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1 블루투스비콘을활용한실내위치기반치매환자모니터링시스템에관한연구 권대원수성대학교보건행정과 A Study of Dementia Patient Care Monitoring System Based on Indoor Location Using Bluetooth Beacon Dae-Won Kwon Dept. of Public Health Administration, Suseong College 요약본연구에서는배회가능성이있는치매환자의실종예방을위하여웨어러블디바이스 (Wearable Device) 형식의블루투스비콘을활용한치매환자의실내위치기반모니터링시스템을제안하였다. 이시스템은치매환자의관리범위내존재유무를확인해주며치매환자가비콘의신호수신설정거리를이탈하면즉, 지정된관리구역을벗어나면비상메시지가보호자와관리자의스마트디바이스로전달되는시스템이다. 이시스템의주요특성은비콘을착용한치매환자를특정장소에설치된비콘신호수신용스마트기기 (AP) 에서신호를감지하여환자의위치를파악하는가역적방법을적용한것이다. 본논문에서제안하는블루투스비콘을활용한실내위치기반치매환자모니터링시스템은요양병원, 재가요양시설등에서생활하는배회가능성이있는치매환자의실종예방에기여하는효과적시스템으로생각된다. 주제어 : 블루투스비콘, 치매환자모니터링시스템, 스마트기기, 위치정보, 실내위치기반 Abstract In this study, a dementia patient care monitoring system is suggested that uses a wearable type bluetooth beacon to prevent them from going missing. This system shows whether the patients stay within the manageable area and sends a warning message to their monitoring managers or guardians smart devices when they leave it. The feature of the system is that it provides the service based on indoor location that makes the beacon worn by dementia patients continuously transmit their location information to the managing server through the smart terminal installed indoors or in hospitals and that enables the monitoring managers or the guardians to receive messages sent from the server that tell the patients whereabouts through their smart devices. The system suggested in this paper is believed to be a system that effectively contributes to the prevention of the dementia patients going astray from the hospitals and facilities where they are taking care. Key Words : Bluetooth Beacon, Dementia Patient Care Monitoring System, Smart Device, Location Information, the Service Based on Indoor Location Received 11 December 2015, Revised 29 January 2016 Accepted 20 February 2016, Published 28 February 2016 Corresponding Author: Dae-Won Kwon(Suseong College) kdwon@sc.ac.kr ISSN: C The Society of Digital Policy & Management. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Journal of Digital Convergence 217

2 블루투스비콘을활용한실내위치기반치매환자모니터링시스템에관한연구 1. 서론 2014년우리나라의노인인구는 13.1% 로빠르게고령사회로변화하고있으며 [1], 65세이상노인의치매유병률은약 9.6% 로치매환자의수는 612,047명에이르고있어 [2] 향후치매환자는지속적으로증가할것으로예상된다. 일반적으로치매환자는뇌의손상으로지능과시간, 공간능력, 학습능력, 언어능력, 지남력등의인지기능과인격장애, 판단력, 추리력등고도의정신기능이점진적이고비가역적으로손상되어각종문제행동을유발하게된다 [3]. 특히치매환자가인지기능에장애가발생하면유발되는공통적문제행동의하나인배회증상은목적없이돌아다니는행동또는목적을달성하기위해납득되지않거나부적절한이동행위를한다 [4]. 중앙치매센터의보고 [1] 에의하면이러한배회증상에따른치매환자의가출및실종은매년증가하고있으며신고된실종치매노인은 8,207명으로신고되지않은실종사건을고려하면더많은치매노인실종이발생한것으로예상되어사회적비용과보호자및환자의고통이심각한상황에이르고있다. 이러한치매환자의배회및실종방지를효과적으로해결하기위한노력의일환으로네트워크기술과스마트단말기를활용한다양한연구들이진행되고있다. 주요선행연구의동향을살펴보면 RFID(Radio Frequency Identification) 를이용하여일정영역에서환자의출입을검사하여보호자에게통보하는연구 [5], GPS와스마트앱을활용하여치매환자의일정및행동상태를파악후안전영역을이탈시보호자에게알림정보를제공하는시스템 [6], 블루투스및 NFC(Near Field Communication) 를활용하여보호자와실종자의간격이일정거리이상떨어질경우경보음과함께주변의발견자가 NFC 태그를인식하여실종자의정보를열람후보호자에게연락해주는방법에대한연구 [7] 가대표적이며또한치매환자배회관리와위치추적에관한다양한특허 [8,9] 가제시되고있다. 기존의연구동향에서살펴본바와같이치매환자의관리는 GPS, RFID, NFC를이용한연구가주류를이루고있다. 이중 GPS는실내환경에서신호송수신에어려움이있으며 RFID 태그는비콘에비해저가인장점을가지 고있지만인식거리에따른 RFID 리더기의가격, RFID tag의크기와그에따른인식거리문제, 개인정보의보안에대한취약성등의문제가있다 [10,11]. 또한 NFC는약 10cm 이하의근거리에서동작하는비접촉식통신기술로인식거리가짧은문제가상존하고있다 [12]. 이러한문제점을개선하기위해본연구에서적용하는블루투스비콘은저전력에너지를소모하며, 송신거리를조절할수있고, 비콘에서송신되는주기에따라위치정보를저장하여치매환자의활동패턴을분석할수있는자료를구축할수있는장점이있다 [13,14]. 이러한 IoT(Internet of thing, 사물인터넷 ) 기술을적용한블루투스비콘을활용하면무선통신을기반으로실시간치매환자의위치정보를파악할수있다 [15]. 또한배회가능성이있는치매환자의활동패턴에대한 DB구축이가능하여본연구의주제인실내위치기반치매환자모니터링시스템을활용한다면수집된위치자료의패턴분석을통해치매환자의이상행동에대해조기대응도가능하게되며치매환자관리를위한행동패턴의장기적관리도가능하게된다. 이에본논문에서는블루투스비콘을활용하여요양병원, 재가요양시설등에서생활하는배회가능성있는치매환자에대한실내위치기반실시간모니터링시스템의제안을통해심각한사회문제로대두되고있는치매환자의실종예방에기여하는것을본연구의목적으로한다. 2. 연구방법 2.1 블루투스비콘본연구에서이용한비콘은인간이들을수없는비가청영역의주파수를활용해단말기와정보를송수신하는기기로서, 초전력 BLE 규격을수용한블루투스비콘 (Bluetooth Low Energy Beacon, 이하 BLE Beacon) 은 NFC와비교해전송거리가 5cm 50m까지넓으며위치를측정하는좌표기능을활용할수있다 [10,11]. 이를이용하면정확한실내위치의확인이가능하여실내위치기반서비스에활용도가높을것으로알려져있고, 또한 10cm 미만의거리에적용되는태그방식의 NFC[12] 보다가용거리가길고 GPS 기술로불가능했던실내위치정보 218 Journal of Digital Convergence 2016 Feb; 14(2):

3 A Study of Dementia Patient Care Monitoring System Based on Indoor Location Using Bluetooth Beacon 제공도가능한것이큰장점이라고생각된다. 그리고 BLE Beacon 을활용한실내위치기반서비스의특징중하나는비콘이용자가별도의행동을취하지않아도이용자의위치를파악해비콘신호수신용스마트단말기 (Signal Access Point, 이하 AP) 로의신호송신이활성화된다는것이다. 비콘을활용하는특정서비스를사용하기위해서는비콘과 Application, 그리고서버가필요하며그적용구조는 [Fig. 1] 과같다. 그림에나타낸바와같이비콘에서송신되는데이터구조는다수의 Identity를가지고있으며그중 Minor 의인식을통해환자의위치를파악할수있다. 환자의개인정보와신호발송주기를입력하면해당정보를가진비콘은지속적으로위치정보를발송하게되며요양병원또는재가요양시설의실내공간내특정장소에설치된비콘신호수신용스마트단말기 (AP) 를통해치매환자의공간내위치정보를감지하여서버로정보를제공하는방식을취하게된다. 비콘은치매환자가별도의행동을취하지않더라도자동으로위치정보를송신하고관리자및보호자는스마트단말기를통해치매환자의위치를확인할수있기때문에그이용편의성은더욱증가한다. 또한비콘은송신신호의관리범위및송신주기를설정할수있기때문에만약치매환자가병원의지정된관리구역을벗어나게되면경보를발생시키고서버에저장된정보를관리자, 보호자또는구조요청기관에전송하게된다. 본시스템의가장큰특징중하나는일반적인비콘을활용한서비스는특정장소에비콘을설치하고스마트기기를소유한특정인이커버러지 (Coverage) 내에진입하면해당비콘의신호를감지하여정보를제공하는방식 [13] 이지만, 본연구는웨어러블형식의비콘을착용한치매환자의신호를특정장소에설치된신호수신용스마트기기 (AP) 에서그신호를감지하여환자의위치를파악하는가역적방법을적용한것이다. [Fig. 1] Application Structure of Beacon, Application and Server 2.2 시스템개요 [Fig. 2] 는 BLE Beacon 을활용한실내위치기반치매환자모니터링시스템의개념도를나타낸것이다. 본시스템은크게 BLE Beacon 착용환자의신호송신, 신호수신용스마트단말기, 웹서버와데이터베이스서버, 관리서버그리고메시지서버로구성된플랫홈, 인터페이스프로그램을설치한보호자 / 관리자의스마트단말기로구성된다. [Fig. 2] 에나타낸바와같이해당비콘을착용한치매 [Fig. 2] System Overview 2.3 대상및방법 개발환경실내위치기반치매환자모니터링시스템의개발에사 Journal of Digital Convergence 219

4 블루투스비콘을활용한실내위치기반치매환자모니터링시스템에관한연구 용한스마트단말기의어플리케이션구현은 Eclipse Editor 를활용한 JAVA 환경에서 Android 4.3 이상 SDK, Beacon 개발사제공 SDK를활용하여개발되며, LINUX( 아파치 ) 서버 JSP, My-SQL 등으로구성된서버를통해서비스된다 시스템분석시스템설계를위해자료의정확한흐름과서비스구현에필요한세부내용을구성한자료흐름도를 [Fig. 3] 에나타내었으며그구성은위치확인, 비상알림호출여부, 비상알림, 자료관리 4단계의프로세스로되어있다. 위치확인프로세스는비콘착용환자의위치신호를수신한 AP 가설정된송신시간대별로환자의위치를확인하여서비스플랫홈으로송신하고위치정보를전송하는역할을하는단계이다. 비상알림호출여부프로세스는환자의위치정보를관리자가확인하여지정된관리범위를이탈했을경우데이터베이스에저장된환자의정보를확인후비상알림프로세서로제어를넘기거나, 환자가관리범위내에있을경우에는관리자에게로제어를넘긴다. 비상알림프로세스는비상알림호출여부프로세서에서비상알림요청이들어오면보호자, 치매지원센터, 경찰서로치매환자실종에따른비상상황을알린다. 자료관리프로세스는환자의개인정보및관리자정보를저장하고관리하며환자의정보를나타내는메시지포맷을형성하여서비스플랫폼으로메시지를생성 저장 관리하는단계이다 데이터베이스설계실내위치기반치매환자모니터링시스템에서관리해야할데이터베이스정보와치매환자가지정된관리지역을벗어날경우관리자및보호자에게알려주는시스템을구성하기위한데이터베이스간의객체관계도를 [Fig. 4] 에나타내었다. 각데이터베이스테이블은비콘정보, 환자정보, 보호자정보, 관리자정보, 환자위치정보, 메시지정보, 비상알림정보로구성하였으며 Primary key는 Minor 로설정하여각테이블간검색이가능하도록하였다. 각테이블필드는비콘은 ID, Major, Minor, Measured Power로구성하였으며환자정보테이블은성명, Minor, 주소, 성별, 생년월일, 소속병원, 특이행동, 치매상태, 병력, 보호자, 연락처, 사진으로구성하였다. 보호자정보테이블은보호자성명, Minor, 연락처, 환자의관계로구성하였으며보호자는두명이상을선정하고그중우선연락대상자를설정하도록구성하였다. 관리자정보는요양병원또는재가요양시설의치매환자를모니터링하는관리자로관리자명, 부서명, 관리대상 Minor, 권한, 관리자의연락처로구성되어있다. 비상알림정보는환자가관리구역을벗어나게되면보호자, 관리자, 치매센터, 경찰서로전달하게되는정보로실종당시환자위치정보및시간, 연락해야할관리자및보호자의전화번호, 환자정보그리고발송메시지정보의템플릿을각테이블필드에서검색하여비상메시지가보호자와관리자에게전달되도록구성하였다. [Fig. 3] Data Flow Diagram [Fig. 4] Diagram showing the Database Flow and Interrelation 220 Journal of Digital Convergence 2016 Feb; 14(2):

5 A Study of Dementia Patient Care Monitoring System Based on Indoor Location Using Bluetooth Beacon 3. 시스템구현결과 3.1 실내위치기반모니터링시스템구성본연구에서는치매환자의실종예방을위하여웨어러블디바이스 (Wearable Device) 형식의블루투스비콘을착용한치매환자의실내위치기반모니터링시스템을제안하였다. 이시스템은치매환자의관리범위내존재유무를확인하여주며, 만약치매환자가관리범위를벗어날경우관리자및보호자등의스마트단말기로알림및경보를발송하는시스템이다. [Fig. 5] 는본논문에서제안하는시스템의구성도를나타낸것으로치매환자가착용한비콘은지속적으로치매환자의위치정보를발송하며요양병원또는재가요양시설의실내공간내에설치된비콘신호수신용 AP를통해관리서버로정보가전송된다. 관리서버는치매환자의정보저장과함께환자가착용한비콘의고유정보와신호수신주기를설정하고정보를연동하여관리하며보호자및관리자는스마트디바이스를통해치매환자의위치를확인한다. 만약비콘을착용한치매환자가관리구역을벗어나거나거리가멀어져신호가끊어질경우관리자및보호자에게즉시알람과경보를울리고구조요청을하는시스템으로구성되어있다. 하는실내위치기반모니터링시스템의 Application 시뮬레이션화면과주요모듈을 [Fig. 6 12] 에나타내었다. [Fig. 6] 은스마트디바이스에 Application을실행하고 ID 와비밀번호를입력하면인증과정을수행한후치매환자모니터링시스템의메인메뉴를실행하는화면이며 [Fig.7] 은그실행모듈을나타낸것이다. [Fig. 6] Main List Screen of Application [Fig. 7] Log-in Module [Fig. 5] System Configuration [Fig. 8] 은메인메뉴에서등록을선택하고등록관리화면을실행하면환자, 보호자및관리자정보관리화면이나타나며이중보호자정보관리를실행하면보호자정보의입력을실행하는화면이나타난다. 보호자는보호자1과보호자 2로분류하여우선연락대상보호자를선정하도록구성하였으며이와같이입력된자료는서버에저장하게된다. 3.2 시스템제안 블루투스비콘을활용하여치매환자를보호및관리 Journal of Digital Convergence 221

6 블루투스 비콘을 활용한 실내위치기반 치매환자 모니터링 시스템에 관한 연구 [Fig. 10] Beacon Device Registration Module [Fig. 11]은 비콘관리 모드에서 설정한 신호송신거리 와 송신주기에 따라 앱 화면상에서 환자의 관리구역내의 [Fig. 8] Registration Management Screen of Patient, Guardian and Monitoring Manager 존재유무를 알려주는 위치확인 메뉴의 실행화면으로 [Fig. 12]에 나타낸 바와 같이 주기적으로 수신된 비콘정 보(Minor)와 관련 AP 정보, 비콘신호세기, 모니터링 시 [Fig. 9 10]은 비콘관리를 위한 실행화면과 주요모듈 간을 체크하여 서버의 DB로 저장한다. 만약 환자가 관리 을 나타낸 것으로 비콘착용 환자의 비콘 ID, Major, 구역을 벗어나게 되면 위치확인의 이탈화면이 실행되고 Minor를 입력하고 환자 관리를 위한 비콘의 신호송신주 다음을 실행하면 환자의 관리구역 이탈확인의 화면이 실 기와 송신거리, 환자의 이름으로 입력하도록 설정하여 행된다. 이때 관리자 또는 보호자가 환자의 관리구역이 등록을 진행하면 서버에서 관련정보를 일정 신호주기를 탈을 최종확인하고 메시지 전송내용과 수신자를 선택한 통해 결과값을 받아 비콘등록을 하게 된다. 또한 비콘 등 후 비상알림을 선택하면 환자의 정보와 함께 구조요청을 록자료의 효율적 관리를 위해 비콘관리 바탕화면에서 등 보호자, 관할경찰서, 치매센터로 실행하는 단계로 구성되 록자료 삭제관리 메뉴로 바로 가기가 가능하도록 구성하 어 있다. 였다. [Fig. 9] Beacon Device Management Screen 222 Journal of Digital Convergence 2016 Feb; 14(2):

7 A Study of Dementia Patient Care Monitoring System Based on Indoor Location Using Bluetooth Beacon 4. 결론 [Fig. 11] Patients Location Information and Alert Message Screen [Fig. 12] Patients Location Information Monitoring Module 본연구에서는블루투스비콘을활용하여요양병원, 재가요양시설등에서생활하는배회가능성있는치매환자의실종예방을위한실내위치기반모니터링시스템을제안하였다. 이시스템은치매환자의관리범위내존재유무를확인해주며치매환자가비콘의신호수신설정거리를벗어나면즉, 지정된관리구역을이탈하면비상메시지가보호자와관리자의스마트디바이스로전달하는시스템으로치매환자의실종을예방하는데효과적시스템으로사료된다. 일반적으로비콘을활용한서비스는특정장소에비콘을설치하고스마트기기를소유한특정인이커버러지 (Coverage) 내에진입하면해당비콘의신호를감지하여정보를제공하는방식으로되어있다 [13]. 그러나본논문에서제안하는시스템은비콘을치매환자가웨어러블형식으로착용하고특정장소에신호수신용스마트단말기 (AP) 를설치하여그신호를감지하여환자의위치를파악하는가역적방법을선택한적용한것이다. 그리고치매환자가착용한비콘은지속적으로위치정보를발송하고신호주기와감도그리고수신거리조정을통해환자의위치를파악할수있는특성을가지고있으며저전력소비형식을취하고있어비콘의베터리교환주기도긴장점이있다. 또한기존의위치제공시스템연구에서발생하는문제점즉, 실내환경에서수신이어려운 GPS 방식과 RFID 방식의경우 RFID tag의크기와인식거리문제및보안의취약성, 인식거리에따른 RFID 리더기의비용등의문제그리고 NFC의짧은인식거리등의문제점을개선할수있는효과적인시스템이다. 현재본연구에서제안한시스템은치매환자의관리구역내존재또는이탈유무를확인하고이탈시 alerts 를발생시킨후비상메시지를보내는시스템으로구성되어있지만이시스템을보다효과적으로활용하고발전시키기위해서는치매환자의동선을실시간으로파악할필요가있으며또한제공되는실내위치에대한정확성에대한문제가상존하고있다. 즉측정된신호의세기를기반으로하는실내측위에서가장중요한것이신호의세기와거리지만, 거리가멀어지면측정된신호세기의강도도약해지며또한요양병원등의실내공간내에콘크리트 Journal of Digital Convergence 223

8 블루투스비콘을활용한실내위치기반치매환자모니터링시스템에관한연구 벽과같은장애요인이존재하면그측정치가약하게나타나실내측위에오차가발생하기때문이다. 최근실내위치측위의정확도를높이기위한연구가다양하게진행되고있으며특히삼변측량개선알고리즘과반복가중치무게중심알고리즘을제안한개선된삼변측량방식 [16] 과칼만필터 (Kalman Filter) 를적용하여실내위치측정의정확성을높이는연구를제시하였으며이중칼만필터를적용하여 BLE 비콘을이용한실험을진행한결과 m, 0.276m의오차를보이는결과를제시하였다 [17]. 이는일반적인비콘의거리측위오차를고려하면정확도가상당히높은결과로판단된다. 상기의연구결과를본시스템에수정적용하여다수의 AP와신호세기및신호주기를활용한치매환자의위치를실시간대로파악하고또한사용공간의목적및활용도에대응하는정확한실내의위치측위를할수있는알고리즘의개발과시스템의설계에대해연구가필요하며본연구자는이에대한연구를현재진행중이다. 이연구의실현을통해치매환자의특성과배회활동패턴을 DB로구축한다면치매환자의건강상태와행동패턴의연관성을밝히는유용한연구자료로활용가능하다고판단된다. REFERENCES [1] Statistics Korea, Current Status and Prospects of the World's Population and the Korea, pp. 15, 51, [2] National Institute of Dementia, Annual Report, pp. 7-8, [3] J.H, Yoo, A Study on the Space Plan of the Typical Seoul Daycare Center Considering the Characteristics of the Dementia Elderly, Master s Thesis, Graduate School, Hanyang University, pp. 8, [4] J.W. Kim, M.K. Kim, A Study on the Architectural Planning through the Analysis between the Behavior Character of Dementia Patient, Journal of The Korean Digital Architecture-Interior Association, Vol. 6, No. 2, pp. 57, [5] J.W. Cho, E.J. Hwang, G.H. Park, Design of a Dementia Patients Management System in Ubiquitous Environments, Proceed of the 33 rd (KIISE) The Korean Institute of Information Scientist and Engineers Fall Conference, Vol. 33(2A), pp , [6] H.S. Hwang, W.S. Ko, G.U. Ban, C.S. Kim, Development of a Smart Application for Protecting Dementia Patients, Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 16, No. 9, pp , [7] K.Y. Lee, M.G. Lee, M.J. Lim, Design and Implementation of Accident Prevention System for Second-Class Citizen based on Bluetooth and NFC, The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 13, No. 6, pp , [8] G.W. Park, C.S. Kim, G.H. Park, J.W. Park, D.S. Um, System and Method for Managing The Wandering of a Dementia Patient, Patent Publication , [9] E.J. Kim, J.M. Song, System and Method for Preventing Missing Dotard and Child, Patent Publication , [10] S.K. Kang, Y.E. An, J.W. Seo, J.A. Park, Web-based RFID Management System for the Medical Equipments, Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol. 9, No. 3, pp , [11] Y.S. Kang, D.H. Choi, H.W. Kim, Web-based Standardization Trend and Strategy of Mobile RFID Security Technology, Electronics and Telecommunications Trends, Vol. 23, No. 2, pp , [12] S.K. Lee, W.Y. Jeong, A Study on Authentication Algorithm for NFC Security Channel, Korea ITS Journal, Vol. 7, No. 4, pp , [13] Korea Communications Agency, Beacon, Emerging as the Key Infrastructure of the Location-Based Services, KCA Trends & Perspectives, Vol. 73, pp , [14] [15] C.J. Kim, H.J. Jang, W.J. Kim, Indoor Positioning of a Cellular Phone using ibeacons, KSCE 2015 CONVENTION 2015 CIVIL EXPO & CONFERENCE, 224 Journal of Digital Convergence 2016 Feb; 14(2):

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