무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network : WSN)

무선 센서 네트워크(이하 WSN)는 "아주 많은 소형의 센서 노드(Sensor Node)들이 무선(Wireless)을 통해 네트워크(Network)에 연결되어 있다" 라고 간단히 정의 내릴 수 있다.

즉, WSN은 컴퓨팅 능령과 무선 통신 능력을 갖춘 센서 노드를 응용 환경에 배치하고, 자율적으로 네트워크를 형성 한 후, 센서 노드로 부터 획득한 물리적 정보들을 무선으로 수집하여 감시/제어 등의 용도로 활용하는 기술을 말한다.

WSN의 궁극적인 목적은 모든 사물에 컴퓨팅 능력 및 무선 통신 능력을 부여하여 "언제", "어디서나" 사물들끼리의 통신이 가능한 유비쿼터스 환경을 구현하는 것이다. 현재 법제화 및 표준화가 진행되고 있는 Internet of Things, 사물통신망, Machine-to-Machine(M2M)이 그 모습이라 할 수 있다.

위 그림은 WSN의 구성을 보여준다. 필드에 배치된 센서 노드(End Device)는 수집된 정보(온도, 습도, 소리, 진동, 압력, 모션, 오염)를 싱크 노드로 전송 한다. 싱크노드는 호스트 컴퓨터와 연결되어 있거나, 인터넷(외부 네트워크)에 연결하기 위한 게이트웨이의 역할을 하게 되며 싱크 노드로 전송된 정보들은 인터넷(광대역통합망 : BcN - Broadband Convergence Network)을 통하여 사용자에게 서비스 된다.

WSN의 주요 특징으로는 다음과 같다.

(1) 장애 내성(Fault tolerance)

• 센서 노드들은 전력의 부족이나 물리적인 손상, 그리고 환경적인 방해 요소들로 인해서 동작이 멈추게 되는 경우가 발생한다. 그러나 몇몇 적은 수의 센서 노드들의 고정이 전체 센서 네트워크에 영향을 주어서는 안된다.

(2) 확장성(Salability)

• 요구되는 노드의 수가 ad hoc 네트워크와는 달리 어플리케이션에 따라 수백에서 수천, 심지어 수만에 이르기까지 엄청나게 많아질 수 있으므로 센서 네트워크 프로토콜들은 이러한 네트워크 규모에 관계없이 잘 동작할 수 있어야 한다.

(3) 저가격(Low-cost)

• 매우 많은 수의 센서 노드가 사용되므로 노드의 가격은 매우 저렴해야하며, 센서 네트워크 설계 시 이러한 가격적인 측면을 고려해야 한다. 즉 가격에 영향을 미치는 고기능 고사양을 요구하는 설계는 지양해야 한다.

(4) 저전력 소모(Low-power consumption)

• 무선 센서 노드는 제한된 에너지 공급원을 가지고 있기 때문에 네트워크 토폴로지의 변형이나 다른 요인들로 인해 네트워크의 재구성, 패킷의 재전송을 수행하는데 있어 에너지 사용을 최소화해야 한다. 여기서 에너지는 대부분 RF통신, 센싱, 데이터 처리에 사용된다.

(5) 강인한 구조의 동작 환경

• 센서 네트워크는 사용자의 접근이 쉽지 않은 지역적으로 멀리 떨어진 곳에 설치되어 동작될 수 있으며, 자연에 그대로 노출된 상태로 동작하기 때문에 센서 네트워크는 이러한 열악한 동작 환경을 고려하여 설계되어야 한다.

참조
http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_sensor_network
USN 서비스별 망구조 분석 및 USN기반 특허DB구축에 관한 연구, 한국 RFID/USN 협회

연재 순서
1. 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)
2. 하드웨어 플랫폼 기술
  2.1 센서 노드의 역사
  2.2 센서 노드의 구성
  2.3 범용 센서 노드
  2.4 센서, 센서 인터페이스(IEEE 1451)
3. 소프트웨어 플랫폼 기술(운영체제) 
  3.1 운영체제 : TinyOS, Contiki, Mantis, SOS, FreeRTOS, Nano-RK, BTnut, AmbientRT, Nano-Q plus, SenWeaver
  3.2  제어 툴 : OCtopus Dashboard, MViz, Surge, NS-2, OmNet++, Tossim, J-SIM, Qualnet, Avrora
4. 통신 기술
  4.1 WPAN(Wireless Personal Area Network)
  4.2 LR-WPAN(Low Rate-WPAN)
  4.3 IEEE 802.15.4 : Sensor Mac
  4.4 ZigBee
  4.5 6LoWPAN
5. WSN의 응용
6. Internet of Things, 사물통신망
7. Machine to Machine(M2M)