NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 28, No. 3, 2010…
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특·별·기·획(Ⅰ)
USN(Ubiquitous Sensor Network)기술은 인간과 사물이 서로 소통 하기 위하여 개발된 기술이다. 최근 적용 범위가 넓어지고, M2M(Machine-to-Machine) 기술에 대한 요구가 증가함에 따라 다양한 산업에 USN 기술이 적용되고 있다. 본고에서는 가스충전소 등과 같 은 가스 시설물의 안전 관리를 위한 USN 시스템 구축 사례를 통해 안전관리를 위한 USN 기술의 활용을 위 한 기본 요소 기술에 대하여 알아보도록 하겠다.
USN 기술이란
초기 USN 기술은 소형 MCU(Micro-Controller Unit) 및 무선 통신 칩을 바탕으로 하는 저가의 USN 노드(Node)를 대량으로 배포하여 데이터 수집 및 중 요 이벤트를 감지하기 위하여 개발되었다. 최근 건축, 과학, 해양 등 다양한 분야에 적용 되면서 여러 형태 의 센서가 적용이 되고, 센서 노드의 플랫폼도 다양화 되었다. 특히 각 적용분야에 기사용되었던 센서가
USN 노드에 탑재되기 시작하면서 USN 기술은 무선 통신을 사용하여 기존 유선 센서를 대체하거나, 또는 유선 센서가 사용되지 못하는 상황에서 적극적으로 사용되고 있다. 현재의 USN 기술은 일반적으로 무선 네트워크, MCU, 센서로 이루어진 USN 노드 플랫폼 을 사용하는 기술을 말한다.
USN에서 사용하는 무선 통신의 표준은 IEEE 802.15.4 PAN(Personal Area Network, 근거리 통신 망)이다. 이는 2.4GHz 대역의 주파수를 사용하고 250Kbps의 속도를 가지며, 자기 스스로 망을 구축하 고 관리, 유지 할 수 있는 네트워크 망 표준이다.
Zigbee, WirelessHART 등의 표준에서도 기본 통신 은 IEEE 802.15.4를 사용한다.
USN 플랫폼에서 사용하는 MCU는 일반 PC의 CPU(Central Processing Unit)역할을 하는 것으로 센 서로부터 수집된 정보를 가공하여 적절한 패킷 (Packet)형태로 바꾸어준 뒤 라디오로 전송하도록 하
USN을 이용한 가스 시설물 안전 관리
송병훈, 최석원
전자부품연구원, {bhsong, sukwon}@keti.re.kr
그림 1. 본 연구팀에서 진행하는 u-가스 안전망 구축 기술.
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는 역할을 한다. 기존 산업용 제어기기를 위해 사용되 었단 TI의 msp430이나, Artmel AVR129 등을 MCU 로 많이 사용하였나 최근 응용이 다양화 되면서 좀더 높은 성능의 MCU를 사용하기도 한다. 사용되는 MCU 는 외부 ADC(Analog to Digital Converter)를 설치하 는 오버헤드를 줄이기 위하여 내장 ADC를 가진다.
센서는 적용되는 응용에 따라서 다양하게 바뀔 수 있다. 하지만 일반적으로 USN 노드가 배터리를 기반 으로 작동하기 때문에 최대한 저전력으로 동작하는 센서를 사용한다. 또한 배치의 용이성을 고려하여 소 형 센서를 사용하는 것이 USN 기술의 일반적인 특징 이다. 이러한 기본 내용에 맞추어 다음 절의 실제 구 축 사례를 보도록 하겠다.
USN을 이용한 가스 시설물 감시
가스 시설물 감시를 위하여 본원에서는 [그림 1]과 같은 u-가스 안전망 기술을 개발하여 실제 시설물에 적용을 진행하고 있다. 해당 기술은 시설물 관리용 초 소형, 저전력 USN 노드 플랫폼을 충전소, 배관에 배 포 한 뒤 이를 모니터링 한 후 가스 안전을 위한 통합 관리 시스템으로 전송하기 위한 기술이다. 시설물 내 에서는 USN 망을 구축하여 근거리 전송 기술을 통해 실시간 정보를 수집하고, 일정 시간 동안 수집된 모니 터링 정보는 CDMA, WiBro 등 원거리 전송 기술 (TRS 기반 무선 백본망)을 이용하여 통합 관리 시스
템으로 전달한다. 통합 관리 시스템에서는 전달 받은 정보를 이용하여 시설물을 유지 관리하기 위한 데이 터로 사용하거나, 타 서비스와 연계하여 여러 편의 정 보를 제공한다. 본고에서는 u-가스 안전망 기술의 핵 심 요소기술 중 시설물 모니터링을 위한 USN 기술에 대하여 중점적으로 기술한다. 특히 사용된 USN 노드 플랫폼과 사용된 USN 망에 대하여 간략하게 살펴 보 도록 한다.
1) 시설물 관리용 초소형, 저전력 USN 노드 플랫폼 [그림 2]는 가스 시설물 관리를 위하여 USN 플랫 폼을 장착한 모습이다. u-가스 안전망 기술에서는 가 스의 누출과 시설물의 이상징후를 감시하기 위하여 가 스 누출 센서와 가속도 센서를 USN 노드에 동시에 장 착하였다. 가스 누출 센서는 일정 수준 이상의 가스가 노출되는지를 감시한다. 가속도 센서는 가스 시설물의 진동을 감시한다. 이를 위하여 [그림 3]과 같은 USN 플랫폼을 제작하여 사용한다. 그림에서와 같이 가스 시설물 관리를 위한 USN 플랫폼은 기본적인 USN 노 드에 가스 시설물에 적합한 센서를 장착하였다.
2) 시설물 모니터링을 위한 USN 망 구축
USN의 가장 큰 장점은 소형 USN노드를 사용하 고, 근거리 통신을 사용하기 때문에 장소에 구애 받지 않고 배치 될 수 있는 것이다. u-가스 안전망 기술의 핵심 요소 기술의 하나는 [그림 2]에서와 같이 장착 된 USN 노드를 가스 시설물 전체에 배치하였을 때 이를 운영하기 위한 망을 구축 하는 것이다. [그림 4]
는 이러한 망 구축이 이루어지고, 감시 데이터가 어떻 게 전달되는 것인가를 보여주고 있다. 그림에서 볼 수 있듯이 각각의 USN 노드에서 수집된 데이터는 그 위 치에 따라서 근접한 USN 노드로 전달되고, 전달된 데이터는 다른 USN 노드 혹은 데이터 중계기 및 집 중기를 통하여 수집된다. 수집된 데이터는 데이터 중 계기/집중기에 연결되어 있는 LAN 망을 통하여 호 스트 PC로 전달한다. 호스트 PC의 데이터는 [그림 1]
그림 2. 시설물 관리용 초소형, 저전력 USN 플랫폼.
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에서 보여준 TRS 기반 무선 백본망을 통해 원격지의 통합 서비스로 데이터를 전달하게 된다.
결론
본지에서는 u-가스 안전망 구축 사례를 통하여 USN 을 이용한 가스 시설물 모니터링을 위한 기본적인 기술 의 대략적인 모습을 보았다. 특히 사용되는 센서, 이를 부착하기 위한 플랫폼 구조 그리고 네트워크 구성을 위 한 기본 사항들에 대하여 간략하게 살펴 보았다.
USN 기술은 근거리 무선 통신을 기본으로 하기 때 문에 배터리를 사용한 플랫폼의 제작이 가능하여 장소
에 구애 받지 않고 다양한 정보를 모니터링 할 수 있다.
MCU 기반의 USN 노드에 각 시설물의 안전관리에 적합한 센서를 사용한 뒤, 이를 USN 네트워크 망으로 구축하면 해당 시설물을 실시간 24시간 감시가 가능하 다. 특히 유선 네트워크와 같이 새로운 망을 구축하기 위한 배선 공사가 필요 없기 때문에 기존 시설물에 손 쉽게 안전 관리 시스템을 장착 할 수 있다. 최근 MEMS(Microelectromechanical Systems) 기술의 발 달로 각종 센서들이 소형화 되고 있어 향후 안전관리 를 위한 기술로서 USN 기술이 많이 사용 될 것이다.
