KR20180058415A - 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 동작 전원으로 다수의 IoT 디바이스를 연계시킬 수 있도록 하나의 형태로 통합한 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스로부터 서로 다른 통신 프로토콜로 수신되는 데이터를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통해 수신된 서로 다른 통신 프로토콜의 ID를 파악하여 해당 IoT 디바이스와 통신하는 무선통신 프로토콜을 식별하는 프로토콜 판별부와, 상기 프로토콜 판별부에서 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 저장되어 있는 무선통신 모듈과 매칭시켜 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환부와, 상기 프로토콜 변환부에서 변환된 하나의 프로토콜을 이용하여 수신부에서 수신되는 데이터를 중앙집중식 모니터링 시스템으로 전달하는 송신부를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치 및 방법{IoT gateway device and method linking multiple protocol}
본 발명은 IoT 게이트웨이에 관한 것으로, 특히 낮은 동작 전원으로 다수의 IoT 디바이스를 연계시킬 수 있도록 하는 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치 및 방법에 관한 것이다.
사물인터넷(IoT : Internet of things) 기술은 IoT 센서를 부착한 사물들로부터 각종의 데이터를 네트워크를 통해 수집하고 이들 데이터를 이용하여 무언가 가치있는 서비스를 구현하는 기술을 가리킨다.
즉, 일반적으로는 인터넷을 통해 정보를 교환하려면 인간의 조작이 개입되어야 했지만, 사물인터넷(IoT)에서는 사물들(예: IoT 디바이스, 서버)이 각자 알아서 데이터를 주고받을 수 있고, 서비스 서버가 이러한 데이터를 프로세싱하여 특정의 정보를 생성하고 서비스를 제공한다.
그런데 이와 같은 사물인터넷이 작동하기 위해서는 다수의 IoT 디바이스들로부터 데이터를 취합하는 과정이 선행되어야 한다. 즉, 댁내 또는 특정 공간에 위치하는 수많은 IoT 디바이스들(예: 냉장고, TV, 전기밥솥, 에어컨, 세탁기, 조명기기, 태블릿 PC 등)로부터 각종의 데이터, 예컨대 사용 패턴, 전력사용량 등의 정보를 획득하여 취합해야 한다. 또한, 수많은 IoT 디바이스들의 상태를 진단하기 위한 관리 동작도 필요하다.
일정 공간에 위치하는 다수의 IoT 디바이스를 관리하고 이들로부터 데이터를 취합할 목적으로 IoT 게이트웨이 장치가 유효하게 사용될 수 있다.
그런데, IoT 디바이스들은 각자의 사용 환경을 반영하여 각자 다양한 무선통신 기술(예: 무선랜, 블루투스, 지웨이브, 지그비 등)로 구현되어 있기에 이들을 통합적으로 연계시켜야 하는 IoT 게이트웨이 장치도 이러한 여러 가지 무선통신 모듈을 모두 내장해야 한다. 무선통신 모듈은 개별적으로는 적절한 소비전력을 나타내지만 이들을 모두 내장한다면 IoT 게이트웨이 장치의 전체 소비전력은 상당히 큰 수준이 될 수 있다.
따라서 IoT 게이트웨이 장치를 안정적으로 동작시키기 위해서는 전원 어댑터를 통해 충분한 동작전원을 제공해야 한다. 현재 저소비전력의 장치에서 채용되고 있는 동글(dongle) 타입, 예컨대 HDMI 동글이나 USB 동글과 같은 방식으로는 도저히 구현이 불가능한 것이다.
하지만, 이렇게 전원 어댑터가 별도로 제공되는 독립형 장치는 상당한 제조단가를 의미하는 것이어서 저렴한 가격으로는 구현이 불가능하다. 특히, IoT 디바이스를 관리하기 위한 메뉴를 제공하기 위해 디스플레이 장치를 활용하려면 디지털 TV와 연결하기 위한 HDMI 케이블을 별도로 제공해야 하기 때문에 IoT 게이트웨이 장치는 부담스러운 수준이 된다.
등록특허공보 제10-1618856호 (등록일자 2016.04.29) 등록특허공보 제10-1626723호 (등록일자 2016.05.26)
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 낮은 동작 전원으로 다수의 IoT 디바이스를 연계시킬 수 있도록 하나의 형태로 통합한 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치의 특징은 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스로부터 서로 다른 통신 프로토콜로 수신되는 데이터를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통해 수신된 서로 다른 통신 프로토콜의 ID를 파악하여 해당 IoT 디바이스와 통신하는 무선통신 프로토콜을 식별하는 프로토콜 판별부와, 상기 프로토콜 판별부에서 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 저장되어 있는 무선통신 모듈과 매칭시켜 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환부와, 상기 프로토콜 변환부에서 변환된 하나의 프로토콜을 이용하여 수신부에서 수신되는 데이터를 중앙집중식 모니터링 시스템으로 전달하는 송신부를 포함하여 구성되는데 있다.
바람직하게 상기 프로토콜 변환부는 서로 다른 무선통신 프로토콜 정보를 저장하고 있는 저장부와, 프로토콜 판별부에서 식별된 무선통신 프로토콜과 매칭되는 무선통신 프로토콜을 저장부에 검출하는 매칭부와, 매칭부에서 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜에 대응되도록 펌웨어(firmware) 계층에서의 데이터 가공 연산을 수행하는 연산 처리부와, 상기 연산 처리부에서 가공 연산된 결과를 이용하여 중앙집중식 모니터링 시스템에서 사용 가능한 하나의 프로토콜로 생성하는 생성부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 방법의 특징은 (A) 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스로부터 서로 다른 통신 프로토콜로 수신되는 데이터를 수신하는 단계와, (B) 프로토콜 판별부를 통해 수신된 서로 다른 통신 프로토콜의 ID를 파악하여 해당 IoT 디바이스와 통신하는 무선통신 프로토콜을 식별하는 단계와, (C) 프로토콜 변환부를 통해 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 저장되어 있는 무선통신 모듈과 매칭시켜 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜로 변환하는 단계와, (D) 상기 하나의 프로토콜로 변환된 무선통신 프로토콜을 이용하여 수신부에서 수신되는 데이터를 중앙집중식 모니터링 시스템으로 전달하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
바람직하게 상기 (C) 단계는 매칭부를 통해 무선통신 프로토콜을 저장부 미리 저장되어 있는 다양한 무선통신 프로토콜 정보를 상기 식별된 무선통신 프로토콜과 비교하여 매칭되는 무선통신 프로토콜을 검출하는 단계와, 연산 처리부를 통해 검출된 무선통신 프로토콜을 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜에 대응되도록 펌웨어(firmware) 계층에서의 데이터 가공 연산을 수행하는 단계와, 생성부를 통해 가공 연산된 결과를 이용하여 중앙집중식 모니터링 시스템에서 사용 가능한 하나의 프로토콜로 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치는 다수의 IoT 디바이스들과 다양한 무선통신을 수행하는 IoT 게이트웨이 장치가 매우 낮은 동작 전원만으로도 동작이 가능하여, 특히 하나로 통합되어 있는 전원 어댑터를 통해 동시 게이트웨이가 가능한 멀티 프로토콜 게이트웨이를 제공할 수 있다. 이에 따라, IoT 게이트웨이 장치를 매우 저렴한 가격으로 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 동시 게이트웨이가 가능한 멀티 프로토콜 게이트웨이를 제공함으로써, 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 환경에서의 다양한 장치 관리 및 용이한 확장성을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치의 구성을 나타낸 구성도
도 2 는 도 1의 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치의 구성을 나타낸 블록도
도 3 은 도 2에서 프로토콜 변환부의 구성을 상세히 나타낸 블록도
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 방법을 설명하기 위한 흐름도
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치(100)는 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스(200)의 통신 프로토콜을 하나의 프로토콜로 변환한다.
이처럼, 하나의 프로토콜로 변환되면 유연한 중앙집중식 모니터링 시스템(300)의 구축을 가능케 한다. 또한 원격지에서 모니터링 할 수 있는 하드웨어 및 장비의 운영 상태를 통계ㅇ예측 진단 할 수 있는 소프트웨어를 통해 효율적 시스템운영 지원 서비스를 제공한다.
상기 멀티-프로토콜 게이트웨이(100)는 각종 장치로부터 데이터를 수신하여 3G/LTE망을 통해 HMI 서버로 송신하게 되며, 이렇게 송신된 데이터는 스마트 기기를 이용하여 모니터링 하게 된다. 모니터링 외 HMI 서버에 탑재된 패턴학습 알고리즘을 통해 장치에 문제가 발생하기 전에 별도의 알람을 송신 할 수 있도록 구성 한다.
본 발명에서 구현적용 대상 프로토콜은 CANopen, Modbus이며, 근거리 및 원거리 모니터링을 위해 Bluetooth, 3G/LTE 통신 기능이 구현된다.
도 2 는 도 1의 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치(100)는 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스(200)로부터 서로 다른 통신 프로토콜로 수신되는 데이터를 수신하는 수신부(110)와, 상기 수신부(110)를 통해 수신된 서로 다른 통신 프로토콜의 ID를 파악하여 해당 IoT 디바이스와 통신하는 무선통신 프로토콜을 식별하는 프로토콜 판별부(120)와, 상기 프로토콜 판별부(120)에서 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 저장되어 있는 무선통신 모듈과 매칭시켜 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환부(130)와, 상기 프로토콜 변환부(130)에서 변환된 하나의 프로토콜을 이용하여 수신부(110)에서 수신되는 데이터를 중앙집중식 모니터링 시스템(300)으로 전달하는 송신부(140)로 구성된다.
상기 프로토콜 변환부(130)는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 다양한 무선통신 프로토콜 정보를 저장하고 있는 저장부(131)와, 프로토콜 판별부(120)에서 식별된 무선통신 프로토콜과 매칭되는 무선통신 프로토콜을 저장부에 검출하는 매칭부(132)와, 매칭부에서 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜에 대응되도록 펌웨어(firmware) 계층에서의 데이터 가공 연산을 수행하는 연산 처리부(133)와, 상기 연산 처리부(133)에서 가공 연산된 결과를 이용하여 중앙집중식 모니터링 시스템(300)에서 사용 가능한 하나의 프로토콜로 생성하는 생성부(134)로 구성된다.
이때, IoT 디바이스로부터 수신되는 통신 프로토콜로는 CANopen 프로토콜, Modbus RTU(RS-485,422)프로토콜, User CAN 프로토콜, Bluetooth4.0 근거리 데이터 통신, 3G/LTE(LGU+ 페가수스모듈 적용/Approval:KCC)을 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스(200)로부터 서로 다른 통신 프로토콜로 수신되는 데이터를 수신되면(S10), 프로토콜 판별부(120)를 통해 수신된 서로 다른 통신 프로토콜의 ID를 파악하여 해당 IoT 디바이스와 통신하는 무선통신 프로토콜을 식별한다(S20). 이때, IoT 디바이스로부터 수신되는 통신 프로토콜로는 CANopen 프로토콜, Modbus RTU(RS-485,422)프로토콜, User CAN 프로토콜, Bluetooth4.0 근거리 데이터 통신, 3G/LTE(LGU+ 페가수스모듈 적용/Approval:KCC)을 포함한다.
이어, 프로토콜 변환부(130)를 통해 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 저장되어 있는 무선통신 모듈과 매칭시켜 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜로 변환한다(S30).
이때, 상기 S30 단계를 상세히 설명하면, 먼저 매칭부(132)를 통해 무선통신 프로토콜을 저장부(131) 미리 저장되어 있는 다양한 무선통신 프로토콜 정보를 상기 식별된 무선통신 프로토콜과 비교하여 매칭되는 무선통신 프로토콜을 검출한다.
이어 연산 처리부(133)를 통해 검출된 무선통신 프로토콜을 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜에 대응되도록 펌웨어(firmware) 계층에서의 데이터 가공 연산을 수행한다.
그리고 생성부(134)를 통해 가공 연산된 결과를 이용하여 중앙집중식 모니터링 시스템(300)에서 사용 가능한 하나의 프로토콜로 생성한다.
그리고 이렇게 하나의 프로토콜로 변환된 무선통신 프로토콜을 이용하여 수신부(110)에서 수신되는 데이터를 중앙집중식 모니터링 시스템(300)으로 전달한다(S40).
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스로부터 서로 다른 통신 프로토콜로 수신되는 데이터를 수신하는 수신부와,
    상기 수신부를 통해 수신된 서로 다른 통신 프로토콜의 ID를 파악하여 해당 IoT 디바이스와 통신하는 무선통신 프로토콜을 식별하는 프로토콜 판별부와,
    상기 프로토콜 판별부에서 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 저장되어 있는 무선통신 모듈과 매칭시켜 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환부와,
    상기 프로토콜 변환부에서 변환된 하나의 프로토콜을 이용하여 수신부에서 수신되는 데이터를 중앙집중식 모니터링 시스템으로 전달하는 송신부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로토콜 변환부는
    서로 다른 무선통신 프로토콜 정보를 저장하고 있는 저장부와,
    프로토콜 판별부에서 식별된 무선통신 프로토콜과 매칭되는 무선통신 프로토콜을 저장부에 검출하는 매칭부와,
    매칭부에서 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜에 대응되도록 펌웨어(firmware) 계층에서의 데이터 가공 연산을 수행하는 연산 처리부와,
    상기 연산 처리부에서 가공 연산된 결과를 이용하여 중앙집중식 모니터링 시스템에서 사용 가능한 하나의 프로토콜로 생성하는 생성부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 장치.
  3. (A) 산업현장에 설치되어 있는 각종 계측장비, 엔진 컨트롤러 등과 같은 IoT 디바이스로부터 서로 다른 통신 프로토콜로 수신되는 데이터를 수신하는 단계와,
    (B) 프로토콜 판별부를 통해 수신된 서로 다른 통신 프로토콜의 ID를 파악하여 해당 IoT 디바이스와 통신하는 무선통신 프로토콜을 식별하는 단계와,
    (C) 프로토콜 변환부를 통해 식별된 무선통신 프로토콜을 미리 저장되어 있는 무선통신 모듈과 매칭시켜 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜로 변환하는 단계와,
    (D) 상기 하나의 프로토콜로 변환된 무선통신 프로토콜을 이용하여 수신부에서 수신되는 데이터를 중앙집중식 모니터링 시스템으로 전달하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 (C) 단계는
    매칭부를 통해 무선통신 프로토콜을 저장부 미리 저장되어 있는 다양한 무선통신 프로토콜 정보를 상기 식별된 무선통신 프로토콜과 비교하여 매칭되는 무선통신 프로토콜을 검출하는 단계와,
    연산 처리부를 통해 검출된 무선통신 프로토콜을 미리 정의되어 있는 하나의 프로토콜에 대응되도록 펌웨어(firmware) 계층에서의 데이터 가공 연산을 수행하는 단계와,
    생성부를 통해 가공 연산된 결과를 이용하여 중앙집중식 모니터링 시스템에서 사용 가능한 하나의 프로토콜로 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 IoT 게이트웨이 방법.
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