에너지 효율성은 향후 정보통신기술(ICT)에 있어 점점 더 중요해지고 있다. 통신에서의 에너지 효율성을 개선하기 위한 노력의 일환으로, IEEE 802.3 워킹 그룹은 2010년에 에너지 효율 이더넷(Energy Efficient Ethernet, EEE)으로 알려진 IEEE 802.3az 표준을 승인하였다. EEE는 패킷이 전송되지 않을 때 링크의 에너지 소비를 줄이기 위해 Low Power Idle(LPI) 모드를 사용하지만, 이들 패킷 사이에 간격을 두고 소규모 패킷을 주기적으로 전송하는 경우에는 EEE가 우수한 에너지 효율을 달성할 수 없다는 것이 입증되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 패킷 병합(packet coalescing)과 인터럽트 병합(interrupt coalescing)과 같은 병합 기법이 제안되었다. 두 가지 병합 기법 중 어느 하나를 적용한 EEE는 더 나은 에너지 효율을 보이지만, 그 구현은 통상 소수의 고정된 병합 매개변수를 사용하며 추가적인 최적화가 필요하다. 본 논문은 에너지 효율을 개선함과 동시에 성능도 뒷받침할 수 있는 적응형 인터럽트 병합(adaptive interrupt coalescing, AIC)을 제안한다. 송신 측에서 AIC를 적용한 EEE를 Intel 82579 네트워크 인터페이스 카드(NIC)와 e1000e Linux 장치 드라이버로 구현하였다. AIC의 타당성을 검증하기 위해 100 M bps 대역폭에서 실험을 수행하였다. 실험 결과, 성능을 고려하더라도 대부분의 경우에서 AIC의 에너지 효율이 향상되었으며, 최선의 경우에는 기존 인터럽트 병합 기법에 비해 최대 37%까지 개선될 수 있음을 보여주었다.

컴퓨팅 및 통신 자원이 더욱 많이 등장함에 따라 에너지 효율성은 미래의 정보 및 통신 기술에서 점점 더 중요해지고 있다. 우리는 컴퓨팅, 저장 및 통신 전반의 에너지 소비를 줄일 수 있는 에너지 효율적인 기술이 필요하다. 에너지 절감 잠재력을 지닌 차세대 비휘발성 RAM(NVRAM)이 있음에도 불구하고, 이는 일반적으로 파일 시스템의 시스템 성능을 향상시키기 위한 저장 장치로 사용될 뿐, 에너지 효율성을 개선하기 위한 목적에는 활용되지 않는다. 본 논문은 NVRAM 기반 SSD를 저장 장치로 채택하는 파일 시스템에서의 에너지 효율적인 쓰기 접근 방식을 제안한다. 시뮬레이션 결과, 쓰기 요청에서의 데이터 크기와 서브페이지 크기가 모두 더 작아질수록 이상적인 워크로드에서 기존 쓰기 접근 방식보다 에너지 효율적인 쓰기 접근 방식이 더 적은 에너지를 소모하는 것으로 나타났다.

클라우드 컴퓨팅과 빅데이터 처리와 같은 최첨단 기술의 등장은 다양한 새로운 IT 서비스의 제공을 촉진하며, 이는 이를 지원하기 위해 더 많은 서버가 필요함을 의미한다. 그러나 서버의 증가는 더 많은 에너지 소비로 이어지며, 컴퓨팅 환경에서의 에너지의 효율적 사용이 더욱 중요해질 것이다. 차세대 비휘발성 RAM은 바이트 주소 지정성(byte addressability), 낮은 접근 지연 시간, 높은 밀도, 낮은 에너지 소비와 같은 많은 바람직한 특성을 지닌다. 이러한 특성을 활용하기 위한 여러 접근 방식이 있으며, 특히 저장 장치를 포함하는 파일 시스템 분야에서 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 그 초점은 에너지 절감이 아니라 시스템 성능 향상에 있다. 본 논문은 하드 디스크 대신 저장 장치로 MRAM 기반 SSD를 활용하고, 일반적인 파일 시스템에서 한 페이지의 크기인 4KB 페이지 대신 축소된 페이지를 채택하는 새로운 에너지 절감 접근법을 제안한다. 시뮬레이션 결과는 소수의 바이트에 접근하는 경우 이 새로운 접근법의 에너지 효율성이 매우 효과적이며, NAND 플래시 메모리 대비 최대 128배까지 향상됨을 보여준다.

우리는 두 개의 MIMO 도플러 레이더 센서를 사용하여 40미터 범위 내에서 움직이는 물체를 추적할 수 있는 시스템을 설명한다. 센서 노드의 낮은 연산 능력으로 인해 표적의 위치를 정확히 결정하는 것은 불가능하다. 따라서 감지 범위를 각각 10미터 길이의 4개 구간으로 나누고, 움직이는 표적이 어느 구간에 있는지를 표시하기 위한 실시간 추적 알고리즘인 도플러 레이더 센서를 위한 고급 추적 알고리즘(Advanced Tracking Algorithm for Doppler Radar Sensors, ATAD)을 개발하였다. 이 알고리즘은 초기 기간에 탐지 임계값을 자동으로 결정하고, 실행 중에는 이 값을 조정하며, 실시간으로 표적의 상대적 위치를 규정한다.

컴퓨팅의 초기부터 비밀번호는 컴퓨터 시스템에 대한 접근과 사용자를 보호하기 위한 필수 인증 방법으로 간주되어 왔다. 비밀번호의 중요성, 민감성 및 기밀성 때문에 비밀번호 저장을 안전하게 하기 위해 많은 암호화 메커니즘이 활용되어 왔다. 그중에서도 암호화 해시(cryptography hash) 방법은 가장 널리 사용되는 해결책이다. 암호화 해시 함수는 평문 비밀번호를 읽을 수 없는 메시지 다이제스트(message digest)로 변환함으로써 시스템의 실패를 악용하거나 저장된 비밀번호를 탈취하려는 공격자를 좌절시킨다. 반면, 다이제스트로부터 평문 비밀번호를 얻는 것도 가능하다. 우리는 해시된 것들로부터 원래 비밀번호를 획득하기 위한 무차별 대입(brute force) 공격을 조사하고, 기존의 일부 GPU 기반 무차별 대입 크래킹 도구들을 연구하였다. 이러한 응용들은 CPU 측에서는 가능한 비밀번호를 생성하고, GPU 측에서는 이를 병렬로 해시하는 하이브리드 알고리즘을 구현한다. 본 논문에서는 GPU 측에서 모든 작업을 수행하는 새로운 동종(homogeneous) 병렬 무차별 대입 크래킹 알고리즘을 제안한다. 실험에서 우리는 다양한 종류의 비밀번호를 성공적으로 크래킹하였다. 예를 들어 6자리 비밀번호의 경우 초기화에 약 0.23 ms, 조합 생성에 1.97 ms, 무차별 대입에 52.81 ms가 소요되었다. 따라서 이러한 유형의 비밀번호를 크래킹하는 데 1초 미만이 필요하다.

펄스-도플러 레이더(Pulse-Doppler radar, PDR)는 도플러 효과를 이용하여 표적의 위치를 탐지할 뿐만 아니라 그 방사방향 속도를 측정할 수 있는 초광대역 레이더 시스템이다. 그러나 전통적인 레이더 신호 처리 기법은 일반적인 무선 센서 모트(wireless sensor mote)에 대해 이용 가능한 제한된 연산 및 저장 자원과의 적합성이 떨어진다. 본 논문에서는 작은 PDR을 센서 노드로 활용하는 새로운 추적 시스템을 설계함으로써 PDR과 모트급 무선 센서 노드 간의 호환성을 탐구한다. 제안된 시스템은 이동하는 표적의 존재 및 위치를 탐지하기 위한 여러 개의 PDR 센서 노드, 센서 노드의 탐지 데이터를 수집하기 위한 기지국(base-station) 노드, 그리고 집계된 데이터를 바탕으로 표적의 위치를 추정하는 알고리즘으로 구성된다. 야외(실제 환경)에서 수행한 실험 결과, 제안된 시스템은 이동 물체를 추적하는 데 있어 평균 편차 오차를 0.18m까지 낮추는 등 성능이 우수함을 보였다.

펄스-도플러 레이더(Pulse-Doppler radar, PDR)는 고정된 물체의 위치를 탐지할 뿐만 아니라 도플러 효과를 이용하여 물체의 방사방향 속도를 측정할 수 있는 레이더 시스템이다. 이러한 기능을 바탕으로, 본 논문에서는 탐지 거리를 최대 120m까지 향상시키기 위해 다중 입력 다중 출력(Multiple-Input-and-Multiple-Output, MIMO) 안테나 시스템과 결합된 새로운 PDR 센서를 제안한다. Kookmin University에서 수행한 실험에서, 제안된 센서는 130m 거리에서 이동하는 자동차를 탐지하는 데 우수한 성능을 보였으며, 이는 우리가 예상했던 것보다 더 먼 거리였다.

하드웨어 개발의 진전은 일상생활 전반에 널리 보급되는 작고 저렴한 센서 네트워크 장치의 생성을 가능하게 하며, 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 발전에 중대한 역할을 담당한다. 센서 네트워크의 아키텍처가 응용에 더욱 의존하게 됨에 따라, 서로 다른 유형의 USN 응용과 서비스 전반에서 공통적으로 제공되는 기능을 제공하는 USN 미들웨어를 마련하는 것이 상당히 중요하다고 본다. 본 논문에서는 USN 미들웨어 아키텍처와 ITU-T F.744 권고에 기술된 세 가지 USN 서비스 사용 사례를 분석하고, ITU-T USN 미들웨어 구성요소를 위한 기본 기능과 인터페이스를 제안한다.