KR101484445B1

KR101484445B1 - 실시간 데이터 신뢰성 유지를 위한 전력선통신 시스템

Info

Publication number: KR101484445B1
Application number: KR20140051246A
Authority: KR
Inventors: 김경진; 성한호
Original assignee: 주식회사 디엠파워
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-01-26

Abstract

본 발명은 전력선 통신에서 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point) 와 노드(node)로 구성된 네트워크 망을 기준으로 각 네트워크 망간에 통신환경의 열화로 통신이 불가능 하거나 통신 품질이 저하되는 상황을 미연에 방지하여 실시간 데이터 전송, 긴급 상황 대처 같은 신뢰성이 보장된 시스템 성능 제공방안을 제시하는 것을 특징으로 한다.

Description

실시간 데이터 신뢰성 유지를 위한 전력선통신 시스템 {The power line communication system for real time integrity maintenance}

본 발명은 전력선 통신에서 다양한 환경의 변화로 인한 통신 품질의 저하나 통신 불능 상태를 파악하여 보다 좋은 환경으로 천이하는 방안을 제시하여 신뢰성이 보장되는 통신 상태를 유지하기 위한 방안을 제시한다. 또한, 통신 불량에 따른 반복된 데이터 처리로 인한 배터리(battery) 수명 단축을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 설치 편의성, DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)의 개수를 줄이므로 유지관리 비용 절감 및 긴급 재난 발생시 실시간 통신을 위한 시스템에 대한 신뢰성을 제공한다.

전력선 통신(power line communication; PLC) - 또한, 메인즈(mains) 통신, 전력선 전송(power line transmission; PLT), 광대역 전력선(broadband power line; BPL), 전력 대역 또는 전력선 네트워킹(power line networking; PLN)이라 불림 - 은 데이터의 동시 배포를 위한 배전 와이어(power distribution wires)를 사용하는 방법을 기술하는 용어이다. 캐리어(carrier)는 표준 50 Hz 또는 60 Hz의 교류 전류(AC)에 아날로그 신호를 겹쳐 놓음으로써 음성(voice) 및 데이터를 전달할 수 있다. 실내 응용(application)의 경우, PLC 기기는 가정용 전력 배선을 전송 매체로서 사용할 수 있다. 그러나, 전력선 통신 시스템 내의 장치들간의 전력선 통신은, 전력선 통신 시스템 외부에 있으나 동일한 전력배선(예를 들어, 진공 청소기, 전기 드릴 또는 스위칭 파워 서플라이)에 접속된 다른 장치 또는 시스템, 다른 외부 소스(예를 들어, 기타 PLC 시스템), 메인즈 전력 네트워크에서의 외란(disturbances) 또는 기타 노이즈 소스에 의해 간섭받을 수 있다. 따라서, 데이터를 배포하는 다른 캐리어는, 예를 들어, HDMI 케이블과 같이 서로 통신하는 근거리 장치들간에 사용된다. 이는, 서로 다른 통신 장치를 복수의 케이블로 연결시켜야 하거나 복잡한 네트워크 아키텍처를 야기할 수 있다.

PLC 기술에서는 두 개의 셀(cell)을 연결시켜주는 셀 브리지(cell bridge: CB)라는 장치가 사용된다. 셀 브리지(CB)는 두개의 셀 사이의 통신을 가능하게 해 준다. 셀 브리지(CB)는 연결시킬 두 개의 셀 각각에 대한 그룹 아이디(GID)와 암호화 키(encryption key)를 알아야 한다. 그런데, 현재 알려져 있는 PLC 셀 간의 데이터 전송 방식에서는 셀 브리지(CB)에 각각의 셀에 대한 GID와 암호화 키를 관리자가 수작업으로 입력해야 한다. 이는 번거럽고 불편하므로, 이러한 작업을 자동화하는 방식(mechanism)이 요구된다

본 발명은 전력선 통신에서 검침기나 센서(sensor)로부터 데이터를 받아 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)에 전달하는 노드(node)가 계속적으로 통신 품질을 체크(check)하고, 관리하는 방안으로 핸드오버 기능(hand-over skill)을 제안한다. 노드(node)는 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)와 네트워크가 형성되고 난 후 임의로 설정된 타임 슬롯(time slot) 주기마다 슬립모드(sleep mode)와 아이들모드(idle mode)를 반복한다. 슬립모드(sleep mode) 에서는 전류 소모를 줄이기 위해 최소한의 전원만 공급하고 나머지 블록은 전원을 제거한다. 아이들모드(idle mode)에서는 유니캐스트(unicast) 신호를 감시하고, DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)들로부터 수신된 멀티캐스트(multicast) 데이터들에서 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)의 정보를 분석한다. 특히, 수신된 신호 세기(RSSI: received signal strength indicator)를 참조하여 현재 연결되어 있는 네트워크 이외에 일정크기 이상인 신호세기를 갖는 주변 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)를 네트워크 목록으로 저장한다. 만일, 연결된 네트워크를 찾을 수 없거나 주변 네트워크와의 신호세기가 설정된 레벨(level) 이상 차이가 발생하면 핸드오버(hand-over)를 수행한다. 핸드오버(hand-over) 수행은 노드(node)가 능동적으로 판단하여 수행한다. 먼저 기존 네트워크정보를 리셋(reset)하고 핸드오버(hand-over)를 수행할 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)에 네트워크 연결 절차를 진행하고 승인이 완료 되면 연결된 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)는 게이트웨이(gateway)나 백본(backbone)에 추가된 네트워크 정보를 전달하고, 게이트웨이 (gateway)나 백본(backbone)은 노드(node)가 연결 되어 있던 이탈된 네트워크에 알리고 네트워크 목록에서 이탈된 노드(node)를 삭제하도록 한다. 만약, 연결을 원하는 네트워크로부터 승인이 거절되면 다음 순위의 네트워크에 연결을 시도한다. 이와 같이 네트워크를 계속해서 관찰하고, 관리함으로써 긴급 재난 상황에서 요구되는 신뢰성 있는 실시간 데이터 전송이 가능할 수 있다.

종래의 전력선 통신 기술은 도 1과 같이 각각의 DCU 혹은 AP에 연결된 노드(node)들은 다른 DCU혹은 AP로의 핸드오버가 불가능하며, 만약 연결중인 DCU 혹은 AP의 시스템이 다운되면 네트워크와 통신이 불가능해 진다. 따라서, 실시간 데이터 전송에 신뢰성을 보장할 수 없게 된다.

본 발명은 전력선 통신에서 노드(node)가 능동적으로 핸드오버(hand-over)를 수행하고, 계속적으로 네트워크를 관리함으로써 핸드오버(hand-over) 시간이 단축되고 실시간 데이터 전송이 가능하다. 주요 선행기술문헌으로는 다음과 같은 것들이 있다.

선행기술문헌

특허문헌

US2013/0003696 A1

US2009/0121845 A1

US2011/0041672 A1

KR10-2012-0089681 A

KR10-2003-0045576 A

KR10-2011-0044755 A

비특허문헌

없음

기존 전력선 통신 시스템은 핸드오버 기능이 없으며, 노드(node)가 단일 DCU 혹은 AP에 접속되어 있어 DCU 혹은 AP의 시스템다운 시 능동적인 시스템 복구가 불가능하여 실시간 데이터 전송이 어렵게 된다. 특히 재난 상황에서는 막대한 비용을 발생시킬 수 있다.

본 발명은 전력선 통신에서 정해진 타임 슬롯(time slot) 마다 계속적으로 네트워크 상태를 감시하고 능동적인 핸드오버(hand-over)를 수행함으로써 네트워크 이동 시간이 매우 짧고, 항상 좋은 통신 환경에서 실시간 데이터 전송이 가능하다. 특히, 재난 상황과 같은 긴급한 상황에서 신뢰성 있는 시스템 성능을 제공할 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 본 발명은 전력선 통신에서 검침기나 센서(sensor)로부터 데이터를 받아 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)에 전달하는 노드(node)가 계속적으로 통신 품질을 체크(check)하고, 관리하는 방안으로 핸드오버 기능(hand-over skill)을 제안한다. 노드(node)는 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)와 네트워크가 형성되고 난 후 임의로 설정된 타임 슬롯(time slot) 주기마다 슬립모드(sleep mode)와 아이들모드(idle mode)를 반복한다. 슬립모드(sleep mode) 에서는 전류 소모를 줄이기 위해 최소한의 전원만 공급하고 나머지 블록은 전원을 제거한다. 아이들모드(idle mode)에서는 유니캐스트(unicast) 신호를 감시하고, DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)들로부터 수신된 멀티캐스트(multicast) 데이터들에서 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)의 정보를 분석한다. 특히, 수신된 신호 세기(RSSI: received signal strength indicator)를 참조하여 현재 연결되어 있는 네트워크 이외에 일정크기 이상인 신호세기를 갖는 주변 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)를 네트워크 목록으로 저장한다. 만일, 연결된 네트워크를 찾을 수 없거나 주변 네트워크와의 신호세기가 설정된 레벨(level) 이상 차이가 발생하면 핸드오버(hand-over)를 수행한다. 핸드오버(hand-over) 수행은 노드(node)가 능동적으로 판단하여 수행한다. 먼저 기존 네트워크정보를 리셋(reset)하고 핸드오버(hand-over)를 수행할 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)에 네트워크 연결 절차를 진행하고 승인이 완료 되면 연결된 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)는 게이트웨이(gateway)나 백본(backbone)에 추가된 네트워크 정보를 전달하고, 게이트웨이 (gateway)나 백본(backbone)은 노드(node)가 연결 되어 있던 이탈된 네트워크에 알리고 네트워크 목록에서 이탈된 노드(node)를 삭제하도록 한다. 만약, 연결을 원하는 네트워크로부터 승인이 거절되면 다음 순위의 네트워크에 연결을 시도한다. 이와 같이 네트워크를 계속해서 관찰하고, 관리함으로써 긴급 재난 상황에서 요구되는 신뢰성 있는 실시간 데이터 전송이 가능할 수 있다.

본 발명은 전력선 통신에서 양호한 통신 상태를 유지하고, 긴급 재난 상황에서 요구되는 실시간 데이터 전송이 가능할 수 있도록 한다. 또한, 통신 불량에 따른 반복된 데이터 처리로 인한 배터리(battery) 수명 단축을 방지할 수 있다.

본 발명은 통신 품질 개선에 따른 전력소모 감소로 인한 유지관리 비용 감소 등의 경제적 측면도 제공한다.

도 1은 기존 전력선 통신에서 구성되는 개략적인 시스템 블럭도이다.
도 2는 본 발명에서 구성되는 전력선 통신 시스템의 개략적인 시스템 블럭도이다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 전력선 통신에서 핸드오버(hand-over)가 일어나는 DCU 혹은 AP 신호세기(RSSI)를 나타내는 개념도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 제안한 노드(node)와 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point) 사이의 핸드오버(hand-over) 과정을 도시한 순서도이다.

본 발명에서 제안한 내용은 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 기존 전력선 통신에서 구성되는 개략적인 시스템 블럭도이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 기본 구성은 데이터를 보관하고 관리하는 서버(10), DCU 혹은 AP(40~47)로부터 받은 데이터를 네트워크 망 구조에 맞게 서버(10)에 전달하는 게이트웨이(gateway)(20), 노드(node)(A-n~H-n)로부터 받은 검침 데이터 혹은 센서 데이터를 게이트웨이(gateway)(20)에 전달하는 DCU 혹은 AP(40~47), 검침기나 센서에서 받은 데이터를 DCU 혹은 AP(40~47)에 전달하는 노드(node)(A-n~H-n)로 구성된다. 30~37은 변압기를 나타낸다.

동 도면에서 각 노드(node)(A-n~H-n)는 개별적으로 할당된 DCU 혹은 AP(40~47)에 연결된다. 노드(node) A-n 계열은 DCU 혹은 AP 40, B-n 계열은 DCU 혹은 AP 41, C-n 계열은 DCU 혹은 AP 42, D-n 계열은 DCU 혹은 AP 43, E-n 계열은 DCU 혹은 AP 44, F-n 계열은 DCU 혹은 AP 45, G-n 계열은 DCU 혹은 AP 46, H-n 계열은 DCU 혹은 AP 47에 각각 네트워크를 구성한다. 기존 전력선 통신에서의 핸드오버 기능은 없다.

도 2는 본 발명에서 구성되는 전력선 통신 시스템의 개략적인 시스템 블럭도이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 기본 구성은 데이터를 보관하고 관리하는 서버(10), DCU 혹은 AP(40~43)로부터 받은 데이터를 네트워크 망 구조에 맞게 서버(10)에 전달하는 게이트웨이(gateway)(20), 노드(node)(A-n~H-n)로부터 받은 검침 데이터 혹은 센서 데이터를 게이트웨이(gateway)(20)에 전달하는 DCU 혹은 AP(40~43), 검침기나 센서에서 받은 데이터를 DCU 혹은 AP(40~43)에 전달하는 노드(node)(A-n~H-n)로 구성된다. 30~37은 변압기를 나타낸다.

동 도면에서 노드(node) A-n 계열, B-n 계열, C-n 계열은 DCU 혹은 AP 40과 41에 네트워크 연결이 가능하며, D-n 계열과 E-n 계열은 DCU 혹은 AP 41과 42, F-n 계열, G-n 계열, H-n 계열은 DCU 혹은 AP 42와 43에 각각 네트워크 연결이 가능하다.

동 도면에서 노드(node) A-n은 DCU 혹은 AP 40과 네트워크 연결 상태일 때, DCU 혹은 AP 41은 인접한 DCU 혹은 AP로 등록된다. 노드(node) B-n과 C-n은 DCU 혹은 AP 41과 네트워크 연결 상태일 때, DCU 혹은 AP 40은 인접한 DCU 혹은 AP로 등록된다. 노드(node) D-n은 DCU 혹은 AP 41과 네트워크 연결 상태일 때, DCU 혹은 AP 42은 인접한 DCU 혹은 AP로 등록된다. 노드(node) E-n은 DCU 혹은 AP 42와 네트워크 연결 상태일 때, DCU 혹은 AP 41은 인접한 DCU 혹은 AP로 등록된다. 노드(node) F-n과 G-n은 DCU 혹은 AP 42와 네트워크 연결 상태일 때, DCU 혹은 AP 43은 인접한 DCU 혹은 AP로 등록된다. 노드(node) H-n은 DCU 혹은 AP 43과 네트워크 연결 상태일 때, DCU 혹은 AP 42는 인접한 DCU 혹은 AP로 등록된다. 타임슬롯(time slot) 주기마다 연결중인 네트워크와 이웃한 네트워크 상태를 점검하고 기록한다

도 3은 본 발명에서 제안하는 전력선 통신에서 핸드오버(hand-over)가 일어나는 DCU 혹은 AP 신호세기(RSSI)를 나타내는 개념도를 도시한 도면이다.

동 도에서 10은 노드(node)와 네트워크가 연결 중인 DCU 혹은 AP의 신호세기(RSSI) 변화를 나타내고, 50은 핸드오버 수행 시 우선적으로 진행할 네트워크 신호세기 변화를 나타낸다. 동 도에서 20은 신호세기(RSSI)의 경계 값으로 T_DROP이라고 명하고, 40은 신호세기가 약하여 반드시 핸드오버를 수행하여야 하는 값으로 T_HANDOVER라고 명한다. 핸드오버는 다음과 같은 조건에서 발생한다. 첫째, 신호세기가 T_DROP 값 보다 낮고, 현재 연결중인 네트워크(10)와 핸드오버를 진행할 네트워크(50)간의 신호세기 차이가 델타(Δ) (30) 보다 클 때 핸드오버를 시행한다. 둘째, 신호세기가 T_HANDOVER 값 보다 낮을 경우에는 바로 핸드오버를 시행한다.

도 4는 본 발명에서 제안한 노드(node)와 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point) 사이의 핸드오버(hand-over) 과정을 도시한 순서도이다.

동 도에서 노드(node)는 기본적으로 전원소모를 최소화 하는 슬립모드(sleep mode)(1), DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)로 부터 오는 유니케스트(unicast)신호와 멀티캐스트(multicast)신호를 감시하는 아이들모드(idle mode)(2)를 반복한다. 만약, 아이들모드(2)에서 네트워크의 멀티캐스트(multicast) 신호를 수신(3)하고 수시된 신호 세기가 T_DROP(4)보다 작으면 핸드오버 다음과정을 진행하고 그렇지 않으면 슬립모드(sleep mode)(1)로 들어간다. 노드(node)와 네트워크 연결 중인 신호세기와 인접 네트워크 중 핸드오버 대상인 네트워크 간의 신호세기 차이 델타(Δ)가 임의의 설정된 값(TH)보다 클 경우(5-1) 핸드오버 다음 과정을 진행한다. 또한, 노드(node)와 네트워크 연결중인 신호세기가 임의의 설정 값 T_HANDOVER 값보다 작을 경우(5-2) 핸드오버 다음과정을 수행한다. 노드(node)는 핸드오버 대상 네트워크에 승인 절차(6-1)를 진행한다. 승인이 완료되면(7) 노드(node)는 슬립모드로 진입하고, 정상동작을 수행하고, 연결된 네트워크 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)는 추가된 노드(node) 정보를 게이트웨이(gate way) 혹은 백본(backbone)에 통보한다. 게이트웨이(gate way) 혹은 백본(backbone)은 이탈된 네트워크에 이 사실을 통보하고 정보가 삭제되도록 한다. 만약, 승인이 거절되면 순서에 의하여 다음 네트워크와 승인절차를 진행(6-2, 6-3)하고, 임의의 정해진 절차에도 연결할 네트워크가 없다면 임의의 정해진 일정 시간 동안 대기상태를 유지하고(8) 시간이 경과하면 아이들(idle) 과정부터(2) 다시 시작한다.

10: 서버
20 : 게이트웨이(gateway)

Claims

전력선 통신에서 검침기나 센서(sensor)로부터 데이터를 받아 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)에 전달하는 노드(node)가 계속적으로 통신 품질을 체크(check)하고, 관리하는 방안으로 핸드오버 기능(hand-over skill)을 가지며, 노드(node)는 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)와 네트워크가 형성되고 난 후 임의로 설정된 타임 슬롯(time slot) 주기마다 슬립모드(sleep mode)와 아이들모드(idle mode)를 반복하며; 슬립모드(sleep mode) 에서는 전류 소모를 줄이기 위해 최소한의 전원만 상기 네트워크로 공급하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신방법
청구항 1에 있어서, 아이들모드(idle mode)에서는 유니캐스트(unicast) 신호를 감시하고, DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)들로부터 수신된 멀티캐스트(multicast) 데이터들에서 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)의 정보를 분석하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신방법
청구항 2에 있어서, 수신된 신호 세기(RSSI: received signal strength indicator)를 참조하여 현재 연결되어 있는 네트워크 이외에 일정크기 이상인 신호세기를 갖는 주변 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)를 네트워크 목록으로 저장하며, 만일, 연결된 네트워크를 찾을 수 없거나 주변 네트워크와의 신호세기가 설정된 레벨(level) 이상 차이가 발생하면 핸드오버(hand-over)를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신방법
청구항 3에 있어서, 핸드오버(hand-over) 수행은, 기존 네트워크정보를 리셋(reset)하고 핸드오버(hand-over)를 수행할 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)에 네트워크 연결 절차를 진행하고 승인이 완료 되면 연결된 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)는 게이트웨이(gateway)나 백본(backbone)에 추가된 네트워크 정보를 전달하고, 게이트웨이 (gateway)나 백본(backbone)은 노드(node)가 연결 되어 있던 이탈된 네트워크에 알리고 네트워크 목록에서 이탈된 노드(node)를 삭제하는 것으로서, 노드(node)가 능동적으로 판단하여 수행하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신방법
청구항 4에 있어서, 연결을 원하는 네트워크로부터 승인이 거절되면 다음 순위의 네트워크에 연결을 시도하는 방식으로 네트워크 연결시도를 지속함으로써 긴급 재난 상황에서 요구되는 신뢰성 있는 실시간 데이터 전송이 가능한 전력선 통신방법
전력선 통신방법에 있어서, 노드(node)는 기본적으로 전원소모를 최소화 하는 슬립모드(sleep mode)(1), DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)로 부터 오는 유니케스트(unicast)신호와 멀티캐스트(multicast)신호를 감시하는 아이들모드(idle mode)(2)를 반복하는 단계; 아이들모드(2)에서 네트워크의 멀티캐스트(multicast) 신호를 수신(3)하고 수시된 신호 세기가 T_DROP(4)보다 작으면 핸드오버 다음과정을 진행하고 그렇지 않으면 슬립모드(sleep mode)(1)로 들어가는 단계; 노드(node)와 네트워크 연결 중인 신호세기와 인접 네트워크 중 핸드오버 대상인 네트워크 간의 신호세기 차이 델타(Δ)가 임의의 설정된 값(TH)보다 클 경우(5-1) 핸드오버 다음 과정을 진행하는 단계로 구성되는 특징으로 하는 전력선 통신방법
청구항 6에 있어서, 노드(node)와 네트워크 연결중인 신호세기가 임의의 설정 값 T_HANDOVER 값보다 작을 경우(5-2) 핸드오버 다음과정을 수행하는 단계; 노드(node)는 핸드오버 대상 네트워크에 승인 절차(6-1)를 진행하는 단계; 승인이 완료되면(7) 노드(node)는 슬립모드로 진입하고, 정상동작을 수행하고, 연결된 네트워크 DCU(data control unit) 혹은 AP(access point)는 추가된 노드(node) 정보를 게이트웨이(gate way) 혹은 백본(backbone)에 통보하는 단계; 게이트웨이(gate way) 혹은 백본(backbone)은 이탈된 네트워크에 이 사실을 통보하고 정보가 삭제되는 단계; 승인이 거절되면 순서에 의하여 다음 네트워크와 승인절차를 진행(6-2, 6-3)하고, 임의의 정해진 절차에도 연결할 네트워크가 없다면 임의의 정해진 일정 시간 동안 대기상태를 유지하고(8) 시간이 경과하면 아이들(idle) 과정부터(2) 다시 시작하는 단계로 구성되는 전력선 통신방법