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KR101511500B1 - 전력선 통신에서 ap단의 신속하고 효율적인 데이터 처리장치 및 이를 이용한 데이터 처리 방법 - Google Patents

전력선 통신에서 ap단의 신속하고 효율적인 데이터 처리장치 및 이를 이용한 데이터 처리 방법 Download PDF

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KR101511500B1 KR1020140047844A KR20140047844A KR101511500B1 KR 101511500 B1 KR101511500 B1 KR 101511500B1 KR 1020140047844 A KR1020140047844 A KR 1020140047844A KR 20140047844 A KR20140047844 A KR 20140047844A KR 101511500 B1 KR101511500 B1 KR 101511500B1
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Abstract

전력선 통신 방식에서 기존 OFDMA통신방식은 한정된 대역(bandwidth) 내에서 사용자가 늘어나 부반송파 사용이 많아질 경우 데이터 충돌 가능성이 커지고 채널간 간섭이 증가하게 되며, 이러한 문제들로 인한 통신 품질 저하 및 데이터 처리 속도가 지연되고, 데이터 재 전송에 따른 전력 소모도 증가하게 된다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 인접한 AP 간에 서로 다른 부반송파를 할당하거나 혹은 부하(load)가 적은 부반송파를 공유하여 할당 받아 인접한 기기에서 같은 부반송파 사용으로 인한 채널간 충돌을 최대한 방지하고 데이터 충돌로 인한 데이터 손실을 최소화하고, 부반송파 개수가 제한되므로 AP에 다수의 노드가 연결되어 많은 부하로 인한 데이터 처리 속도가 지연되는 문제를 해결하는 내용에 관한 것이다.

Description

전력선 통신에서 AP단의 신속하고 효율적인 데이터 처리장치 및 이를 이용한 데이터 처리 및 충돌 회피 방법 {The quickly and effectively data process and collision avoidance method in Power Line Communication}
본 발명은 전력선 통신에서 데이터 전송 방식 중 하나인 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 통신기술로 다수의 부반송파를 이용하는 시스템에서 AP의 신속하고 효율적인 데이터 처리 방안에 관한 것이다
본 발명은 전력선 통신방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 OFDMA 통신방법으로 다수의 부반송파를 이용하는 시스템에서 AP의 신속하고 효율적인 데이터 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력선 통신(PLC; Power Line Communication)이란 상용 교류 신호를 전송 매체(media)로 하여 전력선으로 데이터를 통신하는 방식을 말한다. 상용 교류 전원인 60Hz의 정현파에 중심 주파수(carrier)를 실어 통신하게 되므로, 가정이나 사무실 또는 공장 내의 모든 전원선이 통신선로가 된다. 따라서, 별도의 통신 선로를 설치하지 않아도 통신망을 구축할 수 있는 이점이 있어 가정이나 사무실 또는 공장 등에서 구비하고 있는 다수의 기기 또는 장치(이하 주변 장치라고 한다)를 원격 조정하기 위해 전력선 통신(PLC)이 널리 사용되고 있다. 즉, 이러한 전력선 통신(PLC)은 원격 검침 시스템(AMR; Automatic Meter Reading), 홈 오토메이션(HA; Home Automation), 빌딩자동화(Building Automation), 공장 자동화(FA; Factory Automation) 등에 응용되고 있다. 원격 검침 시스템(AMR)이란 가정이나 회사에서 사용하고 있는 각종 에너지 예를 들어, 전기, 수도, 온수, 가스등의 사용량을 측정한 계량기(또는 검침기)의 계량 값을 검침원이 직접 방문하지 않고도 유무선의 통신을 이용하여 원거리의 관리 회사에서 검침하는 시스템을 말한다. 최근에는 상수도, 가스, 전기 등의 원격 검침을 인터넷을 통한 웹 기반으로 실시하는 원격 검침 시스템이 등장하고 있다. 홈 오토메이션(HA)이란 가정 또는 아파트 등의 각종 정보가전 기기의 원격 감시 및 제어에 관한 것이다. 가정 내 전등(Lighting), 인터넷 정보 가전기기, 가스, 화재, 방범용의 각종 센서 및 CCD 카메라와 같은 보안기기(Security Device), 에어컨과 같은 냉난방 기기(HVAC: Heating, Ventilation & Air Conditioning), 오디오/비디오(Audio/Video) 기기 등(이하 HA용 주변 장치라고 한다)이 모두 원격 감시 및 제어의 대상이 될 수 있다. 최근에는 홈 오토메이션 서버(Home Automation Server)에서 인터넷을 통하여 주택 내에 HA용 주변 장치에서 발생하는 정보를 통합하여 정보처리 및 관리하는 기술이 등장하였다. 사용자는 일반 개인용 컴퓨터(PC), 휴대폰, PDA 등을 이용하여 원거리에서도 가정내의 HA용 주변 장치를 제어하고 이상상태를 파악할 수 있다. 기존 주택의 경우 정보기기간의 통신을 위한 통신선로의 추가 설치가 사실상 곤란하기 때문에 현재 전화선 통신(HomePNA), 무선 통신(RF: Radio Frequency) 또는 전력선 통신(PLC) 등의 다양한 유무선 통신방식을 이용한 기술이 등장하고 있다. 빌딩자동화(Building Automation) 시스템에서는 빌딩 내 엘리베이터 운행 상태 및 층별 조명상태 등을 원격 감시등을 하기 위해 전력선 통신 방식을 사용하고 있다. 공장자동화(FA; Factory Automation) 시스템에서는 생산라인의 자동화를 이룰 수 있는 NC공작기계, 산업용 로봇 및 각종 센서 등(이하 FA용 주변 장치라고 한다)을 원격 제어하기 위해 전력선 통신 방식을 사용하고 있다.
OFDMA방식은 최근 유무선 통신에서 고속 데이터 전송 방식으로 널리 채택되고 있다. 이 방식은 주파수 선택적 페이딩(fading) 채널에 강하고, 주파수 이용효율이 높고, 예상치 못한 특정 임펄스(impulse) 잡음에 강하다. 따라서, 할당된 주파수 자원이 협소하고 많은 잡음 환경에 노출 되어 있는 협대역(narrowband) 전력선 통신에 가장 적합한 통신 방식이라 할 수 있다. 반면 랜덤 엑세스(random access) 방식으로 통신을 하므로 한정된 대역 내에서 사용자가 늘어 부반송파 사용이 많아질 경우 데이터 충돌 가능성이 커지게 된다. 따라서, 이러한 문제들로 인한 통신 품질 저하 및 데이터 처리 속도 지연 등의 문제가 발생한다.
본 발명은 전력선 통신에서 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시한다. 종래 기술은 모든 노드(node)와 AP들이 주어진 대역 내에서 모든 부반송파를 공유하며 랜덤하게 채널을 할당하여 통신을 수행한다. 유한한 주파수 자원을 많은 유저(user)들이 한꺼번에 사용하므로 많은 데이터 충돌이 일어나고 채널간의 간섭이 발생하여 데이터 처리 시간이 지연되고 데이터 재 전송에 따른 전력 소모도 증가한다.
본 발명은 전력선 통신에서 인접한 AP간에 서로 다른 부반송파를 할당 받아 인접한 기기에서 같은 부반송파 사용을 제한하여 채널간 충돌을 방지하고 데이터 충돌로 인한 데이터 손실을 최소화한다. 또한 부반송파 개수가 제한되므로 AP에 다수의 노드가 연결되어 많은 부하로 인한 데이터 처리 속도가 지연되는 문제를 해결할 수 있다.
선행기술문헌
US 2014/0036976 A1
US 2012/0320995 A1
KR 10-2008-0090602 A
KR 10-2005-0098614 A
KR 10-2006-0038564 A
전력선 통신 방식에서 기존 OFDMA통신방식은 한정된 대역(bandwidth) 내에서 사용자가 늘어나 부반송파 사용이 많아질 경우 데이터 충돌 가능성이 커지고 채널간 간섭이 증가하게 된다. 따라서, 이러한 문제들로 인한 통신 품질 저하 및 데이터 처리 속도가 지연되고, 데이터 재 전송에 따른 전력 소모도 증가한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 인접한 AP 간에 서로 다른 부반송파를 할당하거나 혹은 부하(load)가 적은 부반송파를 공유하여 할당 받아 인접한 기기에서 같은 부반송파 사용으로 인한 채널간 충돌을 최대한 방지하고 데이터 충돌로 인한 데이터 손실을 최소화한다. 또한 부반송파 개수가 제한되므로 AP에 다수의 노드가 연결되어 많은 부하로 인한 데이터 처리 속도가 지연되는 문제를 해결할 수 있다.
OFDMA방식은 최근 유무선 통신에서 고속 데이터 전송 방식으로 널리 채택되고 있다. 이 방식은 주파수 선택적 페이딩 채널에 강하고, 주파수 이용효율이 높고, 고속 데이터 통신에 적합하다. 반면 랜덤 엑세스 방식으로 한정된 대역 내에서 사용자가 늘어 부반송파 사용이 많아질 경우 데이터 충돌가능성이 커지고 채널간 간섭이 증가하게 된다. 따라서, 이러한 문제들로 인한 통신 품질 저하 및 데이터 처리 속도 지연, 데이터 재 전송에 따른 전력 소모 증가 등의 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 인접한 AP 간에 서로 다른 부반송파을 할당 받아 인접한 기기에서 같은 부반송파 사용을 제한하여 채널간 충돌을 방지하고 데이터 충돌로 인한 데이터 손실을 최소화한다. 또한 부반송파 개수가 제한되므로 AP에 다수의 노드가 연결되어 많은 부하로 인한 데이터 처리 속도가 지연되는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 통신 품질 개선에 따른 전력소모 감소로 인한 유지관리 비용 감소 등의 경제적 측면도 제공한다.
도 1은 본 발명에서 구성되는 전력선 통신의 개략적인 시스템 블럭도이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 전력선 통신방식인 OFDMA방식에서 부반송파 (SC1~SC15)들의 주파수 분포를 예를 들어 도시한 도면이다
도 3은 기존 전력선 통신에서 사용하는 OFDMA방식의 주파수 분할을 할당하여 통신하는 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 제안한 OFDMA방식의 주파수 분할을 할당하여 통신하는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 제안한 OFDMA방식 전력선 통신에서 부반송파를 분할하여 AP에 채널 그룹을 할당하는 절차를 제시한 흐름도이다.
본 발명은 전력선 통신에서 OFDMA의 부반송파를 분리하여 AP 와 노드로 구성된 네트워크 망을 기준으로 각 네트워크 망간에 주파수 간섭을 최소화하고, 각 네트워크 망에 지나친 부하를 배제하여 통신 품질을 개선하기 위한 방안을 제시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안한 내용은 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에서 구성되는 전력선 통신의 개략적인 시스템 블럭도이다.
동 도면에 도시한 바와 같이, 기본 구성은 데이터를 보관하고 관리하는 서버(10), AP로 부터 받은 데이터를 네트워크 망 구조에 맞게 서버(10)에 전달하는 게이트웨이(20), 노드로부터 받은 검침 데이터 혹은 센서 데이터를 게이트웨이(20)에 전달하는 AP(40~43), 검침기나 센서에서 받은 데이터를 AP에 전달하는 노드node(A-n ~ H-n), 가정용 전압으로 바꿔주는 변압기(30~37)로 구성된다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 전력선 통신방식인 OFDMA방식에서 부반송파 (SC1~SC15)들의 주파수 분포를 예를 들어 도시한 도면이다. 부반송파 SC1, SC4, SC5, SC13은 AP1에 할당된 부반송파이고, SC2, SC3, SC9, SC12는 AP2에 할당된 부반송파, SC5, SC8, SC11, SC15는 AP3에 할당된 부반송파이며, SC6, SC10, SC14는 AP1과 AP3에 공동으로 할당된 부반송파이다.
부반송파 수는 통신 시스템에 따라 수 십 개에서 수 천 개를 갖는다. 또한, OFDMA에서는 도 2에 도시 된 바와 같이 부반송파(SC1~SC15) 간은 주파수 이격 거리를 어느 정도 유지하면서 주파수 중첩(overlap)을 허용한다. 이것은 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파를 사용하므로 가능하며, 한정된 주파수 자원에서 주파수 이용 효율을 높일 수 있고, 고속 데이터 전송에 적합하다.
도 3은 기존 전력선 통신에서 사용하는 OFDMA방식의 주파수 분할을 할당하여 통신하는 예를 도시한 도면이다. 본 도에서 가로는 시간을 나타내며, 세로는 부반송파들을 나타낸다.
도3에서는 모든 AP와 모든 사용자들은 모든 부반송파를 통해 랜덤하게 통신을 한다. 이 경우 부반송파 모든 시스템이 공유하여 사용하므로 주파수 충돌 가능성이 매우 높게 된다.
도 4는 본 발명에서 제안한 OFDMA방식의 주파수 분할을 할당하여 통신하는 예를 도시한 도면이다. 본 도에서 가로는 시간을 나타내며, 세로는 부반송파들을 나타낸다.
도4에 도시한 바와 같이 예를 들어 3개의 AP가 존재하고, 부반송파 SC1, SC2, SC3, SC4, SC5, SC6가 존재한다고 가정한다. 이때 AP는 게이트웨이(20)로부터 부반송파를 할당 받는다. AP1에 할당된 부반송파 그룹은 SC2, SC4, SC5, SC6이고, AP2에 할당된 부반송파 그룹은 SC2, SC3, SC4, SC5이며, AP3에 할당된 부반송파 그룹은 SC1, SC2, SC4, SC5이다. 각 노드는 접속중인 AP에 할당된 부반송파로만 통신이 진행된다. 각 AP에 걸려있는 부하의 정도에 따라 개수가 다를 수 있으며, 중복 사용도 가능하다. 부하가 많은 AP에는 부반송파를 많이 할당하고, 부하가 적은 AP에는 적은 부반송파를 할당한다. 부반송파의 중복 사용도 가능하다.
도 5는 본 발명에서 제안한 OFDMA방식 전력선 통신에서 부반송파를 분할하여 AP에 채널 그룹을 할당하는 절차를 제시한 흐름도이다.
도5에서 절차를 구체적으로 살펴보면, AP가 GPS정보를 이용한 위치정보를 게이트웨이(20)에 제공한다(제1단계). 게이트웨이(20)는 이 위치정보를 보고 해당 AP에 주변환경을 고려한, 즉, 주파수 충돌을 회피할 수 있는 부반송파를 할당한다(제2단계). AP는 하위 시스템인 노드에 시간동기(time sync) 정보 및 채널 정보를 전달한다(제3단계). 노드는 AP의 신호 세기(RSSI)를 확인하고 원하는 AP에 네트워크 연결을 요청한다(제4단계). AP는 네트워크 연결을 승인한다(제5단계). 이와 같은 절차를 통하여 노드는 AP에 할당된 부반송파 그룹의 정보를 확인하고, 이 그룹을 이용하여 통신을 시작한다(제6단계). 이러한 절차를 걸쳐 통신하게 되므로 램덤 엑세스에 의한 충돌을 감소시킬 수 있다.
10 서버
20 게이트웨이

Claims (5)

  1. 전력선 통신 AP단의 데이터 처리장치에 관한 것으로서, 데이터를 보관하고 관리하는 서버(10); AP로 부터 받은 데이터를 네트워크 망 구조에 맞게 서버(10)에 전달하는 게이트웨이(20); 데이터 노드로부터 받은 검침 데이터 혹은 센서 데이터를 게이트웨이에 전달하는 AP(40~43); 검침기나 센서에서 받은 데이터를 AP에 전달하는 노드(A-n ~ H-n); 가정용 전압으로 바꿔주는 변압기(30~37)로 구성되고,
    OFDM 통신에서 부반송파(SC1, SC4, SC5, SC13)는 AP1에 할당된 부반송파이고, 부반송파(SC2, SC3, SC9, SC12)는 AP2에 할당되고, 부반송파(SC5, SC8, SC11, SC15)는 AP3에 할당되며, 부반송파(SC6, SC10, SC14)는 AP1과 AP3에 공동으로 할당된 부반송파인 것을 특징으로 하는 전력선 통신의 AP단 데이터 처리장치
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 부반송파의 수는 통신 시스템에 따라 수 십 개에서 수 천 개를 가지며, 각 부반송파는 주파수 이격 거리를 일정하게 유지하면서 주파수 중첩(overlap)을 허용하며, 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파를 사용하는 것을 특징으로서 하는 전력선 통신의 AP단 데이터 처리장치
  4. 전력선 통신 AP단의 데이터 처리방법에 관한 것으로서, 부반송파(SC1, SC2, SC3, SC4, SC5, SC6)이 존재하고, AP는 게이트웨이(20)로부터 부반송파를 할당 받는 단계; AP1에 할당된 부반송파 그룹은 SC2, SC4, SC5, SC6이고, AP2에 할당된 부반송파 그룹은 SC2, SC3, SC4, SC5이며, AP3에 할당된 부반송파 그룹은 SC1, SC2, SC4, SC5인 단계; 각 노드는 접속중인 AP에 할당된 부반송파로만 통신이 진행되는 단계로 구성되는 전력선 통신의 AP단 데이터 처리방법
  5. 삭제
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KR101894593B1 (ko) * 2018-06-29 2018-09-04 주식회사 이지스로직 피코캐스트 모뎀 칩의 화물박스 프로토콜 구조를 이용한 국내 917∼960㎒ 주파수 규격을 적용한 무선 검침 모뎀 시스템

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