Ubiquitous Sensor Network

1. Ubiquitous Sensor Network ㈜ 한백전자 김석환

2. 차 례 • Ubiquitous? • U-IT 839 • Ubiquitous 응용 • USN 표준화 동향 • Technology for USN • IEEE 802.15.4 Protocol • Hanback Zigbex • TinyOS(NesC)

3. Ubiquitous • Ubiquitous • 라틴어에서 유래 • ‘도처에 널려있다.’, ‘언제 어디서나 동시에 존재한다.’ • 자연자원, 종교적인 신의 존재를 설명할 때 사용 • Ubiquitous Computing • 언제, 어디서나, 어떤 단말기로도 정보 자원에 접근이 가능토록 만드는 컴퓨터 기술 • “Computing access will be everywhere.”

4. Ubiquitous • Mark Weiser(1952-1999)가 주창 • XEROX - Palo Alto Research Center • 쉬운 컴퓨터 연구 • Ubiquitous Computing 용어를 착상(1988년) • 개념 • 아마추어 연주자들 : 악보와 악기의 포로 • 프로 연주자들 : 완성도에만 몰두 • 최상의 도구란 사용자로 하여금 그 도구를 이용하고 있음을 자각하지 못하고 수행하는 일에 집중하게 하여 업무의 생산성을 높일 수 있어야 한다.

5. 제1의 물결 제2의 물결 제3의 물결 < U-IT 사회> <Main Frame 시대> <PC의 시대> 화분 자판기 화장실 디지털TV 커튼 건물 침대 컴퓨터 > 인간 컴퓨터 = 인간 컴퓨터 < 인간 개인 PC 보급 보급률 증가 컴퓨터를 사용하고 있다는 자각이 없는 상태로여러 장소에 숨어 있는 컴퓨터를 이용 메인 컴퓨터의 공동 사용 Ubiquitous

6. UC 시작 / 초기 모형 출현 Ubiquitous IBM 세계 도처에 존재하는 자사 데이터센터 그리드화 추진 P2P기술 기반 네스터 공개 미국 국책연구소 중심, 그리드 프로젝트 시작 1988년1990년 1995년 1998년 1999년 2000년 2001년2003년 2005년2020년 미국 버클리대 중심 SETI@Home 프로젝트 시작 미국 인터넷 상용화 UC 실체 규명 HP ‘Cool Town’프로젝트 시작 - Embodied Virtuality의구체화 IBM 자사 기술 비전 ‘Pervasive Computing’제시 MS ‘Easy Living’프로젝트 시작 - Calm technology의 구체화 제록스 ‘유비쿼터스 컴퓨팅’ 프로젝트 시작 - ‘유비쿼터스 컴퓨팅’ 화두 제시 UC 전성기 예측

7. Ubiquitous • 음성, 데이터, 영상, 멀티미디어 모든 정보 디지털화 • 정보통신 기술관련 제2의 성장 산업 추진 IT 839 전략 광대역통합망(BcN), u-센서네트워크(USN), IPV6 • 해외에서 USN 환경을 기반기술 연구와 표준화 활발히 연구 네트워크 + USN 환경 부분은 미비 한 연구상태

8. Ubiquitous • 유비쿼터스 컴퓨터 시대 • 언제, 어디서나 필요한 정보, 서비스를 제공할 수 있는 기술 • 유비쿼터스 사회의 기반기술: USN • 사람의 행동패턴 및 주변 환경을 감지할 수 있는 기술 • 보다 지능적인 서비스 가능 • USN의 기본 목적 • 데이터 수집, 데이터 처리, 무선 통신을 통한 네트워크 형성

9. U-IT839 대한민국 차세대 10대 성장동력 과학기술부 산업자원부 정보통신부 바이오 신약/장기 차세대 반도체 디스플레이 미래형 자동차 차세대전지 지능형 로봇 디지털TV방송 차세대 이동통신 지능형 홈네트워크 디지털 컨텐츠 & S/W 솔루션 IT 839 전략 8대 신규서비스 3대 인프라 9대 新성장산업

10. U-IT839 IT 강국 달성 BcN (광대역 통합망) USN 기술력 확보 software 차세대 이동통신 디지털 TV 홈네트워크 IT SoC 차세대 PC 임베디드 S/W 디지털 컨텐츠 텔레메틱스 지능형 로봇 휴대인터넷 서비스 DMB 서비스 홈 네트워크 서비스 텔레메틱스 서비스 RFID활용서비스 W-CDMA 서비스 지상파 DTV VoIP (인터넷전화) 대한민국 차세대 10대 성장동력 산업

11. U-IT839 유비쿼터스 컴퓨팅, 정보통신 기술을 기반으로 도시 전반의 영역을 융합(convergence)하여 통합되고(Integrated), 지능적이며(Intelligent), 스스로 혁신되는(Innovative) 도시 New Biz. 창출 새로운 세계 구축 전자 공간과 물리 공간이 융합 된 Ubiquitous 도시 공간 창조 사 람 3i - City Integrated Intelligent Innovative Convergence 공 간 사 물 활 동 Service U-교육 U-환경 U-안전 U-교통 U-레저 U-복지 Infra Broadband Mobile GIS RFID IPv6

12. U-IT839 물리적 공간과 전자적 공간의 상생적 결합 새로운 공간개념 적용되는 도시 정의 : 유비쿼터스 도시 물리공간의 한계 전자공간의 매력 • 혼잡, 지체, 공해, 에너지 문제 • 정보의 소수 독점화 • 시간적, 공간적 제약 • 21세기 정보혁명 흐름 수용 곤란 • 생산자 중심의 제한된 시장구조 • 시간과 공간 제약의 극복 • 도시 내 안전, 감시로부터 해방 • 정보 접근 용이 • 무한한 활동 공간, 무한한 이동성 • 뉴 비즈니스 창출 • 현장감 : 실제상황 • 기술적 장애가 거의 존재하지 않음 • 대면접촉 (face to face) • 풍부한 상황정보의 제공 • 가상공간 • 기술적 장애 발생 가능성 • 대면접촉 어려움 : 비인간화 • 풍부한 상황정보의 전달불가 물리공간의 매력 전자공간의 한계

13. U-IT839 과 제 구성 요소 방향 성 • 도시의 기능 변화 • 도시의 공간 변화 • 도시의 삶 변화 • 도시의 경제 확대 편리성 공간(Any Where) 교통, 행정, 편의 시설, 도시 인프라… 시간(Any Time) 쾌적성 환경, 문화, 도시 공간, 안전, 건강… U-City의 키워드 인간(Any One) 사물(Any Devices) 발전성 새로운 공간 경제, 산업, 교육, New Biz. Quality of Life, City Size… 삶의 질 기능(Any Function) 유비쿼터스

14. U-IT839 도시통합 센터 중심 실시간 원격 환경정보모니터링 매체를 통한 정보 서비스 및 실시간 대응 체계 전달 서비스 문자 서비스 대기 및 소음도 관리 오염원 관리 토양오염 관리 재난 경보 시스템 실시간 환경 감시 지하수 및 수질 관리 도시통합 관리 센터 대기오염 <PDA/핸드 폰> 방류 수 농도 <택 내 Server> 하천/저수지 오염 기상청/환경부 등 <지역 전광판> 배출가스 농도

15. U-IT839 서비스간 융합 서비스 : 교통과 통신(유무선) 서비스를 기본으로 개인화 된 서비스 제공 상황이 최적화된 지능적 대응 서비스가 제공되는 도시 • 자동차량인식을 통한 유 출입 제어 • 실시간 신호관리 • 자동교통단속 • 교통사고 자동감지/ 처리 무인 주차관리 교통 류 관리 • 자동차량인식을 • 통한 요금처리 • 모든 대중교통 수단에 대하여 통합된 카드의 사용 U-City의 교통서비스 • 기본교통정보-통행시간, 교통사고 여부, 우회정보 • 대중교통정보-도착시간, 배차 간격, 주차정보 교통정보 제공 요금의 전자지불 처리 • 물류정보제공, • 화물관리행정 • 위험물 차량 관리 차량 및 도로의 첨단화 화물운송 효율화 • 안전운전 지원

16. Ubiquitous 응용 가장 먼저 시도된 분야 활용분야 주거환경 감시 산불 감시 홍수 감시 농업에 관한 환경감시 환경 예측, 예보 시스템

17. Smart Home Applications • Smart Home • Home Information • For useful life • Home automation • For convenient life • Home Security • For safe life • Home Healthcare • For well life • Home Entertainment • For enjoyment of life

18. Healthcare Applications • Healthcare • 생리학적 데이터를 원격감시 • 탁상형 원격진단 시스템 • 원내의 환자와 의사의 위치 파악 • 원내의 약물통제 • 사용자의 상태를 반영한 입는 컴퓨터를 활용한 헬스케어

19. Military Applications • 시나리오 • 아군의 장비와 무기 감시 • 전장 감시 • 반군이나 지형의 수색 • 전투 손상의 평가 • 생화학적 공격에 대한 수색

20. Ubiquitous Home Service • 응용 • Pressure sensor를 집 바닥에 설치 • Pressure sensor가 보내는 정보를 기반으로 사람의 위치 추적 • 사람 이동 경로에 따른 video와 audio 서비스 제공

21. 다양한 Ubiquitous Home Service 구현 • 응용 • Camera, microphone, pressure, infra 센서 등을 집에 설치하여 다양한 유비쿼터스 서비스 제공 • 여러 센싱 데이터는 중앙 서버에서 통합하여 상황에 맞는 서비스 판단 • 판단된 결과를 바탕으로 로봇이나 가전제품, 보일러, 에어컨 등을 제어

22. BSN(Body Sensor Network)

23. Ubiquitous 응용 Objective 바다 새 둥우리의 환경과 행동을 감시 주 요인 바다 새는 주변환경에 민감. 반복되는 스트레스는 바다 새 군락전체가 섬을 떠나게 할 수도 있음. 문제점 인간의 참여를 최소화 하면서 자연상태의 관찰 결과를 얻을 것인가 해결방안 sensor network

24. Ubiquitous 응용 일본 국토 교통성 시행 HP 병원 어플리케이션

25. Ubiquitous 응용 원격 감시 시스템 산업용 공장의 모니터링 원격검침

26. Ubiquitous 응용 홈 오토메이션 위치확인

27. Ubiquitous 응용 물품관리 주유소 센서 네트워크 자동판매기 재고관리

28. Ubiquitous 응용 버클리대, Smart Dust –미국 미 국방부 산하 고등연구계획국(DARPA)은 정보처리기술국(IPTO)을 중심으로 UC 관련 프로젝트를 위한 자금 지원(1998년) 스마트 먼지: 1㎣ 크기의 실리콘 모트(silicon mote)라는 입방체 안에 완전히 자율적인 센싱 과 통신 플랫폼 능력을 갖춘 보이지 않는 컴퓨팅 시스템 응용분야: 기상상태, 생화학적 오염, 에너지 관리, 제품의 품질관리 및 유통 경로 관리, 군사목적으로 이용

29. Ubiquitous 응용 MIT, Things that Think –미국 컴퓨터가 우리의 일상 생활 속으로 들어가 그것들의 협조를 통해 인간의 삶을 지원하는 미래 컴퓨팅 비전을 실현 인간 중심의 컴퓨터 환경 구축 인간을 주인으로 섬기는 지능화된사물 및 컴퓨터 연구 사물들은 사용자의 언어, 행동,생활습관 등을 스스로 이해하고,적합한 서비스 제공

30. Ubiquitous 응용 Smart-Its(2) –유럽 MediaCup (TecO) 일반 컵에Smart-Its를 탑재하여 컵과 관련한 정보를 인식, 처리 및 전달 사물의 지능화를 통해 컵의 이동경로 및 사용자 정보(a)와 컵 내용물의 온도 및 상태(b) 등의 정보 제공 Smart-Its -관련 애플리케이션 (a) 컵의 이동경로 탐지 애플리케이션 (b) 손목시계형 컴퓨터를 이용해 컵과 커뮤니케이션 할 수 있음 (a) (b)

31. Hanback Zigbex • Computing • Atmel 8-bit RISC microcontroller • 128KB Flash program memory • 4KB SRAM • Radio Transceiver • Chipcon CC2420 • Radio range: (130m) • Data rate: 250 Kbits/sec • Frequency range: 2.4 GHz • TinyOS, Nano-Qplus(ETRI 한국형 OS) • RFID 리더 + RFID 태그(5장) 제공 • Base sensor + Multi-modal Sensor Board

32. Hanback Zigbex • CPU ATmega128 • 128KB프로그램메모리,4KB램, 4KB EEPROM • SPI, serial 2, timer, ADC 10bit 8Ch • RF CC2420 • IEEE 802.15.4, DSSS, 2.4G • PCB패턴안테나(실외 130m, 실내 30m) • 외부 플래시 512KB • serialID DS2401 • RTC RTC4513

33. Hanback Zigbex • ZigbeX 하드웨어 구성 • 1. CPU • 2. RF chip • 3. 안테나 • 4. 클럭 • 5. ISP • 6. 배터리전력 • 7. 외부 전력 • 8. 확장커넥터 • 9. 조도센서 • 10. step-up • 11. LED

34. Hanback Zigbex S1과 S6을 UART 위치에 놓으면 시리얼 통신 모드이고, SPI위치에 놓으면 프로그램 모드

35. Name Feature Description Num ZigbeX Module Server 1/Trans 9 10 1 Programmer RS-232 dongle ATmega128L 프로 그램용 PC 통신용 Application CD Software 1 RFID 리더기/태그 1/5 Hanback Zigbex

36. Hanback Zigbex 기상 보드 (온,습도, 압력, 가속도, 광) Base 보드 GPS 릴레이 보드 홈 보드 (움직임검출, 가스, 자기, 리드) 헬스케어 보드 (ECG, 체온)

37. Hanback Option Sensor Boards • Weather Board • 온도, 습도, 적외선, 자기장, 진동 센서 • Bio Board • 맥박측정, 체온 감지 • Home Board I and II • 사람의 움직임 감지, 가스 센서 • GPS Board • GPS를 사용한 위치 인식 가능 • Actuator Board • 파워 스위치를 통해 전자 제품 제어

38. Hanback USN Base Station • EMPOS II • USN 제어 시스템. • 충분한 하드웨어 자원을 통해 여러 UNS 노드들 제어 가능. • 확장을 위한 다양한 connector 제공 • Ethernet, Bluetooth, USB, serial and wireless sensor communication. • Embedded linux 사용 (kernel 2.4.19). • 편리한 UI를 위해 터치 스크린 제공

39. Hanback Ubiquitous Model House I • Ubiquitous Model House • 한백전자의 USN 장비인 ZigbeX를 이용한 무선 센서 네트워크 기반의 홈 네트워트 미니 모델 • 임베디드 시스템(EMPOS II)을 통해 제어 가능 • 터치 스크린을 통해 홈 네트워트 제어 기능 제공 • 홈 네트워크를 제어하기 위한 다양한 동작 명령어 제공 • 문의 열기/닫기 제어 • 커튼 제어 • 전원 제어를 통해 Lamp 제어 • 가스 차단기 제어

40. Hanback Ubiquitous Model House II

41. USN 표준화 동향 지능형 센스와 장치들 및 시스템 직접 통신 가능 응용 프로그램은 센스와 네트워크 사용 각자의 요구 사항에 따라 독립적 존재 == 인터페이스 요구 IEEE 1451 지능형 변환기 인터페이스 표준 : 마이크로 프로세스, 네트워크, 데이터, 각종 시스템 연결의 공통 인터페이스 정의. IEEE 1451 7개의 서브 그룹 존재

42. USN 표준화 동향

43. USN 표준화 동향

44. USN 표준화 동향 IEEE 1451.0 : 변환기 모듈 인터페이스 독립적인 물리적 계층. IEEE 1451.1 : 각 모델을 대표하는 클래스의 소프트웨어 인터페이스 모델.

45. USN 표준화 동향 IEEE 1451.2 : TEDS, 데이터 형식,유선 인터페이스(10-Wire), 마이크로 프로세스간 통신.

46. USN 표준화 동향 IEEE 1451.3 : 많은 수의 센서들이 수백 KHz정도의 대역폭 필요한 디지털 통신 및 분산 멀티미디어 TEDS 포맷 정의.

47. USN 표준화 동향 IEEE 1451.4 : 아날로그와 디지털 형태의 신호로 통신 할 수 있는 혼합방식 변환기 인터페이스 표준

48. USN 표준화 동향 IEEE 1451.5: 변환기들의 무선 통신 방식과 데이터 형식 정의한 표준

49. USN 표준화 동향

50. USN 표준화 동향