유비쿼터스 컴퓨팅개론 9강 - 유비쿼터스 센서 네트워크

정보를 수집하는 센서의 역할이 필요함

 

✅ 1. 센서의 기능 및 특징

(1) 센서의 개념

[1] 센서란?

• 일반적으로 측정 대상물을 감지 또는 측정하여 그 측정량을 전기신호로 변환하는 장치이다.
• 또는, 소리, 빛, 전파의 강도를 감지하여 유용한 신호로 변환하는 기능을 가진 장치를 의미한다.
• 유비쿼터스 센서 네트워크에서 외부의 변화를 감지하고 필요한 데이터를 수집하는데 이용이 된다.

[2] 센서의 종류

• 센서는 감지한 측정량을 전기적 신호로 변환하는 원리에 따라 분류를 하게 됨.
• 물리센서: 입력, 가속도, 각속도, 자기장 등
• 광센서: CMOS 이미지, 후면 조사형 CMOS 이미지, 적외선, 조도 등
• 화학센서: 이산화탄소, 오존과암모니아, 수소이온농도 지수 등
• 바이오센서: DNA칩, 촉각, 암 진단용, 지문, 심박 등

[3] 센서의 발전

• 최근 마이크로 제어장치의 제어, 판단, 저장, 통신, 인공지능까지 구현이되는 스마트센서로 발전하였음
• 현재 사무실, 가정, 스마트 공장에 폭넓게 사용되고 있으며 종류도 다양함.
• 이에 맞춰, 센서는 고정밀, 고정확도 등의 발전으로 산업에서 중요한 역할을 할 수 있을 것이다.

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✅ 2. 유비쿼터스 센서 네트워크의 구조

(1) 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)의 개념

• 여러 개의 센서 네트워크 영역이 게이트웨이를 통해 외부 네트워크에 연결되는 것을 USN이라 함.
• 센서노드는 수집된 데이터를 가까운 싱크 노드를 거쳐 게이트웨이 전송을 하게 된다.
• 게이트웨이는 위성통신, 유무선 인터넷 등을 통해 서버로 전송을 하게 된다. ( 기존 통신 인프라를 이용함 )
• USN 응용서비스 계층, 미들웨어 계층, 센서 네트워크(정보자원 계층)계층으로 분리 할 수 있다.

 

(2) 센서 네트워크

• 아주 작은 크기의 센서가 수백 개에서 수천 개까지 설치되어 통신하는 망을 의미한다.
• 해당 망은 센서들을 모아둔 망으로써, 일반적인 망과는 다르다. ( 즉, 인터넷 망이 아님. )

[1] 제약조건 - 배터리 문제

• 센서가 매우 작다 보니까 배터리 용량의 문제가 발생함. ( 주기적으로 바꾸기에는 너무 효율성이 떨어짐 )
• 그래서, 가능하면 적은 양의 데이터와 신호를 주고받는 것이 중요한 고려사항이 된다.

[2] 제약조건 - 메모리 크기

• 노드의 크기가 작으면 메모리 크기도 제약을 받기 때문에 간단한 프로토콜이 요구가 됨.

 

(3) 센서 네트워크 구성 요소

[1] 센서 노드

• 현장의 데이터를 직접 감지하고 수집하는 역할을 하며, 예를 들어, 온도, 습도, 조도, 움직임 등을 감지하는 센서들임.
• ADC: 센싱된 아날로그 정보를 디지털 신호로 변환 ( 센서 노드 내부 장치 )
• 배터리: 데이터 처리를 위한 프로세서와 메모리 전우너 공급 ( 센서 노드 내부 장치 )
• 무선 송수신기: 데이터 송수신을 함 ( 센서 노드 내부 장치 )

[2] 싱크 노드

• 센서 네트워크 내의 각각의 센서 노드에서 센싱된 데이터는 싱크 노드에 수집되어 인터넷 등의 외부 네트워크를 통하여 사용자에게 제공이 된다.
• 센서 네트워크 내의 센서 노드를 관리하고 제어 해준다.
• 센서 노드들이 센싱한 데이터를 수집하는 등 외부 네트워크로의 게이트웨이 역할을 수행해줌.

 

(4) 센서 네트워크 요소 기술

[1] 센서 네트워크 프로토콜 아키텍처

• 전력 관리 측면, 이동성 관리 측면, 업무 관리 측면을 고려해서 프로토콜을 만들게 됨.
• 각 측면은 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 응용 계층의 4계층으로 구성이 됨.

[2] 전력 관리 측면

• 센서 노드에서의 전력을 어떻게 사용할지를 관리함
• 센서의 수신 전력 레벨이 낮을 때는 이웃하는 노드에 정보를 보내어 라우팅에 참여하지 않을 수 있음.

[3] 이동성 관리 측면

• 센서 노드의 움직임을 감지하고 등록하여 사용자가 꾸준히 사용할 수 있도록 라우팅하는 것을 말함.

[4] 업무 관리 측면

• 특정 지역에 주어진 센싱 작업에 공평한 분배와 스케줄링 작업을 수행함.

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✅ 3. 유비쿼터스 센서 네트워크의 미들웨어

• 센서 노드로부터 수집되는 센싱 정보를 효율적으로 관리함.
• 다수의 센서 노드로부터 지속적으로 발생하는 대용량 센싱 정보를 효율적으로 관리를 해줘야함.
• 연속적인 센싱 정보 요청을 센서 네트워크 및 센서 노드의 컴퓨팅, 통신, 저장 능력 등을 고려하여 처리를 해줘야함.

(1) USN 미들웨어

• 물리적으로 USN 응용 서비스 시스템과 센서 네트워크의 중간에 위치하여 그 둘 간의 통합이 유연하게 이루이지도록 함.
• 서버 시스템에 설치되는 서버 측 미들웨어 , 싱크 노드에 설치되는 네트워크 내부 미들웨어로 구분이 됨.

[1] 서버 측 미들웨어

• 다수의 USN 응용 서비스 관리를 해줌
• 응용 서비스의 다중 질의를 처리 해줌
• 센싱 정보/메타 정보의 효율적 관리를 해줌

[2] 네트워크 내부 미들웨어

• 대부분 센서 노드와 싱크 노드 수준에서의 질의 처리를 함.
• 센서와 구동기를 제어할 수 있는 작은 모듈로 구성될 수 있음.