• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권12호
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• pp.2347-2356
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• 2017

라즈베리 파이는 사물 인터넷 애플리케이션 개발을 위한 범용 하드웨어 플랫폼으로 널리 사용되고 있다. 사물 인터넷에 연결된 각종 기기들이 수행하는 기본적인 작업은 다양한 센서를 이용하여 주변 환경 정보 혹은 기기의 상태 정보를 획득하고 이를 게이트웨이 혹은 원격 서버로 전송하는 것이다. 이를 위해 사물 인터넷 응용 프로토콜인 MQTT가 많이 사용되고 있다. 사물 인터넷 기기는 보통 배터리 파워로 동작하는 경우가 많고 배터리 교체 없이 장시간 동작할 수 있어야 한다. 따라서 센서 데이터 획득 및 전송 작업을 처리하는 데 있어서 에너지 효율성이 매우 중요한 문제 중 하나이다. 에너지 효율적인 사물 인터넷 애플리케이션을 만들기 위해서는 해당 애플리케이션의 전력 소모 특성에 대한 정보가 필수적이다. 하지만 사물 인터넷 기기에서 사물 인터넷 통신 시 전력 소모를 분석하는 연구는 많이 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 사물 인터넷 하드웨어 플랫폼으로 널리 사용되는 라즈베리 파이에서 MQTT를 이용하여 데이터를 송수신하는 다양한 상황의 전력 소모를 측정하고 분석한다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제10권6호
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• pp.749-756
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• 2015

본 논문에서는 동기식 디지털 통신 프로토콜을 사용하여 노드 간 견고한 링크를 유지하고 초 저 전력 통신을 수행할 수 있는 고유의 시스톨릭(systolic) 구조 및 통신 알고리즘을 제안한다. 이 시스템은 CC2500 RF 트랜시버, CC2590 RF 프론트 엔드 및 C8051F330 저 전력 마이크로컨트롤러를 사용하여 설계 및 평가 되었고 구현된 링크 노드의 전력소모는 320bps의 데이터 전송 속도에서 $400{\mu}W$ 이하로 측정되었다. 구현된 시스템은 각각 센서 노드 8개를 연결할 수 있는 링크 노드 7개로 구성된 저 전력 무선 센서 네트워크를 구성하는 기본 장치의 기능을 가지고 있다. 실험을 통해 링크 노드는 4Ah의 배터리를 사용하는 경우 4초의 주기로 3년 이상의 배터리 무교체 동작을 구현할 수 있다.

• 한국통신학회논문지
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• 제38B권5호
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• pp.315-327
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• 2013

Wireless Body Area Network (WBAN)은 인체 주변 3~5m 이내의 영역에서 의료 및 비의료 장치들로 구성된 네트워크이다. 다양한 서비스를 제공해야 하는 WBAN은 저전력, 다양한 전송률, 데이터 우선순위 등의 요구사항들을 만족시켜야 한다. 특히, 생체 정보 모니터링을 위한 노드들은 배터리 교체가 어렵고 따라서 한정된 배터리로 동작해야 하기 때문에 에너지 효율과 전송 효율이 중요하다. 본 논문에서는 에너지 효율적인 전송을 위하여 노드의 전송해야 하는 데이터양에 따른 전송주기 조절 알고리즘을 제안한다. 또한 데이터 우선순위에 따른 전송보장을 위하여 에너지검출 구간을 추가하여 우선순위를 보장할 수 있는 구조를 제안하며, 서로 다른 전송주기를 갖는 같은 우선순위 기반 데이터 전송에서 충돌을 줄이기 위하여 전송에 실패한 노드의 우선순위를 높여줌으로써 충돌을 줄일 수 있는 방법을 제안한다. 제안하는 알고리즘의 성능 비교를 위하여 IEEE 802.15.6 표준 Slotted Aloha 전송 방식과 비교한 결과 충돌 회피율의 상승으로 최대 채널 효율이 높아지고, 에너지 소모량이 적어지는 것을 확인하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제34권1A호
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• pp.41-49
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• 2009

무선 센서 네트워크의 노드들은 제한된 배터리 에너지 자원으로 운용되고, 사용자로부터 원거리 또는 산악지대와 같이 배터리 교체가 쉽지 않은 곳에 배치되기 때문에 한정된 에너지를 효율적으로 사용하는 기술이 매우 중요하다. 이를 위해 여러 가지 프로토콜들이 연구되어 왔는데, 특히 wakeup 스케줄링 프로토콜은 가장 효과적이고 실용적인 기법으로 간주되어 왔다. Wakeup 스케줄링 프로토콜에서는 같은 지역에 대해 중복되게 센싱하고 있는 노드들이 있다면 적정한 수의 노드만 활동하게 하고 나머지는 활동하지 않게 함으로써 전체적인 네트워크의 에너지 사용 효율을 높일 수 있다. 본 논문은 무선 센서 네트워크에서 관심지역을 중복하여 센싱하는 노드의 수를 최소화하면서 응용에서 요구하는 센싱 커버리지 수준을 유지하는 wakeup 스케줄링 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜은 이웃 노드와의 가중 평균거리를 이용하여 작동여부를 결정하게 되며 네트워크의 상황에 따라 wakeup 할 수 있는 기준치를 동적으로 변화함에 따라 요구된 센싱 커버리지를 오랫동안 유지될 수 있도록 해준다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2010년도 춘계학술대회
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• pp.890-893
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• 2010

무선 센서 네트워크에서 각 노드들은 일반적으로 자체 충전이 어려운 배터리를 전원으로 사용하고 배터리 방전시의 교체도 어렵기 때문에 제한된 에너지원 내에서의 각 노드들의 수명 연장을 위한 연구는 중요한 이슈가 되어 왔다. 그래서 각 노드들의 에너지 소비량을 최소한으로 하는 많은 방법들이 제안되었으며 특히 에너지 효율적인 MAC 프로토콜에 관한 연구가 활발히 진행되었다. 그 중 경쟁 기반 MAC 프로토콜인 T-MAC은 S-MAC의 고정된 듀티 사이클에 적응성을 추가한 프로토콜로서 각 노드가 활성 모드에서 수면 모드로 진입하기 전 고정된 timeout을 주게 된다. 이 고정된 timeout 내에서 송수신되는 데이터가 없으면 각 노드들은 수면 모드로 진입하게 되는데 timeout은 항상 고정되어 있기 때문에 송수신 되는 데이터가 없을 때에는 불필요한 에너지 소비를 발생시킨다. 본 논문에서는 확률적으로 timeout을 분석하고 확률에 따른 timeout을 제공하여 timeout 동안의 불필요한 에너지 소모를 줄임으로서 에너지의 효율을 높일 수 있는 적응형 timeout 기반 MAC 프로토콜을 제안한다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제27권4호
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• pp.29-36
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• 2022

기존의 IoT 센서 노드는 배터리로부터 에너지를 공급받아 동작하는데, 넓게 분포되어 다양한 정보를 수집해야 하는 센서 노드의 특성상, 주기적으로 배터리를 새로 교체해야 하는 단점이 존재한다. 이 단점을 극복하기 위해 에너지 하베스팅 시스템을 통해 태양광이나 고온 증기 등으로부터 에너지를 수확할 수 있다. 하지만, 기존의 에너지 하베스팅 시스템은 공급전력이 상당히 제한적이기 때문에 통신과 같이 순간적으로 높은 전력을 요구하는 어플리케이션을 활용하기가 어렵다. 이 논문에서 우리가 제안하는 고출력 에너지 하베스팅 시스템은 기존 에너지 하베스팅의 단점을 보완한 Switch Control Unit을 설계하여 수확된 에너지양과 어플리케이션 동작 모드에 따라 수확된 에너지를 에너지 저장장치에 저장하거나 수확 및 저장된 에너지를 순간적으로 모두 어플리케이션에서 사용할 수 있도록 구상하였다. 제안한 시스템을 검증하기 위해 태양광을 기반으로 한 에너지 하베스팅 시스템을 구현하였으며 각각의 동작 모드에 따라 어플리케이션에 공급하는 전력량과 에너지 저장장치의 용량에 따른 최대 공급 시간을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권6호
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• pp.818-824
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• 2018

CFRP는 경량화 소재로 각광받고 있으며, 해양산업에서도 고급요트와 특수목적 선박 등에 사용되고 있다. 전기추진체계 또한 친환경 추진 방법으로써, 요트와 소형 여객선 등의 주 추진계로 활용되고 있다. 본 연구에서는 소형선박의 선체소재와 추진계를 각각 CFRP와 전동기로 교체하였을 때의 경량화 효과를 정량적으로 비교분석하였다. 45ft GFRP 선박을 대상으로 사례연구를 수행하였으며, 선체소재를 설계원안과 동일 함침율 기준의 CFRP로 재설계하였고, 추진계는 설계원안의 동일 마력, 항해거리를 유지할 수 있도록 전동기와 배터리 시스템을 설계하였다. 연구결과 CFRP 소재는 선각을 45 % 정도 경량화 할 수 있었고, 전기추진체계는 기관부를 58 % 경량화 할 수 있음을 확인하였다. 다만 전기추진체계의 경우, 디젤 추진체계의 항해거리를 확보하기 위하여 상당한 양의 배터리 팩을 필요로 하기 때문에, 현실적인 수준에서의 경량화 실효성은 없는 것으로 확인되었다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제32권4호
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• pp.77-84
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• 2023

농업 분야에서도 내연기관 트랙터에서 벗어나 전기 트랙터 및 수소 트랙터와 같은 대체 에너지원을 사용하는 동력원이 개발되고 있다. 기존의 내연기관 트랙터에서 사용되던 엔진 및 변속기와 같은 부품들이 모터와 배터리 등으로 교체되면서 무게중심이 변화하게 되며, 이에 따라 전도 위험성을 새로이 고려해야 한다. 이 연구의 목적은 동역학 시뮬레이션을 통해 전기 트랙터의 주요 부품 위치별 전도 각도를 분석하여 전도 사고를 최소화하고 안정성을 향상하기 위한 부품 최적의 배치를 도출하는 것이다. PTO 모터, 구동 모터와 배터리 팩의 구성 수준 3가지와 배치 방법 3가지 요인으로 실험 설계하여 총 9가지 동역학 시뮬레이션을 진행하였다. 실험 결과, 구동 모터와 PTO 모터를 트랙터 앞쪽과 뒤쪽에 각각 위치하고 두 개의 배터리 팩을 트랙터 중간에 위치시킨 Type 3 Level 3가 전도 각도가 높은 것을 확인하였다. 본 연구 결과 무게중심을 뒤쪽으로 배치할수록, 아래에 위치할수록 안정성이 증가하였다. 향후 연구로는 부품의 성능과 배치 효율성을 고려한 부품의 최적 위치를 찾는 연구가 필요하다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제9권6호
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• pp.49-54
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• 2009

무선 센서 네트워크에서 센서 노드는 제한된 자원과 센싱 능력을 가지고 있으며 분산된 환경에서 동작한다. 특히 적은 에너지 자원을 가지고 있으며, 한 번 살포된 후에는 사용자의 접근이 제한되며 배터리를 교체할 수 없다. 에너지 소비를 최소화하여 전체 센서 네트워크의 수명을 최대화하는 것은 중요한 이슈 중 하나이다. LEACH에서는 현재 에너지 량을 고려하지 않고 확률적으로 클러스터 헤드를 선택한다. 본 논문에서는 평균 에너지 레벨보다 센서 노드의 에너지 레벨이 높을 경우, 클러스터 헤드로 선출될 자격을 부여하는 클러스터 형성 기법을 제안한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 클러스터 형성 기법의 우수성을 검증한다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2011년도 춘계학술논문집 1부
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• pp.416-420
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• 2011

무선센서네트워크 시스템의 확산에 가장 큰 장애물인 한정된 전원으로 동작하는 특성에 따라 주기적인 배터리 교체에 소요되는 비용이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 원격지에서 에너지를 무선으로 공급하는 자기유지 지원 기술이 연구되고 있다. 본 논문에서는 무선에너지전송을 통해 무선센서네트워크 노드에 에너지를 전송하는 환경을 구축하고 환경에 따라 에너지 수신의 결과를 측정하는 테스트베드를 구축하였다. 구축된 테스트베드는 Powercast사의 915MHz 대역에서 3W EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) 에너지 송신장치, RF (Radio Frequency) 에너지 획득 모듈 그리고 TI사의 CC2530기반의 무선센서네트워크 노드로 구성되어있다. 또한 수신된 에너지의 양을 측정하고 기록하는 LabView기반의 모니터링 시스템이 구현되었다. 구현된 테스트베드는 다양한 환경에서 RF를 기반의 무선에너지전송을 통한 자기유지(Self-sustainable) 시스템의 전원공급 상태를 모니터링에 활용될 수 있다.