KR102212173B1

KR102212173B1 - 사물인터넷 기반의 조명장치를 이용한 수면 모니터링 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102212173B1
Application number: KR1020190053801A
Authority: KR
Inventors: 김성훈; 김린준
Original assignee: (주)엔플러그
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2021-02-04
Also published as: KR20200129426A

Abstract

본 발명은 수면 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 모니터링 시스템은, 조명등과, 음향검출부와, 자세검출부와, 생체신호검출부와, 음향출력부를 구비하는 IoT조명장치; 상기 IoT조명장치에서 획득한 음향데이터, 자세데이터 및 생체신호를 이용하여 사용자의 수면상태를 판단하는 수면상태판단부와, 상기 수면상태판단부의 판단결과를 이용하여 상기 IoT조명장치의 피드백 동작 여부를 판단하는 피드백판단부를 구비하는 모니터링장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 사용자가 자신의 집에서 간편하게 수면 패턴을 모니터링하고 분석할 수 있을 뿐만 아니라 분석의 정확도를 높일 수 있다. 또한 수면 모니터링 결과를 바탕으로 실시간으로 적절한 피드백을 제공함으로써 수면의 질을 개선시킬 수 있다. 또한 사용자의 수면단계를 확인하여 최적의 기상 시점에 기상 알람을 발생시킬 수 있으므로 사용자의 수면 만족도를 크게 향상시킬 수 있다.

Description

사물인터넷 기반의 조명장치를 이용한 수면 모니터링 시스템 및 방법{Sleep monitoring system and method using lighting device based on IoT}

본 발명은 침실에 설치된 IoT 조명장치(무드등, 천정등 등)를 이용하여 사용자의 수면상태를 모니터링하고 이를 기반으로 적절한 피드백을 제공할 수 있는 수면 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

수면은 인간의 생명 유지를 위해 필수적인 것으로서, 에너지 저장 및 회복뿐만 아니라 호르몬 분비, 기억 응고화 등 중요한 역할을 수행한다.

그러나 현대사회에서는 과로, 스트레스, 불규칙한 수면시간 등으로 인해 불면증, 과다수면, 기면증 등의 수면장애를 겪는 사람이 증가하고 있다.

수면장애를 진단하고 치료하기 위해서는 전문 병원에서 수면 다원 검사 장비 등을 이용하여 수면패턴을 검사해야 하는데, 이러한 검사는 환자의 침실이 아닌 병원에서 이루어지므로 실제 주거환경에서 발생하는 다양한 영향을 반영하는 데는 한계가 있다.

또한 병원 장비는 수면 패턴을 검사하는 용도이므로 사용자에게 적절한 피드백을 실시간으로 제공하여 수면의 질을 개선하는 용도로 사용될 수 없는 단점이 있다.

등록특허 제10-1893877호(2018.09.04 공고) 공개특허 제10-2019-0035361호(2019.04.03 공개)

본 발명은 이러한 배경에서 안출된 것으로서, 사용자가 병원을 방문하지 않고 자신의 집에서 수면 패턴을 모니터링하고 분석할 수 있도록 함으로써 편의성을 향상시키는 한편 분석 정확도를 높이는데 그 목적이 있다.

또한 수면 모니터링 결과를 바탕으로 실시간으로 적절한 피드백을 제공함으로써 수면의 질을 개선시키는데 그 목적이 있다.

또한 수면 모니터링 결과를 바탕으로 최적의 기상 시점을 판단하여 기상 알람을 발생시키는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 조명등과, 음향검출부와, 자세검출부와, 생체신호검출부와, 음향출력부를 구비하는 IoT조명장치; 상기 IoT조명장치에서 획득한 음향데이터, 자세데이터 및 생체신호를 이용하여 감시대상자의 수면상태를 판단하는 수면상태판단부와, 상기 수면상태판단부의 판단결과를 이용하여 상기 IoT조명장치의 피드백 동작 여부를 판단하는 피드백판단부를 구비하는 모니터링장치를 포함하는 수면 모니터링 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 양상에 따른 수면 모니터링 시스템에서, 상기 수면상태판단부는, 감시대상자의 수면단계를 판단하고, 상기 피드백판단부는 설정된 알람가능 기간 중에 수면단계가 설정조건을 충족하면 기상알람 발생지령을 생성할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 수면 모니터링 시스템에서, 상기 수면상태판단부는 동일 침실 내에 있는 다수의 감시대상자의 수면상태를 판단하고, 상기 피드백판단부는 설정된 알람가능 기간 중에 상기 다수의 감시대상자의 수면단계가 모두 설정조건을 충족하는 경우에 한하여 기상알람 발생지령을 생성할 수 있다. 이때, 상기 다수의 감시대상자 중에서 우선기상대상자가 선정되어 등록된 경우에는, 상기 우선기상대상자의 수면단계가 나머지 모든 감시대상자의 수면단계 보다 얕은 경우에 한하여 상기 기상알람 발생지령을 생성할 수 있다. 본 발명의 다른 양상은, IoT조명장치에서 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터를 획득하는 단계; 상기 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터 중에서 적어도 하나를 이용하여 감시대상자의 수면단계를 판단하는 단계; 설정된 알람가능 기간에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계; 알람가능 기간에 도달하면, 감시대상자의 수면단계가 설정조건을 충족하는지 여부를 판단하는 단계; 감시대상자의 수면단계가 설정조건을 충족하면 기상알람 발생지령을 생성하는 단계; 상기 IoT조명장치가 상기 기상알람 발생지령에 따라 기상알람을 발생하는 단계를 포함하는 수면 모니터링 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 수면 모니터링 방법에 있어서, 동일 침실 내에 있는 다수의 감사대상자의 수면상태를 판단하고, 상기 다수의 감시대상자의 수면단계가 모두 상기 설정조건을 충족하는 경우에 한하여 상기 기상알람 발생지령을 생성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자가 자신의 집에서 간편하게 수면 패턴을 모니터링하고 분석할 수 있을 뿐만 아니라 분석의 정확도를 높일 수 있다.

또한 수면 모니터링 결과를 바탕으로 실시간으로 적절한 피드백을 제공함으로써 수면의 질을 개선시킬 수 있다. 또한 사용자의 수면단계를 확인하여 최적의 기상 시점에 기상 알람을 발생시킬 수 있으므로 사용자의 수면 만족도를 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 모니터링 시스템의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명장치의 블록도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링장치의 블록도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 모니터링 시스템의 변형 예를 나타낸 구성도
도 5는 딥러닝 알고리즘의 인공신경망 구성을 예시한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 모니터링 방법을 나타낸 순서도

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

참고로 본 명세서에서 하나의 구성요소(element)가 다른 구성요소와 연결, 결합, 또는 통신하는 경우는, 다른 구성요소와 직접적으로 연결, 결합, 또는 통신하는 경우뿐만 아니라 중간에 다른 요소를 사이에 두고 간접적으로 연결, 결합, 또는 통신하는 경우도 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함하는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수면 모니터링 시스템은 도 1에 예시한 바와 같이, 댁내에 설치된 적어도 하나의 IoT(Internet of Things) 조명장치(100), 댁내의 IoT조명장치(100)를 인터넷 등의 외부 통신망(300)과 연결시키는 게이트웨이(200), 게이트웨이(200) 및 통신망(300)을 통해 IoT조명장치(100)와 통신하는 모니터링장치(400)를 포함할 수 있다.

IoT조명장치(100)는, 도 2의 블록도에 예시한 바와 같이, 프로세서(110), 메모리(120), 통신부(130), 조명제어부(140), 조명등(142), 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170), 음향출력부(180), 버스(190) 등을 포함할 수 있다.

프로세서(110)는 메모리(120)에 저장된 컴퓨터프로그램을 실행하여 소정의 연산이나 데이터 처리를 실행한다. 예를 들어 프로세서(110)는 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170) 등에서 검출한 음향정보, 자세정보, 생체신호정보 등을 모니터링장치(400)로 전송하고, 모니터링장치(400)로부터 수신한 피드백지령에 응하여 조명제어부(140), 음향출력부(180) 등을 제어할 수 있다.

메모리(120)는 IoT조명장치(100)의 동작을 위한 컴퓨터프로그램을 저장할 수 있다. 컴퓨터프로그램은 프로세서(110)에 의해 실행되는 명령어의 집합으로서, 운영체제, 미들웨어, 애플리케이션 또는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API: application programming interface)를 포함할 수 있다.

메모리(120)는 비휘발성 메모리(예: 플래시 메모리 등)와 휘발성 메모리(예: RAM(random access memory)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 비휘발성 메모리에 저장되고 휘발성 메모리로 로드되어 실행될 수 있다.

또한 메모리(120)는 프로세서(110), 통신부(130), 조명제어부(140), 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170) 등에서 생성된 데이터 또는 명령을 저장할 수 있다.

통신부(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT조명장치(100)와 다른 전자기기 간의 통신인터페이스를 제공한다. IoT조명장치(100)와 통신할 수 있는 다른 전자기기에는 게이트웨이(200), 다른 IoT조명장치(100), 다른 종류의 IoT기기, 스마트폰, 태블릿, 홈네트워크 기기 등이 포함될 수 있다.

통신부(130)는 무선 통신 또는 유선 통신을 지원할 수 있다. 무선통신의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 와이파이(Wi-Fi), 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), 근접장통신(NFC), 이동통신, RF통신 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

조명등(142)은 LED를 이용하는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 조명등(142)은 컬러 LED와 같이 2 이상의 색상을 표현할 수 있는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

조명제어부(140)는 프로세서(110)로부터 전송된 제어신호에 응하여 조명등(142)을 온(on) 또는 오프(off)시키거나, 디밍(dimming) 제어를 통해 밝기를 조절하거나, 발광색상을 변경시키는 역할을 한다.

음향검출부(150)는 침실에서 발생하는 음향을 검출하기 위한 것으로서, 하나 이상의 마이크로폰을 포함할 수 있다. 다수의 마이크로폰을 사용하는 경우에는 고주파대역에 민감한 마이크로폰과 저주파대역에 민감한 마이크로폰을 함께 사용할 수도 있다.

음향검출부(150)는 2인 이상의 음성이 동시에 입력되었을 때 누구의 음성인지 구분하는 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 사전에 각자의 음성 특성을 수집하여 성문분석, 통게분석 등을 통해 음성 특성값을 저장해 두거나 머신러닝을 통해 음성분석 방법을 학습해 두는 것이 바람직하다.

자세검출부(160)는 취침 중인 사용자의 자세나 움직임을 검출하기 위한 것으로서, 예를 들어 적외선카메라를 이용하여 설정된 주기(예, 5초, 10초 등) 마다 사용자의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 분석하여 사용자의 취침자세, 뒤척임 빈도 등을 확인한다.

사용자의 취침 자세는, 예를 들어 바른 자세, 엎드린 자세, 우측 웅크린 자세, 좌측 웅크린 자세 중에서 어느 하나로 검출될 수 있다. 보다 정밀한 분석을 위해서는 취침 자세를 더욱 세분할 수도 있다. 예를 들어 바른 자세를 천정을 바라보는 자세, 머리가 우측으로 기울어진 자세, 머리가 좌측으로 기울어진 자세 등으로 더욱 세분하거나, 엎드린 자세를 머리가 우측으로 기울어진 자세와 머리가 좌측으로 기울어진 자세 등으로 더욱 세분할 수 있다.

사용자의 뒤척임 빈도는 설정 기간(예, 10분) 동안 사용자의 자세가 변경된 횟수를 의미하며, 뒤척임 빈도가 적을수록 깊은 수면 중이고, 뒤척임 빈도가 많을수록 얕은 수면 중이거나 잠이 들지 않은 것을 의미할 수 있다.

자세검출부(160)는 감시대상영역에 2인 이상이 있는 경우에 각자의 자세와 움직임을 구분하여 판단하는 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 각자의 뒤척임 정도를 개별적으로 확인함으로써 각자의 수면상태를 보다 정확히 판단할 수 있고, 이를 통해 최적의 피드백이 가능하기 때문이다.

생체신호검출부(170)는 취침 중인 사용자의 생체신호를 검출하기 위한 것으로서, 예를 들어 사용자의 신체로부터 이격된 상태에서 비접촉식으로 호흡수, 심박수 등의 생체신호를 검출할 수 있는 도플러(Doppler) 레이더 센서, IR-UWB(Impulse Radio Ultra-WideBand) 레이더 센서 등을 포함할 수 있다.

생체신호검출부(170)는 자세검출부(160)에서 획득한 적외선 영상이미지를 분석하여 취침 중인 사용자의 체온을 판단할 수도 있다. 이때 사용자의 체온이 정상범위인지, 정상보다 낮은 지, 정상보다 높은 지 여부 등을 함께 판단할 수도 있다.

생체신호검출부(170)는 감시대상영역에 2인 이상이 있는 경우에 각자의 생체신호를 독립적으로 검출하는 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 각자의 생체신호를 개별적으로 확인함으로써 각자의 수면상태를 보다 정확히 판단할 수 있고, 이를 통해 최적의 피드백이 가능하기 때문이다.

음향출력부(180)는 프로세서(110)로부터 전송된 제어신호에 응하여 소정의 음향을 출력하는 스피커를 포함한다. 출력되는 음향은 기상 알람일 수도 있고, 빗소리, 물소리, 도서관 소리 등의 백색소음(white noise) 일 수도 있고, 알림용 멘트일 수도 있고, 질문용 멘트일 수도 있고, 경고음일 수도 있고, 기타 다른 소리일 수도 있다.

버스(190)는 전술한 구성요소들을 서로 연결하고 전기적 신호를 전달하는 회로일 수 있다.

도면에는 나타내지 않았지만, IoT조명장치(100)는 전원공급부를 포함하며, 전원공급부는 배터리를 포함할 수도 있고, 외부의 AC전원 또는 DC전원과 연결될 수도 있다.

또한 IoT조명장치(100)는 사용자가 명령을 입력하거나 설정을 변경하기 위한 버튼, 키패드, 터치스크린 등의 입력수단을 포함할 수도 있다. 또한 음향검출부(150)를 통해 입력된 음성을 입력으로 변환하는 음성입력수단을 포함할 수도 있다.

이와 달리 사용자의 스마트폰 등 휴대단말이 입력수단으로 사용될 수도 있으며, 이 경우 휴대단말에서 실행되고 있는 전용 애플리케이션을 통해 사용자 명령이 입력되면, 입력된 명령은 휴대단말에서 IoT조명장치(100)의 통신부(130)로 전송된 후 프로세서(110)에 의해 실행될 수 있다.

게이트웨이(200)와 통신망(300)은 댁내에 설치된 IoT조명장치(100)와 외부에 설치된 모니터링장치(400) 간의 통신을 중계하기 위한 것으로서, 유무선 여부, 통신프로토콜의 종류 등은 특별히 제한되지 않는다.

모니터링장치(400)는 도 3의 블록도에 예시한 바와 같이, 프로세서(410), 메모리(420), 데이터베이스(430), 통신부(440), 버스(490) 등을 포함할 수 있다.

프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 컴퓨터프로그램을 실행하여 소정의 연산이나 데이터 처리를 실행한다.

메모리(420)는 모니터링장치(400)의 동작을 위한 컴퓨터프로그램을 저장할 수 있다. 컴퓨터프로그램은 프로세서(410)에 의해 실행되는 명령어의 집합으로서, 운영체제, 미들웨어, 애플리케이션 또는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API: application programming interface)를 포함할 수 있다.

메모리(420)에 저장되어 프로세서(410)에 의해 실행되는 애플리케이션은 예를 들어 수면상태판단부(450), 통계분석부(460), 피드백판단부(480) 등을 포함할 수 있다.

수면상태판단부(450)는 IoT조명장치(100)로부터 수신한 음향정보, 자세정보, 생체신호정보를 이용하여 사용자의 수면단계, 수면등급, 사용자의 상태 등을 실시간으로 또는 주기적으로 판단한다.

일반적으로 수면은 렘(rapid eye movement, REM) 수면과 비렘(Non-REM)수면이 교대로 진행되며, 렘수면은 전체수면의 20~25%를 차지하고 비렘수면은 75~80%를 차지한다. 또한 비렘수면은 4단계로 구분되며 각 단계마다 뇌파의 특성이 다른 것으로 알려져 있다. 예를 들어 1단계 수면에서는 쎄타파(theta activity:3.5-7.5Hz)가 나타나며, 2 단계 수면에서는 쎄타파, 수면방추(sleep spindle), 날카로운 파형의 K복합(K complex)가 나타나며, 3 단계 수면에서는 진폭이 큰 델타파(delta activity: 3.5Hz 이하)가 나타나며, 4단계 수면에서는 델타파가 50% 이상으로 증가하는 것으로 알려져 있다. 렘수면 단계에서는 쎄타파가 산발적으로 나타나는 것으로 알려져 있다.

이러한 수면단계에서 렘수면과 비렘수면 1~2단계는 얕은 수면으로 구분하고, 비렘수면 3~4단게는 깊은 수면으로 구분할 수 있고, 일반적으로 얕은 수면 단계에서 잠을 깨우면 빨리 일어날 뿐만 아니라 피로도가 적고, 깊은 수면 단계에서 잠을 깨우면 잘 일어나지 못할 뿐만 아니라 피로도가 높은 것으로 알려져 있다.

수면단계는 수면 중인 사용자의 뇌파를 검출하여 직접적으로 판단할 수도 있고, 비접촉식으로 측정할 수 있는 다른 생체신호를 이용하여 간접적으로 판단할 수 있다.

사용자의 뇌파를 직접적으로 검출하기 위해서는 도 4에 나타낸 바와 같이, 사용자의 뇌파를 측정할 수 있는 뇌전도센서(500)를 사용자에게 부착시키고, 뇌전도센서(500)와 IoT조명장치(100)를 유선 또는 무선통신으로 연결해야 한다.

뇌전도센서(500)는 사용자의 얼굴이나 머리에 직접 부착될 수도 있고, 안대에 설치될 수도 있다. 비접촉식으로 뇌파를 정확히 측정할 수 있는 센서가 있다면 이를 활용할 수도 있을 것이다.

뇌파를 직접 측정하지 않고 간접적으로 판단하는 방법에는 통계적인 추정법과 머신러닝 추정법이 있다.

통계적인 추정법을 적용하기 위해서는 수면 중인 대상자의 뇌파, 다른 생체신호(호흡수, 심박수, 체온 등), 자세정보, 뒤척임 빈도 등의 데이터를 장기간 수집한 후 통계분석을 통해 상관관계를 분석해야 한다. 통계분석 데이터는 DB(430)에 저장할 수 있다.

따라서 모니터링장치(400)는 IoT조명장치(100)에서 검출된 대상자의 자세, 호흡수, 심박수, 체온 등의 생체신호데이터를 수신한 후 이와 상관관계가 높은 뇌파를 추출하고, 이를 기반으로 수면단계를 추정할 수 있다. 수면의 질에 대한 사용자의 경험데이터(예, 푹잤음, 보통, 설쳤음, 못잤음 등)를 함께 통계처리하면 사용자의 수면등급(예, 상, 중, 하)도 추정할 수 있다.

머신러닝 추정법을 적용하기 위해서는 머신러닝 알고리즘을 이용하여 수면단계, 수면등급 등의 출력값의 정확도를 높이는 학습과정을 수행해야 한다.

머신러닝 알고리즘의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 일 예로서, SVM(Support Vector machine), KNN(K-Nearest Neighbor), Random Forest 등의 알고리즘을 이용하여 수면 분석을 위한 머신러닝을 수행할 수 있다. 다른 예로서, DNN(Deep Neural Network), CNN(convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network) 등의 인공신경망(ANN, Artificial Neural Network)을 기반으로 하는 딥러닝 알고리즘을 이용하여 수면 분석을 위한 머신러닝을 수행할 수도 있다.

딥러닝 알고리즘의 인공신경망(ANN) 도 5에 예시한 바와 같이 입력레이어와 출력레이어의 사이에 하나 이상의 히든레이어(hidden layer)를 가지며, 딥러닝 알고리즘을 통한 학습은 임의의 제1 레이어의 노드(뉴런)와 제2 레이어의 노드(뉴런) 사이에 부여된 가중치([W]1,....[W]n)를 최적화하는 과정이다.

딥러닝 알고리즘은 학습주기마다 또는 설정된 주기마다 출력노드의 출력값과 목표값 사이의 오차를 기초로 경사감소법(Gradient Descent Method) 등을 적용하여 각 가중치([W]1,??.[W]n)를 갱신함으로써 출력값의 정확도를 지속적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 입력레이어의 각 입력노드에는 IoT조명장치(100)로부터 수신한 음향데이터, 자세데이터, 호흡수데이터, 심박수데이터, 체온데이터 등이 입력되고, 출력레이어의 출력노드는 입력된 정보에 대응하는 수면단계, 수면등급 등을 출력할 수 있다.

한편 통계분석부(460)는 대상자의 뇌파, 다른 생체신호(호흡수, 심박수, 체온 등), 자세정보, 뒤척임 빈도 등의 데이터를 장기간 수집한 후 다양한 통계분석을 한다. 예를 들어 다른 생체신호와 뇌파의 상관관계를 분석할 수 있다.

통계분석부(460)에서 분석된 데이터는 DB(430)에 저장될 수 있다.

피드백판단부(470)는 수면상태판단부(450)의 판단결과를 기반으로 사용자에게 피드백 제공여부를 결정한다.

피드백판단부(470)는 기상알람 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 충족하면 기상알람 발생지령을 IoT조명장치(100)로 전송할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 수면 중에는 얕은 수면과 깊은 수면이 교대로 나타나는데, 일반적으로 얕은 수면 중에 깨우면 쉽게 일어나는 반면에 깊은 수면 중에 깨우면 잘 일어나지 못할 뿐만 아니라 일어나서도 피로감을 많이 느끼는 것으로 알려져 있다.

따라서 사용자의 수면상태를 실시간으로 또는 주기적으로 감시하여, 렘수면이나 비렘수면 1~2단계일 때만 기상알람을 발생시킨다면 사용자가 보다 쉽게 일어날 수 있고, 기상 후 피로감을 덜 느끼게 되어 IoT조명장치(100)의 사용 만족도를 크게 개선할 수 있을 것이다.

이를 위해서는 사용자는 IoT조명장치(100)를 통해 알람가능 기간(예, 06:30~07:30)를 미리 설정해 두어야 한다. 설정된 알람가능 기간은 모니터링장치(400)로 전송되어 저장되며, 피드백판단부(470)는 설정된 기간 동안 수면상태판단부(450)로부터 수면단계 정보를 획득하여 기상알람 발생여부를 판단하고 알람조건이 충족되면 알람지령을 IoT조명장치(100)로 전송한다.

IoT조명장치(100)는 알람지령이 수신되면 음향출력부(180)를 통해 설정된 기상 알람을 발생시키고, 조명제어부(140)를 제어하여 조명등(142)을 온(on)시킬 수 있다. 조명등(142)을 온(on)시킬 때는 디밍제어를 통해 단계적으로 밝기를 증가시키는 것이 바람직하다.

만일 설정된 알람가능 기간 중에 렘수면이나 비렘수면 1~2 단계가 도달하지 않는다면, 설정된 기간의 종료와 함께 기상 알람을 발생시킬 수 있다.

만일 한 침실에서 2명이 자는 경우에는 각 자의 수면단계를 별도로 분석하는 것이 바람직하다. 이때 각 자의 자세는 자세검출부(160)를 통해 독립적으로 검출하는 것이 용이하지만, 섞여서 입력되는 음향데이터, 심박데이터, 호흡데이터 등은 누구의 것인지 구분하는 과정이 필요하다.

이를 위해서는 사전에 각 자의 신호주파수 및 패턴을 분석하여 분석결과를 DB(430)에 저장해 두고, 이를 기반으로 각 자의 음향데이터, 심박데이터, 호흡데이터 등을 추출하면 된다.

각 자의 머리 맡에 각각 IoT조명장치(100)를 설치하면 신호간섭이 훨씬 적어지므로 각 자의 수면단계를 보다 정확하게 판단할 수 있다.

이와 같이 2명이 한 침실에서 자는 경우에는, 피드백판단부(470)는 설정된 알람가능 기간 동안 2 사람의 수면 단계가 모두 얕은 수면인 경우에만 기상알람을 발생시키는 것이 바람직하다. 즉, 적어도 한 사람의 수면단계가 비렘수면 3단계 또는 4단계인 동안에는 기상알람을 발생시키지 않는 것이 바람직하다. 그래야만 2 사람의 수면 만족도를 함께 증진시킬 수 있기 때문이다. 이러한 방법은 3사람 이상이 한 침실에서 자는 경우에도 적용될 수 있다.

한편, 2인 이상이 한 침실에 자는 경우에, 특정인을 우선기상대상자로 선정하여 다른 사람보다 먼저 깨워야 하는 경우도 있다. 이러한 경우에는 우선기상대상자는 얕은 수면 단계(렘수면, 비렘수면 1,2 단계 등)에 있고, 나머지 사람은 깊은 수면 단계(예, 비렘수면 3~4단계)인 경우에 한하여 기상알람을 발생하는 것이 바람직하다. 그래야만 나머지 사람들이 기상알람으로 인해 깰 가능성을 최소화할 수 있기 때문이다.

이를 위해서는 IoT조명장치(100)의 입력수단 또는 다른 입력수단(스마트폰 등)을 통해 우선기상대상자의 정보를 입력하여 IoT조명장치(100) 또는 모니터링장치(400)에 저장해야 한다.

수면상태판단부(450)는 각자의 수면단계를 개별적으로 감시해야 하며, 설정된 알람가능 시간이 도래하면 피드백판단부(470)는 수면상태판단부(450)로부터 우선기상대상자와 다른 사람들의 개별적인 수면단계 정보를 획득하여 기상알람 발생조건을 충족하는지 여부를 판단하고 알람조건이 충족되면 알람지령을 IoT조명장치(100)로 전송한다.

한편 피드백판단부(470)는 사용자가 잠을 들지 못하고 뒤척이고 있는 것으로 판단되면 백색소음 발생지령을 IoT조명장치(100)로 전송할 수 있다. IoT조명장치(100)는 이에 응하여 음향출력부(180)를 통해 빗소리, 물소리 등의 백색소음을 출력할 수 있다.

또한 피드백판단부(470)는 사용자가 위급한 경우에 경고음 발생지령을 IoT조명장치(100)로 전송할 수 있다. 예를 들어 수면상태판단부(450)로부터 수신한 사용자의 생체신호(호흡수, 심박수, 체온 등)에 이상이 있는 것으로 판단되면, 경고음 발생지령을 IoT조명장치(100)로 전송할 수 있다.

IoT조명장치(100)는 이에 응하여 음향출력부(180)를 통해 경고음을 발생시키는 한편 조명제어부(140)를 제어하여 조명등(142)을 켤 수 있다. 또한 보호자 등이 자는 침실에 설치된 IoT조명장치(100)에도 경고신호를 전송하여 경고음을 발생시키고 조명등(142)을 켤 수 있다.

이 밖에도 피드백판단부(470)는 수면 모니터링 결과를 바탕으로 다양한 종류의 피드백지령을 IoT조명장치(100)로 전송할 수 있다

이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 모니터링 방법을 설명한다.

먼저 IoT조명장치(100)의 동작모드를 수면 모니터링 모드로 전환한다. IoT조명장치(100)의 동작모드는 사용자가 모드전환 명령을 입력함으로써 수면 모니터링 모드로 전환될 수도 있고, 모드전환 조건이 충족되면 자동으로 수면 모니터링 모드로 전환될 수도 있다. 예를 들어 설정된 시간(예, 23시)이 되면 수면 모니터링 모드로 전환되거나, 조명등(142)이 오프되면 수면 모니터링 모드로 전환되거나, 설정시간 이후에 조명등(142)이 오프되어야만 수면 모니터링 모드로 전환되도록 설정할 수 있다.

IoT조명장치(100)가 수면 모니터링 모드로 전환되면, 프로세서(110)는 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170) 등에서 획득한 음향데이터, 자세데이터, 심박수 데이터, 호흡수 데이터 등을 통신부(130)를 통해 모니터링장치(400)로 실시간으로 또는 주기적으로 전송한다. (ST11)

모니터링장치(400)의 수면상태판단부(450)는 IoT조명장치(100)로부터 수신한 데이터를 이용하여 사용자가 잠이 들었는지 또는 뒤척이는 중인지 여부를 판단한다. 예를 들어 수면 모니터링 모드로 동작한 후 설정된 시간 동안 뒤척임 빈도가 기준값 이상으로 나타나면 잠들지 못하고 뒤척이는 단계로 판단할 수 있다. (ST12)

수면상태판단부(450)에서 뒤척임 단계로 판단하면, 피드백판단부(470)는 IoT조명장치(100)로 백색소음 발생지령을 전송하고, IoT조명장치(100)는 이에 응하여 빗소리, 물소리, 도서관 소리 등과 같은 백색소음을 출력한다. (ST13)

수면상태판단부(450)는 뒤척임 판단 단계 이후에 무호흡 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 수면상태판단부(450)는 생체신호검출부(170)를 통해 획득한 호흡데이터 및/또는 음향검출부(150)를 이용하여 무호흡 여부를 판단할 수 있다. (ST14)

수면상태판단부(450)에서 무호흡 단계로 판단하면, 피드백판단부(470)는 IoT조명장치(100)로 경고피드백 발생지령을 전송하고, IoT조명장치(100)는 이에 응하여 경고음을 출력할 수 있다. 만일 수면상태판단부(450)에서 위급 상황으로 판단하면, IoT조명장치(100)는 경고음 출력 뿐만 아니라 조명등(142)을 켜고 다른 침실의 IoT조명장치(100)에도 경고음 출력하고 조명등(142)을 켤 수 있다. (ST15)

한편 피드백판단부(470)는 사용자가 설정한 기상시간의 도래 여부를 확인하며, 기상시간이 도래하지 않았으면 위 과정을 반복하여 수행하고 기상시간이 도래하면 기상조건 충족여부를 판단한다.

기상조건은 특정한 수면단계일 수 있다. 즉, 피드백판단부(470)는 사용자의 수면단계가 예를 들어 렘수면, 비렘수면 1단계, 또는 비렘수면 2단계이면 기상조건을 충족한 것으로 판단할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니므로 렘수면 단계만을 기상조건으로 설정할 수도 있고, 렘수면 또는 비렘수면 1단계를 기상조건으로 설정할 수도 있다.

이때 한 침실에서 2이상이 자는 경우에는 각 자의 수면단계를 확인하여 모든 사람의 수면단계가 설정된 조건을 만족하는 경우에 한하여 기상조건을 충족하는 것으로 판단할 수도 있고, 기상 대상자가 설정된 경우에는 기상 대상자가 얕은 수면 단계이고 나머지 사람들은 깊은 수면 단계인 경우에 한하여 기상조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있음은 전술한 바와 같다. (ST16, ST17)

피드백판단부(470)는 기상조건을 충족하는 것으로 판단한 경우에 IoT조명장치(100)로 기상알람 발생지령을 전송하고, IoT조명장치(100)는 이에 응하여 설정된 기상알람을 출력한다. (ST18)

이상에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있다.

예를 들어, 도 1은 모니터링장치(400)가 외부의 서버인 것으로 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서 모니터링장치(400)에서 실행되는 프로그램 중에서 적어도 하나는 IoT조명장치(100)에 직접 설치되어 실행될 수도 있고, 댁내의 다른 IoT기기에 설치되어 실행될 수도 있다. 또한 IoT조명장치(100)와 통신할 수 있는 사용자의 스마트폰 등 휴대단말이나 사용자의 댁내 컴퓨터에 설치되어 실행될 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 구체적인 적용 과정에서 다양하게 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.

100: IoT조명장치 110: 프로세서 120: 메모리
130: 통신부 140: 조명제어부 142: 조명등
150: 음향검출부 160: 자세검출부 170: 생체신호검출부
180: 음향출력부 190: 버스 200: 게이트웨이(G/W)
300: 통신망 400: 모니터링장치 410: 프로세서
420: 메모리 430: DB 440: 통신부
450: 수면상태판단부 460: 통계분석부 470: 피드백판단부
490: 버스 500: 뇌전도센서

Claims

조명등과, 음향검출부와, 자세검출부와, 생체신호검출부와, 음향출력부를 구비하는 IoT조명장치;
상기 IoT조명장치에서 획득한 음향데이터, 자세데이터 및 생체신호를 이용하여 감시대상자의 수면상태를 판단하는 수면상태판단부와, 상기 수면상태판단부의 판단결과를 이용하여 상기 IoT조명장치의 피드백 동작 여부를 판단하는 피드백판단부를 구비하는 모니터링장치
를 포함하며,
상기 수면상태판단부는 동일 침실 내에 있는 다수의 감시대상자의 수면상태를 판단하고,
상기 피드백판단부는 설정된 알람가능 기간 중에 상기 다수의 감시대상자의 수면단계가 모두 설정조건을 충족하는 경우에 한하여 기상알람 발생지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 수면 모니터링 시스템
제1항에 있어서,
상기 피드백판단부는 상기 다수의 감시대상자의 수면단계가 렘수면, 비렘수면 1단계, 비렘수면 2단계 중 어느 하나에 해당하는 경우에 한하여 기상알람 발생지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 수면 모니터링 시스템
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제1항에 있어서,
상기 다수의 감시대상자 중에서 우선기상대상자가 선정되어 등록된 경우에는, 상기 우선기상대상자의 수면단계가 나머지 모든 감시대상자의 수면단계 보다 얕은 경우에 한하여 상기 기상알람 발생지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 수면 모니터링 시스템
모니터링 장치가 IoT조명장치에서 획득한 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터를 수신하는 단계;
상기 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터 중에서 적어도 하나를 이용하여 감시대상자의 수면단계를 판단하는 단계;
설정된 알람가능 기간에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계;
알람가능 기간에 도달하면, 감시대상자의 수면단계가 설정조건을 충족하는지 여부를 판단하는 단계;
감시대상자의 수면단계가 설정조건을 충족하면 기상알람 발생지령을 생성하되, 동일 침실 내에 있는 다수의 감사대상자의 수면상태를 판단하고 상기 다수의 감시대상자의 수면단계가 모두 상기 설정조건을 충족하는 경우에 한하여 기상알람 발생지령을 생성하는 단계;
상기 기상알람 발생지령을 상기 IoT조명장치로 전송하면 상기 IoT조명장치가 기상알람을 발생하는 단계
를 포함하는 수면 모니터링 방법
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