인체감지 센서 모듈은 초음파 센서를 비롯한 다양한 센싱 기술이 적용되면서 점차 지능화돼 가고 있다.
때문에 보다 정확한 인식이 가능해져서 신원확인이 요구되는 주요 공공건물 등의 이용자 출입통제를 효율적으로 관리할 수 있고, 관리비용도 감소시킬 수 있다. 이번 글에서는 인체감지 센서 기술에 대해 알아본다.

생활주변 곳곳이나 공공건물 등에 다양한 종류의 인체감지 센서가 설치돼 있다. 자동감지 센서가 사용자의 이용 상태를 정확하게 확인하기 위해서는 센서 종류뿐만 아니라 설치 위치도 중요하며, 센서로부터 전송되는 적절한 신호처리 기술이 필요하다. 공공건물의 비인가자 출입구나 지하철의 개폐구 등에서 이용자의 적절성(사용자 인증 등)을 확인해 출입허용 여부를 실시간으로 결정해야하기 때문에 무엇보다 고속 신호처리 기술을 이용한 센싱 기능이 가장 중요한 요소다. 그림1은 탐지 센서와 접촉 센서로 설계된 인체감지 센서 모듈의 구조이고, 구성 요소를 요약하면 다음과 같다.

그림1. 인체감지 센서 모듈의 구조

•‌탐지센서는 RFID(Radio Frequency identification)태그 및 적외선 센서 등을 이용해 출입구를 통과하는 사람을 인식하고 여러 출입구 중 각 도어를 통과하는 인체를 탐지하는 기능을 실행한다.
•‌접촉센서는 초음파·압력센서 등을 이용해 출입구로부터 일정 거리에 있는 사람을 탐지해 출입구 사용여부를 감지하는 기능을 실행하게 된다.
•‌비교기와 제어기는 탐지 센서와 접촉 센서로부터 전송된 신호처리 기능을 실행하는데 신호처리 결과에 따라 출입구의 개폐를 제어한다. 센서 및 전자 개폐기의 작동상태에 대한 정보를 저장했다가 일정 주기로 관제센터에 전송하는 근거리 무선통신 장치(WLAN : Wireless Local Area Networks)로 구성돼 있다.

인체감지 센싱 기술

인체감지 센서 모듈은 센서가 설치된 공간의 환경조건, 사람의 이동 또는 출입구의 사용 상태를 감지하기 위한 센서 등 다수의 소자로 구성된다. 특히 RFID 태그를 이용한 탐지 센서의 경우, RFID 리더기의 설치 위치와 탐지 속도가 매우 중요하다. 이에 대한 사례는 다음과 같다.
•‌고속도로의 하이패스 차로에 설치된 탐지 센서의 경우 너무 높거나 낮게 설치돼 있거나, 게이트를 통과하는 차량의 속도가 너무 빠르면 하이패스 카드를 인식하지 못할 수도 있다.
•‌공공건물의 비인가자 출입구나 지하철의 개폐구 등에서 RFID 태그는 도어 또는 도어가 개방될 경우 RFID 리더기에 의해 RFID 태그가 읽혀질 수 있는 적절한 위치에 설치돼 있지 않으면 탐지센서와 접촉센서로부터 신호처리 결과에 따라 출입구의 개폐를 제어하는 비교기와 제어기의 동작이 원활하지 않을 수도 있다.

탐지 센서 또는 접촉 센서에서 탐지된 신호는 비교기로 전달되고, 비교기는 이들 센서로부터 전송된 신호처리 결과를 기반으로 출입구(고속도로의 하이패스 개폐기 등) 통과 여부를 결정하는 기능을 실행한다. 가령, 탐지 센서에 의해 감지됐지만 접촉 센서에서는 감지되지 않았다면 출입구 이용 요건에 해당되지 않아 전자식 개폐구는 작동하지 않을 것이다. 
비교기에서 처리된 신호처리 결과를 기반으로 제어기는 마이크로프로세서를 통해 각각의 개폐기의 작동을 제어하고 처리된 신호에 따른 결과를 별도로 데이터베이스에 저장하거나 무선통신 장치를 통해 외부 관리서버나 관제센터로 전송한다.
이처럼 제어기는 출입구의 전자개폐 작동 여부를 실시간으로 판단해 비인가자에 대해 출입을 통제하거나 필요 시 개폐 시간을 조절할 수도 있다. 무선통신 장치는 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi), 근거리 무선통신 장치 등과 같은 무선통신 채널을 이용해 탐지 센서, 접촉 센서 및 전자개폐기의 단위 시간당 평균 작동 횟수 또는 제어기에서 감지된 각각의 장치의 정상 여부 등 상태 관리 정보를 관제센터로 전달한다. 아울러 제어기는 관련 정보를 무선통신 장치를 통해 전송할 수 있고 무선통신 장치는 관련 정보를 근거리 통신수단을 통해 외부의 관제센터나 관리서버에 전송할 수 있다.

센서관리 시스템

구조

그림2. 인체감지 센싱 구조의 센서 관리 시스템 개념도

그림 2는 인체감지 센싱 구조의 센서관리 시스템의 개념도를 나타낸다. 생활주변이나 공공건물 등에 설치된 다양한 종류의 인체감지 센싱 기능을 실행하는 센서관리 시스템은 다수개의 출입구(게이트 등)를 갖는 시설에 적용될 수 있다. 그림 2에서와 같이 각각의 출입구마다 고유한 ID(ID100, ID101 등)를 부여해 건물에 배치된 다수의 게이트를 관리할 수 있다.
이처럼 게이트를 통과하는 탐지 센서, 게이트 이용여부를 감지하는 접촉 센서 및 무선통신 장치로 구성된 출입구 관리를 위한 관리시스템을 구성할 수 있다. 이처럼 관리시스템은 각각의 고유 아이디를 가진 이용자의 출입 센싱 상황을 신호처리해 특정 고유 아이디에 대한 상태정보를 판단하고 그에 따라 적절한 제어 명령(control instruction)을 전송하는 제어서버 및 전송된 정보를 분류해 저장하는 관리서버로 구성된다.

동작원리
각각의 출입구마다 인체감지 센서 모듈이 설치될 수 있으며, 이 모듈들은 탐지센서 또는 접촉센서로부터 수신한 신호처리 정보에 기반해 전자식 개폐기의 사용 여부를 결정하고 관련 정보(탐지 센서, 접촉 센서, 전자식 개폐기의 작동 회수 등)를 무선통신 장치를 이용해 신호처리 모듈로 전달한다.
관련 정보는 일정한 주기로 전송되며, 전자식 개폐기가 정해진 시간범위 동안 계속적으로 작동되는 상황이 발생할 경우 등과 같이 특별한 상황 발생 시 실시간 전송되도록 설정할 수 있다.
신호처리 모듈은 고유 아이디가 부여된 각 출입구로부터 전송된 신호를 처리해 제어서버로 전송한다. 신호처리 모듈과 제어서버 간 통신은 유·무선 방식으로 이뤄질 수 있고 필요 시 관련 서버를 경유하거나 또는 로컬 및 원격지 서버로 동시에 전달될 수도 있다. 이러한 신호처리 모듈은 모든 출입구마다 설치될 수 있으며, 배치 개수는 근거리 통신수단의 플랫폼 특성에 따라 결정될 수 있다.

생활주변 곳곳이나 공공건물 등에 다양한 종류의 인체감지 센서가 설치돼 있다. 자동감지 센서가 사용자의 이용 상태를 정확하게 확인하기 위해서는 센서 종류뿐만 아니라 설치 위치도 중요하며, 센서로부터 전송되는 적절한 신호처리 기술이 필요하다. 공공건물의 비인가자 출입구나 지하철의 개폐구 등에서 이용자의 적절성(사용자 인증 등)을 확인해 출입허용 여부를 실시간으로 결정해야하기 때문에 무엇보다 고속 신호처리 기술을 이용한 센싱 기능이 가장 중요한 요소다. 그림1은 탐지 센서와 접촉 센서로 설계된 인체감지 센서 모듈의 구조이고, 구성 요소를 요약하면 다음과 같다.
•‌탐지센서는 RFID(Radio Frequency identification)태그 및 적외선 센서 등을 이용해 출입구를 통과하는 사람을 인식하고 여러 출입구 중 각 도어를 통과하는 인체를 탐지하는 기능을 실행한다.
•‌접촉센서는 초음파·압력센서 등을 이용해 출입구로부터 일정 거리에 있는 사람을 탐지해 출입구 사용여부를 감지하는 기능을 실행하게 된다.
•‌비교기와 제어기는 탐지 센서와 접촉 센서로부터 전송된 신호처리 기능을 실행하는데 신호처리 결과에 따라 출입구의 개폐를 제어한다. 센서 및 전자 개폐기의 작동상태에 대한 정보를 저장했다가 일정 주기로 관제센터에 전송하는 근거리 무선통신 장치(WLAN : Wireless Local Area Networks)로 구성돼 있다.

 인체감지 센싱 기술

인체감지 센서 모듈은 센서가 설치된 공간의 환경조건, 사람의 이동 또는 출입구의 사용 상태를 감지하기 위한 센서 등 다수의 소자로 구성된다. 특히 RFID 태그를 이용한 탐지 센서의 경우, RFID 리더기의 설치 위치와 탐지 속도가 매우 중요하다. 이에 대한 사례는 다음과 같다.
•‌고속도로의 하이패스 차로에 설치된 탐지 센서의 경우 너무 높거나 낮게 설치돼 있거나, 게이트를 통과하는 차량의 속도가 너무 빠르면 하이패스 카드를 인식하지 못할 수도 있다.
•‌공공건물의 비인가자 출입구나 지하철의 개폐구 등에서 RFID 태그는 도어 또는 도어가 개방될 경우 RFID 리더기에 의해 RFID 태그가 읽혀질 수 있는 적절한 위치에 설치돼 있지 않으면 탐지센서와 접촉센서로부터 신호처리 결과에 따라 출입구의 개폐를 제어하는 비교기와 제어기의 동작이 원활하지 않을 수도 있다.

탐지 센서 또는 접촉 센서에서 탐지된 신호는 비교기로 전달되고, 비교기는 이들 센서로부터 전송된 신호처리 결과를 기반으로 출입구(고속도로의 하이패스 개폐기 등) 통과 여부를 결정하는 기능을 실행한다. 가령, 탐지 센서에 의해 감지됐지만 접촉 센서에서는 감지되지 않았다면 출입구 이용 요건에 해당되지 않아 전자식 개폐구는 작동하지 않을 것이다. 
비교기에서 처리된 신호처리 결과를 기반으로 제어기는 마이크로프로세서를 통해 각각의 개폐기의 작동을 제어하고 처리된 신호에 따른 결과를 별도로 데이터베이스에 저장하거나 무선통신 장치를 통해 외부 관리서버나 관제센터로 전송한다.
이처럼 제어기는 출입구의 전자개폐 작동 여부를 실시간으로 판단해 비인가자에 대해 출입을 통제하거나 필요 시 개폐 시간을 조절할 수도 있다. 무선통신 장치는 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi), 근거리 무선통신 장치 등과 같은 무선통신 채널을 이용해 탐지 센서, 접촉 센서 및 전자개폐기의 단위 시간당 평균 작동 횟수 또는 제어기에서 감지된 각각의 장치의 정상 여부 등 상태 관리 정보를 관제센터로 전달한다. 아울러 제어기는 관련 정보를 무선통신 장치를 통해 전송할 수 있고 무선통신 장치는 관련 정보를 근거리 통신수단을 통해 외부의 관제센터나 관리서버에 전송할 수 있다.

 
센서관리 시스템

구조
그림 2는 인체감지 센싱 구조의 센서관리 시스템의 개념도를 나타낸다. 생활주변이나 공공건물 등에 설치된 다양한 종류의 인체감지 센싱 기능을 실행하는 센서관리 시스템은 다수개의 출입구(게이트 등)를 갖는 시설에 적용될 수 있다. 그림 2에서와 같이 각각의 출입구마다 고유한 ID(ID100, ID101 등)를 부여해 건물에 배치된 다수의 게이트를 관리할 수 있다.
이처럼 게이트를 통과하는 탐지 센서, 게이트 이용여부를 감지하는 접촉 센서 및 무선통신 장치로 구성된 출입구 관리를 위한 관리시스템을 구성할 수 있다. 이처럼 관리시스템은 각각의 고유 아이디를 가진 이용자의 출입 센싱 상황을 신호처리해 특정 고유 아이디에 대한 상태정보를 판단하고 그에 따라 적절한 제어 명령(control instruction)을 전송하는 제어서버 및 전송된 정보를 분류해 저장하는 관리서버로 구성된다.

동작원리
각각의 출입구마다 인체감지 센서 모듈이 설치될 수 있으며, 이 모듈들은 탐지센서 또는 접촉센서로부터 수신한 신호처리 정보에 기반해 전자식 개폐기의 사용 여부를 결정하고 관련 정보(탐지 센서, 접촉 센서, 전자식 개폐기의 작동 회수 등)를 무선통신 장치를 이용해 신호처리 모듈로 전달한다.
관련 정보는 일정한 주기로 전송되며, 전자식 개폐기가 정해진 시간범위 동안 계속적으로 작동되는 상황이 발생할 경우 등과 같이 특별한 상황 발생 시 실시간 전송되도록 설정할 수 있다.
신호처리 모듈은 고유 아이디가 부여된 각 출입구로부터 전송된 신호를 처리해 제어서버로 전송한다. 신호처리 모듈과 제어서버 간 통신은 유·무선 방식으로 이뤄질 수 있고 필요 시 관련 서버를 경유하거나 또는 로컬 및 원격지 서버로 동시에 전달될 수도 있다. 이러한 신호처리 모듈은 모든 출입구마다 설치될 수 있으며, 배치 개수는 근거리 통신수단의 플랫폼 특성에 따라 결정될 수 있다.

 
결론

정보보호의 개념은 개인정보보호, PC보안(바이러스 보호 등), 시스템 및 네트워크 보안(인터넷 및 인트라넷 보안 등), 첨단산업정보의 불법 유출을 막기 위한 산업정보보안 등 여러 보안산업을 아우르고 있다. 하지만 중요한 인적보안에 대해서는 확실한 보안정책도, 솔루션도 없다고 볼 수 있다.
주요 시설물의 출입에 대한 인가자와 비인가자의 구분이 단지 스마트카드(바코드, QR코드, RFID 태그로 개인정보를 암호화한 출입카드 등)하나가 전부인 경우가 많다. 문제는 이런 스마트카드를 갖고 그대로 퇴근한다거나, 스마트카드를 손쉽게 복제할 수 있다는 점이다. 정보보안 담당자에게 반납하고 퇴근을 하는 것이 원칙일 것이다. 이런 견지에서 볼 때, 인적보안에 대한 대응책이 필요하다.
이번 글에서는 RFID 태그 및 적외선 센서, 초음파 센서 및 압력 센서 등을 이용해 출입자의 신원파악이 요구되는 주요 공공건물의 출입자, 승차권을 소지한(교통카드 등) 지하철 개폐기 출입자, 고속도로 하이패스 차로의 게이트 진입차량 등을 실시간으로 인식해 각 도어를 통과하는 인체탐지 기술에 대해 알아봤다.
이를 기반으로 출입구의 사용 여부를 탐지하는 인체감지 센서 모듈을 이용해 인가자의 신원이 요구되는 주요 출입구(게이트)의 상태를 관제센터에서 보다 효율적으로 관리할 수 있는 관리시스템에 대해 설명했다.
인체감지 센서 모듈은 초음파 센서를 비롯한 다양한 센싱 기술이 적용되면서 점차 지능화돼 가고 있다. 이를 통해 보다 정확한 인식이 가능해 주요 공공건물 등의 이용자 출입통제를 효율적으로 관리할 수 있으며, 출입통제에 따른 관리비용도 감소시킬 수 있다. 이런 상태정보를 다종다양한 유·무선 근거리통신 네트워크를 이용해 주요 시설물 출입구의 상태와 관련된 정보를 실시간으로 자동으로 관리할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

정보보호의 개념은 개인정보보호, PC보안(바이러스 보호 등), 시스템 및 네트워크 보안(인터넷 및 인트라넷 보안 등), 첨단산업정보의 불법 유출을 막기 위한 산업정보보안 등 여러 보안산업을 아우르고 있다. 하지만 중요한 인적보안에 대해서는 확실한 보안정책도, 솔루션도 없다고 볼 수 있다.
주요 시설물의 출입에 대한 인가자와 비인가자의 구분이 단지 스마트카드(바코드, QR코드, RFID 태그로 개인정보를 암호화한 출입카드 등)하나가 전부인 경우가 많다. 문제는 이런 스마트카드를 갖고 그대로 퇴근한다거나, 스마트카드를 손쉽게 복제할 수 있다는 점이다. 정보보안 담당자에게 반납하고 퇴근을 하는 것이 원칙일 것이다. 이런 견지에서 볼 때, 인적보안에 대한 대응책이 필요하다.
이번 글에서는 RFID 태그 및 적외선 센서, 초음파 센서 및 압력 센서 등을 이용해 출입자의 신원파악이 요구되는 주요 공공건물의 출입자, 승차권을 소지한(교통카드 등) 지하철 개폐기 출입자, 고속도로 하이패스 차로의 게이트 진입차량 등을 실시간으로 인식해 각 도어를 통과하는 인체탐지 기술에 대해 알아봤다.
이를 기반으로 출입구의 사용 여부를 탐지하는 인체감지 센서 모듈을 이용해 인가자의 신원이 요구되는 주요 출입구(게이트)의 상태를 관제센터에서 보다 효율적으로 관리할 수 있는 관리시스템에 대해 설명했다.
인체감지 센서 모듈은 초음파 센서를 비롯한 다양한 센싱 기술이 적용되면서 점차 지능화돼 가고 있다. 이를 통해 보다 정확한 인식이 가능해 주요 공공건물 등의 이용자 출입통제를 효율적으로 관리할 수 있으며, 출입통제에 따른 관리비용도 감소시킬 수 있다. 이런 상태정보를 다종다양한 유·무선 근거리통신 네트워크를 이용해 주요 시설물 출입구의 상태와 관련된 정보를 실시간으로 자동으로 관리할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

참고문헌

[1] ‌“안전보안 통합 보고서_물리보안 전략분야 현황분석”, 2013 중소기업 기술로드맵 수립사업 최종보고서, 2014.
[2] ‌“차세대 바이오인식 종합”, ICT 중점기술 표준화전략맵 Ver.2011, 한국정보통신기술협회, 2012.
[3] ‌홍선학, “센서조합을 이용한 모바일 로봇제어 기술”, 대한전자공학회 논문지, 제42권 제2호.
[4] ‌남원모 외, “방범·안전·의료용 무선설비 국내외 이용동향 조사·분석 연구”, 한국전파진흥협회, 2013. 11. 22.
[5] ‌안태원, “인체감지 센서 모듈 및 관리 시스템의 개선방안”,대한전자공학회 논문지, 제51권 제10호, 2014. 10.
[6] http://www.stcinc.co.kr/html/sub2/sub02.php

박세환  박사(한국과학기술정보연구원 ReSEAT프로그램 전문연구위원)