정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 95. USN

95. USN

 

가. USN(Ubiquitous Sensor Network)의 개념
최근 IT 패러다임은 인터넷 중심에서 인간과 사물, 컴퓨터가 융합되는 기술로 급속
히 전환 중에 있다. 이를 위해 인간과 사물 간, 사물과 사물 간 네트워크화를 위해서
RFID/USN 분야가 핵심 IT 산업으로 형성되고 있다. 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)
은 어느 곳에나 부착된 태그와 센서로부터 사물 및 환경 정보를 감지하고 저장, 가공
하여 인터넷을 통해 전달하는 기술로 거의 모든 인간 생활에 활용하는 것을 목적으로
한다. 다시 말하면, 무선식별(RFID) 센서와 IPv6기반의 BcN(Broadband Convergence
Network)의 결합으로 이루어지는 네트워크이다. USN 서비스의 경우, 현재는 건물의
안전과 같은 공공의 목적, 적지 정찰과 같은 군용 목적, 생태계나 환경오염의 관측과
같은 과학적인 목적에 주로 응용 서비스 기술이 개발되고 있으나, 점차 댁내 안전, 편
리성, 나아가서는 인간의 생체에 응용될 수 있는 상황 인지의 지능형 서비스로 발전

할 전망이다. 또한 농업, 광업, 어업, 상업, 건설 등 산업 전반의 생산 공정에 USN
을 활용하여 원자재 관리, 생산 자동화 및 상품이력 관리로 생산성이나 효율성 증대
에 기여하고 환경, 기상, 생태계, 재해 예측 및 방재, 시설제어, 교통정보 및 제어,
물류, 가정/사무자동화, 의료, 복지, 교육, 방범, 보안 등 광범위한 분야에 USN의
적용으로 국민의 복지 수준이 향상될 것으로 기대되고 있다.

나. USN의 구조
USN은 여러 개의 센서 네트워크가 게이트웨이를 통해 외부
네트워크에 연결되는 구조를 갖는다. 센서 노드들은 가까운 싱크(Sink) 노드로 데이
터를 전송하고 센서 노드로 집적된 데이터는 USN 게이트웨이로 전송된다. 게이트웨
이에서 관리자에게 전달되는 데이터는 위성통신, 유무선 인터넷 등을 통해 전송될 수
있으며, 이런 액세스 네트워크는 기존 인프라를 이용한다.

백본망 및 액세스 네트워크는 IPv6 기반의 광대역 융합망(BcN)으로 인터넷 통합
망을 가정하며, 이는 곧 모든 센서 노드에 IPv6가 적용되는 것을 뜻한다. 또한 센서
네트워크의 애플리케이션을 위해 미들웨어로써 서비스 플랫폼이 제공되어 사용자는
이를 통해 차세대 네트워크인 지능형 센서 네트워크를 자유롭게 이용하게 된다. 센서 네트워크는 네트워크를 구성하는 일정 지역에 작은 노드들이 수백에서 수천 개까
지 설치하여 통신하는 구조를 갖는다. 또한 노드들이 주고받는 데이터는 그 크기도
작고 데이터의 발생 빈도 또한 매우 낮아 통신하는 양은 많지 않을 것으로 가정한다.

다. USN 기술동향
USN은 센서 네트워크를 이용해 유비쿼터스 환경을 구현하는 것이 목적이다. 특히
USN은 RFID와 무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network) 등의 내용을 포
함하고 있고 처음에는 WSN에서 시작했으나 국내에서는 포괄적 의미로 USN이라는
명칭을 사용한다. 이는 모든 사물에 적용되는 임베디드 무선 네트워크 기술을 의미
한다. USN을 구현하는 기반 기술은 [그림 6-50]과 같으며, RFID, 6LoWPAN, 지그
비(ZigBee) 등을 이용하여 IPv6을 접목한 USN이 크게 확산될 것으로 예상된다. [표
6-11]은 무선 네트워크 기술인 와이파이, 블루투스, 지그비를 서로 비교한 것이다.
표에서도 알 수 있듯이 USN을 구현하는 무선 센서 기술은 배터리 수명이나 네트워크
범위측면에서 지그비가 효율적인 것으로 여겨진다. [그림 6-51]은 센서기술과 무선
네트워크 기술, 그리고 백본 네트워크의 발전 로드맵을 표현한 것이다.

와이파이, 블루투스, 지그비의 비교

구분	Wi-Fi	Bluetooth	ZigBee
표준	IEEE 802.11b	IEEE 802.15.1	IEEE 802.15.4
적용목적	웹, 이메일, 비디오	유선 케이블 대체	모니터링 및 제어
배터리 수명	0.5∼5일	1∼7일	100∼1,000일
전력소모	300㎽(Active) 1∼3㎽(Sleep)	60∼70㎽(Active) 20∼30㎼(Sleep)	50∼60㎽(Active) 5㎼(Sleep)
네트워크 크기	32	7	100∼1,000
전송속도	11,000Kbps	720∼3,000Kbps	20∼250Kbps
범위(미터)	1∼30m	1∼10m	1∼100m
네트워크 형태	성형(star)	성형(star)	망형(mesh)

무선 메시(Mesh) 네트워크 기술은 기존의 무선 LAN의 한계를 극복하기 위한 목적
으로 등장한 기술로서 이는 IEEE802.11에서 분리된 IEEE802.15에서 표준화를 다루고
있다. 무선 메시 네트워크는 유선망의 메시 네트워크 형태를 무선망으로 가져와 망의
신뢰도를 높일 뿐만 아니라 적은 출력만으로도 확장할 수 있다는 장점이 있다. 이와
같은 특징은 기존의 점-대-점, 점-대-다점을 연결하는 무선통신 방식과 비교되는 특
징이다. 이러한 메시 네트워크는 망의 확장성과 신뢰성, 이동성으로 인해 차세대 이
동통신, 홈 네트워킹, 공공 안전과 같은 특수 목적 네트워크 등에 활용되고 있다. [그
림 6-52]는 메시 네트워크에 기반을 둔 IP-USN(Internet Protocol-USN)의 개념을 표
현한 것으로 저전력·저비용·저대역의 특징을 지닌 센서 노드가 주변 노드와 네트워
크를 구성하도록 한다. 이를 통해서 USN의 각 센서 노드와 자율적으로 상호작용해
수집한 정보와 상태 정보를 중앙 서버나 주변 노드로 전송하거나 저장해 언제 어디서
든 정보에 접근할 수 있도록 한다.

 

지그비를 활용한 USN의 응용분야는 [그림 6-53]과 같이 다양하며, 대표적인 예로
u-시티, u-재난과 안전 서비스, u-헬스케어, u-교육 등을 들 수 있다.