[논문]전력선 통신을 이용한 지능형 홈 네트워크 구현

김성철; 이영일; 정범진; 김정호

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김성철 (서울산업대학교 제어계측공학과) , 이영일 (서울산업대학교 제어계측공학과) , 정범진 ((주)젤라인) , 김정호 ((주)유니룩스)

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문제 정의

전력선 통신에 기반한 홈네트웍 구성을 위해서 가전기기 제어에 편리한 HnCP와 각종 센서들의 네트웍 구성에 용이한 XCP를 연동하여 사용하고 고속 PLC를 인터넷 접속, 멀티미디어 데이터 전송에 사용하는 그림 1과 같은 홈네트웍 시스템 구성을 생각해 볼 수 있다. 본고에서는 그림 1과 같은 흠 네트웍 구성을 염두에 두고서 XCP를 활용한 조명시스템의 구성에 대해서 정리해 보고자한다.
본고에서는 전력선 통신을 이용한 여러가지 제어 네트워크 시스템 중에서도 많은 장점을 지닌 XCP를 활용한 지능형 홈네트워크 시스템을 구현해 보았다.

제안 방법

UI에서 컨트롤하는 방식은 개별제어 및 그룹 바인딩 (Group Binding)이라는 멀티캐스팅(Multicasting)을 이용한 그룹제어가 있는데, 그룹제어시 저속 모뎀의 속도 한계상 UI로부터 근접한 거리에 있는 모뎀들이 먼저 명령을 받는 현상이 두드러지기 때문에 XSN 모뎀에 탑재되어 있는 RTC 타이머를 이용해서 UI로부터 각각의 XSN 모뎀의 RTC 세팅을 한 후, 명령을 멀티캐스팅 할 때 (명령+명령실행시각)의 형태로 전송하는 방식으로 구성하였다.
XCP 프로토콜을 이용한 표준 I/O모듈로써, 경광둥 및 자석센서 등과 연동할 수 있도록 디지털 입출력 데이터 처리용으로 개발되었다. 기본적인 구조는 그림7 과 같다.
XCP를 이용한 지능형 홈 네트워크 구현 시 응용한 어플리케 이션으로는 SystemX라는 형광램프를 사용하였다. SystemX는 조광제어 (Dimming Control)?} 가능한 안정기를 탑재한 형광램프로 표준 IO 모듈 중에서 PWM 출력 모듈' 에서 출력되는 가변 PWM 신호에 따라서 램프의 조도가 변화하는 특성을 이용해 본 시스 템에 적용하였으며, 램프를 총 16개(4X4) 사용함으로 써, 여러가지 모양의 조명 패턴을 연출할 수 있다. 이러한 패턴 명령들은 본 시스템의 메인 컨트롤러로서 개발한 UI(User Interface) 를 사용한다.
전력선 기반의 홈네트워크 시스템을 위해서 XCP 프 로토콜과 표준 IO 모듈들을 이용 및 개발하였고, 이 시스템을 응용하기위해서 'PWM 출력모듈' 을 이용한 SystemX 조광제어 시스템을 구성하였다. SystemX는 영문자 X 의 모양을 한 형광등으로 조광제어가 가능한 안정기를 탑재한 형광등이며, 입력되는 PWM 신호의 듀티비에 따라서 형광램프의 밝기가 변화한다.
첫 번째 배열에만 총 패턴의 개수인 10이 들어가고 나머지 배열들은 사용자가 생성한 패턴의 조도 (Dimming) 단계 값들을 저장하는 용도로 사용한다. 조도 단계값은 *PWM 출력모듈' 에서 출력되는 PWM 신호의 듀티비와 형광램프의 밝기를 미리 테스트한 값들로 총 10단계로 설정하였다. 2개의 조도 단계값은 하나당 4바이트씩 할당해서 저장한다.
SystemX는 영문자 X 의 모양을 한 형광등으로 조광제어가 가능한 안정기를 탑재한 형광등이며, 입력되는 PWM 신호의 듀티비에 따라서 형광램프의 밝기가 변화한다. 총 16개의 램프를 4X4 형식으로 설치를 한 후, 근접한 거리의 램프 한 쌍은 WM 출력 모듈' 이 탑재된 XSN 모뎀 하나에서 각각 입력되는 PWM 신호를 통해 컨트롤되는 구조로 구성하였다.

성능/효과

저속 PLC 모뎀을 이용한 네트워크 시스템 구현시 가장 고려해야 할 트래픽 관리문제는 UI와 WM 출 력 모듈 간의 그룹 바인딩을 통한 멀티캐스팅으로 해결하였고, 패턴 동작 모드 시에도 패턴 생성 초기에 다운로드를 함으로써, 그 다음부터의 패킷생성량을 획기적으로 줄일 수 있었다.

후속연구

본고에서는 형광등을 이용한 원격제어 시스템만을 생각해 보았지만, 경광등, Door Lock, 전동커튼 및 각종 센서들을 추가하고 HnCP를 활용한 가전기기 제어 및 고속 PLC 기반의 인터넷 망과의 연동이 이루어진다 면 완성도 높은 홈네트웍의 구성이 가능할 것이다..

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