4G 네트워크로 불라는 차세대 네트워크는 All IP 기반으로 구성되며 여기서는 다양한 특성을 갖는 네트워크 간의 통합이 이루어질 것으로 예측된다. 이러한 4G 네트워크에서의 동종 혹은 이종 망간의 이동 단말의 끊김없는 이동성 제공이 중요한 요소 기술 중 하나로 간주된다. 이동성 제공을 위해 IETF 워킹 그룹에서는 Mobile IP (MIP) 기술을 제안하였고, 차세대 네트워크에서 중요한 역할을 수행할 것으로 판단된다. 그러나 MIP 기술은 이동 단말의 매크로 이동성 (macro mobility)을 지원하기 위해 제안되었기 때문에 긴 핸드오버 지연 시간에 따른 패킷 손실 및 성능 저하를 초래하는 문제점이 존재한다. 따라서 차세대 네트워크에서 이동 단말의 이종 망 핸드오버를 지원하기 위해서는 기존 구축된 네트워크와의 호환성을 제공해 주는 것과 동시에 끊김없는 연결성을 제공해 주는 기법이 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 이종 망간의 이동 단말의 움직임에도 끊김없는 연결성을 제공해 줄 수 있는 핸드오버 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 공통 네트워크 인터페이스로 설계되어 사용되는 무선 기술에 상관없이 투명한 서비스를 IP/MIP 레이어에 제공한다. 본 논문에서는 제안한 시스템을 바탕으로 약결합 네트워크 기반의 cdma2000/무선랜 설험 네트워크를 구축하여 이동 단말의 버티컬 핸드오버 성능을 측정한다. 측정한 핸드오버 성능을 바탕으로 제안한 시스템이 기존 코어 네트워크 및 IP/MIP 레이어 수정없이 여러 이종 망간의 핸드오버 시에 끊김없는 서비스를 이동 단말에게 제공해 준다는 것을 보여준다.
본 논문은 임베디드 리눅스 (Embedded Linux)를 기반으로 하고 있다. 리눅스는 안정성, 유연성, 오픈소스, 다양한 하드웨어 플랫폼 지원, 검증된 네트워크 등을 장점으로 임베디드 시스템 (Embedded System)의 운영체제로 많이 사용되고 있다. 하지만 기존의 리눅스 시스템은 중대형 시스템을 기반으로 운용되었기 때문에 자원 제약이 많이 따르는 임베디드 환경에서 적합하지 않다. 그리고 수십초가 걸리는 부팅시간도 중요한 문제점으로 작용한다. 본 논문은 임베디드 시스템인 RFID 리더 (Radio Frequency IDentification Reader)에서 경량화 (light-weighted) 과정을 거친 임베디드 리눅스를 운용할 수 있도록 하였다. RFID 리더의 잉베디드 리눅스는 보다 적은 메모리를 사용하여 메모리 사용 효율성을 높였고 경량화전의 시스템에 비교하여 상당한 부팅시간 감소 효과를 얻었다.
본 논문에서는 네트워크 온 칩(NoC: network on chip) 구조에서의 내부 데이터 통신의 성능을 최적화 할 수 있는 새로운 온 칩 네트워크 인터페이스 구조를 제안하였다. 제안하는 NoC 구조는 기본적으로 하드웨어 면적을 줄이기 위하여 XY 라우팅 알고리듬을 기반으로 구현되었으며, 전달되는 패킷의 크기 또는 플릿의 개수를 최소화하기 위하여 Golomb-Rice 인코딩/디코딩 알고리듬에 기반을 둔 하드웨어 압축기/해제기를 이용하여 통신되는 데이터의 양을 크게 줄임으로써 네트워크 지연시간을 최소화 할 수 있는 새로운 구조를 제안하였다. 즉 전송될 데이터는 전송자(sender)의 네트워크 인터페이스에서 내장된 하드웨어 인코더를 통해 압축된 형태로 패킷의 개수를 최소화하여 온 칩 네트워크상의 데이터를 업로드하게 된다. 이러한 압축된 데이터가 리시버(receiver)에 도착하면, 하드웨어 디코더를 통해서 원래의 데이터로 복원된다. 사이클 수준의 시뮬레이터를 통하여 제안된 라우터 구조가 온 칩 시스템의 네트워크 지연시간을 크게 줄일 수 있음을 증명하였다.
대부분의 임베디드 시스템들은 유선 및 무선 네트워크에 연결되어 있으며 이들이 생성하는 데이터는 개인, 기관, 또는 국가에 상당히 중요한 정보일 수 있다. 따라서 통신 시 보안에 대한 요구는 향후 더욱 크게 증가할 것으로 전망된다. 임베디드 시스템에서의 또 다른 중요한 요구사항 중의 하나는 저전력 특성이다. 따라서 중요 데이터의 안전한 전송을 위한 암호화 및 복호화 그리고 네트워크 프로토콜 스택의 수행에 따른 전력 사용량 정보는 차세대 저전력 임베디드 시스템을 설계 및 개발하기 위해서 필수적으로 요구될 것이다. 하지만 기존 연구들은 단편적인 전력 사용량만을 분석하고 있다. 본 논문은 보안 데이터를 위한 암호화, 복호화, 그리고 데이터 송수신을 위한 네트워크 프로토콜 스택의 수행에 걸리는 전력 사용량과 오버헤드를 함께 측정하고 분석한다. 측정 결과 3DES 기반의 암호화 및 복호화 작업 동안의 전력 사용량이 TCP/IP 통신을 위한 전력 사용량 보다 데이터 크기가 증가함에 따라 더욱 크게 측정되었다. 해당 작업의 수행 오버헤드 역시 유사한 성향을 보였다. 그리고 프로세서 코어의 전력 사용량은 시스템 전체 사용량의 $10{\sim}22%$ 정도를 차지하는 것으로 측정되었다. 이러한 연구 결과는 임베디드 시스템에서 저전력 보안 데이터 전송을 위해 고려할 사항들을 정량적으로 제시하여 해당 연구 분야에 기여할 수 있다.
본 논문에서는 ARM7TDMI CPU를 기반으로 한 네트워크 장비에 구현된 DHCP의 설계 및 구현에 대하여 논한다. 실시간 운영 체제인 uC/OS와 Watt TCP/IF 등의 소프트웨어가 탑재되어 있는 시스템에 DHCP를 구현 함으로써, 네트워크 설정이 편리한 시스템이 되도록 하였다. 제안할 'tiny-DHCF' 는 본래의 기능은 수행하면서, 그 크기를 축소한 것이다. 임베디드 시스템에서 더 경제적으로 구현할 수 있는 소형 UHCP인 'tiny UHCP' 적용 방법에 관하여 논의하고자 한다.
본 논문에서 활용하고자 하는 UPnP 미들웨어는 일반적인 플러그 앤 플레이(plug-and-play)개념을 네트워킹에 확장한 것으로 네트워크상에서 동작하는 장비를 서로 연결하기 위해서 표준 인터넷프로토콜에 근거한 네트워크 구조이다. UPnP 기능을 가진 디바이스는 일반적인 TCP/IP상에서 동작하므로 물리적인 연결방법이나 운영체제, 하드웨어 플랫폼 등에 영향을 받지 않으며, 홈 네트워크나 작은 사무실 공간, 공공 장소 등 네트워크 연결 가능한 모든 장소에 적용될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하는 UPnP 디바이스를 임베디드 기반으로 설계하고 또한 사용자의 인지 없이 최적의 서비스를 제공할 수 있는 지능형 정보가전 모델을 제안한다.
실시간 임베디드 센서 네트워크 시스템에서의 이벤트 감지는 대부분 현실세계에서 수집된 센서 데이터들의 조합에 기반한다. 이에 최근에 이루어진 연구들에선 센서 데이터들을 수집, 집계하는 낮은 수준의 다양한 메커니즘들을 제안하였다. 그러나 실시간에서 연속적으로 발생하는 복잡한 이벤트들의 감지와 다양한 종류의 센서들로부터 입력되는 실시간 데이터의 처리를 위한 시스템에 대한 솔루션은 보다 많은 연구를 필요로 한다. 즉, 경량의 데이터 혼합이 가능하고 많은 컴퓨팅 자원을 필요로 하지 않는 실시간 이벤트 감지 기법이 필요하다. 이벤트 감지 프레임워크는 실시간 모니터링과 센서 데이터의 도착으로 일어나는 데이터 융합 메커니즘을 통하여 적시성과 임베디드 센서 네트워크의 자원 요구량을 감소시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 또한 임베디드 센서 네트워크 시스템이 신뢰성을 지닐 수 있도록 하기 위한 기반 기술인 프라이버시를 보장할 수 있는 익명화 기술을 설명한다.
다양한 종류의 임베디드 시스템이 폭넓게 사용됨에 따라, 임베디드 정보 가전에 접근하고 제어할 수 있는 홈 네트워크 미들웨어에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 제한된 저장 공간과 낮은 컴퓨팅 능력은 홈 네트워크 기술을 임베디드 시스템에 적용했을 때 심각한 문제를 발생시킨다. 본 논문에서는 홈 네트워크 미들웨어의 실제 성능을 강화하기 위해 이동성 관리를 지원하는 경량 미들웨어를 제시한다. 이동성 관리는 애니캐스트 기술을 적용하여 구현하였으며, IP 기반의 홈 네트워크는 서비스(디바이스)가 노출되어 있기 때문에 사용자의 신원을 확인하는 인증과 정근에 관한 보안 기술을 제안한다.
인터넷을 이용한 원격 제어에 있어서는 통신 프로토콜은 TCP/IP를 기반으로 이루어지고 있는데 대개의 경우는 소켓을 이용한 PC기반에서 해석되어 지고 처리되어 진다. 본 논문에서는 PC기반의 원격제어 시스템을 임베디드화함으로써 시스템의 안정성과 속도면에서 우수한 시스템을 구현하려고 한다. 이를 위하여 임베디드 시스템은 HD860-R3보드를 이용하였고 실시간 운영체제로 리눅스를 사용하였다 실질적인 제어물의 제어를 위해서 제어기를 설계 HD860-R3보드와 시리얼을 통하여 통신하였다. 나아가 이 시스템을 PC기반의 시스템에서 탈피한 시스템을 홈 오토메이션의 제어 시스템에 적용시켜 보려 한다.
본 논문에서는 임베디드 네트워크 기술 교육용 시스템 설계를 제시하였다. 본 논문에서 제시한 교육용 임베디드 네트워크 실습장비는 사용자가 인터넷 환경에서 네트워크 구성과 임베디드 네트워크 프로그래밍 실습 교육을 할 수 있도록 설계 및 구현되었다. 네트워크 기술 교육용 시스템 설계를 임베디드 환경에서 이더넷 인터페이스를 바탕으로 제시하였다. 개발 환경으로는 PXA255를 CPU로, 디버깅 환경은 ADSv1.2를, RTOS는 uC/OS276를, 개발 언어는 C언어를 사용하였다. 교육 환경으로는 Ping 프로그램을 제공하여 실습생으로 하여금 컴파일 및 로딩이후 데모 동작을 우선 실행하도록 하였다. 이후 이의 데모 기능의 프로그래밍 기술을 교육하기 위해 단계별로 교육시키도록 하였다. 즉, ARP 프로그래밍 기법을 다룬 후 IP 기반위에서 ICMP 프로그래밍 기법의 프로그래밍을 완성하도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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