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KR20150019153A - 센서 네트워크의 게이트웨이 시스템 및 그 구동 방법 - Google Patents

센서 네트워크의 게이트웨이 시스템 및 그 구동 방법 Download PDF

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KR20150019153A
KR20150019153A KR20130095618A KR20130095618A KR20150019153A KR 20150019153 A KR20150019153 A KR 20150019153A KR 20130095618 A KR20130095618 A KR 20130095618A KR 20130095618 A KR20130095618 A KR 20130095618A KR 20150019153 A KR20150019153 A KR 20150019153A
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KR
South Korea
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board
power
gateway
sink node
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR20130095618A
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English (en)
Inventor
김봉완
강현중
이준욱
강성수
방효찬
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
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Priority to US14/457,361 priority patent/US20150043411A1/en
Publication of KR20150019153A publication Critical patent/KR20150019153A/ko
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Abstract

센서 네트워크의 게이트웨이 시스템 및 그 구동 방법이 개시된다. 게이트 웨이 시스템은 센서 노드에서 측정된 센서 데이터를 수집하고 상기 센서 데이터를 전송하는 싱크 노드 보드, 그리고 상기 싱크 노드 보드로 전송 받은 상기 센서 데이터를 서버로 전송하는 게이트웨이 보드를 포함한다. 여기서, 상기 싱크 노드 보드가 상기 게이트웨이 보드의 전원 인가 여부를 제어한다.

Description

센서 네트워크의 게이트웨이 시스템 및 그 구동 방법{GATEWAY SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF IN SENSOR NETWORK}
본 발명은 센서 네트워크의 게이트웨이 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크는 다양한 환경에 센서 노드를 설치하고 설치된 센서 노드를 통해 각종 센서 정보를 네트워크로 수집하는 기술이다.
이러한 센서 네트워크에서 게이트웨이에 전원을 공급하는 방법으로, 외부와의 통신을 담당하는 게이트웨이를 상시 전원이 공급되는 위치에 설치하고 상시 전원을 통해 게이트웨이에 전원을 공급하였다. 그러나 이러한 방식은 상시 전원을 공급할 수 없는 위치에서는 센서 네트워크 운용을 할 수 없어 설치 위치에 제약을 가져온다.
상기와 같은 설치 위치의 제약을 극복하기 위해, 상시 전원이 없는 위치에 태양전지 등의 자가 전원 획득 장치를 창작한 게이트웨이를 설치하고, 자가 전원 획득 장치를 통해 게이트웨이에 전원을 공급하는 방법이 있다. 이러한 방식의 경우 상시 전원이 없는 곳에도 게이트웨이의 설치는 가능해 졌으나, 게이트웨이의 많은 전력 소비로 인해 대규모의 자가 전원 획득 장치(예를 들면, 태양광, 풍력, 조력 등의 신재생 에너지를 활용한 전원 획득 장치)를 설치해야 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 게이트웨이의 저전력 하드웨어 설계를 통해 전력 소비를 낮출 수 있으나, 이는 게이트웨이의 소프트웨어를 통한 저전력 운용이 필요하다. 즉, 통신을 위한 네트워크 인터페이스의 아이들 타임(idle time)을 조절하는 소프트웨어적인 방법으로 게이트웨이의 소모 전력을 줄일 수 있다. 그러나 게이트웨이의 소프트웨어를 상시 운용하는 한 전력소모를 줄이는데 한계가 있다.
본 발명이 해결하고 하는 과제는 센서 네트워크에서 전력 소비를 줄이는 게이트웨이 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 게이트웨이 시스템이 제공된다. 상기 게이트웨이 시스템은, 센서 노드에서 측정된 센서 데이터를 수집하고, 상기 센서 데이터를 전송하는 싱크 노드 보드, 그리고 상기 싱크 노드 보드로 전송 받은 상기 센서 데이터를 서버로 전송하는 게이트웨이 보드를 포함할 수 있으며, 상기 싱크 노드 보드는 상기 게이트웨이 보드의 전원 인가 여부를 제어할 수 있다.
상기 싱크 노드 보드는 상기 게이트웨이 보드를 구동시킬 여유 전력을 계산하며 상기 여유 전력이 따라 상기 전원 인가 여부를 결정할 수 있다.
상기 게이트웨이 시스템은, 상기 싱크 노드 보드에 연결되며 외부의 상시 전원이 없이 자체적으로 전력 생산이 가능한 전원 획득 장치, 그리고 상기 싱크 노드 보드에 연결되며 상기 전원 획득 장치에서 생산된 전력을 저장하는 충전지를 더 포함할 수 있으며, 상기 싱크 노드 보드는 상기 충전지의 충전량, 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량 및 상기 싱크 보드 노드의 전력 소비량을 기초로, 상기 여유 전력을 계산할 수 있다.
상기 싱크 노드 보드는, 상기 게이트웨이 보드의 전력 소비량이 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량에서 상기 싱크 노드 보드의 전력 소비량을 뺀 값보다 작은 경우, 상기 여유 전력이 있는 것으로 판단하여 상기 게이트웨이 보드로 전원을 인가할 수 있다.
상기 싱크 노드 보드가 상기 게이트웨이 보드로 전원을 인가한 경우, 상기 싱크 노드 보드가 상기 센서 데이터를 상기 게이트웨이 보드로 전송할 수 있다.
상기 게이트웨이 보드는 상기 센서 데이터를 상기 싱크 노드 보드로부터 전송 받는 경우, 상기 게이트웨이 보드의 구동 연장을 상기 싱크 노드 보드로 요청하며, 상기 게이트웨이 보드는 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 구동 연장을 승인 받은 경우 상기 센서 데이터를 상기 서버로 전송할 수 있다.
상기 싱크 노드 보드는 상기 전원 인가 여부를 스위칭하는 전원 차단 스위치를 포함할 수 있다.
상기 게이트웨이 보드는 상기 게이트웨이 보드의 위치 정보와 현재 시각 정보를 획득하는 GPS 모듈을 포함할 수 있으며, 상기 게이트웨이 보드는 상기 위치 정보를 상기 서버로 전송하며 상기 현재시각 정보를 상기 싱크 노드 보드로 전송할 수 있다.
상기 전원 획득 장치는 태양전지판일 수 있다.
상기 싱크 노드 보드는 상기 충전지의 충전량이 소정의 기준량보다 높은 경우 상기 여유 전력이 있는 것으로 판단하여, 상기 게이트웨이 보드로 전원을 인가할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 게이트웨이 시스템의 구동 방법이 제공된다. 상기 구동 방법은, 센서노드에서 측정된 센서 데이터를 수집하는 싱크 노드 보드를 제공하는 단계, 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 센서 데이터를 전송 받는 게이트웨이 보드를 제공하는 단계, 상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가할지 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 판단하는 단계에서 상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가하는 것으로 판단한 경우, 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 게이트웨이 보드를 구동시킬 여유 전력을 계산하는 단계, 그리고 상기 여유 전력에 따라 상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가할지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는 상기 싱크 노드 보드에 의해 수행될 수 있다.
상기 구동 방법은, 외부의 상시 전원이 없이 자체적으로 전력 생산이 가능한 전원 획득 장치를 제공하는 단계, 그리고 상기 전원 획득 장치에서 생산된 전력을 저장하는 충전지를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 여유 전력은 상기 충전지의 충전량, 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량 및 상기 싱크 보드 노드의 전력 소비량을 기초로 계산될 수 있다.
상기 게이트웨이 보드의 전력 소비량이 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량에서 상기 싱크 노드 보드의 전력 소비량을 뺀 값보다 작은 경우, 상기 게이트웨이 보드의 전원이 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 인가될 수 있다.
상기 구동 방법은, 상기 게이트웨이의 전원이 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 인가된 경우, 상기 센서 데이터를 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 방법은, 상기 게이트웨이 보드로부터 상기 싱크 노드 보드로 상기 게이트웨이의 구동 연장을 요청하는 단계, 그리고 상기 구동 연장이 인정된 경우, 상기 게이트웨이 보드로부터 서버로 상기 센서 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 획득 장치는 태양전지판일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 센서 네트워크에서 싱크 노드 보드가 게이트웨이 시스템의 전체 전원을 관리함으로서 저전력으로 센서 네트워크를 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서 네트워크의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내장형 게이트웨이 보드(120')의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')가 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전원을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서 네트워크의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 센서 네트워크는 게이트웨이 시스템(100), 복수의 센서 노드(200), 인터넷 망(300) 및 서버(400)를 포함한다.
복수의 센서 노드(200)는 측정하고자 하는 여러 위치에 설치되며 각종 주변 정보를 측정하여 모니터링하며, 센서 노드(200)에 의해 측정된 센서 데이터는 무선 통신을 통해 싱크 노드(140)에 수집된다. 싱크 노드(140)는 수집한 센서 데이터를 게이트웨이(120)로 전달하며, 게이트웨이(120)는 인터넷 망(300)을 통해 서버(400)로 센서 데이터를 전송한다.
도 1에서, 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이(120)와 싱크 노드(140)는 분리 형태도 가능하나 하나의 시스템인 게이트웨이 시스템(100)을 형성할 수 있다. 게이트웨이(120)와 싱크 노드(140)가 하나의 시스템인 게이트웨이 시스템(100)을 형성하는 경우에는 게이트웨이(120)는 하나의 내장된 게이트웨이 보드 형태를 가질 수 있다.
복수의 센서 노드(200)에서 측정할 정보는 실내 또는 실외에도 존재하며, 실외에서 복수의 센서 노드(200)가 설치될 경우 게이트웨이 시스템(200)도 실외에 설치될 수 있다. 이와 같이 게이트웨이 시스템(200)이 실외 설치될 경우 상시 전원 공급이 어려우므로, 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 시스템(200)은 자가 전원 획득 장치를 포함하고 있다. 여기서 자가 전원 획득 장치는 태양광, 풍력, 조력 등의 신재셍 에너지를 공급하는 전원 공급 장치를 의미한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드(140)는 센서 노드(200)로부터 데이터들을 수집하는 기능만을 수행할 수도 있으나 센서 노드(200)처럼 센서를 부착하여 주변 환경 정보들을 수집하는 역할도 수행할 수 있다. 싱크 노드(140)가 주변 환경 정보들을 수집하는 역할도 수행할 경우 센서 노드(200)와 비슷한 구조를 가질 수 있다. 센서 노드(200)는 센서를 창작하여 주변 환경 정보를 수집하며, 프로그램 다운로드나 디버깅을 목적으로 외부와의 통신을 위해 통신 인터페이스를 창작할 수 있다. 이와 같이 센서 노드(200)는 통신 인터페이스를 통해 게이트웨이와 통신을 수행할 수 있으므로, 센서 노드(200)는 싱크 노드(140)와 비슷한 구조를 가질 수 있다. 다만, 싱크 노드(140)는 센서 노드(200)로부터의 데이터 수집 및 게이트웨이(120)로의 전달을 위해 소프트웨어에는 이러한 통신 수집 전달 기능이 포함된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 시스템(100)은 내장형 게이트웨이 보드(120'), 싱크 노드 보드(140'), 태양전지판(160), 충전지(180) 및 센서(190)를 포함한다.
도 2에서, 내장형 게이트웨이 보드(120')는 도 1의 게이트웨이(120)에 대응되며, 싱크 노드 보드(140')는 도 1의 싱크 노드(140)에 대응된다. 게이트웨이(120)는 게이트웨이의 기능을 수행하기 위해 내장형으로 제작된 내장형 게이트웨이 보드(120')로 구성될 수 있다. 그리고 싱크 노드(140)는 태양전지판(160)과 같은 자가 전원 획득 장치와 충전기(180)가 연결될 수 있으며 통신 인터페이스를 가지는 센서 노드 보드를 활용하여 구성될 수 있다. 싱크 보드 노드(140')에는 외부 센서(190)가 부착 될 수 있다.
게이트웨이 시스템(100)의 다기능 수행을 위해 싱크 노드 보드(140')에 센서(190)가 부착될 경우, 게이트웨이 시스템(100)은 센서 노드(200)와 같이 센서로서의 고유 기능을 수행할 수 있다. 만약 한 곳의 센서 정보 만이 필요한 경우, 센서 노드(200)의 무선 연결 없이 게이트웨이 시스템(100)만으로 하나의 센서 네트워크가 구성될 수 있다.
게이트웨이 시스템(100)은 상시 전원의 공급이 어려운 위치에 센서 네트워크를 제공하기 위해, 태양광, 풍력, 조력 등의 신재생 에너지를 활용한 자가 전원 획득 장치를 포함한다. 도 2에서는 설명의 편의상 자가 전원 획득 장치로서 태양전지판만을 나타내었으나, 다른 자가 전원 획득 장치로 대체될 수 있음은 당연하다. 한편, 태양광은 낮 시간대에만 전력 생산이 가능하므로, 이러한 태양광을 통해 생산된 전력을 저장할 충전지(180)가 게이트웨이 시스템(100)에 포함된다.
본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 시스템(100)에서는 싱크 노드 보드(140')에 자가 전원 획득 장치(예를들면, 태양전지판(160))와 충전지(180)가 연결되며, 싱크 노드 보드(140')가 내장형 게이트웨이 보드(120')로의 전원 공급 및 전력 제어를 한다. 즉, 싱크 노드 보드(140')가 태양전지판(160)의 전력 생산량을 분석하고 싱크 노드 보드(140')와 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전력 사용량을 예측하여, 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전원 공급 및 제어를 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내장형 게이트웨이 보드(120')의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 내장형 게이트웨이 보드(120')는 메인 프로세서(121), 입출력부(122), 메모리부(123), GPS 모듈(124), 3G/GSM 모듈(125) 및 WiFi 모듈(126)을 포함한다.
메인 프로세서(121)는 내장형 게이트웨이 보드(120') 전체의 동작을 제어하며, 입출력부(122)는 싱크 노드 보드(140')로부터 데이터를 송수신하는 인터페이스이다. 입출력부(122)는 데이터를 송수신하기 위해 Serial I/O, Parallel I/O 또는 무선 통신으로 구현될 수 있다. 한편, 메모리부(123)는 송수신되는 데이터를 임시로 보관한다.
내장형 게이트웨이 보드(120')는 인터넷 망(300)을 경유하여 외부에 설치된 서버(400)로 데이터를 전달하기 위해 인터넷 접속이 가능한 통신 모듈을 포함한다. 도 3에서는 통신 모듈의 예로서 통신사업자 망 연결을 위한 3G/GSM 모듈(125), 무선 LAN인 WiFi 모듈(126)을 나타내었다. 도 3에서는 통신 모듈로서 두 종류의 무선 통신 모듈을 나타내었으나, 위성통신이나 CDMA, 4G/LTE 등의 무선 통신 모듈, 유선 인터넷 망 연결을 위해 해당 기능의 통신 모듈이 사용될 수 있다.
도 3에서와 같이 내장형 게이트웨이 보드(120')가 GPS 모듈(124)을 포함하고 있는 경우, 게이트웨이 시스템(100)이 설치된 위치와 시각 정보를 얻을 수 있다. 위치 정보는 서버(400)에 센서 네트워크(즉, 게이트웨이 시스템(100))의 위치에 대한 정보를 알리는데 사용되며, 시각 정보는 센서 노드(200) 및 싱크 노드(140)에 전달되어 정확한 센서 측정 시간을 기록하고 전력 수급을 예측하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내장형 게이트웨이 보드(120')로의 전원 공급 여부는 싱크 노드 보드(140')에 의해 결정된다. 따라서 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 시스템(100)에서 싱크 노드 보드(140')와 내장형 게이트웨이 보드(120')간에는 전원선을 통해 연결되며, 이 전원선을 통해 싱크 노드 보드(140')로부터 내장형 게이트웨이 보드(120')로 전력이 공급된다. 그리고 싱크 노드 보드(140')와 게이트웨이 보드(120')간에 유선통신을 통해 연결되며, 싱크 노드 보드(140')는 센서 노드(200)로부터 수집한 데이터들을 유선통신을 통해 게이트웨이 보드(120')로 전달한다. 그리고 싱크 노드 보드(140')와 게이트웨이 보드(120')간에는 프로토콜에 의해 상태 정보 및 요구/응답 메시지들이 서로 교환된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')는 마이크로 프로세서(141), 무선 트랜시버(142), 안테나 회로(143), 입출력부(144), 메모리부(145), 전원 차단 스위치(146), 전압 센서(147), 전류 센서(148), 충전 회로(149), ADC 회로(150) 및 센서 인터페이스(151)를 포함한다.
마이크로 프로세서(141)는 싱크 노드 보드(140')의 전체 동작을 제어하며, 무선 트랜시버(142)와 안테나 회로(143)는 센서 노드(200)와의 무선 통신을 수행한다. 입출력부(144)는 내장형 게이트웨이 보드(120')와 통신을 수행하며, 데이터를 송수신하기 위해 Serial I/O, Parallel I/O 또는 무선 통신으로 구현될 수 있다. 한편, 메모리부(145)는 송수신되는 데이터를 임시로 보관하며, 내장형 게이트웨이 보드(120')를 구동하기에 전력이 충분하지 않은 경우 센서 노드(200)로부터 싱크 노드 보드(140')로 수집된 데이터들은 메모리부(145)에 장시간 저장될 수 있다.
충전 회로(149)는 태양 전지판(160)으로부터 공급되는 태양전지 에너지를 충전지(180)에 충전시키는 역할을 수행한다.
싱크 노드 보드(140')에 센서(190)가 부착될 경우, 싱크 노드 보드(140')는 센서(190)와의 통신을 위해 센서 인터페이스(151)를 포함하고 있다. 그리고 센서(190)가 아날로그 센서인 경우, 싱크 노드 보드(140')는 ADC(Analog to Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다. .
한편 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')는 전원 차단 스위치(146), 전압 센서(147) 및 전류 센서(148)를 포함하고 있다. 전원 차단 스위치(146)는 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전원을 공급 및 차단하며, 센서(190), 센서 인터페이스(151) 및 ADC 회로(150)의 전원을 공급 및 차단한다. 이러한 전원 차단 스위치(146)는 릴레이 스위치나 반도체 스위치 소자로 구현될 수 있다.
마이크로 프로세서(141)와 무선 트랜시버(142)는 외부 핀이나 내부 회로를 통해 전력 소비를 줄이기 위해 슬립 모드로 전환이 가능하다. 즉, 마이크로 프로세서(141)은 자체적으로 슬립 모드로 전환하는 기능을 포함할 수 있고 무선 트랜시버(142)는 외부 핀을 통해 슬립 모드로 전환될 수 있다. 만약 마이크로 프로세서(141) 및 무선 트랜시버(142)가 자체적으로 슬립 모드로 전환되는 기능을 포함하고 있지 않은 경우에는 전원 차단 스위치(146)를 통해 슬립 모드 기능이 구현될 수 있다. 이 경우에 필요하다면 부가적으로 타이머 회로 등이 추가될 수 있다.
전압 센서(147)는 태양전지판(160)의 출력 전압과 충전지(180)의 출력 전압을 측정한다. 전류 센서(148)는 태양전지판(160)의 출력 전류와 충전지(180)의 출력 전류를 측청한다. 이와 같은 전압 센서(147) 및 전류 센서(148)를 통해 태양전지판(160)에서 생산되는 전력량과 충전지(180)를 통해 소비되는 전략량을 실시간으로 파악할 수 있다. 한편, 센서(190)에서 소비되는 전력을 분석하기 위해, 싱크 노드 보드(140')는 센서 인터페이스(151)로 출력되는 출력 전류를 재는 전류 센서(148)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')는 저전력 모드로 운용된다. 싱크 노드 보드(140')의 마이크로 프로세서(141)는 일정 시간 주기로 슬립 모드에서 깨어나 통신이나 센서 동작이 필요한지를 확인하고, 필요한 작업을 수행한 후 다시 슬립모드에 들어간다.
그리고 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')는 내장형 게이트웨이 보드(120')로 공급되는 전력을 제어 및 관리한다. 즉, 내장형 게이트웨이 보드(120')가 마스터가 되어 전력을 제어 및 관리하는 것이 아니라, 싱크 노드 보드(140')가 마스터가 되어 내장형 게이트웨이 보드(120')를 마치 일부 모듈처럼 간주하여 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전원을 제어하고 관리한다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 싱크 노드 보드(140')가 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전원을 제어하고 관리하는 방법에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 싱크 노드 보드(140')가 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전원을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5에서 구성 요소 간의 통신 프로토콜은 실선으로 전원 공급 및 제어는 점선으로 나타내었다.
먼저 싱크 노드 보드(140')는 자체에 부착된 센서(190) 또는 센서 노드(200)로부터 센싱 데이터들 전달받아 수집한다(S501). 이러한 데이터 수집 과정은 싱크 노드 보드(140')가 주기적으로 또는 센서 노드(200)로부터의 통신 요청을 감지하여 수행된다. 즉, 저전력 동작을 위해, 싱크 보드 보드(140')의 마이크로 프로세서(141) 및 무선 트랜시버(142)는 절전 상태인 슬립 모드에 있다가 주기적으로 혹은 센서 노드(200)로부터의 통신 요청에 따라 슬립 모드에서 깨어나 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 싱크 노드 보드(140')의 메모리부(145)에 저장된다.
싱크 노드 보드(140')는 데이터 수집 과정을 수행한 후 수집된 데이터의 양이 소정의 기준양을 넘거나 일정 시간이 경과된 경우, 내장형 게이트웨이 보드(120')의 구동이 가능한지 여유 전력을 계산한다(S502). 여기서 여유 전력은 충전지(180)의 충전량, 태양전지판(160)의 전력 생산량 및 싱크 보드 노드(140')의 전력 소비량을 통해 판단된다. 충전지(180)의 충전량은 전압 센서(147)가 측정한 충전지(180)의 출력 전압에 의해 계산되며, 태양전지판(160)의 전력 생산량은 전압 센서(147)가 측정한 태양전지판(160)의 출력 전압 및 전류 센서(148)가 측정한 태양전지판(160)의 출력 전류에 의해 계산된다. 그리고 싱크 노드 보드(140')의 전력 소비량은 전압 센서(147)가 측정한 충전지(180)의 출력 전압 및 전류 센서(148)가 측정한 충전지(180)의 출력 전류에 의해 계산된다. 충전지(180)의 충전량이 충분하고, 아래의 수학식 1이 만족되는 경우, 싱크 노드 보드(140')는 내장형 게이트웨이 보드(120')를 구동 가능한 것으로 판단한다. 여기서 충전지(180)의 충전량이 충분한지는 실험 과정을 통해 적정한 값으로 선정될 수 있다.
Figure pat00001
상기 두 조건(즉, 충전지(180)의 충전량이 충분하고, 수학식 1이 만족되는 경우)이 모두 만족되는 경우뿐만 아니라 두 조 건 중 하나의 조건만 만족되는 경우에도 전력 여유가 있는 것으로 판단될 수 있다.
상기 S502 단계에서 내장형 게이트웨이 보드(120')의 구동이 가능할 정도로 여유 전력이 없는 것으로 판단된 경우, 싱크 노드 보드(140)는 계속하여 데이터 수집 과정(S501)을 반복한다.
상기 S502 단계에서 내장형 게이트웨이 보드(120')의 구동이 가능할 정도로 여유 전력이 있는 것으로 판단된 경우, 싱크 노드 보드(140')는 내장형 게이트웨이 보드(120')로 전원을 인가한다(S503). 싱크 노드 보드(140')에 전원이 인가되면, 내장형 게이트웨이 보드(120')는 운영체계를 가동하며 초기코드가 수행된다.
내장형 게이트웨이 보드(120')가 GPS 모듈(124)을 포함하고 있는 경우, 내장형 게이트웨이 보드(120')의 GPS 모듈(124)이 동작하여 내장형 게이트웨이 보드(120')가 설치된 위치(GPS 위치 정보)와 현재 시각 정보(GPS 시각 정보)가 획득된다. 이와 같이 획득된 GPS 위치 정보는 서버(400)로 전송되고, GPS 시각 정보는 싱크 노드 보드(140')로 전송된다. 싱크 노드 보드(140')로 전송된 GPS 시각 정보는 싱크 노드 보드(140')의 전력 분석 및 센서 노드(200)의 센싱 타임 교정에 사용된다.
다음으로 내장형 게이트웨이 보드(120')는 싱크 노드 보드(140')로 데이터수집 과정(S501)에서 수집된 데이터를 요청한다(S506).
요청을 받은 싱크 노드 보드(140')는 데이터 수집 과정(S501)에서 메모리부(145)에 저장한 데이터를 내장형 게이트웨이 보드(120')로 전송한다(S507). 싱크 노드 보드(140')는 수집된 데이터의 양의 따라 수차례 걸쳐서 내장형 게이트웨이 보드(120')로 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 이 단계까지(S507)의 내장형 게이트웨이 보드(120') 전력 소비량이 싱크 노드 보드(S140')에서 내장형 게이트웨이 보드(120')의 구동을 결정하는(즉, S502 단계에서 여유 전력 계산) 판단 자료로 사용된다.
따라서 내장형 게이트웨이 보드(120')가 서버로(400)로 데이터를 전송하기 전에, 내장형 게이트웨이 보드(120')는 싱크 노드 보드(140')로 인터넷 망 전송의 예상 소용시간 정보와 함께 내장형 게이트웨이 보드(120')의 구동 연장을 요청한다(S508).
싱크 노드 보드(140')는 전송 받은 예상 소요시간 정보에 해당하는 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전력 소비량에 대한 여유 전력이 충분한지를 상기 S502단계에서의 계산식과 같이 판단한다(S509). 여기서 싱크 노드 보드(140')는 여유 전력이 충분한 경우 Yes 응답을 전송하고 부족한 경우 No 응답을 내장형 게이트웨이 보드(120')로 전송한다(S510).
내장형 게이트웨이 보드(120')가 No 응답을 수신한 경우 종료코드 수행단계를 진행한다(S511). 그러나 내장형 게이트웨이 보드(120')가 Yes 응답을 수신한 경우 통신 시간이 확보 되어, 다음 단계로 통신 모듈(125, 126 등)을 통해 서버(400)로 연결을 요청한다(S512). 이때 내장형 게이트웨이 보드(120')는 서버(400)로부터 정상적인 응답(S513)이 올 때까지 수 차례 반복할 수 있다. 만약 내장형 게이트웨이 보드(120')는 서버로부터 정상적인 연결(connection) 응답을 수신하지 않는 경우 종료 코드를 수행하는 단계로 진입하며 정상적인 연결 응답을 수신하는 경우 다음 단계인 S514를 수행한다.
S514 단계에서, 내장형 게이트웨이 보드(120')는 싱크 노드 보드(140')로부터 받은 수집된 데이터를 서버(400)로 전송한다. S514 단계는 수집된 데이터 양에 따라 수 차례 걸쳐 진행될 수 있다.
상기 S512 ~ S514 단계에서의 연결 요청 및 응답 등에 시간 소모가 많아 내장형 게이트웨이 보드(120')가 데이터 전송하는데 예상보다 많은 시간이 소비되는 경우, 상기 S508 내지 S510단계에서 확보한 통신 시간이 부족할 수 있다. 이와 같이 통신 시간이 부족할 경우, 내장형 게이트웨이 보드(120')는 싱크 노드 보드(140')로 구동 연장 요청(서버와의 통신 시간 연장 요청)을 하고(S515), 싱크 노드 보드(140')는 여유 전력을 계산하여 구동 연장 응답(Yes 또는 No)을 내장형 게이트웨이 보드(120')로 전송한다(S516, S517).
내장형 게이트웨이 보드(120')는 싱크 노드 보드(140')로부터 구동 연장 응답으로 Yes를 수신한 경우, 즉 서버와의 통신 시간 연장에 성공한 경우 수집된 데이터를 서버(400)로 계속하여 전송한다(S518). 그러나, 내장형 게이트웨이 보드(120')는 싱크 노드 보드(140')로부터 구동 연장 응답으로 No를 수신한 경우, 즉 시간 연장에 실패하면 종료코드 수행 단계로 진입한다(S520). 이러한 통신 시간 연장에 있어서 내장형 게이트웨이 보드(120')의 운영체계가 종료코드를 수행하는 시간도 별도로 필요하므로, 통신 시간 연장 요청은 종료코드 수행 시간을 고려하여 요청된다.
마지막 단계로 내장형 게이트웨이 보드(120')는 종료 코드 수행을 실시한다(S520). 이 종료 코드 수행 단계(S520)가 수행되는 경우는 정상적으로 서버(400)로 모든 데이터가 전송되는 경우, S511과 같이 서버와의 초기 통신 시간 확보가 되지 않은 경우, 그리고 S519와 같이 서버와의 추가 통신 시간 연장이 되지 않은 경우이다. 다음 구동 시 누락된 데이터가 없도록, 종료 코드에는 현재까지 서버(400)로의 통신이 완료된 상황이 기록된다.
내장형 게이트웨이 보드(120')는 종료 코드를 모두 수행하면 싱크 노드 보드(140')로 종료를 요청한다(S521). 종료 요청을 수신한 싱크 노드 보드(140')는 내장형 게이트웨이 보드(120')의 전원을 차단한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 싱크 노드 보드(140')가 전체적인 게이트웨이 시스템(100)의 전력 운용을 관리하여, 소형의 태양전지판만으로도 게이트웨이 시스템을 운용할 수 있다. 이를 통해 센서 네트워크의 설치 있어서 공간적인 제약을 극복할 수 있으며 광범위한 지역에 센서 네트워크를 구축할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (19)

  1. 센서 노드에서 측정된 센서 데이터를 수집하고, 상기 센서 데이터를 전송하는 싱크 노드 보드, 그리고
    상기 싱크 노드 보드로 전송 받은 상기 센서 데이터를 서버로 전송하는 게이트웨이 보드를 포함하며,
    상기 싱크 노드 보드는 상기 게이트웨이 보드의 전원 인가 여부를 제어하는 게이트웨이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 싱크 노드 보드는 상기 게이트웨이 보드를 구동시킬 여유 전력을 계산하며 상기 여유 전력이 따라 상기 전원 인가 여부를 결정하는 게이트웨이 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 싱크 노드 보드에 연결되며 외부의 상시 전원이 없이 자체적으로 전력 생산이 가능한 전원 획득 장치, 그리고
    상기 싱크 노드 보드에 연결되며 상기 전원 획득 장치에서 생산된 전력을 저장하는 충전지를 더 포함하며,
    상기 싱크 노드 보드는 상기 충전지의 충전량, 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량 및 상기 싱크 보드 노드의 전력 소비량을 기초로, 상기 여유 전력을 계산하는 게이트웨이 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 싱크 노드 보드는, 상기 게이트웨이 보드의 전력 소비량이 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량에서 상기 싱크 노드 보드의 전력 소비량을 뺀 값보다 작은 경우, 상기 여유 전력이 있는 것으로 판단하여 상기 게이트웨이 보드로 전원을 인가하는 게이트웨이 시스템.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 싱크 노드 보드가 상기 게이트웨이 보드로 전원을 인가한 경우, 상기 싱크 노드 보드가 상기 센서 데이터를 상기 게이트웨이 보드로 전송하는 게이트웨이 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 게이트웨이 보드는 상기 센서 데이터를 상기 싱크 노드 보드로부터 전송 받는 경우, 상기 게이트웨이 보드의 구동 연장을 상기 싱크 노드 보드로 요청하며,
    상기 게이트웨이 보드는 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 구동 연장을 승인 받은 경우 상기 센서 데이터를 상기 서버로 전송하는 게이트웨이 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 싱크 노드 보드는 상기 전원 인가 여부를 스위칭하는 전원 차단 스위치를 포함하는 게이트웨이 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이 보드는 상기 게이트웨이 보드의 위치 정보와 현재 시각 정보를 획득하는 GPS 모듈을 포함하며,
    상기 게이트웨이 보드는 상기 위치 정보를 상기 서버로 전송하며 상기 현재시각 정보를 상기 싱크 노드 보드로 전송하는 게이트웨이 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 전원 획득 장치는 태양전지판인 게이트웨이 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 싱크 노드 보드는 상기 충전지의 충전량이 소정의 기준량보다 높은 경우 상기 여유 전력이 있는 것으로 판단하여, 상기 게이트웨이 보드로 전원을 인가하는 게이트웨이 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 싱크 노드 보드에 부착되는 센서를 더 포함하며,
    상기 싱크 노드 보드는 상기 센서와의 통신을 위한 센서 인터페이스를 포함하며,
    상기 싱크 노드 보드는 상기 센서를 통해 측정된 센서 데이터를 수집하여 전송하는 게이트웨이 시스템.
  12. 센서노드에서 측정된 센서 데이터를 수집하는 싱크 노드 보드를 제공하는 단계,
    상기 싱크 노드 보드로부터 상기 센서 데이터를 전송 받는 게이트웨이 보드를 제공하는 단계,
    상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가할지 여부를 판단하는 단계, 그리고
    상기 판단하는 단계에서 상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가하는 것으로 판단한 경우, 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가하는 단계를 포함하는 게이트웨이 시스템의 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 게이트웨이 보드를 구동시킬 여유 전력을 계산하는 단계, 그리고
    상기 여유 전력에 따라 상기 게이트웨이 보드의 전원을 인가할지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 게이트웨이 시스템의 구동 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는 상기 싱크 노드 보드에 의해 수행되는 게이트웨이 시스템의 구동 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    외부의 상시 전원이 없이 자체적으로 전력 생산이 가능한 전원 획득 장치를 제공하는 단계, 그리고
    상기 전원 획득 장치에서 생산된 전력을 저장하는 충전지를 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 여유 전력은 상기 충전지의 충전량, 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량 및 상기 싱크 보드 노드의 전력 소비량을 기초로 계산되는 게이트웨이 시스템의 구동 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 게이트웨이 보드의 전력 소비량이 상기 전원 획득 장치의 전력 생산량에서 상기 싱크 노드 보드의 전력 소비량을 뺀 값보다 작은 경우, 상기 게이트웨이 보드의 전원이 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 인가되는 게이트웨이 시스템의 구동 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 게이트웨이의 전원이 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 인가된 경우, 상기 센서 데이터를 상기 싱크 노드 보드로부터 상기 게이트웨이 보드로 전송하는 단계를 더 포함하는 게이트웨이 시스템의 구동 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 게이트웨이 보드로부터 상기 싱크 노드 보드로 상기 게이트웨이의 구동 연장을 요청하는 단계, 그리고
    상기 구동 연장이 인정된 경우, 상기 게이트웨이 보드로부터 서버로 상기 센서 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 게이트웨이 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 전원 획득 장치는 태양전지판인 게이트웨이 시스템의 구동 방법.

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