KR20070026990A - 무선 센서 네트워크 모듈 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 모듈을 사용한 센서 네트워크 모듈에 관한 것으로서, 주위 환경의 변수들을 측정하는 센서와, 측정한 데이터를 처리하는 마이크로 콘트롤러, 무선 모듈의 상태관리를 위한 송수신소자인 제1 트랜시버, 및 센서 데이터 송수신을 위한 송수신소자인 제2 트랜시버를 구비하는 것을 특징으로 한다.
센서 네트워크 모듈

Description

무선 센서 네트워크 모듈 및 그 제어방법{Wireless sensor network module and methode for controlling thereof}
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 모듈 구조도
도 2는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 모듈 각 구성요소들의 작동 및 제어 알고리즘 흐름도
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 센서 20 : 마이크로 콘트롤러
30 : 제1 트랜시버 40 : 제2 트랜시버
본 발명은 센서 네트워크 모듈에 관한 것으로, 특히 무선 모듈을 사용한 센서 네트워크 모듈 및 그 제어방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크 모듈은 작고 단순한 무선 모듈을 대량으로 사용하여, 모든 상황에서도 시스템이 장기적으로 안정하게 동작할 수 있는 환경을 구축하고자 하는데 목표를 가지고 있다. 센서 네트워크의 큰 과제로서는, 다수의 모듈들에서 장기적으로 사용하기 위한 전원 확보와 교체 주기 그리고 사용된 전원으로 인한 환 경 오염의 최소화 등이 있다.
도서벽지, 오지, 및 유선통신환경을 설치할 수 없는 이러한 무선 센서네트워크 환경 하에서는 저전력소비형 무선 센서네트워크 모듈이 필수적이다.
무선 센서 네트워크의 무선 모듈의 소비 전력을 최소화하기 위하여 극소 전류를 사용하는 마이크로 콘트롤러와 센서 등 많은 분야에서 저전력소비 소자들이 개발되어 왔으나, 무선 소자 부분에서는 소비전력은 바로 무선 신호의 강도와 비례하기 때문에 최소화하기 어려운 점이 있다. 무선 출력이 작으면 전송 거리가 짧아지므로 무선 송수신에 필요한 최소 전력소모량은 일정 규모 이하로 감소시키기 어렵다.
무선 통신 소자는 송신, 수신, 휴지대기로 이루어지는 3가지 동작 상태를 가지고 있다. 이들의 전력 소모는 송신, 수신, 휴지대기 상태의 순으로 작아진다. 최소의 전력을 소모하기 위하여는 가장 적은 시간을 송신 상태에 할당하고, 가장 많은 시간을 휴지대기 상태에 할당하여야 하지만, 양자간 통신의 특성상 많은 시간을 수신에 할당하지 않으면 극심한 전력소모로 인해 통신을 원활하게 할 수 없게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 무선 센서 네트워크 환경 하에서 장기적인 통신 안정성을 제공하는 저전력 소모형 무선 센서 네트워크 모듈을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 센서 네트워크 모듈은 주위 환경의 변수들을 측정하는 센서와, 측정한 데이터를 처리하는 마이크로 콘트롤러와, 무선모듈의 상태관리를 위한 제1 트랜시버, 및 센서 데이터 송수신을 위한 제2 트랜시버로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 센서 네트워크 모듈 제어방법은 무선모듈의 상태관리를 위한 제1 트랜시버로부터 요청이 있으면 센서모듈을 활성화시키는 단계와, 송신 요청이 있으면 제2 트랜시버를 활성화시키고, 데이터를 송신한 후 제2 트랜시버를 비활성화시키는 단계와, 수신 요청이 있으면 제2 트랜시버를 활성화시키고, 데이터를 수신한 후, 제2 트랜시버를 비활성화시키는 단계와, 측정 요청이 있으면 센서와 콘트롤러를 모두 활성화시키고, 측정 데이터를 수집한 후, 센서와 콘트롤러를 모두 비활성화시키는 단계, 및 상기 송신요청, 수신요청 및 측정요청에 따라 작업을 수행한 후 대기시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 무선 센서 네트워크 모듈를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 센서 네트워크 모듈은 주위 환경의 변수들을 측정하는 센서(10), 측정한 데이터를 처리하는 마이크로 콘트롤러(20), 센서모듈의 상태관리를 위한 관리 송수신소자인 제1 트랜시버(30), 및 센서 데이터 송수신을 위한 데이터 송수신소자인 제2 트랜시버(40)로 구성되어 있다.
상기 마이크로 콘트롤러(20)는 한번에 2 ~ 32비트의 데이터를 처리할 수 있 으며, 상기 관리 및 데이터 송수신소자인 제1,2 트랜시버(30, 40)는 구동전원으로서 안테나로부터 유입되는 전자파, 건전지, 유선전원 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 모듈 각 구성요소들의 작동 및 제어 알고리즘 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 무선모듈의 상태관리를 위한 관리 송수신소자인 제1 트랜시버(30)로부터 요청이 있으면(S10), 일단 센서모듈을 활성화(S20)시킨 후, 송신요청(S30), 수신요청(S40) 및 측정요청(S50)에 따라 작업을 수행한 후 대기상태(S60)로 된다.
송신 요청(S30)이 있으면, 센서모듈의 제2 트랜시버(40)를 활성화(S100)시키고, 데이터를 제2 트랜시버(40)를 사용해 송신(S110)한 후, 다시 제2 트랜시버(40)를 비활성화(S120)시킨다.
수신 요청(S40)이 있으면, 센서모듈의 제2 트랜시버(40)를 활성화(S70)시키고, 데이터를 제2 트랜시버(40)를 사용해 수신(S80)한 후, 다시 제2 트랜시버(40)를 비활성화(S90)시킨다.
측정 요청이 있으면, 센서모듈의 센서(10)와 콘트롤러(20)를 모두 활성화(S130)시키고, 측정 데이터를 수집(S140)한 후, 다시 센서(10)와 콘트롤러(20)를 모두 비활성화(S150)시킨다.
이렇게 송수신소자를 이원화하므로써 무선 센서네트워크 모듈의 전력 소비를 극소화하여, 센서네트워크을 장기적으로 안정하고, 쉽게 저가의 유지관리를 달성할 수 있다.
송신에 필요한 출력은 실질적으로 데이타를 전달하는 과정이므로 송신 데이타의 크기에 좌우되나, 수신에 필요한 전력은 비동기식 전송 방식에서는 외부의 송신 노드가 송신하는 시점을 미리 알려주지 않는 한 무한적으로 수신상태에서 대기하고 있어야 송신데이타를 잃어버리는 상황이 발생하지 않는다.
본 발명에서 제시하는 방법은 기존의 데이타 송신 채널과는 별도의무 전원 통신 방식을 사용하여 데이타 통신 채널을 필요에 따라서 활성화 및 비활성화를 조절할 수 있는 방법이다. 이를 위하여, 센서 네트워크의 통신 체계를 센서모듈 상태 관리를 위한 통신 채널(소자)과 센서 데이터 송수신을 위한 통신 채널(소자)로 이원화한다.
즉, 첫번째인 센서모듈 상태 관리를 위한 관리 송수신소자인 제1 트랜시버(20)는 수동형 RFID와 같은 통신 소자로서, 전력소모를 줄이기 위해 안테나로부터 유입되는 전자파를 전원으로 사용하는 무전원 통신을 도모한다. 이의 주 역할은 잠자고 있는 센서모듈의 동작 상황을 외부의 노드로부터 전달되는 신호에 의하여 활성화시키고 이에 따라 적절한 작업을 할 수 있게 하는데 있다. 제1 트랜시버(20)를 사용함으로서 모듈은 비교적 적은 전력 자원이 필요한 대기상태에 대부분의 시간을 보낼 수 있게 된다.
두번째 통신채널인 센서 데이터 송수신을 위한 데이터 송수신소자인 제2 트랜시버(40)는 실질적인 데이터 통신을 위한 소자이며, 대부분의 시간은 대기 상태에 놓여지게 되며 외부의 요청에 의하여 송신 모드 혹은 수신모드로 전환된다.
공장 자동화, 환경 감시 시스템 등 많은 수의 센서모듈들이 필요한 경우 이들 모든 노드들의 관리는 매우 어려우며 특히 각 노드들이 자체 전원을 가지고 운용될 때, 이들의 전원사용을 최소화하여 전원 교체 주기를 최대한 길게 잡아야 할 필요성이 생긴다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여, 네트워크 노드들을 센서모듈(또는 센서노드)과 통신모듈(또는 통신노드)의 2종류로 분류하고, 센서모듈들은 통신모듈들과 데이타를 주고받으며, 통신모듈들을 자신의 구역내의 통신모듈들과 데이타를 주고받음은 물론, 인접 통신모듈들 그리고, 데이타 처리 시스템과 데이터를 주고받는 2중 구조로 운용된다.
상대적으로 많은 개수를 가지고 있는 센서모듈들은 최소한의 전력만을 소요하는 특징을 가지고 있으며, 통신모듈은 자신의 관할에 있는 모든 통신모듈의 통신 상태를 통제하기에 많은 전력이 소요되지만 상대적으로 적은 개수가 존재하고, 관리에 용이한 위치에 설치되므로 전력 손실이 많더라도 관리하기 쉽고 경우에 따라서는 외부의 전원을 사용 할 수 있는 장점을 가진다.
상기와 같은 본 발명의 무선 센서 네트워크 모듈은 시스템의 성능 및 기능 저하 없이 개별 센서모듈들의 전력 소모를 극소화하여 전원 교체 주기를 연장시켜주는 효과가 있으며, 센서 네트워크를 보다 장기적으로 안정되고, 쉽고 저렴하게 유지 관리할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 무선 센서 네트워크 모듈에 있어서,
    주위 환경의 변수들을 측정하는 센서와,
    측정한 데이터를 처리하는 마이크로 콘트롤러와,
    무선모듈의 상태관리를 위한 제1 트랜시버, 및
    센서 데이터 송수신을 위한 제2 트랜시버로 구성됨을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 콘트롤러는 한번에 2~32비트의 데이터를 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,2 트랜시버는 안테나로부터 유입되는 전자파, 건전지, 유선 전원 중 어느 하나를 구동전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크 모듈.
  4. 무선 센서 네트워크 모듈 제어방법에 있어서,
    무선모듈의 상태관리를 위한 제1 트랜시버로부터 요청이 있으면, 센서모듈을 활성화시키는 단계와,
    송신 요청이 있으면 제2 트랜시버를 활성화시키고, 데이터를 송신한 후 제2 트랜시버를 비활성화시키는 단계와,
    수신 요청이 있으면 제2 트랜시버를 활성화시키고, 데이터를 수신한 후, 제2 트랜시버를 비활성화시키는 단계와,
    측정 요청이 있으면 센서와 콘트롤러를 모두 활성화시키고, 측정 데이터를 수집한 후, 센서와 콘트롤러를 모두 비활성화시키는 단계, 및
    상기 송신, 수신 및 측정 요청에 따라 작업을 수행한 후, 대기상태로 되돌리는 단계로 이루어진 무선 센서 네트워크 모듈 제어방법.
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