Earticle

The single-channel wireless sensor networks (WSNs) exists the problem of low efficiency of monitoring data transmission, however the multi-channel WSNs exists the problem of communication collision caused by the sensor node’s wireless channel competition. The paper at first introduces the causes of the above problems and selects a reasonable wireless channel resources allocation method of the multi-channel WSNs. Then to solve these questions, the theory of compressive sensing and spectrum sensing are adopted to improve the existing multi-channel WSNs. Finally, a new sensor node of the multi-channel WSNs is designed based on the above improvement. By analyzing the monitoring data of the field test, the improved multi-channel WSNs could complete monitoring mission efficiently and accurately, meanwhile it reduced power consumption of the WSNs effectively.

Wireless Sensor Network (WSN) field is mainly studied to monitor and characterize large-scale physical environments to track various environmental or physical conditions, such as temperature, pressure, wind speed and humidity. WSN can be used in various applications such as wild surveillance, military target tracking and monitoring, dangerous environmental exploration and natural disaster relief. We design probabilistic mobile models that apply to mobile ad hoc network mobile environments. A probabilistic shift model proposed by dividing the number of moving nodes and the distance of travel into two categories to express node movement characteristics. The proposed model of movement through simulation was compared with the existing random movement model, ensuring that the width and variation rate of the first node node node node (FND) was stable regardless of the node movement rate. In addition, when the proposed mobile model is applied to the routing protocol, the superiority of network life can be verified from measured FND values. We overcame the limitations of the existing random movement model, showing excellent characteristics in terms of energy efficiency and stable in terms of changes in node movement.

Sensor networks are used in various fields such as marine, defense, and smart home etc. Among the components of the sensor network, the sensor node collects sensor data, as one of the representative sensor network roles, and the sensor node makes a greate influence on the overall performance of the sensor network. Therefore, how to design the sensor node is an important issue in the sensor network field. However, the research on the sensor network architecture suitable for the sensor network installation environment has been made more important than the research on how to configure the sensor node. In this paper, we propose to identify elements to be considered for designing a sensor node that makes a large influence on the performance of the sensor network, and to easily implement the sensor node through the state transition model based on these elements.

센서 노드의 송수신 상태를 분석하여 노드의 생존성 향상과 효율적인 프로토콜 설계를 하려고 한다. 센서 노드의 분석을 위한 실험 환경은 다음과 같다. 센서 노드의 생존성-가용 배터리, 센서 노드의 출력-검색 가능 영역, 센서 노드의 통신 경로-라우팅 테이블 생성, 센서 노드의 대역폭-송신 데이터의 크기이다. RFID 태그와 리더를 통한 관리 시스템과 재해방지를 위한 다양한 센서를 통한 정보 수집 시스템과 의사결정 시스템에 적용 될 수 있다. 그리고 다양한 센서 데이터로부터 수신된 데이터의 자료수집, 센서분류, 수신율 조절 시스템을 위한 프로토콜 설계 자료로 활용 가능하다.

무선 센서 네트워크는 관심 지역에 많은 에너지 자율적인 마이크로 센서들로 분포되어 구성된다. 각각의 노드들은 에너지 공급에 제한을 가지며 싱크 노드와 통신하는데 필요한 정보들을 발생 시킨다. 이러한 네트워크에서의 기본 동작은 기지국(base station)으로 데이터를 취합하고 전송하는 것이다. 무선 센서 네트워크의 응용분야 중에서 환경 감시를 위한 센서 노드의 유선 설비는 기반 시설이 수반 되어야 하므로 설치가 어렵고 번거로우며 많은 비용이 들기에 설치 측면과 비용 측면에서 장점이 있는 무선 센서 네트워크의 도입이 요구된다. 본 논문에서는 이러한 무선 센서 네트워크를 이용하여 환경 모니터링 시스템을 구현해 보았으며, 네트워크 구성에 사용된 센서 노드는 저비용, 저전력에 근거해 자체 제작한 로온도, 습도, 조도의 데이터를 수집할 수 있도록 설계 하였으며, 베이스 노드와 호스트간은 시리얼 통신 및 USB 통신을 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다.

무선센서네트워크는 처리능력과 자원이 제한된 수많은 소형의 센서노드들로 구성된다. 따라서 무선센서네트워크에 있어서 가장 중요하고 기본적인 요소는 환경 정보를 수집하고 이를 사용자 응용시스템에 전송하는 센서노드 기술이다. 기술의 발전에 따라 센서노드는 점점 소형화 되고 지능화 되어 그 응용범위를 넓혀가고 있다. 특히 이식형 센서노드 기술은 인체나 가축의 체내에 이식되어 질병을 감시하고 치료하는데 사용됨으로써 무선센서네트워크의 미래 발전 방향을 제시한다. 본고에서는 가축의 체온을 실시간으로 감시할 수 있는 이식형 무선 센서노드를 설계하였다. 또한, 실시간 생체 감시 시스템 구현을 위한 추가적인 고려사항에 대하여 논하였다.

Wireless Sensor Network (WSN) is consisted of lots of tiny sensor nodes with limited processing power and computing resources. Thus, the most critical and fundamental element of WSN technology is sensor node, which gathers environmental information and transmits it to the user application systems. Due to the technological advancement, sensor nodes are become smaller and more intelligent, hence, expand their application area. Specifically, implantable wireless sensor node technology, to monitor and treat disease by implanting tiny sensor nodes into human body or livestock, shows further directions of WSN. In this paper, we have designed an implantable wireless sensor node to monitor livestock body temperature in real time. We also discussed on the additional considerations to implement real time bio-monitoring systems.

무선 센서 네트워크에서 가장 중요하고 기본적인 요소는 환경 정보를 수집하고 이를 사용자 응용시스템에 전송하는 무선 센서 노드이다. 무선 센서 노드는 센서로 환경 정보를 수집하고 이를 저장, 가공하여 처리된 데이터를 사용자에게 전송하는 무선 송수신 장치로 기술의 발전에 따라 소형화, 지능화되고 있다. 특히 마이크로컨트롤러, RF 모듈, 메모리 등을 하나의 칩 내부에 모두 통합하는 SoC(System-on-Chip)기술은 센서 노드의 소형화와 제조 단가를 낮추는데 중요한 역할을 한다. 본고에서는 상용 SoC를 사용하여 무선 센서 네트워크를 위한 소형 무선 센서 노드를 설계하였으며 이를 이용한 여러 활용 방안 및 추가적인 고려사항에 대하여 논하였다.

The most essential element in wireless sensor network is wireless sensor node which collects environmental information and transmits it to the user application systems. Recently, due to the technological advancement, wireless sensor nodes are become smaller, more intelligent and less power consuming. Especially, SoC(System-on-Chip) technology, which unifies the MCU, RF module, memory and other element inside one chip, plays an important part for miniaturization of sensor node, hence reduces the manufacturing expenses. In this paper, we have designed a miniaturized wireless sensor node for wireless sensor network using commercial SoC technology and discussed about some application scenario and additional considerations.

본 논문에서는 환자나 만성질환자가 공간적으로 구속을 받지 않고 자유롭게 이동이 가능한 상태에서 건강상태 모니터링이 가능한 셀룰러폰(Cellular telephone)에 기반한 통합형 생체신호 계측 및 생체정보 관리가 가능한 생체 관리 시스템을 설계하고자 하였다. 메디컬센서 인터페이스를 센서노드에 부착할 경우 개별적인 센서노드가 필요하기 때문에 생체 디바이스의 문제점을 해결하기 위해서 통합형 메디컬 센서노드 어플리케이션을 설계하였다. 셀룰러폰으로 ECG(Electrocardiogram), 혈압(Blood pressure), 혈당(Blood sugar)과 같은 생체신호를 모니터링해서 비정상적인 생체신호를 판별하며, 당일 측정한 생체신호를 셀룰러폰에 저장해 과거에 측정한 메디컬 기록들과 함께 차트로 리뷰 가능하다. 본 논문에서는 기존의 실시간 생체 모니터링 비해, 개발된 셀룰러폰 기반의 헬스케어용 관리시스템은 고/저혈압, 당료를 갖고 있는 만성질환자가 상시적으로 질병을 관리할 수 있으며, 또한 CDMA의 특성상 넓은 환경에서도 전송이 가능하무로서 무선센서네트워크를 이용하기 위해 CDMA 방식과 통합하였다.

The Multiple vital signs management system using Mobil phone is designed with Wireless sensor network and CDMA which are integrated to create a wide coverage to support various environments like inside and outside of hospital. Health signals from medical sensor node are analysed in cell phone first for real time signal analyses and then the abnormal vital signs are sent and save to hospital server for detail signal processing and doctor's diagnosis. We developed integrated vital access processor of sensor node to use selective medical interface(ECG, Blood pressure and sugar module) and control the self-organizing network of sensor nodes in a wireless sensor network. chronic disease such as heart disease and diabetes is able to check using graph view in mobile phone.

언제, 어디서나, 누구라도 컴퓨터와 네트워크를 통해 손쉽고, 편리하게 서비스를 제공 받을 수 있도록 컴퓨터를 실생활 환경 속에 편재시키는 유비쿼터스 컴퓨팅(Ubiquitous Computing)은 차세대 컴퓨팅을 주도할 개념으로 급부상하고 있다. 이러한 환경 속에서 안전하게 서비스를 이용할 수 있는 환경은 매우 중요하다. 그러나 유비쿼터스 환경을 구축하는 대부분의 센서 노드들은 초소형, 초경량의 제한된 자원을 가지고 있어, 기존의 무선 네트워크에서 사용된 기술을 그대로 사용할 수 없다. 따라서 최소한의 자원을 사용하는 보안 기술개발이 필요하다. 본 논문에서는 기존의 SHA1알고리즘을 센서 네트워크에서 사용할 수 있도록 경량화하여 적용해 보았다. 각 노드에서 센서 값을 취득하여 디지털로 변환하고 무선 통신으로 전송하기 전에 인증 알고리즘을 거쳐서 생성된 인증값을 보내려는 데이터에 추가하여 전송한다. 이 데이터를 받은 노드에서는 동일한 알고리즘으로 인증 값을 생성하고 받은 인증값과 비교하여 데이터의 인증 절차를 수행한다. 이렇게 함으로써 데이터의 정확성이나 무결성을 보장할 수 있다.

최근 인터넷의 급속한 보급과 네트워크 기술의 발전은 현재 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 실현하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. USN의 센서 노드는 개별적인 센서 정보 서비스를 제공하기 위해 다양한 종류의 센서를 탑재한다. 이를 위해 불특정 사용자가 서비스를 이용하여 XML 기반의 웹 서비스 환경에서 활용할 표준화된 데이터 표현 언어가 필요하다. 본 논문에서는 필요한 센서 정보를 표준화된 형태로 표현하기 위한 USN 응용 서비스에서의 센서 데이터 표현 언어를 설계하였다. 이는 USN 분야의 기반 기술과 서비스 활성화를 위해 활용 될 것이다.

The rapid spread of Internet and network technology advances the current USN (Ubiquitous Sensor Network) in order to realize research is taking place. USN individual sensor information of the sensor nodes to provide the service is equipped with various kinds of sensors. To do this, you can use a service unspecified XML-based Web services to leverage in the standardized data representation language is needed. In this paper, the required sensor information expressed in a standardized form for USN application service was designed in the sensor data representation language. The USN-based technologies and services in the field will be utilized to activate.

인터넷의 보급과 컴퓨터 네트워크 기술의 발전과 함께 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 실현하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. USN의 센서 노드는 다양한 종류의 센서를 탑재하여 개별적인 센서 정보 서비스를 제공한다. 이를 위해 XML 기반의 웹 서비스 환경에서 활용되고, 불특정 사용자가 서비스를 이용할 수 있도록 표준화된 데이터 표현 언어가 필요하다. 이에 본 논문에서는 USN 응용 서비스에 필요한 센서 정보를 표준화된 형태로 표현하기 위한 센서 데이터 표현 언어를 설계하였다. 이는 USN 분야의 기반 기술에 활용되며, 서비스 활성화를 위해 활용 될 것이다.

Nowadays, the Study is going on develop USN (Ubiquitous Sensor Network) with Diffusion of the Internet and development of computer network technology. USN sensor nodes equipped with various types of sensors provide sensor information to each individual sensors. To do this, there needs standardized data description language for allowing many people to use based on XML in web-service enviroment. In this paper USN sensor information required for application services in a standardized form to describe the sensor data representation language was designed. USN-based technology utilized in the field, and will be utilized for service activation.

TinyOS기반의 u-헬스케어를 위한 무선센서노드 어플리케이션을 구현하였으며 이를 이용하여 기존의 지속적인 데이터 전송방식과 성능 비교를 하였다. 무선센서노드에서 QRS-complex 넓이와 R-R간격을 이용하여 비정상적인 ECG를 감지하였다. 사용된 ECG 데이터는 MIT/HIB Database 100, 112, 119번을 이용하였다. 정상적인 ECG 데이터를 가지고 있는 100레코드를 기준으로 지속적인 데이터 전송 시 발생되는 패킷량과 전원 소모율을 측정 후, 본 연구에서 구현된 문선센서노드 어플리케이션을 이용하여 각각의 ECG데이터를 이전과 같은 방법으로 성능 평가하여 비교분석 하였다. 비교분석 결과, ECG 데이터 발생량, 전원 소모율이 획기적으로 감소된 것을 알 수 있었다.

The functional wireless sensor node for u-healthcare application was developed. The developed sensor node can check the abnormality of ECG in some simple software in ROM of microprocess in the sensor node. The ECG signal is one of very important health signal form human body, and wavelike signal which is sampled as a sampling frequency between 100 and 400 Hz for digitalization, so the wireless data dor ECG signal is some heavy in Zigbee communication. Thus the sensor send the ECG signal to other sensor nodes or base station when it find abnormality in ECG signal is key technology to reduce the traffic between sensor nodes in wireless sensor network for u-healthcare, The sensor node does not need to transmit ECG data all time in wireless sensor network and to server. Using these sensor nodes, the healthcare system can dramatically reduce wireless data packet overload, the power consumption of battery in the sensor nodes and thus increase the reliability of the wireless system.

In this paper, we described a design and implementation of a sensor node for environmental monitoring. The main focus of design for sensor nodes is to isolate MCU for treating sensors from the RF module for considering various communication environment. The second is to make the interface between MCU and varity of sensor. In addition, we choose a narrow band communication module, cc1020, for the admittance of Korea government comminication law. We also use a uC/OS-II as an operating system which is famous for 8bit MCUs. We showed that the communication performance is sufficient to use the communication module in a out-door environment through several experiments in that it is possible to transmit between loom distance through experiments in a mountain.

There are many researches to build up ubiquitous environment by the Ubiquitous Sensor Network(USN). These applications, such as home network, health care, natural environment and agricultural areas, are implemented by an embedded system. Their fields are gradually spreading. However the power consumption in its implementation plays an important role on the surrounding environment of the wireless network. In this paper, we design low power processor based sensor node platform for agricultural applications. We also compare its some performance with existing products.

홈 네트워크 기술에서 무선 통신의 중요성이 날로 커져가고 있다. 본 논문에서는 무선 통신 방식으로 구현함에 있어서 중요한 것을 저전력 특성을 가져야 한다는 것이다. 저전력 특성 구현을 위하여 센서, CPU, RF 모듈의 선택에 대해 알아보고, 저전력 무선 보드 센서 설계 및 실제 구현 방식을 제시한다. 저전력 방식으로 설계된 센서는 AA 배터리 2 개로 1 년 이상의 성능을 낼 것으로 판단된다.

In this paper we present a new-generation sensor network processor which is not optimized in circuit level, but in system architecture level. The new design build on a conventional processor architecture, improving the design by focusing on application oriented specification, ISA, and micro-architectural optimization that reduce overall design size and advance energy-per-instruction. The design employs harvard architecture, 8-bit data paths, and an compact 19 bit wide RISC ISA. The design also features a unique interrupt handler which offloads periodical monitoring jobs from the main part of CPU. Our most efficient design is capable of running at 300 KHz (0.3 MIPS) while consuming only about few pJ/instruction.

본 논문에서는 센서노드용 원형편파 안테나의 설계하였다. 확률론적 방법인 Particle Swarm Optimization(PSO) 알고리즘과 Adaptive Particle Swam Optimization(APSO) 알고리즘을 구현하고 성능비교를 통해 안테나 최적설계에 적합한 알고리즘을 결정하였다. PSO는 41번, APSO는 27번의 계산 결과 수렴을 하였다. 두 알고리즘 모두 최적설계에서 목표값을 모두 만족을 하였으나 수렴도에서 APSO가 빠르게 수렴한 것을 확인할 수 있었다.

In this paper, an improved designed of the circularly polarization antenna for sensor node. Stochastic optimization algorithms of Particle Swarm Optimization (PSO) and Adaptive Particle Swam Optimization(APSO) are studied and compared. To verify that the APSO is working better than the standard PSO, the design of a circularly polarization antenna is shows the optimized result with 27 iterations in the APSO and 41 iterations in th PSO.