KR20150044885A - 거친 환경에 있는 산업 장비의 제어를 위한 무선 통신 네트워크 전력 최적화 - Google Patents

거친 환경에 있는 산업 장비의 제어를 위한 무선 통신 네트워크 전력 최적화 Download PDF

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Abstract

특정의 실시예들에서, 시스템은 마스터 노드 디바이스를 포함한다. 마스터 노드 디바이스는 장거리 통신 링크를 통한 용접 전력 공급 유닛과의 통신을 용이하게 하도록, 그리고 단거리 무선 통신 네트워크를 통한 하나 이상의 용접 관련 디바이스들과의 무선 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 회로를 포함한다. 마스터 노드 디바이스는 또한 마스터 노드 디바이스와 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하도록 구성된 제어 회로를 포함한다.

Description

거친 환경에 있는 산업 장비의 제어를 위한 무선 통신 네트워크 전력 최적화{WIRELESS COMMUNICATION NETWORK POWER OPTIMIZATION FOR CONTROL OF INDUSTRIAL EQUIPMENT IN HARSH ENVIRONMENTS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012년 8월 17일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Wireless Communication Network Power Optimization for Control of Industrial Equipment in Harsh Environments"인 미국 가특허 출원 제61/684,546호(참조 문헌으로서 그 전체가 본 명세서에 포함됨)의 정규 미국 특허 출원이다.
본 발명은 일반적으로 산업 장비 간의 통신에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 거친 환경에 있는 산업 장비의 제어를 위한 무선 통신 네트워크에 관한 것이다.
용접 와이어 피더(welding wire feeder), 용접 토치(welding torch), 용접 헬멧(welding helmet), 용접 제어 펜던트(welding control pendant), 용접 풋 페달(welding foot pedal) 등과 같은 용접 관련 디바이스들은 종종 용접 전력 공급 유닛과 같은 전원으로부터 원격지에 있는 용접 위치에서 조작된다. 예를 들어, 이러한 원격 용접 위치는 전원으로부터 최대 300 피트 또는 그보다 훨씬 더 떨어져 있을 수 있다. 그에 따라, 긴 케이블이 종종 이러한 원격 용접 위치까지 연장되어 있으며, 이는 아주 번거로울 수 있다. 더욱이, 선박 제작 응용과 같은 특정의 용접 응용에서, 임의의 주어진 때에 비교적 작은 영역들에서 다수의 원격 용접 위치들이 사용될 수 있고, 그로써 케이블을 이러한 원격 용접 위치들까지 연장시키는 문제를 악화시킬 수 있다. 게다가, 이러한 환경에서 무선 통신 기술의 사용은 종전에, 적어도 (일반적으로 무선 통신을 방해하는) 노이즈 고려사항, 보안 고려사항 등으로 인해, 문제가 되는 것으로 밝혀졌다.
도면들 전체에 걸쳐 유사한 문자들이 유사한 부분들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽어보면 본 발명의 이들 및 기타 특징들, 측면들 및 장점들이 더 잘 이해될 것이다.
하나의 실시예에서, 시스템은 마스터 노드 디바이스를 포함한다. 마스터 노드 디바이스는 장거리 통신 링크를 통한 용접 전력 공급 유닛과의 통신을 용이하게 하도록, 그리고 단거리 무선 통신 네트워크를 통한 하나 이상의 용접 관련 디바이스들과의 무선 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 회로를 포함한다. 마스터 노드 디바이스는 또한 마스터 노드 디바이스와 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하도록 구성된 제어 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 방법은 단거리 무선 통신 네트워크를 통해 하나 이상의 용접 관련 디바이스들과 마스터 노드 디바이스 간에 무선으로 통신하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 장거리 통신 링크를 통해 마스터 노드 디바이스와 용접 전력 공급 유닛 간에 통신하는 단계를 포함한다. 이 방법은 마스터 노드 디바이스와 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 실시예에서, 무선 통신 네트워크는 하나 이상의 용접 관련 디바이스들을 포함한다. 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 와이어 피더, 용접 토치, 용접 헬멧, 용접 펜던트, 또는 용접 풋 페달을 포함한다. 무선 통신 네트워크는 또한 전력 그리드로부터의 전력을 하나 이상의 용접 관련 디바이스들을 사용하여 수행되는 용접 동작을 위한 전력으로 변환하도록 구성된 용접 전력 공급 유닛을 포함한다. 무선 통신 네트워크는 단거리 무선 통신 네트워크를 통한 하나 이상의 용접 관련 디바이스들과 마스터 노드 디바이스 간의 무선 통신을 용이하게 하도록, 장거리 통신 링크를 통해 마스터 노드 디바이스와 용접 전력 공급 유닛 간의 통신을 용이하게 하도록, 그리고 마스터 노드 디바이스와 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하도록 구성된 마스터 노드 디바이스를 추가로 포함한다.
도면들 전체에 걸쳐 유사한 문자들이 유사한 부분들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽어보면 본 발명의 이들 및 기타 특징들, 측면들 및 장점들이 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 무선 통신 네트워킹 기술들을 이용할 수 있는 용접 시스템의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 2는 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 용접 시스템의 용접 장비 및 액세서리들 중 다수가 용접 시스템의 용접 장비 및 액세서리들로부터 원격지에 위치해 있을 수 있는 연관된 용접 전력 공급 유닛과 통신하는 로컬 무선 네트워크를 형성하는 도 1의 용접 시스템의 일 실시예의 개략도.
도 3은 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 동시에 동작하고 있는 복수의 용접 시스템들 - 각각의 용접 시스템은 그 자신의 로컬 무선 네트워크들 및 연관된 용접 전력 공급 유닛들을 가짐 - 을 가지는 용접 응용의 일 실시예의 개략도.
도 4는 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 용접 전력 공급 유닛의 백 엔드(back end)에서 외부 통신 디바이스 연결들을 구현하는 용접 시스템의 한 예시적인 통신 시스템의 개략도.
도 5는 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 용접 전력 공급 유닛의 프런트 엔드(front end)에서 외부 통신 디바이스 연결들을 구현하는 용접 시스템의 한 예시적인 통신 시스템의 개략도.
도 6은 본 개시 내용에 따른, 도달거리 확장 무선 라우터(range extending wireless router)에 접속되어 있는 한 예시적인 로컬 무선 네트워크의 개략도.
도 7은 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 마스터 노드 디바이스 및 용접 전력 공급 유닛(또는 임의의 다른 액세서리 노드) 상의 각자의 연결 버튼(association button)들을 동시에 누르는 것을 통해 마스터 노드 디바이스 및 용접 전력 공급 유닛이 서로 연결되는 것을 나타낸 개략도.
도 8은 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 로컬 무선 네트워크의 동작을 용이하게 하는 각각의 디바이스의 내부 회로를 나타낸, 한 예시적인 용접 전력 공급 유닛, 마스터 노드 디바이스, 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스의 개략도.
도 9는 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 서로 통신하고 서로의 능력에 관한 정보를 공유함으로써 복수의 센서들로부터의 센서 데이터 전송을 용이하게 하는, 복수의 마스터 노드 디바이스들 및 연관된 로컬 무선 네트워크들(예컨대, 용접 셀들)의 메쉬형 네트워크의 토폴로지를 나타낸 개략도.
도면들을 참조하면, 도 1은 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 무선 통신 네트워킹 기술들을 이용할 수 있는 용접 시스템(10)의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 본 명세서에 기술된 용접 시스템(10)이 GMAW(gas metal arc welding) 시스템(10)으로서 구체적으로 제시되어 있지만, 여기 개시된 무선 통신 네트워킹 기술들이 또한 다른 아크 용접 공정들(예컨대, FCAW, FCAW-G, GTAW, SAW, SMAW, 또는 유사한 아크 용접 공정들)에서도 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 보다 구체적으로는, 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 용접 시스템(10)에서 사용되는 모든 장비 및 액세서리들은 서로 무선으로 통신하는 것은 물론, 집중된 또는 분산된 용접 제어 시스템들과 통신하도록 구성될 수 있다. 용접 시스템(10)은 용접 전력 공급 유닛(12), 용접 와이어 피더(14), 가스 공급 시스템(16), 및 용접 토치(18)를 포함한다. 용접 전력 공급 유닛(12)은 일반적으로 용접 시스템(10) 및 다른 다양한 액세서리들에 전력을 공급하고, 용접 케이블(20)을 통해 용접 와이어 피더(14)에 결합되는 것은 물론, 클램프(26)를 가지는 리드 케이블(lead cable)(24)을 사용하여 가공물(22)에도 결합될 수 있다. 예시된 실시예에서, 용접 와이어 피더(14)는 용접 시스템(10)의 동작 동안에 용접 토치(18)에 용접 와이어 및 전력을 공급하기 위해 용접 케이블(28)을 통해 용접 토치(18)에 결합된다. 다른 실시예에서, 용접 전력 공급 유닛(12)은 용접 토치(18)에 결합되어 전력을 직접 공급할 수 있다.
도 1에 예시된 실시예에서, 용접 전력 공급 유닛(12)은 일반적으로 교류 전원(30)(예컨대, AC 전력 그리드, 엔진/발전기 세트, 또는 그 조합)으로부터 입력 전력을 수신하거나, 입력 전력을 조절하거나, DC 또는 AC 출력 전력을 용접 케이블(20)을 통해 제공하는 전력 변환 회로를 포함할 수 있다. 그에 따라, 용접 전력 공급 유닛(12)은, 용접 시스템(10)의 요구에 따라, 용접 와이어 피더(14)에 전력을 공급할 수 있고, 용접 와이어 피더(14)는 차례로 용접 토치(18)에 전력을 공급한다. 클램프(26)에서 종단되는 리드 케이블(24)은, 용접 전력 공급 유닛(12), 가공물(22) 및 용접 토치(18) 사이의 회로를 닫기 위해, 용접 전력 공급 유닛(12)을 가공물(22)에 결합시킨다. 용접 전력 공급 유닛(12)은, 용접 시스템(10)의 요구에 의해 결정되는 바와 같이(예컨대, 용접 시스템(10)에 의해 수행되는 용접 공정의 유형 등에 기초하여), AC 입력 전력을 DCEP(direct current electrode positive) 출력, DCEN(direct current electrode negative) 출력, DC 가변 극성, 또는 가변 평형(variable balance)(예컨대, 평형(balanced) 또는 불평형(unbalanced)) AC 출력으로 변환할 수 있는 회로 요소들(예컨대, 변압기, 정류기, 스위치 등)을 포함할 수 있다.
예시된 용접 시스템(10)은 보호 가스(shielding gas) 또는 보호 가스 혼합물을 용접 토치(18)에 공급하는 가스 공급 시스템(16)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 가스 공급 시스템(16)은 용접 전력 공급 유닛(12)으로부터의 용접 케이블(20)의 일부인 가스 도관(32)을 통해 용접 토치(18)에 직접 결합되어 있다. 다른 실시예에서, 가스 공급 시스템(16)은 그 대신에 용접 와이어 피더(14)에 결합될 수 있고, 용접 와이어 피더(14)는 가스 공급 시스템(16)으로부터 용접 토치(18)로의 가스의 흐름을 조절할 수 있다. 보호 가스는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 특정의 국소 분위기를 제공하기 위해(예컨대, 아크를 차폐시키기 위해, 아크 안정성을 개선시키기 위해, 금속 산화물의 형성을 제한하기 위해, 금속 표면의 젖음성(wetting)을 개선시키기 위해, 용접 용착물(weld deposit)의 화학적 성질을 변경하기 위해, 기타를 위해) 아크 및/또는 용접 풀에 제공될 수 있는 임의의 가스 또는 가스들의 혼합물을 말하는 것일 수 있다.
그에 부가하여, 특정의 실시예들에서, 다른 용접 장비 및 용접 액세서리들(예컨대, 용접 관련 디바이스들)이 용접 시스템(10)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 대부분의 용접 응용들에서, 용접 헬멧(34)은 용접 시스템(10)의 조작자에 의해 착용될 수 있다. 용접 헬멧(34)은 용접 시스템(10)의 조작자에 대한 보호를 제공하며, 특히 용접 작업 동안 용접 아크와 연관된 섬광(flashing)으로부터 조작자의 눈을 보호한다. 그에 부가하여, 특정의 실시예들에서, 용접 헬멧(34)은 용접 작업들의 파라미터들에 관련된 피드백을 조작자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 용접 헬멧(34)은 용접 작업 동안 조작자에게 용접 파라미터들을 디스플레이하도록 구성된 내부 디스플레이를 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 특정의 실시예들에서, 용접 제어 팬던트(36)는 용접 와이어 피더(14)와 용접 토치(18) 사이에서 통신하는 데 사용될 수 있다. 용접 제어 팬던트(36)는 연관된 용접 전력 공급 유닛(12) 및/또는 용접 와이어 피더(14)로부터 원격지에서의 용접 응용에서 사용될 수 있는 디바이스이지만, 여전히 원격 용접 전력 공급 유닛(12) 및/또는 용접 와이어 피더(14)가 제공하는 실질적으로 동일한 디스플레이 및 입력 디바이스들을 제공한다. 환언하면, 연관된 원격 용접 전력 공급 유닛(12) 및/또는 용접 와이어 피더(14) 상의 제어 패널들을 사용하는 것이 실행가능하지 않거나 실현가능하지 않을 때, 용접 제어 팬던트(36)가 원격 제어 패널로서 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 특정의 실시예들에서, 용접 시스템(10)에서 풋 페달(38)이 또한 사용될 수 있다. 풋 페달(38)은 용접 전력 공급 유닛(12) 및/또는 용접 와이어 피더(14)의 용접 파라미터들을 조절하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 용접 시스템(10)의 조작자가 풋 페달(38)을 누를 때, 용접 와이어 피더(14) 및/또는 용접 전력 공급 유닛(12)으로부터의 용접 와이어 피드 속도 및/또는 용접 전류가 증가될 수 있다.
도 1에 예시된 용접 장비 및 액세서리들은 예시적인 것에 불과하고, 제한하기 위한 것이 아니다. 많은 다른 유형의 용접 장비 및 액세서리들이 또한 용접 시스템(10)과 관련하여 사용될 수 있다. 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 용접 시스템(10)과 관련하여 사용되는 모든 용접 장비 및 액세서리들은 서로 무선으로 통신하는 것은 물론, 집중된 및/또는 분산된 용접 제어 시스템들과 통신하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은, 통신 네트워크가 산업 장비 간의 용접 파라미터들은 물론 작업 정보 및 다른 사용자 데이터의 매끄럽고 안전한 교환을 가능하게 하도록, 무선으로 다른 산업 장비와의 그리고 다른 산업 장비 간의 명령 및 데이터 통신을 제어하고 조정하기 위해 사용될 (예컨대, 도 1에 나타내어져 있는 예시적인 용접 장비 및 액세서리들에 있는) 지능형 무선 노드들 및 산업 장비에 대한 전기 인터페이스들을 포함한다. 이러한 무선 통신 네트워킹 기술들은 통신 이론, 무선 주파수 기술 또는 정보 기술의 분야들에서의 경험이 거의 또는 전혀 없는 용접 인력 또는 다른 산업 장비 인력이 도 1에 예시되어 있는 용접 장비 및 액세서리들과 같은 복수의 다양한 장비 및 액세서리들을 포함하는 무선 통신 네트워크들을 용이하게 조립하고 조작할 수 있게 한다. 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 앞서 언급한 인력이 작업 현장에서 무선 네트워크를 수동으로 조립하는 것, 그리고 용접 장비 및 액세서리들의 안전하고 보안된 제어를 수행함은 물론, 용접소에 또는 용접소로부터 원격지에 있는 영역들에 있는 다른 당사자들과 정보를 교환하기 위해 이러한 무선 네트워크들을 사용하기 시작하는 것을 쉽고 직관적이도록 만든다.
도 2는 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 용접 시스템(10)의 용접 장비 및 액세서리들(예컨대, 용접 와이어 피더(14), 용접 토치(18), 용접 헬멧(34), 용접 제어 팬던트(36), 풋 페달(38) 등) 중 다수가 용접 시스템(10)의 용접 장비 및 액세서리들로부터 원격지에(예컨대, 최대 300 피트 또는 그를 초과하여 떨어져) 위치해 있을 수 있는 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)과 통신하는 로컬 무선 네트워크(40)를 형성하는 도 1의 용접 시스템(10)의 일 실시예의 개략도이다. 보다 구체적으로는, 용접 시스템(10)의 용접 장비 및 액세서리들 각각은 구체적으로는 마스터 노드 디바이스(42)와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있고, 마스터 노드 디바이스(42)는 차례로 용접 시스템(10)의 각자의 용접 전력 공급 유닛(12)과 통신한다. 그에 따라, 로컬 무선 네트워크(40)는 (예컨대, 로컬 무선 연결들(44)을 통해) 마스터 노드 디바이스(42)와 용접 시스템(10)의 용접 장비 및 액세서리들 사이에 스타 구성(star configuration)으로서 형성되고, 로컬 네트워크(40)는 로컬 무선 네트워크(40)에 대한 네트워크 제어기로서 기능하는 마스터 노드 디바이스(42)를 통해 (예컨대, 장거리 통신 연결(46)을 거쳐) 각자의 용접 전력 공급 유닛(12)과 무선으로 통신한다. 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 특정의 실시예들에서, 장거리 통신 연결(46)은, 도 2에 예시된 바와 같이, (예컨대, 무선 통신 기술들을 사용하는) 장거리 무선 통신 연결일 수 있다. 그렇지만, 다른 실시예에서, 장거리 통신 연결(46)은 (예컨대, 유선 통신 기술들을 사용하는) 장거리 유선 통신 연결일 수 있다. 실제로, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 무선 모드 및 유선 모드 둘 다(또는 동작 조건에 따라 그 중 어느 하나)로 용접 전력 공급 유닛(12)과 통신하도록 구성될 수 있다.
임의의 특정의 산업 설정에서, 2개 이상의 용접 시스템(10)이 비교적 서로 근접하여 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 선박 제조 응용에서, 제조 중인 선박 상에서 임의의 주어진 때에 몇개의 연관된 용접 전력 공급 유닛들(12)을 가지는 몇개의 용접 시스템들(10)이 사용될 수 있다. 이러한 시나리오에서, (예컨대, 각각의 무선 시스템(10)에 대해 하나씩) 다수의 로컬 무선 네트워크들(40)이 설정될 수 있다. 도 3은 동시에 동작하고 있는 복수의 용접 시스템들(10) - 각각의 용접 시스템(10)은 그 자신의 로컬 무선 네트워크(40) 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)을 가짐 - 을 가지는 용접 응용(48)의 일 실시예의 개략도이다. 도 3에 예시된 바와 같이, 용접 시스템들(10) 중 일부는 각자의 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 커버리지 구역 내에(예컨대, 특정의 실시예들에서, 약 20 내지 25 피트 내에) 위치해 있는 그 각자의 용접 전력 공급 유닛들(12)을 가질 수 있는 반면, 많은 다른 용접 시스템들(10)은 각자의 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 커버리지 구역 밖에 위치해 있는 그 각자의 용접 전력 공급 유닛들(12)을 가질 수 있다. 그에 부가하여, 로컬 무선 네트워크들(40)의 로컬 무선 커버리지 구역들 중 다수가 중복할 수 있다. 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 본 명세서에 제시된 무선 통신 네트워킹 기술들은 이러한 중복하는 무선 커버리지와 관련하여 발생할 수 있는 임의의 문제들을 해결한다.
도 4는 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 용접 전력 공급 유닛(12)의 백 엔드에서 외부 통신 디바이스 연결들을 구현하는 용접 시스템(10)의 한 예시적인 통신 시스템(50)의 개략도이고, 도 5는 용접 전력 공급 유닛(12)의 프런트 엔드에서 외부 통신 디바이스 연결들을 구현하는 용접 시스템(10)의 한 예시적인 통신 시스템(50)의 개략도이다. 본 명세서에 기술된 통신 시스템(50)은 특정의 스타 구성으로서 구성되고 네트워크 제어기(즉, 마스터 노드 디바이스(42)) 및 서로로부터 적절히 짧은 거리 내에 위치해 있는 다양한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)(예컨대, 용접 와이어 피더(14), 용접 토치(18), 용접 헬멧(34), 용접 제어 팬던트(36), 풋 페달(38) 등)에 의해 형성된 로컬 무선 네트워크(40)를 규정한다. 예를 들어, 적절히 짧은 거리는 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 20 내지 25 피트일 수 있고, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 10 피트 내지 약 50 피트의 범위에, 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 15 피트 내지 약 40 피트의 범위에, 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 20 피트 내지 약 30 피트의 범위에, 또는 임의의 다른 적당한 범위에 있을 수 있다. 로컬 무선 네트워크(40)의 물리적 크기(예컨대, 무선 전송 범위)가 꼭 고정되어 있을 필요는 없고, 로컬 무선 네트워크(40)의 적절한 동작을 위한 절대적 요건도 아니다. 예를 들어, 특정의 실시예들에서, 로컬 무선 네트워크(40)의 동작(예컨대, 무선 전송) 범위는 최적의 무선 통신 링크 품질을 제공하기 위해 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 자동으로 조절될 수 있는, 마스터 노드 디바이스(42)의 파라미터일 수 있다. 고정된 파라미터이지도 않고 로컬 무선 네트워크(40)의 동작을 위한 절대적 요건도 아니지만, 로컬 무선 네트워크(40)의 거리(예컨대, 무선 동작 범위)가 짧을수록, 무선 통신 링크 무결성이 비교적 높게 유지될 가능성이 많다. 예를 들어, 보다 짧은 거리를 이동하는 RF(radio frequency) 파는 일반적으로 보다 높은 통신 링크 무결성을 유지할 것이다. 게다가, 로컬 무선 네트워크(40)의 보다 짧은 통신 거리는 로컬 무선 네트워크(40)의 보안을 훨씬 더 상승시키는 것은 물론, 다른 로컬 무선 네트워크들(40)이 어쩌면 서로 간섭하지 않도록 보장할 수 있다.
각각의 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로부터의 통신 트래픽은, 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 라우터 및 우선순위화 제어기로서 기능하는 그리고 궁극적으로 정확한 메시지들을 그의 최종 목적지들로 적절한 순서로 라우팅하는 마스터 노드 디바이스(42)로 송신된다. 보다 구체적으로는, 특정의 실시예들서, 마스터 노드 디바이스(42)는 장거리 통신 연결(46)인 RF(radio frequency) 통신 링크를 통해 용접 시스템(10)의 용접 전력 공급 유닛(12)과 통신한다. 그에 따라, 마스터 노드 디바이스(42)는 유선 통신을 사용하는 일 없이 마스터 노드 디바이스(42)로부터 최대 300 피트 또는 그를 초과한 거리에 위치해 있을 수 있는 용접 전력 공급 유닛(12)과 통신할 수 있다. 그렇지만, 특정의 실시예들에서, 조건들이 마스터 노드 디바이스(42) 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 장거리 통신 연결(46)을 통한 통신을 가능하게 하지 않는 경우에, 용접 케이블들(20, 28)(또는 전용 디지털 링크 연결들)이 백업 통신 채널들로서 사용될 수 있다.
용접 와이어 피더(14)가 로컬 무선 네트워크(40)에 근접하여 그리고 용접 전력 공급 유닛(12)으로부터 원격지에서 사용되는 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 도 1에서, 예를 들어, 용접 와이어 피더(14)에 근접하여 예시된 용접 케이블(20)의 단부에 접속될 수 있다. 이와 유사하게, 용접 와이어 피더(14)가 로컬 무선 네트워크(40)로부터 원격지에서(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12)에 근접하여) 사용되는 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 도 1에서, 예를 들어, 용접 토치(18)에 근접하여 예시된 용접 케이블(28)(또는 전용 디지털 통신 케이블)의 단부에 접속될 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)는 로컬 무선 네트워크(40)와 연결되어 있는 무선 디바이스이고, 용접 작업들에 근접한 그의 물리적 배치를 통해, 용접 전력 공급 유닛(12)까지의 비교적 장거리의 링크가 금속 또는 밀집된 콘크리트 벽, 쓰레기 더미 등과 같은 물리적 장애물들에 의해 보통 차단되어 있는 영역들을 커버하도록 연장되거나 이루어질 수 있게 한다. 장거리 통신 연결(46)(예컨대, 특정의 실시예들에서, RF 통신 링크)은 비교적 긴 신호 이동 거리, RF LOS(line of sight)의 가능한 손실, 다중 경로 효과에 의해 야기된 과도한 반사, 비교적 낮은 RF 전송 전력 등과 같은 그에 부과된 물리적 제약조건들로 인해 로컬 무선 네트워크(40)를 갖는 특수 링크인 것으로 간주된다.
적절한 크리덴셜(credential)을 갖는 그리고 동기화된 "사용자 의도" 정보를 가지는 장비 및 액세서리들만이 로컬 무선 네트워크(40)와 "연결"되도록 허용되는 한, 사용자에 의해 조립되는 로컬 무선 네트워크(40)가 안전할 것이다. 그에 부가하여, 마스터 노드 디바이스(42)는 단지 하나의 용접 전력 공급 유닛(12)을 제어할 수 있다. 특정의 실시예들에서, 로컬 무선 네트워크(40)에서 발신된 제어 및 통신 데이터에 대한 최종 목적지들은 다양한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 용접 전력 공급 유닛(12)은 로컬 무선 네트워크(40)의 커버리지 영역 내에서 작업하는 조작자가 용접 전력 공급 유닛(12)을 제어하는 것은 물론, 용접 전력 공급 유닛(12)으로부터 동작 파라미터들(예컨대, 전압 및 암페어 수(amperage) 설정, 접촉기 온/오프 상태 등)을 판독할 수 있게 한다. 도 4에 예시된 실시예에서, 용접 전력 공급 유닛(12)은 셀룰러 네트워크 통신(56), WiFi 액세스(58), 유선 이더넷 연결(60)(예컨대, LAN(local area network)), GPS(global positioning system)(62) 등(이들로 제한되지 않음)과 같은 다양한 하드웨어 인터페이스들(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12)의 "백 엔드")을 통해 인터넷(54) 상의 원격 위치들로(예컨대, 예를 들어, 클라우드 스토리지(cloud storage)로) 전송될 로컬 무선 네트워크(40)로부터의 데이터에 대한 액세스를 제공할 수 있다.
로컬 무선 네트워크(40)는, 본 명세서에 기술된 특수 보안 특징들의 구현을 통해, 로컬 무선 네트워크(40)에 의해, 용접 전력 공급 유닛(12)의 "프런트 엔드"라고 하는 것 또는 제어될 다른 산업 장비에 연결된다. 프런트 엔드에 대한 액세스는 인력 안전을 보장하기 위해 (예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12) 상의) 통상의 사용자 인터페이스들의 전력 공급 및 잠금(lockout)에 대한 완전한 제어를 가능하게 한다. 제어 철학은 어느 때든 용접 전력 공급 유닛(12)과 연관된 용접 장비 및 액세서리들(예컨대, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52))의 단지 하나의 사람 제어기(human controller)가 있을 수 있다는 것이다. 로컬 무선 네트워크(40)는 로컬 무선 네트워크(40)에 대한, 그리고 따라서 제어되고 있는 디바이스(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12))의 프런트 엔드에 대한 비인가 액세스를 방지하기 위해 몇개의 보안 특징들을 구현한다.
용접 전력 공급 유닛(12)의 프런트 엔드로부터 용접 전력 공급 유닛(12)의 "백 엔드"로의 그리고 그 반대로의 데이터 전송(이를 통해 용접 전력 공급 유닛(12)으로/으로의 통신이 행해짐)은 장비 안전 및 로컬 무선 네트워크(40)에서 발생된 데이터의 인가된 액세스의 모든 요구사항들을 충족시키도록 설계되어 있는 (예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12) 내의) 독점적 보안 방화벽(proprietary security firewall)을 통해 제어될 수 있다. 용접 전력 공급 유닛(12)이 외부 (공중) 네트워크에의 백 엔드 연결을 구현하지 않는 상황에서(예컨대, 도 5를 참조), (예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12)의) 프런트 엔드 상에 게이트웨이를 제공하는 방법은 인터넷(54)에의(예컨대, 클라우드 스토리지 또는 다른 집중된 및/또는 분산된 제어 시스템에의) 액세스를 가능하게 한다. 그에 따라, 용접 전력 공급 유닛(12)이 인터넷(54)에의 백 엔드 연결을 구현하는 데 필요한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 갖지 않는 경우에, 연결을 제공하는 특수 게이트웨이 디바이스가 구현될 수 있다. 예를 들어, 이 유형의 연결은, 셀룰러 네트워크 통신(56), WiFi 액세스(58), 유선 이더넷 연결(60), GPS(62), 및 기타 중 어느 하나 또는 모두에 연결될 때, 프런트 엔드 기능 및 백 엔드 기능 둘 다를 구현할 수 있는 동글형 디바이스(dongle-type device)(64)에서 구현될 수 있다. 이러한 동글형 디바이스(64)는 용접 전력 공급 유닛(12) 상의 쉽게 액세스가능한 커넥터에 꽂아질 수 있어, 동글형 디바이스(64)가 다양한 통신 링크들의 전시간 유지(full-time maintenance)에 필요한 전력을 인출할 수 있게 한다. 유익하게도, 현장에 이미 있는 이전의 용접 전력 공급 유닛들(12)이 이러한 동글형 디바이스(64)로 대체될 수 있어, 인터넷(54)에의 데이터 액세스에 부가하여, 용접 전력 공급 유닛(12)의 지능 제어를 제공할 수 있게 한다. 환언하면, 용접 전력 공급 유닛(12)으로부터의 무선 노드 연결들이 용접 전력 공급 유닛(12) 내에 구축될 수 있거나, 용접 전력 공급 유닛(12)에 구현되는 어떤 액세스 포트 커넥터에 꽂아질 수 있는 동글형 디바이스(64)로서 지원될 수 있다.
마스터 노드 디바이스(42)는, 페일 세이프(fail safe) 동작 모드를 제공하면서 자신과 용접 시스템(10)의 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 링크의 데이터 무결성이 비교적 높도록, 용접 시스템(10)의 용접 전력 공급 유닛(12)과 비교적 장거리(예컨대, 길이가 최대 300 피트 또는 심지어 그를 초과하는) 통신 연결(46)을 유지하는 디바이스이다. 마스터 노드 디바이스(42)는 또한 로컬 무선 네트워크(40)와 성공적으로 연결된 다양한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 의해 형성된 로컬 무선 네트워크(40)를 제어하고, 그 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 비교적 높은 링크 서비스 품질(link quality of service)(LQS)을 유지한다. 마스터 노드 디바이스(42)와 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 장거리 통신 연결(46)은 RS-485, RS-422, RS-644 및 기타(이들로 제한되지 않음)와 같은 "차동 시그널링(differential signaling)" 모드의 RF 링크 또는 하드와이어드(hardwired) 디지털 통신일 수 있다.
특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 물리적으로 도 4 및 도 5에 예시된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 중 임의의 것의 인클로저(enclosure) 내에 또는 그에 인접하여 위치해 있을 수 있다. 환언하면, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 용접 와이어 피더(14)에, 용접 토치(18)에, 용접 헬멧(34)에, 용접 제어 팬던트(36)에, 풋 페달(38)에, 그리고 기타에 구현될 수 있다. 예를 들어, 이상에서 논의된 바와 같이, 용접 와이어 피더(14)는 용접 동작을 완수하기 위해 다양한 유형 및 크기의 용접 와이어를 용접 토치(18)에 피드한다. 와이어 피더는 전형적으로 그의 입력을 용접 전력 공급 유닛(12)과 같은 용접 전력 공급 장치로부터 받고, 용접 케이블들(예컨대, 도 1에 예시된 용접 케이블들(20, 28))을 통해 용접 토치(예컨대, 용접 토치(18))로 전달되고 있는 에너지에 대한 용접 와이어 피드 속도를 생성한다. 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)의 기능이 용접 와이어 피더(14)의 인클로저(예컨대, 하우징) 내에 구현될 수 있다.
다른 예로서, 앞서 기술한 바와 같이, 용접 헬멧(34)은 용접 시스템(10)의 조작자의 머리에 착용되고 용접 공정 동안 발생되는 자외선(UV ray) 및 찌꺼기로부터 조작자의 눈을 보호하는 디바이스이다. 용접 헬멧(34)은 또한 전압, 전류, 접점 폐쇄 상태(contact closure status) 등과 같은 용접 전력 공급 유닛(12)에 대해 현재 설정되어 있는 용접 파라미터들에 관한 데이터를 (예컨대, 용접 헬멧(34) 내의 디스플레이 패널 또는 다른 표시등을 사용하여) 조작자에게 제공한다. 용접 헬멧(34)은 또한 데이터를 용접 전력 공급 유닛(12)으로 송신할 수 있고, 여기서 데이터는 조작자에 의해 (예컨대, 용접 헬멧(34) 상의 버튼들, 키패드들, 및 다른 사용자 인터페이스 요소들의 활성화를 통해) 발생된다. 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)의 기능이 용접 헬멧(34) 내에 구현될 수 있다.
추가의 예로서, 앞서 기술한 바와 같이, 용접 제어 팬던트(36)는 종종 사용자 인터페이스를 제공하는 그래픽 디스플레이 또는 7-세그먼트 디스플레이를 갖는 배터리-전원의 핸드헬드 디바이스이며, 조작자가 용접 전력 공급 유닛(12)(그리고, 특정의 실시예들에서, 용접 와이어 피더(14))의 용접 파라미터들 및 설정들을 관찰할 수 있게 하는 것은 물론, 다양한 모드들에서 동작하도록 명령들을 용접 전력 공급 유닛(12)(그리고, 특정의 실시예들에서, 용접 와이어 피더(14))으로 송신할 수 있게 한다. 특정의 실시예들에서, 용접 제어 팬던트(36)는 용접 전력 공급 유닛(12)의 조작자 제어를 가능하게 하는 몇개의 제어 버튼들을 가진다. 그에 부가하여, 로컬 무선 네트워크(40)의 다양한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)로부터의 다른 정보가 용접 제어 팬던트(36) 상에 디스플레이될 수 있고 그리고/또는 용접 제어 펜던트(36)로부터 로컬 무선 네트워크(40)의 다른 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)로 송신될 수 있다. 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)의 기능이 용접 제어 팬던트(36) 내에 구현될 수 있다.
추가의 예로서, 앞서 기술한 바와 같이, 풋 페달(38)은 전압, 전류, 접촉기 상태 등에 대한 특정의 조절들을 용접 전력 공급 유닛(12)(그리고, 특정의 실시예들에서, 용접 와이어 피더(14))에 신호하기 위해 용접 시스템(10)의 조작자가 그의 상부 플랫폼을 누를 수 있는 바닥 상에 위치해 있는 디바이스이다. 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)의 기능이 풋 페달(38)의 몸체 내에 구현될 수 있다. 그에 부가하여, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)의 기능이 용접 토치(18)의 몸체 내에 구현될 수 있다.
도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 로컬 무선 네트워크(40)는 또한, 특정의 실시예들에서, 임의의 근방의 마스터 노드 디바이스(42)와 통신할 수 있는 배터리-전원 RF 디바이스들일 수 있는 복수의 센서들(66)을 포함할 수 있다. 센서들(66)은 데이터가 인터넷(54)으로 업로드될 수 있도록 마스터 노드 디바이스(42)를 통해 데이터를 송신할 수 있다. 특정의 실시예들에서, 센서들(66)은 심지어 특정의 로컬 무선 네트워크(40)의 동작들과 실제로 연관되어 있지 않을 수 있다. 환언하면, 특정의 센서들(66)은 마스터 노드 디바이스(42) - 센서들이 이를 통해 통신함 - 와 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)을 제어하는 데 사용되지 않을 수 있다. 그렇지만, 센서들(66)은 그럼에도 불구하고 로컬 무선 네트워크(40)를 사용할 수 있고, 그들의 데이터 페이로드가 특정의 목적지(예컨대, 클라우드 스토리지 또는 다른 집중된 및/또는 분산된 제어 시스템)로 전송될 수 있게 하기 위해 임의의 로컬 무선 네트워크(40)와 연결될 수 있다. 환언하면, 마스터 노드 디바이스들(42)은 센서들(66)이 용접 작업을 위해 사용되는 용접 시스템(10)의 일부인지 여부에 관계없이 센서들(66)의 데이터 통신을 가능하게 하는 데 사용될 수 있고, 로컬 무선 네트워크(40)에 가입하기 위해 어떤 수동 연결 수단도 필요로 하지 않는다.
장거리 무선 통신 연결(46)을 사용하는 특정의 상황들에서, 마스터 노드 디바이스(42)와 제어되는 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 거리는 마스터 노드 디바이스(42)의 RF 파(또는 다른 무선 신호)가 무결성의 손실 없이(타당한 무결성의 손실이 있으면서) 이동할 수 있는 것보다 더 길 수 있다. 그에 따라, 이러한 경우들에서, 도달거리 확장 무선 라우터(68)는 마스터 노드 디바이스(42) 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 간극을 브리징하는 데 사용될 수 있다. 도 6은 본 개시 내용에 따른, 도달거리 확장 무선 라우터(68)에 접속되어 있는 한 예시적인 로컬 무선 네트워크(40)의 개략도이다. 마스터 노드 디바이스들(42)에서와 같이, 도달거리 확장 무선 라우터(68)의 이상적인 도달거리는 약 300 피트일 수 있고, 마스터 노드 디바이스(42) 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 거리가 300 피트보다 실질적으로 더 큰 경우, 도달거리 확장 무선 라우터(68)는 마스터 노드 디바이스(42) 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12) 사이에 위치될 수 있다.
특정의 실시예들에서, 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 용접 시스템(10)의 조작자가 마스터 노드 디바이스(42)와 로컬 무선 네트워크(40)의 다양한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)을 아주 근접하여 보유하고 있을 때 2개의 디바이스들 사이의 연결이 형성된다. 예를 들어, 도 7은 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 마스터 노드 디바이스(42) 및 용접 전력 공급 유닛(12)(또는 임의의 다른 액세서리 노드) 상의 각자의 연결 버튼들(70)을 동시에 누르는 것을 통해 마스터 노드 디바이스(42) 및 용접 전력 공급 유닛(12)이 서로 연결되는 것을 나타낸 개략도이다. 버튼들(70)로서 예시되어 있지만, 동기화 메커니즘이 디바이스들을 제어 및 명령 네트워크(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40))에 가입시키고자 하는 용접 조작자의 바램을 적절히 전달하는 한, 특정의 실시예들에서, 디바이스들의 연결을 수동으로 개시하기 위한 임의의 적당한 수단(예컨대, 동기화 메커니즘)이 사용될 수 있다. 다양한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)은 또한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42)의 연결을 수동으로 개시하기 위한 유사한 수단을 포함한다. 그에 따라, 연결 절차는 로컬 무선 네트워크(40)를 형성하는 것에서의 사용자 의도를 접수하고, 로컬 무선 네트워크(40)는, 일단 형성되면, 마스터 노드 디바이스(42)와 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)을 제어 및 모니터링하기 위해 네트워킹 세션의 지속기간 동안 사용될 것이다. 로컬 무선 네트워크(40)가 일단 설정되면, 마스터 노드 디바이스(42)와 부가의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 사이의 연결 절차를 반복하는 것에 의해, 부가의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 로컬 무선 네트워크(40)에 추가될 수 있다.
마스터 노드 디바이스(42)는 제어 세션이 종료될 때까지 마스터 노드 디바이스(42)의 로컬 무선 네트워크(40)와 연결된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 간의 통신의 모든 측면들을 추적하고 제어한다. 제어 세션을 종료시키는 것은 몇가지 방식들로 달성될 수 있다. 예를 들어, 마스터 노드 디바이스(42)가 로컬 무선 네트워크(40)로부터 제거될 때, 제어 세션이 종료될 수 있다. 한 예로서, 마스터 노드 디바이스(42)가 지정된 기간(예컨대, 특정의 실시예들에서, 약 5 초) 동안 제어 신호를 로컬 무선 네트워크(40)로부터 수신하거나 그로 전송하지 않은 경우, 로컬 무선 네트워크(40)의 제어 세션이 종료될 수 있다. 이 조건은 마스터 노드 디바이스(42)의 전원이 꺼지는 경우 또는 마스터 노드 디바이스(42)가 임의의 수단을 통해 그와 연결된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)와 통신하지 못하게 되는 경우 일어날 수 있다. 특정의 실시예들에서, 유효한 "하트비트(heartbeat)"(즉, 마스터 노드 디바이스(42)로의 또는 그로부터의 통신)가 없는 경우, 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 그 자신을 로컬 무선 네트워크(40)로부터 분리시키고, 그의 대응하는 기능을 유휴 상태(idle)로 설정하며, 대기 또는 슬립 모드에 들어갈 것이다. 이 하트비트 메커니즘은, 마스터 노드 디바이스(42)와 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 통신 링크가 중단되는 경우, 용접 전력 공급 유닛(12)을 안전 조건으로 지능적으로 복귀시킬 수 있다. 제어 세션이 종료될 수 있는 다른 상황은, 인터페이스 동글형 디바이스(64)가 용접 전력 공급 유닛(12)의 액세스 포트 커넥터로부터 제거되었을 때, 또는 용접 전력 공급 유닛(12)이 전원으로부터 제거되었을 때(용접 전력 공급 유닛(12)이 대안의 백업 전원에 액세스할 수 없음)와 같이, 용접 전력 공급 유닛(12)이 그가 연결되어 있던 로컬 무선 네트워크(40)로부터 "사라질" 때이다. 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)가 용접 전력 공급 유닛(12)이 지정된 기간(예컨대, 특정의 실시예들에서, 약 5 초) 동안 액세스가능하지 않은 것을 관찰하는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 로컬 무선 네트워크(40)의 제어 세션이 종료된 것으로 결정하고, 연결된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)을 로컬 무선 네트워크(40)로부터 분리시키며, 네트워킹 세션을 닫고, 그 자신을 대기 또는 슬립 모드에 둘 수 있다.
로컬 무선 네트워크(40)가 일단 설정되면, 명령들 및 메시지들이 마스터 노드 디바이스(42)로부터 용접 전력 공급 유닛(12)으로 송신될 수 있고, 이러한 메시지들은 마스터 노드 디바이스(42)에서 또는 연결된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에서 발신된다. 연결된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)로부터 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 수신되는 명령들 및 메시지들은 패킷화되고, 최적의 데이터 크기 및 패킷 레이트로 결합되며, 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 버퍼링되거나 용접 전력 공급 유닛(12)으로 즉각 송신된다. 각각의 통신은 수신기에 의해 확인 응답되고, 체크섬, AES(advanced encryption standard) 보안 서명, 기타를 사용하여 무결성에 대해 검사된다.
따라서, 로컬 무선 네트워크(40)는 다양한 산업 장비들(예컨대, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)) 간의 명령 및 데이터 통신을 제어하고 조정하기 위한 무선 통신 네트워킹 기술들을 구현한다. 보다 구체적으로는, 로컬 무선 네트워크(40)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 및 용접 전력 공급 유닛(12)과 같은 산업 장비에의 전기 인터페이스들을 갖는 지능적 무선 노드들을 포함한다. 본 명세서에 기술된 무선 통신 기술들은 작업이 완료되면, 본 명세서에 기술된 간단하고 직관적인 방법들을 통해 이전의 로컬 무선 네트워크(40)를 분리시키고 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)을 새로운 로컬 무선 네트워크(40)의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)로서 수동으로 재프로그램하는 것에 의해, 다른 장소들에 있는 다른 인력들에 의한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 재사용을 가능하게 한다.
그에 부가하여, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 개선된 네트워크 강건성을 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은, 인접한 무선 네트워크들(예컨대, 다른 로컬 무선 네트워크들(40))에서 손상 또는 중단이 일어나는 일 없이, 다수의 로컬 무선 네트워크들(40)이 서로의 RF 도달거리 내에서 동작될 수 있게 한다. 상세하게는, 이 아키텍처는 산업 제조 설비의 용접소에서 다수의 무선 제어 및 통신 네트워크들을 처리하기에 충분히 강건하고 지능적이다. 예를 들어, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는, 새로운 로컬 무선 네트워크(40)를 설정할 시에, 인접한 로컬 무선 네트워크들(40)에서 동작하는 다른 마스터 노드 디바이스들(42)을 찾아 ISM(industrial scientific and medical band) 주파수 범위 내의 모든 채널들을 스캔할 것이다. 동일한 ISM 채널을 사용하는 인접한 마스터 노드 디바이스(42)가 발견되면, 스캔하는 마스터 노드 디바이스(42)는 그 자신의 로컬 무선 네트워크(40)를 다른 채널로 이동시킬 수 있는지를 조사할 것이고, 그 정보를 근방에서 검출된 다른 마스터 노드 디바이스들(42)로 전달할 것이다.
게다가, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 WiFi, 블루투스, 또는 Zigbee 무선기, 또는 근방에서 동작하는 다른 용접 전력 공급 유닛들(12) 등의 일반 노이즈 소스들과 같은 비면허 ISM 대역에서 동작하는 다른 무선 노드들로부터의 간섭을 처리하는 개선된 방법들을 제공한다. 이러한 용접 노이즈는 ISM 대역과 중복하는 주파수 대역들에 큰 RF 에너지 스파이크들을 발생시킬 가능성이 있다. 마스터 노드 디바이스(42)는, 새로운 로컬 무선 네트워크(40)를 설정할 시에, 노이즈 소스들을 찾아 ISM 대역에서의 모든 채널들을 스캔할 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 현재 사용되는 ISM 채널에서 노이즈 소스들이 검출되는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 이동할 다른 ISM 채널들을 조사할 것이고, 적당한 ISM 채널이 발견될 때, 마스터 노드 디바이스(42)는 그의 연결된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 전부를 새로운 ISM 채널 번호로 재프로그램할 것이다. 특정의 실시예들에서, 재귀적 검사는 이용가능한 가장 노이즈 없는 ISM 채널을 발견하려고 계속하여 시도할 수 있다.
더욱이, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 개선된 전력 최적화를 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 로컬 무선 네트워크(40)에 조립되는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 대한 저전력 동작 및 프로그램가능 웨이크 시간(wake time)들을 가능하게 한다. 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 전력을 공급하는 것에 관련된 타이밍 파라미터들은 이용가능 배터리 에너지의 함수에 관해 평형된, 조작자의 대역폭 및 응답성에 대한 요구에 기초하여 결정된다. 각각의 마스터 노드 디바이스(42)는 그와 연결된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 요구사항들을 결정하고, 지원을 요청하는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 대해 전력 관리를 수행한다. 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 전력이 관리될 필요가 있는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)은 슬립 모드에 놓여질 수 있고, 웨이크 타이머(wake timer)는 적절한 통신 및 타당한 응답 레이턴시를 위해 네트워크 파라미터들에 의해 요구되는 최소 응답 시간을 여전히 가능하게 하는 기간으로 프로그램된다. 요구된 레이턴시가 0(또는 순간)인 경우, 로컬 무선 네트워크(40)에서의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 중 어느 것도 슬립 모드로 갈 수 없을 것이다.
웨이크 시간으로 일단 프로그램되면, 전력 관리를 요청하는 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 사전 정의된 기간 동안 "딥 슬립 모드(deep sleep mode)"에 놓일 수 있다. 슬립 기간이 경과할 때, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 웨이크업되고, 마스터 노드 디바이스(42)로부터 송신되는 하트비트 확인 응답 메시지에 응답할 수 있다. 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 로컬 무선 네트워크(40)로부터 분리될 때, 이들은 딥 슬립 모드에 들어가도록 프로그램되고, 조작자가 이들을 새로운 로컬 무선 네트워크(40)에 연결시키려고 시도할 때만 웨이크업(wake up)할 것이다.
특정의 실시예들에서, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은, 그에 부가하여, 주어진 작업 현장에서의 계속된 작업의 결과로서 축적된 이력 및 시간 평균에 기초하여 상이한 무선 채널들 상의 노이즈 소스들에 대해 검사할 때를 결정하는 "적응적" 방법을 제공할 수 있다. 적응적 기법들을 사용하는 것은 마스터 노드 디바이스(42)가 노이즈 완화 대책들이 이용될 필요가 많을 때를 아는 것 및 예측하는 것에 의해 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 배터리 수명을 극대화할 수 있게 한다.
그에 부가하여, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 주어진 로컬 무선 네트워크(40) 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 개선된 연결 및 보안을 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 산업 제조 현장에 있는 용접공들과 같은 산업 현장에 있는 작업자들이 상이한 산업 장비 디바이스들(예컨대, 본 명세서에 기술된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52))을 단순히 서로에 아주 근접하게 가져가는 것 및 이와 동시에 양쪽 디바이스들 상의 연결 버튼들(70)을 누르는 것에 의해 이들을 연결시킬 수 있게 하여, 안전한 제어 및 통신 네트워크(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40))를 형성한다. 부가의 디바이스들(예컨대, 본 명세서에 기술된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52))은 이와 같이 이들을 마스터 노드 디바이스(42)와 연결시키는 것에 의해 로컬 무선 네트워크(40)에 추가될 수 있다.
게다가, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 필요에 따라 수집되고 배포될 네트워크 센서 정보를 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 무선 통신 네트워킹 기술들은 산업 현장에 있는 센서 노드들(예컨대, 센서들(66))이 임의의 근방의 로컬 무선 네트워크들(40)과 연결될 수 있게 하여, 로컬 수퍼바이저(local supervisor)로의, 클라우드 스토리지로의, 집중된 및/또는 분산된 제어 시스템들로의, 그리고 기타로의 센서 데이터의 전송을 가능하게 한다. 최종 목적지의 IP 주소로 프로그램된 센서들(66)은 임의의 근방의 로컬 무선 네트워크들(40)로부터 그 위치에의 액세스를 요청할 수 있고, 이러한 로컬 무선 네트워크들(40)은 센서 데이터가 (그의 능력 및 다른 근방의 네트워크들의 능력의 지능적 매핑을 통해) 그의 최종 목적지로 계속 포워딩될 수 있게 한다. 특정의 실시예들에서, 센서들(66)은 센서 데이터가 수신되었고 결코 오염되어 있지 않다는 보안 확인 응답을 최종 목적지로부터 수신할 때까지 (예컨대, 무한의 데이터 보유가 가능하지 않은 경우) 그의 로컬 데이터를 폐기하지 않을 것이다.
도 8은 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 로컬 무선 네트워크(40)의 동작을 용이하게 하는 각각의 디바이스의 내부 회로를 나타낸, 한 예시적인 용접 전력 공급 유닛(12), 마스터 노드 디바이스(42), 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)(예컨대, 용접 와이어 피더(14), 용접 토치(18), 용접 헬멧(34), 용접 제어 팬던트(36), 풋 페달(38) 등)의 개략도이다. 예를 들어, 도 8에 예시된 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)는 장거리 무선 통신 링크(예컨대, 도 2 내지 도 5에 예시된 장거리 통신 연결(46))를 통한 용접 전력 공급 유닛(12)과의 무선 통신을 용이하게 하도록, 그리고 단거리 무선 통신 네트워크(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 연결들(44))를 통한 하나 이상의 용접 관련 디바이스들(예컨대, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52))과의 무선 통신을 용이하게 하도록 구성된 무선 통신 회로(72)를 포함한다. 잘 알 것인 바와 같이, 용접 전력 공급 유닛(12)은 또한 장거리 무선 통신 링크(예컨대, 도 2 내지 도 5에 예시된 장거리 통신 연결(46))를 통한 마스터 노드 디바이스(42)와의 무선 통신을 용이하게 하도록 구성된 무선 통신 회로(72)를 포함한다. 그에 부가하여, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)은 또한 단거리 무선 통신 네트워크(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 연결들(44))를 통한 마스터 노드 디바이스(42)와의 무선 통신을 용이하게 하도록 구성된 무선 통신 회로(72)를 포함한다.
앞서 기술한 바와 같이, 특정의 실시예들에서, 용접 전력 공급 유닛(12)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 장거리 무선 통신 링크(예컨대, 도 2 내지 도 5에 예시된 장거리 통신 연결(46))는 RF 통신 링크로서 형성될 수 있고, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 단거리 무선 통신 네트워크(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 연결들(44))도 이와 유사하게 RF 통신 기술들을 이용할 수 있다. 그에 따라, 특정의 실시예들에서, 디바이스들의 무선 통신 회로(72)는 RF 송신기들 및 센서들과 같은 RF 통신 회로를 포함할 수 있다. 그렇지만, 다른 실시예들에서, 용접 전력 공급 유닛(12)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이에서 그리고 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이에서 무선으로 통신하기 위한 임의의 적당한 수단이 이용될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)의 무선 통신 회로(72) 및 용접 전력 공급 유닛(12)의 무선 통신 회로(72)는 약 300 피트의 전송 범위로 용접 전력 공급 유닛(12)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이에 장거리 무선 통신 링크(예컨대, 도 2 내지 도 5에 예시된 장거리 통신 연결(46))를 설정하여 이용하도록 구성될 수 있다. 그렇지만, 다른 실시예들에서, 용접 전력 공급 유닛(12)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 장거리 무선 통신 링크(예컨대, 도 2 내지 도 5에 예시된 장거리 통신 연결(46))의 전송 범위는 본 명세서에서 앞서 언급한 300 피트를 초과할 수 있다.
그에 부가하여, 앞서 기술한 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)의 무선 통신 회로(72) 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 무선 통신 회로(72)는 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 20 내지 25 피트의 전송 범위로 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이에 단거리 무선 통신 네트워크(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 연결들(44))를 설정하여 이용하도록 구성될 수 있다. 그렇지만, 다른 실시예에서, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 단거리 무선 통신 네트워크(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 연결들(44))의 전송 범위는 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 10 피트 내지 약 50 피트의 범위에, 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 15 피트 내지 약 40 피트의 범위에, 마스터 노드 디바이스(42)로부터 약 20 피트 내지 약 30 피트의 범위에, 또는 임의의 다른 적당한 범위에 있을 수 있다. 일반적으로, 로컬 무선 네트워크(40)의 로컬 무선 연결들(44)은, 너무 멀리 방사함으로써 전력을 낭비하고 어쩌면 다른 근방의 디바이스들을 간섭하지 않도록, 무선 통신 회로(72)의 전력을 낮추는 것에 의해 생성된다.
그에 부가하여, 도 8에 예시된 바와 같이, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42) 및 용접 전력 공급 유닛(12)은 주 통신 모드로서 또는 용접 전력 공급 유닛(12)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 장거리 무선 통신 링크(예컨대, 도 2 내지 도 5에 예시된 장거리 통신 연결(46))를 통한 통신이 허용되지 않을 때(예컨대, 장거리 통신 연결(46)의 일시적인 중단 동안) 또는 둘 다에서 용접 케이블(예컨대, 용접 케이블들(20, 28)) 또는 다른 유선 디지털 통신 링크를 통한 용접 전력 공급 유닛(12)와의 유선 디지털 통신(예컨대, WCC(welding cable communication)는 물론, 다른 형태의 유선 디지털 통신)을 용이하게 하도록 구성된 유선 통신 회로(74)를 포함한다.
네트워크 연결 및 보안
그에 부가하여, 도 8에 예시된 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42) 간의 연결을 용이하게 하기 위한 것은 물론, 예를 들어, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이에 형성된 로컬 무선 네트워크(40)에의 비인가 액세스를 방지하는 것에 의해 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52), 마스터 노드 디바이스(42), 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)이 서로 안전하게 동작하도록 보장하기 위한 네트워크 연결/보안 회로(76)를 포함한다.
앞서 기술된 바와 같이, 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로부터의 통신 트래픽은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 라우터 및 우선순위화 제어기로서 기능하는 그리고 궁극적으로 정확한 메시지들을 최종 목적지로 라우팅하는 마스터 노드 디바이스(42)로 송신된다. (예컨대, 디바이스가 마스터 노드 디바이스(42)와 함께 사용하기에 적절한 인가된 및 인증된 디바이스라는 것을 나타내는) 적절한 크리덴셜들을 가지는 그리고 (예컨대, 앞서 기술한 연결 버튼들(70)과 같은 동기화 메커니즘을 누르는 것을 통한) "사용자 의도" 입력에 기초하여 동기화된 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)만이 로컬 무선 네트워크(40)과 "연결"되도록 허용되는 한, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 마스터 노드 디바이스(42) 사이에 형성되는 로컬 무선 네트워크(40)는 안전할 것이다. 게다가, 마스터 노드 디바이스(42)는 하나의 용접 전력 공급 유닛(12)만을 제어하도록 허용되고, 그로써 형성된 로컬 무선 네트워크(40)의 보안을 추가로 향상시킨다.
앞서 기술한 바와 같이, 특정의 실시예들에서, 네트워크 연결/보안 회로(76)에 의해 수행되는 연결 절차는 페어링 단계에 관여된 각각의 디바이스의 특수 설계된 연결 버튼(70)을 수동으로 누른 채로 있는 것에 의해 개시되고, 따라서 마스터 노드 디바이스(42)와 조작자가 로컬 무선 네트워크(40)에 추가하고자 하는 각각의 디바이스 사이에서 페어링이 항상 수행된다. 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 성공적으로 마스터 노드 디바이스(42)에 등록되고 그와 연결되면, 그는 로컬 무선 네트워크(40)가 해체될 때까지 로컬 무선 네트워크(40)에 활성 참여자로서 남아 있을 것이다. 로컬 무선 네트워크(40)의 해체 후에, 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52) 및 마스터 노드 디바이스(42)는 다른 로컬 무선 네트워크들(40)과 자유롭게 연결된다.
(예컨대, 네트워크 연결/보안 회로(76)를 사용하는) 마스터 노드 디바이스(42)는, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)와의 예비 통신을 통해, 그가 통신 세션에서의 마스터 노드 디바이스(42)인 것으로 그리고 통신 세션에서의 상대방 노드가, 그 중에서도 특히, 적절한 인가 크리덴셜, MAC 주소, 및 보안 액세스 코드를 갖는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)인 것으로 결정할 것이다. 인가 및 인증되지 않은 그리고 안전 및 신뢰성 표준들을 충족시키지 않는 다른 무선 디바이스들(예컨대, Zigbee 무선 디바이스들)이 로컬 무선 네트워크(40)에 가입하여 로컬 무선 네트워크(40) 상의 다른 디바이스들과 데이터를 교환할 수 있는 것을 방지하기 위해 이 검증이 필요하다.
용접 전력 공급 유닛(12)이 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 수락되면, 2개의 초기 디바이스들은 로컬 무선 네트워크(40)를 형성한다. 로컬 무선 네트워크(40)를 형성하는 프로세스에서 마스터 노드 디바이스(42)에 연결하는 제1 디바이스는 항상 용접 전력 공급 유닛(12) 또는 동글형 디바이스(64)이고, 따라서 가장 간단하고 가장 작은 네트워크는 보통 마스터 노드 디바이스(42)라고 하는 적어도 하나의 제어기, 및 네트워크 제어기(즉, 마스터 노드 디바이스(42))에 의해 제어될 것으로 예상되는 디바이스로 생각되는 용접 전력 공급 유닛(12)과 같은 액세서리 노드로 이루어져 있다.
로컬 무선 네트워크(40)를 설정한 직후, 마스터 노드 디바이스(42)(다시 말하지만, 흔히 네트워크 제어기라고 함)의 네트워크 연결/보안 회로(76)는 채널 번호, 슬립/웨이크업 타이머 값, 초기 전송 전력 레벨, 및 로컬 무선 네트워크(40) 내에서의 전송을 제어하는 데 필요한 다른 파라미터들로 액세서리 노드를 프로그램할 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)의 네트워크 연결/보안 회로(76)는 또한 배터리 레벨, 수신기 감도, 및 액세서리 노드의 RF 자원들을 관리하는 데 도움이 되는 다른 파라미터들과 같은, 액세서리 노드로부터의 상태 정보를 필요로 할 것이다. 이 단계들이 또한 (예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 개시 시에 용접 전력 공급 유닛(12) 또는 동글형 디바이스(64)만이 아니라) 차후에 로컬 무선 네트워크(40)에 추가되는 다양한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 대해 행해질 것임을 잘 알 것이다.
본 명세서에 기술된 연결 방법은 무선 노드들이 고유의 일련 번호(예컨대, 노드 ID)를 제공하는 것만으로 연결될 수 있게 하는 전형적인 연결 방법들(예컨대, Zigbee 연결 방법)과 상이하다. 제어 및 통신 네트워크를 구현할 때, 이러한 방법들은 원하는 레벨의 보안을 제공하지 않는데, 그 이유는 거의 모든 디바이스가 정확한 제조업체 범위에 있고 적절한 포맷으로 된 노드 ID를 모방할 수 있고 따라서 액세스가 적절하지 않은 상황에서 액세스를 승인받을 수 있고, 그 결과, 그 중에서도 특히, 안전하지 않은 동작이 일어날 수 있기 때문이다.
도 7과 관련하여 앞서 간략히 기술한 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)의 네트워크 연결/보안 회로(76)가 2개의 디바이스들에서의 사용자로부터의 연결 키 누름(예컨대, 전용 연결 버튼들(70)의 누름)을 통지할 때, 네트워크 연결/보안 회로(76)는 연결 프로세스를 개시한다. 네트워크 연결/보안 회로(76)는 버튼들(70)이 사용자에 의해 눌러진 채로 있는 한 연결 모드(association mode)에 있다. 연결 모드에 있는 동안, 네트워크 연결/보안 회로(76)는 먼저 통신 채널을 15로 설정하고, 채널 15를 통해 CCA(clear channel assessment)를 요청하며, 다른 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 그의 비콘을 듣고 가입하기로 결정할 수 있는 전송 범위를 제한하기 위해 마스터 노드 디바이스(42)의(예컨대, 무선 통신 회로(73)의) 전송 전력을 칩셋에 의해 허용되는 가장 낮은 레벨(예컨대, 특정의 실시예들에서, 약 -17 dBm)로 낮춘다.
마스터 노드 디바이스(42)는 이어서 채널 15를 통해 비콘을 송출하여, 무선 전송 범위 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 대한 네트워크 코디네이터(network coordinator)로서의 그의 이용가능성을 알린다. 마스터 노드 디바이스(42) 및/또는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 에너지 검출 회로(78)가 채널 15를 비교적 노이즈가 많은 채널로 생각하지 않는 한(그렇게 생각할 때에는, 그 다음으로 이용가능한 채널들(예컨대, 채널 20, 채널 25, 및 채널 26)이 사용됨), 모든 연결은 채널 15를 통해 일어난다. 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 매 10 밀리초마다 비콘을 반복하고, 마스터 노드 디바이스(42)와 연결하고자 하는 임의의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로부터의 응답이 있는지 20 밀리초 동안 기다린다. 주어진 기간(예컨대, 특정의 실시예들에서, 1000 밀리초) 동안 채널 15를 통해 아무런 대답도 수신되지 않고 에너지 검출 회로(78)의 알고리즘들이 비교적 낮은 에너지(즉, 채널이 통신하기에 충분히 깨끗함)를 보고하는 경우, 네트워크 연결/보안 회로(76)는 마스터 노드 디바이스(42)와 연결하고자 하는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 없는 것으로 가정하고, 연결 트랜잭션(association transaction)을 종료한다. 에너지 검출 회로(78)의 알고리즘들이 채널 15 상에서 노이즈를 검출하고, 사용자가 여전히 마스터 노드 디바이스(42) 상의 연결 버튼(70)을 누르고 있는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 그 다음으로 이용가능한 채널(예컨대, 채널 20)을 통해 비콘들을 송출할 것이고, 다음과 같은 2가지 것들 중 어느 하나가 일어날 때까지 비코닝 절차(beaconing procedure)를 반복한다: (1) 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 발견되고, 네트워크 연결/보안 회로(76)에 의해 연결 절차가 개시되거나, (2) 모든 다른 이용가능한 채널들(예컨대, 특정의 실시예들에서, 채널 20, 채널 25, 및 채널 26)을 순회한 후에 채널 탐색 카운터(channel seek counter)가 15의 값으로 랩어라운드(wrap around)된다. 사용자가 마스터 노드 디바이스(42) 상의 연결 버튼(70)을 계속 누르고 있는 한, 알고리즘들은 노이즈가 존재할 때 마스터 노드 디바이스(42)에의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 연결을 완료하기 위해 사용할 수 있는 깨끗한 채널을 찾기 위해 채널들을 계속 전환할 것이다.
용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 검출되는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 로컬 무선 네트워크(40)에 매핑할지 그를 거부할지를 결정하기 위해, 그 중에서도 특히, MAC(media access control) 주소 및 액세서리 노드 기능 코드를 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)에 요청할 것이다. 이 방법은 디바이스들이 "올바른" 유형인 경우(즉, 종단점 노드는 코디네이터 노드에 항상 연결할 수 있음) 디바이스들이 연결할 수 있게 하는 전형적인 노드 연결 방법들(예컨대, Zigbee)과 상이하다. 마스터 노드 디바이스(42)와의 연결을 요청하는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 적어도 3개의 최소 기준들을 충족시켜야만 한다. 첫째, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 0xFFFF의 "짧은 네트워크 주소"를 가져야만 하고, 이는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 다른 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 하나의 주소로 영구적으로 프로그램되지 않았다는 것(즉, 다른 로컬 무선 네트워크(40)에 속한다는 것)을 의미한다. 둘째, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 적절한 제조업체의 범위에 있는 MAC 주소를 처리해야만 한다. 셋째, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 연결 규칙들의 시퀀스에 따른 올바른 기능을 소유해야만 한다. 예를 들어, 이상에서 논의된 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)에 연결할 제1 노드는 장비 노드(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12) 또는 제어되는 다른 산업 장비)이다. 그에 부가하여, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52) 유형들의 중복이 제한되고, 어떤 경우들에서, 방지된다. 예를 들어, 일부 노드 유형들은 로컬 무선 네트워크(40)에 각각의 유형의 다수의 인스턴스들을 가지도록 허용되는 반면, 일부는 그렇지 않다(예컨대, 각각의 로컬 무선 네트워크(40)마다 단지 하나의 용접 토치(18)만이 있을 수 있는 반면, 각각의 로컬 무선 네트워크(40)마다 다수의 센서들(66)이 있을 수 있다). 게다가, 연결 규칙들은 마스터 노드 디바이스(42)가 구축하게 될 로컬 무선 네트워크(40)의 유형에 의해 최소의 전력 절감 및 데이터 처리율 세트가 요구되도록 보장한다.
용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 마스터 노드 디바이스(42)와 연결되기 위한 최소 기준을 통과하는 것으로 가정하면, 네트워크 연결/보안 회로(76)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 로컬 무선 네트워크(40)에 매핑하고 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 (로컬 무선 네트워크(40) 내에서의) 그의 기능을 나타내는 "짧은 네트워크 주소" 및 다른 계층적 네트워크 파라미터들은 물론, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 동작 동안 일시적으로 슬립으로 될 필요가 있는 배터리-전원 디바이스인 경우 슬립 모드 타이밍으로 프로그램할 것이다. 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 로컬 무선 네트워크(40)에 추가되면, 네트워크 연결/보안 회로(76)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 하트비트 간격으로 프로그램할 것이고, 로컬 무선 네트워크(40)의 안전 및 보안 특징들을 유지하기 위해 그 디바이스가 여전히 얼라이브(alive)라는 주기적인 표시를 제공할 것으로 예상할 것이다. 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로부터의 하트비트 데이터 패킷은, 그 중에서도 특히, 다음과 같은 데이터를 포함할 수 있다: (1) 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 배터리 레벨(예컨대, 높음, 중간, 또는 낮음), (2) 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 전송 전력 레벨 설정, (3) 이전의 패킷으로부터 측정된 수신기 감도, 및 (4) 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 선택적인 커스텀 서명(custom signature). 특정의 실시예들에서, 이 데이터의 서브셋들의 일부 및 전부가 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)에 의해 제공될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 전기적 또는 기계적 오동작으로 인해 로컬 무선 네트워크(40)로부터 누락되고 이러한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 마스터 노드 디바이스(42)와의 3개의 연속적인 하트비트 사이클들을 로그하지 못한 경우, 네트워크 연결/보안 회로(76)는 다음과 같은 방식으로 동작할 것이다. 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 용접 전력 공급 유닛(12)와 같은 장비를 능동적으로 제어하고 있는 경우(예컨대, 피제어 장비에 대한 마지막 제어 명령이 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로부터 온 것으로 결정되는 경우), 네트워크 연결/보안 회로(76)는 그 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 로컬 무선 네트워크(40)로부터 즉각 단절(disassociate)시키고 사용자 피드백을 제공하기 위해 사용되는 오류 플래그를 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로 송신할 것이다. 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 사용자 디스플레이 디바이스와 같이 "안전에 아주 중요한 것이 아닌(safety non-critical)" 경우, 네트워크 연결/보안 회로(76)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 상실을 버퍼에 로그할 것이고, 연결 비콘(association beacon)들을 반복하는 것에 의해 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 위치 확인하려고 시도하고 (1) 맨 처음에 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)와 연결한 로컬 무선 네트워크(40)가 여전히 동작 중이고, (2) 짧은 네트워크 주소, 노드 기능, 및 제조업체 코드가 상실된 것으로 검출된 노드와 일치하기만 하다면 그 특정의 주소를 갖는 그 특정의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)만이 자동으로 재연결(re-associate)할 수 있게 할 것이다.
임의의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 적절히 연결되었던 로컬 무선 네트워크(40)로부터 분리된 것으로 결정하는 경우, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 마스터 노드 디바이스(42)를 위치 확인하기 위해 일련의 지능적 조치들을 취할 것이다. 예를 들어, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 채널 노이즈가 있는지 검사하고 우연히 노이즈가 많은 사전 정의된 채널(예컨대, 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 설정됨)로부터 멀어지게 채널들을 전환할 수 있다. 그에 부가하여, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 그의 전송 전력을 최대 허용량으로 증가시킬 수 있다. 게다가, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가, 예를 들어, RF 전송에 문제가 있다는 것을 알려주기 위해 "조난(distress)" 패킷들을 마스터 노드 디바이스(42)로 송출할 수 있다. 그에 응답하여, 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)의 네트워크 연결/보안 회로(76)는 "곤경에 처한 노드(distressed node)"의 특수 상황을 완화시키기 위해 "네트워크 풋프린트(network footprint)"를 조절할 수 있다(예컨대, 마스터 노드 디바이스(42)의 무선 통신 회로(72)의 신호 세기를 증가시킴).
이러한 조치들이 실패하는 경우, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 그가 연결되었던 로컬 무선 네트워크(40)로부터 고립(orphan)된 것으로 결정할 것이고, 예를 들어, 그의 짧은 네트워크 주소를 0xFFFF로 변경하는 것, 그의 통신 채널을 채널 15로 변경하는 것, 그의 상태를 "비연결"로 변경하는 것, 그의 로그 및 하트비트 설정을 클리어하는 것, 그리고 그 자신을 저전력 모드 또는 OFF 모드로 하고 조작자가 그의 연결 버튼(70)을 누름으로써 깨워지기를 기다리는 것에 의해 그 자신을 비연결 유형 노드(un-associated type node)로 리셋시킬 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)에 여전히 연결되어 있는지를 알려주기 위해 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)에 의해 사용되는 메커니즘은 그의 하트비트 패킷들 각각에 응답하여 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 송신된 확인 응답("ACK") 패킷들의 상세를 관찰하는 것이다. 각각의 패킷은, 하트비트이든 그렇지 않든 간에, 주어진 기간(예컨대, 특정의 실시예들에서, 100 밀리초) 내에 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 확인 응답되어야만 할 것이다. ACK 패킷을 판독한 결과로서 수집된 다른 데이터는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)가 자신이 마스터 노드 디바이스(42)와의 무선 통신 링크를 상실한 위험에 있는지를 결정하는 데 도움을 줄 것이다. 이것을 달성하는 메커니즘은 이하에서 더 상세히 기술된다.
마스터 노드 디바이스(42)의 네트워크 연결/보안 회로(76)는, 제어되는 디바이스(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12))에의 장거리 통신 연결(46)을 상실한 결과로서 그가 형성한 로컬 무선 네트워크(40)를 해체하기로 결정하는 경우, 로컬 무선 네트워크(40)와 연결된 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로 단절시키라는 요청을 송신할 것이고, 그의 단절 요청 명령에 ACK로 응답한 디바이스 정보의 그의 테이블 엔트리들을 삭제할 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)와 이전에 연결된 모든 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 성공적으로 단절되면, 마스터 노드 디바이스(42)는 슬립 모드 또는 OFF 모드에 들어가고 사용자가 그의 연결 버튼(70)을 누르는 것에 의해 깨워지기를 기다릴 것이다.
개선된 강건성
본 명세서에 기술된 무선 네트워크 아키텍처는 비교적 노이즈가 많은 공장 환경에서 보통 봉착하게 되는 전송 중단, 통신 링크의 상실, 및 데이터 오류를 허용하는 산업 무선 네트워크 아키텍처를 가능하게 하고, 로컬 무선 네트워크(40)를 이루고 있는 노드들(예컨대, 마스터 노드 디바이스들(42) 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52))에 구축된 프로토콜 지능(protocol intelligence)을 통해 RF 전송의 물리적 한계를 해결하는 방법들을 포함한다. 본 명세서에 기술된 기법들은 RF 전송이 얼마간 신뢰할 수 없다는 본질적인 속성을 해결한다. 임의의 특정의 전송이 상실되거나 그의 데이터가 오염될 수 있고, 임의의 링크가, 한 때에 얼마나 견고한 것으로 보였을지에 관계없이, 빠르게 신뢰할 수 없는 링크로 될 수 있다. 이러한 물리적 한계를 처리하고 개선된 네트워크 강건성을 제공하기 위한 지능이 이하에서 더 상세히 기술된다. 이 기법들은 마스터 노드 디바이스(42)와 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 사이의(또한 장거리 무선 통신 연결(46)을 사용하는 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42) 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의) 무선 통신의 신뢰성의 연속적인 개선(예컨대, 특정의 실시예들에서, 대략 매 100 밀리초마다 업데이트됨)을 보장한다.
앞서 기술된 바와 같이, 로컬 무선 네트워크(40)를 이루고 있는 노드들(예컨대, 마스터 노드 디바이스들(42)과 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)) 사이의 통신 링크들은 사람 조작자가, 예를 들어, 페어링될 각각의 디바이스 상의 연결 버튼들(70)을 누르는 것에 의해 통신 링크를 형성하고자 하는 의도를 표현할 때에만 설정된다. 또한 앞서 기술한 바와 같이, 각각의 로컬 무선 네트워크(40)의 네트워크 구성은 항상 마스터 노드 디바이스(42)가 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 CID(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12)) 사이의 마스터 네트워크 제어기로서 역할함으로써 형성되는 "스타" 구성이다. 이것은 단지 하나의 마스터 제어기(즉, 마스터 노드 디바이스(42))가 로컬 무선 네트워크(40)를 설정하고 관리하는 책임을 지도록 보장하여, 적절한 크리덴셜들을 갖는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)만이 로컬 무선 네트워크(40)에 가입할 수 있게 하고, 로컬 무선 네트워크(40)에서의 모든 데이터 소스 및 목적지를 인식할 수 있게 한다.
특정의 실시예들에서, 앞서 기술한 연결 절차들을 사용하여 링크를 형성할 때, 연결될 2개의 노드들의 무선 통신 회로(72)는 그들의 신호가 다른 보다 멀리 있는 마스터 노드 디바이스들(42)에 의해 검출될 수 없도록 함으로써 조작자가 연결시키려고 의도했던 노드들을 연결시키는 데 실수가 없도록 가장 낮은 RF 전력 모드(예컨대, 비교적 짧은 전송 범위를 가짐)로 설정된다. 예를 들어, 연결될 노드들(예컨대, 마스터 노드 디바이스(42) 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)) 상의 연결 버튼들(70)이 눌러질 때, 노드들의 최대 전송 범위가 약 2 피트 미만이도록 조절될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)은 크리덴셜들을 마스터 노드 디바이스(42)의 네트워크 연결/보안 회로(76)에 제공함으로써, 그들이 본 명세서에 기술된 로컬 무선 아키텍처에 속한다는 것을 증명한다. 예를 들어, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)은, 그 중에서도 특히, 적절한 MAC 주소 범위, 네트워크 디바이스 분류, 네트워크 기능, 및 정확한 연관된 패스워드를 제공한다. 크리덴셜 요구사항들은, 전형적으로 적절한 무선기를 갖는 임의의 디바이스가, 그 디바이스가 (대부분의 경우들에서) 그의 네트워크 기능을 명시하기만 하면, 네트워크에 가입할 수 있게 하는 Zigbee(802.15.4), WiFi(802.11.a/b/g/n), 또는 블루투스(802.15.1)를 통해 통상 가능하게 되는 전형적인 애드혹 무선 연결들과 상이하다. 본 명세서에 기술된 크리덴셜 요구사항들의 증가는 최상위 표준들에서 제조되고 인증된 디바이스들만이 로컬 무선 네트워크들(40)의 일부로 될 수 있도록 보장한다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 기술된 크리덴셜 요구사항들의 증가는 로컬 무선 네트워크들(40)에서 사용되는 모든 디바이스들이 충분히 테스트되고 인증되어 비교적 오류 없이 동작하도록 보장한다. 그에 따라, 종래의 무선 디바이스들(예컨대, 종래의 Zigbee 디바이스들)은 조작자들에 의해 설정된 로컬 무선 네트워크들(40)에 액세스할 수 없을 것이다.
일단 연결되면, 일련의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 (각자의 마스터 노드 디바이스(42)를 통해) 하나의 용접 전력 공급 유닛(12)만을 제어하여, 근방에 있는 다른 용접 전력 공급 유닛들(12)을 부주의로 제어할 가능성을 없앨 수 있다. 엄격한 연결 규칙들은 산업 현장에 있는 사람 조작자들의 안전을 보장한다. 그에 부가하여, 노드들 사이의 모든 통신은 로컬 무선 네트워크(40)의 형성 시에 각각의 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 로컬 무선 네트워크(40)에 공개된 AES(Advanced Encryption Standard) 키로 암호화된다. 이와 같이, 로컬 무선 네트워크(40)의 노드들 사이의 통신이 로컬 무선 네트워크(40)로부터 RF 근접되어 있는(in close RF proximity) 디바이스에 의해 해킹될 수 없다.
로컬 무선 네트워크(40) 내의 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 식별해주는 코드의 하드웨어 수정을 통하는 것을 제외하고는 변경될 수 없는 하드코딩된 기능 분류를 가진다. 이와 같이, 예를 들어, 용접 와이어 피더(14)는 그가 연결되어 있는 임의의 로컬 무선 네트워크(40)에서 항상 와이어 피더로서 역할할 것이다. 그에 부가하여, 각각의 마스터 노드 디바이스(42)의 네트워크 연결/보안 회로(76)는 특정의 용접 작업을 수행하는 데 필요하게 될 각각의 특정의 기능 유형의 특정의 수의 노드들만을 허용할 것이다. 예를 들어, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 2개 이상의 용접 와이어 피더(14) 또는 2개 이상의 용접 토치(18)가 로컬 무선 네트워크(40)와 연결될 수 있게 하지 않을 수 있는데, 그 이유는 단지 한명의 조작자가 있고, 조작자에 의해 한번에 단지 하나의 용접 토치(18)만이 조작될 수 있으며, 주어진 용접 토치(18)가 한번에 하나의 용접 와이어 피더(14)만을 사용하기 때문이다. 이와 달리, 다수의 디스플레이 노드들이 허용될 수 있는데, 그 이유는 다수의 디바이스들이 용접 작업들에 관련된 데이터를 디스플레이할 수 있기 때문이다. 그렇지만, 단지 하나의 이러한 디스플레이 노드(예컨대, 주어진 용접 펜던트(36))만이 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)에 직접 명령할 수 있다. 특정의 실시예들에서, (디바이스가 용접 전력 공급 유닛(12)을 제어하는 기능을 포함하기만 하다면) 제어 책임이 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 하나의 디바이스로부터 다른 디바이스로 이동될 수 있지만, 어느 때든지 하나의 특정의 디바이스에만 있을 수도 있다.
앞서 기술한 연결 규칙들을 통해 설정된 로컬 무선 네트워크(40)는, 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)이 활성인 한, 존재하기만 한다. 용접 전력 공급 유닛(12)이 턴오프되거나 동글형 디바이스(64)가 용접 전력 공급 유닛(12)의 14-핀 커넥터로부터 제거되면, 로컬 무선 네트워크(40)가 지능형 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 해체된다. 그에 부가하여, 마스터 노드 디바이스들(42)은 그 주변의 RF 환경을 능동적으로 모니터링하고, 비교적 노이즈가 많은 산업 환경들에서 로컬 무선 네트워크들(40)의 최대 공존을 가능하게 하기 위해 다른 마스터 노드 디바이스들(42)과 상이한 채널들을 협상한다. 마스터 노드 디바이스(42)는 또한, 예를 들어, 상세한 전송 확인 응답, 배터리 수명의 모니터링, 그리고 RF 품질 및 주기적 하트비트의 발행을 통해 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 통신 링크들을 유지한다. 로컬 무선 네트워크(40)에서의 모든 통신 링크들이 로컬 무선 네트워크(40)의 수명의 지속기간 동안 지능적으로 유지된다.
라인 전력을 공급받지 않는(not line-powered) 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 배터리 레벨들이 적합한 RF 링크들을 제공하기에 너무 낮은 것으로 생각되는 경우, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)은 로컬 무선 네트워크(40)에 가입할 수 없다. 이러한 경우에, 조작자에게 낮은 배터리 용량을 갖는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 배터리를 중전시키도록 요청하는 상태 경고가 용접 헬멧(34) 또는 용접 펜던트(36)와 같은 로컬 무선 네트워크(40)에 있는 디스플레이 노드들 중 하나의 조작자에게 보여진다. 그에 부가하여, 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 (배터리 전원을 공급받는 경우) 프로그램된 웨이크 시간에 웨이크업할 수 있도록 그리고 마스터 노드 디바이스(42)와의 그 각자의 무선 통신 링크를 유지할 수 있도록 보장하기 위해 로컬 무선 네트워크(40)의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 각각에서의 전력 레벨들을 항상 모니터링한다.
로컬 무선 네트워크(40)와 연결되면, 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 사전 결정된 시간 간격으로 하트비트 패킷들을 마스터 노드 디바이스(42)에 제공할 것이다. 특정의 수의 하트비트들을 연달아 누락시키는 것은 보통 특정의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)와 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 RF 링크가 상실되었고, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 로컬 무선 네트워크(40)로부터 단절될 것임을 나타낸다.
그에 부가하여, 마스터 노드 디바이스(42)의 에너지 검출 회로(78)는 로컬 무선 네트워크(40) 내에서 전송이 행해지기 위해 타당한 "서비스 품질"이 예상되도록 보장하기 위해 현재의 채널에서의 채널 노이즈를 계속하여 모니터링한다. 현재의 채널에서 검출된 노이즈가 특정의(예컨대, 사전 결정된 또는 사전 설정된) 문턱치를 초과하는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 비교적 깨끗한 채널을 발견하고 그의 로컬 무선 네트워크(40)에 있는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 전부를 새로운 채널로 이동시킬 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)는 또한 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 수신기 감도 데이터를 계속하여 모니터링하고, 마스터 노드 디바이스(42)가 그의 로컬 무선 네트워크(40) 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 모두에 의해 신뢰성있게 검출되지만 근방의 다른 네트워크들을 방해할 정도로 "너무 크지" 않게 적절한 신호 세기로 데이터를 송출하도록 그에 따라 그의 전송 전력(예컨대, 무선 통신 회로(72)의 신호 세기)을 조절한다. 환언하면, 마스터 노드 디바이스(42)는 마스터 노드 디바이스(42)로부터의 전송의 신호 세기를 적절히 조절하기 위해 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)로부터의 수신기 감도 데이터를 신호 세기 피드백 데이터로서 이용한다. 그에 부가하여, 마스터 노드 디바이스(42)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 전송 전력이 이와 유사하게 조절되게 할 수 있다.
마스터 노드 디바이스(42)와 용접 전력 공급 유닛(12) 사이의 장거리 통신 연결(46)의 상실이 용접 전원 공급 유닛(12)에 의해 신속하게 검출될 것이고, 디바이스가 안전 동작 모드에 놓이게 될 것이다. RF 링크들의 일시적인 상실을 완화시키는 특정의 방법들은 물론, 상실된 링크를 재설정하는 방법들이 앞서 더 상세히 기술되어 있다. 이 방법들은 그렇지 않았으면 신뢰할 수 없는 RF 링크들로서 보일 수 있는 것을 유지하기 위해 마스터 노드 디바이스들(42) 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 의해 최대한의 노력이 행해지도록 한다.
그에 부가하여, 마스터 노드 디바이스(42) 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)로 그리고 그로부터 전송되는 데이터가 최적 크기의 패킷들로 패킷화될 것이다. 앞서 기술된 바와 같이, 로컬 무선 네트워크들(40)의 스타 토폴로지는, 마스터 노드 디바이스(42)와 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 사이의 데이터의 질서있는 전송과 함께, 각각의 로컬 무선 네트워크(40)에 대해 단일의 지능형 제어기(예컨대, 마스터 노드 디바이스(42))를 보장한다. 이것은 최소량의 무선 전송이 일어나고 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이, 종래의 애드혹 토폴로지들에서와 같이, 그의 통신할 차례를 위해 중재하는 데 시간을 소비하지 않도록 한다. 마스터 노드 디바이스(42)는 그의 로컬 무선 네트워크(40)에 있는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 모두로부터 데이터를 수신하고, 마스터 노드 디바이스(42)는 로컬 무선 네트워크(40)의 과거의 성능 모니터링으로부터 실시간으로 결정되는(예컨대, 특정의 실시예들에서, 대략 매 50 밀리초마다 업데이트되는) 최적의 패킷 크기 및 타이밍을 사용하여 데이터를 패킷화하여 최종 목적지로 송신한다. 이것은 전송 품질을 향상시키면서 상이한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 사이의 데이터 전송들의 충돌을 감소시키는 데 도움을 준다.
전력 관리 및 최적화
용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 중 일부(또는 전부)는 원격 장소들 사이에서의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 휴대성을 용이하게 하기 위해, 전원에 꽂아지는 것과는 달리, 온보드 배터리들(80)에 의해 전력을 공급받을 것이다. 로컬 무선 네트워크(40) 내의 모든 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)(은 물론 마스터 노드 디바이스들(42) 및 용접 전력 공급 유닛(12))에서 온보드 배터리들(80)의 사용을 용이하게 하기 위해, 마스터 노드 디바이스들(42)(은 물론 다른 디바이스들)은, 필요한 최소 레이턴시 및 적절한 레벨의 이용가능성을 여전히 유지하면서, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 간의 전력을 절감하기 위해 독자적인 방법들을 사용하도록 구성된 전력 최적화 회로(82)를 포함한다. 이러한 전력 최적화 방법들은 요구된 레벨의 이용가능성을 여전히 유지하면서 다른 무선 네트워크들에 독립적으로 각각의 로컬 무선 네트워크(40)에 대해 최적의 슬립/어웨이크 타이밍이 무엇인지를 결정하기 위해 적응적 알고리즘들을 구현한다.
앞서 기술한 페어링 절차들 후에, 마스터 노드 디바이스(42)의 전력 최적화 회로(82)는 그가 조립한 로컬 무선 네트워크(40)에 관한 적어도 다음과 같은 파라미터들을 결정한다: (1) 로컬 무선 네트워크(40) 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 수, (2) 로컬 무선 네트워크(40) 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 유형들, (3) 가장 중요한 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 타이밍 요구사항들(예컨대, 최대 레이턴시), (4) 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)와 연관된 마지막 세트의 전송들로부터의 로컬 무선 네트워크(40)의 전송 전력 풋프린트(transmission power footprint), 및 (5) 동작할 최적의 채널(예컨대, 앞서 기술한 바와 같이, 근방의 디바이스들로부터의 최소의 측정된 노이즈 양). 이 정보를 사용하여, 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)의 전력 최적화 회로(82)는 로컬 무선 네트워크(40)의 모든 파라미터들이 충족되도록 하기 위해 그의 제어 하에 있는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 모두에 대한 "슬립 모드 전략" 및 스케줄을 수립한다.
마스터 노드 디바이스(42)의 전력 최적화 회로(82)는 로컬 무선 네트워크의 네트워크 레이턴시를 로컬 무선 네트워크(40) 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 중 임의의 것의 가장 엄격한 요구사항의 것으로 설정하는 것으로 시작한다. 예를 들어, 로컬 무선 네트워크(40)는, 용접 와이어 피더(14)의 요구사항이 그의 피드 속도(feed rate)가 매 100 밀리초마다 이상의 빈도수로 업데이트되어야만 한다는 것인 경우, 적어도 100 밀리초 내에 응답하도록 설정될 것이다. CID(Controlled Industrial Device)(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12))를 제어하는 노드는 본 명세서에서, 예를 들어, 동글형 디바이스(64)라고 지칭되고 있다. 이 디바이스 노드는 항상 도 1에 예시된 전원(30)과 같은 AC 전원에 의해 전력을 공급받는 것으로 가정되고, 따라서 마스터 노드 디바이스(42)로 경보들을 송신하는 데 또는 마스터 노드 디바이스(42)로부터 명령들을 수신하는 데 항상 이용가능하다. 이 디바이스 노드는 안전 요구사항들에 의해 결정된 최대 레이턴시 요구사항은 물론, 그의 제어 시스템들의 특정의 루프 동적 특성들을 가진다.
마스터 노드 디바이스(42)의 전력 최적화 회로(82)는, 예를 들어, 사용자 업데이트가 그만큼 중요하지 않기 때문에 장비의 안전한 조작에 중요하지 않은 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 슬립 모드에서 더 많은 시간을 소비할 수 있도록, 로컬 무선 네트워크(40) 내의 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)에 대한 "실제 지연" 시간을 결정한다. 일반적으로, 용접 전력 공급 유닛(12), 용접 와이어 피더(14), 및 용접 제어 팬던트(36)는 장비의 안전한 조작에 중요한 것으로 간주된다. 실제 레이턴시 파라미터(예컨대, 덜 엄격한 레이턴시 요구사항)를 지원할 수 있는 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는, 앞서 기술한 페어링 및 연결 절차의 완료 시에, 이 사실을 마스터 노드 디바이스(42)에 전달할 것이다. 일반적으로, 실제 네트워크 레이턴시 파라미터들은, 앞서 기술한 바와 같이, 로컬 무선 네트워크의 가장 엄격한 요구사항들에 기초하여 설정되는 로컬 무선 네트워크(40)의 총 네트워크 레이턴시 파라미터보다 일반적으로 더 큰 타당한 응답 시간들이다.
마스터 노드 디바이스(42)의 전력 최적화 회로(82)는 그 다음 웨이크업 시간에서 "네트워크 레이턴시 파라미터"(처음에 전시간 동작(full-time operation)(예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 형성 후 처음 5분 동안)으로부터 결정됨)를 뺀 것으로 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)를 프로그램하고, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 개별 작업 목록이 비게 되는 즉시(예컨대, 보류 중인 요청 또는 예정된 스케줄 작업이 없게 되는 즉시) 그 자체들을 슬립 모드에 두기 위해 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)로 전달한다. 특정의 실시예들에서, 이 네트워크 레이턴시 파라미터는 로컬 무선 네트워크(40) 내의 가장 느린 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)에 대한 평균 전송 레이턴시의 2배로 계산된다. 특정의 실시예들에서, 마지막 3번의 전송들의 평균 레이턴시가 처음에 계산된 값보다 더 높은 경우(이는 시간의 경과에 따라 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 특정의 채널에서 있을 수 있는 노이즈의 증가, 다수의 노이즈 소스들에 의한 RF 스펙트럼의 과도한 혼잡 등으로 인해 웨이크업하여 마스터 노드 디바이스(42)와 통신하는 데 더 많은 시간을 필요로 한다는 것을 의미함), 네트워크 레이턴시 파라미터들에 대한 조절이 행해진다. 그에 부가하여, 마스터 노드 디바이스(42)의 전력 최적화 회로(82)는 자신이 로컬 무선 네트워크(40) 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 모두를 프로그램한 시간량의 약 95%인 시간의 지속기간 동안 마스터 노드 디바이스(41)를 슬립 모드에 둔다. 마스터 노드 디바이스(42)가 슬립 모드에 놓여 있을 때, 마스터 노드 디바이스(42)가 웨이크업할 때 사용하기 위해 모든 네트워크 관련 정보(예컨대, 라우팅 테이블, 레이턴시 타이밍, 노드 기능 등)가 마스터 노드 디바이스(42)의 비휘발성 RAM(random access memory)(84)에 저장된다.
슬립 모드에 있는 동안, 그렇지 않았으면 네트워크 레이턴시가 허용하게 될 것보다 더 빨리 조작자가 CID(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12))와 통신할 필요가 있는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 마스터 노드 디바이스(42) 상의 특별한 조작자 입력 디바이스들(86)(예컨대, 도 7에 예시된 바와 같이, 마스터 노드 디바이스(42)의 외부 표면 상에 있는 터치 스크린, 버튼, 키, 스위치 등)을 모니터링한다. 이러한 조작자 입력 디바이스들(86) 중 임의의 것을 활성화시키는 것은 마스터 노드 디바이스(42)를 제어하는 프로세서(88)(예컨대, 특정의 실시예들에서, 마이크로프로세서)에 대한 인터럽트를 생성하고, 이는 마스터 노드 다비아스(42)를 슬립 모드로부터 깨워, 마스터 노드 디바이스(42)가 로컬 무선 네트워크(40) 내의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)과 통신하기 시작하게 할 수 있다. 예를 들어, 조작자가 슬립 모드에 있는 (로컬 무선 네트워크(40)에 대한 마스터 노드 디바이스(42)로서 기능하는) 용접 제어 팬던트(36)를 집어들고, 용접 제어 펜던트(36) 상의 버튼을 누를 수 있고, 이는 프로세서(88)에 대한 웨이크 이벤트(wake event)로서 역할한다. 프로세서(88)는 버튼 누름에 의해 야기된 인터럽트로 인해 웨이크업하고, 버튼 누름을 특정의 명령으로서 해석하며, 그 명령을 (결코 슬립 모드로 가지 않는) CID로 송신하고, 그 직후 요청된 명령을 확인 응답하며 실행한다. CID 또는 마스터 노드 디바이스(42) 이외의 노드(예컨대, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52))가 유사한 방식으로 사용자 입력을 수신하는 경우, 그 자신의 프로세서(88)(예컨대, 특정의 실시예들에서, 마이크로프로세서)는 명령을 그 자신의 비휘발성 RAM(random access memory)(84)에 있는 큐에 로그하고, 정보를 마스터 노드 디바이스(42)로 송신하기 전에 네트워크 레이턴시 타이머가 만료하기를 기다릴 것이다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 또한 (예컨대, 메인 모터가 정지되었을 때 엔진 구동 유닛의 경우에) CID(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12)) 및/또는 동글형 디바이스(64)가 온보드 배터리들에 의해 전력을 공급받을 수 있게 한다. 이 경우에, CID 또는 동글형 디바이스(64)는, 앞서 기술한 바와 같이, 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 및 마스터 노드 디바이스(42)의 표준 슬립 모드 동작을 관찰할 것이다. CID 또는 동글형 디바이스(64)가 마스터 노드 디바이스(42)에 보고할 최소 레이턴시 값은, 할당된 네트워크 레이턴시 내에 응답하는 것이 안전하도록 하기 위해, CID 또는 동글형 디바이스(64)의 타이밍 동적 특성 및 요구사항들 모두를 고려할 것이다. 앞서 기술한 연결 절차들에 따라 설정된 로컬 무선 네트워크(40)는 로컬 무선 네트워크(40)가 의도적으로 해체되지 않는 한 무한한 수의 슬립 상태들을 통해 지속될 것이다.
본 명세서에 기술된 배터리 모니터링 방법은 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 온보드 배터리들(80)의 용량이 관리되도록 하기 위해 그리고 이러한 정보가 사용자에게 적절히 디스플레이되도록 하기 위해 적시의 그리고 정확한 사용자 통지를 가능하게 한다. 예를 들어, 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)는 배터리 상태 정보를 마스터 노드 디바이스(42)로 송신하고, 마스터 노드 디바이스(42)는 각각의 노드의 남아 있는 배터리 용량의 디스플레이(90)(예컨대, 도 7을 참조)를 사용자에게 제공할 것이다. 특정의 실시예들에서, 이러한 통지는, 현재의 사용 조건 하에서 "남은 사용 시간" 디스플레이(예컨대, 시간 및 분으로 표시됨)와 함께, 남아 있는 배터리 용량의 5% 또는 그보다 더 나은 분해능을 갖는 배터리 레벨의 그래픽 표현을 보여줄 것이다. 그에 부가하여, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 그 자신의 배터리 용량 및 남은 사용 시간에 관한 동일한 정보를 디스플레이할 수 있다. 이러한 노드가 배터리 충전기에 꽂아질 때, 충전 정보가 또한 각각의 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)로부터 마스터 노드 디바이스(42)로 전송되고 디스플레이(90) 상에 디스플레이될 수 있다. 예를 들어, 충전 정보는 "충전 시간"은 물론 완전 충전까지의 추정 시간도 보여줄 수 있다. 게다가, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52) 중 임의의 것의 배터리 레벨이 주어진 문턱치 미만으로(예컨대, 약 30% 미만으로) 떨어지는 경우 시각적 및/또는 청각적 경보를 제공할 수 있고, 특정의 온보드 배터리(80)가 재충전될 때까지 주기적인 경보들을 계속하여 제공할 것이다. 그에 부가하여, 특정의 실시예들에서, 마스터 노드 디바이스(42)는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스(52)의 온보드 배터리(80)가 방전되는 경우 그를 단절시킬 것이고, 청각적 및/또는 시각적 단서들을 통해 취해진 조치를 디스플레이(90)를 통해 사용자에게 보고할 것이다.
센서 데이터 전송
앞서 기술된 바와 같이, 용접 작업에 꼭 관여될 필요는 없는 센서들(66)이 또한 공장 인력들에 의해 설정된 로컬 무선 네트워크들(40)을 이용할 수 있다. 로컬 무선 네트워크들(40)이 랜덤하게 설정되고 비교적 짧은 기간 동안에만 존재할 수 있기 때문에, 센서들(66)은 계속하여 그가 연결할 수 있는 마스터 노드 디바이스(42)를 찾으려고 시도하고 그의 데이터 페이로드를 외부 목적지로(예컨대, 클라우드 스토리지 또는 다른 집중된 및/또는 분산된 제어 시스템) 전송할 수 있어야만 할지도 모른다. 특정의 실시예들에서, 센서(66)는 무선 링크들을 통해 프로그램가능할 수 있는 규칙적인 간격으로(예컨대, 대략 매 100 밀리초마다) 그의 지정된 모니터링 입력(들)의 샘플들을 취하고, 센서(66)가 로컬 무선 네트워크(40)에 연결하여 버퍼링된 데이터를 그의 최종 목적지로 송신할 수 있을 때까지 데이터를 그의 비휘발성 메모리에 버퍼링할 것이다. 특정의 실시예들에서, 센서들(66)은 처음에 센서(66)가 그의 데이터를 송신해야만 하는 목표 장소를 나타내는 하드코딩된 목적지 IP 주소로 프로그램될 수 있다. 목적지 IP 주소는 이어서 적절한 크리덴셜을 갖는 요청자에 의해 (예컨대, 로컬 무선 네트워크(40)의 마스터 노드 디바이스(42) 또는 다른 디스플레이 디바이스를 통해) 변경될 수 있다.
센서들(66)은 다음과 같이 이용가능한 마스터 노드 디바이스들(42)과 연결할 수 있다. 비연결된 센서(66)는 웨이크업하고, 현재 설정된 로컬 무선 네트워크(40)의 마스터 노드 디바이스(42)라고 그리고 임의의 근방의 센서들(66)(또는 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52))과 연결할 수 있는 준비가 되어 있다고 공지하고 있는 근방에 있는 임의의 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 송출된 비콘들을 리스닝할 수 있다. 마스터 노드 디바이스(42)가 센서(66)의 RF 도달거리 내에서 검출되는 경우, 센서는 마스터 노드 디바이스(42)와 연결하도록 허락할 것을 요청할 것이다. 이 시점에서, 마스터 노드 디바이스(42) 및 센서(66)는, 앞서 보다 상세히 기술된 바와 같이, 마스터 노드 디바이스와 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)이 크리덴셜을 교환하는 것과 동일한 방식으로 크리덴셜을 교환할 것이다. 예를 들어, 센서(66)는, 그 중에서도 특히, 적절한 MAC 주소 범위, 네트워크 디바이스 분류, 네트워크 기능, 및 정확한 연관된 패스워드에 관한 정보를 마스터 노드 디바이스로 전달할 것이고, 마스터 노드 디바이스(42)의 네트워크 연결/보안 회로(76)는 센서(66)가 마스터 노드 디바이스(42)와 호환되는지를 결정할 것이다. 센서(66) 및 마스터 노드 디바이스(42)가 호환되는 것으로 결정되는 경우, 센서(66)와 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 데이터 링크 연결이 설정된다. 이 연결은 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)에 대해 행해지는 전형적인 "명령 및 제어" 연결과 동일하지 않다. 오히려, 센서(66)와 마스터 노드 디바이스(42) 사이의 연결은 단지 센서 데이터가 센서(66)와 어떤 다른 목적지 종단점 사이에서 이동할 수 있게 할 뿐이다. 환언하면, 마스터 노드 디바이스(42는 센서(66)로의/로부터의 센서 데이터에 대한 지능형 라우터로서 기능한다.
센서(66)와 마스터 노드 디바이스(42) 사이에 연결 링크가 설정되면, 센서(66)는 마스터 노드 디바이스(42)에 "능력 목록(capabilities list)"을 요청할 것이다. 이 능력 목록은 다음과 같은 것들을 센서(66)에게 알려준다: (1) 마스터 노드 디바이스(42)가 월드 와이드 웹(WWW, World Wide Web)에 액세스할 수 있는지, (2) 마스터 노드 디바이스(42)가 WWW에 액세스하고 있는 근방에 있는 다른 마스터 노드 디바이스들(42)을 인식하고 있는지, (3) 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 설정된 로컬 무선 네트워크(40)의 수명 지속기간, (4) 마스터 노드 디바이스(42)의 배터리 상태(그리고 라인 전력을 공급받는지 배터리 전력을 공급받는지), 및 (5) 마스터 노드 디바이스(42)에 의해 제어되는 로컬 무선 네트워크(40)의 슬립 기간(센서(66)가 그 자신을 그와 동기화시킬 수 있음). 특정의 실시예들에서, "능력 목록"이 이러한 열거된 항목들의 서브셋을 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
마스터 노드 디바이스(42)가 WWW에의 연결을 광고한 경우, 또는 센서(66)가 연결되어 있는 마스터 노드 디바이스(42)가 WWW에의 연결을 광고한 근방에 있는 다른 마스터 노드 디바이스들(42)을 알고 있는 경우, 센서(66)는 그의 데이터 저장소의 최종 목적지를 제공하는 핑 요청(ping request)을 마스터 노드 디바이스(42)로 송신할 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)는 그 자체가 인터넷 연결을 가질 수 있고, 이 경우에 마스터 노드 디바이스(42)는 그가 통제하고 있는 로컬 무선 네트워크(40)와 WWW 사이의 브리지로서 기능하거나, 앞서 기술한 바와 같이, CID(예컨대, 용접 전력 공급 유닛(12))의 백 엔드를 통해 요청을 포워딩할 수 있다.
마스터 노드 디바이스(42)가 WWW에의 연결 또는 (예컨대, 다른 마스터 노드 디바이스들(42)을 통해) WWW에 어떻게 액세스하는지에 대한 어떤 정보도 광고하지 않는 경우, 센서(66)는 마스터 노드 디바이스(42)의 WWW에의 액세스를 평가하기 위해 그가 잠시 연결되었던 마스터 노드 디바이스(42)로부터 그 자신을 단절시킬 것이고, 앞서 기술한 바와 같이, 그의 발견 루틴을 계속할 것이다. 특정의 실시예들에서, 이전에 검출된 마스터 노드 디바이스(42)가 센서(66)의 발견 루틴에 의해 또다시 검출되는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 (예컨대, WWW 액세스 능력 평가를 위해) 센서(66)의 하드코딩된 MAC 주소를 잠시 연결되었던 것으로서 그의 메모리에 저장할 것이고, 센서(66)와의 마지막 연결이 요청된 이후의 때에 마스터 노드 디바이스(42)가 WWW에 액세스하지 않는 한, 그의 로컬 무선 네트워크(40)에의 연결을 허용하지 않을 것이다. 그에 따라, 센서(66)가 무엇이 이미 결정되었는지를 재평가하는 데 배터리 전력을 불필요하게 낭비하지 않도록(즉, 마스터 노드 디바이스(42)가 WWW에의 액세스를 제공할 수 없도록) 센서(66)에 대해 시간이 절감될 것이다.
마스터 노드 디바이스(42)가 WWW에의 액세스를 센서(66)에 제공할 수 있는 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 센서(66)에 의해 제공된 목적지 주소로 핑을 송신하려고 시도할 것이고, 목적지 주소로부터의 응답을 기다릴 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)가 목적지 주소로부터 핑 응답을 수신하고, 목적지 주소가 유효한 경우, 마스터 노드 디바이스(42)는 목적지 주소와의 통신 링크가 설정될 수 있다는 것과 자신이 센서(66)로부터 데이터를 수신할 준비가 되어 있다는 것을 센서(66)에 통보할 것이다. 센서(66)는 그러면, 첫번째 데이터 패킷과 함께, 그가 목적지 주소로 전송하려고 하는 전체 패킷들의 카운트를 송신할 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)는 데이터를 버퍼링하고, 데이터가 오염되지 않도록 하기 위해 데이터에 대해 모든 보안 및 체크섬을 수행하고, 그가 센서(66)에 대해 이전에 핑(ping)한 목적지 주소로 데이터 패킷을 송신할 것이다.
최종 목적지에 있는 서버는 데이터를 접수하고, 체크섬을 계산하며, 체크섬 및 "현재의 수신된 패킷" 카운트를 ACK로서 마스터 노드 디바이스(42)로 송신할 것이다. 마스터 노드 디바이스(42)는 최종 목적지에 있는 서버로부터 수신된 ACK 정보를 센서(66)로 포워딩할 것이다. ACK 정보로 만족하는 경우, 센서(66)는 그의 패킷 카운트를 감소시키고 그 다음 패킷을 마스터 노드 디바이스(42)로 송신할 것이다. 센서(66)는 최종 목적지 IP 주소에 있는 서버에 의해 성공적으로 수신되었다고 확인 응답된 모든 데이터를 그 자신의 비휘발성 메모리 버퍼로부터 영구적으로 삭제할 것이다. 그에 부가하여, 센서(66)는 최종 목적지로 전송된 데이터의 시간 및 날짜, 크기는 물론 전송된 데이터의 시간 및 날짜 범위를 보여주는 로그 엔트리(log entry)를 "순환 버퍼 로그(circular buffer log)"에 만들 것이다. 센서(66)가 오랫동안 (예컨대, 적절한 액세스 능력을 갖는) 임의의 근방의 마스터 노드 디바이스들(42)을 통해 WWW에 액세스할 수 없고, 센서(66)가 비휘발성 버퍼 메모리를 다 써버린 경우에, 센서(66)는 수집된 가장 새로운 센서 데이터를 위한 공간을 만들기 위해 가장 오래된 센서 데이터를 삭제하기 시작할 것이다.
센서들(66)의 데이터 수집 방법들 및 타이밍 파라미터들, 슬립/웨이크업 및 검색 타이밍 파라미터들, 그리고 최종 목적지 IP 주소 파라미터들 모두는 적절한 크리덴셜을 갖는 그리고 그의 발신(소스) IP 주소가 특정의 센서(66)의 최종 목적지 IP 주소와 일치하는 서버로부터 무선으로 재프로그램가능하다. 이와 같이, 센서(66)에 의해 그의 최종 목적지로서 탐색되는 그리고 센서(66)로부터의 데이터의 적어도 하나의 패킷을 수신하고 확인 응답한 서버만이 크리덴셜의 성공적인 교환 후에 센서(66)의 IP 주소 설정 및 다른 설정을 변경할 권리를 가진다. 적절한 크리덴셜을 갖는 최종 목적지에 있는 서버는 또한 센서(66)의 현재 설정에 관해 문의할 수 있고 요구 시에 그에게로 송신될 로그들을 전송할 수 있다. 최종 목적지 서버에 의해 요청된 이러한 상태 정보는 센서(66) 상에서 삭제되지 않을 것인데, 그 이유는 표준의 센서 데이터가 서버로의 성공적인 업로드 후에 통상적으로 삭제되기 때문이다.
마스터 노드 디바이스들(42)의 메쉬형 연결은 센서 데이터가 인터넷에 액세스하는 용접 셀에의 경로를 찾을 수 있게 한다. 도 9는 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 서로 통신하고 서로의 능력에 관한 정보를 공유함으로써 복수의 센서들(66)로부터의 센서 데이터 전송을 용이하게 하는, 복수의 마스터 노드 디바이스들(42) 및 연관된 로컬 무선 네트워크들(40)(예컨대, 용접 셀들)의 메쉬형 네트워크(92)의 토폴로지를 나타낸 개략도이다. 마스터 노드 디바이스들(42) 각각이 단지 그 자신의 로컬 무선 네트워크(40) 및 연관된 용접 전력 공급 유닛(12)만을 제어할 수 있지만, 마스터 노드 디바이스들(42)은 서로 통신할 수 있고, 센서 데이터가, 인터넷에 액세스하는 디바이스에 도달할 때까지, 마스터 노드 디바이스(42)로부터 마스터 노드 디바이스(42)로 이동할 수 있게 할 수 있다. 이러한 디바이스는 도 9에 예시된 용접 셀 #3과 같은, 프런트 엔드(산업 제어 측면)와 백 엔드(인터넷 액세스) 사이에 내장된 게이트웨이를 갖는 용접 전력 공급 유닛(12)일 수 있다. 로컬 무선 네트워크들(40) 중 어느 것과도 연관되지 않은 도달거리 확장 무선 라우터(68)는 또한 더 높은 레벨의 서비스 보장이 요망되는 경우 인터넷에의 게이트웨이로서 기능할 수 있는데, 그 이유는 로컬 무선 네트워크들(40)의 형성이 전형적인 공장 현장에서 비교적 랜덤할 수 있기 때문이다.
이제 도 8로 돌아가서, 마스터 노드 디바이스(42) 및 용접 장비/액세서리 노드 디바이스들(52)의 특정의 요소들(예컨대, 네트워크 연결/보안 회로(76), 에너지 검출 회로(78), 및 전력 최적화 회로(82))이 "회로"인 것으로 나타내어져 있다. 특정의 실시예들에서, 이 회로가 하드웨어로, 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로, 또는 소프트웨어만으로 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 이 회로가 소프트웨어인 특정의 실시예들에서, 회로는 메모리(84)에 저장되어 있는 그리고 특정의 디바이스의 프로세서(88) 상에서 실행가능한 컴퓨터 판독가능 명령어들을 포함할 수 있다. 그렇지만, 다른 실시예들에서, 회로는 또한 하드웨어 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정의 실시예들에서, 에너지 검출 회로(78)는 노이즈 레벨을 검출하는 데 도움을 주는 특정의 하드웨어 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정의 특징들만이 본 명세서에 예시되고 기술되어 있지만, 많은 수정들 및 변경들이 통상의 기술자들에게 안출될 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들이 본 발명의 진정한 사상 내에 속하는 모든 이러한 수정들 및 변경들을 포함하는 것으로 보아야 한다는 것을 잘 알 것이다.

Claims (23)

  1. 시스템에 있어서,
    마스터 노드 디바이스를 포함하고, 상기 마스터 노드 디바이스는,
    장거리(long-range) 통신 링크를 통한 용접 전력 공급 유닛과의 통신을 용이하게 하도록, 그리고 단거리(short-range) 무선 통신 네트워크를 통한 하나 이상의 용접 관련 디바이스들과의 무선 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 회로; 및
    상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하도록 구성된 제어 회로
    를 포함하는 것인, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 슬립 모드(sleep mode)들을 동기화시키는 것에 의해 상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 상기 온보드(on-board) 배터리들의 전력 소비를 관리하는 것인, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 슬립 모드들의 타이밍은, 상기 마스터 노드 디바이스와 연결된 상기 용접 관련 디바이스들의 수, 상기 마스터 노드 디바이스와 연결된 상기 용접 관련 디바이스들의 유형들, 상기 마스터 노드 디바이스와 연결된 가장 중요한(most critical) 용접 관련 디바이스들의 최대 레이턴시(latency), 상기 단거리 무선 통신 네트워크의 전송 전력 풋프린트(footprint), 및 상기 단거리 무선 통신 네트워크를 운영하는 최적의 통신 채널에 적어도 부분적으로 기초하는 것인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 단거리 무선 통신 네트워크의 총 네트워크 레이턴시를 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 가장 엄격한 네트워크 레이턴시로 초기에 설정하는 것인, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 용접 관련 디바이스의 중요성(criticality)의 정도에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들 각각에 대한 실제 네트워크 레이턴시를 결정하고 설정하며, 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들 각각에 대한 상기 실제 네트워크 레이턴시는 상기 단거리 무선 통신 네트워크의 상기 총 네트워크 레이턴시보다 더 큰 것인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 상기 온보드 배터리들에 대한 배터리 상태 정보를 수집하도록, 상기 수집된 배터리 상태 정보를 디스플레이 상에 디스플레이하도록, 그리고 상기 마스터 노드 디바이스 또는 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 배터리 레벨들이 문턱치(threshold) 미만으로 떨어지는 경우 시각적 또는 가청 경보를 제공하도록 구성되는 것인, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 와이어 피더(welding wire feeder)를 포함하는 것인, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 토치(welding torch)를 포함하는 것인, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 헬멧(welding helmet)을 포함하는 것인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 펜던트(welding pendant)를 포함하는 것인, 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 풋 페달(welding foot pedal)을 포함하는 것인, 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 용접 관련 디바이스는 상기 마스터 노드 디바이스를 포함하는 것인, 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 통신 회로는 RF(radio frequency) 송신기들 및 센서들을 포함하는 것인, 시스템.
  14. 방법에 있어서,
    단거리 무선 통신 네트워크를 통해 하나 이상의 용접 관련 디바이스들과 마스터 노드 디바이스 간에 무선으로 통신하는 단계;
    장거리 통신 링크를 통해 상기 마스터 노드 디바이스와 용접 전력 공급 유닛 간에 통신하는 단계; 및
    상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 상기 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하는 단계는 상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 슬립 모드들을 동기화시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 슬립 모드들의 타이밍은, 상기 마스터 노드 디바이스와 연결된 상기 용접 관련 디바이스들의 수, 상기 마스터 노드 디바이스와 연결된 상기 용접 관련 디바이스들의 유형들, 상기 마스터 노드 디바이스와 연결된 가장 중요한 용접 관련 디바이스들의 최대 레이턴시, 상기 단거리 무선 통신 네트워크의 전송 전력 풋프린트, 및 상기 단거리 무선 통신 네트워크를 운영하는 최적의 통신 채널에 적어도 부분적으로 기초하는 것인, 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 단거리 무선 통신 네트워크의 총 네트워크 레이턴시를 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 가장 엄격한 네트워크 레이턴시로 초기에 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 용접 관련 디바이스의 중요성의 정도에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들 각각에 대한 실제 네트워크 레이턴시를 결정하고 설정하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들 각각에 대한 상기 실제 네트워크 레이턴시는 상기 단거리 무선 통신 네트워크의 상기 총 네트워크 레이턴시보다 더 큰 것인, 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 상기 온보드 배터리들에 대한 배터리 상태 정보를 수집하는 단계;
    상기 수집된 배터리 상태 정보를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계; 및
    상기 마스터 노드 디바이스 또는 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 배터리 레벨들이 문턱치 미만으로 떨어지는 경우 시각적 또는 가청 경보를 제공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 단거리 무선 통신 네트워크는 상기 마스터 노드 디바이스로부터 약 20 내지 25 피트의 전송 범위를 가지는 무선 통신 네트워크를 포함하고, 상기 장거리 통신 링크는 상기 마스터 노드 디바이스로부터 상기 용접 전력 공급 유닛까지 약 300 피트 이상의 전송 범위를 가지는 무선 통신 링크를 포함하는 것인, 방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 와이어 피더, 용접 토치, 용접 헬멧, 용접 펜던트, 또는 용접 풋 페달을 포함하는 것인, 방법.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 용접 관련 디바이스는 상기 마스터 노드 디바이스를 포함하는 것인, 방법.
  23. 무선 통신 네트워크에 있어서,
    하나 이상의 용접 관련 디바이스들 ― 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들은 용접 와이어 피더, 용접 토치, 용접 헬멧, 용접 펜던트, 또는 용접 풋 페달을 포함함 ― ;
    전력 그리드로부터의 전력을 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들을 사용하여 수행되는 용접 동작을 위한 전력으로 변환하도록 구성된 용접 전력 공급 유닛; 및
    마스터 노드 디바이스
    를 포함하며, 상기 마스터 노드 디바이스는 단거리 무선 통신 네트워크를 통한 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들과 상기 마스터 노드 디바이스 간의 무선 통신을 용이하게 하도록, 장거리 통신 링크를 통해 상기 마스터 노드 디바이스와 상기 용접 전력 공급 유닛 간의 통신을 용이하게 하도록, 그리고 상기 마스터 노드 디바이스와 상기 하나 이상의 용접 관련 디바이스들의 온보드 배터리들의 전력 소비를 관리하도록 구성되는 것인, 무선 통신 네트워크.
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