DEIM Forum 2013 D2-2

達成度と家電木に基づく家電利用要求競合解消法の提案
若原 康将†

山本 大介†

片山 喜章†

高橋直久†† 名古屋工業大学大学院工学研究科情報工学専攻 〒 466–8555 愛知県名古屋市昭和区御器所町
E-mail: †wakahara@moss.elcom.nitech.ac.jp, ††{yamamoto.daisuke,katayama,naohisa}@nitech.ac.jp
あらまし 近年，研究・開発が進みつつあるホームネットワークシステム (HNS) は家内外からの複数家電制御を可能とするシステムであり，一部では実際に利用されている．複数のユーザが HNS を利用する環境においては，家電利用要求の競合の解消が問題となる．通常の家電利用環境では，家電の「利用者」という概念がなく，直近に入力された「要求」がそのまま受け付けられる．あるいは，予めユーザと要求に対して優先順をつけて競合を解消する方法も提案されている．本研究では，ユーザの環境や要求などの情報を統合的に考慮した「達成度」と家電の持つ属性を表現する「家電木」による，公平かつ整合性のある競合解消手法を提案する．
キーワード

家電制御システム，ホームネットワークシステム，情報家電，競合解消

A proposal of a demand conflict solution method for household appliances basedon the achievement level and the household appliance tree
Yasumasa WAKAHARA† , Daisuke YAMAMOTO† , Yoshiaki KATAYAMA† , and Naohisa
TAKAHASHI†† Department of Computer Science and Engineering, Graduate School of Engineering, Nagoya Institute ofTechnology Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya-shi, Aichi, 466-8555 Japan
E-mail: †wakahara@moss.elcom.nitech.ac.jp, ††{yamamoto.daisuke,katayama,naohisa}@nitech.ac.jp
Abstract Recent years, a home network system (HNS) which enables controlling household appliances throughthe Internet is developing and actually used. If there is two or more users in this environment, it is very important
issue to solve conﬂicts of requests for a household appliance by diﬀerent users. On usual household appliances, they
do not take into account individual users, but consider only the latest command (request) and they work according
to it. Or there is a household appliance control system that solve the conﬂict according to predeﬁned priority
given to every pair of a user and a command. In this paper, we propose a new conﬂict solving method by using”the achievement level” and ”the household appliance tree”. Our method realizes more fair and consistent control
comparing with known methods.
Key words Home-Appliances Control System,Home Network System,Information Appliance,Resolution Conﬂict

1. は じ め にも提案されている. このように，ユーザの日常生活の利便性を向上させるため複数の機器の連携や宅外からの操作を実現する

現在，ユーザにとって便利で多様な機能を持つ家電が普及しホームネットワークシステム（HNS）や家電制御システム，まており，多くの人々の生活に無くてはならない存在となっていたはそれらの利便性を上げるシステムの研究・開発は進み，実る．また，近年では家電やセンサをネットワークにつなぐこと際に利用されている．

によって，利用者にとってより便利で快適な生活を提供できる

HNS や家電制御システムを複数のユーザが利用することを新しいサービスや，そのサービスを実現するための技術が研究・考えると 1 つの家電に対し別々の家電利用要求が入力される，開発されている [1] [2]．ユーザの家電操作を蓄積・学習しユー

つまり同じ家電に対して異なる状態への遷移命令が入力される

ザの要求を推定し家電を連携して制御することでユーザに利便機会が多々ある．本稿ではこのような家電利用要求の衝突を家性を与える連携制御手法 [3] [4] や人間の自然な行動を利用し直電利用要求競合と呼ぶ．

感的に操作可能であるジェスチャによる家電操作手法 [5] など

家電利用要求競合に対し現状の HNS や家電制御システムは，

直近の要求を優先させて制御しているため，その結果家電は現在利用中のユーザや現状態に関わらず命令通りに状態遷移してしまい，他のユーザの要求によって家電の状態がユーザの意図しない状態になってしまうことがある．例えば，あるユーザ A
が自宅で TV を鑑賞している時に別のユーザ B が宅外から消し忘れを考慮して，家中の家電の電源を OFF にしたとする．
この時，ユーザ A の意図とユーザ B の意図が TV において衝突してしまい，現システムでは後で入力したユーザ B の要求が受け入れられ結果的にユーザ A にとって意図しない動作が起
こってしまう．その結果ユーザの利便性を損ない，HNS や家
電制御システムが利用しづらくなってしまうという問題が生じる．この問題点を解決するにはユーザやその家電利用環境を考慮した上での家電要求競合検出と解消が求められる．
家電利用要求競合に対して，競合を検出するシステム [6] や優先度を用いて解消する研究が行われている [7]．これらの従来研究では，機器に対する要求ごとに優先度を定めておき，実行中の要求と新規要求とで競合が発生すると検知した際には実行中の要求と新規要求の優先度を比較し優先度の高い要求を優先的に実行することで競合を解決している．これらの従来研究では有効期限内の他の要求に関わらず静的に定められた優先度の高い要求が実行されるため，多くのユーザが望む状態にもかかわらず要求が満たされないことがあり，その結果多くのユーザが不満と感じることとなる．このことからこれらの研究には以下の問題点が挙げられる．
問題点 静的に与えられた優先度の比較のため，多数決のような要求の数に応じた制御が不可能

図1

概 念

図

では，要求的制約をユーザが入力し，入力に応じて達成度を導出する粒度を変更する．つまり，通常家電の機器単位ごとに達成度を導出するのに対し，要求的制約が与えられた場合は導出粒度を変更し，与えられた状態集合に対して達成度を導出し，最終状態を決定する．
提案システムの特徴を以下に示す．
特徴 1 ユーザによる要求の入力を記録し，その記録から有効
期限内である要求を抽出する機能を有する
特徴 2 達成度，家電木を用いてより多くの要求を満たし整合性のある最終状態を導出する機能を有する
特徴 3 ユーザの要求的制約の入力に応じて達成度導出の際の粒度を変える機能を有する
以下では，2 章で本研究で扱う用語の定義を行い，3 章で提案
システムの概要について述べる．4 章で提案システムの実現法について，5 章で提案システムの検証実験を，6 章でまとめと今後の課題についてを述べる．

そこで本研究では，与えられた複数の要求からできるだけ多くの要求を満たす状態を導出することで，多くのユーザが満足する家電利用要求競合の解消を図る．ここで「状態を実現する」とは，家電をその状態に遷移させることを表す．つまり提案シ
ステムは複数の要求を入力としてできるだけ多くの要求を満たす家電の状態を導出し，その状態を実現するための制御信号を各家電に出力する．本研究では，家電の状態が目的の状態をどれほどの割合で満たしているかを数値化するために家電の状態の近似度を表す指標として「達成度」を定義する．達成度が高
いほど，目的の状態を達成できていることとなる．すなわち本研究では，家電の持つ 2 つの状態の近似度を表す指標である

2. 諸 定 義
本章では，本研究で扱う用語，変数について定義する．

2. 1 利 用 環 境
複数のユーザが住む個人住宅程度の規模の家電利用環境を考える．住宅内には，複数の家電が存在する．ここで想定されるユーザとは，人のみならずセンサーなども考える．つまり，防犯システムや防災システムなどのシステムからの入力も想定する．また，ユーザは宅内外関わらず HNS を用いて家電を操作することを想定する．利用環境のイメージ図を図 2 に示す．

「達成度」を定義し，家電利用要求競合が発生した時に各要求に対する達成度の和が最も高い状態を導出し実現することで，HNS や家電制御システム上で起こる家電利用要求競合を解消
するシステムを提案する．また家電には，機能的な制限によって同時に満たさなければならない状態あるいは同時に満たすことができない状態（以下，家電的制約）がある．そのため本研
究では家電の持つ属性を表現するデータ構造である家電木を定義し，それを用いて家電的制約を漏れなく守る状態の導出を実現する．一方，DVD を見るときは消灯して DVD を再生状態にするといったような，ユーザの意思によって決定される「同時に満たしたい状態」も存在し，このような制約を「要求的制約」と呼ぶ．家電的制約は必ず満たすべき制約であったのに対

図 2 利用環境のイメージ図

し，要求的制約は場合によっては満たされなくとも良い点に注

家電：TV や Video などの家電の種類と AQUOS, VIERA な意する．要求的制約はユーザの意図による部分が大きいため，どの家電の機種によって分類され，各家電ごとに識別子としてきめ細かく設定できることが好ましい．そのため提案システム「家電名」が与えられ区別できるものとする．また，各家電は電源機能やチャンネル機能などの「機能」の集合であると捉える．

と別のある目的状態集合を比べたとき，ある目的状態集合が要つまり，家電は種類ごとに同一の機能集合によって定義される．

求の目的状態集合に近いほど家電利用要求を満たしていると考機能：機能は外部からの要求（コマンド）によって状態遷移すえた．この状態の近さ，近似度を表す指標として「達成度」をる．たとえば，電源機能であれば PowerON と PowerOFF の

定義し，これによってすべての家電利用要求の組み合わせに対2 状態を持ち，Power コマンドが与えられることでこれらの状

して最も達成度が高い目的状態集合を選択することで，できる態を互いに遷移するものと定義される．

だけ多くの家電利用要求を満たすことを図る．

図 3 左に家電と機能の関係を示す，第 1 列は家電の種類を表し

また提案システムでは家電利用要求に有効期限を付与してお第 2 列は第 1 列の家電の種類が持つ機能の集合を表す．図 3 右り，実行中の家電利用要求が有効期限を過ぎたら別の家電利用に機能の状態とコマンドの関係を示す，チャンネル機能が持つ要求を実行する．そのため，提案システムでは実行中の家電利

各状態を丸囲みで表現し，状態を結ぶ線がコマンドによる状態

用要求を管理し有効期限を過ぎたら，もう一度有効期限内の家遷移を表す．

電利用要求を対象として最終状態を導出する．
提案システムの構成図を図 4 に示す．提案システムは要求入力機能，最終状態導出機能，状態管理機能を持つ．各機能は 4章で詳しく説明する．
図 3 家電と機能とコマンドの関係

2. 2 変 数 定 義
制御対象家電 APP={app1 , app2 , · · · }(ただし，app1,app2 は制御対象家電名)：提案システムによって制御されるすべての家電に対する家電名の集合.
機能の集合 FUNC={PowerSupply,Channel,· · · }：すべての家電がそれぞれ持つすべての機能の集合．
状態の集合 Statusfunc ：機能 func(∈FUNC) がとり得る状態の集合．(ex.StatusChannel = {Ch1, Ch2, · · · })目的状態 PS= (app, f unc, Sf unc )(ただし，app は家電名，func
は app が持つ機能名，Sfunc は機能 func の取りうる状態)：制
御対象家電名 app の制御対象機能名 func に対する目的の状態

Sf unc を表すデータ．
目的状態集合 PSS= {P S1, P S2, · · · }(ただし，PS1, PS2 は目

図4システム構成図

以下，提案システムで用いる用語とデータ構造を説明する．
要求的制約 RES⊂
=P SS ：ユーザの入力による同時に満たしたい目的状態の集合．目的状態集合が全家電，全機能を対象と的状態):全家電，全機能に対する目的状態の集合．ただし，同した目的状態の集合であったのに対して，要求的制約はある家

一家電の同一機能に対する複数の異なる状態を指定した目的状

電，ある機能を対象とした目的状態の集合である．

態は含まないとする

リクエストプール DB ：家電利用要求 Req と要求的制約 RES

家電利用要求 Req=(PSS,User,Loc,Time,Dur)(ただし，Userを格納したデータベースである．格納するデータ (リクエスト)

はユーザ名，Loc はユーザの場所，Time は入力時刻，Dur はは，家電利用要求 Req，要求的制約 RES の 2 項組であり，リ有効期限)：ユーザが入力する家電利用要求．ここで有効期限

クエストプール DB はこの集合を保持する．

Dur は，家電利用要求が有効である期限の時刻を表す．

要求リスト ：リクエストプール DB に存在するリクエストの2. 3 家電利用要求競合中で有効なリクエストの集合．ここで，有効なリクエストとは，

有効期限内の二つの家電利用要求 Req1, Req2 の目的状態集

リクエストの家電利用要求 Req の有効期限 Dur と現時刻を比

合 PSS に，同じ家電の同じ機能に対する異なる状態が指定さ較したとき有効期限の方が現時刻より遅いリクエストを指す．

れた目的状態が含まれる場合を家電利用要求の競合とする．

ロックデータ DB ：現在実行中の家電利用要求 Req を格納し

3. 提案システムの概要
3. 1 提案システムの構成
提案システムでは，有効期限内のすべての家電利用要求を入たデータベースである．ロックデータは家電名，機能名，家電利用要求 Req の 3 項組で定義され，ロックデータ DB はロッ
クデータの集合を保持する．

3. 2 提案システムの動作の流れ力とし，できるだけ多くの家電利用要求を満たす最終状態を導提案システムの動作についてユーザからの家電利用要求が入出し出力する．このシステムの実現上の課題を以下に挙げる．

力された場合と，家電利用要求の有効期限を超えた場合のそれ

実現上の課題ぞれについて説明する．

複数の家電に対する複数の家電利用要求が入力として与えられたとき，どのような組み合わせが最も家電利用ユーザからの家電利用要求の入力時要求を満たすことができるかをどのように求めるか

step1 ユーザから家電利用要求の入力があると，要求入力機

この課題に対し，今回我々は「家電利用要求を満たす」こと能によりリクエストプール DB に家電利用要求と要求的制約がを「家電利用要求の目的状態集合を満たす」こととして捉え，保持される．同時に最終状態を決定するために，最終状態決定

状態の近似度に着目した．つまり家電利用要求の目的状態集合

リクエストが要求入力機能から最終状態導出機能に出力される．

step2 最終状態導出機能は，step1 で出力された最終状態決(X, Y = P S ∈ P SS)．このとき f は次の 2 つの型の値のうち定リクエストが入力された時に家電利用要求が保持されたリクいずれかを持つ．

エストデータベースから有効期限内の家電利用要求（要求リス・2 値型：状態が等しいか等しくないかのいずれかのみの機能ト）を取得する．

この機能には例として TV の電源機能，エアコンの運転切替機

step3 step2 で取得した要求リストから家電木を用いて家電能などが挙げられる．比べる状態 X ，状態 Y の二つの状態が的制約を満たした最終状態の候補群を取得し，候補群の中で最一致していれば機能達成度 f (X, Y )=1，一致していなければ機も達成度の高い候補を最終状態として導出する．

能達成度 f (X, Y )=0 とする．

step4 最終状態導出機能は，step3 で導出した最終状態を出・数値型：状態に近い・遠いの概念を有する機能

力すると同時に最終状態に応じてロックデータ DB の実行中のこの機能には例として TV の音量機能，扇風機の風量機能など

家電利用要求を更新する．

が挙げられる．こちらの達成度導出法は以下に示す．

実行中の家電利用要求が有効期限を超えたとき

f (X, Y ) = 1 − (|X − Y |)/機能が持つ状態数

step1 状態管理機能は一定時間ごとにロックデータ DB の家(1)電利用要求を取得し，その有効期限と現日時とを比較する．

式中の |X − Y | は，状態間のコマンド数を指す．つまり，状態

step2 step1 で有効期限を現日時が超えていれば，その家電

X から状態 Y に遷移するために必要なコマンドの数を表して利用要求を無効とし再び最終状態を決定するために最終状態決いる．例えば，TV の音量機能において Vol10 から Vol15 に状定リクエストが最終状態導出機能に出力される．

態遷移するには「VolUP」のコマンドが 5 個必要となるため，

step3 最終状態導出機能は，step2 で出力された最終状態決|X − Y |=5 となる．

定リクエストが入力された時，ユーザからの家電利用要求の入また，状態 X について任意の状態を表す”*”を入力として許し，

力時の step3,4 と同様の動きを行う．

X = ∗ の場合は常に f (X, Y ) = 1 とする．一方，状態 Y につ

4. 提案システムの実現法
前節で述べた通り提案システムは達成度と家電木を用いて競いて空入力を表す”null”を入力として許し，Y = null の場合は常に f(X,Y)=0 とする．2 値型，数値型の 2 分類を各家電の機能ごとにあらかじめ定めておくことで機能達成度を求める．

合解消を図る．本節ではまず達成度と家電木を定義し，その後制約内達成度に提案システムの各機能の実現法について述べる．

状態の機器の機能ごとの機能達成度の和で表す．要求的制約は制約内達成度は，要求的制約に含まれる目的

4. 1 達 成 度

ユーザの入力による同時に満たしたい状態のため，要求的制約

達成度とは，2 つの状態を比較して，1 つの状態がもう一方

内にひとつでも満たさない状態がある場合は例外として制約内の状態に対しどの程度近似しているかを示す指標である．本論

達成度は 0 とする．厳密な定義は以下の通りである．

文では，機能達成度，制約内達成度，要求達成度の 3 つの達成

f r(X, Y ):状態集合 Y に対する状態集合 X の制約内達成度(X,Y= RES ⊂=P SS)
App:要求的制約の状態集合内の機器の集合 (App⊂=APP)

度を定義する．機能達成度は，同一家電の同一機能の二つの状態を比較した達成度である．制約内達成度は，ユーザの入力した要求的制約の状態集合ごとに導出する達成度である．要求達
成度は，家電利用要求とある目的状態集合の二つを比較した達成度である．図 5 に 3 つの達成度の関係を示す．
以下，各達成度について説明する．

Func:機 器 の 集 合 App の 要 素 の 機 器 が 持 つ 機 能 の 集 合(Func⊂=FUNC)
Xij :状態集合 X の機器 i の機能 j の状態 (Xij ∈ Statusj )Yij :状態集合 Y の機器 i の機能 j の状態 (Yij ∈ Statusj )f (Xij , Yij )：状態 Yij に対する状態 Xij の機能達成度 (式 1)とした時の制約内達成度∑ f r(X,∑ Y ) の導出式は以下通り．
f (Xij , Yij )(2)i∈App j∈F unc

また要求的制約内のどれか一つの目的状態でも満たさないときは例外として制約内達成度 0 とする．
要求達成度

要求達成度を導出する際には，要求的制約が単独の目的状態でもよいことに注意し，目的状態集合の各要素はすべて要求的制約であると考える．そのため，要求達成度は制約内達成度の和で表し，要求者や要求した環境を考慮するため制
約内達成度の和に家電利用要求に付随する環境パラメータから
図 5 達成度の構成

機能達成度

機能達成度とは，同機能に対する二つの状態を比較した達成度である．本研究では家電の機能の達成度導出法を2 値型と数値型の 2 つに分類する．
f (X, Y )：状態 Y に対する状態 X の機能達成度と定義する

取得した重みを掛け，要求達成度とする．環境パラメータの重みは後述する．以下に目的状態集合 Y に対する家電利用要求

X の要求達成度の導出式を示す．
f f (X, Y )：目的状態集合 Y に対する家電利用要求 X の要求達
成度

REST:家電利用要求 X に含まれる要求的制約 rest の集合
Xrest :家電利用要求 X に含まれる要求的制約 rest がもつ状態

集合

W eightX :家電利用要求 X に付随する環境パラメータの重みf r(Xrest , Yrest )：状態集合 Yrest に対する状態集合 Xrest の制
約内達成度とした時の要求達成度 f f (X, Y ) の導出式を以下に定義する．
∑
f f (X, Y ) =f r(Xrest , Yrest ) ∗ W eightX(3)

図 6 家電木作成法 1(TV の電源機能と図 7 家電木作成法 2

チャンネル機能のノード)

rest∈REST(TV の電源機能とチャンネル
機能のノードの親子関係)

環境パラメータの重み
家電利用要求の中には要求者や要求した環境によってより優先的に扱うべき家電利用要求があると考えられ，家電利用要求に付随する環境 (ユーザ，場所) をパラメータ化し達成度の重みとして利用し優先的に満たすべき家電利用要求を満たすことを図る．ユーザ名とその重みの対，場所名とその重みの対のデー

図 8 TV の家電木の例

図 9 エアコンの家電木の例

タをそれぞれあらかじめ用意し，家電利用要求のユーザ名，場状態の条件の 4 項組で定義され，機能同士とその状態の関係を所名からそれぞれの重みを取得する．家電利用要求 X に付随す表すデータである（表 2）．制約 2 に対しては，木構造を表す

る環境パラメータの重み Weight X は，ユーザ名，場所名から

データだけでなく禁止条件のデータを用いて，家電の機能の取それぞれ取得したユーザの重みと場所の重みの積で表す．

りうる状態の条件を付け加える（表 3）．禁止条件は家電の種

4. 2 家 電 木類，機能 1，状態 1，機能 2，状態 2 の 5 項組で定義され，機能家電木とは家電の持つ属性を表現するデータ構造である．家1 の状態 1 と機能 2 の状態 2 は共存しないことを示すデータで電には家電に存在する制約 (家電的制約) がありそれを満たすある．禁止条件を守り家電木の部分木となる状態の集合ならば，ため本研究では家電木を用いる．家電的制約とは家電に存在す

家電的制約を守った状態集合となる．提案システムでは，最終る満たさなければならない制約で，機能ごとに状態を決定する状態となりうる候補を家電木を用いて選択することで家電的制際には家電的制約を守って決定する必要がある．家電的制約は約を満たした最終状態を導出する．
表 1 状態リスト

以下の 2 つが考えられる．
制約 1 機能の効果が他の機能の状態によって妨げられないよ
う状態を満たす例)TV におけるチャンネル機能と電源機能の PowerOFF の状
態．電源機能が PowerOFF の状態の時はチャンネル機能の効

機能名

状態名

TV

PowerSupply

PowerONTV

PowerSupply PowerOFF

TV
.
..

Channel.
..

Ch1

果が表れないため，チャンネル機能の状態の実現だけでなく電源機能の PowerON 状態も実現する必要がある．
制約 2 同時には成り得ない状態を避ける
例)Video における電源機能の PowerOFF と Tape 機能の Playの状態．この 2 つの状態は同時に実現できないので避ける必要

表2 木データ

種類名

表3

種類

機能

親機能

TV

PowerSupply

root

状態の条件

null

TV

ChannelPowerSupply

PowerONTV.
..

Volume.
..

PowerSuuply.
..

PowerON
.
..

禁止条件

種類

機能 1

状態 1

機能 2

状態 2

Video

PowerSupply

PowerOFF

Tape

Play

Video

PowerSupply

PowerOFF

Tape

Rec

BD

PowerSupply

PowerOFF

BD

Play

BD
.
..

PowerSupply.
..

PowerOFF
.
..

HDD
.
..

Play
.
..

がある．
本研究では家電的制約を守るため家電木を用いる．家電的制

以下から，提案システムが持つ機能の実現法について述べる．

約の制約 1 を木構造の親子関係（孫以上も含む）で表す．家電

4. 3 要求入力機能

木は家電種類ごとに定義される．

本機能ではユーザからの家電利用要求と要求的制約の入力を家電木の作成法 ある種類の家電 A を考える．家電 A の持受け取り，家電利用要求と要求的制約をリクエストプールデー

つ機能とその機能の持つ状態を考える．(図 6，7，8 に TV をタベースに格納する．格納後，最終状態決定機能に最終状態決例とした家電木作成手順を示す．)

定リクエストを出力する．提案システムでは家電利用要求を一（ 1 ） 1 つのノードは 1 つの機能に対応し，ノードはその機意に定めるために，ユーザの家電利用要求にユニークな要求番

能の持つ状態を属性として持つ (図 6)．

号を付与する．また要求的制約は同時に満たしたいものを判別（ 2 ） ある機能 (機能 fA ) の状態を遷移させるために他の機するために数字を割り当て，同じ要求番号内で同じ要求的制約

能 (機能 fB ) の状態に条件がある場合，機能 fA と機能 fB のの数字を持つものをひとくくりとする．以下に要求入力機能

当該状態を辺で結ぶ．このとき，機能 fA のノードを子ノード，の手順を示す．また，表 4 に提案システムで用いるリクエスト

機能 fB のノードを親ノードと呼ぶ (図 7)．

プール DB の例を示す．

（ 3 ） (1)，(2) をすべての機能に対して繰り返す (図 8)．

Step1 各家電の機能ごとの目的状態，ユーザ名，場所，有効

エアコンの家電木の例を図 9 に示す．提案システムではノー

期限 (年月日，時刻)，要求的制約を家電利用要求として受け取ドと辺 (親子関係) のデータを状態リストと木データの 2 つのる．また，入力のあった年月日，時刻を取得する．

データ構造で実現する．状態リストは家電の種類名，機能名，

Step2 リクエストプール DB にアクセスして，最も大きな要状態名の 3 項組で定義され，家電の機能が取る状態を保持した

求番号を取得し，それをインクリメントした数を Step1 で入力

データである（表 1）．木データは家電の種類，機能，親機能，のあった家電利用要求 (Req) の要求番号 (ReqNum) とする．

ReqNum=リクエストプール DB に存在するエントリの中で最候補状態 CS= {P S|P S = 目的状態 }：全家電，全機能に対す大の要求番号 + 1

る目的状態の集合．ただし，同一家電の同一機能に対する複数

Step3 各家電の機能ごとに，Step1 で入力された家電利用要の異なる状態を指定した目的状態は含まないとする

求 Req と入力の年月日，時刻と Step2 で取得した ReqNum，

候補群 CSS= {CS|CS = 候補状態 }：要求リストから組み合そして入力されたをキーに，リクエストプール DB に格納する．

わせで得られる候補状態の集合．

Step4 最終状態導出機能に最終状態決定リクエストを出力．

step1 要求リスト内の家電名，機能名ごとの目的状態を組み

4. 4 最終状態導出機能合わせて候補状態 CS を導出し，その集合である候補群 CSS

本機能では，最終状態決定リクエストを受け取りリクエストを導出する．

プール DB から有効期限内の要求リストを取得し最終状態を導step1-1 全家電名，機能名を対象に，家電名，機能名をキーと出し出力する．最終状態導出機能は図 10 に示す機能とデータして要求リスト内の家電利用要求の目的状態を取得する．

ベースで構成される．次項で最終状態導出機能に必要な機能に

step1-2 step1-1 で家電名，機能名ごとに取得した複数の目的ついて述べる．最終状態決定機能で用いる状態遷移情報は，家状態を，家電名機能名ごとに 1 つずつ定め，最終状態の候補状

電名，機能名，現状態，コマンド，次状態の 5 項組からなる．

態とする．

状態遷移情報の集合が格納される状態遷移情報 DB の一部の例

step1-3 step1-2 で定めた候補状態の集合を最終状態の候補群を表 5 に示す． 以下に最終状態導出機能の処理手順を示す．

とする．

step2 step1 で導出した最終状態の候補群 CSS の中で，家表 5 状態遷移情報 DB
家電名

家電機能名

AQUOS PowerSupply

現状態

コマンド

次状態

PowerON

Power

PowerOFF

AQUOS PowerSupply PowerOFF

PowerPowerON

AQUOS
.
..

Ch2
.
..

Ch2
.
..

Channel
.
..

Ch1
.
..

電的制約を満たしていない候補状態 CS を除外する．
最終状態の候補群ごとに以下の step を行う．

step2-1 家電木データ DB を用いて家電的制約 1 を満たさない候補を候補群から削除する

step2-1-1 候補状態内の家電名，機能名，状態をキーに家電木
データ DB から親以上の機能とその状態を取得する

step2-1-2 step2-1-1 で取得した，親以上の機能とその状態が候補状態内に存在するかチェックする

step2-1-3 step2-1-2 で候補状態内に存在しなければ，その候
補状態を候補群から消去する．

step2-2 禁止条件 DB を用いて家電的制約 2 を満たさない候
補状態を候補群から削除する

step2-2-1 候補状態内の家電名，機能名，状態をキーに禁止条
件 DB から同時に満たせない機能と機能の状態を取得する
図 10

最終状態導出機能構成図

Step1 最終状態決定リクエストを入力として受け取ると，要求リスト取得機能はリクエストプールに存在する家電利用要求の有効期限と現時刻を比較し，有効期限内の家電利用要求を取

step2-2-2 step2-2-1 で取得した，同時に満たせない機能と機能の状態が候補状態内に存在しないかチェックする

step2-2-3 step2-2-2 で候補状態内に存在すれば，その候補状態を候補群から削除する．

得し要求リストとして出力する．

4. 4. 2 達成度導出機能

Step2 組み合わせ決定機能は Step1 で取得した要求リストを

本機能は，最終状態の候補群と要求リストを入力として受け受け取り，要求リストから家電木データを用いて家電的制約を取り，候補状態 1 つずつに対してそれぞれの家電利用要求の要守った最終状態の候補群を作成する．

求達成度を求めその達成度の和を出力する機能である．要求達

Step3 達成度導出機能は Step2 で作成した候補群を受け取成度を導出するにあたって提案システムでは，まず全家電の全り，候補状態 1 つずつに対して要求リスト内の家電利用要求の機能の機能達成度を導出し，それらの集合である制約内達成度

要求達成度を求めその和を候補状態の達成度とし，達成度付候を導出する．制約内達成度を導出後，その和を算出し環境パラ補群を出力する．

メータの重みを掛け要求達成度とする．以下から要求達成度導Step4 最終状態決定機能は Step3 で取得した達成度付候補群

出の手順を示す．

から最も達成度の高い最終状態を決定し出力する．

提案システムでは機能達成度を求める際に状態遷移情報 DB

以下から，最終状態決定機能に存在する組み合わせ決定機能とを用いて，家電の持つ機能の二つの状態間の最小コマンド数を達成度導出機能について述べる．

取得する．家電利用要求 Req に対する候補状態 CS の家電名

4. 4. 1 組み合わせ決定機能
本機能は，要求リストを入力として受け取り家電的制約を守った最終状態の候補群を出力する機能である．要求リストを受け取り，以下のステップで最終状態の候補群を求める．
ここで候補状態，候補群は以下のように定義される．

app，機能名 fun ごとの機能達成度を求める手順を以下に示す．
step1 家電名 app，機能名 fun をキーに機能分類と状態数を機能分類 DB から取得する．

step2 step1 で取得した機能分類が 2 値型の時，Req の app，
fun に対する状態と CS の app，fun に対する状態が一致していれば機能達成度 1，不一致ならば機能達成度 0．step1 で取得

表 4 リクエストプールデータベース
要求番号

家電名

機能名

目的状態

要求的制約

ユーザ名

場所

入力年月日

入力時刻

期限年月日

期限時刻

30

AQUOS

PowerSupply

PowerON

2

UserA

家内

2012/12/4

9:12:47

2012/12/4

10:10:0

30
..
.

AQUOS
..
.

Channel
..
.

Ch5
..
.

2
..
.

UserA
..
.

家内
..
.

2012/12/4..
.

9:12:47..
.

2012/12/4..
.

10:10:0
..
.

31
.
.
.

AQUOS
.
.
.

PowerSupply.
.
.

PowerON
.
.
.

0
.
.
.

UserB
.
.
.

家内
.
.
.

2012/12/4.
.
.

9:30:12.
.
.

2012/12/4.
.
.

11:0:0.
.
.

した機能分類が数値型の時，以下の手順を行う．

step2-1 Req の app，fun に対する状態と CS の app，fun に対する状態を取得する．

step2-2 状態遷移情報 DB から app，fun に対応する状態遷移

5. 検 証 実 験
5. 1 検証実験の目的
提案システムでは，達成度，家電木に基づき多くの要求を満情報を取得する．

たす家電状態を導出することで，複数のユーザが満足する家電

step2-3 step2-2 で取得した状態遷移情報と step2-1 で取得し利用要求競合の解消を図った．そのため，導出した最終状態はた二つの状態から幅優先探索を用いて最短経路で遷移するコマ

本当に複数のユーザが満足する状態なのかを検証する必要があ

ンドの系列を求めそのコマンド数を取得する．

る．提案システムの有効性を以下の点について検証する．また，

step2-4 step1 で取得した状態数と step2-3 で取得したコマン

本章では現状の HNS で用いられる直近優先制御を「直近優先ド数を式 (1) に代入して，機能達成度を導出する．

法」，関連研究で用いられる優先度に基づく解消法を「静的優機能達成度を導出後，家電利用要求に含まれる要求的制約の数先法」と呼ぶ．

だけ以下の手順で制約内達成度を導出する．

検証項目

step1 要求的制約内の家電，機能ごとの機能達成度を取得

法 (直近優先法，静的優先法，提案システム) の有効性する．

直近優先法，静的優先法，提案システムの 3 つの方法でそれぞstep2 式 (2) に step1 で取得した各機能達成度を代入し制約れ競合解消を行なったときに，どの解消法で導出した最終状態

内達成度を求める．

が複数のユーザの意図に合うかどうか．

制約内達成度導出後，以下の手順で要求達成度を導出する．

step1 家電利用要求内の要求的制約ごとの制約内達成度を取

複数の家電利用要求の入力に対する 3 つの競合解消

5. 2 検 証 方 法
様々な家電利用要求を複数のユーザが入力するシナリオを用得する．

意し，3 つの競合解消法それぞれで導出した最終状態を点数化

step2 家電利用要求の環境パラメータから重みを計算する．

してもらい比較する．

step3 式 (3) に step1 で取得した各制約内達成度と step2 で5. 2. 1 実 験 環 境

取得した環境パラメータの重みを代入し要求達成度を求める．

複数人が住む個人住宅（リビング，寝室，キッチンの 3 部屋

上記の手法で 1 つの候補に対する各家電利用要求に対する要を持つ）を想定し，家電利用要求競合の起こる対象の部屋はリ

求達成度を求め，その 1 つの候補に対する各家電利用要求に対ビングの一部屋とする．また，今回対象とした家電は TV，BDする要求達成度の和を求める．その要求達成度の和がその候補

レコーダー，ライト，エアコン，扇風機の 5 つである．

の達成度とし，候補状態と達成度を出力する．

本実験では静的優先法に用いる優先度はユーザに付与する．

要求リストの i 番目の家電利用要求 Xi に対する候補状態 Yの要求達成度を f f (Xi , Y ) とすると，候補の達成度 F(Y) は以∑
下通り．
F (Y ) =f f (Xi , Y )i∈ 要求リスト

4. 5 状態管理機能
本機能は現在実行中の家電利用要求を管理する機能である．
一定時間ごとにロックデータ DB 内の実行中の家電利用要求を取得し，その家電利用要求が有効期限を超えていたら最終状態

手順 1 様々な家電利用要求を複数のユーザが入力するシナリ
オを用意する．シナリオごとに以下の手順 2,3 を行う．
手順 2 3 つの競合解消法 (直近優先法，静的優先法，提案システム) を利用した時の最終状態をそれぞれ導出する．
手順 3 総被験者 10 名にそれぞれの最終状態に対してシナリ
オ上の各ユーザの立場で 5 段階で評価してもらう．

5. 2. 2 家電利用シナリオ
本実験では，複数のユーザが複数の家電を利用するシナリオ

決定機能にもう一度次の状態を決定するために最終状態決定リ

を 10 個用意した．シナリオ例を以下に示す．

クエストを出力する．以下にその手順を示す．

(シナリオ例) あるユーザ A が宅内で暖房を利用するために家

step1 一定時間ごとにロックデータ DB 内の全要求番号を取電利用要求 1 を入力，5 分後に宅外にいる別のユーザ B が帰宅得する．

時に暖まるため家電利用要求 2 を入力，10 分後に宅外にいる

step2 step1 で取得した要求番号ごとに要求番号をキーに，リ

別のユーザ C が消し忘れを考慮して家中の家電の電源を消す家

クエストデータベースからその要求番号を持つ家電利用要求の電利用要求 3 を入力．

有効期限を取得する

5. 3 検証結果と考察

step3 step2 で取得した有効期限が現在の日時を超えていた5. 3. 1 検証実験の結果

ら，最終状態決定機能に最終状態決定リクエストを出力する．

様々な家電利用要求を複数のユーザが入力する 10 のシナリ

表 6 各シナリオの 3 つの競合解消法のそれぞれの最終状態に対する満足度の平均
解消法

シナリオ 1 シナリオ 2 シナリオ 3 シナリオ 4 シナリオ 5 シナリオ 6 シナリオ 7 シナリオ 8 シナリオ 9 シナリオ 10 平均

直近優先法

3.07

2.38

2.67

2.86

2.48

3.43

2.32

3.67

3.43

2.86

2.96

静的優先法

4.29

2.38

2.67

3.0

2.81

3.43

2.32

3.76

3.24

2.46

3.04

提案手法

4.29

4.29

4.29

2.71

3.95

3.43

3.21

3.97

3.33

3.43

3.69

オにおいて，3 つの競合解消法のそれぞれの最終状態に対するに TV あるいは BD レコーダーに別の要求が 2 つ (要求 B,C)

総被験者 10 名の各ユーザの立場での評価 (満足度) の平均を表入力されるシナリオであった．このシナリオでは，提案システ

6 に示す．また図 11 に各シナリオにおける 3 つの競合解消法

ムは両機器において DVD を鑑賞する状態を導出したため，後の平均満足度のグラフを示す．

から要求した 2 人 (要求 B,C を要求したユーザ) の立場での満足度評価が下がったと考えられる．これは要求的制約によって制約内達成度を 0 としたことが原因と考えられ，0 でなく段階的に下げることでより複数のユーザが満足する状態を導出できると考えられる．

6. お わ り に本研究では，達成度と家電木に基づく家電要求競合解消シス
テムを提案した．
今後の課題として，環境的要因による競合に対する達成度の応用的な解消法が挙げられる．本稿で挙げた機器に対する家電
利用要求の競合だけでなく，部屋や家あるいはもっと局所的な場所で別の機器を利用しているが相反する効果をもたらす家電
図 11

各シナリオの各競合解消法の満足度の平均

利用要求が来ることが考えられ，本稿で上げた達成度や家電木の概念を利用して環境競合の解消を行えるかの考察やその実現

5. 4 検証実験に対する考察が今後の課題として挙げられる．また，今回ユーザの要求的制検証実験により，複数のユーザが複数の家電の利用する場面

約はユーザからの手入力で取得した．しかしその分ユーザの手

では 3 つの競合解消法 (直近優先法，静的優先法，提案システ間が増加してしまうため自動化が望ましい．家電木は家電ごとム) のうち提案システムがもっとも複数のユーザが満足する状の属性を表すデータだがそれらの組み合わせで要求的制約の自態を導出できている場面が多いことが確認できた．

動化を測れるのではないかと筆者らは考えている．そのためにしかし，シナリオによって被験者の評価にばらつきが生じては家電木，家電木の組み合わせの考察を行う必要がある．

いることが確認できた．
提案システムが有効であるシナリオは 2,3,5,7,8,10 の 6 つである．これらのシナリオでは，1 つの家電に 3 つ以上の家電利用要求が入力されるケースであり，このケースでは達成度の高
い最終状態を導出しているため直近優先法や静的優先法より提案システムの方が複数のユーザの満足度の高い状態の導出ができたと考えられ，達成度に基づく家電利用要求競合の解消が有効であると考えられる．
提案システムを用いても有効であるが直近優先法あるいは静的優先法と同等であるシナリオは 1,6 の 2 つである．シナリオ

1 は家電利用要求が 2 つの場合であり，2 つの場合は静的優先法と同様の結果となるため，満足度も同様となった．シナリオ

6 は，圧倒的な優先度を持つユーザの家電利用要求の入力が最後にあるシナリオであり，直近優先法，静的優先法と同様の結果となるため，満足度も同様となった．
これらの結果から提案システムは「2 つ以上の家電利用要求の競合が起こる家電利用シーン」で有効であり「3 つ以上の家電利用要求の競合が起こる家電利用シーン」では直近優先法，
静的優先法と比べ特に有効であると言える．
提案システムが有効でないシナリオは 4,9 の 2 つである．シ
ナリオ 4,9 では共通して，DVD を鑑賞する要求 (要求 A) の後

文

献[1] 日立ホーム&ライフソリューション株式会社， ホラソネットワー
ク ，http://www.horaso.com[2] 疋田和久，片山喜章，高橋直久：既存家電も含めた状況認識型家
電制御システムの提案と実現，2003-UBI-2,pp.189-194(2003)[3] 小林英嗣，依田育生： ホームネットワークにおけるコンテキス
トとユーザ操作履歴を用いたサービス制御方式の提案 ，情報処理学会論文誌，Vol.47，No.2，pp.507-520(2006)．
[4] 出井彰記，片山喜章，高橋直久，山本大介： 絶対時刻と相対時刻を考慮した目的家電状態推測システムについて ，電子情報通信学会総合大会講演論文集 2011 巻 2 号 25-37p[5] 入江耕太，若村直弘，梅田和昇： ジェスチャ認識に基づくインテリジェントルームの構築 ，日本機械学会論文集 C 編，vol.73,
no.725,pp.258-265(2007).
[6] 吉村 悠平，井垣 宏，中村 匡秀：”ホームネットワークシステム
におけるサービス競合の動的検出・解消システムの設計と実装”，
信学技報. IN, 情報ネットワーク 108(136), 35-40, 2008-07-10[7] 吉村 悠平，池上 弘祐，井垣 宏，中村 匡秀：”ホームネットワー
クシステムにおける家電連携サービスのための競合解消方式の考察”，信学技報．IN, 情報ネットワーク 108(458), 439-444,
2009-02-24