사이버 물리 멀티미디어시스템 활용 서비스와 통신 기술 분석

박판근 대한전자공학회 2015 전자공학회지 Vol.42 No.5

사물인터넷을 위한 라우팅과 매체접근제어의 상호작용

박판근,Park, Pangun 한국정보통신학회 2015 한국정보통신학회논문지 Vol.19 No.10

무선 MAC (Medium Access Control)과 라우팅 기술은 사물인터넷의 핵심 네트워크 기술 요소로서. 최근 이와 관련된 집중적인 연구가 진행 되고 있다. 그러나 사물인터넷을 위한 새로운 표준이 제안되고, 다른 네트워크 관련 기술들이 패치되면서, 이러한 네트워크의 성능을 평가하는 방식은 명확하지 않다. 본 연구에서는 사물인터넷을 위한 최근의 MAC과 라우팅 프로토콜 기술을 분석 정리하고, 이들 간의 상호작용에 대하여 설명하였다. 특히, 현재 많은 사물인터넷 관련 분야에서 고려되고 있는 IEEE 802.15.4 MAC 과 RPL (Routing Protocol for Low-power Lossy Network) 라우팅 프로토콜의 기술을 설명하고 이들 간의 상호 작용에 대하여 설명하였다. 이러한 분석에 따라 경쟁기반의 MAC 프로토콜의 경우 라우팅의 성능에 치명적인 영향을 줄 수 있으므로 MAC과 라우팅 관련 시스템 파라미터를 최적화 할 수 있는 모델링을 제시하였다. Wireless Medium Access Control (MAC) and routing technologies are the basic building blocks making it possible the Internet of Things (IoT). These technologies have been the focus of substantial research in the last decade. Nevertheless, as new networking standards for IoT are being proposed and different solutions are patched together, evaluating the performance of the network becomes unclear. In this paper, a new overview of MAC and routing protocols for IoT and new interactions are given. The IEEE 802.15.4 MAC and Routing Protocol for Low-power Lossy Network (RPL) routing protocols are taken as reference to exemplify and illustrate the discussion. Experimental results show that contention-based access MACs may hurt the routing, unless these two are carefully designed together.

네트워크 제어 시스템을 위한 최적화된 매체 접근 확률

박판근,Park, Pangun 한국정보통신학회 2015 한국정보통신학회논문지 Vol.19 No.10

Distributed Networked Control Systems (NCSs) through wireless networks have a tremendous potential to improve the efficiency of various control systems. In this paper, we define the State Update Interval (SUI) as the elapsed time between successful state vector reports derived from the NCSs. A simple expression of the SUI is derived to characterize the key interactions between the control and communication layers. This performance measure is used to formulate a novel optimization problem where the objective function is the probability to meet the SUI constraint and the decision parameter is the channel access probability. We prove the existence and uniqueness of the optimal channel access probability of the optimization problem. Furthermore, the optimal channel access probability for NCSs is lower than the channel access probability to maximize the throughput. Numerical results indicate that the improvement of the success probability to meet the SUI constraint using the optimal channel access probability increases as the number of nodes increases with respect to that using the channel access probability to maximize the throughput. 무선 네트워크를 통한 네트워크 제어 시스템 (NCS: Networked Control Systems)은 다양한 제어 시스템의 효율성을 극대화 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 본 연구에서는 네트워크 제어 시스템으로부터 이끌어낸 상태갱신주기(SUI: State Update Interval)라는 성능 메트릭을 정의한다. 제시된 상태갱신주기는 제어와 통신 시스템 계층 사이의 핵심적인 상호작용을 포함하고 있다. 제시된 성능 메트릭은 NCS를 위한 최적화 문제를 도출하는데 사용이 되었으며, 이러한 최적화 문제의 목적 함수는 상태갱신주기의 제한 요소를 만족하는 확률이며 변수는 매체접근 확률로 표현되었다. 본 연구에서는 제시된 최적화 문제의 최적 매체접근 확률이 유일한 해를 가진다는 것을 증명하였다. 또한 NCS를 위한 최적의 매체접근 확률은 전송률을 극대화하는 기존의 매체접근 확률보다 낮다는 결론을 도출하였다. 성능 분석 결과를 통하여 시스템의 안정도가 상태갱신주기를 고려한 최적의 매체접근 확률을 사용하였을 때가 전송률을 최대화하는 매체접근 확률을 사용 했을 때 보다 높다는 점을 보였다.

크리티컬한 제어 시스템용 고강건 무선 센서 액추에이터 네트워크

박판근,Park, Pangun 한국정보통신학회 2020 한국정보통신학회논문지 Vol.24 No.11

무선 링크의 불확실성과 임베디드 장치의 결함으로 인하여 무선 네트워크 기반 제어 시스템의 안정성을 보장하는 것은 여전한 도전과제이다. 본 논문에서는 시간, 채널 및 공간 자원의 다양성을 조합하여 계층적 클러스터 기반 고강건 무선 센서 액추에이터 네트워크(R-WSAN; Robust Wireless Sensor and Actuator Network )를 제시한다. R-WSAN은 무선 네트워크 자원 할당을 위한 스케줄링 알고리즘과 다중 플랜트의 제어 안정성을 보장하기 위한 제어 업무 공유 알고리즘을 포함한다. 또한, 제시된 프로토콜은 Zolertia RE-Mote 임베디드 하드웨어와 Contiki-NG를 기반으로 구현되고, 실험을 통하여 성능을 분석 하였다. 실험 결과를 통해 R-WSAN이 무선 링크 및 노드의 결함에도 고강건성을 보장하는 것을 보여 주었다. 또한, 제시된 스케줄링 알고리즘과 제어 공유 알고리즘을 통해, 제어 노드의 결함에도 제어 시스템의 안정성을 보장할 수 있음을 보여주었다. The stability guarantee of wireless network based control systems is still challenging due to the lossy links and node failures. This paper proposes a hierarchical cluster-based network protocol called robust wireless sensor and actuator network (R-WSAN) by combining time, channel, and space resource diversity. R-WSAN includes a scheduling algorithm to support the network resource allocation and a control task sharing scheme to maintain the control stability of multiple plants. R-WSAN was implemented on a real test-bed using Zolertia RE-Mote embedded hardware platform running the Contiki-NG operating system. Our experimental results demonstrate that R-WSAN provides highly reliable and robust performance against lossy links and node failures. Furthermore, the proposed scheduling algorithm and the task sharing scheme meet the stability requirement of control systems, even if the controller fails to support the control task.

제어 시스템을 위한 MIMO 무선 연산

박판근(Pangun Park),김선(Seon Kim),나정효(Junghyo Nah) 한국정보통신학회 2023 한국정보통신학회논문지 Vol.27 No.3

최근 제안된 MIMO-AirComp (Multiple input multiple output over-the-air computation) 기술은 무선 통신과 컴퓨팅 자원을 효율적으로 통합하기 위하여 다중 액세스 채널의 중첩 속성을 활용한다. 본 논문에서는 제어 시스템의 제어 신호를 추정하기 위한 MIMO-AirComp 프레임워크를 제안한다. 제시된 MIMO-AirComp 프레임워크는 센서의 측정 정보 전처리, 무선 채널의 협업 중첩, 제어기의 수신 신호 후처리 기능으로 구성된다. 시뮬레이션을 활용한 성능평가를 통하여, 제안된 MIMO-AirComp가 기존 방식에 비하여 제어 신호 처리량을 향상 시켜 제어 시스템의 성능을 개선하는 것을 보여 주었다. 특히, 제안된 MIMO-AirComp 기법은 다수의 고잡음 무선 센서로 구성된 제어 시스템에서 기존의 분리된 무선 통신 및 컴퓨팅 설계 방식으로는 불가하였던 시스템의 안정성을 보장하였다. The recently proposed technique, multiple input multiple output over-the-air computation (MIMO-AirComp), leverages the superposition property of the multiple access channel to efficiently integrate the communication and computation. This article proposes the MIMO-AirComp framework to compute the control signal of control systems. The proposed framework efficiently computes the target control signal by coordinating local pre-processing at each node, aggregation through the wireless channel, and post-processing at the controller. The simulation results show that the proposed MIMO-AirComp framework considerably improves the control performance by increasing the computation throughput compared to the conventional separated communication and computation approach. The proposed scheme with many nodes essentially suppresses the noise impact of both the wireless channel and the measurement, while the conventional one only reduces the impact of the channel noise. Specifically, the proposed scheme guarantees control stability in a network composed of high-noise wireless sensors, which is infeasible with the conventional approach.

항공기내 무선 네트워크 구축 연구

박판근(Pangun Park),정방철(Bang Chul Jung),반태원(Tae-Won Ban),장우혁(Woohyuk Chang) 한국항공우주학회 2017 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2017 No.4

실내 차량 내비게이션을 위한 다방향 DRSS 기술

김선,박판근 한국정보통신학회 2022 한국정보통신학회논문지 Vol.26 No.6

주요 도시의 대규모 주차장에서 실내 차량 측위는 필수 구성 요소지만, 다양한 기술적 한계 및 불완전한 무선 채널 환경은 기존 측위 기법의 정확도를 심각하게 저하시킨다. 본 논문은 저비용 비콘을 활용하여 실내 공간 내 이동 차량이 비콘의 RSS (Received Signal Strength) 값만을 사용하여 근접 비콘 및 이동 방향을 감지하는 기법을 제시한다. 제안된 근접 감지 기법은 다방향 DRSS (Differential RSS) 기술을 활용하여 주위 환경, 차량 및 모바일 기기의 영향을 최소화한다. 본 논문에서는 저가의 블루투스 모듈을 사용하여 다방향 비콘 프로토타입을 개발하였으며, 측위 성능은 394.8m304.3m 대규모 면적의 실제 지하 주차장에 96개의 비콘을 설치하여 관련 성능을 평가하였다. 실험 결과 근접 감지 오차의 90번째 백분위수는 0.8m이며, 제안된 기법은 다양한 차량 및 모바일 기기의 영향을 최소화하여 강건한 근접 감지 성능을 보장한다.

디지털 윤리와 UX를 반영한 메타버스 R&D 추진전략

방준성,박판근 한국방송∙미디어공학회 2022 방송공학회논문지 Vol.27 No.5

메타버스는 가상과 현실이 연결된 디지털 사회에서 사회·문화·경제 활동을 하며 다양한 가치를 생산할 수 있는 시뮬레이션 환경을제공한다. 본 논문에서는 메타버스 서비스와 산업 현황을 분석하고 서비스 플랫폼 구현 기술들을 살펴봄으로써 그 발전 방향을 예측해본다. 그리고, 지속가능한 메타버스를 구성하기 위한 메타버스 윤리(Metaverse Ethics)와 사용자들의 서비스 참여를 높이기 위한 메타버스 사용자경험(UX)에 대해서도 논의한다. 마지막으로, 기술 경쟁력 확보를 위해 디지털 윤리와 UX가 반영된 메타버스 R&D 추진전략을 제시한다.

무선 채널을 활용한 제어 신호 컴퓨팅

정민규,박판근,Jung, Mingyu,Park, Pangun 한국정보통신학회 2021 한국정보통신학회논문지 Vol.25 No.7

무선 기반 제어 시스템에서 안정성을 보장하기 위한 일반적인 설계 방식은 제어기가 무선채널을 통하여 개별 센서 값을 수신한 다음 계산된 제어신호를 액추에이터로 전송한다. 본 논문에서는 플랜트의 모든 센서가 동시에 스케일링된 신호를 액추에이터로 전송한 후, 액추에이터가 수신 된 신호를 추가적으로 스케일링하여 피드백 제어신호를 계산할 수 있는 Over-the-air controller 기법을 제안한다. 이러한 제어신호 컴퓨팅 기법은 기본적으로 Over-the-air computation 기술을 적용하여 무선 제어 시스템의 제어신호를 무선채널을 통하여 계산한다. 일반적인 센서-제어기-액추에이터 통신 방식과 대조적으로, Over-the-air controller는 다중 액세스 무선채널의 중첩 속성을 활용하여 단일통신 자원에서 다수 센싱 신호의 통신 및 컴퓨팅을 완료한다. 따라서 제안된 기법은 전용 제어기가 필요하지 않은 단순한 네트워크 구조로 피드백 지연시간 및 무선 자원 사용률을 개선시킬 수 있다. To stabilize closed-loop wireless control systems, the state-of-the-art approach receives the individual sensor measurements at the controller and then sends the computed control signal to the actuators. We propose an over-the-air controller scheme where all sensors attached to the plant transmit scaled sensing signals simultaneously to the actuator, and the actuator then computes the feedback control signal by scaling the received signal. The over-the-air controller essentially adopts the over-the-air computation concept to compute the control signal for closed-loop wireless control systems. In contrast to the state-of-the-art sensor-to-controller and controller-to-actuator communication approach, the over-the-air controller exploits the superposition properties of multiple-access wireless channels to complete the communication and computation of a large number of sensing signals in a single communication resource unit. Therefore, the proposed scheme can obtain significant benefits in terms of low actuation delay and low resource utilization with a simple network architecture that does not require a dedicated controller.

항공기내 무선통신 연구 동향 및 군통신에의 응용

방인규,박판근,반태원,정방철,장우혁,전상운,성단근 한국통신학회 2016 정보와 통신 Vol.33 No.11

본고에서는 차세대 항공시스템의 핵심요소 중 하나인 항공기내 무선통신 (WAIC: Wireless Avionics Intra-Communication) 시스템의 연구동향과 이를 군용기내 무선통신 시스템에서 응용하는 방안에 대해 알아본다. 먼저 항공기내 유선 통신네트워크 기술 동향을 살펴본 뒤, 항공기내 무선통신 시스템에 사용할 수 있는 무선 표준 기술로써 IEEE 802.11, Bluetooth, IEEE 802.15.4 등의 무선통신 기술을 소개한다. 이후 현재 논의되고 있는 항공기내 무선통신 시스템을 위한 주파수 대역과 트래픽 모델을 소개한다. 또한 현재 논의되고 있는 항공기내 무선통신 시스템을 군용으로 응용할 때 고려해야 하는 점을 소개한다.