사회기반시설물의 안전성을 효과적으로 평가하고 모니터링하기 위해 무선 스마트 센서가 개발되어 전 세계적으로 연구가 진행되고 있다. 무선 스마트 센서는 통상 계측 및 임베디드 데이터 연산, 무선 통신이 가능한 공통점을 갖고 있어 기존의 유선 기반 센서가 가진 단점을 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 구조물의 장기 모니터링의 경우 내구성이 충분하지 못해 발생하는 센서 고장이나, 환경적 이유로 인한 무선 통신이 불안정할 경우 계측 데이터를 가져올 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 무선 스마트 센서 기반의 네트워크에서 이와 같은 문제로 센서 노드에 무선 통신으로 접근할 수 없는 경우를 대처하기 위해, 칼만 필터 기반의 데이터 복구를 수행하여 무선 스마트 센서 네트워크의 신뢰성을 향상시키는 기법을 제안한다. 본 논문에서는 무선 스마트 센서의 연산 기능을 활용하여 네트워크 내에서 계측된 가속도 데이터를 바탕으로 유실된 센서의 가속도 계측 데이터를 추정한다. 개발된 무선 스마트 센서 네트워크 시스템의 성능을 확인하기 위해 단순보 구조에서 실험을 수행하여 추정된 가속도 응답과 계측 값을 비교하였다.
본 연구에서는 항만 구조물의 구조건전성 모니터링을 위한 Imote2 센서 플랫폼 기반의 스마트 무선센서의 적용성을 평가하였다. 이를 위해 먼저, 고민감도 MEMS 가속도계를 탑재한 Imote2 센서 플랫폼 기반스마트 무선센서를 설계하였다. 둘째, 스마트 무선센서노드의 독자적인 구조 상태 모니터링을 위한 내장소프트웨어를 설계하였다. 마지막으로, 모형 케이슨 구조물의 진동실험을 통해 개발된 스마트 무선센서의 성능을 검증하였다.
본 연구에서는 항만구조물의 구조건전성 모니터링을 위한 Imote2 센서 플랫폼 기반의 고민감도 스마트 무선센서를 개발하였다. 이를 위해 첫째, 고성능 Imote2 센서 플랫폼을 기반으로 하고, 고민감도 MEMS 가속도계를 탑재한 스마트 무선센서를 설계하였다. 둘째, 스마트 무선센서가 독자적으로 모니터링을 수행할 수 있도록 하는 내장 소프트웨어를 설계하였다. 마지막으로, 개발된 스마트 무선센서의 성능을 모형 케이슨 구조물에서의 실험을 통해 검증하였다.
최근 무선 통신 기술의 발전으로 무선 매체를 통한 다양한 서비스가 활발해지고 있다. 그 중 블루투스를 기반으로 하는 스마트 폰 어플리케이션 시장이 증가하고 있다. 블루투스는 근거리 무선 네트워킹 기술로서 무선이라는 요소와 빠른 전송속도라는 요소를 갖추고 있다는 장점이 있는 반면, 높은 전력소모와 다채널의 갯수 제한 등과 같은 단점이 존재한다. 이러한 블루투스의 단점을 보완하여 부상되고 있는 것이 지그비(Zigbee) 무선통신기술이다. 지그비는 블루투스나 와이파이 등의 기술보다도 저전력, 저가격, 다채널, 브로드캐스팅, 사용의 용이성을 지원하고 있다. 본 논문에서는 센서와 스마트 폰 사이의 무선통신기술로서 지그비를 이용하여서 근거리 무선 네트워크 시스템을 설계하여서 블루투스에 비해 낮은 전력소모와 다채널의 지원을 이용하여 다수의 다양한 센서를 스마트 폰과 근거리에서 실시간으로 무선 네트워크를 제어할 수 있는 시스템을 설계하였다.
보안 시스템에 사용되는 많은 감시 카메라들이 RS-485 통신 방식을 통해 제어된다. 이러한 상황에서 RS-485 연결을 센서 네트워크 기술을 이용한 무선 연결로 대체할 수 있다면 선으로 연결할 필요가 없어 설치가 쉬워지고 카메라의 배치 또한 자유로워 질 것이다. 본 논문은 RS-485 연결을 대체할 수 있는 무선 센서 네트워크 기반의 감시 카메라 제어 시스템에 대한 개발로 홈게이트웨이와 무선 센서 노드, 스마트폰 감시 카메라 제어 어플리케이션의 개발 및 구현에 대해 설명한다. 홈 게이트웨이는 유 무선 인터넷 뿐만 아니라 무선 센서 네트워크를 지원하도록 설계되었으며 MicaZ 기반의 센서 노드는 RS-485 인터페이스로 카메라와 연결된다. 넓은 지역에 분산된 보안 카메라들을 제어하기 위해 멀티-홉 또한 지원하도록 구현되었다. 보안 시스템의 감시 카메라들은 스마트폰 기반의 어플리케이션에 의해 제어 된다. 실제 환경에 배치하여 실험한 결과, 스마트폰에서의 카메라 제어에 대해 실제 카메라가 매우 빠르게 반응하는 것을 확인할 수 있었다.
Zigbee는 무선 센서 네트워크 환경에 최적화된 무선 통신 기술 중의 하나이다. 무선 센서 네트워크에서 게이트웨이는 센서 노드들을 제어하고 송수신된 데이터를 전송하는데 사용된다. 하지만 고정된 형태의 게이트웨이는 무선 센서 네트워크의 유연성을 제한한다. 고성능 프로세서가 탐재된 스마트폰과 안드로이드 OS를 이용하면 쉽게 스마트폰을 모바일 게이트웨이로 사용할 수 있다. 이에 본 논문에서는 안드로이드 스마트폰을 이용한 모바일 게이트웨이를 제안하였다. 제안한 시스템에서 Zigbee 통신 모듈은 USB 포트를 이용하여 스마트폰과 연결된다. 또한 모바일 게이트웨이를 위한 안드로이드 어플리케이션도 구현하였다.
최근 소형화, 저가격, 저전력 기술의 발달에 힘입어 무선 통신이 가능한 스마트 센서 기술이 발전하고 있다. 특히 스마트 센서의 소형화 기술인 MEMS (micro-electro-mechanical system) 및 NEMS(nano-electro mechanical system) 기반의 센서 기술을 바탕으로 무선 센서 네트워크에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 무선 센서 네트워크는 각종 물리적 자원에 대한 제약이 심하기 때문에 네트워크 보안을 유지하기 어렵다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크 환경에서 제한된 자원으로 안전한 키 확립하는 방법과 센싱된 정보의 암호화를 위해 사용할 수 있는 키 관리 메커니즘 및 키 관리 프로토콜, 보안 기술을 위한 제안한다.
무선 센서 네트워크(WSN)는 컴퓨팅 능력과 무선 통신 능력을 갖추고 있는 센서 노드로부터 획득한 정보를 무선으로 실시간 수집하며, 처리, 활용하는 기술로서 현재 그 응용 분야는 환경 모니터링, 헬스 케어, 보안, 스마트 홈, 스마트 그리드 등 매우 다양하다. 하지만 무선 센서 네트워크는 저가의 센서 노드를 구성하기 위해 저전력과 저용량이라는 제약조건을 갖고 있다. 그러므로 무선 센서 네트워크에서는 제한된 에너지와 용량을 효율적으로 사용하는 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 노드간의 연결 상태와 남아있는 에너지의 양을 비교함으로써 하이브리드 형식의 클러스터 헤드 노드를 선정하고 클러스터링하는 알고리즘을 제안함으로서 무선 센서 네트워크의 효율성과 정확성 증대를 목표로 한다.
최근 들어 무선 센서네트워크는 온/습도 관리와 같은 단순한 기능의 저전력 모니터링 서비스에서 시의성과 무선 전송의 신뢰성을 요구하는 산업 자동화 서비스 및 스마트 그리드와 같이 통신 거리를 확장한 옥외 서비스를 위한 기술로 서비스 영역을 넓혀가고 있다. 무선 센서네트워크 기술은 자원의 제약에 기인한 고유의 특성을 갖는다. 특히 전송 계층 기술은 이러한 제약 사항을 고려하여 설계되어야 하며, 상위 계층 기술의 성능은 전송기술에 대한 성능적 의존성을 가질 수 밖에 없다. 본 고에서는 최근 무선센서 네트워크 서비스 확대를 위한 시장의 요구사항을 반영하여 표준화가 진행되고 있는 시의성/신뢰성 향상을 위한 IEEE 802 WG15의 TG4e MAC 기술과 스마트 유틸리티 네트워크를 위한 TG4g SUN PHY 기술에 대한 표준화 활동을 중심으로 표준 기술 동향을 소개하고 이에 대한 표준 전략을 분석한다.
본 기술 특집호에서는 개인용 탑승시스템(PMS, Personal Mobility System) 혹은 이동로봇을 무선 원격 제어할 때 사용할 수 있는 인터페이스(지자기센서 기반형, 조그셔틀형)들을 소개하고, 사용자 편리성 제어 기반으로 인터페이스 방식을 분석한다. 지자기센서 기반의 절대방향 제어는 자기북극을 기준으로 한 지자기센서의 측정값인 방향각을 이용하여 스마트폰의 방향각에 탑승시스템의 방향각을 같도록 탑승시스템을 제어하는 것이다. 탑승시스템에 서있는 탑승자가 스마트폰을 이용하여 탑승시스템이 원하는 방향으로 이동하기 위하여 제어할 때에는 스마트폰의 화면에 표시되어진 시작 버튼에 손가락을 놓고, 원하는 방향으로 스마트폰을 좌 우로 회전시키면 탑승시스템은 그 방향으로 회전을 하며 주행한다. 터치기반의 조그셔틀 인터페이스를 이용하여 원하는 방향으로 이동하기 위해서는 탑승시스템에 서있는 사용자가 스마트폰의 화면에 표시되어진 조그셔틀 스위치에 손가락을 놓고, 원하는 방향대로 손가락을 움직이면 스마트폰은 블루투스 무선통신을 통하여 탑승시스템을 주행 할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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