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USN
USN(Ubiquitous Sensor Network)은 유비쿼터스 센서 네트워크라고 불리는 무선 센서 네트워크이다. USN은 근거리 무선 통신 기능을 포함하고 있는 소형의 센서 장치들이 결합하여, 산불 감시, 하천 범람, 건물 내 온도 분포 등 특정 장소의 상태 및 환경 변화 정보를 종합적으로 수집하여 관리하기 위한 기술이다.
개요[편집]
유비쿼터스 센서 네트워크 주변의 물리적 현상을 감지하는 센서 장치에 네트워크 개념과 실시간 프로세싱 개념을 추가해 사물의 존재 여부 및 위치 등의 감지한 정보를 네트워크와 연동하여 실시간으로 관리, 제어하는 개념이다.이와 같은 유비쿼터스 센서 네트워크의 핵심 기술은 바로 무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network) 기술이다.SoC(System On Chip),MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)기술,나노 기술 등과 같은 초소형 센서의 하드웨어적인 기술이 발전함에 따라 다양한 기능의 센서를 이용한 무선 네트워크의 구축이 가능하게 되었다.다시 말해서 무선 센서 네트워크는 현실 세계에서 다양하게 발생하는 여러 상황을 센서를 통해 감지하여 이를 네트워크를 통해 수집,이동시키며 내장된 프로세서에 의해 처리하는 방식에 기반하고 있다.강수량과 같은 각종 자연재해의 확인,접근이 어려운 전쟁터에서의 적진의 감시,지반 및 지질 상태 등을 모니터링하는 시스템,교통 감시와 제어를 위한 지능형 교통 통제 시스템,장기간의 환경 관찰을 통해 생태를 감시하는 시스템 등 향후 여러 분야에 폭넓게 사용될 것이다.이 뿐만 아니라 무선 센서 네트워크는 감지된 정보에 기반하여 작동장치에게 특정 행위를 지시하는 무선센서/장치 네트워크의 형태로도 활용될 수 있다.
무선 센서 네트워크는 기존 무선 네트워크와 판이하게 다른 특성을 가지고 있다.즉, 무선 센서 네트워크는 초소형의 센서 노드들로 구성이 되기 때문에 배터리를 활용하게 되어서 한정된 에너지를 가지게된다.또한,각 센서 노드들은 제한적이고 소규모의 연산 처리 능력만을 가지고 있고, 기존의 셀룰러 통신망과는 다르게 특정 인프라 구조가 없이 각 센서 노드들이 애드혹(ad-hoc)의 형태로서 구성되어 통신을 하게 된다.이러한 애드혹 환경으로 인해 센서 노드 간에 전송되는 데이터가 외부에 쉽게 노출되거나 변조될 위험이 존재한다.이와 같은 무선 센서 네트워크 고유의 특성으로 인해 전력 소모를 최소화하는 MAC 프로토콜,기존의 주소 기반의 라우팅이 아닌 데이터 질의에 기반한 라우팅 프로토콜 보안성을 강화하기 위한 키 분배 기법 등과 관련해서 폭넓은 연구가 진행되었거나 진행되고 있다.
센서의 종류로는 온도, 가속도, 위치, 압력, 지문, 가스 등 다양하게 존재한다. 또한, 물류의 흐름을 파악하기 위해 RFID(Radio Frequency IDentification) 기술을 이용해 사물에 태그를 부착해 각종 물류 정보의 흐름을 파악하는 기술도 등장했다. USN 기술은 유비쿼터스 사회를 구현하기 위한 핵심 인프라 기술이며, RFID가 효율적으로 활용되기 위해서는 USN 기술이 수반되어야 한다.
특징[편집]
- 작은 지역에 높은 밀도로 배포, 토폴로지가 자주 바뀌며 통신 실패가 잦은 편이다.
- 여러 이동 노드들을 순차적으로 거쳐가는 멀티 홉 기반의 MANET 기술을 이용 : 무선단말기,노트북 등이 아닌 작은 센서 노드들로 구성된다.
- 주소 체계 : USN의 주소는 IPv6 기반으로 하고 있다.
- 우리나라 사용 가능 주파수 대역 : 우리나라가 사용 가능한 주파수 대역은 917~923.5 MHz 대에서 사용하고 있다.
- 조밀한 통신 구조 : 센서 네트워크는 네트워크를 구성하게되는 일정 지역에 1 m㎡ 정도 크기의 작은 센서 노드들이 수백에서 수천개를 설치하여 통신하는 구조를 갖게 된다.
- 자율적 네트워크 구성 : 어떠한 하부 기반 없이 자율적으로 구성한 네트워크가 하부 기반 역할을 한다.
응용[편집]
- 공공안전 분야
- 재난재해 관리 : 재난재해 관리 시스템은 자연 재해 발생 빈도가 높은 지역에 실시간 센서를 통한 모니터링 시스템과 경보 시스템을 설치하고, 센서에 의해 수집된 데이터 변화를 재난상황실에서 분석하여 재난재해 발생 가능성을 예측하여 경보 시스템을 통해 미리 대응할 수 있는 서비스를 제공하는 시스템이다.
- 국방 : 국방 분야에서는 군수 조달 및 관리, 보안 시설 관리, 물체 식별, 상황 정보 취득 등을 위하여 RFID 시스템을 활용 가능하다. RFID 리더를 통하여 지뢰의 위치와 특성 정보를 취득하여 활용한다. RFID 태그를 적군과 아군의 식별자로도 활용 가능하다. RFID 태그의 도입으로 탄약 저장, 탄약 관리 등의 작업을 휴대형 리더를 통하여 자동 관리가 가능하다.
- 경제산업 분야
- 물류/유통 : 물류 분야는 물품 관리 시스템, 항공화물이나 항공수하물 추적 통제, 수출입 국가 물류 시스템, 수입쇠고기 추적, 항만 물류 효율화 사업 분야에서 적용이 가능하다. 택배 분야에서는 출하 작업의 효율화, 화물 추적, 환승 시간의 단축이나 오배송의 방지에 RFID 태그가 활용된다. 항만 물류 관리 분야에서는 팔레트, 화물, 반환용 컨테이너 등에 RFID가 부착되어 있을 경우 부두에서 하역되거나 생산 공정에 투입되는 과정으로 자동으로 연계된다.
- 교통/운수 : 텔레매틱스 서비스는 도로 주변의 센서 노드가 복잡한 정도를 전송하여 도로 상황 정보나 교차로 상황 정보를 제공하는 서비스 또한 교통사고 유무 등의 도로 상황 정보를 서버에 전송하고, 서버는 도로 가까이에서 운전 중인 사람의 이동 단말기에 이 정보를 전송하여 운전자가 이러한 상황 정보를 바탕으로 우회할지 여부를 결정한다.
- 농축수산 : RFID 태그에 제품의 제조원, 원산지, 제조과정, 사육과정, DNA 정보, 병력, 기타 정보를 기록하여 구매시에 태그 리더를 통하여 제품 정보를 구매자에게 제공함,필요에 따라 RFID 태그를 이용하여 생산,물류 이력을 추적함으로써 소비자의 안전 확보가 가능하고 제품의 신뢰도를 높일 수 있다.
- 생활복지 분야
- 의료/복지 : 약품 용기에 처방 정보, 투약법, 경고 등을 넣은 태그를 부착하여 약품의 유통 관리 등에 응용함, RFID 카드의 전자화폐 기능 이용 (병원 내 각종 편의시설이나 주차장 이용 요금의 결제가 가능함),병원 주변 약국들은 RFID 카드를 통하여 병원의 전자 처방전을 입수하여 조제에 활용 가능하다.
구성요소[편집]
하드웨어 플랫폼[편집]
구분 상세설명 센서 노드 -해당 지역의 환경 등 요구된 센싱 데이터를 수집, 싱크노드에 전달 -마이크로컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit) 내장한 저전력 초소형 컴퓨팅 시스템으로 CPU, 메모리, I/O 장치, 네트워크 모듈, 센서 모듈로 구성됨
-미세 전자 기계 시스템(MEMS, Micro Electro Mechanical Sensor) 기술의 결합으로 초소형화, 단일 칩 시스템(SoC, System on Chip), 원-칩화(One-Chip)
싱크노드 -센서 노드들에게 센싱 작업 요구, 센서 노드들로부터 센싱 데이터 취합 게이트웨이 -센서 네트워크를 외부망과 연동해 주는 역할, 싱크노드가 수행하기도 함 릴레이 노드 -멀리 떨어져 있는 센서 노드가 싱크노드와 통신할 수 있도록 중계 기능 수행
무선 및 통신기술[편집]
구분 상세설명 센서노드 -지그비, 블루투스, 와이파이(Wi-Fi), 초광대역(UWB, Ultra Wide Band) 등 각종 무선 네트워킹 기술 활용 -IEEE 802.15.4에 기반의 지그비 모듈이 가장 많이 사용됨
-IPv6 주소 및 경량화된 IP 프로토콜 스택을 센서 노드에 탑재하기 위해 저전력 무선 사설 네트워크(6LoWPAN, Low-power Wireless Personal Area Network) 기술 연구/활용
싱크노드/게이트웨이 -대용량 데이터 취합과 전송을 위해 무선 랜(Wi-Fi), 블루투스, 유선 랜, 시리얼 등의 유무선 네트워크 기술이 복합적으로 활용 -센서 네트워크는 TCP/IP 프로토콜이 아닌 지그비 등 Non-IP 프로토콜 이용, 인터넷 등 외부망과 연동을 위해 TCP/IP 스택 및 센서 네트워크 자체 프로토콜 스택 탑재/지원
미들웨어[편집]
구분 상세설명 센서 노드 미들웨어 -센서 노드와 싱크노드 사이에서 환경 변화에 따른 센서 네트워크 변화 지원 -센싱 데이터의 로컬처리(저장/관리), 이벤트 처리
USN 미들웨어 -싱크노드와 USN 애플리케이션 사이에서 이기종 센서노드 및 센서 네트워크의 통합관리, 센서노드와 서비스 간 연계 수행 -센싱정보 필터링/통합/분석, 센서와 네트워크 모니터링, 상황수집과 상황 정보관리
참고자료[편집]
- 권순욱, 〈유비쿼터스 센서네트워크 기술과 RFID 기술의 건설산업 활용방안〉, 《기문당》, 2006-09-30
- 차재복, 〈유비쿼터스 센서 네트워크〉, 《ktword》, 2019-05-29
- SSKIM, 〈USN(Ubiquitous Sensor Network)〉, 《Blogspot》, 2012-05-02
같이 보기[편집]
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