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KR101184993B1 - 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템 - Google Patents

수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템 Download PDF

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Publication number
KR101184993B1
KR101184993B1 KR1020100129003A KR20100129003A KR101184993B1 KR 101184993 B1 KR101184993 B1 KR 101184993B1 KR 1020100129003 A KR1020100129003 A KR 1020100129003A KR 20100129003 A KR20100129003 A KR 20100129003A KR 101184993 B1 KR101184993 B1 KR 101184993B1
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KR
South Korea
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coordinates
electronic map
underwater
water
sensor
Prior art date
Application number
KR1020100129003A
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KR20120067547A (ko
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김창화
김상경
홍창기
김윤성
Original Assignee
강릉원주대학교산학협력단
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Publication date
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Priority to KR1020100129003A priority Critical patent/KR101184993B1/ko
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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 각 위치별 좌표가 할당된 GIS 기반 전자지도를 저장하는 데이터베이스(DB); 상기 데이터베이스에 저장된 전자지도를 제공하는 전자지도 서버; 상기 전자지도 서버로부터 전자지도에 제공받아 디스플레이하고 상기 전자지도에 목적지 좌표를 설정하고 상기 설정된 목적지 좌표 및 미리 설정된 수중정보 수집요청을 포함한 요청정보를 전송하고 상기 요청정보에 대응하는 응답정보를 수신하는 관리자 단말; 및 상기 관리자 단말로부터 무선으로 수신되는 요청정보로부터 상기 목적지 좌표 및 수중정보 수집요청을 추출하고 GPS 위성신호를 수신하여 자신의 현재 좌표를 측위하며, 상기 목적지 좌표 및 현재 좌표로부터 상기 목적지 좌표로 이동하여 수중정보를 수집하고 상기 수집된 수중정보 및 자신의 현재 좌표를 상기 응답정보로서 상기 관리자 단말로 전송하는 수상이동형 센서노드; 를 포함하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.

Description

수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템{WIRELESS SENSOR NETWORK SYSTEM CAPABLE OF MOVING ON THE WATER}
본 발명은 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 특히 지상의 관리자 단말로부터 수상에서 이동가능한 무선센서로 목적지 좌표를 전송하고 무선센서에서 목적지 좌표로 이동하여 주어진 임무를 수행하고 그 수행 결과를 관리자 단말로 회신하도록 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(WSN:Wireless Sensor Network)는 공간적으로 분산된 다수의 센서 노드들로 구성되며, 각 센서 노드는 소형장치로서 주변의 조건들을 감지하는 센싱기능, 감지데이터를 처리하는 처리기능, 센서 정보 혹은 처리결과를 다른 노드로 송수신하는 무선 통신기능을 갖는다. 따라서, 센서 노드는 센서와 소형 마이크로컨트롤러, 그리고 무선(RF:Radio Frequency) 트랜시버 혹은 무선 통신장치, 배터리와 같은 무선 에너지원을 갖는다. 때로는 주변 환경이나 노드 자체를 제어하기 위한 액추에이터가 노드에 부착되기도 한다.
이러한 무선 센서 네트워크(WSN)는 센서 노드들이 갖는 감지, 통신, 처리, 액추에이터 기능 등을 이용하여 온도, 소리, 진동, 압력, 동작, 오염 정도 등 다양한 물리적 혹은 환경적 조건들을 협력적으로 감시하고 관리하는데 활용된다. 특히, 세계적으로 환경문제가 이슈화되면서 수자원 환경에 무선 센서 네트워크를 도입하는 사례가 점차 늘고 있다.
수자원 환경감시에 도입된 무선 센서 네트워크의 경우 지상과는 달리 다수의 센서 노드들을 수중에 위치해야 하기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 센서를 수중에 설치하고 관리하는데 많은 어려움이 있다. 수자원 환경에서는 센서를 수중에 설치해야 하므로 설치에 어려움이 있고 유속이 빠르거나 수심이 깊은 지역에서는 전문인력이 필요하며 많은 시간이 소요된다.
둘째, 일반적으로 수중센서는 방수, 수식, 불순물 유입, 수압 등의 방지기능을 가져야 하므로 일반 센서들에 비해 매우 고가이며 수중정보를 수집하기 위해서는 수중에 골고루 센서들을 많이 배치해야 하므로 막대한 비용이 초래된다.
셋째, 수자원 환경에서는 센서들이 고정되어 있기 때문에 센서가 배치된 위치 이외의 다른 위치에서는 모니터링이 당장 불가능하다. 다른 새로운 위치에서의 모니터링을 위해서는 센서를 새로 설치해야 하는 번거로움이 있다.
넷째, 중간 노드의 고장으로 인한 통신불능이 발생하면 네트워크로부터 다수의 센서들이 고립될 수 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 지상의 관리자 단말에서 수상의 수상 이동형 무선 센서 노드를 제어하여 수중정보를 수집할 수 있도록 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 적은 비용으로 넓은 수자원 환경에 대한 수중정보를 수집할 수 있도록 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
각 위치별 좌표가 할당된 GIS 기반 전자지도를 저장하는 데이터베이스(DB); 상기 데이터베이스에 저장된 전자지도를 제공하는 전자지도 서버; 상기 전자지도 서버로부터 전자지도에 제공받아 디스플레이하고 상기 전자지도에 목적지 좌표를 설정하고 상기 설정된 목적지 좌표 및 미리 설정된 수중정보 수집요청을 포함한 요청정보를 전송하고 상기 요청정보에 대응하는 응답정보를 수신하는 관리자 단말; 및 상기 관리자 단말로부터 무선으로 수신되는 요청정보로부터 상기 목적지 좌표 및 수중정보 수집요청을 추출하고 GPS 위성신호를 수신하여 자신의 현재 좌표를 측위하며, 상기 목적지 좌표 및 현재 좌표로부터 상기 목적지 좌표로 이동하여 수중정보를 수집하고 상기 수집된 수중정보 및 자신의 현재 좌표를 상기 응답정보로서 상기 관리자 단말로 전송하는 수상이동형 센서노드; 를 포함하며, 상기 관리자 단말은, 상기 전자지도 서버에 접속하여 전자지도를 다운로드 받는 다운로드부; 상기 다운로드 받은 전자지도를 디스플레이하는 표시부; 상기 전자지도에 목적지 좌표의 설정을 입력하기 위한 입력부; 상기 수상이동형 센서노드와 상기 요청정보 및 응답정보를 무선으로 송수신하는 무선통신부; 및 상기 전자지도 서버로의 접속 및 전자지도의 다운로드를 수행하기 위한 응용 프로그램을 실행하고 상기 입력부에서 설정된 목적지 좌표를 상기 다운로드된 전자지도에 매핑시켜 상기 표시부를 통해 디스플레이되도록 하는 단말제어부; 를 포함하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.
삭제
본 발명의 실시 예에서, 상기 단말제어부는 상기 수상이동형 센서노드로부터 수신되는 상기 수상이동형 센서노드의 현재 좌표를 상기 전자지도에 추가로 매핑시켜 상기 표시부를 통해 디스플레이되도록 하여 실시간으로 모니터링한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 무선통신부는 코드분할다중접속(CDMA) 통신망을 이용하여 상기 수상이동형 센서노드와 정보를 송수신한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수상이동형 센서노드는, 상기 관리자 단말과의 무선통신을 수행하는 제1무선통신부; GPS 위성신호를 수신하여 자신의 현재 좌표를 측위하는 GPS모듈; 상기 관리자 단말로부터 수신된 목적지 좌표 및 상기 측위된 현재 좌표를 이용하여 상기 현재 GPS 좌표에서 목적지 좌표로의 방향 및 거리를 계산하는 방향/거리계산부; 상기 수상이동형 센서노드의 현재 방향을 검출하는 방향검출센서; 상기 수상이동형 센서노드를 구동시켜 수상에서 선회 및 이동시키는 구동부; 상기 방향검출센서에서 검출된 수상이동형 센서노드의 방향과, 상기 방향/거리계산부에서 계산된 방향 및 거리를 이용하여 상기 목적지 좌표로 상기 수상이동형 센서노드를 이동시키도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 노드제어부; 및 상기 목적지 좌표에서의 수중정보를 수집하는 적어도 하나의 수중센서; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수상 지역에 대한 전자지도를 저장하는 저장부; 및 상기 전자지도에 상기 목적지 좌표를 매핑시키는 매핑부; 를 더 포함하고, 상기 무선송신부는 상기 목적지 좌표가 매핑된 전자지도를 무선으로 상기 관리자 서버로 전송한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수중센서는 수중의 수온, 조류, 수심, 수질, 조류를 포함한 정보를 수집한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수중센서는 수중에 대한 영상을 촬영하는 수중카메라를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 목적지 좌표 및 현재 좌표의 일치 여부를 확인하여 상기 목적지 좌표에 도착하였는지를 판단하고 상기 목적지 좌표에 도착한 것으로 판단하면 상기 수중센서로 수집신호를 출력하여 상기 수중센서에서 상기 수집신호에 따라 수중정보를 수집한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1무선통신부는 상기 수중센서에서 수집한 수중정보 및 상기 측위된 현재의 GPS 좌표를 무선통신망을 통해 상기 관리자 서버로 전송한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 무선통신망은 CDMA 망인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수상이동형 센서노드는 상기 적어도 하나의 수중센서 중 적어도 일부는 상기 수상이동형 무선 센서노드로부터 물리적으로 분리되어 설치되며 상기 수중에 분리된 일부 수중센서와 음파신호를 이용하여 통신하는 제2무선통신부를 더 포함한다.
이때, 상기 제1무선통신부는 상기 관리자 단말의 신호 및 상기 제2무선통신부에 수신되는 상기 분리된 일부 수중센서의 음파신호를 상호 변환하여 상기 관리자 단말과 상기 분리 설치된 일부 수중센서를 서로 연결하는 게이트웨이모듈을 더 포함한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명에서는 수중정보를 수집할 수 있는 무선 센서 노드를 원하는 목적지로 자유롭게 이동시킬 수 있고 그 목적지에서의 수중정보를 수집할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 지상의 원격지에서 수상의 무선 센서 노드를 제어하여 목적지로 이동시키고 그 이동경로를 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 무선 센서를 수중에 고정하는 기존의 기술과는 달리 수상에서 이동시킬 수 있으므로 다양한 위치에서 수중정보를 수집할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 고정배치되는 무선 센서에 비해 설치 및 관리비용이 적고 수상 센서 노드에서 다양한 종류의 센서를 교체하여 설치가능하므로 적은 비용으로 넓은 수자원 환경에서 다양한 종류의 수중정보를 수집할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수상 이동형 무선 센서 네트워크의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 관리자 단말의 세부 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 수상이동형 무선 센서 노드의 세부 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 센서 노드의 구현 예.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수중정보 수집센서의 위치를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 이동형 수상 노드의 선호 및 이동을 설명한 개념도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전자지도의 예시도.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수상 이동형 무선 센서 네트워크의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 수상 이동형 무선 센서 네트워크는 데이터베이스(DB)(110), 전자지도 서버(120), 관리자 단말(130) 및 적어도 하나 이상의 수상이동형 무선 센서노드(140)를 포함하여 구성된다.
데이터베이스(110)는 지리정보시스템(GIS:Geographic Information System) 기반의 전자지도를 저장하고 있다. 이러한 전자지도는 다양한 수상 지역에 대하여 각 위치별 좌표가 할당되어 있다.
전자지도 서버(120)는 데이터베이스(110)에 저장된 전자지도를 제공한다. 이러한 전자지도 서버(120)는 데이터베이스(110)를 내부에 포함하여 구성될 수도 있고 외부에 구성하여 데이터베이스(110)와 연동하도록 구현할 수도 있다. 본 발명의 실시 예에서 전자지도 서버(120)는 직접 연결된 단말뿐만 아니라 웹(web)상에서 유무선 인터넷 망(150)을 통해 접속하는 단말로 웹페이지 형태로 전자지도를 제공할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 데이터베이스(110)에 위치별 GPS 좌표를 저장하고 전자지도 서버(120)는 이러한 GPS 좌표를 위치별로 매핑한 전자지도를 제공할 수도 있다.
관리자 단말(130)은 전자지도 서버(120)에 접속하여 전자지도를 요청 및 수신한다. 이러한 관리자 단말(130)은 전자지도 서버(120)와 직접 연결될 수 있지만, 바람직하게는 도면에서와 같이 유무선 인터넷 망(150)을 통해 연결될 수도 있다. 또한, 관리자 단말(130)은 전자지도 서버(120)로부터 전자지도를 제공받아 디스플레이하고, 제공받은 전자지도에 수상이동형 무선 센서노드(140)를 이동시키고자 하는 목적지 GPS 좌표를 설정한다. 또한, 관리자 단말(130)은 상기와 같이 설정된 목적지 GPS 좌표 및 수중정보 수집요청을 포함한 요청정보를 무선통신망을 통해 수상에 위치한 수상이동형 무선 센서노드(140)로 전송한다. 나아가 관리자 단말(130)은 이후에 수상이동형 무선 센서노드(140)에서 무선통신망을 통해 보내오는 응답정보를 수신하여 처리한다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에서는 관리자 단말(130)은 전자지도 서버(120)로부터 전자지도만을 다운로드 받고 미리 저장된 각 위치별 GPS 좌표를 그 전자지도에 매핑시켜 GIS 기반 전자지도를 생성할 수도 있다.
수상이동형 무선 센서노드(140)는 관리자 단말(130)로부터 전송되는 요청정보로부터 목적지 GPS 좌표 및 수중정보 수집요청을 추출하고 GPS 위성신호를 수신하여 자신의 현재 GPS 좌표를 측위하며 상기 목적지 GPS 좌표로 이동하여 수중정보를 수집한 후 그 수집된 수중정보와 자신의 현재 GPS 좌표를 미리 설정된 주기로 관리자 서버(130)로 무선통신을 통해 전송한다.
한편, 관리자 단말(130)과 적어도 하나의 수상이동형 무선 센서노드(140)는 코드분할다중접속(CDMA:Code Division Multi Access)망을 이용하여 정보를 각각 송수신한다. 이를 위하여 관리자 단말(130)과 수상이동형 무선 센서노드(140) 사이에는 기지국이 마련될 수 있다.
이러한 본 발명의 구성을 통해 지상에 위치한 관리자 단말(130)에서 전자지도 서버(120)에 접속하여 전자지도를 제공받아 디스플레이하고 전자지도에 목적지 GPS 좌표를 설정한 후 수중정보 수집요청 메시지와 함께 수상에 위치한 수상 이동형 무선 센서노드(140)로 CDMA망을 통해 전송하면, 수상이동형 무선 센서노드(140)는 목적지 GPS 좌표를 탐색하여 이동하고 목적지 GPS 좌표로 이동한 후에는 수중정보를 수집하고 그 결과를 다시 CDMA망을 통해 관리자 단말(130)로 전송한다.
도 2는 본 발명에 따른 관리자 단말의 세부 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 관리자 단말(130)은 다운로드부(131), 표시부(132), 입력부(133), 무선송수신부(134), 저장부(135) 및 단말제어부(136)를 포함하여 구성된다.
다운로드부(131)는 전자지도 서버(120)에 접속하여 전자지도를 다운로드 받는다. 이와 같이 다운로드 받은 전자지도를 저장부(135)에 저장한다. 이러한 다운로드부(131)는 인터넷망(150)을 통해 다운로드 받을 수도 있다.
표시부(132)는 상기와 같이 다운로드 받은 전자지도를 디스플레이한다. 이로써 관리자 단말(130)에서는 전자지도를 시각적으로 확인할 수 있다.
입력부(133)는 다운로드 받은 전자지도에 미리 설정된 목적지 GPS 좌표를 입력하기 위한 것이다. 예를 들어, 관리자 단말(130)에서는 수상지역에서 수중정보를 수집하고자 하는 위치를 결정하고 그 위치에 대응하는 목적지 GPS 좌표로 전자지도상에 설정한다. 입력부(133)는 이러한 설정을 입력하는 기능을 수행한다.
무선송수신부(134)는 수상이동형 무선 센서노드(140)와 무선통신을 통해 정보를 송수신하는 기능을 수행한다. 특히, 무선송수신부(134)는 수상이동형 무선 센서노드(140)로 목적지 GPS 좌표 및 수중정보 수집요청을 포함한 요청정보를 무선으로 전송하고, 이후에 수상이동형 무선 센서노드(140)로부터 수중정부 수집결과 및 측위된 GPS 좌표를 상기 요청정보에 대한 응답정보로서 무선으로 수신하게 된다.
저장부(135)는 관리자 단말(130)을 구동하기 위한 각종 응용프로그램 및 데이터들을 저장한다. 이러한 저장부(135)는 다운로드부(131)에서 다운로드 받은 전자지도를 저장하고, 상기한 요청정보 및 응답정보를 저장한다.
단말제어부(136)는 저장부(135)에 저장된 응용프로그램 및 데이터들을 이용하여 관리자 단말(130)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 단말제어부(136)는 전자지도 서버(120)의 접속, 전자지도 다운로드 및 디스플레이, 무선송수신부(134)의 동작 등의 기능들을 수행하기 위한 응용프로그램을 실행하고 입력부(133)에서 설정된 목적지 좌표를 다운로드 받은 전자지도에 매핑시켜 표시부(132)를 통해 디스플레이되도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 수상 이동형 무선 센서노드의 세부 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 센서 노드(140)는 제1무선통신부(141), GPS모듈(142), 방향/거리계산부(143), 방향검출부(144), 구동부 (145), 수중센서(146), 노드제어부(147)를 포함하여 구성된다. 나아가, 본 발명의 다른 실시 예에서 상기한 무선 센서 노드(140)는 매핑부(148) 및 제2무선통신부(149)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
제1무선통신부(141)는 관리자 단말(130)과의 무선통신을 수행한다. 특히, 이러한 제1무선통신부(141)는 무선통신망을 통해 관리자 단말(130)로부터 목적지 GPS 좌표 및 수중정보 수집요청을 포함한 요청정보를 수신하고, 이후에 수집된 수중중보 및 측위된 현재 GPS 좌표를 무선통신망을 통해 관리자 단말(130)로 회신한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 이러한 제1무선통신부(141)는 CDMA 망을 통해 관리자 단말(130)과 통신할 수 있도록 CDMA 게이트웨이모듈(141a)을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 CDMA 게이트웨이모듈(141a)은 관리자 단말(130)과 수상이동형 무선 센서노드(140) 간의 신호를 상호 변환함으로써 두 장치 간을 서로 연결한다.
GPS모듈(142)은 다수의 GPS 위성으로부터 GPS 위성신호를 수신하는 GPS수신기를 포함하며 이를 통해 수신된 GPS 위성신호로부터 자신의 현재 GPS 좌표를 미리 설정된 주기에 따라 측위한다.
방향/거리계산부(143)는 측위된 현재 GPS 좌표 및 수신된 목적지 GPS 좌표를 이용하여 현재 GPS 좌표로부터 목적지 GPS 좌표로의 방향 및 거리를 계산한다. 예컨대, 수상에서는 고도 좌표가 실질적으로 동일하므로 동경 및 북위 좌표를 이용하여 방향 및 거리를 계산할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 상기 방향은 진북방향에 대한 방향각으로 구해진다. GPS 좌표는 다양한 형식으로 나타낼 수 있다. 예컨대, $GPRMC,114455.532,A,3735.0079,N,12701.6446,E,0.000000,121.61,110706와 같은 $GPRMC의 형식으로 나타낼 수 있다.
방향검출부(144)는 수상이동형 무선 센서노드(140)가 향하고 있는 방향, 즉 방향각을 검출한다. 이때, 방향검출부(144)는 바람직하게는 측위된 현재 GPS 좌표에서의 진북방향을 우선 검출하고 이러한 진북방향에 대한 수상이동형 무선 센서노드(140)의 방향을 검출한다. 이러한 방향검출부(140)는 자이로스코프 센서를 포함한다.
구동부(145)는 수상이동형 무선 센서노드(140)를 구동시켜 수상에서 선회 및 이동시킨다. 이러한 구동부(150)는 우선, 현재의 GPS 좌표에서 수상이동형 무선 센서노드(140)가 목적지 GPS 좌표 방향으로 향하도록 선회시킨 후 목적지 GPS 좌표로 이동시키거나 선회 및 이동을 번갈아 수행하면서 목적지 GPS 좌표에 도달하도록 할 수도 있다.
수중센서(146)는 수중정보를 수집한다. 이러한 수중센서(146)는 적어도 하나 이상 구비되며 수상이동형 무선 센서노드(140)가 목적지 GPS 좌표로 이동하는 중이나 도착하면 수정정보의 수집을 시작한다.
노드제어부(160)는 수상이동형 무선 센서노드(140)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히 노드제어부(147)는 구동부(146)로 제어신호를 출력하여 수상이동형 무선 센서노드(140)를 목적지 GPS 좌표로 이동시키기 위해 상기 구동부(146)의 동작을 제어한다.
매핑부(148)는 미리 저장된 특정 수상지역에 대한 전자지도에 현재 GPS 좌표 및 목적지 GPS 좌표를 매핑시키는 기능을 수행한다. 이때, 제1무선통신부(141)는 현재 GPS 좌표 및 목적지 GPS 좌표가 매핑된 전자지도를 무선통신망을 통해 관리자 서버(130)로 전송한다.
제2무선통신부(149)는 상기한 다수의 수중센서(146) 중 적어도 일부가 수상이동형 무선 센서 노드(140)로부터 물리적으로 분리되어 수중에 설치되는 경우 상기 일부 수중센서와 음파신호를 이용하여 통신한다. 이러한 제2무선통신부(149)에 대해서는 후술한다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 수상이동형 무선 센서노드(140)는 각 기능부에 전원을 공급하는 전원부(미도시)를 포함한다. 이러한 전원부는 예컨대 배터리, 발전기 등으로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수상이동형 무선 센서노드의 구현 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수상이동형 무선 센서노드(140)는 바람직하게는 수상에서 자유롭게 선회 및 이동가능한 보트(200)와 같은 형태로 구현될 수 있다. 이러한 수상이동형 무선 센서노드(140)는 예컨대 CDMA망을 이용하여 지상의 관리자 서버((130)와 통신한다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에서 이러한 CDMA 망 이외에 무선랜(Wireless LAN), 근거리통신망(NFC:Near Field Network) 등 다양한 통신방식을 이용할 수도 있다.
본 발명의 수상이동형 무선 센서노드(140)는 수상에서의 선회 및 이동을 위하여 구동부(145)가 일측에 설치된다. 이러한 구동부(145)는 수상이동형 무선 센서노드(140)를 추진시키기 위한 다수의 추진수단(145a) 및 각 추진수단(145a)을 구동하는 구동수단(145b)을 포함한다. 추진수단(145a)은 보트(200)의 진행방향에 대하여 서로 대칭되도록 형성되며 보트(200)의 방향 선회 및 거리 이동이 가능하도록 추진력을 발생시킨다. 구동수단(145b)은 각 추진수단(145a)에 각각 대응되며 제어부(147)로부터의 제어신호에 따라 추진수단(145a)을 상호 독립적으로 구동시킨다.
본 발명에서 추진수단(145a)은 프로펠러로, 구동수단(145b)은 모터로 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수중센서의 위치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 수중센서(146)는 선택적으로 수상이동형 무선 센서노드(140)에 부착되어 설치되거나 또는 수상이동형 무선 센서노드(140)로부터 물리적으로 분리되어 수중에 설치될 수 있다.
이와 같이, 다수의 수중센서(146) 중에서 수상이동형 무선 센서노드(140)에 직접 부착된 수중센서(146a)는 제어부(147)와 직접 유선통신을 수행하지만 수상이동형 무선 센서노드(140)로부터 물리적으로 분리되어 수중에 각각 설치된 적어도 일부 수중센서(146b)는 음파신호를 이용하여 무선통신을 수행한다. 이를 위하여, 상기한 제2무선통신부(149)는 수중에 분리되어 설치된 수중센서(146)와 음파신호를 이용하여 통신한다. 즉, 수중정보 수집요청 및 수중정보 수집결과 등의 정보에 대한 음파신호를 송수신한다.
더 나아가, 제1무선통신부(141a)는 제2무선통신부(149)에서 수신한 음파신호를 관리자 단말(130)의 신호로 변환하고, 반대로 관리자 단말(130)의 신호를 음파신호로 변환함으로써 관리자 단말(130)과 수중에 분리되어 설치된 수중센서(146b)를 상호 연결하는 게이트웨이모듈(141a)을 더 포함함이 바람직하다. 이때, 게이트웨이모듈(141a)은 다수의 수중센서(146b)와 지상의 관리자 단말(130) 간의 통신을 위한 프로토콜 스택 및 운영시스템을 구비한다.
도 6은 본 발명에 따른 수상이동형 무선 센서노드의 선호 및 이동과정을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 초기의 제1단계에서 수상이동형 무선 센서노드(140)는 자신의 현재 GPS 좌표(B1)를 측위하고 현재 GPS 좌표(B1)를 기준으로 수상이동형 무선 센서노드(140)의 진행방향(θB1)을 검출한다. 또한, 현재 GPS 좌표(B1)를 기준으로 목적지 GPS 좌표(T)까지의 방향(θT1) 및 거리(L1)를 계산한다. 여기서, 상기 각 방향(θB1T1)은 진북방향을 기준으로 한 방향각으로 표시됨이 바람직하다.
이후, 목적지 GPS 좌표(T)까지의 방향(θT1) 및 거리(L1)를 이용하여 수상이동형 무선 센서노드(140)의 방향을 선회시킨다. 이러한 방향 선회는 수상이동형 무선 센서노드(140)를 수상에서 회전운동시켜 상기한 진행방향(θB1)과 목적지 GPS 좌표(T)까지의 방향(θT1) 간의 차이가 미리 설정된 범위가 되도록 한다. 바람직하게는 이러한 범위를 ±15˚가 되도록 한다. 이후, 상기 설정된 범위가 되면 구동부(150)를 이용하여 수상이동형 무선 센서노드(140)를 목적지 GPS 좌표(T)로 이동시킨다.
이후에 계속해서, 목적지 GPS 좌표(T)로의 이동 중에 미리 설정된 주기에 따라 현재 GPS 좌표(B2), 그 좌표(B2)에서의 보트(200)의 진행방향(θB2) 및 목적지 GPS 좌표(T)까지의 방향(θT2), 거리(L2)를 다시 계산하여 수상이동형 무선 센서노드(140)를 선회 및 이동시킨다. 이와 같이 이동 중에 이러한 과정들을 반복하여 최종적으로 목적지 GPS 좌표(T)에 도달하도록 한다.
여기서, 주의할 것은, 수상이동형 무선 센서노드(140)의 선회 및 이동은 순차적으로 수행할 수도 있고 서로 연동하여 독립적으로 수행할 수도 있다. 다시 말하면, 목적지 GPS 좌표의 방향으로 수상이동형 무선 센서노드(140)를 먼저 선회시킨 후 목적지 GPS 좌표로 이동시킬 수도 있고, 수상이동형 무선 센서노드(140)의 방향을 선회시키면서 동시에 이동시킬 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 목적지 좌표가 매핑된 전자지도의 디스플레이 예시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 관리자 단말(130)에서 전자지도 서버(120)에 접속하여 특정 수상지역에 대한 전자지도를 요청하면 전자지도 서버(120)는 오픈맵 API(Open MAP API)를 사용하여 관리자 단말(130)로 전자지도를 웹페이지 형태로 제공한다. 관리자 단말(130)은 전자지도를 다운로드 받은 후 이를 디스플레이하고 그래픽 사용자 인터페이스(GUI:Graphic User Interface)를 통해 원하는 위치에 목적지 GPS 좌표 설정을 입력한다.
도면에는 이러한 GUI를 통해 예컨대 기지국(base station)과 다수의 목적지 GPS 좌표(Way Point)를 설정한 예시가 도시되어 있다. 더 나아가, 보트의 GPS 좌표 추출, GPS 좌표의 초기화, 보트에 대한 멀티좌표, 보트의 좌표수정 등 다양한 기능을 부가할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
무선 센서 네트워크(WSN)의 각 센서 노드들이 갖는 감지기능, 통신기능, 처리기능, 액추에이터 기능 등을 이용하여 온도, 소리, 진동, 압력, 동작, 오염 정도 등 다양한 물리적 혹은 환경적 조건들을 협력적으로 감시하고 관리하는데 활용된다. 특히, 세계적으로 환경문제가 이슈화되면서 수자원 환경에 무선 센서네트워크를 도입하는 사례가 점차 늘고 있다. 그런데, 수중환경에 대한 무선 센서의 설치 및 관리의 어려움으로 인해 수중정보의 수집에 제약이 따른다.
이러한 측면에서 볼 때, 본 발명의 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템은 무선 센서 노드가 수상에서 이동이 가능하므로 넓은 지역에서 다양한 수중정보를 수집할 수 있다는 점에서 수자원 환경에 대한 정보 수집에 매우 유용하게 적용될 수 있다.
110 : 데이터베이스(DB) 120 : 전자지도 서버
8130 : 관리자 단말 131 : 다운로드부
132 : 표시부 133 : 입력부
134 : 무선송수신부 135 : 저장부
136 : 단말제어부 140 : 수상이동형 무선 센서노드
141 : 제1무선통신부 141a : 게이트웨이모듈
142 : GPS모듈 143 : 방향/거리계산부
144 : 방향검출부 145 : 구동부
146,146a,146b : 수중센서 147 : 노드제어부
148 : 매핑부 149 : 제2무선통신부
150 : 인터넷망 200 : 보트

Claims (13)

  1. 각 위치별 좌표가 할당된 GIS 기반 전자지도를 저장하는 데이터베이스(DB);
    상기 데이터베이스에 저장된 전자지도를 제공하는 전자지도 서버;
    상기 전자지도 서버로부터 전자지도에 제공받아 디스플레이하고 상기 전자지도에 목적지 좌표를 설정하고 상기 설정된 목적지 좌표 및 미리 설정된 수중정보 수집요청을 포함한 요청정보를 전송하고 상기 요청정보에 대응하는 응답정보를 수신하는 관리자 단말; 및
    상기 관리자 단말로부터 무선으로 수신되는 요청정보로부터 상기 목적지 좌표 및 수중정보 수집요청을 추출하고 GPS 위성신호를 수신하여 자신의 현재 좌표를 측위하며, 상기 목적지 좌표 및 현재 좌표로부터 상기 목적지 좌표로 이동하여 수중정보를 수집하고 상기 수집된 수중정보 및 자신의 현재 좌표를 상기 응답정보로서 상기 관리자 단말로 전송하는 수상이동형 센서노드; 를 포함하며,
    상기 관리자 단말은,
    상기 전자지도 서버에 접속하여 전자지도를 다운로드 받는 다운로드부와,
    상기 다운로드 받은 전자지도를 디스플레이하는 표시부와,
    상기 전자지도에 목적지 좌표의 설정을 입력하기 위한 입력부와,
    상기 수상이동형 센서노드와 상기 요청정보 및 응답정보를 무선으로 송수신하는 무선통신부와,
    상기 전자지도 서버로의 접속 및 전자지도의 다운로드를 수행하기 위한 응용 프로그램을 실행하고 상기 입력부에서 설정된 목적지 좌표를 상기 다운로드된 전자지도에 매핑시켜 상기 표시부를 통해 디스플레이되도록 하는 단말제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 단말제어부는,
    상기 수상이동형 센서노드로부터 수신되는 상기 수상이동형 센서노드의 현재 좌표를 상기 전자지도에 추가로 매핑시켜 상기 표시부를 통해 디스플레이되도록 하여 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신부는 코드분할다중접속(CDMA) 통신망을 이용하여 상기 수상이동형 센서노드와 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수상이동형 센서노드는,
    상기 관리자 단말과의 무선통신을 수행하는 제1무선통신부;
    GPS 위성신호를 수신하여 자신의 현재 좌표를 측위하는 GPS모듈;
    상기 관리자 단말로부터 수신된 목적지 좌표 및 상기 측위된 현재 좌표를 이용하여 상기 현재 GPS 좌표에서 목적지 좌표로의 방향 및 거리를 계산하는 방향/거리계산부;
    상기 수상이동형 센서노드의 현재 방향을 검출하는 방향검출센서;
    상기 수상이동형 센서노드를 구동시켜 수상에서 선회 및 이동시키는 구동부;
    상기 방향검출센서에서 검출된 수상이동형 센서노드의 방향과, 상기 방향/거리계산부에서 계산된 방향 및 거리를 이용하여 상기 목적지 좌표로 상기 수상이동형 센서노드를 이동시키도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 노드제어부; 및
    상기 목적지 좌표에서의 수중정보를 수집하는 적어도 하나의 수중센서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수상 지역에 대한 전자지도를 저장하는 저장부; 및
    상기 전자지도에 상기 목적지 좌표를 매핑시키는 매핑부; 를 더 포함하고,
    상기 제1무선통신부는 상기 목적지 좌표가 매핑된 전자지도를 무선으로 상기 관리자 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수중센서는 수중의 수온, 조류, 수심, 수질, 조류를 포함한 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 수중센서는 수중에 대한 영상을 촬영하는 수중카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 목적지 좌표 및 현재 좌표의 일치 여부를 확인하여 상기 목적지 좌표에 도착하였는지를 판단하고 상기 목적지 좌표에 도착한 것으로 판단하면 상기 수중센서로 수집신호를 출력하여 상기 수중센서에서 상기 수집신호에 따라 수중정보를 수집하도록 하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 제1무선통신부는,
    상기 수중센서에서 수집한 수중정보 및 상기 측위된 현재의 GPS 좌표를 무선통신망을 통해 상기 관리자 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 무선통신망은 CDMA 망인 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  12. 제5항에 있어서, 상기 수상이동형 센서노드는,
    상기 적어도 하나의 수중센서 중 적어도 일부는 상기 수상이동형 무선 센서노드로부터 물리적으로 분리되어 설치되며 상기 수중에 분리된 일부 수중센서와 음파신호를 이용하여 통신하는 제2무선통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1무선통신부는,
    상기 관리자 단말의 신호 및 상기 제2무선통신부에 수신되는 상기 분리된 일부 수중센서의 음파신호를 상호 변환하여 상기 관리자 단말과 상기 분리 설치된 일부 수중센서를 서로 연결하는 게이트웨이모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 이동형 무선 센서 네트워크 시스템.
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