KR20110066501A - 모델을 이용하여 센서 데이터를 송수신하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20110066501A KR1020090123184A KR20090123184A KR20110066501A KR 20110066501 A KR20110066501 A KR 20110066501A KR 1020090123184 A KR1020090123184 A KR 1020090123184A KR 20090123184 A KR20090123184 A KR 20090123184A KR 20110066501 A KR20110066501 A KR 20110066501A
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Abstract

본 발명은 센서 데이터의 전송량 증가로 인한 시스템상의 전송량을 줄이기 위해 센서 데이터를 필터링하여 송수신 하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이를 위해 본 발명에 따른 센서 데이터를 송수신하는 시스템은: 적어도 하나의 센서와; 적어도 하나의 센서에 대한 정보를 등록하는 센서 등록부, 적어도 하나의 센서에 대응하는 물리모델 및 오차범위를 처리하는 송신측 물리모델 구성부, 적어도 하나의 센서로부터 검출된 센서 데이터를 처리하는 송신측 센서 데이터 처리부를 포함하는 송신 시스템과; 송신 시스템에서 전송한 센서 데이터를 처리하는 수신측 센서 데이터 처리부, 송신 시스템으로부터 적어도 하나의 센서에 대응하는 물리모델 및 오차범위를 수신하여 이를 처리하는 수신측 물리모델 구성부를 포함하는 수신 시스템을 포함한다.
물리모델, 오차범위, 송수신 시스템, 센서, 센서 데이터

Description

모델을 이용하여 센서 데이터를 송수신하는 시스템 및 방법{system and method for transmitting and receiving real-time sensor data using models}
본 발명은 센서 데이터를 송수신하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 모델을 이용하여 센서 데이터를 필터링하고 필터링된 센서 데이터를 송수신하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
특정 장소의 물리환경의 변화를 실시간에 파악하기 위한 시스템에 있어서, 동종 또는 이종의 센서들이 다량 분산 배치되어 실시간으로 데이터를 검출하며, 검출된 데이터는 센서와 연결된 송신시스템에 의해 외부 시스템 즉, 수신 시스템으로 전송된다. 수신 시스템은 센서에 의해 검출된 데이터를 수신하고 이를 바탕으로 물리환경의 변화를 인식하게 된다.
이러한 시스템에서 센서 노드들은 대부분 데이터 검출, 처리, 그리고 전송을 위한 전력 소모가 제한적으로 이뤄지게 된다(예를 들면, 센서의 배터리 용량 제한으로 인해). 따라서, 센서가 실시간 검출한 모든 데이터를 송신 시스템을 통해 전송하는 경우에는, 센서 자체의 전력소모가 증가할뿐만 아니라 송신 시스템에서의 데이터 처리량, 즉 센서 데이터 전송량 역시 증가되어 송신 시스템상에서의 전력소 모 증가 및 처리시간 지연 등의 문제가 발생할 수 있다.
이로 인해, 센서로부터의 실시간 데이터 전송량을 줄이기 위한 한가지 접근법은 일정 범위내에 속하는 센서 데이터는 필터링하여 제거하는 것이다. 예를 들어, 센서에서 읽혀진 새로운 데이터가 이전 센서 데이터 값으로부터 오차범위(±x)에 있을 경우에는 새로운 데이터를 중복 데이터로 인식하여 새로운 데이터를 전송하지 않는 것이다. 이로 인해, 수신 시스템은 ±x 의 오차범위에 있는 이전 데이터를 계속해서 사용하게 된다.
그러나, 이러한 종래기술에 따라 현재 센서값과 이전의 센서값과의 차이를 단순히 비교하여 필터링하는 방식은 센서가 측정하는 외부 물리환경의 연속적 특징을 활용하지 못한다는 한계를 가진다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 센서 데이터의 전송량 증가로 인한 시스템상의 전송량을 줄이기 위해 센서 데이터를 필터링하여 송수신 하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단순히 오차 범위내에 속하는 센서 데이터를 제거하는 종래기술과 달리, 모델을 이용하여 센서 데이터를 필터링함으로써 센서 데이터에 대한 연속적 변화를 인식할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 센서 데이터를 송수신하는 시스템은: 적어도 하나의 센서와; 적어도 하나의 센서에 대한 정보를 등록하는 센서 등록부, 적어도 하나의 센서에 대응하는 물리모델 및 오차범위를 처리하는 송신측 물리모델 구성부, 적어도 하나의 센서로부터 검출된 센서 데이터를 처리하는 송신측 센서 데이터 처리부를 포함하는 송신 시스템과; 송신 시스템에서 전송한 센서 데이터를 처리하는 수신측 센서 데이터 처리부, 송신 시스템으로부터 적어도 하나의 센서에 대응하는 물리모델 및 오차범위를 수신하여 이를 처리하는 수신측 물리모델 구성부를 포함하는 수신 시스템을 포함한다.
본 발명에 따르면, 송신시스템은 센서에서의 새로운 검침값이 전달된 경우, 해당센서에 대한 모델의 정확도가 지정된 오차범위 이상으로 벗어난 경우만 통신을 하게 되므로, 통신부하와 이에 수반되는 에너지 소비를 줄이는 효과를 얻게 된다.
또한, 수신시스템은 사용자(또는 응용프로그램)가 요구하는 외부 물리상황에 대한 센서데이터를 센서로부터의 추가검침이나 추가적인 통신없이 높은 정확도로 예측하여 사용할 수 있게 한다.
이하에서는 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 센서 데이터 송수신 시스템 및 방법에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터 송수신 시스템 환경을 나타내고 있다.
본 발명에 따른 센서 데이터 송수신 시스템에서는 적어도 하나의 센서가 포함되며, 센서는 온도와 같이 연속성을 갖는 외부 물리환경을 검출하는 장치이다. 센서는 송신 시스템(100)과 무선 또는 유선으로 연결되어, 검출된 데이터를 송신 시스템(100)에 전송하도록 구성된다. 도 1에서는 센서들이 송신 시스템 외부에 배치되어 무선 또는 유선으로 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 송신 시스템(100)의 내부에 적어도 일부의 센서들이 배치될 수도 있다.
송신 시스템(100)은 센서 등록부(110), 송신측 물리모델 구성부(120), 송신측 센서 데이터 처리부(130)를 포함한다.
센서 등록부(110)는 송신 시스템(100)에 연결된 센서들을 송신 시스템(100)에 등록한다. 센서 등록부(110)는 센서에 대한 정보, 예를 들면, 위치, 종류, 특 성, 연결 방식 등의 정보를 저장 및 관리하며, 센서로부터 검출된 센서 데이터를 수신하기 위한 절차 또는 설정을 결정한다.
송신측 물리모델 구성부(120)는 센서 등록부(110)에 등록된 센서 별로 그에 대응하는 물리모델을 결정하고, 결정된 물리모델에 대한 오차범위를 설정한다. 예를 들어, 온도와 같이 연속적으로 물리법칙에 따라 변하는 현상을 측정하는 특정 센서에 대한 물리모델은 상태벡터인
Figure 112009076666318-PAT00001
로 구성될 수 있다. 여기서 첫번째 항인 x 는 시간 t1 에서의 온도이며, 두번째 항인 dx/dt 는 온도에 대한 일차 미분 즉, 온도가 변하는 속도를 의미한다. 이러한 모델을 이용할 경우, 현재 시간 t1 으로부터 T 시간 후의 온도는
Figure 112009076666318-PAT00002
로 예측될 수 있다. 센서의 특성에 따라, 검출될 물리현상에 따라 센서에 적용될 물리모델은 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 온도가 변하는 속도가 매우 가변적인 경우에는 상태벡터
Figure 112009076666318-PAT00003
에 이차 미분항 즉, 가속도가 추가될 수도 있다. 오차범위는 현재 센서 데이터값과 물리모델의 예측 데이터값과의 최대 허용 오차를 의미한다.
송신측 센서 데이터 처리부(130)는 센서로부터 검출된 센서 데이터를 처리한다. 송신측 센서 데이터 처리부(130)는 센서 데이터를 전송한 센서에 대응하는 물리모델 및 오차범위를 근거로 센서 데이터를 수신 시스템(200)에 전송할지 여부를 결정한다. 송신측 센서 데이터 처리부(130)는 전송해야 할 것으로 결정된 센서 데이터를 송수신 인터페이스를 통해 수신 시스템(200)으로 전송할 수 있다. 또한 송 신측 센서 데이터 처리부(130)는 송수신 인터페이스를 통해 수신 시스템(200)과 통신할 수 있다.
수신 시스템(200)은 수신측 센서 데이터 처리부(210), 수신측 물리모델 구성부(220)를 포함한다. 수신측 센서 데이터 처리부(210)는 송수신 인터페이스를 통해 송신 시스템(100)과 통신하며, 송신 시스템(100)에서 전송한 센서 데이터를 처리한다. 또한, 수신측 센서 데이터 처리부(210)는 송신 시스템(100)에 특정 센서를 지정하여 그 센서에 대한 센서 데이터를 전송할 것을 요청할 수 있으며, 센서 데이터에 적용할 오차범위를 지정할 수도 있다. 수신측 물리모델 구성부(220)는 송신 시스템(100)으로부터 등록된 센서와 이에 대응하는 물리모델 및 오차범위에 대한 정보를 수신하고 이를 저장 및 관리한다.
이하에서는 전술한 송수신 시스템에서 수행되는 센서 데이터 송수신 방법에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 도 2는 센서에서 새로운 센서 데이터가 검출되었을 때, 송신 시스템(100)에서 센서 데이터를 처리하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 센서는 새롭게 검출된 센서 데이터값
Figure 112009076666318-PAT00004
를 송신 시스템(100)에 전송한다(단계300). 송신 시스템(100)은 해당 센서에 대한 물리모델을 검색하고, 검색된 물리모델로부터 예측 데이터값
Figure 112009076666318-PAT00005
을 획득한다(단계301). 예를 들어, 시간 t1 에서 마 직막으로 갱신되어 현재 시간 t2 까지 지속되고 있는 물리모델이
Figure 112009076666318-PAT00006
라고 하면, 현재 시간 t2 에서의 예측 데이터값은
Figure 112009076666318-PAT00007
이 된다. 단계302에서는 센서 데이터값과 예측 데이터값을 비교한다. 센서 데이터값과 예측 데이터값의 차이
Figure 112009076666318-PAT00008
가 해당 센서의 오차범위보다 작거나 같을 경우에는 센서 데이터값
Figure 112009076666318-PAT00009
은 수신 시스템(200)으로 전송되지 않는다. 센서 데이터값과 예측 데이터값의 차이
Figure 112009076666318-PAT00010
가 해당 센서의 오차범위보다 큰 경우에는 센서 데이터값
Figure 112009076666318-PAT00011
은 수신 시스템(200)으로 전송되고(단계303), 해당 센서의 물리모델은
Figure 112009076666318-PAT00012
로 갱신된다(단계304). 본 발명의 다른 실시예에서는 물리모델의 갱신이 먼저 이뤄진 이후에 센서 데이터가 수신 시스템(200)으로 전송될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 송신 시스템(100)으로부터 센서 데이터를 수신한 수신 시스템(200)이 센서 데이터를 처리하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 수신 시스템(200)은 송수신 인터페이스를 통해 송신 시스템(100)에서 전송한 센서 데이터
Figure 112009076666318-PAT00013
와, 센서 데이터
Figure 112009076666318-PAT00014
의 획득 시간 t2 도 함께 수신한다(단계400). 수신 시스템(200)의 수신측 센서 데이터 처리부(210)는 송신 시스템(100)으로부터 전송된 센서 데이터를 응용 프로그램 또는 사용자에게 제공할 수 있다. 수신측 물 리모델 구성부(220)는 센서 데이터
Figure 112009076666318-PAT00015
와 t2 를 이용해 해당 센서의 물리모델을 갱신한다(단계401). 예를 들어, 수신측 물리모델 구성부(220)에 저장된 해당 센서의 물리모델은 t2 이전의 송신측 물리모델 구성부(120)의 물리모델
Figure 112009076666318-PAT00016
과 동일하므로, 센서 데이터
Figure 112009076666318-PAT00017
와 획득 시간 t2 를 이용하면 물리모델은
Figure 112009076666318-PAT00018
으로 갱신된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 수신 시스템(200)이 특정 센서로부터의 센서 데이터를 처음 사용하고 싶은 경우 송신 시스템(100)과의 처리 과정을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 수신 시스템(200)은 송신 시스템(100)에 특정 센서를 사용할 것을 요청한다(단계500). 요청을 수신한 송신 시스템(100)은 특정 센서에 대한 물리모델 및 오차범위를 수신 시스템(200)에 전송한다(단계501). 수신 시스템(200)의 수신측 물리모델 구성부(220)는 송신 시스템(100)으로부터 수신한 특정 센서에 대한 물리모델 및 오차범위를 저장 및 관리한다(단계501). 다른 실시예에서, 수신 시스템(200)은 특정 센서를 사용할 것을 요청하는 동시에 특정 센서에 대한 오차범위를 지정할 수도 있으며, 송신 시스템(100)은 수신 시스템(200)에서 지정한 오차범위를 기준으로 특정 센서의 센서 데이터 전송 여부를 판단한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 수신 시스템(200)상에서 센서 데이터를 이용하는 과정을 나타낸다. 단계600에서 수신 시스템(200)내의 응용 프로그램 또는 사용자가 센서에 대한 현재 센서 데이터값을 요청한다. 수신 시스템(200)의 수신측 물리모델 구성부(220)는 해당 센서의 물리모델로부터 현재 센서 데이터값을 획득한다(단계601). 예를 들어, 수신 시스템(200)이 가장 최근 시간인 t2 에 송신 시스템(100)으로부터 센서 데이터값
Figure 112009076666318-PAT00019
을 수신하고 이 센서 데이터값
Figure 112009076666318-PAT00020
을 통해 갱신된 모델
Figure 112009076666318-PAT00021
을 유지하고 있는 경우, 현재 시간인 t3 에서 센서의 현재 센서 데이터값은
Figure 112009076666318-PAT00022
으로 예측되며, 이러한 예측 데이터값을 응용 프로그램 또는 사용자에게 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 센서 데이터 송수신 시스템 및 방법에 따르면, 센서 데이터를 필터링하여 전송함으로써 중복된 센서 데이터 전송으로 인한 처리지연 및 전력 소모를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 모델을 이용하여 센서 데이터를 필터링함으로써 센서 데이터에 대한 연속적 변화를 인식할 수 있게 되는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 기술한것이며 이러한 실시예들로 본 발명을 제한하려는 의도가 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 의도 및 범위에 포함되는 다양한 변경, 변화가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터 송수신 시스템 환경을 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 시스템에서 센서 데이터를 처리하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수신 시스템이 센서 데이터를 처리하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 수신 시스템이 특정 센서로부터의 센서 데이터를 처음 사용하고 싶은 경우 송신 시스템과의 처리 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 수신 시스템상에서 센서 데이터를 이용하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

Claims (1)

  1. 센서 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 센서와,
    상기 적어도 하나의 센서에 대한 정보를 등록하는 센서 등록부, 상기 적어도 하나의 센서에 대응하는 물리모델 및 오차범위를 처리하는 송신측 물리모델 구성부, 상기 적어도 하나의 센서로부터 검출된 센서 데이터를 처리하는 송신측 센서 데이터 처리부를 포함하는 송신 시스템과,
    상기 송신 시스템에서 전송한 센서 데이터를 처리하는 수신측 센서 데이터 처리부, 상기 송신 시스템으로부터 상기 적어도 하나의 센서에 대응하는 상기 물리모델 및 오차범위를 수신하여 이를 처리하는 수신측 물리모델 구성부를 포함하는 수신 시스템
    을 포함하는, 센서 데이터 송수신 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017018726A1 (ko) * 2015-07-24 2017-02-02 (주)와플 센서 신호 검출 시스템 및 이를 구비하는 스마트 플러그

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