KR101178684B1

KR101178684B1 - 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법

Info

Publication number: KR101178684B1
Application number: KR1020110072283A
Authority: KR
Inventors: 정현철
Original assignee: 정현철
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-08-30
Also published as: WO2013012164A1

Abstract

본 발명은 센서들을 이용한 환경 모니터링 시스템을 설치하고 이용함에 있어서 LAN 외부에 위치한 사업자의 서버를 이용한 센서 네트워크 설정 방식을 제공하여 복잡하고 직관적이지 않은 LAN 상의 설정과정을 우회할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따르면, 사용자가 저렴한 하드웨어를 구입하여 간단한 설치과정을 거치면 사업자가 제공하는 서버와 인터넷 기반의 프로그램을 통하여 쉽고 저렴하게 환경변수를 모니터링하고 활용할 수 있게 된다.

Description

초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법{Easy-to-use configuration method for wireless sensor networks}

본 발명은 센서들을 이용한 환경 모니터링 시스템을 설치하고 이용함에 있어서 사용자가 저렴한 하드웨어를 구입하여 간단한 설치과정을 거치면 사업자가 제공하는 서버와 인터넷 기반의 프로그램을 통하여 쉽고 저렴하게 환경변수를 모니터링하고 활용할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

현재 센서들을 이용하여 환경을 모니터링 하는 기술이 다방면으로 이루어지고 있으며, 그 필요성이 날로 증가하고 있다. 이하에서는 그 예를 들어 본다.

농업: 시설 농업에서는 환경변수들의 관리가 매우 중요하며 그 첫 단계가 환경변수들의 모니터링이다. 농업시설은 규모가 상당히 큰 경우가 많으므로 환경 모니터링 시스템의 설치가 간편해야 하며 확장성 역시 중요하다.

다중집객시설 : 대형 소매점이나 공항, 역사, 관공서 등의 다중집객시설은 큰 규모와 많은 사람들의 끊임없는 유동으로 인해 공조가 매우 어렵다. 특히 여름과 겨울에 적정 실내온도를 유지하면서 쾌적함을 추구하고자 하면 넓은 실내 곳곳의 환경변수들을 정확히 실시간으로 파악하는 것이 필수적이다. 따라서 환경변수들을 실시간으로 정확하게 파악하고 이에 근거해서 공조시스템을 운영함으로써 쾌적함을 유지하면서 에너지 사용은 최소화할 수 있도록 하는 환경 모니터링 시스템을 구축할 필요가 있다.

교육, 요양, 병원, 숙박 시설 등: 어린 학생들과 그 부모, 노약자, 까다로운 손님 등을 상대해야 하는 학교, 요양원, 병원, 호텔 등의 시설에서는 환경변수를 정확하게 실시간으로 파악하고, 그에 따라 적합한 조치를 취하는 것이 중요하다. 이는 그 시설 이용자들의 건강과 복지에 필수적이다.

가정: 가족의 건강 증진과 에너지 절감의 목적으로 환경 모니터링은 매우 유용하다. 어린 자녀나 노인 등 온습도 변화에 민감한 가족 구성원들이 편안한 환경에서 지낼 수 있도록 하기 위해 온도계, 습도계 등을 사용할 수 있지만, 이들 계기를 늘 보고 있을 수는 없다. 또한 난방장치와 에어컨 등의 설정온도는 실제온도와 차이가 있어 전적으로 믿을 수는 없다. 따라서 실시간으로 환경변수를 체크하고, 온습도 등이 설정구간을 벗어날 경우 사용자에게 자동으로 알릴 수 있는 환경 모니터링 시스템이 필요하다.

레저시설, 국립공원, 놀이공원 등: 실외에서 대부분의 행동이 이루어지는 시설들의 경우 해당 지역의 대략적인 일기예보보다 더 정확한 실시간 온도, 습도 등의 데이터는 유용하다. 예를 들어 설악산 매표소, xx 골프장 스타트하우스, 에버랜드 사파리 입구 등의 환경데이터(온도, 습도 등) 및 그 추이는 이들 시설을 이용하는 손님들이 출발 전에 옷을 어떻게 준비할 것인 지 등에 대해 구체적인 도움을 준다. 따라서 실시간으로 환경변수를 체크하고 이를 관심 있는 사람들에게 웹 사이트나 모바일 앱 등의 형태로 상시 제공할 수 있는 환경 모니터링 시스템이 필요하다.

이 경우 센서를 이용하여 온도, 습도 등의 환경변수(데이터)를 수집하고 이 데이터를 편리하게 활용하기 위해서는 다양한 분야의 기술에 대한 높은 수준의 이해와 하드웨어 및 소프트웨어의 준비가 필요하며, 상당한 비용부담이 수반된다. 그 결과 일반사용자가 쉽고 저렴하게 환경변수를 모니터링하고 활용하는 것은 거의 불가능하다.

한편 센서들을 이용한 환경 모니터링 시스템은 설치에 있어서 어려움이 있는 경우가 많다. 즉, 센서를 이용한 환경 모니터링 시스템을 구성할 때, 센서를 설치한 위치에서 관제실 혹은 중간에 위치한 컴퓨터까지의 데이터 케이블링은 필수적이다. 그러므로 센서가 위치하는 장소마다 전원용 및 데이터용 케이블이 쌍으로 준비되어야 하며, 이는 시설을 신축할 때는 큰 문제가 되지 않지만, 기존 시설에 센서들을 설치할 때는 매우 번거로운 일이 된다. 또한 센서들이 사용하는 시리얼 통신방식은 일반인들이 쉽게 사용하기에는 어려움이 있어 반드시 전문가의 도움을 받아야 하고, 컴퓨터 외 일반적이지 않은 장비들을 사용하여야 하는 문제점이 있다.

더구나, 센서들을 이용한 환경 모니터링 시스템에서 센서가 설치된 영역을 넓히거나 센서밀도를 높이는 일은 매우 번거로운 일이며, 위에서 설명한 것과 같은 물리적 어려움에 더하여 비용적인 부담도 상당하다. 시설을 처음 만들 때 확장을 염두에 두고 준비하지 않는 이상, 이러한 부담은 실제적이며 종종 확장을 포기하게 만든다.

특히, 임의의 사용자가 임의의 접근점(Access Point, AP)(이하, 설명의 편의상 'AP'라고 함) 장비와 센서노드(Sensor Node) 장비를 구입하여 관심공간에 설치하고, 각각의 장비에 대한 소유권 및 기타 설정을 하는 것은 많은 경우에 번거롭고 힘든 일이다. 통상의 경우 지역 내 데이터통신망(Local Area Network, LAN)(이하, 설명의 편의상 'LAN'이라고 함) 상에서 AP의 IP 주소를 알아내서 동일 LAN 상에 위치한 컴퓨터의 인터넷 브라우저로 그 AP에 직접 접속하면 AP가 제공하는 웹 페이지들을 이용하여 설정을 진행하게 되는데, 이는 많은 일반사용자들에게 부담스러운 작업이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 센서들을 이용한 환경 모니터링 시스템을 설치하고 이용함에 있어서 LAN 외부에 위치한 사업자의 서버를 이용한 센서 네트워크 설정 방식을 제공하여 복잡하고 직관적이지 않은 LAN 상의 설정과정을 우회할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

사용자 컴퓨터가 사업자 서버에 접속하여 자신의 계정을 생성하고 생성된 계정을 이용하여 사업자 서버의 설정페이지로 들어가 AP의 하드웨어 ID를 추가하는 제 1 단계;

AP가 설정모드로 전환되어 주변에 감지되는 센서노드들의 ID를 일정 주기로 사업자 서버에 전송하며, 동시에 사업자 서버에 대한 폴링(Polling)을 실시하여 사업자 서버에 저장된 설정에 변경사항이 있으면 AP에 적용하는 제 2 단계;

사용자 컴퓨터가 각각의 센서노드에 대해 구별 가능한 이름을 부여하고, 각각의 센서노드의 센싱 주기와 AP의 사업자 서버 업데이트 주기에 대한 설정을 완료하는 제 3 단계 및;

AP가 서비스모드로 전환되어 사업자 서버의 모니터링페이지에 각각의 센서노드가 수집한 데이터를 표시하는 제 4 단계;

를 포함하는 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 센서들을 이용한 환경 모니터링 시스템을 설치하고 이용함에 있어서 사용자가 저렴한 하드웨어를 구입하여 간단한 설치과정을 거치면 사업자가 제공하는 서버와 인터넷 기반의 프로그램을 통하여 쉽고 저렴하게 환경변수를 모니터링하고 활용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예의 구현을 위한 시스템 구성.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예의 구현을 위한 시스템 구성을 보여준다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 사용자의 관심공간(10)에 설치되는 하드웨어는 크게 AP(11)와 센서노드(Sensor Node)(12)로 구분된다. 여기서, '관심공간'이라 함은 사용자가 환경변수 등의 데이터를 모니터링 하기를 원하는 대상공간을 의미하는바, 예를 들면 농업시설, 대형 소매점이나 공항, 역사, 관공서 등의 다중집객시설, 학교, 요양원, 병원, 호텔 등의 시설, 가정, 기타 레저시설, 국립공원, 놀이공원 등이 모두 이에 해당할 수 있다.

관심공간(10) 내에서 AP(11)와 센서노드(12)는 지그비(Zigbee) 혹은 브루투스(Bluetooth) 등의 무선 통신 프로토콜로 연결된다. AP(11)에는 전원과 LAN(13)을 연결한다. AP(11)에 전원이 연결되면 AP(11) 주위에 무선 통신 영역이 형성되는데, 이 영역 내에 센서노드(12)를 설치하면 AP(11)와 센서노드(12) 사이의 통신이 시작된다. 센서노드(12)는 전원만 연결하면 작동을 시작하며, 필요에 따라 배터리로 구동시킬 수도 있다.

센서노드(12)는 다양한 종류의 센서들을 여러 개 장착할 수 있다. 장착 가능한 센서의 종류에는 제한이 없지만, 대표적으로 온습도 센서, 이산화탄소(CO2) 센서, 휘발성유기화합물(VOC) 센서 등을 예로 들 수 있으며, 혈당계, 체중계 등의 장비가 측정한 데이터를 센서노드(12)가 받도록 구성할 수도 있다. 센서노드(12)는 이렇게 수집한 데이터를 AP(11)로 무선 전송한다.

AP(11)는 센서노드(12)로부터 전송된 환경변수 등의 데이터를 필요에 따라 처리하여 LAN(13)을 통해 인터넷상에 위치한 사업자 서버(30)로 전송한다. 본 발명에서 '사업자'라 함은 서버(30)를 통하여 관심공간(10)의 모니터링 된 환경변수(데이터)를 사용자에게 제공하는 것을 업으로 하는 자이다. 그리고 '사용자'는 사업자 서버(30)를 통하여 사업자가 제공하는 서비스를 이용하는 자이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 사업자 서버(30)는 전체 센서 네트워크의 안정성을 확보하기 위한 미들웨어, AP(11)가 보낸 데이터를 저장하는 데이터베이스 서버 및 데이터를 인터넷상에서 쉽게 활용하도록 하는 웹 서버 등으로 구성될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 센서들을 이용한 환경 모니터링 시스템을 설치하고 이용함에 있어서 임의의 사용자가 임의의 AP 장비와 센서노드 장비를 구입하여 관심공간에 설치하고, 각각의 장비에 대한 소유권 및 기타 설정을 하는 것은 많은 경우에 번거롭고 힘든 일이다. 통상의 경우 LAN 상에서 AP의 IP 주소를 알아내서 동일 LAN 상에 위치한 컴퓨터의 인터넷 브라우저로 그 AP에 직접 접속하면 AP가 제공하는 웹 페이지들을 이용하여 설정을 진행하게 되는데, 이는 많은 일반사용자들에게 부담스러운 작업이다.

이에 본 발명은 LAN 외부에 위치한 사업자 서버를 이용한 센서 네트워크 설정 방식을 제공하여 복잡하고 직관적이지 않은 LAN 상의 설정과정을 우회할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이하에서는 본 발명이 구현되는 과정을 단계별로 상세히 설명한다.

제 1 단계: 사용자 컴퓨터(20)가 사업자 서버(30)에 접속하여 자신의 계정을 생성하고 생성된 계정을 이용하여 사업자 서버(30)의 설정페이지로 들어가 AP(11)의 하드웨어 ID를 추가한다. 즉, 본 단계에서는 사용자가 자신의 컴퓨터(20)를 이용하여 사업자의 웹 사이트(서버)에 접속하여 자신의 계정을 생성하고 생성된 계정을 이용하여 사업자의 웹 사이트의 설정페이지로 들어가 자신이 구입한 AP(11)의 하드웨어 ID를 추가하는 것이다.

여기서, 사용자 컴퓨터(20)는 사용자가 사업자 서버(30)에 접속하기 위한 수단이 되는 것으로, 데스크탑 형태의 컴퓨터일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 노트북, PDA(Personal Digital Assistant), PCS(Personal Communication System), 스마트폰 등이 모두 이에 해당할 수 있다.

이후 사용자는 관심공간(10) 내 AP(11)에 전원과 LAN(13)을 연결하고, 근거리에 센서노드(12)들을 위치시키고 전원을 연결한다.

제 2 단계: 사용자가 AP(11)를 설정모드로 전환하면, AP(11)가 주변에 감지되는 센서노드(12)들의 ID를 일정 주기로 사업자 서버(30)에 전송하며, 동시에 사업자 서버(30)에 대한 폴링(Polling)을 실시하여 사업자 서버(30)에 저장된 설정에 변경사항이 있으면 AP(11)에 적용한다.

본 발명에서 AP(11)는 설정모드와 서비스모드로 동작이 구분되며, 이 두 모드 사이의 변경은 하드웨어 외부로 노출된 스위치로 가능하다. 설정모드에서 AP(11)는 센서노드(12)들이 수집한 데이터의 전송은 하지 않고, 주변에 감지되는 센서노드(12)들의 ID만을 15초 정도의 짧은 주기로 사업자 서버(30)에 전송하며, 동시에 사업자 서버(30)에 대한 폴링을 실시하여 사업자 서버(30)에 저장된 설정에 변경사항이 있으면 AP(11)에 적용한다. 서비스모드가 되면 AP(11)는 센서노드(12)에서 수집한 데이터를 설정된 주기로 사업자 서버(30)에 전송한다.

즉, 본 단계의 경우 AP(11)는 설정모드에서 주기적으로 사업자 서버(30)를 업데이트 하는데, 그 결과가 사업자 서버(30)의 설정페이지에 반영된다. 이 경우 사업자 서버(30)의 업데이트 주기는 길지 않으므로 사용자는 오랜 시간을 기다릴 필요는 없다. 사업자 서버(30)의 설정페이지에는 AP(11)의 ID와 그 AP(11) 주변에 위치한 센서노드(12)들의 ID가 표시된다. 사용자(사용자 컴퓨터(20))는 각각의 센서노드(12)에 대해 해당 AP(11)에 연결할 것임을 표시한다.

일반적으로, LAN에 위치한 AP의 설정을 변경하기 위해서는 사용자가 동일 LAN 상에 위치한 컴퓨터 등을 이용하여 AP의 IP로 직접 접속하여 AP에 올려진 웹 서버가 제공하는 웹 페이지를 이용하는 것이 보편적인 방법이다. 하지만 AP의 IP를 이용한 접속은 번거롭고 일반사용자가 쉽게 이용하기에는 어려움이 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 본 발명은 사용자가 인터넷상에 위치한 사업자 서버(30) 상에서 자신이 가진 AP(11)의 설정을 하고 그 설정이 해당 AP(11)에 적용되도록 하는 방식을 취하였다. URL을 이용하여 인터넷상의 서버, 즉 사업자 서버(30)에 접속하는 것이 일반사용자의 입장에서 볼 때 훨씬 일반적이고 쉬운 방식이기 때문이다.

이 경우, 사업자 서버(30)에 기록된 설정내용이 AP(11)에 적용되도록 하기 위해서는 사업자 서버(30)가 설정내용이 저장되는 순간 AP(11)에 접속하여 AP(11)의 설정내용을 변경하도록 하는 방식이 가능한데, 이 방식의 문제점은 일반적인 상황에서는 서버가 LAN의 방화벽을 뚫고 AP에 접속하지 못하므로 사용자가 port forwarding 등의 설정을 인터넷 공유기 등에 해 줌으로써 서버가 방화벽을 우회할 수 있게 해 주어야 한다는 점이다. 하지만 이는 일반사용자가 하기에는 매우 부담스러운 작업이며 따라서 '사용자의 간편한 센서 네트워크 설정 및 이용'이라는 본 발명의 근본 취지에 어긋난다. 그러므로 본 발명은 상기 방식을 취하지 않고 그 대신 상술한 바와 같이 AP(11)가 설정모드에서 빠른 주기로 인터넷상의 사업자 서버(30)에 접속하여 변경사항이 있는지를 확인하고, 변경사항이 있을 경우 이를 가져다가 자신을 업데이트 하는 새로운 방식을 도입한 것이다.

한편, 본 단계에서 AP(11)가 설정모드에서 빠른 주기로 사업자 서버(30)와 계속적으로 통신을 하다 보면 사업자 서버(30)에 부하가 심하게 걸릴 수 있다. 이는 예를 들면 사용자가 실수로 AP(11)를 설정모드로 둔 채 그 사실을 잊어버리는 경우에 크게 문제가 된다. 그러므로 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, AP(11)는 설정모드로 들어간 후 일정 시간(약 15분 정도)이 지나면 자동으로 휴면모드로 전환되어 더 이상 사업자 서버(30)와의 잦은 통신을 계속 하지 않고 간헐적으로 사업자 서버(30)에 대하여 자신이 휴면모드에 있음을 알리는 정도의 통신만을 하는 것이 좋다. 이때 사업자 서버(30)는 AP(11)가 일정 시간 경과 후 휴면모드로 들어갈 것임을 설정페이지에 표시하여 사용자에게 알려줄 수도 있으며, 사용자 컴퓨터(20), 즉 사용자의 요청에 따라 AP(11)가 휴면모드로 들어가는 시각을 연기하는 것 또한 가능하다. 사용자는 휴면모드로 들어간 AP(11)의 스위치를 서비스모드로 전환하여 서비스를 시작하도록 하거나, 다시 설정모드로 전환하여 설정이 진행되도록 할 수도 있다.

제 3 단계: 사용자 컴퓨터(20)(사용자)가 각각의 센서노드(12)에 대해 구별 가능한 이름을 부여하고, 각각의 센서노드(12)의 센싱 주기와 AP(11)의 사업자 서버(30) 업데이트 주기에 대한 설정을 완료한다.

이후 사용자는 각각의 센서노드(12)를 AP(11)의 무선통신영역 내에 위치한 관심공간(10)에 설치한다. 그리고 설정페이지에서 모든 센서노드(12)들이 표시되는지 확인한다. 만약 표시되지 않는 센서노드(12)가 있다면 위치를 수정한다. 상기 제 1 내지 제 3 단계의 작업을 다른 AP(11)들에 대해서도 동일하게 진행함으로써 관심공간(10) 전체에 대한 센서 네트워크 설정을 간편하게 완료할 수 있다.

제 4 단계: 사용자가 AP(11)를 서비스모드로 전환하면, AP(11)가 사업자 서버(30)의 모니터링페이지에 각각의 센서노드(12)가 수집한 데이터를 표시한다. 사용자는 이렇게 표시된 데이터를 확인함으로써 관심공간(10)의 환경상태를 실시간으로 정확하게 모니터링 할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 관심공간 11 : AP
12 : 센서노드 13 : LAN
20 : 사용자 컴퓨터 30 : 사업자 서버

Claims

사용자 컴퓨터가 사업자 서버에 접속하여 자신의 계정을 생성하고 생성된 계정을 이용하여 사업자 서버의 설정페이지로 들어가 AP의 하드웨어 ID를 추가하는 제 1 단계;
AP가 설정모드로 전환되어 주변에 감지되는 센서노드들의 ID를 일정 주기로 사업자 서버에 전송하며, 동시에 사업자 서버에 대한 폴링(Polling)을 실시하여 사업자 서버에 저장된 설정에 변경사항이 있으면 AP에 적용하는 제 2 단계;
사용자 컴퓨터가 각각의 센서노드에 대해 구별 가능한 이름을 부여하고, 각각의 센서노드의 센싱 주기와 AP의 사업자 서버 업데이트 주기에 대한 설정을 완료하는 제 3 단계 및;
AP가 서비스모드로 전환되어 사업자 서버의 모니터링페이지에 각각의 센서노드가 수집한 데이터를 표시하는 제 4 단계;
를 포함하는 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법.
제 1 항에 있어서,
제 2 단계에서, AP는 주기적으로 사업자 서버를 업데이트 하며, 사업자 서버는 그 결과를 설정페이지에 반영하는 것을 특징으로 하는 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법.
제 2 항에 있어서,
사업자 서버는 설정페이지에 AP의 ID와 그 AP 주변에 위치한 센서노드들의 ID를 표시하며, 사용자 컴퓨터는 각각의 센서노드에 대해 해당 AP에 연결할 것임을 표시하는 것을 특징으로 하는 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법.
제 1 항에 있어서,
제 2 단계에서, AP는 설정모드로 들어간 후 일정 시간이 지나면 자동으로 휴면모드로 전환되어 사업자 서버에 대하여 자신이 휴면모드에 있음을 알리는 통신만을 하는 것을 특징으로 하는 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법.
제 4 항에 있어서,
사업자 서버는 AP가 일정 시간 경과 후 휴면모드로 들어갈 것임을 설정페이지에 표시하는 것을 특징으로 하는 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법.
제 4 항에 있어서,
사업자 서버는 AP가 휴면모드로 들어가는 시각을 연기하는 것을 특징으로 하는 초간편 센서 네트워크 설정 및 이용 방법.