유비쿼터스 무선 엑세스 기술

1Sejong University

Ubiquitous Research Center

과학기술부21 세기 프론티어연구개발사업

유비쿼터스 무선 엑세스 기술유비쿼터스 무선 엑세스 기술

2003. 11. 142003. 11. 14

세 종 대 학 교 세 종 대 학 교

정 보 통 신 공 학 과정 보 통 신 공 학 과

송 형 규송 형 규

Tel.) 02-3408-3736, 011-306-1037Tel.) 02-3408-3736, 011-306-1037

E-mail) [email protected]) [email protected]

2Sejong University



목 차

uT 진화 과정

uT 기술 체계 및 구성 요소

uT 표준화 연구 동향

uT 개발 현황

uT 서비스 영역

uT Architecture & Environment

uT Applications

3Sejong University



유선 / 서버 : 망기반 자율 슈퍼서버 , 고속 대용량 정보 수렴 필요 무선 , 유무선통합 , 포스트 PC : 가상망 (P2P,Grid 개념 포함 ), 단말의 다양화 , 광대역고속 접속 근거리무선 / 센서 : 지능형 공간 , 지능형 객체 , 자율 서비스 , 단말의 확산에 따른 대량 정보 발산 야기

근거리무선 유•무선통합 무선 유선 서버 클라이언트 포스트 PC 근거리무선 유•무선통합 무선 유선 서버 클라이언트 포스트 PC

Cyber-Real Convergence Network Appliance Variety ( 통합 , 융합 ) ( 다양화 , 특화 )

센서MEMS

소형 내장형 컴퓨팅 객체

조 화 된 파 동 에 의 한 대 통 합 이 진 행




Seamless, 망통합 , 서버중심(Any* 의 세계 )

Broadband, 광대역접속 , 단말중심

Smart, 자율 컴퓨팅 환경 , 인간중심( 유비쿼터스 컴퓨팅 영역 / Just Its 의 세계 )

uT 진화 과정

uT 기술의 진화

Any* : Anytime, Anywhere, Anyservice, Anydevice, Anynetwork

4Sejong University



사용자가 서비스를 이용하기 위한 기술사용자가 서비스를 이용하기 위한 기술 - WWW, Java. WAP, XML, Peer-to-Peer - WWW, Java. WAP, XML, Peer-to-Peer 기술기술

기초 기술

하드웨이 기술

액세스 기술

응용 기술

하드웨어를 네트워킹 및 장치 기술하드웨어를 네트워킹 및 장치 기술 - - 네트워킹네트워킹 , , 근거리 무선 기술근거리 무선 기술 , , 디바이스 접속 기술디바이스 접속 기술

하드웨어의 성능 향상 및 인터페이스 기술하드웨어의 성능 향상 및 인터페이스 기술 - - 입출력장치입출력장치 , , 소형화소형화 , , 저전력화저전력화 , , 내장형 기술내장형 기술

어디에서든지 안전하게 컴퓨터에 연결하기 위한 기술어디에서든지 안전하게 컴퓨터에 연결하기 위한 기술 - - 개인 인증 기술개인 인증 기술 , , 보안 기술보안 기술

모바일 기술 모바일 기술 (( 휴대폰휴대폰 , PDA, …), PDA, …)

uT 기술 체계 및 구성 요소 uT 기술 체계

유통 콘텐츠의대용량화

네트워크에 접속되는

기기의 증대

모바일IPv6

사용자와 네트위크의

관계성 다양화

상시접속배리어프리 I/F

브로드밴드

+ 동영상

+ 음성

+ 사진

문자

사람 사물

PC( 직장 가정 ) MMK 센서 휴대전화

상품개발참가

N

옥션 N

One2One N U e-mail

N U

U

U

uT 주요 구성 요소 및 기술적 변화

Broadband, Mobile, 상시접속 , IPv6, Barrier Free Interface

5Sejong University



표준화 연구 동향

IEEE 표준화 동향IEEE 802.11

WLAN Working Group

IEEE 802.16WMAN Working

Group

IEEE 802.20Mobile BWA Working

Group

IEEE 802.18Radio Regulatory

TAG

IEEE 802.19Coexistence TAG

IEEE 1451.5Working Group

for Wireless Sensors

6Sejong University



Bluetooth – 802.15.1

Data rates : 720kbps Star(Master/Slave) operation 7 active nodes TDMA channel access Synchronous voice links ( SCO ) 75channels in the 2.4GHz Multi-hour to Multi-month battery life Applications

Headset Handsfree Object Push File Transfer Data Synchronization Dial-up Networking Human Interface Device

7Sejong University



ZigBee – 802.15.4

Data rates : 20kbps to 250Kbps Star or Peer to Peer operation 16 to 1024 active nodes CSMA/CA channel access Low power consumption, Very low duty-cy

cle ( < 0.1% ) 16channels in the 2.4GHz, 10 channels i

n the 915MHz, 1 channel in 868MHz Multi-month to Multi-year battery life Applications

Sensors & actuators Interactive toys Smart badges Health monitoring Computing peripherals Remote control Home automation Automatic meter reading

8Sejong University



WiMedia – 802.15.3

Data rates : 11, 22, 33, 44, 55 Mbps

(to be increased by TG3a up 480Mbps using UWB)

Coordinator (PNC) / Device (DEV) topology

PNC assigns time for connections Communication is peer-to-peer

Support for multimedia QoS ( TDMA & CSMA/CA )

243 active nodes 3 or 4 channels in the 2.4GHz Applications

Streaming audio and video Digital Imaging & Printing Projector

9Sejong University



Majority of Application Requirements High bit rate >100 Mb/s Range < 10 meters (WPAN™) Low cost Comparable to Bluetooth™ Co-location > 4 piconets Power Low consumption (100mW) Interference Robust link Coexistence With 802.11a/b/g & 802.15 Scalable Bit rate scales (higher & lower) Form factor Small (e.g. Compact Flash) QoS / Security Implements 15.3 MAC Location Awareness Technology > 1 vendor source Regulatory International

Several Application Scenarios Real-time wireless video transmission Cable replacement (e.g. USB, 1394) Direct print from digital cameras Wireless digital projector Wearable computing

Wireless Desktop

Home Networking

Wearable Computing

UWB – 802.15.3a (1)

10Sejong University



DS-CDMA technique M-ary bi-orthogonal keying (MBOK) coding

data rates : 28.5 Mbps to 1.2 Gbps Multiple access via ternary CDMA coding Operation with up to 8 simultaneous piconets Provide high range resolution, simple transmitter structure Rake receiver (implementation complexity is high)

3 4 5 6 7 8 9 10 11

High Band

3 4 5 6 7 8 9 10 11

Low Band

Low Band (3.1 to 5.15 GHz)

- 28.5 Mbps to 400 Mbps

- Supports low rate, longer range services

High Band (5.825 to 10.6 GHz)

- 57 Mbps to 800 Mbps

- Supports high rate, short range services

GHz GHz

UWB – 802.15.3a (2)

11Sejong University



MBOFDM basic idea: divide spectrum into several 528 MHz bands.

OFDM system with time-frequency hopping 128-point IFFT/FFT, limiting the constellation size to QPSK Using convolutional codes with puncturing (55, 80, 110, 160, 200, 320, 480 Mb/

s) 60.6 ns cyclic prefix, 9.5 ns guard interval (switching bands) Robust to multipath channel (effectively collecting multhpath energy, simple 1-tap

EQ) Channelization for different piconets (using different time-frequency codes)

freq (MHz)

4752

4224

3696

3168

9.5ns Guard Interval for Tx/Rx Switching Time

312.5ns

Period = 937.5ns

time

60.6ns CyclicPrefix

UWB – 802.15.3a (3)

12Sejong University



Industry Associations

13Sejong University



Smart Dust : 1 ㎣ 크기의 실리콘 모트 (silicon mote) 라는 입방체 안에 완전히 자율적인 센싱 (autonomous sensing) 과 통신 플랫폼 (communication platforms) 능력을 갖춘 보이지 않는 컴퓨팅 시스템

응용분야 : 에너지 관리 , 제품의 품질관리 및 유통 경로 관리 , 군사목적으로 이용 ( 기상상태 , 생화학적 오염 , 병력과 장비의 이동을 감지 )

Smart Dust(Berkeley University)Smart Dust(Berkeley University)

uT 개발 현황 – Smart Dust

14Sejong University



컴퓨터가 산소와 같이 흔한 것이 되어 언제 어디서나 쉽게 이용

이용자가 특 별한 지 식 없이도 언어나 시각과 같은 자연 인터페이스를 매개로 언제 어디서나 목적에 맞는 서비스를 이용 할 수 있는 컴퓨팅 환경 구현

응용분야 : 자연어에 의한 그룹작업 지원 , 가전 등의 제어 ,

정보 엑세스 등

Project Oxygen(MIT Computer Science Lab)Project Oxygen(MIT Computer Science Lab)

uT 개발 현황 – Oxygen Project

15Sejong University



컴퓨터가 우리의 일상 생활 속으로 들어가 그것들의 협조를 통 해 인간의 삶을 지원하는 미래 컴퓨팅 비전을 실현

인간 중심의 컴퓨터 환경 구축

- 인간을 주인으로 섬기는 지능화된 사 물 및 컴퓨터 연구

- 사물들은 사용자의 언어 , 행동 , 생활습관 등을 스스로 이해하고 , 적합한 서비스

제공

예 ) 사람들의 커피 기호를 파악하는 커피메이커 , 수분조절 하는 화분

Things That Think(MIT Media Lab)Things That Think(MIT Media Lab)

uT 개발 현황 – TTT Project

16Sejong University



21 세기형 바코드 연구 개발을 목적으로 MIT 와 UCC, 국방성 등의 46 개 협력사가 공동으로 설립

Auto ID 기술은 “스마트 태그 (Smart Tag)”를 각종 상품에 부착해 사물을 지능화하여 사물간 , 또는 기업 및 소비자와 커뮤니케이션을 통 해 자동화된 공급망 관리 시스템 개발에 기여

Smart Tag(MIT Auto-ID Center)Smart Tag(MIT Auto-ID Center)

스마트 태그스마트 태그 (Smart Tag)(Smart Tag) : - RFID tag. 해당 상품의 세부 정보 (ID) 를 담고 있으며 , 고주파 (RF) 신호를 받으면 내장된 정보를 전송 - 사물에 지능 + ID + 인터넷 연결성을 식재

uT 개발 현황 – Smart Tag

17Sejong University



유 / 무선 통신 네트워크 기술과

웹기반의 정보통신기술을 기반으로

하는 미래 도시 모델

- 맞춤형 커스터머 서비스 , e 비즈니스 ,

원격교육 , 원격의료 , ITS, 화재 및

방재 등을 위한 대응상황 서비스 등을

제공

CoolTown Project (Hewlett-Packard)CoolTown Project (Hewlett-Packard)

uT 개발 현황 – CoolTown Project

18Sejong University



목 표 목 표

-- 일상사물의 지능화 일상사물의 지능화 : : 사물에 소형의 내장형사물에 소형의 내장형

디바이스인 “디바이스인 “ Smart-Its”Smart-Its”를 삽입하여 감지를 삽입하여 감지 ,,

인식인식 , , 컴퓨팅 및 무선통신 등의 기능을 지닌컴퓨팅 및 무선통신 등의 기능을 지닌

정보 인공물정보 인공물 (Information Artefacts) (Information Artefacts) 개발개발

-- 지능화된 사 물간의 커뮤니케이션지능화된 사 물간의 커뮤니케이션

: : 사물간의 협력적인 상황인식 및 활동사물간의 협력적인 상황인식 및 활동

Smart-Its ProjectSmart-Its Project

Disappearing Computer Initiative 의 16 개 연구 프로젝트 중에서 가장 대표적임

uT 개발 현황 – Smart-Its Project

19Sejong University



2Wear Project2Wear Project

활동 중 적응하고 확장할 수 있는 무선 입는 및 소지품 컴퓨터

여행중에 길을 잃을 때 , 주변의 도로 안내 게시판 등의 장치를 발견하면 , 입고 있는 컴퓨터는 발견된 장치가 제공하는 정보를 통하여 길 안내를 받거나 또 다른 도로 안내 장치와 연결하여 길 안내 정보를 이어폰을 통하여 전달받음

uT 개발 현황 – 2Wear Project

20Sejong University



Paper++ ProjectPaper++ Project

영국의 Kings College, HP 연 구소 , 독 일 의 Anitra, 스 위 스 연방기술연구소와 프랑스의 Arjo Wiggins 등이 공동 으로 진행

센서와 위치기반장치가 내장된 전자학습자료로 , 종이보다 유용한 전자교 재

종이 책에 전자펜을 대면 그 책의 그림에 대한 여러 가지 자료와 애니메이션이 전자 펜에 연결된 장치에 나타남

uT 개발 현황 – Paper++ Project

21Sejong University



u-Network Project (Japan)u-Network Project (Japan)

“ 무엇이든 , 어디서든 네트워크”의 요소기술의 확립을 위한 연구개발 프로젝트 추진

uT 개발 현황 – u-Network Project

22Sejong University



Tron Project – 1984년 동경대 겐 사카무라교수 추진– 초기 일본 국내의 다양한 내장형 커널 S/W 의 스펙 통일 시도– 트론 칩 개발과 영역별 스펙 제시– 지능형 지역분산형 시스템 추구

(TRON : The Real-time Operating System Nucleus)

Tron Project ( 동경대 )Tron Project ( 동경대 )

<NTT DoCoMo's 'i-mode'에 적용된 ITRON>

< 트론 지능형 주택의 모습 (앞면 , 뒷면 , 내부 )>

uT 개발 현황 – Tron Project

23Sejong University



uT 서비스 영역

Wide Area Network (WAN)-Large coverage-High cost

Local Area Network/Access- Hot Spots - High speed- Moderate cost

IEEE802.11

Mbps1 10 1000.1

Ou

tdoor

Stationary

Walk

Vehicle

Ind

oor

Stationary/Desktop

Walk

1,000

Personal Area Network- Small area- Very low speed- Low cost

3Gcellula

r

LAN

2G

cellu

lar

IEEE802.15

IEEE802.15.3a(UWB)

24Sejong University



Ubiquitous Environment (1)

Anything-to-anything network by wire, wireless network and ubiquitous computing

Every service offering anytime, anywhere, by anydevice, etc.

25Sejong University



Ubiquitous Environment (2)

U-environment by seamless roaming among the wire/wireless network and etc.

26Sejong University



Ubiquitous Network Architecture

Ubiquitous network includes the ubiquitous platform, wire/wireless network, ubiquitous computing and terminal

27Sejong University



전기원유수도가스

제조업/

공장

교육기관학원훈련

쇼핑몰

보험회사금융기관

물류센터창고관리

교통환경관리

공공시설장비관리

스키장 등 레저시설

공항 및터미널

의료 , 복지

방법 , 응급구조

가정 국방

사람

상품사물

단말

센서

태그

칩

구동체

센싱(sensing)

추적(tracking)

모니터링(monitoring)

구동(actuating)

임베디드 컴퓨팅

u-커머스 공간/사물

위성

광대역무선

모바일

비용 절감

효율적 자산관리 생산적 인력관리

u- 사물쇼핑

u?SCM

u- 현장인력관리

u?안전관리

이익창출 증대

Always access Always aware

Always smart Always active

실시간

상세화

자율성

저렴화

사람사람

상품상품사물사물

단말단말

센서

태그

칩

구동체

센서

태그

칩

구동체

센싱(sensing)

추적(tracking)

모니터링(monitoring)

구동(actuating)

임베디드 컴퓨팅

u-커머스 공간/사물

위성

광대역무선

모바일

비용 절감비용 절감

효율적 자산관리효율적 자산관리 생산적 인력관리생산적 인력관리

u- 사물쇼핑

u?SCM

u- 현장인력관리

u?안전관리

이익창출 증대이익창출 증대

Always access Always aware

Always smart Always active

실시간

상세화

자율성

저렴화

uT Applications

28Sejong University



uT Scale-free uPAN Systems

Multiple-Access Transmission Technology Intelligent Scale-free Networking Scale-free Modem & RF Technology Core IP

uT Scale-free uPAN Systems

Multiple-Access Transmission Technology Intelligent Scale-free Networking Scale-free Modem & RF Technology Core IP

경청해 주셔서 감사합니다 !Thank you !

Innovation

Interaction

Inspiration

Innovation

Interaction

Inspiration

유비쿼터스 무선 엑세스 기술

Documents