KR100699234B1

KR100699234B1 - 지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 무선네트워킹 시스템

Info

Publication number: KR100699234B1
Application number: KR1020040113028A
Authority: KR
Inventors: 김대현
Original assignee: (주)인와이저
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2007-03-23
Also published as: KR20060074315A

Abstract

본 발명은 지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 네트워킹 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 전반적인 방범/방재 네트워크의 통합 제어를 담당하는 통합제어기기와 상기 통합제어기기에 의해 제어되는 출입통제용 장치인 주제어장치와의 통신은 ZigBee(IEEE 802.15.4) 무선 통신을 기반으로 하며,

상기 주제어장치는, 상기 통합제어기기로부터 전송되는 무선신호를 분산 제어하여 실시간 처리하며 개인인증 확인 신호를 출력하고, 계층별 암호화 프로토콜에 의해 통신을 수행하는 제어부와; 상기 통합제어기기와 무선신호를 송수신하여 상기 제어부에 전송하는 무선송수신부와; RF카드인증부에 의해 개인정보가 인증되어 출입문의 잠금/해제가 가능하도록 하는 RF카드부와; 출입자의 지문을 인식하여 지문인증부에 의해 개인정보가 인증되는 지문부;를 구비한다.

지그비 통신, RF카드, 지문, 무선, 인증

Description

지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 무선네트워킹 시스템{SECURITY AND DISASTER PREVENTION WIRELESS NETWORKING SYSTEM USING ZigBee PROTOCOL}

도 1은 종래기술에 따른 방범/방재 네트워킹 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 방범/방재 네트워킹 시스템을 상세히 나타낸 블록 구성도이다.

삭제

도 4는 도 3의 일실시예를 나타낸 사용 상태도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : RF카드인증부 110 : 지문인증부

120 : 전원공급부 130 : 제어부

140 : 무선송수신부 150 : 도어구동부

160 : 음성출력부 170 : 센서모듈부

180 : 카메라부 190 : 원격구동부

본 발명은 방범/방재 무선네트워킹 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지그비 프로토콜을 이용하여 방범/방재 장비들을 무선으로 연결한 지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 무선네트워킹 시스템에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 가입자환경 예컨대, 아파트, 빌딩, 공공건물, 주택 등에는 제3 자의 무단 침입을 방지하기 위해 출입문에 센서 등의 안전장치가 설치되거나 감시카메라가 장착되며 더욱이 방범 및 방재 등을 목적으로 비상벨이나 비상등이 설치된 상태에서, 비상 상황 등을 원격지에서 인지할 수 있도록 하고 있다. 뿐만 아니라, 가입자 환경내의 각종 설비 등을 원격지에서 제어하는 것도 가능하다. 이하, 종래의 방범/방재 시스템에 대해 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이, 감시카메라로부터 촬상된 영상정보와 센서로부터 감지된 정보를 주제어장치(10)가 처리하고, 이후 해당되는 전송프로토콜을 이용하여 기지국이나 인터넷망을 통해 현 상황을 통보하게 된다.

IEEE802.11b를 사용하는 경우에 센서정보 및 영상정보에 대한 결과는 먼저 액세스 포인트(11)로 전송되고 스위치망(12)의 스위칭 동작에 따라 인터넷망에 접속된 관제서버(20)로 전송된다.

CDMA를 이용한 무선 방식에 따르면 상기 주제어장치(10)에서 처리된 정보는 기지국을 매개하여 사용자가 가지는 휴대 단말기에 단문메시지서비스(SMS) 또는 영상을 전송하는 형태이거나, 상기 기지국과 인터넷망을 통해 관제서버(20)로 전송되 게 된다.

따라서, 상기 관제서버(20)는 실시간으로 전송되는 영상정보나 센서 정보를 모니터링하게 되고, 그 모니터링 결과에 따라 홈 오토메이션의 다양한 기능을 제어하게 된다. 물론, 전술한 바와 같은 유선 네트워크 디바이스인 ADSL과, VDSL과, 이더넷망 및, 광섬유 등을 통해서도 인터넷망에 접속된 관제서버(20)로 전송될 수도 있다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에 따른 방범/방재 네트워킹 시스템은, 각종센서, 카메라 및 대상지역의 모든 출입을 통제하기 위해서 출입구마다 설치된 보안기기들을 하나의 네트워크로 구성하기 위한 케이블 연결이 필수적 이었다. 이러한 유선 네트워크 구축은 환경의 제약뿐만 아니라 설치비용의 문제를 유발하여, 보안기기의 확산에 커다란 걸림돌이 되는 문제점이 있었다.

또한, 무선(FM방식)으로 되어 있다 하더라도 도어락, 센서 등 건전지를 전원으로 사용하는 장비의 전력 소모로 인하여 동작 시간이 짧아 자주 건전지를 교체하여야 하는 불편한 문제점도 있었다.

또한, 종래의 적외선/FM 통신방식의 무선기기들은 단방향 통신을 적용하기 때문에 기기들간의 상호 연동이 불가능하며, 보안 문제에 취약하다는 문제점이 있었다.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 지그비 프로토콜을 이용하여 방범/방재 장비들을 무선으로 연결함으로써 저용량 데이터 전송과 저 전력 소비를 구현하고자 하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 쌍방향 통신을 가능하게 함과 아울러, 보안 기능을 향상시킨 지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 네트워킹 시스템을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 무선네트워킹 시스템은, 주제어장치로부터 관제정보가 관제서버에게로 전송되고 상기 관제서버로부터 발생된 제어정보는 상기 주제어장치로 전송되도록 상호 접속되는 방범/방재 네트워킹 시스템에 있어서, 상기 주제어장치는 RF카드를 인식하여 개인정보를 인증하는 RF카드인증부; 출입자의 지문을 인식하여 개인정보를 인증하는 지문인증부; 다수의 센서로부터 감지되는 센서정보를 무선신호로 출력하는 센서모듈부; 다수의 카메라로부터 촬영된 영상정보를 실시간 압축처리하여 무선신호로 전송하는 카메라부; 상기 RF카드인증부와 지문인증부로부터 전송되는 개인정보 및 상기 센서모듈부와 카메라부로부터 전송되는 무선신호를 분산 제어하여 실시간 처리하며, 개인인증 확인 및 출입신호를 출력하고, 상기 관제서버와 암호화프로토콜에 의해 통신을 수행하는 제어부; 상기 센서모듈부, 상기 카메라부 및 상기 원격구동부와 무선신호를 송수신하여 상기 제어부에 전송하는 무선송수신부: 상기 제어부의 출력신호에 의하여 도어를 개폐시키는 도어구동부; 상기 제어부로부터 출력되는 무선신호를 통하여 스위치 및 밸브 등을 구동시키는 원격구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 무선신호는 지그비 프로토콜을 이용한 쌍방향 무선신호이며, 상기 제어부는 상기 관제서버와의 데이터 통신을 위해 계층별 암호화 프로토콜을 이용한다. 상기 지문인증부는 온도 감지 방식과 저전력 구동을 위한 스캔 캡춰 방식을 함께 적용한다. 상기 제어부의 제어상태 및 인증여부를 확인하는 음성을 출력하는 음성출력부를 더 구비한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방범/방재 네트워킹 시스템은 주제어장치(310), 통합제어기기(320), 센서모듈부(170), 카메라부(180) 및 원격구동부(190)를 포함한다. 여기서, 주제어장치(310)는 출입통제용 보안기기를 의미하며, RF 카드 인증부(100), 지문인증부(110), 전원공급부(120), 제어부(130), 무선송수신부(140), 도어구동부(150), 음성출력부(160)를 구비한다.
주제어장치(310)와 통합제어기기(320)간, 통합제어기기(320)와 센서모듈부(170), 카메라부(180) 및 원격구동부(190)간 통신은 무선통신이며, 특히 Zigbee 프로토콜 통신으로 수행된다.

RF카드인증부(100)는 RF카드를 인식하여 개인정보를 인증한다. 또한, 비접촉(Contactless)방식의 RF카드/스마트(Smart)카드를 지원하도록 하고, 통합제어기기(320)와 연동하여 카드정보를 공유할 수 있도록 한다.

지문인증부(110)는 출입자의 지문을 인식하여 개인정보를 인증하되, 특히 온도 감지 방식과 저전력 구동을 위한 스캔 캡춰 방식을 함께 적용하여 개인정보를 인증한다. 또한, 소형 MCU에서도 성능을 보장할 수 있는 Minutiae-based 알고리즘을 적용하고, 통합제어기기(320)와 연동하여 지문정보를 공유할 수 있도록 한다.

전원공급부(120)는 전력소모를 감지하고 각각의 구성부의 전원을 관리하는 기능을 수행한다.

제어부(130)는 RF카드인증부(100)와 지문인증부(110)로부터 전송되는 개인정보를 분산 제어하여 실시간 처리하며, 개인인증 확인 및 출입신호를 출력하고, 관제서버와 암호화 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

또한, 제어부(130)는 관제서버(200)와의 데이터 통신을 위해 계층별 암호화 프로토콜을 이용한다.

제어부(130)는 통상의 마이크로프로세서와 프로그램 및 암호 인증 데이터, 개인 정보 및 출입 정보 등 각종 정보를 저장하는 메모리를 포함한다.

무선송수신부(140)는 통합제어기기(320)와 무선신호를 송수신하여 제어부(130)에 전송한다. 여기서, 무선신호는 지그비(ZigBee) 프로토콜을 이용한 쌍방향 무선신호를 사용한다.

도어구동부(150)는 제어부(130)의 출력신호에 의하여 도어를 개폐시킨다.

또한, 통합제어기기(320)와 연동하여 홈오토메이션이 가능하도록 모터식 제어를 고려하여 설계되며, 비상시 손쉽게 계폐가 가능하도록 기계식 제어도 지원하도록 하는 것이 바람직하다.

음성출력부(160)는 제어부(130)의 제어상태 및 인증여부를 확인하는 음성을 출력한다. 이를 위하여 음성출력부(160)는 통상의 스피커 등을 포함한다.

센서모듈부(170)는 다수의 센서로부터 감지되는 센서정보를 무선신호로 출력 한다. 센서모듈부(170)는 화재감지센서와, 적외선감지센서와, 가스감지센서와, 열선감지센서와, 충격/진동감지센서 등이 구비된다.

카메라부(180)는 다수의 카메라로부터 촬영된 영상정보를 실시간 압축처리하여 무선신호로 전송한다.

원격구동부(190)는 통합제어기기(320)로부터 출력되는 무선신호를 통하여 스위치 및 밸브 등을 구동시킨다.

이를 위하여 센서모듈부(170), 카메라부(180) 및 원격구동부(190)는 각각의 무선송수신회로를 포함하며, 지그비 프로토콜을 이용하여 쌍방향 통신을 수행한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서는 메모리의 소정 번지에는 사용자가 등록하게 되는 임의의 암호인증데이터를 하나 이상 기 저장하게 된다. 상기 암호인증데이터 저장과정은 비밀번호입력이나, RF카드와 스마트카드의 개인지문정보와 출입정보를 저장한 후 마이크로프로세서가 그 정당성 여부를 판단하도록 한다.

이하 상기 네트워크 서비스에 대해 다음과 같은 실시예로서 설명하면 다음과 같다.

우선, 사용자가 출입을 하는 경우에 RF카드인증부(100)나 지문인증부(110)를 통해 인증절차를 요구하면, RF카드인증부(100)는 RF카드를 인식하여 개인정보를 인 증하고, 지문인증부(110)는 출입자의 지문을 인식하여 개인정보를 인증한다.

이때, RF카드인증부(100)는 RF카드 및 스마트 카드 인증을 지원하도록 RF카드 및 스마트 카드 인증 모듈을 포함하며, 접촉식 또는 비접촉식 모두를 지원하는 것이 바람직하다. 또한, 비접촉식인 경우에는 원격 측정에 지정된 주파수인 125㎑ 또는 13.56㎒를 사용한다. 지문인증부(110)는 온도 감지 방식과 저전력 구동을 위한 스캔 캡쳐 방식을 함께 적용하여 개인정보를 인증함이 바람직하다.

상기 RF카드인증부(100) 및 지문인증부(110)의 인증 정보는 제어부(130)로 전송되고, 마이크로프로세서는 메모리에 저장된 인증 데이터와 전송받은 데이터를 상호 비교하고, 일치하게 되는 경우 정당한 사용자로 인식하여 도어를 개방시키게 된다.

도어 개방은 상기 제어부(130)가 도어 개방과 관련된 신호를 도어 개폐메카니즘을 갖는 도어구동부(150)에 전송함으로서 이루어진다. 물론, 상기 도어구동부(150)에는 통상의 파워릴레이가 장착되어 있기 때문에 원격지에서 이를 제어할 수 있는 것이다.

삭제

여기서, 상기 지그비란 대용량 데이터 전송에 목적을 둔 블루투스와 달리 저용량 데이터전송과 저전력을 특징으로하는 PAN(Personal Area Network)통신규격의 하나로 모토로라, 삼성전자 등 세계적인 업체들은 지그비 얼라이언스(ZigBee Alliance)를 구성해 이를 세계표준 규격화했으며, 한편 IEEE는 근거리통신(LAN)보다 좁은 범위의 무선통신인 PAN 규격으로 블루투스(IEEE 802.15.1)와 지그비( IEEE 802.15.4)를 표준화해 놓고 있다.

지그비 얼라이언스는 IEEE 802.15.4로부터 발생한 표준 활동 그룹으로서 수개월로부터 수년까지의 배터리 수명을 갖는 낮은 데이터 전송율의 솔루션 개발을 하고 있다. 블루투스와 비교해볼 때 지그비는 더 싼 가격과 더 긴 전송거리, 낮은 데이터 전송율, 저전력을 갖는 특징을 지니고 있으며 다수의 네트워크 위상에 적용이 가능하다. 또한 센서, RF Reader들과 같은 개별 디바이스(Device)간의 통신이 가능하며, 무선 라우팅(Routing)을 통해 통신거리를 연장할 수 있는 장점을 가지고 있다.

통합제어기기(320)는 상술한 바와 같이, RF카드인증부(100) 및 지문인증부(110)를 통한 출입정보나, 센서모듈부(170)에 구비된 하나 이상의 센서로부터 발생되는 센서정보, 그리고 카메라부(180)에 의해 촬상된 영상정보 등은 인터넷, 전용선망 또는 PSTN 등의 네트워크를 매개하여 관제서버로 전송되며, 관제서버는 전송된 각종 정보를 분석하고 데이터베이스화하여 지속적인 감시가 이루어지도록 한다.

삭제

본 발명에서는 주파수 규제 및 보안기기에 합리적인 무선 네트워크 기술인 IEEE 802.15.4/ZigBee 기술을 적용하였다. 지그비 정합(ZigBee Coordinator) 기기인 통합제어기기와의 연동하여 자유로이 네트워크를 확장할 수 있도록 출입통제용 보안기기(주제어장치(310))는 풀 펑션 디바이스(Full Function Device) 또는 축소 펑션 디바이스(Reduced Function Device)로 구현하고, 국제방식인 2.4GHz로 운영 가능하도록 하며, 프로토콜 스택을 경량화하여 소형의 MCU에서도 적용 가능하도록 한다.

여기서, 지그비 정합를 위해, 즉 무선 네트워크 확장을 위해 센서 노드 간에 지그비 라우터와 지그비 종단 디바이스가 장착되는 것이 가능하며, 네트워크 구성에서도 주제어장치(310)와 통합제어기기(320) 간의 연동을 위해 무선 네트워크 구성은, 소형 스타(Star) 방식, 메쉬(Mesh) 방식, 또는 대형 하이브리드(Hybrid) 방식을 고려하여 구성의 자유도를 보장할 수 있도록 한다.
도 4는 통합제어기기와의 연동을 위한 주제어장치의 네트워크 구성도이다.
도시된 바와 같이, 네트워크 구성은 소형 스타 방식(420) 및 메쉬 방식(410)이 결합된 하이브리드 방식으로 이루어질 수 있다.
통합제어기기(320)는 지그비 코디네이터(430) 역할을 담당하며, 주제어장치(310)는 지그비 라우터(440) 또는 지그비 엔드 디바이스(End Device, 450)로서 동작된다.
이러한 하이브리드 방식의 네트워크 구성에 의해 무선네트워크의 확장이 가능하며, 나아가 확장 가능한 네트워크 구성을 위해 통합제어기기(320)는 연결된 전체 기기들의 정보(Node Device Data Base), 송수신되는 패킷에 대한 일련의 정보(Transaction Table) 및 라우팅을 위한 경로 정보(Pairing Table)를 관리한다.
주제어장치(310)가 지그비 라우터로 동작을 하는 경우에는 지그비 코디네이터와 동일한 정보를 관리하여야 하며, 엔드 디바이스로 동작을 하는 경우에는 최소 프로토콜 기능만으로 수행가능하게 된다.

또한, 프로토콜 스택(Stack)을 경량화 시켜서, 소형의 MCU에서도 구현할 수 있고, 모든 프로토콜 계층마다 암호화 기술을 적용하여 멀티 레벨 보안(Multi-Level Security)를 보장할 수 있으며, 무선 환경에서 발생하는 다양한 간섭현상과 다수의 기기들 간의 충돌(Collision)을 고려하여 보안기기의 안전한 통신이 이루어질 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 무선네트워킹 시스템에 의하면, 지그비 프로토콜을 이용하여 방범/방재 장비들을 무선으로 연결함으로써 저용량 데이터 전송과 저전력 소비를 구현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도어락, 센서 등 건전지를 전원으로 사용하는 장비의 동작 시간 연장이 가능하고, 건전지등 독립전원만을 이용하는 단말기도 수개월이상 독자적인 전원에 의한 운영이 가능하게 된다.

또한, 지그비 프로토콜을 이용하여 쌍방향 통신이 가능하고, 가입자 환경에서 각각의 무선 보안기기(도어락)들간의 지문인증정보 또는 RF카드 정보를 공유할 수 있고, 계층별 암호화 프로토콜을 이용하여 무선 통신의 취약점인 보안 문제를 해결하는 가능하게 된다.

Claims

전반적인 방범/방재 네트워크의 통합 제어를 담당하는 통합제어기기와 상기 통합제어기기에 의해 제어되는 출입통제용 장치인 주제어장치와의 통신은 ZigBee(IEEE 802.15.4) 무선 통신을 기반으로 하며,

상기 주제어장치는, 상기 통합제어기기로부터 전송되는 무선신호를 분산 제어하여 실시간 처리하며 개인인증 확인 신호를 출력하고, 계층별 암호화 프로토콜에 의해 통신을 수행하는 제어부와; 상기 통합제어기기와 무선신호를 송수신하여 상기 제어부에 전송하는 무선송수신부와; RF카드인증부에 의해 개인정보가 인증되어 출입문의 잠금/해제가 가능하도록 하는 RF카드부와; 출입자의 지문을 인식하여 지문인증부에 의해 개인정보가 인증되는 지문부;를 포함하는, 지그비 프로토콜을 이용한 무선방범/방재 네트워킹 시스템.
제1항에 있어서,

상기 통합제어기기와 주제어장치 간의 무선 네트워크 구성은 스타방식, 메쉬 방식 또는 대형 하이브리드 방식 중 어느 하나의 방식으로 네트워크를 구성하는, 지그비 프로토콜을 이용한 방범/방재 무선네트워킹 시스템.
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