다중 센서를 이용한 음향 센서 시스템의 고장 진단

오원근 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.2

This paper presents a fault detection and data processing algorithm for acoustic sensor systems using the multiple sensor algorithm that has originally developed for the wireless sensor nodes. The multiple sensor algorithm can increase the reliability of the sensor systems by utilizing and comparing the measurements of the multiple sensors. In the acoustic sensor system, the equivalent sound level() is used to detect the faulty sensor. The experiment was conducted to demonstrate the feasibility of the multiple acoustic sensor algorithm, and the results show that the algorithm can detect the faulty sensor and validate the data. 본 논문에서는 음향 센서 시스템에서 다중 센서를 이용한 실시간 고장 진단 및 데이터 처리 알고리즘을 제안하고 실험을 통해 그 타당성을 입증하였다. 다중 센서 알고리즘은 하나의 물리량 계측을 위해 여러 개의 센서를 동시에 사용하는 방식을 사용하며 효율적으로 센서의 고장을 감지하여 신뢰성 있는 데이터를 출력할 수 있는 방법이다. 이를 음향 센서 시스템에 적용하기 위해 등가 소음레벨 Leq를 이용한 실시간 고장 진단 및 오류 데이터 처리 알고리즘을 제안하고, 이를 검증하기 위한 실험 장치와 프로그램을 제작하고 실험하였다. 그 결과 다중 센서 알고리즘은 음향 센서 시스템에도 잘 적용되어 일부 센서의 고장 시에도 정확한 데이터 처리가 가능함을 보였다.

TeloSIM: Telos 형 센서노드를 위한 명령어 수준 센서네트워크 시뮬레이터

조현우(Hyunwoo Joe),김형신(Hyungshin Kim) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.11

센서 네트워크의 특성상 설치 후, 사람이 직접 초소형의 센서 노드들을 일일이 관리할 수 없기 때문에, 센서 노드를 직접 설치하기 이전에 시뮬레이션을 통해 각 센서노드들의 네트워크 환경을 미리 확인하고 점검하는 작업은 매우 중요하다. 센서네트워크 통신 프로토콜이나 어플리케이션은 데이터의 송수신 타이밍이 매우 중요하다. 하드웨어의 동작타이밍을 정확히 모델링 하여 시간에 데이터를 처리 송수신하는 사이클이 정확한 시뮬레이션이 요구된다. 이를 위해 잘 알려진 방법은 명령어 수준의 시뮬레이션 방법이다. 본 연구에서는 Telos 형 센서노드를 위한 명령어 수준의 센서네트워크 시뮬레이터인 TeloSIM을 구현했다. Telos 는 중앙처리장치인 MSP430과 라디오모듈인 CC2420를 사용하며 최근 가장 많이 쓰이고 있는 센서노드이다. MSP430은 센서노드에서 사용되고 있는 중앙처리장치 가운데 가장 적은 에너지를 소모하며, CC2420은 Zigbee를 지원하기 때문이다. 하지만 현재까지 개발된 명령어 수준의 센서네트워크 시뮬레이터는 대부분 Atmega128을 지원하는 시뮬레이터이거나 CC2420을 지원하지 못하는 시뮬레이터들이다. 따라서 본 논문에서는 소개하는 TeloSIM은 Telos를 이용하여 센서네트워크를 연구하는 개발자에게 도움을 줄 수 있다. TeloSIM은 명령어 수준의 시뮬레이터로 사이클이 정확한 장점을 갖고 있고 하드웨어를 정확히 모델링 하여 운영체제나 특정 기능 구현에 상관없이 하드웨어를 직접 이용하는 것과 동일하게 사용할 수 있으며, 다수의 센서노드를 동시에 시뮬레이션 할 수 있다. 그리고 GUI 도구를 제공하여 사용자가 시뮬레이션 결과를 쉽게 볼 수 있도록 하였다. In the sensor network, many tiny nodes construct Ad-Hoc network using wireless interface. As this type of system consists of thousands of nodes, managing each sensor node in real world after deploying them is very difficult. In order to install the sensor network successfully, it is necessary to verify its software using a simulator beforehand. In fact Sensor network simulators require high fidelity and timing accuracy to be used as a design, implementation, and evaluation tool of wireless sensor networks. Cycle-accurate, instruction-level simulation is the known solution for those purposes. In this paper, we developed an instruction-level sensor network simulator for Telos sensor node as named TeloSIM. It consists of MSP430 and CC2420. Recently, Telos is the most popular mote because MSP430 can consume the minimum energy in recent motes and CC2420 can support Zigbee. So that TeloSIM can provide the easy way for the developers to verify software. It is cycle-accurate in instruction-level simulator that is indispensable for OS and the specific functions and can simulate scalable sensor network at the same time. In addition, TeloSIM provides the GUI Tool to show result easily.

센서 데이터를 위한 ID 기반 키 인증

성순화(Soonhwa Sung) 한국정보과학회 2013 정보과학회논문지 : 데이타베이스 Vol.40 No.2

최근 센서 네트워크 기반 기술에 대한 연구가 활발하게 진행됨에 따라, 센서 노드의 시스템 의존도가 높아지고 있다. 그래서 보안상의 노출 위협으로 인한 센서 네트워크의 신뢰성 있는 서비스가 절실하게 요구된다. 센서 노드들은 그 수가 매우 많고 그들의 쉬운 삽입과 제거, 제한된 자원을 가지므로 센서개체는 데이터 통신을 위한 쉬운 통신 통로를 설정해야 하며, 데이터 통신을 위해 연산량이 적어야 할 뿐만 아니라 공격자로부터 능동적으로 대처할 수 있는 신뢰된 정보를 제공할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구는 센서 네트워크의 특성과 구조, 보안상 취약점을 고려한 센서 데이터를 위한 ID 기반 키 인증을 제안한다. 센서 노드의 초경량, 저전력, 토폴로지가 쉽게 변화될 수 있는 센서 특성을 고려한 센서 노드 라우팅은 쉬운 ID 할당, ID 노출의 보호, 신뢰된 데이터 서비스를 위한 3 계층(대리 노드 층, 은닉 층, 자기제어 층)으로 이루어진다. 자기 제어 층의 ID 기반 키 인증은 4개의 ID 1, -1, i, -i 에 대한 비밀키를 간단한 연산으로 암호화하며, 이러한 키 인증은 4개의 ID를 가진 클러스터 내 각각 노드에 대한 비밀키가 다중 보안 스킴에 분배되어 그 키 쌍(공개키, 비밀키)을 인증함으로써 신뢰된 센서 데이터 통신을 할 수있다. A system dependability of a sensor node has been increasing complying with an animated research for base technology of sensor networks in recent years. Thus a reliable service of sensor networks from the exposure threat in security is urgently required. Sensor entity should set up easy communication paths for data communications because sensor nodes have very many nodes, easy addition and deletion, and limited resources, and it must provide the trusted information which can actively react from attacks as well as fewer computation for data communications. Therefore, this paper proposes ID-based key authentication for sensor data considering sensor network"s characteristic, architecture, and vulnerability in security. The proposed sensor node routing considering the sensor characteristics of ultralight, low power, and easily movable topology is composed of three layers(Proxy Candidate Layer, Hidden Layer, Self-control Layer) for easy ID(Identification) assignments, the protection of ID exposure, and reliable data services. ID-based key authentication in Self-control Layer provides the trusted sensor data communications which simply compute an encryption of private key for each ID (1, -1, i, -i) and this key authentication can provide the trusted sensor data communication authenticating the key pairs(public key, private key) which a private key for each node in a cluster with ID (1, -1, i, -i) has been distributed to a multiparty security scheme.

고신뢰도 무선센서네트워크를 위한 홉핑 센서 재배치에 대한 연구

김문성 ( Moonseong Kim ),박광진 ( Kwangjin Park ) 한국인터넷정보학회 2011 인터넷정보학회논문지 Vol.12 No.2

무선센서네트워크에서 살포한 센서 중 일부의 결함이 발생하거나 에너지가 고갈될 시, 이동 센서(Mobile Sensor)들의 재배치로 결함이 발생한 지역(즉, 센싱 홀: Sensing Hole)을 복구할 수 있다. 수많은 바위 등이 즐비한 거친 지역에서는 바퀴 기반의 이동센서는 적당하지 않으므로 점프를 통해 이동이 가능한 홉핑 센서가 필요하다. 본 논문에서는 발생한 센싱 홀의 복구를 위한 재배치 문제 및 그에 따른 다양한 문제들을 살펴본다. 과거 홉핑 센서들을 이동시키기 위하여 단지 최단경로만을 고려하였으나, 본 논문에서는 최대 엇갈림 없는 경로 및 다중경로를 활용하여 또다른 센싱홀의 발생을 막을 수 있었다. 시뮬레이션 결과는 제안하는 기법들이 최단경로를 기반으로 한 기법에 비해 홉핑 센서의 균형적인 분배와 이동성공률에서 우수함을 보인다. When some sensors under Wireless Sensor Networks fail or become energy-exhausted, redundant mobile sensors might be moved to recover the sensing holes. Within rugged terrain where wheeled sensors are unsuitable, other type of mobile sensors, such as hopping sensors, are needed. In this paper, we address the problem of relocating hopping sensors to the detected sensing holes. Recent study for this work considered the relocation using the shortest path between clusters; however, the shortest path might be used repeatedly and create other sensing holes. In order to overcome the mentioned problem, we propose relocation schemes using the most disjointed paths or multi-paths. Simulation results show that the proposed schemes guarantee more balanced migration distributions of efficient sensors and higher movement success ratios of required sensors than those of the shortest path-based scheme.

콘크리트내로 침투하는 염소이온 반응형 부식센서의 응답특성에 미치는 센서 세선 수의 영향에 관한 실험적 연구

이현석,이한승 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.3

본 연구에서는 콘크리트내로 침투하는 염소이온을 모니터링하기 위하여, 스크린프리트 기법으로 염소이온 반응형 부식센서를 개발하고, 센서의 세선 수가 부식반응도 및 민감도에 미치는 영향을 실험을 통하여 정량적으로 분석하였다. 개발된 부식센서를 이용하여 염소이온량에 따라 부식 반응도을 확인하였으며, 센서의 파괴정도에 따른 저항변화에서는 단선형 센서보다 다선형 센서에서 큰 저항 변화를 나타내었다. 또한, 부식센서는 NaCl 수용액의 농도가 높은 만큼 센서의 저항변화가 크고, 콘크리트 내에서 센서 종류에 따른 부식저항은 단선형보다 다선형에서 민감도가 높게 나타났으며, 센서의 매설깊이가 클수록 저항변화 사이클 (cycle)은 증가하였다. 이상의 결과로, 본 연구에서 개발된 부식센서는 염분에 대한 부식반응과 민감도, 저항의 변화를 감지할 수 있었으며, 특히 7세선이 우수한 결과를 나타내어, 염분의 침투정도를 모니터링 하는데 가장 적합하다고 판단된다. In this study, the sensor response and sensitivity is experimented and analyzed quantitatively by the line numbers of chlorine ion reaction type corrosion sensor that is developed. The sensor response of the developed corrosion sensor is verified with properties of chlorine ion. The multilineal sensor is shown a large resistance change more than the single line sensor by damage of the sensor. And, the resistance change of sensor is as large as high concentration of NaCl aqueous solution, the sensitivity of multilineal sensor is higher than single line sensor's, and the depth of sensor's location is as large as the increasing of resistance change time (cycle). These results suggest that, the developed corrosion sensor could sense corrosion reaction, sensor sensitivity and change of resistance for chloride ion. Especially, It was judged that 7 line sensor was the most superior for monitoring chloride ion immigration into concrete.

광섬유센서의 프리스트레인 부가 고정방식

김기수 ( Ki Soo Kim ) 한국복합재료학회 2012 Composites research Vol.25 No.6

광섬유센서는 구조물에 매립 또는 부착시 전단응력에 의해 편광이 발생하여 피크가 2개로 갈라질 수 있기 때문에 센서는 보호되고 양 끝단을 고정하는 방법으로 패키징을 하여야 하나, 광섬유의 클래딩 부분을 부착하는 방식으로 고정하면, 변형발생시 광케이블을 구성하는 코어와 클래딩 사이에서 미끄러짐 현상이 발생하기 때문에 이를 방지하기위해 센서의 양 끝단에 고정구를 사용하고 광섬유를 부분탈피하여 부착하여 접점을 만들어 줌으로써 외력에 의해 발생하는 변형을 정확하게 측정이 가능하도록 하였다. 그리고 기존 광섬유격자센서가 자체적으로 압축변형의 측정이 곤란한 점을 개선하기위해 미리 긴장(Pre-Strain)상태를 유지하기 위하여 두 개의 접점사이를 볼트와 너트로 조절하여 프리스트레인 가변이 가능하도록 하여 인장/압축변형 측정을 가능하게 한 광섬유격자센서 패키지를 제작하였다. 이러한 광섬유격자센서패키지를 실제구조물에 적용하여 측정하였으며, 이를 통하여 안전을 감시하는 모니터링시스템에 적용할 수 있도록 하였다. FBG sensor peaks could be split due to polarization by shear strain, when the fiber optic sensors embedded or attached to the structure. For the fiber optic sensor packages, sensor grating has to be protected from shear strains. Also, pretension has to be applied to the sensor because compressive strain must be measured. Without pretension of sensor, the sensor does not show any change of signal until it is stretched. In order to mesure compressive and tensile strains, two fixing point and prestressed sensor need. In the fixing point, just holding the optical fiber cause slip between core and cladding in the fiber. A Fixation method of prestressed FBG sensors fixed with partially stripped fibers was developed. The sensor package has the prestress controllable fixtures at the fixing points. Prestress to the sensor imposed by controlling the two fixed points with bolts and nuts make it easy to measure compressive strain as well as tensile strain. The fiber optic sensor packages applied to the actual structure and the structural monitoring system using the package can be applied to safety through surveillance.

이기종 센서 네트워크 환경에서 센서 정보의 일관성 있는 의미 해석을 위한 등록 관리 시스템

정동원(Dongwon Jeong),지종진(Jongjin Ji) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 데이타베이스 Vol.38 No.5

이 논문에서는 이기종 센서 네트워크 환경에서 다양한 유형의 센서 정보를 의미적으로 해석하기 위한 등록 관리 방법을 제안한다. 이상적인 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 구현하기 위해서는 모바일 장치에서 센서 및 센서 네트워크에 독립적으로 모든 센서 정보를 해석하고 이용할 수 있어야 한다. 그러나 현재 시스템들은 센서가 이용할 정보를 사전에 정의하는 제한된 환경만을 고려한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 접근 방법들이 연구되어 왔으나 여전히 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 구현하기 위해 해결해야 할 문제들이 남아 있다. 이 논문에서는 이러한 문제점들 중에서 끊김 없는 의미적 상호운용성을 위한 새로운 시스템 모델을 제안한다. 제안 시스템은 다양한 이기종 센서 정보를 등록 및 관리하며, 센서 정보는 센서 데이터의 단위, 센서 유형, 생산 회사 정보 등을 포함한다. 제안 시스템은 ISO/IEC 11179 - 메타데이터 레지스트리의 개념을 적용한다. 이 논문에서는 응용 시나리오를 이용한 프로토타입 시스템을 기술하고 기존 연구와의 비교 평가를 수행한다. 제안 시스템은 즉시적인 센서 데이터 처리 기능을 제공하여 보다 정확한 상황 정보 활용이 가능하다. 또한 동적 의미 관리 기능을 제공함으로써 의미 정보의 확장을 보다 용이하게 한다. This paper proposes a registration and management method to semantically interpret information of many types of sensors in heterogeneous sensor network environments. To realize an ideal ubiquitous computing environment, a device should be able to interpret and use information from any sensors independent of sensors or sensor networks. However, current systems consider only the restricted environment where information of sensors is predefined for using by devices. To resolve this issue, various approaches have been studied, but there still remain several problems to realize the ubiquitous computing environment. This paper proposes a new system model for achieving seamless semantic interoperability of the problems. The proposed system registers and manages information of heterogenous sensors, and the sensor information includes units of sensory data, types of sensors, information of producing companies, and so on. The concept of the proposed model is inherited from ISO/IEC 11179 - Metadata Registry. This paper also shows a prototype system with application scenarios and accomplishes a comparative evaluation against the previous. The proposed system is capable of the instant sensor data processing and enables sensor devices to use precise contex information. It also supports an easy semantic information extensibility by providing a dynamic semantic management facility.

용이한 USN 응용 개발을 위한 센서추상화 지원 센서노드 운영체제

은성배(Seongbae Eun),소선섭(Sun Sup So),김병호(Byeong Ho Kim) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.36 No.5

기존의 센서노드 운영체제들은 응용프로그램에 대한 센서추상화를 지원하지 못한다. 따라서 응용이 센서를 위한 하드웨어, 디바이스 드라이버 등을 직접 개발해야 하는 부담을 갖는다. 본 논문에서는 센서추상화를 지원하는 운영체제 구조를 제시한다. 제안된 운영체제는 추상화된 센서 HW 인터페이스 기반의 HAL을 제공하고 센서 접근을 위한 추상화된 API를 제공한다. 센서제작자는 HAL을 이용하여 센서 디바이스 드라이버를 작성한다. 응용프로그래머는 센서 API를 이용하여 응용을 작성한다. 이러한 개발방식은 응용프로그래머의 부담을 크게 줄여서 USN 응용 개발을 활성화할 수 있다. 본 논문에서는 첫째로, 센서장착을 용이하게 하는 표준화된 센서 HW 인터페이스를 정의하였다. 둘째로, 센서를 추상화한 센서접근 API를 제공하였다. 셋째로, 센서 디바이스 드라이버를 작성할 때 활용될 HAL 라이브러리를 정의하였다. 예제 응용 프로그램을 작성하여 본 논문에서 제안한 센서노드 운영체제가 센서 추상화를 성공적으로 지원하는 것을 보였다. Conventional sensor node operating systems do not support sensor abstraction for sensor applications. So, application programmers have to take charge of developing the hardware and the device drivers for the applications by themselves. In this paper, we present an OS architecture to support sensor abstraction. The OS provide not only application programmers with API library to access sensor devices, but also sensor developers with HAL library to access sensor hardware. This can reduce the development burden of application programmers significantly. In this paper, at first, we define the sensor HW interface to ease the attachment of sensors. Second, we describe the sensor access API for application programmers. Third, we define the HAL library for sensor device programmers to use. Finally, we show that the OS can support sensor abstraction by illustrating the sample programs.

3D 가상공간에서의 센서 표현 방법

임창혁(Chang Hyuk Im),이명원(Myeong Won Lee) 한국컴퓨터그래픽스학회 2018 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.24 No.4

최근 센서와 가상공간의 융합 어플리케이션 개발이 증가함에 따라 실제 공간에서의 물리적 센서를 3차원 가상공간에서 표현하고 직접 제어, 관리 할 수 있는 방법에 대한 요구도 증가하고 있다. 본 연구에서는 물리적 센서와 가상공간의 디지털 객체가 공존하며 시각화를 생성하는 가상세계와 현실세계를 혼합한 증강 현실을 이용하여, 3D 가상공간에서의 물리적 센서 장치를 표현하는 기법을 정의한다. 이것은 이기종 컴퓨팅 환경에서 증강 혼합현실 응용프로그램에서의 데이터 공유와 상호 교환을 통하여 네트워크상의 다양한 물리 센서들을 관리 제어하는 것을 목적으로 한다. 현실 세계에 존재하는 수많은 센서들을 구분하기 위하여 대표적인 센서 타입을 분류하고 센서별 기능을 3D 가상공간에 표현하기 위한 센서 장면 그래프를 정의하고 데이터 모델을 정의하였다. 이를 기반으로 3D 가상공간에서 센서 장치들의 기능을 시뮬레이션 할 수 있는 물리적 센서 뷰어를 개발하였다. Applications about systems integration of sensors and virtual environments have been developed increasingly. Accordingly, there is a need for the ability to represent, control, and manage physical sensors directly in a 3D virtual environment. In this research, a method of representing physical sensor devices in a 3D virtual environment has been defined using mixed and augmented reality, including virtual and real worlds, where sensors and virtual objects co-exist. The research is intended to control and manage various physical sensors through data sharing and interchange between heterogeneous computing environments. In order to achieve this, general sensor types have been classified, and a sensor based 3D scene graph for representing the functions of sensors has been defined. In addition, a sensor data model has been defined using the scene graph. Finally, a sensor 3D viewer has been implemented based on the scene graph and the data model so as to simulate the functions of sensors in indoor and outdoor 3D environments.

무선 센서네트워크에서 다종 센서(Different Types of Sensors)가 미치는 영향에 대한 분석

최동민(Dong-Min Choi),정일용(Il-Yong Chung),김성열(Seong-Yeol Kim) 한국컴퓨터정보학회 2014 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.19 No.9

본 논문에서 우리는 다양한 센서를 사용하는 센서네트워크 환경을 구축하고 이를 단일 센서만을 고려하여 설계된 기존의 클러스터링 알고리즘에 적용하여 성능평가를 진행하였다. 실험에는 서로 다른 타입의 네트워크를 고려하였다. 첫 번째 네트워크는 모든 노드가 동일한 타입의 센서를 장착하는 환경이며, 두 번째는 3가지의 다종 센서를 사용한 네트워크 환경이다. 우리는 몇몇 클러스터링 기법을 데이터 정확성, 자원 고갈 노드 발생 시점, 네트워크 가용 에너지량, 고립 노드 비율, 그리고 네트워크 수명에 따라 성능 변화를 측정하였다. 성능 평가 결과에 의하여 기존 알고리즘은 다종 센서를 사용한 네트워크 유지에 비효율적이라는 사실을 입증하였다. 이에 따라 우리는 다종 센서를 고려한 클러스터링 알고리즘에 대한 연구가 요구됨을 제시하였다. In this paper, we constructed a sensor network environment where various sensors are used. Then, we evaluated the performance when this environment adopted existing clustering algorithms that are designed for only single type sensors network. In our experiments, we considered two different types of the networks. In the first, all nodes are equipped with identical sensors. In the second, all nodes are equipped with three different types of sensors. We measured performance variations of several clustering schemes in accordance with sensor data accuracy, sensor node resource depletion timing, amount of available energy, node isolation ratio, and network lifetime. According to our performance analysis, we proved that existing clustering algorithms are partially inefficient to maintain the various-sensor network. Consequently we suggest that a new algorithm is required to take aim at the various sensor network.