Project Description
다수의 IoT 물리/가상 기기 간의 자율적 상호협력을 통해 IoT 군집 스스로가 데이터를 인지, 학습 및 추론하여 대응토록 하는 IoT 군집신경망(IoT Swarm Neural network: IoT-SNN) 기술 개발 진행
특히, 다수의 IoT 단말이 분포한 환경에서 AI/ML 기술을 활용할 시, 발생할 수 있는 2가지 중요한 문제를 해결하기 위한 연구 진행
IoT 단말의 에너지 문제
수집되는 데이터의 quality (데이터 누락 및 데이터 이상치)
Project Role : 실무책임자 (2018.09-2021.12)
Funding : Institute for Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP)
Project Task 1
실제 IoT 환경에서 수집되는 데이터들은 배치되는 Domain 특성에 따라 데이터가 달리 수집되므로, 실제 환경에서 IoT Node를 구성하여 데이터 수집을 진행
MCU Board : D1 mini arduino
Sensors : DHT22(Temp, Humi), CCS811 (CO2)
Edge Server : RPI 4B
데이터 수집 방법
WiFi Protocol 을 통한 단말간 무선연결 및 MQTT
MQTT Pub/Sub 기반 메시지 송수신
MySQL DB를 통한 데이터 저장
Node-red 를 활용한 데이터 시각화 (Dashboard 구성)
Dashboard 링크 : Link
Collaborators : 이상현 (Samsung Research), 장민석 (KISITI)
<Monitoring Testbed 구성>
<IoT node 및 IoT-ES 구성>
<전송주기조절 System Model>
<복원오차 예측 AI 모델>
Project Task 2
IoT 단말의 에너지 절감을 위한 전송주기조절 모델 개발
Motivation : IoT 단말로부터 수집되는 데이터의 대부분의 경우, IoT 서버에서 충분히 정확하게 복원할 수 있는 데이터들이므로,
데이터의 복원 오차를 예측하여, 복원 오차값과 IoT 단말의 에너지 소비량 간의 trade-off 관계를 적절히 고려하는 전송주기조절 모델 개발 완료
복원 오차를 예측하기 위해, 총 3가지 요소를 개별적으로 고려함
복원알고리즘 특성 : Bi-LSTM 모델 학습
전송주기값 특성 : Encoding Network
데이터 패턴 특성 : Multi-head CNN 모델
해당 복원오차 예측값과 에너지 소비량을 수식적으로 모델링하여, 최적화 문제를 통해 최적해를 계산함
Collaborators : 이경호 (KAIST)
Project Task 3
주기조절 모델 학습 자동화를 위한 Control Panel 구성
AWS S3로 Edge Server에서 수집된 데이터 전송
AWS Sagemaker 활용한 전송주기조절 모델 학습
전송주기조절 실행/종료 Control
Dashboard 내 구현 완료 link
관련 데모 영상
성과물
논문 :
IEEE Internet of Things Journal (IF:10.238) 2건
특허 : US 1건 (1건 출원)
국내특허 (3건 등록, 2건 출원)
<데이터 수집 및 주기조절 모델 데모 구조도>
<데모 영상>
<Energy Harvesting System Model>
<Max-Min Energy Fairness Problem>
Project Task 4
RF 기반 Energy Harvesting 을 통한 IoT 단말의 최적의 에너지 공급 방법
IoT 단말의 Energy harvesting 모델을 nonlinear한 모델로 가정하여, IoT-ES에서 최적의 자원(Subcarrier, Transmission Power) 할당 방안 제안
2가지의 자원할당 최적화 문제 고려
Max-Min Energy Fairness Problem
Power Sum Maximization Problem
NP-hard 문제를 relaxation과 Lagrange duality, Subgradient 방법으로 near-optimal solution 제안
Collaborators : 이경호 (KAIST)
성과물
논문 :
IEEE Internet of Things Journal (IF:10.238) 1건
특허 : US 1건 (1건 등록)
국내특허 (1건 등록)