KR101332117B1

KR101332117B1 - 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 ｌｅｄ 도로 및 교통안전 표지

Info

Publication number: KR101332117B1
Application number: KR1020120056559A
Authority: KR
Inventors: 이찬길; 양희권
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-11-21

Abstract

종래의 도로 및 교통안전표지의 대부분은 가로등 혹은 자동차 전조등 빛을 사용하는 재귀반사 방식으로 시인선 및 판독성이 미흡하다. 이를 개선하기 위해 최근에 친환경적이며 고효율 LED를 사용하는 내부조명식 표지판이 나타나고 있으며 점차 보급이 확대 되는 추세이다. 이러한 내부 조명을 사용하는 표지판은 LED 혹은 기타 램프를 사용하므로 램프의 성능이 열하되거나 고장이 발생시 조기에 발견하여 보수하는 것이 매우 중요하다. 본 발명에서는 LED표지판에 필요한 센서 또는 액츄에이터와 네트워크 접속장치를 내장, 이들을 유선 PLC 혹은 무선 메쉬 네트워크로 서로 연결, 백본 네트워크 접속을 위한 게이트웨이를 통해 관제 서버에서 원격으로 운영 또는 관리하는 유비쿼터스 센서네트워크(USN) 기반의 인텔리전트 LED 도로표지를 제안한다. 본 발명으로 표지판의 유지보수가 용이해 지며, 쌍방향 통신이 가능하므로 기존 표지판에 공사 중 혹은 교통사고 등의 정보 제공도 가능해 진다. 더 나아가 도로표지판에 필요한 기상센서를 탑재하면 전국적으로 세밀한 기상정보 수집도 가능하다.

Description

유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 ＬＥＤ 도로 및 교통안전 표지{Ubiquitous Sensor Network Based Intelligent LED Road and Traffic Safety Signs}

본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크에 기반한 인텔리전트 LED(엘이디) 도로 및 교통안전 표지에 관한 것으로, 구체적으로는 인텔리전트 LED 도로 및 교통안전 표지가 메쉬 네트워크를 형성하여 고장 여부 및 주변 환경 정보를 관리센터로 제공하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.

국내에는 약 15만개의 도로표지판과 100만개의 교통안전표지판이 설치되어 있으나 설치 기관과 유지관리 기관이 서로 분리되어 있어 지속적인 유지관리가 이루어지지 않고 있다. 따라서 표지판이 노후 되어 쓰러지거나 사고, 기후 등으로 인한 훼손이 발생할 경우 방치되어 교통안전사고의 위험이 높아질 수 있다.

최근 IT 기술의 발달에 따라 정보화된 U-transportation 사회로 전환되고 있다. 따라서 교통 시설물간 네트워크를 통해 시설 설치 및 유지관리가 필요하다.

종래의 LED 조명식 도로 및 교통안전 표지판은 다음과 같이 AC를 DC로 변환하는 SMPS(AC/DC), LED어레이를 구동하기 위한 드라이버, LED광을 전달하는 도광판으로 구성된다. 이러한 종래기술에 따르면 LED어레이 또는 드라이버의 상태, 고장 원인 및 위치 등의 파악이 불가능하므로 정기적인 현장 점검을 통해서만이 유지, 보수가 가능하다는 문제가 있다. 교통 표지판이 단순 정보뿐 아니라 생명 안전과 관련되므로 신속한 수리가 요구된다.

다른 종래기술로는 전등 에너지의 사용 효율을 극대화 하기 위한 조명네트워크 기술이 있다. 다만, 조명네트워크 기술은 조명 네트워크의 에너지 효율성 제고에 중점을 두고 있어, 표지판의 신속한 유지보수와 교통안전관련 정보 제공이라는 측면에서는 다소 미흡한 점이 있다.

따라서, USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반의 인텔리전트 LED 도로 및 교통안전 표지판은 모든 도로에 설치되는 LED신호등뿐만 아니라 LED표지판 관리 및 운용에 적용 가능한 바, LED조명기술에 USN기술을 접목함으로써 도로 표지판을 신속하게 유지보수하고 교통안전 관련 정보를 제공할 수 있는 기술이 요구된다.

일실시예에 따르면 필요한 센서 및 액츄에이터를 내장한 인텔리전트 표지판 노드를 구현하여 네트워킹을 통해 관리 서버에서 원격 관리가 가능한 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템 및 인텔리전트 도로 교통표지판을 제공한다.

일실시예에 따르면 LED표지판 노드의 고장을 감지하기 위해 전류 감지 센서회로에 의한 방법과 전용 LED드라이버 IC에서 제공하는 신호를 사용하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템 및 인텔리전트 도로 교통표지판을 제공한다.

일실시예에 따르면 인텔리전트 노드를 도로 및 교통안전 표지가 설치되는 환경에 적합한 네트워크 기술로서, PLC(전력선통신), WMN(무선 메쉬 네트워크)를 지원하는 지그비 등을 사용하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템 및 인텔리전트 도로 교통표지판을 제공한다.

일실시예에 따르면 도로 교통표지판, 및 적어도 하나의 다른 노드와 연결되는 라우터를 포함하는 도로교통 표지판 노드, 상기 도로교통 표지판, 적어도 하나의 다른 노드와 연결되는 라우터, 및 백본 네트워크와 연결되는 게이트웨이를 포함하는 게이트웨이 노드 및 상기 도로교통 표지판으로부터 교통 관련 정보를 제공받고, 상기 도로 교통 표지판에 대해 기능 수행을 요청하는 관리센터를 포함하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

다른 일실시예에 따르면 상기 도로 교통표지판은, 교통 관련 정보를 표시하는 표시부, 상기 표시부에 광을 발생시키는 광원 발생기, 주변 환경 정보를 감지하는 적어도 하나의 센서, 표지판의 고장을 감지하는 진단부, 상기 라우터 및 상기 게이트웨이를 제어하는 네트워크 제어기 및 상기 광원 발생기, 상기 센서, 상기 진단부 및 상기 네트워크 제어기에 전력을 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 진단부는, 전류 감지 회로에 의해 이상 전류를 감지하여 상기 도로 교통표지판의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 진단부는, 광원 발생기로부터 제공되는 신호를 이용하여 상기 도로 교통표지판의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 진단부는, 주기적으로 상기 도로 교통표지판의 고장 여부를 진단하여 상기 네트워크 제어기를 통해 상기 관리센터에 보고하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 진단부는, 상기 관리센터에서 요청이 있는 경우 진단 기능을 수행하여 상기 관리센터로 보고하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 시스템은, 태양광 배터리로 동작되고 다른 노드와 연결되는 라우터 노드를 더 포함하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 백본 네트워크는, PLC(전력통신망), TCP/IP, WCDMA/LTE, WiFi(와이파이) 또는 WiBro(와이브로) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 라우터는, 지그비네트워크 또는 PLC망을 사용하여 적어도 하나의 다른 노드와 연결되는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 센서는, 도로의 파손 또는 훼손을 감지하는 기울기 센서, 공기 오염 또는 밝기를 감지하는 조도 센서, 기상정보를 측정하는 기상관측 센서, 상기 도로 교통표지판의 전력소비량을 측정하는 미터링 센서 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 전원공급부는, 적어도 하나의 도로 교통표지판에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 광원 발생기는, LED광원 및 LED드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 광원 발생기는, 상기 관리센터로부터 네트워크 제어기를 통해 수신 받은 사고 또는 공사에 대한 위험 정보를 알리는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 네트워크 제어기는, 교통안전정보를 차량에 장착된 무선통신단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템이 제공될 수 있다.

일실시예에 따르면 유비쿼터스 센서네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판은 교통 관련 정보를 표시하는 표시부, 상기 표시부에 광을 발생시키는 광원 발생기, 주변 환경 정보를 감지하는 적어도 하나의 센서, 표지판의 고장을 감지하는 진단부, 다른 노드와 연결되는 라우터, 백본 네트워크와 연결되는 게이트웨이, 상기 라우터 및 상기 게이트웨이를 제어하는 네트워크 제어기 및 상기 광원 발생기, 상기 센서, 상기 진단부 및 상기 네트워크 제어기에 전력을 공급하는 전원공급부를 포함할 수 있다.

다른 일실시예에 따르면 유비쿼터스 센서네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판에서 상기 센서는, 도로의 파손 또는 훼손을 감지하는 기울기 센서, 공기 오염 또는 밝기를 감지하는 조도 센서, 기상정보를 측정하는 기상관측 센서, 상기 도로 교통표지판의 전력소비량을 측정하는 미터링 센서 중 적어도 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 유비쿼터스 센서네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판에서 상기 백본 네트워크는, PLC(전력통신망), TCP/IP, WCDMA/LTE, WiFi(와이파이) 또는 WiBro(와이브로) 중 어느 하나이고, 상기 라우터는, 지그비네트워크 또는 PLC망을 사용하여 적어도 하나의 다른 노드와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 유비쿼터스 센서네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판에서 상기 진단부는, 전류 감지 회로 또는 광원 발생기로부터의 신호를 이용하여 상기 도로 교통표지판의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면 유비쿼터스 센서네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판에서 상기 광원 발생기는, LED광원 및 LED드라이버를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 방법은 진단 기능 수행 명령을 수신 받는 단계, 도로 교통표지판의 고장 여부를 진단하는 단계, 주변 환경 정보를 감지하고 수집하는 단계, 진단 결과 및 상기 주변 환경 정보를 다른 노드 또는 백본 네트워크를 통해 전달하는 단계 및 상기 주변 환경 정보에 따라 도로 교통표지판의 표시를 바꾸는 단계를 포함할 수 있다.

다른 일실시예에 따르면 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 방법에서 상기 진단 결과 및 상기 주변 환경 정보를 다른 노드 또는 백본 네트워크를 통해 전달하는 단계는, 지그비의 라우팅 알고리즘에 의해 최적화된 경로로 상기 진단 결과 및 상기 주변 환경 정보를 전달하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.

일실시예에 따른 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템에서, 자체 진단 기능을 갖는 LED표지판과 이들을 USN으로 연결하고 관리센터에서 이들의 상태를 파악하고 필요한 때 제어할 수 있다.

일실시예에 따른 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템에서, 종래의 국토해양부 도로표지종합관리센터에서는 지도상에 표지판의 설치 위치만을 표시하여 관리하고 있는데 반해, 표지판에 이상이 발생시 즉시 센터에 알림으로써 신속하게 보수할 수 있다.

일실시예에 따른 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템에서, 양방향 통신으로 관리자는 표지판의 상태를 변경하여 사고 혹은 도로공사 등의 정보도 표시할 수가 있다.

일실시예에 따른 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템에서, 표지판 주변에 설치한 조도센서를 이용하면 표지판 밝기를 적절한 값으로 조절할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판 노드의 구성을 개괄적으로 나타내고 있다.
도 2는 다른 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판 노드의 구성을 개괄적으로 나타내고 있다.
도 3은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판의 구성을 구체적으로 나타내고 있다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판의 구성을 구체적으로 나타내고 있다.
도 5는 일실시예에 따른 전류감지 센서 증폭기 IC의 회로도를 나타내고 있다.
도 6은 일실시예에 따른 LED전용 드라이버 IC의 구성을 나타내고 있다.
도 7은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판 노드, 게이트웨이 노드, 백본 네트워크 및 관리센터의 관계를 개괄적으로 나타내고 있다.
도 8은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통정보 제공 시스템의 정보 전달 경로를 나타내는 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 연결성 보장을 위해 태양광 배터리로 동작하는 노드를 나타내고 있다.
도 10은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판에 의한 도로공사 또는 교통사고 정보 알림을 나타내고 있다.
도 11은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판의 고장 여부를 양방향으로 알리는 순서를 개략적으로 나타내고 있다.
도 12는 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통정보 제공 시스템의 네트워크 구성 개념도를 나타내고 있다.

이하 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 각 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판 노드의 구성을 개괄적으로 나타내고 있다. 인텔리전트 도로 교통표지판은 쏠라셀(110), 표지판(120), 보조 제어기(130), 주 제어기(140) 및 전원공급부(150)로 구성될 수 있다.

여기서 인텔리전트 도로 교통 표지판 노드는 상술한 인텔리전트 도로 교통표지판이 라우터 기능을 가지는 것으로서 다른 노드 또는 다른 인텔리전트 도로 교통표지판 노드와 무선 또는 유선으로 연결되어 네트워크를 형성하거나, 게이트웨이 기능을 가지는 것으로서 백본 네트워크를 통해 관리센터와 연결될 수 있다.

쏠라셀(110)은 전원공급부(150)에 연결되어, 낮 시간 동안 태양 에너지를 보조 에너지로서 활용할 수 있게 한다. 또한, 도로 교통 표지판의 전력을 공급하고 나서 남는 에너지는 배터리에 충전될 수 있다.

표지판(120)은 교통 정보를 나타내는 것으로서, 표시부와 광원 발생기로 구성될 수 있다. 구체적으로 표시부에는 제한속도, 도로 정보 등의 교통 정보가 표시될 수 있고, 광원 발생기는 표시부에 도광하여 교통 정보의 판독성을 극대화할 수 있는 장치로서 LED가 사용될 수 있다.

보조 제어기(130)는 인텔리전트 도로 교통 표지판이 복수의 표지판(120)으로 구성되는 경우, 주 제어기(140)로 제어되는 표지판 이외의 나머지 표지판을 제어하기 위한 장치일 수 있다. 여기서 보조 제어기(130)는 자식 노드일 수 있다.

주 제어기(140)는 도로 교통 표지판의 표지판(120)의 광원 발생기 등을 제어할 수 있으며 자식 노드를 가지는 도로 교통 표지판 노드일 수 있다.

전원공급부(150)는 도로 교통표지판에 전력을 공급하는 장치로서, 전력을 쏠라셀(110)로부터 공급받거나 별도의 전력 케이블을 통해 유선으로 공급받을 수 있다. 또한, 절전 등의 유사시를 대비하여 전력을 충전하는 배터리를 포함할 수 있다.

도 2는 다른 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판 노드의 구성을 개괄적으로 나타내고 있다.

하나의 지지대에 여러 개의 표지판(210)이 설치되는 경우의 네트워크 구성을 설명한다. 각 표지판 중 하나는 주 제어기(230)로서 로컬 네트워크에 연결되는 노드 역할을 하며 도 2의 자식을 갖는 라우터에 해당할 수 있다. 이 노드에 자식 노드인 보조 제어기(220)가 RS485와 같은 일반 데이터 케이블 및 DC전원(240)과 함께 연결될 수 있다.

도 3은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판의 구성을 구체적으로 나타내고 있다.

전원공급부(350)는 태양/풍력 에너지(351) 발전부 및 배터리(353)로부터 공급받은 전력을 분배하는 전력분배기(352)로 구성될 수 있다. 전력분배기(352)는 LED드라이버(313) 및 SMPS(AC/DC)(316)으로 전력을 공급할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 직접 네트워크 제어기(315), 진단부(314), LED광원(312)로 전력을 공급할 수도 있다.

주 제어기(310)는 광 가이드 패널(311), LED광원(312), LED드라이버(313), 진단부(314), 네트워크 제어기(315) 및 SMPS(AC/DC)(316)으로 구성될 수 있다.

여기서 광 가이드 패널(311)은 표시부로서 LED광원(312)으로부터 도광되어 교통정보의 판독성을 극대화할 수 있다. LED광원(312)은 LED드라이버(313)로부터 제어를 받으며, 진단부(314)가 고장 여부를 판단할 수 있다.

네트워크 제어기(315)는 무선 또는 유선으로 메쉬 네트워크에 연결될 수 있으며 경우에 따라서는 백본 네트워크에 연결되는 게이트웨이를 제어할 수도 있으며, 관리센터로부터 사고 또는 공사에 대한 위험 정보를 수신 받거나, 교통안전정보를 차량에 장착된 무선통신 단말기로 송신할 수 있다. 여기서, 무선통신 단말기를 OBU, 하이패스 단말기, ETCS 등이 포함될 수 있다.

보조 제어기(320)는 광 가이드 패널(321), LED광원(322), LED드라이버(323) 및 진단부(324)로 구성될 수 있으며 주 제어기(310)의 각 구성요소와 동일하게 작동한다. 다만, LED드라이버(323)는 주 제어기의 LED드라이버(313), 진단부(324)는 주 제어기의 네트워크 제어기(315)로 직접 연결될 수 있다.

도 4는 다른 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판의 구성을 구체적으로 나타내고 있다.

주 제어기(410)에서 광 가이드 패널(411), LED광원(412), 네트워크 제어기(415), SMPS(AC/DC)(416)는 상술한 바와 같고, 전원공급부로서 AC전원(450)이 공급될 수 있는바 나머지 구성에 대해 다음과 같이 보다 상세히 설명한다.

종래의 LED표지판과 같이 필요한 센서 및 엑츄에이터를 내장한 인텔리전트 표지판 노드를 구현하며 네트워킹을 통해 관리 서버에서 원격 관리가 가능하도록 하는 것이다. 표지판의 인텔리전트 기능 구현을 위해 필요한 센서 및 액츄에이터를 열거하면 다음과 같다. LED드라이버(413)에 특정 디밍 레벨에 상응하는 전압 혹은 전류를 탐지하여 정상상태를 판단하는 진단부(413)와 드라이버와 독립적인 센서(414)로서 조도센서(표지판 오염정도 파악, 주변조도에 따른 표지판 밝기 자동 조절), 미터링(소비전력 측정 및 LED동작 상태를 분석), 기울기 센서(표지판의 파손 및 훼손 상태를 감지), 기상센서(온습도계, 풍향, CO2, 자외선, 먼지농도) 및 기타 주변 환경 정보를 감지하는 모든 센서가 내장될 수 있다. LED광원을 구동하는 액츄에이터는 일반 LED조명과 동일한 단순 ON/OFF, 디밍, 컬러제어 등이 있을 수 있다. 여기서 LED광원은 여러 개의 LED가 일정하게 나열되어 배치된 LED어레이일 수 있다. 일실시예에 따르면 액츄에이터는 상술한 조도센서가 감지한 조도에 따라 인텔리전트 도로 교통표지판의 표시부의 밝기를 조절할 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 전류감지 센서 증폭기 IC의 회로도를 나타내고 있다.

LED표지판 노드의 고장을 감지하기 위해 전류 감지 센서회로에 의한 방법과 전용 LED드라이버 IC에서 제공하는 신호를 사용할 수 있다. 도 5는 부하 전류를 감지하여 표지판 고장을 판단하는 회로이다. 부하 전류를 감지하기 위해 부하전원 공급 라인에 직렬로 가능한 작은 값의 부하 전류 감지용 정밀 저항(510)을 연결할 수 있다. LED디밍 등으로 인해 발생하는 부하 전류의 변화에 비례하여 전류 감지용 정밀 저항(510) 양단에 전압차가 발생할 수 있다. 증폭기(520)는 입력 전압에 비례하여 출력 전류가 발생시킬 수 있다. 증폭기(520) 출력에 정밀 저항(530)을 연결하고 이 값을 네트워크 제어기(515)의 ADC(Analog to Digital) 핀으로 읽어 들일 수 있다. 이렇게 감지된 전류값이 네트워크 제어기(515)가 발생하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 맞는 값인가를 판단하여 부하인 LED광원(512) 및 LED드라이버(513)의 고장을 감지할 수 있다.

도로 및 교통안전 표지판은 전력을 절약하기 위해 주간에는 불필요하게 운영하지 않는 것이 효율적이다. 하지만, 네트워크 제어기(515)는 유비쿼터스 서비스 또는 도로 및 교통안전 표지판의 운영자의 요구에 맞게 즉각 응답하여야 하므로 항상 통신이 가능한 상태를 유지하는 것이 효과적이라 할 수 있다. LED드라이버(513)는 LED가 완전 OFF된 상태라도 수십에서 수백 mW의 전력을 소비하므로 주간의 대기 상태(LED OFF)일 때는 네트워크 제어기(515)만 충전 가능한 배터리로 전원을 공급하고 LED드라이버에 공급되는 전원은 릴레이(540)를 사용하여 차단할 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 LED전용 드라이버(613) IC의 구성을 나타내고 있다. 구체적으로는 LED드라이버 상용 IC에서 제공하는 고장 감지신호를 이용하는 것일 수 있다.

LED드라이버(613) IC는 정전류 방식으로 외부에 정전류 설정용 저항(666)를 사용하여 전류값을 설정할 수 있다. 이렇게 설정된 전류값은 부하인 LED광원(612)에 항상 일정하게 공급될 수 있다. 여기서 LED광원(612)은 구체적으로 여러 개의 4x1의 배열로 된 LED어레이(640)로 구성될 수 있다.

하지만, LED광원(612)의 고장으로 인해 부하가 변화가 있는 경우 정전류 드라이버(662)의 출력은 설정 값과 다르게 되고 이 경우 LED고장 감지기(663)에서 이를 감지 할 수 있다. LED드라이버(613) IC는 네트워크 제어기(615)에서 전송하는 명령어에 따라 데이터 전송모드와 고장 감지 모드로 동작할 수 있다. LED드라이버(613) IC는 여러 개의 채널로 구성되며, 데이터 전송모드에서는 시프트 레지스터(665)를 통해서 각 채널의 PWM 발생기(664)에 데이터를 전송하게 되고, 고장 감지 모드에서는 LED고장 감지기(663)로부터 감지된 데이터가 시프트 레지스터(665)의 출력 핀을 통해 읽혀질 수 있다. 네트워크 제어기(615)에서 이 값을 읽어 고장 난 채널을 판단할 수 있다.

도 7은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판 노드(701), 게이트웨이 노드(704), 백본 네트워크(760) 및 관리센터(750)의 관계를 개괄적으로 나타내고 있다.

인텔리전트 도로 교통표지판 노드는 도로 및 교통안전 표지가 설치되는 환경에 적합한 네트워크 기술로 연결될 수 있다. 유선으로는 전력선을 이용하는 PLC(706), 무선으로는 메쉬 네트워크 WMN을 지원하는 지그비(705), 혹은 이 두 가지를 복합한 네트워크 기술이 사용될 수가 있다. 또한 기타 유선(707) 기술이 사용될 수도 있다.

일실시예에 따르면 로컬 네트워크(710)는 WMN을 지원하는 지그비네트워크를 사용하여 구성될 수 있다. 다른 일실시예에 따르면 로컬 네트워크(720)는 하나의 지그비 노드에 의해 RS485와 같은 유선 네트워크로 연결되는 여러 개의 표지판을 관리할 수 있다. 또 다른 일실시예에 따른 로컬 네트워크(730)는 유선 네트워크로서 PLC 망을 사용할 수 있다. 또 다른 일실시예에 따른 로컬 네트워크(740)는 하나의 PLC 노드에 의해 RS485와 같은 유선 네트워크로 연결되는 여러 개의 표지판을 관리할 수 있다.

로컬 네트워크 중 하나의 노드(704)는 외부 백본 네트워크(760)에 연결하기 위해 게이트웨이 역할을 수행할 수 있다. 사용될 수 있는 백본 네트워크(760)는 유선으로 TCP/IP 혹은 PLC, 이동통신망으로 WCDMA 혹은 LTE, WiFi 혹은 WiBro 망이 될 수 있다. 모든 로컬 네트워크는 백본 네트워크(760)를 통해 관리 센터(750)로 연결될 수 있다.

여기서, 네모 기호는 라우팅 기능이 있는 노드로서 지그비 라우터 디바이스를 구비하는 도로 교통표지판 노드(701)를 나타낸다. 세모 기호는 지그비 라우터의 자식 노드(702)로 WMN에 연결되기 위해서는 라우터에 유선으로 연결되어야 한다. 이를 네모 안의 세모기호로서 자식을 갖는 라우터(703)로 나타낼 수 있다. 원형 기호는 백본 네트워크(760)에 접속되는 게이트웨이 노드(704)를 나타내며 지그비 WMN네트워크를 백본 네트워크(760)에 연결하기 위한 기호는 원형기호 안의 네모기호로 표시하였다.

WMN구성에 있어서, 표지판 노드들의 네트워크 형성, 가입/재가입, 탈퇴가 자동적으로 수행될 필요가 있는데 이는 지그비 규격에서 정의된 바에 따라 동작될 수 있다.

도 8은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통정보 제공 시스템의 정보 전달 경로를 나타내는 도면이다.

대표적인 무선 WMN으로 지그비가 있다. 지그비는 USN의 de facto 규격으로 센서 및/혹은 액츄에터로 구성되는 노드의 메쉬 네트워크 연결에 사용될 수 있다. 도 8은 표지판 노드를 WMN으로 연결하는 구성 예를 나타낼 수 있다. 다만, 이는 무선 메쉬 네트워크 구성으로 한정되지 않고, 유선 PLC 망으로 구성된 네트워크에 의해서도 구현될 수 있다.

일실시예에 따르면 통신경로는 노드에서 센터로 정보를 전달하는 역방향과 센터에서 노드로 정보를 전달하는 순방향이 있을 수 있다. 역방향의 경우에서 노드(816)는 주기적인 상태보고 혹은 알람 등의 이벤트가 발생하면 부모 노드(815)에 전달하고 WMN을 통해 게이트웨이(811)로 다시 전달한다. 이 경우 노드(815)에서 게이트웨이(혹은 씽크) 노드(811)로 전달하는 경로는 지그비의 라우팅 알고리즘에 의해 최적으로 결정된다. 이 경우에는 노드(816)로부터 노드(815), 노드(813), 노드(812)를 통해 노드(811)까지의 경로를 거처 전달됨을 나타내며 3-hop(홉)이 소요된다. 정보를 수집한 게이트웨이 노드는 백본 네트워크(860)를 통해 관리센터(850)로 최종 전달되어 정보를 처리하거나 수록한다. 표지판 노드의 상태를 파악할 필요가 있거나 상태를 변경하고자 하는 경우에는 순방향 정보전달이 노드(821)로부터 노드(824), 노드(823), 노드(826)까지로 이루어 지며 이 경우는 2-홉이 소요된다. WMN의 순방향과 역방향의 전달 경로는 대칭 라우팅 알고리즘을 사용하면 동일하나 비대칭 라우팅 알고리즘을 사용하면 전파채널 특성의 비동일성으로 아래의 도면과 같이 역방향과 순방향의 경로가 다를 수도 있다.

도 9는 일실시예에 따른 연결성 보장을 위해 태양광 배터리로 동작하는 노드(930)를 나타내고 있다.

도 9와 같이 설치할 표지판 노드의 거리가 노드의 동작반경을 초과할 경우(910, 920)에는 WMN구성이 되지 않으므로 중간에 하나 이상의 라우팅 기능만을 갖는 노드(930)를 설치할 수 있다. 이 경우 LED표지판이 없는 노드를 위해 전원 케이블을 별도로 인출하는 것은 비경제적이므로 태양광을 이용한 배터리를 사용할 수 있다.

또한 이러한 방식에 의해서 노드의 동작반경이 300m 내외라고 가정하면 최대 30-홉핑까지 지원할 수 있는 지그비 스택을 사용하면 반경 9km까지 네트워크를 확장할 수 있다. 1-홉핑이 정보 전달에 10ms 소요된다고 가정하면 30-홉핑에 소요되는 지연시간은 300ms가 되나 이러한 지연시간은 본 응용에서 문제가 되지 않는다. 홉핑이 증가되면 패킷 오류확률도 증가되나 MAC 혹은 응용계층에서 재전송시도를 하면 극복될 수 있다.

도 10은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판에 의한 도로공사 또는 교통사고 정보 알림을 나타내고 있다.

구체적인 예로서, 양방향 통신이 가능한 LED표지판을 원격관리 센터에서 운영하는 경우에 도로공사 혹은 교통사고 정보 등을 도로 표지판(1010)의 방향 지시선의 색을 빨간색으로 변경하여 제공할 수 있다. 또한 어떠한 이유로 도로의 운행시 주의가 필요한 경우에는 최고 속도제한과 같은 교통안전 표지판(1020)을 깜빡 거리는 방법으로 알릴 수 있다.

도 11은 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판의 고장 여부를 양방향으로 알리는 순서를 개략적으로 나타내고 있다.

순방향 정보 전달에 따라 표지판 노드가 고장을 감지하거나 주기적으로 보고하는 경우(1110), 표지판 네트워크(1120)는 게이트웨이(1130)를 통해서 관리 서버(1140)에 고장 여부를 전달할 수 있다.

반대로 역방향 정보 전달에 따라 관리 서버가 명령하는 경우(1150), 게이트웨이(1160)를 통해 표지판 네트워크(1170)으로 명령이 전달되고, 표지판 네트워크에서 명령을 수신한 노드는 명령에 따라 처리(1180)할 수 있다. 여기서 명령은 자체 진단 기능을 수행하라는 것 외에도, 기상관측 센서에 의해 기상정보를 측정, 도로 교통표지판의 전력소비량을 측정, 공기 오염 또는 밝기를 측정, 도로의 파손 또는 훼손 여부를 판단하기 위해 기울기를 측정 또는 기타 도로 표지판의 장치를 이용하는 모든 명령이 포함될 수 있다. 또한 관리센터는 사고 또는 공사에 대한 위험 정보를 알리는 명령을 내릴 수 있다.

도 12는 일실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통정보 제공 시스템의 네트워크 구성 개념도를 나타내고 있다.

α반경(1210) 내는 유비쿼터스 센서 네트워크로 운영되고, α반경 외곽(1220)에 게이트웨이를 설치하며, 게이트웨이의 상위 통신 프로토콜은 Wibro, Wi-Fi, WCDMA 등 기 설치된 통신 인프라를 사용할 수 있다.

310: 주 제어기
311: 광 가이드 패널
312: LED광원
313: LED드라이버
314: 진단부
315: 네트워크 제어기
316: SMPS(AC/DC)
320: 보조 제어기
321: 광 가이드 패널
322: LED광원
323: LED드라이버
324: 진단부
350: 전원공급부
351: 태양/풍력에너지
352: 전력분배기
353: 배터리

Claims

도로 교통표지판, 및 적어도 하나의 다른 노드와 연결되는 라우터를 포함하는 도로교통 표지판 노드;
상기 도로교통 표지판, 상기 라우터, 및 백본 네트워크와 연결되는 게이트웨이를 포함하는 게이트웨이 노드; 및
상기 도로교통 표지판으로부터 교통 관련 정보를 제공받고, 상기 도로 교통 표지판에 대해 기능 수행을 요청하는 관리센터
를 포함하고,
상기 도로 교통표지판은, 교통 관련 정보를 표시하는 표시부;
상기 표시부에 광을 발생시키는 LED광원 및 및 상기 LED광원을 구동하는 LED드라이버를 포함하는 광원 발생기;
주변 환경 정보를 감지하는 적어도 하나의 센서;
표지판의 고장을 감지하는 진단부;
상기 라우터 및 상기 게이트웨이를 제어하는 네트워크 제어기; 및
상기 광원 발생기, 상기 센서, 상기 진단부 및 상기 네트워크 제어기에 전력을 공급하는 전원 공급부를 포함하고,
상기 LED 드라이버는
정전류 설정용 저항을 이용하여 일정한 전류를 생성하는 정전류 제어기;
상기 정전류 제어기에 의해 생성된 전류를 상기 LED광원에 공급하는 정전류 드라이버;
상기 정전류 드라이버의 출력이 설정된 값과 달라지는 것을 감지하는 LED고장 감지기;
시프트 레지스터; 및
PWM 발생기
를 포함하며,
상기 LED 드라이버는 데이터 전송 모드 및 고장 감지 모드 중 어느 하나에서 동작하고, 상기 데이터 전송 모드에서 상기 시프트 레지스터를 통하여 상기 LED 광원을 위한 데이터가 상기 PWM 발생기로 전송되고, 상기 고장 감지 모드에서 상기 LED고장 감지기로부터 감지된 데이터가 상기 시프트 레지스터를 통하여 상기 네트워크 제어기로 제공되는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 진단부는,
상기 관리센터에서 요청이 있는 경우 진단 기능을 수행하여 상기 관리센터로 보고하는 것
을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 시스템은,
태양광 배터리로 동작되고 다른 노드와 연결되는 라우터 노드
를 더 포함하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 백본 네트워크는,
PLC(전력통신망), TCP/IP, WCDMA/LTE, WiFi(와이파이) 또는 WiBro(와이브로) 중 어느 하나인 것
을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 라우터는,
지그비네트워크 또는 PLC망을 사용하여 적어도 하나의 다른 노드와 연결되는 것
을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 센서는,
도로의 파손 또는 훼손을 감지하는 기울기 센서, 밝기를 감지하는 조도 센서, 기상정보를 측정하는 기상관측 센서, 상기 도로 교통표지판의 전력소비량을 측정하는 미터링 센서 중 적어도 하나인 것
을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
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제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 광원 발생기는,
상기 관리센터로부터 네트워크 제어기를 통해 수신 받은 사고 또는 공사에 대한 위험 정보를 알리는 것
을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 네트워크 제어기는,
교통안전정보를 차량에 장착된 무선통신단말기로 송신하는 것
을 특징으로 하는 유비쿼터스 도로 교통정보 제공 시스템.
교통 관련 정보를 표시하는 표시부;
상기 표시부에 광을 발생시키는 LED광원 및 및 상기 LED광원을 구동하는 LED드라이버를 포함하는 광원 발생기;
주변 환경 정보를 감지하는 적어도 하나의 센서;
표지판의 고장을 감지하는 진단부;
다른 노드와 연결되는 라우터;
백본 네트워크와 연결되는 게이트웨이;
상기 라우터 및 상기 게이트웨이를 제어하는 네트워크 제어기; 및
상기 광원 발생기, 상기 센서, 상기 진단부 및 상기 네트워크 제어기에 전력을 공급하는 전원 공급부를 포함하고,
상기 LED 드라이버는
정전류 설정용 저항을 이용하여 일정한 전류를 생성하는 정전류 제어기;
상기 정전류 제어기에 의해 생성된 전류를 상기 LED광원에 공급하는 정전류 드라이버;
상기 정전류 드라이버의 출력이 설정된 값과 달라지는 것을 감지하는 LED고장 감지기;
시프트 레지스터; 및
PWM 발생기
를 포함하며,
상기 LED 드라이버는 데이터 전송 모드 및 고장 감지 모드 중 어느 하나에서 동작하고, 상기 데이터 전송 모드에서 상기 시프트 레지스터를 통하여 상기 LED 광원을 위한 데이터가 상기 PWM 발생기로 전송되고, 상기 고장 감지 모드에서 상기 LED고장 감지기로부터 감지된 데이터가 상기 시프트 레지스터를 통하여 상기 네트워크 제어기로 제공되는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판.
제15항에 있어서,
상기 센서는,
도로의 파손 또는 훼손을 감지하는 기울기 센서, 밝기를 감지하는 조도 센서, 기상정보를 측정하는 기상관측 센서, 도로 교통표지판의 전력소비량을 측정하는 미터링 센서 중 적어도 하나인 것
을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반의 인텔리전트 도로 교통표지판.
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