건물 성능 시뮬레이션을 통해 건물의 IoT 개인 정보 유출을 알릴 수 있습니다.

Jul 19, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7602(2023) 이 기사 인용

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IoT 장치가 더 저렴해지고 작아지고 더 유비쿼터스하게 배포됨에 따라 의도한 설계보다 더 많은 정보가 공개되고 사용자 개인정보가 위협받을 수 있습니다. 이전에 에너지 절약 및 실내 건강 모니터링을 위해 설치된 실내 환경 품질(IEQ) 센서는 민감한 거주자 정보를 추론하는 수단으로 등장했습니다. 예를 들어, 광 센서는 동작 감지 조명을 사용하여 방 점유 상태를 검사하는 알려진 도관입니다. 빛 신호는 탑승자의 신원 및 디지털 화면 정보와 같은 민감한 데이터를 추론할 수도 있습니다. 센서의 과도한 도달을 제한하기 위해 방법론으로 센서 배치 선택을 살펴봅니다. 특히, 이 개념 증명 탐색에서 우리는 민감한 추론을 포착하는 데 필요한 최소한의 위치 수를 정량화하는 물리 기반 시뮬레이션 모델의 잠재력을 보여줍니다. 우리는 잘 배치된 단일 센서가 특정 건물 상황에서 환경 상태를 전체적으로 포착하는 데 어떻게 충분할 수 있는지, 그리고 잘 배치된 추가 센서가 보다 세부적인 추론에 어떻게 기여할 수 있는지 보여줍니다. 우리는 추론 가능한 거주자 활동을 정중하게 포착하고 실제 세계의 감지 체계에 건물 시뮬레이션을 통합하는 것의 의미를 자세히 설명하기 위해 장치에 구애받지 않고 건물에 적응하는 워크플로우를 제공합니다.

지난 20년 동안 건물의 에너지 절감 조치에 대한 인식이 높아짐에 따라 실내 조건의 변화를 모니터링하기 위한 수많은 기술 발전이 도입되었습니다. 센서와 액추에이터는 건물에 점점 더 통합되어 전체 에너지 소비를 줄이는 동시에 탑승자의 편안함을 향상시킵니다1,2. 예를 들어, 건물 자동화 시스템은 건물에 충분한 일광이 감지되면 인공 조명을 어둡게 하여 건물의 에너지 소비를 줄일 수 있습니다3. 건물은 또한 점유 및 공기 품질 센서를 활용하여 거주자의 존재 또는 편안함을 예상하여 난방 환기 및 냉방(HVAC) 장치의 에너지 수요를 줄일 수 있습니다4. 건물에 설치된 센서의 수는 에너지 가격의 상승과 스마트 환경의 알려진 이점에 따라 증가할 것입니다5. 그러나 센서에서 수집한 데이터를 사용하여 거주자의 효용성을 향상시키는 데에는 여전히 많은 과제가 존재합니다.

첫째, 근본적으로 센서는 데이터 수집 빈도가 다르기 때문에 연구자는 단순히 환경 센서를 구입하여 설치하여 실내에서 일어나는 모든 활동을 포착할 수 없습니다. 데이터 수집 빈도는 추론할 수 있는 거주자 행동 유형을 제한합니다. 예를 들어 Nyquist-Shannon 샘플링 정리는 신호를 올바르게 반전시키려면 신호의 가장 높은 주파수 구성 요소의 두 배 이상에서 샘플링해야 함을 보여줍니다6. 시간 척도의 차이는 연구자들이 데이터 손실 없이 15초마다 발생하는 피험자의 행동을 포착하기 위해 30초 카메라당 하나의 이미지를 사용할 수 없음을 의미합니다. 반면에 주파수를 높이면 신호 앨리어싱과 같은 다른 바람직하지 않은 효과가 발생할 수 있습니다. 주파수, 모드, 관측 변수 등 설치된 센서의 사양을 결정하는 것은 여전히 ​​연구원(설계자 또는 시설 관리자)이 필요합니다. 하드웨어를 구매하는 행위 자체가 관찰 가능한 다운스트림 동작을 영구적으로 제한합니다.

둘째, 센서 배치는 센서 수집 데이터의 다운스트림 유틸리티에 큰 영향을 미치지만 위치 지정은 간과되거나 무작위로 시작된 후 반복적으로 개선되는 경우가 많습니다7. 잘못된 위치에 센서를 배치하면 잘못된 판독값이 나올 수 있지만8,9 센서를 설치하고 가능한 한 빨리 데이터 수집을 시작하는 것이 더 편리할 수 있습니다. 더욱이 건물 평가를 위해 설치된 기존 센서는 새로운 공간 활용에 적합하지 않거나 바람직하지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 일부 거주자가 이사를 나가면 더 이상 점유되지 않는 위치의 이전 센서가 중복될 수 있습니다. 마찬가지로, 추가 거주자가 입주할 수 있으므로 이전 보장 범위가 새로운 공간 사용에 적합하지 않게 됩니다. 센서의 위치와 수를 최적화하면 에너지 소비가 줄어들고 판독값이 향상될 수 있지만 수동으로 센서 수를 확장하기 위해 상황 변화와 감지 목표에 대한 고려 사항을 통합하고 유지하는 것은 어렵습니다.