KR101417022B1

KR101417022B1 - 센서장치, 센서 네트워크 시스템, 및 센서장치 제어 방법

Info

Publication number: KR101417022B1
Application number: KR1020070115232A
Authority: KR
Inventors: 김남윤
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2014-07-08
Also published as: KR20090049134A

Abstract

실시 예는 센서장치 및 그 제어방법을 개시한다.

실시 예에 따른 센서장치는 태그 정보를 요청하고 간섭 채널을 검출하는 리더; 상기 검출된 간섭 채널 정보를 근거리 무선통신으로 서로 공유하고, 상기 리더에 사용할 채널을 재 할당하는 근거리 무선통신모듈을 포함한다.

RFID, 근거리 무선통신, 채널

Description

센서장치, 센서 네트워크 시스템, 및 센서장치 제어 방법{SENSOR DEVICE, SENSOR NETWORK SYSTEM, AND SENSOR DEVICE CONTROL METHOD}

실시 예는 센서장치, 센서 네트워크 시스템, 및 센서장치 제어 방법을 개시한다.

유비쿼터스(ubiquitous) 네트워크 기술은 시간과 장소에 구애됨이 없이 다양한 네트워크에 자연스럽게 접속할 수 있도록 하는 기술을 의미한다. 이러한 유비쿼터스 네트워크 기술의 예로서 RFID(Radio Frequency IDentification) 기술을 들 수 있다.

일반적으로, RFID 기술은 태그와 리더를 포함하며, 태그는 상품과 같은 물건에 태그를 부착되고 그 물건의 세부정보를 기록하고 있으며, 리더는 태그와 RF 통신을 수행하여 태그로부터 물건의 정보를 획득하게 된다. 이러한 RFID 기술은 물건의 유통, 조립, 가격 변동, 판매 등의 물류/유통 관리가 효율적으로 처리될 수 있는 기반을 제공한다.

또한 RFID 리더는 고속으로 이동하는 태그를 대상으로 하기 때문에 전파 환경의 변화가 심하고, 외부의 환경 변화에 따라 수신 신호의 변화가 크게 발생되는 데, 특히 RFID 리더 간의 주파수 간섭 현상은 RFID 태그의 인식률에 큰 영향을 준다.

실시 예는 태그의 인식률을 향상시켜 줄 수 있는 센서장치, 센서 네트워크 시스템, 및 센서장치 제어 방법을 제공한다.

실시 예는 리더 간의 간섭을 최소화할 수 있는 센서장치, 센서 네트워크 시스템, 및 센서장치 제어 방법을 제공한다.

실시 예에 따른 센서장치는 태그 정보를 요청하고 간섭 채널을 검출하는 리더; 상기 생성된 간섭 채널 정보를 근거리 무선통신으로 송신 또는 수신하여 공유하는 근거리 무선통신모듈을 포함한다.

실시 예에 따른 센서 네트워크 시스템은 태그와 통신하며, 간섭 채널과 태그 정보를 포함하는 노드 정보를 전송하는 센서; 상기 센서의 노드 정보를 수집하는 코디네이터모듈; 상기 코디네이터모듈로부터 수집된 노드정보를 기초로 센서의 채널을 재 할당하여 전송하는 서버를 포함한다.

실시 예에 따른 센서장치 제어방법은 센서의 리더로부터 간섭 채널을 검출하는 단계; 상기 간섭 채널이 검출된 경우, 인접한 센서와 상기 간섭 채널을 공유하는 단계; 상기 간섭 채널을 제외한 채널 중에서 사용할 채널을 리더에 재 할당하는 단계를 포함한다.

실시 예에 따른 센서장치, 센서 네트워크 시스템, 및 센서장치 제어 방법에 의하면, 태그의 인식률을 향상시켜 줄 수 있다.

또한 태그의 인식률 향상을 통해 RFID 기술의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.

또한 인접한 리더와의 간섭 현상을 배제할 수 있어, 리더의 배치 자유도를 확보할 수 있다.

또한 주변 환경이나 시설에 구애받지 않고 RFID 시스템을 효율적으로 구축할 수 있다.

또한 네트워크 내의 리더들을 제어하기 위한 복잡한 통제 시스템을 별도로 구비하지 않아도 되는 효과가 있다.

또한 센서네트워크 내의 리더들의 초기 상태 및 현상태를 실시간으로 모니터링 함으로써 효율적으로 관리할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 센서 장치 및 센서 네트워크 시스템에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 실시 예에 따른 센서 네트워크 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 센서 네트워크 시스템(300)은 센서 네트워크(100A,100B)와 액세스 네트워크(200)를 포함한다. 상기 센서 네트워크(100A,100B)는 다수개의 센 서 노드(100)를 포함하며, 각 센서 노드(100)는 해당 셀 영역의 태그(115)로부터 정보를 수집하게 된다. 상기 액세스 네트워크(200)는 다수개의 게이트웨이 모듈(202) 및 서버(210)를 포함하며, 상기 게이트웨이 모듈(202)은 백본망으로서 인터넷과 접속될 수 있으며 센서 노드(100)로부터 수집된 정보를 서버(210)로 전달하고 서버(210)로부터 제어 데이터를 센서 네트워크(100A,100B)로 전달해 준다. 상기 서버(210)는 센서 노드(100)를 모니터링하고 관리 및 제어하게 된다.

상기 센서 노드(100) 간은 근거리 무선통신을 통해 각종 정보를 공유하게 된다. 상기 공유 정보는 간섭 채널 정보 및 채널 할당 정보 등을 포함할 수 있다.

상기 센서 네트워크 시스템(300)은 유비쿼터스 센서 네트워크(USN: ubiquitous sensor network) 기반으로, 하나 이상의 센서 네트워크(100A,100B)를 관리할 수 있다. 또한 각 센서 노드(100)의 채널 할당 방식은 센서 네트워크(100A,100B) 내에서 자체적으로 채널을 할당하게 하거나, 서버(210)를 통해 채널을 할당받을 수 있다. 상기 노드형 주파수 카운팅 방식 또는 네트워크형 주파수 카운팅 방식은 간섭 채널을 제외한 채널을 이용하여 새로운 채널로 재 할당할 수 있다.

도 2는 제 1실시 예에 따른 노드형 주파수 카운팅 방식을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 센서 네트워크(100A)에는 다수개의 센서 노드(101~10N), 태그(Tag or transponder)(115) 및 라우터(180)를 포함하며, 각 센서 노드(101~10N)는 리더(reader 또는 Interrogator)(110)와 근거리 무선통신모듈(150) 로 이루어진다. 여기서, 리더(110)와 태그(115)는 RFID 시스템이라 정의되며, 상기 리더(110)는 태그(115)에 정보요청신호를 전송하고(S1), 태그(115)로부터 개체 상세 정보를 수신(S2)함으로써, 태그(115)들의 데이터를 수집할 수 있게 된다.

상기 태그(115)는 모양과 크기가 다양하며, 전원 공급 여부에 따라 능동형 태그와 수동형 태그로 구분되고, 사용하는 주파수 대역에 따라 저주파 시스템과 고주파 시스템으로 나뉜다. 이러한 태그는 사람, 자동차, 화물, 가축, 빌딩 등의 개체에 부착되며 그 개체의 상세 정보를 기록하고 있다.

상기 근거리 무선통신모듈(150)은 지그비 모듈로 구현될 수 있다. 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 리더(110)와 유선 인터페이스(예: UART)로 접속되어, 리더(110)와 정보를 주고 받는다. 여기서, 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 근거리 무선 네트워크 내에서 다른 근거리 무선통신모듈과 상호 통신을 수행하게 된다. 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 지그비 모듈, 무선랜(Wireless LAN or WiFi), UWB(Ultra Wide Band), Bluetooth, WiMax(World interoperability for Microwave access), WiBro(Wireless Broadband) 및 DSRC(Dedicated Short Range Communication) 등 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.

상기 RFID 통신 방식과 근거리 무선통신 방식은 서로 다른 주파수 대역으로 통신을 수행할 수 있다. 상기 리더(110)를 이용한 RFID 통신 방식은 예컨대, UHF(Ultra-High Frequency) 대역(예: 860-960MHz)의 범위를 사용하며, 근거리 무선통신모듈(150)은 예컨대, 마이크로파(예: 2.4GHz) 대역의 범위를 사용할 수 있다. 이러한 통신 대역은 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 개시된 실시 예의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 변경이 가능할 것이다.

상기 라우터(180)는 무선 라우터 즉, 지그비 라운터로서, 센서 노드(101~10N)로 이루어지는 센서 네트워크(100A)를 확장시켜 줄 수 있다. 예컨대, 스타 및 메시 토폴로지 형태로 센서 네트워크를 구성할 수도 있다.

센서 네트워크(100A)의 종단에는 코디네이터 모듈(182)이 구성하며, 상기 코디네이터 모듈(182)은 라우터(180)를 통해 센서 노드(101~10N)들과 통신하며, 센서 네트워크(100A) 내부의 센서 노드의 초기화 및 관리를 담당하며, 센서 노드(101~10N)로부터 수집된 정보를 게이트웨이 모듈(202)로 전달해 주고, 서버(210)의 제어 데이터를 센서 네트워크(100A)로 전달해 준다.

상기 게이트웨이 모듈(202)은 코디네이터 모듈(182)과 서버(210) 사이에 접속되며, 데이터를 주고 받는다. 상기 서버(210)는 상기 센서 노드(101~10N)의 정보들을 이용하여 센서 노드(101~10N)를 제어하게 된다.

이러한 센서 노드(101~10N)는 노드형 채널 할당 방식으로 채널을 할당하게 된다. 노드형 채널 할당 방식은 센서 네트워크(100A) 내의 센서 노드(101~10N)들 상호간이 간섭 채널과 사용 채널을 공유하고, 간섭 채널을 제외한 주파수 카운팅 방식으로 채널을 할당하게 된다. 예컨대, 제 1센서 노드(101)에서 간섭 채널이 발생되며, 상기 간섭 채널 정보는 제 1근거리 무선통신모듈(150)을 통해 센서 네트워크(100A) 내의 모든 센서 노드(102~10N)에 전달되어 공유된다. 이때 제 1근거리 무선통신모듈(150)은 리더(110)들이 사용할 채널과 노드 ID, 그리고 태그 정보를 함께 전달해 준다. 이에 따라 근거리 무선통신모듈(150)은 간섭 채널과 다른 리더들 의 사용 채널을 제외한 채널 중에서 사용할 채널을 리더(110)에 전달하게 된다.

여기서, 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 노드 정보를 공유하며, 간섭 채널과 사용할 채널들의 정보를 받아서 남은 채널 중에서 주파수 카운팅하여 사용할 채널을 선택하고, 다음 센서 노드의 근거리 무선통신모듈(150)로 차례대로 전달해 준다. 이러한 방식으로, 센서 네트워크(100A) 내의 센서 노드(101~10N)들은 간섭 채널을 제외한 채널 중에서 사용할 채널을 각각 선택할 수 있으며, 리더(110)들은 사용할 채널을 통해 태그(150)와 통신하게 된다. 이때 센서 네트워크(100A) 내의 리더(110)들은 서로 다른 채널을 점유하게 된다.

상기 센서 네트워크(100A) 내에서 모든 리더(110)들은 서로 다른 채널 예컨대, 대한민국 RFID UHF 주파수는 908.5~914Mhz대역 안에서 점유주파수 200KHz 간격으로 15개 이상의 채널을 서로 다른 시간대에 점유하여 태그(115)와 통신을 수행하게 된다. 이러한 채널의 수는 유럽 UHF RFID 주파수는 865~868 MHz대역 안에서 점유주파수는 200 KHz채널 간격, 미국 UHF RFID주파수는 902~928 MHz대역 안에서 점유주파수는 500 KHz 채널 간격으로, 나라별 사용주파수 대역에 따라 변경 가능하며, 이에 한정하는 것은 아니다.

그리고, 상기 센서 노드(101~10N)들의 노드 ID, 간섭 채널, 사용 채널, 그리고 태그 정보는 라우터(180)를 통해 코디네이터 모듈(182)로 전달되며, 상기 코디네이터 모듈(182)은 센서 네트워크(100A) 내의 모든 정보를 수집하여, 게이트웨이 모듈(202)을 통해 서버(210)로 전달해 준다. 상기 서버(210)는 게이트웨이 모듈(202)을 통해 수집된 정보를 기초로 센서 노드(101~10N)를 관리하게 된다.

도 3은 제 2실시 예에 따른 네트워크형 주파수 카운팅 방식을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 서버(210)는 복수개의 센서 네트워크(100A~100N)를 관리하며, 노드 정보로서 노드 ID와 간섭 채널, 그리고 태그 정보를 수집하게 된다. 상기 서버(210)는 채널 간섭이 발생된 네트워크(100A~100N)의 채널로부터 상기 간섭 채널을 제외한 채널들을 주파수 카운팅하여 채널 할당을 다시 하게 된다. 이러한 방식으로 센서 네트워크(100A~100N)의 리더(110)들의 채널 할당을 수행하게 된다.

상기 서버(210)는 각 리더(110)들로부터 수집된 태그 정보를 저장하고, 간섭 채널정보를 제외한 채널들을 이용하여 노드별 채널을 재 할당하게 된다. 상기 채널 할당 데이터는 게이트웨이 모듈(202)을 통해 각 코디네이터 모듈(182)로 전달되고, 각 코디네이터 모듈(182)은 라우터(180)를 통해 모든 센서 노드(101~10N)에 채널할당 데이터를 전달해 준다. 이러한 채널 할당 데이터를 역 경로로 각 센서 노드(101~10N)로 전달하게 되는 데, 이때의 채널 할당 데이터는 일정 개의 센서 네트워크 그룹 또는 전체 센서 네트워크 그룹으로 구분할 수 있다.

상기 센서 노드(101~10N)는 노드 ID와 할당된 채널을 이용하여 태그(115)와 통신을 수행하게 된다. 즉, 센서 노드(101~10N)의 근거리 무선통신모듈(150)은 노드 ID로부터 할당된 채널을 추출하고, 상기 추출된 채널을 리더(110)에 전달해 준다. 상기 리더(110)는 상기 채널에 해당되는 주파수로 태그(115)와 통신하게 된다.

이러한 제 2실시 예는 서버에서 셀 내의 간섭 채널들을 수집하고, 그 수집된 채널 정보를 기초로 새로운 채널 할당을 수행하게 된다. 이러한 채널 할당 방식은 서버에서 간섭 채널 기준으로 재 할당하는 방식을 수행하므로, 간섭 채널이 발생되지 않고 통신할 수 있다.

도 4는 실시 예에 따른 센서 노드를 나타낸 구성도이다.

도 4를 참조하면, 센서 노드(100)는 리더(110), 근거리 무선통신모듈(150) 및 신호 분리기(170) 및 안테나(171)를 포함한다. 상기 센서 노드(100)는 리더(110), 근거리 무선통신모듈(150) 및 신호 분리기(170)가 단일 칩 형태로 구현될 수도 있다.

상기 리더(110)는 RFID 네트워크 내에 존재하는 태그(115)들과 무선통신 매체를 통해 통신한다. 이러한 리더(110)는 신호 분리기(170)를 거쳐 안테나(171)를 통해 태그(115)에 정보요청신호를 전송하고, 태그(115)로부터 개체 상세 정보를 수신함으로써, 태그(115)들의 데이터를 수집할 수 있게 된다. 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 지그비 모듈로 구현될 수 있으며, 지그비 네트워크 내에 존재하는 근거리 무선통신모듈 상호간이 통신하게 된다.

상기 신호 분리기(170)는 리더(110) 및 근거리 무선통신모듈(150)과 안테나(171) 사이에 연결된다. 이러한 신호 분리기(170)는 리더(110) 또는 근거리 무선통신모듈(150)의 RF 신호를 안테나(171)를 통해 입력 또는 출력하게 된다. 상기 신호 분리기(170)는 예컨대, 멀티플렉서와 같은 스위칭 집적회로를 구비될 수 있으며, 리더(110) 또는 근거리 무선통신모듈(150)에 설치되거나, 별도로 설치될 수도 있다. 또한 실시 예에서는 센서 노드(100)가 하나의 안테나를 이용하는 것으로 설 명하였으나, 복수개의 안테나를 제공하여 리더(110)와 근거리 통신모듈(150)이 독립적으로 통신할 수도 있는 것으로, 이에 한정하지는 않는다.

상기 리더(110)는 할당된 채널을 사용하여 점유시간 동안 태그(115)들과 통신을 수행하게 된다. 상기 리더(110)는 예컨대, 다수개의 채널 중 채널 간섭이 없는 채널을 이용하여 태그(115)와 통신을 수행하게 된다.

그리고 리더(110)는 태그(115)로부터 수신되는 신호의 세기를 측정하고, 그 측정된 수신 신호의 세기로부터 간섭이 발생되는 채널의 간섭 정보를 생성하고, 근거리 무선통신모듈(150)로 전달하게 된다. 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 다른 근거리 무선통신모듈과 채널 간섭 정보를 공유하게 된다. 이에 따라 인접한 리더(110)들의 채널 간섭 정보를 인식할 수 있어, 리더(110) 간의 간섭이 없는 채널로 통신하게 되므로, 태그 인식율을 향상시켜 줄 수 있다.

도 5는 실시 예에 따른 리더의 상세 구성도이다.

도 5를 참조하면, 리더(110)는 RF처리기(120), 간섭채널검출기(130) 및 리더 제어기(140)를 포함한다. 상기 RF처리기(120)는 RF 통신을 담당하는 부분으로서, 트랜시버(121), 변조기(122), 복조기(123) 및 베이스밴드부(124)를 포함하며, 리더 제어기(140)의 제어를 받게 된다.

상기 트랜시버(121)는 신호 분리기(170)를 통해 RF 신호를 송신하거나 RF 신호를 수신하게 된다. 상기 변조기(122)는 발진주파수에 전송하고자 하는 데이터를 변조하여 트랜시버(121)로 출력하며, 상기 복조기(123)는 트랜시버(121)를 통해 수신되는 신호를 태그정보로 복조하게 되며, 베이스밴드부(124)는 송신되는 데이터를 아날로그 신호로 처리하고, 수신된 신호를 디지털 데이터로 처리하게 된다. 여기서 리더(110)의 인코딩 방식은 예컨대, PIE(Pulse Interval Encoding)이 사용될 수 있으며, 변조부(122)는 ASK(Amplitude-Shift Keying) 방식 예컨대, DSB-ASK(Double-SideBand ASK), SSB-ASK(Single-SideBand ASK), 또는 PR-ASK(Phase-Reversal ASK)이 선택적으로 사용될 수 있으며, 이러한 방식으로 실시 예를 한정하지는 않는다.

상기 간섭채널 검출기(130)는 안테나(도 4의 171) 또는 신호 분리기(170)로부터 수신되는 신호를 입력받아 수신 신호의 세기를 측정하고, 측정된 수신 신호의 세기를 검출하여 리더 제어기(140)로 전달하게 된다. 이러한 간섭채널 검출기(130)는 신호 결합기(131), 신호 변환기(132), 레벨 생성기(133) 및 필터(134)를 포함한다. 상기 신호 결합기(131)는 신호 분리기(170)를 통해 수신된 신호를 커플링시켜 신호 변환기(132)로 출력하는 것으로, 예컨대 커플링 커패시터(coupling capacitor) 또는 방향성 결합기(Directional coupler) 등으로 구현될 수 있다. 상기 신호 변환기(132)는 커플링된 신호로부터 안정화된 중간주파수 신호로 변환하게 된다. 이러한 신호 변환기(132)는 수신 신호가 불안정한 고주파 신호를 나타낼 때, 안정화된 중간주파수 신호로 변환하게 된다. 상기 레벨 생성기(133)는 중간주파수 신호를 직류 전압 레벨로 변환하여 필터(134)로 출력하게 된다. 상기 레벨 생성기(133)는 중간주파수 신호에 비례한 데시벨 값의 레벨로 출력하게 됨으로써, 전력 레벨의 신호 수신 감도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 필터(134)는 직류전압레벨의 잡음 성분을 제거하여 간섭 채널을 검출하고 그 간섭 채널 정보를 리더 제어기(140)로 전달하게 된다. 또한 간섭 정보 외에도 현 리더의 Setting 상태 모니터 링 및 리더로부터 수집된 Tag ID을 전달하는 기능도 함께 수행하게 된다.

상기 리더 제어기(140)는 간섭 채널이 있는 경우 상기 간섭 채널 정보와 태그 정보를 근거리 무선통신모듈(150)로 전달해 준다.

상기 리더 제어기(140)는 자신의 채널 간섭정보를 근거리 무선통신모듈(150)로 출력하고, 근거리 무선통신모듈(150)로부터 사용할 채널 정보를 입력받는다. 여기서, 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 다른 모듈들과 상기 간섭 정보를 공유하게 되므로, 모든 리더(110)들의 채널 간섭 정보를 공유할 수 있게 된다. 이에 따라 근거리 무선통신모듈(150)은 간섭 채널 정보를 반영하여 사용할 채널로 각각 카운팅하여 리더(110)에게 전달해 준다.

여기서, 상기 근거리 무선통신모듈(150)은 T-FHSS(Time-Frequency hopping spread spectrum) 방식으로 채널 호핑이 이루어진다. 상기 FHSS 방식은 PSK(phase shift keying) 기술을 사용하여, 수 십개 이상의 독립 채널에 대해 랜덤 호핑 시퀀스(random hopping sequence)에 의하여 채널 호핑하여 데이터를 송수신할 수 있다. 여기서, 주파수 호핑 방식은 FHSS 방식뿐만 아니라 LBT(Listen Before Talk) 방식으로 통신할 수 있는 데, 상기 LBT 방식은 데이터를 전송하기 전에 사용 가능한 채널을 탐지하여 채널이 빈 경우에만 통신하는 방식이다. 이러한 주파수 점유 방식에 대해 FHSS, LBT 방식 중 어느 하나 또는 둘을 혼용하여 사용할 수 있으며, 다른 DSSS(Direct sequence spread spectrum) 방식으로 적용할 수 있다.

이러한 리더 제어기(140)는 근거리 무선통신모듈로부터 간섭 정보를 기초로 FHSS 수행을 위한 변수 값을 입력받아 RF처리기(120)를 제어하며, 상기 RF처리 기(120)는 채널 인덱스 시퀀스에 따라 발진 주파수를 생성하여 해당 채널로 태그와 통신을 수행하게 된다. 즉, 상기 리더 제어기는 T-FHSS(Time-Frequency Hopping Spread Spectrum) 시간 동기 방식을 이용한 채널 코딩 방식에 의해 상기 주파수 호핑과 관련된 정보를 처리하게 된다.

또한 상기 리더 제어기(140)는 RF처리기(120)의 동작을 제어하게 됨으로써, RF처리기(120)의 변조기에 인가되는 발진주파수를 조정할 수 있다.

한편, 도 6은 도 4의 근거리 무선 통신 모듈의 상세 구성도이며, 도 7은 도 4의 근거리 무선통신모듈의 통신 프로토콜 스택을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 근거리 무선통신모듈(150)은 RF수신기(151), RF 송신기(152), 위상동기회로(PLL : Phase locked Loop)(153), 전력제어회로(154), 맥 처리기(155) 및 제어기(156)를 포함한다.

상기 RF 수신기(151) 및 RF 송신기(152)는 신호 분리기(170)를 통하여 안테나와 연결되고, 제어기(156)는 리더(110)와 태그 정보 및 간섭 채널 정보를 주고 받는다. 여기서 상기 제어기(156)와 리더(110)는 유선 인터페이스 예컨대 UART 접속장치(예: RS-232C DTE 인터페이스)로 연결될 수 있다.

RF 수신기(151) 및 RF 송신기(152)는 근거리 무선통신 대역으로 송신 또는 수신되는 신호를 처리하게 되며 노드와 관련된 정보를 주고 받는다. 상기 위상 동기 회로(153)는 RF 수신기(151)와 RF 송신기(152)에 기준 주파수 신호를 제공하고, 전력 제어회로(154)는 수신 신호의 세기를 판별하여 송신 전력량을 조정하게 된다. 이러한 RF 수신기(151), RF 송신기(152), 위상동기회로(153) 및 전력제어회로(154)는 근거리 통신 프로토콜(예: 지그 비 방식)의 물리계층(PHY Layer)(도 7의 L1)을 통해 동작하는 것으로, RF 통신 구조와 네트워크 토폴로지를 결정한다.

상기 제어기(156)은 리더(110)로부터 태그 정보와 간섭 채널 정보를 전달받고, 상기 간섭 채널을 제외한 채널 중에서 사용할 채널을 주파수 카운팅하여 상기 리더(110)에게 재 할당하게 된다. 또한 상기 제어기(156)는 태그 정보, 간섭채널 및 사용 채널 정보를 포함한 노드 정보를 다른 센서 노드에 전달해 주어 공유하게 된다. 이러한 노드 간의 채널 공유 방식은 간섭 채널이 다른 노드에도 할당되지 않도록 제어하는 것으로서, 노드형 주파수 카운팅 방식에 해당된다. 또한 상기 센서 노드들의 노드 정보들은 서버에 전송되어 진다.

여기서, 네트워크형 주파수 카운팅 방식은 상기 제어기(156)에서 리더(110)에 간섭 채널을 제외한 채널을 재 할당하지 않고, 서버에서 리더들의 간섭 채널 및 태그 정보를 수집하여, 간섭 채널을 제외한 채널 중에서 각 리더들의 채널을 재 할당하며, 그 채널 할당 데이터를 센서 노드로 전송해 준다. 이때, 근거리 무선통신모듈(150)의 제어기(156)는 채널 할당 데이터로부터 자신의 노드 ID에 해당된 채널을 추출하여 리더에 전달하고, 상기 리더는 태그와 간섭 채널이 없는 채널로 통신할 수 있게 된다. 이러한 노드형 주파수 카운팅 방식과 네트워크형 주파수 카운팅 방식은 초기에 세팅되거나 운영자가 네트워크 특성에 따라 선택할 수 있다.

상기 RF수신기(151)와 RF송신기(152)는 예컨대, DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)를 이용하며, 2.4 GHz 대역의 경우 32 PN 코드 길이의 O- QPSK(Offset-Quadrature Phase-Shift Keying) 변조 방식이 사용되고, 1 GHz 이하 대역의 경우 15 PN 코드 길이의 BPSK(Binary Phase-Shift Keying) 변조 방식이 이용된다. 상기 맥(MAC; Media Access Controller)처리기(155)는 물리(PHY) 계층(도 7의 L1)의 디지털 처리가 끝나면, 전송된 데이터 프레임 구조를 해석하여 프레임을 승인하고, 에러를 감지하여 재전송 여부를 결정하며, 패킷 라우팅을 처리한다.

또한, 상기 제어기(156)는 나머지 맥계층의 기능, 네트워크 계층(도 7의 L3)의 기능, 프레임워크 계층(도 7의 L4)의 기능을 수행하여 네트워크 토폴로지를 구성하고, 응용 계층(도 7의 L5)의 기능을 수행하여 상기 간섭정보와 같은 데이터를 전송한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 물리계층(L1) 및 맥 계층(L2)은 IEEE 802 표준 방식을 사용한다. 여기서, IEEE 802.15.4 표준은 2가지 종류(2.4 GHz, 866/915 MHz)의 물리 계층을 정의하며, 2.4 GHz 대역에는 16채널, 902 MHz 내지 928 MHz 대역에는 10채널, 868 MHz 내지 870 MHz 대역에는 1개 채널이 할당된다. 이러한 채널 개수는 채널 대역폭에 따라 변경될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.

도 8은 실시 예에 따른 RF 리더의 스위칭 타임을 예시적으로 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 시점 T1,...,TN은 센서 네트워크 내의 리더들의 시작시간을 나타내고, 구간 T11,...,TN1은 각 리더의 채널 점유 시간을 나타낸다.

도 9는 실시 예에 따른 리더들의 주파수 호핑 동작을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 채널 구간 D1은 간섭이 일어난 주파수(Interference Frequency) 채널을 의미하며, 채널 구간 D2는 도약 후 태그 정보를 처리하는 구간이다. 제 1근거리 무선통신모듈은 채널 2에서 간섭이 발생된 경우, 채널 5로 주파수 호핑(fc)하여 제 1리더에게 전달하고, 제 2근거리 무선통신모듈은 채널 2에서 간섭이 발생된 경우, 채널 3을 기준으로 채널 6으로 주파수 호핑(fc)하여 제 2리더에게 전달하고, 제 3근거리 무선통신모듈은 채널 2에 간섭이 발생된 경우, 채널 4를 기준으로 채널 7로 주파수 호핑(fc)하고 제 3리더에게 전달한다. 이러한 주파수 호핑 동작은 간섭 채널을 제외한 채널 중에서 서로 다른 채널로 호핑된다.

센서 네트워크 내에서 채널 2에 간섭이 발생될 경우, 간섭 채널을 제외한 채널들을 이용하여 미리 정해진 채널 간격으로 호핑하게 되는 데, 각각 채널 5, 채널 8, 채널 11, 채널 14의 순서로 도약하거나, 채널 3, 채널 6, 채널 9, 채널 12, 채널 15의 순서로 도약하거나, 채널 4, 채널 7, 채널 10, 채널 13의 순서로 도약될 수 있다. 여기서, 주파수 호핑은 예컨대, 3개의 채널 간격으로 이루어지며, 채널 간섭이 있을 경우 다른 간격의 채널로 호핑될 수 있다. 따라서, 소정 영역 내에서 인접하게 설치된 RF 리더들은 간섭 현상의 영향을 받지 않고, 태그 정보를 수신할 수 있어, 태그의 인식률을 개선시켜 줄 수 있다.

도 10 내지 도 12은 실시 예에 따른 근거리 무선통신모듈들이 형성하는 네트 워크 토폴로지(Topology)를 예시적으로 도시한 도면이다. 여기서, 근거리 무선통신모듈은 지그비 모듈로 하여 설명하기로 한다.

도 10은 하나의 라우터(R)(180)에 다수개의 센서 노드(N)(100)들이 스타(Star)형 센서 네트워크로 형성된 예이다. 도 11은 복수개의 라우터(R)(180)에 다수개의 센서 노드(N)(100)들이 메시(Mesh)형 센서 네트워크로 형성된 예이다. 도 12는 하나의 라우터(180)에 다수개의 센서 노드(N)(100)가 클러스터 트리(Cluster Tree)형 센서 네트워크로 형성된 도면이다.

또한 센서 네트워크는 코디네이터를 중심으로 FFD(Full Function Node)와 RFD(Reduced Function Node)로 지그비 네트워크가 형성된다. 상기 FFD는 데이터 라우팅 기능을 가지며, 상기 RFD는 측정된 데이터를 FFD로 단순 전달하는 역할만 수행한다. 하나의 지그비 네트워크는 수십 ~ 수 만개의 노드로 구성될 수 있으며, 전원과 네트워크 대역폭의 효율성을 위해 적절하게 구성될 수 있다.

도 13은 실시 예에 따른 노드형 주파수 카운팅 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.

도 13을 참조하면, 센서 노드는 태그에 정보 요청 신호를 송신하고 태그 정보를 수신하게 된다(S101). 이때 센서 노드의 리더는 간섭 채널 여부를 확인한 후(S103), 간섭 채널이 존재하면, 근거리 무선통신모듈로 전달하게 된다. 상기 근거리 무선통신모듈은 간섭 채널을 제외한 채널 중에서 사용할 채널을 선택하고(S105), 그 채널을 리더에 전달하여 태그와 정보를 주고받는다. 또한 상기 간섭 채널과 사용 채널, 그리고 태그 정보는 다른 근거리 무선통신모듈로 전달되며, 센서 네트워크 내에서 공유하게 된다(S107). 이에 따라 센서 네트워크 내의 센서 노드들은 간섭 채널을 제외한 채널과 다른 노드가 사용하지 않는 채널 중에서 채널을 선택할 수 있다.

도 14는 실시 예에 따른 네트워크형 주파수 카운팅 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.

도 14를 참조하면, 서버에서 센서 네트워크 내의 노드로부터 태그정보와 간섭 채널 정보를 수집하게 된다(S111). 그리고 각 센서 노드에 간섭 채널을 제외한 채널 할당 데이터를 전송함으로써(S113), 각 센서 노드는 할당된 채널로 태그와 통신을 수행하게 된다(S115). 이러한 네트워크형 채널 할당 방법은 센서 네트워크의 구조가 다수개인 경우, 서버에서 일괄적으로 간섭채널을 취합하고, 간섭 채널을 제외한 채널들 중에서 채널을 각각 할당해 주게 된다.

이상에서는 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 실시 예에 따른 센서 네트워크 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 제 1실시 예에 따른 노드형 주파수 카운팅 방식을 나타낸 도면.

도 3은 제 2실시 예에 따른 네트워크형 주파수 카운팅 방식을 나타낸 도면.

도 4는 실시 예에 따른 센서노드를 나타낸 도면.

도 5는 실시 예에 따른 리더의 상세 구성도.

도 6은 도 4의 근거리 무선통신모듈의 상세 구성도.

도 7은 도 4의 근거리 무선통신모듈의 프로토콜 스택 구조를 나타낸 도면.

도 8은 실시 예에 따른 리더들의 스위칭 타임을 나타낸 도면.

도 9는 실시 예에 따른 리더들의 주파수 호핑 동작을 예시적으로 나타낸 도면.

도 10 내지 도 12는 도 4의 근거리 무선통신모듈의 네트워크 토폴로지(Topology)를 예시적으로 도시한 도면.

도 13은 실시 예에 따른 노드형 주파수 카운팅 방법을 나타낸 플로우 챠트.

도 14는 실시 예에 따른 네트워크형 주파수 카운팅 방법을 나타낸 플로우 챠트.

Claims

태그 정보를 요청하고 간섭 채널 정보를 검출하는 리더;

상기 검출된 간섭 채널 정보를 근거리 무선통신으로 송신 또는 수신하여 공유하는 근거리 무선통신모듈을 포함하며,

상기 리더는

태그와 통신을 수행하는 RF처리기와,

안테나로 수신된 신호의 세기를 감지하여 간섭 채널을 검출하는 간섭채널 검출기와,

상기 근거리 무선통신모듈과 연결되며, 상기 검출된 간섭 채널 정보를 상기 근거리 무선통신모듈로 전달하고 사용할 채널을 전달받는 리더 제어기를 포함하는 센서장치.
제 1항에 있어서,

상기 리더와 근거리 무선통신모듈은 유선 인터페이스로 연결되는 센서장치.
제 1항에 있어서,

상기 근거리 무선통신모듈은 지그비 모듈, 무선랜(Wireless LAN or WiFi), UWB(Ultra Wide Band), Bluetooth, WiMax(World interoperability for Microwave access), WiBro(Wireless Broadband) 및 DSRC(Dedicated Short Range Communication) 중에서 적어도 하나를 포함하는 센서장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 리더에는 태그와 통신을 수행하는 RF처리기; 안테나로 수신된 신호의 세기를 감지하여 간섭 채널을 검출하는 간섭채널 검출기; 상기 근거리 무선통신모듈과 연결되며, 상기 검출된 간섭 채널 정보를 상기 근거리 무선통신모듈로 전달하고 사용할 채널을 전달받는 리더 제어기를 포함하는 센서장치.
제 1항에 있어서,

상기 근거리 무선통신모듈은 간섭된 채널을 제외한 채널 중에서 다른 리더들이 사용하지 않는 채널을 재 할당하는 센서장치.
제 1항에 있어서,

상기 리더와 근거리 무선통신모듈을 안테나로 공유시켜 주는 신호 분리기를 포함하는 센서장치.
태그 정보를 요청하고 간섭 채널 정보를 검출하는 리더;

상기 검출된 간섭 채널 정보를 근거리 무선통신으로 서로 공유하고, 상기 리더에 사용할 채널을 재할당하는 근거리 무선통신모듈을 포함하며,

상기 리더는,

태그와 통신을 수행하는 RF처리기와,

안테나로 수신된 신호의 세기를 감지하여 간섭 채널 정보를 검출하는 간섭채널 검출기와,

상기 근거리 무선통신모듈과 연결되며, 상기 검출된 간섭 채널 정보를 상기 근거리 무선통신모듈로 전달하고 사용할 채널을 전달받는 리더 제어기를 포함하는 센서장치.
삭제
제 8항에 있어서,

상기 간섭채널 검출기는 수신되는 신호를 커플링시켜 검출하는 신호 결합기; 상기 커플링된 신호를 중간주파수 신호로 변환하는 신호변환기, 상기 변환된 중간주파수 신호로부터 간섭된 채널을 검출하는 필터를 포함하는 센서장치.
제 8항에 있어서,

상기 리더 제어기는 근거리 무선통신모듈에 태그정보와 간섭채널정보를 전달하고, 재 할당된 채널을 입력받아 RF처리기를 제어하는 센서장치.
제 8항에 있어서,

상기 리더는 UHF 대역으로 통신하며,

상기 근거리 무선통신모듈은 2.45GHz 대역으로 통신하는 센서장치.
제 8항에 있어서,

상기 리더 제어기는 T-FHSS(Time-Frequency Hopping Spread Spectrum) 시간 동기 방식을 이용한 채널 코딩 방식에 의해 주파수 호핑과 관련된 정보를 처리하는 센서장치.
제 8항에 있어서,

상기 근거리 무선통신모듈은 지그비 모듈을 포함하며,

상기 지그비 모듈은 RFD(Reduced Function Device)모듈, FFD(FFD; Full Function Device)모듈 중 적어도 하나로 동작하는 센서장치.
태그와 통신하며, 간섭 채널과 태그 정보를 포함하는 노드 정보를 전송하는 센서;

상기 센서의 노드 정보를 수집하는 코디네이터 모듈;

상기 코디네이터모듈로부터 수집된 노드정보를 기초로 센서의 채널을 재 할당하여 전송하는 서버를 포함하고,

상기 센서는,

태그 정보를 요청하고 간섭 채널 정보를 검출하는 리더와, 상기 검출된 간섭 채널 정보를 근거리 무선통신으로 송신 또는 수신하여 공유하는 근거리 무선통신모듈을 포함하며,

상기 리더는

태그와 통신을 수행하는 RF처리기와, 안테나로 수신된 신호의 세기를 감지하여 간섭 채널을 검출하는 간섭채널 검출기와, 상기 근거리 무선통신모듈과 연결되며, 상기 검출된 간섭 채널 정보를 상기 근거리 무선통신모듈로 전달하고 사용할 채널을 전달받는 리더 제어기를 포함하는 센서 네트워크 시스템.
삭제
제 15항에 있어서,

상기 근거리 무선통신모듈과 코디네이터 모듈 사이에 배치된 라우터를 포함하는 센서 네트워크 시스템.
삭제
삭제
삭제