본 논문에서는 유비쿼터스 환경에서 로봇의 응용서비스를 제공하는데 필요한 네트워크로서 로보틱 지그비 네트워크의 개념을 소개하고 이를 이용한 응용 시나리오를 제시한다. 제시한 응용시나리오의 기본이 되는 네트워크 연결 및 데이터 전송에 관한 실험을 수행하였다. 이 실험 결과를 통해 앞으로 Robotic Zigbee Network를 이용한 위치인식 오차율을 최소화하는 로봇의 위치추정 및 추적 알고리즘 개발의 기반을 마련한다.
Zigbee는 단말에 대한 경제성이 뛰어나고 저 전력통신을 이용하기 때문에 수명이 길다. Mesh, Tree, Star 등 다양한 방식의 토플리지 구조를 지원 하며 확장성이 뛰어나 군사적인 용도, 환경 모니터링 시스템 등 많은 분야에 사용되고 있다. 최근 스마트그리드환경을 구축함에 있어 Zigbee는 HAN(Home Area Network)에 표준으로 사용될 예정이며 현재는 Zigbee를 이용한 AMR(Automatic Meter Reading)을 시범 중에 있다. 일반적으로 ZIgbee Network은 ZC(Zigbee Coordinator), ZCH(Zigbee Cluster Head), ZE(Zigbee End Device) 3가지로 구성되며, Zigbee Network에서 발생할 수 있는 취약점은 허가되지 않은 디바이스의 접근, 라우터의 흐름을 조작하는 방법, ZC(Zigbee Coordinator)와 ZE(Zigbee End Device)사이의 키 전송 시 안전하지 않은 채널을 이용하여 전송되는 문제가 발생된다. 본 논문에서는, TCP(Third Party Center)를 이용함으로써, ZE와 ZC간의 키 생성 시 발생하는 취약점을 보완하였다. 또한 인증절차를 강화함으로써 ZE(Zigbee End Device)에서 발생 할 수 있는 취약점을 보완하고자 하였으며 RS(Register Server)를 이용하여 HAN에 존재하는 디바이스에 대하여 실시간 모니터링이 가능하게 하였다.
IEEE 802.15.4를 기반으로 하는 Zigbee 센서 네트워크에서는 전송되는 패킷에는 2byte의 지역 주소가 존재한다. Ziebee 센서 네트워크 내에서 이 2byte의 주소를 가지고 각 센서의 주소를 식별한다. 이러한 Zigbee 센서 네트워크는 많은 센서들을 하나의 네트워크로 구성할 수 있어야 ubiquitous 시대를 뒷받침 할 수 있는 솔루션으로 자리매김할 수 있다. 그러나 Zigbee 계층 구조에서 표준에 제정되어 있는 알고리즘인 Cskip 알고리즘을 이용한 할당 방식에는 많은 수의 센서를 배치하는 것에 문제가 있다. Cskip 알고리즘을 이용하여 주소를 할당하기 위해서는 라우터나 코디네이터가 가질 수 있는 자식노드의 최대 개수, 자식노드가 라우터로 될 수 있는 최대 개수, 네트워크의 최대 깊이를 알아야 한다. 이러한 네트워크는 유연성이 없고 공간적이 측면으로 봤을 때 주소 할당에 있어서도 많은 낭비를 초래하게 된다. 본 논문에서는 이러한 주소 공간의 낭비를 최소화 할 수 있는 주소할당 알고리즘을 제안한다.
현재 무선통신의 효용성이 증가되면서 다양한 분야에서 유선과 무선을 통합한 형태의 연결망으로 구축된 유비쿼터스 환경이 발전되고 있다. 이러한 네트워크 환경에서 각 대학은 유비쿼터스 센서네트워크를 기반으로 한 u-캠퍼스 구축이 활발하게 발전하고 있다. u-캠퍼스는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술과 무선 네트워크기술을 대학의 캠퍼스에 접목시켜 구축한 형태의 새로운 캠퍼스이다. 본 논문에서는 이러한 u-캠퍼스 기반에서의 zigbee 기술을 이용한 전문대학의 특성에 적합한 u-캠퍼스를 설계하였다. zigbee 무선 통신기술을 적용한 u-캠퍼스 서비스는 zigbee 네트워크를 이용한 편리한 서비스를 구성원에게 제공한다.
유비쿼터스 환경 구축을 위해 Zigbee 센서 네트워크 기술이 중요한 역할을 하고 있다. 그러나, Zigbee 기술은 근거리 내에서 환경정보 등을 센싱하여 정보를 전달하기 위한 간단한 작업을 목적으로 설계되었기 때문에, 다양한 공격기술에 의해 네트워크가 손상될 가능성이 매우 높다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 방어 기법들이 다수 논문에서 제시되고 있으나, 기존의 Zigbee 공격에 대한 다양한 대응방안들은 기능 구현시 센서노드의 중량화, 고비용화의 문제가 있으며, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 Zigbee 네트워크상에서 컴퓨팅 파워가 우수한 코디네이터를 설치하고, 코디네이터을 기반으로 한 침입탐지시스템을 제안한다. 코디네이터 기반 침입탐지시스템은 Zigbee 네트워크의 공격을 탐지하고, 해결하는 새로운 방법을 제시하며, 다양한 분야에 응용이 가능하므로 Zigbee 기술을 실생활에 접목하는데 기여할 것으로 기대된다.
사물인터넷(Internet of Things) 환경의 사물들은 네트워크를 통해 정보를 교환하여 다양한 서비스가 이루어진다. 사물인터넷을 구성하는 WSN(Wireless Sensor Network)은 무선 센서 노드를 물리적인 공간에 배치하여 구성된 네트워크로 사물의 식별, 센싱, 통신 등의 기술이 더해져 다양한 목적으로 운용된다. 대표적으로 저가 저전력 장치들로 구성된 지그비(Zigbee) 네트워크는 지역 모니터링 및 원격 장치제어에 활용된다. 다양한 WSN으로 구성된 사물인터넷은 네트워크 간 통신 규약 및 데이터 표현이 상이하여 상호운용에 제약이 있지만 실시간 통신 미들웨어 표준인 DDS(Data Distribution Service)를 통해 이질적인 네트워크 간 상호연결 및 정보교환이 가능하다. 본 논문은 지그비 네트워크와 사물인터넷의 다른 네트워크 간 양방향 데이터/이벤트/서비스 연동을 위한 지그비 어댑터 설계를 다룬다. DDS 기반의 지그비 어댑터는 지그비 표준을 따라 지그비 네트워크와 통신하고 다양한 구성요소 간 유기적인 동작으로 지그비 네트워크와 사물인터넷의 다른 네트워크 간 상호운용을 가능케 한다.
In a beacon-enabled Zigbee network, the slotted CSMA/CA mechanism based on the super frame structure fairly provides communication chance for each node and makes a reasonable usage of the available energy. In the case of wireless nano sensors that are implanted into the target human body area for detecting disease symptoms or virus, such a nano-network requires a similar type of channel sharing and transmission of short length event-driven data. In this paper, for nano-network's in-body applications, we aim to design conceptually a new super frame derived from the existing beacon-enabled Zigbee MAC protocol. And we analyze the efficiency of the proposed super frame in the aspect of practical deployment.
Zigbee는 USN에서 쓰고 있는 대표적인 통신 표준이며 다양한 어플리케이션에 쓰이고 있다. Zigbee 프로토콜은 하나의 PAN망 안에서 어드레스를 부여하는데 DAA라는 방법을 이용을 하는데 이는 16Bit어드레스 구역을 Depth에 따라 일정한 크기의 블록으로 나누어서 각각의 노드에게 할당을 하는 방식이다. 그러나 이 방식은 노드수가 Depth가 증가함에 따라서 하나의 Depth에 부여하는 최대 Router수의 지수승으로 증가를 하기 때문에 16Bit로 부여할 수 있는 어드레스에 제한이 생긴다. 따라서 넓은 지역이나 음영지역이 많은 곳처럼 많은Router수를 가지고 Depth가 큰 네트워크를 구성하기가 힘들다. 또한 하나의 PAN망 안에서 동작하기 때문에 여러 PAN을 하나의 네트워크로 구성하기가 힘들다. 본 논문에서는 Zigbee 기반의 네트워크를 확장하여 여러 PAN망을 하나의 네트워크로 구성할 수 있고 Router수와 Depth에 제한이 덜하여 넓은 지역을 묶을 수 있는 새로운 어드레스 방식과 라우팅 방법을 제안을 하였다. 그리고 이를 실험을 통하여 그 동작을 확인하고 실증 시험을 통하여 활용할 수 있음을 보였다.
무선PAN(Wireless Personal Area Network, WPAN)에서 Zigbee의 저전력화와 채널간섭을 개선하고자, Zigbee망의 전력소모와 통신패턴을 분석하였다. Zigbee의 ad-hoc특성인 토폴로지 변화로 인한 동적 망구성시 토폴로지의 저전력화를 위해 종단장치(end device)들이 채널검색주기를 설정할 때 종단장치의 배터리 수명을 고려한 통신패턴을 분석하였다. 또한, Zigbee의 Random Back off 통신방식에서 무선랜(WLAN)과 채널간섭을 고려한 통신패턴도 분석하였다. 이로서, Zigbee의 종단장치의 배터리 수명을 연장하고자 종단 장치의 채널검색 주기를 설정하는 통신패턴을 설정하였으며, Zigbee의 협력장치(coordinator)와 종단장치 사이의 최적의 통신패턴의 분석을 통해 채널간섭을 최소화 할 수 있었다.
본 논문에서는 지그비를 이용한 이동 로봇의 자율주행의 선행 연구로서, 메시 네트워크가 가능한 Zigbee Pro 표준안을 지원하는 CC2520을 기반으로 한 지그비 모듈을 개발하였다. 제작 후 성능 개선의 방법으로 지그비 무선 주파수 대역에 맞는 안테나를 네트워크 분석기를 이용하여 선택하였다. 또한 지그비 모듈의 임피던스 매칭을 실행하여 무선 통신의 가능한 송 수신 거리를 늘렸으며, 통신의 안정성을 확보하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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