같은 에너지원을 사용하기도 한다. 또한 센서 노드는 다른 노드들과 Ad-Hoc 네트워크를 구성하고 이러한 네트워크를 기반으로 상호 협력하여 데이터를 수집하고 가공할 수 있다.
미래의 센서 장치는 더욱 작아 질 것이며 미세한 진동 등과 같은 주위환경을 통해서도 에너지를 공급받을 수 있으며 집안이나 빌딩 등에 존재하는 다른 장치나 기존의 네트워크에 연결되게 될 것이다. 인텔과 같은 주요 반도체 기업들은 센서 노드 및 센서 네트워크에 의해서 수집된 정보를 분석하기 위해서 대규모의 반도체와 고성능 프로세서의 수요가 있을 것이라고 예상하면서 센서 네트워크 기술 개발에 많은 연구비를 투입하고 있다. 그러나 센서 네트워크가 실제 여러 산업 응용에 활용되기 위해서는 센서 네트워크의 극히 제한적인 자원상황을 고려할 때, 극복해야 할 여러 가지 기술 요소들이 있다.
센서네트워크를 구성하는 물리적인 하드웨어뿐만 아니라 센서 네트워크 소프트웨어, 아키텍처 디자인도 함께 고려되어야 한다. 실제로 센서 노드가 일상생활에 적용되게 되는 시점에는 센서 노드의 크기는 인간이 눈치 채지 못할 정도로 작아질 것이며,
센서 노드들은 항상 새로이 생성되고 수명을 다하여 소멸되며, 또한 응용 변화에 따라 재배치될 것이다. 또한 실생활에 센서 노드가 단순히 존재하는 것이 아니라 각각의 센서노드들이 전 세계에 걸쳐 상호 네트워킹으로 연결되고 통신하며 기존의 네트워크로 확장되는 것을 목격하게 될 것이다.
따라서 센서 네트워크는 주변 환경에 맞추어 자동적으로 학습하고 재설정과 업그레이드를 통해 주위 환경에 최적으로 바뀔 수 있는 기능을 요구하게 된다. 이를 위해서 센서 네트워크 자체의 진화능력 개념의 도입과 진화 가능한 센서 네트워크구조 설계가 필요하게 되었다. 현재의 기술 수준으로 실제 환경에서 구현된 다양한 센서 네트워크 서비스가 있으며 이들의 예는 원격 생태계 감시부터 환경제어 그리고 좀 더 특수한 솔루션까지 다양하다.
새로운 센서 네트워크 아키텍처로서 ANTS가 제안되며, ANTS는 개발 초기 단계부터 진화 능력을 염두에 두고 설계된 센서 네트워크 시스템으로 기존의 연구와는 차별성을 가진다. ANTS 프로젝트에서는 다양한 무선 센서 네트워크응용 요구사항을 충족하면서도 제한된 하드웨어 자원에서 운용가능하며, 동적인 기능 업그레이드를 지원하는 새로운 운영체제를 개발하고 있다. 본 운영체제 위에서 통신, 시각 동기화 그리고 위치 인식 프로토콜 등이 다양한 환경과 상황 하에서 진화가 가능한 서비스의 형태로 구현된다.
또한 신뢰 기반의 보안 프레임워크의 제공과 센서 네트워크 관리와 상황인지 서비스를 표준 UPnP 프로토콜을 이용함으로써 미래의 유비쿼터스 환경을 위한 기본 아키텍처를 제공한다. 컴퓨터 시스템과 네트워크 컴퓨팅에서 진화는 완전히 새로운 개념은 아니다. 신뢰성 있는 소프트웨어 업데이트를 위한 소프트웨어 시스템은 오래 전부터 연구되어 왔다.
이 분야의 대표적인 연구는 카네기 멜론 대학교의 SEI에서 개발한 Simplex 구조와 관련 연구이다. Simplex는 일반적으로 항공전자와 공장과 같은 실시간 임베디드 시스템 응용을 목적으로 개발되었으며 이러한 예에 대해서 설명하고 있다. 그러나 기존의 연구에서는 소프트웨어만을 다루며,
또한 고성능 플랫폼을 염두에 두고 개발하였기 때문에 무선 센서 네트워크가 필연적으로 가지게 되는 자원 제약 사항을 고려할 때 적용하기 어렵다.
이외에 변화 가능한 네트워크 구조나 WiFi 기술 또는 이동 통신 기술 등 장치의 이동성에 맞추어 프로토콜을 조정하는 것을 가능하게 하는 무선 네트워크 기술이 있다. 또한 환경의 변화에 따라 동적인 하드웨어 재조합을 통해서 최적의 형태로 변화를 가능하게 하는 재구성 가능한 하드웨어라고 불리는 연구도 수행되었다. 센서 네트워크의 진화를 지원하기 위해서는 가장 기본적인 기능인 운영체제가 포괄적인 진화능력을 제공해야 한다. 대표적인 운영체제로 버클리대의 TinyOS를 들 수 있다.
TinyOS는 모듈화 운영체제의 진화능력에서 중요한 요구사항 중 하나를 고려하였다고 하지만 소프트웨어 업데이트를 위해서는 메모리를 완전히 다시 프로그래밍 하여야 하며 이는 시스템의 재부팅을 필요로 한다. 따라서 동적 소프트웨어 업데이트 기능이 약하며, 시스템의 유연성을 컴파일 타임으로 제한하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 TinyOS팀은 운영체제 상에서 실행 될 수 있는 가상 머신을 개발했다.
이 해결책은 오류 허용 기능을 가지는 동적 업그레이드를 제공하지만 응용 계층으로 제한되는 단점이 있다. 다른 대표적인 예로는 재 프로그래밍 기능을 쓰레드와 전역변수 수준까지 확장한 Mantis 운영체제가 있지만, 동적인 업그레이드 요구를 충분히 만족하지 못하고, 더군다나 강력한 재 프로그래밍 모델을 제공하는데 필요한 잘 정의된 모듈 접근 방식을 제공하지 못하고 있다. 반면에, Impala의 구조는 모듈의 업로드와 링킹 그리고 실행 모듈을 위한 미들웨어 계층을 제공하여 어플리케이션 계층의 동적인 재 프로그래밍을 지원하기 때문에 본 논문에서 추구되는 진화능력 개념과 가장 유사한 구조를 가진다.
그러나 오류 허용을 위해서 실행 전에 단순 보안 검사를 실행하며 재 프로그래밍이 커널 레벨에서 제공되지 않는 단점 등이 있다. 그러나 진화능력이 운영체제에만 관련된 것은 아니다. 센서 네트워크의 다른 서비스들도 역시 진화능력을 고려해서 설계되어야 한다. 그리고 라우팅 프로토콜이나 위치인식 알고리듬, 보안 문제나 상황인지 서비스 같은 기능에도 진화능력이 반드시 고려되어야 한다.
- 참고 자료
U-센서네트워크 구축 기본계획, 정보통신부, 2008
USN 기술에 관한 조사 연구회 최종보고서, 일본 총무성, 2005
http://www.seri.org (삼성경제연구소)
USN 기반 응용 서비스 산업 실태조사 보고서, ETRI, 2007
http://www.rfid-usn.or.kr/ (한국USN센터)
USN기반 응용 서비스 산업 경제성 분석 및 발전전략, ETRI, 2009
RFID/USN 보안 기술 개발 동향, 정교일, 최두호, 강유성, 한국전자파학회, 전자파기술 , 2011