KR20170058267A - 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치 및 방법 - Google Patents

열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치는 열차 주행부의 열과 진동을 측정한 센서 데이터를 무선으로 전달하는 다수의 무선 센서, 각각의 열차 차량에 위치하며, 동일한 열차 차량 내에 위치한 하나 이상의 무선 센서로부터 센서 데이터를 수신하는 다수의 코디네이터부, 각각의 열차 차량에 위치하며, 인접한 열차 차량에 위치한 무선 중계부와 무선센서 중계망을 형성하여 코디네이터부로부터 수신된 센서 데이터를 전달하는 다수의 무선 중계부 및 무선센서 중계망을 통해 다수의 무선 중계부로부터 센서 데이터를 수신하고, 수신된 센서 데이터를 관제 센터로 전달하는 게이트웨이부를 포함한다.

Description

열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치 및 방법{DYNAMIC CONFIGURATION APPARATUS OF WIRELESS SENSOR RELAY NETWORK FOR MONITORING THE TRAIN DRIVING AND METHOD THE SAME}
본 발명은 무선 센서 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열차주행 상태를 모니터링하는 저전력 무선 센서 네트워크에 관한 것이다.
고속으로 운행하는 열차에서 열차의 안전은 매우 중요하게 고려해야 하는 요소이다. 열차의 안전운행 확보를 위해서는 열차의 상태를 지속적으로 감시할 필요성이 있다. 보다 구체적으로 열차의 안전운행 확보를 위해 주행부의 진동과 발열상태를 지속적으로 실시간 감시를 수행해야 한다. 열차의 진동과 발열을 실시간으로 감시한 결과는 관제센터 또는 유지보수 센터와 같은 외부의 제어센터로 전송된다. 또한, 이상상태 발생시 기관사에게 이상상태 발생을 통보하여 안전조치를 수행할 수 있도록 한다.
일반적으로 열차 주행부의 진동과 발열상태를 감시하는 다수의 센서는 저전력 센서 네트워크를 구성하여 운행되며, 무선 통신망을 통해 외부의 제어센터로 전송된다. 이 때, 열차의 편성은 수시로 이루어지며, 하나의 열차를 구성하는 다수의 열차 차량은 항상 고정된 것이 아니라, 동적으로 재배치된다. 이에 따라, 열차 상태를 감시하는 센서로 구성된 센서 네트워크는 고정된 네트워크가 아니기 때문에, 네트워크 구성 및 라우팅이 동적으로 처리되어야 하는 문제가 있다.
대한민국 출원특허 제10-2007-0139035호
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 열차 차량의 변경에 관계없이 무선 센서 중계망과 중계 경로를 동적으로 구성하여 센서 데이터를 전달할 수 있는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치는 열차 주행부의 열과 진동을 측정한 센서 데이터를 무선으로 전달하는 다수의 무선 센서, 각각의 열차 차량에 위치하며 동일한 열차 차량 내에 위치한 하나 이상의 무선 센서로부터 센서 데이터를 수신하는 다수의 코디네이터부, 각각의 열차 차량에 위치하며, 인접한 열차 차량에 위치한 무선 중계부와 무선센서 중계망을 형성하여 코디네이터부로부터 수신된 센서 데이터를 전달하는 다수의 무선 중계부 및 무선센서 중계망을 통해 다수의 무선 중계부로부터 센서 데이터를 수신하고, 수신된 센서 데이터를 관제 센터로 전달하는 게이트웨이부를 포함한다.
다수의 무선 중계부는 인접한 무선 중계부의 무선신호 세기를 측정하여 인접 차량 목록을 생성한다. 그리고 다수의 무선 중계부 중에서 게이트웨이부와 동일한 열차 차량에 위치한 무선 중계부는 비콘 메시지를 생성하고, 생성된 비콘 메시지를 인접한 무선 중계부로 전달한다. 이 때, 비콘 메시지는 소스 차량 정보 및 무선 경로수에 대한 정보를 포함한다.
비콘 메시지를 수신한 다수의 무선 중계부는 수신된 비콘 메시지를 갱신하고 인접한 무선 중계부로 중계전송한다. 이 때, 갱신된 비콘 메시지는 소스 차량 정보, 무선 경로수 및 경로 차량 정보를 포함한다.
보다 구체적으로, 비콘 메시지를 수신한 무선 중계부는 소스 차량 정보를 자신의 정보로 갱신하고, 무선 경로수를 추가하여 갱신하며, 자신과 직접 접속되는 무선 중계부를 경로 차량 정보로 부가하여 비콘 메시지를 갱신한다.
다수의 무선 중계부 중에서 전송한 비콘 메시지에 대한 응답을 기 설정된 응답 대기 시간 이내에 수신하지 못한 무선 중계부는 구성 완료 메시지를 생성하여 이전 무선 중계부로 전달한다. 그리고 구성 완료 메시지를 수신한 다수의 무선 중계부는 수신된 구성 완료 메시지의 목적지 차량 정보, 소스 차량 정보 및 무선 경로수를 갱신하여 이전 무선 중계부로 전달한다.
다수의 무선 중계부는 상기 인접 차량 목록에 기초하여 새로 편성된 열차 차량을 무선 센서 중계망에 편입시킨다.
상술한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치를 이용한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법은 다수의 무선 중계부 각각이 인접 무선 중계기로부터 무선신호 세기를 측정하여 인접 차량 목록을 생성하는 단계, 다수의 무선 중계부 중에서 게이트웨이부와 동일한 열차 차량에 위치한 무선 중계부는 비콘 메시지를 생성하여 인접한 무선 중계부로 전달하는 단계, 다수의 무선 중계부는 수신된 비콘 메시지를 갱신하여 인접한 무선 중계부로 중계전송하는 단계, 다수의 무선 중계부는 기 설정된 응답 대기 시간 초과 시, 구성 완료 메시지를 생성하여 이전 무선 중계부로 전달하는 단계 및 다수의 무선 중계부 중에서 게이트웨이부와 동일한 열차 차량에 위치한 무선 중계부는 구성 완료 메시지를 수신하여 무선 센서 중계망을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치 및 방법은 무선센서를 열차 차량의 주행부에 장착하여 실시간으로 운행 상태를 획득하여 제어 센터로 전달함으로써 차량의 안전운행을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치 및 방법은 임의의 차량들로 편성되는 열차에 대해 자율적으로 무선 센서 중계망을 구성함으로써, 열차 차량 구성에 관계없이 열차 운행을 관리할 수 있다.
본 발명에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치 및 방법은 무선 중계부를 사용함으로써 한정된 전송용량을 가지는 저전력 무선 센서망의 서비스 영역을 확대하여 열차 실시간 모니터링 기술을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 동적 구성 과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 무선센서 중계망을 구성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 비콘 메시지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 구성 완료 메시지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법의 마스터 무선 중계부의 설정 절차를 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치는 다수의 무선 센서(111a, 111b, 121a, 121b, 131a, 131b, 141a, 141b), 다수의 코디네이터부(112, 122, 132, 142), 다수의 무선 중계부(210, 220, 230, 240) 및 게이트웨이부(300)를 포함한다.
다수의 무선 센서(111a, 111b, 121a, 121b, 131a, 131b, 141a, 141b)는 온도 및 진동을 측정할 수 있는 센서로서, 열차의 대차 축 상에 있는 다수의 베어링에서 발생하는 발열 및 진동을 측정하여 센서 데이터를 생성한다. 일례로서, 다수의 무선 센서(111a, 111b, 121a, 121b, 131a, 131b, 141a, 141b)는 지그비(Zigbee) 통신과 같은 저전력 저속의 근거리 무선통신 표준인 IEEE 802.15.4 방식의 무선 통신 인터페이스가 사용될 수 있다.
다수의 코디네이터부(112, 122, 132, 142)는 동일한 열차 차량 내에 위치한 무선 센서(111a, 111b, 121a, 121b, 131a, 131b, 141a, 141b)와 무선 센서망(110, 120, 130, 140)을 형성하여 센서 데이터를 수신한다.
일례로서, 하나의 열차 차량 내에 하나의 코디네이터부가 위치하며, 해당 코디네이터부는 동일한 열차 차량 내에 위치한 무선 센서로부터 센서 데이터를 수신한다. 다만, 하나의 열차 차량 내에 하나의 코디네이터부만이 위치하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 열차 차량의 형태/크기, 무선 센서의 개수 및 통신 상황에 따라 둘 이상의 코디네이터부가 하나의 열차 차량 내에 위치하거나, 둘 이상의 열차 차량에 하나의 코디네이터부가 배정될 수 있다.
도 1의 일례에서, 제1 코디네이터부(112)는 제1 무선센서a(111a) 및 제1 무선센서b(111b)와 제1 무선 센서망(110)을 형성한다. 그리고 제1 코디네이터부(112)는 해당 열차 차량 내에서 제1 무선센서a(111a) 및 제1 무선센서b(111b)가 열차 구동부로부터 측정한 온도 및 진동에 대한 정보를 포함하는 센서 데이터를 수신한다. 제2 코디네이터부(120) 내지 제4 코디네이터부(140) 또한 동일한 방법으로 각각의 열차 차량 내의 센서 데이터를 수신한다.
저전력 센서망의 전송용량은 제한되어 있어(예를 들어, IEEE 802.15.4의 전송속도는 250kb/s), 장대열차에 적용하는 경우 하나 또는 두 차량에 1개의 코디네이터부를 설치해야 한다. 이 경우, 코디네이터부에 수집되는 센서 데이터를 직접 게이트웨이부(300)까지 전송할 수 없기 때문에, 다른 무선접속방식을 사용하여 다른 차량에 설치된 게이트웨이부(300)까지 중계전송을 해야 한다.
이와 같이, 코디네이터부를 이용한 무선 센서망(110, 120, 130, 140)의 전송용량은 제한적이므로 무선 센서망 사이를 연동시키기 위해 무선 중계부(210, 220, 230, 240)를 통해 무선센서 중계망(200)을 구성한다. 일례로서, 무선 중계부는 1개의 열차 차량 별로 하나의 무선 중계부가 설치되는 것이 바람직하다. 다수의 무선 중계부(210, 220, 230, 240)는 인접한 코디네이터부(112, 122, 132, 142)로부터 수신된 센서 데이터를 무선센서 중계망(200)을 통해 게이트웨이부(300)로 전달한다.
게이트웨이부(300)는 무선센서 중계망(200)을 통해 전달된 센서 데이터를 제어 센터(10)로 전달한다. 일례로서, 게이트웨이부(300)는 외부의 상용 광대역 무선 통신망을 이용하여 인터넷망을 통해 센서 데이터를 제어 센터(10)로 전달할 수 있다. 이 때, 제어 센터(10)는 열차 운행을 관리하는 관제 센터 또는 운용 유지 보수 센터일 수 있으며, 기타 센서 데이터를 활용하는 다양한 기관일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치는 무선 센서망을 통해 센서 데이터를 수집하고, 무선센서 중계망을 통해 수집된 센서 데이터를 게이트웨이부로 전달하여 외부의 제어 센터로 센서 데이터를 송신한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 동적 구성 과정을 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 하나의 열차는 다수의 열차 차량으로 구성된다. 이 때, 열차를 구성하는 열차 차량은 항상 고정된 것이 아니며, 교통 상황에 따라 열차의 차량 수가 유동적으로 조절되어 편성될 수 있으며, 열차 차량의 수리를 위해 특정 열차 차량을 분리 및 교체할 수 있다.
이에 따라, 열차 차량의 분리 및/또는 교체 시 종래의 무선센서 중계망으로는 센서 데이터를 라우팅 할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 자율적으로 무선센서 중계망을 동적으로 구성함으로써, 임의의 열차 차량 변경에 관계없이 무선센서 중계망을 재구성한다.
도 2a는 열차 차량 #n-1, #n, #n+1이 열차로 편성되어 있으며, 각각의 열차 차량에 하나의 무선 중계부가 설치된 상태에서 차량 #m이 진입하여 열차를 추가 편성하는 일례를 나타낸다. 이를 위해 각 차량의 무선 중계부(201, 202, 203, 204)는 지속적으로 인접 차량에서 송출하는 무선신호 세기를 측정하여 인접 차량 목록(neighbor list)을 작성한다.
인접 차량 목록은 각각의 열차 차량에 위치한 무선 중계부에 의해 생성된다. 각각의 열차 차량에 위치한 무선 중계부는 인접한 무선 중계부(열차 차량)에서 송출하는 무선신호의 세기를 측정하여 인접 차량 목록을 작성한다. 또한, 일례로서 인접 차량 목록은 무선신호의 세기가 가장 큰 세 개의 무선 중계부(열차 차량)에 대해 전파 세기 순서에 따라 생성될 수 있다. 이 때, 각각의 무선 중계부는 하나의 열차 차량과 1:1로 매칭되어 있어 무선 중계부를 통해 해당 무선 중계부가 설치된 열차 차량을 확인할 수 있다. 보다 구체적인 내용은 후술하는 도 3, 도 4a 및 도 4b에서 추가적으로 설명한다. 이하 설명에서는 설명의 편의를 위하여 인접 차량 목록을 각각의 열차 차량을 기준으로 설명한다.
도 2a 내지 도 2c의 일례에서, 차량 #n-1(의 무선 중계부)는 인접차량(의 무선 중계부)들로부터 무선신호 세기를 측정하여 무선신호의 크기 순서대로 제1 인접 차량 목록(#n-2, #m, #n)을 생성한다.
차량 #n은 인접차량들로부터 무선신호 세기를 측정하여 무선신호의 크기 순서대로 제2 인접 차량 목록(#n+1, #m, #n-1)을 생성한다. 그리고 차량 #n+1은 인접차량들로부터 무선신호 세기를 측정하여 무선신호의 크기 순서대로 제3 인접 차량 목록(#n, #n+2, #m)을 생성한다. 그리고 차량 #m은 인접차량들로부터 무선신호 세기를 측정하여 무선신호의 크기 순서대로 제4 인접 차량 목록(#n, #n-1, #n+1)을 생성한다.
무선 중계부는 상술한 과정과 같이 인접 차량(무선 중계부)의 무선신호 세기를 측정하여 인접 차량 목록을 생성한다. 그리고 무선 중계부는 인접 차량 목록에 기초하여 새롭게 편성되는 차량을 무선센서 중계망에 편입시킬 수 있다.
그리고 무선 중계부는 생성된 인접 차량 목록에 기초하여 새롭게 편성된 열차(#m)의 존재를 확인하고, 열차 차량의 순서 및 새롭게 편성된 열차의 위치를 확인한다. 무선 중계부는 이를 통해 새롭게 편성된 열차(#m)를 포함하는 열차 차량의 편성 순서 즉, 무선 중계부의 연결 순서를 확인하고, 무선 중계부 사이의 센서 데이터를 전송하는 경로를 동적으로 구성한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 무선센서 중계망을 구성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치에서 무선 중계부(210, 220, 230, 240)는 무선 중계망을 구축하여 센서 데이터를 인접 무선 중계부를 경유하여 게이트웨이부(300)로 전달한다. 이 때, 열차 차량은 유동적으로 편성될 수 있기 때문에, 열차 차량의 변경에 따라 무선 중계망 또한 동적으로 구축되어야 한다. 도 2a 내지 도 2c에서는 각각의 무선 중계부에서 무선신호의 세기에 기초하여 인접 차량 목록을 생성하고, 생성된 인접 차량 목록에 기초하여 열차 차량의 편성 순서를 확인한다.
다음으로, 게이트웨이부(300)가 설치된 차량(51)의 제1 무선 중계부(210, 이하 마스터 무선 중계부)는 비콘 신호 전송을 통해 동적으로 중계경로를 생성하기 위한 프로세서를 수행한다. 마스터 무선 중계부(210)는 제1 비콘 메시지(31)를 생성하여 바로 다음 열차 차량(52)에 위치한 제2 무선 중계부(220)로 전송한다. 이 때, 마스터 무선 중계부(210)는 인접 열차 정보에 기초하여 인접 무선 중계부(220)를 결정한다.
마스터 무선 중계부(210)에서 생성되는 제1 비콘 메시지(31)는 비콘을 생성한 소스 차량(51) 정보인 소스 차량 번호 및 차량 IP주소와 무선 경로수 등의 정보를 포함한다.
제2 무선 중계부(220)는 수신된 제1 비콘 메시지(32)에 자신이 위치한 제2 차량(중계 차량)의 정보인 제2 차량(52)의 번호 및 제2 차량 IP주소를 부가하고, 목적지 차량의 번호 및 차량 IP 주소와 무선 경로수를 갱신하여 제2 비콘 메시지(32)를 생성한다. 그리고 제2 무선 중계부(220)는 생성된 제2 비콘 메시지(32)를 인접 열차 정보에 기초하여 인접한 차량(53)의 제3 무선 중계부(230)로 전달하며, 동시에 제1 비콘 메시지를 전달한 제1 무선 중계부(210)에 비콘 응답 메시지(41)를 전달한다.
제3 무선 중계부(230)는 제2 무선 중계부(220)와 동일한 과정을 통해 자신이 위치한 제3 차랑(53)의 번호 및 제3 차량 IP 주소를 부기하고, 목적지 차량 정보 및 무선 경로수를 갱신하여 제3 비콘 메시지(33)를 생성한다. 그리고 제3 무선 중계부(230)는 생성된 제3 비콘 메시지(33)를 인접한 차량(54)의 제4 무선 중계부(240)로 전달하며, 동시에 제2 비콘 메시지를 전달한 제2 무선 중계부(220)에 비콘 응답 메시지(42)를 전달한다. 이와 같은 과정은 열차 차량의 개수만큼 반복적으로 수행된다.
마지막 열차 차량(54)에 위치한 제4 무선 중계부(240)는 상술한 과정과 동일하게 차량 번호 및 차량 IP 주소를 부가하고 무선 경로수를 갱신하여 새로운 비콘 메시지를 생성하여 전달하며, 동시에 제3 비콘 메시지를 전달한 제3 무선 중계부(230)에 비콘 응답 메시지(43)를 전달한다.
이 때, 도 3의 일례에서는 제4 무선 중계부(240)가 마지막 열차 차량(54)에 위치하기 때문에, 제4 무선 중계부(240)는 비콘 응답 메시지를 수신할 수 없다. 따라서, 제4 무선 중계부(240)는 기 설정된 소정의 응답 대기 시간 내에 새로운 비콘 응답 메시지를 수신하지 못하는 경우, 무선 중계망 구성 완료 메시지를 생성하여 제3 무선 중계부(230)로 전달한다. 그리고 무선 중계망 구성 완료 메시지는 비콘 메시지가 전달된 순서의 역순(열차 차량 역순)으로 전달되어 최종적으로 마스터 무선 중계부(210)로 전달된다.
마스터 무선 중계부(210)는 수신된 제3 구성 완료 메시지(53)에 기초하여 무선센서 중계망(200)을 생성한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 비콘 메시지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 무선 중계부(210, 220, 230, 240) 사이에서 인접 차량 정보에 따라 순차적으로 전달되는 비콘 메시지는 비콘 메시지를 최초로 전달한 소스 차량의 차량 정보 및 무선 경로수 정보를 포함한다. 이 때, 차량 정보는 소스 차량 ID, 소스 차량 번호 및 소스 차량 IP 주소를 포함한다. 이와 같은 비콘 메시지는 인접 차량 정보에 기초하여 인접한 무선 중계부로 순차적으로 전달되고, 각각의 무선 중계부는 수신된 비콘 메시지를 갱신하여 인접한 무선 중계부로 중계전송한다.
소스 차량(K)의 마스터 무선 중계부는 제1 비콘 메시지를 생성한다. 제1 비콘 메시지는 비콘을 생성한 소스 차량 정보(411) 및 무선 경로수(412)를 포함한다. 소스 차량 정보는 소스 차량 식별을 위한 정보로서, 소스 차량 번호 K 및 소스 차량 IP 주소를 포함한다. 그리고 제1 비콘 메시지는 헤더(Header) 및 FCS(Frame Check Sequence)를 포함한다. 무선 경로수는 무선 중계기 마스터로부터 지나온 경로의 무선 중계기 개수를 나타내며, 최초 무선 경로수는 0이된다.
그리고 차량(#k)의 무선 중계부는 사전에 생성된 인접 차량 목록에 포함된 무선 세기 정보에 기초하여 인접 무선 중계기를 결정하여 생성된 제1 비콘 메시지(410)를 전달한다
소스 차량(#k)의 마스터 무선 중계부로부터 제1 비콘 메시지(410)를 수신한 차량(#k-1)의 무선 중계부는 제1 비콘 메시지(420)의 제2 소스 차량 정보(421) 및 제2 무선 경로수(422)를 갱신하고, 제1 경로 차량 정보(423)를 부가 갱신하여 제2 비콘 메시지(420)를 생성한다. 새로운 소스 차량 정보(421)는 새로운 소스 차량이 되는 차량(#k-1) 정보로 갱신되며, 무선 경로수(422)는 최초 소스 차량(#k)로부터의 경로수인 1로 갱신된다. 그리고 경로 차량 정보(423)는 이전 경로 상에 위치한 차량 정보 즉, 자신과 직접 접속되는 무선 중계부의 정보이다. 일례로서, 제1 소스 차량 정보는 제2 비콘 메시지(420)는 제1 비콘 메시지(410)를 전달한 소스 차량(#k)에 대한 정보이다.
그리고 차량(#k-1)의 무선 중계부는 사전에 생성된 인접 차량 목록에 포함된 무선 세기 정보에 기초하여 인접 무선 중계기를 결정하여 갱신된 제2 비콘 메시지(420)를 전달한다. 도 4의 일례에서는 인접 무선 중계기로 차량(#k-2)의 무선 중계기가 결정된다.
다음으로, 차량(#k-1)로부터 제2 비콘 메시지(420)를 수신한 차량(#k-2)의 무선 중계기는 제2 비콘 메시지(420)의 소스 차량 정보, 무선 경로수 및 경로 차량 정보를 갱신하여 제3 비콘 메시지(430)를 생성한다. 갱신된 제3 소스 차량 정보(431)는 제3 비콘 메시지(430)를 전달할 자신인 차량(#k-2)의 정보로 갱신되며, 제3 무선 경로수(432)는 비콘 메시지가 경유해온 무선 중계부의 개수인 2로 갱신된다. 그리고 제3 경로 차량 정보(433)에는 새로운 경로 차량 정보가 부가된다. 제3 비콘 메시지(430)가 갱신되면, 량(#k-2)의 무선 중계기는 인접 차량 정보에 기초하여 인접 무선 중계기를 결정하여 제3 비콘 메시지(430)를 전달한다. 이와 같은 과정은 임의의 차량(#m)가지 반복 수행된다. 이 과정에서 임의의 차량(#m)은 비콘 메시지에 명시된 경로 차량과 통신경로를 유지한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치의 구성 완료 메시지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 3의 제4 무선 중계부(240)는 비콘 메시지를 중계전송 한 후 기 설정된 대기시간이 경과할 때까지 응답 신호를 수신하지 못하는 경우, 구성 완료 메시지를 생성하여, 인접 차량(53)의 제3 무선 중계부(230)로 전달한다. 구성 완료 메시지는 수신된 비콘 메시지에 기초하여 생성되며, 목적지 차량 정보(511), 소스 차량 정보(512), 무선 경로수(513) 및 구성 완료 정보(514)를 포함한다. 특히, 맨 마지막에 위치한 차량의 무선 중계부는 응답 메시지를 수신할 수 없으므로, 타이머를 구동하여 응답 메시지 수신 여부를 체크한다.
구성 완료 메시지를 수신한 무선 중계부는 목적지 차량 정보, 소스 차량 정보 및 무선 경로수를 갱신하고 중계 차량 정보를 부가 갱신하여 재가공한 후, 인접한 무선 중계부로 전달한다. 이와 같은 과정을 반복 수행하여 무선센서 중계망 구성을 완료한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 열차를 구성하는 열차 차량은 항상 고정된 것이 아니며, 교통 상황에 따라 열차의 차량 수가 유동적으로 조절되어 편성될 수 있으며, 열차 차량의 수리를 위해 특정 열차 차량을 분리 및 교체할 수 있다. 열차(화물열차)의 편성은 임의로 임의의 시각에 따라 이루어지고 있으며, 또한 전파상태의 변화에 따라 임의로 무선링크가 단절되던가 장비의 고장이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법에서는 동적 및 주기적으로 센싱데이터 경로설정을 수행하여 열차 차량의 자유로운 편성에 관계없이 무선센서 중계망을 동적으로 구성한다.
먼저, 다수의 열차 차량 각각에 위치한 무선 중계부에서 인접 무선 중계기로부터 무선신호 세기를 측정한다(S601). 그리고 각각의 무선 중계부는 인접 차량의 무선 중계부로부터 측정된 무선신호 세기를 통해 인접 차량 목록(neighbor list)을 생성한다(S602). 일례로서 인접 차량 목록은 무선신호의 세기가 가장 큰 세 개의 무선 중계부(열차 차량)에 대해 전파 세기 순서에 따라 생성될 수 있다. 이와 같이, 무선 중계부는 인접 무선 중계부의 무선신호 세기를 측정하여 인접 차량 목록을 생성함으로써, 새롭게 편성된 열차(무선 중계부)의 존재를 확인하고, 인접 무선 중계부 및 이의 연결 순서를 확인할 수 있다.
다음으로 게이트웨이부와 동일한 열차 차량에 위치한 마스터 무선 중계부는 생성된 인접 차량 목록에 기초하여 인접 무선 중계부를 결정한다(S603). 그리고 마스터 무선 중계부는 비콘 메시지를 생성하여 결정된 인접 무선 중계부로 전달한다(S604). 마스터 무선 중계부에서 생성되는 비콘 메시지는 비콘을 생성한 소스 차량 정보 및 무선 경로수 정보를 포함한다. 소스 차량 정보는 소스 차량 번호 및 차량 IP 주소를 포함한다.
비콘 메시지를 수신한 무선 중계부는 수신된 비콘 메시지를 갱신하여 재가공한다(S605). 인접한 무선 중계부는 수신된 비콘 메시지의 소스 차량 정보 및 무선 경로수를 갱신하고, 경로 차량 정보를 부가하여 갱신된 비콘 메시지를 생성한다. 이 때, 경로 차량 정보는 비콘 메시지가 경유해온 무선 중계부에 대한 정보이다. 즉, 수신된 비콘 메시지의 소스 차량 정보가 새로운 경로 차량 정보로 부가되고, 비콘 메시지를 수신한 무선 중계부가 위치한 열차 차량이 소스 차량 정보로 갱신된다.
비콘 메시지가 갱신되면, 무선 중계부는 인접 차량 목록에 기초하여 인접 무선 중계부를 결정하고, 갱신된 비콘 메시지를 결정된 무선 중계부로 전달한다(S606).
그리고 무선 중계부는 갱신된 비콘 메시지를 인접한 무선 중계부로 전달한 후, 응답 대기 시간을 설정(S607)하고, 응답 대기 시간 내에 응답 신호가 수신되는지를 통해 응답 대기 시간 초과 여부를 판단한다(S608). 비콘 메시지를 수신한 무선 중계부는 이에 대한 응답을 전달한다. 만약, 기 설정된 응답 대기 시간 내에 응답 메시지가 수신되어 응답 대기 시간을 초과하지 않는다면 인접한 무선 중계부에서 정상적으로 비콘 메시지를 수신한 것으로 판단하여 S605 단계 내지 S608 단계를 인접한 무선 중계부 사이에서 순차적으로 반복 수행된다.
만약, 기 설정된 응답 대기 시간을 초과하는 경우, 무선 중계부는 구성 완료 메시지 수신 여부를 판단한다(S609). 응답 대기 시간을 초과하면 인접한 무선 중계부에서 비콘 메시지를 정상적으로 수신하지 못함을 나타내며, 이는 다음 차례의 무선 중계부가 없으며 현재의 무선 중계부가 제일 마지막 열차 차량에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
만약 구성 완료 메시지가 수신되지 않는다면, 응답 대기 시간을 초과한 무선 중계부는 무선 중계망 구성 완료 메시지를 생성(S610)하고, 무선 중계망 구성 완료 메시지를 중계전송한다(S611). 그리고, 구성 완료 메시지를 수신한 무선 중계부는 수신된 구성 완료 메시지를 갱신하여 재가공(S612)하고, 재가공된 구성 완료 메시지를 중계전송한다(S611). 즉, 응답 대기 시간이 초과된 열차 차량의 마지막에 위치한 무선 중계부로부터 비콘 메시지가 전달된 역순으로 무선 중계망 구성 완료 메시지를 갱신 및 중계전송하여 선두에 위치한 마스터 무선 중계부로 전달하여 무선 센서 중계망을 생성한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법의 마스터 무선 중계부의 설정 절차를 나타내는 흐름도이다.
열차(화물열차)의 편성은 임의로 임의의 시각에 따라 이루어지고 있으며, 또한 전파상태의 변화에 따라 임의로 무선링크가 단절되던가 장비의 고장이 발생할 수 있다. 따라서 동적 및 주기적으로 센싱데이터 경로설정을 수행하여야 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법에서 마스터 무선 중계부는 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이 무선 센서 중계망 구축을 위한 비콘 메시지를 생성하고, 생성된 비콘 메시지를 인접한 무선 중계부로 전달한다(S701). 그리고 마스터 무선 중계부는 무선 중계망 유지 타이머를 설정한다(S702). 이후 무선 중계망 유지 타이머를 동작시켜 타이머 값을 감소(S703)시키며 타이머가 종료(S704)되면, 새로운 무선 중계망 구성을 위한 비콘 메시지를 생성하여 전달하는 절차를 반복한다.
상술한 내용을 포함하는 본 발명은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체 또는 정보저장매체에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행함으로써 본 발명의 방법을 구현할 수 있다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110, 120, 130, 140: 무선 센서망
111a, 111b, 121a, 121b, 131a, 131b, 141a, 141b: 무선 센서
112, 122, 132, 142: 코디네이터부
200: 무선 센서 중계망
210, 220, 230, 240: 무선 중계부
300: 게이트웨이부

Claims (18)

  1. 열차 주행부의 열과 진동을 측정한 센서 데이터를 무선으로 전달하는 다수의 무선 센서;
    각각의 열차 차량에 위치하며, 동일한 열차 차량 내에 위치한 하나 이상의 무선 센서로부터 센서 데이터를 수신하는 다수의 코디네이터부;
    각각의 열차 차량에 위치하며, 인접한 열차 차량에 위치한 무선 중계부와 무선센서 중계망을 형성하여 상기 코디네이터부로부터 수신된 센서 데이터를 전달하는 다수의 무선 중계부;
    상기 무선센서 중계망을 통해 다수의 무선 중계부로부터 센서 데이터를 수신하고, 상기 수신된 센서 데이터를 관제 센터로 전달하는 게이트웨이부;
    를 포함하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 무선 중계부는 인접한 무선 중계부의 무선신호 세기를 측정하여 인접 차량 목록을 생성하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 무선 중계부 중에서 상기 게이트웨이부와 동일한 열차 차량에 위치한 무선 중계부는 비콘 메시지를 생성하고, 상기 인접 차량 목록에 기초하여 인접 무선 중계부를 결정하고, 생성된 비콘 메시지를 결정된 인접 무선 중계부로 전달하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비콘 메시지는 소스 차량 정보 및 무선 경로수에 대한 정보를 포함하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 무선 중계부는 수신된 비콘 메시지를 갱신하고 인접한 무선 중계부로 중계전송하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 갱신된 비콘 메시지는 소스 차량 정보, 무선 경로수 및 경로 차량 정보를 포함하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    비콘 메시지를 수신한 무선 중계부는 소스 차량 정보를 자신의 정보로 갱신하고, 무선 경로수를 추가하여 갱신하며, 자신과 직접 접속되는 무선 중계부를 경로 차량 정보로 부가하여 갱신하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 무선 중계부 중에서 전송한 비콘 메시지에 대한 응답을 기 설정된 응답 대기 시간 이내에 수신하지 못한 무선 중계부는 구성 완료 메시지를 생성하여 이전 무선 중계부로 전달하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 무선 중계부는 수신된 구성 완료 메시지의 목적지 차량 정보, 소스 차량 정보 및 무선 경로수를 갱신하여 이전 무선 중계부로 전달하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 무선 중계부는 상기 인접 차량 목록에 기초하여 새로 편성된 열차 차량을 무선 센서 중계망에 편입시키는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 게이트웨이부는 광대역 무선 통신망을 이용하여 상기 센서 데이터를 제어 센터로 전달하는 것을 특징으로 하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 무선 센서 및 상기 다수의 코디네이터부는 지그비 통신을 통해 무선 연결 되는 것을 특징으로 하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 장치.
  13. 제1항의 무선 센서 중계망 동적 구성 장치를 이용한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법에 있어서,
    다수의 무선 중계부 각각이 인접 무선 중계기로부터 무선신호 세기를 측정하여 인접 차량 목록을 생성하는 단계;
    상기 다수의 무선 중계부 중에서 게이트웨이부와 동일한 열차 차량에 위치한 무선 중계부는 비콘 메시지를 생성하여 인접한 무선 중계부로 전달하는 단계;
    상기 다수의 무선 중계부는 수신된 비콘 메시지를 갱신하여 인접한 무선 중계부로 순차적으로 중계전송하는 단계;
    상기 다수의 무선 중계부는 기 설정된 응답 대기 시간 초과 시, 구성 완료 메시지를 생성하여 이전 무선 중계부로 전달하는 단계; 및
    상기 다수의 무선 중계부 중에서 게이트웨이부와 동일한 열차 차량에 위치한 무선 중계부는 구성 완료 메시지를 수신하여 무선 센서 중계망을 생성하는 단계;
    를 포함하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 비콘 메시지는 소스 차량 정보 및 무선 경로수에 대한 정보를 포함하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 수신된 비콘 메시지를 갱신하여 인접한 무선 중계부로 중계전송하는 단계는,
    소스 차량 정보를 자신의 정보로 갱신하고, 무선 경로수를 추가하여 갱신하며, 자신과 직접 접속되는 무선 중계부를 경로 차량 정보로 부가하여 갱신하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    무선 센서 중계망 응답 대기 시간을 설정하는 단계;
    를 더 포함하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 구성 완료 메시지를 생성하여 이전 무선 중계부로 전달하는 단계는,
    수신된 구성 완료 메시지의 목적지 차량 정보, 소스 차량 정보 및 무선 경로수를 갱신하여 이전 무선 중계부로 전달하는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 다수의 무선 중계부는 상기 인접 차량 목록에 기초하여 새로 편성된 열차 차량을 무선 센서 중계망에 편입시키는 열차 주행 감시를 위한 무선 센서 중계망 동적 구성 방법.
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