KR102253737B1 - 무선 네트워크를 이용한 원격 모니터링 및 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

무선 네트워크를 이용한 원격 모니터링 및 제어 시스템이 개시된다. 원격 모니터링 및 제어 시스템은 시설물 또는 단말의 상태를 센싱하기 위한 센서; 상기 시설물 또는 단말 각각에 설치되고, 무선 통신을 통해 게이트웨이로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 상기 시설물 또는 단말의 동작을 제어하는 제어기들; 및 상기 제어기들을 관제하는 상기 게이트웨이를 포함한다.

Description

무선 네트워크를 이용한 원격 모니터링 및 제어 시스템{REMOTE MONITORING AND CONTROL SYSTEM USING WIRELESS NETWORK}

아래 실시예들은 무선 네트워크를 이용한 원격 모니터링 및 제어 기술에 관한 것이다.

최근, 무선 네트워크를 이용하여 시설의 상태를 모니터링하고 제어하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 예를 들어, 스프링클러의 동파를 방지 하기 위해 스프링클러의 상태를 모니터링하고 제어하는 동파 방지 시스템이 있다. 고층 건물에 반드시 설치해야 하는 스프링클러는 화재 발생 시 건물의 천장에서 물을 분사함으로써 화재를 진압하기 위한 장치이다. 그러나, 기온이 낮은 추운 지역에서는 스프링클러에 연결된 파이프가 동파되어, 스프링클러가 제대로 작동하지 않는 문제가 발생할 수 있기에 이러한 동파 방지 시스템이 고안되어 왔다.

일반적으로, 스프링클러 동파 방지 시스템은 전기적인 히터 또는 기구적인 장치를 이용한다. 그 중에서도 전열선 등 전기적인 히터에 의한 동파 방지 시스템이 주로 사용되고 있다. 히터에 의한 동파 방지 시스템은 열선 등에 의한 히터 시스템은 특정 온도(예, 4도씨) 이하가 되면 전원이 인가되면서 히터가 작동하여 스프링클러의 동파를 방지하는 시스템이다. 하지만, 이러한 시스템은 건물 내에 있는 수백 개 또는 그 이상의 많은 히터가 동시에 켜지면서 순간적으로 큰 돌입 전류가 흐르고, 또한 가열을 위해 과도한 전력이 소비되는 문제점을 가지고 있다.

한국공개특허 특허출원번호 제10-2001-0049175호

일 실시예에 따른 무선 네트워크를 이용한 원격 모니터링 및 제어 시스템은, 시설물 또는 단말의 상태를 센싱하기 위한 센서; 상기 시설물 또는 단말 각각에 설치되고, 무선 통신을 통해 게이트웨이로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 상기 시설물 또는 단말의 동작을 제어하는 제어기들; 및 상기 제어기들을 관제하는 상기 게이트웨이를 포함할 수 있다.

상기 제어기들은 메쉬 네트워크를 형성하고, 상기 제어기들 각각은, 상기 게이트웨이와의 거리에 따라 상기 게이트웨이와 직접 통신하거나, 또는 메쉬 네트워크를 이용하여 다른 제어기를 거쳐서 상기 게이트웨이와 통신하는 통신부; 상기 제어기의 동작을 제어하고, 하나 이상의 보고 작업을 처리하는 프로세서; 및 전원부와 상기 시설물 또는 단말로 인가되는 전원 간의 연결을 제어하는 릴레이를 포함할 수 있다.

상기 게이트웨이는, 상기 제어기들이 형성하는 메쉬 네트워크에서 송신율이 불규칙적이고, 상기 송신율이 시간이 지남에 따라 떨어지는 제어기를 식별하고, 상기 식별된 제어기에 수동으로 중계기의 주소를 원격으로 지정하는 것에 의해 상기 식별된 제어기의 통신 경로를 수동으로 설정할 수 있다.

상기 게이트웨이는, 싱크 패킷을 주기적으로 브로드캐스트하고, 상기 제어기들은, 상기 게이트웨이로부터 브로드캐스트된 싱크 패킷을 수신한 경우, 수신한 싱크 패킷에 기초하여 각 제어기들에 할당된 타임 슬롯을 계산하고, 자신에게 할당된 타임 슬롯에서 데이터를 상기 게이트웨이에 전송하고, 상기 제어기들에 할당되는 타임 슬롯은, 상기 제어기들 각각의 네트워크 고유 번호에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 게이트웨이는, 상기 제어기들과의 통신을 위한 타임 슬롯을 설정하고, 상기 설정된 타임 슬롯은, 상기 싱크 패킷의 전송을 위한 제1 타임 슬롯, 상기 게이트웨이와 직접 통신이 가능한 제어기들을 위한 제2 타임 슬롯, 메쉬 네트워크를 통해 경유하여 상기 게이트웨이와 통신하는 제어기들을 위한 제3 타임 슬롯 및 게이트웨이로부터 전송되는 패킷의 전달을 위한 제4 타임 슬롯을 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 원격 모니터링 및 제어 시스템의 개요를 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 시설물 또는 단말의 동작을 제어하는 제어기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 스프링클러 동파 방지 시스템에서 건물 내 제어기들과 게이트웨이의 층별 배치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제어기와 게이트웨이 간의 통신을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제어기와 게이트웨이 간의 통신과 관련하여 시분할 방식의 통신 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 제어기와 게이트웨이 간의 통신과 관련하여 시분할 방식의 통신 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 건물 내 각 제어기들의 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 메쉬 구조에서 홉(hop) 2 노드의 경로를 수동으로 조정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 명세서에서 설명되는 발명은 원격 모니터링과 제어를 위한 저전력 무선 IoT(internet of things) 네트워크 시스템에 관한 것이다. 이하에서는 스프링클러의 동파 방지 시스템의 실시예를 중심으로 설명하나, 본 발명은 무선 네트워크 기술을 이용하여, 단말의 상태를 개별적으로 모니터링하고, 전원 제어도 개별적으로 수행할 수 있는 무선 네트워크 시스템으로 확장 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 스마트 미터링, 다른 기구의 동파 방지 시스템, 원격 가로등 제어 등과 같은 응용에 확장 적용될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 원격 모니터링 및 제어 시스템의 개요를 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 원격 모니터링 및 제어 시스템(100)은 무선 네트워크를 이용하여 시설물이나 단말을 원격으로 모니터링하고 제어할 수 있는 시스템이다. 이하에서는 건물에 설치된 스프링클러의 동파를 방지하기 위한 시스템인 스프링클러 동파 방지 시스템을 예를 들어 설명한다. 원격 모니터링 및 제어 시스템(100)은 원격 모니터링 및 제어 시스템(100)의 전체적인 동작을 제어하는 관제 서버(110), 동작 시에 스프링클러(또는 주변 파이프)를 가열시키기 위한 히터(heater, 140)들, 각 히터(140)들에 설치된 제어기(130)들 및 무선 통신을 통해 제어기(130)들에 제어 신호를 전송하고, 제어기(130)들을 관제하는 게이트웨이(gateway, 120)들을 포함할 수 있다. 여기서, 히터(140)는 원격 모니터링 및 제어 시스템(100)이 관리하는 시설물 또는 단말에 해당한다. 제어기(130)들은 시설물 또는 단말 각각에 설치되고, 무선 통신을 통해 게이트웨이로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 해당 시설물 또는 단말의 동작을 제어할 수 있다.

히터(140)는 스프링클러나 스프링클러 주변 파이프 내부에 존재하는 물이 얼어 스프링클러나 주변 파이프가 파열되는 것을 방지하기 위해, 스프링클러나 스프링클러 주변 파이프를 가열시킬 수 있다.

제어기(130)는 히터(140)들 각각에 설치되고, 히터(140)들의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 모든 히터(140)들에 제어기(130)가 설치되고, 제어기(130)들을 통해 개별적, 그룹별, 일괄적인 관제가 가능하다. 제어기(130)는 무선 통신을 통해 게이트웨이(120)로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 히터(140)들의 동작을 제어할 수 있다.

게이트웨이(120)는 건물의 각 층에 설치되고 각 층에 존재하는 히터(140)들과 제어기(130)들을 관제할 수 있다. 일 실시예에서, 스프링클러는 층 단위로 구분될 수 있고, 각 층마다 하나 이상의 게이트웨이(120)가 설치될 수 있다. 게이트웨이(120)는 한 층 내 모든 제어기(130)들을 개별 또는 그룹별로 관제할 수 있다.

실시예에 따라, 스프링클러 동파 방지 시스템(100)은 별도의 관제 서버(110) 없이 운영될 수도 있고, 각 층의 게이트웨이(120)가 네트워크로 연결되어 관제 서버(110)에서 통합적인 관리가 수행될 수도 있다.

원격 모니터링 및 제어 시스템(100)은 스프링클러의 동파를 방지하기 위해 무선 통신 기술을 이용하여 모니터링 및 관제 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어기(130)는 온도 센서를 이용하여 각 스프링클러의 주변 상황(온도 등)을 모니터링하고, 모니터링된 정보를 게이트웨이(120)로 전송할 수 있다. 게이트웨이(120)는 제어기(130)에 의해 모니터링된 정보를 관제 서버(110)에 전송하고, 관제 서버(110)는 수신한 정보에 기초하여 제어기(130)를 제어할 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 게이트웨이(120)를 통해 제어기(130)들에 전송할 수 있다.

예를 들어, 원격 모니터링 및 제어 시스템(100)은 900MHz를 이용한 사물 인터넷(internet of things; IoT) 무선 기술을 이용하여 각 히터(140)들의 온도를 개별적으로 모니터링하고, 또한 각 히터(140)들의 전원을 개별적으로 제어할 수 있다.

각각의 제어기(130)들에는 무선 통신을 수행할 수 있는 통신부(또는 통신 모듈)가 포함되어 있고, 한 대의 게이트웨이(120)는 무선 통신을 통해 예를 들어 수백 대의 제어기(130)들을 관리할 수 있다.

제어기(130)들과 게이트웨이(120)는 메쉬 네트워크를 형성하여 서로 간에 데이터를 주고 받을 수 있다. 일 예로, 제어기(130)들은 메쉬 네트워크를 형성하고, 메쉬 네트워크에서의 통신 방식에 따라 게이트웨이(120)와 통신할 수 있다. 메쉬 네트워크에서의 통신 방식에 따라 통신할 때, 각각의 제어기(130)들은 다중 접속 방식에 따른 시분할 방식에 따라 제어기(130)들 사이에 정해진 순서에 따라 게이트웨이(120)와 통신함으로써 충돌이 발생하는 것이 방지될 수 있다.

위와 같은 원격 모니터링 및 제어 시스템(100)은 스프링클러의 동파 방지를 위한 히터(140)들에 대한 개별적, 층별 관제가 가능하다. 이에 따라, 본 발명에서 제안한 원격 모니터링 및 제어 시스템(100)은, 종래 기술의 문제점인 스프링클러의 동파 방지를 위해 많은 히터들이 동시에 켜져 큰 돌입 전류가 흐르고, 가열을 위해 과도한 전력이 소비되는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 시설물 또는 단말의 동작을 제어하는 제어기의 구성을 도시하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 스프링클러 동파 방지 시스템에서 히터의 동작을 제어하는 제어기의 구성이 도시되어 있다. 일 실시예에서, 제어기는 건물 내 모든 스프링클러 동파 방지용 히터에 설치되고, 층 단위의 게이트웨이와 통신할 수 있다.

제어기는 통신부(230), 프로세서(210), 센서(220), 릴레이(260)(relay), 직류(DC) 전원(240) 및 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET, 250)를 포함할 수 있다.

통신부(230)는 무선 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 통신부(230)는 제어기와 게이트웨이 간의 거리에 따라 게이트웨이와 직접 통신하거나, 또는 메쉬 네트워크를 이용하여 다른 제어기를 거쳐서 게이트웨이와 통신할 수 있다. 통신부(230)는, 예를 들어 900MHz IoT 용으로 보편적으로 사용되는 주파수 편이 변조(Frequency-shift keying; FSK) 방식의 통신 방식을 통해 통신할 수 있다. 그러나, 발명의 실시예가 주파수 편이 변조 방식에만 국한되는 것은 아니고, 통신부(230)는 다른 변조 방식을 이용하여 무선 통신을 수행할 수 있다.

센서(220)는 시설물 또는 단말의 상태를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 시설물이 스프링클러인 경우, 센서(220)는 스프링클러의 주변 온도를 센싱할 수 있다. 센서(220)는 센싱한 시설물 또는 단말의 상태를 프로세서(210)에 전송할 수 있다.

프로세서(210)는 제어기의 전체적인 동작을 제어하고, 하나 이상의 보고 작업을 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 센서(220)에 의해 센싱된 스프링클러의 주변 온도를 주기적으로 보고하거나 이벤트 발생 보고, 명령에 대한 응답 등의 작업을 처리할 수 있다. 프로세서(210)가 수행하는 보고에 대한 보고 정보는 통신부(230)를 통해 관제 서버나 게이트웨이에 전달될 수 있다.

릴레이(260)는 전원부와 히터로 인가되는 전원 간의 연결을 제어할 수 있다. 릴레이(260)는 전원부와 히터로 인가되는 전원을 차단하거나 연결할 수 있다. 일 실시예서, 릴레이(260)는 전계 효과 트랜지스터(250)를 통해 전달되는 제어 신호에 기초하여 교류(AC) 전원과 히터 간의 연결을 제어할 수 있다.

직류 전원(240)은, 예를 들어 교류(AC) 전원으로부터 전력을 공급받아 이를 직류 전압으로 변경하고, 직류 전압에 의한 전력을 제어기의 각 구성 요소들에 공급할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 스프링클러 동파 방지 시스템에서 건물 내 제어기들과 게이트웨이의 층별 배치의 일례를 도시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 건물에서 층 단위로 스프링클러의 동파 방지를 위한 히터들이 설치되어 있을 때, 특정한 층(310)에 설치된 제어기(330)들(도면에서 'C'로 표시)과 게이트웨이(320)(도면에서 'GW'로 표시)가 설치된 예가 도시되어 있다. 게이트웨이(320)와 각각의 제어기(330)들은 무선 통신을 통해 서로 통신하며, 메쉬 네트워크를 형성할 수 있다.

게이트웨이(320)는 무선 통신을 통해 각각의 제어기(330)들을 개별적으로 또는 그룹별로 제어할 수 있다. 각 층마다 이러한 게이트웨이(320)와 제어기(330)들 간의 시스템이 형성될 수 있고, 각 층에 설치된 게이트웨이(320)들은 관제 서버와 연결될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 제어기와 게이트웨이 간의 통신을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 실시예와 같이 메쉬 네트워크를 형성하는 제어기들과 게이트웨이(320) 간의 통신을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

무선 통신을 통해 제어기로부터 게이트웨이(320)로 데이터나 정보가 전송될 수 있다. 이 때, 제어기와 게이트웨이(320) 간의 거리에 따라, 제어기는 게이트웨이(320)와 직접 통신하거나, 또는 메쉬 네트워크를 이용하여 다른 제어기를 거쳐서 게이트웨이(320)와 통신할 수 있다.

게이트웨이(320)와 가까운 곳에 위치한 제어기는 1홉(hop)으로 중계 없이 직접 게이트웨이(320)와 통신할 수 있다. 이와 다르게, 게이트웨이(320)로부터 먼 곳 또는 음영 지역에 위치한 제어기는 메쉬 네트워크를 이용하여 다른 제어기를 거쳐서 게이트웨이(320)와 통신할 수 있다. 이 경우는 홉이 2 이상인 경우이다. 예를 들어, 도면에 도시된 실시예와 같이, 제어기(410)는 게이트웨이(320)와의 거리가 멀어 직접 통신이 어려운 경우이다. 이 경우, 제어기(410)는 다른 제어기(420)를 중계기로 이용하여 데이터를 제어기(420)를 통해 게이트웨이(320)로 전송할 수 있다. 제어기(410)로부터 전송된 데이터는 제어기(420)를 경유하여 게이트웨이(320)에 도달하게 된다.

대부분의 건물들은 홉=2 이내에서 모든 제어기들이 게이트웨이(320)와 통신이 가능할 것이나, 본 발명에서 제시된 메쉬 네트워크 구조에서는 홉=3 이상도 게이트웨이(320)와의 통신이 가능하다.

위와 같이 제어기와 게이트웨이(320)가 형성하는 메쉬 네트워크 구조를 통해, 게이트웨이(320)와의 거리가 멀거나 음영 지역에 의해 통신이 방해되더라도 다른 제어기를 경유하여 게이트웨이(320)와 통신하는 것이 가능해 지므로, 통신 성공률이 높아지고, 통신 신뢰도가 개선되는 장점이 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 제어기와 게이트웨이 간의 통신과 관련하여 시분할 방식의 통신 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에서 고안된 시분할 방식의 통신 방식과 관련된 타이밍 실시예가 도시되어 있다. 스프링클러 동파 방지 시스템은 메쉬 네트워크의 통신 방식 이외에 시분할 방식으로 통신할 수 있다. 여기서, 시분할 방식은 시분할 이벤트 처리 시스템(time-slotted event driven system; TEDS)에 따라 수행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 스프링클러 동파 방지 시스템의 게이트웨이는 싱크 패킷(sync packet)을 주기적으로 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다. 각 층에 설치된 제어기들은 게이트웨이로부터 브로드캐스트된 싱크 패킷을 수신한 경우, 수신한 싱크 패킷에 기초하여 각 제어기들에 할당된 타임 슬롯(time slot)을 계산할 수 있다.

게이트웨이는 제어기들과의 통신을 위한 타임 슬롯을 설정할 수 있다. 게이트웨이에 의해 설정된 타임 슬롯은, 예를 들어 싱크 패킷의 전송을 위한 제1 타임 슬롯(510), 게이트웨이와 직접 통신이 가능한 제어기들을 위한 제2 타임 슬롯(520), 메쉬 네트워크를 통해 경유하여 게이트웨이와 통신하는 제어기들을 위한 제3 타임 슬롯(530) 및 게이트웨이로부터 전송되는 패킷의 전달을 위한 제4 타임 슬롯(540)을 포함할 수 있다. 제3 타임 슬롯(530)은 홉=2 이상인 통신과 같이 다른 제어기를 경유하여 통신이 이루어지는데 필요한 시간 구간을 포함할 수 있다.

예를 들어, 제1 타임 슬롯(510)의 시간 구간 길이는 20ms일 수 있고, 제4 타임 슬롯(540)의 시간 구간 길이는 1s(초)일 수 있다. 제2 타임 슬롯(520)과 제3 타임 슬롯(530)의 시간 구간 길이는 해당되는 제어기의 숫자에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 게이트웨이와 직접 통신이 가능한 제어기들의 숫자가 200개이고, 해당 제어기들 각각에 할당된 시간 구간의 길이가 20ms이라면, 제2 타임 슬롯(520)의 시간 구간의 길이는 4s(초)가 된다. 제4 타임 슬롯(540)에서는 게이트웨이에서 제어기로 제어 명령 신호 등의 제어 신호가 전달될 수 있다.

일반적으로, FSK 변조 방식의 경우, 900MHz 주파수 대역 기반의 IoT 무선 네트워크에서는 전송 속도로서 40Kbps가 많이 사용되고, 이것을 기준으로 생각할 때 수십 바이트(byte) 이내의 페이로드(payload)의 전송 속도는 단 방향 기준으로 20ms 이내이다. 이를 고려하여, 본 실시예에서는 타임 슬롯의 시간 구간 길이를 20ms로 정하고, 20ms 단위로 1 poll 내에 스캔할 제어기의 개수(본 예에서는 200개) X 20ms 인 4 초가 스캔을 위한 시간 구간이 될 수 있다. 스캔을 위한 시간 구간이 경과하면, 이후에 다음 poll이 시작하기 전까지는 1 홉(hop)으로 전달이 안되는 제어기가 중계기(다른 제어기)를 통해서 데이터를 게이트웨이로 전달하기 위한 타임 슬롯(본 예에서는 1초, 50개 제어기)과 게이트웨이로부터 제어기로 하향으로 전달되는 패킷용으로 할당된 타임 슬롯(제4 타임 슬롯(540)에 대응함, 본 예에서는 900ms)이 있게 된다. 다음의 표 1은 이를 시간별로 정리한 것이다.

시간 [ms]	설명
0~100	게이트웨이의 싱크 패킷을 위한 제1 타임 슬롯의 시간 구간
100~4100	게이트웨이와 직접 통신이 가능한 제어기들을 위한 제2 타임 슬롯의 시간 구간 (hop=1)
4100~5100	경유하여 게이트웨이와 통신하는 제어기들을 위한 제3 타임 슬롯의 시간 구간 (예, hop=2)
5100~6000	게이트웨이로부터 전송되는 패킷의 전달을 위한 제4 타임 슬롯의 시간 구간

각각의 제어기들은 자신에게 할당된 타임 슬롯의 시간 구간에서 데이터를 게이트웨이에 전송할 수 있다. 여기서, 제어기들에 할당되는 타임 슬롯은 제어기들 각각의 네트워크 고유 번호에 기초하여 결정될 수 있다.제어기들은 메쉬 네트워크를 형성할 수 있고, 게이트웨이는 시분할 방식을 통해 통신이 가능한 제어기들에 대한 스캔을 시작하는 싱크 패킷을 브로드캐스트하고, 각 제어기는 수신한 싱크 패킷에 기초하여 자신이 할당 받은 타임 슬롯을 계산할 수 있다. 각 제어기는 자신의 타임 슬롯을 계산하고, 계산된 타임 슬롯에 기초하여 게이트웨이와 데이터를 송수신할 수 있다. 복수의 제어기들에 할당된 타임 슬롯이 서로 겹치지 않게 타임 슬롯을 설정함으로써, 모든 제어기들은 충돌 없이 게이트웨이와 통신할 수 있다.

시분할 방식에서 게이트웨이는 싱크 패킷을 주기적으로 브로드캐스트하고, 싱크 패킷을 수신한 제어기들은 수신한 싱크 패킷을 기준으로 자신에게 할당된 타임 슬롯을 계산한다. 제어기는 자신의 타임 슬롯이 시작되는 시간이 되면, 보고할 데이터를 게이트웨이로 전송할 수 있다. 이와 같은 통신 방식을 통해 한 번에 하나의 제어기만 통신하게 됨으로써 제어기들 간의 통신 충돌을 막을 수 있다.

각각의 제어기들에 타임 슬롯을 겹치지 않고 효과적으로 할당하는 방법으로서, 각 제어기들이 가지는 네트워크 고유 번호를 일련의 번호로 지정하는 번호화를 수행하여 한 개씩 증가하게 해주면, 번호화된 결과에 기초하여 타임 슬롯이 계산되는 방법이 이용될 수 있다.

도 6은 다른 실시예에 따른 제어기와 게이트웨이 간의 통신과 관련하여 시분할 방식의 통신 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에서 고안된 다른 실시예에 따른 시분할 방식의 통신 방식과 관련된 타이밍 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 게이트웨이는 제어기들이 형성하는 메쉬 네트워크에서 송신율이 불규칙적이고, 송신율이 시간이 지남에 따라 떨어지는 제어기를 식별할 수 있다. 게이트웨이는 식별된 제어기에 수동으로 중계기의 주소를 원격으로 지정하는 것에 의해 해당 식별된 제어기의 통신 경로를 수동으로 설정할 수 있다.

메쉬 네트워크 구조에서 송신율이 불규칙적이고 떨어지는 특정한 제어기에 대해, 게이트웨이가 수동으로 중계기의 주소를 원격으로 다운로드해 줌으로써 안정적인 통신 경로를 수동으로 세팅할 수 있게 한다.

예를 들어, 제어기들 중에서 1 홉 방식으로 통신이 안되는 제어기에 대해 게이트웨이가 원격으로 해당 제어기에게 특정한 중계기(중계 기능을 수행할 다른 제어기) 주소를 다운로드(또는 설정)해 줌으로써, 해당 제어기는 게이트웨이로 데이터를 직접 보내지 않고 지정된 중계기를 통해 자신의 타임 슬롯의 시간 구간에서 데이터를 송신할 수 있다. 해당 제어기로부터 데이터를 수신한 중계기는, 해당 수신한 데이터를 저장하였다가 스캔 시간 이후에 게이트웨이로 전송할 수 있다. 이 때, 게이트웨이는 지역 내에서 중계기 역할을 지정 받은 제어기의 중계를 위한 타임 슬롯도 원격으로 다운로드(또는 설정)할 수 있다.

본 실시예에 따른 시분할 방식에서, 게이트웨이는 제어기가 데이터를 전송하는 업링크를 위한 시간 구간, 제어기가 데이터를 2 홉(hop=2)으로 중계기를 경유하여 전송할 경우에 두 번째 전송을 위한 시간 구간, 그리고 게이트웨이로부터 제어기로 명령어를 전송하기 위한 다운링크의 시간 구간이 서로 겹치지 않고 구별되도록 타임 슬롯을 할당함으로써, 충돌 없이 스프링클러 동파 방지 시스템에서의 관제가 효과적으로 수행될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 건물 내 각 제어기들의 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 건물 안 층 내부 및 각 층별로 제어기들이 설치되어 있을 때, 본 발명에서 고안된 시분할 방식에서 각 제어기가 할당 받은 타임 슬롯에 대한 타이밍을 전체적으로 표현한 실시예가 도시되어 있다.

도 7의 실시예에서는 동일한 층에서도 면적이 넓어서 2대의 게이트웨이(GW)가 설치된 예를 도시한다. 게이트웨이 및 게이트웨이가 관제하는 모든 제어기들은 서로 동일하지 않은 주파수 대역과 그룹 아이디 값을 가진다. 여기서, 주파수 대역은 데이터를 송수신하는데 이용되는 주파수 대역이다. 건물 내 층간 등에서 거리적으로 서로 인접한 게이트웨이들은 인접한 채널들 간에 발생할 수 있는 간섭을 최대한 줄이기 위해 해당 게이트웨이들이 통신에 이용하는 채널 간격 간의 차이가 충분히 크도록 채널(또는 주파수 대역)이 설정될 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 메쉬 구조에서 홉(hop) 2 노드의 경로를 수동으로 조정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제어기들 중 게이트웨이(GW, 810)와 직접 통신이 가능한 1 홉의 제어기들(820)과 다른 제어기를 경유하여 게이트웨이와 통신하는2 홉의 제어기들(830)의 구조가 도시되어 있다. 메쉬 네트워크에서, 제어기가 게이트웨이(810)로부터 멀리 떨어져 있거나 또는 음영 지역에 위치하는 등의 이유로, 1 홉으로 게이트웨이(810)와 안정적인 통신이 어려울 경우, 위에서 설명한 시분할 방식처럼 특정 중계기(다른 제어기)를 통하여 데이터가 게이트웨이(810)에 전달되도록 함으로써 안정적으로 통신이 이루어질 수 있다.

도 8에 도시된 표는 메쉬 네트워크에서 2 홉에 해당하는 제어기들(830)의 통신 경로를 수동으로 조정하는 일례를 설명하기 위한 표이다. 표를 참조하면, 예를 들어 제어기 'C222', 제어기 'C4335', 제어기 'C1111'이 2 홉으로 게이트웨이(810)와 통신하게 되는 경우, 게이트웨이(810)는 이와 같은 상황을 인지할 수 있다. 게이트웨이(810) 또는 관제 서버는 해당 제어기 'C222', 제어기 'C4335', 제어기 'C1111'에 특정한 중계기의 주소를 할당해 줌으로써 제어기 'C222', 제어기 'C4335', 제어기 'C1111'이 통신을 안정적으로 수행할 수 있도록 도와줄 수 있다. 특정한 중계기의 주소를 할당 받은 제어기는 해당 중계기의 주소에 접속하여 해당 중계기에 데이터를 전송할 수 있다. 표에서, 게이트웨이(810)는 'GW65000'에 대응한다.

표에 따르면, 제어기 'C222'는 제어기 'C2123'의 주소를 할당 받고, 제어기 'C4335'는 제어기 'C1002'의 주소를 할당 받으며, 제어기 'C1111'은 제어기 'C1000'의 주소를 할당 받는다. 이에 따라, 제어기 'C222'는 제어기 'C2123'을 경유하여 데이터를 게이트웨이(810)에 전송하고, 제어기 'C4335'는 제어기 'C1002'를 경유하여 데이터를 게이트웨이(810)에 전송할 수 있다. 제어기 'C1111'은 제어기 'C1000'을 경유하여 데이터를 게이트웨이(810)에 전송할 수 있다. 이와 같이, 2 홉의 제어기들(810)에 대한 통신 경로는 게이트웨이(810)나 관제 서버에 의해 수동으로 지정될 수 있다.

중계기는 2 홉에 해당하는 제어기로부터 전송되는 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 저장하였다가 자신에게 할당된 전송 시점이 되었을 때 해당 데이터를 게이트웨이(810)에 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 해당 중계기는 게이트웨이(810)로부터 해당 제어기를 목적지로 하는 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 해당 제어기로 전송할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (5)

1. 무선 네트워크를 이용한 제어 시스템에 있어서,
   시설물 또는 단말의 상태를 센싱하기 위한 센서;
   상기 시설물 또는 단말 각각에 설치되고, 무선 통신을 통해 게이트웨이로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 상기 시설물 또는 단말의 동작을 제어하는 제어기들; 및
   상기 제어기들을 관제하는 상기 게이트웨이를 포함하고,
   상기 제어기들 각각은, 상기 게이트웨이와의 거리에 따라 상기 게이트웨이와 직접 통신하거나, 또는 메쉬 네트워크를 이용하여 다른 제어기를 거쳐서 상기 게이트웨이와 통신하는 통신부를 포함하고,
   상기 제어기들 각각과 상기 게이트웨이는, 시분할 이벤트 처리 시스템(time-slotted event driven system; TEDS)에 따른 시분할 방식을 통해 통신하고,
   상기 게이트웨이는, 상기 제어기들과의 통신을 위한 타임 슬롯을 설정하고,
   상기 설정된 타임 슬롯은, 싱크 패킷의 전송을 위한 제1 타임 슬롯, 상기 게이트웨이와 직접 통신이 가능한 제어기들을 위한 제2 타임 슬롯, 메쉬 네트워크를 통해 경유하여 상기 게이트웨이와 통신하는 제어기들을 위한 제3 타임 슬롯 및 게이트웨이로부터 전송되는 패킷의 전달을 위한 제4 타임 슬롯을 포함하고,
   상기 제2 타임 슬롯과 상기 제3 타임 슬롯의 시간 구간 길이는 상기 제2 타임 슬롯과 상기 제3 타임 슬롯에 해당되는 제어기의 숫자에 기초하여 결정되고,
   상기 제3 타임 슬롯은 다른 제어기를 경유하여 통신이 이루어지는데 필요한 시간 구간을 포함하고,
   상기 시설물 또는 단말이 스프링클러 동파 방지용 히터인 경우,
   상기 센서는 스프링클러의 주변 온도를 센싱하고,
   상기 제어기들은 히터들 각각에 설치되어 상기 히터들의 동작을 개별적, 그룹별 또는 일괄적으로 제어하고, 상기 스프링클러의 주변 온도가 특정 온도 이하인 경우, 히터가 작동되도록 제어하고,
   상기 게이트웨이는, 건물의 각 층에 설치되어, 무선 통신을 통해 상기 제어기들 각각을 개별적으로 또는 그룹별로 제어하고, 상기 제어 시스템의 동작을 제어하는 관제 서버와 연결되고, 미리 정해진 규칙에 기초하여 상기 게이트웨이와 안정적인 통신이 어려운 것으로 결정된 제어기의 통신 경로를 수동으로 설정하는,
   제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어기들은 메쉬 네트워크를 형성하고,
   상기 제어기들 각각은,
   상기 제어기의 동작을 제어하고, 하나 이상의 보고 작업을 처리하는 프로세서; 및
   전원부와 상기 시설물 또는 단말로 인가되는 전원 간의 연결을 제어하는 릴레이
   를 포함하는,
   제어 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 게이트웨이는,
   상기 제어기들이 형성하는 메쉬 네트워크에서 송신율이 불규칙적이고, 상기 송신율이 시간이 지남에 따라 떨어지는 제어기를 식별하고,
   상기 식별된 제어기에 수동으로 중계기의 주소를 원격으로 지정하는 것에 의해 상기 식별된 제어기의 통신 경로를 수동으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
   제어 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 게이트웨이는,
   싱크 패킷을 주기적으로 브로드캐스트하고,
   상기 제어기들은,
   상기 게이트웨이로부터 브로드캐스트된 싱크 패킷을 수신한 경우, 수신한 싱크 패킷에 기초하여 각 제어기들에 할당된 타임 슬롯을 계산하고,
   자신에게 할당된 타임 슬롯에서 데이터를 상기 게이트웨이에 전송하고,
   상기 제어기들에 할당되는 타임 슬롯은, 상기 제어기들 각각의 네트워크 고유 번호에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
   제어 시스템.
5. 삭제

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