KR101779201B1 - 로라 기반 원격 검침 시스템 - Google Patents

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심병섭
김정준
이계환
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주식회사 레오테크
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Abstract

본 발명은 원격 검침 시스템에 관한 것으로, 특히 로라(LoRaWAN)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성함으로써, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템에 관한 것이다.
본 발명인 로라 기반 원격 검침 시스템을 이루는 구성수단은 계량기 함 내부에 배치되어 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 검침하는 원격 수집기, 상기 원격 수집기에 대응하여 상기 계량기 함 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버로 전송하는 원격 표시기, 상기 로라 네트워크 서버로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리하는 로라 애플리케이션 서버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

로라 기반 원격 검침 시스템{LoRaWAN-based remote meter reading system}
본 발명은 원격 검침 시스템에 관한 것으로, 특히 로라(LoRaWAN : Long Range Wide Area Network, 이하 "로라"라 함)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성함으로써, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템에 관한 것이다.
로라(LoRaWAN)는 900MHz대 주파수를 사용하여 저전력 원거리 통신(Low Power Wide Area Network)을 지향하는 사물 인터넷망으로 SigFox, Weightless-N(N-Wave) 등과 직접 경쟁할 뿐만 아니라 저가 LTE, 동일 주파수대의 WiFi와도 경쟁을 하고 있다. 로라의 데이타 통신 속도는 0.3 kbps to 50 kbp로 낮아 저전력이 가능하고 높은 속도를 필요로하지 않는 사물간 통신에 활용 가능하다.
로라(LoRaWAN)는 저전력 원거리 네트워크(LPWAN) 스펙의 하나이며, 지역적, 국가적 혹은 글로벌 네트워크에서 무선 배터리로 운용되는 사물을 위해 만들어졌다. 로라(LoRaWAN)는 보안이 유지되는 양방향 통신이나 현재까지 차량 혹은 지역 서비스 같은 사물인터넷을 주요 타겟으로 한다. 이 표준은 복잡한 설치과정 없이 스마트 기기들 사이에서 지속적인 상호호환성을 제공할 수 있고, 사용자에게 자유를 줄 것이며, 비니지스적으로 사물인터넷을 확장할 수 있을 것으로 기대된다.
일반적인 로라(LoRaWAN) 네트워크 아키텍처는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 로라 게이트웨이(50)가 센서 또는 액추에이터 등으로 구성될 수 있는 최종 장치(10)와 백엔드의 로라 네트워크 서버(70) 사이에서 메시지 데이터를 중계하는 투명한 스타 형태로 배치되며, 상기 로라 네트워크 서버(70)에 전송된 로라 데이터는 애플리케이션 서버(90)로 전송되어 저장 관리 및 분석된다. 상기 로라 게이트웨이(50)는 표준 IP 연결을 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)에 연결되고 상기 최종 장치(10)는 하나 이상의 로라 게이트웨이(50)에 단일 홉 무선 통신을 사용하여 통신을 수행한다.
이와 같은 구조 및 동작을 가지는 로라(LoRaWAN)는 최근에 다양한 서비스에 적용하려는 시도가 진행되고 있다. 대한민국 등록특허 10-1721853호(이하 "선행기술문헌"이라 함)는 LoRa 통신을 이용한 독거 노인 안전 24시간 모니터링 시스템 및 방법을 제안하고 있다. 이 선행기술문헌은 원거리 통신을 가능하게 하는 로라(LoRaWAN) 통신을 이용하여 독거노인을 원격에서 효율적으로 모니터링할 수 있도록 한다.
그러나, 센서 또는 액추에이터로 구성될 수 있는 종단 장치(10)와 로라 게이트웨이(50) 간의 통신 상태가 불량한 경우에는 모니터링 대상에 대한 원격 모니터링이 원활하지 않을 수 있다. 특히, 상기 종단 장치(10)가 전파 송수신에 장애가 되는 장소에 배치되는 경우에는 로라 통신이 원활하지 않을 수 있다.
이와 같은 문제는 상기 종단 장치기 함 내부에 배치되는 경우에 더욱더 심각하게 발생할 수 있다. 구체적으로, 로라를 원격 검침 시스템에 적용할 때, 계량기 값을 검침하는 종단 장치로서의 원격 수집기는 계량기 함 내부에 배치되기 때문에, 로라(LoRaWAN)를 그대로 적용하면, 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 로라 게이트웨이 간의 통신이 원활하지 않을 수 있고, 이로 인하여 통신 거리의 제약이 발생한다.
특히, 로라(LoRaWAN)에서의 종단 장치와 로라 게이트웨이 간의 데이터 송수신은 단일 홉(one hop) 통신을 통해 수행되기 때문에, 상기 종단 장치로서의 원격 수집기가 함 내부에 배치되면, 단일 홉 통신이 현실적으로 어려울 수 있고, 이로 인하여 로라(LoRaWAN)를 기반하여 구성된 원격 검침 시스템의 성능을 보장할 수 없는 단점을 발생시킨다.
대한민국 등록특허 10-1721853호(공고일자 : 2017년 04월 03일, 발명의 명칭 : LoRa 통신을 이용한 독거노인 안전 24시간 모니터링 시스템 및 방법)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 로라(LoRaWAN)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성함으로써, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 수집기와 이에 대응되는 원격 표시기가 서로 시간 동기화되어 데이터 송수신을 수행할 때에만 동시에 웨이크업(wake up)되고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되도록 구성됨으로써, 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터에 해당하는 계량기 값을 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 로라 데이터를 로라 게이트웨이로 전송하되, 로라 데이터에 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 포함시켜 전송하도록 구성됨으로써, 로라 애플리케이션 서버에서 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인할 수 있도록 하고, 이로 인하여 원격 고장 진단 및 신속한 대응을 가능하도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 표시기만이 표준 프로토콜 기반으로 로라(LoRaWAN) 네트워크에 연결되도록 구성함으로써, 기존에 구축된 로라 공용망 또는 사설망에 연동될 수 있고, 로라 네트워크 서버가 상기 원격 표시기와 원격 수집기를 구별하지 않고 하나의 기기로 인식하여 네트워크 투명성을 보장할 수 있기 때문에, 로라(LoRaWAN) 기반의 시스템을 구성하는데 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터인 계량기 값을 디스플레이할 수 있도록 구성함으로써, 관련자가 계량기 값을 용이하게 확인할 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 로라 기반 원격 검침 시스템을 이루는 구성수단은 계량기 함 내부에 배치되어 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 검침하는 원격 수집기, 상기 원격 수집기에 대응하여 상기 계량기 함 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버로 전송하는 원격 표시기, 상기 로라 네트워크 서버로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리하는 로라 애플리케이션 서버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원격 수집기와 상기 원격 표시기는 시간 동기화되어 동시에 깨어나서 데이터 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원격 표시기는 상기 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신받은 계량기 값을 상기 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 형성된 로라 데이터를 상기 로라 게이트웨이를 통해 상기 로라 네트워크 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원격 표시기는 대응하는 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송하고, 상기 로라 애플리케이션 서버는 상기 로라 데이터를 이용하여 대응하는 상기 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 로라 기반 원격 검침 시스템에 의하면, 로라(LoRaWAN)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성하기 때문에, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 수집기와 이에 대응되는 원격 표시기가 서로 시간 동기화되어 데이터 송수신을 수행할 때에만 동시에 웨이크업(wake up)되고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되도록 구성되기 때문에, 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터에 해당하는 계량기 값을 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 로라 데이터를 로라 게이트웨이로 전송하되, 로라 데이터에 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 포함시켜 전송하도록 구성되기 때문에, 로라 애플리케이션 서버에서 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인할 수 있도록 하고, 이로 인하여 원격 고장 진단 및 신속한 대응을 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 표시기만이 표준 프로토콜 기반으로 로라(LoRaWAN) 네트워크에 연결되도록 구성하기 때문에, 기존에 구축된 로라 공용망 또는 사설망에 연동될 수 있고, 로라 네트워크 서버가 상기 원격 표시기와 원격 수집기를 구별하지 않고 하나의 기기로 인식하여 네트워크 투명성을 보장할 수 있기 때문에, 로라(LoRaWAN) 기반의 시스템을 구성하는데 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터인 계량기 값을 디스플레이할 수 있도록 구성하기 때문에, 관련자가 계량기 값을 용이하게 확인할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 로라(LoRaWAN) 네트워크 구조에 관한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템의 동작을 설명하기 위한 절차도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결 수단 및 효과를 가지는 본 발명인 로라(LoRaWAN) 기반 원격 검침 시스템에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템(100)은 로라(LoRaWAN) 네트워크 구조에서 종단 장치에 해당하는 원격 수집기(10), 본 발명에서 추가 채택되는 원격 표시기(30), 로라 게이트웨이(50)(로라 게이트웨이 대신에 베이스 스테이션이 대체될 수 있음), 로라 네트워크 서버(70) 및 로라 애플리케이션 서버(90)를 포함하여 구성된다. 즉, 본 발에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템(100)은 상기 원격 수집기(10)에 대응되어 원격 표시기(30)가 추가 채택되는 것을 핵심적인 특징으로 한다.
상기 원격 수집기(10)는 로라 네크워크 구조에서 종단 장치, 즉 센서 또는 액추에이터 등에 해당하는 종단 장치로서, 본 발명에서는 다양한 계량기(3)의 정보, 즉 계량기 값을 검침하여 획득하는 기기에 해당된다. 특히, 본 발명에서의 상기 원격 수집기(10)는 계량기(3)가 내장되어 있는 계량기 함(1) 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다. 이로 인하여 본 발명에서는 상기 원격 표시기(30)가 추가 채택되는 것이다.
구체적으로, 상기 원격 수집기(10)는 상기 계량기 함(1) 내부에 배치되어 검침 데이터에 해당하는 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 획득하여 상기 원격 표시기(30)로 전송한다. 로라 네트워크에서 종단 장치는 로라 게이트웨이와 단일 홉을 통해 데이터 통신을 수행한다.
그런데, 본 발명에서와 같이 종단 장치에 해당하는 상기 원격 수집기(10)가 상기 계량기 함(1) 내부에 배치되면, 공간적 제약에 따른 통신 환경 불량으로, 상기 원격 수집기(10)는 상기 로라 게이트웨이로 단일 홉 통신을 통해 데이터을 전송할 수 없는 상황이 발생한다. 특히, 상기 원격 수집기(10)와 상기 로라 게이트웨이(50) 사이의 거리가 먼 경우에 단일 홉 통신은 더욱더 어려워진다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 실질적인 통신 거리 확장을 위하여 상기 원격 표시기(30)를 채택 적용한다.
한편, 상기 원격 수집기(10)는 상기 계량기 함(1) 내부에서 상기 계량기(3)와 유선(UART)으로 연결되어, 사전에 설정된 주기마다 또는 원격 표시기(30)에서 요청시마다(이 경우, 상기 원격 표시기(30)도 로라 게이트웨이(50)를 통해 검침 요청 명령을 전송받음) 검침 데이터, 즉 계량기 값을 검침하여 상기 원격 표시기(30)로 전송한다. 즉, 상기 원격 수집기(10)는 사전에 설정된 주기마다 또는 검침 요청 명령이 있는 경우마다 유선(UART) 통신을 이용하여 상기 계량기 값을 획득(검침)하여 상기 원격 표시기(30)로 전송한다.
상기 원격 수집기(10)는 상기 획득된 계량기 값을 상기 원격 표시기(30)로 전송하지만, 지속적으로 검침되어 획득된 계량기 값을 내부 메모리에 저장 관리한다.
상기 원격 수집기(10)는 종단 장치로서 기존의 일반적인 로라(LoRaWAN) 네트워크 구조와 달리, 상기 로라 게이트웨이(50)와 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하는 것이 아니라, 상기 원격 표시기(30)와 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행한다. 따라서, 상기 원격 수집기(10)는 로라(LoRaWAN) 무선통신 모듈을 장착하되, 표준 프로토콜이 아닌, 자체적으로 채택 또는 개발 적용하는 자체 프로토콜, 즉 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 표시기(30)와 로라 통신을 수행한다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와 일대일 대응 배치되어 상기와 같이 상기 원격 수집기(10)와 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행한다. 그리고, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)를 대신하여 로라 네트워크에 연결된다. 즉 상기 원격 표시기(30)는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 상기 로라 게이트웨이(50)와 데이터 통신을 수행한다.
따라서, 상기 원격 표시기(30)는 단일의 로라(LoRaWAN) 무선 통신 모듈을 장착하되, 상기 단일의 로라(LoRaWAN) 무선 통신 모듈은 상기 원격 수집기(10)와 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하기 위한 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜 스택과 상기 로라 게이트웨이(50)와 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하기 위한 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜 스택을 함께 내장하고 있다.
한편, 상기 원격 표시기(30)는 LCD와 같은 디스플레이부를 구비하여 상기 원격 수집기(10)에서 전송된 검침 데이터, 즉 계량기 값을 디스플레이할 수 있다. 따라서, 관리자 등 관련자는 상기 원격 표시기(30)를 통해 디스플레이되는 상기 계량기 값을 확인하여 상기 계량기 값을 용이하게 인지할 수 있다.
상기 원격 표시기(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 계량기 함(1) 내부에 배치되는 상기 원격 수집기(10)에 일대일 대응되어 상기 계량기 함(1) 외부에 배치되고, 상기 원격 수집기(10)로부터 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 검침 데이터, 즉 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 이 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 형성한 후, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이(50)를 거쳐 상기 로라 네크워크 서버(70)로 전송한다.
구체적으로, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)에 대응하여 상기 계량기 함(1) 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기(10)로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이(50)를 통해 로라 네트워크 서버(70)로 전송하는 역할을 수행한다.
이와 같이, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와 일대일 대응되어 페어(pair)를 구성한다. 즉, 상기 원격 표시기(30)는 대응되는 원격 수집기(10)와 그룹을 형성한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 원격 수집기(10)는 대응하여 배치되는 원격 표시기(30)와 각각의 그룹을 형성한다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기로부터 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신한 검침 데이터, 즉 계량기 값을 다른 프로토콜에 해당하는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 통해 상기 로라 게이트웨이(50)를 경유하여 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송해야 한다.
따라서, 상기 원격 표시기(30)는 상기 수신된 계량기 값을 인캡슐레이션(encapsulation)하여 로라 데이터를 형성한 후 전송하는 과정을 수행한다. 구체적으로, 상기 원격 표시기(30)는 상기 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신받은 계량기 값을 상기 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 형성된 로라 데이터를 상기 로라 게이트웨이(50)를 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송한다.
따라서, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 네트워크 서버(70)에 의하여 전송 또는 푸쉬된 상기 로라 데이터를 수신한 후, 저장 관리할 수 있고, 이를 통해 각각의 노드, 즉 각각의 계량기(3)에 대한 계량기 값을 확인, 분석 및 데이터베이스화할 수 있다.
한편, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 각 노드에서 정상적으로 검침이 수행되고 있는지를 확인할 필요가 있다. 따라서, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태를 확인할 수 있는 정보를 전송받을 필요가 있다.
이를 위하여, 상기 원격 표시기(30)는 상기 로라 데이터를 형성하는 과정에서 상기 원격 수집기(10) 간의 통신 상태에 관한 정보, 즉 통신 상태 정보를 함께 포함시켜 형성한 후 상기 로라 게이트웨이(50)를 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송될 수 있도록 한다. 그러면, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터에 포함되어 있는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태 정보를 확인할 수 있고, 이를 통하여 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태의 고장 진단 또는 정상 여부를 판단할 수 있으며, 이를 통해 해당 상황에 대한 신속한 대응이 가능하다는 장점을 발생시킨다.
구체적으로, 상기 원격 표시기(30)는 대응하는 상기 원격 수집기(10)와의 통신 상태 정보를 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송하고, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터를 이용하여 대응하는 상기 원격 표시기(30)와 원격 수집기(10) 간의 통신 상태를 확인할 수 있고, 이를 통해 고장 여부에 따라 신속한 대응을 수행할 수 있다.
상기 원격 표시기(30)에 의하여 상기 로라 데이터에 포함되는 상기 통신 상태 정보는 수신전계강도(RSSI : Received Signal Strength Indicator) 및 통신 시간을 포함한다. 따라서, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)로부터 검침 데이터, 즉 계량기 값이 수신되는 시점의 통신 시간과 수신전계강도 정보를 획득한 후 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송한다. 그러면, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)에서는 상기 로라 데이터에서 상기 수신전계강도와 통신 시간을 추출하여 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태를 확인할 수 있다.
상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리한다. 구체적으로, 상기 로라 네트워크 서버(70)는 상기 로라 데이터를 전송받은 후, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)로 푸쉬하여 전송한다. 그러면, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터를 저장 및 관리, 분석 및 데이터베이스화한다. 이를 통해, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 각각의 노드에 대한 검침 데이터, 즉 계량기 값을 확인할 수 있고, 더 나아가 각 노드에 그룹으로 배치되는 상기 원격 표시기(30)와 상기 원격 수집기(10) 간의 통신 상태를 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준(자체) 프로토콜을 통해 통신을 수행하고, 상기 로라 게이트웨이(50)와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 통해 통신을 수행한다. 따라서, 상기 원격 표시기(30)는 저소비 전력으로 상기 원격 수집기(10) 및 상기 로라 게이트웨이(50)와 각각 해당 프로토콜을 통해 데이터 통신을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 원격 표시기(30)와 상기 원격 수집기(10)는 서로 로라(LoRaWAN) 기반 비표준(자체) 프로토콜을 통해 통신을 수행하되, 소비 전력을 최소화하기 위하여 시간 동기화되어 데이터 통신을 수행할 때에만, 즉 계량기 값을 송수시할 때에만 동일한 시간에 깨어나서 데이터 통신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 각각 슬립(sleep) 상태로 전환됨으로써, 소비 전력을 최소화한다.
즉, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 시간 동기화되어 동시에 깨어나서 데이터 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되는 동작을 통하여 소비전력을 최소화시킨다. 따라서, 상기 원격 수집기(10) 및 상기 원격 표시기(30)는 배터리만으로 동작이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 로라 네트워크, 구체적으로 상기 로라 게이트웨이를 통한 상기 로라 네트워크 서버(70)로의 연결 수행은 상기 원격 표시기(30)만 단독으로 수행한다. 그리고, 상기 원격 표시기(30)는 이미 구축된 로라(LoRaWAN) 기반 공용망 또는 사설망에도 연동되어 상기 로라 게이트웨이를 통한 상기 로라 네트워크 서버(70)로 연결될 수 있다. 따라서, 별도의 로라(LoRaWAN) 망을 구축할 필요가 없기 때문에, 시스템 구축을 위한 시간, 노력 및 비용을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 로라 네트워크 서버(70)는 상기 원격 표시기(30)에만 직접적으로 연결되기 때문에, 상기 원격 표시기(30)와 상기 원격 수집기(10)를 별도로 인식하지 않고, 단일의 로라 종단 장치로서의 기기로 인식한다. 이로 인하여 네트워크 투명성이 보장되고, 두 개의 기기가 아닌 하나의 종단 장치로 처리할 수 있어서 로라 망(로라 공용망 또는 사설망) 사용 요금을 절약할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템(100)의 동작을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
일단, 각각의 노드에 원격 수집기(10)를 설치하고, 이에 대응하여 원격 표시기(30)를 설치 배치한다. 즉, 각 노드에 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)를 페어로 설치하여 그룹을 형성한다. 서로 인접 또는 근거리에 있는 그룹 간에는 데이터 통신의 충돌을 막기 위하여 서로 다른 주파수 채널을 할당한다. 즉, 서로 인접하는 그룹의 각각의 원격 표시기(30)는 로라 게이트웨이(50)와 서로 다른 주파수 채널을 할당받아 데이터 통신을 수행한다. 따라서, 인접 배치되는 원격 표시기(30)들 간에는 데이터 통신의 충돌을 피할 수 있다.
상기 페어로 구성되는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 표준망 통신이 아닌, 자체 프로토콜 통신에 해당하는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 로라(LoRaWAN) P2P(Peer to Peer) 모드를 사용하여 데이터 통신을 수행한다.
상기 페어로 그룹을 구성하는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 서로 페어링을 수행한다(S10). 구체적으로, 상기 원격 수집기(10)가 상기 원격 표시기(30) 페어링 요청 메시지를 보내면, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)로 페어링 확인 메시지를 전송하는 과정을 통해 서로 연결된다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 페어링 확인 메시지와 함께 자신(원격 표시기)의 현재시간 정보도 전송한다. 그러면, 상기 원격 수집기(10)는 상기 페어링 확인 메시지를 수신받고, 상기 전송되는 원격 표시기(30)의 현재시간 정보를 수신받자마자 상기 원격 표시기의 현재시간을 자신(원격 수집기)의 현재시간으로 설정한다. 그런 후 슬립(sleep) 상태로 전환된다. 이와 같이 상기 원격 수집기(10)는 상기 원격 표시기(30)의 시간에 동기화를 맞추고, 이후에도 지속적, 주기적으로 시간 동기화를 수행한다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와의 연결과 별개로 상기 로라 게이트웨이(50)(또는 베이스 스테이션(BS))에 연결되는 동작을 수행한다(S10). 즉, 상기 원격 표시기(30)는 로라 무선 통신 모듈에 내장된 로라 기반 표준 프로토콜 스택을 사용하여 로라 공용망 또는 사설망의 로라 베이스스테이션(BS) 또는 로라 게이트웨이(50)에 연결한다.
이와 같이, 상기 로라 공용망 또는 사설망으로의 연결 수행은 상기 원격 표시기(30)만 수행하여 연결된다. 즉, 상기 원격 표시기(30)만이 해당 로라 공용망 또는 사설망 사업자에게 기기 등록 및 서비스 등록을 수행하고 해당 로라 망에 연결한다. 결과적으로 상기 원격 수집기(10)는 상기 원격 표시기(30)에 종속되어 망 사업자에게는 보이지 않고 투명성이 보장된다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 로라 망에 연결된 후, 지속적 및 주기적으로 상기 로라 네트워크 서버(70)와 동기화를 맞춘다. 즉, 상기 로라 네트워크 서버(70)로부터 전송되는 현재시간 정보를 전송받자마자 자신의 현재시간으로 설정한다.
상기와 같이 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간 페어링이 완료되고, 상기 원격 표시기(30)와 상기 로라 네트워크 서버(70) 간 로라망 연결 수행이 완료되면(S10), 상술한 바와 같이, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 슬립(sleep) 상태를 유지하여 전력 소모를 최소화한다(S0).
이후, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 각각 현재 시간이 사전에 설정된 웨이크 업(wake up) 설정시간에 도달하였는지(예를 들어, 사전에 설정된 주기마다 깨어난다) 또는 검침 요청이 있는지를 판단한다(S30). 판단 결과, 웨이크업 설정 시간에 도달한 것으로 판단되면(또는 검침 요청이 있는 경우), 서로 동시에 깨어나서 데이터(검침 데이터, 계량기 값) 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 다음 주기까지 각각 슬립(sleep) 상태로 전환된다(S40).
구체적으로, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 주기마다(웨이크업 도달 시간마다) 동시에 깨어나고, 상기 원격 수집기(10)는 상기 계량기(3)로부터 현재 검침 값(계량기 값)을 획득한 후, 상기 원격 표시기(30)로 검침 데이터, 즉 상기 계량기 값을 전송한다. 상기 원격 수집기(30)는 상기 계량기 값을 전송한 후, 상기 원격 표시기(30)로부터 사전에 설정된 시간 내에 ACK 메시지가 수신되지 않으면, 재전송을 수행한다.
상기 원격 수집기(10)로부터 상기 계량기 값이 전송되면, 상기 원격 표시기(30)는 바로 상기 원격 수집기(10)로 ACK 메시지와 함께 자신(원격 표시기)의 현재시간을 전송한다. 상기 원격 수집기(10)는 상기 ACK 메시지를 받고, 바로 상기 원격 표시기의 현재시간을 자신(원격 수집기)의 현재시간을 설정하고 다음 주기가 도달할 때까지 슬립(sleep) 상태로 전환한다.
한편, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)로 ACK 신호를 전송한 후 바로, 로라 기반 자체(비표준) 프로토콜을 사용하여 상기 원격 수집기(10)로부터 수신받은 검침 데이터, 즉 계량기 값을 로라 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 상기 로라 게이트웨이(50) 또는 BS를 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송한다.
그러면, 상기 로라 네트워크 서버(70)는 ACK 메시지와 함께 자신(로라 네트워크 서버)의 현재시간 정보를 상기 원격 표시기(30)로 전송한다. 그러면, 상기 원격 표시기(30)는 상기 수신한 로라 네트워크 서버의 현재시간을 자신(원격 표시기)의 현재시간을 설정하고 다음 주기가 도달할 때까지 슬립(sleep) 상태로 전환하여 전력 소모를 절약한다.
상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송된 로라 데이터는 상기 로라 애플리케이션 서버(90)가 MQTT(Message Queueing Telemetry Transport) 등을 통해 수집한다. 그런 다음, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터를 토대로 검침값, 즉 각 노드의 계량기 값을 추출할 수 있고, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태, 구체적으로 RSSI 및 통신 시간을 추출하여 확인할 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 단순한 설계변경이나 관용수단의 치환 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
1 : 계량기 함 3 : 계량기
10 : 원격 수집기 30 : 원격 표시기
50 : 로라 게이트웨이 70 : 로라 네트워크 서버
90 : 로라 애플리케이션 서버 100 : 로라 기반 원격 검침 시스템

Claims (4)

  1. 계량기 함 내부에 배치되어 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 검침하고, 로라(LoRaWAN) 무선 통신 모듈을 장착하여 비표준 프로토콜을 이용하여 원격 표시기와 로라 통신을 수행하는 원격 수집기;
    상기 원격 수집기에 일대일 대응하여 상기 계량기 함 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버로 전송하는 원격 표시기;
    상기 로라 네트워크 서버로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리하는 로라 애플리케이션 서버를 포함하여 구성되되,
    상기 원격 표시기는 상기 원격 수집기(10)와 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하기 위한 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜 스택과 상기 로라 게이트웨이와 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하기 위한 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜 스택을 함께 내장하는 단일의 로라(LoRaWAN) 무선 통신 모듈을 장착하고,
    상기 원격 표시기는 상기 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신받은 계량기 값을 상기 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 형성된 로라 데이터를 상기 로라 게이트웨이를 통해 상기 로라 네트워크 서버로 전송하며
    상기 원격 표시기는 대응하는 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송하고, 상기 로라 애플리케이션 서버는 상기 로라 데이터를 이용하여 대응하는 상기 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 로라 기반 원격 검침 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원격 수집기와 상기 원격 표시기는 시간 동기화되어 동시에 깨어나서 데이터 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 로라 기반 원격 검침 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
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