싱가폴 SUTD(Singapore University of Technology and Design)의 빌리 픽 릭 라우, 니푼 위제라튼, 차우 위엔 그리고 호주의 커틴대학교(Curtin University)의 베니 카이 키아트 잉이 작성한 해당 논문의 가장 흥미로운 측면은 공간 활용을 추산하기 위해 센서를 조합해 적절한 분해능으로 데이터를 획득하고 시험대를 구축하여 광범위한 이행 문제를 최소화한 방식이다.
공간 활용, 즉 여러 시간 간격에 대해 공간을 덧붙인 방식을 측정하기 위해 그들은 음향 및 동작 센서 그리고 그 둘의 조합을 선택했다. 이 논문에서 적용된 방법론은 다른 센서 유형에도 적용할 수 있다.
음향 센서 vs. 동영상 센서
활동을 감지하기 위해 동영상 센서 대신에 음향 센서를 선택했다. 직관에 반하는 것으로 보일 수 있지만 시력이 정상인 인간의 감각이 시각적으로 더욱 우세하다. 카메라는 비용이 높고 처리량이 증가하기 때문에 네트워크에 더욱 비싸고 강력한 컴퓨터가 필요하게 된다.
대규모 배치에서는 이로 인해 비용이 증가하면서도 측정 정확도가 개선되지 않는다. 또한 추가적인 연산 능력으로 인해 소비전력이 증가해 지속 가능하고 유지보수가 쉬운 태양전지로 공급하는 전력을 초과하게 된다. 그리고 동영상 데이터 클라우드 처리로 인해 상당한 네트워크 대역폭과 저장소가 필요하게 되면서 비용이 증가한다.
마지막으로 프라이버시 문제로 인해 카메라 배치를 위해서는 허가가 필요하게 되고 이로 인해 연구가 진행된 싱가포르에서 배치 문제가 발생했을 것이다.
RWSN(Renewable Wide Area Sensor Network)은 하드와이어 전원 및 배터리 교체가 필요없다. 이 제한적인 7노드(Node) 네트워크에서 하드와이어 전원 또는 배터리 전원은 비용이 높지 않기 때문에 음향 및 동작 센서 활용을 시험하기 위해 신재생 전력 디자인이 필요한 것은 아니었다. 이 센서 네트워크를 대규모로 배치하는 것이 신재생을 선택한 이유였을 것이라 생각된다.
RWSN은 저전력 엑스비(XBee) 전송기 모듈(IEEE 802.15.4)을 사용해 센서를 엑스비 수신기와 상호 연결하고 라즈베리 파이(Raspberry Pi)를 활용해 데이터를 클라우드 저장소로 백홀(Backhaul)한다. 연구원들은 엑스비 릴레이를 사용해 무선 메시 네트워크를 구축함으로써 범위를 넓혔다. 해당 네트워크는 태양 전지 패널과 배터리 저장소로 구동한다. 둘의 크기가 포함되어 있기 때문에 위도와 태양광 입사량이 다른 IoT 시스템 디자이너가 현지 조건에 따라 태양전지 패널과 배터리의 크기를 모두 조정할 수 있었다.
기압계, 온도계, 조도, 전기저항 비, 자외선 지수, 습도, 동작, 소음 센서가 포함된 EMSN(Environmental Monitoring Sensor Node)이 해당 네트워크에 포함되어 있어 캘리브레이션 데이터를 제공함으로써 음향 탐지와 간섭을 일으키는 비 등의 환경 조건의 영향을 없앤다.
수동형 적외선 센서라고도 부르는 저렴한 PIR(Pyroelectric Infrared) 센서를 사용하여 동작을 감지했다. 그리고 저렴한 아날로그 음향 센서(마이크)를 사용하여 음향을 기록했다.
PIR 센서는 낮에 여러 긍정 오류를 보고했으며 오후에 특히 심했다. 이런 오류를 없애기 위해 캘리브레이션 모듈을 작성해 데이터를 사전 처리했다. 현장 지상 검증자료 측정으로 긍정 오류와 밝은 일광 사이의 상관관계가 드러났다. 해당 상관관계 모듈은 허위 경보의 개연성을 계산해 조정한다. 그리고 나서 데이터를 통계적으로 표준화했다.
머신러닝을 적용해 오류 제거
비 등의 환경 조건으로 인한 환경 오류는 비 감독 머신러닝 방법을 활용해 소거했으며 이를 통해 연구원들이 클러스터링(Clustering)을 활용해 음향 데이터의 유사 패턴을 찾을 수 있었다. 클러스터링은 비의 소리 같은 유사한 데이터 세트를 범주화한 후 데이터에서 삭제할 수 있다. 마찬가지로 배경 소음도 소거할 수 있다.
PIR 및 음향 센서로부터 얻은 표준화 및 캘리브레이션 데이터는 시험대 영역의 7개 노드에 걸쳐 공간 활용을 추정하기 위해 연구원들이 선택한 알고리즘을 활용하여 융합한다. 추정은 경험적 현장 관찰과 7개의 노드로부터 얻은 융합된 데이터의 비교에 기초한다.
해당 논문에서는 저렴하고 정확한 IoT 시스템 구축에 있어서 하드웨어, 통신, 센서, 데이터 처리 디자인 고려사항에 관해 설명하고 있다. 또한 PIR 동작 센서가 수집한 데이터로부터 긍정 오류를 없애는 문제와 인감 활동에서 소음 서명을 특징 짓는 방법에 대해 설명하며 비와 배경 소음 등의 환경 오류를 없애 개별적인 관심 지점과 시험대 전체의 활용을 정확하게 추정한다.
IoT 네트워크는 매우 크게 확대할 수 있고 경제 또는 사회적 보상에 대해 설계와 개발 비용을 정당화하기에 유용해야 한다. 설계 및 개발을 위해 여러 학문 분야에 걸친 팀과 특수 기술이 필요했고 통계와 머신러닝 하위 분야에서의 센서 엔지니어링과 고급 수학 능력이 절실했다.
이 경우에 수학 능력은 데이터를 캘리브레이션하고 배경 소음을 없애기 위해 필요했다. 센서 감지 엔지니어링 능력은 저렴한 비용으로 적절한 분해능의 데이터를 획득하기 위해 필요했다. IoT 센서 네트워크 구축을 진지하게 고민하는 기업들은 센서와 수학 능력을 확보하기 위해 채용을 고려해야 할 수 있다. editor@itworld.co.kr
함께 보면 좋은 콘텐츠
Sponsored
Surfshark
“유료 VPN, 분명한 가치 있다” VPN 선택 가이드
ⓒ Surfshark VPN(가상 사설 네트워크, Virtual Private Network)은 인터넷 사용자에게 개인 정보 보호와 보안을 제공하는 중요한 도구로 널리 인정받고 있다. VPN은 공공 와이파이 환경에서도 데이터를 안전하게 전송할 수 있고, 개인 정보를 보호하는 데 도움을 준다. VPN 서비스의 수요가 증가하는 것도 같은 이유에서다. 동시에 유료와 무료 중 어떤 VPN을 선택해야 할지 많은 관심을 가지고 살펴보는 사용자가 많다. 가장 먼저 사용자의 관심을 끄는 것은 별도의 예산 부담이 없는 무료 VPN이지만, 그만큼의 한계도 있다. 무료 VPN, 정말 괜찮을까? 무료 VPN 서비스는 편리하고 경제적 부담도 없지만 고려할 점이 아예 없는 것은 아니다. 보안 우려 대부분의 무료 VPN 서비스는 유료 서비스에 비해 보안 수준이 낮을 수 있다. 일부 무료 VPN은 사용자 데이터를 수집해 광고주나 서드파티 업체에 판매하는 경우도 있다. 이러한 상황에서 개인 정보가 유출될 우려가 있다. 속도와 대역폭 제한 무료 VPN 서비스는 종종 속도와 대역폭에 제한을 생긴다. 따라서 사용자는 느린 인터넷 속도를 경험할 수 있으며, 높은 대역폭이 필요한 작업을 수행하는 데 제약을 받을 수 있다. 서비스 제한 무료 VPN 서비스는 종종 서버 위치가 적거나 특정 서비스 또는 웹사이트에 액세스하지 못하는 경우가 생긴다. 또한 사용자 수가 늘어나 서버 부하가 증가하면 서비스의 안정성이 저하될 수 있다. 광고 및 추적 위험 일부 무료 VPN은 광고를 삽입하거나 사용자의 온라인 활동을 추적하여 광고주에게 판매할 수 있다. 이 경우 사용자가 광고를 보아야 하거나 개인 정보를 노출해야 할 수도 있다. 제한된 기능 무료 VPN은 유료 버전에 비해 기능이 제한될 수 있다. 예를 들어, 특정 프로토콜이나 고급 보안 기능을 지원하지 않는 경우가 그렇다. 유료 VPN의 필요성 최근 유행하는 로맨스 스캠은 인터넷 사기의 일종으로, 온라인 데이트나 소셜 미디어를 통해 가짜 프로필을 만들어 상대를 속이는 행위다. 이러한 상황에서 VPN은 사용자가 안전한 연결을 유지하고 사기 행위를 방지하는 데 도움이 된다. VPN을 통해 사용자는 상대방의 신원을 확인하고 의심스러운 활동을 감지할 수 있다. 서프샤크 VPN은 구독 요금제 가입 후 7일간의 무료 체험을 제공하고 있다. ⓒ Surfshark 그 외에도 유료 VPN만의 강점을 적극 이용해야 하는 이유는 다음 3가지로 요약할 수 있다. 보안 강화 해외 여행객이 증가함에 따라 공공 와이파이를 사용하는 경우가 늘어나고 있다. 그러나 공공 와이파이는 보안이 취약해 개인 정보를 노출할 위험이 있다. 따라서 VPN을 사용하여 데이터를 암호화하고 개인 정보를 보호하는 것이 중요하다. 서프샤크 VPN은 사용자의 개인 정보를 안전하게 유지하고 해킹을 방지하는 데 유용하다. 개인정보 보호 인터넷 사용자의 검색 기록과 콘텐츠 소비 패턴은 플랫폼에 의해 추적될 수 있다. VPN을 사용하면 사용자의 IP 주소와 로그를 숨길 수 있으며, 개인 정보를 보호할 수 있다. 또한 VPN은 사용자의 위치를 숨기고 인터넷 활동을 익명으로 유지하는 데 도움이 된다. 지역 제한 해제 해외 여행 중에도 한국에서 송금이 필요한 경우가 생길 수 있다. 그러나 IP가 해외 주소이므로 은행 앱에 접근하는 것이 제한될 수 있다. VPN을 사용하면 지역 제한을 해제해 해외에서도 한국 인터넷 서비스를 이용할 수 있다. 따라서 해외에서도 안전하고 편리하게 인터넷을 이용할 수 있다. 빠르고 안전한 유료 VPN, 서프샤크 VPN ⓒ Surfshark 뛰어난 보안 서프샤크 VPN은 강력한 암호화 기술을 사용하여 사용자의 인터넷 연결을 안전하게 보호한다. 이는 사용자의 개인 정보와 데이터를 보호하고 외부 공격으로부터 사용자를 보호하는 데 도움이 된다. 다양한 서버 위치 서프샤크 VPN은 전 세계 곳곳에 여러 서버가 위치하고 있어, 사용자가 지역 제한된 콘텐츠에 액세스할 수 있다. 해외에서도 로컬 콘텐츠에 손쉽게 접근할 수 있음은 물론이다. 속도와 대역폭 서프샤크 VPN은 빠른 속도와 무제한 대역폭을 제공하여 사용자가 원활한 인터넷 경험을 누릴 수 있도록 지원한다. 온라인 게임, 스트리밍, 다운로드 등 대역폭이 필요한 활동에 이상적이다. 다양한 플랫폼 지원 서프샤크 VPN은 다양한 플랫폼 및 디바이스에서 사용할 수 있다. 윈도우, 맥OS, iOS, 안드로이드 등 다양한 운영체제 및 디바이스에서 호환되어 사용자가 어디서나 안전한 인터넷을 즐길 수 있다. 디바이스 무제한 연결 서프샤크 VPN은 무제한 연결을 제공하여 사용자가 필요할 때 언제든지 디바이스의 갯수에 상관없이 VPN을 사용할 수 있다.