스마트 디바이스의 보급과 더불어 스마트 TV, 웹 기반 IPTV등의 확산으로 사용자 측의 방송 콘텐츠 재생 단말의 급속한 변화가 일어나고 있다. 이러한 환경 변화를 통해 방송 콘텐츠들은 다양한 웹 서비스들이 결합된 응용 서비스들이 가능해졌으며 방송 환경에서의 웹 콘텐츠의 수용을 더욱 촉진하고 있다. 이러한 변화와 함께, 교육 콘텐츠의 경우 교수자의 강의를 일방적으로 전달하던 방송 형태에서 점차 웹을 응용한 온라인 교육 환경으로 발전함에 따라 점점 교수자와 학습자간의 상호작용에 대한 요구가 증가하고 있다. 본 논문에서는 웹 기술과 방송이 결합된 환경에서 양방향 교육 환경을 지원하기 위해, WebRTC (Web Real-Time Communication) 기반 원격 협업 학습 플랫폼을 제안한다. 변화된 환경에서의 원격 협업 교육 서비스 시나리오 도출을 통해 요구사항을 정의하고, 이를 지원하기 위한 웹 기반 원격 협업 콘텐츠 객체 공유 기술과 협업 스트리밍 기술을 제시한다. 특히 WebRTC를 기반으로 한 효율적인 사용자 세션 제어, 연동 및 관리를 위한 협업 교육 플랫폼 구조 제안 및 구현을 통해 실제 교육 환경에서의 적용 및 검증하고, 본 기술의 가능성을 확인하였다.
스마트 디바이스의 보급과 더불어 스마트 TV, 웹 기반 IPTV등의 확산으로 사용자 측의 방송 콘텐츠 재생 단말의 급속한 변화가 일어나고 있다. 이러한 환경 변화를 통해 방송 콘텐츠들은 다양한 웹 서비스들이 결합된 응용 서비스들이 가능해졌으며 방송 환경에서의 웹 콘텐츠의 수용을 더욱 촉진하고 있다. 이러한 변화와 함께, 교육 콘텐츠의 경우 교수자의 강의를 일방적으로 전달하던 방송 형태에서 점차 웹을 응용한 온라인 교육 환경으로 발전함에 따라 점점 교수자와 학습자간의 상호작용에 대한 요구가 증가하고 있다. 본 논문에서는 웹 기술과 방송이 결합된 환경에서 양방향 교육 환경을 지원하기 위해, WebRTC (Web Real-Time Communication) 기반 원격 협업 학습 플랫폼을 제안한다. 변화된 환경에서의 원격 협업 교육 서비스 시나리오 도출을 통해 요구사항을 정의하고, 이를 지원하기 위한 웹 기반 원격 협업 콘텐츠 객체 공유 기술과 협업 스트리밍 기술을 제시한다. 특히 WebRTC를 기반으로 한 효율적인 사용자 세션 제어, 연동 및 관리를 위한 협업 교육 플랫폼 구조 제안 및 구현을 통해 실제 교육 환경에서의 적용 및 검증하고, 본 기술의 가능성을 확인하였다.
Recently, as the number of smart devices (such as smart TV or Web based IPTV) increases, the way of digital broadcast contents is changed. This change leads that conventional broadcast media accepts Web platform and its services to provide more quality contents. Based on this change, in education fi...
Recently, as the number of smart devices (such as smart TV or Web based IPTV) increases, the way of digital broadcast contents is changed. This change leads that conventional broadcast media accepts Web platform and its services to provide more quality contents. Based on this change, in education field, education broadcasting also follows the trend. The traditional education broadcasting platforms, which just delivered the lecture in one-way, are utilized the Web technology to make interaction between teacher and student. Current education platforms, however, are insufficient to satisfy users' demands for two-way interactions. This paper proposes a new remote collaborative learning platform which able to provide high interactivity among users. Based on new functional requirements from original use case, the platform provides collaborative contents sharing and collaborative video streaming techniques by utilizing WebRTC (Web Real-Time Communication) technology. The implementation demonstrates the operability of proposed system.
Recently, as the number of smart devices (such as smart TV or Web based IPTV) increases, the way of digital broadcast contents is changed. This change leads that conventional broadcast media accepts Web platform and its services to provide more quality contents. Based on this change, in education field, education broadcasting also follows the trend. The traditional education broadcasting platforms, which just delivered the lecture in one-way, are utilized the Web technology to make interaction between teacher and student. Current education platforms, however, are insufficient to satisfy users' demands for two-way interactions. This paper proposes a new remote collaborative learning platform which able to provide high interactivity among users. Based on new functional requirements from original use case, the platform provides collaborative contents sharing and collaborative video streaming techniques by utilizing WebRTC (Web Real-Time Communication) technology. The implementation demonstrates the operability of proposed system.
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문제 정의
이를 위해 먼저 원격 협업 학습 시나리오를 통해 협업 학습에 필요한 실시간 객체 공유 기술과 실시간 협업 스트리밍 기술에 대한 요구사항을 도출해내고, 서비스들을 실행·동작 및 관리하기 위한 시스템 구조를 제안한다. 또한, 이를 직접 구현해 실제 실시간 협업 학습 상황에 적용하여 실시간 원격 협업 학습 플랫폼의 이용 가능성을 검증한다.
하지만, 현재 제공되고 있는 웹 기반 교육 서비스들은 개별 학습에 대한 능동적인 참여의 형태가 아니라 단순히 녹화된 강의를 재생하고, 교수자와 학습자간의 소통 방법이 단순한 질의응답 그리고 교육 관리 홈페이지를 통한 자료 공유 정도에서 그치고 있어 사용자들이 원하는 스마트 단말 환경상의 양방향성에 대한 요구를 충족시키지 못하고 있다. 본 논문에서는 새로운 방송환경에서 학습자들과 교수자들 간의 양방향 상호작용이 일어날 경우 바뀌는 교육환경에 대한 시나리오를 기반으로 하여 얻은 요구사항을 통해 새로운 웹 기반 양방향 원격 협업 교육 플랫폼을 제안하였다. 또한, 직접 구현을 통한 시연을 통해 기존의 웹 기반 IPTV나 스마트 TV 환경에 탑재되어 있는 웹 브라우저를 이용하여 사용자들에게 양방향 교육 서비스 제공이 가능함을 보였다.
본 논문에서는 웹 기반 원격 협업학습 플랫폼을 위한 서비스 시나리오, 요구사항을 정의하고 이를 실제 서비스 형태로 제공할 수 있는 새로운 시스템 구조를 제시하고자 한다.
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 웹 기반 실시간 통신 기술을 활용함으로써 기존 웹 및 방송 환경의 가장 취약점인 사용자 단말 간 멀티미디어 상호 커뮤니케이션 기능을 가능하게 하고, 웹 브라우징을 지원하는 단말 환경에서 방송 수준의 고품질 교육 콘텐츠의 수용 및 협업 학습의 특성들을 반영한 양방향 협업 기능의 구현 가능성을 제시한다. 이러한 방법의 특징은 WebRTC 기능을 지원하는 웹 브라우저의 경우 별도의 응용 어플리케이션 설치 없이 웹 브라우저만으로 고품질의 단대단 및 다대단 상호 스트리밍 연결이 가능해 원격 교육에 적합한 특성 및 방송 환경의 콘텐츠를 손쉽게 수용할 수 있는 특징을 가진다.
사용자를 위한 Front-end, 협업학습 기능을 제공하기 위한 Application server, 그리고 스트리밍과 데이터 등을 처리하는 Back-end 시스템으로 이루어져 있다. 본 논문에서는 이러한 세 가지 요소를 개발하여 원격 협업 학습 플랫폼에 적합한 시스템을 제안하고 이를 실제 교육 및 방송 단말 환경에서 손쉽게 활용 할 수 있도록 구현하였다.
가설 설정
그림 7은 원격 협업 교육 플랫폼을 실제 방송 시청환경에서의 시연을 나타낸다. 학습자의 방송 시청환경을 가정하고 스마트 TV와 구글 크롬캐스트(Chromecast)를 이용하여 양방향 교육 플랫폼에 접속하여 실제로 TV 시청 환경에서 강의를 수강하는 것으로 가정하였다. 학습자는 앞에서 소개된 여러 기능을 모두 사용하거나 학습자가 사용하는 기기 환경에 맞추어 필요한 기능만을 활용할 수도 있다.
제안 방법
시스템 상에서 연결을 관리하고 강의 서비스를 제공하는 Back-End/Application server와, 단말 간 미디어 스트림을 위해 WebRTC 연결을 중개하는 STUN 서버와 TURN 서버들을 포함하는 MultiPoint Control Unit (MCU)으로 구성된다. Back-End 및 Application server의 구현환경은 Node.js 웹 서버와 mongoDB 데이터베이스 시스템으로 이루어져 있으며, 클라이언트(웹브라우저)와의 실시간 HTTP 통신을 지원하기 위하여 Socket.io 라이브러리를 기반으로 관련 기능을 구현하였다. Front-End의 구현 환경은 AngularJS를 기반으로 하는 MVC (Model-View-Contorller) 디자인 패턴에 입각한 웹 서비스 설계를 바탕으로 구현하였으며, 이를 통해 손쉬운 웹 위젯의 구현 및 추가/삭제를 도모하였다.
Front-End과 같이 AngularJS를 기반으로 하는 MVC 디자인 패턴을 기반으로 구현되어 있으며 controller에 해당되는 부분으로 관련 모듈들이 구현되었다. Streaming controller는 Socket.io 라이브러리를 기반으로 WebRTC 기능들을 사용하여 Real-time content mediator 모듈에서 얻어진 사용자의 단말 정보를 기반으로 하여 단말 사양에 맞게 사용자들에게 강의 동영상을 전달할 수 있게 구현되었다. Social learning manager는 소셜 네트워크에서 사용하는 개념들을 참고하여 구현되었으며, 해당 모듈을 통해 사용자들이 작성한 학습 내용에 대한 소감이나, 자신의 학습 진도, 다른 사용자와의 상호작용 등을 할 수 있도록 구현되었다.
이를 위해 먼저 원격 협업 학습 시나리오를 통해 협업 학습에 필요한 실시간 객체 공유 기술과 실시간 협업 스트리밍 기술에 대한 요구사항을 도출해내고, 서비스들을 실행·동작 및 관리하기 위한 시스템 구조를 제안한다.
학습자와 교수는 하나의 강의 안에서 강의 화면 전송, 퀴즈 문답, Q버튼 피드백 등 다수의 실시간 상호작용 기능을 활용 한다. 이를 위하여 강의 별로 서버에 강의 어플리케이션 세션을 생성하고 이를 관리하는 과정이 필요하다.
성능/효과
본 논문에서는 새로운 방송환경에서 학습자들과 교수자들 간의 양방향 상호작용이 일어날 경우 바뀌는 교육환경에 대한 시나리오를 기반으로 하여 얻은 요구사항을 통해 새로운 웹 기반 양방향 원격 협업 교육 플랫폼을 제안하였다. 또한, 직접 구현을 통한 시연을 통해 기존의 웹 기반 IPTV나 스마트 TV 환경에 탑재되어 있는 웹 브라우저를 이용하여 사용자들에게 양방향 교육 서비스 제공이 가능함을 보였다. 본 연구팀은 향후 양방향 교육에 관한 더 다양한 요구사항을 분석하여 반영함으로써 진일보된 시스템으로 발전시킬 계획이다.
또한 웹 기술을 활용해 학습자들과 교수자들 간의 실시간 상호작용을 가능하게 하는 웹 기반 원격 협업 학습용 플랫폼을 제시한다. 웹 기반 원격 협업 학습플랫폼을 이용하여 얻는 이점은 첫째, 별도의 프로그램이나 플러그인 없이 기기에 내장되어 있는 웹 브라우저를 이용하여 해당 서비스를 이용할 수 있으며, 둘째, 실시간 원격 학습 상황에서 사용자들이 원격 화상 공유를 통해 서로의 모습을 보면서 상호작용을 할 수 있다는 점, 셋째, 플랫폼을 통해 자신들의 학습 콘텐츠를 실시간으로 주고받음으로써 더욱 다양한 학습효과를 얻을 수 있다는 점을 꼽을 수 있다.
또한, 사용자의 모든 기기들이 WebRTC 세션을 필요로 하기 때문에 시스템의 확장성(Scalability)를위해서는 MCU의 가상화 환경에서 세션 연결을 설정 시, 혼잡 제어를 할 필요가 있다. 제안하는 시스템에서는 key-value 캐시 저장소 기반의 세션 저장소를 이용하여 계층적 세션 관리 구조를 만들어 이러한 세션관리 문제를 해결함으로써 웹 기반의 협업 학습 플랫폼에서 양방향 상호작용의 성능을 향상 시킬 수 있다.
후속연구
또한 웹 기술을 활용해 학습자들과 교수자들 간의 실시간 상호작용을 가능하게 하는 웹 기반 원격 협업 학습용 플랫폼을 제시한다. 웹 기반 원격 협업 학습플랫폼을 이용하여 얻는 이점은 첫째, 별도의 프로그램이나 플러그인 없이 기기에 내장되어 있는 웹 브라우저를 이용하여 해당 서비스를 이용할 수 있으며, 둘째, 실시간 원격 학습 상황에서 사용자들이 원격 화상 공유를 통해 서로의 모습을 보면서 상호작용을 할 수 있다는 점, 셋째, 플랫폼을 통해 자신들의 학습 콘텐츠를 실시간으로 주고받음으로써 더욱 다양한 학습효과를 얻을 수 있다는 점을 꼽을 수 있다.
또한, 직접 구현을 통한 시연을 통해 기존의 웹 기반 IPTV나 스마트 TV 환경에 탑재되어 있는 웹 브라우저를 이용하여 사용자들에게 양방향 교육 서비스 제공이 가능함을 보였다. 본 연구팀은 향후 양방향 교육에 관한 더 다양한 요구사항을 분석하여 반영함으로써 진일보된 시스템으로 발전시킬 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대다수의 스마트 디바이스는 어떤 특징을 가지고 있는가?
최근 스마트 디바이스의 보급과 더불어 스마트 TV, IPTV, 웹 기반 OTT (Over The Top) 단말의 확산으로 사용자 측의 방송 콘텐츠 재생 단말의 급속한 변화가 일어나고 있다[1]. 이러한 스마트 디바이스 대다수는 모바일 OS 및 웹 브라우저를 내장하고 있어, 기존의 웹 서비스들을 별다른 추가 사항 없이도 손쉽게 이용 가능한 특징을 가지고 있다.
웹 기반 원격 협업 학습용 플랫폼을 통해 얻을 수 있는 이점은?
또한 웹 기술을 활용해 학습자들과 교수자들 간의 실시간 상호작용을 가능하게 하는 웹 기반 원격 협업 학습용 플랫폼을 제시한다. 웹 기반 원격 협업 학습플랫폼을 이용하여 얻는 이점은 첫째, 별도의 프로그램이나 플러그인 없이 기기에 내장되어 있는 웹 브라우저를 이용하여 해당 서비스를 이용할 수 있으며, 둘째, 실시간 원격 학습 상황에서 사용자들이 원격 화상 공유를 통해 서로의 모습을 보면서 상호작용을 할 수 있다는 점, 셋째, 플랫폼을 통해 자신들의 학습 콘텐츠를 실시간으로 주고받음으로써 더욱 다양한 학습효과를 얻을 수 있다는 점을 꼽을 수 있다.
협업학습은 무엇인가?
이러한 환경의 변화에 힘입어 학습 효율의 증대를 위한 다양한 교육 이론들이 개발되었는데, 그 중 주목받는 것이 컴퓨터를 이용한 협업 학습 이론(Computer-Supported Collaborative Learning, CSCL)이다[3]. 협업학습은 학습자가 학습 집단에서 학습활동을 하고 그 집단의 성적에 기초하여 보상과 인정을 받는 학습 방법이며 학습능력이 각기 다른 학생들이 동일한 집단목표를 향하여 소집단에서 함께 활동하는 수업방법으로 정의된다[4,5]. 협업학습의 특성은 크게 상호의존성, 정보의 통합, 독립성의 세 가지로 나누어지는데, 이들은 웹 기반 교육 환경과 같이 분산되고 학습자의 종류가 다양한 환경에서 더욱 부각되는 특성들이다[6,7].
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