[논문]듀얼 비콘의 거리측정을 활용한 스마트 유모차용 도난방지 기법

정명범

doi:10.7472/jksii.2020.21.6.71

듀얼 비콘의 거리측정을 활용한 스마트 유모차용 도난방지 기법
Theft Prevention Technology for Smart Stroller using Distance Measurement of Dual Beacon 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.21 no.6, 2020년, pp.71 - 79

정명범 (Division of Faidea, Sungkyul University)

초록
AI-Helper

본 논문에서 우리는 스마트 유모차를 위한 비콘과 스마트 기기 기반 도난 방지 기술을 제안한다. 스마트 유모차는 두 개의 블루투스 기기를 내장한다. 하나의 블루투스는 데이터 상호 교환을 위한 것이며, 또 다른 블루투스는 거리 측정을 위한 비콘으로 사용한다. 즉, 스마트 기기는 데이터 상호 교환 기능으로 근력 보조 레벨 설정, 유모차 수동 잠금과 유모차 정보 제공 등에 사용하며, 비콘 기능을 이용하여 스마트 기기와 유모차의 주기적인 거리를 측정하여 거리가 멀어지는 경우 도난 방지 기능이 동작하게 한다. 우리는 도난 방지 기능의 성능을 높이기 위해 향상된 비콘 거리 측정 기술을 이용한 거리 측정 알고리즘과 도난 방지 알고리즘을 적용하였다. 제안 방법의 효용성을 확인하기 위해 스마트 기기 애플리케이션을 개발하고 스마트 유모차를 제작하여 2가지 거리 측정 실험과 하나의 도난 방지 실험을 하였으며, 그 결과 91.3%의 도난 방지 정확성을 나타냈다. 따라서 제안한 도난 방지 기술은 스마트 유모차에 보다 유용한 기술이 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a theft prevention technology based on beacon and smart device for smart stroller. The smart stroller has two Bluetooth devices. One is for data transmission and the other is for distance measurement as beacon. Thus, smart device uses a Bluetooth for strength level setting, manual locking and data transmission of smart stroller. Furthermore, smart device can do automatic locking of smart stroller using Bluetooth beacon when the stroller go further away from smart device. At this time, we apply a distance measurement algorithm and theft prevention algorithm with improved beacon distance measurement technique. To show usefulness of the proposed technology, we make a smart stroller and developed a smart device application. We did two distance measurement experiments and a theft prevention experiment with the proposed technology and the result shows 91.3% accuracy for theft prevention. Therefore, the proposed technology would be more usefulness technology for smart stroller.

주제어

표/그림 (10)

그림 (그림 1) 스마트 유모차를 위한 비콘과 스마트 기기 기반 도난 방지 기술의 흐름 (Figure 1) The flow of the theft prevention technology based on Beacon and Smart device for smart stroller
그림 (그림 2) 스마트 기기와 커넥션 모드 블루투스 간의 페어링 흐름 (Figure 2) The flow of pairing between smart device and connection mode Bluetooth
그림 (그림 3) 제안 애플리케이션의 스크린 샷 일부분 (Figure 3) A part screen shot of the proposed application
그림 (그림 4) 스마트 유모차의 도난 방지를 위한 제안 애플리케이션의 스크린 샷 (Figure 4) The other part screen shot of the proposed application for theft prevention of smart stroller
표 (표 1) 스마트 기기와 유모차 간의 데이터 프로토콜 정의 (Table 1) Transmission protocol definition between smart device and smart stroller
그림 (그림 5) 스마트 유모차의 도난 방지를 위한 슈도 코드 (Figure 5) The pseudo code for the theft prevention of smart stroller
그림 (그림 6) 비콘과 스마트 기기의 거리에 따라 실제 측정된 거리의 정확도 (Figure 6) The accuracy result of distance measurement using beacon and smart device according to distance
그림 (그림 7) 기본 SDK와 칼만 필터를 사용한 거리 측정 결과 (Figure 7) The accuracy result of distance measurement using default SDK and Kalman Filtering(Optimized)
그림 (그림 8) 거리 측정 결과와 자동 모터 잠금 알고리즘의 실행 결과 (Figure 8) The accuracy result of distance measurement and auto prevention lock algorithm
그림 (그림 9) 제안 애플리케이션 사용에 따른 배터리 소비량 측정 결과 (Figure 9) Battery consumption measurement result according to using of the proposed application

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

본 연구에서는 블루투스 두 개를 사용하여 하나의 블루투스는 유모차의 다양한 정보 제공 및 제어에 사용하며, 다른 하나의 블루투스는 비콘을 활용한 도난 방지 기술을 제안하였다. 기존 거리 측정된 정보만을 나타내지 않고, 근접, 가까움, 멀리 떨어짐 3개의 거리로 구분하여 거리 측정의 정확도를 높이기 위해 칼만 필터를 사용하였으며, 유모차와 스마트 기기의 거리가 멀어짐에 따라 도난 방지 알고리즘이 동작하여 자동으로 유모차의 움직임을 멈추게 하는 스마트 유모차를 제안하였다. 기본 제공되는 비콘 거리 측정용 SDK와 칼만 필터를 적용한 최적화 거리 측정 실험 결과 제안 방법이 보다 우수함을 보였으며, 50cm ~ 500cm 구분보다 근접, 가까움, 멀리 떨어짐 3개의 구분이 보다 정확성을 높일 수 있는 것을 확인하였다.
다음으로 우리는 거리 측정 실험과 함께 유모차 도난방지 알고리즘을 적용한 실험을 진행하였다. 이때 도난 방지 알림을 위한 countAlarm은 (그림 5)에서와 같이 멀리 떨어짐 시에 증가하도록 하였고, thresholdValue는 5회로 설정하였다.
이때 도난 방지 알림을 위한 countAlarm은 (그림 5)에서와 같이 멀리 떨어짐 시에 증가하도록 하였고, thresholdValue는 5회로 설정하였다. 도난 방지 실험은 근접 위치, 가까움 위치에 있던 유모차를 5초 이내 멀리 떨어짐 위치로 이동시키고, 이동시킨 후 다시 5초 이내 도난 방지 알고리즘에 의해 자동으로 유모차 모터 잠금을 하는지를 총 300회 측정하였다. (그림 8)은 기본 SDK와 최적화를 적용한 거리 측정 실험의 정확도 평균과 도난 방지 알림 실험의 자동 모터 잠금 실행 평균을 나타낸 것이다.
본 연구에서는 블루투스 두 개를 사용하여 하나의 블루투스는 유모차의 다양한 정보 제공 및 제어에 사용하며, 다른 하나의 블루투스는 비콘을 활용한 도난 방지 기술을 제안하였다. 기존 거리 측정된 정보만을 나타내지 않고, 근접, 가까움, 멀리 떨어짐 3개의 거리로 구분하여 거리 측정의 정확도를 높이기 위해 칼만 필터를 사용하였으며, 유모차와 스마트 기기의 거리가 멀어짐에 따라 도난 방지 알고리즘이 동작하여 자동으로 유모차의 움직임을 멈추게 하는 스마트 유모차를 제안하였다.
이때 유모차에 내장되는 거리 측정을 위한 비콘은 BLE 기술을 사용하기 때문에 최초 내장 배터리 사용 시 최소 1년 이상을 유지할 수 있다. 실험은 8시간 동안 제안 애플리케이션을 실행하여 유모차 도난 방지 기능을 작동한 것과 어떠한 애플리케이션도 실행시키지 않고 동일 시간을 놓아 둔 것으로 측정을 하였다. 아래 (그림 9)는 배터리 측정 비교실험 결과를 나타낸 것이다.

대상 데이터

본 장에서는 비콘을 이용한 유모차와 애플리케이션을 이용한 거리 측정, 칼만 필터를 적용한 3개로 구분한 거리 측정 정확도, 그리고 자동 도난 방지 알고리즘의 성능확인을 위한 실험과 그 결과를 설명한다. 실험에 사용된 유모차의 커넥션 모드 블루투스는 HM-10, 브로드캐스트 모드 블루투스는 Beacon i4, 마이크로프로세서는 STM32F765를 사용하며, 스마트 기기는 iPhone11pro를 사용하였다. 제어 및 유모차 정보 제공을 위한 커넥션 모드 블루투스와 스마트 기기간의 페어링, 근력 보조 설정을 위한 통신, 유모차 수동 잠금/해지, 배터리 값, 이동거리 등은 5m 이내 반경에서 총 100회 테스트 중 오류 없이 100% 모두 정확히 전송되는 것을 확인하였다.

데이터처리

그리고 마지막 실험으로 거리 측정 및 도난 방지를 위해 사용되는 스마트 기기의 소비 전력 측정을 진행하였다. 이는 (그림 4)에서 지속적인 비콘 신호를 찾아 분석함에 따라 스마트 기기의 배터리 소모가 실생활에 비해 어떠한 차이가 있는지를 비교하기 위함이다.

성능/효과

Proposed Application은 Dafault와 동일한 환경에서 제안 애플리케이션만을 실행해 두고, 유모차와의 거리측정 결과를 지속적으로 나타나게 하였다. 그 결과 8시간 동안 Default에서는 46%의 배터리 소모를 나타냈으며, 제안 애플리케이션 실행의 경우 60% 배터리 소모를 나타냈다. 즉, 제안 애플리케이션을 지속적으로 사용하는 경우 14%의 배터리 소모를 더 하는 것을 확인 할 수 있다.
기본 제공되는 비콘 거리 측정용 SDK와 칼만 필터를 적용한 최적화 거리 측정 실험 결과 제안 방법이 보다 우수함을 보였으며, 50cm ~ 500cm 구분보다 근접, 가까움, 멀리 떨어짐 3개의 구분이 보다 정확성을 높일 수 있는 것을 확인하였다. 그리고 이 구분 값을 이용한 유모차 도난 방지 알고리즘이 우수한 성능을 발휘 할 수 있는 것을 실험을 통해 확인하였다. 따라서 본 연구에서 제안한 도난 방지 기술은 스마트 유모차에 보다 유용하고 반드시 필요한 기술이 될 것이다.
(그림 8)에서 Distance는 (그림 7) 실험에서의 근접, 가까움, 멀리 떨어짐 거리 측정 정확도 평균을 비교한 그래프이며, Prevention lock은 기본 SDK를 이용한 도난 방지 알고리즘 적용과 최적화를 적용한 도난 방지 알고리즘 적용에 의한 자동 도난 방지 동작 정확도 평균이다. 기본 SDK를 이용한 자동 도난 방지는 56.7%의 정확도를 나타내는 반면 최적화를 적용한 자동 도난 방지는 91.3%의 높은 성공률을 나타내었다.
기존 거리 측정된 정보만을 나타내지 않고, 근접, 가까움, 멀리 떨어짐 3개의 거리로 구분하여 거리 측정의 정확도를 높이기 위해 칼만 필터를 사용하였으며, 유모차와 스마트 기기의 거리가 멀어짐에 따라 도난 방지 알고리즘이 동작하여 자동으로 유모차의 움직임을 멈추게 하는 스마트 유모차를 제안하였다. 기본 제공되는 비콘 거리 측정용 SDK와 칼만 필터를 적용한 최적화 거리 측정 실험 결과 제안 방법이 보다 우수함을 보였으며, 50cm ~ 500cm 구분보다 근접, 가까움, 멀리 떨어짐 3개의 구분이 보다 정확성을 높일 수 있는 것을 확인하였다. 그리고 이 구분 값을 이용한 유모차 도난 방지 알고리즘이 우수한 성능을 발휘 할 수 있는 것을 실험을 통해 확인하였다.
실험에 사용된 유모차의 커넥션 모드 블루투스는 HM-10, 브로드캐스트 모드 블루투스는 Beacon i4, 마이크로프로세서는 STM32F765를 사용하며, 스마트 기기는 iPhone11pro를 사용하였다. 제어 및 유모차 정보 제공을 위한 커넥션 모드 블루투스와 스마트 기기간의 페어링, 근력 보조 설정을 위한 통신, 유모차 수동 잠금/해지, 배터리 값, 이동거리 등은 5m 이내 반경에서 총 100회 테스트 중 오류 없이 100% 모두 정확히 전송되는 것을 확인하였다.
그 결과 8시간 동안 Default에서는 46%의 배터리 소모를 나타냈으며, 제안 애플리케이션 실행의 경우 60% 배터리 소모를 나타냈다. 즉, 제안 애플리케이션을 지속적으로 사용하는 경우 14%의 배터리 소모를 더 하는 것을 확인 할 수 있다.

후속연구

즉, 본 연구에서 제안한 모든 방법을 적용하며, 도난 방지를 위한 추가 기능을 연구하여 확장된 스마트 카트에 활용될 수 있도록 할 것이다. 그리고 본 연구에서 사용한 블루투스 비콘 모듈과 스마트 기기의 거리 측정 알고리즘을 세분화하여, 보다 정확한 거리 측정 가능 알고리즘을 개발할 것이며 이를 통해 전송 거리를 확장할 수 있도록 할 것이다.
그리고 이 구분 값을 이용한 유모차 도난 방지 알고리즘이 우수한 성능을 발휘 할 수 있는 것을 실험을 통해 확인하였다. 따라서 본 연구에서 제안한 도난 방지 기술은 스마트 유모차에 보다 유용하고 반드시 필요한 기술이 될 것이다.
공항 카트에서는 거리에 다른 도난 방지 기술뿐 아니라 카트 사용자가 짐을 실어 둔 후 그 무게 값이 변경됨에 따라 경고를 할 수 있는 또 다른 도난방지 기술이 필요하기 때문이다. 즉, 본 연구에서 제안한 모든 방법을 적용하며, 도난 방지를 위한 추가 기능을 연구하여 확장된 스마트 카트에 활용될 수 있도록 할 것이다. 그리고 본 연구에서 사용한 블루투스 비콘 모듈과 스마트 기기의 거리 측정 알고리즘을 세분화하여, 보다 정확한 거리 측정 가능 알고리즘을 개발할 것이며 이를 통해 전송 거리를 확장할 수 있도록 할 것이다.
추후 연구로는 제안 애플리케이션과 자동 도난 방지 알고리즘을 유모차뿐 아니라 공항 카트에 이를 수정하여 적용할 것이다. 공항 카트에서는 거리에 다른 도난 방지 기술뿐 아니라 카트 사용자가 짐을 실어 둔 후 그 무게 값이 변경됨에 따라 경고를 할 수 있는 또 다른 도난방지 기술이 필요하기 때문이다.

참고문헌 (14)

N. Newman, "Apple iBeacon technology briefing," Journal of Direct, Data and Digital Marketing Practice, Vol. 15, No. 3, pp. 222-225, 2014. http://dx.doi.org/10.1057/dddmp.2014.7

상세보기
MLB completes iBeacon installations at Dodger Stadium and Petco Park, https://gigaom.com/2014/02/14/mlb-completes-ibeacon-installations-at-dodger-stadium-and-petco-park/
L. JungAe, and C. JeanHun, "Study on smart order app UX from brand communication perspective," Advanced Science Letters, Vol. 22, No. 11, pp. 3684-3687, 2016.

상세보기
S. Noguchi, M. Niibori, E. Zhou, and M. Kamada, "Student attendance management system with Bluetooth low energy beacon and android devices," Proceeding of the 18th International Conference on Network-Based Information Systems, pp. 710-713, 2015. http://dx.doi.org/10.1109/NBiS.2015.109
W. Song, H. Lee, S. Lee, M. Choi, and M. Hong, "Implementation of Android application for indoor positioning system with Estimote BLE beacons," Journal of Internet Technology, Vol. 19, No. 3, pp. 871-878, 2018.

상세보기
J. H. Kim, and J. Y. Kim, "Indoor positioning system for naval ship personnel using beacon," Journal of the Korea Society of Computer and Information, Vol. 24, No. 11, pp. 135-142, 2019. http://dx.doi.org/10.9708/jksci.2019.24.11.135

원문보기 상세보기
A. Gabriela, "Global positioning system: Parental view on efficacy of GPS tracking devices for children's movement," Diss. Florida Gulf Coast University, pp. 68, 2016.
Y. S. Kim, and B. Jang, "Analysis of Bluetooth indoor localization technologies and experiment of correlation between RSSI and distance," Journal of the Korea Society of Computer and Information, Vol. 21, No. 10, pp. 55-62, 2016. http://dx.doi.org/10.9708/jksci.2016.21.10.055

원문보기 상세보기
Y. J. Jang, " [WPAN] Bluetooth v4.0 - low energy (Low Energy) technology trends", TTA Publications ICT Standard Weekly, 2011.
Y. J. Baek, H. S. Lee, and J. C. Oh, "Real-time alert service for infant location management using beacon technology," Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 15, No. 1, pp. 205-210, 2020. http://dx.doi.org/10.13067/JKIECS.2020.15.1.205

원문보기 상세보기
M. Taileb, W. Wajdi, H. Hamdi, G. Al-Garni, S. Al-Shehri, and M. Al-Marwani, "Children tracking system in indoor and outdoor places," Procedding of International Conference on Distributed, Ambient, and Pervasive Interactions, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 9189, pp. 547-553, 2015. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-20804-6_50
H. S. Jang, G. W. Kim, G. M. Ryu, S. H. Ham, N. Wang, and C. S. Jung, "Lost prevention and recovery system using Bluetooth low energy beacon," Proceeding of 2017 Conference on Korea Institute of Information Scientists and Engineers, pp. 1773-1774, 2017.
M. B. Rhudy, R. A. Salguero, and K. Holappa, "A kalman filtering tutorial for undergraduate students," International Journal of Computer Science & Engineering Survey, Vol. 8, No. 1, pp. 1-9, 2017. http://dx.doi.org/10.5121/ijcses.2017.8101

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M. H. Tak, and Y. H. Joo, "Location error revision using extended kalman filter," InforMation and Control Symposium, pp. 237-238, 2009.

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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