무선 센서 네트워크는 저가의 많은 노드들로 구성되어 있으며. 이 노드들은 정보수집, 계산, 통신을 위한 전력등을 가지고 있다. 센서 네크워크에서의 보안을 위하여 주로 암호화 방법이 사용되고 있으나 자원이 제약적인 센서 네크워크에서 많은 에너지와 계산을 필요로 하는 암호화 방법은 센서 노드의 수명을 단축시킨다. 이를 보완하기 위하여 본 논문에서는 위치정보 은닉을 이용한 저전력 보안방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 위치정보의 은닉을 위하여 상대거리정보를 사용하며, 센서 노드간 통신에서는 상대좌표로부터 구할 수 있는 노드사이의 상대거리정보가 사용된다.
IT 기술이 발달함에 따라 저전력, 초소형 센서노드를 설치하여 무인으로 정보를 얻을 수 있는 시스템의 도입이 점차 확대되는 추세이며, 이것을 위하여 온도, 습도, 가스 등 환경정보를 획득할 수 있는 센서뿐만 아니라 초소형 저전력 복합환경센서 ROIC(Read-Out Integrated Circuit)의 중요성이 증가하고 있다. 또한 휴대폰, 노트북, 스마트폰, 태블랫 PC 등의 모바일 IT 제품들은 빠르게 소형화, 슬림화, 저전력화 되고 있다. 이런 시스템의 요구에 따라 음향부품도 기본적인 음향감지/출력 성능 이외에 크기 및 소모전력이 중요한 기능요소로 크게 부각되고 있으며, 이것을 위하여 소형화, 저가격화가 가능한 MEMS(Microelectromechanical Systems) 음향센서 및 ROIC 개발이 요구되고 있다. 따라서 본고에서는 복합환경센서 ROIC 및 MEMS 마이크로폰 ROIC의 기술동향 등에 대해서 고찰하고자 한다.
무선 센서 네트워크는 다양한 센서 기술의 발전으로 환경 분석이나 산업현자에서 다양하게 적용되고 있다. 또한 무선 센서 네트워크는 설치된 지역에서의 센서를 자동적으로 모니터링 한다. 특히 매우 작은 센서들은 최근환경 분석을 위해 보다 많은 전은을 요구하며 개발되고 있다. 이러한 이유로 보다 상세한 측정 방법을 위해 다양한 재료와 어플리케이션에 의해 개발되었다. 또한 센서노드들은 저가의 저전력을 요구하는 필드를 위해 적은 전원으로 동작한다. 전원 효율은 무선 센서 네트워크의 생존시간에 매우 중요한 요소이다. 때문에 센서 노드들은 복구되기 어렵고 광범위한지역에 설치된다. 본 논문에서는 저전력과 효율을 고려한 센서 노드에 적용된 무선 센서 네트워크 알고리즘을 제안하였다.
최근 새롭게 등장한 무선 센서 네트워크는 기존의 네트워크와는 다르게 통신 인프라가 없는 환경에서도 동작이 가능한 저전력 소출력의 무선 센서간의 네트워크를 형성하고 이들간의 정보 유통이 이루어진다. 무선 센서 네트워크는 열린 환경에서 배치되기 때문에 물리적 공격에 취약하다. 공격자는 손쉽게 노드들을 포획할 수 있으며 포획된 노드를 통해 허위 보고서를 네트워크에 주입할 수 있다. 허위 보고서 삽입 공격은 허위 경보를 유발할 뿐만 아니라 네트워크의 제한된 에너지를 고갈시킨다. 이러한 허위 보고서를 조기에 탐지 및 폐기하기 위하여 Yu와 Guan은 동적 여과 프로토골(dynamic on-route filtering scheme)를 제안하였다. 그러나 무선 센서 노드는 오직 제한된 진력자원으로 이루어져 있기 때문에 전력보존과 전력관리가 중요시 여겨진다. 본 논문에서는 동적 여과 프로토콜에서 허위 보고서 주입 공격에 대한 충분한 보안 강도 제공과 에너지 효율성을 위한 기법을 제안한다.
본 논문에서는 무선 센서 네트워크 응용을 위한 저복잡도, 저전력 초광대역 임펄스 통신용 베이스밴드의 구조를 제안하고 TSMC 0.18um CMOS 공정을 이용하여 칩으로 제작하였다. 제안된 베이스밴드는 간략화된 패킷구조와, single-bit 샘플러의 사용 및 순수한 디지털 회로를 이용한 동기방식을 적용하여 시스템의 복잡도를 크게 낮추었다. 또한 저전력 구현을 위하여 베이스밴드의 동작상태를 세 가지로 정의하고 각 상태에 따라 필요한 블록만이 작동되도록 하였으며, 아울러 로직 합성단계에서 gated clock cell을 사용하여 소비전력을 더욱 낮추었다. 제안된 베이스밴드는 2Kbyte의 내부메모리와 약 23K의 디지털 게이트로 구성되며 약 1.8mW@1Mbps의 저전력으로 동작한다. 제작된 베이스밴드 칩의 검증을 위하여 간단한 MAC 프로토콜이 구현된 저전력 프로세서를 이용하여 센서 노드를 구성하고, 다중 센서 노드환경에서 성공적으로 동작함을 확인하였다.
지능형 센서, 마이크로전자공학 및 집적회로, SoC (system-on-chip) 설계와 저전력 무선통신의 급속한 발달로 소형 지능형 센서노드의 개발을 촉진하여 왔다. 이러한 센서 노드는 인체센서네트워크(Body Sensor Network;BSN)의 개발에 초석이 되며, 향후 이 분야의 급속한 발전을 기대하게 된다. 초 저전력 RF 기술의 발전은 침투식 및 비침투식 장치들이 원격 단말과 데이터 전송을가능케 하며, 환자를 장기간 모니터링하여 의료 전문가에게 실시간으로 피드백 함으로써 건강관리 시스템의 일대 혁신을 일으키고 있다. 본 기고에서는 이식형 의료 장치들간의 무선통신 방법과 BSN 분야에서의 최근 기술적 발전동향에 주안점을 두어, 인체 내장형 및 인체 부착형 통신 네트워크 구조를 파악한 후, 이들 분야에서 미해결 쟁점과 난제에 관하여 분석하였다.
최근 무선 센서 네트워크(WSN : Wireless Sensor Network)에서 센서노드의 에너지 소모 균등성과 효율성을 향상시켜 전제 네트워크의 수명을 최대화하기 위한 다양한 계층적 라우팅 프로토콜들이 제안되고 있다. 특히, 멀티홉기법이 향상된 에너지 효율성과 실제 적용 가능한 모델로 큰 각광받고 있다. 멀티-홉 기법에서는 센서 노드사이 거리에 따라 발송 에너지 능동조절 가능하다고 가정한다. 그러나 무선센서의 물리적 특성을 고려해보면 멀티-홉 기법의 이 가정은 현재 기술로 실제 실현하기 어렵다. 이 논문에서는 센서노드의 전파범위를 기반으로 에너지 효율성을 향상시킨 저 전력 클러스터링 기법을 제안한다. 제안기법은 에너지 효율적이고 기존기법보다 실제 무선센서네트워크에 적용하기 용이하다.
무선 센서 네트워크는 관심 지역에 많은 에너지 자율적인 마이크로 센서들로 분포되어 구성된다. 각각의 노드들은 에너지 공급에 제한을 가지며 싱크 노드와 통신하는데 필요한 정보들을 발생 시킨다. 이러한 네트워크에서의 기본 동작은 기지국(base station)으로 데이터를 취합하고 전송하는 것이다. 무선 센서 네트워크의 응용분야 중에서 환경 감시를 위한 센서 노드의 유선 설비는 기반 시설이 수반 되어야 하므로 설치가 어렵고 번거로우며 많은 비용이 들기에 설치 측면과 비용 측면에서 장점이 있는 무선 센서 네트워크의 도입이 요구된다. 본 논문에서는 이러한 무선 센서 네트워크를 이용하여 환경 모니터링 시스템을 구현해 보았으며, 네트워크 구성에 사용된 센서 노드는 저비용, 저전력에 근거해 자체 제작한 로온도, 습도, 조도의 데이터를 수집할 수 있도록 설계 하였으며, 베이스 노드와 호스트간은 시리얼 통신 및 USB 통신을 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다.
무선 센서 네트워크에서 중요한 이슈 중 하나는 배치되는 센서 노드들이 최대한 요래 지속되도록 전력 소비를 줄이는 것과, 네트워크를 시간 동기화 하는 것이다. 기존의 저 전력 시간 동기화 알고리즘은 취침모드에 대한 고려 없이 교환되는 패킷의 수를 줄이거나, 네트워크 토폴로지에 따라 다른 시간 동기화 방법을 사용하는 하이브라드 방법이 전부였다. 무선 센서 네트워크에서 효율적인 에너지 절약 방법은 노드의 취침을 통한 duty cycle의 감소이기 때문에, 본 논문에서는 노드의 취침을 통해 duty cycle을 줄일 수 있는 시간 동기화 알고리즘을 제안하였다. 알고리즘 제안 시, 실험을 통해 노드 구성요소의 특성을 파악하여 모델을 세운 후 접근하였다. 제안한 알고리즘의 성능 파악을 위해 네트워크에 요구되는 시간 동기화 정확도가 있을 때, 이를 만족시키기 위한 시간 동기화 주기 값을 구해보았으며, 노드 사이의 편차율을 구할 때 걸리는 시간을 확률적인 개념을 사용해 분석하여 보았다. 제안된 알고리즘을 $3{\times}3$ 격자(grid) 구조에서 구현해본 결과, duty cycle 5%, 시간동기 주기 10초일 때, 107.57 $\mu{s}$의 평균 시간동기 오차를, duty cycle 2.5%, 시간동기 주기 20초일때, 130 $\mu{s}$의 평균 시간동기 오차를 보여주었다.
센서 네트워크는 배터리 교체가 어려운 저가의 소형, 저전력 센서 노드들로 구성되며 멀티 홉 방식으로 통신하기 때문에 센서 네트워크 수명을 연장하기 위한 라우트 선정 방법은 중요하다. 그러나 다수의 라우팅 기법은 노드의 정적인 상태 정보만 이용하여 라우트를 선택하기 때문에 링크 상태에 따른 데이터 손실이나 특정 노드의 에너지 부족에 의해 발생하는 패스 손실과 같은 동적인 상황은 반영하지 못하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이웃 노드들의 상황을 인지하여 가장 데이터를 전달 받기 좋은 상황에 있는 노드를 라우트로 선택하는 기법을 제안하며, 제안하는 기법을 SARS(Situation Aware Route Selection)라 부르겠다. 제안하는 SARS는 이웃 노드들의 상황을 고려하여 라우트를 선택하기 때문에 데이터 손실이나 패스 손실에 의한 재전송 노드의 수를 최소화 할 수 있고, 이를 통해 센서 네트워크 수명이 연장되는 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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