KR20190105927A - 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템 - Google Patents

로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템 Download PDF

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김진홍
이영재
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Abstract

본 발명은 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템에 관한 것으로, 경사면에 설치되어 해당 위치의 환경정보를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서와, 센서들을 통해 센싱된 환경정보를 수집하고, 수집된 환경정보를 포함하는 메시지를 전달하는 노드 제어부, 및 노드 제어부를 통해 전송되는 환경정보를 포함하는 메시지를 로라 무선 네트워크를 통해 전송하는 로라 노드 통신부를 포함하여 이루어진 하나 이상의 노드; 및 노드들로부터 로라 무선 네트워크를 통해 환경정보를 포함하는 메시지를 수신하는 게이트 로라 통신부와, 게이트 로라로 통신부를 통해 수신된 환경정보를 포함하는 메시지를 원거리 무선 네트워크를 통해 모니터링 서버로 전송하는 게이트웨이;를 포함한다.

Description

로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템{Slope Ranger Monitoring System using LoRa Technology}
본 발명은 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산사태 및 낙석 조기 감지 시스템으로 로라 통신을 이용하여 사면내 다양한 위치에 설치된 노드가 센서 데이터로부터 수집된 지반 환경 정보를 안정적으로 서버에 송신하고, 서버로부터 요청 신호를 노드에 전달하는 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근 이상기후에 의한 집중 호우 등으로 산사태의 위험도 증가하고 있는 상황이며 이에 대한 조기경보 시스템을 통해 대형 사고를 예방하기 위한 시스템 구현이 필요하다.
현재 설치되고 운영되고 있는 사면 감시시스템은 시리얼 유선통신선과 유선 전원공급선으로 연결되어 있어 초기 설치비용과 추후 유지보수비용이 높고 추가 확장에 어려움이 있다.
예컨대, 도로변 절개지나 산간지역과 같은 통신 및 전원 인프라가 없는 지역에 별도의 통신 및 전원 공급 장치를 설치하는 것은 매우 어려운 일이다.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 여러 종류의 센서에서 입력되는 데이터를 패키지화한 뒤 무선으로 서버에 보낼 수 있는 시스템 구현을 통해 기존 유선 시스템을 대체함으로써, 초기 설치 및 유지보수비용을 줄이고 시스템을 업그레이드해서 안정된 동작을 하는 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템은 경사면에 설치되어 해당 위치의 환경정보를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서와, 상기 센서들을 통해 센싱된 환경정보를 수집하고, 수집된 환경정보를 포함하는 메시지를 전달하는 노드 제어부, 및 상기 노드 제어부를 통해 전송되는 환경정보를 포함하는 메시지를 로라 무선 네트워크를 통해 전송하는 로라 노드 통신부를 포함하여 이루어진 하나 이상의 노드; 및 상기 노드들로부터 로라 무선 네트워크를 통해 환경정보를 포함하는 메시지를 수신하는 게이트 로라 통신부와, 상기 게이트 로라 통신부를 통해 수신된 환경정보를 포함하는 메시지를 원거리 무선 네트워크를 통해 모니터링 서버로 전송하는 게이트웨이;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하드웨어 구현과 로라 통신 프로토콜에 의해 노드와 게이트웨이 간 저전력으로 환경정보를 모니터링 서버에 전달할 수 있음에 따라 사용자가 무선통신을 통해 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터 로거를 통해 노드로 수집된 환경정보를 저장하고, 산사태 등과 같은 자연재해 또는 게이트웨이(200)의 오작동에 따라 모니터링 서버로의 데이터 통신이 불가능한 경우, 저장된 환경정보를 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템을 설명하기 위한 기능 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템의 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 채용된 노드를 설명하기 위한 기능 블럭도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 노드와 게이트웨이간 데이터 구조를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 노드와 게이트웨이간 전송 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시에에서 노드에서 게이트웨이로 전송하는 메시지 구조를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 채용된 노드의 내부를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 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 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템을 설명하기 위한 기능블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템은 하나 이상의 노드(100)와 게이트웨이(200)를 포함하여 이루어진다.
노드(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개로 이루어져 산의 경사면에 설치되고, 게이트웨이(200)와 1:1로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 노드(100)는 로라 저전력 무선통신 프로토콜을 이용하는 것이 바람직하다.
노드(100)는 게이트웨이(200)와 가시선을 통해 로라 무선 네트워크가 이루어질 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
그리고 노드(100)는 하나 이상의 센서(110), 각 센서(110)와 연결되는 노드 제어부(120) 및 로라 노드 통신부(130)를 포함한다.
센서(110)는 복수개로 이루어질 수 있고, 해당 위치에서 환경정보를 센싱한다. 본 발명의 일 실시예에 채용된 센서(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 변위 계측 센서(111), 진동 가속계 센서(112), 기울기 계측 센서(113), 강우량 계측 센서(114) 및 함수비 계측 센서(115) 중 하나 이상 포함하는 것이 바람직하나 센서(110)의 종류를 한정하지는 않는다.
그리고 노드 제어부(120)는 상기 센서(110)들을 통해 센싱된 환경정보를 수집하고, 수집된 환경정보를 로라 노드 통신부(130)로 전달한다. 상기 노드 제어부(120)는 SPI(Serial Peripheral Interface)를 통해 상기 로라 노드 통신부(130)에 환경정보를 전달한다. 여기서, 노드 제어부(120)와 센서(110)는 다양한 규격으로 연결될 수 있도록 마이크로 제어 유닛이 이용되는 것이 바람직하다.
이때, 변위 계측 센서(111)는 아날로그 인터페이스를 통해 노드 제어부(120)와 연결되고, 진동 가속계 센서(112)는 SPI(Serial Peripheral Interface Bus)/I2C인터페이스를 통해 노드 제어부(120)와 연결되며, 기울기 계측 센서(113)는 SPI 인터페이스를 통해 노드 제어부(120)와 연결되고, 강우량 계측 센서(114)는 펄스 인터페이스를 통해 노드 제어부(120)와 연결되며, 함수비 계측 센서(115)는 SDI-12(Serial Digital Interface at 1200 baud) 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.
또한, 로라 노드 통신부(130)는 상기 노드 제어부(120)를 통해 전송되는 환경정보를 메시지에 포함시켜 로라 무선 네트워크를 통해 게이트웨이(200)로 전송한다.
게이트웨이(200)는 상기 노드(100)들로부터 로라 무선 네트워크를 통해 환경정보를 포함하는 메시지를 수신하는 게이트 로라 통신부(210)와, 상기 게이트 로라 통신부(210)를 통해 수신된 환경정보를 포함하는 메시지를 원거리 무선 네트워크를 통해 모니터링 서버(300)로 전송하는 라우터(220)를 포함한다. 여기서 라우터(220)는 3G 및 LTE와 같은 이동통신 망이 이용될 수 있다.
여기서, 노드(100)와 게이트웨이(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 신뢰성 있는 데이터 전송, 저전력을 위한 듀티 사이클(duty cycle) 기반의 동작 및 일정한 슬립 타임(sleep time)을 보장하는 로라 통신 프로토콜(Protocol)이 이용되는 것이 바람직하며, 노드(100)와 게이트웨이(200)가 한번 설치되면 장소가 고정되는 점을 고려해서 TDMA(Time Division MultipleAccess) 기반의 통신 프로토콜이 적용되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로라 무선 네트워크 이용 시 TDMA 기반의 통신 프로토콜이 적용됨에 따라 노드와 게이트웨이간 저전력으로 환경정보를 모니터링할 수 있는 데 반해, 일반적인 로라 저전력 무선통신 프로토콜 표준의 경우, 노드가 복수개의 채널을 경쟁적으로 랜덤하게 선택하여 게이트웨이로 전송하는 방식이 이용됨에 따라, 노드의 전력 소모가 높아질 수 밖에 없다.
한편, 게이트 웨이가 노드(100)에서 환경정보를 포함하는 메시지를 요청하는 메시지는 도 5에 도시된 바와 같이, 브로드캐스트하게 다운링크를 위한 1개의 타임슬롯과 N개의 노드(100)들이 게이트웨이(200)에 환경정보를 포함하는 메시지를 전송하는 업링크를 위한 N개의 타임슬롯이 하나의 사이클에 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 노드(100)는 기설정된 시간에 전력소모를 최소화하기 위해 게이트웨이(200)에 메시지를 송신할 때와 게이트웨이(200)에서 메시지를 수신할 때를 제외하고는 슬림(sleep) 모드로 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 게이트웨이(200)로부터 환경정보가 포함된 무선 데이터를 전달받아 저장하는 데이터 로거(400)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 채용된 데이터 로거(400)는 상기 게이트웨이(200)의 라우터(220)와 연결되어 서버(300)의 명령에 따라 저장된 환경정보를 무선 네트워크를 통해 모니터링 서버(300)로 전송할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 채용된 데이터 로거에 따르면, 산사태 등과 같은 자연재해 또는 게이트웨이(200)의 오작동에 따라 모니터링 서버로의 데이터 통신이 불가능한 경우, 환경정보를 포함하는 메시지를 저장하여 보관함으로써, 추후 저장된 환경정보를 포함하는 메시지를 확인할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 게이트웨이(200)와 노드(100) 사이에 통신을 수행할 때의 메시지 구조는 도 6에 도시된 바와 같이, 메시지 헤더 필드, 데이터 필드 및 CRC 체크 필드로 이루어진다. 그리고 헤더 필드에는 메시지의 타입정보와 전송 노드(100)의 ID 정보가 포함되고, 데이터 필드에는 센서(110)별로 정의된 데이터 타입 정보와 센서(110)로부터 수집된 환경정보가 매칭되어 포함된다.
한편, 노드(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 원통형 몸체(101) 내부에 복수개의 보드(102)가 적층 구조로 설치되고, 로라 안테나(104)가 원통형 몸체 상부에 위치하며, 전원부(105)가 하부에 위치한다. 그리고 보드(102)는 복수개의 지지대(103)에 의해 착탈 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 노드 110 : 센서
120 : 노드 제어부 130 : 로라 노드 통신부
200 : 게이트웨이 210 : 로라 통신부
220 : 라우터 300 : 모니터링 서버
400 : 데이터 로거

Claims (1)

  1. 경사면에 설치되어 해당 위치의 환경정보를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서와, 상기 센서들을 통해 센싱된 환경정보를 수집하고, 수집된 환경정보를 포함하는 메시지를 전달하는 노드 제어부, 및 상기 노드 제어부를 통해 전송되는 환경정보를 포함하는 메시지를 로라 무선 네트워크를 통해 전송하는 로라 노드 통신부를 포함하여 이루어진 하나 이상의 노드; 및
    상기 노드들로부터 로라 무선 네트워크를 통해 환경정보를 포함하는 메시지를 수신하는 게이트 로라 통신부와, 상기 게이트 로라 통신부를 통해 수신된 환경정보를 포함하는 메시지를 원거리 무선 네트워크를 통해 모니터링 서버로 전송하는 게이트웨이;를 포함하는 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템.

KR1020180026693A 2018-03-07 2018-03-07 로라 기술을 이용한 사면 위험 모니터링 시스템 KR20190105927A (ko)

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