KR20130017995A - Ｕｓｎ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이 - Google Patents

Ｕｓｎ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이 Download PDF

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KR20130017995A
KR20130017995A KR1020110080774A KR20110080774A KR20130017995A KR 20130017995 A KR20130017995 A KR 20130017995A KR 1020110080774 A KR1020110080774 A KR 1020110080774A KR 20110080774 A KR20110080774 A KR 20110080774A KR 20130017995 A KR20130017995 A KR 20130017995A
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Abstract

본 발명은 제어 모니터링 및 시스템 공급업체들간의 상호 호환성 문제를 해결하도록 상위 디바이스에서 하위 디바이스의 정보를 관리하고 다양한 항목을 추가 및 삭제할 수 있기 때문에 기존의 다른 시스템을 수용하는데 큰 무리가 없으며 프로토콜 내의 정보가 변하더라도 객체를 변경함으로써 유연하게 대처할 수 있도록, 상기 통합 게이트 웨이는 효과적인 제어, 모니터링 및 시스템 공급 업체들간의 상호 호환성 문제를 해결하기 위해 UM3 프로토콜을 지원하는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이에 관한 것이다.

Description

ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이{Gateway for for monitoring in real time the water quality according to USN}
본 발명은 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다항목 수질측정 통합 시스템과 유비쿼터스 센서 네트워크를 접목하여 실시간으로 원격지의 수질을 감시하기 위한 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이에 관한 것이다.
현재 환경분야, 특히 수질분야는 국민들에게 깨끗한 식수공급과 관련하여 또는 상하수원 등에 대한 수질환경 조사 등을 위하여 다양한 형태의 센서들을 이용하여 여러 지점에서 수질조사가 주기적으로 이루어지고 있다.
이렇게 각 지점에서 채취된 시료 등은 분석을 위하여 연구소 등의 실험기기를 구비한 장소로 운반하여 분석이 행하여지고 있다.
즉, 기존에는 환경 자료에 대한 데이터를 수집하기 위하여 사용자가 직접 측정장치를 가지고 매번 측정장소로 이동하여야 하였고, 또한 여러 항목을 측정하기 위해서는 각 측정 항목별로 사용되는 여러 종류의 계측기기를 사용하여야 하였다.
그리고, 이렇게 측정된 데이터들을 수집하여 분석하는데 많은 시간과 인력이 소모되고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 일부 수처리 시스템에서의 각 측정 지점에서 별도의 측정장치들이 유선으로 자동화 또는 온라인화되어 있어서 실시간으로 측정된 데이터들이 중앙시스템으로 전달되어 체계적인 관리가 이루어지고 있다.
그러나, 이러한 시스템은 유선시스템을 이용하기 때문에 별도의 라인공사, 배관공사 및 측정시스템의 구축을 위하여 설치비용에 따른 공사비의 과다와 전문가의 작업을 필요로 한다. 또한, 한번 설치가 된 후에는 이를 다른 장소로 이동하거나 또는 변경 및 확장에 큰 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수질 모니터링을 위한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 기반으로 게이트웨이의 호환성을 해결하기 위한 UM3 통합프로토콜을 제공하며 유무선 통신망을 지원하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이를 제공하기 위함이다.
상기한 본 발명의 목적은, 수질을 측정하기 위한 일정 범위에 다수 설치되어 1차 센서 노드(Sensor Node)를 형성하는 다항목 수질측정기로부터 수질 정보 데이터를 수신 받아 가공하여 인터넷망을 통해 통합 관제 수단으로 전송하기 위한 적어도 하나의 통합 게이트 웨이와, 상기 통합 게이트 웨이로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 상기 다항목 수질측정기를 통해 센싱된 수심에 따른 수질정보를 분석하여 3차원 수질 정보를 생성하기 위한 통합 관제 수단를 포함하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템에 있어서, 상기 통합 게이트 웨이는 효과적인 제어, 모니터링 및 시스템 공급 업체들간의 상호 호환성 문제를 해결하기 위해 UM3 프로토콜을 지원하는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이에 의해 달성된다.
또한 본 발명에 따르면, UM3 프로토콜의 모든 데이터는 Object 와 클래스 그리고 서비스로 이루어져 있으며, 다양한 객체로 구성하여 필요시 객체를 추가 및 삭제 할 수 있으며, 클라이언트 및 서버간의 데이터 전송시에도 객체 접근 방식으로 데이터 교환이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이(200)는 하나 이상의 센서노드를 아나로그 센서라는 객체로 생성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이(200)는, 상기 통합 게이트웨이의 필요정보인 이력관리 또는 서비스 관리, 상태모니터링 정보들을 포함하며, 아나로그 센서의 이력관리 또는 교체주기, 상태값들을 객체화 시켜 저장하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이(200)의 상위 디바이스인 미들웨어는 여러 개의 게이트웨이를 가지며, 상기 미들웨어를 게이트웨이 객체로 생성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이(200)는 유무선의 통합된 통신 방식을 가지며, TFT 터치 스크린을 전면부에 부착하여 실시간으로 다항목 수질측정기의 센서값 및 태양열 발전 배터리 모니터링 및 수직강하장치 제어및 현재 위치 등을 표시하고, 수집된 상태값을 CDMA 망 또는 무선망을 이용하여 미들웨어로 전송하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이는 2차 센서 노드로써, 상기 수질 측정 수단으로부터 수신된 수질 데이터를 CDMA 모뎀을 사용하여 싱크 노드인 WCDMA 또는 인터넷 네트워크망을 통해 원격 데이터 전송을 위한 데이터로 가공하며, 수신 신호 세기(RSSI)를 이용하여 전송율을 확인하고, 문제 발생시 경고음을 출력하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이는 RS-232, RS-485, RS-422, USB, A/I, D/I, A/O, D/O, WCDMA, XDSL, Wibro 중 적어도 어느 하나의 인터페이스로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이에 의하면, 제어 모니터링 및 시스템 공급업체들간의 상호 호환성 문제를 해결하도록 상위 디바이스에서 하위 디바이스의 정보를 관리하고 다양한 항목을 추가 및 삭제할 수 있기 때문에 기존의 다른 시스템을 수용하는데 큰 무리가 없으며 프로토콜 내의 정보가 변하더라도 객체를 변경함으로써 유연하게 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템의 계측도,
도 3은 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이의 서비스 관리 정보모델 클래스 및 타입의 클래스 아이디,
도 4는 유무선 통합 게이트 웨이 개념도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템의 계측도이다.
또한 도 3은 본 발명의 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이의 서비스 관리 정보모델 클래스 및 타입의 클래스 아이디이고, 도 4는 유무선 통합 게이트 웨이 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템은 적어도 하나의 센서를 이용하여 수질의 다양한 정보를 수집하기 위해 일정 범위에 설치되고, 센싱된 수질 정보 데이터를 통합 게이트 웨이(200)로 전송하기 위한 적어도 하나의 수질 측정 수단(100)과, 상기 수질 측정 수단(100)으로부터 수질 정보 데이터를 수신받아 가공하여 인터넷망(300)을 통해 통합 관제 수단(400)로 전송하기 위한 적어도 하나의 통합 게이트 웨이(200)와, 상기 통합 게이트 웨이(200)로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 상기 수질 측정 수단(100)을 통해 센싱된 수심에 따른 수질정보를 분석하여 3차원 수질 정보를 생성하기 위한 통합 관제 수단(400)으로 구성되며, 수질 데이터 허용치 초과시 경고음을 출력하거나 관리 담당자에게 SMS로 통보하여 현장의 오염원을 확인토록 하기위한 현장 긴급 출동 수단(500)이 포함되고, 인터넷망(300)을 통해 일반 사용자(600)가 웹페이지에서 수질 상태를 확인할 수 있도록 웹서비스가 제공을 위한 웹서버(미도시)가 포함된다.
상기 수질 측정 수단(100)은 수질을 측정하기 위한 일정 범위에 다수 설치되어 1차 센서 노드(Sensor Node)를 형성한다.
상기 수질 측정 수단(100)의 네트워크 방식은 Non-IP-USN으로 구성되기 위해 알에프 지그비(RF ZigBee) 형태의 근거리 통신망이 활용되는 것이 바람직하며, Non-IP로 데이터를 송수신할 수 있는 모든 근거리 통신 방법이 적용될 수 있다.
상기 수질 측정 수단(100)은 데이터 전송이 가능한 센서 노드를 통해 수질 데이터를 전송하여 통합 게이트 웨이(200)로 전달되도록 한다.
본 발명의 수질 모니터링 시스템은 Non-IP-USN과 IP-USN으로 구분될 수 있는데, 1차 센서 노드인 수질 측정 수단(100)과 2차 센서 노드인 통합 게이트 웨이(200)는 Non-IP-USN으로 구성되고, 인터넷망(300)과 통합 관제 수단(400)은 IP-USN으로 구성된다.
상기 1,2차 센서 노드는 근거리 통신망을 이용하여 Non-IP-USN을 구성함으로써, IP할당에 따른 비용이 절감되기 때문에, 적은 예산으로도 다수의 수질 측정 수단(100)을 설치할 수 있다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 2차 센서 노드로써, 상기 수질 측정 수단(100)으로부터 수질 데이터를 수신받아 CDMA 모뎀을 이용하여 WCDMA를 포함하는 인터넷망(300)을 통해 상기 통합 관제 수단(400)으로 수질 데이터를 전송한다.
상기 통합 관제 수단(400)은 수질에 대한 통합적인 관리를 하기 위한 관제실로써, 데이터 수집서버(미도시) 및 데이터베이스 서버(미도시)로 구성될 수 있으며, 상기 통합 게이트 웨이(200)로부터 수신된 수질 데이터를 분석하여 오염원의 정확한 위치를 파악하기 위한 컴퓨터가 포함되어 구성될 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이 USN 기반의 수질 모니터링 시스템은 제 1 단계층으로 상기 수질 측정 수단(100)인 센서노드 레벨 2와 제 2 단계층으로 통합 게이트 웨이(200)인 센서노드 레벨 1과 제 3 단계층으로 WCDMA 또는 인터넷망(300)인 싱크노드와 제 4 단계층인 유/무선 네트워크망과 제 5 단계층인 통합 관제 수단(400)으로 계층적 USN 구조로 형성되어 있다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 유무선 네트워크부(210)와 통신 제어부(250)로 구성되며, RF ZigBee 2.4GMHz, 10mW, DC3.3V로써, 상기 수질 계측 수단(100)으로부터 수질 데이터를 수신 받아 CDMA 모뎀을 사용하여 인터넷망으로 원격 데이터를 전송하기 위한 데이터로 변환하여 통합 관제 수단(400)으로 전송하며, RSSI를 이용하여 전송율을 확인하고, 문제 발생시 경고음을 출력한다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 모든 RF 방식이 적용될 수 있으며, TCP/IP 컨트롤러와 CDMA 컨트롤러를 포함하며, 온도와 습도를 조절하는 항온장치가 포함되어 시스템을 안정화 한다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 효과적인 제어, 모니터링 및 시스템 공급 업체들간의 상호 호환성 문제를 해결하기 위해 UM3 프로토콜을 지원한다.
UM3의 모든 데이터는 Object 와 클래스 그리고 서비스로 이루어져 있으며, 기존의 프로토콜들이 해당 업체 자체만의 정형화된 프로토콜이라면 UM3 프로토콜은 다양한 객체로 구성하고 필요시 객체를 추가 및 삭제 할 수 있으며, 클라이언트 및 서버간의 데이터 전송시에도 객체 접근 방식으로 데이터 교환이 이루어지게 된다.
현장에 설치되는 게이트웨이는 하나 이상의 센서노드를 가지고 있으며 이를 아나로그 센서라는 객체로 만든다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 게이트웨이 자신의 필요정보 즉, 이력관리 또는 서비스 관리, 상태모니터링 정보들을 포함하며, 아나로그 센서의 이력관리 또는 교체주기, 상태값들을 객체화 시켜 저장한다.
상위 디바이스인 미들웨어는 여러 개의 게이트웨이를 가지며, 이 또한 게이트웨이 객체로 만든다.
따라서 상기 통합 게이트 웨이(200)는 상위디바이스에서 하위디바이스의 정보를 관리하고 다양한 항목을 추가 및 삭제할 수 있기 때문에 기존의 다른 시스템을 수용하는데 큰 무리가 없으며, 프로토콜내의 정보가 변하더라도 객체를 변경함으로 인해 매우 유연하게 대처할 수 있는 장점이 있다.
UM3 서비스관리 정보모델은 구성관리, 이벤트관리, 서비스 수준 관리 등을 중점적으로 지원하도록 정의되어 있다.
이 3가지의 서비스관리 프로세스는 다른 모든 서비스관리 프로세스의 출발점 이므로 해당 프로세스가 정상적으로 지원될 경우 본 권고안이 정의하는 UM3 프로토콜은 나머지 서비스관리 프로세스들도 정상적으로 지원하게 된다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 유무선의 통합된 통신 방식을 가지며, TFT 터치 스크린을 전면부에 부착하여 실시간으로 다항목 수질측정기의 센서값 및 태양열 발전 배터리 모니터링 및 수직강하장치 제어및 현재 위치 등을 표시하고, 수집된 상태값을 CDMA 망 또는 무선망을 이용하여 미들웨어로 전송하도록 설계하였다.
유선망이 설치된 곳엔 이더넷 방식으로 미들웨어로 전송할 수 있도록 CDMA 와 무선, 이더넷방식으로 모두 수용할 수 있도록 개발하였고, 유ㅇ무선망 통합에 의한 통신 음영지역을 최소화 하였다.
특정 소출력의 통신 방식은 전파법에 규정된 기술 조건을 사용하여 허가 없이 무료 사용 (용도, 주파수, 전파형식, 출력, 점유 대역폭 등 제한)이 가능하다.
상기 소출력 통신 방식은 단말기와 수집 중계기간 통신에 주로 이용되며 규정된 출력을 사용하므로 통신거리에 한계가 있다.
CDMA는 사업자의 무선데이터 서비스를 이용하며 단말기마다 회선을 부여 받아야 하므로 가입비와 사용료를 지불하여야 한다.
TRS는 iDEN방식, FHMA방식으로 데이터 통신용은 미개발 상태이다.
유선방식은 전화선, 전용선, LAN으로 회선을 구성하기 위해 배선 작업이 필요하며 기존 APT 등 미리 계획되지 않은 장소에서의 설치가 어려운 점이 있다.
PLC은 전력선 통신 전력선에 고주파 신호를 실어 통신 기술 개발 실용화 단계이며 검침기 주변에 전력선이 있어야 하므로 유선 방식과 비슷하다.
무선랜은 배선이 필요 없고 빠른 전송속도가 장점이나, 무선랜을 이용하기 위해서는 서비스 환경이 구축되어야 하고 검침 중계기에서 측정포인트까지의 통신에 이용할 수 있으나 기본 구축비용이 CDMA 통화료에 대비하여 고비용이다.
유, 무선 통신전송 기술의 특징을 살펴보면, xDSL은 고속의 전송속도로 대용량 데이터 처리가 가능하고, 네트워크 구성이 수월하며, 인터페이스 장비가 다양할 뿐만 아니라 통신비 정량화(월 정액제)가 가능하다.
이러한 장점에 반해 설치 및 이전 시 가설비용이 많이 소요되고, 유선 통신거리가 짧고, 고정 설치형으로 이동이 안된다.
WCDMA는 이동하면서도 통신이 가능하며 설치, 이전이 용이하나 유선대비 속도가 느리고, 연속 사용시 통신비가 비싸고, 인터넷 연결 시 URL접속이 미비하다. 뿐만 아니라 WCDMA Interface 장비가 필요하고, 제품사용 시 환경요건을 고려 해야 한다.
100 : 다항목 수질측정기 200 : 통합 게이트 웨이
300 : 인터넷 망 400 : 통합 관제 수단
500 : 긴급 출동 수단 600 : 일반 사용자

Claims (8)

  1. 수질을 측정하기 위한 일정 범위에 다수 설치되어 1차 센서 노드(Sensor Node)를 형성하는 다항목 수질측정기로부터 수질 정보 데이터를 수신 받아 가공하여 인터넷망을 통해 통합 관제 수단으로 전송하기 위한 적어도 하나의 통합 게이트 웨이와, 상기 통합 게이트 웨이로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 상기 다항목 수질측정기를 통해 센싱된 수심에 따른 수질정보를 분석하여 3차원 수질 정보를 생성하기 위한 통합 관제 수단를 포함하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이는 효과적인 제어, 모니터링 및 시스템 공급 업체들간의 상호 호환성 문제를 해결하기 위해 UM3 프로토콜을 지원하는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이.
  2. 제 1항에 있어서,
    UM3 프로토콜의 모든 데이터는 Object 와 클래스 그리고 서비스로 이루어져 있으며, 다양한 객체로 구성하여 필요시 객체를 추가 및 삭제 할 수 있으며, 클라이언트 및 서버간의 데이터 전송시에도 객체 접근 방식으로 데이터 교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이(200)는 하나 이상의 센서노드를 아나로그 센서라는 객체로 생성하는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이(200)는,
    상기 통합 게이트웨이의 필요정보인 이력관리 또는 서비스 관리, 상태모니터링 정보들을 포함하며, 아나로그 센서의 이력관리 또는 교체주기, 상태값들을 객체화 시켜 저장하는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이(200)의 상위 디바이스인 미들웨어는 여러 개의 게이트웨이를 가지며, 상기 미들웨어를 게이트웨이 객체로 생성하는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이(200)는 유무선의 통합된 통신 방식을 가지며, TFT 터치 스크린을 전면부에 부착하여 실시간으로 다항목 수질측정기의 센서값 및 태양열 발전 배터리 모니터링 및 수직강하장치 제어및 현재 위치 등을 표시하고, 수집된 상태값을 CDMA 망 또는 무선망을 이용하여 미들웨어로 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이는 2차 센서 노드로써, 상기 수질 측정 수단으로부터 수신된 수질 데이터를 CDMA 모뎀을 사용하여 싱크 노드인 WCDMA 또는 인터넷 네트워크망을 통해 원격 데이터 전송을 위한 데이터로 가공하며, 수신 신호 세기(RSSI)를 이용하여 전송율을 확인하고, 문제 발생시 경고음을 출력하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이는 RS-232, RS-485, RS-422, USB, A/I, D/I, A/O, D/O, WCDMA, XDSL, Wibro 중 적어도 어느 하나의 인터페이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
KR1020110080774A 2011-08-12 2011-08-12 Ｕｓｎ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이 KR20130017995A (ko)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104537820A (zh) * 2015-01-15 2015-04-22 四川清和科技有限公司 污染源数据采集传输系统
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