USN
태그 :
- 개념
- 필요한 곳에 전자태그(RFID), 센서를 부착하고, 이를 통해 사물의 인식정보를 기본으로 주변의 환경 정보(온도,습도,오염정보,균열정보 등)까지 탐지하여 실시간으로 네트워크에 연결하여 정보를 관리하는 서비스(유비쿼터스 N/W)
I. BcN 통합을 위한 유비쿼터스 네트워크 도구, USN의 개요
가. USN(Ubiquitous Sensor Network)의 정의
- 필요한 곳에 전자태그(RFID), 센서를 부착하고, 이를 통해 사물의 인식정보를 기본으로 주변의 환경 정보(온도,습도,오염정보,균열 정보 등)까지 탐지하여 실시간으로 네트워크에 연결하여 정보를 관리하는 서비스(유비쿼터스 N/W)
나. USN의 특징
- 초소형, 저가격이며, 적은 에너지 소비를 지향함.
- 자기 조직화로 접속 실패 시 다른 노드로 접속
다. USN의 기술발전
- USN은 먼저 인식정보를 제공하는 전자태그를 중심으로 발전하고 이에 센싱 기능이 추가되고 이들간의 네트워크가 구축되는 형태 로 발전전망
II. USN의 구성도 및 요소 기술
가. USN의 구성도
- USN 서비스는 USN 미들웨어 계층에서 USN 응용서비스에게 센서망에서 수집된 데이터를 엑세스 네트워크를 통해서 전달하는 구조를 가짐.
나. USN의 구성요소
구분 |
구성요소 |
설명 |
USN 정보 자원 |
RFID Tag |
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RFID Reader |
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센서/센서노드 |
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싱크노드 |
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BCN 백본 및 엑세스 네트 워크 |
USN 게이트웨이 |
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USN 통합서버 |
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미들 웨어 |
응용서비스 미들웨어 |
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USN 미들웨어 |
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센서노드 미들웨어 |
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USN 응용서비스 |
IT-BT-NT 융합 |
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다. USN의 각 계층별 개념도
- 센서 및 네트워크 계층 : 환경감지 등과 같은 센싱 기능을 통해 자료를 수집하는 계층
- 상황인식 및 분산 미들웨어 계층 : 유비쿼터스 컴퓨팅 환경 구성을 위한 상황인지 , 지식처리 , 자율처리 그리고 분산처리 등의 스 마트 서비스를 제공하기 위한 계층
- 사용자 응용 계층 : 서비스 계층의 서버로부터의 유 비쿼터스 서비스를 제공 받기 위한 계층
III. USN 기술요소 및 요구사항
가. 센서 네트워크 기술요소
기술요소 |
설명 |
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통신 |
RFID |
사물에 무선주파수를 발신하는 칩을 부착하고 비접촉 상태에서 물체를 인식하는 기술 |
Rubee |
RFID의 확장으로 태그와 리더간 양방향 통신과 IPv4 주소 부여 |
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Bluetooth |
2.4GHz대역의 라디오 주파수를 이용, 데이터 및 음성전송을 위한 근거리 무선데이터 통신기술 |
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UWB |
기존 스펙트럼에 비해 넓은 기저대역에 걸쳐 낮은 전력으로 초고속 통신을 실현하는 근거리 무선통신기술 |
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Zigbee |
저주파, 저전력, 저가격을 지원하는 근거리 무선데이터 통신기술 |
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6LowPan |
Zigbee를 기반으로 하는 센서 네트워크에 IPv6를 지원하여 IP 네트워크가 가능한 근거리 무선데이터 통신기술 |
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에너지절감기술 |
배터리를 사용하는 센서 노드의 한정된 에너지를 효율적으로 사용하기 위한기술 |
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시간동기화 기술 |
센서 노드들간의 정확한 Time Stamping을 조절하는 기술 |
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위치인식 기술 |
GPS, ToA(Time of Arrival)등을 이용하여 센서노드들의 위치 정보를 자율적으로 계산하는 기술 |
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감지 및 식별 기술 |
센서노드 주위에 접근하는 물체를 센서 신호처리를 통해서 접근 유무를 판단하고, 센서노드에 접근하는 물체를 식별하는 기술 |
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경로추적 기술 |
센서 네트워크에서 발생하는 센싱정보를 계산하여 이동하는 물체의 경로를 추적하는 기술 |
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데이터 마이닝 |
센서노드에서 수집된 데이터에서 패턴인식, 통계적 기법, 인공지능 기술을 이용하여 데이터간 관계, 패턴 등의 유용한 정보를 해석하는 기술 |
나. USN 미들웨어 기술요소
구분 |
설명 |
센서 네트워킹 기술 |
-. 센서의 제한된 전력 공급, 응용 분야를 고려하여 적은 전력을 사용하면서 장기간 동안 적은 대역폭으로 통신이 가능한 무선 N/W 기술(Zigbee, UWB, IP-USN 등)이 필요함 - 노드 ID를 IPv6로 변환하거나 경량화된 IPv6를 채용하여 BcN과 연동시켜야 함 |
센서 정보활용 기술 |
- 다양한 센서노드가 수집한 데이터에서 서비스에 의미 있는 정보를 도출하거나 특정 이벤트를 처리하여 서비스에 활용 - 다양한 센서와 무선 통신 환경에서 QoS 보장 필수 |
센서노드 설계 기술 |
- 초경량의 OS를 사용하고 노드의 제한된 리소스 등을 효율적으로 사용 - 물리적,화학적 센싱 및 바이오 센싱분야의 다양한 센서소지를 개발 - 태양력,풍력,지열등을 에너지로 변환하고 축적하는 기술 필요 |
다. 미들웨어 기술
1) USN 미들웨어 개념적 모델
- USN 미들웨어는 센서를 통해서 수집된 정보 및 메타정보를 관리하고, 센서의 위치인식 및 보안 등의 다양한 기능을 제공함.
2) 미들웨어 유형별 기술요소
유형 |
기술요소 |
설명 |
센서 네트워크 추상화 기술 |
공통 인터 페이스 기술 |
이기종 센서 네트워크로부터 수집된 센싱 데이터들을 응용 프로그램 수정 없이 같은 방식으로 전달 |
모니터링 기술 |
센서 네트워크의 신뢰성 향상을 위한 네트워크 현황 모니터링, 제어, 진단, 복구 기술 |
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센서 네트워크 지능화 기술 |
USN 정보 통 합 관리 기술 |
다양한 센싱 데이터의 수집, 통합, 처리, 저장, 관리 및 검색을 위한 기술 |
지능형 이벤트 관리 기술 |
실시간 복합 이벤트 정보의 공지 및 조치 처리를 위한 기술 |
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상황정보 관리기술 |
상황정보를 인식하여 적합한 서비스를 제공하는 기술 |
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미들웨어 서비스 플랫폼 기술 |
서비스 컴포넌트 관리 기술 |
미들웨어 서비스 컴포넌트의 개발 환경을 제공하는 기술 |
서비스 통합 기술 |
서비스 컴포넌트간 연계를 위한 기술 |
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USN 디렉토리 서비스 기술 |
관리영역이 다른 광역, 분산 센서 네트워크 환경에서 필요한 센서 네트워크의 위치 및 해당 USN 정보자원 서비스를 탐색 |
IV. USN의 센서노드 운영체계 및 미들웨어
가. USN 센서노드 운영체계
운영체계 |
개발그룹 |
내용 |
TinyOS |
버클리 대학 |
- 이벤트 발생에 의한 상태 처리방식을 채택한 State machine 기반 - 다양한 Virtual Machine과 TinySec 같은 보안모듈 지원 |
MANTIS |
콜로라도 대학 |
- 초소형 Thread에 기반한 multi-Thread 구조 - 일반 프로그래머들이 익숙하게 사용할 수 있어 개발 용이 |
PEEROS |
유럽연합 |
- Preemptive EYES Real-Time OS - 센서 노드간 협업을 위해 메시지 통신에 중점을 둠 |
T-Engine 마이크로커널 |
T-Engine(일본) |
- TRON의 센서 네트워크용 표준 마이크로 커널 - 동경대에서 개발된 센서 네트워크용 OS |
Nano- Qplus |
ETRI (한국전자통신연구원) |
- 한국 ETRI에서 개발한 초소형 센서 네트워크용 운영체제 - 손쉬운 응용개발에 초점 |
나. USN 미들웨어
유형 |
미들웨어 |
설명 |
DB기반 미들웨어 |
TinyDB |
- 센서 네트워크를 가상의 분산 데이터베이스 구조로 간주 - 미들웨어가 협력적으로 동작, SQQL-like 질의 언어 지원 |
Cougar |
- DB기반 접근방식으로 질의를 처리함 - SQL-like 질의 언어 지원, 질의 수행 최적화 지원 |
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모바일 에이전트 |
Agilla |
- TinyOS에서 동작하는 에이전트 기반의 미들웨어 - 노드 자신이 가지고 있는 상태정보를 접근한 노드들에게 보냄으로서 무선 네트워크 환경을 구성 |
가상머신 |
MATE |
- 센서노드 기능의 동적 갱신 지원(TinyOS 기반) - Byte code와 Virtual Machine 기반의 센서노드 기능을 실행시에 동적으로 변경 |
응용계층 중심 |
MiLAN |
-QoS 요구와 센서 네트워크의 리소스를 비교 분석하여 센서 네트워크의 Lifetime 최대화 및 QoS 요구 충족 |
모듈화 프로그램 |
Impala |
-센서 노드의 동적 갱신 지원 -Binary 명령어를 수행할 수 있는 모바일 코드 기술을 이용하여 노드의 기능을 실행시에 동적으로 변경 |
V. USN의 시장분석 및 기술 발전 전망
가. USN 시장 분석
분야 |
설명 |
활용사례 |
추적 |
개체의 위치, 이동의 실시간 추적 |
보호대상,의료진 |
감시 |
공간에 대한 칩임,도난,안전사고,출입관리 및 대응 |
산불/홍수/지진/보안 등 |
진단 |
대상의 상태(건강,고장 등) 모니터링 및 대응 |
인체건강 모니터링 |
운전 |
운전에 필요한 정보지원, 주위상황,정보수집 등 |
무인운전 시스템 |
나. USN의 기술 발전 전망
1) 환경 정보 수집
- USN은 기존의 의사전달을 위한 통신망이 아닌 유비쿼터스 컴퓨팅의 초석이 되는 환경정보수집을 목적으로 함. 기존의 이동통신망등과는 분명히 구분됨
2) 광대역 폭 요구
3) 보안과 망관리 기술 연구 활성화
- 실제 환경에서 폭넓게 적용하기 위해서는 보안기술과 망관리 기술 등에 관한 연구가 보다 활발히 진행될 것으로 예상된다.
다. RFID/USN 확산 환경조성을 위한 제언
1) 개인 정보보호 기반 구축
- RFID 활용 분야별 이용실태 및 프라이버시 보호 가이드라인에 대한 개정 검토 필요
- RFID 서비스 과정에서의 데이터 유출방지를 위한 암호기술 개발 및 보급
2) 주파수확보
- RFID 서비스 활성화를 위한 중,장기적으로 추가 주파수 확보 필요
3) RFID 산업 활성화 지원
- 정부기관중심으로 RFID 성능 시험 평가 시스템을 운용하고, 기업별 맞춤형 서비스 제공 필요
- 특허 심사기간 단축을 통한 RFID 지적재산권 보호 강화 필요