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김동효, 오준민 Realizing the Internet of Nano Things: Challenges, Solutions, and Applications 1/24 발표순서 개요 The Internet of Nano Things Data Collection System Architecture Routing Technology Molecular Nanonetworks E.M Nanonetworks Unconventional Routing Middleware System Management Data Analysis Energy Conservation Other Challenge Applications 결론 2/24 개요 제목 : Realizing the Internet of Nano Things: Challenges, Solutions , and Applications 저자 : Sasitharan Balasubramaniam, Tempere University of Technology, Finlan, and Waterford Institue of Technology, Ireland Jussi Kangasharju, University of Helsinki, FInland 3/24 Internet Of Things + Nano Sensor? IoT는 우리의 일상 생활을 좀 더 Pervaisive 나노 센서 기술을 Computing 환경으로 더한다면? 변화시켜 왔다. 4/24 Internet of Nano Things 1959년 Richard Feynman의 최근 몇 년 사이에 나노장치를 위한 새 유명한 노벨 강의 이후로 로운 통신 패러다임을 만들기 위한 목 적으로 나노통신 학과 개설되어짐 빠르게 진보 IoNT 사람 주변의 다양한 물건에 나노센서 를 매립하는 것은 IoT의 새로운 접근법 이것이 IoNT 5/24 IoNT 기본 개념은 Ian Akyildiz와 Josep Jornet에 의해 소개 되어짐 IoNT 개념도 6/24 IoNT 통신의 대표적 2가지 분자 통신 • 인체와 같은 생물학적 기관 내에서 통신 • 예를 들어, 세포를 센서로서 재프로그래밍 하는 것 • 분자확산, 박테리아 및 바이러스의 네트워크, 뉴런 이용 등 • 높은 노이즈, 분자의 느린 전파, 박테리아 및 바이러스의 자유 활동으로 인해 나노장비들간의 통신에서 너무 느리거나 믿을 수 없는 메시지 전송 발생 가능 E.M 통신 • 각 각의 기기는 마이크로센서의 티끌만 하며, 2~6마이크로미터 • 구성요소는 안테나(그래핀 소재), EM 트랜시버, 프로세서 • 자체 전력이나, 에너지 수급 방법이 있어야 하며 에너지 수급과 통신 주기 사이의 시간차를 조절할 수 있어야 함. 통신의 신뢰성에 영향을 줄 수 있는 그래핀 안테나의 분자 흡수에 대해 서도 대응 가능하여야 한다. 7/24 Data Collection 분류 문제점 제안된 해결방안 시스템 구조 만약 마이크로게이트웨이가 모 든 나노센서로부터의 정보를 처 리해야 한다면 급속한 에너지 소 모의 문제가 일어날 수 있다. 마이크로게이트웨이와 나노네 트워크를 이중 계층화하여 아 래 계층으로 분배하여 준다. 전송 기술 분자통신:노드 사이의 정보수송 분자들이 너무 느리게 움직이거 나 정보를 잃을 수가 있다. 나노기기들의 멀티홉 릴레이 를 통한 전송 E.M통신:제한적인 메모리, 전원이 노드 사이의 데이터 전송을 못하 게 할 수 있다. Star-topology 를 통한 마이크로 게이트웨이까지의 싱글홉 전 송 나노네트워크당 하나의 마이크로 Mobile delay-tolerant와 같은 독 게이트만 있을 경우 큰 규모의 데 특한 전송 기법 이용 이터는 전송하기 힘들 수 있다. 8/24 System Architecture 일반적인 센서 네트워크 구조와는 다르게 나노 네트워크 구조에서는 마이크로게이트 웨이를 사용한다. 마이크로게이트웨이는 나노센서와 연결 가 능한 기존의 마이크로 센서이다. 9/24 System Architecture 10/24 Routing Technology 대부분의 센서 네트워크 통신 알고리즘은 확장성과 에 너지 효율 능력에서의 최적화에 초점이 맞춰져 있다 IonT 통신 알고리즘의 설계에는 기본의 센서 통신 알고 리즘과 중요한 2가지 차이점이 있다. • 1. 나노센서는 마이크로 센서보다 훨씬 적은 에너지를 필요로 한다. • 2. 나노기기는 제한적인 메모리 용량, 전산 처리 능력으로 인해 망 접속형태에 대한 정보가 제한적이고 경로계산을 수행할 수 없다. 11/24 Molecular Nanonetworks 정보를 DNA구성요소(IP패 이진 값은 노드들 사이의 킷과 유사) 또는 이진 형태 전송되어진 분자의 농도로 로 저장 표현 분자 또는 다른 구성요소들 의 한계로 인하여 멀티홉은 할 수 없음. 따라서 전송 메 커니즘은 기회주의적 12/24 자연적인 유체운동으로 확 산된 분자는 쉽게 정보를 잃어버릴 수 있음 E.M Nanonetworks 나노메모리의 한계 이런 제한은 기기들 따라서 계층에 따른 로 프로토콜 코드를 끼리의 협력을 확장 전송 구조를 기대할 저장 못할 수도 있음 시켰음 수 있음 작은 양의 패킷만 생 산하므로 패킷충돌 star-topology 은 일어나지 않을 것 13/24 *Star Topology* 14/24 Unconventional Routing 나노 네트워크에 하나의 마이크로게이트웨 이만 있으면 큰 규모의 데이터를 전송하는 것은 어려울 수 있음. Mobile Delay-Tolerant가 해결책이 될 수 있 음 15/24 *Mobile delay-tolerant* 16/24 Middleware System Management Data Analysis Energy Conservation 17/24 Microgateway Middleware 18/24 System Management 게이트웨이 내부의 작동을 관리 나노네트워크 환경은 가혹하고 변동이 심 하여 나노센서 데이터 전송의 효율성과 신 뢰성에 큰 방해가 됨(ex: 수증기가 EM신호 를 방해) 환경의 컨디션을 가늠하고, 메시지 전송의 신뢰성에 영향을 줄 수 있는 변동을 인식하 여 네트워크 통신을 관리해 주어야 한다 19/24 Data Analysis 환경의 많은 변화는 많은 양의 데이터가 전 송되어질 때, 문제를 일으킬 수 있습니다. 나노센서간의 메시지 전송에서 커다란 시 간차가 발생할 수 있다. 메시지를 peer로 보내기 전에 모든 메시지 가 도착하길 기다리고 이 데이터를 융합한 후 보내는 게 최선의 해결책. 20/24 Energy Conservation Microgateways는 나노네트워크를 통해 통신 하는 동안 에너지를 쉽게 고갈시켜 버린다. Microgateways는 sleep 패턴을 (분자통신에 서는)분자의 전송 주기와 맞추고, (E.M통신 에서는) E.M나노센서의 충전 패턴과 맞춘다. 21/24 Other Challenge 분류 문제점 제안된 해결법 상황정보 관리 나노 네트워크는 극도로 미 세한 상황정보와 관련된 데 이터들을 많이 발생시킨다. 특성화된 각 각의 개념들을 하나로 합친다. 보안과 프라이버시 나노센서에 의해 수집된 정 보는 개개인의 분자적 또는 유전적 정보를 포함할 수 있 다. 반드시 IoNT는 세심하게 관 리되어 잘못된 일에 쓰이지 않도록 보호해야 한다. 보호 규정의 신설 필요. 서비스 구성요소와 현재의 서비스 위주의 시스 발견 템 구성은 엄청나게 방대한 나노네트워크의 데이터를 처 리할 수가 없다. 22/24 서비스를 각 각 군집화된 서 비스 구성요소와 견본으로 이루어진 응용 프로그램과 데이터 수집서비스 2가지로 세분화한다. Applications 건강관리 • 환자의 몸속에서 나노센서가 생명유지에 필수적인 생물학적 활동을 모니터링 • 센서들은 입을 수 있는 마이크로게이트웨이로 몸에 부착되어 실시간에 가까운 정보들을 의 사에게 전송함 공공장소 관리 • 병원이나 공항 또는 식당 등의 공공 장송에 고밀도로 나노센서를 배치 • 센서들이 바이러스성 질병들의 전파를 추적하고 사람들이 어떻게 다르게 영향 받는지에 대 한 결과를 제시 농업, 환경 분야 • 농작물이나 가축, 기타 환경으로부터 유해한 박테리아나 바이러스들, 또는 다른 감염원을 찾 는 역할 23/24 결론 IoNT에 대한 상상은 나노 네트워크 통신 기 술의 발전과 전력 등의 기술적 한계를 극복 하는 가운데서 빛을 볼 수 있을 것입니다. 지금이 인간에게 더 좋은 삶을 누리게 해주 는 Real Pervasive Computing 환경을 연구, 개 발하기에 적절한 때입니다. 24/24