KR20230103434A - 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법으로, 다양한 프로토콜의 엔드 디바이스와 산업용 IoT 에지 게이트웨이 간의 에지 컴퓨팅이 가능하도록 하는 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법이다.
Description
본 발명은 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법으로, 다양한 프로토콜의 엔드 디바이스와 산업용 IoT 에지 게이트웨이 간의 에지 컴퓨팅이 가능하도록 하는 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법이다.
인력, 자본이 부족한 중소 제조기업의 경우 기초, 중간 수준의 스마트공장 구축 수요가 대부분이고, 구축 기간 단축, 도입 비용 최소화 요구가 가장 많은 것으로 조사되었다. 소규모 제조 설비 중심으로 운용되는 많은 국내 중소 제조업체에 범용적으로 활용될 수 있는 저비용의 스마트공장 솔루션이 필요하다.
또한, 산업용 IoT에서 엔드 디바이스, 예를 들어, 센서나 설비는 다양한 통신 프로토콜을 가지고 있는 바, 다양한 통신 프로토콜을 사용자가 관리하지 않는 솔루션이 필요하다. 사물 인터넷 기기들은 보통 무선으로 연결되는데, 동종 또는 이종의 통신 기기들이 일정 지역 내에 밀집하여 무선 통신할 수 있다. 이 경우, 공동의 무선대역을 사용하는 무선 기기들 사이에 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 간섭은 기기의 성능 저하를 가져올 수 있다. 이러한 이종 프로토콜의 통신 기기와 에지 게이트웨이를 구성하는 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 다양한 통신 프로토콜 엔드 디바이스을 탐색하고 구성하는 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 무선 기기 사이의 간섭을 완화하는 장치 및 방법을 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산업용 IoT 에지 게이트웨이는 센서 데이터 및 설비 데이터 중 적어도 하나를 구비하는 에지 데이터를 생성하는 엔드 디바이스로부터 에지 데이터를 수신하여 상기 에지 데이터를 처리하고, 중앙 서버 서비스, 웹 서비스, 스마트 제조 시스템(MES) 서비스, 및 ERP 서비스 중 적어도 어느 한 서비스를 제공하는 중앙 서버에 상기 에지 데이터를 전송하는 산업용 IoT 에지 게이트웨이로서, 상기 엔드 디바이스로부터 상기 에지 데이터를 수신하고, 다양한 통신 프로토콜을 관리하는 엔드 디바이스 접속부; 및 상기 수신한 에지 데이터를 기설정된 정책에 따라 내부의 응용 프로그램 및 외부의 상기 중앙 서버 중 적어도 어느 한 곳으로 전송하는 멀티 프로토콜 적응부;를 포함하고, 상기 엔드 디바이스 접속부는 다양한 통신 모듈을 장착하여 통신 환경을 확장하는 네트워크 확장 슬롯 모듈을 구비하고, 상기 통신 모듈 중 일부는 상기 네트워크 확장 슬롯 모듈에 고정 장착되고, 상기 통신 모듈 중 나머지는 상기 네트워크 확장 슬롯 모듈에 탈부착되고, 상기 멀티 프로토콜 적응부는 상기 네트워크 확장 슬롯 모듈에 장착된 상기 통신 모듈을 파악하여 상기 파악된 통신 모듈이 지원하는 통신 프로토콜을 관리하는 에이전트; 상기 에이전트를 생성하는 플러그인 매니저; 및 상기 수신한 에지 데이터를 상위 레이어 프로토콜로 전환하고, 상기 상위 레이어 프로토콜을 IP 기반 프로토콜로 변환하는 공통 프로토콜 변환기를 구비하고, 상기 엔드 디바이스가 비 IP 기반 프로토콜이면 상기 엔드 디바이스와 연결되는 통신 모듈은 마스터로 기능할 수 있다.
또한, 상기 멀티 프로토콜 적응부으로부터 수신한 에지 데이터를 이용하여 응용 프로그램을 구동하여 응용 서비스를 제공하는 에지 응용부; 및 상기 멀티 프로토콜 적응부으로부터 수신한 에지 데이터를 상기 중앙 서버로 전송하는 통신부을 더 포함하고, 상기 멀티 프로토콜 적응부는, 상기 멀티 프로토콜 매니저로부터 수신한 상기 에지 데이터를 관리하고, 상기 에지 데이터를 에지 컴퓨팅할 지 여부를 판단하는 데이터 매니저; 및 상기 에지 데이터가 에지 컴퓨팅용 데이터이면 상기 에지 데이터를 수신하여 응용 서비스를 제공하는 서비스 매니저를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 통신 모듈은 Wi-Fi 모듈, LoRa 모듈, NB-IoT 모듈, Zigbee 모듈, Bluetooth 모듈, Wi-SUN 모듈, CANbus 모듈, RS-238/485 모듈, 및 Ethernet 모듈 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 에지 응용부는 게이트웨이 응용 및 데이터 분석부을 구비하고, 상기 게이트웨이 응용은, 상기 에지 데이터를 처리를 위한 룰(rule)을 등록, 변경, 또는 삭제하는 에지 룰 엔진; 상기 룰에 따라 상기 에지 데이터를 전처리, 필터링, 및 보정하는 에지 데이터 핸들러; 및 상기 룰을 관리하고 이벤트나 장애를 검출하는 에지 리얼 타임 서비스을 구비하고, 상기 룰은 상기 에지 데이터를 보정하고 결함을 수정하는 규칙, 데이터를 필터링하거나 변환하는 규칙, 이벤트나 장애를 검출하는 규칙을 구비하고, 상기 데이터 분석부는 상기 게이트웨이 응용에서 전송한 데이터를 이용하여 상기 엔드 디바이스가 구축한 장비를 관제 및 분석할 수 있다.
또한, 상기 에지 게이트웨이는 동일한 도메인에 속한 제1 엔드 디바이스의 무선 연결된 노드들의 개수인 연결수를 수집하고, 상기 제1 엔드 디바이스의 연결수가 과다할 경우 기설정된 개수 이하로 연결수를 조절하고, 상기 제1 엔드 디바이스의 최종 연결수를 기초로 상기 제1 엔드 디바이스의 임의의 임시 듀티 사이클을 산출하고, 상기 임시 듀티 사이클, 다른 도메인의 엔드 디바이스의 고정된 값인 고정 듀티 사이클, 및 성능 저하가 임계적으로 발생하지 않는 무선 비송출 구간과 타임 슬롯과의 비율인 임계 슬립율을 기초로 상기 엔드 디바이스의 확정 듀티 사이클을 결정하고, 제2 에지 게이트웨이의 제4 엔드 디바이스의 고정 듀티 사이클에 의해 상기 확정 듀티 사이클이 결정되지 않을 경우, 상기 제2 에지 게이트웨이로 상기 제4 엔드 디바이스의 연결수를 조정하도록 요청할 수 있다.
또한, 상기 에지 게이트웨이는 상기 엔드 디바이스으로부터 제1 데이터를 수신하고, 상기 제1 데이터를 처리하여 제2 데이터로 생성할 수 있으면, 상기 제1 데이터를 기초로 상기 제2 데이터를 생성하고, 상기 제1 데이터를 처리할 수 없는 지, 및 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나를 상기 중앙 서버에 전송해야 하는지 업로드 여부를 판단하고, 상기 업로드 해야 하는 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나를 상기 중앙 서버에 전송하고, 상기 중앙 서버로부터 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 생성된 제3 데이터를 수신할 수 있다.
또한, 상기 에지 게이트웨이는 상기 제1 내지 제3 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제어 명령을 생성하고, 상기 제1 데이터를 처리할 수 없을 경우, 상기 제2 데이터는 상기 제1 데이터와 동일하고, 상기 제3 데이터는 상기 제어 명령을 구비하고, 상기 업로드 여부 판단하는 것과 상기 제1 데이터를 처리하여 제2 데이터로 생성하는 것은 실질적으로 동일하고, 상기 제1 데이터의 처리 가능 여부는 상기 제1 데이터가 분산 처리에 적합한 것인지를 판단하는 것이고, 상기 업로드 판단 하는 것은 상기 제2 데이터를 상기 중앙 서버에 전송해야 하는 것인지 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산업용 IoT 에지 게이트웨이를 구성 및 탐색하는 방법은 상기 엔드 디바이스와 채널을 구축하는 단계; 다양한 통신 프로토콜을 관리하는 엔드 디바이스 접속부에서 상기 엔드 디바이스로부터 상기 에지 데이터를 수신하는 단계; 상기 엔드 디바이스 접속부에 장착된 복수의 통신 모듈 중 상기 에지 데이터를 수신한 통신 모듈을 파악하는 단계; 상기 파악된 통신 모듈이 지원하는 통신 프로토콜을 관리하는 에이전트를 생성하는 단계 상기 수신한 에지 데이터를 상위 레이어 프로토콜로 전환하는 단계; 및 상기 상위 레이어 프로토콜을 IP 기반 프로토콜로 변환하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 엔드 디바이스가 비 IP 기반 프로토콜이면 상기 엔드 디바이스와 연결되는 통신 모듈은 마스터로 기능하도록 하는 단계; 상기 변환된 에지 데이터를 에지 컴퓨팅할 지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 변환된 에지 데이터가 에지 컴퓨팅용 데이터이면 상기 변환된 에지 데이터에 대응하는 응용 서비스를 제공하는 단계를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 엔드 디바이스로부터 제1 데이터를 수신하는 단계; 상기 제1 데이터를 처리하여 제2 데이터로 생성할 수 있으면, 상기 제1 데이터를 기초로 상기 제2 데이터를 생성하는 단계; 상기 제1 데이터를 처리할 수 없는 지, 및 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나를 상기 중앙 서버에 전송해야 하는지 업로드 여부를 판단하는 단계; 상기 업로드 해야 하는 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나를 상기 중앙 서버에 전송하는 단계; 및 상기 중앙 서버로부터 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 생성된 제3 데이터를 수신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제어 명령을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 데이터를 처리할 수 없을 경우, 상기 제2 데이터는 상기 제1 데이터와 동일하고, 상기 제3 데이터는 상기 제어 명령을 구비하고, 상기 업로드 여부 판단 단계와 상기 제1 데이터를 처리하여 제2 데이터로 생성하는 단계는 실질적으로 동일한 것이고, 상기 제1 데이터의 처리 가능 여부는 상기 제1 데이터가 분산 처리에 적합한 것인지를 판단하는 것이고, 상기 업로드 판단 단계는 상기 제2 데이터를 상기 중앙 서버에 전송해야 하는 것인지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에지 게이트웨이의 도메인에 속한 제1 엔드 디바이스의 무선 연결된 노드들의 개수인 연결수를 수집하는 단계; 상기 제1 엔드 디바이스의 연결수가 과다할 경우 기설정된 개수 이하로 연결수를 조절하는 단계; 상기 제1 엔드 디바이스의 최종 연결수를 기초로 상기 제1 엔드 디바이스의 임의의 임시 듀티 사이클을 산출하는 단계; 상기 임시 듀티 사이클, 다른 도메인의 엔드 디바이스의 고정된 값인 고정 듀티 사이클, 및 성능 저하가 임계적으로 발생하지 않는 무선 비송출 구간과 타임 슬롯과의 비율인 임계 슬립율을 기초로 상기 제1 엔드 디바이스의 확정 듀티 사이클을 결정하는 단계; 및 상기 확정 듀티 사이클을 상기 제1 엔드 디바이스으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 제2 에지 게이트웨이의 제4 엔드 디바이스의 고정 듀티 사이클에 의해 상기 확정 듀티 사이클이 결정되지 않을 경우, 상기 제2 에지 게이트웨이로 상기 제4 엔드 디바이스의 연결수를 조정하도록 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 다양한 통신 프로토콜을 가지는 엔드 디바이스를 구성 및 탐색하여, 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
또한, 무선 기기의 무선 송출을 제어하여, 무선 기기 사이의 간섭을 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IoT 게이트웨이 시스템의 블록 다이어그램,
도 2는 도 1의 에지 게이트웨이의 블록 다이어그램,
도 3은 도 2의 외부 접속부의 블록 다이어그램,
도 4는 도 2의 엔드 디바이스 접속부의 블록 다이어그램,
도 5는 도 2의 멀티 프로토콜 적응부의 블록 다이어그램,
도 6은 도 2의 에지 응용부의 블록 다이어그램,
도 7은 도 2의 간섭 완화부의 블록 다이어그램,
도 8은 본 발명에 따른 스마트 팩토리 관리 방법의 순서도,
도 9는 본 발명에 따른 연결성 조절 방법의 순서도, 및
도 10은 본 발명에 따른 산업용 IoT 에지 게이트웨이를 구성 및 탐색하는 방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 에지 게이트웨이의 블록 다이어그램,
도 3은 도 2의 외부 접속부의 블록 다이어그램,
도 4는 도 2의 엔드 디바이스 접속부의 블록 다이어그램,
도 5는 도 2의 멀티 프로토콜 적응부의 블록 다이어그램,
도 6은 도 2의 에지 응용부의 블록 다이어그램,
도 7은 도 2의 간섭 완화부의 블록 다이어그램,
도 8은 본 발명에 따른 스마트 팩토리 관리 방법의 순서도,
도 9는 본 발명에 따른 연결성 조절 방법의 순서도, 및
도 10은 본 발명에 따른 산업용 IoT 에지 게이트웨이를 구성 및 탐색하는 방법의 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. '또는'은 전후 문맥상 논리적 배타합으로 해석될 수 있으나, 일반적으로 '그렇지 않으면', '논리적 배타합' 등의 직접적인 묘사가 없는 한, '및/또는'과 같은 의미, 즉, 논리합으로 해석한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 네트워크 상의 제1 구성요소와 제2 구성요소가 연결되어 있거나 접속되어 있다는 것은, 유선 또는 무선으로 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 데이터를 주고 받을 수 있음을 의미한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 도면 전체를 통하여 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소에 대한 자세한 설명은 전술한 구성요소에 대한 설명으로 대체되어 생략될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적이지 않다. 본 명세서에 기술된 특정 형상, 구조, 기능, 및 특성의 일 실시예는 다른 실시예로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 실시예에서 언급되는 구성요소는 제1 및 제2 실시예의 모든 기능을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IoT 게이트웨이 시스템의 블록 다이어그램, 도 2는 도 1의 에지 게이트웨이의 블록 다이어그램, 도 3은 도 2의 외부 접속부의 블록 다이어그램, 도 4는 도 2의 엔드 디바이스 접속부의 블록 다이어그램, 도 5는 도 2의 멀티 프로토콜 적응부의 블록 다이어그램, 도 6은 도 2의 에지 응용부의 블록 다이어그램, 도 7은 도 2의 간섭 완화부의 블록 다이어그램, 도 8은 본 발명에 따른 스마트 팩토리 관리 방법의 순서도, 도 9는 본 발명에 따른 연결성 조절 방법의 순서도, 및 도 10은 본 발명에 따른 산업용 IoT 에지 게이트웨이를 구성 및 탐색하는 방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, IoT 게이트웨이 시스템은 적어도 하나의 엔드 디바이스(50; 50-1, 50-2), 적어도 하나의 에지 게이트웨이(10, 10-2, 10-3), 및 중앙 서버(90)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 센서 환경에서 에지 게이트웨이의 이종 무선 기기간 간섭 완화를 위한 연결성 조절 장치는 IoT 게이트웨이 시스템을 지칭할 수 있으며, 바람직하게는 IoT 게이트웨이 시스템의 에지 게이트웨이를 지칭할 수 있다.
엔드 디바이스(50)는 산업에서 이용되는 다양한 장치들로서, 센서 디바이스, 액튜에이터, 물리적인 측정 기구, PLC(Logic Controller), DCS(Distributed Control System), OPC(OLE for process control), 및/또는 DBMS(Database Management System) 등이 있을 수 있다. 엔드 디바이스(50)는 이에 한정되지 않고 다양한 장치일 수 있으며, IoT 또는 IIoT의 다양한 사물(thing)일 수 있다.
엔드 디바이스(50)는 장비나 장치의 일부일 수 있으며, 이러한 장비나 장치는 공장 등의 시스템을 구축할 수 있다.
엔드 디바이스(50)는 설비 데이터 및 센서 데이터(이하, '에지 데이터')를 출력할 수 있다. 에지 데이터는 온도, 습도, 밝기, 먼지(탄소), 압력, 진동, 전압, 전류, 평행, 자기, 조도, 근접, 거리, 기울기, 가스, 열감지, 불꽃 감지, 금속 감지, 회전량 등 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 이러한 데이터 생성을 위해, 엔드 디바이스(50)는 온도 센서, 습도 센서, 밝기 센서, 먼지 센서, 압력 센서, 진동 센서, 전압 센서, 전류 센서, 평행 센서, 자기 센서, 조도 센서, 근접 센서, 거리 센서, 기울기 센서, 가스 센서, 열감지 센서, 불꽃 감지 센서, 금속 감지 센서, 홀 센서, 등으로 구현될 수 있다.
엔드 디바이스(50)는 외부와 근거리/원거리 및 유/무선 통신할 수 있으며, 에지 데이터를 외부로 전송할 수 있다.
엔드 디바이스(50)는 장치별로 상이한 통신 프로토콜을 구비할 수 있다. 이에 AP(Acess Point)는 모든 통신 프로토콜을 구비해아 하며, 각 통신 프로토콜에 따른 데이터를 취합할 수 있어야 했는데, 본 발명에 따른 에지 컴퓨팅 기반 IoT 게이트웨이를 이용한 스마트 팩토리 관리 시스템는 이러한 문제를 해결할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 엔드 디바이스(50)의 에지 데이터를 수신하여, 에지 데이터를 처리하거나 외부의 중앙 서버(90)로 전송할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 일반적인 엑세스 포인트를 구현하는 기기 이외에 다양한 장치로 구현되거나, 다양한 장치를 구비할 수 있다. 다양한 장치는 서버, PC, 노트북 검퓨터, 태블릿 PC, 스마트 폰, 등이 있을 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 에지 컴퓨팅을 제공할 수 있다. 에지 컴퓨팅은 분산된 개방형 IT 아키텍처로서 분산된 처리 성능을 제공하여 모바일 컴퓨팅 및/또는 IoT(사물 인터넷) 기술을 지원할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 에지 컴퓨팅을 제공하여, 대기 시간 없이 실시간 데이터 처리를 할 수 있고, 데이터 흐름의 가속화를 지원할 수 있으며, 데이터가 생성될 때 거의 즉각적으로 데이터에 대응하여 대기 시간을 줄일 수 있으며, 효율적인 데이터 처리를 지원함으로써 인터넷 대역폭 사용량을 감소시킬 수 있으며, 퍼블릭 도메인을 이용하지 않아 유용한 보안 서비스를 제공할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 자체적으로 데이터를 처리할 뿐만 아니라, 선별하거나 기설정된 정책에 따라 중앙 서버(90)로 전송할 수 있다.
중앙 서버(90)는 에지 게이트웨이(10)에 연결된 외부 네트워크일 수 있다. 중앙 서버(90)는 인터넷, 서비스를 제공하는 서버, 공장에 배치된 스마트 제조 시스템(MES), ERP(Enterprise resource planning), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 등의 다양한 중앙 서버 플랫폼일 수 있다.
도 2를 참조하면, 에지 게이트웨이(10)는 제어부(100), 외부 접속부(110), 조작부(120), 출력부(130), 저장부(140), 전원공급부(150), 엔드 디바이스 접속부(160), 멀티 프로토콜 적응부(170), 및 에지 응용부(200)를 포함할 수 있다.
조작부(사용자 입력부)(120)는 사용자가 에지 게이트웨이(10)의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다.
출력부(130)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 또는 알람(alarm) 신호의 출력을 위한 것이다. 출력부(130)는 디스플레이 모듈, 및 음향 출력 모듈을 구비할 수 있다.
디스플레이 모듈은 에지 게이트웨이(10)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 디스플레이 모듈(151)은 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
디스플레이 모듈은 엔드 디바이스 접속부(160)를 통해 엔드 디바이스(50)로부터 수신한 생산 현장의 데이터를 표시할 수 있다.
음향 출력 모듈은 외부 접속부(110) 또는 엔드 디바이스 접속부(160)로부터 수신되거나 저장부(140)에 저장된 오디오 데이터를 출력한다. 이러한 음향 출력 모듈에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
저장부(140)는 에지 게이트웨이(10)가 동작하는데 필요한 데이터와 프로그램 등을 저장할 수 있다.
저장부(140)는 에지 게이트웨이(10)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 에지 게이트웨이(10)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다.
응용 프로그램은 저장부(140)에 저장되고, 에지 게이트웨이(10)상에 설치되어, 제어부(100)의 제어에 의하여 에지 게이트웨이(10)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
저장부(140)는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 에지 게이트웨이(10)은 인터넷(internet)상에서 저장부(140)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)를 운영하거나, 또는 상기 웹 스토리지와 관련되어 동작할 수도 있다.
저장부(140)는 엔드 디바이스 접속부(160)를 통해 엔드 디바이스(50)로부터 수신한 생산 현장의 데이터를 저장할 수 있다.
전원 공급부(150)는 제어부(100)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다
도 3을 참조하면, 외부 접속부(110)는 중앙 서버(90)와 유선 또는 무선으로 데이터를 주고 받을 수 있다. 외부 접속부는 근거리 통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, GPS 모듈, 및 이동통신 모듈을 구비할 수 있다.
근거리 통신 모듈은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee) 등이 이용될 수 있다.
무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말한다. 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
GPS(Global Position System) 모듈은 복수 개의 GPS 인공위성으로부터 위치 정보를 수신할 수 있다.
이동통신 모듈은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
외부 접속부(110)는 엔드 디바이스 접속부(160)를 통해 엔드 디바이스(50)로부터 수신한 생산 현장의 데이터를 중앙 서버(90)로 유선 통신 방식 또는 무선 통신 방식에 따라 전송할 수 있다.
외부 접속부(110)는 에지 응용부(200)(특히, 데이터 매니저(173))에서 처리한 에지 데이터를 중앙 서버(90)로 전송하여, 필요한 서비스를 요청하거나 해당 서비스를 받을 수 있다.
외부 접속부(110)는 서버 관리 모듈(111), 데이터 브로커 매니저 모듈(113), 및 데이터 브로커 모듈(115)을 구비할 수 있다.
서버 관리 모듈(111)은 에지 데이터를 중앙 서버(90)의 어느 서비스로 보낼지 관리할 수 있다.
데이터 브로커 매니저 모듈(113)는 에지 데이터가 전송될 중앙 서버 서비스를 관리하는 데이터 브로커(broker) 모듈(115)에 에지 데이터를 전송할 수 있다.
데이터 브로커 모듈(115)은 에지 데이터를 해당 중앙 서버 서비스에 적합하도록 변환할 수 있다. 데이터 브로커 모듈(115)은 MES 데이터 브로커, ERP 데이터 브로커, 중앙 서버 데이터 브로커, 웹 데이터 브로커 등이 있을 수 있다.
각 브로커는 해당 서비스를 하는 서버로 해당 데이터를 전송할 수 있다. 브로커는 번들로 생성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 엔드 디바이스 접속부(160)는 엔드 디바이스(50)와 통신할 수 있다. 엔드 디바이스 접속부(160)는 복수의 엔드 디바이스(50)와 통신할 수 있다.
엔드 디바이스 접속부(160)는 엔드 디바이스(50)가 센싱하여 실시간 전송하는 생산 현장의 데이터를 실시간으로 수집할 수 있다.
상술한 바와 같이, 엔드 디바이스(50)는 임의의 통신 프로토콜을 가질 수 있다. 이에, 엔드 디바이스 접속부(160)는 다양한 통신 프로토콜을 제공할 수 있어야 한다.
엔드 디바이스 접속부(160)는 제조 설비 및 센서의 데이터를 수집하기 위해 다양한 표준 프로토콜, 업계표준, 비표준(센서/설비 제조사가 제공하는) 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 엔드 디바이스 접속부(160)는 PLC(Logic Controller), 범용 비동기화 송수신기(UART), RS-485, USB, RTC, TCP/IP 등을 지원한다. IoT 센서통합모듈(M3)은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 적외선 통신(IrDA), 와이-파이(Wi-Fi) 통신프로토콜을 따르는 무선 통신모듈, 로라(LoRa) 통신프로토콜을 따르는 로라(LoRa) 통신모듈, 3G, LTE, LTE-M 통신프로토콜을 지원할 수 잇다.
엔드 디바이스 접속부(160)는 다양한 통신 모듈을 확장할 수 있는 네트워크 확장 슬롯 모듈(165)을 구비할 수 있다. 통신 모듈은 Wi-Fi 모듈, LoRa 모듈, NB-IoT 모듈, Zigbee 모듈, Bluetooth 모듈, Wi-SUN 모듈, CANbus 모듈, RS-238/485 모듈, Ethernet 모듈 등이 있을 수 있다.
위에서 언급한 통신 모듈 중 일부는 네트워크 확장 슬롯 모듈(165)에 고정 장착되고, 엔드 디바이스(50)의 통신 프로토콜에 따라 네트워크 확장 슬롯 모듈(165)에 나머지 통신 모듈을 추가 장착하여 적절히 통신 프로토콜을 확장할 수 있다. 즉, 나머지 통신 모듈은 네트워크 확장 슬롯 모듈(165)에 탈부착될 수 있다.
도 5를 참조하면, 멀티 프로토콜 적응부(170)는 엔드 디바이스 접속부(160)에서 수신한 에지 데이터를 다른 응용 프로그램이나 중앙 서버 서비스에서 이용할 수 있도록 호환할 수 있다. 멀티 프로토콜 적응부(170)는 에지 데이터를 필요에 따라 또는 정책에 따라 에지 응용부(200) 또는 외부 접속부(110) 중 어느 하나 또는 양측에 전송할 수 있다.
멀티 프로토콜 적응부(170)는 중앙 서버(90)에 전송하는 데이터를 캡슐화 또는 암호화하여 전송하는 것이 바람직하다.
멀티 프로토콜 적응부(170)는 멀티 프로토콜 매니저(171), 데이터 매니저(173), 및 서비스 매니저(175)을 구비할 수 있다.
멀티 프로토콜 매니저(171)는 플러그인 매니저, 각종 에이전트, 및 공통 프로토콜 변환기를 구비할 수 있다.
플러그인 매니저는 네트워크 확장 슬롯 모듈(165)에 장착된 통신 모듈을 파악하여 해당 통신 모듈이 지원하는 통신 프로토콜을 관리하는 에이전트를 생성할 수 있다.
에이전트는 컨테이너나 VM(Virtual Machine)과 같이 가상화되어 생성될 수 있다.
에이전트는 OPC-UA 에이전트, SECS-I 에이전트, HSMS 에이전트, MODBUS 에이전트, PROFINET 에이전트, MQTT 에이전트, CoAP 에이전트, 및 EtherNet-IP 에이전트 등이 있을 수 있다.
공통 프로토콜 변환기는 수신한 에지 데이터를 상위 레이어 프로토콜로 전환하고, 전환된 상위 레이어 프로토콜을 IP 기반 프로토콜로 변환할 수 있다. IP 기반 프로토콜의 에지 데이터는 다른 AIP나 서비스에서 쉽게 이용될 수 있다. 즉, IP 기반 프로토콜의 에지 데이터는 에지 응용부(200)나 중앙 서버(90)에서 사용될 수 있다.
사물인터넷 서비스는 통신기능을 가진 센서 디바이스처럼 낮은 파워, 제약적 메모리, 낮은 프로세스로 구성된 자원 제약적 디바이스 (Constrained Device)를 통해 다양한 정보를 수집하고 이런 정보를 활용하는 응용 서비스가 대다수이다. 자원 제약을 위해, 엔드 디바이스는 비 IP 기반 프로토콜을 이용하는 경우가 많다. 이에, 공통 프로토콜 변환기는 비 IP 기반 프로토콜을 IP 기반 프로토콜로 변환하여, 에지 게이트웨이(10) 내부 또는 중앙 서버(90)에서 에지 데이터를 IP 기반 프로토콜을 기준으로 이용할 수 있다. 특히, 에지 게이트웨이(10)와 중앙 서버(90)는 인터넷으로 연결되는 경우가 많으므로 유용하다.
네트워크 확장 슬롯 모듈(165) 중 비 IP 기반 프로토콜의 엔드 디바이스(50)와 통신하는 통신 모듈은 마스터 기능을 수행하고, 비 IP 기반 프로토콜의 엔드 디바이스(50)는 슬레이브로서 기능할 수 있다.
데이터 매니저(173)는 멀티 프로토콜 매니저(171)로부터 수신한 에지 데이터를 관리할 수 있다. 데이터 매니저(173)는 에지 데이터를 에지 컴퓨팅할 지 여부를 판단할 수 있다. 에지 컴퓨팅할 에지 데이터라고 판단하면, 데이터 매니저(173)는 에지 데이터를 서비스 매니저(175)로 전달할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 데이터 매니저(173)는 외부 접속부(110)로 에지 데이터를 전송할 수 있다.
서비스 매니저(175)는 다양한 API에 에지 데이터를 전달하는 관리 기능을 할 수 있다. 서비스 매니저(175)는 인증(Authenticator), 서비스 API 제어 등을 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 에지 응용부(200)는 여러 응용을 구동할 수 있다. 에지 응용부(200)는 에지 게이트웨이(10)가 에지 컴퓨팅 기능하도록 하는 중추적인 부분일 수 있다.
에지 응용부(200)는 중앙 서버 플랫폼 및 기업 전산시스템(MES 등)에서 제공하는 데이터 처리, 분석 및 관제 기능의 일부를 제조 현장의 설비/센서들과 근거리에 처리함으로써, 스마트 공장 응용 서비스 성능 개선할 수 수 있다.
에지 응용부(200)는 다양한 센서/설비에서 수집되는 데이터를 지능적으로 필터링/결합/보정/분석 처리하여, 스마트 공장 어플리케이션이나 서비스, 시스템의 성능 개선을 위한 edge computing 개념이 적용될 수 있다.
에지 응용부(200)는 데이타를 자체적으로 처리하거나 외부 접속부(110)를 통해 외부의 다양한 장치를 통해 분산 처리할 수 있다.
에지 응용부(200)는 게이트웨이 응용(210) 및 데이터 분석부(260)를 포함할 수 있다.
게이트웨이 응용(210)은 에지 룰 엔진(220), 에지 데이터 핸들러(230), 및 에지 리얼 타임 서비스(240)를 구비할 수 있다.
에지 룰 엔진(220)은 에지 데이터를 처리를 위한 룰(rule)을 등록, 변경, 또는 삭제할 수 있다. 룰은 에지 데이터를 포함하는 데이터를 보정하거나 결함을 수정하는 규칙, 데이터를 필터링하거나 변환하는 규칙, 이벤트나 장애를 검출하는 규칙 등이 있을 수 있다. 에지 데이터 핸들러(230)는 룰에 따라 데이터를 전처리하거나 필터링, 및/또는 보정할 수 있다. 에지 리얼 타임 서비스(240)는 룰을 관리하고 이벤트나 장애를 검출할 수 있도록 실시간으로 동작하며 다른 구성요소나 데이터를 제어할 수 있다.
데이터 분석부(260)는 게이트웨이 응용(210)에서 전송한 데이터를 이용하여 엔드 디바이스(50)나 엔드 디바이스(50)가 구축한 장비/시스템을 관제하거나 분석할 수 있다.
데이터 분석부(260)는 빅데이터 플랫폼(270), 에지 분석 모듈(280), 및 에지 진단 모듈(290)을 구비할 수 있다.
빅데이터 플랫폼(270)은 데이터를 수집 및/또는 저장할 수 있다. 빅데이터 플랫폼(270)은 데이터를 전처리하며 분석할 수 있다. 빅데이터 플랫폼(270)은 빅 데이터를 처리하기 위한 운영체제를 구비할 수 있다. 에지 분석 모듈(280)는 관제 및/또는 분석을 위한 머신러닝을 분석하거나 모델을 개발할 수 있다. 에지 분석 모듈(280)는 빅 데이터 기반으로 설비/센서 데이터 저장하고 플랫폼 구축할 수 있다. 에지 분석 모듈(280)는 머신러닝 데이터 분석 알고리즘(RNN, LSTM, CNN 등) 선택하거나 이를 응용 설계할 수 있다. 에지 분석 모듈(280)은 분석 알고리즘 학습하거나 적합성을 검증할 수 있다.
에지 진단 모듈(290)은 산업 현장을 모니터링하고 예지보전 기능을 설계할 수 있다. 에지 진단 모듈(290)는 모니터링 대상 설비/센서/데이터 선정하고, 모니터링 정책을 설계할 수 있다. 에지 진단 모듈(290)는 설비/공정 상태에 영향을 미치는 공정변수 정의할 수 있다. 에지 진단 모듈(290)는 통계 분석 기반의 센싱 데이터 분석 및 예측 기술을 설계할 수 있다. 에지 진단 모듈(290)는 머신러닝 분석 알고리즘을 적용한 예지보전 기능 설계할 수 있다.
에지 진단 모듈(290)는 스마트 폰, 태플릿 PC 등의 이동 단말에서의 원격 관제 기능을 설계할 수 있다.
제어부(100)는 통상적으로 상기 각부의 동작을 제어하여 에지 게이트웨이(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(100)는 상기 저장부(140)에 저장된 프로그램 및 데이터를 이용하여 에지 게이트웨이(10)의 전반적인 제어 기능을 실행할 수 있다. 제어부(100)는 RAM, ROM, CPU, GPU, 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다.
도 10을 참조하면, 엔드 디바이스 접속부(160)의 네트워크 확장 슬롯 모듈(165)의 통신 모듈은 복수의 엔드 디바이스(50) 중 제1 엔드 디바이스(50-1)와 채널을 구축할 수 있다(S710).
다양한 통신 프로토콜을 관리하는 엔드 디바이스 접속부(160)는 제1 엔드 디바이스(50-1)로부터 에지 데이터를 수신할 수 있다(S715).
멀티 프로토콜 적응부(170)는 엔드 디바이스 접속부(160)에 장착된 복수의 통신 모듈 중 에지 데이터를 수신한 제1 통신 모듈을 파악할 수 있다(S720).
멀티 프로토콜 매니저(171)는 파악된 통신 모듈이 지원하는 통신 프로토콜을 관리하는 에이전트를 생성할 수 있다(S730).
멀티 프로토콜 매니저(171)는 수신한 에지 데이터를 상위 레이어 프로토콜로 전환할 수 있다(S735). 멀티 프로토콜 매니저(171)는 상위 레이어 프로토콜을 IP 기반 프로토콜로 변환할 수 있다(S740).
제1 엔드 디바이스(50-1)가 비 IP 기반 프로토콜이면 제1 엔드 디바이스(50-1)와 연결되는 제1 통신 모듈은 마스터로 기능할 수 있다(S745).
데이터 매니저(173)는 변환된 에지 데이터를 에지 컴퓨팅할 지 여부를 판단할 수 있다(S750). 변환된 에지 데이터가 에지 컴퓨팅용 데이터이면, 서비스 매니저(175)는 변환된 에지 데이터에 대응하는 응용 서비스를 제1 엔드 디바이스(50-1)에 제공할 수 있다(S755).
도 8을 참조하면, 에지 게이트웨이(10)는 중앙 서버(90)에 연결(S510)되고, 엔드 디바이스(50)와 연결(S515)될 수 있다. 에지 게이트웨이(10)는 중앙 서버(90)에 연결된 중에, 엔드 디바이스(50)에 연결될 수 있다. 에지 게이트웨이(10)는 유선 또는 무선으로 중앙 서버(90)에 연결될 수 있으며, 무선으로 엔드 디바이스(50)에 연결될 수 있다. 이후의 데이터는 에지 데이터로서, 비 IP 기반 프로토콜이면 IP 기반 프로토콜로 변환된 데이터로 취급한다.
엔드 디바이스(50)는 에지 게이트웨이(10)로 제1 데이터(data1)를 전송할 수 있다(S520). 이를 위해, 엔드 디바이스(50)가 제1 데이터(data1)를 수집할 수 있다. 제1 데이터(data1)는 엔드 디바이스(50)의 외부 환경에 대한 센싱 데이터 또는 엔드 디바이스(50)에 대한 상태 데이터, 또는 엔드 디바이스(50)의 동작에 요구되는 요청 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 엔드 디바이스(50)로부터 수신되는 제1 데이터(data1)를 처리할 수 있다(S525). 에지 게이트웨이(10)는 제1 데이터(data1)에 기반하여, 제2 데이터(data2)를 생성할 수 있다. 제2 데이터(data2)는 제1 데이터(data1)에 대한 처리 결과 또는 엔드 디바이스(50)를 위한 요청 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 제1 데이터(data1)를 처리(S525)하면서, 제1 데이터(data1) 및/또는 제2 데이터(data2)를 중앙 서버(90)에 업로드 해야 하는지 판단할 수 있다(S530).
제1 데이터(data1)가 중앙 서버(90)로 업로드해야 하는 데이터인 경우, 에지 게이트웨이(10)는 제2 데이터(data2)를 중앙 서버(90)에 전송할 수 있다(S535). 이 때, 제2 데이터(data2)는 제1 데이터(data1)와 동일할 수 있다.
제2 데이터(data2)를 중앙 서버(90)에 업로드해야 할 경우, 에지 게이트웨이(10)는 제2 데이터(data2)를 중앙 서버(90)에 전송할 수 있다(S535). 이 경우, 제2 데이터(data2)는 제1 데이터(data1)에 기초하여 생성된 것으로 제1 데이터(data1)와 상이할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 중앙 서버(90)로부터 제3 데이터(data3)를 수신할 수 있다(S540). 제3 데이터(data3)는 제1 및 제2 데이터(data2) 중 적어도 하나에 기초하여 생성될 수 있다.
에지 게이트웨이(10)의 제1 데이터(data1) 처리(S525) 및 업로드 여부 판단(S539)은 동시에 실행거나, 업로드 여부 판단(S539)이 제1 데이터(data1) 처리(S525) 보다 먼저 실행될 수 있다. 즉, 제1 데이터(data1)를 분산 처리 시도하면서, 분산 처리가 불가능한 것인지 분산 처리한 결과물인 제2 데이터(data2)를 중앙 서버(90)에 업로드 해야 하는지 판단할 수 있다.
중앙 서버(90)는 에지 게이트웨이(10)로부터 수신되는 제1 및/또는 제2 데이터(data1/2)를 처리하여, 제1 및 제2 데이터(data1/2)에 대응하는 제3 데이터(data3)를 생성할 수 있다. 제3 데이터(data3)는 제2 데이터(data2)에 대한 처리 결과 또는 엔드 디바이스(50)를 위한 요청에 대한 응답 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
중앙 서버(90)는 기계 학습(machine learning)된 모델을 이용하여, 제1 및 제2 데이터(data1/2) 중 적어도 하나로부터 제3 데이터(data3)를 생성 할 수 있다. 중앙 서버(90)는 제2 데이터(data2)로 기계 학습을 수행하여, 기계 학습된 모델을 업데이트할 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 엔드 디바이스(50)를 위한 제어 명령을 생성할 수 있다. 에지 게이트웨이(10)는 제1 데이터(data1) 내지 제3 데이터(data3) 중 적어도 어느 하나에 기반하여, 제어 명령을 생성할 수 있다.
제어 명령은 엔드 디바이스(50)의 움직임을 제어하기 위한 것일 수 있으며, 소프트웨어 업데이트를 위한 것일 수 있다.
에지 게이트웨이(10)는 엔드 디바이스(50)로 제어 명령을 전송할 수 있다(S550).
엔드 디바이스(50)는 제어 명령에 따라 구동할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, IoT 환경은 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth) 및 WIFI 등이 포함될 수 있다. 엔드 디바이스(50)는 무선 통신하는 보안 장비, 가전 기기, PC, 무선 마우스, 스마트폰, 및 센서 디바이스 등의 장비들 중 어느 한 무선 기기일 수 있다. 엔드 디바이스(50)가 다른 제2, 제3의 엔드 디바이스(50-2,3) 등에 연결되거나, 연결된 에지 게이트웨이(10)이 외에 분산 컴퓨팅으로 다른 제2, 제3의 에지 게이트웨이(10-2,3)에 연결될 수 있다. 이러한 무선 기기인 엔드 디바이스(50)들이 제한된 동일한 지역에서 동일 대역의 주파수를 이용하는 경우, 서로 간섭을 일으킬 수 있다. 아울러, 동종의 무선 통신 표준을 사용하는 무선 기기들 사이에는 상호 데이터 전송 방식을 제어하여 간섭을 줄일 수 있지만, 이종의 무선 통신 표준을 사용하는 무선 기기들 사이에는 이러한 제어가 어렵다. 본 발명에 따른 엔드 디바이스(50), 즉, IoT 센서 환경에서 에지 게이트웨이의 이종 무선 기기간 간섭 완화를 위한 연결성 조절 장치는 이러한 간섭을 완화하거나 제거할 수 있다. 이를 위해, IoT 게이트웨이 시스템은 간섭 완화부(300)를 더 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 간섭 완화부(300)는 연결수 제어 모듈(310), 듀티 사이클 산출부(320), 무선 송출 스케줄부(330), 및 업데이트부(340)를 구비할 수 있다.
도 9를 참조하면, 연결수 제어 모듈(310)는 복수의 엔드 디바이스(50, 50-1, 50-2) 각각이 무선 연결된 노드들의 개수(연결수)를 각 엔드 디비이스 별로 수집할 수 있다(S610).
연결수 제어 모듈(310)은 특정 엔드 디바이스(50)에 연결된 연결수가 과다하거나 매우 적을 경우, 그 연결수를 적정한 개수로 조절할 수 있다(S615). 적정수는 엔드 디바이스(50)의 종류, 중요도, 사용량 등을 기초로 엔드 디바이스 별로 결정될 수 있다.
듀티 사이클 산출부(320)는 최종 결정된 각 엔드 디바이스들의 연결수를 기초로 임시 듀티 사이클(D/C_t)을 산출할 수 있다(S620). 임시 듀티 사이클(D/C_t)은 기설정된 타임 슬롯, 총 연결수, 및 특정 엔드 디바이스(50)의 연결수를 기초로, 특정 엔드 디바이스(50)(이하, 해당 도면부호 '50'은 특정 디바이스로 간주하고 '특정' 용어 생략)의 임시 듀티 사이클(D/C_t)를 결정할 수 있다. 타임 슬롯은 통신을 개시하는 듀티와 통신을 하지 않는 슬립 중 어느 하나를 선택하는 슬롯들로 이루어질 수 있다. 타임 슬롯은 기설정되어 고정된 값을 가지나, 사용자나 정책에 의해 변동될 수 있다.
듀티 사이클 산출부(320)는 임시 듀티 사이클(D/C_t)을 기초로 엔드 디바이스(50)의 확정된 확정 듀티 사이클(D/C_e)를 결정할 수 있다(S635).
확정 듀티 사이클(D/C_e)을 결정함에 있어서, 듀티 사이클 산출부(320)는 다른 엔드 디바이스, 예를 들어 제4 엔드 디바이스(50-4)의 고정 듀티 사이클(D/C_f)를 고려할 수 있다(S625). 이 때, 제4 엔드 디바이스(50-4)는 제2 에지 게이트웨이(10-2)의 메인 제어를 받는 장치일 수 있다. 듀티 사이클의 동기화를 위해, 에지 게이트웨이(10)가 메인으로 관리하지 않는 엔드 디바이스의 듀티 사이클은 수정하지 않는 것이 바람직하기 때문이다. 도 1을 참조하면, 실선은 직접 제어하고 제어받는 노드들 간의 관계(동일 도메인(네트워크))를 표시하고, 점선은 직접 제어하지는 않고 분산 컴퓨팅을 위한 연결(타 도메인(네트워크))을 의미할 수 있다.
듀티 사이클 산출부(320)는 티임 슬롯의 총 슬롯수 중 다른 도메인에 속한 엔드 디바이스의 고정 듀티 사이클(D/C_f)을 제외하고 엔드 디바이스(50)의 듀티 사이클을 결정하는 것이 바람직하다.
듀티 사이클 산출부(320)는 확정 듀티 사이클(D/C_e)을 결정함에 있어서, 엔드 디바이스(50)의 슬립율이 임계 슬립율 미만이 되도록 조절할 수 있다(S630). 임계 슬립율은 엔드 디바이스가 무선 송출을 하지 않을 경우, 해당 엔드 디바이스나 전체 시스템의 정상 동작을 하지 않는 최소 슬립율을 의미한다. 슬립율은 총 슬롯 중 무선 송출하지 않는 슬롯 수를 의미한다.
듀티 사이클 산출부(320)은 제4 엔드 디바이스(50-4)의 고정 듀티 사이클(D/C_f)와 엔드 디바이스(50)의 임계 슬립율에 의해, 확정 듀티 사이클(D/C_e)이 결정되지 않을 경우, 연결수 제어 모듈(310)에 엔드 디바이스(50)의 연결수가 조정되도록 할 수 있다. 필요시 제어부(100)는 다른 게이트웨이와 통신하여, 제2 에지 게이트웨이(10-2)의 제4 엔드 디바이스(50-4)의 연결수가 조정되도록 할 수 있다.
무선 송출 스케줄부(330)는 듀티 사이클 산출부(320)에서 결정한 각 엔드 디바이스(동일 도메인)의 확정 듀티 사이클(D/C_e)들을 해당 엔드 디바이스로 전송할 수 있다. 엔드 디바이스(50)는 수신한 확정 듀티 사이클(D/C_e)을 기초로 무선 송출을 조절할 수 있다. 이에 의해, 엔드 디바이스 사이에 간섭이 발생되지 않게 될 수 있다. 확정 듀티 사이클(D/C_e)은 타임슬롯 정보, 시간 동기(sync)용 정보, 및 엔드 디바이스(50)의 무선 송출 시간이나 주기 정보를 구비할 수 있다.
업데이트부(340)는 네트워크에 엔드 디바이스가 추가 또는 제거되는 경우, 엔드 디바이스의 연결수를 업데이트할 수 있다.
상기 본 발명은 하드웨어 또는 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 구현은 상기 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 즉, 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터가 읽을 수 있는 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 및 기타 데이터 등 정보 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로서 구현된 모든 저장 가능한 매체를 포함하는 것으로, 휘발성/비휘발성/하이브리드형 메모리 여부, 분리형/비분리형 여부 등에 한정되지 않는다. 통신 저장 매체 는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호 또는 전송 메커니즘, 임의의 정보 전달 매체 등을 포함한다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
50: 엔드 디바이스
10: 에지 게이트웨이
90: 중앙 서버 100: 제어부
110: 외부 접속부 160: 엔드 디바이스 접속부
170: 멀티 프로토콜 적응부 200: 에지 응용부
90: 중앙 서버 100: 제어부
110: 외부 접속부 160: 엔드 디바이스 접속부
170: 멀티 프로토콜 적응부 200: 에지 응용부
Claims (6)
- 센서 데이터 및 설비 데이터 중 적어도 하나를 구비하는 에지 데이터를 생성하는 엔드 디바이스로부터 에지 데이터를 수신하여 상기 에지 데이터를 처리하고, 중앙 서버 서비스, 웹 서비스, 스마트 제조 시스템(MES) 서비스, 및 ERP 서비스 중 적어도 어느 한 서비스를 제공하는 중앙 서버에 상기 에지 데이터를 전송하는 산업용 IoT 에지 게이트웨이로서,
상기 엔드 디바이스로부터 상기 에지 데이터를 수신하고, 다양한 통신 프로토콜을 관리하는 엔드 디바이스 접속부; 및
상기 수신한 에지 데이터를 기설정된 정책에 따라 내부의 응용 프로그램 및 외부의 상기 중앙 서버 중 적어도 어느 한 곳으로 전송하는 멀티 프로토콜 적응부;를 포함하고,
상기 엔드 디바이스 접속부는 다양한 통신 모듈을 장착하여 통신 환경을 확장하는 네트워크 확장 슬롯 모듈을 구비하고,
상기 통신 모듈 중 일부는 상기 네트워크 확장 슬롯 모듈에 고정 장착되고, 상기 통신 모듈 중 나머지는 상기 네트워크 확장 슬롯 모듈에 탈부착되고,
상기 멀티 프로토콜 적응부는
상기 네트워크 확장 슬롯 모듈에 장착된 상기 통신 모듈을 파악하여 상기 파악된 통신 모듈이 지원하는 통신 프로토콜을 관리하는 에이전트;
상기 에이전트를 생성하는 플러그인 매니저; 및
상기 수신한 에지 데이터를 상위 레이어 프로토콜로 전환하고, 상기 상위 레이어 프로토콜을 IP 기반 프로토콜로 변환하는 공통 프로토콜 변환기를 구비하고,
상기 엔드 디바이스가 비 IP 기반 프로토콜이면 상기 엔드 디바이스와 연결되는 통신 모듈은 마스터로 기능하는, 산업용 IoT 에지 게이트웨이. - 제 1 항에 있어서,
상기 멀티 프로토콜 적응부으로부터 수신한 에지 데이터를 이용하여 응용 프로그램을 구동하여 응용 서비스를 제공하는 에지 응용부; 및
상기 멀티 프로토콜 적응부으로부터 수신한 에지 데이터를 상기 중앙 서버로 전송하는 통신부을 더 포함하고,
상기 멀티 프로토콜 적응부는,
상기 멀티 프로토콜 매니저로부터 수신한 상기 에지 데이터를 관리하고, 상기 에지 데이터를 에지 컴퓨팅할 지 여부를 판단하는 데이터 매니저; 및
상기 에지 데이터가 에지 컴퓨팅용 데이터이면 상기 에지 데이터를 수신하여 응용 서비스를 제공하는 서비스 매니저를 더 구비하고,
상기 에지 응용부는 게이트웨이 응용 및 데이터 분석부을 구비하고,
상기 게이트웨이 응용은,
상기 에지 데이터를 처리를 위한 룰(rule)을 등록, 변경, 또는 삭제하는 에지 룰 엔진;
상기 룰에 따라 상기 에지 데이터를 전처리, 필터링, 및 보정하는 에지 데이터 핸들러; 및
상기 룰을 관리하고 이벤트나 장애를 검출하는 에지 리얼 타임 서비스을 구비하고,
상기 룰은 상기 에지 데이터를 보정하고 결함을 수정하는 규칙, 데이터를 필터링하거나 변환하는 규칙, 이벤트나 장애를 검출하는 규칙을 구비하고,
상기 데이터 분석부는 상기 게이트웨이 응용에서 전송한 데이터를 이용하여 상기 엔드 디바이스가 구축한 장비를 관제 및 분석하는, 산업용 IoT 에지 게이트웨이. - 제 1 항에 있어서,
상기 에지 게이트웨이는
동일한 도메인에 속한 제1 엔드 디바이스의 무선 연결된 노드들의 개수인 연결수를 수집하고,
상기 제1 엔드 디바이스의 연결수가 과다할 경우 기설정된 개수 이하로 연결수를 조절하고,
상기 제1 엔드 디바이스의 최종 연결수를 기초로 상기 제1 엔드 디바이스의 임의의 임시 듀티 사이클을 산출하고,
상기 임시 듀티 사이클, 다른 도메인의 엔드 디바이스의 고정된 값인 고정 듀티 사이클, 및 성능 저하가 임계적으로 발생하지 않는 무선 비송출 구간과 타임 슬롯과의 비율인 임계 슬립율을 기초로 상기 엔드 디바이스의 확정 듀티 사이클을 결정하고,
제2 에지 게이트웨이의 제4 엔드 디바이스의 고정 듀티 사이클에 의해 상기 확정 듀티 사이클이 결정되지 않을 경우, 상기 제2 에지 게이트웨이로 상기 제4 엔드 디바이스의 연결수를 조정하도록 요청하는, 산업용 IoT 에지 게이트웨이. - 제 1 항에 있어서,
상기 에지 게이트웨이는
상기 엔드 디바이스으로부터 제1 데이터를 수신하고,
상기 제1 데이터를 처리하여 제2 데이터로 생성할 수 있으면, 상기 제1 데이터를 기초로 상기 제2 데이터를 생성하고,
상기 제1 데이터를 처리할 수 없는 지, 및 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나를 상기 중앙 서버에 전송해야 하는지 업로드 여부를 판단하고,
상기 업로드 해야 하는 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나를 상기 중앙 서버에 전송하고,
상기 중앙 서버로부터 상기 제1 및 제2 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 생성된 제3 데이터를 수신하는, 산업용 IoT 에지 게이트웨이. - 제 4 항에 있어서,
상기 에지 게이트웨이는
상기 제1 내지 제3 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제어 명령을 생성하고,
상기 제1 데이터를 처리할 수 없을 경우, 상기 제2 데이터는 상기 제1 데이터와 동일하고,
상기 제3 데이터는 상기 제어 명령을 구비하고,
상기 업로드 여부 판단하는 것과 상기 제1 데이터를 처리하여 제2 데이터로 생성하는 것은 실질적으로 동일하고,
상기 제1 데이터의 처리 가능 여부는 상기 제1 데이터가 분산 처리에 적합한 것인지를 판단하는 것이고,
상기 업로드 판단 하는 것은 상기 제2 데이터를 상기 중앙 서버에 전송해야 하는 것인지 판단하는, 산업용 IoT 에지 게이트웨이. - 센서 데이터 및 설비 데이터 중 적어도 하나를 구비하는 에지 데이터를 생성하는 엔드 디바이스로부터 에지 데이터를 수신하여 상기 에지 데이터를 처리하고, 중앙 서버 서비스, 웹 서비스, 스마트 제조 시스템(MES) 서비스, 및 ERP 서비스 중 적어도 어느 한 서비스를 제공하는 중앙 서버에 상기 에지 데이터를 전송하는 산업용 IoT 에지 게이트웨이를 구성 및 탐색하는 방법으로서,
상기 엔드 디바이스와 채널을 구축하는 단계;
다양한 통신 프로토콜을 관리하는 엔드 디바이스 접속부에서 상기 엔드 디바이스로부터 상기 에지 데이터를 수신하는 단계;
상기 엔드 디바이스 접속부에 장착된 복수의 통신 모듈 중 상기 에지 데이터를 수신한 통신 모듈을 파악하는 단계;
상기 파악된 통신 모듈이 지원하는 통신 프로토콜을 관리하는 에이전트를 생성하는 단계
상기 수신한 에지 데이터를 상위 레이어 프로토콜로 전환하는 단계; 및
상기 상위 레이어 프로토콜을 IP 기반 프로토콜로 변환하는 단계;를 포함하는, 산업용 IoT 에지 게이트웨이를 구성 및 탐색하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210194331A KR20230103434A (ko) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210194331A KR20230103434A (ko) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230103434A true KR20230103434A (ko) | 2023-07-07 |
Family
ID=87153666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210194331A KR20230103434A (ko) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 산업용 IoT 에지 게이트웨이 및 이를 구성 및 탐색하는 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230103434A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190079917A (ko) | 2017-12-28 | 2019-07-08 | (주)시그너스 | 산업용 IoT 기반 설비데이터와 센서데이터 취득 시스템 및 장치 |
-
2021
- 2021-12-31 KR KR1020210194331A patent/KR20230103434A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190079917A (ko) | 2017-12-28 | 2019-07-08 | (주)시그너스 | 산업용 IoT 기반 설비데이터와 센서데이터 취득 시스템 및 장치 |
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