Chapter 13 상황인식 처리 기술

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혜옥 임
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1 오양가 ( )

2 개요 상황인식서비스요소기술 상황정보의정의및표현 상황정보전달을위한미들웨어

3 유비쿼터스시대의응용및서비스 센서를통해수집된상황정보를인식, 해석, 추론과같은처리과정을거친후, 사용자에게상황에적절한서비스를제공 상황인식및처리기술 크게환경또는사용자와관련된빛, 온도, 소리, 움직임등의정보를검출하는 센싱된정보를공유할수있게하는 공유된정보를상위의상황정보로 그상황정보에따라사용자에게적절한서비스를제공하는사용자인터페이스기술로집약 센서부분을제외한상황인식처리기술 상황인식서비스요소기술 최근활발한연구가진행되고있는온톨로지기반의상황정보정의및표현방법 상황정보전달을위한미들웨어에대해언급

4 기능적요구사항 (Functional Requirements) 상황정보수집, 상황정보저장및관리, 상황정보신청및배달, 상황정보분해및융합등이포함 비기능적요구사항 (Non Functional Requirements) 확장성, 모듈성, 보안성, 이동성, 인터페이스적절성, 결함포용성, 서비스품질, 발전가능성, 플랫폼간호환성 (Cross platform) 등이있음

5 1 상황정보수집기술 온도, 습도와같은환경적상황정보와체온, 혈압등사용자와관련된정보들은단말에부착된센서를통해직접수집 수집된상황정보들은상황정보모델에따라내부에저장과정을거쳐추론을위한기초자료가됨 다수의상황정보는시간이지남에따라변화하므로, 주기적인폴링 (polling) 이나전파 (broadcasting) 기법에의해파악. 조명의밝기는감광성반도체소재, 가속도와진동은가속도계, 인접객체감지는수동형적외선센서, 소리는마이크로폰, 기후정보는온도계및습도계를이용하여센싱

6 2 상황정보모델링기술 (Context modeling) 센서와장치 (actuator) 에대한추상화를제공해야하며, 상황정보들이서로교환될수있게표준화된모델링기술이필요 상황정보의표현방법은스트랭 (Strang) 과린호프 - 포피엔 (Linnhoff-Popien) 은 6 가지로구분 1) 키값 (Key-value) 기반모델 가장간단한형태의모델링방식으로정보를나타냄 많은상황인식시스템의서비스발견 (Discovery) 프로토콜들은키값 (Key-value) 으로나타내어진값에대하여단순한문자비교의방식으로필요한서비스를발견 2) 마크업기반모델 태그, 속성그리고내용을계층구조로나타내어재귀적형태를가지고있음

7 3) 그래픽기반모델 - 통합모델링언어 (Unified Modeling Language; UML) 와같은강력한그래픽기반의기능을이용해서표현 4) 객체지향기반모델 유비쿼터스컴퓨팅환경의동적상황을객체지향기술을이용하여추상화 장점 : 새로운타입의상황정보의추가및인스턴스업데이트등이분산된시스템에서용이함 5) 로직기반모델 사실 (Fact), 표현 (Expression), 규칙 (Rule) 의정형화된표현을사용 장점 : 상황정보는사실이라는형식으로나타내고, 규칙을통해서사실이나표현을추론

8 6) 온톨로지기반모델 상호관계성및부분적인상황정보를쉽게표현 최근다양한상황인식프레임워크는주로온톨로지기반의모델을채택 자원기술프레임워크 (Resource Description Framework; RDF), 온톨로지웹언어 (Ontology Web Language; OWL) 등의온톨로지표준언어로선언적인표현 온톨로지웹언어에기반한시멘틱웹연구와연관하여활발한연구 온톨로지 (Ontology) 라는용어 철학에서현실에대한개념과관계를연구하는분야에사용 개념과관계를정리하여주석정보를제공하고다른사람또는컴퓨팅에이전트등과공유하는데많이사용 그외에도타도메인의지식을재사용, 도메인지식의상속, 부분지식의결합및컴퓨터를이용하여방대한지식베이스에대해서정형화된분석을가능하게함

9 분산조합 부분확인 표현되는 정보의질 불명확한정보대처 표현의정규도 응용가능성 키값모델 마크업기반모델 그래픽기반모델 객체지향기반모델 로직기반모델 온톨로지기반모델 3 상황정보융합및추론기술 (Context fusion & reasoning) 센싱데이터를융합하여상위상황정보를유도하기위해확률적인메커니즘을제공하고, 계층적상황정보를기반으로지능적인추론방법도제공. 온톨로지를이용한상황지식의공유와재사용지원및높은추론기능을제공함에따라온톨로지를이용한추론시스템도활발히연구.

10 4 상황정보교환기술 (Context exchange) 센서, 장치및객체와의상호작용을지원하기위해이벤트기반또는폴링기반의통신메커니즘을제공

11 5 상황정보툴킷기술 (Context toolkit) 일종의비주얼프로그래밍툴로써, 센서로부터의정보를상황정보화하는상황정보위젯, 여러개의상황정보위젯으로부터정보를취합하는서버, 그리고상황정보위젯이나서버로부터의상황을다시한번취합하여고수준의상황으로처리하는해석기로구성됨. ( 위젯 : 하드웨어센서를위한공통의인터페이스를제공하는소프트웨어컴포넌트 ) 6 상황인식서비스기술언어 (Context-aware service description language) WSDL(Web Services Description Language) 은웹서비스에의해제공되는메소드, 메시지, 바인딩등을정의하고서비스를설명하기위해사용되는또다른형태의 XML 언어 7 상황인식서비스구조기술 (Context-aware service infrastructure) 서비스구조는미리정의된공통데이터형식과네트워크프로토콜로구성. 서비스구조의가장좋은예는인터넷. TCP/IP 표준하부프로토콜과 DNS, DHCP, Telnet, FTP, HTTP 등과같은상위서비스프로토콜로서비스구조가구성되어있어, 인터넷상에새로운장치와새로운서비스가투명하게추가. 상황인식서비스를위한서비스구조가제공되면, 센서나서비스, 장치등이다른구성요소에영향을주지않고, 동적으로추가가능.

12 8 지능형에이전트기술 사용자의단순한의도뿐만아니라, 감정, 감성을고려하여전체적인상황을자율적으로판단하여사용자에게적합한서비스를제공하는것이목표. 사용자의정보와일치하는서비스정보를매핑하여지식저장소에저장하고, 이를기반으로사용자의요구가있을때그에알맞은서비스를제공.

13 9 상황정보관리기술 응용이필요로하는상황정보를지능적으로조합하여효율적으로제공. 상황정보툴킷에서서버와해석기 (interpreter) 를이용. 서버는상황정보위젯들로부터필요한다양한상황을가져와서취합하고, 해석기는이들상황을다른형태나의미로변환하여상위레벨의응용에게제공. 임의대로추가되고제거되는물리적인상황센서들과다양한응용군에대해서플랫폼이지속적으로지원하는기능

14 상황정보정의 사용자에게좀더정확한서비스를제공하기위하여필요 상황정보표현 수집된상황정보가한개인에게국한되는것이아니기때문에상황정보에대하여전반적으로표현함으로써다수의사용자에게정보를제공 시맨틱웹 (Semantic Web) 상황정보를정의하고표현하기위해사용되는가장일반적인방법.

15 컴퓨터가정보의의미를이해하고의미를조작할수있는웹 단순히문서의의미적내용을컴퓨터가알지못하는수준을월드와이드웹이라한다면, 정보와지식을처리할수있는웹의환경을시맨틱웹이라할수있음.

16 시맨틱웹환경에서지식을표현하기위한언어 1 자원기술프레임워크 (Resource Description Framework: RDF) - 주어 - 술어 - 목적어형식의문법을사용 2 자원기술프레임워크스키마 (Resource Description Framework Schema: RDFS) - RDF 를기반으로하여대상자원이속하는클래스와속성에대한정의를가능케하는스키마언어 3 DARPA 에이전트마크업언어 (DARPA Agent Markup Language:DAML) - XML 에기반을두고있지만, 객체및객체들간의관계를묘사하기위한 XML 보다훨씬더많은기능을가지며, 의미론을표현하고, 웹사이트들간에보다높은차원의상호운용성을구축하도록설계

17 4 온톨로지추론계층 (Ontology Inference Layer:OIL), - 온톨로지는제한된단어에명세를제공하기위하여사용되는데, 이런온톨로지를위한웹기반표현과추론계층을위하여제안됨. 5 온톨로지웹언어 (Ontology Web Language:OWL) - 문서에포함된정보를응용에서자동처리하고자할때활용하는언어임. - OWL 을이용하면임의의어휘를구성하는용어 (term) 의의미와용어들간의관계를명시적으로표현.

19 실제적용예 상황정보 : 교과는교수가강의한다 라는문장으로표현. 클래스 ( 타원형 ) 교과 (course) 교수 (Academic Staff Member) 학교구성원 (Staff Member) 속성 ( 사각형 ): 강의 (istaughtby) 서브클래스 : subclassof 화살표로표현 상황정보 이산수학 (Discrete Mathematics) 교과는 David Billington 교수가강의한다 최종적으로클래스및속성의인스턴스로표현되고있음 즉, 이산수학 (Discrete Mathematics ) 은 교과 (Course) 클래스의인스턴스, David Billington 교수 는 부교수 클래스의인스턴스, 두클래스사이의속성 istaughtby 는 강의한다 라는인스턴스.

20 유비쿼터스컴퓨팅환경의주요구성요소 상황인식시스템에서는다양한정보를수집하는센서와사용자에게적절한서비스를제공하는애플리케이션사이에중간매개체역할을하는상황인식미들웨어 (Context Awareness Middleware) 가존재 상황인식미들웨어는상황인식애플리케이션과센서들사이에위치하여다양한정보를수집ㆍ가공한후이러한정보들을애플리케이션에제공하고, 사용자가필요로하는서비스를제공 상황인식을위한미들웨어가제공해야하는서비스 여러센서들로부터의상황정보의수집및다른에이전트들에게상황정보의전달. 저수준정보수집부터고수준추론. 에이전트의추론및러닝메커니즘의사용지원. 에이전트에게상황에따라적절한행동들을수행하게하는능력. 서로다른에이전트들간의구문과의미적내부소통지원.

21 상황정보전달을위한미들웨어아키텍처 상황정보전달을위한미들웨어는환경정보를센싱하는센서로부터센싱정보를받아이를저장한후필요한응용에게전달. 즉, 상황정보전달미들웨어를통해하나의 센서가수집한정보를여러응용이공유.

센서 ( 물리 ) 계층 센서와의통신은각센서제작사들의인터페이스방식에의존적이므로이를최소화하기위해센서통신 (Communication) 모듈을둠 센서의존적인인터페이스를사용하여주기적으로센서의정보를획득 물리적으로하나의센서커뮤니케이터는하나의센서에연결 센서의존적인저수준의인터페이스는표준응용인터페이스로래핑

22 센서 ( 물리 ) 계층 센서와의통신은각센서제작사들의인터페이스방식에의존적이므로이를최소화하기위해센서통신 (Communication) 모듈을둠 센서의존적인인터페이스를사용하여주기적으로센서의정보를획득 물리적으로하나의센서커뮤니케이터는하나의센서에연결 센서의존적인저수준의인터페이스는표준응용인터페이스로래핑 (Wrapping) 센서커뮤니케이터가센서인터페이스를사용하여센서로부터정보를가져오고그정보를다시표준인터페이스를사용하여에이전트에게전달 표준인터페이스는두가지메시지형태를지닌다. SQL 과같은질의를위한요구 / 응답 (Request/Response) 메시지 비동기적통보 (Asynchronous Notification) 메시지

23 에이전트계층 1 상황관리객체 (CMO) 와 2 에이전트 (Agent) 로구성 4 개의서브모듈 - 센서통신, 관리통신, 정보분배, 이벤트전달구별자로구성

24 1 상황관리객체 (CMO) 상황툴킷의상황위젯과유사 센서의정보를추상화 (cf. 에이전트는프로세싱로직과중앙저장을담당 ) 속성값은상황에대한추상화된상태이며, 속성값이변할때마다이벤트를발생시킴 실세계의많은객체들을센서정보의내용에따라세가지유형으로모델링 1 참석 (Presence) 상황관리객체 : 어떤대상이어느위치에있는지를표현 2 위치 (Location) 상황관리객체 : GPS 와같이특정객체의위치를나타냄 3 환경 (Environment) 상황관리객체 : 객체를둘러싸고있는환경의모든상태 ( 예 : 방안의온도 ) 를표현

2 에이전트 센서통신 (Sensor Communication) 모듈 정보를얻기위해에이전트내센서통신은센서와직접적으로연결되어있는센서커뮤니케이터로부터표준인터페이스 ( 질의나비동기이벤트 ) 를통해서센서정보를받음 관리통신 (Management Communication) 모듈

25 2 에이전트 센서통신 (Sensor Communication) 모듈 정보를얻기위해에이전트내센서통신은센서와직접적으로연결되어있는센서커뮤니케이터로부터표준인터페이스 ( 질의나비동기이벤트 ) 를통해서센서정보를받음 관리통신 (Management Communication) 모듈 에이전트계층과상위계층인상황서비스계층과의통신을담당 SNMP, WBEM 등표준네트워크관리프로토콜이사용됨 정보분배 (Information Distribution) 모듈 센서로부터받은정보를상황관리객체에분배하는역할을맡고있음 이벤트전달구별자 (Event Discriminator) 모듈 상황관리객체로부터발생가능한모든이벤트중에서실제관리자에게전달되어야할이벤트를구별

26 상황서비스계층 응용계층과에이전트계층에대한인터페이스가존재 에이전트계층에대해관리자역할을수행하며, 에이전트로부터센서정보를가져옴 요구 / 응답형태의폴링방식이나신청 (Subscribe)/ 발행 (Publish) 형태의이벤트공지방식으로정보를획득 낮은수준의정보를얻은후엔이를저장하고필요한응용에게서비스를제공

27 각모듈의역할 공통상황서비스 (Common Context Service) 모듈 상황관리객체와일치되는참석, 위치, 환경서비스로구성» 각응용에서이서비스를이용하기위해서는 신청 (Subscribe) 메시지를보내면, 해당응용에게서비스를전달한다 ( 발행 (Publish))» 요구 / 응답 메시지를사용할수있음

28 관리통신 (Management Communication) 모듈 관리자로서, 에이전트계층의에이전트와통신을담당하는인터페이스역할을함 에이전트로부터폴링 / 이벤트를통해정보를받음 상황통신 (Context Communication) 모듈 상황서비스계층과응용계층사이의인터페이스역할을함 상황정보요구및전달을위해서 HTTP 와유사한상황기반의전송프로토콜 (ConteXt Transfer Protocol: CXTP) 이사용될수있음 상황분배 (Context Distribution) 모듈 에이전트로부터넘겨온정보는관련된공통상황서비스로전달되어야함 에이전트계층의상황관리객체형태는바로서비스형태와일치 참석상황관리객체로부터넘겨온정보는공통상황서비스의참석서비스모듈로전송 서비스발송자 (Service Dispatcher) 모듈 응용이상황서비스를요청할때해당하는공통상황서비스에게그요청을넘겨주는역할을함 정보서비스 (Information Service) 모듈 객체 ID 에대한모든정적인정보서비스를제공하여저수준의정보를고수준의정보로변환시킴

29 상황정보전달을위한미들웨어아키텍처 응용계층 응용로직과상황통신모듈부분으로구성 상황통신모듈 상황기반의프로토콜 (CXTP)) 을이용하여상황서비스계층으로부터상황정보를요청하고받는역할을함 응용의메시지요구형태» subscribe presence Kugsang 메시지는 Kugsang ID 의참석서비스를신청한다는것을의미

30 미들웨어를통한상황정보전달시나리오 센서는환경정보를센싱하여미들웨어에게전달하고상황정보전달을위한미들웨어는이를필요한응용에게전달 센서는먼저센서커뮤니케이터와센서벤더 (Vendor) 의존적인인터페이스를사용하여센싱정보를전달 센서커뮤니케이터는질의또는이벤트라는공통센서인터페이스를통해에이전트에게전달 에이전트는센싱정보를상황관리객체로바꾸어관리통신프로토콜 (SNMP) 을통해상황서비스계층의관리자에게전달 상황서비스계층에서는넘겨온센싱정보를센싱정보서비스등을수행하여고급의상황정보로변환하고이를저장 자신이필요한상황정보를상황기반의전송프로토콜 (CXTP) 을통해상황서비스계층에게알린후, 상황정보가적절한서비스를수행한후응용에게전달

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PowerPoint 프레젠테이션 How to produce ChemML and MathML 조윤상 ( 과편협기획운영위원 ) 1 Applications of XML Applications of XML RDF (Resource Description Framework) : 자원의정보를표현하기위한규격, 구문및구조에대한공통적인규칙을지원. RSS (Rich Site Summary) : 뉴스나블로그사이트에서주로사용하는콘텐츠표현방식.