본 연구에서는 센서 네트워크를 이용하여 유비쿼터스 서비스를 제공해 주는 주차관리시스템을 구현하였다. 유비쿼터스 주차 관리 시스템은, 인터넷과 연결된 PDA나 휴대폰 상에서 현재 주차장의 정보를 한눈에 파악하여 빠르게 주차 공간을 확보할 수 있도록 해 준다. 유비쿼터스 주차관리시스템의 구현을 위해서 하드웨어 센서 노드, 센서 어플리케이션, 그리고 웹서버 응용 프로그램을 개발하였다. 제안하는 시스템은 일정주기로 주차공간의 상태를 업데이트 할 뿐만 아니라, 사용자가 원할 때 웹 상에서 버튼을 눌러 현재의 상황을 실시간으로 확인 할 수 있는 양방향 통신기능을 제공한다. 수집된 주차공간 정보는 일정기간 데이타베이스에 저장함으로써, 시간 혹은 공간별 주차 사용시간을 분석할 수 있도록 구현되었다. 본 연구에서 개발한 시스템은 10대 규모의 대학 내 주차장에 실제 설치하였으며, 인터넷 단말기를 통하여 서비스를 제공함으로써 실용성을 확인하였다.
본 연구에서는 센서 네트워크를 이용하여 유비쿼터스 서비스를 제공해 주는 주차관리시스템을 구현하였다. 유비쿼터스 주차 관리 시스템은, 인터넷과 연결된 PDA나 휴대폰 상에서 현재 주차장의 정보를 한눈에 파악하여 빠르게 주차 공간을 확보할 수 있도록 해 준다. 유비쿼터스 주차관리시스템의 구현을 위해서 하드웨어 센서 노드, 센서 어플리케이션, 그리고 웹서버 응용 프로그램을 개발하였다. 제안하는 시스템은 일정주기로 주차공간의 상태를 업데이트 할 뿐만 아니라, 사용자가 원할 때 웹 상에서 버튼을 눌러 현재의 상황을 실시간으로 확인 할 수 있는 양방향 통신기능을 제공한다. 수집된 주차공간 정보는 일정기간 데이타베이스에 저장함으로써, 시간 혹은 공간별 주차 사용시간을 분석할 수 있도록 구현되었다. 본 연구에서 개발한 시스템은 10대 규모의 대학 내 주차장에 실제 설치하였으며, 인터넷 단말기를 통하여 서비스를 제공함으로써 실용성을 확인하였다.
In this paper, a ubiquitous parking management system(UPMS) using sensor network is proposed. Ubiquitous parking management system provides information on free space in the parking lot through PDA or cellular phone connected to wireless LAN. For the implementation of UPMS, we have developed sensor n...
In this paper, a ubiquitous parking management system(UPMS) using sensor network is proposed. Ubiquitous parking management system provides information on free space in the parking lot through PDA or cellular phone connected to wireless LAN. For the implementation of UPMS, we have developed sensor node, sensor application and web server application. The proposed system periodically updates parking space data and monitors in real-time according to the user's request from the personal internet device. Collected parking data are stored onto the database for further analysis. The implemented UPMS system was installed on campus parking lot using 10 sensor nodes and we successfully demonstrated its feasibility by accessing the web server from out of the campus.
In this paper, a ubiquitous parking management system(UPMS) using sensor network is proposed. Ubiquitous parking management system provides information on free space in the parking lot through PDA or cellular phone connected to wireless LAN. For the implementation of UPMS, we have developed sensor node, sensor application and web server application. The proposed system periodically updates parking space data and monitors in real-time according to the user's request from the personal internet device. Collected parking data are stored onto the database for further analysis. The implemented UPMS system was installed on campus parking lot using 10 sensor nodes and we successfully demonstrated its feasibility by accessing the web server from out of the campus.
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문제 정의
본 연구에서는 실질적으로 우리의 생활에 직접적으로 이용될 수 있는 응용으로 운전자의 주차 공간 확보를 도울 수 있는 유비쿼터스 주차 관리 시스템(Ubiquitous Parking Management System, UPMS)을 개발하였다. 최근 자동차 보유대수가 급증함에 따라 아파트, 백화점 등에서 주차 대란이 일어나고 있는 것이 현실이며 때문에 운전자는 적지 않은 시간을 주차공간을 확보하는 데 낭비하고 있다.
기존의 주차관리 시스템들이 차량의 입출입상황을 단순한 센서들을 이용하는 반면, 본 연구에서는 단순히 센서만을 이용하여 서버에 전송하는 것이 아닌, 사용자 단말기로부터의 입력을 센서 노드에 명령으로 전송하여 실시간 주차정보를 제공할 수있는 것이 제안한 시스템의 특징이다. 본 연구에서는 제안한 유비쿼터스 주차시스템의 구현을 위하여 센서 노드를 개발하고, 센서 노드 어플리케이션과 웹서버 어플리케이션을 개발하여 시스템 운영을 위한 모든 시스템을 자체 개발, 제작하였다.
본 연구에서는 활용도가 높은 유비쿼터스 센서 네트워크 응용으로 주차관리시스템인 UPMS 시스템을 개발하였다. 개발한 시스템은 센서 네트워크를 주차장에 설치하여 주차공간의 사용정보를 원격지의 웹 서버상에 전송하고, 웹 응용프로그램을 개발하여 주차공간이 필요로 하는 운전자들이 사전에 PDA나 휴대폰을 이용하여 사용 가능한 주차공간의 위치와 주차가능 여부를 알려주는 서비스를 제공한다.
이 논문에서는 실용적인 센서 네트워크 응용으로 유비쿼터스 주차관리시스템을 개발하였으며, 특히 사용자의 요청을 센서 노드에 전달하여 실시간 주차정보를 제공하는 양방향 서비스가 가능하다는 점이 장점이다. 또한, 수집된 정보를 데이타베이스에 저장하고, 웹 서버에 연결하도록 하여, 언저】, 어디서나 사용자에게 주차정보를 제공할 수 있도록 하는 유비쿼터스 응용을 개발하였으며, 실제 운용을 통하여 실효성을 입증한 점에서 큰 의의가 있다고 하겠다.
제안 방법
하나는 기본인 StdControl 인터페이스이고, 다른 하나는 ADC2 인터페이스다. ADC2 언터페이스는 초음파 센서를 제어하는데 필요한 기능만 구현하도록 설정하였다. 그림 6은 초음파 디바이스 드라이버를 구성하는 각 함수들의 순서도이다.
UPMS 시스템에서 사용하는 센서 노드들은 각각의 노드에 초음파 센서를 부착하였고, 센서 네트워크 웅용 어플리케이션은 TinyOS 기반으로 개발하였다.
UPMS 에서 사용하는 센서 노드는 시작과 동시에 멀티 홉 애드 혹 라우팅을 통해 무선 네트워크 구조를 결정하는데, 이를 위해서 그림 3에서 보는 바와 같이 TinyOS에서 제공하는 MultiHopRouter 컴포넌트를 사용하였다. 이 컴포넌트는 웹 서버와 시리얼로 연결된 기지국 노드를 루트(root)로 하여 다른 노드까지 shortest-path-first 알고리즘을 사용하여 데이타를 전달한다[11丄 우리는 UPMS시스템의 최상위 컴포넌트에 MultiHopRouter 컴포넌트가 제공하는 interface들을 연결하여 그 기능을 활용하였다.
개발한 시스템은 센서 네트워크를 주차장에 설치하여 주차공간의 사용정보를 원격지의 웹 서버상에 전송하고, 웹 응용프로그램을 개발하여 주차공간이 필요로 하는 운전자들이 사전에 PDA나 휴대폰을 이용하여 사용 가능한 주차공간의 위치와 주차가능 여부를 알려주는 서비스를 제공한다. 기존의 주차관리 시스템들이 차량의 입출입상황을 단순한 센서들을 이용하는 반면, 본 연구에서는 단순히 센서만을 이용하여 서버에 전송하는 것이 아닌, 사용자 단말기로부터의 입력을 센서 노드에 명령으로 전송하여 실시간 주차정보를 제공할 수있는 것이 제안한 시스템의 특징이다.
개발한 시스템은 센서 네트워크를 주차장에 설치하여 주차공간의 사용정보를 원격지의 웹 서버상에 전송하고, 웹 응용프로그램을 개발하여 주차공간이 필요로 하는 운전자들이 사전에 PDA나 휴대폰을 이용하여 사용 가능한 주차공간의 위치와 주차가능 여부를 알려주는 서비스를 제공한다. 기존의 주차관리 시스템들이 차량의 입출입상황을 단순한 센서들을 이용하는 반면, 본 연구에서는 단순히 센서만을 이용하여 서버에 전송하는 것이 아닌, 사용자 단말기로부터의 입력을 센서 노드에 명령으로 전송하여 실시간 주차정보를 제공할 수있는 것이 제안한 시스템의 특징이다. 본 연구에서는 제안한 유비쿼터스 주차시스템의 구현을 위하여 센서 노드를 개발하고, 센서 노드 어플리케이션과 웹서버 어플리케이션을 개발하여 시스템 운영을 위한 모든 시스템을 자체 개발, 제작하였다.
또한, 개발한 시스템의 성능을 검증하기 위하여 대학 내 실제 주차공간에 센서 네트워크를 구축하여 개발한 하드웨어 및 소프트웨어들의 기능을 확인하였으며, 소모전류를 측정하여 시스템의 수명을 계산하였다.
본 연구에서 개발한 UPMS는 센서 네트워크를 사용하여 개발된 시스템으로, 주차공간마다 설치된 센서 노드들이 동적으로 네트워크를 형성하고, 검출한 데이타를 형성된 네트워크 경로를 따라 서버에 전달한다. 수집된 주차공간정보는 웹 서버에 저장되어 운전자가 차내에서 자신의 텔레매틱스 단말기나 휴대폰, 또는 PDA의 웹 클라이언트를 이용하여 무선인터넷으로 서버에 접속하면 현재 주차장의 상황을 확인하고 빈 주차 공간을 확보 할 수 있다.
본 연구에서 개발한 UPMS시스템의 동작시험을 위하여 8개의 센서 노드, 1개의 중계노드, 1개의 기지국 노드로 구성된 센서 노드를 실제 대학 캠퍼스 내 소규모 주차장에 설치하여 운영하였다. 센서 노드는 초음파센서를 부착하고, 주차구역마다 1대씩 설치하였으며, 중계노드는 센서 없이 센서 노드들과 기지국 노드와의 통신을 위해 사용되었으며, 기지국 노드는 웹 서버에 부착하였다.
본 연구에서 개발한 시스템은 센서 네트워크와 웹 서버로 나누어진다. 센서 네트워크는 버클리대학의 Micaz모트와 호환성이 있는 ATmegal28⑻ 기반 소형 모트인 CESL센서 노드를 자체 제작하여 이용하였으며, 초음파 송수신기 모듈을 연결하여 차량의 유무를 감지하도록 설계하였다.
센서 노드의 설치는 전원공급 후, 메시지 송수신 시험을 통하여 노드의 동작을 확인하고, 초음파 디바이스 드라이버를 이용하여 차량탐지 성능을 웹 서버에서 확인한다. 사용한 초음파센서의 상태에 따라 차량감지 여부가 달라지므로, 차량 범퍼까지의 거리를 초음파 센서 감도에 따라 결정하였다.
나누어진다. 센서 네트워크는 버클리대학의 Micaz모트와 호환성이 있는 ATmegal28⑻ 기반 소형 모트인 CESL센서 노드를 자체 제작하여 이용하였으며, 초음파 송수신기 모듈을 연결하여 차량의 유무를 감지하도록 설계하였다. 탑재 소프트웨어로는 TinyOS[9]에서 동작하는 UPMS 응용을 자체 개발하였다.
주차장에 설치하여 운영하였다. 센서 노드는 초음파센서를 부착하고, 주차구역마다 1대씩 설치하였으며, 중계노드는 센서 없이 센서 노드들과 기지국 노드와의 통신을 위해 사용되었으며, 기지국 노드는 웹 서버에 부착하였다. 그림 12는 UPMS 센서 노드들이 설치되어 있는 모습을 보여준다.
센서 네트워크의 설치는 먼저 기지국 노드와 중계노드를 설치하여 무선 네트워크의 구성을 확인하고, 센서 노드들을 한 개씩 설치해나가는 순서로 이루어 졌다. 센서 노드의 설치는 전원공급 후, 메시지 송수신 시험을 통하여 노드의 동작을 확인하고, 초음파 디바이스 드라이버를 이용하여 차량탐지 성능을 웹 서버에서 확인한다. 사용한 초음파센서의 상태에 따라 차량감지 여부가 달라지므로, 차량 범퍼까지의 거리를 초음파 센서 감도에 따라 결정하였다.
센서보드는 MCU로 Atmel사의 ATmegal28L을, RF는 Chipcorl사의 CC2420B0] 을 장착한 노드로 버클리대학의 Micaz 노드와 호환성이 있는 자체 개발한 CESL 센서 노드를 개발하여 사용했으며, 차량감지를 위해서 MA40B 초음파 센서를 이용하였다. 그림 2는 실제 본 시스템에서 사용하는 CESL 센서 보드와 초음파 센서를 연결한 모습이다.
웹 서버는 건물 지상 4층 실내에 설치하였으며, 지상에 있는 주차장까지는 중계노드를 이용해 창문을 통하여 주차장에 설치한 센서 노드들과 통신이 가능하도록 하였다. 지상에서 4층까지의 높이는 약 14m 정도이며 지상에 설치한 중계노드와 직접 연결이 되어 애드혹 네트워크를 구성한다.
탑재 소프트웨어로는 TinyOS[9]에서 동작하는 UPMS 응용을 자체 개발하였다. 웹서버는 일반 PC를 이용하였으며, 웹 응용프로그램을 개발하여 수집된 주차정보를 데이타베이스화하고, 그래픽사용자 인터페이스를 제공하였다.
TinyOS는 센서 노드와 같은 저전력, 초소형, 저가의 노드에 저전력, 적은 코드 사이즈, 최소한의 하드웨어 리소스를 사용하는 임베디드 운영체제를 목표로 하며, 프로그래밍 언어로는 nesC가 入)용된다. 이 논문에서 개발한 센서 네트워크 어플리케이션도 TinyOS 기반으로 nesC를 사용하여 만들었으며 CESL 센서 노드에 맞도록 TinyOS를 포팅 (porting) 하였다.
이때 서로 다른 센서 노드들이 이 메시지를 받고 다시 전달하는 가운데 무한 루프에 빠질 위험이있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 MultiHopRouter 컴포넌트에서 전송하는 메시지의 플래그를 설정하여 일정시간 후에 플래그가 해제되는 방법을 사용하였다.
이를 위해 Reading thread와 Analyzer를 구현하여 주차장의 현재 상황을 모니터링하고 웹으로 사용자에게 보여준다. 그림 9와 그림 10은 Reading Thread와 Analyzer의 순서도이다.
차량의 정확한 감지를 위해서 센서 노드들을 위한 구조물을 제작하여, 센서 노드의 초음파 송수신기가 차량의 범퍼 높이에 위치하도록 하였다. 그림 13은 제작된 센서 노드의 모습을 보여준다.
센서 네트워크는 버클리대학의 Micaz모트와 호환성이 있는 ATmegal28⑻ 기반 소형 모트인 CESL센서 노드를 자체 제작하여 이용하였으며, 초음파 송수신기 모듈을 연결하여 차량의 유무를 감지하도록 설계하였다. 탑재 소프트웨어로는 TinyOS[9]에서 동작하는 UPMS 응용을 자체 개발하였다. 웹서버는 일반 PC를 이용하였으며, 웹 응용프로그램을 개발하여 수집된 주차정보를 데이타베이스화하고, 그래픽사용자 인터페이스를 제공하였다.
대상 데이터
개발한 UPMS 시스템을 대학 내 10대 규모의 주차공간에 실제 설치하여 운영하였으며, 대학외부에서 운전 중인 운전자의 PDA를 통하여 실시간 주차정보를 획득할 수 있었다.
이론/모형
센서 노드에 탑재되는 네트워크 어플리케이션은 Surge[9]라는 TinyOS응용프로그램을 기반으로 작성되었다. Surge는 멀티 홉 애드 혹 라우팅을 하는 TinyOS에서 제공하는 기본 어플리케이션 프로그램 중에 하나이다 본 시스템에서는 이를 기반으로 하여 주차 관리 시스템에서 필요한 기능을 추가하거나 수정하여 사용하였으며 그 구조는 그림 3과 같다.
이 컴포넌트는 웹 서버와 시리얼로 연결된 기지국 노드를 루트(root)로 하여 다른 노드까지 shortest-path-first 알고리즘을 사용하여 데이타를 전달한다[11丄 우리는 UPMS시스템의 최상위 컴포넌트에 MultiHopRouter 컴포넌트가 제공하는 interface들을 연결하여 그 기능을 활용하였다. MultiHopRouter 컴포넌트는 다시 몇 개의 컴포넌트로 나뉘어질 수 있는데 그 구성은 그림 4와 같다.
성능/효과
기존의 주차관리 시스템에서는[5-7] 차량에 태그를 장착해야 하거나, 차량의 진출입 상황 만을 관리하는 단순한 센서에 의존하는 반면, 본 연구에서 제안하는 시스템은 각 주차공간마다 마이크로 프로세서를 사용하는 센서 노드를 사용함으로써 노드들 간의 네트워크를 동적으로 구축하고, 이를 통하여 실시간 주차정보를 제공한다는 점이 가장 큰 차이점이라 할 수 있다.
설치된 UPMS는 설치 후 성공적으로 차량의 출입을 기록하였으며, 네트워크 설치위치로부터 약 5km 떨어진 다른 기관의 건물에서 무선인터넷을 통해 PDA로 웹 서버에 접속하여 주차공간의 활용현황을 성공적으로 확인할 수 있었다.
측정하여 예측할 수 있다. 수명 예측을 위하여 각 노드에서 소모하는 전류를 FLUKE189 디지탈 멀티미터를 사용하여 측정한 결과, 중계노드는 3.3v전압에서 평균 13.37mA를 소모하며, 초음파 센서가 부착된 센서 노드는 3.3v를 사용하는 프로세서 보드와 9v 전원을 사용하는 초음파 센서 보드로 구성되며, 3.3v에서 13.60mA, 9v에서 6.79mA를 소모하는 것으로 측정되었다. 시스템의 수명을 결정짓는 노드는 따라서 초음파 센서를 부착한 센서 노드들이며, 이들의 수명은 사용한 밧데리의 데이타를 이용하여 계산할 수 있다.
수집된 주차공간정보는 웹 서버에 저장되어 운전자가 차내에서 자신의 텔레매틱스 단말기나 휴대폰, 또는 PDA의 웹 클라이언트를 이용하여 무선인터넷으로 서버에 접속하면 현재 주차장의 상황을 확인하고 빈 주차 공간을 확보 할 수 있다. 그러므로 주차관리에서처럼 많은 수의 주차요원이 필요치 않으므로, 인건비절감 효과가 크며, 센서의 설치 및 사용이 간편하다는 장점이 있다.
후속연구
8 일 동안 운영이 가능하다. 본 시스템의 수명을 개선하기 위해서는 전류 소비량에서 큰 비중을 차지하는 무선 네트워크를 사용한 송수신 알고리즘을 개선하고, 초음파 센서보드의 구동을 최소화 할 수 있는 Idle 모드를 구현해야 할 것으로 판단된다.
향후 개발된 센서 노드들을 대량으로 제작하여 점차적으로 설치 규모를 확대할 예정이며, 외부 센서 노드의 방 수, 유지관리 문제와 센서 노드 설치 지원 프로그램개발 등에 추가적인 연구를 수행할 계획이다.
참고문헌 (13)
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L. Krishnamurthy et al., 'Design and deployment of industrial sensor networks: Experiences from a semiconductor plant and North sea,' In Proc. of ACM SenSys 2005, pp. 64-75
강영돈, 박현주, '모바일 환경에서의 XML을 이용한 실시간 주차정보 시스템', 한국정보처리학회 추계학술대회 논문집, 제10권 2호, 2003
양재석, 진명관, 김경남, 강봉남, 김도현, 변상용, '무선인터넷 기반의 효율적인 주차 관리 시스템의 설계 및 구현', 한국콘텐츠학회 추계학술대회 논문집, 제3권 2호, pp. 500-505, 2005
이현섭, 김진덕, 'RFID를 이용한 통합 주차 관제 시스템', 한국해양정보통신학회 춘계종합학술대회 논문집, pp. 331-335, 2007
Atmel, http://www.atmel.com
J. Hill et al., 'System architecture directions for networked sensors,' Proc. of ASPLOS, 2000
Chipcon products from Texas Instrument, http://www.chipcon.com
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