이동통신 기반 LPWA (Low Power Wade Area) IoT를 위한 용량 증대 방안

박복녕,정일도 한국사물인터넷학회 2022 한국사물인터넷학회 논문지 Vol.8 No.4

NB-IoT and LTE Cat.M1 based on LPWA(Low Power Wide Area) are commercialized and serviced by mobile carriers. As the demand for IoT devices is increased, the number of subscribers to these services is also increasing. In the beginning of service, there was no issue that eNB capacity for NB-IoT and LTE Cat.M1. However, as the number of subscribers increases, there is an issue that the eNB capacity for these service is insufficient. Active UE capacity issue may cause overload by continuous increase and temporary increase. In this paper, we propose a solution to solve the problem of LTE RRC(Radio Resource Control) Active UE capacity shortage and base station overload caused by the increase of NB-IoT and LTE Cat.M1 UE in same eNB. The proposed solution can increase a cell capacity without cell division and additional eNB, and can also improve the service quality of these UEs. 이동통신사 주도의 LPWA(Low Power Wide Area) 기반 IoT 기술은 NB-IoT와 LTE Cat.M1이 상용화되어 서비스되고 있다. LPWA 기반 IoT에 대한 서비스 요구사항이 증가되면서 이러한 서비스 가입자도 증가하고 있는 상황 이다. 서비스 초기에는 NB-IoT 및 LTE Cat.M1을 수용하기 위한 기지국 용량에 이슈가 없었으나, 가입자 증가로 하나 의 셀에서 수용하기 위한 용량이 부족해지는 문제가 발생하고 있다. 이러한 Active UE 용량 문제는 지속적인 증가로 인한 과부하와 일시적인 증가로 인한 과부하 문제가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 기지국에서 NB-IoT 및 LTE Cat.M1 단말의 일시적인 증가로 인해 발생 하는 LTE 접속제어 채널인 RRC(Radio Resource Control) Active UE 용량 부족 및 기지국 과부하 문제를 해결하기 위한 방안을 제시한다. 제시한 방안은 이동통신의 셀 분할 및 추가 기지국 투자 없이 셀 용량을 증대 시킬 수 있는 방안을 제시함으로써, 증가하는 IoT 단말을 수용해 서비스 성능을 개선시킨다.

NB-IoT를 활용한 발열 제어 시스템 구현

신동근,김형진 한국정보전자통신기술학회 2019 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.12 No.2

Internet of thing becomes more active, many sensor devices are increasing. Sensors can use network wired network or use mobile communication network. From the viewpoint of the transmission rate, the mobile communication network can be roughly divided into two types of high-speed communication and low-speed communication. In the case of hundreds of millions of sensors in the mobile communication network, resources are wasted to use high-speed communication. Communication is required to reduce the transmission rate and appropriately allocate resources without wasting such resources. As the Internet of Thing has been activated, Narrowband Internet of Thing(NB-IoT), which is one of the low-power technologies in recent mobile communications, is in the spotlight from various companies. Currently, it can be seen that only NB-IoT or other low power consumption communication has the potential to be able to connect to the Internet with rapidly increasing sensor devices. In this paper, we designed and implemented a heater controller using Huawei NB-IoT communication Module, a server that collects controller information, and an application that allows default settings for devices. The main function of this system is to collect temperature and heater status and give it to the server, control the heater from the server, and set parameters for the heater to operate automatically. The system can be applied to places where wired communication is not established, such as road information, smart agriculture, and small reservoirs as well as heaters. 사물인터넷이 활성화 되면서 많은 센서 디바이스들이 늘어나고 있다. 센서들은 네트워크 유선망을 설치하여 사용하거나 이동통신망을 사용할 수 있다. 이동통신망은 전송률 관점에서 볼 때 크게 고속 통ㅅ니과 저속통신 두 가지로 분류 할 수 있다. 이동 통신망에서 수억 개의 센서들의 경우 고속 통신을 사용하기에는 자원 낭비가 심하게 발생하게 된다. 이러한 자원을 낭비하지 않고 전송 속도를 줄이고 자원을 적절히 할당하여 이용할 수 있는 통신이 필요하다. 최근 이동통신에서 저전력 기술 중 하나인 협대역 인터넷(NB-IoT)이 여러 기업에서 각광받고 있다. 현재 NB-IoT 또는 기타 저전력 통신들만이 빠르게 늘어나는 센서 디바이스들을 인터넷에 연결시킬 수 있는 가능성을 가지고 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 화웨이 NB-IoT 통신 모듈을 이용한 히터 제어 장치, 제어 장치의 정보를 수집하는 서버, 장치에 기본 설정을 할 수 있는 응용프로그램을 설계 및 구현하였다. 이 시스템의 주요 기능은 온도 및 히터 상태 수집하여 서버에 주기 보고, 서버에서의 히터 제어, 히터가 자동으로 동작하기 위한 파라미터 설정이 있다. 본 시스템은 히터뿐만 아니라 도로 정보, 스마트 농업, 소규모 저수지 등 유선 통신이 구축 되지 않은 곳에 응용할 수 있다.

동북아 지역 IoT 주파수 공동이용을 위한 동향분석 및 기술표준 방향 연구

이동철,백승준,구교광,권태오,김승환 한국어정보학회 2018 한국어정보학 Vol.20 No.1

몇 년 사이에 IoT는 통신 프로토콜과 디바이스 중심의 단순한 개념에서 점점 진화 하여, 디바이스, 인터넷기술, 그리고 사람(사물, 데이터 등)이 보 안, 프라이버시, 신뢰도 문제를 해결하는 것까지 포함한 비즈니스 혁신, 재현성, 상호 운용성을 위한 완전한 생태계를 창조하는 것으로 개념이 바뀌어 가고 있다. IERC는 실제와 가상의 사물들이 고유특성과 물리적·가상적 특성을 가지고 있고, 지능형 인터페이스를 사용하며, 끊김없이 정보네트워크를 통합 하는 표준과 상호운용 통신 프로토콜을 기반으로 자기 스스로 재구성이 가능한 동적인 글로벌 네트워크 인프라로 정의함으로써 IoT의 범위를 인프라까지 확대 정의하고 있는 추세이다. 이와 같은 IoT 영역이 확대되면서, 일반적으로 IoT의 4대 기술 분야를 센싱기술, 유·무선 통신 네트워크 기술, 플랫폼 기술 및 서비스 기술로 분류하고 있으며, 이 중에서 다양한 전파서비스를 제공하기 위해서는 무선통신망 구축이 필수이며, 이를 실현 하기 위해서는 주파수 자원 확보가 매우 중요하다. 본고에서는 이를 실현화 시킬 수 있는 동북아지역 IoT주파수 동향 및 표준화에 대하여 결과를 제 시하고자 한다.

지진모니터링과 예측을 위한 지하수관측소내 라돈 측정시스템 개발 기초연구

장석환,이재경,이상윤,오경두 한국수자원학회 2020 한국수자원학회논문집 Vol.53 No.7

This study developed the radon measurement system that can be used for crustal movement monitoring and seismic occurrence and prediction, and compared and analyzed the results of test-operated radon measurement system and observed seismic occurrence cases. First, the developed radon measurement system consists of an NB-IoT radon measurement device, data center, data analysis, and data supply server. Because the measured radon data can be remotely trasmitted by using NB-IoT, this system is very suitable for installation and operation in unmaaned groundwater station. Second, the developed radon measurement device was test-operated at two groundwater stations in Gimpo from May to July 2019. The measured radon data was compared with the groundwater-level and electrical conductivity measurement data, and it was confirmed that the radon measurement device developed in this study has some potential for commercialization. Finally, from November 2019 to February 2020, three observed seismic cases and daily measured radon, groundwater-level, electrical conductivity data by the NB-IoT radon measurement device installed at three groundwater stations in Pohang, which is a test-bed, were compared and analyzed. As a result of the analysis, it was confirmed that the seismic occurrence correlated with radon, groundwater level, and electrical conductivity and all of these measured data will be able to provide basic data to help in seismic monitoring and prediction in the future. 본 연구에서는 지각운동 모니터링과 지진발생 및 예측에 활용가능한 라돈 측정시스템을 개발하였으며, 라돈 측정시스템의 시범운영 결과와 지진발생 사례를 분석하였다. 첫 번째로, 개발된 라돈 측정시스템은 NB-IoT 라돈 측정기기, 데이터센터, 자료분석 및 자료제공 서버로 구성되며, NB-IoT를 활용하므로 측정된 자료의 원격전송이 가능하기 때문에 이 시스템은 무인 지하수관측소에 설치 및 운영에 매우 적합하다. 두 번째로 개발된 라돈 측정기기를 김포지역 지하수관측소에서 2019년 5월부터 7월까지 시범운영하였다. 측정된 라돈값을 지하수위와 전기전도도 측정자료와 비교하였으며, 본 연구에서 개발한 라돈 측정기기가 상용화하는데 어느 정도 가능성이 있음을 확인하였다. 마지막으로 2019년 11월부터 2020년 2월까지 3개 지진발생 사례와 Test-bed인 포항지역 지하수관측소에 설치된 NB-IoT 라돈 측정기기의 일단위 라돈 측정값, 일단위 지하수위, 일단위 전기전도도의 변동성을 비교·분석하였다. 분석결과, 지진발생이 라돈, 지하수위, 전기전도도와 어느 정도 상관관계가 있음을 확인하였으며, 본 측정자료가 향후 지진모니터링 및 예측에 도움이 되는 기초자료 제공이 가능함을 확인하였다

NB-IoT를 기반으로 하는 차량 관제 시스템

김삼택(Sam-Taek Kim) 한국컴퓨터정보학회 2022 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.27 No.6

본 논문에서는 IoT와 저 전력 장거리 통신(NB-IoT)기술을 적용한 차량관제용 단말기를 개발했다. 본 시스템은 주차중인 차량의 위치, 상태에 대한 정보를 수집하고, 저 전력 실시간으로 차량 소유자의 단말로 차량 상태를 전송하여 차량의 도난을 방지하고, 주행 중인 차량의 경우, 주행 속도, 급제동, 미끄러짐, 충격 등 차량의 1차 정보를 수집하여 서버로 전송하면 서버에서 관련 데이터를 분석하여 교통 정체, 도로 파손 안전사고 발생 등에 대한 2차 정보를 생성할 수 있으며, 주기적 알람 형태로 목적지의 예상 도착 시간을 전송하여 목적지에 차량의 정확한 도착 시간을 알 수 있다. 본 단말 장치는 차량용 IoT 게이트웨이로 차량 내부의 다양한 유무선 센서와 연결될 수 있다. 또한 자동차의 유지관리, 효율적인 운행과 차량들에게서 수집된 데이터를 민간 또는 공공부분에서 유용하게 활용할 수 있다. In this paper, we developed a vehicle control terminal using IoT and low-power long-distance communication (NB-IoT) technology. This system collects information on the location and status of a parked vehicle, and transmits the vehicle status to the vehicle owner’s terminal in real time with low power to prevent vehicle theft, and in the case of a vehicle in motion, When primary information about the vehicle, such as an impact, is collected and transmitted to the server, the server analyzes the relevant data to generate secondary information on traffic congestion, road damage, and safety accidents. By sending it, you can know the exact arrival time of the vehicle at its destination. This terminal device is an IoT gateway for a vehicle and can be connected to various wired and wireless sensors inside the vehicle. In addition, the data collected from vehicle maintenance, efficient operation, and vehicles can be usefully used in the private or public sector.

어구 모니터링 시스템 구축을 위한 해상 IoT 무선망 설계

곽재민 ( Jae-min Kwak ),김세훈 ( Se-hoon Kim ),이성렬 ( Seong-real Lee ) 한국항행학회 2018 韓國航行學會論文誌 Vol.22 No.2

정부는 2016년 유실어구에 의한 피해를 최소화하기 위해 전자어구실명제 실행계획을 발표하였다. 어구의 과다사용 및 폐어구저감을 위해 어구의 종류 및 위치, 사용자의 실명을 포함한 정보를 IoT 기반의 통신을 이용하여 어선 및 관제센터에 효율적으로 전송할 수 있는 기술이 필요하다. 이를 위해서는 육상의 기지국에서 식별가능한 다수 부이의 위치정보를 확인할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 이러한 해상 IoT 통신 시스템을 서비스하기 위해서 육상기지국과 해상에 존재하는 타겟들과의 링크버짓을 계산하여 서비스가 가능한 거리를 산출한다. 어구 모니터링 시스템 구축을 위한 해상 IoT 무선망 설계를 위해 1.8 GHz 주파수 대역을 사용하는 NB-IoT와 900 MHz 주파수 대역을 사용하는 LoRa 서비스에 대해 해상에서의 무선 서비스 최적화를 위한 링크 버짓을 계산한다. 또한, 육상기지국- 부이간 링크버짓과 육상기지국-어선간 링크버짓을 산출하여 그 결과를 분석한다. In order to prevent overusing the fishing gear and to reduce discarded fishing gear, there is a need for a technique that can efficiently transmit the information including the type and location of the fishing gear and the user's real name to the fishing boat and the control center using IoT-based communication. In order to do this, it is necessary to be able to confirm the position information of a plurality of buoys that can be identified by the base stations on the land. In this paper, in order to service the maritime IoT communication system, we calculate the link budget between the land base station and the targets on the sea to derive the service coverage. To design a marine IoT radio network for building a fishing gear monitoring system, we calculate link budget for wireless service optimization at sea for NB-IoT using 1.8 GHz frequency band and LoRa service using 900 MHz frequency band. In addition, the link budget between the land base station and buoy, the link budget between the land base station and fishing boat are calculated and the results are analyzed.

Simulink model을 이용한 NB-IoT 하향링크 송신기 FPGA 설계

김재형 한국통신학회 2022 韓國通信學會論文誌 Vol.47 No.12

In this paper, the base station transmitter physical layer of the NB-IoT downlink was designed and implemented based on the Simulink model on the FPGA. The physical layer specification adopted is 3GPP TS36 V.15 and is designed with standalone and FDD modes assumed. The transmitter could generate subframe grids and time-domain waveforms of NPBCH, NPSS, NSSS, NPDCCH, and NPDSCH using channel parameters written in L1 interface registers by the L1 controller. In this paper, all the functions of the base station transmitter are designed by MATLAB Simulink models supporting HDL generation. The model developed using Simulink performed logic simulation, Verilog HDL generation, and FPGA In the Loop (FIL) simulation in the same Simulink environment. Then the FPGA was implemented on the Xilinx Zynq Ultrascale Development Board, and the design was validated. The implemented downlink transmitter was finally verified by receiving using Amarisoft’s NB-IoT UE emulator. 본 논문에서는 NB-IoT 하향링크의 기지국 송신기 물리 계층을 FPGA에 Simulink model을 기반으로 설계 및구현을 하였다. 적용된 규격은 3GPP TS36 V.15에서 standalone 및 FDD 모드를 기준으로 구현하였다. 송신기는L1 인터페이스 레지스터에 의하여 전달되는 채널 파라미터를 이용하여 NPBCH, NPSS, NSSS, NPDCCH 및NPDSCH의 subframe grid와 시간 영역의 파형을 발생시킬 수 있도록 하였다. 기지국 송신기의 물리 계층의 기능들은 HDL 변환이 가능한 Simulink 블록과 MATLAB 스크립트를 이용하여 설계하였다. MATLAB Simulink를이용하여 설계한 모델은 논리 시뮬레이션, Verilog HDL 생성 및 FILS (FPGA In the Loop) 검증 과정을 모두동일한 Simulink 환경에서 실행을 한 후, Xilinx Zynq Ultrascale 개발보드에서 FPGA 구현을 하고 설계 검증을하였다. 구현된 하향링크 송신기는 Amarisoft의 NB-IoT UE emulator를 이용하여 수신 및 복조를 하여 송신 신호의 오류 여부를 최종 확인하였다.

A survey on LPWA technology: LoRa and NB-IoT

쉬미 샤란 신하,Yiqiao Wei,황승훈 한국통신학회 2017 ICT Express Vol.3 No.1

By 2020, more than twenty five billion devices would be connected through wireless communications. In accordance with the rapid growth of the internet of things (IoT) market, low power wide area (LPWA) technologies have become popular. In various LPWA technologies, narrowband (NB)-IoT and long range (LoRa) are two leading technologies. In this paper, we provide a comprehensive survey on NB-IoT and LoRa as efficient solutions connecting the devices. It is shown that unlicensed LoRa has advantages in terms of battery lifetime, capacity, and cost. Meanwhile, licensed NB-IoT offers benefits in terms of QoS, latency, reliability, and range.

어구 자동 식별을 위한 NB-IoT 기반의 해양 트래커 부이 시스템의 전력 절감

남성일,김민훈 한국항행학회 2018 韓國航行學會論文誌 Vol.22 No.6

해양수산부는 2016년 유실어구에 의한 피해를 최소화하기 위해 전자어구실명제 실행계획을 발표하였다. 어구의 과다사용 및 폐어구 저감을 위해 어구의 종류 및 위치, 사용자의 실명을 포함한 정보를 IoT 기반의 통신을 이용하여 어선 및 관제센터에 효율적으로 전송할 수 있는 기술이 필요하다. 그 중 트래커 해양 부이 시스템은 사물 인터넷 기반의 통신 기술 중 하나인 NB-IoT통신을 이용하여 부이의 위치 및 수집된 상태정보를 관제센터에 전송하는 시스템으로써 장시간 해상에 배치되어 운용된다. 본 논문에서는 해양 트래커 부이 시스템을 저전력으로 운용하기 위한 알고리즘을 제안하고, 제안하는 알고리즘에 따라 설계 제작된 부이 장치의 소비 전류를 측정하고 그 결과를 분석하였다. Ministry of Oceans and Fisheries declared action plan for the electric fishing gear using real name in order to prevent overusing the fishing gear and to reduce discarded fishing gear. It is needed for a technique that can efficiently transmit the information including the type and location of the fishing gear and the user's real name to the fishing boat and the control center using IoT-based communication. The marine tracker buoy system, which is placed on the water for a long time, transmit the position data and the state data of the buoys to the control center in the ground by using NB-IoT channels. In this paper, we propose the algorithm for the low-power operation of the marine tracker buoy system is proposed and test results of current consumption in the marine tracker buoy system with the proposed algorithm is investigated.

Optimize OTDOA-based Positioning Accuracy by Utilizing Multiple Linear Regression Model under NB-IoT Technology

Yichen Pan(판이첸),Jaesoo Kim(김재수) 한국컴퓨터정보학회 2020 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things) is an emerging LPWAN(Low Power Wide Area Network) radio technology. NB-IoT has many advantages like low power, low cost, and high coverage. However low bandwidth and low sampling rates also lead to poor positioning accuracy. This paper proposed a solution to optimize positioning accuracy under the OTDOA(Observed Time Difference of Arrival) approach by utilizing MLR(Multiple Linear Regression) models. Through the MLR model to predict the influence degree of weather(temperature, humidity, light intensity and air pressure) on the arrival time of signal transmission to improve the measurement accuracy. The improvement of measurement accuracy can greatly improve IoT applications based on NB-IoT.