KR20160041221A - Data Gathering System - Google Patents

Data Gathering System Download PDF

Info

Publication number
KR20160041221A
KR20160041221A KR1020140134771A KR20140134771A KR20160041221A KR 20160041221 A KR20160041221 A KR 20160041221A KR 1020140134771 A KR1020140134771 A KR 1020140134771A KR 20140134771 A KR20140134771 A KR 20140134771A KR 20160041221 A KR20160041221 A KR 20160041221A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
message
sensor
network
data
Prior art date
Application number
KR1020140134771A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101669726B1 (en
Inventor
이규철
임형준
백문기
조우승
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR1020140134771A priority Critical patent/KR101669726B1/en
Publication of KR20160041221A publication Critical patent/KR20160041221A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101669726B1 publication Critical patent/KR101669726B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00Network topologies
    • H04W84/18Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Telephonic Communication Services (AREA)

Abstract

The present invention relates to a data collecting system including: a plurality of sensor nodes connected with each other through a wireless network, installed in a specific facility and collecting data for a corresponding facility; a data grabber (DG) grabbing information collected from the plurality of sensor nodes; and a control center communicating with the DG and processing real time monitoring and an event occurred in a specific area based on the collected data. The DG and the plurality of sensor nodes exchange a state transition message between the DG and the plurality of sensor nodes, or between the sensor nodes. A network topology is automatically modified and reconstructed corresponding to a fault prediction and the generated fault of the sensor node based on monitoring of the network through exchanging of the state transition message between the DG and the sensor nodes, or between the sensor nodes, thereby stability and fault tolerance of the network can be reinforced.

Description

데이터 수집 시스템{Data Gathering System}Data Gathering System

본 발명은 데이터 수집 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a data acquisition system.

과학기술이 발전함에 따라 인간이 수행하던 일들을 자동화하거나 기계를 통해 수행하는 현상이 일반화되고 있다. 이중에서, 원격 검침은 각 가정이나 사무실 등에서 사용하는 수도, 전기, 가스 등의 사용량을 검침원을 보내지 않고서도 자동으로 계량하기 위한 지능형 원격검침(AMI: Advanced Metering Infrastructure) 기술을 포함한다.As science and technology evolve, the phenomenon of automating or performing things through human beings is becoming common. Among them, remote meter reading includes intelligent remote meter reading (AMI) technology to automatically measure usage of water, electricity, gas, etc. used in each home or office without sending meter reading.

이러한 지능형 원격검침을 수도 산업에 반영해 고효율의 수자원 관리를 목표로 하는 스마트 워터 그리드(Smart Water Grid) 개념이 생겼다.Smart water grid (Smart Water Grid) concept that aims to manage water resources with high efficiency by reflecting such intelligent remote meter reading in water industry has been created.

스마트 워터 그리드는 수자원의 생산, 수송, 처리, 재이용 등 수자원 관리 효율을 증대시켜 보다 지능화된 수자원 관리를 목표로 한다. 그 중 수자원 정보 획득에 관한 연구들은 수도관 낙후에 의한 누수, 수자원 생산과 수송에너지 과다, 수자원 부족에 따른 수요-공급 불균형 등 다양한 수자원 관리 문제를 다룬다. AMI는 이러한 수자원 관리 문제를 해결하는 핵심적인 기반 시스템으로 크게 검침 인프라(metering infrastructure), 양방향 통신이 가능한 통신망, 중앙 관제센터로 구성된다.The Smart Water Grid aims at more intelligent water resource management by increasing water resource management efficiency such as water production, transportation, treatment, reuse. Among them, studies on the acquisition of water resources deal with various water resource management problems such as water leakage due to water pipe drainage, water production and transportation energy excess, demand - supply imbalance due to water resources shortage. AMI is a key infrastructure for solving these water management problems. It consists of a metering infrastructure, a communication network capable of bi-directional communication, and a central control center.

검침 인프라는 산업 및 가정에 설치된 계량기의 검침 데이터 수집 자동화를 위해 다양한 통신기술을 사용한다. 일반적으로 PLC(Power Line Communication), GPRS(General Packet Radio Service), RF(Radio frequency), WSN(Wireless Sensor Network)을 사용하여 검침 데이터를 원격지 수집 장치로 전달한다.The metering infrastructure uses a variety of communication technologies to automate the collection of meter reading data for industrial and household meters. Generally, meter reading data is transmitted to a remote collection device using Power Line Communication (PLC), General Packet Radio Service (GPRS), Radio Frequency (RF), and Wireless Sensor Network (WSN).

여기서, WSN은 물리적인 공간에 다수의 센서 노드를 배치해 구축한 에드 혹(ad-hoc) 형태의 무선 통신망을 의미하며, 특히 지그비(Zigbee)는 저전력, 저가의 무선 센서 노드로 구성된 WSN 구축에 적합한 표준 통신규약으로 배치와 운용 목적에 따라 유연한 토폴로지를 구성한다.Here, the WSN means an ad-hoc type wireless communication network constructed by arranging a plurality of sensor nodes in a physical space. In particular, Zigbee is a WSN constructed by a low-power and low-cost wireless sensor node It is a suitable standard communication protocol and forms a flexible topology according to the layout and operation purpose.

지그비 네트워크는 PLC같은 유선통신보다 물리적인 설치 제약이 덜하고 RF같은 무선통신과 다르게 양방향 통신 및 통신 범위 확장 제약이 없으며, ISM(Industrial Scientific Media) 대역 주파수를 사용하기 때문에 GPRS, 3G, LTE(Long Term Evolu- tion)보다 유지보수 비용이 저렴하다.ZigBee network has less physical installation constraints than wired communication such as PLC and unlike wireless communication like RF, there is no restriction of bidirectional communication and expansion of communication range. Because it uses Industrial Scientific Media (ISM) band frequency, GPRS, 3G, LTE Term Evolution.

지그비 네트워크를 이용한 원격검침 기술에 관련된 종래기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0023585호(2011.03.08 공개)가 있었다.A prior art related to the remote meter reading technique using a ZigBee network was Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0023585 (published on Mar. 3, 2011).

여기서, 종래기술은 하이브리드 네트워크와 슬리피 메쉬 네트워크가 혼합된 형태를 가지는 지그비 네트워크를 이용하여 특정 시간에 슬리피 메쉬 네트워크와 하이브리드 네트워크가 지그비 통신을 수행하도록 함으로써, 전력 공급이 어려운 음영 지역에 설치된 지그비 라우터의 전력 소모를 최소화시키는 기술을 개시하고 있다.In the prior art, a sleepy mesh network and a hybrid network perform ZigBee communication at a specific time using a ZigBee network having a hybrid hybrid network and a sleepy mesh network, and thus, a ZigBee router installed in a shaded area, Thereby minimizing power consumption.

그러나, 종래기술의 경우, 지그비가 사용하는 주파수가 Wi-Fi, 블루투스 장치들의 주파수 대역과 겹치는 주파수 간섭 문제, 센서 노드의 보안 문제(제한된 컴퓨팅 파워로 운용되는 센서 노드의 취약점)에 대한 해결방안은 제시하지 않고 있다.However, in the case of the prior art, a solution to the problem of frequency interference where the frequency used by ZigBee overlaps with the frequency band of Wi-Fi and Bluetooth devices and the security problem of the sensor node (the vulnerability of the sensor node operating with limited computing power) I do not present it.

따라서, 지그비 네트워크로 구성되는 데이터 검침 인프라 상의 소프트웨어 결함, 주파수 간섭, 물리적인 환경에 따른 하드웨어 고장 등 다양한 형태의 센서 노드 고장을 감지하고 특정 노드의 고장이 다른 노드까지 영향을 미치지 않도록 네트워크 안정성을 강화한 기술 개발의 필요성이 대두되고 있는 실정이다. Therefore, it is possible to detect various types of sensor node failure such as software defects, frequency interference, and hardware failure due to physical environment on the data inspection infrastructure composed of the ZigBee network, and to enhance the network stability so that the failure of a specific node does not affect other nodes There is a need for technology development.

본 발명의 목적은, 지그비 네트워크를 적용한 데이터 수집 시스템을 구성하는 각 센서 노드 간 또는 각 센서 노드 및 데이터 수집기 간의 상태 전이 메시지 교환을 통한 네트워크의 안정성을 강화하는 기술을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a technique for enhancing the stability of a network through exchanging state transition messages between sensor nodes constituting a data collection system using a ZigBee network or between sensor nodes and data collectors.

본 발명은, 무선 네트워크를 통해 서로 연결되며, 특정 시설에 설치되어 해당 시설에 대한 데이터를 수집하는 복수의 센서 노드; 상기 복수의 센서 노드들로부터 수집된 정보를 취합하는 데이터 수집기(Data Grabber, DG); 및 상기 데이터 수집기와 통신하며, 수집된 데이터를 기반으로 실시간 모니터링 및 특정 영역에서 발생된 이벤트를 처리하는 관제 센터; 를 포함하며, 상기 데이터 수집기와 복수의 센서 노드는, 데이터 수집기와 복수의 센서 노드 간 또는 복수의 센서 노드 간의 상태 전이(state transition) 메시지를 주고 받는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication system including a plurality of sensor nodes connected to each other through a wireless network and installed in a specific facility and collecting data on the facility; A data collector (DG) for collecting information collected from the plurality of sensor nodes; And a control center in communication with the data collector for real-time monitoring based on the collected data and for processing events generated in a specific area; Wherein the data collector and the plurality of sensor nodes exchange a state transition message between the data collector and the plurality of sensor nodes or between the plurality of sensor nodes.

여기서, 상기 데이터 수집기와 상기 복수의 센서 노드는 지그비 네트워크를 통해 연결되며, 상기 센서 노드는 배치 위치에 따라 인접한 센서 노드와 부모 노드(상위 노드)-자식 노드(하위 노드)의 관계 또는 부모 노드가 서로 다른 이웃 노드의 관계로 연결된다.Here, the data collector and the plurality of sensor nodes are connected through a ZigBee network, and the sensor node may determine a relationship between the adjacent sensor node and a parent node (parent node) - a child node (lower node) It is connected by the relationship of different neighboring nodes.

또한, 상기 부모 노드-자식 노드의 관계는 트리(Tree) 토폴로지로 구성되어 자식 노드에서 부모 노드 방향을 향하여 상기 데이터 수집기로 데이터 송수신 경로를 형성한다.In addition, the relation of the parent node-child node is formed of a tree topology, and forms a data transmission / reception path from the child node toward the parent node toward the data collector.

또한, 상기 이웃 노드의 관계는 메쉬(Mesh) 토폴로지로 구성되어 이웃 노드 간의 데이터 송수신 경로를 형성한다.In addition, the relation of the neighbor nodes is formed by a mesh topology, and forms a data transmission / reception path between neighboring nodes.

한편, 상기 상태 전이 메시지는 네트워크 초기화 메시지, 네트워크 최적화 메시지, 연결정보 보고 메시지, 부모 노드 변경 메시지, 고장 처리권한 위임 메시지 및 네트워크 복구 메시지로 마련된다.Meanwhile, the status transition message is provided as a network initialization message, a network optimization message, a connection information report message, a parent node change message, a failure handling authority delegation message, and a network restoration message.

여기서, 상기 네트워크 초기화 메시지가 상기 복수의 센서 노드로 전파될 경우, 센서 노드들은 인접 노드 중 하나의 노드와 부모 노드-자식 노드 관계를 형성하며, 부모 노드를 제외한 인접 노드와 이웃 노드 관계를 형성한다.Here, when the network initialization message is propagated to the plurality of sensor nodes, the sensor nodes form a parent node-child node relationship with one of the neighbor nodes, and form a neighbor node and a neighbor node relationship except the parent node .

또한, 상기 네트워크 최적화 메시지가 상기 복수의 센서 노드로 전파될 경우, 자식 노드를 가지지 않은 최말단의 센서 노드에서 부모 노드를 통해 자신의 노드 관계 정보를 전송하며, 전송된 노드 관계 정보를 이웃 노드에게 전파하고, 각 이웃 노드는 자식 노드 수가 적은 부모 노드로 부모 노드를 갱신한다.In addition, when the network optimization message is propagated to the plurality of sensor nodes, the sensor node transmits its own node relationship information through the parent node in the sensor node at the far end that does not have a child node, And each neighbor node updates its parent node with a parent node with a small number of child nodes.

또한, 상기 연결정보 보고 메시지는 부모 노드-자신 노드 및 이웃 노드로 관계된 센서 노드에 깊이-우선 검색(Depth-First Search)을 이용한 단절점 판단 알고리즘을 적용하여 네트워크의 단절점을 탐색하는 정보를 포함한다.In addition, the connection information report message includes information for searching for a break point of a network by applying a breakpoint determination algorithm using a depth-first search to a related sensor node as a parent node, its own node, and a neighbor node do.

여기서, 특정 센서 노드에서 자신의 부모 노드로 데이터 전송이 불가능할 경우, 상기 특정 센서 노드는 자신의 이웃 노드로 부모 노드 변경 메시지를 전송하여 부모 노드를 변경한다.Here, when data transmission from a specific sensor node to its parent node is impossible, the specific sensor node changes its parent node by transmitting a parent node change message to its neighbor node.

이어, 특정 센서 노드에서 자신의 부모 노드로 데이터 전송이 불가능하고 이웃 노드가 없는 경우, 상기 특정 센서 노드는 자식 노드로 고장 처리권한 위임 메시지를 전송하여 부모 노드-자식 노드의 관계를 뒤바꾸고 고장 처리권한을 자식 노드에게 위임한다.If the sensor node can not transmit data from its own sensor node to its parent node and there is no neighboring node, the specific sensor node transmits a fault delegation authority delegation message to the child node to change the relationship between the parent node and the child node, Delegate authority to child nodes.

여기서, 상기 고장 처리권한 위임 메시지를 수신한 센서 노드가 상기 부모 노드 변경 메시지 및 고장 처리권한 위임 메시지를 통해 데이터 전송 경로가 대체될 경우, 네트워크 복구 메시지를 자신의 부모 노드를 통해 상기 데이터 수집기로 전송한다.Here, when the sensor node receiving the failure handling authority delegation message replaces the data transmission path through the parent node change message and the failure handling authority delegation message, the network recovery message is transmitted to the data collector through its parent node do.

본 발명에 의해, 각 센서 노드 간 또는 각 센서 노드 및 데이터 수집기 간의 상태 전이 메시지 교환을 통한 네트워크의 모니터링을 기반으로 센서 노드의 고장 예측 및 발생된 고장에 대응하여 자동으로 네트워크 토폴로지를 변경 및 재구축하여 네트워크의 안정성 및 내고장성(fault tolerance)을 강화시킬 수 있다.According to the present invention, the network topology is automatically changed and rebuilt in response to the failure of the sensor node and the occurrence of the failure based on the monitoring of the network through the exchange of the state transition message between each sensor node or each sensor node and the data collector Thereby enhancing the stability and fault tolerance of the network.

도 1 은 본 발명에 따른 데이터 수집 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이며,
도 2 는 본 발명에 따른 데이터 수집기와 통신하는 센서 노드의 상태 전이 메시지를 통한 상태 전이를 나타낸 도면이며,
도 3 (a)는 본 발명에 따른 센서 노드의 네트워크 초기화를 나타낸 도면이며, 도 3 (b)는 본 발명에 따른 센서 노드의 네트워크 최적화를 나타낸 도면이고,
도 4 는 지그비 네크워크로 구축된 센서 노드 중 단절점을 나타낸 도면이며,
도 5 (a) 내지 (c) 는 본 발명에 따른 데이터 수집 시스템의 센서 노드 간 상태 전이를 통한 네트워크 자가회복을 순차적으로 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram showing a configuration of a data collection system according to the present invention,
Figure 2 is a diagram illustrating a state transition through a state transition message of a sensor node communicating with a data collector according to the present invention,
FIG. 3 (a) is a diagram illustrating network initialization of a sensor node according to the present invention, FIG. 3 (b) is a diagram illustrating network optimization of a sensor node according to the present invention,
FIG. 4 is a diagram showing a disconnecting point among sensor nodes constructed with a ZigBee network,
5 (a) to (c) sequentially illustrate network self recovery through state transition between sensor nodes in a data collection system according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Prior to this, the terms used in the specification and claims should not be construed in a dictionary sense, and the inventor may, on the principle that the concept of a term can be properly defined in order to explain its invention in the best way And should be construed in light of the meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments shown in the present specification and the drawings are only exemplary embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are presented. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may exist.

도 1 은 본 발명에 따른 데이터 수집 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 데이터 수집기와 통신하는 센서 노드의 상태 전이 메시지를 통한 상태 전이를 나타낸 도면이며, 도 3 (a)는 본 발명에 따른 센서 노드의 네트워크 초기화를 나타낸 도면이며, 도 3 (b)는 본 발명에 따른 센서 노드의 네트워크 최적화를 나타낸 도면이고, 도 4 는 지그비 네크워크로 구축된 센서 노드 중 단절점을 나타낸 도면이며, 도 5 (a) 내지 (c) 는 본 발명에 따른 데이터 수집 시스템의 센서 노드 간 상태 전이를 통한 네트워크 자가회복을 순차적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a data collection system according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a state transition through a state transition message of a sensor node communicating with a data collector according to the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating network initialization of a sensor node according to the present invention, FIG. 3 (b) is a diagram illustrating network optimization of a sensor node according to the present invention, and FIG. And FIGS. 5 (a) to 5 (c) are diagrams sequentially illustrating network self-recovery through state transition between sensor nodes in the data collection system according to the present invention.

본 발명에 따른 데이터 수집 시스템은 수도, 전기, 가스 등의 원격 검침을 구성하는 다양한 지그비 네트워크 인프라에 적용될 수 있으며, 이하에서는 발명의 명확한 설명을 위해 수도 원격 검침을 구현하는 수자원 데이터 수집 시스템에 대하여 설명하지만 이러한 설명이 본 발명의 기술적 사상을 한정하지는 않음을 밝혀둔다.
The data collection system according to the present invention can be applied to various ZigBee network infrastructures constituting remote meter reading of water, electricity, gas, etc. Hereinafter, a water data collection system for implementing remote water meter reading However, it should be understood that the description does not limit the technical idea of the present invention.

도 1 내지 도 5 를 참조하면, 본 발명에 따른 데이터 수집 시스템은, 무선 네트워크를 통해 서로 연결되며, 특정 시설에 설치되어 해당 시설에 대한 수자원 데이터를 수집하는 복수의 센서 노드(10); 복수의 센서 노드(10)들로부터 수집된 수자원 정보를 취합하는 수자원 데이터 수집기(Water Resource Data Grabber, DG)(20); 및 수자원 데이터 수집기(20)와 통신하며, 수집된 수자원 데이터를 기반으로 실시간 모니터링 및 특정 영역에서 발생된 이벤트를 처리하는 수자원 관제 센터(30); 를 포함하며, 수자원 데이터 수집기(20)와 복수의 센서 노드(10)는, 수자원 데이터 수집기(20)와 복수의 센서 노드(10) 간 또는 복수의 센서 노드(10) 간의 상태 전이(state transition) 메시지를 주고 받는다.1 to 5, a data collection system according to the present invention includes: a plurality of sensor nodes 10 connected to each other through a wireless network, installed in a specific facility and collecting water resources data for the facility; A water resource data collector (DG) 20 for collecting the water information collected from the plurality of sensor nodes 10; And a water resource control center (30) for communicating with the water data collector (20), for real time monitoring based on the collected water data and for processing events generated in a specific area; Wherein the water data collector 20 and the plurality of sensor nodes 10 are connected to each other through a state transition between the water data collector 20 and the plurality of sensor nodes 10 or a plurality of sensor nodes 10. [ Send and receive messages.

수자원 데이터 수집기(20)는 지그비 기반 원격 검침 인프라를 구성하는 핵심요소로 지그비 네트워크 내의 센서 노드(10)를 포함하는 스마트 수도 계량기가 생산한 데이터를 수집하여 수자원 관제 센터(30)로 송신한다.The water data collector 20 collects data generated by the smart water meter including the sensor node 10 in the ZigBee network as a key element of the ZigBee-based remote meter reading infrastructure, and transmits the collected data to the water control center 30.

도 1 에서와 같이, 수자원 데이터 수집기(20, 이하 'WRDG'라고 함)와 수자원 관제 센터(30) 사이에 DDS(Data Distribution Service)를 통해 실시간 양방향 통신한다. DDS는 OMG(Object Management Group)가 제정한 실시간 통신 미들웨어 표준으로 발간자(Publisher)와 구독자(Subscriber) 간 토픽(Topic)이라는 데이터 교환단위를 발간-구독(Publish-Subscribe)하여 양방향으로 정보를 교환할 수 있다. 수자원 관제 센터(30)는 WRDG(20)가 수집한 수자원 데이터를 수신 받아 유량, 유압, 수질 등을 모니터링 한다. 또한, 복합 수집한 수자원 데이터를 복합 이벤트 처리(Complex Event Processing)에 입력 데이터로 사용하여 누수 및 최대수량 등의 정보를 도출해 고효율의 수자원 관리를 가능케 한다.As shown in FIG. 1, real-time bidirectional communication is performed between the water data collector 20 (hereinafter, referred to as 'WRDG') and the water control center 30 through DDS (Data Distribution Service). DDS is a real-time communication middleware standard established by the Object Management Group (OMG), which publishes and subscribes data exchange units called Topic between publishers and subscribers to exchange information in both directions. can do. The water resource control center 30 receives the water data collected by the WRDG 20 and monitors the flow rate, the hydraulic pressure, and the water quality. In addition, using complex collected water data as input data for complex event processing, information such as leakage and maximum water quantity is derived, thereby enabling highly efficient water resource management.

센서 노드(10)를 포함하는 스마트 수도 계량기는 수도관에 물의 흐름에 따라 수량을 측정하는 장치이며, 사이블 센서를 장착한다.The smart water meter including the sensor node 10 is a device for measuring water quantity in the water pipe according to the flow of water, and is equipped with a cube sensor.

사이블 센서를 부착한 계량기가 다룰 수 있는 데이터와 이벤트로 정류(Flowing Forward) 시그널을 통해 해당 계량기에 얼마큼의 물이 흘렀는지 파악할 수 있으며 역류(Flowing Backward) 시그널을 통해 비정상적인 물의 흐름도 감지할 수 있다. 또 선 절단(Cable Cut) 같은 인가되지 않은 조작이나 계량기의 처리 용량이 작아 발생하는 최대 수량(Peak Flow) 등의 다양한 형태의 이벤트를 발생시켜 수도 시스템 유지관리 효율을 증대시킨다.Flowing Forward signals can be used to detect how much water has flowed into the meter and flow abnormal signals can be detected through the Flowing Backward signal. . In addition, it improves water system maintenance efficiency by generating various types of events such as unauthorized operations such as cable cutting and peak flow occurring due to a small processing capacity of a meter.

WRDG(20)와 수자원 관제 센터(30) 간 데이터와 이벤트를 교환하기 위해 IDL(Interface Description Language)을 이용해 WRDG(20)와 수자원 관제 센터(30) 간 양방향으로 교환하는 토픽을 명세 한다. 이 토픽은 WRDG 식별자(ID), 데이터/이벤트 이름(Name), 데이터/이벤트 값(Value) 필드를 포함하는 토픽으로 변환되어 수자원 관리 센터(30)의 실시간 수자원 정보 수집에 사용된다. WRDG(20)로 수집된 검침 인프라의 원(raw) 데이터와 이벤트는 토픽으로 변환되어 DDS를 통해 관제 센터의 서버까지 전달된다. DDS는 토픽을 교환 하는데 있어 다양한 QoS(Quality of Service)를 지원한다. 특히 데드라인(deadline) 속성은 WRDG(20)와 수자원 관제 센터(30) 간 실시간 토픽 교환을 보장한다. 수자원 관제 센터(30)로 전달된 토픽은 실시간 수자원 모니터링 및 CEP, 머신러닝에 사용되어 수자원 수요반응 실현을 가능하게 한다.
Specifies a topic to be exchanged in both directions between the WRDG 20 and the water resource control center 30 using an IDL (Interface Description Language) to exchange data and events between the WRDG 20 and the water resource control center 30. This topic is converted into a topic including a WRDG identifier (ID), a data / event name (Name), and a data / event value (Value) field, and is used for real-time water resource information collection of the water resource management center 30. The raw data and events of the meter reading infrastructure collected by the WRDG 20 are converted into topics and transmitted to the server of the control center through the DDS. DDS supports various QoS (Quality of Service) for exchanging topics. In particular, the deadline attribute ensures real-time topic exchange between the WRDG 20 and the water control center 30. The topic delivered to the water control center 30 can be used for real-time water monitoring, CEP, and machine running to realize water demand response.

지그비는 IEEE 802.15.4 표준을 기저로 상위레벨의 통신규약을 규정한 표준으로 저전략저가의 무선 센서 노드로 구성된 WSN 구축에 적합하다. 지그비 네트워크를 구성하는 센서 노드는 독립된 지그비 네트워크를 생성유지관리하는 지그비 코디네이터(Zigbee Coordinator, ZC), 에드혹 형태로 물리적인 통신 범위를 확장하는 지그비 라우터(Zigbee Router, ZR), 센싱 모듈을 통해 데이터/이벤트를 생산하는 지그비 말단 장치(Zigbee End Device, ZED)로 구성된다. ZC의 경우 독립된 지그비 네트워크 당 하나만 존재하는 것이 원칙이지만 물리적인 환경과 운용목적에 따라 1개 이상 존재하는 경우도 있고 ZR과 ZED를 구분하지 않는 경우도 있다. 본 발명에서는 WRDG(20)가 ZC의 역할을 수행하며 검침 인프라에 배치된 ZR은 물리적인 통신범위를 확장하는 역할을 수행하며, ZED는 스마트 수도 계량기에 해당하며, 이하에서는 ZR과 ZED는 센서 노드(10)로 통합하여 설명한다.
ZigBee is a standard that defines high-level communication protocol based on IEEE 802.15.4 standard and is suitable for WSN construction with low-priced wireless sensor nodes. The sensor nodes constituting the ZigBee network are Zigbee Coordinator (ZC) which creates and maintains independent ZigBee network, Zigbee Router (ZR) which extends the physical communication range as an ad hoc form, / Zigbee End Device (ZED) that produces events. In the case of ZC, there is only one per independent ZigBee network, but there may be more than one depending on the physical environment and the purpose of operation, and there are cases where ZR and ZED are not distinguished. In the present invention, the WRDG 20 plays the role of ZC, and the ZR disposed in the metering infrastructure functions to expand the physical communication range. The ZED corresponds to the smart water meter. Hereinafter, ZR and ZED correspond to the sensor node (10).

지그비 네트워크 내 각 센서 노드(10)들은 직접 통신이 가능한 인접노드를 파악하여 부모 노드(상위 노드)-자식 노드(하위 노드) 관계 및 센서 노드(10) 간의 이웃 노드(다른 부모 노드를 가지는 인접 노드) 관계를 형성한다.Each sensor node 10 in the ZigBee network identifies a neighbor node capable of directly communicating with the neighbor node (between the parent node (parent node) and the child node (lower node) ) Relationship.

각 노드는 0 또는 1개의 부모 노드를 가지며 부모 노드 방향의 데이터 전달은 WRDG(20)로 향한다. 부모-자식 관계(tightly coupled)로 연결된 노드는 WRDG(20)의 주 데이터 통신 경로로 사용되어 스마트 수도 계량기(가 생산한 데이터와 이벤트를 WRDG(20)로 전달한다. 이와 비슷하게 이웃 관계(loosely coupled)로 연결된 인접 노드는 차후 노드 고장에 따른 통신 문제를 해결하기 위한 부모 노드 후보군으로 부모 노드 고장 시 이웃 노드 중 하나를 새로운 부모 노드로 지정하여 네트워크 자가 회복이 이루어진다. WRDG(20)의 지그비 네트워크는 트리(Tree) 토폴로지인 부모-자식 관계의 경로를 통해 데이터를 송수신하고 메쉬(Mesh) 토폴로지인 이웃 관계의 경로를 통해 네트워크 내고장성을 구비하며 각 센서 노드(10) 들은 상태 전이 메시지를 주고 받으면서 초기 네트워크 구성, 최적화, 유지관리, 자가 회복 등의 동작이 구현된다.Each node has zero or one parent node and data delivery in the direction of the parent node is directed to the WRDG 20. A node that is connected in a tightly coupled manner is used as the main data communication path of the WRDG 20 to deliver data and events generated by the smart metering meter to the WRDG 20. Similarly, The neighbor node connected to the WRDG 20 is a candidate node of the parent node for solving a communication problem due to the failure of the next node, and when the parent node fails, one of the neighbor nodes is designated as a new parent node, The sensor node 10 transmits and receives data through a path of a parent-child relationship that is a tree topology and has a network fault tolerance through a path of a neighbor relationship that is a mesh topology. Each sensor node 10 transmits and receives state transition messages, Network configuration, optimization, maintenance, self-recovery, etc. are implemented.

WRDG(20)의 지그비 네트워크는 초기 네트워크 구성 및 최적화, 네트워크 유지관리, 네트워크 자가 회복을 위해 WRDG(20)와 센서 노드(10) 간 또는 센서 노드(10) 간 아래와 같은 상태 전이 메시지를 주고받는다.
The ZigBee network of the WRDG 20 exchanges the following status transition message between the WRDG 20 and the sensor node 10 or the sensor node 10 for initial network configuration and optimization, network maintenance, and network self recovery.

상태 전이 메시지State transition message

(u) 네트워크 초기화(Network Initialization)(u) Network Initialization

(v) 네트워크 최적화(Network Optimization)(v) Network Optimization

(w) 연결정보 보고(Connection Report)(w) Connection Report (Connection Report)

(x) 부모노드 변경(Change the Parent)(x) Change the Parent

(y) 고장 처리권한 위임(Handover of Authority)(y) Handover of Authority

(z) 네트워크 복구(Network Recovery)
(z) Network Recovery

상태 전이 메시지는 도 2 의 상태 전이도를 기반으로 동작하는 각 센서 노드(10)는 (u)~(z) 메시지를 교환하여 상태 전이가 이루어진다. (u), (v) 메시지는 초기 네트워크 구성 및 자식 수에 의한 네트워크 최적화, (w) 메시지는 정상적인 상태에서 WRDG(20)로 이웃 노드의 상태를 보고하여 WRDG(20)의 네트워크 유지관리를 돕는다. (x), (y), (z) 메시지는 특정 노드의 고장으로 발생하는 부분 네트워크의 손실을 복구하기 위한 자가 회복 메시지로 센서 노드(10) 간 (x), (y) 메시지를 교환하여 대체 경로를 찾고 자가 회복이 완료되었을 때 (z) 메시지를 통해 WRDG(20)에게 승인받아 네트워크를 통신이 가능한 정상적인 상태로 구축한다.
Each sensor node 10 operating on the basis of the state transition diagram of FIG. 2 exchanges messages (u) to (z) to perform a state transition. (u), (v) message are the network optimization by the initial network configuration and the number of children, (w) the message reports the state of the neighboring node to the WRDG 20 in a normal state to help the network maintenance of the WRDG 20 . (x), (y), and (z) messages are exchanged by exchanging (x) and (y) messages between the sensor nodes 10 as a self recovery message for recovering the loss of the partial network, When the path is found and the self-recovery is completed (z), it is approved by the WRDG (20) through the message and the network is established in a normal state in which communication is possible.

센서 노드(10)들의 상태는 인접 노드(부모 노드-자식 노드 및 이웃 노드 포함)와의 관계에 따라 아래의 표 1 와 같은 8가지 상태로 분류될 수 있으며 8가지 상태를 같은 특성으로 묶으면 도 2 의 5가지 상태로 정리할 수 있다. 5가지의 상태는 WRDG(20)나 인접 노드가 통신한 상태 전이 메시지에 따라 전이가 이루어지거나 노드 스스로 취한 동작의 결과에 따라 전이가 이루어지기도 한다. 예를 들어 WRDG(20)가 송신하는 초기화 메시지는 초기화 대기 중인 네트워크 내 모든 센서 노드(10)의 연결을 수립하고 기본적인 통신경로를 경신한다. 또한 네트워크 자가회복 권한을 가진 센서 노드(10)가 자가 회복을 위해 취해야할 동작을 찾지 못할 경우 처리권한을 타 센서 노드(10)에게 위임하여 상태 전이가 이루어지기도 한다.The states of the sensor nodes 10 can be classified into eight states as shown in the following Table 1 according to the relationship with adjacent nodes (including the parent node-child node and the neighbor node). If the eight states are grouped into the same characteristics, As shown in Fig. The five states may be transitioned according to the state transition message communicated by the WRDG 20 or the neighboring node, or may be transitioned according to the result of the action taken by the node itself. For example, the initialization message transmitted by the WRDG 20 establishes connection of all the sensor nodes 10 in the initialization standby network and updates the basic communication path. In addition, when the sensor node 10 having the network self-recovery authority can not find an action to be taken for self-recovery, the state transition may be performed by delegating the processing right to the other sensor node 10.

부모 노드Parent node 이웃 노드Neighbor node 자식 노드Child node OO OO OO OO OO XX OO XX OO OO XX XX XX OO OO XX OO XX XX XX OO XX XX XX

초기화(Initializing)Initializing

⑧ 과 같이 센서 노드 배치 후 인접 노드와 아무런 연결이 수립되지 않은 상태이다. 초기화 대기 중 (u) 메시지를 수신하면 인접 노드 중 하나의 노드를 부모 노드를 지정하며 자신과 이웃 관계인 노드를 구분하고 자식 노드를 보유할 수 있다.As shown in (8), after the sensor node is deployed, no connection with the neighbor node is established. Upon receiving the message Waiting for Initialization (u), one node of the neighboring node is designated as a parent node, and it is possible to distinguish the neighboring node and hold the child node.

정상(Normal)Normal

①, ②, ③, ④ 상태는 부모 노드가 있기 때문에 정상적인 통신이 이루어질 수 있다. 정상 상태에 자식 노드가 없는 경우 WRDG(20)로부터 가장 말단에 위치한 센서 노드(10)로부터 (v) 메시지가 WRDG(20) 방향으로 전달되어 초기화 이후 네트워크 최적화가 진행된다.①, ②, ③, ④ state can be normal communication because there is a parent node. If there is no child node in the normal state, (v) message is transmitted from the WRDG 20 to the WRDG 20 from the sensor node 10 located at the terminal end, and the network optimization proceeds after initialization.

자가회복(Self-healing)Self-healing

⑤, ⑥, ⑦, ⑧ 상태는 부모 노드의 고장으로 WRDG(20)와 통신이 불가능한 상태로 트리 토폴로지 특성 상 모든 하위 노드의 통신 불가로 이어진다. 부모 노드의 고장을 감지한 노드는 처리 권한을 가지고 네트워크를 자가 회복하기 위해 (x) 메시지를 통해 이웃 노드를 부모 노드로 지정한다. 하지만 ⑦ 과 같이 이웃노드가 없는 경우, (y) 메시지를 자식에게 보내어 부모관계를 뒤바꾸고 처리 권한을 이양한다. 이러한 처리 권한 위임은 대체 통신 경로가 있는 자식 노드를 만날 때 까지만 진행되기 때문에 부분 네트워크의 모든 경로를 재설정하지 않고 기존 정상적인 경로는 그대로 유지된다.The states ⑤, ⑥, ⑦, and ⑧ can not communicate with the WRDG (20) due to a failure of the parent node, resulting in the inability of communication of all lower nodes due to the nature of the tree topology. The node that detected the failure of the parent node has the processing right and designates the neighbor node as the parent node through the message (x) to self-recover the network. However, if there are no neighboring nodes as in (7), (y) sends the message to the child to change the parent relationship and transfer the processing right. This processing privilege delegation is performed only until a child node with an alternative communication path is encountered, so that all the paths of the partial network are not reset and the existing normal path is maintained.

재결합(Rejoining)Rejoining

⑤, ⑥, ⑦ 상태는 고장 처리 상태 뿐 아니라 고장 처리를 완료한 상태에서도 나타난다. 자가 회복을 통해 새로운 대체 통신 경로를 찾게된 센서 노드(10)는 WRDG(20)에게 자가 회복을 완료를 보고한다. WRDG(20)의 승인이 떨어지면 통신이 단절되었던 부분 네트워크는 정상 상태로 돌아가고 WRDG(20)는 자가 회복 후 변경된 네트워크 토폴로지를 파악한다.The states ⑤, ⑥ and ⑦ appear not only in the fault processing state but also in the fault processing state. The sensor node (10) which has found a new alternative communication path through self recovery reports the completion of the self recovery to the WRDG (20). If the approval of the WRDG 20 falls, the partial network in which the communication is disconnected returns to a normal state, and the WRDG 20 grasps the changed network topology after self-recovery.

고립(Isolated)Isolated (Isolated)

⑧ 상태는 초기화 대기 이후에도 나타날 수 있다. 고립 상태는 부모 노드 고장에 따른 고장 처리를 수행할 이웃, 자식 노드가 없는 경우로 물리적으로 새로운 인접 노드가 등장하기 전까지 어떠한 동작도 하지 않는다. 만약 새로운 인접노드가 감지되면 고장 처리 상태로 변경되어 자가 회복을 시도한다.
⑧ The status can also appear after waiting for initialization. The isolated state is a state in which there is no neighbor or child node to perform the failure processing according to the failure of the parent node, and does not perform any operation until a new neighboring node physically appears. If a new neighbor node is detected, it is changed to the failure processing state and self recovery is attempted.

초기 네트워크 구성 및 최적화Initial network configuration and optimization

WRDG(20)와 센서 노드(10)로 구축되는 지그비 네트워크는 초기에 (u) 메시지를 플러딩(flooding) 방식으로 인접 노드에게 전파하여 각 노드가 인접 노드 간 부모-자식 또는 이웃 관계의 연결을 맺도록 한다. 도 3 (a) 는 초기 네트워크 구성 예로, WRDG(20)로부터 (u) 메시지를 전달받은 A, B 노드가 WRDG(20)를 부모 노드로 지정하고 부모 지정이 완료된 A, B 노드가 다시 인접 노드인 C, D, E로 (u) 메시지를 전파하여 자신을 부모로 지정하도록 한다. D 노드의 경우 A, C, B 노드와 직접 통신이 가능하지만 가장 먼저 (u) 메시지를 전달한 A 노드를 부모 노드로 지정했으며 B 노드와는 이웃 관계에 있다. 직접 통신이 가능하지만 같은 부모를 가지는 C 노드는 이웃 관계에서 제외된다. 이와 같이 플러딩 방식의 (u) 메시지 연쇄적 전달은 네트워크의 모든 노드를 초기화시켜 기본적인 통신이 가능하도록 한다.The ZigBee network constructed by the WRDG 20 and the sensor node 10 initially transmits a (u) message to neighboring nodes in a flooding manner, and each node establishes a connection of parent-child or neighbor relationship between adjacent nodes . 3 (a) shows an example of an initial network configuration. A and B nodes which have received a (u) message from a WRDG 20 designate a WRDG 20 as a parent node, and nodes A and B, (U) to C, D, and E to designate themselves as parents. In case of D node, it is possible to communicate directly with A, C, and B nodes. However, the first node that has transmitted the (u) message is designated as the parent node and the node B has the neighbor relationship. Direct communication is possible but C nodes with the same parent are excluded from the neighbor relationship. In this way, (u) message concatenation of the flooding scheme initializes all nodes of the network to enable basic communication.

초기화가 완료된 지그비 네트워크는 말단 노드를 시작으로 WRDG(20)까지 (v) 메시지를 통한 최적화가 진행된다. (v) 메시지는 부모-자식 경로로 전달되며 자신의 모든 자식수를 부모 노드에게 전달한다. (v) 메시지를 전달 받은 노드는 자신이 부담하는 자식 수가 갱신될 때 이웃 노드에게 자신의 자식 수를 알려 주어 이웃 노드가 자식 수가 가장 적은 쪽의 부모를 선택하도록 한다. 도 3 (b)는 자식수에 의한 네트워크 최적화 예로, 네트워크 초기화 이후 A 노드를 부모 노드로 지정한 D 노드의 부모 노드 변경을 보여준다. I, J, H 노드로부터 시작된 (v) 메시지는 부모-자식 경로를 따라 전달되고 A, B 노드의 누적 자식 수가 갱신되면서 D 노드는 A 노드와 B 노드의 누적 자식수를 알 수 있다. 그 결과 D 노드의 부모는 기존 A에서 B로 변경되면서 A와 B의 하위 자식수가 4로 동일해 진다.The ZigBee network that has been initialized is optimized through the message (v) from the end node to the WRDG (20). (v) The message is passed to the parent-child path and passes the number of its children to the parent node. (v) The node that receives the message informs the neighboring node of the number of its children when the number of its children is updated, so that the neighboring node selects the parent with the smallest number of children. FIG. 3 (b) shows an example of network optimization by the number of children, which shows the change of the parent node of the D node that designated the A node as the parent node after the network initialization. (V) message originating from nodes I, J, and H is delivered along the parent-child path, and the cumulative number of children of nodes A and B is updated so that the number of cumulative nodes of node A and node B is known. As a result, the parent of the D node is changed from the existing A to B, and the number of children of A and B becomes equal to four.

초기 네트워크 구성 이후 진행하는 누석 자식 수에 따른 네트워크 최적화는 제한된 전원으로 운용되는 센서 노드(10)의 부하를 분산(load balancing)하여 전체 네트워크의 수명을 보다 연장시킨다.
The network optimization according to the number of children who have undergone the initial network configuration increases the lifetime of the entire network by load balancing the sensor node 10 operated with a limited power source.

네트워크 유지관리Network maintenance

WRDG(20)는 초기 네트워크 구성 및 최적화 이후 정상 상태의 센서 노드(10)로부터 각 노드의 연결 관계를 담은 (w) 메시지를 수신한다. 이 메시지를 통해 전체 지그비 네트워크를 점과 선으로 이루어진 그래프로 표현할 수 있다. 부모 노드-자식 노드 관계를 통해 트리 형태의 그래프를 그릴 수 있으며 부모 노드-자식 노드와 이웃 노드 관계를 합치면 메쉬 형태의 그래프를 그릴 수 있다. WRDG(20)는 트리 형태의 그래프를 관제 센터로 전달하여 수도 시스템 관리자가 지그비 네트워크 구성을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 아울러 메쉬 형태의 그래프는 안정적인 네트워크 유지를 위해 활용될 수 있다.The WRDG 20 receives the message (w) containing the connection relationship of each node from the sensor node 10 in the steady state after initial network configuration and optimization. This message can be used to represent the entire ZigBee network as a graph of points and lines. You can draw a graph in the form of a tree through the parent node-child node relationship. You can draw a mesh-type graph by combining the parent node-child node with the neighbor node relation. The WRDG 20 transmits the tree-shaped graph to the control center so that the water system administrator can monitor the ZigBee network configuration in real time. In addition, a mesh-like graph can be utilized for stable network maintenance.

한편, 트리 형태의 그래프는 특정 노드의 삭제가 곧 하위 노드의 단절을 야기한다. WRDG(20)의 부모-자식 연결로 이루어진 트리 토폴로지는 특정 노드의 고장은 모든 하위 노드의 통신 두절을 의미한다. 이때 자가 회복을 통해 대체 경로를 찾아 네트워크를 복구할 수 있지만 고장난 노드가 도 4 의 E와 같은 단절점(Articulation Point)에 해당할 경우 자가 회복은 의미가 없다.On the other hand, the tree-shaped graph causes deletion of a certain node soon to disconnect the lower node. A tree topology consisting of the parent-child connection of the WRDG (20) means that the failure of a particular node means that all lower nodes are out of communication. At this time, it is possible to recover the network by searching for the alternative route through self-recovery, but self-recovery is not meaningful when the failed node corresponds to the articulation point as shown in E of FIG.

WRDG(20)는 각 노드를 정점으로 하고 (w) 메시지를 통해 부모-자식과 이웃 관계의 연결을 정점 간 간선으로 연결하며 간선의 방향은 부모 노드하는 방향성 비사이클 그래프(Directed Acyclic Graph)를 그린다. 메쉬 형태로 나타나는 방향성 비사이클 그래프에 깊이-우선 검색(Depth-First Search)을 이용한 단절점 판단 알고리즘을 적용하면 고장 발생 시 자가 회복에 의미가 없는 노드(단절점)를 찾는다.The WRDG (20) draws a directed acyclic graph that connects nodes of parent-child and neighbor relationships with vertices through a message (w), and the direction of the trunk is a parent node . When a breakpoint detection algorithm using depth-first search is applied to a directional bicyclic graph that appears as a mesh, nodes (breakpoints) that have no meaning in self recovery are searched.

그래프를 통한 WRDG(20)의 네트워크 유지관리는 현재는 정상 상태인 노드이지만 고장이 발생할 경우 큰 네트워크 유지 관점에 큰 문제가 되는 노드를 예상하여 검침 인프라 관리자에게 알린다. 시스템 관리자는 단절점에 해당하는 노드 주변에 대체 노드를 추가적으로 설치하여 검침 인프라의 안정성을 더하는 조치를 취할 수 있다.
The network maintenance of the WRDG 20 through the graph informs the inspection infrastructure manager that the node is in a normal state at present but a node that is a big problem in view of a large network maintenance in case of a failure. System administrators can take additional measures to add stability to the metering infrastructure by additionally installing alternate nodes around the node that corresponds to the breakpoint.

내고장성(Fault-tolerant)Fault-tolerant

지그비 네트워크를 구성하는 센서 노드(10)는 자연재해로 인한 하드웨어의 파손, 소프트웨어 결함, 보안 문제로 인한 동작정지, 간헐적인 주파수 간섭, 전원 이상 등 다양한 종류의 고장원인이 있다. 안정적인 지그비 네트워크 유지를 위해 WRDG(20) 내 분산된 노드들은 협업을 통해 고장 노드를 제거하고 새로운 네트워크 경로를 설정하여 네트워크를 정상화 한다.The sensor node 10 constituting the ZigBee network has various types of failures such as hardware failure due to natural disasters, software defects, operation stop due to security problems, intermittent frequency interference, power failure, and the like. In order to maintain a stable ZigBee network, the distributed nodes in the WRDG 20 remove the faulty node through collaboration and set up a new network path to normalize the network.

센서 노드(10) 간 네트워크 자가 회복은 부모 노드의 고장을 감지하게 되면 시작된다. 부모가 사라진 센서 노드(10)는 즉시 이웃 노드 중 하나에게 (x) 메시지를 보내어 부모 노드를 지정해 네트워크를 회복한다. 하지만 이웃 노드가 없는 경우 네트워크 회복을 위한 대체 경로는 자식 노드들의 이웃 노드일 가능성이 크므로 (y) 메시지를 자식 노드에게 보내어 부모-자식 관계를 뒤바꾸고 처리권한을 위임한다. 이러한 과정이 연쇄적으로 일어나 최종적으로 대체경로를 찾게 되면 (z) 메시지를 WRDG(20)에게 보내어 자가 회복을 통한 네트워크 정상화를 알린다.Network self-recovery between the sensor nodes 10 is initiated when a failure of the parent node is detected. The sensor node 10 whose parent has disappeared immediately sends a message (x) to one of the neighbor nodes to designate the parent node to recover the network. However, in the absence of a neighboring node, the alternate path for network recovery is likely to be the neighbor of the child nodes, so (y) sends the message to the child node to change the parent-child relationship and delegate the processing authority. When this process occurs in a cascade and finally finds an alternative route (z), it sends a message to the WRDG 20 to inform the network normalization through self recovery.

도 5 (a) 내지 (c) 는, 센서 노드(10) 간 협업을 통해 네트워크를 회복하는 예로, B 노드의 고장으로 D, E 노드를 포함한 하위 노드의 통신 두절이 발생했다.(도 5 (a)) D 노드의 경우 이웃 노드인 A를 부모 노드로 지정하여 D, G 노드의 네트워크는 정상으로 돌아온다. 이때 G 노드는 어떠한 네트워크 변경 사항도 없다. 한편 E 노드는 이웃 노드가 없으므로 자식 노드인 H 와 부모-자식 관계를 뒤바꾸고 고장 처리 권한을 이양한다.(도 5 (b)) 고장 처리 권한이 있는 H는 이웃 노드인 G 노드를 부모로 지정하여 네트워크 자가 회복이 이루어지게 된다.(도 5 (c)) 이후 WRDG(20)는 (w) 메시지를 통해 B 노드 고장에 따라 변경된 네트워크 토폴로지를 갱신한다.5 (a) to 5 (c) show an example of restoring the network through cooperation between the sensor nodes 10, in which communication failure of the lower node including the nodes D and E occurs due to the failure of the node B (see FIG. 5 a)) In case of D node, A, which is a neighbor node, is designated as a parent node, and the networks of D and G nodes return to normal. At this time, the G-node has no network changes. Meanwhile, since the E node does not have a neighboring node, H is transferred to the child node and the parent-child relation is transferred and the fault handling authority is transferred (FIG. 5 (b) (Fig. 5 (c)). After that, the WRDG 20 updates the changed network topology according to the failure of the B node through the (w) message.

이상과 같이, 도 5 (a) 내지 (c)의 예 및 도 2 의 상태 전이도에 기반한 네트워크 자가회복은 고장 노드를 기준으로 단절된 부분 네트워크의 전체 토폴로지를 재구성 하지 않고 일부만 변경한다는 장점이 있다.
As described above, the network self recovery based on the example of FIG. 5 (a) to FIG. 5 (c) and the state transition diagram of FIG. 2 is advantageous in that it partially changes only the entire topology of the disconnected partial network based on the fault node.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 수집 시스템은, 각 센서 노드 간 또는 각 센서 노드 및 데이터 수집기 간의 상태 전이 메시지 교환을 통한 네트워크의 모니터링을 기반으로 센서 노드의 고장 예측 및 발생된 고장에 대응하여 자동으로 네트워크 토폴로지를 변경 및 재구축하여 네트워크의 안정성 및 내고장성(fault tolerance)을 강화시킬 수 있다.
As described above, the data collecting system according to the present invention can be used to predict a failure of a sensor node based on monitoring of a network through exchanging state transition messages between sensor nodes or between each sensor node and a data collector, The network topology can be automatically changed and rebuilt to enhance the stability and fault tolerance of the network.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments and the drawings, it is to be understood that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments and various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art. Various modifications and variations may be made without departing from the scope of the appended claims.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 센서 노드
20 : 데이터 수집기
30 : 관제 센터
Description of the Related Art [0002]
10: Sensor node
20: Data Collector
30: Control Center

Claims (11)

무선 네트워크를 통해 서로 연결되며, 특정 시설에 설치되어 해당 시설에 대한 데이터를 수집하는 복수의 센서 노드;
상기 복수의 센서 노드들로부터 수집된 정보를 취합하는 데이터 수집기(Data Grabber, DG); 및
상기 데이터 수집기와 통신하며, 수집된 데이터를 기반으로 실시간 모니터링 및 특정 영역에서 발생된 이벤트를 처리하는 관제 센터; 를 포함하며,
상기 데이터 수집기와 복수의 센서 노드는, 데이터 수집기와 복수의 센서 노드 간 또는 복수의 센서 노드 간의 상태 전이(state transition) 메시지를 주고 받는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
A plurality of sensor nodes connected to each other through a wireless network, installed in a specific facility and collecting data on the facility;
A data collector (DG) for collecting information collected from the plurality of sensor nodes; And
A control center in communication with the data collector for real time monitoring based on the collected data and for processing events generated in a specific area; / RTI >
The data collector and the plurality of sensor nodes exchange a state transition message between the data collector and the plurality of sensor nodes or between the plurality of sensor nodes.
Data acquisition system.
제1항에 있어서,
상기 데이터 수집기와 상기 복수의 센서 노드는 지그비 네트워크를 통해 연결되며, 상기 센서 노드는 배치 위치에 따라 인접한 센서 노드와 부모 노드(상위 노드)-자식 노드(하위 노드)의 관계 또는 부모 노드가 서로 다른 이웃 노드의 관계로 연결되는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
The method according to claim 1,
The data collector and the plurality of sensor nodes are connected via a ZigBee network, and the sensor node may be arranged such that the relationship between the adjacent sensor node and the parent node (parent node) - the child node (lower node) Neighboring nodes.
Data acquisition system.
제2항에 있어서,
상기 부모 노드-자식 노드의 관계는 트리(Tree) 토폴로지로 구성되어 자식 노드에서 부모 노드 방향을 향하여 상기 데이터 수집기로 데이터 송수신 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the relationship between the parent node and the child node comprises a tree topology and forms a data transmission / reception path from the child node toward the parent node toward the data collector
Data acquisition system.
제2항에 있어서,
상기 이웃 노드의 관계는 메쉬(Mesh) 토폴로지로 구성되어 이웃 노드 간의 데이터 송수신 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the relationship of the neighboring nodes is configured with a mesh topology to form a data transmission / reception path between neighboring nodes
Data acquisition system.
제2항에 있어서,
상기 상태 전이 메시지는 네트워크 초기화 메시지, 네트워크 최적화 메시지, 연결정보 보고 메시지, 부모 노드 변경 메시지, 고장 처리권한 위임 메시지 및 네트워크 복구 메시지로 마련되는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the status transition message is provided as a network initialization message, a network optimization message, a connection information report message, a parent node change message, a failure handling authority delegation message, and a network recovery message
Data acquisition system.
제5항에 있어서,
상기 네트워크 초기화 메시지가 상기 복수의 센서 노드로 전파될 경우, 센서 노드들은 인접 노드 중 하나의 노드와 부모 노드-자식 노드 관계를 형성하며, 부모 노드를 제외한 인접 노드와 이웃 노드 관계를 형성하는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
6. The method of claim 5,
When the network initialization message is propagated to the plurality of sensor nodes, the sensor nodes form a parent node-child node relationship with one of the neighbor nodes, and form a neighbor node-neighbor relationship except the parent node To
Data acquisition system.
제6항에 있어서,
상기 네트워크 최적화 메시지가 상기 복수의 센서 노드로 전파될 경우, 자식 노드를 가지지 않은 최말단의 센서 노드에서 부모 노드를 통해 자신의 노드 관계 정보를 전송하며, 전송된 노드 관계 정보를 이웃 노드에게 전파하고, 각 이웃 노드는 자식 노드 수가 적은 부모 노드로 부모 노드를 갱신하도록 마련되는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
The method according to claim 6,
When the network optimization message is propagated to the plurality of sensor nodes, the sensor node transmits the node relationship information of its own node through the parent node, and transmits the transmitted node relation information to the neighboring node , Each neighboring node is arranged to update a parent node with a parent node having a small number of child nodes
Data acquisition system.
제5항에 있어서,
상기 연결정보 보고 메시지는 부모 노드-자신 노드 및 이웃 노드로 관계된 센서 노드에 깊이-우선 검색(Depth-First Search)을 이용한 단절점 판단 알고리즘을 적용하여 네트워크의 단절점을 탐색하는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
6. The method of claim 5,
The connection information report message includes information for searching for a break point of a network by applying a breakpoint determination algorithm using Depth-First Search to a related sensor node as a parent node, its own node, and a neighboring node Featured
Data acquisition system.
제5항에 있어서,
특정 센서 노드에서 자신의 부모 노드로 데이터 전송이 불가능할 경우, 상기 특정 센서 노드는 자신의 이웃 노드로 부모 노드 변경 메시지를 전송하여 부모 노드를 변경하는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
6. The method of claim 5,
When it is impossible to transmit data from a specific sensor node to its parent node, the specific sensor node transmits a parent node change message to its neighbor node to change its parent node
Data acquisition system.
제9항에 있어서,
특정 센서 노드에서 자신의 부모 노드로 데이터 전송이 불가능하고 이웃 노드가 없는 경우, 상기 특정 센서 노드는 자식 노드로 고장 처리권한 위임 메시지를 전송하여 부모 노드-자식 노드의 관계를 뒤바꾸고 고장 처리권한을 자식 노드에게 위임하는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
10. The method of claim 9,
If the sensor node can not transfer data from its own sensor node to its parent node and there is no neighboring node, the specific sensor node transmits a fault delegation authority delegation message to the child node to change the relationship between the parent node and the child node, To a child node
Data acquisition system.
제10항에 있어서,
상기 고장 처리권한 위임 메시지를 수신한 센서 노드가 상기 부모 노드 변경 메시지 및 고장 처리권한 위임 메시지를 통해 데이터 전송 경로가 대체될 경우, 네트워크 복구 메시지를 자신의 부모 노드를 통해 상기 데이터 수집기로 전송하는 것을 특징으로 하는
데이터 수집 시스템.
11. The method of claim 10,
When the sensor node having received the failure processing authority delegation message transmits a network recovery message to the data collector through its parent node when the data transmission path is replaced through the parent node change message and the failure handling authority delegation message Featured
Data acquisition system.
KR1020140134771A 2014-10-07 2014-10-07 Data Gathering System KR101669726B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140134771A KR101669726B1 (en) 2014-10-07 2014-10-07 Data Gathering System

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140134771A KR101669726B1 (en) 2014-10-07 2014-10-07 Data Gathering System

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160041221A true KR20160041221A (en) 2016-04-18
KR101669726B1 KR101669726B1 (en) 2016-10-27

Family

ID=55916380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140134771A KR101669726B1 (en) 2014-10-07 2014-10-07 Data Gathering System

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101669726B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110278533A (en) * 2019-06-14 2019-09-24 浙江理工大学 Forest fire protection data communications method based on network control system
KR20190142644A (en) * 2018-06-18 2019-12-27 삼성에스디에스 주식회사 Method for controlling weight value of control map and apparatus thereof
CN111970725A (en) * 2020-08-21 2020-11-20 广东博智林机器人有限公司 Network fault self-recovery method and system
KR102346721B1 (en) * 2020-07-22 2021-12-31 경북대학교 산학협력단 Apparatus and method for freeze propagation protection by power profile collaborative-monitoring

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090093543A (en) * 2008-02-29 2009-09-02 동서대학교산학협력단 Radio frequency sensor network system and data communication method thereof
KR101299681B1 (en) * 2012-02-06 2013-08-22 주식회사 나은기술 Using sensor networks for remote terminal apparatus and method for detecting abnormal status
KR101442579B1 (en) * 2013-09-06 2014-09-22 (주)누리텔레콤 Data transmission method in wireless sensor network and wiress sensor node thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090093543A (en) * 2008-02-29 2009-09-02 동서대학교산학협력단 Radio frequency sensor network system and data communication method thereof
KR101299681B1 (en) * 2012-02-06 2013-08-22 주식회사 나은기술 Using sensor networks for remote terminal apparatus and method for detecting abnormal status
KR101442579B1 (en) * 2013-09-06 2014-09-22 (주)누리텔레콤 Data transmission method in wireless sensor network and wiress sensor node thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190142644A (en) * 2018-06-18 2019-12-27 삼성에스디에스 주식회사 Method for controlling weight value of control map and apparatus thereof
CN110278533A (en) * 2019-06-14 2019-09-24 浙江理工大学 Forest fire protection data communications method based on network control system
KR102346721B1 (en) * 2020-07-22 2021-12-31 경북대학교 산학협력단 Apparatus and method for freeze propagation protection by power profile collaborative-monitoring
CN111970725A (en) * 2020-08-21 2020-11-20 广东博智林机器人有限公司 Network fault self-recovery method and system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101669726B1 (en) 2016-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lin et al. Efficient fault-tolerant routing in IoT wireless sensor networks based on bipartite-flow graph modeling
KR101669726B1 (en) Data Gathering System
CN106357305A (en) Self-networking method, device and system of tree structure network
EP3957129B1 (en) Power outage detection and reporting
Wang et al. On “movement-assisted connectivity restoration in wireless sensor and actor networks”
CN102984715B (en) The network-building method of wireless sensor network
CA2602289A1 (en) Using a fixed network wireless data collection system to improve utility responsiveness to power outages
CN103236974B (en) A kind of method of checking meter for power line carrier based on dynamic routing algorithm
Ke et al. Efficiency network construction of advanced metering infrastructure using Zigbee
CN105790990A (en) Method and system for monitoring and managing power distribution and utilization communication business
CN105119377A (en) Super-ZigBee Internet of Things-based power grid intelligent monitoring system and method
Cheraghlou et al. A novel fault-tolerant leach clustering protocol for wireless sensor networks
EP3892026B1 (en) Node outage determination and reporting in a mesh network
Yu et al. A cross‐layer wireless sensor network energy‐efficient communication protocol for real‐time monitoring of the long‐distance electric transmission lines
CN105353272A (en) Wind farm single-ring network multi-point fault rapid positioning method
Sharma et al. A review article on wireless sensor network in smart grid
CN115278577A (en) Information acquisition method, system, electronic device and storage medium
CN101771580A (en) Processing method for redundancy checking of ring network
Saihi et al. A real time centralized fault detection application in wireless sensor networks
CN103457795B (en) MAD method and apparatus in VCF network
Patil et al. Analysis of data aggregation techniques in wireless sensor networks
Begum et al. Component-based self-healing algorithm with dynamic range allocation for fault-tolerance in WSN
CN113490290A (en) Wireless chain type ad hoc network method, device and system for power transmission Internet of things
Georgoulas et al. Wireless sensor network management and functionality: An overview
CN104700606A (en) Electricity meter information reporting system based on plastic optical fibers

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190926

Year of fee payment: 4