KR20050105129A - Short range wireless zigbee sensor network using moving train - Google Patents

Short range wireless zigbee sensor network using moving train Download PDF

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Abstract

철도차량을 이용해 철도구간의 각종 장비와 단말들의 운영상태를 파악할 수 있도록 하는 무선 센서 Network.Wireless sensor network that uses railroad cars to grasp the operating status of various equipment and terminals in railway sections.

Description

철도구간의 철도차량을 이용한 근거리 무선센서망 {Short Range Wireless ZigBee Sensor Network using Moving Train}Short Range Wireless ZigBee Sensor Network using Moving Train}

기존의 철도센서망은 직접 센서와 연결된 RS232C 또는 TCP/IP의 유선망을 이용한 망으로 유선으로 구성되어있으며 이 센서를 통해 각 노선의 이상 유무를 확인하고 이상확인시 운행을 정지하여 만일의 사고에 대비하고 있다. 꼭 필요한 노선의 이상확인을 위한 센서이므로 비용이 많이 들더라도 설치하여 사용할 수밖에 없었다.The existing railroad sensor network consists of a wired network using RS232C or TCP / IP wired directly connected to the sensor. Through this sensor, it checks each line for abnormalities and stops the operation when it checks for errors. Doing. Because it is a sensor for checking the abnormality of the necessary line, it was inevitable to install and use even if it costs a lot.

철도(지하철포함)망은 다양한 센서와 장비가 융합된 망으로 구성이 되며 이를 감시하기위해 고비용의 설치비와 유지관리비가 드는 센서 망을 통하여 장비와 기기의 오류를 감시하고 있다.The railway (including subway) network consists of a fusion network of various sensors and equipment. To monitor this, errors in equipment and equipment are monitored through a sensor network with high installation and maintenance costs.

하지만 센 서류의 고장이 발생한 경우 이를 확인하여 수리하는데 어려움을 겪고있으며 센서의 고장인지 또는 장비의 고장인지의 구분이 되지않아 매일같이 인력을 동원 철도 전라인에 걸쳐 전 노선을 주행 또는 실측하며 문제발생지역을 탐색하는 원시적인 방안으로 대처하고 있다.However, it is difficult to check and repair the damaged documents, and it is difficult to distinguish whether the sensor is broken or the equipment is broken. Coping with primitive ways to explore the region.

이러한 고비용과 인력이 낭비되는 철도망의 유지관리를 병렬 또는 독립형 무선센서망을 구축함으로서 합리적으로 관리하며 센서의 고장이나 오동작으로 인한 백업기능까지 구현하여 Mission Critical 한 기간교통망인 철도망의 Fault Tolerant한 시스템 운영의 구현에 있다.By managing parallel or independent wireless sensor network, the maintenance of railway network that wastes high cost and manpower is rationally managed and the backup function due to sensor failure or malfunction is implemented to operate fault tolerant system of railway network, which is mission critical transportation network. Is in the implementation of.

측정하고자하는 장비에 센서를 위치하고 그 센서에 무선어댑터 (ZigBee Client등)을 연결, 설치하며 철도차량 객차 내에 무선호스트(ZigBee Host등)를 설치함으로써 부가 네트워크의 구성없이 자체전원과 센서의 연결만으로 현재의 센서로 감지하고자하는 감시 부의 상태를 감시하는 시스템이다.The sensor is placed on the equipment to be measured and the wireless adapter (ZigBee Client, etc.) is connected and installed on the sensor, and the wireless host (ZigBee Host, etc.) is installed in the passenger car. It is a system to monitor the state of the monitoring unit to be detected by the sensor.

네트워크가 없거나 또는 제한된 네트워크를 사용하는 환경에서 최대한의 모니터링 기능과 정보를 제공한다. 이 시스템의 기본구성은 <도 1>과 같다.Provides maximum monitoring and information in environments with no or limited network. The basic configuration of this system is shown in FIG.

<도 1>에서와 같이 이동 열차(도 1-40)와 Backbone(도 1-50)은 무선으로 연결되어있고 대개의 경우 표준적인 WiFi Network를 사용하게된다. 설치된 센서 Node(도 1-20, 도 1-21)들은 자체 배터리를 가지고 동작하며 이동열차(도 1-40)이 반경내에 들어오면 센서의 상태를 ZigBee Client(도 1-20-1, 도 1-21-1)를 통해 ZigBee Host(도 1-30-1)로 전송하고 이동열차 내의 AP는 센서값을 무선 네트워크가 연결되었을때 Backbone(도 1-50)의 AP(도 1-10, 도 1-11)를 통해 관제 서버로 전송하게 된다. 하지만 Backbone(도 1-50)의 AP(도 1-10, 도 1-11)에 설치된 ZigBee Host(도 1-10-1, 도 1-11-1)와 직접 연결이 가능한 Sensor Node(도 1-20, 도 1-21)등은 이동열차를 통해 데이터를 전송할 필요없이 직접 Backbone(도 1-50)에 연결된 ZigBee Host(도 1-10-1, 도 1-11-1)을 통해 센서의 상태를 전송하게 된다. 즉 센서상태의 전송은 Backbone(도 1-50)의 연결이 가능하냐 아니냐에 따라 이동열차(도 1-40)의 ZigBee Host(도 1-30-1)를 통해 전송하거나 또는 Backbone(도 1-50)에 연결된 ZigBee Host(도 1-10-1, 도 1-11-1)를 통해 전송되는 구조가 모두 가능하며 이는 상호 보완적인 형태로 운영이 가능하다.As shown in FIG. 1, a mobile train (FIG. 1-40) and a backbone (FIG. 1-50) are wirelessly connected and usually use a standard WiFi network. The installed sensor nodes (Figs. 1-20 and 1-21) operate with their own batteries, and when the moving train (Figs. 1-40) enters a radius, the state of the sensor is indicated by the ZigBee Client (Figs. 1-20-1 and 1). -21-1) to the ZigBee Host (FIG. 1-30-1) and the AP in the mobile train sends sensor values to the AP of the backbone (FIG. 1-10) when the wireless network is connected. 1-11) is sent to the control server. However, a Sensor Node (FIG. 1) capable of directly connecting to a ZigBee Host (FIGS. 1-10-1 and 1-11-1) installed in an AP (FIGS. 1-10 and 1-11) of a backbone (FIGS. 1-50). -20, Figs. 1-21), and the like are shown in FIG. 1-10-1, Figs. 1-10-1, and Fig. 1-11-1, directly connected to the Backbone (Figs. 1-50) without the need to transmit data through a moving train. It will send status. That is, the transmission of the sensor status is transmitted through the ZigBee Host (Fig. 1-30-1) of the moving train (Fig. 1-40) or Backbone (Fig. 1- 1) depending on whether the connection of the backbone (Fig. 1-50) is possible or not. 50) all of the structures transmitted through the ZigBee Host (FIGS. 1-10-1 and 1-11-1) connected to each other are possible, which can be operated in a complementary form.

각각의 센서 Node는 <도 2>와 같으며 ZigBee Client(도 2-20-1)와 센서(도 2-20)으로 구성된다. 센서의 형태는 Digital형태와 Analog형태 모두를 수용하며 Analog형태는 Signal Level 을 맞춘후 AD 변환하여 입력을 받는다. 이렇게 Analog또는 Digital 신호를 수신후 ZigBee Client(도 2-20-1)는 RF 안테나(도 2-60)을 통해 현재의 상태변화를 송신하게된다.Each sensor node is shown in FIG. 2 and is composed of a ZigBee client (FIGS. 2-20-1) and a sensor (FIGS. 2-20). The sensor type accepts both digital and analog types, and the analog type receives signal after AD conversion after adjusting the signal level. After receiving the analog or digital signal, the ZigBee Client (Figs. 2-20-1) transmits the current state change through the RF antenna (Fig. 2-60).

센서 노드로부터의 상태전송의 수신은 무선랜 네트워크에 연결된 AP또는 별초의 처리를 위한 시스템에 연결된후 무선랜 네트워크를 통해서 전송된다. 수신부는 <도 3>과 같이 구성되며 ZigBee Host(도 3-10-1)과 AP(도 3-10)으로 구성되며 부가적으로 별도처리를 위한 PC또는 유사장비가 연결될 수 있다.Receipt of the status transmission from the sensor node is transmitted through the WLAN network after being connected to the AP connected to the WLAN network or to the system for processing of other flowers. The receiver is configured as shown in FIG. 3 and is composed of a ZigBee Host (FIG. 3-10-1) and an AP (FIG. 3-10), and additionally, a PC or similar equipment for separate processing may be connected.

이동 열차를 통한 연결의 예는 <도 4>에 설명되어있다. 즉 센서 Node(도 4-21)에서 송신된 센서 상태를 이동열차(도 4-40)에 위치한 ZigBee Host와 AP(도 4-30)가 두 단자간의 Link(도 4-70)를 성립후 송,수신 하게되며 AP(도 4-30)는 센서 Node(도 4-21)로부터 전송된 데이터를 Backbone(도 4-50)에 직접연결된 AP(도 4-11)에게로 둘간의 성립된 Link(도 4-71)를 통해 전송한다. 이때 이동 열차와 Backbone(도 4-50)과의 Link(도 4-71)는 센서노드(도 4-21)와의 Link(도 4-70)이 연결되었을때 동시에 연결되지않더라도 시간 지연 전송이 가능하도록 조절되어있어야하며 이때는 센서 Node(도 4-21)의 상태를 저장하고 있다가 Link(도 4-71)이 완료되었을때 지연 전송한다. <도 4>의 구성은 실시간 센서의 상태를 확인할 수는 없지만 광범위한 지역의 센서 데이터를 이동 열차의 운행으로 확인할 수 있는 저렴하고 간단한 구성이라고 할 수 있다.An example of a connection via a mobile train is described in FIG. 4. That is, the ZigBee Host and the AP (Fig. 4-30) located in the moving train (Fig. 4-40) transmit the sensor state transmitted from the sensor node (Fig. 4-21) and establish a link (Fig. 4-70) between the two terminals. , The AP (FIG. 4-30) receives the data transmitted from the sensor node (FIG. 4-21) to the AP (FIG. 4-11) directly connected to the backbone (FIG. 4-50). 4 through 71). At this time, the link between the moving train and the backbone (Fig. 4-71) can be time-delayed even when the link with the sensor node (Fig. 4-21) is not connected at the same time when the link (Fig. 4-70) is connected. In this case, the state of the sensor node (Fig. 4-21) is stored, and the delay is transmitted when the link (Fig. 4-71) is completed. Although the configuration of FIG. 4 cannot confirm the state of the real-time sensor, it can be said that it is an inexpensive and simple configuration that can check sensor data of a wide area by the operation of a moving train.

<도 5>는 센서 Node(도 5-20)가 Backbone(도 5-50)의 네트워크에 직접 연결이 가능한 경우에 대한 설명이다. 센서 Node(도 5-20)ㅊ가 Backbone(도 5-50)에 연결된 ZigBee Host(도 5-10)와의 Link(도 5-70)로 전송하면 AP는 이 센서 데이터를 관제 센터로 전송한다. 이경우 이동 열차의 참여없이 센서값의 확인이 가능하며 센서의 변경에대한 이벤트가 발생했을때 실시간으로 확인이 가능한 장점이 있다.FIG. 5 illustrates a case in which a sensor node (FIGS. 5-20) can be directly connected to a network of a backbone (FIGS. 5-50). When the sensor node (Figs. 5-20) transmits to the link (Fig. 5-70) with the ZigBee Host (Fig. 5-10) connected to the backbone (Fig. 5-50), the AP transmits this sensor data to the control center. In this case, it is possible to check the sensor value without the participation of a moving train, and it is possible to check in real time when an event of a sensor change occurs.

센서 네트워크를 활용하면 보다 다양한 무선 센서망의 활용이 가능한데 예를 들면 ZigBee 센서망 자체로의 Routing이 가능해 무선 WiFi 망의 영역에서 멀리 떨어져있는 경우 ZigBee 센서망 자체로의 Routing으로 원격지의 센서 데이터를 ZigBee Node들을 통해 전송하게 할 수 있다. <도 6>은 이러한 경우에 대한 설명으로 Matrix구조로 센서 Node들을 설치하고 필요정보를 전송시 AP(도 6-10)에 연결된 ZigBee Host 전파 반경외의 센서 Node라 하더라도 중간에 위치한 센서 Node들(도 6-81, 도 6-82, 도 6-83)등을 통해 원격지 센서 Node(도 6-80)의 상태를 관제 센터에 전송 할 수 있다.If you use the sensor network, you can use a variety of wireless sensor network. For example, it is possible to route to the ZigBee sensor network itself, and if you are far from the area of the wireless WiFi network, the remote sensor data is transferred to the ZigBee sensor network itself. Can be sent via Nodes. FIG. 6 is a description of such a case, in which sensor nodes are installed in a matrix structure, and sensor nodes outside the ZigBee host propagation radius connected to the AP (FIG. 6-10) when transmitting necessary information are located in the middle of the sensor nodes (FIG. 6). 6-81, FIG. 6-82, and FIG. 6-83) may transmit the state of the remote sensor node (FIG. 6-80) to the control center.

<도 7>은 센서 Node의 Matrix 에 위치한 중간 Routing Node가 장애인 경우 Routing이되는 예를 설명한 것으로 장애가 발생한 Node(도 7-82)를 피해 새로이 (도 7-84, 도 7-85, 도 7-86, 도 7-83) 형태로 Routing하게 된다.FIG. 7 illustrates an example in which a routing is performed when an intermediate routing node located in a matrix of a sensor node is disabled, and newly avoids a failed node (FIGS. 7-82) (FIGS. 7-84, 7-85, and 7-). 86, Figures 7-83).

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 네트워크의 구축에 드는 비용을 이동하는 열차를 이용해 ZigBee channel로 데이타를 수신하여 무선데이타 구간에서 관제서버로 전송할 수 있으므로 저렴한 비용으로 센서망을 구축할 수 있도록 하며 센서망의 운영에 있어서도 일부 단말의 장애에 대해 회피 Network을 구축 활용할 수 있도록 구성되어있다. 따라서 열차를 포함한 이동체의 구간에서 사업자가 필요로하는 구간의 각종 기기의 정보와 철도, 또는 도로의 정보를 간단한 설치로 관리가 가능하게 하는 효과를 기대할 수 있다.As described above, the present invention can receive the data through the ZigBee channel using a train moving the cost of the network construction and transmit the data to the control server in the wireless data section, so that the sensor network can be constructed at a low cost. It is also configured to utilize and utilize the avoidance network for the failure of some terminals in the operation of. Therefore, the effect of enabling the management of the information of the various devices in the section required by the operator and the railroad or road in the section of the moving object including the train by simple installation.

도 1은 전체 센서망 구성도1 is a block diagram of the entire sensor network

도 2는 센서 Node 구성도2 is a sensor node configuration diagram

도 3은 센서 host와 AP( 또는 Bridge)3 is a sensor host and an AP (or bridge)

도 4는 열차를 통한 센서 데이터 전송도4 is a sensor data transmission through the train

도 5는 고정 AP(또는 Bridge)를 통한 센서데이터 전송5 is sensor data transmission through a fixed AP (or bridge)

도 6은 센서 망 내의 데이터 전달도6 is a data transmission diagram in a sensor network

도 7은 센서 망 내의 동작 불량 발생시 데이터 전달 경로도7 is a diagram illustrating a data transmission path when an operation failure occurs in a sensor network.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 무선 AP, 10-1:ZigBee Host, 20:Sensors, 20-1:ZigBee Client,10: Wireless AP, 10-1: ZigBee Host, 20: Sensors, 20-1: ZigBee Client,

30:열차내 AP, 30-1:열차내 ZigBee Host, 40:이동 열차, 50: 네트워크30: AP in train, 30-1: ZigBee Host in train, 40: mobile train, 50: network

60:RF 안테나, 70: 연결된 무선 네트워크 커넥션,60: RF antenna, 70: connected wireless network connection,

80: ZigBee Node( sensor + ZigBee Client)80: ZigBee Node (sensor + ZigBee Client)

Claims (2)

이동 열차의 이동성을 이용하여 무선 센서 노드들의 상태를 전송 시간 지연방법을 활용하여 센서의 상태를 확인 전송하는 센서 네트워크.Sensor network for transmitting and checking the state of the wireless sensor nodes using the transmission time delay method using the mobility of the mobile train. AP의 SNMP(Simple Network Management Protocol)기능을 활용 부가 장비없이 센서 Node의 상태를 확인하는 방법.How to check the status of sensor node without additional equipment using Simple Network Management Protocol (SNMP) function of AP.
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