KR20130072382A - 에너지 효율적인 데이터 수집 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리로 동작하는 감지기로 측정한 데이터를 제한된 시간 내에 데이터 수집기로 전달함에 있어서 감지기의 배터리 에너지 사용을 최소화시킬 수 있는 데이터 수집 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른, 네트워크 상의 서버에서 데이터 수집기를 통해 N(자연수)개의 감지기들로부터 데이터를 수집하는 데이터 수집 방법은, 상기 서버에서 상기 감지기들이 모두 제한 시간(Dreq) 내에 데이터를 상기 데이터 수집기로 전송하도록 제어하기 위한 라우팅 테이블을 일정 주기로 업데이트하는 단계, 및 상기 감지기들이 상기 서버로부터 상기 데이터 수집기를 통해 브로드캐스트되는 상기 라우팅 테이블에 따른 제어를 받아 데이터를 다중 홉의 경로를 통해 일정 시간에 다른 감지기 또는 상기 데이터 수집기로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

에너지 효율적인 데이터 수집 방법 및 시스템{Energy-efficient Data Collection Method and System}
본 발명은 여러 가지 물리량(소리, 빛, 온도, 압력 등)을 검출하는 감지기들의 데이터를 다중 홉 무선 링크를 통해 데이터 수집기로 전송하는 방법 및 시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리로 동작하는 감지기로 측정한 데이터를 제한된 시간 내에 데이터 수집기로 전달함에 있어서 감지기의 배터리 에너지 사용을 최소화시킬 수 있는 데이터 수집 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근들어 소형이면서 다기능인 감지기를 개발하는 것이 가능해졌다. 이런 소형의 감지기들은 사용자가 원하는 지역 가까이에 밀집해서 여러 가지 물리량을 측정할 수 있다. 측정된 데이터는 데이터 처리과정을 거친 후 다중 홉 무선 링크를 통해 데이터 수집기로 전달된다. 데이터 수집기는 감지기로부터 수집한 데이터를 원격의 관제센터로 보내는 역할을 한다.
일반적으로 감지기는 유한한 에너지를 가진 배터리로 동작하며 접근성이 어려운 지역에 배치되기 때문에 감지기들을 관리하기란 용이한 일이 아니다. 그래서 감지기들의 에너지 소모량을 최소화함으로써 한정된 배터리 에너지를 가진 감지기들의 수명을 연장하여 측정기간을 연장시킬 수 있는 방법이 필요하다.
감지기를 이용한 대부분의 응용들은 데이터 수집기로 데이터를 수집하는 것을 필요로 한다. 그리고 데이터를 수집할 때 응용마다 요구하는 시간 제한이 있다. 따라서 본 발명에서는 한정된 배터리 에너지를 가진 감지기들의 에너지 소모량을 최소화하면서 응용마다 요구하는 제한된 시간 안에 측정 데이터를 데이터 수집기로 전달하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 여러 가지 물리량을 측정하는 감지기, 감지기로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터 수집기, 인터넷을 통해 데이터 수집기가 수집한 데이터를 수신 및 저장하고 데이터 전달경로를 설정하는 데이터 전달경로 설정서버를 포함하는 데이터 수집 시스템을 제공한다.
상기 데이터 전달경로 설정서버에서 상기 데이터 수집기를 통해 N(자연수)개의 감지기들로부터 데이터를 수집하는 방법은, 상기 데이터 전달경로 설정서버에서 상기 감지기들이 모두 제한 시간(Dreq) 내에 데이터를 상기 데이터 수집기로 전송하도록 제어하기 위한 라우팅 테이블을 일정 주기로 업데이트하는 단계; 및 상기 감지기들이 상기 데이터 전달경로 설정서버로터 상기 데이터 수집기를 통해 브로드캐스트되는 상기 라우팅 테이블에 따른 제어를 받아 데이터를 다중 홉의 경로를 통해 일정 시간에 다른 감지기 또는 상기 데이터 수집기로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 라우팅 테이블을 업데이트하는 단계는, 감지기에 남아있는 배터리 잔량에 대한 가중치 인자 x값을 Δx 만큼 변화 시키는 단계; 감지기 i와 j 사이의 링크 비용 Ci,j(t)을 계산하는 단계; 상기 링크 비용 Ci ,j(t)을 참조하여 각각의 감지기에 대해서 상기 데이터 수집기까지 h홉 최소 링크 비용 경로 Pn ,h를 구하는 단계; 및 상기 Dreq 조건을 만족하며, 상기 감지기들에 의한 링크 비용의 총합이 최소화되도록, 상기 Pn ,h를 기초로 각각의 감지기에 대한 데이터 패킷 중계 경로와 전송 시간을 결정하여 상기 라우팅 테이블을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 링크 비용은 감지기에서 데이터를 전송할 때 요구되는 전송 에너지와 상기 배터리의 에너지 잔량의 비율이다.
하기 [수학식 1]에 기초하여 가장 먼저 배터리 에너지가 소모될 감지기 n*을 결정하고, En *(t)와 현재 감지기들에 남아있는 평균 에너지인
Figure pat00001
을 비교해서 x를 결정해, 하기 [수학식 3]에 따라 상기 링크 비용 Ci ,j(t)을 계산하되, 여기서, Ei(t)는 t번의 물리량 및 배터리 잔량 수집이 끝났을 때 감지기 i에 남은 배터리의 에너지 잔량, Erx는 하나의 데이터를 수신할 때 필요한 에너지, Etx는 하나의 데이터를 전송할 때 요구되는 전송 에너지, ri ,j는 두 감지기 i와 j 사이의 거리, Fi ,j는 감지기 i가 j에게 전송하는 데이터 패킷의 평균 개수, 감지기 번호 0은 상기 데이터 수집기이다.
Figure pat00002
(β는 실수값을 갖는 임의의 변수)이면 x를 Δx만큼 줄이고, 그렇지 않으면 x를 Δx만큼 증가시키되, x값은 최소값 xmin과 최대값 xmax 사이에서 변하도록 제한된다.
[수학식 2]에 따라 두 감지기 간의 거리가 rref이하이면 전송할 때의 감지기가 소모하는 에너지는 수신할 때 사용되는 에너지와 같고, 두 감지기 간의 거리가 rref 보다 클 경우에는 감지기가 소모하는 에너지는 전송 거리 ri ,j의 α 제곱으로 증가하도록 결정한다.
상기 데이터 패킷 중계 경로의 결정에 있어서, 상기 라우팅 테이블에 따른 상기 감지기들의 전체 데이터 전송 시간 θ 값이 상기 Dreq 보다 크면 선택된 감지기
Figure pat00003
에서 한 홉을 제거한다.
[수학식 5]을 이용해 상기 감지기
Figure pat00004
를 결정하며, 여기서, Pn ,h와 C(Pn ,h)는 라우팅 테이블에서의 감지기 n의 h홉 최소 비용 경로와 그 비용이다. 상기 감지기
Figure pat00005
는 홉 수가 하나 줄어들 때 경로 링크 비용이 가장 적게 증가하는 감지기이다. 상기 라우팅 테이블의 θ 가 상기 Dreq 과 같아질 때까지 반복하여 상기 라우팅 테이블을 업데이트한다.
상기 감지기들은 가전기기에 하나씩 설치되는 경우에, 배터리를 이용해 동작하는 상기 감지기들은 각각, 해당 가전기기에서 소비되는 전력량과 배터리 잔량 정보를 측정하여 상기 라우팅 테이블에 따라 다른 감지기 또는 상기 데이터 수집기로 전송할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른, 데이터 수집 시스템은, N(자연수)개의 감지기들, 데이터 수집기, 및 상기 데이터 수집기를 통해 상기 감지기들로부터 데이터를 수집하기 위한 네트워크 상의 서버를 포함하고, 상기 서버에서 상기 감지기들이 모두 제한 시간(Dreq) 내에 데이터를 상기 데이터 수집기로 전송하도록 제어하기 위한 라우팅 테이블을 일정 주기로 업데이트하고, 상기 감지기들이 상기 서버로부터 상기 데이터 수집기를 통해 브로드캐스트되는 상기 라우팅 테이블에 따른 제어를 받아 데이터를 다중 홉의 경로를 통해 일정 시간에 다른 감지기 또는 상기 데이터 수집기로 전송할 수 있다.
상기 데이터 수집기에서 상기 감지기들에 대한 측위 정보를 상기 서버로 전송하고, 상기 서버에서 상기 측위 정보를 기초로 상기 감지기들의 위치를 계산하여 상기 감지기들의 데이터 전달 경로와 전달시간에 대한 정보를 포함하는 상기 라우팅 테이블을 브로드캐스트할 수 있다.
본 발명에 따른 데이터 수집 방법 및 시스템에 따르면, 감지기에서 측정한 데이터를 제한된 시간 내에 데이터 수집기로 전달함에 있어서 감지기에서 소모되는 에너지 사용량을 최소화함으로써 감지기의 배터리를 교체해야 하는 번거로움을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물리량 데이터를 수집하는 데이터 수집 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제한된 시간 안에 물리량 데이터를 데이터 수집기로 전달하는 알고리즘의 대략적인 코드이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지기와 데이터 수집기를 스마트 태그와 스마트 박스에 적용을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 N(자연수)개의 감지기들은 일정한 시간 간격(주기 T)으로 특정 물리량(소리, 빛, 온도, 압력 등)과 감지기에 남아있는 배터리의 에너지를 측정하여 고정된 크기의 데이터를 하나씩 생성한다. 그리고 이와 같이 생성된 데이터들은 제한된 시간 Dreq 안에 데이터 수집기로 전달된다. 여기에서 Dreq 는
Figure pat00006
를 만족한다. 또한 감지기는 단순화를 위해서 오직 하나의 데이터 전송률만 이용 가능하고, 감지기의 위치는 감지기로부터 수신된 신호의 강도나 신호의 방향, 신호의 전파 시간차 등을 이용하여 계산할 수 있다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수집 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수집 시스템은, 감지기(100), 데이터 수집기(200), 데이터 전달경로 설정서버(300)를 포함하여 구성된다.
감지기(100)는 고유한 식별 ID를 가지고, 감지기 i는 초기 배터리량 Ei(0)를 사용하여 동작한다. 또한 감지기(100)는 특정 물리량(소리, 빛, 온도, 압력 등) 및 자신의 배터리 잔량(배터리에 남은 전력량을 나타냄)을 일정한 주기로 측정하여 다른 감지기 또는 데이터 수집기(200)로 전송한다. 데이터 수집기(200)는 감지기(100)에서 측정된 물리량 및 감지기(100)의 배터리 잔량에 대한 데이터를 수집하여 데이터 전달경로 설정서버(300)로 전송한다. 데이터 전달경로 설정서버(300)는 인터넷을 통해 데이터 수집기(200)로부터 수집한 데이터를 저장하고 데이터 전달경로 설정에 관련된 데이터를 처리한다.
도 1에서, 감지기(100)는 물리량 측정부(110), 배터리량 측정부(120), 물리량 정보 송수신부(130), 및 배터리량 표시부(140)를 포함할 수 있다.
물리량 측정부(110)는 설치된 위치에서 소리, 빛, 온도, 압력 등과 같은 물리량을 측정하고, 배터리량 측정부(120)는 감지기(100)의 배터리 잔량을 측정한다. 물리량 정보 송수신부(130)는 상기 측정한 물리량 및 배터리 잔량을 다른 감지기 또는 데이터 수집기(200)로 전송하고, 데이터 수집기(200)로부터 물리량 및 배터리 잔량의 측정 주기(T) 정보를 포함한 물리량 및 배터리 잔량 측정에 관련된 정보를 수신한다. 배터리량 표시부(140)는 감지기(100)에 남은 배터리 잔량을 표시하여 사용자가 감지기(100)에 남은 배터리량을 확인하여 적절한 시기에 배터리를 교체할 수 있도록 도모한다.
한편, 도 1에서, 데이터 수집기(200)는 감지기 연동부(210), 측위 정보 측정부(220), 데이터 전달경로 설정서버 연동부(230)를 포함할 수 있다.
감지기 연동부(210)는 감지기(100)의 물리량 및 배터리 잔량 측정에 관련된 정보(T 등)를 감지기로 전송하거나 감지기(100)로부터 물리량 및 배터리량 잔량 정보를 수신한다. 측위 정보 측정부(220)는 감지기들의 위치를 계산할 수 있는 측위 정보(감지기로부터 수신된 신호의 강도나 신호의 방향, 신호의 전파 시간차 등)를 측정한다. 데이터 전달경로 설정서버 연동부(300)는 측위 정보를 포함한 감지기들로부터 수신한 물리량 및 배터리 잔량 정보를 데이터 전달경로 설정서버(300)로 전송하거나 물리량 및 배터리 잔량 측정에 관련된 정보(T 등)를 데이터 전달경로 설정서버(300)로부터 수신한다.
다른 한편, 도 1에서, 데이터 전달경로 설정서버(300)는 데이터 송수신부(310), 감지기 위치 계산부(320), 감지기 위치 데이터 베이스(330), 데이터 전달경로 데이터 베이스(340), 물리량 데이터 베이스(350), 배터리 잔량 데이터 베이스(360), 및 데이터 전달경로 계산부(370)를 포함할 수 있다.
데이터 송수신부(310)는 데이터 수집기(200)로부터 물리량 및 배터리 잔량 정보와, 감지기 위치를 계산할 수 있는 측위 정보를 수신하거나 데이터 수집기(200)로 물리량 및 배터리 잔량 측정에 관련된 정보를 전송한다.
감지기 위치 계산부(320)는 상기 측위 정보를 사용해서 감지기들(100)의 위치를 계산한다. 본 발명에서 감지기들(100)의 위치를 계산하는 삼각측량법 등 다양한 측위 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
감지기 위치 데이터 베이스(330)는 감지기 위치 계산부(320)에서 계산된 감지기들(100)의 위치 정보를 저장한다. 데이터 전달경로 데이터 베이스(340)는 데이터 전달경로 계산부(370)에서 계산된, 물리량 및 감지기에 남은 배터리 잔량 데이터의 전달경로 및 전달시간 정보 등을 저장한다. 물리량 데이터 베이스(350)는 데이터 수집기(200)로부터 수신한 물리량 정보를 저장한다. 배터리 잔량 데이터 베이스(360)는 데이터 수집기(200)로부터 수신한 감지기(100)에 남은 배터리 잔량에 대한 정보를 저장한다.
데이터 전달경로 계산부(370)는 감지기들(100)의 에너지 소모량을 최소화하면서 제한된 시간 Dreq안에 물리량 및 감지기에 남은 배터리 잔량 데이터를 데이터 수집기(200)로 전달할 수 있는 경로 및 전달시간을 계산한다. 이를 위해 데이터 전달경로 계산부(370)는 감지기 위치 데이터 베이스(330), 배터리 잔량 데이터 베이스(360)에 저장된 정보를 이용한다.
이하 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 감지기들(100)의 에너지 소모량을 최소화하면서 제한된 시간 Dreq안에 물리량 및 감지기(100)에 남은 배터리 잔량 정보를 데이터 수집기(200)로 전달하는 경로 및 전달시간을 계산하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예에서 감지기(100) 위치 정보와 감지기(100)에 남아있는 배터리 잔량 정보는 각각 감지기 위치 데이터 베이스(330), 배터리 잔량 데이터 베이스(360)에 저장되어 있다고 가정한다. 그리고 감지기(100)의 단순화를 위해서 감지기(100)는 수신한 여러 데이터들을 하나의 전송 데이터 패킷으로 만드는 플로 집성(flow aggregation)을 하지 않는다
가. 가중치 인자 x값 결정
데이터 전달경로 계산부(370)는 미리 정해진 일정 시간(라우팅 테이블 갱신 주기)마다 감지기들(100) 사이의 링크 비용을 이용해서 데이터 중계 경로 테이블(라우팅 테이블)을 갱신한다. 본 발명에서는 링크 비용을 사용해서 에너지 효율성을 명시적으로 나타내고 각각의 감지기(100)에 대한 라우팅 테이블을 링크 비용의 총합이 최소화되도록 설정한다.
링크 비용을 계산하기 위해서는 감지기(100)에 남아있는 배터리 잔량에 대한 가중치 인자 x값을 라우팅 테이블이 갱신되기 전에 적응 방식으로 스텝 폭 Δx 만큼 변화 시킨다. 먼저, 데이터 전달경로 계산부(370)는 현재의 라우팅 테이블을 계속 사용한다면 가장 먼저 배터리 에너지가 소모될 감지기 n*를 아래의 [수학식 1]을 사용해서 찾는다.
[수학식 1]
Figure pat00007
[수학식 1]에서 En(t)는 t번의 물리량 및 배터리 잔량 수집이 끝났을 때 감지기 n에 남은 배터리 잔량, Fi ,j는 감지기 i가 j에게 전송하는 데이터 패킷의 평균 개수를 의미한다. 그리고 표기의 편의를 위해서 감지기 번호 0을 데이터 수집기(200)라고 한다. Etx는 데이터 전송에 필요한 에너지로서 본 발명에서는 [수학식 2]와 같은 전송 전력 모델을 사용하여 계산한다.
[수학식 2]
Figure pat00008
[수학식 2]에서 ri ,j는 두 감지기 i와 j 사이의 거리이고, Erx는 하나의 데이터를 수신할 때 소모되는 에너지를 의미한다. 두 감지기 간의 거리가 rref 이하이면 전송할 때 소모되는 에너지는 수신할 때 사용되는 에너지와 같고, 두 감지기 간의 거리가 rref 보다 클 경우에는 전송 거리 ri ,j의 α 제곱으로 증가한다.
데이터 전달경로 계산부(370)는 가중치 인자 x값을 결정하기 위해서 En *(t)와 현재 감지기들에 남아있는 평균 에너지인
Figure pat00009
를 비교한다. 만약
Figure pat00010
이면 x를 Δx만큼 줄이고, 그렇지 않으면 x를 Δx만큼 증가시킨다. 이때 가중치 x값이 지나치게 크거나 작은 값으로 설정되는 것을 막기 위해서 x값은 최소값 xmin과 최대값 xmax 사이에서 변하도록 제한한다.
나. 링크 비용 계산
위와 같이 가중치 인자 x값이 결정되면 데이터 전달경로 계산부(370)는 감지기들(100) 사이의 링크 비용을 계산한다. 두 감지기 간의 거리가 감소하면 전송 에너지는 적게 필요하므로 두 감지기 간의 거리가 가까울수록 링크 비용은 적어진다. 그러나 물리량 및 감지기에 남은 배터리 잔량 측정 횟수 관점에서는 남아있는 배터리 잔량이 적은 감지기들이 가능하면 적은 수의 데이터 패킷을 전송하는 것이 유리하다. 그래서 본 발명에서는 링크 비용을 아래 [수학식 3]처럼 요구되는 전송 에너지와 남아있는 배터리 잔량의 비로 정의한다.
[수학식 3]
Figure pat00011
여기에서 Ci ,j(t)는 t번의 물리량 및 배터리 잔량 수집이 끝났을 때 감지기 i와 j 사이의 링크 비용, Ei(t)는 t번의 물리량 및 배터리량 수집이 끝났을 때 감지기 i에 남은 배터리의 에너지 잔량, Etx는 하나의 데이터를 전송할 때 요구되는 전송 에너지이다.
다. h홉 최소 비용 경로 선정
위와 같이 링크 비용이 계산되면 데이터 전달경로 계산부(370)는 각각의 감지기(100)에 대해서 데이터 수집기(200)까지 h홉(h = 1, 2,..,Hmax) 최소 링크 비용 경로 Pn ,h를 구한다. 여기에서 Pn ,h는 감지기 n의 h홉 최소 비용 경로를 의미한다.
라. 감지기별 홉 수 결정
위와 같이 h홉 최소 링크 비용 경로가 구해지면 데이터 전달경로 계산부(370)는 각각의 감지기에 대한 데이터 패킷 중계 경로를 링크 비용의 총합이 최소화되도록 초기 라우팅 테이블을 구성한다. 즉, 데이터 전달경로 계산부(370)는 [수학식 4]를 사용해서 감지기별로 데이터 전달에 필요한 홉 수를 할당한다.
[수학식 4]
Figure pat00012
여기에서, h(n)은 감지기 n에 할당된 홉 수를 의미한다. 그리고 Pn ,h는 감지기 n의 h홉 최소 비용 경로이고 C(Pn ,h)는 그 비용을 나타낸다. 초기 라우팅 테이블에 따른 감지기들의 전체 데이터 전송 시간 θ 이 Dreq보다 작다면 감지기들은 데이터 전달경로 계산부(370)에서 결정한 라우팅 테이블에 따라 패킷을 전달한다. 만약 초기 라우팅 테이블의 θ 이 요구된 Dreq보다 크면 아래의 [수학식 5]에 의해 선택된 감지기
Figure pat00013
에서 한 홉을 제거한다.
[수학식 5]
Figure pat00014
즉, 감지기
Figure pat00015
는 홉 수가 하나 줄어들 때 경로 링크 비용이 가장 적게 증가하는 감지기다. 데이터 전달경로 계산부(370)는 라우팅 테이블의 θ 이 요구된 Dreq과 같아질 때까지 위와 같은 과정을 반복한다.
마. 데이터 수집기가 라우팅 테이블 브로드케스트
위와 같이 라우팅 테이블이 결정되면 데이터 전달경로 계산부(370)는 각 데이터 패킷들의 전달경로 및 전달시간 정보 등을 포함한 라우팅 테이블 정보를 데이터 송수신부(310)를 통해 데이터 수집기(200)로 브로드케스트한다. 데이터 전달경로 계산부(370)는 데이터 패킷 간의 충돌을 피하기 위해서 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식으로 각 데이터 패킷들의 전송 시간을 결정한다.
바. 감지기의 데이터 패킷 전송 시작
데이터 전달경로 계산부(370)가 데이터 수집기(200)를 통해 브로드캐스트한 라우팅 테이블 정보에 따라, 감지기들(100)은 매 주기 T마다 물리량 측정부(110)를 통해 물리량을 측정하고, 배터리량 측정부(120)를 통해 감지기에 남아있는 배터리 에너지 잔량을 측정한다. 측정한 물리량 및 배터리 잔량 정보는 감지기 식별 ID 정보를 포함해서, 데이터 수집기(200)로부터 수신한 라우팅 테이블에 따라서 물리량 정보 송수신부(130)를 통해 다른 감지기 또는 데이터 수집기(200)로 전송된다.
이상과 같이 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 감지기(100)는 도 3과 같이, 스마트 그리드에 적용되는 경우에, 스마트 태그로서 댁내의 에어컨, 히터, 전자 레인지, 냉장고, 세탁기, TV, 드라이어, 다리미 등과 같은 가전기기에 대응되도록 하나씩 설치될 수 있으며, 댁내에서 사용자가 가전기기를 사용함에 따라 해당 가전기기가 동작할 때, 각 감지기(100)는 관제센터(예, 데이터 전달경로 설정서버)로부터 데이터 수집기(예, 스마트 박스)를 통해 브로드캐스트되는 라우팅 테이블에 따라 그 가전기기의 소비 전력량(물리량)과 배터리의 에너지 잔량 정보에 대한 데이터 패킷을 위에서 설명한 바와 같은 다중 홉 무선 링크 방식으로 데이터 수집기에 전송함으로써, 감지기에서 소모되는 에너지 사용량을 최소화하면서 데이터 수집기를 통해 데이터 전달경로 설정서버에서 데이터 패킷을 수집할 수 있도록 한다.
이와 같이 감지기(100)로부터 수집되는 데이터 패킷은 데이터 수집기를 통해 유선 인터넷, WCDMA, WiFi, WiBro, PLC(Power Line Communications) 통신 등 다양한 통신 방식으로 스마트 그리드 관제센터에 전송될 수 있으며, 이에 따라 스마트 그리드 관제센터는 홈 네트워크를 통해 댁내에서 사용되는 가전기기들의 사용 전력량, 배터리 에너지 잔량 등을 원격 모니터링할 수 있게 되고, 댁내의 가전기기들에 대한 원격 온/오프 제어 등 필요한 원격 제어가 가능하도록 할 수 있다.
이외에도, 스마트 그리드 관제센터가 위와 같은 유무선 통신 방식으로 사용자 고객의 단말, 예를 들어, 스마트 폰, IPTV, 노트북 PC, 태블릿 PC, 인터넷 전화, 아이패드 등과 연동하여, 사용자 고객의 단말로 위와 같은 데이터 패킷에 기반한 가전기기의 소비 전력량과 배터리의 에너지 잔량 정보 등을 제공하여, 사용자가 언제 어디서든지 댁내 가전기기들의 동작 상태를 확인하고 가전기기들에 대한 원격 온/오프 제어 등 필요한 원격 제어가 가능하도록 할 수도 있다. 이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
감지기(100)
물리량 측정부(110)
배터리량 측정부(120)
물리량 정보 송수신부(130)
배터리량 표시부(140)
데이터 수집기(200)
감지기 연동부(210)
측위 정보 측정부(220)
데이터 전달경로 설정서버 연동부(230)
데이터 전달경로 설정서버(300)
데이터 송수신부(310)
감지기 위치 계산부(320)
감지기 위치 데이터 베이스(330)
데이터 전달경로 데이터 베이스(340)
물리량 데이터 베이스(350)
배터리 잔량 데이터 베이스(360)
데이터 전달경로 계산부(370)

Claims (12)

  1. 네트워크 상의 서버에서 데이터 수집기를 통해 N(자연수)개의 감지기들로부터 데이터를 수집하는 데이터 수집 방법에 있어서,
    상기 서버에서 상기 감지기들이 모두 제한 시간(Dreq) 내에 데이터를 상기 데이터 수집기로 전송하도록 제어하기 위한 라우팅 테이블을 일정 주기로 업데이트하는 단계; 및
    상기 감지기들이 상기 서버로부터 상기 데이터 수집기를 통해 브로드캐스트되는 상기 라우팅 테이블에 따른 제어를 받아 데이터를 다중 홉의 경로를 통해 일정 시간에 다른 감지기 또는 상기 데이터 수집기로 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블을 업데이트하는 단계는,
    감지기에 남아있는 배터리 잔량에 대한 가중치 인자 x값을 Δx만큼 변화 시키는 단계;
    감지기 i와 j 사이의 링크 비용 Ci ,j(t)을 계산하는 단계;
    상기 링크 비용 Ci ,j(t)을 참조하여 각각의 감지기에 대해서 상기 데이터 수집기까지 h홉 최소 링크 비용 경로 Pn ,h를 구하는 단계; 및
    상기 Dreq 조건을 만족하며, 상기 감지기들에 의한 링크 비용의 총합이 최소화되도록, 상기 Pn ,h를 기초로 각각의 감지기에 대한 데이터 패킷 중계 경로와 전송 시간을 결정하여 상기 라우팅 테이블을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 링크 비용은 감지기에서 데이터를 전송할 때 요구되는 전송 에너지와 상기 배터리의 에너지 잔량의 비율인 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    수학식
    Figure pat00016

    에 기초하여 가장 먼저 배터리 에너지가 소모될 감지기 n*을 결정하고, En*(t)와 현재 감지기들에 남아있는 평균 에너지인
    Figure pat00017
    을 비교해서 x를 결정해,
    수학식
    Figure pat00018

    에 따라 상기 링크 비용 Ci ,j(t)을 계산하되, 여기서, Ei(t)는 t번의 물리량 및 배터리 잔량 수집이 끝났을 때 감지기 i에 남은 배터리의 에너지 잔량, Erx는 하나의 데이터를 수신할 때 필요한 에너지, Etx는 하나의 데이터를 전송할 때 요구되는 전송 에너지, ri ,j는 두 감지기 i와 j 사이의 거리, Fi ,j는 감지기 i가 j에게 전송하는 데이터 패킷의 평균 개수, 감지기 번호 0은 상기 데이터 수집기인 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    Figure pat00019
    (β는 실수값을 갖는 임의의 변수)이면 x를 Δx만큼 줄이고, 그렇지 않으면 x를 Δx만큼 증가시키되, x값은 최소값 xmin과 최대값 xmax사이에서 변하도록 제한되는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  5. 제3항에 있어서, 수학식
    Figure pat00020

    에 따라 두 감지기 간의 거리가 rref이하이면 전송할 때의 감지기가 소모하는 에너지는 수신할 때 사용되는 에너지와 같고, 두 감지기 간의 거리가 rref 보다 클 경우에는 감지기가 소모하는 에너지는 전송 거리 ri ,j의 α 제곱으로 증가하도록 결정한 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 패킷 중계 경로의 결정에 있어서, 상기 라우팅 테이블에 따른 상기 감지기들의 전체 데이터 전송 시간 θ 이 상기 Dreq 보다 크면 선택된 감지기
    Figure pat00021
    에서 한 홉을 제거하는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  7. 제6항에 있어서, 수학식
    Figure pat00022

    을 이용해 상기 감지기
    Figure pat00023
    를 결정하며, 여기서, Pn ,h와 C(Pn ,h)는 라우팅 테이블에서의 감지기 n의 h홉 최소 비용 경로와 비용인 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감지기
    Figure pat00024
    는 홉 수가 하나 줄어들 때 경로 링크 비용이 가장 적게 증가하는 감지기인 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블의 θ 가 상기 Dreq 과 같아질 때까지 반복하여 상기 라우팅 테이블을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 감지기들은 가전기기에 하나씩 설치되는 경우에, 배터리를 이용해 동작하는 상기 감지기들은 각각, 해당 가전기기에서 소비되는 전력량과 배터리 잔량 정보를 측정하여 상기 라우팅 테이블에 따라 다른 감지기 또는 상기 데이터 수집기로 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 방법.
  11. N(자연수)개의 감지기들, 데이터 수집기, 및 상기 데이터 수집기를 통해 상기 감지기들로부터 데이터를 수집하기 위한 네트워크 상의 서버를 포함하고,
    상기 서버에서 상기 감지기들이 모두 제한 시간(Dreq) 내에 데이터를 상기 데이터 수집기로 전송하도록 제어하기 위한 라우팅 테이블을 일정 주기로 업데이트하고,
    상기 감지기들이 상기 서버로부터 상기 데이터 수집기를 통해 브로드캐스트되는 상기 라우팅 테이블에 따른 제어를 받아 데이터를 다중 홉의 경로를 통해 일정 시간에 다른 감지기 또는 상기 데이터 수집기로 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 데이터 수집기에서 상기 감지기들에 대한 측위 정보를 상기 서버로 전송하고, 상기 서버에서 상기 측위 정보를 기초로 상기 감지기들의 위치를 계산하여 상기 감지기들의 데이터 전달 경로와 전달시간에 대한 정보를 포함하는 상기 라우팅 테이블을 브로드캐스트하는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170012284A (ko) * 2014-06-02 2017-02-02 퀄컴 인코포레이티드 멀티-홉 능력들의 발견 및 링크 당 기준 라우팅
CN112714154A (zh) * 2020-12-11 2021-04-27 国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司 一种用于电力网监控的智能传感器的路由控制方法和系统

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