KR101916439B1 - 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 종류에 따른 임계 범위를 설정하고, 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 값이 상기 임계 범위에 속하는지 여부를 기준으로 위험 상황 발생 여부를 판단하는 데이터 분석부, 상기 데이터 분석부에 의한 위험 상황 판단 결과에 따라 센싱 데이터를 전송받을 목적지 노드와 센싱 데이터의 전송 주기를 설정하는 파라미터 설정부, 상기 목적지 노드로 전송할 데이터 프레임을 생성하는 데이터 생성부 및 상기 파라미터 설정부에 의해 설정된 전송 주기에 따라 상기 목적지 노드로 상기 데이터 프레임을 송신하는 유무선 송수신부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 철도 사물인터넷에서 센서 정보가 수집되어 이 정보를 필요로하는 철도 어플리케이션에 전달되는 과정에서 저지연 정보 송수신을 가능하게 한다.

Description

철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법 및 그 장치{DATA PROCESSING METHOD AND APPARATUS OF GATEWAY FOR RAILROAD IOT}
본 발명은 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 철도 사물인터넷에서 센서 정보가 수집되어 서버를 거쳐 철도 어플리케이션에 전달되는 과정에서 저지연 정보 송수신을 가능하게 하는 게이트웨이의 데이터 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
사물인터넷(IoT)이란 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하여 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 소통하는 지능형 기술 및 서비스를 말한다.
철도 사물인터넷은 철도 관련 사물 즉, 선로 및 선로변의 시설물이나 차량, 역사 등의 센싱 정보가 인터넷을 통하여 전달되고 이를 통해 철도 환경에서의 다양한 어플리케이션에 고도의 서비스를 제공하는 기술 또는 서비스로 정의할 수 있다.
철도 사물인터넷 구성을 나타내는 도 1을 참조하면, 철도 사물인터넷에서 각종 시설물에 설치된 센서 디바이스는 센싱 데이터를 생성하고 유무선 통신을 통해 게이트웨이에 전송한다. 게이트웨이에 수집된 데이터는 클라우드 IoT 서버에 전달되어 저장되고, IoT 서버는 수집된 정보에 지능화를 하는 시멘틱 처리를 한다. 즉 IoT 서버는 분석을 통해 의미 있는 데이터를 추출 가공하여 다양한 철도 어플리케이션에 제공한다.
철도 사물인터넷은 차량의 유연한 운행 제어, 재난재해로 인한 철도 시설의 피해 저감, 철도 시설물의 유지보수 비용 절감 등 철도의 여러 분야에서 효과적으로 활용될 수 있다.
한편, 사물인터넷이 활발히 적용되는 분야는 홈, 팩토리, 차량 등으로 주로 제한된 공간에서 프라이빗한 서비스를 제공하는 것이 특징이다. 이들 적용 분야에서 사물인터넷은 사용자의 편의성 증진, 생산성 향상 등에 목적을 두고 있다.
이와 다르게 철도 사물인터넷은 개방형의 확장된 공간에서 더 큰 규모로 구성되어 철도 관련 통합 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 또한, 공공산업인 철도를 타겟으로 하므로 철도의 편리성 뿐만 아니라 안전성에 초점을 맞추고 있다. 이에 따라 철도 사물인터넷에서는 안전과 관련한 정보의 신속한 전달 및 대처를 위한 실시간 서비스가 중요한 이슈가 된다.
홈 사물인터넷과 같은 소규모의 환경이 아닌 규모가 큰 철도 사물인터넷 환경에서는 수많은 센서 디바이스로부터 데이터가 수집되기 때문에, 데이터의 처리 및 전송에 시간이 소요되고 네트워크와 IoT 서버의 부하가 커진다. 이는 센싱 데이터가 IoT 서버에 전달되어 처리되고 최종적으로 철도 어플리케이션에 수신될 때까지의 소요시간이 지연되거나 IoT 서버와의 통신 단절 등으로 통신 연결성을 확보하기가 어려워지는 결과를 가져온다. 센싱 정보 전달의 지연은 열차자동방호시스템(ATP)와 같은 안전과 관련된 철도 어플리케이션에 크리티컬(critical)한 영향을 미친다. 철도 운행의 안전과 관련된 정보의 신속한 전달이 이루어지지 않으면, 이는 열차사고로 직결될 수 있다. 따라서 철도 사물인터넷 환경에 적합한 저지연 데이터 송수신을 위한 새로운 데이터 처리 및 송수신 방법이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0050519호(공개일자: 2014년 04월 29일, 명칭: 사물통신 기반 열차 방호장치 및 그 방법) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0087418호(공개일자: 2016년 07월 22일, 명칭: 화물열차용 사물 통신 시스템)
본 발명은 철도 사물인터넷에서 선로변의 센서 정보가 수집되어 서버를 거쳐 철도 어플리케이션에 전달되는 과정에서 저지연 정보 송수신을 가능하게 하는 게이트웨이의 데이터 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 게이트웨이 장치에서 위험 상황 인지 및 위험 정보의 수신처 관리를 적응적으로 설정함으로써, 철도와 관련한 운영 변화 또는 환경 변화에 따라 유연한 대처를 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 철도 사물인터넷의 네트워크 루트를 간략화시킴으로써, 통신 무결성 확보 가능성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 게이트웨이 장치가 사물인터넷 서버로 데이터 전송 주기를 적응적으로 설정함으로써, 장치의 전력 효율성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치는 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 종류에 따른 임계 범위를 설정하고, 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 값이 상기 임계 범위에 속하는지 여부를 기준으로 위험 상황 발생 여부를 판단하는 데이터 분석부, 상기 데이터 분석부에 의한 위험 상황 판단 결과에 따라 센싱 데이터를 전송받을 목적지 노드와 센싱 데이터의 전송 주기를 설정하는 파라미터 설정부, 상기 목적지 노드로 전송할 데이터 프레임을 생성하는 데이터 생성부 및 상기 파라미터 설정부에 의해 설정된 전송 주기에 따라 상기 목적지 노드로 상기 데이터 프레임을 송신하는 유무선 송수신부를 포함한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 데이터 분석부는, 센싱 데이터와 관련하여 사물인터넷 서버로부터 수신한 초기 임계 범위에 대한 정보와 과거 시점에 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터를 기반으로 기계학습을 수행하여 상기 임계 범위를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 데이터 분석부는, 상기 과거 시점에 위험 상황이 발생한 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속한 경우, 상기 임계 범위를 축소하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 데이터 분석부는, 상기 과거 시점에 위험 상황이 발생하지 않은 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속하지 않는 경우, 상기 임계 범위를 확대하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 센싱 데이터의 종류에 따라 위험 인지 관련 임계값, 수신 IP 및 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 그룹화되어 관리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 센싱 데이터의 종류에 따라 상기 위험 인지 관련 임계값, 상기 수신 IP 및 상기 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 주기적으로 업데이트되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 파라미터 설정부는, 상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버와 사물인터넷 단말을 상기 목적지 노드로 설정하고, 상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버를 상기 목적지 노드로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 파라미터 설정부는, 상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 정상 상황 주기값으로 설정하고, 상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 상기 정상 상황 주기값보다 작은 위험 상황 전송 주기값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법은 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 종류에 따른 임계 범위를 설정하고, 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 값이 상기 임계 범위에 속하는지 여부를 기준으로 위험 상황 발생 여부를 판단하는 데이터 분석단계, 상기 데이터 분석단계에서의 위험 상황 판단 결과에 따라 센싱 데이터를 전송받을 목적지 노드와 센싱 데이터의 전송 주기를 설정하는 파라미터 설정단계, 상기 목적지 노드로 전송할 데이터 프레임을 생성하는 데이터 생성단계 및 상기 파라미터 설정단계에서 설정된 전송 주기에 따라 상기 목적지 노드로 상기 데이터 프레임을 송신하는 유무선 송수신단계를 포함한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 데이터 분석단계에서는, 센싱 데이터와 관련하여 사물인터넷 서버로부터 수신한 초기 임계 범위에 대한 정보와 과거 시점에 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터를 기반으로 기계학습을 수행하여 상기 임계 범위를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 데이터 분석단계에서는, 상기 과거 시점에 위험 상황이 발생한 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속한 경우, 상기 임계 범위를 축소하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 데이터 분석단계에서는, 상기 과거 시점에 위험 상황이 발생하지 않은 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속하지 않는 경우, 상기 임계 범위를 확대하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 센싱 데이터의 종류에 따라 위험 인지 관련 임계값, 수신 IP 및 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 그룹화되어 관리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 센싱 데이터의 종류에 따라 상기 위험 인지 관련 임계값, 상기 수신 IP 및 상기 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 주기적으로 업데이트되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 파라미터 설정단계에서는, 상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버와 사물인터넷 단말을 상기 목적지 노드로 설정하고, 상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버를 상기 목적지 노드로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서, 상기 파라미터 설정단계에서는, 상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 정상 상황 주기값으로 설정하고, 상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 상기 정상 상황 주기값보다 작은 위험 상황 전송 주기값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도 사물인터넷에서 선로변의 센서 정보가 수집되어 서버를 거쳐 철도 어플리케이션에 전달되는 과정에서 저지연 정보 송수신을 가능하게 하는 게이트웨이 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 게이트웨이 장치에서 위험 상황 인지 및 위험 정보의 수신처 관리를 적응적으로 설정함으로써, 철도와 관련한 운영 변화 또는 환경 변화에 따라 유연한 대처가 가능해지는 효과가 있다.
또한, 철도 사물인터넷의 네트워크 루트를 간략화시킴으로써, 통신 무결성 확보 가능성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 게이트웨이 장치가 사물인터넷 서버로 데이터 전송 주기를 적응적으로 설정함으로써, 장치의 전력 효율성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 철도 사물인터넷 구성도이고,
도 2는 간략화된 철도 사물인터넷 환경을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 구성요소를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 임계 범위 설정 절차를 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 6과 도 7은 종래 기술과 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 게이트웨이의 동작에 따른 철도 사물인터넷의 정보 송수신 지연 시간을 상호 비교하여 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기에 앞서 본 발명의 주요 특징들에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 철도 사물인터넷 환경을 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 철도 환경에 설치된 각종 센서 디바이스(1)로부터 센싱 정보가 생성되면, 이 정보는 유무선 통신을 통해 게이트웨이 장치(2)에서 수집된다. 사물인터넷 시스템에서 기존의 게이트웨이의 역할은 수집된 정보를 사물인터넷 서버(3)로 전달해주는 것이다. 수집된 센싱 데이터로부터 의미 있는 정보를 생성하고 지능을 부여하는 동작은 사물인터넷 서버(3)에서 수행한다.
본 발명에서는 게이트웨이 장치(2)에 지능을 부여하여 사물인터넷 서버(3)에서 수행하는 정보처리의 일부 및 데이터 송수신 제어 등의 역할을 게이트웨이 장치(2)에서 수행하도록 한다.
위험인지 정보와 같은 안전과 직접적으로 관련된 센싱 데이터에 대해 실시간 정보 처리 및 송수신이 필요한 경우, 사물인터넷 서버(3)에서 수행하는 정보처리의 일부를 게이트웨이 장치(2)에서 수행하도록 한다. 이와 같은 경우 게이트웨이 장치(2)는 센싱 정보를 수집하여 사물인터넷 서버(3)를 거치지 않고 네트워크를 통해 사물인터넷 디바이스(4)에 직접 전송할 수 있다. 이때 게이트웨이 장치(2)는 외부의 명령에 의하지 않고, 수신한 센싱 데이터에 기반하여 직접 전송 여부를 판단할 수 있다.
또한, 센서 디바이스(1)로부터 수신된 센싱 정보가 일반적인 값이거나, 중요한 정보를 가지고 있지 않다고 판단될 경우, 즉, 일반 동작 모드에서, 게이트웨이 장치(2)는 센싱 정보를 사물인터넷 서버(3)로 전달하지 않고, 데이터의 전송 주기를 증가시킴으로써 네트워크의 혼잡을 줄이고 게이트웨이 장치(2)의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
종래 기술과 본 발명의 차이를 요약 정리하면 다음과 같다.
종래 기술에 따르면, 철도 환경에 설치된 각종 센서디바이스로부터 센싱 정보가 생성되면, 이 정보는 유무선 통신을 통해 게이트웨이에서 수집된다. 사물인터넷 시스템에서 기존의 게이트웨이의 역할은 수집된 정보를 IoT서버로 전달해주는 것이다. 수집된 센싱 데이터로부터 의미 있는 정보를 생성하고 지능을 부여하는 동작은 IoT서버에서 수행한다.
반면, 본 발명은 게이트웨이 장치(2)가 단순히 센싱 정보를 사물인터넷 서버(3)로 전달하는 역할을 하는 것이 아니라, 게이트웨이 장치(2)에 지능을 부여하여 사물인터넷 서버(3)에서 수행하는 정보처리의 일부 및 데이터 송수신 제어 등의 역할을 수행하도록 한다. 본 발명에 따른 게이트웨이 장치(2)는 센싱 정보를 수집하여 데이터를 분석하고, 분석 결과에 따라 데이터를 수신할 목적지를 설정하고 송신 주기를 결정한다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 3을 추가적으로 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치(2)는 데이터 분석부(10), 파라미터 설정부(20), 데이터 생성부(30) 및 유무선 송수신부(40)를 포함한다.
데이터 분석부(10)는 센서 디바이스(1)로부터 수신한 센싱 데이터의 종류에 따른 임계 범위를 설정하고, 센서 디바이스(1)로부터 수신한 센싱 데이터의 값이 임계 범위에 속하는지 여부를 기준으로 위험 상황 발생 여부를 판단하는 기능을 수행한다. 여기서, 임계 범위는 임계값으로 구분되어지는 센싱 데이터 값의 정상 범위를 나타내며, 임계값이란 센싱 데이터를 비정상적인 값으로 판단하는 경계값을 지칭한다. 예를 들어, 온도센서로부터 수집된 데이터가 80도를 넘었을 경우, 이는 비정상적인 값으로 화재 등 위험상황에 대한 표지가 될 수 있다. 이때 임계값은 80도로 설정된다.
데이터 분석부(10)는, 센싱 데이터와 관련하여 사물인터넷 서버(3)로부터 수신한 초기 임계 범위에 대한 정보와 과거 시점에 센서 디바이스(1)로부터 수신한 센싱 데이터를 기반으로 기계학습을 수행하여 임계 범위를 설정하도록 구성될 수 있다.
임계 범위 설정 절차를 예시적으로 설명하기 위한 도면인 도 5를 추가적으로 참조하면, 데이터 분석부(10)는, 과거 시점에 위험 상황이 발생한 상태에서 센서 디바이스(1)로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속한 경우, 임계 범위를 축소하고, 과거 시점에 위험 상황이 발생하지 않은 상태에서 센서 디바이스(1)로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속하지 않는 경우, 임계 범위를 확대하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 초기에 설정된 임계값의 최고치와 최저치를 각각 Vh와 Vㅣ이라고 가정할 때, 임계값 설정(업데이트)은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
초기에는 센싱 정보의 종류에 따라 미리 설정된 값으로 임계값 설정한다. 예를 들어, 임계범위는 {Vㅣ≤x≤Vh}로 설정될 수 있다.
수신되는 센싱 데이터가 최저 임계값보다 작을 때 (V‘ㅣ<Vㅣ)에도, 위험상황이 발생하지 않는 것으로 판단할 때, 임계값 범위를 증가하여 업데이트한다. 예를 들어, 임계범위는 {V‘ㅣ≤x≤Vh}로 업데이트될 수 있다.
수신되는 센싱 데이터가 최고 임계값보다 클 때 (V‘h>Vh)에도, 위험상황이 발생하지 않는 것으로 판단할 때, 임계값 범위를 증가하여 업데이트한다. 예를 들어, 임계범위는 {Vㅣ≤x≤V’h}로 업데이트될 수 있다.
수신되는 센싱 데이터가 임계값 범위 내에 있었지만 (Vm), 위험상황이 발생했을 경우, 임계값 범위를 감소시킨다. 예를 들어, 임계범위는 {Vm≤x≤Vh; Vm<=(Vㅣ+Vh)/2} 또는 {Vㅣ≤x≤Vm; Vm>(Vㅣ+Vh)/2}이 될 수 있다.
예를 들어, 수신된 센싱 데이터의 값이 v
Figure 112016114665352-pat00001
{x:Vㅣ≤x≤Vh}이면, 데이터 분석부(10)는 이를 위험상황으로 인지한다. 여기서, 임계범위를 최저치와 최고치의 사이 값으로 정한 것은 예시일 뿐이며, 센싱 데이터의 종류에 따라 임계범위가 최저치와 최고치 사이 값의 여집합으로 정해질 수도 있고, 이산적(discrete)인 값으로 정해질 수도 있다.
파라미터 설정부(20)는 데이터 분석부(10)에 의한 위험 상황 판단 결과에 따라 센싱 데이터를 전송받을 목적지 노드와 센싱 데이터의 전송 주기를 설정하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 파라미터 설정부(20)는, 데이터 분석부(10)에 의해 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버(3)와 사물인터넷 단말을 목적지 노드로 설정하고, 데이터 분석부(10)에 의해 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버(3)를 목적지 노드로 설정하도록 구성될 수 있다.
또한, 예를 들어, 파라미터 설정부(20)는, 데이터 분석부(10)에 의해 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 센싱 데이터의 전송 주기를 정상 상황 주기값(Tn)으로 설정하고, 데이터 분석부(10)에 의해 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 센싱 데이터의 전송 주기를 정상 상황 주기값(Tn)보다 작은 위험 상황 전송 주기값(Td)으로 설정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 센싱 데이터의 종류에 따라 위험 인지 관련 임계값, 수신 IP 및 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 그룹화되어 관리되거나, 센싱 데이터의 종류에 따라 위험 인지 관련 임계값, 수신 IP 및 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 주기적으로 업데이트될 수 있다. 예를 들어, 이러한 동작은 데이터 분석부(10)와 파라미터 설정부(20)의 연계 동작에 의해 수행되거나, 별도의 추가적인 구성요소에 의해 수행될 수도 있다.
데이터 생성부(30)는 목적지 노드로 전송할 데이터 프레임을 생성하는 기능을 수행한다.
유무선 송수신부(40)는 파라미터 설정부(20)에 의해 설정된 전송 주기에 따라 목적지 노드로 데이터 프레임을 송신하는 기능을 수행한다. 즉, 유무선 송수신부(40)는 센서 디바이스(1)로부터 센싱 데이터를 수신하고, 게이트웨이 장치(2)에서 처리된 데이터를 다시 사물인터넷 서버(3)와 사물인터넷 디바이스(4)로 전송한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위하여, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법도 함께 설명한다.
도 4를 추가적으로 참조하면, 단계 S10에서는, 게이트웨이 장치(2)의 유무선 송수신부(40)가 센서 디바이스(1)에 의해 전송되는 데이터를 수신하는 과정이 수행된다.
단계 S20에서는, 게이트웨이 장치(2)의 데이터 분석부(10)가 수신되는 센싱 데이터의 종류에 따른 임계 범위를 설정하는 과정이 수행된다.
단계 S30에서는, 데이터 분석부(10)가 센서 디바이스(1)로부터 수신한 센싱 데이터의 값과 임계 범위를 구성하는 임계값과 비교하는 과정이 수행된다.
단계 S40에서는, 데이터 분석부(10)가 센서 디바이스(1)로부터 수신한 센싱 데이터의 값이 임계 범위를 벗어났는지 여부를 판단하는 과정이 수행된다.
단계 S40에서의 판단 결과, 게이트웨이 장치(2)에서 수신한 센싱 정보가 임계 범위를 벗어난 위험 상황을 나타낼 경우, 단계 S50으로 전환되어 위험 인지 모드가 동작한다. 위험 인지 모드에서, 게이트웨이 장치(2)는 센싱 데이터를 사물인터넷 서버(3)를 통하지 않고, 바로 사물인터넷 디바이스(4)에 전송한다. 동시에 위험 상황에 따른 사물인터넷 서버(3)로의 데이터 전송 주기를 다시 설정하고, 일반적인 동작 순서에 따라 사물인터넷 서버(3)에 데이터를 전송하여 사물인터넷 서버(3)에서 동일한 데이터를 저장 및 처리할 수 있도록 한다.
단계 S40에서의 판단 결과, 게이트웨이 장치(2)에서 수신한 센싱 정보가 일반적인 상황을 나타내는 경우, 단계 S60으로 전환되어 일반 동작 모드가 동작한다. 일반 동작 모드에서, 게이트웨이 장치(2)는 사물인터넷 서버(3)로 전송하기 위한 전송 주기를 설정하고, 데이터 프레임을 생성하여, 사물인터넷 서버(3)로 데이터 프레임을 전송한다. 단계 S10 내지 단계 S40까지의 구성이 데이터 분석단계에 해당하고, 단계 S60이 파라미터 설정단계에 해당하고, 단계 S70이 데이터 생성단계와 유무선 송수신단계에 해당한다.
단계 S70에서는, 게이트웨이 장치(2)가 데이터 프레임을 생성하여, 사물인터넷 서버(3)로 데이터 프레임을 전송하는 과정이 수행되고, 단계 S80에서는, 사물인터넷 서버(3)는 수신한 데이터를 분석 가공하는 과정이 수행되고, 단계 S90에서는, 사물인터넷 서버(3)가 분석 가공된 데이터를 사물인터넷 디바이스(4)로 전송하는 과정이 수행된다.
신호기, 차단기 등과 같은 선로변 장치의 고장 또는 사고가 발생한 경우를 예로 들어, 종래 기술과 본 발명을 대비하여 설명한다.
선로변 장치의 고장 또는 선행 열차의 사고로 선로가 비정상적으로 점유된 경우, 후행 열차는 신속한 대응을 통해 1차 사고 혹은 2차 사고를 피해야 한다.
종래의 경우, 선로변의 위험 상황 정보는 센서 디바이스로부터 게이트웨이를 거쳐 사물인터넷 서버까지 전달되고, 사물인터넷 서버에서 위험정보를 인지하고 차상의 사물인터넷 디바이스 또는 관제의 사물인터넷 디바이스에 해당 정보를 전달하여 실제 열차에서 이에 대응하도록 명령한다. 이와 같은 경우에는, 네트워크의 지연 상황을 고려해야 할 뿐만 아니라, 센서 디바이스의 센싱 정보 송신 주기 및 사물인터넷 서버에서 데이터를 수신하는 주기 등에 따라 정보 송수신 지연이 커질 수 있다. 실제 비상상황에 대응해야 할 열차까지 위험 정보가 신속히 전달되지 못하면 사고의 위험이 더 커진다.
본 발명의 경우에는, 선로변 장치의 고장 정보 또는 선로의 비정상적 점유 정보는 지상에 설치된 센서 디바이스(1)를 통해 게이트웨이 장치(2)로 전달되고 게이트웨이 장치(2)는 수신된 데이터를 통해 위험 상황을 인지하고 이 정보를 바로 후행 열차의 열차제어 사물인터넷 디바이스(4)에 전송한다. 후행 열차는 비상 제동이나 선로 대피 등을 통해 신속한 대응으로 사고를 피할 수 있다.
종래 기술과 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 게이트웨이의 동작에 따른 지연 시간을 상호 비교하여 나타낸 도 6 및 도 7에 개시된 바와 같이, 본 발명의 게이트웨이 장치(2)의 데이터 처리 및 전송방법을 적용할 때 위험 정보의 수신 지연시간이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 철도 사물인터넷에서 센서 정보가 수집되어 서버를 거쳐 철도 어플리케이션에 전달되는 과정에서 저지연 정보 송수신을 가능하게 하는 게이트웨이의 데이터 처리 및 송수신 방법과 그 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 게이트웨이 장치에서 위험 상황 인지 및 위험 정보의 수신처 관리를 적응적으로 설정함으로써, 철도와 관련한 운영 변화 또는 환경 변화에 따라 유연한 대처가 가능해지는 효과가 있다.
또한, 철도 사물인터넷의 네트워크 루트를 간략화시킴으로써, 통신 무결성 확보 가능성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 게이트웨이 장치가 사물인터넷 서버로 데이터 전송 주기를 적응적으로 설정함으로써, 장치의 전력 효율성이 향상되는 효과가 있다.
1: 센서 디바이스
2: 게이트웨이 장치
3: 사물인터넷 서버
4: 사물인터넷 디바이스
10: 데이터 분석부
20: 파라미터 설정부
30: 데이터 생성부
40: 유무선 송수신부

Claims (16)

  1. 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이 장치에 있어서,
    센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 종류에 따른 임계 범위를 설정하고, 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 값이 상기 임계 범위에 속하는지 여부를 기준으로 위험 상황 발생 여부를 판단하는 데이터 분석부;
    상기 데이터 분석부에 의한 위험 상황 판단 결과에 따라 센싱 데이터를 전송받을 목적지 노드와 센싱 데이터의 전송 주기를 설정하되, 상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버와 사물인터넷 단말을 상기 목적지 노드로 설정하고, 상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버를 상기 목적지 노드로 설정하는 파라미터 설정부;
    상기 목적지 노드로 전송할 데이터 프레임을 생성하는 데이터 생성부; 및
    상기 파라미터 설정부에 의해 설정된 전송 주기에 따라 상기 목적지 노드로 상기 데이터 프레임을 송신하는 유무선 송수신부를 포함하는, 게이트웨이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는,
    센싱 데이터와 관련하여 사물인터넷 서버로부터 수신한 초기 임계 범위에 대한 정보와 과거 시점에 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터를 기반으로 기계학습을 수행하여 상기 임계 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는,
    상기 과거 시점에 위험 상황이 발생한 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속한 경우, 상기 임계 범위를 축소하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는,
    상기 과거 시점에 위험 상황이 발생하지 않은 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속하지 않는 경우, 상기 임계 범위를 확대하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 데이터의 종류에 따라 위험 인지 관련 임계값, 수신 IP 및 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 그룹화되어 관리되는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱 데이터의 종류에 따라 상기 위험 인지 관련 임계값, 상기 수신 IP 및 상기 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 주기적으로 업데이트되는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 파라미터 설정부는,
    상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 정상 상황 주기값으로 설정하고,
    상기 데이터 분석부에 의해 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 상기 정상 상황 주기값보다 작은 위험 상황 전송 주기값으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이 장치.
  9. 철도 사물인터넷을 위한 게이트웨이의 데이터 처리 방법에 있어서,
    센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 종류에 따른 임계 범위를 설정하고, 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터의 값이 상기 임계 범위에 속하는지 여부를 기준으로 위험 상황 발생 여부를 판단하는 데이터 분석단계;
    상기 데이터 분석단계에서의 위험 상황 판단 결과에 따라 센싱 데이터를 전송받을 목적지 노드와 센싱 데이터의 전송 주기를 설정하되, 상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버와 사물인터넷 단말을 상기 목적지 노드로 설정하고, 상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 사물인터넷 서버를 상기 목적지 노드로 설정하는 파라미터 설정단계;
    상기 목적지 노드로 전송할 데이터 프레임을 생성하는 데이터 생성단계; 및
    상기 파라미터 설정단계에서 설정된 전송 주기에 따라 상기 목적지 노드로 상기 데이터 프레임을 송신하는 유무선 송수신단계를 포함하는, 게이트웨이의 데이터 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 데이터 분석단계에서는,
    센싱 데이터와 관련하여 사물인터넷 서버로부터 수신한 초기 임계 범위에 대한 정보와 과거 시점에 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터를 기반으로 기계학습을 수행하여 상기 임계 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이의 데이터 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 분석단계에서는,
    상기 과거 시점에 위험 상황이 발생한 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속한 경우, 상기 임계 범위를 축소하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이의 데이터 처리 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 분석단계에서는,
    상기 과거 시점에 위험 상황이 발생하지 않은 상태에서 상기 센서 디바이스로부터 수신한 센싱 데이터가 임계 범위에 속하지 않는 경우, 상기 임계 범위를 확대하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이의 데이터 처리 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 센싱 데이터의 종류에 따라 위험 인지 관련 임계값, 수신 IP 및 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 그룹화되어 관리되는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이의 데이터 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센싱 데이터의 종류에 따라 상기 위험 인지 관련 임계값, 상기 수신 IP 및 상기 사물인터넷 서버로의 전송 주기 값이 주기적으로 업데이트되는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이의 데이터 처리 방법.
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서,
    상기 파라미터 설정단계에서는,
    상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 미발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 정상 상황 주기값으로 설정하고,
    상기 데이터 분석단계에서 위험 상황 발생으로 판단된 경우, 상기 센싱 데이터의 전송 주기를 상기 정상 상황 주기값보다 작은 위험 상황 전송 주기값으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 게이트웨이의 데이터 처리 방법.
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