임업기계 원격제어를 위한 계류형 원형 헬륨기구 기반 Wi-Fi 시스템 성능에 관한 연구

김균형1*, 오재헌1, 이현승1, 주홍식1, 문호성1

(1국립산림과학원 산림기술경영연구소)

A study on the Performance of a Wi-Fi System with a Tethered Helium Balloon for the Teleoperation of Vehicular Forestry Machines

Gyun-Hyung Kim1*, Jae-Heun Oh1, Hyeon-Seung Lee1, Hong-Sik Ju1, Ho-Seong Mun1

(1Forest Technology and Management Research Center, National Institute of Forest Science)

요약: 임업기계의 원격제어를 위한 무선 통신망 구축을 위해 계류형 원형 헬륨기구를 활용한 Wi-Fi 시스템이 고려되었다. 본 연구에서는 수신감도 별 가시선 거리 분석과 풍속에 의한 Wi-Fi 커버리지 변화 분석을 통해 시스템의 성능을 평가하였다. 성능평가를 위한 시험은 원형 헬륨기구를 100 m 높이로 띄워 계류줄로 고정하고, 특정 위치에 Wi-Fi 수신감도 측정 시스템을 설치하여 수행되었다. 분석에 필요한 수신감도, 헬륨기구의 좌표, 고도 데이터는 Wi-Fi 수신기와 원형 헬륨기구에 탑재된 측정용 로거를 통해 취득하였다. 개발한 시스템은 최대 190 m의 가시선 거리에서 임업기계 원격제어가 가능하며, 바람이 불지 않는 이상적인 조건에서 8.2 ha 면적의 Wi-Fi 커버리지를 생성할 수 있을 것으로 판단된다. 산림기술경영연구소 내 설치 된 기상관측 장치의 순간 최대 풍속 데이터를 기준으로, 평균 2.5 m/s의 풍속에서는 원격제어가 가능한 Wi-Fi 통신망을 생성하는 모습을 확인하였으며, 그 이상의 풍속에서는 원형 헬륨기구의 위치가 크게 변동하여 Wi-Fi 통신망의 불안정한 모습을 확인하였다. 따라서 평균 2.5 m/s 이상의 풍속에 대응할 수 있는 다양한 종류의 헬륨기구 및 위치 제어 기술을 접목한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Abstract: A Wi-Fi system with a tethered balloon has been considered for building a wireless communication network for the teleoperation of vehicular forestry machines. In this study, the performance of the system was evaluated through an analysis of line of sight(LOS) distance based on received signal strength indicator(RSSI) and an analysis of Wi-Fi coverage changes at different positions of the tethered balloon due to wind. The performance evaluation tests were conducted by lifting the tethered balloon to a height of 100 meters, securing it with a tether, and installing a Wi-Fi receiver at a specific location. The RSSI, coordinates, and altitude data required for the analysis were obtained through measurement loggers installed on the tethered balloon and Wi-Fi receiver. The developed system can remotely control vehicular forestry machines at an average LOS distance of 175 meters, and under ideal conditions with no wind, it is expected to provide Wi-Fi coverage over an area of approximately 6.5 hectares. Based on the instantaneous maximum wind speed data from the weather observation system installed in Kwangneung, it was observed that at an average wind speed of 2.5 m/s, the system was able to generate a Wi-Fi coverage suitable for teleoperation. However, at wind speeds higher than this, the position of the tethered balloon fluctuated significantly, leading to instability in the Wi-Fi communication network. Therefore, additional research integrating various types of helium balloons and position control technologies capable of withstanding wind speeds above an average of 2.5 m/s is deemed necessary.

Keywords: Wireless communication network, RSSI, Vehicular forestry machines, Wi-Fi coverage, LOS distance

사사: 본 연구는 산림분야 재난·재해의 현안해결형 연구개발사업(2023475A00-2325-BB01)에 의해 수행되었다.