테스트하여 현장적용을 위한 기반 을 제시하였다. 연구결과 : 고위험 직업군에 작업현장에서 작업자의 위험 상태를 감지하고 전파할 수 있 는 다양한 요소를 파악하고 이에 대한 연구가 진행되었다. 작업자의 부동과 같은 위험상태를 감지하는 센서기술, LoRa 통신 기반의 리티핑 기술, 위험 상황을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 LoRa Gateway 를 분석하여 그 연구결과를 제시하였다. 특히 통신 음영지역의 최소화를 위한 단말간 리피팅기술을 연 구하여 통신 불통 문제를 감소시켰다. 연구결론: 본 연구를 통해 다양한 고위험 직업군의 작업자 안전을 위한 스마트 안전관리 시스템의 중요한 기능적 요소를 고찰하고 그 효용성을 검증하였다. Purpose: This study aims at developing and implementing Smart Safety Management System based on IoT/ICT Convergence for safety of high-risk groups working at disaster or industrial field. Its functions are as follows. Method: We will develop three devices for keeping the safety of high-risk jobs: Sensor of inactivity, Lora based Refitting technology for communication between high-risk workers, and Lora Gateway for monitoring entire situations. Then we will test three devices in respect of their functions, and propose their applicabilities in the field. Results: The system can send and receive safety tags and danger signals by which sensor technology can detect dangerous state of workers. And its command terminal was developed by low-power wireless communication technology and LoRa Gateway, which can fulfill the lifting functions between safety tags. And, furthermore, the command terminal can monitor dangerous situations of disaster sites in real time and can perform the preemptive rescues. Conclusion: This study proves the functional efficacy of Smart Safety Management System for worker safety in various high-risk occupational groups, and also suggests ways to secure worker safety in disaster area and various high risk industrial sites.

한전 Gateway를 활용한 Smart Office 기능 연구

남강현(Kang Hyun Nam) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.11

This study is the Smart Office features that take advantage of KEPCO eIoT(: energy Internet of Thing) platform, and it’s Network configuration is composed of sensing device, gateway, platform, and the service server. The key features are parts for processing protocol data between the gateway and the device using LoRa(: Long Range) technology, Intelligent applications and public safety data connected to the PS-LTE(: Public Safety-Long-Term Evolution) system. And the resource tree provided Smart Office for the service, which commonly used in the application server and the device. 본 연구는 한국전력 eIoT(: energy Internet of Thing) 플랫폼을 활용한 스마트오피스 기능이고, 망구성은 센싱 디바이스, 게이트웨이, 플랫폼, 그리고 서비스서버로 구성 한다. 핵심 기능들은 게이트웨이와 디바이스간 LoRa(: Long Range) 기술을 활용하여 프로토콜 데이터 전달하는 부분, 지능화된 애플리케이션 처리 부분 그리고 PS-LTE(: Public Safety-Long-Term Evolution) 시스템에 연동되는 공공 안전 데이터처리 부분이다. 그리고 스마트오피스에서 서비스될 수 있는 리소스트리가 제시되며, 이것은 애플리케이션 서버와 디바이스에서 공통적으로 사용된다.

장거리무선통신 IoT 네트워크 효율성 분석

김기영(Ki-Young Kim) 한국정보전자통신기술학회 2016 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.9 No.6

최근 IoT 기술을 적용하여 가정 내의 기기들의 제어와 온도, 습도 등의 정보를 수집하여 실내 환경을 자동으로 제어할 수 있는 시스템의 적용사례가 증가하고 있다. 현재 IoT 디바이스의 네트워크 구성은 IoT 디바이스들을 무선 게이트웨이를 통해 인터넷과 연결하는 방식을 주로 사용한다. 이와 같은 방식은 게이트웨이에 종속적이기 때문에 다양한 서비스를 제공하기에는 한계가 존재한다. 따라서 본 논문에서는 장거리 무선통신 기술을 적용하여 게이트웨이를 사용하지 않고 IoT 네트워크를 구성하여 게이트웨이에 독립적인 방법을 제시하였다. 제안한 장거리무선인터넷 기술을 적용한 IoT 디바이스들은 각각 원격 서버에 접속할 수 있고 기존 방식에서 지원하지 못하는 이동성을 지원하여 보다 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 제안한 네트워크 구성방식의 성능평가는 게이트웨이로 구성하는 기존 네트워크 방식과 제안하는 네트워크 구성방식에서 각각 발생하는 지연시간과 데이터의 량을 비교하였다. 분석결과를 통해 제안한 방식에서 게이트웨이에서 발생하는 지연시간과 데이터의 량이 감소하는 것을 확인하였다. Recently, IoT technology has been applied to the control of appliances in the home, and information about temperature, humidity, etc. is collected and the application of the system to control the indoor environment automatically is increasing. Currently, the network configuration of IoT devices is mainly used to connect IoT devices to the Internet through wireless gateways. Since such a method is dependent on a gateway, there are limitations in providing various services. Therefore, this paper proposes an independent method of gateway by using IoT network without using gateway by applying long distance wireless communication technology. IoT devices using the proposed long distance wireless internet technology can connect to a remote server and provide mobility that can not be supported by existing methods, thereby providing more various services. The performance evaluation of the proposed network configuration method is compared with the delay time and the amount of data generated in the existing network method constituted by the gateway and the proposed network configuration method respectively. Experimental results show that the proposed method decreases the delay time and the amount of data generated by the gateway.