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USN을 이용한 스키장 사각 지역 감시 시스템
Monitoring System of Blind Areas in a Skiing Resort using a USN 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part D. Part D, v.16D no.2, 2009년, pp.249 - 256  

이형봉 (강릉원주대학교 컴퓨터공학과) ,  정의민 (강릉원주대학교 전자공학과) ,  박래정 (강릉원주대학교 전자공학과) ,  문정호 (강릉원주대학교 전자공학과) ,  정태윤 (강릉원주대학교 전자공학과)

초록
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이 논문은 강원도의 u-Sports 시범 사업 일환으로 진행된 강원도 용평 스키장의 사각 지역 감시 시스템을 위한 효율적인 USN을 제안한다. 스키장의 사각 지역은 사람의 왕래가 뜸한 슬로프 외곽이나 관제의 시각 영역에서 벗어난 급경사 지역 등을 말하는데, 이런 지역에서 사고를 당하여 거동이 어려워지면 관제 센터에서는 이에 대한 신속한 대응이 어렵다. 이 논문의 사각 지역 감시 시스템은 다섯 개의 이미지 센서 노드가 설치된 사각 지역의 현재 모습을 제안된 USN을 통하여 중앙 관제 센터에서 실시간으로 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 사고 당사자가 주변에 설치된 긴급 버튼을 누를 경우에는 긴급 이미지 및 경보가 관제 센터로 즉시 전송되어 신속한 구조를 가능하게 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper introduces an efficient USN (ubiquitous sensor network) for monitoring blind areas in a skiing resort, developed as a part of u-Sport showcase project of Gangwon Province. Blind areas of a skiing resort are dangerous and/or steep areas located aroud ski slopes, which are rarely traveled a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (그림 1)에서 보는 바와 같이 사각 지역 감시를 위한 이미지 센서 노드들은 촛점을 중심부로 향하게 하고, 사각 지역 경계선을 따라 성형으로 배치하는 것이 적절하기 때문에, 이들을 연결하는 USN 또한 성형 토폴로지가 적당하다. 이 논문에서는 이미 널리 알려져 있는 Bluetooth 프로토콜 개념을 이미지 전송에 적합하도록 변형시킨 새로운 USN 프로토콜(이하 UPUS 프로토콜: Ultra low Power USN for Star topology)을 모색하여 구현하였다.
  • 이 논문에서는 이미지 센서를 활용하여 사각 지역 을 감시하기 위한 효율적인 USN인 UPUS를 제안하여 구현했고, 현재 용평 스키장에서 실제 운영 중에 있다. 이 시스템에는 Bluetooth와 같은 표준화된 USN 제품 혹은 프로토콜을 적용할 수도 있겠으나, 전력 소모, 통신 품질, 소요 비용 등 몇 가지 측면에서 더 나은 USN 플랫폼 개발이 불가피하였다.
  • 일반적으로 USN 평가는 대부분 전송 지연과 전력 소모 측면에서 다루어진다. 이 논문에서는 표준 프로토콜로서 본사각 지역 감시 시스템에 적용될 가능성이 있는 Bluetooth 프로토콜을 제안된 UPUS 프로토콜과 개념적 차원에서 비교함으로써 UPUS의 필요성과 강점을 조명한다.
  • 이 논문에서는, 사각 지역 감시 시스템과 같이 이미지 전송을 필요로 하는 실제 환경에서 기존의 100 바이트 내외의 짧은 데이터 전송 위주의 표준 방식보다 더 적합한 USN을 설계하여 적용하고, 그 것이 기술 및 산업적인 관점에서 갖는 의미를 조명해 볼 수 있는 하나의 실증적 사례[1]로 제시하고자 한다. 이를 위하여 2 장에서 USN 관련 연구를 간략하게 살펴보고, 3 장에서 스키장 사각 지역 관리를 위한 이미지 전송 USN(UPUS)을 제안하며, 4장에서 스키장 사각 지역 관리 시스템 구현 및 평가, 그리고 그 시스템의 시연 내용을 보인다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
잘 알려진 시간 동기화를 위한 방법에는 무엇이 있는가? 시분할 기반 방식은 노드들의 엄격한 시간적 동기화를 기반으로 충돌을 원척적으로 예방함으로써 통신 효율을 높인다. 시간 동기화를 위한 방법으로 TinyOS[6]에서 검증된 TPSN[7], FTSP[8] 등의 프로토콜이 잘 알려져 있다. 이 방식에서 모든 노드들은 물리적으로 매우 밀접한 클러스터를 형성해야 하므로 클러스터 간의 간섭 통제나, 클러스터 내의 노드 추가 또는 제거 관리에 대한 부담이 커지기 때문에, 클러스터를 구성하는 노드 수에 상당한 제한을 두는 것이 보통이다.
경쟁 기반 방식의 장점은 무엇인가? 전통적으로 자주 사용되는 경쟁 기반 방식은 동작(대기 및 전송)과 휴면을 주기적으로 반복하는 방법인데, S-MAC[2], S-MAC에서의 고정된 대기 구간에 융통성을 부여한 T-MAC[3], 동기화를 요구하지 않고 CSMA에 충실한 B-MAC[4] 등이 소개되어 있다. 이들 방식은 구현이 간단하고 코드 사이즈가 작으므로 MAC 계층으로서의 역할에 충실하여 보다 유연하고 잘 정의된 네트워크 계층을 구성할 수 있는 장점이 있으나, 긴급한 데이터 전송 지연 시간에 대한 한계를 설정할 수 없고, 노드들이 밀집된 지역에서는 충돌 회피를 위한 양보 시간(back-off time)으로 인해 전력 소모가 크다는 단점이 있다[5]. 이런 단점들은 전송 매체를 공유해야하는 무선 통신환경에서 이미지 등과 같은 대용량 데이터 전송의 효율성을 크게 저하시키는 요인이 된다.
RF를 통신 매체로 사용하는 USN에서 해결해야할 가장 중요한 사항은 무엇인가? RF를 통신 매체로 사용하는 USN에서 해결해야 할 가장 중요한 사항은 다수의 통신 관여자 즉, 노드들이 서로를 방해하지 않고 효율적으로 통신하기 위한 방법이다, 예를 들어, 여러 개의 노드들이 자신들의 데이터를 아무런 통제 없이 아무 때나 보낸다고 가정하면, 그 데이터들은 충돌(collision)에 의해 제대로 전송되지 못한다. 이와 같이 무선 통신에서는 충돌을 예방할 수 있는 방법이 필수적으로 요구되는데, 여기에는 크게 경쟁 기반 방식과 시분할 기반 방식이 있다.
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참고문헌 (10)

  1. 정의민, 이형봉 외 2인, 'USN을 이용한 스키장 사각지역 관리', 한국정보처리학회 2008년 춘계학술발표대회, 제15권, 제1호, pp.520-521, 2008년 5월 

  2. W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin. 'An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks', INFOCOM 2002, Vol.3, pp.1567-1576, June, 2002 

  3. Tijs van Dam, Koen Langendoen. 'An Adaptive Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks', SenSys'03, Los Agngeles, November, 2003 

  4. Joseph Polastre, Jason Hill, David Culler, 'Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks', SenSys'04, Baltnore, November, 2004 

  5. 이형봉, 박래정 외 3인, '양방향 통신을 지원하는 시분할 기반무선 센서 네트워크의 구현', 한국정보과학회 컴퓨팅의 실제 및 레터, 제14권, 제4호, pp.341-351, 2008년 6월 

  6. P. Levis, S. Madden, J. Polastre, R. Szewczyk, K. Whitehouse, A. Woo, D. Gay, J. Hill, M. Welsh, E. Brewer, and D. Culler, 'TinyOS: An operating system for wireless sensor networks', Ambient Inteligence, Springer-Verlag, 2004 

  7. Saurabh Ganeriwal, Ram Kumar, Mani B. Srivastava. 'Timing-sync Protocol for Sensor Networks,' SenSys'03, Los Angeles, November, 2003 

  8. Miklos Maroti, Branislav Kusy, Gyula Simon, Akos Ledeczi. 'The Flooding Time Synchronization Protocol,' SenSys'04, Baltimore, November, 2004 

  9. Specification of the Bluetooth System: Core(2001), http://www.bluetooth.org/ 

  10. Roberto Verdone, Davide Dardari, Gianluca Mazzini, Andrea Conti, Wireless Sensor and Actuator Networks-technolgies, analysis and design, Academic Press, pp.143-158, 2008 

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