KR102678986B1 - System and method for collecting data using edge computing - Google Patents

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김진홍
임길택
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템은 데이터에 대한 전처리, 분석, 가시화를 수행하고, 이상상태 감지에 따라 경고 알람을 제공하는 데이터 수집 장치 및 데이터를 저장하고, 기설정된 시간 간격으로 저장된 데이터를 서버로 전송하는 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a data collection system and method using edge computing.
The data collection system using edge computing according to the present invention performs preprocessing, analysis, and visualization of data, stores data and a data collection device that provides warning alarms upon detection of abnormal conditions, and stores data stored at preset time intervals. It is characterized by including a gateway that transmits to the server.

Description

에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR COLLECTING DATA USING EDGE COMPUTING}Data collection system and method using edge computing {SYSTEM AND METHOD FOR COLLECTING DATA USING EDGE COMPUTING}

본 발명은 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a data collection system and method using edge computing.

종래 기술에 따른 데이터 수집 장치는 센서로부터 입력되는 데이터를 서버에 전달하는 역할을 한다. A data collection device according to the prior art serves to transmit data input from a sensor to a server.

입력된 데이터의 가시화 및 전처리 수행의 니즈에 따라, 데이터 수집 장치에 새로운 기능을 추가하고 이를 제어하는 기술에 대한 요구가 있다. Depending on the needs of visualizing and preprocessing input data, there is a demand for technology to add new functions to and control data collection devices.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스마트 공장 등에서 센서와 연결되어 데이터를 수집하는 장치를 제어/구현하기 위한 것이며, 센서 데이터 내용의 가시화, 분석을 통해 이상 상태 여부를 판단하여 경고 신호를 제공하고, 다양한 계산이 가능한 컴퓨팅 기능이 탑재되며, 머신 러닝 기술이 적용되어 데이터 수집, 전송 및 분석이 가능한 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was proposed to solve the above-mentioned problems, and is intended to control/implement a device that is connected to a sensor and collects data in a smart factory, etc., and determines whether an abnormal state is present through visualization and analysis of the sensor data and provides a warning. The purpose is to provide a data collection system and method using edge computing that provides signals, is equipped with computing functions capable of various calculations, and applies machine learning technology to collect, transmit, and analyze data.

본 발명에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템은 데이터에 대한 전처리, 분석, 가시화를 수행하고, 이상상태 감지에 따라 경고 알람을 제공하는 데이터 수집 장치 및 데이터를 저장하고, 기설정된 시간 간격으로 저장된 데이터를 서버로 전송하는 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 한다. The data collection system using edge computing according to the present invention performs preprocessing, analysis, and visualization of data, stores data and a data collection device that provides warning alarms upon detection of abnormal conditions, and stores data stored at preset time intervals. It is characterized by including a gateway that transmits to the server.

데이터 수집 장치는 임베디드 보드를 통한 전처리, 분석, 가시화를 수행한다. The data collection device performs preprocessing, analysis, and visualization through an embedded board.

데이터 수집 장치는 작업자의 휴대 단말로부터 음성으로 명령을 수신한 경우, 음성을 문자로 변환한 뒤 제어 신호를 찾는다. When the data collection device receives a voice command from the worker's mobile terminal, it converts the voice into text and then searches for a control signal.

게이트웨이는 데이터 수집 장치의 데이터와 기계장치에 있는 PLC로부터 데이터를 수신하여 서버로 전송한다. The gateway receives data from the data collection device and the PLC in the machine and transmits it to the server.

게이트웨이는 무선 로라를 통해 센서 데이터를 수신하고, RS485 또는 이더넷을 통해 장비에 연결되어 있는 PLC로부터 데이터를 수신한다. The gateway receives sensor data through wireless roller and data from PLC connected to the equipment through RS485 or Ethernet.

게이트웨이는 이더넷을 통해 데이터를 수집하는 경우, 컴퓨트 모듈을 이용하여 프로그램을 수행함에 따라 데이터를 수집한다. When the gateway collects data through Ethernet, it collects data as it executes a program using a compute module.

게이트웨이는 입력된 데이터를 근처의 서버로 전송하되, 무선 와이파이 또는 이더넷을 통해 데이터를 전송한다. The gateway transmits the input data to a nearby server, but transmits the data via wireless Wi-Fi or Ethernet.

게이트웨이는 PLC와 센서 데이터를 동시에 서버로 전송한다. The gateway simultaneously transmits PLC and sensor data to the server.

게이트웨이는 입력되는 데이터를 실시간으로 전송하고 기설정된 기간 동안 데이터를 저장하여 기설정된 간격으로 서버로 전송하여, 데이터로거로서 기능을 수행한다. The gateway transmits input data in real time, stores the data for a preset period, and transmits it to the server at preset intervals, performing the function as a data logger.

본 발명의 실시예에 따르면, 스마트 공장 등에서 원활한 데이터 수집이 가능하고, 환경에 맞추어 다양한 기능 중 필요한 기능을 선택하여 사용하는 것이 가능한 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to smoothly collect data in a smart factory, etc., and it is possible to select and use necessary functions among various functions according to the environment.

본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 장치는 LCD 창을 구비하여, 실제 현장 상황에 대한 실시간 확인이 가능하고, 유무선 통신을 통해 서버로 데이터를 원활하게 전송하는 것이 가능한 효과가 있다. The data collection device according to an embodiment of the present invention has an LCD window, enabling real-time confirmation of actual field conditions and smoothly transmitting data to a server through wired or wireless communication.

게이트웨이를 데이터 로거로 사용할 수 있어, 데이터 손실 없이 데이터 수집이 가능하고, PLC와 센서 데이터를 동시에 전송하는 것이 가능하다. The gateway can be used as a data logger, enabling data collection without data loss and transmitting PLC and sensor data simultaneously.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 종래 기술에 따른 데이터 수집 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 장치와 게이트웨이를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로라 망을 이용한 통신 구조도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅 디바이스의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 구현을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 방법을 나타내는 순서도이다.
Figure 1 shows a data collection device according to the prior art.
Figure 2 is a block diagram showing a data collection system using edge computing according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a data collection device and a gateway according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a communication structure using a LoRa network according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a block diagram of an edge computing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a system implementation according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart showing a data collection method using edge computing according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. The above-mentioned object and other objects, advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms, and the following embodiments will only explain the purpose of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. It is only provided to easily inform the configuration and effect, and the scope of rights of the present invention is defined by the description of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.Meanwhile, the terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” means that a mentioned element, step, operation and/or element is dependent on the presence of one or more other elements, steps, operations and/or elements. Or it is not excluded that it is added.

이하에서는, 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 배경에 대하여 먼저 서술하고, 본 발명의 실시예에 대하여 서술하기로 한다. Below, to aid the understanding of those skilled in the art, the background on which the present invention was proposed will first be described, and then the embodiments of the present invention will be described.

도 1은 종래 기술에 따른 데이터 수집 장치를 도시한다. Figure 1 shows a data collection device according to the prior art.

종래 기술에 따른 데이터 수집 장치는 센서로부터 입력되는 데이터를 서버로 전달한다. A data collection device according to the prior art transmits data input from a sensor to a server.

종래 기술에 따른 데이터 수집 장치는 스마트 공장 내 등에서 다양한 센서나 장비로부터 데이터를 추출해서 전송하는 역할을 하는데, 기능적으로 안정된 동작을 해야 하고, 공장이라는 특수성에 맞게 기능을 수행하여야 하는 관계로, 도 1에 도시한 바와 같이 단순한 구조를 가진다. Data collection devices according to the prior art play a role in extracting and transmitting data from various sensors or equipment within a smart factory, etc., and must operate in a functionally stable manner and perform functions in accordance with the unique characteristics of the factory, as shown in Figure 1 It has a simple structure as shown.

종래 기술에 따른 데이터 수집 장치는 센서와 연결될 수 있는 인터페이스(AI/DI)를 제공하고, 입력된 데이터를 유선(Ethernet) 또는 무선(WiFi) 통신으로 서버에 전송하는 기능을 가지는 것으로 충분하다. It is sufficient for a data collection device according to the prior art to provide an interface (AI/DI) that can be connected to a sensor and have the function of transmitting input data to a server through wired (Ethernet) or wireless (WiFi) communication.

그러나, 입력된 데이터의 가시화 및 전처리 등을 서버의 앞단에서 수행하는 것이 요구됨에 따라, 종래 기술에 따른 데이터 수집 장치의 기능으로는 이러한 요구 사항을 충족시킬 수 없으며, 수집 장치에 에지 컴퓨팅(edge computing) 기능을 추가하고 이를 제어하기 위한 다양한 방법들이 요구되고 있다.However, as visualization and preprocessing of the input data are required to be performed at the front end of the server, the functions of the data collection device according to the prior art cannot meet these requirements, and the collection device needs edge computing. ) Various methods are required to add and control functions.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다양한 기술의 융합, 스마트 공장 등에서 데이터 수집의 편의성과 중요성이 커짐에 따라 제안된 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템에 관한 것이다. The present invention was proposed to solve the above-mentioned problems, and relates to a data collection system using edge computing proposed as the convenience and importance of data collection increases in the convergence of various technologies and smart factories, etc.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템을 나타내는 블록도이다. Figure 2 is a block diagram showing a data collection system using edge computing according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템(100)은 데이터에 대한 전처리, 분석, 가시화를 수행하고, 이상 상태 감지에 따라 경고 알람을 제공하는 데이터 수집 장치(110) 및 데이터를 저장하고, 기설정된 시간 간격으로 저장된 데이터를 서버(130)로 전송하는 게이트웨이(120)를 포함한다. The data collection system 100 using edge computing according to an embodiment of the present invention performs preprocessing, analysis, and visualization of data, and stores the data and a data collection device 110 that provides a warning alarm according to detection of abnormal conditions. And includes a gateway 120 that transmits the stored data to the server 130 at preset time intervals.

종래 기술에 따른 데이터 수집 장치는 입력되는 센서 데이터를 수집하기 위해 데이터를 받기만 하는 수동적인 역할 수행에 그친다. The data collection device according to the prior art only performs a passive role of receiving data to collect input sensor data.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 장치(110)에는 에지 컴퓨팅 기능이 추가되면서, 이상 상태를 파악해서 알람 경보를 울리거나, 중앙 서버와의 마이크/스피커를 통한 음성 통신 등 다양한 기능이 수행된다. However, as an edge computing function is added to the data collection device 110 according to an embodiment of the present invention, various functions such as identifying abnormal conditions and sounding an alarm or voice communication through a microphone/speaker with the central server are performed. do.

또한, 이러한 기능에 대해 데이터 수집 장치(110)의 외부에서 제어할 수 있다. Additionally, these functions can be controlled from outside the data collection device 110.

예컨대 주변의 작업자는 직접 데이터 수집 장치(110)에 접근하여 화면을 통해 제어를 할 수 있지만, 만일 직접 접근을 하지 못하는 상황에서 긴급한 처리를 요하는 경우, 작업자의 단말(스마트폰)을 통해 음성 또는 문자로 제어 신호를 전달한다. For example, a nearby worker can directly access the data collection device 110 and control it through the screen, but if urgent processing is required in a situation where direct access is not possible, voice or voice information is provided through the worker's terminal (smartphone). Control signals are transmitted through text.

작업자가 단말을 통해 음성으로 명령을 입력하는 경우, 데이터 수집 장치 (110)내 에지 컴퓨팅을 통해 음성을 문자로 변환한 뒤, 제어 신호를 찾아서 해당 명령에 대한 기능을 실행함으로써, 쉽고 빠르게 제어하는 시스템 구축이 가능하다.When a worker inputs a voice command through a terminal, the voice is converted into text through edge computing within the data collection device 110, and then the control signal is found and the function for the command is executed, making it easy and quick to control. It is possible to build.

또한, 머신 러닝을 통해 데이터 분석을 앞단(데이터수집 장치)에서 진행해서 결과를 빠르게 분석하는 것이 가능하다. In addition, through machine learning, it is possible to conduct data analysis at the front end (data collection device) and quickly analyze the results.

본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 장치(110)는 임베디드 보드를 통한 전처리, 분석 등의 기능과, 중앙 서버와 동일한 가시화 기능 및 STT(Speech To Text)/TTS(Text To Speech) 기능을 통한 통신 기능이 포함된 다기능 수집 장치이다. The data collection device 110 according to an embodiment of the present invention has functions such as pre-processing and analysis through an embedded board, visualization function identical to that of the central server, and communication through STT (Speech To Text)/TTS (Text To Speech) functions. It is a multi-functional collection device with many functions.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 데이터 수집 장치(110)는 로라 무선망을 통해 데이터를 게이트웨이(120)로 전달하고, 게이트웨이(120)는 데이터 수집 장치(110)의 데이터와 기계장치에 있는 PLC로부터의 데이터를 받아서, 서버(130)로 전송한다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of data collection devices 110 transmit data to the gateway 120 through a LoRa wireless network, and the gateway 120 collects data from the data collection device 110 and the machine device. Data is received from the PLC and transmitted to the server 130.

본 발명의 실시예에 따르면, 게이트웨이(120)는 로라 무선통신과 이더넷/RS485를 통한 유선통신을 통해 동시에 데이터를 저장한 뒤, 일정한 시간 간격으로 서버(130)로 데이터를 전달한다. According to an embodiment of the present invention, the gateway 120 simultaneously stores data through LoRa wireless communication and wired communication through Ethernet/RS485 and then transmits the data to the server 130 at regular time intervals.

본 발명의 실시예에 따르면, PLC와 센서 데이터를 동시에 전송하는 것이 가능하며, 메모리를 추가해서 데이터로거로서 기능을 하는 것이 가능하다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to transmit PLC and sensor data simultaneously, and it is possible to function as a data logger by adding memory.

즉, 입력되는 데이터를 실시간으로 전송하면서, 일정기간 동안 저장한 뒤 일정한 간격(예: 일주일 또는 원하는 기간단위)으로 서버로 전송할 경우 데이터 손실을 줄이는 것이 가능하다. In other words, it is possible to reduce data loss by transmitting input data in real time, storing it for a certain period of time, and then transmitting it to the server at regular intervals (e.g., a week or a desired period).

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집 장치와 무선 로라와 통신하는 게이트웨이를 도시한다. 3 shows a gateway communicating with a data collection device and wireless roller according to an embodiment of the present invention.

데이터 수집 장치(110)의 경우, 입력과 출력은 다양한 환경에 적용할 수 있도록 사용자가 선택해서 사용하도록 옵션이 주어진다. In the case of the data collection device 110, input and output options are given so that the user can select and use them so that they can be applied to various environments.

외부와 연결되는 센서는 사용 환경에 의존해서 선택되지만, 내장 센서(Bosch sensor)는 온도/습도/압력/가스등 기본적인 내용을 센싱한다. The sensor connected to the outside is selected depending on the usage environment, but the built-in sensor (Bosch sensor) senses basic information such as temperature/humidity/pressure/gas.

데이터 수집 장치(110)는 센싱 데이터로부터 이상 상태가 감지될 경우, 주위 관리자에게 경고 알람을 제공하며, 경고 알람은 부저와 경광등 등을 통해 제공된다. When an abnormal condition is detected from sensing data, the data collection device 110 provides a warning alarm to nearby managers, and the warning alarm is provided through a buzzer, a warning light, etc.

또한, 데이터 수집 장치(110)는 이상 상태에 대해, 스피커와 마이크를 통해 다른 사용자나 중앙 관리자에게 상황을 전달하는 것이 가능하다. Additionally, the data collection device 110 is capable of conveying abnormal conditions to other users or the central administrator through a speaker and microphone.

데이터 수집 장치(110)의 출력은 사용 환경에 맞추어 선택 가능하도록, 무선통신인 와이파이와 로라를 제공하고, BLE를 통해 다른 스마트기기와 연결되어 데이터 수신 및 환경 설정 기능을 수행한다. The output of the data collection device 110 provides wireless communication such as Wi-Fi and LoRa so that it can be selected according to the usage environment, and is connected to other smart devices through BLE to perform data reception and environment setting functions.

데이터 수집 장치(110)는 입력된 데이터의 전처리 및 계산을 위한 기능을 수행하기 위해 compute module과 같은 임베디드 보드를 구비하고, 입력된 데이터를 가공한 뒤 다시 MCU를 통해 최종 데이터를 서버에 전달한다. The data collection device 110 is equipped with an embedded board such as a compute module to perform functions for preprocessing and calculation of the input data, processes the input data, and then delivers the final data to the server through the MCU.

데이터 수집 장치(110)는 공장 내 다양한 위치에 쉽게 설치가 가능하도록 배터리를 구비하여 동작하고, 현재 데이터 내용의 확인과 모니터링이 가능하도록 LCD창을 통해 현재 상태를 디스플레이한다. The data collection device 110 operates with a battery so that it can be easily installed in various locations in the factory, and displays the current status through an LCD window to enable confirmation and monitoring of current data contents.

데이터 수집 장치(110)의 각 블록은 동시에 동작할 수도 있지만, 전력소모를 줄이기 위해 개별적으로 동작할 수 있도록 전원 제어가 가능하도록 설계된다. Each block of the data collection device 110 may operate simultaneously, but is designed to enable power control so that it can operate individually to reduce power consumption.

본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이(120)는 데이터로거 역할을 하도록 메모리에 입력된 데이터를 저장하다가 일정한 시간에 서버로 데이터를 전달한다.The gateway 120 according to an embodiment of the present invention stores input data in memory to act as a data logger and transmits the data to the server at a certain time.

센서 데이터는 무선 로라를 통해 입력되고 장비에 연결되어 있는 PLC로부터 입력되는 데이터는 RS485 또는 이더넷을 통해 입력된다. Sensor data is input through wireless roller, and data from PLC connected to the equipment is input through RS485 or Ethernet.

RS485는 자체 프로그램을 통해 PLC 데이터를 MCU에 저장할 수 있지만 이더넷은 프로그램을 수행해서 데이터를 수집하여야 하며, 이 경우 compute module을 이용하여 데이터를 수집한다. RS485 can store PLC data in the MCU through its own program, but Ethernet requires executing a program to collect data, and in this case, data is collected using a compute module.

입력된 데이터는 무선 와이파이 또는 이더넷을 통해 근처에 있는 서버로 전송된다.The entered data is transmitted to a nearby server via wireless Wi-Fi or Ethernet.

아래 [표 1]은 전술한 기능을 정리한 표로서, 다양한 기능이 하나의 장치에서 제공하기 때문에 전류소모가 높을 수 있지만, 각 블록 별로 전원공급을 제어할 수 있어 실제 사용하는 기능 단위로 전원을 공급한다. [Table 1] below is a table summarizing the above-mentioned functions. Since various functions are provided by one device, current consumption may be high, but power supply can be controlled for each block, so power can be supplied by function in actual use. supply.

기능function 내용detail LCD 디스플레이LCD display 입력데이터 및 그래프 가시화Input data and graph visualization 내장센서Built-in sensor 온도, 습도 등 기본적인 센서 데이터 입력Input basic sensor data such as temperature and humidity 외장센서External sensor 다양한 인터페이스에 센서 연결하여 데이터 입력Data input by connecting sensors to various interfaces 무선통신wireless communication 와이파이와 로라 통신 제공Wi-Fi and LoRa communication provided BLE통신BLE communication 스마트기기와 연결하여 데이터 공유 및 환경설정Connect to smart devices to share data and set preferences 부저 및 경광등Buzzer and warning lights 이상 상태 발생 시 경고 신호를 소리와 빛으로 전달When an abnormal condition occurs, a warning signal is transmitted through sound and light. 마이크 및 스피커microphone and speaker 다른 수집 장치나 중앙 서버와 음성 통신 제공Provides voice communication with other collection devices or central servers 임베디드 모듈embedded module 입력 데이터의 전처리, 계산 및 음성, 문자 통신을 위한 STT/TTS 제공Provides STT/TTS for preprocessing, calculation, and voice and text communication of input data PLC 데이터 수집PLC data acquisition 게이트웨이 내 RS485와 이더넷을 통해 PLC와 연결하여 데이터 수집Data collection by connecting to PLC via RS485 and Ethernet within the gateway 배터리 전원battery power 이동 및 설치가 간편하도록 전원 공급Powered for easy movement and installation

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로라 망을 이용한 통신 구조도를 도시한다. Figure 4 shows a communication structure using a LoRa network according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 복수의 스마트 기기(200a, 200b, 200c)를 이용하여, 각 스마트 기기와 연결된 수집 장치(110a, 110b, 110c) 내의 상태를 파악할 수 있고, 음성/문자 통신을 통해 작업 효율을 높이는 것이 가능하다. Referring to Figure 4, using a plurality of smart devices (200a, 200b, 200c), the status of the collection devices (110a, 110b, 110c) connected to each smart device can be checked, and work efficiency can be improved through voice/text communication. It is possible to increase .

특히, 소음이 심한 곳에서 통신을 할 경우 문자 통신을 이용하며 음성 신호를 문자로 바꾸어 전송함으로써, 환경에 비의존적인 통신 구조를 구현한다. In particular, when communicating in a noisy place, text communication is used and voice signals are converted into text and transmitted, thereby implementing a communication structure that is not dependent on the environment.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, DCU(Data Collecting Unit)와 비교하여, 에지 컴퓨팅 디바이스에는 프로세싱과 컴퓨팅 기능이 추가된다.According to an embodiment of the present invention, as shown in (a) of FIG. 5, compared to a Data Collecting Unit (DCU), processing and computing functions are added to the edge computing device.

IoT 센서로부터 데이터를 수집하기 위한 에지 컴퓨팅 디바이스는 인터페이스 파트, 메모리 파트, 프로세싱 파트 및 통신 파트를 포함하여 구성된다. An edge computing device for collecting data from IoT sensors includes an interface part, a memory part, a processing part, and a communication part.

센서들은 제조사에 따라 상이한 종류의 인터페이스를 가지고 있고, 목적 및 용도에 따라 다양한 인터페이스를 사용자에게 제공해 주어야 한다. Sensors have different types of interfaces depending on the manufacturer, and various interfaces must be provided to users depending on the purpose and use.

에지 컴퓨팅 디바이스의 프로세서는 MCU 또는 CPU로 구성되어, 데이터를 애플리케이션의 목적에 부합되는 적절한 지식이 되도록 처리한다. The processor of an edge computing device consists of an MCU or CPU, which processes data into appropriate knowledge that meets the purpose of the application.

최종 수정된 데이터는 와이파이, 로라, 이더넷 등 유무선 통신을 통해 서버로 전송되고, 이러한 기술 구성은 지게차, AGV 등 포터블 비하이클(portable vehicle)에 적용 가능하다.The final modified data is transmitted to the server through wired and wireless communications such as Wi-Fi, roller, and Ethernet, and this technical configuration can be applied to portable vehicles such as forklifts and AGVs.

도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 에지 컴퓨팅 디바이스로부터 정제된(refined) 데이터 또는 정보는 클라우드 컴퓨팅 또는 독립형 서버로 전송된다. As shown in (b) of FIG. 5, data or information refined from the edge computing device is transmitted to cloud computing or a standalone server.

새로운 기능은 프로세싱 알고리즘에 의해 정의되고, 용도에 따라 변경 가능하다. New functions are defined by processing algorithms and can be changed depending on usage.

센서 데이터는 다양한 종류의 포맷 및 특성을 가지고 있으며, 로 데이터(raw data)는 최종 처리될때까지 무의미하다. Sensor data has various types of formats and characteristics, and raw data is meaningless until final processing.

이하에서는 도 6의 (a) 및 (6)를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 시스템 구현에 대해 설명한다. Hereinafter, system implementation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 6 (a) and (6).

시스템 구현에 대해 설명하면, CPU 모듈을 선택하여야 하고, 유용한 데이터의 계산 및 추정을 위한 연구 개발 기간 및 비용을 줄이기 위해, Raspberry-pi와 같은 상용 제품이 사용된다. Explaining the system implementation, a CPU module must be selected, and commercial products such as Raspberry-pi are used to reduce the research and development period and cost for calculating and estimating useful data.

데이터 수집 장치는 다양한 타입과 적용 가능한 연결을 제공하기 위해, 센서와의 인터페이스를 고려하여 제안된다. Data collection devices are proposed taking into account interfaces with sensors to provide various types and applicable connections.

데이터 수집 장치의 데이터는 MCU 로 전송되고, 이는 정해진 프로토콜에 의해 무선 또는 유선으로 서버로 전송된다. Data from the data collection device is transmitted to the MCU, and it is transmitted wirelessly or wired to the server according to a designated protocol.

도 6의 (a)는 DAQ(데이터 수집장치)에 수집된 데이터는 로라통신을 통해 게이트웨이로 전송이 되고 게이트웨이는 유선으로 PLC와 연결되어 PLC 데이터를 수신한 뒤 DAQ 데이터와 함께 서버로 전송하는 데이터 수집 및 전송 시스템을 도시하고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 도시된 구조도를 실제 시연한 시스템을 도시한다. In Figure 6 (a), the data collected in the DAQ (data acquisition device) is transmitted to the gateway through LoRa communication, and the gateway is connected to the PLC by wire, receives the PLC data, and then transmits the data to the server along with the DAQ data. It shows a collection and transmission system, and Figure 6(b) shows a system that actually demonstrates the structural diagram shown in Figure 6(a).

도 6의 (a)를 참조하면, 게이트웨이(Gateway)를 통해 다양한 데이터를 서버로 전송할 수 있는 시스템 구조를 도시한다. Referring to (a) of FIG. 6, it shows a system structure that can transmit various data to a server through a gateway.

서버로 전송된 데이터는 데이터베이스로 전송되며, 이들의 처리 결과는 모니터에 실시간으로 디스플레이된다. Data sent to the server is transferred to the database, and their processing results are displayed on the monitor in real time.

성능(속도), 안정성 확장은 네트워크 상태, 데이터 볼륨 사이즈 및 에지 컴퓨팅 모듈의 개수에 따라 달라질 수 있다. Performance (speed) and stability expansion may vary depending on network conditions, data volume size, and number of edge computing modules.

각각의 DAQ 디바이스는 게이트웨이를 통하거나 무선으로 연결된 서버로 직접 데이터를 전송할 수 있다. Each DAQ device can transmit data through a gateway or directly to a wirelessly connected server.

DAQ에서 데이터 수집 및 처리된 경우, 해당 데이터는 분석에 적절하게 처리되어 서버로 전송된다. When data is collected and processed in DAQ, the data is processed appropriately for analysis and sent to the server.

본 구조가 IoT에 적용되는 경우, DAQ디바이스는 노드 또는 엔드 디바이스(end device) 및 게이트웨이와 같은 협업 에지와 관련된다. When this structure is applied to IoT, DAQ devices are associated with collaboration edges such as nodes or end devices and gateways.

따라서, 본 구조는 IoT 애플리케이션에 용이하게 적용되어 스마트 팩토리, 스마트 시티 등 다른 영역의 시스템으로 융합, 확장될 수 있다. Therefore, this structure can be easily applied to IoT applications and integrated and expanded into systems in other areas such as smart factories and smart cities.

IoT 시스템에서의 M2M 데이터 전송은 센서로부터 수집된 데이터를 전송하는 것인데, 본 제안에 따르면 DAQ에서 데이터를 최종적으로 의미 있는 결과로 프로세싱하는 과정을 포함한다. M2M data transmission in IoT systems involves transmitting data collected from sensors, and according to this proposal, it includes the process of processing the data into final meaningful results in DAQ.

임베디드 보드를 이용하여 DAQ와 같은 에지 컴퓨팅 디바이스의 기능 확장이 가능하며, 계산 및 연산이 프론트 엔드에서 수행되고, 최종 데이터는 서버에 전송되어 처리 및 가시화에 사용된다. Using embedded boards, it is possible to expand the functionality of edge computing devices such as DAQ, calculations and operations are performed on the front end, and the final data is transmitted to the server for processing and visualization.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 7 is a flowchart showing a data collection method using edge computing according to an embodiment of the present invention.

환경 설정 및 데이터 입력이 수행되면(S510), 입력된 데이터를 통해 이상 상태가 발생하였는지 여부를 확인한다(S520). When environment settings and data input are performed (S510), it is checked whether an abnormal condition has occurred through the input data (S520).

S520 단계에서 이상 상태가 발생한 것으로 판단하면, 경고 신호를 발생시킨다(S530). If it is determined that an abnormal condition has occurred in step S520, a warning signal is generated (S530).

S520 단계에서 정상 상태인 것으로 판단하면, 데이터가 서버로 전송되며, 동시에 분석 필요 여부를 확인한다(S540). If it is determined to be in a normal state in step S520, the data is transmitted to the server, and at the same time, it is checked whether analysis is necessary (S540).

S540 단계에서 분석이 필요한 것으로 판단된 경우, 임베디드 보드에서는 전처리, 분석이 수행되고(S550), 이어서 데이터 가시화가 실행된다(S560). If analysis is determined to be necessary in step S540, preprocessing and analysis are performed on the embedded board (S550), and then data visualization is performed (S560).

S540 단계에서 분석이 불필요한 것으로 판단된 경우, 데이터 가시화가 실행된다(S560). If analysis is determined to be unnecessary in step S540, data visualization is performed (S560).

본 발명의 실시예에 따른 데이터 가시화는 서버뿐 아니라 데이터 수집 장치에서도 수행되며, 이 때 동일한 데이터에 대한 가시화가 진행된다. Data visualization according to an embodiment of the present invention is performed not only on the server but also on the data collection device, and at this time, visualization of the same data is performed.

데이터 분석이 필요할 경우, 분석이 완료된 데이터가 서버로 전송된다. If data analysis is necessary, the analyzed data is sent to the server.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 방법은 컴퓨터 시스템에서 구현되거나, 또는 기록매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 적어도 하나 이상의 프로세서와, 메모리와, 사용자 입력 장치와, 데이터 통신 버스와, 사용자 출력 장치와, 저장소를 포함할 수 있다. 전술한 각각의 구성 요소는 데이터 통신 버스를 통해 데이터 통신을 한다.Meanwhile, the data collection method using edge computing according to an embodiment of the present invention may be implemented in a computer system or recorded on a recording medium. A computer system may include at least one processor, memory, user input device, data communication bus, user output device, and storage. Each of the above-described components communicates data through a data communication bus.

컴퓨터 시스템은 네트워크에 커플링된 네트워크 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙처리 장치(central processing unit (CPU))이거나, 혹은 메모리 및/또는 저장소에 저장된 명령어를 처리하는 반도체 장치일 수 있다. The computer system may further include a network interface coupled to the network. A processor may be a central processing unit (CPU) or a semiconductor device that processes instructions stored in memory and/or storage.

메모리 및 저장소는 다양한 형태의 휘발성 혹은 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리는 ROM 및 RAM을 포함할 수 있다.Memory and storage may include various types of volatile or non-volatile storage media. For example, memory may include ROM and RAM.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 방법은 컴퓨터에서 실행 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 방법이 컴퓨터 장치에서 수행될 때, 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들이 본 발명에 따른 데이터 수집 방법을 수행할 수 있다.Therefore, the data collection method using edge computing according to an embodiment of the present invention can be implemented in a method executable on a computer. When the data collection method using edge computing according to an embodiment of the present invention is performed on a computer device, computer-readable instructions may perform the data collection method according to the present invention.

한편, 상술한 본 발명에 따른 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the data collection method using edge computing according to the present invention described above can be implemented as computer-readable code on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include all types of recording media storing data that can be deciphered by a computer system. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, and optical data storage devices. Additionally, the computer-readable recording medium can be distributed to a computer system connected to a computer communication network, and stored and executed as a code that can be read in a distributed manner.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. So far, we have looked at the embodiments of the present invention. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

110: 데이터 수집 장치 120: 게이트웨이
130: 서버 200: 단말
110: data collection device 120: gateway
130: Server 200: Terminal

Claims (7)

데이터에 대한 전처리, 분석, 가시화를 수행하고, 이상상태 감지에 따라 경고 알람을 제공하는 데이터 수집 장치; 및
상기 데이터를 저장하고, 기설정된 시간 간격으로 저장된 데이터를 서버로 전송하는 게이트웨이를 포함하고,
상기 게이트웨이는 무선 로라를 통해 센서 데이터를 수신하고, RS485 또는 이더넷을 통해 기계장치에 있는 PLC로부터 데이터를 수신하고, 상기 센서 데이터 및 PLC로부터 수신한 데이터를 기설정된 기간동안 저장하고, 기설정된 간격에 따라 동시에 상기 서버로 전송하는 것
인 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템.
A data collection device that performs preprocessing, analysis, and visualization of data and provides warning alarms upon detection of abnormal conditions; and
It includes a gateway that stores the data and transmits the stored data to a server at preset time intervals,
The gateway receives sensor data through wireless roller, receives data from the PLC in the machine through RS485 or Ethernet, stores the sensor data and data received from the PLC for a preset period, and stores the sensor data and data received from the PLC at preset intervals. simultaneously transmitting to the server according to
Data collection system using in-edge computing.
제1항에 있어서,
상기 데이터 수집 장치는 임베디드 보드를 통해 상기 데이터에 대한 전처리, 분석 및 가시화를 수행하는 것
인 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템.
According to paragraph 1,
The data collection device performs preprocessing, analysis, and visualization of the data through an embedded board.
Data collection system using in-edge computing.
제1항에 있어서,
상기 데이터 수집 장치는 작업자의 휴대 단말로부터 음성으로 명령을 수신한 경우, 상기 음성을 문자로 변환하여 제어 신호를 찾는 것
인 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템.
According to paragraph 1,
When the data collection device receives a voice command from the worker's mobile terminal, the data collection device converts the voice into text to find a control signal.
Data collection system using in-edge computing.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 게이트웨이는 상기 이더넷을 통해 데이터를 수신하는 경우, 컴퓨트 모듈을 이용하여 데이터를 수집하는 것
인 에지 컴퓨팅을 이용한 데이터 수집 시스템.
According to paragraph 1,
When the gateway receives data through the Ethernet, it collects data using a compute module.
Data collection system using in-edge computing.
삭제delete
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