본 논문에서는 애완동물의 생활 패턴과 습성을 연구하기 위해, 초음파, 온도, 습도와 조도 센서를 이용한 애완동물 위치추적 및 원격모니터링 시스템을 설계하였다. 애완동물의 위치를 파악하기 위해 초음파를 사용하여 거리 계산을 하였고, WSN(Wireless Sensor Network)을 이용하여 애완동물이 위치하는 장소의 온도, 습도와 조도 같은 센싱데이터들은 싱크모트로 전송하였다. 애완동물 모니터링 시스템에서는 수신된 센싱데이터들을 실시간으로 데이터베이스에 저장하고, 실제 공간에서 애완동물의 위치를 파악하였다. 송신모트들 사이의 간섭(interference) 문제는, 싱크모트의 비콘을 기준으로 송신모트들 간에 순차적으로 전송함으로써 해결하였다. 탐색된 위치를 시간별로 분석하여 애완동물의 이동패턴과 이동영역, 온도, 습도와 조도 등을 GUI(Graphical User Interface) 형태로 나타내는 애완동물 모니터링 시스템을 실험실 모델로 구현 및 실험하였다.
본 논문에서는 애완동물의 생활 패턴과 습성을 연구하기 위해, 초음파, 온도, 습도와 조도 센서를 이용한 애완동물 위치추적 및 원격모니터링 시스템을 설계하였다. 애완동물의 위치를 파악하기 위해 초음파를 사용하여 거리 계산을 하였고, WSN(Wireless Sensor Network)을 이용하여 애완동물이 위치하는 장소의 온도, 습도와 조도 같은 센싱데이터들은 싱크모트로 전송하였다. 애완동물 모니터링 시스템에서는 수신된 센싱데이터들을 실시간으로 데이터베이스에 저장하고, 실제 공간에서 애완동물의 위치를 파악하였다. 송신모트들 사이의 간섭(interference) 문제는, 싱크모트의 비콘을 기준으로 송신모트들 간에 순차적으로 전송함으로써 해결하였다. 탐색된 위치를 시간별로 분석하여 애완동물의 이동패턴과 이동영역, 온도, 습도와 조도 등을 GUI(Graphical User Interface) 형태로 나타내는 애완동물 모니터링 시스템을 실험실 모델로 구현 및 실험하였다.
In this paper, we design a pet location tracking and remote monitoring system that uses ultrasonic, temperature, humidity and illumination sensors to study behavioral patterns and habits. Using ultrasonic waves to calculate distances, a WSN(Wireless Sensor Network) was constructed to transmit data a...
In this paper, we design a pet location tracking and remote monitoring system that uses ultrasonic, temperature, humidity and illumination sensors to study behavioral patterns and habits. Using ultrasonic waves to calculate distances, a WSN(Wireless Sensor Network) was constructed to transmit data at pet's location, such as temperature, humidity and illumination, to a sink mote. Data received by the system are stored in the database in real time to trace pet's location. Interference among transmitting motes was eliminated by sequentially transmitting RF beacons using sink mote's beacon as the reference signal. Experiments were performed with the laboratory prototype of a pet animal monitoring system implemented for this study. The system analyzes locations of a pet and displays movement patterns, areas of movement, temperature, humidity and illumination using a GUI (graphical user interface).
In this paper, we design a pet location tracking and remote monitoring system that uses ultrasonic, temperature, humidity and illumination sensors to study behavioral patterns and habits. Using ultrasonic waves to calculate distances, a WSN(Wireless Sensor Network) was constructed to transmit data at pet's location, such as temperature, humidity and illumination, to a sink mote. Data received by the system are stored in the database in real time to trace pet's location. Interference among transmitting motes was eliminated by sequentially transmitting RF beacons using sink mote's beacon as the reference signal. Experiments were performed with the laboratory prototype of a pet animal monitoring system implemented for this study. The system analyzes locations of a pet and displays movement patterns, areas of movement, temperature, humidity and illumination using a GUI (graphical user interface).
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문제 정의
지향각을 고려하여 격자형으로 위로 배치하면, 정확한 3차원 위치를 계산해 낼 수 있지만, 애완 동물 모니터링을 위해서는 너무 많은 비용이 요구된다. 본 논문에서는 측정하고자 하는 위치에 하나의 수신기를 설치하는 것으로 한다. 왜냐하면 애완동물이 현재 어느 구역에 있는지만 알면 되기 때문이다.
본 논문은 일반가정, 오피스텔, 아파트 등과 같은 실내공간에서 애완동물의 위치탐색 및 이동경로를 추적하고, 해당 위치의 온도, 습도와 조도 같은 데이터를 수집 및 분석하는 애완동물 모니터링 시스템에 관한 연구이다. 센싱데이터 전송은 WSN(Wireless Sensor Network)을 이용하였다.
본 논문의 애완동물 모니터링 시스템에서는, 저렴한 비용으로 시스템 설치와 제거가 용이하고, 정확한 실내위치 인식을 주요 목표로 한다.
제안 방법
애완동물 모니터링 시스템에서는 이동하는 애완동물 송신모트에서 RF와 초음파 신호를 전송하고, 가장 근접한 수신모트에서 거리, 온도, 습도와 조도에 관한 센싱데이터를 싱크모트로 전송하였다. 그리고 송신모트들 사이의 간섭 문제는 싱크모트의 비콘을 기준으로, 송신모트들 간에 순차적으로 전송함으로써 해결하였다. 그리고 본 논문의 애완동물 모니터링 시스템을 아파트와 가정집에서 실제 실험해 보았으며, 애완동물의 이동 패턴과 좋아하는 온도, 습도 및 조도 데이터 수집 및 분석이 원활히 수행됨을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 WSN(Wireless Sensor Network)을 이용하여, 애완동물의 위치 추적 및 해당 위치의 온도, 습도, 조도와 같은 데이터를 데이터베이스에 수집 및 분석하여, 애완동물 모니터링 시스템을 설계하였고, 실험실 모델을 구현하였다. 기존의 액티브배트시스템이나 크리켓시스템과 같이 RF와 초음파신호를 사용하여 애완동물의 위치를 파악하였다. 애완동물 모니터링 시스템에서는 이동하는 애완동물 송신모트에서 RF와 초음파 신호를 전송하고, 가장 근접한 수신모트에서 거리, 온도, 습도와 조도에 관한 센싱데이터를 싱크모트로 전송하였다.
따라서 본 시스템에서는 RF와 초음파를 사용하여 위치를 인식하고, “3차원측량”이 아닌 거리가 제일 가까운 초음파 수신기로부터 위치, 온도, 습도, 조도 데이터를 수집하는 “근접측량”을 사용한다.
본 논문에서는 WSN(Wireless Sensor Network)을 이용하여, 애완동물의 위치 추적 및 해당 위치의 온도, 습도, 조도와 같은 데이터를 데이터베이스에 수집 및 분석하여, 애완동물 모니터링 시스템을 설계하였고, 실험실 모델을 구현하였다. 기존의 액티브배트시스템이나 크리켓시스템과 같이 RF와 초음파신호를 사용하여 애완동물의 위치를 파악하였다.
초음파 송신기는 항상 초음파 수신기가 지향각 내에 있을 수 있도록 위로 향하게 하고, 초음파 수신기는 초음파 송신기 보다는 항상 위에 존재하도록 하면 정확한 위치를 측정할 수 있다. 본 논문에서는 애완 동물 목걸이 윗부분에 초음파 송신기가 위로 지향하도록 설치했으며, 초음파 수신기는 초음파 송신기 위부분에 설치하였다. 예를 들면, 측정 위치가 테이블 밑이면, 테이블 밑면 위에 설치하였다.
본 논문에서는 크리켓시스템과는 달리 모니터링 하고자하는 애완동물 숫자 만큼의 송신모트들이 비콘들을 발생한다. 본 논문에서는 이러한 간섭 문제를 해결하기 위해 애완동물 모니터링 시스템을 시작할 때, 사용자가 시작을 버튼을 누르는 순간, 싱크모트에서 애완동물 송신모트들로 RF 비콘 동기신호를 전달하고, 송신모트들은 동기신호를 받자마자, 자신의 ID(Mote ID 혹은 Node ID)를 기준으로, 일정한 시간을 지연(delay)후 전송하게 된다. 이러한 절차를 통해 송신모트들이 비콘을 전송하면, 송신모트들 간의 비콘들이 동시에 전달되는 것을 막을 수가 있었다.
이러한 실내 위치 인식 기술은 주로 사람에게 적용되고 있다. 본 논문에서는 이러한 실내 위치 인식 기술을 비교 분석하였고, 애완동물 실내 위치 인식을 위한 센서로 초음파를 사용하기로 하였다. 현재 초음파를 이용한 애완동물 모니터링 시스템은 없으며, 애완동물 모니터링 시스템은 주로 CCTV (Closed-Circuit TeleVision)를 이용하여 영상을 분석하는 시스템이 대부분이다.
기존의 액티브배트시스템이나 크리켓시스템과 같이 RF와 초음파신호를 사용하여 애완동물의 위치를 파악하였다. 애완동물 모니터링 시스템에서는 이동하는 애완동물 송신모트에서 RF와 초음파 신호를 전송하고, 가장 근접한 수신모트에서 거리, 온도, 습도와 조도에 관한 센싱데이터를 싱크모트로 전송하였다. 그리고 송신모트들 사이의 간섭 문제는 싱크모트의 비콘을 기준으로, 송신모트들 간에 순차적으로 전송함으로써 해결하였다.
초음파와 RF 신호는 전파속도가 다르기 때문에 수신기에서는 RF 신호를 먼저 수신하고 초음파 신호를 나중에 수신하게 된다. 이 시간차를 이용하여 초음파 송신기와 초음파 수신기의 거리를 측정하고, 3개 이상의 초음파 송신기에서 발생한 신호를 초음파 수신기가 수신하여 자신의 위치를 계산한다.
그리고 애완동물이 위치한 지점의 수신모트에는 온도, 습도, 조도 센서를 추가로 부착하여 센싱 데이터를 싱크모트에 연결된 컴퓨터에 전송하도록 한다. 컴퓨터는 싱크모트로부터 수신한 애완동물 위치 정보를 파악하고, 제일 가까운 수신모트의 위치, 온도, 습도와 조도 데이터를 데이터베이스에 저장하고 분석한다. 따라서 본 시스템에서는 RF와 초음파를 사용하여 위치를 인식하고, “3차원측량”이 아닌 거리가 제일 가까운 초음파 수신기로부터 위치, 온도, 습도, 조도 데이터를 수집하는 “근접측량”을 사용한다.
대상 데이터
9m 이상인 경우, 상당한 오차가 발생하고, 거리 인식이 되지 않는 경우도 많았다. 따라서 본 논문의 애완동물 모니터링 시스템에서의 측정 가능한 거리는 7m이다.
본 논문에서의 실험실 모델을 그림 3과 같이 “공간분할측량”을 이용하여 실험을 하였다. 본 논문에서 사용한 모트는 한백전자의 Zigbex II를 사용하였다. 실험 모델의 크기는 1.
본 시스템에서의 송신모트는 RF와 초음파 송신기로 구성된다. RF와 초음파를 사용하며 “3차원측량”이 아니라 애완동물이 움직이는 동선에 수신모트를 둔다.
본 논문은 일반가정, 오피스텔, 아파트 등과 같은 실내공간에서 애완동물의 위치탐색 및 이동경로를 추적하고, 해당 위치의 온도, 습도와 조도 같은 데이터를 수집 및 분석하는 애완동물 모니터링 시스템에 관한 연구이다. 센싱데이터 전송은 WSN(Wireless Sensor Network)을 이용하였다.
컴퓨터에서는 GUI를 통하여 현재 애완동물의 위치 정보와 그 위치의 온도, 습도, 조도값, 평균값, 시간에 따른 변화 추이 등을 보여준다. 센싱데이터는 송신모트 ID, 수신모트 ID, 거리, 온도, 습도, 조도 데이터로 구성된다.
실험 모델의 크기는 1.2m x 2m이고, 9개의 수신모트를 격자형태로 설치하였으며, “공간분할측량”을 수행하였다.
초음파 센서는 Murata사의 MA40S4R/S를 사용하였으며, 지향성(Directivity)은 800이다. 초음파를 이용한 실험 결과 측정 오차는 표 5와 같다.
이론/모형
본 논문에서는 측정하고자 하는 위치에 수신모트를 설치하여, 애완동물에 가장 인접한 수신모트를 찾아내는 방법인 “근접측량” 방식을 기본으로 하고 있다.
성능/효과
실제 측정한 결과 7m까지는 최소 오차 2cm, 최대 오차 3cm를 나타낸다. 8m에서는 최대 오차가 7cm일 뿐만이 아니라, 송신모트가 정지해 있는 상황에서도 1cm 정도의 값이 변화되는 것을 볼 수 있었다. 9m 이상인 경우, 상당한 오차가 발생하고, 거리 인식이 되지 않는 경우도 많았다.
그리고 송신모트들 사이의 간섭 문제는 싱크모트의 비콘을 기준으로, 송신모트들 간에 순차적으로 전송함으로써 해결하였다. 그리고 본 논문의 애완동물 모니터링 시스템을 아파트와 가정집에서 실제 실험해 보았으며, 애완동물의 이동 패턴과 좋아하는 온도, 습도 및 조도 데이터 수집 및 분석이 원활히 수행됨을 확인할 수 있었다.
이러한 절차를 통해 송신모트들이 비콘을 전송하면, 송신모트들 간의 비콘들이 동시에 전달되는 것을 막을 수가 있었다. 본 실험에서는 9개 송신모트에서 RF 비콘과 초음파 전송을 순차적으로 하는 실험을 하여, 그림 2와 같이 간섭없이 동작함을 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실내 위치 인식 기술을 이용한 시스템에는 무엇이 있는가?
실내 위치 인식 기술을 이용한 시스템은 적외선을 이용하는 시스템, RF(Radio Frequency) 신호의 전달 지연 혹은 신호의 전달크기를 측정하는 시스템, 영상을 이용하는 시스템, 초음파를 이용하는 시스템이 있다[1,2]. 이러한 실내 위치 인식 기술은 주로 사람에게 적용되고 있다.
블루투스란?
블루투스는 휴대폰, 노트북과 같은 무선장치들 간의 비교적 짧은 거리에서 일대다 음성 및 데이터 전송을 목적으로 개발된 단거리 무선 통신이다. 위치 측정보다는 통신목적으로 만들어졌고, 송수신 대기시간(latency)이 커서 동적 환경에서 위치 정확도가 떨어진다.
블루투스의 단점은?
블루투스는 휴대폰, 노트북과 같은 무선장치들 간의 비교적 짧은 거리에서 일대다 음성 및 데이터 전송을 목적으로 개발된 단거리 무선 통신이다. 위치 측정보다는 통신목적으로 만들어졌고, 송수신 대기시간(latency)이 커서 동적 환경에서 위치 정확도가 떨어진다.
참고문헌 (8)
김재호, 김영섭, 박옥선, 김성희, "유비쿼터스 위치 기반 서비스 및 위치인식시스템 연구 동향", 정보통신진흥연구원, 통권 1127호(TIS-03-49), pp. 1-15, 2003. 12.
박종태, 이위혁, 조영훈, 나재욱, "유비쿼터스 센서 네트워크에서 위치 측정 기술", 전자공학회지, 제32 권 제7호, pp. 849-862, 7월, 2005.
Krzysztof W. Kolodziej, Johan Hjelm, "Local Po-sitioning Systems: LBS pplications and Services," CRC Press, 5월, 2006.
조영수, 조성윤, 김병두, 이성호, 김제철, 최완식, "실내외 연속측위 기술 동향", 전자통신동향분석, 제22 권, 제3호, 6월, 2007.
(주) 한백전자 기술연구소, "ZigbeX를 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템", ITC, 2008년 12월 4일
Hightower, J., Borriello, G., "Location Systems for Ubiquitous Computing," Computer, vol. 34, issue 8, pp 57-66, August, 2001.
Andy Harter, Andy Hopper, Pete Steggles, Andy Ward, Paul Webster, "The Anatomy of a Context-Aware Application," Proceedings of the Fifth Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking, MOBICOM'99, Seattle, Washington, USA, pp. 59-68, August, 1999.
Nissanka B. Priyantha, Anit Chakraborty, and Hari Balakrishnan, "The Cricket Location-Support System," in Proceedings of the 6th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking, August, 2000.
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