KR20220018674A - Apparatus and method for scheduling task in lora network - Google Patents
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Abstract
로라 네트워크의 태스크 스케줄링 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 로라 네트워크의 노드 장치에 의한 태스크 스케줄링 방법은, 적어도 하나의 노드를 복수의 그룹들 중 하나로 분류하는 단계와, 각 그룹들 각각에 대한 대한 그룹별 프레임을 생성하는 단계와, 그룹별 프레임들 각각을 복수의 슬롯으로 분할하는 단계와, 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계 및 논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. An apparatus and method for scheduling a task in a LoRa network are disclosed. A method for scheduling a task by a node device of a LoRa network according to an embodiment of the present invention includes the steps of classifying at least one node into one of a plurality of groups, generating a frame for each group for each group, , dividing each of the frames for each group into a plurality of slots, allocating a logical slot index to each slot, and generating a task schedule based on the logical slot index.
Description
본 발명은 로라 네트워크에서 데이터 전송 스케줄링 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a data transmission scheduling technique in a LoRa network.
산업용 모니터링 및 제어 시스템 분야에서 다수의 무선 센서 네트워크를 사용하기 위하여 데이터를 실시간으로 안정적으로 전달해야 할 필요가 있다. 이에, 안정적이면서 대기 시간이 짧고, 전력이 낮으면서 운영 비용이 저렴한 네트워크를 통해 연결해야 한다.In order to use multiple wireless sensor networks in the field of industrial monitoring and control systems, it is necessary to transmit data stably in real time. Accordingly, it is necessary to connect through a stable, low-latency, low-power, low-cost network.
최근, 로라(Long Range; LoRa) 네트워크는 신뢰할 수 있는 무선 링크 제공으로 인해 산업용 모니터링 및 제어 시스템 분야에서 주목을 받고 있다. 로라 기술은 최소한의 전력 소모로 10km 이상의 장거리를 통신할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 원거리 사물인터넷을 지원하기 위한 인프라 기술로 더욱 주목을 받고 있다.Recently, LoRa (Long Range; LoRa) networks have attracted attention in the field of industrial monitoring and control systems due to their reliable wireless link provision. LoRa technology has the advantage of being able to communicate over a long distance of 10 km or more with minimal power consumption, and is attracting more attention as an infrastructure technology to support the long-distance Internet of Things.
특히, 로라 물리 계층 위 개방형 네트워크 표준인 LoRaWAN(LaRa Wide Area Network)이 스마트 시티, 스마트 팜, 환경 모니터링 등과 같은 다양한 응용 분야에서 사용되고 있다. LoRaWAN은 엔드 디바이스와 서버 간에 데이터를 릴레이하는 하나 이상의 게이트웨이로 구성된 스타 네트워크 토폴로지를 사용한다. 그러나, 낮은 속도로 인한 긴 전송시간과 데이터 전송의 무작위 특성으로 인해, LoRaWAN 노드는 트래픽이 증가함에 따라 데이터 충돌 가능성이 높다.In particular, LoRaWAN (LaRa Wide Area Network), an open network standard above the LoRa physical layer, is being used in various applications such as smart cities, smart farms, and environmental monitoring. LoRaWAN uses a star network topology consisting of one or more gateways that relay data between end devices and servers. However, due to the long transmission time due to the low speed and the random nature of data transmission, the LoRaWAN node has a high probability of data collision as the traffic increases.
이러한 충돌 문제를 해결하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 대표적으로 데이터 충돌을 완전히 제거하기 위해 슬롯 스케줄링을 사용한다. 그러나, 종래의 슬롯 스케줄링을 사용한 여러 방법들도 데이터 전송을 비효율적으로 만드는 신호 억제 효과, 스케줄링 오버 헤드, 불필요한 슬롯의 낭비, 대역폭 효율성 저하 등 여러 문제에서 자유롭지 못하다.Many studies are being conducted to solve this collision problem, and slot scheduling is typically used to completely eliminate data collisions. However, various methods using conventional slot scheduling are not free from various problems such as a signal suppression effect that makes data transmission inefficient, scheduling overhead, unnecessary slot waste, and bandwidth efficiency degradation.
기재된 실시 예는 높은 트래픽이 발생하는 고밀도 환경에서 실시간으로 효율적 데이터를 전송하도록 태스크 스케줄링을 설정하여 신호 감쇠에 대한 안정성 확보, 억제 효과(Suppression effect)의 처리, 스케줄링 오버 헤드의 저감, 내부 및 외부 신호 간섭의 배제 등을 통해 안정적이고 신뢰성 있는 데이터를 전송하는데 그 목적이 있다. The described embodiment sets task scheduling to efficiently transmit data in real time in a high-density environment where high traffic occurs to secure stability against signal attenuation, handle suppression effect, reduce scheduling overhead, and internal and external signals The purpose is to transmit stable and reliable data through the exclusion of interference and the like.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
실시예에 따른 로라 네트워크의 노드 장치에 의한 태스크 스케줄링 방법은, 적어도 하나의 노드를 복수의 그룹들 중 하나로 분류하는 단계와, 각 그룹들 각각에 대한 대한 그룹별 프레임을 생성하는 단계와, 그룹별 프레임들 각각을 복수의 슬롯으로 분할하는 단계와, 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계 및 논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. A method for scheduling a task by a node device of a LoRa network according to an embodiment comprises the steps of classifying at least one node into one of a plurality of groups, generating a frame for each group for each group, and each group It may include dividing each of the frames into a plurality of slots, allocating a logical slot index to each slot, and generating a task schedule based on the logical slot index.
이때, 분류하는 단계는, 각 노드가 게이트웨이로부터 수신된 메시지의 신호 감쇠 정도를 기반으로 그룹을 분류하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the classifying may include classifying the group by each node based on the degree of signal attenuation of the message received from the gateway.
이때, 프레임을 생성하는 단계는, 그룹별로 각각에 상응하는 고유의 확산인자(SF: Spreading Factor) 및 별개의 주파수 채널을 부여하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of generating the frame may include providing a unique spreading factor (SF) and a separate frequency channel corresponding to each group to each group.
이때, 고유의 확산인자를 부여하는 단계는, 인접한 그룹들 간 확산인자의 차가 1이며, 확산인자가 7 내지 12 사이의 자연수로 부여하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of assigning a unique spreading factor may include assigning a natural number between 7 and 12 in which the difference in the diffusivity factor between adjacent groups is 1 and the spreading factor is between 7 and 12.
이때, 슬롯으로 분할하는 단계는, 인접한 그룹들의 프레임들 간의 슬롯 개수 간 비율이 2가 되도록 슬롯으로 분할하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of dividing into slots may include dividing into slots such that a ratio between the number of slots between frames of adjacent groups becomes two.
이때, 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계는, 프레임에 포함된 복수의 슬롯들을 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 둘 이상의 섹션들 각각의 첫 번째 슬롯에 순차적으로 논리 슬롯 인덱스를 할당할 수 있다.In this case, the step of allocating the logical slot index may include equally dividing the plurality of slots included in the frame into two or more sections, and sequentially allocating the logical slot index to the first slot of each of the two or more sections.
이때, 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계는, 균등 분할된 둘 이상의 섹션들을 각각 다시 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 섹션들 중에서 첫 번째 슬롯이 비어있는 섹션들만 논리 슬롯 인덱스가 할당할 수 있다. In this case, in the step of allocating the logical slot index, the equally divided two or more sections may be equally divided into two or more sections again, and the logical slot index may be allocated only to the sections in which the first slot is empty among the sections.
이때, 태스크 스케줄을 생성하는 단계는, 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 슬롯 수를 태스크에 필요한 슬롯 수와 비교하여 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 연결된 프레임으로 태스크를 예약하는 단계를 포함할 수 있다. In this case, the generating the task schedule includes comparing the number of slots in at least one of the frames of each of the groups with the number of slots required for the task to reserve the task in at least one connected frame among the frames of each of the groups. may include
이때, 실시예에 따른 로라 네트워크의 노드 장치에 의한 태스크 스케줄링 방법은, 논리 슬롯 인덱스가 할당된 슬롯에서 노드의 데이터 전송을 시작하는 경우, 노드에 의한 채널 감지를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. In this case, the task scheduling method by the node device of the LoRa network according to the embodiment may further include repeating the channel detection by the node when the node starts data transmission in the slot to which the logical slot index is assigned. .
실시예에 따른 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치는, 적어도 하나의 프로그램이 기록된 메모리 및 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며, 프로그램은, 적어도 하나의 노드를 복수의 그룹들 중 하나로 분류하는 단계와, 각 그룹들 각각에 대한 대한 그룹별 프레임을 생성하는 단계와, 그룹별 프레임들 각각을 복수의 슬롯으로 분할하는 단계와, 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계 및 논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계를 수행할 수 있다. A task scheduling apparatus in a LoRa network according to an embodiment includes a memory in which at least one program is recorded and a processor executing the program, the program comprising the steps of: classifying at least one node into one of a plurality of groups; Creating a frame for each group for each group, dividing each of the frames for each group into a plurality of slots, allocating a logical slot index to each slot, and performing a task schedule based on the logical slot index You can follow the steps to create it.
이때, 분류하는 단계는, 각 노드가 게이트웨이로부터 수신된 메시지의 신호 감쇠 정도를 기반으로 그룹을 분류하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the classifying may include classifying the group by each node based on the degree of signal attenuation of the message received from the gateway.
이때, 프레임을 생성하는 단계는, 그룹별로 각각에 상응하는 고유의 확산인자 및 별개의 주파수 채널을 부여하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the generating of the frame may include assigning a unique spreading factor and a separate frequency channel corresponding to each group to each group.
이때, 고유의 확산인자를 부여하는 단계는, 인접한 그룹들 간 확산인자의 차가 1이며, 확산인자가 7 내지 12 사이의 자연수로 부여하는 단계를 포함할 수 있다. In this case, the step of assigning a unique spreading factor may include assigning a natural number between 7 and 12 in which the difference in the diffusivity factor between adjacent groups is 1 and the spreading factor is between 7 and 12.
이때, 슬롯으로 분할하는 단계는, 인접한 그룹들의 프레임들 간의 슬롯 개수 간 비율이 2가 되도록 슬롯으로 분할하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of dividing into slots may include dividing into slots such that a ratio between the number of slots between frames of adjacent groups becomes two.
이때, 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계는, 프레임에 포함된 복수의 슬롯들을 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 둘 이상의 섹션들 각각의 첫 번째 슬롯에 순차적으로 논리 슬롯 인덱스를 할당할 수 있다.In this case, the step of allocating the logical slot index may include equally dividing the plurality of slots included in the frame into two or more sections, and sequentially allocating the logical slot index to the first slot of each of the two or more sections.
이때, 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계는, 균등 분할된 둘 이상의 섹션들을 각각 다시 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 섹션들 중에서 첫 번째 슬롯이 비어있는 섹션들만 논리 슬롯 인덱스가 할당할 수 있다.In this case, in the step of allocating the logical slot index, the equally divided two or more sections may be equally divided into two or more sections again, and the logical slot index may be allocated only to the sections in which the first slot is empty among the sections.
이때, 태스크 스케줄을 생성하는 단계는, 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 슬롯 수를 태스크에 필요한 슬롯 수와 비교하여 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 연결된 프레임으로 태스크를 예약하는 단계를 포함할 수 있다. In this case, the generating the task schedule includes comparing the number of slots in at least one of the frames of each of the groups with the number of slots required for the task to reserve the task in at least one connected frame among the frames of each of the groups. may include
실시예에 따른 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치는, 논리 슬롯 인덱스가 할당된 슬롯에서 노드의 데이터 전송을 시작하는 경우, 노드에 의한 채널 감지를 반복하는 단계를 더 수행할 수 있다. In the LoRa network according to the embodiment, the task scheduling apparatus may further perform the step of repeating the channel detection by the node when data transmission of the node starts in the slot to which the logical slot index is allocated.
실시예에 따른 로라 네트워크의 노드 장치에 의한 태스크 스케줄링 방법은, 적어도 하나의 노드를 각 노드가 게이트웨이로부터 수신된 메시지의 신호 감쇠 정도를 기반으로 복수의 그룹들 중 하나로 분류하는 단계와, 각 그룹들 각각에 대한 대한 그룹별 프레임을 생성하는 단계와, 그룹별 프레임들 각각을 인접한 그룹들의 프레임들 간의 슬롯 개수 간 비율이 2가 되도록 복수의 슬롯으로 분할하는 단계와, 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계와, 논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계를 포함하되, 태스크 스케줄을 생성하는 단계는, 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 슬롯 수를 태스크에 필요한 슬롯 수와 비교하여 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 연결된 프레임으로 태스크를 예약하는 단계를 포함할 수 있다.A method for scheduling a task by a node device of a LoRa network according to an embodiment includes: classifying at least one node into one of a plurality of groups based on a signal attenuation degree of a message received by each node from a gateway; Generating a frame for each group for each group, dividing each of the frames for each group into a plurality of slots so that a ratio between the number of slots between frames of adjacent groups becomes 2, and allocating a logical slot index to each slot and generating a task schedule based on the logical slot index, wherein the generating of the task schedule comprises comparing the number of slots in at least one of the frames of each of the groups with the number of slots required for the task. The method may include reserving a task in at least one connected frame among each of the frames.
이때, 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계는, 프레임에 포함된 복수의 슬롯들을 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 둘 이상의 섹션들 각각의 첫 번째 슬롯에 순차적으로 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계 및 균등 분할된 둘 이상의 섹션들을 각각 다시 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 섹션들 중에서 첫 번째 슬롯이 비어있는 섹션들만 논리 슬롯 인덱스가 할당하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of allocating the logical slot index includes equally dividing the plurality of slots included in the frame into two or more sections, sequentially allocating the logical slot index to the first slot of each of the two or more sections, and equal division The method may include equally dividing each of the two or more sections into two or more sections, and allocating the logical slot index to only the sections in which the first slot is empty among the sections.
실시 예에 따라, 높은 트래픽이 발생하는 고밀도 환경에서 실시간으로 효율적 데이터를 전송하도록 태스크 스케줄링을 설정하여 신호 감쇠에 대한 안정성 확보, 억제 효과(Suppression effect)를 처리하고, 스케줄링 오버 헤드를 줄이고, 내부 및 외부 신호 간섭을 배제하며, 이를 통해 로라 네트워크에서 안정적이고 신뢰성 있는 데이터를 전송할 수 있다.According to an embodiment, task scheduling is set to efficiently transmit data in real time in a high-density environment where high traffic occurs to secure stability for signal attenuation, handle suppression effect, reduce scheduling overhead, and It excludes external signal interference, which enables stable and reliable data transmission in LoRa networks.
도 1은 실시 예에 따른 로라 네트워크의 개략적인 구성도이다.
도 2는 실시 예에 따른 로라 네트워크에서 데이터 전송을 위한 태스크 스케줄링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 실시 예에 따른 확산인자(SF)를 사용한 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 그룹별 프레임 슬롯 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스의 할당에 따른 타당성을 검토하는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계를 상세히 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계의 예시도이다.
도 8은 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스에 따른 태스크 스케줄링 단계를 도시한 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 채널 활동 감지를 위한 MLBT(Multiple Listen-Before-Talk) 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 컴퓨터 시스템 구성을 나타낸 도면이다.1 is a schematic configuration diagram of a LoRa network according to an embodiment.
2 is a flowchart illustrating a task scheduling method for data transmission in a LoRa network according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a frame structure using a diffusion factor (SF) according to an embodiment.
4 is a diagram illustrating a frame slot structure for each group according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating a review of validity according to the allocation of logical slot indexes according to an embodiment.
6 is a flowchart for describing in detail a step of allocating a logical slot index according to an embodiment.
7 is an exemplary diagram of allocating a logical slot index according to an embodiment.
8 is a diagram illustrating a task scheduling step according to a logical slot index according to an embodiment.
9 is a diagram for explaining a Multiple Listen-Before-Talk (MLBT) mechanism for detecting channel activity according to an embodiment.
10 is a diagram illustrating a configuration of a computer system according to an embodiment.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
비록 "제1" 또는 "제2" 등이 다양한 구성요소를 서술하기 위해서 사용되나, 이러한 구성요소는 상기와 같은 용어에 의해 제한되지 않는다. 상기와 같은 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.Although "first" or "second" is used to describe various elements, these elements are not limited by the above terms. Such terms may only be used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 또는 단계가 하나 이상의 다른 구성요소 또는 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 의미를 내포한다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiment and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” or “comprising” implies that the stated component or step does not exclude the presence or addition of one or more other components or steps.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein may be interpreted with meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 실시 예에 따른 로라 네트워크의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a LoRa network according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 로라(LoRa) 네트워크는 하나의 게이트웨이(Gateway, 12)와 각 엔드 디바이스(End device, 14, 이하 '노드'로 기재함) 사이에 직접 연결되는 스타 토폴로지(10-1, 10-2, 10-3)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, a LoRa network is a star topology 10-1 directly connected between one
이러한 로라 네트워크는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 기술을 사용하여 강도가 매우 낮은 신호를 복조할 수 있으며, 이를 통해 장거리 통신이 가능하다. 또한, 낮은 전력으로도 원거리 통신이 가능하다.These LoRa networks can demodulate very low-strength signals using CSS (Chirp Spread Spectrum) technology, which enables long-distance communication. In addition, long-distance communication is possible even with low power.
여기서, 네트워크 서버(Network Server, 20, 이라 '서버'로 기재함)는 백본 네트워크(5)를 통해 게이트웨이(12)에 연결되며, 연결된 노드들(14)을 관리한다. 게이트웨이(12)는 서로 다른 채널에서 동시에 여러 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 서버(20)는 노드(14)와 프로토콜 보안 및 관리 기능을 수행한다. Here, the network server (Network Server, 20, referred to as 'server') is connected to the
또한, 노드들(14)은 서버(20)로부터 가용한 자원 정보 및 스케줄링 룰을 수신하여 둔다. In addition, the
즉, 본 발명은 노드들(14)이 종래의 슬롯 스케줄링 방식에서와 같이 Gateway(GW)에서 미리 정한 스케줄링 정보(예컨대, 스케줄링 MAP)를 수신하여, 스케줄링을 수행하는 것이 아니라, 도 2 내지 도 9를 참조하여 후술될 실시예에 따라 정의되는 스케줄링 룰에 따라 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링을 수행한다. 이로써, 최소한의 정보 전달로 각 노드가 자신의 스케줄링된 슬롯을 알 수 있어, 스케줄링에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다. 또한, 노드들(14)에는 게이트웨이(12)와의 통신을 위한 활성 개체로 하나의 태스크(task)가 있다. 이때, 태스크는 게이트웨이(12)를 통해 주기적으로 적어도 하나의 패킷을 서버(20)로 전송한다. 그리고, 서버(20)는 게이트웨이(12)를 통해 제어 메시지를 노드들(14)에 보낼 수 있다.That is, according to the present invention, the
도 2는 실시 예에 따른 로라 네트워크에서 데이터 전송을 위한 태스크 스케줄링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a task scheduling method for data transmission in a LoRa network according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로라 네트워크에서 데이터 전송을 위한 태스크 스케줄링 방법은, 각 노드를 둘 이상의 그룹들 중 하나의 그룹으로 분류하는 단계(S110), 그룹별 프레임을 생성하는 단계(S120), 그룹별 프레임을 각각 복수의 슬롯으로 분할하는 단계(S130), 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계(S140), 논리 슬롯 인덱스를 기초로 태스크 스케줄을 생성하는 단계(S150)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , in the method for scheduling a task for data transmission in a LoRa network according to an embodiment of the present invention, classifying each node into one of two or more groups ( S110 ), generating a frame for each group (S120), dividing each group frame into a plurality of slots (S130), allocating a logical slot index to each slot (S140), and generating a task schedule based on the logical slot index (S150) ) may be included.
이때, 각 노드를 둘 이상의 그룹들 중 하나의 그룹으로 분류하는 단계(S110)에서, 노드들(14) 각각은 게이트웨이(12)와 노드(14) 사이의 수신 신호 세기 정보를 기반으로 둘 이상의 그룹들 중 하나의 그룹으로 분류할 수 있다. At this time, in the step of classifying each node into one of two or more groups (S110), each of the
일 예로, 두 개의 그룹들로 분류될 경우, 낮은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹 및 높은 신호 감쇠를 가지는 노드의 그룹으로 분류할 수 있다.For example, when classified into two groups, it may be classified into a group of nodes having a low attenuation signal and a group of nodes having a high signal attenuation.
이처럼, 노드들(14)이 신호 감쇠 정도에 따라 서로 다른 그룹으로 분류됨에 따라, 데이터 손실 문제를 해결할 수 있다. 즉, 노드들(14) 각각이 게이트웨이(12)로부터 수신된 메시지의 신호 감쇠를 기반으로 그룹을 결정하면, 신호 감쇠에 의한 데이터 손실 문제를 상당히 완화시킬 수 있다. 특히, 서로 다른 채널들을 다른 그룹에 설정하면 데이터 손실 문제를 완전히 회피할 수 있다.As such, as the
한편, 그룹별 프레임을 생성하는 단계(S120)에서, 그룹 분류의 기준이 되는 신호 감쇠 정도를 기반으로 프레임을 생성할 수 있다. Meanwhile, in the step of generating the frame for each group ( S120 ), the frame may be generated based on the degree of signal attenuation that is a criterion for group classification.
일 예로, 두 개의 그룹들로 분류될 경우, 낮은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹 및 높은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹으로 분류함에 따라, 낮은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹으로 이루어지는 프레임 및 높은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹으로 이루어지는 프레임을 생성할 수 있다.For example, when classified into two groups, by classifying into a group of nodes having a low attenuation signal and a group of nodes having a high attenuation signal, a frame consisting of a group of nodes having a low attenuation signal and a high attenuation signal A branch can create a frame consisting of a group of nodes.
한편, 로라 네트워크는 데이터 전송률과 전송 범위 간 절충을 제어하기 위해, 7 내지 12 사이의 다른 확산인자(Spreading Factors; SF)를 허용할 수 있다. 확산인자가 높을수록 데이터 전송률은 낮아지나, 전송 범위는 더 길어진다. 다른 확산인자의 사용은 로라 네트워크에서 거리와 장애물로 인한 노드의 신호 감쇠를 극복할 수 있도록 한다. 스타 토폴로지가 가능하며, 다른 확산인자의 사용으로 로라 네트워크의 시간 동기화가 매우 용이하다.On the other hand, the LoRa network may allow different Spreading Factors (SF) between 7 and 12 in order to control the trade-off between the data rate and the transmission range. The higher the spreading factor, the lower the data rate, but the longer the transmission range. The use of different spreading factors makes it possible to overcome the signal attenuation of nodes due to distance and obstacles in LoRa networks. Star topology is possible, and time synchronization of LoRa networks is very easy by using different spreading factors.
따라서, 그룹별로 각각에 상이한 고유의 확산인자를 부여할 수 있다. Therefore, it is possible to give each group a different unique diffusion factor.
구체적으로, 낮은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹에는 낮은 확산인자를 부여하고, 높은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹에는 높은 확산인자를 부여할 수 있다. 즉, 높은 신호 감쇠를 더 잘 극복하기 위해, 더 높은 확산인자를 사용하는 것이다. Specifically, a low spreading factor may be given to a group of nodes having a low attenuation signal, and a high spreading factor may be given to a group of nodes having a high attenuation signal. That is, to better overcome the high signal attenuation, a higher spreading factor is used.
여기에서, 고유의 확산인자는 그룹들 간 확산인자의 차가 1이며, 전술한 바와 같이 확산인자가 7 내지 12 사이의 자연수로 부여할 수 있다. 즉, 7 내지 12 사이에서 인접한 확산인자가 사용될 수 있다. Here, the intrinsic diffusion factor has a difference of 1 between the groups, and as described above, the diffusion factor can be assigned as a natural number between 7 and 12. That is, an adjacent diffusion factor between 7 and 12 may be used.
예컨대, 그룹들이 감쇠 신호를 기준으로 세 개의 그룹들로 분류된 경우, 가장 높은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹에 사용되는 확산인자가 9이면, 그 다음 번 크기의 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹에 사용되는 확산 인자는 8이고, 그 다음 번 낮은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹에 사용되는 확산인자가 7이 될 수 있다.For example, if the groups are classified into three groups based on the attenuation signal, if the spreading factor used for the group of nodes with the highest attenuation signal is 9, it is used for the group of nodes with the attenuation signal of the next magnitude. The spreading factor used is 8, and the spreading factor used for the group of nodes with the next lowest attenuation signal may be 7.
또한, 일 실시예에 따라, 그룹별로 부여되는 채널이 동일할 수도 있다. 즉, 본 발명은 시간, 주파수, 스프레딩 팩터(SF) 간에 직교성을 이용할 수 있기 때문에, 동일 시간(슬롯), 동일 주파수라도 그룹별로 각각에 상이한 고유의 확산인자가 부여되므로 동시 송수신이 가능하다. Also, according to an embodiment, the channels provided to each group may be the same. That is, since the present invention can use orthogonality between time, frequency, and spreading factor (SF), simultaneous transmission and reception are possible because different unique spreading factors are assigned to each group even at the same time (slot) and frequency.
이는, 종래의 셀룰러 시스템에서 시간과 주파수를 모두 상이하게 달리 설정해야만 하는 것과는 상이하다. This is different from having to set both time and frequency differently in a conventional cellular system.
그런데, 이때, 동일 시간, 동일 주파수, 서로 다른 SF의 경우 비슷한 신호 세기로 수신하면 동시에 수신이 가능하다.However, in this case, in the case of the same time, the same frequency, and different SFs, if they are received with similar signal strengths, simultaneous reception is possible.
그러나, 동일 시간, 동일 주파수, 서로 다른 SF의 경우 한 신호의 세기가 다른 신호에 비해서 일정 크기 이상 크다면 큰 신호만 수신이 가능하다. 이를 억제 효과(Suppression effect)라고 한다.However, in the case of the same time, the same frequency, and different SFs, only a large signal can be received if the strength of one signal is greater than the other signal by a certain size or more. This is called the suppression effect.
따라서, 다른 실시예에 따라, 그룹별로 부여되는 채널은 상이할 수 있다. 이로써, 서로 다른 채널이 각 그룹에 부여되어 신호 억제 효과(Suppression effect)를 회피할 수 있다.Accordingly, according to another embodiment, the channels provided to each group may be different. In this way, different channels may be assigned to each group to avoid a signal suppression effect.
예컨대, 낮은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹에 사용되는 채널이 ch1~3이면, 높은 감쇠 신호를 가지는 노드의 그룹에 사용되는 채널이 ch4~7이 될 수 있다.For example, if the channels used for the group of nodes having the low attenuation signal are ch1 to 3, the channels used for the group of nodes having the high attenuation signal may be ch4 to 7.
도 3은 실시 예에 따른 확산인자(SF)를 사용한 프레임 구조를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a frame structure using a diffusion factor (SF) according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 어느 하나의 프레임 은 확산인자 가 사용되며, 낮은 신호 감쇠를 갖는 노드를 포함하는 로 이루어진다. 또한, 다른 하나의 프레임 은 확산인자 가 사용되며, 높은 신호 감쇠를 갖는 노드로 이루어지는 로 이루어진다. 3, any one frame is a diffusion factor is used, including nodes with low signal attenuation is made of Also, one frame is a diffusion factor is used and consists of nodes with high signal attenuation is made of
여기에서, 각 프레임은 프레임 주기(frame period)를 가지며, 각 프레임 주기는 다운링크 주기(DL period) 및 업링크 주기(UL period)로 구성될 수 있다. Here, each frame has a frame period, and each frame period may be composed of a downlink period (DL period) and an uplink period (UL period).
이때, 다운링크 주기(DL period)에서는 서버(20)에 의한 DL 메시지 전송이 이루어지며, 업링크 주기(UL period)에서는 노드(14)에 의한 데이터 전송이 이루어진다.At this time, in the downlink period (DL period), the DL message is transmitted by the
다시 도 2를 참조하면, 그룹별 프레임을 각각 복수의 슬롯으로 분할하는 단계(S130)에서, 한 프레임 주기 내에서 데이터를 여러 번 전송할 수 있다.Referring back to FIG. 2 , in the step of dividing each group frame into a plurality of slots ( S130 ), data may be transmitted several times within one frame period.
이때, 슬롯은 하나의 데이터 패킷을 전송하기에 충분히 큰 크기의 스케줄링 유닛이다. 또한, 하나 이상의 인접한 슬롯의 그룹을 섹션(section)이라고 하며, 섹션이 동일한 크기의 두 개의 작은 부분으로 분할되는 경우에 각각의 분할된 부분 또한 섹션이라고 한다.In this case, the slot is a scheduling unit having a size large enough to transmit one data packet. Further, a group of one or more adjacent slots is called a section, and when a section is divided into two smaller parts of the same size, each divided part is also called a section.
이때, 프레임의 슬롯 개수는 노드의 그룹들 간에 소정 비율을 가질 수 있다. 예컨대, 노드 그룹이 둘 일 경우, 제1 프레임의 슬롯 개수 및 제2 프레임의 슬롯 개수 간 비율이 2가 되도록 슬롯으로 분할할 수 있다. 예컨대, 높은 신호 감쇠를 갖는 노드로 이루어지는 그룹을 포함하는 프레임을 8개의 슬롯으로 분할할 경우, 낮은 신호 감쇠를 갖는 노드로 이루어지는 그룹을 포함하는 프레임을 16개의 슬롯으로 분할할 수 있다.In this case, the number of slots in the frame may have a predetermined ratio between groups of nodes. For example, when there are two node groups, the number of slots may be divided into slots such that a ratio between the number of slots in the first frame and the number of slots in the second frame becomes 2. For example, when a frame including a group consisting of nodes having high signal attenuation is divided into 8 slots, a frame including a group consisting of nodes having low signal attenuation may be divided into 16 slots.
도 4는 실시 예에 따른 그룹별 프레임 슬롯 구조를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a frame slot structure for each group according to an embodiment.
도 4를 참조하면, k 개의 채널들은 프레임에 사용되고 있으며, m-k 개의 채널들은 프레임에 사용되고 있다. 여기에서, 을 사용하는 패킷 ToA(Time on Air)는 를 사용하는 패킷 ToA의 2 배인 경우, 이 개의 슬롯으로 분할되면, 은 개의 슬롯으로 분할될 수 있다. 4, k channels are used for the frame, mk channels are used in the frame. From here, Packet Time on Air (ToA) using For twice the packet ToA using this When divided into slots, silver It can be divided into slots.
도 4에 도시되어 있는 총 슬롯수 는 다음의 <수학식 1>과 같이 산출될 수 있다. The total number of slots shown in FIG. 4 can be calculated as in the following <
<수학식 1>에서, 일례로, m이 6, k가 3, N은 6이면, 총 슬롯수 는 288일 수 있다.In <
이때, q가 7이고, 하나의 UL 슬롯의 길이는 100ms이고, 하나의 DL 슬롯의 길이는 200ms 이고, 모든 노드들(14)이 프레임 주기 6.6s 마다 하나의 패킷을 전송하는 경우를 가정할 경우, 288 개의 노드들(14)이 프레임 주기 동안 게이트웨이(12)에 패킷을 전송할 수 있다.In this case, it is assumed that q is 7, the length of one UL slot is 100 ms, the length of one DL slot is 200 ms, and all
다시 도 2를 참조하면, 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계(S140)에서, 임의의 n 개의 논리 슬롯 인덱스가 n개의 슬롯에 순차적으로 할당된다. 이때, 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 이유는 슬롯을 처음부터 순차적으로 채워나가면 데드라인을 못 맞추게 되는 경우가 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로, 실시 예에 따라 슬롯을 논리적 순서에 따라 섞어가며 채워나가게 되는 것이다. Referring back to FIG. 2 , in the step of allocating a logical slot index to each slot ( S140 ), n logical slot indexes are sequentially assigned to the n slots. At this time, the reason for allocating the logical slot index is to prevent a case in which the deadline is not met when the slots are sequentially filled from the beginning, and according to the embodiment, the slots are filled in by mixing them in a logical order. .
구체적으로, 주기 P가 인 태스크가 슬롯을 순차적으로 선택하는 경우, 프레임 내 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하여 슬롯의 프레임이 주어진다. 이에, 주기 P 마다 서버에 하나의 데이터 패킷을 전송할 수 있다.Specifically, the period P is in task When slots are selected sequentially, a logical slot index is assigned to each slot in the frame. The frame of the slot is given. Accordingly, one data packet may be transmitted to the server every period P.
예를 들어, 2 개의 순차적인 논리 슬롯 인덱스가 2 개의 슬롯에 할당되어 이들이 균등하게 분할된 프레임의 두 부분의 동일한 부분에 속하지 않으며, 주기 P가 인 태스크가 두 슬롯을 선택할 경우에 주기 P마다 적어도 하나의 데이터 패킷을 전송할 수 있게 된다.For example, two sequential logical slot indices are assigned to two slots so that they do not belong to the same part of the two parts of an equally divided frame, and the period P When the in-task selects two slots, at least one data packet can be transmitted every period P.
이를 다음과 같이 정의할 수 있다.This can be defined as follows.
<정의 1><
인덱스 i가 주어진 경우, 이며, 프레임의 균등 분할 섹션의 하나에 속하는 슬롯에 인덱스가 할당되면, i에서 i+j-1까지의 순차적인 인덱스 j는 정상적(sound)이다.Given an index i, is, If an index is assigned to a slot belonging to one of the equally divided sections of the frame, the sequential index j from i to i+j-1 is sound.
<정의 2><
조건 (1) 1에서 j-1까지의 순차적인 인덱스 j-1이 실현가능(feasible)하며, 조건 (2) 에서 , 에서 j까지 인덱스가 정상적이면, i에서 j까지의 순차적인 인덱스 j는 실현가능(feasible)이다.Condition (1) a sequential index j-1 from 1 to j-1 is feasible, condition (2) at , If the index from to j is normal, then the sequential index j from i to j is feasible.
정의 2는 조건 (2)가 j로부터 역으로 논리 슬롯 인덱스의 정상성을 보장하여 회귀 형식에서 순차적인 논리 슬롯 인덱스의 실현가능성을 정의하며, 회귀적으로 이 정상적이다. 그러나, 이것이 이 정상적임을 보장하지 않으므로, 조건 (1)이 요구된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스의 할당에 따른 타당성을 검토하는 것을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a review of validity according to the allocation of logical slot indexes according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 정의 1에 따라, j(=3)가 에 속하고, 각 논리 슬롯 인덱스가 균등 분할 섹션의 하나에 속하기 때문에, 세 개의 논리 슬롯 인덱스 (1, 2, 3)이 정상적(sound)이다.5, according to
또한, 정의 2에 따라, j=2일 때 (1, 2)가 실현 가능하며, j=3일 때 (2, 3)이 회귀적으로 정상적이어서 (3) 및 (2, 3)이 정상적이다. 그러나, 논리 슬롯 인덱스 (1, 2, 3, 4)의 경우에는 (1, 2, 3)이 실현 가능하지 않고, (2, 3)이 정상적이지 않기 때문에 실현 가능하지 않다.Also, according to
논리 슬롯 인덱스의 할당 순서는 정의 2를 따른다. 구체적으로, 새로운 논리 슬롯 인덱스가 할당될 때마다 전체 프레임으로 조건 (2)에서 주어진 "회귀적 정상성 만족"을 반복함으로써 조건 (1)을 보장할 수 있다. The order of allocation of logical slot indexes follows
새로운 인덱스 j를 할당할 때 조건 (2)를 실현하기 위해, 전체 섹션을 2 개의 작은 섹션으로 분할한 후, (j-1, j) 정상적을 생성 한 후 최대 인덱스가 더 작은 섹션을 선택한다. 선택한 섹션으로 이 프로세스를 한 번 더 수행하면 (j-3, j-2, j-1, j)가 정상적이다. 인덱스 없는 섹션을 찾거나 전체 프레임이 완전히 인덱싱 될 때까지 이러한 과정을 계속하여 회귀적인 정상성을 보장할 수 있다. In order to realize condition (2) when allocating a new index j, the whole section is divided into two small sections, and then the section with the smaller maximum index is selected after generating the (j-1, j) normal. If you do this process one more time with the selected section, (j-3, j-2, j-1, j) is normal. We can ensure regression steadiness by continuing this process until we find an unindexed section or the entire frame is fully indexed.
도 6은 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계를 상세히 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계의 예시도이다. 이때, 도 6은 하나의 프레임이 개의 슬롯들로 분할된 경우에 적용되고, 도 7은 하나의 프레임이 의 슬롯들로 분할된 경우의 슬롯 인덱스 할당을 예시한 도면이다. 6 is a flowchart for explaining in detail a step of allocating a logical slot index according to an embodiment, and FIG. 7 is an exemplary diagram of a step of allocating a logical slot index according to the embodiment. At this time, FIG. 6 shows that one frame is It is applied to the case where it is divided into slots, and FIG. 7 shows that one frame is A diagram exemplifying slot index allocation in the case of partitioning into slots of .
도 6을 참조하면, 노드(14)는 논리 슬롯 인덱스(Logical Slot Index) 를 '1'로, 분할 횟수 를 '0'으로 초기화한다(S210). 6, the
그런 후, 노드(14)는 프레임을 개의 섹션들이 되도록 균등 분할한다(S220). 이때, 분할된 개의 섹션들의 순번인 을 '1'로 초기화한다. Then,
이때, 최초에는 이 '0'이므로, 이 되어 프레임이 1개의 섹션으로 균등 분할하는 것으로, 실질적으로 분할하지 않는다. At this time, at first Since this is '0', This means that the frame is equally divided into one section, and is not substantially divided.
그런 후, 노드(14)는 번째 분할된 섹션들 중에서 번째 섹션에 해당하는 을 선택 섹션()으로 한다(S230). Then,
이때, 최초에는 도 7에 도시된 바와 같이 은 이 된다. At this time, initially, as shown in FIG. silver becomes this
노드(14)는 의 논리 슬롯 인덱스 할당 여부를 판단한다(S240).
S240의 판단 결과, 가 논리 슬롯 인덱스가 할당되지 않았을 경우, 즉, index-free일 경우, 노드(14)는 에 포함된 슬롯에 논리 슬롯 인덱스 를 할당한다(S250). 이때, 의 첫 번째 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당할 수 있다.As a result of judgment of S240, When a logical slot index is not assigned, that is, when index-free,
이때, 도 7을 참조하면, 최초에는 가 이므로, 의 첫번째 슬롯에 가 '1'을 할당되게 된다. At this time, referring to FIG. 7, at first go Because of, in the first slot of will be assigned '1'.
그런 후, 노드(14)는 을 '1'만큼 증가시킨다(S260). Then,
그런 후, 노드(14)는 분할된 개의 섹션들의 순번인 가 인지를 판단한다(S270). 즉, 분할된 섹션들에 대해 모두 논리 슬롯 인덱스가 할당되었는지를 판단하기 위한 것이다. Then, the
S270의 판단 결과, 가 일 경우, 가 인지를 판단하고(S280), 가 가 아닐 경우 를 '1' 증가시킨다(S290).As a result of the judgment of S270, go In case, go Determining recognition (S280), go if not is increased by '1' (S290).
예컨대, 도 7을 참조하면, 에 논리 슬롯 인덱스가 할당된 후에는 프레임에 포함된 슬롯들 중 하나에만 논리 슬롯 인덱스가 할당되므로, 를 '1' 증가시키게 된다. For example, referring to Figure 7, After the logical slot index is assigned to , only one of the slots included in the frame is assigned the logical slot index, is increased by '1'.
그런 후, 노드(14)는 다시 S220부터 재 수행하게 된다. After that, the
즉, 가 '1' 증가하였으므로, 프레임을 개의 섹션들로 균등 분할한다. in other words, is incremented by '1', so the frame equally divided into sections.
예컨대, 도 7을 참조하면, 이 첫 번째 네 개 슬롯의 섹션 및 두 번째 네 개 슬롯의 섹션 로 분할된다. For example, referring to Figure 7, Sections of these first four slots and section of the second four slots is divided into
그런 후, 노드(14)는 분할된 섹션들 각각에 대해 S230 내지 S250을 수행한다. Then, the
한편, S240의 판단 결과, 가 논리 슬롯 인덱스가 할당되었을 경우, 즉, index-free가 아닐 경우, 노드(14)는 S270으로 진행한다. On the other hand, the judgment result of S240, When a logical slot index is assigned, that is, when it is not index-free, the
예컨대, 도 7을 참조하면, 는 첫 번째 슬롯에 이미 논리 슬롯 인덱스가 할당되어 있으므로, 논리 슬롯 인덱스 할당 과정을 건너뛰게 된다. For example, referring to Figure 7, Since the logical slot index is already assigned to the first slot, the logical slot index assignment process is skipped.
한편, S270의 판단 결과, 가 가 아닐 경우, 노드(14)는 을 '1' 증가시키고(S270), S230으로 다시 진행한다. On the other hand, as a result of the judgment of S270, go If not,
예컨대, 도 7을 참조하면, 에는 논리 슬롯 인덱스가 할당되어 있지 않으므로, 의 첫 번째 슬롯에 , 즉,'2'를 할당한다. For example, referring to Figure 7, has no logical slot index assigned to it, so in the first slot of , that is, '2' is assigned.
그런 후, 노드(14)는 S260 내지 S290을 순차적으로 수행한 후, 다시 S220으로 진행한다. Then, the
예컨대, 도 7을 참조하면, S220에서 프레임이 다시 네 개의 섹션들로 분할되되, 이 섹션들의 순서대로 넘버링되는 것이 아니라, 이 균등 분할되어 및 이 되고, 가 균등 분할되어 및 가 된다. For example, referring to FIG. 7, the frame is again divided into four sections in S220, Rather than numbering these sections in order, is equally divided and become this, is equally divided and becomes
이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 논리 인덱스 '4'가 할당되기 이전(AFTER THE 3rd round)에서는 마지막 섹션은 일 수 있고, 논리 인덱스 '4'가 할당된 이후(AFTER THE 4th round)에서는 마지막 섹션은 가 될 수 있다. At this time, as shown in FIG. 7 , before the logical index '4' is assigned (AFTER THE 3rd round), the last section is may be, and after logical index '4' is assigned ( AFTER THE 4th round), the last section is can be
그런 후, 전술한 S230 내지 S300을 반복 수행하여 도 7에 도시된 바와 같이 논리 인덱스 슬롯 할당을 완료된다. Thereafter, the logical index slot allocation is completed as shown in FIG. 7 by repeatedly performing steps S230 to S300 described above.
이때, 논리 슬롯 인덱스를 할당함에 있어서, 물리 슬롯 인덱스를 제외하고 각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당할 수 있다. 즉, 본질적으로 존재하는 물리 슬롯 인덱스를 제외하고 각 슬롯에 할당 논리 슬롯 인덱스가 할당된다.In this case, in allocating the logical slot index, a logical slot index may be allocated to each slot except for the physical slot index. That is, an assigned logical slot index is allocated to each slot except for an essentially existing physical slot index.
또한, 분할을 번 반복함에 있어. 두 개의 분할된 섹션 각각에 대해 비교는 최대 슬롯 인덱스를 찾게 한다.Also, split in repetition. for each of the two divided sections The comparison allows to find the maximum slot index.
한편, 도 6에 도시된 논리 슬롯 인덱싱(Logical Slot Indexing, LSI) 알고리즘의 시간 복잡도 함수 은 다음의 <수학식 2>와 같이 표현할 수 있다.Meanwhile, the time complexity function of the logical slot indexing (LSI) algorithm shown in FIG. 6 . can be expressed as the following <
이러한 LSI 알고리즘은 프레임의 크기(size)가 재정의된 경우에 오직 한 번 실행된다.This LSI algorithm is executed only once when the size of the frame is redefined.
다음으로, 다시 도 2를 참조하면, 논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계(S150)에서, 노드(14)는 태스크가 필요한 수의 슬롯을 순차적으로 선택하도록 하여 태스크 스케줄을 생성한다.Next, referring back to FIG. 2 , in the step of generating the task schedule based on the logical slot index ( S150 ), the
이때, 태스크가 각각의 할당된 슬롯에서 데이터를 전송하는 경우, 데이터 전송주기를 만족시킬 수 있도록 태스크 스케줄을 생성한다. 각 태스크는 데이터 전송주기마다 적어도 하나의 데이터 패킷을 서버(20)로 전송해야 하며, 태스크는 프레임 길이보다 짧은 전송주기를 가질 수 있기 때문에 한 프레임 주기 내에서 데이터를 여러 번 전송할 수 있다.At this time, when the task transmits data in each allocated slot, a task schedule is created to satisfy the data transmission period. Each task must transmit at least one data packet to the
이때, 제1 및 제2 프레임 중 적어도 하나의 슬롯 수를 태스크에 필요한 슬롯 수와 비교하여 제1 및 제2 프레임 중 적어도 하나의 연결된 프레임으로 태스크를 예약할 수 있다.In this case, by comparing the number of slots of at least one of the first and second frames with the number of slots required for the task, the task may be reserved in the connected frame of at least one of the first and second frames.
예컨대, k 개의 연결된 프레임이 주어지면 논리 슬롯 인덱스부터 시작하여 슬롯을 순차적으로 선택하여 간단히 태스크를 스케줄링 할 수 있다. 여기에서, 태스크 는 주기 마다 하나의 패킷을 전송하며, 이다.For example, given k connected frames, starting from the logical slot index, You can schedule tasks simply by selecting slots sequentially. Here, task is the cycle Each packet is sent to be.
구체적으로, 슬롯의 연결된 프레임이 에 대응하는 유휴 슬롯(idle slot)이 있는 경우, 태스크 를 예약할 수 있다. 여기에서, 시작하는 논리 슬롯 인덱스는 에 할당된 마지막 논리 슬롯 인덱스에 1을 더한 값이 된다.Specifically, The connected frame of the slot If there is an idle slot corresponding to can be reserved. Here, the starting logical slot index is It becomes a value by adding 1 to the last logical slot index allocated to .
도 8은 실시 예에 따른 논리 슬롯 인덱스에 따른 태스크 스케줄링 단계를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a task scheduling step according to a logical slot index according to an embodiment.
도 8을 참조하면, N = 3의 두 개의 연결된 프레임이 있다. Referring to FIG. 8 , there are two connected frames of N=3.
논리 슬롯 인덱스 1, 2, 3, 4가 이미 일부 태스크 목록 에 할당되어 있다. 다음 태스크 는 논리 슬롯 인덱스 5, 6을 가지고, 는 논리 슬롯 인덱스를 7에서 10으로 가지게 된다.
이에, 태스크 세트에 필요한 총 슬롯 수가 k 프레임에 정의된 슬롯 수를 초과하지 않으면 태스크 세트는 k 개의 연결된 프레임으로 예약할 수 있다. 따라서, 태스크 세트는 다음의 <수학식 3>을 만족하는 경우에만 예약할 수 있다.Accordingly, if the total number of slots required for the task set does not exceed the number of slots defined in k frames, the task set can be reserved with k concatenated frames. Accordingly, the task set can be reserved only when the following <
<수학식 3>에서, 분자는 태스크 세트에서 n 개의 태스크에 필요한 총 슬롯 수를 나타내고, 분모는 k 개의 연결된 프레임에서 사용 가능한 총 슬롯 수를 나타낸다. 따라서, 분자가 분모보다 작거나 같으면 모든 작업이 필요한 슬롯을 얻을 수 있다.In <
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 논리 슬롯 인덱스가 할당된 슬롯에서 노드의 데이터 전송을 시작하는 경우, 노드에 의한 채널 감지를 반복할 수 있다. 일명 MLBT (Multiple Listen-Before-Talk) 메커니즘을 사용할 수 있다.Also, although not shown in the drawing, when the node starts data transmission in the slot to which the logical slot index is allocated, the channel detection by the node may be repeated. A so-called MLBT (Multiple Listen-Before-Talk) mechanism can be used.
MLBT (Multiple Listen-Before-Talk) 메커니즘은 노드가 일시적으로 외부 간섭을 경험할 수 있는데, 채널이 사용 중임을 감지할 때 노드가 즉시 데이터 전송을 포기하는 문제에 대한 대응이다. 할당된 슬롯 내에서 채널이 사용 중임을 감지하여 태스크가 즉시 데이터 전송을 포기하는 경우, 비용이 너무 많이 들게 되는데, 슬롯 내에서 채널을 여러 번 감지하여 이를 해결하는 것이다.The Multiple Listen-Before-Talk (MLBT) mechanism is a response to the problem that a node may temporarily experience external interference, and the node immediately abandons data transmission when it detects that the channel is in use. If the task gives up data transmission immediately by detecting that the channel is in use within the assigned slot, it will be too costly, which is solved by detecting the channel multiple times within the slot.
도 9는 실시 예에 따른 채널 활동 감지를 위한 MLBT(Multiple Listen-Before-Talk) 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining a Multiple Listen-Before-Talk (MLBT) mechanism for detecting channel activity according to an embodiment.
도 9를 참조하면, 노드가 채널 활동 감지(CAD) m ()을 수행할 수 있도록 하는 MLBT(Multiple Listen-Before-Talk) 메커니즘을 적용한다.Referring to Figure 9, the node is a channel activity detection (CAD) m ( ), apply the MLBT (Multiple Listen-Before-Talk) mechanism.
슬롯의 길이는 으로 표시된 이중 슬롯의 길이로 확장된다. 노드의 채널 활동 감지(CAD)에 따른 CAD 간격(interval)은 다음의 <수학식 4>와 같다.the length of the slot is extended to the length of the double slot indicated by . The CAD interval according to the node's channel activity detection (CAD) is as shown in
이러한 MLBT (Multiple Listen-Before-Talk) 메커니즘을 통해, 외부 간섭을 처리하기 위해 한 슬롯 내에서 채널을 여러 번 감지할 수 있다.Through this MLBT (Multiple Listen-Before-Talk) mechanism, it is possible to detect a channel multiple times within one slot to handle external interference.
도 10은 실시 예에 따른 컴퓨터 시스템 구성을 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating a configuration of a computer system according to an embodiment.
실시 예에 따른 로라 네트워크에서 데이터 전송을 위한 태스크 스케줄링 장치는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체와 같은 컴퓨터 시스템(1000)에서 구현될 수 있다.The apparatus for scheduling a task for data transmission in a LoRa network according to an embodiment may be implemented in the
컴퓨터 시스템(1000)은 버스(1020)를 통하여 서로 통신하는 하나 이상의 프로세서(1010), 메모리(1030), 사용자 인터페이스 입력 장치(1040), 사용자 인터페이스 출력 장치(1050) 및 스토리지(1060)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(1000)은 네트워크(1080)에 연결되는 네트워크 인터페이스(1070)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(1010)는 중앙 처리 장치 또는 메모리(1030)나 스토리지(1060)에 저장된 프로그램 또는 프로세싱 인스트럭션들을 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1030) 및 스토리지(1060)는 휘발성 매체, 비휘발성 매체, 분리형 매체, 비분리형 매체, 통신 매체, 또는 정보 전달 매체 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 저장 매체일 수 있다. 예를 들어, 메모리(1030)는 ROM(1031)이나 RAM(1032)을 포함할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can practice the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
10-1, 10-2, 10-3: 스타 토폴로지
12: 게이트웨이
14: 노드
20: 서버10-1, 10-2, 10-3: Star topology 12: Gateway
14: Node 20: Server
Claims (20)
적어도 하나의 노드를 복수의 그룹들 중 하나로 분류하는 단계;
각 그룹들 각각에 대한 대한 그룹별 프레임을 생성하는 단계;
그룹별 프레임들 각각을 복수의 슬롯으로 분할하는 단계;
각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계; 및
논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.A method for scheduling a task by a node device in a LoRa network, the method comprising:
classifying at least one node into one of a plurality of groups;
generating a frame for each group for each of the groups;
dividing each of the frames for each group into a plurality of slots;
allocating a logical slot index to each slot; and
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising: generating a task schedule based on a logical slot index.
각 노드가 게이트웨이로부터 수신된 메시지의 신호 감쇠 정도를 기반으로 그룹을 분류하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 1, wherein the classifying comprises:
A method for scheduling tasks in a LoRa network, comprising: each node classifying a group based on a degree of signal attenuation of a message received from a gateway.
그룹별로 각각에 상응하는 고유의 확산인자 및 별개의 주파수 채널을 부여하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 1, wherein generating a frame comprises:
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising the step of assigning a unique spreading factor and a separate frequency channel corresponding to each group to each group.
인접한 그룹들 간 확산인자의 차가 1이며, 확산인자가 7 내지 12 사이의 자연수로 부여하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 3, wherein the step of imparting a unique spreading factor comprises:
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising the step of giving a difference in a spreading factor between adjacent groups of 1 and a spreading factor as a natural number between 7 and 12.
인접한 그룹들의 프레임들 간의 슬롯 개수 간 비율이 2가 되도록 슬롯으로 분할하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 1, wherein the dividing into slots comprises:
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising: dividing into slots such that a ratio between the number of slots between frames of adjacent groups becomes two.
프레임에 포함된 복수의 슬롯들을 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 둘 이상의 섹션들 각각의 첫 번째 슬롯에 순차적으로 논리 슬롯 인덱스를 할당하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 1, wherein allocating a logical slot index comprises:
A method of scheduling a task in a LoRa network by equally dividing a plurality of slots included in a frame into two or more sections, and sequentially assigning a logical slot index to a first slot of each of the two or more sections.
균등 분할된 둘 이상의 섹션들을 각각 다시 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 섹션들 중에서 첫 번째 슬롯이 비어있는 섹션들만 논리 슬롯 인덱스가 할당하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 6, wherein allocating a logical slot index comprises:
A method for scheduling a task in a LoRa network, in which each of two or more equally divided sections is equally divided into two or more sections again, and a logical slot index is assigned only to sections in which the first slot is empty among the sections.
그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 슬롯 수를 태스크에 필요한 슬롯 수와 비교하여 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 연결된 프레임으로 태스크를 예약하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 1, wherein generating the task schedule comprises:
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising: comparing a number of slots in at least one of the frames of each of the groups with a number of slots required for the task to reserve the task in at least one concatenated frame of the frames in each of the groups.
논리 슬롯 인덱스가 할당된 슬롯에서 노드의 데이터 전송을 종료하는 경우, 노드에 의한 채널 감지를 반복하는 단계를 더 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 1,
When the node ends data transmission in the slot to which the logical slot index is assigned, repeating the channel detection by the node.
프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며,
프로그램은,
적어도 하나의 노드를 복수의 그룹들 중 하나로 분류하는 단계;
각 그룹들 각각에 대한 대한 그룹별 프레임을 생성하는 단계;
그룹별 프레임들 각각을 복수의 슬롯으로 분할하는 단계;
각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계; 및
논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계를 수행하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.a memory in which at least one program is recorded; and
including a processor executing a program;
program,
classifying at least one node into one of a plurality of groups;
generating a frame for each group for each of the groups;
dividing each of the frames for each group into a plurality of slots;
allocating a logical slot index to each slot; and
A task scheduling device in a LoRa network, which performs the step of generating a task schedule based on a logical slot index.
각 노드가 게이트웨이로부터 수신된 메시지의 신호 감쇠 정도를 기반으로 그룹을 분류하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.The method of claim 10, wherein the classifying comprises:
A task scheduling apparatus in a LoRa network, comprising: each node classifying a group based on a degree of signal attenuation of a message received from a gateway.
그룹별로 각각에 상응하는 고유의 확산인자 및 별개의 주파수 채널을 부여하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.The method of claim 10, wherein generating a frame comprises:
A task scheduling apparatus in a LoRa network, comprising the step of assigning a unique spreading factor and a separate frequency channel corresponding to each group to each group.
인접한 그룹들 간 확산인자의 차가 1이며, 확산인자가 7 내지 12 사이의 자연수로 부여하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.13. The method of claim 12, wherein the step of imparting a unique spreading factor comprises:
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising: giving a difference in a spreading factor between adjacent groups of 1 and a spreading factor as a natural number between 7 and 12.
인접한 그룹들의 프레임들 간의 슬롯 개수 간 비율이 2가 되도록 슬롯으로 분할하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.The method of claim 10, wherein the dividing into slots comprises:
A task scheduling apparatus in a LoRa network, comprising the step of dividing into slots such that a ratio between the number of slots between frames of adjacent groups becomes two.
프레임에 포함된 복수의 슬롯들을 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 둘 이상의 섹션들 각각의 첫 번째 슬롯에 순차적으로 논리 슬롯 인덱스를 할당하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.11. The method of claim 10, wherein allocating a logical slot index comprises:
A task scheduling apparatus in a LoRa network that equally divides a plurality of slots included in a frame into two or more sections, and sequentially allocates a logical slot index to a first slot of each of the two or more sections.
균등 분할된 둘 이상의 섹션들을 각각 다시 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 섹션들 중에서 첫 번째 슬롯이 비어있는 섹션들만 논리 슬롯 인덱스가 할당하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.The method of claim 15, wherein allocating a logical slot index comprises:
A task scheduling apparatus in a LoRa network, in which each of two or more equally divided sections is equally divided into two or more sections again, and a logical slot index assigns only sections in which the first slot is empty among the sections.
그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 슬롯 수를 태스크에 필요한 슬롯 수와 비교하여 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 연결된 프레임으로 태스크를 예약하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.11. The method of claim 10, wherein generating the task schedule comprises:
and comparing the number of slots in at least one of the frames of each of the groups with the number of slots required for the task to reserve the task in at least one concatenated frame of the frames in each of the groups.
논리 슬롯 인덱스가 할당된 슬롯에서 노드의 데이터 전송을 시작하는 경우, 노드에 의한 채널 감지를 반복하는 단계를 더 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 장치.11. The method of claim 10,
The apparatus for scheduling a task in a LoRa network, further comprising: repeating the channel detection by the node when the node starts data transmission in the slot to which the logical slot index is assigned.
적어도 하나의 노드를 각 노드가 게이트웨이로부터 수신된 메시지의 신호 감쇠 정도를 기반으로 복수의 그룹들 중 하나로 분류하는 단계;
각 그룹들 각각에 대한 대한 그룹별 프레임을 생성하는 단계;
그룹별 프레임들 각각을 인접한 그룹들의 프레임들 간의 슬롯 개수 간 비율이 2가 되도록 복수의 슬롯으로 분할하는 단계;
각 슬롯에 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계; 및
논리 슬롯 인덱스를 기반으로 태스크 스케줄을 생성하는 단계를 포함하되,
태스크 스케줄을 생성하는 단계는,
그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 슬롯 수를 태스크에 필요한 슬롯 수와 비교하여 그룹들 각각의 프레임들 중 적어도 하나의 연결된 프레임으로 태스크를 예약하는 단계를 포함하는 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.A method for scheduling a task by a node device in a LoRa network, the method comprising:
classifying at least one node into one of a plurality of groups based on a signal attenuation degree of a message received by each node from the gateway;
generating a frame for each group for each of the groups;
dividing each of the frames for each group into a plurality of slots such that a ratio between the number of slots between frames of adjacent groups becomes 2;
allocating a logical slot index to each slot; and
generating a task schedule based on the logical slot index;
The steps to create a task schedule are:
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising: comparing a number of slots in at least one of frames in each of the groups with a number of slots required for the task to reserve a task in at least one connected frame among frames in each of the groups.
프레임에 포함된 복수의 슬롯들을 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 둘 이상의 섹션들 각각의 첫 번째 슬롯에 순차적으로 논리 슬롯 인덱스를 할당하는 단계; 및
균등 분할된 둘 이상의 섹션들을 각각 다시 둘 이상의 섹션들로 균등 분할하고, 섹션들 중에서 첫 번째 슬롯이 비어있는 섹션들만 논리 슬롯 인덱스가 할당하는 단계를 포함하는, 로라 네트워크에서 태스크 스케줄링 방법.The method of claim 1, wherein allocating a logical slot index comprises:
equally dividing a plurality of slots included in a frame into two or more sections, and sequentially allocating a logical slot index to a first slot of each of the two or more sections; and
A method for scheduling a task in a LoRa network, comprising: equally dividing two or more equally divided sections into two or more sections again, and allocating, by a logical slot index, only sections in which a first slot is empty among the sections.
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