KR20190088035A - 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로라 네트워크를 이용하여 사물을 제어함에 있어 통신 특성에 따른 한계를 극복하고 다양한 사물과 정보를 교환하여 효율적인 제어가 가능한 사물 제어시스템에 관한 것으로서, 다중IP를 가지는 로라 게이트웨이, 상기 로라 게이트웨이와 연결되는 관리서버 및 485통신 신호와 로라 무선통신 신호를 상호 변환하는 485-LoRa컨버터와, 로라 게이트웨이에 무선 연결되는 모듈송수신부와, 각각의 디바이스가 연결될 수 있는 입출력단에 대응되는 ID를 부여하고 디바이스가 연결되지 않은 입출력단에 대해 가상 ID를 생성하여 관리서버에 가상 응답상태를 유지하도록 하는 관리부를 구비하는 로라모듈을 포함하는 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템을 제공한다.

Description

가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템{THINGS CONTROL SYSTEM USING PRIVATE LORA NETWORK WITH VIRTUAL DEVICE FUNCTION}

*본 발명은 네트워크를 이용한 사물 제어와 관련된 것으로서, 로라 네트워크를 적용하여 사물을 제어함에 있어서 통신 특성에 따른 한계를 극복하고 다양한 사물과 정보를 교환하여 효율적인 제어가 가능한 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템에 관한 것이다.

IoT(Internet of the Things) 서비스의 보편적 보급을 위해서는 다양한 센서와 제어 장비의 소량 데이터를 원거리에서 신뢰성 및 보안성을 확보하여 송수신할 수 있어야 한다. 그러나 현재까지의 IoT에 적용되는 디바이스들의 인터페이스가 규격화되어 있지 않아 범용성이 낮은 상황이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 LPWA(Low Power Wide Area) 네트워크 기술이 주목받고 있다. LPWA 통신기술은 저속 전송이 용인되고, 광역 커버리지를 필요로 하는 롱 배터리 라이프(Long Battery Life)를 지원하는 소량 데이터 전송에 특화된 IoT 기반 네트워크 기술을 통칭하는 용어로, 이러한 LPWA 네트워크 기술의 대표적인 예가 LoRa 기술(이하, '로라'라 함)이다.

LoRa(Long Range) 기술은 900MHz대 주파수를 사용하는 저전력 원거리 통신 프로토콜로, 많은 리피터 및 AP가 필요 없어 인프라 구축 비용이 감소되며 셀룰러 네트워크에 비해 임베디드 애플리케이션을 위한 보다 높은 확장 가능성과 비용 효율성을 제공할 수 있는 통신 프로토콜을 의미한다.

이러한 LoRa 기술이 적용된 IoT 시스템은 LoRa 디바이스, 네트워크 서버 및 어플리케이션 서버 등으로 구현될 수 있다. 이때 IoT 서비스에 적용되는 LoRa 디바이스는 배터리 소모를 최소화하기 위해 상향링크 위주의 데이터전송을 수행하며, 일정 주기 단위 등으로 하향링크 데이터를 수신하거나, 하향링크 데이터 수신이 없을 경우, 네트워크 연결을 차단하여 배터리 소모를 최소화하게 된다.

구체적으로, 로라는 사물 인터넷망으로서 SigFox, Weightless-N(N-Wave) 등과 직접 경쟁할 뿐만 아니라 저가 LTE, 동일 주파수대의 WiFi와도 경쟁을 하고 있다. 로라의 데이타 통신 속도는 300bps 에서 50 kbps로 낮아 저전력이 가능하고 높은 속도를 필요로하지 않는 사물간 통신에 활용 가능한 것이다.

일반적인 로라(LoRa) 네트워크 아키텍처는 로라 게이트웨이가 센서 또는 액추에이터 등으로 구성될 수 있는 최종 장치와 백엔드의 로라 네트워크 서버 사이에서 메시지 데이터를 중계하는 형태로 배치되며, 상기 로라 네트워크 서버에 전송된 로라 데이터는 애플리케이션 서버로 전송되어 저장 관리 및 분석된다. 로라 게이트웨이는 표준 IP 연결을 통해 상기 로라 네트워크 서버에 연결되고 최종 장치는 하나 이상의 로라 게이트웨이에 단일 홉 무선 통신을 사용하여 통신을 수행하는 것이 통상이다.

이와 같은 구조 및 동작을 가지는 로라는 최근에 다양한 서비스에 적용하려는 시도가 진행되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1765789호는 로라의 적용예로서, 원거리 전원단을 무선으로 제어하는 원격 전원 온오프 장치를 제시하고 있으며, 도 1은 이에 대한 구성도이다.

구체적으로 살펴보면, 원격 전원 온오프 시스템(100)은 기지국 관리 서버(110), 원격 전원 온오프 장치(120), 적어도 하나의 비정상 기지국 전원 장비(130) 및 전기적 온오프 모듈(140)을 포함한다. 여기에서, 원격 전원 온오프 장치(120)를 포함하는 원격 전원 온오프 시스템(100)은 기지국 관리에 한정되지 않고, 고속 도로에 설치된 가로 등의 전원을 제어하거나 원거리에 있는 큰 공단의 전력을 제어하는 시스템에 활용될 수 있는 예를 제시하고 있다.

기지국 관리 서버(110)는 복수의 기지국 전원 장비들을 통합적으로 관리하는 서버에 해당할 수 있으며, 원격 전원 온오프 장치(120) 및 비정상 전원 기지국 전원 장비(130)들과 무선 네트워크 망으로 연결될 수 있다. 이러한 무선 네트워크망의 실시예로서 LoRa(Long Range) 망으로 구성되는 경우가 제시된다.

도 2는 저전력광역통신망에 대한 특성을 나타내는 그래프이며, 저전력광역통신네트워크(LPWAN)의 가장 중요한 특징은 저전력성에 있다고 볼 수 있다. 특히 로라 네트워크의 경우 칩셋의 가격이 저렴하고 전파간섭이 적으며 통신비용이 낮은 장점을 가지나 속도가 낮고 전송지연이 상대적으로 큰 특성을 가진다.

최근에는 상기 종래기술과 같이 로라를 사물네트워크에 적용하려는 시도들이 있으나, 낮은 속도와 전송지연으로 인하여 신속한 작동을 요구하는 제어대상 디바이스들에는 적용의 한계를 가지며 특히 시설물의 안전 등과 관련한 센싱 및 제어가 필요한 경우에 문제점을 내포하고 있을 뿐만 아니라 다수의 디바이스에 대한 관리가 어려워 4차 산업혁명에 대응하여 로라네트워크를 다양한 사물의 제어에 효율적으로 대응하기 위한 대책이 요구된다.

또한, 다양한 사물에 결합 및 유지관리를 위하여 경제성은 물론 컴팩트화 및 모듈화가 필요하다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 로라 네트워크의 사물 제어에 적용시 유연성을 보장하며, 효율적인 통신 및 관리가 가능한 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 다중IP를 가지는 로라 게이트웨이; 상기 로라 게이트웨이와 연결되는 관리서버; 및 485통신 신호와 로라 무선통신 신호를 상호 변환하는 485-LoRa컨버터와, 로라 게이트웨이에 무선 연결되는 모듈송수신부와, 각각의 디바이스가 연결될 수 있는 입출력단에 대응되는 ID에 대해 관리서버에 응답하는 관리부를 구비하는 로라모듈;을 포함하며, 상기 관리서버는 로라모듈 단위로 구성되는 복수의 입출력단을 그룹화하는 할당부와, 각 로라모듈의 통신상태를 점검하는 LoRa상태점검부 및 각 ID별 통신상태를 점검하는 485상태점검부로 구성되는 모니터링부와, 로라모듈로부터 응답까지 소요되는 시간지연 동안 Fail 상태로 전환되지 않도록 ID별 가상 응답신호를 생성하고 갱신이 이루어진 상태에서 응답실패가 있는 경우 Fail 상태로 세팅하는 가상디바이스부를 구비하고, 상기 로라모듈은 디바이스가 연결되지 않은 입출력단에 대해 하부 계층으로 신호의 전달 없이 관리서버에 응답을 수행하는 사물제어 시스템을 제공한다.

상기 관리부는, 관리서버에서 할당된 ID에 대응되는 디바이스에 대한 ID를 부여하는 I/O ID부여부와, 비연결성의 입출력단에 대해 가상 ID를 부여하는 모듈가상화부와, 가상 ID에 대해 응답신호를 생성하는 응답부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 관리서버는, 하나의 그룹에 대해 하나의 소켓통신으로 접속하며, 각 로라모듈에 대해 비주기적 폴링(Polling)을 통해 응답을 확인할 수 있다.

또한, 상기 로라모듈은 원격 위치관리를 위한 GPS를 더 구비하여 위치관리 및 분실에 대한 추적이 가능하다.

본 발명에 따라 각각의 로라모듈이 복수의 디바이스들에 485통신에 의하여 연결되되 로라통신망을 이용하여 원격관리될 수 있으므로 다수의 디바이스들에 대한 통합적인 제어가 효율적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 복수의 로컬 및 디바이스에 대하여 시간지연 및 장비와의 연결성 관계를 고려하여 가상화 응답을 통하여 시간지연 또는 신호의 낭비를 보완하므로 자원활용의 효율성이 증가되며 원격 점검에 있어서 편리성이 극대화된 효과가 있다.

또한, 4차산업혁명에 따라 정보통신망과 디바이스들의 연결성이 유연화될 수 있어 다양한 환경에 즉각적으로 대응할 수 있으며, 로라 통신을 이용함에 따라 기존의 LTE망 또는 인터넷망의 연결 및 네트워크 구축에 따른 비용과 유지에 따른 비용을 현저히 절감할 수 있어 경제성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술의 원거리 전원단을 무선으로 제어하는 원격 전원 온오프 장치의 구성도이다.
도 2는 저전력광역통신망에 대한 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 로라모듈을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 관리서버를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 관리서버의 제어부에 대한 블록도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따라 가상디바이스의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 로라모듈을 설명하기 위한 구성도이다.
도 9는 도 8의 로라모듈에서 관리부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템을 상세히 설명한다.

다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치, 플래쉬메모리 등이 있다.

본 발명은 기본적으로, RS-485통신(이하, '485통신'라 함)을 통하여 하나 이상의 디바이스들에 제어신호를 입출력하고 485통신 신호와 로라 무선통신 신호를 상호 변환하는 485-LoRa컨버터를 구비하는 로라모듈과, 로라 네트워크망를 통하여 하나 이상의 로라모듈을 관리하는 관리서버를 구비하는 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템을 제공한다.

본 발명에서는 관리서버와 로라네트워크망을 통하여 연결되어 무선으로 제어신호를 입출력하도록 하는 로라모듈을 제공하는데, 이러한 로라모듈은 복수의 디바이스들에 대하여 485통신을 통해 센싱신호 또는 온오프 신호등을 입출력하게 된다. 이때, 각각의 디바이스들은 제어가 필요한 장비 또는 액추에이터나 스위치 등의 수단일 수 있으며, 또한 센서와 같은 감지신호를 송신하는 장비일 수 있다. 상기 센서는 전압값, 전류값, NTC-서미스터(Negative Temperature Coefficient-thermic resistor)의 저항값, 습도센서의 측정값, CT센서의 센싱값, 무전원접점의 상태값 등을 생성할 수 있고, 제어가 필요한 장비는 밸브, 히터, 냉방기 등일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 로라모듈은 후술될 바와 같이 로라통신을 수행하는 송수신부와 485-LoRa컨버터 및 485 입출력을 위한 I/O(Input/Output) 릴레이 내지 단자를 구비할 수 있는데, 485통신을 위하여 로라모듈은 복수의 릴레이를 구비하는 필드디바이스와 결합되거나 이에 연결될 수 있을 것이다.

485통신을 위한 릴레이 및 디바이스의 연결과 관련되어서는 공지의 다양한 구성들이 적용될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 3은 본 발명의 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템의 구성도이다.

본 발명에서는 기본적으로 공용의 네트워크 서버를 구성하지 않고, 개별 로컬이나 목적에 부합하도록 사설 네트워크인 게이트웨이를 구성하는 경우를 제시하는데, 상기 네트워크서버(3000)는 복수의 로라모듈(1000)과의 무선 연결을 위한 게이트웨이로 구성될 수 있을 것이다. 상기 게이트웨이의 경우 메모리맵을 구성하여 다중 IP를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 사설 네트워크망 구축의 경우 별도의 통신요금이 없으며 구축되는 지역이나 시설의 환경에 따라 유연한 대응이 가능한 장점이 있을 것이다.

한편, 네트워크서버(3000)는 로라 네트워크망을 구성하는 공용 또는 대규모 서버 및 기지국을 배제하는 것은 아니며, 여기서 로라 통신은 대규모 저전력 장거리 무선통신기술임은 상술한 바와 같다. 이때, 관리서버(2000)와 네트워크서버(3000)의 연결은 종래의 유무선 인터넷 프로토콜을 이용하여 이루어질 수도 있을 것이며 다양한 공지의 연결방식이 적용될 수 있을 것이다. 이러한 네트워크서버(3000)는 대규모 통신망을 구비하는 통신사에서 운영되는 것을 의미할 수 있을 것이다.

관리서버(2000)는 기본적으로 하나 이상의 로라모듈(1000)에 연결되어 제어명령을 입력하여 송신하고, 점검신호 등을 수신하여 통합관리하는 서버, PC 또는 마이크로프로세서일 수 있으며, 관제실 등에서 특정 건물이나 영역에서 관리를 수행하여 통합처리하는 마스터서버에 연결되는 경우를 포함한다.

로라모듈(1000)은 기본적으로 네트워크서버(3000)와 무선으로 연결되는 송수신부와 각각의 디바이스에 연결되는 단자 또는 릴레이와, 로라 네트워크 프로토콜과 485 통신 사이에 신호를 변경하는 485-LoRa컨버터를 구비하게 되는데, 이와 관련되어 구체적인 설명은 후술한다.

도시된 예에서와 같이, 관리서버(2000)를 통하여 로라모듈(1000)과는 무선의 로라를 이용한 통신이 이루어지며, 로라모듈(1000)과 각각의 디바이스(1010) 간에는 485통신이 수행된다.

도 4는 본 발명에 따른 로라모듈을 설명하기 위한 구성도이다.

로라모듈(1000)은 네트워크서버(3000)에 로라 무선통신망으로 연결되도록 하는 안테나를 구비하는 모듈송수신부(1110)와, 로라 기반 프로토콜의 신호와 485통신 신호를 상호 변환하는 485-LoRa컨버터(1200)와, 신호제어 및 가상화장치를 구비할 수 있는 관리부(1400)로 구성될 수 있다.

상기 모듈송수신부(1110)는 공용화된 로라 통신용 칩셋을 포함하여 구성될 수 있으며 칩셋 및 안테나는 공지의 요소들이 적용될 수 있을 것이다.

485-LoRa컨버터(1200)는 서로 다른 프로토콜 간의 신호 변환하는 장치를 의미하며 예를 들어 모듈송수신부(1110)에서 수신된 로라 프로토콜의 온오프 명령 신호를 485 규약에 따라 변경하여 ID가 부여된 복수의 장비 중 어느 하나 이상에 송신할 수 있도록 한다. 이때, 로라모듈(1000)로부터 디바이스(1010)에 연결은 전력선과 같은 유선망으로 이루어질 수도 있을 것이나, 경우에 따라 지그비(Zigbee)나 블루투스(Bluetooth) 등의 무선통신 모듈들이 그 사이에 개재되는 경우도 포함된다.

관리부(1400)는 ID가 부여되는 각각의 디바이스(1010)들에 대한 제어신호를 구별하여 송신 또는 수신하도록 기능하게 되는데, 기본적으로 하나의 로라모듈(1000)에 대해서 연결되는 복수의 디바이스(1010)들에 대해서는 관리서버(2000)로부터의 제어명령 신호 또는 검증신호가 ID별로 구별되어 모드버스 방식으로 송신되도록 기능할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 후술한다.

또한, 이러한 로라모듈(1000)은 각각의 지역별로 관리되는 디바이스(1010)들에 대한 현실적인 위치관계의 확인 및 관리를 위하여 GPS(1120)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 GPS(1120)로부터의 신호도 모듈송수신부(1110)를 통하여 관리서버(2000)에 송신되어 관리가 이루어질 수 있다. 이를 통하여 분실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 로라모듈(1000)은 복수의 디바이스에 대한 연결을 위하여 직접 필드디바이스(1300)를 구비하거나, 이와 연결될 수 있을 것이나 본 발명의 설명에서는 기본적으로 필드디바이스(1300)를 제거하고 릴레이로 구성되는 경우를 위주로 설명을 하도록 한다. 여기서 필드디바이스(1300)는 디바이스로부터 감지신호를 입력받거나, 하나 이상의 제어디바이스에 대해 비례적인 제어신호를 출력하거나, 온오프 디지털 신호를 출력하는 장치일 수 있다.

이러한 로라모듈(1000)은 특정된 건물 또는 영역에 배치되어 유선 또는 무선으로 연결되는 각각의 장비들인 디바이스(1010)들과 비교적 적은 양의 데이터를 송수신함으로써 관리서버(2000)에서 통합 제어가 가능하도록 하는데, 액추에이터나 스위치 등의 작동 및 센싱 신호의 송수신에 있어서 로라 통신을 통한 연결이 효율적이다. 다만, 이러한 로라모듈(1000)과 관리서버(2000)와는 최소한 하나 이상의 프로토콜의 변환과 게이트웨이가 필요하고 원격의 유무선 신호 송수신 간에 시간지연이 발생되기 때문에 복수의 로컬에 대한 관리가 어려운 한계가 있고 이에 대한 추가적인 대책이 요구됨은 상기한 바와 같다.

도 5는 본 발명에 따른 관리서버를 설명하기 위한 블록도이다.

상기한 바와 같이 관리서버(2000)는 원격의 지역에 대한 디바이스(1010)들을 로라모듈(1000)을 통하여 통합 관제하는 기능을 수행할 수 있는데, 이 과정에서 디바이스(1010)와 로라모듈(1000)의 연결성의 문제와 로라 통신의 이상 유무를 구별할 필요성이 있다.

디바이스(1010) 이상의 경우 로라모듈(1000) 또는 필드디바이스에 대한 입출력단인 단자로의 신호 입출력의 이상 내지는 장비의 이상을 의미하며, 로라 통신의 이상의 경우는 로라모듈(1000)의 이상으로 판단할 수 있는 것이다. 다만, 디바이스(1010)와 관리서버(2000) 간의 통신 시간지연 문제로 인하여 원활한 데이터 관리 및 경보에 대한 문제가 발생할 수 있으며 이를 위하여 본 발명의 실시예에서는 관리서버(2000)가 가상디바이스부(2230)를 구비하여 구성되는 것이 바람직하다.

따라서, 관리서버(2000)는 입력부(2110) 및 송수신부(2120), 각각의 디바이스(1010) 및/또는 로라모듈(1000)에 대한 식별자인 ID를 부여하는 할당부와 모니터링부와 가상디바이스부를 구비하는 제어부(2200)를 구비할 수 있다.

입력부(2110)는 사용자에 의하여 제어명령을 입력받을 수 있는 기능을 수행하며, 이러한 입력부(2110)는 스위치 내지는 버튼일 수 있으나, 스마트폰, 태블릿PC, 데스크톱PC, 노트북 등과 같은 디스플레이에서 구현되는 입력 및 모니터링 인터페이스를 포함할 수 있을 것이다.

송수신부(2120)는 네트워크망을 통하여 모듈송수신부(1110)와 통신을 수행하는 기능을 수행하며, 네트워크서버(3000)와의 연결은 로라 프로토콜을 이용할 수 있을 것이나, 인터넷 프로토콜이나 다양한 통신방식을 배제하는 것은 아니다.

제어부(2200)는 기본적으로 각각의 디바이스(1010)에 대한 ID를 부여하여 관리하는 할당부(2210)를 구비하며, 각각의 로라모듈(1000)의 관리부(1400)에서는 이러한 ID별로 디바이스(1010)들에 제어명령을 입력하거나 감지신호 등을 송신하도록 한다.

또한, 모니터링부(2220)는 복수의 로라모듈(1000) 및 디바이스(1010)와의 통신상태를 점검하고 현황을 사용자 인터페이스를 통하여 출력하도록 할 수 있으며, 이와 관련되어 구체적인 실시예는 후술한다.

또한, 가상디바이스부(2230)는 시간지연에 따른 디바이스 상태를 임의적으로 생성하여 관리하도록 함으로써 시간지연에 따른 데이터의 공백을 메울 수 있도록 기능하게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 관리서버의 제어부에 대한 블록도이다.

할당부(2210)는 각각의 디바이스(1010)별로 식별자인 ID를 부여하는 ID부여부(2211)와, 로라모듈(1000) 단위로 묶인 디바이스(1010)들에 대해 그룹화하는 그룹화부(2212)를 포함할 수 있다. 상기 ID들은 기본적으로 디바이스별로 할당되는데, 다른 실시예로서 로라모듈(1000)의 각 디바이스(1010)들이 연결 가능한 아날로그인풋(AI), 디지털인풋(DI), 아날로그아웃풋(AO), 디지털아웃풋(DO) 내지는 유니버셜인풋/아웃풋(UI, UO)과 같은 단자별로 할당될 수도 있을 것이다. 여기서 릴레이 내지는 단자별로 ID가 할당되는 경우 디바이스(1010)와 연결이 이루어지지 않은 ID에 대한 처리의 문제가 발생할 수 있는데 이와 관련하여서는 추가적인 실시예에서 설명하도록 한다.

그룹화부(2212)는 하나의 로라모듈(1000)에서 관리되는 디바이스(1010)들에 대한 ID들을 하나의 그룹으로 관리하도록 하며, 이는 후술될 LoRa상태를 점검하는 데 의미를 가질 수 있다.

또한, 모니터링부(2220)는 상기된 각각의 ID별로 신호의 송수신상태를 관리하고 사용자 인터페이스에 출력하도록 할 수 있으며, 구체적인 실시예로서 LoRa상태점검부(2221)와 485상태점검부(2222)로 구별될 수 있다. 485상태점검부(2222)의 경우 각각의 ID별 통신상태의 점검을 통하여 이루어질 수 있는데, 개별 ID에 대한 통신이 불량인 경우 이를 Fail상태로 표시하여 현장에서 배선 또는 해당 장비에 대한 유지보수가 이루어질 수 있도록 한다. LoRa상태점검부(2221)는 개별 디바이스가 아닌 로라모듈(1000)의 통신상태를 확인하고 점검할 수 있도록 기능하며, 이는 로라통신의 이상유무에 의하여 판정될 수 있을 것이다. 일반적으로 하나의 그룹에 대해 관리되는 485상태가 전체적으로 이상이 있는 경우는 해당 로라모듈(1000)과의 통신이상으로 판별할 수 있을 것이다.

또한, 가상디바이스부(2230)는 관리서버(2000)로부터 신호의 출력시 응답에 까지 소요되는 시간지연동안 Fail 상태로 전환되지 않도록 해당 ID에 대해 가상의 응답신호를 생성하는 가상응답부(2231)와, 주기적 또는 비주기적 폴링(Polling)을 수행할 수 있도록 하는 주기화부(2232)와, 디바이스(1010) 또는 로라모듈(1000)의 상태를 이상상태로 전환할 수 있도록 하는 Fail세팅부(2233)로 구성될 수 있다.

본 발명에서는 소정의 로컬에 대해 또는 원격의 복수의 지역에 대해 복수의 로라모듈(1000)이 관리될 수 있기 때문에 그룹화가 이루어지고, 이를 위하여 하나의 로라모듈(1000) 단위에 대해 하나의 소켓통신을 적용하는 것이 바람직하다. 이에 따라 통신의 부하를 감소하여 속도저하를 저감할 수 있을 것이다. 또한, 복수의 디바이스(1010)에 대해서는 병렬적으로 통신이 이루어지는 것이 바람직하다.

상기된 실시예에 따라, 그룹별 즉, 로라모듈(1000) 단위로서 ID들에 대해 소켓통신이 이루어지며 자동적으로 갱신이 이루어질 수 있다. 이때, 가상디바이스부(2230)에서는 갱신이 이루어지기까지 해당 ID에 대한 데이터베이스를 성공한 상태로 관리하도록 임의적인 응답을 하도록 하며, 갱신이 이루어진 상태에서 단일 또는 복수의 응답실패가 있는 경우 Fail세팅부(2233)에서 해당 ID 또는 그룹에 대해 비응답이상으로 데이터화하고 이를 분리한다.

여기서, 주기화부(2232)는 주기의 횟수와 간격을 설정할 수 있으며 N회의 쓰기 또는 조회명령에 따라 성공 또는 실패여부를 데이터화도록 할 수 있는데, 상기 N회는 예를 들어 5회일 수 있으며, 바람직하게는 쓰기 6번, 조회 3번으로 설정할 수 있으나 이는 선택적이다.

일실시예로서, 로라모듈(1000)은 리피터(미도시)로부터 주기적인 신호를 보고를 수행하도록 할 수 있으며, 관리서버(2000)로부터는 비주기적 폴링(Polling)을 통하여 응답에 대한 데이터를 취득하는 것이 바람직할 것이다.

도 7은 도 6의 실시예에 따라 가상디바이스의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

도시된 표는 제어부(2200)에 의하여 관리되는 데이터베이스 내지는 디스플레이에 표시되는 사용자 인터페이스일 수 있다.

각 ID는 디바이스(1010) 내지는 단자별로 구별되며, 기본적으로 5개의 디바이스(1010)가 하나의 그룹으로 설정된 예를 설명한다. 여기서, 상태 1은 정상 응답상태이고, O은 응답이 실패한 Fail을 의미한다.

소정의 데이터가 송수신되고, 가상디바이스부(2230)에서 ID별로 응답신호를 생성하여 시간지연에 불구하고 최소 주기화부에서 설정된 반복 횟수인 N회 이전까지는 정상상태로 표시하게 됨은 상기한 바와 같다.

이에 설정된 시도 횟수인 N회 실패에 대하여 갱신 신호가 수신된 경우는 각각의 상태를 실패로 분리하게 되는데, 제1그룹의 로라모듈(1000a)에 대해 3번의 ID에 해당되는 디바이스에서 실패가 있었으나 1 내지 2, 4 내지 5에서는 정상적으로 응답되는 것을 확인하였다. 이에 소켓통신에서는 정상이므로 Lora상태는 정상으로 표시되어 있음을 알 수 있다.

마찬가지로, 제2그룹인 로라모듈(1000b)에 대해 LoRa상태는 1값을 가지며, 7번ID의 디바이스에서 0값을 가진다.

제3그룹의 경우 소켓통신에서 그룹에 대한 응답이 없는 경우이므로, LoRa상태가 0값을 가지며, 마찬가지로 하단의 디바이스(1010)에 대해서도 Fail 상태로 분리하게 된다. 이렇게, LoRa상태가 Fail로 분류되는 경우는 신호의 송신을 제한하도록 기능하게 된다.

상기와 같이 가상응답부에서 명령의 전달시 485상태 및 LoRa상태를 정상상태로 임시 응답하도록 하여 정상상태 및 신호전달을 유지하도록 하며, 로라모듈(1000)로부터의 응답에 대해 설정된 반복횟수에 따라 실패가 확인되면 각각의 디바이스(1010)에 대한 Fail 또는 LoRa 단말기에 대한 통신 Fail을 분리하여 개별적인 현황에 대한 점검 및 유지보수가 가능하도록 하므로, 로라를 이용한 소물 제어에 있어서 제어 및 관리의 효율성과 유지보수을 위한 정확한 점검이 이루어질 수 있는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 로라모듈을 설명하기 위한 구성도이다.

상기와 같이 관리서버(2000)로부터 소켓통신을 수행하도록 하는데, 각각의 로라모듈(1000)에 연결되는 디바이스(1010)들에 대해서는 모드버스(Modebus) 통신 루틴을 가지는 것이 바람직할 수 있다.

이때, 로라모듈(1000)의 각각의 입출력단에 대해 디바이스(1010)의 연결 유무에 대한 개별적인 설정에 대한 번거로움이 있을 수 있고, 이 경우 모드버스 방식에서 연결단과 비연결단에 대한 차이가 존재한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 로라모듈(1000)의 관리부(1400)가 모듈가상화부를 구비하여 비연결단 내지는 비정상적인 연결단에 대하여 응답을 하도록 함으로써 관리서버(2000)에서의 로컬 제어 및 관리시 편의성을 향상할 수 있다.

도시된 바와 같이 로라모듈(1000)에서는 관리부(1400)가 각각의 입출력단에 대해 할당된 ID를 구별하고, 각각의 ID와 디바이스를 매칭시키도록 한다. 이때, 첫번째 단에서는 디바이스(1010)와 연결성이 없는 것을 확인할 수 있고 이러한 경우 가상 응답상태를 유지하도록 할 수 있는 것이다. 이러한 응답을 위한 구체적인 구성은 후술하도록 한다.

한편, 상기와 같이 가상화부에서의 가상응답을 구현하는 경우 485-LoRa컨버터(1200)와 단자 사이에는 릴레이(1310)가 개재될 수 있으며, 이러한 경우 상기와 같은 필드디바이스를 생략할 수 있어 경제성이 향상될 수 있을 것이다. 이 경우 도 1의 필드디바이스(1300)는 하나 이상의 릴레이 및 단자로 구성될 수 있을 것이다.

도 9는 도 8의 로라모듈에서 관리부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

I/O ID부여부(1410)는 관리부(1400)에서 입출력단 내지는 릴레이에 대한 식별자를 관리하며 이러한 ID는 상기 할당부(2210)에서 할당된 ID와 대응되거나 동일할 수 있다.

이때, 모듈가상화부(1420) 비연결성의 입출력단에 대해서는 가상 ID를 부여될 수 있으며, 관리서버(2000)에 대해 응답하도록 할 수 있다. 다만, 관리서버(2000)로부터 해당 가상화영역의 ID에 대해 호출 또는 명령이 있는 경우 관리부(1400)는 하부 계층으로 신호를 전달하지 않는 것이 바람직하며, 응답부(1430)에서 가상의 응답신호를 생성할 수 있을 것이다.

따라서, 디바이스(1010)가 구비되지 않은 입출력단에 대해서도 응답을 수행하게 되므로 하단의 장비 없이 기본 입출력통신을 수행할 수 있어 LoRa의 상태에 대한 점검을 지속적으로 수행할 수 있게 되고, 개별 로라모듈(1000)에서 적응이 불필요하고 즉시적으로 대응가능하므로 관리 효율성이 극대화될 수 있는 것이다.

상술된 본 발명에 따른 가상 디바이스 기능을 가지는 사설 로라 네트워크의 사물제어 시스템에 의하여, 각각의 로라모듈이 복수의 디바이스들에 485통신에 의하여 연결되되 로라통신망을 이용하여 원격관리될 수 있으므로 다수의 디바이스들에 대한 통합적인 제어가 효율적으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.

또한, 복수의 로컬 및 디바이스에 대하여 시간지연 및 장비와의 연결성 관계를 고려하여 가상화응답을 통하여 시간지연 또는 신호의 낭비를 보완하므로 자원활용의 효율성이 증가되며 원격 점검에 있어서 극대화된 이점을 가진다.

또한, 4차산업혁명에 따라 정보통신망과 디바이스들의 연결성이 유연화될 수 있어 다양한 환경에 즉각적으로 대응할 수 있으며, 로라 통신을 이용함에 따라 기존의 LTE망 또는 인터넷망의 연결 및 네트워크 구축에 따른 비용과 유지에 따른 비용을 현저히 절감할 수 있어 경제성이 향상될 수 있을 것이다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

1000...로라모듈 1010...디바이스
1110...모듈송수신부 1120...GPS
1200...485-LoRa컨버터 1300...필드디바이스
1310...릴레이 1400...관리부
1410...I/O ID부여부 1420...모듈가상화부
1430...응답부 2000...관리서버
2110...입력부 2120...송수신부
2200...제어부 2210...할당부
2211...ID부여부 2212...그룹화부
2220...모니터링부 2221...LoRa네트워크점검부
2221...485통신점검부 2230...가상디바이스부
2231...가상응답부 2232...주기화부
2233...Fail세팅부 3000...네트워크서버

Claims (3)

1. 다중IP를 가지는 로라 게이트웨이;
   상기 로라 게이트웨이와 연결되는 관리서버; 및
   485통신 신호와 로라 무선통신 신호를 상호 변환하는 485-LoRa컨버터와, 로라 게이트웨이에 무선 연결되는 모듈송수신부와, 각각의 디바이스가 연결될 수 있는 입출력단에 대응되는 ID에 대해 관리서버에 응답하는 관리부를 구비하는 로라모듈;을 포함하며,
   상기 관리서버는,
   로라모듈 단위로 구성되는 복수의 입출력단을 그룹화하는 할당부와, 각 로라모듈의 통신상태를 점검하는 LoRa상태점검부 및 각 ID별 통신상태를 점검하는 485상태점검부로 구성되는 모니터링부와, 로라모듈로부터 응답까지 소요되는 시간지연 동안 Fail 상태로 전환되지 않도록 ID별 가상 응답신호를 생성하고 갱신이 이루어진 상태에서 응답실패가 있는 경우 Fail 상태로 세팅하는 가상디바이스부를 구비하고,
   상기 로라모듈은,
   디바이스가 연결되지 않은 입출력단에 대해 하부 계층으로 신호의 전달 없이 관리서버에 응답을 수행하는 사물제어 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 관리부는,
   관리서버에서 할당된 ID에 대응되는 디바이스에 대한 ID를 부여하는 I/O ID부여부와, 비연결성의 입출력단에 대해 가상 ID를 부여하는 모듈가상화부와, 가상 ID에 대해 응답신호를 생성하는 응답부를 구비하는 사물제어 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 관리서버는,
   하나의 그룹에 대해 하나의 소켓통신으로 접속하며, 각 로라모듈에 대해 비주기적 폴링(Polling)을 통해 응답을 확인하는 가상 디바이스 기능을 가지는 사물제어 시스템.
   
   
   

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