응급 데이터 전송을 보장하는 저전력 블루투스 기반 초경량 IPv6 네트워킹 플랫폼

Abstract

최근 헬스케어 서비스를 질적으로 향상시키고 의료비용을 줄이기 위하여 환자 중심 헬스케어 서비스로 패러다임의 변화가 진행되고 있다. IBM의 `Patient-centric: the 21st Century prescription for healthcare` 보고서에 따르면, 환자 중심 헬스케어를 실현시키기 위해서는 환자의 건강 정보를 인터넷을 통하여 지속적으로 접근이 가능한 기술이 필요하다고 서술되어 있다. 최근의 스마트폰의 대중화와 맞물려, 다양한 저전력 블루투스 기반의 헬스케어 장비들이 사용되고 있으며, 이러한 저전력 블루투스 기반의 헬스케어 장비들이 환자 중심 의료 서비스에서 사용되기 위해서는 인테넷을 통한 지속적인 접근이 가능케 하는 기술이 필요하다. 하지만, 기존의 저전력 블루투스는 인터넷과 직접적으로 통신이 불가능하기 때문에, 스마트폰 어플리케이션을 통해 헬스케어 장비에서 수집된 의료정보를 인터넷으로 전달한다. 이러한 어플리케이션은 저전력 블루투스 장비마다 제조사에서 제공되기 때문에, 환자가 다양한 저전력 블루투스 장비를 사용하게 될수록 추가적인 어플리케이션의 동작이 필요하게 되며, 다수의 어플리케이션은 스마트폰에 리소스 부족 현상을 야기한다. 또한 기존의 저전력 블루투스 장비는 페어링 된 스마트폰과 통신이 가능할 뿐, 페어링 되지 않은 스마트폰과는 통신이 불가능하다. 만약 응급상황시에 페어링 된 스마트폰이 주변에 존재하지 않는다면, 응급 센터에서 환자의 응급 신호를 인지하지 못하므로, 환자의 생명에 치명적인 문제를 야기시킬 수 있다. 그러므로 본 논문에서는 Internet Protocol version 6를 저전력 블루투스에 적용하여 저전력 블루투스 장비가 인터넷으로 통해 직접적으로 접근이 가능하도록 하였으며, 또한 Advertising data 전송 프로토콜을 설계함으로써 논페어링 스마트폰을 통해서도 응급 신호를 응급 센터로 전송이 가능하게 하였다. 본 논문에서는 6BLE라는 IPv6 over BLE를 제안하여, 저전력 블루투스 도메인과 인터넷 도메인 사이에 이음매 없는 연결성을 제공하였다. 6BLE는 IEEE 802.15.4에서 6LoWPAN을 적용시켜 IPv6 연결성을 보장하는 SNAIL 플랫폼을 기반으로 설계 되었으며, 추가적으로 저전력 블루투스에 적합하도록 새로운 부분을 정의하고, 성능을 최적화 시켰다. 첫째로 6BLE의 환경을 설정하기 위해 필요한 Internet Protocol Support Profile(IPSP)를 정의하였으며, 둘째로 L2CAP MTU adaptive algorithm을 제안하여 6BLE의 fragmentation & Rassembly 작업을 최소화시켜 성능을 최적화 시켰다. 셋째로 기존 저전력 블루투스를 호환하기 위하여, BLE & 6BLE dual-mode network stack을 설계하였다. 마지막으로 advertising data 전송 프로토콜을 구현함으로써, 페어링된 스마트폰이 사용 불가능 할지라도 페어링 되지 않은 스마트폰을 통하여 환자의 응급 신호 전송을 보장하였다. 본 논문에서는 end-device와 gateway로 구성된 6BLE 프로토타입을 구현하고, 기존 저전력 블루투스와 응답시간과 전송속도 관점에서 비교하여, 6BLE가 사용 가능한 성능을 보여주는지에 대해서 측정하였다. 측정 결과 6BLE가 기존 저전력 블루투스 보다 응답시간 면에서 4 %, 전송속도 면에서 6 %의 성능 향상을 보여주었기 때문에 6BLE가 기존 저전력 블루투스와 비교해서 타당한 성능을 가진다는 것을 증명할 수 있었다. 또한 Advertising data 전송 프로토콜을 통하여 페어링 되지 않은 장비에서 응급 신호를 전송 가능함을 실험을 통해 증명함으로써, 사용자의 스마트폰 혹은 주변에 페어링 된 스마트폰이 사용 불가능 할 경우에도, 페어링 되지 않은 스마트폰을 통해서 응급 신호 전송을 보장함을 보였다.