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문제 정의
- 본 논문에서는 여러 사용자에게 상황충돌이 발생할 때, 상황의 유형에 따라 부여된 우선순위를 기준으로 서비스가 결정되는 우선순위 기반의 상황충돌 해석이 가능한 조명제어시스템을 구현하였다. 시스템 개발을 위해 먼저 'Living Room', 'Bed Room', 'Study Room', 'Kitchen', 'Bath Room'으로 구성된 N개의 주거환경을 대상으로 각 공간에서 발생 가능한 다양한 상황을 ’exercising', 'doing makeup', 'reading', 'dining', 'entering' 등 총 20가지로 정의하였다.
제안 방법
- Context Interpreter는 사용자의 행위 유형에 따라 부여된 Intention 코드를 파악하기 위한 Situation Analysis와 서비스 대상에 해당하는 상황을 추론하고 서비스 충돌을 해결하기 위한 Context Inference로 구성된다. Situation Analysis는 클래스와 프로퍼티로 이루어진 기초 온톨로지구조에 Context Collector로부터 분석된 센서 정보를 입력하여 온톨로지 모델과 의도 규칙에 따라 동적으로 인스턴스를 생성한 후 N개의 공간에서 발생하고 있는 행위를 분석한다. Context Inference는 분석 및 추출한 Intention 코드에 따라 공간 내 발생 중인 사용자의 행위를 파악한다.
- 본 연구에서는 그림 5~그림 9의 가상 시나리오를 설계하여 제안한 시스템의 성능을 평가하였다. 가상 시나리오는 사용자, 주거, 공간의 수에 따라 5가지의 유형으로 설계하였다. 시나리오 A는 한 개의 주거 공간에 한 명의 사용자가 상주하며 각 영역마다 발생 가능한 상황을 기반으로 작성하였다.
- 본 연구에서는 주거환경 내 각 공간에서의 사용자 재실여부와 행위를 파악하기 위해 PIR, Piezoelectric, Power 등 3종의 센서를 활용하였다. 그런 다음 N개의 주거 환경 및 공간 그리고 여러 사용자에게 상황이 동시에 발생하여 서비스 충돌에 직면할 때, 상황별 우선순위를 기반으로 복잡한 상황을 보다 명확하게 해석할 수 있도록 온톨로지 모델을 구현하였다. 시스템은 주거환경 및 공간의 수, 사용자의 수 등이 변화하게 되면 온톨로지 모델과 의도 및 서비스 규칙, 사용자 프로파일 등이 자동으로 재구성된다.
- 두 개 상황이 동시에 발생되면 먼저 사용자 안전을 고려하여 집중력과 가장 밀접한 연관이 있는 상황을 최우선으로 결정하여 해석한다. 또한 동일한 수준의 두 개 상황이 동시에 발생한 경우에는 시각적 편안함을 기준으로 선택 상황에 대한 순위를 결정하였다.
- 시뮬레이터의 Setting 화면에서 기초 환경에 대한 입력 후 시스템을 가동하면 Monitoring 화면에서는 Space와 Place 선택에 따라 주거환경 및 공간에서 서비스 중인 조명환경의 조도와 색온도, 디밍 레벨, 센서 데이터 등을 확인할 수 있다. 또한 History 정보를 제공함으로써 각 공간에서 발생한 상황 이력과 LED 제어 정보를 확인할 수 있으며 LED status 화면을 통해 주거환경 및 공간 전체에서 서비스 중인 조명환경 또한 확인 가능하도록 구현하였다. 시스템은 시뮬레이터의 추론 과정에 대한 모니터링과 디버깅을 용이하게 할 수 있도록 Consol 창을 부가적으로 제공하며, Show Rule 버튼을 통해 상황추론에 사용된 온톨로지 모델의 규칙을 제공한다.
- 시스템은 발생한 모든 충돌 상황에 대해 우선순위를 기반으로 상황을 추론하였으며 추론된 상황을 기준으로 제어지표에 의해 조명환경을 서비스하였다. 또한 각 시나리오에 따라 상황추론에 필요한 온톨 로지 모델, 의도규칙, 사용자 정보 등을 표 6과 같이 자동 생성하여 모든 상황에 대해 정확히 해석하였으며 조명제어지표와 일치하는 조도 및 색온도 등의 조명환경을 제공하였다.
- 두 개 상황이 동시에 발생되면 먼저 사용자 안전을 고려하여 집중력과 가장 밀접한 연관이 있는 상황을 최우선으로 결정하여 해석한다. 또한 동일한 수준의 두 개 상황이 동시에 발생한 경우에는 시각적 편안함을 기준으로 선택 상황에 대한 순위를 결정하였다. 예를 들어 ‘Living Room'에 두 명의 사용자가 존재하며 그 중 A 사용자의 상황이 ‘watching TV’ 중이고 B사용자의 상황이‘exercising’이라면 시스템은 사용자 안전과 집중력을 더 필요로 하는 ‘exercising’ 상황을 최우선으로 선택하여 이에 적합한 조도 및 색온도로 조명환경을 서비스한다.
- 먼저 주거환경을 대상으로‘Living Room', ‘Bed Room', ‘Study Room', ‘kitchen', ‘Bath Room'의 5개 구역으로 구분하고 N개의 주거환경에서도 서비스가 제공되도록 시스템을 구성한다. 또한 사용자의 집중력을 요구하는 상황을 최우선으로 해석하고 우선순위가 동일할 경우에는 시각적 편안함을 차선으로 결정하여 상황해석 및 서비스 선택이 이루어지도록 설계한다. 제안한 시스템은 상황충돌의 모호성을 보다 최소화하기 위해 센서 데이터의 상호 운용과 분석, 그리고 추론의 용이성 등의 이점을 가진 온톨로지 모델을 적용한다[16-17].
- 시스템은 주거환경 및 공간의 수, 사용자의 수 등이 변화하게 되면 온톨로지 모델과 의도 및 서비스 규칙, 사용자 프로파일 등이 자동으로 재구성된다. 또한 상황의 유형에 따라 집중력과 편안함을 기준으로 우선순위를 설계하여 시스템에 적용함으로써 여러 상황의 동시 발생에 따른 서비스 충돌 문제를 모두 해결하였다.
- 시스템은 시뮬레이터의 추론 과정에 대한 모니터링과 디버깅을 용이하게 할 수 있도록 Consol 창을 부가적으로 제공하며, Show Rule 버튼을 통해 상황추론에 사용된 온톨로지 모델의 규칙을 제공한다. 마지막으로 사용자 스스로 조명환경의 조도, 색온도 등을 조절할 수 있도록 LED 수동 제어를 위한 인터페이스를 구성하였다.
- 먼저 주거환경을 대상으로‘Living Room', ‘Bed Room', ‘Study Room', ‘kitchen', ‘Bath Room'의 5개 구역으로 구분하고 N개의 주거환경에서도 서비스가 제공되도록 시스템을 구성한다.
- 본 논문에서는 주거환경에서 여러 사용자를 대상으로‘exercising', ‘doing makeup', ‘reading', ‘dining', ‘entering'등 모든 구역에서 발생 가능한 상황들을 20가지로 정의하고 각 상황에 대해 우선순위를 부여하여 상황충돌에 대한 문제를 해결한다.
- 본 연구에서는 그림 5~그림 9의 가상 시나리오를 설계하여 제안한 시스템의 성능을 평가하였다. 가상 시나리오는 사용자, 주거, 공간의 수에 따라 5가지의 유형으로 설계하였다.
- 시스템 개발을 위해 먼저 'Living Room', 'Bed Room', 'Study Room', 'Kitchen', 'Bath Room'으로 구성된 N개의 주거환경을 대상으로 각 공간에서 발생 가능한 다양한 상황을 ’exercising', 'doing makeup', 'reading', 'dining', 'entering' 등 총 20가지로 정의하였다. 본 연구에서는 주거환경 내 각 공간에서의 사용자 재실여부와 행위를 파악하기 위해 PIR, Piezoelectric, Power 등 3종의 센서를 활용하였다. 그런 다음 N개의 주거 환경 및 공간 그리고 여러 사용자에게 상황이 동시에 발생하여 서비스 충돌에 직면할 때, 상황별 우선순위를 기반으로 복잡한 상황을 보다 명확하게 해석할 수 있도록 온톨로지 모델을 구현하였다.
- 사용자는 Setting 화면을 통해 N개의 주거환경과 주거공간의 유형, 개수 등을 선택할 수 있으며 사용자 식별정보와 가상의 시나리오를 입력하여 N명의 사용자를 위한 시뮬레이터 가동이 가능하도록 구현하였다. 시뮬레이터의 Setting 화면에서 기초 환경에 대한 입력 후 시스템을 가동하면 Monitoring 화면에서는 Space와 Place 선택에 따라 주거환경 및 공간에서 서비스 중인 조명환경의 조도와 색온도, 디밍 레벨, 센서 데이터 등을 확인할 수 있다.
- 가상 시나리오는 사용자, 주거, 공간의 수에 따라 5가지의 유형으로 설계하였다. 시나리오 A는 한 개의 주거 공간에 한 명의 사용자가 상주하며 각 영역마다 발생 가능한 상황을 기반으로 작성하였다. 시나리오 B는 한 개의 주거공간과 두 명의 사용자에게 발생 가능한 상황들을 기반으로 설계하였으며, 동시에 두 명의 사용자에서 발생하는 상황 충돌 문제를 포함한다.
- 시스템 개발을 위해 먼저 'Living Room', 'Bed Room', 'Study Room', 'Kitchen', 'Bath Room'으로 구성된 N개의 주거환경을 대상으로 각 공간에서 발생 가능한 다양한 상황을 ’exercising', 'doing makeup', 'reading', 'dining', 'entering' 등 총 20가지로 정의하였다.
- 1에서 설계한 가상 시나리오 중 상황충돌이 발생된 시나리오 B, D, E를 대상으로 제안한 시스템을 실행한 결과이다. 시스템은 발생한 모든 충돌 상황에 대해 우선순위를 기반으로 상황을 추론하였으며 추론된 상황을 기준으로 제어지표에 의해 조명환경을 서비스하였다. 또한 각 시나리오에 따라 상황추론에 필요한 온톨 로지 모델, 의도규칙, 사용자 정보 등을 표 6과 같이 자동 생성하여 모든 상황에 대해 정확히 해석하였으며 조명제어지표와 일치하는 조도 및 색온도 등의 조명환경을 제공하였다.
- 또한 History 정보를 제공함으로써 각 공간에서 발생한 상황 이력과 LED 제어 정보를 확인할 수 있으며 LED status 화면을 통해 주거환경 및 공간 전체에서 서비스 중인 조명환경 또한 확인 가능하도록 구현하였다. 시스템은 시뮬레이터의 추론 과정에 대한 모니터링과 디버깅을 용이하게 할 수 있도록 Consol 창을 부가적으로 제공하며, Show Rule 버튼을 통해 상황추론에 사용된 온톨로지 모델의 규칙을 제공한다. 마지막으로 사용자 스스로 조명환경의 조도, 색온도 등을 조절할 수 있도록 LED 수동 제어를 위한 인터페이스를 구성하였다.
- 본 연구에서는 주거환경의 각 공간에서 발생 가능한 상황을 ‘exercising', ‘doing makeup', ‘reading', ‘dining', ‘entering’ 등의 총 20개로 정의하였다. 여러 사용자가 동일 공간에서 상황충돌이 발생할 경우 충돌 해결을 위해 본 연구에서는 표 3과 같이 상황별 우선순위를 설계하였다.
- 제안한 시스템은 PIR, Piezoelectric, Power 등의 센서를 활용하여 공간 내 사용자의 상황을 파악한다. PIR 센서는 적외선을 통해 인체의 움직임을 파악하여 재실여부 판단 시 사용되며 Piezoelectric센서는 감지된 진동을 전기 적인 신호로 변환하여 사용자의 위치를 인식하는 데 활용한다.
- 또한 사용자의 집중력을 요구하는 상황을 최우선으로 해석하고 우선순위가 동일할 경우에는 시각적 편안함을 차선으로 결정하여 상황해석 및 서비스 선택이 이루어지도록 설계한다. 제안한 시스템은 상황충돌의 모호성을 보다 최소화하기 위해 센서 데이터의 상호 운용과 분석, 그리고 추론의 용이성 등의 이점을 가진 온톨로지 모델을 적용한다[16-17].
대상 데이터
- 시스템은 수집한 센서 정보와 온톨로지 모델 및 우선 순위를 기반으로 충돌 상황을 해석한 후, 최종 서비스 대상이 결정되면 표 5와 같이 조명 제어용 패킷을 생성한다. 대상 조명으로는 Warm White와 Cool White 광원으로 구성된 LED 백색 면조명을 활용하였고 총 256단계의 디밍 제어를 통해 조도, 색온도 등이 변화하도록 설계하였다. 조명 제어용 패킷의 길이는 총 13Byte이며 Module ID 에 따라 LED 조명을 개별 제어할 수 있으며 WarmData 및 CoolData 값에 의해 조도 및 색온도를 조절할 수 있다.
- 시나리오 D는 두 개의 주거 공간에 두 명의 사용자가 각기 상주하며, 각 공간에서 상황충돌 문제를 포함한다. 마지막으로 시나리오 E는 시나리오 D를 확장한 구조로 총 세 개의 주거공간과 총 7명의 사용자 그리고 발생 가능한 모든 상황의 수를 반영하였다. 각 시나리오에서 상황 이벤트는 Scene 번호의 순으로 발생하게 되며 이때 사용자 간의 상황충돌의 발생은 Context Conflict에 나타냈다.
- 본 연구에서는 주거환경의 각 공간에서 발생 가능한 상황을 ‘exercising', ‘doing makeup', ‘reading', ‘dining', ‘entering’ 등의 총 20개로 정의하였다.
- 시스템은 ‘Living Room', ‘Bed Room', ‘Study Room', ‘Kitchen', ‘Bath Room' 으로 구성된 N개의 주거환경을 대상으로 하며 각 공간에는 사용자의 상황인식을 위한 3종의 센서가 표 1과 같이 설치되어 있다.
이론/모형
- 해당 모듈은 수신 패킷을 파싱하여 각 센서의 ID, 감지 데이터 등을 분석한 후 각 데이터 유형에 적합한 형태로 변환 및 통합 처리한다. 분석된 센서 정보는 상황추론 및 충돌 해석을 위해 온톨로지 모델의 입력요소로 활용한다.
- 일상생활을 기준으로 각 공간에서 발생 가능한 여러 상황을 정의한 후 해당 테이블의 조도와 색온도는 각각 한국공업규격 조도기준 KS A 3011과 Kruithof's Comfort Curve를 기반으로 설계하였다.
성능/효과
- 사용자는 Setting 화면을 통해 N개의 주거환경과 주거공간의 유형, 개수 등을 선택할 수 있으며 사용자 식별정보와 가상의 시나리오를 입력하여 N명의 사용자를 위한 시뮬레이터 가동이 가능하도록 구현하였다. 시뮬레이터의 Setting 화면에서 기초 환경에 대한 입력 후 시스템을 가동하면 Monitoring 화면에서는 Space와 Place 선택에 따라 주거환경 및 공간에서 서비스 중인 조명환경의 조도와 색온도, 디밍 레벨, 센서 데이터 등을 확인할 수 있다. 또한 History 정보를 제공함으로써 각 공간에서 발생한 상황 이력과 LED 제어 정보를 확인할 수 있으며 LED status 화면을 통해 주거환경 및 공간 전체에서 서비스 중인 조명환경 또한 확인 가능하도록 구현하였다.
- Service Selector는 Context Interpreter가 해석한 상황에 따라 조명제어지표 및 제어비율을 Lighting Index DB로부터 추출한다. 이후 제어비율을 포함한 13Byte 크기의 송신 패킷을 생성하여 LED 컨트롤러에 전송함으로써 사용자의 현재 상황에 적합한 조명환경을 서비스한다.
후속연구
- 향후에는 사용자의 조명사용패턴을 분석하고 이를 기반으로 예측 서비스를 적용함으로써 보다 편리하고 편안한 조명서비스를 제공하기 위한 시스템 개발에 관한 연구를 진행할 것이다.
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