센서네트워크는 넓은 지역에 무선 네트워크로 설치된 센서들을 사용하여, 상황 인지로 감지된 데이터를 응용서비스 서버와 연동하는 기술이다. 이는 환경 감시, 대상 추적, 환자 모니터링, 군사적 목적 등 매우 다양한 분야에 사용될 수 있다. 센서네트워크 역시 기존 네트워크에서 필요로 하는 보안 기능을 요구한다. 그러나 센서네트워크에 사용되는 노드들이 사용할 수 있는 자원에 제약이 있어, 기존의 공개키 암호기술을 적용하는데 어려움이 있다. 그런데 최근의 연구결과들은 경량화 구현 기술을 적용하여 공개키를 이용한 키 분배 기법을 센서네트워크에 적용하는 것이 실효성이 있다는 것을 보여준다. 본 논문에서는 TinyOS 환경에서 공개키를 이용하여 센서 노드 간 상호 인증 및 세션키를 생성하여 암호 데이터 통신을 수행하는 안전한 센서네트워크 플랫폼을 구현한 결과를 제시한다.
본 논문에서는 인체의 심전도를 측정하여 언제 어디서나 환자의 건강상태를 체크할 수 있는 유비쿼터스 헬스 케어 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 심전도 측정 단말기, 자료 수집 베이스 노드, 의료 정보 수집 서버로 구성된다. 구현된 단말기는 지그비(Zigbee) 프로토콜을 통하여 센서 네트워크를 구성하며 TinyOS가 내장되어 있는 초소형 보드로 설계되었다. 자료 수집 베이스 노드는 무선 리눅스 단말기로 구성되어 서버로 무선 랜을 통하여 센싱된 정보를 실시간으로 전송한다. 또한 의료 정보 수집 서버는 단말기에서 얻은 데이터를 저장 관리하며 긴급 상황 발생 시 연계된 의료진에게 환자의 상태를 보고하도록 설계되었다. 실험 결과 지그비 통신 프로토콜을 이용한 센서 네트워크를 통하여 유비쿼터스 헬스 케어 시스템이 구현 가능함을 확인하였다.
첨단 미래도시 건설을 위한 u시티 같은 대규모 네트워크 구축 사업에 첨단 유비쿼터스 사회를 앞당기기 위한 기술로 주목 받던 센서 네트워크를 도입하기 위한 IP-USN 기술개발이 활기를 띄고 있다. IP-USN은 기존의 IP 인프라를 기반으로 센서 노드, 게이트웨이 및 싱크 노드 등 USN 네트워크를 통합해 광범위한 확장성과 이동성을 보장, 다양한 분야에 서비스를 적용하게 해주는 기술을 의미한다. 이처럼 인터넷 망과 연계하는 대규모 센서 네트워크 응용이 많아지면서 센서 네트워크를 구성하는 핵심 소프트웨어인 센서 네트워크 운영체제와 관련 기술 역시 그 중요성이 부각되고 있다. 이에 본 고에서는 IP-USN을 위한 기술을 지원하는 국내외 센서 네트워크 운영체제에 대해 살펴본다.
유비쿼터스 컴퓨팅 기술에 대한 관심이 하드웨어, 통신, 데이터베이스 등의 다양한 분야에서 매우 높게 나타나고 있음에 따라 무선 센서 네트워크에 대한 연구가 활기를 띠고 있다. 특히 최근에 새로 보급되는 스마트 센서들은 각 센서 노드들이 정보를 실시간으로 수집하고 분석할 수 있어, 이에 따른 데이터 처리 역시 중요한 이슈로 부각되고 있다. 본 논문에서는 이동 경로를 주행할 수 있는 라인트레이서를 설계 및 구현하여 쿼리 프로세싱 시스템인 TinyDB를 활용해서 라인트레이서에 센서 노드를 탑재하여 이동 경로 주변의 데이터를 수집하였고, 정지해 있는 특정한 위치에서의 데이터와 비교하였으며, 수집된 데이터를 저장하여 웹 서버에서 나타내었다. 또한 사용자의 편의를 위해 임베디드 보드에서 웹 서버로의 접근을 통해서 터치 식으로 쉽게 데이터를 볼 수 있도록 구현하였다.
최근 소프트웨어 아키텍처 설계 시 재사용성의 효율성이 강조되어지고 있다. 이러한 설계의 재사용성은 소프트웨어의 품질을 높이고 유지보수 효율을 높일 수 있는 비용절감 요소로 많이 활용된다. 이러한 재사용관련 객체지향 설계에서 GoF 디자인 패턴은 반복적인 설계 문제에 대해 재사용성이 높은 해법을 제공하므로 그 중요성이 더욱 강조되고 있다. 이와 관련한 설계방법이 여러 응용시스템에서 적용되고 있다. 이중 다중 분산 센서네트워크 시스템에서 서로 다른 기능의 센서노드, 수집노드와 서버에서 수많은 컴포넌트와 클래스의 조합으로 시스템이 설계되어 복잡한 구조를 이루고 있다. 더군다나 이러한 시스템들은 개발자의 특정 목적에 맞추어 더욱 복잡한 시스템으로 변경되기도 한다. 본 논문은 TinyOS에 기반한 다중 분산되어진 센서네트워크 시스템에서 복잡하게 구현되어 있는 구조들을 클래스와 기능 등에 따라 재사용성의 효율성을 높이는 CATL 모델 구조를 설계하고 Facade 패턴을 응용하여 센서네트워크 시스템을 설계 하고자 한다. 이러한 모델구조와 패턴은 복잡한 센서네트워크 시스템에서 주요 기능들을 담당하는 클래스와 기능 들을 묶어 구조화함으로서 새로운 시스템의 설계나 변경 또는 유지보수 등에 효율적으로 활용될 것이라 판단된다.
기존의 센서노드 운영체제들은 응용프로그램에 대한 센서추상화를 지원하지 못한다. 따라서 응용이 센서를 위한 하드웨어, 디바이스 드라이버 등을 직접 개발해야 하는 부담을 갖는다. 본 논문에서는 센서추상화를 지원하는 운영체제 구조를 제시한다. 제안된 운영체제는 추상화된 센서 HW 인터페이스 기반의 HAL을 제공하고 센서 접근을 위한 추상화된 API를 제공한다. 센서제작자는 HAL을 이용하여 센서디바이스 드라이버를 작성한다. 응용프로그래머는 센서 API를 이용하여 응용을 작성한다. 이러한 개발방식은 응용프로그래머의 부담을 크게 줄여서 USN 응용 개발을 활성화할 수 있다. 본 논문에서는 첫째로, 센서장착을 용이하게 하는 표준화된 센서 HW 인터페이스를 정의하였다. 둘째로, 센서를 추상화한 센서접근 API를 제공하였다. 셋째로, 센서 디바이스 드라이버를 작성할 때 활용될 HAL 라이브러리를 정의하였다. 예제 응용 프로그램을 작성하여 본 논문에서 제안한 센서노드 운영체제가 센서 추상화를 성공적으로 지원하는 것을 보였다.
USN은 각종 센서를 이용하여 무선으로 정보를 수집할 수 있도록 구성한 네트워크를 말한다. 수백개의 센서네트워크 노드를 사람이 접근 불가능한 취약지구에 설치하여, 사람이 감시하는 것과 같은 기능을 제공한다. Agilla는 USN 환경에서 무선 센서 네트워크를 위하여 설계된 운영체제인 TinyOS에서 동작하는 에이전트 기반의 미들웨어이다. 모바일 에이전트로 구성된 Agilla는 노드 자신이 가지고 있는 상태정보를 근접한 노드들에게 보냄으로서 무선 네트워크 환경을 구성하고 있다. 본 논문에서는 Agilla 미들웨어를 이용하여 빌딩이나 호텔과 같은 큰 건축물의 화재를 감시하고 추적하는 무선 네트워크 환경 구축을 설계하였다. 기존의 화재 감시 시스템의 기능을 확장하여 화재 발생시 화재의 감시 기능 뿐만 아니라, 화재의 위치 추적, 소방을 위한 최선의 경로 제공 및 대피자들에게 최선의 대피 경로를 제공한다.
본 논문에서는 USN 기반 센서 정보수집기술과 지능형 영상분석기술을 이용하여 도시철도 역사와 지하도 상가의 유해가스, 미세먼지 등 지하공기 상태를 실시간 모니터링하고 분석할 수 있는 시스템을 설계하고 구현한다. 이를 위해 TinyOS를 탑재한 저전력 프로세서 시스템으로 IEEE 802.15.4 표준 무선 네트워크 통신을 지원하는 센서 노드를 구현하고, 이 센서 노드로부터 수집된 데이터를 이 기종 네트워크와 연동하여 상위 시스템에 전송할 수 있는 USN 게이트웨이 노드 시스템을 구현한다. 이러한 네트워크 시스템을 통해 수집된 센싱 데이터는 중앙의 DB서버로 취합 및 저장되도록 구현되며, 최종적으로는 어플리케이션 서버를 통해 공중이용시설의 이용자나 철도 안전 모니터링 요원에게 실시간으로 정보를 서비스할 수 있도록 구현된다.
본 논문에서는 TinyOS 기반의 센서 네트워크에 대한 리프로그래밍을 에너지 효율적으로 수행하기 위한 매커니즘을 제안한다. 베이스 스테이션에서 센서노드에게 프로그램 전체를 보내는 대신 이전 버전과의 차이인 델타를 생성해서 전송할 때 Multi-round Rsync 알고리즘을 적용해 델타 파일의 크기를 최대한 줄이는 기법과 업데이트가 불필요한 플래시메모리 페이지에 대한 업데이트를 방지하기 위한 페이지 맵 기법을 통해 Rsync만을 사용하는 기존 방식보다 최대 30% 이상 에너지를 절감할 수 있음을 확인하였다.
무선센서 네트워크 기술은 최근 주목 받고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅의 핵심 분야로서, 그 활용도가 다양해서 이와 관련된 많은 연구 개발이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크 기술을 여러 응용 분야에 활용될 수 있는 환경 정보 모니터링 시스템에 적용시켜 보았다. 센서 노드로써 MicaZ와 그 운영체제인 TinyOS를 이용하여 온도, 조도, 습도, 가속도, 그리고 위치 등의 사용자 환경 정보를 탐지하고 처리하는 시스템을 구현하여 사용자가 원하는 환경의 조건을 유지하는데 이용될 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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