[논문]Ad-hoc 네트워크를 이용한 사용자 맵핑 시스템의 설계 및 구현

임효영; 이정구; 곽종욱

Ad-hoc 네트워크를 이용한 사용자 맵핑 시스템의 설계 및 구현
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임효영 (영남대학교 컴퓨터공학과) , 이정구 (영남대학교 컴퓨터공학과) , 곽종욱 (영남대학교 컴퓨터공학과)

Ad-hoc 네트워크란 지정된 이동성 지원 기반 시설의 도움 없이 임시 망을 구성하는 이동 호스트와 무선 인터페이스의 집합이다. Ad-hoc 네트워크는 Access Point 없이 이동성이 지원 된다는 점에서 최근 많은 각광을 받고 있으며, 현재 많은 연구들이 진행되고 있는 기술이다. 본 논문에서는 이러한 Ad-hoc 네트워크의 특징을 이용하여 소수의 관리자가 다수의 이동 가능한 관리 대상들을 효율적으로 제어하기 위한 사용자 맵핑 시스템을 설계 및 구현 한다. 본 논문에서 하드웨어적으로 직접 구현한 사용자 맵핑 시스템은 사용자 위치 정보 노드(u_LIN, User Location Information Node)라 명명된 장치들이 네트워크를 구축하고, 그 네트워크에서 하나 이상의 u_LIN이 사라지면 경고 시스템을 활성화 하여 사라진 u_LIN을 찾도록 도와주는 시스템이다. 본 논문에서 구현한 사용자 맵핑 시스템의 성능 평가 결과 u_LIN 간 1:1 통신을 직선거리에서 수행하였을 때 약 250m까지 정상적으로 통신하였으며, 1:N 통신 역시 100m 이내의 거리에서 안정적으로 정보를 주고받았다. 본 시스템은 미아 방지 시스템, 등산객 조난 방지 시스템, 유치원 아동관리 시스템, 관광 가이드의 관광객 관리 시스템 등 여러 시스템에 유연하게 적용이 가능하여 앞으로도 활용도가 높을 것으로 예상된다.

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문제 정의

본 논문에서 구현한 시스템의 개발 환경을 에 소개하였다.
본 논문은 소수의 관리자가 이동성을 가지는 다수의 관리 대상들을 관리하고자 할 때, 효율적인 관리를 가능하게 하고 또한 예측하지 못한 돌발 상황을 대비하기 위한 시스템으로 Ad-hoc 네트워크를 이용한 사용자 맵핑 시스템을 설계하고 이를 직접 구현하였다.

제안 방법

각 사용자 위치 정보 노드는 ARM 계열의 Cortex-M3 Chip을 사용하고 freeRTOS를 포팅 하였다. 또한 DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) 라우팅 알고리즘을 구현하여 자체적으로 네트워크가 형성된다[3].
제조사는 ST이며 외부 또는 내부 8MHz의 Crystal을 사용하여 내부 PLL회로를 통해 72MHz까지 클록을 사용할 수 있다. 그리고 MCU에 freeRTOS를 포팅 하였다.
그리고 사용자 위치 정보 노드 간에 구축된 네트워크는 안드로이드 환경과 블루투스 통신을 통해서 상호간 정보를 확인할 수 있으며, 안드로이드 환경이 아닌 경우는 LED를 통해 통신 정보를 나타낼 수 있도록 구현하였다.
네 번째로, Solar Panel은 구축된 네트워크에서 이탈하여 혼자 떨어지게 될 경우 긴급 시 배터리가 모두 소모되어 전력 공급이 힘든 상황에서 태양 전지를 이용해 충전이 가능하도록 설계 하였다.
다섯 번째로, 배터리 충전은 휴대폰 케이블을 이용하는 방법과 태양 전지를 이용하는 방법으로 두 가지를 제공한다. 어떤 방법으로 충전 할 지는 스위치를 통해 선택할 수 있도록 하였다.
만약 하나 이상의 사용자 위치 정보 노드가 형성된 네트워크에서 사라질 경우 진동 혹은 알람으로 현재의 상황을 알린다. 또한 안드로이드 환경과 블루투스 통신을 통해 실시간으로 사용자 위치 정보 노드의 위치를 확인할 수 있게 하였다. 본 논문에서 구현한 시스템의 모의실험 결과는 최대 250m 직선거리에서 통신이 가능하며, 다양한 형태의 네트워크 환경에서도 무리 없이 동작함을 확인하였다.
본 논문에서 제안된 시스템은 Ad-hoc 네트워크 특징에 기반을 두어 독립적인 네트워크를 구성한다. 이 때문에 이동성이 있는 관리 대상을 관리해야 하는 소수의 관리자가 존재하는 시스템인 유치원 아동 관리 시스템 뿐만 아니라 놀이공원 미아 방지 시스템, 관광 가이드의 관광객 관리 시스템 등 여러 분야에 유연하게 적용 가능하므로 그 활용도가 매우 높을 것으로 예상된다.
완성된 하드웨어 장비는 (그림 7)에 나타나있다. 앞면에는 비상시에 충전이 가능하도록 Solar Panel을 장착하였고, 상단부에는 안테나와 전원 스위치, 충전 모드 스위치로 구성하였다. 옆면은 상태 확인을 위한 LED 이다.
이에 본 논문에서 제안하는 시스템은 소수의 관리자가 다수의 관리 대상을 효율적으로 관리하고 예기치 못한 돌발 상황을 방지하기 위해 이동성이 보장 되는 Ad-hoc 네트워크를 이용하여 다수의 사용자 위치 정보 노드들이 네트워크를 구성하고, 해당 위치를 안드로이드 환경을 통해 확인 가능하게 한다. 이를 바탕으로 하나 이상의 사용자 위치 정보 노드가 네트워크상에서 사라지면 진동 경고 시스템을 활성화 하여 사라진 사용자 위치 정보 노드를 찾도록 도와주는 사용자 맵핑 시스템을 구현 한다.
이에 본 논문에서 제안하는 시스템은 소수의 관리자가 다수의 관리 대상을 효율적으로 관리하고 예기치 못한 돌발 상황을 방지하기 위해 이동성이 보장 되는 Ad-hoc 네트워크를 이용하여 다수의 사용자 위치 정보 노드들이 네트워크를 구성하고, 해당 위치를 안드로이드 환경을 통해 확인 가능하게 한다. 이를 바탕으로 하나 이상의 사용자 위치 정보 노드가 네트워크상에서 사라지면 진동 경고 시스템을 활성화 하여 사라진 사용자 위치 정보 노드를 찾도록 도와주는 사용자 맵핑 시스템을 구현 한다.

대상 데이터

먼저, MCU는 ARM Core인 Cortex-M3 Architecture가 적용된 Micro-controller 중의 하나인 STM32F103VBT6 Chip을 사용하였다. 제조사는 ST이며 외부 또는 내부 8MHz의 Crystal을 사용하여 내부 PLL회로를 통해 72MHz까지 클록을 사용할 수 있다.
먼저, MCU는 ARM Core인 Cortex-M3 Architecture가 적용된 Micro-controller 중의 하나인 STM32F103VBT6 Chip을 사용하였다. 제조사는 ST이며 외부 또는 내부 8MHz의 Crystal을 사용하여 내부 PLL회로를 통해 72MHz까지 클록을 사용할 수 있다. 그리고 MCU에 freeRTOS를 포팅 하였다.

성능/효과

먼저, 노드 간 약 100m 이내의 거리에서 직선으로 3개의 노드로 통신을 수행 한 결과 정상적으로 데이터를 송·수신 하는 것을 확인하였다. 그 다음, 노드 간 약 100m 이내의 거리에서 삼각형 형태로 3개의 노드로 통신을 수행 한 결과 역시 정상적으로 데이터를 주고받는 것으로 확인되었다. 세 번째로, 노드간 약 75m 이내의 거리에서 4개의 노드로 ‘ㅏ’ 형태로 통신을 수행한 결과 역시 정상적으로 데이터를 주고받는 것을 확인하였다.
마지막으로, 노드 간 약 50m 이내의 거리에서 6개의 노드로 통신한 결과, 정상적으로 데이터를 송·수신 하는 것을 확인 하였다.
먼저, 노드 간 약 100m 이내의 거리에서 직선으로 3개의 노드로 통신을 수행 한 결과 정상적으로 데이터를 송·수신 하는 것을 확인하였다.
또한 안드로이드 환경과 블루투스 통신을 통해 실시간으로 사용자 위치 정보 노드의 위치를 확인할 수 있게 하였다. 본 논문에서 구현한 시스템의 모의실험 결과는 최대 250m 직선거리에서 통신이 가능하며, 다양한 형태의 네트워크 환경에서도 무리 없이 동작함을 확인하였다.
세 번째로, 노드간 약 75m 이내의 거리에서 4개의 노드로 ‘ㅏ’ 형태로 통신을 수행한 결과 역시 정상적으로 데이터를 주고받는 것을 확인하였다.
우선, 두 개의 u_LIN으로 직선거리에서 1:1 통신을 수행한 결과 약 250m 까지 정상적으로 데이터를 송·수신 하는 것을 확인하였다.
전체적으로는 중간에 하나 이상의 노드가 사라질 경우, 진동으로 경고하며, 이 경우도 직선으로 최대 거리 250m 안에 노드가 있는 경우 전체적인 통신이 끊어지지 않고 데이터를 송·수신 하는 것을 확인하였다.

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