임베디드 소프트웨어 공모대전 수상작⑦ 아이디어 공모 과제 부문 최우수상
글: 이용희(아주대학교 정보통신대학 정보 및 컴퓨터공학부)
이희덕(숭실대학교 자연과학대학 물리학과)
자료제공: 임베디드소프트웨어산업협의회 www.kesic.or.kr
개요
• 배경
현대 사회의 아이들은 더 이상 숲을 찾지 않는다. 숲 뿐만이 아니라 밖에서 활동적으로 노는 것 자체가 줄어들었다. 아이들은 밖에서 뛰어놀기보다는 집에서 TV를 보거나 PC로 게임 하는 것을 즐긴다. 이런 상황에서 아이들은 자연이 주는 지식과 지혜를 배우기 힘들다. 공부가 인생의 전부인 것처럼 하루 종일 집이나 학원에서 공부를 하며 지내는 아이들이 있고, 자연에는 크게 관심이 없어 아이들이 물어봐도 잘 알지 못해 쉬쉬 넘기는 부모님들이 있다. 이들이 자연에 다가가지 못하는 이유는 무엇일까?
다가가지 않았으니 알기 어렵고, 잘 알지 못하니 다가가기 어려운 것이다. 만약 우리 주변에 있는 식물에 대한 정보를 쉽게 알 수 있다면 어떻게 될까? 식물에 대한 작은 관심으로 시작하여 결국에는 자연 전체에 대한 관심으로 발전할 수 있지 않을까?
• 목적
Flant It (Friend + Plant + IT)을 통해 식물에 대한 지적 호기심을 불러일으키며, 식물에 대한 정보를 보다 쉽게, 그리고 정확하게 제공할 수 있도록 돕는다. 또한 자연과 함께하는 즐거움을 느끼고, 보다 많은 자연 환경을 필요로 하게 하며, 자연에 대한 사회적 인식의 개선으로 보다 친환경적인 삶을 살게 한다.
아이디어 내용
• 시스템 구성
그림 1. 아이디어 구성
* Server
식물의 정보를 담고 있는 DB와 프로그램으로 구성된다.
* Computer
서버부분과 직접 연결하는 PC와, 공원부분과 직접 연결하는 스마트폰으로 구성된다. PC와 스마트폰은 서로 정보를 교환할 수 있다.
* Park
해당 공원에 있는 식물의 정보를 받을 수 있는 DB 업데이트 구역과 각 식물에 붙어있는 팻말과 바코드로 구성된다. 바코드에는 식물 종류에 대한 고유 정보 및 개체의 고유 정보가 들어있다.
• 적용 시나리오
① 사용자는 식물에 대한 호기심으로 Flant It을 PC로 다운받는다.
② 장소에 상관없이 사용하기 위해 Flant It을 PC에서 스마트폰으로 다운받는다.
③ 공원에 놀러가서 식물도감 DB를 업데이트 한다.
(이미 있는 정보라면 이 과정이 필요 없다.)
③ 관심 있는 식물의 팻말에 있는 바코드를 찍는다.
④ 스마트폰으로 식물에 대한 도감 정보를 볼 수 있다.
(식용여부, 기르기 가능 여부 등 추가 정보도 함께.)
⑤ 도감 정보를 보고 있는 식물에 대해 북마크 할 수 있고, 기르기가 가능한 식물이라면 장바구니에 담을 수 있다.
⑥ 북마크 된 식물들을 다시 볼 수 있다.
⑥ 장바구니에 있는 식물들을 간단하게 주문 할 수 있다.
(문자 혹은 PC를 통해 가능하다.)
• 기술적 특이성
보급화 된 디바이스를 사용하여 시스템 구축비용을 최소화 할 수 있으며, 이로써 본 시스템을 구축하는 것에 대한 리스크가 상당히 적어진다. 또한 휴대폰(스마트폰)은 현대인들에게 가장 친숙한 장비로 높은 접근성을 가지고 있다. 높은 접근성을 토대로 아이디어의 목적을 이루는 것이 보다 용이할 것이다.
• 유사 사례 연구
- 서울시 가로수 전산 관리 시스템
그림 2. 서울시 가로수 표찰
서울 가로수 전산관리 시스템은, 서울 시내 전역의 가로수와 보호수, 수령이 오래 된 나무,직경 20cm 이상의 큰 나무 등을 일제 조사해 고유번호가 적힌 표찰을 붙이고 관련 자료를전산 처리해 가지치기와 병충해 방제, 치료, 이식 등 식수 관리와 관련된 정보를 중앙시청에서 관리하는 시스템으로, 2개 구에서 시범 시행되다가 2001년 전면적으로 도입되었다.
이 시스템은 현장을 순찰하는 관리 요원이 가로수에 내장된 RFID를 인식할 수 있는 무선장비로 가로수에 대한 새로운 정보를 입력하고, 이 정보는 구청 중앙 서버에 전달되며, 중앙 서버를 통해 정보를 검색한 직원은 문제가 있는 가로수에 대해 적절한 조치를 취하게 된다.
그림 3. 서울시 가로수 전산 관리 시스템 구성도
서울시는 이 시스템을 전면 도입한 이후, 병충해나 관리 미흡으로 인해 고목화되는 식수를 최대 80%까지 줄일 수 있었으며, 중앙전산 관리로의 변화로 인해 환경미화예산을 줄일 수 있었다. 아울러 인천시, 울산시, 양산시 등의 도시에서 이 시스템을 앞 다투어 도입하기 시작하였다.
- 차이점
서울가로수 전산관리 시스템과 Flant It의 가장 큰 차이점은, 식수 관리와 더불어 사람과 다양한 식물과의 인터랙션을 통해 자연과의 교감을 얻도록 유도하고 있는 점이다. 아울러, 서울가로수 전산관리 시스템은 RFID를 통해 식수를 식별하기 때문에, RFID Reader가 탑재된 디바이스가 필요한데, 국내에는 산업용 high-feature 디바이스 이외에 RFID Reader가 탑재된 경우가 전무하며, 이러한 디바이스를 도입하는데 많은 비용이 소모될 수 있다.
또한, 각 가로수에 식별장치를 탑재하기 위해서는 뿌리나, 기둥에 못을 박아 RFID를 주입하여야 하는데 이로 인해 식수에 손상을 줄 우려도 있다.
반면, Flant It는 2차원 QR-Code를 통해 식물에 대한 정보를 식별함으로, 식물 훼손에 대한 우려가 없고, 카메라(스마트폰 카메라, 바코드리더)가 탑재된 모든 디바이스에서 식물에 대한 정보를 식별 할 수 있으며, 이를 통해 관리당국을 비롯해 일반인들도 식물에 좀 더 쉽게 인터랙션 할 수 있는 장점이 있다.
그림 4. RFID방식과 QR Code 방식의 차이점
개발 내용
• 시스템 구성
* Plant Management System
* Mobile Application
* Client Application
* Server-Side
* RDRMS
그림 5. 시스템 구성
• 시스템 기능
① Mobile Application
- 식물 정보 검색
- 식물 정보 확인 (바코드 카메라로 찍어서 영상처리)
(도감 정보 + 식용 여부 + 기를 수 있는지 여부 및 난이도)
= 관심 식물 등록
= 장바구니에 담기
- 관심 식물 보기
- 식물 구매하기
② Client Application
- Flant It 프로그램 다운
- Flant It 식물도감 DB 정보 받기
- 식물에 대한 미니 다큐멘터리 영상을 볼 수 있음
③ Plant Management System
- 해당 지역별 관리 정보
- 식물 별 관리 로그 및 사용자와의 인터랙션 로그
- 주변 기상 정보
④ Server Side
- 프로그램 다운
- 클라와 DB연결
⑤ RDBMS
- 식물도감 정보
- 식물 별 미니 다큐멘터리
개발 방안
• 실행 및 개발 환경
Flant It는 모바일 클라이언트/ (데스크톱) 클라이언트/ 서버사이드로 실행환경이 구성 되며, 실행 환경에 따른 개발 분류는 Front-End와 Back-End 두 가지로 나눌 수 있고, 이들 분류에 따른 개발환경은 다음과 같다.
* Front-End 개발
① Mobile Application 개발
지원플랫폼 : Windows Mobile 6.0
개발언어 : C#
개발환경 : Visual Studio 2008
② Client Application 개발
지원플랫폼 : Windows, Mac, Linux OS
개발언어 : AS3, Adobe Flex, Adobe AIR
개발환경 : Eclipse
③ UI 개발
개발언어 : XML, HTML
개발환경 : Adobe Dream Weaver, Adobe Photoshop
* Back-End 개발
① Plant Management System 개발
개발플랫폼 : .NET Framework 3.5
개발언어 : C#
개발환경 : Visual Studio 2008
② Server Side 개발
개발플랫폼 : Ruby on Rails
개발언어 : Ruby
개발환경 : Eclipse or Editplus
③ RDBMS 구축
플랫폼 : MySQL
개발환경 : Console
• 기능별 구현 방안
* Front-End 구현
Flant IT의 Front-End는 서비스 내에서 사용자를 위한 애플리케이션으로, 사용자의 경험(User Experience)에 알맞은 사용자 인터페이스(User Interface) 설계가 중요하다. Flant IT 서비스에서는 Mobile Application과, Client Application을 구현하여야 하며, 각 애플리케이션별 구현 방안은 아래와 같다.
① Mobile Application
Flant IT 프로젝트에서 사용자 서비스의 대부분의 인터랙션이 Mobile Application에서 일어나는 만큼, 상당히 중요한 비중을 가지고 개발하여야 한다. Windows Mobile 환경을 기반으로 하는 플랫폼을 지원할 예정으로, 개발 언어는 C#, C++을 기반으로 개발 할 수 있고, 개발 환경은 Visual Studio가 지원하고 있다.
모바일 애플리케이션을 개발하기 위해서는 Windows Mobile SDK가 필요하며, 이는 마이크로소프트 MSDN에서 무료로 내려 받을 수 있다. 시스템에서 식물과 사용자의 인터랙션은 2차원 QR Barcode를 Imaging Device를 통해 인식함으로써 진행되는데, 대부분의 모바일 플랫폼에서는 Imaging Device를 Native API를 통해 지원하고 있으며, Barcode를 인식하는 라이브러리도 오픈 소스를 통해 무료로 공개되어 있다. 아울러, Barcode 인식 방식은 대부분의 디바이스에서 결제 및 데이터 관리 용도로 널리 사용되고 있다.
현재 이 프로젝트에서 사용할 수 있는 Imaging Device로는 Barcode Reader와 Camera가 있는데, 일반적으로 Barcode Reader는 POS를 위한 용도로 공업용 디바이스에 주로 보급되어 있고, 일반 사용자들에겐 잘 보급되지 않은 단점이 있으나, 최근 high-feature device와, lower-feature Device에 탑재된 Camera의 성능이 향상 된 만큼, QR Barcode 인식은 Camera로도 충분히 구현이 가능하다.
OECD 3G 휴대폰 보급률 평균 도표에서도, 한국은 3G 디바이스의 보급률이 100%에 가까운 만큼, 대부분의 Device에는 영상 통화를 위한 Camera가 탑재되어 있다. 즉, Flant IT의 Mobile Application은 현재 구현 가능성도 높고, 개발 시 모든 사용자에게 적용 가능하다는 장점이 있다.
그림 6. Mobile Application Use-Case 시나리오
Use Case 시나리오에 따라, UI 구성은 총 5개의 구성으로 구성되며, 인터랙션별 화면 구성은 다음과 같다.
- 식물 편람 데이터 내려 받기
그림 7. 편람 접속 화면
- 식물 인터랙션
- 식물 인터랙션
그림 9. 바코드 입력 화면
- 식물 정보 제공
그림 10. 정보화면
- 부가기능
그림 11. 북마크 화면 그림 12. 구매 화면
② Client Application
Flant IT 프로젝트의 Client 서비스는, 식물원 이외의 곳에서 식물과 인터랙션 하기 위해 설계되어야 함으로, 친근한 UI와 식물과 교감하는 듯한 UX가 중요할 것이다. Mac OS, Windows Vista에서 기본적으로 제공 하고 있는 위젯 기능을 이용하거나, 알림 표시등을 이용하여 사용자에게 식물의 정보를 제공 하고, 식물과 인터랙션 하는 듯한 느낌을 받도록 어플리케이션을 설계해야 한다.
Mobile Application으로 사용자가 인터랙션한 식물의 정보를 PC로 내려 받아, 수집하는 듯한 인터랙션을 자연스럽게 유도하며, PMS(Plant Management System)와 연동하여, 해당 식물과의 자연스러운 교류를 유도하게끔 구성한다.
그림 13. Adobe Flash Platform and web technologe
이 프로젝트에서는 다양하고 손쉬운 UI개발과, 크로스 플랫폼 개발을 위해 Client Application을 Adobe AIR 플랫폼을 기반으로 개발 하며, 개발 언어는 ECMA-Script를 기반으로 하고 있는 Action Script3와, UI 컨테일러는 Flex SDK를 기반으로 개발한다. Eclipse나 Adobe Flex Builder에서 개발 하며, 개발 과정 중 공정 관리는 MS Visio를 사용하며, 소스코드 관리와 버전 관리에는 Ant 프레임워크와, SVN을 사용하여 진행할 예정이다.
Adobe Flash Platform의 핵심 런타임인 Adobe AIR를 우리 시스템에 도입 할 경우, 인터랙티브 디자이너와의 협업이 원활해지며, 사용자 중심의 인터페이스를 손쉽게 설계할 수 있다. AIR 런타임을 이용하여, 맥 OS, 윈도우 플랫폼, 리눅스 플랫폼의 사용자들에게도 동일한 서비스를 제공 할 수 있고, Flant IT 서비스를 별 다른 개발 없이 웹으로 확장 할 수 있는 장점도 있다.
따라서 Client Application을 Adobe AIR 기반으로 개발 할 경우, 개발 기간을 단축 할 수 있고, 윈도우 플랫폼 뿐 아니라 Mac OS, 리눅스 등에서도 해당 서비스를 제공 할 수 있으며, 경우에 따라 웹 서비스로 제공 할 수 있다.
Client Application은 Mobile Application에 비해 이미지 프로세싱이나, 유비쿼터스 네트워크를 필요로 하지 않으며, 사용자가 식물과의 교감 위주의 인터랙션을 손쉽게 할 수 있도록 보다 간단하고 직관적인 인터페이스로 구성 할 예정이다.
Client Application UI 구성은 다음과 같다.
- 식물도감 내려 받기
그림 14. 식물도감 내려받기 시스템
- 식물 위젯
그림 15. 식물 위젯 화면
- 식물 키우기
그림 16. 식물 키우기 정보화면
- 학습 및 엔터테인먼트
그림 17. 동영상을 통합 학습화면
* Back-End 구현
그림 18. Back-End 시스템 아키텍처
Flant IT 시스템에서 Back-End 계층은 주로, 식물의 데이터를 관리하고, 식수에 대한 이력을 추적하는 시스템으로, 주요 데이터 관리와 유비쿼터스 환경을 조성하는 역할을 한다. Flant IT 시스템에서는 식물에 대한 주요 정보를 관리하고, 유비쿼터스 환경을 담당하는 PMS(Plant Management System)과, 식물에 대한 데이터들을 관리하는 Server-Side로 구성되어 있다.
① Plant Management System
Flant IT 시스템에서 PMS(Plant Management System)은 사용자와 인터랙션을하는 레이어는 아니지만, 식물원에 있는 모든 식수정보들을 관리하며, 이와 더불어 식물원 내에서 식수관리를 비롯해 방문자 관리를 쉽게 할 수 있도록 유비쿼터스한 모든 네트워크 환경을 통틀어 이른다. (USN + AP)
PMS는 크게 식수관리, 기상 정보관리, 방문자 관리의 세 개의 계층으로 나뉘며, 이들 정보는 USN을 통해 주변의 임베디드 시스템에 공유한다. PMS에서 사용되는 데이터들은 Server Side와 통신하여 관리한다.
그림 19. PMS 시스템 아키텍처
PMS 시스템을 도입할 경우 가장 큰 장점은, 식물과 관련된 정보를 획일화된 유비쿼터스 네트워크 환경에서 손쉽게 관리할 수 있으며, 이력 등을 간략히 추적 할 수 있다. 또한 이러한 이력 등은 PMS에 접속된 모든 사람들과 쉽게 공유하여 협업 할 수 있다. 이러한 시스템을 활용하여, 식물원(혹은 관내)의 식수가 폐목화 되는 것을 방지 할 수 있으며, 이를 통해 식물의 추가 식수나, 관리에 드는 비용을 획기적으로 절감 할 수 있다.
아울러, PMS는 관리 기능과 더불어 식물원 방문객들에게, 식물에 대한 정보를 글과 같은 문맥 자료에서 확장된 형태의 멀티미디어(음성, 화성) 자료들을 제공 할 수 있으며, 이를 통해 방문객들은 환경과 친밀하게 소통 할 수 있고, 식물과 인터랙션 하는 것 같은 교감을 느끼게 할 수 있다.
방문객과 식물과 인터랙션한 로그를 PMS에서 관리하여, 해당 식수의 선호 연령대 및 환경 정보들을 알 수 있으며, 식수가 훼손 정보도 손쉽게 추적 할 수 있다.
PMS의 주요 아키텍처는, 유비쿼터스 네트워크 장비(USN, AP)와, Management System으로 구성되어 있다.
② Server Side
Flant IT에서 Server Side는 PMS와 주요 데이터를 주고받는 정보로 크게 Server Side Script Language와 RDBMS로 구성되어 있다.
그림 20. RDBMS와 MySQL의 정보 교육 구조도
Flant IT에서 Server Side Script Language는 Ruby on Rails로 개발 될 예정인데, ROR은 무료 서버사이드 스크립트 프로그램으로 루비언어를 기반으로 개발된 MVC 프레임워크 이다.
그림 21. RAILS사 로고
ROR은 CRUD(Create, Read, Update, Delete) 스캐폴딩을 지원하여, 빠른 개발이 가능하고 Front-End 계층과의 Request-Response API를 지원하고 있어서, Flant IT의 PMS 계층뿐만 아니라, Client Application과의 데이터 공유에 사용하는 것이 적절하다.
RDBMS는 MySQL을 기반으로 개발 할 예정인데, MySQL은 리눅스, 윈도우 등 다양한 환경을 지원 하고 있으며, 무료 DB 엔진이다. MySQL은 다중 스레드와, 다중 사용자 형식의 구조 질의어에서 다른 RDBMS 보다 월등한 성능을 가지고 있으며, Flant IT의 Server-Side Script Language로 사용할 ROR(Ruby on Rails)와도 연동하여 개발 할 수 있다.
• 문제점 및 해결방안
Flant IT 프로젝트는 사업성이 아닌 공공성을 가진 프로젝트이기 때문에 대중화가 어렵다.
응용 분야 및 파급효과
응용 분야와 시장성
* 적용 분야
주거단지 / 공원 / 식물원 / 식물 / 관련 / 박람회
Flant It은 친환경적으로 삶의 질을 향상시킬 수 있는 공공성을 띤 시스템이자 프로그램이다. 가장 먼저 적용될 분야로 주거단지와 공원을 생각할 수 있다.
주거단지는 현대인들의 보금자리로, 공원은 현대인들의 삶의 쉼터이자 가족의 나들이 공간으로 활용되고 있다. 이런 곳에 Flant It이 적용된다면, 식물에 대한 관심을 높이고 보다 정확한 정보를 제공할 수 있다. 이를 통해 사람들이 보다 친숙한 공간으로 느낄 수 있고, 보다 편안한 쉼터로 자리매김 할 수 있다.
다음으로 식물원과 식물 관련 박람회 적용될 수 있다. 기존의 가장 큰 문제점인 단 방향적 정보 제공을 인터랙션하게 바꿀 수 있다. 기존의 시스템이 단 방향적 정보 제공을 통해 사람들이 직접 보고 단방향적인 정보 제공에 만족했던 것과는 달리, Flant It은 보다 쌍 방향적 정보 제공을 통해 사람들에게 보다 큰 만족감을 줄 수 있을 것이다. 이를 통해 사람들은 식물원이나 식물 관련 박람회가 유익했다고 생각할 것이며, 이는 추후 사람들이 다시 올 수 있게 하는 원동력이 된다.
* 시장성
Flant It은 공공성을 가진 시스템이다. 친 환경적인 자세로 삶의 질을 높여줄 수 있고, 양질의 정보 제공을 통해 사람들의 지속적인 호기심을 자극할 수 있다. 주거단지나 공원을 조성하는 모든 건축업분야와 식물원, 식물 관련 박람회를 준비하는 주최 측 모두가 Flant It의 고객이 될 수 있다.
* 응용 분야
동물원 / 박물관 / 미술관
Flant It이 적용되는 분야 중, 식물원과 같은 방식으로 적용될 수 있다고 생각한다. 보다 쉽게, 그리고 정확하게 전문적인 정보를 전달받을 수 있기 때문에 관람객들에게 보다 큰 만족감을 줄 수 있다. 이는 추후 사람들이 다시 오도록 하는 원동력이 된다.
• 파급 효과
* 경제적
Flant IT 시스템은 식물을 포함하여 관련된 모든 전시회에 적은 비용으로 도입하여 사용자에게 바로 제공 할 수 있다. 아울러, Flant IT 시스템을 활용하면 전시회에서 사용자에게 제공 할 수 있는 정보가 다양해지고 중앙에서 데이터를 관리하고 업데이트함으로 오류를 즉각적으로 수정할 수 있고, 종이나 팻말로 된 정보 보다 정확한 정보를 제공 할 수 있다.
* 사회적
Flant IT 시스템은 환경과 관련된 모든 플랫폼에 전시 할 수 있으며, 이를 통해 사용자들은 휴대폰(스마트폰)을 이용해 환경과 보다 친밀한 인터랙션이 가능하게 되고, 이를 통해 사회 구성원들에게 환경의 중요성에 대한 자연스럽고 친근한 교육이 가능하며, 환경에 친밀하게 접근할 수 있는 사회적 환경의 기반을 조성 할 수 있다.
* 문화적
Flant IT 시스템은 최근 정부의 친환경 녹색성장 정책에 부합하여, 적은 기회 비용으로 많은 사용자들에게 환경의 중요성에 대해 교육 할 수 있으며, 이러한 문화적/환경적 변화를 기반으로, 유비쿼터스와 환경이 보다 조화롭게 융합할 수 있는 그린IT 동력 성장의 기틀을 마련 할 수 있다.
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