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유비쿼터스 무선 엑세스 기술
2003. 11. 14
세 종 대 학 교
정보통신공학과
송
형
규
Tel.) 02-3408-3736, 011-306-1037
E-mail) [email protected]
Sejong University
Ubiquitous Research Center
1
과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
목 차
Sejong University
Ubiquitous Research Center

uT 진화 과정

uT 기술 체계 및 구성 요소

uT 표준화 연구 동향

uT 개발 현황

uT 서비스 영역

uT Architecture & Environment

uT Applications
2
과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 진화 과정

uT 기술의 진화
Smart, 자율 컴퓨팅 환경, 인간중심
(유비쿼터스 컴퓨팅 영역 / Just Its의 세계)
Broadband, 광대역접속, 단말중심
Seamless, 망통합, 서버중심
(Any*의 세계)
근거리무선
유•무선통합 무선 유선  서버 클라이언트
Cyber-Real Convergence
(통합, 융합)
센서
MEMS
포스트PC
소형 내장형 컴퓨팅 객체
Network Appliance Variety
(다양화, 특화)
 유선/서버 : 망기반 자율 슈퍼서버, 고속 대용량 정보 수렴 필요
 무선, 유무선통합, 포스트 PC : 가상망(P2P,Grid 개념 포함), 단말의 다양화, 광대역고속 접속
 근거리무선/센서 : 지능형 공간, 지능형 객체, 자율 서비스, 단말의 확산에 따른 대량 정보 발산 야기
Any* : Anytime, Anywhere, Anyservice, Anydevice, Anynetwork
Sejong University
Ubiquitous Research Center
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 기술 체계 및 구성 요소

uT 기술 체계

uT 주요 구성 요소 및 기술적 변화
기초 기술

어디에서든지 안전하게 컴퓨터에 연결하기 위한 기술
- 개인 인증 기술, 보안 기술
Broadband, Mobile, 상시접속, IPv6,
Barrier Free Interface
유통 콘텐츠의
대용량화
하드웨이 기술
하드웨어의 성능 향상 및 인터페이스 기술
- 입출력장치, 소형화, 저전력화, 내장형 기술
브로드밴드
+동영상
액세스 기술
+음성
하드웨어를 네트워킹 및 장치 기술
- 네트워킹, 근거리 무선 기술, 디바이스 접속 기술
+사진
문자
응용 기술
사람
사용자가 서비스를 이용하기 위한 기술
- WWW, Java. WAP, XML, Peer-to-Peer 기술
N
One2One N
사용자와
네트위크의
관계성 다양화
모바일 기술 (휴대폰, PDA, …)
Sejong University
Ubiquitous Research Center
상품
개발
참가
옥션 N
N
U
U e-mail
PC(직장
네트워크에
접속되는
기기의 증대
사물
가정) MMK 센서
휴대전화
모바일
IPv6
U
U
상시접속
배리어프리 I/F
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
표준화 연구 동향

IEEE 표준화 동향
IEEE 802.11
WLAN Working Group
IEEE 802.16
WMAN Working Group
IEEE 802.18
Radio Regulatory TAG
IEEE 802.19
Coexistence TAG
IEEE 802.20
Mobile BWA Working Group
IEEE 1451.5
Working Group
for Wireless Sensors
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
Bluetooth – 802.15.1








Data rates : 720kbps
Star(Master/Slave) operation
7 active nodes
TDMA channel access
Synchronous voice links ( SCO )
75channels in the 2.4GHz
Multi-hour to Multi-month battery life
Applications







Sejong University
Ubiquitous Research Center
Headset
Handsfree
Object Push
File Transfer
Data Synchronization
Dial-up Networking
Human Interface Device
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
ZigBee – 802.15.4








Data rates : 20kbps to 250Kbps
Star or Peer to Peer operation
16 to 1024 active nodes
CSMA/CA channel access
Low power consumption, Very low
duty-cycle ( < 0.1% )
16channels in the 2.4GHz, 10 channels in
the 915MHz, 1 channel in 868MHz
Multi-month to Multi-year battery life
Applications








Sensors & actuators
Interactive toys
Smart badges
Health monitoring
Computing peripherals
Remote control
Home automation
Automatic meter reading
Sejong University
Ubiquitous Research Center
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
WiMedia – 802.15.3


Data rates : 11, 22, 33, 44, 55 Mbps
(to be increased by TG3a up
480Mbps using UWB)
Coordinator (PNC) / Device (DEV)
topology






PNC assigns time for connections
Communication is peer-to-peer
Support for multimedia QoS
( TDMA & CSMA/CA )
243 active nodes
3 or 4 channels in the 2.4GHz
Applications



Sejong University
Ubiquitous Research Center
Streaming audio and video
Digital Imaging & Printing
Projector
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
UWB – 802.15.3a (1)
Majority of Application Requirements













High bit rate
Range
Low cost
Co-location
Power
Interference
Coexistence
Scalable
Form factor
QoS / Security
Location
Technology
Regulatory
>100 Mb/s
< 10 meters (WPAN™)
Comparable to Bluetooth™
> 4 piconets
Low consumption (100mW)
Robust link
With 802.11a/b/g & 802.15
Bit rate scales (higher & lower)
Small (e.g. Compact Flash)
Implements 15.3 MAC
Awareness
> 1 vendor source
International
Home Networking
Several Application Scenarios





Real-time wireless video transmission
Cable replacement (e.g. USB, 1394)
Direct print from digital cameras
Wireless digital projector
Wearable computing
Wearable Computing
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Wireless Desktop
과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
UWB – 802.15.3a (2)

DS-CDMA technique

M-ary bi-orthogonal keying (MBOK) coding
 data rates : 28.5 Mbps to 1.2 Gbps




Multiple access via ternary CDMA coding
Operation with up to 8 simultaneous piconets
Provide high range resolution, simple transmitter structure
Rake receiver (implementation complexity is high)
Low Band
3
4
5
6
High Band
7
8
9
10 11
GHz
3
5
6
7
8
9
10 11
GHz
 High Band (5.825 to 10.6 GHz)
 Low Band (3.1 to 5.15 GHz)
- 57 Mbps to 800 Mbps
- Supports high rate, short range services
- 28.5 Mbps to 400 Mbps
- Supports low rate, longer range services
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21세기 프론티어연구개발사업
UWB – 802.15.3a (3)

MBOFDM basic idea: divide spectrum into several 528 MHz bands.
9.5ns
3168
Guard Interval
for Tx/Rx Switching Time
60.6ns Cyclic
Prefix
3696
312.5ns
4224
4752
time
freq (MHz)

Period = 937.5ns
OFDM system with time-frequency hopping





128-point IFFT/FFT, limiting the constellation size to QPSK
Using convolutional codes with puncturing (55, 80, 110, 160, 200, 320, 480 Mb/s)
60.6 ns cyclic prefix, 9.5 ns guard interval (switching bands)
Robust to multipath channel (effectively collecting multhpath energy, simple 1tap EQ)
Channelization for different piconets (using different time-frequency codes)
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
Industry Associations
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – Smart Dust
Smart Dust(Berkeley University)
 Smart Dust : 1㎣ 크기의 실리콘 모트
(silicon mote)라는 입방체 안에 완전히 자
율적인 센싱(autonomous sensing)과 통신
플랫폼(communication platforms) 능력을
갖춘 보이지 않는 컴퓨팅 시스템
 응용분야 : 에너지 관리, 제품의 품질관리 및
유통 경로 관리, 군사목적으로 이용 (기상
상태, 생화학적 오염, 병력과 장비의 이동을
감지)
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – Oxygen Project
Project Oxygen(MIT Computer Science Lab)
 컴퓨터가 산소와 같이 흔한 것이
되어 언제 어디서나 쉽게 이용
 이용자가 특별한 지식 없이도 언어
나 시각과 같은 자연 인터페이스를
매개로 언제 어디서나 목적에 맞는
서비스를 이용할 수 있는 컴퓨팅
환경 구현
 응용분야 : 자연어에 의한 그룹작
업 지원, 가전 등의 제어, 정보 엑세
스등
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – TTT Project
Things That Think(MIT Media Lab)
 컴퓨터가 우리의 일상 생활 속으로 들어가 그것들의 협조를 통해 인간
의 삶을 지원하는 미래 컴퓨팅 비전을 실현
 인간 중심의 컴퓨터 환경 구축
- 인간을 주인으로 섬기는 지능화된 사물 및 컴퓨터 연구
- 사물들은 사용자의 언어, 행동, 생활습관 등을 스스로 이해하고, 적합한 서비스
제공
예) 사람들의 커피 기호를 파악하는 커피메이커, 수분조절 하는 화분
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – Smart Tag
Smart Tag(MIT Auto-ID Center)
 21세기형 바코드 연구 개발을 목적으로 MIT와 UCC, 국방성 등의 46개 협력사가
공동으로 설립
 Auto ID 기술은 “스마트 태그(Smart Tag)”를 각종 상품에 부착해 사물을
지능화하여 사물간, 또는 기업 및 소비자와 커뮤니케이션을 통해 자동화된
공급망 관리 시스템 개발에 기여
스마트 태그(Smart Tag) :
- RFID tag. 해당 상품의 세부 정보(ID)를 담고 있으며, 고주파(RF)
신호를 받으면 내장된 정보를 전송
- 사물에 지능 + ID + 인터넷 연결성을 식재
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – CoolTown Project
CoolTown Project (Hewlett-Packard)
 유/무선 통신 네트워크 기술과 웹기반
의 정보통신기술을 기반으로 하는 미
래 도시 모델
- 맞춤형 커스터머 서비스, e비즈니스, 원
격교육, 원격의료, ITS, 화재 및 방재 등
을 위한 대응상황 서비스 등을 제공
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – Smart-Its Project
Smart-Its Project
 Disappearing Computer Initiative의 16개 연구 프로젝트 중에서 가장 대표적임
목표
- 일상사물의 지능화 : 사물에 소형의 내장형
디바이스인 “Smart-Its”를 삽입하여 감지,
인식, 컴퓨팅 및 무선통신 등의 기능을 지닌
정보 인공물(Information Artefacts) 개발
- 지능화된 사물간의 커뮤니케이션
: 사물간의 협력적인 상황인식 및 활동
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – 2Wear Project
2Wear Project
 활동 중 적응하고 확장할 수 있는 무선 입
는 및 소지품 컴퓨터
 여행중에 길을 잃을 때, 주변의 도로 안내
게시판 등의 장치를 발견하면, 입고 있는
컴퓨터는 발견된 장치가 제공하는 정보
를 통하여 길 안내를 받거나 또 다른 도로
안내 장치와 연결하여 길 안내 정보를 이
어폰을 통하여 전달받음
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – Paper++ Project
Paper++ Project
 영국의 Kings College, HP 연구소,
독일의 Anitra, 스위스 연방기술연
구소와 프랑스의 Arjo Wiggins 등
이 공동으로 진행
 센서와 위치기반장치가 내장된 전
자학습자료로, 종이보다 유용한 전
자교재
 종이 책에 전자펜을 대면 그 책의
그림에 대한 여러 가지 자료와 애니
메이션이 전자펜에 연결된 장치에
나타남
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – u-Network Project
u-Network Project (Japan)
 “무엇이든, 어디서든 네트워크”의
요소기술의 확립을 위한 연구개발
프로젝트 추진
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 개발 현황 – Tron Project
Tron Project (동경대)
 Tron Project
–
–
–
–
1984년 동경대 겐 사카무라교수 추진
초기 일본 국내의 다양한 내장형 커널S/W의 스펙 통일 시도
트론 칩 개발과 영역별 스펙 제시
지능형 지역분산형 시스템 추구
(TRON : The Real-time Operating System Nucleus)
<NTT DoCoMo's 'i-mode'에 적용된 ITRON>
<트론 지능형 주택의 모습(앞면, 뒷면, 내부)>
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT 서비스 영역
Wide Area Network (WAN)
-Large coverage
-High cost
Local Area Network/Access
- Hot Spots
- High speed
- Moderate cost
Personal Area Network
- Small area
- Very low speed
- Low cost
Walk
Indoor
Stationary
Walk
2G cellular
Outdoor
Vehicle
IEEE802.11
3G
cellular
IEEE802.15.3a
IEEE802.15
(UWB)
Stationary/
Desktop
LAN
0.1
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Ubiquitous Research Center
1
10
23
100
1,000
Mbps
과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
Ubiquitous Environment (1)


Anything-to-anything network by wire, wireless network and
ubiquitous computing
Every service offering anytime, anywhere, by anydevice, etc.
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
Ubiquitous Environment (2)

U-environment by seamless roaming among the wire/wireless
network and etc.
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
Ubiquitous Network Architecture

Ubiquitous network includes the ubiquitous platform, wire/
wireless network, ubiquitous computing and terminal
Sejong University
Ubiquitous Research Center
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과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
uT Applications
환
경
칩
사물
uC
자
율
성
태그
구동체
임베디드
컴퓨팅
모바일
상
황
인
식
위성
단말
Always smart
u
?
안
전
관
리
저
렴
화
Always active
모니터링
(monitoring)
u-현장인력관리
동
활
식
인
황
상
관리
유지
비
u-설
교통
환경
관리
,결
재
,회
계
추적
(tracking)
상품
u-생
산라
인관
리
효율적 자산관리
u인
증
화
센서
구동
(actuating)
적
추
산
자
u-
전기
원유
수도
가스
간
u
?
S
C
M
비용 절감
u-쇼
핑기
기
ID
센싱
식
상
인
(sensing)
황
황
인
상
식
Always access
Always aware
치
위
사람
무선
광대역
실
상
u-커머스
공간/사물
시
세
물류센터
창고관리
쇼핑몰
u-사물쇼핑
팅
마케
인식
황
u-상
공공시설
장비관리
생산적 인력관리
공항 및
터미널
보험회사
금융기관
스키장 등 레저시설
Sejong University
Ubiquitous Research Center
방법,
응급구조
u진
단
,지
식
포
탈
이익창출 증대
RM
제조업
/
공장
교육
기관
학원
훈련
의료, 복지
27
가정
국방
과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업
경청해 주셔서 감사합니다 !
Thank you !
 uT
Scale-free uPAN Systems
 Multiple-Access Transmission Technology
 Intelligent Scale-free Networking
 Scale-free Modem & RF Technology
 Core IP
Sejong University
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28
Innovation
Interaction
Inspiration
과학기술부
21세기 프론티어연구개발사업