시맨틱 웹 응용의 성공은 현재 웹 기술을 바탕으로 하여, 지식에 대한 규칙과 추론 기능이 제공되는 웹 온톨로지 구축에 달려있다. 이를 위해 본 연구는 기존에 제안된 온톨로지 구축기법들을 비교 분석하고, 시맨틱웹과 웹 온톨로지의 특징을 조사하여 시맨틱 웹 응용의 기반기술이 되기 위한 웹 온톨로지의 기술적 특징과 지식표현 단계를 정의하고, 현재 웹 기술과 관련되는 웹 온톨로지의 기술적 요소를 연구하였다. 이를 바탕으로 시맨틱 웹 응용을 위한 웹 온톨로지 구축기법을 제안하고, 제안한 구축기법을 적용하여 다양한 지식분야의 웹 온톨로지들을 구축하였으며, 구축된 웹 온톨로지들의 추론 검증 결과를 통해 제안된 구축방법이 기존 온톨로지 구축기법들에 비해 시맨틱 웹 응용의 요구 조건을 충족하는 결과가 획득됨을 확인하였으며, 따라서 제안한 웹 온톨로지 구축기법이 시맨틱 웹 응용에 적합한 구축기법임을 증명하였다.
시맨틱 웹 응용의 성공은 현재 웹 기술을 바탕으로 하여, 지식에 대한 규칙과 추론 기능이 제공되는 웹 온톨로지 구축에 달려있다. 이를 위해 본 연구는 기존에 제안된 온톨로지 구축기법들을 비교 분석하고, 시맨틱웹과 웹 온톨로지의 특징을 조사하여 시맨틱 웹 응용의 기반기술이 되기 위한 웹 온톨로지의 기술적 특징과 지식표현 단계를 정의하고, 현재 웹 기술과 관련되는 웹 온톨로지의 기술적 요소를 연구하였다. 이를 바탕으로 시맨틱 웹 응용을 위한 웹 온톨로지 구축기법을 제안하고, 제안한 구축기법을 적용하여 다양한 지식분야의 웹 온톨로지들을 구축하였으며, 구축된 웹 온톨로지들의 추론 검증 결과를 통해 제안된 구축방법이 기존 온톨로지 구축기법들에 비해 시맨틱 웹 응용의 요구 조건을 충족하는 결과가 획득됨을 확인하였으며, 따라서 제안한 웹 온톨로지 구축기법이 시맨틱 웹 응용에 적합한 구축기법임을 증명하였다.
Success of a semantic web application, currently base on web technology, depend on web ontology construction that provided rule and inference function about knowledge. For, this study compared the ontology construction methods that were already proposed, and analyzed, and investigated characteristic...
Success of a semantic web application, currently base on web technology, depend on web ontology construction that provided rule and inference function about knowledge. For, this study compared the ontology construction methods that were already proposed, and analyzed, and investigated characteristics of semantic web and web ontology, investigated characteristics of semantic web and web ontology, and defined characteristics of web ontology as-based technology of a semantic web application and knowledge representation steps, and studied a technical element that related currently web technology, and proposed a web ontology construction method for a semantic web application with bases to these. Established web ontologies of various knowledge fields as applied the construction method that proposed. Also evaluate performance of web ontology through inference verification of web ontologies established, web ontologies evaluated performance of web ontology as used inference verification. According to this, we confirmed that proposed construction method that can establish the ontology suitable for semantic web application.
Success of a semantic web application, currently base on web technology, depend on web ontology construction that provided rule and inference function about knowledge. For, this study compared the ontology construction methods that were already proposed, and analyzed, and investigated characteristics of semantic web and web ontology, investigated characteristics of semantic web and web ontology, and defined characteristics of web ontology as-based technology of a semantic web application and knowledge representation steps, and studied a technical element that related currently web technology, and proposed a web ontology construction method for a semantic web application with bases to these. Established web ontologies of various knowledge fields as applied the construction method that proposed. Also evaluate performance of web ontology through inference verification of web ontologies established, web ontologies evaluated performance of web ontology as used inference verification. According to this, we confirmed that proposed construction method that can establish the ontology suitable for semantic web application.
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문제 정의
동물분류온톨로지는 린네가 창시한 생물분류학의 모든 시소러스를 표현하는 광범위한 온톨로지가 아니고 동물의 상하 계층을 중심으로 각 계층에 해당하는 동물학명과 이와 연관되는 양(sheep)의 동물학명에 대한 지식을 추론하기 위해 구축된다.
따라서 본 논문은 시맨틱 웹 응용의 기반 기술이 되기 위한 웹 온톨로지의 기술적 특징과 요소들을 연구하고 기존 온톨로지 구축 기법들을 비교 분석하여 시맨틱 웹 응용에 적합한 웹 온톨로지 구축 기법을 제안하고자 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
본 실험을 위해 구축된 온톨로지의 목적은 단순히 온톨로지의 구축을 하는 것이 아니라 제안된 웹 온톨로지 구축기법을 사용할 때 시맨틱 웹 응용에서 요구되는 기술적 요인과 특징에 적합함을 증명하는데 있다. 특히 지식표현에 있어 형식적이고 명시적인 표현을 문서화 하고 이를 통해 구축된 온톨로지의 추론 결과가 지식의 공유와 재사용을 제공할 수 있는데 목적이 있다.
본 연구는 시맨틱 웹 응용의 발전을 위해 시맨틱 웹 응용의 기반 기술로 웹 온톨로지가 갖춰야할 기술적 요소와 지식 표현 방법을 조사 분석하여 시맨틱 웹 응용에 적합한 웹 온톨로지 구축기법을 제안하였다. 제안된 구축기법에 따라 다양한 웹 온톨로지들을 구축하여 웹 온톨로지가 갖춰야하는 지식표현이나 추론의 검증을 통해 제안한 웹 온톨로지 구축기법이 시맨틱 웹 응용의 요구 조건을 만족하였다.
본 절은 온톨로지의 적용단계에서의 온톨로지 검증 실험을 한다. 이 검증은 웹 정보를 사용하기 위해 추론 기능을 검증하는데, 주어진 온톨로지 하에서 새로운 사실들에 대한 일관성을 검사하거나 특정 개체의 사례 관계를 파악하여 속하는 클래스를 찾아줌으로써 의미를 고려한 웹 정보의 활용이 가능함을 파악한다.
첫째, subsumption check는 상위 개념과 하위 개념 간의 관계를 결정하는 기능이다. 어떤 개념 C의 모든 사례가 다른 개념 D의 모든 사례에 포함되는지를 개념 차원에서 검증하는 것이다.
이러한 연구에 덧붙여 수동적 웹 온톨로지 구축을 보완할 수 있는 다양한 연구를 진행하고자 한다. 특히, 현재 HTML로 표현된 웹상의 정보들을 자동으로 웹 온톨로지의 지식 표현 단위로 변환하기 위한 연구와 온톨로지 학습(Ontology Learning)에 대한 깊이 있는 연구를 통해 기계가 자동으로 웹 온톨로지들간의 연관된 지식들의 추론규칙을 생성하고 이를 기반으로 온톨로지를 연결하는 방안 연구가 필요하다고 본다.
본 실험을 위해 구축된 온톨로지의 목적은 단순히 온톨로지의 구축을 하는 것이 아니라 제안된 웹 온톨로지 구축기법을 사용할 때 시맨틱 웹 응용에서 요구되는 기술적 요인과 특징에 적합함을 증명하는데 있다. 특히 지식표현에 있어 형식적이고 명시적인 표현을 문서화 하고 이를 통해 구축된 온톨로지의 추론 결과가 지식의 공유와 재사용을 제공할 수 있는데 목적이 있다.
제안 방법
2장과 3.1절에 의해 조사 분석된 결과를 기준으로 본 연구는 (그림 4)와 같이 시맨틱 웹 응용에 적합한 웹 온톨로지 구축기법의 단계를 제안한다. (그림 4)의 각 단계는 이전 단계로 피드백 되어 구축될 온톨로지의 반복적인 수정이 가능하며, 각 단계는 단계마다 기술되어야할 문서화 과정이 포함된다.
각 개념에 대한 더욱 구체화된 정보를 표현하기 위해서 도메인 개념 속성표, 도메인별 개념 인스턴스 표를 기반으로 의 도메인별 규칙공리표를 작성한다.
이 단계는 온톨로지 도메인 범위에 포함되는 개념들의 명세를 작성한다. 개념들의 용어와 동의어 그리고 개념에 대한 분석과 설계를 한다. 분석 결과에 따라 이전의 단계로 피드백 하여 설계를 조절한다.
둘째, 온톨로지 편집툴의 제공 기능에 따라 온톨로지가 저장될 물리적 공간설계를 하여 저장될 온톨로지의 프로젝트와 작업 공간 등을 실제 구축한다.
먼저, 구축기법을 비교하기 위해 비교 대상이 될 온톨로지 구축기법을 선정한다. 선정 기준으로는 첫째, 온톨로지 구축기법이 비교적 최근에 개발된 것이거나, 둘째, 시맨틱 웹이 제안된 이후 발표된 기법이거나, 셋째, Ontology Development 101과 OTKM 같이 온톨로지 공학자가 많이 적용하는 구축기법들이 대상이다.
본 연구의 실험을 위해 3장에서 제안된 웹 온톨로지 구축 기법에 따라 지식 기반 온톨로지로 동물분류온톨로지, 양온톨로지, 용어온톨로지를 구축하고 응용 인터페이스 온톨로지로 응용프레임온톨로지를 구축한다. 본 실험을 위해 사용한 온톨로지 개발 툴은 2006년 발표한 TopBraidComposer [22]이며, 추론 검증을 위한 프로그램은 TopBraidComposer에 플러그인(plug-in) 되어 있는 Inference-Rule 명령을 사용한다.
설계와 구축시 앞장에서 제시한 형식화된 문서들을 각 단계에 맞춰 작성하고, 이의 내용을 적용하여 서로 다른 지식 영역을 표현한 도메인 온톨로지들의 지식을 추론한다.
셋째, 실제 구축된 온톨로지의 일관성(consistency) 검사를 시행하여 온톨로지의 클래스, 속성, 인스턴스, 규칙 등의 추론 결과를 통해 온톨로지의 유효성과 성능 등을 검증한다.
앞 절에서 조사 분석된 결과를 기반으로 웹 온톨로지 구축 기법을 제시하기 위해 본 절은 먼저 시맨틱 웹 응용의 기반 기술로 웹 온톨로지가 사용되기 위해 필요한 다양한 요소들을 먼저 분석한다.
용어온톨로지의 구조는 Audrey M.Tam[23]의 연구에서 제안된 Agent 개념 구조 분석한 결과를 실험 온톨로지의 지식표현과 목적에 맞춰 재설계한 뒤 본 논문의 구축 기법에 따라 구축한다.
웹 온톨로지의 제약 사항 중 하나인 개념적 모델을 묵시적으로 표현하는데 따른 코드와 표현의 차이점을 극복하기 위해 본 연구에서는 서술 논리와 규칙을 이용하여 웹상에 존재하는 단어나 용어들로부터 온톨로지에 표현되어야할 지식, 추론 그리고 규칙의 정의에 이르는 과정을 (그림 3)과 같이 기술한다.
이같은 기술적 요소들을 결정하기 위해 “Wonder Web deverable 17”[21]에서 제안한 시맨틱 웹 인프라를 위한 온톨로지 형식화 관련 내용을 참고로 시맨틱 웹 응용을 구현하기 위해 선행되어야 할 온톨로지와 관련된 기술적 요소들은 로 제안한다.
현재 온톨로지 구축기법에 대한 평가 기준과 적절한 방침에 대한 연구가 부족한 상황에서 온톨로지 구축기법들이 시맨틱 웹 응용의 기술적 요소와 특징에 어느 정도 적합한지를 분석하기 위해, 본 연구는 2.2절에서 제안한 기술적 요구와 의 항목들을 기준으로 시맨틱 웹 응용의 기반 기술로서 웹 온톨로지가 구축되었는지를 평가하는 항목을 의 “웹 온톨로지 특징”으로 정하고, 이를 기준으로 비교 대상이 되는 온톨로지 구축기법들과 본 논문이 제안한 웹 온톨로지 구축 기법과의 비교 결과를 기술 한다.
대상 데이터
먼저, 구축기법을 비교하기 위해 비교 대상이 될 온톨로지 구축기법을 선정한다. 선정 기준으로는 첫째, 온톨로지 구축기법이 비교적 최근에 개발된 것이거나, 둘째, 시맨틱 웹이 제안된 이후 발표된 기법이거나, 셋째, Ontology Development 101과 OTKM 같이 온톨로지 공학자가 많이 적용하는 구축기법들이 대상이다. <표 14>의 분석 결과가 보여주듯이 대부분의 온톨로지 구축기법은 시맨틱 웹 응용에서 요구하는 사항을 만족하지 못하거나 측정에 대한 기준 조차 없는 상황이다.
이론/모형
이 단계는 개념 계층, 관계, 규칙에 대한 구체적인 정의를 위해 클래스의 속성, 제한규칙, 관계의 형태를 분석하고 도메인의 논리구조를 분석하여 규칙과 공리를 추출한 뒤 수식화 한다. 개념과 추론에 대한 기본 표현은 서술논리의 용어적 공리와 선언적 공리 구조를 이용하고 규칙 추론의 표현은 SWRL의 표기법을 이용한다.
본 연구의 실험을 위해 3장에서 제안된 웹 온톨로지 구축 기법에 따라 지식 기반 온톨로지로 동물분류온톨로지, 양온톨로지, 용어온톨로지를 구축하고 응용 인터페이스 온톨로지로 응용프레임온톨로지를 구축한다. 본 실험을 위해 사용한 온톨로지 개발 툴은 2006년 발표한 TopBraidComposer [22]이며, 추론 검증을 위한 프로그램은 TopBraidComposer에 플러그인(plug-in) 되어 있는 Inference-Rule 명령을 사용한다.
이 검증은 웹 정보를 사용하기 위해 추론 기능을 검증하는데, 주어진 온톨로지 하에서 새로운 사실들에 대한 일관성을 검사하거나 특정 개체의 사례 관계를 파악하여 속하는 클래스를 찾아줌으로써 의미를 고려한 웹 정보의 활용이 가능함을 파악한다. 본 연구는 SPARQL[24]의 추론 구문을 통해 각 온톨로지들의 성능을 검증한다.
성능/효과
(2) KATUS, DOLCE, Ontology Development Guide 101방법은 온톨로지의 지식 표현 방법에 대한 제시가 모호하며, 온톨로지 구축에 대한 형식적인 단계가 명확하지 않으며, 특히 온톨로지 구축 이후의 온톨로지 유지 보수에 대한 단계를 제시하지 않았다.
(3) 웹 온톨로지의 제약 사항 중 하나인 개념적 모델을 묵시적으로 표현함에 따른 코드와 표현의 차이점을 극복하여야 한다.
(4) Casual 구축기법은 웹 온톨로지 약어를 사용해 온톨로지를 간단히 구축하는 방법을 제시하였으나 지능형 서비스, 온톨로지 확장, 이입 그리고 형식화된 지식 표현 등에 대한 내용이 제시되지 않았다.
(4) Ontology Development 101 온톨로지 구축방법은 온톨로지 구축의 필요성과 경험 사례를 바탕으로 기초적인 온톨로지 구성에 대한 과정을 제공하였으며, 체계적이고 구조적인 온톨로지 구축 방법은 제공하지 않았다.
(6) OTKM 방법은 소프트웨어 공학적인 접근의 프로토 타입 방법을 중심으로 대규모의 온톨로지 프로젝트를 개발하는데 적합하지만 온톨로지의 개발 시간이 많이 소모될 수 있다.
(8) 웹 온톨로지는 웹 서버를 통해 운용되고 응용시스템과 연결되며 개방형의 구조를 갖는 것이 좋다.
각 구축기법들을 전체적으로 비교 분석한 결과 TOVE, KATUS, OTKM, DOLCE의 온톨로지 구축 시점(starting point)은 응용 또는 특정한 업무를 통해 시작되며, 방법론 모델은 TOVE와 같은 단계 기반 모델과 METHONTOLOGY[20]와 같은 진화형 프로토타입 모델이 있으며, 온톨로지 구축 시점은 프로젝트 개발 상황이나, 접근 방법에 따라 온톨로지가 전혀 구축되지 않은 시점에서 새롭게 온톨로지 구축을 시작하는 경우, 기존에 온톨로지를 기반으로 온톨로지를 구축해야 하는 경우, 정보 자원의 집합으로 온톨로지를 구축해야 하는 경우, 혼합된 형태로 구축해야 하는 경우로 구분된다.
그러나 본 논문에서 제안한 구축방법은 에서 제시한 대부분의 요구 조건을 만족하고 있다.
(그림 14)은 인스턴스 Ovis_aries와 다른 객체종인 owl : differentFrom의 속성으로 선언된 인스턴스들이 추론됨을 보여준다. 따라서 제안 기법에 따라 구축된 웹 온톨로지들이 instance check 검증에 있어서도 유효함이 증명된다.
본 연구에서 제안한 기법의 또 다른 특징은 규칙언어나 선언적 지식의 표현이 온톨로지 내부 설계 단계에서 명확하게 기술되면 (그림 12)와 같이 기존 온톨로지를 기반으로한 새로운 온톨로지가 재생성될 수 있는 점이다.
셋째, 용어적 형식과 선언적 형식에 의해 표현된 개념들의 집합인 지식베이스에 모순이 발생하는 지를 검사하는 일관성 검사로 (그림 15)는 본 연구에서 적용한 온톨로지 개발 도구인 TopBraidComposer의 플러그인인 Racer가 제공하는 Consistency Inference 명령어를 통해 구축된 온톨로지들의 일관성 검사 결과로 지식베이스의 모순 없이 규칙이 적용된 모든 지식들이 출력됨을 보여준다.
본 절은 온톨로지의 적용단계에서의 온톨로지 검증 실험을 한다. 이 검증은 웹 정보를 사용하기 위해 추론 기능을 검증하는데, 주어진 온톨로지 하에서 새로운 사실들에 대한 일관성을 검사하거나 특정 개체의 사례 관계를 파악하여 속하는 클래스를 찾아줌으로써 의미를 고려한 웹 정보의 활용이 가능함을 파악한다. 본 연구는 SPARQL[24]의 추론 구문을 통해 각 온톨로지들의 성능을 검증한다.
본 연구는 시맨틱 웹 응용의 발전을 위해 시맨틱 웹 응용의 기반 기술로 웹 온톨로지가 갖춰야할 기술적 요소와 지식 표현 방법을 조사 분석하여 시맨틱 웹 응용에 적합한 웹 온톨로지 구축기법을 제안하였다. 제안된 구축기법에 따라 다양한 웹 온톨로지들을 구축하여 웹 온톨로지가 갖춰야하는 지식표현이나 추론의 검증을 통해 제안한 웹 온톨로지 구축기법이 시맨틱 웹 응용의 요구 조건을 만족하였다. 특히 웹 온톨로지들 간의 지식 공유나 재활용 그리고 기 구축된 온톨로지들을 추론 규칙을 이용하여 새로운 도메인 온톨로지 생성이 가능함도 제시하여 기존의 온톨로지 구축기법과의 비교 분석을 통해 시맨틱 웹 응용에 적합한 구축기법임을 증명하였다.
제안된 구축기법에 따라 다양한 웹 온톨로지들을 구축하여 웹 온톨로지가 갖춰야하는 지식표현이나 추론의 검증을 통해 제안한 웹 온톨로지 구축기법이 시맨틱 웹 응용의 요구 조건을 만족하였다. 특히 웹 온톨로지들 간의 지식 공유나 재활용 그리고 기 구축된 온톨로지들을 추론 규칙을 이용하여 새로운 도메인 온톨로지 생성이 가능함도 제시하여 기존의 온톨로지 구축기법과의 비교 분석을 통해 시맨틱 웹 응용에 적합한 구축기법임을 증명하였다.
후속연구
이러한 연구에 덧붙여 수동적 웹 온톨로지 구축을 보완할 수 있는 다양한 연구를 진행하고자 한다. 특히, 현재 HTML로 표현된 웹상의 정보들을 자동으로 웹 온톨로지의 지식 표현 단위로 변환하기 위한 연구와 온톨로지 학습(Ontology Learning)에 대한 깊이 있는 연구를 통해 기계가 자동으로 웹 온톨로지들간의 연관된 지식들의 추론규칙을 생성하고 이를 기반으로 온톨로지를 연결하는 방안 연구가 필요하다고 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시맨틱 웹 구조를 완성하기 위해 필요한 웹 온톨로지의 기술적 요구로는 어떤 것들이 있는가?
(1) 웹 온톨로지는 온톨로지 공학자나 기계가 이해할 수 있도록 지식이 명시적이고 형식적으로 표현되어야 한다.
(2) 구문론적 상호작용으로 파싱된 데이터의 재사용을 증가시키거나 의미론적인 상호 작용 등을 현재 웹 환경보다 향상시켜야 한다.
(3) 웹 온톨로지의 제약 사항 중 하나인 개념적 모델을 묵시적으로 표현함에 따른 코드와 표현의 차이점을 극복하여야 한다.
(4) 현재 웹을 바탕으로 정보의 표현과 추론이 추가되어야 한다.
(5) 응용들 간에 웹 기반의 지식 처리와 공유, 재사용이 가능해야 한다.
(6) 표현된 지식들을 웹 온톨로지로 구축하기 위한 언어는 OWL(Web Ontology Language)[10], RDF (Resource Description FrameWork), DAML+ OIL (DARPA Agent Markup Languae+Ontology Inference Layer) 등과 같은 웹 온톨로지 언어를 이용한다.
(7) 웹 온톨로지가 존재론에서 거론하는 모든 형상에 대한 표현을 하는 것은 매우 어렵기 때문에 웹 이라는 특정 분야를 표현하고 구축한다.
(8) 웹 온톨로지는 웹 서버를 통해 운용되고 응용시스템과 연결되며 개방형의 구조를 갖는 것이 좋다.
(9) 웹 온톨로지는 온톨로지에 포함된 개념의 의미를 유추할 수 있도록 Jena[11]와 같이 추론 엔진의 기능을 제공하여야 한다.
웹 온톨로지는 무엇인가?
웹 온톨로지에 대해 먼저 정의하면, 웹 온톨로지는 넓은 의미에서 메타데이터 온톨로지의 한 종류로서 웹상의 지식을 표현하고, 공유하며, 재사용할 수 있도록 하는 온톨로지이다[7, 8]. 웹 온톨로지는 지식 표현의 대상이 대부분 웹상에 존재하는 자원이나 개념이다.
시맨틱 웹 응용의 최종 단계는 무엇인가?
시맨틱 웹 응용의 최종 단계는 현재 웹 기술을 바탕으로 하여, 웹 온톨로지의 구축을 기반으로 추론 엔진을 이용하여 지식에 대한 규칙과 추론 기능이 제공되는 시맨틱 웹의 최소 요건[1]을 만족하는 응용시스템이다. 그러나 시맨틱 웹 응용의 기반 기술인 추론 기반의 웹 온톨로지 표현과 구축은 다른 시맨틱 웹 기술 수준들에 비해 발전 수준이 부족한 상황이고 이는 시맨틱 웹 응용의 발전과 보급에 장애가 되고 있다.
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