KR20220075851A - LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사물인터넷(IoT)의 실내 위치 기반 기술을 융합한 화재 안전관리 시스템을 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생할 수 있는 안전문제에 대해서도 자동으로 모니터링하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템으로 발전시킬 수 있도록 하는 Lora통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 네트워크 비용 없이 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생할 수 있는 안전문제에 대해서도 자동으로 모니터링하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템을 제공하며, 일대다 LoRa 통신을 구현함으로써 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 화재감지 관리, 인원안전 관리, 자산관리 및 도난방지 관리, 긴급상황 통보를 비콘에서 수신되는 데이터를 분석하여 실내위치기반에 의한 실시간 자동모니터링이 가능한 통합관제시스템을 제공할 수 있다.

Description

LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법{Method for transmitting data between terminals and access point based on LoRa wireless communication technology}

본 발명은 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 특히 사물인터넷(IoT)의 실내 위치 기반 기술을 융합한 화재 안전관리 시스템을 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생할 수 있는 안전문제에 대해서도 자동으로 모니터링하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템으로 발전시킬 수 있도록 하는 Lora통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

화재는 일순간에 모든 것을 앗아가는 큰 재앙이다. 화재가 발생하면 불과 함께 사라지는 경제적 손실과 더불어 복구하는데 많은 비용과 시간이 소요된다.

특히, 화재는 경제적 손실뿐만 아니라 무엇과도 바꿀 수 없고 영원히 복구도 할 수 없는 인명피해를 낳게 한다.

최근에 연속적으로 발생되는 화재참사들을 살펴보면, 화재 방지 시설이 잘 갖춰진 곳이라 할지라도 조금만 방심하면 순간적으로 큰 화재로 이어질 수 있다. 초기의 작은 화재가 큰 화재로 번지는 사고의 중심에는 건물 내 화재발생 시 이를 제어해야 할 컨트롤 타워가 부재되어 있기 때문이다.

화재는 발생하지 않도록 예방에 힘쓰는 것이 무엇보다 중요하지만 어쩔 수 없이 화재가 발생한 경우에는 최단 시간 내에 화재의 발화점 및 발생원인을 파악하여 신속한 화재 진압과 더불어 인명피해를 최소화하는 것이 중요하다.

따라서 화재감지뿐만 아니라 화재 발화지점 및 화재 발생지역 내 피난 대상인원을 동시에 신속하게 파악할 수 있도록 하여 화재에 의한 인명 및 재산 피해를 최소화하기 위하여, 열(온도) 및 연기에 의한 화재감지와 비콘(Beacon)에 의한 인원확인이 동시에 가능하고, 실내위치기반 기술에 의한 건물 내 화재 자동관제가 가능한 실시간 운영플랫폼을 구축할 수 있으며, 스마트 화재감지기로부터 전달되는 실시간 화재정보를 수집하여 빅데이터 분석에 따른 모니터링 및 안전 대피로를 안내할 수 있는 IoT 기반 스마트 화재감지기를 이용한 화재감지시스템이 제안된 바 있다.

그러나 이러한 종래의 IoT 기반 스마트 화재감지기를 이용한 화재감지시스템은, 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생하는 안전문제에 대해서는 충분히 대응할 수 없는 문제점이 있다.

KR 10-0971623 B1 (2010.07.15.) KR 10-2019-0040887 A (2019.04.19.) KR 10-1950093 B1 (2019.02.13.) KR 10-2126281 B1 (2020.06.18.)

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서는 운용할 수 없는 IoT 스마트 화재감지 시스템이 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생할 수 있는 안전문제에 대해서도 자동으로 모니터링하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로서 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 내부 인터넷 망이 없는 구역에서 발생할 수 있는 안전문제에 대하여, IoT의 센서수신과 위치추적을 위한 BLE 근거리 통신(수신) 및 LoRa 장거리 통신(송신)이 동시에 가능하도록 하는 스마트안전감지기와 AP간 데이터 전송 방법을 제공하는데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법은, 내부 인터넷 망이 없는 건물 및 실내에 설치되어 있는 주변의 비콘들로부터 비콘 식별값과 주변 온도값, 배터리 전력값 및 RSSI값을 스캔하는 다수의 스마트안전감지기 단말들에게 LoRa AP가 브로드캐스트 형태로 데이터 송신요청 신호를 전송하여, 상기 스마트안전감지 단말들로부터 비콘 데이터 패킷들과 단말 식별값을 포함하는 단말 데이터 패킷을 시분할(TDM) 방식으로 수신하고, 상기 단말 데이터 패킷을 그대로 LoRa AP 데이터 패킷으로 서버에 바이패스(bypass)함으로써, 통신망 사업자의 회선사용에 따른 네트워크 비용 없이 사용료 없는 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 송신요청 신호의 신호발생 간격은 상기 스마트안전감지기 단말에서 상기 비콘들의 스캔시간 및 응답시간을 고려하여 설정하며, 바람직하게는 15초로 설정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 LoRa AP는 일정시간마다 MCU의 Watch dog 기능을 사용하여 소프트리셋(soft reset)함으로써 장시간 운용 시 발생할 수 있는 서버로 전송하는 데이터 패킷의 깨짐을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이 본 발명은 내부 인터넷 망이 없는 건물 및 실내(예: 건물내부공사, 실내밀폐공간 등)에서 IoT 실내위치기반 기술을 적용할 수 있으며, 안전관리 자동모니터링 서비스가 가능함으로써 효율적인 안전관리를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 네트워크 비용 없이 내부 인터넷 망이 없는 건물 및 실내에서 IoT 실내위치기반 기술을 적용함으로써 사용자의 설치공사 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 비콘센서 데이터수집을 위한 BLE 근거리 통신 기술과 내부 인터넷망 없이 LoRa 장거리 통신 기술을 결합시킨 스마트안전감지기를 통해 실내외 위치기반 서비스에 대한 새로운 기술을 제공하고, 관련 사업분야의 확장이 가능한 효과가 있다.

이에 따라, 본 발명은 해마다 되풀이 되는 산업안전관리 대책에 대한 운영방안을 새로운 시스템을 통해 대안으로서의 제공할 수 있으며, 4차산업혁명에 대비하기 위한 보다 안전한 산업구조 형성 및 도입 비용의 절감을 실현시킴으로써 산업 안전관리 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법이 필요한 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생할 수 있는 안전문제에 대해서도 자동으로 모니터링하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템의 개요도,
도 2는 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법이 적용되는 비콘의 BLE 근거리 통신(수신) 및 LoRa 장거리 통신(송신)이 가능한 스마트안전감지기의 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법을 나타내는 네트워크 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법이 적용되는 스마트안전감지기 단말의 블록구성도,
도 5는 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 비콘 스캔 데이터 패킷을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 LoRa AP보드에 대한 패킷 포맷을 나타낸 도면,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 비콘 스캐너의 통신 패킷들을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 LoRa 통신 패킷들의 전체구성을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 LoRa 단말기 또는 스마트안전감지기와 LoRa AP 간의 데이터 전송 신호를 순서대로 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 단말기와 AP간 동작 타이밍 및 시퀀스를 나타낸 도면.

이하에서는 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.

도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, "부"의 용어에 대한 의미는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위 또는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법은 IoT 스마트화재감지 시스템 기능개선을 통해 내부 인터넷 망이 없는 건물 또는 실내에서 발생할 수 있는 안전문제를 IoT 실내위치기반으로 자동모니터링 하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템으로 개발하기 위한 필수적인 기술이다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법이 필요한 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생할 수 있는 안전문제에 대해서도 자동으로 모니터링하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템의 개요도로서, IoT 실내 안전관리 통합시스템은 건물 내부 위치추적 및 센서에 의한 상태파악을 위하여 기존 비콘의 문제점을 기능 개선시킨 BLE 비콘 개발(1단계), 내부 인터넷망이 없는 구역(Point)의 센서수신과 위치추적을 위한 BLE 근거리 통신(수신) 및 LoRa 장거리 통신(송신)이 동시에 가능한 스마트안전감지기 개발(2단계), 데이터 API연동 및 빅데이터 분석, 알고리즘 개발에 따른 IOT 실내위치기반 안전관리 모니터링 서버 개발(3단계) 및 IoT 실내위치기반 안전통합 관제를 위한 통합관제시스템(기능개선) 및 모니터링 시스템 개발(4단계)로 이루어지며, 본 발명은 스마트안전감지기(201, 202, 203)를 중심으로 BLE비콘(100)과 AP(300)에서 이루어지는 데이터 전송방법에 관한 것이다.

도 1의 참조번호 400은 IoT 실내위치기반 안전관리 모니터링 서버로서, LoRa기지국을 통해 AP로부터 수집된 데이터를 바탕으로 빅데이터 분석 및 처리를 통해 통제관리실(500)에서 IoT 실내위치기반 실시간 자동모니터링 통합관제시스템(510)을 운용할 수 있도록 하고, 스마트폰(600)을 통해 언제 어디서든지 모니터링이 가능한 시스템을 제공한다.

통합관제시스템(510)은 비콘에서 수신되는 데이터를 분석하여 이루어지는 실내위치기반에 의한 실시간 자동모니터링 시스템으로서, 60도 이상의 온도감지에 따른 화재위치 모니터링 및 긴급대피 알림을 제공하는 화재감지 관리시스템과, 접근통제구역 접근 및 안전작업구역에서의 실시간 인원모니터링을 수행하는 인원안전 관리시스템과, 비콘부착에 의한 구역별 자산 및 실시간 재고파악과 자산 이동 시 도난발생 알림을 제공하는 자산관리 및 도난방지 관리시스템 및 긴급상황 발생시 긴급문자 알림 및 긴급출동 통보를 제공하는 긴급상황 통보시스템을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법이 적용되는 비콘의 BLE 근거리 통신(수신) 및 LoRa 장거리 통신(송신)이 가능한 스마트안전감지기의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법을 나타내는 네트워크 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법이 적용되는 스마트안전감지기의 블록구성도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 비콘(100)은 내부 인터넷 망이 없는 건물 및 실내(예: 건물내부공사, 실내밀폐공간 등)에서 IoT 실내위치기반 기술을 적용하여, 스마트안전감지기(200)가 도난방지, 자산관리, 위치파악, 센서감지를 수행할 수 있도록 데이터를 제공한다. 비콘(100)이 스마트안전감지기(200)에 제공하는 데이터는 ID, RSSI, POWER, 온도값 등이 될 수 있다.

이때, 네트워크 구성에서, 통신망 사업자(KT, SKT 등)의 LoRa망(기지국)을 사용하게 되면, 본 발명에 따른 서버(400)로의 직접연결이 불가능하므로, 통신망 사업자서버(미도시함)를 통해 API로 본 발명에 따른 서버(400)에 데이터를 저장하는 방식을 사용하여야 한다. 그러나 통신망 사업자의 LoRa망을 이용하는 경우에, 하드웨어와 소프트웨어에 대한 해당 통신망 사업자의 인증이 필요하고, 일대일 네트워크 구성으로 등록 단말기가 다수 발생할 우려가 있으며, 회선사용에 따른 네트워크 비용이 발생하게 되므로, 사용료 없는 네트워크를 구성하기 위해 LoRa AP가 필요하다.

특히, 다수의 스마트안전감지기(201, 202, 203)와 AP(300)가 LoRa무선통신을 수행함과 아울러, LoRa AP보드(310)가 유선망(Ethernet)을 통해 서버(400)와 연결되어야 하는데, LoRa 표준 통신규약은 일대일 방식이므로 LoRa 표준규약을 사용할 수 없고, LoRa모듈에 Ethernet controller interface가 필요하며, LoRa모듈에서 URL 방식으로 전송이 불가하기 때문에, 본 발명에서는 라즈베리 연결을 사용하고, 통신망 사업자의 LoRa망을 사용하지 않고 직접 본 발명에 따른 서버(400)에 데이터를 전송함으로써, 일대다 통신을 구현한다.

이를 위하여, Network key와 App key 대신 LoRa AP보드(310)에 ID를 부여하고, 동시 수신을 막기 위해 시분할(TDM) 방식을 사용하며, LoRa AP보드(310)별 ID에 따른 송신 딜레이를 적용한다. 이때, LoRa AP 보드(310) 구성 시 멀티모듈로 구성한다. 한편, 시분할 방식을 사용함에 따라 LoRa AP 보드(310)에 연결되는 스마트안전감지기(200)의 수에 제한이 생기므로, 비콘(100) 스캔 시간을 고려하여 LoRa AP 보드(310)에 연결되는 스마트안전감지기(200)의 수를 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 유선망 통신을 위하여, LoRa AP(300)는 LoRa AP 보드(310)에 라즈베리와 같은 유선망 인터페이스(320)를 함께 구현한다.

본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에서, 비콘(100) 데이터 수집을 위한 BLE 근거리 통신 기술과 내부 인터넷 망 없이 LoRa 장거리 통신 기술이 결합된 스마트안전감지기(200)로부터 AP(300)를 통해 서버(400)로 제공되는 비콘(100)에서 수신되는 불규칙적인 신호세기(RSSI)값은 정확한 거리계산을 위한 RSSI 분석 알고리즘을 통해 정확한 실내위치(Point)확인이 가능하다.

본 발명에 따른 스마트안전감지기(200)는 비콘(100)으로부터 데이터를 수신(39Byte Data 패킷)하고, 수신된 데이터 패킷을 AP로 송신한다. 이를 위하여, 스마트안전감지기(200)는 MCU(210), 비콘수신부(220), LoRa통신부(230), 배터리(240), 전원공급부(250) 및 기타감지센서(260)로 구성된다.

본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법을 수행하기 위한 비콘(100), 스마트안전감지기(200) 및 LoRa AP(300)는 하기의 성능 및 기능이 구현된다.

(1) 비콘(100)

- 비콘 기본사양 및 데이터 패킷 호환 준수

- 비콘인식 거리: 최소 10m 이상(비장애물 직선거리 기준)

- 송신주기: 3초(지그에 의해 변경가능)

- 베터리 수명: CR2032 기준 3개월 이상

- 센서감지: 온도

- 전송Data(필수): MAC, RSSI, 베터리 전압, 온도

(2) 스마트안전감지기(200)

- 비콘수신 및 LoRa 통신모듈을 이용한 Data 전송

- 비콘 패킷수신 용량: 3초당 비콘 10패킷 이상 수신

- 다수의 스마트안전감지기를 LoRa AP(300)를 통한 통신

- 전원공급: 전원 아답터 및 베터리 공용

- 베터리 수명: 최소 1개월 이상

- LoRa 무선통신 및 이더넷 공용

- 서버송신주기: 15초

- 전원 Reset, On/Off

- 작동여부 확인 LED

(3) LoRa AP(300)

- 비콘 스캐너 초기화

- 비콘 스캔 명령 전송

- 비콘 데이터 수신 및 분석

- LoRa 데이터 구성 및 전송

- LoRa 데이터: 최대 64Byte

도 5는 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 비콘 스캔 데이터 패킷을 나타낸 도면으로서, 비콘 스캔 데이터 패킷은 총 10byte로 구성되고, 비콘ID, 온도값, 배터리 전압값, RSSI값을 포함한다.

도 6은 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 LoRa AP보드에 대한 패킷 포맷을 나타낸 도면으로서, 총 10byte로 구성되며, LoRa AP보드(310)의 ID와 스캐내한 비콘의 개수 등을 포함한다. 구분자 필드의 값은 'oxff'를 사용할 수 있다.

도 5 및 도 6의 데이터 패킷 포맷에 의하여, 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에서는 일반적인 블루투스 통신 방식인 1:1연결의 페어링 방식이 아닌 이동시에도 다중연결에 문제가 없는 브로드캐스팅(다중전송) 방식 BLE 통신 및 데이터연동을 위한 API를 제공한다. 이에 따라 수집기 및 스마트폰을 통한 데이터 수집 및 센서값 전달이 가능하다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 비콘 스캐너의 통신 패킷들을 나타낸 도면으로서, 도 7은 리셋(Reset)에 대한 요청 및 응답용 패킷이고, 도 8은 장치 초기화(Device Init)에 대한 요청 및 응답용 패킷이며, 도 9는 장치 탐색 요청(Device Discovery Request)에 대한 요청 및 응답용으로 개발된 패킷의 구성을 보인 것이다.

도 7 내지 도 9의 패킷들은 비콘 스캐너의 스캔에 필요한 기본 명령으로서, 도 7의 리셋(Reset)명령은 비콘 스캐너를 리셋한다. 도 8의 장치 초기화(Device Init)명령은 비콘 스캐너의 초기설정을 하는 것으로, 비콘 Profile role과 Max scan 개수를 설정한다. 도 9의 장치 탐색 요청(Device Discovery Request)명령은 주변의 비콘 스캔을 시작한다.

도 10은 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 LoRa 통신 패킷들의 전체구성을 나타낸 도면으로서, 비콘 스캐너의 데이터 패킷 및 패킷변환은, 수집된 최대 5개의 비콘(100) 데이터와 LoRa AP 보드(310) 정보 데이터를 수합하여 총 64byte의 LoRa 전송용 데이터로 변환한다. LoRa 전송용 데이터 패킷의 구분자는 LoRa 통신을 하기 위하여 응답패킷을 나타내는 구분자로서, 'PONG'값을 가질 수 있다.

전술한 도 5 내지 도 10을 참조하여, LoRa AP(300)의 소프트웨어 구조 설계를 위한 소프트웨어 기능을 정리하면, 기본적으로 일대일 통신 방식인 LoRa프로토콜로는 데이터 동시 수신이 불가하므로, 일대다 네트워크 및 데이터 수신을 위하여 시분할(TDM) 방식을 적용하며, 시간차에 의한 데이터 멀티 수신방식으로 구현된다.

먼저, LoRa 단말기(200)에 데이터 송신 request 신호를 전송하고, 시간차에 의해 수신된 LoRa 단말기 데이터를 서버(400)에 바이패스(bypass)하는 방식을 전송한다. LoRa 단말기(200)의 연결 개수에 따라 송신 request 신호를 발생시키며 시간간격(time interval)을 결정한다. 예를 들어, LoRa 단말기(200)에서 비콘 스캔 시간이 대략 10초 소요되고, 각 단말기의 응답시간을 고려하여 15초로 설정할 수 있다.

이어, 데이터 패킷은 단말기(200)에서 받은 패킷을 바이패스하는 방식으로 시리얼 포트로 유선망(Ethernet)을 통해 전송한다.

도 11은 LoRa 단말기 또는 스마트안전감지기(200)와 LoRa AP(300) 간의 데이터 전송 신호를 순서대로 나타낸 도면으로서, LoRa AP(300)의 기본 송수신 프로토콜은 AP(300)의 데이터 송신 request는 'PING'구분자를 사용하고, 단말기(200)의 데이터 송신 reply는 'PONG' 구분자를 사용한다.

AP(300)의 데이터 패킷은 단말기(200)에서 수신한 데이터를 그대로 서버(400)에 바이패스하여 전송하므로 LoRa단말기(200)의 데이터 패킷 포맷과 동일하게 적용된다.

도 12는 본 발명의 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법에 따른 단말기와 AP간 동작 타이밍 및 시퀀스를 나타낸 도면으로서, LoRa단말기(200)와 AP(300) 간의 통신시퀀스를 정리한 것이다.

먼저, AP(300)에서 브로드캐스트 형태로 요청신호를 전송하면, 단말기(200)에서 ID값에 따라 Delay 응답을 전송하고, 바로 비콘 스캔 명령을 전송하여 주변의 비콘 모듈을 감지한다. 시간차로 들어온 단말기(200) 데이터를 수신하면, AP(300)는 수신한 데이터를 바이패스하여 서버(400)에 전송한다. 이러한 일련의 과정들이 15초 주기로 지속적으로 반복된다.

한편, 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법을 장시간 운용할 시 AP(300)에서 서버(400)에 전송하는 데이터 패킷이 깨지면서 garbage data가 전송되는 현상이 발생할 수 있다.

따라서 AP(300)에서 시간이 경과함에 따라 이러한 문제가 발생할 것을 예상하고 일정시간 경과 후 AP(300)를 리셋시킴으로써 해결할 수 있다. AP(300)의 리셋은 일정시간마다 MCU의 Watch dog 기능을 사용하여 소프트리셋(soft reset)할 수 있다.

한편, 비콘 인식 개수의 한계는 현재 5개로 설정되어 있어, LoRa 전송 가능 데이터의 수가 최대 60byte로 고정되어 있고, 비콘 데이터가 10byte이므로 최대 5개까지만 전송할 수 있기 때문이다. 또한, 비콘 인식 시간은 비콘 스캔시간이 약 10초이고 단말기(200) 개수에 따라 시간차 응답을 해야 하므로 약 5초 정도의 여유시간을 적용하였기 때문이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법은 네트워크 비용 없이 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 발생할 수 있는 안전문제에 대해서도 자동으로 모니터링하고 관리하기 위한 IoT 실내 안전관리 통합시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법은 일대다 LoRa 통신을 구현함으로써 내부 인터넷 망이 없는 건물의 실내에서 화재감지 관리, 인원안전 관리, 자산관리 및 도난방지 관리, 긴급상황 통보를 비콘에서 수신되는 데이터를 분석하여 실내위치기반에 의한 실시간 자동모니터링이 가능한 통합관제시스템을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

100: BLE 비콘 200: 스마트안전감지기 단말
201, 202, 203: 개별단말 210: 단말 MCU
220: 비콘통신부 230: LoRa통신부
240: 배터리 250: 전원공급부
260: 기타감지센서 300: LoRa AP
310: LoRa AP보드 320: 유선망 인터페이스
400: 서버 500: 통제관리실
510: 통합관제시스템 600: 스마트폰

Claims (3)

1. 내부 인터넷 망이 없는 건물 및 실내에 설치되어 있는 주변의 비콘들로부터 비콘 식별값과 주변 온도값, 배터리 전력값 및 RSSI값을 스캔하는 다수의 스마트안전감지기 단말들에게 LoRa AP가 브로드캐스트 형태로 데이터 송신요청 신호를 전송하여, 상기 스마트안전감지 단말들로부터 비콘 데이터 패킷들과 단말 식별값을 포함하는 단말 데이터 패킷을 시분할(TDM) 방식으로 수신하고, 상기 단말 데이터 패킷을 그대로 LoRa AP 데이터 패킷으로 서버에 바이패스(bypass)하는 것을 특징으로 하는 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 송신요청 신호의 신호발생 간격은,
   상기 스마트안전감지기 단말에서 상기 비콘들의 스캔시간 및 응답시간을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 LoRa AP는,
   일정시간마다 MCU의 Watch dog 기능을 사용하여 소프트리셋(soft reset)하는 것을 특징으로 하는 LoRa통신에 의한 단말기 및 AP간 데이터 전송 방법.

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