KR20100073128A - 센서 네트워크 모델링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서 노드, 게이트웨이, 및 서버가 실제 배치되는 3차원 공간, 및 공간에 위치하는 통신 장애물을 고려하여 센서 네트워크 시스템을 모델링 함으로써 센서 네트워크 시스템의 개발을 용이하게 하는 센서 네트워크 모델링 시스템을 개시한다.

센서 노드, 게이트웨이, 서버, 통신 장애물, 모델링

Description

센서 네트워크 모델링 시스템{Sensor network modeling system}

본 발명은 센서 네트워크 모델링 시스템에 대한 것으로, 특히 센서 네트워크가 설치되는 건물, 및 건물에 배치되는 각종 통신 장애물을 고려하여 모델링함은 물론, 센서 노드와 게이트웨이, 및 구조물에 대한 템플릿을 이용하여 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 하는 센서 네트워크 모델링 시스템에 대한 것이다.

본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 신성장동력핵심기술개발 사업의 일환으로 수행하였음.[2008-S-023-01, NanoQplus 기반 센서 네트워크 시뮬레이터 개발]

센서 네트워크 시스템은 건물, 생물, 및 환경 변화를 검출하기 위한 영역에 센서를 배치하고, 배치된 센서와 유무선 통신을 수행하여 건물, 생물, 및 환경의 변화를 판단하며, 판단 결과에 따라 조치를 취할 수 있도록 하는 네트워크 시스템을 의미한다.

센서 네트워크 시스템을 구성하기 위해서는 유선, 또는 무선으로 통신이 가능한 센서 노드(sensor node), 센서 노드와 데이터 통신을 수행하는 하나, 또는 둘 이상의 게이트웨이, 및 게이트웨이를 통해 정보를 획득하고, 획득한 정보를 토대로 환경변화를 판단하고 조치를 취하는 서버를 필요로 한다.

이때, 센서 노드는, 사람이 위치하기에 적당치 않은 곳에 간단히 설치하고, 센서 노드를 위한 유선망 가설의 곤란성을 회피할 수 있도록 하기 위해 무선 통신 방식을 적용하는 것이 바람직하며, 무선 통신을 위해 내장 배터리를 구비할 수 있다.

센서 노드를 이용하는 센서 네트워크 시스템을 개발할 때, 통상 센서 네트워크 시스템에 대한 모델링을 수행하여 센서 노드의 통신 범위, 및 설치 위치를 참조한다.

통상, 센서 네트워크 시스템에 대한 모델링은 개발 단계 이전에 수행되며, 개발 대상 센서 네트워크 시스템에 대한 전반적인 개념을 정립하고, 개략적인 시스템에 대한 레이아웃을 형성한다. 잘 개발된 센서 네트워크 시스템 모델을 사용할 경우, 센서 네트워크 시스템 개발을 위한 프로젝트에 참여하는 모든 구성원들이 센서 네트워크 시스템 모델을 보고 완성될 시스템을 쉽게 예측할 수 있다. 또한, 잘 설계된 센서 네트워크 시스템 모델은 프로젝트 참여자들로 하여금 개발 대상 센서 네트워크 시스템의 여러 문제점들을 예측할 수 있도록 한다.

센서 네트워크 시스템 구성의 대부분을 차지하는 센서 노드들은 크기 및 가격 측면에서의 경쟁력을 위해 컴퓨팅 능력, 메인 메모리, 통신 대역폭, 그리고 배터리 용량에서 제한된 성능만을 가지게 된다. 따라서, 센서 네트워크 시스템은 일반적인 소프트웨어 시스템보다 성능 이슈, 설치, 운용 및 유지보수 문제가 중요하며, 이러한 문제들을 사전에 체계적으로 계획할 수 있도록 모델링이 되어야 한다.

예를 들어 센서 네트워크 시스템에 사용되는 센서 노드들은 배터리를 이용하여 전원을 공급받고, 물리적인 접근이 불편하거나 용이하지 않은 곳에 센서 노드들을 설치할 경우가 많으므로 배터리를 사람이 손으로 교체한다든지 충전하는 방법은 현실적이지 않다. 따라서, 센서 네트워크 시스템에서 사용되는 센서 노드들은 전력 소모가 최소화되도록 설계함으로써 센서 노드의 수명을 최대화 하여야 한다.

통상, 센서 노드는 배치되는 위치와 장애물에 의해 무선 통신의 성공 여부가 결정되며, 이때, 센서 노드의 하드웨어 특성, 및 소프트웨어 특성이 함께 고려되어야 한다. 따라서, 센서 네트워크 시스템 모델을 생성하기 위해서는, 센서 네트워크 시스템의 구성 단위인 서버, 게이트웨이, 센서 노드 뿐 아니라 이들이 배치될 3차원 공간 환경을 반영하여 모델링할 필요가 있다.

그러나, 종래의 센서 네트워크 시스템의 모델링 방법은,

- 센서 네트워크 시스템의 구성 단위(서버, 게이트웨이, 센서 노드)의 소프트웨어적 특성만을 모델링 함으로써 시스템의 성능을 정확히 예측할 수 없거나,

- 센서 네트워크 시스템 구성 요소들의 소프트웨어뿐만 아니라, 성능 예측을 위해 하드웨어 특성까지 고려하는 경우, 각 구성 요소들이 설치되는 위치에 마련되는 구조물들을 고려하지 않거나,

- 3차원 공간 환경 정보를 반영할 경우, 건물(또는 구조물)의 레이아웃만을 적용하고 있다.

따라서, 종래의 모델링 방법은 건물 내부에 수 많은 구조(예컨대 벽, 유리, 복도 등)물이 존재하는 빌딩과 같은 환경에 대해 적절한 모델링이 불가능하다.

본 발명의 목적은 3차원 공간과 3차원 공간내에 위치하는 3차원 구조물을 정의하는 공간정보를 참조하여 센서 네트워크 시스템을 구성하는 각 요소를 배치하고 이에 대한 모델링, 및 시뮬레이션을 수행 가능한 센서 네트워크 모델링 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 센서 네트워크 시스템 개발자들 사이의 이해를 증진하고 이를 통해 센서 네트워크 시스템의 개발 기간을 단축할 수 있다.

상기한 목적은 본 발명에 따라, 건물에 대한 3차원 공간 정보를 정의하는 공간 정보 편집기, 센서 네트워크를 구성하는 서버, 게이트웨이, 및 센서 노드를 상기 공간 정보에 배치하는 센서 노드, 및 게이트웨이 배치기, 상기 공간 정보에 배치되는 상기 센서 노드, 및 상기 게이트웨이에 대한 속성을 설정하는 속성 편집기, 및 상기 공간 정보에 배치된 상기 센서 노드와 상기 게이트웨이에 대한 통신 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 모듈에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명은 센서 노드, 게이트웨이, 및 서버가 실제 배치되는 3차원 공간, 및 공간에 위치하는 통신 장애물을 고려하여 센서 네트워크 시스템을 모델링 함으로써 센서 네트워크 시스템의 개발을 용이하게 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에서 언급하는 센서 네트워크 모델링 시스템은 빌딩, 아파트, 주택, 및 기타 다양한 내부 통신 장애물을 구비하는 건물을 위주로 설명한다.

본 발명에서 언급하는 통신 장애물은 센서 노드(sensor node)와 게이트웨이 사이의 무선 통신을 방해할 수 있는 모든 구조물을 통칭한다. 예컨대, 통신 장애물은 센서 노드와 게이트웨이 사이에 위치하는 벽, 유리, 가구, 및 가전제품이 될 수 있다.

본 발명은 통신 장애물을 구비하는 건물 위주로 설명을 진행한다. 그러나, 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템에 대한 설명이 건물 위주로 진행된다 하여 건물 외부(예컨대, 도로변, 공터, 및 기타 건물 외부의 영역)에 대해 적용되지 않는 것은 아니다. 다만, 중복되는 설명을 방지하기 위해 본 명세서는 건물 내부를 위주로 어떻게 센서 네트워크 시스템을 모델링 하는지를 기술한다.

도 1은 본 발명에서 모델링 하고자하는 센서 네트워크 시스템의 일 예를 개념적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 센서 네트워크 시스템은 서버(10), 게이트웨이(21), 및 복수의 센서 노드(30)로 구성된다.

도면에서, 각 게이트웨이(21)는 복수의 센서 노드와 무선으로 접속된다. 본 발명에 대한 설명과 이해를 위해 이하, 각 게이트웨이(21)들 중 게이트웨이(21)과 센서 노드(30)을 중심으로 설명을 진행하도록 한다.

센서 노드(30)는 설치된 위치에서 각종 정보를 감지하여 게이트웨이(21)로 무선 전송한다. 센서 노드(30)가 건물 내에서 감지할 수 있는 정보로는, 온도, 습도, 조도, 산소농도, 이산화탄소 농도, 및 기타 오염물질의 농도와 같이 사람에게 영향을 미치는 환경 정보일 수도 있고,

건물 내부에 흐르는 전기의 전압, 건물 내부의 상하수도 시설의 상태, 건물 내부의 네트워크 상태, 및 기타 건물 내부에서 변동될 수 있는 시설 정보일 수 있다.

센서 노드(30)가 환경 정보나 시설 정보를 획득하고, 획득된 환경정보, 및 시설정보를 게이트웨이로 전송하기 위해서는, 마이크로 컨트롤러(MCU), 메모리, 무선 통신을 위한 RF 칩, 전원공급장치(통상 배터리)를 구비하여야 한다. 따라서, 센서 노드(30)는 일종의 저성능 소형 컴퓨터와 유사한 구성을 가진다.

센서 노드(30)는 환경 정보나 시설 정보를 획득 가능한 곳에 장착해야 하고 센서 네트워크 시스템에서 가장 많이 사용되는 구성품에 해당하므로 제작 단가, 구동 프로그램, 및 통신 프로토콜도 센서 노드(30)가 검출해야 할 정보를 획득 가능한 최소한의 수준으로 만들어지는 것이 바람직하다.

센서 노드는 소프트웨어적 기능에 따라, 코디네이터, 라우터, 액추에이터 등으로 더 세분화하여 구분되기도 한다. 그러나, 본 발명에서는 이들을 따로 구분하여 설명하지는 않으며, 통칭하여 "센서 노드"라고 한다.

게이트웨이(21)는 무선 접속되는 각 센서 노드(30)들이 제공하는 정보를 수신하고, 수신된 정보를 유선, 또는 무선 네트워크 접속되는 서버(10)로 전송한다. 이때, 게이트웨이(21)는 센서 노드(30)와 지그 비(Zig-Bee)와 같은 무선 통신 방식 을 이용하여 센서 노드가 획득한 정보를 수신할 수 있다.

게이트웨이(21)에서 서버(10)로 전송되는 데이터는 TCP/IP 통신과 같은 기존의 네트워크를 통하여 수행되는 것이 바람직하다. 게이트웨이(21)는 센서 네트워크 시스템에 특화된 무선 통신방식과, 기존의 네트워크를 통한 통신을 모두 지원해야 하므로 센서 노드(103) 및 서버(101)와 달리 센서 노드와의 통신을 위한 무선 통신 장치와 서버(10)와의 통신을 위한 통신 장치를 모두 구비하여야 한다.

서버(101)는 게이트웨이를 통해 각 센서 노드로부터 전달 받은 데이터들을 수집 및 가공하여 사용자에게 전달한다.

서버(10)는 필요할 경우, 게이트웨이(21)를 통해 획득한 정보(환경 정보, 및 시설 정보)를 이용하여 건물 내부의 각종 제어장치(에어 컨디셔너, 히터, 및 환풍시설등)를 제어하여 건물 내부의 환경을 일정하게 유지시킬 수도 있다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 센서 네트워크 시스템을 모델링하기 위해,

- 센서 네트워크 시스템을 구성하는 각 구성단위(서버, 게이트웨이, 및 센서 노드)의 하드웨어 특성, 및 소프트웨어 특성을 알아야 하고,

- 센서 노드(30), 및 게이트웨이(21)가 배치될 3차원 공간에 대한 정보, 및 통신 장애물 정보를 알아야 하며,

- 센서 노드(30), 및 게이트웨이(21)가 3차원 공간에서 배치된 위치에 대한 위치정보(좌표 정보)를 알아야 한다.

여기서, 서버(10)에 대한 위치정보나 서버(10)에 대한 통신 장애물 정보는 큰 의미를 가지지 않는다. 서버(10)의 경우, 유선망을 통해 게이트웨이(21)와 연결되는 경우가 많고, 게이트웨이(21)와 동일한 건물에 존재하지 않을 수 있다. 서버(10)가 게이트웨이(21)와 동일 건물에 배치되지 않을 경우, 서버(10)에 대한 위치정보나 통신 장애물 정보는 아무 의미를 갖지 않는다. 반대로, 서버(10)가 게이트웨이(21)와 무선 통신을 수행할 경우에는 서버(10)에 대해서도 위치정보, 및 장애물 정보를 참작하여 센서 네트워크 시스템을 모델링 해야 한다.

도 2는 본 발명에 의해 기술되는 센서 네트워크 시스템의 구성 단위인 서버, 게이트웨이, 및 센서 노드(30)에 대한 속성 정보를 구성하는 일 예를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 서버 속성 정보(200)는 ID 정보(201)와 소프트웨어 정보(202)로 구분된다. ID 정보(200)는 서버(10)를 인식하게 할 수 있는 이름, 및 아이콘에 대한 정보를 포함한다. 아이콘은 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템에서 서버(10)를 시각적으로 모델링 할 때, 서버(10)를 표현하기 위해 사용된다.

소프트웨어 정보(202)는 응용 프로그램 속성(203), 데이터베이스 속성(204), 및 통신 프로토콜(205)로 세분화 된다. 응용 프로그램 속성(203)은 서버(10)가 게이트웨이(21)로부터 수집한 정보를 이용하여 어떠한 기능을 수행하는지를 기술한다. 예컨대, 서버(10)는 게이트웨이(21)로부터 수집한 정보를 이용하여 건물 내부의 환경을 미리 정해진 기준에 따라 제어하거나, 관리자에게 통보할 수 있다.

서버(10)는 게이트웨이(21)를 통해 수많은 센서 노드들로부터 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 데이터베이스에 저장한다. 데이터베이스 속성(204)은 게이 트웨이(21)로부터 수집된 정보가 저장되는 데이터베이스에 관한 정보를 기록한다. 통신 프로토콜 속성(204)은 서버(10)가 게이트웨이(21)와 통신하기 위한 통신 속성, 예를 들어 서버(10)와 게이트웨이(21)가 TCP/IP 통신 프로토콜을 사용할 경우 통신 프로토콜(TCP/IP), 및 주소값과 같은 정보들을 구비한다.

게이트웨이 속성 정보(210)는 ID 정보(211)와 소프트웨어 정보(212)로 구분된다. ID 정보(210)는 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템에서 게이트웨이(21)를 시각화 할 때, 게이트웨이(21)를 표시하는 아이콘에 대한 정보를 포함한다. 소프트웨어 정보(211)는 응용 프로그램 속성(212), 서버용 통신 프로토콜 속성(213), 센서 노드용 통신 프로토콜 속성(214)으로 세분화 된다. 응용 프로그램 속성(213)은 게이트웨이(21)가 센서 노드(30)로부터 받은 정보를 어떻게 서버(10)에 전달하는 지에 관한 내용을 기술한다.

게이트웨이(21) 속성(210)이 서버(10) 및 센서 노드(30)와 다른 중요한 특징은 서버(10)를 위한 통신 프로토콜과 센서 노드(30)를 위한 통신 프로토콜, 2가지 통신 프로토콜을 모두 지원해야 하는 점이다. 서버용 통신 프로토콜 속성(213)은 서버(10)와의 통신을 위해 필요한 TCP/IP와 같은 통신 속성을 기술한다. 센서 노드(30)용 통신 프로토콜 속성(214)은 센서 노드(30)와 통신을 수행하기 위해 사용되는 지그비(Zigbee) 통신과 같은 통신 규약에 대한 내용을 구비한다.

센서 노드 속성 정보(220)는 ID 정보(221), 하드웨어 정보(222), 및 소프트웨어 정보(223)로 구분된다. ID 정보(221)는 각 센서 노드들을 구분할 수 있는 정보로서, 이름 또는 고유번호, 그리고 시각적 모델 표현 방식에서 표현되는 아이콘 을 의미한다. 센서 노드 속성 정보(220)가 서버(10)나 게이트웨이(21)의 속성과 차이가 나는 주요 부분은, 센서 노드 속성에 하드웨어 정보가 포함된다는 것이다.

센서 노드는 서버(10)나 게이트웨이(21)와 달리 제한된 자원을 갖는 하드웨어를 사용한다. 예를 들어, 전원이 자체 밧데리에서 공급이 되므로 배터리의 수명이나, RF Chip에 따른 통신 반경, 마이크로 컨트롤러(MCU) 에 따라 달라지는 에너지 소모량등이 매우 중요하다. 따라서 센서 노드(30)의 성능을 예측 또는 평가하기 위해서는 센서 노드(30)에 대한 하드웨어 정보가 필요하다.

본 발명에 의한 센서 노드(30)의 하드웨어 정보(222)는 센서 노드(30)를 구성하는 마이크로 컨트롤러(MCU), 무선 통신을 위한 RF Chip, 및 센서의 종류나 모델명과 같은 센서 정보를 구비한다.

소프트웨어 정보(223)는 센서 노드(30)에 탑재되는 소프트웨어에 관한 통합적인 정보를 기술한다. 소프트웨어 정보는 응용 프로그램 속성(224), 통신 프로토콜 속성(225)으로 세분화 된다. 응용 프로그램 속성(224)은 온도 센싱, 조도 센싱 등의 응용 프로그램 기능을 기술한다. 예를 들어, 온도 센싱 응용 프로그램의 경우, 몇 초를 주기로 하여 온도를 센싱 하는지, 센싱된 온도값을 가공하는지, 센싱된 온도값이 몇 도 이상일 때 게이트웨이(21)로 전송하는지 등에 관한 내용을 포함할 수 있다. 통신 프로토콜 속성(225)은 게이트웨이(21)와의 통신을 위한 MAC, 라우팅 프로토콜 등의 정보를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의해 모델링 되는 실내의 공간 정보에 대한 구성 방식을 개념적을 나타낸다.

본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템이 건물 내부에 대해 모델링을 할 경우, 모델링 되는 내용은 센서 네트워크 시스템의 통신에 영향을 미치는 요소를 중심으로 설명하도록 한다.

먼저, 센서 네트워크 모델링 시스템은 각 건물(빌딩)에 따라 영역을 구획하고, 각 건물에 대한 층별 정보를 구비하며, 각 층은 천정, 바닥, 벽 집합, 의자 테이블과 같은 가구, 기둥 및 계단과 같은 기타 건축 구조물 집합으로 구성된다. 건축 구조물들 중 벽에 해당하는 벽 집합에 포함되는 각각의 벽에는 유리창 또는 문과 같은 건축물이 기술될 수 있다.

본 발명에 의해 기술되는 실내 공간 정보의 각각의 요소들은 외형을 파악할 수 있는 3차원 위치 정보(예를 들어, 다각형 형태를 갖는 건물, 또는 구조물 정보의 경우, 각 꼭지점들의 가로, 세로, 높이와 같은 위치 정보)와 센서 네트워크 통신에 영향을 미치는 재질, 및 두께와 같은 통신 장애물 속성 정보를 갖는다.

한편, 건축 구조물의 재질과 두께에 따라 통신 투과, 반사, 회절 등의 통신 장애가 생긴다. 따라서, 건축 구조물에 대한 정보는, 건축 구조물에 대한 재질과 두께 정보를 구비하여야 한다. 예를 들면, 어떤 벽이 콘크리트로 되어있는지 철재로 되어있는지, 그리고 그 두께는 얼마인지에 따라 센서 노드들 간에 무선 통신이 가능할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.

본 발명에 의한 실내공간의 구조화된 표현 방법은, 건물 전체의 외형만을 표현할 수 있었던 기존의 센서 네트워크 시스템 모델링 기술과는 달리, 건물 내부 요소 각각에 대한 형태 및 통신 장애 정보를 기술할 수 있게 해줌으로써, 실내용 센 서 네트워크 시스템의 정확한 모델링을 가능하게 해준다.

도 4는 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템에 의한 모델링 과정을 개략적으로 나타낸다.

도 4를 참조하면, 센서 네트워크 모델링 시스템은 센서 노드(30), 및 게이트웨이(21)가 배치될 공간, 즉 건물에 대한 공간 정보 모델링을 수행한다(S301). 공간 정보 모델링은 센서 노드(30)가 배치될 3차원 공간이 어떻게 생겼는지에 대한 형상과, 통신 장애를 일으킬 수 있는 공간 구성물들의 장애 속성을 기술하는 것을 의미한다.

다음으로, 센서 네트워크 모델링 시스템은 서버(10), 게이트웨이(21), 및 센서 노드에 대해 모델링을 수행한다(S302). 이 과정은 도 2에서 기술한 센서 네트워크 시스템을 구성하는 단위인 서버(10), 게이트웨이(21), 및 센서 노드(30)의 하드웨어, 및 소프트웨어 속성을 기술한다. 마지막으로 센서 네트워크 모델링 시스템은 S301 단계와 S302 단계에서 생성된 공간 정보와 센서 노드 및 게이트웨이(21)에 대한 속성 정보를 참조하여 센서 노드(30)를 배치한다(S303). 센서 노드(30) 및 게이트웨이(21)는 건물 구조물들의 요소에 설치, 또는 부착 가능하다. 예를 들어 센서 노드(30)는 천정, 벽, 바닥, 기둥, 가구 등에 내장 또는 부착 될 수 있으며, 로보트와 같이 움직이는 객체에도 내장 또는 부착 가능하다.

본 발명에서는 서버(10)의 배치는 따로 하지 않는다. 서버(10)의 경우 모델링 대상 건물 내부에 존재할 수도 있지만 외부에 존재할 수도 있으며, 서버(10)의 경우 센서 노드처럼 설치 환경이 중요한 요소가 아니기 때문이다.

본 발명을 통한 센서 노드 및 게이트웨이(21) 배치는 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 수동의 경우, 사용자는 원하는 위치에 센서 노드 또는 게이트웨이(21)를 배치 시킨다. 물론 센서 노드 및 게이트웨이(21)의 설치 위치는 건물 구성 요소 또는 움직이는 객체에 내장되거나 부착되어야 한다.

도 5는 센서 노드를 배치하는 센서 노드, 및 게이트웨이 배치기의 일 예를 도시한다. 도 5에 도시된 센서 노드, 및 게이트웨이 배치기(535)는 사용자가 기술한 센서 노드, 및 게이트웨이 모델을 입력으로 하며, 여기에 추가적으로 사용자로부터 배치 옵션을 입력받고 센서 노드 배치 정보를 자동으로 생성한다.

배치 옵션(placement option) 예로는, 무작위(random) 배치, 격자(random) 배치, 각 방에 대해 하나의 센서 노드 설치, 노드 통신 반경을 고려한 최적 배치, 및 센싱 반경을 고려한 센서 노드의 최적 배치 등이 존재할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템이 3차원 실내 공간에 배치된 센서 네트워크 시스템의 구성요소, 및 정보를 시각적으로 도식화 한 것이다.

도 6은 총 2층으로 구성된 건물을 시각적으로 표현하고 있으며, 각 층별로 배치된 센서 노드들과 게이트웨이를 표현하고 있다. 건물에 대한 센서 네트워크 시스템 개발에 참여하는 참여자는 시각적으로 표현된 정보를 통해, 센서 네트워크 시스템의 배치 계획을 쉽게 이해하고, 자신의 역할을 수행할 수 있을 뿐 아니라, 다른 사람에 의해 계획된 배치 정보도 쉽게 파악할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템의 일 예에 대한 블록개 념도를 나타낸다.

도 7을 참조하면 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템은, 템플릿 DB(510), DB 관리기(520), 모델 편집기(530), 시각화 모듈(540), 및 시뮬레이션 모듈(550)을 구비한다.

템플릿 DB(510)는 3차원 공간 정보, 센서 노드(30), 및 게이트웨이(21)에 대한 템플릿 정보를 구비한다.

공간 정보 DB(511)는 센서 노드들이 설치될 수 있는 실내공간(예를 들어, 아파트, 상가, 학교 등의 건축물 또는 콘크리트 벽, 이중 유리창, 압축 유리창 등의 실제 건축 현장에서 널리 쓰이는 건축 요소물 리스트)에 대한 샘플을 구비한다.

센서 노드(30)와 게이트웨이(21)의 소프트웨어는 그 내용이 매우 단순하며 세부 기능별로 유사한 형태를 띠는 것이 대부분이다. 따라서, 센서 노드 소프트웨어 데이터베이스(512)와 게이트웨이 소프트웨어 데이터베이스(514)는 기존에 존재하는 유사한 기능과 구조의 센서 노드와 게이트웨이에 대한 정보를 구비하고, 이를 이용하여 실내 공간에 장착될 센서 노드(30), 및 게이트웨이(21)를 표현하는데 이용할 수 있다. 따라서, 센서 노드(30)와 게이트웨이(21)를 구동하는 소프트웨어의 경우 비슷한 기능들을 템플릿 코드 형태로 각각 센서 노드 소프트웨어 데이터베이스(513), 및 게이트웨이 소프트웨어 데이터베이스(514)에 저장할 수 있다.

센서 노드 하드웨어 데이터베이스(513)는 통상적으로 널리 쓰이는 센서 노드에 대한 하드웨어 구성 정보를 구비하며, 사용자가 센서 노드 종류만 알고 있으면 센서 노드(30)를 일일이 모델링 할 필요없이 센서 노드 하드웨어 데이터베이 스(513)를 참조할 수 있다.

DB 관리기(520)는 템플릿 DB(510)에 대한 접근, 및 관리 기능을 사용자에게 제공한다. 바람직하게는, DB 관리기(52)는 게이트웨이(21), 센서 노드(30), 및 공간 정보 각각에 대해 구비되며, 게이트웨이 DB 관리기(521), 센서 노드 DB 관리기(522), 및 공간 정보 DB 관리기(523)로 구성된다.

모델 편집기(530)는?본 발명에 의한 센서 네트워크 모델링 시스템이 모델링을 수행할 수 있도록 한다.

본 발명에서 모델 편집기(530)는 템플릿 DB(510)나 DB 관리기(520)를 반드시 필요로 하지는 않는다. 본 발명에서 모델 편집기(530)는 그 자체로서 센서 네트워크 모델링 시스템을 구성할 수 있다. 템플릿 DB(510)나, DB 관리기(520)는 사용자가 기존에 만들어진 템플릿을 이용하여 수월하게 작업할 수 있도록 할 뿐이며, 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템에 포함되거나, 또는 포함되지 않더라도 본 발명의 센서 네트워크 모델링 시스템을 구현 가능하다.

따라서, 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템은 템플릿 DB(510), DB 관리기(520), 및 모델 편집기(510)로 구성되거나, 모델 편집기(510)가 단독으로 센서 네트워크 모델링 시스템을 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템을 최소한으로 구성할 경우, 센서 네트워크 모델링 시스템은 모델 편집기(510), 시각화 모듈(540), 및 시뮬레이션 모듈(550)로 구성될 수 있으며, 보다 나은 개발 환경을 위해, 템플릿 DB(530), 및 DB 관리기(520)이 더 추가되어 구성된다.

본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템의 구조를 최소화할 경우의 블록개념도는 도 9를 참조하도록 하며, 도 9에 도시된 구성요소는 도 7의 구성요소와 동일하므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.

모델 편집기(530)는 사용자로 하여금 서버(10), 게이트웨이(21), 센서 노드(30)의 속성을 편집하고, 이들이 배치될 공간 정보를 모델링하며, 공간 정보에 센서 노드(30)와 게이트웨이(21)를 배치할 수 있도록 하는 인터페이스를 사용자에게 제공할 수 있다.

모델 편집기(530) 또한, 게이트웨이 DB 관리기(521), 센서 노드 DB 관리기(322), 및 공간 정보 DB 관리기(523)와 마찬가지로 각각을 개별적으로 편집할 수 있도록 하는 게이트웨이 속성 편집기(532), 센서 노드 속성 편집기(533), 및 공간 정보 편집기(534)를 구비한다.

시각화 모듈(540)은 사용자의 편리한 작업을 위해 모델 편집기(530)에서 센서 노드(30), 게이트웨이(21), 및 서버(10)에 대한 위치와 속성이 편집된 사항을 반영하여 센서 노드(30), 게이트웨이(21), 및 서버(10)를 공간 정보와 함께 2D(Dimension), 또는 3D 시각화하기 위한 2D 시각화 모듈(541), 및 3D 시각화 모듈(542)을 구비한다.

시뮬레이션 모듈(550)은 주어진 공간 정보 환경에 배치된 센서 노드(30)와 게이트웨이(21)사이에 원활한 데이터 통신이 수행되는지를 시뮬레이션한다.

이때, 시뮬레이션 모듈(550)은 각 센서 노드의 에너지 소모율, 데이터 통신량, 및 센서 노드(30)와 게이트웨이(21) 사이의 무선 통신 수행 가능성 여부등에 대해 시뮬레이션을 수행하고 그 결과를 시각화 모듈(540)을 통해 표현할 수도 있다.

만일, 시뮬레이션 결과가 사용자의 예상치와 어긋난다면, 그 이유는 센서 노드(30), 게이트웨이(21), 및 공간 정보 중 어느 하나에 대한 기술이 잘못되어 있거나, 공간 정보에 센서 노드(30)와 게이트웨이(21)의 배치가 잘못된 경우 중 하나에 해당한다. 따라서, 사용자는 시뮬레이션 결과가 만족스럽지 못할 경우, 모델 편집기(530)를 통해 센서 노드(30)나 게이트웨이(21)에 대한 속성을 편집하여 오류를 수정할 수 있으며, 센서 노드(30)나 게이트웨이(21)의 위치가 적절치 못할 경우, 센서 노드, 및 게이트웨이 배치기(535)를 이용하여 센서 노드(30)나 게이트웨이(21)의 좌표를 재 설정하여 시뮬레이션을 재 수행할 수 있다.

상기한 센서 네트워크 모델링 시스템은,

- 센서 네트워크 시스템 계획 수립에 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템에 사용될 센서 노드는 어떤 기능을 수행하는지, 노드의 하드웨어 구성은 어떤 것을 사용할지, 센서 노드 배치는 어떻게 할지 등에 대한 계획을 본 발명을 통한 모델링을 통해 통합적으로 표현하고 프로젝트를 진행하는 다른 사람들과 그 내용을 쉽게 공유할 수 있다.

- 센서 네트워크 시스템 개발에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 의한 센서 네트워크 모델링 시스템의 구성 단위인 서버(10), 게이트웨이(21), 및 센서 노드(30)에 대한 소프트웨어 속성 정보를 기반으로 소스 코드 템플릿과 연동함으로써 서버(10), 게이트웨이(21), 및 센서 노드(30)에 대한 소프트웨어를 손쉽게 개발 하 거나 자동으로 생성할 수 있다.

- 센서 네트워크 시뮬레이션에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 센서 노드 네트워크 모델링 시스템은 센서 노드 시스템의 실제 설치 환경 및 시스템을 구성하는 서버(10), 게이트웨이(21), 센서 노드에 대한 기능 및 하드웨어 정보를 모두 통합적으로 기술한다. 따라서, 센서 네트워크 시스템의 기능 및 성능을 예측할 수 있도록 하는 시뮬레이션을 수행할 수 있다.

도 8은 센서 노드 네트워크 모델링 시스템이 시뮬레이션을 수행하는 방법에 대한 흐름도를 나타낸다.

먼저, 센서 네트워크 모델링 시스템은 센서 노드(30), 및 게이트웨이(21)가 배치될 공간, 즉 건물에 대한 공간 정보 모델링을 수행한다(S401). 공간 정보 모델링은 센서 노드(30)가 배치될 3차원 공간 정보가 어떻게 생겼는지, 그 형상을 기술하는 것을 의미한다.

다음으로, 센서 네트워크 모델링 시스템은 서버(10), 게이트웨이(21), 및 센서 노드에 대해 모델링을 수행한다(S402). 이 과정은 도 2에서 기술한 센서 네트워크 시스템을 구성하는 단위인 서버(10), 게이트웨이(21), 및 센서 노드(30)의 하드웨어, 및 소프트웨어 속성을 기술한다. 마지막으로 센서 네트워크 모델링 시스템은 센서 노드 및 게이트웨이(21)에 대한 속성 정보를 참조하여 공간 정보에 센서 노드(30)와 게이트웨이(21)를 배치한다(S403). 센서 노드(30) 및 게이트웨이(21)는 건물 구조물들의 요소에 설치, 또는 부착 가능하다. 예를 들어 센서 노드(30)는 천정, 벽, 바닥, 기둥, 가구 등에 내장 또는 부착 될 수 있으며, 로보트와 같이 움직이는 객체에도 내장 또는 부착 가능하다.

다음으로, 시뮬레이션 모듈(550)은 공간 정보 모델과 서버(10, 게이트웨이(21), 및 센서 노드(30)에 대한 모델을 취합하여 시뮬레이션을 수행한다(S404). 시뮬레이션 결과는 각 센서 노드의 에너지 소모율, 데이터 통신량, 및 센서 노드(30)와 게이트웨이(21) 사이의 무선 통신 수행 가능성 여부등에 대한 것이다. 사용자는 시뮬레이션 결과가 자신의 예측결과와 유사한지를 판단한다(S405). 분석 후 그 결과가 만족스러우면, 센서 네트워크 시스템 모델을 기반으로 시스템을 개발하고 실제 환경에 설치한다(S406). 반대로, 센서 노드(30)와 게이트웨이(21) 사이의 통신 성능, 기능상 하자가 있다고 판단되면, 센서 노드(30)나 게이트웨이(21)의 배치에 문제가 있는지를 판단한다(S408). 판단 결과 센서 노드(30)나 게이트웨이(21)의 위치에 문제가 있을 경우, 센서 노드(30)와 게이트웨이(21)의 위치를 재 설정하고(S407), S404 단계를 수행한다. 만일, 만일 센서 노드(30)나 게이트웨이(21)의 배치에는 이상이 없거나, 배치 문제 보다는 센서 노드 자체의 하드웨어나 소프트웨어를 보완해야 할 경우, 센서 노드의 속성 모델을 재 설정하고(S409), S404 단계를 반복하여 원하는 결과가 나올 때까지 시뮬레이션을 수행한다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 본 발명에서 모델링 하고자하는 센서 네트워크 시스템의 일 예를 개념적으로 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 의해 기술되는 센서 네트워크 시스템의 구성 단위인 서버, 게이트웨이, 및 센서 노드에 대한 속성 정보를 구성하는 일 예를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 의해 모델링 되는 실내 공간 정보 정보에 대한 구성 방식을 개념적으로 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템에 의한 모델링 과정을 개략적으로 나타내는 도면,

도 5는 센서 노드, 및 게이트웨이 배치기의 일 예를 나타내는 도면,

도 6은 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템이 3차원 실내 공간에 배치된 센서 네트워크 시스템의 구성요소, 및 정보를 시각적으로 도식화한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 센서 네트워크 모델링 시스템의 일 예에 대한 블록개념도,

도 8은 센서 노드 네트워크 모델링 시스템이 시뮬레이션을 수행하는 방법에 대한 흐름도, 그리고

도 9는 센서 네트워크 모델링 시스템을 최소로 구현한 일 예를 나타낸다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

21 : 게이트웨이 30 센서 네트워크

Claims (7)

1. 건물에 대한 3차원 공간 정보를 설정하는 공간 정보 편집기;

   센서 네트워크를 구성하는 게이트웨이, 및 센서 노드를 상기 공간 정보에 배치하는 센서 노드, 및 게이트웨이 배치기;

   상기 공간 정보에 배치되는 상기 센서 노드, 및 상기 게이트웨이에 대한 속성을 설정하는 속성 편집기; 및

   상기 공간 정보에 배치된 상기 센서 노드와 상기 게이트웨이에 대한 통신 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 모델링 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공간 정보는,

   상기 건물에 대한 3차원 좌표 정보와 상기 건물에 마련되는 통신 장애물에 대한 좌표 정보를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 모델링 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 통신 장애물은,

   상기 건물에 마련되는 벽(wall), 바닥, 유리, 가구, 및 가전 제품 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 모델링 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 통신 장애물은,

   재질과 두께에 대해 정의되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 모델링 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 센서 노드, 상기 게이트웨이, 및 상기 공간 정보 중 어느 하나에 대한 템플릿 정보를 수정하는 모델 편집기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 모델링 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 센서 노드와 상기 게이트웨이를 상기 공간 정보에 배치하고 이미지, 및 아이콘 중 어느 하나로 표시하는 시각화 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 모델링 시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 시각화 모듈은,

   상기 환경공간, 및 상기 환경공간에 표시된 센서 노드와 게이트웨이를 2D로 표현하는 2D 시각화 모듈; 및

   상기 환경공간, 및 상기 환경공간에 표시된 센서 노드와 게이트웨이를 3D로 표현하는 3D 시각화 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 모델링 시스템.

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