KR20100070567A - System and method for high speed real time sensor monitoring based on ethernet network using spi - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유무선 센서 네트워크에서 네트워크를 통한 고속 센싱 데이터의 획득을 가능하게 하며, 이에 의하여 센서 노드의 보정 또는 실시간 서비스 적용을 가능하게 하는 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 이용한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention provides a network-based high-speed sensor monitoring system using SPI (Serial Peripheral Interface) communication to enable the acquisition of high-speed sensing data through the network in the wired and wireless sensor network, thereby enabling the correction of the sensor node or real-time service application; It is about a method.
센서 네트워크는 유무선으로 연결된 다수의 센서 노드를 통하여 원격검침, 감시정찰, ITS(Intelligent Transport System) 및 텔레매틱스, 생태계 모니터링 등 다양한 서비스를 사용자에게 제공하는 기술로, 다양한 기술들이 접목된 컨버젼스 기술이다. The sensor network is a technology that provides users with various services such as remote meter reading, surveillance and reconnaissance, intelligent transport system (ITS), telematics, and ecosystem monitoring through a plurality of sensor nodes connected by wired or wireless.
센서 네트워크 시스템에서는, 다양한 서비스를 제공하기 위해서 다양한 종류의 센서모듈을 센서 노드와 결합하여 사용하고 있는데, 최근 기술이 발전함에 따 라서, 음향 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 영상 센서 등과 같이 고속 샘플링 및 대용량데이터를 필요로 하는 센서 모듈을 사용하는 서비스가 점점 증가 하고 있다. In the sensor network system, in order to provide various services, various types of sensor modules are used in combination with sensor nodes. With recent advances in technology, high-speed sampling, such as acoustic sensors, acceleration sensors, magnetic sensors, and image sensors, There is an increasing number of services that use sensor modules that require large amounts of data.
또한, 주로 센서 네트워킹의 성능 검증을 목적으로 구축 활용되어지는 무선 센서 네트워크 테스트베드에서도, 고속 샘플링 및 대용량 데이터를 필요로 하는 서비스의 성장 및 요구에 따라서, 알고리즘 개발 지원, 센서 보정 등을 위해 고속 센서 모니터링 기술이 요구 되고 있다.In addition, in the wireless sensor network test bed, which is mainly used for the purpose of verifying the performance of sensor networking, in accordance with the growth and demand of services requiring high-speed sampling and large data, high-speed sensors for algorithm development support and sensor calibration Monitoring technology is required.
이와 같이 고속 샘플링 및 대용량 데이터를 필요로 하는 서비스의 개발 및 유지 보수, 그리고 고속 센서 모니터링을 위해서는 센싱 정보를 네트워크를 통해 고속으로 전송하는 기술이 필요하다.In order to develop and maintain a service requiring high-speed sampling and large data and to monitor high-speed sensors, a technology for transmitting sensing information at high speed through a network is required.
그러나, 현재의 센서 네트워크 시스템에서는 센싱 정보의 고속 데이터 전송이 어려울 뿐만 아니라, 대부분의 테스트베드도 고속의 센싱 정보 전달을 지원하지 못하고 있는 실정이다.However, in the current sensor network system, not only high-speed data transmission of sensing information is difficult, and most test beds do not support high-speed sensing information transmission.
또한, 넓은 지역에 광범위하게 이더넷으로 연결된 유선 센서네트워크의 경우, 원격지에서 센서 고장 유무 검증 및 주기적인 센서 보정 기능이 필요하다.In addition, wired sensor networks that are connected via Ethernet over a wide area need verification of sensor failures at remote locations and periodic sensor calibration.
본 발명은 유무선 센서 네트크워크의 고속 센서 모니터링과 무선 센서 네트워크의 테스트베드에서의 고속 센싱 데이터 획득을 가능토록 하기 위하여 제안된 것으로서, SPI 통신을 이용하여 고속으로 센싱 정보를 획득하여 원격지의 관리서버로 실시간 전송할 수 있으며, 이에 의하여 센서 노드에 대한 실시간 보정 및 서비스 적용이 가능한 SPI 통신을 이용한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been proposed to enable high-speed sensor monitoring of wired / wireless sensor networks and high-speed sensing data acquisition in a test bed of a wireless sensor network, and obtains sensing information at high speed using SPI communication to manage a remote server. It is to provide a network-based high-speed sensor monitoring method and system using SPI communication that can be transmitted in real time, thereby real-time correction and service application to the sensor node.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 센서를 통해 감지된 센싱 정보를 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 고속으로 획득하여 전송하는 다수의 네트워크 연동 센서 노드; 및 상기 다수의 네트워크 연동 센서 노드로부터 전송되는 센싱 정보를 이용하여 상기 다수의 네트워크 연동 센서 노드를 유지 관리하는 관리서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 SPI 통신을 이용한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 시스템을 제공한다. As a means for solving the above problems, the present invention, a plurality of network interlocking sensor nodes for obtaining and transmitting the sensing information sensed through the sensor at high speed through Serial Peripheral Interface (SPI) communication; And a management server for maintaining the plurality of network interworking sensor nodes by using the sensing information transmitted from the plurality of network interworking sensor nodes.
상기 다수의 네트워크 연동 센서 노드는, 네트워크를 통해 상기 관리서버와 통신하여, 상기 관리서버로부터 명령을 수신하거나 상기 관리서버로 센싱 정보를 전송하는 네트워크 연동 프로세서; 및 상기 네트워크 연동 프로세서를 통해 수신된 명령에 따라서 동작하여, 센서를 통해 설정된 정보를 감지하고, 감지된 센싱 정보 를 SPI 통신을 통하여 상기 네트워크 연동 프로세서로 고속 전송하는 센서 노드를 포함할 수 있다. The plurality of network interworking sensor nodes may include a network interworking processor configured to communicate with the management server through a network to receive a command from the management server or to transmit sensing information to the management server; And a sensor node which operates according to a command received through the network interworking processor, detects information set through the sensor, and transmits the sensed sensing information to the network interworking processor through SPI communication at high speed.
상기 센서 노드는 설정된 정보를 감지하는 센서 모듈; 및 상기 센서 모듈로부터 감지된 센싱 정보를 SPI 통신을 통해 상기 네트워크 연동 프로세서로 고속 전송하는 메인 모듈을 포함할 수 있다. The sensor node comprises a sensor module for sensing the set information; And a main module for high-speed transmission of sensing information sensed by the sensor module to the network interworking processor through SPI communication.
상기 센서 모듈과 상기 메인 모듈은, SPI, ADC(Analog-Digital Converter), I2C(Inter-Integrated Circuit Protocol), GPIO(General Purpose Input Output)중에서 하나 이상의 인터페이스로 연결되는 것을 특징으로 한다. The sensor module and the main module may be connected to at least one interface among an SPI, an analog-digital converter (ADC), an inter-integrated circuit protocol (I2C), and a general purpose input output (GPIO).
더하여, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 네트워크 연동 프로세서가 관리서버로부터 센싱 시작 명령을 수신하고, 상기 수신된 센싱 시작 명령을 SPI 통신을 통해 센서 노드로 전송하는 단계; 상기 센서 노드가 수신된 명령을 해석하여, 해석된 명령에 따라 센싱을 수행하여 센싱 정보를 수집하는 단계; 상기 수집한 센싱 정보를 SPI 통신을 이용해 네트워크 연동 프로세서로 전송하는 단계; 및 상기 네트워크 연동 프로세서가 상기 센싱 정보를 상기 관리서버로 실시간 전송하는 단계로 이루어지는 SPI 통신을 이용한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 방법을 제공한다. In addition, the present invention as another means for solving the above problems, the network interworking processor receives a sensing start command from the management server, and transmitting the received sensing start command to the sensor node through the SPI communication; Interpreting, by the sensor node, the received command and performing sensing according to the interpreted command to collect sensing information; Transmitting the collected sensing information to a network interworking processor using SPI communication; And a network-based high speed sensor monitoring method using SPI communication, wherein the network interworking processor transmits the sensing information to the management server in real time.
본 발명은 SPI 통신을 통하여 센서 모듈에서 수집한 센싱 정보를 고속으로 획득하고, 이를 네트워크를 통해 관리서버로 실시간 전송함으로써, 원격지에서 고속의 센싱 데이터 획득이 가능함과 동시에, 상기 획득한 데이터를 활용하여 센서모듈의 고장 감시 및 정기적인 보정이 가능하며, 또한 상기 고속 센싱 데이터 획득을 통한 서비스 업그레이드 및 개발을 가능하게 한다.The present invention obtains the sensing information collected by the sensor module at high speed through the SPI communication, and transmits the sensing information in real time to the management server through the network, and at the same time it is possible to obtain the high-speed sensing data from a remote location, by using the obtained data Fault monitoring and regular correction of sensor modules are possible, and service upgrade and development are possible through the high speed sensing data acquisition.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. In addition, the term 'comprising' a certain component means that the component may be further included, without excluding the other component unless specifically stated otherwise.
또한, '모듈'이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으 로 구현될 수 있다.In addition, the term 'module' refers to a unit for processing a specific function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 SPI 통신을 이용한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 시스템을 나타낸 전체 구성도이다. 상기 고속 센서 모니터링 시스템은, 광범위한 지역에 걸쳐 설치되는 유선 센서 네트워크 및 무선 센서 네트워크를 위한 테스트 베드를 포함하는 유무선 센서 네트워크에 적용될 수 있다.1 is an overall configuration diagram showing a network-based high speed sensor monitoring system using SPI communication according to an embodiment of the present invention. The high speed sensor monitoring system can be applied to wired and wireless sensor networks including test beds for wired sensor networks and wireless sensor networks installed over a wide area.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 고속 센서 모니터링 시스템은, 관리서버(10)와, 다수의 네트워크 연동 센서 노드(20)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the high speed sensor monitoring system according to the present invention includes a
상기 관리서버(10)는, TCP/IP, UDP 등의 유무선 네트워크를 통해 다수의 네트워크 연동 센서 노드(20)로부터 실시간 고속 센싱 정보를 받아서, 서비스 관리, 업그레이드, 센서 관리 및 보정 중에서 하나 이상을 수행한다. 예를 들어, 서비스 관리서버인 경우에는, 서비스 관리 및 업그레이드를 수행하고, 센서 관리서버인 경우에는 센서 관리 및 보정을 수행할 수 있다.The
상기 네트워크 연동 센서 노드(20)는, 센서를 통해 설정된 정보를 센싱하고, SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 상기 센싱 정보를 고속으로 획득하여 상기 관리서버(10)로 실시간 전송하고, 상기 관리서버(10)로부터 전달된 명령을 수신하여 수행한다. 상기 관리서버(10)로부터 전달되는 명령은, 센싱 시작 및 종료 명령, 센서 보정 명령, 기타 센서 노드(20)의 업그레이드 명령 등과 같이 센서 노드(20)가 수행해야 할 명령으로서, 센서 노드(20)에서 처리 가능하고 서비스 및 센서 모니터링을 위해 필요한 것이라면 어떤 것이라도 가능하다.The network
도 2는 상기 네트워크 연동 센서 노드(20)의 상세 구성을 나타낸 블럭도로서, 이를 참조하면, 상기 네트워크 연동 센서 노드(20)는, 유무선 네트워크를 통해 상기 관리서버(10)와 연결되어 TCP/IP, UDP 등을 통해 상기 관리서버(10)와 통신을 수행하는 네트워크 연동 프로세서(21)와, 센서를 통해 설정된 정보를 센싱하고, 센싱 정보를 SPI 통신을 통하여 상기 네트워크연동 프로세서(21)에 고속 전송하는 센서 노드(22)로 이루어진다.2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the network
상기에서, SPI는 4선을 사용하여 주변 장치와 연결하는 전이중 동기식 직렬 인터페이스로서, 2개의 데이터 회선과 2개의 제어 회선으로 되어, 주장치 출력/종속 장치 입력(MOSI: Master Out Slave In), 주장치 입력/종속 장치 출력(MISO: Master In Slave Out) 등 주/종 관계 장치 간의 통신을 행하는데 이용된다. In the above, SPI is a full-duplex synchronous serial interface that connects to peripheral devices using four wires, and includes two data lines and two control lines, and includes a master output slave device (MOSI) and a master device input. It is used for communication between master / slave devices such as Master In Slave Out (MISO).
본 발명은 상기 센서 노드(22)와 네트워크 연동 프로세서(21)를 SPI로 연결하여, 센서 노드(22)에서 수집한 센싱 정보를 고속으로 네트워크 연동 프로세서(21)에 전달하도록 한다.The present invention connects the
또한, 본 발명에 있어서, 상기 센서 노드(22)와 네트워크 연동 프로세서(21)는, 무선 센서 네트워크만으로의 동작을 위해 분리된 구조로 이루어진다. 이때, 상기 센서 노드(22)는 기존의 센서 노드를 그대로 이용할 수 있다.In addition, in the present invention, the
상기 센서 노드(22)의 내부 구성은 일반적인 센서 노드의 구성과 마찬가지로, 요구되는 다양한 센싱 정보를 획득할 수 있는 센서모듈(222) 및 상기 획득한 센싱 정보를 처리하는 메인 모듈(221)로 구성된다. 상기 센서 모듈(222)은, 예를 들어, 고속 샘플링이 필요한 음향, 진동, 가속도 센서일 수 있다. 상기 센서모 듈(222)과 메인 모듈(221)은, SPI, ADC, I2C, GPIO 등 다양한 인터페이스로 연결되어 질 수 있으며, 본 발명에서 지향하는 고속 데이터 통신을 위해서 상기 메인 모듈(221)은 SPI 통신을 지원하는 것이 바람직하다.The internal configuration of the
더하여, 상기 메인 모듈(221)은 상기 네트워크 연동 프로세서(21)와 SPI로 연결되어, 고속 데이터 전송을 수행한다.In addition, the
다음으로 도 3은 본 발명에 의한 SPI 통신을 이용한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a network-based high speed sensor monitoring method using SPI communication according to the present invention.
상기 도 3을 참조하여, 본 발명에 의한 시스템을 통해 구현되는 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 3, the network-based high speed sensor monitoring process implemented through the system according to the present invention will be described.
먼저, 원격지에 위치한 관리서버(10)가, 유무선 네트워크를 통하여 각 네트워크연동 센서 노드(20)의 네트워크 연동 프로세서(21)로 센싱 시작 명령을 전송한다. 상기 네트워크 연동 프로세서(21)는 상기 수신된 센싱 시작 명령을 SPI 통신을 통하여 해당 센서 노드(22)로 전송한다(S10).First, the
상기 센싱 시작 명령을 수신한 센서 노드(22)의 메인 모듈(221)은 상기 전송된 명령을 해석한 후, 해석된 명령에 따라서 센서모듈(222)이 센싱을 시작하도록 제어한다(S20).After receiving the sensing start command, the
상기에 의하여, 센서 모듈(222)이 동작을 시작하여 센싱 정보를 수집하며, 수집된 센싱 정보는 메인 모듈(221)이 SPI를 통하여 네트워크 연동 프로세서(21)로 고속 전송한다. 이어 상기 네트워크 연동 프로세서(21)는 유무선 네트워크를 통해 상기 메인 모듈(221)로부터 전송받은 센싱 정보를 관리서버(10)로 실시간 전송한다(S30).As described above, the
따라서, 상기 관리서버(10)는 상기 센싱 시작 명령을 전송한 후에 네트워크 연동 프로세서(21)로부터 고속 전송되는 센싱 정보를 실시간으로 수신하며(S40), 상기 실시간으로 수신하는 센싱 정보를 서비스에 적용하거나, 분석하여 모니터링 작업에 적용한다(S50).Therefore, the
상기에 의하면, 본 발명에 의한 고속 센서 모니터링 방법은, 관리서버(10)가 다수의 센서 노드(22)로부터 수집된 센싱 정보를 고속으로 획득할 수 있으며, 따라서, 관리서버(10)에서 실시간 모니터링 및 서비스 적용이 가능해질 수 있다.According to the above, in the high speed sensor monitoring method according to the present invention, the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
본 발명은 고속 샘플링을 필요로 하는 센서를 이용한 서비스의 요구가 증가되는 추세에 맞추어, 다수의 센서 노드와 관리서버간에 실시간으로 고속 통신을 가능토록 함으로써, 이를 이용한 알고리즘 개발 지원, 센서 보정 등을 위한 고속 센서 모니터링 기술에 적용 가능하다. The present invention is to support high-speed communication between a plurality of sensor nodes and a management server in real time in accordance with the trend of increasing the demand for services using a sensor that requires high-speed sampling, to support algorithm development, sensor calibration, etc. using the same. Applicable to high speed sensor monitoring technology.
또한, 본 발명은, 넓은 지역에 광범위하게 이더넷으로 연결되는 유선 센서 네트워크에서 센서의 실시간 보정 및 실시간으로 전송되는 센서 신호를 이용한 서비스의 개발에 활용이 가능하다.In addition, the present invention can be utilized for the development of a service using a sensor signal transmitted in real time and real-time correction of the sensor in a wired sensor network that is widely connected to Ethernet over a wide area.
도 1은 본 발명에 따른 SPI 통신을 이용한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the overall configuration of a network-based high-speed sensor monitoring system using SPI communication according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 시스템에 있어서, 네트워크 연동 센서 노드의 상세 구성을 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram showing a detailed configuration of a network-based sensor node in the network-based high speed sensor monitoring system according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 네트워크 기반 고속 센서 모니터링 방법의 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a network-based high speed sensor monitoring method according to an embodiment of the present invention.
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