KR101879736B1 - 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법 - Google Patents

방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템은 화재 감지시 하강 구동하는 슬랫(slat)을 포함하는 방화셔터; 상기 슬랫 하부의 안쪽면과 바깥쪽면에 각각 배치되어 상기 슬랫을 관통하는 제1 케이블에 의해 서로 연결되는 복수의 안테나와, 상기 슬랫 하부의 일면에 배치되고 상기 복수의 안테나와 제2 케이블로 연결되며 상기 복수의 안테나의 신호 처리를 위한 메인보드와 전원 공급을 위한 배터리를 포함하는 라우터 본체를 포함하고, 화재 현장에 있는 소방관 단말기 또는 소방 로봇으로부터 무선으로 신호를 수신하는 통신 모듈; 상기 슬랫 상부의 상기 라우터 본체와 동일한 일면에 배치되며 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전기; 및 상기 통신 모듈로부터 신호를 수신하여 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 위치를 추정하는 관제서버를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 방화셔터에 장착되는 무선 통신 장치가 평상시에는 밀폐 포장되고 상시 충전되어 셔터박스 내에 숨겨지므로 외관에 영향을 주지않고 방화셔터의 하강 구동시에만 밀폐 포장이 제거되면서 동작하므로 제품의 외형 변형 및 오동작 등을 방지할 수 있고 높은 내구성을 유지할 수 있다.

Description

방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법{WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING FIRE SHUTTER AND WIRELESS COMMUNICATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방화셔터에 장착되는 무선 통신 장치를 이용하여 소방관 단말기와 네트워크 통신을 수행할 수 있도록 하는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법에 관한 것이다.
방화셔터는 건축물 내부 등에 설치되어 화재 발생시 화염, 연기, 유독 가스 등이 확산되는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것으로, 소방법에 적용되어 설치가 의무화되어 있다. 이러한 방화셔터는 건물내에 기 설치된 각종 열감지센서, 연기감지센서 등을 통해 화재발생이 판단되면 해당 화재 신호에 대응하여 자동 또는 수동 방식에 의해 셔터를 개폐한다.
이러한 방화셔터는 화재와 연기의 확산을 방지하여 인명피해를 최소화시킬 수 있지만, 물리적으로 공간을 막음으로써, 소방관이 송수신하는 구호신호의 전파를 막는 부작용이 있다. 이때, 구호신호는 스마트폰의 무선신호, 무전기의 신호, 소방로봇의 제어 신호 등 각종 탐색/구조 활동에 사용되는 무선통신 데이터(WiFi, Bluetooth, Zigbee, LTE 등)를 포함한다. 즉, 무선통신은 대부분 공기를 매체로 그 신호가 전파되고, 직진성을 가지므로 LOS(Line of Sight)가 확보되지 않으면 신호의 감쇄로 인하여, 송수신이 매우 어렵게 된다.
구호신호를 송수신하지 못할 경우, 소방관이 내부 상황을 모니터링하기 어려우며, 소방관 및 장비의 위치추정도 어렵게 되어 구조 활동에 어려움이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1245222호(2013. 03. 19. 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방화셔터에 장착되는 무선 통신 장치를 이용하여 소방관 단말기와 네트워크 통신을 수행할 수 있도록 하는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템은, 화재 감지시 하강 구동하는 슬랫(slat)을 포함하는 방화셔터; 상기 슬랫 하부의 안쪽면과 바깥쪽면에 각각 배치되어 상기 슬랫을 관통하는 제1 케이블에 의해 서로 연결되는 복수의 안테나와, 상기 슬랫 하부의 일면에 배치되고 상기 복수의 안테나와 제2 케이블로 연결되며 상기 복수의 안테나의 신호 처리를 위한 메인보드와 전원 공급을 위한 배터리를 포함하는 라우터 본체를 포함하고, 화재 현장에 있는 소방관 단말기 또는 소방 로봇으로부터 무선으로 신호를 수신하는 통신 모듈; 상기 슬랫 상부의 상기 라우터 본체와 동일한 일면에 배치되며 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전기; 및 상기 통신 모듈로부터 신호를 수신하여 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 위치를 추정하는 관제서버를 포함한다.
또한 상기 충전기는 하부가 개방된 제1 보호캡에 의해 보호되고, 상기 통신 모듈은 상부가 개방된 제2 보호캡에 의해 보호되며, 상기 슬랫이 상기 방화셔터의 샤프트까지 감겨진 상태인 경우, 상기 제1 보호캡과 상기 제2 보호캡이 결합되고, 상기 라우터 본체는 상기 충전기에 접촉되어 충전될 수 있다.
또한 상기 슬랫이 하강 구동하면, 상기 제1 보호캡과 제2 보호캡이 분리되고, 상기 라우터 본체는 상기 충전기로부터 접촉 해제되며 동작할 수 있다.
또한 상기 통신 모듈은, 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇이 임계 범위 밖에 위치하는 경우, 상기 소방관 단말기 또는 소방 로봇과의 이격 거리가 증가할수록 백오프 시간을 단축하여 통신할 수 있다.
또한 상기 통신 모듈은, 상기 방화셔터의 슬랫에 설정된 간격으로 복수개가 이격 구비되며, 다른 방화셔터들에 구비된 통신 모듈과 애드혹 네트워크를 형성하여 멀티 홉 통신에 의해 상기 관제서버와 통신할 수 있다.
또한 상기 통신 모듈은, 상기 방화셔터의 슬랫에 3개 이상이 이격 구비되며, 상기 관제 서버는 상기 3개 이상의 통신 모듈로부터 상기 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 내에 위치한 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 현재 위치를 추정할 수 있다.
또한 상기 관제서버는, 인접한 3개 이상의 방화셔터에 각각 구비된 상기 통신 모듈로부터 상기 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 이내에 위치한 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 현재 위치를 추정할 수 있다.
또한 상기 복수의 안테나는, 상기 슬랫의 안쪽면과 바깥쪽면에 따라 색상이 상이한 램프가 각각 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법은, 상기 방화셔터가 화재를 감지하면 슬랫(slat)을 하강 구동하는 단계; 상기 슬랫이 하강 구동하면, 상기 슬랫 일면의 상부와 하부에 각각 배치되는 충전기와 통신 모듈을 각각 보호하는 제1 보호캡과 제 2 보호캡이 분리되어 상기 통신 모듈의 라우터 본체가 동작하는 단계; 상기 통신 모듈이 화재 현장에 있는 소방관 단말기 또는 소방 로봇과의 이격 거리에 따라 백오프 시간을 조정하여 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇과 통신하는 단계; 및 관제서버가 상기 통신 모듈로부터 무선으로 신호를 수신하여 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 방화셔터에 장착되는 무선 통신 장치를 이용하여 소방관 단말기와 네트워크 통신을 수행할 수 있도록 함으로써 건물 혹은 지하공간내 화재발생시, 현장에 투입되어 각종 긴급 데이터를 송수신하는 소방관 혹은 소방로봇 사이의 통신이 단절되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 주변의 여러 방화셔터 사이의 자가망 형성이 가능하여 화재 근원지의 위치 추정 정확도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 방화셔터에 장착되는 무선 통신 장치가 평상시에는 밀폐 포장되고 상시 충전되어 셔터박스 내에 숨겨지므로 외관에 영향을 주지않고 방화셔터의 하강 구동시에만 밀폐 포장이 제거되면서 동작하므로 제품의 외형 변형 및 오동작 등을 방지할 수 있고 높은 내구성을 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 무선 통신 장치의 안테나에 LED 램프를 장착하여 어두운 환경에서도 방화셔터의 위치 파악이 용이하며, 방화셔터의 안쪽 및 바깥쪽에 램프 색을 달리하여 화재시 탈출이 용이하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템을 간략히 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템의 통신 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터의 승강 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터의 하강 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법에서 신호 전송 임계 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 통신 모듈간 애드혹 네트워크가 형성된 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 삼각변측량 또는 삼각측량 기법을 나타낸 알고리즘이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 따른 삼각변측량 또는 삼각측량 기법을 이용하여 소방관 단말기 또는 소방 로봇의 현재 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 통해 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템을 간략히 나타낸 개념도이다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템은 방화셔터(100), 통신 모듈(200), 충전기(300) 및 관제서버(400)를 포함한다.
먼저, 방화셔터(100)는 열, 연기 등을 감지하는 화재센서(미도시)가 부착되어 있으며 화재센서에 의해 화재가 감지되면 자동 또는 수동으로 슬랫(slat, 110)을 하강시켜 열이나 연기가 확산되는 것을 차단한다.
이때, 방화셔터(100)는 일정 공간(예를 들면 건물 내부)에 일정 간격으로 이격 배치되어 설치되며 자동 제어를 위해 제어부(미도시)가 구비되어 원격지에서도 작동을 관제할 수 있다.
또한, 슬랫(110)은 방화 성능을 가지는 재질로 이루어지며, 평소에는 샤프트(130)에 감겨져 셔터박스(150)에 의해 가려지고, 방화나 방범시 지면까지 하강하여 화재가 번지지 않도록 차단하기 위한 목적으로 사용된다.
그리고 통신 모듈(200)은 슬랫(110) 하부의 안쪽면과 바깥쪽면에 각각 배치되어 슬랫(110)을 관통하는 제1 케이블(220)에 의해 서로 연결되는 복수의 안테나(210)와, 슬랫(110) 하부의 일면에 부착되고 복수의 안테나(210)와 제2 케이블(240)로 연결되며 무선 라우터(Router)기능을 수행하는 라우터 본체(230)를 포함하고, 화재 현장에 있는 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)으로부터 무선으로 신호를 수신한다.
일반적으로 화재시 열기와 연기는 주로 천정 위쪽으로 이동하기 때문에 통신 모듈(200)은 슬랫(110)의 하단에 부착하여 열기로부터 안전하도록 하는 것이 가장 바람직하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템의 통신 모듈을 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하여 통신 모듈(200)을 자세히 설명하자면, 복수의 안테나(210)는 슬랫(110) 하부의 안쪽면과 바깥쪽면에 양방향으로 돌출되어 배치되고, 슬랫(110)에 관통하는 제1 케이블(220)에 의해 서로 연결된다.
일반적으로 슬랫(110)의 두께는 건축법규에서 1.5mm이상으로 정의하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 슬랫(110)의 일부분에는 제1 케이블(220)이 관통하기 위한 홀이 구비된다.
또한, 복수의 안테나(210)는 끝단에 램프(211)가 각각 구비되어 화재 및 정전시 어두운 실내에서 해당 방화셔터(100)의 위치를 쉽게 찾을 수 있도록 한다.
이때 슬랫(110)의 안쪽면과 바깥쪽에 따라 램프(211)의 색상이 상이하도록 하여 비상구가 위치한 외부 방향을 용이하게 파악할 수 있어 탈출이 용이하도록 할 수도 있다.
그리고, 복수의 안테나(210)는 신호 처리를 위한 메인보드(231)와 제2 케이블(240)로 연결되는 것이 바람직하다. 이때 라우터 본체(230)에 내장되는 메인보드(231)는 무선 라우터(Router)기능을 수행하며, 배터리(233) 전원으로 구동된다.
또한, 복수의 안테나(210)와 라우터 본체(230)는 방화셔터(100)의 셔터박스(150) 내부에 충분히 삽입될 수 있도록 스마트 폰 크기 이하로 구현될 수도 있다.
그리고 충전기(300)는 슬랫(110) 상부의 라우터 본체(230)와 동일한 일면에 배치되며 배터리(233)를 충전시킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터의 승강 상태를 나타낸 도면이다.
도 4에서와 같이 충전기(300)는 슬랫(110)이 방화셔터(100)의 샤프트(130)까지 감겨진 상태인 경우, 라우터 본체(230)와 접촉되어 라우터 본체(230)에 내장된 배터리(233)를 충전시킨다.
즉, 방화셔터(100)가 구동하여 슬랫(110)이 하강하기 전에는 라우터 본체(230)가 셔터박스(150) 내에 숨겨지고, 충전기(300)와 연결되어 배터리(233)는 항시 완충 상태를 유지한다. 이때, 충전기(300)는 벽체 또는 천정 내부에 전원케이블(미도시)과 연결되어 있고 셔터박스(150)에 부착되어 슬랫(110)의 승하강시 방해가 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
자세히는, 충전기(300)는 하부가 개방된 제1 보호캡(310)에 의해 보호되고, 통신 모듈(200)은 상부가 개방된 제2 보호캡(250)에 의해 보호되는데, 슬랫(110)이 방화셔터(100)의 샤프트(130)까지 감겨진 상태에서는 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)이 결합되어 도 4에서와 같은 상태가 된다.
즉, 통신 모듈(200)은 슬랫(110)이 하강하기 전에는 사용되지 않으므로 먼지, 습기 등의 이물질로부터 보호하기 위한 제2 보호캡(250)으로 포장되어 충전하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터의 하강 상태를 나타낸 도면이다.
슬랫(110)이 방화셔터(100)의 샤프트(130)까지 감겨진 상태에서 결합되어 있던 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)은 도 5에서와 같이 슬랫(110)이 하강 구동되면 슬랫(110)이 하강되는 힘에 의해 분리되고 제2 보호캡(250)은 떨어져 나간다. 이때 분리되는 부위인 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)의 경계면은 절취선으로 제작되어 쉽게 분리되도록 하며 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)은 합성비닐, 실리콘 재질 등 유연한 재질인 것이 가장 바람직하다.
또한, 통신 모듈(200)은 슬랫(110)이 하강 구동함에 따라 배터리(233) 충전이 중단되고, 라우터 본체(230)의 전원이 켜지며, Access Point(AP)역할을 수행한다. 즉, 비상시 방화셔터(100)로 인해 통신이 단절되는 것을 방지하고, 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)과의 무선 신호를 중계함으로써 통신의 연결성과 품질을 보장할 수 있다.
이때, 완충 상태인 배터리(233)의 소모 시간이 제한적이지만, 일반적으로 화재는 5분 내에 최성기를 거치고, 10~20분 사이에 상황이 종료되므로 20분 이상의 동작은 가능하다.
또한, 통신 모듈(200)은, 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)이 임계 범위 밖에 위치하는 경우, 소방관 단말기(500) 또는 소방로봇(600)과의 이격 거리가 증가할수록 백오프 시간을 단축하여 통신을 수행할 수도 있다.
즉, 이격거리가 증가할수록 RSSI(수신신호강도)가 감소하므로 백오프 넘버를 늘리는 것이 바람직하다.
또한, 통신 모듈(200)은 방화셔터(100)의 슬랫(110)에 설정된 간격으로 복수개가 이격 구비될 수도 있다.
또한, 통신 모듈(200)은 다른 방화셔터(100)들에 구비된 통신 모듈(200)과 애드혹 네트워크(ad hoc network)를 형성하여 멀티 홉 통신에 관제서버(400)와 통신할 수도 있다.
마지막으로 관제서버(400)는 통신 모듈(200)로부터 신호를 수신하여 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)의 위치를 추정한다.
이때 관제 서버(400)는 하나의 방화셔터(100)에 구비되는 3개 이상의 통신 모듈(200)로부터 무선 신호를 수신하여 삼각변측량(TOA : Time of Arrival) 또는 삼각측량(AOA : Angle of Arrival) 기법에 의해 임계 범위 이내에 위치한 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)의 현재 위치를 추정할 수도 있다.
여기서, 삼각변측량 기법은 한 개의 기지국과 2개의 주변 기지국들 사이의 신호 도달 시간의 차이를 이용하는 방법이고, 삼각측량 기법은 단말기의 신호를 수신한 3개의 기지국에서 신호 수신 각도의 차이를 이용하는 방법이다.
또한, 관제서버(400)는, 인접한 3개 이상의 방화셔터(100)에 각각 구비된 통신 모듈(200)로부터 무선 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 이내에 위치한 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)의 현재 위치를 추정할 수도 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 10을 통해 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법에 따르면, 먼저
방화셔터(100)가 화재 발생을 감지하면(S610), 슬랫(110)을 하강 구동시킨다(S620).
즉, 방화셔터(100)에는 열, 연기 등을 감지하는 화재센서가 부착되어 있으며, 화재센서에 의해 화재가 감지되면 자동 또는 수동으로 슬랫(110)을 하강시켜 열이나 연기가 확산되는 것을 차단한다.
그리고 슬랫(110)이 하강 구동하면, 슬랫(110) 일면의 상부와 하부에 각각 부착되는 충전기(300)와 통신 모듈(200)을 각각 보호하는 제1 보호캡(310)과 제 2 보호캡(250)이 분리되어 통신 모듈(200)의 라우터 본체(230)가 동작한다(S630).
이때 통신 모듈(200)은 슬랫(110) 하부의 안쪽면과 바깥쪽면에 각각 배치되어 슬랫(110)을 관통하는 제1 케이블(220)에 의해 서로 연결되는 복수의 안테나(210)와, 슬랫(110) 하부의 일면에 부착되고 복수의 안테나(210)와 제2 케이블(240)로 연결되며 무선 라우터(Router)기능을 수행하는 라우터 본체(230)를 포함하고, 화재 현장에 있는 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)으로부터 무선으로 신호를 수신한다.
또한, 복수의 안테나(210)는 끝단에 램프(211)가 각각 구비되어 화재 및 정전시 어두운 실내에서 해당 방화셔터(100)의 위치를 쉽게 찾을 수 있도록 한다.
즉, 화재가 발생하지 않은 평상시에는 슬랫(110)이 방화셔터(100)의 샤프트(130)까지 감겨져 있으며 슬랫(110) 상부의 라우터 본체(230)와 동일한 일면에 배치되며 배터리(233)를 충전시키는 충전기(300)는 라우터 본체(230)와 접촉되어 라우터 본체(230)에 내장된 배터리(233)를 충전시킨다.
다시 말해, 충전기(300)는 하부가 개방된 제1 보호캡(310)에 의해 보호되고, 통신 모듈(200)은 상부가 개방된 제2 보호캡(250)에 의해 보호되는데, 슬랫(110)이 방화셔터(100)의 샤프트(130)까지 감겨진 상태에서는 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)이 결합되어 있어 방화셔터(100)가 구동되지 않을 때에는 충전기(300)와 통신 모듈(200)은 먼지, 습기 등의 이물질로부터 보호하기 위한 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)으로 포장된다.
그리고, 슬랫(110)이 하강 구동되면 슬랫(110)이 하강되는 힘에 의해 결합되어 있던 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)은 분리되고 제2 보호캡(250)은 떨어져 나간다. 이때 분리되는 부위인 제1 보호캡(310)과 제2 보호캡(250)의 경계면은 절취선으로 제작되어 쉽게 분리된다.
또한, 통신 모듈(200)은 슬랫(110)이 하강 구동함에 따라 배터리(233) 충전이 중단되고, 라우터 본체(230)의 전원이 켜지며, Access Point(AP)역할을 수행한다.
이때, 완충 상태인 배터리(233)의 소모 시간이 제한적이지만, 일반적으로 화재는 5분 내에 최성기를 거치고, 10~20분 사이에 상황이 종료되므로 20분 이상의 동작은 가능하다.
그리고 통신 모듈(200)이 화재 현장에 있는 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)과의 이격 거리를 판단한다(S640).
이때 통신 모듈(200)은 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)으로부터 수신되는 신호의 세기로 이격 거리를 판단할 수 있다.
S640 단계의 판단 결과 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)이 임계 범위 밖에 위치하는 경우, 통신 모듈(200)은 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)과의 이격 거리에 따라 백오프(backoff) 시간을 조정하여 통신한다(S641).
즉, 이격 거리가 멀어질수록 신호세기(dBm)도 함께 줄어들기 때문에 Data Rate(bps: bit per seconds)도 떨어지게 되고, 전체적인 처리율(Throughput) 하락도 동반된다. 따라서 성능이 저하되는 특정 임계 범위를 설정하여, 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)이 해당 임계 범위를 벗어나게 되면 평상시보다 빠른 신호 갱신과 빠른 전송 시간을 부여한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법에서 신호 전송 임계 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서는 전송 임계 범위를 반경 10m로 설정하여 설명하기로 한다. 즉, 10m가 넘어서면 성능이 감소되는 것으로 가정하고, 실내에서 최대 30m 전송이 가능한 것으로 가정한다.
WiFi는 일반적으로 IEEE 802.11표준을 따르며, 장비(본원 발명에서는 "소방관 단말기(500)" 또는 "소방 로봇(600)"에 해당함)가 무선 채널에 접근하기 위해서는 CSMA/CA (Carrier Sensing Multiple Access/Collision Avoidance) 알고리즘을 이용한다. 즉, 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)은 무선매체의 유휴(idle)를 확인하고, 전송 직후 신호의 충돌을 감지하면, 재전송하기 전에 확률적으로 임의의 지연 대기(Binary Exponential Backoff)를 취한다. 다시 말해 동일한 안테나(210)로 복수의 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)이 신호를 보내면 충돌이 발생한다. 이때, 충돌을 감지할때마다 백오프 범위는 2배로 증가한다. 만약, 송출할 데이터를 갖는 노드가 임의 백오프 도중에 타 노드의 전송을 캐리어 감지하면 그 즉시 백오프를 멈추고, 다음 유휴 확인때부터 남아있는 백오프 시간을 사용하게 된다.
이때 백오프 시간은 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112016127297661-pat00001
여기서, Random Integer는 [0, CW]이고, CW = [CWmin, CWmax]는 CWmin과 CWmax 사이의 정수값 (경쟁 윈도우)이고, Slot time은 경쟁윈도우내 슬롯으로 구분된 시간단위를 의미한다.
IEEE 802.11 표준에서 CWmin, CWmax는 2BE - 1의 값을 취하며, BE는 [MinBE, MaxBE]의 범위를 가지며, 일반적인 MinBE 및 MaxBE의 값은 각각 4, 10을 취해, CWmin과 CWmax는 15, 1023가 된다.
여기서 BE(backoff exponent)는 백오프 지수로 기기가 채널 할당을 시도하기 전에 얼마나 많은 백오프 기간들을 기다렸는지에 대한 숫자이다.
본 발명의 실시예에서는 표준 백오프 기법을 수정하여, 다음의 수학식 2와 같이 MaxBE 값을 재조정한다.
Figure 112016127297661-pat00002
이때, MaxBE_new는 재조정된 MaxBE 값이다.
예를 들어, 도 7에서 소방관 단말기(500)가 통신 모듈(200)로부터 5m 떨어진 거리에 위치해 있다고 가정하면, 소방관 단말기(500)의 임계초과 거리는 0이 된다. 또한 MaxBE 값은 10이고, MinBE 값은 4이므로 그 차이는 6이다. 이에 0/6은 0이므로, 이후 MaxBE_new의 값은 10이 되므로 210인 1024 time slot까지 신호를 전송할 수 있다. 결국, 백오프 범위는 [15, 1023] 사이의 값을 취하게 된다. 즉, 소방관 단말기(500)가 임계 범위 내에 위치한 경우에는 기 설정된 백오프 시간으로 신호를 전송한다.
또한, 소방관 단말기(500)가 통신 모듈(200)로부터 12m 떨어진 거리에 위치해 있다고 가정하면, 소방관 단말기(500)의 임계초과 거리는 2가 된다. 또한 MaxBE 값은 10이고, MinBE 값은 4이므로 그 차이는 6이다. 이에 2/6의 올림값을 취하면 1이므로, 이후 MaxBE_new의 값은 1을 감소시켜 9가 되므로 29인 512 time slot까지 신호를 전송할 수 있다. 결국, 백오프 범위는 [15, 511] 사이의 값을 취하게 됨으로써, 기존 1024보다 작은 랜덤 지연을 가지게 된다. 즉, 노드의 거리가 멀어질수록 더 높은 확률로 채널에 접근할 수 있으므로 더 빠른 데이터 전송과 더 빠른 위치정보 갱신을 수행할 수 있다.
이때 수학식 2에서 노드의 임계초과거리는 최대전송거리 보다 작게 설정한다. 예를 들어, 소방관 단말기(500)가 통신 모듈(200)로부터 최대전송거리 30m를 벗어나 35m 떨어진 거리에 위치해 있다고 가정하면, 노드의 임계초과거리는 30m까지만 설정한다. 이 경우, 소방관 단말기(500)의 임계초과 거리는 20이므로 20/6의 올림값을 취하면 4가 되어 MaxBE_new의 값은 6이 된다. 따라서 26인 64 time slot까지 신호를 전송할 수 있다. 결국, 백오프 범위는 [15, 63] 사이의 값을 취하게 됨으로써 신호 전송이 더욱 잦아지게 된다.
정리하자면, 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)가 10m ~ 30m 지점에 위치하는 경우, RSSI 값이 감소하게 되므로 백오프 시간을 단축하여 백오프 넘버를 증가시킨다.
그리고, S640 단계의 판단 결과 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)이 임계 범위 이내에 위치하는 경우, 설정된 백오프 시간으로 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)과 통신한다(S650).
마지막으로 관제서버(400)가 통신 모듈(200)로부터 무선으로 신호를 수신하여 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)의 위치를 추정한다(S660).
이때 통신 모듈(200)은, 방화셔터(100)의 슬랫(110)에 설정된 간격으로 복수개가 이격 구비되며, 다른 방화셔터(100)들에 구비된 통신 모듈(200)과 애드혹 네트워크(ad hoc network)를 형성하여 멀티 홉 통신에 관제서버(400)와 통신할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 통신 모듈간 애드혹 네트워크가 형성된 것을 나타낸 도면이다.
일반적으로 방화셔터(100)는 도 8에서와 같이 건물 내 일정간격으로 여러 대가 설치될 수 있다. 건축 법규에서도 1,000제곱미터 간격으로 설치됨을 규정하고 있다. 모든 방화셔텨(100)에 동일한 규격의 통신 모듈(200)이 설치됨을 가정할 경우, 각각의 통신 모듈(200)들이 애드혹 네트워크를 형성하여 멀티 홉 통신을 제공할 수 있다. 즉, 화재, 재난 등으로 기존 통신망이 붕괴되었을 경우, 임시 자가망을 형성하여 외부의 관제서버(400)로 통신연결이 가능하다.
또한, 통신 모듈(200)은 방화셔터(100)의 슬랫(110)에 3개 이상이 이격 구비될 수도 있다.
이때, 관제서버(400)는 3개 이상의 통신 모듈(200)로부터 신호를 수신하여 삼각변측량 TOA(Time of Arrival) 또는 삼각측량 AOA (Angle of Arrival) 기법에 의해 임계 범위 내에 위치한 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)의 위치를 추정할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 삼각변측량 또는 삼각측량 기법을 나타낸 알고리즘이다.
도 9에서는 3개의 통신 모듈(200)이 하나의 그룹으로 형성됨을 도시하였는데, 3개의 통신 모듈(200)들의 신호를 이용하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)의 위치를 추정할 수 있다.
삼각변측량 또는 삼각측량 기법은 공지의 기술이므로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 관제서버(400)는 인접한 3개 이상의 방화셔터(100)에 각각 구비된 통신 모듈(200)로부터 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 내에 위치한 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)의 위치를 추정할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 따른 삼각변측량 또는 삼각측량 기법을 이용하여 소방관 단말기 또는 소방 로봇의 현재 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
Wi-Fi 전송 범위 내에 위치한 방화셔터들이 3개 이상인 경우, 도 10에서와 같이 하나의 방화셔터(100)에 한 개의 통신 모듈(200)만 설치되어도 무방하다. 이때, 일반적인 실내 Wi-Fi 전송 범위는 30m내외이며, 주변 장애물과 실내구조에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 각각의 방화셔터(100)의 통신 모듈(200)에서 수집된 개별 위치정보는 관제서버(400)에서 취합되어 최종 계산될 수 있다. 이때, 관제서버(400)로의 전달은 유/무선 네트워크 모두 가능하며, 적절한 라우팅 알고리즘을 통해서 관제서버(400)의 IP에 접속할 수도 있다.
이러한 삼각변측량 또는 삼각측량 기법을 이용한 현재 위치를 추정하는 방법은 무선 신호에 의존적이므로 안테나(210)로부터 거리가 멀어질수록 오차 범위가 증가되는 문제가 있으므로 앞서 설명한 바와 같이 소방관 단말기(500) 또는 소방 로봇(600)이 임계 범위 이내에 위치한 경우에만 적용되는 것이 가장 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 무선 통신 방법은 방화셔터에 장착되는 무선 통신 장치를 이용하여 소방관 단말기와 네트워크 통신을 수행할 수 있도록 함으로써 건물 혹은 지하공간내 화재발생시, 현장에 투입되어 각종 긴급 데이터를 송수신하는 소방관 혹은 소방로봇 사이의 통신이 단절되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 주변의 여러 방화셔터 사이의 자가망 형성이 가능하여 화재 근원지의 위치 추정 정확도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 방화셔터에 장착되는 무선 통신 장치가 평상시에는 밀폐 포장되고 상시 충전되어 셔터박스 내에 숨겨지므로 외관에 영향을 주지않고 방화셔터의 하강 구동시에만 밀폐 포장이 제거되면서 동작하므로 제품의 외형 변형 및 오동작 등을 방지할 수 있고 높은 내구성을 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신 장치의 안테나에 LED 램프를 장착하여 어두운 환경에서도 방화셔터의 위치 파악이 용이하며, 방화셔터의 안쪽 및 바깥쪽에 램프 색을 달리하여 화재시 탈출이 용이하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 방화셔터 110 : 슬랫
130 : 샤프트 150 : 셔터박스
200 : 통신 모듈 210 : 안테나
211 : 램프 220: 제1 케이블
230 : 라우터 본체 231 : 메인보드
233 : 배터리 240 : 제2 케이블
250 : 제2 보호캡 300 : 충전기
310 : 제1 보호캡 400 : 관제서버
500 : 소방관 단말기 600 : 소방 로봇

Claims (16)

  1. 화재 감지시 하강 구동하는 슬랫(slat)을 포함하는 방화셔터;
    상기 슬랫 하부의 안쪽면과 바깥쪽면에 각각 배치되어 상기 슬랫을 관통하는 제1 케이블에 의해 서로 연결되는 복수의 안테나와, 상기 슬랫 하부의 일면에 배치되고 상기 복수의 안테나와 제2 케이블로 연결되며 상기 복수의 안테나의 신호 처리를 위한 메인보드와 전원 공급을 위한 배터리를 포함하는 라우터 본체를 포함하고, 화재 현장에 있는 소방관 단말기 또는 소방 로봇으로부터 무선으로 신호를 수신하되, 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇이 임계 범위 밖에 위치하는 경우, 상기 소방관 단말기 또는 소방 로봇과의 이격 거리가 증가할수록 백오프 시간을 단축하여 통신하는 통신 모듈;
    상기 슬랫 상부의 상기 라우터 본체와 동일한 일면에 배치되며 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전기; 및
    상기 통신 모듈로부터 신호를 수신하여 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 위치를 추정하는 관제서버를 포함하는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전기는 하부가 개방된 제1 보호캡에 의해 보호되고,
    상기 통신 모듈은 상부가 개방된 제2 보호캡에 의해 보호되며,
    상기 슬랫이 상기 방화셔터의 샤프트까지 감겨진 상태인 경우, 상기 제1 보호캡과 상기 제2 보호캡이 결합되고, 상기 라우터 본체는 상기 충전기에 접촉되어 충전되는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬랫이 하강 구동하면, 상기 제1 보호캡과 제2 보호캡이 분리되고, 상기 라우터 본체는 상기 충전기로부터 접촉 해제되며 동작하는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모듈은,
    상기 방화셔터의 슬랫에 설정된 간격으로 복수개가 이격 구비되며,
    다른 방화셔터들에 구비된 통신 모듈과 애드혹 네트워크를 형성하여 멀티 홉 통신에 의해 상기 관제서버와 통신하는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모듈은,
    상기 방화셔터의 슬랫에 3개 이상이 이격 구비되며,
    상기 관제 서버는
    상기 3개 이상의 통신 모듈로부터 상기 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 이내에 위치한 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 현재 위치를 추정하는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관제서버는,
    인접한 3개 이상의 방화셔터에 각각 구비된 상기 통신 모듈로부터 상기 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 이내에 위치한 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 현재 위치를 추정하는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬랫의 안쪽면과 바깥쪽면에 장착된 각각의 안테나에는 서로 색상이 상이한 램프가 구비되는 방화셔터를 이용한 무선 통신 시스템.
  9. 방화셔터를 이용한 무선 통신 방법에 있어서,
    상기 방화셔터가 화재를 감지하면 슬랫(slat)을 하강 구동하는 단계;
    상기 슬랫이 하강 구동하면, 상기 슬랫 일면의 상부와 하부에 각각 배치되는 충전기와 통신 모듈을 각각 보호하는 제1 보호캡과 제 2 보호캡이 분리되어 상기 통신 모듈의 라우터 본체가 동작하는 단계;
    상기 통신 모듈이 화재 현장에 있는 소방관 단말기 또는 소방 로봇과의 이격 거리에 따라 백오프 시간을 조정하여 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇과 통신하는 단계; 및
    관제서버가 상기 통신 모듈로부터 무선으로 신호를 수신하여 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 무선 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통신 모듈은,
    상기 슬랫 하부의 안쪽면과 바깥쪽면에 각각 배치되며 상기 슬랫을 관통하는 제1 케이블에 의해 서로 연결되는 복수의 안테나와, 상기 슬랫 하부의 일면에 배치되고 상기 복수의 안테나와 제2 케이블로 연결되고 상기 복수의 안테나의 신호 처리를 위한 메인보드와 전원 공급을 위한 배터리를 포함하는 라우터 본체를 포함하고, 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇으로부터 무선으로 신호를 수신하고,
    상기 충전기는,
    상기 슬랫 상부의 상기 라우터 본체와 동일한 면에 배치되며 상기 라우터 본체를 충전하는 무선 통신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충전기는 하부가 개방된 상기 제1 보호캡에 의해 보호되고,
    상기 통신 모듈은 상부가 개방된 상기 제2 보호캡에 의해 보호되며,
    상기 슬랫이 상기 방화셔터의 샤프트까지 감겨진 상태인 경우, 상기 제1 보호캡과 상기 제2 보호캡이 결합되고, 상기 라우터 본체는 상기 충전기에 접촉되어 충전되는 무선 통신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇과 통신하는 단계는,
    상기 이격 거리가 임계 범위 밖인 경우, 상기 통신 모듈은 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇과의 이격 거리가 증가할수록 백오프 시간을 단축하여 통신하는 무선 통신 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 통신 모듈은,
    상기 방화셔터의 슬랫에 설정된 간격으로 복수개가 이격 구비되며,
    다른 방화셔터들에 구비된 통신 모듈과 애드혹 네트워크를 형성하여 멀티 홉 통신에 의해 상기 관제서버와 통신하는 무선 통신 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 통신 모듈은,
    상기 방화셔터의 슬랫에 3개 이상이 이격 구비되며,
    상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 위치를 추정하는 단계는,
    상기 3개 이상의 통신 모듈로부터 상기 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 이내에 위치한 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방 로봇의 현재 위치를 추정하는 무선 통신 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 소방관 단말기 또는 상기 소방로봇의 위치를 추정하는 단계는,
    인접한 3개 이상의 방화셔터에 각각 구비된 상기 통신 모듈로부터 상기 신호를 수신하여 삼각변측량 또는 삼각측량 기법에 의해 임계 범위 이내에 위치한 상기 소방관 단말기 또는 상기 소방로봇의 현재 위치를 추정하는 무선 통신 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 슬랫의 안쪽면과 바깥쪽면에 장착된 각각의 안테나에는 서로 색상이 상이한 램프가 구비되는 무선 통신 방법.
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