KR20190140762A - Sensing data processing method of sensor node for smart farm - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온실 내부의 환경데이터 수집 무선 센서 노드의 효과적인 제공을 위하여 수집되는 센싱 데이터의 전송 오버헤드를 줄이기 위한 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for processing sensing data of a sensor node for a smart farm, and more particularly, to a smart farm for reducing transmission overhead of sensing data collected for effective provision of environmental data collection wireless sensor nodes in a greenhouse. It relates to a sensing data processing method of a sensor node for.
농업 분야에서는 IoT 기술을 통해 데이터를 수집하여 처리한 후 농부와 재배자에게 서비스를 제공함으로써, 농부와 재배자가 보다 현명한 결정을 내릴 수 있도록 도와주는 의사 결정 지원 시스템이 정밀 농업을 가능하게 함으로써 주목을 받고 있다. In the agricultural sector, IoT technology is used to collect data, process it, and then provide services to farmers and growers. have.
데이터 분석을 통한 서비스는 다음과 같은 것이 가능하다. Services through data analysis can be as follows.
먼저, 스마트팜 기능은 재배 환경을 개별적으로 통제함으로써 식물의 생산을 위한 환경을 조절할 수 있는 기능이다. First, the smart farm function is a function that can control the environment for the production of plants by individually controlling the cultivation environment.
여기서, 다양한 종류의 식물은 성장을 위해 여러 조건(예 : 온도, 습도 등)을 필요로 하고 적절한 성장 환경이 제공된다면 식물 성장 속도의 제어가 가능해진다. Here, various kinds of plants require various conditions (eg, temperature, humidity, etc.) for growth, and control of plant growth rate becomes possible if an appropriate growth environment is provided.
일반적으로 작물 생장을 위한 자동화된 스마트 팜 환경 조절 시스템은 통신 망을 이용하여 관리할 온실 내부의 온도, 습도 및 환경 조절에 필요한 센싱 데이터를 수집한다. In general, an automated smart farm environmental control system for crop growth collects sensing data necessary for temperature, humidity, and environmental control inside a greenhouse to be managed using a communication network.
예를 들면: AgWeatherNet 웹 사이트의 경우, 177개의 기상스테이션에서 공기 온도, 상대 습도, 이슬점 온도, 8인치 토양 온도, 강우량, 풍속, 풍향, 일사량 및 잎의 습기를 수집한다. For example: On the AgWeatherNet website, 177 weather stations collect air temperature, relative humidity, dew point temperature, 8 inches of soil temperature, rainfall, wind speed, wind direction, insolation and leaf moisture.
이때, 센싱 데이터는 5초마다 수집되고 데이터 수집 스테이션의 수는 지속적으로 증가하기 때문에 센싱 데이터의 양 또한 급격히 증가한다. At this time, since the sensing data is collected every 5 seconds and the number of data collection stations continuously increases, the amount of sensing data also increases rapidly.
한편, IoT 스마트 팜 응용 프로그램 자체는 대역폭, 에너지 및 저장소 측면에서 제약을 받는다. Meanwhile, IoT smart farm applications themselves are limited in terms of bandwidth, energy and storage.
따라서 센싱 데이터는 저장 및 전송 비용을 절감할 수 있도록 효율적으로 압축해야 한다. Sensing data must therefore be compressed efficiently to reduce storage and transmission costs.
그리고 이렇게 수집된 온도/습도/조도/CO2/토양성분(EC, pH) 등의 기본 환경정보 등은 모니터링된 후 작물생장 DB에 저장한다.The collected basic environmental information such as temperature / humidity / roughness / CO2 / soil component (EC, pH) is monitored and stored in the crop growth DB.
이렇게 수집된 환경정보를 바탕으로 측장이나, 천창 등을 통한 온도 조절 및 환기조절 등의 서비스가 가능하고, CO2 농도가 적정치 않은 경우, CO2 발생기를 통해 CO2를 조절하는 서비스가 가능하다. Based on the collected environmental information, services such as temperature control and ventilation control through surveying, skylight, etc. are possible, and when the CO2 concentration is not appropriate, a service for controlling CO2 through a CO2 generator is possible.
이러한 스마트 팜 환경 조절 시스템은 스마트 팜 환경을 조절함에 있어, 현재 환경데이터의 수집을 자동으로 하고 있지만, 수집된 환경데이터의 오류를 감지할 수 있는 방법은 없다. The smart farm environment control system is currently collecting the environmental data automatically in controlling the smart farm environment, but there is no way to detect the error of the collected environmental data.
만약, 센서 장치의 하드웨어 이상을 조기에 감지할 경우 빠른 교체가 가능하나 수집된 환경정보를 기반으로 환경조절 작업이 진행되고 있기 때문에 환경 오류를 자동으로 감지할 수 있는 방법이 없는 상태이다. If the hardware abnormality of the sensor device is detected early, a quick replacement is possible, but there is no way to automatically detect an environmental error since environmental control is being performed based on the collected environmental information.
그리고 접근 방식이 복잡해지면서 실시간 응용 프로그램에서 작업을 적용하는 것은 쉽지 않은 문제점이 있다.And with the complexity of the approach, applying tasks in real-time applications is not easy.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 무선 센서노드에서 데이터를 효율적으로 전송하기 위해, 손실압축 방법을 사용하고, 손실 압축 시 데이터 이상을 감지할 수 있는 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 방법을 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve a conventional problem, and uses a lossy compression method to efficiently transmit data from a wireless sensor node, and senses a sensor node for a smart farm capable of detecting data anomalies during lossy compression. To provide a data processing method.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects which are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 방법은 다수의 센서들로부터 센싱된 데이터를 센서노드에 의해 손실압축하는 단계; 상기 센서노드에서, 상기 압축한 센싱 데이터 중 기설정된 임계 범위값 내의 센싱 데이터를 검출하는 단계; 상기 압축된 센싱 데이터와, 상기 검출 결과 기설정된 임계 범위값 내의 센싱 데이터가 존재하는 경우 해당 센싱 데이터에 대한 인덱스 정보를 포함한 압축 센싱 메시지를 상기 센서노드에 의해 제어기로 전송하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 센서노드로부터 전송된 압축 센싱 메시지의 인덱스 정보에 따라 센싱 데이터를 복원하는 단계;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a sensing data processing method of a sensor node for a smart farm, comprising: compressing data sensed by a plurality of sensors by a sensor node; Detecting, by the sensor node, sensing data within a preset threshold range value among the compressed sensing data; Transmitting, by the sensor node, a compressed sensing message including the compressed sensing data and index information of the sensing data when the sensing data exists within a predetermined threshold range as a result of the detection; And restoring, by the controller, sensing data according to index information of the compressed sensing message transmitted from the sensor node.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서를 통해 측정된 내부 환경 정보를 수집하고, 그 수집된 내부 환경 정보를 제어기로 전송할 때, 센서노드가 손실압축 방식으로 센싱 데이터를 변환하고, 이중 조건에 만족하는 압축된 센싱 데이터만을 데이터 전송 포맷으로 변환하여 원격지의 제어기로 전송함으로써, 센서노드와 제어간 기존의 전송 방식을 유지하면서도 센서노드에서 데이터 전송 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, when collecting the internal environmental information measured through the sensor, and transmits the collected internal environmental information to the controller, the sensor node converts the sensing data in a lossy compression method, and satisfies the dual conditions By converting only the compressed sensing data into a data transmission format and transmitting it to a remote controller, it is possible to reduce the data transmission burden at the sensor node while maintaining the existing transmission scheme between the sensor node and the control.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어기가 압축된 센싱 데이터를 제외한 패킷을 0으로 설정하여 데이터 포맷을 재건함으로써, 기존의 데이터 패킷 포맷을 유지하면서도 센싱 데이터의 저장 및 관리를 가능하게 하는 장점이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the controller sets the packet except the compressed sensing data to 0 to reconstruct the data format, thereby enabling the storage and management of the sensing data while maintaining the existing data packet format. There is this.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 장치를 설명하기 위한 기능블럭도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 장치의 신호 처리를 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a functional block diagram illustrating a sensing data processing apparatus of a sensor node for a smart farm according to an embodiment of the present invention.
2A to 2D are reference diagrams for describing signal processing of a sensing data processing apparatus of a sensor node for a smart farm according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a sensing data processing method of a sensor node for a smart farm according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Meanwhile, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to a component, step, operation and / or device that is present in one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 장치를 설명하기 위한 기능 블럭도이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a functional block diagram illustrating a sensing data processing apparatus of a sensor node for a smart farm according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 장치는 복수개의 센서노드(100)와 제어기(200)를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. As shown in FIG. 1, the sensing data processing apparatus of a sensor node for a smart farm according to an embodiment of the present invention preferably includes a plurality of
센서노드(100)의 변환부(110)는 센서를 통해 수집한 센싱 데이터를 손실압축 방식으로 압축하는 역할을 한다. 이때, 변환부(110)는 센서로부터 기설정된 시간 마다 수집된 센싱 데이터를 기설정된 개수(n)의 센싱 데이터로 패킷화하여 제어기(200)로 전송한다. 즉, 센서노드(100)는 도 2a에 도시된 바와 같이 센서로부터 기설정된 시간 마다 센싱 데이터들(S1 내지 Sn)을 수신하고, 도 2b에 도시된 바와 같이 수신된 센싱 데이터들(S1 내지 Sn)에 대하여 손실압축 방식으로 압축한다. The
본 실시예에서의 손실압축 방식은 이산 코사인 변환(discrete cosine transform)을 이용하는 것으로 설명하나, 이를 한정하지 않고, FWHT(Fast Walsh-Hadamard Transform), DWT(Discrete Wavelet Transform) 등의 변환 방식도 이용될 수 있다. The lossy compression method in this embodiment is described as using a discrete cosine transform, but not limited thereto, and a transform method such as a fast walsh-hadadamard transform (FWHT) and a discrete wavelet transform (DWT) may also be used. Can be.
그리고 상기 센서노드(100)의 검출부(120)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 압축된 센싱 데이터들(C1 내지 Cn) 중 기설정된 임계 범위 값을 기준으로 임계 범위 값 내의 센싱 데이터를 검출하는 역할을 한다. As illustrated in FIG. 2C, the
센서노드(100)의 전송부(130)는 데이터 전송 포맷을 이용하여 압축된 센싱 데이터와 상기 압축된 센싱 데이터의 인덱스 정보가 포함된 압축 센싱 메시지를 제어기(200)로 전송하는 역할을 한다. 이때, 전송부(130)는 도 2d에 도시된 바와 같이 임계 범위 값 밖의 센싱 데이터를 0으로 설정한다. The
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서를 통해 측정된 내부 환경 정보를 수집하고, 그 수집된 내부 환경 정보를 제어기로 전송할 때, 센서노드가 손실압축 방식으로 센싱 데이터를 변환하고, 이중 조건에 만족하는 압축된 센싱 데이터만을 데이터 전송 포맷으로 변환하여 원격지의 제어기로 전송함으로써, 센서노드와 제어기간 기존의 전송 방식을 유지하면서도 센서노드에서 데이터 전송 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다. Thus, according to an embodiment of the present invention, when collecting the internal environmental information measured through the sensor, and transmits the collected internal environmental information to the controller, the sensor node converts the sensing data in a lossy compression scheme, By converting only the compressed sensing data that satisfies the condition into a data transmission format and transmitting it to a remote controller, it is possible to reduce the data transmission burden on the sensor node while maintaining the existing transmission scheme of the sensor node and the control period.
그리고 제어기(200)는 상기 센서노드(100)로부터 압축 센싱 메시지를 수신하고, 그 압축 센싱 메시지의 인덱스 정보에 따라 센싱 데이터를 복원한다. The
이와 같이, 제어기(200)는 센서노드(100)로부터 센싱된 모든 센싱 데이터를 패킷화하여 수신하지 않고, 조건을 만족하는 압축된 센싱 데이터만을 수신함으로써 검출된 센싱 데이터에 대한 복원을 수행하기 위한 로드가 감소되는 효과가 있다. As such, the
그리고 제어기(200)는 상기 센서노드(100)로부터 수신된 압축 센싱 메시지를 수신한 후 압축된 센싱 데이터를 제외한 패킷을 0으로 설정하여 데이터 포맷을 재건한다. After the
이와 같이, 제어기(200)가 압축된 센싱 데이터를 제외한 패킷을 0으로 설정하여 데이터 포맷을 재건함으로써, 기존의 데이터 패킷 포맷을 유지하면서도 센싱 데이터의 저장 및 관리를 가능하게 하는 장점이 있다. As such, the
한편, 제어기(200)는 상기 수신된 압축 센싱 메시지에 포함된 상기 압축된 센싱 데이터의 인덱스 정보를 통해 센싱 데이터의 개수에 따라 상기 센서노드(100)의 이상 데이터 여부를 판단한다. The
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서노드로부터 수신된 압축 센싱 메시지에 포함된 인덱스 정보만을 확인하는 것만으로도, 센싱 데이터를 전송한 센서노드의 이상 유무와 센싱 데이터의 이상을 감지할 수 있는 장점이 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, only by checking the index information included in the compressed sensing message received from the sensor node, it is possible to detect the presence or absence of an abnormality of the sensor node transmitting the sensing data and the abnormality of the sensing data. There are advantages to it.
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 방법에 대하여 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a sensing data processing method of a sensor node for a smart farm according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
먼저, 센서노드(100)가 센서를 통해 수집한 센싱 데이터를 변환한다(S100). 센서노드(100)는 센싱 데이터를 손실압축 방식으로 압축하고, 그 손실압축 방식은 이산 코사인 변환(discrete cosine transform)을 이용하는 것이 바람직하나, 이를 한정하지 않고, FWHT(Fast Walsh-Hadamard Transform), DWT(Discrete Wavelet Transform) 등의 변환 방식도 이용될 수 있다. First, the
이어서, 센서노드(100)가 압축한 센싱 데이터 중 기설정된 임계 범위값 내의 센싱 데이터를 검출한다(S200). 센서노드(100)는 도 2a에 도시된 바와 같이 센서로부터 기설정된 시간 마다 센싱 데이터들(S1 내지 Sn)을 수신하고, 도 2b에 도시된 바와 같이 수신된 센싱 데이터들(S1 내지 Sn)에 대하여 손실압축 방식으로 압축한다. Subsequently, sensing data within a predetermined threshold range value is detected among the sensing data compressed by the sensor node 100 (S200). As illustrated in FIG. 2A, the
그리고 상기 센서노드(100)의 검출부(120)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 압축된 센싱 데이터들(C1 내지 Cn) 중 기설정된 임계 범위 값을 기준으로 임계 범위 값 내의 센싱 데이터를 검출하는 역할을 한다. As illustrated in FIG. 2C, the
상기 센서노드(100)가 데이터 전송 포맷을 이용하여 압축된 센싱 데이터와 인덱스 정보가 포함된 압축 센싱 메시지를 제어기(200)로 전송한다(S300). 이때, 전송부(130)는 도 2d에 도시된 바와 같이 임계 범위 값 밖의 센싱 데이터를 0으로 설정한다. The
이후, 상기 제어기(200)가 상기 센서노드(100)로부터 압축 센싱 메시지를 수신하고, 그 압축 센싱 메시지의 인덱스 정보에 따라 센싱 데이터를 복원한다(S400). Thereafter, the
한편, 센싱 데이터를 복원하는 단계(S400)는 제어기(200)가 센서노드(100)로부터 수신된 압축 센싱 메시지를 수신한 후 압축된 센싱 데이터를 제외한 패킷을 0으로 설정하여 데이터 포맷으로 재건한다. On the other hand, in step S400 of restoring the sensing data, after the
그리고 센싱 데이터를 복원하는 단계(S400)는 제어기(200)가 수신된 압축 센싱 메시지에 포함된 인덱스 정보를 통해 센싱 데이터의 개수에 따라 센서노드의 이상 데이터 여부를 판단할 수 있다. In operation S400 of restoring the sensing data, the
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.In the above, the configuration of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, which are merely examples, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and changes within the scope of the technical idea of the present invention. Of course this is possible. Therefore, the protection scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiment but should be defined by the description of the claims below.
100 : 복수개의 센서노드 110 : 변환부
120 : 검출부 130 : 전송부
200 : 제어기100: a plurality of sensor nodes 110: conversion unit
120
200: controller
Claims (1)
상기 센서노드에서, 상기 압축한 센싱 데이터 중 기설정된 임계 범위값 내의 센싱 데이터를 검출하는 단계;
상기 압축된 센싱 데이터와, 상기 검출 결과 기설정된 임계 범위값 내의 센싱 데이터가 존재하는 경우 해당 센싱 데이터에 대한 인덱스 정보를 포함한 압축 센싱 메시지를 상기 센서노드에 의해 제어기로 전송하는 단계; 및
상기 제어기에 의해, 상기 센서노드로부터 전송된 압축 센싱 메시지의 인덱스 정보에 따라 센싱 데이터를 복원하는 단계;를 포함하는 스마트 팜을 위한 센서노드의 센싱 데이터 처리 방법.
Lossy compression of the data sensed by the plurality of sensors by the sensor node;
Detecting, by the sensor node, sensing data within a predetermined threshold range value among the compressed sensing data;
Transmitting, by the sensor node, a compressed sensing message including the compressed sensing data and index information of the sensing data when the sensing data exists within a predetermined threshold range as a result of the detection; And
Restoring, by the controller, the sensing data according to the index information of the compressed sensing message transmitted from the sensor node; sensing data processing method of a sensor node for a smart farm.
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