글로벌 비즈니스 시장에서 IoT 산업은 급속도로 성장하고 있고 IoT에 대한 많은 연구가 진행되고 잇다. 그 중에서 스마트 홈 IoT 시스템이 대표적이며 이를 상용화하여 서비스를 제공하는 업체도 증가하고 있다. 홈 내부에 여러 IoT 장치와 센서들을 설치하고, 해당 장치와 센서에서 지속적으로 데이터가 생성되고 생성된 데이터를 저장하여 사용자에게 새로운 정보를 제공할 수 있다. 특히, 홈 내부에 설치된 여러 센서들의 데이터를 이용하여 현재 홈 내부 상황을 추론하여 집안 내부의 상황을 사용자에게 알려줄 수 있다. 본 논문에서는 스마트 홈 IoT 데이터를 베이지안 네트워크를 이용해 집안 내부의 쾌적 상황을 추론하여 사용자에게 정보를 제공하고 상황에 따른 행동을 할 수 있도록 정보를 제공하는 방법에 대한 연구의 결과에 대하여 소개한다.
Internet of Things(IoT) 기술이 발전하면서 다양한 IoT 기기들을 이용하여 사용자의 편의성을 높이기 위한 서비스가 늘어나고 있다. 또한, IoT 센서가 다양해지고 가격이 낮아지고 있어서 다양한 데이터를 수집 및 활용하여 서비스를 제공하는 사업자도 증가하는 추세이다. 스마트 IoT 홈 시스템은 IoT 기기를 이용하여 사용자의 편의성을 향상하는 대표적인 활용 사례이다. 본 논문에서는 스마트 IoT 홈 시스템의 사용자 편의성을 향상하기 위하여 데이터를 분석하여 연관 기기의 제어를 위한 방법을 제안한다. 스마트 IoT 홈 시스템의 센서에서 수집한 내부 환경 측정 데이터, 기기 제어 엑츄에이터에서 수집한 데이터 및 사용자의 판단 데이터를 학습하여 현재 홈 내부 상태를 분석하고 기기 제어 방법을 결정한다. 특히 기존 기술들과 다르게 최신 딥 러닝 기반의 심층 신경망을 도입하여 데이터를 분석하여 홈 내부 상태를 판단하고 최적의 홈 내부 환경 유지를 위한 정보를 제공한다. 실험에서는 실제 장기간 측정한 데이터와 추론 결과를 비교하여 제안한 방법의 판별 성능에 대한 분석을 수행하였다.
본 논문은 흠 내부의 Non-SIP 기반 비디오 카메라로부터 홈 외부의 SIP 기반 단말기로 비디오 스트림을 전송할 수 있는 흠 게이트웨이의 설계 구현에 목적이 있다. 홈 게이트웨이는 OSGi 프레임워크를 기반으로 하였으며 흠 내부의 기기로부터 흠 외부의 이동 중인 모바일 사용자를 연결하기 위해 SIP 스택을 내포하는 마이크로소프트 사의 RTC 기술을 이용하였다. 홈 게이트웨이 상에, SIP 세션의 연결 등을 관리하는 RTC 번들을 개발하였으며, 홈 내부의 Non-SIP 기반 비디오 카메라로부터 비디오 스트림을 읽기 위해 가상 비디오 캡쳐 드라이버를 개발하였다. 최종적으로 설계 구현된 홈 게이트웨이를 테스트하기 위해 SIP 프로토콜을 탑재한 윈도우 메신저를 흠 외부의 단말기로 설정하고 AXIS 2100 UPnP 비디오 카메라를 홈 네트워크에 연결하여 비디오 카메라로부터 이동중인 윈도우 메신저로의 세션 연결과 라이브 비디오의 스트리밍을 실험하고 확인하였다.
현재 홈 네트워크 산업은 여러 단체로부터 표준화가 진행되고 있으며, 대부분의 표준안들은 차세대 직렬 전송버스인 IEEE 1394를 채택하여 홈 네트워크 내부의 가전기기들에 대한 연동문제나 인터넷사이의 연동에 대한 부분에 초점을 두고 있다. 그러나 홈 네트워크 가전기기 정보에 대한 체계적인 분석과 분류, 이들을 제어하기 위한 사용자 인터페이스, 인터넷을 통한 홈 네트워크 정보의 실시간 제공 등에 관한 연구들이 선행되어야 한다. 이에 본 논문에서는 홈 네트워크 가전기기들을 감시 및 제어하고 정보를 수집하는 이동 에이전트 기반의 홈 네트워크 시스템을 IEEE 1394를 이용하여 설계 제안한다.
홈 네트워크 기술은 최근에 급격히 발달하고 있으나, 안전성 분야에 대해서는 이직 연구가 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 홈 네트워크를 위한 보안 어플라이언스를 제안한다. 필터링과 리맵핑 기술을 이용하여 악의적인 접근을 차단하고, 홈 네트워크 내부의 정보를 보호함으로써 홈 네트워크의 안전성을 향상시키며. 사용자의 편의성을 고려한 통합된 환경설정 기능을 제공하는 보안 어플라이언스를 설계하고자 한다.
대부분의 주거환경은 가전제품이나 전등 등을 수동적으로 제어하는 방식이 일반적이다. 본 연구에서는 주거환경을 스마트화함으로써 사용자의 불편함과 번거로움을 줄이고 효율적인 환경관리와 보안을 강화를 할 수 있도록 한다. 본 논문은 아두이노, 여러 센서와 블루투스모듈을 사용하여 집 내부 환경을 자동제어관리하고 사용자가 스마트폰 어플로 집 내부 환경을 파악하고 가전제품을 제어함으로써 편리함을 추구함과 동시에 에너지 절약에 도움이 될 수 있게 한다. 또한 와이파이로 연결된 카메라로 영상을 스트리밍하여 집 내부를 확인하고 대응할 수 있게 하여, 현대인의 집을 스마트하게 관리할 수 있는 "아두이노를 이용한 스마트홈"을 제안한다. 기존의 주거환경과 다르게 집 내부의 환경을 자동제어 및 환경정보를 확인하고 사용자가 직접 가전제품을 제어할 수 있으며, CCTV를 통해 집 내부를 확인 할 수 있도록 한다. 또한 화재가 감지되면 경보와 스프링클러가 작동하여 초기진압을 할 수 있다.
이제까지의 디지털 홈 연구는 네트워크기술과 보안 관련 시스템에 관한 것이 주를 이루었다. 홈 네트워크에서 개인화 되고 차별화 된 서비스의 제공이 새로운 이슈로 부각되고 있다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 가족 구성원 각자의 특성을 고려한 차별적인 서비스를 제공한다. 출입통제시스템을 통하여 내부 사용자 정보를 얻고, 컨트롤러는 내부 사용자의 데이터베이스를 활성화시켜 차별적인 환경을 제공하고, 홈 네트워크의 서브시스템을 제어하는 것이다. 예로, 사용자 연령에 따라 TV 프로그램 혹은 채널을 제한하거나 사용자마다의 다른 인터넷 환경을 제공하거나 전화번호에 제한을 둘 수 있고, 홈쇼핑 결제 권한을 제한하는 등 가족 구성원간의 차별적인 환경을 자동으로 제공할 수 있다.
최근 디빅스(DiVX)플레이어 등 홈 멀티미디어가 인기를 끌면서 저장을 기반으로‘스마트’한 기능을 탑재한 제품이 잇따라 선보이고 있다. 가장 두드러진 추세는 외부 지원 기능 강화를 통한 이른바‘외장의 차별화’와 내부 기능 개선을 통한‘내부 성능 극대화’등 두가지다. 이중 최근 출시된 에이엘테크의 네트워크 기능을 지원하는 HDD형 디빅스플레이어 '미디어게이트 MG-35'가 소비자들의 눈을 사로잡으며 인기를 모으고 있다. 네트워크 기능으로 더욱 강력해진 MG-35는 컴팩트한 사이즈에 다양한 영상, 오디오 출력을 지원하며, 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지와 음악도 감상이 가능한 본격적인 홈 엔터테인먼트 기기이다.
기존의 홈 시스템은 비용이 비싸며 공간적인 문제가 발생하고, 기능적으로 한계가 있다. '아두이노를 활용한 스마트홈 시스템'은 아두이노를 활용하기 때문에 비용적, 공간적 문제를 해결하고 여러 가지 가전제품을 환경에 맞춰 자동으로 작동하는 스마트 기능을 넣었다. 온, 습도 센서를 이용해 내부 온도가 설정 값보다 높으면 에어컨이 켜지고, 습도가 낮으면 자동으로 가습기가 작동한다. 또한, 창문에 부착된 UV센서를 통해 자외선 수치가 높아질 경우 자동으로 블라인드가 내려간다. 침실에 누워 잠들기 전, 불을 꺼야 하는 상황이 있다. 이런 경우, 직접 불을 끄러 가지 않고 침대 머리맡에 설치된 초음파 센서에 손을 가져다 대어 일정 거리 값 이하로 되면 자동으로 침실 불이 꺼진다. 그리고 거실에 설치 된 인체감지센서를 통해 불이 꺼진 어두운 거실에 움직임이 감지되면 자동으로 거실 불이 켜지게 된다. 이러한 자동 제어 기능을 블루투스와 연동된 스마트폰을 통하여 사용자 편의에 따라 수동적 제어가 가능하고, 거실에 설치된 ESP-32CAM을 통해 밖에서도 거실 내부를 실시간 확인할 수 있다. 이런 아두이노 스마트홈 시스템으로 사용자들에게 편리함과 안정성을 제공한다.
스마트홈과 연동하는 안전한 방범창은 외부의 침입자를 차단하고 주거 내의 물품 도난 및 개인의 신변을 보호하기 위한 안전설비로 다양한 형태의 방범창이 존재한다. 스마트홈은 건물 내의 센서가 화재를 감지하면 방범창 내부의 원격시스템이 자동으로 방범창을 매우 짧은 시간 안에 개방할 수 있도록 설계한다. 화재 등 재난시 상하부 방법창이 자동으로 개폐되도록 랙피니언을 이용하여 방범창의 위쪽 창틀을 상승시켜 창살이 움직일 수 있도록 개방하고 동시에 아래쪽 창틀이 회전하도록 구성하여 화재 및 폭우 등에 인명피해를 줄일 수 있도록 설계한다. 스마트홈 시스템과의 연계로 재난을 미리 감지하고 탈출구를 개방한다면 신속하고 안전한 대피가 가능하고, 기존의 프레임 부분 변경에 간단한 시스템만 변경하여 적용할 수 있어, 간단한 구조로 설치할 수 있고 낮은 비용으로 스마트홈을 구성할 수 있다. 특히 스마트홈과 연동하여 재난을 미리 감지하고 탈출구를 개방함으로써 신속하고 안전한 대피가 가능하여 다양한 재난을 대비할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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