전력소모량 및 실행시간 추정이 가능한 센서 네트워크 시뮬레이터의 개발

김방현,김태규,정용덕,김종현,Kim, Bang-Hyun,Kim, Tae-Kyu,Jung, Yong-Doc,Kim, Jong-Hyun 한국시뮬레이션학회 2006 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.15 No.1

유비쿼터스 컴퓨팅의 인프라가 되는 센서 네트워크는 매우 작은 하드웨어로 이루어지는 많은 수의 센서 노드들로 구성된다. 이 네트워크의 토폴로지와 라우팅 방식은 그 목적에 따라 결정되어야 하며, 하드웨어 및 소프트웨어도 필요한 경우에는 변경되어야 한다. 따라서 그러한 네트워크를 최적으로 설계하기 위해서는 시스템 동작을 확인하고 성능을 예측할 수 있는 센서 네트워크 시뮬레이터가 필요하다. 현존하는 몇몇 센서 네트워크 시뮬레이터들은 특정 하드웨어나 운영체제에 맞추어 개발되었기 때문에, 그러한 특정 시스템들을 위해서만 사용될 수 있다. 그리고 시스템 설계 상의 주요 이슈가 되는 전력 소모량 및 프로그램 실행 시간을 추정하기 위한 어떤 수단도 지원하지 못하고 있다. 이 연구에서는 응용이나 운영체제의 종류에 상관없이 다양한 센서 네트워크들의 설계 및 검증에 사용될 수 있는 시뮬레이터를 개발하였다. 이를 위하여, 시뮬레이터는 기계어-레벨 이산-사건 시뮬레이션 방식을 사용하였다. 따라서 이 시뮬레이터는 프로그램 실행 타이밍 뿐 아니라 실제 센서 노드 내부의 동작들도 세부적으로 분석하는 데도 사용될 수 있다. 이 연구에서 시뮬레이션의 작업부하인 명령어 트레이스로는 ATmega128L 마이크로컨트롤러용 크로스컴파일러에 의해 생성된 실행 이미지를 사용하였다. Sensor network, that is an infrastructure of ubiquitous computing, consists of a number of sensor nodes of which hardware is very small. The network topology and routing scheme of the network should be determined according to its purpose, and its hardware and software may have to be changed as needed from time to time. Thus, the sensor network simulator being capable of verifying its behavior and estimating performance is required for better design. Sensor network simulators currently existing have been developed for specific hardwares or operating systems, so that they can only be used for such systems and do not provide any means to estimate the amount of power consumption and program execution time which are major issues for system design. In this study, we develop the sensor network simulator that can be used to design and verify various sensor networks without regarding to types of applications or operating systems, and also has the capability of predicting the amount of power consumption and program execution time. For this purpose, the simulator is developed by using machine instruction-level discrete-event simulation scheme. As a result, the simulator can be used to analyze program execution timings and related system behaviors in the actual sensor nodes in detail. Instruction traces used as workload for simulations are executable images produced by the cross-compiler for ATmega128L microcontroller.

대규모 센서 네트워크를 위한 최적-동기식 병렬 시뮬레이션

김방현,김종현,Kim, Bang-Hyun,Kim, Jong-Hyun 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.35 No.5

대규모 무선 센서 네트워크의 설계 및 응용 개발을 위하여 소프트웨어 시뮬레이션이 널리 사용되고 있다. 그러한 시뮬레이션에서 네트워크의 동작과 실행시간 및 전력소모량을 가능한 한 정확히 예측하기 위해서는 시뮬레이션 정밀도가 높아야 한다. 그러나 정밀도가 높아질수록 시뮬레이션 시간은 길어지며, 센서노드의 수가 증가하면 그 시간이 더욱 길어진다. 본 연구에서는 대규모 무선 센서 네트워크 시뮬레이션에 걸리는 시간을 단축하기 위한 최적-동기식 병렬 이산-사건 시뮬레이션 방법을 제안한다. 이 방법에서는 네트워크로 연결된 여러 대의 컴퓨터들이 작업부하인 센서노드들을 분할하여 시뮬레이션 한다. 제안한 방법으로 구현한 시뮬레이터를 이용하여 실험한 결과에 따르면, 시뮬레이션 되는 센서노드의 수가 많은 경우에는 병렬 시뮬레이션에 참여하는 컴퓨터 수의 제곱에 접근하는 속도향상을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 이 경우에 시뮬레이션 되는 센서노드의 수가 많아질수록 전체 시뮬레이션 시간에서 차지하는 병렬 시뮬레이션 오버헤드의 비율은 무시할 수 있을 정도로 작아지기 때문에, 컴퓨터의 수가 충분하다면 시뮬레이션 할 수 있는 센서노드의 수에는 한계가 없게 된다. 또한 LAN에 연결된 PC들을 그대로 사용하기 때문에, 병렬 시뮬레이션 환경을 저렴한 비용으로 쉽게 구축할 수 있다는 장점이 있다. Software simulation has been widely used for the design and application development of a large-scale wireless sensor network. The degree of details of the simulation must be high to verify the behavior of the network and to estimate its execution time and power consumption of an application program as accurately as possible. But, as the degree of details becomes higher, the simulation time increases. Moreover, as the number of sensor nodes increases, the time tends to be extremely long. We propose an optimal-synchronous parallel discrete-event simulation method to shorten the time in a large-scale sensor network simulation. In this method, sensor nodes are partitioned into subsets, and each PC that is interconnected with others through a network is in charge of simulating one of the subsets. Results of experiments using the parallel simulator developed in this study show that, in the case of the large number of sensor nodes, the speedup tends to approach the square of the number of PCs participating in the simulation. In such a case, the ratio of the overhead due to parallel simulation to the total simulation time is so small that it can be ignored. Therefore, as long as PCs are available, the number of sensor nodes to be simulated is not limited. In addition, our parallel simulation environment can be constructed easily at the low cost because PCs interconnected through LAN are used without change.

센서 네트워크 시뮬레이터를 이용한 라우팅 프로토콜의 전력소모량 분석

김방현(Bang-hyun Kim),정용덕(Yong-doc Jung),김태규(Tea-kyu Kim),김종현(Jong-Hyun Kim) 한국정보과학회 2006 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.33 No.2A

유비쿼터스 컴퓨팅의 인프라가 되는 센서 네트워크는 매우 작은 하드웨어로 이루어지는 많은 수의 센서 노드들로 구성된다. 이 네트워크의 토폴로지와 라우팅 방식은 그 목적에 따라 결정되어야 하며, 하드웨어 및 소프트웨어도 필요한 경우에는 변경되어야 한다. 따라서 그러한 네트워크를 최적으로 설계하기 위해서는 시스템 동작을 확인하고 성능을 예측할 수 있는 센서 네트워크 시뮬레이터가 필요하다. 현존하는 몇몇 센서 네트워크 시뮬레이터들은 특정 하드웨어나 운영체제에 맞추어 개발되었기 때문에, 그러한 특정 시스템들을 위해서만 사용될 수 있다. 그리고 시스템 설계 상의 주요 이슈가 되는 전력 소모량 및 프로그램 실행 시간을 추정하기 위한 어떤 수단도 지원하지 못하고 있다. 이 연구에서는 기존의 센서 네트워크 시뮬레이터들이 갖고 있는 문제점을 해결한 시뮬레이터를 개발하고, 센서 네트워크의 계층적 라우팅 프로토콜인 LEACH, TEEN, APTEEN의 전력소모량을 시뮬레이션을 이용하여 분석하였다. 시뮬레이션의 작업부하인 명령어 트레이스로는 ATmega128L 마이크로컨트롤러용 크로스컴파일러에 의해 생성된 실행 이미지를 사용하였다. 따라서 각각의 라우팅 프로토콜을 실제 센서 보드에서 동작하는 응용프로그램으로 구현하고, 컴파일된 실행 이미지를 작업부하로 사용하여 시뮬레이션 하였다. 라우팅 프로그램들은 ETRI의 센서 네트워크 운영체제인 Nano-Q+ 1.6.1을 기반으로 구현되었으며, 하드웨어 플랫폼은 옥타컴의 센서 보드인 Nano-24이다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 센서 네트워크는 그 사용 목적에 따라 라우팅 프로토콜을 적절히 선택해야 한다는 것을 알 수 있다. 즉, LEACH는 주기적으로 네트워크의 상황을 체크해야 하는 경우에 적합하고, TEEN은 환경의 변화를 수시로 감지해야 하는 경우에 적합하다. 그리고 APTEEN은 전력소모량과 기능 측면을 모두 고려할 때 가장 효과적인 라우팅 프로토콜이라고 할 수 있다.

IEEE 1394 ARP 구현 방법

김방현(Bang Hyun Kim),강성봉(Sung Bong Kang) 한국통신학회 1997 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.1997 No.11

파이프라이닝을 이용한 AES 암호화 알고리즘의 FPGA 구현

김방현(Bang-Hyun Kim),김태규(Tae-Kyu Kim),김종현(Jong-Hyun Kim) 한국정보과학회 2002 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.8 No.6

본 연구에서는 최근 미국표준기술연구소(NIST)에 의해 암호화 표준 알고리즘으로 채택된 AES 알고리즘을 Altera FLEX10KE 계열의 하드웨어로 구현하는 여러 가지 방법들에 대하여 VHDL 설계를 이용하여 전반적으로 분석하였다. 구현 방법들로는 기본 구조, 루프 언롤링, 라운드 내부 파이프라이닝, 라운드 외부 파이프라이닝, 그리고 S-box의 자원 공유 등을 사용하였다. 이 연구에서 VHDL 설계 및 시뮬레이션은 Altera 사의 MaxPlus2 9.64를 이용하였으며, FPGA는 Altera 사의 FLEX10KE 계열을 사용하였다. 결과에 따르면, 4-단계 라운드 내부 파이프라이닝 구현 방법이 성능대가격비 면에서 가장 우수한 것으로 나타난 반면에, 루프 언롤링 방법이 가장 뒤떨어지는 것으로 나타났다. In this study, we analyze hardware implementation schemes of the AES(Advanced Encryption Standard-128) algorithm that has recently been selected as the standard cypher algorithm by NIST(National Institute of Standards and Technology). The implementation schemes include the basic architecture, loop unrolling, inner-round pipelining, outer-round pipelining and resource sharing of the S-box. We used MaxPlus2 9.64 for VHDL design and simulations and FLEX10KE-family FPGAs produced by Altera Corp. for implementations. According to the results, the four-stage inner-round pipelining scheme shows the best performance vs. cost ratio, whereas the loop unrolling scheme shows the worst.

대규모 센서 네트워크를 위한 최적-동기식 병렬 시뮬레이션

김방현(Bang-Hyun Kim),김종현(Jong-Hyun Kim) 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.35 No.5·6

대규모 무선 센서 네트워크의 설계 및 응용 개발을 위하여 소프트웨어 시뮬레이션이 널리 사용되고 있다. 그러한 시뮬레이션에서 네트워크의 동작과 실행시간 및 전력소모량을 가능한 한 정확히 예측하기 위해서는 시뮬레이션 정밀도가 높아야 한다. 그러나 정밀도가 높아질수록 시뮬레이션 시간은 길어지며, 센서노드의 수가 증가하면 그 시간이 더욱 길어진다. 본 연구에서는 대규모 무선 센서 네트워크 시뮬레이션에 걸리는 시간을 단축하기 위한 최적-동기식 병렬 이산-사건 시뮬레이션 방법을 제안한다. 이 방법에서는 네트워크로 연결된 여러 대의 컴퓨터들이 작업부하인 센서노드들을 분할하여 시뮬레이션 한다. 제안한 방법으로 구현한 시뮬레이터를 이용하여 실험한 결과에 따르면, 시뮬레이션 되는 센서노드의 수가 많은 경우에는 병렬 시뮬레이션에 참여하는 컴퓨터 수의 제곱에 접근하는 속도향상을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 이 경우에 시뮬레이션 되는 센서노드의 수가 많아질수록 전체 시뮬레이션 시간에서 차지하는 병렬 시뮬레이션 오버헤드의 비율은 무시할 수 있을 정도로 작아지기 때문에, 컴퓨터의 수가 충분하다면 시뮬레이션 할 수 있는 센서노드의 수에는 한계가 없게 된다. 또한 LAN에 연결된 PC들을 그대로 사용하기 때문에, 병렬 시뮬레이션 환경을 저렴한 비용으로 쉽게 구축할 수 있다는 장점이 있다. Software simulation has been widely used for the design and application development of a large-scale wireless sensor network. The degree of details of the simulation must be high to verify the behavior of the network and to estimate its execution time and power consumption of an application program as accurately as possible. But, as the degree of details becomes higher, the simulation time increases. Moreover, as the number of sensor nodes increases, the time tends to be extremely long. We propose an optimal-synchronous parallel discrete-event simulation method to shorten the time in a large-scale sensor network simulation. In this method, sensor nodes are partitioned into subsets, and each PC that is interconnected with others through a network is in charge of simulating one of the subsets. Results of experiments using the parallel simulator developed in this study show that, in the case of the large number of sensor nodes, the speedup tends to approach the square of the number of PCs participating in the simulation. In such a case, the ratio of the overhead due to parallel simulation to the total simulation time is so small that it can be ignored. Therefore, as long as PCs are available, the number of sensor nodes to be simulated is not limited. In addition, our parallel simulation environment can be constructed easily at the low cost because PCs interconnected through LAN are used without change.

AES - 128 암호화 칩의 VHDL 설계

김방현(Bang-Hyun Kim),김태규(Tae-Kyu Kim),김종현(Jong-Hyun Kim) 한국정보과학회 2002 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.29 No.1A

정보 보안을 위한 암호화 처리는 각종 컴퓨터 시스템이나 통신시스템에서 부가적으로 수행되기 때문에 암호화 속도가 느린 경우에는 시스템의 속도 지연을 유발시키게 된다. 따라서 고속의 컴퓨터 연산이나 고속통신에 있어서 이에 맞는 고속의 암호화는 필수적으로 해결되어야 할 과제인데, 이것은 암호화 및 복호화를 하드웨어로 처리함으로서 가능하다. 본 연구에서는 차세대 표준 암호화 알고리즘인 AES-128의 암호화와 복호화를 단일 ASIC칩에 구현하고, 인터페이스 핀의 수와 내부 모듈간의 버스 폭에 따른 칩의 효율성을 평가하였다. 이 연구에서 VHDL 설계 및 시뮬레이션은 Altera 사의 MaxPlus2 9.64를 이용하였으며, ASIC 칩은 Altera 사의 FLEX10KE 계열 칩을 사용하였다.

유비쿼터스 응용 개발을 위한 센서 네트워크 시뮬레이터

김방현(Bang-Hyun Kim),김종현(Jong-Hyun Kim) 한국정보과학회 2007 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.13 No.6

유비쿼터스 컴퓨팅의 인프라가 되는 무선 센서 네트워크의 설계 및 응용 개발을 위하여 소프트웨어 시뮬레이션이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 센서 네트워크 응용프로그램의 동작을 확인할 수 있고, 실행시간 및 전력소모량을 예측할 수 있으며, 많은 수의 센서노드들을 시뮬레이션 할 수 있는 센서네트워크 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이터는 명령어 수준의 병렬 이산 사건 시뮬레이션 방법을 이용하여 구현되었다. 명령어 수준의 시뮬레이션은 실제 센서보드에 적재되는 실행이미지를 시뮬레이션 작업부하로 사용하기 때문에 시뮬레이션 정밀도가 높다. 병렬 시뮬레이션은 여러 대의 컴퓨터를 사용하여 작업부하를 분산 처리하므로 대규모의 센서 네트워크를 시뮬레이션 할 수 있게 해준다. 구현된 시뮬레이터는 센서보드 내의 모듈 별 동작시간 및 실행된 명령어 수를 근거로 하여 전력소모량을 예측할 수 있다. 또한 다양한 시나리오의 유비쿼터스 응용프로그램의 수행 과정을 시뮬레이션 할 수 있으며, 디버깅도 가능하다. 이 연구에서 시뮬레이션의 작업부하인 명령어 트레이스로는 ATmega128L 마이크로컨트롤러용 크로스컴파일러에 의해 생성된 실행이미지를 사용하였다. Software simulations have been widely used for the design and application development of a wireless sensor network that is an infrastructure of ubiquitous computing. In this study, we develop a sensor network simulator that can verify the behavior of sensor network applications, estimate execution time and power consumption, and simulate a large-scale sensor network. To implement the simulator, we use an instruction-level parallel discrete-event simulation method. Instruction-level simulation uses executable images loaded into a real sensor board as workload, such that it results in the high degree of details. Parallel simulation makes simulation of a large-scale sensor network possible by distributing workload into multiple computers. The simulator can predict the amount of power consumption based on operating time of modules in a sensor node and counting the number of executed instructions by kind. Also it can simulate ubiquitous applications with various scenarios and debug programs. Instruction traces used as workload for simulations are executable images produced by the cross-compiler for ATmega128L microcontroller.

기계명령어 - 레벨 RTOS 시뮬레이터의 개발

김종현(Jong-Hyun Kim),김방현(Bang-Hyun Kim),이광용(Kwang-yong Lee) 한국정보과학회 2005 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.11 No.3

실시간 운영체제 개발 환경에서 제공하는 도구 중에 하나인 RTOS 시뮬레이터는 타겟 H/W가 호스트에 연결되어 있지 않은 상태에서도 호스트에서 응용 프로그램의 개발과 디버깅을 가능하게 해주는 타겟 시뮬레이션 환경을 제공해 줌으로써, 하드웨어 개발이 완료되기 전에도 응용 프로그램의 개발이 가능하도록 해준다. 그러한 이유로 현재 대부분의 상용 RTOS 개발환경에서는 RTOS 시뮬레이터를 제공하고 있다. 그러나 그들의 대부분은 RTOS의 기능적인 부분들만 호스트에서 시뮬레이션 하도록 구현되어 있어서, RTOS 및 응용 프로그램이 실제 타겟 H/W에서 실행될 때의 실질적인 시간 추정이 불가능하다. 실시간 시스템은 정해진 시간 내에 프로그램 실행을 종료해야 하기 때문에, 실행시간 추정 기능도 가지는 RTOS 시뮬레이터가 필요하다. 본 연구에서는 RTOS 및 응용 프로그램이 실제 타겟 H/W에서 처리될 때의 실행시간 추정이 가능하고 구현도 용이한 기계명령어-레벨(machine instruction-level)의 RTOS 시뮬레이터를 개발하고, 실제 프로그램을 실행하여 기능과 정확도를 검증하였다. The real-time operating system(RTOS) simulator, one of the tools provided by RTOS development environment, allows users to develop and debug application programs even before the target hardware is ready. Thus, most of commercial RTOS development environments provide with RTOS simulator for the purpose. But they are implemented to simulate only functional aspects on a host system, so that it is not possible to estimate execution time of application programs on the target hardware. Since the real-time system has to complete program executions in predetermined time, the RTOS simulator that can estimate the execution time is very useful in the development phase. In this study, we develop a machine instruction-level RTOS simulator that is able to estimate execution time of application programs on a target hardware, and prove its functionality and accuracy by using test programs.

공감능력과 정서조절능력이 관계 만족도에 미치는 영향

김대진(Dae Jin Kim),김방현(Bang Hyun Kim),이현정(Hyun Jung Lee),김주환(Joohan Kim) 한국HCI학회 2013 한국HCI학회 학술대회 Vol.2013 No.1

본 연구 의 목적은 공감능력과 정서조절능력이 남녀 관계의 만족도와 어떤 관계가 있는지, 그리고 갈등관리 전략이 남녀관계에 매개역할을 하는지 살펴보는 것이다. 공감능력과 정서조절능력이 관계 만족도에 영향을 미칠 것이라고 가정한 후, 대학생 집단을 대상으로 설문조사를 실시하여 각 변인간의 관계를 확인하였다. 각각의 변인은 소통지능척도, 이성관계갈등 척도(RPCS), 관계평가척도(RAS) 문항 등을 사용하여 측정하였다. 그리고 이를 구조 방정식모형을 통해 분석해 본 결과, 공감능력은 지배전략이나 복종 전략에 별다른 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 하지만 정서조절능력은 지배전략에는 부적으로, 복종전략에는 정적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 한편, 지배전략과 복종전략 중 지배전략만이 관계만족에 부적인 영향을 미쳤다. 이러한 경향성은 정서조절능력이 뛰어난 사람들이 지배전략을 덜 채택하는 경향이 있으며, 지배전략을 덜 채택할수록 관계만족도가 향상됨을 의미한다. 본 연구결과는 향후 인터퍼스널미디어(모바일이나 스마트 미디어, 소 셜미디어 등)의 인터페이스 개발이나 새로운 어플리케이션을 개발하는 데 있어서 정서조절능력의 중요성을 특히 고려할 필요가 있다는 것을 시사한다. The purpose of this study is to analyze how empathy and emotion regulation influence relates to romantic relationship satisfaction, and to examine conflict strategies as mediators among the variables. This study was based on the survey subjected to college students’ sample. Each variable was conducted with the Communication Scale, such as the Romantic Partner Conflict Scale (RPCS), and the Relation Assessment Scale (RAS). According to the result through SEM, empathy was not significantly related to both conflict strategies. However, emotion regulation was positively associated with domination strategy and negatively associated with submission strategy. In addition, only domination strategy had negative relation to relationship satisfaction. This means that people who have high ability of emotion regulation chose not to adopt domination strategy, and it helps people in romantic relationship to be satisfied. This result can be applicable to HCI research as providing a lead to consider emotion regulation in developing interface of interpersonal media (mobile, smart media and social media) and new applications.