Interworking architecture between Smart-TV and Smart-phone using NFC and QR technology

2.1 Digital Living Network Alliance

DLNA(Digital Living Network Alliance)는 홈 네트워크 환경에서 여러 스마트기기간의 콘텐츠를 쉽게 공유하기 위한 목적의 DLNA 가이드라인을 제시하고 있다. Figure 1에서 보는 바와 같이 DLNA 기술 기반 서비스는 DLNA 인증을 거친 제조사의 스마트기기로 콘텐츠를 공유하는 구조를 가지고 있다[8].

DLNA 인증기기와 함께 DLNA 소프트웨어를 DLNA에서 정의한 여러 디바이스 클래스의 기 능을 포함한 통합 형태로 제공한다. 스마트기기 제조사에서 제공하는 DLNA 소프트웨어는 일반적으로 기능 선택형 방식으로 제공된다. 기능 선택형 방식은 소프트웨어 제공 서비스를 기능별로 구분하고 사용자가 선택해서 사용자는 상황에 맞춰 기능을 선택해 사용할 수 있다. 선택할 수 있는 기능을 아래 Table 1과 같다[8][1]. DLNA를 사용하기 위해서는 컨텐츠를 공유하는 스마트기기가 서로 같은 AP상에 존재해야 한다.

Figure 1:

Digital Living Network Alliance

Table 1:

Functional Classification of selective DLNA software.

2.2 동일한 AP에 접속하기 위한 기존 방법의 절차와 복잡성

일반적으로 스마트폰이 스마트TV와 동일한 AP에 접속하기 위해서는 먼저 스마트TV가 무선 AP에 연결된 상태임을 확인한다. 스마트폰에서 [설정] - [무선 및 네트워크]를 실행해 Wi-Fi 사용부분에 체크표시를 확인한다. Wi-Fi 설정 부분의 리스트에서 스마트TV와 동일한 무선 AP를 선택해 비밀번호를 입력해 무선 AP와 연결할 수 있다.

스마트TV와 스마트폰의 동일한 무선 AP 연결절차가 끝나면 [미디어 공유] App을 실행한다. 스마트폰과 다른 장치의 컨텐츠를 선택해서 스마트 TV에서 재생하거나 스마트TV의 콘텐츠를 스마트폰에서 실행하거나 공유할 수 있다.

스마트TV에서 DLNA를 이용하기 위해서는 사용자가 이 절차를 직접 실행해야 한다. 그러나 스마트폰 사용에 익숙하지 않은 사람에게는 이러한 복잡한 절차를 따라 실행하기 쉽지 않다.

본 논문에서는 사용자가 QR코드를 터치하는 것만으로 스마트TV와 스마트폰이 직접 실행한다. 사용자는 어떤 AP에 접속해야하는지 그리고 패스워드가 무엇인지 알 필요가 없다. Table 2에서 보는 바와 같은 스마트폰이 스마트TV와 동일한 AP에 접속하기 위해 거쳐야 할 절차를 본 논문에서 제시된 방법을 이용하면 대부분 생략할 수 있다.

Table 2:

Existing interworking mechanism of existing Digital Living Network Alliance.

2.3 QR, NFC를 이용한 스마트TV 콘텐츠 이용

스마트폰과 스마트TV가 같은 무선 AP에 연동되어있는 상태에서 NFC와 QR을 터치하는 응용의 예로 국내 L사, S사 그리고 K사의 스마트 TV 제어 방법이 있다. 그러나 Table 3에서 보는 바와 같이 서비스는 NFC와 QR을 터치하면 스마트TV를 사용할 수 있는 앱 다운로드로 연결된다. 앱을 설치 후 스마트폰으로 동일한 무선AP에 연결해야 한다. 또한 이 서비스를 이용하기 위해서는 유료상품에 가입하고 셋톱박스를 렌탈해 설치해야 한다.

Table 3:

Application of NFC and QR of the local commercial smart TV company.

2.4 스마트TV 연동을 위한 기존 NFC, QR코드 적용의 문제점

QR코드나 NFC는 무선인터넷을 기반으로 접근하기 때문에 무선인터넷 망이 갖춰지지 않았을 때에는 QR코드나 NFC를 인식하는 경우 접근이 힘들다.

국내에서는 다른 나라 보다 스마트폰과 인터넷 보급률이 높기 때문에 기존 방법과 같은 QR코드나 NFC를 통하여 스마트폰과 스마트TV를 불편하게 연동하는 방식보다는 더 편리한 방법을 모색하는 것이 타당하다.

본 논문에서는 이를 해결하고자 별도의 인터넷에 접속하지 않고 QR코드에 URL 대신 몇 가지 정보를 저장하여 Micro-Webpage[6][7]를 구성하고 스마트TV와 연동하고자 한다.

2.5 Micro-Webpage

인터넷에 접속하지 않고 QR코드나 NFC로 정보를 얻기 위해서는 QR코드나 NFC에 웹페이지를 저장하면 가능하다. 그러나 작은 사이즈의 QR코드, 저용량의 NFC태그에서 사용하기 위해서 저장 공간을 좀 더 효율적으로 사용하는 Micro-Webpage가 필요하다.

Micro-Webpage는 응용프로그램에 웹페이지를 구성하기위한 복수의 템플릿이 제공되고 QR코드나 NFC에 웹페이지의 핵심내용 즉 템플릿 정보, 실제 내용 그리고 약간의 제어문자를 저장한다. 응용프로그램에서 NFC나 QR코드를 인식해 별도의 URL에 접근하지 않고 웹페이지를 제작할 수 있다. 관련연구로 Micro-Webpage 기반 명함교환 App[7]이 있다. 그러나 기존 Micro-Webpage는 특정 응용에 특화된 구현만 연구되었다. 따라서 스마트TV에서 사용하기 위해서는 별도의 설계와 구현이 필요하다.

3.1 전체 구조

Figure 2의 그림처럼 스마트TV는 스마트폰이 같은 AP상에 연결할 수 있도록 정보를 포함한 QR코드를 제공한다. 스마트폰은 제공된 앱으로 QR코드를 스캔한 다음 QR코드로부터 얻은 SSID를 통해 AP를 검색하고 접속한다. 동일한 AP에 접속이 완료되면 스마트TV 리모트 컨트롤 기능을 수행할 수 있다. 스마트TV에 설치된 앱을 실행했을 때 스마트TV는 실행한 앱의 정보를 가진 QR코드를 생성해 보여주고 스마트폰은 다시 QR코드를 통해 얻은 정보로 리모트 컨트롤 패드를 생성해 스마트폰에서 제어 할 수 있다. 이 과정은 Figure 3의 과정과 같다.

Figure 2:

Connection between Smart Phone and Smart TV.

Figure 3:

Execution procedure of App in Smart TV.

3.2 동일 액세스 연결

스마트 TV에 무선 AP 연결 IP, 패스워드, 서비스 종류 및 정보를 이용해 TV를 리모트 컨트롤할 수 있는 QR코드를 생성한다. 만들어진 QR코드를 사용자가 스마트 폰으로 스캔하면 스마트폰은 QR코드가 가지고 있는 정보(SSID, PW, 인증번호, 버튼정보)를 받는다. 스마트폰이 SSID를 통해 TV가 접속한 AP를 검색해서 같은 AP에 접속하고 TV와 페어링을 한다. 페어링이 완료되면 스마트 폰은 버튼이 생성되어 있는 앱을 실행한다. 실행한 앱으로 리모트 컨트롤 기능을 수행할 수 있다.

3.3 QR코드를 통한 실행

게임을 실행했을 때 3.1절의 절차중 페어링부분까지 완료된 상황이므로 이 절차를 생략한 후 TV에서 사용할 게임 어플리케이션을 실행 한다. 메인화면에 게임 정보를 포함한 QR코드가 생성되면 스마트폰으로 QR코드를 스캔하고 정보를 받는다.

4.1 Remote Control 생성을 위한 QR코드

스마트 컨트롤에서 리모트 컨트롤을 구성하기 위해 스마트TV에 자동 생성되는 QR코드를 인식해야 한다. 설계상으로는 서비스로 제공해야 하지만 스마트TV의 API가 정의되어 있지 않아 본 논문에서는 웹앱으로만 구현했다. 리모트컨트롤 생성을 위한 QR코드는 AP의 검색을 위한 SSID의 구조, PW, 페어링-상세정보를 위한 인증키의 정보를 포함한다. 스마트 TV의 0R코드와 리모트 컨트롤을 위해 스마트폰에 생성된 형태는 Figure 4와 같은 형태로 구현되어 있다.

Figure 4:

QR code on Smart TV for remote control and generated remote control buttons on Smart phone.

4.2 데이터 포맷

4.2.1 QR Code Records Type

사용자가 Web App을 실행할 때 스마트TV의 IP와 Web App을 컨트롤할 수 있는 서비스의 정보를 포함한 QR코드를 생성한다. QR코드 생성 시 아래 Table 4와 같은 형식을 정의하여 사용한다.

Table 4:

Request service form to Smart phone through QR codes.

4.2.3 Button Value

Table 5에서는 스마트폰에서 사용되는 버턴에 대하여 정의한 Button Value의 형식을 나타내고 있다. Button Value에는 Controller에 배치될 버튼의 위치 정보를 포함한다. Layout에 의해 나누어진 구역별로 좌측에서 우측으로 번호를 부여하고 그 번호를 사용하여 버튼을 배치한다. Touch버튼일 경우에는 스마트TV와 스마트폰의 Layout 번호가 Mapping되어야 한다. Figure 5는 터치버튼의 Host와 Controller의 위치 맵핑을 보여준다.

Table 5:

Button code format.

Figure 5:

Position mapping of touch button between Smart TV and Smart phone.

4.3 어플리케이션 키패드

실행된 어플리케이션을 제어하는 키패드를 생성하기 위한 QR코드는 어플리케이션 이름, 각 버튼의 좌표, 버튼 배치의 배열 크기에 대한 정보가 있다. 4.2절에서 생성된 리모트 컨트롤에서 QR코드를 통해 획득한 정보를 조합하여 어플리케이션에 맞는 키패드를 구성한다. 키패드 버튼을 터치해서 어플리케이션의 컨트롤 기능을 수행할 수 있다. Figure 6은 그 예로 QE코드로 구성된 게임패드의 형태를 보여주고 있다.

Figure 6:

An example of generated keypad from QR codes from Smart TV

4.4 실험 결과

구현한 어플리케이션에서 QR코드에 저장하는 데이터의 최대 크기는 일반적인 QR코드의 최대 크기와 동일하다. 또한 QR코드 인식 시간은 평균 1 초이하 최대 2 초미만으로 현재 이용하고 있는 QR코드 리더 어플리케이션들과 비교했을 때 인식 시간이 1%정도의 차이를 보였다.

어플리케이션을 실행해 실제 측정한 소요 시간은 다음 Table 6과 같다.

Table 6:

Time for executing application