KR20110082678A

KR20110082678A - 교정신호를 이용한 무선 진동 계측 시스템 간의 시간 동기화 방법

Info

Publication number: KR20110082678A
Application number: KR1020100002530A
Authority: KR
Inventors: 김노성; 박준호; 진봉만; 양보석; 심민찬; 김동현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2011-07-20

Abstract

본 발명은 개발된 실시간 무선 진동계측 시스템에서 무선 송신기(Transmitter)들 간에 동기화가 가능하도록 한 시간 동기화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 각 4채널 기반의 무선 송신기에서 데이터를 전송할 때 채널 데이터와 더불어 각 무선 송신기에서 교정신호도 함께 무선수신부로 전송하여 기준 무선 송신기의 시간을 절대시간으로 하여 다른 무선 송신기와 지연시간을 검출하게 되는 교정 신호를 이용한 무선 진동 계측 시스템 간의 시간 동기화 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 아날로그신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부를 거쳐서, 이 디지털 변환된 신호를 FIFO(선입선출) RAM에 저장하고(S30), 패킷을 전송하는데, 외부에서 초기화를 하여 카운터 신호를 발생시키는 과정을 거치는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

교정신호를 이용한 무선 진동 계측 시스템 간의 시간 동기화 방법{Time Syncronization Method between Radio Vibration Measuring Systems Using Revision Signal}

본 발명은 개발된 실시간 무선 진동계측 시스템에서 무선 송신기(Transmitter) 들 간에 동기화가 가능하도록 한 시간 동기화 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 무선 랜(WLAN)의 무선환경에 의해 발생하는 전파오차와 무선 송신기의 메인보드와 DAQ보드간의 제어 속도 오차를 고려하여 OS레벨에 카운터를 구성하여 기준 시간을 생성하도록 하여 무선 수신부에서 각 무선 송신기의 시간지연을 개선할 수 있도록 하고, 계산된 시간지연을 이용하여 각 무선 송신기에서 전송되는 데이터 패킷을 무선 수신부에서 수신하여 내부 메모리 버퍼를 통해 임시저장하였다가 시간지연을 제거한 뒤 각 무선송신기의 동기화를 이루게 되는 무선 진동계측 시스템 간의 시간 동기화 기술에 관한 것이다.

관련기술로는 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법(한국 등록번호 제10-0682541호), 무선 센서 네트워크에서 시간 동기화 방법 및 예약 기법을 이용한 저전력 라우팅 방법 그리고 이를 수행하기 위한 장치(한국공개특허 제10-2009-0006757), 무선센서 네트워크 시간 동기화 방법(한국공개특허 제10-2009-0105731호), 및 무선통신 패킷 동기장치 및 그 방법(한국 등록번호 제10-07704206)이 있다.

네트워크 환경에서 NTP(Network Time Protocol) 서버를 이용할 경우에는 유선 네트워크는 1msec의 정밀도로 유선 네트워크는 10msec의 정밀도로 동기화가 가능하다.

본 발명의 실시간 무선 진동 계측시스템은 동적신호인 진동신호의 동기화를 목적으로 하기 때문에 좀더 높은 정밀도를 가질 필요가 있다. 예를 들어, 100Hz로 샘플링을 계측할 경우 샘플링 주기는 0.00390625초이고, 3msec 이하의 동기화 정밀도가 요구된다. 하지만, NTP 서버에 지원하는 정밀도는 10msec 이상이므로 이를 통해 동기화를 맞추는 것은 어려운 실정이다.

일반적으로 무선 센서 네트워크와 같은 분산 시스템에서는 시간 동기화 방법이 필수적이다. 하지만 무선 통신상에서 발생하는 시간 지연, 각 노드의 타이머에서 발생하는 시간 지연, 인터럽트로 인해 발생하는 시간 지연, 무선 랜의 스위칭 방식으로 발생하는 시간 지연, 무선 랜의 스위칭 방식으로 발생하는 시간 지연 등의 다양한 인자들이 시간지연에 영향을 미친다.

실 시간 기반의 무선 진동계측 시스템은 2.4GHz 무선 랜을 서비스하는 무선 공유기와 진동센서(Piezoelectric Accelerometer)와 직접 연결되어 내부의 아날로그 및 디지털 신호처리 작업을 수행하는 무선 송신기, 각 무선 송신기로부터 데이터를 수집하고, 진동신호 분석작업을 수행하는 무선 수신부로 구성된다. 무선 계측시스템에서 발생할 수 있는 시간 지연은 특히 진동 전선 계측에 있어 필요한 모든 분석에 위상 정보를 왜곡할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 무선 통신 시스템의 동기화 방법을 나타낸 블럭도이다.

서버(10)에서는 서버의 절대시간을 전송하고, 클라이언트(20)에서는 수신받은 시간을 적용하여 동기화를 구성하여 전송속도에 따른 시간차를 제거한다.

도 2는 무선 통신 시스템에서 발생하는 시간 지연을 나타낸 블럭도이다.

도 2에 도시한 네트워크에서는 명령 전송속도에 따른 시간 지연이 발생하는데, 특히 도 2에 같은 무선 네트워크의 경우에는 무선 감도에 따른 시간 지연이 발생한다. 무선수신부(30)에서는 무선신호를 수신하고, 메인 보드#1,#2(41, 51) 및 DA1#1 (41)및 DAQ #2(42)는 아날로그 디지털 변환을 수행한다. 무선 감도가 다른 위치에 위치하게 되는 무선 송신기의 경우는 도면에 도시된 바와 같이, 무선 송신기(40)의 메인 보드#1(41)과 DAQ 보드#1(42) 간에 δ1,δ'1의 지연이 발생하고, 무선 송신기(50)의 메인 보드#2(51)와 DAQ 보드#2(52) 간의 제어 속도에서도 δ2,δ'2의 지연이 발생할 수 있다.

여기서 δ1: 무선 환경에서 발생하는 전파오차이고,

δ2: 보드간 제어 속도 오차이고,

δ'1: 무선 환경에서 발생하는 전파오차이고,

δ'2: 보드간 제어 오차 속도이다.

따라서 본 발명에서는 각 4채널 기반의 무선 송신기에서 데이터를 전송할 때 채널 데이터와 더불어 각 무선 송신기에서 교정신호도 함께 무선수신부로 전송하여 기준 무선 송신기의 시간을 절대시간으로 하여 다른 무선 송신기와 지연시간을 검출하게 되는 교정 신호를 이용한 무선 진동 계측 시스템 간의 시간 동기화 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 아날로그신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부를 거쳐서, 이 디지털 변환된 신호를 FIFO(선입선출) RAM에 저장하고(S30), 패킷을 전송하는데, 외부에서 초기화를 하여 카운터 신호를 발생시키는 과정을 거치는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 무선 네트워크를 위한 시간 동기화 방법을 개선하여 통신 경로상에서 발생할 수 있는 시간 오차를 줄여 보다 신속, 정확하게 무선 네트워크 상에 분산되어 있는 무선 송신기와 수신부 사이에 동기화가 가능한 이점이 있다.

또한 정밀도에 따라 교정 신호를 샘플링 주기에 따라 동적으로 변경하여 사용할 수 있어서 진동 측정 주파수에 따라 동기화를 이룰 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 무선 통신 시스템의 동기화 방법을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 무선 통신 시스템에서 발생하는 시간 지연을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 교정신호를 이용한 무선 송신기의 시간 동기화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 교정 신호의 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 교정 신호를 이용한 무선 진동계측 시스템의 시간 동기화 방법의 흐름을 순차적으로 나타낸 순서도이다.

이하 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 교정신호를 이용한 무선 송신기의 시간 동기화 방법을 나타낸 순서도이다.

도 2에서와 같이 지연이 발생할 경우 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC의 제어속도 차이가 발생할 수 있기 때문에 각 무선 수신기별로 시간지연이 발생할 수 있으므로 본 발명에서는 외부에서 초기화가 가능한 카운터를 두어 무선 수신부의 제어명령과는 다른 체계로 동작하는 교정신호를 발생케하여 무선 수신부에서 무선 송신기간 시간지연값을 계산할 수 있게 한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 교정신호를 이용한 무선 송신기의 시간 동기화 방법은 아날로그신호를 수신하여(S10) 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부를 거쳐서(S20), 이 디지털 변환된 신호를 FIFO(선입선출) RAM에 저장하고(S30), 패킷을 전송하는데(S40), 외부에서 초기화를 하여(S50) 카운터 신호를 발생시키는 과정(S60)을 거친다.

도 4는 본 발명에 따른 교정 신호의 형태를 나타낸 도면이다.

도 3에서 설명한 것처럼 동기화를 위한 카운터는 어플리케이션 레벨(인풋 시그널의 크기)에 위치하여 도면에 도시한 바와 같은 신호를 주기적으로 발생하게 된다. 한 클럭의 폭은 진동 계측시 사용되는 샘플링 주파수에 의해 결정되고, 한 주기의 길이와 클럭의 총 높이는 ADC(A/D Converter)의 분해능인 16비트만큼을 가지게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 교정 신호를 이용한 무선 진동계측 시스템의 시간 동기화 방법의 흐름을 순차적으로 나타낸 순서도이다.

도면 3,4와 같이 무선 송신기에서는 카운터가 발생하게 되고, 무선 수신부에서는 각 송신기로부터 센서 데이터와 함께 카운터로 수신 받아 시간 지연을 계산하게 된다. 무선 송신기#1을 기준클럭으로 하여 #2,#3 등의 클럭과 비교하여 바이오스 값을 계산하고, 이는 샘플링 주기를 통해 시간으로 산출되어 각 무선 송신기의 시간 지연값을 인지하게 되며, 무선 수신부의 내부 메모리 버퍼를 통해 시간지연분 만큼의 데이터를 제거하여 동기화를 구성하게 된다.

도 5의 흐름을 설명한다.

먼저 S100에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이어서 카운터 전원을 인가하고(S110), 유저에 의해 카운터를 리셋하고(S120), 카운터를 인에이블하고(S130), FIFO RAM에 카운터 데이터와 신호 데이터를 저장하고(S140), 패킷을 전송한다(S150). 여기서 단계 S110부터 S150까지는 무선송신부의 동작이고, 이어서 무선 패킷을 수신하고, 송신기#1, #2, #3이 시간 지연을 감안하여 카운터 신호를 전송한다(S160). 그리고 송신기 카운터 신호를 검출하고(S170), 송신기 #1을 기준으로 카운터 지연시간을 계산하고(S180), 이어서 지연시간에 해당하는 데이터를 제거하고(S190), 동기화된 데이터를 표시한다(S200). 여기서 단계 S160부터 S200까지의 동작은 무선 수신부의 동작이다.

본 발명에 따르면 무선 전파 오차 및 보드 제어 속도 오차에 따른 시간 지연은 각 무선 송신기 내부의 A/D 변환기의 동작시작시점을 비동기화를 유발하기 때문에 각 통신 연결시 변경될 수 있다. 측정 시작과 함께 센서의 데이터는 A/D 변환기를 거쳐 디지털데이터로 변환되고, 이와는 독립적으로 메인보드 내부에서는 교정 신호가 발생하게 된다. A/D변환기의 시작과 종료는 무선 수신부의 명령에 의해 제어가 되나, 메인 보드 내부의 교정신호는 전원이 인가된 이후 독립적으로 발생하므로 시간 지연과 무관하게 각 무선 송신기들간의 기간 지연을 산출할 수 있다. 검출된 시간 지연은 무선 수신부의 내부 메모리에서 데이터 재정렬 작업을 통해 동기화가 이루어진 다음 순차적으로 데이터들이 표시되게 될 수 있다. 무선 송신기의 샘플링 속도에 따라 전송해야 하는 데이터 블럭의 사이즈가 변경될 수 있기 때문에 샘플링 속도에 비례하여 교정신호의 폭도 동적으로 변경되게 된다.

상술한 본 발명에 따르면 무선 네트워크를 위한 시간 동기화 방법을 개선하여 통신 경로상에서 발생할 수 있는 시간 오차를 줄여 보다 신속, 정확하게 무선 네트워크 상에 분산되어 있는 무선 송신기와 수신부 사이에 동기화가 가능한 이점이 있다.

지금까지 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조로 하여 기술하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구범위의 사상 및 영역을 일탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 가지로 수정 및 변형실시될 수 있으며, 이러한 수정 및 변형은 본 발명의 영역 내에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 서버 20: 클라이언트
30: 무선수신부 40, 50: 무선 송신기#1,#2
41, 51: 메인 보드 #1,#2 42, 52: DAQ#1, #2

Claims

아날로그신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부를 거쳐서, 이 디지털 변환된 신호를 FIFO(선입선출) RAM에 저장하고(S30), 패킷을 전송하는데, 외부에서 초기화를 하여 카운터 신호를 발생시키는 과정 거치는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교정신호를 이용한 무선 진동 계측 시스템 간의 시간 동기화 방법.
무선 송신기에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 카운터 전원을 인가하고, 유저에 의해 카운터를 리셋하고, 카운터를 인에이블하고, FIFO RAM에 카운터 데이터와 신호 데이터를 저장하고, 패킷을 전송하고, 무선 패킷을 수신하고; 무선수신부에서 송신기#1, #2, #3이 시간 지연을 감안하여 카운터 신호를 전송하고, 송신기 카운터 신호를 검출하고, 송신기 #1을 기준으로 카운터 지연시간을 계산하고, 이어서 지연시간에 해당하는 데이터를 제거하고, 동기화된 데이터를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교정신호를 이용한 무선 진동 계측 시스템 간의 시간 동기화 방법.
제2항에 있어서,
무선 송신기 #1을 기준클럭으로 하여 무선 송신기 #2, #3의 클럭과 비교하여 바이오스 값을 계산하고, 샘플링 주기를 통해 시간으로 산출되어 각 무선 송신기의 시간지연값을 인지하게 되며, 무선 수신부의 내부 메모리 버퍼를 통해 시간 지연분 만큼의 데이터를 제거하여 동기화를 구성하게 되는 것을 특징으로 하는 교정신호를 이용한 무선 진동 계측 시스템 간의 시간 동기화 방법.