KR101302133B1 - 전력 제어 장치, ｌｒｗｐａｎ-이더넷 브리지 및 전력 센서 노드의 전력 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 802.15.4 LR-WPAN(Low Rate Wireless Personal Area Network) 기반의 전력 센서 노드 제어를 위한 망구성 기술에 관한 것으로서 무선연결시 발생하기 쉬운 음영지역 해소와 저전력 망구성을 위한 네트워크 계층 구조와 전력센서 제어 방법 기술에 관한 것이다. 현재 연구되고 있는 센서들을 위한 망은 802.15.4 LR-WPAN 상에 지그비 스택을 탑재하거나 무선랜을 장착하고 있으나, 본 발명에서는 전력센서 장치의 저전력화 및 무선신호의 특성에 따른 왜곡 및 간섭 등의 단점을 제거하기 위한 유무선 통합망을 활용하는 임베디드 장치와 초경량화된 프로토콜 구현 기술에 관한 것이다. 전력 제어 장치가, 사용자로부터 설정된 전력제어 관련 프로파일 정보에 따라, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 송신하는 단계; 전력 제어 장치가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드로들로부터 발송된 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지들을 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 이더넷 패킷 형식의 응답 메시지들로 수신하는 단계; 및 전력 제어 장치가, 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들을 근거로 전력기기의 제어 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 제어 장치, ＬＲＷＰＡＮ-이더넷 브리지 및 전력 센서 노드의 전력 제어 방법{Method for controlling Electric power of electric power controller , LRWPAN-Ethernet bridge and senser nod}
본 발명은 802.15.4 LR-WPAN(Low Rate Wireless Personal Area Network) 기반의 전력 센서 노드 제어를 위한 망구성 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 연결시 발생하기 쉬운 음영지역 해소와 저전력 망구성을 위한 전력 제어 장치, ＬＲＷＰＡ-Ｅｔｈｅｒｎｅｔ 브리지 및 전력 센서 노드의 전력 제어 방법에 관한 것이다.
현재 연구되고 있는 센서들을 위한 망은 802.15.4 LR-WPAN 상에 지그비 스택을 탑재하거나 무선랜을 장착하고 있으나, 본 발명에서는 전력센서 장치의 저전력화 및 무선신호의 특성에 따른 왜곡 및 간섭 등의 단점을 제거하기 위한 유무선 통합망을 활용하는 임베디드 장치와 초경량화된 프로토콜 구현 기술에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다(과제관리번호: 2007-S-010-03, 과제명: SMMD기반 유비쿼터스홈 미디어 서비스 시스템 개발).
최근 탄소배출량 저감을 기반으로 하는 기후협약 및 그린 컴퓨팅 기술에 대한 요구가 전세계적으로 이루어지고 있다. 그리고, 날로 증가하는 가정 및 사무실의 다양한 가전기기 및 사무기기와 IT 기기들로 인한 전력 소비를 줄이기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 이러한 기술들 중에서도 현재 사용중인 기기들의 전력소모량을 실시간으로 모니터링하고, 사용하지 않거나 절전이 필요한 경우 해당 기기를 On/Off 할 수 있는 전력제어 네트워크에 대한 기술 개발도 활발히 연구되고 있다.
종래 기술들은 이러한 전력 제어망을 구성하기 위해서 전력제어 모니터링 장치를 개발하고 이를 기존 유무선 네트워크를 통해서 원격지 또는 원격서버에서 관련 정보를 수집하고 제어하는 기술을 이용하고 있다.
그러나, 유선네트워크의 경우 다양한 기기들에 대한 복잡한 배선과 자체소모전력 등의 문제가 있으며, 무선네트워크의 경우에도 배선의 간편성은 있으나, 무선 특성으로 인한 신호의 왜곡 및 간섭과 건물 구조의 복잡성 및 폐쇄공간에서의 음영구간 발생 등의 문제점을 가지고 있다. 그리고, 기존의 TCP/IP, Zigbee 등의 유무선 네트워크 프로토콜 스택 사용에 따른 불필요한 부하 증가 등의 문제점을 가지고 있다.
또, 저전력 및 무선연결의 편의성 등을 위하여 현재 대부분의 센서망 구성은 IEEE 802.15.4 LR-WPAN(Low Rate Wireless Personal Area Network) 을 기반으로 Zigbee 스택을 탑재하여 구현되고 있다. 그러나, 이러한 방식은 폐쇄적인 공간 및 가정과 사무실 등의 공간적 복잡성 등으로 인해 신호의 왜곡 및 간섭 등이 발생하기 쉬우며, 망 연동을 위한 PAN 코디네이터의 증설에 따른 망구성의 복잡도와 오버헤드 등의 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고신뢰성을 가지면서 저전력으로 전력센서 망을 구성하기 위한 방법을 제공한다.
또, 본 발명에서는 유선의 고신뢰성과 무선의 저전력 및 망구성 용이성 등을 제공하기 위한 WPAN-이더넷 브릿지 장치와 네트워크 계층 프로토콜을 전력 제어망에 특화된 초경량화 제어 방법을 제안한다.
즉, 유무선 복합화를 통한 가정 및 사무실과 빌딩 및 복잡한 구조물에서 효율적인 전력 제어 장치, ＬＲＷＰＡ-Ｅｔｈｅｒｎｅｔ 브리지 및 전력 센서 노드의 전력 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전력 제어 방법은 전력 제어 장치가, 사용자로부터 설정된 전력제어 관련 프로파일 정보에 따라, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 송신하는 단계; 전력 제어 장치가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드로들로부터 발송된 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지들을 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 이더넷 패킷 형식의 응답 메시지들로 수신하는 단계; 및 전력 제어 장치가, 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들을 근거로 전력기기의 제어 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 전력 제어 방법은 LRWPAN-이더넷 브릿지가, 전력 제어 장치로부터 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 전달할 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 수신하는 단계; LRWPAN-이더넷 브릿지가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 헤더변환을 통해 LR-WPAN 형식의 명령 메시지로 변환하는 단계; LRWPAN-이더넷 브릿지가, LR-WPAN 형식의 명령 메시지를 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 송신하는 단계; 및 LRWPAN-이더넷 브릿지가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드로들로부터 발송된 LR-WPAN 형식의 응답 메시지들을 이더넷 패킷 형식의 응답 메시지들로 재변환하여 전력 제어 장치로 재송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 전력 제어 방법은 전력 센서 노드가, 전력 제어 장치로부터 발송된 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 LR-WPAN 패킷 형태의 명령 메시지로 수신하는 단계; 전력 센서 노드가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 따라 전력기기에 대한 제어를 수행하는 단계; 및 전력 센서 노드가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 수행된결과를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 벽면이나 구조적인 위치 및 주변 환경에 의해서 무선 신호의 왜곡 및 감쇄 현상이 발생하는 음영지역 또는 무선 중계기가 중복적으로 다수 개의 설치가 필요한 지역에서도 전력 제어 네트워크를 구성할 수 있다.
또, 본 발명에서는 유선망의 인프라를 효율적으로 활용하는 브릿지 장치를 장착하고, 음영지역의 전력 센서 노드들을 해당 브릿지 장치를 통해서 연결할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 전력제어 기능을 내장한 저전력의 최소부하형 네트워크 계층을 기반으로 동작하는 브릿지 장치를 이용한 전력 제어 방법을 통해 고신뢰성 및 저전력의 장점을 동시에 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전력 제어 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 시스템 구성을 위해 연동된 각 구성요소들의 프로토콜 스택의 구성을 도시한 도면,
도 3은 전력 제어 시스템에서의 전력 센서 노드(30)의 상태 정보에 대한 처리 흐름도를 보여주는 도면,
도 4는 전력 센서 노드에 연결된 기기의 전원을 On 또는 Off 할 수 있는 명령을 지원하기 위한 처리 흐름도,
도 5는 전력 제어 시스템에서 각 단계별 패킷의 처리 절차를 보여주는 도면,
도 6은 전력 제어 장치의 내부 구성 모듈을 도시한 도면,
도 7은 LRWPAN-이더넷 브릿지의 내부 모듈들의 구성도를 보여주는 도면,
도 8은 전력 센서 노드의 내부 모듈 구성도를 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는 전력 센서 장치의 저전력화 및 무선신호의 특성에 따른 왜곡 및 간섭 등의 단점을 제거하기 위한 유무선 통합망을 활용하는 임베디드 장치와 초경량화된 프로토콜 구현 기술을 이용한다. 즉, 본 발명은 LRWPAN 인터페이스를 가지는 전력 센서 노드와 이더넷 인터페이스를 가지는 전력 제어 장치와 연동된다. 그리고 LRWPAN-이더넷 브릿지는 LRWPAN 인터페이스와 이더넷 인터페이스를 둘 다 갖추는 임베디드 장비에서 구현된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전력 제어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 제어 방법이 적용되는 전력 제어 시스템은 전력 제어 장치(10), LRWPAN-이더넷 브릿지(20), 전력 센서 노드(30)를 포함하여 구성된다.
전력 제어 장치(10)는 전력 제어를 수행하는 것으로, 전력 센서 노드에 연결된 기기들의 전력 상태 및 전원on/off 제어를 유무선 망을 통해 제어하도록 구성된다.
이를 위해, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드(30)들의 구성과 현재 전력소모량 등의 정보를 사용자에게 보여주고, 사용자가 원하는 특정 기기들의 전원을 On/Off 할 수 있는 명령어를 입력 받는다. 그리고, 새로운 전력 센서 노드를 추가시에도 이에 대한 정보를 갱신하는 기능을 수행한다.
LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 전력 제어 장치(10)로부터 전달되는 패킷을 수신하여 전력 센서 노드(30)로 전송하기 위한 형태로 변경한 후 LR-WPAN 패킷의 형태로 송신하게 된다. 또한 전력 센서 노드(30)에서 수집된 전력소모량 정보 등은 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)로 전달된 후 이더넷 패킷으로 변경되어 전력 제어 장치(10)으로 전달된다.
전력 센서 노드(30)는 연결된 기기가 소모하는 전력정보를 수집하는 기능과 해당 기기의 전원을 제어할 수 있는 기능을 함께 수행하게 된다.
또, 전력 센서 노드(30)는 LR-WPAN 인터페이스를 통해서 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)와 인터페이스하는 기능이 탑재된다.
도 2는 도 1의 시스템 구성을 위해 연동된 각 구성요소들의 프로토콜 스택의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 전력 제어 장치(10)의 프로토콜 스택(100)은 기존의 이더넷 MAC 계층(400)을 기반으로 일반적인 TCP/IP 계층을 사용하지 않고 부하가 적은 별도의 전력제어 네트워크 계층(120)을 가진다. 그리고 전력제어 네트워크 계층(120)을 기반으로 전력 제어 장치(20)를 운용하기 위한 응용 모듈들이 구동되는 전력제어 응용계층(110)을 가지는 구조로 구성되어 있어 효율적인 전력 제어 장치의 구성을 제공한다.
LRWPAN-이더넷 브릿지(20)의 프로토콜 스택(200)의 경우는 기존의 802.15.4 LR-WPAN과 이더넷의 MAC 계층(400)과 PHY 계층(500)을 기반으로 하여 양단의 유무선 인터페이스를 통해서 패킷을 연동하는 전력제어 네트워크 계층(210)을 포함한다. 이에 따라 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 부하가 최소화된 브릿지 장치의 구현이 가능해 진다. LRWPAN-이더넷 브릿지(20)의 전력 제어 네트워크 계층(210)에서는 별도의 지능적인 기능모듈이 탑재되는 대신 패킷 헤더의 변환만을 수행함으로써 저전력 방식으로 전력 제어를 가능하게 한다.
전력 센서 노드(30)의 프로토콜 스택(300)은 기존의 LRWPAN 인터페이스의 기본 스택인 802.15.4 MAC 계층(400)과 802.15.4 PHY 계층(500)을 기반으로 센서노드를 위한 전력제어 네트워크 계층(320) 및 응용계층(310)으로 이루어지며, 이는 전력 제어 장치(10)의 프로토콜 스택(100)과 동일한 구조를 가지며, 처리하는 패킷 인터페이스의 종류가 LR-WPAN에 맞도록 구성되며, 응용계층(310)에서는 전력 제어 장치(10)의 응용계층(110)과 연동되어 해당 명령어를 처리하는 응용 모듈들이 구현된다.
도 3은 전력 제어 시스템에서의 전력 센서 노드(30)의 상태 정보에 대한 처리 흐름도를 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 전력 제어 장치의 전력 제어 방법은, 전력 제어 장치가, 사용자로부터 설정된 전력제어 관련 프로파일 정보에 따라, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 송신하는 단계; 전력 제어 장치가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드로들로부터 발송된 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지들을 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 이더넷 패킷 형식의 응답 메시지들로 수신하는 단계; 및 전력 제어 장치가, 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들을 근거로 전력기기의 제어 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하여 구성된다.
또, 본 발명에 따른 LRWPAN-이더넷 브릿지의 전력 제어 방법은, LRWPAN-이더넷 브릿지가, 전력 제어 장치로부터 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 전달할 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 수신하는 단계; LRWPAN-이더넷 브릿지가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 헤더변환을 통해 LR-WPAN 형식의 명령 메시지로 변환하는 단계; LRWPAN-이더넷 브릿지가, LR-WPAN 형식의 명령 메시지를 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 송신하는 단계; 및 LRWPAN-이더넷 브릿지가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드로들로부터 발송된 LR-WPAN 형식의 응답 메시지들을 이더넷 패킷 형식의 응답 메시지들로 재변환하여 전력 제어 장치로 재송신하는 단계를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 LRWPAN-이더넷 브릿지의 전력 제어 방법은, 전력 센서 노드가, 전력 제어 장치로부터 발송된 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 LR-WPAN 패킷 형태의 명령 메시지로 수신하는 단계; 전력 센서 노드가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 따라 전력기기에대한 제어를 수행하는 단계; 및 전력 센서 노드가, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 수행된결과를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지로 송신하는 단계를 포함하여 구성된다.
상술한 본 발명에 따른 전력 제어 장치, LRWPAN-이더넷 브릿지, 전력 센서노드로 구성된 전력 제어 시스템에서의 각각의 전력 제어 방법에 대한 설명은 하술된 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 전력 제어 방법이 적용된 전력 센서 노드(30)의 상태 정보를 처리하는 순서를 설명한다.
우선, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드의 상태 갱신 요청을 입력 받는다(S11). 즉, 전력 제어 장치(10)는 사용자에 의해 정의된 전력제어 관련 프로파일 정보에 따라 일정 시간마다 또는 사용자 요청 입력을 처리한다. 그리고, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드(30)의 상태 정보를 취합하는 명령을 언제 수행할지를 결정하게 된다.
다음, 전력 제어 장치(10)는 해당 명령 수행이 필요한 경우, 전력 센서 노드(30)의 상태 정보 요청 메시지를 발송한다(S12). 즉, 전력 제어 장치(10)는 이더넷망을 통해 연결된 각각의 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)에 대한 브로드캐스트 MAC 주소와 함께 해당 명령 메시지를 전달한다. 이 경우 이더넷 페이로드에는 전력 센서 노드(30)에서 인식할 수 있는 LRWPAN 기반 패킷의 형태로 이루어진다. 여기서, 패이로드(payload)는 실제 전송되는 데이터의 내용을 의미한다.
이어, LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 이렇게 전달된 명령 메시지에 대한 LRWPAN 패킷 변환을 수행한다(S21). 즉, LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 명령 메시지에서 이더넷 헤더를 제거하고, 페이로드를 LRWPAN 패킷으로 변환한다.
다음, LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 변환된 명령 메시지를 전력 센서 노드(30)로 전송하게 된다(S22).
전력 센서 노드(30)는 이렇게 전달된 LRWPAN 패킷 형태의 명령 메시지를 수신하고, 전력 센서 노드(30)는 그 명령 메시지에 따라 자신과 연결된 기기에 대한 소모전력을 측정한다(S31).
그리고, 전력 센서 노드(30)는 측정된 기에 대한 소모전력 측정값을 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)로 응답 메시지 형태로 전달한다(S32). 이때, 응답 메시지의 응답 패킷은 다시 이더넷 페이로드에 위치하고 전력 제어 장치(10)의 MAC 주소를 목적지 주소로 하여 이더넷 패킷 형태로 전달된다(S23, S24).
다음, 전력 제어 장치(10)는 응답 메시지를 수신하면, 전력 센서 노드(30) 또는 브리지에 대한 DB를 조회한다(S13). 즉, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드(30)에 대한 DB 정보를 이용하여, 수신된 응답 메시지를 필터링하는 과정을 수행하게 된다. 이는 수신된 패킷들 중 일부는 전파 간섭 또는 중복 등으로 인해 전력 센서 노드(30)와 인접한 브릿지 장치들을 거쳐 중복적으로 동일한 응답 메시지가 전달될 수 있기 때문이다.
마지막으로 전력 제어 장치(10)는 수신된 전력 센서 노드(30)에 대한 상태 정보를 사용자에게 출력하게 된다. 즉, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드(30)로부터 수집된 소비전력 값을 GUI 를 통해 사용자에게 출력하게 된다. 이때, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드(30)들의 ID 등과 해당 전력 상태 정보를 함께 출력할 수 있다.
도 4는 전력 센서 노드에 연결된 기기의 전원을 On 또는 Off 할 수 있는 명령을 지원하기 위한 처리 흐름도이다.
도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 전력 제어 방법이 적용된 전력 센서 노드(30)에 연결된 기기의 전원을 On 또는 Off 할 수 있는 명령을 지원하기 위한 처리 흐름을 설명한다.
우선, 전력 제어 장치(10)는 사용자로부터 GUI 등을 통해서 On/Off 명령을 수행할 전력 센서 노드(30)에 대한 정보를 입력 받는다(S111).
다음, 전력 제어 장치(10)는 MAC/센서ID 검색을 수행한다(S112). 즉, 전력 센서 노드(30)는 사용자가 요청한 명령을 전달하기 위해 필요한 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)의 이더넷 MAC 정보와 LRWPAN 패킷 생성에 필요한 센서ID 정보들을 해당 DB로부터 검색하게 된다.
다음, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드(30) On/Off 명령 메시지를 전송한다(S113). 즉, 전력 제어 장치(10)는 이렇게 수집된 각각의 헤더정보로부터 전력센서 명령 패킷을 만들어 이더넷 인터페이스를 통해서 전송하게 된다.
LRWPAN-이더넷 브릿지(20)와 전력 센서 노드(30) 사이의 명령 메시지 송수신 절차는 도 3에 도시된 절차와 동일한 순서를 갖게 된다(S121, S122, S131, S132, S123, S124).
여기서, 도 3의 상태 정보 처리와는 달리 제어하고자 하는 전력 센서 노드(30)와 연결된 LRWPAN-이더넷 브릿지(20) 및 전력 센서 노드(30)에만 해당 패킷을 전달하는 유니캐스트 방식을 사용하게 된다.
한편, 단계 S131에서 전력 센서 노드(30)는 전원 On/Off 명령 실행 기능을 수행한다. 전력 센서 노드(30)는 해당 전력 센서 노드(30)에 연결된 기기의 전원을 제어하기 위한 On 또는 Off 명령을 하드웨어 명령어로서 실행하게 된다.
이후, 전력 제어 장치(10)는 전력 센서 노드(30)에서 명령을 수행하고 전달된 응답메시지를 수신하고, 전력 센서 노드(30) On/Off 상태 출력을 수행하여 사용자에게 결과가 제공하게 된다(S114).
도 5는 전력 제어 시스템에서 각 단계별 패킷의 처리 절차를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 전력 제어 방법이 적용된 전력 제어 시스템에서 각 단계별로 패킷의 처리 절차를 설명한다.
우선, 전력 제어 장치(10)는 센서ID 헤더와 LRWPAN 페이로드 형태로 전달하고자 하는 명령 메시지를 생성한다(S211). 이때, 이더넷 페이로드(payload) 부분은 LRWPAN 패킷의 형태로 구성된다. 그리고, 이더넷 헤더 생성부분은 목적지 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)의 MAC 주소 정보를 설정하게 된다(S212).
다음, LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 이더넷 헤더를 제거한 페이로드를 LRWPAN 패킷 형태로 변환한다(S221). LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 전력 제어 장치(10)로부터 전달된 패킷을 해당 전력 센서 노드(30)로 전달한다(S222).
이어, 전력 센서 노드(30)는 페이로드에 수록된 명령을 수행하고(S231) 해당 페이로드를 결과값으로 변경한 후 LRWPAN 패킷의 형태로 응답 메시지를 생성하고, 생성된 응답 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)로 전달한다(S232).
다음, LRWPAN-이더넷 브릿지(20)는 다시 이더넷 MAC 헤더를 수신된 페이로드에 추가하여(S214), 전력 제어 장치(10)로 전달한다(S223).
마지막으로, 전력 제어 장치(10)는 전달된 응답 메시지의 페이로드 부분을 해석하여 센서ID 값과 페이로드 값을 추출하여(S215), GUI 를 통해서 사용자에게 명령 수행의 결과를 표시한다.
이하, 본 발명에 따른 전력 제어 시스템의 각 구성을 보다 상세히 설명하도록 한다. 설명에 있어서, 상술한 본 발명에 따른 전력 제어 방법과 중복되는 사항은 생략하도록 한다.
도 6은 전력 제어 장치의 내부 구성 모듈을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 전력 제어 장치는 GUI 인터페이스 모듈(410), 전력 센서 노드 등록 모듈(420), 전력 센서 노드 DB 관리 모듈(421), 전력 센서 노드 관리 모듈(430), 전력 센서 노드 상태정보 수집 모듈(431), 전력 센서 노드 On/Off 제어 모듈(432)을 포함하여 구성된다.
GUI 인터페이스 모듈(410)은 사용자가 센서노드를 등록하거나, 시스템에 연결된 전력 센서 노드들의 상태값 및 현재 전력소모량 등을 출력한다. 또한 원하는 전력 센서 노드에 대해서 전원 On/Off 제어 기능을 설정할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공한다.
전력 센서 노드 등록 모듈(420)은 전력모니터링 및 제어를 실시하고자 하는 기기에 연결할 전력 센서 노드의 위치와 기기정보 등을 사용자로부터 입력받는 역할을 담당한다. 이렇게 입력된 전력 센서 노드들의 정보는 전력 센서 노드 DB 관리 모듈(421)에 의해서 입력값을 분석하여 전력 센서 노드 구조체(422)의 형태로 관리하게 된다.
전력 센서 노드 DB 관리 모듈(421)은 다른 내부 모듈에서 MAC 정보 및 센서ID 정보 등이 필요한 경우 해당 정보를 제공하는 기능을 담당한다.
전력 센서 노드 관리 모듈(430)은 사용자의 프로파일에 의해 정해진 시간 간격, 사용자 요구에 의해 전력정보를 업데이트하는 명령 또는 특정 전력 센서 노드에 대해 전원제어 명령 등을 분석하는 기능을 담당한다. 그리고, 전력 센서 노드 관리 모듈(430)은 입력에 따라 해당 명령을 수행할 내부 모듈을 호출하게 된다.
전력 센서 노드 상태정보 수집 모듈(431)은 전력 센서 노드에 연결된 기기의 전력소모량을 측정하는 명령을 처리하는 모듈이다. 전력 센서 노드 상태정보 수집 모듈(431)은 전력 센서 노드로 보낼 명령어를 생성하여 이더넷 MAC 계층을 통해 패킷을 전송하는 기능을 담당한다.
전력 센서 노드 On/Off 제어 모듈(432)은 특정 전력 센서 노드에 연결된 기기의 전원을 제어하기 위한 명령어를 생성하고 이를 이더넷 패킷형태로 전송하는 기능을 각각 담당한다. 이러한 패킷들은 이더넷 PHY를 통해 연결된 LRWPAN-이더넷 브릿지(20)로 전송된다.
또, 전력 센서 노드 상태정보 수집 모듈(431)과 전력 센서 노드On/Off 제어 모듈(432)은 각각의 명령에 대한 응답 패킷을 수신한 후 각각의 결과를 전력 센서 노드 상태 출력 모듈(440)을 통해서 GUI 인터페이스(410)를 거쳐 사용자에게 전달하게 된다.
도 7은 LRWPAN-이더넷 브릿지의 내부 모듈들의 구성도를 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, LRWPAN-이더넷 브릿지는 이더넷 패킷 수신 모듈(510), 이더넷 헤더 제거 모듈(520), LRWPAN 패킷 송신 모듈(530), LRWPAN 패킷 수신 모듈(540), 이더넷 헤더 추가 모듈(550), 이더넷 패킷 송신 모듈(560)을 포함하여 구성된다.
이더넷 패킷 수신 모듈(510)은 이더넷 MAC 계층으로부터 이더넷 패킷 형태로 데이터를 수신하는 모듈로서 수신 버퍼 관리 등의 기능을 수행한다.
이더넷 헤더 제거 모듈(520)은 수신된 이더넷 패킷으로부터 이더넷 헤더 정보를 제거하고 페이로드 정보를 분석하는 기능을 담당한다. 이렇게 분석된 이더넷 페이로드에 탑재된 메시지 정보들은 LRWPAN 패킷 송신 모듈(530)에 의해서 802.15.4 LRWPAN 패킷 형태로 구성되어 LRWPAN MAC/PHY 계층을 거쳐서 전력 센서 노드로 전송된다. 전력 센서 노드에서 수신되는 패킷은 LRWPAN 패킷 수신 모듈(540)에 의해서 패킷 형태로 수신된다.
여기서, 수신된 메시지는 이더넷 헤더 추가 모듈(550)과 이더넷 패킷 송신 모듈(560)에 의해서 이더넷 패킷의 페이로드로 탑재되고, 이더넷 MAC 헤더가 추가되어 전력 제어 장치로 전송된다.
도 8은 전력 센서 노드의 내부 모듈 구성도를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 전력 센서 노드는 LRWPAN 패킷 수신 모듈(610), 전력 소모량 측정 모듈(620), 전원 On/Off 제어 모듈(630), LRWPAN 패킷 송신 모듈(640)을 포함하여 구성된다.
LRWPAN 패킷 수신 모듈(610)은 LRWPAN MAC 계층으로부터 패킷을 수신하는 모듈로서 내부 버퍼 관리 기능을 가진다. 또, LRWPAN 패킷 수신 모듈(610)은 이렇게 수집된 패킷으로부터 페이로드를 분석하여 명령어를 분석하고 해당 명령을 수행하는 모듈을 호출한다.
전력 소모량 측정 모듈(620)에서는 전력 센서 노드의 상태 정보 명령어를 담당하는 모듈로서 전력측정값을 수집하고 해당 정보를 페이로드에 탑재하는 기능을 담당한다.
전원 On/Off 제어 모듈(630)은 전력센서에 연결된 기기에 대한 전원을 차단하거나 공급하는 명령어에 대한 처리를 담당하며, 해당 기능을 수행한 후 결과값을 페이로드에 탑재하는 기능을 담당한다.
LRWPAN 패킷 송신 모듈(640)은 페이로드에 탑재된 응답메시지들을 LRWPAN 패킷 헤더를 추가하여 LRWPAN-이더넷 브릿지로 전송하는 기능을 수행한다.
본 발명에 따르면, 벽면이나 구조적인 위치 및 주변 환경에 의해서 무선 신호의 왜곡 및 감쇄 현상이 발생하는 음영지역 또는 무선 중계기가 중복적으로 다수 개의 설치가 필요한 지역에서도 전력 제어 네트워크를 구성할 수 있다.
또, 본 발명에서는 유선망의 인프라를 효율적으로 활용하는 브릿지 장치를 장착하고, 음영지역의 전력 센서 노드들을 해당 브릿지 장치를 통해서 연결할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 전력제어 기능을 내장한 저전력의 최소부하형 네트워크 계층을 기반으로 동작하는 브릿지 장치를 이용한 전력 제어 방법을 통해 고신뢰성 및 저전력의 장점을 동시에 제공할 수 있는 이점이 있다.
이상 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 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 전력 제어 장치 20 : LRWPAN-이더넷 브릿지
30 : 전력 센서 노드

Claims (20)

  1. 전력 제어 방법에 있어서, 전력 제어 장치가,
    사용자로부터 설정된 전력제어 관련 프로파일 정보에 따라, 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 송신하는 단계;
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 상기 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드로들로부터 발송된 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지들을 상기 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들로 수신하는 단계; 및
    상기 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들을 근거로 전력기기의 제어 결과를 상기 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 센서 노드들 각각은 전력기기와 연결되고,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는 상기 전력기기를 제어하기 위한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 제어 장치는 복수의 LRWPAN-이더넷 브릿지와 유선 통신망을 통해 연결되고,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는 상기 복수의 LRWPAN-이더넷 브릿지를 식별하기 위한 MAC 주소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들 중 상기 전력 제어 장치를 식별하기 위한 MAC 주소를 검색하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수신하는 단계는,
    상기 전력 제어 장치를 식별하기 위한 MAC 주소를 포함하는 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들에 대한 식별 정보를 검색하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수신하는 단계는,
    상기 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들에 대한 식별 정보를 근거로 중복으로 수신된 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지를 필터링하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는, 상기 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들에 대한 상태 정보 요청 메시지를 포함하고,
    상기 사용자에게 제공하는 단계는, 상기 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들을 근거로 상기 전력기기에 대한 상태 정보를 상기 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는, 상기 전력기기의 전원을 온/오프하기 위한 명령 메시지를 포함하고,
    상기 사용자에게 제공하는 단계는, 상기 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들을 근거로 상기 전력기기의 전원을 온/오프 상태를 상기 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 송신하는 단계는,
    상기 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들 중 전원을 온/오프하기 위한 전력기기와 연결된 전력 센서 노드로 상기 전력기기의 전원을 온/오프하기 위한 명령 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  9. 전력 제어 방법에 있어서, LRWPAN-이더넷 브릿지가,
    전력 제어 장치로부터 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 전달할 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 수신하는 단계;
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 헤더변환을 통해 LR-WPAN 형식의 명령 메시지로 변환하는 단계;
    상기 LR-WPAN 형식의 명령 메시지를 상기 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드들로 송신하는 단계; 및
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 상기 적어도 하나 이상의 전력 센서 노드로들로부터 발송된 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지들을 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들로 재변환하여 상기 전력 제어 장치로 재송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 LRWPAN-이더넷 브릿지는 상기 전력 센서 노드들과 무선 통신망을 통해 연결되고,
    상기 송신하는 단계는,
    상기 무선 통신망을 통해 상기 전력 센서 노드들 각각으로 상기 LR-WPAN 패킷 형태의 명령 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전력 센서 노드들 각각은 전력기기와 연결되고,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는, 상기 전력기기를 제어하기 위한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는, 상기 LRWPAN-이더넷 브릿지를 식별하기 위한 MAC 주소를 포함하고,
    상기 수신하는 단계는,
    상기 LRWPAN-이더넷 브릿지를 식별하기 위한 MAC 주소를 포함하는 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 LRWPAN-이더넷 브릿지가, 상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에서 이더넷 헤더를 제거하고, LR-WPAN 패킷 형태로 변환하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 재송신하는 단계에서 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지들을 이더넷 패킷 형식의 응답 메시지들로 재변환하는 것은,
    상기 LRWPAN-이더넷 브릿지가, 상기 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지에 이더넷 헤더를 추가하고, 이더넷 패킷 형식으로 변환하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지는, 상기 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지들 중 전력 제어 장치를 식별하기 위한 MAC 주소를 포함하고, 상기 재송신하는 단계는 상기 LRWPAN-이더넷 브릿지가, 상기 MAC 주소를 근거로 상기 이더넷 패킷 형태의 응답 메시지를 상기 전력 제어 장치로 송신하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는, 상기 전력기기의 전원을 온/오프하기 위한 명령 메시지를 포함하고,
    상기 송신하는 단계는,
    상기 전력기기와 연결된 전력 센서 노드로 상기 전력기기의 전원을 온/오프하기 위한 명령 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  17. 전력 제어 방법에 있어서, 전력 센서 노드가,
    전력 제어 장치로부터 발송된 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 LR-WPAN 패킷 형태의 명령 메시지로 수신하는 단계;
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 따라 전력기기에대한 제어를 수행하는 단계; 및
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지에 대응하여 수행된결과를 LRWPAN-이더넷 브릿지를 통해 LR-WPAN 패킷 형태의 응답 메시지로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 전력 센서 노드는 LRWPAN-이더넷 브릿지와 무선 통신망으로 연결되고,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는 상기 전력기기를 제어하기 위한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는, 상기 전력 센서 노드에 대한 상태 정보 요청 메시지를 포함하고,
    상기 수행하는 단계는,
    상기 전력 센서 노드가, 상기 상태 정보 요청 메시지를 근거로 상기 전력기기에 대한 상태 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 이더넷 패킷 형식의 명령 메시지는, 상기 전력기기의 전원을 온/오프하기 위한 명령 메시지를 포함하고,
    상기 수행하는 단계는,
    상기 전력 센서 노드가, 상기 전력기기의 전원을 온/오프하기 위한 명령 메시지를 근거로 상기 전력기기의 전원을 온/오프 시키는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
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