WO2018190567A1 - 로라 기반 원격 검침 시스템 - Google Patents

로라 기반 원격 검침 시스템 Download PDF

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WO2018190567A1
WO2018190567A1 PCT/KR2018/004036 KR2018004036W WO2018190567A1 WO 2018190567 A1 WO2018190567 A1 WO 2018190567A1 KR 2018004036 W KR2018004036 W KR 2018004036W WO 2018190567 A1 WO2018190567 A1 WO 2018190567A1
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WO
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remote
laura
lorawan
collector
meter
Prior art date
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PCT/KR2018/004036
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최석준
심병섭
김정준
이계환
Original Assignee
주식회사 레오테크
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    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • H04Q9/04—Arrangements for synchronous operation
    • G—PHYSICS
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    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/40—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture

Definitions

  • the present invention relates to a remote meter reading system, and in particular configured to transmit and receive meter data corresponding to a meter value based on LoRaWAN (Low Range), which is disposed inside the meter box.
  • the remote collector is a remote indicator for performing data transmission and reception with a remote collector using a LoRaWAN based non-standard protocol, and performing a data transmission and reception with a Laura network server using a LoRaWAN based standard protocol through a Laura gateway.
  • LoRaWAN is an IoT network that aims for Low Power Wide Area Network using the 900MHz band, and not only competes directly with SigFox, Weightless-N (N-Wave), but also low-cost LTE, It is also competing with WiFi. Laura's data communication speed is 0.3 kbps to 50 kbp, which enables low power and can be used for communication between objects that do not require high speed.
  • LoRaWAN is part of the Low Power Long Range Network (LPWAN) specification and is intended for wireless battery operated objects in local, national or global networks.
  • LoRaWAN targets secure two-way communications or the Internet of Things, such as vehicles or local services, to date.
  • the standard is expected to provide continuous interoperability among smart devices, free users, and expand the business Internet of Things without complex installation processes.
  • a typical LoRaWAN network architecture is typically a message between the end device 10, where the Laura gateway 50 can be configured as a sensor or actuator, and the back end Laura network server 70, as shown in FIG. Arranged in the form of a transparent star relaying data, the Laura data transmitted to the Laura network server 70 is transmitted to the application server 90, the storage management and analysis.
  • the Laura gateway 50 is connected to the Laura network server 70 through a standard IP connection and the end device 10 communicates using one hop wireless communication to one or more Laura gateways 50.
  • the communication state between the terminal device 10 and the Laura gateway 50 which may be constituted by a sensor or an actuator, is poor, remote monitoring of the monitoring target may not be smooth.
  • Laura communication may not be smooth.
  • the present invention was devised to solve the above problems of the prior art, and configured to transmit and receive meter reading data corresponding to a meter value based on LoRaWAN, but with a remote collector disposed inside the meter box.
  • Data transmission and reception using LoRaWAN) non-standard protocol and additionally configured a remote indicator corresponding to the remote collector to perform data transmission / reception using a LoRaWAN-based standard protocol with a Lora network server through a Lora gateway.
  • a one hop communication problem between the remote collector and the Laura gateway disposed inside the meter box thereby allowing the communication distance between the remote collector and the Laura gateway to be substantially extended.
  • the present invention is configured to wake up at the same time only when the remote collector and the corresponding remote indicator is time-synchronized with each other to perform data transmission and reception, and to switch to a sleep state when data transmission and reception are completed. Its purpose is to provide a Laura-based remote meter reading system that can minimize power consumption.
  • the present invention encapsulates the meter value corresponding to the meter reading data received from the remote collector by the LoRaWAN standard protocol to transmit the Laura data to the Laura Gateway, It is configured to include and transmit the communication status information with the remote collector, so that the Laura application server can check the communication status between the remote indicator and the remote collector, thereby enabling a remote failure diagnosis and quick response To provide a system for that purpose.
  • the present invention is configured so that only the remote indicator is connected to the LoRaWAN network based on the standard protocol, it can be linked to the existing existing public or private network, the Laura network server is the remote indicator and the remote collector Because it can guarantee network transparency by recognizing a device as a device without distinguishing between them, it provides a Lora-based remote metering system that can reduce the time, effort and cost of configuring a LoRaWAN-based system. For that purpose.
  • an object of the present invention is to provide a Laura-based remote meter reading system for configuring the remote indicator to display the meter value, which is the meter reading data received from the remote collector, so that the person can easily check the meter value. It is done.
  • a Laura-based remote meter reading system proposed to solve the above technical problem is disposed in the meter box is a remote collector for reading the meter value every cycle or on request, the meter in response to the remote collector It is placed outside the vessel, receives and displays the meter value from the remote collector using a LoRaWAN based non-standard protocol, and displays the Laura data including the meter value using a LoRaWAN based standard protocol.
  • the remote collector and the remote indicator wake up at the same time and perform data transmission and reception, and when the data transmission and reception is completed, it is switched to a sleep state.
  • the remote indicator may be configured to encapsulate a meter value received through the LoRaWAN-based non-standard protocol into the LoRaWAN-based standard protocol. It characterized in that the transmission to.
  • the remote indicator transmits communication state information with a corresponding remote collector in the roller data
  • the Laura application server checks the communication state between the corresponding remote indicator and the remote collector using the roller data. Characterized in that.
  • a Laura-based remote meter reading system having the above-described problems and solutions, it is configured to transmit and receive meter reading data corresponding to the meter value based on LoRaWAN, but with a remote collector disposed inside the meter box
  • a remote indicator for performing data transmission and reception using a (LoRaWAN) based non-standard protocol and performing data transmission and reception using a LoRaWAN based standard protocol with a Laura network server through a Laura gateway is further configured in response to the remote collector. Therefore, it is possible to solve a single hop communication difficulty between the remote collector disposed in the meter box and the Laura gateway, so that the communication distance between the remote collector and the Laura gateway can be substantially extended. There is an advantage.
  • the remote collector and the corresponding remote indicator are time-synchronized with each other to wake up at the same time only when performing data transmission and reception, and to enter a sleep state when data transmission and reception are completed. Since it is configured, there is an effect to minimize the power consumption.
  • the remote indicator encapsulates a meter value corresponding to the meter data received from the remote collector using a LoRaWAN-based standard protocol to transmit the Laura data to the Laura Gateway, Since the data is configured to transmit the communication status information with the remote collector, it is possible to check the communication status between the remote indicator and the remote collector in the Laura application server, thereby enabling remote fault diagnosis and quick response. There is.
  • the remote indicator since only the remote indicator is configured to be connected to a LoRaWAN network based on a standard protocol, the remote indicator can be linked to an existing public or private network, and a Laura network server is connected to the remote indicator. Because network transparency can be guaranteed by recognizing a device as a device without distinguishing between a remote collector and a remote collector, it is possible to reduce the time, effort, and cost required to construct a LoRaWAN-based system.
  • the remote indicator is configured to display the meter value which is the metering data transmitted from the remote collector, there is an effect that the relevant person can easily check the meter value.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional LoRaWAN network structure.
  • FIG. 2 is a block diagram of a Laura-based remote meter reading system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating the operation of a Laura-based remote meter reading system according to an embodiment of the present invention.
  • the Laura-based remote meter reading system 100 includes a remote collector 10 corresponding to an end device in a LoRaWAN network structure, and a remote indicator further adopted in the present invention. 30), including a Laura gateway 50 (a base station can be substituted in place of the Laura gateway), a Laura network server 70, and a Laura application server 90. That is, the Laura-based remote meter reading system 100 according to the present invention is characterized in that the remote indicator 30 is further adopted in response to the remote collector 10.
  • the remote collector 10 is a terminal device corresponding to a terminal device, that is, a sensor or an actuator, in a Laura network structure.
  • the remote collector 10 corresponds to a device that reads and obtains information of various meters 3, that is, a meter value.
  • the remote collector 10 in the present invention is characterized in that it is arranged inside the meter box (1) in which the meter (3) is built. For this reason, in the present invention, the remote indicator 30 is additionally adopted.
  • the remote collector 10 is disposed inside the meter box 1 to obtain a meter value corresponding to the meter reading data every cycle or on request and transmit the meter value to the remote indicator 30.
  • an end device performs data communication with a Laura gateway through a single hop.
  • the remote collector 10 corresponding to the terminal device is disposed inside the meter box 1 as in the present invention, due to a poor communication environment due to space constraints, the remote collector 10 is connected to the Laura gateway. A situation arises in which data cannot be transmitted via single hop communication. In particular, single hop communication becomes more difficult when the distance between the remote collector 10 and the Laura gateway 50 is far. Therefore, in the present invention, in order to solve such a problem, the remote indicator 30 is adopted and applied to extend the actual communication distance.
  • the remote collector 10 is connected to the meter (3) and wired (UART) inside the meter box (1), every preset period or every request from the remote display 30 (in this case, the The remote indicator 30 also receives a metering request command through the Laura gateway 50) and reads the meter reading data, that is, the meter value, and transmits the meter reading data to the remote indicator 30. That is, the remote collector 10 acquires (reads) the meter value by using wired communication (UART) and transmits it to the remote indicator 30 at predetermined intervals or when there is a metering request command.
  • UART wired communication
  • the remote collector 10 transmits the obtained meter value to the remote indicator 30, but continuously stores and manages the meter value obtained in the internal memory.
  • the remote collector 10 does not perform data communication using the LoRaWAN based standard protocol with the LoRa gateway 50, but the remote indicator. Data communication is performed using a non-standard protocol based on the 30 and LoRaWAN. Accordingly, the remote collector 10 is equipped with a LoRaWAN wireless communication module, and communicates with the remote indicator 30 using the own protocol, ie, a non-standard protocol, which is adopted or developed by itself, rather than a standard protocol. Do this.
  • the remote indicator 30 is arranged in a one-to-one correspondence with the remote collector 10 to perform data communication with the remote collector 10 using a LoRaWAN based non-standard protocol as described above.
  • the remote indicator 30 is then connected to the Laura network on behalf of the remote collector 10. That is, the remote indicator 30 performs data communication with the Laura gateway 50 using a LoRaWAN based standard protocol.
  • the remote indicator 30 is equipped with a single LoRaWAN wireless communication module, but the single LoRaWAN wireless communication module uses the remote collector 10 and LoRaWAN based non-standard protocol.
  • LoRaWAN-based non-standard protocol stack for data communication and LoRaWAN-based standard protocol stack for data communication using the Lora Gateway 50 and LoRaWAN-based standard protocols are embedded together. have.
  • the remote indicator 30 may include a display unit such as an LCD to display meter reading data, that is, meter value, transmitted from the remote collector 10. Therefore, a related person such as an administrator can easily recognize the meter value by checking the meter value displayed through the remote indicator 30.
  • a display unit such as an LCD to display meter reading data, that is, meter value, transmitted from the remote collector 10. Therefore, a related person such as an administrator can easily recognize the meter value by checking the meter value displayed through the remote indicator 30.
  • the remote indicator 30 is disposed outside the meter box 1 in a one-to-one correspondence with the remote collector 10 disposed inside the meter box 1, and the remote collector ( 10) Receives and displays metering data, that is, meter values, using a LoRaWAN based non-standard protocol, forms a Laura data including the meter value, and then uses a LoRaWAN based non-standard protocol. 50) to the Laura network server 70.
  • the remote indicator 30 is disposed outside the meter box 1 in correspondence with the remote collector 10, and the meter value from the remote collector 10 using a LoRaWAN based non-standard protocol. It receives and displays the data, and transmits the Laura data including the meter value to the Laura network server 70 through the Laura gateway 50 using a LoRaWAN based standard protocol.
  • the remote indicator 30 corresponds to the remote collector 10 one-to-one to form a pair. That is, the remote indicator 30 forms a group with the corresponding remote collector 10.
  • each remote collector 10 forms a respective group with a remote indicator 30 correspondingly arranged.
  • the remote indicator 30 transmits meter reading data received from the remote collector through a LoRaWAN-based non-standard protocol, that is, a meter value through a LoRaWAN-based standard protocol corresponding to another protocol. It should be transmitted to the Laura network server 70 via.
  • the remote indicator 30 performs a process of encapsulating the received meter value to form roller data and then transmitting it.
  • the remote indicator 30 encapsulates the meter value received through the LoRaWAN-based non-standard protocol into the LoRaWAN-based standard protocol. Is transmitted to the Laura network server (70).
  • the Laura application server 90 may store and manage the Lora data transmitted or pushed by the Lora network server 70, thereby managing and storing each node, that is, each meter 3. You can view, analyze and database the meter values for.
  • the Laura application server 90 needs to confirm whether the meter reading is normally performed at each node. Accordingly, the Laura application server 90 needs to receive information for confirming a communication state between the remote collector 10 and the remote indicator 30.
  • the remote indicator 30 is formed by including information on the communication status between the remote collector 10, that is, the communication status information together in the process of forming the roller data through the Laura gateway 50 To be transmitted to the Laura network server 70. Then, the Laura application server 90 can check the communication status information between the remote collector 10 and the remote indicator 30 included in the Laura data, through which the remote collector 10 and the remote It is possible to determine whether the diagnosis or failure of the communication state between the display device 30 is normal, thereby generating an advantage that a quick response to the situation is possible.
  • the remote indicator 30 transmits communication state information with the corresponding remote collector 10 in the roller data, and the roller application server 90 uses the roller data to transmit the corresponding remote information.
  • the communication state between the indicator 30 and the remote collector 10 can be checked, and through this, quick response can be performed according to a failure.
  • the communication state information included in the roller data by the remote indicator 30 includes a received signal strength indicator (RSSI) and a communication time. Accordingly, the remote indicator 30 obtains the communication time and reception field strength information at the time point when the meter reading data, that is, the meter value, are received from the remote collector 10 and includes the data in the roller data. Then, the Laura application server 90 can check the communication state between the remote collector 10 and the remote indicator 30 by extracting the received electric field strength and the communication time from the Laura data.
  • RSSI received signal strength indicator
  • the Laura application server 90 receives, stores and manages Laura data transmitted to the Laura network server 70. Specifically, after the Laura network server 70 receives the Laura data, the Laura network server 70 pushes and transmits the data to the Laura application server 90. Then, the Laura application server 90 stores and manages, analyzes and databases the Laura data. Through this, the Laura application server 90 can check the metering data for each node, that is, the meter value, and further, between the remote indicator 30 and the remote collector 10 arranged in groups at each node. You can check the communication status.
  • the remote indicator 30 applied to the present invention communicates with the remote collector 10 through a LoRaWAN based non-standard (self) protocol, and communicates with the LoRaWAN 50 to LoRaWAN. Communication is performed through standard protocol. Accordingly, the remote indicator 30 may perform data communication with the remote collector 10 and the Laura gateway 50 through a corresponding protocol with low power consumption.
  • the remote indicator 30 and the remote collector 10 communicate with each other through a LoRaWAN based nonstandard (self) protocol, but when performing data communication in time synchronization to minimize power consumption. That is, only when the meter value is transmitted and received at the same time to perform data communication, and when the data transmission and reception is completed, each goes to sleep (sleep), thereby minimizing power consumption.
  • the remote collector 10 and the remote indicator 30 wake up at the same time and simultaneously perform data transmission and reception, and minimize power consumption through the operation of switching to a sleep state when data transmission and reception are completed.
  • the remote collector 10 and the remote indicator 30 can be operated only by the battery.
  • the connection to the Laura network server 70 through the Laura network is performed only by the remote indicator 30 alone.
  • the remote indicator 30 may be connected to the Lora network server 70 through the Lora gateway by interworking with a LoRaWAN-based public or private network. Therefore, since there is no need to build a separate LoRaWAN network, there is an advantage that can minimize the time, effort and cost for building the system.
  • the Laura network server 70 is directly connected only to the remote indicator 30, the remote indicator 30 and the remote collector 10 are not recognized separately, and the device as a single Laura end device is used. Recognize. This guarantees network transparency and can be handled by one end device instead of two devices, thereby reducing the cost of using a Laura network (Rora public network or private network).
  • the remote collector 10 is installed in each node, and the remote indicator 30 is installed and disposed correspondingly. That is, the remote collector 10 and the remote indicator 30 are paired at each node to form a group. Different frequency channels are allocated between groups adjacent to each other or close to each other to prevent collision of data communication. That is, each of the remote indicators 30 in the adjacent groups is assigned a different frequency channel with the Laura gateway 50 to perform data communication. Thus, collision of data communication between adjacent remote indicators 30 can be avoided.
  • the remote collector 10 and the remote display device 30 configured as the pairs may be LoRaWAN peer-to-peer through LoRaWAN based non-standard protocol corresponding to their own protocol communication, not standard network communication. Mode is used to perform data communication.
  • the remote collector 10 and the remote indicator 30 constituting the group in the pair perform pairing with each other (S10). Specifically, when the remote collector 10 sends the remote indicator 30 pairing request message, the remote indicator 30 is connected to each other through a process of transmitting a pairing confirmation message to the remote collector 10.
  • the remote indicator 30 also transmits current time information of itself (remote indicator) together with the pairing confirmation message. Then, the remote collector 10 receives the pairing confirmation message and sets the current time of the remote indicator to the current time of the remote controller as soon as the current time information of the remote indicator 30 is received. do. Then it goes to sleep. In this way, the remote collector 10 synchronizes with the time of the remote indicator 30, and performs time synchronization continuously and periodically thereafter.
  • the remote indicator 30 performs an operation of being connected to the Laura gateway 50 (or base station BS) separately from the connection with the remote collector 10 (S10). That is, the remote indicator 30 connects to a Laura base station (BS) or a Laura Gateway 50 of a Laura public network or a private network using a Laura based standard protocol stack embedded in the Laura wireless communication module.
  • BS Laura base station
  • Laura Gateway 50 of a Laura public network or a private network using a Laura based standard protocol stack embedded in the Laura wireless communication module.
  • connection to the Laura common or private network is performed by performing only the remote indicator 30. That is, only the remote display 30 performs device registration and service registration to the corresponding Laura public network or private network operator and connects to the corresponding Laura network. As a result, the remote collector 10 is subordinate to the remote indicator 30 to ensure transparency without being visible to the network operator.
  • the remote indicator 30 After the remote indicator 30 is connected to the Laura network, it synchronizes with the Laura network server 70 continuously and periodically. That is, the current time information transmitted from the Laura network server 70 is set as its current time as soon as it is received.
  • the remote collector 10 and the remote indicator 30 maintain a sleep state to minimize power consumption (S0).
  • the remote collector 10 and the remote indicator 30 each request whether the current time has reached a preset wake up set time (eg, wakes up at a predetermined cycle) or a meter reading request. It is determined whether there is (S30). As a result of determination, when it is determined that the wake-up setting time has been reached (or when there is a request for meter reading), it wakes up at the same time and sends and receives data (reading data, meter value), and when data transmission and reception is completed, each sleep until the next cycle ) Is switched to the state (S40).
  • a preset wake up set time eg, wakes up at a predetermined cycle
  • a meter reading request It is determined whether there is (S30).
  • the remote collector 10 and the remote indicator 30 wake up at the same time every cycle (every wake-up arrival time), and the remote collector 10 obtains a current meter value (meter value) from the meter 3.
  • the meter reading data that is, the meter value
  • the remote collector 30 transmits the meter value, if the ACK message is not received from the remote indicator 30 within a preset time, the remote collector 30 performs retransmission.
  • the remote indicator 30 When the meter value is transmitted from the remote collector 10, the remote indicator 30 immediately transmits its current time with an ACK message to the remote collector 10.
  • the remote collector 10 receives the ACK message and immediately sets the current time of the remote indicator to the current time of its own (remote collector) and switches to the sleep state until the next cycle is reached.
  • the remote indicator 30 immediately after transmitting the ACK signal to the remote collector 10, using the Laura-based (non-standard) protocol to read the meter data, that is, meter value received from the remote collector 10 Encapsulation with a Laura-based standard protocol is transmitted to the Laura network server 70 through the Laura gateway 50 or BS.
  • the Laura network server 70 transmits the current time information of its own (Rora network server) to the remote indicator 30 with the ACK message. Then, the remote indicator 30 saves power consumption by setting the current time of the received Laura network server to the current time of its own (remote indicator) and going to sleep until the next period is reached. .
  • the Laura data transmitted to the Laura network server 70 is collected by the Laura application server 90 through a Message Queuing Telemetry Transport (MQTT). Then, the Laura application server 90 may extract the meter reading value, that is, the meter value of each node, based on the Laura data, and the communication state between the remote collector 10 and the remote indicator 30, specifically, RSSI and communication time can also be extracted and checked.
  • MQTT Message Queuing Telemetry Transport
  • the Lora-based remote meter reading system is configured to transmit and receive meter data corresponding to a meter value based on LoRaWAN, and uses a LoRaWAN-based non-standard protocol with a remote collector disposed inside the meter box. Since a remote indicator that performs data transmission and reception and data transmission and reception with a Laura network server through a Laura gateway using a LoRaWAN-based standard protocol is additionally configured in correspondence with the remote collector, it is disposed inside the meter compartment. It is possible to solve the problem of one hop communication between the remote collector and the Laura gateway, which has industrial applicability to allow the communication distance between the remote collector and the Laura gateway to be substantially extended.

Abstract

본 발명인 로라 기반 원격 검침 시스템을 이루는 구성수단은 계량기 함 내부에 배치되어 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 검침하는 원격 수집기, 상기 원격 수집기에 대응하여 상기 계량기 함 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버로 전송하는 원격 표시기, 상기 로라 네트워크 서버로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리하는 로라 애플리케이션 서버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

로라 기반 원격 검침 시스템
본 발명은 원격 검침 시스템에 관한 것으로, 특히 로라(LoRaWAN : Long Range Wide Area Network, 이하 "로라"라 함)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성함으로써, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템에 관한 것이다.
로라(LoRaWAN)는 900MHz대 주파수를 사용하여 저전력 원거리 통신(Low Power Wide Area Network)을 지향하는 사물 인터넷망으로 SigFox, Weightless-N(N-Wave) 등과 직접 경쟁할 뿐만 아니라 저가 LTE, 동일 주파수대의 WiFi와도 경쟁을 하고 있다. 로라의 데이타 통신 속도는 0.3 kbps to 50 kbp로 낮아 저전력이 가능하고 높은 속도를 필요로하지 않는 사물간 통신에 활용 가능하다.
로라(LoRaWAN)는 저전력 원거리 네트워크(LPWAN) 스펙의 하나이며, 지역적, 국가적 혹은 글로벌 네트워크에서 무선 배터리로 운용되는 사물을 위해 만들어졌다. 로라(LoRaWAN)는 보안이 유지되는 양방향 통신이나 현재까지 차량 혹은 지역 서비스 같은 사물인터넷을 주요 타겟으로 한다. 이 표준은 복잡한 설치과정 없이 스마트 기기들 사이에서 지속적인 상호호환성을 제공할 수 있고, 사용자에게 자유를 줄 것이며, 비니지스적으로 사물인터넷을 확장할 수 있을 것으로 기대된다.
일반적인 로라(LoRaWAN) 네트워크 아키텍처는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 로라 게이트웨이(50)가 센서 또는 액추에이터 등으로 구성될 수 있는 최종 장치(10)와 백엔드의 로라 네트워크 서버(70) 사이에서 메시지 데이터를 중계하는 투명한 스타 형태로 배치되며, 상기 로라 네트워크 서버(70)에 전송된 로라 데이터는 애플리케이션 서버(90)로 전송되어 저장 관리 및 분석된다. 상기 로라 게이트웨이(50)는 표준 IP 연결을 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)에 연결되고 상기 최종 장치(10)는 하나 이상의 로라 게이트웨이(50)에 단일 홉 무선 통신을 사용하여 통신을 수행한다.
이와 같은 구조 및 동작을 가지는 로라(LoRaWAN)는 최근에 다양한 서비스에 적용하려는 시도가 진행되고 있다. 대한민국 등록특허 10-1721853호(이하 "선행기술문헌"이라 함)는 LoRa 통신을 이용한 독거 노인 안전 24시간 모니터링 시스템 및 방법을 제안하고 있다. 이 선행기술문헌은 원거리 통신을 가능하게 하는 로라(LoRaWAN) 통신을 이용하여 독거노인을 원격에서 효율적으로 모니터링할 수 있도록 한다.
그러나, 센서 또는 액추에이터로 구성될 수 있는 종단 장치(10)와 로라 게이트웨이(50) 간의 통신 상태가 불량한 경우에는 모니터링 대상에 대한 원격 모니터링이 원활하지 않을 수 있다. 특히, 상기 종단 장치(10)가 전파 송수신에 장애가 되는 장소에 배치되는 경우에는 로라 통신이 원활하지 않을 수 있다.
이와 같은 문제는 상기 종단 장치기 함 내부에 배치되는 경우에 더욱더 심각하게 발생할 수 있다. 구체적으로, 로라를 원격 검침 시스템에 적용할 때, 계량기 값을 검침하는 종단 장치로서의 원격 수집기는 계량기 함 내부에 배치되기 때문에, 로라(LoRaWAN)를 그대로 적용하면, 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 로라 게이트웨이 간의 통신이 원활하지 않을 수 있고, 이로 인하여 통신 거리의 제약이 발생한다.
특히, 로라(LoRaWAN)에서의 종단 장치와 로라 게이트웨이 간의 데이터 송수신은 단일 홉(one hop) 통신을 통해 수행되기 때문에, 상기 종단 장치로서의 원격 수집기가 함 내부에 배치되면, 단일 홉 통신이 현실적으로 어려울 수 있고, 이로 인하여 로라(LoRaWAN)를 기반하여 구성된 원격 검침 시스템의 성능을 보장할 수 없는 단점을 발생시킨다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 로라(LoRaWAN)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성함으로써, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 수집기와 이에 대응되는 원격 표시기가 서로 시간 동기화되어 데이터 송수신을 수행할 때에만 동시에 웨이크업(wake up)되고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되도록 구성됨으로써, 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터에 해당하는 계량기 값을 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 로라 데이터를 로라 게이트웨이로 전송하되, 로라 데이터에 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 포함시켜 전송하도록 구성됨으로써, 로라 애플리케이션 서버에서 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인할 수 있도록 하고, 이로 인하여 원격 고장 진단 및 신속한 대응을 가능하도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 표시기만이 표준 프로토콜 기반으로 로라(LoRaWAN) 네트워크에 연결되도록 구성함으로써, 기존에 구축된 로라 공용망 또는 사설망에 연동될 수 있고, 로라 네트워크 서버가 상기 원격 표시기와 원격 수집기를 구별하지 않고 하나의 기기로 인식하여 네트워크 투명성을 보장할 수 있기 때문에, 로라(LoRaWAN) 기반의 시스템을 구성하는데 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터인 계량기 값을 디스플레이할 수 있도록 구성함으로써, 관련자가 계량기 값을 용이하게 확인할 수 있도록 하는 로라 기반 원격 검침 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 로라 기반 원격 검침 시스템을 이루는 구성수단은 계량기 함 내부에 배치되어 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 검침하는 원격 수집기, 상기 원격 수집기에 대응하여 상기 계량기 함 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버로 전송하는 원격 표시기, 상기 로라 네트워크 서버로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리하는 로라 애플리케이션 서버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원격 수집기와 상기 원격 표시기는 시간 동기화되어 동시에 깨어나서 데이터 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원격 표시기는 상기 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신받은 계량기 값을 상기 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 형성된 로라 데이터를 상기 로라 게이트웨이를 통해 상기 로라 네트워크 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원격 표시기는 대응하는 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송하고, 상기 로라 애플리케이션 서버는 상기 로라 데이터를 이용하여 대응하는 상기 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 로라 기반 원격 검침 시스템에 의하면, 로라(LoRaWAN)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성하기 때문에, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 수집기와 이에 대응되는 원격 표시기가 서로 시간 동기화되어 데이터 송수신을 수행할 때에만 동시에 웨이크업(wake up)되고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되도록 구성되기 때문에, 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터에 해당하는 계량기 값을 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 로라 데이터를 로라 게이트웨이로 전송하되, 로라 데이터에 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 포함시켜 전송하도록 구성되기 때문에, 로라 애플리케이션 서버에서 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인할 수 있도록 하고, 이로 인하여 원격 고장 진단 및 신속한 대응을 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 표시기만이 표준 프로토콜 기반으로 로라(LoRaWAN) 네트워크에 연결되도록 구성하기 때문에, 기존에 구축된 로라 공용망 또는 사설망에 연동될 수 있고, 로라 네트워크 서버가 상기 원격 표시기와 원격 수집기를 구별하지 않고 하나의 기기로 인식하여 네트워크 투명성을 보장할 수 있기 때문에, 로라(LoRaWAN) 기반의 시스템을 구성하는데 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원격 표시기가 상기 원격 수집기로부터 전송받은 검침 데이터인 계량기 값을 디스플레이할 수 있도록 구성하기 때문에, 관련자가 계량기 값을 용이하게 확인할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 로라(LoRaWAN) 네트워크 구조에 관한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템의 동작을 설명하기 위한 절차도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결 수단 및 효과를 가지는 본 발명인 로라(LoRaWAN) 기반 원격 검침 시스템에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템(100)은 로라(LoRaWAN) 네트워크 구조에서 종단 장치에 해당하는 원격 수집기(10), 본 발명에서 추가 채택되는 원격 표시기(30), 로라 게이트웨이(50)(로라 게이트웨이 대신에 베이스 스테이션이 대체될 수 있음), 로라 네트워크 서버(70) 및 로라 애플리케이션 서버(90)를 포함하여 구성된다. 즉, 본 발에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템(100)은 상기 원격 수집기(10)에 대응되어 원격 표시기(30)가 추가 채택되는 것을 핵심적인 특징으로 한다.
상기 원격 수집기(10)는 로라 네크워크 구조에서 종단 장치, 즉 센서 또는 액추에이터 등에 해당하는 종단 장치로서, 본 발명에서는 다양한 계량기(3)의 정보, 즉 계량기 값을 검침하여 획득하는 기기에 해당된다. 특히, 본 발명에서의 상기 원격 수집기(10)는 계량기(3)가 내장되어 있는 계량기 함(1) 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다. 이로 인하여 본 발명에서는 상기 원격 표시기(30)가 추가 채택되는 것이다.
구체적으로, 상기 원격 수집기(10)는 상기 계량기 함(1) 내부에 배치되어 검침 데이터에 해당하는 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 획득하여 상기 원격 표시기(30)로 전송한다. 로라 네트워크에서 종단 장치는 로라 게이트웨이와 단일 홉을 통해 데이터 통신을 수행한다.
그런데, 본 발명에서와 같이 종단 장치에 해당하는 상기 원격 수집기(10)가 상기 계량기 함(1) 내부에 배치되면, 공간적 제약에 따른 통신 환경 불량으로, 상기 원격 수집기(10)는 상기 로라 게이트웨이로 단일 홉 통신을 통해 데이터을 전송할 수 없는 상황이 발생한다. 특히, 상기 원격 수집기(10)와 상기 로라 게이트웨이(50) 사이의 거리가 먼 경우에 단일 홉 통신은 더욱더 어려워진다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 실질적인 통신 거리 확장을 위하여 상기 원격 표시기(30)를 채택 적용한다.
한편, 상기 원격 수집기(10)는 상기 계량기 함(1) 내부에서 상기 계량기(3)와 유선(UART)으로 연결되어, 사전에 설정된 주기마다 또는 원격 표시기(30)에서 요청시마다(이 경우, 상기 원격 표시기(30)도 로라 게이트웨이(50)를 통해 검침 요청 명령을 전송받음) 검침 데이터, 즉 계량기 값을 검침하여 상기 원격 표시기(30)로 전송한다. 즉, 상기 원격 수집기(10)는 사전에 설정된 주기마다 또는 검침 요청 명령이 있는 경우마다 유선(UART) 통신을 이용하여 상기 계량기 값을 획득(검침)하여 상기 원격 표시기(30)로 전송한다.
상기 원격 수집기(10)는 상기 획득된 계량기 값을 상기 원격 표시기(30)로 전송하지만, 지속적으로 검침되어 획득된 계량기 값을 내부 메모리에 저장 관리한다.
상기 원격 수집기(10)는 종단 장치로서 기존의 일반적인 로라(LoRaWAN) 네트워크 구조와 달리, 상기 로라 게이트웨이(50)와 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하는 것이 아니라, 상기 원격 표시기(30)와 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행한다. 따라서, 상기 원격 수집기(10)는 로라(LoRaWAN) 무선통신 모듈을 장착하되, 표준 프로토콜이 아닌, 자체적으로 채택 또는 개발 적용하는 자체 프로토콜, 즉 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 표시기(30)와 로라 통신을 수행한다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와 일대일 대응 배치되어 상기와 같이 상기 원격 수집기(10)와 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행한다. 그리고, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)를 대신하여 로라 네트워크에 연결된다. 즉 상기 원격 표시기(30)는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 상기 로라 게이트웨이(50)와 데이터 통신을 수행한다.
따라서, 상기 원격 표시기(30)는 단일의 로라(LoRaWAN) 무선 통신 모듈을 장착하되, 상기 단일의 로라(LoRaWAN) 무선 통신 모듈은 상기 원격 수집기(10)와 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하기 위한 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜 스택과 상기 로라 게이트웨이(50)와 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 수행하기 위한 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜 스택을 함께 내장하고 있다.
한편, 상기 원격 표시기(30)는 LCD와 같은 디스플레이부를 구비하여 상기 원격 수집기(10)에서 전송된 검침 데이터, 즉 계량기 값을 디스플레이할 수 있다. 따라서, 관리자 등 관련자는 상기 원격 표시기(30)를 통해 디스플레이되는 상기 계량기 값을 확인하여 상기 계량기 값을 용이하게 인지할 수 있다.
상기 원격 표시기(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 계량기 함(1) 내부에 배치되는 상기 원격 수집기(10)에 일대일 대응되어 상기 계량기 함(1) 외부에 배치되고, 상기 원격 수집기(10)로부터 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 검침 데이터, 즉 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 이 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 형성한 후, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이(50)를 거쳐 상기 로라 네크워크 서버(70)로 전송한다.
구체적으로, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)에 대응하여 상기 계량기 함(1) 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기(10)로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이(50)를 통해 로라 네트워크 서버(70)로 전송하는 역할을 수행한다.
이와 같이, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와 일대일 대응되어 페어(pair)를 구성한다. 즉, 상기 원격 표시기(30)는 대응되는 원격 수집기(10)와 그룹을 형성한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 원격 수집기(10)는 대응하여 배치되는 원격 표시기(30)와 각각의 그룹을 형성한다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기로부터 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신한 검침 데이터, 즉 계량기 값을 다른 프로토콜에 해당하는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 통해 상기 로라 게이트웨이(50)를 경유하여 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송해야 한다.
따라서, 상기 원격 표시기(30)는 상기 수신된 계량기 값을 인캡슐레이션(encapsulation)하여 로라 데이터를 형성한 후 전송하는 과정을 수행한다. 구체적으로, 상기 원격 표시기(30)는 상기 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신받은 계량기 값을 상기 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 형성된 로라 데이터를 상기 로라 게이트웨이(50)를 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송한다.
따라서, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 네트워크 서버(70)에 의하여 전송 또는 푸쉬된 상기 로라 데이터를 수신한 후, 저장 관리할 수 있고, 이를 통해 각각의 노드, 즉 각각의 계량기(3)에 대한 계량기 값을 확인, 분석 및 데이터베이스화할 수 있다.
한편, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 각 노드에서 정상적으로 검침이 수행되고 있는지를 확인할 필요가 있다. 따라서, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태를 확인할 수 있는 정보를 전송받을 필요가 있다.
이를 위하여, 상기 원격 표시기(30)는 상기 로라 데이터를 형성하는 과정에서 상기 원격 수집기(10) 간의 통신 상태에 관한 정보, 즉 통신 상태 정보를 함께 포함시켜 형성한 후 상기 로라 게이트웨이(50)를 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송될 수 있도록 한다. 그러면, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터에 포함되어 있는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태 정보를 확인할 수 있고, 이를 통하여 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태의 고장 진단 또는 정상 여부를 판단할 수 있으며, 이를 통해 해당 상황에 대한 신속한 대응이 가능하다는 장점을 발생시킨다.
구체적으로, 상기 원격 표시기(30)는 대응하는 상기 원격 수집기(10)와의 통신 상태 정보를 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송하고, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터를 이용하여 대응하는 상기 원격 표시기(30)와 원격 수집기(10) 간의 통신 상태를 확인할 수 있고, 이를 통해 고장 여부에 따라 신속한 대응을 수행할 수 있다.
상기 원격 표시기(30)에 의하여 상기 로라 데이터에 포함되는 상기 통신 상태 정보는 수신전계강도(RSSI : Received Signal Strength Indicator) 및 통신 시간을 포함한다. 따라서, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)로부터 검침 데이터, 즉 계량기 값이 수신되는 시점의 통신 시간과 수신전계강도 정보를 획득한 후 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송한다. 그러면, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)에서는 상기 로라 데이터에서 상기 수신전계강도와 통신 시간을 추출하여 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태를 확인할 수 있다.
상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리한다. 구체적으로, 상기 로라 네트워크 서버(70)는 상기 로라 데이터를 전송받은 후, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)로 푸쉬하여 전송한다. 그러면, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터를 저장 및 관리, 분석 및 데이터베이스화한다. 이를 통해, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 각각의 노드에 대한 검침 데이터, 즉 계량기 값을 확인할 수 있고, 더 나아가 각 노드에 그룹으로 배치되는 상기 원격 표시기(30)와 상기 원격 수집기(10) 간의 통신 상태를 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준(자체) 프로토콜을 통해 통신을 수행하고, 상기 로라 게이트웨이(50)와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 통해 통신을 수행한다. 따라서, 상기 원격 표시기(30)는 저소비 전력으로 상기 원격 수집기(10) 및 상기 로라 게이트웨이(50)와 각각 해당 프로토콜을 통해 데이터 통신을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 원격 표시기(30)와 상기 원격 수집기(10)는 서로 로라(LoRaWAN) 기반 비표준(자체) 프로토콜을 통해 통신을 수행하되, 소비 전력을 최소화하기 위하여 시간 동기화되어 데이터 통신을 수행할 때에만, 즉 계량기 값을 송수시할 때에만 동일한 시간에 깨어나서 데이터 통신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 각각 슬립(sleep) 상태로 전환됨으로써, 소비 전력을 최소화한다.
즉, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 시간 동기화되어 동시에 깨어나서 데이터 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되는 동작을 통하여 소비전력을 최소화시킨다. 따라서, 상기 원격 수집기(10) 및 상기 원격 표시기(30)는 배터리만으로 동작이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 로라 네트워크, 구체적으로 상기 로라 게이트웨이를 통한 상기 로라 네트워크 서버(70)로의 연결 수행은 상기 원격 표시기(30)만 단독으로 수행한다. 그리고, 상기 원격 표시기(30)는 이미 구축된 로라(LoRaWAN) 기반 공용망 또는 사설망에도 연동되어 상기 로라 게이트웨이를 통한 상기 로라 네트워크 서버(70)로 연결될 수 있다. 따라서, 별도의 로라(LoRaWAN) 망을 구축할 필요가 없기 때문에, 시스템 구축을 위한 시간, 노력 및 비용을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 로라 네트워크 서버(70)는 상기 원격 표시기(30)에만 직접적으로 연결되기 때문에, 상기 원격 표시기(30)와 상기 원격 수집기(10)를 별도로 인식하지 않고, 단일의 로라 종단 장치로서의 기기로 인식한다. 이로 인하여 네트워크 투명성이 보장되고, 두 개의 기기가 아닌 하나의 종단 장치로 처리할 수 있어서 로라 망(로라 공용망 또는 사설망) 사용 요금을 절약할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템(100)의 동작을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
일단, 각각의 노드에 원격 수집기(10)를 설치하고, 이에 대응하여 원격 표시기(30)를 설치 배치한다. 즉, 각 노드에 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)를 페어로 설치하여 그룹을 형성한다. 서로 인접 또는 근거리에 있는 그룹 간에는 데이터 통신의 충돌을 막기 위하여 서로 다른 주파수 채널을 할당한다. 즉, 서로 인접하는 그룹의 각각의 원격 표시기(30)는 로라 게이트웨이(50)와 서로 다른 주파수 채널을 할당받아 데이터 통신을 수행한다. 따라서, 인접 배치되는 원격 표시기(30)들 간에는 데이터 통신의 충돌을 피할 수 있다.
상기 페어로 구성되는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 표준망 통신이 아닌, 자체 프로토콜 통신에 해당하는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 로라(LoRaWAN) P2P(Peer to Peer) 모드를 사용하여 데이터 통신을 수행한다.
상기 페어로 그룹을 구성하는 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 서로 페어링을 수행한다(S10). 구체적으로, 상기 원격 수집기(10)가 상기 원격 표시기(30) 페어링 요청 메시지를 보내면, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)로 페어링 확인 메시지를 전송하는 과정을 통해 서로 연결된다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 페어링 확인 메시지와 함께 자신(원격 표시기)의 현재시간 정보도 전송한다. 그러면, 상기 원격 수집기(10)는 상기 페어링 확인 메시지를 수신받고, 상기 전송되는 원격 표시기(30)의 현재시간 정보를 수신받자마자 상기 원격 표시기의 현재시간을 자신(원격 수집기)의 현재시간으로 설정한다. 그런 후 슬립(sleep) 상태로 전환된다. 이와 같이 상기 원격 수집기(10)는 상기 원격 표시기(30)의 시간에 동기화를 맞추고, 이후에도 지속적, 주기적으로 시간 동기화를 수행한다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)와의 연결과 별개로 상기 로라 게이트웨이(50)(또는 베이스 스테이션(BS))에 연결되는 동작을 수행한다(S10). 즉, 상기 원격 표시기(30)는 로라 무선 통신 모듈에 내장된 로라 기반 표준 프로토콜 스택을 사용하여 로라 공용망 또는 사설망의 로라 베이스스테이션(BS) 또는 로라 게이트웨이(50)에 연결한다.
이와 같이, 상기 로라 공용망 또는 사설망으로의 연결 수행은 상기 원격 표시기(30)만 수행하여 연결된다. 즉, 상기 원격 표시기(30)만이 해당 로라 공용망 또는 사설망 사업자에게 기기 등록 및 서비스 등록을 수행하고 해당 로라 망에 연결한다. 결과적으로 상기 원격 수집기(10)는 상기 원격 표시기(30)에 종속되어 망 사업자에게는 보이지 않고 투명성이 보장된다.
상기 원격 표시기(30)는 상기 로라 망에 연결된 후, 지속적 및 주기적으로 상기 로라 네트워크 서버(70)와 동기화를 맞춘다. 즉, 상기 로라 네트워크 서버(70)로부터 전송되는 현재시간 정보를 전송받자마자 자신의 현재시간으로 설정한다.
상기와 같이 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간 페어링이 완료되고, 상기 원격 표시기(30)와 상기 로라 네트워크 서버(70) 간 로라망 연결 수행이 완료되면(S10), 상술한 바와 같이, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 슬립(sleep) 상태를 유지하여 전력 소모를 최소화한다(S0).
이후, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 각각 현재 시간이 사전에 설정된 웨이크 업(wake up) 설정시간에 도달하였는지(예를 들어, 사전에 설정된 주기마다 깨어난다) 또는 검침 요청이 있는지를 판단한다(S30). 판단 결과, 웨이크업 설정 시간에 도달한 것으로 판단되면(또는 검침 요청이 있는 경우), 서로 동시에 깨어나서 데이터(검침 데이터, 계량기 값) 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 다음 주기까지 각각 슬립(sleep) 상태로 전환된다(S40).
구체적으로, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30)는 주기마다(웨이크업 도달 시간마다) 동시에 깨어나고, 상기 원격 수집기(10)는 상기 계량기(3)로부터 현재 검침 값(계량기 값)을 획득한 후, 상기 원격 표시기(30)로 검침 데이터, 즉 상기 계량기 값을 전송한다. 상기 원격 수집기(30)는 상기 계량기 값을 전송한 후, 상기 원격 표시기(30)로부터 사전에 설정된 시간 내에 ACK 메시지가 수신되지 않으면, 재전송을 수행한다.
상기 원격 수집기(10)로부터 상기 계량기 값이 전송되면, 상기 원격 표시기(30)는 바로 상기 원격 수집기(10)로 ACK 메시지와 함께 자신(원격 표시기)의 현재시간을 전송한다. 상기 원격 수집기(10)는 상기 ACK 메시지를 받고, 바로 상기 원격 표시기의 현재시간을 자신(원격 수집기)의 현재시간을 설정하고 다음 주기가 도달할 때까지 슬립(sleep) 상태로 전환한다.
한편, 상기 원격 표시기(30)는 상기 원격 수집기(10)로 ACK 신호를 전송한 후 바로, 로라 기반 자체(비표준) 프로토콜을 사용하여 상기 원격 수집기(10)로부터 수신받은 검침 데이터, 즉 계량기 값을 로라 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 상기 로라 게이트웨이(50) 또는 BS를 통해 상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송한다.
그러면, 상기 로라 네트워크 서버(70)는 ACK 메시지와 함께 자신(로라 네트워크 서버)의 현재시간 정보를 상기 원격 표시기(30)로 전송한다. 그러면, 상기 원격 표시기(30)는 상기 수신한 로라 네트워크 서버의 현재시간을 자신(원격 표시기)의 현재시간을 설정하고 다음 주기가 도달할 때까지 슬립(sleep) 상태로 전환하여 전력 소모를 절약한다.
상기 로라 네트워크 서버(70)로 전송된 로라 데이터는 상기 로라 애플리케이션 서버(90)가 MQTT(Message Queueing Telemetry Transport) 등을 통해 수집한다. 그런 다음, 상기 로라 애플리케이션 서버(90)는 상기 로라 데이터를 토대로 검침값, 즉 각 노드의 계량기 값을 추출할 수 있고, 상기 원격 수집기(10)와 상기 원격 표시기(30) 간의 통신 상태, 구체적으로 RSSI 및 통신 시간을 추출하여 확인할 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 단순한 설계변경이나 관용수단의 치환 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
본 발명에 따른 로라 기반 원격 검침 시스템은 로라(LoRaWAN)를 기반하여 계량기 값에 해당하는 검침 데이터를 송수신하도록 구성하되, 계량기 함 내부에 배치되는 원격 수집기와는 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고, 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버와는 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 원격 표시기를 상기 원격 수집기에 대응하여 추가 구성하기 때문에, 상기 계량기 함 내부에 배치되는 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 단일 홉(one hop) 통신 난점을 해결할 수 있고, 이로 인하여 상기 원격 수집기와 상기 로라 게이트웨이 간의 통신 거리가 실질적으로 확장될 수 있도록 하는 산업상의 이용가능성을 가진다.

Claims (4)

  1. 계량기 함 내부에 배치되어 계량기 값을 주기마다 또는 요청시마다 검침하는 원격 수집기;
    상기 원격 수집기에 대응하여 상기 계량기 함 외부에 배치되고, 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 이용하여 상기 원격 수집기로부터 상기 계량기 값을 수신받아 디스플레이하며, 상기 계량기 값을 포함한 로라 데이터를 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜을 이용하여 로라 게이트웨이를 통해 로라 네트워크 서버로 전송하는 원격 표시기;
    상기 로라 네트워크 서버로 전송된 로라 데이터를 전송받아 저장 및 관리하는 로라 애플리케이션 서버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 로라 기반 원격 검침 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원격 수집기와 상기 원격 표시기는 시간 동기화되어 동시에 깨어나서 데이터 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 슬립(sleep) 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 로라 기반 원격 검침 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원격 표시기는 상기 로라(LoRaWAN) 기반 비표준 프로토콜을 통해 수신받은 계량기 값을 상기 로라(LoRaWAN) 기반 표준 프로토콜로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 형성된 로라 데이터를 상기 로라 게이트웨이를 통해 상기 로라 네트워크 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 로라 기반 원격 검침 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 원격 표시기는 대응하는 상기 원격 수집기와의 통신 상태 정보를 상기 로라 데이터에 포함시켜 전송하고, 상기 로라 애플리케이션 서버는 상기 로라 데이터를 이용하여 대응하는 상기 원격 표시기와 원격 수집기 간의 통신 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 로라 기반 원격 검침 시스템.
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