저전력 기술에 기반한 무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Networks, WSN) 기술은 유비쿼터스 사회에서 핵심 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 WSN환경에서의 국경 감시 및 제어 시스템을 제안한다. 시스템은 고정 센서노드, 모바일 센서노드, 고정 게이트웨이, 모바일 게이트웨이, 서버, 모바일 애플리케이션으로 구성된다. 이 시스템의 유용성은 모바일 애플리케이션은 사용자모드와 관리자모드로 나뉘어, 일반 사람들도 시간과 공간의 제약 없이 스마트폰을 통해 국경 침범을 감시하고 국경 망 환경에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 관리자모드에서는 노드들의 유동적 작동을 위해 관리자가 원격으로 소프트웨어 업데이트를 할 수 있고, 모바일 노드의 위치를 조정할 수 있다. 또한 저전력 센서노드의 확장성을 위해 시스템에 적합한 멀티 홉 라우팅프로토콜을 적용하여 구현하였으며 제안한 시스템이 한정된 자원과 저사양의 하드웨어로 동작하는 WSN환경에서도 신속하고 정확하게 동작함을 확인하였다.
저전력 기술에 기반한 무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Networks, WSN) 기술은 유비쿼터스 사회에서 핵심 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 WSN환경에서의 국경 감시 및 제어 시스템을 제안한다. 시스템은 고정 센서노드, 모바일 센서노드, 고정 게이트웨이, 모바일 게이트웨이, 서버, 모바일 애플리케이션으로 구성된다. 이 시스템의 유용성은 모바일 애플리케이션은 사용자모드와 관리자모드로 나뉘어, 일반 사람들도 시간과 공간의 제약 없이 스마트폰을 통해 국경 침범을 감시하고 국경 망 환경에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 관리자모드에서는 노드들의 유동적 작동을 위해 관리자가 원격으로 소프트웨어 업데이트를 할 수 있고, 모바일 노드의 위치를 조정할 수 있다. 또한 저전력 센서노드의 확장성을 위해 시스템에 적합한 멀티 홉 라우팅 프로토콜을 적용하여 구현하였으며 제안한 시스템이 한정된 자원과 저사양의 하드웨어로 동작하는 WSN환경에서도 신속하고 정확하게 동작함을 확인하였다.
WSN (Wireless Sensor Network) based on low-power is one of the core technologies in the ubiquitous society. In this paper, we present a border surveillance and control system in WSN environment. The system consists of static sensor node, mobile sensor node, static gateway, mobile gateway, server and...
WSN (Wireless Sensor Network) based on low-power is one of the core technologies in the ubiquitous society. In this paper, we present a border surveillance and control system in WSN environment. The system consists of static sensor node, mobile sensor node, static gateway, mobile gateway, server and mobile application. Mobile applications are divided into user mode and manager mode. So users monitor border surveillance through mobile phone and get information of border network environment without time and space constraints. In manager mode, for the flexible operation of nodes, manager can update to the software remotely and adjust the position of the mobile node. And also we implement a suitable multi-hop routing protocol for scalable low-power sensor nodes and confirm that the system operates well in WSN environment.
WSN (Wireless Sensor Network) based on low-power is one of the core technologies in the ubiquitous society. In this paper, we present a border surveillance and control system in WSN environment. The system consists of static sensor node, mobile sensor node, static gateway, mobile gateway, server and mobile application. Mobile applications are divided into user mode and manager mode. So users monitor border surveillance through mobile phone and get information of border network environment without time and space constraints. In manager mode, for the flexible operation of nodes, manager can update to the software remotely and adjust the position of the mobile node. And also we implement a suitable multi-hop routing protocol for scalable low-power sensor nodes and confirm that the system operates well in WSN environment.
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문제 정의
국방 망에 센서노드를 설치하여 주변 환경을 자동적으로 파악하기 위해 저전력, 저비용, 사용의 용이성 등의 장점을 갖는 지그비 모듈을 통해 게이트웨이로 전달한다. 그리고 게이트웨이와 서버를 연결하는 CDMA 모듈을 통해 거리 제약을 벗어난 통신을 제공함으로써 사용자들에게도 신속하고 정확하게 데이터를 전달하는 목적을 가진다. 관리자는 원하는 지역의 데이터를 얻기 위해, 모바일 노드를 통해 명령에 따라 해당 위치로 이동시킨 뒤 데이터를 수집한다.
이러한 시스템들은 관리자에 의해 PC로 제어하게 되는데 그 방법과 장소가 다소 제한적이어서 불편할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 스마트폰으로도 데이터를 확인하고 원하는 노드를 편리하게 제어할 수 있는 시스템을 구현하여 제시하였다. 그리고 시스템 평가를 통해 패킷이 신속하고 정확하게 전달되는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 UGS 시스템의 단점을 극복하기 위해 저전력, 저가센서를 이용하여 멀티 홉 네트워크를 구축한다. 또한 일반적인 국경 감시 시스템은 관리자만이 시스템에 관여하고 관리할 수 있는 반면 본 논문에서는 확장성 있는 시스템을 제안한다. 스마트폰 애플리케이션을 통해 사용자모드와 관리자모드로 나뉘어 각각의 권한에 따라 시스템의 상태를 보고, 통제할 수 있도록 설계하였다.
본 논문에서는 UGS 시스템의 단점을 극복하기 위해 저전력, 저가센서를 이용하여 멀티 홉 네트워크를 구축한다. 또한 일반적인 국경 감시 시스템은 관리자만이 시스템에 관여하고 관리할 수 있는 반면 본 논문에서는 확장성 있는 시스템을 제안한다.
본 논문은 WSN 기반 국경 감시 및 관리 시스템을 제시하였다. 배치된 센서노드들을 통해 국경 침범을 감시하고 노드의 수명이 다한 경우 모바일 노드를 통해 파악할 수 있으며 모바일 센서노드를 원하는 위치로 이동시켜 주변 환경에 대한 데이터를 보다 정확하게 수집할 수 있다.
국경 감시 센서 네트워크의 센서노드들은 한정된 자원과 저사양의 하드웨어로 동작하며, 각 침입탐지 센서들이 수집한 데이터를 신뢰성 있게 전송할 수 있어야 한다[3]. 이를 고려하여 본 논문은 WSN 기반 국경 감시 및 제어 시스템의 설계와 성능 분석을 제시한다. 본 논문의 시스템은 고정 센서노드, 모바일 센서노드, 고정 게이트웨이, 모바일 게이트웨이, 서버, 모바일 애플리케이션으로 구성된다.
가설 설정
모바일노드는 모바일 센서노드 또는 모바일 게이트웨이로 나뉘며 명령에 따라 움직일 수 있는 기능이 있다. 그리고 센서노드는 적외선센서, 진동센서, 자기센서, 음향센서 등이 부착되어 있다고 가정한다. 본 논문에서는 이러한 센서노드들을 국경망에 배치하여 주변 환경에 대한 데이터를 주기적으로 게이트웨이를 통해 서버로 전달하고, 시/공간적 편의성을 위해 스마트폰 애플리케이션을 통해 데이터를 조사하거나 노드를 제어할 수 있도록 설계 및 구현하였다.
제안 방법
네트워크의 확장성을 위해 추가적으로 모바일 노드를 구성하였다. 모바일 노드에는 GPS 모듈이 장착되어 있어 관리자는 애플리케이션을 통해 모바일 노드의 위치를 파악하고 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.
그리고 센서노드는 적외선센서, 진동센서, 자기센서, 음향센서 등이 부착되어 있다고 가정한다. 본 논문에서는 이러한 센서노드들을 국경망에 배치하여 주변 환경에 대한 데이터를 주기적으로 게이트웨이를 통해 서버로 전달하고, 시/공간적 편의성을 위해 스마트폰 애플리케이션을 통해 데이터를 조사하거나 노드를 제어할 수 있도록 설계 및 구현하였다.
이를 고려하여 본 논문은 WSN 기반 국경 감시 및 제어 시스템의 설계와 성능 분석을 제시한다. 본 논문의 시스템은 고정 센서노드, 모바일 센서노드, 고정 게이트웨이, 모바일 게이트웨이, 서버, 모바일 애플리케이션으로 구성된다. 모바일노드는 모바일 센서노드 또는 모바일 게이트웨이로 나뉘며 명령에 따라 움직일 수 있는 기능이 있다.
본 시스템의 타당성을 평가하기 위해서 데이터가 센서노드에서 모바일 애플리케이션까지 도달하는 데 걸린 시간과 정확도를 측정하였다. Fig.
4에서는 9개의 고정/모바일 센서노드와 3개의 고정/모바일 게이트웨이로 구성되어 있다. 센서노드에서 모바일 애플리케이션으로의 전송을 위해, 센서노드가 주기적으로 자신의 ID와 함께 주변 환경 데이터를 멀티 홉 지그비 통신으로 게이트웨이에 전송하고, 서버에 접속된 다수의 모바일 애플리케이션으로 패킷을 전송한다. 각 노드의 LED를 통해 실시간으로 전송방향을 확인해 볼 수 있다.
또한 일반적인 국경 감시 시스템은 관리자만이 시스템에 관여하고 관리할 수 있는 반면 본 논문에서는 확장성 있는 시스템을 제안한다. 스마트폰 애플리케이션을 통해 사용자모드와 관리자모드로 나뉘어 각각의 권한에 따라 시스템의 상태를 보고, 통제할 수 있도록 설계하였다. 이 기술의 유용성은 예를 들어, 국경 침입이 발생하였다면 침입 발생 위치와 대피소를 일반 사용자모드를 통해 알림으로써 신속하게 대처할 수 있다.
이 CDMA 모듈은 M2M방식의 모뎀 대 모뎀의 연결뿐만 아니라 모뎀과 서버의 TCP/IP 통신도 지원한다. 지그비와 달리 거리 제약을 벗어난다는 점에서 장점을 지니며, 추후 확장성을 위해 게이트웨이는 Wi-Fi 모듈도 부착시킬 수 있도록 설계되었다. 센서노드와 마찬가지로 모바일 Actuator가 부착되어 있으면 모바일 게이트웨이, 그렇지 않으면 고정 게이트웨이로 나뉜다.
대상 데이터
또한 지그비 맥 프로토콜을 통해 안정성 있는 통신을 지원한다. 본 센서 노드의 MCU (Main Control Unit)은 ARM Cortex M4로 512KB의 메모리 사양을 가진다. 모바일 Actuator에 센서노드가 부착되어 있으면 모바일 센서노드, 그렇지 않으면 고정 센서노드로 나뉜다.
시스템의 센서노드는 TI (Texas Instrument)의 CC2530 2591 모듈을 사용하였다. 이 지그비 모듈은 2.
성능/효과
따라서 본 논문에서는 스마트폰으로도 데이터를 확인하고 원하는 노드를 편리하게 제어할 수 있는 시스템을 구현하여 제시하였다. 그리고 시스템 평가를 통해 패킷이 신속하고 정확하게 전달되는 것을 확인하였다.
5와 Table 1을 통해 패킷이 평균 6초 이내로 정확하게 사용자와 관리자에게 전달되는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안하는 시스템이 한정된 자원과 저사양의 하드웨어로 동작하는 WSN환경에서도 신속하고 정확하게 동작함을 보여준다.
후속연구
향후 연구로는 국경감시망에 카메라 모듈을 추가하여 실시간 위치와 더불어 주변 환경에 대한 이미지를 전송하고, 모바일 노드의 GPS의 정확한 위치 계산을 위한 기법에 대해 연구할 계획이다. 이외에도 모바일 노드를 이용해 음영 지역을 최소화 하는 기법을 적용하여 네트워크 커버리지를 늘리고, 노드 기능에 슬립모드와 웨이크모드 상태를 추가시켜 대표노드만 활성화 시켜 네트워크 밀도를 제어하고 에너지 손실을 줄일 것이다.
관리자는 원하는 지역의 데이터를 얻기 위해, 모바일 노드를 통해 명령에 따라 해당 위치로 이동시킨 뒤 데이터를 수집한다. 추후 카메라 연동을 통해 침입 예상 발생 지역으로 모바일 노드를 이동시켜 언제 어디서든 스마트폰으로 예상 지역을 모니터링 할 것이다.
향후 연구로는 국경감시망에 카메라 모듈을 추가하여 실시간 위치와 더불어 주변 환경에 대한 이미지를 전송하고, 모바일 노드의 GPS의 정확한 위치 계산을 위한 기법에 대해 연구할 계획이다. 이외에도 모바일 노드를 이용해 음영 지역을 최소화 하는 기법을 적용하여 네트워크 커버리지를 늘리고, 노드 기능에 슬립모드와 웨이크모드 상태를 추가시켜 대표노드만 활성화 시켜 네트워크 밀도를 제어하고 에너지 손실을 줄일 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무선 센서 네트워크 기술은 무엇을 기반으로 하는가?
저전력 기술에 기반한 무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Networks, WSN) 기술은 유비쿼터스 사회에서 핵심 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 WSN환경에서의 국경 감시 및 제어 시스템을 제안한다.
WSN환경에서의 국경 감시 및 제어 시스템은 어떻게 구성되는가?
본 논문에서는 WSN환경에서의 국경 감시 및 제어 시스템을 제안한다. 시스템은 고정 센서노드, 모바일 센서노드, 고정 게이트웨이, 모바일 게이트웨이, 서버, 모바일 애플리케이션으로 구성된다. 이 시스템의 유용성은 모바일 애플리케이션은 사용자모드와 관리자모드로 나뉘어, 일반 사람들도 시간과 공간의 제약 없이 스마트폰을 통해 국경 침범을 감시하고 국경 망 환경에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
관리자모드에서 무엇을 할 수 있는가?
이 시스템의 유용성은 모바일 애플리케이션은 사용자모드와 관리자모드로 나뉘어, 일반 사람들도 시간과 공간의 제약 없이 스마트폰을 통해 국경 침범을 감시하고 국경 망 환경에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 관리자모드에서는 노드들의 유동적 작동을 위해 관리자가 원격으로 소프트웨어 업데이트를 할 수 있고, 모바일 노드의 위치를 조정할 수 있다. 또한 저전력 센서노드의 확장성을 위해 시스템에 적합한 멀티 홉 라우팅 프로토콜을 적용하여 구현하였으며 제안한 시스템이 한정된 자원과 저사양의 하드웨어로 동작하는 WSN환경에서도 신속하고 정확하게 동작함을 확인하였다.
참고문헌 (5)
Jiseong Kim, "Design and Performance Analysis of Welfare Management System based on WSN", KOREAN SOCIETY FOR INTERNET INFORMATION, 2008.
Younghan Kim, "u-Networking Technology", Jinhan M&B, 2010.
Bellazreg R, "Border Surveillance using sensor based thick-lines". Information Networking (ICOIN), 2013.
Yewon Jeong, "Optimal Configuration Method of Sensor Network for Instrusion Detection by Considering Environmental Factors", Korean Institute of Information Scientists and Engineers, 2013.
Vikram Krishnamurthy, "Decentralized Adaptive Filtering Algorithms for Sensor Activation in an Unattended Ground Sensor Network", Signal Processing, 2008.
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