KR101992303B1 - 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템 - Google Patents

스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템이 개시된다. 센서 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드; 상기 다수의 서브 노드와 메인 노드로 구성된 네트워크에서, 상기 네트워크를 통해 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하고, 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하며, 상기 IoT 디바이스 또는 측정 장비로 사용되는 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 이를 분석하는 메인 노드(main node)로 사용되는 메인 노드 데이터 수집 장치; 데이터 수집 및 분석 서버; 및 수집된 센싱 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어가 설치된 사용자 단말을 포함한다.

Description

스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템{Data collection, analysis and monitoring system of smart sensor network}
본 발명은 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드와, 상기 다수의 서브 노드와 메인 노드로 구성된 네트워크를 통해 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하고 이를 분석하는 메인 노드 데이터 수집 장치와, 이와 연결되는 데이터 수집 및 분석 서버와 사용자 단말이 통신되며, 사용자 단말에 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공하는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템에 관한 것이다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN, Ubiquitous Sensor Network)는 홈, 사무실, 아파트 및 U-City의 건물에 설치된 다수의 센서들을 사용하여 센서 네트워크를 구축하고, 침입 탐지, 화재 감시, 가스 안전 모니터링을 하는데 사용된다.
특히, 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)는 ZigBee sensor node를 사용하여 홈 네트워크에서 집안의 침입 탐지, 빌딩 오토메이션, 가스 센서를 이용한 가스 안전 모니터링, 산업 현장에서 위치 인식 서비스나 물류 관리, 기상 및 환경 분야에서는 관련 풍속과 풍향 측정, 강우량, 강수량 측정, 각종 과학 기술 및 의료 분야에 응용이 가능하다.
지그비(ZigBee) 프로토콜은 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 30m 정도의 근거리 통신을 지원하는 IEEE 802154 표준으로 제정된 것으로써, 센서 노드는 지그비(ZigBee) 프로토콜을 사용하는 경우, 센서 네트워크용 임베디드 운영 체제(예: Tiny OS)를 설치하고, 멀티 홉 라우팅(multi-hop routing) 기술을 제공한다 또한, 센서 노드로는 조도 센서, 온도 센서, 습도 센서, 적외선 센서, 가스 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 바이오 센서, 및 홈 오토메이션 센서를 사용할 수 있다.
이 경우, 센서 네트워크는, 가입자 건물에 설치된 화재감지 센서, 및 침입 탐지 센서를 구비하는 다수의 지그비 센서 노드; 상기 다수의 지그비 센서 노드들을 연결하여 상기 센서 ID 정보, 감지된 정보 및 지그비 센서 노드의 위치 정보를 라우팅하는 지그비 라우터; 및 상기 지그비 센서 노드 또는 상기 지그비 라우터와 연결되고, 상기 센서 ID 정보, 감지된 정보 및 센서 노드의 위치 정보를 상기 센서정보 관리 서버로 전송하기 위한 지그비 코디네이터를 포함하며,
지그비 프로토콜을 TCP/IP 프로토콜로 변환하고, 상기 다수의 센서 노드를 통해 센서 ID 정보, 감지된 정보 및 센서 노드의 위치 정보를 전송하기 위한 게이트웨이; 및
다수의 센서 노드들로부터 센서 네트워크(USN, WSN)를 통해 센서 ID 정보, 감지된 센서 정보 및 센서 노드의 위치 정보를 수집하고 그 센서 정보를 모니터링하는 센서정보 관리 서버를 포함한다.
도 1a는 종래의 센서 네트워크 개념도이다.
이와 관련된 선행기술1로써, 특허 등록번호 10-10267640000에서는 "데이터 랜덤화를 이용한 센서 네트워크에서의 데이터 수집 방법 및 클러스터 헤드"이 공개되어 있다.
데이터 랜덤화를 이용한 센서 네트워크에서의 데이터 수집 방법은 복수의 센서 노드, 복수의 센서 노드에 연결되는 클러스터 헤드 및 복수의 클러스터 헤드에 연결되는 기지국을 포함하는 센서 네트워크에서의 데이터 수집 방법으로서, 클러스터 헤드가, 센서 노드로부터 랜덤화된 감지데이터를 수신하는 단계; 수신한 랜덤화된 감지데이터를 디랜덤화하는 단계; 디랜덤화된 감지데이터에 수집 함수를 실행하여, 부분수집값(PAV)을 생성하는 단계; 생성된 부분수집값을 암호화하는 단계; 암호화한 부분수집값을 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
도 1a을 참조하면, 상이한 클러스터들로 구성되는 무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network)는 3-tier 모델이 도시되어 있는데, 이러한 3-계층적 네트워크는 일반적으로 무수한 센서 노드들(sensor nodes)로 구성되며, 다수의 클러스터(cluster)로 분류되는 대형 네트워크의 일예라고 할 수 있다. 클러스터는 각각의 클러스터가 클러스터 헤드(CH)를 가지는 기능적인 그룹 단위를 의미한다 이러한 네트워크의 각 클러스터는 수십개에서 수백개의 전형적인 센서 노드들 및 단일 클러스터 헤드로 구성된다 각 클러스터는 전력소비의 공정함을 유지하기 위해 자주 업데이트되는 백본 노드(backbone node)를 가진다. 상기 서로 다른 클러스터들(clusters)은 기지국(BS) 또는 싱크 노드(sink node)의 강력한 연산기능을 갖는 엔티티(entity)와 통신한다. 동일 클러스터내의 상이한 노드들은 그들의 메시지를 상기 클러스터 헤드에게 전달함으로써, 기지국과 간접적으로 통신한다 기지국은 컴퓨터의 서버와 연결되는 특별한 종류의 센서 노드의 일종이라고 할 수 있다.
이와 관련된 선행기술2로써, 특허등록번호 10-0944770에서는 "실행 가능한 센서 네트워크 프로토타입 자동 생성 방법"이 공개되어 있다.
실행 가능한 센서 네트워크 프로토타입 자동 생성 방법은 센서 네트워크 응용 분야를 선택하고, 센서 네트워크 응용 분야별 노드간 패킷 정의 단계; 센서 노드에 OS에서 지원하는 하드웨어 독립적 모듈과 하드웨어 종속적 모듈에서 사용하고자 하는 모듈의 종류를 선택하는 센서 노드 속성 지정 단계; 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드별로 응용 소프트웨어에서 동작할 하나 이상의 쓰레드의 행위를 모델링하여 하여 실행 코드를 생성하는 센서 노드별 행위 모델링 단계; 및 실행 코드를 컴파일하여 실행 가능한 센서 노드의 프로토타입 자동 생성 단계를 포함한다. 무선 센서 네트워크(WSN)를 구성하는 센서 노드상에 동작하는 임베디드 소프트웨어를 쉽고 빠르게 개발하도록 센서 네트워크 응용 소프트웨어 프로토타입을 자동으로 생성할 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 센서 노드와 싱크 노드로 전송되는 패킷의 종류는 센서 정보(SENSOR_INFO), 센서 데이터(SENSOR_DATA) 및 배터리 데이터(BATTERY_DATA)를 포함하고, 메시지 전송 순서를 상위 레벨에서 나타낼 수 있도록 시퀀스 다이어그램을 이용한다 사용되는 패킷 종류나 전송 순서는 사용자가 선택한 센서 네트워크 응용 분야에 따라 달라질 수 있다.
센서 정보(SENSOR_INFO)는 센서 노드 ID(nodeID)와, 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 등의 센서 타입(Sensor_type)을 포함한다.
센서 데이터(SENSOR_DATA)는 센서 노드 ID(nodeID) 및 센싱 값(value)를 포함한다.
배터리 데이터(BATTERY_DATA)는 센서 노드 ID(nodeID)와, 배터리 값(value)를 포함한다.
센서 네트워크 하드웨어 플랫폼 독립적 모듈은 라우팅 모듈, MAC 통신 모듈, 태스크 스케쥴링 모듈, 세마포어 모듈, 메시지 큐 모듈, 보안 모듈, 저전력 지원 모듈, 및 DB 지원 모듈을 포함한다.
센서 네트워크 하드웨어 플랫폼 종속적 모듈은 센서 드라이버 모듈, UART 모듈, LED 모듈, EEPROM 모듈, 배터리 모듈, LCD 드라이버 모듈, 및 RF 드라이버 모듈을 포함한다.
선택된 센서 노드는 하드웨어 속성에 맞게 센서 노드용 OS가 선택적인 컴파일을 지원할 수 있는 모듈을 포함해야 한다. 이를 지원하는 OS 모듈의 구조는 도 1c에 도시된 바와 같이, 센서 노드의 응용 프로그램과 API, 하드웨어 플랫폼 독립적 모듈과 플랫폼 종속적 모듈을 포함한다.
이와 관련된 선행기술3로써, 특허공개번호 10-2015-0130642에서는 6LoWPAN 기반 무선 센서 네트워크에서 TCP의 전송 성능을 향상시키기 위해 TCP 세그먼트의 크기를 동적으로 조절할 수 있는 "6LoWPAN 기반 무선 센서 네트워크에서 TCP 세그먼트 조절 장치 및 방법"이 공개되어 있다.
6LoWPAN 기반 무선 센서 네트워크에서의 TCP 세그먼트 조절 장치는 현재 노드에서 경계 라우터에게 전송되는 패킷의 전송 성공 여부에 기초하여 패킷 전송률을 산출하고, 패킷 전송률과 데이터 베이스에 미리 저장된 이전의 패킷 전송률에 기초하여 평균 패킷 전송률을 산출하는 전송률 산출부, 평균 패킷 전송률에 포함된 정보에 기초하여 현재 노드와 경계 라우터 구간의 링크 품질을 판단하는 링크 품질 판단부 및 링크 품질에 대한 판단 결과에 기초하여 평균 패킷 전송률을 조절하고, 조절된 평균 패킷 전송률에 상응하여 TCP 세그먼트의 MSS(Maximum Segment Size)를 조절하는 TCP 세그먼트 조절부를 포함한다.
최근, IoT (Internet of things) 관련하여 센싱 기술이 점차 발전하고 있다. 하지만, 센서에서 출력되는 신호를 디지털화하여 수집 및 전송되는 장치들은 무수히도 많이 있으며, 계속해서 발전하고 있다.
또한, 이더넷(Ethernet), RS232, RS485 등으로 출력되는 데이터들의 표준 프로토콜이 많이 있음에도 많은 제조 업체들은 고유의 프로토콜로 개발되어 이를 공개하여 개발자나 사용자로 하여금 해당 프로토콜 양식에 맞게 수신부를 개발 또는 수정해야 하는 경우가 잦아 이를 위한 시간이나 비용을 추가로 투입이 되어야 하는 번거로움이 있었다.
그러나, 이기종 장비들은 각종 센서가 탑재된 IoT 디바이스, 독립된 측정 장치 및 통신으로 출력되는 측정 장비들이 각각 다른 제조사이거나 유사 장비라도 전송 메시지 규약인 프로토콜이 달라 하나의 장치(운영체제에 의해 동작되는 PC 또는 이와 유사한 행위를 하는 모바일기기 등)에서 하나의 통신 라인을 사용하지 못하는 경우에 별도의 독립된 한 개의 장치에서 이기종 하드웨어 장치(디바이스)로 수집하여 하나의 표준화된 프로토콜(3가지 타입)로 자동 변환을 해야 하는 문제가 있었다.
위와 같은 문제점을 해결하고 개발이나 사용자에게 편리함을 주고 개발과 사용에 집중하게 하는 기술을 발명하게 되었다.
특허 등록번호 10-10267640000 (등록일자 2011년 03월 28일), "데이터 랜덤화를 이용한 센서 네트워크에서의 데이터 수집 방법 및 클러스터 헤드", 한국전자통신연구원 특허 등록번호 10-0944770 (등록일자 2010년 02월 22일), "실행 가능한 센서 네트워크 프로토타입 자동 생성 방법", 한국전자통신연구원 특허 공개번호 10-2015-0130642 (공개일자 2015년 11월 24일), "6LoWPAN 기반 무선 센서 네트워크에서의 TCP 세그먼트 조절 장치 및 방법", 한국전자통신연구원
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기존 USN, WSN 센서 네트워크와는 달리, 센서 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드와, 상기 다수의 서브 노드와 메인 노드로 구성된 네트워크를 통해 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하고 이를 분석하는 메인 노드 데이터 수집 장치를 제공하며, 데이터 수집 및 분석 서버와 사용자 단말이 통신되고 사용자 단말에 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공하는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템은, 센서가 탑재된 IoT 디바이스 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스를 사용하며, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 중 어느 하나의 통신부를 구비하는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드; 상기 다수의 서브 노드와 메인 노드로 구성된 네트워크에서, 상기 네트워크를 통해 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하고, 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하며, 상기 IoT 디바이스 또는 측정 장비로 사용되는 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 이를 분석하는 메인 노드로 사용되는 메인 노드 데이터 수집 장치; 및 상기 메인 노드 데이터 수집 장치와 유무선 통신망으로 연결되며, 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어가 설치된 사용자 단말을 포함하며,
상기 다수의 서브 노드는 유형이 다른 센서의 신호와 측정장비의 센싱 또는 측정 데이터를 입력받을 수 있으며, 이를 상기 메인 노드로 전송하여 데이터 분석 과정을 거쳐 다시 데이터 분석 정보를 해당 서브 노드로 전송받을 수 있는 구조를 제공한다.
상기 메인 노드 데이터 수집 장치와 USB 케이블, Wi-Fi, 블루투스, LTE 4G/5G, NB-IoT, 이더넷 LAN 연결부 중 어느 하나의 유무선 통신망으로 연결되며, 상기 메인 노드 하드웨어 장치로부터 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석하는 데이터 수집 및 분석 서버를 더 포함하며,
이 경우, 상기 메인 노드 데이터 수집 장치의 상기 다수의 서브 노드로부터 수집된 센서 또는 측정 데이터를 상기 데이터 수집 및 분석 서버에 실시간으로 저장되며,
상기 사용자 단말은 상기 데이터 수집 및 분석 서버에 유무선 통신망으로 연결되며, 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어가 설치된다.
상기 메인 노드는 전체 서브 노드로 분석을 통해 변환된 데이터를 상기 다수의 서브 노드로 전송하며,
상기 서브 노드는 상기 메인 노드에서 활성, 비활성화를 통해 허가된 데이터만 수신받을 수 있으며, 2차 분석하여 상기 사용자 단말에 표시하거나, 다시 다른 서브 노드로 전송되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 서브 노드는 LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 중 어느 하나의 통신부를 구비하는 IoT 디바이스와 연결된 센서 또는 측정 장비로 사용되며, IoT 통신 네트워크를 통해 유형이 다른 센서의 신호와 측정장비의 센싱 또는 측정 데이터를 입력받을 수 있으며, 센싱 또는 측정 데이터를 상기 메인 노드로 전송하여 데이터 분석 과정을 거쳐, 다시 상기 메인 노드로부터 데이터 분석 정보를 상기 서브 노드로 전송받는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 서브 노드는, 상기 서브 노드의 센서 또는 측정 장비의 센싱 또는 측정 기능을 제어하는 제어부; 상기 제어부에 연결되며, 센싱 또는 측정 데이터를 표시하는 표시부; 상기 제어부와 연결되며, 구동 프로그램이 저장된 저장부; 및 상기 제어부와 연결되며, USB 케이블 연결부, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 통신부, 중 어느 하나의 통신부를 포함하는 IoT 디바이스 인 것을 특징으로 한다.
상기 메인 노드로 사용되는 상기 메인 노드 데이터 수집 장치는, 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수신받고, 하나의 표준화된 프로토콜을 변환하여 저장부에 저장하며 표시부에 표시하도록 제어하는 제어부; 상기 제어부와 연결되며, 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 표시하는 표시부; 상기 제어부와 연결되며, 구동 프로그램이 저장된 저장부; 및 상기 제어부와 연결되며, USB 케이블 연결부, 이더넷 연결부, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 통신부, 중 어느 하나의 통신부를 포함하는 IoT 디바이스 인 것을 특징으로 한다.
상기 메인 노드와 상기 다수의 서브 노드는, 상기 IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 IoT 게이트웨이와 라우터를 통해 상기 데이터 수집 및 분석 서버로 통신되는 구조를 사용한다.
상기 메인 노드와 상기 다수의 서브 노드는 상기 IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 NB-IoT와 기지국과 교환기를 통해 IoT 플랫폼을 통해 상기 데이터 수집 및 분석 서버로 전송되는 구조로 통신되며, 서버가 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공한다.
본 발명에 따른 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템은 기존 USN, WSN 센서 네트워크와는 달리, 센서 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드와, 상기 다수의 서브 노드와 메인 노드로 구성된 네트워크를 통해 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하고 이를 분석하는 메인 노드 데이터 수집 장치를 제공하며, 데이터 수집 및 분석 서버와 사용자 단말이 통신되고 사용자 단말에 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공한다.
센서가 연결된 데이터 수집 장치(DAQ) 및 측정장비에서 출력되는 데이터를 전산화하고 이런 데이터들을 표시하고 관리하기 위해 수집되는 위치마다 PC, HMI, 태블릿 PC 등의 모바일 기기가 각각 필요로 하였으나, 본 발명의 시스템을 이용하면 1개의 처리 메인 노드(main node) 데이터 수집 장치 만 있으면 되며, 네트워크로 연결된 이기종 각종 센서가 탑재된 IoT 디바이스 또는 측정 장비(서브 노드)에서 동시에 메인 노드 데이터 수집 장치로 실시간 표현이 가능하여 하드웨어 구성 비용을 줄일 수 있다.
이기종 장비들은 각종 센서가 탑재된 IoT 디바이스, 독립된 측정 장치 및 통신으로 출력되는 측정 장비들이 각각 다른 제조사이거나 유사 장비라도 전송 메시지 규약인 프로토콜이 달라 하나의 장치(운영체제에 의해 동작되는 PC 또는 이와 유사한 행위를 하는 모바일기기 등)에서 하나의 통신 라인을 사용하지 못하는 경우에 별도의 독립된 한 개의 장치에서 이기종 하드웨어 장치(디바이스)로 수집하여 하나의 표준화된 프로토콜(3가지 타입)로 자동 변환을 통해 사용이 가능하다. 이때 하나의 메인 노드 데이터 수집 장치는 특성에 맞게 스위치 조정 및 제공된 사용자 코드를 수정하여 독립적으로 사용이 가능하게 되었다.
도 1a는 종래의 센서 네트워크 개념도이다.
도 1b는 센서 노드와 싱크 노드로 전송되는 패킷을 보인 도면이다.
도 1c는 센서 노드의 응용 프로그램과 API, 하드웨어 플랫폼 독립적 모듈과 플랫폼 종속적 모듈을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템 구성도이다.
도 3은 본 기술이 사용, 공급되고 있는 소프트웨어 솔류션의 화면이다.
도 4는 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템의 기술 다이어그램이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템 구성도이다.
본 발명에 따른 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템은 기존 USN, WSN 센서 네트워크와는 달리, 센서가 탑재된 IoT 디바이스 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드와; 상기 다수의 서브 노드와 메인 노드로 구성된 네트워크를 통해 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하며 이를 분석하는 메인 노드 데이터 수집 장치를 제공하며,
데이터 수집 및 분석 서버와 사용자 단말이 통신되고, 사용자 단말에 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공한다.
IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 IoT 게이트웨이와 라우터를 통해 서버로 통신되는 구조, 또는 IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 NB-IoT와 기지국과 교환기를 통해 IoT 플랫폼을 통해 데이터 수집 및 분석 서버로 전송되는 구조로 통신되며,
데이터 수집 및 분석 서버는 웹 서버와 데이터 베이스를 구비하며, 사용자 단말에 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공한다.
본 발명품은 스마트 센서 네트워크의 데이터를 수집 및 하나의 표준화된 프로토콜로 변환하는 메인 노드 데이터 수집 장치와, 이를 제어 및 분석하는 소프트웨어로 구성되며, 하드웨어와 소프트웨어는 각각 독립적으로 운용이 가능하다.
메인 노드 데이터 수집 장치의 하드웨어 장치는 독립적으로 데이터 수집을 통해 웹(Web)과 모바일 기기(Mobile)에 전송하기 위해 자체 프로토콜을 가진다. 이때 소프트웨어 없이 설정된 고유의 프로토콜 형태로 웹 서버로 전송이 된다.
소프트웨어 또한 독립적으로 main server에서 수신된 데이터를 변환 및 해석하여 네트워크로 연결된 n개의 서브 노드(sub node)로 전송되며, 이때 IP 네트워크에 연결된 모든 장치로 데이터를 전송하는 방식인 브로드캐스트(broadcast) 방식의 장점과 송신자 측에서 하나의 데이터 패킷을 동시에 여러 수신자에게 보냄으로써 송신 시스템의 네트워크 혼잡(network congestion)을 줄이고, 처리용량을 효율적으로 이용할 수 있는 멀티캐스트(multicast)의 장점을 융합하여 기술을 고안하였다.
하나의 송신자(sender)는 네트워크에 연결되어 있는 불특정 다수의 수신자(receiver)로 데이터 패킷(data packet)을 전송하며, 수신자는 송신자에게 수신이 허가되었다는 신호를 받은 경우에만 수신이 허용되며, 수신이 허용된 수신자는 또다른 수신자에게 데이터 패킷을 그대로 전송하거나, 다른 형태의 패킷(packet)으로 패킷 포맷을 변환하여 전송할 수 있는 기술이 탑재되었다.
또한, 수신자(receiver)는 송신자(sender)로부터 수신 허가를 요청할 수 있으며, 송신자로부터 데이터 해석에 필요한 정보들을 요청하여 별도로 수신받을 수 있다.
수신자는 해석에 필요한 데이터를 수신받아 이를 데이터 해석에 사용하며, 데이터의 유효성을 검출하여 사용자에게 데이터를 다양한 형태로 표시하거나 문자, 이메일 등의 여러 형태로 통보받을 수 있다.
상기 일련의 데이터 처리 프로세스들은 일원화되고 통합되어, main server에서 관리된다.
[3가지 타입]
(1) 센서 정보 수집 IoT 디바이스 또는 측정장비 등의 여러 디바이스의 데이터를 분석 및 변환하여 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하는 메인 노드(main node) 역할을 하는 메인 노드 데이터 수집 장치의 하드웨어 장치와 이를 분석하는 소프트웨어 구조.
2) 메인 노드(main node)와 서브 노드(sub node)는 네트워크로 구성되며,
메인 노드에서 전체 node로 분석을 통해 변환된 데이터를 서브 노드로 전송하며, 서브 노드는 메인 노드에서 활성, 비활성화를 통해 허가된 데이터만 수신 받을 수 있으며, 2차 분석하여 사용자에게 표시하거나, 다시 다른 sub node로 전송되는 구조.
3) 서브 노드(sub node)는 유형이 다른 센서의 신호와 측정장비 등의 센싱 또는 측정 데이터를 입력받을 수 있으며, 이를 메인 노드(main node)로 전송하여 데이터 분석 과정을 거쳐 다시 데이터 분석 정보를 서브 노드(sub node)로 전송받을 수 있는 구조.
도 3은 본 기술이 사용, 공급되고 있는 소프트웨어 솔류션의 화면이다.
데이터 수집 및 분석 서버(200)는 N개의 서브 노드들(70)로부터 수집된 센싱 또는 측정 데이터를 메인 노드 데이터 수집 장치(100)로부터 전송받아 저장하며, 데이터 수집 및 빅 데이터를 분석 데이터를 제공하며,
사용자 단말(300)의 N개의 데이터 분석 클라이언트는 Web 기반 클라이언트/서버 방식으로 N개의 데이터 수집, 분석 및 모니터링을 할 수 있다.
도 4는 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템의 기술 다이어그램이다.
본 발명의 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템은, 센서가 탑재된 IoT 디바이스 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스를 사용하며, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 중 어느 하나의 통신부를 구비하는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드(sub node)(70); 상기 다수의 서브 노드(70)와 메인 노드(100)로 구성된 네트워크에서, 상기 네트워크를 통해 적어도 하나 이상의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하고, 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하며, 상기 센서가 탑재된 IoT 디바이스 또는 측정 장비로 사용되는 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 이를 분석하는 메인 노드(main node)로 사용되며, USB 연결부를 구비하는 메인 노드 데이터 수집 장치(100); 및 상기 메인 노드 데이터 수집 장치(100)와 직접 유선 케이블(USB 케이블, 이더넷 LAN 케이블, RS232, RS485 케이블 등)로 연결되거나 데이터 수집 및 분석 서버(200)를 통해 유무선 통신망으로 연결되며, 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어가 설치된 사용자 단말(300)을 포함한다.
상기 메인 노드 데이터 수집 장치(100)와 USB 케이블, Wi-Fi, 블루투스, LTE 4G/5G, NB-IoT, 이더넷(Ethernet) LAN 연결부 중 어느 하나의 유무선 통신망으로 연결되며, 상기 메인 노드 하드웨어 장치(100)로부터 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석하는 데이터 수집 및 분석 서버(200)를 더 포함하며,
이 경우, 메인 노드 데이터 수집 장치(100)의 다수의 서브 노드로부터 수집된 센서 또는 측정 데이터를 데이터 수집 및 분석 서버(200)에 실시간으로 저장되며,
상기 사용자 단말(300)은 상기 데이터 수집 및 분석 서버(200)에 USB 케이블, Wi-Fi, 블루투스, LTE 4G/5G, NB-IoT, 이더넷(Ethernet) LAN 연결부 중 어느 하나의 유무선 통신망으로 연결되며, 수집된 센싱 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어가 설치된다.
사용자 단말(300)은 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 산업용 태블릿 PC 중 어느 하나의 단말을 사용한다.
데이터 수집 및 분석 서버(200)는 웹 서버와 데이터베이스를 구비하며, 사용자 단말(300)에 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공한다.
메인 노드 데이터 수집 장치(100) 인 메인 노드(main node)는 전체 서브 노드로 분석을 통해 변환된 데이터를 통신 커버리지(coverage) 내에서 상기 다수의 서브 노드(70)로 전송하며,
상기 서브 노드(sub node)(70)는 메인 노드 데이터 수집 장치(100)에서 활성, 비활성화를 통해 허가된 데이터만 수신받을 수 있으며, 2차 분석하여 사용자 단말(300)에 표시하거나, 다시 다른 서브 노드로 전송되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 서브 노드(70)는 LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 중 어느 하나의 통신부를 구비하는 IoT 디바이스와 연결된 센서 또는 측정 장비로 사용되며, IoT 통신 네트워크를 통해 유형이 다른 센서의 신호와 측정장비의 센싱 또는 측정 데이터를 입력받을 수 있으며, 센싱 또는 측정 데이터를 상기 메인 노드로 전송하여 데이터 분석 과정을 거쳐, 다시 상기 메인 노드로부터 데이터 분석 정보를 상기 서브 노드로 전송받는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 서브 노드는, 상기 서브 노드의 센서 또는 측정 장비의 센싱 또는 측정 기능을 제어하는 제어부; 상기 제어부에 연결되며, 센싱 또는 측정 데이터를 표시하는 표시부; 상기 제어부와 연결되며, 구동 프로그램이 저장된 저장부; 및 상기 제어부와 연결되며, USB 케이블 연결부, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 통신부, 중 어느 하나의 통신부를 포함하는 IoT 디바이스 인 것을 특징으로 한다.
상기 메인 노드로 사용되는 상기 메인 노드 데이터 수집 장치(100)는, 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수신받고, 하나의 표준화된 프로토콜을 변환하여 저장부에 저장하며 표시부에 표시하도록 제어하는 제어부; 상기 제어부와 연결되며, 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 표시하는 표시부; 상기 제어부와 연결되며, 구동 프로그램이 저장된 저장부; 및 상기 제어부와 연결되며, RS 232 연결부, RS 485 연결부, USB 케이블 연결부, 이더넷 연결부, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 통신부 중 어느 하나의 통신부를 포함하는 IoT 디바이스 인 것을 특징으로 한다.
상기 메인 노드와 상기 다수의 서브 노드는, 상기 IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 IoT 게이트웨이(IoT gateway)와 라우터(router)를 통해 상기 데이터 수집 및 분석 서버로 통신되는 구조를 사용한다.
상기 메인 노드와 상기 다수의 서브 노드는 상기 IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 NB-IoT와 기지국과 교환기를 통해 IoT 플랫폼을 통해 상기 데이터 수집 및 분석 서버로 전송되는 구조로 통신되며, 서버가 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공한다.
센서가 연결된 데이터 수집 장치(DAQ) 및 측정장비에서 출력되는 데이터를 전산화하고 이런 데이터들을 표시하고 관리하기 위해 수집되는 위치마다 PC, HMI, 태블릿 PC 등의 모바일 기기가 각각 필요로 하였으나, 본 발명의 시스템을 이용하면 1개의 처리 메인 노드(main node) 데이터 수집 장치 만 있으면 되며, 네트워크로 연결된 이기종 각종 센서가 탑재된 IoT 디바이스 또는 측정 장비(서브 노드)에서 동시에 메인 노드 데이터 수집 장치로 실시간 표현이 가능하여 하드웨어 구성 비용을 줄일 수 있다.
이기종 장비들은 각종 센서가 탑재된 IoT 디바이스, 독립된 측정 장치 및 통신으로 출력되는 측정 장비들이 각각 다른 제조사이거나 유사 장비라도 전송 메시지 규약인 프로토콜이 달라 하나의 장치(운영체제에 의해 동작되는 PC 또는 이와 유사한 행위를 하는 모바일기기 등)에서 하나의 통신 라인을 사용하지 못하는 경우에 별도의 독립된 한 개의 장치에서 이기종 하드웨어 장치(디바이스)로 수집하여 하나의 표준화된 프로토콜(3가지 타입)로 자동 변환을 통해 사용이 가능하다. 이때 하나의 메인 노드 데이터 수집 장치는 특성에 맞게 스위치 조정 및 제공된 사용자 코드를 수정하여 독립적으로 사용이 가능하게 되었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
70: 서브 노드
100: 메인 노드 데이터 수집 장치
200: 데이터 수집 및 분석 서버
300: 사용자 단말

Claims (8)

  1. 센서가 탑재된 IoT 디바이스 또는 측정 장비가 구비되는 IoT 디바이스를 사용하며, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 중 어느 하나의 통신부를 구비하는 IoT 디바이스로 사용되는 다수의 서브 노드;
    상기 다수의 서브 노드와 메인 노드로 구성된 네트워크에서, 상기 네트워크를 통해 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하고, 하나의 표준화된 프로토콜로 자동 변환하며, 상기 IoT 디바이스 또는 측정 장비로 사용되는 상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수집하여 저장하고 이를 분석하는 메인 노드로 사용되는 메인 노드 데이터 수집 장치; 및
    상기 메인 노드 데이터 수집 장치와 유무선 통신망으로 연결되며, 수집된 센서 또는 측정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어가 설치된 사용자 단말을 포함하며,
    상기 다수의 서브 노드는 유형이 다른 센서의 신호와 측정장비의 센싱 또는 측정 데이터를 입력받을 수 있으며, 이를 상기 메인 노드로 전송하여 데이터 분석 과정을 거쳐 다시 데이터 분석 정보를 해당 서브 노드로 전송받을 수 있는 구조를 제공하는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 노드 데이터 수집 장치와 USB 케이블, Wi-Fi, 블루투스, LTE 4G/5G, NB-IoT, 이더넷 LAN 연결부 중 어느 하나의 유무선 통신망으로 연결되며, 상기 메인 노드 하드웨어 장치로부터 수집된 센싱 또는 측정 데이터를 분석하는 데이터 수집 및 분석 서버를 더 포함하며,
    이 경우, 상기 메인 노드 데이터 수집 장치의 상기 다수의 서브 노드로부터 수집된 센서 또는 측정 데이터를 상기 데이터 수집 및 분석 서버에 실시간으로 저장되며,
    상기 사용자 단말은 상기 데이터 수집 및 분석 서버에 유무선 통신망으로 연결되며, 수집된 센서 또는 특정 데이터를 분석 및 모니터링하는 소프트웨어가 설치되는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 노드는 전체 서브 노드로 분석을 통해 변환된 데이터를 상기 다수의 서브 노드로 전송하며,
    상기 서브 노드는 상기 메인 노드에서 활성, 비활성화를 통해 허가된 데이터만 수신받을 수 있으며, 2차 분석하여 상기 사용자 단말에 표시하거나, 다시 다른 서브 노드로 전송되는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 서브 노드는 LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 중 어느 하나의 통신부를 구비하는 IoT 디바이스와 연결된 센서 또는 측정 장비로 사용되며, IoT 통신 네트워크를 통해 유형이 다른 센서의 신호와 측정장비의 센싱 또는 측정 데이터를 입력받을 수 있으며, 센싱 또는 측정 데이터를 상기 메인 노드로 전송하여 데이터 분석 과정을 거쳐, 다시 상기 메인 노드로부터 데이터 분석 정보를 상기 서브 노드로 전송받는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 서브 노드는
    서브 노드의 센서 또는 측정 장비의 센싱 또는 측정 기능을 제어하는 제어부;
    상기 제어부에 연결되며, 센싱 또는 측정 데이터를 표시하는 표시부;
    상기 제어부와 연결되며, 구동 프로그램이 저장된 저장부; 및
    상기 제어부와 연결되며, USB 케이블 연결부, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 통신부, 중 어느 하나의 통신부를 포함하는 IoT 디바이스 인 것을 특징으로 하는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 노드로 사용되는 상기 메인 노드 데이터 수집 장치는
    상기 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 수신받고, 하나의 표준화된 프로토콜을 변환하여 저장부에 저장하며 표시부에 표시하도록 제어하는 제어부;
    상기 제어부와 연결되며, 다수의 서브 노드로부터 센싱 또는 측정 데이터를 표시하는 표시부;
    상기 제어부와 연결되며, 구동 프로그램이 저장된 저장부; 및
    상기 제어부와 연결되며, USB 케이블 연결부, Ethernet 연결부, LTE 4G/5G, Wi-Fi, 블루투스, LoRa' RF 통신부 중 어느 하나의 통신부를 포함하는 IoT 디바이스 인 것을 특징으로 하는 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 노드와 상기 다수의 서브 노드는
    상기 IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 IoT 게이트웨이와 라우터를 통해 상기 데이터 수집 및 분석 서버로 통신되는 구조를 사용하는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 노드와 상기 다수의 서브 노드는
    상기 IoT 디바이스와 연결되는 다수의 센서로부터 NB-IoT와 기지국과 교환기를 통해 IoT 플랫폼을 통해 상기 데이터 수집 및 분석 서버로 전송되는 구조로 통신되며, 서버가 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링하는 소프트웨어 솔류션을 제공하는, 스마트 센서 네트워크의 데이터 수집 및 분석, 모니터링 시스템.
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