KR100771708B1 - 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치와 그방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서 네트워크에서 센서 노드의 배터리를 RF 충전할 수 있도록 하고, 센서 노드의 배터리에 대한 RF 충전을 센서 노드의 슬립(Sleep) 구간에 수행할 수 있도록 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치와 그 방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 전력선을 통해 전원을 인가받아 RF 방식으로 전력을 송신하는 충전 노드와, 상기 충전 노드에 의한 충전 가능 영역에 의해 형성되는 충전 노드 커버리지 내에 위치하여, 상기 충전 노드로부터의 RF 충전 전력을 수신받아 내부의 배터리를 충전하는 센서 노드로 구성되고, 슬립 구간을 이용하여 충전이 가능하게 되면서 전체적인 네트워크의 통신 응답성이 향상됨과 더불어 평균 전력 소모가 감소될 수 있게 되고, 배터리의 교환 주기를 현저하게 감소시킬 수 있게 된다.

센서 네트워크, 센서 노드, 충전, 슬립 구간

Description

센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치와 그 방법{SENSOR NODE BATTERY RECHARGEABLE APPARATUS FOR SENSOR NETWORK AND METHOD THEREFORE}

도 1은 종래의 센서 네트워크에서의 센서 노드에 적용되는 패시브 방식의 RFID 태그의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 종래의 센서 네트워크에서의 센서 노드에 적용되는 액티브 방식의 RFID 태그의 구성을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따라 센서 노드의 슬립 구간에 RF 충전 노드에서 센서 노드를 RF 충전하는 상태를 나타낸 도면,

도 5a 및 도 5b는 RF 충전이 이루어지지 않는 종래의 슬립 구간 상태와, 본 발명에 따라 센서 노드의 RF 충전이 이루어지는 슬립 구간을 각각 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40:충전 노드 커버리지, 50:충전 노드,

52:RF 파워 제너레이터, 54,78:안테나,

56:AC/DC 컨버터, 60:센서 노드,

70:RFID 태그, 72:파워 컨버터,

74:충전 배터리, 76:컨트롤러,

79:충전기, 80:센서부.

본 발명은 센서 네트워크에서 센서 노드의 배터리를 충전하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센서 네트워크에서 각 센서 노드의 슬립(Sleep) 구간에 배터리를 충전하기 위한 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치와 그 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 센서 네트워크(Sensor Network)는 유비쿼터스 환경에서 다수의 센서를 분산적으로 배치하고서 각 센서 노드(Sensor Node)들 간의 무선 통신에 의해 필요한 정보를 라우팅 프로토콜(Routing Protocol)을 통해서 목적지인 싱크 노드(Sync Node)에 제공할 수 있도록 되어 있다.

이러한 센서 네트워크에서는 분산적으로 배치되어 무선으로 통신을 진행하는 센서 노드의 특성에 따라, 각 센서 노드에 유한한 배터리가 장착되어 동작할 수 있도록 되어 있고, 각기 제한된 센서 커버리지(Sensor Coverage) 내에서의 송수신 능력을 가지고 있다.

센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드에는, RFID 태그(Tag)가 장착되어 있는데, 상기 RFID 태그는 전원 사용 방식에 따라 패시브(Passive) 방식과, 액티브(Active) 방식으로 나누어진다.

상기 패시브 방식의 RFID 태그는, 정보를 읽어내는 디바이스로부터 RF를 통 해서 순간적으로 필요할때마다 전원을 공급받아서 동작하도록 되어 있는 바, 도 1에 도시된 바와 같이 센서 노드에 장착된 RFIC 태그(10)에는, 안테나(14)를 통해 외부로부터 RF로 공급되는 전원을 동작 가능 전원으로 변환하는 파워 컨버터(12)와, 외부의 디바이스로부터 RF로 전원을 공급받는 안테나(14), 외부로부터 공급받은 전원을 충방전하는 커패시터(16), 상기 안테나(14)를 통하여 외부 센싱 및 특정 정보를 전달하는 컨트롤러(18)로 구성된다.

여기서, 상기 RFIC 태그(10)에서는 외부 센싱 및 특정 정보 전달을 위해 안테나(14)가 적용되어 있지만, 해당 센서 노드의 사용 조건에 따라 안테나 대신에 코일을 장착하는 것도 가능하다.

상기 액티브 방식의 RFID 태그는, 상기 패시브 방식의 RFID 태그보다는 복잡한 연산과 센싱 기능을 갖고 있기 때문에 자체 배터리를 갖고 있는 것으로서, 이벤트 발생시 정보를 읽어내는 디바이스의 간섭없이 능동적으로 통신을 시도할 수 있도록 되어 있는 바, 도 2에 도시된 바와 같이 센서 노드에는 RFID 태그(20)와, 센서부(30)를 포함하고 있고, 상기 RFID 태그(20)에는 배터리(24)로부터의 전원을 동작 가능 전원으로 변환하는 파워 컨버터(22)와, 해당 센서 노드에 내장되어 전원을 공급하는 배터리(24), 안테나(28)를 통한 특정 정보의 송수신 상태를 제어하고, 상기 센서부(30)를 통한 센싱 상태를 제어하는 컨트롤러(26)로 구성된다.

여기서, 상기 센서 노드에는 외부 정보의 센싱 기능을 위해 사용되는 경우에, 센서부(30)를 적용하도록 되어 있지만, 외부에 대해 소정의 작동 조건을 형성해야 하는 경우에는 액츄에이터를 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 이러한 액티브 방식의 RFID 태그가 적용된 센서 노드는 유한한 배터리가 적용되어 있기 때문에, 한정된 배터리를 최대한 장시간 사용하는 것이 중요한 사안으로 대두되고 있지만, 재충전이 어려운 유한한 배터리가 결국은 소모될 수 밖에 없게 되므로 사용자가 센서 네트워크 내의 모든 센서 노드에 대한 배터리 소모 상태를 수시로 파악하여 교체해 주어야 한다는 불편함이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 센서 네트워크에서 센서 노드의 배터리를 RF 충전할 수 있도록 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 센서 네트워크에서 센서 노드의 배터리에 대한 RF 충전을 센서 노드의 슬립(Sleep) 구간에 수행할 수 있도록 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 장치에 따르면, 전력선을 통해 전원을 인가받아 RF 방식으로 전력을 송신하는 충전 노드와, 상기 충전 노드에 의한 충전 가능 영역에 의해 형성되는 충전 노드 커버리지 내에 위치하여, 상기 충전 노드로부터의 RF 충전 전력을 수신받아 내부의 배터리를 충전하는 센서 노드로 구성된 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 방법에 따르면, 전력선으로부터 전원을 인가받은 충전 노드에서 RF 방식으로 충전 전력을 무선 전송하는 단계와, 상기 충전 노드에 의해 형성되는 충전 노드 커버리지에 위치한 센서 노드에서, 상기 충전 노드로부터 무선 전송되는 RF 충전 전력신호를 수신받아 내부의 충전 배터리에 충전시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 방법을 제공한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

즉, 도 3은 본 발명에 따른 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서 노드 배터리 충전 장치는, 전력선과 각각 연결되고서, 그 전력선을 통해 공급받은 전원을 RF 방식으로 충전시키는 충전 노드(Charger Node)(50)가 전력을 RF 송출 가능한 영역에 의해 충전 노드 커버리지(Charger Node Coverage)(40)를 형성하고, 상기 충전 노드(50)를 중심으로 형성되는 충전 노드 커버리지(40) 내에는 해당 충전 노드(50)로부터의 RF 충전 전력을 수신받아 충전하는 RF 충전이 가능한 다수의 센서 노드(60)들이 배치되어 있다.

상기 충전 노드(50)와 센서 노드(60) 간의 RF 충전 관계에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 충전 노드(50)에는 외부의 전력선을 통해 공급되는 교류 전원이 AC/DC 컨버터(56)에서 직류 전원으로 변환되면, 그 직류 전원을 인가받아 RF 방식으로 전송 가능하도록 RF 주파수 대역으로 변환하는 RF 파워 제너레이터(52)와, 상기 RF 파워 제너레이터(52)로부터 발생되는 RF 전력 신호를 상기 센서 노드(60)에 무선 전송하는 안테나(54)를 포함하여 구성된다.

동 도면에서, 상기 AC/DC 컨버터(56)가 상기 충전 노드(50)와는 별도로 구성되어 있는 것으로 되어 있지만, 상기 충전 노드(50) 내에 내장되어 있도록 하는 것도 얼마든지 가능하다.

상기 센서 노드(60)는 RFID 태그(70)와, 센서부(80)를 포함하고 있는 바, 상기 RFID 태그(70)에는 충전 배터리(74)로부터의 전원을 동작 가능 전원으로 변환하는 파워 컨버터(72)와, 상기 충전 노드(50)로부터 공급되는 충전 전력을 인가받아 충전하는 충전 배터리(74), 안테나(78)를 통한 특정 정보의 송수신 상태를 제어하고, 상기 센서부(80)를 통한 센싱 상태를 제어하는 컨트롤러(76), 상기 충전 노드(50)로부터 전송되는 RF 충전신호를 수신받는 안테나(78) 및, 상기 안테나(78)를 통해 수신되는 RF 충전 전력을 상기 충전 배터리(74)에 충전시키기 위한 동작을 수행하는 충전기(79)로 구성된다.

여기서, 상기 센서 노드에는 외부 정보의 센싱 기능을 위해 사용되는 경우에, 센서부(30)를 적용하도록 되어 있지만, 외부에 대해 소정의 작동 조건을 형성해야 하는 경우에는 액츄에이터를 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 컨트롤러(76)는 해당 센서 노드(70)의 MAC 프로토콜에 의한 통신 구간 사이의 긴 슬립 구간에 상기 충전기(69)를 동작시켜서 배터리(74)의 충전이 이루어지도록 하게 된다.

또한, 상기 충전 노드(50)의 RF 파워 제너레이터(52)는 외부로부터의 제어 또는 내부의 클럭에 의한 MAC 프로토콜 통신 구간의 카운팅을 통해서 해당 센서 네트워크의 각 센서 노드들의 슬립 구간에만 RF 충전 전력을 발생하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 종래에는 도 5a에 도시된 바와 같이, 센서 네트워크의 MAC 프로토콜이 대부분 짧은 통신 구간과 긴 슬립 구간을 갖게 되어 있어서, 긴 슬립 구간 동안에는 아무런 동작을 수행하지 않기 때문에 외부로부터 이벤트가 슬립 구간에 발생하는 경우에는 응답시간이 늦어지게 된다.

그 반면에, 본 발명에서는 도 5b에 도시된 바와 같이, 각각의 짧은 통신 구간 사이의 긴 슬립 구간에 상기 충전 노드(50)로부터 전송되는 RF 충전 전력을 충전 배터리(74)에 충전할 수 있도록 되어 있고, 긴 슬립 구간마다 RF 전력을 충전할 수 있도록 되어 있기 때문에, 결과적으로 슬립 구간이 줄어들게 되면서 통신 간격이 줄어들어서 통신 응답성이 높아지게 되고, 슬립 구간 동안의 충전에 의해 평균 전력 소모가 도 5a에 도시된 종래의 센서 노드보다 현저하게 줄어들 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시 가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 센서 네트워크에서 센서 노드에 적용되는 배터리를 충전이 가능한 배터리로 구성하고, 센서 노드의 통신 구간 사이의 슬립 구간에 충전 노드로부터의 RF 충전 전력을 무선으로 충전할 수 있도록 함에 따라, 슬립 구간을 이용하여 충전이 가능하게 되면서 전체적인 네트워크의 통신 응답성이 향상됨과 더불어 평균 전력 소모가 감소될 수 있게 되고, 배터리의 교환 주기를 현저하게 감소시킬 수 있다는 효과를 갖게 된다.

Claims (7)

1. 직류 전원을 RF 전송 가능한 주파수 대역의 전력으로 변환하는 RF 파워 제너레이터와, 상기 RF 파워 제너레이터로부터의 RF 충전 전력신호를 무선으로 전송하는 안테나를 포함하여 구성되는 전력선을 통해 전원을 인가받아 RF 방식으로 전력을 송신하는 충전 노드와,

   상기 충전 노드에 의한 충전 가능 영역에 의해 형성되는 충전 노드 커버리지 내에 위치하여, 상기 충전 노드로부터의 RF 충전 전력을 수신받아 내부의 배터리를 충전하는 센서 노드로 구성되고,

   상기 RF 파워 제너레이터는, 상기 센서 노드의 MAC 프로토콜에 의한 통신 구간 사이의 슬립 구간에 RF 충전 전력을 발생하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서 노드는, 충전이 가능한 충전 배터리와, 상기 충전 노드로부터의 RF 충전 전력신호를 수신받는 안테나, 안테나에 수신되는 RF 충전 전력을 상기 충전 배터리에 충전시키는 충전기, 충전 배터리로부터의 전원을 동작 가능 전원으로 변환하는 파워 컨버터 및, 해당 센서 노드의 통신 구간 사이의 슬립 구간에 RF 충전이 이루어지도록 상기 충전기의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 장치.
5. 전력선으로부터 전원을 인가받은 충전 노드에서 RF 방식으로 충전 전력을 무선 전송하는 제 1단계와,

   상기 충전 노드에 의해 형성되는 충전 노드 커버리지에 위치한 센서 노드에서, 상기 충전 노드로부터 무선 전송되는 RF 충전 전력신호를 수신받아 내부의 충전 배터리에 충전시키는 제 2단계로 이루어지고,

   상기 제 1단계에서, 상기 충전 노드는 상기 센서 노드의 MAC 프로토콜에 의한 통신 구간 사이의 슬립 구간에 RF 충전 전력을 발생하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 방법.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 2단계에서, 상기 센서 노드는, 해당 노드의 MAC 프로토콜에 의한 통신 구간 사이의 슬립 구간에 RF 충전 전력을 수신받아 배터리를 충전하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 센서 노드 배터리 충전 방법.

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