김영만국민대학교컴퓨터학부(ymkim@kookmin.ac.kr)

Case Study

Korean WSN Applications

2006. 6. 27

1 KRnet 2006

목 차

목 적

최근 국내에서 진행되는 USN 연구개발 및 현장적용 사례들을 분석

USN 기술에 대한 효율적인 투자 유도

기 실행된 사례에서 얻어진 교훈들을 활용함으로써 비용 절감효과 제공

사례 1) 한국전산원

사례 2) ETRI

사례 3) KETI

결 론

Q & A

2 KRnet 2006

사례1 : 한국전산원

3 KRnet 2006

농산물

재배환경

모니터링

시스템

구축내용: 원예시설에 설치한 USN센서와 RFID를 통해 작물생장에 필요한 데이터

수집, 현장제어, 현장 온· 습도 확인 및 자료 분석

- 동부한농화학 육종연구소(경기도 안성), 3개 시험동(각 60평, 수박1동, 양배추2동)

센서노드 26개(2.45Ghz Zigbee, 온도, 습도, 조도), RFID Tag 100개(13.56Mhz)

기간 및 예산 : 2005.10 ~ 2005.12 (예산: 2.2억원, 자부담 1.1억원)

시범사업자 : 동부정보기술, 유씨티코리아, 동부한농화학기대효과 : 온도, 습도, 조도 등 작물 생장에 필요한 최적 생장 조건 산출로, 농업 생산량

증가 및 상품성 있는 규격화된 작물 생산 가능

Internet

인터넷사용자Web서비스를이용한 농작물

정보 확인

농작물 관리 서버재배환경 데이터를이용한 재배환경

최적화 연구

농작물 재배 현장실시간 작물관리(센싱정보/작물정보)

관리대상 작물 : 수박, 양배추

AP센서에 의해 수집된

정보를 관리 서버에WLAN을 통해 전달

원예 시설- Zigbee 센서- 수동형 RFID TAG- 조명, 창문 제어

10분 주기의온도, 습도, 조도

자동 조명 및온도 조절

RFID TAG에온도 정보 기록

1-1. 농산물 재배환경 모니터링 시스템

4 KRnet 2006

제주 연안 해양 환경 정보 수집장

수집기

데이터 수집 및 처리

데이터수집/분석서버

(동영상, 센싱데이터제공)

Internet

부표

Solar Cell & Sensor node

( 2.45Ghz Zigbee)

용존산소량용존산소량 센서센서

온도온도 센서센서

Sink Node (1ea)

정보제공화면

데이터 수집30초 간격으로용존산소량, 수온 측정

실시간 데이터 제공제주지식산업진흥원제주해양연구소, 조천 어촌계

원격 모니터링카메라 2대로 실시간영상을 인터넷으로 제공

제주 연안

해양환경

정보수집

시스템

구축내용 : 제주 연안에 설치한 USN센서를 통해 용존산소량, 해수온도 등의 데이터

수집 및 분석

- 제주도 조천항, 센서노드가 부착된 부표 10개(2.45Ghz Zigbee , 온도, 용존산소)

기간 및 예산 : 2005.10 ~ 2005.12 (예산: 2.4억원, 자부담 1.2억원)

시범사업자 : ㈜시스네트, ㈜알에프아이디랩, ㈜진우소프트이노베이션, ㈜코리아컴퓨터,

제주지식산업진흥원기대효과 : 적조 및 기상 예측, 어족 이동경로 분석 등에 활용으로 효과적인 수자원 관리

및 기상예측의 정확도 향상에 기여 가능

1-2. 제주 해양환경 정보수집 시스템

5 KRnet 2006

혈액 및 항암제

관리 시스템

구축내용 : 병원의 혈액에 온도센서 부착, 항암제보관실에 습도센서노드를 설치하여

온도 및 습도 관리

- 세브란스병원, 13Mhz 센서태그 300개, 센서노드 20개(2.45Ghz Zigbee, 온도, 습도)

기간 및 예산 : 2005.11 ~ 2005.12 (예산: 2억원, 자부담 1억원)

시범사업자 : 연세대학교, 한국휴렛팩커드(HP)기대효과 : 혈액 공급 체계의 안정성을 확보하여 혈액 폐기량 감소 및 양질의 혈액 공급,

항암제의 습도를 적정기준으로 유지함으로써 안전하고 효과적인 치료 제공

관리서버혈액의 온도정보와 항암제의 습도정보를수집하여 관리자가 필요 시에 모니터할수 있도록 정보저장

항암제 보관실항암제의 적정 습도를 유지하며,습도 이상 시 관리자에게정보 전달

혈액은행혈액백에 부착된 RFID 온도센서를 이용하여혈액의 최적온도를 유지

수혈 시 수혈정보관리

혈액백에 부착된

온도센서를 통해

온도확인

WLAN

항암제 습도 상태관리 점검

13Mhz 센서태그

2.45Ghz Zigbee센서노드

습도센서

네트워크형성

1-3. 혈액 및 항암제 관리 시스템

6 KRnet 2006

콘크리트

구조물 양생이력

관리 시스템

구축내용 : 현장 구조물에 설치한 USN센서를 통해 콘크리트 양생 환경(온도, 습도 등)

데이터를 수집 및 CDMA 모뎀을 이용하여 원거리에서 현장 상황을 분석 및 제어

- 건설기술연구원 Test Bed, 센서노드 40개(2.45Ghz Zigbee, 온도, 습도, 변형감지)

기간 및 예산 : 2005.10 ~ 2005.12 (예산: 2.4억원, 자부담 1.2억원)

시범사업자 : ㈜케이엠아이, 한국건설기술연구원, 티에스씨시스템㈜

기대효과 : 콘크리트 양생 시 온도, 습도, 스트레인 정도를 측정하여 양생환경을

통제함으로써 최적 양생조건을 구현하여 건물 안전도 제고 및 공기 단축 가능

건설 사무실

스프링쿨러스프링쿨러 Pipe에 연결한Solenoid V/V의 On/Off를 제어하여구조물 표면에 물 살포

열풍기열풍기의 가동/정지를 제어하여구조물 주변의 온도를 제어

센서유닛온도, 습도, 변형률 등 측정근거리 무선통신(ZigBee)으로 전송

제어장치다수의 센서 데이터 저장데이터를 기준으로 외부기기를제어하기 위한 제어신호를 송신하여현장의 양생환경을 제어CDMA를 통해 전체 데이터 원거리 전송외부기기의 동작 여부를 기록

Application (PC, PDA)현장 데이터를 CDMA 접속 확인그래프/텍스트 형태의 현장 데이터 수집현장 외부기기 제어

건설현장

1-4. 콘크리트 양생이력 관리 시스템

7 KRnet 2006

사례 2 : ETRI

8 KRnet 2006

센서 노드 개발

센서 노드 시제품 개발

싱크 노드

PC와 연결, 센서 노드로부터 전달된 센싱 정보 수집

엑추에이터 노드에 명령 전달

소형 메인 모듈

센서 및 엑추에이터 모듈과 연결, 센싱 정보를 싱크 노드로 전달

전원 제어장치 노드

소형 메인 모듈과 연결, 싱크 노드로부터 명령을 수신하여 전원 제어

출입문 관리 노드

소형 메인 모듈과 연결, 싱크 노드로부터 명령을 수신하여 출입문 제어

휴대폰 접속 노드

소형 메인 모듈과 연결, 센서 네트워크의 정보를 이동통신 망으로 전달

9 KRnet 2006

2-1. 스마트 오피스

RFID/USN Korea 2005 출품 및 시연 : 2005.10.12~14

직원 / 내방객 입출입 관리

주위 온도 / 습도 / 조도 등의 환경에 맞게 각종 기기 자동 제어

모니터링 및 자동 / 수동 제어

출입문

관리노드

센싱노드 전원 제어노드

휴대폰 접속노드

싱크노드

10 KRnet 2006

2-2. 스마트 장애 진단

RFID/USN Korea 2005 출품 및 시연 : 2005.10.12~14

관리자2

관리자1

서버

ControllerController

Relay

U-Gateway

원격감시 및 제어

설비의 상태 감시 및 제어

모터제어

모터 ON/OFF

모터 상태 감시

각 모터의 공급 전류 및 온도 측정

설비제어

모든 설비 ON/OFF

PC

Internet

온도센서 전류센서

Node

Actuator

Sensor Node

Node

중앙 관제실

S/W

S/W

S/W

11 KRnet 2006

2-3. 텔레매틱스 서비스 -2006년도 계획

SKID

u-CityTSP

(Telematics Service Provider)

도로상황 정보 제공 서비스

센서노드

이동단말기베이스테이션

무선통신망 2

1. IEEE802.15.4

초고속유선 통신망

무선통신망

3

4

12 KRnet 2006

2-3. 텔레매틱스 서비스 -2006년도 계획

CRASH

u-CityTSP

(Telematics Service Provider)

교차로상황 정보 제공 서비스

1

센서노드

4 교차로상황정보

2 무선통신망3 무선통신망

베이스테이션

텔레메틱스단말기

베이스테이션

초고속유선 통신망

무선통신망5

13 KRnet 2006

2-4. 지하 시설물 관리 -2006년도 계획

목적 : 효율적인 지하 시설물 관리체계 수립

※ 7대 지하 시설물 : 가스관, 상수관, 하수관, 송유관, 통신관, 전기관, 지역난방

1. 지하 현장 데이터 획득1. 지하 현장 데이터 획득

-가스 누출 감지 센서

-누수, 누전 감지 센서

-온도 센서

-연기 감지 센서

-영상센서 등

2. 실시간 원격 모니터링2. 실시간 원격 모니터링

실시간 센서 데이터

지하 시설물 모니터링

센서 네트워크 관리

3. 상황정보 분석3. 상황정보 분석

상황정보 분석/ 인지

재해/ 이상유무 감지

지하 시설물 노후 예측

5. 행정정책 수립 지원5. 행정정책 수립 지원

관리계획 수립

방재계획 수립

예산편성 계획

4. 지하 시설물 탐지 및 유지보수4. 지하 시설물 탐지 및 유지보수

[지하 시설물 관리]

[지하 시설물 관리 시스템]

14 KRnet 2006

2-5. 환경 모니터링 -2006년도 계획

목적 : 악취관리 및 환경 모니터링

1. 현장 데이터 획득1. 현장 데이터 획득

-악취농도

-기상정보

-샘플공기

-악취센서, 황화수소, CO2,

자외선, 미세먼지 등

2. 실시간 모니터링2. 실시간 모니터링

실시간 센서 데이터

실시간 기상정보

4. 상황정보 분석4. 상황정보 분석

악취 발생 물질 분석

오염원 정보 분석

5. 행정정책 수립 지원5. 행정정책 수립 지원

대기확산 모델에 의한

악취 저감 대책 수립6. 오염원 역추적 및 행정지도6. 오염원 역추적 및 행정지도

[대국민 서비스]

[지하 시설물 관리 시스템]

3. 상황 인지3. 상황 인지

기준치 이상 악취 발생시

자동 공기 채취

15 KRnet 2006

사례 3 : KETI

16 KRnet 2006

UbiChip 개발

(UbiChip 2005) (Ubichip검증용보드)

(세라믹 칩 안테나)

IEEE 802.15.4 Fully Compatible

Frequency : 868/915MHz, 2.4GHz RF

Compatible with IEEE 802.15.4 Standard and Extended data rate

Hardwired IEEE 802.15.4 MAC functions

low code size

Hardware MAC Encryption (AES-128)

Automatic MAC Frame Generation

Hardware Error control Function

Packet handling with 128 (RX)+128(TX) byte data buffering

Digital RSSI/LQI Support

8051/Atmega128 compatible MCU core

Include ADC & DAC

Include MCU & Accelerator

17 KRnet 2006

3-1. Asset Tracking System

한국전자전 (KES 2004)

18 KRnet 2006

3-1. Mobility using Line Tracer

Room1

Room2

Room3

Moving node

Gateway

19 KRnet 2006

Room1

Room2

Information about asset

Gateway

3-1. Simple Example (2 rooms)

20 KRnet 2006

New joining node

21 KRnet 2006

Move Indicator

22 KRnet 2006

Hardware Spec.

ATmega128L

CC1000

915MHz RF Transceiver

Serial EEPROM

환경변수 저장

Ultrasonic Sensor

Murata MA40 Series

Other Ultrasonic Sensor Compatible

Voltage Booster

Output Voltage : 2 x Source Voltage

Min. Size (No Transformer)

Serial Interface

Controller Program

Status Monitoring

Sensor

Temp. Sensor

Photo. Sensor

– 2 Axis

Power

2 x 1.5V Battery

5V Adapter

ProcessorAtmega128

UltrasonicReceiver

Data

DetectorFilterCompar

ator

Serial Interface

RF Transceiver

CC1000Amplifier

UltrasonicTransmitter

Threshold

Booster

3-2. WICHI (위치인지 시스템)

23 KRnet 2006

IPS-GIPS-M

Ethernet

IPS-M(positionee)

IPS-M(positioner )

IPS-M(positioner)

IPS-M(positioner)

IPS-M(positioner)

1:77:ad:60: a: 0: 0: 5

1:d3:aa:60: a: 0: 0:d4[ 1:77:ad:60: a: 0: 0: 5|IPS_| 1:d3:aa:60: a: 0: 0:d4| 572 | 19| 0| 0]

3-2. WICHI System Architecture

24 KRnet 2006

< Light Monitoring & Control GUI > < Wireless Switch based on Telos rev.A >

< Light Control Unit / Wireless Switch AP >

3-3. 빌딩 조명 제어 시스템

25 KRnet 2006

3-4. 산불 모니터링 시스템

26 KRnet 2006

3-4. 산불 모니터링 시스템

모의화재발생기

센서노드들

27 KRnet 2006

KETI Testbed

Zigbee Testbed

100 nodes with Ethernet interface, Jennic 1-chip solution

28 KRnet 2006

KETI Testbed

TinyOS Testbed

50 nodes

TIP700 (Telosb clone), On-air software download support

29 KRnet 2006

결 론

국내 WSN 응용 사례 소개

사례 1) 한국전산원

사례 2) ETRI

사례 3) KETI

30 KRnet 2006

Q & A

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