KR20220061039A - Conductive Fabric Area Network - Google Patents

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KR20220061039A
KR20220061039A KR1020210151281A KR20210151281A KR20220061039A KR 20220061039 A KR20220061039 A KR 20220061039A KR 1020210151281 A KR1020210151281 A KR 1020210151281A KR 20210151281 A KR20210151281 A KR 20210151281A KR 20220061039 A KR20220061039 A KR 20220061039A
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원윤재
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한국전자기술연구원
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Abstract

According to the present invention, a power line communication system includes: one or more sensors and devices attached to clothing; and a processor which receives and processes data sensed by the sensor and controls a device. The sensor, the device, and the processor communicate with each other in a power communication method in which the sensor communicates via a power line, and a telecommunication method communicates with different power depending on the type of the sensor and device. According to the present invention, integrated operations of the heterogeneous wearable devices from different manufacturers is facilitated.

Description

전자섬유 기반 전력통신시스템{Conductive Fabric Area Network}Electronic fiber-based power communication system {Conductive Fabric Area Network}

본 발명은 전력통신시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 전자섬유 기반의 전력통신시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power communication system, and more particularly, to an electronic fiber-based power communication system.

5G 등 통신기술의 발달로 웨어러블 디바이스의 상용화가 가시화되고 관련된 기술 개발이 가속화되고 있다. 특히 전자섬유 기반으로 의복에 부착된 각 웨어러블 디바이스간의 통신도 주요 연구과제 중의 하나로 부각되고 있다. With the development of communication technologies such as 5G, the commercialization of wearable devices is becoming visible and the development of related technologies is accelerating. In particular, communication between each wearable device attached to clothes based on electronic fiber is emerging as one of the major research tasks.

그런데, 현재는 각 연구자들이 개별적으로 연구를 진행하고 있어 다양한 종류의 여러 제조자가 개발한 웨어러블 디바이스의 통합 운영은 요원하다. However, as each researcher is conducting research individually, it is difficult to integrate wearable devices developed by various manufacturers of various types.

본 발명은 의복에 부착되는 웨어러블 디바이스의 종류나 제조자에 무관하게 쉽게 통신시스템에 편입되어 통합 운용될 수 있는 전자섬유 기반의 표준 가능한 전력통신시스템을 제시하고자 한다. An object of the present invention is to propose an electronic fiber-based standard possible power communication system that can be easily incorporated into a communication system for integrated operation regardless of the manufacturer or the type of wearable device attached to clothes.

전술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전력선통신 시스템은, 의복에 부착되는 하나 이상의 센서 및 디바이스와, 상기 센서가 감지한 데이터를 전달받아 처리하며 상기 디바이스를 제어하는 프로세서를 포함하되, 상기 센서, 디바이스 및 상기 프로세서는 센서는 상기 전력선을 매개로 통신하는 전력통신 방식으로 상호 통신하며, 상기 전기통신 방식은 센서와 디바이스의 종류에 따라 상이한 전력으로 통신한다. In order to achieve the above object, the power line communication system according to the present invention includes one or more sensors and devices attached to clothes, and a processor for receiving and processing data sensed by the sensor and controlling the device, the sensor , the device and the processor communicate with each other through a power communication method in which the sensor communicates via the power line, and the telecommunications method communicates with the sensor at different power according to the type of device.

상기 센서는 산소포화도, 심전도, 혈압, 근전도 센서를 포함하는 생체신호를 감지하는 센서이고, 상기 디바이스는 LED 제어등, 스피커, 모터를 포함한다.The sensor is a sensor for detecting a biosignal including an oxygen saturation level, an electrocardiogram, a blood pressure, and an EMG sensor, and the device includes an LED control lamp, a speaker, and a motor.

아울러, 배터리 앞단에 위치하여 전력계통상 쇼트가 발생했을 경우 배터리로부터의 전류를 차단하는 역할을 하는 전류계 스위치를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include an ammeter switch located at the front end of the battery to cut off the current from the battery when a short circuit occurs in the power system.

상기 전력선통신 시스템의 물리계층 프레임은, 휴면 상태에 있는 상기 센서 또는 상기 디바이스를 활성 상태로 만드는 웨이크업 시퀀스(wake-up sequence) 필드를 포함한다. The physical layer frame of the powerline communication system includes a wake-up sequence field that makes the sensor or the device in a dormant state active.

또한, 전력 구별 필드 및 전송 속도 구별 필드 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In addition, it may further include at least one of a power discrimination field and a transmission rate discrimination field.

본 발명의 다른 면에 따라, 의복에 부착되는 하나 이상의 센서 및 디바이스와, 상기 센서가 감지한 데이터를 전달받아 처리하며 상기 디바이스를 제어하는 프로세서를 포함하되, 상기 센서, 디바이스 및 상기 프로세서는 센서는 상기 전력선을 매개로 통신하는 전력통신 방식으로 상호 통신하며, 상기 프로세서는 무선으로 게이트웨이와 통신하고, 게이트웨이는 유무선 네트워크를 통해 원격의 서버와 통신하는 전력선통신 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, one or more sensors and devices attached to clothing, and a processor for receiving and processing the data sensed by the sensor and controlling the device, wherein the sensor, the device and the processor include There is provided a power line communication system that communicates with each other through a power communication method that communicates via the power line, the processor wirelessly communicates with a gateway, and the gateway communicates with a remote server through a wired/wireless network.

본 발명에 따르면, 전자섬유에 부착되는 다양한 종류의 웨어러블 디바이스에 공통으로 적용될 수 있는 표준화 가능한 전력통신시스템이 제공가능하며, 이로 인하여 제조자가 상이한 이기종 웨어러블 디바이스의 통합 운영이 용이하게 가능하고, 이럼으로써 다양한 웨어러블 디바이스이 개발과 상용화가 촉진될 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a standardizable power communication system that can be commonly applied to various types of wearable devices attached to an electronic fiber, thereby making it possible for manufacturers to easily integrate different types of wearable devices, thereby The development and commercialization of various wearable devices may be promoted.

도 1은 본 발명에 따른 전력선통신 시스템의 계층 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 전력선통신 시스템의 하드웨어 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전력선통신 시스템의 적용례.
도 4는 본 발명에 따른 전력선통신 시스템의 물리계층 프레임 구조도.1 is a hierarchical structure diagram of a power line communication system according to the present invention.
2 is a hardware configuration diagram of a power line communication system according to the present invention.
3 is an application example of a power line communication system according to the present invention.
4 is a physical layer frame structure diagram of a power line communication system according to the present invention.

본 발명의 목적 및 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. Objects and effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and the objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 각 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms. Each of the following examples are provided so that the disclosure of the present invention is complete, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention, and it is intended to limit the scope of the present invention not.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...장치", "...디바이스", "...부" 또는 "...모듈", "...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" or "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. . In addition, terms such as "...unit", "...device", "...device", "...unit" or "...module", "...means", etc. It means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

즉, 본 명세서의 '~부', '~모듈', '~수단' 등의 용어는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해의 증진과 설명의 편의를 위하여 구분한 것으로서, 이러한 기능이 구현될 H/W 구성의 형태를 한정하거나 제한하는 의미로 쓰인 것은 아니다.That is, terms such as '~ part', '~ module', and '~ means' in this specification are divided for the convenience of explanation and enhancement of understanding of the technical idea of the present invention, and the H/ It is not intended to limit or limit the form of the W configuration.

한편, 본 발명의 각 실시예에 있어서, 각 구성요소들, 기능 블록들 또는 수단들은 하나 또는 그 이상의 하부 구성요소로 구성될 수 있으며, 각 구성요소들이 수행하는 전기, 전자, 기계적 기능들은 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다.On the other hand, in each embodiment of the present invention, each component, functional blocks or means may be composed of one or more sub-components, and the electrical, electronic, and mechanical functions performed by each component are electronic circuits. , an integrated circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), etc., may be implemented as various well-known devices or mechanical elements, and may be implemented separately or two or more may be integrated into one.

도 1은 본 발명에 따른 전력통신시스템(100)의 개관도이다. 의복에 부착되는 하나 이상의 센서(sensor 1 내지 sensor n)(110), 디바이스(Device 1 내지 Device n)(120)이 의복에 부착되는 프로세서(130)와 전력선 기반으로 통신하고, 프로세서(130)는 무선으로 게이트웨이(140)와 통신하고 게이트웨이(140)은 유무선 네트워크를 통해 서버(150)와 통신하는 구성이다. 1 is a schematic diagram of a power communication system 100 according to the present invention. One or more sensors attached to the clothes (sensor 1 to sensor n) 110, the device (Device 1 to Device n) 120 communicates with the processor 130 attached to the clothes based on the power line, the processor 130 is It communicates with the gateway 140 wirelessly, and the gateway 140 communicates with the server 150 through a wired/wireless network.

센서는 산소포화도, 심전도, 혈압, 근전도 센서 등 생체신호를 감지하는 센서일 수 있다. 측정 방식에 따라 광학식 센서와 전기화학식 센서로 분류할 수 있으며, 각 방식별로 측정하는 신호가 다를 수 있다. 예컨대, 광학식 센서는 맥박 등을 재는데 이용되고, 전기화학식 센서는 근전도, 심전도 등을 측정하는데 이용된다.The sensor may be a sensor that detects a biosignal such as oxygen saturation, electrocardiogram, blood pressure, and electromyography sensor. According to the measurement method, it can be classified into an optical sensor and an electrochemical sensor, and a signal measured by each method may be different. For example, an optical sensor is used to measure a pulse, etc., and an electrochemical sensor is used to measure an EMG, an electrocardiogram, and the like.

디바이스는 LED 제어등, 스피커, 모터 등이 될 수 있다. The device may be an LED control light, a speaker, a motor, or the like.

센서(110)/디바이스(120)/프로세서(130)는 물리계층과 MAC계층, 응용계층을 포함한다. 전도성 섬유에 탑재되는 경우 센서(110) 및 구동기(120)는 전도성 섬유로 제작된 의복(wearable suit)의 전력선을 이용하여 데이터를 송수신 하므로 전력선 통신을 위한 물리계층 및 MAC계층 프로토콜 스택을 탑재한다. The sensor 110/device 120/processor 130 includes a physical layer, a MAC layer, and an application layer. When mounted on a conductive fiber, the sensor 110 and the driver 120 transmit and receive data using a power line of a wearable suit made of conductive fiber, so a physical layer and MAC layer protocol stack for power line communication are mounted.

프로세서(130)는 센서(110) 및 구동기(120)와는 전도성 섬유 의복 상에서 전력선 통신 방식으로 통신하고, 게이트웨어(140)와는 무선으로 통신하므로, 전력선 통신용 프로토콜 스택과 무선 통신용 프로토콜 스택을 모두 가지며 전력선 통신과 무선 통신과의 전환 기능을 가진다.Since the processor 130 communicates with the sensor 110 and the driver 120 in a power line communication method on conductive textile garments, and communicates wirelessly with the gateway 140, it has both a protocol stack for power line communication and a protocol stack for wireless communication. It has a function of switching between communication and wireless communication.

게이트웨이(140)는 프로세서(130)와는 무선으로, 서버(150)와는 인터넷 기반의 유무선 통신 방식으로 데이터를 송수신하기 때문에, 무선용 프로토콜 스택과 인터넷용 프로토콜 스택을 포함한다. 무선용 프로토콜 스택은 물리계층 및 MAC 계층을 포함하고, 인터넷용 프로토콜 스택은 물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층을 포함한다.The gateway 140 wirelessly transmits and receives data with the processor 130 and the server 150 in an Internet-based wired/wireless communication method, and thus includes a wireless protocol stack and an Internet protocol stack. The protocol stack for radio includes a physical layer and a MAC layer, and the protocol stack for the Internet includes a physical layer, a data link layer, a network layer, and a transport layer.

서버(150)는 인터넷 기반의 통신을 수행하므로 서버의 통신 프로토콜 스택(230)은 물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층을 포함한다. Since the server 150 performs Internet-based communication, the communication protocol stack 230 of the server includes a physical layer, a data link layer, a network layer, and a transport layer.

도 2는 의복에 부착되는 센서(110), 디바이스(120) 및 프로세서(130)의 전력통신을 위한 구성이다. 각 요소는 정류기, 전력선 통신 모듈을 포함하며, 프로세서(130)는 무선 통신 모듈을 더 포함한다. 2 is a configuration for power communication of the sensor 110, the device 120 and the processor 130 attached to the clothes. Each element includes a rectifier and a power line communication module, and the processor 130 further includes a wireless communication module.

도 3은 도 2의 섬유기반 전력선통신시스템이 웨어러블 디바이스에 적용되는 예를 도시한 도면이다. 이중에서 배터리 앞단에 위치한 전류계 스위치(Current meter switch)는 전력계통상 쇼트가 발생했을 경우 배터리로부터의 전류를 차단하는 역할을 한다.3 is a diagram illustrating an example in which the fiber-based powerline communication system of FIG. 2 is applied to a wearable device. Among them, the current meter switch located at the front of the battery cuts off the current from the battery when a short circuit occurs in the power system.

도 4는 전력선통신 시스템의 물리계층 프레임 포맷을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a physical layer frame format of a powerline communication system.

프레임 중 3 byte의 프리앰블 중 가장 앞선 8 bit의 웨이크업 시퀀스(wake-up sequence) 필드는 휴면 상태에 있는 센서 또는 디바이스를 활성 상태로 만드는 인식자가 포함된다. 즉, 전력 절감을 위하여 센서와 디바이스는 평상시에는 휴면 상태로 있다가 웨이크업 시퀀스 필드에 포함된 인식자가 자신의 식별자와 일치하면 활성 상태로 전환하여 동작한다.The earliest 8-bit wake-up sequence field among the 3-byte preamble of the frame includes an identifier that makes a sensor or device in a dormant state active. That is, in order to save power, the sensor and the device are normally in the dormant state, and when the identifier included in the wakeup sequence field matches their identifier, the sensor and the device switch to the active state and operate.

한편 본 발명에 따른 전력통신시스템은 통신하는 센서 또는 디바이스별로 전력을 달리한다. 즉, 전력소모가 크고 작음에 따라 통신전력도 상응하게 크고 작은 전력을 이용한다.On the other hand, the power communication system according to the present invention varies the power for each sensor or device that communicates. That is, as the power consumption is large and small, the communication power uses correspondingly large and small power.

예컨대, 인체 영역의 통신을 위한 인체영역네트워크(Body Area Network)는 초저전력(Ultra low power)으로 통신하고, LED와 같은 저전력 디바이스와 센서와는 저전력(Low power)으로 통신하고, 액추에이터, 디스플레이같은 디바이스에 대해서는 중전력(Medium power)으로 통신하고, 웨어러블 로봇과 같이 강한 구동력이 필요하여 구동 전력이 큰 장치는 고전력(High power)으로 통신한다. For example, the body area network for communication of the human body area communicates with ultra low power, communicates with low power devices such as LEDs and sensors at low power, and communicates with low power devices such as LEDs and displays. Devices communicate with medium power, and devices with high driving power, such as wearable robots, require high power to communicate with high power.

또한 감지 센서의 경우에는 센서 종류에 따라 전송 속도를 조절한다. 예컨데 체온을 감지하는 경우에는 저속으로, 근전도를 감지하는 경우에는 고속으로 전송 및 코딩을 한다. Also, in the case of a detection sensor, the transmission speed is adjusted according to the sensor type. For example, when detecting body temperature, transmission and coding are performed at low speed, and when detecting EMG, transmission and coding are performed at high speed.

따라서 통신 프레임에는 전력 구별 필드 및/또는 전송 속도 구별 필드를 더 포함하는 것이 바람직하다.Accordingly, it is preferable that the communication frame further include a power discrimination field and/or a transmission rate discrimination field.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 전력통신 시스템의 주파수 대역은 100khz 내외 이며, 변조는 FSK, GFSK, SFSK 등을 이용할 수 있다. 코딩 방식은 BCH 코딩이 적용 가능하다.The frequency band of the power communication system according to a preferred embodiment of the present invention is about 100 kHz, and modulation may use FSK, GFSK, SFSK, or the like. As the coding scheme, BCH coding is applicable.

이상 몇몇 실시예를 들어 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명하였다. 그러나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.The configuration of the present invention has been described in detail with reference to some embodiments above. However, this is merely an example, and various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be defined by the description of the following claims.

Claims (7)

의복에 부착되는 하나 이상의 센서 및 디바이스와,
상기 센서가 감지한 데이터를 전달받아 처리하며 상기 디바이스를 제어하는 프로세서를 포함하되,
상기 센서, 디바이스 및 상기 프로세서는 센서는 상기 전력선을 매개로 통신하는 전력통신 방식으로 상호 통신하며,
상기 전기통신 방식은 센서와 디바이스의 종류에 따라 상이한 전력으로 통신하는 것인 전력선통신 시스템. one or more sensors and devices attached to the garment;
A processor for receiving and processing the data sensed by the sensor and controlling the device,
The sensor, the device, and the processor communicate with each other in a power communication method in which the sensor communicates via the power line,
The telecommunication method is a power line communication system that communicates with different power according to the type of the sensor and the device. 제1항에 있어서, 상기 센서는 산소포화도, 심전도, 혈압, 근전도 센서를 포함하는 생체신호를 감지하는 센서인 것인 전력선통신 시스템.The power line communication system according to claim 1, wherein the sensor is a sensor for detecting a biosignal including an oxygen saturation level, an electrocardiogram, a blood pressure, and an electromyography sensor. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는
LED 제어등, 스피커, 모터 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전력선통신 시스템.According to claim 1, wherein the device is
A power line communication system comprising at least one of an LED control light, a speaker, and a motor. 제1항에 있어서,
배터리 앞단에 위치하여 전력계통상 쇼트가 발생했을 경우 배터리로부터의 전류를 차단하는 역할을 하는 전류계 스위치를 더 포함하는 전력선통신 시스템.The method of claim 1,
Power line communication system further comprising an ammeter switch located in front of the battery to cut off the current from the battery when a short circuit occurs in the power system. 제1항에 있어서, 상기 전력선 통신의 물리계층 프레임은,
휴면 상태에 있는 상기 센서 또는 상기 디바이스를 활성 상태로 만드는 웨이크업 시퀀스(wake-up sequence) 필드를 포함하는 것인 전력선통신 시스템.According to claim 1, wherein the physical layer frame of the power line communication,
and a wake-up sequence field that makes the sensor or device in a dormant state active. 제1항에 있어서, 상기 전력선 통신의 물리계층 프레임은,
전력 구별 필드 및 전송 속도 구별 필드 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전력선통신 시스템According to claim 1, wherein the physical layer frame of the power line communication,
A power line communication system comprising at least one of a power discrimination field and a transmission rate discrimination field 의복에 부착되는 하나 이상의 센서 및 디바이스와,
상기 센서가 감지한 데이터를 전달받아 처리하며 상기 디바이스를 제어하는 프로세서를 포함하되,
상기 센서, 디바이스 및 상기 프로세서는 센서는 상기 전력선을 매개로 통신하는 전력통신 방식으로 상호 통신하며,
상기 프로세서는 무선으로 게이트웨이와 통신하고, 게이트웨이는 유무선 네트워크를 통해 원격의 서버와 통신하는 전력선통신 시스템.
one or more sensors and devices attached to the garment;
A processor for receiving and processing the data sensed by the sensor and controlling the device,
The sensor, the device, and the processor communicate with each other in a power communication method in which the sensor communicates via the power line,
The processor wirelessly communicates with the gateway, and the gateway communicates with a remote server through a wired/wireless network.
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