KR20080109128A - 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 원격 모니터링시스템 - Google Patents

무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 원격 모니터링시스템 Download PDF

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KR20080109128A
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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템에 관한 것이다. 상기 실시간 모니터링 시스템은, 다수 개의 센서 노드 및 하나의 싱크 노드로 이루어지고 각 센서 노드와 싱크 노드가 데이터패킷을 송수신하는 무선 센서 네트워크, 상기 무선 센서 네트워크의 싱크 노드와 데이터패킷을 송수신하는 게이트웨이, 상기 게이트웨이와 데이터패킷을 송수신하며, 상기 게이트웨이를 통해 수신되는 데이터패킷으로부터 각 센서 노드에 대한 정보 및 해당 센서 노드의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 추출하고, 추출된 데이터들을 데이터베이스에 저장 및 관리하는 중앙 관리 서버, 상기 중앙 관리 서버로부터 각 센서 노드에 대한 정보 및 해당 센서 노드의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 실시간으로 수신하여 화면에 디스플레이시키는 모니터링 컴퓨터 및 웹서버를 구비한다.
본 발명에 의하여, 중앙 관리 서버는 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드에서의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 저장 및 관리하고, 모니터링 컴퓨터 및 웹서버를 통해 각 센서 노드의 상황을 장소와 관계없이 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.
무선 센서 네트워크, USN, 실시간 모니터링

Description

무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 원격 모니터링 시스템{Real-time remote monitoring system based on wireless sensor network}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 원격 모니터링 시스템을 전체적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템의 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템의 게이트웨이의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템의 중앙 관리 서버의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템의 웹서버에 의한 모니터링 웹페이지의 화면을 예시적으로 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실시간 원격 모니터링 시스템
20 : 무선 센서 네트워크
111 ~ 115 : 센서 노드
116 :　싱크 노드
210 : 센서 노드의 감지 모듈
220 : 센서 노드의 제어 모듈
230 : 센서 노드의 통신 모듈
30 : 게이트웨이
310 : 게이트웨이의 제어 모듈
320 : 게이트웨이의 제1 통신 모듈
330 : 게이트웨이의 제2 통신 모듈
340 : 게이트웨이의 전원 모듈
40 : 중앙 관리 서버
410 : 중앙 관리 서버의 제어부
411 : 중앙 관리 서버의 제어부의 데이터 관리 모듈
412 : 중앙 관리 서버의 제어부의 분석/모니터링 모듈
415 : 중앙 관리 서버의 제어부의 웹서버 관리 모듈
416 : 중앙 관리 서버의 제어부의 비상 알림 모듈
418 : 중앙 관리 서버의 제어부의 전광판 디스플레이 모듈
420 : 중앙 관리 서버의 데이터베이스
430 : 중앙 관리 서버의 제1 통신 인터페이스부
440 : 중앙 관리 서버의 제2 통신 인터페이스부
50 : 모니터링 컴퓨터
60 : 웹서버
70 : SMS 서버
80 : 전광판
본 발명은 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 원격 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드들로부터 실시간으로 측정 데이터 및 영상 데이터를 수신하여 모니터링 컴퓨터나 웹서버의 화면에 측정 데이터나 촬상된 이미지를 디스플레이시켜 원격지에서 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하는 실시간 원격 모니터링 시스템에 관한 것이다.
유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN)란, 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 감지할 수 있는 센서가 탑재된 센서 노드를 통해 무선 센서 네트워크를 구성하고, 다양한 센서들을 통해 입력되는 정보를 실시간으로 네트워크를 통해 외부와 연결하여 정보를 처리하고 관리하는 네트워크 시스템을 의미한다. USN은 궁극적으로 모든 사물에 컴퓨팅 및 통신 기능을 부여함으로써, 언제(anytime), 어디서나(anywhere) 네트워크, 디바이스 또는 서비스에 관계없이 통신 가능한 환경의 구현을 목적으로 한다.
일반적인 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)의 구성은 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 실시간으로 감지하는 센서와 통신 모듈을 포함하여 구성되는 센서 노드, 센서 노드의 집합으로 이루어진 센서 필드, 센서 필드에서 수집된 정보 를 전송받는 싱크 노드, 싱크 노드로부터 전송된 정보를 라우팅하여 광대역 통신망을 통해 관리 서버로 전송하는 게이트웨이를 포함하여 구성될 수 있다. 전술한 구성에서, 싱크 노드는 위성통신, 무선랜, 블루투스, 유선 인터넷과 같은 기존의 인프라로 게이트웨이와 연결될 수 있다. 이러한 USN은 화재, 홍수 또는 지진 등과 같은 재난 발생시 재난 발생 사실을 감지하고 대처하는데 이용될 수 있다. 하지만, 종래의 USN은 관리 서버에서 중앙 집중식으로 데이터를 처리하기 때문에 재난 관련 데이터의 처리 및 관리 등에 대한 신뢰성, 즉시성 및 효율성이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 시스템은 관리 서버만을 통해 재난 발생 사실을 확인할 수 있으므로, 관리자가 관리 서버가 없는 원격지에서는 재난 발생 사실을 실시간으로 직접 학인할 수 없게 되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 원격 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 무선 센서 네트워크를 구성하여 정보를 수집하고 웹서버를 통해 원격으로 무선 센서 네트워크를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하는 실시간 원격 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이미지 센서 노드를 포함하는 무선 센서 네트워크를 구성하여, 해당 지역의 이미지를 웹서버 등에 실시간으로 전송하여 디스플레이시킬 수 있도록 하여, 관리자가 센서 노드가 설치된 원격지의 변경 상황을 언제 어디서든지 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실 시간 원격 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 상기 실시간 모니터링 시스템은,
다수 개의 센서 노드 및 하나의 싱크 노드로 이루어지고 각 센서 노드와 싱크 노드가 데이터패킷을 송수신하는 무선 센서 네트워크,
상기 무선 센서 네트워크의 싱크 노드와 데이터패킷을 송수신하는 게이트웨이,
상기 게이트웨이와 데이터패킷을 송수신하며, 상기 게이트웨이를 통해 수신되는 데이터패킷으로부터 각 센서 노드에 대한 정보 및 해당 센서 노드의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 추출하고, 추출된 데이터들을 데이터베이스에 저장 및 관리하는 중앙 관리 서버,
상기 중앙 관리 서버로부터 각 센서 노드에 대한 정보 및 해당 센서 노드의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 실시간으로 수신하여 화면에 디스플레이시키는 모니터링 컴퓨터를 구비하여,
무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드에서의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 저장 및 관리하고, 모니터링 컴퓨터에서 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.
전술한 특징을 갖는 상기 무선 센서 네트워크의 센서 노드는 센서 노드의 전 체 동작을 제어하는 제어 모듈, 특정 물질이나 성분을 감지하거나 특정 상태를 감지하는 감지 모듈이나 이미지 촬상 소자, 다른 센서 노드와 데이터패킷을 송수신하는 통신 모듈을 구비하고,
상기 제어 모듈은 상기 감지 모듈에 의해 감지된 측정 데이터 또는 이미지 촬상 소자에 의해 획득된 영상 데이터를 무선 센서 네트워크의 상위 노드로 전송하거나, 상위 노드로부터 전송된 데이터패킷을 하위 노드로 재전송한다.
전술한 특징을 갖는 상기 중앙 관리 서버는 상기 중앙 관리 서버의 전체 동작을 제어하는 제어부, 상기 무선 센서 네트워크로부터의 측정 데이터 및 영상 데이터 및 센서 노드에 대한 정보를 저장 및 관리하는 데이터베이스, 상기 게이트웨이와 통신하는 제1 통신 인터페이스부, 및 상기 모니터링 컴퓨터와 통신하는 제2 통신 인터페이스부를 구비하고,
상기 제어부는
상기 제1 통신 인터페이스부를 통해 게이트웨이로부터 데이터패킷을 수신하고, 수신된 데이터패킷으로부터 센서 노드의 정보, 해당 센서 노드의 측정 데이터 및 영상 데이터를 검출하고, 검출된 정보 및 데이터를 상기 데이터베이스에 저장하는 데이터 관리 모듈;
상기 데이터 관리 모듈에 의해 검출된 정보 및 데이터를 상기 모니터링 컴퓨터로 전송하여 실시간으로 디스플레이시키는 분석/모니터링 모듈,
외부의 웹서버의 요청에 따라 해당 센서 노드로부터의 측정 데이터들 또는 영상 데이터를 웹서버로 실시간으로 전송하는 웹서버 관리 모듈,
관리자에 의하여 사전에 설정된 각 센서 노드들로부터의 측정 데이터들에 대한 임계값 또는 임계 범위를 저장 및 관리하며, 상기 데이터 관리 모듈을 통해 실시간으로 수신되는 상기 측정 데이터들의 값을 확인하고, 만약 확인된 측정 데이터 값이 기설정된 임계값 또는 임계 범위를 벗어나는 경우, 외부의 통신사의 SMS 서버를 통해 기설정된 휴대폰으로 단문메시지 또는 멀티미디어 메시지를 전송하거나 상기 웹서버로 비상 상황임을 통지하는 비상 알림 모듈,
상기 데이터 관리 모듈을 통해 실시간으로 수신되는 측정 데이터들을 사전에 설정된 포맷에 따라 변환시켜 외부의 전광판으로 전송하는 전광판 디스플레이 모듈을 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 실시간 모니터링 시스템의 무선 센서 네트워크는 이미지 촬상 소자 및 소정의 감지 모듈을 구비한 이미지 센서 노드를 구비하고,
만약 상기 감지 모듈에 의해 감지된 데이터가 변동된 경우, 상기 이미지 센서 노드는 이미지 촬상 소자를 이용하여 해당 대상물에 대한 영상을 캡쳐하고, 캡쳐된 영상의 영상 데이터를 상기 게이트웨이를 통해 중앙 관리 서버로 전송하며,
상기 중앙 관리 서버는 외부의 웹서버와 연동되며,
상기 중앙 관리 서버는 상기 이미지 센서 노드로부터 전송된 영상 데이터를 상기 웹서버로 전송하고, 상기 웹서버는 변경 전의 영상과 변경 후의 영상을 웹페이지에 실시간으로 디스플레이시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 원격 모니터링 시스템에 대하여 구체적으로 설명한 다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 원격 모니터링 시스템을 전체적으로 도시한 구성도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 시스템의 구성 및 동작을 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시간 원격 모니터링 시스템(10)은 다수 개의 센서 노드들(111 내지 115) 및 싱크 노드(116)로 이루어지는 무선 센서 네트워크(20), 게이트웨이(30), 중앙 관리 서버(40)를 구비하며, 상기 중앙 관리 서버(40)는 외부의 모니터링 컴퓨터(50), 웹서버(60), SMS 서버(70), 전광판(80) 등과 연동된다. 이하, 전술한 각 구성 요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.
<무선 센서 네트워크의 구조 및 동작>
상기 무선 센서 네트워크(20)는 다수 개의 센서 노드들(111 내지 115) 및 싱크 노드(116)로 이루어지며, 상기 센서 노드들은 이미지 센서 노드, 화재 감지 노드, 연기 감지 노드, 온/습도 감지 노드 등을 선택적으로 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템의 무선 센서 네트워크(20)의 각 센서 노드들은 싱크 노드(116)부터 단말 노드까지 선형적으로 연결되도록 한 선형 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이 선형 구조를 갖는 무선 센서 네트워크로 구성된 무선 센서 네트워크(20)의 각 센서 노드는 기설정된 시간 간격을 갖는 활성 구간과 비활성 구간이 순차적으로 반복되며, 상기 활성 구간은 싱크노드로부터 단말 노드로의 데이터/명령어를 전송하는 다운링크 활성 구간, 휴지 구간, 단말 노드로부터 싱크 노드로의 데이터/명령어를 전송하는 업링크 활성 구간을 구비하며, 상 기 다운링크 활성 구간 및 업링크 활성 구간은 각각 RX, TX, ACK가 순차적으로 구성되어, 활성 구간의 단일 주기내에서 싱크 노드와 단말 노드간의 양방향 통신을 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 무선 센서 네트워크의 구조를 선형 구조에 한정하는 것은 아니며, 무선 센서 네트워크의 싱크 노드와 다수 개의 센서 노드들은 선형 구조 외의 다양한 구조로도 이루어 질 수 있다.
한편, 상기 싱크 노드(116)는 센서 노드들로부터 수신한 데이터패킷을 상기 게이트웨이로 전송하거나, 게이트웨이로부터 수신된 데이터패킷을 센서 노드로 전송한다.
<센서 노드의 구조 및 동작>
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 무선 센서 네트워크(20)를 구성하는 센서 노드(111)의 개별적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 센서 노드(111)는 감지 모듈(210), 제어 모듈(220), 통신 모듈(230)을 구비한다. 전술한 구성을 갖는 센서 노드는 선형 구조를 갖는 무선 센서 네트워크의 하위 노드 또는 상위 노드로 데이터패킷을 송수신하며, 최종적으로 단말 노드 또는 싱크 노드로 데이터패킷을 전송하게 된다.
감지 모듈(210)은 센서 노드의 종류에 따라 다양하게 구성될 수 있으며, 감지 모듈의 구성에 따라 이미지 센서 노드, 화재 감지 노드, 연기 감지 노드, 온/습도 감지 노드 등이 될 수 있다. 예컨대, 이미지 센서 노드는 감지 모듈로 이미지 촬상 소자를 구비하며, 화재 감지 노드는 화재 감지 모듈을, 연기 감지 노드는 연 기 감지 모듈을, 온/습도 감지 노드는 온/습도 감지모듈을 각각 구비한다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 센서 노드들은 서로 다른 성분이나 물질을 감지하는 다수 개의 감지 모듈들을 구비하여, 하나의 센서 노드가 다양한 센싱 기능을 수행할 수도 있다. 예컨대, 이미지 센서 노드에 이미지 촬상 소자 및 화재 감지 모듈을 장착하여, 화재 감지 기능 및 이미지 촬상 기능을 동시에 수행할 수 있도록 한다.
상기 제어 모듈(220)은 센서 노드의 동작을 전체적으로 제어하는 것으로서, 감지 모듈(210)에 의해 감지된 측정 데이터 또는 촬상된 영상 데이터를 감지 모듈로부터 수신하고, 수신된 측정 데이터 또는 영상 데이터를 기설정된 프로토콜에 따라선형 구조의 상위 센서 노드로 송신한다. 또한, 상기 제어 모듈(220)은 상위 센서 노드로부터 데이터패킷이 수신되는 경우, 수신된 데이터패킷을 분석하여 하위 센서 노드로 재전송하거나, 분석된 명령에 따라 응답 메시지를 상위 센서 노드로 송신한다.
상기 통신 모듈(230)은 상기 제어 모듈의 제어하에 기설정된 통신 프로토콜에 따라 외부의 다른 센서 노드들로 데이터를 송신하거나, 외부의 다른 센서 노드들로부터 데이터를 수신한다.
본 발명의 센서 노드 중 이미지 센서 노드는 이미지 촬상 소자외에 변위 감지 모듈, 기울기 감지 모듈, 장력 감지 모듈 중 적어도 하나 이상을 더 구비하고, 상기 제어 모듈은 감지 모듈에 의해 감지된 데이터가 변경된 경우에만 이미지 촬상 소자를 작동시켜 해당 장소의 영상을 촬상하여 중앙 관리 서버로 전송함으로써, 통 신회선의 부하량을 감소시킬 수 있도록 한다. 한편, 중앙 관리 서버는 변위, 기울기 등이 변경된 경우, 변경 전과 변경 후의 영상 데이터를 수집하고, 수집된 영상 데이터들을 모니터링 컴퓨터나 웹서버의 화면에 디스플레이시킴으로써, 관리자로 하여금 정확하게 모니터링할 수 있도록 한다.
<게이트웨이의 구조 및 동작>
이하, 상기 게이트웨이(30)의 구조 및 동작을 설명한다. 상기 게이트웨이(30)는 상기 무선 센서 네트워크(20)의 싱크 노드(116)로부터 또는 싱크 노드(116)로 데이터 패킷을 송수신하거나, 중앙 관리 서버(40)로 또는 중앙 관리 서버로부터 데이터 패킷을 송수신하게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트웨이(30)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 상기 게이트웨이(30)는 제어 모듈(310), 제1 통신 모듈(320), 제2 통신 모듈(330), 전원 모듈(340)을 구비한다.
상기 제어 모듈(310)은 상기 게이트웨이(30)의 전체 동작을 제어하는 것으로서, 제1 통신모듈(320)을 통해 상기 무선 센서 네트워크(20)의 싱크 노드(116)와 데이터패킷을 송수신하며, 제2 통신 모듈(330)을 통해 상기 중앙 관리 서버(40)와 데이터패킷을 송수신한다.
상기 제어 모듈(310)의 동작을 구체적으로 살펴보면, 만약 제1 통신 모듈을 통해 데이터 패킷이 수신되는 경우 제2 통신 모듈(330)을 통해 중앙 관리 서버(40)로 전송하며, 만약 제2 통신 모듈(330)을 통해 데이터 패킷이 수신되는 경우 상기 데이터 패킷을 분석하여 싱크 노드(116)를 통해 목적지의 센서 노드로 전송한다.
상기 제1 통신 모듈(320)은 무선 센서 네트워크의 싱크 노드의 통신 모듈과 무선으로 데이터패킷을 송수신할 수 있는 통신 모듈이다.
상기 제2 통신 모듈(330)은 중앙 관리 서버와 데이터패킷을 송수신하기 위한 것으로서, CDMA, WCDMA, HSDPA, Wibro 등과 같은 통신 모듈을 사용할 수 있다. 따라서, 상기 게이트웨이(30)는 상기 제2 통신 모듈(330)을 이용하여 상용 무선 인터넷망을 통해 중앙 관리 서버(40)로 또는 중앙 관리 서버(40)로부터 데이터패킷을 송수신할 수 있게 된다.
상기 전원 모듈(340)은 태양열을 이용한 축전지를 구비하여 상기 게이트웨이를 구성하는 각 모듈로 전원을 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 시스템의 게이트웨이(30)는 주로 야외 환경에 배치되므로, 상용 전원이 아닌 태양열을 이용하도록 함으로써, 관리자가 지속적으로 전원을 공급하여야 되는 불편함을 없애도록 하는 것이 바람직하다.
<중앙 관리 서버의 구조 및 동작>
이하, 본 발명에 따른 시스템의 중앙 관리 서버(40)의 구조 및 동작을 설명한다. 상기 중앙 관리 서버(40)는 상기 게이트웨이(30)와의 양방향 통신을 수행하여, 무선 센서 네트워크로부터의 센싱 정보를 수집하고, 수집된 센싱 정보에 따라 센서 노드의 동작을 제어하며 센싱 정보들을 데이터베이스 서버에 저장 및 관리하며, 외부의 모니터링 컴퓨터(50), 웹서버(60), SMS 서버(70), 전광판(80) 등과 연동되어 관리자가 다양한 형태로 실시간 모니터링할 수 있도록 한다.
도 4는 전술한 중앙 관리 서버(40)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중앙 관리 서버(40)의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다. 도 4를 참조하면, 상기 중앙 관리 서버(40)는 상기 서버의 전체 동작을 제어하는 제어부(410), 무선 센서 네트워크로부터 수신되는 측정 데이터 및 영상 데이터 및 센서 노드에 대한 정보를 저장 및 관리하는 데이터베이스(420), 상기 게이트웨이와 통신하는 제1 통신 인터페이스부(430), 외부의 모니터링 컴퓨터, 웹서버, SMS 서버 등과 통신을 수행하는 제2 통신 인터페이스부(440)를 구비한다. 상기 제어부(410)는 데이터 관리 모듈(411), 분석/모니터링 모듈(412), 웹서버 관리 모듈(415), 비상 알림 모듈(416), 전광판 디스플레이 모듈(418)을 구비한다.
전술한 구성을 갖는 상기 중앙 관리 서버(40)는 외부의 모니터링 컴퓨터(50), 웹서버(60), SMS서버(70), 전광판(80)등과 연동하여, 센서 노드들로부터 수신되는 정보들을 실시간으로 제공할 뿐만 아니라 센서 노드들의 동작을 직접 제어하여 구동시킴으로써, 무선 센서 네트워크가 배치된 지역을 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다. 이하, 본 발명에 따른 중앙 관리 서버(40)가 제공하는 기능들을 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 중앙 관리 서버(40)의 상기 데이터 관리 모듈(411)은 제1 통신 인터페이스부(430)를 통해 상기 게이트웨이로부터 데이터패킷을 실시간으로 수신하고, 수신된 데이터 패킷들을 분석하여 센서 노드에 관한 정보, 측정 데이터, 영상 데이터들을 검출하며, 검출된 정보 및 데이터들을 상기 데이터베이스(420)에 저장 및 관리한다.
상기 분석/모니터링 모듈(412)은 상기 데이터 관리 모듈(411)에 의해 실시간으로 검출된 센서 노드에 관한 정보, 측정 데이터 및 영상 데이터들을 제2 통신 모듈(440)을 이용하여 모니터링 컴퓨터(50)로 전송한다. 또한, 상기 분석/모니터링 모듈(412)은 관리자로부터의 요청에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 각 센서 노드들의 측정 데이터들을 판독하여 분석하고, 분석된 결과를 이용하여 막대 그래프나 챠트와 같이 다양한 형태의 보고서를 작성하거나 통계 결과 보고서를 작성하여 상기 모니터링 컴퓨터(50)로 제공하여 화면에 디스플레이시키거나 프린터등으로 출력시킬 수 있도록 한다.
한편 상기 중앙 관리 서버(40)와 연동되는 상기 모니터링 컴퓨터(50)는 상기 분석/모니터링 모듈(412)로부터 전송된 여러 센서 노드들의 측정 데이터들을 사전에 설정된 다양한 형태로 실시간으로 화면에 디스플레이시키거나, 이미지 센서 노드로부터 전송되는 영상 데이터를 화면에 디스플레이시킴으로써, 관리자로 하여금 실시간으로 각 센서 노드들의 정보를 모니터링하고 실시간으로 영상을 확인할 수 있도록 한다.
상기 웹서버 관리 모듈(415)은 외부의 웹서버(60)의 요청에 따라 해당 센서 노드로부터의 측정 데이터들 또는 영상 데이터를 웹서버(60)로 실시간으로 전송한다.
한편, 상기 중앙 관리 서버(40)와 연동되는 상기 웹서버(60)는 상기 중앙 관리 서버의 웹서버 관리 모듈(415)로부터 전송되는 측정 데이터들 및 영상 데이터들을 실시간으로 웹페이지에 디스플레이시킴으로써, 관리자가 인터넷을 통해 해당 지 역을 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다. 또한, 상기 웹서버(60)에 접속한 관리자는 특정 센서 노드의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 요청할 수 있으며, 요청된 명령은 상기 중앙 관리 서버(40)로 전송된다. 상기 중앙 관리 서버(40)는 웹서버로부터의 요청 명령을 수행하기 위한 데이터 패킷을 생성하여 게이트웨이를 경유하여 무선 센서 네트워크의 해당 센서 노드로 전송하며, 해당 센서 노드로부터의 응답 데이터패킷을 수신하여 상기 웹서버로 전송한다.
상기 비상 알림 모듈(416)은 관리자에 의하여 각 센서 노드들로부터의 측정 데이터들에 대한 임계값 또는 임계 범위를 사전에 설정되어 저장 및 관리한다. 또한 상기 비상 알림 모듈(416)은 상기 데이터 관리 모듈(411)을 통해 실시간으로 수신되는 상기 측정 데이터들의 값을 확인하고, 확인된 측정 데이터 값이 기설정된 임계값 또는 임계 범위를 벗어나는 경우, 외부의 통신사의 SMS 서버(70)를 통해 관리자의 휴대폰으로 단문메시지 또는 멀티미디어 메시지를 전송하거나, 상기 웹서버(60)로 비상 상황임을 알리는 메시지를 전송한다. 비상 상황을 알리는 메시지를 수신한 상기 웹서버는 해당 메시지에 따라 특정 센서 노드에 비상 상황이 발생하였음을 웹페이지에 다양한 형태로 표시함으로써 관리자에게 비상 상황임을 알려줄 수 있게 된다.
한편, 자신의 휴대폰 등을 통해 상기 중앙 관리 서버로부터 비상 상황임을 나타내는 메시지를 수신한 관리자는 비상 상황이 발생한 특정 센서 노드의 주변의 영상 데이터를 요청하는 명령 또는 해당 센서 노드의 현재의 측정 데이터를 요청하는 명령을 포함하는 단문 메시지 또는 멀티미디어 메시지를 중앙 관리 서버로 전송 할 수 있다. 또한, 웹서버의 웨페이지에 특정 센서 노드에 비상 상황이 발생되었음을 확인한 관리자는 웹서버에 접속하여 해당 센서 노드의 주변의 영상 데이터 또는 해당 센서 노드의 측정 데이터를 중앙 관리 서버로 요청할 수 있다.
외부로부터 특정 센서 노드의 영상 데이터 또는 측정 데이터의 전송을 요청받은 중앙 관리 서버(40)는 상기 제1 통신 인터페이스부(430)을 이용하여 게이트웨이(30)로 특정 센서 노드의 데이터 요청 명령을 포함하는 데이터 패킷을 전송한다. 데이터 요청 명령을 포함하는 데이터 패킷을 수신한 게이트웨이(30)는 해당 데이터패킷을 무선 센서 네트워크(20)의 싱크 노드로 전송하며, 싱크 노드(116)는 해당 데이터 패킷을 해당 센서 노드로 다운링크하며, 해당 센서 노드로부터 업링크되는 데이터패킷을 상기 게이트웨이(30)로 전송한다. 상기 중앙 관리 서버는 수신된 데이터패킷을 데이터 관리 모듈을 통해 데이터베이스(420)에 저장한 후 관리자의 휴대폰 또는 웹서버(60)로 전송하게 된다.
상기 전광판 디스플레이 모듈(415)은 상기 데이터 관리 모듈(411)을 통해 실시간으로 수신되는 데이터들을 사전에 설정된 포맷에 따라 변환시켜 외부의 전광판(80)으로 전송한다.
한편, 상기 중앙 관리 서버(40)와 연동되는 전광판(80)은 상기 전광판 디스플레이 모듈(415)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 전광판 패널에 순차적으로 디스플레이시킨다.
<웹서버의 구성>
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중앙 관리 서버와 연동되어 실시간 모니터링 기능을 제공하는 웹서버(60)에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 5는 상기 웹서버(60)에 의해 제공되는 웹페이지의 화면을 예시적으로 도시한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 메인 메뉴로 실시간 현황(620), 이상 징후 관리(630), 작업/명령 지시(640), 통계/분석(650), 시스템 관리(660)를 구비하고, 관리자에 의해 선택되는 메뉴에 따라 상기 중앙 관리 서버와 연동되어 관련 데이터 및 이미지를 전송받아 처리하거나, 관리자로부터의 요청 명령을 중앙 관리 서버로 전송하게 된다.
메인 메뉴의 실시간 현황(620) 중 '게이트웨이/노드 현황'을 선택하는 경우, 게이트웨이 정보(600), 게이트웨이별 센서 노드의 포폴로지 현황(610)을 디스플레이시키며, 메인 메뉴의 실시간 현황(620) 중 '실시간 모니터링'을 선택하는 경우, 상기 중앙 관리 서버로부터 실시간으로 수신되는 측정 데이터들(680)을 디스플레이시키며, 메인 메뉴의 실시간 현황(620) 중 '실시간 이미지 모니터링'을 선택하는 경우, 상기 중앙 관리 서버로부터 실시간으로 수신되는 영상(690)을 디스플레이시킨다.
한편, 메인 메뉴의 이상 징후 관리(630) 중 '이상 징후 현황'을 선택하는 경우, 상기 중앙 관리 서버로부터 전송되는 비상 알림 메시지에 포함된 정보들을 디스플레이시키거나, 상기 중앙 관리 서버로부터 수신된 측정 데이터들이 사전에 설정된 이상 징후에 포함되는지 여부를 확인하고, 이상 징후를 포함하는 경우 해당 화면(670)에 디스플레이시킨다.
또한, 관리자는 메인 메뉴의 이상 징후 관리(630) 중 '이상 징후 설정'을 선택하여 각 센서 노드에 대한 이상 징후를 설정할 수 있다. 이 경우, 설정된 이상 징후 정보에 따라 상기 측정 데이터를 분석하여 이상 여부를 판단하게 된다.
또한, 관리자는 메인 메뉴의 작업/명령 지시(640)를 선택하여 특정 센서 노드의 동작이나 작업 명령을 지시할 수도 있다. 이 경우, 상기 웹서버는 해당 작업/명령 지시를 중앙 관리 서버로 전송하고, 상기 중앙 관리 서버는 게이트웨이를 통해 무선 센서 네트워크로 재전송한다. 한편, 무선 센서 네트워크의 해당 센서 노드는 작업/명령 지시를 수신하고, 이에 대한 응답 메시지를 생성하여 게이트웨이를 통해 중앙 관리 서버로 전송한다. 중앙 관리 서버는 응답 메시지를 웹서버로 전송하게 된다.
전술한 구성을 갖는 웹서버에 의하여, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드, 게이트웨이 등에 관한 정보를 원격지에서 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 종류, 무선 센서 네트워크와 게이트웨이간의 통신 프로토콜, 게이트웨이와 중앙관리서버간의 통신 방법 등은 전체 시스템의 성능을 향상시키기 위하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하여, 무선 센서 네트워크의 각 센서 노드들은 양방향 통신이 가능하며, 그 결과 각 센서 노드들로부터 측정된 측정 데이터 및 영상 데이터를 중앙 관리 서버로 전송할 수 있게 되며, 중앙 관리 서버로부터의 명령 데이터를 각 센서 노드들로 전송할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하여, 옥외 현장에 설치된 무선 센서 네트워크에 이미지 센서 노드를 구비하도록 함으로써, 옥외 현장에서 발생되는 상황들을 촬상된 이미지로 실시간 확인할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하여 무선 센서 네트워크가 설치된 옥외 현장의 상황을 웹서버, 전광판 등을 통해 실시간 확인할 수 있을 뿐만 아니라 비상 상황이 발생한 경우에는 휴대폰 등을 통해서도 확인할 수 있게 된다.
전술한 구성을 갖는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템은 산불 조기 감지, 인공 구조물의 관리 및 감시 등을 수행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 다수 개의 센서 노드 및 하나의 싱크 노드로 이루어지고 각 센서 노드와 싱크 노드가 데이터패킷을 송수신하는 무선 센서 네트워크;
    상기 무선 센서 네트워크의 싱크 노드와 데이터패킷을 송수신하는 게이트웨이;
    상기 게이트웨이와 데이터패킷을 송수신하며, 상기 게이트웨이를 통해 수신되는 데이터패킷으로부터 각 센서 노드에 대한 정보 및 해당 센서 노드의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 추출하고, 추출된 데이터들을 데이터베이스에 저장 및 관리하는 중앙 관리 서버;
    상기 중앙 관리 서버로부터 각 센서 노드에 대한 정보 및 해당 센서 노드의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 실시간으로 수신하여 화면에 디스플레이시키는 모니터링 컴퓨터;
    를 구비하여, 상기 중앙 관리 서버가 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드에서의 측정 데이터 또는 영상 데이터를 저장 및 관리하고, 모니터링 컴퓨터에서 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선 센서 네트워크의 센서 노드는
    센서 노드의 전체 동작을 제어하는 제어 모듈,
    특정 물질이나 성분을 감지하거나 특정 상태를 감지하는 감지 모듈,
    다른 센서 노드와 데이터패킷을 송수신하는 통신 모듈,
    을 구비하고, 상기 제어 모듈은 상기 감지 모듈에 의해 감지된 측정 데이터를 무선 센서 네트워크의 상위 노드로 전송하거나, 상위 노드로부터 전송된 데이터패킷을 하위 노드로 재전송하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서 노드는 이미지 촬상 소자를 더 구비하고,
    상기 제어 모듈은 상기 감지 모듈에 의해 감지된 측정 데이터가 변동된 경우, 상기 이미지 촬상 소자를 구동하여 해당 센서 노드의 주변의 소정의 영상을 획득하고, 획득된 영상 데이터를 게이트웨이를 경유하여 중앙 관리 서버로 전송하고,
    상기 중앙 관리 서버는 측정 데이터의 변경 전 및 변경 후에 해당 센서 노드의 이미지 촬상 소자에 의하여 주변을 캡쳐한 영상들을 모니터링 컴퓨터로 전송하여 화면에 디스플레이시키는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중앙 관리 서버는
    상기 중앙 관리 서버의 전체 동작을 제어하는 제어부,
    상기 무선 센서 네트워크로부터의 측정 데이터 및 영상 데이터 및 센서 노드 에 대한 정보를 저장 및 관리하는 데이터베이스,
    상기 게이트웨이와 통신하는 제1 통신 인터페이스부, 및
    상기 모니터링 컴퓨터와 통신하는 제2 통신 인터페이스부를 구비하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 통신 인터페이스부를 통해 게이트웨이로부터 데이터패킷을 수신하고, 수신된 데이터패킷으로부터 센서 노드의 정보, 해당 센서 노드의 측정 데이터 및 영상 데이터를 검출하고, 검출된 정보 및 데이터를 상기 데이터베이스에 저장하는 데이터 관리 모듈; 및
    상기 데이터 관리 모듈에 의해 검출된 정보 및 데이터를 상기 모니터링 컴퓨터로 전송하여 실시간으로 디스플레이시키는 분석/모니터링 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중앙 관리 서버의 제어부는 무선 센서 네트워크 중 이미지 촬상 소자를 구비한 특정 센서 노드로 이미지 전송 요청을 하고, 해당 센서 노드로부터 영상 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 중앙 관리 서버의 제어부는 비상 알림 모듈을 더 구비하고,
    상기 비상 알림 모듈은 관리자에 의하여 사전에 설정된 각 센서 노드들로부 터의 측정 데이터들에 대한 임계값 또는 임계 범위를 저장 및 관리하며, 상기 데이터 관리 모듈을 통해 실시간으로 수신되는 상기 측정 데이터들의 값을 확인하고, 만약 확인된 측정 데이터 값이 기설정된 임계값 또는 임계 범위를 벗어나는 경우, 외부의 통신사의 SMS 서버를 통해 기설정된 휴대폰으로 단문메시지 또는 멀티미디어 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 시스템은 중앙 관리 서버와 연동되는 웹서버를 더 구비하고,
    상기 중앙 관리 서버의 제어부는 웹서버 관리 모듈 및 비상 알림 모듈을 더 구비하며,
    상기 웹서버 관리 모듈은 상기 웹서버의 요청에 따라 해당 센서 노드로부터의 측정 데이터들 또는 영상 데이터를 웹서버로 실시간으로 전송하며,
    상기 비상 알림 모듈은 관리자에 의하여 사전에 설정된 각 센서 노드들로부터의 측정 데이터들에 대한 임계값 또는 임계 범위를 저장 및 관리하며, 상기 데이터 관리 모듈을 통해 실시간으로 수신되는 상기 측정 데이터들의 값을 확인하고, 만약 확인된 측정 데이터 값이 기설정된 임계값 또는 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 웹서버로 비상 상황임을 통지하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 시스템은 상기 중앙 관리 서버와 연동되는 전광판을 더 구비하고,
    상기 중앙 관리 서버의 상기 제어부는 전광판 디스플레이 모듈을 더 구비하고,
    상기 전광판 디스플레이 모듈은 상기 데이터 관리 모듈을 통해 실시간으로 수신되는 측정 데이터들을 사전에 설정된 포맷에 따라 변환시켜 외부의 전광판으로 전송한느 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 무선 센서 네트워크는 이미지 촬상 소자 및 소정의 감지 모듈을 구비한 이미지 센서 노드를 구비하고,
    만약 상기 감지 모듈에 의해 감지된 데이터가 변동된 경우, 상기 이미지 센서 노드는 이미지 촬상 소자를 이용하여 해당 대상물에 대한 영상을 캡쳐하고, 캡쳐된 영상의 영상 데이터를 상기 게이트웨이를 통해 중앙 관리 서버로 전송하며,
    상기 중앙 관리 서버는 외부의 웹서버와 연동되며,
    상기 중앙 관리 서버는 상기 이미지 센서 노드로부터 전송된 영상 데이터를 상기 웹서버로 전송하고, 상기 웹서버는 변경 전의 기존 영상과 상기 영상 데이터에 의한 변경 후의 영상을 웹페이지에 실시간으로 디스플레이시키는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 기반으로 한 실시간 모니터링 시스템.
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