[논문]상황인식 강의실 관리 시스템

박규현; 백선재; 이대성; 윤성필; 문미경

[국내논문] 상황인식 강의실 관리 시스템
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박규현 (동서대학교) , 백선재 (동서대학교) , 이대성 (동서대학교) , 윤성필 (동서대학교) , 문미경 (동서대학교)

일반적으로 사용자의 작업과 관련 있는 적절한 정보 또는 서비스를 제공하는 과정에서 '상황'을 사용하는 경우 이를 상황인식 시스템으로 정의한다. 상황인식 컴퓨팅 기술이 내장된 기기나 컴퓨터는 상황을 감지하여 적절하고 유용한 서비스를 제공하는 능력을 갖게 된다. 이러한 기술은 교육, 의료, 사무실 환경 등 다양한 분야에 걸쳐 활용된다. 특히 현대화된 강의실 환경은 각종 매체의 설치로 인해 전력소모가 심해지며, 매체들과 강의 환경의 효율적인 관리가 어려워지는 문제를 발생시키므로 상황인식 컴퓨팅 기술이 적용될 필요가 있다. 본 논문에서는 상황인식 기술을 이용한 강의실 관리 시스템을 제안한다. 이 관리 시스템은 다양한 센서 (온도, 조도, $CO_2$, 인체감지) 로부터 획득되는 저수준의 데이터를 사용자가 식별할 수 있는 추상화된 고수준의 정보로 변환하여 사용자에게 알려준다. 이 시스템을 구축함으로써 관리자는 강의실 내부에 설치된 매체들과 환경요소에 대한 상황을 쉽게 인식 할 수 있고, 강의실 내부의 상황변화에 대해 능동적으로 관리 할 수 있게 된다. 또한 강의실에 대한 과거의 이력정보를 검색 할 수 있음으로써 사전관리가 가능해짐에 따라 수동적인 관리로 인한 전력소비에 비해 전력절감 효과가 있고 쾌적한 강의실 환경을 학생들에게 제공 해 줄 수 있게 된다.

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문제 정의

본 논문에서는 상황인식 기술을 이용한 강의실 관리 시스템을 제안한다. 이 시스템은 효율적인 강의실 관리를 위하여 강의실 내부에 다양한 센서 (온도, 조도, CO2, 인체감지)를 부착하여 강의실 환경 및 전자매체들의 상황정보를 획득한다.
본 연구에서는 강의실 내부에 센서노드를 부착하고 상황인식 기술을 적용하여 효율적으로 강의실을 관리할 수 있는 시스템을 개발하였다. 특히 실시간 stream sensing 데이터를 효율적으로 처리하기 위해 서버를 브로커 서버와 상황인식 서버로 분리하여 개발하였다.

제안 방법

본 논문에서는 상황인식 기술을 이용한 강의실 관리 시스템을 제안한다. 이 시스템은 효율적인 강의실 관리를 위하여 강의실 내부에 다양한 센서 (온도, 조도, CO2, 인체감지)를 부착하여 강의실 환경 및 전자매체들의 상황정보를 획득한다. 이러한 상황정보를 기반으로 상황규칙에 따른 필요한 조치사항을 관리자에게 알려준다.
CoBrA는 그림 1과 같이 에이전트 기반의 지능형 공간에서 상황인식을 제공하기 위한 아키텍처를 제시하였다 [1]. 이 연구에서는 CoBrA를 바탕으로 상황인식 프레임워크 기반의 미팅 룸과 EasyMeeting 등의 응용 프로그램을 개발하였다.
특히, 안양대학교에서는 본 연구와 유사한 응용 도메인인 강의실을 그 대상으로 상황인식 시스템을 개발하였다 [3]. 이 시스템은 강의실 내부에 조도 센스를 설치하고 센서데이터 및 강의실 전원 상태를 주기적으로 서버에 보고하고, PC에서 그 상태를 확인 할 수 있도록 한다. 그러나 이 시스템에서는 강의실에 조명이 아닌 다른 전자매체의 전원 On/Off상태를 확인할 수는 없다.
본 연구에서는 강의실의 다양한 상황정보를 획득하기 위해 온도, 조도, CO₂, 인체감지 센서를 사용한다. 센싱 데이터는 ZigBee 센서 무선 네트워크을 통해 TOSBase에 수집되어 디바이스 메니저로 전송된다.
센싱 데이터를 이용한 실시간 모니터링과 각 애플리케이션의 관리, 데이터베이스 엑세스, 실시간 센싱 데이터 처리, 상황인식의 기능을 단일 서버로 구축하게 되면, 서버에 과부하가 생기게 된다. 그러므로 본 연구에서는 실시간으로 획득되는 stream sensing 데이터 처리를 효율적으로 처리하기 위해 서버를 2-유형 (브로커 서버와 상황인식 서버)로 분리한다.
센싱 데이터 처리모듈은 디바이스 매니저로부터 센싱 데이터를 분석하여 상황인식 서버로 전송하고 상황인식 서버로부터 온 상황인식 정보는 애플리케이션에게 전송한다. 클라이언트 요구 처리 모듈은 클라이언트가 단지 정적 정보(강의실 세부정보, 강의 정보, 설정 값 조회, 과거 상황정보)만을 필요로 하는 경우인지 또는 상황인식 정보를 요청하는 경우인지를 분석하여 처리한다. 이는 애플리케이션과 브로커 서버간의 송수신이 가능하게 해주는 역할을 한다.
상황인식 서버 데이터베이스에는 상황인식 조건, 상황인식 상태 등이 있다. 또한 브로커 서버로부터 받은 실시간 데이터를 분석한 후, 이를 강의진행 여부, 강의실 상태 기준 값 등 정적 정보와 비교하고, 또한 필요시에는 과거 상황인식 정보와 비교한 후에 해당 상황을 일반화 시킨다. 그리고 현재의 상황과 설정해 놓은 상황 기준 값과 비교 하여 인지할 상황을 판단한다.
또한 브로커 서버로부터 받은 실시간 데이터를 분석한 후, 이를 강의진행 여부, 강의실 상태 기준 값 등 정적 정보와 비교하고, 또한 필요시에는 과거 상황인식 정보와 비교한 후에 해당 상황을 일반화 시킨다. 그리고 현재의 상황과 설정해 놓은 상황 기준 값과 비교 하여 인지할 상황을 판단한다.
강의실 관리자는 언제 어디서든지 강의실 내부의 상황정보를 모니터링 할 수 있어야 한다. 이로 인해 본 연구에서는 휴대성이 장점인 모바일 기반의 상황인식 애플리케이션도 구축하였다. 이 애플리케이션은 PC기반 상황인식 애플리케이션과 마찬가지로 강의실의 현재 수업 여부와 온도정보, 내부조도정보, CO₂정보, PC전원정보, 인체감지정보를 기본적으로 관리자에게 알려주며, 강의실 상황인지에 따른 요구 사항을 상황알림으로 관리자에게 알려준다.
본 연구에서는 강의실 내부에 센서노드를 부착하고 상황인식 기술을 적용하여 효율적으로 강의실을 관리할 수 있는 시스템을 개발하였다. 특히 실시간 stream sensing 데이터를 효율적으로 처리하기 위해 서버를 브로커 서버와 상황인식 서버로 분리하여 개발하였다. 또한 이러한 상황정보 서버를 이용하는 애플리케이션으로 관리실에서 원격으로 모니터링하고 상황인식 알림을 받을 수 있는 PC기반 애플리케이션과 관리자가 PDA를 휴대하고 이동하면서 강의실을 관리 할 수 있는 모바일 기반 애플리케이션을 각각 개발하였다.
특히 실시간 stream sensing 데이터를 효율적으로 처리하기 위해 서버를 브로커 서버와 상황인식 서버로 분리하여 개발하였다. 또한 이러한 상황정보 서버를 이용하는 애플리케이션으로 관리실에서 원격으로 모니터링하고 상황인식 알림을 받을 수 있는 PC기반 애플리케이션과 관리자가 PDA를 휴대하고 이동하면서 강의실을 관리 할 수 있는 모바일 기반 애플리케이션을 각각 개발하였다. 상황인식 강의실 관리 시스템은 쾌적한 강의실 환경을 학생들에게 제공해 줄 수 있음과 동시에 교육기관 내부의 불필요한 운영비를 줄여주는 효과가 있다.

대상 데이터

, 인체감지 센서를 사용한다. 센싱 데이터는 ZigBee 센서 무선 네트워크을 통해 TOSBase에 수집되어 디바이스 메니저로 전송된다. 디바이스 매니저는 센서노드로 부터 획득되는 16진수의 저수준 데이터를 패킷 단위로 만들고 식별 가능한 10진수의 가시성 있는 데이터로 변환하여 브로커 서버로 전송한다.

성능/효과

이러한 상황정보를 기반으로 상황규칙에 따른 필요한 조치사항을 관리자에게 알려준다. 이 시스템을 이용함으로써 효율적인 강의실 관리로 인한 전력 소비 감소와 최적의 강의실 환경 조성을 가능하게 한다.

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