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실시간 모니터링을 위한 LoRa LPWAN 기반의 센서네트워크 시스템과 그 제어방법
LoRa LPWAN Sensor Network for Real-Time Monitoring and It's Control Method 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.31 no.6, 2018년, pp.359 - 366  

김종훈 (한국시설안전공단 시설성능연구소) ,  박원주 (한국시설안전공단 특수교관리센터) ,  박진오 (동일기술공사 기술연구소) ,  박상헌 (동일기술공사 기술연구소)

초록
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국내 고도성장기 이후 본격 건설되기 시작한 사회 기반 시설물은 노후화가 빠르게 진행되고 있다. 특히 사고 발생 시 대량 인명 피해로 직결될 수 있는 교량, 터널 등의 대형 구조물들에 대한 안전성 평가가 필요하다. 하지만, 기존의 유선 센서 기반의 SHM을 개선한 무선 스마트 센서네트워크는 짧은 신호도달거리로 인해 경제적이고 효율적인 시스템 구축이 힘들다. 따라서 LoRa LPWAN시스템은 사물인터넷의 확산과 더불어 저전력 장거리통신이 각광을 받고 있으며, 이를 구조건전성 모니터링에 응용함으로써 경제적이면서도 효율적인 SHM 구축이 가능하다. 본 연구에서는 LoRa LPWAN의 구조건전성 모니터링에 적용 가능성을 검토하고 비면허 통신 대역을 사용함으로 인해 발생하는 채널간의 충돌을 해결하면서 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있는 채널 기반의 LoRa 네트워크 운영방법을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Social infrastructure facilities that have been under construction since the country's high-growth period are undergoing rapid aging, and safety assessments of large structures such as bridge tunnels, which can be directly linked to large-scale casualties in the event of an accident, are necessary. ...

주제어

#실시간 모니터링   #저전력장거리통신   #스마트 무선 센서네트워크  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 LPWAN 센서네트워크 시스템의 SOC시설물에 적용가능성 및 LoRa LPWAN을 검토하였다. 또한, 비면허 ISM 대역을 사용함으로 인해 발생할 수 있는 채널간의 간섭을 최소화하여 채널의 동시 점유로 인한 충돌 문제를 해결하고, 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있는 새로운 LoRa LPWAN 네트워크 제어방법을 제안하고자 한다.
  • 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 채널 사용 사전계획(channel usage pre-planning)기반 LoRaWAN 제어를 제안한다. 게이트웨이는 가입 절차(join procedure)를 완료한 각 단말에 채널 계획 요청 메시지를 전송하고, 이후 각 단말은 채널 사용시간을 포함하는 채널 계획 메시지를 게이트웨이로 전송하고 게이트웨이는 이를 기반으로 각 단말에 대해 채널 및 시간 블록을 할당하여 각 단말에 채널 할당 메시지를 전송한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 센서네트워크 및 사물인터넷에 적용되고 있는 종류는 무엇이 있는가? 무선 센서네트워크 및 사물인터넷에 적용되고 있는 무선 통신기술은 셀룰러, 근거리 통신, 저전력 장거리 통신(low power wide area, LPWA)으로 크게 구분할 수 있으며, SHM을 위한 WSSN에 사용되는 무선 네트워크 방식으로 CDMA, LTE 등의 셀룰러 기반의 통신 또는 Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth 등의 근거리 무선통신 방식이 사용되고 있다. 셀룰러 통신의 경우 비싼 단말과 통신 비용, 근거리 무선통신 방식의 경우 수십 m 내외의 짧은 신호도달거리로 인한 한계를 가지고 있다.
LoRa LPWAN시스템이 시장에서 주목받고 있는 이유는 무엇인가? 하지만, 기존의 유선 센서 기반의 SHM을 개선한 무선 스마트 센서네트워크는 짧은 신호도달거리로 인해 경제적이고 효율적인 시스템 구축이 힘들다. 따라서 LoRa LPWAN시스템은 사물인터넷의 확산과 더불어 저전력 장거리통신이 각광을 받고 있으며, 이를 구조건전성 모니터링에 응용함으로써 경제적이면서도 효율적인 SHM 구축이 가능하다. 본 연구에서는 LoRa LPWAN의 구조건전성 모니터링에 적용 가능성을 검토하고 비면허 통신 대역을 사용함으로 인해 발생하는 채널간의 충돌을 해결하면서 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있는 채널 기반의 LoRa 네트워크 운영방법을 제안한다.
사회 기반 시설물은 노후화로 인한 예방대책은 무엇인가? 국내 고도성장기 이후 본격 건설되기 시작한 사회 기반 시설물은 노후화가 빠르게 진행되고 있다. 특히 사고 발생 시 대량 인명 피해로 직결될 수 있는 교량, 터널 등의 대형 구조물들에 대한 안전성 평가가 필요하다. 하지만, 기존의 유선 센서 기반의 SHM을 개선한 무선 스마트 센서네트워크는 짧은 신호도달거리로 인해 경제적이고 효율적인 시스템 구축이 힘들다.
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참고문헌 (12)

  1. Cho, S.J., Jung, H.J., Yun, C.B. (2010) Structural Health Monitoring of a Cable-Stayed Bridge using Wireless Smart Sensor Technology : Data Analysis, Smart Struct. & Syst., 6(5-6), pp.461-480. 

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  2. Cho, S.J., Yun, C.B., Sim, S.H. (2014) Evaluation of Cable Tension Forces Using Vibration Method for a Cable-stayed Bridge under Construction, J. Korean Soc. Saf., 29(2), pp.38-44. 

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  3. Kim, J.T., Sim, S.H., Cho, S.J., Yun, C.B., Min, J.Y. (2016) Recent R&D Activities on Structural Health Monitoring in Korea, Struct. Monit. & Maint., 3(1), pp.91-114. 

  4. Kim, S.Y., Park, S.K., Choi, H.D. (2016) Wide Range IoT Technology and Standardization based on LPWA, Eectronics and Telecommnications Trends, 2016., pp.95-106. 

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  7. Lora Alliance (2015) A Technical Overview of LoRa and LoRaWAN, White paper, pp.8-11. 

  8. Lora Alliance (2018) LoRaWAN 1.0.3 Regional Parameters, pp.53-57. 

  9. Northstream (2016) Conncectivity Technologies for IoT, Full Report, 2016 Oct. 

  10. Straser, E.G., Kiremidjian, A.S., Meng, T.H., Redlefsen, L. (2000) A Modular, Wireless Network Platform for Monitoring Structures, http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi10.1.1.474.9020&reprep1&typepdf (accressed October 17 2018) 

  11. Vilajosana, X., Pere, T,P., Martinez, B., Watteyne, T. (2017) Understanding the Limit of LoRaWAN, IEEE Commun. Mag., 55(9), pp.34-40. 

  12. Yoon, H.G., Um, J.S., Jang, B.J. (2017) Performance Analysis of a LoRa Device on Duty Cycle Local Regulation of Korea RFID/USN Frequency Band, J. Korean Inst. Electromagn. Eng.& Sci., 28(2), pp.113-119. 

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