After Mark Weiser’s a vision of technological ubiquity, interacting with physical objects is an important future computing paradigm. Computing devices disappeared in our daily-life will enable recognize everyday things and know their precise status. Internet of things will connect everything including human, assets, and computing devices, and change them to smart objects. Radio frequency identification (RFID) and wireless sensor networks (WSNs) have gained popularity for identification and sensing and actuation, but they are far from the vision of Internet of things. Due to the lack of integration between RFID and wireless sensor networks, clients cannot use identification and sensing data from heterogeneous sources.
RFID and wireless sensor networks integration requires application-specific knowledge to configure heterogeneous operations and to understand data stream produced by them. Semantic metadata play an important role in describing application-specific knowledge about deployed environments, produced data, hardware and software configurations. Although lots of researches have been conducted on metadata management, they are not suitable to integrate heterogeneous RFID and sensor networks, because most existing works depends on specific RFID and sensor network architecture and protocols.
To alleviate the problem, I proposed a scalable and efficient metadata management framework and protocols. The proposed metadata framework allows user applications to retrieve metadata so that they learn all or target RFID tags or sensor nodes at runtime without storing heavy descriptions in embedded memory. I define XML-based metadata for both RFID and wireless sensor networks, and use globally unique identifiers-based resolution systems to obtain relevant metadata from distributed metadata servers. The framework makes metadata to describe behavior of RFID tags and sensor nodes. Based on the metadata, dynamically measured data can be collected during runtime from sensor nodes or RFID tags.
To address RFID tags and wireless sensor networks, a global unique identifier for RFID, electronic product code (EPC), is used as universal identifiers. The proposed metadata management use EPCs to identify every RFID tag or sensor node. How to use EPC for fast identification and efficient communication is important. In RFID, existing query tree protocols have performance limitations because they do not use a priori knowledge and EPC patterns. To make better performance, I proposed enhanced query tree protocol (E-QTP) that exploits a priori knowledge to identify RFID tags effectively. The E-QTP algorithm uses entropy and information gain to find the best query bits.
Based on the proposed framework, two real applications are described. ZigBee plug and play supports zeroconfiguration and easy management using the metadata management framework. It allows users to identify and configure ZigBee nodes without application-specific knowledge previously. The other application is integrating the proposed metadata management to standard EPCglobal network in order to extend it for RFID and wireless sensor networks integration. In addition, empirical results show that the proposed framework is well suitable for resource constrained sensor nodes. Simulation result of E-QTP and qualitative comparisons of the framework are presented.
사물을 식별하고 상태정보를 이용할 수 있게 하는 Internet of things를 실현하기 위한 주요 기술인 RFID와 무선 센서네트워크는 다양한 응용분야에 적용되고 사용되고 있지만, 현재 이들을 네트워크로 연결하고 데이터를 공유할 수 있는 표준적인 방법이 없다. 무선 센서네트워크는 특정 응용 또는 제한된 사용자를 위해서 개발되고 활용되기 때문에, 다양한 무선 센서네트워크를 RFID와 통합하여 사용하기 위해서는 센서 네트워크를 이용하고 데이터를 이해하기 위한 지식이 필요하다. Internet of things에서 응용 또는 사용자가 모든 센서 네트워크 또는 RFID에 대한 응용 프로파일 정보를 가지고 있는 것이 불가능하기 때문에, 메타데이터를 이용해서 응용 프로파일을 정의하고, 실행 중에 메타데이터를 이용할 수 있게 하는 메타데이터 매니지먼트가 중요하다. 메타데이터 매니지먼트에 대한 많은 연구가 수행되었지만, 지금까지의 연구는 이질적인 RFID와 무선 센서네트워크를 인터넷 스케일에서 통합하기 위한 메타데이터 매니지먼트로 사용될 수가 없다.
문제 해결을 위하여 확장 가능하고 효과적인 메타데이터 매니지먼트 프레임워크와 프로토콜을 제안하였다. 제안된 메타데이터 매니지먼트 프레임워크는 메타데이터를 직접 태그 또는 노드간에 전송하는 오버헤드 없이 사용자가 대상 RFID 태그 또는 센서 노드에 대한 모든 정보를 메타데이터를 활용해서 얻을 수 있도록 한다. 이를 위해서 XML 기반의 메타데이터를 정의하고 분산된 메타데이터 서버에서 메타데이터를 획득하기 위해서 식별자 기반의 리졸루션 (resolution)을 사용하였다. 메타데이터는 RFID 태그 또는 센서노드의 동작을 기술하지만 동적인 데이터는 센서 노드 또는 RFID 태그로부터 직접 획득할 수 있도록 하였다.
RFID에서 사용되는 글로벌 식별자인 electronic product code (EPC)를 RFID 뿐만 아니라 센서 네트워크를 위한 고유 식별자로 사용하였다. RFID에서 query tree 프로토콜은 사전 지식을 이용하지 않기 때문에 성능상의 제약이 있었다. 성능을 높이기 위해서 query tree를 사전지식을 이용하도록 수정한 enhanced query tree protocol (E-QTP)을 제안하였다.
제안된 프레임워크는 RFID 태그 및 센서 노드를 zero-configuration과 손쉬운 관리를 위한 plug and playable 장치로 만든다. 일반 사용자가 아무런 사전 지식 없이 센서 노드를 이용할 수 있는 ZigBee Plug and Play 응용을 구성하여서 제안된 프레임워크의 실현가능성을 검증하였다. 또한 시뮬레이션 결과와 제안된 프레임워크에 대한 정성적인 분석 결과를 보여서 제안된 ID 기반의 확장 가능한 메타데이터 매니지먼트가 Internet of things를 위한 RFID와 무선센서네트워크의 통합에 적합함을 보였다.
