KR20160107977A

KR20160107977A - Apparatus for sending sensing data of a sensor buried underground, system having the same

Info

Publication number: KR20160107977A
Application number: KR1020150031654A
Authority: KR
Inventors: 박주덕; 이인환
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-19

Abstract

본 발명에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 장치는 지하에 매설된 센서 노드로부터 센싱 정보를 수신하여 전파신호로 변환하고 상기 센서 노드로 전력을 공급하는 센서 통신부; 및 상기 센서 통신부로부터 수신한 전파신호를 지상의 게이트웨이로 무선 송신하는 안테나를 포함할 수 있다.A sensor communication unit for receiving sensing information from a sensor node embedded in the underground and converting the received sensing information into a radio wave signal and supplying power to the sensor node; And an antenna for wirelessly transmitting the radio wave signal received from the sensor communication unit to a gateway on the ground.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underground buried sensor information wireless transmission apparatus and a system including the same,

본 발명은 지하 매설 센서 정보 무선 전송 장치 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하에 매설된 센서 정보를 지상의 게이트웨이로 무선 전송하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus for wirelessly transmitting an underground sensor information and a system thereof, and more particularly to a technology for wirelessly transmitting sensor information embedded in an underground to a gateway on the ground.

지반 공사와 관련하여 지하 환경에 대한 토압, 침하 정도, 수압, 토양 수분 상태 및 지중 매립시설물(배관, 전기선 등)의 상태의 관리가 필요하며, 이러한 지하 상태 정보를 기반으로 재난, 재해 방지를 위한 기반 자료 등을 만들 수 있다.It is necessary to manage the earth pressure, settlement degree, water pressure, soil moisture condition and underground facilities (piping, electric wire, etc.) condition of underground environment in relation to the ground construction. Based data and so on.

이를 위해 지하에 센서를 매설하고 센서로부터 측정된 데이터를 전송받는데, 기존의 지하에 매립된 센서를 이용한 매립 환경 및 시설물 상태 데이터 측정은 열악한 전파 전달 환경 때문에 적용하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 지하의 통신 환경은 도전율이 높은 금속성 물질과 수분 등의 손실성 매질이 많아 전파 손실이 크기 때문에 전송 노드 간의 무선 통신 가능 거리가 매우 짧다. In order to accomplish this, the sensor is buried in the underground and the measured data is received from the sensor. However, it is difficult to measure the buried environment and the facility status data using the existing embedded sensor in the ground because of the poor propagation environment. That is, since the communication environment in the underground has a large loss due to a metallic material with high conductivity and a lossy medium such as moisture, the radio communication distance between transmission nodes is very short.

이에, 원거리 통신이 가능한 자기장 결합을 이용한 무선 전송 방식을 사용하여 지하에 매립된 센서의 정보를 제공하기도 하나, 이러한 자기장 방식은 자기장 결합 코일 등 많은 매설 작업을 필요로 하고 데이터 속도가 낮아 넓은 지역의 대규모 통신 망을 구성하기에 적합하지 않은 문제점이 있다. Therefore, it is possible to provide information of sensors buried underground by using a radio transmission system using a magnetic field coupling capable of long distance communication. However, such a magnetic field system requires many burial operations such as a magnetic field coupling coil, There is a problem that it is not suitable for constituting a large scale communication network.

특허공개번호 KR 2012-0062204호Patent Publication No. KR 2012-0062204

본 발명의 실시예는 지하에 매설된 센서노드의 센싱 정보를 지상으로 무선 전송할 수 있는 지하 매설 센서 정보 무선 전송 장치 및 그 시스템을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an underground sensor information wireless transmission device and a system thereof capable of wirelessly transmitting sensing information of a sensor node buried underground to the ground.

또한, 상기 센서 노드로 전력을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있다.The sensor node may further include a battery for supplying power to the sensor node.

또한, 지상과 인접하는 면에 개폐를 위한 케이스 도어를 더 포함할 수 있다.Further, it may further include a case door for opening and closing on a surface adjacent to the ground.

또한, 상기 배터리는 상기 케이스 도어와 인접한 위치에 장착될 수 있다.Further, the battery may be mounted at a position adjacent to the case door.

또한, 외부에서 상기 배터리의 충전이 가능하도록 구성된 출력포트를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an output port configured to allow charging of the battery from the outside.

또한, 상기 안테나는 지향성 안테나일 수 있다.Further, the antenna may be a directional antenna.

또한, 상기 센서 통신부는, 상기 센서 노드로부터 수신한 센싱 정보를 전파신호로 변환하는 RF 모듈; 상기 배터리로부터 전력을 상기 센서 노드로 공급하는 전력 모듈; 상기 센서 노드와 연결되는 센서 인터페이스; 및 상기 RF 모듈, 상기 전력 모듈, 상기 센서 인터페이스의 기능을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.The sensor communication unit may include an RF module for converting the sensing information received from the sensor node into a radio wave signal; A power module for supplying power from the battery to the sensor node; A sensor interface coupled to the sensor node; And a controller for controlling functions of the RF module, the power module, and the sensor interface.

본 발명에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 시스템은 지하에 매설되는 센서 노드; 상기 센서 노드로부터 센싱 정보를 수신하여 전파 신호로 변환하여 무선 전송하는 무선 전송 장치; 및 상기 무선 전송 장치로부터 전파신호를 수신하는 게이트웨이를 포함할 수 있다.The underground buried sensor information wireless transmission system according to the present invention comprises: a sensor node embedded in an underground; A wireless transmission device for receiving sensing information from the sensor node and converting the sensing information into a radio wave signal and wirelessly transmitting the signal; And a gateway for receiving the radio wave signal from the wireless transmission device.

또한, 상기 게이트웨이는 광빔폭 안테나를 포함할 수 있다.Also, the gateway may include an optical beam-width antenna.

또한, 상기 무선 전송 장치가 복수개인 경우, 상기 복수개의 무선 전송 장치가 하나의 게이트웨이로 전파신호를 전송할 수 있다.In addition, when there are a plurality of wireless transmission devices, the plurality of wireless transmission devices can transmit a radio wave signal to one gateway.

또한, 상기 무선 전송 장치는, 상기 센서 노드로부터 센싱 정보를 수신하여 전파신호로 변환하고 상기 센서 노드로 전력을 공급하는 센서 통신부; 상기 센서 통신부로부터 수신한 전파신호를 지상의 게이트웨이로 무선 송신하는 안테나; 및 상기 센서 노드로 전력을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다.The wireless transmission apparatus may further include: a sensor communication unit that receives sensing information from the sensor node, converts the sensed information into a radio wave signal, and supplies power to the sensor node; An antenna for wirelessly transmitting a radio wave signal received from the sensor communication unit to a gateway on the ground; And a battery for supplying power to the sensor node.

또한, 지상과 인접하는 면에 개폐를 위한 케이스 도어; 및 외부에서 상기 배터리의 충전이 가능하도록 구성된 출력포트를 더 포함할 수 있다.A case door for opening and closing the surface adjacent to the ground; And an output port configured to allow charging of the battery from the outside.

본 기술은 지하에 매설된 센서노드의 센싱 정보를 안정적이고 효율적으로 지상으로 무선 전송할 수 있어 대규모의 센서 무선망을 구현할 수 있다.This technology can securely and efficiently transmit the sensing information of the sensor node embedded in the underground wirelessly to the ground, thereby realizing a large scale sensor network.

또한, 본 기술은 무선 전송 장치에 교체 및 충전이 가능한 배터리를 구비하여 전력 공급이 용이하고 통신 모듈 점검이 용이하다.In addition, the present technology has a battery capable of being replaced and charged in the wireless transmission device, so that the power supply is easy and the communication module is easy to check.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 장치의 세부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 장치의 구현 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 망 구성 및 무선 전송을 위한 구성의 예시도이다. 1 is a block diagram of a wireless underground sensor information transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed configuration diagram of an underground buried sensor information wireless transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an embodiment of an underground buried sensor information wireless transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a configuration of an underground sensor network and a configuration for wireless transmission according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.

본 발명은 지하에 매설된 센서노드의 센싱 정보를 고주파 통신을 통해 지상의 게이트웨이로 무선 전송하고, 센서 노드에 교체가 용이한 배터리를 이용하여 전력을 공급함으로써 안정적인 전력 공급이 가능하다.
The present invention enables stable power supply by wirelessly transmitting sensing information of a sensor node buried underground to a gateway on the ground via high frequency communication and supplying power to the sensor node using a battery that is easy to replace.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 장치의 세부 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of an underground buried sensor information radio transmission system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a detailed configuration diagram of an underground buried sensor information radio transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 시스템은 무선 전송 장치(100), 센서노드(200), 게이트웨이(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an underground sensor information wireless transmission system according to an embodiment of the present invention includes a wireless transmission device 100, a sensor node 200, and a gateway 300.

무선 전송 장치(100)와 센서노드(200)는 지하에 매설되고, 무선 전송 장치(100)는 센서노드(200)로부터 센싱 정보를 수집하여 지상에 위치한 게이트웨이(300)로 무선 전송한다. 이에 게이트웨이(300)는 무선 전송 장치(100)로부터 수신한 센싱 정보를 원거리의 단말 또는 센터(미도시)로 전달할 수 있다.The wireless transmission apparatus 100 and the sensor node 200 are buried in the ground and the wireless transmission apparatus 100 collects sensing information from the sensor node 200 and wirelessly transmits the sensing information to the gateway 300 located on the ground. The gateway 300 may transmit the sensing information received from the wireless transmission apparatus 100 to a remote terminal or a center (not shown).

이를 위해 게이트웨이(300)는 수신 및 방사각이 넓은 광빔폭(wide beamwidth) 안테나를 구비한다. 즉 광빔폭 안테나는 도 4에 도시된 바와 같이 넓은 방사각을 가져 지하의 서로 다른 위치에 매설된 복수개의 무선 전송 장치로부터의 신호를 수신할 수 있도록 한다.To this end, the gateway 300 includes a wide beamwidth antenna having a wide receiving and emitting angle. That is, as shown in FIG. 4, the optical beam-width antenna can receive signals from a plurality of radio transmission apparatuses having a wide radiation angle and embedded at different positions in the ground.

도 2를 참조하면 무선 전송 장치(100)는 안테나(110), 센서 통신부(120), 배터리(130), 출력포트(140), 케이스 도어(150)를 구비한다.Referring to FIG. 2, the wireless transmission apparatus 100 includes an antenna 110, a sensor communication unit 120, a battery 130, an output port 140, and a case door 150.

안테나(110)는 조향이 가능한 지향성 안테나(directional antenna)를 구비하여, 원하는 방향으로 신호를 송신한다. 즉, 지향성 안테나는 특정한 방향으로만 전파를 강하게 방사한다든지 또는 그 방향으로부터의 전파에 대하여 감도가 높아지는 특성을 가진다. 안테나(110)는 지질 매질에 의한 손실을 최소화할 수 있도록 케이스의 상면부 케이스 도어(150)에 위치하여 구성된다.The antenna 110 has a steerable directional antenna to transmit a signal in a desired direction. That is, the directional antenna has a characteristic in which it radiates strongly in only a specific direction or has a high sensitivity to a radio wave propagated from the direction. The antenna 110 is disposed on the upper case housing door 150 of the case so as to minimize the loss due to the lipid medium.

센서 통신부(120)는 센서 노드(200)로부터 센싱 정보(데이터)를 수집하고 센서노드(200)로 전력을 공급한다. 이를 위해 센서 통신부(120)는 RF 모듈(121), 전력모듈(122), 제어부(123), 센서 인터페이스(124)를 구비한다.The sensor communication unit 120 collects sensing information (data) from the sensor node 200 and supplies power to the sensor node 200. The sensor communication unit 120 includes an RF module 121, a power module 122, a controller 123, and a sensor interface 124.

RF 모듈(121)은 센서 인터페이스(124)를 통해 센서 노드(200)로부터 수신한 센싱 정보를 전파신호로 변환하여 안테나(110)로 전달한다.The RF module 121 converts the sensing information received from the sensor node 200 through the sensor interface 124 into a radio wave signal and transmits the radio wave signal to the antenna 110.

전력모듈(122)은 배터리(130)로부터 전력을 공급받아 지하관정의 전력선을 통해 센서노드(200)로 전력을 공급하여 센서노드(200)와 센서 통신부(120)간에 신호를 교신할 수 있도록 한다. The power module 122 receives power from the battery 130 and supplies power to the sensor node 200 through the power line of the underground station so that the sensor node 200 and the sensor communication unit 120 can communicate signals .

제어부(123)는 센서 통신부(120)의 각 구성요소의 기능 및 동작을 제어하고, 센서 인터페이스(124)를 통해 센싱 정보가 수신되면 RF 모듈(121)로 전달하고, 전력 모듈(122)을 통해 배터리(130)의 충전 상태 등을 체크할 수 있다.The control unit 123 controls functions and operations of each component of the sensor communication unit 120 and transmits sensing information to the RF module 121 through the sensor interface 124, The state of charge of the battery 130, and the like can be checked.

센서 인터페이스(124)는 센서노드(200)와 연결되어 센서 노드(200)의 센싱 정보를 수신하고 전력을 센서노드(200)로 전달한다.The sensor interface 124 is connected to the sensor node 200, receives the sensing information of the sensor node 200, and transmits power to the sensor node 200.

배터리(130)는 무선 전송 장치(100)에 전원을 공급하며 케이스 도어(150)의 개폐를 통해 교체가 가능한 위치에 장착되며 출력포트(140)를 통해 외부에서 공급되는 충전기를 통해 충전이 가능하다.The battery 130 supplies power to the wireless transmission device 100 and is installed at a position where it can be replaced through opening and closing of the case door 150 and can be charged through a charger supplied from the outside through the output port 140 .

출력포트(140)는 배터리(130)에 연결되어 외부에서의 배터리(130)를 충전을 위해 사용된다.The output port 140 is connected to the battery 130 and is used for charging the battery 130 from the outside.

케이스 도어(150)는 무선 전송 장치(100)의 상부면에 구비되며 지면과 맞닿는 부분에 구비되어 지하에 매설되는 무선 전송 장치(100)를 보호한다.The case door 150 is provided on a top surface of the wireless transmission device 100 and is provided at a portion contacting the ground to protect the wireless transmission device 100 buried underground.

센서 노드(220)는 복수개의 센서(221, 222, 223)로 분산되어 구성될 수 있으며 지하 관정(160) 내의 데이터선을 통해 센싱 정보를 센서통신부(120)로 전송하고 지하 관정(160) 내의 전력선을 통해 센서통신부(120)로부터 전력을 공급받는다.The sensor node 220 may be dispersed into a plurality of sensors 221, 222 and 223 and transmits sensing information to the sensor communication unit 120 through a data line in the underground station 160, And receives power from the sensor communication unit 120 through the power line.

이와 같이 본 발명은 지하에 매설된 복수개의 센서로부터 센싱 정보를 수집하여 지상의 게이트웨이로 무선 전송함으로써, 지하에 매설된 센서의 정보를 원거리로 용이하게 무선전송할 수 있도록 하여 대규모 센서망 구성이 가능하다. 또한, 본 발명의 무선 전송 장치는 배터리(130)의 교체 및 충전, 센서 통신부(120)의 점검 등이 용이하다.
As described above, the present invention collects sensing information from a plurality of sensors buried in the ground and wirelessly transmits the information to a gateway on the ground, so that it is possible to wirelessly transmit information of a sensor buried in the ground to a remote place, . Further, the wireless transmission apparatus of the present invention facilitates replacement and charging of the battery 130, inspection of the sensor communication unit 120, and the like.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 정보 무선 전송 장치의 구현 예시도이다. 3 is a diagram illustrating an embodiment of an underground buried sensor information wireless transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 지하의 지질이 2개의 지층(30, 40)으로 구분되어 있고 센서(221)는 상위 지층(30)의 정보를 센싱하고 센서(222)는 하위 지층(40) 내의 지하수(20)의 정보를 센싱한다. 센서(223)은 파이프라인(50)의 정보를 센싱하여 수집한다. 이러한 센서(221, 222, 223)는 센싱 정보를 지하 관정의 데이터선을 통해 센서 통신부(120)로 보낸다. 이때, 안테나(110)는 지표면에 가까이 위치하여 신호의 손실을 최소화할 수 있다.
3, the underground lipid is divided into two strata 30 and 40. The sensor 221 senses information of the upper stratum 30 and the sensor 222 senses information of the groundwater in the lower stratum 40 20). The sensor 223 senses and collects information of the pipeline 50. These sensors 221, 222, and 223 send the sensing information to the sensor communication unit 120 through the data line of the underground station. At this time, the antenna 110 is located close to the ground surface, so that the loss of the signal can be minimized.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지하 매설 센서 망 구성 및 무선 전송을 위한 구성의 예시도이다. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration of an underground sensor network and a configuration for wireless transmission according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 3과 같은 센서노드(220) 및 무선 전송 장치(100)의 구성이 지하에 미리 정한 간격을 두고 복수개 매설되고 각 무선 전송 장치(100)는 센싱 정보를 하나의 게이트웨이(300)로 전송한다. 이때 게이트웨이(300)는 광빔폭 안테나(310)를 장착하여, 지하에 매설된 복수개의 무선 전송 장치(100)로부터의 신호를 모두 수신할 수 있도록 한다. 이때, 각 무선 전송 장치(100)는 규칙적 또는 비규칙적 간격으로 지하에 매설될 수 있다.
Referring to FIG. 4, a plurality of sensor nodes 220 and a wireless transmission device 100 as shown in FIG. 3 are embedded at predetermined intervals in the basement, and each wireless transmission device 100 transmits sensing information to one gateway 300). At this time, the gateway 300 is equipped with the optical beam-width antenna 310 to receive signals from a plurality of wireless transmission devices 100 embedded in the basement. At this time, the wireless transmission apparatuses 100 may be buried underground at regular or irregular intervals.

이와 같이 본 발명은 지면과 인접하여 매설된 무선 전송 장치(100)가 지하에 깊이 매설되는 센서노드(200)의 센싱 정보를 수집하여 지상의 게이트웨이로 센싱 정보를 무선 전송하도록 한다. 이에 본 발명은 지질, 지하 매설물, 지하수 등의 정보를 관리할 수 있어 재난, 재해 방지 서비스, 지하수 상태 관리 서비스, 상하수도 상태 관리 서비스 등에 적용될 수 있다.As described above, the present invention collects the sensing information of the sensor node 200, which is embedded in the ground, and wirelessly transmits the sensing information to the gateway on the ground. Accordingly, the present invention can be applied to disaster, disaster prevention service, groundwater condition management service, and water and wastewater condition management service because it can manage information such as geology, underground buried object, and underground water.

상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It should be regarded as belonging to the claims.

Claims

A sensor communication unit for receiving sensing information from a sensor node buried in the ground, converting the sensing information into a radio wave signal, and supplying power to the sensor node; And
An antenna for wirelessly transmitting the radio wave signal received from the sensor communication unit to a gateway on the ground;
Wherein the at least one of the at least two sensors is a wireless sensor.

The method according to claim 1,
And a battery for supplying electric power to the sensor node.

The method of claim 2,
And further comprising a case door for opening and closing the surface adjacent to the ground.

Claim 3
Wherein the battery is installed at a position adjacent to the case door.

The method of claim 2,
Further comprising an output port configured to be able to charge the battery from the outside.

The method according to claim 1,
The antenna includes:
Directional antenna, wherein the antenna is a directional antenna.

The method of claim 2,
The sensor communicating unit includes:
An RF module for converting the sensing information received from the sensor node into a radio wave signal;
A power module for supplying power from the battery to the sensor node;
A sensor interface coupled to the sensor node; And
A controller for controlling functions of the RF module, the power module,
Wherein the information is transmitted from the wireless base station to the base station.

A sensor node buried underground;
A wireless transmission device for receiving sensing information from the sensor node and converting the sensing information into a radio wave signal and wirelessly transmitting the signal; And
A gateway for receiving a radio wave signal from the radio transmission device,
And an underground buried sensor information wireless transmission system.

The method of claim 8,
The gateway
And a light beam-width antenna.

The method of claim 8,
When there are a plurality of wireless transmission devices,
Wherein the plurality of wireless transmission devices transmit a radio wave signal to one gateway.

The method of claim 8,
The wireless transmission apparatus includes:
A sensor communication unit for receiving sensing information from the sensor node, converting the sensed information into a radio wave signal, and supplying power to the sensor node;
An antenna for wirelessly transmitting a radio wave signal received from the sensor communication unit to a gateway on the ground; And
A battery supplying power to the sensor node;
And an underground buried sensor information wireless transmission system.

The method of claim 11,
A case door for opening and closing the surface adjacent to the ground; And
Further comprising an output port configured to allow charging of the battery from the outside.

The method of claim 11,
The antenna includes:
Directional antenna, wherein the antenna is a directional antenna.

The method of claim 11,
The sensor communicating unit includes:
An RF module for converting the sensing information received from the sensor node into a radio wave signal;
A power module for supplying power from the battery to the sensor node;
A sensor interface coupled to the sensor node; And
And a controller for controlling functions of the RF module, the power module, and the sensor interface.