[논문]원격제어 및 Wi-Fi 서비스가 가능한 LED 가로 등 시스템 설계 및 구현

이상훈; 신수용

doi:10.7840/kics.2015.40.1.233

원격제어 및 Wi-Fi 서비스가 가능한 LED 가로 등 시스템 설계 및 구현
Design and Implementation of LED Streetlight System for Remote Control and Wi-Fi Service 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.1, 2015년, pp.233 - 239

이상훈 (Kumoh National Institute of Technology IT Convergence Engineering) , 신수용 (Kumoh National Institute of Technology Electronic Engineering)

초록
AI-Helper

LED 가로등의 수요가 증가하면서 LED 가로등의 효율성 제고 및 다양한 부가서비스를 위한 원격 제어 및 모니터링에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 기존의 가로등 원격 제어 시스템은 전력선 통신망을 이용하는 유선 방식이 주를 이루고 있고, 무선 연결 방식이 존재하나 전송 속도의 제약이 있어 단순 제어 및 모니터링 이외의 부가 서비스를 지원하기에는 어려운 점이 있다. 따라서 본 논문에서는 무선랜 기반의 IEEE 802.11s 무선 메쉬 네트워크를 LED 가로등의 원격 제어 및 모니터링의 백본 네트워크로 사용하는 시스템을 제안한다. 무선 메쉬 네트워크를 사용함으로써 LED 가로등의 원격 제어 및 모니터링과 동시에 LED 가로등이 공공 Wi-Fi 액세스 포인트의 역할을 수행하게 한다. 이를 위해 Wi-Fi 통합형 LED 가로등 컨트롤러를 설계하고 시스템을 구현하고 Test Bed를 구성하여 성능을 평가 하였다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 무선 메쉬를 활용하여 U-city의 인프라로의 역할 수행이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The demand of remote control and monitoring for efficiency and applications of LED streetlight is increasing continuously because the demand of LED streetlight was increase last few years. Existing street light remote control system is wired using a power line network. The wireless connection exists, but due to its low data transmission rate, it cannot support specialized applications. It can only support simple control and monitoring. In this paper, we propose a system that uses a IEEE 802.11s wireless mesh network based on WLAN, as a backbone network for remote control and monitoring of the LED street lights along with other specialized applications. Using the wireless mesh network for remote control and monitoring the LED street lights, the same can be used to act like a public Wi-Fi access point. We have designed Wi-Fi integrated LED streetlight controller and implemented our system. We evaluated the performance of our system on a real test bed. Our proposed system is expected to perform the role of a U-city infrastructure by utilizing the wireless mesh network.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 기존의 3G/4G 시스템 및 Wi-Fi와의 연동을 통해 스마트폰 앱을 이용한 관리자 원격 모니터링 및 원격 제어 솔루션의 확보가 가능하다. LED 가로등을 위한 부가서비스의 예로 본 논문에서는 각각의 LED 가로등이 무선 메쉬 네트워크를 백본으로 사용한 공공 Wi-Fi 액세스 포인트의 역할을 수행할 수 있도록 하는 것을 제안한다.
본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크를 기반으로 하는 LED 가로등 원격 제어 및 상태 모니터링 시스템을 제안하였다. IEEE 802.
이러한 다양한 융/복합 서비스를 제공하기 위해서는 기존의 전력선 또는 저속 무선 통신망을 통해서 제공되는 대역폭만으로는 한계가 있다. 이러한 문제점들을 해결 하고자 본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크를 LED 가로등의 원격 제어 및 모니터링으로 사용하는 LED 가로등 원격 제어 시스템을 제안한다. 무선 메쉬 네트워크 기술을 이용함으로써 에너지 절감형 LED 가로등 시스템의 구축이 가능할 것이고 U-city의 인프라로서 활용함과 동시에 기존 통신망보다 충분한 대역폭을 제공함으로써 다양한 무선 서비스를 제공할 수 있는 솔루션을 확보할 수 있다.

제안 방법

본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크를 기반으로 하는 LED 가로등 원격 제어 및 상태 모니터링 시스템을 제안하였다. IEEE 802.11s 무선 메쉬 네트워크를 이용하여 기존의 단순한 LED 가로등의 원격 제어 및 상태 모니터링 외에도 무선 메쉬 네트워크를 백본으로 사용한 공공 Wi-Fi 서비스를 제공할 수 있는 새로운 LED 가로등 시스템을 설계하고 구현하였다. LED 가로등 원격 제어 및 상태 모니터링 시스템은 LED 가로등, 무선 메쉬 네트워크, 가로등 원격 제어 및 모니터링용 제어기, 원격지 서버 프로그램 및 작업자용 스마트폰 앱으로 구성되어 있다.
통합관제 시스템에서 LED 가로등의 위치는 지도를 이용하여 시각적으로 표시하였다. LED 가로등의 동작 이상 유무를 확인하기 위해 LED 가로등의 모듈과 실시간 네트워크 통신을 한다. 이를 통해 그림 8와 같이 LED 가로등의 상태정보를 관제 시스템 사용자가 실시간으로 모니터링 가능하고, 또한 Google-Map을 이용한 가로등 위치표시를 제공함으로써 위치기반의 모니터링 및 현장 출동 시 명확한 위치를 제공할 수 있다.
11s에서는 다중 홉 토폴로지에서 무선 노드들이 자동으로 네트워크를 구성하기 위한 기능을 가지고 있으며, 브로드캐스트, 멀티캐스트 및 유니캐스트를 지원하도록 정의하고 있다^[12]. 따라서 본 논문에서는 공공 Wi-Fi서비스 지원을 목표로 가장 적합한 표준 기술인 IEEE 802.11s를 무선 메쉬 네트워크로 사용하기로 한다^[13].
3장에서는 무선 메쉬 네트워크 및 Wi-Fi 통합형 LED 가로등 컨트롤러를 설계하고 구현 하였다. 또한 원격 제어와 모니터링을 위한 GUI 기반 관리 솔루션과 스마트폰 앱을 구현하였다. 3.
본 논문에서 구현한 LED 가로등 컨트롤러는 LED 가로등을 제어하는 제어부분, LED 가로등의 상태를 감시하는 센서부분, 통신을 담당하는 Wi-Fi부분으로 나눠진다. Wi-Fi module은 UART to Wi-Fi를 지원하는 Whiznet사의 Wi-Fi module을 보드에 탑재하여 사용하였다.
그림 7은 구현되어진 LED 가로등 컨트롤러의 사진이다. 입출력 인터페이스를 통해 연결된 LED 가로등과 각종 센서를 연결하고, LED 가로등을 제어하고 상태를 모니터링한다.

대상 데이터

Wi-Fi module은 UART to Wi-Fi를 지원하는 Whiznet사의 Wi-Fi module을 보드에 탑재하여 사용하였다. LED 가로등 컨트롤러는 TI사의 Cortex M3 기반의 LM3S9D96 MCU를 사용하였다. 그림 5은 설계한 LED 가로등 컨트롤러 하드웨어 회로도이고, 그림 6은 거버파일이다.
본 논문에서 구현한 LED 가로등 컨트롤러는 LED 가로등을 제어하는 제어부분, LED 가로등의 상태를 감시하는 센서부분, 통신을 담당하는 Wi-Fi부분으로 나눠진다. Wi-Fi module은 UART to Wi-Fi를 지원하는 Whiznet사의 Wi-Fi module을 보드에 탑재하여 사용하였다. LED 가로등 컨트롤러는 TI사의 Cortex M3 기반의 LM3S9D96 MCU를 사용하였다.
Development Kit으로는 Laguna GW2388-4 Dev Kit을 선정하였다^[14]. miniPCI-Card는 Wistron CM9와 Wistron DNMA-92를 선정하였다.
그림 12는 메쉬 네트워크의 성능을 테스트하기 위한 구성도이다. 성능 테스트 장비는 노트북 2대, GW2388-4 2대 (1 hop 메쉬 구성), miniPCI 무선랜카드 4장으로 구성되어있다. 그 결과는 그림 13과 같이 약 35Mbps의 성능을 보인다.
이러한 기준을 바탕으로 Gateworks사의 Laguna GW2388-4을 대상 플랫폼으로 선정하였다.
통합 Test Bed는 노트북 2대 (서버1대, 무선 메쉬 네트워크 설정용 1대, GW2388-4 4대 (3 hop 메쉬 구성), miniPCI 무선랜카드 6장, LED 가로등 컨트롤러 1대, LED 가로등 1대 (120 Watt)로 구성되어있다.

데이터처리

LED 가로등 원격 제어 및 상태 모니터링 시스템은 LED 가로등, 무선 메쉬 네트워크, 가로등 원격 제어 및 모니터링용 제어기, 원격지 서버 프로그램 및 작업자용 스마트폰 앱으로 구성되어 있다. 구현한 시스템의 성능을 검증하기 위해 Test Bed를 구성하였고, 자체 성능 평가 및 공인 인증 시험 기관의 그 성능을 입증하였다. 본 논문에서 제안된 방식의 주요 성능지표는 표 1과 같이 정리할 수 있다.

이론/모형

무선 메쉬 네트워크 구축을 위해 가장 많이 사용되는 오픈 소스 프로젝트의 하나인 OpenWRT를 이용하였다^[15]. OpenWRT는 게이트웨이 등의 임베디드 시스템용 펌웨어로 개발된 Linux 배포판으로서 유무선공유기 회사 제품에 적용될 정도로 지속적으로 발전해 왔다.

성능/효과

무선 메쉬 네트워크 기술을 이용함으로써 에너지 절감형 LED 가로등 시스템의 구축이 가능할 것이고 U-city의 인프라로서 활용함과 동시에 기존 통신망보다 충분한 대역폭을 제공함으로써 다양한 무선 서비스를 제공할 수 있는 솔루션을 확보할 수 있다. 또한 기존의 3G/4G 시스템 및 Wi-Fi와의 연동을 통해 스마트폰 앱을 이용한 관리자 원격 모니터링 및 원격 제어 솔루션의 확보가 가능하다. LED 가로등을 위한 부가서비스의 예로 본 논문에서는 각각의 LED 가로등이 무선 메쉬 네트워크를 백본으로 사용한 공공 Wi-Fi 액세스 포인트의 역할을 수행할 수 있도록 하는 것을 제안한다.
이러한 문제점들을 해결 하고자 본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크를 LED 가로등의 원격 제어 및 모니터링으로 사용하는 LED 가로등 원격 제어 시스템을 제안한다. 무선 메쉬 네트워크 기술을 이용함으로써 에너지 절감형 LED 가로등 시스템의 구축이 가능할 것이고 U-city의 인프라로서 활용함과 동시에 기존 통신망보다 충분한 대역폭을 제공함으로써 다양한 무선 서비스를 제공할 수 있는 솔루션을 확보할 수 있다. 또한 기존의 3G/4G 시스템 및 Wi-Fi와의 연동을 통해 스마트폰 앱을 이용한 관리자 원격 모니터링 및 원격 제어 솔루션의 확보가 가능하다.
LED 가로등의 동작 이상 유무를 확인하기 위해 LED 가로등의 모듈과 실시간 네트워크 통신을 한다. 이를 통해 그림 8와 같이 LED 가로등의 상태정보를 관제 시스템 사용자가 실시간으로 모니터링 가능하고, 또한 Google-Map을 이용한 가로등 위치표시를 제공함으로써 위치기반의 모니터링 및 현장 출동 시 명확한 위치를 제공할 수 있다.

후속연구

구현한 시스템은 LED 가로등의 원격 제어 및 모니터링과 동시에 무선 메쉬 네트워크를 U-city의 인프라로 활용할 수 있다는 점에서 기술적으로 활용도가 높을 것으로 판단된다.
최근에는 LED 가로등의 경우에도 조도센서, 인체감지센서, IT기술 등을 활용하여 단순한 절전만이 아닌 방범 효과를 추가하는 등 스마트 조명으로 변모하고 있다. 따라서 향후 LED 가로등은 단순한 조명의 역할 뿐만 아니라 다양한 융/복합 서비스를 가능하게 하는 차세대 조명으로써 새로운 부가가치의 창출이 가능할 것으로 판단된다^[1].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 LED 가로등은 어떻게 변화하고 있는가?	최근에는 LED 가로등의 경우에도 조도센서, 인체감지센서, IT기술 등을 활용하여 단순한 절전만이 아닌 방범 효과를 추가하는 등 스마트 조명으로 변모하고 있다. 따라서 향후 LED 가로등은 단순한 조명의 역할 뿐만 아니라 다양한 융/복합 서비스를 가능하게 하는 차세대 조명으로써 새로운 부가가치의 창출이 가능할 것으로 판단된다[1].
	기존의 가로등 원격 제어 시스템의 한계점은?	LED 가로등의 수요가 증가하면서 LED 가로등의 효율성 제고 및 다양한 부가서비스를 위한 원격 제어 및 모니터링에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 기존의 가로등 원격 제어 시스템은 전력선 통신망을 이용하는 유선 방식이 주를 이루고 있고, 무선 연결 방식이 존재하나 전송 속도의 제약이 있어 단순 제어 및 모니터링 이외의 부가 서비스를 지원하기에는 어려운 점이 있다. 따라서 본 논문에서는 무선랜 기반의 IEEE 802.
	LED 가로등을 통한 다양한 융/복합 서비스가 어려운 이유는?	이러한 다양한 융/복합 서비스를 제공하기 위해서는 기존의 전력선 또는 저속 무선 통신망을 통해서 제공되는 대역폭만으로는 한계가 있다. 이러한 문제점들을 해결 하고자 본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크를 LED 가로등의 원격 제어 및 모니터링으로 사용하는 LED 가로등 원격 제어 시스템을 제안한다.

참고문헌 (15)

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Openwrt.org, About OpenWrt(2014), Retrieved Mar. 06, 2014, from http://wiki.openwrt.nanl.de/about/start#what.is.openwrt.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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