스마트 돈사 내의 열환경 분석에 필수적으로 고려되어야 인자는 가축의 복사 에너지 변화로 볼 수 있다. 열환경 제어의 대상이기도 하지만 회귀적으로 열환경 변화의 인자이기도 하다. 이러한 가축의 복사 에너지 분석을 위하여 시설 내에 용이하게 배포가 가능한 열화상 계측 시스템을 개발하였다. 초소형 마이크로 열화상 계측 시스템에 부가적으로 IOT(Internet of Thing) 기반 기술을 이용한 모듈화 개발을 병행하였다. 열화상 계측 센서로 LWIR(Longwave infrared)영역에 해당하는 $8{\mu}m{\sim}4{\mu}m$의 영역에서 $0.05^{\circ}C$의 분해능을 보이는 $Lepton^{TM}$ (500-0690-00, FLIR, Goleta, CA)모델을 사용하였다. SPI(Serial Peripheral Interface) 속도 2 Mhz로 마이크로프로세서(NanoPi NEO Air, FrendlyArm, CA, USA)와 고속 통신을 수행하여 9 Hz의 계측이 가능하다. 열화상 센서와 마이컴으로 구성되는 단위 계측 시스템의 통신 기능 확장을 위하여 다음과 같이 세 단계의 정보 전달 시나리오를 설계하였다. 1) 단독적으로 열화상을 계측 하고 내장된 메모리에 저장하는 형식 2) 인접한 사용자 인터페이스에서 1번 단독 모듈에 접속하여 열화상을 실시간으로 전송하여 화면에 도시하는 형식 3) 2번 사용자 도시모듈과 병행적으로 Local WI-FI 통신을 이용한 모바일 기기에 화면을 도시하는 형식. 이와 같은 계층적이며 모듈화된 계측 시스템을 구성하기 위해서 1번 모듈에 공개 소프트웨어인 Hostapd 2.5(http://w1.fi/hostapd)버전을 설치하였다. 외부 인터넷 환경이 없는 상황에 1번 모듈 단독으로 AP(Access Point) 기능을 제공하여 지근 거리에 있는 2번 모듈과 3번 모바일 기기의 접속을 관리할 수 있다. 2번 모듈의 경우 화면 다수의 1번 모듈에 접속을 교차적으로 수행하는 방식과 2번 모듈 자체가 AP가 되어 1번 모듈의 접속을 허용하는 형태로 구성되어 있다. 계측 시스템의 계측 매트릭스 구성에 따라 선택적으로 결정할 수 있다. 1번 2번 모듈 공통적으로 TCP/IP Listener와 Client 서비스를 병렬적으로 수행할 수 있도록 개발을 하였다. 3번 모바일 기기에서 사용자 인터페이스 구현을 위하여 범용 Android 기반 GUI 프로그램과 Socket 통신을 연동시켰다. 1개의 열화상 Frame의 전송량은 9,600 Byte ($=80{\times}60{\times}2Byte$) 로 WI-FI 통신 전송 시 2회 ~ 6회 정도 내외로 가변적인 통신 수행 횟수를 나타내었다. 센서 계측 시스템과 정보 전송 시스템을 병렬적으로 구성한 모듈화 된 계측시스템의 전 요소에서 센서에서 제공하는 최대 계측 주기인 9 Hz 구현이 일반적으로 가능하였다. 이를 이용한 추후 연구를 통해 가축 객체의 열복사 정보와 돈사 내 열환경 간의 역학성을 연구할 것이다.
최근 GPU의 뛰어난 병렬 연산 처리 능력을 이용하여 신호 처리나 통신 시스템을 소프트웨어로 구현하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 DVB-T에서 사용되는 2K/8K FFT를 GPU를 이용하여 처리함으로써 소프트웨어 모의실험에 소요되는 시간을 줄였다. 우리는 먼저 DTV 전송 표준 방식의 일종인 DVB-T 시스템을 CPU로 구현할 때 소요되는 처리 시간을 모의실험을 통해서 추정한다. 그리고 DVB-T의 핵심 연산 처리기의 일종인 FFT 처리를 NVIDIA사의 대용량 GPU 프로세서를 이용하여 소프트웨어로 구현한다. 본 논문은 CPU와 GPU 간의 데이터 전송에 소요되는 오버헤드를 줄이기 위해 스트림 처리 기법, 외부 전역 메모리 전송 시간을 단축하기 위한 결합 전송 기법 (coalescing), 공유 메모리 활용을 높이기 위한 변수 설계 기법 등을 통해서 연산시간을 대폭 단축하였다. 그 결과 제안된 방식은 DVB-T의 2K/8K FFT 모드의 경우 CPU 기반의 FFT 처리 방식 대비 약 20~30배, NVIDIA사에서 제공하는 FFT 라이브러리 (CUFFT version 2.1) 대비 약 1.8배 그리고 기존에 발표된 타 방식 대비 약 1.5~10배 정도 빠른 처리 능력을 보인다.
본 논문에서는 다중입출력 가시광통신에서 플리커 현상을 완화하기 위한 방법에 대하여 연구하였다. LED 가시광통신은 LED의 광을 이용하여 데이터를 전송하는 기술로 조명의 역할과 동시에 네트워크 구축이 가능한 효과적인 방법이다. 최근에는 전송률 향상을 위해 다수의 송신 LED를 이용한 다중입출력 가시광통신에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 다중입출력 가시광통신은 송신 LED들 간의 광 간섭 문제와 수신부에서의 광 검출 문제, 서로 다른 데이터 비트를 전송하며 발생하는 플리커 문제점 등을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 전송률과 오류율 성능에 관한 광 간섭과 광 검출 문제는 많은 연구가 진행되고 있지만 조명의 역할을 위한 플리커 현상의 문제점에 관하여 많은 연구가 진행되지 않고 있다. 이러한 다중입출력 가시광통신에서의 플리커 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 전송 패턴의 변화를 이용한 PFM(Parallel Flicker Mitigation) 코드를 제안하고 시뮬레이션을 통해 제안하는 시스템의 플리커 완화 성능을 분석하였다.
본 논문에서는 현재 우리 나라의 초고속 국가기간전송망의 기본 전송장비인 2.5Gb/s SDH 전송시스템에 적용되어 2-선 양방향 선로 스위칭 링의 자기치유동작을 가능하게 하는 공간분할스위치 소자의 설계와 시스템에의 적용을 다룬다. Compass tool로 설계된 스위치 소자는 1.25Gb/s의 스위치 처리용량을 가지며 0.8$\mu\textrm{m}$ CMOS gate-array로 제작되었다. 제안된 스위치 소자는 2-선 양방향 전송선로 상에 장애가 발생했을 때 신속한 자기치유동작을 가능하게 한다. 스위치의 구조는 Add/Drop 제어부, Cross-point switch, 데이터 프레임 위상 정렬부, 비장착(Unequipped) 신호 프레이머부, 프로세서 접속부 등으로 구성된다. 제작된 2개의 스위치를 병렬구조로 구성하여 2.5Gb/s SDH 전송시스템에 적용하여 시험한 결과 임의의 광선로 장애 시 신호채널들의 링 스위칭 동작으로 즉시 복구가 가능함을 보여준다.
현재 HFC(Hybrid Fiber Coaxial) 망에서 UHD(Ultra High Definition) 콘텐츠와 같은 대용량 방송콘텐츠 전송을 위한 대표적인 전송기술로, 다수의 채널을 결합시켜 논리적인 하나의 광대역 채널로 변경하여 데이터를 병렬 전송하는 방법이 대두되고 있다. 하지만 채널 결합을 통해 콘텐츠를 전송하는 시스템의 경우 하나의 콘텐츠 전송을 위해서 다수의 채널을 결합하기 때문에 채널 자원의 부족이 예상된다. 따라서 결합된 채널을 효율적으로 사용할 수 있는 기술이 필요하다. 본 논문에서는 결합된 채널의 효율적인 대역폭 사용을 위하여 세 가지 방식의 VBR(Variable Bit Rate) 대역폭 추정 알고리즘을 분석하였다. 세 가지의 유효 대역폭 추정 방식은 Guerin이 제안한 가우시안 근사를 통한 유효 대역폭 추정, Lee가 제안한 비디오 프레임 특성을 기반으로 한 유효 대역폭 추정과 Nagarajan이 제안한 가우시안 트래픽을 기반으로 한 유효 대역폭 추정 알고리즘이다. 또한, 이들을 분석하여 대용량 방송 시스템으로의 적용가능성을 평가하였다. 성능 분석을 위한 시뮬레이션은 OPNET 시뮬레이터를 사용하였고, 성능 분석의 정확성을 위해 실제 HD 방송 트래픽을 분석하여 대용량 방송 트래픽을 생성하였다.
자율주행차량을 위해 다수의 LiDAR 센서가 차량에 탑재되고 있으며, 다수의 LiDAR 센서가 탑재됨에 따라 이를 전처리해줄 시스템이 요구되었다. 이러한 전처리 시스템을 거쳐 메인 프로세서에 센서의 데이터를 전달하거나 이를 처리할 경우 막대한 데이터양에 의해 전송 네트워크에 부하를 야기하고 이를 처리하는 메인 프로세서에도 상당한 부하를 야기하게 된다. 이러한 부하를 최소화하고자 LiDAR 센서의 데이터 중 프레임 간 데이터 비교를 통해 의미 있는 데이터만을 전송하고자 한다. 움직이는 객체가 없는 정적인 실험 환경과 센서의 시야각 내에서 사람이 움직이는 동적 실험환경에서 최대 4대의 LiDAR 센서의 데이터를 처리하였을 때, 정적 실험 환경일 경우 232,104 bytes에서 26,110 bytes로 약 89.5% 데이터 전송량을 줄일 수 있었으며, 동적 실험 환경일 경우 29,179 bytes로 약 88.1%의 데이터 전송량을 감축할 수 있었다.
토목환경공학분야의 응용을 위하여 실용적이고 사용이 간편한 자료수집기를 개발하였다. 이 기기는 PC의 병렬포트를 이용하여 자료를 획득·전송하고 비전문가라 하더라도 실내 및 현장실험에 손쉽게 응용할 수 있도록 설계되었다. 통상의 자료수집기는 저장용량이 작아 불편한 점을 감안하여 컴퓨터의 저장장치를 그대로 이용하여 문제를 해결하였다. 또한 PC의 고급 프로그래밍 언어를 직접 이용하여 복잡한 자료수집계획을 손쉽게 수행할 수 있도록 하였다. 방화대교 건설현장에서 각종 센서와 GPS를 이용하여 행한 실제 현장시험을 통하여 개발된기기의 실용성을 입증하였다.
본 논문은 중복 다치논리(redundant multi-valued logic)를 이용하여 초고속 디멀티플렉서(demultiplexer)를 CMOS 회로로 설계하였다. 설계한 회로는 중복 다치논리를 이용하여 직렬 이진 데이터를 병렬 다치 데이터로 변환하고 이를 다시 병렬 이진 데이터로 변환한다. 중복 다치논리는 중복된 다치 데이터 변환으로써 기존 방식 보다 더 높은 동작속도를 얻을 수 있다. 구현한 디멀티플렉서는 8개의 적분기로 구성되어 있으며, 각 적분기는 누적기, 비교기, 디코더, D 플립플롭으로 구성된다. 설계한 회로는 0.18um 표준 CMOS 공정으로 구현하였으며 HSPICE 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 본 논문의 디멀티플렉서의 최대 데이터 전송률은 20 Gb/s이고 평균 전력소모는 58.5 mW이다.
기술의 발전에 따라 소형 디바이스에서도 데이터를 수집하고 전송하는 것이 가능해졌다. 따라서 최근 IoT와 헬스케어가 부각되고 있으며 여기서 발생한 데이터에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 헬스케어 장비에 내장된 심전도 센서를 이용하여 시계열 데이터를 수집할 수 있고, 여기서 수집한 데이터는 부정맥 등의 심장질환 진단의 중요한 지표로서 사용될 수 있다. 시계열 데이터는 시계열 분석 방법을 사용하여 정상 패턴과 비정상 패턴으로 분류할 수 있지만, 대량의 시계열 분석 방법은 수행시간이 많이 소요되기 때문에 이를 단축 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 시계열 데이터 분석 기법 중 하나인 Shapelet을 사용하여 심전도 데이터의 패턴을 정상 및 비정상으로 분류하였고, 병렬처리 기법을 적용하여 수행시간을 단축하였다. 실험 결과, 각각의 심전도 데이터는 87%의 정확도로 분류되었고, Shapelets을 탐색하는 구간의 병렬처리를 통하여 수행 시간이 약 60%로 감소하였음을 확인하였다.
최근 급격히 증가하는 정보량으로 인해 기업에서 필요한 스토리지 수요도 점차 증가하고 있다. 기존의 광선로를 이용한 SAN은 설치 및 유지비용 등의 문제로 인해 IP를 이용한 SAN환경으로 전환되고 있다. 그러나 IP 네트워크를 이용하게 됨으로써 기존의 TCP/IP 네트워크에서 발생하는 보안 취약점을 동일하게 가진다. 또한, 스토리지 트래픽의 기밀성을 위해 전송데이터를 암호화 하지만 기존에 사용하는 방식으로 10G이상 대규모 데이터트래픽을 처리할 수 없다. 이러한 네트워크 스토리지의 보안 취약점 및 암호화 속도 개선을 위해 본 논문에서는 병렬 워드기반 스트림암호(PS-WFSR)를 하드웨어로 구현하여 IP SAN 환경에 적용한 구조를 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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