환자 모니터링 시스템에서 에너지 효율적인 이동성 지원 방안 연구

Abstract

최근 삶의 질이 향상되면서, 헬스케어 산업에 대한 관심이 증가되고 있다. 이와 더불어 헬스케어 기술의 보급화는 만성적 질병을 가지고 있는 환자나, 노인들에게 간병인의 도움을 최소화할 수 있게 도움을 줄 것으로 전망된다. 헬스케어 시스템 중에서 환자 모니터링 시스템은 응급 상황에 대한 신속한 대처를 위해서 환자의 신체 상태를 유무선 인터페이스를 통해 지속적으로 관찰하는 시스템을 말한다. 환자 모니터링 시스템에서 환자의 신체 정보를 수집하고 전달하는 센서 노드는 잦은 배터리 교체 없이 오랫동안 환자의 몸에 부착되어 지속적으로 환자의 신체정보를 전송해야 하기 때문에 낮은 전력 소모가 필수적이다. 또한 병원에 입원한 환자가 병실 이외의 다른 곳으로 이동하더라도 환자 모니터링은 언제 어디서든 지속되어야 한다. 본 논문은 무선 센서 네트워크의 표준에서 근거리 무선 통신기술 중 가장 낮은 전력으로 통신이 가능한 IEEE 802.15.4 표준을 따르는 환자 모니터링 시스템을 고려한다. IEEE 802.15.4 표준은 낮은 전력 소모와 저렴한 가격 그리고 사용의 편의성을 제공하여 작은 네트워크를 구성하는데 적합한 표준이다. 그러나 이 표준에서는 이동성을 따로 지원하지 않기 때문에 환자 모니터링 시스템에서 이동성을 지원하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 기존의 환자 모니터링 시스템에서의 이동성 지원 연구는 센서 노드의 이동성에 초점을 맞추어 센서 노드의 에너지 소모는 크게 고려하지 않았다. 본 논문에서는 센서 노드의 에너지 소모와 더불어 센서 노드의 이동에 의한 연결 실패 (link failure)를 줄이는 방법으로 AP (access point) 클러스터를 이용하는 방법을 제안한다. 제안하는 기법에서는 각 AP들을 유선으로 연결하고 각 센서 노드와 AP간에 코디네이터 역할을 수행하는 코디네이션 노드를 두어 하위 센서 노드들의 이동성을 보장한다. 코디네이션 노드와 무선으로 연결된 AP를 중심으로 주변에 서비스 영역 (coverage)이 겹치는 인접한 AP들을 그룹으로 정의하며 이를 AP 클러스터 (AP cluster)라고 한다. AP 클러스터 내의 AP들은 클러스터에 속한 모든 코디네이션 노드들의 정보를 가지며, 이를 통해 코디네이션 노드가 주기적으로 전송하는 데이터를 클러스터 내의 모든 AP들이 동시 수신 가능하도록 한다. 각 AP들은 수신한 데이터 패킷을 통해 채널의 품질을 측정하고 이 정보들을 비교하여 채널 품질이 더 좋은 AP로 코디네이션 노드의 연결을 직접 갱신할 수 있게 한다. 이로써 이동성 지원을 위해 코디네이션 노드가 AP와 주고 받아야 할 데이터를 줄일 수 있고 이와 더불어 AP와의 데이터 교환으로 소모되는 에너지를 줄일 수 있다. 또한 코디네이션 노드의 이동과 함께 인접 AP들이 코디네이션 노드의 정보를 갱신하여 끊김 없는 이동성을 지원한다. 본 논문에서 제안하는 환자 모니터링 시스템에서 에너지 효율적인 이동성 지원 기법은 모의실험을 통해 성능평가를 수행하였다. 성능평가 결과 제안한 에너지 효율적인 이동성 지원 기법은 AP와 코디네이션 노드간의 불필요한 메시지 교환을 줄임으로써 기존 기법들에 비하여 절반 이하의 전력 소모를 보인다. 더불어 AP 클러스터 내의 인접 AP들이 코디네이션 노드의 데이터를 동시에 수신하여 공유함으로써 서비스 영역이 확장되는 효과를 주어 연결 실패율이 기존 기법에 비하여 현저히 낮음을 확인할 수 있다.