KR100640173B1 - 상황 인지 기반 가전 제어 시스템 - Google Patents

상황 인지 기반 가전 제어 시스템 Download PDF

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KR100640173B1
KR100640173B1 KR1020050062069A KR20050062069A KR100640173B1 KR 100640173 B1 KR100640173 B1 KR 100640173B1 KR 1020050062069 A KR1020050062069 A KR 1020050062069A KR 20050062069 A KR20050062069 A KR 20050062069A KR 100640173 B1 KR100640173 B1 KR 100640173B1
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조위덕
허길
박희정
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아주대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 센서로부터 받은 센싱 정보를 바탕으로 하여 원하는 상황이 발생하였는지를 판단하고 해당 상황이 발생하면 그에 따라 가전제품을 적절하게 제어하는 시스템에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은, 센서로부터 받은 센싱 정보를 바탕으로 하여 원하는 상황이 발생하였는지를 판단하고 해당 상황이 발생하면 그에 따라 가전제품을 적절하게 제어하는 시스템에 있어서, 상황 판단 근거로 사용하는 센싱 정보를 발생시키는 센서(10); 상기 센서(10)로부터 전달받은 바이너리 형태의 센싱 정보들을 상황 인식기(50)에서 이해하기 좋은 형태의 메시지 형태로 가공하는 센싱 정보 가공기(20); 인식하고자 하는 상황을 정규언어 형식의 상황 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주고 상황 기술이 완료되면 이를 상황 기술 언어 해석기(40)에 전달하는 상황 정의기(30); 상기 상황 정의기(30)로부터 전달받은 상황 기술(context description)을 해석하여 유한 오토마타(finite automata)에서 필요로 하는 상황 인식 규칙인 상태 전이 함수(state transition function)를 생성하여 상황 인식기(50)에 전달하는 상황 기술 언어 해석기(40); 상기 상황 기술 언어 해석기(40)로부터 전달받은 상태 전이 함수를 시간에 따라 계속적으로 발생되는 센싱 정보들에 대하여 적용하다가 임의의 센싱 정보를 인식하면 상황이 발생된 것으로 이해하고 범용 제어기(80)에 상황이 발생(인식) 되었음을 알려주는 상황 인식기(50); 상황별로 제어하고자 하는 내용을 정규언어 형식의 제어 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와 주고 제어 기술(control description)이 완료되면 이를 제어 기술 언어 해석기(70)에 전달하는 제어 정의기(60); 상기 제어 정의기(60)로부터 전달받은 제어 기술(control description)을 해석하고 이를 범용 제어기(80)에서 필요로 하는 상황별 제어 규칙으로 만들어서 범용 제어기(80)로 전달하는 제어 기술 언어 해석기(70); 상기 제어 기술 언어 해석기(70)로부터 전달받은 상황별 제어 규칙들에 근거하여 상기 상황 인식기(50)에서 상황을 인식할 때마다 발생하는 상황 인식 신호로부터 적절한 제어 명령어를 발생시키는 범용 제어기(80); 상기 범용 제어기(80)로부터 전달 받은 제어 명령어를 해석하여 제어가 필요한 가전의 종류를 분석하고 해당 가전 제어에 적합한 제어 코드를 가전 제어기(100)로 전달하는 통합 제어기(90); 및 상기 통합 제어기(90)로부터 제어 코드를 전달받아 이에 해당하는 제어 신호를 발생시키는 가전 제어기(100)를 포함하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템에 관한 것이다.
유비쿼터스, 상황 인지, 정규 언어, 상태 전이 함수

Description

상황 인지 기반 가전 제어 시스템{Context-Aware Based Appliance Controlling System}
도 1은 본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템의 구성 및 구성들 간 기능의 흐름을 도시하고 있는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템을 구성하는 센서, 센싱 정보 가공기, 그리고 상황 인식기 간의 물리적 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 사람이 문 밖에서 문 안으로 들어오는 시간의 흐름에 따른 실제 센서 값의 예를 나타낸 것이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
10: 센서
20: 센싱 정보 가공기
30: 상황 정의기
40: 상황 기술 언어 해석기
50: 상황 인식기
60: 제어 정의기
70: 제어 기술 언어 해석기
80: 범용 제어기
90: 통합 제어기
100: 가전 제어기
110: 전력선 제어기(power line control, PLC)
120: 점등(On/Off) 제어기
130: 조도 조절(dimming) 제어기
본 발명은 본 발명은 센서로부터 받은 센싱 정보를 바탕으로 하여 원하는 상황이 발생하였는지를 판단하고 해당 상황이 발생하면 그에 따라 가전제품을 적절하게 제어하는 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 센서로부터 받은 센싱 정보를 바탕으로 하여 원하는 상황이 발생하였는지를 판단하고 해당 상황이 발생하면 그에 따라 가전제품을 적절하게 제어하는 시스템에 있어서, 상황 판단 근거로 사용하는 센싱 정보를 발생시키는 센서(10); 상기 센서(10)로부터 전달받은 바이너리 형태의 센싱 정보들을 상황 인식기(50)에서 이해하기 좋은 형태의 메시지 형태로 가공하는 센싱 정보 가공기(20); 인식하고자 하는 상황을 정규언어 형식의 상황 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주고 상황 기술이 완료되면 이를 상황 기술 언어 해석기(40)에 전달하는 상황 정의기(30); 상기 상황 정의기(30)로부터 전달받은 상황 기술(context description)을 해석하여 유한 오토마타(finite automata)에서 필요로 하는 상황 인식 규칙인 상태 전이 함수(state transition function)를 생성하여 상황 인식기(50)에 전달하는 상황 기술 언어 해석기(40); 상기 상황 기술 언어 해석기(40)로부터 전달받은 상태 전이 함수를 시간에 따라 계속적으로 발생되는 센싱 정보들에 대하여 적용하다가 임의의 센싱 정보를 인식하면 상황이 발생된 것으로 이해하고 범용 제어기(80)에 상황이 발생(인식) 되었음을 알려주는 상황 인식기(50); 상황별로 제어하고자 하는 내용을 정규언어 형식의 제어 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주고 제어 기술(control description)이 완료되면 이를 제어 기술 언어 해석기(70)에 전달하는 제어 정의기(60); 상기 제어 정의기(60)로부터 전달받은 제어 기술(control description)을 해석하고 이를 범용 제어기(80)에서 필요로 하는 상황별 제어 규칙으로 만들어서 범용 제어기(80)로 전달하는 제어 기술 언어 해석기(70); 상기 제어 기술 언어 해석기(70)로부터 전달받은 상황별 제어 규칙들에 근거하여 상기 상황 인식기(50)에서 상황을 인식할 때마다 발생하는 상황 인식 신호로부터 적절한 제어 명령어를 발생시키는 범용 제어기(80); 상기 범용 제어기(80)로부터 전달 받은 제어 명령어를 해석하여 제어가 필요한 가전의 종류를 분석하고 해당 가전 제어에 적합한 제어 코드를 가전 제어기(100)로 전달하는 통합 제어기(90); 및 상기 통합 제어기(90)로부터 제어 코드를 전달받아 이에 해당하는 제어 신호를 발생시키는 가전 제어기(100)를 포함하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템에 관한 것이다.
최초로 컴퓨터가 개발된 이후 컴퓨터의 능력은 그 어느 누가 예측한 것 보다 더욱 빠른 속도로 발전하였으며 이제는 컴퓨터 없는 인간의 삶은 상상할 수 없을 정도이다. 즉, 컴퓨터는 인간과 공생하는 하나의 생명체와도 같으며 인간의 삶에서 상당히 중요한 역할을 담당하고 있는 것이다.
이러한 컴퓨터의 최초 개발 목적은 단순한 계산의 편의를 인간에게 제공하는 것이었다. 이러한 도움을 받기 위해서 인간은 컴퓨터의 위치를 파악하여 컴퓨터가 위치한 곳으로 이동, 적절한 명령어를 통하여 컴퓨터의 도움을 받을 수 있었다.
하지만 이러한 전통적인 방법은 Mark Weiser의 유비쿼터스 컴퓨팅이 제시된 이후 새로운 개념으로 발전하게 되었다.
유비쿼터스 컴퓨팅(ubiquitous computing)이란 ‘어떤 사람이라도, 언제 어디서나, 각종 단말기와 사물을 통하여 온라인 네트워크에 접속을 하고 서비스를 받을 수 있는 공간 또는 환경’이라고 정의할 수 있으며, 유비쿼터스 컴퓨팅이 가시화되기 위해서는 컴퓨터 또는 네트워크가 인간 생활공간의 상황을 인식하는 것이 요구된다.
유비쿼터스 컴퓨팅에 의하면 인간은 더 이상 컴퓨터가 어디에 있는지, 무엇을 할 수 있는지, 그리고 어떻게 그것을 이용해야 하는지를 파악할 필요가 없다. 이와는 반대로, 컴퓨터가 인간의 위치 및 현재의 상황을 파악하여 인간과 컴퓨팅 디바이스 간의 상호작용을 최소화 하거나 완전히 배제하여 적절한 서비스를 제공해야 한다.
즉, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 주 목적은 컴퓨팅 디바이스가 인간에게 제공되어야 할 서비스를 그 요구에 의한 것이 아니고 추측에 의해서 인간의 요구 이전에 제공함으로써 그 상호 작용을 최소화 하는 것이다.
이러한 새로운 개념은 현재의 컴퓨팅 능력이나 그 발전 속도 그리고 그것을 지원하기 위한 관련 기반 시설(infrastructure)들의 능력을 고려하였을 때 결코 먼 훗날의 이야기가 아니며, 인간의 기본적인 욕구를 가장 적절히 만족시키기 위한 홈 네트워크와 물류의 효율적인 관리를 위한 쇼핑 센터 등에서 이미 운용되고 있고 그에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.
즉, 유비쿼터스 컴퓨팅 분야에서는 눈에 보이지 않는 컴퓨팅(invisible computing), 어느 곳에서나 접속할 수 있는 컴퓨팅(everywhere computing), 빈틈없는 네트워크(seamless network)의 3가지 기본 컨셉을 바탕으로 하여 이를 현실화하기 위한 기술들이 계속적으로 발달하고 있다. 그 예로 센싱 기술, 디바이스의 소형화, RFID(Radio Frequency IDentification) 등을 들 수 있다.
이러한 서비스를 제공하기 위해 컴퓨팅 디바이스는 현재의 상황을 먼저 파악해야 하는데 이러한 상황을 파악하기 위해서는 현재 인간에게 주어진 환경을 파악하고 추측하기 위한 상황 인자(context)를 이용한다. Schliit, Brown, Ryan 등은 이러한 상황 인자(context)를 단순히 위치, 온도 및 시간으로 정의 하였으나 Dey는 인간의 의도 및 감정을 이러한 상황 인자(context)에 포함시키는 포괄적인 범위로 확대 하였다.
이러한 상황 인자(context)를 기반으로 현재의 상황을 판단한 후 컴퓨팅 디바이스는 찾아낸 상황에 적절한 서비스를 제공하기 위해 스스로 준비 및 구성되어져야 할 것이다. 또한 이러한 능력과 더불어 서비스 제공 중에 발생할 수 있는 오 동작이나 상황에 대한 오판 또는 제공되어진 서비스보다 나은 서비스를 찾아냈을 경우에 그에 적절한 학습의 기능을 통해 스스로 발전할 수 있는 지능적인 주체가 되어야 할 것이다.
초창기에 홈 오토메이션 환경에서 제어되던 가전제품이나 오늘날 다양한 표준화 노력에 의한 표준 가전제어 인터페이스를 갖는 다양한 종류의 가전제품이나 두 경우 모두 자동으로 제어가 되는 것이 아니고 가전제품의 이용자가 직접 제어를 해야 한다는 근본적인 문제점을 안고 있는 바, 이를 인간과 컴퓨팅 디바이스 간의 상호 작용을 최소화해야 하는 유비쿼터스 환경에서 직접 적용하기는 힘들다.
가전제품의 제어가 자동으로 이루어지기 위해서는 제어가 필요한 상황을 가전제품(또는 시스템)이 스스로 판단해야 하는 전제 조건이 필요한데, 이를 위해서는 다양한 종류의 센싱 정보를 바탕으로 상황을 인식하는 기술적 구성이 요구된다. 또한, 판단된 상황을 바탕으로 다양한 종류의 가전제품을 표준화된 방법으로 제어할 수 있다면 여러 상황에 대한 다양한 응용이 가능해진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 센서로부터 받은 센싱 정보를 바탕으로 하여 원하는 상황이 발생하였는지를 판단하고 해당 상황이 발생하면 그에 따라 가전제품을 적절하게 제어하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 센서로부터 받은 센싱 정보를 바탕으로 하여 원하는 상황이 발생하였는지를 판단하고 해당 상황이 발생하면 그에 따라 가전제품을 적절하게 제어하는 시스템에 있어서, 상황 판단 근거로 사용하는 센싱 정보를 발생시키는 센서(10); 상기 센서(10)로부터 전달받은 바이너리 형태의 센싱 정보들을 상황 인식기(50)에서 이해하기 좋은 형태의 메시지 형태로 가공하는 센싱 정보 가공기(20); 인식하고자 하는 상황을 정규언어 형식의 상황 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주고 상황 기술이 완료되면 이를 상황 기술 언어 해석기(40)에 전달하는 상황 정의기(30); 상기 상황 정의기(30)로부터 전달받은 상황 기술(context description)을 해석하여 유한 오토마타(finite automata)에서 필요로 하는 상황 인식 규칙인 상태 전이 함수(state transition function)를 생성하여 상황 인식기(50)에 전달하는 상황 기술 언어 해석기(40); 상기 상황 기술 언어 해석기(40)로부터 전달받은 상태 전이 함수를 시간에 따라 계속적으로 발생되는 센싱 정보들에 대하여 적용하다가 임의의 센싱 정보를 인식하면 상황이 발생된 것으로 이해하고 범용 제어기(80)에 상황이 발생(인식) 되었음을 알려주는 상황 인식기(50); 상황별로 제어하고자 하는 내용을 정규언어 형식의 제어 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주고 제어 기술(control description)이 완료되면 이를 제어 기술 언어 해석기(70)에 전달하는 제어 정의기(60); 상기 제어 정의기(60)로부터 전달받은 제어 기술(control description)을 해석하고 이를 범용 제어기(80)에서 필요로 하는 상황별 제어 규칙으로 만들어서 범용 제어기(80)로 전달하는 제어 기술 언어 해석기(70); 상기 제어 기술 언어 해석기(70)로부터 전달받은 상황별 제어 규칙들에 근거하여 상기 상황 인식기(50)에서 상황을 인식할 때마다 발생하는 상황 인식 신호로부터 적절한 제어 명령어를 발생시키는 범용 제어기(80); 상기 범용 제어기(80)로부터 전달 받은 제어 명령어를 해석하여 제어가 필요한 가전의 종류를 분석하고 해당 가전 제어에 적합한 제어 코드를 가전 제어기(100)로 전달하는 통합 제어기(90); 및 상기 통합 제어기(90)로부터 제어 코드를 전달받아 이에 해당하는 제어 신호를 발생시키는 가전 제어기(100)를 포함하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템을 제시한다.
이때, 상기 가전 제어기(100)에는, TV, 냉장고, 커피포트, 가스밸브, 에어컨, 가습기 등과 같이 전력선으로 제어되는 가전제품을 제어하는 전력선 제어기(110); 화장실 조명, 커튼, 환풍기, 슬라이딩 도어, 전동스크린 등과 같이 점등(On/Off) 제어가 가능한 가전제품들을 제어하는 점등 제어기(120); 그리고, 거실 조명, 침실 조명 등과 같이 밝기가 세세하게 조절되는 조명장비들을 제어하는 조도 조절 제어기(130) 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템의 구성 및 구성들 간 기능의 흐름을 도시하고 있는 도면이다.
센서(10)는 일반적으로 측정 대상물을 감지 또는 측정하여 그 측정량을 전기적인 신호로 변환하는 장치, 즉 물리량이나 화학량의 절대치나 변화, 소리, 빛, 전파의 강도를 감지하여 유용한 신호로 변환하는 소자 또는 장치로 정의되는 것으로서, 센서(10)의 제작 또는 작동 방식에 대해서는 본 발명에서 별도로 한정하지 않는다.
본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템에서 상황 판단의 근거로 사용하는 센싱 정보를 발생시키는 센서(10)의 종류는 온도, 습도, 조도 등을 센싱하는 일반적인 센서뿐만 아니라 RFID 태그로부터 태그 값을 읽어 들이는 RFID 리더기, 가전제품의 상태를 모니터링하여 가전제품의 상태 정보를 발생시키는 장비 등도 포함된다.
센서(10)로부터 발생되는 가공되지 않은 형태의 센싱 정보들은 직접적인 시리얼 라인 혹은 네트워크를 통해서 센싱 정보 가공기(20)로 전달된다.
센싱 정보 가공기(20)는 센서(10)로부터 전달받은 바이너리 형태의 센싱 정보들을 상황 인식기(50)에서 이해하기 좋은 형태의 메시지 형태로 가공하는 모듈이다.
온도, 습도, 조도센서와 같은 일반적인 센서로부터 발생되는 센싱 정보의 경우는 센싱 정보 가공기(20)가 이를 센싱된 시간, 센싱한 센서 ID, 센서의 종류, 센싱 값 등의 정보를 갖는 메시지 형태로 가공한다.
그리고, RFID(radio frequency identification) 리더로부터 발생되는 RFID 태그 값의 경우는 센싱 정보 가공기(20)가 이를 읽혀진 시간, RFID 리더기 번호, 안테나 번호, 태그 값 등의 정보를 갖는 메시지 형태로 가공한다.
또한, 가전제품의 상태 정보의 경우는 센싱 정보 가공기(20)가 이를 가전제품 식별자, 속성, 상태 값 등을 갖는 메시지 형태로 가공한다.
센싱 정보 가공기(20)는 물리적인 하나의 독립적 장비로서, 실제로 센서(10)들이 배치되는 영역에 존재하는데, 센서(10)들의 연결 단위당 하나씩 존재하면서 각 센서(10)로부터 전달받은 바이너리 형태의 센싱 정보들을 상황 인식기(50)에서 이해하기 좋은 형태의 메시지 형태로 가공하여 상황 인식기(50)로 전송한다.
도 2는 본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템을 구성하는 센서(10), 센싱 정보 가공기(20), 그리고 상황 인식기(50) 간의 물리적 연결 관계를 도시하고 있다.
상황 인식기(50)는 촘스키 언어학의 “형태 3” 문법을 해석하는 방법인 유 한 오토마타(finite automata) 모델에 적용시켜 정규언어로 표현된 상황 표현을 유한 오토마타의 상태 전이 함수(state transition function)로 매핑하고 센싱 정보를 유한 오토마타의 입력 심볼로 매핑하여 센싱 정보들로부터 상황을 인식한다.
여기서, 정규언어는 언어학자 촘스키(Chomsky, Noam)가 생성 규칙의 형태에 따라 분류한 네 가지 문법 형태 중 가장 간단한 형태인 “형태 3”에 해당하는 문법에 따라서 작성된 언어로서 정규문법을 따르는 언어이며 패턴이나 상태 전이(state transition)가 나타나는 형태를 표현하는데 적합하다는 특징이 있다.
이는 어떤 것(본 발명에서는 ‘상황'과 ‘작업')을 표현하는데 있어서 새롭고 검증되지 않는 표현 방법을 사용하지 않고 이미 수십 년 전부터 사용해오고 검증된 형식의 문법을 만들어 표현하므로 표현에 있어서 문법적인 오류나 해석 방법에 대해서는 검증되었고 신뢰할 수 있다. 따라서 표현하고 싶어 하는 내용을 어떻게 정규문법으로 만들어 내는가가 문제이지 일단 정규문법으로 표현되면 이를 인식하는 기법은 이미 검증되고 증명된 많은 방법이 존재한다.
상황 인식기(50)는 상황 기술 언어 해석기(40)를 통해서 만들어진 상황을 인식하는 방법에 대한 규칙(이하, ‘상태 전이 함수’라 함)을 전달받게 되는데, 상황 인식기(50)는 상태 전이 함수를 시간에 따라 계속적으로 발생되는 센싱 정보들에 대하여 적용하다가 임의의 센싱 정보를 인식하면, 즉 유한 오토마타의 최종 단계(final state)에 도달하면 상황이 발생된 것으로 이해하고 범용 제어기(80)에 상황이 발생(인식) 되었음을 알려준다.
여기서, 상태 전이 함수는 하나의 상태(state)에서 어떤 입력 심볼에 의해서 다른 상태로 변화(transition)가 일어나는 근거가 되는 규칙들을 함수로 만들어 표현한 것을 말한다.
상태 전이 함수는 “( A, a ) = B”와 같은 형태로 표현되는데, 이는 현재의 상태 A에서 입력으로 심볼 a가 들어오면 상태 B로 전이되는 것을 나타낸다.
이와 같이 상태 전이 함수는 정규문법으로 표현된 언어를 해석하는 해석기인 유한 오토마타(finite automata)를 구성하는 일부로서 입력에 대한 상태전이를 표현하는데 적합한 방법이며, 유한 오토마타에서 사용되는 입력 심볼에 따른 상태들 간의 전이를 기술한다.
범용 제어기(80)는 제어 기술 언어 해석기(70)로부터 상황별 제어 명령어 정보가 담겨있는 규칙을 전달받아 상황 인식기(50)가 상황을 인식할 때마다 발생하는 상황 인식 신호가 규칙에 기술된 상황인지를 검사하고 만약 당해 상황 인식 신호가 규칙에 기술된 상황이면 그 상황에 대응하는 제어 명령어를 통합 제어기(90)로 전달한다.
현재는 상황별 제어 명령어 규칙이 간단한 1:1 매핑 수준이지만 이 규칙 역시 상태전이에 기반을 둔 상황별 제어 명령어 모델에 따르며, 정규언어로 표현되고 유한 오토마타 인식 모델을 따르기 때문에 감지된 상황별 또는 현재 상태별로 다양한 제어 명령어를 발생시킬 수 있다.
상황 정의기(30)는 상황 인식기(50)에서 원하는 상황을 인식할 수 있도록 도 와준다. 즉, 상황 인식기(50)에서 원하는 상황을 인식하기 위해서는 인식하기를 바라는 상황을 설명하는 상황 기술(context description)이 필요한데, 상황 정의기(30)는 인식하고자 하는 상황을 쉽게 정의할 수 있도록 도와주고, 정의된 상황을 이용하여 정규언어 형식의 상황 기술 언어를 생성한다. 상황 기술 언어로 작성된 상황 기술은 상황 기술 언어 해석기(40)에 의해서 해석되어 상황 인식기(50)에서 필요로 하는 상황 인식 규칙을 만들 수 있도록 해준다.
여기서, 상황 기술은 상황을 인식할 수 있도록 상황을 기술(description)하는 것(상황 모델링)으로서 상황 인식기(50)에서 인식할 상황에 대한 정의로 사용된다.
상황 기술에 의하면, 인식해야 할 상황을 직접 프로그램에 넣지 않고 다른 모델링 기법을 사용하기 때문에 상황 모델만 따로 정의하여 인식해야 할 상황을 별도로 정의하고 업데이트 하는 것이 가능해지고, 상황을 인식하는 방법을 유한 오토마타 형식으로 할 수 있기 때문에 매우 단순한 구조를 가지며, 빠르고 적은 리소스를 사용하기 때문에 내장형 시스템에 유리하다. 상황 기술은 유한 오토마타에서 필요로 하는 상태 전이 함수 형식 기반의 상황 정의 모델을 사용한다.
한편, 상황 기술 언어는 상황을 기술하는 언어로서, 정의된 정규 문법 기반 상황 모델링을 기반으로 XML언어를 사용하여 상황을 기술한다.
상황 기술 언어는 상황 모델링을 통하여 인지해야 할 상황을 따로 정의할 수 있기 때문에 차후에 인식해야 할 상황을 업데이트하거나 지능적으로 스스로 인식해야 할 상황을 보정하는 것이 가능하며, XML형식을 사용함으로써 상황 정의에 있어 서 일반 텍스트 에디터로 작성하는 것도 가능하고 도구에 의한 자동화도 가능하다.
상황 인지 구조는 정의된 상황을 파싱하여 상황 객체를 생성하여 관리하는 부분과, 센싱 정보 등 실제로 발생되고 있는 여러 가지 정보들로부터 정의된 상황들 가운데 일치되는 상황이 있는지를 감지하여 상황이 일치되면 상황이 인지되었음을 보고하는 구조로 구성되어 있다.
XML(eXtensible Markup Language)에 대하여 설명하면 아래와 같다.
마크업(Markup)이란 본문, 즉 원래의 내용에 뭔가 특별한, 또는 추가적인 정보를 표시하는 모든 것을 말한다. 가령 우리가 책, 참고서 등을 통해 공부할 때 줄을 치거나 형광펜 등의 기타 필기도구로 색칠을 하는 것 등을 바로 마크업이라고할 수 있다. 마크업에는 다음 3가지의 마크업이 있다.
첫째, 양식적 마크업(또는 유형적 마크업, Stylistic Markup)으로, 이는 문서를 시각적으로(또는 외형적으로) 나타나는 방법에 관련된 것이다. HTML의 <FONT>, <I>, <B>, <U> 등이 이에 해당한다.
둘째, 구조적 마크업(Structual Markup)으로, 이는 문서의 구성방식을 표현한 것이다. HTML의 <Hn>, <P>, <DIV> 등이 이에 해당한다.
셋째, 의미적 마크업(Semantic Markup)으로, 이는 데이터의 내용 자체에 관한 마크업이다. HTML의 <TITLE>, <CODE> 등이 이에 해당한다.
마크업 언어(Markup Language)란 마크업들을 규정하는 규칙들의 집합으로서, 마크업 언어는 문서의 구조와 내용에 추가적인 의미를 부여하는 마크업 규칙들을 규정하는 언어이다. 즉, 마크업 언어는 그 언어가 ‘어떻게 이해될 것인가'를 규정하는 문법과 구문 구조라고 할 수 있는 것이다.
마크업 언어에는 SGML(Standard Generalized Markup Language, 표준화된 범용적 마크업 언어), HTML(HyperText Markup Language), XML(eXtensible Markup Language, 확장성 마크업 언어)와 같은 것들이 있다.
XML의 사양은 SGML 사양 문서보다 훨씬 간단하며, HTML은 태그의 종류가 한정되어 있는 반면 XML은 문서의 내용에 관련된 태그를 사용자가 직접 정의할 수 있으며 그 태그를 다른 사람들이 사용하도록 할 수 있다. XML은 본질적으로 다른 언어를 기술하기 위한 언어, 즉 메타언어인 것이다.
XML의 장점을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 정보 제공자는 자기 마음대로 새로운 태그 세트와 속성을 정의할 수 있다. 즉 사용자가 자신의 편의에 따라 혹은 자신의 데이터를 구분하고자 새로운 태그 세트를 임의로 만들 수 있다.
둘째, 문서의 구조는 연속적인 중첩을 허용한다. 즉, XML은 HTML이 지원하지 않는 객체 지향적 구조 혹은 데이터베이스 스키마의 구성을 위해 필요한 여러 번의 중첩을 허용하고 있다.
셋째, 문서 구조의 검증이 필요한 어플리케이션을 위하여 문법적인 구별을 문서 안에서 제공할 수 있다. 즉, 어플리케이션이 어떠한 문서를 받아들일 때 그 문서의 오류를 쉽게 판단할 수 있게 된다.
넷째, 구조 검색 및 전문 검색이 가능하다
다섯째, 문서의 논리적 구조를 다양한 형식으로써 표현할 수 있다. 또한 하나의 문서로 각각의 목적에 맞게 스타일 시트를 적용시켜서 정보를 재가공할 수 있다.
여섯째, 양방향 링크 또는 다방향 링크의 지원이 가능하다.
상황 인식기(50)에서의 상황 인식 모델은 시간의 흐름에 따른 센서(10) 값의 변화에 대한 패턴을 미리 정의하고 이를 기반으로 실제 센싱 정보(raw data)들이 정의된 범위(오차) 내의 흐름을 가지면 패턴이 일치된 것으로 판단하고 이와 동시에 미리 정의한 상황이 발생(인식)된 것으로 판단한다.
도 3은 사람이 문 밖에서 문 안으로 들어오는 시간의 흐름에 따른 실제 센서 값의 예를 나타낸 것이다.
센서 a는 문 밖에 설치된 적외선 센서이며, 센서 b는 문 안쪽에 설치된 적외선 센서이다.
사람이 문 밖에서 문 안으로 움직이는 동안 먼저 센서 a가 반응하여 0.7의 값을 나타내지만 센서 b는 아직 사람의 존재를 감지하지 못하여 그대로 0.2의 값을 유지한다.
사람의 문을 통과하는 순간 사람이 센서 a, 센서 b 모두에 감지되어 두 센서 모두 0.5를 넘는 값을 나타내다가 사람이 문을 통과하고 나면 문 밖의 센서 a는 더 이상 사람을 감지하지 못하고 초기값인 0.2 이하로 떨어지지만 센서 b는 여전히 사람을 감지하여 1.0에 근접하는 값을 나타낸다. 사람이 문을 통과하여 문에서 멀어 지면 문 안쪽에 있던 센서 b까지도 사람의 존재를 더 이상 감지할 수 없기 때문에 센서 b도 0.2이하로 떨어지게 된다.
도 3의 그래프에서 샘플링 전후에 표시되어 있는 ‘delay’와 ‘timeout’은 실제 샘플링 과정에서 ‘delay’와 ‘timeout’의 범위 내에 있을 때 센서 값이 의미가 있음을 나타내고 있다. 또한 실제 센서의 값을 범위로써 표현하기 위하여 센서 값 범위의 최소값을 ‘val1’, 최대값을 ‘val2’로 나타내어 센서 값이 ‘val1’과 ‘val2’ 사이에 존재하면 유효한 것으로 정의하였다.
이러한 시간의 흐름에 대한 값의 변화를 표로 나타내면 도 4와 같다. 도 4에서 ‘type’은 센싱 정보의 종류를 의미하며 ‘0’은 일반 센서임을 의미한다. 이와 같이 상황이 표로 표현되고 이를 인식하는 모델이 상황 인식기(50)에서 사용하는 상황 인식 모델이다.
상황 기술 언어 해석기(40)는 정규언어 형식의 상황 기술 언어로 작성된 상황 기술(context description)을 해석하여 유한 오토마타(finite automata)에서 필요로 하는 상황 인식 규칙인 상태 전이 함수(state transition function)를 생성한 후 이를 상황 인식기(50)에 전달한다. 상황 인식기(50)는 상황 기술 언어 해석기(40)로부터 전달 받은 상태 전이 함수와 센싱 정보 가공기(20)로부터 전달 받은 입력 심볼(센싱 정보)을 기반으로 하여 유한 오토마타에 근거한 상황 판단 처리를 수행하게 된다.
제어 정의기(60)는 상황별로 제어하고자 하는 내용을 정규언어 형식의 제어 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주는 도구이다. 제어 정의기(60)로부터 만들어진 제어 기술 언어로 작성된 제어 기술들은 제어 기술 언어 해석기(70)를 통해서 상황별 제어 규칙으로 만들어지게 된다.
여기서, 제어 기술 언어는 원하는 일련의 가전 제어 작업을 적절한 모드로 명명하고 이를 기술하는 XML로 표현된 언어이다.
제어 기술 언어는 적절한 제어 모드들에 대한 정의를 외부에서 따로 작성하는 것이 가능하기 때문에 시스템과 원하는 모드를 따로 개발하는 것이 가능하며 자동화 도구에 의한 자동생성 동적 업데이트 등이 가능하다.
제어 기술 언어 해석기(70)는 제어 정의기(60)로부터 만들어진 정규언어 형식의 제어 기술 언어로 작성된 제어 기술(control description)들을 해석하고 이를 범용 제어기(80)에서 필요로 하는 상황별 제어 명령어 규칙으로 만들어서 범용 제어기(80)로 전달한다.
범용 제어기(80)는 제어 기술 언어 해석기(70)에서 만들어진 상황별 제어 규칙들에 근거하여 상황 인식기(50)에서 상황을 인식할 때마다 발생하는 상황 인식 신호로부터 적절한 제어 명령어를 발생시키게 된다.
통합 제어기(90)는 본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템의 제어 대상인 가전제품들을 손쉽게 제어할 수 있도록 해 준다.
실제 가전제품은 전력선 모뎀을 통해서 전력선으로, 혹은 점등(On/Off) 릴레이, 조도 조절(dimming) 제어기 등에 의해서 물리적으로 연결되어 제어되는데, 이처럼 가전제품을 제어하기 위해서는 제어 기법도 다양해야 하고 가전제품의 종류에 따라 제어하는 명령어도 모두 달라져야 하기 때문에, 실제로 범용 제어기(80)에서 직접 수많은 연결 방법에 대한 제어를 한다거나 가전의 종류별로 다른 제어 명령을 발생시키는 것은 쉬운 일이 아니다.
그런데, 통합 제어기(90)는 이처럼 복잡한 물리적인 형태로 연결되고 제어되는 다양한 가전제품들에 대하여 표준화되고 단일화된 제어 명령어를 제공함으로써, 가전들이 물리적으로 어떻게 연결되는지 또는 가전들에 대하여 어떤 제어 코드를 발생시켜야 하는지에 대하여 알 필요 없이 손쉽게 가전을 제어할 수 있도록 해 준다.
통합 제어기(90)는 범용 제어기(80)로부터 전달 받은 (가전)제어 명령어를 해석하여 제어가 필요한 대상이 전력선(power line) 가전 제어인지, 점등(On/Off) 가전 제어인지, 조도 조절(dimming) 가전 제어인지를 판단하고, 적합한 제어 코드를 물리적으로 연결되어 있는 전력선 제어기(power line control, PLC)(110), 점등(On/Off) 제어기(120), 조도 조절(dimming) 제어기(130) 중 하나에 전달하여 해당 가전제품을 제어한다.
그런데, 가전제품이 최종적으로 제어되기 위해서는 각종 가전 제어기가 필요 한데, 통합 제어기(90)에서 제어 가능한 가전 제어기로는 통합 제어기(90)로부터 물리적인 제어 코드를 전달 받아 TV, 냉장고, 커피포트, 가스밸브, 에어컨, 가습기 등과 같은 전력선으로 제어되는 가전제품을 제어하는 전력선 제어기(power line control, PLC)(110)와, 화장실 조명, 커튼, 환풍기, 슬라이딩 도어, 전동스크린 등과 같이 점등(On/Off) 제어가 가능한 가전제품들이 연결되어 제어되는 점등(On/Off) 제어기(120), 그리고 거실 조명과 침실 조명과 같은 밝기가 각각 세세하게 조절되는 조명장비가 연결된 조도 조절(dimming) 제어기(130)가 있다.
전력선 제어기(power line control, PLC)(110)는 통합 제어기(90)와 TCP/IP로 연결되어 통합 제어기(90)로부터 전력선 가전 제어 명령 코드를 전달 받아 이를 전력선 프로토콜로 변환하여 전력선을 통해서 연결되어 있는 각종 전력선 제어 가전제품들과 통신하여 제어 명령을 전달한다.
점등(On/Off) 제어기(120)와 조도 조절(dimming) 제어기(130)는 각각 시리얼 라인으로 통합 제어기(90)와 연결되어 통합 제어기(90)에서 직접 시리얼 포트를 이용하여 두 개의 제어기에게 각각 제어 코드를 전달하는 형식으로 되어 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도 면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 컴퓨터가 인간의 위치 및 현재의 상황을 파악하여 인간과 컴퓨팅 디바이스 간의 상호작용을 최소화 하거나 완전히 배제한 상태에서 인간에게 적절한 서비스를 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템은 구조가 간단하고 많은 컴퓨팅 파워를 요구하지 않기 때문에 Context Broker 기반의 추론 기반 가전 제어와 같이 모든 사물에 대한 온톨로지를 설계해야 할 필요도 없고, 대량의 온톨로지 DB를 구축할 필요도 없으며, DB 기반의 추론이 필요 없어서 저전력 임베디드 장비에 탑재될 수 있어 다양한 형태로 제작되거나 기존의 가전제품에 탑재되는 것이 가능하다.
또한, 상황 정의나 작업 정의하는 방법이 간단하고 원격에서 등록 및 변경이 가능하기 때문에 중앙 집중식 관리 및 새로운 서비스의 추가가 쉬워질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상황 인지 기반 가전 제어 시스템은 OSGi(Open Service Gateway Initiative) 기반으로 작성되므로 S/W의 패치 및 업데이트, 추가, 변경 등이 유리할 수 있다.
한편, 본 발명은 새로운 기술적 패러다임으로 주시되고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경 하에서 상황을 인지하는 환경 적응형 서비스를 위한 가전제품을 비롯한 이를 응용한 다양한 전자제품 등에 폭넓게 응용됨으로써 상당한 경제적 가치를 산출할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

Claims (6)

  1. 센서로부터 받은 센싱 정보를 바탕으로 하여 원하는 상황이 발생하였는지를 판단하고 해당 상황이 발생하면 그에 따라 가전제품을 적절하게 제어하는 시스템에 있어서,
    상황 판단 근거로 사용하는 센싱 정보를 발생시키는 센서(10);
    상기 센서(10)로부터 전달받은 바이너리 형태의 센싱 정보들을 상황 인식기(50)에서 이해하기 좋은 형태의 메시지 형태로 가공하는 센싱 정보 가공기(20);
    인식하고자 하는 상황을 정규언어 형식의 상황 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주고 상황 기술이 완료되면 이를 상황 기술 언어 해석기(40)에 전달하는 상황 정의기(30);
    상기 상황 정의기(30)로부터 전달받은 상황 기술(context description)을 해석하여 유한 오토마타(finite automata)에서 필요로 하는 상황 인식 규칙인 상태 전이 함수(state transition function)를 생성하여 상황 인식기(50)에 전달하는 상황 기술 언어 해석기(40);
    상기 상황 기술 언어 해석기(40)로부터 전달받은 상태 전이 함수를 시간에 따라 계속적으로 발생되는 센싱 정보들에 대하여 적용하다가 임의의 센싱 정보를 인식하면 상황이 발생된 것으로 이해하고 범용 제어기(80)에 상황이 발생(인식) 되었음을 알려주는 상황 인식기(50);
    상황별로 제어하고자 하는 내용을 정규언어 형식의 제어 기술 언어로 기술할 수 있도록 도와주고 제어 기술(control description)이 완료되면 이를 제어 기술 언어 해석기(70)에 전달하는 제어 정의기(60);
    상기 제어 정의기(60)로부터 전달받은 제어 기술(control description)을 해석하고 이를 범용 제어기(80)에서 필요로 하는 상황별 제어 규칙으로 만들어서 범용 제어기(80)로 전달하는 제어 기술 언어 해석기(70);
    상기 제어 기술 언어 해석기(70)로부터 전달받은 상황별 제어 규칙들에 근거하여 상기 상황 인식기(50)에서 상황을 인식할 때마다 발생하는 상황 인식 신호로부터 적절한 제어 명령어를 발생시키는 범용 제어기(80);
    상기 범용 제어기(80)로부터 전달 받은 제어 명령어를 해석하여 제어가 필요한 가전의 종류를 분석하고 해당 가전 제어에 적합한 제어 코드를 가전 제어기(100)로 전달하는 통합 제어기(90); 및
    상기 통합 제어기(90)로부터 제어 코드를 전달받아 이에 해당하는 제어 신호를 발생시키는 가전 제어기(100)
    를 포함하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상황 인식기(50)는,
    촘스키 언어학의 “형태 3” 문법을 해석하는 방법인 유한 오토마타(finite automata) 모델에 적용시켜 정규언어로 표현된 상황 표현을 유한 오토마타의 상태 전이 함수(state transition function)로 매핑하고, 상기 센서(10)로부터 수신한 센싱 정보를 유한 오토마타의 입력 심볼로 매핑하여, 센싱 정보들로부터 상황을 인식하는 것을 특징으로 하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가전 제어기(100)에는,
    TV, 냉장고, 커피포트, 가스밸브, 에어컨, 가습기 등과 같이 전력선으로 제어되는 가전제품을 제어하는 전력선 제어기(power line control, PLC)(110);
    화장실 조명, 커튼, 환풍기, 슬라이딩 도어, 전동스크린 등과 같이 점등(On/Off) 제어가 가능한 가전제품들을 제어하는 점등(On/Off) 제어기(120); 그리고,
    거실 조명, 침실 조명 등과 같이 밝기가 세세하게 조절되는 조명장비들을 제어하는 조도 조절(dimming) 제어기(130)
    중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력선 제어기(power line control, PLC)(110)는,
    상기 통합 제어기(90)와 TCP/IP로 연결되어 상기 통합 제어기(90)로부터 PLC 가전 제어 명령 코드를 전달 받아 이를 전력선 프로토콜로 변환하여 전력선을 통해서 연결되어 있는 각종 PLC 가전들과 통신하여 제어 명령을 전달하는 것을 특징으 로 하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 점등(On/Off) 제어기(120)는,
    상기 통합 제어기(90)와 시리얼 라인으로 연결되어 상기 통합 제어기(90)에서 직접 시리얼 포트를 이용하여 제어 코드를 전달하는 것을 특징으로 하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 조도 조절(dimming) 제어기(130)는,
    상기 통합 제어기(90)와 시리얼 라인으로 연결되어 상기 통합 제어기(90)에서 직접 시리얼 포트를 이용하여 제어 코드를 전달하는 것을 특징으로 하는 상황 인지 기반 가전 제어 시스템.
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