빠르게 변화하는 유비쿼터스 시대에서의 센서 네트워크는 필요한 모든 사물에 전자태그(RFID)를 부착하고 이를 통해 사물의 인식 정보를 기본으로 주변의 환경정보를 탐지하여 실시간으로 정보를 축적하고 이용하는 기술로서 U-보건의료 행정서비스 구축 모델에 대하여 논문을 작성하였다. 종종 발생하는 영유아 예방접종의 부작용과 AIDS등 전염성 보균자에 대한 철저한 관리가 어려운 점을 착안하여 RFID칩을 활용하여 보다 더 나은 보건의료 행정서비스를 구축하는 데 목적으로 하였다.
도로중앙분리대는 4차선이상의 도로에서 차도방향별로 분리하는 도로안전구조물로서, 도로교통사고와 같은 긴급 상황시 운전자 및 승객의 생명과 안전을 보호 하고, 교통장애를 최소화하기 위하여, 첨단 유비쿼터스 IT기술을 융합한 유비쿼터스 도로 중앙분리대 시스템을 제안하였다. 본 논문에서는 지능형 도로중앙분리대의 교통사고 상황인지를 위한 센서노드필드를 구성하고, 자유공간 송, 수신테스트 및 실외시험을 통해 미들웨어를 개발한 결과, 무선통신을 통해 언제, 어디서나 교통사고 발생을 24시간 실시간 인지하여 병원 및 경찰 같은 유관기관 및 담당자에게 신속하게 통보, 대처하는 것을 검증하였다.
USN 미들웨어에 대한 몇몇 연구가 이미 존재하지만 아직까지 미들웨어 표준이 정의되지는 않은 상태이므로 어떠한 미들웨어가 가장 효과적일지는 알 수 없다. 특별히 본 논문에서는 미들웨어의 많은 기능들 가운데 센서 네트워크 환경에서 지능형 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다. 센서를 기반으로 하는 많은 응용들은 단순히 센서의 값을 취하거나 모니터링 하기 위해서센서를 사용하기보다는이를기반으로 상황을인지하고 지능형서비스를 제공하기를 원한다. 그러나 현재 센서 네트워크 미들웨어 수준에서 지능형 서비스를 지원하기 위한 필요성은 인식하고 있으나, 구체적으로 어떻게 지능형 서비스를 제공할 것 인지에 대한 연구는 찾아보기 힘들다. 그러므로 본 논문에서는 범용의 USN 미들웨어에서 지능형 서비스를 지원하기 위한 컴포넌트를 설계하고 구체적인 서비스지원 방법을 제안한다. 이러한 목적을 위하여 본 논문에서는USN 미들웨어 응용에서 제공하는 서비스와 센서 네트워크를 정의하고 두 개념들을 연계하기 위해서 센서-서비스 온톨로지를 제안한다. 센서-서비스 온톨로지는 저수준의 정보로부터 고수준의 정보를 추론하기 위하여 사용된다. 또한 응용의 상황 정보를 추론에 반영하기 위하여 규칙을 이용한 추론방법을 제안한다. 논문은 제안한 지능형 서비스 미들웨어는 프로토타입을 구현하고 성능평가를 통하여 다양한 응용을 위해서 사용될 수 있음을 보인다.
정보 검색서비스 모델 도출 영역에서는 정보 검색시스템을 각 센서 네트워크의 서비스로의 추상화를 기반으로 동적으로 필요한 센서 네트워크 서비스의 검색서비스로 제공하는 시스템으로 정의하였다. 이어 효율적인 정보 검색서비스의 요구사항을 정의하였으며 이러한 요구사항을 만족시킬 수 있는 성능 분석 모델을 개발하였으며 마지막으로 효과적인 설계 공간을 도출하였다. USN 기술 현황 분석 영역에서는 USN 시스템 기술, USN 네트워킹 기술, 그리고 USN 미들웨어 및 서비스플랫폼 부문으로 분류한 후 각 기술부분별로 세부기술에 대하여 국내외 대표적인 기술개발의 내용과 현황을 조사. 분석 결과를 제시한다. 이러한 기술 분석의 결과를 바탕으로 USN 소프트웨어 모델 도출 영역에서는 센서 네트워크의 센싱, 데이터 저장, 데이터 네이밍, 네임서비스 부문에 대하여 모델을 도출한다. 이러한 모델 도출은 USN 하드웨어 및 소프트웨어의 참조 모델을 제시한다. 정보 검색서비스 아키텍처 프레임워크 개발 영역에서는 입력 쿼리 명세, Lookup, 분산 레졸루션을 위한 성능확장성 측면에서 효과적인 시스템 구축 프레임워크로 DNS 기반 정보 검색서비스 아키텍처와 DHT 기반 정보 검색서비스 아키텍처 프레임워크를 제시하였다.
RFID 태그 인식 정보와 센서 데이터는 지속적으로 변화하고, 위치에 따라 구분되며, 시간에 따라 변화하는 대량의 정보라는 면에서 유사한 자료라고 할 수 있으며, 두 자료가 함께 관리된다면 환경 변화에 따른 객체 인식 등의 융합 처리가 가능하다. RFID 미들웨어와 EPCIS 저장소가 통합된 시스템을 구현한다면 미들웨어의 기능과 저장소의 기능을 동시에 사용할 수 있으며, 미들웨어로부터 정보를 받아 가공 처리할 필요 없이 실시간 인식 정보 검색이 가능해진다. 본 논문에서는 일반적인 객체 인식과 환경 정보 변화에 의존하는 객체 검색을 실시간으로 가능하게 하기 위해, 장치로부터 정보를 지속적으로 읽어 데이터베이스에 저장하고, 수집된 자료를 기반으로 EPCglobal에서 표준으로 제안하는 ALE 기반 미들웨어와 EPCIS 저장소를 RFID와 센서 데이터를 함께 처리할 수 있도록 설계하고 구현한다.
최근 유비쿼터스 환경에서 센서 네트워크를 이용한 여러 가지 연구가 활발히 진행되고 있다. 향후 USN 인프라 구축이 완료됨에 따라 USN을 활용하기 위한 USN 어플리케이션 개발을 보다 손쉽게 하기 위해 USN 미들웨어(USN Middleware)의 필요성이 대두되며, 디렉토리 서비스(Directory Service)는 USN 미들웨어를 구성하는 핵심 서비스 중의 하나이다. USN 인프라가 인터넷과 결합된 USN 환경에서의 디렉토리 서비스는 USN 계층의 자원에 대한 개별적인 속성을 돌려 줄 수 있어야 한다. 그러나 풍부한 컴퓨팅 자원, 높은 대역폭(bandwidth) 및 짧은 지연시간, 멀티캐스트 기능 등을 가지고 있는 인터넷과 달리 USN을 구성요소인 WSN(Wireless Sensor Network)은 제한된 컴퓨팅 자원, 에너지 문제, 낮은 대역폭, 무선 통신의 불안정성 등의 특성을 가지고 있다. 이러한 이유로 디렉토리 서비스 기술은 WSN에 직접 적용하기가 어렵다. 본 논문에서는 기존의 디렉토리 서비스에서 나타날 수 있는 문제와 WSN의 특성을 고려하여 USN 인프라에 적합한 USN 디렉토리 서비스 (Ubiquitous sensor network Directory Service: UDS)를 설계 및 구현한다.
본 논문에서는 RFID/USN 기반의 유비쿼터스 미들웨어의 센서들은 통상 6개월에서 2년여 기간 동안 동작 가능하더라도 배치 환경에 따라 하루 만에 축전지의 전원을 모두 소모해 버릴 수 있다. 이는 생성된 자료를 목적지까지 전달하는 무선 통신이 센서 전원사용의 큰 비중을 차지하기 때문이다. 센서들이 데이터를 수집하기 위해 통신을 하는 과정에는 목적지에 대한 라우팅 경로 설계가 반드시 필요하다. 그러나 센서의 생존성 향상을 위해 내부 설정을 변경시키기 위해 외부에서 명령을 입력받는 행위는 센서노드의 단순한 경로검색법에 정면으로 대치된다. 그러므로 제한된 자원을 가진 센서노드는 아주 작은 상호작용능력을 부여하기 위해서는 별도의 경로 검색법과 명령체계가 필요하다. 따라서 1:n 형태의 센서배치를 통해 다른 센서들 간의 간섭 없이 명령과 데이터를 송수신 가능한지를 선행하여 실험하고 시뮬레이션 하고 이형의 센서들로부터 받아들인 센싱(Sensing) 데이터를 실제 정보로 변환하기 위해 센서 데이터 분석과 변환 방법들을 연구하였다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 환경은 다양한 센서들을 기반으로 사용자에게 고급의 서비스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 이러한 환경에서 센서 및 센서 노드, 그리고 센서 네트워크는 이종으로 존재하며 그 특성 또한 매우 다양하다. 그러므로 이들 사이에 상호운용성을 위하여 단일의 메타데이터를 정의하고 이를 효과적으로 관리하는 것은 매우 중요한 일이다. 이를 위하여 OGC(Open Geospatial Consortium) 에서는 센서를 모델링하기 위한 표준 언어로 SensorML(Sensor Model Language)을 제안하고 있다. 그러나 SensorML은 센서들 사이의 처리 모델을 기술하고, 이 때 필요한 각 센서들의 정보를 기술할 수 있는 프레임워크를 제공하는 것이 그 목적이다. 그러므로 SensorML이 USN 메타데이터를 기술하기 위해서 최적화 되었다고 보기는 어렵다. 본 논문에서는 센서 장치, 센서 노드 그리고 센서 네트워크 정보를 응용 입장에서 바라보고 기술하기 위한 USN 메타데이터를 정의한다. 또한 논문은 제안된 USN 메타데이터를 효과적으로 저장하고 검색하기 위한 방법을 제안하고 이를 기반으로 하는 USN 메타데이터 관리 시스템을 구현한다. 메타데이터 관리 시스템은 성능평가를 통해 그 유효성을 보인다. 논문에서 제안하는 센서 메타데이터는 SensorML을 기반으로 하므로 USN 환경에서 상호운용성을 유지할 수 있을 것이며, 메타데이터 관리 시스템은 USN 미들웨어나 응용에서 메타데이터 관리를 위해 직접 활용될 수 있을 것이다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 환경에서 사용자 중심의 서비스를 하기 위해서는 영역 질의 처리가 필수적이다. In-network 질의에서 영역 질의를 처리하는 방법으로 R-tree를 이용하는 방법이 선호되었다. 유비쿼터스 센서 네트워크 환경하에서는 센서의 수명이 전체 네트워크의 수멍을 좌우하기 때문에 질의가 전달될 센서를 정확하게 선별할 수 있어야 한다. 그러나, R-tree를 이용한 방법은 질의 영역과 MBR(Minimum Boundary Rectangle) 간의 교집합 연산에 의해 센서를 선별하기 때문에 실제 센서가 없는 영역임에도 불구하고 센서 값 측정을 요청하는 메시지를 전달하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 기지국의 미들웨어에 트라이 구조 쿼드 트리를 구축하여 이를 이용하여 정확하게 질의 영역에 포함되는 센서 노드들에게만 질의를 전달한다. 이 기법은 질의 수행시 R-tree를 이용한 방법보다 응답 시간이 늦어지지만, 필요한 센서 노드에만 정확히 질의를 전달하기 때문에 USN의 전력 소모를 감소시키는 장점이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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