[논문]사물인터넷 기반 실내 환경 모니터링 및 자동제어 시스템 구현

이상훈; 김진엽; 김수연

doi:10.9723/jksiis.2016.21.6.071

사물인터넷 기반 실내 환경 모니터링 및 자동제어 시스템 구현
Implementation of Indoor Environment Monitoring and Automatic Control System based on Internet of Things 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.21 no.6, 2016년, pp.71 - 80

이상훈 (대구대학교 대학원 컴퓨터정보공학과) , 김진엽 (대구대학교 컴퓨터IT공학부) , 김수연 (대구대학교 컴퓨터IT공학부)

초록
AI-Helper

생활수준이 점차 높아짐에 따라 환경문제에 대한 국민들의 관심과 인식 수준도 증가하였다. 최근 들어 실내 활동시간이 증가함에 따라 환경에 대한 인식과 개선에 대한 방안이 요구되고 있다. 본 연구에서는 IoT 기반 기술을 이용하여 실시간으로 실내 환경에 대한 모니터링을 통해 환경정보를 수집하고 연동된 제어장치를 이용하여 실내 환경을 적정수준으로 유지하고 개선하는 시스템을 설계하고 개발하였다. 이는 기존의 수동적인 실내 환경개선 행위나 대규모 설비를 대신하여 가정이나 소규모 장소에서도 자동적인 실내 환경개선 시스템을 제공한다. 본 시스템은 공기 질과 CO2, 온도와 습도, 소음과 조도에 따른 상태분석과 함께 상대적 기준치를 적용하여 9가지의 상태에 따른 제어신호를 자동제어 모듈로 전송하여 실내 환경을 개선한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Along with the increase in the standard of living, the interest and awareness level of the public about environmental issues have also gradually increased. Recently, time spent on indoor activities have increased and the need for awareness and demand on methods in improving the quality of an indoor environment has been recognized. The purpose of this study is to sense the environment information through real-time monitoring of the room environment by using the IoT based technology and to maintain and improve the indoor environment to an appropriate level through the developed interlocking controller device. This provides an automatic control system in improving the indoor environment at home and other small areas like general offices in place of the traditional passive interior environmental improvement actions or large-scale facility control system. A status analysis with the relative reference values of the air quality and CO2, temperature and humidity and illumination and noise was applied through transmitting a control signal to automatic control module in accordance with the nine indoor environment standards set to improve the indoor environment.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 실내의 환경정보를 수집하는 모니터링 모듈과 함께 실내 환경에 대한 개선 및 유지 작업을 수행할 수 있는 자동제어 모듈을 포함한 시스템을 제안하여 실내 환경을 자동적으로 유지할 수 있는 시스템을 구현하고자 한다.

제안 방법

실내 환경정보에 대한 정보를 제공함과 동시에 이를 토대로 현재 실내 환경에 대한 종합적인 상태를 표시해 주고 있다. 또한 그래프를 이용하여 최근까지 변화를 추적할 수 있으며 스마트폰과 같이 웹서비스가 지원되는 스마트 기기를 이용하여 지속적으로 상태를 감시할 수 있는 페이지와 자동제어장치들을 수동으로 제어하는 페이지를 구현하였다. Fig.
본 시스템의 성능평가를 위해 시스템 응답속도, 제어신호 전송속도, 센서 데이터 전송속도에 대해 시뮬레이션을 통한 시간 및 데이터 처리량 측정으로 각 항목별로 300회 반복 테스트를 진행하였다. 시스템 응답속도 평가를 위해 구글 분석 도구를 사용하여 시각화 모듈의 각 기능에 대한 로딩 시간을 측정하였다.
본 연구에서는 실시간 실내 환경정보를 수집하는 모니터링 모듈과 통합적으로 정보를 분석하고 제어신호를 전달하는 통합관리 모듈, 제어신호에 의해 작동되는 자동제어 모듈을 연동하여 설계하고 통합관리 모듈에서 분석하여 실내 환경상태에 대한 판단정보 등을 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있는 시각화 모듈을 구현하였다.

대상 데이터

본 시스템의 성능평가를 위해 시스템 응답속도, 제어신호 전송속도, 센서 데이터 전송속도에 대해 시뮬레이션을 통한 시간 및 데이터 처리량 측정으로 각 항목별로 300회 반복 테스트를 진행하였다. 시스템 응답속도 평가를 위해 구글 분석 도구를 사용하여 시각화 모듈의 각 기능에 대한 로딩 시간을 측정하였다. 제어신호 전송속도의 경우 시스템에서 수동으로 동작신호를 보내는 시간과 실제 제어모듈에 연동된 장치들이 작동까지의 시간을 측정하는 것으로 평가하였으며, 센서 데이터 전송속도는 각 센서의 데이터 전송 전, 후 시간에 대한 측정을 실시한 뒤 그 차이를 이용하여 센서 데이터 전송속도를 산출하였다.

성능/효과

5∼1초면 즉각적, 2∼5초면 진행 중, 7∼10초면 응답시간상 끊어진 것으로 받아들여진다[25-26]. 본 시스템의 성능평가 결과 시스템 응답시간은 0.793초, 제어신호 전송속도는 0.467초로 나타나 즉각적 범주에 속하며, Table 2에 나타난 대로 공기질, CO2 등 대부분 센서 데이터의 전송속도가 순간적 또는 즉각적인 반응의 범주로 나타나 사용자가 받아들이는 성능 수준에는 문제가 없는 것으로 판단된다.

후속연구

전동장치를 활용한 시제품의 경우 소규모 테스트베드 환경에서 실시하였다는 점과 자동제어 모듈의 기술적 한계로 인해 특정 형태의 장치에서만 적용되는 문제를 개선할 수 있는 방안에 대한 연구가 향후 진행되어야 할 것이다. 또한 실내환경 모니터링 및 진단에 따른 적절한 조치 후의 변화를 관리하여 자동제어 시스템의 성능을 평가하고 피드백을 실시함으로써 실내 환경을 지속적으로 개선할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다.
본 연구는 기존 수작업으로 이루어지던 실내환경개선 행위들을 IoT 기술을 통하여 자동적으로 처리하게 함으로써 어린이나 노약자 또는 불특정 다수가 함께 있는 공공장소와 같은 행동에 제약이 있는 공간뿐 아니라 일반 사무실이나 가정에서도 인간의 개입이 최소화된 상태에서 자동적으로 실내 환경개선이 이루어지도록 시스템적으로 지원한다는 의의가 있다. 본 연구에서 제안되고 개발된 시스템을 통해 사람이 실내의 유해한 환경을 인지하지 못하고 장시간 노출되는 상황을 조기에 경보함으로써 안전사고에 선제적으로 대응하고 궁극적으로는 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대된다.
전동장치를 활용한 시제품의 경우 소규모 테스트베드 환경에서 실시하였다는 점과 자동제어 모듈의 기술적 한계로 인해 특정 형태의 장치에서만 적용되는 문제를 개선할 수 있는 방안에 대한 연구가 향후 진행되어야 할 것이다. 또한 실내환경 모니터링 및 진단에 따른 적절한 조치 후의 변화를 관리하여 자동제어 시스템의 성능을 평가하고 피드백을 실시함으로써 실내 환경을 지속적으로 개선할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	통합관리 모듈의 역할은 무엇인가?	통합관리 모듈은 모니터링센서 모듈을 통해 수집된 환경정보를 저장하고 이를 이용하여 현재 실내 환경상태를 파악하고 자동제어 모듈로 제어 신호를 전달하는 역할을 수행한다.
	사물인터넷이란 무엇인가?	사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 인간과 사물 그리고 서비스를 포함하는 인간주변의 환경에 대한 센싱, 네크워킹, 정보처리 등 상호 협력적 지능관계의 사물 공간 연결망을 말한다. 이러한 연결망은 각종 유무선 네트워크 기술을 사용하며 상황인지 소프트웨어, 오픈플랫폼 기술, 미들웨어 기술, 웹서비스 기술, 소셜 네트워크 등에 의해 분석되고 가공되며 또한 다양한 유무형의 서비스의 형태로 연결되어 처리된다[7].
	사물 공간 연결망은 어떤 기술에 의해 분석 및 가공되는가?	사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 인간과 사물 그리고 서비스를 포함하는 인간주변의 환경에 대한 센싱, 네크워킹, 정보처리 등 상호 협력적 지능관계의 사물 공간 연결망을 말한다. 이러한 연결망은 각종 유무선 네트워크 기술을 사용하며 상황인지 소프트웨어, 오픈플랫폼 기술, 미들웨어 기술, 웹서비스 기술, 소셜 네트워크 등에 의해 분석되고 가공되며 또한 다양한 유무형의 서비스의 형태로 연결되어 처리된다[7]. IoT를 활용한 다양한 서비스 및 연구 활동이 최근에 이루어지고 있으며 가트너의 연구조사에 따르면 2020년까지 IoT를 활용한 사물의 개수가 260억 개에 이를 것으로 예측된다[8].

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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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