Nano-Q+에서 스마트 센서 디바이스 관리 시스템

김범석(Bumsuk Kim),소선섭(Sunsup So),김병호(Byeongho Kim),은성배(Seongbae Eun) 한국정보과학회 2008 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.14 No.1

센서노드 운영체제는 다종다양한 센서를 효율적으로 관리하기 위해서 통일된 API와 효율적인 디바이스 드라이버 매니저를 지원하여야 한다. 하지만 Tiny-OS, Nano-Q+ 등의 기존 운영체제들은 이와 같은 디바이스 드라이버 매니저를 지원하지 않는다. 본 논문에서는 센서 I/O 서브시스템을 제안하여 응용프로그래머에게 통일된 API를 제공하며 디바이스 드라이버의 장탈착이 용이한 디바이스 관리 매니저를 제시한다. 탈부착이 가능한 스마트 센서를 위하여 원격 디바이스 드라이버 업데이트 방식을 제안한다. 이 방식은 일부 센서가 변경되었을 때 전체 응용이 아닌 디바이스 드라이버만의 다운로딩이 가능하다. ETRI가 개발한 Nano-Q+에 상기한 기능을 추가하여 설계하고 구현하였다. 기존 운영체제와 성능을 비교 평가하였고 디바이스 드라이버 부분 다운로딩이 다운로딩 속도를 획기적으로 개선시켰다. Sensor Node OS should support unified API and efficient sensor device management system to overcome the diversity of sensors and actuators. However, conventional OSs like Tiny-OS and Nano-Q+ do not. In this paper, we propose a sensor device driver management system that present application programmers with unified API and easy deployment of sensors. When a sensor is deployed in our device management system, the device driver is downloaded. This scheme differs from traditional OS like SOS in that only sensor device driver is downloaded, not the whole application image. We designed and implemented the system into Nano-Q+. We described the comparison with other OSs and showed that our system obtains the considerable speedup of downloading.

센서 투명성을 지원하는 센서 디바이스 매니저

방상호 ( Sang-ho Bang ),은성배 ( Seongbae Eun ) 한국정보처리학회 2008 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.15 No.2

센서노드 운영체제는 응용 프로그래머의 개발 지원 및 체계적인 센서 관리를 위하여 센서 투명성을 지원해야 한다. 하지만 기존 센서 노드 운영체제들은 센서투명성을 지원하지 못한다. 센서 디바이스 드라이버를 응용이 직접 작성해야 하며 다양한 센서를 위한 공통 인터페이스를 제공하지 못한다. 본 논문에서는 센서 투명성을 지원하는 센서 디바이스 매니저를 제안한다. ETRI 에서 개발한 Nano-Q+에서 센서 디바이스 매니저 기능을 구현하기 위하여 센서노드 플랫폼, 응용 API, 디바이스 매니저, HAL 을 설계하고 구현하였다. 또한, 기존 Nano-Q+와 성능을 비교하고 평가하였다. 센서 디바이스 매니저를 구현하여도 처리 속도 및 용량에 대한 성능 저하가 없음을 확인하였다.

용이한 USN 응용 개발을 위한 센서추상화 지원 센서노드 운영체제

은성배(Seongbae Eun),소선섭(Sun Sup So),김병호(Byeong Ho Kim) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.36 No.5

기존의 센서노드 운영체제들은 응용프로그램에 대한 센서추상화를 지원하지 못한다. 따라서 응용이 센서를 위한 하드웨어, 디바이스 드라이버 등을 직접 개발해야 하는 부담을 갖는다. 본 논문에서는 센서추상화를 지원하는 운영체제 구조를 제시한다. 제안된 운영체제는 추상화된 센서 HW 인터페이스 기반의 HAL을 제공하고 센서 접근을 위한 추상화된 API를 제공한다. 센서제작자는 HAL을 이용하여 센서 디바이스 드라이버를 작성한다. 응용프로그래머는 센서 API를 이용하여 응용을 작성한다. 이러한 개발방식은 응용프로그래머의 부담을 크게 줄여서 USN 응용 개발을 활성화할 수 있다. 본 논문에서는 첫째로, 센서장착을 용이하게 하는 표준화된 센서 HW 인터페이스를 정의하였다. 둘째로, 센서를 추상화한 센서접근 API를 제공하였다. 셋째로, 센서 디바이스 드라이버를 작성할 때 활용될 HAL 라이브러리를 정의하였다. 예제 응용 프로그램을 작성하여 본 논문에서 제안한 센서노드 운영체제가 센서 추상화를 성공적으로 지원하는 것을 보였다. Conventional sensor node operating systems do not support sensor abstraction for sensor applications. So, application programmers have to take charge of developing the hardware and the device drivers for the applications by themselves. In this paper, we present an OS architecture to support sensor abstraction. The OS provide not only application programmers with API library to access sensor devices, but also sensor developers with HAL library to access sensor hardware. This can reduce the development burden of application programmers significantly. In this paper, at first, we define the sensor HW interface to ease the attachment of sensors. Second, we describe the sensor access API for application programmers. Third, we define the HAL library for sensor device programmers to use. Finally, we show that the OS can support sensor abstraction by illustrating the sample programs.

심박 센서 웨어러블 디바이스의 사용자 가치 제공을 위한 디자인 요소 도출 -건강 정보 어플리케이션 중심으로-

이혜민 ( Lee Hye Min ),반영환 ( Pan Young Hwan ) 한국기초조형학회 2017 기초조형학연구 Vol.18 No.2

최근 전 세계적으로 웨어러블 디바이스에 대한 관심이 증가하면서 사용자가 쉽게 착용할 수 있는 밴드 액세서리 형에서부터 의류 일체형, 신체 부착형, 생체이식형 등 웨어러블 디바이스의 분류와 적용 분야가 다양해지고 확장되고 있다. 스마트 웨어러블 디바이스는 ICT 융합으로 글로벌 시장에서 향후 급속한 성장이 예상되는 대표적인 제품이다. 특히 의료산업에서는 심박 수 측정(HRM, Heart Rate Montor)이 가능한 심박센서를 웨어러블 디바이스의 핵심 기술로 적용시키면서 사용자의 활력징후, 수면상태 등 생체신호를 기반으로 한 다양한 콘텐츠 서비스를 제공하고 있다. 이에 따라 웨어러블 디바이스를 구성하기 위한 여러 요소 중 소비자 관심도가 높은 산업 분야를 파악하고 분석하는 것은 제품 기획 및 서비스 개발에서 매우 중요한 부분이지만 관련하여 국·내외 연구는 매우 미비하다. 이 연구에서는 소비자들이 가장 많이 사용하고 있는 헬스케어용 심박 센서 웨어러블 디바이스를 중심으로 해당 기기들이 제공하는 다양한 서비스 기능 중 소비자들이 가장 관심을 갖는 요소가 무엇인지 분석한다. 가장 대중적인 심박 센서 웨어러블 디바이스인 스마트 밴드 두가지 제품을 이용하여 사용자 조사를 하였으며, 실험 대상들의 사용자 다이어리를 토대로 CJM(Customer Journey Map)형태를 차용한 만족도 곡선을 구성하고 건강 정보 서비스에 대한 요구 목록을 작성하였다. 이 논문의 결과로는 위 자료들을 분석하여 심박 센서 웨어러블 디바이스를 이용한 건강 정보 콘텐츠 및 서비스를 디자인할때 고려해야 할 요소로써 네가지를 도출하였다. 도출한 네가지의 디자인 요소로는 `단순성, 신뢰, 편의, 오락`으로 구성되며 각각의 정의된 내용을 바탕으로 이를 적용한 서비스 형태를 제안한다. The Wearable smart devices are expected to grow rapidly in the global market due to the convergence of ICT. Smart watches and smart bands have already become the core products of the smart device industry. Specially, since the development of the medical industry, a Heart Rate Sensor(HRM) capable of measuring heart rate can be apply as a core technology of a wearable device as trend and various healthcare service contents based on biological signals such as a user`s vital sign. The band-type wearable smart device is the best selling product and provide a lot of service to consumers with various functions such as exercise measurement, sleep state measurement and notification function. It is becoming a life convenience product. Therefore, identifying and analyzing industrial fields among the components of wearable devices are very important factor in product planning and service development. However, Korea and international researches are very scarce. The purpose of this study is to find new design factors to be considered when designing health information contents and services. So, I analyzes the most interesting factors among the various functions provided in wearable devices using HRM which are most commonly used by wearable devices. I planed the experiment with two smart bands. And, I made a satisfaction curve using CJM(Customer Journey Map) form and list of requirements for health information service based on user diary of the experimenters. As a result, I found four design elements to be considered when designing health information contents and service using HRM wearable device. Lastly, I suggest service types applying those.

스마트 디바이스 사용 여부에 따른 사용자의 이동 상황 판별 기법

홍민성(Min-Sung Hong),목남희(Nam-Hee Mok) 한국산업정보학회 2013 한국산업정보학회논문지 Vol.18 No.6

스마트 디바이스는 개인 장비이고 내장된 센서들을 사용할 수 있는 능력을 갖고 있다. 따라서 센서 정보를 통해 사용자의 상황을 인지하여 맞춤화된 서비스를 제공하는 것이 가능하다. 이러한 맞춤화된 서비스를 위해 사용자의 이동 상황은 많은 영역에서 활용이 될 수 있는 중요한 정보이다. 기존의 사용자의 이동 상황을 결정에 관한 연구들은 스마트 디바이스가 가방이나 주머니에 있다고 가정하였기 때문에 사용자가 스마트 디바이스를 사용하고 있는 경우에는 사용자의 이동 상황을 정확하게 결정하는데 적합하지 않다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 사용자의 스마트 디바이스 사용과 이동 상황을 판별하는 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 스마트 디바이스의 이벤트를 활용하여 사용자의 스마트 디바이스 사용 여부를 판단하고 가속도 센서 데이터를 통해 사용자의 이동 상황을 판별한다. 실제 실험을 통해 분석한 결과 평균 약 75%정도의 정확도를 보였다. The smart device is a personal device and has the ability to use built-in sensors. Therefore, it is possible to provide individually customized services through recognizing the user’s context from the sensor information. For these customized services, the user’s moving status is the important information that can be utilized in many areas. Because the existing researches on determining the user’s moving status assume that the user has a smart device in his/her pocket or bag, if the user is using his/her smart device it is not suitable for exactly distinguishing the user’s moving status. In order to solve this problem, this paper proposes an algorithm to determine the user’s using and moving status. Our proposed algorithm utilizes smart device’s events to distinguish the smart device usage and the accelerometer sensor data to determine the user’s movement. As an analyzing result through the real experiment, the accuracy of our algorithm is about 75 percent on average.

자세교정을 위한 체위변환 감지 센서 디바이스의 정확성 평가

최정현,박준호,강민호,서재용,김수찬 한국융합신호처리학회 2021 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.22 No.3

Recently Recently, the incidence of spinal diseases due to poor posture among students and office workers is increasing, and various studies have been conducted to help maintain correct posture. In previous studies, a membrane sensor or a pressure sensor was placed on the seat cushion to see the weight bias, or a sensor that restrained the user was attached to measure the position change. In our previous study, we developed a sensor device which can be easily attached to the body with an adhesive gel sheet and that measures and outputs the user's posture and body position in real time, but it has a limitation in the accuracy of the sensor value. In this study, a study was conducted to improve the performance of the position conversion sensor device and quantitatively evaluate the accuracy of the angle conversion measurement value, and a high accuracy with 2.53% of error rate was confirmed. In future research, it is considered that additional research targeting actual users is needed by diversifying posture correction training contents with multimedia elements added. 최근 학생 및 사무직 종사자의 자세 불량으로 인한 척추계 질환의 발병율이 증가하고 있으며, 바른 자세 유지를 돕기 위한 다양한 연구가 수행되었다. 기존 연구에서는 의자 방석부분에 멤브레인 센서 또는 압력센서를 배치하여 무게의 편중을 보거나, 사용자를 구속하는 센서를 부착하여 체위변환을 측정하였다. 본 연구자는 선행연구에서 점착성 겔시트로 간편히 몸에 부착할 수 있으며, 사용자의 자세 및 체위 변화를 실시간으로 측정하여 출력하는 센서 디바이스를 개발하였으나 센서값의 정확성에서 한계점을 보였다. 본 연구에서는 체위변환 센서 디바이스의 성능을 개선하고, 각도변환 측정값의 정확도를 정량적으로 평가하는 연구를 수행하였으며, 오차율 2.53%의 높은 정확도를 확인하였다. 향후 연구에서는 멀티미디어 요소가 추가된 자세교정 훈련 컨텐츠를 보다 다양화하여 실제 사용자를 대상으로 하는 추가 연구가 필요한 것으로 사료된다.

동작 인식 센서를 이용한 웨어러블 디바이스 선행기술 조사 분석

김기두,이나영 한국지식재산교육연구학회 2019 지식재산 교육과 연구 Vol.7 No.1

본 논문에서는 동작 인식 센서를 이용한 웨어러블 디바이스의 선행기술조사를 진행한다. 선행기술조사에서의 국가 범위는 한국과 미국으로 WISDOMAIN 검색엔진을 사용하였고 키워드는 사용자, 웨어러블, 가속도, 자이로, 센서, 동작 인식이다. 유효특허 선정 방식은 접촉식 장치 중에서도 웨어러블을 기준으로 신체에 부착하는 것을 전제로 하였고 그 중 동작 인식의 가장 기본적인 센서인 가속도 또는 자이로스코프 센서를 포함하는 디바이스를 검색 및 분류하였다. 그림 1~그림 3은 전체 유효특허와 국가별 유효특허의 연도별 특허 출원 수를 나타낸 그래프이다. 그림 4와 그림5에서는 웨어러블 디바이스의 착용 위치별, 응용방법별로 분류하였다. 끝으로 표 5~표7에서는 대표적인 특허에 대해 간단히 기술하였다. In this paper, we investigate prior art of wearable device using motion recognition sensors. The national scope in the prior art survey used WISDOMAIN search engine in Korea and the US, and keywords are user, wearable, acceleration, gyro, sensor, motion recognition. The effective patent selection method is based on the premise that the contact type device is attached to the body based on the wearable, and the device including the acceleration or gyroscope sensor, which is the basic sensor of motion recognition, is searched and classified. Figure 1 ~ Figure 3 are graphs showing the number of patent applications per year of the total effective patent and the effective patent by country. Figures 4 and 5 categorized wearable devices by wearing position and application method. Finally, Table 5 ~ Table 7 briefly describes representative patents.

센서/OPC-UA 시뮬레이션을 통한엣지 기반 경량화 플랫폼 스토리지 엔진 평가

조우진,여채은,구재회,임채영 국제문화기술진흥원 2023 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.9 No.3

This paper analyzes and evaluates to optimally build a data collection system essential for factory energy management systems on an edge-based lightweight platform. A "Sensor/OPC-UA simulator" was developed based on sensors in an actual food factory and used to evaluate the storage engine of edge devices. The performance of storage engines in edge devices was evaluated to suggest the optimal storage engine. The experimental results show that when using the RocksDB storage engine, it has less than half the memory and database size compared to using InnoDB, and has a 3.01 times faster processing time. This study enables the selection of advantageous storage engines for managing time-series data on devices with limited resources and contributes to further research in this field through the sensor/OPC simulator. 본 논문은 공장에너지관리시스템에 필수적인 데이터 수집 시스템을 엣지 기반 경량화 플랫폼에서 최적으로 구축하고자 분석 및 평가한다. 실증 중인 제조 공장의 센서를 기반으로 시뮬레이션 하여 센서/OPC-UA 시뮬레이터를 개발하였으며, 개발한 시뮬레이터를 통해 엣지 디바이스의 스토리지 엔진을 평가한다. 엣지 디바이스에서 스토리지 엔진에 따른 성능을 평가하여 최적의 스토리지 엔진을 제시한다. 실험 결과 스토리지 엔진을 RoccksDB로 사용하였을 때 InnoDB를 사용하였을 때에 비해 절반 이하의 메모리와 데이터베이스 크기를 지니며 3.01배 빠른 소요시간을 지니는 것을 알 수 있다. 이 연구는 한정된 자원을 사용하는 디바이스에서 시계열 데이터를 관리할 때 유리한 스토리지 엔진을 선택할 수 있으며, 센서/OPC 시뮬레이터를 통한 해당 분야 추가 연구에 기여한다.

PPG 센서 기반 지능형 제어 시스템의 설계

김태연,유소월 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2019 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.9 No.12

Sleep is an essential part of human life, as it is a time of human physical and mental relaxation and compensation, as well as a basic human physiological need. The inability to sleep normally due to various obstructions is in line with the fact that it does not lead to a normal life. Therefore, in this paper, we propose an intelligent Light Emitting Diode (LED) lighting control system, which is controlled according to five stages of defined sleep, after obtaining biometric information with Photoplethysmography (PPG) sensors within wearable devices worn on the user's wrist to reduce sleep degradation and improve sleep quality. The intelligent control system measures the user's heart rate through PPG sensors in wrist band-type wearable devices and stores data analyzed through PPG signal analysis algorithms in a biometric information database. The stored data are transferred to the standardized database and classified and stored according to the five stages of sleep defined in this paper. It implements brightness values corresponding to sleep stage through LED lighting system and can check user's heart rate, sleep level, brightness and list through Smart Phone application. For the performance evaluation of the proposed system, an average of 86.947% accuracy was obtained through 10-fold cross-validation. The response time of the system was evaluated as instant response time (0.738 seconds) and the response speed of the PPG sensor was instantaneous (0.157 seconds). 수면은 인간의 기본적인 생리적 욕구임과 동시에 인간의 신체적, 정신적 휴식 및 보상의 시간으로서 인간 삶의 필수적인 요소라 할 수 있다. 다양한 방해 요소로 인하여 정상적인 수면을 취하지 못한다는 의미는 곧 정상적인 생활을 영위하지 못한다는 의미와 일맥상통한다. 이에 본 논문에서는 빛에 의한 수면의 질 저하를 줄이고 수면의 질을 높이기 위해 사용자의 손목에 착용 되어있는 웨어러블 디바이스 내의 PPG(Photoplethysmography) 센서로 생체 정보를 획득한 후 수면상태의 깊이를 정의하고 정의된 수면의 5단계에 따라 제어되는 지능형 LED(Light Emitting Diode) 조명제어 시스템을 제안하고자 한다. 지능형 제어 시스템은 손목 밴드형 웨어러블 디바이스 내의 PPG 센서를 통해 사용자의 심박 수를 측정한 후 PPG 신호 분석 알고리즘을 통해 분석된 데이터를 생체 정보 데이터베이스에 저장한다. 저장된 데이터를 표준화 데이터베이스로 전송하여 본 논문에서 정의한 5단계의 수면 단계에 따라 분류하여 저장한다. 수면 단계에 대응되는 밝기 값을 LED 조명 시스템을 통해 구현하며 스마트 폰 애플리케이션을 통해 사용자의 심박 수와 수면 단계, 밝기, 리스트를 확인할 수 있다. 제안한 시스템의 성능 평가를 위해 10겹 교차 검증을 통해 평균 86.947%의 정확도를 구할 수 있었으며 시스템의 응답속도는 0.738초로 즉각적, PPG 센서의 응답속도는 0.157초로 순간적으로 평가되었다.

Gravity Removal and Vector Rotation Algorithm for Step counting using a 3-axis MEMS accelerometer

김승영(Seung-Young Kim),권구인(Gu-In Kwon) 한국컴퓨터정보학회 2014 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.19 No.5

최근, 다양한 형태의 웨어러블 컴퓨팅 디바이스와 이에 따른 응용 프로그램이 개발되고 있으며, 이들 중에서 헬스 케어의 한 영역으로 웨어러블 컴퓨팅 디바이스를 이용하여 개인의 운동량은 측정하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 가장 기초적인 운동인 걸음걸이 측정 알고리즘으로 중력 제거 및 백터 회전(Gravity Removal and Vector Rotation) 알고리즘을 제안하고, 이를 위한 실험으로 보행 또는 주행 중인 개인의 다양한 위치에 부착한 웨어러블 디바이스에 장착된 3축 MEMS 가속도 센서로부터 획득된 가속도 값을GRVR 알고리즘을 이용하여 걸음 수를 측정한다. GRVR은 가속도 센서로 획득된 3축 가속도 값으로 부터 중력에 의한 가속도 분은 저대역 필터를 이용하여 제거 하고, 이 후 각각의 가속도 값에서 직류 성분 제거 및 센서 축 회전 보상인 GRVR 알고리즘으로 보행 혹은 주행 중에 순수하게 걸음걸이에 의하여 발생하는 가속도 변화분 만을 추출한다. 실험 결과로 웨어러블 디바이스를 개인의 허리 중앙 혹은 우측에 부착한 경우 GRVR 알고리즘을 이용한 걸음 수 측정은 99.4%의 정확도, 또한 손목에 부착한 경우 상용 3축 가속도 만보계의 83%보다 정확한 91.1%의 정확도를 확인하였다. In this paper, we propose Gravity Removal and Vector Rotation algorithm for counting steps of wearable device, and we evaluated the proposed GRVR algorithm with Micro-Electro-Mechanical (MEMS) 3-axis accelerometer equipped in low-power wearable device while the device is mounted on various positions of a walking or running person. By applying low-pass filter, the gravity elements are canceled from acceleration on each axis of yaw, pitch and roll. In addition to DC-bias removal and the low-pass filtering, the proposed GRVR calculates acceleration only on the yaw-axis while a person is walking or running thus we count the step even if the wearable device's axis are rotated during walking or running. The experimental result shows 99.4% accuracies for the cases where the wearable device is mounted in the middle and on the right of the belt, and 91.1% accuracy which is more accurate than 83% of commercial 3-axis pedometer when worn on wrist for the case of axis-rotation.