초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
• 전 세계 자연재해·산재 및 인재 상황 지속적인 발생과 국내외 테러 위협 증가로 인한 재난·재해 발생 시 건물 내 위험 상황을 실시간으로 인지할 수 있는 경쟁력 있는 플랫폼 구축 기술이 절실하게 필요한 상황임
• 대형 건물 내 특정센서나 영상 카메라 없는 환경에서 기 구축되어 무선데이터 통신용으로만 사용되는 WiFi AP 장치를 이용하여 미세전력 CSI 및 RSSI 무선신호를 탐지 분석함으로 사람의 유무, 인원 수, 자세 및 행동, 사람의 위치정보 등을 인지함으로 재난상황에

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
• 전 세계 자연재해·산재 및 인재 상황 지속적인 발생과 국내외 테러 위협 증가로 인한 재난·재해 발생 시 건물 내 위험 상황을 실시간으로 인지할 수 있는 경쟁력 있는 플랫폼 구축 기술이 절실하게 필요한 상황임
• 대형 건물 내 특정센서나 영상 카메라 없는 환경에서 기 구축되어 무선데이터 통신용으로만 사용되는 WiFi AP 장치를 이용하여 미세전력 CSI 및 RSSI 무선신호를 탐지 분석함으로 사람의 유무, 인원 수, 자세 및 행동, 사람의 위치정보 등을 인지함으로 재난상황에 실시간 대처할 수 있는 플랫폼을 개발하는 것이 본 과제의 개발 목표임
• 본 과제에서는 WiFi 무선신호를 직접 탐지하고 물리계층 FPGA 레벨에서 신호를 분석함으로 각 OFDM Subcarrier에(총 54개) 대한 CSI와 RSSI 신호를 추출하여 인공지능 기반의 분석 알고리즘을 구현함으로 높은 신뢰성을 확보한 인체 인지기술을 개발하고자 하며, 개발결과물을 세종특별자치시 리빙 랩을 통해 최종 실증 검증하고자 함
❍ 개발제품 적용 서비스 구성도

◼ 전체 내용
❍ End Product
• WiFi 인지 Station 실증화 제품(HW)
• WiFi 물리계층 OFDM 각 Subcarrier에 대한 WiFi CSI 및 RSSI 탐지 플랫폼 (HW)
• 실시간 모니터링 관제 서버 실증화 제품(SW)
• 스마트 기기 하이브리드 앱(SW)
• IEEE802.11a/b/g/n 기반 WiFi 인지 Station 프로토콜(SW)
• WiFi OFDM RSSI 및 CSI 채널 추정 알고리즘 (SW)
• 단일 WiFi CSI 기반 인원수 추정, 자세 및 행동 추정 알고리즘(SW)
• 다중 WiFi CSI 기반 위치 추정 알고리즘 (SW)
❍ 주요 성능치
• WiFi CSI 기반 인원수 추정 시 기존 세계최고수준 대비 추정 오류율 17% 감소
• WiFi CSI 기반 행동 인지 시 기존 세계최고수준 대비 추정 오류율 13% 감소
• WiFi CSI 기반 불특정 인원 실내 위치 추정 세계최초 및 최고수준 달성
• WiFi CSI 물리계층 무선신호 탐지 대역(FPGA) 2.4GHz 및 5GHz 듀얼모드 세계 최고 수준 달성
❍ 연구개발내용
• IEEE802.11a/b/g/n 기반 WiFi 인지 Station 적용한 2.4GHz 및 5GHz 듀얼모드 WiFi OFDM Subcarrier CSI 및 RSSI 탐지 기능(FGPA VHDL Code)
• 맵 기반 다중 WiFi 인지 Station 관리 및 실시간 모니터링을 위한 운영자 Agent 기능
• 각 사이트 별 이력정보, DB 통계정보를 구현한 서버 기능
• 원격지 실시간 감시와 위험상황 시 Warning 기능을 제공할 수 있는 스마트 기기 앱 기능
• WiFi OFDM Subcarrier CSI 및 RSSI를 활용한 실내 인원수 추정 기능
• WiFi OFDM Subcarrier CSI 및 RSSI를 활용한 실내 인원 별 행동 인지 기능
• WiFi OFDM Subcarrier CSI 및 RSSI를 활용한 실내 인원 별 위치 추정 기능
❍ 주요 성능치
• WiFi CSI 기반 인원수 추정 시 기존 세계최고수준 대비 추정 오류율 17% 감소
• WiFi CSI 기반 행동 인지 시 기존 세계최고수준 대비 추정 오류율 13% 감소
• WiFi CSI 기반 불특정 인원 실내 위치 추정 세계최초 및 최고수준 달성
• WiFi CSI 물리계층 무선신호 탐지 대역(FPGA) 2.4GHz 및 5GHz 듀얼모드 세계 최고 수준 달성
❍ 핵심 기술(독창성 및 차별성)
• WiFi OFDM 각 Subcarrier에 대한 CSI 및 RSSI 물리계층 무선신호 탐지(FPGA) 2.4GHz 및 5GHz 듀얼모드 기반 구현(세계 최고 수준, Qualcomm Atheros, Broadcom, 삼성전자 등 WiFi 칩셋 벤더만 보유한 기술수준)
-> WiFi 물리계층 직접 분석(Pilot & Preamble)을 통한 인지능력 고신뢰성 확보
• WiFi CSI 기반 인원수 추정, 자세 및 행동 추정, 위치 복합적 추정 기술 (개별적 성능 세계 최고 수준) -> 딥러닝을 통한 추정 플랫폼 고도화 및 정확도 확보
• 재난 상황 적합형 WiFi 인지 Station 시제품 개발(기존 리눅스 OS 환경 PC NIC 카드형태 구조 탈피)
-> 세계최초 단독형/저가형 & 상용전원 및 밧데리 내장형 소형제품 개발

□ 연구개발성과
1. 기술개발 성과목표 대비 실적
❍ 공인인증기관 시험성적서(정량적 평가목표 대비 실적) 확보
❍ 최종시험 결과(공인인증기관 시험성적서 확보)
❍ 본 시험평가는 1)인원수추정오류율, 2)행동인지오류율, 3)다중인원위치추정오차, 4)자세 및 행동판단종류 시험에 대해 작은방[2.5mX5m이내], 중간방[6mX6m 내외], 큰방[8mX8m 이상] 3곳의 장소를 정해서 시험을 실시하는 것을 원칙으로 함
❍ 본 시험평가 장소의 실제 크기는 작은방[4mX2.5m], 중간방[5mX5m], 큰방[8mX8m] 3곳의 장소를 정해서 시험을 실시함으로 시험장소는 적합한 환경임
2. 특허출원(총 8건)
① WiFi 채널추정정보 기반 Pilot 신호 적용 실내 인지플랫폼 구현 방법
② WiFi 채널 추정 정보 기반 실내 사람의 존재유무, 인원수, 자세 및 행동 표출 에이전트 플랫폼
③ 차량-인프라 간 통신 상황에서의 무선랜 표준 파형 기반 레이다 이미지 획득 방법 및 그 시스템
④ 지도 학습을 활용한 무선 인체 통신망에서의 온오프 변조 심볼 검출 방법 및 그 시스템
⑤ 와이파이 채널 상태 정보를 활용한 심층 신경망 기반의 실내 적응형 사람 인지 방법 및 시스템
⑥ WiFi 채널추정정보 기반 실내 사람 탐지 시스템 및 방법
⑦ WiFi 채널추정정보 기반 실내 사람의 인지를 위한 WiFi 인지 장치 및 방법
⑧ 실내 사람의 상태정보 인지를 위한 WiFi 채널추정정보 탐지 장치 및 방법
3. 특허등록(총 2건)
① Method for detecting on_off keying symbols for wireless body area networks with supervised learning and system therefor(미국 특허등록)
② WiFi 채널추정정보 기반 실내 사람 탐지 시스템 및 방법(등록 진행 중)
4. 시제품명 : WiFi 인지 Station 실증화 시제품
5. SW 등록(총 7건)
① WiFi 인지 Station 실시간 위치정보 관리 Agent 프로그램
② 와이파이 신호를 이용한 인원수 행동인지 추정 알고리즘 프로그램
③ 건물 내 위험상황 인지 및 사람 유무, 인원수, 자세, 위치정보 수신 및 수신정보 DB 프로그램
④ 와이파이의 채널상태 정보를 이용하여 건물 내 위험상황 인지 및 모니터링 프로그램
⑤ 와이파이 채널상태정보를 이용하여 사물인식 및 위치추적결과 정보를 수신하고 실시간 데이터베이스화 하는 백그라운드 프로그램
⑥ 와이파이의 채널상태정보를 이용하여 실내위치 추적 결과에 대한 정보제공 및 모니터링 프로그램
⑦ 와이파이 신호를 이용한 위치추정 알고리즘 location detection algorithm using WiFi CSI
7. 기술문서(총 9건)
① WiFi 인지 Station 시제품 상세설계서_V1.0
② WiFi 인지 Station 시제품 SW 상세설계서_V1.0
③ WiFi 신호 기반 인지 및 추정플랫폼 구축 현황보고서
④ WiFi 인지 Station 시제품 상세설계서_V2.0(고도화시제품)
⑤ 무선 WiFi 채널추정정보 검출시스템 상세설계서
⑥ 무선 WiFi 기반 신호처리기술 상세설계서
⑦ WiFi 인지 Station 시제품 상세설계서_V3.0(실증화시제품)
⑧ CSI 신호 탐지기 상세설계서
⑨ WiFi 신호기반 적응횽 학습을 통한 인지 및 추정 플랫폼 상세설계서
8. 현장검증단 운영, 리빙랩 구축 ❍ 세종시 보람종합복지센터 강의실 204호 및 강의실 205호
❍ 2개 sites 운영
9. 무선 WiFi 채널추정정보(CSI) 검출 시제품 설계 및 제작
10. 인공지능 기반 인지 플랫폼 알고리즘 구현 및 검증
11. 전시회 참가
❍ 전시회명 : SoftWave 2022 대한민국 소프트웨어 대전
❍ 기간 : 22.12.07 ~ 12.09
❍ 주관 : 과학기술정보통신부, 중소벤처기업부, 산업통상자원부 외
12. 논문(국내외 전문 학술지) 게재
13. 국내 및 국제 학술회의 발표
14. 적응형 인공지능 학습 기반 인지 알고리즘 고도화 구현 및 검증
❍ 일반적인 환경에 대해 보편적으로 적용할 수 있는 인지 알고리즘을 개발하였으며, 이런 장점 대비 상대적으로 수반될 수 있는 인지성능 열화를 최소화함으로 각 인지 작업에 대해 기존 통제된 환경의 정확도 수준을 유지하게 함
❍ 인지 알고리즘에 메타 러닝 기반 적응형 기계학습 기법을 적용함으로써 행동 인지에 요구되는 WiFi CSI 정보 데이터 총량을 획기적으로 감소한 상태에서 인지 플랫폼 결과 도출까지 필요한 지연시간을 50% 이하로 줄여 실시간으로 인지 수행이 가능하도록 고도화

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
1. 연구개발성과의 활용방안
❍ 사업화를 위한 BM 전략
• 각 지자체 재난안전 부서와 주기적 협력을 통한 사용자 요구사항 분석
• 본 과제 개발결과물 사업화를 위한 프로모션 자료 제작(시연 동영상 포함)
• 본 과제 리빙 랩 구축 협력 지자체인 세종특별자치시와 최소 2개 사이트의 실증 망을 구축함으로 이를 통한 Sales 프로모션 강화
• WiFi 인지 Station 실상용화 제품 제작
• 가격 경쟁력과 신뢰성 확보를 위한 WiFi 인지 Station 제작 전략 검토
① 사용전원 및 밧데리 내장형 형태의 제품 설계 전략
② 온습도 조건을 강화한 형태의 기구물 제작 전략
③ 충격량 흡수를 위한 기구물 제작 전략
④ 밧데리 내장형 형태의 전력소모 최소화를 위한 전략
❍ 주요 목표 시장 :
• 국내 각 지자체 및 해외 재난안전분야 관련 기관
• 국내외 상용 건물 소유기관 및 개인 등
2. 연구개발성과의 기대효과
❍ 기술적 측면
• 본 과제에서 개발되는 WiFi 신호 기반 탐지 기술은 임의의 공간 및 인원에 대한 상태 및 위치 감지를 복합적으로 수행하여, 기존 WiFi 기반 탐지 기술과 차별화 되는 제품화 개발이 가능하게 됨
• 실상용화 수준의 WiFi 인지 Station 개발을 통해 실험실 수준의 테스트베드에 머물러 있는 WiFi 기반 탐지 기술 임의의 건물로 확장 실상용화 가능한 기술 개발로 관련 제품 출시 기대
❍ 경제적, 산업적 측면
• 국내 재난 관련 정부 예산 투입의 경우 재난유형 중 사회재난 및 안전사고에 2조 6,311억 원, 재난안전 일반(6,433억 원), 자연재난(3,923억 원) 등을 포함하여 3조 6천 억 시장규모가 형성되고 있음으로 제품 개발 후 사업화 가능성 극대화
• CCTV 및 특정센서 없이 일정한 공간 내 기 구축된 WiFi AP 무선신호를 활용한 재난안전을 위한 위험상황 문제해결 플랫폼 구축으로 신규 시장 창출 기대
❍ 사회적 측면
• 미세한 상용 무선신호 기반으로 한 건물 내 인체 탐지할 수 있는 소형 저가의 디바이스 보급으로 재난상황 발생 시 실시간 위험상황 대처 가능
3. 적용범위(또는 서비스)
• 재난 상황 발생 시 건물 내 인원, 자세 및 행동, 위치 추정을 통해 구조작업에 지원 가능
• 맵 기반 다중 WiFi 인지 Station 관리 및 실시간 모니터링을 위한 운영
4. 주요 수요처

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 12
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 13
• 가. 연구개발과제 개요 ... 13
• 나. 연구개발 대상의 국내외 현황 ... 21
• 다. 국내·외 시장 동향 ... 28
• 라. 국내·외 주요 수요처 현황 ... 31
• 마. 국내·외 경쟁기관 현황 ... 33
• 바. 국내·외 지식재산권 현황 ... 34
• 사. 국내·외 인증기준 현황 ... 36
• 아. 국내·외 표준화 현황 ... 37
• 자. 사회문제 해결방안 개요 ... 39
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 41
• 가. WiFi 인지 Station 실증화 제품 ... 41
• 나. SW 저작권 등록(7건) ... 44
• 다. 기술문서 : 9건 ... 46
• 라. 특허 출원 및 등록 ... 48
• 마. 논문(국내외 전문 학술지) 게재 ... 52
• 바. 국내 및 국제 학술회의 발표 ... 52
• 사. 현장검증단 운영 및 리빙랩 구축 ... 53
• 아. 전시회 참가 ... 68
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 74
• 1) 연구수행 결과 ... 74
• 2) 목표 달성 수준 ... 204
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 원인분석 ... 205
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 205
• 가. 사업화를 위한 시장환경 및 경쟁력 분석 (SWOT 분석) ... 205
• 나. 사업화 전략 ... 205
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 207
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 208
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 209
• 3) 성과활용·관리 추진체계 ... 209
• 4) 기타 ... 209
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 209
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 210
• 끝페이지 ... 222