KR20180062837A - IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템 및 그 방법 - Google Patents

IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템 및 그 방법을 개시한다. 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 복수의 모듈 각각과 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결되며, 상기 복수의 모듈의 입출력, 통신 연결 및 전력 공급 중 적어도 어느 하나를 제어하는 메인 보드 및 상기 메인 보드로 전력을 공급하고, 외부 기기로부터 전력을 수신하는 전력 제공부를 포함하고, 상기 전력 제공부는 상기 외부 기기로부터 수신되는 데이터에 포함된 전력을 수신하는 수신 모듈 및 정류기로부터 생성된 전압 및 전류와, 상기 수신된 전력을 이용하여 상기 복수의 모듈 및 상기 메인 보드로 지속적인 전력을 공급할 수 있도록 비콘 신호를 송출하는 송신 모듈을 포함한다.

Description

IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템 및 그 방법{SMART DONGLE SYSTEM AND METHOD USING INTERNET OF THINGS COMPLEX MODULAR DEVICE}
본 발명은 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 임베디드 보드는 일반적으로 PCB(Printed Circuit Board) 상의 전력부로부터 전력을 공급받아 IC(Integrated Circuit)가 구동되는 형태였으며, 통신부의 인터페이스 또한 유선으로 형성되었다.
또한, 종래의 임베디드 보드는 같은 보드 상에 수시로 기능이 다른 모듈로 교체하기 위하여 커넥터나 헤더핀 구조의 PCB용 부품을 사용할 수 밖에 없었으므로 반드시 유선으로 연결해야 하며, 모듈을 교체하여 동일한 인터페이스를 사용해야 한다는 한계가 존재하였다.
또한, 종래의 임베디드 보드는 다른 보드로 구성될 경우, 표준화된 유선 인터페이스 케이블과 별도의 어댑터를 연결한 전원선이 반드시 필요하다는 한계가 존재하였다.
이하에서는, 도 1을 참조하여 유선 전원 연결 및 유선 통신 연결에 의한 IoT(Internet of Things) 하드웨어 플랫폼 구조를 포함하는 종래 기술에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 종래 기술의 하드웨어 플랫폼 구조를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 1은 종래 기술의 유선 전원 연결과 유선 통신 연결이 구현되는 하드웨어 플랫폼 구조를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 하드웨어 플랫폼 구조의 종래 기술은 가장 기본적인 방식이며, 전원모듈 송신부로부터 전력을 각 유선전원모듈로 공급하고, 입력 모듈 및 출력 모듈은 각 유선전원모듈로부터 전원을 공급받는 구조이다.
입력 모듈 및 출력 모듈은 유선전원모듈로부터 전력을 공급받아 입출력 모듈을 구동시킨다. 이때, 동작되는 제어 및 데이터 신호는 유선통신모듈을 통해서 메인보드나 인터넷으로 연결되어 통신된다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래 기술은 메인보드를 통하여 인터넷에 연결되는 경우, I2C(Inter Integrate Circuit), SPI(Serial Programming Interface) 및 UART(Universal Asynchronous Receive Transmitte) 등의 유선통신을 사용하며, 별도의 메인보드를 통해 패킷통신을 지원하게 된다.
각각의 유선통신모듈은 통신관련 기능의 제어뿐만 아니라, 입력 모듈 및 출력 모듈의 기능 제어도 가능하다. 이는 메인보드의 관제(통제)를 거치지 않고 바로 패킷 통신으로 인터넷에 연결될 수 있는 특징을 갖는다. 이를 위한 통신으로 TCP/IP, MQTT, CoAP, HTTP 등의 프로토콜이 이용되고 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 3b를 참조하여 MQTT에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 MQTT의 예를 설명하기위해 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 2는 클라이언트(Client)와 브로커(Broker) 간의 MQTT 구조의 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, MQTT(Message Queue Telemetry Transport)는 IoT와 같이 대역폭이 제한된 통신 환경에서 제한된 리소스 즉, 낮은 연산 능력, 저용량 메모리 및 배터리로 동작하는 임베디드 디바이스에 최적화된 프로토콜이다.
MQTT는 푸시(push) 기반의 비동기 통신 기술의 경량화 메시지 전송 프로토콜로써, 기본적으로 2Bytes의 고정 헤더로 이루어져 있고, 선택적으로 가변길이 헤더와 가변길이 메시지 페이로드로 구성된다.
복수의 클라이언트는 브로커로 자신의 고유식별자를 제공하여 네트워크에 참여한다. 브로커는 각 클라이언트 ID로 연결을 관리하고, 클라이언트 간의 메시지를 교환하며, 모든 메시지의 연속성 관리를 위하여 데이터베이스에 메시지를 저장한다.
또한, 브로커는 오랜 시간 동안 메시지를 보내지 않거나 수신하지 않은 클라이언트를 관찰하므로, 클라이언트는 주기적으로 'Keep-Alive' 메시지를 브로커에 전달하여 지속적인 연결을 유지해야 한다. 만약, 클라이언트가 지속적인 연결을 유지하지 않을 경우, 브로커는 서버에 연결할 때 클라이언트에 의해 지정된 연결 유지시간이 지나 Time-out이 될 경우 연결을 끊는다. 예를 들면, MQTT는 TCP/IP 기반이므로 클라이언트 간의 메시지 교환은 TCP 패킷에 의해 통신될 수 있다.
기본적으로 무전원 모듈이 동작하기 위해서는 에너지 하베스팅을 위한 최소 전력이 전송되고, 전송된 전력으로 충분한 전압이 발생하는 경우 칩이 구동된다. 이를 위해서는 통신하기 전에 전력 상승을 위한 워밍업 통신이 선행되어야 한다.
도 3a는 특정 토픽에 관한 메시지 교환의 예를 도시한 것이고, 도 3b는 지속 연결을 위한 PING 메시지 교환의 예를 도시한 것이다.
MQTT가 에너지 하베스팅에 적합 이유 중 하나는 임베디드 시스템이 저속 및 저전력으로 구동되게 설계되는 경우, 평소에는 슬립(Sleep)모드로 있다가 필요한 경우에만 웨이크업(Wake-up)하여 통신을 할 수 있으므로, 브로커가 특정 토픽(Topic)에 등록된 클라이언트 가입자 모두에게 PUBLISH 메시지를 보낼 수 있기 때문이다.
예를 들면, MQTT는 에너지 하베스팅을 관리하기 위한 특정 토픽을 만들고, 그 하위 토픽에 특정 기능의 토픽을 형성하여 지속적으로 브로커가 에너지 전력 전송을 할 수 있는 구조를 형성할 수 있다.
이로부터, MQTT는 특정 토픽의 PUBLISH 메시지의 전송 이후, 하위 토픽의 메시지를 전송하므로 이 메시지를 통한 비트 스트림을 이용한 전력 전송과 함께 디바이스의 Wake-up을 수행할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 모든 모듈들이 특정 토픽에 가입(Subscribe)된 경우, 그 토픽에 관련된 모든 메시지를 받을 수 있기 때문에 직접 동작하지 않더라도 지속적인 메시지에 의한 에너지를 수집할 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 메시지 자체를 PING 형태로 형성하여 지속적인 에너지를 공급받을 수 있다.
한국등록특허 제10-1665765호(발명의 명칭: 에너지 저장 시스템의 이기종 전원유닛 스마트 전력 제어 장치 및 방법) 한국공개특허 제10-2016-0102745호(발명의 명칭: 통신 신호체계 변경을 통한 IoT 단말기의 전원(배터리) 성능제어관리 시스템) 한국등록특허 제10-1285148호(발명의 명칭: 스마트 전력 관리 시스템 및 방법)
종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 복수의 입출력 포트를 포함하며 무선 통신 및 유선 통신을 통하여 IoT 플랫폼 인프라와 개방형 인터페이스 통신을 연결하며, 인터페이스 및 관리, 모니터링 제어 관리를 위한 IoT 복합 모듈러 디바이스를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 자가 에너지 발생형 이기종 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 복수의 모듈 각각과 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결되며, 상기 복수의 모듈의 입출력, 통신 연결 및 전력 공급 중 적어도 어느 하나를 제어하는 메인 보드 및 상기 메인 보드로 전력을 공급하고, 외부 기기로부터 전력을 수신하는 전력 제공부를 포함하고, 상기 전력 제공부는 상기 외부 기기로부터 수신되는 데이터에 포함된 전력을 수신하는 수신 모듈 및 생성되는 전압 및 전류와, 상기 수신된 전력을 이용하여 상기 복수의 모듈 및 상기 메인 보드로 지속적인 전력을 공급할 수 있도록 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 연결을 통해 전력 신호를 송출하는 송신 모듈을 포함한다.
실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스에 전력을 제공하는 동글 장치를 포함하는 자가 발전이 가능한 스마트 동글 시스템에 있어서, 상기 동글 장치는 복수의 신호 핀을 포함하는 통신 커넥터와 연결되는 통신 커넥터 연결부, 상기 통신 커넥터 연결부로 입력되는 통신 신호를 전원으로 변환하는 전력 변환부, 상기 전력 변환부에서 출력되는 전력을 저장하는 에너지 저장부 및 상기 통신 커넥터 연결부를 통해 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신을 수행하는 통신부를 포함하되, 상기 통신부는 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스로부터 데이터 및 전력 요청 커맨드를 수신하고, 유무선 통신과 함께 전력을 전송한다.
실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동작 방법은 복수의 신호 핀을 포함하는 통신 커넥터와 연결되는 단계, 상기 통신 커넥터로 입력되는 통신 신호를 전원으로 변환하여 에너지를 저장하는 단계 및 상기 통신 커넥터를 통해 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 통신을 수행하는 단계는 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스로부터 데이터 및 전력 요청 커맨드를 수신하는 단계 및 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스와의 유무선 통신을 통해 전력을 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 입출력 포트를 포함하며 무선 통신 및 유선 통신을 통하여 IoT 플랫폼 인프라와 개방형 인터페이스 통신을 연결하며, 인터페이스 및 관리, 모니터링 제어 관리를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 자가 에너지 발생형 이기종 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, Hub의 복수 개 Port에 연결하면서 자체 전원을 사용하는 디바이스가 되면 Ethernet-WiFi, Ethernet-Zigbee, Ethernet-Bluetooth (혹은 BLE), Ethernet-z-wave 등의 변환 게이트웨이 동글을 구현할 수 있다.
이에 따라서, 직접적으로 Ethernet신호를 무선으로 변환하면서 Ethernet 신호의 주파수 신호를 DC전원으로 사용하므로 PoE가 없어도 별도 전원부 없이 자체 동작할 수 있어서 회로가 간단하고 동글의 크기를 줄일 수 있으며, 가격도 낮출 수 있다
도 1은 종래 기술의 하드웨어 플랫폼 구조를 도시한 것이다.
도 2는 MQTT의 예를 설명하기위해 도시한 것이다.
도 3a는 특정 토픽에 관한 메시지 교환의 예를 도시한 것이고, 도 3b는 지속 연결을 위한 PING 메시지 교환의 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 5a 내지 도 5g는 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신을 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 하드웨어 플랫폼 구조의 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동글 장치의 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 7은 실시예에 따른 동글 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 8은 다른 일 실시예에 따른 동글 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 9는 실시예에 따른 동글 장치를 이용하여 전력을 전송하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 10은 실시예에 따른 수신되는 데이터를 무선으로 변환하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 11은 실시예에 따른 유무선 동글 장치 구성도의 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 12a 및 도 12b는 실시예에 따른 유무선 동글 장치의 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 13a 및 도 13b는 다른 실시예에 따른 유무선 동글 장치의 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 14는 실시예에 따른 인터넷 신호의 변환 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 인터넷 신호의 변환 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 인터넷 신호의 변환 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 17은 실시예에 따른 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 19는 실시예에 따른 초기 에너지 동작을 통한 전력 공급의 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스(100)는 복수의 모듈(10)로 전력을 공급하며, 복수의 모듈(10)과의 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나를 제어한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스(100)는 메인 보드(110) 및 전력 제공부(120)를 포함한다.
메인 보드(110)는 복수의 모듈(10) 각각과 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결되며, 복수의 모듈(10)의 입출력, 통신 연결 및 전력 공급 중 적어도 어느 하나를 제어한다.
메인 보드(110)는 입력 모듈, 출력 모듈 및 통신 모듈 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 복수의 모듈(10)과, 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결될 수 있다.
복수의 모듈(10) 각각은 유선통신모듈 및 무선통신모듈을 이용하여 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 모듈(10) 각각은 복수의 신호 핀을 포함하여 물리적으로 연결되는 입출력 포트와 논리적으로 연결되는 송수신 포트로 구성되며, 메인 보드(110)에 의해 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 연결이 제어될 수 있다.
또한, 복수의 모듈(10) 각각은 전력 제공부(120)를 통해 외부 기기로부터 수신된 전력을 수신하여 생성되는 전력을 이용할 수 있고, 이를 통해 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 연결을 통해 복수의 모듈(10) 각각이 전력 신호를 송출할 수도 있다.
이에 따라, 복수의 모듈(10) 각각은 전력 제공부(120)를 통해 지속적으로 수신되는 전력을 수신할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스(100)는 메인 보드(110)와 입력 모듈, 출력 모듈, 통신 모듈 및 전원 모듈(또는 전력 제공부(120)) 중 적어도 어느 하나를 포함하나, 모듈의 종류 및 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 메인 보드(110)는 복수의 입출력 포트를 포함하며 무선 통신 및 유선 통신을 통하여 IoT 플랫폼 인프라와 개방형 인터페이스 통신으로 연결될 수 있다.
또한, 메인 보드(110)는 유선통신모듈 및 무선통신모듈을 포함할 수 있으며, 유선통신모듈은 USB 포트일 수 있고, 무선통신모듈은 블루투스 모듈 또는 WiFi 모듈일 수 있으나, 통신 모듈의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 메인 보드(110)와 전력 제공부(120)(또는, 배터리 모듈)는 결합된 형태로 형성될 수 있다.
입력 모듈은 센서 모듈로서 빛 감지 센서 모듈, 거리 감지 센서 모듈, 터치 센서 모듈 및 볼륨 센서 모듈 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 입력 모듈 자체도 유선통신모듈 및 무선통신모듈을 포함할 수 있다.
출력 모듈은 스피커 모듈, LED 모듈, 서보 모터 모듈 및 DC 모터 모듈 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 출력 모듈 자체도 유선통신모듈 및 무선통신모듈을 포함할 수 있다.
유선통신모듈은 RS-232, RS-485, I2C, SPI, UART 및 Ethernet 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 유선통신모듈은 전력 제공부(120)로부터 전력을 수신하여 통신할 수 있으며, 입력 모듈 및 출력 모듈에 전력을 공급할 수 있다.
무선통신모듈은 WiFi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, LoRa, LTE-M 및 NB-IoT 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 무선통신모듈 또한 전력 제공부(120)로부터 전력을 수신하여 통신할 수 있으며, 입력 모듈 및 출력 모듈에 전력을 공급할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 유선통신모듈 및 상기 무선통신모듈은 입력 모듈과 출력 모듈 없이 독자적으로 전원을 수신하여 통신할 수도 있으며, 자체적인 MCU(Micro Controller Unit)를 보유하고 있으므로 통신 모듈만으로도 동작이 가능할 수 있다.
입출력 포트는 물리적 포트 및 논리적 포트를 모두 포함하며, 물리적 포트는 물리적 연결 단자로 연결된 경우로서, 송신, 수신, 전원 및 접지로 구성될 수 있다. 또한, 논리적 포트는 각 모듈(10)별 무선통신모듈로 연결된 경우로서, 송신 및 수신 포트로 구성될 수 있다.
즉, 메인 보드(110)는 입력 모듈, 출력 모듈, 통신 모듈 및 전원 모듈(배터리 또는 전력 제공부(120) 중 적어도 어느 하나로 구성되는 복수의 모듈(10)을 포함하며, 복수의 모듈(10) 각각을 무선 통신, 유선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결할 수 있다.
실시예에 따라서, 복수의 모듈(10) 각각은 모듈형으로 제작될 수 있기 때문에, 사용자(또는 관리자)가 하드웨어 장치를 쉽게 조립 및 분리할 수 있다.
전력 제공부(120)는 메인 보드(110)로 전력을 공급하고, 외부 기기로부터 전력을 수신한다.
예를 들면, 전력 제공부(120)는 정류기를 이용하여 자체 생성된 전압 및 전류를 이용하여 모듈(10)로 전력을 제공하는 자체 전력 제공 방법 및 외부로부터 수신되는 데이터에 포함된 전력을 수신하여 모듈(10)로 전력을 제공하는 외부 전력 제공 방법을 사용할 수 있다.
외부 전력 제공 방법에서, 전력 제공부(120)는 전력을 수신하는 수신 모듈(121) 및 전력을 송출하는 송신 모듈(122)을 포함한다.
수신 모듈(121)은 외부 기기로부터 수신되는 데이터에 포함된 전력을 수신한다.
예를 들면, 수신 모듈(121)은 모듈러 형태의 전원 모듈로 각각의 기능 모듈(10)과 연결되고 무선통신모듈 내에 구성될 수 있다.
송신 모듈(122)은 생성되는 전압 및 전류와, 수신된 전력을 이용하여 복수의 모듈(10) 및 메인 보드(110)로 지속적인 전력을 공급할 수 있도록 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 연결을 통해 비콘 신호를 송출한다.
예를 들면, 송신 모듈(122)은 상시전원에 연결되어 지속적인 전파 공급원을 제공할 수 있도록 비콘 신호를 송출할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 비콘 신호는 2.4GHz, 5GHz 등의 비허가 주파수 또는 20kHz 정도의 초음파 신호일 수 있으며, 관련 통신 전파 신호에 영향을 미치지 않도록 노이즈 제거 및 임피던스 정합 등에 대한 설계가 수행된 신호일 수 있다.
자체 전력 제공 방법에서, 전력 제공부(120)는 정류기를 이용하여 전압 및 전류를 생성하고, 축전기를 이용하여 에너지를 축전시키고, 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 통신 중 적어도 어느 하나를 통해 복수의 모듈을 구동하기 위한 전력을 공급할 수 있다.
예를 들면, 전력 제공부(120)는 자체 전력 제공 방법에서 직접 혹은 간접 통신(유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 어느 하나의 통신 연결)에 의한 메시지로 발생되는 전압 및 전류의 상태 변화에 기초하여 정류기를 이용한 전압 및 전류를 생성할 수 있다.
또한, 전력 제공부(120)는 메인 보드(110)가 동작하지 않는 타이밍에서 축전기를 이용하여 전력을 저장하는 전력 저장 모듈(123)을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 전력 제공부(120)는 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
예를 들면, 전력 제공부(120)와 복수의 모듈(10)을 연결하는 유선 전력선은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스(100) 상의 패턴선 및 전선으로 구성될 수 있으며, 커넥터에 의해 연결될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 무선 전력 전송은 인덕턴스 커플링 방식으로 자기 유도가 될 수 있으며, 무선 공진 방식으로 전력 송신이 될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, IoT 복합 모듈러 디바이스(100)는 외부의 IoT 디바이스를 직접 제어하거나 플랫폼 인프라와 연결된 상기 외부의 IoT 디바이스를 플랫폼 인프라 연동 통신 규격에 따라 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스(100)는 복수의 모듈(10) 간의 통신을 TCP/IP 기반의 MQTT, CoAP 등의 메시지 교환을 수행함으로써, IoT 복합 모듈러 디바이스(100) 내에서 에너지(전력)를 메시지에 포함시켜 송출할 수 있으며, 외부의 IoT 디바이스와 디바이스 간에도 동일하게 메시지를 통하여 에너지 하베스팅을 공급할 수 있다.
또한, IoT 복합 모듈러 디바이스(100)는 복수의 모듈(10) 각각의 개별 디바이스이기도 하므로, 복수의 모듈(10)을 관리하기 위한 코드 체계가 구비되고, 이를 관리하기 위한 프레임워크 처리 또한 수행될 수 있다.
도 5a 내지 도 5g는 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신을 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 하드웨어 플랫폼 구조의 예를 도시한 것이다.
도 5a 내지 도 5g에 도시된 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신을 이용하는 하드웨어 플랫폼 구조는 동일 보드에만 한정되는 것이 아니라, 다른 보드 간에도 구현될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스 내 무선 통신 및 무선 전력 전송의 예를 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 무선 전원 연결과 무선 통신 연결이 구현되는 하드웨어 플랫폼을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 외부 무선통신모듈로부터 전원을 인가 받은 전력을 전송하는 전원모듈 송신부(또는 전력 제공부)로부터 전력을 각 모듈의 무선전원수신부로 공급하고, 각 무선전원모듈로부터 입력 모듈 및 출력 모듈은 전원을 공급받는다.
입력 모듈 및 출력 모듈은 무선전원모듈로부터 전력을 공급받아 입출력 모듈을 구동시킬 수 있다. 이때, 동작되는 제어 및 데이터 신호는 무선통신모듈을 통해서 메인 보드나 인터넷으로 연결되어 통신될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각 무선통신모듈은 통신관련 기능의 제어 뿐만 아니라 입력 모듈 및 출력 모듈의 기능 제어도 가능할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스 내 메인 보드의 무선통신모듈의 게이트웨이를 통하여 바로 패킷 통신으로 인터넷에 연결될 수 있다.
실시예에 따라서, 무선통신모듈은 Zigbee, Bluetooth, WiFi 및 Z-Wave 중 적어도 어느 하나의 프로토콜을 이용할 수 있다.
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스 내 유선 통신 및 무선 전력 전송의 예를 도시한 것이다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 무선 전원 연결과 유선 통신 연결이 구현되는 하드웨어 플랫폼을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 외부 무선통신모듈로부터 전원을 인가 받은 전력을 전송하는 전원모듈 송신부(또는 전력 제공부)로부터 전력을 각 모듈의 무선전원수신부로 공급하고, 무선전원모듈로부터 입력 모듈 및 출력 모듈은 전원을 공급받는다.
입력 모듈 및 출력 모듈은 무선전원모듈로부터 전력을 공급받아 입출력 모듈을 구동시킬 수 있다. 이때 동작되는 제어 및 데이터 신호는 유선통신모듈과 연결된 메인 보드를 통해서 인터넷으로 연결되어 통신될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 메인 보드를 통하여 인터넷에 연결된 경우, 유선 통신은 I2C, SPI 및 UART 중 적어도 어느 하나를 이용하여 연결될 수 있으며, 별도의 메인 보드에서 패킷통신을 지원할 수도 있다.
또한, 각각의 유선통신모듈은 통신관련 기능 제어 뿐만 아니라 입력 모듈 및 출력 모듈의 기능 제어도 가능할 수 있으며, 메인 보드의 관제(통제)를 거치지 않고도 바로 패킷 통신으로 인터넷에 연결될 수 있다. 이를 위한 통신으로 TCP/IP, MQTT, CoAP, HTTP 등의 프로토콜을 이용할 수 있다.
도 5d 및 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스 내 무선 통신 및 유선 전력 전송의 예를 도시한 것이다.
도 5d 및 도 5e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 유선 전원 연결과 무선 통신 연결이 구현되는 하드웨어 플랫폼을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 외부 유선통신모듈로부터 전원을 인가 받은 전력을 전송하는 전원모듈 송신부(또는 전력 제공부)로부터 전력을 각 모듈의 유선전원수신부로 공급하고, 각 유선전원모듈로부터 입력 모듈 및 출력 모듈은 전원을 공급받는다.
실시예에 따라서, 유선전원모듈로 연결되는 유선은 유선 통신도 가능한 통신선일 수 있다.
입력 모듈 및 출력 모듈은 유선전원모듈로부터 전력을 공급받고 입출력 모듈을 구동시킬 수 있다. 이때 동작되는 제어 및 데이터 신호는 무선통신모듈과 연결된 메인 보드를 통해서 인터넷으로 연결되어 통신될 수 있다.
도 5f 및 도 5g를 참조하면, 각 무선통신모듈은 통신관련 기능 제어 뿐만 아니라 입력 모듈 및 출력 모듈의 기능 제어도 가능할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스 내 메인 보드의 무선통신모듈의 게이트웨이를 통하여 바로 패킷 통신으로 인터넷에 연결될 수 있다.
실시예에 따라서, 무선통신모듈은 Zigbee, Bluetooth, WiFi 및 Z-Wave 중 적어도 어느 하나의 프로토콜을 이용할 수 있다.
도 5f 및 도 5g는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스 내 유무선 연결 및 유무선 전력 전송의 예를 도시한 것이다.
도 5f 및 도 5g를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 유무선 전원 연결과 유무선 통신 연결이 구현되는 하드웨어 플랫폼을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 외부 유무선 통신모듈로부터 전원을 인가 받은 전력을 전송하는 전원모듈 송신부(또는 전력 제공부)로부터 전력을 각 모듈의 유선전원수신부 및 무선전원수신부로 공급하고, 유선전원수신부(모듈) 및 무선전원수신부(모듈)로부터 입력 모듈 및 출력 모듈은 전원을 공급받는다.
입력 모듈 및 출력 모듈은 유선전원모듈 및 무선전원모듈로부터 전력을 공급받아 입출력 모듈을 구동시킬 수 있다. 이때 동작되는 제어 및 데이터 신호는 유선통신모듈 및 무선통신모듈과 연결된 메인 보드를 통해서 인터넷으로 연결되어 통신될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스는 메인 보드를 통하여 인터넷에 연결된 경우, 유선 통신은 I2C, SPI 및 UART 중 적어도 어느 하나를 이용하여 연결될 수 있으며, 별도의 메인 보드에서 패킷통신을 지원할 수도 있다.
또한, 각각의 유선통신모듈은 통신관련 기능 제어 뿐만 아니라 입력 모듈 및 출력 모듈의 기능 제어도 가능할 수 있으며, 메인 보드의 관제(통제)를 거치지 않고도 바로 패킷 통신으로 인터넷에 연결될 수 있다. 이를 위한 통신으로 TCP/IP, MQTT, CoAP, HTTP 등의 프로토콜을 이용할 수 있다.
또한, 각각의 무선통신모듈은 통신관련 기능 제어 뿐만 아니라 입력 모듈 및 출력 모듈의 기능 제어도 가능할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스 내 메인 보드의 무선통신모듈의 게이트웨이를 통하여 바로 패킷 통신으로 인터넷에 연결될 수 있다.
실시예에 따라서, 무선통신모듈은 Zigbee, Bluetooth, WiFi 및 Z-Wave 중 적어도 어느 하나의 프로토콜을 이용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동글 장치의 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치(600)는 통신 커넥터 연결부(610), 전력 변환부(620), 에너지 저장부(630) 및 통신부(640)를 포함한다.
IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치(600) 내의 IoT 복합 모듈러 디바이스는 도 4 내지 도 5g를 통해 서술하였으므로, 생략하기로 한다. 아울러, 이하에서 사용되는 IoT 복합 모듈러 디바이스는 전술한 설명을 기반으로 수행되는 것은 당연하다.
통신 커넥터 연결부(610)는 복수의 신호 핀을 포함하는 통신 커넥터와 연결된다. 예를 들어, 통신 커넥터 연결부(610)는 RJ-45 커넥터를 삽입하기 위한 포트를 포함할 수 있다.
통신 커넥터 연결부(610)는 네트워크 장치 또는 통신 커넥터 콘센트와 제1 통신 커넥터를 통해 연결되는 제1 연결 포트(611) 및 네트워크 장치 또는 통신 커넥터 콘센트와 제2 통신 커넥터를 통해 연결되는 제2 연결 포트(612)를 포함할 수 있다.
제1 연결 포트(611)는 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신에 사용되고, 제2 연결 포트(612)는 전력 변환부(620)에 연결될 수 있다.
전력 변환부(620)는 통신 커넥터 연결부(610)로 입력되는 통신 신호를 전원으로 변환한다. 이때, 통신 신호를 스위치 또는 허브 등에 공급되는 랜 신호일 수 있다.
전력 변환부(620)는 통신 커넥터 연결부(610)를 통해 데이터를 송신하는 경우, 복수의 신호 핀 중 데이터 수신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 전원으로 변환할 수 있다.
또한, 전력 변환부(620)는 통신 커넥터 연결부(610)를 통해 데이터를 수신하는 경우, 복수의 신호 핀 중 데이터 송신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 전원으로 변환할 수 있다.
에너지 저장부(630)는 전력 변환부(620)에서 출력되는 전력을 저장한다. 에너지 저장부(630)는 예를 들어, 배터리 또는 커패시터를 포함할 수 있다.
통신부(640)는 통신 커넥터 연결부(610)를 통해 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신을 수행한다.
또한, 통신부(640)는 IoT 복합 모듈러 디바이스로부터 데이터 및 전력 요청 커맨드를 수신하고, 유무선 통신과 함께 전력을 전송한다.
실시예에 따라서, 통신부(640)는 외부 기기로부터 유선 통신 및 무선 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 연결을 통해 데이터에 포함된 전력을 수신하고, 에너지 저장부(630)는 수신된 전력을 저장하여 디바이스를 구동하는 전력으로 사용할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송도 에너지 하베스팅 기술 중 하나에 포함될 수 있으며, 따라서, 통신부(640)는 유선 통신, 무선통신 및 무선전력신호 중 적어도 어느 하나의 통신 연결을 통해 데이터에 포함된 전력 및 전력신호 중 적어도 하나의 신호를 수신할 수 있다.
따라서, 복수의 동글 장치가 구비되는 경우 동글 장치들은 데이터 통신을 위한 메시 네트워크 또는 ad-hoc 네트워크를 구성할 수 있다.
또한, IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치(600)는 통신 커넥터 연결부(610)를 통한 데이터 송수신 타이밍을 감지하고, 데이터 송수신 타이밍에 기초하여 전력 변환부(620)의 동작 타이밍을 제어하는 제어부(650)를 더 포함할 수 있다.
제어부(650)는 데이터 송수신 타이밍을 제외한 구간에서 통신 신호를 전원으로 변환하도록 전력 변환부(620)의 전력 변환을 제어할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 동글 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 동글 장치는 제1 연결 포트의 제1 핀 및 제2 핀을 통해 전력 및 데이터를 수신하고, 센서 노드 장치로부터 센싱 데이터를 수신하여 IoT 복합 모듈러 디바이스로 전달할 수 있다.
도 7을 참조하면, 무선 통신 안테나를 구비하는 동글 장치는 컴퓨터 등이 연결될 수 있는 연결 포트 ①로부터 통신 데이터 및 전력을 수신할 수 있다.
이때, 통신과 전력공급을 하나의 포트에서 동시에 할 경우는 transformer, impedance matching 회로 등이 추가 될 수 있다.
도 8은 다른 일 실시예에 따른 동글 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 동글 장치는 제3 연결 포트의 제1 핀 및 제2 핀을 통해 전력을 수신하고, 센서 노드 장치로부터 센싱 데이터를 수신하여 IoT 복합 모듈러 디바이스로 전달할 수 있다.
이때, 네트워크 장치는 동글 장치로 전력을 공급하기 위한 널(null) 데이터를 지속적으로 발생시킬 수도 있다.
도 8과 같이, 통신과 전력공급을 분리형으로 사용시 통신속도, 데이터 폭 조절을 통하여 출력 전압 및 전류 공급을 제어할 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 동글 장치를 이용하여 전력을 전송하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템에 연결된 동글 장치를 통해 IoT 복합 모듈러 디바이스로 전력을 제공하는 예를 도시한 것이다.
IoT 복합 모듈러 디바이스 내에서의 통신 및 전력 공급 외에도, IoT 복합 모듈러 디바이스 외부에서의 통신 및 전력 공급이 필요하다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템은 동글 장치를 이용하여 IoT 복합 모듈러 디바이스로 통신과 함께 전력을 전송할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 수신되는 데이터를 무선으로 변환하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템에 연결된 동글 장치를 통해 외부 기기(Wireless), IoT 센서(IoT Sensor) 및 스마트폰(Smartphone) 중 적어도 어느 하나로부터 수신되는 데이터를 무선으로 변환하는 예를 도시한 것이다.
동글 장치는 주변의 센서 수신 데이터, 무선통신 데이터 및 스마트 데이터 중 적어도 어느 하나 이상을 무선으로 수신받아 인터넷으로 변환하고, 빅데이터 수집 및 인터넷 망을 통해 변환된 정보를 전송할 수 있다.
실시예에 따라서, 동글 장치는 무선을 유선 변환, 유선을 무선 변환, 무선을 무선 변환으로 수행할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 유무선 동글 장치 구성도의 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 유무선 동글 장치는 유선통신모듈(TCP/IP), 무선통신모듈(Wireless communication), 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 및 전력 관리(Power Management)를 포함하며, 수신되는 무선 통신 신호를 유선(Internet)으로 변환하고, 유선(Internet)을 무선 통신 신호로 변환하며, 무선 통신 신호를 무선 통신 신호로 변환할 수 있다.
실시예에 따라서, 에너지 하베스팅(모듈 에너지 공급 방법)은 유선과 무선으로부터 동시에 전력을 공급받을 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 실시예에 따른 유무선 동글 장치의 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 유무선 라우터(무선 라우터)에 장착되고, 유무선 동글 장치의 에너지 공급은 Wi-Fi 신호를 수신하여 DC 전력으로 변환하여 에너지로 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 다른 Wi-Fi 및 무선신호 등을 수신하여 DC 전력으로 변환하여 에너지로 사용될 수도 있다.
유무선 동글 모듈의 에너지 공급은 유무선 라우터(무선 라우터) RJ45 포트가 있는 장비에 장착되어 장비에 나오는 RF신호, 이외에 RF신호, 인터넷 신호 및 데이터 신호 등을 DC로 변환하여 에너지로 사용될 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 다른 실시예에 따른 유무선 동글 장치의 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 13a 및 도 13b는 동글 장치가 인터넷(Internet) 단자에 사용되는 경우의 에너지 하베스팅의 예를 도시한 것이다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치가 인터넷 단자에 사용되는 경우, 인터넷 신호, RF 신호 및 Solar 중 적어도 어느 하나를 수신하여 DC로 변환한 후 에너지로 사용할 수 있다.
실시예에 따라서, 동글 장치는 인터넷 신호(Internet signal), RF 신호 및 솔라셀(Solar Cell)을 이용하여 필요전력을 공급할 수 있다.
도 14는 실시예에 따른 인터넷 신호의 변환 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 IoT 센서(sensor)로부터 수신된 무선 센서 모듈 정보를 인터넷 신호로 변환하여 인터넷(Internet)을 통해 전송할 수 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 인터넷 신호의 변환 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 인터넷 신호를 무선 센서 모듈 정보로 변환하여 무선 센서 모듈인 IoT 센서를 통해 전송할 수 있다.
도 16은 다른 실시예에 따른 인터넷 신호의 변환 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 무선 통신을 이용하여 IoT 센서(sensor)의 무선 센서 또는 무선 통신을 접속하여 데이터 및 에너지를 송수신할 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 단방향 비콘 접속 방식을 통해 RF신호를 이용하여 에너지 하베스팅하여 전력을 공급할 수 있다.
도 18은 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 솔라셀(Solar Cell)로부터 무선 전력전송 소스를 이용하여 에너지 하베스팅하여 전력을 공급할 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 RF 신호 및 솔라셀 이외에, 인터넷 신호, 인터넷 신호 및 솔라셀로부터 에너지 하베스팅할 수도 있다.
도 19는 실시예에 따른 초기 에너지 동작을 통한 전력 공급의 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동글 장치는 초기 동작을 위해 외부 전원으로부터 BLE를 통해 전력을 수신할 수 있다.
이후, 에너지 스토리지(Energy Storage)에 전력을 공급하여 충전하고, MCU를 가동하여 초기 에너지 동작을 세팅(load path control Switching 제어)할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
보다 상세하게는, 도 20은 IoT 복합 모듈러 디바이스에 전력을 제공하는 동글 장치를 포함하는 자가 발전이 가능한 스마트 동글 시스템의 동작 방법을 도시한 것이다.
단계 2010에서 복수의 신호 핀을 포함하는 통신 커넥터와 연결된다.
단계 2020에서 통신 커넥터로 입력되는 통신 신호를 전원으로 변환하여 에너지를 저장한다.
단계 2020은 통신 커넥터를 통한 데이터 송수신 타이밍을 감지하고, 데이터 송수신 타이밍에 기초하여 전력 변환의 동작 타이밍을 제어하되, 데이터 송수신 타이밍을 제외한 구간에서 통신 신호를 전원으로 변환하는 단계일 수 있다.
또한, 단계 2020은 통신 커넥터를 통해 데이터를 송신하는 경우, 복수의 신호 핀 중 데이터 수신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 전원으로 변환하고, 통신 커넥터를 통해 데이터를 수신하는 경우 복수의 신호 핀 중 데이터 송신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 전원으로 변환하는 단계일 수 있다.
단계 2030에서 통신 커넥터를 통해 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신을 수행한다.
또한, 단계 2030은 IoT 복합 모듈러 디바이스로부터 데이터 및 전력 요청 커맨드를 수신하는 단계 및 IoT 복합 모듈러 디바이스와의 유무선 통신을 통해 전력을 전송하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 복수의 모듈 각각과 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결되며, 상기 복수의 모듈의 입출력, 통신 연결 및 전력 공급 중 적어도 어느 하나를 제어하는 메인 보드; 및
    상기 메인 보드로 전력을 공급하고, 외부 기기로부터 전력을 수신하는 전력 제공부를 포함하고,
    상기 전력 제공부는
    상기 외부 기기로부터 수신되는 데이터에 포함된 전력을 수신하는 수신 모듈; 및
    생성되는 전압 및 전류와, 상기 수신된 전력을 이용하여 상기 복수의 모듈 및 상기 메인 보드로 지속적인 전력을 공급할 수 있도록 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 연결을 통해 전력 신호를 송출하는 송신 모듈
    을 포함하는 IoT 복합 모듈러 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 보드는
    입력 모듈, 출력 모듈 및 통신 모듈 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 복수의 모듈과 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결되며,
    상기 복수의 모듈 각각은
    유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나로 연결되는 것을 특징으로 하는 IoT 복합 모듈러 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 각각은
    복수의 신호 핀을 포함하여 물리적으로 연결되는 입출력 포트와, 논리적으로 연결되는 송수신 포트로 구성되며, 상기 메인 보드에 의해 유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나의 상기 통신 연결로 제어되는 것을 특징으로 하는 IoT 복합 모듈러 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제공부는
    유선 통신, 무선 통신 및 유무선 혼합 통신 중 적어도 어느 하나의 통신에 의한 메시지로 발생되는 전압 및 전류의 상태 변화를 정류기를 이용하여 생성하고, 상기 적어도 어느 하나의 통신을 통해 상기 복수의 모듈을 구동하기 위한 전력을 공급하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력 제공부는
    상기 메인 보드가 동작하지 않는 타이밍에서 축전기를 이용하여 전력을 저장하는 전력 저장 모듈
    을 더 포함하는 IoT 복합 모듈러 디바이스.
  6. IoT 복합 모듈러 디바이스에 전력을 제공하는 동글 장치를 포함하는 자가 발전이 가능한 스마트 동글 시스템에 있어서,
    상기 동글 장치는
    복수의 신호 핀을 포함하는 통신 커넥터와 연결되는 통신 커넥터 연결부;
    상기 통신 커넥터 연결부로 입력되는 통신 신호를 전원으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부에서 출력되는 전력을 저장하는 에너지 저장부; 및
    상기 통신 커넥터 연결부를 통해 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신을 수행하는 통신부를 포함하되,
    상기 통신부는 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스로부터 데이터 및 전력 요청 커맨드를 수신하고, 유무선 통신과 함께 전력을 전송하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통신 커넥터 연결부는
    네트워크 장치 또는 통신 커넥터 콘센트와 제1 통신 커넥터를 통해 연결되는 제1 연결 포트; 및
    상기 네트워크 장치 또는 통신 커넥터 콘센트와 제2 통신 커넥터를 통해 연결되는 제2 연결 포트를 포함하고,
    상기 제1 연결 포트는 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신에 사용되고, 상기 제2 연결 포트는 상기 전력 변환부에 연결되는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 동글 장치는
    상기 통신 커넥터 연결부를 통한 데이터 송수신 타이밍을 감지하고, 상기 데이터 송수신 타이밍에 기초하여 상기 전력 변환부의 동작 타이밍을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 데이터 송수신 타이밍을 제외한 구간에서 상기 통신 신호를 전원으로 변환하도록 상기 전력 변환부를 제어하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력 변환부는
    상기 통신 커넥터 연결부를 통해 데이터를 송신하는 경우 상기 복수의 신호 핀 중 데이터 수신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 전원으로 변환하고, 상기 통신 커넥터 연결부를 통해 데이터를 수신하는 경우 상기 복수의 신호 핀 중 데이터 송신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 전원으로 변환하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 통신부는
    외부 기기로부터 유선 통신, 무선통신 및 무선전력신호 중 적어도 어느 하나의 통신 연결을 통해 데이터에 포함된 전력 및 전력신호 중 적어도 하나의 신호를 수신하고,
    상기 에너지 저장부는
    상기 수신된 전력을 저장하여 상기 IoT 복합 모듈러 디바이스를 구동하는 전력으로 사용하는 것을 특징으로 하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템.
  11. 복수의 신호 핀을 포함하는 통신 커넥터와 연결되는 단계;
    상기 통신 커넥터로 입력되는 통신 신호를 전원으로 변환하여 에너지를 저장하는 단계; 및
    상기 통신 커넥터를 통해 IoT 복합 모듈러 디바이스와 데이터 통신을 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 데이터 통신을 수행하는 단계는
    상기 IoT 복합 모듈러 디바이스로부터 데이터 및 전력 요청 커맨드를 수신하는 단계; 및
    상기 IoT 복합 모듈러 디바이스와의 유무선 통신을 통해 전력을 전송하는 단계를 포함하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 에너지를 저장하는 단계는
    상기 통신 커넥터를 통한 데이터 송수신 타이밍을 감지하고, 상기 데이터 송수신 타이밍에 기초하여 전력 변환의 동작 타이밍을 제어하되, 상기 데이터 송수신 타이밍을 제외한 구간에서 상기 통신 신호를 전원으로 변환하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 에너지를 저장하는 단계는
    상기 통신 커넥터를 통해 데이터를 송신하는 경우 상기 복수의 신호 핀 중 데이터 수신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 전원으로 변환하고, 상기 통신 커넥터를 통해 데이터를 수신하는 경우 상기 복수의 신호 핀 중 데이터 송신용 핀에서 출력되는 통신 신호를 정류하여 전원으로 변환하는
    IoT 복합 모듈러 디바이스의 스마트 동글 시스템의 동작 방법.
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