초록 ▼

□ 연구개요
신종 코로나 바이러스 (COVID-19)가 전 세계적으로 확산됨에 따라 환자 원격 모니터링 기술의 중요성 및 관심이 크게 증가하였다. 특히, 주변에 간병인이 존재할 수 없는 COVID-19 격리환경의 특성상, 심호흡 패턴 및 심박수 등 격리된 환자의 활력 징후 (Vital sign)를 원격으로 모니터링하고 이를 의료인에게 실시간으로 제공할 수 있는 활력 징후 모니터링 시스템의 중요성이 크게 증가하였다. 이러한 활력 징후 모니터링을 위해 사용되는 대표적인 센싱 기술로는 심전도 (Electrocardiography,

□ 연구개요
신종 코로나 바이러스 (COVID-19)가 전 세계적으로 확산됨에 따라 환자 원격 모니터링 기술의 중요성 및 관심이 크게 증가하였다. 특히, 주변에 간병인이 존재할 수 없는 COVID-19 격리환경의 특성상, 심호흡 패턴 및 심박수 등 격리된 환자의 활력 징후 (Vital sign)를 원격으로 모니터링하고 이를 의료인에게 실시간으로 제공할 수 있는 활력 징후 모니터링 시스템의 중요성이 크게 증가하였다. 이러한 활력 징후 모니터링을 위해 사용되는 대표적인 센싱 기술로는 심전도 (Electrocardiography, ECG) 센서와 같은 물리적 센서들을 환자의 몸에 직접 부착하는 방식을 들 수 있다. 이러한 전통적인 센싱 방식은 그 정확도가 비교적 높다는 뚜렷한 장점을 지닌 반면, 환자가 몸에 물리적 센서를 항상 부착해야한다는 한계를 가지고 있다.
한편, 기존 센싱 기술이 지닌 이러한 근본적 한계를 극복할 수 있는 새로운 기술 패러다임으로서 무선 신호, 특히 Wi-Fi 신호 기반의 사용자 센싱 기술이 크게 주목받고 있다. 해당 기술은 사용자의 몸에 의해서 반사되는 Wi-Fi 신호가 해당 사용자의 미세한 움직임에 따라 일정한 패턴으로 왜곡된다는 사실에 기인하며, 수신된 패킷의 채널 상태 정보 (Channel State Information, CSI)로 부터 그 왜곡된 신호의 변화를 추출 및 분석함으로서 심박수, 호흡 패턴 등 해당 사용자의 미세한 움직임을 측정해 내는 접근방식을 취한다. 해당 기술이 전통적인 센싱 방식의 근복적 한계를 극복할 수 있는 큰 가능성을 가진 것은 사실이나, 기존 관련 기술들은 미리 알려진 환경이 아닌 새로운 환경에 적용될 경우 그 정확도에 한계가 있으며, 다수의 사용자가 존재하는 환경의 경우 그 센싱 정확도가 매우 낮아지는 것으로 알려져 있다.
이에 본 연구개발과제에서는 새로운 환경에 즉시 적용 가능하고, 다수의 사용자가 존재하는 환경에서도 높은 센싱 정확도를 제공하는 것을 목표로 “Wi-Fi 신호 기반의 사용자 활력 징후 모니터링 기술”을 연구개발하였다. 본 연구개발과제는 총 2년 6개월의 기간에 걸쳐 진행되었다. 기존 선행연구의 성능 한계를 극복하기 위한 다중 AP 기반 센싱 정확도 향상 기술을 주제로 연구를 수행하였으며, 기계학습을 기반으로 활력 징후 센싱 정확도 향상하였다. 또한 개발된 핵심 요소기술들이 통합 적용된 프로토타입을 구현하고 다양한 환경에서 제안 기술의 성능을 검증함으로서 성능 최적화 및 기술 고도화를 꾀하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
다중 AP 기반 센싱 기술, 기계학습 기반 센싱정확도 향상, 다중 사용자 동시 센싱 프로토타입 구현 및 실제 테스트베드 환경에서의 성능평가 수행 등 초기 연구 목표를 달성하였다.
기계학습 기반 센싱 정확도 향상 연구: LSTM 모델을 기반으로 사용자 호흡 패턴 분류 기술을 개발하였음
다중 AP 기반 센싱 정확도 향상 연구: 6개의 AP를 활용한 Multi-view 기반 호흡 패턴 측정 기술을 개발하였음
다중 사용자 동시 센싱 기술 연구: Successive Interference Cancellation 기법 및 전송 파워 제어 기법을 기반 다중 사용자 센싱 기술을 개발하였음
프로토타입 구현/기술최적화 및 고도화: 제안된 기법들은 프로토타입 형태로 구현하였으며 실제 테스트베드에서 그 성능을 평가하고 개선하였음

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구개발과제의 결과물들은 SCI 저널 게재 및 국내외 우수 학회에 발표하고, 국내외 특허 출원/등록 및 국내 기업으로의 기술이전을 적극 도모함으로서 국내외 관련 연구 분야 활성화 및 연구 저변확대를 이끌 수 있도록 노력할 계획이다. 아울러, 우수신진연구자 과제 등 본 연구주제와 관련된 추가적인 연구를 수행하여 실제 상용 서비스 수준의 개선된 성능의 기술 개발 성과를 도출해 낼 것이다.
본 연구개발과제를 통해 개발한 Wi-Fi 신호 기반 센싱 기술은 전 세계적으로 크게 주목받고 있는 차세대 센싱 기술로, 단순히 심박수 및 호흡패턴 측정 분야뿐만 아니라 낙상 감지 (falling detection), 침입자 감지, 실내 측위 서비스 등 다양한 기술 분야에 핵심 기저 기술로서 사용될 수 있다.
또한 스마트 홈, 스마트 팩토리, 스마트 헬스케어 등 다양한 4차 산업 서비스에 접목될 수 있는 파급력이 큰 미래 기술이라 할 수 있다. 기술 경쟁력 측면에서 Wi-Fi 신호기반 생체 신호 감지 원천기술과 함께 관련 IPR을 확보할 수 있다. 아울러 기술이전과 함께 본 과제에 참여한 학부연구생들의 인력 배출을 통해 관련 산업발전에 이바지하고 연관산업의 성장에 이바지하였다고 판단한다.
마지막으로 격리 환자 원격 진료 서비스를 위한 기반기술로 활용될 수 있으며 고독사 방지를 위한 기반 기술로 활용되어 관련 산업 뿐만 아니라 사회적으로도 기여할 것 이라고 판단한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 26