KR102103251B1 - 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 현장의 수위, 수질, 염도, 공기질 등 다양한 계측기로부터 계측기의 데이터를 DI, PI, AI, LAN, 시리얼 통신방식을 통해 수집하고, 정해진 시간 혹은 실시간으로 데이터를 클라우드서버로 전송하여 데이터를 누적시키고, 별도의 모바일 및 PC에 데이터를 표출하여 사용자로 하여금 언제 어디서나 빠르고 편리하게 현장 데이터를 원격 감시할 수 있도록 하며, 수문, 펌프 등 다양한 기계를 원격 제어하여 동작할 수 있도록 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템에 관한 것이다.

Description

사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템{IoT based embedded monitoring system}

본 발명은 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 현장의 수위, 수질, 염도, 공기질 등 다양한 계측기로부터 계측기의 데이터를 DI, PI, AI, LAN, 시리얼 통신방식을 통해 수집하고, 정해진 시간 혹은 실시간으로 데이터를 클라우드서버로 전송하여 데이터를 누적시키고, 별도의 모바일 및 PC에 데이터를 표출하여 사용자로 하여금 언제 어디서나 빠르고 편리하게 현장 데이터를 원격 감시할 수 있도록 하며, 수문, 펌프 등 다양한 기계를 원격 제어하여 동작할 수 있도록 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 사물 인터넷(Internet of Things, 약어로 IoT)은 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술을 의미한다.

여기서, 사물이란 가전제품, 모바일 장비, 웨어러블 컴퓨터, 각종 센서 등 다양한 임베디드 시스템이 된다.

사물 인터넷에 연결되는 사물들은 자신을 구별할 수 있는 유일한 아이피를 가지고 인터넷으로 연결되어야 하며, 외부 환경으로부터의 데이터 취득을 위해 센서를 내장할 수 있다.

모든 사물이 해킹의 대상이 될 수 있어 사물 인터넷의 발달과 보안의 발달은 함께 갈 수밖에 없는 구조이다.

이러한, 사물인터넷에 대한 조사 내용 중 정보 기술 연구 및 자문회사 가트너의 조사에 따르면 2009년까지 사물인터넷 기술을 사용하는 사물의 개수는 9억 개였으나 2020년까지 이 수가 260억 개에 이를 것이라고 예상했다.

이와 같이 많은 사물이 연결되면 인터넷을 통해 방대한 데이터가 모이게 되는데, 이렇게 모인 데이터는 기존 기술로 분석하기 힘들 정도로 방대해진다.

이것을 빅 데이터라고 부른다.

따라서, 빅 데이터를 분석하는 효율적인 알고리즘을 개발하는 기술의 필요성이 사물 인터넷의 등장에 따라 함께 대두되고 있다고 밝혔다.

그리고, 외국 시스코 시스템즈의 조사에 따르면 2013년부터 2022년까지 10년간 사물 인터넷이 14조 4천 달러의 경제적 가치를 창출할 것으로 기대된다고 밝혔다.

이러한, 사물인터넷은 기존의 유선통신을 기반으로 한 인터넷이나 모바일 인터넷보다 진화된 단계로 인터넷에 연결된 기기가 사람의 개입 없이 상호 간에 알아서 정보를 주고 받아 처리한다.

사물이 인간에 의존하지 않고 통신을 주고받는 점에서 기존의 유비쿼터스나 M2M(Machine to Machine: 사물지능통신)과 비슷하기도 하지만, 통신장비와 사람과의 통신을 주목적으로 하는 M2M의 개념을 인터넷으로 확장하여 사물은 물론이고 현실과 가상세계의 모든 정보와 상호작용하는 개념으로 진화한 단계라고 할 수 있다.

이와 같은, 사물인터넷은 간략하게 만물 인터넷(IoE) > 사물 인터넷(IoT) > 사물 통신(M2M)으로 나타낼 수 있으며, 여기서 만물 인터넷은 특정 기업이 만들어낸 방식이고, 사물 인터넷은 인터넷의 영역으로 들어오는 방식이며, 사물 통신은 인터넷의 영역으로 들어오지는 못하는 방식을 의미한다.

이러한 사물인터넷을 이용하기 위한 기술적인 설정은 크게 사물신원확인, 의사소통이 가능한 네트워크 구축, 사물에 감각 부여, 컨트롤 가능성으로 나눌 수 있다.

그리고 사물 인터넷에 이용하는 각각의 개체는 다른 개체로 하여금 자체적으로 식별할 수 있게 해주는 신원이 필요하다.

근거리에 위치한 사물의 신원을 나타내는 기술은 RFID기술이지만 좀 더 넓은 범위의 네트워크상에서 개별 사물의 신원을 확인하기 위해서는 개별 사물에 IP주소를 부여해야 한다.

이에 따라 IP주소에 대한 수요는 증가하였고 기존에 존재했던 32비트인 IPv4 체계로는 증가하는 사물들의 주소를 모두 할당하는 데 어려움이 따른다는 한계가 나타났다.

이로 인해 128 비트인 IPv6 체계의 필요성이 대두되고 있는 현실이다.

아울러, 네트워크 구축을 위한 사물들은 스스로 취합한 정보를 필요에 따라 다른 사물과 교환, 취합함으로써 새로운 정보를 창출할 수 있어야 한다.

사물들 간의 일관된 정보전달 방법을 확립하기 위해 HTTP를 대체할 MQTT

프로토콜이 제시되었고 OASIS(Advancing open standards for the information society)에서는 MQTT를 사물 인터넷의 표준 규약으로 사용하고 있다.

그리고, 산업 부문 측면에서 일 예로 공정을 분석하고 시설물을 모니터링하여 작업 효율과 안전을 제고한다.

생산, 가공, 유통부문에 사물 인터넷 기술을 접목하여 생산성을 향상시키고 안전유통체계를 확보한다.

주변 생활제품에 사물 인터넷을 투입하여 고부가 서비스 제품을 생산한다.

또한, 공공 부문 측면에서 일 예로 CCTV, 노약자 GPS 등의 사물 인터넷 정보를 사용해 재난이나 재해를 예방한다.

대기 상태, 쓰레기양 등의 정보를 제공받아 환경오염을 최소화한다.

에너지 관련 정보를 제공받아 에너지관리 효율성을 증대시킨다.

종래 기술에 따른 원격 측정에 의한 감시 및 제어시스템은 감지기의 자체적 측정 및 제어관리를 스스로 진단 및 판단하여 제어를 하지 못하고 중앙제어시스템의 제어와 통제에 의해 제한적인 문제점이 있었으며, 감지하고 하는 측정 변수만을 측정하는 기능을 제공함으로써 측정환경의 주변상황 판단이 불가능하며 이에 따른 위기 대응능력이 없는 문제점이 있었다.

한편, 임베디드 디바이스(Embedded Device)는 증폭기능을 포함하고 있거나 표준화된 전압과 전류의 신호를 만들어 줄 경우 이 신호를 아날로그 인풋(Analog Input)형태로 받아들인다.

임베디드 디바이스(Embedded Device)가 받아들인 신호는 디지털(Digital)신호로 변환되어 임베디드 디바이스(Embedded Device)의 컴퓨터 기능으로 품질 및 기계장치의 성능 등에 영향을 미치는 유효데이터를 생성하고 알고리즘에 따라 데이터를 분석하여 결과를 상위의 전산 시스템에 전달한다.

정보화에는 센서기술, 임베디드(Embedded Device)기술, 증폭 기술, 프로토콜을 구현하는 기술, 통신과 네트워크기술, 지능형 소프트웨어 개발 기술, 센서 탑재기반의 임베디드 디바이스(Embedded Device)기술 등이 필요하다.

이러한 정보화 기술을 통한 시너지는 다양한 형태로 정보화를 적용하는 대상과 정보화를 구축하는 기업에게 새로운 비즈니스(Business)의 기회를 제공한다.

정보통신 기술은 새로운 것을 창조하는 기술이라기보다는 기존의 범용 정보통신기술을 정보화가 이루어져있지 않은 분야에 콘텐츠(Contents)로서 융합되는 기술을 말한다.

센서탑재 기반의 임베디드 디바이스(Embedded Device)를 통한 정보화 기술은 센서와 임베디드 디바이스(Embedded Device) 및 관련 펌웨어(Firmware)를 통하여 정보통합을 위한 게이트웨이(Gateway) 상품화, 임베디드 디바이스(Embedded Device)의 상품화, 모바일 디바이스(Mobile Device)와 연계되는 정보통신 기술의 상품화, 압력과 온도 등 미세신호를 위한 증폭기술의 상품화 등 다양한 제품의 상품화를 가능하게 하여 새로운 비지니스(Business) 기회가 만들어진다

그리고, 정보통신 솔루션(ICT Solution)은 다양한 통신, 네트워크, 인터페이스(Interface)등 커뮤니케이션(Communication)기술과 데이터를 수집하고 처리하는 방법에 대한 정보(Information)기술을 말한다.

한편, 인터넷 단말기의 방식은 M2M(Merchine to Merchine) 장비와 1:1로 연동되어 모든 계측기의 정보를 취득하고 필요한 가공을 통하여 만들어진 정보를 임의의 스마트폰, PAD 등 모바일(mobile)장비를 통하여 그 내용을 모니터링하고 제어하는 방식이다.

따라서, 본 발명에서는 사물인터넷과 임베디드 기반의 모니터링 시스템을 제안하고자 하며, 이를 통해 임베디드 기반의 센서 자체에서 측정, 데이터 판단 및 진단, 제어 과정을 실시간으로 관리자나 이용자가 정보를 주고받을 수 있거나 비정상적이거나 특정상황에 대해 관리자나 이용자가 대응절차를 신속하게 처리할 수 있으며, 측정환경을 철저하게 감시함으로써 측정에 대한 오차를 줄일 수 있는 시스템을 제공할 수 있게 된다.

(선행문헌1) 한국등록번호 제10-1801033호 (선행문헌2) 한국등록번호 제10-1308076호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로,

본 발명의 제1 목적은 여러 현장의 수위, 수질, 염도, 공기질 등 다양한 계측기로부터 계측기의 데이터를 DI, PI, AI, LAN, 시리얼 통신방식을 통해 수집하고, 정해진 시간 혹은 실시간으로 데이터를 클라우드서버로 전송하여 데이터를 누적시키고, 별도의 모바일 및 PC에 데이터를 표출하여 사용자로 하여금 언제 어디서나 빠르고 편리하게 현장 데이터를 원격 감시할 수 있도록 하며, 수문, 펌프 등 다양한 기계를 원격 제어하여 동작할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 임베디드IOT전송단말기(200)와 클라우드서버(600)를 구성하고 IoT 및 CPS(Cyber Physical Systems, 사이버물리시스템) 기술을 적용하여 센싱, 비교, 분석, 판단을 수행 및 이벤트 발생시 유선인터넷 또는 IoT 통신망(LTE-M 또는 NB-IoT)을 통해 이벤트 발생 정보를 클라우드서버로 전송하도록 함으로써, 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템을 제공하고자 한다.

본 발명이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템은,

현장에 설치 구성되어 감지 정보를 통신 프로토콜 형태로 패킷화한 통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 현장감지센서부(100)와;

상기 현장감지센서부로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터를 수집하고, 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후, 이를 디지털값으로 변환하여 저장하고 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하며, 변환된 디지털값과 사전에 설정된 측정 범위를 벗어날 경우, 이상 신호로 판단하여 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하며, 동시에 상기 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하며, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하거나, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하기 위한 임베디드IOT전송단말기(200)와;

상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 수신할 경우에 이를 해석하고 분류한 후, 디스플레이패널을 통해 표출시키기 위한 IOT표출기(300)와;

상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 제어통신패킷데이터를 수신받아 이를 해석하고 분류한 후, 기계설비(500)에 DO, AO, 시리얼 신호 중 어느 하나의 신호를 전송하여 제어하기 위한 임베디드제어기(400)와;

임베디드IOT전송단말기(200)로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 수집하고, 수집된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후, 이를 클라우드저장부에 저장 처리하며, 관리자에 의해 입력된 제어 신호가 매칭된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 클라우드서버(600);를 포함하게 된다.

본 발명인 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템에 의하면, 여러 현장의 수위, 수질, 염도, 공기질 등 다양한 계측기로부터 계측기의 데이터를 DI, PI, AI, LAN, 시리얼 통신방식을 통해 수집하고, 정해진 시간 혹은 실시간으로 데이터를 클라우드서버로 전송하여 데이터를 누적시키고, 별도의 모바일 및 PC에 데이터를 표출하여 사용자로 하여금 언제 어디서나 빠르고 편리하게 현장 데이터를 원격 감시할 수 있도록 하며, 수문, 펌프 등 다양한 기계를 원격 제어하여 동작할 수 있도록 함으로써, 비정상적이거나 특정상황에 대한 관리자나 이용자가 대응절차를 신속하게 처리할 수 있게 되어 측정환경을 철저하게 감시함으로써 측정에 대한 오차를 줄여 대형 사고를 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 임베디드IOT전송단말기(200)와 클라우드서버(600)를 구성하고 IoT 및 CPS(Cyber Physical Systems, 사이버물리시스템) 기술을 적용하여 센싱, 비교, 분석, 판단을 수행하고, 이벤트 발생시 유선인터넷 또는 IoT 통신망(LTE-M 또는 NB-IoT)을 통해 이벤트 발생 정보를 클라우드서버로 전송하도록 함으로써, 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링 기술을 제공하는 효과가 있다.

이를 통해, 통합모니터링센터에 상주하고 있는 관리자로 하여금 복수 개의 원격 현장의 현재 상태를 모니터링 할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 기존 관리자의 경험에 의한 운영에서 벗어나 관리자 없이 시스템 스스로 센싱하고 분석하여 자율 제어함으로써, 최적 운영을 보장하는 기술 고도화를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 임베디드IOT전송단말기(200) 블록도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 클라우드서버(600) 블록도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 통신패킷데이터 구조도.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다.

또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템은,

현장에 설치 구성되어 감지 정보를 통신 프로토콜 형태로 패킷화한 통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 현장감지센서부(100)와;

상기 현장감지센서부로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터를 수집하고, 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후, 이를 디지털값으로 변환하여 저장하고 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하며, 변환된 디지털값과 사전에 설정된 측정 범위를 벗어날 경우에 이상 신호로 판단하여 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하며, 동시에 상기 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하며, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하거나, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하기 위한 임베디드IOT전송단말기(200)와;

상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 수신할 경우에 이를 해석하고 분류한 후, 디스플레이패널을 통해 표출시키기 위한 IOT표출기(300)와;

상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 제어통신패킷데이터를 수신받아 이를 해석하고 분류한 후, 기계설비(500)에 DO, AO, 시리얼 신호 중 어느 하나의 신호를 전송하여 제어하기 위한 임베디드제어기(400)와;

임베디드IOT전송단말기(200)로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 수집하고, 수집된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후, 이를 클라우드저장부에 저장 처리하며, 관리자에 의해 입력된 제어 신호가 매칭된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 클라우드서버(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통신패킷데이터는,

헤더 필드, 아이디 필드, 블록 필드, 테일 필드, 씨알씨 필드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤더 필드는 프로토콜 시작을 알리는 STX, 프로토콜 분류 코드를 알리는 Code 정보를 포함하며, 상기 아이디 필드는 아이디 길이를 알리는 ID Length, 장치 아이디를 알리는 ID 정보를 포함하며, 상기 블록 필드는 Block 길이를 알리는 Block Length, 명령 분류를 알리는 CMD, 세부 명령 분류를 알리는 Type, 데이터 상태를 알리는 AK/NK, Json 데이터와 bytes 데이터를 포함하는 Data 정보를 포함하며, 상기 테일 필드는 프로토콜 종료 코드를 알리는 Code, 프로토콜 끝을 알리는 ETX 정보를 포함하며, 상기 씨알씨 필드는 헤더 필드부터 테일 필드까지의 SUM값을 알리는 CRC 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 현장감지센서부(100)는,

유량계, 전류계, 수위계, 전압계, 개도계, 소리센서, 진동센서, 온도센서, 수질센서, 염도센서, 공기질센서 중 적어도 어느 하나 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 임베디드IOT전송단말기(200)는,

현장감지센서부로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터를 수집하기 위한 데이터수집부(210);

상기 수집된 통신패킷데이터를 해석하여 데이터를 분류한 후, 분류된 데이터를 디지털값으로 변환하여 데이터저장부에 저장시키며, 상기 수집된 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하기 위한 데이터처리부(220);

상기 데이터처리부에서 제공된 통신패킷데이터와 변환된 디지털값을 저장하고 있으며, 알람플래그처리부에 의해 처리된 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 저장하고 있는 데이터저장부(230);

상기 데이터처리부의 처리에 의해 변환된 디지털값과 사전에 설정된 측정 범위를 벗어날 경우에 이상 신호로 판단하여 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하기 위한 알람플래그처리부(240);

사물인터넷 무선통신 방식을 이용하여 상기 데이터저장부에 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하는 제1모드, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하는 제2모드, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하는 제3모드 중 어느 하나 이상의 모드를 수행하기 위한 IOT통신패킷데이터전송부(250);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 클라우드서버(600)는,

임베디드IOT전송단말기(200)로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 수집하기 위한 클라우드서버데이터수집부(610);

상기 수집된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 분류한 후, 분류된 데이터를 디지털값으로 변환하여 클라우드저장부에 저장시키기 위한 클라우드서버데이터처리부(620);

상기 클라우드서버데이터처리부에서 제공된 통신패킷데이터와 변환된 디지털값을 저장하고 있으며, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 저장하고 있는 클라우드저장부(630);

관리자에 의해 입력된 제어 신호를 획득할 경우에 제어 신호가 매칭된 원격제어통신패킷데이터를 생성하여 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 클라우드서버통신패킷데이터전송부(640);

상기 현장감지센서부별 위치 정보를 화면에 표출시키며, 클라우드저장부에 저장된 각 현장감지센서부별 데이터에 따라 통신상태, 전력상태, 계측값을 화면에 표출시키기 위한 클라우드서버화면표출부(650);

상기 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하여 해당 현장감지센서부의 위치 정보, 계측값을 화면에 팝업시키며, 해당 현장감지센서부를 관할하는 담당자단말기(700)로 알람 발생 정보를 송출시켜 신속한 처리가 가능하도록 하기 위한 알람처리부(660);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 담당자단말기로 송출되는 알람 발생 정보에는,

현장감지센서부의 종류 정보, 현장감지센서부의 측정 범위 정보, 현장감지센서부 설치 위치 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 IOT통신패킷데이터전송부(250)는,

LTE-M 통신 방식의 LTE-M무선네트워크통신모듈과 NB-IoT 통신 방식의 NB-IoT무선네트워크통신모듈 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 전체 구성도이다.

도 1과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템은, 현장감지센서부(100), 임베디드IOT전송단말기(200), IOT표출기(300), 임베디드제어기(400), 기계설비(500), 클라우드서버(600)를 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하면, 상기 현장감지센서부(100)는 현장에 설치 구성되어 감지 정보를 통신 프로토콜 형태로 패킷화한 통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 기능을 수행하게 된다.

이를 위하여, 상기 현장감지센서부(100)는 통신패킷데이터를 생성하기 위하여 통신패킷데이터생성모듈을 구성할 수도 있다.

즉, 헤더 필드, 아이디 필드, 블록 필드, 테일 필드, 씨알씨 필드를 포함하는 통신패킷데이터를 생성하기 위하여 통신패킷데이터생성모듈을 구성하게 되는 것이다.

또한, 상기 현장감지센서부(100)는,

유량계, 전류계, 수위계, 전압계, 개도계, 소리센서, 진동센서, 온도센서, 수질센서, 염도센서, 공기질센서 중 적어도 어느 하나 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유량계는 유량을 측정하기 위한 센서이며, 전류계는 전류를 측정하기 위한 센서이며, 수위계는 수위를 측정하기 위한 센서이며, 전압계는 전압을 측정하기 위한 센서이며, 개도계는 개도를 측정하기 위한 센서이며, 온도센서는 온도를 측정하기 위한 센서이며, 수질센서는 수질을 측정하기 위한 센서이며, 염도센서는 염도를 측정하기 위한 센서이며, 공기질센서는 공기질을 측정하기 위한 센서를 의미한다.

또한, 상기 소리센서는 주변 소리를 측정하기 위한 센서인데, 예를 들어, 수문이나 펌프 등에 발생하는 소리를 측정하게 되는 것이다.

상기 진동센서는 진동을 측정하기 위한 센서인데, 예를 들어, 수문이나 펌프 등에서 발생하는 진동을 측정하게 되는 것이다.

진동의 원인은 수리시설물에서 진동을 유발하게 하는 가장 공통적인 원인 중 대표적인 것들은 밸런스 불량에 의한 진동, 마찰에 의한 진동, 정렬 불량에 의한 진동, 자려진동(自勵振動), 비선형 진동, 열특성에 의한 진동, 배관 또는 기초태(基礎坮)에 의한 진동 등을 들 수 있다.

따라서, 진동센서의 도입으로 수리시설물의 이상 유무를 확인할 수 있기 때문에 이의 고장 발생 전에 항시 동작 상태를 확인하게 된 것이다.

그리고, 상기 임베디드IOT전송단말기(200)는 현장감지센서부로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터를 수집하게 된다.

예를 들어, 현장감지센서부(100)로 유량계, 전류계, 수위계, 소리센서, 진동센서, 온도센서를 구성하게 된다면, 이들로부터 주기적으로 전송되는 통신패킷데이터를 수집하게 되는 것이다.

본 발명에서는 상기 통신패킷데이터에 헤더 필드, 아이디 필드, 블록 필드, 테일 필드, 씨알씨 필드를 포함하도록 구성하게 됨으로써, 센서부들로부터 전송되는 로우 데이터의 손실과 해킹을 방지할 수 있게 되고, 임베디드IOT전송단말기에서는 아이디 필드를 통해 어떠한 센서부로부터 전송된 데이터인지를 판단할 수 있으며, 블록필드를 통해 데이터 정보를 확인할 수 있게 되는 것이다.

이를 통해, 임베디드IOT전송단말기에서는 자신이 관할하고 있는 현장감지센서부(100)의 장치아이디 정보를 저장하여 관리하고 있기 때문에 해당 장치아이디 정보 이외의 기타 다른 센서부들에서 제공되는 감지 정보들은 저장 처리하지 않게 되고, 이와 마찬가지로 클라우드서버도 자신이 관할하고 있는 임베디드IOT전송단말기의 장치아이디 정보를 저장하여 관리하고 있기 때문에 해당 장치아이디 정보 이외의 기타 임베디드IOT전송단말기들에서 제공되는 감지 정보들은 저장 처리하지 않게 된다.

또한, 임베디드IOT전송단말기(200)는 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후, 이를 디지털값으로 변환하여 저장하고 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하게 된다.

즉, 통신패킷데이터를 해석하여 이를 각각의 장치 아이디별로 분류하고, 분류된 데이터 내의 측정값을 디지털값으로 변환하여 저장처리하면서 동시에 해당 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하게 되는 것이다.

또한, 변환된 디지털값과 사전에 설정된 측정 범위를 벗어날 경우에 이상 신호로 판단하여 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하게 된다.

예를 들어, 수위계의 경우에 '수위 1M - 1V 내지 수위 10M - 5V' 라는 측정 레인지 범위 정보를 설정하여 저장시키게 된다.

이때, 측정된 값이 0V 나 6V 라면, 측정 레인지 범위값을 벗어나기 때문에 이상 상태로 판단할 수가 있는 것이다.

이러한 경우에 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그를 처리하여 클라우드서버로 전송하게 되면 클라우드서버에서 해당 통신패킷데이터를 해석할 경우에 알람 플래그가 존재하기 때문에 해당 수위계가 위치한 댐의 수위가 기준치 이상이므로 이에 따른 신속한 조치를 취할 수 있도록 디스플레이 화면에 팝업 창을 표출하거나, 담당자단말기로 현재 상황을 알려줄 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하게 되는데, 이를 통해 현장에 위치한 현장 담당자라든지, 주변에 위치한 사람들에게 현재 상태를 알려주게 되어 이에 따른 후속 조치를 취할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하게 되는데, 예를 들어, 수문 개폐기 동작 신호를 생성하고, 이를 통신패킷데이터에 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기에 전송하게 됨으로써, 임베디드제어기에서는 이에 따라 수문 개폐기에 동작 신호를 제공하여 동작시키게 되는 것이다.

또한, 사용자에 의해 현재 수위계에 따른 원격 제어신호를 생성하게 되면, 클라우드서버에서는 이를 획득하여 원격제어통신패킷데이터를 생성하게 되고, 이를 전송하게 되며, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하게 되고, 임베디드제어기에서는 이를 참조하여 해당 기계설비인 수문 개폐기를 동작시키게 되는 것이다.

그리고, 상기 IOT표출기(300)는 상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 수신할 경우에 이를 해석하고 분류한 후, 디스플레이패널을 통해 표출시키기 위한 기능을 수행하게 된다.

이를 통해 현장에 위치한 현장 담당자라든지, 주변에 위치한 사람들에게 현재 상태를 알려주게 되어 이에 따른 후속 조치를 취할 수 있도록 하는 것이다.

예를 들어, 통신패킷데이터에 포함된 측정값들을 해석하게 되는데, 온도 - 25도, 수위 - 15미터 등의 측정값을 디스플레이패널을 통해 표출시키거나, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하여 현재 수위 - 30미터라는 측정값과 알람 플래그 처리에 따른 후속 조치 정보인 수문 개폐기 조작바람, 주변 일반인들에게 경고 방송바람 등의 정보를 생성하여 디스플레이패널에 표출시키게 된다.

그리고, 상기 임베디드제어기(400)는 상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 제어통신패킷데이터를 수신받아 이를 해석하고 분류한 후, 기계설비(500)에 DO, AO, 시리얼 신호 중 어느 하나의 신호를 전송하여 제어하기 위한 기능을 수행하게 된다.

즉, 제어통신패킷데이터 내에는 제어 신호를 포함하게 되므로 임베디드제어기에서는 제어통신패킷데이터를 해석할 경우에 제어 신호가 존재하는지를 판단하게 된다.

이때, 제어 신호가 존재하게 되면 해당 제어 신호에 해당하는 기계설비를 판단하여 해당 기계설비의 제어 신호에 해당하는 DO, AO, 시리얼 신호 중 어느 하나의 신호를 전송하게 되는 것이다.

예를 들어, 수문 개폐기일 경우에 AO 신호를 생성하여 이를 수문 개폐기에 제공함으로써, 수문을 개방하게 되는 것이다.

그리고, 상기 클라우드서버(600)는 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 수집하고, 수집된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후, 이를 클라우드저장부에 저장 처리하게 된다.

즉, 주기적으로 실시간 획득하는 통신패킷데이터들은 헤더 필드, 아이디 필드, 블록 필드, 테일 필드, 씨알씨 필드를 포함하고 있기 때문에 이를 해석하게 되면 어느 현장에 설치 구성된 센서부로부터 제공된 데이터인지를 분류할 수 있게 된다.

따라서, 분류된 통신패킷데이터를 해당 현장별 혹은 센서부별로 마련된 데이터 필드에 저장 처리하게 되는 것이다.

또한, 별도의 원격프로그램을 설치 구성하고 있기 때문에 관리자가 원격프로그램을 로딩시켜 특정 기계 설비에 대한 제어를 수행하게 되면 관리자에 의해 입력된 제어 신호가 매칭된 원격제어통신패킷데이터를 생성하여 해당 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하게 됨으로써, 원격 제어를 실행할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같이, 본 발명에서는 프로토콜 형태로 패킷화한 통신패킷데이터를 주고 받을 수 있도록 구성되어 있다.

이때, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 통신패킷데이터는,

헤더 필드, 아이디 필드, 블록 필드, 테일 필드, 씨알씨 필드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 설명하면, 상기 헤더 필드는 프로토콜 시작을 알리는 STX, 프로토콜 분류 코드를 알리는 Code 정보를 포함하며,

상기 아이디 필드는 아이디 길이를 알리는 ID Length, 장치 아이디를 알리는 ID 정보를 포함하며,

상기 블록 필드는 Block 길이를 알리는 Block Length, 명령 분류를 알리는 CMD, 세부 명령 분류를 알리는 Type, 데이터 상태를 알리는 AK/NK, Json 데이터와 bytes 데이터를 포함하는 Data 정보를 포함하며,

상기 테일 필드는 프로토콜 종료 코드를 알리는 Code, 프로토콜 끝을 알리는 ETX 정보를 포함하며,

상기 씨알씨 필드는 헤더 필드부터 테일 필드까지의 SUM값을 알리는 CRC 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 헤더 필드는 프로토콜 시작을 알리는 STX, 프로토콜 분류 코드를 알리는 Code 정보를 포함하기 때문에 임베디드IOT전송단말기(200), IOT표출기(300), 임베디드제어기(400), 클라우드서버(600)는 해석해야 할 프로토콜의 시작을 알 수 있게 되어 해석시, 정확하고 신속하게 해석할 수 있으며, 프로토콜 분류 코드를 알 수 있으므로 분류의 편리성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 상기 아이디 필드는 아이디 길이를 알리는 ID Length, 장치 아이디를 알리는 ID 정보를 포함하기 때문에 장치 아이디를 식별자로 하여 이에 따라 해당 측정데이터를 해당 장치 아이디를 기준으로 저장하거나 갱신 처리할 수 있게 된다.

또한, 상기 블록 필드는 Block 길이를 알리는 Block Length, 명령 분류를 알리는 CMD, 세부 명령 분류를 알리는 Type, 데이터 상태를 알리는 AK/NK, Json 데이터와 bytes 데이터를 포함하는 Data 정보를 포함하게 되는데, 여기에 각종 측정 데이터와 제어 데이터 및 알람 플래그 등의 정보를 포함할 수 있게 된다.

또한, 상기 테일 필드는 프로토콜 종료 코드를 알리는 Code, 프로토콜 끝을 알리는 ETX 정보를 포함하게 된다.

따라서, 통신패킷데이터의 끝 부분을 알 수 있게 되어 유의미한 데이터의 시작과 마지막 바이트의 위치를 판단할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 씨알씨 필드는 헤더 필드부터 테일 필드까지의 SUM값을 알리는 CRC 정보를 포함하고 있기 때문에 통신패킷데이터의 오류 혹은 변형을 확인할 수 있게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 임베디드IOT전송단말기(200) 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 임베디드IOT전송단말기(200)는 데이터수집부(210), 데이터처리부(220), 데이터저장부(230), 알람플래그처리부(240), IOT통신패킷데이터전송부(250)를 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하자면, 상기 데이터수집부(210)는 현장감지센서부로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터를 수집하게 되며, 상기 데이터처리부(220)는 상기 수집된 통신패킷데이터를 해석하여 데이터를 분류한 후, 분류된 데이터를 디지털값으로 변환하여 데이터저장부에 저장시키며, 상기 수집된 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하게 된다.

예를 들어, 아이디를 확인하여 해당 임베디드IOT전송단말기에서 관리하는 현장감지센서부인지를 해석하게 되며, 블록 필드에 저장된 데이터의 종류가 무엇인지를 확인하게 되며, 디지털값으로 변환하게 되고, 이를 데이터저장부에 저장 처리하게 된다.

일반적으로 분류된 데이터를 1ms 주기로 샘플링하고 100개의 값을 추출한 피크값을 검출하게 되며, 검출된 피크값의 평균과 주파수를 이용하여 일정한 크기의 신호로 처리하게 된다.

이후, 입력된 아날로그 전압(DC 1~5V) 및 전류(4~20mA)로 처리된 신호를 데이터처리부에서 판단할 수 있는 디지털 값으로 변환한다.

따라서, 상기 데이터저장부(230)에는 데이터처리부에서 제공된 통신패킷데이터와 변환된 디지털값을 저장하고 있으며, 알람플래그처리부에 의해 처리된 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 저장하고 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 알람플래그처리부(240)는 상기 데이터처리부의 처리에 의해 변환된 디지털값과 사전에 설정된 측정 범위를 벗어날 경우에 이상 신호로 판단하여 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하게 된다.

예를 들어, 측정 범위를 설정하기 위하여 DC 1V ~ 5V 범위 내의 출력값 혹은 4mA ~ 20mA 범위 내의 출력값 중 어느 하나를 선택하기 위한 선택 아이콘을 제공하게 된다.

이때, 관리자가 DC 1V ~ 5V 범위 내의 출력값을 선택하게 되면, 선택된 출력값의 최소치인 DC 1V에 매칭될 최소측정값을 설정하게 되는데, 수위계라면, 수위 1M를 입력하게 된다.

또한, 선택된 출력값의 최대치인 5V에 매칭될 최대 측정값을 설정하게 되는데, 수위 10M를 입력하게 된다.

즉, 센서별 측정 레인지 범위를 설정하기 위한 입력 페이지를 제공하여 센서별 측정 레인지 범위를 설정하게 되는 것이다.

따라서, 측정된 값이 0V 또는 6V라면, 측정 범위값을 벗어나기 때문에 이상 상태로 판단할 수가 있는 것이며, 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하게 된다.

상기 알람 플래그 처리는 통신패킷데이터에 이벤트 신호를 포함하고 있음을 알리기 위하여 처리하는 방식이며, 이를 수신받은 수신측의 단말기에서는 이를 해석할 경우에 팝업창으로 제공하게 되는 것이다.

그리고, 상기 IOT통신패킷데이터전송부(250)는 사물인터넷 무선통신 방식을 이용하여 상기 데이터저장부에 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하는 제1모드, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하는 제2모드, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하는 제3모드 중 어느 하나 이상의 모드를 수행하기 위한 기능을 수행하게 된다.

예를 들어, IOT통신패킷데이터전송부(250)는 제1모드를 수행하기 위하여, 사물인터넷 무선통신 방식을 이용하여 상기 데이터저장부에 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하게 된다.

즉, 주기적으로 현장감지센서부(100)에서 제공되는 통신패킷데이터를 해석한 정보를 IOT표출기로 전송하여 이를 표출하도록 하는 것이며, 주기적으로 제공된 통신패킷데이터를 해석함에 있어 측정 레인지 범위를 벗어날 경우에 이상 신호로 판단하여 처리한 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하게 되면, IOT표출기에서는 이를 출력함에 있어 관리자 혹은 주변 일반인들이 쉽게 확인할 수 있도록 알람을 주거나, 주기적으로 점멸되는 화면을 제공할 수도 있다.

또한, 제2모드를 수행하기 위하여, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하게 된다.

제1모드의 경우에는 표출하기 위한 기능을 제공하는 반면에 제2모드의 경우에는 기계설비를 제어하기 위한 기능을 제공하는 것이다.

즉, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 제공하게 되면, 임베디드제어기에서는 이를 수신할 경우에 해당 기계설비 예를 들어, 수문 개폐기에 동작 신호를 제공하여 수문을 개방하게 되는 것이다.

또한, 제3모드를 수행하기 위하여, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하는 기능을 제공하는 것이다.

즉, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하게 되면 관리자가 이를 확인하여 원격 제어 신호를 제공하게 되는데, 이때, 원격 제어 신호를 포함하고 있는 원격제어통신패킷데이터를 획득하여 임베디드제어기로 전송하게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 IOT통신패킷데이터전송부(250)는,

LTE-M 통신 방식의 LTE-M무선네트워크통신모듈과 NB-IoT 통신 방식의 NB-IoT무선네트워크통신모듈 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

현재 대한민국 정부에서는 재난안전통신망으로서, 초고속통신망(LTE-M)을 구축하고 있으며, 정부 정책에 맞게 본 발명의 사물인터넷무선통신장치도 LTE-M 통신 방식의 LTE-M무선네트워크통신부로 구성하거나, NB-IoT 통신 방식의 NB-IoT무선네트워크통신부를 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 통신 방식은 고속으로 데이터 통신이 가능한 네트워크망을 의미하는 것으로서, 이러한 방식이 상용화된다면 본 발명에서 추구하고자 하는 서비스 도입이 신속하게 이루질 것으로 예측된다.

한편, 부가적인 양태에 따라, LTE-CAT.M1 통신 방식의 LTE-CAT.M1무선네트워크통신부를 사용자의 요구에 따라 설치 구성할 수도 있다.

즉, 상기와 같이, 통신망이 갈수록 고도화되고 저렴하게 사용할 수 있으나, 각종 제어시스템에서는 현재 고도화되고 저렴한 통신 방식을 사용하지 못하고 있어 사용자들은 비싸고, 구축이 어려운 전용회선 통신망을 사용할 수밖에 없는 제약이 따르고 있었다.

이를 해결하기 위하여 본 발명에서의 IOT통신패킷데이터전송부(250)는 LTE-M 통신 방식의 LTE-M무선네트워크통신부 혹은 NB-IoT 통신 방식의 NB-IoT무선네트워크통신부와 인터페이스가 가능한 임베디드 방식의 플랫폼을 탑재하게 되는 것이다.

따라서, 사물인터넷(IoT) 무선 통신부(LTE-M, NB-IoT)를 통해 계측, 상태정보 및 이벤트 발생정보 등을 통신 프로토콜 형태로 데이터를 패킷화하여 임베디드IOT전송단말기(200)와 클라우드서버(600)간에 통신을 수행하게 되는 것이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템의 클라우드서버(600) 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 클라우드서버(600)는 클라우드서버데이터수집부(610), 클라우드서버데이터처리부(620), 클라우드저장부(630), 클라우드서버통신패킷데이터전송부(640), 클라우드서버화면표출부(650), 알람처리부(660)를 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하자면, 상기 클라우드서버데이터수집부(610)는 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 수집하게 되며, 클라우드서버데이터처리부(620)는 상기 수집된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 분류한 후, 분류된 데이터를 디지털값으로 변환하여 클라우드저장부에 저장시키게 된다.

통신패킷데이터를 분류하고, 분류된 데이터를 디지털값으로 변환하는 과정은 상기 임베디드IOT전송단말기(200)에서 구체적으로 설명하였으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 클라우드저장부(630)는 상기 클라우드서버데이터처리부에서 제공된 통신패킷데이터와 변환된 디지털값을 저장하고 있으며, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 저장하고 있게 된다.

또한, 상기 클라우드서버통신패킷데이터전송부(640)는 관리자에 의해 입력된 제어 신호를 획득할 경우에 제어 신호가 매칭된 원격제어통신패킷데이터를 생성하여 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하게 된다.

예를 들어, 수문 개폐기 동작 신호를 생성하고, 이를 통신패킷데이터에 매칭시킨 원격제어통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)에 전송하게 됨으로써, 임베디드IOT전송단말기(200)에서는 이를 해석하여 임베디드제어기로 해당 기계설비에 대한 제어 신호를 전송하게 된다.

이에 따라 수문 개폐기에 동작 신호를 제공하여 동작시키게 되는 것이다.

또한, 이상 신호가 아니더라도 평상시에 사용자에 의해 현재 수위계에 따른 원격 제어신호를 생성하게 되면, 클라우드서버통신패킷데이터전송부(640)는 이를 획득하여 원격제어통신패킷데이터를 생성하게 되고, 이를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하게 되며, 임베디드IOT전송단말기(200)에서 이를 해석하여 임베디드제어기로 제어 신호를 제공하게 되고, 임베디드제어기에서는 이를 참조하여 해당 기계설비인 수문 개폐기를 동작시키게 되는 것이다.

그리고, 상기 클라우드서버화면표출부(650)는 상기 현장감지센서부별 위치 정보를 화면에 표출시키며, 클라우드저장부에 저장된 각 현장감지센서부별 데이터에 따라 통신상태, 전력상태, 계측값을 화면에 표출시키게 된다.

예를 들어, '낙동강 하구둑 제 1 배수갑문'이라는 온도센서 설치 위치 정보를 화면에 표출시키며, 해당 센서의 통신 상태(예를들어, 통신상태 양호), 전력상태(예를들어, 전력상태 양호), 계측값(예를 들어, 온도 28도) 등을 화면에 표출시키게 된다.

또한, 상기 알람처리부(660)는 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하여 해당 현장감지센서부의 위치 정보, 계측값을 화면에 팝업시키며, 해당 현장감지센서부를 관할하는 담당자단말기(700)로 알람 발생 정보를 송출시켜 신속한 처리가 가능하도록 하는 기능을 수행하게 된다.

예를 들어, 온도값이 평상시 온도값보다 높을 경우에 현장감지센서부의 위치 정보인 '낙동강 하구둑 제 1 배수갑문', '펌프 온도 40도', '담당자-010-123-4567'이라는 정보를 화면에 표출시키고, 상기 위치 정보와 계측값을 해당 담당자단말기로 송출하게 되는 것이다.

한편, 상기 담당자단말기로 송출되는 알람 발생 정보에는,

현장감지센서부의 종류 정보, 현장감지센서부의 측정 레인지 범위 정보, 현장감지센서부 설치 위치 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

즉, '펌프 온도센서', '온도 범위 25도 ~ 38도', '낙동강 하구둑 제 1 배수갑문'이라는 정보를 포함하게 되는 것이다.

한편, 다른 부가적인 양태에 따라, 상기 임베디드IOT전송단말기(200)는,

클라우드서버(600)로부터 통신 자동 복구 이벤트 신호를 포함하는 통신패킷데이터를 획득할 경우에, 통신 두절 시간과 통신 재개 시간 사이에 존재하는 통신패킷데이터를 데이터저장부(230)로부터 추출한 후, 추출된 통신패킷데이터를 클라우드서버(600)로 제공하기 위한 통신두절범위내감시정보생성부;를 더 포함하여 구성할 수 있다.

구체적으로 통신두절범위내감시정보생성부는 클라우드서버(600)로부터 통신 자동 복구 이벤트 정보를 획득할 경우에, 통신 자동 복구 이벤트 신호를 포함하는 통신패킷데이터에 포함된 통신 두절 시간과 통신 재개 시간 사이에 존재하는 통신패킷데이터를 데이터저장부(230)로부터 추출하게 된다.

예를 들어, 통신 두절 시간이 2019년 7월 21일 오전 9시이며, 통신 재개 시간이 2019년 7월 21일 오전 10시일 경우에 해당 통신 두절 시간과 통신 재개 시간 사이에 존재하는 통신패킷데이터를 데이터저장부(230)로부터 추출하게 된다.

한편, 다른 부가적인 양태에 따라, 상기 클라우드서버(600)는,

센서지도맵 정보를 저장하고 있는 센서지도맵DB;

상기 센서지도맵DB로부터 센서지도맵 정보를 획득하여 클라우드저장부(630)에 저장된 데이터로부터 해당 시설물의 장치아이디를 통한 위치 정보를 추출하여 상기 센서지도맵DB 상에 맵핑시켜 화면에 표출시키기 위한 센서지도맵위치표출부;를 포함하여 구성할 수 있다.

구체적으로, 상기 센서지도맵DB에는 센서지도맵 정보를 저장하고 있게 되고, 상기 센서지도맵위치표출부는 상기 센서지도맵DB로부터 센서지도맵 정보를 획득하여 클라우드저장부(630)에 저장된 데이터로부터 해당 시설물의 장치 아이디를 통한 위치 정보를 추출하여 상기 센서지도맵 상에 맵핑시켜 화면에 표출시키게 되는 것이다.

예를 들어, 해당 빗물 재활용을 위한 시설물의 장치아이디를 통한 위치 정보를 추출한 후, 센서지도맵의 해당 위치에 맵핑시키게 되는 것이다.

또한, 필요에 따라, 알람 발생 내역을 화면에 팝업시키고, 경고음이나 SMS(문자서비스)를 통해 관리자에게 신속하게 알리도록 구성할 수도 있다.

한편, 다른 부가적인 양태에 따라, 상기 클라우드서버(600)는,

어느 한 시설물에 대한 선택 정보를 획득할 경우에 해당 시설물에 대한 감지 정보를 클라우드저장부(630)로부터 추출하여 화면에 표출시키기 위한 선택시설물감지정보표출부;를 더 포함하여 구성할 수 있다.

예를 들어, 시설물이 저류조일 경우에 관리자가 'ID:1-Storage tank'인 시설물인 저류조를 선택하게 되면, 해당 저류조의 고유아이디를 추출하고, 고유아이디를 식별자로 하는 감지 데이터를 클라우드저장부(630)로부터 추출하게 된다.

따라서, 현재 감지 상태 정보를 확인할 수 있게 되는 것이다.

만약, 감시수단으로서, 영상카메라부를 구성하게 되면, 저류조의 현재 상태를 영상으로 확인할 수 있게 되는 것이다.

한편, 또 다른 부가적인 양태에 따라, 상기 클라우드서버(600)는,

임베디드IOT전송단말기(200)로부터 체크 신호에 대한 응답신호를 획득하게 못할 경우에, 통신 두절로 판단하여 최종 응답신호를 받은 이후 체크 신호를 송출한 시간을 추출하며, 주기적으로 체크 신호를 제공하되, 체크 신호에 대한 응답신호를 수신받는 시간을 추출한 후, 상기 최종 응답신호를 받은 이후 체크 신호를 송출한 시간과 체크 신호에 대한 응답신호를 수신받는 시간까지의 구간에 존재하는 현장감지센서부별 감지 정보를 요청하는 통신 자동 복구 이벤트 데이터를 포함하는 통신패킷데이터를 생성하고, 해당 생성된 통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기로 제공하기 위한 누락감지정보자동복구처리부;를 더 포함하여 구성할 수 있다.

구체적으로, 누락감지정보자동복구처리부는 임베디드IOT전송단말기와 주기적으로 체크 신호에 대한 응답 신호를 획득하게 된다.

예를 들어, 5분 단위로 체크 신호를 송출하게 되며, 이에 대한 응답 신호를 획득하게 되므로 이는 통신 정상 동작 상태가 된다.

그러나, 통신이 두절되게 되면, 최종 응답신호를 받은 이후 체크 신호를 송출한 시간을 추출하며, 주기적으로 체크 신호를 제공하되, 체크 신호에 대한 응답신호를 수신받는 시간을 추출한 후, 상기 최종 응답신호를 받은 이후 체크 신호를 송출한 시간과 체크 신호에 대한 응답신호를 수신받는 시간까지의 구간에 존재하는 감시수단별 감시 정보를 요청하는 통신 자동 복구 이벤트 데이터를 포함하는 통신패킷데이터를 생성하게 된다.

예를 들어, 2019년 7월 21일 오전 9시에 체크 신호를 송출하였는데, 이에 대한 응답 신호를 획득하게 못할 경우에, 통신 두절로 판단하게 되어, 통신 두절 시작 시간은 2019년 7월 20일 오전 9시로 판단하게 된다.

이후, 5분 단위로 주기적으로 체크 신호를 제공하되, 체크 신호에 대한 응답신호를 수신받는 시간을 추출하게 된다.

예를 들어, 2019년 7월 20일 오전 10시에 체크 신호에 대한 응답 신호를 수신받게 되면, 이를 통신 재개 시간으로 판단하게 된다.

따라서, 2019년 7월 20일 오전 9시부터 2019년 7월 20일 오전 10시까지의 시간 구간에 존재하는 현장감지센서부별 감지 정보를 요청하는 통신 자동 복구 이벤트 데이터를 포함하는 통신패킷데이터를 생성하여 이를 해당 임베디드IOT전송단말기(200)로 제공하게 되는 것이다.

이때, 임베디드IOT전송단말기(200)는 해당 통신 두절 시간과 통신 재개 시간 사이에 존재하는 현장감지센서부별 감지 정보를 데이터저장부(230)로부터 추출하게 된다.

즉, 수위계 1 - 5CM, 수위계 2 - 3CM 등과 같은 현장감지센서부별 감지 정보를 추출하여 클라우드서버(600)로 전송하여 클라우드저장부(630)에 저장된 해당 시설물의 고유아이디를 가지는 데이터 필드를 갱신 처리하게 되는 것이다.

상기와 같이, 임베디드IOT전송단말기(200)를 구성하여 IoT 및 CPS(Cyber Physical Systems, 사이버물리시스템) 기술을 적용하게 되어 센싱, 비교, 분석, 판단, 자율제어하고, 이벤트 발생시, 유선인터넷 또는 IoT 통신망(LTE-M 또는 NB-IoT)을 통해 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 클라우드서버(600)로 전송하도록 함으로써, 통합모니터링센터에 상주하고 있는 관리자로 하여금 시설물의 현재 상태를 모니터링 할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 기존 관리자의 경험에 의한 운영에서 벗어나 관리자 없이 시스템 스스로 센싱하고 분석하여, 지능적 자동설정과 자율제어, 최적 운영을 보장하는 기술 고도화를 기대할 수 있다.

본 발명에 의하면, 여러 현장의 수위, 수질, 염도, 공기질 등 다양한 계측기로부터 계측기의 데이터를 DI, PI, AI, LAN, 시리얼 통신방식을 통해 수집하고, 정해진 시간 혹은 실시간으로 데이터를 클라우드서버로 전송하여 데이터를 누적시키고, 별도의 모바일 및 PC에 데이터를 표출하여 사용자로 하여금 언제 어디서나 빠르고 편리하게 현장 데이터를 원격 감시할 수 있도록 하며, 수문, 펌프 등 다양한 기계를 원격 제어하여 동작할 수 있도록 함으로써, 비정상적이거나 특정상황에 대한 관리자나 이용자가 대응절차를 신속하게 처리할 수 있게 되어 측정환경을 철저하게 감시함으로써 측정에 대한 오차를 줄여 대형 사고를 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100 : 현장감지센서부
200 : 임베디드IOT전송단말기
300 : IOT표출기
400 : 임베디드제어기
500 : 기계설비
600 : 클라우드서버

Claims (8)

1. 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템에 있어서,
   현장에 설치 구성되어 감지 정보를 통신 프로토콜 형태로 패킷화한 통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 현장감지센서부(100)와;
   
   상기 현장감지센서부로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터를 수집하고, 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후 이를 디지털값으로 변환하여 저장하고, 수집된 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하되, 변환된 디지털값이 사전에 설정된 측정 레인지 범위를 벗어날 경우에 이상 신호로 판단하여 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하며, 동시에 상기 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하며, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하거나, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하기 위한 임베디드IOT전송단말기(200)와;
   
   상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 수신할 경우에 이를 해석하고 분류한 후, 디스플레이패널을 통해 표출시키기 위한 IOT표출기(300)와;
   
   상기 임베디드IOT전송단말기(200)로부터 전송된 제어통신패킷데이터를 수신받아 이를 해석하고 분류한 후, 기계설비(500)에 DO, AO, 시리얼 신호 중 어느 하나의 신호를 전송하여 제어하기 위한 임베디드제어기(400)와;
   
   임베디드IOT전송단말기(200)로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 수집하고, 수집된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하고 분류한 후, 이를 클라우드저장부에 저장 처리하며, 관리자에 의해 입력된 제어 신호가 매칭된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 클라우드서버(600);를 포함하여 구성되고,
   상기 통신패킷데이터는,
   헤더 필드, 아이디 필드, 블록 필드, 테일 필드, 씨알씨 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 헤더 필드는 프로토콜 시작을 알리는 STX, 프로토콜 분류 코드를 알리는 Code 정보를 포함하며,
   상기 아이디 필드는 아이디 길이를 알리는 ID Length, 장치 아이디를 알리는 ID 정보를 포함하며,
   상기 블록 필드는 Block 길이를 알리는 Block Length, 명령 분류를 알리는 CMD, 세부 명령 분류를 알리는 Type, 데이터 상태를 알리는 AK/NK, Json 데이터와 bytes 데이터를 포함하는 Data 정보를 포함하며,
   상기 테일 필드는 프로토콜 종료 코드를 알리는 Code, 프로토콜 끝을 알리는 ETX 정보를 포함하며,
   상기 씨알씨 필드는 헤더 필드부터 테일 필드까지의 SUM값을 알리는 CRC 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 현장감지센서부(100)는,
   유량계, 전류계, 수위계, 전압계, 개도계, 소리센서, 진동센서, 온도센서, 수질센서, 염도센서, 공기질센서 중 적어도 어느 하나 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 임베디드IOT전송단말기(200)는,
   현장감지센서부로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터를 수집하기 위한 데이터수집부(210);
   상기 수집된 통신패킷데이터를 해석하여 데이터를 분류한 후, 분류된 데이터를 디지털값으로 변환하여 데이터저장부에 저장시키며, 상기 수집된 통신패킷데이터를 클라우드서버로 전송하기 위한 데이터처리부(220);
   상기 데이터처리부에서 제공된 통신패킷데이터와 변환된 디지털값을 저장하고 있으며, 알람플래그처리부에 의해 처리된 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 저장하고 있는 데이터저장부(230);
   상기 데이터처리부의 처리에 의해 변환된 디지털값과 사전에 설정된 측정 레인지 범위를 벗어날 경우에 이상 신호로 판단하여 해당 통신패킷데이터에 알람 플래그 처리하여 클라우드서버로 전송하기 위한 알람플래그처리부(240);
   사물인터넷 무선통신 방식을 이용하여 상기 데이터저장부에 저장된 통신패킷데이터 혹은 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 IOT표출기로 전송하는 제1모드, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터에 제어 신호를 매칭시킨 제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하는 제2모드, 클라우드서버로부터 전송된 원격제어통신패킷데이터를 임베디드제어기로 전송하는 제3모드 중 어느 하나 이상의 모드를 수행하기 위한 IOT통신패킷데이터전송부(250);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 클라우드서버(600)는,
   임베디드IOT전송단말기(200)로부터 주기적으로 전송된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 수집하기 위한 클라우드서버데이터수집부(610);
   상기 수집된 통신패킷데이터 혹은 알람플래그 처리된 통신패킷데이터를 분류한 후, 분류된 데이터를 디지털값으로 변환하여 클라우드저장부에 저장시키기 위한 클라우드서버데이터처리부(620);
   상기 클라우드서버데이터처리부에서 제공된 통신패킷데이터와 변환된 디지털값을 저장하고 있으며, 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 저장하고 있는 클라우드저장부(630);
   관리자에 의해 입력된 제어 신호를 획득할 경우에 제어 신호가 매칭된 원격제어통신패킷데이터를 생성하여 임베디드IOT전송단말기(200)로 전송하기 위한 클라우드서버통신패킷데이터전송부(640);
   상기 현장감지센서부별 위치 정보를 화면에 표출시키며, 클라우드저장부에 저장된 각 현장감지센서부별 데이터에 따라 통신상태, 전력상태, 계측값을 화면에 표출시키기 위한 클라우드서버화면표출부(650);
   상기 알람 플래그 처리된 통신패킷데이터를 해석하여 해당 현장감지센서부의 위치 정보, 계측값을 화면에 팝업시키며, 해당 현장감지센서부를 관할하는 담당자단말기(700)로 알람 발생 정보를 송출시켜 신속한 처리가 가능하도록 하기 위한 알람처리부(660);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템.
   
7. 제 6항에 있어서,
   담당자단말기로 송출되는 알람 발생 정보에는,
   현장감지센서부의 종류 정보, 현장감지센서부의 측정 범위 정보, 현장감지센서부 설치 위치 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 IOT통신패킷데이터전송부(250)는,
   LTE-M 통신 방식의 LTE-M무선네트워크통신모듈과 NB-IoT 통신 방식의 NB-IoT무선네트워크통신모듈 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 임베디드 방식의 모니터링시스템.
   

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