2007년4월26일 김도현 제주대학교통신컴퓨터공학부 - KNOM · 2007-04-26 · knom 2007 2007년4월26일 김도현 제주대학교통신컴퓨터공학부
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KNOM 2007
2007년 4월 26일2007년 4월 26일
김 도 현
제주대학교 통신컴퓨터공학부
센서 네트워크 기술 및 응용
내 용내 용
• 센서 네트워크 개념
• 센서 네트워크 구조
• 센서 네트워크 프로토콜
• 센서 네트워크 기반의 응용 서비스
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센서 네트워크 기술 및 응용
Sensor Network ConceptSensor Network Concept
Network of sensor nodes with computation & sensing & wireless communication capabilitiesp
What we can do with Sensor Networks?Sensing(Actuation) : Motion->Image->ClassifierSensing(Actuation) : Motion Image ClassifierCollaboration : Estimate moving direction & speedMobile Sensors : Tracking
Internet /Other
BaseStation Sensor field
network
Large # Sensors
Sensor node
Low Power
Ad-Hoc N/W
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Sensor nodeAd Hoc N/W
센서 네트워크 기술 및 응용
Why Sensor Networks ?Why Sensor Networks ?• Why Sensor Networks?
– Small Processors (Size)L– Low cost
– Permits remote object monitoring– Unattended mode of operation
D l d i t i l ti t i– Deployed in toxic locations or remote regions– Latest technology for Monitoring
• What is a Sensor Network? 1000 f d l d t ll t d t i f ti th– 1000s of sensors deployed to collect, process and store information e.g. weather conditions.
– Local communication to achieve global objectives– Current Ad-hoc protocols are not applicableCurrent Ad hoc protocols are not applicable– Composed of a large number of sensor nodes– Sensor nodes are densely deployed inside the phenomenon– Sensing + processing + communicationS g p g– Remote monitoring and event detection in a geographically large region or an
inhospitable area– Possess self-organizing capabilities
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– Network of sensor nodes with computation & sensing & wireless communicationcapabilities
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센서 네트워크 기술 및 응용
RFID and Sensor NetworksRFID and Sensor NetworksSensor Network ResearchRFID Research
Passive
Smart Sensors
(Ad-hoc network)(Sensing)
Battery Sensors
(Long range)Automatic
Identification
(Read/Write)
(Read)
Passive RFID Active RFID Smart Active Label Sensor Network
Service and application
Hospital
Home network
DMBDTVDMBDTV
WLANWLAN
pp
BCN(IP based core network)
Wire-lineWire-line
New radiointerface
New radiointerface
Celluar
BcN
(IP based core network)network
RFID
WLANtype
WLANtype
IMT-20004G
IMT-20004G
Wire linexDSL
Wire linexDSL
Ubiquitous Sensor Network
PCS
Wireless Sensor Network
센서네트워크
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Telematics, ITSLogistics, SCM
PDA
센서 네트워크 기술 및 응용
Architecture of Sensor Node– Sensor + processor, memory, short-range radio communication facility– Commonly powered by batteries– Low Data Rates << 10 kbpsp– Self-configuring, maintenance-free and robust– Low cost: < 1$– Small size: < 1 cm3
L /– Low power/energy– Long lifetime of product requires energy-saving
L ti fi di t M biliLocation finding system Mobilizer
Sensing unit Processing unit
Sensor ADCProcesso
rStorage
TranceiverStorage
Power
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Power generatorPower unit
센서 네트워크 기술 및 응용
Sensor Network Platform
• Each platform class handles different types of sensing.
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Comm. of the ACM, Vol 47(6), June 2004]
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센서 네트워크 기술 및 응용
Architecture of Sensor Network (EPC)Architecture of Sensor Network (EPC)• EPC Sensor Network Architecture
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26 김대영,”EPCglobalNext Generation Technology“ KRNET 2006
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센서 네트워크 기술 및 응용
Architecture of Sensor Network (IP-USN)
6lowpan Sensor 6lowpan G/W OperatorUser
Architecture of Sensor Network (IP USN)
6lowpan Sensor 6lowpan G/W OperatorO&M via
IPv4/IPv6 access2001:2b8:f2:2::3
Using observed data via IPv4
access
Meteorological
Wireless Mesh Network
Wireless Mesh Network
IEEE802.11b
IPv4 backbone2001:2b8:f2:2::4
2001:2b8:f2:2::4
gobservation
Mesh Node
IPv6 backbone
KMA DB2001:2b8:f2:3::3
2001:2b8:f2:3::4
Meteorology prediction and
forecast Service
Oceanographic Observation
Meteorological/Oce Meteorological/Oceanogr
2001:2b8:f2:3::4
2001:2b8:f2:3::4
User
Service
Real-time Coast/Ocean Information
Observation
anographic Observation
Observe by using 6lowpan sensor and then transmit the data to 6lowpan G/W
aphic Data Transmission and Collection
Transmit observed data to DB through Wireless Mesh Network
NORI DB
User
O&M viaIPv6 access
Service
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then transmit the data to 6lowpan G/W Wireless Mesh Network
KT Advanced Technology Laboratory,“A USN-based System for Meteorological/Oceanographic Observation”, RFID_USN2006 워크샵9/50
센서 네트워크 기술 및 응용
Application Service Model Based on Sensor Networkpp a o S od as d o S so o
콘텐츠서버
Command 센서 네트워크
센서노드게이트웨이
(싱크)
지역서버
(미들웨어)
Command
Data
센서 네트워크기반
서비스플랫폼
응용서버
Data
상황 감지 센서네트워크
상황 정보수집
지역네트워크
전역네트워크
상황 정보저장, 인식
전달
센서 네트워크서비스
센서 네트워크서비스 제공
전역네트워크
네 워전달 플랫폼
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센서 네트워크 기술 및 응용
Application Framework Based on Sensor Networkpp
응용서버1
응용서버2 …
응용서버 n
ApplicationsApplications
USN • 이력 정보데이터SensorSensor
USN 플랫폼 콘텐츠서버
이력 정보• 관련 기관 정보상황 제어 보안/인증이력관리
데이터저장/분배
SensorSensorPlatformPlatform
지역 서버• 상황 정보• 제어 정보• 부가 정보
상황 인지 기반의 미들웨어 실시간 데이터 처리
SensorSensorMiddlewareMiddleware
센서 네트워크임베디드 HW/SW WPAN 센서
SensorSensorNetworkNetwork
(Node/Sink)(Node/Sink)
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(Node/Sink)(Node/Sink)
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센서 네트워크 기술 및 응용
Development Roadmap of Sensor Network
Technology 2005 2006 2007 2008
Tag, Sensor, Mobile RFID Mobile RFID 900/433 MHz RFID System900/433 MHz RFID System
Technology 2005 2006 2007 2008
Reader Semi-active SAL Semi-active SAL Fully-active SAL Fully-active SAL
RFID ApplicationsRFID ApplicationsUSN based u City servicesUSN based u City services
USN Applications USN Service ModelingUSN Service ModelingUSN based u-City servicesUSN based u-City services
USNMiddleware
Location based context-aware Middleware S/W
Location based context-aware Middleware S/W
RFID MiddlewareRFID Middleware
Intelligent context-aware Middleware
Intelligent context-aware Middleware
USN Networking and Configuration
High-powered sensor nodesBcN Networking
High-powered sensor nodesBcN Networking
Low power communicationAd-hoc Networking
nano/micro/macro-sensor nodes
Low power communicationAd-hoc Networking
nano/micro/macro-sensor nodes
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and Configuration USN Service ModelingUSN Service Modelingu-Sensor Gatewayu-Sensor Gateway
센서 네트워크 기술 및 응용
Protocol Stack of Sensor Network
Application specific protocols
M
Task
Balance and schedule the sensing tasks given to a
Needed when access through the internet or other external
k
Power
Mobility m
a
managem
enApplication layer
g gspecific regionnetworks
Multihop wireless routing protocols between the sensor r m
anagem
anagement p
nt planepp y
Transport layer
Network layer
Detect and register the movement of sensor node
protocols between the sensor nodes and the sink nodes
M lti l i f d t t ent plane
plane
Network layer
Data link layerManage how a sensor node
it
Multiplexing of data streams, data frame detection, medium access and error control
Physical layerFrequency selection, carrier frequency generation, signal detection, modulation, data
uses its power
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encryption
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센서 네트워크 기술 및 응용
Physical Layer
• NeedsSimple but robust modulation transmission and receiving technique– Simple, but robust modulation, transmission, and receiving technique
• Transmission media– Radio
- ISM(Industrial, Scientific, Medical) 915MHz band widely suggested
I f d O ti l di– Infrared, Optical media
• Open research issue– Largely unexplored area
– Modulation scheme- Needed simple and low-power modulation scheme
– Hardware designTi l l t
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- Tiny, low-power, low-cost
- Power efficient hardware management strategy14/50
센서 네트워크 기술 및 응용
Standardization of WPAN
IEEE 802.15 (WPAN) Working Group
Task Group 1 / 1aWPAN
Task Group 2Coexistence
Bluetooth SIG
WiMedia
Task Group 3 / 3bWPAN High Rate
Task Group 3aWPAN Alt.
Higher Rate
WiMedia Alliance
UWB FHigher Rate
Task Group 4 / 4bWPAN L R t
ZigBee
UWB Forum
Task Group 4cMilimeter Wave
IETF
WPAN Low Rate
Task Group 5Task Group 4a
AllianceMilimeter Wave Alternative PHY
IETF6LoWPAN
Working Group
pWPAN
Mesh Networking
Task Group 4aWPAN Alt.Low Rate
SC ng
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SCwngStanding
Committee15/50
센서 네트워크 기술 및 응용
Physical Layer of WPAN
IEEE802.15.3 IEEE802.15.4• Speed
– 11, 22, 33, 44, 55 Mbps• Channels
Speed20, 40, 250 kbps
Channels– 4(or 3) channels in the 2.4 GHz band
• Modulation– QPSK (11 Mbps)
1 channels in the 868MHz band10 channels in the 915MHz band16 channels in the 2 4GMHz bandQ ( p )
– DQPSK (22 Mbps)– 16-QAM (33 Mbps)– 32-QAM (44 Mbps)
16 channels in the 2.4GMHz bandModulation
BPSK (868MHz/20kbps)BPSK (915MH /40kb )32 QAM (44 Mbps)
– 64-QAM (55 Mbps) :• Coexistence with
802 11b 802 11 FHSS
BPSK (915MHz/40kbps)O-QPSK (2.4GHz/250kbps)
Coexistence with– 802.11b, 802.11 FHSS– 802.15.1
• RangeAt l t 10 i ll di ti
802.11b DSSS802.15.1 FHSS802.15.3 DSSS
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– At least 10m in all direction 80 . 5.3 SSS
센서 네트워크 기술 및 응용
Data Link LayerData Link Layer
• Hypotheses for medium access strategies– Minimizing “energy consumption”Minimizing energy consumption– Maximizing “bandwidth utilization”
Wh l MAC t l d d?• Why novel MAC protocol are needed?– MAC protocol in a cellular system
• Goal : high quality of service (QoS), bandwidth efficiency• Power conservation is not an issue
– MAC protocol in Bluetooth or ad hoc network• Bluetooth uses a centrally assigned TDMA scheme by a master node
• One of the most active research areas for WSNCSMA based medium access– CSMA-based medium access
• S-MAC, T-MAC– Polling-based medium access
SMACS(S lf i i MAC f S t k ) TRAMA
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• SMACS(Self-organizing MAC for Sensor networks), TRAMA
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센서 네트워크 기술 및 응용
MAC for WSN (S-MAC)
• S-MAC Message Passingi il l i f d i ll f– Similar to 802.11, a long message is fragmented into many small fragments.• Transmitting a long message as a single frame is disadvantage as the re-
transmission cost may become hightransmission cost may become high.
– Unlike 802.11, a channel is reserved for duration of entire message• Only one RTS/CTS packets are used for all the fragments.y p g
• Using RTS/CTS for each fragment will lead to high control overhead.
• Therefore, others can sleep as long as possible, and hence reduce switching radio overhead from sleep to active.
RTS CTS DATA ACK DATA ACKRTS CTS
RTS
ti
CTS DATA ACK DATA ACK DATA ACK
time<traditional RTS-CTS-DATA-ACK scheme>
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time<S-MAC message passing>
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센서 네트워크 기술 및 응용
MAC for WSN (T-MAC)
• With normal MAC protocols, messages are spread out over the whole time frameWith S MAC ll k d i t th ti t l• With S-MAC, all messages are packed into the active part only
• With T-MAC, the active time is dynamically adjusted (i.e., be shorten) by timing out on hearing nothing during some time period (TA).
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– TA determines the minimal amount of idle listening per frame .
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센서 네트워크 기술 및 응용
Data link Layer of WPAN
IEEE802.15.3 IEEE802.15.4
Data link Layer of WPAN
• QoS support
• Security support
Security support Power consumption considerationDynamic channel selectiony pp
• Power save mode management
F t ti
Dynamic channel selectionNetwork topology
Star topology• Fragmentation
• PNC(Piconet coordinator) Handover
Peer-to-peer topologyCluster-tree network topology
• Dynamic channel selection
• Transmit power controlp
• Fast connection time(< 1s)
Ad h k
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• Ad hoc network
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센서 네트워크 기술 및 응용
Data Link Layer of WPAN
f h ( )IEEE802.15.3 IEEE802.15.4
• Super frame scheme(PNC)– Beacon– CAP (Contention Access Period)
Optional use of superframe !!
Non-beacon enabled PAN• optional• CSMA-CA
– CFP (Contention Free Period)Unslotted version of the CSMA-CA
( )Beacon enabled PAN
BeaconCAP
At least 420 symbolsSlotted version of the CSMA-CA
CFP(optional)CFP(optional)Up to 7 GTSBetween PAN coordinator and devices
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Total 16 time slots
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센서 네트워크 기술 및 응용
Physical / Data Link Layer of WPAN802.15.1 802.15.3 802.15.3a 802.15.4
ObjectivesObjectives Bluetooth High Rate UWB Low Rate/ZigBee
Physical / Data Link Layer of WPAN
jj g g
Frequency Frequency bandband 2.4~2.4835Ghz 2.4GHz 3.1GHz~10.6GHz
868/915MHz2.4GHz
FH/TDDCSMA/CA,
CSMA/CAMACMAC FH/TDD79 Ch, 1600hop/sec
,S-Aloha,TDMA
CSMA/CATDMA
TopologyTopology Piconet,Piconet,
Child i tStar, MeshTopologyTopology Scatternet
Child piconet, Neighbor piconet
Peer2peer
Data RateData Rate < 1Mbps(sync.)< 723Kbps(Async )
< 55Mbps100Mbps at 10m200Mbps at 4m 20k~250kbps
< 723Kbps(Async.)path to 400Mbps
ModulationModulation GFSKQPSK, DQPSK, 16/32/64-QAM (11,22,33,44,55
Mb )
QAM (if Multi-band
OFDM)
BPSK(868/915MHz)O-QPSK(2.4GHz)
Mbps) OFDM) Q ( )
RangeRange 10m(1mW)100m(100mW)
5~10m 10~20m(75m?)
Nokia,
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Major VenderMajor Vendero ,
Sony,Ericsson
Xtreme spectrum, Timedomain Chipcon, Motorola
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Network LayerNetwork Layer
• Why is it important?Th i i h MANET– The more stringent requirements than MANET
• Scalability
E ffi i• Energy efficiency
• No global ID
• Data centric• Data centric
– Challenges• Require energy-efficiency routing protocols to maximize networks• Require energy-efficiency routing protocols to maximize networks
lifetime (Sensor node depends on only battery power)
• Scalability (Sensor networks can involve thousands of nodes)y ( )
• Robustness to environmental effects and failures of node and link
• Data aggregation and fusion to reduce redundant data
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센서 네트워크 기술 및 응용
Routing Protocol for Sensor NetworksRouting Protocol for Sensor Networks
• Sensor Network Routing Protocol Classificationg
ClusteringFl t Clustering(Cooperative)
Flat(Multihop)
SAR DirectedDiffusionSPIN MECN LEACH TEEN HEED
SPIN-PP
SPIN-EC
SPIN-BC
SPIN-RI
SMECN PEGASIS
SPIN EC SPIN RI
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센서 네트워크 기술 및 응용
Routing Protocol for Sensor Networks (Flooding)Routing Protocol for Sensor Networks (Flooding)
• Broadcasts data to all neighbor nodes regardless if they receive it before or not • It does not require costly topology maintenance and complex route discovery• It does not require costly topology maintenance and complex route discovery
algorithm
• Implosion and overlap problems• Disadvantage
– Resource blindness
D k i il bl• Does not take into account available energy resources• Advantage
– not to require costly topology maintenance q y p gy– simple routing discovery algorithm
1
2 4
61
2 4
61
2 4
6
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3 5 3 5 3 5
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센서 네트워크 기술 및 응용
Routing Protocol for Sensor Networks (SPIN)
• SPIN (Sensor Protocols for Information via Negotiation)– Overcome the deficiencies of classic flooding by negotiation and resource g y g
adaptation– Three types of message
• ADV : description of data (meta-data)• REQ : request data• DATA : real data transmission
– Based on Data Centric
DATAREQADV
Step3Step2Step1
ADV REQ DATA
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26Step4 Step5 Step6
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센서 네트워크 기술 및 응용
Routing Protocol for Sensor Networks (Directed diffusion)g
• Directed Diffusion– After for a sink node flooding the data information to want, source transmits the data
to the sink nodeto the sink node– Data-centric and application-aware– The sink periodically refreshes and resend the interest– Attribute-based naming
Sink broadcasts interest (task description)– Sink broadcasts interest (task description)– The interest has timestamp and gradient field– As the interest is propagated, the gradients from the source back to the sink are set up– When the source detect the event meeting the interest, send databack to the sink
through the gradientthrough the gradient– Local data aggregation– When the sink receives data, refresh and reinforce the interest
SourceInterest
Gradient
Data
Reinforcement
Data
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Sink27/50
센서 네트워크 기술 및 응용
Routing Protocol for Sensor Networks (LEACH)Routing Protocol for Sensor Networks (LEACH)
• LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)Sensors are organized into clusters– Sensors are organized into clusters.
– Cluster-head will be represented by members in turn.
– Only cluster head will participate data relaying.y p p y g
– Representative Data aggregation protocol
– Assumption
• Base node can directly communicate with all nodes, that is single hop distance
Cluster headCluster head
Sensor nodes
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센서 네트워크 기술 및 응용
ZigBee™ 802.15.4 Network Layer RoutingZigBee 802.15.4 Network Layer Routing
Hierarchical RoutingTree structured addressing
Table-Driven RoutingRoute DiscoveryTree structured addressing
Not optimal pathRoute Discovery
RREQ-RREPRoute path
Routing Table
Broadcast RREQ
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Unicast RREP
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센서 네트워크 기술 및 응용
Transport Layer (1/2)Transport Layer (1/2)
• Needs
– Maintain the flow of data if the sensor networks applications requires it
• Research issues
– TCP Ack mechanism is too costly
– One possible approach : TCP splitting
• Communication between user and sink node
→ TCP or UDP via the internet or satellite
• Communication between sink node and sensor node
→ UDP type protocol, because sensor node has limited memory, power
• Recent works
– [REL-WSN], for sink-to-sensors reliable transport issues in WSN
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– [TRANS-WSN], for sensors-to-sink reliable transport protocols in WSN
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센서 네트워크 기술 및 응용
Transport layer (2/2)Transport layer (2/2)• TCP connections are ended at sink nodes, and special transport layer protocol
can handle the communications between the sink node and sensor nodes
• Communication between user and sink node
– TCP or UDP via the internet or satellite
• Communication between sink node and sensor node• Communication between sink node and sensor node
– UDP type protocol, because sensor node has limited memory
TCP/UDP ?
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센서 네트워크 기술 및 응용
Application Layer (1/2)Application Layer (1/2)• Needs
– Depending on the sensing tasks different types of application software built– Depending on the sensing tasks, different types of application software built and used
• Application layer protocolsApplication layer protocols– 인터넷이나 다른 외부 네트워크를 통해 시스템에 접근하고자 할 때 필요
– 데이터 패킷의 수신지를 나타내기 위해 특성 기반(attribute-based) 명명을
반드시 고려
• Sensor Management Protocol (SMP)– 데이터 수집, 특성 기반 명명, 클러스터링과 관련된 규칙을 도입
– 위치 탐지 알고리즘과 관련된 데이터 교환
– 센서 노드의 시간 동기화
– 센서 네트워크의 구성과 노드의 상태, 네트워크의 재구성에 대한 질의
데이터 네트워크의 인증 키 분배 보안 TADAP (T k A i d D
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– 데이터 네트워크의 인증, 키 분배, 보안 TADAP (Task Assignment and Data Advertisement Protocol)
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센서 네트워크 기술 및 응용
Application Layer (2/2)Application Layer (2/2)
• Sensor Query and Data Dissemination Protocol (SQDDP)– 애플리케이션에 쿼리를 하고, 쿼리에 대한 응답을 하고, 수신된 응답을 수
집하는 인터페이스를 제공
– SQTL (Sensor Query and tasking language)
• 애플리케이션에 큰 집합의 서비스를 제공
• 센서 노드가 메시지를 받았을 때, 센서노드에 의해 만들어지는 이벤트
를 정의
• Every event
– 타이머 타입아웃에 때문에 주기적으로 발생하는 이벤트를 정의타이머 타입아웃에 때문에 주기적으로 발생하는 이벤트를 정의
• Expire event
한 타이머가 만료될 때 발생하는 이벤트를 정의
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26
– 한 타이머가 만료될 때 발생하는 이벤트를 정의
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센서 네트워크 기술 및 응용
Management Plane (1/2)
• Power Management Plane– Manage how a sensor node uses its power
– Example
S d t ff it i ft i i f f• Sensor node may turn off its receiver after receiving a message from one of its neighbors
– Avoid getting duplicated messages
• When the power level of the sensor node is low
– Broadcasts to its neighbor it is low in power
– Cannot participate in routing messages
– Reserve the remaining power for sensing
• Mobility Management Plane– Detect and register the movement of sensor nodes
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26
→ Maintain a route to the user
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센서 네트워크 기술 및 응용
Management Plane (2/2)
• Task Management Planeg
– Balance and schedule the sensing tasks given to a specific region
N ll d i h i i d f h i– Not all sensor nodes in that region are required to perform the sensing
task at the same time
→ Some sensor nodes perform the task more than others
– Needed so that sensor nodes can
- Work together in a power efficient way
R t d t i bil t k- Route data in a mobile sensor network
- Share resources between sensor nodes
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센서 네트워크 기술 및 응용
Plan of Sensor Network Protocol
Power Management Mobility Management Task ManagementPlane
Layer
Application 에너지 효율성 고려한응용 프로토콜
센서 노드들의 이동관련Task 관리
응용 분야에 따른Sensing Task 동작 관리
Transport센서노드와 Sink 사이
제한적인 전력과 메모리를고려한 UDP 요구
이동 특성을 고려한데이터의 흐름 유지
응용 분야에 따른데이터 흐름 유지
고려한 UDP 요구
Network 에너지 효율성을고려한 라우팅
위치 정보에 의한 네트워크토폴로지 정보 유지
Task 요구 사항을고려한 라우팅
Data Link On/Off modeFrame Overhead 최소화
Peer DiscoveryAuto-Synchronize
Task에 따른Schedule Table 형성
Physical 에너지 효율적인 매체 선택적절한 변조방식 선택
전송 매체에 따른제한적 이동
Task 요구 사항을고려한 매체 선택
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센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스센서 네트워크 기반의 응용 서비스• 지능화 수준에 따른 분류
높
음
[u-지능형 서비스]
서
비
스 [ 행위제안서비스]
[u 지능형 서비 ]
상황을 파악하고 여기에
따라서 필요한 행위를
스스로 수행하는 서비스
- u-Terminal스
지
능
화[u -상황고지서비스]
[u -행위제안서비스]사용자의요구를추측하여 공간적상황에필요시 되는
행위정보를사물/컴퓨터가스스로제안하는서비스
- u-ID
- 상황인식정보
화
수
준[u-정보제공서비스]
사용자의요구가있을 때마다실시간으로원하는공간에대한 상황정보를검색, 추적하여
사용자에의해 이미 요구된바에 따라 정해진공간적상황을파악하여
원하는상황정보를 실시간으로 제공하는 서비스
낮
음
[u-커뮤니케이션서비스]언제 어디서나어떤 단말기로나유비쿼터스네트워크를활용하여공간의제약을받지 않고 사용자가원하는통신
및 정보(문서, 전자지불) 수/발신 등이 가능한서비스
제공하는서비스
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,
Source : System Application Service based on Ubiquitous Technology 2003.12 조위덕
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스(1/6)센서 네트워크 기반의 응용 서비스(1/6)• Forest Monitoring
– Redwood in SF
– Wireless Micro Wireless Micro-weather Mote
버클리 Ti OS B billi Ti DB• 버클리 TinyOS, Bombillia, TinyDB, TinySEC, TOSSIM 등
• Sensor Web
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센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스(2/6)(Great Duck Island 2002 deployment)(Great Duck Island 2002 deployment)
Great Duck Island : 바다제비 생태계 감시
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센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스(3/6)(Smart Home Project)
오늘은 오늘은 혈압이스마트 거울
오늘은 오늘은 혈압이스마트 거울
(Smart Home Project)
이 부분이 변했어요. 진찰을받아보세요
오늘은어느 약을먹지?
늘 혈 이좋군요. 한 알만 드세요.
스마트 거울
이 부분이 변했어요. 진찰을받아보세요
오늘은어느 약을먹지?
늘 혈 이좋군요. 한 알만 드세요.
스마트 거울
받아보세요.개인 의료 상담시스템 (PMA)
받아보세요.개인 의료 상담시스템 (PMA)
환자의정보
제공
환자의정보
제공
상처 부위가 감염된 것
병원 사무실,간호원 방문 서비스,간병인, 의료기록 DB상처 부위가 감염된 것
병원 사무실,간호원 방문 서비스,간병인, 의료기록 DB상처 부위가 감염된 것
같네요. 보다 자세한검사를 받아 보세요.
의료정보/처방
스마트 밴드
상처 부위가 감염된 것같네요. 보다 자세한검사를 받아 보세요.
의료정보/처방
스마트 밴드
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(스마트 의료 홈 프로젝트, 미국로체스터 대학 미래건강 센터)
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스(4/6)(eHII Project)(eHII Project)
• 가정과 방송・통신・공
건강 화장실 다이어트 나비
(건강관리사이트)
가정과 방송 통신 공
공서비스 등의 사회시
스템과 연결되는 가정
전자건강
스템과 연결되는 가정
내 정보 기반을 지칭
전자건강 checker
• 가정내의 AV・정보기
기・주택설비가 사회인기 주택설비가 사회인
프라・서비스와 연결되
는 디지털・네트워크・는 디지털 네트워크
인프라의 개념
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센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스(5/6)OGC Sensor Web Integrated Client
서비스 이름 OGC Sensor Web Integrated Client
서비스 방법 웹을 이용한 방법
시스템 구성
Web Mapping Service (WMS), Web Coverage Service (WCS) Web Feature Service (WMS), OGC CatalogSensor Observation Service (SOS) ,Sensor Planning Service (SPS)SensorML, Observation & Measurement, Web Notification Service
센싱 속성 강우량 습도 온도 풍속 풍향 기압
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26
센싱 속성 강우량, 습도, 온도, 풍속, 풍향, 기압,
기타 속성 건물 안의 상태(이미지 정보)
특징실제 지형을 표현하기 위해 3D 기법 사용, 위치 정보 표현세세한 지형묘사와 더불어 확대 축소기능이 탁월함
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스(6/6)
• MS SensorMap
서비스 이름 MSR SenseWeb Project
서비스 방법 웹을 이용한 방법
시스템 구성GeoDB(데이터베이스) , DataHub(데이터 수집 및 배포)IconD(아이콘 생성 및 처리), SenseWeb Client(웹 클라이언트)
센싱 속성 온도, 습도 등(환경 정보)
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26
기타 속성 교통정보( 트래픽정보, 이미지), 주차정보, 바닥환경정보, 환경정보(호수)
특징센서 타입 온톨리지를 구성(센서 데이터의 표현을 위함)실생활에 필요한 유용한 정보(주차, 교통, 먼지, 기타 등등) 위주의 서비스
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스 사례 분류센서 네트워크 기반의 응용 서비스 사례 분류
u-통신 u-정보제공 u-상황고지u-행위제안
u-지능형u 지능형
보건복지건강화장실(일본 마쓰시다),
네트워크 이용 건강관리사업(나가세 산업),
식생활 카운셀링 시스템(마쓰시다 전공),
스마트 의료 홈
(로체스터대)
건설교통두더지 로봇
(일본 NTT)건설기계 원격관리 (일본 히타치 전기)
스마트웨이
(미국 잔부사)
유비쿼터스 국토환경 모니터링 시스템
(일본),
환경노동 마이크로무선환경감시시스템(KAIST)
Great Duck Island 프로젝트
(미국 U.C Berkeley)
음악선생님
교육
음악선생님
(야마하,NEC),
교육학습시스템
(NRI 노무라 그룹)
스마트 유치원 프로젝트
(미국 UCLA)
문화관광 자동 개찰기 콘텐츠 송신(일본 오므론사)문화관광 자동 개찰기 콘텐츠 송신(일본 오므론사)
국방 /보안
홈시큐어리티
(미국 잔부사),
모바일 경보기
(니치덴 일렉틱)
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(니치덴 일렉틱)
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스를 위한 기술 구조
행정보건 건설 환경
교육문화 국방 농축
센서 네트워크 기반의 응용 서비스
응용 기술J
P2P,Grid,방송 및
멀티미디어웹 서비스위치기반서비스
행정복지 교통 노동
교육관광 보안 수산
단말 기술센서
(바이오, 화학, …)오감인터페이스 Display
Java,XML,
…
…생체/화상/음성
인식UFID/GIS디지털 콘텐츠
단말 기술 (바이오, 화학, …)RFID
(Tag, Reader,…) MEMS
SoC지능형 로봇
착복형/신체내장형컴퓨터
GPS
미들웨어 보안/인증
통합 네트워크 미들웨어
상황인지 기반 지능형 에이전트
실시간 운영체계 및 임베디드 S/W
센서 네트워크
네트워크
통합 네 워 미들웨어 실시간 운영체계 및 임베디 S/W
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근거리 무선네트워크
(IEEE 802.x, Wibro, …)
유무선 액세스 네트워크(WCDMA,
xDSL, CATV, FTTx,…)
핵심 네트워크(BcN, NGN,…)
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 기반의 응용 서비스 방향
센서 네트워크
높음
지능형
센서 네트워크
센서 네트워크3 단계서
비스
행위제안
센서 네트워크1 단계
센서 네트워크2 단계
지능화
수준
정보제공
상황고지
1 단계준
낮음
커뮤니케이션2006년 2015년2010년
시기
위치 추적 서비스Mobile GIS / UFID
태그 기반의 미들웨어홈네트워크 제어용 미들웨어
자동식별 미들웨어실시간 임베디드 운영체계
상황인식 기반 감시 서비스
상황 인식 기반 미들웨어
마이크로 임베디드 운영체계
다기능 통신 센서
네트워크 기반 로봇
사용자 의도인식/상호작용 기능상황인식 기반 제어 서비스
센서간 연동자율형 사물 제어 미들웨어나노 임베디드 운영체계
지능형 센서실시간 임베디드 운영체계
수동센서/RFID
접속형 인터페이스
태그/센서 개별 인식
사물인지 /고정개체
ADSL/VD니
네트워크 기반 로봇
감성인식 및 생체 인식
오감형 인터페이스
센서/태그 통합
주변환경 인지/개체간 통신
센서와 네트워크 결합
지능형 센서지능적인 협업 로봇
사용자 의도 인식 및 상호작용지능형 다중 정보 융합 인터페이스
착복형/신체내장형 컴퓨터상황인지 / 자율적 통신
센서 네트워크와 제어 결합
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ADSL/VD니
음성.데이터 융합
ATM
센서와 네 워 결합
초기 BcN
(유무선 연동 및 통신방송 융합)
센서 네트워크와 제어 결합1G 무선랜, 초고속 휴대인터넷 보급BcN(광대역 연동 및 통신방송 융합)
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 1 단계 서비스 모델
• 구성– 수동 고정형, RFID, GPS 등의 센서를 이용하여 1 홉으로 데이터를 수집
게이트웨이와 가까이 위치한 사물의 위치정보 상황정보 등을 실시간으로 수집– 게이트웨이와 가까이 위치한 사물의 위치정보, 상황정보 등을 실시간으로 수집
– 지역 서버에 전달하여 데이터베이스에 지속적으로 저장
• 서비스 유형– 위급한 상황이 발생할 경우 관리자에게 긴급메세지를 전달
– 주기적으로 플랫폼에 가공된 정보를 전달하여 일반 사용자가 확인
ADSL , ATMADSL , 2G/3G
Wireless LAN 수동형 센서 / 위치인식
Local지역 U-
응용 1
Network지역서버
U플랫폼 …
응용 n
• 실시간 정보• 로그 정보
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26
• 기타
47/50
센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 2 단계 서비스 모델
– 센서네트워크• 능동형, 다기능 복합 센서를 위주로 센서 네트워크가 형성되어 멀티홉을 거쳐 다양한 데
이터를 수집이터를 수집
– 지역 서버• 상황 정보에 따른 추론 과정을 통해 대처 메시지를 전달
– 플랫폼관련 분야의 콘텐츠 서버와 연결되어 풍부한 정보를 관리자와 일반 사용자에게 제공• 관련 분야의 콘텐츠 서버와 연결되어 풍부한 정보를 관리자와 일반 사용자에게 제공
FTTH , 3G/4G , Wireless LAN,
초기 BcN
FTTH , 3G/4G ,
Wireless LAN,능동형 센서 / 상황인식
센서 네트워크
응용 1
초기 BcN Wireless LAN, 센서 네트워크
LocalNetwork
지역서버
U-플랫폼 …
응용 n
실시간 정보
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컨텐츠 1 ….. 컨텐츠 n
• 실시간 정보• 로그 정보
• 기타
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센서 네트워크 기술 및 응용
센서 네트워크 3 단계 서비스 모델
– 센서와 제어 기능이 융합되어 상황인지 기반의 제어 서비스가 제공– 센서부
• 센서와 제어기기가 공존하여 실시간 정보를 수집센서와 제어기기가 공존하여 실시간 정보를 수집
• 위급시 지역 서버에게 긴급 메세지를 전달하고 전문가 시스템은 상황을 인지하여
제어기기에 명령을 내리는 양방향 자율 통신을 수행
플랫폼– 플랫폼• 콘텐츠 서버와 연동할 뿐만 아니라 타 유비쿼터스 시스템과 연결하여 보다 더 능
동적으로 상황에 대처 타U-
플랫폼
FTTH , 3G/4G , Wireless LAN, BcN
능동형/제어 센서 / 상황인식지능형 센서 네트워크(감시 및 제어 기능)
LocalNetwork 지역 U-
응용 1
Network 지역서버
U플랫폼
…
응용 n
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26컨텐츠 1 ….. 컨텐츠 n
전문가
시스템49/50
센서 네트워크 기술 및 응용
감사합니다감사합니다..
KNOM 2007, Cheju Mobile Computing Lab. 2007. 4 26 50/50
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