KR20210149367A - IoT 디바이스 자율 제어 시스템 및 이를 이용한 자율 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 수집하는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부에 저 장된 상기 IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 상기 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능을 활성화시키는 판단부와, 상기 판단부를 통해 자율 제어 기능이 활성화되면 상기 IoT 디바이스의 배터리 레벨 또는 네트워크 감도를 인지하여 기 설정된 데이터 전송 및 센서 수집 주기에 따른 동작 상태를 설정하고 상기 IoT 디바이스의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부를 통해 설정된 동작 상태에 따라 상기 IoT 디바이스의 센서 데이터가 수집되며, 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 IoT 디바이스 자율 제어 시스템 및 이를 이용한 자율 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 초소형 IoT 운영체제에서 동작하는 자원 및 상태를 관리하고, 모니터링 기능을 구비하여, IoT 디바이스의 지원 최적 상태 자율 제어 기능을 관리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업기술의 고도화와 정보통신기술의 비약적인 발전으로 인해 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같이 무선통신이 가능한 모바일 단말의 보급이 확산되고 있으며, 이에 따라 시간과 장소에 상관없이 누구나 모바일 단말기에 접속하여 다양한 서비스를 제공받을 수 있는 무선인터넷 시대가 도래했다.
또한 센서기술의 발달과 디지털 컨버전스(Convergence)라 불리는 IT환경의 변화로 하나의 기기나 서비스에 모든 정보통신기술이 융합되고 있다. 이러한 변화에 따라 유무선통신망, 방송통신망 등 다양한 종류의 통신네트워크 들이 하나로 연결되고 있으며, 칩(Chip)과 센서를 내장한 다양한 종류의 사물들이 인터넷에 연결되어 정보를 생산하고 사용자에게 할 수 있도록 하는 IoT(Internet of Things) 기술이 급격하게 발전하고 있다.
일반적으로 IoT 기술은 사람, 기기, 공간, 데이터 등 모든 것이 네트워크 로 연되결어 사람과 사물뿐만 아니라 사물과 사물 사이에도 데이터를 교환할 수 있는 기능을 보유하고 언제 어디서나 상호 소통할수 있도록 하는 지능형 기술 또는 서비스를 의미한다.
이러한 IoT 기술은 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크톱 PC 등과 같이 기존의 정보기기뿐만 아니라 의류, 작업도구, 생활용품 등 다양한 분야에 적용되면서 사물통신(Machine to Machine, M2M)기능을 갖춘 IoT 디바이스가 기하급수적으로 증가하고 있다.
따라서, 복수의 IoT 디바이스를 통신네트워크상에서 구별하기 위한 식별체계에 대한 중요성이 부각되고 있으며, 특히 복수의 IoT 디바이스를 관리하기 위한 관리체계에 대한 관심이 증대되고 있다.
한국 공개 특허 제10-2018-0091996호는 복수의 IoT 디바이스에 생산정보와 폐기정보를 포함하는 고유의 식별체계를 각각 부여하여, 다른 IoT 디바이스들과의 유일성을 보장하고, 동시에 사용 종료된 IoT 디바이스를 상기 생산 및 폐기 정보를 토대로 처리함으로써, 폐기되는 IoT 디바이스의 발생을 억제하고 재활용 또는 재사용을 촉진할 수 있도록 하는 식별체계를 가지는 IoT 디바이스 및 이를 이용한 IoT 디바이스 통합 관리 시스템에 관한 것이다.
한국 등록특허 제10-1819422호는 제1 디바이스로부터 광학신호를 수신하거나 제1 디바이스로 광학신호를 발생시키는 단계, 광학신호를 기초로 광학신호 공유 시간을 측정하는 단계, 광학신호 공유시간을 기초로 제1 세션키를 생성하는 단계, 제1 디바이스로부터 암호 텍스트를 수신하는 단계 및 암호 텍스트를 제1 세션키를 이용하여 복호화하는 단계를 포함하는 클라우드 서비스에서의 IoT 디바이스 관리 방법 및 이를 이용하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 초소형 IoT 디바이스의 전력 프로파일 또는 전력 소모량과 같은 상태 정보를 실시간으로 모니터링 하고 이에 따라 IoT 디바이스의 배터리 사용량을 최소화하는 IoT 디바이스 자율 제어 시스템 및 이를 이용한 자율 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 IoT 디바이스의 자율 제어 기능을 활성화함에 따라 데이터를 수집하지 못하는 순간을 최대한 증가시켜 최신 센서 정보를 수집할 수 있도록 하며, 네트워크 시그널 강도가 불안한 지역에서도 센서 정보를 수집할 수 있도록 하는 IoT 디바이스 자율 제어 시스템 및 이를 이용한 자율 제어 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, IoT 디바이스 자율 제어 시스템은 IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 수집하는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부에 저장된 상기 IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 상기 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능을 활성화시키는 판단부와, 상기 판단부를 통해 자율 제어 기능이 활성화되면 상기 IoT 디바이스의 배터리 레벨 또는 네트워크 감도를 인지하여 기 설정된 데이터 전송 및 센서 수집 주기에 따른 동작 상태를 설정하고 상기 IoT 디바이스의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 제어부를 통해 설정된 동작 상태에 따라 상기 IoT 디바이스의 센서 데이터가 수집되며, 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 IoT 디바이스는 MCU(Micro Controller Unit), 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스를 포함하며, 상기 MCU, 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스는 런 모드(Run mode) 또는 저전력 대기 모드의 동작 상태로 변경 설정 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 저장부는 상기 IoT 디바이스의 제조사에서 제공한 사양 설명서 및 실측 데이터를 기반으로 구축된 전력 프로파일의 기본 데이터와, 통신, 센서 처리 모듈에 대한 전력 소모량을 기반으로 구축된 전력 소모량 분석 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단부는 상기 자율 제어 기능의 제어 값을 출력하는 Iw_on_auto control 함수를 호출로 자율 제어 기능을 활성화시키는 것을 특징으로 한다.
실시예들 중에서, IoT 디바이스 자율 제어 방법은 IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 모니터링하는 단계와, 상기 IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 상기 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능을 활성화시키는 단계와, 상기 IoT 디바이스의 배터리 레벨 또는 네트워크 감도를 인지하여 일정 기준 값 이하의 상태가 감지되면 최신 센서 정보를 수집하여 서버로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 IoT 디바이스의 배터리 레벨이 일정 레벨 이하로 감지되면 기 설정된 네트워크 주기 및 센서 정보 수집 주기에 따른 동작을 중지하고 저전력 모드로 대기하는 단계와, 상기 배터리 레벨이 기 설정된 임계 값 이하로 감지되면, 정해진 주기마다 런 모드 상태로 변경되어 최신 센서 정보를 수집한 후 서버로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함한다.
상기 IoT 디바이스의 네트워크 시그널 강도가 일정 dB 이하로 감지되면 기 설정된 네트워크 주기 및 센서 정보 수집 주기에 따른 동작을 중지하고 즉시 최신 센서 정보를 수집하여 일정 횟수만큼 연속으로 서버에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 IoT 디바이스는 MCU(Micro Controller Unit), 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스를 포함하며, 상기 MCU, 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스는 상시 네트워크 대기, 상시 센서 데이터 수집, 주기적 네트워크 통신, 주기적 센서 데이터 수집, 인터럽트 발생 시 네트워크 데이터 처리 또는 인터럽트 발생 시 센서 데이터 수집과 같은 다양한 경우에 대해 최적 운용 기술을 적용하여 런 모드(Run mode) 또는 저전력 대기 모드의 동작 상태로 변경 설정 가능한 것을 특징으로 한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다 거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 시스템 및 이를 이용한 자율 제어 방법은 초소형 IoT 디바이스의 전력 프로파일 또는 전력 소모량과 같은 상태 정보를 실시간 모니터링하고 이에 따라 IoT 디바이스의 배터리 사용량을 최소화하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 시스템 및 이를 이용한 자율 제어 방법은 자율 제어 기능을 활성화함에 따라 데이터를 수집하지 못하는 순간을 최대한 증가시켜 최신 센서 정보를 수집할 수 있도록 하며, 네트워크 시그널 강도가 불안한 지역에서도 센서 정보를 수집할 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 IoT 디바이스의 연결 관계를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 시스템을 간략하게 설명하는 블록도이다.
도 3 내지 도 7은 IoT 디바이스 최적 운용 기술을 상황별로 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예 따른 IoT 디바이스 자율 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 시스템을 간략하게 설명하는 블록도이다.
도 3 내지 도 7은 IoT 디바이스 최적 운용 기술을 상황별로 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예 따른 IoT 디바이스 자율 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다 거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 IoT 디바이스의 연결 관계를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 게이트 웨이(100)에 다수의 IoT 디바이스(110)가 연결되어 있으며, IoT 디바이스는 원격 자동제어 시스템, 홈 네트워크 시스템, 자동차 원격 제어 시스템등과 같이 IoT 기술 기반의 서비스 대상이 되는 모든 스마트 기기나 센서등을 의미할 수 있다. 더욱 구체적으로 온도 센서, 습도 센서, 이산화탄소 센서, 적외선 센서, 감지 센서등 환경적인 요소를 검출하는 센서로 이루어질 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 시스템을 간략하게 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, IoT 디바이스의 자율 제어 시스템(200)은 데이터 저장부(210), 판단부(220), 제어부(230) 및 데이터 전송부(240)를 포함한다.
먼저, 데이터 저장부(210)는 IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 수집한다.
데이터 저장부(210)에 저장된 상기 IoT 디바이스의 상태 정보를 통해 IoT 디바이스의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 이를 시각화활 수 있다. IoT 디바이스 자원 관리에서 CPU, RAM, 네트워크, 프로세서, 시스템 정보, 태스크 상태, 센서 상태 등을 모니터링하고 시각적으로 표현해주는 기능을 제공할 수도 있다.
데이터 저장부(210)는 IoT 디바이스의 제조사에서 제공한 사양 설명서 및 실측 데이터를 기반으로 구축된 전력 프로파일의 기본 데이터를 저장한다. 이는 저전력 최적 운용에 필요한 기초자료가 된다. 전력 프로파일은 구조화된 문서 형태인 .json 이나 .xml 등을 제공하여 프로파일의 데이터 로딩, 파싱 및 구조적인 데이터 관리의 전반적인 기능 향상을 지원한다. 전력 프로파일 관리는 프로파일 로딩부, 프로파일 분석 및 데이터 관리부, 데이터 연동 API부 등의 기능을 제공하여 관리할 수 있다.
또한, 데이터 저장부(210)는 통신, 센서 처리 모듈에 대한 전력 소모량을 기반으로 구축된 전력 소모량 분석 데이터를 저장한다.
전력 소모량 측정은 IoT 디바이스의 배터리 사용량을 최소화하고 관리하기 위한 전력 데이터를 수집하는 기능을 제공한다. 전력 소모량 분석 데이터는 전력 프로파일 관리 모듈에서 제공하는 데이터 연동의 API의 데이터를 기반으로 처리된다. 각 통신, 센서, 처리 모듈 별 동작 시간 별 배터리 소모량을 전력 관리 알고리즘에서 제공하는 각종 API를 통한 데이터를 관리한다.
판단부(220)는 데이터 저장부(210)에 저장된 IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능의 제어 값을 출력하는 Iw_on_auto control 함수를 호출로 자율 제어 기능을 활성화시킨다.
제어부(230)는 판단부(220)를 통해 자율 제어 기능이 활성화된 IoT 디바이스의 배터리 레벨 또는 네트워크 감도를 인지한다. ADC(Analog-Digital Converter) 기능을 통해 배터리 레벨을 유추하며, 시리얼 터미널로 출력하고 배터리 아날로그 전압을 MCU에서 컨트롤 할 수 있는 디지털 값으로 변경하는 회로를 구성한다. 시각적인 배터리 전압 모니터링을 위해 PC 시리얼 터미널과의 인터페이스 회로를 구성해 배터리 레벨 값을 유추할 수 있다.
유추된 배터리 레벨 데이터를 기반으로 모듈 별 동작 시간에 따른 배터리 소모량을 유추하고 IoT 디바이스 별 배터리 소모량 데이터는 전력 프로파일의 기본 데이터로 활용한다.
이어서, 기 설정된 데이터 전송 및 센서 수집 주기에 따른 동작 상태를 설정하고 IoT 디바이스의 동작을 제어한다. 여기서, IoT 디바이스는 MCU(Micro Controller Unit), 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스를 포함한다. 그리고, 상기 MCU, 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스는 런 모드(Run mode) 또는 저전력 대기 모드의 동작 상태로 변경 설정이 가능하다.
IoT 디바이스에 따른 전력 운용 방식으로는 런 모드 또는 저전력 대기 모드가 있으며, 더욱 구체적으로는 런 모드(Run mode), 라이트 슬립 모드(Light sleep mode), 딥 슬립 모드(Deep sleep mode)가 있다.
런 모드는 일반적인 동작으로서 모든 클록이 활성화된 모드이며, 전력 소비는 주파수에 따라 상이하다. 라이트 슬립 모드는 대부분 애플리케이션에 사용되는 기본적인 저전력 모드로서 CPU 또는 주변장치 클록이 없고, 32Hz 크리스탈을 사용하며, 전력 소비는 50~ 100nA 정도이다. 또한, 딥 슬립 모드는 슬립 시간 대비 실행 시간의 비율이 짧거나, 슬립 시간이 긴 애플리케이션에 사용되는 모드로서 CPU 또는 주변장치 클록이 없고, 32Hz 크리스탈을 사용하며, 전력 소비는 50nA미만이다.
저전력 대기 모드는 응용 및 태스크의 동작 상황에 따른 저전력 지원을 위한 전력 운영 API로 MCU가 처리할 태스크(Task)가 없을 경우 슬립 모드로 진입하여 배터리 수명을 증가시키는 기능을 제공한다.
또한, 배터리의 수명을 증가시키기 위해서 전력소모 유발 패턴을 분석하여 소프트웨어 코드 및 모델링을 통한 최소화 기법을 적용할 수 있다.
전력소모 유발 패턴으로는 다음과 같은 경우들이 있다.
먼저, 반복적인 연산식 사용은 부분 연산식이 반복된 횟수만큼 누적된 전력소모를 유발한다. 반복적인 연산식의 최소화 기법은 아래의 <표 1>과 같이 수식의 결과 값을 미리 계산하여 대체할 수 있다.
<표1>
재귀함수 구조 사용은 함수 호출 비용이 높고, 스택 오버플로우(Stack Overflow)를 유발할 수 있다. 재귀함수 구조 사용의 최소화 기법은 아래의 <표 2>와 같이 재귀함수 구조를 동일한 기능을 수행할 수 있는 반복문으로 변환하여 처리할 수 있다.
<표 2>
반복문의 다수 인덱스 변수 사용은 불필요한 인덱스 선언으로 전력 소모를 유발한다. 반복문의 다수 인덱스 변수 사용의 최소화 기법은 아래의 <표 3>과 같이 다수의 인덱스를 단일의 인덱스에 의해 처리할 수 있다.
<표 3>
반복문 이중 구조 사용은 반복 횟수의 증가로 전력 소모를 유발한다. 반복문 이중 구조 사용의 최소화 기법은 아래의 <표 4>와 같이 이중 구조의 for문을 단일의 for문으로 단순화하여 처리할 수 있다.
<표 4>
반복문 내 글로벌 변수 사용은 반복적인 공유 메모리 접근이 발생하여 전력 소모를 유발한다. 반복문 내 글로벌 변수 사용의 최소화 기법은 아래의 <표 5>와 같이 반복문 내 글로벌(Global) 변수를 로컬(Local) 변수로 대체하여 처리할 수 있다.
<표 5>
프로그램 내 불필요한 코드는 실행되지 않더라도 메모리에 적재되어 전력소모를 유발한다. 프로그램 내 불필요한 코드 사용은 아래의 <표 6>과 같이 프로그램 내 사용되지 않는 코드를 제거하여 처리할 수 있다.
<표 6>
데이터 전송부(240)는 제어부(230)를 통해 설정된 동작 상태에 따라 IoT 디바이스의 센서 데이터가 수집되면 수집된 센서 데이터를 서버로 전송한다. 기 설정된 네트워크 주기나 센서 수집의 정보를 무시하고 동작을 중지하고 대기하다가 일정 기준 값 이하의 상태가 감지되면 최신 센서 정보를 수집하여 서버로 데이터를 전송한다.
이때, 자율 제어를 통해 로우 배터리로 인해 더 이상 데이터를 수집하지 못하는 순간을 최대한 늘려서 마지막 측정값을 수집할 수 있다. 또한, 자율 제어를 통해 네트워크 시그널 강도가 불안한 지역에서 센서 정보를 수집할 수 있다.
도 3 내지 도 7은 IoT 디바이스 최적 운용 기술을 상황별로 도시한 예시도이다.
먼저, 최적 운용 기술은 상시 네트워크 대기, 상시 센서 데이터 수집, 주기적 네트워크 통신, 주기적 센서 데이터 수집, 인터럽트 발생 시 네트워크 데이터 처리, 인터럽트 발생 시 센서 데이터 수집의 시나리오로 나눠질 수 있다.
상시 네트워크 대기는 서버나 게이트 웨이와의 통신이 항시 가능한 네트워크 디바이스 대기 상태이며, 상시 센서 데이터 수집은 연속적인 센서 데이터 요구 시 항시 수집이 가능한 센서 디바이스 상태를 의미한다.
주기적 네트워크 통신은 일정 주기로 서버나 게이트 웨이와의 통신을 하는 경우, 네트워크 디바이스는 저전력 상태로 대기하다가 설정한 주기마다 런 모드 상태로 변경되고 네트워크 데이터 통신이 가능한 상태이다. 주기적 센서 데이터 수집은 일정 주기로 센서 수집 요구가 있는 경우, 센서 디바이스는 저전력 상태로 대기하다가 설정한 주기마다 런 모드 상태로 변경되어 센서 데이터 수집이 가능한 상태이다.
또한, 인터럽트 발생 시 네트워크 데이터 처리는 네트워크 디바이스 저전력 상태를 유지하다가 데이터 수신 시 인터럽트가 발생하거나 전송할 데이터가 있는 경우 런 모드로 변경되어 데이터 처리가 가능한 상태이고, 인터럽트 발생 시 센서 데이터 수집은 센서 디바이스는 저전력 상태로 대기하다가 미리 정해 놓은 임계 값을 넘어서면 인터럽트가 발생하여 런 모드 상태로 바뀌고 센서 데이터 수집 가능한 상태를 의미한다. 여기서, 인터럽트는 in_air wake-up이 지원되는 디바이스에 적용 가능하고, 임계 값 설정으로 wake up이 지원되는 디바이스에 적용 가능하다.
도 3 내지 7을 참조하여 IoT 디바이스의 지원 전력 프로파일 관리 및 최적 운용 기술을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 상시 네트워크 통신 및 상시 센서 데이터 수집 시나리오를 나타낸 것이다.
MCU(310), 네트워크 디바이스(320) 및 센서 디바이스(330) 모두 항상 런 모드, 대기 상태로 설정되고, 네트워크 디바이스 데이터 통신 요구나 센서 디바이스 수집 요구 시 항상 처리가 가능한 상태이다.
도 4는 상시 네트워크 통신 및 주기적 센서 데이터 수집 시나리오를 나타낸 것이다.
MCU(410) 및 네트워크 디바이스(420)는 항상 런 모드, 대기 상태로 네트워크 디바이스 데이터 통신 요구 시 항상 데이터 처리가 가능한 상태이다.
센서 디바이스(330)는 저전력 상태로 대기하다가 정해진 주기마다 런 모드로 변경되고, 센서 데이터 수집 후 저전력 모드로 진입한다.
도 5는 인터럽트 발생 시 네트워크 데이터 처리 및 주기적 센서 데이터 수집 시나리오를 나타낸 것이다.
MCU(510)는 항상 런 모드, 대기 상태이며, 네트워크 디바이스(520)는 저전력 상태로 대기하다가 데이터가 수신되어 인터럽트가 발생하거나 데이터 전송 요구 시 런 모드로 진입하여 데이터 처리 후 저전력 모드로 진입한다.
센서 디바이스(530)는 저전력 상태로 대기하다가 정해진 주기마다 런 모드로 변경되어 센서 데이터 수집 후 저전력 모드로 진입한다.
도 6은 주기적 네트워크 통신 및 주기적 센서 데이터 수집 시나리오를 나타낸 것이다.
MCU(610)는 저전력 상태로 대기하다가 미리 정한 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스 주기에 맞춰 런 모드로 변경되고, 데이터 처리 후 다시 저전력 모드로 진입한다. 정해진 주기에 맞춰 RTC(Real Time Clock) alarm wakeup을 사용한다.
네트워크 디바이스(620)는 저전력 상태로 대기하다가 정해진 주기마다 런 모드로 변경되어 네트워크 데이터 처리 후 저전력 모드로 진입한다. 센서 디바이스(630)는 저전력 상태로 대기하다가 정해진 주기마다 런 모드로 변경되어 센서 데이터 수집 후 저전력 모드로 진입한다.
도 7은 주기적 네트워크 통신 및 인터럽트 발생 시 센서 데이터 수집 시나리오를 나타낸다.
MCU(710)는 저전력 상태로 대기하다가 미리 정한 네트워크 디바이스 통신 주기에 맞춰 런 모드로 변경되거나 센서 디바이스의 인터럽트에 의해 런 모드로 변경되고, 데이터 처리 후 다시 저전력 모드로 진입한다. 정해진 주기에 맞춰 RTC(Real Time Clock) alarm wakeup을 사용한다.
네트워크 디바이스(720)는 저전력 상태로 대기하다가 정해진 주기마다 런 모드로 변경되어 네트워크 데이터 처리 후 저전력 모드로 진입한다.
센서 디바이스(730)는 저전력 상태로 대기하다가 미리 정해 놓은 임계 값을 넘어서면 인터럽트가 발생하여 런 모드 상태로 바뀌고 센서 데이터를 수집 후 저전력 모드로 진입한다. 임계값 설정으로 wake up이 지원되는 디바이스에 적용 가능하다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 모니터링한다. 이어서, IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 상기 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능을 활성화시킨다(단계 S800). 자율 제어 기능의 제어 값을 출력하는 Iw_on_auto control 함수를 호출로 자율 제어 기능을 활성화시킬 수 있다.
IoT 디바이스의 배터리 레벨을 감지하여, 일정 기준 값 이하의 상태가 되면(단계 S810) 기 설정된 데이터 전송 및 센서 수집 주기에 따른 동작을 중지한다(단계 S820).
예컨대, 배터리 레벨이 12%인 상태를 인지하면 기존에 설정된 네트워크 주기나 센서 수집 정보를 무시하고, 아무 동작없이 대기한다. 이때, 배터리 레벨의 기준 값은 원하는 레벨로 변경이 가능하다.
이후, 배터리 레벨이 10%이하인 상태를 감지하면(단계 S830)최신 센서 정보를 수집하여 서버로 데이터를 전송한다(단계 S840).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 디바이스 자율 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 모니터링한다. 이어서, IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 상기 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능을 활성화시킨다(단계 S900). 자율 제어 기능의 제어 값을 출력하는 Iw_on_auto control 함수를 호출로 자율 제어 기능을 활성화시킬 수 있다.
IoT 디바이스의 네트워크 신호 세기를 측정하여, 일정 기준 값 이하의 상태가 되면(단계 S910) 기 설정된 데이터 전송 및 센서 수집 주기에 따른 동작을 중지한다(단계 S920).
예컨대, 네트워크 신호 세기가 20dB 이하인 상태를 인지하면 기존에 설정된 네트워크 주기나 센서 수집 정보를 무시하고, 아무 동작없이 대기한다. 이때, 정해진 네트워크 신호 세기는 통신이 가능하지만 위험한 신호 강도로 그 값은 변경하여 설정할 수 있다.
이후, 최신 센서 정보를 수집하여 정해진 횟수만큼 연속하여 서버로 데이터를 전송한다(단계 S930). 예컨대, 3번 연속으로 센서 정보를 수집하여 서버로 전송할 수 있으며, 이러한 기능으로 네트워크 신호 강도가 불안한 지역에서 센서 정보를 수집할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 게이트 웨이
110 : IoT 디바이스
200 : IoT 디바이스 자율 제어 시스템
210 : 데이터 저장부
220 : 판단부
230 : 제어부
240 : 데이터 전송부
310, 410, 510, 610, 710 : MCU
320, 420, 520, 620, 720 : 네트워크 디바이스
330, 430, 530, 630, 730 : 센서 디바이스
110 : IoT 디바이스
200 : IoT 디바이스 자율 제어 시스템
210 : 데이터 저장부
220 : 판단부
230 : 제어부
240 : 데이터 전송부
310, 410, 510, 610, 710 : MCU
320, 420, 520, 620, 720 : 네트워크 디바이스
330, 430, 530, 630, 730 : 센서 디바이스
Claims (8)
- IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 수집하는 데이터 저장부;
상기 데이터 저장부에 저장된 상기 IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 상기 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능을 활성화시키는 판단부;
상기 판단부를 통해 자율 제어 기능이 활성화되면 상기 IoT 디바이스의 배터리 레벨 또는 네트워크 감도를 인지하여 기 설정된 데이터 전송 및 센서 수집 주기에 따른 동작 상태를 설정하고 상기 IoT 디바이스의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 제어부를 통해 설정된 동작 상태에 따라 상기 IoT 디바이스의 센서 데이터가 수집되며, 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 데이터 전송부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 IoT 디바이스는
MCU(Micro Controller Unit), 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스를 포함하며, 상기 MCU, 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스는 런 모드(Run mode) 또는 저전력 대기 모드의 동작 상태로 변경 설정 가능한 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 데이터 저장부는
상기 IoT 디바이스의 제조사에서 제공한 사양 설명서 및 실측 데이터를 기반으로 구축된 전력 프로파일의 기본 데이터; 및
통신, 센서 처리 모듈에 대한 전력 소모량을 기반으로 구축된 전력 소모량 분석 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 판단부는
상기 자율 제어 기능의 제어 값을 출력하는 Iw_on_autocontrol 함수를 호출로 자율 제어 기능을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 시스템.
- IoT 게이트 웨이에 연결된 다수의 IoT 디바이스의 상태 정보를 실시간으로 모니터링하는 단계;
상기 IoT 디바이스들의 상태 정보를 분석하여 상기 IoT 디바이스의 자율 제어 여부를 판단하고, 자율 제어 여부가 결정되면 자율 제어 기능을 활성화시키는 단계; 및
상기 IoT 디바이스의 배터리 레벨 또는 네트워크 감도를 인지하여 일정 기준 값 이하의 상태가 감지되면 최신 센서 정보를 수집하여 서버로 데이터를 전송하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 IoT 디바이스의 배터리 레벨이 일정 레벨 이하로 감지되면 기 설정된 네트워크 주기 및 센서 정보 수집 주기에 따른 동작을 중지하고 저전력 모드로 대기하는 단계; 및
상기 배터리 레벨이 기 설정된 임계 값 이하로 감지되면, 정해진 주기마다 런 모드 상태로 변경되어 최신 센서 정보를 수집한 후 서버로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 IoT 디바이스의 네트워크 시그널 강도가 일정 dB 이하로 감지되면 기 설정된 네트워크 주기 및 센서 정보 수집 주기에 따른 동작을 중지하고 즉시 최신 센서 정보를 수집하여 일정 횟수만큼 연속으로 서버에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 IoT 디바이스는
MCU(Micro Controller Unit), 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스를 포함하며, 상기 MCU, 네트워크 디바이스 및 센서 디바이스는 상시 네트워크 대기, 상시 센서 데이터 수집, 주기적 네트워크 통신, 주기적 센서 데이터 수집, 인터럽트 발생 시 네트워크 데이터 처리 또는 인터럽트 발생 시 센서 데이터 수집과 같은 다양한 경우에 대해 최적 운용 기술을 적용하여 런 모드(Run mode) 또는 저전력 대기 모드의 동작 상태로 변경 설정 가능한 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 자율 제어 방법.
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- 2020-06-02 KR KR1020200066314A patent/KR102338931B1/ko active IP Right Grant
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- 2021-01-21 WO PCT/KR2021/000810 patent/WO2021246607A1/ko active Application Filing
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