Slot 기반 LoRa는 서로 다른 수준의 실시간 전송을 지원한다. 프 로토콜은 4개의 노드그룹을 정의하고, 가 그룹은 96 DATA-slot 을 가 지고 있고, 각 Slot은 SF7 혹은 SF8 의 두 가지 옵션을 갖는다. 따라 서, 네트워크에서 지원하는 노드의 수를 다음과 같이 계산할 수 있다.
그룹 우선순위 그룹 당 최대 노드 수
G1 Highest – 2.5s 48
G2 Medium – 5s 96
G3 Lowest - 10s 192
G4 Optional 48, 96 or 192
표 1-21 Slot 기반 LoRa Network에서 지원하는 노드의 수
네트워크가 하나의 우선순위를 가지는 경우에 지원할 수 있는 노 드의 수는 다음과 같다.
n 모든 노드가 가장 높은 우선순위: 48 * 4 = 192개 노드 지원 n 모든 노드가 중간 우선순위: 96 * 4 = 384 개 노드 지원 n 모든 노드가 가장 낮은 우선순위: 192 * 4 = 768개 노드 지원
(2) 네트워크 처리율
분류기(Classifier)는 노드 정보를 바탕으로 노드들을 우선순위 그룹과 요청하는 패킷의 유형으로 나눈다.
그림 1-53 분류기
각 그룹의 Slot 수로 4n개를 요청하며 1개 채널당 노드 수의 조건 은 아래와 같다.
<1 채널당 노드 수의 조건>
네트워크 처리율은 다음과 같이 계산된다.
<네트워크 처리율>
총 4개의 채널이 존재하므로 Slot 기반 LoRa 기술의 최대 처리율 은 다음과 같다.
<Slot 기반 LoRa 기술의 최대 처리율>
앞서 말한 Slot 기반 LoRa 기술의 예(n = 24, PL = 42, PS = 17, TSF = 10s)일 경우 처리율은 위 식에 따라 18,125 bps 가 된다.
(3) 채널 사용
Semtech의 기술문서에 의하면, LoRa의 1개의 채널에 대한 채널 용 량은 12,146 bps 이고 4개 채널에 대한 전체 용량은 49 kbps 이다. 따 라서 Slot 기반 LoRa의 채널이용률은 LoRa 전체 용량의 약 37% 가 된 다. Slot 기반 LoRa는 다음 이유 때문에 아주 낮은 채널 이용률을 가 진다.
n 듀티 사이클 제한 n 패킷 헤더에서 오버헤드
n 각 Slot에서 보호시간과 채널 체크 시간
n 더 높은 SF (즉, SF9 에서 SF12)는 사용하지 않음 n downlink Slot은 고려하지 않음
<연구결과의 질적 우수성>
Ÿ 본 연구에서는 산업 현장에서 모니터링 및 제어 애플리케이션을 위한 Slot 기반 LoRa MAC 프로토콜을 제안하였음.
Ÿ 데이터 전송을 위해서 Slot 스케쥴링과 결합된 시간 동기화 방식 을 사용함으로써 LoRa 노드는 채널 액세스 규정을 어기지 않고 슈퍼프 레임에서 복수의 데이터 패킷을 보내기 위해서 채널을 스위칭할 수 있 음.
Ÿ Slot 기반 LoRa 프로토콜의 최소 패킷 전송 데드라인은 2.5초로써 산업용 모니터링 시스템의 실시간 요구사항을 만족함.
Ÿ 네트워크 확장성, 처리율, 채널 이용률에 대한 Slot 기반 LoRa 프 로토콜의 성능을 분석하면 18kbps 처리율로 37%까지의 전체 채널을 이 용할 수 있음.
<연구결과의 활용 가능성 및 파급효과>
Ÿ LoRa 기술은 원래 조선해양 및 육상 플랜트 건설현장과 같이 철제 구조물 및 밀폐공간이 산재한 열악한 통신환경을 그 적용 영역으로 삼 아 개발된 것이 아님. 따라서 본 연구에서는 조선해양 및 육상 플랜트 건설현장에서 LoRa 통신을 사용하기 위한 다양한 사항들을 고려하였고 이 환경에 알맞은 LoRa 프로토콜을 제안하였음. 이는 조선해양 및 육 상 플랜트를 위한 스마트 HSE 시스템에서 최적의 통신 시스템을 제공 함으로써 안정성 및 신뢰성을 높이데 이용될 수 있을 것으로 판단되며 무선 통신에 적합하지 않은 다른 산업환경에서의 LoRa 통신 시스템 구 축에도 활용될 수 있을 것임.
라. LoRa
TM통신 밀폐공간 현장테스트 및 성능평가 1) 목적
개발한 LoRa 통신 모듈 및 LoRaWAN 프로토콜의 기능 동작 검증을 위한 LoRaWAN End Device, LoRaWAN Gateway, LoRaWAN Network Server 의 단계별 기능 검증을 시행한다. 그 뒤 구현된 LoRaWAN 시스템을 이 용하여 스마트 HSE 시스템의 적용 현장이 되는 밀폐공간 테스트베드에 서 LoRa 통신 성능확인을 위하여 현장 실험을 실시하였다.
2) 사전 조건 및 기능 시험 환경
Private LoRa 망은 LoRaWAN End Device(ED), LoRaWAN Gateway(GW) 와 LoRaWAN Network Server(NS)로 구성이 된다. ED는 개인보호장비들 과 센서 및 통신이 필요한 단말 등에 설치되어 수집된 정보를 LoRaTM 을 사용해 GW로 전달하는 기능을 한다. GW는 다수의 ED에서 전달된 데 이터를 수집하고 IP 네트워크를 통하여 NS로 전달하는 기능을 한다.
마지막으로 NS는 다수의 GW로부터 정보를 수집하고 네트워크 관리를 수행하는 기능을 한다. LoRaTM 은 CSS 기술을 기반으로 저전력 장거리 통신 기능을 제공하는 방식으로 해당 기능을 지원하는 ED의 저전력 소 형화 기술을 제공한다.
아래 그림은 LoRaWANTM 표준의 네트워크의 기능을 검증하기 위한 구성도로 LoRaWAN Network Server, 두 개 이상의 LoRaWAN Gateway 및 다중 접속을 하고 있는 하나 이상의 LoRaWAN End Device를 포함하고 있다.