Factors affecting real-time evaluation of muscle function in smart rehab systems

Hyunwoo Joe,Hyunsuk Kim,Seung-Jun Lee,Tae Sung Park,Myung-Jun Shin,Lee Hooman,Daesub Yoon,Woojin Kim Electronics and Telecommunications Research Instit 2023 ETRI Journal Vol.45 No.4

Advancements in remote medical technologies and smart devices have led to expectations of contactless rehabilitation. Conventionally, rehabilitation requires clinicians to perform routine muscle function assessments with patients. However, assessment results are difficult to cross-reference owing to the lack of a gold standard. Thus, the application of remote smart rehabilitation systems is significantly hindered. This study analyzes the factors affecting the real-time evaluation of muscle function based on biometric sensor data so that we can provide a basis for a remote system. We acquired real clinical stroke patient data to identify the meaningful features associated with normal and abnormal musculature. We provide a system based on these emerging features that assesses muscle functionality in real time via streamed biometric signal data. A system view based on the amount of data, data processing speed, and feature proportions is provided to support the production of a rudimentary remote smart rehabilitation system.

Output-oriented power saving mode for mobile devices

Joe, Hyunwoo,Kim, Jungseok,Lee, Jemin,Kim, Hyungshin North-Holland 2017 Future generations computer systems Vol.72 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Fast battery discharge is still the most nerve wracking issue for smartphone users. Though many energy saving methods have been studied, still users are not satisfied with their phone’s battery. Power management system provides low power mode when the phone is not in use for a long time. When the user is interacting with the phone, current system assumes the user is interactive and should keep the device in active mode. However, this is not true. After the user’s interaction, the device processes the request and displays the result on the smartphone’s output device. During this period, the user cannot see any meaningful information from the phone. In this paper, we propose a new low power mode where we put smartphone’s output device into low power mode while phone is preparing result for the user. We named this as <I>o-sleep</I>, an output-oriented power saving mode. While a device is processing a user’s request, output from the device may require preparation time. We consider the situation as the device’s output idle time and put the phone’s user interfaces into sleep mode while maintaining other subsystems in active state. To prove our concept, we have applied our technique onto various smartphone applications with varying operation environment. From the experiment, we found that the smartphone entered the o-sleep mode up to 58% of its total usage time in various test scenarios. Usability study supported feasibility of our proposed method.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> We identified user idle time while the phone is in preparation of output data. </LI> <LI> We propose phone’s output-oriented power saving mode. </LI> <LI> We implemented o-sleep mode with Android applications. </LI> <LI> We evaluated o-sleep mode with various realistic experiments and the result shows that we can achieve meaningful energy saving. </LI> <LI> From the experiment, we found that the smartphone entered the o-sleep mode up to 58% of its total usage time in various test scenarios. </LI> </UL> </P>

Instruction-Level Power Estimator for Sensor Networks

Hyunwoo Joe,Jaebok Park,Chaedeok Lim,Duk-Kyun Woo,김형신 한국전자통신연구원 2008 ETRI Journal Vol.30 No.1

In sensor networks, analyzing power consumption before actual deployment is crucial for maximizing service lifetime. This paper proposes an instruction-level power estimator (IPEN) for sensor networks. IPEN is an accurate and fine grain power estimation tool, using an instructionlevel simulator. It is independent of the operating system, so many different kinds of sensor node software can be simulated for estimation. We have developed the power model of a Micaz-compatible mote. The power consumption of the ATmega128L microcontroller is modeled with the base energy cost and the instruction overheads. The CC2420 communication component and other peripherals are modeled according to their operation states. The energy consumption estimation module profiles peripheral accesses and function calls while an application is running. IPEN has shown excellent power estimation accuracy, with less than 5% estimation error compared to real sensor network implementation. With IPEN’s high precision instruction-level energy prediction, users can accurately estimate a sensor network’s energy consumption and achieve fine-grained optimization of their software

TinyOS 를 위한 실시간 유비쿼터스 센서 네트워크 성능 모니터링 시스템

조현우(Hyunwoo Joe),류민희(Minhui Ryu),홍민녀(Minnyo Hong),김형신(Hyungshin Kim) 한국정보과학회 2009 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.36 No.1

제한된 리소스 사용이 필요한 센서네트워크 시스템에서는 저전력이 가장 중요한 요소 중 하나이다. 하지만 센서네트워크는 하나의 센서노드만으로 동작되는 시스템이 아닌 많은 수의 센서노드들이 유기적으로 네트워크를 구성해 동작되는 시스템인 만큼 네트워크 성능 역시 중요한 요소이나 전력에 관한 연구나 전력 소모 측정에 대한 연구에 비해 네트워크 성능 측정 대해서는 많은 연구가 진행되어 있지 않다. 이에 본 논문에서는 실제 설치된 센서노드의 네트워크 성능을 모니터링 할 수 있도록 TinyOS 기반의 라이브러리 형태로 일반적인 네트워크 성능 평가 요소인 처리량(throughput), 지연율(latency), 패킷 손실(packet loss), CRC 에러를 위한 컴포넌트들을 구현하고, 실시간으로 호스트 컴퓨터에서 모니터링 할 수 있는 시스템을 개발 하였다.

실시간 공중 모니터링을 위한 다중센서 데이터 처리 컴퓨터의 설계

조현우(Hyunwoo Joe),이종혁(Jonghyuk Lee),김형신(Hyungshin Kim) 한국정보과학회 2008 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.35 No.1

무인항공기를 이용한 실시간 공중 모니터링은 재난?재해, 테러 등의 위기상황을 사전에 대비하고, 사고 발생 시 피해상황을 신속하게 파악할 수 있는 효율적인 관리 시스템이다. 실시간 공중 모니터링을 위해 무인항공부문에서는 고성능의 카메라, 관성항법장치, 레이저 스캐너, GPS 수신기 등의 다중 센서들을 장착하고, 제어하며 각 센서들로부터 입력 받은 데이터 처리 및 지상국으로 데이터 전송이 실시간으로 가능해야 한다. 기존 무인 모니터링 시스템들은 카메라와 같이 단일 센서의 운용을 목적으로 설계되었으나, 본 연구에서는 레이져스캐너, 적외선 카메라를 포함하는 다중센서를 위한 컴퓨터를 설계하였다. 최근 다중센서를 장착한 관측시스템에 관한 연구가 미국 및 유럽에서 수행되고 있으나, 아직 개발이 완료되지 않은 상태이다. 본 논문에서는 고성능 다중 센서 데이터 처리를 위해 실시간 소프트웨어, 고속 대용량 데이터 처리 기술, 고속 압축 기술, 이기종 다중 센서들 간의 시각 동기화 기능을 제공하는 탑재컴퓨터의 설계결과를 소개하였다.

슈퍼컴퓨터를 이용한 센서네트워크 시뮬레이션

조현우(Hyunwoo Joe),윤상윤(Sang Yoon Yoon),홍정우(Jeongwoo Hong),김형신(Hyungshin Kim) 한국정보과학회 2011 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.38 No.1B

본 연구에서는 슈퍼컴퓨터를 이용하여 분산 임베디드 시스템의 대표적인 응용인 센서네트워크 시스템 연구/개발에 사용할 수 있는 병렬 센서 네트워크 시뮬레이터에 관하여 연구를 수행하였다. 현재 센서네트워크 개발자들이 많이 사용하는 Avrora 라는 분산 시뮬레이터를 슈퍼컴퓨터에 적재하여 시뮬레이션 성능을 분석하고, 슈퍼컴퓨터를 이용하여 시뮬레이션 속도가 개선되는지를 확인하였으며, 이를 바탕으로 향후 이러한 분산 임베디드 시스템의 시뮬레이션 서비스를 제공하기 위해 개선되어야 하는 소프트웨어 및 시스템적 요구사항을 도출하였다.

필기인식이 가능한 유아용 스마트펜 요구사항 분석

조현우(Hyunwoo Joe),오천인(Cheonin Oh),김길중(Kil Joong Kim),윤대섭(Daesub Yoon) 한국통신학회 2021 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

본 논문은 닷코드가 인쇄된 종이를 스캔하여 유아의 필기 인식이 가능한 스마트펜에 관해 논한다. 본 연구에서 논하는 스마트펜은 기존 유아용 소리펜이 단순히 닷코드를 포인트 단위로 인식하는 것과는 달리 스마트펜 자체에서 필기 패턴을 분석을 포함한다. 또한 최적화된 임베디드 소프트웨어와 필기패턴 분석 알고리즘을 적용하여 실시간 고속 스캔 및 필기분석을 가능케 한다. 주요 성능 요소로 닷코드 스캔 및 인식 속도, 필기패턴 처리속도와 필기인식 정확도이며, 우리 해당요소의 성능 목표치를 설정하고 최적화할 수 있는 방법을 고려하여 요구사항을 분석 하였다.

TeloSIM: Telos 형 센서노드를 위한 명령어 수준 센서네트워크 시뮬레이터

조현우(Hyunwoo Joe),김형신(Hyungshin Kim) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.11

센서 네트워크의 특성상 설치 후, 사람이 직접 초소형의 센서 노드들을 일일이 관리할 수 없기 때문에, 센서 노드를 직접 설치하기 이전에 시뮬레이션을 통해 각 센서노드들의 네트워크 환경을 미리 확인하고 점검하는 작업은 매우 중요하다. 센서네트워크 통신 프로토콜이나 어플리케이션은 데이터의 송수신 타이밍이 매우 중요하다. 하드웨어의 동작타이밍을 정확히 모델링 하여 시간에 데이터를 처리 송수신하는 사이클이 정확한 시뮬레이션이 요구된다. 이를 위해 잘 알려진 방법은 명령어 수준의 시뮬레이션 방법이다. 본 연구에서는 Telos 형 센서노드를 위한 명령어 수준의 센서네트워크 시뮬레이터인 TeloSIM을 구현했다. Telos 는 중앙처리장치인 MSP430과 라디오모듈인 CC2420를 사용하며 최근 가장 많이 쓰이고 있는 센서노드이다. MSP430은 센서노드에서 사용되고 있는 중앙처리장치 가운데 가장 적은 에너지를 소모하며, CC2420은 Zigbee를 지원하기 때문이다. 하지만 현재까지 개발된 명령어 수준의 센서네트워크 시뮬레이터는 대부분 Atmega128을 지원하는 시뮬레이터이거나 CC2420을 지원하지 못하는 시뮬레이터들이다. 따라서 본 논문에서는 소개하는 TeloSIM은 Telos를 이용하여 센서네트워크를 연구하는 개발자에게 도움을 줄 수 있다. TeloSIM은 명령어 수준의 시뮬레이터로 사이클이 정확한 장점을 갖고 있고 하드웨어를 정확히 모델링 하여 운영체제나 특정 기능 구현에 상관없이 하드웨어를 직접 이용하는 것과 동일하게 사용할 수 있으며, 다수의 센서노드를 동시에 시뮬레이션 할 수 있다. 그리고 GUI 도구를 제공하여 사용자가 시뮬레이션 결과를 쉽게 볼 수 있도록 하였다. In the sensor network, many tiny nodes construct Ad-Hoc network using wireless interface. As this type of system consists of thousands of nodes, managing each sensor node in real world after deploying them is very difficult. In order to install the sensor network successfully, it is necessary to verify its software using a simulator beforehand. In fact Sensor network simulators require high fidelity and timing accuracy to be used as a design, implementation, and evaluation tool of wireless sensor networks. Cycle-accurate, instruction-level simulation is the known solution for those purposes. In this paper, we developed an instruction-level sensor network simulator for Telos sensor node as named TeloSIM. It consists of MSP430 and CC2420. Recently, Telos is the most popular mote because MSP430 can consume the minimum energy in recent motes and CC2420 can support Zigbee. So that TeloSIM can provide the easy way for the developers to verify software. It is cycle-accurate in instruction-level simulator that is indispensable for OS and the specific functions and can simulate scalable sensor network at the same time. In addition, TeloSIM provides the GUI Tool to show result easily.

Development of a flap-type mooring-less wave energy harvesting system for sensor buoy

Joe, Hangil,Roh, Hyunwoo,Cho, Hyeonwoo,Yu, Son-Cheol Elsevier 2017 ENERGY Vol.133 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>To reduce deployment and maintenance costs, a novel wave energy converter (WEC) is proposed for mooring-less sensor buoys. The design concept is based on a small size WEC capable of harvesting wave energy without mooring, which can reduce the installation cost. The proposed wave energy converter consists of a submerged and a floating body, and the submerged body is a self-rectifying wave-induced turbine that uses the rise and fall of waves to turn a rotor. The rotor of the turbine has flap-type blades, which allows a self-rectifying rotation with rising and falling of waves. In this paper, the dynamics of the system is modeled by hydrodynamic equations, and simulations are carried out based on the dynamic model to determine the optimal design parameters of the system. In addition, the power generation in regular and irregular wave conditions and efficiency in irregular waves of the system are estimated. To verify the results of the simulation, a prototype of the system is implemented and tested in a sea trial. The results demonstrate the feasibility of the proposed wave energy converter.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> A flap-type mooring-less wave energy converting system is proposed. </LI> <LI> Hydrodynamic model of the proposed system and the results of a series of simulations are presented. </LI> <LI> Optimal design parameters and theoretical power generation are presented. </LI> <LI> Indoor tank test is conducted to verify the simulation results, and field feasibility is verified in sea trial. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>

Closed-loop Engineering for Advanced Upper-limb Rehabilitation of Stroke Survivors

Woojin Kim,Hyunwoo Joe,Junghee Jo,Hyun Sook Kim,Daesub Yoon 대한전자공학회 2019 대한전자공학회 학술대회 Vol.2019 No.6