KR102312665B1

KR102312665B1 - Ble 기반 센서 노드의 웨이크업을 제어하는 초저전력 무선 센서 네트워크

Info

Publication number: KR102312665B1
Application number: KR1020210058467A
Authority: KR
Inventors: 문경식; 김대웅
Original assignee: 주식회사 노드톡스
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-10-14
Also published as: WO2022119308A1; KR102251628B1; US20240107279A1

Abstract

무선 센서 네트워크가 개시된다. 본 무선 센서 네트워크는, 복수의 센서 노드, BLE를 기반으로 복수의 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신하는 적어도 하나의 싱크 노드, 싱크 노드와 통신을 수행하는 서버를 포함한다. 그리고, 복수의 센서 노드 각각은, 적어도 하나의 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 무선 센서 모듈을 포함한다.

Description

BLE 기반 센서 노드의 웨이크업을 제어하는 초저전력 무선 센서 네트워크 { ULTRA LOW POWER WIRELESS SENSOR NETWORK FOR CONTROLLING WAKEUP OF SENSOR NODE BASED ON BLUETOOTH LOW ENERGY }

본 개시는 무선 센서 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 센서와 연결될 수 있는 하나 이상의 무선 센서 모듈과 BLE 기반 통신을 수행하는 초저전력 무선 센서 네트워크에 관한 것이다.

IoT 시스템이 발전함에 따라, LTE, LoRa, WiFi 등 다양한 무선 통신 방식을 이용하는 센서 모듈 내지는 센서 노드가 개발된 바 있다.

다만, 상술한 통신 방식을 이용하는 경우, 센서 모듈의 에너지 소모량이 크다는 문제가 있었고, 또한 센서 모듈의 무게 및 부피 때문에 설치 위치에 제약이 있다는 문제도 있었다.

최근에는, 저전력 블루투스 통신에 해당하는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 방식이 개발되면서, 센서 모듈의 전력 소모가 줄고 부피가 소형화될 수 있게 되었다.

다만, BLE 통신 방식 내에서 전력 소모를 최대한으로 절감하기 위한 초저전력 무선 센서 네트워크에 대한 추가적인 고찰이 필요하다.

공개 특허 공보 제10-2016-0001679호(센서모듈의 탈착이 가능한 비콘)

본 개시는, 복수의 무선 센서 모듈로부터 센싱 데이터를 제공받음에 있어, 복수의 무선 센서 모듈 각각에서 소모되는 전력은 물론 복수의 무선 센서 모듈 각각과의 통신에 소모되는 전력 소모를 절감할 수 있는 초저전력 무선 센서 네트워크를 제공한다.

본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 개시의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 개시의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 개시의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크는, 복수의 센서 노드, BLE(Bluetooth Low Energy)를 기반으로, 상기 복수의 센서 노드 중 적어도 하나로부터 센싱 데이터를 수신하는 적어도 하나의 싱크 노드, 상기 싱크 노드와 통신을 수행하는 서버를 포함한다. 상기 복수의 센서 노드 각각은, 적어도 하나의 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 무선 센서 모듈을 포함한다.

상기 무선 센서 모듈은, 복수의 센서와 각각 연결될 수 있는 복수의 단자, 상기 복수의 단자 중 적어도 하나와 연결된 센서를 구동하기 위한 센서 인터페이스 IC(Integrated Circuit), 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 획득하는, 제어 IC를 포함한다.

이때, 상기 무선 센서 모듈은, 상기 제어 IC가 대기 상태인 동안, 상기 싱크 노드로부터 웨이크업 신호를 수신하는, 웨이크업 IC를 더 포함한다. 그리고, 상기 웨이크업 IC는, 상기 싱크 노드로부터 상기 웨이크업 신호가 수신되면, 상기 제어 IC를 상기 대기 상태에서 동작 상태로 전환시키고, 상기 제어 IC는, 상기 동작 상태로 전환됨에 따라, 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 상기 싱크 노드로 전송한다.

한편, 상기 싱크 노드는, 상기 복수의 센서 노드 중 사용자가 요청한 센싱 데이터에 대응되는 적어도 하나의 센서 노드를 식별하고, 상기 식별된 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있다.

이때, 상기 싱크 노드는, 상기 복수의 센서 노드로부터 상기 복수의 센서 노드 각각에 연결된 센서에 대한 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 기반으로, 상기 복수의 센서 노드 중 상기 사용자가 요청한 센싱 데이터를 측정하기 위한 센서와 연결된 적어도 하나의 센서 노드를 식별할 수 있다.

또한, 상기 싱크 노드는, 상기 복수의 센서 노드 중 상기 식별된 센서 노드를 활성화시키기 위한 웨이크업 신호를 상기 식별된 센서 노드로 전송하고, 상기 웨이크업 신호에 따라 활성화된 상기 센서 노드로부터 상기 센싱 데이터를 수신할 수 있다.

본 개시에 따른 무선 센서 네트워크는, 복수의 무선 센서 모듈로부터 센싱 데이터를 제공받음에 있어, 복수의 무선 센서 모듈 각각에서 소모되는 전력은 물론 복수의 무선 센서 모듈 각각과의 통신에 소모되는 전력 소모를 절감할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 5a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 5b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따라 복수의 센서 인터페이스 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따라 에너지 하베스팅 모듈로부터 에너지를 공급받는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따라 아날로그 센서 및 디지털 센서와 모두 연결될 수 있는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도, 그리고
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 싱크 노드의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당해 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.

또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안 된다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한되어서는 안 된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 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.

본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결뿐만 아니라, 다른 매체를 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다는 의미는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

무선 센서 네트워크(1000)는 각각 하나 이상의 센서와 연결된 무선 센서 모듈(100-1, 2, 3), 중계 장치(200-1), 사용자 단말(200-2), 서버(300) 등을 포함할 수 있다.

이때, 하나의 무선 센서 모듈 및 해당 무선 센서 모듈에 연결된 하나 이상의 센서는 하나의 “센서 노드”를 구성한다. 즉, 상술한 무선 센서 모듈들(100-1, 2, 3)은 각각 하나의 센서 노드에 해당한다.

센서 노드는, 주변 환경에 대한 정보를 센싱하여 센싱 데이터를 획득하고, 이를 적어도 하나의 외부 장치로 전송하기 위한 노드이다. 관련하여, 센서 노드를 구성하는 무선 센서 모듈에 대한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 9를 통해 후술한다.

한편, 중계 장치(200-1), 사용자 단말(200-2) 등은 각각 하나의 “싱크 노드”에 해당한다.

싱크 노드는, 적어도 하나의 센서 노드의 센싱 데이터를 모니터링하기 위한 노드이다. 또한, 싱크 노드는, 적어도 하나의 다른 싱크 노드 또는 서버 등 외부 장치로 센싱 데이터를 공유하기 위한 노드이기도 하다.

특히, 배터리 등을 통해 전원을 공급받는 센서 노드가 센싱 데이터를 제공하기 위한 디스플레이 등을 자체적으로 구비하는 경우, 높은 소비 전력으로 인해 장기간 구동에 어려움이 있는 반면, 본 개시의 무선 센서 네트워크(1000)와 같이 별도의 싱크 노드가 이용되는 경우, 센서 노드가 자체적으로 디스플레이 등을 구비할 필요가 없으므로 배터리 교체나 충전 없이 장기간 구동이 가능하다.

중계 장치(200-1) 및 사용자 단말(200-2) 등은 각각 적어도 하나의 센서 노드와 BLE(Bluetooth Low Energy) 방식으로 통신을 수행하여 센싱 데이터를 획득할 수 있다.

사용자 단말(200-2)은 스마트폰, 태블릿 PC, 원격 제어 장치 등으로 구현되거나 또는 스마트 워치, 스마트 글래스 등 웨어러블 장치로 구현될 수 있다.

사용자 단말(200-2)은 BLE 방식을 통해 적어도 하나의 센서 노드와 직접 연결되거나 또는 중계 장치(200-1)를 통한 간접 통신 방식으로 적어도 하나의 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신할 수도 있다. 이때, 사용자 단말(200-2)은 중계 장치(200-1)와 블루투스, BLE, 와이파이 등의 방식으로 직접 연결되거나 또는, 와이파이, LTE, 5G 등을 통해 인터넷 등의 네트워크(ex. 서버(300) 포함)를 거쳐 중계 장치(200-1)와 연결될 수도 있다.

서버(300)는 다양한 네트워크를 통해 하나 이상의 싱크 노드(ex. 중계 장치(200-1), 사용자 단말(200-2) 등)와 연결될 수 있다. 서버(300)는 적어도 하나의 웹 페이지, 애플리케이션 등을 통해 상술한 싱크 노드는 물론 외부의 다양한 단말 기기와 연결되어 센싱 데이터 내지는 관련 정보를 공유할 수 있다.

네트워크는 영역 또는 규모에 따라 개인 통신망(PAN; Personal Area Network), 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등일 수 있으며, 네트워크의 개방성에 따라 인트라넷(Intranet), 엑스트라넷(Extranet), 또는 인터넷(Internet) 등을 포함할 수 있다.

중계 장치(200-1)는 서버(300)를 포함하는 네트워크에 접속하기 위한 적어도 하나의 액세스 포인트에 해당할 수 있다. 이때, 사용자 단말(200-2)은 중계 장치(200-1)를 통해 서버(300)와 연결될 수도 있다.

또는, 중계 장치(200-1)는 적어도 하나의 게이트웨이 장치 내지는 공유기 등을 통해 서버(300)를 포함하는 네트워크에 접속할 수도 있다.

여기서, 게이트웨이 장치는, BLE, WiFi, Zigbee 등의 단거리 통신을 기반으로 센싱 데이터를 모니터링하는 싱크 노드의 센싱 데이터를 적어도 하나의 광역 네트워크에 전달하기 위한 네트워크 확장 기기를 의미할 수 있다.

게이트웨이 장치는, 단순히 센싱 데이터를 적어도 하나의 외부 네트워크로 전달하는 기기일 수도 있으나, 그 자체로 서버의 역할을 수행할 수도 있다.

일 예로, 게이트웨이 장치는 임베디드 OS가 탑재된 라즈베리 파이(Raspberry PI) 또는 Node MCU와 같은 마이크로 프로세서 보드를 포함할 수 있다.

이때, 게이트웨이 장치는 I²C 등의 시리얼 인터페이스를 통해 싱크 노드로부터 센서 노드의 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 센싱 데이터를 외부 네트워크로 전송할 수 있다. 그 결과, 게이트웨이 장치는 사전에 설정된 도메인(혹은 IP 주소)을 통해 센싱 데이터를 공유할 수 있으며, 해당 네트워크에 연결된 다양한 단말 기기가 센싱 데이터를 모니터링할 수 있다.

한편, 사용자 단말(200-2)이 BLE를 기반으로 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신한 뒤, 이동 통신 내지는 인터넷 등을 통해 센싱 데이터를 서버(300)로 전송하는 경우, 사용자 단말(200-2)은 싱크 노드이면서 동시에 게이트웨이 장치에 해당하는 것으로 이해될 수도 있다.

무선 센서 네트워크(1000)는, 스마트 팜 네트워크, 스마트 팩토리 네트워크, 스마트 시티 네트워크, 홈 네트워크 등 다양한 용도의 IoT 네트워크에 해당할 수 있다.

일 예로, 무선 센서 네트워크(1000)가 스마트 팜 네트워크인 경우, 각 무선 센서 모듈은 농작물의 성장 환경과 관련된 다양한 정보(ex. 온도, 습도, 일조량 등)를 측정하기 위한 센서들과 연결될 수 있다.

일 예로, 무선 센서 네트워크(1000)가 스마트 팩토리 네트워크인 경우, 각 무선 센서 모듈은 공정과 관련된 다양한 정보(ex. 에러 발생 여부, 공정 속도, 생산량 등)를 측정/획득/분석하기 위한 센서들과 연결될 수 있다.

일 예로, 무선 센서 네트워크(1000)가 스마트 시티 네트워크인 경우, 각 무선 센서 모듈은 도시 관리와 관련된 다양한 정보(ex. 전기/가스 사용량, 건물의 에너지 소모량, 발전 장치의 에너지 공급량, 실내의 온도/습도, 교통량 등)를 측정/획득/분석하기 위한 센서들과 연결될 수 있다.

이하 도 2 내지 도 9를 통해 각 센서 노드를 구성하는 무선 센서 모듈의 구성 및 동작과 관련된 다양한 실시 예를 설명한다.

도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 무선 센서 모듈(100)은 복수의 센서와 연결되기 위한 복수의 단자, 상기 복수의 단자와 연결되는 센서 인터페이스 IC(110), 제어 IC(120), 등을 포함할 수 있다.

복수의 단자 각각에는, 다양한 종류의 센서가 연결될 수 있다. 예를 들어, 가스 농도, 온도, 습도, 조도, 미세먼지 농도, 풍향, 풍속, 강우, pH, 유량, 압력 등 다양한 요소를 측정하기 위한 센서들이 단자 별로 연결될 수 있다. 이때, 센서들은 각 단자에 탈부착 방식으로 연결될 수 있도록 구현될 수 있다.

연결되는 센서의 종류에 따라 무선 센서 모듈은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 무선 센서 모듈은 스마트 팜, 스마트 팩토리, 스마트 시티 등 다양한 IoT 시스템을 구성하는 센서 장치로 동작할 수 있다.

센서 인터페이스 IC(110)는 복수의 단자 중 적어도 하나에 연결된 센서를 구동하기 위한 회로 내지는 칩으로 구성된다.

센서 인터페이스 IC(110)는 센서의 구동 여부, 구동 주기 등을 연결된 센서 별로 제어할 수 있다.

또한, 센서 인터페이스IC(110)는 연결된 센서의 (아날로그) 출력을 디지털 형태로 변환하여 제어 IC(120)로 전달할 수도 있다.

제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동하도록 센서 인터페이스 IC(110)를 제어하기 위한 회로 내지는 칩으로 구성된다.

제어 IC(120)는 센서 인터페이스 IC(110)를 통해 적어도 하나의 센서를 구동시키는 한편, 센서의 센싱 데이터를 획득할 수 있다.

제어 IC(120)는 적어도 하나의 외부 장치와 통신을 수행하기 위한 적어도 하나의 회로를 포함할 수도 있다.

여기서, 외부 장치는 도 1을 통해 도시 및 설명한 중계 장치(200-1), 사용자 단말(200-2)과 같은 싱크 노드일 수 있다.

제어 IC(120)는 블루투스, 와이파이, LTE, 5G 등의 다양한 무선 통신 방식을 통해 싱크 노드와 연결될 수 있다.

소모 전력을 절감하기 위한 대표적인 예로, 제어 IC(120)는 BLE(Bluetooth Low Energy) 방식을 통해 센싱 데이터를 싱크 노드에 해당하는 적어도 하나의 외부 장치로 전송할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제어 IC(120)는 적어도 하나의 프로세서 및 통신부를 각각 포함할 수 있다.

프로세서는 센서 인터페이스 IC(110) 및 통신부 등 무선 센서 모듈(100)에 포함되는 다양한 구성을 전반적으로 제어하기 위한 구성이다.

일 예로, 프로세서는 마이크로 프로세서로 구현되는 한편 UART, 12C, SPI 등 임베디드 시스템에서 보편적으로 사용되는 시리얼 인터페이스 혹은 기타 다양한 프로토콜 등을 이용하여 무선 센서 모듈(100) 내 각 구성을 제어할 수 있다.

통신부는 적어도 하나의 싱크 노드와 통신을 수행하기 위한 구성으로, 상술한 다양한 방식(ex. BLE, WiFi 등)으로 싱크 노드와 통신을 수행하기 위한 모듈 내지는 회로에 해당한다. 또한, 통신부는 적어도 하나의 게이트웨이 장치와 유선 또는 무선을 통신을 수행하기 위한 회로를 더 포함할 수도 있다.

한편, 무선 센서 모듈(100)이 도 1에 도시된 구성 외에 다양한 구성들을 더 포함하는 실시 예도 물론 가능하다. 예를 들어, 무선 센서 모듈(100)은 후술할 웨이크업 IC(130), 배터리(140) 등을 더 포함할 수 있으며, 센싱 값이 정상 범위를 벗어남에 따라 알림 내지는 경보를 제공하기 위한 적어도 하나의 스피커, 부저(Buzzer), 진동 모터, LED(Light Emitting Diode) 등도 포함할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제어 IC(120)는, 게시(advertising) 모드 및 비콘(beacon) 모드 중 하나의 모드로 동작할 수 있다.

게시 모드는 싱크 노드에 해당하는 적어도 하나의 외부 장치와 페어링을 수행하고, 페어링된 외부 장치와 일대일로 데이터를 주고받는 방식으로 센싱 데이터를 전송하기 위한 모드이다.

게시 모드 상에서, 제어 IC(120)는 무선 센서 모듈(100)의 적어도 하나의 단자에 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 게시(advertising) 신호를 출력(broadcasting)할 수 있다.

이때, 센서에 대한 정보는, 센서의 종류, 센서의 규격 등 센서의 식별 정보를 포함할 수 있다.

게시 신호는, 연결된 센서에 대한 정보 외에 무선 센서 모듈(100)의 식별 정보를 더 포함할 수 있다.

그리고, 출력된 게시 신호에 응답하는 신호가 적어도 하나의 외부 장치로부터 수신되면, 제어 IC(120) 및 해당 외부 장치 간의 페어링(ex. BLE connection)이 수행될 수 있다.

여기서, 외부 장치(싱크 노드)로부터 수신되는 (응답) 신호에는, 페어링 요청, 싱크 노드에 해당하는 외부 장치의 식별 정보, 연결된 센서와 관련된 파라미터 정보 등이 포함될 수 있다.

파라미터 정보는, 센싱이 필요한 파라미터(ex. 가스 농도, 온도, 습도 등), 센싱 주기, 센싱 기간, 센싱 값의 정상 범위, 센싱 값의 비정상범위 등 수행될 센싱과 관련된 다양한 정보를 포함할 수 있다.

제어 IC(120)는 페어링 요청이 포함된 신호가 수신됨에 따라 외부 장치와의 페어링을 수행할 수 있다.

*페어링 이후, 제어 IC(120)는 BLE Attribute 프로토콜에 따라 외부 장치와 데이터를 교환할 수 있다.

이때, 제어 IC(120)는 연결된 센서의 센싱 데이터를 페어링된 외부 장치로 전송할 수 있다.

구체적인 예로, 제어 IC(120)는 수신된 신호에 포함되는 파라미터 정보에 따라 현재 센싱이 필요한 파라미터(ex. 온도, 습도, 가스 농도 등)를 선택하고, 연결된 적어도 하나의 센서 중 (해당 파라미터를 센싱할 수 있는) 선택된 센서만을 구동하도록 센서 인터페이스 IC(130)를 제어할 수도 있다.

그리고, 제어 IC(120)는 구동된 센서의 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다. 이렇듯, 파라미터 정보에 매칭되는 센서만이 구동되는 경우, 무선 센서 모듈(100)의 전력 소모가 절감될 수 있다.

게시 모드 상에서, 제어 IC(120)는 외부 장치로부터 다양한 제어 신호를 수신할 수도 있다.

예를 들어, 센싱의 대상이 되는 파라미터 정보를 변경하기 위한 제어 신호, 무선 센서 모듈(100)의 모드를 변경하기 위한 제어 신호, 무선 센서 모듈(100)의 기타 기능(ex. 스피커 또는 LED를 통한 알람 제공)을 제어하기 위한 제어 신호 등이 수신될 수 있다.

비콘 모드는, 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치가 수신할 수 있도록 센싱 데이터를 출력하기 위한 모드이다.

비콘 모드 상에서, 제어 IC(120)는 연결된 센서의 센싱 데이터를 획득하고, 획득된 센싱 데이터를 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치로 반복적으로 전송할 수 있다.

구체적으로, 제어 IC(120)는 센싱 데이터 및 무선 센서 모듈(100)의 식별 정보(ex. 고유 식별자)를 포함하는 신호를 반복적으로 출력할 수 있다.

만약, 가까운 범위에 복수의 무선 센서 모듈 각각에 해당하는 복수의 센서 노드가 있는 경우, 싱크 노드는 각 센서 노드로부터 수신된 신호에 포함된 식별 정보를 통해 각 신호의 출처(ex. 센싱 데이터를 송신한 센서 노드)를 구분할 수 있다.

비콘 모드 상에서, 제어 IC(120)는 iBeacon, Eddystone, ALT Beacon 등 기존에 정의되어 있는 표준 비콘 포맷 또는 임의의 포맷으로 센서의 센싱 데이터를 송신하며, 해당 정보는 비콘 스캐너로 동작하는 적어도 하나의 외부 장치를 통해 확인될 수 있다. 이 경우, 무선 센서 모듈(100)의 송신 범위 내에 위치하는 외부 장치만이 센싱 데이터를 스캐닝할 수 있다.

비콘 모드 상에서, 제어 IC(120)는 외부 장치와의 페어링과 같은 별도의 연결 과정을 거치지 않을 수 있다. 즉, 제어 IC(120)를 통해 출력되는 센싱 데이터는 하나 이상의 외부 장치에서 동시에 확인될 수 있다. 단, 제어 IC(120)의 송신 주기와 외부 장치의 스캔 주기가 일치하지 않는 시점에는 센싱 데이터가 전송되지 않을 수도 있다.

한편, 제어 IC(120)는 연결된 센서의 센싱 값의 정상 범위를 식별하고, 센싱 값이 정상 범위를 벗어나는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 센싱 값의 정상 범위는 센서 별로 기설정된 값일 수 있다.

일 예로, 제어 IC(120)는, 센서의 센싱 값이 정상 범위 내인 경우 기설정된 제1 주기로 센싱 값을 획득하여 싱크 노드로 전송할 수 있고(ex. IDLE 모드), 센서의 센싱 값이 정상 범위를 벗어나는 경우 상술한 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 센싱 값을 획득하여 센서 노드로 전송할 수 있다(ex. FAST 모드).

한편, 이하 도 3a 내지 도 3b를 통해서는, 센서가 연결됨에 따라 외부 장치로 센싱 데이터를 전송하는 제어 IC(120)의 동작 예들을 설명한다.

도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘이다. 도 3a는 제어 IC(120)가 게시 모드로 동작하는 경우를 전제로 한다.

도 3a를 참조하면, 적어도 하나의 센서가 연결됨에 따라(S310 - Y), 제어 IC(120)는 센서에 대한 정보를 포함하는 게시 신호를 브로드캐스팅 할 수 있다(S320).

구체적으로, 제어 IC(120)는, 연결된 센서의 구성이 변경됨에 따라, 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 포함하는 게시 신호를 출력할 수 있다.

예를 들어, 기존에 연결되어 있지 않던 센서가 추가로 연결되거나 또는 기존에 연결된 센서 중 적어도 하나가 제거되는 경우, 연결된 센서의 구성이 변경된 것으로 식별될 수 있다.

그리고, 출력된 게시 신호에 응답하는 외부 장치(싱크 노드)의 신호가 수신됨에 따라, 제어 IC(120)는 싱크 노드와 페어링을 수행할 수 있다(S330).

페어링이 수행되면, 제어 IC(120)는 센서 인터페이스 IC(110)를 통해 센서를 구동할 수 있다(S340).

이때, 제어 IC(120)는, 연결된 센서들 중 싱크 노드로부터 수신된 신호에 포함되는 파라미터 정보에 매칭되는 센서만을 선택적으로 구동할 수 있다.

그리고, 제어 IC(120)는 센서의 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다(S350).

한편, 도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘이다. 도 2b는 제어 IC(120)가 비콘 모드로 동작하는 경우를 전제로 한다.

도 2b를 참조하면, 적어도 하나의 센서가 연결됨에 따라(S210' - Y), 제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동할 수 있다(S220').

그리고, 제어 IC(120)는 구동된 센서의 센싱 데이터를 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치로 반복적으로 전송할 수 있다(S230'). 구체적으로, 제어 IC(120)가 센싱 데이터를 포함하는 신호를 반복적으로 출력한 결과, 주변에 존재하는 외부 장치가 해당 신호를 통해 센싱 데이터를 획득할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈(100)은, 대기 상태에서 싱크 노드로부터 웨이크업 신호를 수신하는 웨이크업(Wake-up) IC를 더 포함할 수 있다.

관련하여, 도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

웨이크업 IC(130)는, 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안 적어도 하나의 싱크 노드로부터 웨이크업 신호를 수신할 수 있다. 이때, 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)와 동일한 주파수(ex. 2.4GHz)로 외부 장치와 통신을 수행할 수도 있으나, 다른 주파수 및/또는 다른 통신 방식으로 통신을 수행할 수도 있다.

웨이크업 신호가 수신되면, 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 대기 상태에서 동작 상태로 전환시킬 수 있으며, 그 결과, 제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동하도록 센서 인터페이스 IC(110)를 제어하고, 연결된 센서의 센싱 데이터를 싱크 노드인 외부 장치로 전송할 수 있다.

도 5a 내지 도 5b는 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작과 관련된 실시 예들을 설명하기 위한 알고리즘이다.

먼저, 도 5a는 (활성화된) 제어 IC(120)가 게시 모드로 동작하도록 구현된 경우를 가정한 것이다.

도 5a를 참조하면, 적어도 하나의 외부 장치(싱크 노드)로부터 웨이크업 신호가 수신됨에 따라(S510), 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 활성화시킬 수 있다(S520).

구체적으로, 웨이크업 IC(130)는, 미세 전류를 통해 웨이크업 신호를 감지할 수 있는 신호 감지 회로를 포함할 수 있다.

그리고, 웨이크업 신호가 감지되는 경우, 웨이크업 IC(130)는 기존에 대기 상태이던 제어 IC(120)를 활성화시켜 동작 상태로 전환시킬 수 있다.

대기 상태인 경우, 제어 IC(120)는 전력을 소모하지 않거나 초절전 모드로 동작할 수 있다. 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안, 센서 인터페이스 IC(110) 및 연결된 센서 역시 대기 상태(전력을 소모하지 않거나 초절전 모드로 동작)일 수 있다.

활성화되어 동작 상태로 전환된 제어 IC(120)는, 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 게시 신호를 출력할 수 있다(S530).

그리고, 게시 신호에 응답하는 신호가 싱크 노드인 외부 장치로부터 수신되면, 제어 IC(120)는 싱크 노드와 페어링을 수행할 수 있다(S540). 이때, 싱크 노드로부터 수신된 신호에는, 파라미터 정보가 포함될 수 있다.

한편, 제어 IC(120)는 대기 상태 전후로 무선 센서 모듈(100)의 복수의 단자에 연결된 적어도 하나의 센서의 구성이 변경되었는지 식별할 수 있다. 즉, 대기 상태 전에 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서의 구성과 대기 상태 후에 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서의 구성이 동일한지 식별할 수 있다.

그리고, 연결된 센서의 구성이 변경된 경우, 제어 IC(120)는 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 해당 외부 장치로 전송할 수 있다.

이때, 변경된 구성의 센서에 대한 정보는 S530 단계에서 출력되는 게시 신호에 포함되어 있을 수도 있고, 또는, 페어링 직후 별도로 외부 장치로 전송될 수도 있다.

상술한 과정에 따라 페어링이 수행되면, 제어 IC(120)는 센서 인터페이스(110)를 통해 센서를 구동할 수 있다(S550). 이때, 제어 IC(120)는 외부 장치로부터 수신된 신호에 포함되는 파라미터 정보에 매칭되는 센서만을 선택적으로 구동하도록 센서 인터페이스(110)를 제어할 수 있다.

그리고, 제어 IC(120)는 구동된 센서의 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다(S560).

한편, 도 5b는 (활성화된) 제어 IC(120)가 비콘 모드로 동작하도록 구현된 경우를 가정한 것이다.

도 5b를 참조하면, 적어도 하나의 외부 장치로부터 웨이크업 신호가 수신됨에 따라(S510'), 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 활성화시킬 수 있다(S520').

이 경우, 활성화된 제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동하도록 센서 인터페이스 IC(110)를 제어하고(S530'), 센서의 센싱 데이터를 반복적으로 출력할 수 있다(S540'). 그 결과, 주변에 있는 적어도 하나의 외부 장치는 센싱 데이터를 수신할 수 있다.

이렇듯 웨이크업 IC(130)가 이용됨에 따라, 필요한 경우에만 싱크 노드로부터 웨이크업 신호가 수신되어 제어 IC(120) 및 센서 인터페이스 IC(110)가 활성화되므로, 무선 센서 모듈(100)의 전력 소모량이 감소할 수 있고, 이는 무선 센서 모듈(100)의 사용 기간 증가 및 소형화로 이어질 수 있다.

한편, 상술한 도 5a 내지 도 5b와 달리, 웨이크업 IC(130)가 외부 장치로부터 웨이크업 신호를 수신하는 동작 외에 적어도 하나의 신호를 외부로 출력하는 실시 예도 가능하다.관련하여, 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘이다.

도 6을 참조하면, 웨이크업 IC(130)는 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 신호를 출력할 수 있다(S610). 출력된 신호는, 연결된 센서의 종류, 식별 정보 등에 대한 정보가 포함될 수 있다.

이때, 웨이크업 IC(130)는 상대적으로 긴 주기로 해당 신호를 출력할 수 있으며, 주기를 길게 함으로써 웨이크업 IC(130)가 소모하는 전력 소모가 비교적 절감될 수 있다.

여기서, 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안 연결된 센서의 구성이 변경되었는지 여부를 식별할 수도 있다. 연결된 센서의 구성이 변경된 경우, 웨이크업 IC(130)는 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 포함하는 신호를 출력할 수 있다.

이후, 웨이크업 신호가 싱크 노드에 해당하는 외부 장치로부터 수신되면(S620), 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 활성화할 수 있다(S630).

구체적으로, 주변의 외부 장치는 웨이크업 IC(130)로부터 출력된 신호를 통해 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서를 식별할 수 있다. 그리고, 무선 센서 모듈(100)을 활성화시키기 위한 웨이크업 신호가 외부 장치로부터 웨이크업 IC(130)로 수신될 수 있다.

웨이크업 신호가 수신됨에 따라 활성화된 제어 IC(130)는 연결된 센서를 구동할 수 있다(S640).

그리고, 제어 IC(120)는 적어도 하나의 외부 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있다(S660).

여기서, 제어 IC(120)는 게시 모드 또는 비콘 모드로 동작할 수 있다.

일 예로, 제어 IC(120)가 게시 모드로 동작하는 경우, 제어 IC(120)는 게시 신호를 출력함으로써 적어도 하나의 외부 장치와 페어링 될 수 있다.

이 경우, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있다.

이때, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보를 이용하여 센싱이 필요한 파라미터를 식별할 수도 있다.

이 경우, 제어 IC(120)는 연결된 센서들 중 식별된 파라미터를 센싱하기 위한 센서만을 선택적으로 구동하도록 센서 인터페이스(110)를 제어할 수 있다.

또한, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보를 이용하여 센싱 주기 및/또는 센싱 기간을 식별하고, 식별된 센싱 주기 및/또는 센싱 기간에 따라 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다.

또한, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보를 이용하여 센싱 값의 정상 범위를 식별하고, 센서의 센싱 값이 정상 범위인 경우와 정상 범위가 아닌 경우의 센싱 데이터 전송 주기를 달리할 수도 있다.

다른 예로, 활성화된 제어 IC(120)는 비콘 모드로 동작할 수도 있다. 이 경우, 제어 IC(120)는 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있다.

여기서, 만약 웨이크업 IC(130)를 통해 수신되었던 웨이크업 신호에 파라미터 정보가 포함된 경우, 비콘 모드로 동작하는 제어 IC(120)가 해당 파라미터 정보에 따라 적어도 하나의 센서를 구동시키고 센싱 데이터를 외부로 출력할 수도 있다.

구체적으로, 제어 IC(120)는 웨이크업 신호에 포함된 파라미터 정보를 기반으로 센싱이 필요한 파라미터, 센싱 주기, 센싱 기간, 센싱 값의 정상 범위 등을 설정하여, 적어도 하나의 센서를 구동하는 한편 센싱 데이터를 반복적으로 외부로 출력할 수도 있다.

한편, 제어 IC(120)는 제어 IC(120)의 대기 상태 전후로 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서의 구성이 변경되었는지 여부를 식별할 수도 있다.

이 경우, 제어 IC(120)는 변경된 구성의 (연결된) 센서들 중 센싱이 필요한 파라미터를 센싱하기 위한 센서만을 선택적으로 구동할 수 있다.

도 6과 같이 제어 IC(120)가 비활성화된 동안 웨이크업 IC(130)가 (연결된) 센서에 대한 정보를 출력하는 경우, 설령 외부 장치(싱크 노드)가 제어 IC(120)와 페어링을 수행한 이력이 없더라도, 외부 장치는 제어 IC(120)와의 직접 통신을 수행하지 않고도 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서를 식별할 수 있다.

또한, 설령 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안 (연결된) 센서의 구성이 변경되더라도, 외부 장치는 웨이크업 IC(130)가 출력한 신호를 통해 현재 연결된 (변경된) 센서의 구성을 식별할 수 있으므로 아무런 문제가 발생하지 않는다는 장점이 있다.

이렇듯, 싱크 노드에 해당하는 외부 장치는 필요한 종류의 센서를 구비한 무선 센서 모듈에만 웨이크업 신호를 전송함으로써, 필요한 종류의 센서를 구비한 무선 센서 모듈의 제어 IC만을 선택적으로 활성화시킬 수 있고, 이는 무선 센서 모듈(100)을 포함하여 무선 센서 네트워크(1000)에 연결될 수 있는 각 무선 센서 모듈들의 전력 절감으로 이어질 수 있다.

한편, 도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따라 복수의 센서 인터페이스 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 무선 센서 모듈(100)은 복수의 센서 인터페이스(110-1, 2)를 포함할 수 있으며, 각 센서 인터페이스는 다양한 센서를 구동할 수 있다.

일 실시 예로, 웨이크업 IC(130)에 의해 활성화된 제어 IC(120)는, 각 센서 인터페이스에 연결된 센서를 식별할 수 있다.

이때, 제어 IC(120)는 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보에 따라 현재 센싱이 필요한 파라미터를 식별할 수 있다. 그리고, 제어 IC(120)는 복수의 센서 인터페이스 IC(110-1, 2, …) 중 현재 센싱이 필요한 파라미터의 센서와 연결된 센서 인터페이스 IC만을 선택적으로 활성화할 수 있다.

그 결과, 복수의 센서 인터페이스 IC(110-1, 2, …)의 전력 소모가 절감될 수 있다.

한편, 비록 상술한 도면들을 통해 도시되지는 않았으나, 무선 센서 모듈(100)은 각 구성에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 배터리를 포함할 수 있다.

배터리는 외부에 구비된 적어도 하나의 배터리, 발전 장치, 발전소/변전소 등 다양한 에너지 소스로부터 유선 또는 무선으로 에너지를 공급받을 수 있다.

일 예로, 배터리는 외부에 구비된 적어도 하나의 에너지 하베스팅 모듈과 연결될 수도 있다.

에너지 하베스팅 모듈은, 태양광 발전 장치, 풍력 발전 장치, 지열 발전 장치 등일 수 있으나, 이 밖에도 진동, 전파 등을 이용하여 에너지를 수집하는 다양한 장치에 해당할 수 있다.

관련하여, 도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따라 에너지 하베스팅 모듈로부터 에너지를 공급받는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 무선 센서 모듈(100)은 에너지 하베스팅 모듈(800)과 연결된 배터리(140)를 포함할 수 있다.

배터리(140)는 에너지 하베스팅 모듈(800)을 통해 수집된 에너지를 센서 인터페이스 IC(110), 제어 IC(120) 및 웨이크업 IC(130) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈은, 아날로그 센서 및 디지털 센서를 포함하는 다양한 종류의 센서와 연결될 수 있다.

관련하여, 도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따라 아날로그 센서 및 디지털 센서와 모두 연결될 수 있는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 9를 참조하면, 아날로그 센서들은 센서 인터페이스 IC(110)와 연결될 수 있으며, 이때 센서 인터페이스 IC(110)는 아날로그 센서들의 출력을 디지털 형태로 변환하여 제어 IC(120)로 전달할 수 있다.

이를 위해, 센서 인터페이스 IC(110)는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

그리고, 도 9을 참조하면, 적어도 하나의 디지털 센서가 무선 센서 모듈(100)의 디지털 단자를 통해 연결된 경우, 디지털 센서는 제어 IC(120)와 직접 연결될 수 있다.

그 결과, 제어 IC(120)는 아날로그 센서 및 디지털 센서를 모두 구동할 수 있으며, 아날로그 센서 및 디지털 센서의 출력을 각각 획득할 수 있다.

다만, 도 9와 달리, 디지털 센서가 센서 인터페이스 IC(110)에 직접 연결되는 실시 예도 물론 가능하다.

한편, 도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 싱크 노드의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 10을 통해 설명되는 싱크 노드의 동작은, 서버(300)와의 통신을 전제로 싱크 노드 상에서 실행되는 적어도 하나의 애플리케이션을 통해 수행되는 것일 수 있다.

여기서, 싱크 노드는 상술한 중계 장치(200-1), 사용자 단말(200-2) 등에 해당할 수 있다.

도 10을 참조하면, 싱크 노드는 복수의 센서 노드 중 사용자가 요청한 센싱 데이터에 대응되는 센서 노드를 식별할 수 있다(S1010).

*먼저, 싱크 노드는, 복수의 센서 노드(ex. 100-1, 2, 3) 각각으로부터 복수의 센서 노드 각각에 연결된 센서에 대한 정보를 수신함으로써, 복수의 센서 노드 각각에 연결된 센서를 식별할 수 있다.

일 예로, 싱크 노드는 주기적으로 복수의 센서 노드 각각으로부터 복수의 센서 노드 각각에 연결된 센서에 대한 정보를 수신할 수 있다.

이를 위해, 싱크 노드는 주기적으로 복수의 센서 노드 각각과 페어링을 수행하는 한편 연결된 센서에 대한 정보를 요청할 수 있다.

이 경우, 싱크 노드는 각 센서 노드에 연결된 센서를 식별할 수 있을 뿐만 아니라, 각 센서 노드에 발생한 문제를 식별할 수도 있다.

일 예로, 특정한 센서 노드에 연결되어 있던 센서에 문제가 생기거나 연결이 끊기는 경우, 싱크 노드는 해당 센서 노드로부터 수신된 정보에 따라 해당 센서 노드에 연결된 센서의 구성이 변경되었음을 인식하고, 특정 센서의 연결에 문제가 생긴 것으로 판단할 수 있다. 또는, 싱크 노드로부터 변경된 센서의 구성에 대한 정보를 수신한 서버가 문제를 인식할 수도 있다.

또는, 싱크 노드는 사용자 입력에 따라 복수의 센서 노드 각각에 연결된 센서를 식별할 수도 있다.

여기서, 사용자 입력은 사용자 단말(200-2)로 구현된 센서 노드를 통해 직접 입력되거나 또는 센서 노드와 직/간접적으로 연결된 다른 센서 노드를 통해 입력될 수 있다.

일 예로, 각 센서 노드에 하나 이상의 센서를 물리적으로 연결한 사용자가, 사용자 단말에서 실행된 애플리케이션을 통해 각 센서 노드에 연결된 센서에 대한 정보를 입력할 수 있다.

상술한 실시 예들에 따라 복수의 센서 노드 각각에 연결된 센서가 식별된 상태에서, 싱크 노드는, 복수의 센서 노드 중 사용자가 요청한 센싱 데이터를 측정하기 위한 센서와 연결된 적어도 하나의 센서 노드를 식별할 수 있다.

사용자가 요청한 센싱 데이터는, 특정한 파라미터(ex. 가스 농도, 온도, 습도 등)를 측정하기 위한 센싱 데이터일 수 있다. 또한, 사용자가 요청한 센싱 데이터는, 특정한 장소, 특정한 기간, 특정한 주기 등에 따라 측정되는 센싱 데이터일 수도 있다.

사용자가 요청한 센싱 데이터에 대한 정보는, 서버(300)로부터 수신되거나 또는 다른 싱크 노드로부터 수신될 수 있다. 일 예로, 중계 장치(200-1)는 사용자 단말(200-2)로부터 사용자가 요청한 센싱 데이터에 대한 정보를 수신할 수 있다.

싱크 노드가 사용자 단말(200-2)인 경우, 사용자가 요청한 센싱 데이터에 대한 정보는 사용자 단말(200-2)에 입력된 사용자 명령에 따라 생성될 수 있다.

일 실시 예로, 사용자 단말(200-2)에 수신된 사용자의 터치 입력 등에 따라 센싱 데이터의 종류(파라미터), 측정 장소, 측정 기간, 측정 주기 등이 설정될 수 있다. 여기서, 사용자 단말(200-2)은 설정된 센싱 데이터의 종류, 장소, 시간 구간 등에 따라 적어도 하나의 센서 노드를 식별할 수 있다.

예를 들어, 사용자의 터치 입력에 따라 “거실”의 “미세먼지 농도”에 대한 센싱 데이터가 요청된 경우, 사용자 단말(200-2)은 거실에 위치하고 미세먼지 농도 측정용 센서가 부착된 적어도 하나의 센서 노드를 식별할 수 있다.

그리고, 싱크 노드는 식별된 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있다(S1020).

즉, 싱크 노드는, 복수의 센서 노드 중 식별된 센서 노드에만 센싱 데이터를 요청하여 수신할 수 있다.

예를 들어, 사용자 단말(200-2)을 통해 집 안의 실시간 온도의 센싱 값을 제공받고자 하는 사용자 명령이 수신되는 경우, 사용자 단말(200-2)은 복수의 센서 노드 중 온도 센서와 연결된 센서 노드와 통신을 수행하여 센싱 데이터(실시간 온도)를 수신할 수 있다.

한편, 일 실시 예로, 무선 센서 네트워크(1000)에 포함되는 복수의 센서 노드에 해당하는 복수의 무선 센서 모듈(100-1, 2, 3, …)이 각각 웨이크업 IC를 포함하는 경우를 가정한다.

이 경우, 싱크 노드는, 복수의 센서 노드 중 식별된 센서 노드를 활성화하기 위한 웨이크업 신호만을 출력할 수 있다.

그리고, 싱크 노드는, 웨이크업 신호에 따라 활성화된(ex. 무선 센서 모듈의 제어 IC가 대기 상태->동작 상태) 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있다.

예를 들어, 사용자 단말(200-2)을 통해 집 안의 실시간 온도의 센싱 값을 제공받고자 하는 사용자 명령이 수신되는 경우, 사용자 단말(200-2)은 온도 센서와 연결된 센서 노드에만 웨이크업 신호를 전송할 수 있다.

이때, 해당 센서 노드에 포함된 무선 센서 모듈의 제어 IC가 활성화될 수 있으며, 제어 IC는 연결된 센서(ex. 온도 센서)의 센싱 값을 사용자 단말(200-2)로 전송할 수 있다.

다만, 사용자 단말(200-2)이 서버(300) 및 중계 장치(200-1)를 통해 센서 노드와 연결된 경우, 사용자 단말(200-2)의 요청에 의해 중계 장치(200-1)가 무선 센서 모듈(100-2)에 웨이크업 신호를 전송할 수도 있다. 이때, 사용자 단말(200-2)의 요청은 서버(300)를 통해 중계 장치(200-1)로 전송될 수 있다.

이 경우, 중계 장치(200-1)는 센서 노드로부터 수신된 센싱 데이터(ex. 실시간 온도)를 서버(300)를 통해 사용자 단말(200-2)로 전송할 수 있다.

한편, 싱크 노드는, 식별된 센서 노드로, 사용자가 요청한 센싱 데이터에 대한 정보를 전송할 수도 있다.

구체적으로, 싱크 노드는, 활성화된 센서 노드의 제어 IC와의 페어링 과정에서, 사용자가 요청한 센싱 데이터에 대한 정보를 센서 노드로 전송할 수 있다.

이 경우, 센서 노드는, 센서 노드에 연결된 복수의 센서 중, 사용자가 요청한 센싱 데이터를 측정하기 위한 센서의 센싱 데이터만을 싱크 노드로 전송할 수도 있다.

예를 들어, 사용자로부터 집 안의 실시간 온도가 요청된 경우, 사용자 단말(200-2)은 센싱 데이터의 종류(ex. 온도) 및 센싱 주기(ex. 실시간)에 대한 정보를 온도 센서와 연결된 센서 노드로 전송할 수 있다.

이 경우, 센서 노드는, 센서 노드에 연결된 복수의 센서 중 온도 센서만을 실시간으로 구동하여 실시간 온도를 측정하고, 측정된 실시간 온도에 대한 데이터를 사용자 단말(200-2)로 전송할 수 있다.

이렇듯, 무선 센서 네트워크(1000)에 포함된 복수의 센서 노드 중 센싱이 필요한 몇몇 센서 노드만이 활성화되어 BLE 기반으로 센싱 데이터가 공유될 수 있으므로, 무선 센서 네트워크(1000)의 소모 전력이 절감될 수 있다.

이밖에, 싱크 노드인 사용자 단말(200-2)은 적어도 하나의 애플리케이션을 통해 다양한 동작을 수행할 수 있다.

일 실시 예로, 사용자 단말(200-2)은 적어도 하나의 센서 노드의 센싱 값이 기설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 센싱 값과 관련된 알림 내지는 경고를 제공할 수도 있다.

또한, 일 실시 예로, 무선 센서 네트워크(1000)에 동일한 종류의 센싱 데이터를 측정하기 위한 센서를 각각 포함하는 센서 노드가 복수 개 포함된 경우를 가정할 수 있다.

이 경우, 사용자 단말(200-2)은 복수 개의 센서 노드 중 하나 또는 소수의 센서 노드만을 구동(또는 활성화)하여 센싱 데이터를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 다만, 모니터링된 센싱 데이터의 센싱 값이 기설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 사용자 단말(200-2)은 하나 이상의 나머지 센서 노드를 함께 구동하여 센싱 데이터를 확보할 수도 있다.

또한, 일 실시 예로, 사용자 단말(200-2)은 사용자 단말(200-2)의 위치를 식별하고, 식별된 위치와 가장 가까운 적어도 하나의 센서 노드로부터 센싱 데이터를 획득할 수도 있다.

이때, 사용자 단말(200-2)은 GPS(Global Positioning System), 와이파이/LTE 기반 위치 추적 등을 통해 사용자 단말(200-2)의 위치를 식별할 수 있다.

그리고, 사용자 단말(200-2)은 무선 센서 네트워크(1000)에 포함된 복수의 센서 노드 중 식별된 위치와 가장 가까운 적어도 하나의 센서 노드만을 활성화시킬 수 있다.

이 경우, 사용자 단말(200-2)은 활성화된 센서 노드의 센싱 데이터를 사용자에게 제공할 수 있다.

이렇듯, 무선 센서 네트워크(1000)는 사용자 단말(200-2)을 이용한 다양한 동작에 따라 상황에 맞는 적어도 하나의 센서 노드만을 선택적으로 구동하여 센싱 데이터를 사용자에게 제공할 수 있고, 그 결과 소모 전력이 절감될 수 있다.

한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 서로 저촉되지 않는 한 적어도 두 개의 실시 예가 결합되어 구현될 수 있다.

또한, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 본 개시에서 설명되는 실시 예들은 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛(unit) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상술한 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다.

한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 센서 모듈, 싱크 노드 등에서의 처리동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions) 또는 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어 또는 컴퓨터 프로그램은 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크(1000)에 포함되는 적어도 하나의 장치에서의 처리 동작을 상술한 특정 기기가 수행하도록 한다.

비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

1000: 무선 센서 네트워크 100, 100-1, 100-2, 100-3: 무선 센서 모듈
200-1: 중계 장치 200-2: 사용자 단말
300: 서버

Claims

무선 센서 네트워크에 있어서,
복수의 센서 노드;
BLE(Bluetooth Low Energy)를 기반으로, 상기 복수의 센서 노드 중 적어도 하나로부터 센싱 데이터를 수신하는 적어도 하나의 싱크 노드; 및
상기 싱크 노드와 통신을 수행하는 서버;를 포함하고,
상기 복수의 센서 노드 각각은,
적어도 하나의 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 무선 센서 모듈을 포함하고,
상기 싱크 노드는,
상기 복수의 센서 노드로부터 주기적으로 상기 복수의 센서 노드 각각에 연결된 센서에 대한 정보를 수신하고,
상기 수신된 정보를 기반으로, 상기 복수의 센서 노드 중 사용자가 요청한 센싱 데이터에 대응되는 적어도 하나의 센서 노드를 식별하고,
상기 식별된 센서 노드를 활성화시키기 위한 웨이크업 신호를 상기 식별된 센서 노드로 전송하고,
상기 웨이크업 신호에 따라 활성화된 상기 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신하고,
상기 무선 센서 모듈은,
상기 싱크 노드로부터 상기 웨이크업 신호가 수신되면, 대기 상태에서 동작 상태로 전환되어 상기 무선 센서 모듈에 연결된 적어도 하나의 센서를 구동하고,
상기 구동된 센서의 센싱 데이터를 상기 싱크 노드로 전송하고,
상기 무선 센서 모듈은,
상기 대기 상태 전후로 상기 무선 센서 모듈에 연결된 적어도 하나의 센서의 구성이 변경되었는지 식별하고,
상기 연결된 센서의 구성이 변경된 경우, 상기 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 상기 싱크 노드로 전송하고,
상기 무선 센서 모듈은,
복수의 센서와 각각 연결될 수 있는 복수의 단자;
상기 복수의 단자 중 적어도 하나와 연결된 센서를 구동하기 위한 센서 인터페이스 IC(Integrated Circuit);
상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 획득하는, 제어 IC; 및
상기 제어 IC가 대기 상태인 동안, 상기 싱크 노드로부터 웨이크업 신호를 수신하는, 웨이크업 IC;를 포함하고,
상기 웨이크업 IC는,
상기 싱크 노드로부터 상기 웨이크업 신호가 수신되면, 상기 제어 IC를 상기 대기 상태에서 동작 상태로 전환시키고,
상기 제어 IC는,
상기 동작 상태로 전환됨에 따라, 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 상기 싱크 노드로 전송하는, 무선 센서 네트워크.