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인공지능 기법으로 스마트 플러그를 이용한 제품 자동분류에 관한 연구
The research of Automatic Classification of Products Using Smart Plug by Artificial Intelligence Technique 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.22 no.6, 2018년, pp.842 - 848  

손창우 (Department of Electronic & Communication Eng, Korea Maritime University) ,  이상배 (Department of Electronic & Communication Eng, Korea Maritime University)

초록
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스마트 플러그는 가정집에서 콘센트와 제품 간 중간에 연결하는 장치로써, 전원 On/Off 제어 기능과 전력 측정 기능으로 에너지 절약을 유도하고 외부에 정보를 전송할 수 있는 IoT 기기를 말한다. 여기에 사람의 사고방식을 컴퓨터에 학습 시키는 인공지능 기술의 딥러닝을 스마트 플러그에 탑재하여, 입력 교류 전류 패턴을 이용하여 제품이 동작만 하면 어떤 제품인지 자동으로 분류하고 세탁기의 동작 상태를 자동으로 판단하는 시험을 하였다. 본 연구를 통해 제품이 IoT 기능이 안 되더라도 스마트 플러그 연결만으로도 제품의 종류와 동작 상태를 분류하므로, 한 가정의 생활패턴과 에너지 절감의 새로운 패러다임을 그릴 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Smart plug is a device that connects between the outlet and the product at home, and it is an IoT type device that can drive energy saving and transmit information to the outside by power on / off control function and power measurement function. In this case, a smart plug that incorporates deep ...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 그림 1과 같이 스마트 플러그에 가전 제품이 연결되고 동작이 되면 전류를 측정하여, 딥러닝 알고리즘으로 제품의 종류와 동작 상태를 자동으로 인식하고 와이 파이(Wi-Fi)를 통해 소비자 App(앱)으로 전송하는 시스템을 구현하는 것이다.
  • 세탁기에서 세탁과 탈수 동작에 있어서 1초짜리 교류 전류 60개인 입력 데이터로 자동 동작 분류를 하여 사용자에게 스마트 폰으로 전송을 하면 멀리서도 가정에서의 동작 상태를 판단함으로 고객의 편리성을 줄 수 있는 연구이다.
  • 이렇게 가전 제품에서의 입력 전압은 교류(AC)로 들어가서 전력변환 시스템을 통해 출력은 직류(DC)로도 만들어지고 교류(AC)로도 만들어지는데, 마지막 단 부하의 특성에 따라 전력변환 시스템이 달라지며 입력단의 교류 전류도 차이가 발생한다. 이러한 교류 전류 특성을 분석하여 제품의 종류를 자동 분류하는데 사용하고자 한다.
  • 하지만 주요한 성과들이 영상 및 음성 인식 분야에만 국한되어 있어서, 본 논문은 전류센서 기반으로 자동 분류를 하는 사례를 만들어, 딥러닝이 보다 더 많은 영역과 분야에서 활용할 수 있도록 만들고자 한다. 이를 위해 스마트 플러그에서 가전 제품의 입력 전류 (교류 전류) 파형으로 종류나 동작을 자동으로 분류를 하는데 목적이 있다.
  • 인공신경망이 층의 증가와 함께 비선형 문제의 학습 성능이 월등히 증가하였지만, 학습 연산이 매우 많고, 과 적합 문제로 인해 점차 활용이 줄어들었다. 하지만 병렬 연산의 개발과 함께 2005년 G. Hinton이 과 적합 문제를 해결하며 보다 다양한 분야에 활용되기 시작하였고[6], 본 연구는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)에 대해 논의해 본다.
  • GPU(Graphic Processing Unit)를 이용한 병렬처리 Process 발전과 빅 데이터(Big Data) 구하기가 쉬워졌고 과 적합(Overfitting) 문제 등의 한계를 극복해 발전할수 있었다. 하지만 주요한 성과들이 영상 및 음성 인식 분야에만 국한되어 있어서, 본 논문은 전류센서 기반으로 자동 분류를 하는 사례를 만들어, 딥러닝이 보다 더 많은 영역과 분야에서 활용할 수 있도록 만들고자 한다. 이를 위해 스마트 플러그에서 가전 제품의 입력 전류 (교류 전류) 파형으로 종류나 동작을 자동으로 분류를 하는데 목적이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제품이 동작 시 교류 입력 전류의 패턴으로 딥러닝을 통해 확인할 수 있는 것은? 본 논문에서는 60Hz 주기의 교류 입력 전류로 표현 되는 각 가전 제품의 정보를 계측하여 가전 제품 마다의 표현되는 전류패턴을 분류하였으며, 제품이 동작 했을 때 교류 입력 전류의 패턴으로 딥러닝을 통해 제품의 종류를 자동으로 분류가 가능함을 확인했고 또한 세탁기의 세탁, 탈수 동작을 자동으로 분류가 가능함을 확인하였다.
딥러닝 기술이 다시 활발히 활용되게 된 계기는 무엇인가? 인공신경망이 층의 증가와 함께 비선형 문제의 학습 성능이 월등히 증가하였지만, 학습 연산이 매우 많고, 과 적합 문제로 인해 점차 활용이 줄어들었다. 하지만 병렬 연산의 개발과 함께 2005년 G. Hinton 이 과 적합 문제를 해결하며 보다 다양한 분야에 활용되기 시작하였고[6], 본 연구는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)에 대해 논의해 본다.
스마트 플러그란? 스마트 플러그는 가정집에서 콘센트와 제품 간 중간에 연결하는 장치로써, 전원 On/Off 제어 기능과 전력 측정 기능으로 에너지 절약을 유도하고 외부에 정보를 전송할 수 있는 IoT 기기를 말한다. 여기에 사람의 사고방식을 컴퓨터에 학습 시키는 인공지능 기술의 딥러닝을 스마트 플러그에 탑재하여, 입력 교류 전류 패턴을 이용하여 제품이 동작만 하면 어떤 제품인지 자동으로 분류하고 세탁기의 동작 상태를 자동으로 판단하는 시험을 하였다.
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참고문헌 (8)

  1. D. H. Ryu, "Networked Smart Plug System for Power Management of PC & Peripherals," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol.16, no. 10, pp.2171-2176, Oct. 2012. 

  2. Y. S. Kim, "Smart plug/home appliances spread User Experience(UX) Development Study" Sungkyunkwan University Industry Academia Collaboration Foundation, Technical Report, Sep. 2014. 

  3. Google DeepMind Research Center AlphaGo, Mastering the ancient game of Go with Machine Learning.[Internet]. Available: https://reserch.googleblog.com/2016/01/alphago-mastering-ancient-game-of-go.httml. 

  4. C. J. Seo "Smart electricity management system in homes using pattern analytically," M.S. thesis, Kwangwoon University, Korea 2013. 

  5. W. S. Lee, S. H. Kim, J. Y. Ryu and T. W. Ban, "Fast Detection of Diseas in Livestock based on Deep Learning," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering. vol. 21, no. 4, pp. 1009-1015, Oct. 2017. 

  6. G. Hinton, S. Osindero, "A Fast Learning Algorithm for Deep Belief Nets," Neural Computation, vol.18, no.7, pp. 1527-1554, May. 2006. 

  7. Y. J. Kim, "Analysis of Image Big Data Using Deep Learning" Ph. D. dissertation, Chung Ang University, Korea 2017. 

  8. S. David, H. Aja, M. Chris and G. Arthur, "Mastering the game of Go with deep neural network and tree search," Nature, vol. 529, pp. 484-489, Jan. 2016. 

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