상황 인식 서비스는 상황 획득 및 추론 과정 등의 기능을 지원함으로써, 상황 인식 서비스의 구현을 쉽게 하는 연구들이 진행되어 왔다. 그러나. 이들 연구에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 필수적으로 지원되어야 하는 사용자 및 서비스의 이동성을 효과적으로 지원하지 못하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 서비스의 이동성을 효과적으로 지원하기 위해서 서비스간의 상호 작용을 위한 서비스 검색 및 조합, 서비스 이동성을 지원하는 동적 상황 인식 서비스 모델을 제안하고 이 모델을 기반으로 상황 인식 미들웨어를 설계 구현한다. 또한 설계하는 미들웨어는 OSGi 프레임워크 위에서 구현함으로써 UPnP. Jini 등의 표준 인터페이스 기술을 이용해서 다양한 가전과 센서 등의 외부 기기들과 연동이 가능하다.
상황 인식 서비스는 상황 획득 및 추론 과정 등의 기능을 지원함으로써, 상황 인식 서비스의 구현을 쉽게 하는 연구들이 진행되어 왔다. 그러나. 이들 연구에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 필수적으로 지원되어야 하는 사용자 및 서비스의 이동성을 효과적으로 지원하지 못하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 서비스의 이동성을 효과적으로 지원하기 위해서 서비스간의 상호 작용을 위한 서비스 검색 및 조합, 서비스 이동성을 지원하는 동적 상황 인식 서비스 모델을 제안하고 이 모델을 기반으로 상황 인식 미들웨어를 설계 구현한다. 또한 설계하는 미들웨어는 OSGi 프레임워크 위에서 구현함으로써 UPnP. Jini 등의 표준 인터페이스 기술을 이용해서 다양한 가전과 센서 등의 외부 기기들과 연동이 가능하다.
As context aware service supports a process of context acquisition and reasoning, there are many studies to facilitate the implementation of context aware service. However, these studies have not supported efficiently a user or service mobility that should be supported necessarily in ubiquitous comp...
As context aware service supports a process of context acquisition and reasoning, there are many studies to facilitate the implementation of context aware service. However, these studies have not supported efficiently a user or service mobility that should be supported necessarily in ubiquitous computing environment. Therefore, this study proposes a dynamic context aware service model which supports a dynamic management of context information, service retrieval and composition for interactions between services, and service mobility. Then we design a middleware based on this model and implement the middleware. As the middleware is implemented on the OSGi framework. it can have an interoperability between the devices such as computers, PDA, home appliances, and sensors, because of using the standard interface technologies like UPnP. Jini and so on.
As context aware service supports a process of context acquisition and reasoning, there are many studies to facilitate the implementation of context aware service. However, these studies have not supported efficiently a user or service mobility that should be supported necessarily in ubiquitous computing environment. Therefore, this study proposes a dynamic context aware service model which supports a dynamic management of context information, service retrieval and composition for interactions between services, and service mobility. Then we design a middleware based on this model and implement the middleware. As the middleware is implemented on the OSGi framework. it can have an interoperability between the devices such as computers, PDA, home appliances, and sensors, because of using the standard interface technologies like UPnP. Jini and so on.
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문제 정의
현재 상황 인식 서비스에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으나 사용자 및 서비스의 이동성 지원 및 정확한 서비스의 발견에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 서비스의 이동성을 효과적으로 지원하기 위해서 서비 스간의 상호작용을 위한 서비스 검색 및 조합, 서비스 이 동성을 지원하는 동적 상황 인식 서비스 모델을 제안하고 이 모델을 기반으로 상황 인식 미들웨어를 설계 구현한다.
본 절에서는 동적 서비스 관리 모델을 기반으로 동적 유비쿼터스 공간을 구성하기 위한 상황 인식 미들웨어를 설계 및 구현한다. 설계한 미들웨어는 다양한 프로토콜을 이용해서 외부 센서 및 가전등과 연결을 지원하는 외부 장치 인터페이스와 기능과 센서로부터 획득된 데이터를 통해서 상황 을 유추하고 관리할 수 있는 상황관리 기능.
이 장에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 상황 인식 미들웨어 설계에 필요한 동적 서비스 관리 모델을 제안한다. 제안하는 동적 상황 인식 서비스 모델은 사용자와 디바이스 등의 이동에 따른 상황 인식 응용의 동적 이동을 효과적으로 지원하는 데 목적이 있다. 또한 온톨로지를 기반으로 상황 을 모델링함으로써 효과적인 추론, 사람과 기계, 기계 사이의 원활한 커뮤니케이션, 확장성 및 상황정보 공유의 용이성, 다양한 응용서비스 관리의 편리함을 얻을 수 있다.
제안 방법
5 사용하고, HP의시멘틱 웹 툴 킷인 Jena2를 이용하였다. 게이트웨이 서버와 스마트홈과의 인터페이스를 제공하는 Digital I/O Controlle는 Redhat Linux 9.0, GCC Computer 와 SNDS50100 ARM7TDMI Core (50Mhz), 2MBytes F* lash사용하였으며 휴대폰으로 스마트홈을 제어하는 소프트웨어는 JAVA SDK 1.4.2_12, WIPI XCE SDK 2.0.2를 사용하여 구현하였다.
공통된 상위 상황 정보는 상황 인식 응용에서 필요로 하는 기본요소를 최상위 클래스인 Context 클래스에서 상속받아 실행객체(RunEntity), 위치(Location), 사람(Person), 서비스(Service), 행위(Activity) 클래스로 정의하고도메인별 상황 정보는 상위 클래스의 정보를 상속받아서 설계한다.
상황 관리자(context manager)는 기본 상황을 생성, 저장, 관리하고 복합상황 추론을 위해 추론 관리자와 상호작용을 하며 상황 인식 서비스와 공급/등록방식으로 이벤트 전달을 담당한다. 그리고 상황 저작자와 상황 인식 서비스로부터 전달받은 명령을 해석한다.
상황 인식 시스템에서 사용되는 상황정보는 다양한 형태로 입력되는 상황 데이터의 전처리를 위해서 필터링과 이 산화 단계를 거친다. 기존 시스템의 센서 데이터는 대부분이 켜짐/꺼짐과 같은 1비트로 표현되는 경우가 많아 데이터 필터링 단계에서는 전처리가 필요하지 않지만 본 모델에서는 실세계와 유사한 상황을 유지하기 위해 이 산적인 상황 데이터를 2비트 이상의 정보로 표현하며, 연속적인 데이터 값인 사람의 위치, 시간, 장소, 온도 등과 같은 경우 전처리 과정을 통해 관측된 데이터를 미리 정의된 퍼지 소속도 함수를 사용하여 각 상태에 대한 퍼지 소속도 값을 계산하여 0과 1사이의 실수값으로 정의하며, 계산양이 적으면서 비교적 성능이 좋은 사다리꼴 모양의 퍼지 소속도 함수를 사용한다.
두 번째로 서비스의 이동성을 실험하기 위해서 MP3 파일 목록과 파일을 포함하고 사용자에게 미들웨어 상의 MP3 파일의 Play를 제공하는 오디오 서비스를 구현하였다. 이를 위해서, PDA 단말기에 미들웨어의 서비스 이동관리자와 OSGi 프레임워크를 설치하였다.
설계한 미들웨어는 상황 인식 서비스가 동적으로 필요로 하는 서비스를 조합 및 이동할 수 있도록 함으로써 상황 인식 서비스별로 개별화된 상황 정의를 지원하고 기존 연구에서 미흡했던 동적 서비스 지원을 보완했다. 또한, 설계된 미들웨어는 센서와 가전 등의 물리적 기기와 연결하기 위해서 OSGi 프레임워크 환경에서 구현하였다.
Gaia(12)는 응용이 다양한 상황정보를 얻고 추론할 수 있게 해주며, 상황 처리를 위해 논리 추론과 기계 학습 방법이 폭넓게 활용되며 . 서로 다른 유비쿼터스 컴퓨팅 환경뿐만 아니라 이종에이전트간의 시맨틱한 상호 운용성을 보장하기 위해서 DAML(Darpa Agent Markup Language)+OIL로 기술된 온톨로지를 사용한다. SOCAM(Service Oriented Context-aware Middleware) [ 13, 14] 유비쿼터스 환경에서 제공되어지는 다양한 상황의 상호 의존적 개념에 대한 정의 및 모바일 환경에서의 상황인식 서비스 제공을 위해 구 현되었으며 OWLC15)기반의 온톨로지를 사용하여 의미기반 상황 표현과 다양한 형태의 상황에 대한 추론, 지식 공유, 상황의 분류와 상호 의존성과 관련된 문제를 다루고 있다.
본 절에서는 동적 서비스 관리 모델을 기반으로 동적 유비쿼터스 공간을 구성하기 위한 상황 인식 미들웨어를 설계 및 구현한다. 설계한 미들웨어는 다양한 프로토콜을 이용해서 외부 센서 및 가전등과 연결을 지원하는 외부 장치 인터페이스와 기능과 센서로부터 획득된 데이터를 통해서 상황 을 유추하고 관리할 수 있는 상황관리 기능.미들웨어를 사용하는 상황 인식 응용들이 서비스를 효과적으로 검색하고 필요한 서비스들을 조합할 수 있는 서비스 관리 기능, 그리고, 사용자의 이동에 따라서 미들웨어 간에 서비스들이 동적으로 재구성될 수 있는 서비스 이동 기능으로 구성한다.
조합, 삭제 기능을 제공하며 다중 사용자의 서비스 요구를 처리한다. 시스템 관리자는 온톨로지 기반 검색을 확장해서 상황정보를 고려한 온톨로지 기반 서비스 검색 기능을 제공하며, 기본 서비스들의 조합을 통해서 동적으로 서비스 조합 계획을 생성하고 관리할 수 있도록 설계한다. 그림 6은 전체 서비스 관리자 구성도이다.
첫 번째 실험 시나리오는 서비스의 검색 및 조합이 제대로 동작하는지 확인하기 위해 RFID 리더로 확인된 사용자에 대한 선호도와 상황정보를 기반으로 자동적인 서비스 요청이 이루어지고 알맞은 서비스를 발견하고 서비스 하는 지를 평가한다. 실제 가정환경에서 제공될 수 있는 서비스는 그 종류가 많기 때문에 '본 논문에서는 상황 인식 제어 서비스를 아래와 같이 커튼, 거실 전등, 침실전등, 선풍기 및 환풍기 제어로 한정하여 가정환경을 구성하였다.
서비스 발견은 서비스 요청자의 질의에 따라서 적절한 서비스를 리턴해 주는 역할로써, 이를 위해서는 서비스 제 공자는 서비스 레지스트리에 그림 3의 온톨로지를 이용해서 서비스를 등록한다. 이 논문에서 설계하는 서비스 관리자는 서비스 요청자의 질의를 분석해서 서비스 타입과 서비스 그 라운딩 요소의 매치를 통해서 등록되어 있는 서비스 중 가장 적합한 서비스를 발견 한 후 리턴한다. 만약, 적합한 서비스가 발견되지 않으면 서비스 조합을 실행한다.
이 논문에서 설계한 모델의 타당성을 입증하기 위해서 스마트홈의 상황을 감시 및 제어할 수 있도록 상황 인식 서비스를 구현하고 실험을 통해서 미들웨어의 기능과 성능을 평가하였다. 이 논문에서의 OSGi 기반 상황 인식 미들웨어는 홈네트워크, 텔레매틱스.
이 실험에서 사용한 PDA는 HP iPAQ Pocket PC h2210 모델 (400MHz Intel XScale 프로세서, 64MB Ram) 이며 무선랜카드를 장착하였다. 이 논문에서 설계한 미들웨어와 Knopflerfish는 IBM J9 컴파일러, Knopflerfish와 미들웨어를 PDA에 포팅하였다. 사용자는 PDA를 통해서 MP3를 듣고 있다가 집안으로 들어오면, PDA 상의 미들웨어가 집안의 미들웨어로 이동하고, 집안에서 MP3 실행이 가능한 PC상의 서비스를 찾아서 플레이할 수 있다.
이 논문에서 제안하는 상황정보 기반 서비스 검색 및 조합을 위해서 필요한 온톨로지를 정의한다. 서비스는 서비스 그라운딩과 서비스 QoS, 서비스 타입 세 개의 요소를 갖는다.
이 논문에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 상황 인식 응용을 위한 동적 서비스 관리 모델을 제시하였고, 제시한 모델을 이용해서 상황 인식 서비스 미들웨어를 설계 및 구현하였다. 설계한 미들웨어는 상황 인식 서비스가 동적으로 필요로 하는 서비스를 조합 및 이동할 수 있도록 함으로써 상황 인식 서비스별로 개별화된 상황 정의를 지원하고 기존 연구에서 미흡했던 동적 서비스 지원을 보완했다.
이 논문에서는 전체 미들웨어 중 서비스 관리자와 서비스 이동관리자를 중심으로 설계한다.
서비스 매칭은 서비스 요청과 등록된 서비스 기술의 온톨로지 매핑에 의해서 이루어진다. 이 연구에서 제안하는 매칭 알고리즘은 서비스 요청자가 원하는 서비스 타입, 서비스 입력과 출력, 상황정보를 서비스 제공자의 기술과 순서대로 매칭함으로써 정확한 서비스 제공자를 찾아낸다.
이를 위해서 적절한 QoS 측정 방법이 필요하다. 이 연구에서는 서비스의 신뢰성, 실행시간과 실행비용의 측면으로 평가하며 평가방법은 다음과 같다. 식 1은 전체 서비스 조합의 QoS값으로 이 값을 비교해서 최적의 서비스 조합을 찾는다.
이 장에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 상황 인식 미들웨어 설계에 필요한 동적 서비스 관리 모델을 제안한다. 제안하는 동적 상황 인식 서비스 모델은 사용자와 디바이스 등의 이동에 따른 상황 인식 응용의 동적 이동을 효과적으로 지원하는 데 목적이 있다.
이 장에서는 이 논문에서 설계한 동적 서비스 관리 모델에 기반한 상황 인식 미들웨어의 기능과 성능을 실험 및 평가하기 위해서 스마트홈 네트워크 서비스를 구현하고 구현된 모델의 유효성을 확인하기 위해 서비스의 검색 및 조합, 서비스의 이동성 지원에 대한 실험을 진행하였다. 홈네트워크 서비스 환경에 사용된 게이드웨이 서버는 Intel P4 2.
두 번째로 서비스의 이동성을 실험하기 위해서 MP3 파일 목록과 파일을 포함하고 사용자에게 미들웨어 상의 MP3 파일의 Play를 제공하는 오디오 서비스를 구현하였다. 이를 위해서, PDA 단말기에 미들웨어의 서비스 이동관리자와 OSGi 프레임워크를 설치하였다. 이 실험에서 사용한 PDA는 HP iPAQ Pocket PC h2210 모델 (400MHz Intel XScale 프로세서, 64MB Ram) 이며 무선랜카드를 장착하였다.
따라서, 본 논문에서는 앞에서 기술한 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 요구사항들을 효과적으로 지원할 수.있는 동적 상황 인식 서비스 관리 모델을 제안하고, 이를 지원하기 위해서 상황관리자와, 서비스들 간의 상호작용을 지원하기 위한 서비스 관리자, 그리고 사용자와 디바이스의 이동성을 효과적으로 지원하기 위한 서비스 이동관리자로 구성된 상황인식 서비스를 위한 미들웨어를 설계 및 구현한다.
첫 번째 실험 시나리오는 서비스의 검색 및 조합이 제대로 동작하는지 확인하기 위해 RFID 리더로 확인된 사용자에 대한 선호도와 상황정보를 기반으로 자동적인 서비스 요청이 이루어지고 알맞은 서비스를 발견하고 서비스 하는 지를 평가한다. 실제 가정환경에서 제공될 수 있는 서비스는 그 종류가 많기 때문에 '본 논문에서는 상황 인식 제어 서비스를 아래와 같이 커튼, 거실 전등, 침실전등, 선풍기 및 환풍기 제어로 한정하여 가정환경을 구성하였다.
추론 관리자(inferencing manager)는 추론엔진이 단순한 상황 브로커 나 온톨로지에 기반한 상황 쿼리 엔진 (context query engine) 형태인 것에 비해 온 톨로지 추론을 위해서 Jena API를 이용하여 OWL 상황 온톨로지 파일을 파싱하고 Fact인 nTriple형태로 변환한 후 뒤룰 기반의 추론을 한다.
대상 데이터
이를 위해서, PDA 단말기에 미들웨어의 서비스 이동관리자와 OSGi 프레임워크를 설치하였다. 이 실험에서 사용한 PDA는 HP iPAQ Pocket PC h2210 모델 (400MHz Intel XScale 프로세서, 64MB Ram) 이며 무선랜카드를 장착하였다. 이 논문에서 설계한 미들웨어와 Knopflerfish는 IBM J9 컴파일러, Knopflerfish와 미들웨어를 PDA에 포팅하였다.
성능/효과
따라서, 본 논문에서는 앞에서 기술한 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 요구사항들을 효과적으로 지원할 수.있는 동적 상황 인식 서비스 관리 모델을 제안하고, 이를 지원하기 위해서 상황관리자와, 서비스들 간의 상호작용을 지원하기 위한 서비스 관리자, 그리고 사용자와 디바이스의 이동성을 효과적으로 지원하기 위한 서비스 이동관리자로 구성된 상황인식 서비스를 위한 미들웨어를 설계 및 구현한다.
또한, 전체 미들웨어를 OSGi 프레임워크 국제표준 기술 위에서 설계 및 구현함으로써 다양한 외부 기기들과 손 쉽게 연동을 지원하고, 이를 통해서 미들웨어 상의 여러 상황 인식 응용들이 사용자에게 다양한 기기들을 이용한 서비스를 효과적으로 제공할 수 있게 한다.
이 논문에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 상황 인식 응용을 위한 동적 서비스 관리 모델을 제시하였고, 제시한 모델을 이용해서 상황 인식 서비스 미들웨어를 설계 및 구현하였다. 설계한 미들웨어는 상황 인식 서비스가 동적으로 필요로 하는 서비스를 조합 및 이동할 수 있도록 함으로써 상황 인식 서비스별로 개별화된 상황 정의를 지원하고 기존 연구에서 미흡했던 동적 서비스 지원을 보완했다. 또한, 설계된 미들웨어는 센서와 가전 등의 물리적 기기와 연결하기 위해서 OSGi 프레임워크 환경에서 구현하였다.
이 응용 구현을 통해서 PDA상의 미들웨어에서 MP3 파일을 플레이하던 서비스가 서비스 상태를 가지고 PC상의 미들웨어로 이동해서 음악 서비스를 연속되게 서비스 해주 었다. 이를 통해서 이 논문에서 제안한 서비스 이동관리자 가 서비스의 현재 상태 정보를 함께 이동시킴으로써 서비스의 이동성을 이상 없이 지원함을 알 수 있었다.
제안하는 동적 서비스 관리 모델은 미들웨어 내에 있는 서비스들을 기존 구문검색 방식이 나 온 톨로지 기반 검색의 정적인 서비스 기술 내용뿐만 아니라 현재 서비스의 상황정보를 검색에 이용함으로써 검색 결과를 동적으로 얻을 수 있게 함으로써 보다 정확한 서비스 검색을 가능하게 하며. 이들 서비스를 동적으로 조합해서 새로운 가상 서비스를 생성하고 이를 제공함으로써 보다 유연한 서비스간 상호작용 을 지원하도록 한다.
후속연구
이 논문에서의 OSGi 기반 상황 인식 미들웨어는 홈네트워크, 텔레매틱스.스마트 오피스 등의 다양한 유비쿼터스 환경에서 서비스 게이트웨이에 탑재되어서 상황 인식 서비스 운용 환경에 적용될 수 있을 것으로 보인다.
향후 연구방향은 리소스와 대역폭의 제한으로 정확한 상황정보를 획득하기 어려운 모바일 환경에서의 상황 인식 서비스를 지원하기 위한 프레임워크에 대한 연구이다.
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