WO2018101803A1 - 주파수 기반의 웨이크업 장치 및 이를 이용하는 센서 통신 장치 - Google Patents

주파수 기반의 웨이크업 장치 및 이를 이용하는 센서 통신 장치 Download PDF

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WO2018101803A1
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communication device
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sensor communication
frequency
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Inventor
오훈
띠엔 웬짱
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울산대학교 산학협력단
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a frequency-based wake-up device, and more particularly, to a frequency-based wake-up device and a sensor communication device using the same, which can perform a remote activation operation of a sensor communication device in various forms without a separate power consumption. will be.
  • wireless sensor network (WSN) technology which is the basis of the ubiquitous technology, is gradually developing.
  • Wireless sensor networks also commonly referred to as USNs (Ubiquitos Sensor Networks)
  • USNs Ubiquitos Sensor Networks
  • a small device that is, a network composed of sensor communication devices.
  • such a sensor network is used to collect information about the surrounding environment for various purposes such as military, logistics, and medical rather than a means of communication.
  • the sensor network is provided in a location that is not easily accessible to humans, and by sensing the temperature and humidity of the provided location, it is possible to solve the difficulty of manpower is used to report the environmental situation, u It is a technology that has endless possibilities of use, such as installing a sensor communication device around a patient such as health care service to periodically monitor the patient's situation from the outside.
  • the wireless sensor network is wireless, and accordingly, the sensor communication device does not receive power by wire, and it is common to use a battery.
  • the remaining power of the battery increases as the number of sensor communication devices increases. A lot of time and manpower are wasted on checking and replacing dead batteries.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0065152 discloses a technology for separately providing a wake-up device and activating a sensing communication device only when the wake-up device receives a wake-up signal from an external device.
  • the wakeup device since the wakeup device must continuously maintain the operating state in order to receive and analyze the wakeup signal, power consumption by the wakeup device occurs.
  • the conventional method converts the entire received RF signal into digital and then determines whether it is a wake-up signal. This method has a problem of using a large amount of power.
  • the present invention provides a frequency-based wake-up device and a sensor communication device using the same to enable the remote activation operation of the sensor communication device in more various forms without a separate power consumption. I would like to.
  • a frequency for receiving and transmitting a radio signal including a first signal and a second signal and frequency-voltage conversion of the first signal to generate and provide a driving voltage A voltage converter;
  • a decoder configured to decode the second signal and extract ID information of a sensor communication device;
  • the wireless signal is an RF signal
  • the wake-up signal is a preamble area that is the first signal as a digital signal; And a data area in which the second signal is converted.
  • the frequency-voltage converter is configured to generate the driving voltage by frequency-voltage converting the first signal.
  • the first signal has a length that varies according to the magnitude of the driving voltage.
  • the wireless signal further includes a third signal, wherein the wakeup signal further includes a wakeup mode region including wakeup mode information of the sensor communication device as the third signal is converted, and the decoding unit When the wireless signal is the wakeup signal, the wakeup mode information may be extracted by decoding the third signal.
  • the signal processor may further include a function of determining a wakeup mode of the sensor communication device based on the wakeup mode information.
  • the signal processing unit compares the ID information of the sensor communication device extracted through the decoding unit with the ID information of the pre-stored sensor communication device and transmits the same wireless signal to the other sensor communication device when the signal is different. It features.
  • the frequency-to-voltage converter When the same radio signal as the radio signal is transmitted to another sensor communication device, the frequency-to-voltage converter generates the drive voltage by frequency-voltage converting the first signal, and the first signal corresponds to the magnitude of the drive voltage. It is characterized by having a variable length according to.
  • the frequency-to-voltage converter includes a signal preprocessor configured to band pass filter and remove noise of the radio signal based on a transmission frequency band of the radio signal; A rectifier for rectifying the output of the signal preprocessor; A smoothing unit generating a DC voltage by smoothing the output of the rectifying unit; And a voltage stabilizer for stabilizing and outputting the DC voltage output from the smoothing unit.
  • an antenna for receiving a radio signal comprising a first signal and a second signal;
  • a sensor driver configured to collect and provide sensing information through a sensor, and to actively change an operation mode according to a frequency of use of the sensor; And generating a self driving voltage by frequency-voltage converting the first signal, extracting ID information of a sensor communication device from the second signal, and comparing the ID signal with previously stored sensor communication device ID information.
  • a sensor communication device is provided that includes a wake-up device for forcing an operation mode to a normal mode.
  • the wireless signal further includes a third signal
  • the wakeup device further extracts wakeup mode information from the third signal, and then subdivids and controls an operation mode of the sensor driver according to the extracted wakeup mode. It further comprises a function.
  • the wakeup device extracts ID information of a sensor communication device from the second signal and then compares the ID information of the sensor communication device with previously stored sensor communication device ID information, transmitting the same signal as the wireless signal to another sensor communication device. Characterized in that.
  • the frequency-based wake-up device of the present invention and a sensor communication device using the same allow the power consumption to be minimized by generating the self power by changing the frequency-voltage of the first signal of the wireless signal.
  • the present invention allows the wake-up device to receive and analyze the wake-up signal including the wake-up mode information, thereby enabling the wake-up device to simply determine whether to activate the sensor communication device through the wake-up signal. This gives you fine control over whether it will be activated.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a sensor network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a wakeup signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a wake-up device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a wake up signal according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed configuration of a wake-up device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a sensor network according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor network of the present invention includes a remote control device 100 and at least one sensor communication device 200, each of the sensor communication device 200 and the antenna 210 for transmitting and receiving wireless signals and
  • the sensor collects and provides sensing information, but receives and analyzes a wake-up signal provided from the remote control apparatus 100 in addition to the sensor driver 220 that actively varies an operation mode according to the frequency of use of the sensor. Accordingly, the wake-up device 230 forcibly setting the operation mode of the sensor driver 220 to the normal mode is provided separately.
  • each sensor communication device 200 includes a wake-up device 230 forcibly releasing the sleep mode of the sensor communication device 200 in response to the wake-up signal provided by the remote control device 100.
  • the dormant state of each sensor communication device 200 may be released through an external device called the remote control device 100.
  • the wakeup device 230 enables the wakeup device driving power to be produced by itself through a radio signal, thereby preventing the waste of power generated by the wakeup device 230 from occurring in advance.
  • the wireless signal is an RF signal, that is, an analog signal. It is also divided into a first signal and a second signal.
  • the wakeup signal is a digital signal and includes a preamble area, which is the first signal, and a data area, in which the second signal is converted, as shown in FIG.
  • the preamble area is shown as digital, but this is exemplarily shown to show that the wakeup signal is a digital signal.
  • only the second signal portion is decoded and converted to digital, and the preamble area is in the RF signal stage. It is used to generate the drive voltage of the wakeup device.
  • ID information of a sensor communication device that is an operation activation target is stored.
  • the first signal is frequency-voltage-converted to generate the wake-up device driving power, and the size or length of the first signal for this purpose is adjustable according to the magnitude of the wake-up device driving power.
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a wake-up device according to an embodiment of the present invention.
  • the wakeup device 230 of the present invention may include a frequency-voltage converter 231, a decoder 232, a signal processor 233, and the like.
  • the frequency-voltage converter 231 performs a frequency-voltage conversion operation based on the first signal of the wireless signal received through the antenna 210 to generate a DC voltage for driving the wakeup device.
  • the frequency-to-voltage converter 231 of the present invention may include a signal preprocessor 231-1, a rectifier 231-2, a smoothing unit 231-3, a voltage stabilizer 231-4, and the like.
  • the signal preprocessor 231-1 performs band pass filtering on various wireless signals received through the antenna 210 to selectively output only wireless signals having a transmission frequency band of the wakeup signal. Noise cancellation also eliminates the harmonic noise contained in bandpass filtered wireless signals.
  • the rectifier 231-2 rectifies the signal output from the signal preprocessor 231-1, and the smoother 231-3 removes the AC voltage remaining in the output signal of the rectifier 231-2 to smooth the signal. Output only DC components.
  • the voltage stabilizer 231-4 regulates the DC voltage from the smoothing unit 231-3 to output a DC voltage having a constant voltage value regardless of external conditions.
  • the decoding unit 232 is activated by a DC voltage provided by the frequency-voltage converter 231, and decodes the second signal of the wireless signal to extract ID information ID dec .
  • the signal processor 233 is also operationally activated by the DC voltage provided by the frequency-voltage converter 231. And store and manage ID information ID of the sensor communication device allocated to the wake-up device 230, and store ID information ID dec of the sensor communication device extracted by the decoding unit 232 and the pre -stored sensor communication device. After comparing the ID information (ID) of the, and only if the same request to activate the sensor communication device 200.
  • the sensor driver 220 (particularly, the MCU 222) operating in the dormant state controls the power supply unit 221 to control the MCU 222, the sensors 223a and 223b, and the data transmitter 234. Supply drive power for activation of the operation. After collecting necessary information through the sensors 223a and 223b, the antenna is transmitted through the data transmitter 224. That is, the sensor driver 220 releases the dormant state and allows the normal operation.
  • the ID information ID dec of the sensor communication device extracted by the decoding unit 232 is compared with the ID information ID of the previously stored sensor communication device to compare the received wireless signal with each other. Transmit to other sensor communication devices. Since the first signal of the radio signal is used for the operation of the decoding unit 232 and the transmission of the radio signal to the other sensor communication device, only the ID information obtained from the second signal is used to wake up the original radio signal, that is, the other sensor communication device. You can't create a signal that will act as a signal. Therefore, the signal processor 233 creates and transmits a radio signal using previously stored information corresponding to the preamble area and ID information ID dec obtained from the radio signal.
  • the transmitted radio signal is substantially the same as the previously received radio signal.
  • the sensor driver 220 since the data transmitter 224 is provided in the sensor communication device, the sensor driver 220 may be activated to perform the operation. In this case, the sensors 223a and 223b do not operate.
  • the data transmission unit 224 is included in a separate configuration, not inside the wakeup device 230 or the sensor driver 220.
  • the change of the position of the configuration for data transmission and reception is only a simple design change for those skilled in the art.
  • the forwarding operation method may be roughly classified into two cases, in which the dormant state of the sensor driver 220 is released and not released. Hereinafter, the effect of the forwarding operation will be described in more detail.
  • the remote communication when transmitting a wireless signal to another sensor communication device, that is, when forwarding, the remote communication may not be able to communicate directly.
  • the sensor communication device can be woken up.
  • the sensor communication device y When transmitting a wireless signal to a sensor communication device y operating near a sensor communication device x to wake up, the sensor communication device y transmits a wireless signal to another sensor communication device x according to the method described above. Can wake the sensor communication device x.
  • the information about the destination or the other sensor communication device may be implemented in such a manner as to forward to another sensor communication device included in a wake-up signal as a separate area or connected according to a preset command.
  • the MCU 222 may receive the minimum power, that is, standby power, from the power supply 221. This is because when the MCU 222 is completely powered off, all MCU internal data (eg, time sync information, status information, etc.) are deleted, and thus the MCU 222 cannot perform the continuous sensor information collection operation. Because. That is, the present invention minimizes the power consumption, but ensures safe operation continuity of the sensor module.
  • the wireless signal may further include a third signal
  • the wakeup signal may further include a wakeup operation mode region that stores the wakeup operation mode information as the third signal is converted.
  • the wakeup device may vary the wakeup mode of the sensor communication device 200 based on the wakeup operation mode information.
  • the wakeup device may further control not only the state of activation of the sensor communication device 200 but also to determine in which state the sensor communication device 200 will be activated.
  • the sensor communication device when there are a plurality of sensors included in the sensor communication device, after classifying the plurality of sensors into a plurality of groups, controlling the sensor group that is activated and activated according to the wake-up mode, or controlling the operation period of the sensor by the sensor group. Or, it can control the operation group of the sensor group and the sensor to be activated at the same time.
  • the wakeup signal when the wireless signal further includes a third signal, the wakeup signal additionally includes a wakeup mode region.
  • the data area of the wakeup signal includes ID information of a sensor communication device which is an operation activation target, and the wakeup mode information is stored in the wakeup mode area.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed configuration of a wakeup device according to another embodiment of the present invention, which relates to a wakeup device for receiving and analyzing a wakeup signal including ID information and wakeup mode information of FIG. 4. will be.
  • the decoding unit 232 included in the wakeup device 230 decodes the second signal and the third signal of the wireless signal, thereby ID information and the wakeup mode. Extract the information.
  • the signal processor 233 further includes an activation checker 233-1, a wakeup mode determiner 233-2, and the like. This gives you fine control over which state is active.
  • the activation confirmation unit 233-1 stores and manages ID information (ID) assigned to the sensor communication device, and compares the ID information (ID dec ) of the sensor communication device extracted by the decoding unit 232.
  • the wakeup mode determiner 233-2 is activated.
  • the wakeup mode determiner 233-2 stores and manages the wakeup mode information MODE supported by the sensor communication device, and compares the mode information MODE dec extracted by the decoder 232 based on the wakeup mode information MODE. Analyze and determine the wake-up mode of the sensor communication device.
  • the wakeup mode information MODE dec extracted by the decoding unit 232 is n (n is a natural number) bit
  • the determination unit 233-2 may output a total of 2 n control values according to the extracted wakeup mode information MODE dec .
  • the sensor communication device may also subdivide its own operation mode into 2 n modes, and then control various operations, operation cycles, and the like, of the sensors according to the divided operation modes.

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Abstract

본 발명은 주파수 기반의 웨이크업 장치 및 이를 이용하는 센서 통신 장치에 관한 것으로, 제1 신호 및 제2 신호를 포함하는 무선신호를 수신하고 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 구동 전압을 생성 및 제공하는 주파수-전압 변환기; 상기 구동 전압에 의해 동작 활성화되며, 상기 제2 신호를 디코딩하여 센서 통신 장치의 ID 정보를 추출하는 디코딩부; 및 상기 구동 전압에 의해 동작 활성화되며, 상기 디코딩부를 통해 추출된 상기 센서 통신 장치의 ID 정보와 기 저장된 센서 통신 장치의 ID 정보를 비교하여 동일한 경우에 한해 웨이크업 신호의 수신을 통보하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

Description

주파수 기반의 웨이크업 장치 및 이를 이용하는 센서 통신 장치
본 발명은 주파수 기반의 웨이크업 장치에 관한 것으로, 특히 별도의 전력 소모 없이 보다 다양한 형태로 센서 통신 장치의 원격 활성화 동작을 수행할 수 있도록 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치 및 이를 이용하는 센서 통신 장치에 관한 것이다.
최근 유비쿼터스 기술에 대한 관심이 집중되면서, 이의 근간이 되고 있는 무선 센서 네트워크(WSN : Wireless Sensor network) 기술이 점차 발전하고 있다.
무선 센서 네트워크란, 흔히 USN(Ubiquitos Sensor Network : 유비쿼터스 센서 네트워크)로도 불리우는 것으로, 소정의 정보를 센싱하기 위한 센서와, 센싱된 정보를 가공할 수 있는 프로세서 및 이를 전송할 수 있는 무선 송수신기를 갖춘 다수의 소형장치, 즉, 센서 통신 장치로 구성된 네트워크를 의미한다.
이와 같은 센서 네트워크는 기존의 네트워크와 다르게 의사소통의 수단이 아니라 군사나 물류, 의료 등의 다양한 목적을 위해 주위환경에 대한 정보를 수집하는 데 이용된다.
예를 들어, 센서 네트워크는 사람의 접근이 용이하지 않은 위치에 구비되어, 구비된 위치의 온도나 습도 등을 센싱함으로써, 주위 환경 상황을 보고하는 데 인력이 일일이 동원되는 어려움을 해결할 수 있으며, u-Health Care 서비스와 같이 환자의 주변에 센서 통신 장치를 설치함으로써 외부에서 환자의 상황을 주기적으로 모니터링할 수 있도록 하는 등과 같이 무궁무진한 활용 가능성을 갖는 기술이라 할 수 있다.
이러한 무선 센서 네트워크는 무선이라는 특성에 따라 센서 통신 장치는 전원을 유선으로 공급받지 않고, 배터리를 이용하게 되는 것이 통상적인데, 소모성의 일회용 배터리를 이용할 경우, 센서 통신 장치의 수가 증가할수록 배터리의 잔존 전원을 체크하고 소모된 배터리를 교환하는데 엄청난 시간과 인력이 낭비된다.
한편, 이러한 문제를 해결하기 위하여 한정된 배터리를 효율적으로 이용할 수 있는 방안이 연구되고 있으며, 근래에는 이러한 방안 중 하나로서, 센싱이 요구되는 일부 센서 통신 장치만을 선별적으로 가동하고, 그렇지 않은 노드들은 최소한의 전력만을 소모하는 휴면모드로 유지시키는, 이른바 웨이크업 기술이 연구되고 있다.
국내 공개특허 제2009-0065152호 등에서는 웨이크업 장치를 별도로 구비하고, 웨이크업 장치가 외부 장치로부터 웨이크업 신호를 수신하는 경우에만 센싱 통신 장치를 동작 활성화시켜 주는 기술을 개시하고 있다.
이러한 경우에도, 웨이크업 장치는 웨이크업 신호를 수신 및 분석하기 위해 동작 상태를 지속적으로 유지해야 하므로, 웨이크업 장치에 의한 전력 소모가 발생한다는 한계가 있다. 또한 기존 방식은 수신한 RF신호 전체를 디지털로 변환한 다음 웨이크업 신호인지 여부를 판단하고 있는데 이러한 방식은 많은 양의 전력을 사용하게 되는 문제가 있다.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 별도의 전력 소모 없이 보다 다양한 형태로 센서 통신 장치의 원격 활성화 동작을 수행할 수 있도록 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치 및 이를 이용하는 센서 통신 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제1 신호 및 제2 신호를 포함한 무선신호를 수신하고 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 구동 전압을 생성 및 제공하는 주파수-전압 변환기; 상기 제2 신호를 디코딩하여 센서 통신 장치의 ID 정보를 추출하는 디코딩부; 및 상기 구동 전압에 의해 동작 활성화되며, 상기 디코딩부를 통해 추출된 상기 센서 통신 장치의 ID 정보와 기 저장된 센서통신 장치의 ID 정보를 비교하여 동일한 경우에 한해 상기 무선 신호가 웨이크업 신호임을 통보하는 신호 처리부를 포함하는 주파수 기반의 웨이크업 장치를 제공한다.
상기 무선 신호는 RF신호이며, 상기 웨이크업 신호는 디지털 신호로서 상기 제1 신호인 프리엠블 영역; 및 상기 제2 신호가 변환된 데이터 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 주파수-전압 변환기는 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 상기 구동 전압을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 신호는 상기 구동 전압의 크기에 따라 가변 되는 길이를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 신호는 제3 신호를 더 포함하고, 상기 웨이크업 신호는 상기 제3 신호가 변환된 것으로서 상기 센서 통신 장치의 웨이크업 모드 정보를 포함하는 웨이크업 모드 영역을 추가적으로 포함하며, 상기 디코딩부는 상기 무선 신호가 상기 웨이크업 신호인경우, 상기 제3 신호를 디코딩하여 상기 웨이크업 모드 정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 처리부는 상기 웨이크업 모드 정보를 기반으로 상기 센서 통신 장치의 웨이크업 모드를 결정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 처리부는 상기 디코딩부를 통해 추출된 상기 센서 통신 장치의 ID 정보와 상기 기 저장된 센서 통신 장치의 ID 정보를 비교하여 상이한 경우에, 상기 무선 신호와 동일한 무선 신호를 다른 센서 통신 장치로 송신하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 신호와 동일한 무선 신호가 다른 센서 통신 장치로 송신하는 경우에 상기 주파수-전압 변환기는 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 상기 구동 전압을 생성하고 상기 제1 신호는 상기 구동 전압의 크기에 따라 가변 되는 길이를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 주파수-전압 변환기는 상기 무선 신호의 전송 주파수 대역의 기반하여 상기 무선 신호를 밴드 패스 필터링하고 노이즈 제거하는 신호 전처리부; 상기 신호 전처리부의 출력을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력을 평활화하여 직류 전압을 생성하는 평활화부; 및 상기 평활화부로부터 출력되는 직류 전압을 안정화 시켜 출력하는 전압 안정화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 제1 신호 및 제2 신호를 포함하는 무선 신호를 수신하는 안테나; 센서를 통해 센싱 정보를 수집 및 제공하되, 상기 센서의 사용 빈도에 따라 동작 모드를 능동 가변하는 센서 구동부; 및 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 자체 구동 전압을 생성하며, 상기 제2 신호로부터 센서 통신 장치의 ID 정보를 추출한 후 기 저장된 센서 통신 장치 ID 정보와 비교하고, 동일한 경우에 상기 센서 구동부의 동작 모드를 정상 모드로 강제 설정하는 웨이크업 장치를 포함하는 센서 통신 장치를 제공한다.
상기 무선 신호는 제3 신호를 더 포함하며, 상기 웨이크업 장치는 상기 제3 신호로부터 웨이크업 모드 정보를 추가 추출한 후, 상기 추출된 웨이크업 모드에 따라 상기 센서 구동부의 동작 모드를 세분화하여 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이크업 장치가 상기 제2 신호로부터 센서 통신 장치의 ID 정보를 추출한 후 기 저장된 센서 통신 장치 ID 정보와 비교하여 상이한 경우, 상기 무선 신호와 동일한 신호를 다른 센서 통신 장치로 송신하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 주파수 기반의 웨이크업 장치 및 이를 이용하는 센서 통신 장치는 무선 신호의 제1 신호를 주파수-전압 변화시켜 자체 전력을 생성하도록 함으로써, 전력 소모량을 최소화할 수 있도록 한다.
또한, 무선 신호 전체가 아닌 센서 통신 장치의 ID 정보에 해당하는 제2 신호만을 선별적으로 디코딩함으로써 기존 방식에 비해 전력 소모량을 감소시켜 준다.
본 발명은 웨이크업 모드 정보를 포함하는 웨이크업 신호를 수신 및 분석하도록 함으로써, 웨이크업 장치가 웨이크업 신호를 통해 센서 통신 장치의 활성화 여부만을 단순히 결정하는 것에서 더 나아가 센서 통신 장치를 어떤 상태로 동작 활성화될 것 인지까지도 세밀하게 제어할 수 있도록 해준다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크를 도시한 도면이다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이크업 신호를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이크업 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이크업 신호를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이크업 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 통상의 기술자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크를 도시한 도면이다.
도1을 참고하면, 본 발명의 센서 네트워크는 원격 제어 장치(100)와 적어도 하나의 센서 통신 장치(200)를 포함하며, 센서 통신 장치(200) 각각은 무선 신호 송수신을 위한 안테나(210)와 센서를 통해 센싱 정보를 수집 및 제공하되, 센서의 사용 빈도에 따라 동작 모드를 능동 가변하는 센서 구동부(220) 이외에 원격 제어 장치(100)로부터 제공되는 웨이크업 신호를 수신 및 분석하고, 분석 결과에 따라 센서 구동부(220)의 동작 모드를 정상 모드로 강제 설정해주는 웨이크업 장치(230)를 별도로 구비하도록 한다.
즉, 본 발명에서는 센서 통신 장치(200) 각각이 원격 제어 장치(100)가 제공하는 웨이크업 신호에 응답하여 센서 통신 장치(200)의 휴면 모드를 강제 해제하는 웨이크업 장치(230)를 구비함으로써, 원격 제어 장치(100)라는 외부 장치를 통해 센서 통신 장치(200) 각각의 휴면 상태를 해제할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명의 웨이크업 장치(230)는 무선 신호를 통해 웨이크업 장치 구동 전력을 자체 생산할 수 있도록 함으로써, 웨이크업 장치(230)에 의한 전력 낭비 발생을 사전에 차단할 수 있도록 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이크업 신호를 도시한 도면이다. 무선 신호는 RF신호, 즉 아날로그 신호이다. 또한 제1 신호와 제2 신호로 구분된다. 웨이크업 신호는 디지털 신호로서 도2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 신호인 프리엠블 영역과 상기 제2 신호가 변환된 데이터 영역을 구비한다. 도2 상에서 프리엠블 영역이 디지털로 나타나 있으나 이는 웨이크업 신호가 디지털 신호임을 보여주기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 실제로는 제2 신호 부분만이 디코딩되어 디지털로 변환되며 프리엠블 영역은 RF신호 단계에서 웨이크업 장치의 구동 전압을 생성하는 데 사용된다. 데이터 영역에는 동작 활성화 대상인 센서 통신 장치의 ID 정보가 저장된다.
특히, 본 발명에서는 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 웨이크업 장치 구동 전력을 생성하도록 하며, 이를 위한 제1 신호의 크기 내지 길이는 웨이크업 장치 구동 전력의 크기에 따라 조정 가능하도록 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이크업 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도3을 참고하면, 본 발명의 웨이크업 장치(230)는 주파수-전압 변환기(231), 디코딩부(232), 및 신호 처리부(233) 등을 포함할 수 있다.
주파수-전압 변환기(231)는 안테나(210)을 통해 수신된 무선 신호의 제1 신호를 기반으로 주파수-전압 변환 동작을 수행하여, 웨이크업 장치 구동을 위한 DC 전압을 생성한다.
본 발명의 주파수-전압 변환기(231)는 신호 전처리부(231-1), 정류부(231-2), 평활화부(231-3) 및 전압 안정화부(231-4) 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 신호 전처리부(231-1)는 안테나(210)을 통해 수신되는 각종 무선 신호를 밴드 패스 필터링하여, 웨이크업 신호의 전송 주파수 대역을 가지는 무선 신호만이 선택적으로 출력되도록 한다. 또한 노이즈 제거 기능을 통해 밴드 패스 필터링된 무선 신호에 포함된 하모니 잡음도 제거하도록 한다.
정류부(231-2)는 신호 전처리부(231-1)로부터 출력되는 신호를 정류하고, 평활화부(231-3)는 정류부(231-2)의 출력 신호에 잔존하는 교류 전압을 제거하여 평활화된 직류 성분만을 출력하도록 한다.
전압 안정화부(231-4)는 평활화부(231-3)로부터 직류 전압을 안정화(regulating)하여, 외부 조건에 관계없이 항상 일정한 전압값을 가지는 직류 전압을 출력하도록 한다.
디코딩부(232)는 주파수-전압 변환기(231)가 제공하는 직류 전압에 의해 동작 활성화되며, 무선 신호의 제2 신호를 디코딩하여 ID 정보(ID dec)를 추출하도록 한다.
신호 처리부(233) 또한 주파수-전압 변환기(231)이 제공하는 직류 전압에 의해 동작 활성화된다. 그리고 웨이크업 장치(230)에 할당된 센서 통신 장치의 ID 정보(ID)를 저장 및 관리하며, 디코딩부(232)에 의해 추출된 센서 통신 장치의 ID 정보(ID dec)와 기 저장된 센서 통신 장치의 ID 정보(ID)를 비교한 후, 동일한 경우에만 센서 통신 장치(200)의 활성화를 요청하도록 한다.
그러면, 휴면 상태로 동작하고 있던 센서 구동부(220)(특히, MCU(222))는 전원 공급부(221)를 동작 제어하여, MCU(222), 센서(223a,223b) 및 데이터 송신부(234)에 동작 활성화를 위한 구동 전력을 공급하도록 한다. 그리고 센서(223a,223b)를 통해 필요 정보를 수집한 후, 데이터 송신부(224)를 통해 안테나 송출하도록 한다. 즉, 센서 구동부(220)가 휴면 상태를 해지하고, 정상 동작되도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 디코딩부(232)에 의해 추출된 센서 통신 장치의 ID 정보(ID dec)와 기 저장된 센서 통신 장치의 ID 정보(ID)를 비교하여 상이한 경우에 수신된 무선 신호를 다른 센서 통신 장치로 송신할 수 있다. 상기 무선 신호의 제1 신호는 디코딩부(232)의 동작과 다른 센서 통신 장치에 대한 무선 신호의 송신에 사용되므로 제2 신호로부터 얻은 ID정보만으로는 본래의 무선신호, 즉 다른 센서 통신 장치에서 웨이크업 신호로서 작용하게 될 신호를 만들어 낼 수 없다. 따라서 신호 처리부(233)는 프리앰블 영역에 해당하는 기 저장된 정보와 상기 무선 신호로부터 얻은 ID 정보(ID dec)를 이용하여 무선 신호를 만들고 이를 송신하게 된다. 송신되는 무선 신호는 기 수신한 무선 신호와 실질적으로 동일하다. 상기 동작 수행 방식의 일 예를 들면 도3에서 도시된 바와 같이 데이터 송신부(224)가 센서 통신 장치 내에 구비되어 있기에 동작 수행을 위해 센서 구동부(220)가 활성화됨에 따라 이루어 질 수 있다. 이 경우 센서(223a, 223b)는 동작하지 않는다. 추가적으로 데이터 송신부(224)가 웨이크업 장치(230)나 센서 구동부(220) 내부가 아닌 별도의 구성으로 포함되어 있는 형태도 상정할 수 있다. 그러나 데이터 송수신을 위한 구성의 위치 변경은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 있어 단순한 설계 변경에 불과하다. 이 점에서 포워딩 동작 방식은 센서 구동부(220)의 휴면 상태가 해제되는 경우와 해제되지 않는 경우 두 가지로 대별할 수 있다. 이하 포워딩 동작에 따른 효과를 좀 더 상세하게 설명한다. 디코딩부(232)를 통해 추출된 센서 통신 장치의 ID가 기 저장된 센서 통신 장치의 ID와 상이하여 무선 신호를 다른 센서 통신 장치로 송신하는 경우, 즉 포워딩하는 경우 직접 통신이 가능하지 않은 멀리 떨어져 있는 센서 통신 장치를 깨울 수 있다. 깨우고자 하는 어떤 센서 통신 장치 x와 가까운 곳에서 동작 중인 센서 통신 장치 y에 무선 신호를 송신하는 경우 상기 센서 통신 장치 y는 앞서 설명한 방식에 따라 다른 센서 통신 장치인 x에 무선 신호를 송신하게 됨으로써 원거리에 있는 센서 통신 장치 x를 깨울 수 있다. 목적지 또는 다른 센서 통신 장치에 관한 정보는 웨이크업 신호에 별도의 영역으로 포함되거나 기 설정된 명령어에 따라 연결되어 있는 다른 센서 통신장치로 포워딩하도록 하는 방식으로 구현될 수 있다.
참고로, 본 발명에서는 센서 구동부(220)가 휴면 상태인 경우에도, MCU(222)는 전원 공급부(221)로부터 최소한의 전력, 즉 대기 전력을 제공받도록 한다. 이는 MCU(222)가 완전히 파워 오프가 되는 경우, MCU 내부 데이터(예를 들어, 타임 싱크 정보, 상태 정보 등)가 모두 삭제되어, MCU(222)가 연속성 있는 센서 정보 수집 동작을 수행할 수 없기 때문이다. 즉, 본 발명은 전력 소비량을 최소화시키되, 센서 모듈의 동작 연속성은 안전하게 확보할 수 있도록 한다.
더하여, 본 발명에서는 무선 신호가 제3 신호를 더 포함하며, 웨이크업 신호는 상기 제3 신호가 변환된 것으로서 웨이크업 동작 모드 정보를 저장하는 웨이크업 동작 모드 영역을 추가적으로 포함할 수 있다. 이 경우 웨이크업 장치가 상기 웨이크업 동작 모드 정보를 기반으로 센서 통신 장치(200)의 웨이크업 모드를 다양화할 수도 있도록 한다.
즉, 웨이크업 장치가 웨이크업 신호를 통해 센서 통신 장치의 활성화 여부만을 단순히 결정하는 것에서 더 나아가 센서 통신 장치(200)를 어떤 상태로 동작 활성화될 것 인지까지도 세밀하게 제어할 수 있도록 한다.
예를 들어, 센서 통신 장치에 구비되는 센서가 다수개인 경우, 다수의 센서들을 다수개의 그룹으로 분류한 후, 웨이크업 모드별로 동작 활성화되는 센서 그룹을 제어하거나, 센서의 동작 주기를 센서 그룹별로 제어하거나, 또는 동작 활성화되는 센서 그룹과 센서의 동작 주기를 한꺼번에 제어할 수 있도록 한다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이크업 신호를 도시한 도면이다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 무선 신호가 제3 신호를 더 포함하는 경우 웨이크업 신호는 이에 상응하도록 웨이크업 모드 영역을 추가적으로 포함하게 된다. 도4를 참고하면, 웨이크업 신호의 데이터 영역에는 동작 활성화 대상인 센서 통신 장치의 ID 정보를 포함하며 웨이크업 모드 영역에는 웨이크업 모드 정보가 저장됨을 알 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이크업 장치의 상세 구성을 도시한 도면으로, 이는 도4의 ID 정보와 웨이크업 모드 정보를 포함하는 웨이크업 신호를 수신 및 분석하는 웨이크업 장치에 관한 것이다.
도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이크업 장치(230)에 구비된 디코딩부(232)는 무선 신호의 제2 신호 및 제3 신호를 디코딩하여 ID 정보와 웨이크업 모드 정보를 추출하도록 한다.
그리고 신호 처리부(233)는 활성화 확인부(233-1)와 웨이크업 모드 결정부(233-2) 등을 포함하여, 센서 통신 장치의 활성화 여부만을 단순히 결정하는 것에서 더 나아가 센서 통신 장치(200)를 어떤 상태로 동작 활성화될 것 인지까지도 세밀하게 제어할 수 있도록 한다.
즉, 활성화 확인부(233-1)는 센서 통신 장치에 할당된 ID 정보(ID)를 저장 관리하며, 이를 디코딩부(232)에 의해 추출된 센서 통신 장치의 ID 정보(ID dec)와 비교하여, 동일한 경우에만 웨이크업 모드 결정부(233-2)를 동작 활성화하도록 한다. 웨이크업 모드 결정부(233-2)는 센서 통신 장치가 지원 가능한 웨이크업 모드 정보(MODE)를 저장 및 관리하며, 이를 기반으로 디코딩부(232)에 의해 추출된 모드 정보(MODE dec)를 비교 분석하여 센서 통신 장치의 웨이크업 모드를 결정 및 통보하도록 한다. 예를 들어, 디코딩부(232)에 의해 추출된 웨이크업 모드 정보(MODE dec)가 n(n은 자연수) 비트이면, 센서 통신 장치가 지원 가능한 웨이크업 모드는 2 n개일 수 있으며, 웨이크업 모드 결정부(233-2)는 추출된 웨이크업 모드 정보(MODE dec)의 값에 따라 총 2 n가지의 제어값을 출력할 수 있게 된다. 그러면, 센서 통신 장치 또한 자신의 동작 모드를 2 n가지 모드로 세분화한 후, 세분화된 동작 모드에 따라 센서 각각의 동작 여부, 동작 주기 등을 다양하게 제어할 수 있게 된다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.
따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 제1 신호 및 제2 신호를 포함한 무선 신호를 수신하고 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 구동 전압을 생성 및 제공하는 주파수-전압 변환기;
    상기 구동 전압에 의해 동작 활성화되며, 상기 제2 신호를 디코딩하여 센서 통신 장치의 ID 정보를 추출하는 디코딩부; 및
    상기 구동 전압에 의해 동작 활성화되며, 상기 디코딩부를 통해 추출된 상기 센서 통신 장치의 ID 정보와 기 저장된 센서 통신 장치의 ID 정보를 비교하여 동일한 경우에 한해 상기 무선 신호가 웨이크업 신호임을 통보하는 신호 처리부를 포함하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무선 신호는 RF신호이며,
    상기 웨이크업 신호는 디지털 신호로서 상기 제1 신호인 프리엠블 영역; 및
    상기 제2 신호가 변환된 데이터 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 주파수-전압 변환기는 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 상기 구동 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 신호는 상기 구동 전압의 크기에 따라 가변 되는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 무선 신호는 제3 신호를 더 포함하고,
    상기 웨이크업 신호는 상기 제3 신호가 변환된 것으로서 상기 센서 통신 장치의 웨이크업 모드 정보를 포함하는 웨이크업 모드 영역을 추가적으로 포함하며,
    상기 디코딩부는 상기 무선 신호가 상기 웨이크업 신호인경우, 상기 제3 신호를 디코딩하여 상기 웨이크업 모드 정보를 추가 추출하는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 웨이크업 모드 정보를 기반으로 상기 센서 통신 장치의 웨이크업 모드를 결정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 디코딩부를 통해 추출된 상기 센서 통신 장치의 ID 정보와 상기 기 저장된 센서 통신 장치의 ID 정보를 비교하여 상이한 경우에, 상기 무선 신호와 동일한 무선 신호를 다른 센서 통신 장치로 송신하는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 주파수-전압 변환기는 상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 상기 구동 전압을 생성하고 상기 제1 신호는 상기 구동 전압의 크기에 따라 가변 되는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수-전압 변환기는 상기 무선 신호의 전송 주파수 대역의 기반하여 상기 무선 신호를 밴드 패스 필터링하고 노이즈 제거하는 신호 전처리부;
    상기 신호 전처리부의 출력을 정류하는 정류부;
    상기 정류부의 출력을 평활화하여 직류 전압을 생성하는 평활화부; 및
    상기 평활화부로부터 출력되는 직류 전압을 안정화 시켜 출력하는 전압 안정화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 기반의 웨이크업 장치.
  10. 제1 신호 및 제2 신호를 포함하는 무선 신호를 수신하는 안테나;
    센서를 통해 센싱 정보를 수집 및 제공하되, 상기 센서의 사용 빈도에 따라 동작 모드를 능동 가변하는 센서 구동부; 및
    상기 제1 신호를 주파수-전압 변환하여 자체 구동 전압을 생성하며, 상기 제2 신호로부터 센서 통신 장치의 ID 정보를 추출한 후 기 저장된 센서 통신 장치 ID 정보와 비교하고, 동일한 경우에 상기 센서 구동부의 동작 모드를 정상 모드로 강제 설정하는 웨이크업 장치를 포함하는 센서 통신 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 무선 신호는 제3 신호를 더 포함하며,
    상기 웨이크업 장치는 상기 제3 신호로부터 웨이크업 모드 정보를 추가 추출한 후, 상기 추출된 웨이크업 모드에 따라 상기 센서 구동부의 동작 모드를 세분화하여 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 통신 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 웨이크업 장치가 상기 제2 신호로부터 센서 통신 장치의 ID 정보를 추출한 후 기 저장된 센서 통신 장치 ID 정보와 비교하여 상이한 경우,
    상기 무선 신호와 동일한 신호를 다른 센서 통신 장치로 송신하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 통신 장치.
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