[논문]스마트기기를 이용한 상호협력기반 전자출결 시스템

정필성; 조양현

doi:10.15207/jkcs.2021.12.1.019

스마트기기를 이용한 상호협력기반 전자출결 시스템
Attendance-Absence Management System based Mutual Cooperation using Smart Device 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.12 no.1, 2021년, pp.19 - 27

정필성 (명지전문대학 정보통신공학과) , 조양현 (삼육대학교 컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

정보통신기술의 발달과 스마트기기 활용성이 높아짐에 따라서 대학에서 효율적으로 출결 관리를 원활하게 진행하기 위해서 스마트기기를 이용한 전자출결 시스템을 도입하고 있다. 현재 전자출결 시스템은 학생들의 스마트폰이 독립적으로 전자출결을 진행하기 때문에 와이파이에 연결이 잘 안 되면 출결에 오류가 생기는 단점이 존재하며 실시간 푸시메시지 전송 기능이 배제되어 출결 관리에 어려움이 있다. 본 논문에서는 부정 출결 방지, 실시간 출결 관리 결과 안내, 와이파이 연결 문제로 인한 출결 처리 지연상황을 해결하기 위한 전자출결 시스템을 제안한다. 제안 시스템은 교수자의 스마트폰과 학생들의 스마트폰의 블루투스 통신 기능을 이용하여 교수자의 스마트폰이 전자출결을 처리하기 때문에 부정 출결과 출결 처리 지연상황을 방지할 수 있다. 또한 푸시메시지 관리 서버와 연동하여 실시간으로 출결 관리 결과 안내를 진행할 수 있는 장점이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the development of information and communication technology and the increasing use of smart devices, universities are using an electronic attendance-absence management system using smart devices to facilitate efficient attendance management. Currently, the electronic attendance-absence management system has the disadvantage of causing an error in attendance when the Wi-Fi connection is not well established because the student's smartphone independently conducts electronic attendance, and it is difficult to manage attendance because the real-time push message transmission function is excluded. In this paper, we propose an electronic attendance-absence management system to prevent irregular attendance, provide real-time attendance results, and solve delays in attendance processing due to Wi-Fi connection problems. The proposed system can prevent delays in attendance processing as a result of irregular attendance because the instructor's smartphone processes proposed system using the Bluetooth communication function of the instructor's smartphone and the students' smartphone. In addition, it has the advantage of being able to notice management result in real time with the push message server.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Proposed System Network Model
그림 Fig. 2. Get AAMS Token Flow
그림 Fig. 3. Attendance Process Flow
그림 Fig. 4. User Registration Flow
그림 Fig. 5. Push Message Management Service Flow
그림 Fig. 6. Attendance-Absence System Screen
그림 Fig. 7. Push Message Management System Screen
그림 Fig. 8. Application Attendance Screen
그림 Fig. 9. Application Push Message Screen
표 Table 1. System Specification

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

또한 기존 전자출결 시스템의 문제점인 푸시메시지 관리방식의 변경에 따른 시스템변경 제약사항을 해결하는 방안을 제안한다. 제안 전자출결 시스템은 교수자의 스마트기기를 블루투스 비컨으로 대체하여 활용하며 학생의 스마트기기를 인증하는 방식으로 전자출결을 처리한다.
본 논문에서는 변화되는 교육방식에 적응적인 전자출결 시스템 도입을 위한 전자출결 시스템과 전자출결 관리 및 학사정보관리를 위한 푸시메시지 관리 서버를 제안한다. 교육의 질관리 및 제고를 위해서는 전자출결 도입이 필수적이지만 기술의 발전과 변화, 시스템에 적용된 기술의 공개에 따라 초기 도입 때 예상치 못한 문제점들이 제기되고 있다.
본 논문에서는 앞에서 논의한 변화된 교육방식에서 기존 전자출결 시스템이 활용되었을 때 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위해서 교육자의 스마트기기와 수강생의 스마트기기에 내장된 블루투스 모듈을 활용한 상호협력기반 전자출결 시스템을 제안한다.

가설 설정

본 논문에서는 부정 출결 방지, 푸시메시지를 이용한 실시간 출결 관리 결과 안내, 와이파이 네트워크 연결 오류로 인한 전자출결 지연상황 등 예측하지 못하는 다양한 상황을 가정으로 이를 해결하는 방안을 제시한다. 제안 시스템은 교수자의 스마트폰과 학생들의 스마트폰의 블루투스 통신 기능을 이용하여 교수자의 스마트폰이 전자출결을 처리하기 때문에 부정 출결과 출결 처리 지연상황을 방지할 수 있다.
3을 활용하였다. 출결 관리시스템은 5,000명 내외의 인원을 관리하는 것으로 고려하여 실제 교육 운영기관에서 도입한다는 가정으로 우분투 리눅스를 기반으로 MariaDB를 적용하였으며, 푸시 메시지 관리시스템은 대용량의 데이터처리 관리가 필요할 경우를 대비하여 오라클 데이터베이스 서버로 구성하였다. 스마트폰 애플리케이션은 동일 소스 코드를 기반으로 아이폰, 안드로이드폰에 적용할 수 있는 플러터 기반 하이브리드 개발 방식을 적용하였다[13-15].

제안 방법

블루투스 기술을 이용한 전자출결 시스템은 교실에 블루투스 비컨을 배치하여 교육생들이 본인들의 스마트폰으로 블루투스 정보를 검출하여 전자출결을 진행한다. 네트워크만 연결되고 출결 관리 전용 애플리케이션만 설치되어 있으면 안드로이드폰, 아이폰, 태블릿 PC 등 다양한 스마트기기에 적용이 가능한 장점이 있다[7-9].
FCM 토큰이 확인되면 인증시스템에서 로그인을 진행 후 로그인이 완료되었을 때 발급받은 FCM 토큰을 푸시메시지 관리 서버로 전송한다. 스마트폰에 저장된 FCM 토큰과 비교해서 FCM 토큰이 재발급된 경우에도 푸시메시지 관리 서버로 전송하여 원활한 푸시메시지 전송이 이루어지도록 한다. Fig.
RFID를 이용한 전자출결 시스템은 스마트폰에 내장된 RFID 태그를 동작시키고 RFID 리더에 근접시켜 출석을 처리하는 시스템이다[5]. 오류가 발생할 확률이 낮고 쉽고 빠른 처리가 가능하여 많은 교육기관에서 도입을 진행하였다. 하지만 RFID 태그의 고윳값을 기준으로 출결을 처리하기 때문에 같은 값을 다른 태그에 기록하면 다른 사람의 출석을 부정으로 처리할 수 있고, iOS를 기반으로 하는 스마트기기의 경우 사용이 불가능하다는 제약사항이 존재한다.
FCM을 이용한 푸시 메시지에서는 FCM 토큰을 이용하는데 스마트폰의 상태와 애플리케이션의 상태에 따라서 토큰이 재발급되는 경우가있으므로 유효하지 않은 토큰이 존재할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 사용자가 애플리케이션을 사용할 때마다 이전에 발급된 토큰과 현재 토큰이 다를 경우 푸시 메시지 서버에 토큰 정보 업데이트 요청을 처리하도록 기능을 추가하였다. 하지만 사용자가 오랜 시간 로그인하지 않으면 토큰이 바뀌어도 전송이 어려운 문제가 발생할 수 있으므로 실패한 메시지 전송에 한해서는 최대 전송 시도 횟수를 지정하여 불필요한 메시지 전송 시도가 발생하지 않도록 방지한다.
제안한다. 제안 전자출결 시스템은 교수자의 스마트기기를 블루투스 비컨으로 대체하여 활용하며 학생의 스마트기기를 인증하는 방식으로 전자출결을 처리한다. 학생의 스마트기기는 별도의 네트워크에 연결되어 있지 않아도 전자출결이 가능한 장점이 있으므로 이용자가 많은 상황에서 네트워크 서비스가 불안하게 동작할 수 있는 학교 와이파이에 연결되어 통신오류가 발생하는 문제점을 근원적으로 해결할 수 있다.
두 번째 방법은 예약 기능을 활용하여 푸시메시지를 전송하는 방법이다. 첫 번째 방법과 같이 사용자, 그룹, 토픽을 이용하여 푸시메시지를 전송받을 사용자를 선택하고 푸시메지시가 전송되기를 희망하는 시간을 데이터베이스에 저장하는 방식으로 처리한다.
또한 푸시메시지 관리 서버와 연동하여 실시간으로 출결 관리 결과 안내를 진행할 수 있는 장점이 있다. 초기 전자출결 시스템을 도입한 교육 운영기관들이 푸시메시지 전송에 어려움을 겪고 있는 부분을 해결하고자 기존의 시스템을 변경하지 않고도 푸시 메시지 전송이 가능하도록 시스템 간의 확장 및 연계를 할 수 있는 푸시메시지 관리시스템을 함께 제안하였다.
8은 푸시메시지 관리시스템의 전송 메시지 템플릿 관리 화면을 보여준다. 템플릿에 따라서 단순 공지 사항부터 선택지가 포함된 설문조사 관리 기능까지 확장되도록 구성하였다.
푸시메시지 관리 서비스의 데몬서비스관리 모듈에서 1분단 위로 데이터베이스 정보를 확인하여 현재 시각과 비교하여 이전 시간에 등록된 푸시메시지 중 전송이 안된 메시지를 멀티스레드를 이용하여 순차적으로 처리하는 형태로 메시지를 전송한다. FCM을 이용한 푸시 메시지에서는 FCM 토큰을 이용하는데 스마트폰의 상태와 애플리케이션의 상태에 따라서 토큰이 재발급되는 경우가있으므로 유효하지 않은 토큰이 존재할 수 있다.
전자출결 시스템은 학사관리시스템과 연동해서 사용되며 스마트폰으로부터 전자출결 결과를 처리하기 위한 API 기능이 포함된 웹 서버와 데이터베이스 서버로 구성된다. 푸시메시지 관리시스템은 전자출결뿐만 아니라 타 시스템과의 연동을 위한 확장성을 갖추기 위해서 별도의 웹 서버와 데이터베이스 서버를 이용하여 구축하였다. 푸시메시지 관리 서버는 파이어베이스 클라우드 메시징(FCM, Firebase Cloud Messaging) 서비스를 이용하여 실시간으로 출결을 진행하는 학생들의 스마트폰과 교수자의 스마트폰에 전자출결 결과 안내 메시지를 전송한다.
학생은 스마트기기의 애플리케이션을 실행 후 능동적인 스캐닝 동작(BLE Active Scanning)을 실행한다. 교수의 스마트기기에서 BLE 광고 메시지를 수신하면 본인의 학번이 포함된 스캔 응답(Scan Request) 메시지를 전달하는 과정을 통해 출결이 처리되기를 요청한다.
1은 제안 시스템을 위한 네트워크 모델을 보여준다. 현재 전국대학교 평균 재학생 수가 4, 700명으로 조사됨에 따라서 전자출결 시스템과 푸시메시지 관리시스템을 하나로 통일해서 관리하는 것보다는 타 시스템과의 연계성을 고려하여 물리적으로 분리하여 관리하도록 처리하였다. 전자출결 시스템은 학사관리시스템과 연동해서 사용되며 스마트폰으로부터 전자출결 결과를 처리하기 위한 API 기능이 포함된 웹 서버와 데이터베이스 서버로 구성된다.

이론/모형

기존 블루투스 비컨을 이용한 전자출결방식은 1학기 동안 이용을 안 하고 있었기 때문에 유지관리가 안되었던 문제점이 있고 교실을 나누어 수업할 때의 상황에 대한 부분이 시스템에 반영이 안된 경우가 많기 때문에 현재 많은 대학에서 전자출결관리에 어려움을 겪고 있다. 또한 기존 전자출결 시스템은 교육부의 발표 이전에 개발된 시스템이 많아 푸시메시지 전송방식으로 GCM(Google Cloud Messaging)을 사용한다. 구글에서는 2018년 4월을 기점으로 푸시메시지 전송방식이 GCM에서 FCM(Firebase Cloud Messaging) 서비스로 변경됨에 따라서 기존에 개발된 전자출결 시스템의 푸시메시지 전송기능 사용이 불가능하게 되었다.
제안 시스템을 구현하기 위해서 서버 구현 기술에는 스프링프레임워크 기반 전자정보프레임워크와 오라클 데이터베이스, MariaDB 10.3을 활용하였다. 출결 관리시스템은 5,000명 내외의 인원을 관리하는 것으로 고려하여 실제 교육 운영기관에서 도입한다는 가정으로 우분투 리눅스를 기반으로 MariaDB를 적용하였으며, 푸시 메시지 관리시스템은 대용량의 데이터처리 관리가 필요할 경우를 대비하여 오라클 데이터베이스 서버로 구성하였다.

성능/효과

본 논문에서 제시하는 과정을 통하여 전자출결을 진행하게 되면 학생들의 스마트기기의 네트워크 연결이 불안하거나 불가능한 상황에서도 전자출결 진행이 가능하다. 또한 강의실에 배치된 BLE 기기를 통해서만 인증이 가능한 공간 제약적인 상황을 벗어나 실외에서도 인증이 가능한 장점이 있다.
하지만 RFID 태그의 고윳값을 기준으로 출결을 처리하기 때문에 같은 값을 다른 태그에 기록하면 다른 사람의 출석을 부정으로 처리할 수 있고, iOS를 기반으로 하는 스마트기기의 경우 사용이 불가능하다는 제약사항이 존재한다. 이를 보완하는 방법으로 학생증에 내장된 교통카드 기능을 하는 RFID 태그 정보를 읽어서 처리하는 기능을 사용한 시스템도 있지만, RFID 통신을 하는 과정 중 과전압으로 인해 카드가 망가지는 경우도 발생할 수 있다.
제안 시스템은 교수자의 스마트폰과 학생들의 스마트폰의 블루투스 통신 기능을 이용하여 교수자의 스마트폰이 전자출결을 처리하기 때문에 부정 출결과 출결 처리 지연상황을 방지할 수 있다. 또한 푸시메시지 관리 서버와 연동하여 실시간으로 출결 관리 결과 안내를 진행할 수 있는 장점이 있다.

후속연구

하지만 메시지 전송을 위해 전송내용을 불가피하게 구글 서비스와 공유해야 하는 상황이 존재한다. 향후 지속 연구주제로서 MQTT와 Redis를 활용하여 실시간 메시지 전송뿐만 아니라 본 논문에서 제안하는 시스템과 연동을 할 수 있는 교내에서 안전하게 사용할 수 있는 교내 채팅봇 시스템으로 확장연구를 진행할 계획을가지고 있다.

참고문헌 (15)

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Google. (2020). Flutter. [Online]. https://flutter.dev/

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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