유비쿼터스 컴퓨팅과 UWB 2002. 11. 15 UWB 기술세미나 R&BD.

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1 유비쿼터스 컴퓨팅과 UWB UWB 기술세미나 R&BD

2 I. 유비쿼터스 컴퓨팅의 개요 R&BD

3 유비쿼터스 컴퓨팅이란? 유비쿼터스(Ubiquitous)란 라틴어에서 유래한 것으로 언제 어디서나 동시에 존재한다는 뜻을 나타내며 물이나 공기처럼 우리 주변환경에 내재되어 모든 사물 및 사람이 보이지 않는 네트워크로 연결된 새로운 공간을 의미 미국 Xerox사 PARC(Palo Alto Research Center)의 Mark Weiser는 유비쿼터스 컴퓨팅을 유선과 무선 사이에 단절 없는 통신망이 실현됨으로써 누구든지 언제 어디서나 네트워크에 접속된 컴퓨터를 사용하여 네트워크로부터 자신이 필요한 정보를 얻을 수 있는 환경으로 정의 IBM사는 퍼베이시브(Pervasive) 컴퓨팅이란 용어를 사용 R&BD

4 유비쿼터스 컴퓨팅의 전제조건 Mark Weiser는 유비쿼터스 컴퓨팅을 구현하기 위해서는 가시성(visibility), 복잡성(complexity), 간결성(abstraction), 연결성(connection), 비가시성(invisibilty)에 대한 연구가 필요하다고 주장 유비쿼터스 시대의 컴퓨터 시스템 모습을 구체화(가시성) 유비쿼터스 시대에 적합한 네트워크 기반의 응용을 제시(복잡성) 구현될 유비쿼터스 컴퓨터는 고성능·고기능·고집적도를 이룩함(간결성) 유비쿼터스 네트워크는 고속화·안정성·효율성의 확보로 보다 큰 스케일로 확장(연결성) 인간중심의 사용자 인터페이스를 구현(비가시성). R&BD

5 유비쿼터스 컴퓨팅의 패러다임 R&BD IBM사에 의한 4가지 패러다임은
분산화(Decentralization): 다양한 작은 기기들 사이에 분산됨 다양성(Diversification): 특정 목적을 위한 특정 그룹 사용자들의 요구 사항들에 가장 잘 부합하는 다양한 기기들 연결성(Connectivity): IT 세계에 단절 없이 통합된 다양한 기기들 간결성(Simplicity): 복잡한 기술은 친숙한 사용자 인터페이스 뒤에 숨겨짐 R&BD

6 유비쿼터스 컴퓨팅의 핵심요소 Devices: information access devices (handheld PC, smart phones), identification devices (smart labels, smart cards), embedded controls (sensors) Software: Java, OS (Palm OS, Windowes CE), middleware (JavaPhone APIs, OpenCard Framework), security Networks: Internet protocoles (HTTP, XML, WAP) communications (Bluetooth, Cellular), service discovery (Jini, uPnP) Back-end Sever Infrastructures: gateways, application servers New Services (Business Models): u-Commerce (Silent Commerce) R&BD

7 유비쿼터스 네트워크 R&BD 고도의 인증 및 보안으로 프라이버시 가 보호됨으로써 다양한 서비스를 누 구나 안심하고 이용
아이에서부터 고령자까지 손쉽게 사용할 수 있도록, 기기의 높은 조작성 및 소형성을 실현 소유권을 명확히 함으로써 매력있는 컨텐츠를 자유롭게 유통 및 이용 유비퀴비스 플렉시블 광대역 다양한 미디어로 초고속 망을 이용할 수 있고 스트레스 없는 유연한 통신 환경을 실현 주변의 기기가 통신을 하게 됨 에 따라 자율적으로 정보를 수집 및 관리 언제나 원하는 정보를 실시간에 이용자의 니즈에 따른 형태로 향유할 수 있으며, OS/서비스도 자유롭게 선택 및 이용 어디에 있더라도 어떤 단말로도 망에 언제나 연결되도록 함으로써 생활공 간을 자유롭게 만들수 있다 R&BD

8 II. 유비쿼터스 무선기술로써의 UWB R&BD

9 Wireless Microsensor Networks(WMNs)
지능형 빌딩내의 환경 컨트롤, 생산공정 자동제어, 창고 물류관리, 병원에서의 물품/정보 관리 및 환자상태 원격감지, 지능형 교통시스템, 텔레메틱스 등 그 응용범위가 광범위함 R&BD

10 WMNs의 기술적 과제(1) R&BD 소형화 기술: MEMS (MicroElectroMechinicalSystem) 나노기술
UCLA에서 개발된 MEMS 자계센서를 1센트 동전크기와 비교한 것으로 지하 30 미터 아래의 미세한 물체의 움직임도 감지 할 수 있다. R&BD

11 WMNs의 기술적 과제(2) R&BD 저 전력 소비(평규전력 < 100 μW) 기술: HW/SW의 혁신적 시스템
Cache Dedicated HW Interface Controller FPGA Embedded uP FPGA Memory Controller Memory Silicon Backplane UC 버클리 대학의 PicoRadio Sub-sampling RF Direct Conversion Reconfigurable software radio Parameterizable DataPaths Dedicated DataPath Power Amplifier X D/A R&BD

12 WMNs의 기술적 과제(3) 저전력소비 네트워킹 기술: 다중도약(Multihop) 네트웍킹 기술은 전파 전송 도중의 에너지 감쇄가 거리의 지수승(거리n, n=2~5)에 비래한다는 원리를 이용, 하나의 긴 거리 전송경로를 이용하기보다는 여러 짧은 경로를 이용하여 전송한다는 개념 R&BD

13 WMNs의 기술적 과제(4) R&BD 극한 환경에서 작동: 공공안전 및 재난구조 통신에 응용
-PSPP(Public Safety Partnership Project): MESA(Mobility for Emergency & Safety Application) project R&BD

14 WMNs의 기술적 과제(5) R&BD 위치추적기술: 실내/외에서의 정확한 위치추적(< 1m)
코카콜라에서 출하 되는 모든 병에 RFID 태그를 부착 공장 출하에서 소비자에 이르기 까지 근거리 및 이동통신을 통하여 추적 운송간에 물건이 없어지거나 물건이 상점에서 품절되는 것을 방지: The Internet of Things R&BD

15 Aetherwire & Location Inc.
UWB, WMNs의 핵심기술?(1) UWB 기술의 포트폴리오 1. 시스템이 간단하다; All CMOS single chip integrated with MEMs Aetherwire & Location Inc. R&BD

16 Total Power Per Period:
UWB, WMNs의 핵심기술?(2) 2. RF 캐리어를 사용치 않아 저전력소비 라디오 시스템 구현; UC Berkeley’s Wireless Research Center의 연구 Block Duty Cycle Power (Always On) (Per Period) Low Noise Amp Twin/Trep 600mW 60mW Variable Gain Amp 1.8mW 180mW Sample/Hold 100% 1mW A/D Converter 100mW Oscillator Sampling Clock Gen 400mW TX: Pulse Generation 2ns/Trep 10mW Digital Logic Total Power Per Period: = 1001mW R&BD

17 UWB, WMNs의 핵심기술?(3) 3. 다중 경로 페이딩의 영향을 거의 받지 않는다; No deep fading nulls-reduced pass loss(거리n n=2, 일반적으로는 n=4) - 매우 짧은 펄스(수십 pico S)를 이용하기 때문에 직접파와 반사파의 경로 차가 조금만 차이가 나도 두 신호는 서로 구분될 수 있다. R&BD

18 UWB, WMNs의 핵심기술?(4) 4. Operation within/through buildings, urban areas, forests FCC part15 subpart F, Imaging system operation GPR: 매장된 물체를 탐지하기 위해 지면에 접촉 혹은 근접하여 발사, 960 MHz 이하 또는 3.1 ~ 10.6 GHz Through-wall Imaging system: 벽 속에 혹은 벽 반대편에 있는 물체를 탐지, 960 MHz 이하 혹은 3.1~10.6 GHz Wall imaging system: 벽 속의 물체 확인, 다리교각 내부의 결함을 탐지, 960 MHz 이하 혹은 3.1~10.6 GHz 감시 시스템: 감시 범위 내에서 물체의 움직임을 탐지하는 정지 radar system, 1.99~10.6 GHz 의료용 영상 시스템: 생체 내부 물체의 위치 및 움직임 탐지, 3.1~10.6 GHz R&BD

19 UWB, WMNs의 핵심기술?(5) 5. 정밀한 거리와 위치 측정; Multispectral Solutions 사의 TDOA (Time Difference of Arrival) 실험 최대 거리 m (commercial building) >600 m (outdoors, line-of-sight) 정확도 15 – 91 cm (indoors) <15 cm (outdoors) R&BD

20 UWB, WMNs의 핵심기술?(6) 6. 매우 높은 전송률; 100 Mbps in commercial market (Xtreme Spectrum, Time Domain), target up to 500 Mbps R&BD

21 UWB, WMNs의 핵심기술? 대답은 Yes! + 낮은 가격; 시장에서 성공할 확률이 매우 높음 - 그러나, Bluetooth의 교훈을 명심 R&BD