표제지
목차
국문요약 12
I. 서론 14
1. 연구배경 14
2. 연구 내용 16
II. 기존의 사물인터넷(Internet of Things) 17
1. 기존의 IoT 무선통신 17
가. 저전력 장거리 무선통신(Low Power Wide Area Network, LPWAN) 17
나. LoRa 통신 18
다. 주파수 특징 19
라. 첩 변조(Chirp Modulation) 방식 20
마. LoRa의 CSS 방식 21
바. LoRa망의 IoT 신호 특성 22
사. LoRaWAN 26
아. LoRa 단말의 클래스 분류 28
2. 링크 버짓(Link Budget) 31
가. 링크 마진(Link Margin) 32
나. 링크 파워 버짓(Link Power Budget) 32
다. 송신 전력 요소(Transmit Power Components) 32
라. 경로 손실 모델(Path Loss Model) 32
마. 수신된 신호의 세기 33
바. 수신기의 민감도(Receiver Sensitivity) 33
III. IoT 원격측정 시스템의 분석 및 개선 34
1. IoT 원격측정 시스템 34
가. 방재산업 분야의 적용 35
나. 문화재 모니터링 분야의 적용 37
2. 시스템의 구성 38
가. 센서 노드(Node) 39
나. 무선통신 모듈(RF Module) 41
다. 측정 센서(Sensor) 43
라. 게이트웨이(Gateway) 46
마. 서버(Server) 49
3. 안정적인 시스템 운영을 위한 대책 및 저전력 개선 57
가. 구축된 센서의 수신감도 및 통신특성 분석 60
나. 안정적인 시스템 운영을 위한 대책 62
다. 전력 소모 최소화 방안 65
라. 데이터의 연속성과 정확성 확보 65
마. 수신기전단 설계 개선 72
바. 저전력 센서 데이터 프로세스 74
IV. 시스템 운영 79
1. 현장 설치 79
가. 강릉 경포대 80
나. 정선 고성산성 81
다. 원주 일산동오층석탑 82
라. 영월 우구정가옥 83
2. 서비스 데이터 수집 84
가. 모니터링시스템 84
나. 시스템의 추가설치 93
V. 결론 99
참고문헌 101
ABSTRACT 106
〈표 1-1〉 917~923.5 MHz RFID용 무선설비 기술기준표 19
〈표 2-1〉 LoRa Spreading Factors(BW 125 kHz * 1.5) 23
〈표 3-1〉 IoT 활용 방재산업 분야 및 내용 36
〈표 3-2〉 SX1276 Specification 41
〈표 3-3〉 하드웨어 특성 42
〈표 3-4〉 기울기 센서의 제원 43
〈표 3-5〉 온/습도 센서의 제원 43
〈표 3-6〉 이격거리 측정 센서의 제원 44
〈표 3-7〉 IoT 원격측정 시스템 센서 노드 및 측정 센서의 사양 45
〈표 3-8〉 게이트웨이의 사양 46
〈표 3-9〉 소프트웨어 구성요소 사양 52
〈표 3-10〉 센서 노드 정보 테이블 구조 54
〈표 3-11〉 사용자 정보 테이블 구조 55
〈표 3-12〉 시스템의 개선 요소를 발생 원인과 해결방안으로 정리 58
〈표 3-13〉 센서 노드에 적용된 FLASH, RAM, EEPROM의 제원 67
〈표 3-14〉 시간 데이터 패킷 형태 및 예시 70
〈표 3-15〉 시간 데이터를 포함한 데이터 패킷 형태 및 예시 70
〈표 4-1〉 대표적인 문화재 4개 지점에 대한 정보 80
〈표 4-2〉 강릉 경포대 설치 내역 81
〈표 4-3〉 정선 고성산성 설치내역 82
〈표 4-4〉 원주 일산동오층석탑 설치내역 83
〈표 4-5〉 영월 우구정가옥 설치내역 83
〈표 4-6〉 시스템 일반 현황 84
〈표 4-7〉 팝업창의 테이블 데이터 설명 88
〈표 4-8〉 실험용 임계값 설정 93
〈표 4-9〉 호해정 실험 결과 94
〈표 4-10〉 계련당 실험 결과 94
〈표 4-11〉 향현사 실험 결과 95
〈그림 2-1〉 LoRa 확산 스펙트럼 21
〈그림 2-2〉 LoRa 신호의 시간-주파수 특성 24
〈그림 2-3〉 LoRa의 Spreading Factor(SF)별 전송시간 25
〈그림 2-4〉 LoRaWAN 시스템 구성도 26
〈그림 2-5〉 LoRa와 PAN/LAN, Cellular Network/M2M의 비교 26
〈그림 2-6〉 LoRaWAN 시스템 블록도 27
〈그림 2-7〉 LoRaWAN의 Class별 구분 28
〈그림 2-8〉 Class A의 Rx1, Rx2 윈도우 대기시간 29
〈그림 2-9〉 Class B의 비콘 수신 및 전송 주기 동기화 과정 29
〈그림 2-10〉 Class C의 윈도우 상시 대기 30
〈그림 3-1〉 IoT 원격측정 시스템의 구성 34
〈그림 3-2〉 시스템 구성도 38
〈그림 3-3〉 1차 하드웨어 PCB Gerber 39
〈그림 3-4〉 SX1276 RF 회로 블록도 42
〈그림 3-5〉 지자계 기반 이격거리 측정 센서 회로 구현 44
〈그림 3-6〉 IoT 원격측정 시스템 센서 노드 및 측정 센서의 외형 45
〈그림 3-7〉 LoRa 게이트웨이 PCB의 실제 외관 47
〈그림 3-8〉 SX1301 블록도 47
〈그림 3-9〉 게이트웨이 완제품 (좌) 외형, (우) 내부 시스템 구성 48
〈그림 3-10〉 IoT 모니터링시스템 스크린샷 50
〈그림 3-11〉 Excel 스프레드시트를 이용한 다항식 산출 51
〈그림 3-12〉 기울기 센서의 측정과정 52
〈그림 3-13〉 서버 시스템 구성도 53
〈그림 3-14〉 모니터링 클라이언트 소프트웨어 구성도 56
〈그림 3-15〉 수신신호 불량 센서의 목록 중 일부 59
〈그림 3-16〉 다운링크 데이터 캡쳐 60
〈그림 3-17〉 업링크 데이터 캡쳐 61
〈그림 3-18〉 외부 EEPROM을 이용한 센서 데이터 저장 및 전송절차 68
〈그림 3-19〉 서버와의 시간 동기화 절차 69
〈그림 3-20〉 링크 버짓 73
〈그림 3-21〉 저전력 센서 데이터 프로세스 동작 순서도 76
〈그림 3-22〉 정상 동작 조건하의 센서 노드 디버그 메시지 77
〈그림 3-23〉 이상조건 하의 센서 노드 디버그 메시지 78
〈그림 4-1〉 센서 설치도 79
〈그림 4-2〉 주의/경고 목록 팝업창 88
〈그림 4-3〉 도면 조회 인터페이스 89
〈그림 4-4〉 기울기 각도 정보 오버레이의 예 90
〈그림 4-5〉 이벤트 조회 결과(정상:녹색, 주의:황색, 경고/오류:적색) 92
〈그림 4-6〉 계련당 기울기센서 4의 데이터 그래프 96
〈그림 4-7〉 5분주기 센싱시의 전력소비량 97
〈그림 4-8〉 저전력 센서데이터 프로세스 적용시의 전력소비량 98