[논문]ZigBee 무선표준을 이용한 상수도 원격검침 네트워크 구현

권종원; 박용만; 오드게럴; 김희식

ZigBee 무선표준을 이용한 상수도 원격검침 네트워크 구현
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권종원 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) , 박용만 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) , 오드게럴 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) , 김희식 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부)

In this paper, authors realize water AMR(Automatic Meter Reading) network using low power ZigBee protocol included routing ability for improving wireless communitation error detection and network range. ZigBee wireless standard is an important standard of the field related Ubiquitous industry and recently has application to Home-Network. It's special features are to spend low power and to include routing ability each terminator. Because of these features, authors realize water AMR system on Embedded system using ZigBee protocol for applying to transfer data between a water meter and RF module equipped with a water meter in each house.

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문제 정의

저장된 정보를 웹서버 이용하여 모니터링이 가능하도록 PHP를 사용하여 구현하였다. 본 논문에서는 ZigBee 무선통신과 현재 원격검침시스템에 적용되고 있는 UHF대역 424MHz (10mW) 무선통신의 성능을 비교하기 위하여 수도계량기가 설치된 현장과 홉사한 통신환경을 제공하였다.
본 논문에서는 이를 개선하기 위해 라우팅 기능을 포함하고 있는 저전력 ZigBee 무선표준을 이용하여 상수도 원격검침시스템에 적용시켜 구현해 보았다. ZigBee 무선표준은 현재 홈네트워크에 적용되고 있는 유비쿼터스 관련 기술 중 핵심 무선표준의 하나이다.

제안 방법

본 논문에서 기존의 상수도원격검침시스템에서 사용되는 424MHz(10mW)의 소출력 RF모듈을 사용하면서 발생하는 환경적 전파방해 요인과 밧데리 문제 등을 ZigBee 무선통신 규격을 이용하여 개선하였다. 수도계량기에서 발생하는 검침 데이터를 클라이언트 서버로 전송 시 ZigBee의 Sleep mode에 있는 노드들을 송수신활동이 필요한 경우만 활동시켜 저전력 소모를 구현하였다.
수도계량기에서 검침되는 데이터는 ZigbeX모듈에 내장되어 있는 ATmegal28에 임의의 데이터를 생성하는 프로그램을 작성하여 라이팅(Writing)하였다. 각 ZigbeX모듈에서 매시간 단위로 발생되는 데이터 값들은 호스트 PC로 전송되어 데이터베이스화되어 저장된다.
이용하여 개선하였다. 수도계량기에서 발생하는 검침 데이터를 클라이언트 서버로 전송 시 ZigBee의 Sleep mode에 있는 노드들을 송수신활동이 필요한 경우만 활동시켜 저전력 소모를 구현하였다. 또한 Coordinator간의 통신이 가능한 특징과득정노드가 Mesh Mode의 네트워크상의 다른 모는 노드들을 인식하지 못할 때 네트워크를 스스로 구성할 수 특징에서 환경적인 전파방해요인 발생 시 각 ZigBee 모듈들이 서로 라우팅 역할을 수행하여 데이터 전송의 정확도 및 수신율을 개선하였다.
ZigBee-^ 250kbps, 1mw 미만의 송신전력울 사용하고, 2, 4Ghz 주파수 태역에서 16채널을 지원하펴 같은 대역 내에서 더 많은 수용쟈를 수용할 수 있다. 안졉한 네트워크 및 시스템과의 간섭에 ROBUST할 수 있도록 2.4Ghz와 5Ghz의 무선 LAN에서 사용하는 DSSS방식을 제은}하고, O-QPSK 변조 방식을 채택하였다';
원격지에서 흐르는 유량의 측정을 위해서는 원격검침 계량기로 부터 획득한 검침데이터를 각 ZigBee모듈을 통해 중계기로 전송하지만 실험의 편의성을 위해 임의의 데이티 생성 프로그램을 작성하여 ZigBee모뜔에 연결한 후 CDMA통신율 통해 이동통신업체의 서버를 통해 교내서버# 로 전송하여 실시간 검침값을 표와 그래프를 통해 모니터링할 수 있도록 구현하였다. 다음은 한백전자의 ZigbeX 모듈을 이용하여 구현한 원격검침 시스템 하드웨어 구성도 이다.
ZigBee 무선표준의 특징은 전력 소모가 적고 각 단말기마다 라우팅 기능을 포함하는 것이 특징이다. 이런 특징을 상수도 원격검침 시스템 중 각 수용가의 수도계량기와 연결된 RF모듈로부터 중계기간의 데이터 전송에적용시켜 임베디드 시스템을 이용하여 구현하였다.
각 ZigbeX모듈에서 매시간 단위로 발생되는 데이터 값들은 호스트 PC로 전송되어 데이터베이스화되어 저장된다. 저장된 정보를 웹서버 이용하여 모니터링이 가능하도록 PHP를 사용하여 구현하였다. 본 논문에서는 ZigBee 무선통신과 현재 원격검침시스템에 적용되고 있는 UHF대역 424MHz (10mW) 무선통신의 성능을 비교하기 위하여 수도계량기가 설치된 현장과 홉사한 통신환경을 제공하였다.

성능/효과

그 중 주목받는 기술인 ZigBee는 근거리 통신 기술로 원격겸침에 적용할 경우 다른 무선통신 기술에 비해 전력소모가 적어 전원이 곻급되지 않는 수도 검침에 적용시킬 수 있다. ZigBee를 적용시킴으로써 기존 원격검침 시스템의 기술적인 문제점을 해결할 수 있는 저전력, 저속 데이터 통신에 적합한 경제적이고 각 모듈마다 라우팅 기능읔 가지고 있어 확장성이 우수한 솔무션으로 각광받고 있다.
수도계량기에서 발생하는 검침 데이터를 클라이언트 서버로 전송 시 ZigBee의 Sleep mode에 있는 노드들을 송수신활동이 필요한 경우만 활동시켜 저전력 소모를 구현하였다. 또한 Coordinator간의 통신이 가능한 특징과득정노드가 Mesh Mode의 네트워크상의 다른 모는 노드들을 인식하지 못할 때 네트워크를 스스로 구성할 수 특징에서 환경적인 전파방해요인 발생 시 각 ZigBee 모듈들이 서로 라우팅 역할을 수행하여 데이터 전송의 정확도 및 수신율을 개선하였다.

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