배터리팩의 우주용 어플리케이션은 인공위성 및 발사체로서, 인공위성의 동력원 및 발사체의 순간적인 전력공급을 목적으로 한다. 이 때, 어플리케이션의 요구조건(고전압 및 고용량)에 따라 배터리팩은 리튬계열 셀의 직병렬조합으로 구성된다. 결국, 안정적이고 효율적인 배터리팩의 운용을 위해서는 셀의 고도화가 요구되며, 이의 첫걸음은 셀의 인증(qualification)이라 할 수 있다. 그러므로, 본 논문에서는 인공위성 및 발사체에 사용되는 우주용 셀 인증을 소개하고 이의 비교 분석을 실시한다.
본 논문에서는 저궤도 소형인공위성에서 위성의 각 부에 전원을 공급하기 위한 리튬이온 배터리 시스템의 신뢰성 확보를 위해 수행한 우주인증시험들의 결과를 나타내었다. 리튬이온 배터리 시스템의 신뢰성을 검증하기 위하여 구조해적, 성능시험, 우주 및 발사환경에서의 환경시험 등을 수행하였다. 모든 해석 및 시험 결과가 요구조건에 만족함을 보임으로써 리튬이온 배터리를 적용한 소형인공위성의 신뢰성을 검증하고 제고할 수 있었다.
전기 자동차의 배터리는 휘발유 경유로 연료를 공급하는 자동차에 비해 배터리 충전에 오랜 시간이 소요된다. 이는 전기 자동차의 상용화를 위해 산업계에서 해결해야 할 문제이다. 따라서 관련 업계에서는 배터리 교환소에서 충전되어 있는 배터리를 교체해 주는 방안이 제시되고 있다. 하지만, 아직 배터리 교체 방법에 대한 보안 위협과 요구 사항 등에 대한 연구가 미비한 실정이다. 본 논문에서는 배터리 교체 충전 방식에서 보안을 위협하는 요소들을 살펴보고, 이를 해결하기 위해 보안 요구사항을 적용한 배터리 교체식 시스템을 정의한다. 본 논문의 연구 결과는 추후 배터리 충전 방식의 상용화 및 해당 분야의 보안 분석에 있어 참고자료의 역할을 할 것으로 기대된다.
드론 비행의 위치 인식에 있어 GPS 신호의 절대적 의존성, 비행 안정성, 배터리 한계로 인한 비행시간 문제는 드론 산업 발전의 큰 제약이 되고 있다. 특히 20분 내외의 짧은 임무 비행시간은 드론 활용에 있어 큰 걸림돌이 되고 있으며, 이를 극복하기 위해 액체수소를 에너지원으로 이용한 드론개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 액체수소 드론개발의 속도보다 현재의 규제 및 인증 제도 개정의 속도가 더뎌 개발 드론의 시험, 인증, 상용화에 어려움을 겪고 있으며, 이는 결국 드론 시장 선점의 문제점이 되고 있다. 본 논문에서는 수소 에너지 기반 드론개발 동향을 분석하며 규제와 인증 제도의 한계점을 소개하고 해결방안을 간략히 제시한다.
유비쿼터스 센서 네트워크에서 모든 센서노드들은 한정된 배터리로 통신에 참여하게 된다 기존의 인증방식을 사용하는 경우 많은 연산 수행이 필요하여 센서노드의 배터리를 과다하게 소모하여 센서노드의 동작 기간이 상대적으로 짧아지므로 네트워크 유지에 많은 어려움이 존재한다. 이 논문에서는 센서노드의 인증과정에서 전력 소비문제를 해견하기 위해 RM (RegisterManager)과 AM (AuthenticationManager)을 도입한 네트워크 구조를 제시하고, 노드의 상호인증을 통한 세션키를 발급하는 저전력 상호인증 프로토콜을 제안한다. RM과 AM은 개댈 센서노드에서 안전성을 보장하기 위해 수행되는 키 생성 및 암/복호화, 인증 과정을 센서노드 대신 처리하여 빠른 연산속도로 알고리즘을 처리한다. 따라서 센서노드의 인증에 소요되는 알고리즘 수행시간이 동일 서브넷에 존재하는 경우 평균 2.96$\%$, 서로 다른 서브넷에 존재하는 경우 평균 12.91$\%$ 빠르게 수행된다. 따라서 제안 방식은 센서 노드가 더 오랜 시간 통신에 참여할 수 있도록 하며, 센서네트워크의 크기가 증가할수록 효율적이다.
높은 중량에너지밀도로 배터리 무게를 줄일 수 있는 장점을 갖는 리튬이온 배터리는 중량이 중요한 관심사인 많은 항공우주 응용분야에서 빠른 속도로 Ni-Cd, Ni-H2 등의 기존 배터리를 대체하고 있다. 또한 리튬이온 배터리는 낮은 열 손실 특성과 높은 에너지 효율 그리고 저렴한 셀 단가를 갖는다. 80개의 소니 US18650 리튬이온 셀을 사용한 KSLV-I 탑재배터리 모듈은 셀을 8개씩 직렬로 구성한 후 각 열을 병렬로 10개 연결하여 요구되는 전압과 용량을 공급한다. 본 논문에서는 우주발사체용 리튬이온 배터리의 설계 및 그 특성에 대해 소개하며, 예상되는 우주환경에서 배터리가 신뢰성 있게 동작하는지를 검증하는 환경시험 프로그램 절차를 보였다. 배터리 성능은 전자부하기를 이용한 시뮬레이션 시험을 통해 확인하였고 발사체 2단에 장착하여 각 전장품들과의 연계시험을 통해 검증하였다.
블루투스 4.0은 다양한 기기간의 통신에 활용되어 사물 인터넷에 적합한 기술이다. 자동차와 접목하여 서비스를 창출에 적합하다. 본 논문에서는 사물 인터넷 서비스의 구현 사례로, 블루투스 4.0 기술과 차량용 시스템을 연계하여 보안인증 체계를 설계한다. 보안 인증을 위한 절차를 설계하고, 데이터 서버를 활용한 인증 방법을 제안한다. 보안 인증 기능을 제공시, 위험 알림, 사용자 행동 이력에 대한 정보 수집 기능을 활용하여 다양한 부가 서비스를 창출할 수 있다. 또한 블루투스 기술과 기술의 표준화 및 발전 과정에서 소비전력을 낮춘 저전력 상에서 통신이 가능하고 접근성을 높인 무선통신 기술인 BLE(Bluetooth Low Energy) 기술을 접목하여 RFID 또는 NFC 방식을 활용하여 배터리 수명을 개선하고 인식 가능한 범위를 확장하였다. 비접촉식으로 인증 가능한 범위를 확장되어 보안 서비스를 확대할 수 있다. 본 논문에서 제안한 시스템을 활용하면 기존 무선 주파수(Radio Frequency) 기반 시스템의 문제점과 휴대성 및 배터리 사용 문제를 극복하면서, 맞춤형 서비스를 제공할 수 있다.
최근 전산망의 트래픽을 제어하여 해킹방지를 위해 방화벽을 구축한다. 방화벽의 보안 서비스는 인증, 접근통제, 기밀성, 무결성 그리고 감사기록 이다. 사용자는 방화벽에 인증을 위하여 토큰을 사용한다. 토큰은 작은 배터리를 내장하므로 전력 용량이 한정된다. 본 논문은 TCP/IP를 이용하는 전산망의 해킹방지를 위한 경제적인 방화벽 토큰 설계 방법을 제안한다. 공개키 암호 시스템의 주요 연산이며, 토큰 전력 소모의 대부분을 차지하는 지수연산에 Sparse 소수를 이용한 고속 처리 방법을 제안한다. 제안한 방법은 지수연산에서 모듈러 연산 량을 감소시킴으로 토큰의 배터리 용량 또는 CPU 가격을 낮출 수 있다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN)는 유비쿼터스 환경을 위한 핵심 기술이다. USN은 센서 정보의 도청, 비 정상적인 패킷의 유통, 데이터 위${\cdot}$변조 및 서비스 거부 공격 등과 같은 다양한 공격의 취약성이 존재하며 이에 대한 대책이 요구된다. 특히, USN은 배터리 용량 및 연산능력이 제한된 한정된 자원하에서 운용되어야 하는 제약 사항을 지니고 있다. 이로 인하여 USN 보안 기술은 저 전력 소모 및 최소 연산량을 유지하기 위한 경량화된 설계가 반드시 필요하다. 본 논문에서는 위의 문제를 해결하기 위해 신용모델(trust model)에 기반한 경량화된 USN 상호인증 방법을 제안한다. 제안된 인증 모델은 주관 논리 모델로 표현되는 신용정보를 기초로 하여 센서노드들을 인증하기 때문에 계산량을 줄일 수 있다. 따라서 배터리 소모를 줄일 수 있으며 결과적으로 센서노드의 생존 기간 연장이 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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