KR20200064620A - Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 및 그 제공방법 - Google Patents

Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 및 그 제공방법 Download PDF

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Abstract

Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 및 그 제공방법이 개시된다. 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크는 게이트웨이 시스템 및 복수의 센서 단말을 포함하며, 상기 게이트웨이 시스템은 Wi-SUN 통신을 수행하여 상기 센서 단말과 통신을 수행할 수 있는 Wi-SUN 통신모듈 및 상기 Wi-SUN 통신모듈을 통해 수신된 센싱 데이터를 Wi-Fi 통신을 통해 서비스 서버로 전송하기 위한 서비스 통신모듈을 포함한다.

Description

Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 및 그 제공방법{Low power sensor network based on Wireless Smart Utility Network and providing method thereof}
본 발명은 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 및 그 제공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초저전력으로 수명이 길면서도 다중 노드와 연결 가능한 저전력 광대역 기술 기반의 센서 네트워크 및 이를 제공하는 방법에 관한 것이다.
사물인터넷(IoT) 분야에서 무선 주파수 성능과 전력 소모는 주요 이슈 중 하나이다. 무선 주파수 성능의 우수성과 전력 소모 비용이 낮은 모델의 IoT 단말 장치의 개발에 대해서는 지속적으로 요구되는 기술이다. 무선 주파수의 성능은 안정적 양방향 전파 도달 거리와 통신 속도가 주요 지표이다. 전력 소모는 단말 장치의 건전지 동작 수명을 주요 지표로 제시한다.
종래의 저전력 통신기술 중 대표적인 NB-IoT, LoRa의 경우 전파 도달거리가 각각 15Km, 11Km로써 전파 도달거리에 대한 장점은 있다.
하지만 실제로 센서 네트워크 구축(통상 건물 단위로 구성됨)에 이정도까지의 전파 도달거리가 이용되는 경우는 크게 많지는 않다.
따라서 이러한 통신기술에 비해 비록 전파 도달거리는 짧지만 통신속도와 저전력 성능이 우수한 센서 네트워크가 요구된다.
한국등록특허 등록번호 10-0644799호 "센서 네트워크에서의 저전력 센서 모듈을 위한 운영 시스템 및 방법"
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 통신속도가 뛰어나고 초저전력으로 구동할 수 있는 센서 네트워크를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크는 게이트웨이 시스템 및 복수의 센서 단말을 포함하며, 상기 게이트웨이 시스템은 Wi-SUN 통신을 수행하여 상기 센서 단말과 통신을 수행할 수 있는 Wi-SUN 통신모듈 및 상기 Wi-SUN 통신모듈을 통해 수신된 센싱 데이터를 Wi-Fi 통신을 통해 서비스 서버로 전송하기 위한 서비스 통신모듈을 포함한다.
다른 실시 예에 따른 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크는 Wi-SUN 통신을 수행하여 센서 단말과 통신을 수행할 수 있는 Wi-SUN 통신모듈 및 상기 Wi-SUN 통신모듈을 통해 수신된 센싱 데이터를 Wi-Fi 통신을 통해 서비스 서버로 전송하기 위한 서비스 통신모듈을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 제공방법은 게이트웨이 시스템이 Wi-SUN 통신을 수행하여 센서 단말로부터 센싱 데이터를 수신하는 단계 및 상기 게이트웨이 시스템이 수신된 센싱 데이터를 Wi-Fi 통신을 통해 서비스 서버로 전송하는 단계를 포함한다.
상기의 방법은 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 구현될 수도 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크를 제공함으로써 초저전력으로 그리고 상대적으로 통신속도가 빠른 센서 네트워크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이러한 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크를 통해 공동 주택 환경과 같은 건물 범위의 무선 센서 네트워크 환경에 우수한 성능을 보일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크의 개략적인 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크의 게이트웨이 시스템의 논리적인 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
또한, 본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '전송'하는 경우에는 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소로 직접 상기 데이터를 전송할 수도 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 상기 데이터를 상기 다른 구성요소로 전송할 수도 있는 것을 의미한다. 반대로 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '직접 전송'하는 경우에는 상기 구성요소에서 다른 구성요소를 통하지 않고 상기 다른 구성요소로 상기 데이터가 전송되는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크의 개략적인 구성을 나타낸다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크(1)를 구현하기 위해서는 게이트웨이 시스템(100) 및 복수의 센서 단말(200)이 구비될 수 있다.
상기 게이트웨이 시스템(100)과 상기 센서 단말(200)은 본 발명의 기술적 사상에 따라 Wi-SUN 통신을 수행하면서 본 명세서에서 정의되는 기능을 수행할 수 있다.
Wi-SUN이란 "Wireless Smart Utility Network"의 약자로, 최대 약 1 km 정도 거리에서 상호 통신을 실행하는 저전력 무선 통신 규격이다. 네트워크 OSI 7계층 기준으로 물리계층 IEEE 802.15.4g, MAC계층 IEEE 802.15.4e로 규격화되어 있으며, 협대역 사물인터넷(NB-IoT)보다 두 배 빠른 저전력광대역(LPWA) 기술이다.
일반적으로 사물인터넷(IoT)에 사용되는 센서 네트워크는 무선 주파수 성능과 전력 소모 주요한 성능 판단 기준 중 하나일 수 있다. 무선 주파수 성능의 우수성은 통신속도 및 통신거리를 통해 평가될 수 있고, 전력소모는 얼마나 오랫동안 센서 단말(200) 및/또는 게이트웨이 시스템(100)을 이용할 수 있는지를 통해 평가될 수 있다.
따라서 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 근거리 무선 통신 중 1 km 내외 정도 거리에서 300 kbps 내외의 전송률을 제공할 수 있는 센서 네트워크를 제공하기 위해 Wi-SUN 기반의 저전력 센서 네트워크를 제공할 수 있다.
이러한 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크는 빌딩 및 소규모 주택단지에 맞는 홈 네트워크를 구축하기에 적합할 수 있다.
왜냐하면 후술할 바와 같이 Wi-SUN 통신은 종래의 저전력 통신(예컨대, NB-IoT, LoRA 등)에 비해 비록 통신거리는 짧지만, 통신속도와 전력소모에서 훨씬 뛰어난 성능을 보여줄 수 있으며, 그나마 짧은 통신거리도 최대 5Km까지는 가능하므로 소규모 영역에서는 충분히 장점만을 부각하여 적용할 수 있기 때문이다.
상기 복수의 센서 단말(200)들 각각은 Wi-SUN 통신을 수행할 수 있는 통신모듈과 각각의 센서 단말(200)이 센싱하도록 예정된 센싱모듈이 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 센서 단말(200)들 각각에 구비된 센싱모듈은 서로 다른 것일 수 있으며, 상기 센싱모듈은 예컨대, 연기, 화재, 특정 종류의 가스, 먼지 등과 같이 실시 예에 따라 다양한 센싱 대상을 센싱하도록 구현될 수 있다.
상기 센서 단말(200)들 각각은 서로 Wi-SUN기반으로 통신을 수행할 수 있음은 물론이다.
상기 센서 단말(200)들이 구축하는 센서 네트워크는 상기 게이트웨이 시스템(100)과 통신을 수행할 수 있다. 물론, 상기 센서 단말(200)들 모두가 상기 게이트웨이 시스템(100)과 직접 통신을 통해 연결될 수도 있고, 상기 센서 단말(200)들 중 일부의 노드인 게이트웨이 노드만이 상기 게이트웨이 시스템(100)과 직접 연결되며 나머지 일부의 노드들은 상기 게이트웨이 노드를 통해 상기 게이트웨이 시스템(100)과 연결될 수도 있다.
상기 게이트웨이 시스템(100)은 상기 센서 단말(200)들이 구축하는 센서 네트워크와 Wi-SUN 통신을 통해 연결될 수 있다.
또한 상기 게이트웨이 시스템(100)은 인터넷 망을 통해 소정의 서비스 서버(300)에 연결될 수 있다. 상기 서비스 서버(300)는 상기 게이트웨이 시스템(100)으로부터 상기 센서 단말(200)들이 센싱한 센싱 데이터를 수신하여 이를 가공하고, 유의미한 서비스를 제공하기 위한 데이터 처리시스템을 의미할 수 있다.
예컨대, 상기 서비스 서버(300)는 상기 게이트웨이 시스템(100)으로부터 수신된 센싱 데이터를 통해 어떤 지역에 발생한 이벤트(예컨대, 화재, 누수, 누전, 기타 센서모듈에 의해 센싱가능한 이벤트)가 발생했는지를 판단하고, 이를 사용자에게 통보할 수 있다.
상기 게이트웨이 시스템(100)은 상기 서비스 서버(300)와 Wi-Fi 기반 통신을 수행할 수 있다.
결국 상기 게이트웨이 시스템(100)은 상기 센서 단말(200)들과 통신을 수행하기 위한 Wi-SUN 통신모듈 및 상기 서비스 서버(300)와 통신을 하기 위한 서비스 통신모듈 즉, 두 가지 서로 다른 통신모듈을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크의 게이트웨이 시스템의 논리적인 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 게이트웨이 시스템(100)은 전술한 바와 같이 서비스 통신모듈(110) 및 Wi-SUN 통신모듈(120)을 구비할 수 있다. 물론 도 2에는 도시되지 않았지만 상기 서비스 통신모듈(110) 및/또는 상기 Wi-SUN 통신모듈(120)을 제어하기 위한 소정의 프로세서, 데이터를 임시 또는 영구적으로 저장하기 위한 저장장치가 더 포함될 수도 있다.
본 명세서에서 모듈이라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어(예컨대, 상기 프로세서 및/또는 저장장치) 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어(예컨대, 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 상기 프로그램)의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 각각의 구성들은 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스(resource)의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류나 특정 개수의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다. 따라서 상기 각각의 구성들은 본 명세서에서 정의되는 기능을 수행하는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 의미하며 특정 물리적 구성을 의미하는 것은 아니다.
상기 서비스 통신모듈(110)은 상기 서비스 서버(300)와 통신을 수행할 수 있다. 상기 서비스 통신모듈(110)은 Wi-Fi 기반으로 상기 서비스 서버(300)와 통신을 수행할 수 있다.
상기 Wi-SUN 통신모듈(120)은 Wi-SUN 통신을 통해 상기 센서 단말(200)들과 통신을 수행할 수 있음은 전술한 바와 같다.
이처럼 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크를 구축하는 경우에는 도 3과 같은 뛰어난 성능을 획득할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 저전력 통신 기술(예컨대, NB-IoT, LoRA) 및 본 발명의 기술적 사상에 따른 Wi-SUN 통신 기술의 성능 차이를 알 수 있다.
종래의 저전력 통신 기술(예컨대, NB-IoT, LoRA)은 본 발명의 기술적 사상에 적용되는 Wi-SUN 통신에 비해 전파 도달거리에서는 높은 성능을 가질 수 있다. 하지만 소규모 영역에 적용할 센서 네트워크를 구출할 경우에는 Wi-SUN 통신의 전파 도달거리만으로도 충분함을 알 수 있다.
또한 Wi-SUN 통신이 통신속도에 있어서는 NB-IoIU에 비해서는 2배, LoRa에 비해서는 30배까지 빠른 성능을 가질 수 있고, 전력소모 성능도 매우 우수함을 알 수 있다.
이러한 빠른 통신속도를 통해 게이트웨이 시스템(100)이 다수의 노드들과 동시에 연결될 수 있는 효과가 있으며, 센서 단말(200)들 각각이 건전지만으로도 대략 15년간 구동될 수 있어서 경제성에서도 매우 우수한 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 제공방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 게이트웨이 시스템; 및
    복수의 센서 단말을 포함하며,
    상기 게이트웨이 시스템은,
    Wi-SUN 통신을 수행하여 상기 센서 단말과 통신을 수행할 수 있는 Wi-SUN 통신모듈; 및
    상기 Wi-SUN 통신모듈을 통해 수신된 센싱 데이터를 Wi-Fi 통신을 통해 서비스 서버로 전송하기 위한 서비스 통신모듈을 포함하는 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크.
  2. Wi-SUN 통신을 수행하여 센서 단말과 통신을 수행할 수 있는 Wi-SUN 통신모듈; 및
    상기 Wi-SUN 통신모듈을 통해 수신된 센싱 데이터를 Wi-Fi 통신을 통해 서비스 서버로 전송하기 위한 서비스 통신모듈을 포함하는 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크.
  3. 게이트웨이 시스템이 Wi-SUN 통신을 수행하여 센서 단말로부터 센싱 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 게이트웨이 시스템이 수신된 센싱 데이터를 Wi-Fi 통신을 통해 서비스 서버로 전송하는 단계를 포함하는 Wi-SUN 기반 저전력 센서 네트워크 제공방법.
  4. 제3항에 기재된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.




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