[논문]ZigBee-PSTN 기반의 독거노인 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템 개발

최경선; 전중창

doi:10.17661/jkiiect.2016.9.1.009

ZigBee-PSTN 기반의 독거노인 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템 개발
Development of Mobility and Vitality Signal Monitoring System Based on ZigBee-PSTN Gateway for the Elderly 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.9 no.1, 2016년, pp.9 - 14

최경선 (Gyeongnam National University of Science and Technology) , 전중창 (Gyeongnam National University of Science and Technology)

초록
AI-Helper

최근에 이르러 평균수명의 증가로 인한 독거 노인층이 점점 증가하고 있으며, 독거노인은 외부의 침입이나 갑작스런 건강상의 문제로 위험에 처해질 가능성이 매우 높다. 따라서 독거노인의 의료 복지에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 본 연구에서는 인터넷 기반시설이 취약한 환경에서도 독거노인의 의료 복지에 용이하게 적용할 수 있는 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 저 전력으로 동작하는 ZigBee 무선센서 네트워크와 PSTN(Public Switched Telephone Network) 전화망의 결합 시스템으로 구성되었으며, 일상생활 속에서 무구속적인 U-헬스케어 개념으로 활동량과 혈압 등의 생존 정보를 병원 및 보호자에게 전송할 수 있다. 또한 본 연구 결과는 미래의 독거노인 원격진료 시스템으로 확장하여 적용 될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently the number of the elderly who live alone are increasing more and more as the average life span is prolonged. The elderly are probably in danger at home without being helped due to external aggressions or sudden health problems. Accordingly, more and more interests are taken in medical welfare for the healthy life of the seniors. In this paper, we have developed a mobility and vitality signal monitoring system based on ZigBee-PSTN gateway for the elderly. This combination of ZigBee wireless sensor network and PSTN can be easily established even in the poor internet infrastructure as is usually common for the elderly, with the advantage of providing non-constrained monitoring feature. The research result can be extended to the future tele-medicine system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

또한 노인들이 인체에 장비를 착용하게 하는 구속적인 시스템에 대하여 매우 부정적인 것으로 조사되었다. 따라서 본 논문에서는 이러한 독거노인의 주거 환경과 모니터링 상황에 대한 반응을 바탕으로 인체에 장비를 부착하지 않는 무구속적인 시스템으로서 설치가 용이한 시스템 설계를 목표로 하였다. 이런 설계 관점에 근거하여, 그림 1에 도시된 것과 같이, 가정 내에서 독거노인의 생사를 확인할 수 있는 활동량 및 생체정보의 수집 단계에서는 ZigBee/IEEE802.
본 논문에서는 ZigBee-PSTN 기반의 독거노인 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템을 개발하였다. 실내 활동량 모니터링은 현관 출입현황, 실내 움직임, 가전기기의 사용 빈도를 다루었으며, 생체 정보 모니터링은 혈압을 취급하였다.
본 논문에서는 이러한 사회적 변화로 말미암아 홀로 생활하는 독거노인들의 복지 개선의 일환으로 독거노인 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템을 개발하였으며, 기존의 무선 네트워크 기반[3],[7]과는 다르게 ZigBee-PSTN 게이트웨이를 기반으로 함으로써 시스템 설치와 운용이 용이하도록 하였다. 모니터링 파라미터는 현관 출입현황, 실내 움직임, 가전기기의 사용 빈도, 그리고 혈압을 대상으로 하였다.

가설 설정

독거노인의 생체정보 중 하나인 혈압 데이터를 수집/모니터링 하기 위해서 가정용 혈압계(자원메디칼, uATTE-FT)를 사용하였다. 혈압계는 64개의 측정된 혈압 데이터를 저장할 수 있으며, USART 인터페이스로써 ZigBee 노드와 연결되어 혈압이 측정될 때 마다 혈압 정보를 게이트웨이에 전송하게 된다.

제안 방법

독거노인 출입문에 설치하여 독거노인의 출입현황을 모니터링하고, 아울러 출입문의 열림과 닫힘의 상태까지 모니터링하도록 하였다.
독거노인의 인체 감지는 아파트 현관의 절전형 조명에 사용되는 범용 PIR 센서(LHI878)를 사용하여 독거노인의 동작 변화를 감지하는 용도로 제작하였으며, 그 설계 사양은 표 3과 같다. LHI878은 Dual Element Type으로 인체의 온도 36.
본 시스템에서는 스타(Star) 토폴로지로 센서 네트워크를 구성하였으며, 코디네이터를 중심으로 단말장치들이 Peer-to-Peer 형태로 접속한다. Star 토폴로지의 경우 라우팅 불필요하고 코디네이터 중심이므로 초기 토폴로지 생성 시간이 적고 퍼포먼스가 뛰어나서 독거노인의 가정과 같은 소규모 네트워크에서의 데이터 수집에 적합하다.
모니터링 센서로부터의 데이터 수집에는 스타결선의 ZigBee 네트워크를 사용하고, 측정값을 중앙관리센터로 전송하는 단계에서는 PSTN 전화선로를 사용하였다. 본 연구에서 개발된 시스템은, 무선 센서 네트워크와 PSTN 유선망을 결합함으로써, 인터넷 기반시설이 취약한 환경에서도 용이하게 적용될 수 있으며, 독거노인들이 일상생활 속에서 무구속적인 모니터링이 가능하도록 개발되었다.
따라서 본 논문에서는 이러한 독거노인의 주거 환경과 모니터링 상황에 대한 반응을 바탕으로 인체에 장비를 부착하지 않는 무구속적인 시스템으로서 설치가 용이한 시스템 설계를 목표로 하였다. 이런 설계 관점에 근거하여, 그림 1에 도시된 것과 같이, 가정 내에서 독거노인의 생사를 확인할 수 있는 활동량 및 생체정보의 수집 단계에서는 ZigBee/IEEE802.15.4 무선센서 네트워크를 적용하고[8], 수집된 데이터를 관리센터로 전송하는 단계에서는 PSTN 전화망을 이용하도록 하였다. 즉, 활동량 모니터링 정보와 혈압측정 정보를 독거노인의 가정에서 외부로 전송하기 위하여 별도의 통신수단을 설치하지 않고 독거노인의 가정에 이미 설치되어 있는 전화선을 이용하여 DTMF신호 방식으로 관리센터에 전송하였다.
전기사용 감지 모듈은 가전기기의 소비전력을 감지하는 모듈로서 가전기기의 220V 플러그와 연결하여, 가전기기의 ON/OFF를 감지하도록 하였다. 전기사용 감지모듈의 설계사양은 표 4에 나타내었으며, IEC-62053(International Energy Metering Specification)의 기준을 만족하도록 하였다.
4 무선센서 네트워크를 적용하고[8], 수집된 데이터를 관리센터로 전송하는 단계에서는 PSTN 전화망을 이용하도록 하였다. 즉, 활동량 모니터링 정보와 혈압측정 정보를 독거노인의 가정에서 외부로 전송하기 위하여 별도의 통신수단을 설치하지 않고 독거노인의 가정에 이미 설치되어 있는 전화선을 이용하여 DTMF신호 방식으로 관리센터에 전송하였다.
출입문 감지센서의 설계사양을 표 2에 보였으며, 이 센서는 독거노인의 출입문에 설치되므로 외부의 전력을 사용할 수 없기 때문에 AA 크기의 건전지 2개를 사용하였다. 출입이 감지되어 게이트웨이와 RF 송수신을 할 때에는 약 27mA, 출입이 감지되지 않는 휴면모드, 즉, sleep mode에서는 약 5uA의 소비전류를 사용하여 24~30개월의 수명을 가진다.

대상 데이터

ZigBee-PSTN 게이트웨이의 코디네이터는 활동량 및 혈압계의 ZigBee 노드로부터 실시간으로 모니터링 정보를 전송받는다. 이렇게 전송받은 정보는 코디네이터에서 신호처리를 하여, 활동량 정보는 4시간 단위로, 혈압측정 정보는 실시간으로 DTMF 신호로써 PSTN 모뎀을 통하여 중앙관리센터로 전송하게 된다.
모니터링 파라미터는 현관 출입현황, 실내 움직임, 가전기기의 사용 빈도, 그리고 혈압을 대상으로 하였다. 각각의 모니터링 센서 노드는 ZigBee/IEEE802.15.4 무선통신을 사용하여 측정값을 ZigBee-PSTN 게이트웨이로 전송하며, 수집된 데이터는 ZigBee-PSTN 게이트웨이를 거쳐서 DTMF (Dual Tone Multi Frequency) 방식의 일반 전화선로를 통하여 중앙 관리센터로 전송된다. 따라서 본 논문에서 개발된 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템은, 무선 센서 네트워크와 PSTN(Public Switched Telephone Network) 유선망을 결합함으로써, 인터넷 기반시설이 취약한 환경에서도 용이하게 적용될 수 있으며, 일상생활 속에서 무구속적인 U-헬스케어룰 구현하고 있다.
실내 활동량 모니터링은 현관 출입현황, 실내 움직임, 가전기기의 사용 빈도를 다루었으며, 생체 정보 모니터링은 혈압을 취급하였다. 모니터링 센서로부터의 데이터 수집에는 스타결선의 ZigBee 네트워크를 사용하고, 측정값을 중앙관리센터로 전송하는 단계에서는 PSTN 전화선로를 사용하였다. 본 연구에서 개발된 시스템은, 무선 센서 네트워크와 PSTN 유선망을 결합함으로써, 인터넷 기반시설이 취약한 환경에서도 용이하게 적용될 수 있으며, 독거노인들이 일상생활 속에서 무구속적인 모니터링이 가능하도록 개발되었다 본 논문에서는 이러한 사회적 변화로 말미암아 홀로 생활하는 독거노인들의 복지 개선의 일환으로 독거노인 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템을 개발하였으며, 기존의 무선 네트워크 기반[3],[7]과는 다르게 ZigBee-PSTN 게이트웨이를 기반으로 함으로써 시스템 설치와 운용이 용이하도록 하였다. 모니터링 파라미터는 현관 출입현황, 실내 움직임, 가전기기의 사용 빈도, 그리고 혈압을 대상으로 하였다. 각각의 모니터링 센서 노드는 ZigBee/IEEE802.

이론/모형

전기사용 감지 모듈은 가전기기의 소비전력을 감지하는 모듈로서 가전기기의 220V 플러그와 연결하여, 가전기기의 ON/OFF를 감지하도록 하였다. 전기사용 감지모듈의 설계사양은 표 4에 나타내었으며, IEC-62053(International Energy Metering Specification)의 기준을 만족하도록 하였다.

성능/효과

4 무선통신을 사용하여 측정값을 ZigBee-PSTN 게이트웨이로 전송하며, 수집된 데이터는 ZigBee-PSTN 게이트웨이를 거쳐서 DTMF (Dual Tone Multi Frequency) 방식의 일반 전화선로를 통하여 중앙 관리센터로 전송된다. 따라서 본 논문에서 개발된 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템은, 무선 센서 네트워크와 PSTN(Public Switched Telephone Network) 유선망을 결합함으로써, 인터넷 기반시설이 취약한 환경에서도 용이하게 적용될 수 있으며, 일상생활 속에서 무구속적인 U-헬스케어룰 구현하고 있다.
본 연구의 수행에 앞서, 장비가 설치 될 250명의 독거노인 가정 환경을 표본 조사한 결과, 외부와 정보를 교환할 수 있는 통신수단으로써 인터넷망이 설치된 가정은 단 3명으로 나머지 247명은 모두 전화망만이 설치된 것으로 조사되었다. 또한 노인들이 인체에 장비를 착용하게 하는 구속적인 시스템에 대하여 매우 부정적인 것으로 조사되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문의 시스템에서 모니터링 파라미터는 무엇을 대상으로 측정하였는가?	본 논문에서는 이러한 사회적 변화로 말미암아 홀로 생활하는 독거노인들의 복지 개선의 일환으로 독거노인 활동량 및 생체신호 모니터링 시스템을 개발하였으며, 기존의 무선 네트워크 기반 [3],[7]과는 다르게 ZigBee-PSTN 게이트웨이를 기반으로 함으로써 시스템 설치와 운용이 용이하도록 하였다. 모니터링 파라미터는 현관 출입현황, 실내 움직임, 가전기기의 사용 빈도, 그리고 혈압을 대상으로 하였다. 각각의 모니터링 센서 노드는 ZigBee/IEEE802.
	우리나라의 노인 복지서비스에 있어서 U-헬스케어가 부상한 까닭은 무엇인가?	[1],[2] 아울러 정보통신분야에서 날로 발전하고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술을 의료서비스에 접목한 유비쿼터스헬스케어(U-헬스케어)에 관한 연구도 지속적으로 이루어지고 있다.[3] 현재 우리나라의 노인 복지서비스에 있어서 U-헬스케어가 부상하게 된 것은세계 1위의 초고속인터넷 통신망의 바탕 위에 WiBro, RFID, USN, W-CDMA, 홈네트워크 등의 정보 서비스 활성화에 있다. 여기에 사회적으로 노인인구의 증가로 인한 인구의 고령화, 가족구조의 변화, 근로여성의 증가, 급증하는 국민의료비, 질병 위주에서 건강증진 위주로의 보건의료 패러다임의 변화 등도 큰 역할을 하고 있다.
	설치가 용이한 무구속적인 시스템을 본 논문의 시스템 설계의 목표로 선정한 이유는 무엇인가?	본 연구의 수행에 앞서, 장비가 설치 될 250명의 독거노인 가정 환경을 표본 조사한 결과, 외부와 정보를 교환할 수 있는 통신수단으로써 인터넷망이 설치된 가정은 단 3명으로 나머지 247명은모두 전화망만이 설치된 것으로 조사되었다. 또한 노인들이 인체에 장비를 착용하게 하는 구속적인 시스템에 대하여 매우 부정적인 것으로 조사되었다. 따라서 본 논문에서는 이러한 독거노인의 주거 환경과 모니터링 상황에 대한 반응을 바탕으로 인체에 장비를 부착하지 않는 무구속적인 시스템으로서 설치가 용이한 시스템 설계를 목표로 하였다.

참고문헌 (8)

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Jung-Hoon Kim, "Manchester Coding of Compressed Binary Clusters for Reducing IoT Healthcare Device's Digital Data Transfer Time," Journal of The Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology, Vol. 8, No. 6, pp. 460-469, 2015.

원문보기 상세보기
Hong-Jin Park, "Implementation of the Living Alone Elderly People Protection System Using Ubiquitous Sensor Networks," Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, Vol. 15, No. 2, pp. 41-48, 2010.
Seung-Chul Shin, et al., "Realization of an e-Health System to Perceive Emergency Situations," Proceedings of Korea Information Science Society, Vol. 31(1B), pp. 322-324, 2004.
Seong Ho Choi, Yun Seop Yu, "Ubiquitous Sensor Network System for Monitoring the Bio-information and the Emergency of the Elderly at Silver Town," Proceedings of The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 227-228, Oct. 2008.
Jinho Yoo, "The IoT Implementation Technology for e-Health Device Connection," Journal of The Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology, Vol. 8, No. 5, pp. 394-399, 2015.

원문보기 상세보기
Hee-Jeong Lee, et al., "Implementation of u-Care System Based on Multi-Sensor in u-Home Environment," Korean Society for Internet Information, Vol. 12, No. 2, pp. 135-147, 2011.
ZigBee Alliance, "ZigBee Specification v1.0", 2005.

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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