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실내 화재 시, 피난 유도등은 대피자가 대피 경로를 계획하는데 큰 도움을 준다. 대피자가 건물 구조를 잘 알지 못하는 장소에서는 그 의존도가 더 높아진다. 전통적인 고정된 그림의 피난 유도등은 최단 대피 방향을 가리키지만, 심각한 문제를 안고 있다. 화재가 지속됨에 따라 불길이 번지는 상황에서 대피자를 이미 불이 번진 곳으로 유도할 수 있어 그들을 위험에 빠뜨리거나, 또는 대피 시간을 허비하게 한다. 이를 해결하고자 화재 시 대피자들을 안전한 최단 대피 경로로 안내하기 위한 연구가 있었다. 하지만 대부분의 연구들은 중앙 서버의 사용을 가정하여, 최단 대피 경로를 찾는 ...

실내 화재 시, 피난 유도등은 대피자가 대피 경로를 계획하는데 큰 도움을 준다. 대피자가 건물 구조를 잘 알지 못하는 장소에서는 그 의존도가 더 높아진다. 전통적인 고정된 그림의 피난 유도등은 최단 대피 방향을 가리키지만, 심각한 문제를 안고 있다. 화재가 지속됨에 따라 불길이 번지는 상황에서 대피자를 이미 불이 번진 곳으로 유도할 수 있어 그들을 위험에 빠뜨리거나, 또는 대피 시간을 허비하게 한다. 이를 해결하고자 화재 시 대피자들을 안전한 최단 대피 경로로 안내하기 위한 연구가 있었다. 하지만 대부분의 연구들은 중앙 서버의 사용을 가정하여, 최단 대피 경로를 찾는 알고리즘 개발에 집중하였다. 일부 연구는 대피 경로를 안내하는 스마트 유도등 시스템의 개념 제시에 그쳐, 구체적인 구축 방안을 제시하지 않았다.
일부 연구자 그룹은 스마트 유도등 시스템의 네트워크에 중앙 서버가 있다면 시스템신뢰성에 문제가 있음을 지적하고 서버가 없는 스마트 유도등 시스템을 연구해왔다. 하지만 이 연구자 그룹은 시스템의 알고리즘 개발에 집중하여, 제시한 시스템의 네트워크 특성을 고려하지 못했고, 이와 관련해 시스템 신뢰성을 검증하지 못했다.
신뢰성이란 요구된 환경과 노출 시간에 대해 지정된 결과 값의 오차범위보다 큰 편차의 결함이 발생하지 않는 확률로 정의되는데, 시스템의 내부적 요인과 외부적 요인이 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 문과 벽은 잠재적으로 네트워크 성능을 저해할 수 있는 외부적 요인이고, 네트워크 모듈의 데이터 처리 능력은 내부적 요인이다. 이 연구는 서버가 없는 스마트 유도등 시스템을 개발하고, 실험을 통한 신뢰성 검증에 집중하였다.
이를 위해, 문헌 고찰을 통해 기존 피난 유도 시스템의 한계점을 파악하고, 서버가 없는 스마트 유도등 시스템에 적용 가능한 네트워크 구조를 도출하였다. 그리고 무선 센서 네트워크의 성능에 영향을 미칠 수 있는 잠재적 요인을 도출하였다. 도출한 요인은 스마트 유도등의 프로토타입 유닛으로 네트워크 신뢰성과 데이터 전송의 신뢰성으로 구분하여 성능 실험을 하였다.
실험 결과, 데이터 전송의 신뢰성에 대해 노드의 프로세싱 능력에 따른 통신 주기(15ms)를 도출하였고, 연결 노드 수의 증가에 따른 성능 저하를 고려하여, 패킷 재전송의 redundancy를 5회로 도출하였다. 네트워크 신뢰성에 대한 실험에서는 철문의 무선 통신 성능 저해에 대해 적절한 모듈 배치 간격(8미터)을 도출하였고, 설치 조건으로 콘크리트 벽의 차폐가 없어야 함을 도출하였다. 이 실험 결과를 반영하여 스마트 유도등 시스템을 건물에 구축하고, 시스템 동작속도의 안정성을 검토하였다. 검토 결과, 네트워크에서 화재 감지 위치에 상관없이, 안정적으로 최단 대피 경로를 산출하는 것으로 나타났다.
개발한 스마트 유도등 시스템은 전문가 인터뷰를 통해 상용화 가능성을 검토하였다. 인터뷰 결과, 재난 안전 시스템으로서 상용화 가능할 것으로 판단되었다. 하지만, 제품화를 위해서는 이 연구에서 확보한 신뢰성 외에도 추가 검증이 필요하였다. 무선 연결에 비해 안정성이 높은 유선 연결 네트워크의 추가, 화재감지센서의 오류 및 모듈의 신뢰도 확보를 위한 백업 장치의 사용 및 검증 등이 있다. 이는 스마트 유도등 시스템의 제품화와 관련하여, 후속 연구에서 해결 가능할 것으로 보인다.
본 연구의 기여점은 무선 센서 네트워크의 성능 저해 요인에 대한 실험을 통해, 하드웨어와 소프트웨어 측면에서 신뢰성을 확보한 시스템을 개발한 데 있다. 신뢰성은 재난 안전 시스템의 주 요구사항으로, 기존 연구에서 검증하지 못한 공백을 채웠다고 하겠다. 아울러 전문가 인터뷰를 통해 상용화 가능성을 검토함으로써, 개념적 연구가 아닌 실현 가능한 시스템 개발에 기여하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A smart exit sign system is an evacuation guidance system that dynamically changes the directions of the signs to indicate the shortest safe evacuation paths. A serverless smart exit sign is a smart exit sign that communicates data between the exit sign nodes using a wireless sensor network without ...

A smart exit sign system is an evacuation guidance system that dynamically changes the directions of the signs to indicate the shortest safe evacuation paths. A serverless smart exit sign is a smart exit sign that communicates data between the exit sign nodes using a wireless sensor network without a central server.
When a fire breaks out, evacuees are more likely to rely on exit signs when they are in a venue they do not know well than when they are in a familiar place. Traditional exit signs show fixed direction signs to the nearest exit; however, this can lead evacuees to areas of greater danger if the fire has spread.
To solve this problem, several researchers have proposed smart exit sign systems. Nevertheless, most of these studies have focused on the development of algorithms to find the shortest safe path to an exit based on the assumption that a central server exists. Some researchers have proposed smart exit sign systems using smartphones or portable appliances; however, these systems cannot guide evacuees if they are not carrying the required equipment.
Serverless smart exit sign systems have several advantages over the earlier server-dependent smart exit sign systems. First, serverless smart exit sign systems are more reliable than server-dependent ones because the entire server-dependent system fails if the central server stops working or any line between the server and the individual exit sign nodes is disconnected due to a fire, physical damage, or other reasons. On the other hand, exit sign nodes in serverless systems are not reliant on the status of the server because they do not use a server at all and can still communicate with neighboring nodes even if some nodes are damaged. The second advantage is that a serverless smart exit sign can be installed in an existing building without complex wiring work, whereas a server-dependent smart exit sign system requires complex and expensive wiring.
Thus far, a few groups of researchers have independently developed serverless smart exit sign systems; however, they have focused only on the development of algorithms for serverless smart exit sign systems and have not considered the hardware aspects of serverless smart exit sign systems. Thus, the proposed systems have not been validated in terms of reliability, which is a key requirement for smart exit sign systems. By reliability, we mean the extent to which the system stably and consistently operates under various internal and external conditions. For example, doors and walls that could potentially deteriorate network communication are considered external factors, while the specifications of the network modules such as network packet size are deemed internal factors. Reliability is an important requirement for any emergency evacuation system, including serverless smart exit sign systems, to prevent system failure. The reliability of wireless communication (networking) in particular is key to the successful operation of a serverless smart exit sign system because, if individual exit sign units cannot send and receive data reliably, the entire system may malfunction.
In this sense, this paper focuses on the development and reliability validation of a serverless smart exit sign system with due consideration of various potential interference factors. The limitations of previous smart exit sign systems were investigated via a literature review, and an applicable network structure was developed for a serverless smart exit sign system. In addition, the factors influencing the network performance of serverless smart exit sign systems were ascertained. The identified factors then were analyzed in terms of data transmission reliability and network reliability by conducting experiments using a hardware prototype.
When considering data transmission reliability, the results of our experiment showed that a 15-millisecond transmission delay and five times the packet re-transmission redundancy were required. In terms of network reliability, we determined that node installation intervals of 8 meters and no blocking concrete walls were needed for the serverless smart exit sign system.
We developed a set of requirements for the serverless smart exit sign system and conducted a full-scale simulation to test the system’s operational stability. The simulation results showed that the operational speed of the developed system was stable when determining the shortest and safest exit path, regardless of the detected location of the fire.
To determine the commercialization of the proposed system, we interviewed experts to discuss further steps that would need to be taken. According to their feedback, it is highly probable that the serverless smart exit sign system could be commercialized; however, more validation tests need to be conducted. One of the experts pointed out that the serverless smart exit sign system would need to be constructed using a hybrid network of wired and wireless connectivity to obtain commercial approval from the government. A hybrid network and operational scenario is thus being investigated for the developed serverless smart exit sign system. Another expert proposed that a back-up appliance configuration be considered in the event of fire detection sensor and module unit failure. Accordingly, the more validation testing will need to be carried out as the next step.
Even though additional research is needed to refine the serverless smart exit sign system, this study makes a few contributions to the current literature. The reliability of the developed serverless smart exit sign system was verified through experimentation. Furthermore, the system was evaluated via expert interviews to fill the gap in the knowledge between previous conceptual studies and practical system development.

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