KR20090017008A - A sensor node and the control method - Google Patents

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Abstract

A sensor node and a control method are provided to reduce the used battery amount of the sensor node by controlling a plurality of sensors respectively. A plurality of sensors(100) respectively senses the environmental information including the carbon dioxide density, the temperature and humidity etc. and transmits the sensed environmental information to the A/D converter(200). The A/D converter converts the analog environmental information sensed in each sensor into the digital environment information and transmits the digital environment information to the controller(300). The controller processes the environmental information sensed in each sensor transmitted through the A/D converter. The communications unit(400) performs the wireless telecommunication between the controller and the outside sensor network. The power supply unit(500) supplies the power source to each configuration part of the sensor node.

Description

센서노드 및 그 제어 방법{A Sensor Node and The Control Method} Sensor node and the control method

본 발명은 센서노드 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 센서를 각 개별제어 할 수 있는 센서노드 및 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor node and a control method thereof, and more particularly, to a sensor node and a control method capable of individually controlling a plurality of sensors.

최근의 무선통신 및 마이크로 전자기계의 급속한 기술발달에 의하여 근거리에서 센서네트워크를 이용한 무선통신의 사용이 점차 증가하고 있다. 이러한 센서네트워크는 복수의 센서들로 구성된 센서모듈, 센서모듈의 복수의 센서에서 전송되는 센싱데이터를 처리하는 OS(Operating system)가 임베디드 타입으로 포팅된 제어부, 제어부에서 처리된 센싱데이터를 센서네트워크 시스템으로 전송하는 무선 송수신부를 각 구비하는 많은 센서노드들로 구성되며, 이 센서노드는 일반적으로 배터리에서 전원을 공급받는다. 하지만, 배터리는 센서노드에 내장되어 있어 보충되거나 충전될 수 없기 때문에, 배터리를 최소로 사용해야 할 필요성이 요구되었다. Recently, due to the rapid development of wireless communication and microelectromechanical technology, the use of wireless communication using a sensor network is increasing at a short distance. The sensor network includes a sensor module composed of a plurality of sensors, a controller in which an operating system (OS) for processing sensing data transmitted from a plurality of sensors of the sensor module is ported as an embedded type, and the sensing data processed by the controller. It consists of a number of sensor nodes each having a wireless transceiver for transmitting to the sensor, which is typically powered by a battery. However, since the battery is embedded in the sensor node and cannot be replenished or charged, there is a need for using the battery minimally.

이러한 문제점을 해결하고자 종래에는 센서노드의 배터리 사용을 최소로 하기 위하여 센서노드의 전원이 턴-온 되면, 처음에는 센서노드의 각 구성부를 초기화하는 과정을 거쳐 센서들을 점검하고, 센서모듈의 각 센서들이 각자 역할에 맞는 환경정보를 센싱하여 제어부로 전송하고, 제어부는 센서모듈의 모든 센서를 전력 소비가 적은 수면모드로 전환시켜 배터리 전원의 사용을 최소화하였다. 그리고 일정 시간이 지나 다시 환경정보를 센싱해야 할 시간이 되면 다시 센서들을 활동모드로 전환시키고 센싱작업을 마치면 다시 수면모드로 전환시키는 방법으로 배터리의 사용을 최소화하였다. In order to solve this problem, conventionally, when the power of the sensor node is turned on to minimize the battery usage of the sensor node, the sensors are first inspected through the process of initializing each component of the sensor node and each sensor of the sensor module. They sense environmental information for each role and send it to the controller, and the controller minimizes the use of battery power by switching all the sensors of the sensor module to sleep mode with low power consumption. After a certain period of time, when the time to sense environmental information is again, the sensor is switched back to the active mode, and when the sensing work is completed, the battery is minimized by switching back to the sleep mode.

그러나, 이러한 종래 센서노드에서는 센서모듈의 복수개 센서들이 동시에 수면모드 또는 활동모드로 스위칭되는 통합모듈구조로 되어 있어 각각의 센서들을 개별 제어할 수 없어 불필요하게 배터리가 사용되는 문제점이 있었다. However, in the conventional sensor node, a plurality of sensors of the sensor module has an integrated module structure in which a plurality of sensors are simultaneously switched to a sleep mode or an active mode, and thus, each sensor cannot be individually controlled, thereby causing unnecessary battery use.

또한, 이러한 종래 센서노드에는 센서모듈의 각 센서에서 센싱된 환경정보가 동시에 제어부로 전송되고, 이 환경정보들은 운영체제(Operating System, 이하 'OS'라 칭함)에서 처리되지만, 센서노드의 제어부에 포팅된 OS의 경우 리소스 부족에 따른 최소한의 기능으로 구현되어 멀티 태스킹이나 멀티쓰래드 등의 기능이 불가능하여 각 센서에서 동시에 전송된 데이터를 한꺼번에 처리하지 못하여 각 센서에서 센싱된 환경정보가 분실되거나 충돌되는 문제점이 있었다. In addition, in the conventional sensor node, the environmental information sensed by each sensor of the sensor module is simultaneously transmitted to the controller, and the environmental information is processed by an operating system (hereinafter referred to as 'OS'), but ported to the controller of the sensor node. In the case of the OS, it is implemented with the minimum functions due to lack of resources, and it is impossible to perform multitasking or multithreading, so that the data sent from each sensor cannot be processed at the same time. There was this.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 센서노드의 복수개의 센서를 개별제어 할 수 있는 센서노드 및 그 제어방법을 제공함에 있다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention to provide a sensor node and a control method that can individually control a plurality of sensors of the sensor node.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 환경정보들을 센싱하는 복수의 센서, 상기 복수의 센서에 전원을 개별 공급하는 전원 공급부, 상기 복수의 센서에서 센싱된 데이터에 기초하여, 상기 전원 공급부에서 상기 각 센서로 공급되는 전원을 개별적으로 공급 및 차단하는 제어부를 포함한다. The present invention for achieving the above object is a plurality of sensors for sensing environmental information, a power supply for supplying power to the plurality of sensors individually, based on the data sensed by the plurality of sensors, each of the power supply in the And a controller for individually supplying and cutting off power supplied to the sensor.

또한, 상기 제어부는 상기 각 센서와 멀티 쓰레드 환경으로 연결되어, 각 센서에서 전송되는 센싱데이터를 개별처리하는 미들웨어를 탑재하고, 상기 미들웨어에서 순차적으로 센싱데이터를 입력받아 센서노드 시스템을 운영 및 제어하는 운영체제를 담는다. In addition, the control unit is connected to each of the sensors in a multi-threaded environment, and equipped with a middleware for individually processing the sensing data transmitted from each sensor, and receives the sensing data sequentially from the middleware to operate and control the sensor node system Contains the operating system.

또한, 상기 복수의 센서에서 전송되는 센싱 데이터에는 각 센서들의 고유정보가 포함되고, 상기 제어부는 상기 고유정보를 이용하여 상기 전원 공급부에서 각 센서에 공급되는 전원을 제어한다. In addition, the sensing data transmitted from the plurality of sensors includes the unique information of each sensor, the control unit controls the power supplied to each sensor from the power supply using the unique information.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 복수개의 센서를 개별제어하여 센서노드의 배터리 사용량을 감소시킨 효과가 있다. As described in detail above, the present invention has the effect of reducing the battery usage of the sensor node by controlling a plurality of sensors individually.

또한, 복수개의 센서를 개별제어하여 각 센서에서 전송되는 센싱데이터의 충돌을 방지하여 안정적이고 효율적인 센서노드의 제어 환경을 제공한다. In addition, by individually controlling a plurality of sensors to prevent collision of the sensing data transmitted from each sensor to provide a stable and efficient sensor node control environment.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 1 및 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 센서노드는 복수 개의 센서(100), 각 센서(100)에서 센싱된 아날로그의 환경정보를 디지털의 환경정보로 변환하여 제어부(300)로 전송하는 A/D 컨버터(200), A/D 컨버터를 통해 전송되는 각 센서에서 센싱된 환경정보를 처리하는 제어부(300), 제어부와 외 부 센서네트워크망과의 무선 통신을 담당하는 통신부(400), 상기 센서노드의 각 구성부에 전원을 공급하는 전원 공급부(500)로 구성된다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor node according to an embodiment of the present invention converts a plurality of sensors 100 and environmental information of analog sensed from each sensor 100 into digital environmental information to control the controller 300. A / D converter 200 to transmit to), the control unit 300 for processing the environmental information sensed by each sensor transmitted through the A / D converter, a communication unit in charge of wireless communication between the control unit and the external sensor network network 400, the power supply unit 500 supplies power to each component of the sensor node.

복수 개의 센서(100)는 각기 이산화 탄소 농도, 온도 및 습도 등과 같은 환경정보들을 센싱하여 A/D 컨버터(230)로 전송한다. 각 센서에는 자신의 식별번호와 같은 고유정보가 내장되어 있으며, 이 고유정보는 각 센서에서 센싱된 데이터를 A/D 컨버터를 통하여 제어부(300)로 전송할 때 함께 전송한다. 복수 개의 센서(100)는 각 센서가 개별적인 하나의 모듈형태로 구성되며, 각 센서들은 전원 공급부(290)와 각각 스위치소자로 연결되어 있어, 제어부(300)에 의하여 스위치 소자가 오픈되면 공급되는 전원이 개별적으로 차단된다. The plurality of sensors 100 respectively sense environmental information such as carbon dioxide concentration, temperature and humidity, and transmit the sensing information to the A / D converter 230. Each sensor has built-in unique information such as its own identification number, and the unique information is transmitted together when transmitting the data sensed by each sensor to the controller 300 through the A / D converter. Each of the plurality of sensors 100 is configured in the form of a single module, each sensor is connected to the power supply unit 290 and each switch element, the power supplied when the switch element is opened by the control unit 300 This is blocked individually.

A/D 컨버터는 복수 개의 센서(100)에서 전송되는 아날로그의 환경정보를 디지털의 환경정보로 변환시켜 제어부(300)로 전송한다. The A / D converter converts analog environmental information transmitted from the plurality of sensors 100 into digital environmental information and transmits the digital environmental information to the controller 300.

제어부(300)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 센서노드의 제어를 담당하는 프로세서(330), 프로세서(330)에서 처리되는 센싱 데이터들이 저장되는 메모리(360)로 구성된다. 프로세서(330)에는 각 센서에서 전송되는 센싱데이터들을 개별 제어하기 위하여 멀티 쓰레드 환경을 제공하는 OSGI(Open Service Gateway Initiative) 기반의 미들웨어가 운영체제(Operating System, 이하 'OS'라 칭함)에 탑재되어 있으며, 상기 미들웨어에는 멀티 쓰레드 기능이 내장되어 각 센서(100)와 하나의 통신환경을 구성한다. 상기 멀티 쓰레드 기능이란 각각의 센서와 통신을 일대일로 주고 받을 수 있는 환경을 말한다. 예를 들어, 상기 복수의 센서가 3개의 센서로 구성되어 있으면, 미들웨어는 3개의 쓰레드를 작동시켜 하나의 센서는 하나의 쓰레드와 연결 되고, 다른 하나의 센서는 또 다른 하나의 쓰레드와 연결되어 각 센서에서 전송되는 센서데이터가 충돌 또는 손실이 발생하지 않도록 한다. 이렇게 3개의 쓰레드가 생성되면, 미들웨어는 각 쓰레드를 순차적으로 제어하여 각 센서에서 전송되는 센싱데이터가 충돌이나 손실 없이 입력 될 수 있도록 한다. As illustrated in FIG. 2, the controller 300 includes a processor 330 that is in charge of controlling the sensor node and a memory 360 that stores sensing data processed by the processor 330. The processor 330 is equipped with an OSGI (Open Service Gateway Initiative) based middleware that provides a multi-threaded environment for individually controlling sensing data transmitted from each sensor in an operating system (hereinafter referred to as an 'OS'). In addition, the middleware has a built-in multi-threaded function to configure one communication environment with each sensor 100. The multi-threaded function refers to an environment in which communication with each sensor can be exchanged one-to-one. For example, if the plurality of sensors consists of three sensors, the middleware operates three threads so that one sensor is connected to one thread, and the other sensor is connected to another thread. The sensor data transmitted from the sensor does not cause a collision or loss. When three threads are created, the middleware controls each thread sequentially so that sensing data transmitted from each sensor can be input without collision or loss.

또한, 미들웨어는 상기 센싱데이터에 포함된 센서의 고유번호를 이용하여 각 센서의 동작 상태 및 어떤 환경정보를 센싱하는 센서인지 한다. 미들웨어는 센서에서 소비되는 전력을 줄이기 위하여, 각 센서가 초기화 과정을 거쳐 환경정보를 센싱하여 센싱데이터를 전송하면, 일정시간 동안 즉 다음에 환경정보를 센싱하는 수면모드 기간에는 전원을 공급하지 않고, 각 센서(100)로 공급되는 전원을 차단하기 위하여 스위치 소자를 오픈하여 각 센서(100)로 공급되는 전원을 차단한다. 또한, 미들웨어는 상기 센서의 고유번호를 이용하여 각 센서 중 현재의 센서네트워크에서 사용되지 않는 센서의 작동을 차단하기 위하여 해당 센서와 연결된 스위치소자를 오픈하여 전원 공급부(500)에서 공급되는 전원이 차단되도록 하여 배터리 소모량을 감소시킨다. In addition, the middleware is a sensor that senses the operation state and some environmental information of each sensor using the unique number of the sensor included in the sensing data. In order to reduce the power consumed by the sensor, when each sensor senses the environmental information through the initialization process and transmits the sensing data, the middleware does not supply power for a predetermined time, that is, during the sleep mode period in which the next environmental information is sensed. In order to cut off the power supplied to each sensor 100, a switch element is opened to cut off the power supplied to each sensor 100. In addition, the middleware is to cut off the power supplied from the power supply unit 500 by opening the switch element connected to the sensor in order to block the operation of the sensor not used in the current sensor network of each sensor using the unique number of the sensor. To reduce battery consumption.

OS는 프로세서에 임베디드 타입으로 포팅되어 센서노드의 전체적인 제어환경을 담당하며 미들웨어에서 처리되어 순차적으로 입력되는 센싱데이터들을 이용하여 센서노드 시스템을 안정적으로 제어 및 관리한다. The OS is ported to the processor as an embedded type to handle the overall control environment of the sensor node, and the sensor node system is stably controlled and managed using the sensing data sequentially processed and input from the middleware.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 센서노드의 제어방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of controlling a sensor node according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

센서네트워크의 센서노드가 구동되면(600) 복수의 센서들은 각 담당하는 환 경정보를 센싱하여 A/D컨버터를 거쳐 제어부로 전송한다(610). When the sensor node of the sensor network is driven (600), the plurality of sensors sense respective environmental information and transmit it to the controller via the A / D converter (610).

제어부(300)의 미들웨어는 각 센서에서 센싱데이터가 전송되면, 각 센서와 멀티쓰레드 환경을 구축하여 각 센서와 일대일로 데이터를 입력받는다(620). When sensing data is transmitted from each sensor, the middleware of the controller 300 establishes a multithreaded environment with each sensor and receives data one-to-one with each sensor (620).

이때, 미들웨어는 센싱데이터에 포함된 각 센서의 고유정보를 이용하여 복수의 센서 중에서 센서네트워크 환경상 필요없는 센서(예를 들어, 복수의 센서가 각 온도, 습도, 및 이산화탄소 농도를 측정한다면 이 중 센서 네트워크가 온도에 관한 환경정보만을 필요로 할 때)를 파악하고, 상기 필요없는 센서의 동작을 차단하기 위하여, 해당 센서와 전원 공급부에 각 연결된 스위치 소자를 오픈시켜 전원공급부(500)에서 상기 사용이 필요없는 센서에 공급되는 전원이 영구적으로 차단되도록 한다(630). At this time, the middleware is a sensor that is not necessary in the sensor network environment among the plurality of sensors by using the unique information of each sensor included in the sensing data (for example, if the plurality of sensors measure each temperature, humidity, and carbon dioxide concentration, The network needs only environmental information about the temperature) and open the switch elements connected to the sensor and the power supply to prevent the unnecessary operation of the sensor. The power supplied to the unnecessary sensor is permanently cut off (630).

그리고, 미들웨어는 센싱데이터를 전송한 각 센서가 일정시간동안 데이터를 전송하지 않는 수면모드에서는 스위치 소자를 오픈시켜 전원공급부(500)에서 각 센서로 공급되는 배터리 전원을 차단한다(640). In operation 640, the middleware cuts off battery power supplied from the power supply unit 500 by opening the switch element in the sleep mode in which each sensor transmitting the sensing data does not transmit the data for a predetermined time.

미들웨어는 각 센서와 연결된 멀티쓰레드를 제어하여 순차적으로 각 센싱데이터들을 OS로 전송하고, OS는 센싱데이터 무선 네트워크 환경에 맞는 패킷구조로 만들어 통신부(400)를 통하여 외부 센서네트워크망으로 전송한다(650). The middleware controls the multithreads connected to each sensor and sequentially transmits each sensing data to the OS, and the OS makes a packet structure suitable for the sensing data wireless network environment and transmits the packet data to the external sensor network through the communication unit 400 (650). ).

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 센서노드의 블록도이다. 1 is a block diagram of a sensor node according to an embodiment of the present invention.

도 2 는 도 1에 도시된 제어부의 내부 동작 구성도이다. 2 is a diagram illustrating an internal operation of the controller illustrated in FIG. 1.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 센서노드의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of controlling a sensor node according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명* * Explanation of symbols on main parts of drawings *

100: 센서 200: A/D 컨버터 100: sensor 200: A / D converter

300: 제어부 400: 통신부 300: control unit 400: communication unit

500: 전원 공급부 500: power supply

Claims (3)

환경정보들을 센싱하는 복수의 센서; A plurality of sensors for sensing environmental information; 상기 복수의 센서에 전원을 개별 공급하는 전원 공급부; A power supply unit for separately supplying power to the plurality of sensors; 상기 복수의 센서에서 센싱된 데이터에 기초하여, 상기 전원 공급부에서 상기 각 센서로 공급되는 전원을 개별적으로 공급 및 차단하는 제어부를 포함하는 센서노드. And a controller configured to individually supply and block power supplied from the power supply unit to each sensor based on data sensed by the plurality of sensors. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 The method of claim 1, wherein the control unit 상기 각 센서와 멀티 쓰레드 환경으로 연결되어, 각 센서에서 전송되는 센싱데이터를 개별처리하는 미들웨어를 탑재하고, 상기 미들웨어에서 순차적으로 센싱데이터를 입력받아 센서노드 시스템을 운영 및 제어하는 운영체제를 담고 있는 센서노드. The sensor is connected to each sensor in a multi-threaded environment, and includes middleware for separately processing sensing data transmitted from each sensor, and includes an operating system for operating and controlling a sensor node system by sequentially receiving sensing data from the middleware. Node. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복수의 센서에서 전송되는 센싱 데이터에는 각 센서들의 고유정보가 포함되고, 상기 제어부는 상기 고유정보를 이용하여 상기 전원 공급부에서 각 센서에 공급되는 전원을 제어하는 센서노드. Sensing data transmitted from the plurality of sensors includes the unique information of each sensor, the control unit controls the power supplied to each sensor from the power supply using the unique information.
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