KR20170014859A - 저전력 양방향 통신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

저전력 양방향 통신 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치는 데이터 수집 장치와 통신을 수행하여 센서가 수집한 주위 환경에 대한 데이터를 전송하는 통신부; 상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우 송신하는 ACK 신호를 특정 기간 동안 수신하는 ACK 신호 수신부; 및 상기 ACK 신호가 수신된 경우, 상기 통신부의 상태를 대기 상태로 변환하고, 상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하는 데이터의 수신을 완료한 이후, 상기 통신부의 상태를 수면 상태로 변환하는 제어부를 포함한다.

Description

저전력 양방향 통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BIDIRECTIONAL COMMUNICATION USING LOW POWER}

본 발명은 센서들을 이용하여 수집한 데이터를 전송하고, 데이터 수집 장치에서 전송하는 데이터를 수신하는 기술에 관한 것으로, 특히 데이터 수집 장치에서 전송하는 데이터의 존재 여부에 따라 대기 상태 또는 수면 상태를 결정하는 기술에 관한 것이다.

최근에는 기후 변화등으로 재난, 재해 등이 많이 발생하고 자연환경에 많은 문제를 야기하고 있다. 자연환경 변화를 감지하기 위해선 관련 시스템이 전원을 공급 할 수 없는 지역에 설치되므로 배터리로 동작하는 시스템 구축을 기본으로 하고 있으나, 그러기 위해선 저전력을 지원하는 시스템 제어 및 통신 방법이 제공되어야 하나, 이 문제를 아직 해결 못하고 있는 실정이다. 배터리로 동작하는 기존의 시스템은 저전력을 위해 주로 상향 데이터 전송만을 지원하거나, 하향 데이터 전송 기능을 지원할 경우 센서노드에서 일정시간을 무조건 대기하여 하향 데이터를 수신하는 방식을 제공하였으나, 이는 배터리 전원 소모가 많고, 자주 배터리를 바꾸어야 하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 센서들로 구성되는 센서 네트워크를 이용한 환경 모니터링시스템에서 소모되는 전력량을 낮추는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저전력 양방향 통신 장치는 데이터 수집 장치와 통신을 수행하여 센서가 수집한 주위 환경에 대한 데이터를 전송하는 통신부; 상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우 송신하는 ACK 신호를 특정 기간 동안 수신하는 ACK 신호 수신부; 및상기 ACK 신호가 수신된 경우, 상기 통신부의 상태를 대기 상태로 변환하고, 상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하는 데이터의 수신을 완료한 이후, 상기 통신부의 상태를 수면 상태로 변환하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 방법은 통신부가 데이터 수집 장치와 통신을 수행하여 주위 환경에 대한 데이터를 전송하는 단계;

상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우 송신하는 ACK 신호를 특정 기간 동안 수신하는 단계; 및 상기 ACK 신호가 수신된 경우, 상기 통신부의 상태를 대기 상태로 변환하고, 상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하는 데이터의 수신을 완료한 이후, 상기 통신부의 상태를 수면 상태로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명은 매우 짧은 시간 동안에 전송할 데이터의 존재 유무를 나타내는 ACK 신호를 이용하여 대기 상태 전환 여부를 선택할 수 있어, 소모되는 전력량을 크게 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 소모되는 전력량을 크게 낮춘 센서 네트워크를 구성할 수 있으므로, 전원을 공급할 수 없는 열악한 지역에서도 장기간 시스템 운용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치와 데이터 수집 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치에서 소모하는 전력량을 비교한 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치와 데이터 수집 장치간 수행되는 통신 방법을 도시한 동작 흐름도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치는 통신부(110), ACK 신호 수신부(120) 및 제어부(130)로 구성된다.

통신부(110)는 데이터 수집 장치와 통신을 수행하여 센서가 수집한 주위 환경에 대한 데이터를 전송한다.

이 때, 데이터 수집 장치는 센서에서 수집한 주위 환경에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 데이터 수집 장치의 경우, 항상 데이터를 수집할 수 있는 상태로 대기할 수 있다. 데이터 수집 장치의 경우, 태양열 등의 상용 전원을 이용하여 전원을 공급하는데 센서에 비해서 쉽기 때문이다. 하지만, 센서의 경우 보통 상용 전원을 이용하기 크기 등의 이유로 어렵고, 대신 배터리에 충전된 전원을 이용하여 센서를 동작하게 된다.

이 때, 센서는 일정 주기마다 주위 환경에 대한 정보를 수집할 수 있다.

이 때, 통신부(110)는 센서들이 수집한 데이터를 특정 기간 동안 대기한 후, 한번에 데이터 수집 장치로 전송할 수 있다. 즉, 센서들이 데이터를 수집할 때마다 전송하는 것이 아니라 특정 기간동안 수집한 데이터를 한 번에 전송하는 것을 의미한다.

ACK 신호 수신부(120)는 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우 상기 데이터 수집 장치가 송신하는 ACK 신호를 특정 기간 동안 ACK 신호를 수신할 수 있도록 대기한다.

이 때, 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터는 센서 노드와 데이터 수집 장치간의 동기화를 위한 데이터가 포함되어 있을 수 있다.

이 때, 특정 기간에 대한 제한은 없다. 데이터 수집 장치가 전송하는 데이터의 양에 따라서 기 설정된 값일 수 있다.

이 때, ACK 신호는 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우에만 전송될 수 있다. 즉, 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하지 않는 경우에는 ACK 신호가 전송되지 않게 된다.

이 때, ACK 신호가 수신되지 않는 경우, 통신부(110)의 상태를 대기 상태에서 수면 상태로 변환할 수 있다. 종래의 센서 네트워크를 이용한 환경 데이터 수집 시스템에서는 ACK 신호를 이용하지 않고, 정해진 시간동안 데이터를 수신할 수 있도록 대기 상태로 유지하고 있는데, 이는 전력을 많이 소모한다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 ACK 신호를 수신하지 않는 경우에는, 바로 수면 상태로 변환하여 전력의 소모량을 줄일 수 있게 된다.

이 때, ACK 신호를 수신하기 위하여 대기하는 시간은 기존의 정해진 시간보다 작을수록 전력의 소모량을 더 많이 줄일 수 있다.

이 때, 수면 상태로 전환되고 특정 시간이 지난 이후, 다시 정보 수집 상태로 변환하여 주위 환경에 대한 정보를 수집할 수 있다.

제어부(130)는 ACK 신호가 수신된 경우, 통신부의 상태로 변환하고, 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하는 데이터의 수신을 완료한 이후, 통신부의 상태를 수면상태로 변환한다.

이 때, 데이터의 수신을 완료한 이후 바로 수면 상태로 변환하지 않고, 특정 기간동안 대기한 후 수면 상태로 변환할 수도 있다. 데이터의 전송에 오류가 생긴 경우, 바로 수면 상태로 전환하면, 다시 전송하기 위해 대기 상태로 전환하기 위하여 더 큰 전력을 소모할 수 있기 때문이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치와 데이터 수집 장치를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 데이터 수집 장치(210)는 다수 개의 저전력 양방향 통신 장치(220 내지 250)와 연결될 수 있다.

이 때, 저전력 양방향 통신 장치(220 내지 250)는 하나 또는 하나 이상의 센서들로 구성될 수도 있다. 반드시 하나의 센서로 구성될 필요는 없다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치에서 소모하는 전력량을 비교한 것을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치에서 여러 가지 상황에 따라 소모되는 전력량과 기존 방식의 전력 소모량을 비교하고 있다.

먼저, 데어터 전송에 소모되는 전력량을 uT이고, ACK 수신 대기에 소모되는 전력량을 aT이고, 데이터 수신에 소모되는 전력량을 dT라고 가정한다.

기존의 방식의 전력 소모량은 수신할 데이터의 존재 여부와 상관 없이 특정 시간 동안 대기 상태로 유지하고 있으므로, uT+dT+aT 만큼의 전력량이 소모됨을 알 수 있다.

하지만, 본 발명의 경우 수신할 데이터가 존재하지 않는 경우, 데이터 전송에 소모되는 전력량과 ACK 수신 대기에 소모되는 전력량의 합인 uT+dT의 전력을 소모하게 된다.

또한, 수신할 데이터가 절반인 경우, 데이터 수신 시간의 절반만 소모하게 되므로, 데이터 전송에 소모되는 전력과 ACK 수신 대기에 소모되는 전력과 데이터 수신에 소모되는 전력의 절반인 uT+dT+0.5aT 만큼 전력을 소모하게 된다.

하지만, 수신할 데이터가 동일한 경우, 기존의 방식과 큰 차이가 없는 전력이 소모가 됨을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 경우, 수신할 데이터의 크기에 따라 소모되는 전력이 다르게 될 수 있고, 보통의 경우, 수신할 데이터가 많지 않으므로, 기존의 방법에 비해 소모되는 전력이 획기적으로 감소가 됨을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 방법을 도시한 동작 흐름도이다.

먼저, 센서가 주위 환경에 대한 데이터를 수집한다(S410).

이 때, 센서는 일정 주기마다 주위 환경에 대한 정보를 수집할 수 있다.

또한, 수집한 데이터를 데이터 수집 장치에 전송한다(S420).

이 때, 데이터 수집 장치는 센서에서 수집한 주위 환경에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 데이터 수집 장치의 경우, 항상 데이터를 수집할 수 있는 상태로 대기할 수 있다. 데이터 수집 장치의 경우, 태양열 등의 상용 전원을 이용하여 전원을 공급하는데 센서에 비해서 쉽기 때문이다. 하지만, 센서의 경우 보통 상용 전원을 이용하기 크기 등의 이유로 어렵고, 대신 배터리에 충전된 전원을 이용하여 센서를 동작하게 된다.

또한, ACK 신호의 수신 여부를 확인한다(S430).

이 때, ACK 신호는 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우 데이터 수집 장치에서 생성되어 전송된다.

이 때, 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터는 센서 노드와 데이터 수집 장치간의 동기화를 위한 데이터가 포함되어 있을 수 있다.

이 때, ACK 신호를 수신하기 위해 특정 기간 동안 대기할 수 있다.

이 때, 특정 기간에 대한 제한은 없다. 데이터 수집 장치가 전송하는 데이터의 양에 따라서 기 설정된 값일 수 있다.

이 때, ACK 신호는 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우에만 전송될 수 있다. 즉, 데이터 수집 장치에서 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하지 않는 경우에는 ACK 신호가 전송되지 않게 된다.

이 때, ACK 신호가 수신되지 않는 경우, 통신부(110)의 상태를 대기 상태에서 수면 상태로 변환할 수 있다. 종래의 센서 네트워크를 이용한 환경 데이터 수집 시스템에서는 ACK 신호를 이용하지 않고, 정해진 시간동안 데이터를 수신할 수 있도록 대기 상태로 유지하고 있는데, 이는 전력을 많이 소모한다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 ACK 신호를 수신하지 않는 경우에는, 바로 수면 상태로 변환하여 전력의 소모량을 줄일 수 있게 된다.

이 때, ACK 신호를 수신하기 위하여 대기하는 시간은 기존의 정해진 시간보다 작을수록 전력의 소모량을 더 많이 줄일 수 있다.

이 때, 수면 상태로 전환되고 특정 시간이 지난 이후, 다시 정보 수집 상태로 변환하여 주위 환경에 대한 정보를 수집할 수 있다.

또한, ACK 신호를 수신한 경우, 수신 대기 상태로 변환하고, 데이터 수신 완료 후 수면 상태로 전환한다(S440).

이 때, 데이터의 수신을 완료한 이후 바로 수면 상태로 변환하지 않고, 특정 기간동안 대기한 후 수면 상태로 변환할 수도 있다. 데이터의 전송에 오류가 생긴 경우, 바로 수면 상태로 전환하면, 다시 전송하기 위해 대기 상태로 전환하기 위하여 더 큰 전력을 소모할 수 있기 때문이다.

이 때, ACK 신호를 수신하지 못한 경우, 바로 수면 상태로 전환한다(S450).

ACK 신호를 수신하지 못한 경우, 데이터 수집 장치에서 전송할 데이터가 없다고 판단할 수 있고, 전송할 데이터가 없는 경우에도 일정 기간 대기 상태로 유지하는 것은 전력 소모가 크다. 따라서, ACK 신호를 수신하지 못한 경우 수면 상태로 전환함으로써 소모되는 전력을 크게 줄일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 양방향 통신 장치(510)와 데이터 수집 장치(520)간 수행되는 통신 방법을 도시한 동작 흐름도이다.

먼저, 저전력 양방향 통신 장치(510)가 주위 환경에 대한 데이터를 수집한다.

이 때, 주위 환경에 대한 데이터는 저전력 양방향 통신 장치(510)에 상응하는 센서가 수집할 수 있다.

이 때, 수집한 주위 환경에 대한 데이터를 데이터 수집 장치(520)에 전송할 수 있다(S520).

이 때, 저전력 양방향 통신 장치(510)는 ACK 신호의 수신을 대기할 수 있다(S530).

이 때, 데이터를 전송 받은 데이터 수집 장치(520)는 전송할 데이터의 존재 여부를 판단하고(S540), 전송할 데이터가 존재하는 경우, ACK 신호를 생성하여 저전력 양방향 통신 장치(510)에 전송한다(S550).

또한, 저전력 양방향 통신 장치는 ACK 신호를 수신한 경우, 계속 대기 상태로 유지하고 있고, 데이터 수집 장치(520)는 저전력 양방향 통신 장치(510)에 데이터를 전송한다(S560).

이 때, 데이터를 수신 완료한 저전력 양방향 통신 장치(510)는 수면 상태로 전환한다(S570).

이상에서와 같이 본 발명에 따른 저전력 양방향 통신 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

210: 데이터 수집 장치
220, 230, 240, 250: 저전력 양방향 통신 장치.

Claims (1)

1. 데이터 수집 장치와 통신을 수행하여 센서가 수집한 주위 환경에 대한 데이터를 전송하는 통신부;
   상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하고자 하는 데이터가 존재하는 경우 송신하는 ACK 신호를 특정 기간 동안 수신하는 ACK 신호 수신부; 및
   상기 ACK 신호가 수신된 경우, 상기 통신부의 상태를 대기 상태로 유지하고,
   상기 데이터 수집 장치에서 상기 통신부로 전송하는 데이터의 수신을 완료한 이후, 상기 통신부의 상태를 수면 상태로 변환하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 양방향 통신 장치.

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