KR102366156B1 - 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및 데이터 전송 방법 - Google Patents

협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템은, 외부의 서비스 서버와 IP 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 상기 서비스 서버로부터의 UDP 포트 또는 서비스 ID가 목적지로서 지정된 데이터 패킷을 하기 게이트웨이로 전달하는 프록시; 및 외부의 무선 센서 디바이스들과 무선 센서 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 전달받은 상기 데이터 패킷에 UDP 포트 또는 서비스 ID로 지정된 목적지에 해당하는 무선 센서 디바이스로 상기 데이터 패킷을 전송하는 게이트웨이를 포함할 수 있다.

Description

협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및 데이터 전송 방법{NETWORK RELAY SYSTEM AND DATA TRANSMISSION METHOD FOR NARROWBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 협대역 무선 통신 네트워크와 기 운영 중인 네트워크와 연계하는 것을 지원하는 네트워크 구성 방법에 관한 것으로, 특히, 장거리 무선 센서 네트워크에서 IP 네트워크와 연계를 원할하게 하는 네트워크 구성 방법에 관한 것이다.
IoT(Internet-of-Things) 또는 WoT(web of things) 시스템이라고도 불리는 M2M(Machine-[0003] to-Machine) 시스템은, 종종, 다양한 디바이스, 애플리케이션 및 서비스를 지원하기 위해 다양한 네트워킹 프로토콜이 이용되는 복수의 상호접속된 이종 네트워크를 포함한다. 이들 프로토콜들은, 각각이 하나의 상황이나 또 다른 상황에 맞게 최적화된, 상이한 기능들 및 피처들을 갖고 있다.
최근 한국전력에서 개발한 e-WSN는 자가통신망 구축방안의 일환으로 개발한 협대역 시스템으로서 380Hz UHF22 Ultra High Frequency 대역의 우수한 회절·투과성으로 인한 넓은 커버리지, QAM33 Quadrature Amplitude Modulation 변조방식을 사용하여 동일한 주파수에서의 TRS44 Trunked Radio Service기술대비 15배 빠른 전송속도, 면허대역 특성상 신호 간섭문제가 없어 상당한 장거리(km대)로 안정된 통신성능 제공이 가능하다.
이러한 e-WSN 시스템 기반으로 1초 미만 지연시간 및 안정성이 중요한 전력제어뿐만 아니라 다양한 IoT (Internet of Things) 사업에 활용되고 있으며 이를 통해 전력망 고도화를 위한 통신기술로 활용되어, 통신망 사용의 경제성을 높이고, 음영지역으로 인한 통신 미개통에 대한 문제를 해결할 수 있다.
e-WSN 시스템이 다양한 서비스의 플랫폼 및 서버와 연동되기 위해서는 IP(Internet Protocol)를 이용한 네트워크 방식이 적용되어야 한다. 반면 e-WSN은 다양한 전력설비 및 IoT에 적용되므로 디바이스에 독립적인 IP를 할당하기 위한 수량이 부족하고, 관리가 어렵다는 문제점이 있다. 또한 e-WSN은 협대역 기반의 센서네트워크이므로 IP 기반의 네트워킹 방식은 많은 오버헤드가 요구되므로 무선자원을 효율적으로 활용하기 어려운 단점이 있다.
한편, IP에 기반한 네트워크 시스템은 상당 부분 구축되어 있으며, e-WSN과 같은 무선 센서 네트워크를 연동하기 위해, 기 구축된 IP에 기반한 네트워크 장치들을 교체하여야 하는데 이는 상당한 비용 부담이며, 자원낭비가 아닐 수 없다.
대한민국 공개공보 10-2018-0034577호
본 발명은 무선 센서 네트워크와 IP 네트워크를 연계함에 있어서 디바이스들의 식별이 용이하고 무선자원을 효율적으로 사용하는 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및 데이터 전송 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 기 설치되거나 보급된 IP 네트워크 장비들을 교체없이 사용할 수 있는 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및 데이터 전송 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템은, 외부의 서비스 서버와 IP 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 상기 서비스 서버로부터의 UDP 포트 또는 서비스 ID가 목적지로서 지정된 데이터 패킷을 하기 게이트웨이로 전달하는 프록시; 및 외부의 무선 센서 디바이스들과 무선 센서 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 전달받은 상기 데이터 패킷에 UDP 포트 또는 서비스 ID로 지정된 목적지에 해당하는 무선 센서 디바이스로 상기 데이터 패킷을 전송하는 게이트웨이를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 게이트웨이는, 목적지 서비스 서버에 따라, 상기 무선 센서 디바이스에서 전송받은 정보에 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 함께 패키징할 수 있다.
여기서, 상기 게이트웨이는, 상기 프록시의 확장 슬롯에 장착되는 하드웨어 형태를 가질 수 있다.
여기서, 상기 무선 센서 디바이스는, 상기 게이트웨이와 UHF 주파수를 이용하는 협대역 무선 센서 네트워크를 형성하고, 상기 게이트웨이는 협대역 무선 센서 채널 ID로 상기 무선 센서 디바이스를 식별할 수 있다.
여기서, 상기 게이트웨이는, 상기 무선 센서 디바이스들의 각각의 협대역 무선 센서 채널 ID와 서비스 ID 및 UDP 포트 번호에 대한 매핑 관계가 기재된 매핑 테이블을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 게이트웨이는, 상기 서비스 ID에 해당하는 무선 센서 채널 ID가 상기 매핑 테이블에 존재하지 않으면, 무선 센서 네트워크상의 모든 디바이스에 데이터를 전송하고, 응답하는 디바이스에 대하여 상기 서비스 ID와의 매핑 관계를 추정하고, 상기 매핑 테이블에 기록할 수 있다.
여기서, 상기 프록시는, 광통신 기반의 배전 자동화 통신망을 위한 COT 및 RT이며, 상기 게이트웨이는 상기 RT에 부착되는 추가 하드웨어이며, 상기 무선 센서 디바이스는 배전 선로 전주에 설치된 FRTU 및 이에 연결된 무선 모뎀일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 협대역 무선 통신 시스템을 위한 데이터 전송 방법은, 게이트웨이에서 무선 센서 디바이스와 통신 세션을 생성하는 단계; 상기 무선 센서 디바이스에서 생성된 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계: 상기 게이트웨이에서 상기 무선 센서 디바이스의 물리 채널 ID에 해당하는 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 확인하고, 목적지 서버를 확인하는 단계; 상기 게이트웨이에서 상기 데이터와 상기 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 패키징하고, 상기 목적지 서버가 목적지로 지정된 업로드 패킷을 생성하는 단계; 상기 업로드 패킷을 프록시로 전송하는 단계; 및 상기 프록시에서 상기 목적지의 IP 주소로 상기 업로드 패킷을 발송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 업로드 패킷을 생성하는 단계에서는, 상기 게이트웨이가 상기 목적지 서버에 따라 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 선택하여 적용해 패키징할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 협대역 무선 통신 시스템을 위한 데이터 전송 방법은, 게이트웨이에서 무선 센서 디바이스와 통신 세션을 생성하는 단계; 프록시가 외부 서비스 서버로부터 IP 방식의 다운로드 패킷을 수신하는 단계; 상기 다운로드 패킷을 게이트웨이로 전달하는 단계; 상기 게이트웨이에서 상기 다운로드 패킷을 열어서 목적지의 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 획득하는 단계; 상기 게이트웨이에서 상기 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호에 해당하는 무선 센서 디바이스를 확인하는 단계; 및 상기 무선 센서 디바이스로 상기 다운로드 패킷에 실린 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 다운로드 패킷을 게이트웨이로 전달하는 단계에서는, 상기 다운로드 패킷의 TCP 포트로 식별되는 게이트웨이로 상기 다운로드 패킷을 전달할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및/또는 데이터 전송 방법을 실시하면, 무선 센서 네트워크와 IP 네트워크를 연계함에 있어서 무선 센서 디바이스들의 식별이 용이하고 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및/또는 데이터 전송 방법은, 기 설치되거나 보급된 IP 네트워크 장비들을 교체없이 연계 네트워크에 사용되게하는 이점이 있다.
본 발명의 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템 및/또는 데이터 전송 방법은, 특히, e-WSN의 무선구간에서는 Non-IP 네트워크 구성으로 인하여 IP의 수량 부족 및 관리가 어려운 문제 해결이 가능하고, 무선통신 구간에서 네트워크 구성에 필요한 무선 데이터 전송 과정을 최적화 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템을 기존의 전력 설비제어용 광 통신 IP망을 e-WSN 망에 연계하는 방식으로 구현한 경우를 도시한 네트워크 구성도.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템의 서비스 ID를 활용한 Non-IP 네트워크 구성 도.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템의 UDP 포트를 활용한 Non-IP 네트워크 구성도.
도 4는 도 1의 기존의 전력 설비제어용 광 통신 IP망을 반영하기 위해, 본 발명의 사상에 따른 연계 네트워크를 구성한 경우의 연결 관계도.
도 5는 e-WSN의 Non-IP 네트워크 구성의 실시예에서의 네트워크 연계를 위한 기능 블록들을 도시한 블록도.
도 6은 디바이스와 게이트웨이간 Session Creation 절차, Device Oriented Non-IP Data 전송 절차 및 Device Terminated IP Data 전송 절차에 대한 시퀀스 다이어그램.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 e-WSN의 무선전송구간 오버헤드를 최소화하여 전송효율을 극대화하기위한 방안에 관한 것으로 e-WSN이 적용된 시스템의 무선통신 구간(게이트웨이-디바이스) 네트워크는 CLink, 서버와의 간선망 구간(게이트웨이-서버)에서는 IP 기반 네트워크를 구성하기 위한 방안에 관한 것이다.
이러한 e-WSN의 네트워크 구성방식은 무선통신 구간에서는 e-WSN의 CLink를 이용하여 네트워크를 구성하고, 나머지 서버까지의 구간은 IP 기반 네트워크를 구성함으로써 무선구간에서의 오버헤드를 최소화하여 무선자원을 효율적으로 활용할 수 있는 기능이 적용되어 있다. 따라서 본 특허에서는 e-WSN 시스템에 적용된 네트워크 구성방식에 대해 제안한다.
본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템은, 외부의 서비스 서버와 IP 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 상기 서비스 서버로부터의 UDP 포트 또는 서비스 ID가 목적지로서 지정된 데이터 패킷을 하기 게이트웨이로 전달하는 프록시; 및 외부의 무선 센서 디바이스들과 무선 센서 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 전달받은 상기 데이터 패킷에 UDP 포트 또는 서비스 ID로 지정된 목적지에 해당하는 무선 센서 디바이스로 상기 데이터 패킷을 전송하는 게이트웨이를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템을 기존의 전력 설비제어용 광 통신 IP망을 e-WSN 망에 연계하는 방식으로 구현한 경우를 도시한 네트워크 구성도이다.
도시한 네트워크 구성에서 COT(4)는 DAS, FEP 등 서버(2)와 IP 네트워크를 형성하고, RT(5)는 내부에 본 발명의 사상에 따른 게이트웨이를 예컨대, RT 장비 내부의 확장 슬롯에 장착되는 보드 형태로 구비할 수 있다. 상기 게이트웨이는 본 발명의 사상에 따라 다른 전주의 디바이스(일종의 무선 센서임)(8)와 무선 센서 네트워크로서 e-WSN을 형성하며, 상기 COT가 형성한 IP 네트워크와의 연계(중계)를 지원한다.
예컨대, 기존에 이미 보급/설치된 COT/RT 장비들을 그대로 이용하면서, 단지 기설치된 RT에 확장 보드만을 장착하는 방식으로 본 발명의 게이트웨이를 구현하며, 전주들에 기설치된 FRTU에 무선 모뎀을 연결하는 것으로 본 발명의 무선 센서 디바이스를 구현할 수 있다.
또한, 일반적인 경우와 마찬가지로 상기 COT(4)는 IP 체계에서 TCP 포트 번호로 상기 RT(5)를 식별하며 광 케이블을 경유한 통신망을 형성한다.
본 발명의 사상에 따라, 디바이스(8)-게이트웨이-서버(4) 간에 네트워킹이 수행된다. e-WSN의 무선통신 구간(디바이스(8)-게이트웨이) 네트워크는 CLink로 구성되어 Non-IP로 동작할 수 있다.
IP 기반 네트워크로 구성된 서버(2)와 e-WSN을 연동하기 위해서는 Non-IP와 IP 구간 간의 연동 또는 매핑 과정이 필요하며 이러한 역활은 본 발명의 사상에 따라 게이트웨이에서 수행한다. 게이트웨이에서는 디바이스와는 Non-IP 네트워크를 구성하고 IP 기반의 서버와 연동하기 위하여 서비스 ID, UDP/TCP의 포트 및 IP 주소를 활용할 수 있다.
광통신 기반의 배전 자동화 통신망에서 e-WSN은 RT(5)(Remote Terminal)부터 디바이스(8)(FRTU, Feeder Remote Terminal Unit)까지 구간 무선통신에 활용될 수 있다. 기존 배전자동화 시스템에서 RT와 FRTU가 1대 1로 연결되어 시리얼 방식으로 통신하지만, e-WSN이 적용될 경우 게이트웨이와 디바이스가 1대 다 통신하므로 네트워킹이 필요하다. 이 과정에서 e-WSN 무선 모뎀은 데이터 송수신 과정에서 FRTU 주소 정보를 모니터링하고 디바이스와 디바이스의 주소를 매핑하여, 네트워킹에 활용한다.
이는 기존 RT-FRTU 가 1:1로 구성한 반면, 제안 기술에서는 게이트웨이에서 서비스 ID/Port 로 FRTU를 구분하여, 기존망 변동없이 RT-FRTU 1:N 통신 가능함을 의미한다.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템의 서비스 ID를 활용한 Non-IP 네트워크 구성 구조를 도시한다.
도시한 네트워크는, 서비스 서버(20); 상기 서비스 서버(20)와 IP 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 상기 서비스 서버로부터의 서비스 ID가 목적지로서 지정된 데이터 패킷을 하기 게이트웨이로 전달하는 프록시(40); 무선 센서 디바이스(80); 상기 무선 센서 디바이스(80)들과 무선 센서 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 전달받은 상기 데이터 패킷에 서비스 ID로 지정된 목적지에 해당하는 무선 센서 디바이스(80)로 상기 데이터 패킷을 전송하는 게이트웨이(60)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 센서 디바이스는, 상기 게이트웨이와 UHF 주파수를 이용하는 협대역 무선 센서 네트워크를 형성하고, 상기 게이트웨이는 협대역 무선 채널 ID로 상기 무선 센서 디바이스를 식별하는데, 협대역 무선 채널로서 도 1의 e-WSN을 적용하는 경우, 상기 무선 채널 ID는 CLink(한전의 메가대역 무선 센서 통신 프로토콜) ID이며, 상기 협대역 무선 센서 네트워크는 380Hz UHF 대역에 형성될 수 있다.
도 2의 구조는 게이트웨이와 디바이스 간 네트워크 구성 과정에서 서비스 ID를 활용하는 경우를 나타낸다. 도 1에서 RT 및 COT가 프로시(40)를 형성하고, 게이트웨이(60)는 도 1의 RT에 내장된 형태를 가질 수 있다.
도면의 실선이 Non-IP, 점선이 IP 구간을 나타낸다. Non-IP 데이터는 IP 구간 접점에서 IP 데이터그램으로 변환되고 IP 데이터그램은 Non-IP 구간 접점에서 해당 디바이스(80)의 Non-IP로 전달된다. 초기에 서버(20)와 디바이스(80)의 서비스가 통신하는 과정에서 게이트웨이(60)는 패킷을 모니터링하고(즉, 패킷을 열어서 페이로드에 실린 정보를 확인) 서비스에서 사용하는 서비스 ID를 확인하여 이를 무선 네트워킹 과정에서 활용한다. 서버(20)로부터 전송된 데이터는 게이트웨이(60)에서 서비스 ID를 확인하고 CLink ID와의 매핑 관계를 확인 후 해당 CLink ID를 갖는 디바이스로 데이터를 전송한다. 만약 서비스 ID에 해당하는 CLink ID가 없을 경우 게이트웨이(60)는 연계하는 무선 센서 네트워크상의 모든 디바이스에 데이터를 전송하고, 응답하는 디바이스를 통해서 해당 서비스 ID와 CLink ID 매핑 관계를 추정할 수 있다.
이를 위해, 상기 게이트웨이(60)는, 상기 무선 센서 디바이스(80)들의 각각의 CLink ID와 서비스 ID(및 UDP 포트 번호)에 대한 매핑 관계가 기재된 매핑 테이블을 구비할 수 있으며, 상기 추정된 매핑 관계를 상기 매핑 테이블에 기록할 수 있다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템의 UDP 포트를 활용한 Non-IP 네트워크 구성 구조를 도시한다. 도 1에서 RT 및 COT가 프로시(40-2)를 형성하고, 게이트웨이(60-2)는 도 1의 RT에 내장된 형태를 가질 수 있다.
도시한 네트워크는, 서비스 서버(22); 상기 서비스 서버(22)와 IP 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 상기 서비스 서버(22)로부터의 UDP 포트가 목적지로서 지정된 데이터 패킷을 하기 게이트웨이(60-2)로 전달하는 프록시(40-2); 무선 센서 디바이스(80); 상기 무선 센서 디바이스(80)들과 무선 센서 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 전달받은 상기 데이터 패킷에 UDP 포트로 지정된 목적지에 해당하는 무선 센서 디바이스(80)로 상기 데이터 패킷을 전송하는 게이트웨이(60-2)를 포함할 수 있다.
상기 서비스 서버(22)는 TCP/UDP에서 TCP 포트로 상기 RT(5)를 식별하고, UDP 포트로 상기 무선 센서 디바이스(80)를 식별할 수 있다.
도 3의 구성은 네트워킹 과정에서 UDP/TCP의 포트를 활용하는 경우를 나타낸다. 서버(22)와 디바이스(80)가 통신하는 과정에서 게이트웨이(60-2)는 UDP/TCP의 포트와 디바이스의 CLink ID 매핑하고 이를 무선 네트워킹 과정에서 활용한다. 이와 같은 구성이 활용되는 예는 NMS 서버에 의한 배전자동화의 네트워크 구성에 사용될 수 있다.
이를 위해, 상기 게이트웨이(60-2)는, 상기 무선 센서 디바이스(80)들의 각각의 CLink ID와 UDP 포트 번호에 대한 매핑 관계가 기재된 매핑 테이블을 구비할 수 있다.
도 4는 도 1의 기존의 전력 설비제어용 광 통신 IP망을 반영하기 위해, 본 발명의 사상에 따른 연계 네트워크를 구성한 경우의 연결 관계를 도시한다.
도 4에서 도 1의 각 전주에 부착된 단말 장치(80)들은 FRTU(87)와 Dev(88) 부분을 구분하여 나타냈는데, 외관상으로는 하나의 장비 형태를 가지는 것이 일반적이다. 도시한 NMS 서버(22)는 UDP 포트를 적용하여 각 Dev(88)들을 식별하며, 도시한 DAS 서버(20)는 서비스 ID를 적용하여 각 FRTU(87)들을 식별한다.
광통신 기반의 배전자동화 통신망에서 e-WSN은 RT(48)부터 FRTU(87) 구간 사이의 무선통신에 활용될 수 있으며 IP 기반의 NMS(Network Management System)와 e-WSN이 연계되는 과정에서 각 디바이스에 구비된 e-WSN 모뎀은 UDP 포트로 구분될 수 있다. 게이트웨이(60-2)와 디바이스(88) 구간은 Non-IP로 구성되며 게이트웨이(60-2)에서는 UDP의 포트와 디바이스 ID로서 CLink ID를 매핑하고 이를 무선 네트워킹 과정에 활용할 수 있다.
도 4의 구성에서 본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템은, IP 기반 네트워크와 Non-IP 네트워크를 연계하되, DAS 서버(20)를 위해서는 도 2에 도시한 서비스 ID 기반 연계 구조를 형성하고, NMS 서버(22)를 위해서는 도 3에 도시한 UDP 포트 기반 연계 구조를 형성해야 한다. 즉, 상기 네트워크 중계 시스템을 구성하는 게이트웨이는 서버에 따라 선택적으로 서비스 ID 기반 연계 및 UDP 포트 기반 연계를 수행한다. 이를 위해, 상기 게이트웨이는, 상기 무선 센서 디바이스(80)들의 각각의 CLink ID와 서비스 ID 및 UDP 포트 번호에 대한 매핑 관계가 기재된 매핑 테이블을 구비할 수 있다.
도 5는 e-WSN의 Non-IP 네트워크 구성의 실시예에서의 네트워크 연계를 위한 기능 블록들을 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하여 구체적인 순서에 따라 연동절차를 기술하기에 앞서 기능 블록들에 대하여 살펴보겠다. 즉, 디바이스-게이트웨이-서버간 연동에 있어서 무선구간에서 e-WSN의 네트워킹 방식인 Clink를 사용하고 IP 기반 서버와 통신을 위한 구체적인 기능 수행을 위한 기능 블록들을 설명한다.
먼저, 무선 센서 디바이스(80)의 기능 블록으로서, 제어 블록(82)은 디바이스(80)와 게이트웨이(60-2)간 Clink 연결이 성공하면 Session Create Request 전송하고, 게이트웨이(60-2)로부터 Session Create Answer 수신하여 디바이스의 IP Address, Protocol Port, 서비스 ID를 관리하고, Session 관리 메시지를 송/수신한다.
Non-IP 데이터 IF Block(84)은 사용자로부터의 Non-IP 데이터 송/수신 및 송신확인 기능을 제공하고, NAS Transfer Function(86)은 Non-IP 제어 메시지 송/수신을 위한 NAS(Non Access Stratum) Transfer 기능을 제공하며, CLink에 UL NAS Information Transfer와 DL NAS Information Transfer 기능을 추가한다.
다음, 게이트웨이(60-2)의 기능 블록으로서, NAS Transfer Function(66)은 Non-IP 제어 메시지 송/수신을 위한 NAS Transfer 기능을 제공하고, CLink에 UL NAS Information Transfer와 DL NAS Information Transfer 기능을 제공하고, Non-IP App.와 인터페이스를 위한 NAS Data Request, NAS Data Indication 기능을 제공한다. Non-IP App는, Non-IP 서비스 애플리케이션으로 CLink GW와는 UDP/IP 인터페이스로 통신한다.
Non-IP 제어 Block(62)은 디바이스의 Sess Create Request에 대해서 Sess Create Answer 응답하고, Non-IP 서비스 요청 디바이스들에 대한 IP address, protocol port, 서비스 ID를 관리한다. IP/Port/Service Pool(65)은 Non-IP 서비스를 위한 IP address, TCP/UDP port, Service ID registry로서 기능한다.
Non-IP 데이터 IF Block(64)은 디바이스에서 Non-IP 데이터 송/수신, Non-IP 구성을 위한 IP 패킷 IF Block과 데이터 송/수신 디바이스 Session 정보를 통해 AS(Application Server)로 IP 전송한다.
프록시(40-2)의 IP 패킷 IF Block은, Non-IP 데이터 IF Block으로부터의 수신 데이터를 Non-IP 디바이스 Session 정보를 통해 IP 전송하고, 수신된 IP 데이터그램의 IP address와 protocol port와 매칭되는 Non-IP 디바이스 Session 정보를 통해 해당 디바이스(80)로 Non-IP 데이터를 전송을 위해 Non-IP 데이터 IF Block으로 전달한다.
상술한 기능 블록들은 게이트웨이 기능 블록 또는 별도의 Proxy 서버의 기능 블록으로서 적용될 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 네트워크 중계 시스템은, 네트워크를 연계하여 데이터를 전송함에 있어서, 디바이스와 게이트웨이간 Non-IP 세션 생성하고, 디바이스와 게이트웨이간 데이터 송/수신한다.
디바이스와 게이트웨이간 Non-IP 세션 생성을 위해, 세션 설정 과정으로서, 디바이스와 서버간 IP 전송을 위해 디바이스와 게이트웨이간 Non-IP 세션을 생성한다. 다음, 제어 및 사용자 데이터 송/수신 과정으로서 Non-IP 세션 생성을 위한 제어 메시지 송/수신 기능을 제공하며, 제어 메시지와 사용자 데이터는 각각 구분되어 송/수신 된다. 세션 관리 기능은 게이트웨이는 디바이스의 Non-IP 세션 생성, 삭제를 관리하고, IP주소, TCP/UDP 포트, 서비스ID Pool을 관리하는 방식일 수 있다.
디바이스와 게이트웨이간 데이터 송/수신을 위해, Device Originated Non-IP Data 처리 기능에 의해, 디바이스에서 서버로 전송되는 Non-IP 데이터는 세션 정보를 이용하여 IP 패킷으로 서버로 전달된다. 또한, Device Terminated IP Packet 처리 기능에 의해, 서버로부터의 IP 패킷은 Non-IP 세션 정보를 통해서 특정 디바이스로 Non-IP 데이터로 전달된다. Non-IP 데이터와 IP 패킷 모니터링 기능에 의해,Device Originated Non-IP Data와 Device Terminated IP Packet의 송/수신을 모니터링할 수 있다.
도 6은 디바이스와 게이트웨이간 Session Creation 절차, Device Oriented Non-IP Data 전송 절차 및 Device Terminated IP Data 전송 절차에 대한 시퀀스 다이어그램을 나타낸다.
도시한 시퀀스 다이어그램에 따른 데이터 전송 방법은, 게이트웨이에서 무선 센서 디바이스와 통신 세션을 생성하는 단계(S10);
상기 무선 센서 디바이스에서 생성된 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계(S110): 상기 게이트웨이에서 상기 무선 센서 디바이스의 물리 채널 ID에 해당하는 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 확인하고, 목적지 서버를 확인하는 단계(S120); 상기 게이트웨이에서 상기 데이터와 상기 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 패키징하고, 상기 목적지 서버가 목적지로 지정된 업로드 패킷을 생성하는 단계(S130); 상기 업로드 패킷을 프록시로 전송하는 단계(S140); 상기 프록시에서 상기 목적지의 IP 주소로 상기 업로드 패킷을 발송하는 단계(S150);
프록시가 외부 서비스 서버로부터 IP 방식의 다운로드 패킷을 수신하는 단계(S210); 상기 다운로드 패킷을 게이트웨이로 전달하는 단계(S220); 상기 게이트웨이에서 상기 다운로드 패킷을 열어서 목적지의 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 획득하는 단계(S230); 상기 게이트웨이에서 상기 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호에 해당하는 무선 센서 디바이스를 확인하는 단계(S240); 및 상기 무선 센서 디바이스로 상기 다운로드 패킷에 실린 데이터를 전송하는 단계(S250)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 업로드 패킷을 생성하는 단계(S130)에서, 상기 게이트웨이는, 상기 목적지 서버에 따라, 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 선택하여 패키징할 수 있다.
여기서, 상기 목적지 서버는 TCP/UDP에서 TCP 포트로 게이트웨이(예 : RT)를 식별하고, UDP 포트로 상기 무선 센서 디바이스(80)를 식별할 수 있으며, 이 경우, 상기 다운로드 패킷을 게이트웨이로 전달하는 단계(S220)에서는, 상기 다운로드 패킷의 TCP 포트 번호로 식별되는 게이트웨이로 상기 다운로드 패킷을 전달할 수 있다.
상기 게이트웨이에서 무선 센서 디바이스와 통신 세션을 생성하는 단계(S10)에서의 Non-IP Session Creation 절차를 도 5의 경우로 구체화하면 다음과 같다.
디바이스의 Non-IP Control Block(82)은 Session Create Request 메시지를 CLink에 요청, CLink는 UL NAS Information Transfer 절차로 게이트웨이(60-2)에 전송한다. 게이트웨이(60-2)의 CLink Session Create Request 메시지를 Control Block(62)에 전달하고, Control Block(62)은 Session Create Request 메시지 수신하고 “IP/Port/Sevice Pool”(65)로부터 IP 주소, Protocol Port 또는 서비스ID를 할당받고 Session Create Answer 메시지를 CLink(66)에 요청하고, CLink(66)는 Session Create Answer 메시지를 DL NAS Information Transfer 절차로 디바이스에 전송한다.
디바이스(80)의 CLink(86)는 DL NAS Information Transfer 절차로부터 Session Create Answer 메시지를 Control Block(82)에 전달하고, Control Block(82)은 Session Create Answer 메시지로부터 디바이스에 할당된 IP Address, protocol port, 서비스 ID를 수신한다.
상기 S110 단계 내지 S150 단계는 디바이스로부터의 데이터 업로드, 즉, Device Originated Non-IP Data 절차를 나타낸 것이며, 이 절차를 도 5의 경우로 구체화하면 다음과 같다.
디바이스(80)의 Non-IP IF Block(84)은 사용자 데이터를 DATA_REQ()로 CLink(86)에 요청하고, CLink(86)는 DATA_REQ()로 전달된 사용자 데이터를 게이트웨이 CLink(66)에 전송한다. 게이트웨이의 CLink(66)는 디바이스 CLink(86)로부터 수신한 사용자 데이터를 DATA_IND로 Non-IP IF Block(64)로 전달하고, Non-IP IF Block(64)은 CLink(66)로부터 전달받은 사용자 데이터를 디바이스 ID(CLink ID) 정보를 통해 Session context로부터 IP Address, Protocol port 및 서비스ID를 얻어 IP IF Block(40-2)에 전달하고, IP IF Block(40-2)은 Non-IP IF Block(64)로부터 전달받은 사용자 데이터를 IP Datagram으로 AS로 전송한다.
상기 S210 단계 내지 S250 단계는 서버로부터의 데이터 다운로드, 즉, Device Teminated IP Data 절차를 나타낸 것이며, 이 절차를 도 5의 경우로 구체화하면 다음과 같다.
프록시(60-2)의 IP IF Block은 AS로부터 수신한 IP Datagram을 Session context의 IP Address, Protocol port, 서비스 ID를 통해 디바이스를 구분하여 Non-IP IF Block(64)으로 전달하고, Non-IP IF Block(64)은 IP IF Block으로부터의 Non-IP 데이터를 게이트웨이 CLink(66)로 DATA_REQ로 전달한다. CLink(66)는 Non-IP IF Block(64)로부터 전달받은 사용자 데이터를 디바이스 CLink(86)로 전달한다.
디바이스의 CLink(86)는 게이트웨이 CLink(66)로부터 수신한 사용자 데이터를 Non-IP IF Block(84)으로 DATA_IND로 전달하고, Non-IP IF Block(84)은 CLink(86)로부터 DATA_IND로 수신한 사용자 데이터를 App에 전달한다.
다음, 상술한 데이터 전송 과정 중에 사용될 수 있는 제어 메시지 구성을 구체적으로 예시한다.
무선 센서 디바이스의 제어 메시지로서, 하기 표 1은 SESS_CREATE_REQ를 예시하고, 하기 표 2는 SESS_CREATE_ANSWER를 예시하고, 하기 표 3은 GET_DEV_SESS_INFO_REQ을 예시하고, 하기 표 4는 GET_DEV_SESS_INFO_RSP를 예시한다.
Figure 112020128425514-pat00001
Figure 112020128425514-pat00002
Figure 112020128425514-pat00003
Figure 112020128425514-pat00004
게이트웨이의 제어 메시지로서, 하기 표 5는 DATA_REQUEST를 예시하고, 하기 표 6은 DATA_INDICATION를 예시한다.
Figure 112020128425514-pat00005
Figure 112020128425514-pat00006
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
2 : DAS, FEP 등 서버 4 : COT
5 : RT 8 : 무선 센서 디바이스
20 : 서비스 서버 40 : 프록시
60 : 게이트웨이 80 : 무선 센서 디바이스
??
??

Claims (11)

  1. 외부의 서비스 서버와 IP 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 상기 서비스 서버로부터의 UDP 포트 또는 서비스 ID가 목적지로서 지정된 데이터 패킷을 하기 게이트웨이로 전달하는 프록시; 및
    외부의 무선 센서 디바이스들과 무선 센서 네트워크 기반 데이터 통신을 수행하며, 전달받은 상기 데이터 패킷에 UDP 포트 또는 서비스 ID로 지정된 목적지에 해당하는 무선 센서 디바이스로 상기 데이터 패킷을 전송하는 게이트웨이
    를 포함하는 협대역 무선 통신 시스템을 위한 네트워크 중계 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    목적지 서비스 서버에 따라, 상기 무선 센서 디바이스에서 전송받은 정보에 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 함께 패키징하는 네트워크 중계 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    상기 프록시의 확장 슬롯에 장착되는 하드웨어 형태를 가지는 네트워크 중계 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선 센서 디바이스는,
    상기 게이트웨이와 UHF 주파수를 이용하는 협대역 무선 센서 네트워크를 형성하고,
    상기 게이트웨이는 협대역 무선 센서 채널 ID로 상기 무선 센서 디바이스를 식별하는 네트워크 중계 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    상기 무선 센서 디바이스들의 각각의 협대역 무선 센서 채널 ID와 서비스 ID 및 UDP 포트 번호에 대한 매핑 관계가 기재된 매핑 테이블
    을 구비하는 네트워크 중계 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    상기 서비스 ID에 해당하는 무선 센서 채널 ID가 상기 매핑 테이블에 존재하지 않으면, 무선 센서 네트워크상의 모든 디바이스에 데이터를 전송하고, 응답하는 디바이스에 대하여 상기 서비스 ID와의 매핑 관계를 추정하고, 상기 매핑 테이블에 기록하는 네트워크 중계 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프록시는,
    광통신 기반의 배전 자동화 통신망을 위한 COT 및 RT이며,
    상기 게이트웨이는 상기 RT에 부착되는 추가 하드웨어이며,
    상기 무선 센서 디바이스는 배전 선로 전주에 설치된 FRTU 및 이에 연결된 무선 모뎀인 네트워크 중계 시스템.
  8. 게이트웨이에서 무선 센서 디바이스와 통신 세션을 생성하는 단계;
    상기 무선 센서 디바이스에서 생성된 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 단계:
    상기 게이트웨이에서 상기 무선 센서 디바이스의 물리 채널 ID에 해당하는 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 확인하고, 목적지 서버를 확인하는 단계;
    상기 게이트웨이에서 상기 데이터와 상기 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 패키징하고, 상기 목적지 서버가 목적지로 지정된 업로드 패킷을 생성하는 단계;
    상기 업로드 패킷을 프록시로 전송하는 단계; 및
    상기 프록시에서 상기 목적지의 IP 주소로 상기 업로드 패킷을 발송하는 단계
    를 포함하는 협대역 무선 통신 시스템을 위한 데이터 전송 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 업로드 패킷을 생성하는 단계에서는,
    상기 게이트웨이가 상기 목적지 서버에 따라 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 선택하여 적용해 패키징하는 데이터 전송 방법.
  10. 게이트웨이에서 무선 센서 디바이스와 통신 세션을 생성하는 단계;
    프록시가 외부 서비스 서버로부터 IP 방식의 다운로드 패킷을 수신하는 단계;
    상기 다운로드 패킷을 게이트웨이로 전달하는 단계;
    상기 게이트웨이에서 상기 다운로드 패킷을 열어서 목적지의 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호를 획득하는 단계;
    상기 게이트웨이에서 상기 서비스 ID 또는 UDP 포트 번호에 해당하는 무선 센서 디바이스를 확인하는 단계; 및
    상기 무선 센서 디바이스로 상기 다운로드 패킷에 실린 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는 협대역 무선 통신 시스템을 위한 데이터 전송 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다운로드 패킷을 게이트웨이로 전달하는 단계에서는,
    상기 다운로드 패킷의 TCP 포트로 식별되는 게이트웨이로 상기 다운로드 패킷을 전달하는 데이터 전송 방법.
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