KR20210087650A - 셀룰러 IoT 시스템 구축을 위한 통합단말기 및 통합 IoT 서버 솔루션 - Google Patents

셀룰러 IoT 시스템 구축을 위한 통합단말기 및 통합 IoT 서버 솔루션 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 셀룰러 IoT 기기를 통합 수용하기 위한 셀룰러 IoT 통합 단말기, 그리고 기기들을 쉽게 연결하고 표준화된 셀룰러 IoT 통신망에 연결하여 이를 통합 관리할 수 있는 표준화된 IoT 서버를 통하여 셀룰러 IoT 시스템을 구축할 수 있는 통합서버 하드웨어 시스템 및 소프트웨어 솔루션에 관한 것이다.

Description

셀룰러 IoT 시스템 구축을 위한 통합단말기 및 통합 IoT 서버 솔루션{Integrated Terminal for Cellular IoT System and Integrated IoT Server Solution}
본 발명은 셀룰러 IoT 시스템 구축을 위한 통합단말기 및 통합 IoT 서버 솔루션에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다수의 셀룰러 IoT 기기를 통합 수용하기 위한 셀룰러 IoT 통합 단말기, 그리고 기기들을 쉽게 연결하고 표준화된 셀룰러 IoT 통신망에 연결하여 이를 통합 관리할 수 있는 표준화된 IoT 서버를 통하여 셀룰러 IoT 시스템을 구축할 수 있는 통합서버 하드웨어 시스템 및 소프트웨어 솔루션에 관한 것이다.
셀룰러 IoT 기술이 발달되고 이를 이용한 기기의 연결 IoT비스가 많아지고 있다. 여러 가지 셀룰러 IoT 프로토콜과 IoT 기기와 연결하기 위한 통신과 센서의 연결 기술, 모바일 기기 등과의 연결 기술이 요구된다. 예를 들면, 셀룰러 IoT의 통신 데이터를 프로토콜의 유형에 맞는 데이터 통신과 수집, 보안, 관제 및 제어할 수 있도록 데이터베이스화하여 인공지능(AI)에 활용하거나, 또는 공공 사업분야(예를 들면, 소방 방제 기기 IoT, 수도, 스마트 그리드 IoT, 광역 환경 IoT) 및 스마트 팩토리, APT 및 빌딩 IoT, 국방응용 IoT의 관리, 제어, 운영을 위해 셀룰러 IoT 망에 연결하여 관리하고 있다.
현재 4G 또는 5G 셀룰러 망을 통해 표준화된 Cat-M, NB-IoT, eDRX, 및 LoRa의 셀룰러 IoT 프로토콜 서비스가 제공되고 있는데 2G 및 3G에 비하여 과금이 저렴해지고 광범위 지역 단위 IoT망 구축이 가능하기 때문에 여러 사업 분야에 적용되고 있다.
현재, 기업을 비롯한 각종 국제협회에서 세계적으로 공통 IoT 프로토콜(AWS, HomeKit, Brillo Weave, ATIK, Open Connectivity Foundation-loTivity, AllSeen Alliance-AllJoyn, oneM2M Platform)을 구축하고 있으며, 다양한 센서가 주요 메이져 회사를 통해 제조되고 있다. 또한, IoT 솔루션용 해외 서버를 이용하거나 이러한 표준 프로토콜용 해외 서버가 구축되고 있다. 그러나, 해외 장비 수입을 최소화하기 위하여는 표준 프로토콜을 수용하는 셀룰러 IoT 통합 단말기 서버 솔루션, 그리고 국내 및 해외 셀룰러 IoT 시장용 솔루션이 필요하다.
특히, 빠르게 성장하는 셀룰러 IoT 시장과 달리, 일반 기업들이 IoT 표준 프로토콜 및 여러 형태의 연결 프로토콜을 쉽게 구축하기는 쉽지 않고, 많은 자본 및 개발 인력을 필요로 한다. 또한, 이를 통합관리 하는 여러 서비스 형태의 서버를 구축하기 곤란하므로 효율적인 통합 서버에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다수의 셀룰러 IoT 기기의 통합 수용하기 위한 셀룰러 IoT 통합 단말기와 통합 IoT 서버 개발 솔루션을 통하여 기기들과 쉽게 연결할 수 있을 뿐만 아니라 표준화된 셀룰러 IoT 통신망에 연결할 수 있고, 이를 통합 관리할 수 있는 표준화된 IoT 서버를 통해 쉽게 셀룰러 IoT를 구축할 수 있는 하드웨어 개발 솔루션 및 프로토콜을 제공함에 있다.
본 발명에 따르면, 셀룰러 이동통신용 IoT 서비스 구축을 위한 통합형 개발 솔루션으로 산업용 기기, 홈 오토메이션, 공공기기(소방관제, 수도, 전기)의 관리 및 점침, 스마트 공장 등 다량의 연결을 요하는 기기를 셀룰러 이동통신용 IoT 서비스 구축을 쉽게 개발 가능한 통합형 단말기와 통합형 서버를 통하여 쉽게 구축할 수 있는 솔루션이고 통합형 단말기는 메인보드를 기준으로 모듈 형태의 IoT 솔루션을 포함하며 개발자는 제공한 하드웨어와 소프트웨어를 선택사용 가능하며 쉽게 기능을 구축을 위한 하드웨어와 소프트웨어를 포함하고 통합 서버를 포함한 통합 단말기와 통합서버 개발 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 셀룰러 IoT 통합단말기의 기본 하드웨어와 펌웨어를 Main보드와 모듈 단위로 제공할 수 있고, 펌웨어 드라이브를 제공하여 물리적인 서비스를 쉽고 빠르게 제공할 수 있다. 특히, 셀룰러 IoT 통합 서버 또한 일반 기업의 개발의 기준이 되며 체계적이고 투자비용의 절감과 개발 일력의 최소화하여 구축 시간을 단축할 수 있고 표준화된 서버를 구축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 다수의 셀룰러 IoT 구축이 용이하여 공공 사업 분야(예를 들면, 소방, 수도, 스마트 그리드 IoT, 광역 환경 IoT 등) 및 스마트 팩토리, APT 및 빌딩 IoT, 국방응용 IoT 개발 구축이 용이하다. 이외에도, 셀룰러 IoT 시장의 표준화된 통합 단말기와 통합 서버를 통하여 국내시장을 활성화할 수 있고, 일반 기업의 셀룰러 IoT 시장 참여 확대 및 경제적인 이익을 창출할 수 있으며, 분야별로 상품화할 수 있어 국내 및 해외 시장 구축을 위한 셀룰러 IoT 상품화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰러 IoT 통합단말기을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 IoT 통합서버를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 셀룰러 IoT 기본 통신 구성도이다.
본 발명을 개략적으로 설명하면, 셀룰러 IoT를 기반으로 IoT를 수용하는 통합형 단말기와 통합형 서버를 기반으로 한 개발 솔루션에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰러 IoT 통합단말기을 개략적으로 도시하고, 도 2는 본 발명에 따른 IoT 통합서버를 개략적으로 도시하며, 그리고 도 3은 본 발명에 따른 셀룰러 IoT 기본 통신 구성도이다.
상기 도면을 참조하면, 통합형 IoT 단말기는 Main 보드(10)에 CPU(11), 메모리(12), GPS(13), SD 플래쉬(14), LAN(19), 디버그(Debug, 20), 및 파워(21)를 기본 장착하고, IoT를 수용하는 부분은 모듈로 제공한다. 또한, 공통부 및 모듈 하드웨어에 해당하는 모듈 소프트웨어 펌 웨어, 및 RTOS(Real Time Operate System)를 제공하여 쉽게 IoT 단말을 구성할 수 있다. 이외에도, IoT 통합서버는 통신사의 셀룰러 IoT 서비스용 통신 API, 서비스 및 제어 프로토콜 탑재, 보안 및 License 서버 기능을 탑재한 기술을 제공하여 이를 통하여 AI 연동, 통합 관제, 원격제어, 개인 모바일 연결 및 모바일 APP 빠르게 구축할 수 있다.
본 발명에 따르면, IoT 관련 모듈은 제공된 펌웨어 드라이버에 의하여 동작 연결된다. 각 모듈 드라이버는 하드웨어 ID를 가지고 CPU 통신하고, 모듈의 특성에 맞게 펌웨어가 동작한다. 또한, 유저가 원하는 해당 모듈 실장 위치에 디자인하여 탑재할 수 있다.
도시된 예에서 CPU(11)는 32비트 또는 64비트로 CPU로 디자인될 수 있고, Real Time OS 및 디버깅 프로그램과 하기와 같은 기본 기능에 대한 펌웨어를 제공한다.
메모리(12)는 램(RAM), 롬(ROM), SRAM, PROM 또는 EEPROM을 포함할 수 있고, SD 플래쉬(14, 슬롯 장착형 메모리, SD, Micro SD Memory 등)를 통해 프로그램을 실행하고 저장할 수 있다. 또한, GPS를 통하여 위성 통신하여 위치데이터를 처리할 수 있고, 디버그 포트(Debug Port, RS-232)에 의하여 통합 단말기를 통해 관리 제어할 수 있다. 이때, LAN은 통신 연결 서비스로 사용 가능하며 통합단말기의 업그레이드를 위한 포트와 인터넷 접속 포트로 사용 가능하다.
한편, 파워부(22)는 메인보드와 각 모듈에 여러 형태로 제공하는 전원을 관리한다. 구체적으로, AC 전원 및 DC 전원이 입력될 수 있고, 메인보드와 모듈에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
도시된 예에 따르면, WIFI & Bluetooth 모듈(15)을 탑재하고 펌웨어 또한 기본 제공하며 안테나는 내장을 기본으로 하여 외장 안테나를 설치할 수 있다. 또한, 스마트 기기(BLE 및 스마트 센서) 및 휴먼 인터페이스(smart watch)와 연동할 수 있어 사람의 상태를 파악 및 블루투스 기기 및 스마트 기기 APP 연동에 사용될 수 있다.
Communication IoT 모듈(16)은 기기와 통신하는 통신 모듈로 가장 많이 사용하는 UART 프로토콜을 지원하고, RS-232, RS-422, RS-485라인 드라이버를 통해 물리적 호환성도 갖는다. 이외에도, IR 및 RF 리모트 컨트롤 기능을 갖고 있으며, 가정용 가전 및 산업용 장비의 컨트롤용, 국제 IoT 표준 프로토콜을 제공하여 홈, 산업용 IoT을 쉽게 구현할 수 있다. 또한, 외부 연장 케이블(24)로서 RS232, RS422, RS485, IR 리모트 컨트롤 등이 연결될 수 있다.
도시된 예에 따르면, Zigbee, Z-Wave, RFID, NFC, CAN, IR/RF Control 등의 통신은 모듈로 탑재 가능하며, RF 관련된 외부 안테나 포트를 제공한다.
셀룰러 IoT 모듈(17)의 경우, 각 통신사에서 출시하는 IoT 모듈을 통신사 마다 별도의 모듈로 제작하고 있는데, 통신사 모듈의 종류에 따라 펌웨어도 제공하여 쉽게 통신사 IoT 통신 프로토콜에 맞춰 개발할 수 있다. 또한, 안테나(18)는 외장으로 연결된다.
센서 모듈(22)은 센서의 벤더별 기본 센서를 각 파트별(기계 에너지 복사 에너지, 열 에너지, 자기, 화학, 전기 에너지, BIO 등) 펌웨어 드라이버를 제공하고, SPI, I2C Digital IO 통신 포트를 제공하여 센서를 모듈로 탑재 가능한 커넥터 형태로 제공하고, 또한 외부 케이블을 통하여 개발자가 원하는 센서를 확장 연결하는 포트를 제공한다.
도시된 예에서 Digital, Power, Analog IO 모듈(24)은 기기의 동작, 제어/출력 및 동작을 위한 IO로 기기와의 연결을 위한 IO 포트를 제공하고 디지털 포트를 통해 디지털 제어 및 Power IO 포트를 통해 출력(Power) 제어가 가능하고, 아날로그 IO를 통해 Analog 출력 및 입력을 받아들일 수 있고, 또한 기본 펌웨어를 제공한다. 이러한 모듈의 IO를 통하여 유저가 원하는 회로를 연결할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 각 모듈들은 기기와 연결되어 프로그램으로 연동할 수 있고 셀룰러 IoT 모듈을 통해 통합서버와 연동한다. 통합 서버는 통합 단말기 셀룰러 IoT 통신사와 연동을 위한 API를 제공하여 셀룰러 IoT 데이터를 수집하여 데이터베이스화 하여 서비스 서버를 통해 관리 접속하게 된다. 관리 개발을 위한 HTTP, TCP, MQTT, 및 AMQP와 단말 통신을 위한 IoT 규격 프로토콜 탑재, 접속 및 라이선스를 위한 보안서버, AI 및 관리, 계측, 과금을 위한 DB 서버,데이터 저장 서버 기능을 갖는다. 이를 통해 데이터의 시각화 및 데이터 분석을 통하여 통합 관제 모니터링 시스템, GUI(Graphic User Interface) 및 모바일 APP을 통해 시각화 및 관리를 할 수 있다.
실시예
도 3을 참조하면, 현재 소방용 기기 모니터링을 위한 사업에 셀룰러 IoT를 이용한 사업을 구현할 수 있다. 구체적으로, 한 지방 자치구에 모니터링을 위한 단말기 수요가 30만 개소에 이르며, 이를 관리하는 서버가 요구된다. 시범 서비스 이후 전국 단위의 서비스로 진행하게 되면 전국 기준 300만 개소 이상의 서비스를 제공할 수 있다. 특히, 소방재난본부 실시간 소방시설관리시스템을 구축함에 있어서, 본 발명에 따른 통합형 단말을 이용하여 공공사업 분야(소방, 수도, 스마트 그리드 IoT, 광역 환경 IoT) 및 스마트 팩토리, APT 및 빌딩 IoT, 국방응용 IoT 개발 구축산업용으로 이용 가능하다.
이처럼, 본 발명은 홈 보안 시스템, 스마트 측정, 판매, 과금, 자동차, 국방 관리, 홈오토메이션, 스마트 그리드, 모바일 컴퓨팅, 건강 진단, 산업용 장비, 보험, 통행료 징수, 공공 인프라, 감시, 웨어러블 등의 다양한 분야에 적용 가능하다.
10: 메인보드
11: CPU
12: 메모리
13: GPS
14: SD 플래쉬
15: WIFI/Bluetooth 모듈
16: Communication IoT 모듈
17: 셀룰러 IoT 모듈
18: IoT 안테나
19: LAN
20: 디버그(Debug)
21: 파워(POWER)
22: 센서 모듈
23: Digital Power Analog IO 모듈
24: 모듈 케이블
30: 셀룰러 IoT 통합단말기
31: IoT 통합서버

Claims (8)

  1. 셀룰러 이동통신용 IoT 서비스 구축을 위한 통합형 개발 솔루션으로 산업용 기기, 홈 오토메이션, 공공기기(소방관제, 수도, 전기)의 관리 및 점침, 스마트 공장 등 다량의 연결을 요하는 기기를 셀룰러 이동통신용 IoT 서비스 구축을 쉽게 개발 가능한 통합형 단말기와 통합형 서버를 통하여 쉽게 구축할 수 있는 솔루션이고 통합형 단말기는 메인보드를 기준으로 모듈 형태의 IoT 솔루션을 포함하며 개발자는 제공한 하드웨어와 소프트웨어를 선택사용 가능하며 쉽게 기능을 구축을 위한 하드웨어와 소프트웨어를 포함하고 통합 서버를 포함한 통합 단말기와 통합서버 개발 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기통합단말기 중 메인보드는 CPU, Memory(RAM, ROM), 슬롯 장착형 메모리(SD Flash Memory), Debug Port(RS-232, Ethernet Port를 기본으로 포함하며 GPS(위성통신)모듈, 셀룰러 이동통신용 IoT 모듈(Cat-M, NB-IoT, eDRX, LoRa), Communication 모듈, WIFI & Bluetooth 모듈, 센서 모듈, Digital, Power, Analog IO 모듈을 입출력 IO와 커넥터로 연결 할 수 있게 제공하며 모듈 관련 개발 가능한 소프트웨어(RTOS, 펌웨어)를 제공하는 단말기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 셀룰러 이동통신용 IoT 모듈은 통신사가 제공하는 셀룰러 IoT(Cat-M, NB-IoT, eDRX, LoRa) 각각의 모듈과 그에 따르는 펌웨어를 포함하며 각각의 통신사 IoT의 하드웨어와 펌웨어를 포함하는 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서, Communication 모듈은 기기와의 통신하는 통신 모듈로 UART 프로토콜을 지원하고 RS-232, RS-422, RS-485 라인 드라이버를 통해 물리적 호환성도 가진다. Zigbee, Z-Wave, IR/ RF Cont모듈rol, RFID, CAN, NFC 통신 모듈을 탑재하는 하드웨어와 펌웨어를 포함하는 모듈.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 WIFI & Bluetooth 모듈은 스마트 기기(BLE 및 스마트 센서) 및 휴먼 인터페이스(smart watch)와 통신하여 APP과 연동하거나 WIFI와 Buletooth를 통해 데이터를 수집하기 위한 하드웨어와 펌웨어를 포함하는 모듈.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 센서 모듈은 여러 종류의 기본센서(Mechanical energy , Radiant energy, Thermal energy, Magnetic , Chemical , Electrical energy, BIO) 하드웨어와 펌웨어를 포함하는 모듈.
  7. 청구항 2에 있어서, Digital, Power, Analog IO Module은 기기의 동작과 제어와 출력 및 동작을 위한 IO로 기기와의 연결을 위한 IO Port를 제공하고 Digital Port를 통해 Digital 제어와 Power IO Port를 통해 Power 제어가 가능하고 Analog IO를 통해 Analog 출력 및 입력을 받아 드릴 수 있는 하드웨어와 펌웨어를 포함하는 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 통합 서버는 통합 단말기의 셀룰러 IoT 모듈과의 통신을 위한 프로토콜(Cat-M, NB-IoT, eDRX, LoRa)에 따라 통신사의 모듈 소프트웨어 API를 포함하고, 서비스 DB탑재, 관리 개발을 위한 HTTP, TCP, MQTT, AMQP와 단말 통신을 위한 OMA-DM, TR-069, LwM2 프로토콜 탑재, 국제 IoT 표준 프로토콜에 대한 연동 소프트웨어, 접속 및 라이선스를 위한 보안서버, AI 및 관리, 계측, 과금을 위한 DB 서버 소프트웨어와 데이터 저장의 소프트웨어를 제공하고 개발자가 쉽게 개발 가능한 통합서버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114051263A (zh) * 2021-11-26 2022-02-15 中电科思仪科技(安徽)有限公司 一种无线短距通信终端与窄带物联网终端综合测试平台

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