사물에 부착 또는 내장되는 IoT 디바이스는 센서/액추에이터, 전원모듈, 디바이스 플랫폼, 통신모듈, 네트워크 및 지능화 기술로 구성되고 서비스 환경과 유형에 따라 매우 다양한 형태로 개발되고 있다. 최근에 스마트 폰과 연계되는 개인화 서비스를 중심으로 다양한 IoT 디바이스 제품과 개방형 디바이스 플랫폼이 출시되고 있으며 스마트 디바이스에 센서를 가상화 시켜 다양한 센서 앱 개발이 가능한 플랫폼이 개발되고 있다. 또한 에너지, 환경, 산업 분야로 적용을 확대하기 위한 수 Km 통신, 10년 이상의 배터리 수명, 고신뢰 제어, IPv6 기반의 네트워크, 집중된 데이터를 유연하게 분산 처리하기 위한 네트워크 및 전원공급 문제 해결을 위한 에너지 하베스팅 기술 개발 등이 활발하다.
본 연구에서는 한강 상 교량인 올림픽대교를 대상으로 첨단 무선센서를 구조물 주요 부재에 설치하고 본 센서를 통해 취득되는 데이터를 활용하여 실시간 구조 건전도 모니터링 시스템을 구축하는 것을 목적으로 하였다. 본 시스템은 유비쿼터스 센서 네트워크(USN, Ubiquitous Sensor Network)기술을 적용하여 림픽대교 주요 구조 부재 모니터링을 위한 센서 및 데이터 로깅 시스템으로 구성되어 운영된다. 본 연구에서는 1축 가속도계, 3축가속도계, 온도계, 경사계, 풍향풍속계 5종의 무선 센서를 총 10개 설치하였으며, 센서의 전원은 태양광 자가 전원공급 시스템으로 하였다. 데이터는 시스템 구축완료 후 9월1일부터 9월 7일까지의 일주일간의 데이터를 활용하여, 기존에 설치되어 있던 유선시스템으로부터 취득된 데이터와 비교분석하였으며, 이를 통행 USN 기반의 교량 계측시스템에 대한 실용성을 검증하였다.
무선 센서 네트워크를 이용한 어플리케이션을 테스트할 경우 무선 센서 노드의 전원 공급, 설치 및 배포, 유지 보수 및 디버깅에 어려움이 있다. 따라서 무선 센트 네트워크 기반의 어플리케이션의 효율적인 개발과 유지 보수를 위해서는 시뮬레이터가 필수적으로 필요하다. 그러나 기존의 무선 센서 네트워크 시뮬레이터들은 무선 네트워크 구성과 유지에 관련된 MAC 주소 배분, 라우팅, 전원 관리 측면을 주요한 테스트 요소로 보았기 때문에 싱크 노드를 통하여 사료를 수집하고 처리하는 호스트 어플리케이션의 기능을 테스트하기에 부적합하다. 본 연구에서는 싱크 노드와 연결된 호스트에서 동작하는 어플리케이션을 테스트할 수 있도록 무선 센서 네트워크 상에서 전달되는 전문을 로깅하고 시뮬레이터에서 전문을 조회하여 테스트 할 수 있는 로그 기반의 무선 센서 네트워크 시뮬레이터 제안하고 설계 및 구현하였다.
본 논문에서는 기존의 배전계통에 태양광, 풍력 등과 같은 신재생에너지 전원을 연계 시, 발생할 수 있는 문제점들을 효율적으로 유지관리하기 위해 무선 네트워크를 이용한 원격 제어장치를 제작하였다. 이 제어장치는 모의 태양광전원장치를 포함한 모의 배전계통장치와 PLC에 기반한 원격제어장치로 구성된다. 여기서 제어장치는 크게 2개의 기능으로 구성되는데, 원격지의 PLC로 제어 신호를 보내는 HMI(Autobase)를 이용한 제어부와 이 신호를 받아 동작 전원을 공급하는 PLC제어부로 구성된다. 본 논문에서는 상기의 장치를 이용하여 원격지에 설치된 태양광단지의 보수유지 관리에 필요한 무선 네트워크 원격제어의 기술적인 대안을 마련하였고, 스마트그리드 구축에 기여할 수 있음을 확인하였다.
최근 유비쿼터스 환경을 실현하는 기술로서 사물 및 환경 정보를 센싱하여 무선으로 통신하여 필요한 정보를 수집 및 분석, 처리하는 센서네트워크 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히, 최근 국내에서는 u-City와 u-Port 사업 등, 범국가적으로 유비쿼터스 환경을 실현하고자 하는 사업이 진행되고 있기 때문에, 센서네트워크 기술에 대한 관심이 더욱 크다. 센서네트워크 기술은 기본적으로 상황 정보인지 기능을 갖춘 센서 노드들이 무선 통신 인프라를 구성하여 환경 정보 모니터링이나 산업체 기기 제어 및 모니터링, 홈 자동화, 보안 및 군사용, 자산 및 물류 응용 등, 다양한 응용을 수행할 수 있는 기술이다. 하지만, 센서네트워크 기술은 본질적으로 무선통신 인프라를 기본으로 하고 있으며, 높은 자원 제약성(낮은 컴퓨팅 능력과 제한된 전원 공급 능력, 저가로 구현해야 한다는 제약성)으로 인해, 일반적으로 높은 보안 취약성을 가지는 것으로 알려져 있다. 본 고에서는 현재 국내의 센서네트워크 산업 분야에서 특히 취약한 것으로 알려져 있는 보안 기술관점에서 센서네트워크 동향을 살펴보고, 센서네트워크 보안 기술 개발 현황을 살펴보고자 한다.
이동 ad-hoc 네트워크는 기반 망의 도움 없이 모바일 노드들로만 구성되어진 임시적인 네트워크이다. ad-hoc 네트워크를 구성한 모바일 노드들은 지속적인 전원공급이 힘들기 때문에 자신의 한정된 에너지에 의존한다. 이러한 모바일 노드의 에너지 소비를 줄이기 위해 IEEE 802.11 PSM를 적용한 다중 홉 ad-hoc 네트워크 모델에 대해서 최근 많은 연구가 이루어졌다. 다중 홉 ad-hoc 네트워크에 802.11 PSM을 적용하면 송수신에 참여하지 않는 모바일 노드들의 에너지소비를 절약하게 되어 네트워크 활동시간을 증가시키게 된다.
본 논문은 기존의 단일 서버스와 고정된 특정 지역으로 한정된 센서네트워크 개념에서 탈피하여, 사용자가 휴대가능하여 어디서나 센서네트워크를 구성할 수 있고 센서네트워크에 접속할 수 있도록 하는 Zigbee 프로토콜을 이용하는 무선 센서 플랫폼(wireless sensor platform) 구조를 제안한다. 본 논문이 제안하는 무선센서플랫폼은 센서모듈을 이용하여 특정 종류의 물리량 또는 화학성분량을 검출하고 이를 무선통신으로 전달하거나 또는 자체 디스플레이에 표시하는 듀얼모드가 가능하다. 플랫폼의 구조는 휴대 폰과 접속하여 휴대폰으로부터 전원을 공급받고 상호간 데이터를 교환하기 위한 휴대폰 접속부와, 다른 센서노드나 PC 등에 데이터를 송수신하기 위한 Zigbee 무선통신부, 그리고 센서모듈 접속부로 구성되 며, 각각에 대한 구조를 설명한다. 휴대폰의 자원을 이용하여 센서노드의 휴대성을 극대화한 휴대폰 장 착 센서 노드들로 네트워크를 구성하는 방식의 제공은 개인 사용자의 센서네트워크 참여를 이끌고 환경 감시네트워크 등 다양한 서비스를 이끌어 낼 수 있다.
최근 무선 통신 기술과 초소형화 기술의 진보로 지능형 센서(Smart Sensor)를 이용한 무선 센서 네트워크 구축이 가능해졌고, 이러한 센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅와 Ad-Hoc 네트워크에서 많이 연구되고 있는 새로운 분야이다. 각 센서 노드는 건전지를 통해 전원을 공급받기 때문에. 제한된 에너지를 어떻게 효율적으로 사용하느냐가 센서 네트워크에서의 중요한 이슈이다. 일반적으로 센서네트워크에서 데이터 송수신에 참여하지 않는 노드는 일정 시간 Sleep함으로써 에너지를 절약한다. sleep 기술과 관계된 기존의 논문(S-MAC [1])에서는 동기화 및 NAV 설정을 위해 컨트롤 패킷(SYNC, RTS, CTS)을 사용하고, 컨트롤 패킷 전송 시간만큼은 최소한 모든 노드들이 깨어서 컨트롤 패킷의 송수신을 확인해야 한다. 본 논문에서는 컨트롤 패킷 전송 시간 동안 불필요하게 모든 노드들이 깨어있는 문제를 해결하기 위해, 새로운 센서 MAC 프로토콜(ESMAC: Efficient Sensor MAC)을 제시한다. ESMAC에서는 컨트롤 패킷 전송 시간동안 꼭 필요한 노드들만 컨트롤 패킷을 송수신하고, 나머지 노드들은 Sleep 함으로써, 모든 노드가 깨어있는 시간을 효율적으로 줄였다. 위와 같은 방법을 사용하여 ESMAC에서는 기존의 MAC(SMAC, TIPS [2]) 프로토콜들보다 컨트롤 패킷 전송 시간을 최대 62.8% 절약시켰다.
본 논문은 해양 환경에서 항로표지 내에 탑재되는 등명기, 배터리, BMS, 통신장치 등의 전원 공급 및 각 모듈들 간의 유선 데이터 통신에 사용할 수 있는 커넥터 인터페이스 규격을 제시한다. 제안하는 규격은 M12 커넥터 규격을 이용하여 내구성을 확보하고 방수방진을 지원한다. 이를 통해 극한의 온·습도에 노출되며 태풍, 파도 등의 변수가 많은 해양 환경에서의 안정적인 연결성 유지를 기대할 수 있다.
전력산업의 구조개편과 더불어 분산전원의 배전계통연계운용 및 전력품질이 전력회사의 배전사업자, 구역전기사업자, 전기공급 신뢰도와 밀접한 관계에 있는 산업용 수용가들에게 많은 관심을 불러일으키고 있다. 이러한 주변정세는 차세대의 배전계통이 다수의 Micro-grid들로 구성될 것이라고 하는 예상을 전문가들로부터 제기되기에 이르렀다. 그러나, 제안된 Micro-grid는 몇몇의 분산전원과 전력품질을 보상하는 기기, 그리고 통신제어설비와 부하들로 구성된다는 기본적인 내용에 지나지 않는다 따라서, 본 논문에서는 수용가에 고신뢰 고품질의 전력공급을 가능하게 하는 차세대 전력공급네트워크인 Micro-grid의 적정전압유지를 위한 자율분산협조 운용제어 알고리즘을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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