KR102664270B1 - 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법 - Google Patents

다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다양한 센서의 센싱 값을 하나의 센서 시스템이 처리하고 암호화 과정을 적용하여 센서 데이터를 송신하는 과정에서 센서 시스템의 저전력 소비로 긴 배터리 수명을 확보하고 센서 데이터의 전달 과정에서의 높은 보안 신뢰성을 확보할 수 있도록 구현된 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 하나 이상의 센서와 연결되어 복수의 센싱 값을 처리할 수 있고, 하나 이상의 암호화 모드를 포함하고 있어서 각 센서 데이터에 적용되는 암호화 모드로 암호화를 수행하고 통신망을 통하여 송신함으로써 데이터 보안의 신뢰성을 강화할 수 있고, 슬립 모드와 웨이크업 모드의 전환을 통해 저전력으로 시스템을 동작시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법{Low Power Sensor System Having Encryption and Communication Function for Multiple Sensor Data And Data Processing Method Using The Same}
본 발명은 센서 시스템 및 데이터 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 센서의 센싱값을 하나의 센서 시스템이 처리하고 암호화 과정을 적용하여 센서 데이터를 송신하는 과정에서 센서 시스템의 저전력 소비로 긴 배터리 수명을 확보하고 센서 데이터의 전달 과정에서의 높은 보안 신뢰성을 확보할 수 있도록 구현된 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법에 관한 것이다.
센서 시스템(Sensor System)은 하나 이상의 센서(Sensor)와 연결되어 각 센서의 센싱 값을 전달받아서 센서 데이터(Sensor Data)를 생성한 후 통신망을 이용하여 센서 데이터의 정보를 송신하는 장치로 정의될 수 있다. 여기서 센서 데이터는 센서의 센싱 값을 처리하여 정제된 센싱 정보를 의미한다.
도 1은 종래의 센서 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 센서 시스템(100)은 메인 프로세서(110), 메모리(120), 통신 송수신기(130) 및 하나 이상의 주변 인터페이스(141~143)를 포함하여 이루어진다.
메인 프로세서(110)는 제1 내지 제3 센서(11~13)의 센싱 값을 처리하여 센서 데이터(Sensor Data)를 생성하며 센서 시스템(100) 전체를 제어한다.
메모리(120)는 센싱값 및 센서 데이터 등을 저장하는 데 사용된다.
통신 송수신기(130)는 센서 데이터를 통신망을 통해 송신하는 기능을 수행하며, 송신된 센서 데이터는 통신망을 통해 최종 목적지까지 전달된다.
도 1에서 센서 시스템(100)은 점선과 같이 1개의 장치에 구성 기능들이 집적되어 시스템 온 칩(System On Chip:SoC) 형태로 구현될 수도 있고 개별 소자들의 연결로 구성될 수 있다.
종래 센서 시스템(100)은 센서의 센싱 값을 처리하기 위해 센서 시스템(100)이 상시 동작하여야 하므로, 배터리를 전원으로 사용하는 경우에는 수 년 이상의 장기간 사용에 제약이 발생하는 문제가 있다.
또한, 통신 송수신기(Communication Transceiver)의 통신 규격에는 보안을 위한 암호화 기능이 제공되지만, 센서 데이터의 송수신시에는 암호화 기능이 제공되지 아니하여 보안에 취약한 문제가 있다.
최근 들어 사물인터넷(Internet of Things:IoT) 기술이 폭넓게 적용됨에 따라 IoT 센서에 대한 연구 개발이 다양하게 진행되고 있다. IoT 센서 데이터의 특징은 매우 다양하여, 센서 데이터를 실시간으로 지속적으로 송신하는 응용 분야에서 일정 시간 동안 취합 후 주기적으로 송신하는 응용 분야까지 폭넓게 분포한다.
도 2는 종래의 IoT 센서 응용 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면 종래의 IoT 센서 응용 시스템(200)은 하나 이상의 센서 시스템(211~213)이 하나 이상의 센서 데이터 수집 시스템(231~233)과 통신망(220)을 통하여 연결되어 데이터 정보와 제어 정보를 상호간에 송수신함을 알 수 있다.
하나 이상의 센서 시스템(211~213)은 센서와 연결되어 센서의 센싱 값을 전달받아서 이것으로부터 센서 데이터 정보인 센서 응용 데이터를 생성한 후 통신망(220)을 통하여 하나 이상의 센서 데이터 수집 시스템(231~233)으로 보고(report)한다.
하나 이상의 센서 데이터 수집 시스템(231~233)은 하나 이상의 센서 시스템(211~213)이 송신한 센서 응용 데이터를 수신하여 다양한 서비스를 제공하기 위한 기본 자료를 수집한다. 센서 데이터 수집 시스템(231~233)은 하나 이상의 서버 혹은 개인용 컴퓨터이거나 하나 이상의 모바일 장치로 구성되고, 응용(Application) 전용 소프트웨어가 실행되어 수집된 데이터를 처리한다.
센서 시스템은 가구(Home)마다 하나 이상 설치될 수도 있고, 전기전자기기마다 하나 이상 설치될 수 있으므로 하나의 센서 시스템은 다수의 센서와 연결될 수 있다. 센서는 온도, 습도, 액체 혹은 기체의 유량(flow), 유해가스 등 특정의 목적에 따라 감지 동작을 수행한다.
옥외와 같은 환경에서 센서 시스템의 전원으로는 일반적으로 배터리가 사용된다. 그러나 배터리의 한정된 전원량으로 인해 센서 시스템을 오랫 동안 작동시키는 것이 곤란하다. 따라서 센서 데이터를 실시간으로 상시 송신하지 않는 응용 분야에서는 일정 주기로 송신이 가능하도록 하여 센서 시스템을 저전력으로 운영할 필요성이 있다.
한편, 통신망 운영의 기초가 되는 통신 규격에는 보안 기능이 포함되어 있으나 이러한 기능만으로는 안전성을 확보할 수 없다. 따라서 센서 시스템에서 생성한 센서 애플리케이션 데이터를 암호화하여 센서 데이터 수집 시스템으로 송신함으로써 높은 보안 신뢰성을 확보할 필요성이 있다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다양한 센서의 센싱 값을 하나의 센서 시스템이 처리하고 암호화 과정을 적용하여 센서 데이터를 송신하는 과정에서 센서 시스템의 저전력 소비로 긴 배터리 수명을 확보하고 센서 데이터의 전달 과정에서의 높은 보안 신뢰성을 확보할 수 있도록 구현된 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템은, 적어도 하나의 센서의 센싱 값을 처리하는 센서 인터페이스; 상기 센서 인터페이스에서 처리된 적어도 하나의 센서의 센싱 값을 이용하여 센서 데이터를 생성하는 저전력 센서 데이터 프로세서; 상기 저전력 센서 데이터 프로세서에서 생성된 상기 센서 데이터를 저장하는 메모리; 및 상기 센서 인터페이스, 저전력 센서 데이터 프로세서 및 메모리의 전체 동작을 제어하는 메인 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리 방법은, 센서 데이터 생성 및 저장 단계; 웨이크업 여부 판단 단계; 웨이크업 발생 시 상기 센서 데이터로부터 응용 데이터를 생성하는 응용 데이터 생성 단계; 암호화 모드 사용 여부 판단 단계; 상기 응용 데이터를 암호화하고 암호화된 응용 데이터로부터 통신 데이터를 생성하는 통신 데이터 생성 단계; 및 통신망을 통해 상기 통신 데이터를 송신하고 센서 시스템의 동작 모드를 슬립 모드로 전환하는 통신 데이터 송신 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법에 의하면, 하나 이상의 센서와 연결되어 복수의 센싱값을 처리할 수 있고, 하나 이상의 암호화 모드를 포함하고 있어서 각 센서 데이터에 적용되는 암호화 모드로 암호화를 수행하여 암호화된 센서 응용 데이터를 생성하여 센서 데이터 수집 시스템으로 송신함으로써 데이터 보안의 신뢰성을 강화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 슬립 모드와 웨이크업 모드의 전환을 통해 저전력으로 시스템을 동작시킬 수 있는 또 다른 장점이 있다.
도 1은 종래의 센서 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 IoT 센서 응용 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 센서 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 다중 암호화 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 구성과 동작 및 그에 의한 작용 효과를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템(300)은 센서 인터페이스(310), 저전력 센서 데이터 프로세서(320), 메모리(330) 및 메인 프로세서(340)을 포함하여 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템(300)은 슬립 및 웨이크업 제어부(350), 주변 인터페이스(360), 보안 엔진(370) 및 통신 송수신기(380)를 더 포함하여 이루어진다.
센서 인터페이스(310)는 제1 내지 제3 센서(31~33)의 센싱 값들을 사전에 정해진 순서대로 처리하여 저전력 센서 데이터 프로세서(320)로 전달한다. 도 3에서는 센서의 개수가 3개인 것을 예로 들어 설명하고 있으나 센스의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며 다양하게 확장될 수 있다.
저전력 센서 데이터 프로세서(320)는 제1 내지 제3 센서(31~33)의 센싱 값으로부터 센서 데이터를 생성하여 메모리(330)에 전달한다.
센서 인터페이스(310), 저전력 센서 데이터 프로세서(320) 및 메모리(330)는상시 입력되는 센싱 값을 처리하고 감지하기 위해서 항상 동작한다. 따라서, 센서 시스템(300)이 배터리로 동작할 경우에는 센서 인터페이스(310), 저전력 센서 데이터 프로세서(320) 및 메모리(330)는 낮은 클럭, 저전압 및 저전력 설계를 통하여 전력 소모를 감소시키도록 하였다.
메인 프로세서(340)는 센서 시스템(300) 전체를 제어하며 각 센서 응용 데이터(Sensor Application Data)의 송신 시 요구되는 사양에 맞게 처리하는 기능을 수행한다. 메모리(330)에 저장된 각 센서 데이터를 읽어서 센서 응용 데이터를 생성하고 암호화 기능을 구현한다.
저전력 센서 데이터 프로세서(320)가 메모리(330)에 읽기/쓰기를 수행할 경우에는 메모리(330)는 낮은 주파수 클럭으로 동작하고 센서 시스템(300)에 포함된 그외 기능이 내부 버스를 통하여 메모리(330)에 읽기/쓰기를 수행할 경우에는 높은 주파수 클럭으로 동작한다. 메모리(330)가 낮은 주파수 클럭에서 동작하기 위해서 저전력 센서 데이터 프로세서(320)와 메모리(330) 간에 독립적인 인터페이스를 둔다. 따라서, 메모리(330)는 2 종류의 클럭에 대해서 모두 동작하며 2개 이상의 기능에 의한 동시 접근을 회피하기 위해 저전력 센서 데이터 프로세서(320)가 메모리(330)에 읽기/쓰기를 수행할 경우에는 내부 버스를 통한 메모리(330) 접근을 하지 않도록 하고, 내부 버스를 통해서 메모리(330)에 읽기/쓰기를 수행할 경우에는 저전력 센서 데이터 프로세서(320)는 메모리(330)에 접근을 하지 않는다.
암호화 기능은 하드웨어와 소프트웨어 중 하나 혹은 2개 모두로 구현될 수 있으며, 통상 메인 프로세서(340)로 처리하기에 부담되는 연산 과정이나 빠른 처리 시간을 필요로 하는 연산 과정은 하드웨어 엔진(Engine)으로 구현되고 그 외의 기능은 메인 프로세서(340)의 소프트웨어로 구현될 수 있다.
보안 엔진(370)은 암호화 과정을 수행하는 하드웨어 형식의 기능으로 ARIA(한국 국가보안기술연구소에서 개발한 블록 암호 방식), AES(Advanced Encryption Standard: 미국 표준 기술 연구소에서 제정한 암호화 방식), SEED(한국정보보호진흥원이 개발한 128비트 및 256비트 대칭 키 블록 암호 방식), DRBG(Deterministic Random Bit Generator), ECDSA(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) 등의 복수의 암호화 모드를 포함할 수 있다.
암호화가 적용된 응용 데이터인 암호화된 응용 데이터(Secured Application Data)는 통신 송수신기(380)를 거쳐 통신망으로 송신된다.
통신 송수신기(380)는 LAN(Local Area Network), PLC(Power Line Communication)와 같은 유선 통신 규격이거나, Wi-FI, Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network), Bluetooth, NB-IoT(Narrow Band Internet of Thing) 및 LTE(Long Term Evolution)와 같은 무선 통신 규격 중 하나 이상의 통신 규격으로 동작하도록 구현될 수 있다.
주변 인터페이스(360)는 센서 시스템(300)과 외부 장치 간의 데이터 입출력 및 제어 신호 전달 기능을 제공한다. 각 센서 데이터에 대한 통신망에서의 최종 목적지 정보, 센서 시스템(300)의 설정 등과 같은 입력 동작과 메모리(330)에 저장된 각종 데이터 등의 출력 동작은 주변 인터페이스(360)를 통하여 수행된다.
한편, 저전력 소비를 위해서 센서 시스템(300)의 동작 모드를 웨이크업(Wakeup) 모드와 슬립(Sleep) 모드로 구분할 수 있다. 센서 인터페이스(310), 저전력 센서 데이터 프로세서(320), 메모리(330), 슬립 및 웨이크업 제어부(350)는 상시 동작하도록 하며, 그 외 기능들은 웨이크업 모드에서만 동작하고 슬립 모드에서는 전원을 차단하거나 혹은 클럭을 차단하여 저전력으로 동작하도록 한다.
이때 웨이크업(Wakeup) 주기는 센서 시스템(300)이 접속한 통신망이 요구하는 웨이크업(Wakeup) 주기와 센서 데이터 수집 시스템(Sensor Data Collect System)이 요구하는 보고 주기(report period) 등을 고려하여 적절한 주기로 설정할 수 있다.
슬립 및 웨이크업 제어부(350)는 이렇게 설정된 주기에 맞게 슬립 및 웨이크업 시점을 제어하고, 상시 동작하지 않아도 되는 소자의 전원을 제어한다. 슬립 및 웨이크업 제어부(350)에 다음 웨이크업(Wakeup) 시간을 저장한 후 센서 시스템(300)이 슬립 모드로 전환되도록 하며, 저장된 웨이크업 시간이 도래하면 센서 시스템(300)은 웨이크업 모드로 전환되어 슬립 상태의 기능들이 정상적으로 설정된 데이터 처리 동작을 수행한다.
상기한 바와 같은 주기적인 웨이크업 외에 비정상적인 이벤트(event)가 발생할 경우에도 센서 시스템(300)을 웨이크업을 하도록 할 수 있다. 비정상적인 이벤트(event)는 센싱 값이 특정 임계 범위를 벗어나는 비정상적인 상태이거나 센서 시스템(300)의 배터리 전압이 낮아져서 센서 시스템(300)이 정상 동작이 어려워지는 경우 등을 포함할 수 있다. 이런 비주기적인 웨이크업의 방법으로는 다음의 방법을 포함한다.
첫째 방법은 저전력 센서 데이터 프로세서(320)가 센싱 값을 처리하는 과정에서 비정상적이거나 긴급하게 송신해야 하는 경우를 감지하였을 경우 슬립 및 웨이크업 제어부(350)에 지시하여 웨이크업을 수행하는 것이다. 이 지시 방법은 도 3에서 저전력 센서 데이터 프로세서(320)에서 슬립 및 웨이크업 제어부(350)로 연결된 점선 화살표와 같다.
둘째 방법은 슬립 및 웨이크업 제어부(350)와 연결된 독립적인 외부 웨이크업(External Wakeup) 포트를 통하여 웨이크업 여부를 슬립 및 웨이크업 제어부(350)에 전달하는 것이다. 이 포트는 또 다른 센서 혹은 장치 혹은 사용자의 지시에 따른 동작을 수행하는 장치와 연결될 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
일반적으로 통신 송수신기에는 하드웨어와 소프트웨어가 혼용되어 구현되므로 MCU(Micro-Controller Unit), AP(Application Processor), DSP(Digital Signal Processor) 등의 처리기가 포함되며 소정의 소프트웨어로 동작한다.
따라서 도 3에 도시된 메인 프로세서(340)의 동작 부하량이 크지 않다면 메인 프로세서(340)의 기능을 도 4의 통신 송수신기(470)에 포함된 프로세서가 수행할 수 있으므로 도 4과 같이 구현될 수도 있다.
도 4에 도시된 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템(400)은 도 3에 도시된 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템(300)과 비교하여 도 3의 메인 프로세서(340)의 기능을 통신 송수신기(470)에 포함시킨 것을 특징으로 한다. 한편, 그 외의 다른 구성은 그 동작 및 기능이 도 3의 구성과 동일한 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 센서 인터페이스를 나타내는 도면이다.
센서 인터페이스(310)는 하나 이상의 센서와 연결될 수 있도록, SPI(Serial Peripheral Interface), I2C, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), GPIO(General Purpose Input/Output) 및 ADC(Analog-to-Digital Converter)와 같은 다양한 인터페이스(Interface) 형식을 포함할 수 있다.
특정 인터페이스인 제1 인터페이스(311)는 제1 센서(31)와 연결이 될 수 있고, 다른 특정 인터페이스인 제2 인터페이스(312)는 외부 버스를 이용하여 하나 이상의 센서인 제2 내지 제4 센서(32~34)와 연결이 될 수 있다.
센서 출력이 아날로그 신호 형식일 경우에는 저전력 ADC(314)를 통하여 센싱 값을 디지털화한다. 이때 하나 이상의 센서인 제4 센서 및 제5 센서(34~35)의 센싱 값은 멀티플렉서(313)를 통하여 동작 시간을 분할하여 저전력 ADC(314)에 전달된다.
이때, 저전력 ADC는 종래의 ADC 보다 저전력 소비가 가능한 ADC를 의미한다. 그리고, 저전력 ADC(314)의 출력에는 잡음 및 간섭 등의 왜곡 성분이 센싱 값에 포함되어 있을 수 있어 트리밍 엔진(Trimming Engine)을 통하여 잡음 및 간섭을 제거하여 왜곡 영향이 최소화되도록 할 수 있다.
트리밍 엔진(315)은 평균, 필터(filter), FFT(Fast Fourier Transform), 상관기(Correlator) 등의 연산을 수행하며 낮은 클럭으로 동작하는 저전력 센서 데이터 프로세서(320)가 처리하기에 부담되는 연산을 수행한다. 멀티플렉서(313)에 연결된 센서가 하나 이상일 경우, 각 센서에 대한 저전력 ADC(314)의 출력값에 적용할 트리밍 연산 선정은 저전력 센서 데이터 프로세서(320)가 지시한다.
저전력 센서 데이터 프로세서(320)는 각 센서의 센싱 값을 정해진 규칙에 따라 처리하여 메모리(330)에 저장한다. 여기서 각 센서에 대하여 인식 값(Identification Value)이 할당되어서 저전력 센서 데이터 프로세서(320)에서 각 센서에 대한 센싱 값을 구별할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리방법(600)은, 센서 데이터 생성 및 저장 단계(S610), 웨이크업 여부 판단 단계(S620), 응용 데이터 생성 단계(S630), 암호화 모드 사용 여부 판단 단계(S640), 통신 데이터 생성 단계(S650) 및 통신 데이터 송신 단계(S660)를 포함하여 이루어진다.
상기 센서 데이터 생성 및 저장 단계(S610)에서는 먼저, 센서 인터페이스(310)가 하나 이상의 센서의 센싱 값을 수신하여 저전력 센서 데이터 프로세서(320)로 전달한다. 저전력 센서 데이터 프로세서(320)는 각 센서의 용도에 맞게 해당 센싱 값을 처리하여 센서 데이터(Sensor Data)를 생성하고 이를 메모리(330)에 저장한다.
저전력 센서 데이터 프로세서(320)의 센서 데이터(Sensor Data) 생성 동작은 소프트웨어로 구현되고, 각 센서 데이터(Sensor Data)는 센서의 인식 값에 따라 구별 처리되고 메모리(330)에 저장된다.(S611 내지 S613)
웨이크업 여부 판단 단계(S620)에서는 주기적인 웨이크업 시점이 도래하거나 비주기적인 웨이크업이 시행되었는지 여부를 판단한다.
응용 데이터 생성 단계(S630)에서는 주기적인 웨이크업 시점이 도래하거나 비주기적인 웨이크업이 시행되면 슬립 및 웨이크업 제어부(350)가 슬립 상태인 기능들을 웨이크업 상태로 전환시킨다. 메인 프로세서(340)는 메모리(330)에서 송신 대상이 되는 센서 데이터(Sensor Data)를 읽어서 응용(Application) 규격에 맞게 처리한 후 응용 데이터(Application Data)를 생성한다.(S631 내지 S633)
암호화 모드 사용 여부 판단 단계(S640)에서는 응용(Application) 규격에서 암호화 기능 사용이 지시되었는지 여부를 판단한다. 이후 암호화 기능 사용이 지시되었는지 여부에 따라 통신 데이터 생성 단계(S650)를 수행한다.
통신 데이터 생성 단계(S650)에서는 암호화 기능 사용이 지시된 경우 보안 엔진(370)에 응용 데이터와 적용할 암호화 모드를 전달한다. 보안 엔진(370)과 메인 프로세서(340)의 소프트웨어에 포함된 암호화 기능에서 지시된 암호화 모드로 암호화하여 응용 데이터로부터 암호화된 응용 데이터(Secured Application Data)를 생성하여 메모리(330)에 저장한다. 이후 암호화된 응용 데이터(Secured Application Data)로부터 통신 규격에 맞게 통신 데이터(communication data)를 생성한다.(S651 내지 S653)
각 응용 데이터의 암호화에 사용될 암호화 모드 종류 선정은 해당 데이터가 통신망을 통해 전달되는 최종 목적지의 센서 데이터 수집 시스템(231~233)이 지정하며, 각 응용 데이터에 대응되는 암호화 모드 목록은 센서 시스템(300)의 메모리(330)에 저장되어 있다.
한편 암호화 기능 사용이 지시되지 아니한 경우에는 암호화 과정 없이 응용 데이터로부터 바로 통신 데이터(communication data)를 생성한다.(S654)
이후 통신 데이터 송신 단계(S660)에서는 메인 프로세서(340)가 통신 송수신기(380)에 송신을 지시하면 통신 송수신기(380)는 통신 데이터(communication data)를 통신망을 통해 송신하고, 센서 시스템의 동작 모드를 슬립 모드로 전환시킨다.(S661 내지 S662)
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템의 구성과 동작을 정리하면 다음과 같다.
먼저, 센서 시스템(300)은 하나 이상의 센서와 연결하여 센싱 값을 처리하며, 센서 시스템(300)의 센서 데이터 정보는 통신망을 통하여 센서 데이터 수집 시스템(Sensor Data Collect System)으로 전달되며, 센서 시스템(300)은 응용 데이터(Application Data)를 센서 데이터 수집 시스템이 요구하는 암호화 모드로 암호화하여 전달한다.
센서 시스템(300)의 보안 엔진(370)은 하나 이상의 암호화 모드를 포함하고, 메인 프로세서(340)는 응용 데이터(Application Data)의 규격에 맞는 암호화 모드를 지시하며, 보안 엔진(370)은 응용 데이터(Application Data)를 지시된 암호화 모드로 암호화하여 암호화된 응응 데이터 (Secured Application Data)를 생성한다.
센서 시스템(300)은 저전력 소모를 위해서 센싱 값을 처리하는 일부 기능만 항시 전원으로 동작한다. 이때 항시 전원으로 동작하는 구성으로는 센서 인터페이스(310), 저전력 센서 데이터 프로세서(320) 및 슬립 및 웨이크업 제어부(350)가 있다.
센서 시스템(300)은 저전력 소모를 위해서 슬립(sleep) 모드와 웨이크업(Wakeup) 모드 간에 서로 전환될 수 있으며, 슬립(sleep) 모드일 때에는 항시 전원으로 동작하는 기능을 제외한 나머지 기능들은 슬립 상태(Power Off 혹은 Low Power 동작)를 유지한다.
센서 시스템(300)은 센서 데이터를 포함하는 응용 데이터 송신 주기에 의거하여 슬립(sleep) 모드에서 웨이크업(Wakeup) 모드로 전환하여 통신 데이터를 송신하고 송신이 완료되면 다시 슬립 모드로 전환된다.
센서 시스템(300)이 Sleep 상태 중에 통신 데이터를 송신해야 하는 경우에는 비정상적 웨이크업(Unscheduled Wakeup)이 수행되며, 이때 웨이크업은 저전력 센서 데이터 프로세서(320) 또는 외부 웨이크업(External Wakeup) 포트를 통하여 수행될 수 있다.

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  9. 적어도 하나의 센서의 센싱 값을 처리하는 센서 인터페이스; 상기 센서 인터페이스에서 처리된 적어도 하나의 센서의 센싱 값을 이용하여 센서 데이터를 생성하는 저전력 센서 데이터 프로세서; 상기 저전력 센서 데이터 프로세서에서 생성된 상기 센서 데이터를 저장하는 메모리; 및 상기 센서 인터페이스, 저전력 센서 데이터 프로세서 및 메모리의 전체 동작을 제어하는 메인 프로세서;를 포함하는 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리 방법에 있어서,
    센서 데이터 생성 및 저장 단계;
    웨이크업 여부 판단 단계;
    웨이크업 발생 시 상기 센서 데이터로부터 응용 데이터를 생성하는 응용 데이터 생성 단계;
    암호화 모드 사용 여부 판단 단계;
    상기 응용 데이터를 암호화하고 암호화된 응용 데이터로부터 통신 데이터를 생성하는 통신 데이터 생성 단계; 및
    통신망을 통해 상기 통신 데이터를 송신하고 센서 시스템의 동작 모드를 슬립 모드로 전환하는 통신 데이터 송신 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 센서 데이터 생성 및 저장 단계는
    상기 센서 인터페이스가 하나 이상의 센서의 센싱 값을 수신하여 저전력 센서 데이터 프로세서로 전달하고,
    상기 저전력 센서 데이터 프로세서는 각 센서의 용도에 맞게 해당 센싱 값을 처리하여 센서 데이터(Sensor Data)를 생성하고 이를 메모리에 저장하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 응용 데이터 생성 단계는
    주기적 또는 비주기적 웨이크업이 시행되면 슬립 및 웨이크업 제어부는 슬립 상태인 기능들을 웨이크업 상태로 전환시키고, 상기 메인 프로세서는 메모리에서 송신 대상이 되는 센서 데이터를 읽어서 응용 규격에 맞게 처리한 후 응용 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 통신 데이터 생성 단계는
    암호화 기능 사용이 지시된 경우 보안 엔진에 응용 데이터와 적용할 암호화 모드를 전달하고,
    보안 엔진과 메인 프로세서의 소프트웨어에 포함된 암호화 기능에서 지시된 암호화 모드로 암호화하여 응용 데이터로부터 암호화된 응용 데이터를 생성하여 메모리에 저장하며,
    상기 암호화된 응용 데이터로부터 통신 규격에 맞게 통신 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 통신 데이터 생성 단계는
    암호화 기능 사용이 지시되지 아니한 경우 암호화 과정 없이 응용 데이터로부터 바로 통신 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템을 이용한 데이터 처리 방법.
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