KR20200079368A - LoRa 네트워크를 이용한 클라우드 기반 스마트 축사 시스템 및 방법 - Google Patents
LoRa 네트워크를 이용한 클라우드 기반 스마트 축사 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 LoRa 네트워크를 이용한 클라우드 기반 스마트 축사 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LoRa 무선 네트워크 기술을 기반으로 스마트 축사 환경을 모니터링하고 제어하여 확장된 축사에서 단일 통합제어기를 통해 장거리 센서와 통신하는 시스템에 관한 것이다. 제안한 시스템을 사용함으로써 스마트 축사 시스템에서 통합제어기와 센서 간의 원활한 통신을 할 수 있고, 저전력 장거리통신으로 축사 관리 비용을 줄이고 안정성을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 LoRa 네트워크를 이용한 클라우드 기반 스마트 축사 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LoRa 무선 네트워크 기술을 기반으로 스마트 축사 환경을 모니터링하고 제어하여 확장된 축사에서 단일 통합제어기를 통해 장거리 센서와 통신하는 시스템에 관한 것이다. 제안한 시스템을 사용함으로써 스마트 축사 시스템에서 통합제어기와 센서 간의 원활한 통신을 할 수 있는 장점이 있다.
스마트 축사는 ICT 또는 4차 산업혁명 기술을 활용하여 가축 질병, 악취, 급이, 선별 등을 자동(또는 원격)으로 관리하는 축사를 말한다. 국내 스마트축사의 경우 양돈과 양계를 중심으로 빠르게 퍼지고 있으며, 규모화가 빠르게 진행되고 있어 타 농업 분야보다 고부가가치를 형성하고 있다. 이런 높은 자본력과 자동화를 통한 생산량 증가 노력이 빠르게 진행되고 있어 IT를 기반으로 하는 사육 방법이 매우 발달하고 있다. 기술 부분에서는 축사환경 측정 센서 위주로 많은 연구가 되고 있다. 하지만 현재 스마트 축사에 사용되고 있는 무선 통신 기술들은 공급가는 저렴하지만 주로 단거리 기반의 서비스를 위한 기술로 이용되고 있어서, 축사 범위를 확장할 경우 통합제어기의 개수가 증가 등 많은 비용이 발생하며 보안에 취약하다. LoRa 무선 네트워크를 이용한 통신은 원거리의 센서와 통신을 가능하게 한다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 LoRa 통신을 스마트 축사에 적용하여 기존에 사용되고 있는 무선 기술의 거리 문제를 보완하고, 통합제어기와 센서 간의 보안을 향상시키며, 클라우드 시스템 도입으로 농가의 편리성을 증대시키기 위함이다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은, 스마트 축사에 설치된 센서에 LoRa 단말기를 부착하여 통합제어기와 데이터를 무선으로 송수신한다. LoRa(Long Range)는 LPWA(Low Power Wide Area) 기술 중에 하나로서, 이는 IEEE 802.15.4g 기반의 표준이며 비동기식 저전력 원거리 통신망으로, Wi-Fi AP 정도의 크기를 가진 기지국과 소형안테나로 약 21km의 범위를 확보할 수 있고, 저전력 공급만으로도 운용이 가능하다. 이러한 LoRa 통신으로 통합제어기와 원거리에 있는 센서의 통신을 특징으로 한다. 또한 AWS(Amazon Web Services) 클라우드 시스템을 구축해 서버 및 DB의 데이터를 안전하게 저장한다. 서버 구축은 AWS로 진행하였으며, 서비스 항목으로 EC2(Amazon Elastic Compute Cloud), RDS(Amazon Relational Database Service)를 연동하여 개통 및 설정한다.
본 발명에 의하면, 축사 내 설치된 센서로부터 실시간 축사 정보를 측정하고, AWS 클라우드 서버에 수집되며, 클라우드 서버에 존재하는 DB에 저장된다. 수집된 데이터를 바탕으로 통합관리시스템에서 분석하여 사용자에게 전달을 통해 사용자가 어플리케이션으로 모니터링 및 제어한다. 센서는 측정된 센싱값을 LoRa 모듈을 통해 통합제어기에 전달한다. 액추에이터는 통합 제어기로부터 전달받은 메시지에 따라 구동되며 축사 환경을 제어 한다.
최적의 축사 환경을 제어하기 위해 축사 모니터링 알고리즘을 사용하여 사용자의 편의성을 증대시키고, 네트워크의 보안성을 강화하기 위해 네트워크 암호화 방식을 사용하여 통신 보안을 강화한다.
도 1 은 본 발명의 LoRa 네트워크를 이용한 클라우드 기반 스마트 축사 시스템 블록도이다.
도 2 는 LoRa 네트워크 가입 및 센서 모니터링 메시지 흐름도이다.
도 2 는 LoRa 네트워크 가입 및 센서 모니터링 메시지 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 먼저 스마트축사는 센서부(1)에서 기온, 습도, CO2, 암모니아, 조도, O2, 차압, 풍속, 일사, 일조, 정전, 누전, 아크, 낙뢰보호기 등 다양한 센서(10)를 포함하고 있다. 이러한 센서(1)들은 LoRa 통신(100)으로 LoRa 게이트웨이(20)를 거쳐 클라우드부(3)의 AWS클라우드(40) 컴퓨팅 서버 업로드된다. AWS클라우드(40)에서 데이터를 처리하기 위해 가상서버(80)인 EC2를 구축하고, RDS(70)로 데이터베이스를 구축한다. RDS(70)에는 센서DB(50)과 영상DB(60)이 존재하여 센서(10)로부터 업로드 된 데이터는 안전하게 관리한다. 그리고 사용자부(4)에서 관리자(200)이 축사 환경을 모니터링하기 위해 모바일(90)로 모든 상황을 파악할 수 있다.
도 2은 본 발명에 따른 LoRa 네트워크 보안을 위한 가입 및 센서 모니터링 메시지 흐름도이다. 센서부(1)에서 센서(10)가 LoRa 네트워크에 접속하기 위해 네트워크 보안(30) 활성화 단계를 수행해야한다. 센서(10)와 AWS클라우드(40)에 각각 AppKey를 이용하여 AppSKey와 NwkSKey를 생성하는 과정을 거친다. 그 후 oin Request 메시지를 수신한 AWS클라우드(40)는 AppSKey와 NwkSKey를 생성하고 AppSKey로 암호화된 Join Accept 메세지를 센서(10)로 수신한다. 모니터링 메시지 흐름 순서는 AWS클라우드(40)에서 센서(10) 정보가 필요한 경우 “PASSIVE_MODE” Request 메시지를 통해 AWS클라우드(40)에 가입된 센서들의 정보를 요청한다. 센서(10)는 센싱 된 정보를 Response(SN_STATE)메시지를 통해 관련 정보를 전송한다.
1: 센서부
20: LoRa게이트웨이
2: 게이트웨이부 30: 네트워크 보안
3: 클라우드부 40: AWS클라우드
4: 사용자부 50: 센서DB
10: 센서 60: 영상DB
70: RDS 100: LoRa 통신
80: 가상서버 200: 관리자
90: 모바일
2: 게이트웨이부 30: 네트워크 보안
3: 클라우드부 40: AWS클라우드
4: 사용자부 50: 센서DB
10: 센서 60: 영상DB
70: RDS 100: LoRa 통신
80: 가상서버 200: 관리자
90: 모바일
Claims (3)
- 센서(10)와 AWS클라우드(40)은 서로 LoRa 통신(100)을 통해 주기적 통신하며, 통신된 데이터는 RDS(70)에 저장되고, 관리자(200)는 축사 정보를 모바일(90)로 모니터링 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
AWS클라우드(40)와 센서(10)의 LoRa 통신(100)에서 센서(10)에서 수집한 정보를 LoRaWAN Sliave에서 통합 관리하고, LoRa Interface Module을 통해 Control System과 LoRa 통신(100)한다. LoRaWAN Master는 여러 센서를 제어하고 Application Server에서 IP통신을 통해 AWS클라우드(40) RDS(70)에 정보를 저장하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
센서부(1)에서 센서(10)가 LoRa 네트워크에 접속하기 위해 네트워크 보안(30) 활성화 단계를 수행하고, 센서(10)와 AWS클라우드(40)에 각각 AppKey를 이용하여 AppSKey와 NwkSKey를 생성하는 과정을 거치는 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020180168276A KR20200079368A (ko) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | LoRa 네트워크를 이용한 클라우드 기반 스마트 축사 시스템 및 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| TWI769713B (zh) * | 2021-02-24 | 2022-07-01 | 樂得網路電信科技有限公司 | 多重輸入模式及多重輸出通道預警系統 |
-
2018
- 2018-12-24 KR KR1020180168276A patent/KR20200079368A/ko not_active Application Discontinuation
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