KR100498291B1

KR100498291B1 - 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100498291B1
Application number: KR10-2003-0003360A
Authority: KR
Inventors: 민상철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2005-07-01
Also published as: KR20040066328A

Abstract

본 발명은 SIP 프로토콜과 음성 식별 인증 기반의 휴대폰을 이용하여 홈 네트워크를 제어하는 기술에 관한 것이다.이러한 본 발명은, SIP 프로토콜로 설정된 인터넷 망(32A)과 홈 네트워크의 접속 채널을 통해 홈 게이트웨이(33)와 접속되어 인증을 받은 후 가전기기(34A-34N)의 구동을 제어하는 휴대폰(31A)과; 상기 휴대폰(31A)이 가전기기(34A-34N)로 접근을 시도할 때 내부의 SIP 프럭시 서버로 요구사항을 처리하고, 음성 화자 식별을 위한 음성 데이터 채널을 설정한 후 지정된 문자열 음성을 식별하여 인증 여부를 결정하는 홈 게이트웨이(33)에 의해 달성된다.

Description

휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING HOME NETWORK USING MOBILE PHONE}

본 발명은 SIP 프로토콜과 음성 식별 인증 기반의 휴대폰을 이용하여 홈 네트워크를 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 휴대폰을 이용하여 VoIP 프로토콜 중 하나인 SIP 프로토콜로 홈 네트워크와 외부 인터넷 공중망과의 접속 채널을 설정할 수 있도록 하고 음성 화자 식별을 통해 사용자를 인증하여 가전기기의 관리 및 제어 권한을 부여할 수 있도록 한 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 홈 네트워크의 구조를 나타낸 것이다. 이와 같은 시스템에서는 사용자가 전화망(12)을 통해 홈 오토메이션 전화기(13)에 전화를 걸어서, 이로부터 출력되는 음성 안내방송에 따라 여러 가전기기(14A-14N) 중에서 제어 대상의 가전기기를 선택하고 현재의 상태를 파악하는 정도의 아주 기초적인 수준의 기술이 제공되었다. 즉, 도 1은 홈 네트워크라기 보다는 홈 오토메이션 쪽에 더 가까운 시스템이라 할 수 있다. 하지만, 전화는 주위에서 쉽게 이용할 수 있는 대상이므로 언제 어디에서도 집안의 상태를 파악할 수 있다는 장점이 있다.

도 2는 상기 도 1에 비하여 보다 진보된 종래의 다른 홈 네트워크 구조를 나타낸 것이다. 이와 같은 시스템에서는 집 안에 홈 게이트웨이(23)를 설치하고, 이 홈 게이트웨이(23)를 통해 집안의 가전기기(24A-24N)를 제어하거나 관리할 수 있도록 하고 있다. 즉, 상기 홈 게이트웨이(23)에는 웹 서버(23A)가 설치되어 있기 때문에 외부에서는 피씨(PC)(21) 등을 이용하여 인터넷 망(22)을 통해 그 홈 게이트웨이(23)에 접속하여 상기와 같이 가전기기(24A-24N)를 제어하거나 관리할 수 있도록 하고 있다.

이와 같은 시스템에서는 편리한 사용자 인터페이스를 이용하기 때문에 사용자가 쉽게 활용할 수 있고 상호 작용에 의한 제어 및 관리가 가능한 이점이 있다. 하지만, 인터넷이 사용 가능해야 한다는 제한점이 있으며 가전 기기의 특성이나 제어 방법 등을 홈 게이트웨이(23)가 모두 인식하고 있어야 한다. 만약, 가정에 설치된 가전기기가 타사 제품일 경우에는 그 가전기기의 제어정보가 공유되지 않으므로 사실상 제어가 불가능하게 된다. 이와 같은 이유로 인하여, 대부분의 경우 가전기기(24A-24N)와 홈 게이트웨이(23)를 구입할 때 동일한 회사의 제품으로 구입하고, 홈 게이트웨이(23)와 가전기기(24A-24N) 사이에는 전용 프로토콜을 사용하여 통신하게 된다.

최근에는 IEEE1394와 같은 표준 프로토콜을 가전기기(24A-24N)와 홈 게이트웨이(23) 사이의 통신 프로토콜로 채택하여 상기와 같은 문제점을 해결하려 하고 있으나, 외부 피씨(21)에서 IEEE1394 프로토콜을 사용하지 않기 때문에 홈 게이트웨이(23)의 중재자 과정은 여전히 존재한다. 이와 같은 이유로 인하여, 상기 홈 게이트웨이(23)는 가전기기(24A-24N)의 일반적인 특성에 대해서만 제어가 가능하게 되고, 개별적 고유 특성 제어는 가전기기(24A-24N)의 제조업체에서 제어 정보를 공유시켜야만 가능하게 된다.

신호 채널의 보안 문제에 있어서 웹 서버 접속 방식의 경우 웹 브라우저와 서버 사이에 일반적으로 많이 사용되는 SSL, TSL 등의 기술이 적용되고 있다. 이것은 내부적으로 인증서 교환 등의 방식으로 운영되고 있으며, 보안의 강도가 높은 편이다. 하지만, 제3자가 노트북 피씨를 탈취하거나 인증서의 사본을 확보하거나, 인터넷 상에서 해킹 기법으로 권한을 획득할 수 있으므로 별도의 보안 절차가 요구된다. 따라서, 최근에는 홍채인식, 지문 인식 등의 생채 기술을 적용한 인증 연구가 활발히 진행되고 있다.

이와 같이 종래의 홈 네트워크 제어 기술 중, 홈 오토메이션 전화기를 이용한 네트워크 제어기술은 제어 대상의 가전기기를 선택하고 현재의 상태를 파악하는 정도의 아주 기초적인 기능만을 수행할 수 밖에 없는 한계가 있었다. 또한, 홈 게이트웨이를 이용한 네트워크 제어기술에 있어서는 다른 제조업체의 가전기기에 대해 제어정보를 공유하는데 어려움이 있고, 불법 침입자를 차단하는데 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 제1목적은 휴대폰을 이용하여 VoIP 프로토콜 중 하나인 SIP 프로토콜로 홈 네트워크와 외부 인터넷 공중망과의 접속 채널을 설정하고, 생채 정보 인식방법 중 하나인 음성 화자 식별에 의한 인증절차를 통해 인증 여부를 결정하도록 하는데 있다.

본 발명의 제2목적은 휴대폰을 이용하여 시간, 장소의 구애를 받지 않고 홈 네트워크에 접속할 수 있고, 인터넷 상에서 지원되는 음성 통신 표준 프로토콜인 SIP를 이용하여 네트워크 경로 설정 및 장비 간의 호환성을 극대화 할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 제3목적은 SIP 프로토콜의 높은 확장성을 이용하여, 홈 게이트웨이의 지원 여부와 관계없이 가전기기의 고유 특성을 휴대폰 소프트웨어 업그레이드 등의 간단한 조치를 통해 직접 제어할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 제4목적은 음성의 화자 식별 기술을 이용하여 사용자를 인증할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 제1특징은 SIP 프로토콜 기반의 통신망에서 휴대폰으로 홈 네트워크에 접근하여 집안 내 가전기기에 대한 제어 권한을 얻도록 하는 것이다.

본 발명의 제2특징은 SIP 프로토콜에서 제공하는 SIPS(SIP Secured. IETF RFC 3261 참조) URI를 이용하여 TLS(IETF RFC 2246 참조) 방식의 제어 채널 설정하는 것으로 1차 보안을 수행하고, 이 채널을 이용하여 음성 화자를 식별하는 것으로 2차 보안을 수행하도록 하는 것이다.

본 발명의 제3특징은 SIP 프럭시 서버(Proxy Server), 미디어 ALG(ALG: Application Level Gateway), 음성 화자 식별 시스템, 웹 서버가 통합된 홈 게이트웨이를 홈 네트워크 상에 구축하는 것이다.

본 발명에 의한 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 방법은, 사용자가 휴대폰을 통해 음성 화자 식별 기능을 요청하면, 홈 게이트웨이가 인터넷 망과 홈 네트워크 상의 화자 식별용 음성 채널을 설정하는 제1차 보안처리과정과; 사용자가 휴대폰의 화면에 디스플레이된 소정의 문자열을 발성하면, 홈 게이트웨이가 해당 문자열에 대응하는 음성적 특징을 그 휴대폰으로부터 수신된 음성 데이터와 비교 판단하여, 집안 내 가전기기들의 구동 제어 권한에 대한 인증 여부를 결정하는 제2차 보안처리과정으로 이루어진다.

도 3은 본 발명에 의한 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, VoIP 프로토콜 중 하나인 SIP 프로토콜로 설정된 인터넷 망(32A)과 홈 네트워크의 접속 채널을 통해 홈 게이트웨이(33)와 접속되어 인증을 받은 후 집안 내 가전기기(34A-34N)에 대한 제어 권한을 갖는 휴대폰(31A)과; 인터넷 망(32B)을 경유하여 상기 홈 게이트웨이(33)의 웹 서버와 접속되어 인증을 받은 후 가전기기(34A-34N)의 구동을 제어하는 피씨(31B)와; 상기 휴대폰(31A)이 인터넷 망(32A)을 경유하여 가전기기(34A-34N)로 접근을 시도할 때 내부의 SIP 프럭시 서버(33A)를 통해 요구사항을 처리하고, 음성 화자 식별을 위한 음성 데이터 채널을 설정하며, 지정된 문자열 음성을 식별하여 인증 여부를 결정하는 홈 게이트웨이(33)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에서 홈 게이트웨이(33)는 음성화자식별 모듈(33C)을 구비한 SIP 프로토콜 기반의 홈 네트워크 상의 구현예를 나타낸 것이다. 상기 홈 게이트웨이(33)는 SIP를 지원하는 휴대폰(31A)으로 인터넷 망(32A)을 경유하여 가전기기(34A-34N)로의 접근 시도가 있을 때 SIP 프럭시 서버(33A)를 통해 요구사항을 처리하고, 음성 화자 식별을 위한 음성 데이터 채널을 설정한다. 또한, 상기 홈 게이트웨이(33)는 음성 데이터 채널을 통해 사용자가 읽은 지정된 문자열 음성을 내부의 음성화자식별 모듈(33C)로 식별하여 인증 여부를 결정한다.

한편, 상기 홈 게이트웨이(33)의 내부에 설치된 각부의 작용을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

SIP 프럭시 서버(33A)는 홈 게이트웨이(33) 내에서 SIP 프로토콜을 처리하는 모듈로서 휴대폰(31A)으로부터 입력되는 SIP 프로토콜로 구성된 제어신호를 해석하여 홈 네트워크 상에서 해당 가전기기로의 제어 채널을 설정해 주는 역할을 수행한다. 상기 SIP 프럭시 서버(33A)는 채널 설정의 시작/진행/종료 동작을 직접 관리하는 상태 보존형(stateful) 프럭시 서버의 기능을 갖고 있어야 한다. 상기 SIP 프럭시 서버(33A)는 음성/화상 등의 미디어 채널 설정 요청이 발생될 때 미디어 ALG(33B)를 통해 미디어 채널을 설정하여 공중망과 분리된 홈 네트워크 간에 미디어 송수신이 가능하도록 지시할 수 있다.

대부분의 경우 홈 네트워크 내부의 가전기기(34A-34N)는 외부 공중망과 분리된 사설망 내에 존재하게 된다. RFC 표준을 근거로 할 때 상기 SIP 프럭시 서버(33A)는 SIP 프로토콜로 구성된 제어신호를 중개할 수는 있지만 미디어 처리를 수행하지 않으므로 이를 중개할 다른 매체가 필요한데, 그 매체가 바로 미디어 ALG(33B)이다. 응용프로그램 단계에서 서로 상이한 통신망 간에 데이터 송수신을 중재하는 역할을 수행하는 미디어 ALG(33B)는 RTP(IETF RFC 1889 참조) 프로토콜로 구성된 미디어 데이터의 송수신을 담당한다. 미디어 데이터의 경로 설정 및 해제는 SIP 프럭시 서버(33A)의 지시에 따른다. 음성 및 화자 식별 단계에서 수신된 음성 데이터는 음성화자식별 모듈(33C)로 넘긴다.

음성화자식별 모듈(33C)은 상기 미디어 ALG(33B)로부터 전달 받은 음성 데이터를 전처리하여 화자 식별데이터로 변환한 후 이를 식별한다. 상기 식별 과정에서, 홈 네트워크로의 접근 제어권한이 있는 사용자인지를 판단한 후 그 판단 결과를 다시 상기 SIP 프럭시 서버(33A)에 넘긴다. 상기 음성화자식별 모듈(33C)의 내부에는 음성 화자 식별기와 학습된 보이스 데이터(Trained voice data)가 저장되는 데이터베이스가 구비되어 있다. 상기 보이스 데이터베이스는 미리 특정 문자열에 대하여 사용자의 음성에 대한 학습에 의해 추출된 식별 특징을 보관하고 있다. 상기 미디어 ALG(33B)로부터 전달받은 음성 데이터는 네트워크 전송단계에서 발생할 수 있는 지연이나 손실 등을 복원하는 전처리 단계를 필요로 한다.

본 발명에서의 홈 게이트웨이(33)는 상기 휴대폰(31A)을 이용하는 경우 이외에도, 기존의 홈 게이트웨이가 갖고 있는 웹 서버(33D)를 통한 관리 기능도 함께 지원하여 이동성이 요구되지 않을 때의 장점도 동시에 수용할 수 있다. 따라서, 일반 피씨(31B)로 인터넷 망(32B)을 경유하여 집안 내 가전기기(34A-34N)에 접근하는 것이 가능하게 된다. 이는 상기 SIP 프럭시 서버(33A)의 동작과 무관한 접속 경로이다.

이하, 휴대폰을 이용한 홈 게이트웨이(33)로의 접근시 보안 절차를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

휴대폰(31A)을 이용한 홈 게이트웨이(33)로의 접근 시 먼저 1차 보안 단계인 SIPS URI에 따른 TLS 채널을 설정하고, 2차 보안 단계인 음성 화자 식별 단계를 거치게 된다. 상기 1차 보안 단계에서는 도 4에서와 같이, TLS 채널을 설정한 후 음성 화자 식별을 위한 음성 미디어 채널 설정까지를 의미한다. TLS 채널 설정 후 음성 화자 식별 기능을 요청할 수 있도록 휴대폰이 발신하는 SIP 제어 채널 설정 시도 목적의 INVITE 메시지는 다음의 헤더 필드를 포함해야 한다.

상기 홈 게이트웨이(33)는 메시지 수신 후 이에 대한 응답으로 SIP의 응답 메시지(200 OK)를 전송하면서 아래의 헤더 필드를 포함시키고, 미디어 ALG(33B)를 경유하는 화자 식별용 음성 채널을 설정한다. 이때, 헤더 필드의 인자로 사전에 인식 시스템에 학습시켰던 문자열 중 임의의 것을 선택하여 첨부한다.

홈 게이트웨이(33)와 휴대폰(31A)에서의 2차 보안 처리과정을 도 5 및 도 6에 나타내었다.

휴대폰(31A)에서는 학습된 문자열을 화면에 표시하고 사용자가 이를 읽으면 RTP 데이터로 엔코딩하여 홈 게이트웨이(33)에 전송한다. 이때, 상기 홈 게이트웨이(33) 내의 미디어 ALG(33B)는 상기 음성 데이터를 수신하여 이를 음성화자식별 모듈(33C)에 전달한다.

상기 음성 화자 식별 모듈(33)은 해당 문자열에 대응하는 음성적 특징을 수신된 음성 데이터와 비교하여 소정 비율(예: 95%) 이상 일치하는 것으로 판명되면 사용자의 접근을 허가한다. 이와 같이 접근을 허가하는 경우 SIP 프로토콜 미디어 채널 재협상 기능을 통하여 화자 식별용 음성 채널을 제거하고 필요한 제어 채널이나 미디어 채널을 재설정한다. 이때, 아래 헤더 필드를 첨가한다.

그러나, 상기 조건이 만족되지 않아 사용자의 접근을 허가하지 않는 경우에는 SIP 프로토콜의 메시지 명령으로 다른 문자열을 선택하여 기존의 화자 식별용 음성 채널을 재활용하여 음성 데이터를 전송하도록 요구한다. 만약, 소정 횟수(예: 3회) 이상 틀릴 경우에는 메시지 명령에 아래와 같은 헤더 필드를 첨가한다.

한편, 상기 휴대폰(31A)은 해당 시점에서 상기 voice-auth 헤더 필드를 조사하여 그 조사 결과에 따라, 음성화자 식별채널을 폐쇄시키고, 일반 미디어 채널을 설정하여 메시지를 전송하거나, SIP 채널을 폐쇄하는 것으로 2차 보안 처리과정을 종료한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 휴대폰을 이용하여 SIP 프로토콜로 홈 네트워크와 외부 인터넷 공중망과의 접속을 설정하면서 SIPS URI를 이용하여 TLS 방식의 제어 채널을 설정하는 것으로 1차 보안 처리과정을 수행하고, 생채 정보 중 하나인 음성 화자 식별에 의한 2차 보안 처리과정을 수행하여 조건을 만족하는 경우에 한하여 집안 가전기기의 제어 및 관리를 허용함으로써, 사용상의 편리함을 제공하면서 불법 침입자를 확실하게 차단할 수 있는 효과가 있다.

SIP 프로토콜은 현재 인터넷 상에서 가장 유망한 VoIP 프로토콜로 논의되는 만큼 향후 기존 전화 체계를 모두 All-IP 체계의 한 부분으로 대체하거나 적용하는데 유용하다. 구체적으로, SIP 프로토콜은 인터넷 상에서 홈 게이트웨이까지의 경로 설정 및 SIPS URI를 제공하여 TLS로 보안 채널을 설정할 수 있는 기능을 제공하기 때문에 홈 게이트웨이로의 접근을 제어하기에 적합한 프로토콜이라 할 수 있다. SIP는 휴대폰 소프트웨어로 탑재할 수 있으며, 현재 3GPP에서 표준으로 채택되어 있으므로, 모바일 환경에서 인터넷을 경유하여 홈 게이트웨이에 접근할 수 있는 최선의 방법이라 할 수 있다. 휴대폰으로 홈 게이트웨이로의 접근을 시도할 경우 시간과 장소에 대한 제약을 받지 않고 홈 네트워크를 운영할 수 있으며, 인터넷을 경유하는 경우 일반 무선 회선을 사용할 때보다 상대적으로 저렴한 비용으로 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 2차 보안 처리과정에서, 사전에 학습된 음성 정보 중 임의의 것을 이용하도록 함으로써, 다른 사람은 학습된 정보가 어떤 것이 있는지 알기 어렵고 어떻게 학습되었는지도 알기 어렵다. 이러한 처리과정을 통해 SIP의 특징 중 하나인 헤더 필드 확장성과 음성 화자 식별기능이 연계되도록 함으로써, 홈 게이트웨이에 대한 보안능력이 한층 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 홈 네트워크의 블록도.

도 2는 종래 기술에 의한 또 다른 홈 네트워크의 블록도.

도 3은 본 발명에 의한 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치의 블록도.

도 4는 본 발명에서 SIPS URI를 이용한 1차 보안처리과정의 신호 흐름도.

도 5는 본 발명의 홈 게이트웨이에서 2차 보안처리과정의 신호 흐름도.

도 6은 본 발명의 휴대폰에서 2차 보안처리과정의 신호 흐름도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

31A : 휴대폰 31B : 피씨

32A,32B : 인터넷 망 33 : 홈 게이트웨이

34A-34N : 가전기기

Claims

SIP 프로토콜로 설정된 인터넷 망(32A)과 홈 네트워크의 접속 채널을 통해 홈 게이트웨이(33)와 접속되어 인증을 받은 후 가전기기(34A-34N)의 구동을 제어하는 휴대폰(31A)과; 상기 휴대폰(31A)이 가전기기(34A-34N)로 접근을 시도할 때 내부의 SIP 프럭시 서버로 요구사항을 처리하고, 음성 화자 식별을 위한 메시지를 전송받아 인터넷과 홈 네트워크 상의 화자 식별용 음성 채널을 설정한 후 지정된 문자열에 대응하는 사용자의 음성적 특징을 비교 판단하여 인증 여부를 결정하는 홈 게이트웨이(33)로 구성한 것을 특징으로 하는 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치.
제1항에 있어서, 인터넷 망(32B)을 경유하여 상기 홈 게이트웨이(33)의 웹 서버와 접속되어 인증을 받은 후 가전기기(34A-34N)의 구동을 제어하기 위한 피씨(31B)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치.
제1항에 있어서, 홈 게이트웨이(33)는 SIP 프로토콜을 처리하는 모듈로서 상기 휴대폰(31A)으로부터 입력되는 SIP 프로토콜로 구성된 제어신호를 해석하여 홈 네트워크 상에서 해당 가전기기로의 제어 채널을 설정해 주는 SIP 프럭시 서버(33A)와; 응용프로그램 단계에서 서로 상이한 통신망 간에 데이터 송수신을 중재하는 역할을 수행하는 미디어 ALG(33B)와; 상기 미디어 ALG(33B)로부터 전달 받은 음성 데이터를 전처리하여 화자 식별데이터로 변환한 후 이를 식별하는 음성화자식별 모듈(33C)로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 장치.
홈 게이트웨이가 휴대폰으로부터 음성 화자 식별 기능을 요청하기 위한 메시지를 전송받아 인터넷 망과 홈 네트워크 상의 화자 식별용 음성 채널을 설정하는 제1차 보안처리과정과; 사용자가 휴대폰에서 학습된 문자열을 발성하면, 홈 게이트웨이가 해당 문자열에 대응하는 음성적 특징을 그 휴대폰으로부터 수신된 음성 데이터와 비교 판단하여, 집안 내 가전기기들의 구동 제어 권한에 대한 인증 여부를 결정하는 제2차 보안처리과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 방법.
제4항에 있어서, 인증을 허용한 경우, SIP 프로토콜 미디어 채널 재협상 기능을 통하여 상기 화자 식별용 음성 채널을 제거하고 필요한 제어 채널이나 미디어 채널을 재설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 방법.
제4항에 있어서, 인증을 불허한 경우, SIP 프로토콜의 메시지 명령으로 다른 문자열을 선택하여 기존의 화자 식별용 음성 채널을 재활용하여 음성 데이터를 전송하도록 요구하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대폰을 이용한 홈 네트워크 제어 방법.