KR102447125B1

KR102447125B1 - 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템

Info

Publication number: KR102447125B1
Application number: KR1020220052314A
Authority: KR
Inventors: 이정호; 이승원
Original assignee: 주식회사 포에스텍
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2022-09-27

Abstract

본 발명은 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템에 관한 것으로, 철도배전선로를 따라 소정의 간격마다 설치되고 상기 철도배전선로의 상태에 관한 모니터링 정보를 생성하는 복수의 센서 유닛들; 무선 안테나를 포함하고 상기 복수의 센서 유닛들 간의 데이터 통신을 중계하는 중계 유닛; 상기 중계 유닛의 중계를 통해 상기 복수의 센서 유닛들로부터 상기 모니터링 정보를 수집하는 게이트웨이 유닛; 및 상기 게이트웨이 유닛으로부터 상기 모니터링 정보를 수신하여 시각화 정보를 제공하는 인터페이스 모듈과 상기 모니터링 정보의 이상을 검출하여 알림 정보를 제공하는 이상 진단 모듈을 포함하는 안전 감시부;를 포함한다.

Description

철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템{SAFETY MONITORING SYSTEM USING GATEWAY UNIT OF RAILWAY DISTRIBUTION LINE}

본 발명은 안전 감시 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 센서 유닛들로부터 측정되는 모니터링 정보를 중계 유닛을 통해 수집하고 게이트웨이 유닛을 통해 전송하여 철도배전선로 상의 다양한 상태들을 효과적으로 감시할 수 있는 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템에 관한 것이다.

철도 배전을 위해 지중 전력케이블이 고속선과 일반선의 전 선로에 설치되어 있으나, 선로의 노후화가 전체적으로 진행되고 있음에도 개량율이 상대적으로 낮아 지중 배전선로의 장애와 사고가 매년 급격히 증가하고 있는 실정이다.

구체적으로, 2017년 기준으로 철도 분야에서 4700억원의 예산이 투입된 전기설비의 경우, 개량화 실적이 노후화 속도를 따라 가지 못하는 것으로 나타나고 있으며, 철도시설 개량율 역시 23.3% 수준으로 매우 저조하게 나타나고 있다. 또한, 노후화 등의 이유로 발생하는 지중 배전선로 장애 및 사고가 전체 전력설비 장애 및 사고의 80% 이상으로 대다수를 차지하고 있는 것으로 나타나고 있다.

철도 시설물에 대한 안전 확보를 위해서는 예방정비가 매우 중요함에도 불구하고 막대한 인력과 시간이 소요되는 상황에서 장애에 대한 제한된 정보만으로 불규칙적으로 발생하는 징후들을 조기에 발견하는 것은 거의 불가능한 것으로 인식되고 있다.

현재 이를 모니터링 할 수 있는 시스템으로는 유선 또는 무선 모니터링 시스템이 존재하며, 유선 모니터링 시스템은 대상체에 센서를 결합한 후, 유선 방식으로 전원을 공급하고 유선 통신 방식으로 데이터를 수집하여 모니터링 결과를 산출한다.

특히, 지중 전력케이블을 위한 유선 모니터링은 전 구간에 대한 저전압 전력선 및 통신선의 설치가 요구되는 점에서 경제성 측면에서 현실적인 어려움이 존재하고, 이에 따라 무선 모니터링 시스템의 고도화가 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-1456819호 (2014.10.24)

본 발명의 일 실시예는 복수의 센서 유닛들로부터 측정되는 모니터링 정보를 중계 유닛을 통해 수집하고 게이트웨이 유닛을 통해 전송하여 철도배전선로 상의 다양한 상태들을 효과적으로 감시할 수 있는 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템을 제공하고자 한다.

실시예들 중에서, 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템은 철도배전선로를 따라 소정의 간격마다 설치되고 상기 철도배전선로의 상태에 관한 모니터링 정보를 생성하는 복수의 센서 유닛들; 무선 안테나를 포함하고 상기 복수의 센서 유닛들 간의 데이터 통신을 중계하는 중계 유닛; 상기 중계 유닛의 중계를 통해 상기 복수의 센서 유닛들로부터 상기 모니터링 정보를 수집하는 게이트웨이 유닛; 및 상기 게이트웨이 유닛으로부터 상기 모니터링 정보를 수신하여 시각화 정보를 제공하는 인터페이스 모듈과 상기 모니터링 정보의 이상을 검출하여 알림 정보를 제공하는 이상 진단 모듈을 포함하는 안전 감시부;를 포함한다.

여기에서, 상기 게이트웨이 유닛은 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 각각에 연결되도록 구현되어 동작 상황에 따라 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 사이의 동작 순서를 제어하는 동작 제어 모듈을 포함할 수 있다.

상기 적어도 2개의 동작 모듈들 각각은 상기 중계 유닛의 중계를 통해 간접 수신된 제1 모니터링 정보와 상기 복수의 센서 유닛들로부터 직접 수신된 제2 모니터링 정보를 식별하고, 상기 안전 감시부와의 통신 상태에 따라 상기 제1 및 제2 모니터링 정보들 중 적어도 하나를 선택하며, 상기 제1 모니터링 정보가 선택된 경우 상기 안전 감시부로 전송되는 상기 제1 모니터링 정보 중 일부를 상기 제2 모니터링 정보로 대체할 수 있다.

상기 제1 모니터링 정보에 대한 상기 제2 모니터링 정보의 대체율은 상기 통신 상태를 표현하는 적어도 하나의 통신 상태 파라미터를 기초로 동적으로 결정될 수 있다.

상기 동작 제어 모듈은 상기 동작 상황 중 정상 상황에서 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 중 어느 하나만을 선택적으로 제어하고, 상기 동작 상황 중 긴급 상황에서 상기 적어도 2개의 동작 모듈들을 동시에 제어하며, 상기 동작 상황 중 고장 상황에서 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 중 고장난 동작 모듈을 정상 동작하는 다른 동작 모듈로 대체하여 제어할 수 있다.

상기 적어도 2개의 동작 모듈들 각각은 상기 동작 제어 모듈의 제어에 따라 상기 정상 상황에서 동작하는 경우 나머지 동작 모듈을 통해 상기 통신 상태에 관한 통신 상태 파라미터를 수집하기 위한 제어 권한을 상기 동작 제어 모듈로부터 위임받을 수 있다.

상기 적어도 2개의 동작 모듈들 각각은 상기 통신 상태 파라미터 중 QoS(Quality of Service)에 연관된 파라미터들의 제1 조합을 정의하고, 상기 통신 상태 파라미터 중 CSI(Channel Status Information)에 연관된 파라미터들의 제2 조합을 정의하며, 상기 제1 및 제2 조합들 사이의 매칭을 통해 상기 대체율을 결정할 수 있다.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템은 복수의 센서 유닛들로부터 측정되는 모니터링 정보를 중계 유닛을 통해 수집하고 게이트웨이 유닛을 통해 전송하여 철도배전선로 상의 다양한 상태들을 효과적으로 감시할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 안전 감시 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 중계 유닛 및 안전 감시부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 게이트웨이 유닛의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 게이트웨이 유닛의 동작 과정의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명에 따른 안전 감시 시스템을 설명하는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 안전 감시 시스템(100)은 철도배전선로를 따라 설치되는 복수의 센서 유닛(110)들, 센서 유닛(110)들 간의 통신을 중계하는 중계 유닛(120), 중계 유닛(120)으로부터의 데이터를 수집하여 통합하는 게이트웨이 유닛(130) 및 철도배전선로 상의 안전을 감시하는 안전 감시부(140)를 포함할 수 있다.

센서 유닛(110)은 철도배전선로에 직접 부착되거나 또는 철도배전선로 인근에 설치되어 동작하는 데이터 수집 장치에 해당할 수 있다. 즉, 센서 유닛(110)은 설치 장소, 측정 대상 및 목적에 따라 다양한 센서들을 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 센서 유닛(110)은 선로에 직접 부착되는 경우 선로상태를 측정하기 위한 진동 센서, 온도 센서, 전류 센서, 광 센서, 가속도 센서 및 PD(Partial Discharge) 센서 등을 포함할 수 있다. 센서 유닛(110)은 지상에 설치되는 경우 소음 센서, 습도 센서 등을 더 포함할 수 있다. 한편, 센서 유닛(110)은 지중 또는 지상에 설치될 수도 있으나, 여기에서는 지상에 설치되는 경우로 가정하여 설명한다.

또한, 센서 유닛(110)은 다른 센서 유닛(110)은 물론 중계 유닛(120)이나 게이트웨이 유닛(130)과 네트워크로 연결될 수 있으며, 이를 위한 통신 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 센서 유닛(110)은 다양한 센서로부터 수집된 센서 데이터를 저장하는 메모리와 무전원으로 동작하기 위한 에너지 하베스팅(harvesting) 모듈을 포함하여 구현될 수 있다.

중계 유닛(120)은 센서 유닛(110)으로부터 수신한 데이터를 다른 중계 유닛(120) 또는 게이트웨이 유닛(130)으로 전송하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 무선 통신 모듈을 포함하여 구현될 수 있으며, 데이터 수신 및 전송을 위한 모듈들을 포함하여 구현될 수 있다. 중계 유닛(120)은 지면 또는 지면으로부터 소정의 높이만큼 올라간 지상에 설치될 수 있으며, 센서 유닛(110)의 배치 간격보다 더 넓은 간격으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 센서 유닛(110)이 500 ~ 1,000m 간격으로 배치되는 경우, 중계 유닛(120)은 1,000m 이상의 간격으로 설치될 수 있다.

게이트웨이 유닛(130)은 센서 유닛(110) 또는 중계 유닛(120)으로부터 데이터를 수신하여 통합하는 장치에 해당할 수 있으며, 필요에 따라 자체 분석 모듈을 통해 센싱 정보에 대한 전처리와 분석 동작을 수행할 수 있다. 게이트웨이 유닛(130)의 기능적 구성에 대해서는 도 3을 통해 보다 자세히 설명한다.

일 실시예에서, 게이트웨이 유닛(130)은 다중화 설계를 통해 독립적으로 구현된 동작 모듈을 중복으로 포함하여 구현될 수 있다. 이에 따라, 게이트웨이 유닛(130)은 다양한 동작 상황에서 동작 모듈들의 선택적인 제어를 통해 고장 상황이나 긴급 상황 등에서도 효과적인 대응 동작을 수행할 수 있다. 한편, 게이트웨이 유닛(130)은 분석을 위한 자체 능력이 제한되는 경우 안전 감시부(140)와 연동하여 동작할 수도 있다.

본 발명에 따른 센서 유닛(110), 중계 유닛(120) 및 게이트웨이 유닛(130)은 데이터 전송을 위해 다양한 무선 통신망과 연결되어 동작하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 데이터 전송에 사용되는 무선 통신망에는 LTE-R, CDMA, Lora, WiFi-Halow, WiBro 등이 포함될 수 있다.

안전 감시부(140)는 게이트웨이 유닛(130)으로부터 수집된 데이터를 분석하여 철도배전선로의 상태를 모니터링하고 이상이 감지된 경우 이를 알릴 수 있는 알림 정보를 생성하여 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 안전 감시부(140)는 하나의 독립된 시스템으로 구현될 수 있으며, 이 경우 게이트웨이 유닛(130)에 연결되어 본 발명에 따른 안전 감시 시스템(100)과 연동할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 중계 유닛 및 안전 감시부의 동작을 설명하는 도면이다.

도 2의 그림 (a)를 참조하면, 중계 유닛(120)은 적어도 하나의 무선 안테나를 포함하고 복수의 센서 유닛(110)들 간의 데이터 통신을 중계하는 동작을 수행할 수 있다. 중계 유닛(120)은 이전 중계 유닛(120)에서 전송된 릴레이 신호(relay signal)를 수신하고 데이터 패킷을 다음 중계 유닛(120)으로 전달하도록 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 중계 유닛(120)은 관련 동작을 수행하기 위하여 복수의 모듈들을 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 중계 유닛(120)은 수신 모듈, 제어 모듈, 전송 모듈, 배터리 모듈 및 에너지 하베스팅 모듈 등을 포함할 수 있다.

수신 모듈은 무선 안테나를 통해 복수의 센서 유닛(110)들로부터 모니터링 정보를 수신할 수 있다. 중계 유닛(120)은 센서 유닛(110)들 간의 통신 거리가 제한되는 점을 보완하기 위하여, 센서 유닛(110)으로부터 수신한 데이터를 목적지로 전송하는 과정에서 센서 유닛(110) 간의 데이터를 중계할 수 있다.

제어 모듈은 활성화 이벤트가 검출되면 에너지 하베스팅 모듈의 동작 모드를 활성화시키도록 제어할 수 있다. 활성화 이벤트는 에너지 하베스팅 모듈의 동작을 개시하는 활성 조건이 충족되는 경우 자동 생성될 수 있으며, 제어 모듈은 활성화 이벤트에 관한 검출 동작을 백그라운드로 실행하여 상시 감시할 수 있다. 제어 모듈은 활성화 신호를 생성하여 에너지 하베스팅 모듈에 전달하여 에너지 하베스팅 모듈의 동작 모듈을 변경할 수 있으며, 에너지 하베스팅 모듈의 활성화 신호에 따라 동작 모드를 변경할 수 있다. 에너지 하베스팅 모듈의 동작 모드가 변경되는 경우, 다양한 방식으로 무전원 동작을 위한 전력을 생산할 수 있다.

전송 모듈은 무선 안테나를 통해 모니터링 정보를 게이트웨이 유닛(130)으로 전송할 수 있다. 중계 유닛(120)은 수신 모듈을 통해 수신된 모니터링 정보를 게이트웨이 유닛(130)으로 중계하는 동작을 수행할 수 있으며, 필요에 따라 다른 중계 유닛(120)을 경유하여 특정 게이트웨이 유닛(130)으로의 중계를 제공할 수 있다. 예를 들어, 전송 모듈은 목적지 주소를 기반으로 다른 중계 유닛(120)을 경유하는 중계 경로를 따라 데이터 전송을 수행할 수 있다.

이때, 중계 경로는 게이트웨이 유닛(130)까지의 데이터 전송 과정에서 하나 이상의 다른 중계 유닛(120)을 경유하도록 형성되는 통신 경로에 해당할 수 있다. 중계 경로는 중계 유닛(120)들 간의 순차적인 연결로서 정의될 수 있으며, 필요에 따라 동시에 서로 다른 방향으로 진행되는 다중 경로를 포함하도록 정의될 수 있다. 즉, 중계 유닛(120)은 제어 모듈을 통해 중계 경로를 동적으로 정의하는 과정에서 데이터 손실과 전송 지연의 문제를 방지하기 위하여 서로 다른 하나 이상의 통신 경로가 포함되도록 할 수 있다.

일 실시예에서, 제어 모듈은 하나 이상의 중계 유닛(120)과 적어도 하나의 센서 유닛(110)을 경유하는 다중 경로를 포함하는 중계 경로를 동적으로 정의할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈은 데이터 중계를 위한 목적지 주소에 따라 하나 이상의 중계 유닛(120)의 참여 여부를 결정할 수 있다. 제어 모듈은 하나 이상의 중계 유닛(120)이 참여하는 중계 경로를 정의하는 과정에서 각 중계 유닛(120)에서 가장 가까운 거리에 존재하는 센서 유닛(110)을 결정할 수 있으며, 해당 센서 유닛(110)이 참여하도록 중계 경로를 갱신할 수 있다. 제어 모듈은 중계 경로를 통해 진행 가능한 복수의 전송 경로들에 관한 정보를 생성하여 전송 모듈에 전달할 수 있으며, 전송 모듈은 해당 정보를 이용하여 데이터 중계를 위한 데이터 전송을 수행할 수 있다.

에너지 하베스팅 모듈은 동작 모드에 따라 수신 모듈 또는 전송 모듈에게 전력을 공급할 수 있다. 이때, 전력은 배터리 모듈에 저장되어 보관될 수 있으며, 에너지 하베스팅 모듈은 배터리 모듈의 충전 및 방전에 관한 동작을 동작 모드에 따라 선택적으로 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 에너지 하베스팅 모듈은 정류기(rectifier), 전압 레귤레이터(voltage regulator), 충전용 배터리(battery) 및 스위치(switch)를 포함하여 구현될 수 있으며, 여기에서는 각 모듈에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 2의 그림 (b)를 참조하면, 안전 감시부(140)는 게이트웨이 유닛(130)으로부터 수신되는 모니터링 정보를 분석하여 이상 감지 및 시각화 정보 제공을 위한 동작을 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 안전 감시부(140)는 관련 동작을 수행하기 위하여 복수의 모듈들을 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 안전 감시부(140)는 데이터 수집 모듈, 학습 모듈, 이상 진단 모듈, 알림 모듈 및 인터페이스 모듈 등을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 데이터 수집 모듈은 게이트웨이 유닛(130)으로부터 전송되는 데이터 패킷을 수신하고 저장하는 동작을 수행할 수 있다. 데이터 수집 모듈은 데이터 패킷을 소스 주소(source address)에 따라 분류할 수 있으며, 데이터 압축 해제나 데이터 복호화 같은 동작을 추가적으로 수행할 수 있다.

학습 모듈은 보안을 위해 외부 공격을 검출하는 검출 모델, 철도배전선로 상태에 관한 이상 진단을 위한 진단 모델 등의 구축을 위한 동작을 수행할 수 있다.

이상 진단 모듈은 각 센서 유닛(110)으로부터 수신된 데이터를 분석하여 철도배전선로 상태에 관한 이상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 철도배전선로의 이탈, 변형, 진동 등 철도 운행 과정에서 안전사고 발생 가능성이 높은 이상을 예측하고 검출하는 동작을 수행할 수 있다.

알림 모듈은 이상 진단 모듈에 의해 검출된 이상을 외부에 알리는 동작을 수행할 수 있다. 알림 모듈은 알림 메시지를 생성하여 기 등록된 단말로 전송할 수 있으며, 인터페이스 모듈을 통해 시각화된 정보로서 제공할 수 있다. 인터페이스 모듈은 모니터링 정보 및 이상 진단 정보를 다양한 그래픽으로 시각화 하여 제공할 수 있다. 인터페이스 모듈은 소정의 전용 프로그램(또는 애플리케이션)으로 구현되어 사용자 단말을 통해 제공될 수 있다.

도 3은 도 1의 게이트웨이 유닛의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 게이트웨이 유닛(130)은 중계 유닛(120)의 중계를 통해 복수의 센서 유닛(110)들로부터 모니터링 정보를 수집하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 게이트웨이 유닛(130)은 다중화 설계를 통해 독립적으로 구현된 적어도 2개의 동작 모듈들을 중복으로 포함하여 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 게이트웨이 유닛(130)은 적어도 2개의 동작 모듈들 각각에 연결되도록 구현되어 동작 상황에 따라 적어도 2개의 동작 모듈들 사이의 동작 순서를 제어하는 동작 제어 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 경우, 게이트웨이 유닛(130)은 2개의 동작 모듈들(131, 135) 및 동작 제어 모듈(133)을 포함할 수 있다. 이하, 게이트웨이 유닛(130)이 2개의 동작 모듈들(131, 135) 및 동작 제어 모듈(133)을 포함하여 구현되는 경우를 가정하여 설명하지만, 3개 이상의 동작 모듈들을 포함하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.

일 실시예에서, 동작 제어 모듈(133)은 동작 상황에 따라 2개의 동작 모듈들(131, 135) 사이의 동작 순서를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 동작 제어 모듈(133)은 유닛들 간의 통신이 정상적으로 이루어지는 정상 상황에서 2개의 동작 모듈들(131, 135) 중 어느 하나만을 선택적으로 제어할 수 있다. 동작 제어 모듈(1330)은 유닛들 간의 통신이 비정상적으로 이루어지는 긴급 상황에서 2개의 동작 모듈들(131, 135)을 동시에 제어할 수 있다. 동작 제어 모듈(1330)은 2개의 동작 모듈들(131, 135) 중 어느 하나의 동작이 불능인 고장 상황에서 2개의 동작 모듈들(131, 135) 중 고장난 동작 모듈을 정상 동작하는 다른 동작 모듈로 대체하여 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 2개의 동작 모듈들(131, 135) 각각은 중계 유닛(120)의 중계를 통해 간접 수신된 제1 모니터링 정보와 복수의 센서 유닛(110)들로부터 직접 수신된 제2 모니터링 정보를 식별하고, 안전 감시부(140)와의 통신 상태에 따라 제1 및 제2 모니터링 정보들 중 적어도 하나를 선택하며, 제1 모니터링 정보가 선택된 경우 안전 감시부(140)로 전송되는 제1 모니터링 정보 중 일부를 제2 모니터링 정보로 대체할 수 있다.

보다 구체적으로, 각 동작 모듈은 모니터링 정보를 안전 감시부(140)로 안전하고 신속하게 전송하기 위한 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 각 동작 모듈은 센서 유닛(110) 및 중계 유닛(120)과의 통신을 통해 센서 유닛(110)에서 생성된 모니터링 정보를 독립적으로 수신할 수 있다. 이때, 센서 유닛(110)으로부터 전송되는 제1 모니터링 정보와 중계 유닛(120)으로부터 전송되는 제2 모니터링 정보는 중복될 수 있다. 즉, 센서 유닛(110)은 중계 유닛(120)과 게이트웨이 유닛(130) 각각으로 모니터링 정보를 전송할 수 있으며, 중계 유닛(120)을 거쳐 게이트웨이 유닛(130)으로 전송된 모니터링 정보는 센서 유닛(110)에서 게이트웨이 유닛(130)으로 직접 전송된 모니터링 정보와 동일할 수 있다. 특히, 제1 및 제2 모니터링 정보들은 독립된 전송 경로를 통해 전송되는 점에서 게이트웨이 유닛(130)에서의 수신 시점은 서로 상이할 수 있다.

또한, 각 동작 모듈은 제1 모니터링 정보와 제2 모니터링 정보를 식별하여 분류할 수 있으며 통신 상태가 상대적으로 양호한 경우에는 제2 모니터링 정보를 선택하고 통신 상태가 상대적으로 불량한 경우에는 제1 모니터링 정보를 선택할 수 있다. 또한, 각 동작 모듈은 제1 모니터링 정보가 선택된 경우 안전 감시부(140)로 전송되는 제1 모니터링 정보 중 일부를 제2 모니터링 정보로 대체할 수 있다. 즉, 각 동작 모듈은 통신 환경이 나쁜 경우 짧은 전송 경로를 선택하여 모니터링 정보의 전송이 원활하도록 함과 동시에 일부 모니터링 정보를 다른 채널을 통해 수신한 모니터링 정보로 대체하여 모니터링 정보의 손실을 보완할 수 있다.

일 실시예에서, 2개의 동작 모듈들(131, 135) 각각은 동작 제어 모듈(133)의 제어에 따라 정상 상황에서 동작하는 경우 나머지 동작 모듈을 통해 통신 상태에 관한 통신 상태 파라미터를 수집하기 위한 제어 권한을 동작 제어 모듈(133)로부터 위임받을 수 있다. 예를 들어, 제1 동작 모듈이 정상 동작하는 경우 제1 동작 모듈은 제2 동작 모듈을 제어하여 통신 상태에 관한 통신 상태 파라미터를 수집할 수 있다. 동작 환경이 정상인 경우 동작 제어 모듈(133)에 의해 선택된 하나의 동작 모듈만 동작할 수 있으며, 나머지 동작 모듈의 비활성화 상태를 유지할 수 있다. 다만, 정상 상황에서도 나머지 동작 모듈을 활용하도록 함으로써 현재 동작 중인 동작 모듈이 보다 나은 성능을 제공할 수 있도록 할 수 있다.

이를 위하여, 동작 제어 모듈(133)은 동작 모듈들 중에서 어느 하나를 선택하여 모니터링 정보의 수집 동작을 개시하는 명령을 해당 동작 모듈에 전달할 수 있고, 이러한 명령에는 다른 동작 모듈을 제어하는 제어 권한이 포함될 수 있다. 즉, 동작 제어 모듈(133)에 의해 선택된 동작 모듈은 독립적인 제어 권한을 통해 다른 동작 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 다만, 해당 제어 권한의 범위는 다른 동작 모듈의 제한된 동작만을 제어하도록 제한될 수 있다. 예를 들어, 해당 제어 권한은 다른 동작 모듈의 동작들 중 통신 상태에 관한 통신 상태 파라미터를 수집하는 동작만을 제어하도록 제한될 수 있다.

또한, 비활성화된 동작 모듈들이 동시에 2개 이상 존재하는 경우 동작 제어 모듈(133)에 의해 위임되는 제어 권한에는 비활성화된 동작 모듈들 중 하나에 대한 식별 정보를 포함할 수 있다. 즉, 현재 동작 중인 동작 모듈은 비활성화된 동작 모듈들 중에서 식별 정보에 대응되는 동작 모듈만을 제어하여 통신 상태에 관한 파라미터 정보를 수집할 수 있다.

일 실시예에서, 2개의 동작 모듈들(131, 135) 각각은 통신 상태 파라미터 중 QoS(Quality of Service)에 연관된 파라미터들의 제1 조합을 정의하고, 통신 상태 파라미터 중 CSI(Channel Status Information)에 연관된 파라미터들의 제2 조합을 정의하며, 제1 및 제2 조합들 사이의 매칭을 통해 대체율을 결정할 수 있다.

여기에서, QoS는 다른 응용 프로그램, 사용자, 데이터 흐름 등에 우선 순위를 정하여 데이터 전송에 특정 수준의 성능을 보장하기 위한 능력에 해당할 수 있으며, 통신 서비스 품질로 표현될 수 있다. 또한, CSI는 무선 통신에서 채널 제어에 사용되는 신호로서 통신 채널에 대한 상태 정보에 해당할 수 있다. CSI는 송신측과 수신측 사이에서 수시 또는 정기적으로 전송될 수 있다.

QoS에 연관된 파라미터는 양단간 또는 각 응용간 통신에서 어떤 정해진 서비스 유형 별로 서비스품질 수준을 평가할 수 있는 파라미터 또는 평가요소에 해당할 수 있으며, 각각의 서비스 유형(category) 별로 그 값들이 결정될 수 있다. 또한, 해당 파라미터 값들은 장비와 장비 구성요소 간에 일정한 성능을 보장하기 위하여 매 연결(session) 설정 때마다 동적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, QoS에 연관된 파라미터는 지연(Delay), 패킷손실(Packet Loss), 지연변이(Delay Variation) 또는 지터, 연결능력(Connectivity) 또는 서비스 가용도, 대역폭(Bandwidth) 또는 처리율(Throughput), 신뢰성(Reliability) 및 가용성(Availability) 등을 포함할 수 있다.

또한, CSI에 연관된 파라미터는 프리코딩 매트릭스 지시자(PMI, Precoding Matrix Indicator), 랭크 지시자(RI, Rank Indicator) 및 채널 품질 지시자(CQI, Channel Quality Indicator) 등을 포함할 수 있다. PMI는 코드북 베이스의 프리코딩(precoding)에서 프리코딩 행렬(precoding matrix)에 대한 정보를 제공할 수 있으며, PMI는 MIMO(Multiple Input Multiple Output)와 관련될 수 있다. RI는 단말이 추천하는 랭크(rank)(즉, 레이어(layer)의 개수)에 대한 정보에 해당할 수 있다. 즉, RI는 공간 다중화에 사용되는 독립적인 스트림의 수를 나타낼 수 있다.

또한, CQI는 주어진 시간에 대하여 단말이 지원할 수 있는 링크 적응적 파라미터에 대한 정보를 제공할 수 있다. CQI는 단말 수신기의 특성 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio) 등을 고려하여 통신 채널에 의해 지원될 수 있는 데이터율(data rate)을 나타낼 수 있다.

각 동작 모듈은 QoS(Quality of Service)에 연관된 파라미터들의 제1 조합과 CSI(Channel Status Information)에 연관된 파라미터들의 제2 조합 사이의 매칭을 통해 대체율을 결정할 수 있으며, 이를 위하여 제1 조합 및 제2 조합 사이의 매칭에 따른 대체율을 정의한 매칭 테이블(matching table)을 활용할 수 있다. 각 동작 모듈은 동작 제어 모듈(133)의 제어를 통해 특정 시간 동안 또는 교차로 동작할 수도 있으며, 동작을 위한 활성화 시간 동안 매칭 테이블을 통해 결정된 대체율에 따라 모니터링 정보 사이의 대체 동작을 수행할 수 있다. 특히, 동작 모듈에 의한 대체율의 결정 동작을 주기적으로 실행될 수 있으며, 이를 위한 주기는 사전에 설정되어 활용될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 방법을 설명하는 순서도이다.

도 4를 참조하면, 안전 감시 시스템(100)은 복수의 센서 유닛(110)들을 통해 철도배전선로에 관한 다양한 모니터링 정보를 생성할 수 있다(단계 S410). 안전 감시 시스템(100)은 중계 유닛(120)을 통해 각 센서 유닛(110)에서 생성된 모니터링 정보를 중계하여 소정의 목적지로 전송할 수 있다(단계 S430).

또한, 안전 감시 시스템(100)은 게이트웨이 유닛(130)을 통해 각 모니터링 정보를 수집할 수 있다(단계 S450). 안전 감시 시스템(100)은 안전 감시부(140)를 통해 모니터링 정보를 시각화 하고, 철도배전선로의 이상을 검출하여 이에 관한 알림을 제공할 수 있다(단계 S470).

도 5는 본 발명에 따른 게이트웨이 유닛의 동작 과정의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.

도 5를 참조하면, 안전 감시 시스템(100)의 게이트웨이 유닛(130)은 중계 유닛(120)의 중계를 통해 복수의 센서 유닛(110)에서 수집된 모니터링 정보를 수집할 수 있다. 이때, 게이트웨이 유닛(130)은 철도배전선로의 예측 불가능한 동작 환경에서 안전 감시를 위한 일관된 성능을 제공하기 위하여 다중화 설계를 통해 구현된 적어도 2개의 동작 모듈들을 활용하여 관련 동작을 수행할 수 있다.

구체적으로, 게이트웨이 유닛(130)은 각 동작 모듈을 통해 모니터링 정보를 수집할 수 있으며(S510), 데이터를 전송한 송신측을 기준으로 수신된 모니터링 정보를 식별할 수 있다(S530). 또한, 게이트웨이 유닛(130)은 안전 감시부(140)와의 통신 상태에 따라 제1 및 제2 모니터링 정보들 중 적어도 하나를 선택할 수 있으며(S550), 제1 모니터링 정보가 선택된 경우에는 안전 감시부(140)로 전송되는 제1 모니터링 정보 중 일부를 제2 모니터링 정보로 대체할 수 있다(S570).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 안전 감시 시스템
110: 센서 유닛 120: 중계 유닛
130: 게이트웨이 유닛
131, 135: 동작 모듈 133: 동작 제어 모듈
140: 안전 감시부

Claims

철도배전선로를 따라 소정의 간격마다 설치되고 상기 철도배전선로의 상태에 관한 모니터링 정보를 생성하는 복수의 센서 유닛들;
무선 안테나를 포함하고 상기 복수의 센서 유닛들 간의 데이터 통신을 중계하는 중계 유닛;
다중화 설계를 통해 독립적으로 구현된 적어도 2개의 동작 모듈들을 중복으로 포함하여 구현되고, 상기 중계 유닛의 중계를 통해 상기 복수의 센서 유닛들로부터 상기 모니터링 정보를 수집하는 게이트웨이 유닛; 및
상기 게이트웨이 유닛으로부터 상기 모니터링 정보를 수신하여 시각화 정보를 제공하는 인터페이스 모듈과 상기 모니터링 정보의 이상을 검출하여 알림 정보를 제공하는 이상 진단 모듈을 포함하는 안전 감시부;를 포함하되,
상기 게이트웨이 유닛은 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 각각에 연결되도록 구현되어 동작 상황에 따라 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 사이의 동작 순서를 제어하는 동작 제어 모듈을 포함하고,
상기 동작 제어 모듈은
상기 동작 상황 중 정상 상황에서 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 중 어느 하나만을 선택적으로 제어하고, 상기 동작 상황 중 긴급 상황에서 상기 적어도 2개의 동작 모듈들을 동시에 제어하며, 상기 동작 상황 중 고장 상황에서 상기 적어도 2개의 동작 모듈들 중 고장난 동작 모듈을 정상 동작하는 다른 동작 모듈로 대체하여 제어하고,
상기 적어도 2개의 동작 모듈들 각각은
상기 중계 유닛의 중계를 통해 간접 수신된 제1 모니터링 정보와 상기 복수의 센서 유닛들로부터 직접 수신된 제2 모니터링 정보를 식별하고, 상기 안전 감시부와의 통신 상태에 따라 상기 제1 및 제2 모니터링 정보들 중 적어도 하나를 선택하며, 상기 제1 모니터링 정보가 선택된 경우 상기 안전 감시부로 전송되는 상기 제1 모니터링 정보 중 일부를 상기 제2 모니터링 정보로 대체하고,
상기 제1 모니터링 정보에 대한 상기 제2 모니터링 정보의 대체율은 상기 통신 상태를 표현하는 적어도 하나의 통신 상태 파라미터를 기초로 동적으로 결정되며,
상기 동작 제어 모듈의 제어에 따라 상기 동작 상황 중 정상 상황에서 동작하는 경우 나머지 동작 모듈을 통해 상기 통신 상태에 관한 통신 상태 파라미터를 수집하기 위한 제어 권한- 상기 제어 권한에는 비활성화된 동작 모듈들 중 하나에 대한 식별 정보가 포함됨 -을 상기 동작 제어 모듈로부터 전달되는 동작 개시 명령을 통해 위임받고,
상기 통신 상태 파라미터 중 QoS(Quality of Service)에 연관된 파라미터들의 제1 조합을 정의하고, 상기 통신 상태 파라미터 중 CSI(Channel Status Information)에 연관된 파라미터들의 제2 조합을 정의하며, 상기 제1 및 제2 조합들 사이의 매칭에 따른 대체율을 정의한 매칭 테이블(matching table)을 통해 상기 대체율을 결정하는 것을 특징으로 하는 철도배전선로의 게이트웨이 유닛을 이용한 안전 감시 시스템.
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