KR101104131B1 - 저전력 무선 센서 네트워크를 이용한 저전력 스마트키 시스템 - Google Patents

저전력 무선 센서 네트워크를 이용한 저전력 스마트키 시스템 Download PDF

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Abstract

저전력 무선 센서 네트워크를 이용한 저전력 스마트키 시스템이 제공된다. 본 스마트키는, 컨트롤 박스와 무선 네트워크 통신 방식에 따라 통신가능하도록 연결되는 무선 네트워크 모듈 및 컨트롤 박스에 제1 신호가 제1 전력으로 송신되고 컨트롤 박스에 제2 신호가 제2 전력으로 송신되도록 무선 네트워크 모듈을 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 스마트키에서 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.
스마트키, 컨트롤 박스, 지그비 네트워크, 비콘, 웨이크업

Description

저전력 무선 센서 네트워크를 이용한 저전력 스마트키 시스템{Low power smart key system using low power wireless sensor networks}
본 발명은 스마트키 시스템 및 스마트키 시스템에서 수행되는 통신방법에 관한 것이다.
스마트키는 운전자의 편의성을 제공하기 위해 고안된 장치로, 기존의 기계적인 키나 리모컨에 의한 도어의 개폐 및 원격시동과는 개념적으로 다른 최첨단의 PIC(Personal Identification Card) 시스템이다.
PIC 시스템은 양방향 통신이 가능한 센서를 이용하여 스마트키를 몸에 지니고 있기만 하여도 별도의 키 조작 없이 도어, 트렁크의 개폐 및 시동이 가능하다. 또한, PIC 시스템을 이용하면 이모빌라이져의 기능이 가능하여 차량의 도난방지 성능도 매우 향상이 가능하다.
기존의 차량용 스마트키는 고출력 LF 및 UHF를 이용하여 스마트키를 소지한 사용자가 차량 주변에 위치하고 있는 경우 차량 도어의 잠김을 해제시키는 방식과 스마트키의 에너지 소비를 줄이기 위해 차량 손잡이에 장착된 센서가 동작하여 사용자가 손잡이를 통해 문을 개방하려고 시도할 때 무선 통신을 통하여 스마트키와 정보를 주고받으며, 이 정보를 이용하여 문을 개방하는 작업을 수행하는 방식으로 분류된다.
이러한 2가지 방식의 중 첫 번째 방식은 주로 이미 출고된 차량에 탑재되는 after-market의 제품에 많이 사용되며, 두 번째 방식은 차량 출고 시 장착되어 시판되는 before-market용 차량에 많이 사용된다.
현재, 국산차 출고 기준으로 약 10%정도의 차량에 스마트키 시스템을 탑재하고 있다. 현재 시판중인 스마트키 시스템은 차량에 마련된 컨트롤 박스와 스마트키 모두에서 많은 전력 소모로 인하여 장기간 운행을 하지 않는 차량에서의 방전 문제 및 스마트키의 배터리를 자주 교체해야 하는 등의 문제점이 있다.
이러한 문제는 스마트키 동작을 위해 고출력 LF 및 UHF 등을 사용하여 스마트키를 구현하기 때문에 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 스마트키에서 전력 소모를 줄일 수 있는 방안으로, 무선 네트워크 모듈을 통해 컨트롤 박스와 통신연결하며, 데이터의 종류에 따라 각기 다른 전력으로 송신하는 스마트키 및 그의 통신방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 스마트키는, 컨트롤 박스와 무선 네트워크 통신 방식에 따라 통신가능하도록 연결되는 무선 네트워크 모듈; 및 상기 컨트롤 박스에 제1 신호가 제1 전력으로 송신되고, 상기 컨트롤 박스에 제2 신호가 제2 전력으로 송신되도록 상기 무선 네트워크 모듈을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 무선 네트워크 통신 방식은, 지그비(ZigBee) 네트워크 통신 방식일 수 있다.
상기 제1 신호는, 상기 컨트롤 박스가 근거리에 위치한 경우에만 전달되어도 무방한 신호이고, 상기 제2 신호는, 상기 컨트롤 박스가 원거리에 위치한 경우에도 전달되어야 하는 신호인 것이 바람직하다.
상기 제1 신호는, 비콘이고, 상기 제2 신호는, 사용자 명령일 수 있다.
상기 제1 신호는, 주기적으로 송신되는 신호이고, 상기 제2 신호는, 비주기적으로 송신되는 신호인 것이 바람직하다.
상기 제1 전력은 상기 제2 전력 보다 작은 것이 바람직하다.
본 스마트키는, 상기 컨트롤 박스로부터 웨이크업 신호를 수신하면, 상기 무선 네트워크 모듈을 웨이크업시키는 웨이크업 트랜스시버;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른, 스마트키의 통신방법은, 컨트롤 박스와 무선 네트워크 통신 방식에 따라 통신가능하도록 연결하는 단계; 상기 컨트롤 박스에 제1 신호를 제1 전력으로 송신하는 단계; 및 상기 컨트롤 박스에 제2 신호를 제2 전력으로 송신하는 단계;를 포함한다.
상기 무선 네트워크 통신 방식은, 지그비(ZigBee) 네트워크 통신 방식일 수 있다.
상기 제1 신호는, 상기 컨트롤 박스가 근거리에 위치한 경우에만 전달되어도 무방한 신호이고, 상기 제2 신호는, 상기 컨트롤 박스가 원거리에 위치한 경우에도 전달되어야 하는 신호인 것이 바람직하다.
상기 제1 신호는, 비콘이고, 상기 제2 신호는, 사용자 명령일 수 있다.
상기 제1 신호는, 주기적으로 송신되는 신호이고, 상기 제2 신호는, 비주기적으로 송신되는 신호인 것이 바람직하다.
상기 제1 전력은 상기 제2 전력 보다 작은 것이 바람직하다.
본 스마트키의 통신방법은, 상기 컨트롤 박스로부터 웨이크업 신호를 수신하면, 상기 컨트롤 박스와 무선 네트워크 통신 방식에 따라 통신하는 무선 네트워크 모듈을 웨이크업시키는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무선 네트워크 모듈을 통해 컨트롤 박스와 통신연결하며, 데이터의 종류에 따라 각기 다른 전력으로 송신할 수 있게 되어, 스마트키에서 전력 소모를 줄일 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 지그비와 같은 무선 센서 네트워크를 이용하여 고출력 LF 및 UHF 통신을 대체하여, 전력 소모 문제 해결, 생산단가 절감, 연료비 절약, 텔레매틱스 확장성 확보, 유해전파 환경 최소화, 제품설치 및 A/S 환경 개선 등을 얻을 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트키 시스템을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스마트키 시스템은 스마트키(100)와 차량(300)에 설치된 컨트롤 박스(200)가 상호 통신가능하도록 연결되어 구축된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스마트키(100)는 키입력부(110), DEMUX(120), 디스플레이(130), 암호화부(140), 스마트키 제어부(150), 지그비 모듈(160) 및 배터리(170)를 구비한다.
키입력부(110)는 다수의 키가 마련되어 있으며, 각 키에 할당된 도어 Lock/Unkock, 트렁크 개방 등의 다양한 사용자 명령들을 입력받는 수단이다.
DEMUX(120)는 키입력부(110)에 마련된 다수의 키를 통해 입력되는 사용자 명령을 스마트키 제어부(150)로 전달한다.
디스플레이(130)는 스마트키(100)의 동작 상태 및 사용자가 입력한 명령이 디스플레이되는 소자로, LCD, LED 등으로 구현한다.
암호화부(140)는 컨트롤 박스(200)로 전송할 데이터에 대해 보안이 필요한 경우, 이를 암호화한다.
지그비 모듈(160)은 컨트롤 박스(200)와 지그비(ZigBee) 네트워크 통신 방식에 따라 통신가능하도록 연결된다.
스마트키 제어부(150)는 키입력부(150)를 통해 입력되는 사용자 명령을 지그비 모듈(160)을 통해 컨트롤 박스(200)로 전송한다. 또한, 스마트키 제어부(150)는 지그비 모듈(160)을 통해 주기적으로 비콘을 전송한다.
이때, 스마트키 제어부(150)는 1) 사용자 명령은 큰 송신 전력으로 송신되 고, 2) 비콘은 작은 송신 전력으로 송신되도록, 지그비 모듈(160)을 제어한다. 비콘은 컨트롤 박스(200)가 근거리에 위치한 경우에만 전달되어도 무방한 신호이지만, 사용자 명령은 컨트롤 박스(200)가 원거리에 위치한 경우에도 전달하여야 하는 신호이기 때문이다.
비콘은 스마트키(100)를 소지한 사용자가 컨트롤 박스(200)가 설치된 차량(300)의 주변에 있음을 알리기 위한 신호이다. 비콘을 수신한 컨트롤 박스(200)는 1) 키 삽입 없이 차량(300)의 도어에 마련된 버튼을 누르는 조작만으로 도어 Lock/Unlock을 가능하게 하고, 2) 키 삽입 없이, 차량(300) 내부에 마련된 엔진 시동 스위치 조작만으로 엔진 시동을 가능하게 한다.
한편, 사용자 명령은, 스마트키(100)의 키입력부(110)에 마련된 다수의 키들을 통해 입력하는 도어 Lock/Unkock 명령, 트렁크 개방 명령 등을 의미한다.
배터리(170)는 스마트키(100)를 구성하는 블럭들에 필요한 전원을 공급한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 컨트롤 박스(200)는 지그비 모듈(210), 복호화부(220), 컨트롤 박스 제어부(230), 신호 변환부(240) 및 전원 공급부(250)를 구비한다.
지그비 모듈(210)은 스마트키(100)의 지그비 모듈(160)과 지그비(ZigBee) 네트워크 통신 방식에 따라 통신가능하도록 연결된다.
복호화부(220)는 스마트키(100)의 암호화부(140)에서 암호화된 데이터를 복호화한다.
신호 변환부(240)는 지그비 모듈(210)을 통해 스마트키(100)로부터 수신한 신호인 비콘과 사용자 명령을 차량(300)에서 인식가능한 포맷의 신호로 변환하여 차량(300)의 해당 모듈로 전달한다.
컨트롤 박스 제어부(230)는 지그비 모듈(210)을 통해 수신된 신호를 신호 변환부(240)로 전달한다. 만약, 복호화가 필요하다면, 컨트롤 박스 제어부(230)는 사용자 명령을 신호 변환부(240)로 전달하기 전에, 복호화부(220)로 전달한다.
전원 공급부(250)는 컨트롤 박스(200)를 구성하는 블럭들에 필요한 전원을 공급한다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 스마트키(100)와 컨트롤 박스(200)는 지그비 모듈(160, 210)을 통해 저전력을 이용하여 통신함을 확인할 수 있다. 지그비 네트워크 통신은 저전력을 이용한 통신 방식이기 때문이다.
이하에서는, 도 1에 도시된 스마트키 시스템에서의 통신 과정에 대해, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 스마트키(100)와 컨트롤 박스(200)가 이격된 경우, 즉 스마트키(100)의 주변에 컨트롤 박스(200)가 존재하지 않는 경우, 스마트키(100)의 통신 방법을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스마트키(100)는 주기적으로 비콘(beacon)을 송신한다. 비콘을 송신하지 않는 구간에서, 스마트키(100)는 슬립(sleep) 모드로 진입할 수 있다. 비콘을 송신하지 않더라도, 사용자 명령(Command = Preamble + Data)을 송신하여야 하여야 한다면, 스마트키(100)는 슬립(sleep) 모드로 진입하지 않는다.
도 2에 도시된 바에 따르면, 비콘 송신 전력(Pdata)은 사용자 명령 송신 전력(Pcommand) 보다 작음을 확인할 수 있다. 비콘은 스마트키(100)와 컨트롤 박스(200)가 인접한 경우에만 전달되어져도 무방한 신호이지만, 사용자 명령(도어 Lock/Unkock, 트렁크 개방 등)은 스마트키(100)와 컨트롤 박스(200)가 이격된 경우(즉, 멀리 떨어진 경우)에도 전달되어져야 하는 신호이기 때문이다.
한편, 슬립 모드 구간의 길이(tsleep)와 비콘 송신 구간의 길이(tbeacon)는 필요에 따라 조정될 수 있다. 그리고, 스마트키(100)의 배터리(170) 수명 시간을 길게 하기 위해, 상황에 따라 이들을 가변적으로 운영하는 것도 가능하다.
도 3은 스마트키(100)와 컨트롤 박스(200)가 이격된 경우, 즉 스마트키(100)의 주변에 컨트롤 박스(200)가 존재하지 않는 경우, 컨트롤 박스(200)의 통신 방법을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 컨트롤 박스(200)는 수신 모드로 동작한다. 수신 모드는 스마트키(100)가 송신하는 신호를 수신할 수 있도록 동작하는 모드이다. 한편, 수신 모드로 동작하는 중에, 기설정된 유효 시간 동안 스마트키(100)로부터 아무런 신호도 수신하지 못하면, 컨트롤 박스(200)는 슬립 모드와 수신 모드를 주기적으로 반복하게 된다. 이는, 컨트롤 박스(200)에서의 전력 소모를 줄이기 위함이다.
한편, 슬립 모드 구간의 길이(tsleep)와 수신 모드 구간의 길이(treceive)는 필요에 따라 조정될 수 있다. 컨트롤 박스(200)에서의 전력 소모를 줄이기 위해, 상 황에 따라 이들을 가변적으로 운영하는 것도 가능하다.
한편, 슬립 모드와 수신 모드를 주기적으로 반복하는 중에, 스마트키(100)로부터 신호를 수신하면, 컨트롤 박스(200)는 기설정된 유효 시간 동안 수신 모드로 동작한다. 기설정된 유효 시간 동안 스마트키(100)로부터 신호를 수신하면, 컨트롤 박스(200)는 수신 모드를 계속 유지한다. 하지만, 기설정된 유효 시간 동안 스마트키(100)로부터 아무런 신호도 수신하지 못하면, 컨트롤 박스(200)는 슬립 모드와 수신 모드를 주기적으로 반복하게 된다.
도 4는 스마트키(100)와 컨트롤 박스(200)가 인접한 경우, 즉, 사용자가 스마트키(100)를 소지하고 차량(300) 가까운 곳에 위치한 경우, 양자의 통신 방법을 도시한 도면이다.
도 4에서, 스마트키(100)는 주기적으로 송신하는 비콘을 컨트롤 박스(200)가 수신 모드에서 수신하고, 스마트키(100)가 송신한 사용자 명령(Command)을 컨트롤 박스(200)가 수신 모드에서 수신하고 있는 상황을 도시하였다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트키 시스템을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스마트키 시스템은 스마트키(400)와 차량(600)에 설치된 컨트롤 박스(500)가 상호 통신가능하도록 연결되어 구축된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 컨트롤 박스(500)는 지그비 모듈(510), 웨이크업 트랜스시버(520), 복호화부(530), 컨트롤 박스 제어부(540), 신호 변환부(550) 및 전원 공급부(560)를 구비한다. 도 5에 도시된 지그비 모듈(510), 복호화부(530), 컨트롤 박스 제어부(540), 신호 변환부(550) 및 전원 공급부(560)에 대한 상세한 설명은, 도 2 및 이에 대한 상세한 설명으로부터 유추가능하므로 생략한다. 한편, 웨이크업 트랜스시버(520)는 웨이크업 신호를 송신한다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 스마트키(400)는 키입력부(410), DEMUX(420), 디스플레이(430), 암호화부(440), 스마트키 제어부(450), 지그비 모듈(460), 웨이크업 트랜스시버(470) 및 배터리(480)을 구비한다.
도 5에 도시된 키입력부(410), DEMUX(420), 디스플레이(430), 암호화부(440), 스마트키 제어부(450) 및 배터리(480)에 대한 상세한 설명은, 도 2 및 이에 대한 상세한 설명으로부터 유추가능하므로 생략한다.
웨이크업 트랜스시버(470)는 컨트롤 박스(500)의 웨이크업 트랜스시버(520)로부터 웨이크업 신호를 수신하면, 지그비 모듈(460)을 웨이크업시킨다.
한편, 웨이크업 트랜스시버(470, 520)는 지그비 모듈(460, 510) 보다 적은 전력인 극소전력으로 상호간에 통신한다. 이에 따라, 도 5에 도시된 스마트키 시스템은 도 2에 도시된 스마트키 시스템 보다 소모되는 전력의 양이 훨씬 더 작다.
위 실시예에서 언급한 지그비(ZigBee)는 무선 센서 네트워크의 일종으로 이와 다른 무선 센서 네트워크 통신 방식에 따라 스마트키와 컨트롤 박스가 통신하도록 구현하는 것도 가능하다.
또한, 위 실시예에서는 차량에 적용되는 스마트키 시스템을 예로 들었으나, 본 발명은 주택 또는 건물의 출입을 위한 스마트키 시스템에도 적용될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트키 시스템을 도시한 도면,
도 2는 스마트키와 컨트롤 박스가 이격된 경우, 스마트키의 통신 방법을 도시한 도면,
도 3은 스마트키와 컨트롤 박스가 이격된 경우, 컨트롤 박스의 통신 방법을 도시한 도면,
도 4는 스마트키와 컨트롤 박스가 인접한 경우, 양자의 통신 방법을 도시한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트키 시스템을 도시한 도면이다.

Claims (14)

  1. 컨트롤 박스와 무선 네트워크 통신 방식에 따라 통신가능하도록 연결되는 무선 네트워크 모듈; 및
    상기 컨트롤 박스에 제1 신호가 제1 전력으로 송신되고, 상기 컨트롤 박스에 제2 신호가 제2 전력으로 송신되도록 상기 무선 네트워크 모듈을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제1 신호는, 주기적으로 송신되는 신호이고,
    상기 제2 신호는, 비주기적으로 송신되는 신호이며,
    상기 제1 전력은 상기 제2 전력 보다 작은 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 스마트키.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무선 네트워크 통신 방식은,
    지그비(ZigBee) 네트워크 통신 방식인 것을 특징으로 하는 스마트키.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 신호는,
    상기 컨트롤 박스가 기준 거리 내에 위치한 경우에만 전달되어도 무방한 신호이고,
    상기 제2 신호는,
    상기 컨트롤 박스가 기준 거리 밖에 위치한 경우에도 전달되어야 하는 신호인 것을 특징으로 하는 스마트키.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 신호는, 비콘이고,
    상기 제2 신호는, 사용자 명령인 것을 특징으로 하는 스마트키.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤 박스로부터 웨이크업 신호를 수신하면, 상기 무선 네트워크 모듈을 웨이크업시키는 웨이크업 트랜스시버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트키.
  8. 컨트롤 박스와 무선 네트워크 통신 방식에 따라 통신가능하도록 연결하는 단계;
    상기 컨트롤 박스에 제1 신호를 제1 전력으로 송신하는 단계; 및
    상기 컨트롤 박스에 제2 신호를 제2 전력으로 송신하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 신호는, 주기적으로 송신되는 신호이고,
    상기 제2 신호는, 비주기적으로 송신되는 신호이며,
    상기 제1 전력은 상기 제2 전력 보다 작은 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 스마트키의 통신방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 무선 네트워크 통신 방식은,
    지그비(ZigBee) 네트워크 통신 방식인 것을 특징으로 하는 스마트키의 통신방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 신호는,
    상기 컨트롤 박스가 기준 거리 내에 위치한 경우에만 전달되어도 무방한 신호이고,
    상기 제2 신호는,
    상기 컨트롤 박스가 기준 거리 밖에 위치한 경우에도 전달되어야 하는 신호인 것을 특징으로 하는 스마트키의 통신방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 신호는, 비콘이고,
    상기 제2 신호는, 사용자 명령인 것을 특징으로 하는 스마트키의 통신방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 컨트롤 박스로부터 웨이크업 신호를 수신하면, 상기 컨트롤 박스와 무선 네트워크 통신 방식에 따라 통신하는 무선 네트워크 모듈을 웨이크업시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트키의 통신방법.
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