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기술-2007-029
2007. 12
센서네트워크 식별체계
동향 분석 리 방안 연구
2007. 12.
- i -
센서네트워크 식별체계 동향 분석 리 방안 연구
- ii -
제 출 문
본 보고서를 “센서네트워크 식별체계 동향 분석 리 방안 연
구”의 최종 연구결과보고서로 제출합니다.
2007. 12.
연 구 책 임 자: 신 용 태 (숭실 학교 교수)
참 여 연 구 원: 박 종 일 (숭실 학교 박사과정)
김 보 승 (숭실 학교 박사과정)
이 경 화 (숭실 학교 박사과정)
김 진 석 (숭실 학교 석사과정)
이 기 (숭실 학교 석사과정)
박 종 진 (숭실 학교 석사과정)
- iii -
서 문
정보통신부는 IT-839 략의 3 인 라 하나로 USN을 선정하고 센
서 네트워크에 한 기술 개발과 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 한
센서 네트워크는 유비쿼터스 환경 구 을 한 기반 분야로써 세계
으로도 그 요성이 인식되어, IEEE와 IETF등 국제 표 기구들의 주도로
표 화 연구 활동이 빠르게 진행되고 있습니다.
센서 네트워크 기술은 물류, 환경제어, 홈 네트워크, 교통 등 다양한 분
야에서 용되고 있습니다. 그러나 기존 기술은 국지 인 센서 네트워크
내에서의 서비스가 주를 이루고 있어 USN 서비스 간 상호연동 USN
에서 발생하는 다양한 정보의 공동 활용이 요구되는 실정입니다. 따라서
역의 USN로 발 하기 해서는 이종 USN 서비스 간 연동을 한 표
화된 식별체계와 이를 리할 수 있는 방안이 시 히 필요하다고 사료
됩니다.
본 연구는 "센서 네트워크 식별체계 동향 분석 리 방안 연구"에
한 최종결과보고서로 기존 센서네트워크 기술에서 센서노드나 센서 네
트워크의 식별 리, 센싱 데이터 리, USN 기반 서비스 간 연동을
한 USN 식별체계를 분석하고, 분석된 결과를 토 로 식별체계를 리
할 수 있는 방안을 마련하 습니다.
본 연구가 향후 다양한 USN 분야의 연구에 기여함은 물론 기술 발
에 보다 좋은 결실을 맺을 수 있는 귀 한 자료로 사용되길 바랍니다. 마
지막으로 본 보고서가 나오기까지 많은 노력을 해주신 본 연구 계자들
의 노고에 깊은 감사를 드립니다.
2007년 12월
한국인터넷진흥원
원장 박승규
- iv -
요 약 문
센서 네트워크는 유비쿼터스 환경 구 을 한 기반 분야로써 국내외
에서 많은 연구개발이 진행되고 있으며, 그 결과 물류, 환경제어, 홈 네
트워크, 교통 등 다양한 분야에서 센서 네트워크가 용되고 있다. 이러
한 환경에서 센서를 통해 수집된 데이터들은 체계 인 분석과 서비스
간의 상호 연계를 통해 다양한 USN 서비스 분야에 활용될 수 있다.
그러나 각 서비스마다 상이한 로토콜 통신기술을 이용한 개발이
이루어지고 있어 상호 정보공유가 어려운 실정이다. 한 기존 센서 네
트워크 내에서 사용되는 MAC, IP 는 임의 할당 주소(Address)는 통
신을 한 주소일 뿐 각 노드 네트워크, 서비스를 리하기 한 식
별자(Identification)로써의 기능을 제공하지 못하고 있는 실정이다. 따라
서 센서 네트워크 환경에서 역의 USN로 발 하기 해서는 이종
USN 서비스 간 구성 노드, 네트워크, 서비스를 식별하고, 수집된 정보
의 검색, 리를 할 수 있는 표 화된 식별체계가 필요하다.
본 연구는 USN 식별체계 개념 정립 식별체계 필요성을 제시하고,
존하는 식별체계 기술 분석을 통해 USN 식별체계 리 방안 마련을
목표로 하고 있다. 본 연구의 내용은 크게 USN 련 기술 표 화
동향, 식별체계 분석, USN 식별체계 리 방안 참조모델 제시로 구성
된다.
먼 USN 련 기술 표 화 동향에서는 조사 범 를 USN 통신에
서의 식별체계 분석, USN 운 체제에서의 식별체계 분석, USN 데이터
리 기술 부문으로 분류한 후 각 역별 국내외의 표 인 기술개발
내용과 황 표 화 동향을 조사한다. 식별체계 분석 역에서는 앞
서 이루어진 조사를 토 로 해당 범 에서 각 기술부분별로 세부기술에
- v -
하여 식별체계 리 형태를 분석한다. 끝으로, USN 식별체계 리
방안 참조모델 제시 역에서는 이러한 기술 분석의 결과를 바탕으
로 식별체계 리를 한 요구사항을 정의하 으며 이러한 요구사항
을 만족시킬 수 있는 리 방안을 제시하고, 시나리오를 통한 참조 모델
을 제시한다.
- vi -
Summary
The sensor network is under development in Korea and overseas as
a fundamental area for the embodiment of ubiquitous environment
now, and it is now being used in areas of logistic, environment
control, home network and transportation. The collected data through
the sensor may be used in various USN service areas with the
connection to the systematic analysis and service.
However the information share is difficult between services as they
are being developed in the different form of protocol by the different
communication technology. The MAC IP used in the existing sensor
network or the temporary address only exist for the communication
purpose, and it does not have a function of the identification to
manage each node and network service. Thus the standardized system
which identifies structural node between the USN service and network
service, and to search and manage the collected information, is
necessary.
This study suggests the definition of the identification system of
USN and its necessity, and has a goal of organizing the management
of the USN identification system through the technological analysis.
This thesis consists of the trend of the USN technology and its
standardization and the analysis of the identification system, the
management measure of the USN identification system and the
suggestion of the reference model.
First the survey range for the trend of USN technology and its
standardization shall be the analysis of the USN communication’s
identification system, the USN management system’s identification
system and the management of the collected date technology, and the
- vii -
trend of Korean and overseas details of development of the main
technology and its standardization. The identification system and the
management form of the detailed technology of each area have been
analyzed based on the previous investigation for the area of the
analysis of the identification system. Finally the identification system
and demand for the management have been defined based on the
result of the technology analysis in the area of the USN identification
management measure and its model. The management measure to
satisfy such demand and the reference model that has been observed
through scenarios have been suggested.
- viii -
목 차
제1장 서 론 ·································································································1
제1 연구의 필요성 ························································································1
제2 연구 목표 ································································································3
제3 연구내용 범 ··················································································5
제2장 USN 개요 ·························································································7
제1 USN 정의 구조 ···············································································7
제2 센서네트워크 식별체계 ·······································································9
제3 센서 네트워크 로토콜 스택 ·························································11
제3장 USN 통신기술에서의 식별체계 ···············································13
제1 USN 통신 기술 연구 표 화 동향 ··········································13
1. WLAN(Wireless Local Area Network) ························································13
2. WPAN(Wireless Personal Area Network) ················································21
3. ZigBee ···················································································································30
4. 6LowPAN ·············································································································33
5. Wireless Mesh Networks ···············································································36
제2 통신기술 에서의 식별체계 분석 ·····················································39
1. WLAN (IEEE 802.11) ·························································································39
2. Bluetooth (IEEE 802.15.1) ·················································································47
3. LR-WPAN (IEEE 802.15.4) ···············································································56
4. UWB (IEEE 802.15.4a) ·······················································································68
5. ZigBee ···················································································································74
6. 6LoWPAN ·············································································································80
7. WiBEEM ···············································································································92
제3 식별체계 비교 분석 ···································································95
- ix -
제4장 USN 운 체제에서의 식별체계 ···············································97
제1 USN 운 체제 연구 표 화 동향 ············································97
1. TinyOS ··················································································································97
2. 나노 Qplus ··········································································································99
제2 운 체제에서의 식별체계 분석 ·····················································100
1. TinyOS ················································································································100
2. 나노 Qplus ······································································································105
제3 식별체계 비교 분석 ·································································109
제5장 USN 데이터 리 기술 ····························································110
1. sensorML ············································································································110
제6장 USN 식별체계 리 방안 ·······················································113
제1 USN 식별체계 필요성 ·····································································113
제2 USN 식별체계 리 시스템 ·························································116
1. 시스템 구성도 ···································································································116
2. 시스템 흐름도 ···································································································118
3. 메타데이터 리 시스템 설계 ······································································121
4. USN 검색 시스템 설계 ··················································································125
5. 센싱 데이터 시스템 설계 ··············································································129
제3 용 시나리오 ····················································································133
제7장 결론 ·······························································································136
참 고 문 헌 ·····························································································139
부록(용어설명) ························································································144
- x -
표 목 차
<표 3-1> IEEE 802.11 TG 연구 내용 ······························································20
<표 3-2> IEEE 802.15 WPAN WG 산하의 TG 표 화 황 ·····················29
<표 3-3> ZigBee 기술사양 버 별 차이 ···················································30
<표 3-4> 년도별 Zigbee 로 일 표 화 황 ·········································31
<표 3-5> 6LoWPAN 표 황 ········································································35
<표 3-6> Frame Control 필드 구성 ·································································46
<표 3-7> Frame Control 필드 값에 따른 주소 필드 형태 ·························47
<표 3-8> Access Code 필드 구성 ····································································53
<표 3-9> 코드 타입에 따른 LAP 주소 변환 ··················································54
<표 3-10> Frame Control 필드 구성 ·······························································64
<표 3-11> UWB와 여타 통신기술과의 비교 ··················································70
<표 3-12> Ternary 코드 ·····················································································73
<표 3-13> 네트워크 깊이에 따른 오 셋 값 ·················································78
<표 3-14> IPv6 주소 생성 방식 ·······································································81
<표 3-15> 6LoWPAN Dispatch 코드 패턴 ····················································87
<표 3-16> HCI 인코딩에 의한 주소 필드 해석 ············································90
<표 3-17> 주소 압축 상태 ·················································································90
<표 3-18> HC_UDP 인코딩 필드 ·····································································92
<표 3-19> 통신기술에서의 식별체계 ·······························································95
<표 4-1> TinyOS의 메시지(TOS_Msg) 구성 필드 ······································103
<표 4-2> TinyOS의 주소 구분 ········································································104
<표 6-1> 사용 형태에 따른 메타데이터 구분 ·············································124
- xi -
그 림 목 차
(그림 1-1) 연구 목표 ······························································································3
(그림 1-2) 연구 내용 범 ··············································································5
(그림 2-1) USN 구조 ···························································································7
(그림 2-2) 센서 네트워크 기본 구성도 ······························································9
(그림 2-3) 센서 네트워크 로토콜 스택 ························································11
(그림 3-1) IEEE 802.15 WPAN 분야 ·····························································22
(그림 3-2) IEEE 802.15.1 구조 ···········································································24
(그림 3-3) IETF 6LoWPAN WG의 작업 범 ···············································35
(그림 3-4) IEEE 802.11 로토콜 스택 (출처 : IEEE 802.11) ·····················40
(그림 3-5) WLAN 인 라스트럭처 네트워크 ·················································42
(그림 3-6) WLAN 애드혹 네트워크 ·································································43
(그림 3-7) IEEE 802.11 MAC 임 구조 ····················································44
(그림 3-8) Bluetooth 로토콜 스택 (출처: IEEE 802.15.1) ························49
(그림 3-9) Bluetooth 네트워크 토폴로지 ························································51
(그림 3-10) Bluetooth 장비 간 연결 과정 ······················································52
(그림 3-11) 피코넷 송 패킷 임 구조 ····················································53
(그림 3-12) Access Code 필드 구조 ································································53
(그림 3-13) BD_ADDR 필드 구조 ····································································56
(그림 3-14) LR-WPAN 스택 구조 ····································································57
(그림 3-15) LR-WPAN 네트워크 토폴로지 ··················································58
(그림 3-16) 코디네이터로 달 ··········································································60
(그림 3-17) 코디네이터로부터의 데이터 달 ················································61
(그림 3-18) LR_WLAN의 일반 인 MAC 임 구조 ······························62
(그림 3-19) Frame Control 필드 구조 ·····························································63
(그림 3-20) LR-WPAN의 Beacon Frame 구조 ···············································66
(그림 3-21) LR-WPAN의 Data Frame 구조 ···················································66
(그림 3-22) LR-WPAN의 Acknowledge Frame 구조 ···································67
(그림 3-23) LR-WPAN의 MAC Command Frame 구조 ·····························67
- xii -
(그림 3-24) UWB의 정의 ····················································································69
(그림 3-25) IEEE 802.15.4a 주 수 운용 상황 ···············································71
(그림 3-26) UWB 임 형태 ········································································72
(그림 3-27) SHR 리앰블 구조 ········································································73
(그림 3-28) ZigBee 로토콜 스택 ·································································74
(그림 3-29) ZigBee 네트워크 토폴로지 ···························································76
(그림 3-30) ZigBee 통신 방식 ···········································································77
(그림 3-31) ZigBee 네트워크 16비트 주소할당 ···········································79
(그림 3-32) WiBEEM 로토콜 스택 ·······························································93
(그림 4-1) TinyOS 컴포 트 구조 ································································101
(그림 4-2) TinyOS 로우(raw) 메시지 구조 ·················································102
(그림 4-3) TinyOS 메시지 구조 ································································104
(그림 4-4) 나노 Qplus 계층 구조도 ·······························································105
(그림 5-1) SensorML의 스키마 ········································································111
(그림 6-1) USN 식별체계 리 시스템 구성도 ·········································117
(그림 6-2) USN 식별체계 리 시스템 체 흐름도 (센싱 데이터 직 획득) ········120
(그림 6-3) USN 식별체계 리 시스템 체 흐름도 (URI를 통한 데이터 획득) ······120
(그림 6-4) 메타데이터 리 시스템 구조 ······················································124
(그림 6-5) USN 검색 시스템 구조 ·································································127
(그림 6-6) USN 검색 시스템 URI 획득 과정 ············································128
(그림 6-7) 센싱 데이터 시스템 메시지 스키마 구조 ··································130
(그림 6-8) 센싱 데이터 시스템 구조 ······························································131
(그림 6-9) USN 식별체계 리 시스템 용 시나리오 ·····························134
- 1 -
제1장 서론
제1 연구의 필요성
1. 센서 네트워크의 한 활용을 한 연구 자료의 확충
정보통신부의 IT-839 정책에 의해 국내에서도 센서 네트워크에 한 기
술 개발과 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 결과 물류, 환경제어, 홈
네트워크, 교통 등 다양한 분야에서 센서 네트워크가 용되고 있다.
세계 으로 유비쿼터스 환경 구 을 한 기반 분야로써 센서 네트
워크의 요성이 인식되어, IEEE와 IETF 등 국제 표 기구들의 주도로 표
화가 빠르게 진행되고 있다. 그에 발맞추어 국내에서도 센서네트워크와
련된 연구 표 화가 진행 에 있으나 센서 네트워크 식별체계에
한 연구와 표 화 활동은 미비한 실정이다.
따라서 센서 네트워크의 활용 효과를 극 화하고, 국내 센서 네트워크
련 기술 개발과 표 연구를 한 기 자료로써, 재 해외에서 진행
인 센서 네트워크 식별체계 기술 표 화 동향을 조사하고 분석하는
것이 필요하다.
2. 선도 인 유비쿼터스 환경을 마련하기 한 센서 네트워크
식별체계 정립
센서 네트워크에 사용되고 있는 식별체계는 물리 계층, 데이터링크 계
층, 네트워크 계층 등 각 계층에서 사용하는 주소체계가 있으며, 센서노드
를 통해 획득한 환경 정보의 처리 장과 련된 센서 네트워크의 운
체제와 데이터베이스에 용되는 식별체계가 있다. 각각의 통신구조,
운 체제와 데이터베이스 설계 목 에 따라 상이한 형태의 식별체계를
사용하고 있으며, 센서 네트워크 식별체계에만 국한된 것이 아니라 통신
- 2 -
계층 는 리기술에 따라 포 으로 진행되고 있다.
따라서 국내의 다양한 산업 환경에 맞는 센서 네트워크 용 리
기술 마련을 해, 존하는 센서 네트워크의 다양한 식별체계를 체계
으로 분석하여 센서 네트워크 식별체계의 정립 요구사항을 분석하고, 센
서 네트워크 식별체계로부터 리가 필요한 식별체계를 도출해야 한다.
3. 센서 네트워크 활용을 한 효율 인 식별체계 리 방안 필요
센서 네트워크는 용 분야에 따라 다양한 데이터 처리 방식과 망 구
성 방식이 존재하기 때문에 단일 표 으로써 구 되기 어렵다는 문제 을
갖는다. 그러나 각 분야별로 센서 네트워크를 용하기 한 연구는 지속
으로 진행되어 왔으며, 그 결과 산업의 다양한 분야에 센서 네트워크를
용할 수 있게 되었다.
센서 네트워크가 산업 반에 걸쳐 활용된다고 하더라도, 각 환경에 따
라 독립 인 네트워크를 형성하는 것이기 때문에, 유비쿼터스 환경 구
을 해서는 각 분야에서 개별 으로 활용되고 있는 센서 네트워크들을
체 으로 통합 운 할 수 있는 연동 방안 그와 련된 연구가 요구
된다.
따라서 센서 네트워크에서 발생하는 데이터의 처리ㆍ 장ㆍ 달에 필
요한 식별체계를 히 활용할 수 있는 리체계 구축이 필요하며, 이를
통해 다양한 USN 서비스 연동과 신규 인터넷 서비스 추진에 활용할 수
있는 바탕을 마련해야 한다.
- 3 -
제2 연구 목표
본 연구의 목표는 USN의 식별체계 개념을 정립하고, 존하는 식별체
계 기술 분석을 통해 국내 환경에 합한 USN 식별체계 리 방안을 마
련하는데 있다. 이를 효과 으로 수행하기 하여 (그림 1-1)과 같이 세부
목표를 나 어 수행한다.
(그림 1-1) 연구 목표
1. USN 식별체계 개념 정의 필요성 제시
가. USN 식별체계의 개념을 정의하고 기본 구조 기술요소를 조사
한다.
나. 재 운 되는 USN 서비스의 문제 을 도출하고, USN에서 식별체계의
필요성을 제시한다.
- 4 -
2. USN 통신기술에서의 식별체계 분석
가. ISO, IEEE, IETF 등 국제 표 기구와 센서 네트워크 산업계의 연구
연합체 등에서 진행되는 센서네트워크와 련된 연구 표 화 동향
을 조사한다.
나. 조사된 표 화 련 기술을 바탕으로 통신에서 사용 인 USN
식별체계를 분석한다.
3. USN 운 체제에서의 식별체계 분석
가. 국내외 다양한 분야에서 진행 인 센서 네트워크 운 체제와 련된
연구 표 화 동향을 조사한다.
나. 조사된 표 화 련 기술을 바탕으로 운 체제에서 사용 인
USN 식별체계를 분석한다.
4. USN 데이터 리 기술
가. 센서 네트워크를 통해 획득한 데이터의 처리 장을 한 데이터
리 기술 표 화 동향을 조사한다.
5. 센서 네트워크 식별체계 리 방안 참조모델 제시
가. 존하는 센서 네트워크의 다양한 식별체계를 체계 으로 분석하여
센서 네트워크 식별체계 요구사항을 도출한다.
나. 국내 환경에 합한 센서 네트워크 식별체계 리 방안을 마련한다.
- 5 -
제3 연구내용 범
본 연구의 내용 범 는 USN 통신기술에서의 식별체계, USN 운
체제에서의 식별체계, USN 데이터 리 기술 분야로 지정한다. 각 분야
별로 련 기술 표 화 동향을 살펴보고, 재 USN에서 가장 주목을
받고 있는 기술의 식별체계 연구 표 안을 분석한다.
분석된 자료를 바탕으로 식별체계 리를 한 요구사항을 도출하고,
궁극 으로는 USN 식별체계 리 방안 참조 모델을 제시하도록 한다.
본 연구에 한 내용 범 를 도식화하고 세부 항목별로 기술하면
(그림 1-2)와 같다.
(그림 1-2) 연구 내용 및 범위
- 6 -
1. USN 련 기술 표 화 동향 분석
가. 통신기술, 운 체제, 데이터 리 기술의 센서 네트워크 연구와 표 화를
진행하는 국내외 표 기 들에 해 조사하고, 진행 인 표 화 내용
기술을 분석한다.
2. USN 식별체계 분석
가. 센서 네트워크 연구와 표 화 동향에 한 조사를 바탕으로 재 센서
네트워크의 표 기술을 선별하고, 이러한 기술 분야에서 식별체계의
용 여부와 용에 따른 리 형태를 조사, 분석한다.
3. USN 식별체계 리 방안 제시
가. USN 식별체계 분석 자료를 바탕으로 식별체계 리를 한 고려사항
요구사항을 도출한다.
나. 도출된 요구사항을 만족하는 USN 식별체계 리 방안 참조 모델을
제시한다.
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제2장 USN 개요
제1 USN 정의 구조
USN이란 "다양한 센서노드로부터 수집된 사람, 사물 환경 정보를
인식하고 장, 가공, 융합하여 언제, 어디서, 구나 이용할 수 있는 정보
통신 인 라"이다[1].
USN은 유비쿼터스 시 실 을 한 가장 표 인 핵심 기반 기술로,
물류, 유통, 환경감시, 의료서비스, 주거 공간의 홈 네트워크화, 산업 모니
터링 등의 다양한 형태의 서비스에 활용되고 있다. 아직까지 핵심 기술
발 의 미비와 경제 측면에서 활성화가 되지 못하고 있으나, 향후 다양
한 분야와 목되어 단순한 통신 네트워크의 개념이 아닌 고도의 생활복
지를 실 시킬 수 있을 것으로 망되고 있다. 해외의 센서 네트워크
련 연구를 보면, 일반 으로 USN 신 WSN(Wireless Sensor Network)
라는 개념을 사용하고 있다.
(그림 2-1) USN 구조
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USN의 구조는 (그림 2-1)과 같이 정보자원 계층, BcN 백본 액세스
네트워크 계층, 미들웨어 계층, 응용서비스 계층으로 구성된다. 정보자원
계층에서는 주변 환경의 정보를 획득하여 이를 상 계층으로 달하는
역할을 수행하며, 센서노드와 싱크노드를 구성요소로 한 정 규모의 센
서 네트워크를 구축한다. 정보자원 계층으로부터 달되는 환경 정보는
게이트웨이와 미들웨어를 통해 각종 응용분야로 달된다.
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제2 센서네트워크 식별체계
센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨 구 을 한 기반 네트워크로
경량, 가격, 력의 많은 센서들로 구성된 무선 네트워크이다[2][5].
센서 네트워크는 기본 으로 센서노드(Sensor Node), 싱크노드(Sink
Node) 는 게이트웨이(Gateway)로 구성된다. 각각의 센서노드에서 센싱
된 데이터는 싱크노드에 의하여 수집되어 인터넷 등의 외부 네트워크를
통하여 사용자에게 제공된다. (그림 2-2)는 이러한 센서 네트워크의 기본
인 구성도를 나타낸다.
(그림 2-2) 센서 네트워크 기본 구성도
센서노드는 사물의 인식정보나 주변의 환경정보(온도, 습도, 오염정보,
균열정보 등)를 감지하고, 감지된 정보를 통합 으로 처리한 데이터를 유
무선 통신기술로 달하는 역할을 한다. 싱크노드는 센서 태그 는 센서
노드가 외부 네트워크와 통신하기 해 속하는 계 역할을 한다.
센서노드는 센서 네트워크로 달된 서비스요구 는 이미 설정한 조
건에 따라 생성된 정보를 싱크노드로 달하고 해당정보는 감지된 기
데이터 는 주변 센서 노드 간의 커뮤니 이션에 의해 가공된 형태로
싱크 노드에 달된다. 싱크노드로 달된 정보는 사용자의 서비스에 한
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응답으로 사용되거나 통계 인 자료로 활용된다.
센서 네트워크는 유비쿼터스 환경 구 을 한 기반 분야로써 재 유통,
물류, 환경제어, 홈 네트워크, 교통, 국방 등 다양한 형태의 서비스에 활용
되고 있다. 이러한 서비스들은 서로 다른 요구사항에 따라 다양한 형태의
개발 리가 이루어지고 있어 상호 정보공유가 어려운 실정이다. 이런
환경에서 서비스마다 다른 정보교환 방법을 사용하는 것은 사용자들에게
불편함을 뿐만 아니라 유비쿼터스 서비스 활성화의 장애요인이 된다.
따라서 사용자와 서비스 간의 원활한 정보공유를 한 표 화된 식별체계가
필요하다.
여기서 말하는 식별체계란 USN에서 각종 물리 개체, 네트워크, 서비스
유형 등을 구별할 수 있도록 부여된 유일한 식별자로써 객체 리, 치
결정과 근에 필요한 정보, 상호 연동을 한 서비스 리 방안 등이 모두
포함된다. 기 센서 네트워크는 단일 환경 하에서 연구가 진행되었지만
다양한 환경에서 그 활용 범 가 넓어지면서, 서로 다른 환경에서 제공할
수 있는 서비스를 한 식별체계가 사용되고 있다.
향후 로벌 센서 네트워크 환경에서는 리와 이동 기능을 제공하기
해 더욱 더 다양한 센서노드가 사용될 것이다. 따라서 이질 이고 복잡
한 센서 환경에서 획득한 정보를 체계 으로 유지ㆍ 리할 수 있는 식별
체계 기술에 한 연구 표 화와 리 방안이 요구된다.
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제3 센서 네트워크 로토콜 스택
센서 네트워크의 로토콜 스택(Protocol stack)[2][3][39]은 (그림 2-3)과
같이 물리 계층(Physical layer), 데이터 링크 계층(Data Link layer), 네트
워크 계층(Network layer), 송 계층(Transport layer), 그리고 응용 계층
(Application layer)에 따라 각 계층별 역할 구분이 되어 있으며, 리
역에 따라 력 리 평면(Power Management Plane), 이동성 리 평면
(Mobility Management Plane), 작업 리 평면(Task Management Plane)
으로 나뉜다.
(그림 2-3) 센서 네트워크 프로토콜 스택
센서 네트워크 로토콜 스택의 각 계층별 역할은 다음과 같다. 물리
계층은 신호감지, 변복조, 데이터 암호화, 반송 생성 등 실제 물리 인
신호 송을 담당하는 계층이다.
센서네트워크의 물리 인 신호 송을 한 주 수 역은 송수신 형태
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기능에 따라 다양한 형태로 이루어져 있으며 국가(지역)별로 주 수
분배를 달리 사용하고 있다. 국내에서는 900MHz, 2.4GHz 무허가 주 수
역인 ISM(Industrial Scientific Medical) 주 수들이 많이 사용되고 있다.
데이터링크 계층은 3장에서 다룰 USN 통신에서 사용하는 식별체계를
가지고 있는 계층이다. 데이터 흐름 임 탐지, 데이터 흐름간의
근제어 오류제어를 담당한다.
네트워크 계층은 서로 다른 종류의 센서 네트워크로 구성된 외부 네트
워크와 통신할 수 있는 인터네트워킹을 제공하고, 달되는 데이터의 라
우 을 담당하는 계층이다. 송 계층은 응용 계층으로 데이터 송 시
데이터 흐름 유지 신뢰성 있는 송을 담당하는 계층이다.
응용 계층은 사용자를 한 서비스를 제공하기 한 응용 센서 네
트워크의 효율 인 운 을 한 리를 담당하는 계층이다. 감지되는 작
업에 따라 여러 종류의 응용 소 트웨어가 형성될 수 있고 이러한 소 트
웨어들은 응용 계층 에 사용될 수 있다.
센서 네트워크 로토콜 스택의 리 역에 따른 각 평면의 역할은
다음과 같다.
력 리 평면은 물리 계층에서 응용 계층에 걸쳐 센서노드간의 력,
이동성, 작업 배분을 감지하고, 력을 소모하여 작업하는 것을 돕는다.
이동성 리 평면은 각 계층에서 센서 노드들이 제한 으로 이동될 때
최소의 토폴로지 변화와 최 한으로 지속 인 흐름을 유지하기 한 노력
이동시 주변의 노드 발견, 동기화하는 역할을 한다.
작업 리 평면은 각 계층에 걸쳐 센서 네트워크의 작업 유형에 따른
매체 근 방식, 스 쥴링, 경로설정 트래픽 특성을 고려한 흐름 제어
등을 담당한다.
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제3장 USN 통신기술에서의 식별체계
제1 USN 통신 기술 연구 표 화 동향
USN의 기반 기술인 센서네트워크에 한 표 화는 IEEE(Institute of
Electrical and Electronics Engineers)와 IETF(Internet Engineering Task
Force), ZigBee Alliance 등을 통해 가 활발히 이루어지고 있다. 특히,
IEEE 802 LAN/MAN 원회에서는 ISO(International Organization for
Standardization)에서 규정된 7계층으로 구성되는 OSI(Open Systems
Interconnection) 기본 참조 모델의 물리 계층과 데이터링크 계층을 상
으로, IETF(Internet Engineering Task Force)에서는 네트워크 계층[4] 이상을
상으로 연구 표 화 활동이 진행 이다.
본 에서는 무선 네트워크 련 분야에서 센서네트워크에 한 표
기술인 IEEE 802 원회의 WPAN, WLAN과 네트워크 계층 기술인
6LoWPAN, ZigBee 그리고 최근 각 받고 있는 무선 메시 네트워크에 한
국내외 연구 표 화 동향에 해 살펴본다.
1. WLAN(Wireless Local Area Network)
IEEE 802.11[7]은 1997년 7월에 IEEE 원회에서 승인된 WLAN(Wireless
Local Area Network) 시스템의 PHY MAC 규격을 표 화하는
WG(Working Group)이다. IEEE 802.11은 산업, 과학, 의료용인 2.4GHz
역을 이용해 하나의 MAC 계층(Media Access Control layer)과 세 종류
의 PHY(물리) 계층 기술로 구성되어 있다. 이 데이터 링크 계층은 하
에 치한 LAN 특유의 MAC 계층과 MAC 계층의 상 계층에 치한
LLC(Logical Link Control) 계층으로 구성된다. WLAN은 여러 연구 분야
에 따라 다수의 TG(Task Group)들로 구성된다. IEEE 802.11 WG의 각 TG
별 연구 활동을 살펴보면 다음과 같다.
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1) TG 11a
IEEE 802.11a[9]는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)을
용하여 최 54Mbps의 송 속도를 지원할 수 있도록 PHY 계층을
정의하 다. 5GHz 역 주 수를 사용하는 802.11a 표 에서 주목할 부
분은 유럽과 일본의 5GHz 주 수 역에 이더의 사용으로 인해
간섭을 회피하기 한 방법으로 송신출력제어(Transmitter Power
Control)과 동 주 수 선택(Dynamic Frequency Selection) 방식을 표
에 포함했다는 이다.
2) TG 11b
IEEE 802.11b[8]는 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)를 이용해
1~2Mbps 송 속도를 제공하고, CCK(Complementary Code Keying)를
통해 5.5, 11Mbps의 송속도를 지원하도록 설계되었다. 주 수는
2.4GHz를 이용하고, 기 무선LAN 활성화에 기여한 제품이 802.11b
표 을 이용한 기기이며, 국내에서는 KT 네스팟으로 표되는 무선 LAN
서비스에 이 기술이 활용되었다.
3) TG 11g
IEEE 802.11g[10]는 2003년 완료된 표 으로, 2.4GHz 주 수 역에서
OFDM을 용해 최 54Mbps의 송 속도를 지원한다. 802.11g는
2.4GHz 역에서 802.11b와 호환성을 유지하기 해 DSSS 기술과 CCK,
그리고 802.11a의 OFDM 방식 에서 6, 12, 24Mbps를 필수 사항으로
채택을 하 다. 한 802.11b로부터 802.11g의 임을 보호하기 한 보
호 메커니즘이 추가되었다.
4) TG 11ｊ
IEEE 802.11j[7][12]는 지난 2002년 일본에 할당한 4.9~5GHz 역을 이용
해 무선 속 서비스를 제공하기 한 것으로, 2002년 하반기에 802.11a를
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기반으로 OFDM을 용해 최 54Mbps의 송 속도를 지원하는 표 을
개발했으며, 2004년 표 화가 완료되었다.
5) TG 11n
IEEE 802.11n[7][12]은 차세 무선 LAN의 새로운 표 을 만들기 해
WNG(Wireless Next Generation) SC(Standing Committee)에서 만들어진
SG(Study Group)으로, 2002년 5월 HTSG(High Throughput Study
Group)의 구성을 승인 받고, 2002년 9월 회의를 첫 시작으로, 2003년 9월
회의부터 802.11n이라는 TG로 정식 활동을 시작했다.
802.11n은 PAR(Project Authorization Request)를 통해 액세스 포인트
(Access point)에서 어도 100Mbps의 송속도를 지원하는 차세 무선
LAN 요소 기술을 표 화 범 로 정의하 다. 이를 해 다 안테나를
이용해 주 수 효율을 증가시키는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)
방식과 공간분할다 속(SDMA) 방식, 이 밖에도 응형 변조 기술
(Adaptive OFDM) 등이 고려되었다. 802.11n은 PHY뿐만 아니라 MAC 계
층을 동시에 고려해 11a와 11g의 호환성을 제공한다. 2006년 1월 11n의
첫 표 안, 802.11n/D0.01버 이 마련되었고, ETRI를 비롯한 국내기업의
활동이 두각을 나타내고 있다.
6) TG 11e
IEEE 802.11e[7][12]는 802.11 MAC 계층에서 지원하는 다양한 QoS
향상을 목 으로 만들어졌다. MAC 계층 속방식에서 기 시간이 긴
문제 등을 개선하기 해 2005년에 EDCF(Enhanced Distributed Coordination
Function)를 표 화하 다. QoS 향상을 해 EDCF라는 경쟁 기반의 채
속 방식과 PCA(Polled Channel Access)라는 폴링 채 방식을 함께 사
용한 HCF(Hybrid Coordination Function) 채 속 방식을 제안하 다.
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7) TG 11f
IEEE 802.11f[7][12]는 IAPP(Inter Access Point Protocol)라는 서로 다른
액세스 포인트 제품들 간의 상호 호환성을 유지하면서 핸드오 (Hand
off)를 지원하기 한 최소한의 액세스 포인트 간 통신규약과 로토콜을
정의하는 것을 목표로 2003년 표 화가 완료되었다.
8) TG 11h
IEEE 802.11h[11]는 11a의 시스템 성능 향상과 5GHz 역을 사용하는
무선 LAN 규격이 이더와 같은 간섭을 회피할 수 있도록 동 채 선택
(DFS, Dynamic Frequency Selection) 송신 력제어(TPC, Transmit
Power Control) 등을 포함하는 표 화로 2003년에 완료되었다. TG 11h는
유럽의 무선 LAN 규격인 HIPERLAN/2(HIgh PErformance RadioLAN
type 2) 등과의 공존을 꾀하기 해 발족한 WG이다. 유럽의 표 화 단체
인 ETSI/BRAN(European Telecommunication Standards Institute/
Broadband Radio Access Networks)와 깊이 여해 활동하고 있다.
9) TG 11i
IEEE 802.11i[7][12]는 보안과 련된 TG로, Security와 인증 메카니즘을
개발하여 2004년 표 화가 완료되었다.
10) TG 11k
IEEE 802.11k[7][12]는 기존 표 이 무선 LAN의 라디오 자원 측정에
있어서, 내 인 부분만을 다루고 있는 것에 해 외 인 부분, 를 들면,
로 , 공유 등까지 포함해 무선 자원을 측정하고 리하기 한 작업을
수행한다. 이것은 외 인 자원으로부터 서비스를 리하기 해 필요한
측정결과와 정보를 제공하기 해 필요하며 2006년 3월에 승인되었다.
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11) TG 11REVma
IEEE 802.11REVma[7][12]는 유지 변경(maintenance change) 이라고도
하며, 802.11의 1999와 2003 버 의 PAR를 개정하는 작업을 수행한다. 일
정 기간 동안 축 된 편집과 기술 인 부분을 교정하는 TG로, 2006년
4월에 승인되었다.
12) TG 11p
IEEE 802.11p[7][12]의 PAR를 통해 운송수단과 도로 장치 간에 5GHz
주 수 역을 사용해 통신하는 ITS(Intelligent Transportation System)의
PHY/MAC 기술을 표 화하는 WG으로 2006년 5월에 승인되었다.
13) TG 11r
IEEE 802.11r[7][12]의 목 은 빠른 로 (roaming)을 제공하기 한 것으로
BSS(Basic Service Set) 변환 동안 발생하는 Station(STA)과 Distribution
System(DS) 간의 시간정보에 한 자료의 양을 최소화하거나 제거함으로
써, IEEE 802.11 MAC 계층을 제한하고 향상시키는 것이다. 802.11r은 기
시간이나 시간조건 등을 연구하고, IEEE 802.11 ESS 내에서 BSS 환을
향상시키고, VoIP와 같은 응용을 제공하기 해 실시간을 지원하기 한
목 을 가지고 있다. 2006년 4월에 승인되었다.
14) TG 11s
IEEE 802.11s[7][12]는 자기 구성(self-configuring), 멀티 홉(multi-hop)
기술을 사용하는 액세스 포인트 간에 멀티캐스트(multicast)와 유니캐스트
(unicast)를 지원하기 해, IEEE 802.11 PHY/MAC 계층을 이용해 IEEE
802.11 Wireless Distribution System(WDS)에서 IEEE 802.11 ESS 메시
네트워킹(Mesh Networking)을 개발하기 한 WG이다. IEEE 802.11(2003
edition) 표 은 WDS를 생성하기 해 액세스 포인트 간에 교환하는
데이터 패킷에 해 4개의 주소 임 포맷을 제공한다.
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15) TG 11ｔ
IEEE 802.11t[7][12]는 WPP SG(Wireless Performance Prediction Study
Group)라는 SG로 시작해, 2004년 PAR 승인을 얻었고, 재 TG 11t로
활동하고 있다. 802.11t가 활동하게 된 배경은 IEEE 802 로젝트에 IEEE
802.11 장비와 시스템과 련해 제조업체나 매자를 평가할 수 있는 그
어떤 측정 방법도 없었기 때문이었다. 따라서 매나 그 밖의 련자들은
재, 실험조건이나 표 측정 방법 없이 도성 성능 시험(conduct
performance tests)만을 수행하고 있다.
IEEE 802.19에서 서로 다른 802 장비나 로토콜 간의 공유 이슈를 다루고
있지만, 802.11 장비의 성능을 한 측정방법 등은 명확히 다루고 있지 못
한 실정이다. 무선 네트워크의 성능을 분석하고 측하기 해서는 측정방
법에 한 요구가 필수 이었다. 이와 유사한 역할을 하는 IEEE 802.11k는
무선 LAN 로토콜과 련된 변화와 측정 등을 정의하고 있다.
이와 같이 TG 11t에서는 IEEE 802.11 장비에 해 측정 구성도와 측정
방법 등을 제공하면서, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 802.11t를 통해 개발되
는 방법론의 활용 상자는 IT 리자와 측정연구실, 시스템 설치자와
802.11 장비 사용자뿐만 아니라, 802.11과 연동하는 소 트웨어, 칩셋 개발
자 등이 포함된다.
16) TG 11u
IEEE 802.11u[7][12]는 외부 네트워크, 를 들면 IETF, 3GPP 그리고
3GPP2 등과 상호작용을 제공하기 한 표 으로, 2004년 12월에 PAR 승
인을 받았다. PAR의 주요 내용은 IEEE 802.11 PHY/MAC과 다른 네트워
크와의 상호작용이 가능하도록 무선 인터페이스(air interface)와 련
규정을 개정하는 것이 목 이다.
이와 련해 IEEE 802.21(Media Independent Handover)는 IEEE 802
무선 기술과 셀룰러 네트워크 간의 핸드오 를 비롯한 다양한 무선시스템
간의 핸드오 를 연구하고 있다.
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17) TG 11v
IEEE 802.11v[7][12]는 Wireless Network Management라는 재 IEEE
802.11에서 사용하는 SNMP(Simple Network Management Protocol)에
한 문제 악과 이의 해결을 한 연구가 진행되고 있다.
18) TG 11w
IEEE 802.11w[7][12]는 2005년 3월 20일 PAR의 승인을 받고, 데이터 축 ,
데이터 신뢰성, 재생보호 그리고 데이터의 기 성 등을 보장하기 한 메
카니즘을 제공하기 해 IEEE 802.11 MAC을 향상시키기 한 연구를
추진하고 있다.
19) TG 11y
IEEE 802.11y[7][12]는 3,650~3,700MHz 주 수 역에서 로드밴드
무선 서비스(Broadband Wireless Services)를 연구하고 있다.
<표 3-1>은 각 TG의 연구 내용을 종합하여 요약하고 있다.
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TG 표 화 상 업무진행
상태
802.11a OFDF at 5GHz- 802.11의 속도를 5GHz 역에서 최 54Mbps까지 확장
- OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기술을 사용
1999
완료
802.11b
High Rate
DSSS at
2.4GHz
- 802.11의 속도를 2.4GHz 역에서 최 11Mbps까지 확장
- HR-DSSS 기술 사용
1999
완료
802.11cMAC Bridge
Operation
- 802.1d에서 802.11 임을 지원, 리지 기능을 강화하기
한 MAC 기능 수정
1998
완료
802.11d Global
Harmonization- 지리 규제 역을 넘어서 로 을 가능하게 한 규격
2001
완료
802.11eEnhancement
for QoS(Quality of Service)
- QoS 보장/향상을 한 일련의 MAC 기능의 향상2005
완료
802.11f Inter Access Point Protocol - AP 상호간에 로
2003
완료
802.11g - 802.11b를 최 22 는 54Mbps 등 고속의 동작을 한 확장 표2000
완료
802.11h
MAC & PHY for Spectrum Measurement
-Dynamic Frequency
Selection & Transmit Power
Control
- 동 채 선택(DFS, Dynamic Frequency Selection) 송신
력제어(TPC, Transmit Power Control) 등 제안
- 유럽지역에서의 5GHz 역 규제를 만족하기 한 성격이 강함
2003
완료
802.11i Security Enhancement
- 802.11 MAC에 한 보안 인증 메커니즘 확장
(Enhanced MAC security)
- AP 간에 핸드오 환경하에서도 견고한 실시간 보안 제공 등
2004
완료
802.11k Radio Resource Measurement
- 핸드오 시 을 알려주는 무선 자원 리
(Radio Resource Management)
- 다양한 물리계층이 갖는 자원에 한 측정 기능의 향상 등
드래 트
진행
802.11n
Enhancements
for Higher
Throughput
- 차세 무선 LAN (MAC 부계층에서 100Mbps 이상의 처리율)드래 트
진행
<표 3-1> IEEE 802.11 TG 연구 내용
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2. WPAN(Wireless Personal Area Network)
유비쿼터스 네트워킹에 한 요구가 증 하면서 가정 내 가 기기, 사무
기기 각종 정보기기를 근거리에서 배선의 설치없이 연결시켜 주는
WPAN(Wireless Personal Area Network) 기술이 주목 받고 있다[13].
WPAN은 유비쿼터스 네트워킹의 경량, 력, 비용에 합한 기술
로 이에 한 표 화와 기술개발이 세계 으로 활발히 진행되고 있다.
최근 IEEE 802.15 WG(Working Group)을 비롯한 Bluetooth SIG(Special
Interest Group), ZigBee Alliance, WiMedia Alliance, UWB(Ultra Wide
Band) Forum 등을 심으로 WPAN의 물리계층, 데이터링크 계층, 네트
워크 계층 응용에 한 연구 표 화 작업이 진행 이다. 더불어
IETF(Internet Engineering Task Force)의 6LoWPAN(IPv6 over Low
power WPAN) WG에서 IEEE 802.15.4 기반의 LR-WPAN과 IPv6 연동에
한 표 화 작업이 진행 이다.
WPAN은 랩탑 PC, PDA 등 개인 휴 용 디지털 자기기의 발 으로
인해 이들 기기간의 네트워크 요구에 의해 등장하 다. 그리고 IEEE의
표 화 기구와는 별도로 업계들의 SIG(Special Interest Group) 주로
정립된 홈RF나 블루투스 등과의 공존 상호 연동의 필요성 등에 의해
본격 으로 주목받기 시작하 다. 1998년에 결성된 블루투스 SIG가
WPAN 연구의 기폭제가 되어 IEEE 802를 심으로 WPAN 연구가 활발
하게 진행되어 왔다. 1998년에는 기존의 WLAN과 다르게 력 소비와
단순한 구조를 가지면서 POS(Personal Operating Space)에서 무선 속을
제공할 수 있는 표 을 제정하기 해 WPAN SG(Study Group)가 결성
되었으며, 1999년에 IEEE 802.15 WG이 만들어졌다.
이들 IEEE 802.15 WPAN WG을 심으로 Bluetooth SIG(Special
Interest Group), ZigBee Alliance, WiMedia Alliance, UWB Forum 등이
서로 력하여 WPAN 무선 속 표 화 작업을 진행하고 있다. 1998년 3월,
IEEE 802.11 WLAN(Wireless Local Area Network) WG에서 력 소모와
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복잡도가 낮은 POS(Personal Operating Space) 역에서 무선 속을
제공할 수 있는 표 의 필요성이 제기되면서 이를 연구하기 해 WPAN
(W ireless Personal Area Network) SG(Study Group)을 만들었다. 이후
1999년 3월 WPAN에 본격 인 연구개발을 목표로 IEEE 802 LMSC
(LAN/MAN Standards Committee) 총회를 거치면서 IEEE 802.11
WLAN에서 분리하여 독립 인 IEEE 802.15 WPAN WG이 탄생하 다.
IEEE 802.15 WG은 WPAN(Wireless Personal Area Networks) 는
단거리 무선 네트워크를 한 표 을 제정하는 것을 목표로 한다. WPAN
은 PC, PDA, 셀룰러 폰 등의 무선 이동 기기간의 통신을 가능하게 하며,
다른 무선 통신 기술에 비해 에 지 소비가 낮고 가이기 때문에 센서네
트워크에 도입되기에 합한 통신 기술로 부각되고 있다. 특히, IEEE
802.15.4 표 은 센서 네트워크에서 가장 합한 통신 기술로 인정받고 있
으며, 재 ZigBee와 6LoWPAN의 MAC(Medium Access Control)
/PHY(Physical layer) 표 으로 사용되고 있다. WPAN은 (그림 3-1)과 같
이 여러 연구 분야에 따라 다수의 TG들로 구성된다.
(그림 3-1) IEEE 802.15 WPAN 분야
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IEEE 802.15 WG의 각 TG 연구 활동을 살펴보면 다음과 같다. TG 15.1과
TG 15.2는 Bluetooth 기술 규격과 무선 네트워크 간의 상호운용성에 해 각각
규정하고 있다. TG 15.3은 HR-WPAN에 한 MAC PHY에 한 표 화를,
TG 15.4는 ZigBee에 한 MAC PHY에 한 표 화를 수행하고 있다.
TG 15.3a와 TG 15.4a는 기존 LR-WPAN의 PHY(24GHz, 868/915MHz) 신
UWB PHY를 활용하는 WPAN 네트워크에 한 표 화를 추진하고 있다. 그리
고 TG 15.4b는 LR-WPAN의 기 버 에서 구조개선, 보안키 융통성 향상,
새로운 가용 주 수 할당 등을 보완하는 표 작업을 진행하고 있다.
1) TG 15.1(Bluetooth)
TG 15.1은 Bluetooth SIG(Special Interest Group)[14] 기술 규격을 IEEE
기술 표 에 맞도록 변환하는 작업을 수행하며 다양한 네트워크 간의 무선
연결에 한 MAC PHY 계층의 규격화에 을 맞추고 있다.
Bluetooth 기술은 2.4GHz ISM(Industrial Scientific Medical) 주 수 역
을 사용하며, 최 1Mbps 송속도를 지원하며 출력이 1mW(class3)에서는
약10m까지, 출력이 100mW(class1)에서는 100m까지 통신이 가능하다.
2001년 3월에 발표된 Bluetooth v1.1규격을 기 로 IEEE 802.15.1 표 안
작업을 완료하고, 재는 Bluetooth v1.2규격에 한 검토를 수행하고 있다.
(그림 3-2)는 IEEE 802.15.1의 구조를 보여주고 있다.
2) TG 15.2(Coexistence)
TG 15.2는 무선 네트워크 시스템이 2.4GHz ISM 주 수 역을 공동으로
사용함으로서 발생할 수 있는 충돌 간섭을 방지하고, 상호 공존하기
한 방안을 연구한다. WLAN과 WPAN의 상호 운용성을 유지하기 한
모델과 규격 표 화 작업을 수행하여 WLAN, Bluetooth Home RF가
공존할 수 있도록 상호 간섭의 향을 최소화하는 연구방안을 제시하고
있다.
- 24 -
(그림 3-2) IEEE 802.15.1 구조
3) TG 15.3(WPAN High Rate)
HR-WPAN 분야로써 TG 15.3은 24GHz ISM 역에서 근거리 고속
송이 가능한 무선 네트워크 규격으로 20Mbps 이상의 HR-WPAN의
MAC PHY에 한 표 규격을 연구하 으며, 5~55m 정도의 근거리에
서 무선 단말들 사이의 고속 멀티미디어 송을 목표로 2003년 8월에
표 규격을 완료하 다.
TG 15.3 규격이 완료된 후 고품질의 동 상 서비스 고속 분배
시스템 등에서 용량 멀티미디어 데이터를 보다 효율 으로 지원하기
해서 새로운 물리 계층 연구가 필요하게 되었고, 이에 새로운 물리
계층의 연구 분야로 TG 15.3a와 TG 15.3c가 구성되어 물리계층에 한
연구를 진행하고 있다.
4) TG 15.3a(High Rate alt. PHY UWB)
IEEE 802.15.3a[17]는 WPAN의 고속 송을 한 ‘Alternative PHY’
즉, 새로운 PHY를 개발하기 한 TG로서 802 무선 PHY들과의 공존은
물론 100Mbps 이상의 데이터를 송하기 한 기술로 사실상 UWB에
- 25 -
을 맞추어 연구가 이루어졌다. UWB는 단시간 펄스를 사용함으로
서 약 500MHz 이상의 역을 유하면서도 단독 으로 데이터를 송
할 수 있는 기술이다.
1998년 9월, 타임 도메인사(Time Domain)는 미국 FCC에 청원서를 통해
그 동안 군 통신으로만 이용되었던 UWB의 도입을 요청하 고, FCC는
2000년 5월 NPRM(Notice of Proposed Rule Making)을 통해 2002년 2월
UWB 련 첫 Report & Order를 공표하 다. 상 주 수 역은
3.1~10.6GHz이다.
이와 동시에 IEEE 802.15.3a는 본격 인 표 화 작업을 해 10m 이내
에서 110~480Mbps 이상의 송속도를 제공하는 Alternative PHY에 한
제안서를 2003년 5월까지 수하 다. 총 23건의 제안서가 수되었고 크
게 MB-OFDM(Multi-Band OFDM)과 DS-UWB(Direct-Sequence UWB)로
나뉘었다. MB-OFDM 제안서는 OFDM 방식을 기본 변복조 방식으로 채
택을 하여 7.5GHz의 UWB 역폭을 528MHz씩 총 13개의 부밴드로 나
어 복수 개의 밴드들 간을 주 수 도약방식으로 이동하면서 신호를 송수
신할 수 있도록 하 다.
반면에 Xtreme-Spectrum사와 모토롤라가 주도 으로 이끌어 가는
DS-UWB 제안서는 7.5GHz UWB 역폭을 5GHz 역의 무선랜을 보호
하기 해 UNII(Unlicensed National Information Infrastructure) 밴드를
심으로 두 개의 서 밴드로 나 어 사용하도록 제안하 다.
2003년 5월에 처음 수된 표 화 제안서는 표 화 제안서 간의 Merge
와 Elimination Voting과정으로 인해 두 개의 MB-OFDM 제안서와
DS-UWB 제안서가 남았으며 양쪽 진 모두 팽팽한 으로 IEEE 표
화 문서로 채택되기 한 75%의 지지를 얻지 못해 단일 표 안을 이끌어
내는데 실패했다.
이에 DS-UWB 진 은 두 개의 제안서를 IEEE 802.15.3a의 복수 듀얼표
으로 인정을 하여 시장에 사용 결정을 맡기자고 제안을 하 으나
MB-OFDM 진 의 반 에 부딪 결국 2006년 1월 양 진 모두 더 이상
- 26 -
의 IEEE 802.15.3a의 활동은 의미가 없다는 결론을 내리고 IEEE 802.15.3a
의 PAR를 끝내고 더 이상 고속 UWB PHY의 표 화는 IEEE에서 진행하지
않기로 하 다.
따라서 재는 양쪽 제안서 모두 IEEE 인증 마크를 받을 수가 없으며
MB-OFDM은 WiMedia Alliance에 합병이 되어 무선 USB 개발을 진행하고
있고 DS-UWB 진 은 UWB Forum이라는 단체를 결성하여 주로 국의
TV업체와 셋탑 박스 업체들과 함께 HD 동 상의 스트리 개발에 몰
두하고 있다.
5) TG 15.4a(Low Rate alt. PHY UWB)
유비쿼터스 치기반 서비스가 요한 서비스로 두되면서, PAR 문서
를 통해 802.15.4 표 기반에 이동성을 지원하고, 서비스 역을 확장하는
등의 내용을 개정하기 해 ‘Aternative PHY’를 정의하고 있다. 따라서
치기반의 력 PHY 표 을 목표로 2004년 3월 IEEE 802.15
Alternate Task Group이 발족되었다. 2004년 5월에는 IEEE 802.15.4a 표
화를 해 요구되는 기술 사양을 발표하 다.
WPAN과 련된 표 은 IEEE 802.15에서 추진하고 있다. 이 에서
UWB 기술을 사용하고 있는 표 은 고속 WPAN Alternate PHY에 한
표 인 IEEE 802.15.3a와 속 WPAN Alternate PHY에 한 표 인
IEEE 802.15.4a이다. 그러나 고속 UWB에 한 표 은 지난 2006년 1월
회의에서 MB-OFDM 진 과 DS-CDMA 진 간의 의견차를 좁히지 못하
여 결국 국제 표 화를 포기하고 각각 상용화를 시도하기로 한 실정이다.
따라서 UWB와 련된 국제 표 은 IEEE 802.15.4a가 최 라 할 수 있다.
IEEE 802.15.4a는 소비 력으로 통신과 거리 측정을 동시에 가능 하
는 PHY 제정을 목표로 하고 있다. 2005년 1월을 기한으로 표 에의 제안
을 모집하여 ETRI 등으로부터의 제안을 포함해 26건의 제안서를 받았다.
2005년 1월 개최된 IEEE 802.15.4a 회의에서 각 제안서의 발표를 한 후
유사한 제안을 심으로 통합작업이 개시되었다. IEEE 802.15.4a의 2005년
- 27 -
3월 회의에서는 각 제안의 조정에 의한 통합 작업이 진행되었으며, 최종
인 모든 제안에 하여 일원화한 제안에 해 투표한 결과, 100%의 찬
성으로 표 골자(baseline)가 결정되었다. 이 표 baseline에는 UWB 방
식과 CSS(Chirp Spread Spectrum) 방식이 모두 포함되었다. IEEE
802.15.4a는 2007년 3월 최종표 이 완료되었다.
6) TG 15.3c(Millimeter Wave WPAN)
TG 15.3c는 2004년 3월에 리미터 역을 사용하여 TG 15.3
HR-WPAN의 Alternative PHY를 표 화하기 해 구성되었다. TG 15.3c
는 미국, 일본 유럽의 각국에서 비 면허 주 수 역으로 규정하고 있
는 60GHz 리미터 역을 활용하며, 수백 Mbps에서 최 수 Gbps의
데이터 송 속도를 제공할 수 있는 물리계층에 해 연구되고 있으며,
기술 규격과 응용 분야를 개발해 나가고 있다.
한 TG 15.3c는 미국 연방통신 원회(FCC 47 CFR 15.255)에서 비 면허
주 수 역으로 정의한 60GHz 리미터 역을 활용하며, 최 수
Gbps의 데이터 송속도로 고속 인터넷, HD(High Density) 스트리
다운로드 서비스 등을 제공할 수 있는 물리 계층 표 화를 연구 이다.
60GHz 리미터 활용 기술은 HR-WPAN 분야에서 UWB 기술과 경쟁
하고 있으며, 재까지 표 화가 진행되고 있기 때문에 상용화되는 시
은 UWB에 비해 2~3년 정도 늦을 것으로 상된다. 그러나 다른 무선 네
트워크와의 공존성, 시스템 구 , 서비스 역과 거리 측면에서는 보다 우
수한 기술로 평가되고 있다.
7) TG 15.4(WPAN Low Rate)
TG 15.4[13][16]는 LR-WPAN에 한 MAC PHY에 해 연구하며,
20~250kbps의 송속도로 가, 력으로 30m 이내의 서비스 범 에서
활용을 목표로 하고 있다. 한 두 가지 물리계층을 지원하며, ISM 역
인 2.4GHz와 868/915MHz 역으로 물리계층의 사용 역에 따라 송속
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도가 다르다. 2.4GHz 역에서는 O-QPSK 변조방식에 의해 250Kbps의
송속도를 제공하고, 868/915MHz 역은 BPSK 변조방식에 의해 각각
20Kbps와 40Kbps의 송속도를 제공한다.
IEEE 802.15.4 표 화는 2003년 5월에 기버 을 완료하 고, 2004년 5
월에 TG 15.4b가 구성되어 기버 에서 구조개선, 보안기 융통성 향상,
새로운 가용 주 수 할당 등을 보완하는 표 안을 2006년도에 도출하 다.
TG 15.4 표 은 ZigBee Alliance 표 화의 기반이 되고 있다.
8) TG 15.5(Mesh Networking)
TG 15.5(Mesh Networking)는 WPAN에서 망의 신뢰도가 높고 낮은 출
력으로 무선 망의 확장이 용이한 장 을 가지고 있는 Mesh 네트워크를
구축하기 해 WPAN의 MAC과 PHY 계층에서 필요한 메커니즘에 해
표 화를 연구하고 있다.
따라서 IEEE WG의 기술 분야를 각 TG별로 표 화 황을 종합하여
요약하면 <표 3-2>와 같다.
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TaskForce
표 화 상 업무진행상태
802.15.1Wireless Personal Area Network standard based on the Bluetooth v1.1 Foundation Specification`s
- 근거리 무선통신 기술에 한 표 재정- MAC & PHY Bluetooth 규격 채용- 2.4GHz ISM 역(1Mbps까지 송,10m 송거리)
2002완료
802.15.1a WPAN 15.1 Revisions to Bluetooth Rv1.2 - TG 15.1 개선 연구
2005완료
802.15.2
Facilitate coexistence of Wireless Personal Area Networks(802.15) and Wireless Local Area Networks(802.11)
- WPAN과 WLAN과의 간섭 축소 방법 연구2003완료
802.15.3H i g h - r a t e ( 2 0 M b p s ) WPAN with Security & QoS
- 고속 송률 지원을 한 MAC PHY 연구- 2.4GHz ISM 역 (11,22,33,44,55Mbps까지 송, 50m 송거리)
2003완료
802.15.3aHigher speed PHY enhancement amendment to 802.15.3 for applications
- TG 3에서PHY를 100Mbps이상 고속화하기 한 Alternative PHY(UWB) 연구- 3.1~10.6GHz 역(1~480Mbps까지 송, 10m 송거리)
해체
802.15.3bAn amendment to 802.15.3 to improve implementation and interoperability of the MAC
- TG 15.3에서 MAC 구 /상호 운용성 개선 연구2005완료
802.15.3c Millimeter Wave Alternative PHY
- TG 3에서 리미터 (60GHz)를 활용한 고속 alternative PHY 연구
진행
802.15.4 Low-Rate(250Kbps) WPAN- 최 송속도 20~250kbps의 MAC PHY 연구- 2.4GHz ISM, 868/915MHz Dual PHY 역
(20~250Kbps까지 송, 10m 송거리)
2003완료
802.15.4a WPAN Alt Low Rate PHY- UWB PHY 이용한 속 치인식 네트워킹 연구- 3.1~10.6GHz 역 (1Mbps까지 송, 30m 송거리)
진행
802.15.4b WPAN 15.4 Revisions and Enhancements - TG 15.4에서의 수정 개선 연구
2006완료
802.15.5 WPAN Mesh Networking- WPAN에서 Mesh Networking을 한 MAC PHY 연구
진행
<표 3-2> IEEE 802.15 WPAN WG 산하의 TG 표준화 현황
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3. ZigBee
ZigBee Alliance[18][19]는 2003년 완성된 IEEE 802.15.4 표 을 기반으로
력 무선 네트워킹이 가능한 모니터링 제어(Control) 제품을 해
상 로토콜 표 을 정의하는 것을 목표로 한다. ZigBee는 단순 기능이
요구되는 소형, 력, 가격에 합한 기술로 홈 네트워크 분야의
용에 을 맞추고 있으나, 차 다양한 분야에 용하려는 시도를 하고
있다. ZigBee Alliance에서는 ZigBee 기술사양과 련하여 2004년도에 발
표한 ZigBee 2004를 보완하고 새로운 기술 요구를 수용한 ZigBee 2006을
공개하 다.
한 ZigBee 2006을 보완하는 ZigBee Pro에 한 표 화도 추진 에
있다. ZigBee는 어 리 이션에서 요구되는 기술 요구사항을 수용하는데
있어 단일 표 으로는 이를 지원하는데 한계가 있어 기술사양을 구분하여
차기 표 을 추진하고 있다. <표 3-3>은 기술사양의 버 별 차이 을 나
타낸다.
표 버 표 화 일정 주요 특징 련 로 일
ZigBee 2004(ZigBee Ver. 1.0)
2004. 12월발표
8비트 Cluster KVP/MSG 서비스Joint RoutingCSKIP AddressCoordinator binding
Home Controls Lighting (HA 통합)
ZigBee 20062006. 12월
발표
16비트 ClustersKVP/MSG 서비스 삭제Joint Routing with CSKIPAddressSource device bindingZigBee Cluster Library 지원
Home Automation
ZigBee pro2007년상반기
ZigBee 2006 보완멀티캐스트Many to one(source) routingFragmentationAODV-jr routing onlyNew Address Assignment
Commercial Building Auto-mationIndustrial Plant MonitoringHome Automation
<표 3-3> ZigBee 기술사양 버전별 차이점
- 31 -
<표 3-4>는 어 리 이션 로 일(Application profile)을 심으로 응
용분야에 한 세부 로 일의 표 화 동향을 나타낸다. 신규 로 일
표 화는 WG 산하 로 일 TG에서 진행되며 로 일 TG 결성을 해
서는 Application Framework WG의 승인을 받아야 한다. ZigBee
Qualification WG에서는 ZigBee Alliance의 인증 로그램인 칩 는 모듈
스택 소 트웨어에 한 인증 스펙을 제정하고 이를 리하는 업무를
담당한다. 한 ZigBee 제품 간 호환성을 테스트하는 행사인 ZigFest
Interoperability 행사를 주 한다.
년도 표 화 상 업무
2005ZigBee Stack
소 트웨어
Application Support Sub-layer 표 화
ZigBee device Object 표 화
Application Framework 표 화
2006세부 ZigBee
어 리 이션 로 일
Automatic Meter Reading(AMR)
Commercial Building Automation(CBA)
Heating,Ventilation, Air conditioning(HVAC)
Home Automation(HA) 안 발표
Industrial Plant Monitoring(IPM)
Wireless Sensor Network
Telecom Application PTG 결성
2007
ZigBee 어 리 이션
로 일 표
지속 추진 확장
AMI(Advanced Metering Infrastructure) PTG 결성
Telecom 어 리 이션 로 일 안 발표
WSN 로 일 표 화 지속 추진
Home Automation 표 화 완료
<표 3-4> 년도별 Zigbee 프로파일 표준화 현황
홈 네트워크에 해서는 Home Automation(HA) 로 일 버 0.6이
ZigBee Alliance 회원사에 공개되어 의견 청취 표 보완이 이루어지고
있다. 한 AMR 로 일의 확장한 AMI(Advanced Meter Infrastructure)
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PTG(Profile Task Groups)가 결성되어 AMR과 Home Automation을 통합
된 새로운 로 일 개발이 추진 에 있다.
ZigBee 표 화 용과 련해서 기존의 다른 네트워크 표 화 과정
보다 많은 국내 업체들의 참여가 이루어지고 있다. 국내에서는 삼성 자
기술원이 ZigBee Alliance의 기 설립 멤버로 기술 표 화에 상당한 기
여를 하 고 Promoter로 활동 이다. 한 LG 자, ETRI, KETI, 이디
오펄스, 한국무선네트워크, TTA, 티에스씨 시스템 등이 참여사(Participants)
로 활동 이다. Promoter인 삼성 자는 ZigBee 2004 차기 표 화에
활발한 활동을 하고 있으며 ZigBee 표 결정에 주요한 의사결정을 하고
있다.
ZigBee 련 국내 표 화 기구로는 TTA 산하 PG304에서 ZigBee의 국
내 기술 표 화 활동을 담당하고 있으며 2006년 ZigBee 어 리 이션
로 일과 련하여 TTA의 표 의 승인을 완료하 다.
TTA는 2006년 6월 ZigBee 인증테스트 기 인 NTS(National Technical
Systems)와의 업무 약을 통해 인증 테스트를 행하고 있고 국내
ZigBee 칩 개발 업체인 이디오펄스와 IEEE 802.15.4 인증 테스트와
ZCP 인증 테스트를 수행한 바 있다. ETRI는 ZigBee의 Telecom
Application PTG에서 모바일 분야의 ZigBee 응용을 한 표 화 활동에
참여하여 PTG 결성 로 일 표 화 작업에 참여하고 있다.
한국홈네트워크산업 회 산하에는 ZigBee 포럼이 결성되어 련 업체
기 이 기술개발 력 ZigBee 응용제품 개발에 련된 국내
ZigBee 표 화 활동을 주도하고 있다. 2006년에는 ZigBee 기술 세미나를
개최하여 ZigBee 기술의 국내 보 화에 기여하 고, ZigBee 포럼의 기술
표 분과에서는 국내 홈 네트워크에 맞는 ‘ZigBee 홈 자동화 로 일’
표 화 작업을 통해 ZigBee 기술을 기반으로 하는 홈 자동화 로 일
표 개발을 완료하 다. 용분야는 에어컨, 디지털도어 락, 가스밸 , 가스
센서, 조명제어 등이 있다.
ZigBee 칩 부분에서는 이디오펄스가 2.4GHz 역의 ZigBee 단일 칩을
- 33 -
개발하여 업계에서 가장 먼 양산을 진행 에 있다. 한 단일 칩 업체
로서는 가장 먼 IEEE 802.15.4 ZCP(ZigBee Compliant Platform)의
통합 인증을 획득하 다. 스택 소 트웨어 분야에서는 한국무선네트워크
에서 ZigBee 로토콜 스택을 개발하여 ZCP 인증을 획득하 고, 이디
오펄스에서도 자체 개발한 ZigBee 로토콜 스택에 한 ZCP 인증을 획득
하 다.
4. 6LoWPAN
2004년까지 력 무선 네트워크를 구축하기 한 기술은 Bluetooth나
ZigBee와 같이 업계의 제휴에 의해 다 지고 있었다. 그러나 2004년 말이
되면서 력 무선 네트워크 기술을 개발하는 기업들 사이에서 ZigBee
신 IEEE 802.15.4 에 직 IP를 매핑하는 방안에 한 새로운 WG에
많은 심이 집 되기 시작했다.
따라서 2004년 말부터 력 센서 네트워크인 LoWPAN(Low power
Wireless Personal Area Network)에 IPv6을 용하기 해 IETF(Internet
Engineering Task Force)의 6LoWPAN(IPv6 over LoWPAN) WG[20]을 설
립하여 련 연구 표 화 활동을 진행 이다. 재 마이크로소 트
(Microsoft), 선 마이크로시스템즈(Sun Microsystems), 인텔, 삼성 등이 참여
하고 있다.
6LoWPAN WG은 LoWPAN 상에서 IPv6 패킷 송 방안을 정의하는
것을 목표로 하고 있다. 6LoWPAN(IPv6 over Low power WPAN)은
IEEE 802.15.4 PHY/MAC 상 계층으로 IP TCP/UDP 등의 기존 인터넷
에서 사용하는 통신 로토콜을 이용하는 환경을 말한다.
6LoWPAN은 한정된 력과 은 처리량이 요구되는 응용에 무선 연결
환경을 제공하는 단순하고 간단한 가형 통신 네트워크이다. 일반 으로
6LoWPAN은 응용 환경에 물리 으로 연결되기 하여 무선센서 장치들
을 포함한다. 이러한 장치들은 IEEE 802.15.4-2003 표 을 따르고 있으며,
- 34 -
활발한 표 화 작업을 개해 나가고 있다.
6LoWPAN에서는 기존 네트워크들에 비해 상당히 많은 수의 노드가 배
치되어야 하므로 큰 주소공간과 자동 주소 설정과 같은 기능을 내장하고
있는 IPv6가 합하다. 따라서 6LoWPAN에서는 IPv4는 고려하지 않는다.
ZigBee의 경우에도 IPv6을 용하는 방안이 연구되고 있지만, 로세싱이
힘들고 비용이 많이 들며 복잡하여 6LoWPAN의 안이 되지는 못할 것
으로 내다보고 있다. 6LoWPAN의 작은 패킷 크기를 보면, 일반 인 송
데이터의 양은 을 것으로 측된다. 그러나 로토콜 자체로 데이터의
송을 제약하지는 않는다.
6LoWPAN은 IEEE 802.15.4에 근거하고 있으며 추가사항이나 요구에 따
라 얼마든지 바뀔 수 있다. 이러한 가정들은 부분 6LoWPAN안에 기기
들의 가용성 제약에 기인하고 있다. 다만 이러한 기기들이 기술의 발 에
따라 좀 더 력, 비용, 소형화 된다면 일정부분에 한하여 여러 가
지 제약들이 완화될 것이다.
6LoWPAN은 IEEE 802.15.4 PHY/MAC을 사용하기 때문에 패킷 송
에 있어서 여러 제약을 갖게 된다. 6LoWPAN은 IEEE 802.15.4 장치들로
구성되어 있는 네트워크로써 력, 가격, 역폭 등의 특징을 가진
다. 따라서 6LoWPAN은 PHY/MAC의 상 계층으로 IP TCP/UDP
등의 환경을 구축하는데 있어서 은 오버헤드, 작은 라우 테이블, 확장
성 등의 구 을 목표로 한다. (그림 3-3)은 6LoWPAN WG의 표 화 작업
범 를 나타낸다.
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(그림 3-3) IETF 6LoWPAN WG의 작업 범위
재 6LoWPAN WG에서는 6LoWPAN의 문제 목표, IPv6 패킷
송 방법에 한 2건의 드래 트가 표 으로서 통과되었다.
<표 3-5>는 6LoWPAN WG의 표 화 황을 나타낸다.
표
번호표 제목 표 주제 제정일
RFC
4919
IPv6 over Low-Power Wireless
Personal Area Networks(6LoWPANs):
Overview, Assumptions, Problem
Statement, and Goals
6LoWPAN의 개요, 가설,
문제 명세, 목2007.08
RFC
4944
Transmission of IPv6 Packets over
IEEE 802.15.4 Networks
IEEE 802.15.4 네트워크
상의 IPv6 Packet 송2007.09
<표 3-5> 6LoWPAN 표준 현황
- 36 -
5. Wireless Mesh Networks
무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Networks)[7][12][13]25]는 다른 여
러 종류의 네트워크와 통합이 가능한 네트워크로 메시 라우터(Mesh
Router)와 메시 클라이언트(Mesh Client)로 구성되어 있다. 무선 메시 네
트워크는 같은 종류의 네트워크뿐만 아니라, WLAN, LR-WPAN 등과 같
은 센서 네트워크를 메시 라우터에서 제공하는 리지(bridge) 기능과 게
이트웨이 기능 등을 통해서 서로 간의 데이터 송을 가능하게 한다.
한 메시 네트워크의 백본을 형성하는 주체로서 라우터 간의 네트워크
근이나 클라이언트와 라우터 간의 네트워크 근을 제공하는 등 다양한
역할을 수행한다. 이러한 무선 메시 네트워크의 특징으로 인해 기존
WLAN이나 LR-WPAN 등의 센서 네트워크들이 가지고 있는 결 을 보완
하고 네트워크의 성능 향상 확장성을 지원하여 다양한 USN 서비스에
활용될 수 있다.
이러한 메시 네트워크와 련된 최근의 국외 표 은 WPAN WLAN
그리고 WMAN(IEEE 802.11s, IEEE 802.15.5, IEEE 802.16a, IEEE 802.20)
표 화 단체에서는 메시 네트워크 련 TG를 만들어 표 화 작업을 진행
하고 있다. 국내에서도 WiBEEM이라는 기술에 해 표 화가 진행 이다.
1) IEEE 802.11s
IEEE 802.11[7][12] WG은 WLAN 환경을 해서 여러 표 을 개발하는
그룹이다. 메시 네트워킹과 련된 패러다임이 P802.11s ESS(Extended
service set) 메시 네트워킹 TG 하에서 개발되고 있다.
IEEE 802.11s 로젝트의 연구 범 는 자기 구성(self-configuring), 멀티
홉(multi-hop) 기술을 사용하는 액세스 포인트 간의 방송/멀티캐스트
(multicast)와 유니캐스트(unicast)를 지원하기 해, IEEE 802.11
PHY/MAC 계층을 이용하여 IEEE 802.11 Wireless Distribution System(WDS)
에서 IEEE 802.11 ESS 메시 네트워킹(Mesh Networking)을 개발하기 한
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것이다. IEEE 802.11-1999(2003 edition) 표 은 WDS를 생성하기 해 액
세스 포인트 간의 교환되는 데이터 패킷에 해 4개의 주소 임 포맷
을 제공한다.
2) IEEE 802.15.5
IEEE 802.15.5[13] 로젝트는 PC나 PDA, 휴 화나 가 제품 등과
같이 고정되어 있거나 움직이면서 짧은반경 내에 무선 연결성을 가지는
환경을 해서 물리 계층과 MAC 계층을 정의하는 것이다. 2003년 11월,
IEEE P802.15.5 메시 네트워크 TG가 만들어져 WPAN의 물리 계층과
MAC 계층에 메시 네트워킹을 용하기 한 필요한 메커니즘을 정의하
는 작업을 수행하고 있다.
WPAN에서의 메시 네트워크는 모바일 디바이스의 워 제한 때문에
시작되었고, 특히 메시 기반의 멀티 홉 통신이 WPAN의 용 범 를 증
가 시키고 높은 처리량과 낮은 재 송을 지원하기 한 비교 짧은 링크
를 용할 수 있기 때문에 사용되고 있다. 실제로 메시 용량은 UWB 통
신 시, UWB 무선 링크의 역폭이 매우 빠르게 감소하기 때문에 요하
다. 이 경우 짧은 링크를 사용하게 되면 처리량이 증가하게 된다.
그러나 802.15 기반의 MAC 로토콜에 메시 네트워킹의 용이 어려
우며, 특히 802.15.1 MAC은 피코넷(piconet)이라고 불리는 클러스터 기반
의 네트워크 구조를 가지고 있기 때문에 더욱 용이 쉽지 않다. 이 밖에
도 QoS 제공과 새 기기의 네트워크 참여 등 여러 문제 들이 도출되고
있지만, 실질 인 문제 들을 해결하기 한 연구 표 화가 진행 이
다.
3) IEEE 802.16a
IEEE 802.16a[28]는 1999년에 802.16 WG이 WMAN에서
“first-mile/last-mile" 연결을 발표하기 해서 만들어 졌고, 역 무선
속을 한 LMDS(local multipoint distribution system) 타입의 구조를
- 38 -
향해 작업을 수행하고 있다. 802.16 표 에서 언 하고 있는 WMAN 네트
워크는 PMP(Point-to-Multipoint) 구조를 따르고 있으며 이는 같은 앙
허 에 각각의 노드들을 연결하는 스타 토폴로지 형태이다.
기존 802.16의 경우 LOS(line-of-sight)를 사용하여 라이센스 면제 밴드로
시스템의 범 를 확장하게 하는, 신뢰성 있는 NLOS(non-LOS)를 한 요
구가 IEEE 802.16a의 개발을 유도하게 되었다. NLOS의 채택은 802.16a 표
의 메시 확장을 가능하게 하 다. 비록 표 은 발표되었지만, 상업 인
제품은 아직 창기 수 이다. 이와 같이 802.16 표 을 기반으로 하는
역 무선 네트워크의 확산을 진하기 해 WiMAX 포럼이 설립되었다.
4) WiBEEM
WiBEEM(Wireless Beacon-enable Energy Efficient Mesh Network)[25]
기술은 정보통신부가 추진한 IT 839 정책 에서 핵심 인 라 기술로 인
정받고 있는 USN을 한 최 의 아키텍처로 주목 받고 있다.
WiBEEM은 메시 네트워크를 구 시 Bluetooth나 ZigBee 기술이 해결
하지 못하는 다양한 문제 들을 해결하기 해 여러 개의 Beacon을 수용
하는 새로운 Superframe 구조를 제안하 으며, 여러 개의 Beacon들이 충
돌없이 네트워크 정보를 송할 수 있는 최 의 Beacon Scheduling 기법
을 채택하 다.
한 기기의 이동성을 제공하기 해 LAA(Last Address Assigned) 기
법을 이용한 새로운 Short Address 할당 기법을 채택함으로써 16비트 주
소 공간을 낭비없이 사용할 수 있게 하 으며, 이동하는 기기와의 정보
송을 해 NAA(Next Address Available) 기법을 이용한 Address 할당
기법과 고속의 Routing 기법을 채택하 다. 재 ISO/IEC JCT1/SC25에
"WiBEEM Standard for Wireless Home Network Services"를 통하여 국제
표 화를 진행 에 있다.
- 39 -
제2 통신기술에서의 식별체계 분석
앞 장에서는 USN 통신 기술로써 IEEE 802의 WPAN과 WLAN,
6LoWPAN, ZigBee, Mesh 네트워크에 한 국내외 연구 표 화 동향
에 해 살펴보았다. 본 에서는 이러한 센서 네트워크 연구와 표 화
동향 조사를 바탕으로 재 센서 네트워크의 통신 기술에 한 식별체계
를 조사하고 분석한다.
1. WLAN (IEEE 802.11)
IEEE 802.11[12]은 흔히 무선 랜, 와이 이(Wi-Fi)라고 부르는 좁은 지역
(Local Area)을 한 컴퓨터 무선 네트워크에 사용되는 기술로, IEEE의
LAN/MAN 표 원회(IEEE 802)의 11번째 WG에서 개발된 표 기술
을 말한다. IEEE 802.11은 재 주로 사용되는 유선 LAN 형태인 이더넷
의 단 을 보완하기 해 고안된 기술로써 이더넷 네트워크의 말단에
치해 필요 없는 배선 작업과 유지 리 비용을 최소화하기 사용되고 있다.
보통 폐쇄되지 않은 넓은 공간( 를 들어, 하나의 사무실)에 하나의 핫스
팟을 설치하며, 외부 WAN과 백본 스 치, 각 사무실 핫스팟 사이를 이
더넷 네트워크로 연결하고, 핫스팟부터 각 사무실의 컴퓨터는 무선으로
연결한다.
핫스팟은 이더넷 허 와 비슷한 역할을 하는 장비로, 인 라스트럭처
(Infrastructure) 네트워크 모델에서 핫스팟 주변에 치한 무선 클라이언
트들을 하나의 네트워크로 묶어 서로 통신할 수 있게 하며, 핫스팟에 연
결된 이더넷 회선을 통해 다른 핫스팟 백본이나 WAN 망으로 연결할
수 있도록 해 다. 각 핫스팟에는 고유 SSID(Service Set Identifier)와
BSSID(Basic Service Set Identifier)가 부여되어 있어 클라이언트가 특정한
핫스팟에 연결할 수 있게 도와 다. 하나의 핫스팟은 장애물이 없는 지역
에서 최 100미터, 최 20여 까지 네트워크를 구성할 수 있다.
- 40 -
가. WLAN 로토콜 스택
IEEE 802.11은 WLAN의 MAC 계층과 물리계층에 한 표 을 기술하
고 있다. IEEE 802의 데이터링크 계층은 MAC 계층과 LLC 계층으로 이
루어진다. LLC 계층은 IEEE 802.2에서 표 화하 고, 이는 IEEE 802.11,
IEEE 802.15.1, IEEE 802.15.4, IEEE 802.3에 공통으로 용된다. 반면에
MAC 계층은 하드웨어와 하며 물리계층의 구 에 따라 변화될 수 있
다. IEEE 802.11의 체 인 로토콜 스택[12][39]은 (그림 3-4)와 같다.
(그림 3-4) IEEE 802.11 프로토콜 스택 (출처 : IEEE 802.11)
PHY 계층은 세 개의 서로 다른 물리계층을 가지고 있다. 역확산 기
술로써 라디오 계층에 기 한 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)
과 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum), 외선 이용 기술로 외선
에 기 한 IR(Infrared Radiation)이 있다. 이 처럼 서로 다른 물리계층의
특성에 따라 MAC 계층이 정의되며, 각각은 상 의 LLC 계층에 무선특
성에 련된 MAC 계층 서비스를 제공하게 된다. MAC 계층이 제공하는
- 41 -
주요 서비스의 형태로는 무선 스테이션 사이의 교신에 필요한 기능을 서
비스하는 스테이션 서비스(Station Service)와 기본 으로 AP가 제공되어
MSDU(MAC Service Data Unit)의 달 분배 기능을 담당하는 분배시스
템 서비스(Distribution System Service)가 있다.
무선 매체에 한 근제어 모드는 CSMA/CA 모드의 DCF(distributed
coordination function)와 우선순 기반 근모드의 PCF(point coordination
function)가 있다. 애드혹 네트워크에서는 DCF만을 지원하며, 인 라스트
럭처 네트워크에서는 DCF를 기본으로 지원하고 부가 으로 PCF를 지원
한다. PCF는 AP의 PC(point coordinator)에서 각각의 노드를 폴링하여 데
이터를 송할 수 있는 기회를 다. 따라서 충돌의 험은 지만, 구
상의 복잡성과 폴링 오버헤드와 같은 문제가 있다.
DCF는 AP의 도움이 없이 각각의 노드들이 분산 으로 동작하게 된다.
각각의 노드들은 송을 해서 경쟁을 하고 할당된 노드가 채 을 통해
다른 노드들의 방해 없이 데이터를 송한다.
나. WLAN 네트워크 토폴로지
WLAN은 무선 LAN카드를 이용한 기기들 간의 통신 방식에 따라 네트
워크 토폴로지[12][39]를 인 라스트럭처 네트워크(Infrastructure Network)
와 애드혹 네크워크(Ad-hoc Network)로 나뉜다.
１）인 라스트럭처 네트워크
이것은 무선 노드들 간의 직 인 통신이 이루어지지 않고 AP(Access
Point)라는 특정기기를 통해서 외부와 통신을 하는 방식이다. 인 라스트
럭처는 외부 망과 연동되어 하나의 AP에 의해 집 으로 제어되며, 여
러 이동 단말에게 서비스하는 형태를 의미한다. (그림 3-5)는 인 라스트
럭처 네트워크의 일반 인 모습을 나타낸다. 여기서 BSS(Basic Service
Set)는 가장 기본이 되는 WLAN 구성단 로 하나의 AP 제어 하에 무선
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스테이션들이 서로 논리 으로 결합되어 있는 서비스 그룹을 말한다.
한 여러 BSS들이 논리 으로 집합되어 ESS(Extended Service Set)를 형성
한다.
(그림 3-5) WLAN 인프라스트럭처 네트워크
2) 애드혹 네크워크
이것은 외부 망과는 독립 으로 무선 단말끼리만 서로 통신하는 형태이
다. 각각의 노드들은 수시로 변하는 네트워크 토폴로지 상에서 단말과 라
우터의 역할을 동시에 수행하게 된다. (그림 3-6)은 애드혹 네크워크의 일
반 인 모습을 나타낸다. 여기서 IBSS(Independent Basic Service Set)는 무
선 LAN에서 어떠한 백본 네트워크에도 연결되지 않는 즉, 외부와 단 되
어 무선 단말끼리만 독립 으로 구성된 BSS(Basic Service Set)을 말한다.
- 43 -
(그림 3-6) WLAN 애드혹 네트워크
다. WLAN 통신 방식
WLAN 통신 방식[12][39]은 보통 AP 속을 통해 통신이 가능하다.
AP는 유무선 LAN을 연결시켜주는 장치이다. 체로 독립형 장치로서
이더넷 허 나 서버에 연결하여 사용하고 스 치의 역할을 한다. (그림
3-5)에서 보는 바와 같이, 노트북이나 PDA는 무선 랜카드를 이용하여
WLAN을 사용한다. 각 랜카드에는 MAC 주소라고 불리는 고유한 48비트
길이의 주소가 장되어 있다. MAC 주소를 키 값으로 사용하여 WLAN
사용자의 정보를 장하면, AP에 연결된 정보를 읽어 와서 장된 MAC
주소와 비교하여 사용자의 정보를 확인할 수 있다.
IP 기반 WLAN 환경에서 AP는 각 AP에 연결된 노드들의 IP, MAC 주
소, 받은 패킷 수, 에러 패킷 수, 송 속도 등의 정보를 제공하고 이벤트
로그 서비스, 각종 기 값 세 등의 서비스를 제공한다. 이러한 정보를
웹페이지나 텔넷 속을 통하여 정보를 검색하고 리할 수 있다.
AP를 사용할 수 없는 경우는 (그림 3-6)과 같이 애드혹 네트워크를 사
용한다. 애드혹 네트워크는 액세스 지 (AP)이나 역 라우터를 사용할
수 없을 때 사용되는 임시 네트워크로써 사용자가 다른 사람의 모바일 장
치에 직 무선으로 연결한다. 사용자는 참여를 원하는 통신 역의 SSID
명을 동일하게 맞춰 으로써 통신 참여가 가능하다. SSID는 무선 AP의
고유 이름으로 AP에 설정된 SSID와 동일한 SSID를 가진 무선 랜카드만이
- 44 -
속이 가능하다. SSID가 공개로 설정된 경우, 속을 원하는 무선 랜카
드는 모두 AP에 속할 수 있고, SSID가 비공개로 설정된 경우, 개별 무
선 랜카드의 고유 MAC 어드 스가 AP에 등록되어 있어 SSID를 미리 알고
있는 무선 랜카드만이 AP에 속할 수 있다.
라. WLAN MAC 임 구조
WLAN의 MAC 임 구조[12]에서 나타나는 여러 주소 필드(주소 1,
2, 3, 4)들은 사용되는 무선 네트워크 유형에 따라 여러 형태로 사용된다.
특히 이러한 주소 필드에 사용되는 48비트의 BSS Identifier(BSSID) 값은
IEEE 802의 MAC address의 형태로써 애드혹 네트워크상에서 여러 BSS
들이 공존할 때 서로를 식별 가능하게 한다. 따라서 이번 에서는 이러
한 BSSID를 갖는 WLAN의 MAC 임 구조와 각각의 필드에 한 기
능 속성을 살펴보고 통신에 사용되는 WLAN내에서의 식별체계를 분
석한다.
WLAN의 일반 인 MAC 임 형식은 (그림 3-7)과 같다. MAC
임에 포함된 필드들은 사용 용도에 따라 특정 필드를 사용하지 않는다.
(그림 3-7) IEEE 802.11 MAC 프레임 구조
- 45 -
MAC 임을 구성하는 각 필드들에 한 역할 데이터 형식은 다
음과 같다.
• Frame Control 필드
Frame Control 필드는 각 임의 맨 처음 시작 부분에 있는 2바이트
필드로써, 무선 노드와 노드 간에 송되는 제어 정보를 담고 있다. 필드
의 구성은 다음 <표 3-6>과 같다.
• Duration ID 필드
Duration ID 필드는 무선 LAN 표 인 802.11에서 송수신되는 임
내에 치한 802.11 Frame Control 필드의 2바이트를 말한다.
• Address 필드
802.11의 MAC 임 구조상에 나타나는 여러 주소 필드(주소 1, 2, 3,
4)들은 사용되는 무선 네트워크의 유형에 따라 식별체계인 BSSID나 라우
을 한 주소인 SA(Source Address), DA(Destination Address),
TA(Transmitting station Address), RA(Receiving station Address)로 다르
게 인식되어 사용된다. 각 주소 필드들은 무선 노드 간 송되는 제어 정
보를 담고 있는 Frame Control 필드의 To DS, From DS의 비트의 설정
에 의해 주소 필드 형태가 결정된다.
• Sequence Control 필드
패킷에 부여되는 순번이다. 패킷 송 시 이 번호순으로 패킷을 송한다.
• Data 필드
Data 필드는 송될 실제 데이터를 갖는 필드를 말한다.
- 46 -
필드 설명
Protocol
Version재 버 정보는 0만 사용
Type - 00 : 리 임 / 01 : 제어 임 / 10 : 데이터 임
- 11 : 약
To DS
From DS
- 00 : IBSS 내에서 송수신되는 데이터 임
- 01 : 인 라스트럭처 네트워크의 AP로부터 이동스테이션에게 보냄
- 10 : 이동스테이션에서 인 라스트럭처 네트워크의 AP에게 보냄
- 11 : 무선 리지
Power
Mgmt
- 력 감 여부를 나타내는 필드
력 감모드 : 1 / 활성화모드 : 0
- AP의 경우에는 항상 켜져 있어야 하므로 항상 그 값이 0 으로 셋
Subtype
(WEB
+Order)
- 리 임(00) 일때
0000 : 결합요청 0001 : 결합응답 0010 : 재결합요청,
0011 : 재결합응답, 0100 : 로 요청 0101 : 로 응답
1000 : 비컨, 1001 : ATIM, 1010 : 결합해제,
1011 : 인증 1100 : 인증해제
- 제어 임(01) 일때
1010 : 력 감 / 1011 : RTS / 1100 : CTS / 1101 : ACK
- 데이터 임(10) 일때
0000 : 데이터
0001 : 데이터 + CF ACK
0010 : 데이터 + CF Poll,
0011 : 데이터 + CF ACK + CF Poll
0100 : (Null)(No data),
0101 : CF ACK
0110 : CF Poll
0111 : CF ACK + CF Poll,
1000~1111 : 비
<표 3-6> Frame Control 필드 구성
- 47 -
To DS
비트
From DS
비트Addr1 Addr2 Addr3 Addr4
IBSS 0 0 DA SA BSSID 사용안함
To AP 1 0 BSSID SA DA 사용안함
From AP 0 1 DA BSSID SA 사용안함
무선
Bridge1 1 RA(수신AP) TA(송신AP) DA SA
<표 3-7> Frame Control 필드 값에 따른 주소 필드 형태
마. WLAN에서의 식별체계
WLAN 통신에서의 식별은 MAC 주소와 BSSID를 통해 이루어진다. 먼
노드에 한 식별은 MAC 주소를 사용한다. MAC 주소는 상 MAC
임 구조에서 살펴 본 바와 같이 SA, DA, RA, TA로 구분되지만, 송신자와
수신자를 구별하기 한 용어 구분일 뿐 주소의 형식이나 구성에 한
차이는 없다. BSSID는 IEEE 802의 MAC address의 형태로 구성되지만
주소로 사용되는 것이 아니라 임의의 역에서 여러 BSS들이 공존할 때
각 BSS는 네트워크에서 다른 BSS를 구별하기 하여 사용하는 48비트 이진
식별자이다.
통상 공장 출하 시 각 AP는 제조사에서 부여하는 디폴트값이 주어지나
만일의 충돌을 방지하기 해 리 툴에서 자동 으로 다른 BSSID 값을
설정시켜 다. 인 라스트럭처 BSS에서 BSSID는 BSS를 만들어내는 AP
의 MAC 주소를 사용하고, 애드혹 네트워크상의 IBSS 역에서 BSSID는
임의의 숫자 생성기에 의해 부여된다. 만일 BSSID 값의 모든 비트가 1일
때 이는 로드캐스트 BSSID라고 한다.
2. Bluetooth (IEEE 802.15.1)
IEEE 802.15.1[13][14][15]은 흔히 Bluetooth라고 부르는 10m 이내의
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근거리통신인 WPAN(Wireless Personal Area Network)에서 PC 주변기기
나 가 기기 등을 무선으로 손쉽게 연결하여 데이터를 주고받을 수 있는
무선 기술로, IEEE의 WPAN 표 원회(IEEE 802.15)의 1번째 WG에서
개발된 표 기술이다. Bluetooth는 가, 력, 소형, 단거리를 한
무선 솔루션이며, 기기 간 상호 속성이 좋고, 음성 송이나 인터넷같은
데이터 송 장치를 지원하여 응용범 가 넓고 다양하다.
가. Bluetooth 로토콜 스택
Bluetooth의 체 인 로토콜 스택[15]은 (그림 3-8)과 같다. Bluetooth
로토콜 스택은 보통 HCI(Host Controller Interface)를 기 으로 호스트
컨트롤러(Host Controller) 로토콜과 호스트(Host) 로토콜로 나뉘게
된다. HCI는 두 개의 계층으로 각각 `HCI Bottom', `HCI Top'이라고 구
분하며, 두 개의 HCI사이에 물리 링크인 UART, USB, PCMCIA 등의 인
터페이스로 연결된다. Bluetooth는 하나의 칩에 호스트 컨트롤러 부분을
구 하여 사용하며 이를 Bluetooth 모듈(module)이라고 한다.
그리고 호스트 컨트롤러 로토콜은 보통 베이스밴드(Baseband), 링크
매니 (Link Manager), HCI Bottom 정도가 포함된다. 부분 이 세 개의
로토콜이 펌웨어(Firmware) 형태로 모듈 내부에 포함된다. 호스트 로
토콜은 호스트 컨트롤러인 Bluetooth 모듈과 연결되어 Bluetooth 모듈을
제어하고 어 리 이션을 수행하는 곳으로 그 종류는 시스템에 따라 달라
질 수 있다. 보통 PC, PDA, 핸드폰 등이 모두 호스트가 될 수 있고, 임베
디드 시스템의 경우 마이크로 로세서가 호스트가 된다. 호스트에 포함되
는 로토콜은 HCI Top부터 그 상 계층 로토콜(L2CAP, RFCOMM,
SDP, TCS, OBEX) 모두가 해당될 수 있다. 그러나 항상 상 계층 로토
콜이 모두 포함되는 것은 아니고, 어 리 이션의 종류에 따라 포함되는
로토콜이 달라진다.
- 49 -
(그림 3-8) Bluetooth 프로토콜 스택
(출처: IEEE 802.15.1)
각 로토콜에 하여 알아보면 베이스밴드는 Bluetooth의 링크 컨트롤
러(Link Controller)에 해당하는 로토콜로써 Bluetooth만의 고유한 통신
시스템을 구 하는 것이다. 링크 매니 는 링크 설정, 보안, 제어를 담당한
다. HCI는 호스트 컨트롤러에 포함된 베이스밴드나 링크 매니 , 그리고
하드웨어 등을 근하고 제어하기 해 표 화된 인터페이스를 의미한다.
즉 HCI는 호스트와 호스트 컨트롤러가 그 사이에 연결된 물리 버스
(Physical Bus)를 통해 서로 통신하기 한 인터페이스이다.
L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol)은 상 계층
로토콜과 HCI, 베이스밴드 등의 하 로토콜 사이에서 재 조정을
하는 역할을 한다. SDP(Service Discovery Protocol)는 연결된 Bluetooth
디바이스에서 어떠한 서비스가 가능하고, 그 가능한 서비스의 특징에
한 정보를 교환하기 한 로토콜이다. RFCOMM은 RS-232 9핀 시리얼
포트를 에뮬 이션하는 역할을 담당한다. TCS(Telephony Control
- 50 -
Protocol Specification)는 Bluetooth 어 리 이션의 하나인 ‘3-in-1 Phone’
을 구 하기 한 필수 인 로토콜로, 주로 화 회선(PSTN)이나 내선
(Intercom)을 인터페이스하기 한 콜 컨트롤(Call Control)을 담당한다.
나. Bluetooth 네트워크 토폴로지
Bluetooth[15]는 독립된 통신 장비들이 1개의 마스터(Master)와 최 7
개의 슬 이 (Slave)로 구성되어 애드혹 네트워크 형태의 피코넷(Piconet)
을 형성하여 통신을 한다. 피코넷은 정보를 교환하기 해 같은 채 을
공유하고 있는 장치들의 집합으로써 하나의 채 을 공유하는 2개 는 그
이상의 Bluetooth 장치가 하나의 피코넷을 형성한다.
채 상의 트래픽을 제어하기 하여 통신에 참여하는 장치 의 하나가
피코넷의 마스터가 되고 나머지 다른 장치들은 슬 이 가 된다. 마스터
장치는 채 상에서의 모든 트래픽을 제어한다. 어떠한 장치도 마스터가
될 수 있지만, 피코넷을 설정한 장치가 마스터 역할을 담당하고 슬 이
장치가 마스터 역할을 넘겨받기를 원하면 역할을 교환할 수 있다. 마스터
장치들은 슬롯을 보유하여 슬 이 에게 패킷을 송한다. 마스터에서 보
내진 트래픽 패킷은 자동 으로 슬 이 를 선택한다. 슬 이 로 보낼
정보가 없다면, 마스터는 슬 이 를 선택하기 한 패킷을 사용할 수 있
다. 이 패킷은 액세스 코드와 헤더만으로 구성되어 있다.
이러한 앙 폴링 방식은 슬 이 송 간에 충돌을 없앨 수 있다. 피
코넷에 있는 모든 장치는 호핑 채 을 따르기 하여 마스터 장치의 주소
와 클럭을 사용한다. 연결이 설정되면 슬 이 클럭과 마스터 클럭의 동
기를 맞추기 하여 클럭 옵셋이 더해진다. 자기 자신의 클럭을 조정하지
않고, 다만 연결 동안에는 옵셋만이 유효하다.
Bluetooth는 Point-to-point, Point-to-multipoint를 모두 지원하며 피코넷
의 어떠한 유닛도 다른 피코넷의 장치에 연결되어 스캐터넷(Scatternet) 구
성이 가능하다. 스캐터넷(Scatternet)은 이런 피코넷들이 한 슬 이 유닛
- 51 -
을 공유하면서 통신 범 를 확장한 형태를 말한다. (그림 3-9)는 4개의 장
치로 구성되어 있는 피코넷 A와 2개의 장치로 구성되어 있는 피코넷 B가
서로 연결되어 스캐터넷을 구성하는 것을 나타낸다.
(그림 3-9) Bluetooth 네트워크 토폴로지
다. Bluetooth 통신 방식
(그림3-10)은 피코넷의 마스터, 슬 이 장비간의 연결 과정을 나타낸
다. 하나의 피코넷이 이루어지기 해서는 마스터와 슬 이 사이의
Inquire와 Page의 단계를 거쳐야 한다. 이 단계에서 마스터 노드는 주변
에 치하고 있는 모든 노드에 한 정보를 얻고(Inquiry), 획득한 노드
정보에 근거해서 주변 노드들을 자신의 슬 이 로 활성화시킨다(Page).
의 과정을 통하여 피코넷이 구성되면 마스터와 슬 이 , 모두 연결 상
태로 넘어간다. 이 상태에서 Bluetooth 노드는 다양한 동작 모드에서 동
작할 수 있다.
- 52 -
(그림 3-10) Bluetooth 장비 간 연결 과정
라. Bluetooth 임 구조
Bluetooth의 일반 인 임 구조는 (그림 3-11)과 같다. Bluetooth
임은 Access Code, Header, Payload 필드로 구성된다. Access Code 필
드는 마스터 장치의 주소로부터 발생된 BD_ADDR(Bluetooth Device
Address)의 LAP(LAN Access Point) 주소 값을 포함하는 필드로써 채
에 해 유일하다. 피코넷에서 수신 장치들은 입력신호와 액세스 코드를
비교하여 두 개가 일치하지 않으면 수신 패킷은 채 상에서 유효하지 않
은 것으로 간주하고 그 내용의 나머지는 무시한다. Header 필드는 패킷
의 제어정보를 담고 있는 필드이다. Payload 필드는 송될 데이터를 담
고 있는 가변 길이의 필드이다.
• Access Code 필드
Access Code 필드는 BD_ADDR의 LAP 주소 값을 포함하는 필드로써
Preamble(4비트), Sync Word(64비트), Trailer(4비트)로 구성된다. Access
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Code 필드 구조와 각 필드의 설명은 각각 (그림 3-12) <표 3-8>과 같다.
(그림 3-11) 피코넷 전송 패킷 프레임 구조
(그림 3-12) Access Code 필드 구조
필드 설명
Preamble
Bluetooth 무선 송에서 직류 배상을 용이하게 하기 한 필드
뒤에 오는 sync word 필드의 가장 앞자리 비트가 1일 경우, 1010
0일 경우, 0101로 구성
Sync word
BD_ADDR의 LAP를 사용하여 64비트 코드 길이를 생성
CAC, DAC, IAC 코드 종류에 따라 LAP 정보를 담고 있는 Device 종류를
달리하여 식별
Trailer
Access code의 끝을 나타내며 일반 으로 CAC 패킷일 경우에 사용되나,
주 수 타임 슬롯 동기화 시에는 DAC, IAC에도 사용
Sync word의 마지막 비트가 1일 경우 0101, 0일 경우 1010으로 구성
<표 3-8> Access Code 필드 구성
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Access Code 필드는 피코넷 통신에서 송되는 패킷의 용도에 따라
3가지 코드 타입으로 분류된다. 피코넷 구성 장치들의 발견에 쓰이는
inquiry 메시지 패킷은 IAC(Inquiry Access Code) 타입, 발견된 장치의
활성화에 쓰이는 Page 메시지는 DAC(Device Access Code) 타입, 활성화
된 장치간의 데이터 통신에 쓰이는 메시지는 CAC(Chanel Access Code)
타입이다. 각 코드 타입 별로 Access Code의 장비 LAP 주소 값이 변하
여 노드의 식별을 한 키 값으로 사용된다. <표 3-9>는 코드 타입에 따른
LAP 주소 변환 형태이다.
Code Type LAP Code Length
CAC Master 72
DAC Paged unit 68 or 72
GIAC Reserved 68 or 72
DIAC Dedicated 68 or 72
<표 3-9> 코드 타입에 따른 LAP 주소 변환
CAC는 피코넷의 채 을 나타내며 채 내부의 패킷들의 preamble 형
태를 나타낸다. CAC는 항상 마스터 노드의 LAP를 사용한다. DAC는
page와 page scan, page response 상태에 사용되어 Device의 ID 역할을
하게 된다. 마지막으로 IAC는 Inquiry 동작에 사용된다. IAC는 모든 노드
에 송을 하는 General IAC(GIAC)와 지정된 노드에게만 보내는
Dedicate IAC(DIAC)로 구분된다. GIAC는 일반 으로 Bluetooth 유닛을
발견하는 동작에 사용되고 GIAC와 더불어 DIAC는 장치가 속한 클래스
를 알아내는 동작을 한다.
Access Code를 구성하는 필드 Sync Word(64비트)는 PN(pseudo-random
noise)을 생성한 후 LAP(24비트)와 XOR 연산을 통해 생성된다.
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• Header 필드
Header 필드는 송되는 패킷의 제어 정보를 포함하고 있으며,
AM_ADDR(Active Member Address), Type(패킷형태), Flow(흐름제어),
ARQ(Automatic Retransmission Query) 방법, SEQN(Sequence Number)
HEC(Head Error Check)로 구성된다. 헤더의 길이는 54비트로 정의하며,
이것은 1/3 FEC(Forward Error Correction)방식을 이용하여 원래 18비트
인 것을 54비트로 확장시킨 것이다. FEC방식의 목 은 재 송의 횟수를
이는 것이다. 하지만, 다소 에러가 없는 환경에서 FEC는 처리량을 감소
시키는 불필요한 오버헤더를 만든다. 그러므로 Header 필드는 항상 1/3
FEC를 사용하지만 Payload 필드에서는 패킷의 정의에 따라 FEC 사용여
부가 유동 이다.
• Payload 필드
실제 송될 데이터를 갖는 필드이다.
마. Bluetooth에서의 식별체계
Bluetooth 통신의 식별은 각각의 장비 식별을 해 BD_ADDR
(Bluetooth Device Address) 주소를 사용한다. BD_ADDR란 48비트 크기
의 MAC 주소로써 Baseband 모듈의 고유한 주소이다. WLAN의 MAC
주소와는 달리 BD_ADDR은 LAP(24비트), UAP(8비트s), NAP(16비트)로
나뉘는데, company_id 역의 UAP, NAP 필드는 IEEE에서
OUI(Organizational Unique Identifier) 는 Company ID를 신청하여 사
용할 수 있고, company_assigned 역의 LAP 필드는 통신 장비 식별에
사용되는 고유 주소로 사용할 수 있다. BD_ADDR은 48비트 체가
Bluetooth 장치의 고유 번호를 나타내지만 실제 피코넷 통신에서는
LAP(24비트) 필드를 패킷에 포함시켜 식별자로 사용한다. (그림3-13)은
BD_ADDR의 형식을 나타낸다.
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(그림 3-13) BD_ADDR 필드 구조
3. LR-WPAN (IEEE 802.15.4)
IEEE 802.15.4[13][16]는 LR WPAN(Low-Rate Wireless personal area) 네
트워크의 PHY와 MAC에 한 표 이며 속의 통신 역과 력을 목표
로 하는 무선 기술로, IEEE의 WPAN 표 원회(IEEE 802.15)의 4번째
WG에서 개발된 표 기술을 말한다. WPAN은 PC, PDA, 셀룰러 폰 등의
무선 이동 기기간의 통신을 가능하게 하며, 다른 무선 통신 기술에 비해 에
지 소비가 낮고 가이기 때문에 센서 네트워크에 합한 통신 기술로
부각되고 있다. 특히, IEEE 802.15.4 표 은 센서 네트워크에서 가장 합한
통신 기술로 인정받고 있으며, 재 ZigBee와 6LoWPAN의 PHY(Physical
layer)/MAC(Medium Access Control) 표 으로 사용되고 있다.
가. LR-WPAN 로토콜 스택
IEEE 802.15.4는 WPAN의 MAC 계층과 물리계층에 한 표 을 기술
하고 있다. 체 인 로토콜 스택[16]은 (그림 3-14)와 같다.
물리계층은 Multi-Band와 Multi-Rate, 두 가지 형태를 지원하며 동일한
패킷 구조를 갖는다. 두 물리계층사이의 근본 인 차이는 주 수 역으로
리 활용되는 ISM 역인 2.4GHz와 868/915MHz 역을 사용한다. 물
리계층의 사용 역에 따라 송 속도가 다르며 2.4GHz 역에서는
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O-QPSK 변조 방식에 의해 250Kbps의 송 속도를 제공하고,
868/915MHz 역은 BPSK 변조 방식에 의해 각각 20Kbps와 40Kbps
송속도를 제공한다.
데이터링크 계층은 물리 계층의 상 계층으로 네트워크 계층과 물리
계층을 연결하는 계층이다. 데이터링크 계층은 MAC(Medium Access
Control)과 LLC(Logical Link Control)로 구성되어 있다. MAC은 매체
근 에러 제어를 담당하는 계층으로 데이터 송을 한 통신 링크의
구성과 한정된 자원의 효율 인 공유를 해 사용된다. LLC는 상 계층
(네트워크 계층)에 여러 다른 종류의 매체 근 방식들에 한 일 된 인
터페이스를 제공하기 해 사용된다.
(그림 3-14) LR-WPAN 스택 구조
나. LR-WPAN 네트워크 토폴로지
LR-WPAN[16]에서는 디바이스 클래스를 FFD(Full Function Device)와
RFD(Reduce Function Device), 2가지 범주로 분류하고 있다. FFD는 코디
네이터(Coordinator) 혹은 디바이스(Device)로 동작할 수 있는 로토콜
셋이 구 되어 있는 디바이스를 말하며, RFD는 IEEE 802.15.4 로토콜이
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최소로 구 되어 동작하는 디바이스를 말한다. 따라서 FFD는 어떠한 토
폴로지 구성도 가능하며, PAN 내에서 네트워크 코디네이터(Coordinator)
역할을 수행할 수 있고, 어떠한 디바이스와도 통신이 가능하다. RFD는
Star 토폴로지 구성만 가능하며, PAN 내에서 단지 FFD와 통신이 가능해
단순한 응용 분야에 사용된다.
LR-WPAN 내에서는 Star 토폴로지, Peer-to-peer( 는 mesh) 토폴로지
를 지원한다. (그림 3-15)는 LR-WPAN의 토폴로지 구조를 나타낸다. Star
토폴로지는 네트워크 내의 코디네이터, 허 (Hub), 노드를 간에 두어
노드간의 연결이 이 지고 보편 으로 PC 주변장치와 같은 용용에 쉽게
용이 가능하고 Peer-to-peer 토폴로지는 모든 노드가 통신 역 내에 있
는 노드와 연결이 가능하다.
(그림 3-15) LR-WPAN 네트워크 토폴로지
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다. LR-WPAN 통신 방식
LR-WPAN 통신의 데이터 달 모델은 코디네이터로 데이터 달, 코
디네이터로부터 데이터 달, 두 peer 디바이스 간의 데이터 달 방식이
있다. 코디네이터로 데이터 달은 데이터의 흐름이 디바이스에서 코디네
이터로 달하는 것을 말하고 코디네이터로부터 데이터 달은 데이터의
흐름이 코디네이터에서 디바이스로의 달을 말한다. Star 토폴로지의 트
랜잭션을 보면, 데이터는 코디네이터와 디바이스 간에만 교환되므로 의
모델 두 가지만 필요하게 된다.
Peer-to-peer 토폴로지의 트랜잭션을 보면, 데이터는 네트워크상의 임의
의 두 개의 디바이스 간에 교환될 수 있으므로 모든 트랜잭션 모델이 사
용 될 수 있다. 따라서 LR-WPAN 통신에서의 세 가지 데이터 달 방법
은 다음과 같다.
1) 코디네이터로의 데이터 달
코디네이터로 데이터를 달하는 경우는 (그림 3-16)과 같다. Beacon을
사용하는 네트워크의 경우에 Beacon을 해 Listen하고 Beacon이 발견되
면, 디바이스는 Superframe 구조에 동기화가 되어 한 시 에서 디바
이스는 Slotted CSMA-CA를 이용하여 코디네이터에게 Data Frame을
송한다. 코디네이터는 성공 인 수신에 해 선택 으로 ACK Frame을
보내면서 트랜잭션이 완료된다. Beacon을 사용하지 않는 네트워크의 경우
는 Slotted CSMA-CA를 이용하여 코디네이터로 그냥 Data Frame을 보낸
다. 코디네이터는 성공 인 수신에 해 선택 으로 ACK Frame을 보내
면서 트랜잭션이 완료된다.
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(그림 3-16) 코디네이터로 전달
.
2) 코디네이터로부터 데이터 달
코디네이터로부터 데이터가 달되는 경우는 (그림 3-17)과 같다.
Beacon을 사용하는 네트워크의 경우에 코디네이터가 데이터를 디바이스
에게 보내려고 할 때, 코디네이터는 데이터 메시지가 pending되었다는 것
을 Beacon안에 나타내게 되면 디바이스는 주기 으로 Beacon에 Listen하
고, Pending 데이터를 확인하면, 디바이스는 Slotted CSMA-CA를 이용해
데이터를 요구하는 MAC Command를 송신하게 된다. 코디네이터는 성공
인 수신에 해 선택 으로 ACK Frame을 보내고, Pending된 Data
Frame은 Slotted CSMA-CA를 이용해 보내지게 된다. 디바이스는 성공
인 수신에 해 ACK Frame을 보내고 트랜잭션을 완료한다. ACK를 받으
면, 메시지는 Beacon안에 있는 Pending Message의 리스트에서 제외된다.
Beacon을 사용하지 않는 네트워크인 경우 코디네이터가 Beacon을 사용
하지 않는 네트워크에서 데이터를 디바이스에게 보내려고 할 때, 코디네
이터는 액세스하려고 하는 데이터를 요청한 디바이스를 해 데이터를
장한다. 디바이스는 Unslotted CSMA-CA를 이용해 데이터를 요구하는
MAC Command를 송신함으로써 그의 코디네이터에 속할 수 도 있다.
코디네이터는 Data Request에 한 성공 인 수신에 해 ACK Frame을
보내고 데이터가 Pending되었다면, 코디네이터는 Data Frame을 디바이스
에게 Unslotted CSMA-CA를 이용하여 송신하게 된다. Data가 Pending되
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지 않았다면, 코디네이터는 Zero-length Payload를 가진 Data Format을
Device에 Pending된 데이터가 없다는 것을 송신하고 Device는 ACK를 보
내고 트랜잭션은 완료한다.
(그림 3-17) 코디네이터로부터의 데이터 전달
3) Peer-to-Peer 데이터 달
Peer-to-Peer로 데이터가 달될 경우에 Peer-to-Peer PAN에서 모든 디
바이스는 그 Radio 향이 미치는 범 안에서 어떤 디바이스와 통신이
가능하며, 통신을 원하는 디바이스는 항상 일정하게 수신을 하거나 디바
이스는 단순히 자신의 데이터를 동기화를 해 다른 측정이 필요하게 된
다.
라. LR-WPAN MAC 임 구조
LR_WPAN은 IEEE의 64비트와 16비트 주소를 사용하여 노드를 식별한
다. 16비트 주소(Short Address)는 네트워크 ID를 애드혹 네트워크에 부
여하여 리할 때 사용하는 주소이고, 64비트 주소는 IEEE 64비트 MAC
주소로써 기기마다 고정된 주소이다. 한 소스 PAN ID와 목 노드
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PAN ID에 한 리 기능을 지원하고, 다양한 PAN이 어울려 클러스터
헤드와 같은 형태의 네트워크를 구성할 수 있도록 고려하고 있다. 이번
에서는 이러한 주소체계를 갖는 LR_WPAN의 MAC 임 구조와 각
각의 필드의 기능 속성을 살펴보고 통신에 사용되는 LR_WPAN 내에
서의 식별체계를 분석한다.
LR_WPAN의 일반 인 MAC 임 구조는 (그림 3-18)과 같다. MAC
임은 MAC Header(MHR), MAC Service Data Unit(MSDU), MAC
Footer(MFR)로 구성된다. MHR은 무선 노드 간에 송되는 제어 정보를
담당하는 Control 필드와 데이터 송수신 시 PAN과 노드를 식별하는
Addressing 필드로 구성된다. MSDU는 장비 간의 통신에 사용될 Frame
Payload 필드로 구성된다. MFR는 임 에러를 체크하는 Frame Check
Sequence 필드로 구성된다.
(그림 3-18) LR_WLAN의 일반적인 MAC 프레임 구조
• Frame Control 필드
Frame Control 필드는 각 임의 맨 처음 시작 부분에 있는 2바이트
필드로써, 무선 노드 간에 송되는 제어 정보를 담고 있다. 필드의 구조
는 (그림 3-19)와 같다.
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(그림 3-19) Frame Control 필드 구조
Destination Addressing Mode와 Source Addressing Mode는 노드가
가지고 있는 주소의 유형에 따라 다음과 같이 세 가지 유형으로 구분된
다. 첫째, PAN 코디네이터로부터 주소를 받지 못해 주소가 없는 경우이
며 둘째, PAN 코디네이터로부터 16비트 주소를 할당받아 사용하는 경우
이다. 마지막으로는 PAN 코디네이터로부터 주소를 받지 못해 IEEE 802
64비트 MAC 주소인 장비의 고유주소를 사용하는 경우이다.
IEEE에서 리하고 있는 MAC 주소는 EUI-48비트와 EUI-64비트로 두
가지이다. IEEE MAC 주소는 NIC(Network Interface Card) 제조회사의
고유번호와 NIC 제조 번호로 구성되는데, EUI-48비트는 제조회사 번호와
제조번호가 각각 24비트로 구성되지만, EUI-64비트는 제조회사 번호가 24
비트이고 제조번호가 40비트가 된다. WLAN의 경우 MAC 주소로 EUI-48
비트를 사용하는 반면, 의 마지막 경우는 EUI-64비트를 사용한다는 것
이다.
각각의 모드는 서로 다른 타입의 주소 정의가 가능하다. 이는 PAN과
PAN뿐만 아니라 주소를 받지 못한 노드까지 데이터 통신이 가능한 유연
성을 한 것이다. Frame Control 필드를 구성하는 각 필드의 설명은
<표 3-10>과 같다.
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필드 설명
Frame type
MAC 임 구분
000 : Beacon Frame
001 : Data Frame
010 : Acknowledge Frame
011 : MAC command Frame
Security
enabled
상호 네트워크가 보안기능을 사용할 것인지 알리는 필드
0 : 암호화 동작 사용 안함
1 : 암호화 동작 사용
Frame
pending
재 데이터 송 후 추가 데이터 송 여부
0: 없음 / 1: 있음
ACK
request
데이터 는 MAC Command Frame을 수신하는 수신 단말기가 ‘1’로 설정 되었을 때 ACK Frame 송
Addressing
Mode
00: PAN 코디네이터로 주소를 받지 못해 PAN ID와 주소 필드가 없는 경우
01: 사용하지 않음
10: IEEE 802.15.4의 16비트 주소를 사용하는 경우
11: IEEE 802 MAC 64비트 주소를 사용하는 경우
Intra PAN동일한 PAN 내에서의 MAC Frame을 송하거나 는 다른 PAN 내에서
의 MAC Frame을 송 하는지에 따라 결정
<표 3-10> Frame Control 필드 구성
• Addressing 필드
LR_WPAN 네트워크에서 동작하는 디바이스는 64비트
Extended-address와 16비트 Short-address를 갖는다. 64비트
Extended-address는 IEEE 802의 MAC 주소와 같은 형태로 디바이스마다
이미 가지고 있는 고유한 MAC 주소로 PAN내에서 디바이스간의 통신을
해 사용 된다. 16비트 Short-address는 0x0000~0xffff 범 에서 PAN 코
디네이터에 의해 할당되는 주소로 PAN내에서 디바이스간의 통신을 해
사용된다. star 토폴로지 구조에서는 64비트 주소와 16비트 주소를 모두
사용함으로써 네트워크 내에서 단독 주소 사용 시 발생할 수 있는 오류를
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방지한다. Peer-to-peer 토폴로지 구조에서는 디바이스 간 통신을 해
Source Address와 Destination Address 필드 정보를 이용한다.
• PAN Identifier 필드
각기 독립 인 PAN에서의 고유의 PAN ID값으로 16비트 는 64비트
의 길이를 가진다.
• Sequence Number 필드
송되는 임에 한 고유한 순번을 나타낸다.
• Frame Payload 필드
실제 송될 데이터를 갖는 필드를 나타낸다.
LR-WPAN에서 MAC Frame은 Beacon Frame, Data Frame,
Acknowledge Frame, MAC Command Frame으로 4개의 Frame을 정의한
다. 다음은 각 임의 기능 구조를 설명한 것이다.
1) Beacon Frame
Beacon Frame은 Beacon을 사용하는 네트워크 내에서 코디네이터에 의
해 송신된다. Beacon Frame은 상 방 디바이스를 깨우며 그들의 주소가
있는지 Listen하고, 수신된 주소가 없으면 다시 Sleep 상태가 된다. 따라
서 Beacon Frame은 Mesh나 Cluster-tree 네트워크에서 소량의 배터리를
소모하면서 모든 노드가 계속 동기화되기 때문에 요하다. (그림 3-20)은
LR-WPAN의 Beacon Frame 구조이다.
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(그림 3-20) LR-WPAN의 Beacon Frame 구조
2) Data Frame
Data Frame은 LR-WPAN의 Frame에서 가장 기본 인 구조를 갖는다.
이 구조는 데이터 송수신에 이용된다. (그림 3-21)은 LR-WPAN의 Data
Frame 구조이다.
(그림 3-21) LR-WPAN의 Data Frame 구조
3) Acknowledge Frame
Acknowledge frame 패킷이 에러 없이 수신되었다는 것을 송신자에게
확인시켜 주기 해 수신자로부터 제공되는 임이다. Frame Control
필드와 Data Sequence 필드는 원래 패킷에서 그 로 가져온다. 송의 성
공 여부는 Acknowledge Frame에 송한 임의 순번과 동일한 순번을
포함하고 있는지 여부로써 알 수 있다. (그림 3-22)는 LR-WPAN의 Acknowledge
Frame 구조이다.
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(그림 3-22) LR-WPAN의 Acknowledge Frame 구조
4) MAC Command Frame
MAC Command Frame은 상 방 노드의 원격제어에 사용된다. Data
Payload 부분에 command type과 command를 넣는다. (그림 3-23)은
LR-WPAN의 MAC Command Frame 구조이다.
(그림 3-23) LR-WPAN의 MAC Command Frame 구조
마. LR-WPAN 에서의 식별체계
LR_WPAN 네트워크에 동작하는 디바이스는 64비트 Extended-address
와 16비트 Short-address를 사용하여 노드를 식별한다. 64비트
Extended-address는 IEEE 802의 EUI-64비트 MAC 주소와 같은 형태로
디바이스마다 이미 가지고 있는 고유한 MAC 주소이며 PAN내에서 디바
이스간의 통신을 해 사용된다. 16비트 Short-address는 0x0000~0xffff
범 에서 PAN 코디네이터에 의해 할당되는 주소로 PAN내에서 네트워크
ID를 애드혹 네트워크에 부여하여 리할 때 사용된다. PAN 코디네이터로
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부터 주소를 할당받아 사용하는 경우는 16비트 Short-address를 사용하지
만, 그 지 못한 경우엔 장비의 고유 MAC 주소인 64비트 Extended-address
를 사용한다. 이러한 주소는 LR-WPAN 네트워크 토폴로지 구조에 따라
사용하는 형태가 달라진다. 우선 star 토폴로지 구조에서는 64비트 주소와
16비트 주소를 모두 사용함으로써 네트워크 내에서 단독 주소 사용 시 발
생할 수 있는 오류를 방지한다. Peer-to-peer 토폴로지 구조에서는 디바이
스 간 통신을 해 Source Address와 Destination Address 필드 정보를
이용한다.
한 LR_WPAN에서는 소스 PAN ID와 목 노드 PAN ID에 한 리
기능을 지원하고 다양한 PAN이 어울려 클러스터 헤드와 같은 형태의 네
트워크를 구성할 수 있도록 고려하고 있다.
4. UWB (IEEE 802.15.4a)
미국의 FCC(연방통신 회)는 UWB를 ‘ 심주 수의 20%이상 유 역
폭을 가지거나 500MHz 이상의 유 역폭을 차지하는 무선 송기술’로
정의한 바 있다. 따라서 역폭만 500MHz 이상 확보한 기존 캐리어 변조
기술도 UWB 기술로 구분이 가능해진다. 일반 으로는 3.1~10.6GHz 역
에서 100Mbps 이상 속도로, 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 역에
걸쳐 낮은 력으로 고속 통신을 실 하는 근거리 무선통신기술로 규정
된다[13][16][39].
UWB의 가장 큰 특징은 역을 활용하면서 동시에 출력이 상
으로 낮다는 이다. (그림 3-24)에서 보는 바와 같이 다른 시스템과 함께
비교해 보면, UWB 시스템의 경우, 기존 역 시스템이나 역
CDMA 시스템에 비해 매우 넓은 주 수 역에 걸쳐 상 으로 낮은
스펙트럼 력 도를 바탕으로 구성됨을 확인할 수 있다. 다른 통신시스
템에 간섭을 방지하기 해 신호에 지를 여러 GHz 역폭에 걸쳐 스펙
트럼으로 분산, 송신함으로써 다른 역 신호에 간섭을 주지 않고 주
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수에 크게 구애받지 않으며 통신을 할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 속
성은 주 수를 공유, 사용할 수 있으면서 동시에 매우 은 력만을 필
요로 한다.
(그림 3-24) UWB의 정의
기술 방식 스펙과 련하여 <표 3-11>은 UWB와 WLAN, Bluetooth,
ZigBee와의 비교를 보여주고 있다. UWB는 특히 기존의 WLAN이나
Bluetooth 등에 비해 높은 송 속도와 낮은 력 소모 등에서 월등히 앞
서기 때문에 고성능 휴 용 기기 간의 속기술 방식으로 각 받을 수 있
으며, 낮은 력소모는 휴 용 기기의 배터리 문제를 해소시킨다. 특히 수
백 Mbps에 이르는 높은 송속도는 고화질 상 데이터를 포함한 거의
모든 존하는 데이터를 무리 없이 송수신이 가능하다. 다만 낮은 출력은
좁은 커버리지로 인해 공 망을 통한 서비스 솔루션이 개발되기에는 부
한 것으로 분석된다. 따라서 이러한 면을 종합 으로 고려할 때, UWB
는 다른 어떤 형태보다도 근거리 개인통신망(WPAN; Wireless Personal
Area Network)으로서의 가치 평가가 가능하며, 명 인 차세 무선통
신기술이다.
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WLAN 11g WLAN 11n Bluetooth ZigBee UWB
Freq.
Band2.4GHz 5GHz 2.4GHz
868/915M/2.4
G3.1~10.6GHz
Mbps 54Mbps 500Mbps 1Mbps20/40/250Kbp
s500Mbps
Coverage 1km 1km 10m 30m 2~10m
다 속
방식OFDM/DSSS MIMO-OFDM Freq. Hopping CSMA-CA
MB OFDM
DS-CDMA
특징 - -다양한 통신지원
(음성, 팩스, AV)
-
장수명 력
- 송 안정성
-
고속Data 송
- 간섭에
강함
응용
분야
Hotspot
[Note PC]
Hotspot
[PC→Mobile]
근거리
유선 체
력 가의
기기 제어
근거리
고속 통신
<표 3-11> UWB와 여타 통신기술과의 비교
가. UWB 주 수 역
IEEE 802.15.4a는 FCC에서 통신용으로 허가한 3.1~10.6GHz 주 수
역 1GHz 아래 주 수 역을 (그림3-24)와 같이 크게 sub-GHz band,
low-band, high-band 3개의 역으로 나 었으며, 모두 16개의 채 을 할
당하 다. 그리고 채 0번, 3번, 9번을 각 역의 mandatory 채 로 정
하고 반드시 이 하나를 구 하도록 하고 있다[42].
(그림 3-24)와 같이 채 을 운용하 을 경우 여러 가지 장 이 있다. 그
하나는 향후 간섭문제를 피할 필요가 생겨났을 때 이에 유연하게 응
할 수 있다는 것이다. 특정 일부 역이 어느 나라에서는 문제없이 UWB
를 사용할 수 있으나 다른 나라에서는 다른 통신과의 간섭이 심각한 상황
일 수 있다. 이러한 경우 간섭을 피하기 해 어느 지역에서는 특정 역
을 사용하지 않도록 할 필요가 있다. 이때 그 역을 포함하고 있는 역
을 사용하지 않음으로써 이 문제에 응할 수 있다. 한 (그림 3-25)에서
채 4번, 7번, 11번, 15번을 제외하고 mandatory 채 을 포함한 나머지
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채 의 주 수 역폭이 같으므로 기본이 되는 무선기술은 수정하지 않아
도 된다. 즉 기존 주 수 역과 같은 기술을 용할 수 있다.
우리나라에서도 3.1~4.8GHz 7.2~10.2GHz의 주 수 역을 UWB용
으로 사용하도록 허가하 다. 그러나 3.1~4.8GHz 역에서는 간섭회피기
술(Detection And Avoid:DAA)을 용하여야 하며, 단 4.2~4.8GHz 역
에서는 DAA 용을 2010년 6월까지 유 하기로 하 다. 따라서 IEEE
802.15.4a 표 에 부합하는 WPAN 시스템 개발 시, 주 수 역 황을
잘 악하여야 한다.
(그림 3-25) IEEE 802.15.4a 주파수 운용 상황
나. UWB PHY 시스템 규격
UWB PHY는 임펄스(impulse) 방식에 기반을 두고 있으며, 각각의 주
수 역에서 고유의 획득 코드를 이용하여 2개의 PAN을 구성할 수 있다.
(그림 3-25)에서 0, 3, 9번 주 수 역 한 개의 역에서 2개의 PAN
을 반드시 구 하도록 되어 있다. 그리고 칩 이트(chip rate)는 세 가
지 mandatory 주 수 역에 해 모두 499.2MHz로 동일하다. UWB
PHY를 한 변조 방식은 동기수신과 비동기 수신을 모두 지원하기 해
서 BPM과 BPSK를 결합한 형태를 취하고 있으며, 각 신호는 UWB 펄스
여러 개를 모아놓은 burst로 구성되어 있다. 여기서 burst의 길이를 조
함으로써 다양한 데이터 서비스를 제공한다.
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다. UWB 임 구조
UWB 임 구조[40]는 (그림 3-26)과 같이 SHR 리앰블, PHY 헤더,
페이로드로 구성된다. SHR 리앰블은 신호 획득, 동기, 채 추정, ranging
을 한 leading edge detection 등의 수신단 알고리듬을 수행하기 한
것이고, PHY 헤더에는 리앰블 모드, 데이터 송률, 페이로드 길이 정
보 등이 포함되어 있다. 그리고 페이로드는 송해야 할 MAC 데이터를
포함한다.
(그림 3-26) UWB 프레임 형태
• SHR Preamble 필드
SHR Preamble 필드는 신호가 반복되는 구간인 SYNC필드와 Preamble
이 끝났음을 알리는 SFD 필드로 구성되며, 신호 획득, 주 수 옵셋 추정,
채 추정 등 수신단 알고리즘을 해 사용된다. (그림 3-27)는 SHR 리
앰블구조이다. Preamble 신호는 31 는 127비트 ternary 코드(+1, -1, 0으
로 이루어진 코드)로 이루어져 있으며, 각 채 마다 두 개의 ternary 코드
가 할당된다. lowband에 한 채 1, 2, 3번에 할당되는 ternary 코드
는 <표 3-12>와 같다. 이 ternary 코드는 periodic correlation 특성이 자신
의 코드가 곱해졌을 때 peak값을 가지고 나머지 부분에서는 모두 0이기
때문에 서로 다른 PAN을 구분하는 코드로도 사용된다.
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(그림 3-27) SHR 프리앰블 구조
Ch.# Code
1 -0000+0-0+++0+-000+-+++00-+0-00
1 +0+0-0+0+000-++0-+---00+00++000
2 -+0++000-+-++00++0+00-0000-0+0-
2 0000+-00-00-++++0+-+000+0-0++0-
3 -0+-00+++-+000-+0+++0-0+0000-00
3 ++00+00---+-0++-000+0+0-+0+0000
<표 3-12> Ternary 코드
• PHY Header 필드
PHY header 필드는 데이터 송률, 리앰블 구간 길이, ranging을 알리는
래그(flag) 정보를 가지고 있는 8비트 길이의 rate 필드와 송해야 할 페
이로드의 길이 정보를 가지고 있는 8비트 길이의 length 필드로 구성되어
있다.
• Payload (MAC Data) 필드
IEEE 802.15.4a MAC은 기본 으로 IEEE 802.15.4 MAC을 따른다.
IEEE 802.15.4 MAC의 특징인 슈퍼 임 구조를 이용함으로써 력
기능을 수행할 수 있다. 채 근을 하여 기본 으로 CSMA-CA 방식
을 사용하며, 데이터 송률 용 거리의 유동성을 증가시키기 해
UWB PHY에 ALOHA 방식을 사용한다.
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5. ZigBee
ZigBee란 IEEE 802.15.4 기반으로 력과 가격을 목표하는 속 근
거리 개인 무선 통신의 국제 표 스펙이다[18][19]. ZigBee는 IEEE
802.15.4 표 의 물리계층(PHY)과 매체 근제어계층(MAC) 에 상
로토콜 표 을 정의하는 것을 목표로 한다. ZigBee는 력소모가 고 칩
가격이 렴하며 통신의 안정성으로 원격제어, 원격 리, 원격모니터링에
합하여 가정, 공장, 산업 자동화에 활발하게 용되고 있다.
가. ZigBee 로토콜 스택
ZigBee 로토콜 스택[16][19]은 여러 개의 계층으로 구성되는데 각 계
층은 상 계층에 특정 서비스들을 제공한다. 체 인 로토콜 스택은
(그림 3-28)과 같다.
(그림 3-28) ZigBee 프로토콜 스택
ZigBee에 한 하 계층은 IEEE 802.15.4 표 에서 정의된 물리계층
(PHY)과 데이터링크 계층(MAC)을 그 로 활용하고 상 계층은 ZigBee
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Alliance에서 네트워크계층(NWK)과 응용지원계층(APS)으로 나 어 정의
한다. 네트워크계층과 응용지원계층은 보안 서비스 제공자(security
service provider)의 도움으로 보안 서비스를 제공한다. Zigbee 보안 서비
스는 칭키 암호 방식을 이용하여 두 노드 간의 비 키 설정과 상호 인
증 과정을 수행하고, 이 키를 이용하여 MAC 계층, 네트워크계층, 응용지
원계층에 한 데이터 임의 보안기능을 제공한다.
나. ZigBee 네트워크 토폴로지
ZigBee 네트워크[19]는 ZigBee 코디네이터(Coordinator), ZigBee 라우터
(Router), ZigBee 엔드 디바이스(End Device)라는 세 가지 유형의 디바이
스로 구성된다. ZigBee 코디네이터는 네트워크 당 한 개만 존재하며 체
네트워크를 심으로 네트워크 설정, 유지, 리, 네트워크 주소 할당 등
의 기능을 한다. ZigBee 라우터는 네트워크에서 라우터 역할을 담당하며
Multi-hop 라우 메시지를 달하는 기능을 한다. ZigBee 엔드 디바이스
는 간단한 기능만을 가지고 제한 인 로토콜 기능을 지원한다.
ZigBee 토폴로지는 이러한 장비의 구성 형태에 따라 Star 토폴로지,
Tree 토폴로지, Mesh 토폴로지로 구분된다. Star 토폴로지에서는 ZigBee
코디네이터가 네트워크의 시작과 유지를 담당하며, 모든 노드들은 ZigBee
코디네이터를 통해서 통신한다. Mesh Tree 토폴로지에서 ZigBee 코디
네이터는 몇 개의 요한 네트워크 라미터(parameter)만을 결정하고
ZigBee 라우터들에 의해서 네트워크 확장이 가능하다. 한 Tree 토폴로
지에서는 라우터가 계층 인 라우 략에 따라서 데이터와 제어 메시지
(control message)를 송한다. Mesh 네트워크에서는 모든 노드들이
peer-to-peer 방식의 통신이 가능하다. 이 같은 토폴로지는 응용서비스 분
야에 따라 다르게 설계되어진다. (그림 3-29)는 ZigBee 네트워크 토폴로지
를 나타낸다.
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(그림 3-29) ZigBee 네트워크 토폴로지
다. ZigBee 통신 방식
ZigBee가 메시 네트워크에서는 네트워크 코디네이터와 디바이스가 FFD
와 RFD의 역할을 하면서 노드 당 최 255 의 기기 연결이 가능하며,
최 65000개의 노드 확장 연결이 가능하다. 이러한 모든 디바이스들은
트랜시버와 8비트 MCU(Micro Controler Unit) 두개의 AAA 배터리만
으로도 구성할 수 있다. 복된 진로를 통과하는 동안에 하나의 센서
는 네트워크의 노드로부터 생긴 신호는 데이터의 라우 을 해 가장 근
한 경로를 찾거나 마스터로부터 직 연결 는 다단계의 호핑을 통하
여 데이터 연결을 완료한다. (그림 3-30)은 ZigBee의 통신방식을 나타낸
다.
라. ZigBee 에서의 식별체계
ZigBee는 IEEE 802.15.4 표 을 기반으로 하고 있으며 PHY, MAC 계층
에서 사용하는 주소 체계를 그 로 가져와 활용한다. 그러나 IEEE
802.15.4에서는 MAC 계층에서 사용되는 16비트 주소를 하나의 PAN 코
디네이터가 할당하는 것과는 달리, ZigBee에서는 특정 노드가 새롭게
ZigBee 네트워크에 참여하려 할 때 자신의 부모 노드에 있는 ZigBee 코
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디네이터 혹은 ZigBee 라우터가 자신의 자식이 될 노드에게 주소를 부여
한다. 이때 부여되는 주소는 하나의 ZigBee 네트워크 내에서는 유일한 값
이다. 자신만의 주소를 부여받은 노드들은 이 주소를 통해 네트워크 내에
서 독립 인 개체로 존재한다. ZigBee 네트워크의 각 노드들은 네트워크
내의 다른 노드들과 1:1 통신이 가능하며, 싱크 노드 혹은 게이트웨이의
추가 인 기능이 갖추어 진다면 다른 네트워크의 기기들과 1:1 통신도 가
능해진다. 그러나 ZigBee의 주소는 ZigBee 네트워크 단 로 부여되기 때
문에 다른 ZigBee 네트워크의 주소와 겹칠 가능성이 있고 같은
PAN(Personal Area Network) ID를 부여받는 ZigBee 네트워크가 여러 개
존재할 가능성도 있다.
(그림 3-30) ZigBee 통신 방식
ZigBee 네트워크안의 모든 노드들은 ZigBee 계층 구조 라우 에 의해
주소 할당이 이루어진다. 따라서 어떤 노드가 새롭게 ZigBee 네트워크에
참여할 때 이 노드의 부모가 되는 코디네이터 혹은 라우터 노드가 정해진
식에 따라 분산 주소 할당 메커니즘(Distributed Address Assignment
Mechanism)을 이용하여 16비트 주소를 부여한다. 분산 주소 할당 메커니
즘에 의한 주소 할당은 ZigBee 코디네이터나 라우터가 자신의 자식 노드
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의 주소만을 할당하고 리하기 때문에 기존에 하나의 코디네이터가 모든
노드의 주소를 리함으로써 발생될 수 있는 네트워크 트래픽을 감소시키
는데 효과 이다. 이때 부여되는 주소가 하나의 ZigBee 네트워크 내에서
노드들을 구분하는 유일한 주소가 된다. 다음은 ZigBee에서 정의된 분산
주소 할당 메커니즘을 나타낸다.
-Cn : 최 자식의 개수
-Ln : 네트워크 트리의 최 깊이
-Rn : 자식으로 가질 수 있는 최 ZigBee 라우터 개수
-d : 재 노드 깊이
-Cskip(d) : 깊이 d 노드가 가질 수 있는 주소의 부분 크기
-n : djEJs 부모 노드를 통해 네트워크 참여한 노드의 순서
-A : parent : 부모노드의 수
-An : n번째 자식의 주소
Cskip(d)= {1+Cn∙( Ln-d-1) if (Rn=1)1+Cn-Rn-Cn∙Rn Ln-d- 1
1-Rn,otherwise
[수식 1]
<표 3-13>은 에서 정의된 분산 주소 할당 메커니즘을 이용하여 Cn =
3, Ln = 2, Rn = 3 값을 가지는 경우의 네트워크 깊이에 따른 오 셋 값,
Cskip(d)의 이다.
네트워크 깊이 오 셋 값 , Cskip(d)
0 4
1 1
2 1
<표 3-13> 네트워크 깊이에 따른 오프셋 값 (Cn = 3, Ln = 2, Rn = 3)
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Cn = 3, Ln = 2, Rn = 3인 네트워크에서 코디네이터에 처음으로 한 노
드가 참여를 하면 자신의 주소에 ‘1’을 증가시킨 즉, 짧은 주소 ‘1’을 그
노드에게 할당하게 된다. 두 번째로 참여하는 노드에게는 자신의
Cskip(d)가 ‘4’이므로 첫 번째 노드 주소에 ‘4’를 더한 ‘5’를 짧은 주소로
할당한다. 세 번째로 참여하는 노드에게는 자신의 Cskip(d)가 ‘4’이므로
두 번째 노드주소에 ‘4’를 더한 ‘9’를 짧은 주소로 할당한다. (그림 3-31)은
ZigBee 네트워크의 16비트 주소를 할당하는 를 나타낸다.
(그림 3-31) ZigBee 네트워크 16비트 주소할당
(Cn = 3, Ln = 2, Rn = 3)
A<D<A+Cskip(d−1) [수식 2]
에서 살펴보았듯이 ZigBee 계층 구조 라우 에서는 16비트 주소가
논리 인 수식을 통해 부여되기 때문에 [수식2]를 데이터 임의 목 지
16비트 주소를 통해 목 지가 자신의 주소 블록 내에 존재하는지를 알 수
있다. 만약 목 지의 주소 A가 자신의 주소와 자신의 주소에 Cskip(d-1)값
을 더한 것 보다 작다면 목 지는 자신의 자손들 에 하나라는 의미이다.
노드는 이러한 계산을 자식들에게 용시켜 자신의 자식들 목 지를
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자손으로 가진다고 계산된 노드에게 데이터 임을 포워딩한다.
6. 6LoWPAN
IETF 6LoWPAN WG[20]은 센서 네트워크의 IEEE 802.15.4 기반
Low-Rate WPAN과 IPv6 네트워크를 직 연동하는 기술로
6LowPAN(IPv6 over Low power WPAN)에 한 연구 표 화를 진행
이다. 재 진행되고 있는 센서 네트워크 로젝트 다수는 자체 로
토콜을 사용하는 Non-IP 기술로, 인터넷과 직 연동되지 않는다. 이러한
단 을 보완하고자 6LoWPAN에서는 개별 센서노드까지 IPv6 스택을 보
유하는 형태를 취한다.
가. IPv6의 식별체계
6LowPAN의 각 노드들이 가지는 IPv6 주소는 EUI-64 식별자를 이용해
생성한다. 이 주소는 6LowPAN 네트워크 내에서 뿐만 아니라 세계
으로 유일한 주소 값이다. 이러한 IPv6 주소 생성 방식은 기존 IPv4 주소
와 유사하게 수동 생성(Manual Configuration), 주소 할당에 의한 자동
생성(Stateful Address Auto configuration) 그리고 임의의 자동 생성
(Stateless Auto configuration)으로 구분된다. 다음 <표 3-14>는 IPv6 주소
생성 방식을 나타낸다.
표에서 보는 바와 같이, ‘자동생성’ 방식은 IPv6 주소체계의 새로운 기
능 의 하나로써 각종 단말에 IPv6 주소가 자동 으로 생성되도록 한다.
따라서 일반 PC뿐만 아니라 콘솔이나 디스 이가 없는 Embedded OS
non-PC 장치까지 IPv6 주소를 부여하고자 한다.
IP 주소 자동설정기능을 이용함으로써 사용자는 별도의 IPv6 주소를 설
정할 필요가 없으며, 리자 한 사용자별로 IP 주소를 할당해야하는
리상의 불편함을 일 수 있다.
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주소 생성
방식설 명
수동생성리자 는 사용자가 직 자신이 사용할 IPv6 주소를 수동으로 입력
하는 방식
자동생성
IPv6 주소를 할당하는 별도의 서버가 존재하고 시스템이 주소할당 시스
템으로부터 한 주소를 할당받는 방식이다. 기존 IPv4의 DHCP
(Dynamic Host Configuration Protocol)와 유사한 개념
임의의
자동생성
별도의 주소 리 시스템 없이, 단말이 스스로 자신이 이용할 IPv6 주소
를 생성하는 방식으로, 각 단말간 복되지 않는 고유의 구분자( :
MAC 어드 스)를 이용하여 주소를 생성
<표 3-14> IPv6 주소 생성 방식
일반 으로 IPv6 단말이 이용하는 주소에는 Link Local 주소와 Global
주소가 있다. Link Local 주소는 단일 네트워크 내에서 이용되는 주소이
고 주로 리 내부 통신 목 으로 활용된다. 반면에 Global 주소는 외
부의 IPv6 네트워크와 데이터 통신을 하기 해 이용된다. Link Local 주
소와 Global 주소, 모두 IP 주소 자동설정에 의해 생성된다. IPv6 주소의
자동생성은 네트워크에 할당된 64비트 Prefix와 인터페이스의 64비트
Interface ID의 조합으로 이루어진다. 즉 라우터에 할당된 64비트 Prefix와
인터페이스(랜카드)에 부여되어 있는 MAC 어드 스의 조합을 통해 총
128비트의 IPv6 주소가 자동으로 생성되는 것이다.
다음은 ‘자동생성’ 방식의 IPv6 주소 생성 차를 나타낸다.
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1) IPv6 - Prefix 생성 차
[Step 1] 네트워크의 새로운 단말은 Link Local 주소를 생성하고 인터페이
스에 할당을 한다. Link Local 주소는 fe80:0000:0000:0000:0000
형태를 취한다.
[Step 2] Step1에서 생성한 Link Local 주소가 같은 네트워크 내에 존재하
는지 확인(DAD: Duplicate Address Detection)한다.
가. 새로운 단말이 Neighbor Solicitation(NS) 메시지를 네트워크에 송
한다.
나. 만약 다른 단말이 동일한 주소를 사용하고 있으면, 그 단말이
Neighbor Advertisement(NA) 메시지를 송한다.
다. 만약 일정기간 동안 NS 메시지를 받지 못하면, NS 메시지를 보낸
새로운 단말이 Link Local 주소를 이용한다.
라. 만약 NS 메시지를 보낸 단말이 NA 메시지를 통해 자신이 생성한
Link Local 주소가 다른 단말과 복됨을 확인하면, Link Local 주
소를 네트워크 인터페이스에 할당하지 않는다.
[Step 3] 새로운 단말은 라우터로부터 네트워크 정보를 얻기 해 새로
생성한 Link Local 주소를 이용하여 Router Solicitation 메시지
를 네트워크에 송한다. RS 메시지를 송하는 것은 필수는 아
니며, RA 메시지가 올 때까지 기다릴 수도 있다.
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[Step 4] RS 메시지를 받은 단말(주로 라우터)은 Router Advertisement(RA)
메시지를 송한다. RA 메시지는 주기 으로 네트워크에 로드캐
스트하기 때문에 반드시 RS 메시지가 필요한 것은 아니다.
[Step 5] RA 메시지를 받은 단말은 IPv6 Prefix(상 64비트) 정보를 얻게
된다.
[Step 6] 단말은 Link Local 주소 생성 때와 유사하게 Prefix 정보와 인터
페이스 ID(하 64비트)를 조합하여 128비트 Global Address를
생성한다.
2) IPv6 - Interface ID 생성 차
인터페이스 ID가 생성되는 방식은 인터페이스의 종류에 따라 다르다.
일반 인 Ethernet 인터페이스의 경우, IEEE EUI-64(Extended Unique
Identifier-64) 주소가 생성된다.
[Step 1] 우선 48비트의 Ethernet 인터페이스(MAC)를 각각 24비트로 구분
하여, Company ID(제조사 ID)와 extension ID(제품 ID)로 분류
한다.
[Step 2] 각각 24비트의 앙에 "ff fe"를 삽입한다.
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[Step 3] Company ID의 8비트 7번째 비트에 “Universal/Local" 비트
임을 나타내는 수치가 더해진다. 1이면 Universal 리 주소, 0
이면 Locally 리 주소이다.
[Step 4] Company ID의 8비트 8번째 비트에 “Individual/Group" 비
트임을 나타내는 수치가 더해진다. 0이면 유니캐스트 주소, 1이
면 멀티캐스트 주소이다.
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다음은 과정을 통해 생성된 주소의 이다.
2001:2b8:80:12:209:6bff:fee3:f8be
IPv6 주소 Interface ID 부분은 “209:6bff:fee3:f8be”이며 16진수를
2진수로 변경하면 아래와 같다.
0000001000001001 : 0110101111111111 : 1111111011100011 : 1111100010111110
2진수 7번째 비트가 1로 되어 있으므로 Universal administrated
address 이고, 8번째 비트가 0이므로 유니캐스트 주소이며, 주소 생성
차에 의해 25번째 비트에서 40번째 비트까지가 11111111 11111110(16진수
ff fe)로 채워진 것을 확인할 수 있다.
나. 6LowPAN에서 IPv6 식별체계 용 방법
IEEE 802.15.4에서 IPv6의 패킷을 송하기 해서는 해결해야 할 문제
가 존재한다. IPv6 패킷의 MTU(Maximum Transmit Unit) 크기가 1280
바이트인데 반해 802.15.4에서 송할 수 있는 최 크기가 127바이트로
크게 차이가 난다는 것이다. 여기에 MAC 임 오버헤드를 해 25바
이트, 보안을 한 AEC-CCM-128이 사용된다면 21바이트가 사용되므로,
오버헤드의 크기가 최 가 된다면 페이로드 크기는 81바이트만 남게 된
다. 즉, IPv6 패킷을 802.15.4 환경에서 송 가능하도록 하기 해서는
1280바이트를 81바이트로 분할 처리하기 한 패킷 단편화와 재결합 기능
이 요구된다. 그러나 IPv6는 RFC 2460에 따라 1280바이트 이하의 패킷
단편화를 지원하지 않는다. 더욱이 IPv6의 헤더가 40바이트이기 때문에
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UDP와 같은 상 계층 로토콜의 경우 41바이트만이 여유 공간으로 사
용할 수 있으며, 다시 헤더에서 8바이트가 사용되기 때문에, 최종 으로
애 리 이션 데이터를 한 공간은 33바이트 밖에 되지 않는다. IETF의
표 인 RFC 4944는 이러한 문제를 해결하기 해 단편화와 재결합 헤
더 압축 기능을 제공하는 LoWPAN Adaptation Layer를 제안하고 있다[21][22].
1) LoWPAN Adaptation Layer와 임 형식
LoWPAN Adaptation Layer는 802.15.4 MAC 계층에서 송을 해
LoWPAN encapsulation 형식을 정의하고 있다. LoWPAN encapsulation
형식은 Dispatch, Mesh Addressing, Fragmentation의 3가지 유형을 제안
하고 있다. 이 3가지 유형 Dispatch와 Mesh Addressing은 단편화가
발생하지 않았을 경우에 한 임 유형이다.
• Dispatch 유형과 헤더
Dispatch 유형은 첫 번째 비트를 0으로 두 번째 비트를 1로 지정하는
방식으로 구조는 다음과 같다.
Dispatch는 6비트의 선택자(selector)로서 Dispatch 헤더의 뒤에 나오는
헤더 유형을 식별하게 되며, type-specific header는 Dispatch 헤더에 의해
결정되는 헤더를 나타낸다. 6LoWPAN의 패킷을 표시하는 dispatch 코드
패턴은 <표 3-15>와 같다.
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패턴 헤더 타입 설명
00 xxxxxx NALP LoWPAN 임 아님
01 000001 IPv6 Uncompressed IPv6 주소
01 000010 LoWPAN_HCI LoWPAN_HCI compressed IPv6
... Reserved 재 미사용
01 010000 LoWPAN_BC0 LoWPAN_BC0 broadcast
... Reserved 재 미사용
01 111111 ESC 추가 dispatch, 바이트가 따라옴
<표 3-15> 6LoWPAN Dispatch 코드 패턴
• Mesh Addressing 유형과 헤더
두 번째 Mesh Addressing 유형은 첫 번째 비트를 1로 두 번째 비트를
0으로 지정하는 방식으로 구조는 다음과 같다.
Mesh Addressing 유형은 V, F, HopsLft의 3가지 필드를 정의하고 있으
며, V 필드는 근원지(Originator)의 주소가 64비트나 16비트에 따라 0과 1
을 설정하게 된다. F 필드는 목 지 주소에 따라 설정되며, HopsLft는 4
비트 필드로 다음 홉에 패킷을 달하기 에 각 송 노드가 감소시키는
값이 장되며, 값이 0이 되면 패킷은 더 이상 달되지 않게 된다.
• Fragmentation 유형과 헤더
Fragmentation 유형은 IPv6 패킷의 단편화가 발생했을 경우를 해 제
시되었으며, 첫 번째 단편과 두 번째 이후의 헤더 형식은 다음과 같다.
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Fragmentation 유형은 datagram_size, datagram_tag, datagram_offset의
세 가지 필드를 정의하고 있다. datagram_size는 체 IP 패킷의 크기를
부호화한 11비트의 필드이다. 이 필드의 값은 한 IP 패킷으로부터 분할될
모든 단편들에서 동일하게 나타나야 한다. datagram_tag는 각 단편들의
식별을 해 송신자가 1씩 연속 으로 증가시키는 값이며, 0부터 65535
사이의 값을 지정할 수 있고 기값은 정해져 있지 않다. datagram_offset
필드는 두 번째 이후의 단편에서만 나타나는 필드로, 체 패킷의 시작
치에서부터 계산한 단편의 치를 나타낸다.
단편화된 패킷의 재결합은 datagram_tag와 datagram_offset 필드의 값
으로 수행된다. datagram_tag 필드는 단편화된 패킷을 순서 로 배치할
수 있도록 하며, datagram_offset을 통해 해당 치에 맞게 연결된다.
datagram_size는 생략될 수 있으나, 있을 경우 보다 효율 으로 재결합
수행이 가능해진다.
2) 헤더 압축
헤더 압축에 사용되는 패킷 형식은 Dispatch 값을 재사용하는 것으로
정의하고 있다. RFC 4944에서는 네트워크 계층의 IPv6와 송 계층의
UDP 헤더에 한 압축 기법만을 정의 하고 있다.
• IPv6 헤더 필드의 인코딩
다음의 IPv6 헤더 값들은 6LoWPAN 망에서 일반 으로 측이 가능하
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므로, 압축하여 HC1 헤더로 만들 수 있다.
- Version : 모든 패킷을 IPv6로 가정
- IPv6 송신자와 수신자 주소 : link local 주소
- 송신자나 수신자의 IPv6 인터페이스 식별자(하 64비트) : 802.15.4
MAC 주소로 추출
- 패킷 길이 : IEEE 802.15.4 PPDU의 임 길이나 단편 헤드의
datagram_size 필드로 추출
- 트래픽 클래스와 로우 이블 : 0으로 체
- Next 헤더 : UDP, ICMP, TCP
IPv6 헤더 필드에서 Hop Limit 필드는 압축되지 않고 항상 완 하게
송되어야 한다. 일반 인 40바이트의 IPv6 헤더는 HC1 인코딩을 한
1바이트와 Hop Limit를 한 1바이트로 압축할 수 있다. 압축된 헤더의
형식은 다음과 같다.
HC1 인코딩의 7번 비트 이후에는 HC2 인코딩이 올 수 있는데, 이 경
우 압축할 수 없는 필드는 HC2 인코딩 뒤에 붙게 된다.
HC1 인코딩에 의해 부호화되는 주소 필드에 한 해석은 <표 3-16>과
같다.
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약어 의미
PI(Prefix carried in-line)Prefix가 압축되지 않음
(인코딩의 뒤에 붙음)
PC(Prefix Compressed) Prefix가 압축됨
II(Interface identifie Carried in-line) Interface Identifier가 압축되지 않음
IC(Interface identifie Compressed)Interface Identifier가 압축됨
(링크 계층 주소 사용)
<표 3-16> HCI 인코딩에 의한 주소 필드 해석
HC1 인코딩 필드의 0번 비트부터 3번 비트까지 4개의 비트는 주소에
한 압축을 나타낸다. 0번과 1번은 IPv6 소스 주소의 압축상태를 나타내
고 2번과 3번 비트는 목 지 주소의 압축 상태를 알려주게 되며, 다음
<표 3-17>과 같은 4가지 경우로 조합되어 사용될 수 있다.
소스/목 지 주소 의미 내용
00 PI, II Prefix와 Interface Identifier 모두 압축되지 않음
01 PI, IC Interface Identifier만 압축됨
10 PC, II Prefix만 압축됨
11 PC, IC Prefix와 Interface Identifier 모두 압축됨
<표 3-17> 주소 압축 상태
4번 비트는 트래픽 클래스와 로우 이블의 압축상태를 의미한다. 값
이 0인 경우는 압축되지 않았음을 알리며, 값이 1인 경우는 트래픽 클래
스와 로우 이블의 값이 0임을 알린다. 5번과 6번 비트는 Next 헤더
필드의 압축상태를 표시한다. 값이 00이면 IPv6 헤더내의 Next 헤더 필드
의 값이 그 로 달되며, 01인 경우 UDP, 10인 경우 ICMP, 11인 경우
TCP를 의미한다.
7번 비트는 HC2 encoding 필드의 존재 유무를 알린다. 값이 0이면 더
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이상의 인코딩 필드가 없음을 으미하며, 값이 1이면 HC2 인코딩 필드가
존재함을 의미한다. 5번, 6번 비트의 값을 바탕으로 HC2 인코딩 필드의
종류를 구분할 수 있다.
• UDP 헤더 필드의 인코딩
HC1 인코딩의 5번과 6번 비트가 01로 설정되게 되면 Next 헤더가
UDP임을 의미하고 이 경우 UDP 헤더에 한 압축이 가능하게 된다.
UDP 헤더 내부의 소스 포트, 목 지 포트, 길이는 다음과 같이 HC_UDP
인코딩으로 압축할 수 있지만, UDP 헤더의 체크섬은 압축 할 수 없다.
HC_UDP 인코딩을 한 8개의 비트는 <표 3-18>과 같이 구성된다. 3번
부터 7번 비트는 아직까지 그 용도가 정의되지 않았다.
원래 16비트인 UDP 소스 포트와 목 지 포트는 번호 61616인 P와
short_port 값의 합에 의해 계산해서 복구할 수 있다. short_port 값은
송될 수 있는 4비트 값으로 표 된다. 2번 비트에서 표 되는 길이는
IPv6 헤더 길이에 한 정보로부터 계산하여 얻을 수 있다.
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비트 번호 값 의미
0번 비트
(UDP 소스 포트)
0 압축되지 않음
1 16비트 소스 포트가 4비트로 압축됨
1번 비트
(UDP 목 지 포트)
0 압축되지 않음
1 16비트 소스 포트가 4비트로 압축됨
2번 비트
(길이)
0 압축되지 않음
1 압축됨
<표 3-18> HC_UDP 인코딩 필드
7. WiBEEM
WiBEEM[25][26][27] 기술의 가장 큰 특징은 비컨 모드에서도 메시
(Mesh) 네트워크가 안정 으로 동작하여 낮은 력을 소모하는 효율 인
무선 네트워크라는 것이다. 무선 메시 네트워크가 안정 으로 동작한다는
것은 기존의 무선 통신이 유선 통신 기술을 백본 네트워크로 사용하여 통
신을 하는 것에서 한 단계 올라선 기술이다.
따라서 통신 범 내에 있는 모든 센서 네트워크 기기는 물론 RF 범
바깥에 있는 기기도 간의 기기들이 존재하면 직 으로 통신이 가능함
을 의미한다. 이와 같이 WiBEEM 기술은 WPAN 응용을 해 효율 인
통신 방법을 제공하고 유비쿼터스 환경에 맞도록 이동성을 지원하는 무선
로토콜이다.
WiBEEM의 통신 모드는 마스터-슬 이 방식을 기본으로 하고 있지만
비컨을 사용한 메시 네트워크 방식도 가능하다. 메시 네트워크 방식의 경
우 하나의 디바이스를 코디네이터로 지정하고, 코디네이터를 제외한 다른
모든 디바이스는 코디네이터와 직 통신하는 최종 디바이스가 된다. 코
디네이터는 비콘을 사용해 통신이 필요한 경우에만 해당 노드를 활성화시
킴으로써 력 소모를 극소화하 다.
- 93 -
한, 메시 네트워크상의 특정 노드가 다른 모든 노드들을 인식하지 못할
때 네트워크를 스스로 구성할 수 있다.
(그림 3-32)는 WiBEEM의 로토콜 스택을 나타낸 것이다.
(그림 3-32) WiBEEM 프로토콜 스택
WiBEEM 로토콜의 MAC은 다른 IEEE 802.11이나 IEEE 802.15.3 기
반의 무선 네트워크에서와 마찬가지로 채 근 방식에 따라
CSMA/CA 방식을 사용한다. 한 WiBEEM 노드들은 코디네이터 혹은
디바이스로서 동작이 가능하며 통신에 있어서 필요한 모든 부하를 코디네
이터에 집 시킴으로써 슬 이 노드의 부하를 상 으로 일 수 있
다. 새로운 메시 센서 네트워크를 해서는 슈퍼 임 구조의 변화가
필요하다. WiBEEM 기술과 비교되는 IEEE 802.15.4 기술은 하나의 슈퍼
임의 기에 한 번만 비컨을 송하며, 멀티 홉 통신을 할 경우 비컨
충돌을 피할 수 없으므로 부모 장비의 활성화 구간에 자신의 비컨을 송
하는 방법을 IEEE 802.15.4b에서 채택하 다.
- 94 -
가. WiBEEM Addressing 기법
ZigBee가 채택한 블럭 주소 할당 방법은 16비트 주소 공간의 비효율
사용으로 인하여 최 자식노드의 수에 따라 체 메시 네트워크의 구조
에 한계가 있다. 한 최 자식 노드의 수를 제한하므로 USN 서비스의
동 네트워크 토폴로지를 지원할 수 없다. 이 문제를 해결하기 해
WiBEEM에서는 새로운 주소 할당 방법을 연구하고 있다[26][27]. 재 연구
인 주소 할당 메커니즘은 16비트 주소 공간의 효율 사용을 해
LAA(Last Address Assigned) 메커니즘을 이용한 새로운 Short Address
할당 기법과 이동하는 기기와의 정보 송을 한 NAA(Next Address
Available) 메커니즘을 이용한 Address 할당 기법이 있다.
- 95 -
제3 식별체계 비교 분석
3 에서는 센서 네트워크에 합한 통신 기술로 주목받고 있는 IEEE
802 원회의 WLAN WPAN, ZigBee와 IETF의 6LoWPAN 그리고
무선 메시 네트워크 기술에 한 식별체계를 살펴보았다. <표3-19>는
에서 살펴본 통신기술에서의 식별체계를 요약한 표이다.
구분 WLAN Bluetooth LR-WPAN UWB ZigBee 6LoWPAN
표 화
단체
IEEE
802.11 WG
IEEE
802.15.1
WG
IEEE
802.15.4
WG
IEEE
802.15.3a
802.15.4a
WG
ZigBee
Alliance
IETF
6LoWPAN
WG
식별
체계
48비트
BSSID,
MAC 주소
48비트
Bluetooth
MAC 주소
PAN ID,
16비트
or 64비트
MAC 주소
alternate
PHY만 정
의
PAN ID,
16비트
or 64비트
MAC 주소
IPv6
주소
할당
방법
각 AP 제조사
에서 부여
IBSS 역에서
임의 숫자 생
성기에 의해
부여
각 AP 제조
사에서 부여
코디네이터가
PAN에 참여하는
노드에게 16비트
주소 할당
-
코디네이터
는 라우터가
PAN에 참여
하는 노드에게
16비트 주소
할당
EUI-64
식별자를
이용한 자신이
만든 IPv6
주소 할당
<표 3-19> 통신기술에서의 식별체계
에서 살펴본 통신기술들은 공통 으로 센서 네트워크에서 개별 호스
트를 구별하기 한 방법으로 MAC(Media Access Control) 주소를 사용
한다. MAC 주소는 NIC(Network Interface Card)마다 제조 시에 할당 되는
주소로 로컬 네트워크 상에서 서로 다른 값을 갖기 때문에 각각의 호스트
를 식별할 수 있는 주소이다. 이러한 MAC 주소는 로컬 네트워크 내에서
의 통신에 사용되는 주소이기 때문에 이기종 센서 네트워크에 놓인 노드
들 간의 자유로운 통신에는 사용할 수 없다. 따라서 서비스의 이용 확산과
- 96 -
센서 네트워크를 보다 효율 으로 리하기 해서는 로벌하게 사용할
수 있는 주소 체계가 필요하다.
에서 언 한 MAC 주소나 IPv6 주소는 기존의 USN 기술인 WLAN,
WPAN 등에서 메시지 통신을 한 주소(Address)로 사용될 수 있지만
개개의 노드나 네트워크, 서비스 등을 식별(Identification)할 수 있는 식별
체계에 한 기능은 제공하지 못한다. 를 들어 WPAN에서 사용하는 16
비트 short-address는 PAN을 형성하는 코디네이터에 의해 주소를 할당받
아 사용한다. 그러나 망을 형성하는 토폴로지의 변형이나 신규 노드 추가
에 의한 재결합(Association) 시 주소가 달라 질 수 있기 때문에 처음 할
당 받았던 주소가 노드를 유일하게 식별할 수 있는 식별체계가 되지는 못
한다.
따라서 센서 네트워크에서는 내부 망에서 사용하는 MAC 주소와 같은
Local 주소의 기능과 외부 망에서 사용하는 Global 주소의 기능뿐 아니라
기존 로토콜에 독립 이면서, 동시에 센서 노드와 네트워크에서 유일하
게 식별 가능한 새로운 식별체계의 개발이 필요하다.
- 97 -
제4장 USN 운 체제에서의 식별체계
제1 USN 운 체제 연구 표 화 동향
센서노드는 마이크로 컨트롤러를 내장한 소형 컴퓨터 시스템으로 센싱
응용처리와 노드 간 통신을 한 운 체제를 포함하고 있다. 그러나 이
러한 운 체제는 센서노드의 하드웨어 한계로 인해 크기가 작고 력
소모가 작은 형태로 설계되어야 한다.
센서노드는 병렬처리 능력과 하드웨어 제어구조를 가지며, 센서와 같은
하드웨어 I/O 장치를 직 근 방식에 의해 제어하므로 I/O 제약 사항
역시 운 체제 설계에 고려되어야 한다. 그리고 센서 네트워크에서는 범
용 하드웨어와 소 트웨어가 응용 분야에 따라 효과 으로 사용할 수 있
도록 유연성과 모듈성을 갖추고 있어야 한다. 한 센서노드는 한번 배치
가 이루어지면 유지보수가 어렵고 운용 환경을 고려하여 설계되어야 한
다. 마지막으로 센서 네트워크의 핵심 로토콜인 애드혹 라우 로토
콜과 로그래 용이성도 고려되어야 한다.
이 에서는 해외 사례로 미국 버클리 (UC Berkeley)에서 개발 한
TinyOS에 해서 알아보고, 국내 사례로 한국 자통신연구원(ETRI)에서
개발한 나노 Qplus에 해서 알아보고자 한다.
1. TinyOS
TinyOS[29]는 재 가장 리 쓰이고 있는 센서 네트워크 운 체제로써
제한된 자원을 가진 작은 크기의 센서노드에서 효율 인 자원의 사용과
로세싱을 지원해 다. 센서 네트워크의 제약 사항과 새로운 요구 사항
을 만족시키기 해서 TinyOS는 다음 5가지 큰 특징들을 가지고 있다.
첫째, 하드웨어의 추상화(Hardware Abstraction)부터 고수 (High Level)
- 98 -
소 트웨어까지 모두 재사용 가능한 컴포 트들로 구성되어 있다.
둘째, 각각의 상태 머신 로그래 모델을 기반으로 함으로써 체 시스
템은 여러 상태 머신들로 구성되어 있다. 따라서 각각의 컴포 트가
해당 상태를 나타내며, 컴포 트의 커맨드 는 이벤트 핸들러들은
한 상태에서 다른 상태로 빠르고 논-블럭킹(Non-Blocking)의 특성을
가지며 이시킨다.
셋째, 제한된 자원만을 가진 노드들로 구성된 센서 네트워크의 가장 큰
문제인 력 소모를 해서 TinyOS는 CPU가 사용되지 않는 동
안은 휴지 상태로 들어가게 함으로써 불필요한 력 소모를 인
다.
넷째, nesC라는 동 메모리를 할당하지 않는 정 인 언어를 통하여 센서
네트워크용 응용 로그램을 작성할 수 있으며, 소 트웨어가 필요
로 하는 동작의 효율 인 코드를 만든다.
다섯째, TinyOS는 멀티 홉 라우 기술을 제공함으로써 거리 제한을 해
결하 으며, 여러 가지 그 외에 필요한 엔진인 TinyDB, 그리고
보안을 하여 Tiny-Sec과 같은 모듈을 지원한다.
TinyDB[31]는 여러 나라에서 연구가 진행 이고 미국 버클리 학을
심으로 많은 사이트가 개설되어 있으며 상용화도 진척되고 있다.
TinyDB는 TinyOS에서 구동되는 센서 네트워크로부터 정보를 얻어내기
한 질의 시스템이다. 즉 TinyDB는 모트(mote: 아주 작은 감지 센서 노
드)들로부터 데이터를 모아 필터링하고 취합하여 외부의 PC로 송한다.
최 의 TinyDB는 센서 네트워크에서 센서가 감지한 사용자가 원하는 정
보를 추출하기 하여 이용되는 BaseStation과 각 센서 노드의 질의 처리
- 99 -
기를 의미한다. TinyDB 로젝트에서는 SQL과 유사한 센서기반 질의 언
어로 정의하고 있으며, 질의를 효율 으로 처리하기 한 분산 질의처리
방법을 제안하고 있다. 한 TinyDB는 센서노드에서 발생하는 데이터를
처리하기 해 데이터베이스의 SQL과 매우 유사한 인터페이스를 제공한
다.
2. 나노 Qplus
나노 Qplus[33][34] 운 체제는 한국 자통신연구원에서 개발된 센서 네
트워크용 운 체제로써 다음의 특징을 가진다.
첫째, 에 지 소모를 최소화하기 하여 센서 네트워크를 구성하는 노드
들 간의 시간 동기화 기법을 제공하고 슬립 모드와 활성 모드를 반
복함으로써 력을 지원한다.
둘째, 제한된 메모리의 사용을 최소화하기 하여 멀티 쓰 드간의 스택
을 공유한다.
셋째, 멀티 쓰 드 스 러 방식(FIFO, 시간 기반 라운드 로빈 방식, 우
선순 에 따른 쓰 드 선 형 방식)으로 실시간 운 체제의 특성을
지원한다.
넷째, 응용 로그래머들이 손쉽게 센서 로그램을 개발할 수 있도록 C
기반의 로그램 작성 기법을 제공한다.
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제2 운 체제에서의 식별체계 분석
1. TinyOS
가. TinyOS 구성요소
1) 컴포 트
TinyOS에서 사용하는 모든 컴포 트는 인터페이스를 상속받아 사용하
는데 이는 운 환경을 구성할 경우 로그램부에서 사용자 스타일에 맞게
지정해 사용한다. 컴포 트는 모듈(module)과 형상(configuration)이라는
두 개의 타입이 있다. 일반 으로 실질 인 동작을 담당하는 모듈은 하나
는 그 이상의 인터페이스를 갖는 애 리 이션 코드를 제공하며 무선
환경을 구성하는 형상은 여러 컴포 트들의 인터페이스들의 연결을 통해
컴포 트들을 결합하는 역할을 한다. 형상의 이러한 기능을 wiring이라
한다. 따라서 모든 애 리 이션은 사용되는 컴포 트들을 함께 연결하는
최상 형상에 의해 기술된다. (그림 4-1)은 TinyOS 컴포 트 구조이다.
메시징 컴포 트의 각 컴포 트는 입/출력 커맨드(Command)와 입/출
력 이벤트(Event)로 구성된 인터페이스(Interface)를 통해 다른 컴포 트들
과 상호 작용한다.
컴포 터는 상 컴포 트와 하 컴포 트로 구성되며 하 컴포 트
가 제공하는 서비스를 이용하기 해 상 컴포 트는 자신의 출력 커맨
드를 통해서 해당 함수를 호출하면, 하 컴포 트는 자신의 입력 커맨드
를 통해 호출된 함수의 기능을 수행한다. 하 컴포 트는 자신의 출력
이벤트를 통해 신호를 달하면, 상 컴포 트는 자신의 입력 이벤트를
통해 신호를 달받는다. 는 입력 이벤트를 통해서 특정 이벤트의 발생
이 알려지면 해당 컴포 트의 이벤트 핸들러에 의해 처리된다. 이러한 컴
포 트들의 인터페이스를 연결함으로써 하나의 응용 로그램을 구 할
수 있다.
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(그림 4-1) TinyOS 컴포넌트 구조
이때, 이미 구 된 컴포 트는 재사용 가능하며 기존에 없는 새로운 컴포
트들만 구 하게 되는데, 경우에 따라서는 기존의 컴포 트들만을 사용
해서 손쉽게 새로운 응용 로그램을 구 할 수도 있다.
2) 쓰 드 모듈
쓰 드(Thread) 모듈은 크게 작업(task)과 이벤트(event)로 구성된다. OS
를 용할 경우, 로그램부에서 이벤트를 오버로드(overload)해서 사용하
고 이벤트는 컴포 트를 호출한다. 즉 작업은 간단한 컴퓨 연산이나 함
수 호출에 사용되는 로세스로써 큐를 통해 차례로 실행된다. 실행된 모
든 작업이 끝난 후, 큐가 비어 있을 경우에는 다른 작업이 생성되기 까
지 CPU의 원을 최소화하여 CPU의 소모 에 지를 낮춘다. 작업은 다른
작업에 의해 선 되지 않지만, 이벤트에 의해서는 선 된다. 이벤트는 특
정 하드웨어 인터럽트나 특정 조건을 만족했을 경우 호출되는 로세스로
써 다른 작업보다 먼 실행되는 특징이 있다. 일반 으로 인터럽트에 의해
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어떤 이벤트가 발생되면 연결된 컴포 트들에 따라 연속 으로 상 컴포
트들의 특정 함수가 호출되며, 동시에 그에 따른 여러 처리 함수들이
작업 형태로 만들어져 큐에 장된다.
나. TinyOS의 UART(시리얼) 통신 메시지 구조
TinyOS에서 구동되는 로그램들은 일반 으로 일정한 메시지 형식에
따라 통신을 한다. TinyOS에서 사용하는 메시지 구조와 메시지를 구성하
는 필드의 기능은 각각 (그림 4-2)와 <표 4-1>에서 나타낸다.
(그림 4-2) TinyOS 로우(raw) 메시지 구조
• Sync Byte 필드
메시지 시작을 알리는 필드로 항상 0x7E를 사용한다.
• Packet Type 필드
로우 메시지 패킷 타입을 지정하는 필드이다. 패킷 타입에 따라 ack가
필요 없는 패킷(0x42), ack가 필요한 패킷(0x41), ack에 한 응답 패킷
(0x41), 특별한 형식이 없는 패킷(0xFF)으로 나뉜다.
• Payload 필드
Payload 필드는 실제 송될 데이터를 갖는 필드이다. 송 데이터는
- 103 -
TinyOS에서 사용하는 메시지(TOS_MSG) 형식에 따른 사용자 정의 데이
터로 구성된다. TOS_MSG는 (그림 4-2)와 같이 Address, Message Type,
Group ID, Data Length, Data, CRC 필드로 구성된다. <표 4-1>은
TOS_MSG를 구성하는 각 필드에 한 설명이다.
Byte # 필드 명 설명
0-1 Address• 직렬 포트인 경우: 0x007e
• RF(broadcasting)인 경우: 0xffff
2 Message
Type
• AMTYPE_XUART=0x00
• AMTYPE_MHOP_DEBUG=0x03
• AMTYPE_SRGE_MSG=0x11
• AMTYPE_XSENSOR=0x32
• AMTYPE_XMULTIHOP=0x33
• AMTYPE_MHOP_MSG=0xFA
3 GROUP ID
그룹의 유일한 ID,
애 리 이션의 Makefile을 통해 정의된다.
기본 값은 125(0x7D)
4 Data Length 데이터를 담고 있는 Payload 필드의 길이
5...n-2 Payload 송될 데이터를 갖는 필드
n-1, n CRC 메시지의 무결성을 나타내는 2 바이트 코드
<표 4-1> TinyOS의 메시지(TOS_Msg) 구성 필드
Address 필드는 TinyOS 내에서 모드 간 통신 인터페이스를 해 사용
자에 의해 임의 으로 부여되는 주소 값을 갖는 필드이다. Address 필드
에 포함되는 주소 값은 0x0001~0xffff(1~65535) 범 내에서 컴 일(make)
과정을 통해 생성된다. 만약 지정하지 않으면 기본으로 0x0001의 값을 가
진다.
사용되는 주소 형태는 크게 Reserved address와 Local address로 구분되
고 Reserved address는 로드캐스 을 하기 한 목 지 주소인
TOS_UART_ADDR나 시리얼 포트 주소인 TOS_BCAST_ADDR 값이 올
수 있다. Local address에는 모트에서 노드 ID값으로 사용되는
TOS_LOCAL_ADDR 값이 올 수 있다. 각각의 세부 주소에 한 설명은
- 104 -
<표 4-2>와 같다.
(그림 4-3)은 에서 살펴본 TinyOS의 로우(raw) 메시지 형태에 따른
송 데이터의 이다. Payload 필드는 TinyOS에서 사용하는 메시지
(TOS_MSG) 형식에 따라 Address, message Type, data length, data,
CRC 필드를 포함하고 있다.
주소 구분 설 명
TOS_BCAST_ADDR 로드캐스 을 하기 한 목 지 주소
TOS_UART_ADDR시리얼 포트 주소이며 자신이 sink(수집)노드인 경우 메시
지의 목 지 주소를 UART(Serial)로 변경
TOS_LOCAL_ADDRESS
OS를 설치하면 make를 통해 mote의 로그램 메모리에
장되는 값으로 통신 시, TOS_BCAST_ADDR로 사용되는
노드 ID값
<표 4-2> TinyOS의 주소 구분
(그림 4-3) TinyOS 메시지 구조 예
다. 노드 간 통신을 한 TinyOS 식별체계
TinyOS의 PHY/MAC 계층은 IEEE 802.15.4를 기반으로 64비트와 16비
트 주소를 사용하여 노드를 식별한다. 16비트 주소(Short Address)는 네트
워크 ID를 애드혹 네트워크에 부여하여 리할 때 사용하는 주소이고, 64
비트 주소는 IEEE 64비트 MAC 주소로써 기기마다 고정된 주소를 사용
하는 방식이다. 재 구 되어 쓰이고 있는 USN 응용 로그램은
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TinyOS에 구 된 것이 표 이며, 여러 업체들에 의해 ZigBee 기반 네
트워크 스택을 구 하여 상용화하고 있다.
2. 나노 Qplus
가. 나노 Qplus 구조
나노 Qplus[33][35]의 구조는 (그림 4-4)와 같은 계층 구조를 보여 다.
이 그림과 같이 센서 노드에는 크게 3개의 계층인 하드웨어 계층, 나노
Qplus System S/W 계층 응용 서비스 계층으로 표 가능하며 각각의
계층마다 고유의 기능에 따른 분류가 가능하다. 핵심이 되는 나노 Qplus
System S/W에는 커 , 네트워크 계층 링크 계층, 센서 드라이 ,
HAL로 구성되어 있다.
User API
KernelNetwork Layer
(Routing)Sensor Driver
Scheduler IPC RENO ZigBee LED IR
TimerMemory
Manager
Link Layer(MAC) Temp Humidity
N-MAC 802.15.4 Light Ultrasonic
Hardware Abstraction Layer(HAL)
MCU RF transceiver Sensors
(그림 4-4) 나노 Qplus 계층 구조도
• 나노 Qplus 커
Nano Qplus 커 의 첫 번째 특징은 멀티 쓰 드를 지원한다는 이다.
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이벤트 드리 (Event-driven) 형식으로 동작하는 다른 센서 운 체제와는
다르게 나노 Qplus는 POSIX(Portable Operating System Interface) 기반
의 표 인터페이스 에서 멀티 쓰 드와 련된 POSIX.4a 규격의 서
셋을 지원하고 있다. 한 실시간 지원의 핵심이라 할 수 있는 태스크 간
의 선 (preemption)을 지원하고 응답성을 높여 실시간 운 체제로써의
면모도 갖추고 있다. 무엇보다도 나노 Qplus 커 의 특징은 센서노드용
운 체제로써 제한된 에 지 문제를 해결하기 하여 력 지원을 고려
해 작성되었다는 에 있다. 각 태스크들은 일단 생성되면 태스크가 종료
되기 까지 기- 비-실행, 세 가지 한 가지 상태에 놓이게 된다. 여
기까지는 통 인 LINUX 스타일의 태스크 스 러와 유사하나, 나노
Qplus는 비 상태의 태스크가 없을 경우에 새로운 태스크가 비 리스
트에 들어오기 까지 sleep mode로 하드웨어를 조 하여 력 소모를
최소화 할 수 있도록 한다. 한 나노 Qplus 운 체제는 센서노드의 하드
웨어 인 제약, 즉 은 메모리와 낮은 CPU 성능도 고려하여 제작되었
다. 은 메모리 제약을 극복하기 해 선택 으로 커 의 모듈들을 선택
하여 각각의 응용에 최 화된 커 이미지를 생성할 수 있도록 하 다.
이러한 과정은 사용자 편의를 해 menuconfig을 이용해 구성함으로써
가시 인 환경에서 쉽게 선택 으로 각각의 모듈을 더하고 뺄 수 있다.
그리고 CPU 성능과 련하여 나노 Qplus 커 부분에서 자주 사용되는
함수의 경우는 직 어셈블러를 이용해 매크로로 작성하 다.
• Hardware Abstraction Layer(HAL)
나노 Qplus는 센서노드에 사용되는 하드웨어를 제어하고 이를 추상화
하여 사용자에게 API(Application Program Interface)의 형태로 제공함으
로써, 사용자는 나노 Qplus에서 제공하는 간단한 API를 이용하는 것만으
로도 센서노드의 모든 하드웨어를 제어할 수 있다. 이러한 기능을 제공하
는 부분이 HAL 부분이다. 기본 으로는 ETRI-SSN(ETRI Smart Sensor
Node) 보드에서 지원하는 가스 센서, 음 센서, 온도 센서, 습도 센서,
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외선 센서, LED 등의 동작을 제어할 수 있는 드라이버가 작성되어 있
다. 이러한 드라이버는 나노 Qplus에서 추상화되어 사용자에겐 API의 형
태로 제공된다.
따라서 사용자는 간단한 API를 통해, 각 센서들을 간단하게 응용 로
그램 내에서 제어할 수 있다. 물론 각각의 센서는 모듈화가 되어 커 이
미지를 생성할 경우에 포함된 모듈의 센서에 해서만 조작이 가능하다.
HAL 부분에도 센서노드의 에 지 소비를 최소화시킬 수 있도록 하기
하여 력 모드와 련한 사용자 API를 제공한다. ETRI-SSN 보드의 경
우 32KHz로 동작하는 비동기 인 클럭을 추가하여 설계함으로써, 최 8
까지 사용자가 원하는 시간 동안에 sleep mode로 센서노드의 에 지
소모를 최소화하여 동작시킬 수 있도록 하는 API를 지원한다.
각 하드웨어 모듈로부터 데이터를 수집할 때는 가능한 한 폴링(polling)
방식을 지양하고 인터럽트 방식을 사용하여 CPU가 busy-waiting 상태로
실행되지 않고 기모드로 들어가게 하 다. 이러한 방식을 통해 각 태스
크가 가능한 한 CPU를 게 사용하게 하고 비 상태의 태스크 수를 최
소화함으로써, 낮은 성능의 CPU하에서도 나노 Qplus의 강 인 멀티 스
드 기능이 활용 가능하고 이벤트에 한 응답도 빠른 시간에 이루어질
수 있게 하 다. 한 비상태의 태스크 수를 최소화하는 것은 CPU가
가능한 많은 시간을 sleep mode로 동작하게 함으로써 에 지 측면에서도
많은 이득을 볼 수 있다. 를 들어 UART를 통한 시리얼 통신의 경우
사용자로부터 키보드 입력을 인터럽트로 처리하여 인터럽트 서비스 루틴
내에서 사용자 입력 래그 비트를 이용하여 사용자 입력요청의 유무를
단하고 입력을 받을 수 있는 상황일 경우 그에 맞는 한 실행이 이
루어지도록 처리했다.
• Network Layer & Link Layer
일반 범용 운 체제의 경우엔 통신 로토콜 스택을 운 체제에 계
없이 IEEE, IETF에 의해 정해진 Ethernet, 802.11의 MAC 로토콜과
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TCP/IP, UDP의 네트워크 로토콜을 사용하고 있다. 그러나 나노
Q-plus의 경우엔 센서네트워크 통신을 한 로토콜과 련하여 정해진
표 을 따르지 않고, 독립 인 네트워크 구성을 가지게 된다. 센서노드가
필요에 의해 기존 인터넷 망에 연결된다하더라도 일반 으로 센서노드용
운 체제에서 지원하지 않고, 별개의 하드웨어와 소 트웨어를 두게 된다.
따라서 센서노드용 운 체제는 각 운 체제마다 고유한 MAC 로토콜,
라우 로토콜을 지니게 되며 이러한 통신 로토콜 스택 자체가 각 운
체제의 고유한 특성이 된다.
재 센서 네트워크를 한 라우 로토콜은 고유 ID를 지니지 않은
노드들로 이루어져 flooding 방식의 통신을 기반으로 하고, 기존 Ad-hoc
네트워크와 비슷하게 게는 수십에서 많게는 수백 개의 각각 고유한 ID
를 지닌 노드들이 방식으로 통신하는 모델의 로토콜도 있다. 나
노 Qplus의 센서 네트워크 모델은 노드 수가 수천 개까지 이르는 것이
아니기 때문에 후자의 방법으로 통신하는 로토콜을 탑재하고 있다.
나. 나노 Qplus 식별체계
나노 Qplus 운 체제의 식별체계는 IEEE의 64비트와 16비트 주소를 사
용하여 노드를 식별한다. 16비트 주소(Short Address)는 네트워크 ID를
애드혹 네트워크에 부여하여 리할 때 사용하는 주소이고, 64비트 주소
는 IEEE 64비트 MAC 주소로서 기기마다 고정된 주소를 사용하는 방식
으로 2.3 의 IEEE 802.15.4를 기반으로 한다.
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제3 식별체계 비교 분석
TinyOS와 나노 Qplus는 IEEE 802.15.4를 기반으로 64비트와 16비트 주
소를 사용하여 노드를 식별한다. 16비트 주소(Short Address)는 네트워크
ID를 애드혹 네트워크에 부여하여 리할 때 사용하는 주소이고, 64비트
주소는 IEEE 64비트 MAC 주소로써 기기마다 고정된 주소를 사용하는
방식은 동일하다.
참고로 TinyOS는 TinyOS 내에서 모드 간 통신 인터페이스를 해 사
용자가 임의 으로 로드캐스 주소(TOS_BCAST_ADDR), 시리얼 포트
주소(TOS_UART_ADDR), 통신 시 사용되는 노드 ID값(TOS_LOCAL_ADDR)
값을 부여해 사용하고 있다.
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제5장 USN 데이터 리 기술
센서 네트워크는 센서 노드의 에 지, 컴퓨 워, 메모리 그리고 통신
역폭과 같은 자원의 제한으로 인하여 센싱 데이터를 다른 시스템(데이
터 시스템)에서 리한다. 한 센싱된 데이터는 사용자에게 서비스를 제
공하기 한 데이터로 사용할 수 있도록 응용 서비스에 달되어야 한다.
그러나 각종 센서에 한 메타데이터(Metadata) 인터페이스에 한 정
의가 불분명하여 응용서비스에서 데이터의 이용을 한 근이 어렵고,
서로 다른 랫폼과 로토콜에서 오는 제약으로 응용 서비스로의 센싱
데이터 달에 제약이 있으므로 데이터 리가 필요하다.
따라서 SensorML과 같은 센서 서비스 기술언어가 센싱된 데이터나 자
원 리 데이터 포맷에 한 표 으로 센서 정보의 표 화를 통하여
센서 생성 정보의 공동 활용을 목 으로 탄생했다. 이번 장에서는 USN
데이터 리 기술인 sensorML에 해 살펴보도록 한다.
1. sensorML
SensorML(Sensor Model Language)[36][37][38]은 서로 다른 센서네트워
크 환경에서 기능을 일 으로 표 하기 해 OGC(Open Geospatial
Consortium)의 워킹그룹인 SWE(Sensor Web Enablement)에서 표 화를
추진 인 기술이다. SensorML은 센서로부터 측정한 데이터뿐만 아니라
센서와 련된 특정 정보를 얻을 수 있는 명령을 XML 인코딩 형태로 명
세화한다. 다음 (그림 5-1)은 SensorML의 스키마를 표 한 것이다.
SensorML은 로세스(Process)라는 명칭을 가진 엘리먼트(Element)를
사용하여 라미터, 메타데이터, 입출력 메소드들을 정의하며, 로세
스를 통해 액 에이터(Actuator)와 디텍터(Detector) 등을 모델링한다.
Sensor 엘리먼트에서는 식별자, 제약사항, 입/출력, 시스템 치 등 센서
를 한 기능 인 모델을 제공함으로써 USN에서 메타데이터 역할을 수
- 111 -
행한다. (그림 5-1)에서 보는 바와 같이 Sensor 엘리먼트는 다음과 같은
정보를 명세화한다.
(그림 5-1) SensorML의 스키마
센서를 식별하는 identifiedAS 필드와 SensorML 문서의 데이터 유효시간
범 를 명세할 수 있는 documentConstrainedBy 필드, 센서 리에 한
랫폼을 기술한 attachedTo 필드, Coordinate의 정보를 담고 있는
hasCRS 필드, 센서 는 Object의 치를 담고 있는 locatedUsing 필드,
측정 가능한 객체의 측정 값에 한 measures 필드, 센서를 운 하는 운
체제와 서비스 업체 정보를 담고 있는 operatedBy 필드, 센서의 제조사
이름 모델명, Serial 번호 등을 담고 있는 describedBy 필드, sml 문서
의 작성자 작성 일자 등을 담고 있는 documentedBy 필드가 있다.
앞에서 언 한 바와 같이 USN에서 사용되는 센서나 이를 리하는
USN 랫폼은 다양한 하드웨어나 소 트웨어를 이용해 구성될 수 있는
장 이 있지만 랫폼의 다양성으로 인해 상호연동의 어려움을 가져온다.
- 112 -
SensorML은 이러한 이기종 센서 네트워크 간의 통신을 한 공통된 메시
지 형태를 제공함으로써 시스템간의 상호 연계가 가능하도록 한다.
- 113 -
제6장 USN 식별체계 리 방안
3장과 4장에서는 USN 식별체계 분석을 통해 각 USN에서 센서를 식별
하기 해 서로 다른 방법으로 식별자를 부여하여 사용하고 있음을 알아
보았다.
이 게 부여된 식별자들은 각각의 USN 내부에서 통신 데이터 송
을 한 수단으로 사용될 뿐 이종 USN 간 연동 시 개별 노드나 네트워
크를 식별하기 한 식별자 역할은 하지 못하고 있다. 여기서 말하는 이
종 USN 간 연동은 각 USN에 속하는 개별 센서들이 수집한 데이터를 사
용하는 서비스간의 연동으로 볼 수 있다. 이러한 USN 서비스를 상호 연
동함으로써 서비스 제공자나 사용자는 USN의 내부 구조나 통신 로토
콜에 독립 으로 USN 서비스를 공동으로 활용할 수 있다.
따라서 본 장에서는 이러한 이종 USN 서비스 간 상호 연동을 한 방
안으로 USN 식별체계 리 시스템의 요구사항 기능을 살펴보고, 이를
용한 시나리오를 통해 USN 식별체계 리 방안 참조 모델을 제시
하도록 한다.
제1 USN 식별체계 필요성
1. 센서네트워크 식별체계 표 화 미비
기존의 국지 센서 네트워크 환경에서 역의 USN로 발 됨에 따라
센서노드나 센서 네트워크의 식별, 리, 센싱 데이터 리 방안과 USN
기반 서비스 간 연동을 한 USN 식별체계의 필요성이 증가하고 있다.
그러나 3장에서 살펴보았듯이, 센서 네트워크 내에서 센서노드 간의 통
신 수단으로 사용하는 MAC, IP 는 임의의 할당 주소(Address)등은 통
신을 한 기능(주소기능)으로 식별(Identification)을 한 기능은 제공하지
않는다. 따라서 역의 USN에서 사용할 수 있는 이종 USN 서비스 간 노드,
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네트워크, 서비스 식별 방안과 수집된 정보를 검색, 리할 수 있는 표
화된 식별체계가 필요하다.
2. USN 기반 서비스 간의 상호 연동을 한 표 화된 식별체계 필요
센서 네트워크 기술은 USN 환경 구축을 한 기반 기술 분야로써 유통,
물류, 환경제어, 홈 네트워크, 교통, 국방 등의 다양한 형태의 서비스에 활용
되고 있다. 이러한 환경에서 센서를 통해 수집된 데이터들은 체계 인 분석과
서비스간의 상호 연동을 통해 다양한 USN 서비스 분야에 활용될 수 있다.
그러나 각 서비스마다 로토콜 통신기술이 달라 정보공유가 어려
운 실정이다. 한 센서에 한 메타데이터 인터페이스를 다르게 정의
하고 있고, 응용 서비스에 한 데이터 달이 원활히 이루어지지 못하고
있다.
이 게 서비스마다 서로 다른 정보교환 방법을 사용하는 것은 사용자
들에게 불편함과 USN 기반의 서비스 활성화에 장애요인이 된다. 따라서
이종 USN 서비스 간의 센서 데이터를 교환하는데 있어 원활한 정보를
공유하고, USN의 하부 통신 구조와 계없이 USN 네트워크, 서비스 등
을 연계하기 해서는 기존 로토콜에 독립 인 표 화된 식별체계에
한 확립이 필요하다.
3. 서비스 간 연계를 한 복 투자 방지
재까지 진행된 USN 추진 사업은 서로 다른 요구사항에 따라 다양한
형태의 개발 리가 이루어지고 있어 상호 정보공유가 어려운 실정이
다. 이와 같이 개별 으로 USN을 구축ㆍ운 하는 것은 USN 인 라 공동
활용을 함에 있어 심각한 장애 요인이 될 뿐만 아니라, 향후 서비스 간
연계를 한 복 투자의 문제 을 야기 시킬 수 있다. 이러한 문제 을
해결하기 해서는 각 서비스를 구성하는 자원과 수집된 정보를 검색,
- 115 -
리할 수 있는 표 화된 식별체계를 마련하고 공동구축이 가능한 구간에
해 효율 으로 활용할 수 있어야 한다. 한 식별체계 리 정보 공
유를 통해 서비스 확산을 한 기반을 사 에 조성하고 복투자 무분
별한 서비스 구축 방지하고 효율 인 통합을 추진하는 것이 필요하다.
- 116 -
제2 USN 식별체계 리 시스템
국지 인 센서네트워크에서 역의 USN으로 용 범주가 확 됨에 따
라 이종 USN 서비스 간의 상호연동 USN에서 발생하는 다양한 정보
의 공동 활용이 요구된다. 이러한 요구사항을 만족시키기 해서는 우선
USN 서비스를 구성하는 구성 노드, 네트워크, 서비스 등을 식별할 수 있
는 공통된 식별체계가 존재해야 한다. 한 공통된 식별체계를 이종 USN
서비스 간에 활용하기 해서는 각 서비스들이 공통된 로세스 차에
의해 식별체계를 등록ㆍ검색할 수 있어야 하고 이를 리할 수 있는 식별
체계 리 시스템이 마련되어야 한다. 끝으로 리되는 정보 자원의 효율
리 공동 활용을 한 공통 메타데이터와 이를 리할 수 있는 시
스템이 갖추어져야 한다. 본 에서는 이러한 요구사항을 기반으로 USN
서비스 간의 상호 연동을 한 식별 리 상 메타데이터 구조를 제시
하고 식별체계를 리할 수 있는 USN 식별체계 리 시스템을 제시한다.
1. 시스템 구성도
USN 식별체계 리를 한 시스템은 크게 메타데이터 리 시스템
(Metadata Management System), USN 검색 시스템(USN Object Directory
System), 센싱 데이터 시스템(Sensing Data System)으로 구성되며 체
구조는 (그림 6-1)과 같다.
• 메타데이터 리 시스템(Metadata Management System): USN 식별
체계 USN 식별체계 리 상이 되는 노드나 서비스의 소유자,
센싱 유형, 설치 치 등의 메타데이터를 등록ㆍ조회ㆍ 리를 한
시스템이다. 이 시스템을 통해 만들어진 식별체계는 USN 검색 시
스템 센싱 데이터 시스템에 의해 활용된다.
- 117 -
(그림 6-1) USN 식별체계 관리 시스템 구성도
• USN 검색 시스템(USN Object Directory System): 식별체계를 입력
받아 원하는 센서, 센싱 정보, 메타데이터 정보 USN 서비스의
치 정보를 제공함으로써, 서로 다른 센서 네트워크 응용서비스
의 근을 돕는다.
• 센싱 데이터 시스템(Sensing Data System): USN 식별체계 리
상이 되는 센서로부터 센싱 정보를 수집하고, 수집된 정보를 메타데
이터 리 시스템으로부터 송된 메타데이터 포맷에 따라 필터링
하여 장하는 역할을 한다.
- 118 -
2. 시스템 흐름도
(그림 6-1)과 련하여 사용자로부터 요청된 서비스는 식별체계 리를
한 사 데이터 등록 단계, 식별체계를 이용한 서비스 치 요청/응답 단계,
서비스 사용 정보 검색 단계를 거쳐 제공된다. 각 단계는 다음과 같다.
가. 식별체계 리를 한 사 데이터 등록 단계
식별체계 리를 한 사 데이터 등록은 (그림 6-1)과 같이 리
상이 되는 식별체계 련 메타데이터 정보를 리자로부터 입력받아
정보를 제공하는 형태이다. 리자는 메타데이터 리 시스템에 리
상 장비나 서비스의 식별체계 외부에서 근 가능한 센싱 데이터 시스
템의 URI를 주어진 로 일 형태로 메타데이터 리 시스템에 등록한다
(①). 등록된 메타데이터 포맷은 센싱되는 데이터의 일 된 포맷 제공을
해 센싱 데이터 시스템에 송한다(②). 센싱 데이터 시스템은 USN 서
비스로부터 수집된 데이터를 정의된 메타데이터 포맷에 맞게 필터링하여
센싱 데이터 장소에 장한다(③). 이때 제공되는 메타데이터 포맷은 등
록되는 다양한 USN 서비스 간의 상호 연계를 한 데이터 규격을 통일
화 시기키기 해 필요한 것으로 그 형태는 다음 장에서 자세히 다룬다.
나. 식별체계를 이용한 서비스 치 질의/응답 단계
사용자는 식별체계를 이용해 USN 검색 시스템에 메타데이터 구조를
따르는 노드 네트워크, 서비스, 센싱 데이터 등의 정보를 얻기 한 질
의를 수행하고(④), USN 검색 시스템은 사용자로부터 입력된 식별체계를
이용해 메타데이터 장소와 센싱 데이터 장소에 검색을 한다. 메타데
이터 장소에선 메타데이터 센싱 데이터 시스템의 URI를, 센싱 데이
터 장소에선 식별 상 센서가 수집한 센싱 정보를 가져온다(⑤).
- 119 -
다. 정보 검색 서비스 사용 단계
사용자는 USN 검색 시스템을 통한 질의에 따라 메타데이터, 센싱 데이
터 시스템의 URI, 센싱 데이터 정보를 획득한다(⑥). USN 검색 시스템이
센싱 데이터 장소에 직 근해 센싱 정보를 가져올 수 없는 경우 획
득한 센싱 데이터 시스템의 URI를 이용해 해당 센싱 데이터 시스템에
근을 시도하고(⑦) 센싱 데이터 시스템을 통해 수집 장된 센싱 정보
를 획득한다(⑧). 사용자는 센싱 데이터 시스템으로부터 요청한 서비스 정
보를 획득함으로써 서비스를 제공받는다.
(그림 6-2)는 앞서 설명한 시스템의 체 흐름을 나타낸 것이다. 주목해
서 보아야 할 부분은 사용자는 제공되는 서비스 환경에 따라 센싱 데이터
를 직 반환 받을 수 도 있고 USN 검색 시스템이 제공하는 센싱 데이
터 시스템의 URI를 이용해 해당 시스템으로 근해 센싱 데이터를 반환
받을 수 도 있다.
센싱 데이터를 직 반환 받는 경우는 USN 검색 시스템과 센싱 데이
터 시스템이 같은 서비스 내에 있어 데이터 장소로의 근이 자유로운
경우에 활용될 수 있다.
센싱 데이터 시스템의 URI를 이용해 해당 시스템으로 근해 센싱 데
이터를 반환받는 경우는 USN 검색 시스템과 센싱 데이터 시스템이 서로
다른 서비스 범 에 있고 보안상의 이유로 센싱 데이터 장소로의 근
이 자유롭지 못한 경우 해당 USN 센싱 데이터 시스템을 통해 센싱 정보
를 획득하는 경우에 활용될 수 있다.
(그림 6-2)와 (그림6-3)은 앞서 말한 센싱 데이터 취득 방법에 따른
USN 식별체계 리 시스템 체 흐름도를 나타낸다.
- 120 -
(그림 6-2) USN 식별체계 관리 시스템 전체 흐름도 (센싱 데이터 직접 획득)
(그림 6-3) USN 식별체계 관리 시스템 전체 흐름도 (URI를 통한 데이터 획득)
- 121 -
3. 메타데이터 리 시스템 설계
메타데이터 리 시스템(Metadata Management System)이란 USN 식별
체계 USN 식별체계 리 상이 되는 노드나 서비스의 소유자, 센싱
유형, 설치 치 등의 메타데이터에 한 등록ㆍ조회ㆍ 리를 한 시스
템이다. 리자는 메타데이터 리 시스템을 통해 식별체계 메타데이
터, 외부에서 근 가능한 센싱 데이터 시스템의 URI 등을 등록한다. 등
록된 식별체계 메타데이터는 센싱 데이터 시스템에 의해 리되는 정
보에 한 공통 데이터 구조에 활용되고, 식별체계 센싱 데이터 시스
템 URI는 USN 검색 시스템에서 센싱 정보 획득을 한 외부 사용자
근에 활용된다.
등록된 데이터들이 USN 서비스 간의 상호 연동을 해 사용되기 해
서는 우선, 입력되는 데이터들이 각 서비스에서 근 가능한 메타데이터
장소에 장되어야 한다. 이때 장되는 데이터는 각각의 정보를 구분
할 수 있는 공통된 식별체계를 반드시 포함해야 하고, 장된 식별체계를
통해 원하는 데이터를 조회할 수 있어야 한다. 이러한 식별체계는 각 센
서 센서 네트워크, USN 서비스 등을 구분할 수 있는 유일한 값이어야
한다. 한 다양한 USN 응용 서비스에 활용 가능한 공통의 로 일을
제공함으로써 센싱 데이터 자원 정보에 한 효율 리가 가능해야
한다. 이러한 메타데이터 리 시스템은 다음과 같은 요구사항을 만족해야
한다.
• 등록되는 식별체계는 각 센서 센서 네트워크, USN 서비스, 센싱
정보 등을 구분할 수 있는 유일한 값이어야 한다.
• 등록되는 메타데이터는 공통의 로 일 형태로서 다양한 USN 응
용 서비스에 활용할 될 수 있어야 한다.
• 외부에서 근 가능한 센싱 데이터 시스템의 URI를 등록할 수 있어
야 한다.
- 122 -
• 등록되는 데이터들은 각각의 데이터를 구분할 수 있는 공통된 식별
체계를 반드시 포함해야 한다.
이번 에서는 요구사항을 만족하는 식별체계 공통 메타데이터 구조
를 제시하고, 이러한 데이터를 등록ㆍ조회ㆍ 리하는 방법에 해 설명 한다.
가. USN 식별체계 구조
USN 식별체계는 USN에서 각종 물리 개체, 네트워크, 서비스 유형
등을 구별할 수 있도록 부여된 유일한 식별자로서 객체 리, 치 결정
과 근에 필요한 정보, 상호 연동을 한 서비스 리 방안 등이 모두
포함된다. 기 USN 식별체계는 단일 환경 하에서 개별 서비스 식별을
한 식별체계 개발 연구가 이루어졌다.
그러나 차 USN 서비스의 활용 범 가 넓어지면서 이질 이고 복잡
한 센서 환경에서 획득한 정보를 체계 으로 유지ㆍ 리할 수 있는 식별
체계 기술에 한 연구 표 화, 식별체계 리 방안이 요구되고 있다.
따라서 역 USN 환경의 식별체계는 단일 USN 서비스를 구성하는 개별
센서노드에 한 식별뿐만 아니라, 서비스 연계를 한 센서 네트워크
USN 서비스, 센싱 정보까지 식별할 수 있어야 한다. USN 응용 서비스나
사용자는 이러한 식별체계를 이용함으로써 자신이 원하는 정보만을 손쉽
게 추출하여 획득할 수 있게 된다.
식별체계 등록은 수동 등록 형태와 자동 등록 형태가 있을 수 있다. 수
동 등록 형태는 (그림 6-1)과 같이 리 상이 되는 식별체계를 리자로
부터 입력받아 등록하는 형태이다. 자동 등록 형태는 메타데이터 리 시
스템에서 식별체계 생성 메커니즘을 통해 개별 노드의 식별체계를 자동으
로 등록하는 형태이다. 그러나 본 연구에서 제안하는 식별체계 등록 형태
는 식별체계 리를 한 기 연구 단계로 리자에 의한 수동 등록 형
태만을 지원할 뿐 자동 등록 형태는 고려하지 않는다.
- 123 -
나. USN 메타데이터 구조
USN 메타데이터는 USN 정보자원을 리하기 한 각종 데이터로써
USN 서비스를 구성하는 각 자원에 한 리 정보와 센서에서 수집된
데이터 리를 한 정보를 포함한다. 이러한 메타데이터를 사용함으로써
얻을 수 있는 이 은 다음과 같다. 첫째, 다양한 USN 응용 서비스 개발
의 모델링에서 표 데이터 형태의 가이드라인을 제공할 수 있으며, 자원
정보의 효율 리 공동 활용에 활용될 수 있다. 둘째, 데이터 생성
자, 변경자, 속성 등의 체계 인 리가 가능하다. 셋째, 수집되는 정보들
이 표 화된 메타데이터 구조를 따름으로써 리되는 정보에 한 근
검색의 효율성을 향상시킬 수 있다. 끝으로, 같은 메타데이터를 사용하
는 단 시스템 간의 데이터 교환을 통해 표 화된 데이터의 통합 리가
가능하다.
USN 메타데이터는 <표 6-1>과 같이 사용 형태에 따라 정 메타데이
터와 동 메타데이터로 나뉜다. 정 메타데이터는 리 상이 되는 센
서 자체에 한 정보로써 센서노드 ID, 센서 네트워크를 구성하는 노드의
개수, 센서 네트워크 ID, 센싱 타입 ID 등과 같이 시간 흐름에 따라 변화
가 없는 형태의 데이터이다. 이러한 정 메타데이터의 데이터들은 기
시스템 구축 시 리자에 의해 메타데이터 시스템에 등록되어져 손쉽게
리될 수 있다. 동 메타데이터는 센서로부터 취득되는 정보로써 온도,
습도, 진동 등의 센싱 데이터 원 잔량, 센싱 일자정보를 서술하는 데
이터 등과 같이 시간 흐름에 따라 변화가 발생하는 형태의 데이터이다.
메타데이터 시스템은 이러한 동 메타데이터 구조를 정의하고 이를
센싱 데이터 시스템으로 송한다. 센싱 데이터 시스템은 리 상 노드
와 주기 인 통신을 통해 실시간으로 센싱 정보를 수집하고 수집된 센싱
정보는 동 메타데이터 구조에 따라 필터링된 후 센싱 데이터 장소에
장되어 사용될 수 있다.
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구분 정 메타데이터 동 메타데이터
리
상리 상 센서 자체에 한 정보 센서로부터 취득되는 정보
정보
속성
시간 흐름에 따라 변화가 없는 데이터
시간 흐름에 따라 변화가 발생하는 데이터
등록
방법메타데이터 시스템 리자 등록
메타데이터 시스템과 리 상 객체 간의 주기 인 통신을 통한 실시간 등록
사용 센서노드 ID, 센서네트워크 ID, 센싱타입 ID 등
센싱 데이터 원 잔량, 센싱 일자정보 등
<표 6-1> 사용 형태에 따른 메타데이터 구분
다. 메타데이터 리시스템 구조
본 연구에서 설계한 메타데이터 시스템 구조는 (그림 6-4)와 같이 리
자 인터페이스, 데이터 서, 명령어 처리, 데이터베이스 인터페이스, 센싱
데이터 시스템 인터페이스, 메타데이터 장소로 구성되어 있다.
(그림 6-4) 메타데이터 관리 시스템 구조
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각각의 기능에 해 살펴보면 다음과 같다. 리자 인터페이스는 식별
체계나 메타데이터를 입력할 수 있는 리 화면을 제공한다. 데이터 서
기는 사용자 인터페이스를 통해 읽은 데이터나 명령에 한 키워드 검사,
데이터 검사, 구조의 정확성 등의 문법 검사를 한 뒤 명령어 처리기에 넘
겨주는 역할을 한다. 명령어 처리기는 데이터 서기를 통해 들어온 데이
터에 한 해당 명령(입력ㆍ 장ㆍ조회)을 수행하는 역할을 한다. 데이터
베이스 인터페이스는 데이터를 장하고 있는 메타데이터 장소에 근
가능한 인터페이스를 제공하며 해당 시스템이 서비스를 수행하기 한 질
의 처리를 담당한다. 센싱 데이터 시스템 인터페이스는 정의된 동 메타
데이터 구조를 센싱 데이터 시스템에 송하기 해 센싱 데이터 서버로
근하기 한 인터페이스를 제공한다.
메타데이터 장소는 식별체계 련 테이블, 메타데이터 련 테이블,
URI 련 테이블 등으로 구성되어 있다. 식별체계 련 테이블은 개별
USN 자원을 유일하게 식별할 수 있는 식별자 정보가 장된다. 메타데이
터 련 테이블은 USN 정보자원을 리하기 한 각종 데이터로써 USN
서비스를 구성하는 각 자원에 한 리 정보와 센서에서 수집된 데이터
리를 한 메타데이터 정보가 장된다. URI 련 테이블은 사용자가
입력한 식별체계에 해당하는 센싱 데이터 시스템에 근 가능한 URI 정
보가 장된다. 따라서 장되는 모든 정보들은 식별체계를 기본키 값으
로 사용하며 식별체계를 이용해 각각의 정보를 구분할 수 있다.
4. USN 검색 시스템 설계
USN 검색 시스템(USN Object Directory System)은 USN 식별체계를
입력받아 메타데이터 장소와 센싱 데이터 장소에 근해 식별체계에
해당하는 정보를 검색해 사용자에게 반환해주거나 센싱 데이터 시스템의
URI를 제공함으로써, 서로 다른 센서 네트워크 응용서비스의 근을
돕는 역할을 한다. USN 검색 시스템은 해당 센서, 네트워크, 서비스 정보
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센싱 데이터 정보를 리하는 메타데이터 정보와 센싱 데이터 시스템
의 URI를 획득하기 해 메타데이터 장소에 근한다. 한 각 센서들
이 수집한 센싱 데이터를 획득하기 해 센싱 데이터 장소에 근한다.
센싱 데이터를 직 반환 받을 수 도 있지만 경우에 따라선 해당 센싱 데
이터 시스템의 URI를 이용해 해당 시스템으로 근해 센싱 데이터를 반
환받을 수 도 있다. 이러한 USN 검색 시스템에서 요구되는 기능은 다음
과 같다.
• 사용자로부터 식별체계를 입력받아 센서, 센싱 정보 는 해당 정보
를 리하는 센싱 데이터 시스템의 URI를 제공할 수 있어야 한다.
• 제공되는 URI 정보는 식별체계를 통해 구분되어야 한다.
• 제공되는 URI 정보로 센싱 데이터 시스템에 근할 수 있어야 한다.
이번 에서는 이러한 USN 검색 시스템의 구조와 식별체계를 이용한
URI 획득 과정에 해 설명한다.
가. USN 검색 시스템 구조
본 연구에서 설계한 USN 검색 시스템 구조는 (그림 6-5)와 같이 사용
자 인터페이스, 질의 처리기, 시스템 분배기, 메타데이터 장소 인터페이
스, 센싱 데이터 장소 인터페이스, 상 검색 시스템 인터페이스로 구성
되어 있다.
사용자 인터페이스는 식별체계를 입력해 원하는 데이터를 획득할 수
있는 사용자 인터페이스를 제공한다. 질의 처리기는 사용자 인터페이스에
서 달된 질의에 한 키워드 검사, 데이터 검사, 구조의 정확성 등의 문
법 검사를 한 뒤 시스템 분배기에 해당 식별체계를 넘겨주는 역할을 한
다. 시스템 분배기는 메타데이터 장소와 센싱 데이터 장소에 근해
식별체계에 해당하는 정보를 반환하는 역할을 한다. 상 검색 시스템 인
- 127 -
터페이스는 USN 식별체계를 이용해 검색한 결과 해당 URI를 찾지 못할
경우 상 검색 시스템에게 질의를 하기 한 근을 돕는다. 메타데이터
장소 인터페이스는 메타데이터 장소의 근을 도와 해당 센서, 네트
워크, 서비스 정보 센싱 데이터 정보를 리하는 메타데이터 정보와
센싱 데이터 시스템의 URI를 가져온다. USN 검색 시스템이 센싱 데이터
장소에 직 근하지 못할 경우 센싱 데이터 시스템의 URI를 제공함
으로써, 서로 다른 센서 네트워크 응용서비스의 근을 돕는 역할을
한다. 센싱 데이터 장소 인터페이스는 센싱 데이터 장소의 근을 도
와 해당 센서 노드에서 수집한 센싱 정보를 반환한다.
이러한 USN 검색 시스템은 최상 검색 시스템과 하 에 다수의 로컬
검색 시스템으로 이루어진 계층 구조를 갖는다. 사용자가 USN 식별체
계를 이용해 해당 서비스가 등록되어있는 로컬 검색 시스템에 질의를 하
면, 로컬 검색 시스템은 먼 질의에 해당하는 센싱 데이터 시스템의 URI
를 검색하기 해 자신과 연결된 메타데이터 장소에 근한다. 만약 해
당하는 URI를 찾지 못하면 최상 검색 시스템에 질의를 달한다. 최상
검색 시스템은 질의에 한 URI를 가지고 있는 로컬 검색 시스템에
질의를 달하고, 해당 로컬 검색 시스템은 자신과 연결된 메타데이터
장소를 검색해 해당 URI를 반환한다.
(그림 6-5) USN 검색 시스템 구조
- 128 -
나. URI 획득 과정
메타데이터 장소에서 가져온 센싱 데이터 시스템의 URI는 USN 검
색 시스템이 센싱 데이터 장소에 직 근하지 못할 경우 사용자가 해
당 센싱 데이터 시스템에 근해 센싱 정보를 가져오는데 사용된다. (그
림 6-6)은 사용자가 USN 검색 시스템에 식별체계를 이용하여 센싱 데이
터 시스템의 URI를 획득하는 과정을 나타낸 것이다.
(그림 6-6) USN 검색 시스템 URI 획득 과정
사용자는 센싱 데이터 시스템의 URI를 획득하기 하여 USN 식별체
계를 이용해 하 검색 시스템 A에 질의를 한다(①). 하 검색 시스템 A
는 질의에 해당하는 센싱 데이터 시스템의 URI가 있는지 자신이 근 가
능한 메타데이터 장소에 근해 검색한다. 만약 해당하는 URI가 없을
경우, 상 검색 시스템에 질의를 달한다(②). 상 검색 시스템은 자신
이 근 가능한 메타데이터 장소에 근해 USN 식별체계에 해당하는 센
싱 데이터 시스템의 URI를 가지고 있는 하 검색 시스템을 검색해 해당
하 검색 시스템 B의 URI를 반환한다(③).
하 검색 시스템 A는 획득한 하 검색 시스템 B의 URI를 이용해 해
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당 검색 시스템 B에 질의를 달한다(④).
하 검색 시스템 B는 자신이 근 가능한 메타데이터 장소에 근
해 센싱 데이터 시스템의 URI를 검색하고 검색 결과를 하 검색 시스템
A에게 반환한다(⑤).
하 검색 시스템 A는 하 검색 시스템 B로부터 받은 센싱 데이터 시
스템의 URI를 이용해 해당 센싱 데이터 시스템에 근한다(⑥). 센싱 데
이터 시스템은 자신과 연결된 센싱 데이터 장소에 식별체계를 이용한
검색을 수행하고 해당 결과를 사용자에게 반환한다.
5. 센싱 데이터 시스템 설계
센싱 데이터 시스템은 USN 식별체계 리 상이 되는 노드나 서비스
의 정보를 리하고 서비스 요청자에게 센서로부터 수집된 정보를 제공하
는 시스템이다. 이러한 센싱 데이터 시스템에서 요구되는 기능은 다음과
같다.
• 다양한 USN 응용 서비스에 활용되는 정보에 해 리가 가능해야
한다.
• USN 서비스에서 발생된 센싱 정보를 수집하여 서비스를 요청하는
사용자에게 해당 정보를 표 화된 메시지 형태로 제공할 수 있어야
한다.
• 센서에서 수집된 데이터는 정의된 메타데이터 표 에 따라 리되
어야 한다.
이번 에서는 이러한 요구사항을 만족하는 센싱 데이터 시스템의 구
조와 통신 방법, 정보 리를 한 통신 메시지 구조에 해 설명한다.
- 130 -
(그림 6-7) 센싱 데이터 시스템 메시지 스키마 구조
가. 메시지 구조
다양한 USN 응용 서비스에 활용되는 정보를 리하기 해서는 각 서
비스에 사용되는 데이터들이 표 화된 형태를 갖춰야한다. 한 이용자는
련 센서 정보 요청 메시지를 표 에 맞춰 송하고, 제공자 역시 요청
에 한 응답 메시지를 표 에 맞춰 제공해야 한다. (그림 6-7)은 센싱 데
이터 시스템에서 센서 제공자와 이용자 사이에 통신을 해 사용되는 메
시지 스키마 구조를 정의한 것으로, 요청 메시지와 응답 메시지로 구성되
어 있다. 요청 메시지는 서비스 이용자가 서비스 제공자에게 센서 측정
데이터 값을 제공 받기 한 목 으로 사용된다. 응답 메시지는 서비스
제공자가 서비스 이용자에게 요청한 센서 측정 데이터를 달하기 한
목 으로 사용된다.
센싱 데이터 시스템에서 통신을 한 메시지 구조는 (그림 6-7)과 같다.
- 131 -
구성 필드 Identify Info는 사용자가 USN 검색 시스템에 질의하는
USN 식별체계 정보를 담고 있다. 질의에 한 응답은 Identify Info와
DataGroup으로 구성된다. DataGroup은 메타데이터 시스템에서 정의한
메타데이터 포맷에 맞춰 데이터를 담고 있다. 센싱 데이터 시스템의 URI
나 센서ID값 등은 메타데이터 구조 정 메타데이터에 해당되며, 센싱
데이터 기타 장비 련 정보는 동 메타데이터에 해당된다.
나. 센싱 데이터 시스템 구조
센싱 데이터 시스템은 (그림 6-8)과 같이 메타데이터 시스템 인터페이
스, 센싱 정보 수집기, 센싱 정보 필터링, 데이터베이스 인터페이스, 센싱
데이터 장소로 구성된다. 센서노드로부터 수집된 데이터는 센싱 정보를
수집하는 컬 터 역할의 센싱 정보 수집기에 데이터를 달한다. 센싱 정
보 필터링은 센싱 정보 수집기에서 수집된 센싱 정보를 메타데이터 시스
템에서 송된 동 메타데이터 구조에 따라 데이터를 가공하고 데이터베
이스 인터페이스를 통해 데이터 장소에 장한다. 센싱 정보가 센싱 데
이터 시스템에 달되는 방법은 센서 노드를 통해 직 달될 수도 있고
게이트웨이를 통해 달될 수도 있으며 달된 센싱 정보는 식별체계를
통해 구분되어 질 수 있다.
- 132 -
(그림 6-8) 센싱 데이터 시스템 구조
- 133 -
제3 용 시나리오
이번 에서는 에서 제시한 USN 식별체계 리 시스템을 사용해 실
제 USN 응용 서비스를 연계할 수 있는 시나리오를 살펴본다. 사용된 시나
리오는 재 USN 서비스로 리 알려져 있는 u-Health를 상으로 한다.
U-health는 홈네트워크 상의 장치나 휴 용 장치 등을 통해 생체정보를
실시간으로 모니터링하고 자동으로 병원 의사와 연결되어 언제 어디서
나 진료 치료가 가능한 시스템을 말한다. U-health는 신속한 의료서비
스, 질병 방, 생체 데이터 리 앙 처리화, 진료 분산화 등의 특징을
가지며 노약자, 장애인, 독거인 리에 활용될 수 있다. 아래 시나리오는
이런 U-health 센서 네트워크에 한 이용 패턴의 일례를 보여 다.
“A씨는 부터 노인성 고 압을 앓고 있다. 어느 날 A씨는 집안에서
청소를 하던 평소 앓고 있던 고 압으로 쓰러지는 긴 사태가 발생하
다. A씨의 몸에 부착된 센서는 심장 박동의 이상을 감지하고, 집안에
설치된 AP를 통해 외부 리센타 시스템에게 이 상황을 달한다. 상황
을 보고받은 센터는 인근 지역의 구 차나 앰블런스를 찾기 해 해당 기
의 검색시스템에 근해 실시간으로 수집되는 구 차와 앰블런스의
치 정보를 검색한 후 가장 가까운 엘블런스를 A씨에게 보낸다.”
시나리오에서 USN 식별체계 리 시스템을 통한 서비스 리 형태
는 다음과 같다. 식별체계를 리하는 인증기 에서는 리 상이 되는
센서 노드들에게 메타데이터 리 시스템을 이용해 개별 노드들을 구별할
수 있는 식별체계 데이터 리를 한 메타데이터를 등록한다. A씨의
이상 징후를 감지하기 한 A씨의 몸에 부착된 센서나 집안 곳곳의 센서
긴 상황 발생 시 인근 지역의 구 차나 소방차들의 긴 출동을
해 차량에 부착한 센서 등이 리 상이 된다.
A씨의 몸에 부착된 센서는 A씨의 심장 박동 상태를 주기 으로 감지
- 134 -
하고, 감지된 데이터를 센싱 데이터 리 시스템으로 보낸다. 센싱 데이터
를 한 무선 송기술은 안테나, RF와 모뎀을 포함하는 물리계층
MAC 기술로 이루어진다. 재 가장 리 사용되는 센서네트워크 무선
통신 규격은 IEEE 802.15.4이다. 센싱 데이터 시스템은 수집된 정보를 메
타데이터 포맷에 맞게 가공하여 센싱 데이터 장소에 장한다. 일상 시
에는 단순한 데이터만을 송하지만 환자의 이상 징후를 감지하게 되면
발생되는 체 데이터를 보내고 경고 메시지를 알린다(①).
어느 날 고 압으로 쓰러진 A씨로부터 이상 심장박동을 감지한 센서는
A씨의 몸에 부착된 센서ID 값을 포함한 경고 메시지를 리센터에 송
한다. 상황을 보고받은 리센터는 송된 센서ID가 리되고 있는 인근
지역의 기 을 찾기 해 센서ID를 이용해 USN 검색 시스템을 조회한다.
조회된 기 의 검색 시스템에 인근 구 차 치 검색을 해 해당 센서
ID를 송하고(②) 해당 기 의 센싱 데이터를 리하는 센싱 데이터 시
스템의 URI를 반환 받는다(③). 리센터는 URI를 이용해 실시간으로 추
되고 있는 엠블런스의 치를 조회한 후(④) 가장 가까운 차량을 환자
에게 보낸다(⑤). 엠블런스의 차량에 탑재된 센서들은 메타데이터 리시
스템의 식별체계 리 기능을 통해 사 에 리자에 의해 등록됨으로써
조회가 가능하다.
시나리오를 통해 알 수 있듯이 USN 식별체계 리 시스템은 USN
응용 서비스 간의 상호 연계를 가능하게 하고, 원활한 서비스 연동을 통
해 필요한 정보를 효율 으로 사용할 수 있도록 한다. 한 단일 체계를
통해 편의성을 강화하고, 정보 공유를 통한 업무의 효율성과 수많은 정보
시스템들을 사용자가 마치 하나의 시스템으로 인식 할 수 있도록 표 화
된 분류체계 표 방식을 제공한다.
- 135 -
(그림 6-9) USN 식별체계 관리 시스템 적용 시나리오
- 136 -
제7장 결론
본 연구는 USN 식별체계 리 방안을 제시하기 해 다음과 같은 연
구를 수행하 으며, 그 결과를 설명하면 다음과 같다
첫째, USN 센서 네트워크에 한 식별체계의 개념을 정의하 다.
USN이란 다양한 센서노드로부터 수집된 사람, 사물 환경 정보를 인
식하고 장, 가공, 융합하여 언제, 어디서, 구나 이용 할 수 있는 정보
통신 인 라이다. 센서 네트워크는 유비쿼터스 환경 구 을 한 기반 분
야로써 재 유통, 물류, 환경제어, 홈 네트워크, 교통, 국방 등의 다양한
형태의 서비스에 활용되고 있다. 그러나 재 개발된 USN 서비스들은 다
양한 형태의 개발 리가 이루어지고 있으며 정보교환 방법마 상이
해 서비스 간의 정보공유가 어려운 실정이다. 따라서 사용자와 서비스 간
의 원활한 정보공유를 한 식별체계 리방안을 마련하 다.
둘째, 식별체계 연구 범 를 USN 통신기술, USN 운 체제, USN 데이터
리 기술로 나 어 각각에 한 기술 표 화 황을 조사,
분석하 다.
먼 USN 통신기술에 한 표 통신기술로 WLAN, Bluetooth,
LR-WPAN, UWB, ZigBee, 6LoWPAN, WiBEEM의 식별체계를 분석하
다. 각 통신기술들은 공통 으로 센서 네트워크상에서 개별 호스트를 구
별하기 한 방법으로 MAC(Media Access Control)이나 IP주소를 사용하
다. 그러나 이러한 식별체계는 메시지 통신을 한 주소(Address)로써
사용될 순 있지만 개개의 노드나 네트워크, 서비스 등을 식별(Identification)
할 수 있는 식별체계로써의 기능을 제공하지 못함을 알 수 있었다.
USN 운 체제에서는 미국 버클리 (UC Berkeley)에서 개발한 TinyOS
- 137 -
와 국내 한국 자통신연구원(ETRI)에서 개발한 나노 Qplus의 식별체계를
분석하 다. 두 운 시스템 모두 PHY/MAC 계층은 IEEE 802.15.4를 기
반으로 64비트와 16비트 주소를 사용하여 노드를 식별하고 있었다.
TinyOS에서 구동되는 로그램 내에서는 모드 간 메시지 교환을 해 사
용자가 임의로 주소를 할당해 일정한 메시지 형식에 따라 통신을 하고 있
었다.
USN 데이터 리 기술에서는 표 으로 SensorML을 살펴보았다.
SensorML은 이기종 센서 네트워크 간의 통신을 한 공통된 메시지 형태
를 제공함으로써 시스템간의 상호 연계를 제공함을 알 수 있었다.
셋째, USN 식별체계 리 사항을 도출하고 USN 식별체계 리 방안
참조 모델을 제시하 다.
USN 식별체계 리 방안을 제시하기 해 식별체계 리 사항을 도출
하고, 식별체계 리 방안을 3가지의 시스템으로 나 어 제안하 다. 첫
째, USN 식별체계 USN 식별체계 리 상이 되는 노드나 서비스의
소유자, 센싱 유형, 설치 치 등의 메타데이터를 등록ㆍ조회ㆍ 리를
한 메타데이터 리 시스템(Metadata Management System)을 설계하
다. 둘째, 식별체계를 입력받아 원하는 센서, 센싱 정보, 메타데이터 정보
USN 서비스의 치 정보를 제공함으로써 서로 다른 센서 네트워크
응용서비스의 근을 돕는 USN 검색 시스템(USN Object Directory
System)을 설계하 다. 셋째, USN 식별체계 리 상이 되는 센서로부
터 센싱 정보를 수집하고, 수집된 정보를 메타데이터 리 시스템으로부
터 송된 메타데이터 포맷에 따라 필터링하여 장하는 역할을 하는 센
싱 데이터 시스템(Sensing Data System)을 설계하 다.
이를 통하여 실제 USN 응용 서비스를 연계할 수 있는 시나리오로
재 USN 서비스로 리 알려져 있는 u-Health를 상으로 참조 모델을
제시하 다.
- 138 -
향후 USN 서비스를 보다 활성화시키기 해서는 본 연구에서 분석된
자료를 바탕으로 모든 서비스를 수용할 수 있는 표 화된 식별체계 마련
이 선행되어야 할 것이다. 한 USN 서비스를 한 아키텍처를 정의하
고, 정의한 아키텍처를 만족할 수 있는 USN 식별체계 메타데이터 구
조, 로토콜에 한 지속 인 연구 개발이 필요하다.
본 연구의 결과를 토 로 표 화된 메타데이터 USN 식별체계를 사
용함으로써 단순한 센서 자원의 식별뿐만 아니라 USN 응용 서비스와 연
계한 모든 자원 정보에 한 체계 인 통합 리가 가능할 것으로 상된
다. 아울러 USN 서비스들의 상호 정보 공유 일 성 있는 시스템 인터
페이스 제공을 통해 서비스를 사용하는 사용자에게 필요한 정보를 신속하
고 정확하게 제공할 수 있을 것으로 기 된다.
- 139 -
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- 144 -
부 록
(용어정리)
USN(Ubiquitous Sensor Network) : 다양한 센서노드로부터 수집된 사
람, 사물 환경 정보를 인식하고 장, 가공, 융합하여 언제, 어디서,
구나 이용 할 수 있는 정보통신 인 라
Sensor Network : 유비쿼터스 컴퓨 구 을 한 기반 네트워크로 경
량, 가격, 력의 많은 센서들로 구성된 무선 네트워크
각종 센서에서 감지한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워
크
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) : "인류의 이익을
한 자기술 과학의 개발과 활용을 진하고, 동업자들의 발 과 회
원들의 행복을 도모하는 - 세계에서 가장 큰 기술 문가 모임"이라고 그
자신들이 스스로를 정의하고 있다.
URI(Uniform Resource Identifier) : URI는 그것이 텍스트의 한 페이지나,
비디오 는 사운드 클립이든, 정지 화상이든 동 상이든, 는 로그램
이든 상 없이, 이러한 콘텐츠 들 어느 하나를 인식하기 한 수단이
다. 가장 보편 인 형태의 URI가 바로, 웹페이지 주소 즉, URL인데, 이는
URI의 특별한 형태이자 부분집합이라 할 수 있다.
IETF(Internet Engineering Task Force) : ITCP/IP와 같은 인터넷 운
로토콜의 표 을 정의하는 주체이다.
TPC(Transmitter Power Control) : 송신 력 제어
- 145 -
DFS(Dynamic Frequency Selection) : 깊이-우선 탐색
DFS은 마지막 선택 으로 되돌아가기 에 재의 경로를 가능한 한 멀리
확장하고, 가장 가까운 안 경로에 해 시험하는 그래 탐색 알고리즘
이다.
OFDM(Orthogonal FDM) : 직교 주 수 분할 다
OFDM은 유럽, 일본 호주의 디지털 TV 표 으로 채택될 것으로 기
되는 변조 기술이다. 이것은 1990년 에 무선 랜 기술로서 처음 장려되
었다. OFDM의 역확산 기술은, 정확한 주 수에서 일정 간격 떨어져있
는 많은 수의 반송 에 데이터를 분산시킨다. 바로 이 간격이, 복조기가
자기 자신의 것이 아닌 다른 주 수를 참조하는 것을 방지하는 기술 내에
서 "직교성"을 제공한다.
CCK(Complementary Code Keying) : 5.5 11 Mbps 속도의 802.11b
무선 랜 표 에서 사용되는 DSSS 코딩 방식이다.
AP(Access point) : 무선 랜을 구성하는 장치 하나로서, 유선 랜과 무선
랜을 연결시켜주는 장치이다.
SDMA(Spatial Division Multiple Access) ; 공간분할 다 속
시 안테나의 지향 특성을 장 으로 취함으로써 스펙트럼의 사용을
최 화하고 시스템 비용을 최소화하는 성 통신 방식이다.
TCP(Transmission Control Protocol) : 인터넷상의 컴퓨터들 사이에서
데이터를 메시지의 형태로 보내기 해 IP와 함께 사용되는 로토콜이
다.
- 146 -
QoS(Quality of Service) : 서비스품질
인터넷이나 다른 네트웍 상에서, QoS는 송율, 에러율, 그리고 측정과
개선이 가능하며, 어느 정도는 미리 보증할 수 있는 속성들에 한 아이
디어이다.
BSS(Basic Service Set) : 가장 기본이 되는 WLAN 구성단 로 하나의
AP 제어 하에 무선 스테이션들이 서로 논리 으로 결합되어 있는 서비스
그룹
IBSS(Independent Basic Service Set) : 무선 LAN 에서 어떠한 백본 네
트워크에도 연결되지 않는 즉, 외부와 단 되어 무선 단말 끼리만 독립
으로 구성된 BSS(Basic Service Set)
ESS(Extended Service Set) : 여러 BSS 들이 논리 으로 집합되어 구성된 형태
BSSID(BSS IDentifier) : IEEE 802의 MAC address의 형태로, 애드혹
네트워크 상에서 여러 BSS 들이 공존할 때 서로를 식별 가능하게 하여
다.
SSID(service set identifier) : 무선 랜을 통해 송되는 패킷들의 각 헤더에
덧붙여지는 32바이트 길이의 고유 식별자로서, 무선 장치들이 BSS(basic
service set)에 속할 때 마치 암호처럼 사용된다. SSID는 하나의 무선 랜을
다른 무선 랜으로부터 구분해 주므로, 특정 무선 랜에 속하려는 모든
AP나 무선 장치들은 반드시 동일한 SSID를 사용해야만 한다. 특정 BSS의
고유한 SSID를 알지 못하는 그 어떠한 장치도 그 BSS에 속할 수 없다.
HomeRF(home radio frequency) : Proxim이 개발한 가정용 네트워킹 표
으로 가정용 무선 네트웍 시장을 지배하기 해 경쟁하는 두 가지 표
- 147 -
하나이다. HomeRF는 최장 45m의 거리에서 최고 1.6 Mbps까지의 속
도를 송하기 해 주 수 홉핑 기술을 사용한다.
SNMP(Simple Network Management Protocol) : 간이 망 리 로토콜
SNMP는 네트워크 리 네트워크 장치와 그들의 동작을 감시, 통할하
는 로토콜이다. SNMP의 자세한 내용들은, 다음과 같이 IETF의 RFC에
나타나 있다.
MAC and MAC address(Media Access Control) : 근거리통신망에서
MAC 주소는 데이터 링크 계층의 MAC 계층에 의해 사용되는 주소로서
네트워크 카드의 48비트 하드웨어 주소를 말하며, 이더넷 주소, 는 토큰
링 주소와 동일하다.
네트워크 카드 제조사에 의해 부여된 하드웨어 주소는 UAA(universally
administered address)로서 모든 네트워크 카드가 유일한 값을 가진다. 그
러나 UAA는 리 목 상 변경이 가능한 데, 이러한 MAC 주소를
LAA(locally administered address)라 한다.
MHR(MAC Header) : MAC 임 헤더 역
MSDU(MAC Service Data Unit) : MAC 임 데이터 역
MFR(MAC Footer) : MAC 임 풋터 역
DNS(Domain Name System) : 인터넷 도메인 이름들의 치를 알아내기
한 IP 주소로 바꾸어주는 시스템이다. 도메인 이름은 인터넷 주소로서
사람들이 기억하기 쉽고, 의미있게 붙인 이름이지만, 인터넷에서 어떤 컴
퓨터를 실제로 찾기 해서는 숫자 체계로 된 IP 주소가 필요하다.
- 148 -
SA(Source Address) : 출발지 주소
DA(Destination Address) : 목 지 주소
TA(Transmitting station Address) : 송신국 주소
RA(Receiving station Address) : 수신국 주소
PSTN(public switched telephone network) : 공 화망
PSTN은 세계 으로 연결된 음성 주의 공 화망 집합을 의미하
며, 상용망과 국가소유 모두를 포함한다. PSTN은 화를 발명한 벨
(Alexander Graham Bell)의 시 로부터 계속해서 발 해온 회선 교환방
식 화망의 집합체이다.
NIC(Network Information Card) : 네트워크에 속할 수 있게 하기
해 컴퓨터 내에 설치되는 확장 카드이다. 근거리통신망에 연결된 PC나
워크스테이션들은 체로 이더넷이나 토큰링과 같은 근거리통신망 송기
술을 해 특별히 설계된 네트워크 카드를 장착하고 있다.
Ethernet : 이더넷은 가장 범 하게 설치된 근거리통신망 기술이다
Token Ring Network : 토큰링 네트워크
토큰링 네트워크는 근거리통신망의 한 형태이다. 토큰링 네트워크에서, 모
든 워크스테이션은 하나의 링 는 스타 형상으로 연결되어 있고, 메시지
를 동시에 보내고자 하는 두 워크스테이션간의 충돌을 방지하기 하여
토큰을 돌리는 형식이 사용된다.
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PAN(Personal Area Network) : 개인 역 통신망
PAN은 개 10 m 안 의 개인 역 내에 치한 정보기술 장치들 간의
상호 통신을 말한다.
FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) : 주 수 호핑 확산 스펙트럼
한 주 수에서 짧은 버스트를 송신하고 다른 주 수에서 다시 짧은 버스
트를 송신하는 방법을 계속함으로써 신호를 확산시킨다.
DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) : 직 시 스 확산 스펙트럼
CDMA의 기 가 되는 방식으로, 데이터 비트를 매우 빠르게 무작 비트
패턴, 즉 PN 시 스와 곱함으로써, 데이터를 해당 채 의 체 역폭을
차지하는 규모 코드 흐름으로 확산시킨다. 이 방식은 우수한 잡음 방지
성능을 가지고 있으며, 데이터를 간에서 가로채기가 어려워 보안성이
우수하다는 등의 장 이 있으나, 수신기의 구조가 복잡해지는 등의 단
이 있다.
IR(Infrared Radiation) : 외 방사
TV 리모콘, 데스크탑 컴퓨터와 휴 용 컴퓨터간의 데이터 교환, 무선 랜
등의 목 으로 사용되는 기술이다.
FIFO(First-In First-Out ) : 멀티 스 드 스 러 방식
FIFO는 큐에 들어 있는 로그램의 작업요청을 처리하는 방식으로서, 가
장 오래된 요청(가장 먼 요청된)을 가장 먼 처리한다.
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CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) :
CDMA/CA는 CSMA/CD의 변형으로서, 애 의 LocalTalk나 기타 다양한
무선 속방법들과 함께 사용된다. 장치들은 항상 네트웍의 반송 를 감
지하고 있다가, 네트웍이 비어있을 때 목록에 등재된 자신의 치에 따라
정해진 만큼의 시간을 기다렸다가 데이터를 보낸다. 목록 내에서 장치들
간의 우선순 를 정하고, 이를 재 설정하는 데에는 여러 가지 방법들이
사용된다. 일부 버 에서는, 충돌이 일어날 수 있으며, 이때에는 충돌 감지
차가 수행된다.
LLC(Logical Link Control) : 논리 연결 제어 계층
OSI 통신 모델에서 LLC 계층은 데이터링크 계층이 가지고 있는 두 개의
부계층 하나로서 물리 매체 상에서 흐름 제어와 에러 제어 등의 트
래픽 리에 여하고 있다. LLC 계층은 SDLC, NetBIOS, 는 NetWare
등과 같은 회선 로토콜을 식별하며, 임에 일련번호를 매겨서 도착
확인을 추 할 수도 있다.
MB-OFDM(Multi-Band OFDM) : UWB : OFDM 방식을 기본 변복조 방
식으로 채택을 하여 7.5GHz의 UWB 역폭을 528MHz씩 총 13개의 부
밴드로 나 어 복수 개의 밴드들 간을 주 수 도약방식으로 이동하면서
신호를 송수신할 수 있는 방식이다.
DS-UWB(Direct-Sequence UWB) : UWB : 7.5GHz UWB 역폭을
5GHz 역의 무선랜을 보호하기 해 UNII 밴드를 심으로 두 개의 서
밴드로 나 어 사용하는 방식
L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol) : Bluetooth에서
사용하는 로토콜 방식, 상 계층 로토콜과 HCI, 베이스밴드 등의 하
로토콜 사이에서 재 조정을 하는 역할을 하는 로토콜
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SDP(Service Discovery Protocol) : 연결된 Bluetooth 디바이스에서 어떠한
서비스가 가능하고, 그 가능한 서비스의 특징에 한 정보를 교환하기
한 로토콜
TCS(Telephony Control Protocol Specification) : Bluetooth의 어 리
이션의 하나인 `3-in-1 Phone'을 구 하기 한 필수 인 로토콜
IAC(Inquiry Access Code) : 피코넷 구성 장치들의 발견에 쓰이는
inquiry 메시지 패킷 타입
DAC(Device Access Code) : 발견된 장치의 활성화에 쓰이는 페이지(Page)
메시지 타입
CAC(Chanel Access Code) : 활성화된 장치간의 데이터 통신에 쓰이는
메시지 타입
GIAC(General IAC) : Bluetooth에서 모든 노드에 송을 하는 IAC 형태
DIAC(Dedicate IAC) : Bluetooth에서 지정된 노드에게만 보내는 IAC 형태
PAR(Project Authorization Request) : IEEE 802의 WG(Working Group)
TG(Task Group)를 구성하기 작성하는 문서. PAR 문서는 해당 그룹에
서 연구하고자 하는 시스템의 아웃라인과 최소 시스템 라미터, 데이터
송률 등을 정의하여 NesCOM(New standard COMmittee)에 제출하고,
최종 IEEE Standard 이사회의 승인을 얻어야 WG이 구성된다.
센서네트워크 식별체계
동향 분석 리 방안 연구
2007년 12월 인 쇄
2007년 12월 발 행
◎ 발행인 : 박 승 규
◎ 발행처 : 한국인터넷진흥원
◎ 주 소 : 서울 서 구 서 로 398 3층
Tel : 02-2186-4500 홈페이지 : http://www.nida.or.kr
◎ 인 쇄 : 우성 인쇄사(Tel 02-2268-3600)
<비매품>
※ 본 연구 결과 보고서의 내용을 발표 혹은 인용할 때에는 반드시
한국인터넷진흥원의 연구결과임을 밝 야 합니다.
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