[논문]실시간 지능형 홈 네트워크 제어 시스템

김용수; 정희

doi:10.5762/kais.2009.10.11.3193

문제 정의

본 논문에서는 USN 기반에 의한 무선 홈 네트워크 기술 중 ZigBee를 사용하여, 앞으로 보급이 확대 될 스마트폰과 연계하여, 통신이 가능한 곳이면 언제 어디서든지 지능형 홈 네트워크를 제어하기 위하여, 다음과 같이 인터페이스를 설계 및 구현하였다. 첫째, ZigBee 네트워크를 통해 신호를 분석하고 제어신호를 전송하기 위한 명령어 집합을 설정하는 한편, 모바일 기기에 탑재되는 클라이언트 모듈과 서버의 제어신호 및 상태정보를 송수신하기 위한 명령어 및 상태정보 포맷을 결정하여 이를 처리하고, ZigBee 네트워크를 통해 각종 USN 센서를 제어하는 서버 모듈을 구현하였다.
둘째, 모바일 기기에 탑재되어 사용자에 의해 구동되는 클라이언트 모듈을 구현하였다. 본 논문에서는 Windows CE환경의 Pocket PC 2003 모바일 운영체제에서 실행 가능하며, 서버와 제어 신호 및 상태정보를 송수신하여 GUI 환경에 맞게 출력 및 제어가 가능하도록 하였다.
이에 본 논문에서는 홈 네트워크 구축 시 많은 비용이 소요되는 기존 방식을 개선하기 위해 무선 홈 네트워크 기술에 가장 적합하며, 저가격과 다양한 기능을 가진 ZigBee 컨트롤러를 사용하여, 임베디드 CE 기반에서 스마트 폰을 이용하여 저렴한 가격의 홈 네트워크를 실현하기위한 실시간 지능형 홈 네트워크 제어 시스템을 개발하게 되었다.

제안 방법

J2ME를 이용한 모바일 기반의 XML 텍스트 기반의 전송 시스템을 설계 및 구현하였다[11]. 구현을 위해 J2ME 기반에 오픈소스로 배포되는 kXML 파서를 이용하였다.
또한 스마트폰을 이용하여 홈 네트워크 시스템을 제어 및 모니터링을 했다. 그리고 모바일 기기에서 홈 네트워크 시스템을 제어하는 스마트폰의 특징에 맞는 홈 네트워크 시스템 제어 인터페이스를 설계 및 구현하였다. 아울러 플랫폼과 홈 네트워크 시스템 사이에 제어 메시지를 송수신하여 제어 및 모니터링 한다.
한편 서버는 표준 윈도우 응용 프로그램으로 구현하여 PC에서 구동시켰다. 그리고 모바일 응용 프로그램과 서버 응용 프로그램 간 인터페이스는 TCP/IP 기반 소켓을 통해 연결하고 서버와 UbiHouse와는 RF 리더를 통해 연결하였다. 그림 6은 시스템 테스트 환경 구현 화면을 보여 주고 있다.
첫째, ZigBee 네트워크를 통해 신호를 분석하고 제어신호를 전송하기 위한 명령어 집합을 설정하는 한편, 모바일 기기에 탑재되는 클라이언트 모듈과 서버의 제어신호 및 상태정보를 송수신하기 위한 명령어 및 상태정보 포맷을 결정하여 이를 처리하고, ZigBee 네트워크를 통해 각종 USN 센서를 제어하는 서버 모듈을 구현하였다. 둘째, 모바일 기기에 탑재되어 사용자에 의해 구동되는 클라이언트 모듈을 구현하였다. 본 논문에서는 Windows CE환경의 Pocket PC 2003 모바일 운영체제에서 실행 가능하며, 서버와 제어 신호 및 상태정보를 송수신하여 GUI 환경에 맞게 출력 및 제어가 가능하도록 하였다.
본 논문에서는 홈 네트워크 시스템을 제어하는데 사용자의 편의를 위해 GUI 환경으로 구성했다. 또한 스마트폰을 이용하여 홈 네트워크 시스템을 제어 및 모니터링을 했다. 그리고 모바일 기기에서 홈 네트워크 시스템을 제어하는 스마트폰의 특징에 맞는 홈 네트워크 시스템 제어 인터페이스를 설계 및 구현하였다.
본 논문에서는 무선기기인 스마트 폰을 이용하여 외부에서 가정 내의 시스템을 제어한다. 홈 네트워크 제어 시스템 구성도는 그림 1과 같다.
본 논문에서는 홈 네트워크 시스템을 제어하는데 사용자의 편의를 위해 GUI 환경으로 구성했다. 또한 스마트폰을 이용하여 홈 네트워크 시스템을 제어 및 모니터링을 했다.
그리고 모바일 기기에서 홈 네트워크 시스템을 제어하는 스마트폰의 특징에 맞는 홈 네트워크 시스템 제어 인터페이스를 설계 및 구현하였다. 아울러 플랫폼과 홈 네트워크 시스템 사이에 제어 메시지를 송수신하여 제어 및 모니터링 한다. 이를 위해 플랫폼에서 소켓 통신을 이용하여 모바일과 홈 네트워크 시스템을 연결하였다.
아울러 플랫폼과 홈 네트워크 시스템 사이에 제어 메시지를 송수신하여 제어 및 모니터링 한다. 이를 위해 플랫폼에서 소켓 통신을 이용하여 모바일과 홈 네트워크 시스템을 연결하였다. 또한 스마트폰과 같은 모바일 기기로 홈 네트워크 시스템을 제어하는 기술은 향후 유비쿼터스 컴퓨팅 환경과 산학기술 활용에 크게 기여할 것으로 생각된다.
제3세대 유비쿼터스 가정자동화 시스템을 실현하기 위하여, 지능 환경, 월드모델, 위치기반 서비스, 개인인증 및 자동행위 등 다섯 가지 필수 요소를 충족시키는 가정 자동화 시스템을 설계하여, 우리나라 중산층의 표준 거주 형태인 35평 아파트에 적용함으로써, 차세대 유비쿼터스 환경을 지향하는 가정 자동화의 새로운 모델을 제안하였다[12].
본 논문에서는 USN 기반에 의한 무선 홈 네트워크 기술 중 ZigBee를 사용하여, 앞으로 보급이 확대 될 스마트폰과 연계하여, 통신이 가능한 곳이면 언제 어디서든지 지능형 홈 네트워크를 제어하기 위하여, 다음과 같이 인터페이스를 설계 및 구현하였다. 첫째, ZigBee 네트워크를 통해 신호를 분석하고 제어신호를 전송하기 위한 명령어 집합을 설정하는 한편, 모바일 기기에 탑재되는 클라이언트 모듈과 서버의 제어신호 및 상태정보를 송수신하기 위한 명령어 및 상태정보 포맷을 결정하여 이를 처리하고, ZigBee 네트워크를 통해 각종 USN 센서를 제어하는 서버 모듈을 구현하였다. 둘째, 모바일 기기에 탑재되어 사용자에 의해 구동되는 클라이언트 모듈을 구현하였다.

대상 데이터

J2ME를 이용한 모바일 기반의 XML 텍스트 기반의 전송 시스템을 설계 및 구현하였다[11]. 구현을 위해 J2ME 기반에 오픈소스로 배포되는 kXML 파서를 이용하였다.
본 논문에서 구현한 제어 프로그램을 테스트하기 위해 그림 6과 같이 모바일 프로그램을 PC에서 Microsoft Pocket PC 2003 에뮬레이터를 통해 구동했다. 한편 서버는 표준 윈도우 응용 프로그램으로 구현하여 PC에서 구동시켰다.
클라이언트는 서버에 접속하여 실제 UbiHouse 상의 가전 기기들을 제어하는 원격제어기 역할을 한다. 윈도우 임베디드 CE 플랫폼에서 제공하는 Pocket PC 2003을 이용하여 프로그램을 구현하였다.
홈 네트워크 제어 시스템 구성도는 그림 1과 같다. 제어 요소는 현관, 가스차단기, 방(1), 방(2), 냉장고, 에어컨, TV, 환풍기 8곳으로 하였다. 홈 네트워크 제어 시스템의 원격제어는 스마트폰과 같은 모바일 기기, 중계 역할을 담당하는 서버, RFID 통신으로 홈 네트워크 제어 시스템을 제어하는 ZigBee 컨트롤러로 구성되어 있다.

데이터처리

본 논문에서 제안한 실시간 지능형 홈 네트워크 제어 시스템을 표 1에서 항목으로 비교 분석하였다. 먼저 처리 속도 면에서 비교한 결과 하나의 화면으로 구성된 사용자 인터페이스를 이용한 본 논문의 시스템이 비교적 높은 우수성을 보였다.

성능/효과

그 이유는 웹기반의 경우 웹 서비스 프로토콜을 기본적으로 지원해야 하며 분석에 필요한 별도의 파서도 구현해야하기 때문에 메모리 및 프로세서의 성능이 높아야 한다. 그러나 본 논문에서 제안한 제어시스템 및 계층형 전용 프로그램의 경우 TCP/IP 소켓 프로그램과 시리얼 통신이 가능한 테스트 보드 수준으로도 구성이 가능하다.
본 논문에서 제안한 실시간 지능형 홈 네트워크 제어 시스템을 표 1에서 항목으로 비교 분석하였다. 먼저 처리 속도 면에서 비교한 결과 하나의 화면으로 구성된 사용자 인터페이스를 이용한 본 논문의 시스템이 비교적 높은 우수성을 보였다. 이는 계층형과 같이 기능 수행을 위해 여러 화면으로 전환되는 단점을 해결 했을 뿐만 아니라 전송 및 분석에 소요되는 시간 및 자원을 최소화 하였고, 최소 메모리 요구와 최소 트래픽 역시 송신 및 수신, 분석에 소요되는 메모리 비중을 적게 하여 높은 성능을 나타낼 수 있었다.
이로 인해 송수신에 필요한 많은 메모리를 소요하게 되고, 데이터를 분석하기 위해 별도의 파서가 필요하게 되며, 처리 속도 등 성능을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 반면 웹기반 XML 데이터로 송수신하는 경우 스키마 및 DTD 등이 표준화되면 호환성 면에서는 본 논문에서 제안한 제어 시스템에 비해 뛰어난 것으로 분석되었다. 또한 편리성 면에서 보면 전용 프로그램을 사용하지 않고도 웹 탐색기 등을 이용하여 모바일 단말기뿐만 아니라 데스크톱 등 웹 탐색기가 설치되어 있는 유사한 장비라도 가능하다.
본 논문에서 구현한 제어 시스템의 경우 비록 전용 프로그램을 이용하지만 하나의 화면에서 모든 제어가 이루어지므로 웹 탐색기의 편리성과는 다른 편리함을 제공한다. 또한 구성의 용이성 면을 비교해 보면 웹기반에 비해 중계 서버의 구성이 매우 용이하다.
먼저 처리 속도 면에서 비교한 결과 하나의 화면으로 구성된 사용자 인터페이스를 이용한 본 논문의 시스템이 비교적 높은 우수성을 보였다. 이는 계층형과 같이 기능 수행을 위해 여러 화면으로 전환되는 단점을 해결 했을 뿐만 아니라 전송 및 분석에 소요되는 시간 및 자원을 최소화 하였고, 최소 메모리 요구와 최소 트래픽 역시 송신 및 수신, 분석에 소요되는 메모리 비중을 적게 하여 높은 성능을 나타낼 수 있었다.

후속연구

하지만 음성인식의 경우 많은 발전을 거듭해왔음에도 불구하고 보완되어야 할 점이 많아 적용하기 어려운 면이 있다. 그러나 컨트롤러를 이용하는 경우, 특히 항상 휴대하고 다니는 휴대전화와 같은 모바일 기기를 이용한다면 현재의 모바일 프로그래밍 기반 수준에서 쉽게 구현 적용이 가능하고 이들 문제를 많이 보완할 수 있을 것이다.
이를 위해 플랫폼에서 소켓 통신을 이용하여 모바일과 홈 네트워크 시스템을 연결하였다. 또한 스마트폰과 같은 모바일 기기로 홈 네트워크 시스템을 제어하는 기술은 향후 유비쿼터스 컴퓨팅 환경과 산학기술 활용에 크게 기여할 것으로 생각된다. 한편 본 논문에서 구현한 시스템은 다음과 같은 문제점을 안고 있다.
예를 들면 침대에 사용자가 접근했을 때, 여러 가지 예측이 나올 수 있을 것이다. 이들 중 선택의 문제, 즉 사용자가 누웠는지, 책을 보고 있는지 하는 등의 섬세한 분석 필요할 것이다. 또한 동선 및 행동만으로는 홈 안의 각종 기기들의 섬세한 제어가 불가능하다.
향후 연구 방향으로는 더욱 다양한 모바일 용 홈 네트워크 시스템 개발과 콘텐츠 개발이 요구되며, 본 논문에서 구현한 제어 시스템은 모바일 기기의 작은 화면에 모든 정보를 표시하다보니 그 내용이 너무 제한적이다. 특히 제어 요소가 늘어났을 경우 시스템 구현에서 보여준 경우와 같이 한 화면에 다 표시할 수 없다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	임베디드 시스템이란?	임베디드 시스템이란 정해진 특정 기능을 수행하기 위해 하드웨어와 소프트웨어가 내장된 전자 제어 시스템을 말한다. 즉, 단순 회로만으로 구성 된 장치가 아닌 마이크로프로세서가 내장되어 있고, 이러한 마이크로프로세서를 운용하여 원하는 작업을 수행 및 관리하는 프로그램이 포함된 시스템을 의미한다[3,4].
	ZigBee는 무엇을 목표하는가?	15.4 기반으로 저전력과 저가격을 목표하는 저속 근거리 개인 무선통신의 국제 표준이다. ZigBee는 전력소모가 적고 칩 가격이 저렴하며 통신의 안정성이 높아 최근 가장 급속한 발전을 하고 있는 기술이다.
	HTML대신 XML을 무선 애플리케이션에 적용해 얻을 수 있는 이점은?	한편 XML의 경우 데이터 부분과 스키마, 스타일 시트 등으로 분리되어 있어 HTML에 비해 데이터의 처리가 매우 효과적이다. 그러므로 무선 애플리케이션에서 XML을 이용하면 데이터의 공용성과 프로그램의 유연성을 향상시키는데 필요한 노력과 비용을 절감할 수 있다. 그러나 XML 데이터를 전송, 저장, 파싱하는 것은 무선 네트워크 환경에서는 대역폭의 부하를 가중시킨다.

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