본 논문에서는 선박 내에서 Bluetooth 기반의 Beacon을 활용하여 탑승객 및 선원들의 위치를 추적하는 시스템에 대하여 제안하였다. 추적된 탑승객들의 위치는 선박 침몰과 같은 치명적인 위급상황 발생시 구조대가 효율적으로 신속하게 승객들을 구조하는 데 활용될 수 있으며, 수집된 데이터들은 사용자들의 동선 패턴을 파악하여 부가적으로 활용될 수 있다. 이 논문에서 제안된 시스템은, 선실마다 AP(Access Point)라고 불리는 MAC 데이터 수집 장치를 설치하고, 설치된 AP에서는 탑승자들에게 제공된 Tag의 정보를 검색하고 수집한다. Tag는 개인 정보 보호를 위하여 고유의 MAC Address만을 가지며, 별도의 사용자 정보는 수집하지 않는다. 모든 데이터 통신은 MAC Address만을 송 수신하도록 하여 익명성을 보장하였다.
본 논문에서는 선박 내에서 Bluetooth 기반의 Beacon을 활용하여 탑승객 및 선원들의 위치를 추적하는 시스템에 대하여 제안하였다. 추적된 탑승객들의 위치는 선박 침몰과 같은 치명적인 위급상황 발생시 구조대가 효율적으로 신속하게 승객들을 구조하는 데 활용될 수 있으며, 수집된 데이터들은 사용자들의 동선 패턴을 파악하여 부가적으로 활용될 수 있다. 이 논문에서 제안된 시스템은, 선실마다 AP(Access Point)라고 불리는 MAC 데이터 수집 장치를 설치하고, 설치된 AP에서는 탑승자들에게 제공된 Tag의 정보를 검색하고 수집한다. Tag는 개인 정보 보호를 위하여 고유의 MAC Address만을 가지며, 별도의 사용자 정보는 수집하지 않는다. 모든 데이터 통신은 MAC Address만을 송 수신하도록 하여 익명성을 보장하였다.
In this paper, we propose a system that tracks the position of the passengers and sailors using a Bluetooth-based Beacon in the ship. The position of the tracking passengers, sometimes fatal emergencies of the rescue team, such as the sinking of the ship is utilized in order to efficiently and quick...
In this paper, we propose a system that tracks the position of the passengers and sailors using a Bluetooth-based Beacon in the ship. The position of the tracking passengers, sometimes fatal emergencies of the rescue team, such as the sinking of the ship is utilized in order to efficiently and quickly rescue the passengers, and the collected data can be utilized additionally by grasping the flow of human traffic patterns. The system proposed in this paper, install MAC data acquisition called AP (Access Point) for each cabin, and in the installed AP retrieves Tag of the information provided to the passenger and collected. A Tag has only its own MAC Address to the privacy, no user information is not collected. All data communication by sending and receiving MAC Address was only to ensure anonymity.
In this paper, we propose a system that tracks the position of the passengers and sailors using a Bluetooth-based Beacon in the ship. The position of the tracking passengers, sometimes fatal emergencies of the rescue team, such as the sinking of the ship is utilized in order to efficiently and quickly rescue the passengers, and the collected data can be utilized additionally by grasping the flow of human traffic patterns. The system proposed in this paper, install MAC data acquisition called AP (Access Point) for each cabin, and in the installed AP retrieves Tag of the information provided to the passenger and collected. A Tag has only its own MAC Address to the privacy, no user information is not collected. All data communication by sending and receiving MAC Address was only to ensure anonymity.
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문제 정의
본 논문에서는 이러한 실내 위치 측위 기술을 선박에 적용하여 사용자의 위치 정보를 수집하여 DB화시킴으로써 조난사고 발생 시 사용자의 위치를 정확하게 파악 하여 신속한 구조할 수 있도록 하는 시스템을 제안한다. DB화된 데이터베이스는 별도의 서버에 저장하거나 위성통신 등을 통하여 관제센터에 전송함으로써 조난상황 발생 시 구조자가 신속하게 조난자의 위치를 파악하여 효율적으로 구조활동을 벌일 수 있도록 한다.
본 논문에서는 Bluetooth Low-Energy 기술을 이용하여 선박 내에서 조난 상황에 대비하여 사용자의 위치정보를 수집하는 시스템에 대해 연구하고 그 결과를 기술하였다.
제안 방법
따라서 본 논문에서는 Proximity 기반으로써 사용자의 위치를 측위하는 방식으로 접근한다. Proximity 기반 기술의 경우 사용자의 위치를 정확하게 파악하지 못하는 문제점이 존재하지만, BLE 모듈의 출력을 제한함으로써 약 5~10m의 오차를 갖도록 하였다.
본 논문에서 제안하는 시스템은, 선박을 셀 단위로 나누어 선실마다 설치된 AP에 의해, 탑승객의 위치 정보를 수집하도록 한다. 탑승객의 위치 정보를 수집하기 위하여 Bluetooth LE 기능을 이용하여 소형으로 제작된 Tag를 개인별로 부착하도록 한다.
본 논문에서 제안하는 시스템은, 선박을 셀 단위로 나누어 선실마다 설치된 AP에 의해, 탑승객의 위치 정보를 수집하도록 한다. 탑승객의 위치 정보를 수집하기 위하여 Bluetooth LE 기능을 이용하여 소형으로 제작된 Tag를 개인별로 부착하도록 한다. Tag가 제한된 AP 범위 내에 접근하였을 경우, 해당 승객은 그 AP 범위 내의 위치에 있다고 판단하도록 한다.
이과정에서 사전에 DB에 저장된 MAC Address와 비교함으로써 Tag가 아닌 다른 Bluetooth 장치나 비콘 등에서 수집된 MAC Address는 무시하게 된다. 이러한 필터링 과정을 통하여 실제 탑승객의 위치 정보만을 수집하도록 하고 이외의 태블릿 PC나 스마트폰, 노트북과 같은 Bluetooth 장비 및 다른 목적으로 설치된 비콘 등의 데이터는 배제함으로써, 시스템의 신뢰성을 높일 수 있도록 하였다.
AP에서는 데이터를 수집하여 서버로 전송하기 위해 Micro Controller Unit이 요구된다. 본 논문에서는 Microprocessor로 NEWTC사의 ATMega128 개발 보드를 사용하였으며, Bluetooth 신호 수신을 위하여 HM-10 Bluetooth 4.0 BLE Module을 사용하였다.
본 논문에서는 USART0을 통해 Bluetooth Module을 제어하고 데이터를 수신하며, USART1을 통해 서버와 연결을 수립하고 데이터를 송·수신한다.
본 논문에서는 직렬 통신으로 서버와 AP를 연결하였다. MCU에서 수집한 데이터는, 서버 S/W에서 수신 하여 분할하기 위해 데이터의 시작부에 0x21 값을 (ASCII Char ‘!’) 붙이고, 끝부분에 0x2E (ASCII Char ‘.
8은 서버의 Software의 모습이다. 수신된 데이터는 윈도우 창으로 디스플레이함과 동시에 별도의 File 로 저장하여 기록하도록 하였다. 본 논문에서는 단순히 텍스트 파일에 저장하여 기록하도록 하였으나, MSSQL 등의 DB를 구축하여 DB에 직접 데이터를 기록한다면, 좀 더 안정적인 기록을 기대할 수 있을 것이다.
본 논문에서 제안한 시스템에 대해 정확한 동작 여부를 확인하기 위하여, 실내 환경에서 Fig. 9의 형태로 직접적인 실험 환경을 구축하고 실험을 실시하였다. Bluetooth TAG는 Bluetooth Module과 2.
블루 투스 모듈은 주변의 Bluetooth 신호를 전부 검색하여 MAC Address를 수집한다. 수집된 MAC Address는 UART를 통해 MCU로 전달하고, MCU에서는 신호를 받아온 뒤 MAC 주소의 앞 6자리를 비교하는 방식으로 Tag 외의 다른 블루투스 장치들을 필터링하게 된다. MAC Address는 String형태로 전달되므로, MCU에서는 strtok를 통해 문자열을 잘라 비교하는 방식으로 필터링이 진행된다.
비콘을 사용하여 Proximity 방식으로 사용자의 위치정보를 파악하고, 인접한 위치의 비콘의 MAC Address 를 함께 기록함으로써, 사용자의 대략적인 위치 정보를 파악하게 되었다. 이를 위해 서비스 상태에서 항상 실행되면서 비콘을 검색하고 데이터를 수집하여 서버로 전송하는 단말 내의 어플리케이션을 제작하였고, 또한 데이터를 전송받아 저장하는 Windows 기반 S/W를 제작 하였다.
비콘을 사용하여 Proximity 방식으로 사용자의 위치정보를 파악하고, 인접한 위치의 비콘의 MAC Address 를 함께 기록함으로써, 사용자의 대략적인 위치 정보를 파악하게 되었다. 이를 위해 서비스 상태에서 항상 실행되면서 비콘을 검색하고 데이터를 수집하여 서버로 전송하는 단말 내의 어플리케이션을 제작하였고, 또한 데이터를 전송받아 저장하는 Windows 기반 S/W를 제작 하였다. 제작된 S/W는 편의상 Window Form 기반의 C#으로 제작하였으나, 서버의 특성상 Console 형태로 제작 하는 것이 더욱 더 효율적일 것이다.
제작된 S/W는 편의상 Window Form 기반의 C#으로 제작하였으나, 서버의 특성상 Console 형태로 제작 하는 것이 더욱 더 효율적일 것이다. 실험 결과 데이터의 손실은 거의 발생하지 않았으나, 열악한 선박 환경의 특성상 데이터의 손실을 줄이기 위하여 특정 시간 간격으로 반복하여 데이터를 전송하도록 구현하였다.
대상 데이터
4GHz ISM 대역에서 무선으로 통신하게 되며, TAG는 1초 간격으로 자신의 MAC Address를 Broadcasting 하게 된다. 블루 투스 모듈은 주변의 Bluetooth 신호를 전부 검색하여 MAC Address를 수집한다. 수집된 MAC Address는 UART를 통해 MCU로 전달하고, MCU에서는 신호를 받아온 뒤 MAC 주소의 앞 6자리를 비교하는 방식으로 Tag 외의 다른 블루투스 장치들을 필터링하게 된다.
성능/효과
0이후 버전부터 지원하기 시작하였다. 이러한 BLE는 기존 버전의 Bluetooth에 비해 생산 가격이 줄어들었고, 저전력에서 동작이 가능하게 되었으며, 디바이스 연결 절차를 간소화했다는 특징을 갖는다. 하지만 음성전송 지원이 되지 않으며 전송 데이터 사이즈가 줄어들었기 때문에, 기존에 활용되던 헤드폰, 키보드 등의 장치에는 부적절하며 최근 부상하고있는 IoT 서비스에 적합하다고 볼 수 있다.
본 논문에서는 MCU와 서버간의 통신은 편의상 직렬 통신으로써 구현하였으나, 상황에 따라 NMEA 0183이나 2000 Format으로 변환하여 전달할 수 있다.
실제 실내 환경에서 AP를 약 10~15m 간격으로 나열하고, 동작하였을 때 정상적인 동작을 확인할 수 있었다. Fig.
후속연구
이 연구를 통하여 선박 내에서 사용자의 위치를 추적 하여 기록함으로써 선박 사고 발생시 신속한 초동 조치및 구조를 할 수 있으며, 선박 내에서의 각종 안전사고 예방 효과를 기대할 수 있을 것이다.
수신된 데이터는 윈도우 창으로 디스플레이함과 동시에 별도의 File 로 저장하여 기록하도록 하였다. 본 논문에서는 단순히 텍스트 파일에 저장하여 기록하도록 하였으나, MSSQL 등의 DB를 구축하여 DB에 직접 데이터를 기록한다면, 좀 더 안정적인 기록을 기대할 수 있을 것이다.
하지만 아직 발전되고 있는 기술인 관계로 이를 선박 시스템 등에 적용하는 방법에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 하지만 이러한 IT 기술들을 선박 및 해양플랜트 등에 적용함으로써 더 큰 시너지 효과를 창출해낼 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Fingerprinting 기술이 선박 내에서 사용하기에는 적절하지 못한 기술인 이유는?
Fingerprinting 기술은 사전에 Fingerprinting DB 구성을 위한 트레이닝 단계가 요구되므로 시스템 구축을 위해서는 많은 노력과 시행착오를 거쳐야 하며, 삼변측량 기술의 경우 실내에서 벽, 물체등에 의해 산란, 반사 되는 한계점을 가지므로 선박 내에서 사용하기에는 적절하지 못한 기술이다[2].
Proximity 기반 기술이란?
먼저 삼변측량 기술은 거리를 알고있는 두 고정점으로부터 방향을 측정하여 다른 지점의 거리를 측정하는 방법이며, Fingerprinting 기술은 실내 영역에서의 각 참조지점에서의 패턴을 미리 DB화시킨 후 실시간 측정 데이터와의 유사도를 비교하는 방식이다. Proximity 기반 기술은 기존의 Cell ID기술을 대표적으로 들 수 있으며, 무선통신망 내 기지국마다 고유 번호를 할당하여 단말이 접속해있는 기지국의 위치를 기반으로 단말의 위치를 판단하는 방법이다[1].
실내에서 사용자의 위치를 측위하는 방법은 대표적으로 무엇들이 있는가?
실내에서 사용자의 위치를 측위하는 방법은 여러 방법이 존재한다. 대표적으로 거리정보 기반(삼변측량)기술, Fingerprinting(패턴인식)기술, Proximity 기반 기술 등을 들 수 있다. 먼저 삼변측량 기술은 거리를 알고있는 두 고정점으로부터 방향을 측정하여 다른 지점의 거리를 측정하는 방법이며, Fingerprinting 기술은 실내 영역에서의 각 참조지점에서의 패턴을 미리 DB화시킨 후 실시간 측정 데이터와의 유사도를 비교하는 방식이다.
참고문헌 (7)
IlKyu Ha, Zhehao Zhang, HeeJoo Park, ChongGun Kim, "Analysis of Wi-Fi Signal Characteristics for Indoor Positioning Measurement," Journal of Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 16, no. 10, pp. 2177-2184, Oct. 2012.
SangWoo Lee, SeonWoo Kim, "Trends and Prospects in Indoor Positioning Technology," The Journal of The Korean Institute of Communication Sciences, vol. 32, no.2, pp. 81-88, Jan. 2015.
Y. Kim, H. Shin, Y. Chon, H. Cha, "Smartphone-based Wi-Fi tracking system exploiting the RSS peak to overcome the RSS variance problem," Pervasive and Mobile Computing, vol. 9, no. 3, pp. 406-420, June. 2013.
C. Laoudias, R. Pich, C. G. Panayiotou, "Device selfcalibration in location systems using signal strength histograms," Journal of Location Based Services, vol. 7, no. 3, pp.165-181, Aug. 2013.
Y. J. Jang. (2011, April). Bluetooth v4.0 - Low Energy Technology Trends. Telecommunications Technology Association [Online] Available:http://www.tta.or.kr/data/weekly_view.jsp?news_id3345.
National Information Society Agency, "The Emerging Beacon Services and Diffusion of New Business," National Information Society Agency, Seoul, IT & Future Strategy Report, 2014.
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