KR101396113B1 - 혼합링 구조의 센서 네트워크 구현 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

혼합링 구조의 센서 네트워크 구현 방법 및 장치 가 개시되어 있다. 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 센서의 데이터 송신 및 수신 방법은 서버에서 센서의 식별자를 설정하는 단계, 센서에서 센서의 식별자를 포함하는 센싱 데이터를 제1 센서 연결 허브로 전송하는 단계, 제1 센서 연결 허브에서 L4 스위치로 센싱 데이터를 전송하는 단계, L4 스위치에서 서버로 센싱 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

혼합링 구조의 센서 네트워크 구현 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPLEMETING SENSOR NETWORK BY HYBRID RING TOPOLOGY}

본 발명은 센싱 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센서의 구현 방법에 관한 것이다.

센서 네트워크는 유비쿼터스(ubiquitous) 컴퓨팅 구현을 위한 기반 네트워크로 초경량, 저전력의 많은 센서들로 구성된 네트워크이다. 센서 네트워크는 특히 네트워크를 구성하는 센서의 수가 매우 많고 각 센서 노드들은 제한된 전력과 컴퓨팅 능력을 가지며, 빈번한 센서 노드들의 삽입과 제거에 의해 센서 네트워크의 토폴로지가 쉽게 변화될 수 있다는 특성을 갖는다. 이러한 센서 네트워크는 센서를 통한 정보 감지 및 감지된 정보를 처리하는 기능을 수행함으로써 우리의 삶을 자동화시키고 편리함을 제공하지만 일상 생활의 시스템에의 의존도가 높아질수록 이로 인한 위험성 또한 높아질 수 밖에 없다.

센서 네트워크는 초소형의 센서 노드들을 이용하여 지역적인 네트워크를 구축한 후 그 지역의 다양한 정보들을 서버로 전달할 수 있다. 이러한 센서 네트워크는, 예를 들어, 일반적으로 사람이 직접 관찰하기 어려운 지역인 하천이나 전쟁 지역 혹은 지진 발생과 같은 재난 지역 등에 구축될 수 있다. 이러한 지역에 설치된 센서 노드들은 서버로부터의 거리가 매우 멀고 따라서 광케이블 매설 등 많은 공사비가 발생하게 된다. 이를 절감하기 위하여 링 구조의 센서 네트워크 토플로지를 선택하게 되는데 이 경우 케이블 단선에 의해 토플로지 붕괴 현상이 나타난다. 그래서 높은 보안성을 위하여 서로 반대 방향의 이중 링 구조를 설치 하는 것이 일반적 구조이나 이를 매우 높은 공사비와 설치의 어려움 그리고 센서의 고성능을 요구하게 된다.

네트워크의 유지 및 보수를 위한 비용이 많이 발생할 수 있다. 또한 센서 네트워크를 구성함에 있어서 네트워크를 통해 센싱된 데이터가 서버로 정상적으로 전송되도록 센서와 서버 사이의 네트워크를 형성하는 방법이 중요하게 고려될 수 있다.

본 발명의 제1 목적은 혼합 링 구조의 센서 설치 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 혼합 링 구조의 센서 설치 방법을 구현하는 장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 센서의 데이터 송신 및 수신 방법은 서버에서 상기 센서의 식별자를 설정하는 단계, 상기 센서에서 상기 센서의 식별자를 포함하는 센싱 데이터를 제1 센서 연결 허브로 전송하는 단계, 상기 제1 센서 연결 허브에서 L4 스위치로 상기 센싱 데이터를 전송하는 단계, 상기 L4 스위치에서 상기 서버로 상기 센싱 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 제1 센서 연결 허브는 제2 센서 연결 허브와 연결되고, 상기 제2 센서 연결 허브는 상기 L4 스위치와 연결되고, 상기 L4 스위치는 복수의 포트를 포함하고, 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하는 경우, 상기 복수의 포트 중 하나의 포트를 오픈하여 상기 혼합 링 구조의 센서 네트워크를 스타형 구조의 센서 네트워크로 전환할 수 있다. 상기 L4 스위치는 상기 복수의 포트에 연결된 센서 연결 허브의 식별자 개수를 기반으로 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 서버에서 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있되, 상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 센서를 제외한 다른 센서와 동일한 시점에 상기 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정될 수 있다. 상기 서버에서 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있되, 상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 그룹을 설정하는 정보이고, 상기 서버에서 수신한 상기 센싱 데이터에 액티브 신호가 포함된 경우, 상기 서버가 상기 센서와 동일한 센서의 그룹에 포함되는 다른 센서의 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환하는 신호를 전송하는 단계를 더 포함하 수 있되, 상기 액티브 신호는 상기 서버가 상기 센서의 그룹의 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환시킬 것을 요청하는 신호이고, 상기 센서의 그룹은 상기 액티브 모드로 전환하는 신호에 기반하여 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환하는 센서의 집합일 수 있다. 상기 센서에서 상기 서버로 웨이크업 주기 정보를 전송하는 단계와 상기 서버에서 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있되, 상기 웨이크업 주기 정보는 상기 센서가 액티브 모드로 전환되는 주기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 상기 서버에서 다른 센서로 센서 설정 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있되, 상기 센서 설정 정보는 상기 다른 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 다른 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서와 동일한 시점에 상기 다른 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정될 수 있다.

상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 혼합 링 구조의 센서 네트워크는 센서의 식별자를 포함하는 센싱 데이터를 생성하는 센서, 상기 센싱 데이터를 수신하여 L4 스위치로 전송하는 제1 센서 연결 허브, 상기 제1 센서 연결 허브로부터 수신한 데이터를 서버로 전송하는 상기 L4 스위치, 상기 센서의 식별자를 설정하고 상기 L4 스위치를 통해 상기 센싱 데이터를 수신하는 서버를 포함할 수 있되, 상기 제1 센서 연결 허브는 제2 센서 연결 허브와 연결되고, 상기 제2 센서 연결 허브는 상기 L4 스위치와 연결되고, 상기 L4 스위치는 복수의 포트를 포함하고, 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하는 경우, 상기 복수의 포트 중 하나의 포트를 오픈하여 상기 혼합 링 구조의 센서 네트워크를 스타형 구조의 센서 네트워크로 전환할 수 있다. 상기 L4 스위치는 상기 복수의 포트에 연결된 센서 연결 허브의 식별자 개수를 기반으로 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 서버는 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하도록 구현될 수 있고, 상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 센서를 제외한 다른 센서와 동일한 시점에 상기 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정될 수 있다. 상기 서버는 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하고 수신한 상기 센싱 데이터에 액티브 신호가 포함된 경우, 상기 센서와 동일한 센서의 그룹에 포함되는 다른 센서의 동작 모드를 액티브 모드로 전환하는 신호를 전송하도록 구현될 수 있고, 상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 그룹을 설정하는 정보이고, 상기 액티브 신호는 상기 서버가 상기 센서의 그룹의 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환시킬 것을 요청하는 신호이고, 상기 센서의 그룹은 상기 액티브 모드로 전환하는 신호에 기반하여 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환하는 센서의 집합일 수 있다. 상기 센서는 상기 서버로 웨이크업 주기 정보를 전송하도록 구현되고,상기 서버는 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서로 데이터를 전송하도록 구혀될 수 있되, 상기 웨이크업 주기 정보는 상기 센서가 액티브 모드로 전환되는 주기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 상기 서버에서 다른 센서로 센서 설정 정보를 전송하도록 구현될 수 있되, 상기 센서 설정 정보는 상기 다른 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 다른 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고, 상기 동작 모드 주기는 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서와 동일한 시점에 상기 다른 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 혼합링 구조의 센서 네트워크 구현 방법 및 장치에 따르면, 센서 네트워크에 포함되는 각 센서는 하나의 이더넷 포트만 있으면 되기 때문에 다른 센서와의 조합 및 혹은 단독으로 사용이 가능하다. 또한, 만일 센서를 이용한 감시 시스템에 센서를 추가 할 경우 단순히 인접 허브에 센서를 연결하는 것으로 센서의 설치가 완료 되며, 이를 통하여 설치 비용을 대폭 절감하는 효과가 있다. 또한, 센서와 허브 사이에 단선이 될 경우 이를 중앙 관제소에서 센서의 IP(internet protocol)주소를 확인 하여 즉시 알람을 발생할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서 네트워크를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 형의 센서 네트워크를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 L4 스위치와 허브의 구체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 서버의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 5 및 도 6은 센서와 마스터 서버의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서 연결 허브를 선택적으로 활성화 시켜 센서 네트워크를 구현하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서버와 센서의 동작 방법을 나타낸 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

종래의 센서 네트워크 구현 방법은 센서 본연의 역할뿐만 아니라 통신 전달자로서의 역할도 수행해야 했다. 따라서 센서와 마스터간의 통신을 이루기 위한 통신 채널과 옆 센서와의 통신을 위한 채널 등 센서에 최소 2개의 통신 채널이 필요하며, 모두 전방향 통신을 제공하기 위해 최소 4 포트가 필요한 구조를 가지고 있다. 또한 전체 센서 시스템의 안정된 통신을 위하여 2중링 형태로 통신망을 구축하게 되는데 이 경우 감시 영역이 넓을 경우, 예를 들어 공항이나 항만 등과 같이 대규모 시설의 보안을 위해 설치 할 경우, 수십 km 이르는 케이블이 필요하며 따라서 높은 공사비가 요구된다.

이렇게 2중링 형태로 센서를 구성하는 이유로는 센서를 이용한 감시 시스템은 365일 24시간 서비스를 제공해야 하며 만일의 단선(센서와 센서를 연결하는 선의 절단)이 되었을 경우 링의 방향을 바꾸어 통신이 가능하도록 하기 위함이다. 즉 센서를 이용한 감시 시스템 구축에서 연속 서비스를 하기 위한 방법으로 2중링을 구성하고 있으나, 이는 앞서 서술한 것과 같이 높은 공사비용 및 유지보수비가 높은 문제가 있다. 또한 기존의 센서 네트워크에서는 센서간의 거리가 멀어지면 신호의 감쇠를 막기 위하여 리피터등이 추가로 설치 되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 허브를 기반으로 한 단일링 구성을 통해 효과적으로 센서를 이용한 감시 시스템 구축을 하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서 네트워크를 나타낸 개념도이다.

도 1을 참조하면, 스타(STAR) 형으로 센서 네트워크를 구현할 수 있다. 스타 형의 센서 네트워크는 하나의 마스터 서버 및 통합 허브, 센서 연결 허브, 센서를 포함할 수 있다.

개별 센서(100)는 복수의 센서를 연결하는 센서 연결 허브(120)를 통해 센싱된 데이터를 마스터 서버(160)로 전송하고 마스터 서버(160)에서는 통합 허브(140)를 통해 센서(100)가 전송한 데이터를 수신할 수 있다. 허브는 물리 계층의 신호를 전달하는 장비로서 허브의 포트에 전기 신호가 도착하면 신호가 들어온 포트를 제외한 모든 포트에 신호를 전달할 수 있는 장비이다.

센서 연결 허브(120)는 통합 허브(140)와 센서(100)를 연결하기 위해 구현될 수 있다. 센서 연결 허브(120)에는 적어도 하나의 센서가 연결될 수 있고, 통합 허브(140)로 센서(100)에서 센싱된 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 통합 허브(140)를 통해 전송되는 마스터 서버(160)의 신호를 각 센서로 전송할 수 있다.

통합 허브(140)는 마스터 서버(160)와 센서 연결 허브(120)를 연결하는 허브일 수 있다. 통합 허브(140)는 복수의 센서 연결 허브(120)와 연결되어 각 센서 연결 허브(120)에서 전송되는 데이터를 수신하여 이를 마스터 서버(160)로 전송할 수 있다. 또한, 통합 허브(140)는 마스터 서버(160)가 생성하여 센서(100)로 전송하는 신호가 존재하는 경우, 센서 연결 허브(120)로 해당 신호를 전송할 수 있다.

마스터 서버(160)는 통합 허브(140)와 연결되어 통합 허브(140)를 통해 센서(100)가 센싱한 신호를 수신할 수 있다. 또한 통합 허브(140)를 통해 센서(100)로 생성된 신호를 전송할 수 있다. 마스터 서버(160)는 센서(100)로부터 전송되는 센싱 신호를 수신하여 이를 프로세싱할 수 있다.

도 1을 참조하면, 센서(100)는 기존의 센서 네트워크와 다르게 하나의 포트만을 사용하여 구성되기 때문에 기존의 센서 네트워크보다 상대적으로 간단한 구조로 구현될 수 있다. 또한 각 센서(100)는 하나의 이더넷 포트만 있으면 되기에 센서의 개발이 쉽고 센서(100)의 원가를 절감 하는 효과가 있다. 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 센서(100)는 하나의 포트를 기반으로 동작을 수행할 수 있으므로 기존의 센서에 구현된 포트의 개수보다 포트의 개수를 줄여서 구현할 수 있다. 또한, 각 센서(100)는 하나의 이더넷 포트만 있으면 되기 때문에 다른 센서와의 조합하거나 단독으로 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 링형의 센서 네트워크를 나타낸 개념도이다.

도 2를 참조하면, 하이브리드 링(hybrid ring) 형으로 센서 네트워크를 구현할 수 있다. 하이브리드 링 형의 센서 네트워크는 하나의 마스터 서버(260) 및 L4 스위치(240), 센서 연결 허브(220), 센서(240)를 포함할 수 있다.

개별 센서(200)는 복수의 센서를 연결하는 센서 연결 허브(220)를 통해 센싱된 데이터를 전송하고 마스터 서버(260)에서 전송된 데이터를 수신할 수 있다.

센서 연결 허브(220)는 L4 스위치(240)와 센서(200)를 연결하기 위해 구현될 수 있다. 센서 연결 허브(220)에는 적어도 하나의 센서(200)가 연결될 수 있고, L4 스위치(240)로 센서에서 센싱된 데이터를 전송할 수 있다. 또한, L4 스위치(240)를 통해 전송되는 마스터 서버(260)의 신호를 각 센서(200)로 전송할 수 있다.

L4 스위치(240)는 마스터 서버(260)와 센서 연결 허브(220)를 연결하는 스위치일 수 있다. L4 스위치(240)는 허브와 같이 포트에 입력된 신호를 다른 포트로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 허브와 다르게 L4 스위치(240)는 마스터 서버(260)로 전송되는 데이터를 식별자를 기반으로 특정한 포트로 전송할 수 있다. L4 스위치(240)는 수신한 데이터에 대한 로드 밸런싱(Load Balancing)을 수행하기 위해 구현될 수 있다. L4 스위치(240)는 로드밸런싱은 L4 스위치(240)에 전송된 데이터를 부하를 고려하여 개별 센서 연결 허브(220)로 전송할 수 있다.

마스터 서버(260)는 L4 스위치(240)와 연결되어 L4 스위치(240)가 전송하는 신호를 수신할 수 있다. 또한 L4 스위치(240)를 통해 특정한 센서(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 마스터 서버(260)는 센서(200)로부터 전송되는 센싱 신호를 수신하여 이를 프로세싱할 수 있다.

도 2를 참조하면, 중앙의 마스터 서버(260)에서 L4 스위치(240)를 설치하고 허브를 구성하여 하이브리드 링형의 네트워크 망을 구성할 수 있다. 하이브리드 링형의 센서 네트워크에서 만일 센서 연결 허브(220)와 센서 연결 허브(220) 사이에 단선이 발생할 경우 이는 L4 스위치(240)에서 즉시 알 수 있다. 센서 연결 허브(220)와 센서 연결 허브(220) 사이에 단선이 발생한 경우 L4 스위치(240)에 연결된 케이블 포트를 개방하여 별도의 네트워크로 동작시킬 수 있다. 또한 센서 연결 허브(220) 자체가 리피터 역할을 수행할 수 있기 때문에 거리에 따른 리피터의 추가가 필요 없으며 이로 인하여 센서 네트워크를 구현하기 위한 설치비 절감시킬 수 있다. 또한 센서 연결 허브(220)에 여러개의 센서(200)를 연결할 수 있으며, 만일 센서(200)를 추가할 경우 단순히 센서 연결 허브(220)에 센서(200)를 연결하는 것만으로 센서 운영에 필요한 모든 공사가 마무리 된다. 즉, 기존의 센서 네트워크와 비교하여 확장이 상대적으로 쉽다. 또한, 중앙의 마스터 서버(260)에서는 센서 연결 허브(220)의 상태와 센서 연결 허브(220)에 연결된 센서(200)의 상태를 중앙에서 관제할 수 있으며 단선 또는 침입자 발생시 즉시 알람을 발보 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 L4 스위치와 허브의 구체적으로 나타낸 개념도이다.

도 3을 참조하면, L4 스위치(300)가 4개의 포트로 구현된 스위치로 가정하는 경우, 하나의 포트는 마스터 서버에 연결되고 나머지 포트는 센서 연결 허브에 연결될 수 있다. 센서 연결 허브 연결된 하나의 포트는 터미네이터의 역할을 수행할 수 있다. 터미네이터는 전송된 신호를 네트워크에서 종단을 시키기 위해 사용될 수 있다. 특정 컴퓨터에서 신호를 보내면, 이 신호는 케이블의 양방향으로 전달되고 버스에 연결된 컴퓨터들은 보내온 신호를 받아서 자신에게 전송된 신호인지를 확인하여 자신에게 전송되어 온 것이면 신호를 처리하게 되고, 다른 컴퓨터들은 신호를 무시하게 된다. 네트워크에 존재하는 신호는 네트워크의 장치들이 신호를 수신한 경우, 더 이상 네트워크를 통해 전달되지 않아야 불필요한 신호의 충돌을 막을 수 있다. 즉, 특정 컴퓨터에서 보내는 신호는 양방향으로 진행되기 때문에 연결된 모든 컴퓨터가 수신한 신호가 그대로 케이블에 남아 있다가 케이블 끝에 도달한 후에 반대 방향으로 다시 전달될 수 있기 때문에, 이러한 현상이 계속되면 다른 컴퓨터는 해당 신호를 수신하느라 자신이 송신해야 할 신호를 보내지 못하고 마는 결과가 초래될 수 있다. 따라서, 터미네이터를 통해 케이블의 양쪽 끝을 막아주어 불필요한 신호의 충돌을 막을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 L4 스위치(300)의 포트 중 하나는 터미네이터의 역할을 수행할 수 있다. L4 스위치(300) 중 하나의 포트는 닫힌 상태(closed)를 유지할 수 있다.

만약 본 발명의 실시예에 따른 L4 스위치(300) 및 허브들로 이루어진 링 중간에 단선이 발생한다면(즉, 허브와 허브 사이에 단선이 이루어진다면) L4 스위치(300)는 현재 연결된 IP(internet protocol)의 개수를 카운트하여 허브 사이에 단선이 발생하였음을 인지할 수 있다. 허브와 허브 사이에 단선이 발생한 경우, 터미네이터 역할을 하는 4번 포트를 오픈(Open)하여 허브와 연결된 센서 네트워크를 재설정할 수 있다. 이러한 경우 전체 네트워크는 링 형태에서 스타형으로 토폴로지가 변경되어 센서 네트워크는 여전히 동작을 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 서버의 동작을 나타낸 개념도이다.

도 4를 참조하면, 마스터 서버(400)는 여러가지 서비스를 센서 네트워크에 제공할 수 있다. 마스터 서버(400)가 제공할 수 있는 서비스 중 한 가지는 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 서비스이다.

DHCP란 하나의 네트워크의 모든 IP 주소를 서버에 저장해두고 네트워크상의 컴퓨터가 부팅할 때마다 서버에서 IP 주소를 할당 받는 프로토콜이다. 마스터 서버(400)는 DHCP 서버의 역할을 수행하여 센서에 개별 IP를 할당할 수 있다.

예를 들어, 센서가 허브에 연결된 경우, 센서는 DHCP 탐색을 위한 패킷을 브로드캐스트할 수 있다. DHCP 탐색을 위한 패킷에는 센서의 식별자 정보가 포함될 수 있다. DHCP 서버의 역할을 수행하는 마스터 서버(400)가 DHCP 탐색 패킷을 수신하면 DHCP 탐색 패킷에 대한 응답으로 DHCP 제공 패킷을 센서로 전송하 수 있다. DHCP 제공 패킷은 마스터 서버(400)가 할당하는 IP 주소에 대한 정보를 포함할 수 있다.

센서는 DHCP 제공 패킷을 수신하고 DHCP 제공 패킷을 수신하였음을 나타내는 내용을 다시 브로드캐스트하여 센서에 대한 IP 할당 중복을 막을 수 있다. 마스터 서버(400)는 DHCP ACK 메시지를 사용해서 서버가 센서에 할당한 IP주소 사용을 승인할 수 있다.

즉, 마스터 서버(400)에서는 DHCP 서버의 역할을 수행하여 네트워크에 연결된 각 센서에 IP를 할당하고, 각 센서와 세션을 연결하여 센서의 정보를 수집할 수 있다. 만일 도 3에서 전술한 바와 같이 허브와 허브 사이에 단선이 발생하면 마스터 서버(400)는 센서에 대한 세션을 잃어버리게 되고 그 센서와의 네트워크는 끊어지게 된다. 이러한 경우 각 센서는 IP 주소를 갱신하지 못하여 DHCP 서버에 연속적으로 IP를 요구하게 된다. 이 후 L4 스위치의 4번 포트가 오픈(Open)이 되면 센서는 다시 통신 라인이 연결되고 IP를 요구하게 된다. 이때 마스터 서버(400)의 DHCP 서버는 센서의 IP 요청을 받아들이고 센서로 다시 IP를 전달할 수 있다.

또 다른 실시예로 각 센서는 초기에 IP를 고정하여 설치한 후 전원이 인가되면 마스터 서버(400)에게 정기적으로 신호를 송신하게 된다. 그러나 단선이 되면 서버와의 네트워크 연결이 끊어지게 되고 센서에서 마스터 서버(400)로 신호를 줄 수 없게 된다. 이러한 경우 L4 스위치의 L4의 4번 포트가 오픈(Open)이 되면 다시 마스터 서버(400)와 연결되어 센서의 신호를 마스터 서버로 전송 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 서버 네트워크 구성 방법을 사용함으로써 센서와 허브 사이에 단선이 될 경우 이를 마스터 서버(400)를 관리하는 중앙 관제소에서 센서의 IP 주소를 확인하여 즉시 알람을 발생시켜 센서를 정상화시킬 수 있다. 또한, 만일 허브와 허브 사이에 단선이 될 경우 L4 스위치에 의해 단선된 영역의 센서들에 대한 회선 설정이 다시 이루어지며, 중앙 관제소에서는 센서와의 세션은 계속 유지하는 반면 단선의 알람을 발생할 수 있는 효과가 있다. 또한, 센서의 위치가 고정되고, 허브의 위치 및 센서의 위치를 중앙관제소의 관제 프로그램 안의 지도와 함께 표시할 경우 관리자는 알람 발생시 신속하게 이를 인지하고 향후 조치를 취할 수 있는 효과가 있다.

도 5 및 도 6은 센서와 마스터 서버의 동작을 나타낸 순서도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서의 동작을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 센서의 전원이 인가되면, 센서에 할당된 IP가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(단계 S500).

전술한 바와 같이 센서는 마스터 서버로부터 IP 설정을 받아서 운용되거나, 미리 설정된 IP가 존재할 수 있다. 센서는 전원이 인가된 경우, 마스터 서버로부터 IP를 설정받아야 할지 여부에 대해 결정할 수 있다.

마스터 서버로 IP를 요청한다(단계 S510).

센서에 설정된 설정된 IP가 존재하지 않는 경우, 마스터 서버로 IP를 요청할 수 있다. 센서가 마스터 서버로 IP를 요청하는 경우, 마스터 서버는 센서로 IP를 할당할 수 있다. 센서에 설정된 IP가 있는 경우, 마스터 서버를 통해 IP를 할당받을 필요가 없이 센싱을 수행할 수 있다. 마스터 서버는 DHCP 서비스를 제공할 수 있다.

센싱을 수행한다(단계 S520).

센서는 센싱을 수행하여 센싱 데이터를 생성할 수 있다. 센서에서 센싱된 데이터는 마스터 서버로 전송될 수 있다.

센서에서 센싱값을 전송하기 위해 마스터 서버와의 연결 상태를 확인한다(단계 S530).

센서에서 센싱된 값은 마스터 서버로 전송될 수 있다. 센서에서는 센싱된 값을 마스터 서버로 전송하기 위해 마스터 서버와 센서가 연결되었는지 여부에 대해 판단할 수 있다. 센서와 마스터 서버와 연결 상태가 끊어진 경우, 다시 단계 S510을통해 마스터 서버서부터 IP를 할당받을 수 있다. 센싱된 값은 실시간으로 전송되지 않고 일정한 주기로 전송되거나 센싱된 정보를 마스터 서버에서 요청시 전송될 수 있다.

센싱값을 전송한다(단계 S540).

센서와 마스터 서버가 연결된 경우, 센서는 센싱된 값을 마스터 서버로 전송할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서버의 동작을 나타낸 개념도이다.

도 6에서는 서버가 DHCP 서비스를 제공하는 경우를 가정하여 설명한다. 서버가 DHCP 서버가 아닌 경우, 서버에서 센서에 IP를 할당하는 동작이 따로 수행되지 않을 수 있다.

도 6을 참조하면, 서버는 센서에 IP를 할당한다(단계 S600).

마스터 서버가 DHCP 서버인 경우, 센서와의 네트워킹을 통해 IP를 할당할 수 있다. 센서가 허브에 연결된 경우, 센서는 DHCP 탐색을 위한 패킷을 브로드캐스트할 수 있다. DHCP 탐색을 위한 패킷에는 센서의 식별자 정보가 포함될수 있다. DHCP 서버의 역할을 수행하는 마스터 서버가 DHCP 탐색 패킷을 수신하면 이에 대한 응답으로 DHCP 제공 패킷을 센서로 전송할 수 있다. DHCP 제공 패킷은 마스터 서버가 할당하는 IP 주소에 대한 정보를 포함할 수 있다.

센서에 할당된 IP를 기반으로 서버와 통신을 수행한다(단계 S610).

센서에 할당된 IP를 기반으로 마스터 서버는 센서와 통신을 수행할 수 있다. 센서는 할당받은 IP를 기반으로 한 식별자 정보를 포함하는 센싱 데이터를 마스터 서버로 송신할 수 있다.

또한, 서버는 센서와 통신이 수행되는지 여부를 판단하여 센서와 연결을 수행할 수 있다. 예를 들어, 서버는 센서와 통신이 수행되는지 여부를 주기적 또는 비주기적으로 판단할 수 있다. 서버는 서버에 연결된 스위치를 기반으로 연결된 IP의 개수를 기반으로 서버에 연결된 IP 포트와 서버 사이의 연결에 대한 정보를 획득할 수 있다. 서버를 통해 전송된 정보는 디스플레이를 통해 서버를 관제하는 사용자에게 전송될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서 연결 허브를 선택적으로 활성화시켜 센서 네트워크를 구현하는 방법을 나타낸 개념도이다.

도 7을 참조하면, 마스터 서버는 센서 네트워크에 연결된 센서가 선택적으로 동작될 수 있도록 제어할 수 있다.

서버는 서버에 연결된 센서 연결 허브와 각 센서 연결 허브에 연결된 센서의 위치에 대한 정보를 알 수 있다. 서버는 이러한 센서의 위치 정보에 기반하여 센싱을 수행하는 센서를 선택적으로 활성화시킬 수 있다.

복수개의 센서 연결 허브로 분류된 센서는 센서의 센싱을 위해 사용하는 전력 소비를 줄이기 위해서 기본적인 설정을 슬립 모드로 설정하고, 센싱을 수행할 경우, 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환하여 구동할 수 있다. 슬립 모드는 센서가 센싱 동작을 수행하기는 하나 통신부를 통해 데이터를 송신 및 수신을 하지 않는 동작 모드이고, 액티브 모드는 센서가 센싱 동작 및 서버 및 다른 센서와 데이터를 송신 및 수신하는 동작을 수행하는 모드일 수 있다. 또한, 센서가 슬립 모드에서 센싱을 수행하는 감도는 액티브 모드에서 센싱을 수행하는 감도보다 낮은 감도를 유지하여 전력 소모를 줄일 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 센서에 대한 그룹 설정에 따라 액티브 신호를 기반으로 액티브 모드로 전환하기 위한 센서의 그룹을 설정할 수 있다. 예를 들어, 센서의 그룹(700)은 전술한 센서 연결 허브 단위로 동작할 수 있다. 예를 들어, 센서 연결 허브 단위(700)에 포함되는 하나의 센서(700-1)가 센싱을 수행하고 특정한 임계값 이상의 센싱값이 감지된 경우, 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환될 수 있다. 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환 후 센서(700-1)는 마스터 서버로 액티브 신호를 포함하는 센싱 데이터를 송신할 수 있다. 액티브 데이터를 수신한 마스터 서버는 해당 센서 연결 허브(700)에 연결된 다른 센서(700-2)의 동작 모드를 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환하기 위해 웨이크 업 신호를 센서 연결 허브에 연결된 다른 센서(700-2)로 전송할 수 있다. 서버로부터 웨이크 업 신호를 수신한 센서(700-2)는 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환하여 센싱을 수행할 수 있다.

센서 연결 허브 단위(700)는 센서의 그룹에 대한 하나의 예시로 다른 단위로 액티브 동작이 유도되는 센서 그룹이 설정될 수 있다. 예를 들어, 센서 사이에 센싱 범위를 고려하여 센싱 범위가 일부 겹치는 센서, 또는 가장 가까운 센서를 액티브 동작이 유도되는 센서 그룹으로 설정하여 센싱 동작을 수행할 수도 있다.

또한 센서와 서버 사이에서 특정한 웨이크업 주기를 설정하여 센서가 서버로부터 특정한 설정 정보를 수신할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서버와 센서의 동작 방법을 나타낸 개념도이다.

도 8을 참조하면, 센서의 경우, 일정한 시간 동안 센싱 결과를 획득하지 못한 경우, 센서의 감도를 낮추어 센싱을 수행함으로써 센서의 전력 소비를 낮출 수 있다. 서버와 센서는 상호간에 설정된 네트워크를 통해 상호간에 데이터를 전송함에 있어, 데이터를 송신 및 수신함에 있어 특정한 주기를 설정함으로써 센서 사이에 데이터를 전송시 충돌을 방지할 수 있다. 또한, 센서가 일정 시간 동안 센서가 서버와 데이터를 송신 및 수신하지 않는 슬립 모드를 설정됨으로써 센서의 불필요한 전력 소비를 막을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 서버는 각 센서에서 전송하는 센싱 데이터에 대한 정보를 주기적으로 수신하도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 서버는 센서가 센싱 데이터를 전송하는 주기를 서로 다른 주기로 설정함으로써 서로 다른 주기를 가지고 각각의 센서가 센싱 데이터를 서버로 전송하도록 설정할 수 있다. 즉, 서버는 데이터를 전송하는 설정 주기를 센서에서 모두 다른 값으로 설정하여 센서에 할당함으로써 센서가 서버로 센싱 데이터를 전송시 데이터 간 충돌일 일어나지 않도록 할 수 있다.

또한, 센서는 적응적으로 센서의 동작 주기를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 미리 설정된 일정한 시간 동안 센서에 감지되는 값이 존재하지 않는 경우, 서버로 웨이크업 주기 메시지(800)를 전송하고 슬립 모드(810)로 동작을 수행할 수 있다. 웨이크업 주기 메시지(800)는 센서가 자신이 웨이크업 모드(850)로 동작하여 서버로 데이터를 전송하는 주기에 대한 정보를 포함하는 메시지이다. 단말은 웨이크업 주기 메시지(800)를 서버로 전송함으로써 센서가 액티브 모드로 동작하는 시간에 대한 정보를 서버로 전송할 수 있다. 웨이크업 주기 메시지(800)를 수신한 서버는 센서가 설정한 주기에 센서와 데이터를 송신 및 수신(880)할 수 있다. 예를 들어, 센서가 설정한 웨이크업 주기에 센서를 설정하는 정보를 전송하거나, 센서에서 전송하는 센싱된 결과값 데이터를 수신할 수 있다. 서버에서는 센서에서 수신한 웨이크업 주기 메시지(800)를 기반으로 다른 센서로 센서 설정 정보(820)를 전송하여 다른 센서의 동작을 설정할 수 있다. 즉, 해당 시간에 다른 센서에서 데이터가 전송되지 않도록 다른 센서의 주기를 설정할 수도 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 센서의 데이터 송신 및 수신 방법에 있어서,
   서버에서 상기 센서의 식별자를 설정하는 단계;
   상기 센서에서 상기 센서의 식별자를 포함하는 센싱 데이터를 제1 센서 연결 허브로 전송하는 단계;
   상기 제1 센서 연결 허브에서 L4 스위치로 상기 센싱 데이터를 전송하는 단계;
   상기 L4 스위치에서 상기 서버로 상기 센싱 데이터를 전송하는 단계를 포함하되,
   상기 제1 센서 연결 허브는 제2 센서 연결 허브와 연결되고,
   상기 제2 센서 연결 허브는 상기 L4 스위치와 연결되고,
   상기 L4 스위치는 복수의 포트를 포함하고, 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하는 경우, 상기 복수의 포트 중 하나의 포트를 오픈하여 상기 혼합 링 구조의 센서 네트워크를 스타형 구조의 센서 네트워크로 전환하는 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 데이터를 송신 및 수신하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 L4 스위치는 상기 복수의 포트에 연결된 센서 연결 허브의 식별자 개수를 기반으로 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하였는지 여부를 판단하는 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 데이터를 송신 및 수신하는 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 서버에서 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하는 단계를 더 포함하되,
   상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고,
   상기 동작 모드 주기는 상기 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고,
   상기 동작 모드 주기는 상기 센서를 제외한 다른 센서와 동일한 시점에 상기 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정되는 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 데이터를 송신 및 수신하는 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 서버에서 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하는 단계를 더 포함하되,
   상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 그룹을 설정하는 정보이고,
   상기 서버에서 수신한 상기 센싱 데이터에 액티브 신호가 포함된 경우, 상기 서버가 상기 센서와 동일한 센서의 그룹에 포함되는 다른 센서의 동작 모드를 액티브 모드로 전환하는 신호를 전송하는 단계를 더 포함하되,
   상기 액티브 신호는 상기 서버가 상기 센서의 그룹의 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환시킬 것을 요청하는 신호이고,
   상기 센서의 그룹은 상기 액티브 모드로 전환하는 신호에 기반하여 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환하는 센서의 집합인 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 데이터를 송신 및 수신하는 방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 센서에서 상기 서버로 웨이크업 주기 정보를 전송하는 단계; 및
   상기 서버에서 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하되,
   상기 웨이크업 주기 정보는 상기 센서가 액티브 모드로 전환되는 주기에 대한 정보를 포함하는 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 데이터를 송신 및 수신하는 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 서버에서 다른 센서로 센서 설정 정보를 전송하는 단계를 더 포함하되,
   상기 센서 설정 정보는 상기 다른 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고,
   상기 동작 모드 주기는 상기 다른 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고,
   상기 동작 모드 주기는 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서와 동일한 시점에 상기 다른 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정되는 혼합 링 구조의 센서 네트워크에서 데이터를 송신 및 수신하는 방법.
7. 혼합 링 구조의 센서 네트워크에 있어서,상기 센서 네트워크는,
   센서의 식별자를 포함하는 센싱 데이터를 생성하는 센서;
   상기 센싱 데이터를 수신하여 L4 스위치로 전송하는 제1 센서 연결 허브;
   상기 제1 센서 연결 허브로부터 수신한 데이터를 서버로 전송하는 상기 L4 스위치; 및
   상기 센서의 식별자를 설정하고 상기 L4 스위치를 통해 상기 센싱 데이터를 수신하는 서버를 포함하되,
   상기 제1 센서 연결 허브는 제2 센서 연결 허브와 연결되고,
   상기 제2 센서 연결 허브는 상기 L4 스위치와 연결되고,
   상기 L4 스위치는 복수의 포트를 포함하고, 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하는 경우, 상기 복수의 포트 중 하나의 포트를 오픈하여 상기 혼합 링 구조의 센서 네트워크를 스타형 구조의 센서 네트워크로 전환하는 혼합 링 구조의 센서 네트워크.
8. 제7항에 있어서,
   상기 L4 스위치는 상기 복수의 포트에 연결된 센서 연결 허브의 식별자 개수를 기반으로 상기 제1 센서 연결 허브와 상기 제2 센서 연결 허브 사이에 단선이 발생하였는지 여부를 판단하는 혼합 링 구조의 센서 네트워크.
9. 제8항에 있어서,
   상기 서버는 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하도록 구현되고,
   상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고,
   상기 동작 모드 주기는 상기 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고,
   상기 동작 모드 주기는 상기 센서를 제외한 다른 센서와 동일한 시점에 상기 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정되는 혼합 링 구조의 센서 네트워크.
10. 제8항에 있어서,
    상기 서버는 상기 센서로 센서 설정 정보를 전송하고 수신한 상기 센싱 데이터에 액티브 신호가 포함된 경우, 상기 센서와 동일한 센서의 그룹에 포함되는 다른 센서의 동작 모드를 액티브 모드로 전환하는 신호를 전송하도록 구현되고,
    상기 센서 설정 정보는 상기 센서의 그룹을 설정하는 정보이고,
    상기 액티브 신호는 상기 서버가 상기 센서의 그룹의 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환시킬 것을 요청하는 신호이고,
    상기 센서의 그룹은 상기 액티브 모드로 전환하는 신호에 기반하여 상기 동작 모드를 상기 액티브 모드로 전환하는 센서의 집합인 혼합 링 구조의 센서 네트워크.
11. 제8항에 있어서,
    상기 센서는 상기 서버로 웨이크업 주기 정보를 전송하도록 구현되고,
    상기 서버는 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서로 데이터를 전송하도록 구현되되,
    상기 웨이크업 주기 정보는 상기 센서가 액티브 모드로 전환되는 주기에 대한 정보를 포함하는 혼합 링 구조의 센서 네트워크.
12. 제11항에 있어서,
    상기 서버에서 다른 센서로 센서 설정 정보를 전송하도록 구현되되,
    상기 센서 설정 정보는 상기 다른 센서의 동작 모드 주기에 대한 정보이고,
    상기 동작 모드 주기는 상기 다른 센서가 액티브 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 주기에 대한 정보이고,
    상기 동작 모드 주기는 상기 웨이크업 주기 정보에 기반하여 상기 센서와 동일한 시점에 상기 다른 센서가 상기 액티브 모드로 동작하지 않도록 설정되는 혼합 링 구조의 센서 네트워크.

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