무선 센서 네트워크

3. WSN 기술의 특징

WSN(무선 센서 네트워크)은 RFID를 포함한 임베디드 무선 네트워크 기술로, 모든 사물에 적용될 수 있다. WSN의 주요 특징은 다음과 같다:^{[30][31][32][33][34]}

• 전력 소모 제약: 배터리 또는 에너지 수확을 사용하여 노드의 전력 소모를 최소화한다.
• 복원력: 노드 고장에 대한 대처 능력이 뛰어나다.
• 이동성: 일부 노드의 이동성을 지원한다.
• 이종성 및 동종성: 다양한 종류의 노드와 동일한 종류의 노드를 모두 지원한다.
• 확장성: 대규모 배치에 용이하다.
• 내구성: 열악한 환경 조건에서도 잘 작동한다.
• 사용 편의성: 사용자가 쉽게 사용할 수 있다.
• 계층 간 최적화: 무선 통신 분야에서 중요한 연구 영역으로, 데이터 전송률, 에너지 효율, 서비스 품질(QoS) 등을 향상시킨다.^[33]

4. 주요 플랫폼

TinyOS, Sun SPOT, ZigBee(지그비), HART, SP100 등 다양한 플랫폼이 존재하며, 각 플랫폼은 특정 목적과 환경에 맞게 설계되었다.

4. 1. 하드웨어

• 제한된 계산 능력과 제한된 메모리를 가진 ''처리 장치''
• ''센서'' 또는 MEMS(특정 조절 회로 포함)
• ''통신 장치''(일반적으로 무선 송수신기 또는 광학 방식)
• 일반적으로 배터리 형태의 ''전원''

4. 2. 소프트웨어

4. 3. 무선 통신

5. 응용 사례

무선 센서 네트워크는 전투 지역 감시 목적으로 처음 개발되었지만, 현재는 에너지 절약 관리, 산업 계측, 건강 관리, 교통 상황, 농업 등 민수 분야에서 폭넓게 활용되고 있다.^[2] 탑재되는 센서의 종류와 입력 형식에는 제한이 없으며, 전압, 온도, 습도, 가스, 조도, 시리얼 데이터 등 다양한 종류의 센서를 사용할 수 있다.

여러 지점의 데이터를 거의 동시에 측정할 수 있어 물리적 현상의 분포 변화를 파악하는 데 효과적이며, 실내 배선에서 전기 기기의 스위치를 센서 및 제어로 간주하면 배선 감소 효과를 얻을 수 있다.^[3]

5. 1. 지역 모니터링

6. 기술적 과제 및 해결 방안

무선 센서 네트워크(WSN)는 여러 기술적 과제를 안고 있으며, 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
주요 기술적 과제

• 에너지 효율성: WSN에서 에너지는 가장 부족한 자원이며, 네트워크의 수명을 결정한다. 센서 노드의 제한된 에너지를 효율적으로 사용하기 위해, 듀티 사이클링 기법이 활용된다. 듀티 사이클링은 센서 노드의 감지 및 통신 기능을 주기적으로 켜고 끄는 방식이지만, 비동기적인 수면 및 활성화 스케줄링은 네트워크 지연 시간 및 라우팅 오버헤드를 증가시킬 수 있다.^[46]

• 위치 추정: 초저전력 센서는 크기, 비용, 환경적인 제약으로 전 지구적 위치 확인 시스템(GPS) 수신기를 사용하기 어렵다. 따라서 무선 연결 기반 위치 추정 시스템이 연구되었으며, AHLoS, APS, Stardust 등 다양한 시스템이 제안되었다.^[50]

• 데이터 보정 및 내고장성: WSN에 사용되는 센서와 장치는 저가형이므로, 측정값에 잡음이 많고 불완전하며 부정확할 수 있다.^[36] 따라서 데이터 보정 및 내고장성 확보가 중요하다.

• 매크로 프로그래밍: 개별 센서 노드가 아닌 전체 센서 네트워크를 하나의 집합체로 프로그래밍하는 방식으로, 네트워크를 데이터베이스로 보는 방식도 연구되었다.^[36]

• 재프로그래밍: 센서 노드의 코드를 원격으로 업데이트하는 기술로, Deluge, Trickle, MNP, Synapse, Zephyr 등 다양한 재프로그래밍 프로토콜이 개발되었다.^[43]

• 보안: WSN은 인프라가 없는 아키텍처와 무인 작업 환경으로 인해 공격에 취약하다.^[51] 군사 및 의료 분야에서는 보안이 매우 중요하며, 기존 컴퓨터 네트워크 보안 방법은 효과가 없거나 덜 효과적이다. "로컬 모니터링"과 같은 새로운 보안 기술이 개발되어 블랙홀이나 웜홀과 같은 공격을 감지하고 완화하는 데 사용된다.^[51][52]

• 분산 센서 네트워크: 중앙 집중식 아키텍처는 중앙 노드 고장 시 전체 네트워크가 작동하지 않는 문제가 있다. 분산 제어 아키텍처는 센서 네트워크의 신뢰성을 높인다.^[53]

• 데이터 통합 및 센서 웹: 개방형 공간 정보 컨소시엄(OGC)은 서로 다른 종류의 센서 웹을 인터넷에 통합하기 위한 표준을 정하고 있다.^[48]

• 네트워크 내 처리: 통신 비용 절감을 위해 노드의 중복된 센서 정보를 제거하거나 줄이는 알고리즘이 연구되고 있다. 데이터 마이닝 및 집계 기법을 활용하여 에너지 소비를 줄인다.^[59][60]

• 안전한 데이터 집계: WSN에서 데이터 집계에 보안을 제공하는 것을 "WSN에서의 안전한 데이터 집계"라고 한다.^[60][62][63] 주요 보안 과제는 데이터 기밀성과 무결성이며, 암호화를 사용하지만 집계 과정에서 평문이 노출될 수 있다.^[64]

6. 1. 라우팅 프로토콜

6. 2. 위치 추정

6. 3. 센서 데이터 보정 및 내고장성

6. 4. 매크로 프로그래밍

6. 5. 재프로그래밍

6. 6. 보안

6. 7. 분산 센서 네트워크

6. 8. 데이터 통합 및 센서 웹

6. 9. 네트워크 내 처리

6. 10. 안전한 데이터 집계

7. WSN 기술의 미래

IPv6 또는 인터넷 기반 무선 센서의 성공 여부가 2012~2015년의 가장 큰 이슈였다. 지난 수년간의 노력이 상용화로 이어져 대중화되어야 하는데, 이를 위한 장벽 극복이 중요한 과제였다.^[1]

개별 무선 센서에 대한 다양한 기술이 개발되었으나, 시장 확대가 더뎌지면서 상용화에 어려움을 겪었다. 또한 스마트폰을 이용한 서비스가 주류를 이루면서 무선 센서 기술의 입지가 좁아졌다.^[1]

인터넷에 연결되는 무선 센서와 이를 활용한 가치 창출이 필요하다. 센서의 인터넷 연결은 IPv6이든 IPv4이든 적극적으로 이루어져야 하며, 장기적으로는 IPv6가 대중화되어 더욱 풍부한 네트워크 환경이 구축될 것이다.^[1]

참조

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