최근 유비쿼터스 컴퓨팅 시대에 가까워지면서, 다양한 형태의 소형센서를 무선네트웍으로 연결하여 일정 범위 내의 다양한 정보를 수집하여 이용할 수 있는 무선센서네트웍시스템에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 무선센서네트웍 아키텍처는 IEEE 802.15.4에 제안된 MAC과 ZigBee Alliance에서 개발된 ZigBee를 이용한 것이다. ZigBee에는 네트웍계층, 응용프레임웍 등 많은 기능과 규격이 포함되어 있으며, 그 중 응용프레임웍에는 각 센서장치들 간의 통신을 원활하게 하기 위하여 여러 가지 데이터 형이 정의되어 있다. ZigBee 응용프레임웍에 정의되어 있는 여러 데이터형 중 준정밀수형(semi-precision number type)은 수의 절대값이 작은 범위에서는 높은 해상도로 수를 표현할 수 있고 절대값이 큰 범위일수록 상대적으로 낮은 해상도로 수를 표현할 수 있어, 빛의 강도, 소리의 크기 등 그 크기를 표현함에 있어 절대값에 반비례하는 해상도로 표현하여도 무방한 경우 매우 유용하게 사용된다. 그러나 현재 ZigBee에서 정의한 준정밀수형은 높은 해상도로 표현되어야 하는 구간 중 특정 구간에서 해당 값을 표현할 수 없는 구간이 존재한다. 본 논문에서는 이와 같은 준정밀수의 특징과 문제점을 살펴보고, 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 형식의 준정밀수형을 제안한다.
본 논문에서는 블루투스 4.0에서부터 지원하는 BLE(BlueTooth Low Energy) 프로토콜 장치인 iBeacon을 활용하여 사용자의 위치를 측정하는 시스템에서 추정 결과를 개선하는 기법을 연구하였다. iBeacon의 상황별 신호를 시스템을 통해 측정한 뒤 수집된 데이터 분석을 통하여 간섭 요인을 분석하고 보정을 위해 EKF(Extended Kalman Filter)를 적용하였다. 필터 적용 후 데이터와 기존 데이터와 비교하고, 추정 결과의 개선을 확인하였다. 제안하는 위치추정기법은 실제 구현에 복잡성이 적고, iBeacon 기본 환경의 취약한 위치 서비스 개선에 효과적이다.
상황 인식을 통한 지능적인 시스템은 홈 자동화 서비스를 제공하기 위하여 매우 중요한 요소로서 강조된다. 본 논문에서 홈 자동화를 구현하기 위하여 홈 내부에서 일어나는 여러 가지 사건들을 사용자 각각에 대하여 다양한 장치를 이용하여 케이스 별로 수집하여 데이터를 저장하고, 케이스 별로 저장된 데이터를 트레이닝 데이터로 이용하여 신경회로망 알고리즘으로 학습을 시켜서 지능적인 홈 자동화 시스템을 구현한다. 이러한 지능적인 홈 자동화 시스템은 사용자에게 적절한 상황에 적절한 서비스를 스스로 판단하여 제공함으로서 거주자의 편의를 제공할 수 있다.
반도체 웨이퍼의 표면을 연마하여 평탄화하는 Chemical Mechanical Planarization(CMP) 공정은 다양한 화학물질과 물리적인 기계장치에 의한 작용을 받기 때문에 공정을 안정적으로 관리하기 힘들다. CMP 공정에서 품질 지표로는 Material Removal Rate(MRR)를 많이 사용하고, CMP 공정의 안정적 관리를 위해서는 MRR을 예측하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 머신러닝 기법들을 이용하여 CMP 공정에서 수집된 시계열 센서 데이터를 분석하여 MRR을 예측하는 모형과 공정 품질을 해석하기 위한 분류 모형을 개발한다. 나아가 분류 결과를 분석하여, CMP 공정 품질에 영향을 미치는 유의미한 변수를 파악하고 고품질을 유지하기 위한 공정 조건을 설명한다.
최근에는 컴퓨터를 이용한 자동 제어나 계측기의 활용이 급격히 증가하고 있다. 본 논문에서는 데이터의 수집 및 제어가 쉽고 데이터 분석 및 적용이 용이한 LabVIEW 그래픽 프로그램을 사용하여 계측장비 제어 및 모니터링, 측정 데이터의 분석, 자동제어가 가능한 자동 부화 시스템을 설계하고 시스템의 검증을 위해 Incubator를 제작하였다. 센서를 통해 Incubator 내부 환경을 측정하고 부화를 위해 선택한 개체의 부화환경을 데이터베이스 파일에서 불러와 최적의 환경 조성을 위해 각 장치들을 초기화 및 제어한다. 이를 통해 미세한 부화 환경의 변화가 부화율과 품질에 주었던 단점을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 효율적인 시스템 관리로 인한 인력과 비용의 절감도 기대된다.
본 논문에서는 기저귀에 부착되어 배뇨를 감지한 후 10~20m 이내의 보호자 스마트폰으로 배뇨 발생을 자동으로 알리는 스마트폰형 배뇨알람장치의 구현 기술을 소개한다. 적용된 기술의 특징은 전력 소모 최소화에 있으며 이를 위해 저(低)전력 블루투스 v4.0 기술과 센서 데이터를 수집하지 않는 동안 센서 및 마이크로컨트롤러(micro-controller)를 수면(sleep) 모드로 동작시키는 전력 절감형 프로그램 구동 방식을 적용한다. 배뇨 발생의 정확도를 제고하기 위하여 온/습도 측정 데이터의 절대적인 값을 사용하지 않고 일정 시간 주기로 데이터를 측정하고 이전 값과 현재 값과의 차이를 기반으로 배뇨를 감지하는 방식을 적용한다. 적용 기술을 기반으로 시제품을 구성하고 제품의 성능 시험을 통해 최소 배뇨 검출량 100ml, 검출 정확률 90% 이상, 무선통신 성공률 100%의 성능이 제공됨을 확인한다.
본 논문에서는 LBS 연동형 스마트 플랫폼의 설계를 통해 타인의 라이프로그 정보를 참조할 수 있는 개인 블랙박스용 라이프 로그서비스를 제안한다. 일반적이 라이프로그 서비스는 스마트 장치 사용자의 일상적인 행위를 저장함으로써 추후에 이를 다시 확인해 볼 수 있게 해준다. 제안한 라이프로그 서비스 플랫폼은 GPS/UFID 위치 정보와 스마트기기로부터 획득한 영상에서 추출한 다양한 정보를 라이프로그 데이터로 사용한다. 또한, 데이터베이스를 구축하여 다른 사용자가 구축한 라이프로그 데이터를 참조할 수 있다. 제공하는 타인의 정보는 기본적으로 500m 이내로 제한하였으나 이러한 범위는 조절가능하다. 제안한 플랫폼은 영상인식기법을 활용하여 획득한 영상에 대한 속성을 결정한 후 위치 정보, 영상 데이터, 영상 속성 그리고 관련된 웹 정보를 데이터베이스에 저장한다. 데이터베이스에 저장되는 속성은 개체ID, 영상 형태, 획득시간, 획득 좌표이다. 사용하는 영상 형태 속성은 산, 바다, 거리, 건물 앞, 건물 내부 그리고 인물이다. 영상 속성이 인물인 경우 셔츠, 바지, 원피스, 액세서리와 같은 부속성을 부여할 수 있다. 본 연구의 결과로 스마트 디지털 기기로 부터 멀티미디어 파일 데이터를 수집하고 웹 서버로부터 웹 데이터를 수집하여, 파일 데이터와 웹 데이터를 라이프로그 데이터로 저장하고 사용자 요청에 따라 길찾기 등을 통해 라이프로그 데이터를 활용할 수 있다.
본 연구에서는 LabVIEW를 활용한 임베디드 태양추적장치가 개발되었다. 이 시스템은 LabVIEW로 작성된 소프트웨어, CompactRIO, C-계열의 모션 인터페이스 모듈, 아날로그 수집 모듈(DAQ:Data Acquisition), 스텝 드라이브, 스텝 모터, 피드백디바이스 그리고 기타 부품들로 구성되어져 있다. CompactRIO는 내부에 리얼타임 프로세서를 내장하고 있으며 이는 태양추적장치가 외부 제어없이도 자동으로 작동이 가능하게 한다. 태양 추적장치의 정확도를 높이기 위하여 천문학적인 방법과 광학적인 방법을 통합하여 개발하였다. 광학적인 방법에서는 피드백디바이스가 사용되었는데 4개의 CdS를 사용하여 지속적으로 피드백 신호를 컨트롤러로 공급하여 문제 발생시에도 태양을 지속적으로 추적한다. 태양의 고도 및 방위각의 데이터베이스는 미국의 Naval Observatory의 데이터와 비교하였다.
표적추적장치의 수동제어기는 인간 운용자의 동특성에 따라 제어명령을 생성하고 원하지 않는 잡음과 외란의 영향으로 시스템의 성능과 안정성을 보장하지 못하게 하는 요인이 되고 있다. 특히, 야지를 기동시 운용자의 운용환경에 따라 운용자 특성이 변동될 경우 시스템의 성능저하와 불안정성은 더욱 증가 된다. 즉, 인간이 제어루프에 포함된 수동제어기는 설계단계에서 시간지연과 같은 운용자의 특성을 고려하여야 하며, 운용자에 의해 생성되는 제어명령이 실제 운용환경에서 외란과 동특성의 변화에 적합하도록 하여야 한다. 본 논문에서는 전시기를 통해 표적을 수동핸들로 추적하는 표적추적장치의 수동제어기를 인간운용자를 포함시켜 구성하고자, 추적명령을 생성하는 운용자 모델링을 수행하였다. 특히, 주행하는 차량에 탑재된 표적추적장치는 외란과 추적위치에 잡음이 많이 존재하기 때문에 운용자 모델링이 쉽지 않은 것으로 알려져 있다. 따라서, 수동표적추적장치의 실제 운용환경에서 수집된 데이터를 이용하여 운용자 및 수동제어기의 모델링을 수행하고, 시뮬레이션을 통하여 적용된 운용자 모델의 타당성과 실효성을 보였다.
TDOA (time difference of arrival)와 FDOA (frequency difference of arrival) 정보를 활용한 고 정밀 위치 추정 방법에 대한 연구는 최근 전자전 시스템 분야의 핵심 주제이다. TDOA/FDOA 위치 추정 시스템은 TDOA와 FDOA 정보를 추출하는 단계와 추출한 정보로부터 신호원의 위치를 추정하는 두 단계로 나뉘며, 정보 추출 단계에서 CAF (complex ambiguity function) 기반의 다양한 알고리즘이 제안되었다. 미상 신호원과 수신단간의 이격이 수백km인 전자전 지원 시스템 환경에서 기존의 CAF 기반 알고리즘을 사용하여 통신 신호로부터 TDOA 및 FDOA 정보를 추출하는 경우, 고 정밀 위치 추정을 위해서는 수신단에서 장시간의 수집시간이 요구된다. 이러한 수집시간의 증가는 신호처리를 위해 수신단으로부터 중앙처리장치로 데이터를 전송하는 데 소요되는 시간을 수용할 수 없을만큼 늘어나게 할뿐만 아니라, 데이터량의 증가로 인한 연산량의 증가까지 야기하게 된다. 따라서 본 논문에서는 전자전 환경에서 통신 신호 기반 TDOA/FDOA 정보의 정밀 추정에 요구되는 수집시간을 CRLB (Cramer-Lao lower bound)를 이용하여 이론적으로 분석하고, 고 정밀 추정을 위해 장 시간동안 수집된 대용량의 데이터를 이용하였을 때, 기존의 알고리즘과 정확도는 유사하면서 전송시간 및 연산량을 최소화하는 2-단계 전역 최적화 알고리즘을 제안한다. 또한 제안한 알고리즘을 기존 CAF 기반 알고리즘과 연산량을 비교 분석하고, CRLB를 통해 유도된 한계 성능과 비교 분석하여 알고리즘의 성능을 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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