KR102086199B1

KR102086199B1 - 열량계 원격검침 시스템

Info

Publication number: KR102086199B1
Application number: KR1020170069814A
Authority: KR
Inventors: 엄주용; 김재원
Original assignee: 엄주용
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2020-04-23
Also published as: KR20180133171A

Abstract

본 발명의 특징에 따르면, 호실별로 설치된 열량계(10)와 각각 신호연결되어 열량계(10)에서 측정된 검침데이터를 수신하고, 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 상호간에 메쉬네트워크(20)를 형성하며, 형성된 메쉬네트워크(20)를 통해 수신된 검침데이터를 출력하는 복수의 열량계통신모듈(100); 및 각 열량계통신모듈(100)로부터 출력된 검침데이터를 수신하는 장치통신부(210) 및, 수신된 검침데이터를 각 호실별로 구분하여 취합관리하는 제어부(220)를 포함하는 데이터집중장치(200);를 포함하며, 상기 장치통신부(210)는 메쉬네트워크(20)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되고 검침데이터를 수집하여 제어부(220)에 업로드하는 BS(Base Station)로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 장치통신부(210) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 열량계 원격검침 시스템이 제공된다.

Description

열량계 원격검침 시스템{REMOTE METER READING SYSTEM FOR CALORIMETER}

본 발명은 열량계 원격검침 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원격지에서 각 호실별로 설치된 다수의 열량계를 통합적으로 검침할 수 있고 통신구조가 간소하며 디버깅 및 설정사항의 수정이 용이하여 무선검침의 신뢰도를 증대시킬 수 있는 열량계 원격검침 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지역난방을 하는 아파트 단지나 빌딩에서는 각 호실별로 열량계를 설치하여 호실마다 사용한 열량을 측정하고 열량 사용료를 징수하고 있다. 열량계는 각 호실의 실내에 설치되어 있어 관리소 직원이 각 호실을 방문하여 열량계를 검침해야 하기 때문에 인건비가 상승하고 호실에 거주자가 부재중인 경우 검침하지 못하는 불편함이 있었다.

한편, 사물인터넷의 통신수단으로 2.4GHz 무선주파수 대역의 지그비(ZigBee) 통신망을 주로 사용하고 있다. 그러나 2.4GHz 무선주파수 대역의 경우 데이터 속도가 다른 통신망에 비하여 매우 높은 편이나 통달거리가 대략 10m 정도로 매우 짧으며, 통상 열량계는 싱크대 내부의 온수공급관로에 설치되는 경우가 많아 무선신호 전달이 취약할 뿐만 아니라 고층건물과 같이 각 호실과 관리실간의 이격거리가 긴 경우 통달거리가 부족하여 통신망을 이용하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 표준화된 메쉬네트워크(Mesh Network)는 N : N 즉, N개의 노드 중 임의 두 개의 노드 간에 통신이 이루어지도록 기술이 개발되어와서 그 통신구조가 복잡한 문제점이 있었다.

일반적으로 산업용 무선 메쉬네트워크는 2.4GHz를 사용하는 지그비통신이 대표적인 예인데, 지그비 메쉬네트워크 스택은 지그비통신 IC를 만드는 칩메이커가 라이브러리로 메쉬 스택을 공급하고 소스를 공개하지 않기 때문에 표준화된 구성이외에는 변형이 불가능하다. 따라서, 이러한 기술을 IoT에 적용하는 경우 애플리케이션과 현장 상황에 따라 변형할 수 없어 최적화가 불가능한 문제점이 있었다. 즉, 현장 상황에 맞게 알고리즘을 변경하거나 구성자체를 변형하는 것이 불가능하고, 운영 중 문제가 발생했을 때 메쉬네트워크는 일종의 블랙박스 같이 동작하므로 이에 대한 디버깅이 현실적으로 제한되었다.

이와 같이, 동작에러 등의 이유로 정상적인 작동이 되지 않을 경우 디버깅(Debugging)하거나 현장상황에 맞게 설정사항을 수정하는 것이 난해한 문제가 있어 무선검침의 신뢰도를 저하시키는 원인으로 작용하였다.

등록특허공보 제10-1529563호(2015.06.11), 메쉬네트워크 스마트센서를 이용한 변전설비 및 지하공동구 전력설비 관재시스템.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 원격검침이 이루어져 충분한 통달거리와 회절성을 제공할 수 있고 각 호실에 설치된 열량계통신모듈과 데이터집중장치 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성하여 무선통신이 이루어져 통신구조가 간소하며 디버깅 및 설정사항의 수정이 용이하여 무선검침의 신뢰도를 증대시킬 수 있는 열량계 원격검침 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 호실별로 설치된 열량계(10)와 각각 신호연결되어 열량계(10)에서 측정된 검침데이터를 수신하고, 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 상호간에 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성하며, 형성된 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 수신된 검침데이터를 출력하는 복수의 열량계통신모듈(100); 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되어 출력된 검침데이터를 수신하는 제1통신모듈(310) 및, 상기 제1통신모듈(310)을 통해 수신된 각 호실별 검침데이터를 출력하는 제2통신모듈(320)을 포함하는 브릿지(300); 및 상기 제2통신모듈(320)로부터 출력된 각 호실별 검침데이터를 수신하는 장치통신부(210) 및, 수신된 검침데이터를 각 호실별로 구분하여 취합관리하는 제어부(220)를 포함하는 데이터집중장치(200);를 포함하며, 상기 제1통신모듈(310)은 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되고 검침데이터를 수집하여 제2통신모듈(320)에 업로드하는 BS(Base Station)로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 열량계 원격검침 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1통신모듈(310)은 평상시 비활성화되어 BS로 동작하지 않으며 데이터집중장치(200)로부터 명령신호를 수신하는 경우 활성화되어 BS로 동작하는 것을 특징으로 하는 열량계 원격검침 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 열량계 원격검침 시스템은 복수 개의 동(棟)으로 이루어진 단지를 대상으로 구축되고, 각 열량계통신모듈(100)은 각 호실마다 설치되어 해당 호실의 열량계(10)와 신호연결되며, 복수의 브릿지(300)는 각 동마다 배치되어 해당 동에 포함된 각 호실의 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310)이 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성하고, 각 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)는 소정 대역의 무선주파수를 이용하여 상호 간에 상위단 메쉬네트워크(22)를 형성하며, 형성된 상위단 메쉬네트워크(22)를 통해 수신된 장치통신부(210)측으로 출력하는 것을 특징으로 하는 열량계 원격검침 시스템이 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면,

첫째, 호실별로 설치된 열량계(10)와 각각 신호연결되어 열량계(10)에서 측정된 검침데이터를 수신하는 각 열량계통신모듈(100)은 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 상호간의 메쉬네트워크(20)를 형성하며 형성된 메쉬네트워크(20)를 통해 수신된 검침데이터를 출력하므로, 싱크대 내부와 같이 구조물에 밀폐되거나 주변 장애물이 많은 장소에 열량계통신모듈(100)이 설치되더라도 무선통신이 가능하고 아파트 단지나 빌딩과 같이 각 호실과 관리실간의 이격거리가 긴 경우에도 충분한 통달거리를 제공하여 열량계(10)의 원격검침에 통신제약이 없는 효과를 제공한다.

둘째, 각 열량계통신모듈(100)로부터 출력된 검침데이터를 취합관리하는 데이터집중장치(200)의 장치통신부(210)는 상기 메쉬네트워크(20)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되고 검침데이터를 수집하여 상위단인 제어부(220)에 업로드하는 BS(Base Station)로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 장치통신부(210) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성하므로 종래의 메쉬네트워크 통신에서 N : N 방식으로 통신이 이루어지는 경우와 비교하여 통신구조가 간소하며 디버깅 및 설정사항의 수정이 용이하여 무선검침의 신뢰도를 증대시킬 수 있다.

셋째, 각 열량계통신모듈(100)은 상호간에 검침데이터를 송신하기 위한 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성하고, 상기 열량계통신모듈(100)과 데이터집중장치(200) 사이에는 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되어 출력된 검침데이터를 수신하는 제1통신모듈(310) 및, 상기 제1통신모듈(310)을 통해 수신된 각 호실별 검침데이터를 출력하는 제2통신모듈(320)을 포함하는 브릿지(300)가 배치되며, 상기 제1통신모듈(310)은 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되고 검침데이터를 수집하여 상위단인 제2통신모듈(320)에 업로드하는 BS로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성하므로, 상기 각 열량계통신모듈(100)과 장치통신부(210) 간에 메쉬네트워크가 형성되는 것과 마찬가지로 통신구조가 간소하고 무선검침의 신뢰도를 증대시킬 수 있음은 물론, 메쉬네트워크에서의 시간지연이나 데이터 병목현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

넷째, 상기 브릿지(300)의 제1통신모듈(310)은 평상시 비활성화되어 BS로 동작하지 않고 상기 데이터집중장치(200)로부터 명령신호를 수신하는 경우 활성화되어 BS로 동작하므로, 시스템을 설치하고 운영해가면서 데이터 트래픽 상태에 따라 운영방식을 효율적으로 변형할 수 있다.

다섯째, 상기 열량계 원격검침 시스템은 복수 개의 동(棟)으로 이루어진 단지를 대상으로 구축되고, 각 열량계통신모듈(100)은 각 호실마다 설치되어 해당 호실의 열량계(10)와 신호연결되며, 복수의 브릿지(300)는 각 동마다 배치되어 해당 동에 포함된 각 호실의 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310)이 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성하고, 각 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)는 소정 대역의 무선주파수를 이용하여 상호 간에 상위단 메쉬네트워크(22)를 형성하며, 형성된 상위단 메쉬네트워크(22)를 통해 수신된 장치통신부(210)측으로 출력하는 방식으로 동작되어, 아파트 단지나 빌라 단지의 각 호실별로 설치된 열량계(10)의 원격검침에 최적화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템의 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템의 메쉬네트워크 연결구조를 나타낸 블럭도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템의 원격검침 동작방식을 설명하기 위한 개략도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터집중장치와 각 열량계통신모듈 간에 상호 업링크 및 다운링크가 형성되는 동작원리를 설명하기 위한 개략도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브릿지를 통해 각 열량계통신모듈의 검침데이터가 데이터집중장치로 전달되는 구성을 나타낸 개략도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브릿지를 통해 각 열량계통신모듈과 데이터집중장치이 신호연결되는 구조를 나타낸 블럭도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브릿지를 통해 데이터집중장치의 명령신호가 각 열량계통신모듈으로 전달되는 방식을 설명하기 위한 블럭도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템은 원격지에서 각 호실별로 설치된 다수의 열량계(10)를 통합적으로 검침할 수 있고 통신구조가 간소하며 디버깅 및 설정사항의 수정이 용이한 검침시스템으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 열량계통신모듈(100) 및 데이터집중장치(200)를 포함한다.

먼저, 상기 열량계통신모듈(100)은 각 호실별로 설치된 열량계(10)에서 측정된 검침데이터를 획득하여 데이터집중장치(200)로 전송하는 통신장치로서, 각 호실마다 설치된 열량계(10)와 1 : 1로 매칭되도록 개별적으로 신호연결되어 해당 열량계(10)에서 측정된 검침데이터를 수신하고, 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 상호간에 메쉬네트워크(20)를 형성하며, 형성된 메쉬네트워크(20)를 통해 수신된 검침데이터를 데이터집중장치(200)측으로 출력한다.

여기서, 도면에서와 같이 상기 열량계통신모듈(100)이 열량계(10)와 근접배치되더라도 회절성이 우수하고 1km 정도의 통달거리를 갖는 900MHz 대역의 무선주파수로 인접된 호실에 설치된 열량계통신모듈(100)과 신호연결되어 메쉬네트워크(20)를 형성하기 때문에 호실 내에서 싱크대 내부와 같이 구조물 내부에 밀폐되거나 주변에 장애물이 산재한 장소에 설치되더라도 원활하게 무선통신할 수 있으며 열량계통신모듈(100)을 거실이나 주방의 벽체 등에 노출되도록 설치하지 않아도 되므로 설치비용을 절감할 수 있다.

상기 데이터집중장치(200)는 각 호실별 열량계(10)의 검침데이터를 취합하는 데이터 수집장치로서 각 열량계통신모듈(100)로부터 출력된 검침데이터를 수신하는 장치통신부(210) 및, 수신된 검침데이터를 각 호실별로 구분하여 취합관리하는 제어부(220)를 포함한다.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 데이터집중장치(200)는 관리실과 같이 원격지에 설치된 관리단말(400)과 원거리 통신망(WAN, Widae Area Network), 근거리 통신망(LAN, Local Network) 및 RS485 등의 시리얼 통신프로토콜과 같이 다양한 통신방식으로 신호연결되어 명령신호를 수신받아 동작제어되고 취합된 각 호실별 검침데이터를 전송하여 관리자가 검침데이터를 확인할 수 있도록 한다.

또한, 상기 관리단말(400)은 데이터집중장치(200)로부터 수신된 검침데이터를 열람하고 데이터집중장치(200) 및 각 열량계통신모듈(100)을 구동제어하기 위한 단말장치로서, 통상의 PC나 서버를 이용할 수 있으며 이 밖에 스마트폰이나 노트북, 테블릿 등의 통신장치를 이용할 수도 있다. 관리자는 상기 관리단말(400)을 통해 데이터집중장치(200)를 제어하여 각 열량계통신모듈(100)에서 획득된 각 호실별 검침데이터가 수집되고 업로드되도록 하며 디스플레이를 통해 업로드된 검침데이터를 열람할 수 있고 각 열량계통신모듈(100)을 리셋(Reset)시키는 것과 같이 열량계통신모듈(100)의 동작을 원격제어할 수 있다.

상기 관리단말(400)에는 모니터링 및 검침 소프트웨어가 설치되며 근거리 통신망으로 데이터집중장치(200)와 연결되어 아파트 관리실과 같이 단지 내에서 각 호실을 관리하는 장소에서 구동할 수도 있으며 인터넷을 통해 단지 외부의 원격지에 배치되어 원격제어할 수도 있다.

더불어, 상기 장치통신부(210)는 열량계통신모듈(100)과 마찬가지로 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 메쉬네트워크(20)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되며, 검침데이터를 수집하여 제어부(220)에 업로드하는 BS(Base Station)로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 장치통신부(210) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성한다.

보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템은 표준화된 메쉬네터워크 기술이 추구하는 N : N 망과는 달리 망내에 BS가 한대만 존재한다. 기본 시스템을 구성하는 경우 데이터집중장치(200)에 장치통신부(210)는 BS로 동작하고, 이 BS로 엔드노드(End Node)인 각 열량계통신모듈(100)들이 데이터를 송신한다. 여기서, 각 열량계통신모듈(100)은 메쉬네트워크(20) 내에서 센서네트워크 중계기(SNRS, Sensor Network Relay Station)로 동작한다.

일반적으로 2.4GHz 대역을 사용하는 지그비 메쉬네트워크에서는 통신속도가 대략 250Kbps 이상이기 때문에 지그비망을 유지하기 위한 오버헤드가 네트워크에서 차지하는 비중이 상대적으로 낮아 복잡한 N : N 메쉬네트워크 프로토콜이 큰 문제가 되지 않는다. 그러나, 상용화된 대표적인 900MHz에서의 통신 방식인 로라(LoRa) 및 FSK 방식은 각각 5Kbps, 38.4kbps가 대표적인 통신 속도인데, 이렇게 속도가 느리다 보니 N : N 메쉬네트워크를 구현하고 유지하기 위한 오버헤드가 상대적으로 매우 높아지기 때문에 N : N 메쉬네트워크를 적용하기가 제한된다.

또한, 거의 모든 IoT 애플리케이션은 N : N이 필요없는 N : 1 구조를 사용하는데, 복잡하고 오버헤드가 큰 N : N 메쉬네트워크 보다는 상대적으로 단순해서 오버헤드를 최소화한 N : 1 메쉬네트워크가 900Mhz 대역에서는 적절하고 프로토콜이 단순하고 비표준 모드이므로 현장 상황에 맞게 변형이 용이하고 디버깅이 쉬워지는 효과를 구현할 수 있다.

상기 데이터집중장치(200)는 각 열량계통신모듈(100)의 검침데이터를 수집함에 있어 폴링(Polling) 방식과 이벤트구동(Event Driven) 방식이 모두 이용할 수있다. 그러나 열량계의 경우 검침데이터의 용량이 작고 검침주기(예를 들면 일일 1회)가 길기 때문에 폴링 방식이 데이터 충돌(Data Collision)을 근본적으로 피할 수 있어 유리하다.

도 3에는 열량계통신모듈(100)과 데이터집중장치(200)간의 데이터 흐름이 도시되어 있다. 도면을 참고하면 데이터집중장치(200)의 제어부(220)로부터 출력된 검침명령어($Wrdp1=37:<FA>:1)를 장치통신부(210,BS)가 받으면 장치통신부(210)은 검침명령어를 포함된 Rd-pkt(Report Downlink Packet)을 송신하거나 Bd2-pkt(Broadcasted Downlink2 Packet)을 방송한다.

이를 수신한 해당 열량계통신모듈(100,SNRS)은 검침명령을 열량계(10)에 모내고 그 결과를 수집하여 Ru-pkt의 형태로 장치통신부(210,BS)에 송신한다.

상기 데이터집중장치(200)가 특정 호실의 열량계(10)를 검침하기 위해서는 일반적으로 BS(장치통신부(210))로부터 해당 열량계(10)의 열량계통신모듈(100)까지 라우팅 경로(Path)가 형성되어 있어야 하는데, 예를 들어 제어부(220)의 명령신호가 열량계통신모듈(100)로 전달되기 위해서는 BS인 장치통신부(210)과 열량계통신모듈(100) 사이에 다운링크 경로가 형성되어야 하고 열량계(10)의 검침데이터가 장치통신부(210)으로 전달되기 위해서는 업링크 경로가 형성되어 있어야 한다.

상기 업링크 경로를 형성하기 위해 BS(제1통신모듈(310))은 Bd1-Pkt(Broadcasted Downlink1 Packet)이라는 짧은 패킷을 방송형태로 방송하면 각 열량계(10)에 연결된 SNRS인 열량계통신모듈(100)들은 이를 수신하여 업링크 테이블을 업데이트하고 필요시 hop을 증가시킨 후 Bd1-Pkt을 재방송함으로써 망내의 모든 SNRS(100)의 업링크 테이블들이 업데이트될 수 있다.

반면에, 특정 열량계(10)의 열량계통신모듈(100,SNRS)로부터 장치통신부(210,BS)까지 패킷이 전달되면 자연스럽게 장치통신부(210,BS)로부터 해당 열량계통신모듈(100,SNRS)까지의 다운링크가 해당 열량계통신모듈(100,SNRS)의 다운링크 테이블에 업데이트된다. 따라서, 다운링크 경로가 형성되려면 해당 열량계(10)로부터 데이터 수신이 한 번이라도 이루어져야 이후에 전송되는 명령신호가 장치통신부(210,BS)로부터 열량계통신모듈(100,SNRS)로 전달될 수 있다.

열량계의 경우 데이터집중장치(200)에서 열량계(10)로 검침명령을 보내고 그 결과를 받으면 되는 단순한 데이터 취득절차로 검침이 이루어지는데, 이를 위해 첫 번째 방법으로는 4의 (a)에 도시된 바와 같이 특정 열량계통신모듈(100,SNRS)로 다운링크 경로(주소)가 등록되어 있는지를 판단하여 경로가 기등록되어 있으면 해당 열량계통신모듈(100,SNRS)를 향해 Rd-pkt(Report Downlink Packet)을 송신하면 되고, 만일 경로가 등록되어 있지 않으면 Bd2-pkt(Broadcasted Downlink2 Packet) 중에 CMD를 19로 하여 방송을 하면 해당 열량계통신모듈(100,SNRS)가 이를 수신후 간단한 메시지를 장치통신부(210,SNRS)로 송신하고 이후 다운링크 경로가 형성된다.

한편, 두 번째 방법으로 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 다운링크 테이블이 형성되어 있는지를 판단할 필요없이 검침명령어(실시예에서는 37)를 Bd2-pkt에 실어 전송하면 해당 열량계통신모듈(100,SNRS)가 이를 인식하여 검침데이터를 바로 리포트하는 방식으로 동작한다. 열량계의 검침 호실수가 다수(예를 들면 수천세대)가 아니면 두 번째 방식이 첫 번째 방법이 보다 쉽고 효과적이다.

여기서, 상기 Rd-pkt(Report Downlink Packet), Ru-pkt(Report Downlink Packet)은 송신 후 상대방에서 컨펌까지 와야 통신이 완료되는 방식의 패킷으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 Ru-pkt은 SNRS가 BS에게 Rd-pkt은 BS가 SNRS에게 보내는 패킷을 의미한다.

또한, Bd1-pkt(Broadcasted Downlink1 Packet)은 BS가 모든 SNRS들에게 보내는 방송형태(Broadcasted)의 패킷으로, 모든 SNRS들은 이 Bd1-pkt을 수신하면 자신의 메쉬 업링크 테이블을 갱신하고 hop을 1 증가한 Bd1-pkt을 주변에 전달한다. 더불어, Bd2-pkt(Broadcasted Downlink2 Packet)은 BS가 보내는 또다른 방송형태의 패킷인데 Bd1-pkt은 메쉬 업링크 테이블 갱신용이라면, 이 Bd2-pkt은 특정 command를 특정 SNRS에게 보내되, 다운링트 테이블이 필요없이 방송형태로 보내기 위함이다. 도 4의 (a)는 BS입장에서 특정 SNRS가 다운 링크 테이블에 등록이 안되어 있을 때 구 SNRS에게 등록을 요구하는 command를 보내기 위해서 사용하는 것이며(등록이 안되어 있으므로 Rd-pkt은 사용할 수가 없음), 도4의 (b)는 다운링크 테이블이 필요 없이 곧바로 검침 명령을 SNRS로 보내기 위해서 Bd2-pkt을 사용한 예이다.

더불어, 업링크 테이블에는 최종 목적지인 BS의 NID(Network ID, 네트워크 주소), hop, 바로 윗단의 디바이스의 NID (RSu), sequence number, RSSI 값 등이 한 개의 열(Row)을 형성하면서 다 수개의 열들이 테이블에 들어 있게 되는데, 한 개의 Bd1-pkt을 수신할 때마다 새로운 열이 추가되기도 하고, 아무런 변화가 없기도 하며 열들의 순서가 바뀌기도 한다.

업링크 테이블로부터 페이로드를 전달할 BS로 향하는 바로 윗단의 목적지 어드레스(RSu)를 가져오는데, hop값이 낮을수록, RSSI값이 낮을수록 우선순위가 높아지며 가장 우선순위가 높은 열의 RSu가 목적지 어드레스가 된다. 그리고 hop은 SNRS가 Bd1-pkt을 받아서 그 안에 들어 있는 hop, BS NID, sequence number등으로 업링크테이블을 업데이트한 후에 hop을 1 증가시킨 새로운 Bd1-pkt을 생성한 후 주변으로 방송한다. 따라서, 수신한 Bd1-pkt의 hop 정보가 크면 클수록 BS로부터 여러번 전달된 Bd1-pkt이 되며 이는 BS로부터 경로상 멀다는 뜻이고 업링크 테이블에서 우선 순위는 낮아지게 된다.

한편, 열량계(10)의 검침데이터는 일일 1회 정도만 수집하면 되기 때문에 보통은 데이터집중장치(200)에서 폴링방식으로 단일 메쉬네트워크(20)를 통해서 수집을 해도 충분하다. 그러나, 메쉬네트워크(20)에 포함된 열량계통신모듈(100)의 수가 과도하거나 메쉬네트워크(20)를 통해 특정 열량계통신모듈(100)에서 데이터집중장치(200)까지 여러 경로를 거치면서 시간이 지연되거나 특정 영역에서 병목현상이 발생할 수 있다.

이를 위해 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템은 각 열량계통신모듈(100)과 데이터집중장치(200) 사이에 브릿지(300)를 배치하여 트래픽 로드를 분산함으로써 보다 원활한 통신이 이루어지도록 구비될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 복수의 열량계통신모듈(100)은 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 상호간에 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성하며 형성된 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 수신된 검침데이터를 출력한다.

또한, 상기 브릿지(300)는 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되어 출력된 검침데이터를 수신하는 제1통신모듈(310) 및, 상기 제1통신모듈(310)을 통해 수신된 각 호실별 검침데이터를 출력하는 제2통신모듈(320)을 포함하며, 상기 데이터집중장치(200)의 장치통신부(210)는 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)로부터 출력된 각 호실별 검침데이터를 수신한다.

그리고, 상기 제1통신모듈(310)은 상기 하단를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되고 검침데이터를 수집하여 제2통신모듈(320)에 업로드하는 BS(Base Station)로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성한다.

즉, 브릿지(300)의 제1통신모듈(310)이 BS의 역할을 하여 각 열량계통신모듈(100)의 검침데이터를 수집하고 수집된 각 호실별 검침데이터를 제2통신모듈(320)에 통해 데이터집중장치(200)로 전달하는 통신구조이다.

여기서, 도 5에 도시된 바와 같이 각 열량계통신모듈(100)은 소정 기준(예를 들어, 동 단위)에 따라 복수 개씩 그룹을 이루고 각 그룹별로 하나의 브릿지(300)가 매칭되어 배치된다. 이때 그룹에 포함된 각 열량계통신모듈(100)과 매칭된 브릿지(300)의 제1통신모듈(310)은 검침데이터를 전송하기 위한 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성한다. 또한, 각 브릿지(300)들과 데이터집중장치(200)의 장치통신부(210)는 검침데이터를 수집하기 위한 상위단 메쉬네트워크(22)를 형성한다. 즉, 브릿지(300)는 하위단 메쉬네트워크(21)와 상위단 메쉬네트워크(22)를 연결해주는 중계역할을 한다. 여기서, 상기 상위단 메쉬네트워크(22)에서는 하위단 메쉬네트워크(21)와 다른 주파수 대역의 무선주파수를 이용한다.

더불어, 상기 제1통신모듈(310)은 평상시 비활성화되어 BS로 동작하지 않으며 데이터집중장치(200)로부터 명령신호를 수신하는 경우 활성화되어 각 열량계통신모듈(100)의 검침데이터를 수집하고 상위단으로 업로드하는 BS로 동작한다. 예를 들어, 데이터집중장치(200)가 각 브릿지(300)에게 리셋명령을 보내면 브릿지(300)는 이를 수신하여 리셋명령을 방송한다.

그리고, 각 그룹별로 브릿지(300)에서 검침데이터를 수집하도록 시스템을 구성하고자 하는 경우, 그룹단위로 열량계통신모듈(100)의 주파수 및 Group ID를 브릿지(300)와 함께 서로 다르게 설정하면 된다. 설정된 이후에는 브릿지(300)의 제1통신모듈(310)이 그룹단위로 BS의 역할을 수행하여 검침데이터를 수집하고 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)이 이를 전달받으면 상위단 메쉬네트워크(22)의 RS(Relay Station)으로 동작하여 데이터집중장치(200)에 전달한다.

여기서, 상기와 같이 브릿지(300)를 설치하지 않아도 메쉬네트워크(20)을 통해서 열량계(10)의 검침은 이루어질 수 있다. 그러나 한 번에 전달이 안되고 메쉬네트워크(20)를 통해 전달 회수가 증가할 경우에는 통신시간이 늘어나 정해진 시간 이후에 장치통신부(210)가 데이터를 수집하게 되는 현상이 발생할 수 있다. 만일 이러한 호실(세대)이 정기적으로 나타날 경우 이에 대한 개선책이 요구되는데 상기 브릿지(300)는 이에 대한 해결책이 될 수 있다.

즉, 평상시는 동작을 하지 않고 있다가 통신시간이 매우 오래 걸리거나 불통인 불량 호실이 고질적으로 발생할 경우, 해당 호실에 보다 가까운 위치에 있는 브릿지(300)에 불량 호실의 검침을 명령하고 브릿지(300)가 이 명령을 받으면 그 때 해당 열량계(10)를 향해서 마치 BS처럼 동작하여 검침을 시도하는 것이다. 이러한 기능은 자동감지보다 고질적인 불량호실이 발생하는 경우 관리자에 의해서 수동검침으로 개선됨을 확인한 후에 검침프로그램에 불량 호실은 특정 브릿지(300)를 통해서 검침하도록 세팅을 하게 되는 방식을 이용할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템은 아파트 단지나 빌라 단지에 구축되어 단지의 각 호실별로 설치된 열량계(10)를 원격검침할 수 있다. 이를 위해, 상기 열량계 원격검침 시스템은 복수 개의 동(棟)으로 이루어진 단지를 대상으로 구축되고, 각 열량계통신모듈(100)은 각 호실마다 설치되어 해당 호실의 열량계(10)와 신호연결되며, 복수의 브릿지(300)는 각 동마다 배치되어 해당 동에 포함된 각 호실의 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310)이 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성한다.

또한, 각 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)는 소정 대역의 무선주파수를 이용하여 상호 간에 상위단 메쉬네트워크(22)를 형성하며, 형성된 상위단 메쉬네트워크(22)를 통해 수신된 장치통신부(210)측으로 출력한다.

여기서, 동단위로 설치된 브릿지(300)는 평상시에는 제1통신모듈(310)이 BS로 동작하는 것은 아니며 메쉬네트워크에 아무런 영향을 주지 않는다, 즉, 수집한 검침데이터를 수신하거나 이를 상위단으로 업로드하지는 않는다. 단 브릿지(300)는 데이터집중장치(200)의 장치통신부(210)로부터 명령을 받아 수행한다.

가령, 메쉬네트워크가 정상동작하지 않음을 감지되는 경우 단지내 모든 열량계통신모듈(100)들을 리셋시킬 필요가 있게 된다. 이 경우 데이터집중장치(200)의 장치통신부(210)가 리셋명령어를 방송하면 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)들이 동시에 이를 수신하고 리셋명령을 제1통신모듈(310)을 통해 재방송한다. 그러면 단지 내 모든 열량계통신모듈(100)들이 거의 동시에 리셋될 수 있다.

도 7에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브릿지(300)에서 원격 리셋명령어를 보낼 때의 데이터흐름이 도시되어 있다. 도면을 참고하면 데이터집중장치(200)의 제2통신모듈(320)가 리셋명령을 B2-pkt의 형태로 방송을 하면 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)이 RS로 동작하면서 이를 수신하고 하위단에 명령어를 내려보내며, 제1통신모듈(310)은 BS로 동작하여 수신된 명령어를 Bd2-pkt의 형태로 방송한다.

더불어, 하위단 메쉬네트워크(21)에 이용되는 900MHz 대역 통신은 2.4GHz 대역 통신보다 데이터 전송속도는 낮으나 2.4GHz 대역 통신보다 현저하게 우수하고 무선전화기 및 RFID용으로 이미 널리 사용이 되는 비허가 주파수이며, 특히 정부가 IoT용으로 채널들을 지정해주었고 허용 출력도 25mV로 증가되었기 때문에 그다지 빠른 데이터 전송속도는 요구되지 않는 원격검침을 구현하기 위한 최적의 통신수단으로 이용하기에 바람직하다.

브릿지(300)의 제2통신모듈(320)이 BS로 동작하지 않고 있을 시에는 단지가 하나의 메쉬네트워크로 구성이 된 것과 같아진다. 검침데이터는 일일 1회정도만 수집하면 되기 때문에 보통은 데이터집중장치(200)에서 폴링방식으로 단일 메쉬네트워크를 통해서 수집을 해도 충분하다. 그러나 특정 동이 메쉬네트워크에서 너무 많은 경로로 들어와서 시간지연이나 데이터 병목현상이 발생하는 경우, 브릿지(300)를 이용하여 2단 메쉬네트워크를 형성하게 한다. 즉, 시스템을 설치하고 운용해가면서 상황에 맞추어 운용방식을 효율적으로 변형해갈 수 있다, 이는 종래의 표준화된 N : N 메쉬네트워크 방식과 가장 확연하게 차별화된 기능이라 할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계통신모듈(100)과 장치통신부(210) 또는 열량계통신모듈(100)과 브릿지(300)의 제1통신모듈(310)이 BS로 동작하면서 N : 1의 메쉬네트워크를 형성하는 것을 예시하였으나, 이를 포함하여 N : M(M<N)의 메쉬네트워크를 형성할 수도 있다. N : M(M<N)은 N개의 열량계통신모듈(100)에 2개 이상이 BS(210 또는 310)가 연결되어 있는 구조인데, 이렇게 복수 개로 BS(210,310)를 사용하는 대표적인 효과는 M = 2인 경우로 통신시스템의 신뢰도를 높이는 효과가 구현할 수 있다. 즉, 즉, 열량계통신모듈(100)에는 BS가 두 개 등록이 되어 있어서 첫 번째 BS와의 통신이 메쉬네트워크를 통해 실패할 경우에 두 번째 BS를 통해 통신을 시도함으로써 통신 성공률을 더욱 높일 수 있는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열량계 원격검침 시스템의 각 구성 및 기능에 의해, 호실별로 설치된 열량계(10)와 각각 신호연결되어 열량계(10)에서 측정된 검침데이터를 수신하는 각 열량계통신모듈(100)은 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 상호간의 메쉬네트워크(20)를 형성하며 형성된 메쉬네트워크(20)를 통해 수신된 검침데이터를 출력하므로, 싱크대 내부와 같이 장애물이 많은 장소에 열량계통신모듈(100)이 설치되더라도 무선통신이 가능하고 아파트 단지나 빌딩과 같이 각 호실과 관리실간의 이격거리가 긴 경우에도 충분한 통달거리를 제공하여 열량계(10)의 원격검침이 통신제약이 없는 효과를 제공한다.

또한, 각 열량계통신모듈(100)로부터 출력된 검침데이터를 취합관리하는 데이터집중장치(200)의 장치통신부(210)는 상기 메쉬네트워크(20)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되고 검침데이터를 수집하여 상위단인 제어부(220)에 업로드하는 BS(Base Station)로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 장치통신부(210) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성하므로 종래의 메쉬네트워크 통신에서 N : N 방식으로 통신이 이루어지는 경우와 비교하여 통신구조가 간소하며 디버깅 및 설정사항의 수정이 용이하여 무선검침의 신뢰도를 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10...열량계 20...메쉬네트워크
21...하위단 메쉬네트워크 22...상위단 메쉬네트워크
100...열량계통신모듈 200...데이터집중장치
210...제어부 220...장치통신부
300...브릿지 310...제1통신모듈
320...제2통신모듈 400...관리단말

Claims

복수 개의 동(棟)으로 이루어진 아파트나 빌라 단지의 호실별로 설치된 열량계(10)와 각각 신호연결되어 열량계(10)에서 측정된 검침데이터를 수신하고, 900MHz 대역의 무선주파수를 이용하여 상호간에 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성하며, 형성된 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 수신된 검침데이터를 출력하는 복수의 열량계통신모듈(100);
상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되어 출력된 검침데이터를 수신하는 제1통신모듈(310) 및, 상기 제1통신모듈(310)을 통해 수신된 각 호실별 검침데이터를 출력하는 제2통신모듈(320)을 포함하는 브릿지(300); 및
상기 제2통신모듈(320)로부터 출력된 각 호실별 검침데이터를 수신하는 장치통신부(210) 및, 수신된 검침데이터를 각 호실별로 구분하여 취합관리하는 제어부(220)를 포함하는 데이터집중장치(200);를 포함하며,
상기 제1통신모듈(310)은 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 통해 각 열량계통신모듈(100)과 신호연결되고 검침데이터를 수집하여 제2통신모듈(320)에 업로드하는 BS(Base Station)로 동작하여 각 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310) 간에 N : 1 메쉬네트워크를 형성하고,
상기 제1통신모듈(310)은 평상시 비활성화되어 BS로 동작하지 않으며 데이터집중장치(200)로부터 명령신호를 수신하는 경우 활성화되어 BS로 동작하며,
복수의 브릿지(300)는 각 동마다 배치되어 해당 동에 포함된 각 호실의 열량계통신모듈(100)과 제1통신모듈(310)이 상기 하위단 메쉬네트워크(21)를 형성하고,
각 브릿지(300)의 제2통신모듈(320)는 소정 대역의 무선주파수를 이용하여 상호 간에 상위단 메쉬네트워크(22)를 형성하며, 형성된 상위단 메쉬네트워크(22)를 통해 수신된 각 호실별 검침데이터를 장치통신부(210)측으로 출력하며,
업링크 경로를 형성하기 위해 상기 제1통신모듈(310)은 짧은 패킷 형태의 Bd1-Pkt(Broadcasted Downlink1 Packet)를 방송하고, 각 열량계(10)에 연결된 열량계통신모듈(100)은 방송된 Bd1-Pkt을 수신하여 업링크 테이블을 업데이트하며 hop을 증가시킨 후 Bd1-Pkt을 재방송하여 망내의 다른 열량계통신모듈(100)의 업링크 테이블이 업데이트되도록 하는 것을 특징으로 하는 열량계 원격검침 시스템.
청구항 1에 있어서,
각 열량계통신모듈(100)은 소정 기준에 따라 복수 개씩 그룹을 이루고, 각 그룹별로 하나의 브릿지(300)가 매칭되어 메쉬네트워크를 형성하며,
각 그룹단위로 열량계통신모듈(100)의 주파수 및 Group ID를 브릿지(300)와 함께 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 열량계 원격검침 시스템.
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