본 논문에서는 무선 센서 네트워크을 활용한 모니터링 센서 로봇 제어 시스템 응용에 대해서 기술한다. 저전력, 초경량의 모니터링 센서 로봇을 통해서 주변 환경을 원격 감지하며, 로봇간의 ad-hoc networking을 통하여 모니터링 센서 로봇의 방향 및 속도를 제어하도록 하였다. 이러한 무선 센서 네트워크 기반의 모니터링 센서 로봇 시스템은 인간의 접근이 어려운 유해 환경이나 공장, 발전소 등의 위험지역에서 원격 관찰 및 탐지 등의 목적으로 활용 될 수 있다.
본 논문에서 우리는 다양한 센서를 사용하는 센서네트워크 환경을 구축하고 이를 단일 센서만을 고려하여 설계된 기존의 클러스터링 알고리즘에 적용하여 성능평가를 진행하였다. 실험에는 서로 다른 타입의 네트워크를 고려하였다. 첫 번째 네트워크는 모든 노드가 동일한 타입의 센서를 장착하는 환경이며, 두 번째는 3가지의 다종 센서를 사용한 네트워크 환경이다. 우리는 몇몇 클러스터링 기법을 데이터 정확성, 자원 고갈 노드 발생 시점, 네트워크 가용 에너지량, 고립 노드 비율, 그리고 네트워크 수명에 따라 성능 변화를 측정하였다. 성능 평가 결과에 의하여 기존 알고리즘은 다종 센서를 사용한 네트워크 유지에 비효율적이라는 사실을 입증하였다. 이에 따라 우리는 다종 센서를 고려한 클러스터링 알고리즘에 대한 연구가 요구됨을 제시하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권1호
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pp.37-44
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2016
Optical fiber temperature sensing systems have incomparable advantages over traditional electrical-cable-based monitoring systems. However, the fiber optic interrogators and sensors have often been rejected as a temperature monitoring technology in real-world industrial applications because of high cost and over-specification. This study proposes a multiplexed fiber optic temperature monitoring sensor system using an economical Optical Time-Domain Reflectometer (OTDR) and Hard-Polymer-Clad Fiber (HPCF). HPCF is a special optical fiber in which a hard polymer cladding made of fluoroacrylate acts as a protective coating for an inner silica core. An OTDR is an optical loss measurement system that provides optical loss and event distance measurement in real time. A temperature sensor array with the five sensor nodes at 10-m interval was economically and quickly made by locally stripping HPCF clad through photo-thermal and photo-chemical processes using a continuous/pulse hybrid-mode laser. The exposed cores created backscattering signals in the OTDR attenuation trace. It was demonstrated that the backscattering peaks were independently sensitive to temperature variation. Since the 1.5-mm-long exposed core showed a 5-m-wide backscattering peak, the OTDR with a spatial resolution of 40 mm allows for making a sensor node at every 5 m for independent multiplexing. The performance of the sensor node included an operating range of up to $120^{\circ}C$, a resolution of $0.59^{\circ}C$, and a temperature sensitivity of $-0.00967dB/^{\circ}C$. Temperature monitoring errors in the environment tests stood at $0.76^{\circ}C$ and $0.36^{\circ}C$ under the temperature variation of the unstrapped fiber region and the vibration of the sensor node. The small sensitivities to the environment and the economic feasibility of the highly multiplexed HPCF temperature monitoring sensor system will be important advantages for use as system-integrated temperature sensors.
사물 인터넷을 구성하는 센서 네트워크는 주변 환경의 여러 정보들을 효율적으로 수집하여 앵커 노드로 보내기 위해서 최적의 경로를 선택하여 센서 간의 통신비용 및 수명 연장을 위해 많은 연구가 필요하다. 센서 네트워크에서 센서노드는 저전력, 저용량을 갖는 확장 장치이다. 이들 노드들 간의 데이터 전송을 위한 라우팅 방법을 위해 인접한 지역에 있는 앵커와 노드간의 연결은 적은 오류로 비교적 정확해야 한다. 이러한 지역화를 위한 기존의 방법 중 CA(Centroid Algorithm)는 자주 사용하는 방법이기는 하지만 오류가 자주 일어난다. 본 논문에서는 이러한 오류 발생의 문제점을 최소화하기 위해 Radical Line을 기반으로 한 센서 노드 간에 range-free 지역화 방법을 제안한다.
Since WSNs (Wireless Sensor Networks) applied to their application areas such as smart home, smart factory, environment monitoring, etc., depend on sensor data, the sensor data is the most important among WSN components. The resources of each node consisting of WSN are extremely limited in energy, hardware and so on. Due to these limitation, communication failure probabilities become much higher and the communication failure causes data loss to occur. For this reason, this paper proposes 2MC (Maximum/Minimum Compression) that is a method to compress sensor data by selecting circular queue-based maximum/minimum sensor data values. Our proposed method reduces sensor data losses and value errors when they are recovered. Experimental results of 2MC method show the maximum/minimum 35% reduction efficiency in average sensor data accumulation error rate after the 3 times compression, comparing with CQP (Circular Queue Compression based on Period) after the compressed data recovering.
센서 네트워크 시스템은 한정된 자원을 갖는 센서노드들을 광대한 영역에 설치하여 새로운 정보를 수집하고 모니터링하는 기능을 한다. 센서 노드와 센서의 고장(Sensor node faulty or Sensor faulty)은 열악한 설치 환경이나 제한된 리소스에 의해 종종 발생되는데 이들 고장은 네트워크 내에서 요구되는 양질의 서비스 제공에 많은 문제를 가져온다. 본 논문에서는 센서 노드의 고장 검출 알고리즘으로 알려져 있는 Consensus 알고리즘과 센서노드에서 사용되는 센서의 고장을 검출할 수 있는 localized faulty sensor detection 알고리즘을 혼합하여 시스템에 안정된 서비스를 제공할 수 있는 방법을 제안하며 실제 시뮬레이션과 제작된 실험장치에 적용함으로써 그 유용성을 확인하고자 한다.
센서 네트워크는 센싱(sensing), 연산(computation), 통신(communication) 능력을 갖춘 센서 노드들의 무선 네트워크라고 할 수 있다. 각각의 센서 노드들은 노드에 있는 하나 이상의 센서들에 의해 얻어지는 데이터아이템들을 생성한다. 이러한 특징은 센서 네트워크가 분산 데이터베이스 시스템과도 유사한 특징을 가지고 있음을 알 수 있다. 그러나 센서 네트워크에서 센서 노드의 제한된 전력(power)과 메모리 자원은 가장 큰 단점이며 주요 연구 대상이 되고 있다. 본 연구에서는 이러한 센서 네트워크 환경에서 발생되는 데이터 즉, 센서 데이터 스트림을 제한된 자원을 효율적으로 활용하면서 질의에 대해 효율적으로 응답하는 방안을 여러 가지 측면에서 모색해 보았다.
본 논문에서는 아두이노 기반의 공장 설비 모니터링 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 아두이노 플랫폼을 기반으로 하며 온도, 습도 그리고 조도를 측정하는 환경 센서와 압력 센서를 이용하여 공장의 환경 및 설비의 상태를 모니터링 한다. 모니터링 데이터는 RF(Radio Frequency) 트랜시버를 통해 서버에 연결되어 있는 지그비 코디네이터로 전송된다. 호스트 서버에 저장된 환경 센서와 압력센서의 데이터를 이용하여 공장의 환경과 설비의 압력 상태를 확인하고 설정된 알람 상태에 도달하면 관리자에게 보고하도록 설계하였다. 그리드 기반 키 선분배 방식을 사용하여 센서 노드를 인증하고 데이터 키를 동적으로 생성하여 모니터링 정보를 보호한다. 추가적인 배선 작업이 필요 없는 지그비 무선 센서 네트워크를 적용하여 공장설비 모니터링 시스템을 실제 구현함으로서 효율적인 공장의 작업 환경 모니터링이 가능하다. 또한 불량이 발생한 경우, 작업 환경을 역으로 추적하여 불량 원인 분석에 활용할 수 있다. 아두이노 플랫폼과 확장 보드를 이용하여 평탄도나 진동 같은 센서를 추가하거나 확장 보드에 연결된 포트로 제어 하는 등의 기능 확장이 용이하다.
무선센서네트워크는 해양환경, 군사시설 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이러한 활용은 센서 데이터를 기반으로 이루어지기 때문에 센서 데이터는 굉장히 중요하다. 무선센서네트워크에서의 통신은 주위 환경에 매우 민감하게 영향을 받기 때문에 통신장애가 발생할 확률이 높다. 특히 수중통신의 경우 좁은 대역폭과 느린 전송 속도, 주변 환경의 잡음 등으로 인해 전파통신에 비해 통신장애는 더 빈번하게 발생한다. 통신장애가 발생하면 센서 데이터 전달과정에서 데이터가 손실될 수 있고, 이는 화재감지 시스템과 같이 실시간성이 중요한 분야에서는 큰 피해를 입을 수 있다. 이를 위해 센서 데이터의 저장 및 압축을 위한 연구를 진행하였지만 이를 위한 프레임워크가 존재하지 않아 그 실현에 어려움이 있었다. 따라서 본 논문에서는 센서 데이터의 손실 감소를 위한 프레임워크를 제안하고 성능을 분석하였다. 분석 결과, 프레임워크를 적용하지 않은 경우에는 통신장애 발생 후 t 시간이 경과함에 따라 T/t(T는 통신장애 발생 시 데이터 저장에서 메모리가 full 상태가 되는 시간)의 복구율 감소를 보인다. 게다가, T 시간 이후의 센서 데이터는 모두 복구가 불가능한 오류에 해당한다. 그러나, 제안한 프레임워크를 적용한 경우는 100%의 데이터 복구율과 2~6%의 복구 후 데이터 오차율을 보인다.
The deaths caused by industrial accidents during the construction of the mortality rate is considerably higher than in other industries. To prevent such a disaster workers and to minimize unsafe behavior measures to be drawn, and construction companies recently to stimulate the emotions of the workers to participate in voluntary activities are safe. In this study, the construction workers can stimulate emotions and activities on the environment by examining the preferences of the workers on-site management will want to take advantage. This study revealed that the construction workers prefer the incentive most and then working environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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