무선 센서 네트워크(Wirelesssensornetwork)

유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 실현은 인간의 생활을 보다 안전하고,생산적이며,편리하게 변화시키려 하고 있다.모든 사물에 데이터의 연산과 송․수신능력을 갖추도록 하여 사람과 사람,사람과 사물,사물과 사물간의 정보 교환이 가능하게 될 것이다.이러한 환경에서 인간과 환경이 유기적으로 연계되기 위해서는 인프라 기술로써 무선 센서 네트워크(Wirelesssensornetwork)가 필요하다.

최근 이러한 무선 센서 네트워크 기술은 많은 분야에서 그 가능성을 인정받고 있다.이러한 무선 센서노드에 있어 가장 중요한 요소 중 하나가 전원문제이다.무선 센서노드의 저 전력 소자 설계 및 제작기술이 개발되면서 그 구동에 필요한 에너지 수준이 크게 줄어들어 자가발전 마이크로 센서 및 통신의 가능성이 크게 증진되었다.비록 아직까지는 저가의 소형전지가 무선 센서 네트워크의 동력원으로 주로 이용되고 있지만 이 전원문제를 해결 한다면 편리한 유비쿼터스 컴퓨팅으로의 발전이 가능해 질 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 주위환경으로부터 얻을 수 있는 빛,열,진동,전파에너지 등을 사용하여 전기에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 기술(Energyharvestingtechnology)을 해결책으로 두고 있다.
에너지 하베스팅 기술 중 현재 가장 많이 사용하는 기술은 태양광 에너지를 이용하는 기술이다.태양광 에너지는 대표적인 유휴에너지로 손꼽히고 있으며 에너지 절약과 환경측면에서도 무한정,무공해의 에너지원인 장점을 가지고 있어서 많은 관심을 받고 있다.

특히,태양광 에너지 하베스팅 기술은 다른 에너지에 비하여 높은 에너지생산 밀도를 가지고 있어서 무선 센서노드에 적용하기에 적합하다.
Kyriatzis(2007)등은 7가지 무선 센서 플랫폼이 태양 에너지 획득 기술에 적합한지 평가하고 6V-400mA 태양전지,NiMH 충전지,DC-DC 컨버터,타이머를 이용해 태양광 발전 무선 센서 플랫폼인 Enviromote를 개발했다.
Enviromote는 Mica2(Sensornode)에 적용하도록 설계되었으며 실험 결과 맑은 날 하루 동안 Mica2를 구동할 수 있음이 확인되었다.CesareAlippi(2008)등은 날씨와 환경을 고려하고 이에 맞는 MPPT(Maximum power point tracking)회로를 구성하여 센서노드를 구동시키는 에너지 하베스팅 시스템에관한 연구를 실시하였다.연구결과로 5일 동안의 실험에서 태양에너지 하베스팅 시스템을 이용한 향상된 전력과 이에 상응하는 배터리 전압의 정도를 보여주었다.

Dallas(2009)등은 TI社에서 태양에너지 하베스팅 키트를 선보였다.
이 키트는 산업,수송, 농업과 상업에 응용 가능하다. 신용카드 크기의 eZ430-RF2500-SEH 키트는 Cymbet社와 TI社에서 만든 MSP430 microcontrollers,CC2500RF 수신부와 eZ430-RF2500이 포함된 얇은 필름 베터리 제작 기술이 사용되었다.이 키트를 사용함으로써 개발자들은 주기적으로 교체해야하는 시스템 배터리를 제거하고 자가 전원 공급원인 태양광 기반
의 무선 센서네트워크를 만들 수 있게 되었다.그러나 태양광 에너지 하베스팅 기술은 빛의 세기와 시간 등 주변 환경에 매우 민감하기 때문에 지속적인 배터리 충전이 어려워 여러 가지 조건을 고려해서 설계해야 한다.

최근 각광받고 있는 무선 전력 전송 기술(Wirelesspowertransmission)은 전기적으로 연결이 어려운 곳에서 응용되어 사용되어지고 있으며 관내 검사용 로봇,전기자동차에 적용된 사례도 있었으며,특히 RFID 시스템의 수동형 태그에 소전력을 공급하는 것이 응용 분야의 중요한 사례로 부각되고 있다.이무선 전력 전송 기술에서 가장 핵심이라고 할수 있는 부분이 렉테나이다.렉테나(Rectenna)는 Rectifier와 Antenna의 합성어로 수신된 마이크로파를 안테나를 통해 수전하여 정류회로를 통해 DC로 변환시켜주는 소자이다.

무선 전력 전송 기술의 하나인 렉테나를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 빛의 세기 및 시간등과 같은 주변 환경의 영향을 받지 않고 지속적인 배터리 충전이 가능하다.하지만 렉테나의 출력전력은 태양전지의 출력전력보다 낮아배터리의 충전시간이 오래 걸린다.ThureinPaing(2009)등은 최대 에너지 하베스팅을 위해 하나의 IC칩에 렉테나와 마이크로 배터리를 장착하였다.이 연구에서 1.92GHz패치 안테나에서 마이크로 배터리로 충전되는 전압은 최소 2.9V에서 최대 4.15V까지 측정이 되었다.Arseny Dolgoy(2010)등은 렉테나
를 사용하여 자체 제작한 파워매니지먼트를 통해 캐패시터에 축적시킨 에너지를 이용하여 센서노드를 구동시켰다.센서노드의 MCU는 MSP430을 사용하였고 안테나 사이의 거리는 1cm의 거리를 두고 실험하여 센서노드에 필요한 최소(50uW),최대(950uW)전력이 측정됨을 밝혔다.