KR20190076332A - 지능형 IoT 기반 스마트 홈 에너지 관리 모델 - Google Patents

지능형 IoT 기반 스마트 홈 에너지 관리 모델 Download PDF

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Abstract

본 발명의 한 가지 양태에 따라서, 홈 에너지 관리 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 홈 내의 침실, 부엌, 거실을 비롯한 각종의 복수 장소에 설치되는 복수 개의 센서로서, 실내 사용자 유무를 파악하고 또 사용자가 활동하고 있는지 여부를 파악하기 위한 소리 센서, 실내 사용자 위치를 확인하기 위한 모션 센서, 실내 빛의 밝기 및 전기 사용량을 파악하기 위한 조도 센서, 사용자의 내외부 출입여부를 파악하기 위한 각도계 센서, 실내외 온도를 확인하기 위한 온도 센서를 포함하는, 복수 개의 센서와, 상기 센서로부터 감지되는 값을 수신하여 홈 내부의 각종 전자 기기를 제어하도록 구성된 플랫폼으로서, 상기 홈 내에 설치되어, 상기 센서 및 전자 기기와 무선 통신 가능한 셋톱 박스인, 플랫폼과, 상기 센서와 플랫폼 사이에 그리고 플랫폼과 전자 기기 사이에 설치되는 1개 이상의 게이트웨이를 포함하고, 상기 게이트웨이 또는 플랫폼은 상기 각각의 센서로부터의 감지 값을 이용하여, 실내에 사용자가 있는 지 여부와, 실내에 사용자가 있는 경우, 사용자가 활동 중인지, 휴식 중인지, 취침 중인지의 상황을 파악하도록 구성되고, 상기 플랫폼은 상기 판단된 각 상황에 대응하는 센서 값에 기초하여, 각 상황에 맞춰 상기 전자 기기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

지능형 IoT 기반 스마트 홈 에너지 관리 모델{SMART HOME ENERGY MANAGEMENT MODEL BASED ON INTELLIGENT INTERNET OF THINGS}
본 발명은 홈 에너지 관리 모델에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지능형 IoT(Internet of Things)에 기반하여, 홈에서 사람의 유무 및 상황에 맞춰 각 전자기기를 제어하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 하기 위한 홈 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
사물인터넷을 이용하여 에너지를 통합 관리하는 기술이 제안되고 있다(예컨대, 특허 제10-1734221호). 이 기술에 따르면, 별도의 사물 인터넷 플러그 장치 등이 필요하고 태양광 기술을 기반으로 하고 있어, 가정과 같은 홈에서의 에너지 관리에 적용하기에는 한계가 있다고 할 수 있다.
사물인터넷 시대에 들어서면서 모든 가전기기나 사물들이 전기를 사용하고 인터넷을 통하여 송수신을 한다. 일상적인 예로 사람들이 가장 많이 머물고 생활하는 가정에서 사용하는 에너지는 더욱 다양하다. 빛, 열, 가스 등 전기 이외에도 사용자들은 자연 에너지와 재생에너지를 여러 가지 방법으로 소비한다. 앞으로 더 많은 사물들이 늘어나면서 전력 소비량은 증가하고, 이에 따라 전력 공급량이 부족할 것이라는 예측이 많이 나오고 있다.
이러한 문제점을 개선하고자 다양한 에너지 관리 서비스 등이 나오고 있지만, 기존의 스마트 홈 에너지 관리 서비스의 기술은 단순 데이터를 수집하거나 거대한 데이터를 특정상황이나 사용자에 맞게 이용하는 것이 아니라 일괄적인 단순 지표로 사용하고 있다. 이러한 점에서 효율성 있는 전력 사용보다는 전력 사용량을 파악하는 정도에 그친다. 즉 향후에는 전력 소비량뿐만 아니라 외부적인 환경의 변화도 고려하는 지능형 IoT 기반 전력 제어서 서비스가 필요할 것으로 예측되고 있지만, 종래 기술은 이러한 요구를 충족시키지 못하고 있다.
가정에서 사용하는 디지털 가전 등 사물인터넷 활용이 놀라울 만큼 증가하고 있지만 이를 통합하는 모델이나 서비스 플랫폼 기술은 미약하다. 그리고 많은 사물들이 접속함에 따라 기존의 인터넷망과 네트워크의 기능은 점점 더 비례적으로 증가해야 하지만, 종래 기술은 이러한 상황에 적절하게 대응하는 데에 한계가 있다.
또한, 예컨대, 스마트 폰등을 이용하여 실외에서 실내의 스마트 가전을 제어할 수 있는 기술이 활용되고 있으나, 사용자의 조작을 필요로 하고 있으며, 실내에서의 각 상황에 맞춰 자동적으로 스마트 기기 등을 제어할 수 있는 기술은 제시되지 못하고 있다.
본 발명은 최근 지구온난화로 인한 전국 폭염으로 전력 사용량이 올 들어 최대치를 기록함으로써 전력 수급에 대한 문제점이 계속해서 거론되고 있는 것과 앞으로 사물인터넷 시대에 가정에서 사용하는 전자 기계들이 더욱 많아 질 것이라는 전망에 따라 전기 공급량이 부족할 것이라는 문제점에 대처하고자 한다. 그리고 가정에서 사용하는 디지털기기 들이 더 많이 늘어남에 따라 인터넷 속도 등의 네트워크 성능에 대한 한계점 등을 개선하고자 한다.
본 발명에서는, 이러한 사회적 문제점을 인식하여 주로 전기를 많이 사용하고 에너지 소비의 기본이 되는 홈 네트워크의 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 데이터를 수집하기 이전 단계의 스마트한 things를 통해 필요한 데이터만을 수집하도록 하여 네트워크의 과부하나 필요 없는 데이터 수집이나 처리를 지양하고 또한 서버에서는 수집된 데이터 분석함으로써 사용자의 전력 소비와 앞으로의 소비에 대해 관리를 해줄 서비스 모델을 제시한다.
본 발명은 홈 내부에 사람의 유무만에 기초하여 전력을 제어하는 것이 아니라, 사람의 유무, 홈 내부에 사람이 있다면 그 사람이 어떠한 상황에 있는지를 파악하여, 각 상황에 맞게 전력을 제어하는 기술을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 가지 양태에 따라서, 홈 에너지 관리 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 홈 내의 침실, 부엌, 거실을 비롯한 각종의 복수 장소에 설치되는 복수 개의 센서로서, 실내 사용자 유무를 파악하고 또 사용자가 활동하고 있는지 여부를 파악하기 위한 소리 센서, 실내 사용자 위치를 확인하기 위한 모션 센서, 실내 빛의 밝기 및 전기 사용량을 파악하기 위한 조도 센서, 사용자의 내외부 출입여부를 파악하기 위한 각도계 센서, 실내외 온도를 확인하기 위한 온도 센서를 포함하는, 복수 개의 센서와, 상기 센서로부터 감지되는 값을 수신하여 홈 내부의 각종 전자 기기를 제어하도록 구성된 플랫폼으로서, 상기 홈 내에 설치되어, 상기 센서 및 전자 기기와 무선 통신 가능한 셋톱 박스인, 플랫폼과, 상기 센서와 플랫폼 사이에 그리고 플랫폼과 전자 기기 사이에 설치되는 1개 이상의 게이트웨이(gateway)를 포함하고, 상기 게이트웨이 또는 플랫폼은 상기 각각의 센서로부터의 감지 값을 이용하여, 실내에 사용자가 있는 지 여부와, 실내에 사용자가 있는 경우, 사용자가 활동 중인지, 휴식 중인지, 취침 중인지의 상황을 파악하도록 구성되고, 상기 플랫폼은 상기 판단된 각 상황에 대응하는 센서 값에 기초하여, 각 상황에 맞춰 상기 전자 기기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 센서로부터 게이트웨이로 감지 값이 전송되고, 상기 게이트웨이에서 상기 상황을 파악하며, 상기 게이트웨이는 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단하고(상황 4), 상기 게이트웨이는 각 상황에 대응되는 감지 값만을 상기 플랫폼에 전송하도록 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 게이트웨이는 각 센서의 값이 미리 정해진 소정의 판단 기준을 벗어나는 경우에, 해당 감지 값을 상기 플랫폼에 전송하도록 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 게이트웨이 역할을 하는 컨트롤러가 상기 전자기기에 합체되어 있거나 또는 AP(Access Point)가 상기 게이트웨이 역할을 할 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 상기 센서로부터 상기 플랫폼으로 직접 또는 게이트웨이를 거쳐 상기 플랫폼에 감지 값이 전송되고, 상기 플랫폼은 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단(상황 4)할 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 상황 1이라고 판단되면, 상기 플랫폼은 상기 전자 기기 중 사용자의 활동과 관련된 전자 기기의 작동을 ON하고, 상기 상황 4라고 판단되면, 상기 전자 기기 중 사용자의 활동과 관련된 전자 기기의 작동을 OFF하도록 각 전자 기기를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 홈 내의 침실, 부엌, 거실을 비롯한 각종의 복수 장소에 설치되는 복수 개의 센서로부터 감지되는 값을 수신하는 플랫폼을 이용하여, 홈 내부의 각종 전자 기기를 제어하는 방법이 제공된다. 상기 복수 개의 센서는 실내 사용자 유무를 파악하고 또 사용자가 활동하고 있는지 여부를 파악하기 위한 소리 센서, 실내 사용자 위치를 확인하기 위한 모션 센서, 실내 빛의 밝기 및 전기 사용량을 파악하기 위한 조도 센서, 사용자의 내외부 출입여부를 파악하기 위한 각도계 센서, 실내외 온도를 확인하기 위한 온도 센서를 포함하고, 상기 전자 기기는 무선 신호에 의해 그 동작이 제어되는 전자 기기이며, 상기 플랫폼은 상기 홈 내에 설치되어, 상기 센서 및 전자 기기와 무선 통신 가능한 셋톱 박스이며, 상기 방법은, 상기 각각의 센서로부터의 감지 값을 이용하여, 실내에 사용자가 있는 지 여부와, 실내에 사용자가 있는 경우, 사용자가 활동 중인지, 휴식 중인지, 취침 중인지의 상황을 파악하는 상황 판단 단계로서, 이 상황 판단은 상기 센서와 플랫폼 사이에 설치되는 게이트웨이(예컨대, AP) 또는 상기 플랫폼에서 수행되는 것인, 상기 상황 판단 단계와, 상기 상황 판단 단계에서 판단된 각 상황에 대응하는 센서 값에 기초하여, 상기 플랫폼의 제어하에 각 상황에 맞춰 상기 전자 기기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 상황 파악 단계에서, 상기 센서로부터 게이트웨이로 감지 값이 전송되고, 상기 게이트웨이에서 상기 상황을 파악하며, 상기 게이트웨이는 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단하고(상황 4), 상기 방법은 각 상황에 대응되는 감지 값만을 상기 플랫폼에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 상황 판단 단계에서, 상기 게이트웨이는 각 센서의 값이 미리 정해진 소정의 판단 기준을 벗어나는 경우에, 해당 감지 값을 상기 플랫폼에 전송할 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 상황 파악 단계에서, 상기 센서로부터 상기 플랫폼에 감지 값이 전송되고, 상기 플랫폼에서 상기 상황을 파악하며, 상기 플랫폼은 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단(상황 4)할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 센서로부터의 감지 값을 이용하여, 실내에서의 여러가지 상황을 자동적으로 파악할 수 있고, 이러한 판단에 기초하여, 해당 상황에 대응하는 감지 값을 이용하여 각 전자 기기를 제어할 수 있다. 이를 통해, 사람의 유무, 또 활동 유무에 따라 각 기기를 제어할 수 있어, 효과적으로 전력 관리를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 지능형 IoT 기반 스마트 홈 에너지 관리 모델을 적용한 홈 에너지 관리 시스템의 개략도이다.
도 2는 홈 에너지 관리 시스템의 TAS(Target as a Service)와 게이트웨이(예컨대, AP) 네트워크 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 홈 에너지 관리 시스템의 Awareness TAS의 역할과 게이트웨이 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 Awareness TAS의 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 5는 E2AS 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 6은 Serivce TAS의 역할과 게이트웨이 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 Service TAS의 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 8은 사물 상황 판단 유형과 상황 유형별 에너지 제어 서비스의 개념을 보여주는 도면이다.
도 9는 판단 기준으로 사용할 수 있는 기상청 환경 데이터의 일예를 보여준느 도면이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 당업계에 이미 널리 알려진 기술적 구성에 대한 설명은 생략한다. 이러한 설명을 생략하더라도, 당업자라면 이하의 설명을 통해 본 발명의 특징적 구성을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 사물인터넷(IoT; internet of things)가 나아가야할 미래의 에너지 플랫폼 서비스로, 더욱 상세하게는 스마트 홈(가정) 네트워크에 있는 다양한 사물들을 연결하고, 스마트 가전까지 모두 연결하여 모든 홈 네트워크의 데이터를 수집하여 새롭고 가치 있는 에너지 효율성 서비스를 제공하는 것이다. 또한 수집된 데이터를 수집 및 분석하여 전력 소비량을 감소시키도록 에너지를 관리하는 효율적인 서비스에 관한 것이다. 단순한 관리 서비스가 아닌 새로운 서비스 모델을 만들어 시스템 과정에서도 필요한 데이터를 주고 받을 수 있도록 하여 더 똑똑하고 효율성을 높일 수 있도록 하는 것이다. 본 발명에서는 IoT 공개 플랫폼인 Mobius와 &Cube를 활용하여 새로운 확장형 서비스 모델을 제시한다.
사물인터넷 시대에 들어서면서 모든 가전기기나 사물들은 전기를 사용하고 인터넷을 통하여 송수신을 한다. 일상적으로 사람들은 가장 많이 머물고 생활하는 집에서 사용하는 에너지는 더욱 다양하다. 빛, 열, 가스 등 전기 이외에도 사용자들은 자연 에너지와 재생에너지를 여러 가지 방법으로 소비한다. 앞으로 더 많은 사물들이 늘어나면서 전력 소비량은 증가하고, 이에 따라 전력 공급량이 부족할 것이라는 예측이 많이 나오고 있다.
이러한 문제점을 개선하고자 다양한 에너지 관리 서비스 등이 나오고 있지만, 기존의 스마트 홈 에너지 관리 서비스의 기술은 센서를 단순하게 동작시키거나 사물 데이터를 무작위로 수집한다. 여기에선 불필요한 데이터 수집이나 처리 과정이 들어가기 때문에 비효율적인 네트워킹이 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 본 발명에서는 특정상황이나 사용자에 맞는 데이터를 수집하고 상황판단에 맞는 서비스를 제공하는 상황인식 타겟 서비스(Awareness TAS)와 Service TAS를 제시한다. 이러한 TAS는 홈 네트워크 서버(서비스 플랫폼으로서, 예컨대 셋톱 박스)에서 통합 및 분석을 하며 양방향 통신으로 에너지 효율성 서비스를 제시한다. 가정에서 사용하는 디지털 가전 등 사물인터넷 활용이 놀라울 만큼 증가함에 따라 이를 통합하는 효율적인 서비스 플랫폼 모델을 제시한다.
본 발명은 스마트 센싱을 통하여 네트워크 사용을 최소화하며, 에너지 효율성 서비스를 목적으로 한 사용자 전력 사용 패턴에 따라 상황에 맞는 자동화 서비스를 제공한다.
단순 서비스를 제시하는 것이 아닌 각각의 사물들을 연결하는 E2AS를 통하여 기존의 네트워크보다 뛰어난 성능과 효율적인 데이터 양방향 통신으로 네트워크 과부하를 막고, 불필요한 전력 사용량을 줄이는 효과를 거둘 수 있다. 더 나아가 상황인식 사물 모듈을 두어 각각의 센서들이 미리 상황을 판단하여 필요한 데이터만 수집하도록 하여 더욱 효과적인 센싱이 가능하게 된다. 이를 통하여 다양한 멀티미디어의 동작을 돕고, 사물이 늘어남에 따르는 문제점을 해결하는데 도움을 줄 수 있다.
E2AS(Energy Efficiency as a Service)는 Awarening TAS(사물 센서부)와 Service TAS(제어 대상)를 연결하는 서버(서비스 플랫폼)의 서비스 모듈의 역할도 하며 에너지 효율성 제어 모듈로써 목적에 따른 서비스가 가능하다. 이는 네트워크의 효율성도 높이며, 기존의 스마트 홈 내부의 전력 사용량도 효과적으로 관리할 수 있는 서비스이다. 가정에서 사용하는 다양한 디지털 기기들의 사용자 데이터를 수집하여 생활 에너지 패턴 분석이 가능하도록 하여 더욱 효율적인 에너지 사용이 가능하도록 돕는다. 예를 들어, 효율적인 센싱을 통해 필요 없는 데이터 수집은 최소화할 수 있다. 무더위에도 빠른 상황판단을 통해 자동으로 시원하고 쾌적한 공간을 유지시켜주며, 사용자의 에너지 소비 패턴에 따라 맞춤형 에너지관리가 가능하고 이에 따라 홈 네트워크를 넘어 2차적으로는 지역 또는 사회적으로 에너지관리 효과 범위가 확장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템의 개략도가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템은 크게 상황감지부(100)와 서비스 플랫폼(200)을 포함하고, 서비스 플랫폼(200)의 제어하에, 스마트 가전제품, 스마트 조명, 커튼 등의 제어대상(300)의 동작이 제어된다.
먼저, 상황감지부(100)는 도 2에 도시한 바와 같이, 홈 내부의 각종 장소에 설치되는 센서와 상황분석부(TAS)(일종의 컨트롤러)를 포함한다. 1차적으로는 침실, 거실, 현관 등에 소리, 감도, 조도, 각도계, 온도계 센서가 설치된다. 소리 센서는 실내 사용자 유무를 파악하고 또 사용자가 활동하고 있는지 여부를 파악하는 역할을 한다. 감도(motion) 센서는 실내 사용자 위치를 확인하기 위한 것이다. 조도 센서는 내부의 빛의 밝기 및 전기 사용량을 파악하기 위한 것이다. 각도계(rotary) 센서는 사용자의 내외부 출입여부를 파악하기 위한 것이다. 온도계 센서는 실내외 온도를 확인하기 위한 것이다. 이러한 각각의 센서가 서비스 타겟, 즉 TAS이 될 수도 있고, 각 센서로부터의 데이터가 게이트웨이를 통해 서비스 플랫폼에 전달되는데, 이 게이트웨이가 TAS의 역할을 수행할 수도 있다. 즉 복수 개의 센서가 통합되고, 이 통합된 부분에 후술하는 TAS 기능을 부과하여, 필터링된 데이터를 게이트웨이를 통해 서비스 플랫폼(200)에 전송할 수도 있고, TAS 기능을 갖고 있는 게이트웨이에 각 센서로부터의 데이터가 전달되고, 게이트웨이에서 그 데이터를 필터링한 후, 서비스 플랫폼(200)에 전송될 수도 있다. 이러한 게이트웨이로서, AP를 이용할 수도 있다. 또한, 상기 기능의 게이트웨이 역할을 하는 일종의 컨트롤러를 스마트 가전 기기에 별도로 합체할 수도 있다.
한편, 상황감지부(100)는 디지털 가전의 데이터를 수집하는 역할도 수행한다. 최근에는 통신이 가능한 디지털 가전이 널리 보급되고 있다. 이러한 디지털 가전은 많은 전력과 데이터를 생성 및 소모하고 있는 바, 상황감지부(100)는 이러한 디털 가전으로부터의 데이터를 수집하는 역할도 수행하며, 이를 통해 상기와 같은 여러 가지 상황을 판단할 수 있다.
도 3 및 도 4는 상황감지부(100)와 관련된 구성을 나타낸다. 홈 네트워크에 있는 다양한 사물의 데이터 수집은 사물마다 TAS를 만들어 센서의 특성과 데이터 수집 목적에 맞는 프로그램을 적용하는 것인데, 이를 본 발명에서는 Awareness TAS라고 지칭하며, 효율적인 데이터 수집과 목적에 맞는 데이터를 수집하기 위한 것이다. 상황감지부(100)는 데이터 수집을 더 효율적으로 하기 위해 불필요한 동작을 하지 않도록 하며, 서비스 플랫폼 레벨인 E2AS에 중요 데이터만 전달하도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 각 센서의 역할을 정의해 놓고 이에 맞는 중요한 데이터를 수집하기 위해 각각 어느 상황에 센싱을 해야하는지를 규정할 필요가 있다. 이러한 제반 기능을 위한 방법의 일예가 도 4에 도시되어 있다.
상황감지부(100)는 기본적으로 모션, 사운드, 로터리(각도계) 센서를 계속적으로 동작시켜 놓아 거기에서 발생되는 값을 통해 그 다음 동작 여부를 결정하게 된다. 해당 센서의 값이 예컨대, 게이트웨이(예컨대, AP)로 들어오면 실내 사용자의 유무가 파악되고 실내 사용자의 유무에 따라 그 다음동작인 상황인식을 수행할지를 판단한다. 본 발명에서는, 이러한 판단은 사용자의 상태에 따른 4가지 경우로 구분한다(도 8 참조). 단순히 실내에 사용자가 있을 때와 없을 때만을 구분하는 것이 아니라, 실내에 사용자가 있다면 그때는 활동 중이냐 휴식 중이냐 취침 중 3가지 경우로 구분하여 각 상황에 맞게 판단하도록 하고 있다. 이러한 기본적인 상황을 인식하여 필요한 경우에만 센싱이 되도록 하며, 이를 통해 불필요한 동작을 줄일 수 있게 된다. 또한, 바람직한 실시예에서는, 센싱된 데이터라도 무조건 서비스 플랫폼(200)로 전달되는 것이 아니라, 소정의 기준에 따라 전달한다. 예컨대, 사람이 실내에 있을 경우, 상황에 맞춰 각 디바이스를 제어하기 위해서는 소정의 판단범위가 필요하다. 본 발명의 경우, 이러한 판단범위의 한 가지 예로써 환경데이터를 이용하며, 이러한 환경데이터로서 기상청 환경데이터를 이용한다(도 9 참조). 예컨대, 온도가 기상청 환경데이터에 따른 표준범위를 벗어나는 경우에만 데이터가 서비스 플랫폼(200)으로 전달되고, 서비스 플랫폼(200)은 이를 판단하여 각 기기를 제어한다(예컨대, 평년 기온이 20℃인 경우에, 감지된 온도가 예컨대 30℃ 정도로 표준범위를 벗어나게 되면, 이러한 데이터가 서비스 플랫폼(200)에 전달되어, 서비스 플랫폼(200)는 에어컨을 제어하여 가동할 수 있다).
상황감지부(100)는 상황분석한 데이터를 서비스 플랫폼(200)에 전달한다. 즉, 각 센서를 통해 수집된 데이터를 그대로 서비스 플랫폼(200)에 전달하는 것이 아니라, 각 센서에 의해 감지된 데이터가 1차적으로 TAS, 본 실시예의 경우, 게이트웨이로 전달되며, 이 게이트웨이에서 각각의 수집된 데이터에 기반하여 상기한 상황인식을 수행하고, 그 결과, 즉 4가지의 상황 중 각 상황에 대응하는 신호를 서비스 플랫폼(200)에 전달한다. 서비스 플랫폼(200)은 데이터 수집부(210), 데이터 해석부(220), 제어부(230) 및 기억부를 포함한다.
데이터 수집부(210)는 사물센서부(100)로부터 전송되는 데이터를 도시 생략한 통신 I/F를 통해 수집하여 기억부에 각 데이터 종류별(센서 데이터, 스마트 가전 데이터)로 저장하는 역할을 한다. 한편, 상황감지부와 서비스 플랫폼 사이의 통신은 LiFi를 통해 수행된다. 기존에 WiFi를 통해 가정에서의 데이터 통신이 이루어지고 있지만, 디지털 가전이 보급됨에 따라 인터넷망과 네트워크의 기능 역시 비례적으로 증가할 필요가 있다. 본 발명에서는 이러한 점을 감안하여, 기존의 WiFi의 속도보다 100배 빠라고 LTE와 비교하여서도, 60배 빠른 저전력, 저비용의 빛을 이용한 통신인 LiFi를 통해 데이터 송수신을 수행한다.
데이터 수집부(210)를 통해 수신된 데이터는 데이터 해석부(220)에서 해석된다. 즉 데이터 해석부(220)는 수신된 데이터를 현재 상황에 맞는 데이터로 효과적으로 수집한다. 데이터를 효과적으로 수집한다는 것은 에너지의 효율성을 높이고자 하는 목적으로 불필요한 데이터를 수집하지 않고, 필요한 것을 동작만을 하여 원하는 데이터를 수집하도록 하는 것이다. 즉 상황감지부(100)의 TAS(예컨대, 게이트웨이)를 통해 전달되는 데이터를 통해 홈 내부의 상황(예컨대, 도 8 참조)이 어떠한 상황인지를 해석하고, 또 소비 전력의 패턴을 해석할 수 있다.
제어부(230)는 데이터 해석부(220)에 의해 해석된 상황 및 소비 전력 패턴에 기초하여, 제어대상(300)의 동작을 제어한다. 즉 홈 내부에 사람의 유무, 또 있는 경우 그 사람의 행동 패턴에 맞춰 조명, 에어컨, 커튼 등의 스마트 기기의 동작을 제어한다. 이를 위한 한 가지 알고리즘이 도 5에 도시되어 있다. 이 방법에 따르면, 상황감지부(100)에서 미리 상황을 판단하여 필요한 동작을 통해 서비스 플랫폼(200)으로 데이터(신호)가 전달된다. 도 5의 알고리즘을 통하여 각각의 데이터를 받도록 하고 이것을 또 다른 TAS로 전달하여 서비스를 제공한다. 이것을 Service TAS라고 부른다. 서비스 플랫폼(200)은 Awareness TAS 데이터를 구분하여 표준 범위에 있지 않는 데이터를 인식하고, 이러한 경우에 실내 디바이스의 현재 상황을 바꾸어 주도록 제어한다. 다른 한편으로, 데이터가 표준치에 있을 경우, 즉 표준 범위를 벗어나는 데이터가 수신되지 않는다면, 디바이스를 현재 상황을 유지하도록 도와준다.
도 6 및 도 7은 제어대상(300)과 관련된 것이다. 서비스 TAS(예컨대, 게이트웨이)는 서비스 플랫폼(200)로부터 전송된 데이터를 받아오는 역할을 하며 여기에서도 각각의 디바이스에 맞는 행동을 할 수 있도록 각각의 역할을 정의해 놓는다. 정의된 개념은 스마트 홈 내에 현재 상태를 최적으로 유지해 줄 수 있도록 도와주는 에너지 효율성 모델의 의미를 포함한다. 제어부(230), 즉 서비스 플랫폼(200)에서는 에너지 관리를 위하여 Service TAS에게 현재 상태를 그대로 유지 할 것인지, 디바이스를 동작시켜 환경에 변화를 주어 적정수준을 맞추도록 도울 것인지 판단을 한다. Service TAS에서는 제어 명령에 맞는 동작을 디바이스에 정의된 역할에 따라 수행하고, 어떤 상황에 동작을 멈춰야 할지 판단한다. 이러한 모든 상황이나 디디바이스의 상태를 확인하여 서비스 플랫폼에 데이터를 보내준다.
이하, 구체적인 예를 설명한다. 먼저, TAS가 동작하기 위한 상황을 만들기 위해 시나리오를 만들어 보았다. 스마트 홈 내에 사용자가 있으며, 실내 온도에 따라 커튼을 조절하여 실내온도를 적정기준으로 유지하고자 하는 상황이다. 이를 위해, 우선 실내 사용자를 감지하는 감도 센서, 소리 센서 및 각도계 센서는 모두 확인된 것으로 보고 그 다음 상황으로 넘어간다.
E2AS의 서비스 플랫폼(200)은 공개 플랫폼인 Mobius를 활용하였고, 사물에 대해서는 &cube를 응용하여 awareness TAS를 제작하였다. 센서는 온도값을 측정하는 LM35를 이용하여 아두이노에 붙이고 이를 TAS 알고리즘을 적용하여 프로그램화 하였다. tempTAS는 해당 awareness TAS 모델을 활용하여 온도 값을 받아오는데 이는 아두이노의 시리얼 통신을 하였다. E2AS는 mqtt를 통신으로 데이터 송수신을 하며 serviceTAS도 마찬가지이다.
tempTAS 코드는 정의된 역할에 따라 온도에 대한 기준치가 해당 코드에 미리 작성되어 있으며 실행하는 동시에 현재 상황을 판단하여 해당 센서의 동작 여부를 판단한다. 동작 여부가 판단된 tempValue는 서비스 플랫폼으로 값을 넘겨주며 서비스 플랫폼에서는 해당값을 DB에 저장하고, Service TAS와 연결한다.
Service TAS에서는 상기 tempTAS 값에 기초하여, 서비스 플랫폼(제어부)의 제어하에 Target device(예컨대, 커튼, 에어콘 등)를 동작시키고 멈추며 실행하도록 한다. 해당 시나리오에서는 온도 값이 기준값인 24도 이하로 내려갈 경우 커튼을 여는 것을 가정하였다. 커튼에는 또 다른 아두이노 보드를 붙여 servor motor로 커튼을 동작시킨다.
이상 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 실시예에서는, 각 센서로부터의 데이터 값을 TAS, 즉 게이트웨이에 수신한 후, 이 게이트웨이에서 소정의 알고리즘에 따라 그 데이터에 기초하여, 센서가 설치된 공간에서의 상황(예컨대, 도 8)을 판단하고, 그 상황 판단과 관련된 데이터를 서비스 플랫폼에 전달한다. 이때, 바람직한 실시예에서는, 각 데이터가 소정의 판단 범위를 벗어나는 경우에만 데이터 값을 서비스 플랫폼에 전송한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 센서로부터의 데이터 값이 일괄적으로 서비스 플랫폼에 전달되고, 서비스 플랫폼에서 그 데이터 값에 기초하여, 센서가 설치된 공간에서의 상황을 판단하고 그 판단 결과에 따라 각 디바이스를 제어하도록 할 수도 있다. 이대, 소정의 판단 기준도 서비스 플랫폼에 설정되어, 각 데이터 값이 소정의 기준을 벗어나는 경우에 서비스 플랫폼의 제어하에 각 제어 대상을 제어하도록 하여도 좋다. 이처럼, 본 발명은 후술하는 청구범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들 역시 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 홈 에너지 관리 시스템으로서,
    홈 내의 침실, 부엌, 거실을 비롯한 각종의 복수 장소에 설치되는 복수 개의 센서로서, 실내 사용자 유무를 파악하고 또 사용자가 활동하고 있는지 여부를 파악하기 위한 소리 센서, 실내 사용자 위치를 확인하기 위한 모션 센서, 실내 빛의 밝기 및 전기 사용량을 파악하기 위한 조도 센서, 사용자의 내외부 출입여부를 파악하기 위한 각도계 센서, 실내외 온도를 확인하기 위한 온도 센서를 포함하는, 복수 개의 센서와,
    상기 센서로부터 감지되는 값을 수신하여 홈 내부의 각종 전자 기기를 제어하도록 구성된 플랫폼으로서, 상기 홈 내에 설치되어, 상기 센서 및 전자 기기와 무선 통신 가능한 셋톱 박스인, 플랫폼과,
    상기 센서와 플랫폼 사이에 그리고 플랫폼과 전자 기기 사이에 설치되는 1개 이상의 게이트웨이
    를 포함하고,
    상기 게이트웨이 또는 플랫폼은 상기 각각의 센서로부터의 감지 값을 이용하여, 실내에 사용자가 있는 지 여부와, 실내에 사용자가 있는 경우, 사용자가 활동 중인지, 휴식 중인지, 취침 중인지의 상황을 파악하도록 구성되고,
    상기 플랫폼은 상기 판단된 각 상황에 대응하는 센서 값에 기초하여, 각 상황에 맞춰 상기 전자 기기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 홈 에너지 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 센서로부터 게이트웨이로 감지 값이 전송되고, 상기 게이트웨이에서 상기 상황을 파악하며, 상기 게이트웨이는 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단하고(상황 4), 상기 게이트웨이는 각 상황에 대응되는 감지 값만을 상기 플랫폼에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 홈 에너지 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 게이트웨이는 각 센서의 값이 미리 정해진 소정의 판단 기준을 벗어나는 경우에, 해당 감지 값을 상기 플랫폼에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 홈 에너지 관리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 게이트웨이 역할을 하는 컨트롤러가 상기 전자기기에 합체되어 있거나 또는 AP(Access Point)가 상기 게이트웨이 역할을 하는 것을 특징으로 하는 홈 에너지 관리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 상기 센서로부터 상기 플랫폼으로 직접 또는 게이트웨이를 거쳐 상기 플랫폼에 감지 값이 전송되고, 상기 플랫폼은 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단(상황 4)하는 것을 특징으로 하는 홈 에너지 관리 시스템.
  6. 청구항 2 또는 청구항 5에 있어서, 상기 상황 1이라고 판단되면, 상기 플랫폼은 상기 전자 기기 중 사용자의 활동과 관련된 전자 기기의 작동을 ON하고, 상기 상황 4라고 판단되면, 상기 전자 기기 중 사용자의 활동과 관련된 전자 기기의 작동을 OFF하도록 각 전자 기기를 제어하는 것을 특징으로 하는 홈 에너지 관리 시스템.
  7. 홈 내의 침실, 부엌, 거실을 비롯한 각종의 복수 장소에 설치되는 복수 개의 센서로부터 감지되는 값을 수신하는 플랫폼을 이용하여, 홈 내부의 각종 전자 기기를 제어하는 방법으로서,
    상기 복수 개의 센서는 실내 사용자 유무를 파악하고 또 사용자가 활동하고 있는지 여부를 파악하기 위한 소리 센서, 실내 사용자 위치를 확인하기 위한 모션 센서, 실내 빛의 밝기 및 전기 사용량을 파악하기 위한 조도 센서, 사용자의 내외부 출입여부를 파악하기 위한 각도계 센서, 실내외 온도를 확인하기 위한 온도 센서를 포함하고, 상기 전자 기기는 무선 신호에 의해 그 동작이 제어되는 전자 기기이며,
    상기 플랫폼은 상기 홈 내에 설치되어, 상기 센서 및 전자 기기와 무선 통신 가능한 셋톱 박스이며,
    상기 방법은,
    상기 각각의 센서로부터의 감지 값을 이용하여, 실내에 사용자가 있는 지 여부와, 실내에 사용자가 있는 경우, 사용자가 활동 중인지, 휴식 중인지, 취침 중인지의 상황을 파악하는 상황 판단 단계로서, 이 상황 판단은 상기 센서와 플랫폼 사이에 설치되는 게이트웨이 또는 상기 플랫폼에서 수행되는 것인, 상기 상황 판단 단계와,
    상기 상황 판단 단계에서 판단된 각 상황에 대응하는 센서 값에 기초하여, 상기 플랫폼의 제어하에 각 상황에 맞춰 상기 전자 기기를 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 상황 파악 단계에서, 상기 센서로부터 게이트웨이로 감지 값이 전송되고, 상기 게이트웨이에서 상기 상황을 파악하며,
    상기 게이트웨이는 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단하고(상황 4),
    상기 방법은 각 상황에 대응되는 감지 값만을 상기 플랫폼에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 상황 판단 단계에서, 상기 게이트웨이는 각 센서의 값이 미리 정해진 소정의 판단 기준을 벗어나는 경우에, 해당 감지 값을 상기 플랫폼에 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 게이트웨이 역할을 하는 컨트롤러가 상기 전자기기에 합체되어 있거나 또는 AP(Access Point)가 상기 게이트웨이 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 상황 파악 단계에서, 상기 센서로부터 상기 플랫폼에 감지 값이 전송되고, 상기 플랫폼에서 상기 상황을 파악하며,
    상기 플랫폼은 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되면, 실내 사용자가 활동 중이라고 판단하고(상황 1), 모션 센서는 감지되지 않고, 소리 센서 및 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 휴식 중이라고 판단하고(상황 2), 모션 센서 및 소리 센서는 감지되지 않고, 각도계 센서가 감지되면 실내 사용자가 취짐 중이라고 판단하고(상황 3), 모션 센서와, 소리 센서 및 각도계 센서 모두가 감지되지 않으면, 실내에 사용자가 없다고 판단(상황 4)하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 8 또는 청구항 11에 있어서, 상기 상황 1이라고 판단되면, 상기 플랫폼은 상기 전자 기기 중 사용자의 활동과 관련된 전자 기기의 작동을 ON하고, 상기 상황 4라고 판단되면, 상기 전자 기기 중 사용자의 활동과 관련된 전자 기기의 작동을 OFF하도록 각 전자 기기를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
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