KR20160143307A - 이동통신망, 이더넷 등을 이용한 광대역 통신망과 USB, Bluetooth, Zigbee, WiFi, SUN, LoRaWAN(Long Range Wide Area Network), SigFox 등을 이용한 근거리 통신망의 유무선 접속을 하나의 플랫폼으로 처리하며 외부 원격 모니터링 기능을 제공하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이(Universal Adaptive Gateway) - Google Patents

이동통신망, 이더넷 등을 이용한 광대역 통신망과 USB, Bluetooth, Zigbee, WiFi, SUN, LoRaWAN(Long Range Wide Area Network), SigFox 등을 이용한 근거리 통신망의 유무선 접속을 하나의 플랫폼으로 처리하며 외부 원격 모니터링 기능을 제공하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이(Universal Adaptive Gateway) Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 통신망 / 근거리 통신망 / GPS 접속을 하나의 플랫폼에서 처리해주며 외부 원격 모니터링 기능을 제공하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이에 관한 것이다. 이를 통해서 제품 개발 및 게이트웨이에 접속된 디바이스의 관리에 대한 효율성을 높일 수 있다.

Description

이동통신망, 이더넷 등을 이용한 광대역 통신망과 USB, Bluetooth, Zigbee, WiFi, SUN, LoRaWAN(Long Range Wide Area Network), SigFox 등을 이용한 근거리 통신망의 유무선 접속을 하나의 플랫폼으로 처리하며 외부 원격 모니터링 기능을 제공하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이(Universal Adaptive Gateway){IoT universal adaptive platform gateway to provide an external remote monitoring and to process the wired or wireless connection to the wide area network(mobile communication network, Ethernet etc) and local area network(USB, Bluetooth, Zigbee, WiFi, SUN, LoRaWAN, SigFox etc.)}
본 발명은 IoT 게이트웨이에 대한 것으로, 상세하게는 다양한 유무선 통신망의 접속을 하나의 플랫폼에서 처리해주며 외부 원격 모니터링 기능을 제공하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이에 관한 것이다.
사물인터넷(IoT: Internet of Things)은 지능화된 사물들이 인터넷에 연결되어 네트워크를 통해 다양한 데이타를 수집하여 응용하게 하는 기술이다. 이 기술의 응용분야로는 전기, 물, 가스 등의 측정분야 / 주차, 교통량 제어, 광고 표시 등 도시관리 / 가축 관리, 환경 감지, 동물 이동감지 등 농업분야 / 산불감시, 지진 감시, 공장제어 등 산업분야에 까지 수많은 응용 분야가 존재한다. 이를 구현하기 위해 여러 가지 광대역 및 근거리 통신 기술(지그비, 블루투스, Wi-Fi, SUN, LoRa 등) 등이 적용될 수 있으며, 각 기술이 적용된 다양한 IoT 게이트웨이가 개발되고 있다. 위에 언급된 다양한 기술을 하나의 플랫폼에서 지원하며 다양한 센서 및 디바이스의 관리를 용이하게 하는 원격 관리기능을 제공하는 IoT 게이트웨이 개발의 필요성이 커지고 있다.
본 발명은 위에 언급된 필요성을 해소하기 위해 고안된 것으로, 상세하게는 응용분야 또는 적용 기술에 따른 개별 게이트웨이를 설치하고 관리하는 방식이 아닌 여러 기술을 하나의 플랫폼에서 지원하면서 원격 관리를 통해 효율적으로 IoT 기기를 관리할 수 있도록 하고자 한다. 이를 통해 게이트웨이 제조사는 하나의 플랫폼을 이용하여 다양한 기술을 지원하는 게이트웨이를 생산 가능하도록 하여 개발 기간 및 비용의 감소를 기대할 수 있다. 또한 관리자는 게이트웨이를 통해 접속된 IoT 기기들을 원격에서 관리함으로써 관리의 효율성을 높일 수 있다.
고안된 IoT 게이트웨이는 하나의 플랫폼에서 유무선의 광대역 통신망 및 근거리 통신망을 지원하기 위해서 각 기능 접속부는 장착 모듈을 교체할 수 있는 유니버셜 구조로 구성한다.
상기 언급한 모듈 교체 방식은 pin-to-pin 방식으로 1:1 교체를 하거나 변환 소켓을 이용하여 교체할 수 있으며, 고안된 게이트웨이의 이동통신 접속부, 근거리 무선 접속부, 위치 정보 접속부가 이런 구조를 가진다.
상세하게 설명하면, 상기 이동통신 접속부는 LTE / WCDMA / GSM 등을 지원하는 모듈을 교체 장착할 수 있는 구조를 가짐으로써 게이트웨이 개발시 4G/3G/2G 통신 지원 모듈을 선택하여 개발할 수 있다.
상기 근거리 무선 접속부는 지그비 / 블루투스 / 와이파이 / SigFox / SUN 등을 지원하는 모듈을 교체 장착할 수 있는 구조를 가짐으로써 IoT 센서 및 디바이스에 적용된 기술을 지원할 수 있도록 한다.
상기 위치 정보 접속부는 게이트웨이의 위치 정보 어플리케이션을 위하여 GPS, GLONASS, 베이더우 등의 모듈을 교체 장착할 수 있는 구조를 가짐으로써 위치 정보를 이용할 수 있도록 지원한다.
또한 광대역 접속부는 이더넷 인터페이스를 제공하여 유선으로 인터넷망에 접속할 수 있도록 한다.
고안된 IoT 게이트웨이는 이동통신 접속부 / 근거리 무선 접속부 / 위치 정보 접속부에 실장되는 모듈에 따라 게이트웨이의 동작이 원활하게 이루어지도록 하기 위해서 모듈을 검색하고 그 결과에 따라 필요한 어플리케이션을 자동으로 활성화하는 어댑티브 소프트웨어 운영방식을 가진다.
상세하게 설명하면 게이트웨이는 사전에 작정된 리스트를 참조하여 각 접속부에 장착된 모듈의 실장 여부를 검색하고, at command / 모듈 제공 인증 방식 / 통식 방식(SPI, UART, RS485, USB 등) 등을 이용하여 모듈 ID 및 명칭 / 제조사 및 모델번호 등의 정보를 수집하여 실장 모듈에 필요한 어플리케이션이 자동으로 초기화, 활성화 및 비활성화 되도록 소프트웨어를 동작시킨다. 하드웨어적으로는 미실장된 모듈의 해당 신호핀에 대해서는 풀업/풀다운 처리하고 미사용 핀은 출력으로 설정하여 이상 동작이 발생하지 않도록 처리한다. 추가적으로 리스트에 없는 디바이스에 대한 사항은 새롭게 추가할 수 있도록 해준다.
또한 고안된 IoT 게이트웨이의 센서 및 디바이스 접속부에 연결되는 연결되는 IoT 디바이스에 대해서도 상기 설명한 방식에 따라 동일한 동작 방식을 지원한다.
상기에서 언급된 모듈 / 디바이스 / 센서의 관리를 위해서 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이는 원격 관리 기능을 제공한다. 상세하게 설명하면, 외부 원격 모니터링 기능은 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이에 연결된 외부 디바이스를 원격에서 모니터링 할 수 있도록 만들어주어 관리자 또는 해당 업체가 디바이스에 직접 접속하여 디버깅을 하거나 펌웨어 업데이트 등을 수행할 수 있도록 하여 원격에서도 최종단 디바이스의 관리를 할 수 있다. 이 원격 모니터링 기능은 VPN 접속을 통하여 보안성을 제공한다.
또한 고안된 IoT 게이트웨이는 보다 다양한 센서 및 디바이스가 게이트웨이에 연결될 수 있도록 외부 전원 공급부를 통해 필요한 전압을 제공하고, 상호간의 인터페이스 신호 레벨도 맞추어 준다.
상기와 같은 구성을 가지는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이는 이동통신 접속부 / 근거리 무선 접속부 / 위치 정보 접속부의 구성을 개발사의 선택에 따라 교체 가능한 하나의 플랫폼 구조를 가지고 있어서 필요한 기술이 적용된 게이트웨이의 개발 기간을 감소시킬 수 있으며, 신규 기술의 등장에 따른 환경 변화에 빠르게 대응하도록 한다. 외부 센서 및 디바이스에 필요한 전압을 공급하여 보다 많고 다양한 IoT 장치가 접속되도록 하여 하나의 플랫폼으로 다양한 정보를 처리하도록 하며, VPN 접속을 이용한 원격 모니터링 기능을 제공하여 관리의 보안성을 제공한다.
도 1은 하나의 플랫폼에서 다양한 기술을 지원하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이 구성도이다.
도 2는 연결된 모듈 및 디바이스를 자동으로 검색하여 관련 기능을 활성화시키는 동작 흐름도이다.
도 3은 미사용 모듈 및 디바이스의 제거와 해당 어플리케이션의 비활성화 동작 흐름도이다.
도 4는 외부 디바이스 원격 모니터링 기능의 동작 흐름도이다..
도 5는 외부 디바이스에 전원을 공급하는 외부 전원 공급부 구성도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접 연결되어 있다거나 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용하는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
또한, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 더욱 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 더욱 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도1은 하나의 플랫폼에서 다양한 기술을 지원하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이 구성도이며, 도2 및 도3은 추가적인 설명을 위한 구조 및 흐름도이다.
도 1은 광대역 접속부(120) / 이동통신 접속부(130) / 근거리 무선접속부(140) / 위치 정보 접속부(150) / 센서 및 디바이스 접속부(160) / 외부 전원공급부(170)을 통해 다양한 무선 및 유선 접속 디바이스를 하나의 플랫폼에서 지원하는 IoT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이(100)의 간략한 구성도이다.
상기에서 언급된 이동통신 접속부(130)는 이동통신망 접속을 지원하는 모듈이 장착되는 블럭으로, 개발사의 선택에 LTE / WCDMA / GSM 등의 통신 모듈을 교체 실장할 수 있는 구조를 가진다.
상기에서 언급된 근거리무선 접속부(140)은 다양한 근거리 무선 접속을 지원하는 모듈이 장착되는 블럭으로, 지그비 / 블루투스 / 와이파이 / SUN / Sig-fox 등의 무선 규격을 지원하는 모듈을 교체 실장할 수 있는 구조를 가진다.
상기에서 언급된 위치 정보 접속부(150)은 위치 정보를 수신하는 GPS 모듈이 장착되는 블럭으로, GPS, GLONASS, 베이더우 등의 모듈을 교체 실장할 수 있는 구조를 가진다.
상기에서 언급된 외부 센서 및 디바이스 접속부(160) 및 외부 전원 공급부(170)은 추가적으로 외부에 센서나 디바이스가 연결되는 블럭으로, 필요한 신호라인의 연결 및 다양한 기기가 필요로 하는 전압을 외부에 공급하여 줌으로써 보다 다양한 기기의 연결이 가능하도록 해준다.
도 2에서는 게이트웨이에 장착된 모듈을 하드웨어 설정없이 자동으로 인식하여 동작할 수 있도록 해주는 동작 흐름도이다. 도면을 참조하여 자세히 설명하면, 모듈 교체 구조를 가지는 이동통신 접속부(130) / 근거리 무선접속부(140) / 위치 정보 접속부(150)와 외부 IoT 장비가 접속되도록 하는 외부 센서 및 디바이스 접속부(160)에 대해 검색 및 확인 작업(S110)을 통해서 어느 부분에 연결되어 있는지를 확인하고, 보유한 리스트를 활용하여 디바이스 및 모듈을 검색한다.
검색을 위해서 이동통신 접속부에 대해서는 at command 명령어를 사용하고, 근거리 무선 접속부 / 위치 정보 접속부에 대해서는 모듈에 제공 인증 방식 또는 통식 방식(SPI, UART, RS485, USB 등)에 따른 통신속도 / 패러티체크 등의 파라미터를 변경해 가면서 통신을 시도하고, 통신이 이루어진 후에는 모듈 ID 및 명칭 / 제조사 및 모델번호 등의 정보를 확인하여 필요한 응용 프로그램을 선택하도록 한다.
하나의 실시 예로, IoT 게이트웨이의 무선 통신 접속부(130)에 WCDMA 통신 모듈을 실장하면 at command 명령어를 통해 통신 모듈의 정보를 확인한 후, 이동 통신 응용 프로그램(S120)을 선택하고 LTE / WCDMA /GSM 등의 통신 규격 중 WCDMA 모듈에 필요한 부분만을 활성화시킨다.
또한 외부 센서 및 디바이스 접속부(160)에 새로운 디바이스가 연결되었을 때 게이트웨이가 지원하지 않는 디바이스라면 해당 응용프로그램을 신규로 추가할 수 있는 소프트웨어 구조를 지원하여 확장성을 보장한다.
도 3은 IoT 게이트웨이(100)에 대한 소프트웨어 구조(S100)를 보이고 있다. 위에서 설명한 모듈 추가와 반대의 경우로, 사용자의 필요에 따라 근거리무선 접속부(140)에 연결된 모듈을 제거하더라고 각 신호라인의 동작에 문제가 없도록 하드웨어적으로는 풀업 / 풀다운 저항을 배치하고 미사용 신호 방향을 출력으로 변경하는 등의 작업이 수행되도록 한다. 또한 해당하는 근거리 무선 프로그램(S140)의 기능을 비활성화하여 준다.
도 4는 외부 디바이스 원격 모니터링 기능의 흐름을 보여준다. 이 기능은 게이트웨이에 연결된 디바이스에 직접 연결된 것과 동일하게 해 주는 기능으로, 콘솔에 접속이 불가능하거나 유선 접속을 사용할 수 없는 상황에서도 원격으로 해당 디바이스에 대한 모니터링이 가능하도록 하여주는 기능이다. 즉, 센서 및 디바이스 업체 또는 관리자가 원격에서 이통통신망(300)을 통하여 게이트웨이(100)의 이동통신 접속부(130)에 접속하여 프로세서로 명령어를 보내주면, 게이트웨이는 이 명령어를 근거리무선 접속부(140) / 외부 센서 및 디바이스 접속부(160)에 연결된 디바이스로 보내준다. 이를 통해 원격에서 디바이스에 대한 디버깅 / 동작 모니터링 / 펌웨어 업그레이드 등의 작업이 가능하게 되어 게이트웨이에 연결된 디바이스의 관리가 효율적으로 이루어질 수 있도록 지원한다. 또한 원격 모니터링 기능은 VPN을 이용하여 관리함으로써 보안을 강화할 수 있다.
도 5는 IoT 게이트웨이에 센서 또는 디바이스(180)가 연결된 상태를 보여준다. 외부전원 공급부(170)을 통하여 다양한 전원으로 동작하는 각종 센서 및 디바이스에 적절한 전원을 제공한다. 이때 외부에 제공되는 전원은 프로세서(110)에 의해서 외부전원 공급부(170)에서 필요한 전압과 전류를 줄 수 있도록 가변되어 다양한 동작 전압을 가지는 센서 및 디바이스의 연결이 쉽게 이루어지도록 해준다. 제어명령을 이용하여 프로세서(110)는 DAC를 이용하거나 PWM 파형을 변경하여 외부전원 공급부(170)의 전압을 설정하여 준다. 게이트웨이의 동작에 문제가 되지 않도록 전류제한 스위치 또는 트랜지스터를 이용한 외부 출력 전류량을 제한다. 또한 게이트웨이와 연결된 외부 디바이스(180)와의 연결 신호 인터페이스 전압을 포트 출력전압을 기준으로 맞추어 주어 보다 많은 IoT 장치를 하나의 플랫폼으로 연결할 수 있다.
100 : IOT 유니버셜 어댑티브 게이트웨이
110 : 프로세서
120 : 광대역 접속부
130 : 이동통신 접속부
140 : 근거리 무선 접속부
150 : 위치 정보 접속부
160 : 외부 센서 및 디바이스 접속부
170 : 외부 전원 공급부
S100 : IOT 게이트웨이에 대한 소프트웨어 구조
S110 : 검색 및 확인 작업 프로그램
S130 : 이동통신 응용 프로그램
S140 : 근거리 무선 응용 프로그램
S150 : 위치 정보 응용 프로그램
S160 : 외부 센서 및 디바이스 응용 프로그램
S170 : 외부 전원 공급 응용 프로그램

Claims (8)

  1. 하나의 플랫폼으로 다양한 유무선 통신망 접속을 지원하는 IoT 게이트웨이 구조
  2. 청구항 1에 있어서 연결된 모듈, 센서 및 디바이스에 대한 자동 검색 및 활성화 기능
  3. 청구항 1에 있어서 자동 검색으로 활성화되지 않는 모듈에 대한 소프트웨어 기능을 추가할 수 있도록 해주는 구조
  4. 청구항 1에서 디바이스 연결 제거 시 응용 프로그램 기능의 비활성화를 하여도 게이트웨이가 정상적으로 동작하게 하는 구조
  5. 승인된 관리자에게만 허용된 외부 디바이스에 대한 원격 모니터링 기능 지원
  6. 명령어에 의해서 전압과 전류를 가변하여 외부로 출력하는 외부 전원 출력부를 가지는 방식
  7. 청구항 6에 있어서 이동통신 및 근거리 무선 지원하는 디바이스 또는 콘솔을 통해 외부 출력 전압 및 전류를 제어하고 과전압 및 과전류에 대한 보호하는 방식
  8. 청구항 6에 있어서 외부 인터페이스 신호 전압을 제어를 통해 맞추어주는 방식

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WO2018190567A1 (ko) * 2017-04-12 2018-10-18 주식회사 레오테크 로라 기반 원격 검침 시스템
WO2018190568A1 (ko) * 2017-04-12 2018-10-18 주식회사 레오테크 로라 기반 원격 검침 시스템
WO2018217007A1 (ko) * 2017-05-25 2018-11-29 조시래 다수의 로컬 망을 가지는 사물인터넷 플랫폼, 거기에 이용되는 앱 서버 및 그 객체단말 관리방법
KR20210062833A (ko) * 2019-11-22 2021-06-01 주식회사 바른기술 블루투스 장치를 지원하는 인터넷 통신 장치

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