태양에너지 수집형 LoRaWAN IoT 환경에서 RF 무선 전력 전송을 위한 드론의 최적 이동 경로 설계

Abstract

배터리 기반 IoT 노드들은 에너지양의 제약으로 인한 제한적인 수명을 갖게 된다. LoRaWAN과 같은 저전력통신 프로토콜을 사용한다고 할지라도 이 문제를 근본적으로 해결할 수는 없다. 이를 해결하기 위하여 최근에는환경 에너지 수집형 IoT 노드에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히 태양에너지는 주기성, 높은 예측 가능성, 에너지 고밀도 등의 특징으로 인하여 IoT 노드들의 에너지 제약 문제를 상당 부분 해결하여 영속성을 부여해줄 것으로 기대받고 있다. 그러나 태양에너지 수집형 IoT 노드들에서도 다양한 환경적 요인들로 인하여 수집에너지의 양이 노드가 정상적인 동작을 할 수 없을 만큼 부족하게 될 가능성도 존재한다. 대부분의 IoT 응용에서는 노드들의영속성뿐 아니라 데이터의 안정적인 수집도 매우 중요한 요구사항이기 때문에, 우리는 드론을 이용한 RF 무선 전력 전송을 통해 태양에너지 수집형 IoT의 안정성 문제를 보완하려고 한다. 본 논문에서는 태양에너지 수집형LoRaWAN IoT 환경에서 노드의 안정적인 운용을 위한 드론의 RF 무선 전력 전송 최적 충전 경로 설정 기법을제안한다. 제안하는 기법에서는 태양에너지 수집이 부족한 노드들을 선정하고, 이 노드들에게 드론의 제한된 에너지를 가장 균형적이고 효율적으로 전달할 수 있는 최적 경로(호버링 위치, 호버링 시간, 이동 경로)를 결정할 수있다. 실험 결과 이러한 경로로 드론이 이동하면서 노드를 충전해줌으로써, 제한된 드론의 에너지를 최적으로 사용하여 태양에너지 수집형 IoT 노드들의 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.