주요 연구 프로젝트 소개 (Overview of Major Research Projects)

1.  우리별 1호, 2호, 3호 개발, 발사 및 운용 (Development of KITSATs 1, 2, and 3)

1)     개발기간: 1990년 1월 - 1999년 5월 (9년 4개월)

2)     소속기관:  한국과학기술원 인공위성연구센터

3)     주요 연구내용

국내 최초의 개발 위성 우리별 1호, 2호, 3호가 1990년대 우리나라 개발한 위성으로는 세 번 연속하여 성공적인 개발, 발사 및 운용을 하였다.

•  우리별 1호(1990.1 - 1992.8) (Technical Manager (연구실장 수행)

 소형 위성체 기술 개발

 디지털 축적 및 전송 통신 실험; 디지털 신호처리시스템 실험; CCD 지구영상 촬영시스템개발; 우주방사선 실험 등

•  우리별 2호(1992.10 -1993.12) (Technical Manager (연구실장 수행)

 소형 위성체 기술 개발

 위성 32비트 컴퓨터 시스템 개발; 위성통신 탑재체 개발; 지구관측 카메라 시스템 개발; 우주과학 탑재체 개발 등

•  우리별 3호(1995.1 –1999.5)(연구과제 책임자, 인공위성연구센터 소장)

 한국 독자형 소형 위성체 버스 시스템과 탑재체 기술 개발

 32비트 위성 주컴퓨터 기술 개발; 13.5 m 해상도 다채널 지구관측시스템 개발; 우주과학 탑재체 개발 등

4)     연구의 우수성

•  영국 Surrey대학, Univ. of College London, 미국 Univ. of Iowa, 일본 동경대학으로 26명의 유학생을 파견하여 선진 위성관련 기술 조기 확보와 동시에 위성연구센터 내의 위성기술 개발 인력과의 협력을 통하여 소형위성 개발에 필요한 제반 위성기술을 단기간에 성공적으로 확보

•  1999년 연말 KBS 방송국에서 ‘20세기 한국의 10대 기술 중의 하나’로 선정; KAIST 45주년 대표 우수연구 중 하나로 선정

•  우리별 위성사업을 통하여 독자적으로 다양한 과학기술시험을 하기 위한 위성 버스시스템 플랫폼(우리별 3호) 기술을 확보하여 후속 과학기술시험위성에 활용 중

•  한국과학연구재단지원 우리나라 1호 ERC(공학연구센터)로 선정하여 국가적인 위성사업을 성공적으로 수행하면서 1996년 사업종료 (미국 NSF 전문가로부터 ‘No. 1 ERC Center’로 평가를 받은 적이 있음)

•  우리별 1호 개발의 기술관리책임자로 성교수는 국민훈장 동백장을 수상(1992)

5)     연구의 성과

•  우리나라 최초의 위성인 우리별 1호의 성공적인 개발, 발사(1992년) 및 운용, 세계 22번째 위성보유국 지위 확보

•  해외 4개 대학의 유학생 26명을 포함하여 약 200 여명의 우주관련 인력 양성을 통하여 국내 우주분야의 산업을 이끌어 가는데 큰 기여

•  우주분야 불모지 환경에서 1990년대 국내 제작위성으로 우리나라 1,2,3 번째 위성 개발, 발사, 및 성공적인 운용

•  1999년 연말 KBS 방송국에서 ‘20세기 한국의 10대 기술 중의 하나’로 선정; KAIST 45주년 대표 우수연구 중 하나로 선정

•  국내에서 3개의 위성의 성공적인 개발, 발사, 운용을 바탕으로 후속 과학기술위성의 표준형 위성 버스시스템 프레임워크 확보

•  우리별 사업후 8개 창업회사 탄생, 그 중 SaTReci(상장기업)는 300kg급 위성을 4개국에 5개 수출하는 세계적인 강소기업으로 성장, 최근에는 해상도 30cm 정도의 초고해상도 위성용 카메라 기술을 보유

2.  공통선 신호방식의 성능분석 모델링과 성능분석 S/W 개발과 KT 신호망 시뮬레이터 구축과 성능분석 (Performance Analysis Modeling of Common Channel Signaling System & Development of Its Software and KT CCS No.7 Signaling Systen Simulator for Performance Evaluation) 

1) 개발기간/지원기관: 1994년 4월 - 1997년 12월 (3년 8개월)/ 한국통신

2) 연구 내용

No. 7 신호방식은 전화통신망에서 음성이 전달되는 선로와 독립된 전용채널을 이용하여 호처리와 부가서비스 관련 신호정보의 전달을 위한 신호망은 ISDN 전화와 데이터 패킷망과 이동통신 호처리 뿐만 아니라 부가서비스를 제공하기 위해서도 필요한 통신망에서의 신경계에 해당된다. 주요 내용은 아래와 같다.

•  신호 프로토콜 구조분석 및 신호방식 성능분석 모델링

•  신호 메시지 전송지연 성능 평가

•  신뢰도 평가 시뮬레이터 구현

•  OPNET Modeler 기반 단일결합쌍 신호망 구조 시뮬레이터 구현

•  다양한 구조의 신호망에 대한 신뢰도 분석과 단대단 지연을 고려한 성능신뢰도 분석

•  폭주제어 및 절체과정에서의 메시지 재생시간 분석

•  지능망 서비스를 고려한 시뮬레이터 구축

•  POTS, ISDN, IN(지능망), PCS(개인휴대통신) 등 신규서비스 고려한 신호망 시뮬레이터 구축

•  한국통신 신호망의 종합적인 성능평가 및 생존성 평가 도구 제공 등

3)    연구 우수성

•  NO. 7 공통선 신호방식을 특정 통신사업자 통신망 환경에서 종합적인 신호망 성능평가를 위한 시뮬레이터의 구축은 전세계적으로도 학계 상에서는 최초로 발표된 것으로 사료됨

•  미래 새로운 통신 서비스의 도입 시 신호망에 미치는 영향을 자세하게 평가할 수 있는 성능평가 시뮬레이터

•  특정 링크의 고장 등의 비정상적인 상태가 발생 시 미치는 영향 분석 가능

•  신호망의 성능과 신뢰도를 같이 평가할 수 있는 시뮬레이터 도구 개발

•  각종 성능 평가를 수행하기 위한 수학적인 모델링과 성능 분석을 통한 우수한 저널 논문들의 발표

4) 연구 성과 및 활용

•  한국통신 통신망연구소와 장기간 협력연구를 통하여 한국통신에 적합한 No.7 신호망 시뮬레이터 구축 및 통신망 연구에 활용

•  POTS, ISDN, 지능망, 이동통신 등 신규 서비스의 도입에 따른 신호망에 미치는 영향을 사전에 분석

•  성능과 신뢰도를 같이 평가할 수 있는 시뮬레이터 도구의 개발과 기술 이전

•  전화망 뿐만 아니라 지능망, 2G 및 3G 이동통신망의 구축에도 활용

3.       차세대 지능망 기반의 이동통신교환기(MSC)구조설계 및 검증 시뮬레이터 개발 (Design of Advanced Intelligent Network Based Service Switching Point (SSP) and Development of Its Simulator for Performance Evaluation) 

1)    개발기간/지원기관: 1996년 6월 – 1997년 4월/SK Telecom

2)    연구 내용

3세대 이동통신시스템 환경에서 이동통신 가입자들의 다양한 부가 서비스를 제공하기 위하여 차세대지능망 개념이 반영된 이동통신용 지능망 기반의 교환기인 SSP(Service Switching Point)의 구조설계와 함께 이동통신 서비스를 제공 시 차세대 지능망의 성능평가 연구가 선행되어야 하는데, 이 연구의 주요 내용은 아래와 같다.

•  차세대 지능망 기반의 SSP 구조 설계

•  차세대 지능망 기반의 3G 이동망에서의 신호절차 구현

•  차세대 지능망에서의 망의 성능평가용 시뮬레이터 개발

3)    연구의 우수성

•   국내 최초의 지능망 기반의 3세대 이동통신 시스템의 다양한 망구조 상황에서의 성능평가용 시뮬레이터를 통하여 구조 별 성능평가를 통하여 3세대 이동통신 망 구조에 대한 사전 이해와 추후 통신망 계획에 활용

4)    연구 성과 및 활용

•  차세대 지능망 구축 및 3세대 이동통신망 구축에 활용

•  차세대 지능망  기반의 이동통신 교환기(SSP) 개발 시 자료로 활용

•  3세대 이동통신 시스템 구현 시 다양한 시나리오가 존재하는데 망 구조 선택에 대한 자료로 활용

4. 유선통신 네트워크 관련 학위논문 원천기술 연구 (Basic Core Technologies on Wireline Networking for Thesis & Dissertations)

1) 연구 기간/지원 기관: 1990년 – 2009년 (20년)/KAIST 과제

2) 주요 연구 내용

학위논문의 주요 연구주제는 아래와 같다.

•  멀티 서비스 교환기스템 구조 연구

•  트래픽 모델링 및 트래픽 제어 기술

•  대역 예측 및 기술

•  호수락 제어 기술

•  서비스 품질(QoS) 예측과 감시기술

•  트래픽 생성 및 감시

•  신호망/지능망 연구 등

3) 연구의 우수성

•  Top 저널 우수한 논문 38편 게재

•  대용량 ATM 교환기 구조 설계, ASIC Chip 구현(논문, 특허)

•  Edge Router 에서의 측정기반의 연결수락제어 메카니즘 제시(논문)

•  인터넷 트래픽과 ATM cell stream 에 대한 수학적 모델링과 특성 규명(논문)

•  트래픽 감시기반 우선도 제어 메카니즘 제안과 성능분석(논문)

• GPS server 에서의 인터넷 트래픽과 self-similar 트래픽 수용 특성규명(논문)

•  ATM 망에서의 실시간 셀손실율 예측기반과 신경망 기반의 호수락제어 메카니즘 제시(논문)

•  측정에 기반한 단-대-단 가용대역의 예측 기법 제시(논문)

•  No.7 신호망에서의 성능신뢰도 분석 기법 제안(논문) 등

4) 연구의 성과 및 활용

•  38개의 국제 저널, 63개의 학술대회 논문 발표, 32 건의 국내외 특허

•  10명의 박사학위 논문 연구주제

•  ATM 교환, 공저자, 홍릉출판사, 1996

•  Book Chapter 발간: S.H. Byun and D.K. Sung, “A General Expansion Architecture for Large-Scale Multicast ATM Switches,” High Performance Backbone Network Technology, edited by Naoaki Yamanaka, published 2004 by Marcel Dekker, Inc

5. ATM 망에서의 서비스 품질측정을 위한 노드 시뮬레이터 개발 (Development of a Node Simulator in a HAN-BISDN ATM Switching System for Evaluating QoS Performance)

1) 개발 기간/지원기관: 1994년 9월 – 1996년 12월/ETRI

2) 주요 연구내용

HAN-BISDN 국책과제 중 3,850억의 연구비를 투자한 거대 프로젝트인 HAN-BISDN ATM 교환기의 성능을 종합적으로 평가하기 위한 ATM Node Simulator의 개발

•  HAN-BISDN ATM교환기 구조 분석

•  스위치 구조 모델링

•  입력 트래픽 모델, QoS(서비스 품질) 변수

•  단위 스위치 모듈의 성능평가

•  ATM 스위치 호 수준 종합 성능 평가 시뮬레이터 구축

•  측정에 기반한 호연결 수락제어 메카니즘 제안

•  HANbit ACE 스위치에서 추가된 비실시간 트래픽 처리기능 추가 (1999 수행)

3) 연구의 우수성

•  국내 최초의 대용량 ATM 스위치의 시스템 레벨 성능평가를 위한 시뮬레이터의 개발

•  ETRI에서 개발한 ATM 교환기 기반 종합 성능평가 시뮬레이터

•  ATM 다중화 환경에서 입력 트래픽 측정에 기반한 새로운 호수락 제어 메카니즘을 제안

•  다양한 트래픽 환경에서의 호손율, 링크 이용률, 셀 손실율, 호처리 능력 등 성능 평가

4) 연구의 성과 및 활용

•  국내 최초로 개발된 ATM 스위치의 종합 성능 평가를 위한 시스템 레벨 시뮬레이터의 개발, 기술 이전

•  성능 평가를 통하여 개발 중인 ATM교환기 성능개선

•  ETRI에서 처음 개발한 ATM 교환기술은 국내 산업체(삼성전자, LG전자, 대우통신 등)으로 기술확산이 되고 차후에 회사 별로 별도의 ATM 교환기를 개발

•  관련 시스템 레벨 시뮬레이터 기술 확산

6. IMT-2000 이동통신시스템 종합 성능평가용 시스템 레벨 시뮬레이터 개발 (Development of  a System-Level Simulator for Overall Performance Evaluation  of an IMT-2000 Mobile Communication System)

1) 연구기간/지원기관: 1998년 3월 – 2001년 9월/ LG 정보통신, LG 전자

2) 주요 연구 내용

약 3년 반 동안 진행된 다음 4개의 산학과제로 구성된다.

•  IMT-2000 망 프로토콜 구조 연구: LG IMT-2000 망 기능 모델, 신호망, RNC(Radio Network Controller) 와 CN(Core Network) 간 망 구성방안과 성능평가 시뮬레이터 개발

•  IMT-2000 망 내의 RNC(기지국제어장치) 구조연구 및 성능향상: LG 기지국제어장치의 구조 모델링, 종합 성능평가용 시뮬레이터 개발

•  IMT-2000 교환기(MSC) 성능평가: LG 3G ATM 기반의 이동통신교환기 구조 모델링, 제어평면 상에서의 성능평가 위한 시뮬레이터 개발, 사용자평면 상에서의 성능평가를 위한 시뮬레이터 개발

•  IMT-2000 패킷망(GSN) 성능평가:  무선 패킷 데이터 서비스 망인 GPRS(General Packet Radio Service) 네트워크의 주요 구성장치인 SGSN(Serving GPRS Support Node) 와 GGSN(Gateway GPRS Support Node) 의 구조 모델링과 성능평가 위한 시뮬레이터 개발

•  100만 가입자를 수용하는 IMT-2000망 환경에서 LG IMT-2000 망 기지국제어장치, 이동 ATM 교환기, 패킷데이터 망의 종합 성능평가 시뮬레이터 개발과 종합성능 평가 수행

3) 연구의 우수성

•  2002년 한국에서 개최하는 월드컵축구 행사에 즈음하여 LG전자는 세계 최초의 3G 비동기식 시스템을 시연하기 위해 비동기식 3G 이동통신시스템을 개발하였고 개발한 시스템의 종합성능평가용 시뮬레이터를 장기간 산학과제를 통하여 수행하였으며 그 결과로 성공적인 시연을 세계에 보여주었음

•  세계 최초로 IMT-2000 망 종합 성능 평가 시뮬레이션  수행

•  개발한 장치 속의 개개의 프로세서 별 이용율을 평가하는 등 자세한 성능평가를 통하여 제품 개발에 feedback을 한 것으로 사료됨

4) 연구의 성과 및 활용

•  거대 복잡 이동통신시스템의 종합 성능평가를 수행하기 위한 시스템 레벨 시뮬레이터 구현 기술 산업체에 이전

•  개발 제품의 성능평가 자료 작성

•  개발 제품의 성능 개선에 활용

7. 국내 산업체 자체개발한 ATM교환기의 성능평가 시스템 레벨 시뮬레이터 개발 (Development of System-Level Simulators of ATM Switching Systems Developed by Domestic Companies)

1) 지원 기관: 삼성전자, LG 전자

2) 주요 연구 내용

삼성전자(1996.2-1997.1)과 LG(2000.10-2002.4) 산학과제를 통하여 회사에서 자체 개발한 ATM 교환기의 성능을 종합 평가하기 위한 시스템 레벨 시뮬레이터의 개발을 수행

● 삼성전자의 StarRacer ATM 스위치

•   ATM스위치 모델링

•   입력 트래픽 모델링

•   시뮬레이터 구현 및 성능평가: 단위 스위치 및 3단 스위치 성능평가

● LG 가 개발 중인 40 Gbps 성능의 MSS40b 의 Pi 스위치 시스템

•   PI 스위치 모델링

•   각종 다양한 입력 트래픽 모델에 대한 성능평가

•   시뮬레이타  구현 및 성능평가: 셀 지연, 큐 길이, 효율, 과부하 등 종합 성능 평가

3) 연구의 우수성

•  ETRI에서 개발한 ATM Switch Simulator 기술을 기반으로 회사에서 개발 중인 ATM스위치 성능평가 시뮬레이터로 확장하여 개발

•  국내 최초의 산업체 자체개발한 ATM 스위치에 대한 시뮬레이터 구현 및 기술 이전

•  회사 별 개발하고 있는 ATM 스위치에 기반한 특화된 시뮬레이터의 구현

4) 연구의 성과 및 활용

•  산업체에서 개발 중인 거대 복잡한 ATM 교환기의 종합 성능을 평가하기 위한 시스템 레벨 시뮬레이터의 개발과 기술 이전을 통하여 산업체의 경쟁력 제고

•  시뮬레이터를 활용하여 제품의 성능 확인 및 개선

8. 3G/3.5G/4G 이동통신시스템들의 링크 레벨/시스템 레벨 시뮬레이터 개발 (Development of Link-Level/System-Level Simulators of 3G/3.5G/4G Mobile Communication Systems)

1) 연구 기간/지원 기관: 1999년 – 2006년/삼성전자, SK Telecom, Intel, ETRI

2) 주요 연구 내용

•  3G 동기식 CDMA-TDD 시스템 링크 레벨/시스템 레벨 시뮬레이터 개발(2001, 삼성전자)

•  3.5G HSDPA 시스템 링크 레벨/시스템 레벨 시뮬레이터 개발(2005, SKT)

•  HSUPA 시스템 링크 레벨/시스템 레벨 시뮬레이터 개발(2006, SKT)

•  3G cdma 1X-EVDO 시스템 링크 레벨/시스템 레벨 시뮬레이터 개발(2005, Intel)

•  3G 비동기식 WCDMA 시스템 링크 레벨/시스템 레벨 시뮬레이터 개발(2005, Intel)

•  3.5G HSDPA 시스템 링크 레벨/시스템 레벨 시뮬레이터 개발(2005, Intel)

•  3GPP LTE(Long Term Evolution) and LTE-Adv. 시스템 링크 레벨 시뮬레이터 개발(2009, ETRI)

3) 연구의 우수성

•  세계적인 기업인 Intel 에 1X-EVDO, WCDMA, HSDPA 시스템 시뮬레이터 기술을 이전하여 Intel Malaysia Data Center에서 Mobile WiMAX 시스템과 성능 비교에 활용

•  세계 최초로 SKT에서 HSDPA 시스템의 상용화 이전에 성능평가를 위하여 관련 시뮬레이터 기술 개발 및 기술 이전

•  세계 최초로 SKT에서 HSUPA 시스템의 상용화 이전에 성능평가를 위하여 관련 시뮬레이터 기술 개발 및 기술 이전

4) 연구의 성과 및 활용

•  세계 최초로 SKT에서 3.5G HSDPA/HSUPA 시스템의 상용화 이전에 시스템 레벨 시뮬레이터의 개발과 기술 이전으로 기지국의 상용화 시험에 활용

•  Intel에 기술 이전하여 Mobile WiMAX 와 3G/3.5G 이동통신시스템과의 성능 비교평가에 활용

•  ETRI에서 위성통신용 LTE, LTE-Adv. Link 레벨 시뮬레이터를 활용하여 위성통신용 LTE/LTE-Adv. 규격 연구에 활용

9. 무선 LAN/WPAN 관련 기술 개발 (Basic Core Technologies on Wireless LAN and WPAN)

1) 연구 기간/지원 기관: 2003년 – 2018년/학위논문 연구, 정보통신부, ETRI

2) 주요 연구 내용

•  공정성 문제: 상하향링크 상의 공정성 개선위한 미처리 대기패킷(Backlog) 예측기술; HARQ ARQ 기반 공정성 개선기술; HARQ ARQ 기반 상하향링크 공정성 기술; 상하향링크 상의 공정성위한 적응형 전송방식의 제안

•  무선 LAN에서의 다중 큐 기반 서비스 플로우 별 품질제어 스캐쥴링

•  MIMO 기반 무선 LAN상에서 단일사용자와 다중사용자 MIMO 방식의 비교

•  다중사용자 MIMO 기반 다중패킷 수신 가능한 무선 LAN 기술

•  상향 WLAN에서 다중안테나 기반 충돌완화 기법의 제안

•  CSMA 환경에서의 안정성(stability) 문제 연구

•  WLAN/이동통신망의 통합망에서의 WLAN 통한 off-loading 연구

•  착용형(wearable) 컴퓨터 통신 시스템(CDMA, WLAN, ZigBee) 연구

•  ZigBee/WLAN 상호간섭과 공존 문제 연구

•  Wearable Computer 연구과제(정보통신부 지원, 2005-2008년) 수행

•  무선 LAN 표준인 IEEE 802.11a/b/g 와 IEEE 802.11e EDCA MAC 프로토콜 시뮬레이터 과제(ETRI 지원, 2005년) 수행

3) 연구의 우수성

•  무선 LAN 상에서의 태생적인 상하향 링크 상의 트래픽 불균등, 노드 별 비균등 수율 등의 공정성 문제가 발생하는데 이 문제들을 체계적으로 분석하여 4편의 논문을 통하여 해결안을 제시(논문)

•  무선 LAN 상의 다중 큐 기반  서비스 품질의 차등화 방안 스캐쥴러 제시(특허)

•  무선 LAN환경에서의 오랜 문제인 은닉노드 문제의 수학적인 해석 기법 제시(논문)

•  MIMO기반 무선 LAN에서의 다중패킷 수신기술, 패킷 충돌해결 기번 제시(논문)

•  CSMA 시스템에서의 안정성 문제 분석을 최초로 수행, 안정적 운영영역 범위를 최초 확인(논문)

•  WLAN/이동통신망의 통합망에서의 WiFi 트래픽 off-loading 알고리즘 제시(논문, 특허)

•  ZigBee MAC 프로토콜의 엄밀한 수학적 모델 최초 제시(논문)

•  무선 LAN/ZigBee 망 사이의 상호 간섭 최초로 분석, 간섭회피 기술 개발(논문, 특허)

4) 연구 성과 및 활용

•  WLAN 분야에서 8 명의 Ph.D 학생 배출

•  저널 논문 17편; 국제 학회 논문 24편; 국내외 특허 26건 등록

•  국내 최초의 입는 컴퓨터 개발(통신 모듈 담당)

•  ETRI 에 무선 LAN 시스템 레벨 시뮬레이터 기술 이전 

•  D.K. Sung, B.C. Jung, H. Jin, H.Y. Hwang, “Scheduler and Scheduling Method for Transmitting Data in MIMO Based Wireless LAN Systems,” US2014 0161109 A1, USA (US 14/179,976, Feb. 13, 2014), June 12, 2014. 포함 12 개 국내외 특허기술 국내 기업/연구소 이전

•  ZigBee 와 WLAN의 공존 이슈에 대한 Book Chapter 발간(2010)

10. 셀룰러 시스템 관련 학위논문 원천기술 연구 (Basic Core Technologies on Cellular Systems for Thesis & Dissertations)

1) 연구 기간: 1994년 – 2009년 (15년)

2) 주요 연구 내용

학술적인 연구의 주요 주제는 아래와 같다.

•  호수락제어(Call Admission Control)

•  기지국 용량 평가

•  소프트 핸드오버 기술

•  CDMA 전력제어

•  3D 이동성 모델링과 이동성 관리

•  협력 통신/인지 무선(Cognitive Radio)/다중 사용자 다이버시티 기술

•  스캐쥴링 등

3) 연구의 우수성

각 연구주제 별 IEEE 급 우수 논문발표와 관련 특허 확보

•  국내 개발 CDMA시스템에서의 용량 예측과 간섭량 기반 호수락제어 메카니즘 규명(논문)

•  소프트 핸드오버 고려한 호수락제어 메카니즘 제시(논문)

•  single-code/multi-code CDMA 시스템에서의 용량 예측 등(논문)

•  소프트 핸드오버 수학적 모델링 학술논문 상에서 세계 최초 제시, 채널 할당 메카니즘 제시 등(논문)

•  CDMA 시스템에서의 핵심기술 중 하나인 전력제어 메카니즘의 분석, 개선 (논문)

•  3차원 공간(예: 건물)에서의 인간의 이동성 모델링을 세계 최초로 분석안(논문)

•  2차원 채널 예측기반의 스캐쥴링 방식, 협력통신 기법의 제안과 성능분석(논문)

4) 연구 성과 및 활용

•  HSDPA/HSUPA 성능평가 관련 Book Chapter 발간(2010)

•  상기 주제에 대한 학생들의 석사 및 박사학위 논문연구를 수행하여 IEEE급 저널 논문 발표와 학술대회 논문 발표, 특허 출원

•  관련 기술을 각종 3G/3.5G/4G 이동통신 시뮬레이터 개발하는 데 활용

•  관련 연구의 결과를 활용하여 다수의 산학과제에 활용하여 연구과제의 질적 제고와 함께 관련 기술이 산업체에 이전

11. Beyond 4G & 5G 이동통신기술 개발 (Basic Core Technologies on Beyond 4G & 5G Cellular Systems)

1) 연구 기간/지원기관: 2001년 1월 – 2011년 12월/ 삼성전자 장기 산학과제

2) 주요 연구 내용

삼성전자와 KAIST 와의 산학협력 프로그램을 통하여 표준 지향 특허기술의 개발을 위해 아래의 두 과제가 진행되었다.

•  4G 자융통신 시스템 및 Mobile/Normadic 통합 시스템, 2001-2007

•  인지적 자율통신 기반 KAIST B4G 시스템 핵심기술 및 시뮬레이터, 2007-2011.

주요 연구 주제는 아래와 같다.

•  단일 포인트송수신 및 협력 멀티포인트 송수신 통신

•  차량형 이동통신 시스템(단말, 이동중계기, 기지국)

•  송신 안테나 빔 패턴 할당방법

•  하이브리드 다이버시티 모드 광대역 통신

•  이동국의 위치 추정과 동기화 방법

•  이동기지국과 셀룰러 기지국과의 핸드오버 기술

•  무선통신시스템에서의 다중노드 협력 통신

•  협력통신 수행하는 단말기 동작

•  광대역 무선통신시스템에서의 제어정보 통신장치 등

3) 연구의 우수성

삼성전자의 이동통신시스템 분야의 표준전문가팀과 KAIST 연구팀간의 협력을 통하여 후보 특허 기술 중 표준화와 연관된 특허를 선별하여 출원하여 사전에 특허기술의 질적인 수준을 높여 국제특허의 형태로 출원을 목표로 진행하였는데, 총 38개의 국내외 특허를 등록/출원하였다.

4)    연구 성과 및 활용

•  11년의 장기간 산학협력과제를 통하여 KAIST 에서는 연구에 참여한 학생들은 산업체에서 안고 있는 미래 4G/5G에서 일어날 수 있는 실질적인 이슈들을 도출하고 선행연구를 통하여 특허기술을 만들어 회사에 이전하여 회사의 국제 경쟁력 제고와 4G/5G 이동통신 표준화 작업에 반영할 수 있도록 학교에서 지원하였다.

•  연구 결과 38개의 국내외 특허 기술을 성교수 랩에서 발명하여 회사에 이전하였다.

12. 에너지 ICT/ V2G/Smart Grid 기술 개발 (Basic Core Technologies on Energy ICT/V2G/Smart Grid)

1) 개발기간/ 지원기관: 2010년 9월 - 2017년 4월/ KAIST, 한국전력, 남동발전, 네오피스 지원

2) 주요 연구 내용

스마트 그리드 태동기에 에너지와 ICT 기술의 융복합 기술의 개발과 인력양성을 추진해 오고 있는데 주요 연구주제는 아래와 같다.

•  KAIST 캠퍼스 에너지 그리드 구축 기획(에너지 자립 캠퍼스 기획)

•  신재생에너지 생산 예측 기술(태양에너지, 풍력)

•  기상위성 영상데이터 이용 PV 생산전력 예측기술

•  마을 단위 전기차 충방전 시스템 기술 개발

•  Apartment-to-Grid(A2G) 기술 개발

•  다수의 전기차 에너지 이용 전력거래 메카니즘과 V2G 관련 기술 개발

•  문지동 캠퍼스 마이크로 그리드 구축 및 중소기업 지원 등

관련 수행연구과제는 아래와 같다.

•  차세대 SG-2030 전략과제 발굴사업 용역, 한국전력, 2010.9-2011.1

•  미래 스마트 그리드 통신망 기술 연구,KAIST, 2011.8-2012.7.

•  카이스트 스마트 그리드 연구회, KAIST, 2011.10-2013.9

•  EEWS 스마트 그리드 기획과제, KAIST, 2013.8-2013.12

•  신재생 소형 복합시스템 구축 및 스마트 운전 실증연구, 선도전기, 2013.10-2015.10

•  KAIST 캠퍼스 스마트 그리드 구축 기획, KAIST, 2013.12-2014.6

•  KAIST 캠퍼스 에너지 그리드를 위한핵심 인프라 기술 개발, 2014.1-2016.12

•  마이크로그리드와 신재생에너지를 위한 최적에너지관리시스템 개발 및 운전 실증연구, 네오피스, 2015.12-2017.4

3)  연구의 우수성

•  KAIST 연구의 수월성을 추구하는 EEWS(Energy Environment Water & Sustainability) 과제의 일환으로 엄격한 교내외 전문가 심사를 통한 과제 수행

•  V2G를 통하여 다수의 전기차 충방전을 통한 주파수조정 전력시장에서의 거래 메카니즘, 거래 정산, 전력망의 안정도, 통신망과의 연동 등 새로운 연구분야를 개척하고  5개의 우수 논문을 발표

•  한국 기상위성의 빅데이터 영상정보를 이용한 구름 이동패턴분석과 태양광 발전의 전력생산 예측기술 개발 논문 발표

•  가장 한국적인 아파트 단지에서의 에너지 문제인 A2G 문제 분석과 논문 발표(특허포함) 등

4) 연구의 성과 및 활용

•  세계적으로 스마트 그리드 분야가 태동하는 2010년 한국전력 전력과제 발굴사업을 시작으로 스마트 그리드 연구에 착수하여 KAIST에서 스마트 그리드 분야 대학원 과목을 개설하고, 스마트 그리드 연구회를 만들어 매달 전문가 초정강연을 진행하며 통신학회에도 스마트그리드 네트워크 연구회를 구성하고  에너지 융복합 워크숍을 매년 개최하게 되었다. (학계에서 Energy ICT 분야 연구 선도하였음)

•  중소기업 지원을 위한 KAIST 문지 캠퍼스에 마이크로그리드 구축하여 중소기업들이 실증사업 후 신 사업 개척을 하는데 지원하였습니다.

•  주요 연구성과로 에너지 관련 저널에 9편, 국제학술대회 논문 4편, 특허 5건 등의 발표가 있었습니다.

13. 차세대 셀룰러 M2M 네트워크에서의 랜덤 액세스 기술 개발 (Development of Random Access Technologies in Next-Generation Cellular M2M Networks)

1) 연구 기간/지원 기관: 2012년-2019년/한국연구재단 지원

2) 주요 연구 내용

극다수의 사물지능노드들이 하나의 기지국내에 랜덤 액세스 절차 기반의 통신방식으로는 preamble 간의 충돌, 자원의 고갈, 액세스 지연, 액세스 우선도 등의 문제를 획기적으로 개선하는 새로운 M2M 네트워크의 랜덤 액세스 프레임워크를 제안하고 성능의 우수함을 보인다.

•  Root-Index 기반의 우선제어 랜덤 액세스 방식 제안

•  랜덤 액세스에서의 Preamble 충돌검출, 충돌완화, 충돌해결 문제 연구

•  상향물리공유채널(PUSCH) 자원의 효율 국대화 연구

•  Preamble과 동시에 소량의 메시지 동시 전송 기술 제안

•  다중 Root 수열 사용시 잡음상승 환경에서의 PRACH Preamble 검출기 연구

•  상기 기술을 통합한 새로운 M2M 네트워크 프레임워크 제안 등

•  5G 셀룰러-M2M 네트워크에서 극다수의 사물단말 수용을 위한 효율적인 자원 관리 기술 연구{연구재단 중견자과제 수행(2014.5-2017.4)

3) 연구의 우수성

•  연구재단 중견자과제 최종평가 S(Excellence)로 연구의 우수성 입증

•  국제저널논문 12편, IEEE 학회논문 4편, 국내외 특허 19건 등록 /출원

•  사람통신과 사물지능통신 공존환경에서도 차등화한 일종의 colored preamble로 차등화 서비스 제공가능(논문, 특허)

•  공간그룹별 root index 할당으로 셀 반경 4km, 3% 충돌확률 허용환경, 85,200 개 노드 접속(기존방식 11,100개)(논문, 특허)

•  공간그룹별 프리앱블 재사용시 충돌확률 1/9로 축소(30,000노드 접속)

•  tagged-preamble 기반으로 preamble을 첫번째 전송과정에서 조기검출(기본 4번째 전송과정에서 검출)-->PUSCH 자원효율 극대화; 액세스 지연 1/2(논문, 특허)

•  tagged preamble 이용 다중수신 시간정렬(Timing Alignment)값으로 1회 액세스 시도 시 성공률 95%(기존 63%), 3회 시도시 99.99% 랜덤 액세스 성공률(논문, 특허)

•  공간그룹 방식과 PUSCH 채널의 비직교 자원할당으로 PRACH 당 20 액세스 시 프리앰블 전송성공율 80%(기존 35%); S3CH 자원 성공할당률 90%(기존 55%) 달성(논문, 특허)

• 스케줄링과 PUSCH 자원 할당없이 비연결형으로 짧은 메시지를 preamble과 함께 전송가능 증명(종래는 랜덤액세스 절차 후 연결 상태에서 수행)(논문, 특허)

• 다중 root-index 프리앰블 사용시 간섭억제 기능 가진 프리앰블 PRACH 검출기 제안 및 성능의 우수함 평가(논문, 특허)

4) 연구 성과 및 활용

•  H.S. Jang, S.M. Kim, H.S. Park, and D.K. Sung, “A Preamble Collision Resolution Scheme Based on Captured Multiple Timing Advance Values for Cellular IoT/M2M Communications,” IEEE Trans. On Vehicular Technology, vol. 67, no. 2, pp. 1825-1829, Feb. 2018. 포함 저널 논문 12편; 국제 학회 학회 논문 4편

•  D.K. Sung, H.S. Jang, S.M. Kim, K.S. Ko, and J.Y. Cha, “System and Method for Random Access Procedure Based on Spatial Group,” (공간그룹 기반 임의접속방법 및 시스템), 9,788,344, USA, (14,489,285, Sep. 17, 2014), Oct. 10, 2017. 포함 국내외 특허 등록 및 출원 19건

•  KAIST 특허풀(pool)에서 관리하고 있으며 기업에 기술이전 협의