글 : 고영훈 H/W 팀 매니저 / SNR Inc.www.snre.co.krUSN 기술 및 응용 서비스의 동향USN 기술은 인간의 생활공간, 생활기기, 기계 등 모든 사물에 컴퓨팅, 네트워킹 기능을 부여, 환경과 상황의 자동 인지를 통해 사용자에게 최적의 서비스를 가능하게 하여 인간 생활의 편리성과 안정성을 고도화 한다. 따라서 이와 같은 기술을 응용한 USN 서비스는 생활 전반에 다양하게 적용될 수 있다.USN 장비는 기본적으로 센서가 부착되어 각종 정보를 수집하는 센서 노드, 수집된 정보를 일부 계산하고 통신거리를 확장하여 주는 싱크 노드, 그리고 수집된 정보를 보관하고 분석하여 통신망(LAN, CDMA, Wibro 등)을 이용하여 최종 정보를 서버에 전달하는 베이스 스테이션으로 구성된다.센서 노드 기술은 센싱의 정확도 향상을 통한 정보의 신뢰성을 유지시켜 주는 방향으로 여러 센서 신호를 융합 처리하는 알고리즘으로 발전하고 있으며, 또한 저전력 설계를 통한 운영 시간의 증대를 목표로 하고 있다.네트워크 부분은 각 응용 서비스에 맞게 다양하게 진행되고 있다. 예를 들어, 교통 정보 수집·단속 등의 경우는 실시간성의 중요성이 강조되어 다양한 분리된 채널을 사용하고 있으며, 주차장 서비스는 대량의 정보 처리를 위한 토폴로지를 구성하여 사용한다.USN 기술의 효과적인 적용 분야를 살펴보면, 교통 서비스, 재난·재해 환경 서비스, 무인 감시, U-헬스 케어 등의 분야를 포함하여 광범위하게 생활 전반에 적용할 수 있다.재난·재해 환경 감시 서비스는 야외 환경에 다양한 센서를 설치하여 환경 변화를 감지하고 위험 정도를 판단하여 발생 가능한 환경 문제를 해결할 수 있도록 조치하는 서비스로, 재난·재해 발생 가능 지역에 예측성을 증가시켜 위험으로 발생되는 비용을 최소화할 수 있는 서비스를 제공한다.교통 서비스 부분에서는 도로 상에 센서를 설치하여 도로의 환경(온도, 습도, 안개 등) 및 도로의 교통 상황(교통량, 차량 속도, 점유 시간 등)을 실시간 분석하여 운전자에게 교통안전 정보를 제공할 수 있고, 자동 주차 서비스 시스템을 구축하여 사용자에게 자신의 주차 위치와 정보를 제공하고, 운영자에게는 보다 편리하게 시스템 운영을 제공한다.무인 감시/정찰 서비스는 기존에 사람이 감시/정찰하던 것을 임의의 지역에 차량, 사람 등을 감시할 수 있는 센서 노드를 배치하고 여기서 수집된 정보를 무선 통신을 통해 지휘통제소, 또는 개인 단말기를 가진 운영자에게 전달하는 것이다.진행 사업에스엔알에서 2007~2008년 시행한 USN 시범 사업은 다음과 같은 분야에서 이루어졌으며, 이에 사용되는 센서 노드는 USN 운영에 맞게 모두 배터리 기반으로 동작되며 기본적으로 2년 이상의 운영 시간을 보장한다. 이를 위해 각 노드들은 저전력 설계를 기반으로 최소한의 네트워크로 구성하였다.또한 노드의 환경적인 요소를 감안하여 방수, 방진 설계가 되어 야외 환경에서 사용함에 있어 부족함이 없게 하였다.U-울릉도·독도 재난·재해 조기 예보 시스템 구축이 사업은 울릉도·독도 지역에 USN 기술을 적용하여 실시간 재잔·재해 정보 제공으로 거주민과 관광객의 안전을 도모하고, 재난·재해 조기 감지로 복구에 따른 소요 예산 최소화를 위하여 구축되었다.이 사업은 울릉도 지역 하천수위 범람 예보 시스템 제공과 독도 접안 지원 서비스를 위한 시스템으로 구성된다.먼저 울릉도 지역 하천 수위 감시 시스템은 울릉도 주요 하천 15개 소에 센서 노드를 설치하고 이 정보를 실시간으로 감시 분석하여 기준치 이상의 값이 감지되면 관제소와 관리자에게 인터넷과 휴대전화를 통해 정보를 제공하는 시스템이다. 또한 정수장 등의 주요 시설물에는 강우량 센서를 설치하여 실시간 모니터링을 하여 울릉군청과 경북도청에 정보를 송신하여 재해에 대해 대비하고, 신속한 조치를 취할 수 있게 하는 시스템이다.독도 접안 지원 시스템은 독도에 배를 접안 시킬 때 필요한 정보들을 실시간으로 제공하는 시스템이다. 접안 시설 주변에 파고 센서를 설치하여 파고 정보를 정해진 시간에 수집하여 인터넷과 전광판을 통해 독도에 접안하는 배의 선장과 항해사에게 실시간으로 알려준다.하천 감시 시스템에는 유량, 유속, 수위 센서를 사용하여 정해진 시간마다 데이터를 수집하고, 이를 분석하여 기준값 이상의 경우를 탐지한다. 이 탐지된 정보는 400MHz RF를 이용하여 게이트웨이까지 전달되고, 다시 LAN을 통해 관제 서버에 전달된다. 센서 노드는 실시간 정보 수집, 분석과 전원의 효율성을 위하여 전원 제어 시스템을 내장하고 있으며, 다수의 센서 노드 운영을 위한 네트워크 효율성 증대를 위해 트리 방식의 토폴로지를 사용한다.접안 지원용 센서 노드는 접안 지원과 관련한 수위 및 파도 관련 센서 등은 독도에 배가 접안하는 시기에 측정을 자주 하도록 하고 평소에는 그보다 긴 주기를 사용하여 측정하도록 한다. 독도 접안 지원 시스템 역시 용도와 상황에 맞는 ‘Adaptive Sensing Period’를 적용하여 전력 및 정보제공의 효율성을 가지도록 한다.재난·재해 감시를 위한 센서 네트워크를 구성하기 위해서는 악천후와 같은 최악의 환경에서도 네트워크의 상호 통신 가능성이 보장되어야 하며 실시간으로 통신이 제공되어 울릉도 하천과 같이 계곡형 하천에서의 빠른 수의 변화도 관측할 수 있어야 한다. 또한 장시간의 실시간 모니터링의 제공의 위한 전력 관리가 필요하다.네트워크의 신뢰성 보장을 위하여 각각의 센서 노드, 게이트웨이의 서로 간의 모니터링 메시지를 추가하여 네트워크 연결 유무를 항상 확인 가능하게 하였고, 센싱 정보의 미 전달시 게이트웨이를 통해 통신 상태를 점검/복구할 수 있게 하였다. 또한 고장에 대비하여 모든 장비는 워치독 타이머를 운용하여 자체 복귀를 시도하게 한다. 서버와 네트워크 연결을 위하여 게이트웨이는 주기적으로 CDMA/ADSL 망의 연결 상태를 확인하고 연결이 끊겼을 경우 전송된 센싱 정보는 베이스 스테이션의 파일 시스템에 임시 보관된 후 연결이 활성화된 후 재전송된다.센서 노드와 베이스 스테이션의 무선 통신은 일대다 통신을 하고 있어 전송 충돌이 나지 않도록 실시간 양방향 통신을 설계했다. 이를 위해 각 노드들은 초기 시각동기화를 하고 주어진 스케줄 내에서 각 노드들의 통신이 이루어진다.배터리로 동작하는 센서 노드의 저전력 관리를 위하여 하천의 수위 변화 비교값을 통해 변화의 폭에 따라 센싱 주기에 변화를 주어 장시간의 운영이 가능하게 했다.텔레매틱스 분야USN 기반의 어린이 보호 구역 구축 사업이 사업은 2007년 경찰청을 주관 기관으로 서울, 경기 15개 초등학교에 설치되었으며, USN 기반으로 어린이 보호 구역 내에서의 어린이 안전을 확보하기 위하여 구역 내에서 과속과 불법 주정차를 검지하는 센서 노드와 수집된 정보를 전달하는 싱크 노드, USN 시스템을 제어하고 수집/처리된 정보를 서버와 모니터링 시스템에 전달하는 베이스스테이션으로 구성된다.이 시스템은 과속 단속과 불법 주정차 감시의 두 가지 시스템으로 구성되어 있는데, 먼저 과속 단속의 경우 센서 노드에서 검지된 차량의 속도를 이용하여 30Km/h가 넘는 경우 연결된 카메라에 무선으로 신호를 전송하여 촬영을 하게 한다. 그리고 이 단속된 정보는 LAN 또는 와이브로를 이용하여 경철청 서버에 저장된다. 불법 주정차의 감시는 센서가 설치되어 있는 지역에 차량이 들어오면 이를 센서가 자동 검지하여 이를 관제소에 전달하고, 자동 또는 수동으로 위법 차량에 대하 촬영 및 경고 방송을 하게 한다.본 시스템의 로컬단에 사용된 USN 센서 노드는 IEEE 15.4 통신 프로토콜을 이용하였으며, 기존에 차량 검지에 사용되었던 루프 코일을 대신하여 지자기의 변화를 감지하는 센서를 사용하고 이를 신호 처리하는 알고리즘을 차량 검지에 이용하였다. 또한 센서 노드는 배터리 기반으로 운영되기 때문에 운영 시간의 극대화를 위한 저전력 알고리즘을 사용했다.지능형 주차 관제 시스템지능형 주차 관제 시스템은 불법 주차 및 빈자리 차량을 실시간으로 관련할 수 있게 USN 기술을 적용한 시스템으로 주차면의 효율적 관리를 가능하게 한다. 즉, 주차장에 입고되는 차량이 인가된 차량일 경우 빈자리가 있는 구역을 전광판을 통해 안내하여 신속한 주차 서비스를 제공한다. 비 인가된 차량이 진입한 경우에는 차량의 존재 및 위치를 관제 모니터에 전달하여 운영자가 바로 처리할 수 있도록 한다. 본 사업은 기존의 유선 기반의 주차 관리 시스템을 무선 기반으로 변경하여 설치 및 관리의 용이성을 제공하였다.차량의 존재 유무를 판단하는 센서 노드를 주차면에 설치하고 여기서 검지된 정보는 싱크 노드와 접속되며 싱크 노드는 단일 베이스 스테이션에 차량의 유무를 전달한다. 또한 베이스스테이션은 LAN을 통하여 관제 서버에 연결되어 주차면에 차량의 존재 유무를 운영자에게 실시간으로 전달한다.센서 노드는 주차면에 위치하여 배터리 기반으로 운영되며 운영 시간은 2년을 보장하며, 차량의 존재 유무를 판단하는 복합 센서를 내장하고 있다. 또한 정보를 전송하는 무선 모듈과 시스템을 관장하는 MCU를 내장한다. 소프트웨어는 전원관리를 위한 제어 모듈과 통신을 위한 네트워크 모듈, 시스템 관리를 위한 OS(operating System)으로 구성된다.무인 감시 센서 네트워크무인 감시 센서 네트워크는 감시 역할과 정보를 수집, 분석하는 센서 노드와 이를 관리하고 수집된 정보를 기존망을 통해 관제 센터에 전달하는 베이스 스테이션으로 구성된다.센서 노드는 거친 야외 환경에 부합하는 방수/방진 패키지를 거지고 이동성을 보장하는 소형화 설계되었다. 또한 마이크로컨트롤러를 중심으로 각종 센서를 운영하여 수집된 복합 데이터를 상호 연계하여 처리하는 융합 알고리즘을 내장했고, 저전력으로 운영할 수 있게 시스템을 구성한다.복합하고 다양한 센서 신호를 처리하기 위하여 퓨전 센서 신호 처리 알고리즘이 내장되어 수집된 정보의 신뢰성을 향상시켰으며, 저전력 관리를 위하여 최적화된 무선 통신 방식을 사용하였다.또한 무인 감시 서비스의 특성상 보안 프로토콜을 내장하여 정보의 안정성을 높였다. 무인 감시 센서네트워크는 많은 수의 센서 노드로 구성되어 있기 때문에 시스템의 미션을 달성하기 위하여 협력 작업을 하게 된다. 이를 위하여 메쉬 네트워크 MAC(Media Access Control) 프로토콜과 시각동기화를 지원한다.향후 전망 및 해결 과제앞서 설명한 에스엔알 진행 사업에서 보는 것과 같이 USN은 민·관·군을 포함하는 다양한 분야에 적용되어 실생활에 필요한 정보를 실시간으로 사용자에게 전달할 수 있다.그리나 국내에서 USN 기술의 상용화 및 확산을 위해서는 아직도 몇 가지 문제점을 해결하여야 한다. 첫째로 USN을 위한 주파수의 확보이다. 아직까지 USN 전용 주파수는 확보되어 있지 못한 상태로 응용서비스를 진행할 때 마다 2.4GHz 대역 또는 400MHz 대역의 ISM 밴드를 사용하고 있는 현실이다. 이러한 주파수는 다른 장비들도 사용을 많이 하고 있기 때문에 주파수 간섭으로 인해 데이터의 손실 등이 발생할 수 있다. USN 전용 주파수의 확보가 어려운 상황이라면 각 응용 서비스(교통, 환경, 감시)에 맞는 주파수를 국가에서 적절하게 할당하고 있어야 한다. 둘째로 신뢰성 있는 센서 개발을 들 수 있다. 현재 사용되는 센서의 대부분은 주변 환경에 의해 거짓 경보을 줄 수 있는 요소를 가지고 있다. 이를 해결하기 위하여 복합 센서 알고리즘을 구현하여 사용하고 있는 실정인데, 이는 센서 노드의 수명을 줄이는 역할을 할 수 있다. 단일 센서로 정확한 데이터를 획득할 수 있다면 보다 효율적으로 센서 노드를 운영할 수 있어 운영 시간의 연장을 가져올 수 있다.마지막으로 USN 표준화의 문제이다. 현재 USN은 일부에 대해 한국정보통신기술협회(TTA)를 통해 표준화를 진행하고 있지만, 광범위한 응용서비스로 인해 표준화에 어려움이 있는 현실이다. 이를 해결하기 위해서 TTA를 비롯한 표준화 기관에서는 프로토콜과 패킷 등의 표준화를 선정하고 응용서비스에 맞춰서는 그 분야에 해당하는 유관 기관의 협조를 통해 표준화를 진행하는 것이다. 예를 들어 교통 분야의 경우에는 한국건설기술연구원, 도로교통공단 등이 중심이 되어 도로에 설치되는 USN 장비의 표준화를 진행하는 것이다.요약이 글에서는 USN 기술을 사용한 시범 사업을 통하여 다양한 서비스 기회가 있음을 기술했다. 현재 국가적으로 진행되고 있는 U-City 사업과 전략 구축 사업을 통해 USN 기술의 활성화는 더욱 더 증대될 것이다.이를 위해 관련 업계는 고급 인력의 확보와 비즈니스 모델 개발을 통한 글로벌 마케팅 확대 등에 노력해야 한다. 또한 USN 기술에 대한 특허 분쟁에 대한 대비와 함께 각 업체들은 적극적으로 원천 기술 개발에 힘써 향후 다가오는 기회를 잡아야 한다.
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