특수목적용 지그비 노드모듈 개발 기술지원특수목적용 지그비 노드모듈 개발 기술지원특수목적용 지그비 노드모듈 개발 기술지원특수목적용 지그비 노드모듈 개발 기술지원

2008 . 4.2008 . 4.2008 . 4.2008 . 4.

한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

주 프로맥스주 프로맥스주 프로맥스주 프로맥스( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

별지 제 호 서식9〔 〕

관리번호:BSM156-1391.M

전문기업기술지원사업 기술지원성과보고서전문기업기술지원사업 기술지원성과보고서전문기업기술지원사업 기술지원성과보고서전문기업기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 특수목적용 지그비 노드모듈 개발 기술지원

지원책임자소속 한국기계연구원:

성명 김동훈:지원기간

부터2007. 04. 01.

까지2008. 03. 31.

사업비 규모

총 백만원140

지원기관의

참여연구원

김동훈

송준엽

이찬홍

정 부 출 연 금 백만원: 100

기업부담금현금 백만원: 40

현물 백만원( : 60 )

부품 소재전문기업기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 기술지원 사업 수행18ㆍ

에 대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨 부 기술지원성과보고서 부: 5

년 월 일2008 4

지 원 책 임 자 : 김 동 훈

한국기계연구원 원장 : 황 경 현

주 프로맥스 대표( ) : 나 기 오

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 특수목적용 지그비 노드모듈 개발 기술� 지원 지원기간( : 2007. 4.�

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다~ 2008. 3.) .

2008. 04. .2008. 04. .2008. 04. .2008. 04. .

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::

황 경 현황 경 현황 경 현황 경 현

참여기업 주 프로맥스참여기업 주 프로맥스참여기업 주 프로맥스참여기업 주 프로맥스: ( ): ( ): ( ): ( )

나 기 오나 기 오나 기 오나 기 오

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 김 동 훈김 동 훈김 동 훈김 동 훈

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 송 준 엽송 준 엽송 준 엽송 준 엽

〃〃〃〃 :::: 이 찬 홍이 찬 홍이 찬 홍이 찬 홍

〃〃〃〃 :::: 이 승 호이 승 호이 승 호이 승 호

〃〃〃〃 :::: 강 일 용강 일 용강 일 용강 일 용

〃〃〃〃 :::: 손 준 식손 준 식손 준 식손 준 식

- 4 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 MI1560 연구기간 2007. 04. 01 ~ 2008. 03. 31

연구사업명 부품소재전문기업기술지원사업

지원 과제명 특수목적용 지그비 노드모듈 개발 기술지원

지원책임자 김 동 훈 지원연구원수

총 명: 6

내부 명: 3

외부 명: 3

총

사업비

정부: 100,000

기업: 40,000

계 현금( ):140,000

지원기관명 한국기계연구원 소속부서명지능형생산시스템연구본부

생산기계연구팀IT

참여기업 기업명 주 프로맥스: ( ) 기술책임자 이승호 강일용: /

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수

멀티센서 및 복합위치 용 지그비 기반 무선단말 임베디드 모듈장치 제작과- Tracking

이를 위한 특성평가 시험 및 기구부 전장 설계 제어부 제작·

군사용 침입 감지용 및 및 산업용 변압기 및- (Area Module system) ( Position Tracking

용 및 을 위한 통신노드 모듈장치제작 및Thermo Measurement Module System) Zigbee

이를 이용한 무선 감시 추적 응용 기반기술 지원· .

각종 센서 에 대한 및 산업용의- (Thermo, Pressure, Vibration, Vision) Interface Test

경우 산에 위치하기에 향후 를 활용한 포괄적 연동형 장치로의 발전기반 구GIS + GPS

축을 위한 관련기술 지원

인공 악조건 온도 먼지 바람 전자기 소음 등 하에서의 통신 테스트를 통한 안정적- ( , , , , )

인 상활별 적응능력을 가지도록 근접로 방식의 가변형 모듈장치 제공ald ZigBee Node .

색 인 어 한글 지그비 단말장치 무서센서네트워크 통신플랫폼, , ,

각 개 이상( 5 ) 영어ZigBee, Node, Wireless Sensor Network, Communication

Platform

- 5 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

다센더 및 복합 위치 용 지그비 노드모듈 단말장치 제작 기술의 확립을 목표로Tracking

함.

군사용 침입 감지용 및 및 산업용 변압기(1) (Area Module System) (( Position Tracking

및 용 및 을 위한 통신노드 모듈장치제작Thermo Measurement Module System) ZigBee

및 이를 이용한 무선 감시 추적 응용 기반기술 지원· .

각종 센서 에 대한 및 산업용의(2) (Thermo, Pressure, Vibration, Vision) Interface Test

경우 산에 위치하기에 향후 를 활용한 포괄적 연동형 장치로의 발전기반 구GIS + GPS

축을 위한 관련기술 지원

인공 악조건 온도 먼지 바람 전자기 소음 등 하에서의 통신 테스트를 통한 안정적(3) ( , , , , )

인 상활별 적응능력을 가지도록 로빙방식의 가변형 모듈장치 제공ZigBee Node .

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

전장설계 제어설계 등 모듈장치 제작 지원- ·

기반의 센서네트워크 지향· Ubiquitous Compution

표준 방식 지원· Zigbee(IEEE 802.5.4)

솔루션 호환 등· Embedded Type S/W

모듈장치 특성 평가 시험 등-

오차측정 정밀도 테스트 멀티모드일 때 싱글모드일 때· (± .5m( ), ± 2.5m( ))

송신거리 테스트 수신거리 이상· ( 1Km ),

통신속도 테스트 대역 시· (250kHz (2,4GHz ), 500kHz (turbo mode ))

테스트 이하· Transmit Power (15dBm )

· Output Power Test(4dBm(@1.5V), 7dBm(@1.8V), 14dBm(EXT.Power AMP)

· Receiver Sensitivity(-99dBm(@1.5V), -101dBm(@1.8V)

· Operation Condition(-40 80 )℃ ℃͂

- 6 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

네트워크 및

시험Tracking

등

자체인력부족 및

예산 등의 문제로

추진어려움이

있었음

모듈 및 네트워크 시스템의

특성치 평가 방안지원

기술정보 제공 및

인력지원

전송거리 및 통

신속도 테스트-

전송거리 통신속도, , Power

등 테스트

공동테스트 기술인

력 지원등

모듈장치 전장

설계 제어 제작/-

기구부 및 제어부 제작을

위한 전장설계 및 모듈장치

제작지원등

설계 제어 방안 및/

기술인력 지원 등

장치운용 및 안

정성테스트 등-

환경에서USN Zigbee

모듈운용 및 단말장Node

치 안정성 테스트 등

기술정보제공 및

기술인력 지원등

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

o 적용제품명 특수목적용 지그비 노드모듈 개발 장치 지원:

모 델 명o : 지그비 통신 기반 특수목적용 노드 모듈 신제품

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 80 60 90 비교HiZ001

경쟁제품 대비 가격

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년350 / ( %)

인 건 비 절감 백만원 년100 / ( %)

계 백만원 년450 / ( %)

- 7 -

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비증가비율 비고

내 수 백만원 년200 / 백만원 년1,000 / % 예상치

수 출 천달러 년500 / 천달러 년2,000 / %

계 백만원 년5,000 / 백만원 년12,000 / %

참고) 적용제품 주요수출국 중국1. :

작성당시 환율 기준2. :

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

구 분 당해연도 수입액 차년도 수입액 수입대체금액 비고

특수목적용지그비

노드모듈천달러 년200 / 천달러 년1,000 / 천달러 년200 / 예상치

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

일반적이고 안정적인 환경 홈네트워크 등 에서의 통신으로 한정되지 않고 산업( ) ZigBee

체에서 흔히 발생하는 각종 노이즈 및 통신 악조건 상에서도 안정적인 통신이 가능한

모듈장치를 개발하여 타 분야에 대한 포괄적인 응용이 가능하리라 보이며ZigBee Node

사업 분야의 무한한 확대가 가능할 것으로 기대됨.

- 8 -

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

센서 네트워크 기술은 빠른 기술혁신과 고성장을 견인할 수 있는 차세대 핵심 기술임-

산업자원부 한국산업기술재단 차세대 센서 및 센서네트워크 기술 로드맵( , - )

모든 정보기기가 무선 네트워크로 연결되어 누구나 기기 시간 장소에 구애받지 않고- , ,

제공되는 다양한 서비스를 제공받을 수 있는 미래 지향적인 네트워크를 구축하는데 필

요한 센서 엑츄에이터 모듈 플랫폼 구현 기술의 부가 확보 가능/ .

따라서 본 과제인 다센서 및 복합 위치 용 지그비 노드 모듈장치 제작 기술- Tracking

은 국내외 시장의 핵심 기술이라 할 수 있으며 특히 특화된 군사용 및 산업자동ZigBee

화 분야 시스템의 기본 부품소재항목이며 향후 홈오토메이션 빌딩오토메이션ZigBee , ,

메디컬오토메이션 자동차 시스템 분야 응용에 대한 기초기술로 자리매김할 것임, .

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

S/W

등록

무선통신기

반 컨테이너

차량정차

위치정보제

공시스템

12008-18-

9-001846

김동훈 이,

찬홍 강일,

용 이승호,

한구기계연

구원 프로(

맥스)

주 프로맥스( ) 출원

- 9 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건10 관련 기술동향 및 논문자료 제공

시제품제작 건1 모듈Prototype

양산화개발 건

공정개선 건

품질향상 건2 메커니즘 보완에 따른 성능향상

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건2 상호 진행방안 협의 및 세부계획지원

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건4 건 발표 및 건 게재3 1

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

참여기업 방문회수 건25 일 기준1

기타 건5 기술동향 및 관련 정보 소개

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

본 기술지원 사업을 통하여 기업의 취약부분인 연구개발 인력의 부족과 지속적인 개-

발투자의 어려움 및 응용 기술의 제반평가 등의 어려움이 있었음.

또한 단순 인식 등 단순 네트워크 솔루션을 이용한 산업공정자동화의 적용은 가격의- ,

경쟁력이 떨어지고 정밀도 측면에서 한계를 나타내고 있으며 전송거리의 한계성으로 인

해 실제 현장 적용에는 다소 무리가 있음.

이 같은 단점을 극복하기 위해 수명과 사용 편이성 및 실용성을 고려한 지그비 기반-

무선단말 모듈장치 개발로 차후에 어떤 제품에도 적용이 가능한 호환성 높은 제품으로

각 조건 송신거리 배터리 등 에 따른 충분한 테스트를 통해 향후 다기능 가변성을 가진( , ) ,

지능형 및 개발의 기반이 되는 모듈장치 시제품을ZigBee Module Sys' Zigbee Node

개발 제작하였기에 기대효과가 큼·

- 10 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과�

논문게재 세부사항

(9)

게재

년도

(10)

논문명

저자(11)(12)

학술지명

(13) Vol

(No.)

(14)

국내의

구분

(15)

SCI

구분주저자 교신저자 공동저자

2007

특수목적용

지그비

노드모듈

개발과

활용을 위한

기반 연구

김동훈 김동훈

송준역

이승호

나기오

한국정밀

공학회(K

춘SPE)

계학술

PP.

379-380

국내발

표×

2007

용USN

지그비

노드개발 및

활용 연구

김동훈 김동훈

이승호

강일용

나기오

전자공학

회외추계

합동학술

대횐 울(

산지부)

PP.

183-186

국내발

표×

2007

u-Manufact

지향uring

기술동향 및

USN Node

연구

김동훈 김동훈송준엽

이승호

ICROS

대전충청

학술대회

PP

10-13.

국내발

표×

2008

기반USN

u-Manufac

동향turing

및 용USN

지그비

노드개발사

례

김동훈 김동훈

송준엽

이승호

강일용

나기오

기계와

재료

권20

호1 PP.

78-92

국내게

재×

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과�

출원된 특허의 경우o

- 11 -

등록된 특허의 경우o

사업화 현황�

사업화 세부사항

사(9)

업화명

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11) (12)

기매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액

합계

백만원( )

업체명 대표자종업

원수

사업화

형태

상품화

지그비

통신모

듈

주 프로( )

맥스나기오 12 4 20 20

주 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 연구책임자 창업 기술이전에 의한 창11) 1. , 2.

업 창업지원 기존업체에서 상품화 중에서 선택하여 번호 기입, 3. , t.

고용창출 효과�

- 12 -

세부지원 실적 증빙 내용세부지원 실적 증빙 내용세부지원 실적 증빙 내용세부지원 실적 증빙 내용□□□□

참여기업 현장방문 건 일 기준참여기업 현장방문 건 일 기준참여기업 현장방문 건 일 기준참여기업 현장방문 건 일 기준1. : 25 (1 )1. : 25 (1 )1. : 25 (1 )1. : 25 (1 )

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

12007.07.31 -

2007.03.31기술지원 계획 및 과제범위 설정 회의 유

22007.08.07 -

2007.08.08

컨테이너감시용 센싱 노드모듈개발 기술지원

및 업체방문″

32007.08.23 -

2007.08.23특수목적용 지그비 노드 모듈 세부스펙 회의 ″

42007.09.06 -

2007.09.07

요소기술지원 회의 및 테Position Tracking

스트″

52007.09.12 -

2007.09.13생산시스템 통신 기술회의USN RF ″

62007.09.18 -

2007.09.19

무선공정라인 위치추적 실험 및 업체방RF

문″

72007.09.28 -

2007.09.28기술지원과제 정기점검 진도 회의 및 테스트 ″

82007.10.30-

2007.10.30

유니트 테스트 방안설정Embedded Pgm

회의″

92007.11.13-

2007.11.13

통신 단말 유니트 시제품 사양협의 및 기술

회의″

102007.12.10 -

2007.12.11

기술지원 사업 세부계획회의 및 단계별 테스

트″

112008.01.15 -

2008.01.15통신용 지그비 노드 시제품 기능협의 ″

122008.01.18 -

2008.01.18통신안정화 테스트 방법 기초실험Data ″

132008.02.14 -

2007.02.15

특수목적용 지그비 노드 현장적용 방안회의

및 테스트″

142008.02.26 -

2008.02.27

지그비 노드 시제품협의 및 데모방안 계획회

의″

152008.03.06 -

2007.03.06통신모듈의 산업용변압기 적용가능성 테스트 ″

162008.03.11 -

2008.03.12

통신모니터링 시제품 제작 및 테스Zigbee

트″

172008.03.20 -

2008.03.20

기술지원과제 마무리회의 및 시범적용라인

방문″

- 13 -

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 102. : 102. : 102. : 10

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2007. 04 과제소개 및 관련정보 소개 유

2 2007. 05. 관련특허 분석 및 제공 ″

3 2007. 06 기술동향 조사 및 제공 ″

4 2007. 07 냉동컨테이너 동향정보 제공 ″

5 2007. 08 산업용변압기 관련자료 제공 ″

6 2007. 09. 지그비 관련 자료 제공 ″

7 2007. 10 관련 정보 제공USN ″

8 2007. 11 최신 논문 소개 및 제공 ″

9 2008. 01 장치제작 관련정보 제공 ″

10 2008. 02 기타 자료 및 정보 제공 ″

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 13. : 13. : 13. : 1

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2007. 01 차 모듈1 Prototype 유

2 2007. 06 보완된 모듈Prototype ″

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. :4. :4. :4. :

기술지원 실적 업로드 건기술지원 실적 업로드 건기술지원 실적 업로드 건기술지원 실적 업로드 건5. : 175. : 175. : 175. : 17

부품소재산업진흥원 에 입력 및 첨부 업로드 하였음CEMA file

(http;//cema.kmac.or.kr/kmac/index.jsp 참조 요)

- 14 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

부 록부 록부 록부 록

- 15 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

당사는 산업 자동화분야에 대한 각종전자전기기기의 맞춤형 설계 및 생산을 통해

각종 산업공정 자동화 및 계측시스템과 관련하여 를 이용한 자동화 장치의 설RFID

계 및 가공을 통해 맞춤형 시스템을 개발 납품하여 왔음.

그림 계측용 통신 보드 자동화 라인에 납품그림 계측용 통신 보드 자동화 라인에 납품그림 계측용 통신 보드 자동화 라인에 납품그림 계측용 통신 보드 자동화 라인에 납품1. I/F (POSCO )1. I/F (POSCO )1. I/F (POSCO )1. I/F (POSCO )

그러나 단순 인식 등 단순 네트워크 솔루션을 이용한 산업공정자동화의 적용은 가

격의 경쟁력이 떨어지고 정밀도 측면에서 한계를 나타내고 있으며 전송거리의 한계

성으로 인해 실제 현장 적용에는 다소 무리가 있음.

이 같은 단점을 극복하기 위해 생산성 오랜 수명과 사용 편이성 과 실용성 및 확장( )

성 향후 및 와 연동 등 을 고려한 지그비 기반 무선단말 모듈장치 개발로( GPS GIS )

차후에 어떤 제품에도 적용이 가능한 호환성 높은 제품으로 선 개발하고 더 나아가

각각의 조건 거리 온도 소음 전자기 먼지 등 에 따른 충분한 테스트를 통해 상황( , , , , )

별 적응능력을 가진 장치를 제작하여 다기능 가변성을 가진 지능형, ZigBee

및 을 개발하고자 우선 이에 기반이 되는 모듈장치 시제Module Sys' Zigbee Node

품을 개발 제작하고자 함· .

그러나 중소기업의 열악한 환경과 고급인력 부족 및 개발투자의 어려움 및 응용 기

술의 제반 평가 등의 어려움이 산재해 있음.

따라서 업체의 무선 통신 기기 및 시스템 제작 양산경험과 정부출연연구소의 특성

평가 전장설계 및 장치제어기술 경험을 바탕으로 하여 다센서 및 위치 용, Tracking

지그비 기반 부선통신 단말장치 노드제작 그리고 항목별 특성평가를 통한 신뢰성,

있는 제품의 양산 기반을 마련하고자 함.

- 16 -

이를 통해 차세대 통신방법으로 대두되고 있는 기반의 센서 네트워크 통Zxigbee

신 시장에 대한 우선 기술력 확보를 통해 향후 관련 무선 통신시장 확대에 대한 선

점과 관련한 국내 부품 소재 산업을 선도하여 자체 기술력을 확보하고 이를 통해

지능형 로봇 차세대이동통신 디지털 컨텐츠 등과도 밀접하게 연관되어져 새로운, ,

수요와 부가가치를 창출하고자 함.

특화된 산업자동화 분야 통신시스템의 기본 부품소재항목이며 향후 홈오토Zigbee

메이션 빌딩오토메이션 메디컬오토메이션 자동차 시스템 분야 응용에 대한 기초, , ,

기술로 자리매김할 것임.

- 17 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

멀티센서 및 복합위치 용 지그비 기반 무선단말 임베디드 모듈장치 제Tracking□

작과 이를 위한 특성평가 시험 및 기구부 전장설계 제어 지원·

군사용 침입 감지용 및 및 산업용 변압기(1) (Area Module System) ( Position

및 용 및 을 취한 통신노드Tracking Thermo Measurement Module System) Zigbee

모듈장치제작 및 이를 이용한 무선 감시 추적 응용 기반기술 지원· .

각종 센서 에 대한 및 산업(2) (Thermo, Pressure, Vibration, Vision) Interface Test

용의 경우 산에 위치하기에 향후 를 활용한 포괄적 연동형 장치로의 발GIS + GPS

전기반 구축을 위한 관련기술 지원

인공 악조건 온도 먼지 바람 전자기 소음 등 하에서의 통신 테스트를 통한(3) ( , , , , )

안정적인 상황별 적응능력을 가지도록 근접로밍방식의 가변형 모듈ZigBee Node

장치 제공.

그림 다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부그림 다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부그림 다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부그림 다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부2. (Coordinator )2. (Coordinator )2. (Coordinator )2. (Coordinator )

그림 산업용 변압기 적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리그림 산업용 변압기 적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리그림 산업용 변압기 적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리그림 산업용 변압기 적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리3. Zigbee Node ( Node3. Zigbee Node ( Node3. Zigbee Node ( Node3. Zigbee Node ( Node

로밍로밍로밍로밍))))

- 18 -

그림 냉동 컨테이너그림 냉동 컨테이너그림 냉동 컨테이너그림 냉동 컨테이너4.4.4.4. 적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리적용시 모듈 배치 안 고장시 최단거리Zigbee Node ( NodeZigbee Node ( NodeZigbee Node ( NodeZigbee Node ( Node

로밍로밍로밍로밍))))

- 19 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

전장설계 제어설계 등 모듈장치 제작 지원- ·

기반의 센서네트워크 지향· Ubiquitous Computing

표준 방식 지원· Zigbee(IEEE 802.15.4)

솔루션 호환 등· Embedded Type S/W

그림 기반 개략도그림 기반 개략도그림 기반 개략도그림 기반 개략도5. Zigbee Sensor Network5. Zigbee Sensor Network5. Zigbee Sensor Network5. Zigbee Sensor Network

그림 개발예정인 단말장치그림 개발예정인 단말장치그림 개발예정인 단말장치그림 개발예정인 단말장치6. Prototype Zigbee Node(6. Prototype Zigbee Node(6. Prototype Zigbee Node(6. Prototype Zigbee Node( )

모듈장치 특성 평가 시험-

오차측정 정밀도 테스트 멀티모드일 때 싱글모드일 때 한계일· (± 1.5m( ), ± 2.5m( )

것)

송신거리 테스트 수신거리 이상· ( 1Km ),

통신속도 테스트 대역 시· (250kHz (2,4GHz ), 500kHz (turbo mode ))

테스트 이하· Transmit Power (15dBm )

· Output Power Test(4dBm(@1.5V), 7dBm(@1.8V), 14dBm(EXT.Power AMP)

· Receiver Sensitivity(-99dBm(@1.5V), -101dBm(@1.8V)

· Operation Condition(-40 80 )℃ ℃͂

- 20 -

- 기타 관련기술 지원

안테나 관련기술 지원·

하드에어 설계 관련 기술 지원·

를 이용한 송수신 인터페이스 및 관련 기술 지원· RF Position Tracking

- 21 -

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

국내외 기술현황국내외 기술현황국내외 기술현황국내외 기술현황

세계적 수준세계적 수준세계적 수준세계적 수준(1)(1)(1)(1)

개념정립 단계 기업화 단계 ○ 기술 안정화 단계

국내수준국내수준국내수준국내수준(2)(2)(2)(2)

현재 본 과제에서 제작하고자 하는 것은 아직 국내 업체에서는 구체적 개발 시도

및 해당 상용화실적이 없음 국내의 경우 삼성을 중심으로 등에. Microchip, Kowin

서 기반 에 대한 연구 개발이 이루어지고ZigBee Sensor/Actuator Module Platform

있는 실정이다 국내에서 개발된 기반 역시 설계 및 구현. ZigBee Module Platform

이 용이한 일체형 이 주류를 이루고 있으며 주로 홈 네트Sensor Module Platform

워크 등 안정된 환경을 타켓으로 두고 있고 산업용 등 특수 목적을 위해 설계된

은 별로 개발되지 않은 실정 임 저전력 저비용 높은 보안성능 오랜 수명Module . , , ,

등의 장점을 기반으로 한 차세대 무선통신을 이끌어 갈 지그비 통신은 분야(ZigBee)

별 단체표준이 확정되는 등 년도부터 국내에서도 본격 상용화 단계에 접어들2007

전망.

삼성종합기술원 한국무선네트워크 전자부품연구원 에스디시스템 팬택 오렌지로, , , , ,

직 등이 지그비 관련 제품을 개발 및 상용화를 추진 중에 있지만 거의 홈 네트워크

분야에 국한됨.

국내 외의 연구 현황국내 외의 연구 현황국내 외의 연구 현황국내 외의 연구 현황(3) ·(3) ·(3) ·(3) ·

가정 상업 그리고 산업 응용분야에서 사용되는 무선 솔루션을 개발하는 업체들의,

모임인 지그비 얼라이언스 가 발표한 새로운 버전의 지그비 표준은(ZigBee Alliance)

저비용 저전력 제어와 감시를 기반으로 가정 상업용 빌딩 산업 공장 등에서 사, , , ,

용되기 위해 만들어진 세계에서 유일한 무선 통신 표준이다 기존의 기그비 표준은.

년 월 지그비 얼라이언스 멤버들로부터 승인을 받았으며 현재 다양한 분야2004 12

의 제품에 적용되고 있다 새로운 비전의 지그비 표준은 지그비 얼라이언스 맴버들.

에게는 즉시 사용 가능한 반면 일반인들에게 년 상반기에 공개될 예정 임2007 .

지그비 얼라이언스의 멤버 중에는 주문자 상표에 의한 제품 생산자 와 완제품(OEM)

제조업체가 전체 멤버의 를 차지하고 있다 대표적인 지그비 얼라이언스의 멤37% .

버로는 Crestron, Eaton, Ember, Epson, Freescale Semiconductor, Huawei

Technologies, Honeywell, Invcnsys, Johnson Controls, LG, Mitsubishi,

Motorola, NEC, Philips, Samsung, Schneider Electric, Siemens, ST

와 가 있다Microelectronics, Texas Instruments, Trane, Vantage Controls ZMD .

- 22 -

표표표표1. Wireless Data Standards1. Wireless Data Standards1. Wireless Data Standards1. Wireless Data Standards

ZigBee

802.15.4

Bluetooth

802.15.1Wi-Fi 802.11b

GPRS/GSM

1XRTT/CDMA

주적용 분야Monitoring,

Control

Cable

Replacement

Web, Video,

Email

WAN,

Voice/Data

시스템 자원 4KB 32KB˜ 250KB+ 1MB+ 16MB+

배터리

수명(days)100 1000+˜ 1 7˜ 0.1 5˜ 1 7˜

네트웍 노드수 255/65K+ 7 30 1,000

대역폭(KB/s) 20 250˜ 720 11,000+ 64 128˜

전송거리(meters) 1 75+˜ 1 10+˜ 1 100˜ 1,000-

주요장 단점

신뢰성,

저전력,

저비용

비용 편리성,

거리가 짧음

속도 유연성,

배터리수명

낮음

도달거리 품질,

부하 너무Size/

큼

표 국내외 관련 연구현황표 국내외 관련 연구현황표 국내외 관련 연구현황표 국내외 관련 연구현황2.2.2.2.

연구수행기관 연구개발의 내용 연구개발성과의 활용현황

한국기계연구원

지능기계연구센터( )

지식진화형 지능기계, USN<M2M

(Machine to Machine)

실용화u-Manufacturing, USN

기술로 발전 중

전자부품연구원 USN chipset, System S/W자산 출입(health monitoring, /

관리 조명제어 및 주차관리,

생산기술연구원 Innovation Manufacturing협업을 통한 설계 등Portal

에 중점Virtual Manufacturing

등ACS e-Manufacturing, WAN Solution와 같은 상위레벨에서의 생ERP

산정보화가 주 테마

MIT Auto-ID Smart Tag개념정립 중 (The Intemet of

Things)

UC Berkeley Mote/Telos module, TinyOS

환경모니터링 ( R e d w o o d ,

구조물 모니터링Duckisland),

송유관(Golden Gate Bridge),

모니터링 외 다(Kansas project)

수

다음은 의 근간이 되는 등 관련연구 현황을Ubiquitous Computing RF, Smart Tag

미국 일본 유럽을 중심으로 나타낸다, , .

- 23 -

표 외국의 등 관련연구 현황표 외국의 등 관련연구 현황표 외국의 등 관련연구 현황표 외국의 등 관련연구 현황3. RF, Smart Tag3. RF, Smart Tag3. RF, Smart Tag3. RF, Smart Tag

미국 일본 유럽

추진 주체

정부기관(DARPA, NIST)

과 대기업 지원에 의한

민간 주도 대학 첨단 기( , IT

업들)

정부 주도에 의한 산,

학 관 연합,

주도에 의한EU

유럽국가간 협

추진 방향

유비쿼터스 컴퓨팅 기술

과 응용개발 기술과(HCI

표준 개발을 핵심요소로

인식)

마이크로 기술에 의한

유비쿼터스 네트워크

기술 개발

유비쿼터스 컴퓨

팅 기술과 응용개

발

주 프로젝트

(Smart Dust, CoolTown,

EasyLiving, Smart Tag,

Oxygen, Things That

Think)

유비쿼터스 네트워크

기술의 장래전망에 관

한 조사 연구회

Smart Its,

Paper++, Grocer

등 개 독립 프16

로젝트

주요 수행기관

Xerox, HP, MS, IBM,

UC Berkeley, Univ, of

Washington, MIT Medir

Lab.

도코모NTT, NTT ,

텔레컴 소니NTT , ,

미쓰비시전기NEC< ,

마쓰시다전기

스위스 독일ETH,

핀란드 국TecO,

립기술연구소

- 24 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

다센서 및 복합 위치 용 지그비 노드모듈 단말장치 제작 기술의 확립을 목Tracking

표로 한다.

군사용 침입 감지용 및 및 산업용 변압기(1) (Area Module System) ( Position

및 용 및 을 취한 통신노드Tracking Thermo Measurement Module System) Zigbee

모듈장치제작 및 이를 이용한 무선 감시 추적 응용 기반기술 지원· .

각종 센서 에 대한 및 산업(2) (Thermo, Pressure, Vibration, Vision) Interface Test

용의 경우 산에 위치하기에 향후 를 활용한 포괄적 연동형 장치로의 발GIS + GPS

전기반 구축을 위한 관련기술 지원

인공 악조건 온도 먼지 바람 전자기 소음 등 하에서의 통신 테스트를 통한(3) ( , , , , )

안정적인 상황별 적응능력을 가지도록 근접로밍방식의 가변형 모듈ZigBee Node

장치 제공.

특성치 예- Spec.

위치측정 오차한계 멀티모드 싱글모드· : ±1.5m( ) ±2.5m( )

전송거리 이상 가능 기능 수행 가능 확장이 용이함· : 1Km (router ) network )〉

통신 속도 대역 시· : 250kHz (2,4GHz ), 500kHz (turbo mode )

· Transmit Power : 15dBm

· Output Power : 4dBm(@1.5V), 7dBm(@1.8V), 14dBm(EXT.Power AMP)

· Receiver Sensitivity : -99dBm(@1.5V), -101dBm(@1.8V)

· Operation Condition : -40 80 )℃ ℃͂

외장 방진 방수 방열· Housing , ,

· Size : 40×18×4

전장 제어설계 등 모듈장치 제작 지원- ·

기반의 센서네트워크 지향· Ubiquitous Computing

표준 방식 지원· Zigbee(LEEE 802.15.4)

기술지원 달성정도

이상의 기술지원 계획사항을 달성하였으며 아래와 같은 항목에 대하여 검증100% ,

을 하였다.

- 25 -

기술지원 목표 기술지원의 내용 기술지원 범위

네트워크 및 시험Tracking

등

모듈 및 네트워크 시스템의

특성치 평가 방안지원

기술정보 제공 및

인력지원

전송거리 및 통신 속도

테스트

전송거리 통신 속도, , Power

등 테스트

공동테스트 기술인력

지원 등

모듈장치 전장설계

제어 제작/

기구분 및 제어부 제작을

위한 전장설계 및 모듈장치

제작지원 등

설계 제어 방안 및/

기술인력 지원 등

장치운용 및 안정성 테스트

등

환경에서USN ZigBee Node

모듈운용 및 단말장치 안정성

테스트 등

기술정보제공 및

기술인력 지원 등

- 26 -

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계1.1.1.1.

지원기관인 한국기계연구원이 가지고 있는 기계기술 생산기술 운용기술 융합o + + +IT

기술에 대한 폭 넓은 연구개발경험을 살려 본 과제의 지원 사항에 대한 특성평가,

제어 등 진행.

지원항목인 화상촬영 등의 특성평가와 오염방지 모듈시제품 제작에 필요한 전장o

및 제어부 설계는 지원기관인 한국기계연구원이 중점적으로 담당.

제작 양산생산 경험이 있는 지원기업과 지원기관의 보유인력 연구경험 기술정o , ,

보수집 및 관련 전문가의 협력을 통하여 상용성 안정성을 가진 모듈장치 개발을·

성공적으로 추진.

- 27 -

기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정2.2.2.2.

수행주체 담당업무수행주체 담당업무수행주체 담당업무수행주체 담당업무3.3.3.3.

구분 직급 성명 세부담당역할참여기간

개월( )참여율

지원기관

책임 김동훈 총괄지원 12

책임 송준엽 평가분석 12

책임 이찬홍 제작지원 12

지원기업

선임 이승호 기구부 가공 12

선임 강일용 조립 및 제작 12

선임 손준식 운용테스트 12

- 28 -

기술지원 성과기술지원 성과기술지원 성과기술지원 성과4.4.4.4.

센서네트워크 기반 플랫폼 기술 분석센서네트워크 기반 플랫폼 기술 분석센서네트워크 기반 플랫폼 기술 분석센서네트워크 기반 플랫폼 기술 분석4.14.14.14.1

가 센서 네트워크 기술의 특징 분석가 센서 네트워크 기술의 특징 분석가 센서 네트워크 기술의 특징 분석가 센서 네트워크 기술의 특징 분석....

컴퓨터와 정보통신망을 기반으로 한 정보기술 은 공공 교육 국방 기업에 광범(IT) , , ,

위하게 적용되고 있다 인터넷의 발전은 단시간 내에 많은 사람들이 수많은 정보를.

교환할 수 있게 함으로 사회전반에 걸쳐 파급효과가 크다 정보기술은 더욱 발전하.

여 초소형의 컴퓨팅으로 디바이스를 사물에 내장하여 물리공간과 전자공간을 융합

한 유비쿼터스 컴퓨팅의 핵심 플랫폼 기술은 광범위하게 설치되어 있는 유무선 네

트워크 인프라의 상황인지를 위한 다양한 센서 디바이스를 결합하여 감지된 환경데

이터를 응용서비스서버와 연동하는 센서 네트워크로 가장 중요한 기술이다 센서.

네트워크는 감시할 지역 내부나 혹은 근접한 곳에 조밀하게 배치된 수많은 노드들

로 구성된다 그림 는 일반적인 센서네트워크의 구조를 나타낸다. 5 .

그림 센서네트워크의 구조도그림 센서네트워크의 구조도그림 센서네트워크의 구조도그림 센서네트워크의 구조도7.7.7.7.

센서 네트워크는 접근이 불가능한 재난 지역이나 전투 지역에 무작위로 배치될 수

있다 이는 네트워크 프로토콜과 알고리즘이 자기 구성 기능을 지. (Self-Organizing)

녀야 한다 또한 감지한 데이터를 그대로 전송하는 것이 아니라 노드 내부의 내장.

형 프로세스를 이용해 데이터에 대한 연산을 수행한다 그리고 노드간의 협업.

을 통해 상황인지 이벤트를 송신한다 이를 위해 노드는 그림 과(Collaboration) . 6

같은 부품으로 구성된다.

- 29 -

그림 센서 노드의 구성부품그림 센서 노드의 구성부품그림 센서 노드의 구성부품그림 센서 노드의 구성부품8.8.8.8.

노드는 센서 부품 프로세서 부품 송수신기 부품 전력 부품의 필수부품과 응용에, , ,

따라 위치 확인 시스템 전력 발생기 유도체 와 같은 부가적 부품을 포, , (Mobilizer)

함할 수 있다 센서부품은 센서와 아날로그 디지털 변환기. (Analog to Digital

로 구성되며 센서에서 감지된 신호를 프로세서 부품으로 전달한다Converter: ADC) .

프로세서 부품은 주어진 감시 임무를 수행하기 위해 다른 노드들과 협업한다 송수.

신기 부품은 네트워크 연결 기능을 담당하고 전력부품은 다양한 형태로 전원을 공

급한다 대부분 노드는 축전지로 전원을 공급하며 태양 전지에 대한 시도가 진행되.

고 있다 위치 확인 응용분야는 와 간은 위치측정 부품이 포함된다 한편 노드. GPS . ,

의 움직임이 요구되면 유동체를 포함한다 노드들은 물리적으로. 1cm3이하의 높은

용적 밀집도와 저가의 생산가격 사용자의 관리 업이 자율적으로 동작되기를 요구,

한다.

무선 센서네트워크는 기존의 센서에 비해 많은 장점을 가지고 있다 단일한 센서에.

의한 감시는 하드웨어의 수준에 따라 감시 영역이나 정확도에서 매우 제약을 받는

다.

그러나 개별 노드에서 수집되는 정보를 병합한다면 실세계의 현상을 보다 정확하고

신뢰성 있게 관찰할 수 있다 전통적인 센서 시스템은 대형의 고가 매크로 센서를.

사용하여 유선으로 사용자에게 직접 연결되고 데이터를 수집하는 장소에 정확히 위

치해야 한다 이러한 시스템에 비해 저가의 소형 시스템은 가격을 절감할 수 있고.

단일 임무를 여러 노드에서 나누어서 수행할 수 있어 다각도에서 세밀하게 관찰된

데이터를 수집할 수 있다 무선 센서네트워크 의 장점을 정리하면 그림 과 같다. 7 .

무선 센서네트워크 적용 분야는 가정안전보안설비 기계고장진다 화학적 생물학적, , /

이상 감시 의료 분야 원격검침감시 등 다양하게 환경은 관찰하는 서비스에 응용된, ,

다 원격 감시가 필요한 많은 응용 분야는 다음 그림 과 같다. 8 .

- 30 -

그림 센서네트워크의 특성 및 장점그림 센서네트워크의 특성 및 장점그림 센서네트워크의 특성 및 장점그림 센서네트워크의 특성 및 장점9.9.9.9.

그림 센서네트워크 응용분야그림 센서네트워크 응용분야그림 센서네트워크 응용분야그림 센서네트워크 응용분야10.10.10.10.

우선 적용되기 시작하고 있는 분야는 기존 센서들을 이용하던 산업부분의 기계 고

장 감지 홈 빌딩 시큐리티와 자동 공조 부분이며 공공시설 안전 차량 농업 의료, / , , ,

분야로 점차 확대되고 있다 지능 시스템이 요구되는 차세대 응용분야는 기상 관찰. ,

방문자의 제한지역 감시 실내의 위치인지 생화학적 감시 생태계 관찰 생산 품질, , , ,

관리 등이 있다 세계 무선 통신 모듈의 시장 수요 전망은 다음 표 와 같다. 5 . 2010

년이 되면 인터넷을 비롯한 네트워크에 모듈 수억 개가 연결될 것이라고 전망RF

된다.

- 31 -

표 전 세계 센서네트워크 응용 분야별 모듈 수요 전망표 전 세계 센서네트워크 응용 분야별 모듈 수요 전망표 전 세계 센서네트워크 응용 분야별 모듈 수요 전망표 전 세계 센서네트워크 응용 분야별 모듈 수요 전망5. RF5. RF5. RF5. RF

단위 백만개( : )

자료( : C. Chi and M. Hatler, "Wireless Sensor Networks; Mass Market

Opportunities", ON World, 2004)

또한 무선 센서네트워크 관련 장비 서비스 시장은 년경에 억 달러 이상의· 2010 10

규모로 성장할 것이라고 그림 와 같이 예측되고 있다9 .

무선 센서 네트워크 시장은 다양한 응용분야에서 수요가 급증 할 것으로 예상되며,

센서 네트워크는 통신 프로토콜에 의해 응용 애플리케이션을 지원할 수 있도록 설

계되어야 한다 이를 위한 기술적 요구상항은 다음과 같다. .

노드의 배치 및 설치가 용이해야 한다 센서네트워크는 수십만 개의 노드로 구-. .

성될 수 있으며 저가의 소형 노드들은 비행기 등의 운송 수단을 통해 감시 지역에,

배포될 수도 있다.

네트워크의 생존시간이 가능한 한 최대로 지속되어야 한다 네트워크의 생존시-. .

간은 일반적으로 노드의 전원이 소모되어 네트워크에서 사라질 때까지라든지 애플

리케이션에 따라 다르게 일정 수준 이상의 데이터를 보내지 못할 때까지라고 정의

될 수 있다.

- 32 -

그림 센서네트워크 모듈 수요예상 전망그림 센서네트워크 모듈 수요예상 전망그림 센서네트워크 모듈 수요예상 전망그림 센서네트워크 모듈 수요예상 전망11.11.11.11.

자료 :Harbor Research. Inc (2004)

데이터 전송의 지연시간은 서비스가 요구하는 기준 이내로 짧아야 한다 일반적-. .

으로 센서네트워크의 응용분야에서 데이터는 시간 매개변수가 의미를 지닌다 따라.

서 데이터 처리나 송신 시 지연이 허용치 이내여야 한다.

데이터의 품질은 애플리케이션에서 요구되는 임계치 이상이 되어야 한다 목표-. .

지역에서 발생하는 상황을 정확히 반영할 수 있는 데이터의 수준이라고 정의할 수

있는데 이는 애플리케이션에 따라 구체적인 수치가 다르게 정의되고 데이터에 따,

라 변할 수 있기 때문에 일관된 기준을 세우기는 어렵지만 노드에서 수신하는 데,

이터의 양으로 정량적인 평가가 가능하다.

네트워크는 기술적 요구상항을 만족하기 우해 다음과 같은 기능을 가져야 한다.

네트워크의 손쉬운 배치를 위한 자기 구성 능력-. (Self-Configurable)

시스템 생존시간을 확장할 수 있는 장애 대처 능력과 에너지 절감 능력-.

최종 사용자에게 가능한 빨리 데이터를 전송할 수 있도록 전송지연 최소화-.

애플리케이션 별 요구되는 데이터 품질 기준을 인지하여 기준 만족 능력-.

나 연구 개발 도향나 연구 개발 도향나 연구 개발 도향나 연구 개발 도향....

센서네트워크 연구는 미국 유럽 일본에서 활발히 진행하고 있으나 미국에서 결과, ,

물을 내놓고 있다 미국 국방부 고등 연구계획국. (Defence Advanced Research

Project Agency:

- 33 -

에서 진행한 프로그램이 센서네DARPA) Sensor Information Technology(Sens IT)

트워크 연구를 촉발시킨 프로젝트 이다 이 프로젝트는 두 가지 기술을 정리하였는.

데 첫째는 센서 노드가 동적으로 변화할 때 으로 배치되는 새로운 네트워ADD-hoc

크 기술이다 둘째는 센서 네트워크에서 유용성 신뢰성 적시성에 맞춰 정보를 추. , ,

출하느냐는 네트워크화 된 정보처리이다.

의 센터의 센터의 센터의 센터1) UCLA Center for Embedded Network Sensing (CENS)1) UCLA Center for Embedded Network Sensing (CENS)1) UCLA Center for Embedded Network Sensing (CENS)1) UCLA Center for Embedded Network Sensing (CENS)

Ecosystems, BiocomplexityEcosystems, BiocomplexityEcosystems, BiocomplexityEcosystems, Biocomplexity Contaminant TransportContaminant TransportContaminant TransportContaminant Transport

Marine MicroorganismsMarine MicroorganismsMarine MicroorganismsMarine Microorganisms Seismic Structure ResponseSeismic Structure ResponseSeismic Structure ResponseSeismic Structure Response

그림 의 애플리케이션 영역그림 의 애플리케이션 영역그림 의 애플리케이션 영역그림 의 애플리케이션 영역12. CENS12. CENS12. CENS12. CENS

센터는 생태계 모니터링 토양 오염물 전달 감시 지진 감시 해양 미생물 감CENS , , ,

지 등을 위한 시스템 알고리즘 신호 처리 센서 구동기 등에 대해 연구한다, , , / .

버클리 대학의 프로젝트버클리 대학의 프로젝트버클리 대학의 프로젝트버클리 대학의 프로젝트2) NEST2) NEST2) NEST2) NEST

버클리 대학의 프로젝트는 센서 네트워크를 위한 하드웨어 소프트웨어 오픈NEST ,

플랫폼의 개발을 목표로 지난 년부터 시작하여 버클리 와 를 발2001 Mica Tiny OS

표 하였다 플랫폼은 비트 프로세서로 구성된 메인 플랫폼과 조도 온도 습. Mica 8 , ,

도 소리 등의 센서가 연결된 센서 보드로 구성된다 는 버클리 대학에서, . Tiny OS

초기 연구를 진행하여 현재는 오픈 소스프로젝트로 계속 발전되고 있다.

센서 네트워크를 위해 컴포넌트 기반의 프로그래밍 언어인 를(Component) NesC

기반으로 태스크 의 동시 작업 지원에 초점을 두고 있다(Task) (Concurrency) . Tiny

를 기능 블록 별로 분석하면 표 과 같다 가 탑재되는 플랫폼의 프로세OS 6 . Tiny OS

서나 메모리가 극히 제한적이기 때문에 코드 사이를 최소화 하며 기능 동작을 수행

한다.

- 34 -

표 의 코드 분석표 의 코드 분석표 의 코드 분석표 의 코드 분석5. Tiny OS5. Tiny OS5. Tiny OS5. Tiny OS

는 운영체계 자체의 기능이나 성능은 우수하지 않지만 오픈 소스 프로젝트Tiny OS

로 진행 되어 연구자들에게 기여도가 높아 응용분야의 확장이 빠르게 이루어지고

있다 응용은 포도 농장의 작물 재배 관리 지진 방응 모니터링 금문교의 바람 영. , ,

양 감시 인텔 반도체 공장의 진동 감시 등에 적용하고 있다 기업은 하드웨어 플랫, .

폼과 더불어 소프트웨어 솔루션을 주로 연구하고 있다.

사사사사3) Crossbow Mote3) Crossbow Mote3) Crossbow Mote3) Crossbow Mote

사는 버클리 대학의 와 센서 네트워크 운영체계인 를 기반Crossbow Mote Tiny OS

으로 시리즈의 상용 플랫폼을 제공하고 있다 사의 는 현재Mica . Crossbow Mote

등의 여러 유형의 플랫폼이 개발된 상태이다MICA, MICA2, MICA2DOT, MICAz .

표 은 시리즈의 플랫폼을 정리한 내용이다7 MICA .

- 35 -

표 의 시리즈 센서네트워크 플랫폼표 의 시리즈 센서네트워크 플랫폼표 의 시리즈 센서네트워크 플랫폼표 의 시리즈 센서네트워크 플랫폼6. Crossbow MCA6. Crossbow MCA6. Crossbow MCA6. Crossbow MCA

│

이들은 저가의 프로세서를 사용하고 주파수 사용 문제를 피하기 위해8bit

대역의 무선 통신을 위한 송수신기를 부착ISM(Industrial Scientific and Medical)

하였다.

사의사의사의사의4) Ember IEEE802.15.44) Ember IEEE802.15.44) Ember IEEE802.15.44) Ember IEEE802.15.4

가장 최근에 출시될 예정인 는 무선 센서네트워크에 적용이 기대되는MICAz

표준을 따라 작년에 완료하였다 현재까지 실제 애플리케이션에 적용IEEE802.15.4 .

되기에는 높은 가격과 배터리의 사용시간에 대한 제약이 심하지만 전 세계 연구개

발 분야의 활용도는 매우 높은 상태이다 사는 표준 규격을 만. Ember IEEE802.15.4

족하는 칩과 프로토콜 스택을 개발하였고 와 의 표준, IEEE802.15.4 Zigbee Alliance

안을 이끄는 기업 중 하나이다 으로 명명된 프로토콜 스택은 그림 에. EmberNet 11

보인 것과 같이 계측 네트워크 계층 전송 및 서비스 계층과 보안 전력 관MAC , , ,

리 네트워크 모니터링 등의 관리 기능을 제공한다 망의 형태는 그물형, . (mesh),

방사형 혼성형 을 지원한다(star), (hybrid) .

- 36 -

프로토콜 스택 구조도프로토콜 스택 구조도프로토콜 스택 구조도프로토콜 스택 구조도13. EmberNet13. EmberNet13. EmberNet13. EmberNet

사의 센서 네트워크 플랫폼사의 센서 네트워크 플랫폼사의 센서 네트워크 플랫폼사의 센서 네트워크 플랫폼5) Dust Networks5) Dust Networks5) Dust Networks5) Dust Networks

사는 센서 네트워크 플랫폼을 그림 와 같이 개발하였다Dust Networks 12 . 901˜

대역의 무선 통신을 사용하며 통신 반경은 실내에서 실외에선928MHz 20 30m,˜

가량을 지원한다 관리 플랫폼은 유선으로 연결되어 라우팅 모트 패킷 병합100m . , ,

통계 추출 이더넷으로 데이터 출력 등을 수행할 수 있다, .

센서 플랫폼센서 플랫폼센서 플랫폼센서 플랫폼(1)(1)(1)(1) 관리 플랫폼관리 플랫폼관리 플랫폼관리 플랫폼(2)(2)(2)(2)

그림 사의 플랫폼 사진그림 사의 플랫폼 사진그림 사의 플랫폼 사진그림 사의 플랫폼 사진14. Dust Netwoerks14. Dust Netwoerks14. Dust Netwoerks14. Dust Netwoerks

전자부품 연구원전자부품 연구원전자부품 연구원전자부품 연구원6)6)6)6)

국내 전자부품연구원 에서 무선 센(Korea Electronics Technology Institute: KETI)

서네트워크를 위한 무선통신 칩셋 플랫폼 네트워크 프로토콜 시스템 소프트웨어, , , ,

응용 애플리케이션에 대한 연구를 수행 중이다 무선통신 칩셋 설계와 병행하여 상.

용 부품을 사용한 플랫폼 시제품인 을 개발Tiny Interface for Physical World(TIP)

하였다 개발 완료된 플랫폼 시제품은 그림.

- 37 -

과 같다13 .

의 초기 모델의 초기 모델의 초기 모델의 초기 모델(1) TIP(1) TIP(1) TIP(1) TIP 의 현재모델의 현재모델의 현재모델의 현재모델(2) TIP (Ver1.0)(2) TIP (Ver1.0)(2) TIP (Ver1.0)(2) TIP (Ver1.0)

그림 전자부품연구원의 플랫폼그림 전자부품연구원의 플랫폼그림 전자부품연구원의 플랫폼그림 전자부품연구원의 플랫폼15. TIP15. TIP15. TIP15. TIP

주요 부품으로는 저전력 프로세서 배터리 전원부 대역의8MIPS , 3V , 914 915MHz˜

최대 의 무선통신 송수신기 호스트 혹은 콘솔 인터페이스를 위한 시리얼56Kbps , ,

포트 그리고 온도 습도 조도 센서가 탑재되어 있다 향후 무선통신 칩셋의JTAG , , , .

개발이 완료되면 현재 사용 중인 상용 부품을 대체할 예정이며 네트워크 프로토콜, ,

시스템 소프트웨어 응용 애플리케이션에 대한 연구를 병행하고 있다 정보통신부의, .

프로젝트는 전자태그를 기반으로 하는 센서 네Ubiquitous Sensor Network(USN)

트워크 기술 개발을 수행하고 있다 년까지 초소형 태그 리더와 상황정보 실시. 2010 /

간 처리 미들웨어를 중점 개발하여 물류 유통 교통 환경 동물관리 홈 네트워크/ , , , , ,

병원환자 관리 등의 분야를 목표로 하고 있다 현재 국내 무선 센서 네트워크에 대.

한 연구는 미국 일본 등에 비해 뒤져 있다 그러나 인터넷 이동통신 등의 인프라, . ,

에 대한 보급률이 매우 높고 텔레매틱스 등의 단말기의 생산 능력도 경PC< PDA,

쟁력을 갖추고 있어 센서 네트워크가 도입될 수 있는 인프라가 잘 갖추어진 상태이

다.

- 38 -

지그비 노드모듈 개발지그비 노드모듈 개발지그비 노드모듈 개발지그비 노드모듈 개발4.24.24.24.2

본 연구에서는 유비쿼터스 관련 하드웨어 소프트웨어 기술이 요구됨에 따라서 유비/

쿼터스 지향형 어플라이언스 솔루션 기술개발의 일환으로 의 기술 분석을 통하USN

여 유선뿐만 아니라 무선 환경에서도 운용이 가능한 임베디드 형태의 지Prototype

그비 노드모듈을 개발하였다.

앞서 언급된 및 기반기술 분석을 통하여 를u-Manufacturing USN Zigbee Node

으로 개발하였다Prototype .

그림 계략도그림 계략도그림 계략도그림 계략도16. USN16. USN16. USN16. USN

시제작된 단말장치 는 다음과 같은 사양을 갖추었다Node( ) .

기반의 센서네트워크 지향o Ubiquitous Computing

표준 방식 지원o Zigbee(IEEE 8m0.15.4)

솔루션 호환 등o Embedded Type S/W

- 39 -

│

그림 으로 개발된 개략도그림 으로 개발된 개략도그림 으로 개발된 개략도그림 으로 개발된 개략도17. Prototype Zigbee Node17. Prototype Zigbee Node17. Prototype Zigbee Node17. Prototype Zigbee Node

모듈을 개발 및 확장성 있는 통신을 위하여 표준화된 을 사용하Zigbee Node Chip

여 통신 인터페이스 회로를 그림 처럼 구현하였다RF 16 .

그림 회로도그림 회로도그림 회로도그림 회로도18. cc2420 Zigbbee RF18. cc2420 Zigbbee RF18. cc2420 Zigbbee RF18. cc2420 Zigbbee RF

그림 은 와 인터페이스를 위한 를 이용하는 인터페이스 회로도이다 개발17 PC USB .

된 모듈은 개체 인식 외에도 주변 환경 정보의 데이터 취득이 가능하USN Node ID

다 즉 온도 습도 조도 및 센서 정보의 취득이 가능하다 이에 이용된 센. , , , Photo .

서의 회로들을 다

- 40 -

음 그림 에서 그림 까지 제시하였다 실제 제작부품 유니트 등을 그림 에18 20 . 21

제시하였으며 이의 어플리케이션을 위하여 그림 처럼 시물레이션을 위한 단말노, 22

드 배치도를 구성하여 그림 과 그림 처럼 와 를 이용하여23 24 Java VBA USN Node

모니터링 작동을 확인하였다 작동결과 모니터링이 무선 환경 하에서 실시간으로.

처리 되었으며 개발된 모델이 앞으로 산업용 및 특수목적용 용도에 맞게Prototype

수정된다면 현장 적용이 가능한 상용화 모델개발의 기반 요소기술로서의 역할이 될

것이다.

그림 를 이용한 인터페이스 회로도그림 를 이용한 인터페이스 회로도그림 를 이용한 인터페이스 회로도그림 를 이용한 인터페이스 회로도19. USB PC19. USB PC19. USB PC19. USB PC

- 41 -

그림그림그림그림 20202020. 온도 및 습도 센서 회로도온도 및 습도 센서 회로도온도 및 습도 센서 회로도온도 및 습도 센서 회로도

그림 조도 센서 회로도그림 조도 센서 회로도그림 조도 센서 회로도그림 조도 센서 회로도21.21.21.21.

- 42 -

그림 센서 회로도그림 센서 회로도그림 센서 회로도그림 센서 회로도22. Photo22. Photo22. Photo22. Photo

그림 제작부품 유그림 제작부품 유그림 제작부품 유그림 제작부품 유니니니니트 및트 및트 및트 및 운운운운용 테스트용 테스트용 테스트용 테스트 차차차차시제품시제품시제품시제품23. ( )23. ( )23. ( )23. ( )

- 43 -

* ▶

다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부다센서 및 복합위치 트래킹용 구성안 제어부(Coordinator )(Coordinator )(Coordinator )(Coordinator )▶▶▶▶

재 3

모듈 배치안 고장시 최단거리 로밍모듈 배치안 고장시 최단거리 로밍모듈 배치안 고장시 최단거리 로밍모듈 배치안 고장시 최단거리 로밍USN/Zigbee Node ( Node )USN/Zigbee Node ( Node )USN/Zigbee Node ( Node )USN/Zigbee Node ( Node )▶▶▶▶

컨테이너 적용시 모듈 배치안 특수목적용 냉동컨테이너 예컨테이너 적용시 모듈 배치안 특수목적용 냉동컨테이너 예컨테이너 적용시 모듈 배치안 특수목적용 냉동컨테이너 예컨테이너 적용시 모듈 배치안 특수목적용 냉동컨테이너 예Zigbee Node ( )Zigbee Node ( )Zigbee Node ( )Zigbee Node ( )▶▶▶▶

그림 산업용 및 특수목정용 분야 적용 노트배치도그림 산업용 및 특수목정용 분야 적용 노트배치도그림 산업용 및 특수목정용 분야 적용 노트배치도그림 산업용 및 특수목정용 분야 적용 노트배치도24.24.24.24.

- 44 -

그림 를 이용한 모그림 를 이용한 모그림 를 이용한 모그림 를 이용한 모니니니니터터터터링링링링 구현구현구현구현25.25.25.25. JJJJaaaavvvva USNa USNa USNa USN

그림 를 이용한 모그림 를 이용한 모그림 를 이용한 모그림 를 이용한 모니니니니터터터터링링링링 구현구현구현구현26.E26.E26.E26.Exxxxcelcelcelcel VVVVBA USNBA USNBA USNBA USN

- 45 -

실험실험실험실험을 취을 취을 취을 취한한한한 설설설설계보계보계보계보완완완완 및 실험및 실험및 실험및 실험결결결결과과과과4.34.34.34.3 HHHH/W/W/W/W

설설설설계 및 제작계 및 제작계 및 제작계 및 제작4.3.14.3.14.3.14.3.1 HHHHardWareardWareardWareardWare

개발된 은 사의 과 사의zigbee module ATmegal ATmegal28L Chipcon 2.4G RF-IC

를 적용한 모델이다CC2420 .

온습도센서와 조도센서를 기본센서로 채택하여 주변 환경 정보를 확인할 수 있으며

커넥터를 이용하여 외부 들을 확장하도록 되어 있다50Pin module .

전원은 를 이용하며 사용자의 선택사항을 위해 외부 전원용 커넥터를 두AA battery

었다.

전원의 효율적 사용을 위해 사의 이용하였다Maxim 3.3.V Step-up MAX1678 .

를 위한 는 를 기본으로 사용하도록 되RF Transiver/Receiver Antenna PCB antenna

어 있으며 사용자의 선택사항으로 를 이용할 수도 있다Dipole antenna .

을 이용하여 고유의 를 가질 수 있다DS2401 ID .

그림 의 구성그림 의 구성그림 의 구성그림 의 구성 차차차차시제품시제품시제품시제품27. Zigbee Module (2 )27. Zigbee Module (2 )27. Zigbee Module (2 )27. Zigbee Module (2 )

- 46 -

부부부부(1) Controller (ATmega128L)(1) Controller (ATmega128L)(1) Controller (ATmega128L)(1) Controller (ATmega128L)

그림 부 회로그림 부 회로그림 부 회로그림 부 회로 설설설설계계계계28. Controller28. Controller28. Controller28. Controller

o ATmega128L

고성능 저전력 AVR 8bit Micro controller▶

향상된 아키텍쳐- RISC (16MIPS @ 16Mhz)

비휘발성 프로그램과 데이터 메모리▶

내부 프로그램 가능한- 128K Byte ISP Flash memory

만번- 4K Byte EEPROM (10 ) for Data

- 4K Byte internal SRAM

외부 최대 메모리 공간- 64k

을 위한 인터페이스- ISP SPI

인터페이스JTAG▶

내장 메모리의 과 를 위한- Programing On-Chip Deburg JTAG(IEEE Standard

1149.1)

주변장치 특징▶

개의 비트 개의 비트- 2 8 Timer/Counter(0,2), 2 16 Timer/Counter(1,3)

- 47 -

개의 채널- 2 8bit PWM

개의 프로그램 가능한 채널- 6 2 16bit PWM˜

분리된 프리스케일러와 비교모드 켭쳐모드를 가진 두 개의 확장 비트- , 16

- Timer/Counter

분리된 오실레이터에 의한- Feal Time Count

- Output Compare Modulator

채널- 8 , 10bit ADC

인터페이스- Two-wire Serial

수개의 시리얼- UART

시리얼 인터페이스- Master/Slave SPI

프로그램 가능한 타이머- Watchdog

아날로그 비교기-

마이크로컨트롤의 특징▶

안정된 전원공급을 위한- Power-on Reset, Programmable Brown-out Detection

내부 오실레이터- RC

외부와 내부의 인터럽트 소스-

개의 모드- 6 Sleep

소프트웨어적 선택 가능한 클럭 주파수-

전체 풀업- Disable

와I/O Package▶

프로그램 가능한 개의- 53 I/O

- 64-lead TQF / 64-pad MLF

Operation Voltage▶

- 2.7 5.5V : ATmegal28L˜

속도▶

- 0 8 MHz : ATmegal28L˜

o DS2401

각 에 고유한 를 부여한다Zigbee Module ID .▶

내장 Rom(64bit)▶

제품 코드 시리얼 넘버- (8bit)+ (48bit)+CRC(8bit)

장점▶

- 48 -

제어 어드레스 데이터 및 전력을 단일 사용- , , Pin

마이크로 프로세서의 단일 포트에 연결-

대기전력이 필요 없다- .

- 49 -

부부부부(2) RF Transcei(2) RF Transcei(2) RF Transcei(2) RF Transceivvvver (CD2420)er (CD2420)er (CD2420)er (CD2420)

그림 회로그림 회로그림 회로그림 회로 설설설설계계계계29. RF Transcei29. RF Transcei29. RF Transcei29. RF Transceivvvverererer

o CC2420

은 대역의 로써 에서CC2420 2400 - 2483.5 MHz RF Transceiver IEEE8.2.15.4

간격으로 나위어진 중 기본적으로 초5MHzr Ch11(2,405Ghz) Ch26(2.480Ghz)˜

을 이용한다11(2480NHz) .

사양CC2420

True single-chip 2.4 GHz IEEE 802.15.4 compliant RF transceiver with•

baseband modem and MAC support•

DSSS baseband modem with 2 MChips/s and 250 kbps effective data rate.•

Low current consumption (RX: 19.7 mA, TX: 17.4 mA)•

외부 공급전원 로 구동2.1 - 3.6 Vdc(Typical = 3.3V)•

내부 에 의해 자체 전원 공급voltage regulator 1.6 2.0V(Typical 1.8V)• ˜

Programmable output power•

외부 나 가 필요 없어 외부 디바이스의 수를 절감RF switch Filter•

128(RX) + 128(TX) byte data buffering•

- 50 -

Digital RSSI / LQI support•

Hardware MAC encryption (AES-128)•

MPU interface 4- wire SPI interface Serial clock up to 10 MHz•

그림그림그림그림 30. CC2420 with MPU interface30. CC2420 with MPU interface30. CC2420 with MPU interface30. CC2420 with MPU interface

o Antenna

무선전송을 위해 가지 형태의 를 이용할 있다2 Antenna .

1.1.2.1 PCB Antenna

이라 불리는 로써 실외 실내Inverted F- tpye Antenna 75 m to 100 m, 20 m to

의 반경을 가진다30m .

그림그림그림그림 31. In31. In31. In31. Invvvverted Ferted Ferted Ferted F----type PCB Antennatype PCB Antennatype PCB Antennatype PCB Antenna

o SMA Connector

를 이용하여 외부 를 연결 사용할 수 있다SMA Connector Antenna .

안테나를 이용할 때는 아래 수식에 따라 길이를 선정 할 수 있다/2 dipole .

- 51 -

부부부부(3) Power(3) Power(3) Power(3) Power &&&& SensorSensorSensorSensor

그림 및 부그림 및 부그림 및 부그림 및 부32. Power Sensor32. Power Sensor32. Power Sensor32. Power Sensor

o Power

1.3.1.1 Battery Power

의 전원은 사이의Zigbee module 2.7 3.6 VDC AA Size(1.2 rechargible batter/˜

개의 를 이용하여 사용할 수 있도록 되어있다1.5Alkaline) 2 Battery Holder .

전원의 효율적 사용과 확장모듈을 고려하여 사의Maxim Step-Up DC-DC

를 사용한 회로가 구성되어있다Converter MAX1678 3.3V Step-up .

o External power

제공된 기본 를 이용하지 않고 외부 전원을 이용할 때는 의 커넥Battery holder JP9

터를 이용하여 외부 전원을 공급할 수 있다 이때 전원레벨은 의 범주가. 2.7 3.6Vdc˜

되도록 한다.

- 52 -

o Sensor

-. Humidity & Temperature Sensor

은 온도와 습도를 동시에 측정할 수 있는 로 내장된SHT11 Multi-Sesor Device

를 통해 데이터들은 디지털 형대로 출력된다 내부14Bit ADC . Calibration memory

를 가짐으로 외부적인 디바이스 없이도 프로그램으로도 간단히 이 가능Calibration

하다.

은 를 지원함으로 와의 인터페이스가 단순하다SHT11 2-wirc Scrial interface MPU ,

그림 센서 및그림 센서 및그림 센서 및그림 센서 및 블블블블록다이어그록다이어그록다이어그록다이어그램램램램33. S33. S33. S33. SHHHHT11T11T11T11

-. Light Sensor

사용된 광센서는 로써 에서 최대 를 가진다 광량에CdS Photocell 540nm sensivity .

따라 저항분의 변화로써 나타나게 된다 출력은 아날로그 형태이며 로 채널이. ADC0

선정된다.

- 53 -

(4) Connector(4) Connector(4) Connector(4) Connector

그림그림그림그림 34. 50Pin Connector34. 50Pin Connector34. 50Pin Connector34. 50Pin Connector

을 이용하여 확장보드와 결합하여 기능을 확장할 수 있다50Pin Connector .

이 커넥터을 이용하여 와 확장Power GND, I2C Interface, UART interface,

와의 입출력이 가능하며 그 외sensor Board ADC/DAC GPIO(General-Pupose

의 확장이 가능하다I/O) .

- 54 -

그림그림그림그림 환환환환성된성된성된성된35. Zigbee Module35. Zigbee Module35. Zigbee Module35. Zigbee Module

- 55 -

특성특성특성특성평평평평가 실험가 실험가 실험가 실험4.3.24.3.24.3.24.3.2

전송 거리전송 거리전송 거리전송 거리(1) Test(1) Test(1) Test(1) Test

거리 를 위하여 중 성능이 좋은 을 선별하여 거리Test Module Tx Power Module

에 사용하였음Test .

테스트 조건■

통신거리: 300m 1000m˜�

Test signal: modulated signal�

안테나 :4dBi Dipole Antenna�

크리 포함Packet (Header, Payload, Footer ): 22Byte, 127 byte�

온도 도 품속:17 , 2m/s�

측정 항목■

각 측정 지점에서 아래의 항목에 대한 측정이 이루어져야 한다.

에 요Error Packet RateRetry Rate, Response Success Rate, Response Success

구된 회수 별 빈도 예Retry ( : Retry0=900, Retry1=80, Retry2=15, Retry3=5), Avg.

RSSI, Max, RSSI, Min. RSSI

통신방법■

에서 송신후 를 받으면 성공으로 판단Tx module data ack .�

차 송시후 를 받지 못할 경우 회까지 데이터 재전송 시도1 data ack 3

그림 전송거리 테스트그림 전송거리 테스트그림 전송거리 테스트그림 전송거리 테스트36. Zigbee36. Zigbee36. Zigbee36. Zigbee

- 56 -

과 사이에는 가 확보되어야 한다TX module ACK module SOS(Line of Sight) .①

및 은 모두 지면에서 이상 높은 곳에 위치해야 한TX module ACK module 1.5m②

다.

및 의 좌우 및 뒷면에는 장애물이 없어야 한다TX module ACK module .③

과 의 안테나는 서로 마주 보도록 설치되어야 한다TX module ACK module .④

측정 도중에 보행자에 의해 가 차단되지 않는 위치를 선정한다LOS .⑤

테스트 결과■

표 전송거리 테스트표 전송거리 테스트표 전송거리 테스트표 전송거리 테스트 결결결결과과과과7.7.7.7.

번 포인트보다 가까운 거리에서는 성공1 100%�

측정 절차■

측정 시간의 단축을 위해 아래와 같은 에 따라 측정을 진행한다procedure .

을 모두 에 연결 별도의 을 이용한 전원 인가TX module notebook ( battery pack①

를 추천함)

- 57 -

초기 측정 위치에 설정ACK module②

을 먼저 동작 시킨다ACK module .③

에서 을 통행 에 대해TX module remote control packet size=20byte④

의 송수신을 순차적으로 측정하여 번의 전송 시도를 통해 성250kbps/500kbps 1000

능 지표를 추출

동일한 에 대해 에 대해 의ACK module packet size=127byte 250kbps/500kbps⑤

송수신을 순차적으로 측정하여 번의 전송 시도를 통해 성능 지표를 추출1000

및 을 로 교체ACK TX module T⑥

의 과정을 통해 특정이 완료되면 측정 위치를 앞으로 이동하여 다~ 50m⑦ ③ ⑥

시 측정 진행.

거리를 단축하면서 측정 중에 연속된 위치 예 에서 특정 측정 조( : 850m, 800m)⑧

건의 가 로 측정되면 해당 조건에 대한 측정은 중단retry rate 0%

결과■

주의 환경에 영향을 받음 특히 장애물이 잇을 경우 성공율이 저조함- . .

통신 실패는 연속적으로 나오는 경향이 있음 즉 첫 번째 시도에서 실패할 경우- . , ,

를 하더라도 안 되는 경우가 많음retry .

가 보장되지 않는 지점에서는 통신 성능이 제대로 나오지 않음- LOS .

주의점

본 측정은 가 확보되는 환경에서의 송수신 거리를 측정하는 목적이므로 측- LOS ,

정 진행 과정에서 항상 가 확보되어야 한다LOS .

측정에 사용되는 은 지면에서 높이를 유지하여야 한다- module 1.5m .

측정에 사용되는 전원은 측정을 완료하기 까지 일정 전압 수준을 유지하여야 한-

다.

측정이 진행되는 동안 은 고정되어 있어야 하며 이 흔들려서는- module , module

안된다.

과 의 안테나는 서로 마주 보는 방향으로 위해하여야 한- TX module ACK module

다.

의 좌우와 뒷면에는 장애물이 없어야 하며 의 하단부에 넓은 철판이 위- DUT , DUT

치하는 것도 지양한다.

- 58 -

위치오위치오위치오위치오차차차차 테스트테스트테스트테스트(2)(2)(2)(2)

Single Mode▷

목적 일 때 노드간의 거리를 측정하고 오차를 분석한다- : Single Mode .

방법 일정한 간격으로 노드를 위치시키고 각각의 갑을 측정하여 거리값을- : RSSI

구하고 그 오차를 분석한다.

- Tx Power: 0dBm(17.4mA)

높이- Mote : 2m

측정시 주의 사항-

안테나는 지면과 수직이 되도록 한다.•

측정시 가 확보되도록 한다Moterks LOS(Line-of Sight) .•

주위의 장애요인이 없는 최적화된 공간에서 테스트를 한다.•

결과-

그림 노드그림 노드그림 노드그림 노드간간간간 거리 별로 측정된 위치거리 별로 측정된 위치거리 별로 측정된 위치거리 별로 측정된 위치 값값값값 오오오오차차차차 테스트테스트테스트테스트37.37.37.37.

위의 그래프는 노드간 거리 별로 측정된 위치 값을 나타낸 그래프이다 측정한 결.

과 내에서 정도의 오차를 보였고 노드간 거리가 멀어질수록 오차가 큰15m 5m˜

경향을 보였다.

에서는 비교적 높은 수치의 오차율을 볼 수 있다Single Mode .

- 59 -

Multi Mode▷

목적 일 때 노드의 위치를 측정하고 오차를 분석한다- : Multi Mode .

방법 아래의 그림과 같이 일정한 간격으로 노드를 위치시키고 각각의 값을- : RSSI

측정하여 거리 값을 구하고 그 오차를 분석한다.

- Tx Power: 0dBm(17.4mA)

높이- Mote : 2m

측정 시 주의 사항-

안테나는 지면과 수직이 되도록 한다.•

측정 시 간 가 확보되도록 한다Mote LOS(Line-of-Sight) .•

주위의 장애요인이 없는 최적화된 공간에서 테스트를 한다.•

그림그림그림그림 멀티멀티멀티멀티모드 테스트모드 테스트모드 테스트모드 테스트 환환환환경경경경38.38.38.38.

- 60 -

결과-

그림그림그림그림 멀티멀티멀티멀티모드 위치오모드 위치오모드 위치오모드 위치오차차차차 테스트테스트테스트테스트39.39.39.39.

정위의 그래프는 노드간 거리 별로 측정된 위치 값을 좌표로 나타낸 그래프이다.

측정한 결과 정도의 오차를 보였다 에 비해 비교적 양호한 오차3m . Single Mode˜

율을 보였다.

- 61 -

배터리수배터리수배터리수배터리수명명명명(3) Test(3) Test(3) Test(3) Test

배터리의 수명을 측정하기 위해 우리는 다음과 같은 실험을 하였다.

지그비 배터리 수명의 주된 요인 중의 하나인 주기를 달리하여 배터리의Wakeup

수명을 측정하였다.

환경Test■

배터리 종류 알카라인- : 2700mA

- RF Duration Time (ms): 19.2ms

- RF Active Current(mA): 32mA

측정 조건 을 달리하여 측정한다- : Wakeup Duration .

예 일( . 10ms, 20ms, 30ms, 40ms, 50ms, 60ms, 70ms, 80ms, 90ms, 100ms

때)

측정결과■

그림 수그림 수그림 수그림 수명명명명 테스트테스트테스트테스트 결결결결과과과과40. Zigbee Battery40. Zigbee Battery40. Zigbee Battery40. Zigbee Battery

시간 일 시간 일 시간1000ms: 2,430 (156 ), 1000ms:, 7338 (306 ), 3000ms: 10,779

일(449 )

결론 위의 그래프에서 보는 바와 같이 배터리의 수명은 주기에 비례함을 알 수:■

있다.

- 62 -

자자자자율율율율 네트워크 구성 및 센서 모네트워크 구성 및 센서 모네트워크 구성 및 센서 모네트워크 구성 및 센서 모니니니니터터터터링링링링(4) Test(4) Test(4) Test(4) Test

각각의 이 상호 자율 네트워크 구성을 하고 센서에서 들어오는 데이Zigbee Module

터를 모니터링 한다 각각의 지그비 모듈은 상호 신호의 세기를 비교하여 양호한.

신호를 선택하여 연결을 유지한다.

환경Test■

배터리 종류 알카라인- : 2700mA

- RF Duration Time (ms): 19.2ms

- RF Active Current(mA): 14.7mA

초- Wakeup Duration:1

측정방법■

번 모듈은 싱크 모듈로 모니터링 와 연결이 된다- 0 PC .

나머지 모듈은 임의의 위치에 두고 시키다- switch on .

모니터링 프로그램을 통해 각 모듈들에서 데이터와 연결은 확인한다- .

데이터는 로 연결은 회색 선으로 표시가 된다( text .)

위치를 바꾸어 가며 모니터링 한다- .

결과 각각의 모듈에서 들어오는 데이터를 모니터링 프로그램을 통해 확인할 수:■

있었으며 연결유지는 회색 선을 통하여 가변적으로 연결이 됨을 확인했다 즉 자, . ,

율적으로 양호한 신호를 선택함을 알 수 있었다.

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그림 자그림 자그림 자그림 자율율율율 네트워크 구성 및 센서네트워크 구성 및 센서네트워크 구성 및 센서네트워크 구성 및 센서 데데데데이터 모이터 모이터 모이터 모니니니니터터터터링링링링 화화화화면면면면41.41.41.41.

- 64 -

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

본 지원 사업 연구에서는 생산성 오랜 수명과 사용 편이성 과 실용성 및 확장성 향( ) (

후 및 와 연동 등 을 고려한 지그비 기반 무선단말 모듈장치 개발로 차후GPS GIS )

에 어떤 제품에도 적용이 가능한 호환성 높은 제품으로 선 개발하고 더 나아가 각

각의 조건 거리 온도 소음 전자기 먼지 등 에 따른 충분한 테스트를 통해 상활별( , , , , )

적응능력을 가진 장치를 제작하여 다기능 가변성을 가진 지능형, ZigBee Module

및 을 개발하고자 하였으며 우선 이에 기반이 되는 모듈장치 시Sys' Zigbee Node

제품을 개발 제작하였음· .

업체의 무선 통신 기기 및 시스템 지작 양산경험과 정부출연연구소의 특성평가 전,

장설계 및 장치제어기술 경험을 바탕으로 하여 다센서 및 위치 용 지그비Tracking

기반 무선통신 단말장치 노드제작 그리고 항목별 특성평가를 통한 신뢰성 있는 제,

품의 양산 기반을 마련하였음.

이를 통해 차세대 통신방법으로 대두되고 있는 기반의 센서 네트워크 통신Zigbee

시장에 대한 우선 기술력 확보를 통해 향후 관련 무선 통신시장 확대에 대한 선점

과 관련한 국내 부품 소재 산업을 선도하여 자체 기술력을 확보하고 이를 통해 지

능형 롯복 차세대 이동통신 디지털 컨텐츠 등과도 밀접하게 연관되어져 새로운, ,

와 부가가치를 창출함에 있어 그 토대를 마련하였음tney .

특화된 산업자동화 분야 통신시스템의 기본 부품소재항목이며 향후 홈오토Zigbee

메이션 빌딩오토메이션 메이컬 오토메이션 자동차 시스템 분야 응용에 대한 기초, , ,

기술로 자리매김하였음.

군사용 침입 감지용 및 및 산업용 변압기(1) (Area Module System) ( Position

및 용 및 을 위한 통신노드Tracking Thermo Measurement Module System) Zigbee

모듈장치제작 및 이를 이용한 무선 감시 추적 응용 기반기술 지원 달성· : 100%

각종 센서 에 대한 및 산업(2) (Thermo, Pressure, Vibration, Vision) Interface Test

용의 경우 산에 위치하기에 향후 를 활용한 포괄적 연동형 장치로의 발GIS + GPS

전기반 구축을 위한 관련기술 지원 달성100%

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인공 악조건 온도 먼지 바람 전자기 소음 등 하에서의 통신 테스트를 통한(3) ( , , , , )

안정적인 상활별 적응능력을 가지도록 로 방식의 가변형 모듈장치ald ZigBee Node

제공 달성: 100%

특성치 예- Spec.

위치측정 오차한계 멀티모드 싱글모드· :(± 1.5m( ), ±2.5m( )

전송거리 이상가능 기능수행가능 확장이 용이함· : 1Km (router - network )〉

통신 속도 대역 시· : 250kHz (2,4GHz ), 500kHz (turbo mode )

· Transmit Power : 15dBm

· Output Power : 4dBm(@1.5V), 7dBm(@1.8V), 14dBm(EXT.Power AMP)

· Receiver Sensitivity : -99dBm(@1.5V), -101dBm(@1.8V)

· Operation Condition : -40 80℃ ℃͂

외장 방진 방수 방열· housing , ,

· Size : 40×18×4

전장 제어설계 등 모듈장치 제작 지원- ·

기반의 센서네트워크 지향· Ubiquitous Computing

표준 방식 지원· Zigbee(LEEE802.15.4)

솔루션 호환 등· Embedded Type S/W

- 66 -

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

군사용 침입 감지용 및 및 산업용 변압기(Area Module System) ( Position Tracking

및 용 및 을 위한 통신 및Thermo Measurement Module System) Zigbee Module

무선 네트워크 시스템 개발을 통한 사업화를 진행함에 있어 당사 단독 개발 시 돌

출될 여러 가지 문제점을 기술 지원을 통한 공동개발로 해결할 수 있으리라 기대된

다 그리고 고급인력 투자확보 기술의 제반평가 등의 협조를 받아 본 사업을 성공. , ,

적으로 완료한 이후에도 지속적인 협력관계를 유지하는 계기를 갖게 됨으로써 향후

경쟁력 있는 기업으로 발전할 수 있을 것으로 판단된다.

또한 기존 당사에서 납품하고 있는 산업 자동화분야에 대한 각종 전자전기기기의,

맞춤형 설계 및 생산을 통해 각종 산업공정자동화 및 계측시스템과 관련하여 RFID

를 이용한 자동화 장치의 설계 및 가공을 통해 맞춤형 시스템에 우선 장착하여 시

스템의 검증 및 안정화를 통하여 국내 매출 및 국외 산업용 무선 계측 시스템에의

추가 수출이 예상됨으로 이에 연구지원 사업의 결과를 적극 활용하고자 한다.

특히 환경 분야 및 군사용에 대한 시스템 설계 및 개발을 통해 앞으로 폭넓은 사업

화가 기대됨으로 활용가치가 높다고 보여 진다.

그림그림그림그림 결결결결과과과과 활활활활용 계획용 계획용 계획용 계획42.42.42.42.

- 67 -

구분현재의 시장규모

년(2008 )

예상 시장규모

년(2010 )

세계시장 규모 억 원9,000 억 원30,000

국내시장 규모 억 원800 억 원2,500

그림 관련 시장그림 관련 시장그림 관련 시장그림 관련 시장43.43.43.43.

그림 향그림 향그림 향그림 향후후후후 매출계획 전망매출계획 전망매출계획 전망매출계획 전망44.44.44.44.

기타 적용가능 분야를 예로 들면 다음과 같다.

생산시스템 분야▷

생산 공정설비의 무선 실시간 환경정보 취득 및 유지 보수 관리체계에 적용이 가능

할 것으로 기대된다.

- 68 -

그림그림그림그림 생생생생산시스산시스산시스산시스템템템템 분야 적용 예상도분야 적용 예상도분야 적용 예상도분야 적용 예상도45.45.45.45.

환경감시 및 교량 균열감시 등 qnsei▷

산림 등 환경감시 분야와 미국 금문교처럼 다리 균열감시 및 반도체 제조 공정감시

등에 정보취득 기반 레벨에서의 요소기수로 활용이 가능하리라 기대된다.

그림그림그림그림 환환환환경 및경 및경 및경 및 교량교량교량교량감시 등 분야 적용 예상도감시 등 분야 적용 예상도감시 등 분야 적용 예상도감시 등 분야 적용 예상도46.46.46.46.

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그림 기그림 기그림 기그림 기타타타타 적용가적용가적용가적용가능 타능 타능 타능 타분야분야분야분야 활활활활용 예상도용 예상도용 예상도용 예상도47.47.47.47.

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제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

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