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.
전력은 현대 사회를 구성하는데 있어 필수적인 자원이다. 최근, 전력에 대한 수요가 급격하게 증가하였으며 전력 수요 증가는 전력 품질의 저하를 야기하였다. 현대 사회에서 전력 품질은 일반 가정과 산업 전반에 걸쳐 큰 문제를 일으킬 수 있는 중요한 요소가 되었다. 전력 품질 문제를 예방하기 위해서는 전력 품질에 대한 계측과 초기 대응이 중요하다. 본 논문에서는 실시간으로 전력 품질을 계측하고 고조파를 분석하여 모니터링 할 수 있는 시스템 제안한다. 마이크로칩의 dsPIC33FJ256GP710A칩을 이용한 DM240001보드를 이용하여 최대 3상 3선에 해당하는 배선 방식의 전력 품질을 계측하는 시스템을 설계하였고, 계측 알고리즘의 최적화로 전력 품질의 순간적인 변화를 측정할 수 있도록 하였다. 또한, 최대 31차에 해당하는 고조파들에 대하여 전압과 전류의 왜율과 수요 전류 왜율에 대해서도 측정 가능하도록 설계하였다.
전력선 통신의 매체인 전력선은 60Hz 전력 공급을 위해 설계되었기 때문에 고속 전력선 통신을 위한 1MHz∼30MHz 대역에서는 전력선은 전기적으로 많은 다른 특징을 갖는다. 따라서 고속 전력선 통신을 위해서는 전력선의 고주파 특성-감쇄 지연, 임피던스-등이 자세하게 분석되고 연구되어야 한다. 본 논문에서는 고속 전력선 통신용 1MHz∼30MHz 주파수 대역 옥내저압 전력선 (220V) 임피던스를 측정하였다. 벡터 회로망 분석기와 저압 전력선 결합 장치(coupling unit)를 이용하여 임피던스를 측정하였다. 결합 장치를 T형 등가회로로 바꾸어, 전체 회로에서 얻은 산란계수를 이용하여 저압 전력선 임피던스를 구했다. 제안된 방법으로 표준 한국형 저층 연립 아파트에 대한 임피던스를 측정하고, 그 특성을 분석하였다. 또한 임피던스 정합을 위하여 평균 임피던스를 구하였고, 측정결과 평균 임피던스는 약 100Ω이었다.
전력 외란을 해결하기 위해서는 전력 계통의 전원 측과 부하 측 양단에서 전력 성분의 측정이 요구된다. 본 논문은 전원 측과 부하 측 양단에서 동시에 전력 성분을 측정하고 분석할 수 있는 DSP(디지털 신호 처리 장치) 기반의 다채널(전압 8채널, 전류 10채널) 전력 성분 측정 시스템을 제안하였다. 개발된 시스템은 YOKOGAWA 2558을 이용하여 전압과 전류를 보정한 후, 전력 계통 현장에서 실험하였다.
클라우드 컴퓨팅 환경에서, 서비스 이용자는 기존의 컴퓨터 및 스토리지 자원을 소유하지 않고도 클라우드 컴퓨팅 서비스에서 제공하는 서비스를 효율적으로 이용할 수 있다. 클라우드 컴퓨팅 서비스가 발달함에 따라 클라우드 컴퓨팅이 구축되어 있는 데이터센터에서 사용하는 전력량도 증가하게 된다. 소비되는 전력량이 증가함으로 인해 발생하는 전력 관리 문제들을 해결하기 위해서 보다 효율적인 전력 관리 방안이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 가상의 클라우드 컴퓨팅 환경을 구축하여 소비되는 컴퓨팅 자원의 정보를 통해 사용되는 전력량을 시뮬레이터로 측정하고 수식을 이용하여 계산하는 방안을 제시한다. 측정된 전력량을 바탕으로 향후 사용될 전력량을 예측하고 대비한다면 보다 효율적으로 전력을 관리할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 가전기기 5종에 대해 실제 측정 전력 데이터를 이용하여 딥러닝 기반의 NILM 기법을 제안하고 그 효용성을 검증 하고자 한다. 약 3주간 중앙 전력 측정 장치 및 5종 가전기기(냉장고, 인덕션, TV, 세탁기, 공기청정기)의 유효전력을 개별 측정하였다. 실측 데이터의 전처리 방법을 소개하고 Spectogram 분석을 통해 가전 기기별 특징을 분석하였다. 가전기기별 특징을 학습 데이터셋으로 구성하였다. 중앙 전력 측정 기기와 가전기기 5종에서 측정된 모든 전력 데이터를 시계열 매핑하여 시계열 데이터 분석에 우수한 RNN 계열의 LSTM 신경망을 이용해 학습을 수행하였다. 메인 중앙 전력 측정 장치의 전력 데이터만으로도 5종 전력 신호를 분해해낼 수 있는 알고리즘을 제안하였다.
본 논문에서는 정상적으로 전기가 공급되고 있는 전력선상에서 주파수의 함수로 표현되는 임피던스 측정 방법을 기술한다. 측정방법으로 전력선 통신사용 주파수 $30Khz\~1Mhz$ 대역의 미소 신호를 연속적으로 전력선에 주입하고, 구현한 임피던스 측정 장치는 측정된 전압과 전류의 크기와 위상으로부터 옥내 채널 임피던스를 계산한다. 임피던스 측정에 있어 광대역 주파수 범위의 임피던스 대 주파수 특성을 수행한다. 구현된 임피던스 측정 장치는 옥내에서 발생하는 부하에 의해 변화하는 전력선 임피던스를 측정하여 전력선 통신 환경을 분석할 수 있는 장비이다. 측정된 데이터는 데이터베이스화 하여 전력선 통신 모뎀의 통신성능 평가 및 테스트 환경 기준 설정에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 600Hz 무선 LAN 시스템에 탑재를 위한 600㎓ 대역 전력증폭기 모듈을 개발 하였다. 600㎓ 대역 전력증폭기 모듈에 실장된 600㎓ 대역 전력증폭기 MMIC는 ETRI에서 설계 및 제작한 것으로 칩의 크기는 2.80 × 1.75㎟이며, on-wafer측정을 하여 얻은 결과는 동작 주파수 58~620Hz에서 소신호 이득은 12.4dB이고, 최대 소신호 이득은 59~60G보z에서 ISdB이며, 출력전력(Pldn)은 16.3~16.7dBm을 얻었다. 이와 같은 특성을 갖는 전력증폭기 MMIC를 사용하여 모듈을 제작하였으며, RF feed line을 위해 Rogers 사의 R03003 기판을 사용하였다. 모듈의 입출력은 동작 주파수 대역에 적합한 WRl5라는 waveguide 형태를 사용하였고, DC 바이어스 공급을 위해 3.5㎜ K-connector를 사용하였다 제작한 모듈의 크기는 40 × 30 × 15㎣이며, 최적의 성능을 얻고자 tuning bar를 상하로 이동하여 최적점을 찾았으며 나사로 고정하여 상태를 유지하도록 하였다. DC 바이어스 및 RF feed line과 칩의 연결은 본딩에 의한 인덕턴스를 최소화하기 위하여 3mil 두께의 리본 본딩을 하였다 전력증폭기 모듈을 측정한 결과, 동작주파수 600㎓ 대에서 소신호 이득은 6dB 이상, 입력 정합은 -lOdB 이하, 출력 정합은 -4dB 이하로 측정되었긴, 출력전력은 SdBm 이상으로 측정되었다. 동국대에서 제작한 600Hz 무선 LAN 시스템에 전력증폭기 모듈을 시스템 송신부에 탑재 시험한 결과, 동영상을 실시간으로 전송하는데 성공하였다.
전력계통 실시간 제어에서는 전압, 전류, 유효전력, 무효전력, 역률, 시스템 주파수 등 전력계통 변수들을 측정하는 것이 중요하다. 이 변수들은 전압과 전류의 동기화된 페이저 정보부터 추출할 수 있다. 따라서 전압 및 전류의 동기화된 페이저 측정은 실시간 전력계통 제어에서 매우 중요한 역할을 한다. 이런 이유로 동기위상측정장치가 개발되었고 본 논문에서는 동기위상측정장치의 설계와 구현한 것을 제시하였고 제작된 시작품을 RTDS(Real-time Digital Simulator)와 실험실에 있는 380 V 3상 배전계통에 적용하여 측정된 실험결과를 통해 개발된 시작품의 성능을 검증하였다.
전력 계통에서 안정한 전력을 공급하는 것은 매우 중요하다. 전력 계통의 오류는 전압 및 주파수를 감시함으로써 검출 가능하다. 본 논문에서는 디지털 위상 고정 루프를 이용한 전력 계통의 주파수 측정 장치를 제안하고 이를 구현한 결과를 제시하고자 한다. 제안한 주파수 측정 장치는 위상 고정 루프의 기본요소로 구성된다. 위상분별기는 배타적 논리연산을 통해 위상오차를 검출하고 위상의 앞섬 및 뒤짐의 검출이 가능하도록 설계하였으며, 전력 계통의 주파수 동특성을 고려해서 3차의 루프 필터를 설계하였다. DCO는 출력 주파수의 분해능을 고려하여 입력 신호를 정확하게 추정할 수 있도록 설계하였다. 제안한 주파수 측정 장치의 성능을 검증하기 위하여 모의실험을 통해 주파수 변동량의 측정 범위 및 정확도를 검토하였으며, FPGA와 CPU를 포함하는 하드웨어를 구현하였다. FPGA에는 Verilog HDL로 디지털 위상 고정 루프의 위상분별기와 DCO를 구현하였으며 루프필터는 소프트웨어로 구현하였다. 제안한 디지털 위상 고정 루프의 성능 검증을 위해 정밀한 함수 발생기의 출력을 인가한 후 출력 주파수를 측정한 결과 및 전력 계통에 대한 실험 결과를 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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