본 논문은 산악지역이나 지역적으로 급작한 기후 변화를 일으키는 곳을 모니터링할 수 있는 시스템을 통하여 재난피해를 최소화시키기 위한 국지적 기상모니터링 시스템 개발에 관한 것이다. 우선 우리나라의 재해재난 관련 모니터링 시스템에 관한 연구 현황을 수집 및 분석하였으며, 이러한 국지 기상모니터링 시스템의 실현가능성과 장점에 대해 조사하였다. 또한, 외국의 사례들을 참조하여 무선센서 네트워크와 CDMA 망의 통합을 바탕으로 한 효율적인 국지 기상모니터링 시스템의 구축을 위한 방향을 제시 하였으며, 이러한 시스템을 위해 필요한 각종 데이터 수집을 위한 센서보드와 $20{\sim}200m$ 정도의 가까운 거리 마다 설치될 센서노드와 센서인터페이스, 전력공급장치 등에 대하여 조사하고, 제작하여 테스트하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 앞으로의 모니터링 시스템 관련 연구과제의 도출과 통합된 정보가 기상관측소, 방송국, 지역 재난경보시 템과 연결되어서 급작스런 기후변화나 또는 홍수 등의 위험 경보를 그 지역에 있는 관광객 및 거주자에게 휴대폰 또는 방송으로 알려주는 서비스를 통해 많은 연구 분야에서 활용될 수 있으리라 판단된다.
본 논문은 산악지역이나 지역적으로 급작한 기후 변화를 일으키는 곳을 모니터링할 수 있는 시스템을 통하여 재난피해를 최소화시키기 위한 국지적 기상모니터링 시스템 개발에 관한 것이다. 우선 우리나라의 재해재난 관련 모니터링 시스템에 관한 연구 현황을 수집 및 분석하였으며, 이러한 국지 기상모니터링 시스템의 실현가능성과 장점에 대해 조사하였다. 또한, 외국의 사례들을 참조하여 무선센서 네트워크와 CDMA 망의 통합을 바탕으로 한 효율적인 국지 기상모니터링 시스템의 구축을 위한 방향을 제시 하였으며, 이러한 시스템을 위해 필요한 각종 데이터 수집을 위한 센서보드와 $20{\sim}200m$ 정도의 가까운 거리 마다 설치될 센서노드와 센서인터페이스, 전력공급장치 등에 대하여 조사하고, 제작하여 테스트하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 앞으로의 모니터링 시스템 관련 연구과제의 도출과 통합된 정보가 기상관측소, 방송국, 지역 재난경보시 템과 연결되어서 급작스런 기후변화나 또는 홍수 등의 위험 경보를 그 지역에 있는 관광객 및 거주자에게 휴대폰 또는 방송으로 알려주는 서비스를 통해 많은 연구 분야에서 활용될 수 있으리라 판단된다.
An local area weather condition monitoring system to minimize many disasters from the sudden change of weather condition in local and mountain ales is proposed. Firstly, the comparison of present state of the related monitoring systems and the possibility of realization with some merits are investig...
An local area weather condition monitoring system to minimize many disasters from the sudden change of weather condition in local and mountain ales is proposed. Firstly, the comparison of present state of the related monitoring systems and the possibility of realization with some merits are investigated. Moreover, this paper present direction of local area weather condition monitoring system based on integration of wireless sensor network and CDMA network following some case study. The sensor node for wireless sensor network and an interface dongle are fabricated for the system. The stand-alone software in cellular phone is also developed. Through the efficient integration of both networks, the measured weather condition data from sensors can be transmitted to the server or mobile to monitor with high reliability. The proposed monitoring system will guide new type of project in wireless sensor network and support alarm service of the sudden change of weather condition to mobile user from central official regulations.
An local area weather condition monitoring system to minimize many disasters from the sudden change of weather condition in local and mountain ales is proposed. Firstly, the comparison of present state of the related monitoring systems and the possibility of realization with some merits are investigated. Moreover, this paper present direction of local area weather condition monitoring system based on integration of wireless sensor network and CDMA network following some case study. The sensor node for wireless sensor network and an interface dongle are fabricated for the system. The stand-alone software in cellular phone is also developed. Through the efficient integration of both networks, the measured weather condition data from sensors can be transmitted to the server or mobile to monitor with high reliability. The proposed monitoring system will guide new type of project in wireless sensor network and support alarm service of the sudden change of weather condition to mobile user from central official regulations.
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문제 정의
본 논문에서는 무선센서 네트워크와 CDMA 망 기술의 접목한 국지적 기상모니터 링 시스템을 제안하였으며, 산골마을, 인적이 드문 계곡, 한철만 사람들이 붐비는 캠프장과 같은 곳에서의 기상이변에 의한 피해를 최소화하고 그 위 험을 미 리 경보하여 인명을 보호할 수 있는 새로운 방법의 시스템을 제시하였다. 또한 신뢰성 있는 기상데이터의 획득과 효율적인 전송으로 인한 모니터 링의 시간단축, 측정비용 절감, 오염 발생 시 대처시간및 복구, 유지보수 등의 모든 면에 걸쳐 향상된 결과를기대할수 있다.
특히, 산골마을, 인적 이 드문 계곡, 한철만 사람들이 붐비는 캠프장과 같은 곳에서의 기후변화는 광역지역이나 도시지역과는 달리 일반적인 기상관측 및 예보만으로는 그 기후변화 및 위험 모니터링이 정확하지못하며, 그에 대한 기상재해 모니터링 기술이 현재로서는 매우 많이 부족한 실정 이다. 이 러 한 문제 점 을 극복하고자 본 논문에서는 메쉬형태로 구성된 네트워크 인프라 망으로 활용한 무선센서 네트워 크와 CDMA 망을 결합한 국지적 기상모니터링 시스템을 제안하여 오지의국지적인 기상을 효율적으로 모니터링할 수 있도록 설계하였다.
제안 방법
프로그램들과 연동된다. 계측된 기상 데이터의분석 및 모니터링을 위해 PC에서 상시 모니터링이 가능하도록 하였으며, 여러 개의 센서노드로 구성된 메쉬형태의 센서네트워크를 효율적으로 관리하기 위한운용관리 상태 모니터링 소프트웨어를 서버에 구현하여 각 센서노드의 상태를 실시간으로 관리할 수 있도록 한다.
센서 포트는 I2C 포트와 각각의 ADC에 연결되어 있으며, RF 송수신을 담당하는 CC2420RFIC와는 SPI 포트를 통하여 송수신 데이터의 전송이 이루어지며, 내부 레지스터는 3개의 제어 신호를 사용하여 접근이 가능하게 하였다. 기본적 인 동작은 무선센서노드로부터 센싱된 데이터를 중계노드를 통해 모바일 폰에서읽 어 들이 고 CDMA 망을 이용하여 메시지 형식 으로 측정 데이터를 전송하여 CDMA 망을 무선센서네트워크와 상호 연동하도록 하였다. 센서 네트워크와 CDMA 망의 효율적 인 연동을 통해 중앙관제 센터 에서는 PC용 모니터링 서버 프로그램을 개발하여 측정된 데이터를 원격 으로 모니 터 링 하도록 한다[5].
센서 네트워크에 사용된 기상관측용 센서로는 온습도, 지중온도, 기압, 풍향, 풍속, 강우 감지, 강우량 센서 등의 센서를 사용하여 각각의 총 7가지 의 데 이 터 를 수집 하도록 한다. 다양한 기후에 적용할수 있도록 이득, 대역, 임피던스 특성을 조절 가능한 기상관련에 맞는 센서 보드를 설계하도록 한다.
또한 정확하고 신속하게 관측된 기후의 변화를 실시간으로 계측하고 데이터화할 수 있도록 기상센서보드를 구현하여 센서 노드와 함께 사용하도록 한다. 센서 네트워크에 사용된 기상관측용 센서로는 온습도, 지중온도, 기압, 풍향, 풍속, 강우 감지, 강우량 센서 등의 센서를 사용하여 각각의 총 7가지 의 데 이 터 를 수집 하도록 한다.
이러한 접속은 HTTP 형식처럼 사용되는 마크업 언어로써 정보표시 및원하는 정보를 찾아갈 수 있도록 만들어 주는 휴대용 기기를 위한 마크업 언어인 WML 등을 이용할 수도 있지만 UDP혹은 TCP/IP와 같은 실시간 데이터 통신을 위한프로토콜도 제공된다. 또한, 수집된 기상 관측 데이터의 실시간 분석을 위해 WW에서 Socket 방식으로 지원해주는 네트워크 프로토콜인 TCP Socket 방식을 사용하여 데이터의 실시간 전송을 가능하게 하였다. 위 어플리케이션의 통한 데이터 분석을 바탕으로 이상기후 예측 시 SMS 경보발령을 통해 특정 지역의 사람들에게 기상정보를 제공하여 급작스럽게 발생되는 위험을 미연에 방지할 수 있도록 하였다.
먼저 메쉬형 태로 구성된 네트워크를 이용하여 비교적 넓은 지 역 에서 의 신뢰성 보장을 위 한ZigBee 모듈이 탑재된 원형 모양의 초소형 40mm X 40mm사이즈 이하의 2.4 GHz, 250 Kbps, IEEE 802.15.4 기반의 무선 센서노드를 설계 및 제작하여 원격모니터링을 가능하게한다.
9V의 유연한 입력 전원을사용하는 배터리전원을 사용하고 통신거리가 최적의 조건에서 최대 100 이이며, 3V배터 리로 전원을 인가할 경우 송신 시 40mA, 대기상태에서 30uA정도의 전력을 소모한다. 무선센서노드는 기존 센서노드의 유연하지 못한 인터페이스 방법에 대한 문제점을 보완하기 위해 휴대폰, PDA, Embedded기기, PC등과의 인터페이스를고려하여 공통적으로 사용할 수 있는 외부 시리얼 인터페이스를 추가하여 다양한 확장성을 추구하였다.
본 논문에서 사용되는 무선센서 노드는 그림 6과 같이고용량의 Flash Memory를 가진 MSP430F1611(TI, USA) 마이 크로컨 트롤 러 와 IEEE 802.15.4 기 반의 RF트 랜시 버 (CC2420, ChipconAS, Norway), 외부 플래시메모리로 구성하여 주변 인터페이스와 확장 가능하도록 제작하였으며, 무선센서네트워크와의 호환성을 유지하기 위해 TinyOS 지원이 가능하도록 한다. 무선센서노드의 동작은2.
그림 9는 WIPI를 사용하기 위한 모바일 프로그램 구조를 보여주고 있다. 본 논문에서는 JAVA환경으로 개발하고 개발환경은 JDK L3과 WWPI 1.2를 사용하였다. 모바일은 삼성 제품을 사용하였고 통신사는 SK텔레콤, 어플리케이션 다운로드는 SK 개 발자사이 트에 서 지 원하는 시험용 서버를 사용하였다[6].
본 논문에서는 기상재해 관련 신호와 네트워크 토폴로지 형성을 모니터링 하기 위해 모바일 폰과 중계노드를 연결할 인터페이스를 그림 7과 같이 설계하였다. 중계 노드 상단에 센서 I/O 포트, RF 회 로, MCU 회 로가 구성되어 있으며, 하단에는 마이크로컨트롤러 선로를 위한 Ground 층으로 구현되어 있다.
구현하여 센서 노드와 함께 사용하도록 한다. 센서 네트워크에 사용된 기상관측용 센서로는 온습도, 지중온도, 기압, 풍향, 풍속, 강우 감지, 강우량 센서 등의 센서를 사용하여 각각의 총 7가지 의 데 이 터 를 수집 하도록 한다. 다양한 기후에 적용할수 있도록 이득, 대역, 임피던스 특성을 조절 가능한 기상관련에 맞는 센서 보드를 설계하도록 한다.
중계노드 인터페이스는 3개의 커넥터를 사용하며, 6핀의 커넥터는 ISP 및 Serial 장치 와 연결되 며, 5핀의 커 넥터는 제어 I/O 포드와연결되고, 19핀의 커넥터는 확장포트와연결 되어 센서값을 읽 는다. 센서 포트는 I2C 포트와 각각의 ADC에 연결되어 있으며, RF 송수신을 담당하는 CC2420RFIC와는 SPI 포트를 통하여 송수신 데이터의 전송이 이루어지며, 내부 레지스터는 3개의 제어 신호를 사용하여 접근이 가능하게 하였다. 기본적 인 동작은 무선센서노드로부터 센싱된 데이터를 중계노드를 통해 모바일 폰에서읽 어 들이 고 CDMA 망을 이용하여 메시지 형식 으로 측정 데이터를 전송하여 CDMA 망을 무선센서네트워크와 상호 연동하도록 하였다.
또한, 수집된 기상 관측 데이터의 실시간 분석을 위해 WW에서 Socket 방식으로 지원해주는 네트워크 프로토콜인 TCP Socket 방식을 사용하여 데이터의 실시간 전송을 가능하게 하였다. 위 어플리케이션의 통한 데이터 분석을 바탕으로 이상기후 예측 시 SMS 경보발령을 통해 특정 지역의 사람들에게 기상정보를 제공하여 급작스럽게 발생되는 위험을 미연에 방지할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
2를 사용하였다. 모바일은 삼성 제품을 사용하였고 통신사는 SK텔레콤, 어플리케이션 다운로드는 SK 개 발자사이 트에 서 지 원하는 시험용 서버를 사용하였다[6].
후속연구
새로운 방법의 시스템을 제시하였다. 또한 신뢰성 있는 기상데이터의 획득과 효율적인 전송으로 인한 모니터 링의 시간단축, 측정비용 절감, 오염 발생 시 대처시간및 복구, 유지보수 등의 모든 면에 걸쳐 향상된 결과를기대할수 있다.
참고문헌 (8)
행정안전부, http://www.mopas.go.kr
한국정보사회진흥원, http://www.nia.or.kr
J.Manobianco, "Global Environmental Micro Sensors (GEMS): A Revolutionary Observing System for the 21st Century", NASA Institute for Advanced Concepts Atlanta, GA, 31 August, 2005
M.Hirafuji, "Field Server - a Wireless Sensor Network for Plant and Field Condition Monitoring", Computational Modeling Laboratory, National Agricultural Research Center, Japan, 2004
C.L.Yau and W.Y.Chung, "Personal Mobile Healthcare Diagnosis System with Auto Switching of IEEE 802.15.4 Network and CDMA Network", 7th East Asian Conference on Chemical Sensors, December 3-5, Hotel Novotel Clarke Quay, Singapore, p.53, 2007
http://www.wipi.or.kr
(주)현대정보기술, "유비쿼터스 서비스 모델 발굴을 위한 USN 현장시험 연구과제: USN기반의 소양강 상류천 수질관리를 위한 정보수집 시스템 구축", 2007
정완영, 정상중, 김종진, 권태하, "WSN기반의 국지적 기상모니터링 시스템 고찰", 한국 해양정보통신학회 춘계종합학술대회, 제13권, 제1호, pp.271-276, 2009
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