모바일 기기가 무선 LAN, 블루투스 등을 지원하면서 언제 어디서나 다양한 네트워크와의 접속은 물론 끊김이 없는 서비스를 요구한다. 이에 사용자의 이동과 물리적 환경의 변화에도 네트워크 접속을 유지할 수 있는 통신 메카니즘과 모바일 장치의 이동성 관리가 중요하다. 본 논문에서는 Personal Area Networking Profile의 BNEP (Bluetooth Networking Encapsulation Protocol)를 사용하여 BAP(블루투스 AP)와 모바일 기기의 LAN 접속은 물론, 이종 네트워크 환경에서 사용자 이동에도 끊김 없는 서비스가 가능하게 하여 블루투스 단말의 인터넷 접근과 IP 이동성을 효율적으로 지원한다. 테스트베드를 구축하여, USB 타입의 블루투스 Dongle을 이용한 AP를 구현하고 이종 네트워크 접속 가능과 네트워크 상황에 따른 이종 네트워크 장치의 적절한 사용을 확인하였다. 이종 네트워크의 핸드오버에 필요한 설정을 미리 실행하여 핸드오버에 발생하는 지연시간과 패킷 손실을 확연히 줄였다.
블루투스는 본래 이동전화 핸드셋, 헤드셋, 그리고 휴대형 컴퓨터와 같은 장치를 연결하는 케이블을 제거하기 위해 개발된 것으로 저가, 저 전력, 단거리의 무선 기술이다. 그러나 전자 제품간에 표준화된 무선 통신이 가능하게 됨으로 인하여 블루투스는 휴대전화나 PDA, 노트북 PC 와 같은 모바일 기기에 부착되어 무선 ad-hoc 네트워크를 구성할 수 있게 되었다. 블루투스는 시분할 다중화 시스템(TDM) 방식으로 최대 8 개의 블루투스 기기가 모여 하나의 채널을 공유하는 '피코넷(piconet)' 을 형성할 수 있고 여러 개의 피코넷을 연결하여 '스캐터넷(scatternet)' 이라는 더 큰 네트워크를 구성할 수 있다. 이러한 블루투스 네트워크에서 기존의 브로드캐스트 서비스는 단순한 재전송 방식으로 인해 신뢰성과 효율성에 있어서 많은 문제점을 안고 있으며 블루투스의 특징을 고려하지 못하고 있다. 따라서 본 논문에서는 블루투스 네트워크에서 브로드캐스트 패킷의 수신을 보장하면서 대역폭을 효율적으로 사용하는 브로드캐스트 패킷 전송 기법을 제시하고자 한다.
RF 기술 및 무선 네트워크의 발전은 다양한 형태의 새로운 네트워크가 제시되고 개발될 수 있도록 하였다. 다양한 응용분야에서 사용될 수 있는 블루투스 기술은 가장 많이 알려진 무선 개인 영역 네트워크(WPAN : Wireless Personal Area Network) 표준이다. 음성, 데이터의 동시처리가 가능한 무선 네트워크 통신 표준인 블루투스는 표준 프로파일을 기반으로 하여 다양한 응용 애플리케이션들이 나와 있다. 본 논문에서는 블루투스 기기들의 네트워크 접속을 위한 블루투스 네트워크 액세스 포인트(AP: Access Point) 개발에 대해 기술하였다. 이미 시장에 출시되어 있는 블루투스 마우스, 키보드, 헤드셋 등의 주변장치와 다르게 액세스 포인트는 네트워크 접속장치로서 다중접속, 전송 속도 등을 안정적으로 지원해야 한다. 임베디드 시스템 상에서 표준 규격을 만족하는 블루투스 액세스 포인트를 구현하기 위해 시스템을 설계, 개발하였으며, 블루투스 프로토콜 코어 스택과 프로파일을 구현하여 기능 및 성능을 평가하였다. 다양한 제품과의 접속 테스트를 통해 규격에 호환됨을 보였고, 기존의 블루투스 프로토콜 스택과 비교하여 우수한 네트워크 성능 평가 결과를 나타내었다.
무선 통신 기술의 발전으로 유선 네트워크의 단점들을 해결 할 수 있는 방법들이 계속 연구되고 있다. 본 논문에서는 유동성과 간편성 등의 장점이 있는 무선 네트워크를 블루투스 기술을 이용해 구현하는 것을 목적으로 한다. 블루투스는 소형 및 저전력의 낮은 대역폭을 갖는 개방된 무선 통신 규격으로서 패킷 형태의 데이터 전송을 통해 보안과 같은 중요한 부분에 대해서도 정의하고 있다. 블루투스는 데이터 전송을 위해서 호스트의 역할을 개인용 컴퓨터에 의존하는 경향이 많아 설치의 어려움과 높은 비용으로 인해 무선 네트워크 구현시 많은 수의 중계기 설치가 어려운 단점이 있다. 본 논문에서는 소형마이크로프로세서를 블루투스 호스트로 사용함으로써 무선 네트워크를 구현한다. 따라서 소형화뿐만 아니라 내장된 전원을 통해서 충분한 작업 시간의 확보가 가능하다. 임베디드 시스템 기반의 블루투스를 사용 하므로써 다양한 장소에 중계기 설치가 가능하며, 시스템의 효율성도 높일 수 있다. 또한 무선을 필요로 하는 많은 분야로 확대 적용도 가능할 것이다.
최근 무선 통신 기술의 발전으로 무선 매체를 통한 다양한 서비스가 활발해지고 있다. 그 중 블루투스를 기반으로 하는 스마트 폰 어플리케이션 시장이 증가하고 있다. 블루투스는 근거리 무선 네트워킹 기술로서 무선이라는 요소와 빠른 전송속도라는 요소를 갖추고 있다는 장점이 있는 반면, 높은 전력소모와 다채널의 갯수 제한 등과 같은 단점이 존재한다. 이러한 블루투스의 단점을 보완하여 부상되고 있는 것이 지그비(Zigbee) 무선통신기술이다. 지그비는 블루투스나 와이파이 등의 기술보다도 저전력, 저가격, 다채널, 브로드캐스팅, 사용의 용이성을 지원하고 있다. 본 논문에서는 센서와 스마트 폰 사이의 무선통신기술로서 지그비를 이용하여서 근거리 무선 네트워크 시스템을 설계하여서 블루투스에 비해 낮은 전력소모와 다채널의 지원을 이용하여 다수의 다양한 센서를 스마트 폰과 근거리에서 실시간으로 무선 네트워크를 제어할 수 있는 시스템을 설계하였다.
블루투스는 작은 크기와 저렴한 가격, 표준화된 프로토콜, 저전력 소모 등의 잇점으로 인해 로봇에 응용하기 적합한 무선 기술로 주목받고 있다. 그러나 단일 통신망을 구성하기 위해서는 1:7의 Master/slave 구조와 무선 통신거리 등의 제약사항이 있다. 블루투스를 로봇 시스템에 적용하기 위해서는 주위 환경에 따른 자기 조직화를 통해서 이러한 단점을 보완하고 주위 환경의 변화에 적절하게 대응을 할 수 있도록 하는 네트워크 구성 시스템이 필요하다. 자기 조직화를 하기 위해서는 Discovery, Organization, Maintenance, Reorganization의 크게 4단계의 과정을 거친다. 본 논문에서는 분산 로봇 시스템을 위해 트리구조를 이용한 자기 조직화 가능한 블루투스 네트워크를 구현하고 그 성능을 평가한다.
본 논문에서는 가정에서 블루투스 장비를 이용하여 액세스 네트워크에 접속하기 위한 블루투스 접속장비(AP)의 개발을 제안한다. 헤드셋, 마우스, 키보드 등과는 달리 AP는 다중 접속 및 안정된 네트워크 처리량을 유지할 수 있는 능력을 갖추어야 한다. 제안된 AP는 다양한 종류의 블루투스 장비들이 xDSL이나 PSTN으로 이루어진 액세스 네트워크에 안정적으로 접속하게 한다. 특히, 가정 내에서 AP는 사용자들이 one-Phone-블루투스 모듈이 포함된 셀룰러 전화기-을 이용하여 상대적으로 비싼 CDMA 네트워크 대신 PSTN에 접속할 수 있게 한다.
현재 ad hoc의 연구 방향은 무천 기반의 패킷 라우팅에 관련된 것이 대부뿐 이러 네트워크 토폴로지 생성에 대한 연구는 거의 진행된 것이 없다. 현재 대부분의 ad hoc 네트워크는 대표적인 싱글 채널 방식인 broadcast 기반의 무선 미디어 방식을 물리적 계층을 사용하며, 이를 기반으로 이동 노드의 무선 범위 제한을 극복하기 위한 형태로 네트워크 토폴로지를 형성한다. 블루투스(B1uetooth)는 frequency hopping(FH) 방식을 사용하므로 연결 설정 과정에서 동기화 과정이 반드시 요구되며, ad hoc 네트워크을 형성을 위해 다중 채널을 사용한다. 따라서 블루투스와 같이 다중 채널을 물리적 계층으로 사용하는 네트워크에서는 싱글 채널 방식과 달리 명시적으로 토폴로지를 형성하기 위한 메커니즘이 요구된다. 본 논문에서는 다중 채널과 블루투스가 탑재된 노드의 이질적 특성을 고려한 스캐터넷(Scatternet) 구성 메커니즘을 제안한다. 본 메커니즘은 칵 노드의 전력 상태와 이동성 정보를 바탕으로 스캐터넷의 마스터와 브리지 노드틀 선택 함으로서 효율적인 네트워크 토플로지를 구성한다.
블루투스 기술은 근거리 무선 연결을 위한 매력적인 접근 방식이다. 블루투스 표준은 2.4 GHz ISM 대역에서 동작되며 피코넷이나 스캐터넷이라는 애드혹 네트워크의 구성에 대한 장점을 제공한다. 소비자 제품에서 블루투스 구현의 확산은 새로운 근거리 무선 네트워크 응용을 시작하게 되었다. 블루투스 MAC은 간단한 시간 다중화에 의하여 피코넷내에서 패킷의 충돌을 피하고 있다. 하지만 독립적인 인접 피코넷 사이의 동기화가 이루어지지 않으면 타임 슬롯내에서 패킷의 중첩현상을 유발한다. 따라서 본 논문에서는 채널 환경의 영향에 따른 pure-ALOHA와 slotted-ALOHA MAC 방식을 적용한 블루투스 패킷 전송 시스템의 무선 네트워크 처리율을 연구하였다. 얻어진 결과로부터 블루투스 MAC 방식의 처리율은 무선 채널에서 우수한 성능을 나타내었으며 효과적인 블루투스 네트워크 구현에 기여할 수 있을 것이다.
최근 홈 네트워크 상에서 가전기기를 통합 제어하는 무선 통합 컨트롤러의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 근거리 무선망인 블루투스를 사용하며 가정 내에서 가전기기를 제어하는 블루투스 통합 컨트롤러를 설계하고 구현한다. 제안된 통합 컨트롤러는 사용자 관리 및 기기의 세부기능 제어를 위해 메신저 형식의 사용자 인터페이스로 설계한다 또한 블루투스의 SOP(Service Discovery Protocol)를 사용하여 댁내 가전기기를 위한 서비스를 동적 발견하고 관리한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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