KR20100058728A - 시간동기형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템 - Google Patents

시간동기형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생산정보화 및 화재 및 재난관리, 시간대별 정보수집 분석 분야 등에 있어서 수위센서,수질센서, 온도센서, 습도센서, 진동센서 등의 처리결과 또는 화재 및 승강기와 같은 비상 호출 및 범용 입출력 등의 데이터를 시간 동기형 데이터 수집 및 처리 노드를 거쳐 시간 동기형 리피터 노드,시간 동기형 라우터 노드, 시간연동호스트로 전송하며, 시간연동호스트는 정보데이터를 데이터분석 서버로 전송하며, 데이터분석 서버는 데이터를 분석하고 저장하며 보고해야될 데이터 및 특정 임계값 이외의 오류발생정보 또는 긴급정보 등을 관리자들의 휴대용 단말기 또는 유선전화로 SMS 또는 음성으로 전송하며, 보고사항 및 긴급상황이 발생하여도 해당 관리자 및 총책임자와의 데이터 공유를 통해 적합한 대처를 신속하고 정확하게 처리할 수 있게 설계된 시간 동기형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템이다.
Figure 112008081048520-PAT00001
승강기,화재수신기,유비쿼터스,빌딩관리,RF,USN,시간동기,긴급호출,응급호출

Description

시간동기형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템{Ubiquitous sensor network total management system for a emergency call environment used by time syncronization in packets or frames}
본 발명은 센서데이터 및 긴급상황 발생 등(이하 이벤트정보라 한다)의 시간 과 최종 수신시스템의 수신시간과의 차이를 계산하여 이벤트정보의 발생 시간을 관리하기 위한 시간동기형 유비쿼터스 센서 네트워크이며, 특히 승강기, 화재수신기가 설치된 빌딩,아파트 등의 건축물 및 센서 혹은 신호 입력이나 출력 등의 데이터 처리장치로부터 데이터를 입력받아 언제 그 사건이 발생했는지를 관리자 및 관리시스템(이하 관리시스템이라 한다)이 알 수 있게 시간 동기를 맞춘 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 유비쿼터스 센서 네트워크(USN : Ubiquitous Sensor Network)는 RFID Tag를 RFID Reader로 정보를 읽어 Zigbee 또는 Bluetooth 등의 네트워크 노드를 경유하여 관리자에게 통보해주는 물류관리 분야 및 가스센서,인체감지센서,온도센서,연기센서,적외선센서,초음파센서,습도센서 등의 데이터를 관리하는 침입탐지 분야 및 화재,안전관리 분야,의료분야 등에 사용되고 있다.
Zigbee는 근거리 무선통신을 제공하는 IEEE 802.15.4 표준의 하나이다. 이는 가정 및 사무실, 빌딩 등의 데이터 정보전달을 위한 근거리 네트워크 솔루션이며,저속 전송 속도를 갖는 홈 오토메이션 및 데이터 네트워크를 위한 표준 기술이다. 주파수 대역은 2.4GHz, 868/915MHz를 사용하고, 모뎀 방식은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DS-SS)이며, 데이터 전송 속도는 20~250kbps이다. 채널은 20여 채널을 갖고 있으며 30미터 정도의 작은 영역의 네트워크 구축 솔루션이며, 앰플를 장착할 경우 1km 정도에서도 수신가능하며, 한개의 노드당 255개의 기기를 연결할 수 있으며, 최대 65000개의 노드를 연결할 수 있으며, 저전력 설계로 밧데리 구동에 최적화 되어져 있다.
Bluetooth는 서로 다른 통신기기들을 전세계 어디서나 단일 장비로 모든 통신환경에 접속할 수 있도록 하는 기술이며, 2.4GHz의 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역의 라디오 주파수를 사용함으로써 단순 장애물이 있을 경우에도 무선 데이터통신을 구현하며 최대 전송속도는 1Mbps(실제 속도는 721Kbps)이고, 전송거리는 반경 10m내외이며 출력앰프가 있을 경우에는 100m까지 전송거리를 확대할 수 있으며, 2.4GHz 대역에서 대역폭 1GHz의 채널 79개를 설정, 1초당1600회씩 채널을 바꾸는 주파수 호핑방식의 스펙트럼 확산기술로 전파를 송수신하고,네트웍 구성은 Point-to-point, Point-to-multipoint가 모두 가능하며, 한개의 노드당 7개의 기기를 연결할 수 있다.
Zigbee나 Bluetooth 기술 이외에도 근거리 무선 데이터통신에 사용하는 기술 로는 IrDA(Infrared Data Association), 무선 LAN(IEEE802.11), SWAP(Shared Wireless Access Protocol) 등이 있다.
현재 Zigbee,Bluetooth의 유비쿼터스 센서 네트워크방식이 개발되거나 제품화되어 있는데, Zigbee,Bluetooth제품 등은 많은 노드를 연결할 수 있게 설계되어 있으며, 많은 노드 중에 리피터나 라우터 기능을 하는 모듈이 탑재되어 있고 이는 이벤트정보를 데이터 전송 패킷 또는 프레임에 기록한다 해도 패킷 또는 프레임이 다른 노드로 전송될 때 이미 전송시간지연이 발생하게 되며 또한 해당 주파수 채널에 다른 장치의 송신이 이루어질 경우 전파의 중첩을 피하기 위한 불규칙한 전송시간 지연이 발생하게 되므로 최종 수신단계인 관리시스템에서는 이벤트정보의 발생시간을 정확히 알아내는 것이 불가능하게 된다.
또한, 데이터 및 센서 입출력 노드(이하 입출력 노드라 한다)들에 RTC(Real Time Clock)를 장착한다고 해도 각각의 입출력 노드마다 시간동기가 맞지 않으며 이는 장기간 사용시 오차가 더욱 크게 발생하게 된다.
따라서 이벤트정보의 발생시간을 최종 수신장치인 관리시스템이 알 수 있도록 각 노드별로 시간분석 가능한 정밀도의 시간 연동구조가 필요하며, 이것을 통해 데이터의 시간대별 정확한 관리를 할 수 있고 긴급상황이 발생했을 경우 그에 적합한 조치를 취할 수 있는 것이다.
유비쿼터스 센서 네트워크의 노드들 간에 시간연동을 하기 위해 노드들을 시간연동호스트의 전파 수신가능 구역에 모아 동작하게 하고, 시간연동호스트는 현재 시간 데이터를 삽입한 시간연동 Packet 또는 Frame을 생성하고, 시간연동호스트가 시간 연동 Packet 또는 Frame을 전송시 데이터 생성시간과 실제 전송시의 경과시간을 알 수 있는 데이터를 시간 연동 Packet 또는 Frame에 추가하여 각 노드들에 전송하며, 각 노드들은 수신받은 생성시간 및 경과시간을 자신의 Timer 또는 RTC 데이터로 적용하기 위하여 Timer 및 RTC 셋팅하여 각 노드별 시간 데이터를 시간연동호스트의 시간 데이터로 설정한다.
유비쿼터스 센서 네트워크(이하 USN이라 한다.)망에서 입력 및 출력 데이터의 시간연동을 위해서 시간연동호스트(30)를 설치하고, 시간연동호스트는 현재의 시간 데이터를 Packet 또는 Frame으로 생성하여 Repeater 혹은 Router 노드에 전송시에 전송경과 시간데이터를 추가하여 전송하고, Repeater 혹은 Router는 수신 받은 Packet 또는 Frame에서 생성시간 데이터 및 전송경과 데이터를 추출하여 전송경과 데이터의 지연시간과 연산한 시간데이터를 자신의 Timer 및 RTC에 셋팅하고 수신받은 Packet 또는 Frame을 다른 노드로 전송시에 시간경과 데이터를 자신의 시간경과 데이터로 수정하여 전송하며, 각 최종 노드는 Repeater와 Router처럼 같은 시간설정 과정을 거쳐 시간연동을 적용한다.
입력 및 출력 기능이 있는 최종 노드는 이벤트정보가 발생하였을 경우 이벤트정보 데이터와 Packet 또는 Frame의 생성시간 데이터 및 실제 전송시 전송경과 데이터를 조합하여 시간연동 호스트로 전송하며, 중간에 수신받은 Repeater 또는 Router 노드는 전송경과시간을 자신의 Timer 또는 RTC의 값으로 연산하여 변경하고 다른 노드로 전송하며, 시간연동호스트가 Packet 또는 Frame을 수신받았을 경우에 는 최초 Packet 또는 Frame의 생성시간 및 최종 경과시간을 알 수 있으므로 데이터의 발생시간 및 경과시간을 관리하여 관리자 또는 관리시스템에 이를 전송한다.
시간연동호스트는 최종 노드의 고정된 시간대별 출력제어시 고정시간출력코드를 Packet 또는 Frame에 삽입하며, 누적된 노드별 경과시간 데이터들로 전송우선순위를 추출하여 전송순서를 자체적으로 정할 수 있는 구조로 설계하여 출력제어에 시간손실을 최소화한다.
각 최종 노드,Repeater 또는 Router 등의 노드는 다른 노드로부터 Packet 또는 Frame을 수신받을 경우 시간연동 과정을 거친 Packet 또는 Frame을 재전송을 하고, 각 노드들은 센서입력, 범용입력, 범용출력 기능 등을 갖추어 필요시마다 확장할 수 있게 한다. 또한 각 노드들의 재전송 기능은 전파 공동 수신지역 내의 특정 노드가 동작하지 않았을 경우에 다른 노드가 재전송하게 되므로 데이터를 안전하게 전송 할 수 있다.
데이터의 안정성을 확보하기 위하여 각 노드들의 데이터 재전송 방식은 스타(star) 구조,클러스터 트리구조(cluster tree) 및 메시(mesh) 구조 등에도 연동가능하게 Broadcasting 방식을 채택하여 전파 공동 수신지역 내의 데이터 수신 안정성을 확보하며, 신규 노드의 추가시 Broadcasting 방식이므로 노드의 ID만 할당하면 네트워크망에 추가할 수 있다.
생산정보화 분야, 화재 및 재난관리 분야에서 무선 유비쿼터스 센서네트워크 시스템으로 센서데이터를 수집할 때, 폴링 모드에서 호스트가 각 센서 노드에 수집 명령을 내리고 각 센서 노드는 센서 값을 호스트로 전송하게 되는데, 센서 노드 와 호스트간, 센서 노드와 중계 노드 간, 중계 노드와 호스트 간에 전송이 지연됨에 따라 전반적인 정보수집의 지연시간이 발생하게 되며 이는 매번 정해진 주기적 시간에 데이터를 수집시 시간차이가 발생된 데이터를 수집하게 된다. 이는 데이터의 분석에 시간 오차에 의한 치명적 결함을 갖게 되며, 또한 폴링 모드가 아닌 최종 센서노드에서 이벤트정보 및 긴급정보를 전송할 시에 Timer 및 RTC를 장착한다 해도 이는 장시간 사용시 각각의 센서 노드들 간에 오차가 누적되어 정확한 시간대 별 데이터를 수집하는데 어려움이 존재하게 된다.
본 발명은 생산정보화 분야, 화재 및 재난관리 분야 등에서 각각의 센서 노드 및 Repeater 또는 Router 노드에 시간연동 기능을 삽입하여 장시간 사용하여도 이 기종간 시간 오차를 최소화 할 수 있으며, 데이터 수집시 최초 생성시간과 경과시간 관리가 가능하여 데이터 관리 및 분석 또는 조치에 신속하고 정확한 대응을 할 수 있는 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템이다.
시간연동형 유비쿼터스 긴급상황 통합관리 시스템(100)에 관한 것으로, 시간연동을 구현하기 위해 Timer 또는 RTC기능을 탑재한 시간연동호스트(30)에서 해당 주파수 내에 신호가 검출되지 않을 시에 사용자에 의해 정해진 시간연동 전송 주기로 시간연동 Packet 및 Frame을 전송하며, 시간연동 Packet 및 Frame은 Packet 및 Frame의 생성시점(200)에서 생성시간 데이터를 삽입하며, 무선 전송시 채널의 사용시나 노이즈 및 자연계 전파로 인한 전송지연과 채널 동시사용을 최대한 피할 수 있는 자체 랜덤지연시간이 발생(210의 내용)하게 되는데, 전체전송지연(210)을 시간값으로 데이터화 한 후 시간연동 데이터를 전송하게 되며, 이때 시간연동 데이터(230)를 전송시 전송시간(220)이 존재하며 이 전송시간을 연산하여 전송 경과데이터를 기존의 Packet 및 Frame에 추가하여 전송하며, 시간연동정보를 수신한 노드중 Repeater 또는 Router(20,50,70)는 수신받은 Packet 또는 Frame의 생성시간(200)과 경과시간(220)으로 자신의 노드(20,50,70) Timer 또는 RTC에 생성시간과 경과시간 및 Packet 또는 Frame 자체 수신지연시간(240)을 합하여 설정하고 자신의 Timer 또는 RTC의 시간정보와 경과시간을 연산하여 재전송시 해당 경과시간(220)을 자신의 경과시간으로 변경하여 전송하며, 최종 노드는 수신받은 Packet 또는 Frame의 생성시간(200)과 경과시간(220) 및 Packet 또는 Frame 자체 수신지연시간(240)을 합하여 자신의 Timer 또는 RTC에 시간값을 설정한다. 시간연동호스트를 통한 시간 연동구조는 도 2에 시간 연동 블록도로 표현하였으며, 시간연동호스트가 시간연동 데이터를 보내고 Repeater 또는 Router는 시간연동데이터를 연산하여 자신의 Timer 및 RTC를 셋팅하고 또한 경과시간을 반영하여 다시 전송하며, 최종 노드는 시간연동데이터와 수신지연된 경과시간을 연산하여 자신의 Timer 또는 RTC를 설정한다. 또한 시간연동 Packet 및 Frame은 특수 목적을 갖는 Data를 포함할 수 있어 각 노드들에 특정 명령을 내려 입력 및 출력 제어 모드를 설정할 수 있다.
최종 노드의 이벤트정보 및 긴급호출 데이터가 발생하면, 최종 노드의 Timer 또는 RTC로 부터 Packet 또는 Frame에 생성시간(200)을 삽입하며, 실제 전송시에 전체지연시간(210) 및 Packet 또는 Frame 전송지연시간(220)을 연산하여 경과시간(210,220)을 추가하여 전송하며, Packet 또는 Frame을 수신받은 Repeater 또는 Router는 생성시간(200)과 경과시간(210,220) 및 전송지연시간(220)을 연산하여 재 전송하는 Packet 또는 Frame의 경과시간을 연산한 값으로 변경하여 전송한다. 또한 Packet 및 Frame을 수신받은 시간연동호스트는 생성시간(200)과 경과시간(210,220) 및 전송지연시간(220)을 연산하여 데이터분석 처리서버(40)으로 전송한다. 데이터분석 처리서버는 수신받은 수신정보를 시간대 별로 정렬하여 분석데이터로 저장하며 또한 관리자에게 무선망 또는 유선망으로 이벤트정보 및 긴급호출 정보와 시간경과 데이터를 함께 SMS 및 음성으로 통보한다.
본 발명은 생산정보화 분야, 화재 및 재난관리 분야에서 무선 시간연동형 유비쿼터스 센서네트워크 긴급상황 통합관리 시스템을 구축할 경우, 수 많은 인명피해와 재산관리기능 및 데이터의 정확한 시간 값의 관리로 재난분석 및 재난방지 데이터로 폭 넓게 활용할 수 있다.
대표도는 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크를 설명한 도면.
도 1은 전파지연요소 및 Packet 또는 Frame의 시간연동 과정을 설명한 도면.
도 2는 시간연동호스트가 Repeater,Router 또는 최종 노드로 시간연동 프레임 전송시 각 노드별 시간셋팅 및 시간연동 Packet또는 Frame을 생성 및 전송을 설명한 도면.
도 3은 최종 노드가 Repeater,Router 또는 시간연동호스트로 이벤트정보 및 긴급호출의 최초 생성시간과 경과시간을 추가하여 전송하는 Packet 또는 Frame의 전송방식을 설명한 도면.
도 4는 Repeater 또는 Router가 센서 또는 범용 입력 및 출력 등의 기능을 탑재한 모듈의 블럭도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10:최종 장치(화재센서,승강기 비상호출,센서입력, 범용입력,범용출력 등)
20,50,60,70,80:Repeater 또는 Router기능을 갖고 최종 장치를 연결하여 처리할 수 있는 통신모듈.
30:각각의 노드들에 시간연동 데이터를 전송하고 최종 노드들로 부터 데이터를 수집할 수 있는 시간연동호스트.
40:시간연동호스트의 시간값을 수정하거나 명령을 내리고, 최종 노드로 부터 데이터를 받은 시간연동호스트의 데이터를 수집,분석 처리하는 데이터분석 처리서버.
90:데이터분석 처리서버의 처리결과를 관리자에게 전송하기 위한 인터넷망 또는 일반 유선전화망 및 무선 이동통신망.
100:시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크망
200:이벤트정보 및 긴급호출 데이터 전송시 최초 발생시간.
210:전송할 Packet 또는 Frame의 전송시작 시점까지의 지연시간.
220:전송되는 Packet 또는 Frame의 전송경과시간.
230:이벤트정보 및 긴급호출 데이터 와 생성시간을 포함한 Packet 또는 Frame내의 데이터.
240:220번의 경과시간을 데이터화 한 전송 시간경과데이터.
250:시간연동형 노드들의 Timer 또는 RTC에 시간을 연동시키는 시점.

Claims (9)

  1. 유비쿼터스 센서 네트워크의 노드들 간에 시간연동을 하기 위해 노드들을 시간연동호스트의 전파 수신가능 구역에 모아 동작하게 하고, 시간연동호스트는 현재시간 데이터를 삽입한 시간연동 Packet 또는 Frame을 생성하고, 시간연동호스트가 시간 연동 Packet 또는 Frame을 전송시 데이터 생성시간과 실제 전송시의 경과시간을 알 수 있는 데이터를 시간 연동 Packet 또는 Frame에 추가하여 각 노드들에 전송하며, 각 노드들은 수신받은 생성시간 및 경과시간을 자신의 Timer 또는 RTC 데이터로 적용하기 위하여 Timer 및 RTC 셋팅하여 각 노드별 시간 데이터를 시간연동호스트의 시간 데이터로 설정하는 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  2. 유비쿼터스 센서 네트워크망에서 입력 및 출력 데이터의 시간연동을 위해서 시간연동호스트를 설치하고, 시간연동호스트는 현재의 시간 데이터를 Packet 또는 Frame으로 생성하여 Repeater 혹은 Router 노드에 전송시에 전송경과 시간데이터를 추가하여 전송하고, Repeater 혹은 Router는 수신 받은 Packet 또는 Frame에서 생성시간 데이터 및 전송경과 데이터를 추출하여 전송경과 데이터의 지연시간과 연산한 시간데이터를 자신의 Timer 및 RTC에 셋팅하고 수신받은 Packet 또는 Frame을 다른 노드로 전송시에 시간경과 데이터를 자신의 시간경과 데이터로 수정하여 전송 하며, 각 최종 노드는 Repeater와 Router처럼 같은 시간설정 과정을 거쳐 시간연동을 적용한 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  3. 입력 및 출력 기능이 있는 최종 노드는 이벤트정보가 발생하였을 경우 이벤트정보 데이터와 Packet 또는 Frame의 생성시간 데이터 및 실제 전송시 전송경과 데이터를 조합하여 시간연동 호스트로 전송하며, 중간에 수신받은 Repeater 또는 Router 노드는 전송경과시간을 자신의 Timer 또는 RTC의 값으로 연산하여 변경하고 다른 노드로 전송하며, 시간연동호스트가 Packet 또는 Frame을 수신받았을 경우에는 최초 Packet 또는 Frame의 생성시간 및 최종 경과시간을 알 수 있으므로 데이터의 발생시간 및 경과시간을 관리하여 관리자 또는 관리시스템에 이를 전송하는 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  4. 시간연동호스트는 최종 노드의 고정된 시간대별 출력제어시 고정시간출력코드를 Packet 또는 Frame의 데이터에 삽입하며, 누적된 노드별 경과시간 데이터들로 전송 우선순위를 추출하여 전송순서를 자체적으로 정할 수 있는 구조로 설계하여 출력제어에 시간손실을 최소화한 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  5. 승강기, 화재수신기가 설치된 빌딩,아파트 등의 건축물 및 센서 혹은 신호 입력이나 출력 등의 데이터 처리장치로부터 데이터를 입력받아 언제 그 사건이 발생했는지를 관리자 및 관리시스템이 다른 최종 노드와의 분석가능한 시간정밀도를 보장할 수 있도록 유비쿼터스 노드들의 시간 동기를 시간연동호스트의 시간연동 Packet 또는 Frame내 생성시간, 경과시간과 자신 노드의 경과시간 수신시 수신지연시간데이터의 연산 값으로 각 노드들의 Timer 또는 RTC 값을 설정하는 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  6. 승강기, 화재수신기가 설치된 빌딩,아파트 등의 건축물 및 센서 혹은 신호 입력이나 출력 등의 데이터 처리장치로부터 데이터를 입력받아 언제 그 사건이 발생했는지를 관리자 및 관리시스템이 다른 최종 노드와의 분석가능한 시간정밀도를 보장할 있도록 유비쿼터스 노드들의 시간 동기를 시간연동호스트의 시간연동 Packet 또는 Frame내 생성시간, 경과시간과 자신 노드의 경과시간 수신시 수신지연시간데이터의 연산 값으로 각 노드들의 Timer 또는 RTC 값을 설정하는 단계와 최종 노드의 시간연동된 Timer 또는 RTC 값을 센서 및 입력 정보 등의 데이터에 추가하여 전송하는 방법과 시간연동된 노드들을 통한 최종노드의 이벤트 생성시간과 시간연동형 노드들을 통한 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    각 최종 노드,Repeater 또는 Router 등의 노드는 다른 노드로부터 Packet 또는 Frame을 수신받을 경우 시간연동 과정을 거친 Packet 또는 Frame을 재전송을 하고, 각 노드들은 센서입력, 범용입력, 범용출력 기능 등을 갖추어진 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기술한 시간연동 기능을 탑재한 Repeater 또는 Router등의 기능을 동시에 갖는 입력 및 출력 유비쿼터스 노드와 이러한 노드들로 구성된 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    각 최종 노드,Repeater 또는 Router 등의 노드는 다른 노드로부터 Packet 또는 Frame을 수신받을 경우 시간연동 과정을 거친 Packet 또는 Frame을 재전송을 하고, 각 노드들은 센서입력, 범용입력, 범용출력 기능 등을 갖추어진 도 4와 같이 설계되어진 시간연동형 유비쿼터스 센서 네트워크 긴급상황 통합관리 시스템.
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KR101438606B1 (ko) * 2012-12-20 2014-09-15 현대자동차 주식회사 이종 센서의 융복합을 위한 가상 센서 네트워크 시스템

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