이미지 센서를 이용한 멀티미디어 센서 네트워크의 설계 및 구현

이좌형,조영태,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Jo, Young-Tae,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.3

Advances in wireless communication and hardware technology have made it possible to manufacture high-performance tiny sensor nodes. More recently, the availability of inexpensive CMOS cameras that are able to capture multimedia data from the environment has fostered the development of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). WMSN with the CMOS imaging sensor which is cheaper and consumes lower power than the CCD will not only enhance existing sensor network but also enable several new application such as multimedia surveillance sensor network, multimedia environment monitoring. This paper presents the design of a multimedia sensor network with the image sensor mote developed by us using the CMOS. Given new multimeida sensor network, the new image collecting protocol was tested and analyzed. 무선통신과 하드웨어 기술의 발전에 의해 센서 네트워크에 사용되는 센서 노드의 성능은 점차 향상되어 가고 있다. 뿐만 아니라 최근에는 CMOS 이미지 센서 기술의 발전에 의해 센서 네트워크에 멀티미디어 데이터를 활용한 멀티미디어센서 네트워크 연구가 활발히 진행되고 있다. CMOS 이미지 센서는 기존의 CCD에 비해 저가격으로 생산이 가능하고 저전력의 특징을 가진다. 이러한 CMOS 이미지 센서를 활용한 멀티미디어 센서 네트워크는 기존의 센서 네트워크를 이용한 화재감시, 방범 시스템 등의 어플리케이션에 영상 데이터를 제공함으로써 보다 신뢰성 있는 정보를 제공할 수 있다. 본 논문에서는 CMOS 이미지 센서를 이용한 이미지 센서 모듈과 이를 활용한 멀티미디어 센서네트워크를 설계 및 구현한다. 구현된 멀티미디어 센서 네트워크를 통해 이미지 데이터 수집을 테스트하고 그 성능을 분석한다.

VoD 시스템에서 탐욕적 선행 전송 기법

이좌형,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2010 한국정보통신학회논문지 Vol.14 No.3

최근 컴퓨팅 기술과 네트워크 기술의 발전으로 초고속 인터넷이 널리 보급되고 있지만 높은 대역폭을 필요로 하는 어플리케이션들의 점유율도 높아지면서 트래픽 혼잡으로 인한 네트워크 장애 발생율도 증가하고 있다. 데이터 전송에 시간적 제한을 갖는 어플리케이션인 VoD 시스템에서 네트워크 장애 발생 빈도가 증가하면 스트리밍의 지터로 인한 QoS의 저하를 초래할 수 있다. 기존의 인터넷 기반 스트리밍에 관한 연구들에서는 네트워크의 변화에 따라 적응적으로 QoS(Quality of Service)를 조절하는 기법들을 제시하여 왔다. 하지만 이는 서비스 제공자 입장에서의 문제 해결이며 네트워크상태에 상관없이 일정한 QoS를 원하는 사용자에게는 적합하지 않다. 본 논문에서는 네트워크 장애에 대비하여 선행하는 미디어 프레임을 탐욕적으로 전송함으로써 일정한 QoS를 보장하고자 하는 GPFT(Greedy Precedent Frame Transmission)기법을 제안한다. 제안하는 GPFT기법은 네트워크의 가용한 대역폭이 높을 경우 정상적인 프레임 재생율보다 빠르게 선행하는 프레임을 전송시켜 미리 클라이언트의 버퍼에 저장하도록 한다. 네트워크 장애 발생시 프레임들이 전달되지 않더라도 클라이언트의 버퍼에 저장된 선행 프레임들을 재생함으로써 사용자가 느끼는QoS를 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 한다. 실험을 통하여 비디오 스트림의 특성을 분석하였으며 이를 바탕으로 네트워크 상태에 따라 적응적으로 선행하는 프레임을 빠르게 전송함으로써 기존 방식에 비해 QoS를 일정하게 유지할 수 있음을 보였다. Recently, with the advance of computing and networking technique, the high speed internet becomes widespread, however, it is still hard job to do streaming the media which requires high network bandwidth over the internet. Previous VoD system researches for streaming over the internet mainly proposed techniques that controls the QoS(Quality of Service) of the media in proportion to the network status. Though, this could be the solution for the service provider while the service user who wants constant QoS may not satisfy with variable QoS. In the paper, we propose greedy precedent frame transmission technique, GPFT, for guarantee of constant QoS. In GPFT, Streaming VoD server prefetches precedent frames and transmits the frame greedily by increasing the frame transmission rate while the available network bandwidth is high. The GPFT uses the prefetched precedent frames to guarantee the QoS while the available network bandwidth is low. The experiment result shows that the proposed GPFT could guarantee the constant QoS by prefetching the frames adaptively to the network bandwidth with the characteristic of video stream.

유비쿼터스 기반 전자액자의 설계 및 구현

이좌형,박총명,허난숙,조영태,권영완,한우람,선주호,김종욱,유제욱,이강희,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Park, Chong-Myung,Heo, Nan-Sook,Jo, Young-Tae,Kwon, Young-Wan,Han, Woo-Ram,Seon, Ju-Ho,Kim, Jong-Wook,Yoo, Jae-Wook,Lee, Kang-Hee,Jung, In-B 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.9

디지털 이미지의 증가로 인해 최근에는 디지털 이미지을 보관하고 감상하기 위한 목적의 전자액자가 등장하였고 전자액자의 가격도 점차 낮아져 새로운 사진 감상용 매체로 떠오르고 있다. 하지만 현재의 전자액자는 주로 사진 출력과 로컬의 동영상 재생의 기능만을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 사용자에게 보다 다양한 서비스를 제공할 수 있는 유비쿼터스 기반의 새로운 전자액자를 설계하고 구현한다. 본 논문에서 제안하는 유비쿼터스 전자액자는 멀티미디어 센서 네트워크와 연동하여 주위 환경 정보 및 특정 지역의 이미지 정보를 사용자에게 제공하여 다양한 응용이 가능하고 네트워크 대역폭에 따른 동적인 동영상 스트리밍을 통해 사용자에게 끊김 없는 동영상을 제공할 수 있다. 또한 웹과 연동하여 인터넷이 되는 곳이라면 언제 어디서든지 사용자가 원하는 컨텐츠를 업로드 하고 전자액자로 출력시킬 수 있다. As the performance of digital camera keeps going on, the digital camera becomes into wide use recently so that the number of digital images taken by digital camera is increased rapidly. Given the augmentation of digital images, the digital photo frame has appeared for storing and enjoying the digital image and receives attention as the price of digital frame becomes down. However, users with the existing digital frame only could display the digital images and stream media stored in local disk. In the paper, we design and implement a new digital photo frame baled on ubiquitous which could provide a more variety of service to the user. With the proposed digital photo frame, the user could obtain the environment information and the digital image from multimedia sensor network. The users also could enjoy the various stream media stored in the remote streaming server seamlessly. In addition, the user could update the digital image through the web site at anywhere.

센서네트워크를 위한 이벤트 기반 운영체제에서 효율적인 연속적 전송 기법

이좌형,임화정,선주호,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Lim, Hwa-Jung,Seon, Ju-Ho,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.1

To transfer large amount of packets fast in sensor network, it is necessary that the delay between successive packet transmissions should be minimized as possible. In Sensor network, since the Operating Systems are worked on the event driven, the Timer Event is used to transfer packets successively. However, since the transferring time of packet completely is varies very much, it is very hard to set appropriate interval. If interval is too long, delay also becomes too long but if interval is too short, the fail of transfer request would increase. In this paper, we propose ESTEO which reduces the delay between successive packet transmissions by using SendDone Event which informs that a packet transmission has been completed. In ESTEO, the delay between successive packet transmissions is shortened very much since the transmission of next Packet starts at the time when the transmission of previous packet has completed, irrespective of the transmission time. Therefore ESTEO could provide high packet transmission rate given large amount of packets. 수많은 센서 노드들을 이용하여 주변환경으로부터 정보를 수집하는 센서네트워크에서 많은 양의 패킷을 빠르게 전송하기 위해서는 패킷 전송간에 지연을 최소화하여 효율성을 높일 필요가 있다. 센서네트워크에서 이벤트에 기반하여 동작하는 운영 체제에서는 주로 주기적으로 발생하는 Timer Event를 이용하여 연속적으로 패킷을 전송한다. 하지만 무선 센서네트워크의 특성상 패킷을 전송하는데 소요되는 시간이 매우 가변적이기 때문에 적합한 주기를 설정하기가 매우 어렵다. Timer Event의 발생주기에 따라 패킷 전송간에 지연이 증가하거나 전송요청이 실패 할 수 있다. 본 논문에서는 패킷 전송 작업이 완료되었음을 알려 주는 SendDone Event를 이용하여 연속적인 패킷전송 시 지연을 줄여 주는 ESTEO기법을 제안한다. ESTEO에서는 패킷 전송이 완료된 시점에 즉시 다음 패킷을 전송하기 때문에 패킷을 전송하는데 소요되는 시간에 상관없이 패킷 전송간에 지연이 발생하지 않는다. 따라서 연속적으로 대량의 패킷을 전송할 때 높은 전송율을 제공할 수 있다.

파이프라인 개념을 이용한 VOD 서버의 장애 복구 방법 연구

이좌형,박총명,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Park, Chong-Myoung,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.5

클러스터 서버는 front-end 노드와 여러 backend 노드로 구성된다. backend 노드 수의 증가로 더 많은 클라이언트들에게 QoS(Quality of Service)를 보장하는 스트리밍 서비스를 할 수 있지만, backend 노드의 오류 가능성도 이와 비례하여 증가한다. 서버의 장애는 모든 스트리밍 서비스를 중단시킬 뿐 아니라 현재 재생 위치 정보도 잃어버린다. 본 논문에서는 backend 노드가 오류 상태가 될 때, 끊이지 않는 스트리밍 서비스를 지원하기 위한 복구 방법을 제안한다. 클러스터 기반의 VOD 서버 구조를 고려하지 않고, 기본적인 장애복구 기술을 사용한 애플리케이션은 복구를 위한 내부 네트워크 성능의 병목현상과 backend 노드들의 비효율적인 CPU 사용을 야기시킨다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 파이프라인 개념을 이용한 새로운 장애 복구 방법을 제안한다. A cluster server usually consists of a front end node and multiple backend nodes. Though increasing the number of bookend nodes can result in the more QoS(Quality of Service) streams for clients, the possibility of failures in backend nodes is proportionally increased. The failure causes not only the stop of all streaming service but also the loss of the current playing positions. In this paper, when a backend node becomes a failed state, the recovery mechanisms are studied to support the unceasing streaming service. The basic techniques are hewn as providing very high speed data transfer rates suitable for the video streaming. However, without considering the architecture of cluster-based VOD server, the application of these basic techniques causes the performance bottleneck of the internal network for recovery and also results in the inefficiency CPU usage of backend nodes. To resolve these problems, we propose a new failure recovery mechanism based on the pipeline computing concept.

무선 센서 네트워크에서 이동 객체의 위치인식을 위한 게이트웨이 노드설계 및 구현

이좌형,박총명,조영태,권영완,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Park, Chong-Myung,Jo, Young-Tae,Kwon, Young-Wan,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.7

최근 언제 어디서나 사람과 사물 같은 객체의 위치를 인식하고, 이를 기반으로 유용한 서비스를 제공하는 LBS(Location Based Service)가 대두되고 있다. LBS를 제공하기 위해 Cricket, Ubisense 등의 많은 연구가 진행되고 있지만, 이들은 노드들로만 구성된 네트워크를 이용하기 때문에 위치추적과 같은 복잡한 연산을 수행하는데 적합하지 않다. 본 연구는 위치 인식이 가능하고, 계산 능력이 높은 게이트웨이 노드를 구현하여 복잡한 연산을 가능하게 하였다. Recently, LBS(Location Based Service) which provides useful service based on the location of objects or human has drawn the attention of the research community. To provide LBS, many researchers have proposed many localization systems such as Cricket or Ubisense, however, these systems have the limit that it is very hard to perform the complicated computation on these systems because these systems consist of sensor nodes which have very limited computing power. In the paper, we propose a new localization system with the gateway node which has very high computing power and resource which is suitable for the complicated computation needed for localization.

실내환경에서 무선 센서 네트워크구축을 위한 패킷 전송성능평가

이좌형,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.9

무선 센서 네트워크는 사람을 대신해 다양한 환경에서 감시와 정보수집 역할을 수행한다. 센서네트워크는 제한된 하드웨어 자원과 낮은 무선 네트워크 대역폭을 사용한다. 이러한 특성은 통신 중 높은 에러율을 발생시키며 데이터 신뢰도 향상을 위한 오류정정 기법의 필요성이 높다. 센서노드의 환경에 따른 CRC 에러와 패턴에 대한 연구는 오류정정 기법의 적절한 기법 선택을 위한 자료가 된다. 본 논문에서는 실내환경에서 시스템 구성시 데이터 전송률에 영향을 미치는 전송주기와 센서 노드간의 거리, 전송 패킷의 크기, RF의 크기에 대한 실험을 실시한다. 실험한 결과를 바탕으로 시스템 구성에서 고려해야 하는 요소를 알아본다. Wireless sensor networks do the monitoring and collecting information in the environment instead of human. Sensor networks are consisted of small sensor nodes with very limited hardware resource and very low network bandwidth. The wireless communication environment causes lots of communication errors so that the sensor network requires error correction technique to increase the reliability of network. The performance of error correction technique could be increased by the researches about the error pattern of CRC. In the paper, we did the performance evaluation - transmission interval, distance between sensor nodes, racket size, and RF power - that affects to the success ratio of data transmission in the indoor environment. we propose the performance metrics of system configuration based on the analysis of performance evaluation.

무선 센서 네트워크에서 모바일 싱크를 통한 데이터 수집의 균등성 보장을 위한 가용성 기반 스케줄링 기법

이좌형,조영태,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Jo, Young-Tae,Jung, In-Bum 한국정보처리학회 2009 정보처리학회논문지 A Vol.16 No.3

무선 센서네트워크에서 데이터 수집을 담당하는 싱크를 일정한 장소에 고정시켜 놓는 것은 데이터 수집의 안정성을 보장할 수 있지만 싱크노드 주변으로 집중되는 네트워크 트래픽이 에너지를 과도하게 소모시켜 네트워크의 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 싱크에 이동성을 부여하여 싱크 주변 노드로 집중되는 네트워크 트래픽을 분산시키는 모바일 싱크 기법이 새로운 대안으로 제시되고 있다. 하지만 모바일 싱크를 사용하면 네트워크 트래픽의 집중화 문제는 해결할 수 있으나 이동성으로 인하여 데이터 수집의 안정성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 데이터를 안정적으로 수집하기 위해서는 센서 노드와 모바일 싱크 간 통신 가능한 시간 안에 각 센서 노드들로부터 균등하게 데이터를 수집할 수 있는 데이터 수집 스케줄링에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 모바일 싱크에 기반한 센서 네트워크에서 센서 노드들로부터 균등하게 데이터를 수집하기 위한 센서노드의 가용성 기반 스케줄링기법인 ASF(Availability based Scheduling scheme for Fair data collection)를 제안한다. ASF는 모바일 싱크의 이동경로와 센서노드 간의 거리를 기준으로 판단되는 센서노드의 가용성에 따라 스케줄링의 우선순위와 타임슬롯을 할당한다. 모바일 싱크의 이동경로와 멀리 떨어져 있어 데이터 수집의 가용성이 낮은 센서노드에 높은 우선순위와 긴 타임슬롯을 할당함으로써 노드간 데이터 수집의 균등성을 보장한다. 실험을 통하여 제안된 기법이 기존의 다른 기법들에 비해 무선 센서 노드들로 부터의 데이터 수집에 있어서 가장 균등하게 데이터를 수집함을 보인다. With fixed sinks, the network stability could be improved while the network life time could be decreased by the rapid energy dissipation around the fixed sink because of the concentrated network traffic from sensor nodes to the fixed sink in wireless sensor network. To address this problem, mobile sinks, which decentralize the network traffic, has received a lot of attention from many researchers recently. Since a mobile sink has a limited period to communicate with each sensor nodes, it is necessary for a scheduling algorithm to provide the fairness of data collection from each sensor nodes. In the paper, we propose the new scheduling algorithm, ASF(Availability based Scheduling scheme for Fair data collection), for the fair data collection by a mobile in the sensor networks. The ASF takes account of the distance between each sensor nodes and the mobile sink as scheduling metric, as well as the amount of collected data from each sensor nodes. Experiment results shows that the ASF improves the fairness of data collection among the sensor nodes, comparing to existing algorithm.

이동 무선 센서 네트워크에서 상호배제 기반 위치인식 기법

이좌형,임동선,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Lim, Dong-Sun,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2010 한국정보통신학회논문지 Vol.14 No.6

이동 사용자의 위치 정보를 제공하는 위치인식서비스는 센서네트워크가 제공하는 대표적인 서비스이다. 그동안 이동 사용자의 위치정보를 획득하기 위한 다양한 기법들이 제시되어 왔다. 하지만 대부분의 기법들은 단일 사용자인 경우만 고려하여 연구되어 이를 다중 사용자인 경우로 확장하기에는 문제가 있다. 여러 이동 사용자들이 한 지역에서 동시에 위치인식 작업을 수행하는 경우에 센서노드들이 발생시키는 라디오 주파수나 초음파 등이 서로 간에 간섭을 발생시킬 수 있다. 본 논문에서는 여러 이동 사용자들이 동시 다발적으로 위치확인 작업을 수행하고자 하는 경우에 발생 가능한 간섭을 회피하도록 하는 LME기법을 제안한다. LME기법은 센서노드가 위치인식 작업을 수행하기 전에 주위에 있는 앵커노드를 선점하여 점유함으로써 노드간의 간섭을 방지한다. 이를 위해 IEEE 802.11에 정의된 CTS패킷을 자원 선점을 요청하는데 사용하며 RTS패킷을 자원 선점을 확인하는데 사용한다. 반대로 이미 앵커노드가 다른 노드에 의해 선점하여 위치인식 작업을 방해할 가능성이 있는 경우 해당 앵커노드들을 임계영역으로 정의한다. 임계영역 처리를 위한 NTS 패킷을 새로이 정의하여 노드 간에 간섭이 발생하지 않도록 한다. 추가적으로 거리측정 작업시 앵커노드간 동기화를 위한 STS패킷을 새로이 정의한다. 실험을 통하여 이동 사용자가 다수일 경우 노드 간에 간섭이 많이 발생함을 보이며 제안하는 LME기법이 위치인식 작업시 간섭을 방지함을 보인다. The localization service which provides the location information of mobile user, is one of important service provided by sensor network. Many methods to obtain the location information of mobile user have been proposed. However, these methods were developed for only one mobile user so that it is hard to extend for multiple mobile users. If multiple mobile users start the localization process concurrently, there could be interference of beacon or ultrasound that each mobile user transmits. In the paper, we propose LME, the localization technique for multiple mobile nodes in mobile wireless sensor networks. In LME, collision of localization between sensor nodes is prevented by forcing the mobile node to get the permission of localization from anchor nodes. For this, we use CTS packet type for localization initiation by mobile node and RTS packet type for localization grant by anchor node. NTS packet type is uevento reject localization by anchor node for interference avoidance.nghe experimental result shows that the number of interference between nodes are increased in proportion to the number of mobile nodes and LME provides efficient localization.

클러스터환경에서 MPI를 이용한 병렬 MPEG인코더의 설계 및 구현

이좌형,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Jung, In-Bum 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.10

최근 컴퓨터와 네트워크 기술이 빠르게 발전하고 널리 보급되면서 텍스트 위주로 작업을 하던 어플리케이션들의 비중이 낮아지고 멀티미디어 데이터를 처리하는 어플리케이션들의 비중이 점차 증가하고 있는 추세이다. 다양한 멀티미디어들 중에서 동영상 멀티미디어를 다루는 프로그램들은 멀티미디어 응용 어플리케이션들 중에서 큰 비중을 차지하고 있으며 실생활에서 널리 사용되고 있다. 대표적 인 동영상 압축 표준인 MPEG의 경우 매우 높은 압축률을 제공하여 일반 사용자들도 손쉽게 동영상 데이터를 접하고 사용할 수 있는 기회를 제공한다. 하지만 MPEG 인코딩은 매우 많은 컴퓨팅 자원과 시간을 요하는 작업이다. 본 연구에서는 동영상 데이터를 인코딩하는데 소요되는 시간을 줄이기 위해 클러스터 환경에서 MPI를 이용하여 동영상 압축 표준인 MPEG 기반의 병렬 인코더를 설계 및 구현하였다. As the computing and network technique move rm and spread widly, the usage of multimedia application becomes in general while the usage of text based application becomes low. Especially the application which treats the streaming media such as video or movie, one of multimedia data, holds a majority in the usage of computing. MPEG, one of the typical compression standard of streaming media, provides very high compression ratio so that general users could be close to the streaming media with easy usage. However, the encoding of MPEG requires lots of computing power and time. In the paper, we design and implement a parallel MPEG encoder with MPI in cluster envrionment to reduce the encoding time of MPEG.