이동 보상과 분류 벡터 양자화기를 이용한 영상 부호화에 관한 연구 (Ⅱ: 하드웨어 실현)

전중남,신태민,최성남,박규태,Jeon, Joong-Nam,Shin, Tae-Min,Choi, Sung-Nam,Park, Kyu-Tae 대한전자공학회 1990 전자공학회논문지 Vol. No.

본 논문은 MC-CVQ(motion compensated and classified vector quantization) 알고리듬의 하드웨어 실현에 관한 것으로, $128{\times}128$화소로 구성된 흑백영상을 64Kbps채널로 1초에 약 10장의 화면을 전송할 수 있는 화면간 부호화장치의 제작에 대하여 설명하였다. 위의 조건하에서 보호화를 수행하기 위하여, 시스템을 MC부, CVQ부, 보호화부로 구분하여 마이크로프로그램 제어에 의한 멀티프로세서 구조로 구성하였다. 그리고 MC부와 CVQ부에서 최소 거리 오차를 효율적으로 계산하기 위하여 연산부에는 3~단 파이프라인 구조를 채택하였다. 시스템 제작 후 성능을 평가한 결과, 본 시스템의 화면전송율은 영상신호의 상대적 이동량에 따라 1초에 6~15장 정도임을 확인하였다. This paper describes a hardware implementation of the interframe monochrome video CODEC using a MC-CVQ(Motion Compensated and Classified Vector Quantization) algorithm. The specifications of this CODEC are (1) the resolution of image is $128{\times}128$ pixels, and (2) the transmission rates are about 10frames/sec at the 64Kbps channel. In order to design the CODEC under these conditions, it is implemented by a multiprocessor system composed of MC unit, CVQ nuit and decoder unit, which are controlled by microprogramming technique. And the 3~stage pipelined ALU(Arithmetic and Logic Unit) is adopted to calculate the minimum error distance in the MC unit and CVQ nuit. The realized system shows that the transmission rates are 6-15 frames/sec according to the relative motion of the video signal.

영역 분리 및 합성법을 이용한 영상 분할에 관한 연구

전중남(Joong Nam Jeon),신태민(Tae Min Shin),박구만(Gu Man Park),김재희(Jaihie Kim),박규태(Kyu Tae Park) 대한전자공학회 1985 대한전자공학회 학술대회 Vol.1985 No.6

클럭 표류율과 기준 신호를 이용한 두 센서 노드간 시간 동기 알고리즘

김현수,전중남,Kim, Hyoun-Soo,Jeon, Joong-Nam 한국정보처리학회 2009 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.16 No.1

Time synchronization algorithm in wireless sensor networks is essential to various applications such as object tracking, data encryption, duplicate detection, and precise TDMA scheduling. This paper describes CDRS that is a time synchronization algorithm using the Clock Drift rate and Reference Signals between two sensor nodes. CDRS is composed of two steps. At first step, the time correction is calculated using offset and the clock drift rate between the two nodes based on the LTS method. Two nodes become a synchronized state and the time variance can be compensated by the clock drift rate. At second step, the synchronization node transmits reference signals periodically. This reference signals are used to calculate the time difference between nodes. When this value exceeds the maximum error tolerance, the first step is performed again for resynchronization. The simulation results on the performance analysis show that the time accuracy of the proposed algorithm is improved, and the energy consumption is reduced 2.5 times compared to the time synchronization algorithm with only LTS, because CDRS reduces the number of message about 50% compared to LTS and reference signals do not use the data space for timestamp. 무선 센서 네트워크에서의 시간 동기 알고리즘은 위치 추적, 데이터 암호화, 중복 이벤트 감지 인식, 정밀한 TDMA 스케줄링 등의 다양한 응용을 위해서 필수적이다. 본 논문에서는 두 노드 사이에서 시간 보정을 위한 클럭 표류율과 기준 신호를 이용한 시간 동기 알고리즘인 CDRS을 제안한다. CDRS는 시간 동기를 위해 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계에서는 LTS를 이용하여 시간 보정 값인 노드간의 시간 차이와 클럭 표류율을 구한다. 이 단계가 끝나면 두 노드는 시간이 맞추어진 상태가 되고 클럭 표류율로 시간 차이를 보정할 수 있게 된다. 두 번째 단계에서는 동기 노드는 주기적으로 기준 신호를 전송한다. 비동기 노드는 수신된 신호를 사용하여 두 노드간 시간 차이를 측정하고, 시간 차이가 최대 허용 오차 범위를 초과하면 다시 첫 번째 단계를 수행한다. 시뮬레이션을 통한 성능 분석 결과, CDRS는 LTS 대비 시간 정확도가 향상된다. 또한 메시지 발생량이 LTS 대비 50% 감소하고, 기준 신호는 타임스탬프를 사용하지 않기 때문에 CDRS는 LTS에 비하여 시간 동기에 사용되는 에너지가 2.5배 정도 적게 사용된다.

무선 센서 네트워크를 위한 퍼지 라우팅 프로토콜

이병권,전중남,Lee, Byong-Kwon,Jeon, Joong-Nam 한국정보처리학회 2007 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.14 No.7

Distributing the routing path over the entire network is an important factor to maintain the lifetime of wireless sensor network as long as possible. This paper proposes a fuzzy routing protocol that decides a routing path based on the fuzzy control rules. The fuzzy controller receives the energy values, distances, and hop counts of possible route paths as input, and the inference engine produces the contribution factors for each of route paths. The route path with the largest contribution factor is elected as the final routing path. The nodes contained in the routing path reduce their energy after transmitting a data packet so as to prevent the same route path from being selected repeatedly. It makes the network traffic spreaded over the network resulting longer network lifetime. The computer simulations on TinyOS have shown that the fuzzy routing protocol is more energy efficient and has longer network lifetime compared to the existing routing protocols. 무선 센서 네트워크에서 네트워크 수명을 오래 유지하기 위하여 라우팅 경로를 네트워크 전체에 분산시키는 방법이 연구되고 있다. 본 논문은 퍼지 제어 규칙을 기반으로 라우팅 경로를 선택하는 퍼지 라우팅 프로토콜을 제안한다. 여러 가지 라우팅 경로에 대하여 에너지, 거리, 홉수를 입력으로 하여 퍼지 추론 엔진으로 적합도를 산출하고, 적합도가 높은 한 개의 경로를 최종 라우팅 경로로 선정한다. 한 번 데이터 패킷을 전달한 경로에 속한 노드들의 에너지를 감소시킴으로써 다음에 경로를 선정할 때 동일한 경로를 선택하지 않도록 설계하였으며, 결과적으로 라우팅 경로가 분산되어 센서 네트워크의 유지시간을 길게 만드는 효과가 있다. TinyOS 시뮬레이터에서 실험한 결과, 제안하는 라우팅 프로토콜이 기존의 방법보다 에너지 효율 면에서 우수함을 입증하였고, 또한 센서 네트워크의 유지시간이 길어짐을 확인하였다.

임베디드 시스템을 위한 경량의 패킷필터

이병권,전중남,Lee, Byong-Kwon,Jeon, Joong-Nam 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.7

The advance of computer and communication technologies enables the embedded systems to be equipped with the network communication interfaces. Their appearance in network leads to security issues on the embedded systems. An easy way to overcome the security problem is to adopt the packet filter that is implemented in the general computer systems. However, general packet filters designed for host computers are not suitable to embedded systems because of their complexity. In this paper, we propose a lightweight packet filter for embedded systems. The lightweight packet filter is implemented in the kernel code. And we have installed a Web-GUI interface for user to easily set the filtering policies at remote space. The experimental results show that the proposed packet filter decreases the packet delivery time compared to the packet filter designed for host computers and it is comparable to the systems without packet filter. 통신 기술과 컴퓨터의 발전으로 임베디드 시스템에 네트워크 통신 인터페이스가 포함되었다. 이로써, 임베디드 시스템에서도 네트워크 기술의 사용으로 보안 이슈가 나타나게 되었다. 이러한 보안문제 해결 방법으로 일반 컴퓨터에서 사용하고 있는 패킷필터를 임베디드 시스템에 적용하는 것이다. 하지만, 호스트용으로 개발된 패킷필터는 기능이 복잡하여 임베디드 시스템에 부적합하다. 본 논문에서는 경량의 임베디드 패킷필터를 제안한다. 경량의 패킷필터는 커널의 코어 수준에서 구현되었다. 그리고 유저가 원격에서 쉽게 보안정책을 세울 수 있도록 Web GUI 인터페이스를 추가하였다. 실험 결과로 제안된 패킷필터는 호스트용으로 설계된 패킷필터보다 패킷 전달 시간이 향상되었고 패킷필터가 포함되지 않은 시스템과 대등한 성능을 보였다.

단일 플러딩 라우팅 알고리즘을 활용한 센서 네트워크의 시간 동기화 기법

신재혁,김영신,전중남,Shin, Jae-Hyuck,Kim, Young-Sin,Jeon, Joong-Nam 한국정보처리학회 2011 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.18 No.1

일반적으로 센서 네트워크는 라우팅 트리를 구축한 후에 시간 동기화를 수행한다. 이로 인하여 시간 동기화가 늦어지고 교환하는 패킷이 증가하여 에너지를 많이 소모하는 문제를 유발한다. 본 논문에서는 한 번의 플러딩 과정으로 라우팅 트리를 구축하고 이와 동시에 시간 동기화를 수행하는 TSRA (Time Synchronization Routing Algorithm) 알고리즘을 제안한다. 라우팅 패킷에 패킷 수신 시간과 패킷 전송시간을 추가하여 두 노드간 시간 차이를 구하고, 시간 차이를 전송함으로써 노드들 간의 시간 동기화를 구현한다. 시뮬레이션에 의하여 제안하는 알고리즘은 기존의 동기화 알고리즘인 TPSN과 동등한 수준의 정확도를 보이면서 동기화 속도 및 에너지 소모 면에서 우수하다는 것을 입증하였다. Usually time synchronization is performed after routing tree is constructed. This thesis proposes a time synchronization algorithm combined with single-flooding routing tree construction algorithm in a single path. TSRA (Time Synchronization Routing Algorithm) uses routing packets to construct a routing tree. Two types of time information are added to the routing packet: one is the packet receiving time, and the other is the packet sending time. Time offset and transmission time-delay between parent node and child node could be retrieved from the added time information using LTS (Lightweight Time Synchronization) algorithm. Then parent node sends the time offset and transmission time to children nodes and children nodes can synchronize their time to the parent node time along the routing tree. The performance of proposed algorithm is compared to the TPSN (Timing-sync Protocol for Sensor Networks) which is known to have high accuracy using NS2 simulation tool. The simulation result shows that the accuracy of time synchronization is comparable to TPSN, the synchronization time of all sensor nodes is faster than TPSN, and the energy consumption is less than TPSN.

선인출 전용 캐시를 이용한 적극적 선인출 필터링 기법

전영숙,김석일,전중남,Chon Young-Suk,Kim Suk-il,Jeon Joong-nam 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 A Vol.12 No.1

캐시 미스에 의한 메모리 참조 명령어는 응용 프로그램의 고속 수행을 방해하는 주 원인이다. 캐시 선인출 기법은 캐시 미스에 따른 지연시간을 줄이는 효과적인 방법이다. 그러나 너무 적극적으로 선인출을 할 경우에는 캐시 오염을 유발시켜 오히려 선인출에 의한 장점을 상쇄시킨다. 본 연구에서는 선인출로 인한 캐시의 오염을 줄이기 위해 필터 테이블을 참조하여 선인출 명령을 수행한 지의 여부를 동적으로 판단하는 적극적 선인출 필터링 기법을 제시한다. 정교한 필터링을 위하여 저장되어 있는 불필요한 선인출 데이터의 주소를 직접 사용하는 축출 주소 참조 방시을 제안하였다. 또한 동적 필터링의 정확성을 늘이기 위하여 선인출 데이터의 캐시로부터의 출입을 증가 시키도록 작은 크기의 선인출 전용 캐시를 사용하였다. 선인출 전용 캐시의 사용으로 인해 유용한 요구 데이터들이 선인출 데이터들로 인하여 밀려나가지 않게 되었고, 또한 직접 주소 참조 방식을 통하여 필터링 정확성이 증가됨으로써 선인출 전용 캐시 내에도 유용한 선인출 데이터들만이 존재하게 되어 캐시 미스 수가 크게 감소되었다. 일반적으로 많이 사용되는 일반 벤치마크 프로그램과 멀티미디어 벤치마크 프로그램들에 대하여 실험한 결과, 제안된 방식의 캐시 미스율은 $13.3{\%}$ 감소하였고,, 기존 방식에 비해 우수한 필터링 정확도를 가짐을 보였다. Memory reference instruction caused by cache miss is the critical factor that limits the processing power of processor. Cache prefetching technique is an effective way to reduce the latency due to memory access. However, excessively aggressive prefetch leads to cache pollution and finally to cancel out the advantage of prefetch. In this study, an active prefetch filtering scheme is introduced which dynamically decides whether to commence prefetching after referring a filtering table to reduce the cache pollution due to unnecessary prefetches. For the precision filtering, an evicted address referencing scheme has been proposed where the filter directly compares the current prefetch address with previous unnecessary prefetch addresses stored in filtering table. Moreover, a small sized exclusive prefetch cache has been introduced to increase the amount of eviction of unnecessarily prefetched addresses to enhance the accuracy of dynamic filtering. The exclusive prefetch cache also prevents useful demand data from being pushed out by prefetched data, while the evicted address direct referencing scheme enables the prefetch cache to keep most of useful prefetch data within its small size. Experimental results from commonly used general and multimedia benchmarks show that the average cache miss ratio has been decreased by $13.3{\%}$ by virtue of enhanced filtering accuracy compared with conventional schemes.

관측행렬에 대한 전처리 Cholesky-Factor Downdating 기법

김석일,이충한,전중남,Kim, Suk-Il,Lee, Chung-Han,Jeon, Joong-Nam 한국정보처리학회 1996 정보처리논문지 Vol.3 No.2

본 논문에서는 다행관측행렬 Z$^T$를 빠르게 downdating하기 위하여 Z$^T$의 partial Cholesky factor Rz를 계산하는 전처리 과전을 거친 후, RZ에 각각 기존의 GD(Givens Downdting)기법과 HD(Hyperbolic Downdating)기법을 적용한 PGD(Preprocessed GD)기법 과 PHD(Preprocessed HD)기법을 제안하였다. p$\times$n(p$\geq$n)크기의 다행관측행렬 ZT를 downdating 하는 데필요한 시간복잡도는 PGD 및 PHD기법을 이용한downdating의 경우 에 각각 $pn^2$+$5n^3/6$ 및 $pn^2$ +$n^3/3$ flops이며, 기존의GD기법또는 HD기법을이용한 downdating에서는 각각 5np2/2 과 2np2 flops이므로 다행관측행렬 Z$^T$를 partial Cholesky factor RTZ로 분할하는 전처리 과정이 downdating알고리즘의 성능을 개선할 수 있음을 보여준다. Sun SPARC/2 시스템에서의 벤치 마크 실험 결과도 전처리 과정을 거친 알고리즘의 실행 속도가 전 처리 과정을 거치지 않은 알고리즘에 비하여 빠른 결과 를 얻었으며, 두가지 전처리 기법 중에서도 PHD 기법이 PGD기법 보다 시간복잡도 측면 에서 우수하였다. This paper introduces PGD(Preprocessed Givens Downdating)and PHD(Preprocessed Hyperbolic Downdating) algorithms, wherein a multiple-row observation matrix $Z^T$ is factorized into a partial Cholesky factor Rz, such that $Z^T$ = $Q_zR_z, Q_zQ^T_z=I$, and then Rz is recursively downdated by using GD(Givens Downdating)and HD(Hyperbolic Dondating), respectively. Time complexities of PGD and PHD algorithms are $pn^2$ + $5n^3/6$ 및 $pn^2$+$n^3/3$ flops, respectively, if p$\geq$n, while those of the existing GD and HD are known to be $5pn^2/2$ and $2pn^2$ flops,, respectively. This concludes that the factorization of observation matrices, which we call preprocessing, would improve the overall performance of the downdating process. Benchmarks on the Sun SPARC/2 system also show that preprocessing would shorten the required downdating times compared to those of downdatings without preprocessing. Furthermore, benchmarks also show that PHD provides better performance than PGD.

원격 제어를 위한 임베디드 통신 변환기 구현

이병권,전영숙,전중남,Lee Byung-Kwon,Chon Young-Suk,Jeon Joong-Nam 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지D Vol.13 No.3

구형 산업용 계측 장비들은 대부분 직렬 통신 기능만 갖추고 있다. 이러한 장비들을 인터넷으로 연결하기 위한 임베디드 통신 변환기를 구현하였다. 이 장비는 입출력 장치로 한 개의 WAN 포트, 두 개의 LAN 포트, 두 개의 직렬 포트를 갖고 있으며, 소프트웨어에 의하여 직렬 통신과 네트워크 통신 간의 상호 변환 기능을 수행하고, 기존의 직렬-이더넷 변환기와 구별되는 웹 모니터링 기능을 지원한다. ARM922T를 프로세서 코어를 사용하는 MICREL 사의 KS8695 네트워크 전용 칩셋을 사용하여 하드웨어를 구현하였고, 인터넷 기반 원격 제어를 위하여 웹 서버인 boa와 CGI 기능을 활용하였으며, 사설 IP 주소를 갖는 네트워크에서도 인터넷 접속이 가능하도록 IP 공유 기능을 추가하였으며, 통신 변환기의 역할을 수행하는 직렬-이더넷 변환 프로그램을 개발하였다. 그리고 개발된 통신 변환기를 태양열 에너지 전력 생산시스템의 원격 감시 장치로 활용하는 예를 제시하였다. Almost of industrial measuring instruments usually are equipped only with serial communication devices. In order to connect these instruments to internet, we implement an embedded translator. This device has the hardware components composed of one WAN port, two LAN ports, and two UARTs, and functions as a communication translator between serial and internet communication. it also provides web-based monitoring function that is absent from existing serial-to-ethernet converter. The hardware is implemented using the KS8695 network processor which s an ARM922T as processor core. We have installed the boa web server and utilized the CGI function for internet-based remote control, added the IP sharing function which allows the network with private IP addresses to access the internet, and developed a serial-to-ethernet translation program. Finally, we show an application example of the developed translator that remotely monitors the solar energy production system.

무선 센서 네트워크에서 에너지 효율성을 고려한 라우팅 트리 구축 알고리즘

김열상,김현수,전중남,Kim, Yul-Sang,Kim, Hyoun-Soo,Jeon, Joong-Nam 한국정보처리학회 2009 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.16 No.6

In wireless sensor network, many sensor nodes are distributed in the field. They communicate the sensing data each other and forward it to sink. Routing protocols, which define the delivery methods of sending data, affect to the lifetime of sensor network. This paper proposes RTAF that is a routing-tree construction algorithm of sensor nodes by a single flooding process in wireless sensor network. A routing tree is constructed by selecting a parent node using the forward-direction flooding packet and gathering children nodes using the reverse-direction flooding packet. In this process, a node with much energy becomes the parent node. And the routing tree is periodically reconstructed in order to distribute the loads of parent nodes. The proposed algorithm compared performance with Modified-LEACH using NS2 network simulation tool. The simulation result shows that the proposed algorithm constructs a routing-tree faster and reduced 40-80% in routing-tree construction packet. 무선 센서 네트워크는 여러 개의 센서 노드들이 분산 배치되어 서로 통신하고 중계하여 데이터를 수집한다. 센서 노드에서 수집한 데이터를 싱크까지 전달하는 방식을 정의하는 라우팅 프로토콜은 구성 방식에 따라 센서 네트워크 전체의 수명에 영향을 준다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 단일 플러딩에 의한 라우팅 트리를 구축하는 알고리즘인 RTAF를 제안한다. RTAF는 플러딩 전파 과정에서 정방향 플러딩 패킷으로 노드의 부모 노드를 선택하고, 역방향 플러딩 패킷으로 자식노드들을 결정함으로써 라우팅 트리를 구축한다. 에너지가 많은 노드가 라우팅 트리의 부모 노드가 되도록 만들어 주고, 일정 시간 간격으로 라우팅 트리를 다시 구성하여 부하를 분산한다. RTAF는 라우팅을 위한 트리를 구성하는 Modified-LEACH와 성능을 NS2 네트워크 시뮬레이션 도구로 실험하여 비교하였다. 라우팅 트리를 구축하는 시간이 짧고, 라우팅 트리 구축 패킷량은 40-80%로 감소하였다.