KR20170090820A - 식물신호를 처리하는 전자 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

식물신호를 처리하는 전자 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

식물신호를 처리하는 전자 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 식물에 실장되어 상기 식물의 상태와 관련된 식물신호를 획득하도록 설정된 센서 모듈, 상기 획득된 식물신호의 특징에 따라 상기 식물신호의 타입(type)을 결정하도록 설정된 제어 모듈 및 상기 결정된 식물신호의 타입을 저장하도록 설정된 저장 모듈을 포함할 수 있다.

Description

식물신호를 처리하는 전자 장치 및 그 제어 방법{An electronic device for processing a plant signal and a control method thereof}
본 발명은, 식물신호를 처리(processing)하는 전자 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 환경에 따른 식물의 전기신호를 측정하고, 효율적으로 식물신호에 관한 데이터를 전송할 수 있는 전자 장치 및 그 제어 방법에 관한 것입니다.
현재 사물 인터넷(IoT) 시스템에서는, 식물, 농작물과 관련된 정보들은 온도센서, 습도센서 등을 식물주변에 설치하여, 식물 주변 정보를 측정하여 식물의 현재 상태를 간접적으로 측정한다. 이와 같은 종래의 기술은, 식물 자체가 아닌, 단지 식물의 주변환경, 즉, 식물 주변의 습도 정보, 온도 정보 등을 기초로 현재 식물의 상태를 판단하는 것으로서, 이는 식물이 실제로 전달하고자 하는(즉, 현재 식물의 실제적인 상태인) 데이터나 정보라고 볼 수 없다. 즉, 종래의 기술에서는 식물의 신호(언어)를 해석 및 분석하여 식물계와 사물인터넷과 상호작용을 제공할 수 있는 방안을 제시하지 못하고 있는 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 식물에 직접적으로 실장(다른 말로, 부착 또는 설치)된 센서 모듈을 통하여 식물의 생체신호(다른 말로, 식물신호)를 획득하고 이를 분석하여 데이터베이스(DB)화 함으로써, 추후 획득된 식물신호를 기초로 식물의 현재 상태를 판단(다른 말로, 추정)할 수 있는 전자 장치 및 그 제어 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 센서 모듈에 의하여 획득된 식물신호에 관한 데이터(본 명세서에서, 간략히 "식물신호"라고 언급될 수도 있다)를 네트워크에 전송하는 경우에 전자 장치의 배터리 수명(lifetime)을 최대화할 수 있는 알고리즘을 통하여 상기 식물신호를 전송함으로써, 효율적인 데이터 전송이 가능할 수 있는 전자 장치 및 그 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 식물에 실장(embedded)되어 상기 식물의 상태와 관련된 식물신호를 획득하도록 설정된 센서 모듈, 상기 획득된 식물신호의 특징을 분석하고, 상기 분석된 특징에 따라 상기 식물신호의 타입(type)을 분류하도록 설정된 제어 모듈 및 상기 분류된 식물신호의 타입을 저장하도록 설정된 저장 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 식물신호는, 상기 식물의 현재 상태와 관련된 전기 신호, 상기 식물에서 획득되는 음향 정보를 포함하는 음향 신호, 상기 식물에서 감지된 상기 식물의 화학 물질에 관한 정보를 포함하는 화학 신호 및 상기 식물의 주변의 조도 정보를 포함하는 조도 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제어 모듈은, 상기 획득된 전기 신호의 특징점(feature point)을 추출하여 상기 전기 신호의 타입을 분류하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제어 모듈은, 최대-최소 시간 간격(Min-Max time Duration) 및 최대-최소 기울기(Min-Max positive gradient) 방법을 이용하여 시간 기반(time-based)의 상기 특징점을 추출하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제어 모듈은, STFT(Short Time Fourier Transform) 및 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 주파수 기반(frequency-based)의 상기 특징점을 추출하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제어 모듈은, 상기 전자 장치에 의해 획득된 전체 전력 및 상기 전자 장치의 네트워크 시스템의 스루풋(throughput)에 기초하여 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제어 모듈은, 복수의 식물에 각각 연결된 상기 전자 장치 중 가장 낮은 에너지 효율을 가지는 어느 하나의 전자 장치의 에너지 효율을 최대화하도록 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 모듈은, 복수의 식물에 실장된 각각의 전자 장치의 에너지 효율의 합이 최대가 되도록 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 통신 디바이스의 제어 방법은, 식물에 실장되어 상기 식물의 상태와 관련된 식물신호를 획득하는 과정과, 상기 획득된 식물신호의 특징을 분석하고, 상기 분석된 특징에 따라 상기 식물신호의 타입(type)을 분류하는 과정과, 상기 분류된 식물신호의 타입을 저장하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 식물에 직접적으로 실장된 센서 모듈을 통하여 식물이 제공하는 신호를 획득하고 이를 분석함으로써, 정확한 식물의 상태를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 센서 모듈에 의하여 획득된 식물신호를 네트워크에 전송하는 경우에 전자 장치의 배터리 수명을 최대화할 수 있는 알고리즘을 통하여 상기 식물신호를 전송함으로써, 효율적인 데이터 전송이 가능하다.
본 발명의 효과는 상기 기술된 효과로 제한되지 아니하며, 다양한 효과가 본 명세서 상에 내재되어 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
도 1은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호 네트워크 시스템을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 2는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호를 분석하는 기능/기능들 또는 동작/동작들을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 4a 및 도 4b는, 식물로부터 획득된 식물신호를 예시적으로 도시한 것이다.
도 5는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호가 전송되는 프레임의 타임 슬롯의 구성을 설명하기 위한 예시 도면이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 발명에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 발명에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 발명에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 제어 모듈"은 해당 동작을 수행하기 위한 전용 제어 모듈(예: 임베디드 제어 모듈), 또는 저장 모듈 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 제어 모듈(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 발명에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 발명에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 발명에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 다양한 실시예에 따른 전자 장치 및 전자 장치의 제어 방법이 설명된다.
도 1은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호 네트워크 시스템(10)을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호 네트워크 시스템(10)은, 전자 장치(100) 및 상기 전자 장치(100)와 연결되고(또는, 포함되고), 식물(110)에 실장되는 센서 모듈(102)을 포함할 수 있다. 상기 전자 장치(100)는 기지국(130)을 통하여 서버(120)에 연결될 수 있다. 도 1에서는, 상기 전자 장치(100)가 각각의 식물(110)에 연결되는 경우가 예시적으로 도시되었으나, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호 네트워크 시스템(10)은, 상기 각각의 식물(110)에 연결된 각각의 센서 모듈(102)과 연결된 하나의 전자 장치(100)를 포함할 수 있다. 또는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호 네트워크 시스템(10)은, 상기 각각의 전자 장치(100)와 연결된 하나의 전자 장치(예를 들면, 식물 신호의 처리를 위한 퍼스널 컴퓨터(PC) 등)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 각각의 전자 장치(100)와 연결된 하나의 전자 장치는, 상기 전자 장치(100)에 의하여 수행되는 다양한 기능들 또는 동작들 중 적어도 일부를 수행하도록 설정될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 센서 모듈(102)은, 플렉서블(flexible) 타입 또는 벤딩(bending) 타입을 포함할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(200)를 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(200)는, 센서 모듈(201), 제어 모듈(202), 통신 모듈(203), 저장 모듈(204) 및 전력 모듈(205)을 포함할 수 있다. 상기 전력 모듈(205)은, 충전 회로(205a) 및 배터리(205b)를 포함할 수 있다. 상기 전자 장치(200)는, 네트워크(210)를 통하여 서버(220)와 연결될 수 있다.
상기 센서 모듈(201)은 물리량을 계측하거나 상기 식물에 의해 제공되는 다양한 신호/신호들 감지하여 전기 신호로 변환할 수 있다. 상기 센서 모듈(201)은, 예를 들면, 생체 센서, 온/습도 센서, 조도 센서, 음향 감지 센서, 화학 센서 및 UV 센서 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 생체 센서는 예를 들면, 상기 센서 모듈(201)이 실장된 식물의 생체 신호를, 예를 들면, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 액션 포텐셜(action potential)과 같은 전기 신호로 변환할 수 있다. 본 발명의 설명을 위하여 도 2에서는, 상기 센서 모듈(201)이 상기 전자 장치(200)를 구성하는 일 요소로서 도시되었으나, 이는 본 발명의 설명을 위한 예시적인 것이다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 센서 모듈(201)은, 상기 전자 장치(200)와 별도로 구비되어, 즉, 상기 전자 장치(200)의 구성 요소로서 포함되지 아니하고, 상기 전자 장치(200)와 유선 통신 또는 무선 통신을 통하여 연결되도록 구성될 수도 있다.
상기 제어 모듈(202)는, 예를 들면, 버스(미도시)를 통해 상기 전자 장치(200)의 다른 구성요소들(예를 들면, 상기 센서 모듈(201), 통신 모듈(203), 저장 모듈(203))로부터 명령을 수신하여, 수신된 명령을 해독하고, 해독된 명령에 따른 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
상기 통신 모듈(203)는, 상기 네트워크(210)와 연결되어 외부 장치들 또는 외부 네트워크간의 통신을 설정할 수 있다.
상기 저장 모듈(204)은, 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 상기 저장 모듈(204)은, 예를 들면, 상기 전자 장치(200)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 저장 모듈(204)은, 상기 식물(110)로부터 획득된 식물신호를 저장하도록 설정될 수 있다. 상기 저장된 식물신호 또는, 상기 식물신호의 분석 결과에 관한 데이터는 상기 통신 모듈(203)에 의해 상기 서버(220)로 전송되어 상기 서버(200)에 저장될 수 있다.
상기 전자 장치(200)는, 상기 네트워크(210)와 연결되어 무선 또는 유선 통신을 수행할 수 있다. 상기 전자 장치(200)는, 상기 네트워크(210)를 통하여 상기 서버(220)와 연결될 수 있다. 상기 무선 통신은, 예를 들어, Wifi(wireless fidelity), BT(Bluetooth), NFC(near field communication), GPS(global positioning system) 또는 셀룰러 통신(예: LTE, LTE-A, CDMA, WCDMA, UMTS, WiBro 또는 GSM 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유선 통신은, 예를 들어, USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard 232) 또는 POTS(plain old telephone service) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전력 모듈(205)은, 충전 회로(205a) 및 배터리(205b)를 포함할 수 있다. 상기 충전 회로(205a)는 상기 네트워크로부터 전력을 공급받아 상기 배터리(205b)를 충전할 수 있다. 또는, 상기 전자 장치(200)와 유선 또는 무선으로 연결된 전원 공급 장치로부터 전력을 공급받아 상기 배터리(205b)를 충전할 수 있다. 또는, 태양광과 같은 다양한 자원들(resources)에 의하여 충전될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 배터리(205b)는, 상기 전원 공급 장치와 직접 연결되어, 즉, 상기 충전 회로(205a)를 통하지 아니하고, 전력을 공급받아 충전될 수도 있다. 상기 배터리(205b)는, 상기 전자 장치(200)의 다양한 구성요소들(예를 들면, 상기 센서 모듈(201), 제어 모듈(202), 통신모듈(203) 및 저장모듈(204))에 전력을 공급할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 전자 장치(200)를 구성하는 다양한 구성 요소들(예를 들면, 상기 제어 모듈(202), 상기 통신 모듈(203), 상기 저장 모듈(204), 상기 충전 회로(205a) 및 상기 배터리(205b)) 중 적어도 일부는 상기 센서 모듈(201)과 함께 시스템 온 칩(SoC)의 형태로 제작되어 상기 식물에 실장될 수도 있다. 상기 시스템 온 칩(SoC)의 형태로 제작된 상기 전자 장치(200)는, 플렉서블(flexible) 타입, 벤딩(bending) 타입, 커브드(curved) 타입, 롤러블(rollerable) 타입 또는 폴더블(foldable) 타입 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.도 3은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치가 식물신호를 분석하는 기능/기능들 또는 동작/동작들을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치를 제어하는 방법은, 식물(예를 들면, 상기 식물(110))로부터 식물 신호를 획득하는 동작(S300)을 포함할 수 있다. 상기 식물신호는, 상기 전자 장치(예를 들면, 상기 전자 장치(200))에 구비된(또는, 연결된) 센서 모듈(예를 들면, 상기 센서 모듈(201))에 의해서 전기적인 신호로 변환된 상기 식물의 생체신호일 수 있다. 예를 들면, 상기 센서 모듈은, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 식물의 액션 포텐셜에 관한 전기신호를 상기 식물로부터 획득할 수 있다. 상기 도 5에서는, 빛(LED)의 듀레이션(duration) 변화에 따른 고무나무의 식물신호의 예시를 도시한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치를 제어하는 방법은, 상기 획득된 식물신호의 노이즈를 제거하는 동작(S310) 및 상기 노이즈가 제거된 식물신호의 특징점을 추출하는 동작(S320)을 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 특징점은, 최대-최소 시간 간격(Min-Max time Duration) 및 최대-최소 기울기(Min-Max positive gradient) 방법을 이용하여 추출된 시간 기반(time-based)의 특징점 또는 STFT(Short Time Fourier Transform) 및 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 추출된 주파수 기반(frequency-based)의 특징점을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치를 제어하는 방법은, 상기 추출된 특징점을 기초로 상기 식물신호의 타입(type)을 결정하는 동작(S330)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전자 장치는, 미리 지정된 시간 단위에 따라 변화하는(예를 들면, 일정한 세기로 증가하는), 상기 식물의 주변 환경에 대한 파라미터(예를 들면, 상기 식물에 조사되는 빛의 세기(럭스(lux)) 또는 빛이 상기 식물에 조사되는 시간 등)에 따라 획득되는 다양한 식물신호를 기초로 상기 파라미터의 타입을 결정하여 이를 데이터베이스화 할 수 있다. 상기 타입은, 예를 들어, 빛의 세기가 강한 경우, 적당한 경우 및 약한 경우 등을 포함할 수 있다. 상기 S330동작에 따라, 상기 전자 장치는 상기 식물신호의 데이터베이스화 이후에 획득된 식물신호를 기초로 상기 식물의 현재 상태를 판단할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 전기신호 이외에, 상기 식물에 실장된 음향 센서(예를 들면, 특정한 환경에서 상기 식물의 물관을 통하여 흐르는 물의 흐름 소리를 감지) 및/또는 화학 센서(예를 들면, 특정한 환경에서 상기 식물의 물관에 흐르는 물의 특정한 화학물질(예를 들면, 살리실산의 양)을 감지) 등을 통하여 획득된 다양한 상기 식물의 생체 신호에 관한 정보도 상기 S330 동작에서 함께 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 빛의 세기가 3,000 럭스(lux)인 경우에 획득된 상기 식물의 액션 포텐셜 정보와 함께, 상기 식물의 물관에 흐르는 물의 흐름에 대한 소리 정보 및 상기 물관에 현재 흐르는 물에 포함된 특정한 화학 물질의 양에 관한 정보도 함께 데이터베이스화 될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치를 제어하는 방법은, 상기 식물신호(전기신호, 음향신호, 화학신호 등) 및 상기 타입에 관한 정보를 서버(예를 들면, 상기 서버(200))로 전송하는 동작(S340)을 포함할 수 있다. 상기 전송된 정보는 데이터베이스화되어 상기 서버에 저장될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 식물신호 및 상기 타입에 관한 정보는 상기 전자 장치의 저장 모듈(예를 들면, 상기 저장 모듈(204)에 저장될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치를 제어하는 방법에 따라, 상기 데이터베이스화 이후에 상기 식물에 대한 식물신호를 획득한 경우, 상기 데이터베이스화 된 정보를 이용하여 상기 식물의 현재 상태를 판단할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 식물신호가 전송되는 프레임에 타임 슬롯의 구성을 설명하기 위한 예시 도면이다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치(예를 들면, 상기 전자 장치(200))는, 네트워크(또는 기지국(예를 들면, 상기 기지국(130)) 로부터 전력(power)을 제공받을 수 있으며, 상기 네트워크에 의하여 지정된(다른 말로, 결정된) 타임슬롯(TS)에 따라 상기 식물신호를 서버(예를 들면, 상기 서버(220))에 전송할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 전자 장치가 수신하는 프레임 중 TS #0(500)에는 상기 네트워크로부터 제공된 전력 데이터가 전송될 수 있다. 즉, TS #0(500)은 상기 전자 장치가 에너지 추수(harvest)를 위한 타임슬롯을 의미할 수 있다.
도 5에서, T는 전송프레임의 총 시간을 나타내며,
Figure pat00001
는 각각의 전자 장치(본 명세서에서, "센서 노드"라는 용어로 언급될 수 있다)에 에너지가 전송되는 시간 비율을 의미할 수 있다. 즉,
Figure pat00002
시간(예를 들면, TS #0(500)에 대응하는 시간)동안 상기 전자 장치에 에너지를 제공(다른 말로, 전송)할 수 있다. 또한, 각각의 센서 노드(예를 들면, i번째 센서 노드)는, 상기 서버에
Figure pat00003
,
Figure pat00004
동안 시분할 방식으로 식물신호를 전송할 수 있다.
Figure pat00005
는, 각 센서 노드에 대응하는 타임 슬롯의 시간비율을 의미할 수 있다. 특정한 센서 노드 Ui 에서
Figure pat00006
시간비율 동안 추수된 에너지
Figure pat00007
는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pat00008
상기 수학식 1에서,
Figure pat00009
는 특정한 센서노드(i)의 전력 효율(또는, 전력 이득)을 의미할 수 있고,
Figure pat00010
는 상기 네트워크에서 상기 센서 노드로 전송된 총 전력량(센서 노드가 복수 개인 경우에는 모든 센서 노드로 전송된 총 전력량)을 의미할 수 있고,
Figure pat00011
는 상기 특정한 센서 노드에 대한 하향링크 채널 전송 효율(또는, 채널 이득)을 의미할 수 있다.
상기 수학식 1에서의 추수된 에너지
Figure pat00012
를 이용하여, 네트워크에서 전송 가능한 특정한 센서 노드(i)의 평균전력
Figure pat00013
는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00014
상기 수학식 2에서,
Figure pat00015
는 상기 특정한 센서 노드의 에너지 효율(또는, 에너지 이득)을 의미할 수 있다.
특정한 센서 노드 Ui 에서 상기 서버로의 가능한 데이터 전송율(available throughput)
Figure pat00016
는 이하의 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00017
상기 수학식 3에서,
Figure pat00018
는 상향링크 채널 전송 효율(다른 말로, 채널 이득)을 의미할 수 있고,
Figure pat00019
는, 네트워크에서 수신된 신호에 대한 잡음의 분산을 의미할 수 있으며,
Figure pat00020
는 센서 노드에서 유효(effective) 전송 신호대 잡음비(SNR)을 의미할 수 있다. 상기
Figure pat00021
는, 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00022
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)은, 상기 전자 장치에 의해 획득된 전체 전력 및 상기 전자 장치의 네트워크 시스템의 스루풋(throughput)에 기초하여 결정되거나, 복수의 식물에 각각 연결된 상기 전자 장치 중 가장 낮은 에너지 효율을 가지는 어느 하나의 전자 장치의 에너지 효율을 최대화하도록 결정되거나, 또는 복수의 식물에 실장된 각각의 전자 장치의 에너지 효율의 합이 최대가 되도록 결정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)이, 상기 네트워크로부터 상기 전자 장치에 제공된(다른 말로, 상기 전자 장치에 의해 획득된) 총 전력 및 상기 전자 장치의 네트워크 시스템의 스루풋(throughput)에 기초하여 결정되는 경우, 아래의 수학식 5에 의하여 결정될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)는 상기 네트워크(또는, 상기 기지국)에 의하여 결정될 수 있다.
Figure pat00023
상기 수학식 5에서,
Figure pat00024
는 시스템 에너지 효율성을 의미할 수 있고,
Figure pat00025
는 상기 네트워크에서 상기 센서 노드로 전송된 총 에너지(다른 말로, 네트워크 시스템의 총 에너지)를 의미할 수 있고,
Figure pat00026
은 상기 네트워크 시스템의 총 스루풋(다른 말로, 각각의 센서 노드의 업링크 스루풋의 총 합)을 의미할 수 있다. 여기에서,
Figure pat00027
일 수 있고,
Figure pat00028
일 수 있다. 상기
Figure pat00029
는 상기 특정한 센서 노드에서 의 최소 스루풋 요구량을 의미할 수 있다. 또한, 상기
Figure pat00030
및
Figure pat00031
는 각각 아래의 수학식 6 및 수학식 7로 표현될 수 있다.
Figure pat00032
Figure pat00033
상기 수학식 7에서,
Figure pat00034
는 상기 전자 장치가 상기 식물신호를 상기 서버에 전송하는데 사용되지 아니한 에너지(즉, 부수적인 회로의 구동 등에 사용된 에너지와 같이 식물신호의 송신에 사용되지 아니하고 소모된 에너지)를 의미할 수 있다.
상기 네트워크는, 상기 수학식 5를 연산할 수 있고, 상기 연산의 결과로 획득되는 각각의 센서 노드에 대한
Figure pat00035
값을 기초로 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)를 결정할 수 있다. 상기 수학식 5는 예를 들어,
Figure pat00036
에 대해서 컨벡스(convex)인 뺄셈 형태(parameterized subtractive forms)의 동등한 식으로 변형된 식을 기초로, 인테리어 포인트 메소드(interior point method)를 이용하여 연산될 수 있다. 다만, 상기 인테리어 포인드 메소드는 본 발명의 설명을 위하여 예시적으로 언급된 것으로서, 상기 수학식 5를 연산함에 있어서 상기 인테리어 포인트 메소드 이외의 다른 다양한 방법들이 적용될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)는, 복수의 센서 노드들 중 가장 낮은 에너지 효율을 가지는 어느 하나의 센서 노드
Figure pat00037
의 에너지 효율을 최대화하도록 결정된 타임슬롯을 기준으로 결정될 수 있다. 상기 가장 낮은 에너지 효율을 가지는 센서 노드는, 예를 들어, 각각의 상기 센서 노드로부터 상기 네트워크로 수신되는 신호의, 수신신호세기(예를 들면, RSSI), 노이즈의 정도(예를 들면, SNR), 또는 상기 기지국과 상기 센서 노드와의 거리 등과 같은 파라미터에 기초하여 상기 네트워크에 의해 결정될 수 있다. 이 경우, 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)는, 아래의 수학식 8에 의하여 결정될 수 있다.
Figure pat00038
여기에서,
Figure pat00039
일 수 있고,
Figure pat00040
일 수 있다. 상기 수학식 8에서,
Figure pat00041
일 수 있고,
Figure pat00042
는 상기 수학식 7에서의
Figure pat00043
와 유사하게, 부수적인 회로의 구동 등에 사용된 에너지와 같이 식물신호의 송신에 사용되지 아니하고 소모된 에너지를 의미할 수 있다. 상기 네트워크는, 상기 수학식 8를 연산할 수 있고, 상기 연산 결과 상기 가장 낮은 에너지 효율(다른 말로, 데이터 전송 효율)을 가지는 센서노드의 에너지 효율을 최대화할 수 있는
Figure pat00044
값이 결정될 수 있다. 상기 수학식 8의 연산에 따라
Figure pat00045
값이 결정되면, 상기 네트워크는, 미리 정해진 기준(나머지 센서노드 들의 수에 따라 균분하여) 에 따라 상기 나머지 센서 노드들에 대한 타임슬롯을 결정할 수 있다. 상기 수학식 8 또한, 예를 들어, 인테리어 포인트 메소드(interior point method)를 이용하여 연산될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)는, 각각의 센서 노드의 개별적인 에너지 효율의 합
Figure pat00046
을 최대화하도록 결정될 수 있다. 이 경우, 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)는, 아래의 수학식 9에 의하여 결정될 수 있다.
Figure pat00047
여기에서,
Figure pat00048
일 수 있고,
Figure pat00049
일 수 있다. 수학식 5와 관련하여 설명된 실시예에서는 각각의 센서 노드들의 개별적인 에너지 효율을 고려한 것이 아닌, 네트워크 시스템 전체의 스루풋 및 에너지 효율을 고려하여 타임슬롯을 결정하는 것인 반면, 상기 수학식 9와 관련하여서는, 각각의 센서노드별로 에너지 효율을 개별적으로 연산한 합을 기초로 타임슬롯을 결정한다는 점에서 차이가 있다. 상기 네트워크는, 상기 수학식 9를 연산할 수 있고, 상기 연산의 결과로 획득되는 각각의 센서 노드에 대한
Figure pat00050
값을 기초로 상기 TS #1(510), TS #2(520), TS #3(530)...TS #K(540)를 결정할 수 있다. 상기 수학식 9 또한, 예를 들어, 인테리어 포인트 메소드(interior point method)를 이용하여 연산될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 상기 전자 장치는, 상기 타임슬롯을 결정하는 방법 중 어느 하나의 방법에 따라 결정된 타임슬롯을 이용하여 상기 식물신호를 상기 서버(또는, 상기 네트워크)에 전송할 수 있다.
본 명세서에서는, 시분할 방식(예를 들면, TDMA)에 따라 식물신호가 전송되는 실시예를 설명하였지만, 이는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 예시적인 것이다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 시분할 방식 이외에도, 주파수 분할 방식(예를 들면 OFDM) 또는 코드분할 방식(예를 들면, CDMA)을 통하여 상기 식물신호가 상기 서버에 전송될 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 본 발명의 다양한 실시예들이 식물에 대해서 적용되는 경우를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 다양한 실시예들은 동물에 대해서도 적용될 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어 "모듈"은, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. "모듈"은, 예를 들면, 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component), 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면,"모듈"은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예는 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 발명에서 기재된 기술의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는, 본 발명의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 식물신호 네트워크 시스템
100: 전자 장치
102: 센서 모듈
110: 식물
120: 기지국
130: 서버

Claims (16)

  1. 전자 장치에 있어서,
    식물에 실장(embedded)되어 상기 식물의 상태와 관련된 식물신호를 획득하도록 설정된 센서 모듈;
    상기 획득된 식물신호의 특징에 따라 상기 식물신호의 타입(type)을 결정하도록 설정된 제어 모듈; 및
    상기 결정된 식물신호의 타입을 저장하도록 설정된 저장 모듈을 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식물신호는, 상기 식물의 현재 상태와 관련된 전기 신호, 상기 식물에서 획득되는 음향 정보를 포함하는 음향 신호, 상기 식물에서 감지된 상기 식물의 화학 물질에 관한 정보를 포함하는 화학 신호 및 상기 식물의 주변의 조도 정보를 포함하는 조도 신호 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 획득된 전기 신호의 특징점(feature point)을 추출하여 상기 전기 신호의 타입을 분류하도록 설정됨을 특징으로 하는, 전자 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 최대-최소 시간 간격(Min-Max time Duration) 및 최대-최소 기울기(Min-Max positive gradient) 방법을 이용하여 시간 기반(time-based)의 상기 특징점을 추출하도록 설정됨을 특징으로 하는, 전자 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, STFT(Short Time Fourier Transform) 및 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 주파수 기반(frequency-based)의 상기 특징점을 추출하도록 설정됨을 특징으로 하는, 전자 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 기지국으로부터 상기 전자 장치에 의해 획득된 전체 전력 및 상기 전자 장치의 네트워크 시스템의 스루풋(throughput)에 기초하여 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하도록 설정됨을 특징으로 하는, 전자 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 복수의 식물에 각각 연결된 상기 전자 장치 중 가장 낮은 에너지 효율을 가지는 어느 하나의 전자 장치의 에너지 효율을 최대화하도록 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하도록 설정됨을 특징으로 하는, 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 복수의 식물에 실장된 각각의 전자 장치의 에너지 효율의 합이 최대가 되도록 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하도록 설정됨을 특징으로 하는, 전자 장치.
  9. 전자 장치의 제어 방법에 있어서,
    식물에 실장되어 상기 식물의 상태와 관련된 식물신호를 획득하는 과정과,
    상기 획득된 식물신호의 특징을 분석하고, 상기 분석된 특징에 따라 상기 식물신호의 타입(type)을 분류하는 과정과,
    상기 분류된 식물신호의 타입을 저장하는 과정을 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 식물신호는, 상기 식물의 현재 상태와 관련된 전기 신호, 상기 식물에서 획득되는 음향 정보를 포함하는 음향 신호, 상기 식물에서 감지된 상기 식물의 화학 물질에 관한 정보를 포함하는 화학 신호 및 상기 식물의 주변의 조도 정보를 포함하는 조도 신호 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 식물신호의 타입(type)을 분류하는 과정은, 상기 획득된 전기 신호의 특징점(feature point)을 추출하여 상기 전기 신호의 타입을 분류하는 과정을 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 특징점을 추출하는 과정은, 최대-최소 시간 간격(Min-Max time Duration) 및 최대-최소 기울기(Min-Max positive gradient) 방법을 이용하여 시간 기반(time-based)의 상기 특징점을 추출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 특징점을 추출하는 과정은, STFT(Short Time Fourier Transform) 및 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 주파수 기반(frequency-based)의 상기 특징점을 추출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    기지국으로부터 상기 전자 장치에 의해 획득된 전체 전력 및 상기 전자 장치의 네트워크 시스템의 스루풋(throughput)에 기초하여 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    복수의 식물에 각각 연결된 상기 전자 장치 중 가장 낮은 에너지 효율을 가지는 어느 하나의 전자 장치의 에너지 효율을 최대화하도록 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    복수의 식물에 실장된 각각의 전자 장치의 에너지 효율의 합이 최대가 되도록 결정된 타임 슬롯에 따라 상기 획득된 식물신호를 기지국으로 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는, 전자 장치의 제어 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220141475A (ko) * 2021-04-13 2022-10-20 동신대학교산학협력단 식물 줄기 수분 측정 장치 및 시스템

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