KR101629148B1 - 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 구성 및 그 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 구성 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템은 유선 통신부를 통해 입력 받은 유선 모드버스 신호를 모드버스 제어 프로그램을 통해 모드버스 패킷으로 수신 받고, 상기 수신 받은 모드버스 패킷을 다시 모드버스 제어 프로그램으로 송신하는 마스터 모드버스 무선모듈, 및 무선 통신 모듈을 통해 수신 받은 모드버스 패킷을 각각 연결된 복수의 서브네트워크들로 전송하고, 상기 복수의 서브네트워크들로부터 다시 상기 전송한 모드버스 패킷을 전송 받는 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈을 포함하는 모드버스 무선모듈을 포함하고, 상기 모드버스 무선모듈은 하나의 모드버스 모듈로서 마스터와 슬레이브의 두 가지 역할로 동작할 수 있다.

Description

무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 구성 및 그 방법{Organizing MODBUS wire communication devices to be wireless communication and a method based on a wireless sensor network}
본 발명은 유선 모드버스(MODBUS) 통신장비를 프로토콜 변경 없이 무선통신이 가능하도록 하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 유선 모드버스(MODBUS) 프로토콜을 사용하는 통신장비를 프로토콜 변경 없이 무선통신이 가능하도록 하는 것으로 모드버스 프로토콜을 사용하는 모든 장치에 관련된 것이다. 모드버스 프로토콜은 공장 등의 생산현장에서 많이 사용된다. 모니터링 하드웨어(Monitoring Hardware), 센서(Sensor), HMI 하드웨어(HMI Hardware) 등 다양한 장치들이 모드버스 프로토콜을 이용해 연결된다. 공장의 전력미터계를 연결하는 통신 프로토콜이 한 예시이다. 따라서 본 방명과 가장 관련 있는 분야는 위에서 언급한 예시들을 포함한 모드버스 프로토콜을 사용하는 장치를 무선화하는 기술과 관련된 것이다.
모드버스 장치들의 성능저하 및 프로토콜 변경 없이 무선화하는 것이므로 기존의 다양한 모드버스 프로토콜을 이용하는 장비들에 모두 적용이 가능하다. 기존 유선 모드버스 장치의 마스터 장치의 출력단자에 제안하는 장치인 무선화 모듈을 연결하고 모드버스 슬레이브에 해당하는 장치의 입력 단자에 다른 무선화 모듈을 연결하면 된다. 다시 말해, 기존의 케이블 연결 단자에 제안하는 제품을 삽입하면 무선화 되는 것이다. 제안하는 제품은 모드버스 마스터, 슬레이브로 동작 가능하며, 무선화 모듈의 주소와 모드버스 장치의 주소는 계층적 구조로 대응되게 된다.
종래의 유선 모드버스 장치들은 입력과 출력 단자를 갖고, 모드버스 장치의 출력 단자는 다른 모드버스 장치들과 하나의 노드에 모두 연결되는 구조로 연결되게 된다. 첫 번째 모드버스 장치는 제어 프로그램으로부터 입력을 받게 된다. 이렇게 연결된 회로 구조는 멀티드롭 방식으로 되어 하나의 네트워크로 구성되게 된다. 유선으로 연결되기 때문에 설치 현장에서 DMX512 장치에 각각 연결해야 하는 케이블 작업은 많은 시간과 복잡성을 갖는다. 또한, 벽과 같은 장애물이 있을 시에 유선 RS-485케이블을 통과시키기 위한 공사를 진행해야 하는 불편함이 있지만. 이를 무선화 함으로써 장애물을 쉽게 우회 가능하도록 할 수 있다. 복수 개의 모드버스 장치가 연결된 경우 중간의 케이블 손상 시 모든 모드버스 장치들이 문제가 될 수 있다.
한국등록특허 제10-1243320호(2013.03.07), "무선센서 네트워크 제어장치 및 그의 제어방법"
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 표준 모드버스 프로토콜을 성능저하 및 변경 없이 무선화 시키기 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 표준 모드버스 프로토콜의 변경 없이 마스터와 슬레이브 간의 통신을 무선화 하여 유선 통신장비들이 갖는 단점을 보완하고 복잡한 설치 과정 없이 네트워크 환경설정을 자동화 하여 시스템 설치를 용이하게 하고자 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템은 유선 통신부를 통해 입력 받은 유선 모드버스 신호를 모드버스 제어 프로그램을 통해 모드버스 패킷으로 수신 받고, 상기 수신 받은 모드버스 패킷을 다시 모드버스 제어 프로그램으로 송신하는 마스터 모드버스 무선모듈, 및 무선 통신 모듈을 통해 수신 받은 모드버스 패킷을 각각 연결된 복수의 서브네트워크들로 전송하고, 상기 복수의 서브네트워크들로부터 다시 상기 전송한 모드버스 패킷을 전송 받는 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈을 포함하는 모드버스 무선모듈을 포함하고, 상기 모드버스 무선모듈은 하나의 모드버스 모듈로서 마스터와 슬레이브의 두 가지 역할로 동작할 수 있다.
상기 복수의 서브네트워크들 각각은 복수의 전력 계량기를 포함하고, 상기 복수의 전력 계량기는 상기 복수의 서브네트워크들로부터 최종적으로 데이터를 수신 받을 수 있다.
제안하는 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템은 상기 모드버스 제어 프로그램으로부터 마스터 모드버스 무선모듈로 상기 모드버스 패킷을 전송하는 게이트웨이, 상기 모드버스 제어 프로그램과 상기 게이트웨이, 상기 게이트웨이와 상기 마스터 모드버스 무선모듈, 및 상기 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈과 각각 연결된 복수의 서브네트워크들을 연결하는 유선 케이블들을 포함하고, 상기 유선 케이블들은 TCP/IP, RS485, RS232를 포함하는 통신 인터페이스를 사용할 수 있다.
상기 모드버스 무선모듈은 유선 모드버스 신호를 입력 받는 유선통신부, 상기 모드버스 패킷을 무선으로 송수신하는 무선통신 모듈부, 상기 무선통신 모듈부에서 수신 받은 분할된 모드버스 패킷을 저장하는 저장부, 상기 모드버스 패킷의 전달을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 모드버스 무선모듈이 마스터 모드버스 무선모듈인 경우, 상기 모드버스 패킷을 통합하여 상기 유선통신부를 통해 상기 모드버스 제어 프로그램으로 전달하고, 상기 모드버스 무선모듈이 슬레이브 모드버스 무선모듈인 경우, 상기 모드버스 패킷을 다른 슬레이브 모드버스 무선모듈로 전달하거나 마스터 모드버스 무선모듈로 전달할 수 있다.
상기 마스터 모드버스 무선모듈은 무선 센서네트워크를 구성하는 코디네이터 역할을 하고, 상기 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈은 상기 무선 센서네트워크에 가입된 노드들이다.
상기 모드버스 무선모듈은 장애물을 우회하여 통신 가능한 무선 센서네트워크를 이용함으로써 멀티 홉 통신이 가능하다.
상기 모드버스 제어 프로그램은 상위 무선 센서네트워크와 하위 무선 센서네트워크 사이의 주소를 대응시키기 위해 상기 모드버스 무선모듈의 미리 정해진 비트의 주소를 분할하여 상기 상위 무선 센서네트워크와 상기 하위 무선 센서네트워크를 대응시킬 수 있다.
상위 무선 센서네트워크와 상기 하위 무선 센서네트워크를 대응시키기 위해 계층적 네트워크 주소를 이용하여 서브 네트워크에 접근할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 방법은 모드버스 제어 프로그램과 연결된 모드버스 무선모듈을 이용하여 네트워크를 형성하는 단계, 상기 네트워크를 형성한 상기 모드버스 무선모듈이 마스터 모드버스 무선모듈로서 동작하는 단계, 상기 마스터 모드버스 무선모듈은 다른 모드버스 무선모듈의 네트워크 가입을 위해 가입을 허용하는 단계, 상기 마스터 모드버스 무선모듈과 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리를 판단하는 단계, 상기 마스터 모드버스 무선모듈과 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리가 미리 정해진 거리 미만일 경우, 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈이 상기 마스터 모드버스 무선모듈이 형성한 네트워크에 가입하는 단계, 상기 마스터 모드버스 무선모듈과 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리가 미리 정해진 거리 이상일 경우, 상기 마스터 모드버스 무선모듈은 상기 네트워크 가입을 종료하고, 상기 네트워크에 가입되어 있는 슬레이브 모드버스 무선모듈이 상기 네트워크 가입을 허용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 가입이 모두 완료되면 상기 네트워크 구성을 최종적으로 마무리한다.
상기 마스터 모드버스 무선모듈에 가입된 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 순서대로 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 주소가 할당되고, 상기 주소를 이용하여 별도의 네트워크 설정 절차 없이 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 주소가 할당된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 표준 모드버스 규격을 만족 하면서 마스터와 슬레이브 간 통신을 무선화하여 기존 유선 모드버스 장치들이 갖는 단점을 보완하고 상위 무선 센서 네트워크와 하위 모드버스 네트워크를 모드버스 주소를 할당하여 서브 네트워크 구조를 만들어 네트워크 설정을 손쉽게 할 수 있는 방안을 제안하였다. 또한, 주소 할당 및 네트워크 설정 과정을 생략하여 설치과정을 대폭 단축시킬 수 있다. 또한, 모드버스 통신 케이블이 없어지므로 설치의 복잡성 및 미관 성을 개선 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드버스 무선모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스 통신장비의 무선통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크를 형성하는 과정을 도식화한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 네트워크 주소를 할당하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 통신 토폴로지의 예시를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스(MODBUS) 통신장비의 무선통신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
제안하는 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스(MODBUS) 통신장비의 무선통신 시스템은 모드버스 무선모듈(110)을 포함한다. 모드버스 무선모듈(110)은 마스터 모드버스 무선모듈(111) 및 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈들(112, 113, 114, 115, 116)을 포함할 수 있다.
마스터 모드버스 무선모듈(111)은 유선 통신부를 통해 입력 받은 유선 모드버스 신호를 모드버스(MODBUS) 제어 프로그램(120)을 통해 모드버스 패킷으로 수신 받고, 상기 수신 받은 모드버스 패킷을 다시 모드버스 제어 프로그램(120)으로 송신한다. 모드버스 제어 프로그램(120)은 모드버스 신호를 발생시키는 기존 유선 제어 프로그램이다.
복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈(112, 113, 114, 115, 116)은 무선 통신 모듈을 통해 수신 받은 모드버스 패킷을 각각 연결된 복수의 서브네트워크들(130, 140, 150)로 전송하고, 상기 복수의 서브네트워크들(130, 140, 150)로부터 다시 상기 전송한 모드버스 패킷을 전송 받는다.
이러한 모드버스 무선모듈(110)은 하나의 모드버스 모듈로서 마스터와 슬레이브의 두 가지 역할로 동작할 수 있다.
그리고, 상기 복수의 서브네트워크들(130, 140, 150) 각각은 복수의 전력 계량기를 포함하고, 상기 복수의 전력 계량기는 상기 복수의 서브네트워크들(130, 140, 150)로부터 최종적으로 데이터를 수신 받는다. 예를 들어, 서브네트워크1(130)은 복수의 전력 계량기들(131, 132, 133)을 포함할 수 있고, 상기 복수의 전력 계량기들(131, 132, 133)은 슬레이브 모드버스 무선모듈일 수 있다.
제안하는 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스(MODBUS) 통신장비의 무선통신 시스템은 상기 모드버스 제어 프로그램(120)으로부터 마스터 모드버스 무선모듈(111)로 상기 모드버스 패킷을 전송하는 게이트웨이(160), 상기 모드버스 제어 프로그램(120)과 상기 게이트웨이(160), 상기 게이트웨이(160)와 상기 마스터 모드버스 무선모듈(111), 및 상기 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈(112, 113, 114, 115, 116)과 각각 연결된 복수의 서브네트워크들(130, 140, 150)을 연결하는 유선 케이블들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트웨이(160)는 모드버스 제어 프로그램으로부터 데이터를 전송 받아 RS485신호로 송신할 수 있다. 이때, 상기 유선 케이블들은 TCP/IP, RS485, RS232 등을 포함하는 통신 인터페이스를 사용할 수 있다.
예를 들어, 모드버스 패킷은 최대 255 Byte로 구성된다. 이것은 데이터 전송 용량이 크지 않은 무선 센서네트워크에서 한 개의 패킷에 담기 힘든 용량이다. 따라서 모드버스 패킷을 온전히 전달하기 위해 여러 개로 분할하여 전송하는 패킷 분할전송이 필요하다. 다시 말해, 무선 센서네트워크의 최대 패킷 용량이 255 Byte 미만인 경우 마스터 모드버스 무선모듈(111)에서 모드버스 패킷을 복수의 패킷에 나누어 전송하고 이를 수신한 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈(112, 113, 114, 115, 116)은 나누어져 전송된 모드버스 패킷을 하나로 통합하여 해당 서브 네트워크로 전달 한다. 본 발명의 실시 예에서는 255 Byte의 데이터를 요구할 경우 4개의 패킷으로 나누어 전송하도록 설계하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드버스 무선모듈(110)의 구성을 나타내는 도면이다.
모드버스 무선모듈(110)은 유선 모드버스 신호를 입력 받는 유선통신부(RS485, RS232, TCP/IP)(210), 상기 모드버스 패킷을 무선으로 송수신하는 무선통신 모듈부(240), 상기 무선통신 모듈부(240)에서 수신 받은 분할된 모드버스 패킷을 저장하는 저장부(230), 상기 모드버스 패킷의 전달을 제어하는 제어부(220)을 포함할 수 있다.
모드버스 무선모듈(110)로 입력되는 유선 모드버스 신호는 모드버스 무선모듈(110)의 유선통신부(210)에서 입출력 하게 된다. 마스터 모드버스 무선모듈의 경우 모드버스 제어 프로그램으로부터 모드버스 패킷을 받고, 모드버스 무선모듈(110)을 통해 수신 받은 모드버스 패킷을 다시 모드버스 제어 프로그램으로 송신하는 역할을 한다. 슬레이브 모드버스 무선모듈의 경우 모드버스 무선모듈(110)을 통해 수신 받은 모드버스 패킷을 모드버스 장치, 본 방명의 실시 예에서는 전력 계량기로 전달하고 다시 전력계량기로부터 데이터를 수신하는 역할을 한다. 무선통신 모듈부(240)는 본 발명에서 제안하는 모드버스 데이터를 무선으로 송수신하기 위한 부분으로 모드버스 무선모듈끼리의 모드버스 패킷 교환의 역할을 한다. 그리고, 제어부(220)는 상기 모드버스 무선모듈이 마스터 모드버스 무선모듈인 경우, 상기 모드버스 패킷을 통합하여 상기 유선통신부를 통해 상기 모드버스 제어 프로그램으로 전달할 수 있다. 또한, 상기 모드버스 무선모듈이 슬레이브 모드버스 무선모듈인 경우, 상기 모드버스 패킷을 다른 슬레이브 모드버스 무선모듈로 전달하거나 마스터 모드버스 무선모듈로 전달할 수 있다.
상기 마스터 모드버스 무선모듈은 무선 센서네트워크를 구성하는 코디네이터 역할을 하고, 상기 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈은 상기 무선 센서네트워크에 가입된 노드들이다. 이러한 모드버스 무선모듈은 장애물을 우회하여 통신 가능한 무선 센서네트워크를 이용함으로써 멀티 홉 통신이 가능하다.
그리고, 상기 모드버스 제어 프로그램은 상위 무선 센서네트워크와 하위 무선 센서네트워크 사이의 주소를 대응시키기 위해 상기 모드버스 무선모듈의 미리 정해진 비트의 주소를 분할하여 상기 상위 무선 센서네트워크와 상기 하위 무선 센서네트워크를 대응시킨다. 이때, 상위 무선 센서네트워크와 상기 하위 무선 센서네트워크를 대응시키기 위해 계층적 네트워크 주소를 이용하여 서브 네트워크에 접근할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스(MODBUS) 통신장비의 무선통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
무선 센서 네트워크에 의한 유선 모드버스(MODBUS) 통신장비의 무선통신 방법은 모드버스 제어 프로그램과 연결된 모드버스 무선모듈을 이용하여 네트워크를 형성하는 단계(310), 상기 네트워크를 형성한 상기 모드버스 무선모듈이 마스터 모드버스 무선모듈로서 동작하는 단계(320), 상기 마스터 모드버스 무선모듈은 다른 모드버스 무선모듈의 네트워크 가입을 위해 가입을 허용하는 단계(330), 상기 마스터 모드버스 무선모듈과 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리를 판단하는 단계(340), 상기 마스터 모드버스 무선모듈과 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리가 미리 정해진 거리 미만일 경우, 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈이 상기 마스터 모드버스 무선모듈이 형성한 네트워크에 가입하는 단계(341)를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 가입이 모두 완료되면 상기 네트워크 구성을 최종적으로 마무리한다. 그리고, 상기 마스터 모드버스 무선모듈에 가입된 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 순서대로 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 주소가 할당되고, 상기 주소를 이용하여 별도의 네트워크 설정 절차 없이 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 주소가 할당된다. 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크를 형성하는 과정을 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크를 형성하는 과정을 도식화한 도면이다.
아래에서, 마스터 모드버스 무선모듈은 마스터로, 슬레이브 모드버스 무선모듈은 슬레이브로 요약하여 나타낸다. 먼저, 모드버스 제어 프로그램과 연결된 모드버스 무선모듈을 이용해 네트워크 형성(410)을 한다. 최초로 네트워크를 형성한 모드버스 무선모듈이 마스터(420)로 동작하게 된다. 다음 마스터는 다른 모드버스 무선 모듈들의 네트워크가입을 위해 가입을 허용한다(430). 나머지 슬레이브(440)들은 네트워크 가입 버튼을 눌러 마스터(450)가 형성한 네트워크에 가입하게 된다. 만약, 마스터(420)와 슬레이브(440)간의 거리가 멀어 통신이 불가능할 경우 마스터(220)는 네트워크 가입을 종료하고 네트워크에 가입되어있는 슬레이브(440)가 네트워크 가입 허용 버튼을 눌러 나머지 슬레이브(440)들의 가입을 받는다. 최종적으로 모든 슬레이브(440)들의 가입이 끝나면 네트워크 가입 허용 버튼을 한번 더 눌러 네트워크 구성을 최종적으로 마무리 한다(490). 이와 같이, 마스터와 통신이 닿지 않는 경우라도 손쉽게 네트워크를 구성할 수 있다. 이때, 마스터에 붙는 슬레이브들의 순서가 곧 슬레이브들의 주소가 되며 이를 이용해 별도의 네트워크 설정 절차 없이 슬레이브들의 주소가 할당된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 네트워크 주소를 할당하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
다시 말해, 네트워크를 구성하고 있는 모드버스 장치들의 주소를 이용하여 서브 네트워크 주소를 배정한 것을 표로 나타낸 것이다. 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈들 각각은 복수개의 모드버스 장치들을 연결할 수 있으므로 각각의 장치들과 슬레이브 모드버스 무선모듈들을 배정하기 위한 절차가 필요하다. 하지만 모드버스 1바이트 주소를 분할하여 상위 주소 영역(510)과 하위 주소 영역(520)으로 나누어 슬레이브 모드버스 무선모듈과 모드버스 장치를 구별하여 별도의 설정과정 없이 구별할 수 있다. 모드버스 1바이트 주소영역의 상위 비트(510)들의 개수에 따라 연결할 수 있는 슬레이브 모드버스 무선모듈들의 개수가 정해지고 이 영역(510)이 슬레이브 모드버스 무선모듈들의 주소가 된다. 그리고 나머지 영역(520)을 모두 합한 주소가 모드버스 장치의 주소가 된다. 예를 들어, 모드버스주소가 65번일 경우 이진 주소로 b01000001이 되고 이는 상위 네 비트가 슬레이브 모드버스 무선모듈의 주소일 경우 4번 슬레이브 모드버스 무선모듈에 연결되어 있는 모드버스 장치임을 의미하고 따라서 마스터는 4번 슬레이브 모드버스 무선모듈에게 모드버스 패킷을 전송한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 통신 토폴로지의 예시를 나타내는 도면이다.
모드버스 프로토콜을 사용하는 기존 유선방식의 전력 계량기, 릴레이 등을 무선화 하는데 제안하는 방법을 적용할 수 있다. 그리고, 기존 유선으로 사용하고 있는 모드버스 기기에 탈 부착 형식으로 제안하는 방법으로 구현한 모듈을 사용할 수 있다.
도 6은 제안하는 마스터 모드버스 무선모듈과 슬레이브 모드버스 무선모듈을 사용하여 구성한 장애물 회피방법을 포함한 다양한 통신 토폴로지의 예시이다. 다시 말해, 슬레이브 모드버스 무선모듈과 미터를 1:1로 연결한 경우(610), 하나의 슬레이브 모드버스 무선모듈에 복수 개의 미터를 연결한 경우(620), 장애물을 우회하기 위해 데이터를 전송하기 위한 슬레이브 모드버스 무선모듈을 추가로 구성시킨 경우(630)를 나타낸 것이다.
슬레이브 모드버스 무선모듈이 마스터 모드버스 무선모듈로부터 미리 정해진 거리보다 먼 거리에 있어 한번에 통신이 안 되는 경우(650), 다른 슬레이브를 거쳐 통신이 가능하다. 예를 들어, 마스터에서 슬레이브11로 데이터를 전송해야 할 경우 한번에 통신이 되지 않으므로 슬레이브9를 통하여 데이터를 전송할 수 있다.
장애물이 막고 있어 통신이 안 되는 경우(660)에도 마찬가지로 미터와 연결되지 않은 슬레이브 모드버스 무선모듈을 이용하여 장애물을 우회하여 통신이 가능하다.
각각의 슬레이브 모드버스 무선모듈에는 하나 이상의 미터를 유선으로 연결하여 서브 네트워크를 구성할 수 있다.
마스터 모드버스 무선모듈은 각각의 미터들이 가지고 있는 모드버스 주소를 분석해 어떤 슬레이브 모드버스 무선모듈에 연결되어 있는 미터의 주소인지를 파악하여 알맞은 슬레이브 모드버스 무선모듈에게 모드버스 패킷을 전송한다.
본 발명은 기존 유선 시스템에서 갖는 문제점을 해결하기 위해서 모드버스(MODBUS) 마스터인 제어 프로그램과 슬레이브에 해당하는 전력계량기 사이의 데이터 통신을 양방향 무선 통신을 사용하여 구현하였다. 또한, 장애물을 우회하여 통신이 가능하도록 무선 센서네트워크를 이용하여 멀티 홉 통신이 가능하도록 하였고 상위의 무선 센서네트워크와 하위의 모드버스 네트워크 사이의 주소를 대응시키기 위해 모드버스 장치의 8-bit 주소를 분할하여 상위 네트워크와 하위네트워크를 대응 시켰다.
종래의 모드버스 장치들을 무선화 하는 기술들은 RS-485유선 통신을 무선으로 구현해주는 시스템이 대부분이다. 하지만 본 발명은 모드버스 장치들을 무선 센서네트워크를 이용한 터널링 기법을 이용하여 무선 센서네트워크의 서브 네트워크로써 모드버스장치들을 활용할 수 있다.
본 발명에서는 상위 네트워크와 하위 네트워크를 대응시키기 위하여 계층적 네트워크 주소를 이용하여 서브 네트워크에 접근할 수 있다.
본 발명의 시스템은 유선 모드버스 프로토콜을 만족하면서 데이터 통신선을 무선화하는 것이므로 기존의 유선 모드버스 시스템과 혼용하여 사용할 수 있다.
제안하는 발명은 기존의 표준 모드버스 프로토콜을 사용하는 모든 장치를 무선화 시키는데 사용 될 수 있다. 무선 통신이 가능하므로 다양한 구조의 네트워크 토폴로지로 구성 가능하여 전파 장애물이나 제한된 RF 동작 영역을 확장 할 수 있어 설치 환경에 구애 받지 않고 유선 모드버스 통신장비를 사용할 수 있다. 또한, 유선 통신케이블이 없어지므로 설치의 제약이 획기적으로 줄어들어 비용을 절감할 수 있고 설치의 복잡성과 미관성을 개선할 수 있다. 또한, 표준 모드버스 프로토콜의 변경 없이 마스터 모드버스 무선모듈과 슬레이브 모드버스 무선모듈 간의 통신을 무선화 하여 유선 통신장비들이 갖는 단점을 보완하고 복잡한 설치 과정 없이 네트워크 환경설정을 자동화 하여 시스템의 설치를 쉽게 할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템에 있어서,
    유선 통신부를 통해 입력 받은 유선 모드버스 신호를 모드버스 제어 프로그램을 통해 모드버스 패킷으로 수신 받고, 상기 수신 받은 모드버스 패킷을 다시 모드버스 제어 프로그램으로 송신하는 마스터 모드버스 무선모듈; 및
    무선 통신 모듈을 통해 수신 받은 모드버스 패킷을 각각 연결된 복수의 서브네트워크들로 전송하고, 상기 복수의 서브네트워크들로부터 다시 상기 전송한 모드버스 패킷을 전송 받는 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈
    을 포함하는 모드버스 무선모듈을 포함하고,
    상기 모드버스 무선모듈은,
    하나의 모드버스 모듈로서 마스터와 슬레이브의 두 가지 역할로 동작하고,
    상기 모드버스 제어 프로그램은,
    상위 무선 센서네트워크와 하위 무선 센서네트워크 사이의 주소를 대응시키기 위해 상기 모드버스 무선모듈의 미리 정해진 비트의 주소를 분할하여 상기 상위 무선 센서네트워크와 상기 하위 무선 센서네트워크를 대응시키는 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 서브네트워크들 각각은 복수의 전력 계량기를 포함하고, 상기 복수의 전력 계량기는 상기 복수의 서브네트워크들로부터 최종적으로 데이터를 수신 받는 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모드버스 제어 프로그램으로부터 마스터 모드버스 무선모듈로 상기 모드버스 패킷을 전송하는 게이트웨이; 및
    상기 모드버스 제어 프로그램과 상기 게이트웨이, 상기 게이트웨이와 상기 마스터 모드버스 무선모듈, 및 상기 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈과 각각 연결된 복수의 서브네트워크들을 연결하는 유선 케이블들
    을 포함하고,
    상기 유선 케이블들은 TCP/IP, RS485, RS232를 포함하는 통신 인터페이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모드버스 무선모듈은,
    유선 모드버스 신호를 입력 받는 유선통신부;
    상기 모드버스 패킷을 무선으로 송수신하는 무선통신 모듈부;
    상기 무선통신 모듈부에서 수신 받은 분할된 모드버스 패킷을 저장하는 저장부; 및
    상기 모드버스 패킷의 전달을 제어하는 제어부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 모드버스 무선모듈이 마스터 모드버스 무선모듈인 경우, 상기 모드버스 패킷을 통합하여 상기 유선통신부를 통해 상기 모드버스 제어 프로그램으로 전달하고, 상기 모드버스 무선모듈이 슬레이브 모드버스 무선모듈인 경우, 상기 모드버스 패킷을 다른 슬레이브 모드버스 무선모듈로 전달하거나 마스터 모드버스 무선모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 모드버스 무선모듈은 무선 센서네트워크를 구성하는 코디네이터 역할을 하고,
    상기 복수의 슬레이브 모드버스 무선모듈은 상기 무선 센서네트워크에 가입된 노드들인 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모드버스 무선모듈은,
    장애물을 우회하여 통신 가능한 무선 센서네트워크를 이용함으로써 멀티 홉 통신이 가능한 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상위 무선 센서네트워크와 상기 하위 무선 센서네트워크를 대응시키기 위해 계층적 네트워크 주소를 이용하여 서브 네트워크에 접근하는 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 시스템.
  9. 모드버스 통신장비의 무선통신 방법에 있어서,
    모드버스 제어 프로그램과 연결된 모드버스 무선모듈을 이용하여 네트워크를 형성하는 단계;
    상기 네트워크를 형성한 상기 모드버스 무선모듈이 마스터 모드버스 무선모듈로서 동작하는 단계;
    상기 마스터 모드버스 무선모듈은 다른 모드버스 무선모듈의 네트워크 가입을 위해 가입을 허용하는 단계; 및
    상기 마스터 모드버스 무선모듈과 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리를 판단하는 단계; 및
    상기 마스터 모드버스 무선모듈과 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리가 미리 정해진 거리 미만일 경우, 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈이 상기 마스터 모드버스 무선모듈이 형성한 네트워크에 가입하는 단계
    를 포함하는 모드버스 통신장비의 무선통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마스터 모드버스 무선모듈과 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 거리가 미리 정해진 거리 이상일 경우, 상기 마스터 모드버스 무선모듈은 상기 네트워크 가입을 종료하고, 상기 네트워크에 가입되어 있는 슬레이브 모드버스 무선모듈이 상기 네트워크 가입을 허용하는 단계
    를 더 포함하는 모드버스 통신장비의 무선통신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 가입이 모두 완료되면 상기 네트워크의 구성을 최종적으로 마무리하는 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 마스터 모드버스 무선모듈에 가입된 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 순서대로 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 주소가 할당되고, 상기 주소를 이용하여 별도의 네트워크 설정 절차 없이 상기 슬레이브 모드버스 무선모듈의 주소가 할당되는 것을 특징으로 하는 모드버스 통신장비의 무선통신 방법.
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