[논문]유비쿼터스 헬스케어 환경 및 지능형 홈 네트워크를 위한 Zigbee & PLC 통합 게이트웨이 개발

손희배; 김성윤; 이영철

유비쿼터스 헬스케어 환경 및 지능형 홈 네트워크를 위한 Zigbee & PLC 통합 게이트웨이 개발
Zigbee & PLC Integrated Gateway Development for U-Health Care Environment and Intelligent Home Network 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.2 no.4, 2009년, pp.73 - 80

손희배 (경남대학교 정보통신공학과) , 김성윤 (경남대학교 정보통신공학과) , 이영철 (경남대학교 정보통신공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 유비쿼터스 헬스케어와 지능형 홈 네트워크 시스템을 위한 전력선 통신과 Zigbee 통신 기반의 통합 게이트웨이를 구현하였다. 전체 시스템은 센서, 통합 게이트웨이, Zigbee 모듈, 전력선 모뎀으로 구성되어있다. 헬스케어 센서에 의해서 수집된 데이터는 통합 게이트웨이에서 저장 및 분석하여 헬스케어제어장치로 전송할 수 있으며, 의료시설 및 각 가정에 쾌적한 환경을 제공하기 위하여 가전 기기를 제어한다. 구현된 통합 게이트웨이는 다양한 유비쿼터스 헬스케어와 지능형 홈 네트워크를 지원할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we implemented the integrated gateway for health care and home network system based on PLC(Power Line Communication) and Zigbee. The designed system is consists of sensors, integrated gateway, Zigbee module and PLC modem. The integrated gateway will transmit the data which is collected by health care sensors to health care control system and control an appliance for comfortable environment to medical facilities. The implemented gateway can support various health care and home network service.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 Zigbee 통신관 전력선 통신 방식을 동시에 지원하는 유 · 무선통합 게이트웨이를 구현하였다.
본 시스템은 인터넷 망(WAN)을 통한 모니터링 기능, 의료 기관 및 각 가정에 쾌적한 환경을 제공하기 위한 가전 기기 제어 등 다양한 서비스를 제공한다. 따라서 헬스 케어 시스템을 필요로 하는 일반 병원, 독거노인의 가정 등에 활용될 수 있으며, 시스템의 구성에 따라 지능형 홈 네트워크 시스템, 에너지 관리 시스템, 방범 시스템 등의 다양한 응용 분야에서 활용 가능하다.

제안 방법

많은 데이터가 발생하므로 데이터 부분을 2바이트 크기의 디지털 신호 10개를 저장하도록 구성된다. 각종 센서 데이터를 구분하기 위하여 패킷에서 ADC채널을 통해 데이터를 구분한다. 마지막으로 패킷의 오류 검사를 위하여 2바이트의 CRC를 할당하였다.
프로토콜 변환 과정에서 Zigbee 패킷 중 10바이트에 해당하는 데이터 부분을 1바이트로 변환하여, 전력선 모뎀의 데이터 부분에 포함하게 된다. 또한 Zigbee 모듈과 전력선 모뎀간의 통신 속도가 다르므로, 통합 게이트웨이에서는 서로 간의 통신 속도를 설정 하여 통신이 가능하도록 하였다.
각종 센서 데이터를 구분하기 위하여 패킷에서 ADC채널을 통해 데이터를 구분한다. 마지막으로 패킷의 오류 검사를 위하여 2바이트의 CRC를 할당하였다.
본 논문에서 구현된 통합 게이트웨이의 주된 기능은 Zigbee 모듈로부터 수신되는 데이터를 전력선 통신 프로토콜로 변환을 한다. 그림 6은 Zigbee 모듈로 전송되는 데이터를 TinyOS에서 제공되는 오실로스코프 프로그램을 통해 실시간으로 전송되는 센서 값을 그래프로 나타내고 있다.
본 논문에서는 센서에 탐지된 데이터는 Zigbee 모듈을 통해서 통합 게이트웨이로 전송한다. 통합 게이트웨이에서는데이터를 수신 및 분석하여, 의료 시설 및 각 가정에 쾌적한 환경을 제공하기 위하여 전력선 모뎀으로 가전기기를 제어하는 유 · 무선 통합 게이트웨이를 구현하였다.
본 논문에서는 유비쿼터스 헬스케어 환경을 위해 Zigbee & 전력선 통신 기반의 유 · 무선 통합 게이트웨이를 구현하였다.
본 시스템은 Zigbee 모듈, 전력선 모뎀, 통합 게이트웨이로 구성된다. 생체센서로는 맥박 측정을 위하여 고감도 압력 센서를 사용하였고, 마이크로파 도플러 센서를 사용하여 사람의 움직임을 구분하였다. 도플러 센서는 적외선 센서보다 뛰어난 장점을 가지며, 온도, 먼지, 잡음 등과 같은 주변 환경에 큰 영향을 받지 않으며, 적외선 센서보다 전력 소모가 작으므로 중 · 대규모 시스템 적용이 가능하다.
시스템 구성으로는 생체 센서, Zigbee 모듈, 전력선 모뎀, 통합 게이트웨이로 구성된다. 센서로는 고감도 압력 센서를 사용하여 맥박 수를 측정하였고, 사람의 움직임을 구분하는 마이크로파 도플러 센서를 사용하였다. 통합 게이트웨이는 Zigbee와 전력선 통신을 상호 연동할 수 있도록 프로토콜 변환, 인터넷을 통한 모니터링 기능, 의료 시설 및 각 가정에 쾌적한 환경을 제공하기 위한 가전기기 제어 등의 다양한 기능을 제공하도록 설계하였다.
센서로는 고감도 압력 센서를 사용하여 맥박 수를 측정하였고, 사람의 움직임을 구분하는 마이크로파 도플러 센서를 사용하였다. 통합 게이트웨이는 Zigbee와 전력선 통신을 상호 연동할 수 있도록 프로토콜 변환, 인터넷을 통한 모니터링 기능, 의료 시설 및 각 가정에 쾌적한 환경을 제공하기 위한 가전기기 제어 등의 다양한 기능을 제공하도록 설계하였다. Ⅱ장에서는 본 시스템의 전체적인 시스템에 대한 설명과 각 구성의 기능을 설명하고, Ⅲ장에서는 통합게이트웨이 기능 및 프로토콜 변환 알고리즘에 대하 알아보고, Ⅳ에서는 결과분석을 끝으로 결론을 맺는다.
Zigbee 모듈은 센서로부터 데이터를측정한 후, 통합 게이트웨이로 전송한다. 통합 게이트웨이에서는 41바이트의 Zigbee 패킷에서 데이터부분에 해당하는 10바이트와 센서들을 구별하기 위해서 사용되는 ADC채널의 값을 검출한다. 생체 센서들의 값은 인터넷 망(WAN)을 통해서 헬스케어제어장치로 전송하여, 웹을 통해 생체 정보를 확인할 수 있다.
통합 게이트웨이에서는 Zigbee 모듈로부터 총 41바이트의 패킷을 수신하여, 전력선 모뎀 5바이트 패킷으로 프로토콜을 변환하였다. 프로토콜 변환 과정에서 Zigbee 패킷 중 10바이트에 해당하는 데이터 부분을 1바이트로 변환하여, 전력선 모뎀의 데이터 부분에 포함하게 된다.
통합 게이트웨이에서는데이터를 수신 및 분석하여, 의료 시설 및 각 가정에 쾌적한 환경을 제공하기 위하여 전력선 모뎀으로 가전기기를 제어하는 유 · 무선 통합 게이트웨이를 구현하였다.

대상 데이터

본 논문에서 사용한 Zigbee 모듈의 주요 사양은 메인 프로세서로는 MSP430 프로세서이며, 12Bit ADC와 UART를 지원하며, RF Chip은 Chipcon사의 CC2420으로 주파수 대역은 2410MHz∼2475MHz의 ISM 주파수 대역에서 직접 확산 스프레드 스펙트럼(DSSS)를 사용한다.
본 논문에서는 무선 통신 방식을 지원하기 위하여 IEEE 802.15.4 기반의 Zigbee 모듈을 사용하였다. 본 논문에서 사용한 Zigbee 모듈의 주요 사양은 메인 프로세서로는 MSP430 프로세서이며, 12Bit ADC와 UART를 지원하며, RF Chip은 Chipcon사의 CC2420으로 주파수 대역은 2410MHz∼2475MHz의 ISM 주파수 대역에서 직접 확산 스프레드 스펙트럼(DSSS)를 사용한다.
본 시스템은 Zigbee 모듈, 전력선 모뎀, 통합 게이트웨이로 구성된다. 생체센서로는 맥박 측정을 위하여 고감도 압력 센서를 사용하였고, 마이크로파 도플러 센서를 사용하여 사람의 움직임을 구분하였다.
본 논문에서는 유비쿼터스 헬스케어 환경을 위해 Zigbee & 전력선 통신 기반의 유 · 무선 통합 게이트웨이를 구현하였다. 시스템 구성으로는 생체 센서, Zigbee 모듈, 전력선 모뎀, 통합 게이트웨이로 구성된다. 센서로는 고감도 압력 센서를 사용하여 맥박 수를 측정하였고, 사람의 움직임을 구분하는 마이크로파 도플러 센서를 사용하였다.
통합 게이트웨이는 Zigbee 모듈에서 센싱한 데이터를 통합 게이트웨이에서 수신하여, 인터넷 망(WAN)을 통해 실시간으로 대상자의 생체 데이터를 의료기관 및 보호자가 모니터링 할 수 있으며, 전력선 모뎀을 통해 의료 시설 및 각 가정 내의 환경을 제어 할 수 있다[9]. 통합 게이트웨이의 메인 프로세서는 32bit RISC 프로세서인 삼성 S3C2410A를 MCU를 사용한다. S32410A는 고성능의 ARM920T 코어를 사용하였으며, 여러 주변장치들을 지원한다.

성능/효과

따라서 본 통합 게이트웨이는 유 · 무선 네트워크를 동시에 사용함으로서 유선 네트워크의 높은 안정성 및 신뢰성, 무선 네트워크의 이동성을 장점으로 가진다.
그림 7은 물체를 감지하는 마이크로파 도플러 센서의 동작 상태를 오실로스코프 장치로 확인하였다. 또한 도플러 센서는 거리에 따라 신호의 주기가 달라짐을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전력선 통신이란?	전력선 통신(PLC)은 기존의 전기 에너지를 공급하기 위해 시설되는 전력선을 통신선로로 사용하는 통신 방식을 말한다. 이는 현재 모든 가구에 전력선이 보급돼있어 이 배선을 이용하면 별도의 배선이 필요 없게 돼 손쉽게 설치할 수 있는 것이 장점이다.
	PLC 모뎀은 무엇을 위해 개발되었는가?	즉, 기존의 전원 콘센트에 플러그만 연결하면 통신이 가능하다. PLC 모뎀은 저속 통신을 기본으로 가전제품 제어용으로 개발되었다[8]. 전력, 유량, 가스 등의 자동 검침 등도가능하다.
	전력선 통신의 장점은?	전력선 통신(PLC)은 기존의 전기 에너지를 공급하기 위해 시설되는 전력선을 통신선로로 사용하는 통신 방식을 말한다. 이는 현재 모든 가구에 전력선이 보급돼있어 이 배선을 이용하면 별도의 배선이 필요 없게 돼 손쉽게 설치할 수 있는 것이 장점이다. 즉, 기존의 전원 콘센트에 플러그만 연결하면 통신이 가능하다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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