KR102083114B1

KR102083114B1 - PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템

Info

Publication number: KR102083114B1
Application number: KR1020190029773A
Authority: KR
Inventors: 장태욱
Original assignee: 주식회사 퀀텀솔루션
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-04-23

Abstract

PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템을 개시한다.
본 실시예는 IoT 디비이스를 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 PLC 케이블로 연결하여, 단일 PLC 케이블 내의 한 가닥의 통신선로로 이용하여 IoT 디바이스로부터 패킷을 수집하며, 단일 PLC 케이블 내의 나머지 한 가닥의 전력선로로 이용하여 IoT 디바이스로 전력을 인가하며, IoT 디바이스와 연결된 센서와의 채널 구성 및　그룹핑 관리를 수행할 수 있도록 하는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템을 제공한다.

Description

PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템{IoT Network System for Communicating Data and Power by Using PLC Cable}

본 실시예는 PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템에 관한 것이다.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.

전력선 통신(PLC: Power Line Communication)은 전력선을 이용하여 데이터를 송수신하는 통신 방식이다. 즉, 가정이나 빌딩, 공장 등 내의 모든 전원선은 통신선로가 된다. 따라서, 별도의 통신 선로를 설치하지 않아도 통신망을 구축할 수 있는 이점이 있다.

전력선 통신(PLC)은 산업 현장에서 각종 기기나 설비 등을 자동으로 제어하기 위한 전자 제어 장치이다. 전력선 통신(PLC)은 CPU, 통신, 특수, 입출력 등의 기능 모듈을 조합해 시스템을 다양하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 제어 로직을 PLC 프로그램으로 작성할 수 있기 때문에, 제어 시스템을 빠르고 쉽게 설계 및 변경 가능하다는 등의 다양한 장점을 갖는다.

사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 기술은 전 세계적으로 많은 관심이 집중되고 있고, 매우 빠른 속도로 발전하고 있다. 이에 따라 사물 인터넷과 관련된 기기들의 수가 2011년에는 20억개에서 2020년에는 120억개로 증가할 것으로 예측되고 있으며, 스마트폰을 포함하면 훨씬 많은 수의 기기가 보급될 것으로 예측되고 있다.

사물 인터넷(IoT, Internet of Things)은 스마트 센서와 통신 기능이 탑재된 사물들이 인터넷으로 연결되어 주변 정보를 수집하고, 수집된 정보를 다른 기기들과 주고 받는 것으로 사람들의 일상을 더욱 편리하게 해줄 수 있다.

하지만, 사물인터넷(IoT)에서는 사물인터넷 기기들의 제한적인 배터리 용량으로 인한 수명 문제가 존재한다.

본 실시예는 IoT 디바이스를 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 PLC 케이블로 연결하여, 단일 PLC 케이블 내의 한 가닥의 통신선로로 이용하여 IoT 디바이스로부터 패킷을 수집하며, 단일 PLC 케이블 내의 나머지 한 가닥의 전력선로로 이용하여 IoT 디바이스로 전력을 인가하며, IoT 디바이스와 연결된 센서와의 채널 구성 및　그룹핑 관리를 수행할 수 있도록 하는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 기 설정된 데이터를 센싱하여 센싱 데이터를 생성하는 복수의 센서(Sensor); 상기 복수의 센서와 연결되어 상기 센싱 데이터를 수신하며, 상기 센싱 데이터를 IP 패킷으로 변환하여 전송하는 IoT 디바이스(Internet of Things Device); 상기 IoT 디바이스와 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(PLC Cable)으로 연결되어, 상기 단일 전력선 중 한 가닥의 입력 통신선로를 이용하여 IoT 디바이스로부터 상기 IP 패킷(통신 신호)을 수집하고, 상기 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 입력 전력선로를 이용하여 상기 IoT 디바이스로 전력을 인가하며, 다른 게이트웨이와 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 상기 단일 전력선으로 연결되어, 상기 단일 전력선 중 한 가닥의 출력 통신선로를 이용하여 상기 다른 게이트웨이로 상기 IP 패킷(통신 신호)을 전송하고, 상기 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 출력 전력선로를 이용하여 상기 다른 게이트웨이로 전력을 인가하는 게이트웨이(Gateway)를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, IoT 디비이스를 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 PLC 케이블로 연결하여, 단일 PLC 케이블 내의 한 가닥의 통신선로로 이용하여 IoT 디바이스로부터 패킷을 수집하며, 단일 PLC 케이블 내의 나머지 한 가닥의 전력선로로 이용하여 IoT 디바이스로 전력을 인가하며, IoT 디바이스와 연결된 센서와의 채널 구성 및　그룹핑 관리를 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템에서의 채널 설정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 물리적인 선로를 논리적인 선로로 분리하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 입력 전압을 전류를 변환하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 논리적인 선로를 연결하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 스플리터와 디스플리터를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 센서, IoT 디바이스, 게이트웨이의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.

PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템은 전력선 기반으로 전기선에 통신 신호를 넣어서 전력을 공급함과 동시에 통신이 가능하도록 한다.

일반적인 IoT 장비는 별도의 베터리 또는 에너지 하베스팅 장치를 반드시 구비해야 하나 본 실시예에 따른 PLC 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 통신하는 IoT 네트워크 시스템에서는 전력선과 통신선을 함께 입력받을 수 있다.

본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템은 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선을 사용한다. 단일 전력선 중 한 가닥은 통신선로로 사용한다. 통신선로는 리시브 선로(Receive), 리퀘스트(Request) 선로로 사용한다. 단일 전력선 중 나머지 한 가닥은 전력선로로 사용한다. 전력선로는 +선로, -선로로 사용한다.

본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템은 물리적인 2가닥(또는 4가닥, 8가닥 등)을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선을 이용하여 전력과 통신을 동시에 제공한다.

IoT 네트워크 시스템은 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선에 대한 2개의 입력 선로를 논리적인 4개의 선로로 분리하여 통신을 수행한다.

본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템은 센서(110), IoT 디바이스(120), 게이트웨이(130), 전력선(140)을 포함한다. IoT 네트워크 시스템에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

센서(110)는 IoT 디바이스(120)와 연동하여 IoT 디바이스(120)의 제어에 따라 기 설정된 진동, 온도, 습도, 전류, 전압 등을 센싱한 센싱 데이터를 생성한다. 센서(110)는 진동, 온도, 습도, 전류, 전압 등을 센싱한 센싱 데이터를 IoT 디바이스(120)로 전송한다. 센서(110)는 전력선(140)을 이용하여 IEEE 1901 PLC(Power Line Communication)기반 통신을 수행한다.

IoT 디바이스(120)는 복수의 센서(110)와 연결되어 센싱 데이터를 수신한다. IoT 디바이스(120)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 어느 하나의 채널로 센서(110)와 연결된다. IoT 디바이스(120)는 센싱 데이터를 IP 패킷으로 변환하여 게이트웨이(130)로 전송한다.

일반적인 IoT 디바이스(120)는 내장 배터리를 포함하거나 자체 에너지생산 장치를 이용하여 전력을 입력받거나 전원이 고갈되는 문제를 가진다. 하지만, 본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템에서는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선을 이용하여 IoT 디바이스(120)가 전력을 지속적으로 공급받는다.

다시 말해, 일반적인 IoT 디바이스는 별도의 배터리를 반드시 포함해야 한다. 하지만, 본 실시예에 따른 IoT 디바이스(120)는 게이트웨이(130)로부터 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선을 이용하여 전원(5V, 12V, 최대 24V)을 인가받는다.

게이트웨이(130)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선을 이용하여 IoT 디바이스(120)로부터 센싱 데이터(진동, 온도, 습도, 전류, 전압 등)를 수신한다. 게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)로부터 수신한 센싱 데이터를 다른 게이트웨이(다른 통신 장치)로 전송한다.

일반적인 게이트웨이는 트리 구조를 가지나 본 실시예에 따른 게이트웨이(130)는 다른 게이트웨이(다른 통신 장치)와 데이지 체인(링크드 체인) 구조로 연결된다. 일반적인 게이트웨이의 트리 구조는 복잡한 구조로 연결되며, 복수의 출력을 가지나 본 실시예에 따른 게이트웨이(130)는 데이지 체인 구조로 연결되어 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선으로만 서로 연결된다.

본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템은 스마트 팩토리 설비로 적용될 수 있는데, 통신선로를 공사할 때, 매우 간단한 구조를 갖도록 한다. 게이트웨이(130)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140)을 이용하여 IEEE 1722.1/IEEE802.1 TSN(Time Sensitive Network)를 이용하여 실시간 이더넷 통신을 수행한다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(PLC Cable)으로 연결된다. 게이트웨이(130)는 단일 전력선 중 한 가닥의 입력 통신선로를 이용하여 IoT 디바이스(120)로부터 IP 패킷(통신 신호)을 수집한다. 게이트웨이(130)는 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 입력 전력선로를 이용하여 IoT 디바이스로 전력을 인가한다.

게이트웨이(130)는 다른 게이트웨이와 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선으로 연결된다. 게이트웨이(130)는 단일 전력선 중 한 가닥의 출력 통신선로를 이용하여 다른 게이트웨이로 IP 패킷(통신 신호)을 전송한다. 게이트웨이(130)는 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 출력 전력선로를 이용하여 다른 게이트웨이로 전력을 인가한다.

전력선(140)은 PLC 케이블로서, 4-Core, 즉 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함한 케이블을 의미한다. 일반적인 선로는 통신선과 전력선이 별도로 분리되어 있으나, 본 실시예에 따른 전력선은 4 Core 단일 케이블로서, 전력 및 통신을 동시에 전송 가능하다.

전력선(140)은 단일 4-Core 전력선을 이용하여 전력(2-Wire)과 통신(2-Wire) 동시에 제공한다. 전력선(140)은 단일 4-Core 케이블로서, 전력(2-Wire)과 통신(2-Wire) 동시 제공 가능한 케이블을 의미한다. 전력선(140)은 2-Core, 4-Core, 8-Core를 포함할 수 있으나, 연결된 게이트웨이(130)와 IoT 디바이스(120)에서 사용하지 않는 회선을 디세이블(Disable)하는 형태로 연결할 수 있다.

도 2는 본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템에서의 채널 설정 방식을 설명하기 위한 도면이다.

게이트웨이(130)와 IoT 디바이스(120)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140)으로 연결된다. 게이트웨이(130)와 IoT 디바이스(120)는 물리적으로는 단일 전력선(140)으로 연결되지만, 단일 전력선(140)은 한 가닥의 통신선로와 나머지 한 가닥의 전력선로를 포함한다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와 연결될 때, 논리적인 통신선로(리퀘스트 선로(Req), 리시브 선로(Recv)), 논리적인 전력선로(+ 선로, - 선로)로 연결된다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와 통신할 때, 논리적인 2가닥의 통신선로(리퀘스트 선로(Req), 리시브 선로(Recv))로 연결되므로, 2가닥의 통신 선로를 서로 분리하여 서로 다른 데이터 통신이 가능하도록 한다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스#1, IoT 디바이스#2와 통신할 때, 8개의 논리적인 선로로 연결될 때, 논리적인 통신선로를 분리하여 4채널을 만들 수 있다.

게이트웨이(130)는 통신하는 IoT 디바이스가 많을 경우, 동시에 데이터가 입력될 때, 동일 채널로 데이터가 입력되면 타임 딜레이가 발생하는 채널을 별도로 분리하여 멀티 채널을 구현한 경우, 타임 딜레이가 발생하지 않도록 통신할 수 있다. 게이트웨이(130)는 통신하는 IoT 디바이스의 펌웨어 업데이트를 할 때, 네트워크 도메인을 나눠서 브로드케스트가 아닌 멀티케이스로 펌웨어 업데이트가 가능하도록 한다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와 통신할 때, 2Core, 4Core로 연결되더라도 IoT 디바이스(120)에서 2Core만 필요한 경우, 나머지 Core는 디세이블(Disable)로 설정할 수 있다. 게이트웨이(130)는 복수의 IoT 디바이스(예컨대, 4개의 IoT 디바이스)가 연결되더라도 전력 케이블 단위로 구분하여 특정 케이블로만 데이터를 전송할 수 있다.

게이트웨이(130)는 필요하지 않은 Core를 디세이블하지 않고 하나의 전선 케이블을 이용하여 복수 개의 IoT 디바이스를 그룹핑하여 통신할 수 있다. 게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와 통신할 때, 8Core로 연결되더라도 전력선을 링크드 구조로 연결하면 4개의 디바이스가 시리얼하게 연결된다.

IoT 디바이스(120)는 IoT 디바이스별 식별자를 저장한다. 게이트웨이(130)는 IoT 디바이스별 식별자를 지정하여 해당 IoT 디바이스(120)로 명령어를 전송하는 것은 가능하나, 전력선(140)의 코어 별로 채널을 구분하기는 어렵다.

도 2에 도시된 바와 같이, 게이트웨이(130)는 IoT 디바이스#1와의 통신에서 채널을 CH1, CH2로 설정하고, 각 채널(CH1, CH2)별로 도메인 구분이 가능하다. 게이트웨이(130)는 각 채널(CH1, CH2)별 도메인으로 IoT 디바이스(120)와 연결된 센서(110)를 관리한다. 설정된 채널 하나당 센서 하나가 연결(매핑)된다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와 통신할 때, 두 개의 도메인으로 채널을 구분한다. IoT 디바이스(120)는 센서(110)로부터 수신한 센싱 데이터를 디지털 신호로 변환한 후 IP 헤더(고유 디바이스 ID)를 붙여서 IP 패킷(IP 호환 패킷)으로 만든다. IoT 디바이스(120)는 IP 패킷(IP 호환 패킷)을 게이트웨이(130)로 전송한다.

일반적으로 전력선(140)의 코어별로 분리되지 않으면, IoT 디바이스(120) 내부에서 자체적으로 센서(110)들을 분리하여 식별하고 관리해야 하는데, 본 실시예에서는 전력선(140)을 채널로 분리 및 구분이 가능하다. 따라서, 게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와의 통신을 채널별로 분리하여 데이터를 송수신할 수 있다. IoT 디바이스(120)는 채널별로 센서(110)들을 매칭하여 관리할 수 있다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스#2와 통신할 때, CH3, CH4를 이용한다. IoT 디바이스#2는 CH3, CH4를 센서3, 센서4와 각각 연결한다.

게이트웨이(130)는 CH1과 CH3를 동일한 도메인으로 관리 가능하다. 게이트웨이(130)는 CH1과 CH3을 이용하여 지시하고자 하는 명령을 IoT 디바이스#1로 전송하더라도, CH1과 CH3는 동일한 도메인을 가지므로, CH3으로 연결된 IoT 디바이스#2로도 해당 명령이 전송된다. 결과적으로 IoT 디바이스#1의 CH1에 연결된 센서1과 IoT 디바이스#2의 CH3에 연결된 센서3로 게이트웨이(130)가 전송한 명령이 전송된다.

게이트웨이(130)는 채널을 이용하여 IoT 디바이스(120)를 경유하여 센서(110)를 IP를 가진 디바이스처럼 제어하는 것이 가능하다. 일반적으로 광케이블, RJ45는 단일 회선으로만 통신이 가능하며, 멀티 채널을 구성하기 위해서는 복수의 통신선로가 필요하며, 게이트웨이에서 멀티케스트(또는 브로드케스트) 방식으로 신호를 전송하면, 이를 수신한 디바이스 별로 해당 신호를 수신한 후 자신의 신호가 아니면 해당 신호를 버린다.

본 실시예에 따른 게이트웨이(130)는 2코어가 페어를 이루는 전력선 통신을 이용하여 IoT 디바이스와 통신하므로 각 채널별로 제어 신호를 나눠서 처리가능하고, 게이트웨이(130) 상에서 2코어가 페어로 이루어진 채널들을 그룹핑하거나 단독으로 제어가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 게이트웨이(130)는 논리적인 입력 리퀘스트 선로(Req)를 채널1(CH1)로 설정하고, 논리적인 입력 리시브 선로(Recv)를 채널2(CH2)로 설정한다. 게이트웨이(130)는 채널1(CH1), 채널2(CH2)을 이용하여 IoT 디바이스(120)로부터 IP 패킷을 입력받는다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)를 경유하여 채널1(CH1), 채널2(CH2)당 하나의 센서를 매핑한다. 게이트웨이(130)는 채널1(CH1), 채널2(CH2)를 도메인(Domain)으로 각각 구분한다. 게이트웨이(130)는 도메인을 이용하여 채널1(CH1), 채널2(CH2)와 각각 연결된 센서를 제어한다.

IoT 디바이스(120)는 채널1(CH1), 채널2(CH2) 별 도메인(Domain)으로 채널을 구분한다. IoT 디바이스(120)는 센싱 데이터를 디지털 신호로 변환한 후 센서별 고유 디바이스 ID를 IP 헤더 상에 넣어서 IP 패킷(IP 호환 패킷)으로 생성한다.

게이트웨이(130)는 논리적인 입력 리퀘스트 선로(Req)를 채널3(CH3)로 설정하고, 논리적인 입력 리시브 선로(Recv)를 채널4(CH4)로 설정한다. 게이트웨이(130)는 채널3(CH3), 채널4(CH4)을 이용하여 다른 IoT 디바이스로부터 IP 패킷을 입력받는다.

게이트웨이(130)는 채널1(CH1)과 채널(CH3)을 동일한 도메인으로 설정하여 동일한 그룹으로 설정한다. 게이트웨이(130)는 채널1(CH1)과 채널3(CH3)으로 동일한 요청신호를 전송하여 채널1(CH1) 및 채널(CH3)과 각각 매핑된 센서 각각(센서1, 센서3)으로부터 센싱 데이터를 수신한다.

게이트웨이(130)는 게이트웨이(130)와 연결된 IoT 디바이스(120)와, IoT 디바이스(120)와 연결된 센서들은 매핑 테이블을 저장한다. 다시 말해, 게이트웨이(130)는 채널별로 연결된 IoT 디바이스(120)와 센서(110)의 연결관계에 대한 매핑 테이블을 저장한다.

도 3은 본 실시예에 따른 물리적인 선로를 논리적인 선로로 분리하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

게이트웨이(130)는 물리선로를 논리적인 선로로 분리하는 스플리터(310)를 포함한다. 게이트웨이(130)는 하나의 컨트롤 보드 상에서, 전원을 위한 SMPS(320), 통신을 위한 통신 제어 보드(330)를 하나의 보드 내에 포함한다.

스플리터(310)는 물리적인 선로를 논리적인 선로로 분리시킨다. 스플리터(310)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 한 가닥의 통신선로를 2가닥의 논리적인 통신선로(리퀘스트 선로(Req), 리시브 선로(Recv))로 분리시킨다.

스플리터(310)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 나머지 한 가닥의 전력선로를 2가닥의 논리적인 전력선로(+ 선로, - 선로)로 분리시킨다. 스플리터(310)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140)에 포함되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트웨이(130) 내에 포함되는 형태로 구현 가능하다.

스플리터(310)에 의해 실제 물리적인 하나의 통신선로는 두 개의 논리적인 통신선로로 구분되고, 물리적인 하나의 전력선로는 두 개의 논리적인 전력 선로로 구분된다.

논리적인 전력선로인 + 선로, - 선로는 SMPS(Switched Mode Power Supply)(전원공급장치)로 연결된다. 논리적인 통신선로인 리퀘스트 선로(Req), 리시브 선로(Recv)는 통신을 위한 통신 제어 보드(330)로 연결된다.

물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선은 논리적인 4개의 선로로 분기된다.

논리적인 전력선로인 + 선로, - 선로는 전력 신호만 처리한다. 논리적인 통신선로인 리퀘스트 선로(Req), 리시브 선로(Recv)는 데이터 신호만 처리한다. 게이트웨이(130)에서 기 설정된 개수의 IoT 디바이스(예컨대, 최대 5개의 IoT 디바이스)와 연동이 가능하다.

스플리터(310)로 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선이 입력되면, 물리적인 2가닥 중 한 가닥의 통신선로는 논리적인 통신선로(리퀘스트 선로(Req), 리시브 선로(Recv))로 분기되어 SMPS(320)에 연결된다. 물리적인 2가닥 중 나머지 한 가닥의 전력선로는 논리적인 전력선로(+ 선로, - 선로)로 분기되어 통신 제어 보드(330)에 연결된다.

도 4는 본 실시예에 따른 입력 전압을 전류를 변환하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 IoT 네트워크 시스템은 통신선과 전력선을 별도로 사용하지 않고 PLC(전력선 통신)을 이용한다. IoT 게이트웨이 장치는 2상 즉, +,-선로만 이용하여 전력선 통신을 수행한다.

변환기(410)는 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선을 이용하여 교류를 전류로 변환한다. 변환기(410)는 교류(AC) 220V를 입력받고, 직류(DC) 3.3V, 5V, 12V, 24V로 변환하여 출력한다.

다시 말해, 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선 중 한 가닥의 전력선로는 논리적인 전력선로(+ 선로, - 선로)로 분기되지만, 전원은 +,-로 분리되는 의미가 아니라 브릿지 역할을 수행한다.

도 5는 본 실시예에 따른 논리적인 선로를 연결하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

게이트웨이(130)는 입력단으로 총 n개의 전력선(140)이 연결 가능하다. 통신 제어 보드(330)는 ADC 컨트롤러를 포함한다. 통신 제어 보드(330)에 포함된 ADC 컨트롤러는 2 회선(Req-Recv) 디지털 통신 기술을 적용한다. 통신 제어 보드(330)에 포함된 ADC 컨트롤러는 센서의 아날로그 데이터를 디지털 패킷으로 전환하여 출력한다.

통신 제어 보드(330)에 포함된 ADC 컨트롤러는 약 4 mA ~ 20 mA를 16 비트의 아날로그를 디지털로 변환한다. 통신 제어 보드(330)에 포함된 ADC 컨트롤러는 멀티 드롭(Multi-Drop)방식의 단일 네트워크 채널 전송 기술을 이용한다.

게이트웨이(130)는 IoT 디바이스(120)와 통신하기 위한 입력부로서, 입력 리퀘스트 선로(Req)와 연결되는 리퀘스트 입력단(Req)(512), 입력 리시브 선로(Recv)와 연결되는 리시브 입력단(Recv)(514), 입력 + 선로와 연결되는 + 입력단(522), 입력 - 선로와 연결되는 - 입력단(524)을 포함한다.

게이트웨이(130)는 다른 게이트웨이(다른 통신 장치)와 통신하기 위한 출력부로서, 출력 리퀘스트 선로(Req)와 연결되는 리퀘스트 출력단(Req)(532), 출력 리시브 선로(Recv)와 연결되는 리시브 출력단(Recv)(534), 출력 + 선로와 연결되는 + 출력단(542), 출력 - 선로와 연결되는 - 출력단(544)을 포함한다.

통신 제어 보드(330)에 포함된 ADC 컨트롤러는 센서(110)마다 4mA ~ 20mA로 출력하는 센서 데이터를 스케일 테이블을 이용하여 기 설정된 범위에서 해당 아날로그값을 추출하여 디지털 데이터로 변환한다.

통신 제어 보드(330)에 포함된 ADC 컨트롤러는 센서(110)마다 Max값이 다르기 때문에 출력하는 센서 데이터의 아날로그값을 디지털 데이터로 변환하는 계산값이 다르다. 통신 제어 보드(330)에 포함된 ADC 컨트롤러는 아날로그값이 기 설정된 지점에 진입하면 특정 값으로 계산한다.

물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 한 가닥의 입력 전력선로는 입력 + 선로 및 입력 - 선로로 분기되어 입력 + 선로와 연결되는 + 입력단(522), 입력 - 선로와 연결되는 - 입력단(524)으로 입력된다. + 입력단(522)는 + 출력단(542)과 서로 연결되며, - 입력단(524)은 - 출력단(544)과 서로 연결된다.

도 6은 본 실시예에 따른 스플리터와 디스플리터를 설명하기 위한 도면이다.

내부적으로 게이트웨이(130) 내에 2가닥의 물리선로가 연결되면, 단일 전력선(140) 내에 포함된 스플리터(310)에서 2개의 물리선로를 4개의 논리선로로 분리한다.

단일 전력선(140)은 스플리터(310) 및 디스플리터(310)를 포함한다.

스플리터(310)에서 리퀘스트, 리시브, +,-로 분리한다. 스플리터(310)에서 물리적인 선로로부터 입력된 통신 신호를 논리적인 통신선로인 리퀘스트, 리시브로 분리한다. 스플리터(310)에서 물리적인 선로로부터 입력된 전력 신호를 논리적인 전력선로인 +, -로 분리한다.

다시 말해, 스플리터(310)는 입력 통신선로, 입력 전력선로를 논리적인 선로로 분기한다. 스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 한 가닥의 입력 통신선로를 논리적인 통신선로인 입력 리퀘스트 선로(Req), 입력 리시브 선로(Recv)로 분기한다. 스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 나머지 한 가닥의 입력 전력선로를 논리적인 전력선로인 입력 + 선로, 입력 - 선로로 분기한다.

디스플리터(310)에서 리퀘스트, 리시브, +,-를 출력한다. 디스플리터(310)에서 논리적인 통신선로인 리퀘스트, 리시브를 하나의 물리적인 선로로 출력한다. 디스플리터(310)에서 논리적인 전력선로인 +, -를 하나의 물리적인 선로로 출력한다.

다시 말해, 디스플리터(310)는 출력 통신선로, 출력 전력선로를 논리적인 선로로 분기한다. 디스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 한 가닥의 출력 통신선로를 논리적인 통신선로인 출력 리퀘스트 선로(Req), 출력 리시브 선로(Recv)로 분기한다. 디스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 나머지 한 가닥의 출력 전력선로를 논리적인 전력선로인 출력 + 선로, 출력 - 선로로 분기한다.

도 7은 본 실시예에 따른 센서, IoT 디바이스, 게이트웨이의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.

복수의 센서(110)는 진동, 온도, 습도, 전류, 전압 등 기 설정된 데이터를 센싱하여 센싱 데이터를 생성한다.

IoT 디바이스(120)는 복수의 센서와 연결되어 센싱 데이터를 수신한다. IoT 디바이스(120)는 센싱 데이터를 IP 패킷으로 변환하여 게이트웨이(130)로 전송한다. IoT 디바이스(120)는 채널1(CH1), 채널2(CH2) 별 도메인(Domain)으로 채널을 구분한다. IoT 디바이스(120)는 센싱 데이터를 디지털 신호로 변환한 후 센서별 고유 디바이스 ID를 IP 헤더 상에 넣어서 IP 패킷(IP 호환 패킷)으로 생성한다.

본 실시예에 따른 게이트웨이(130)는 리퀘스트 입력단(Req)(512), 리시브 입력단(Recv)(514), + 입력단(522), - 입력단(524), 통신 입력부(710), 전원 입력부(720), 리퀘스트 출력단(Req)(532), 리시브 출력단(Recv)(534), + 출력단(542), - 출력단(544), 통신 출력부(712), 전원 출력부(722)를 포함한다.

게이트웨이(130)에 포함된 각 구성요소는 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작할 수 있다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.

도 7에 도시된 게이트웨이(130)의 각 구성요소는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 소프트웨어적인 모듈, 하드웨어적인 모듈 또는 소프트웨어와 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

리퀘스트 입력단(Req)(512)은 논리적인 입력 리퀘스트 선로(Req)와 연결된다. 리시브 입력단(Recv)(514)은 논리적인 입력 리시브 선로(Recv)와 연결된다. + 입력단(522)은 논리적인 입력 + 선로와 연결된다. - 입력단(524)은 논리적인 입력 - 선로와 연결된다.

통신 입력부(710)는 입력 통신선로로부터 IP 패킷을 수신한다. 통신 입력부(710)는 리퀘스트 입력단(Req)(512), 리퀘스트 입력단(Req)(512)과 연결된다. 통신 입력부(710)는 통신 제어 보드(330)를 포함하며, 통신 제어 보드(330)는 입력 리퀘스트 선로(Req)와 입력 리시브 선로(Recv)를 이용하여 IoT 디바이스(120)로부터 IP 패킷을 입력받도록 제어한다.

전원 입력부(720)는 입력 전력선로 상으로 전원을 인가한다. 전원 입력부(720)는 + 입력단(522), - 입력단(524)과 연결된다. 전원 입력부(720)는 SMPS(320)를 포함하며, SMPS(320)는 입력 + 선로와 입력 - 선로를 이용하여 전원을 IoT 디바이스(120)로 인가한다.

리퀘스트 출력단(Req)(532)은 논리적인 출력 리퀘스트 선로(Req)와 연결된다. 리시브 출력단(Recv)(534)은 논리적인 출력 리시브 선로(Recv)와 연결된다. + 출력단(542)은 논리적인 출력 + 선로와 연결된다. - 출력단(544)은 논리적인 출력 - 선로와 연결된다.

통신 출력부(712)는 통신 입력부(710)로부터 입력된 IP 패킷을 출력한다. 통신 출력부(712)는 리퀘스트 출력단(Req)(532), 리시브 출력단(Recv)(534)과 연결된다. 통신 출력부(712) 통신 제어 보드(330)를 포함하며, 통신 제어 보드(330)는 출력 리퀘스트 선로(Req)와 출력 리시브 선로(Recv)를 이용하여 IP 패킷을 출력하도록 제어한다.

전원 출력부(722)는 출력 전력선로로 전원을 인가한다. 전원 출력부(722)는 + 출력단(542)과 - 출력단(544)과 연결된다. 전원 출력부(722)는 SMPS(320)를 포함하며, SMPS(320)는 출력 + 선로와 출력 - 선로를 이용하여 전원을 다른 게이트웨이(또는 다른 통신 장치)로 인가한다.

게이트웨이(130)는 논리적인 입력 리퀘스트 선로(Req)를 채널1(CH1)로 설정하고, 논리적인 입력 리시브 선로(Recv)를 채널2(CH2)로 설정한다. 게이트웨이(130)는 채널1(CH1), 채널2(CH2)을 이용하여 IoT 디바이스(120)로부터 IP 패킷을 입력받는다.

게이트웨이(130)는 채널1(CH1)과 채널(CH3)을 동일한 도메인으로 설정하여 동일한 그룹으로 설정한다. 게이트웨이(130)는 채널1(CH1)과 채널(CH3)로 동일한 요청신호를 전송하여 채널1(CH1) 및 채널(CH3)과 각각 매핑된 센서 각각(센서1, 센서3)으로부터 센싱 데이터를 수신한다. 게이트웨이(130)는 채널별로 연결된 IoT 디바이스(120)와 센서(110)의 연결관계에 대한 매핑 테이블을 저장한다.

스플리터(310)는 입력 통신선로, 입력 전력선로를 논리적인 선로로 분기한다.

스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 한 가닥의 입력 통신선로를 논리적인 통신선로인 입력 리퀘스트 선로(Req), 입력 리시브 선로(Recv)로 분기한다. 스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 나머지 한 가닥의 입력 전력선로를 논리적인 전력선로인 입력 + 선로, 입력 - 선로로 분기한다.

디스플리터(310)는 출력 통신선로, 출력 전력선로를 논리적인 선로로 분기한다. 디스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 한 가닥의 출력 통신선로를 논리적인 통신선로인 출력 리퀘스트 선로(Req), 출력 리시브 선로(Recv)로 분기한다. 디스플리터(310)는 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(140) 중 나머지 한 가닥의 출력 전력선로를 논리적인 전력선로인 출력 + 선로, 출력 - 선로로 분기한다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 센서 120: IoT 디바이스
130: 게이트웨이
140: 전력선(4Core PLC 케이블)
310: 스플리터 320: SMPS
330: 통신 제어 보드
410: 변환기
512: 리퀘스트 입력단(Req) 514: 리시브 입력단(Recv)
522: + 입력단 524: - 입력단
532: 리퀘스트 출력단(Req) 534: 리시브 출력단(Recv)
542: + 출력단 544: - 출력단
610: 디스플리터
710: 통신 입력부 720: 전원 입력부
712: 통신 출력부 722: 전원 출력부

Claims

기 설정된 데이터를 센싱하여 센싱 데이터를 생성하는 복수의 센서(Sensor);
상기 복수의 센서와 연결되어 상기 센싱 데이터를 수신하며, 상기 센싱 데이터를 IP 패킷으로 변환하여 전송하는 IoT 디바이스(Internet of Things Device);
상기 IoT 디바이스와 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선(PLC Cable)으로 연결되어, 상기 단일 전력선 중 한 가닥의 입력 통신선로를 이용하여 IoT 디바이스로부터 상기 IP 패킷을 수집하고, 상기 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 입력 전력선로를 이용하여 상기 IoT 디바이스로 전력을 인가하며,
다른 게이트웨이와 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 상기 단일 전력선으로 연결되어, 상기 단일 전력선 중 한 가닥의 출력 통신선로를 이용하여 상기 다른 게이트웨이로 상기 IP 패킷을 전송하고, 상기 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 출력 전력선로를 이용하여 상기 다른 게이트웨이로 전력을 인가하는 게이트웨이(Gateway)
를 포함하되,
상기 단일 전력선은,
상기 입력 통신선로, 상기 입력 전력선로를 논리적인 선로로 분리하는 스플리터(Splitter); 및
상기 출력 통신선로, 상기 출력 전력선로를 논리적인 선로로 분리하는 디스플리터(De-Splitter)를 포함하며,
상기 게이트웨이는,
상기 입력 통신선로로부터 상기 IP 패킷을 수신하는 통신 입력부;
상기 입력 전력선로 상으로 전원을 인가하는 전원 입력부;
상기 통신 입력부로부터 입력된 상기 IP 패킷을 출력하는 통신 출력부; 및
상기 출력 전력선로로 전원을 인가하는 전원 출력부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 스플리터는,
물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 상기 단일 전력선 중 한 가닥의 상기 입력 통신선로를 논리적인 통신선로인 입력 리퀘스트 선로(Req) 및 입력 리시브 선로(Recv)로 분기하고,
물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 상기 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 상기 입력 전력선로를 논리적인 전력선로인 입력 + 선로 및 입력 - 선로로 분기하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제3항에 있어서,
상기 통신 입력부는,
논리적인 상기 입력 리퀘스트 선로(Req)와 연결되는 리퀘스트 입력단(Req);
논리적인 상기 입력 리시브 선로(Recv)와 연결되는 리시브 입력단(Recv);
상기 입력 리퀘스트 선로(Req)와 상기 입력 리시브 선로(Recv)를 이용하여 상기 IP 패킷을 입력받도록 제어하는 통신 제어 보드
를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제3항에 있어서,
상기 전원 입력부는,
논리적인 상기 입력 + 선로와 연결되는 + 입력단;
논리적인 상기 입력 - 선로와 연결되는 - 입력단;
상기 입력 + 선로와 상기 입력 - 선로를 이용하여 상기 전원을 인가하는 SMPS(Switched Mode Power Supply)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 디스플리터는,
물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 상기 단일 전력선 중 한 가닥의 상기 입력 통신선로를 논리적인 통신선로인 출력 리퀘스트 선로(Req) 및 출력 리시브 선로(Recv)로 분리하고,
물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 상기 단일 전력선 중 나머지 한 가닥의 상기 출력 전력선로를 논리적인 전력선로인 출력 + 선로 및 출력 - 선로로 분리하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제6항에 있어서,
상기 통신 출력부는,
논리적인 상기 출력 리퀘스트 선로(Req)와 연결되는 리퀘스트 출력단(Req);
논리적인 상기 출력 리시브 선로(Recv)와 연결되는 리스트 출력단(Recv);
상기 출력 리퀘스트 선로(Req)와 상기 출력 리시브 선로(Recv)를 이용하여 상기 IP 패킷을 출력하도록 제어하는 통신 제어 보드
를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제6항에 있어서,
상기 전원 출력부는,
논리적인 상기 출력 + 선로와 연결되는 + 출력단;
논리적인 상기 출력 - 선로와 연결되는 - 출력단; 및
상기 출력 + 선로와 상기 출력 - 선로를 이용하여 상기 전원을 인가하는 SMPS
를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제3항에 있어서,
상기 게이트웨이는,
논리적인 상기 입력 리퀘스트 선로(Req)를 채널1(CH1)로 설정하고, 논리적인 상기 입력 리시브 선로(Recv)를 채널2(CH2)로 설정하고, 상기 채널1(CH1), 상기 채널2(CH2)을 이용하여 상기 IoT 디바이스로부터 상기 IP 패킷을 입력받는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제9항에 있어서,
상기 게이트웨이는,
상기 IoT 디바이스를 경유하여 상기 채널1(CH1), 상기 채널2(CH2)당 하나의 센서를 매핑하며, 상기 채널1(CH1), 상기 채널2(CH2)을 도메인(Domain)으로 각각 구분하고, 상기 도메인을 이용하여 상기 채널1(CH1), 상기 채널2(CH2)와 각각 연결된 상기 센서를 제어하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제10항에 있어서,
상기 IoT 디바이스는,
상기 채널1(CH1), 상기 채널2(CH2) 별 도메인(Domain)으로 채널을 구분하며, 상기 센싱 데이터를 디지털 신호로 변환한 후 센서별 고유 디바이스 ID를 IP 헤더 상에 넣어서 상기 IP 패킷으로 생성하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제9항에 있어서,
상기 게이트웨이는,
논리적인 상기 입력 리퀘스트 선로(Req)를 채널3(CH3)로 설정하고, 논리적인 상기 입력 리시브 선로(Recv)를 채널4(CH4)로 설정하고, 상기 채널3(CH3), 상기 채널4(CH4)을 이용하여 다른 IoT 디바이스로부터 상기 IP 패킷을 입력받는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제12항에 있어서,
상기 게이트웨이는,
상기 채널1(CH1)과 상기 채널3(CH3)을 동일한 도메인으로 설정하여 동일한 그룹으로 설정하며, 상기 채널1(CH1)과 상기 채널3(CH3)로 동일한 요청신호를 전송하여 상기 채널1(CH1) 및 상기 채널3(CH3)과 각각 매핑된 센서 각각으로부터 상기 센싱 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제13항에 있어서,
상기 게이트웨이는,
채널별로 연결된 상기 IoT 디바이스와 상기 센서의 연결관계에 대한 매핑 테이블을 저장하는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 IoT 디바이스는
상기 물리적인 2가닥을 한 쌍으로 포함하는 단일 전력선 중 어느 하나의 채널로 상기 센서와 연결되는 것을 특징으로 하는 IoT 네트워크 시스템.